JPH05240639A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 視覚による対象物の選定の必要がなく、前方
のある物体からの反射光を未然に検知し、その物体まで
の距離を測定可能とする方法を提供する。 【構成】 物体を検出する走光系と、対象物体からの反
射光を検出する受光系、反射光の方向角を検出する２つ
の受光素子、この２つの受光角と基線長から対象物まで
の距離を算出する演算部からなる。 【効果】 距離測定器の保有者、あるいは、この測定器
を搭載した移動物体等が、未然に目的物や障害物を発見
し、その距離と存在を知ることによって、安全の確保、
イメージングなどができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はある目標物に光を照射
し、反射光の方向から目標物までの距離を測る距離測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の測距装置として実用化され、ポピ
ュラーなものとしては、カメラのオートフォーカス機能
がある。第４図はその測定原理を示したものである。こ
れはいわゆる三角測量法である。即ち、直角三角形の一
点ＢからＡまでの距離を求めるに、頂角Ａの角度を求
め、既知の基線長ＢＣから ＡＢ＝ＢＣ／tanＡ の式を使って算出する事ができる。

【０００３】実際の３５ｍｍレンズシャッターカメラで
は、図５に示すように、一方の点Ｂから角度θ1 で赤外
光のビームを被写体に向け発し、その被写体による反射
光をもう一方の点Ｃで受けて、その時の入射角θ2 を測
定すれば、そこから被写体までの距離が出せる。θ2 の
測定には、被写体の像を結像レンズで結像し、像面で赤
外光の当たった位置を検出する仕組みである。

【０００４】この構成では、云うまでもなくθ1 ＝９０
°の時、最も簡素化される。また、被写体については、
撮影者がファインダーを覗き選択するので、θ2 のみの
測定で距離が分かる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなカ
メラ以外の距離測定装置の応用として、前方の障害物検
知、あるいは、前方の特定物を視覚によらずに検知する
という目的があるが、この場合には、ファインダーを覗
いて被測定物を定めるという事は、その目的に反する。
即ち、このような目的を達成するためには、距離測定器
保有者、あるいは、測定器を搭載した車両等が、気がつ
かない内に目的物や障害物を発見し、その測定距離と存
在を知らせる、あるいは、安全のための警報を発するな
どの、別の手段に訴えねばならない。

【０００６】本発明はこのような課題に対し、三角測量
法を応用し、前方の障害物、あるいは、特定物からの反
射光を未然に検知し、視覚によらない距離の測定を可能
とする方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による距離測定方
法は、光源から前方に光を放出し、その前方のある物体
からの反射光を、２つの受光素子によって捕獲する事に
よって、前記物体から受光素子までの反射光の方向角を
測定し、この２つの方向角と受光素子間の基準距離か
ら、前方反射物体までの距離を算出するものであり、こ
れを実際の装置に構成する上では、次なような要素のう
ち、少なくとも一つを使用した装置である。

【０００８】１）光源は赤外光である。

【０００９】２）光源はレーザーである。

【００１０】３）光源は光走査機能を持つ。

【００１１】４）光源は複数の発光点を有する。

【００１２】５）放出光が平行、または、放射光であ
る。

【００１３】６）光源は投光レンズ系を有する。

【００１４】７）受光素子は２分割で、かつ、左右方向
に移動可能である。

【００１５】８）受光素子は多分割である。

【００１６】９）受光素子は３端子のポジションセンサ
である。

【００１７】１０）受光素子はその前方に結像レンズ
系、あるいは、像増倍レンズ系を有する。

【００１８】１１）測定装置は少なくとも送光ユニッ
ト、受光ユニット、光源駆動回路、受光アンプ回路、信
号演算回路を含む。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明による距離測定法の、原理を
示した測定の原理図である。発光素子１より放射された
光は、投光レンズ２によって照射域を広げられ、前方を
照らす。または、ある程度の面積をもった平行光として
前方を照らす。光の波長は赤外とし、人の目に感じず、
かつ、投光性の高いものが、障害物検知などには望まし
い。しかし、これに限るものでは無い。要は外乱光との
識別がた易いものを、応用目的に合わせ選択すれば良
い。また、反射物体からの反射光量が小さい場合、例え
ば、反射率そのものが小さい物体、あるいは、遠方の物
体からの反射を検出する場合には、光源にレーザーを用
いることが望ましい。その必要が無い場合には、発光ダ
イオードで充分であろう。さらには、検知領域を広げる
ためには、図のように複数の（図１は３個の）近接した
発光点を有する光源を使い、同時、あるいは、順番に前
方を照射する事が有効であり、投光レンズ系も簡素化で
きる。

【００２０】さて、この様にして照射光を受けた被照射
物体３、即ち、それはある時は特定物体であり、また、
ある時は障害物等であるが、そこから反射された光は、
それぞれ結像レンズ系４、５を通過して、受光素子６、
７上に結像する。結像レンズ系は角度検出をし易くする
ために、種々の方法が考えられるが、角度検出レンジが
数度なのか、数１０度なのか、あるいは、必要角度分解
能が０．１度か、０．０１度なのか等に応じて、像増倍
系を組み入れ、その構成を変化させれば良い。受光素子
６、７には、いくつかの方法が考えられる。図２（ａ）
は、２分割フォトダイオードを機械的に駆動させる方法
である。通常、結像されたスポットは、どちらかのダイ
オードに当たっているので、このダイオード出力が大き
くなっている。これを２つのダイオード出力がバランス
する位置、即ち、スポットが分割線で２分される位置ま
で、フォトダイオードを移動させ、その移動量から角度
換算する。図２（ｂ）は、フォトダイオードを移動させ
る変わりに、短冊状に多分割としたものである。すなわ
ち、スポットの当たっているダイオードが、最もその出
力が大きくなるので、その位置から角度に換算する。図
２（ｃ）は、３端子のポジションセンサを使ったもので
ある。これはスポットの位置によって、端子ｘｙ間の光
電流と、ｙｚ間の光電流の比が変化するので、この電流
比から角度を割り出す。この方法は連続的に、スポット
位置を出せる特徴を有する。なお、上記説明で受光素子
はフォトダイオードとしたが、この他にＣＣＤ、ＭＯＳ
型センサ、フォトマルなどの、他の受光素子が使用可能
であることは云うまでもない。

【００２１】さて、このようにして測定対照物からの、
反射光角度が検出できれば、距離の算出は以下の方法に
よればよい。今図１において、 角Ｂ＝θ1 、角Ｃ＝θ2 、辺ＢＣ＝Ｌ、辺ＡＣ＝ｂ、辺
ＡＢ＝ｃ とすると、第１余弦定理から Ｌ＝ｂ cosθ2＋ａ cosθ1 ここでＬを１０ｃｍ以下、ａ、ｂを数メートルとすれ
ば、ａ＞＞Ｌ、 ｂ＞＞Ｌであるから、ａとｂはほぼ等
しく、また、これを求める対象物までの距離Ｒと置く事
ができる。故に、 Ｒ＝Ｌ／（cosθ1＋cosθ2） として、距離Ｒの算出が可能となる。なお、上記式で用
いた受光素子間の距離Ｌは、基線長と呼び測距の重要な
基準である。また、第１余弦定理と正弦定理から、厳密
に光源と対象物までの距離Ｒを、上記２角挟辺から求め
る事ができるが、上記近似式は非常に良い近似を与える
事を確認した。

【００２２】図３は距離測定装置の全体を見た構成ブロ
ック図である。送光ユニット８は、既に述べたように発
光素子を用いた光源、投光レンズ系からなり、光の走査
系（メカまたは電子）が加わる事もある。駆動回路９は
光源の安定電流ドライバー、あるいは、パルスドライバ
ー、スイッチング回路などから適宜構成される。また、
測距の条件設定がある場合には、制御系からのタイミン
グ発生回路１０を通して、必要なとき光源が駆動され
る。

【００２３】受光系はまず前述の結像レンズと、受光素
子によって形成される受光ユニット１１からスタートす
る。この中には、外乱光に対する光学的対策も含まれて
いる。受光素子の出力はアンプ１２と、これに付随する
フィルターを通し整形し、角度検出系１３で角度量に比
例した出力となる。この時、次の演算をやり易くするた
めには、出力をＡＤ変換しておく事が望ましい。距離算
出部１４は、測定した角度データを基に、コサインのＲ
ＯＭテーブルから必要なデータを引き出し、その結果を
前述の式に代入して距離を算出する。１３、１４をまと
めて演算部と呼ぶ。 以上で測距の基本機能は達成でき
た訳であるが、これを表示とする場合には演算部出力か
ら、表示装置１５にデータを転送し、デジタル表示ある
いはメーターなどのアナログ表示とする。また、本距離
測定装置は、光を細く絞って前方物体をなめるように走
査すれば、イメージングにも使用できるので、画像処理
を行った後、ＣＲＴに表示する事も考えられる。さらに
別の応用で、距離データから安全などの管理を行う場合
には、測定結果を安全、危険の判断回路１６、（恐らく
はソフトウエアとなるが）を通し判断の後、警報の発生
装置１７のオン、オフを制御する。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に基づく距離
測定方法は、測定器保有者、あるいは、測定器を搭載し
た車両等が、気がつかない内に目的物や障害物を発見
し、その距離と存在を知らせる、あるいは、安全のため
の警報を発する、さらには、イメージングを行うなどの
機能を有するものである。具体的には、低空飛行中のヘ
リコプターの前方障害物発見、車の走行中の車間距離測
定、自動走行、前方障害物発見、ロボットの視覚機能、
部品のセッティングや隙間のインラインプロセス管理、
３次元物体の識別など、数限りない応用につながり得る
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の距離測定法の原理説明図。

【図２】受光素子の説明図。

【図３】本発明による距離測定装置のブロック図。

【図４】従来の三角測量法の原理図。

【図５】カメラオートフォーカスの原理図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 投光レンズ ３ 対象物 ４、５ 受光レンズ ６、７ 受光素子 ８ 走光ユニット ９ 駆動回路 １０ タイミング発生 １１ 受光ユニット １２ アンプ １３ 角度検出 １４ 距離演算 １５ 表示装置 １６ 判断 １７ 警報

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源から前方に光を放出し、その前方のあ
   る物体からの反射光を、２つの受光素子によって捕獲す
   る事によって、前記物体から受光素子までの反射光の方
   向角を測定し、この２つの方向角と受光素子間の基準距
   離から、測定器から前方反射物体までの距離を算出する
   ことを特徴とする距離測定装置。
2. 【請求項２】光源は赤外光である請求項１に記載の距離
   測定装置。
3. 【請求項３】光源はレーザーである請求項１、２に記載
   の距離測定装置。
4. 【請求項４】光源は光走査機能を持つ請求項１、２、３
   に記載の距離測定装置。
5. 【請求項５】光源は複数の発光点を有する請求項１、
   ２、３、４に記載の距離測定装置。
6. 【請求項６】放出光が平行、または、放射光である請求
   項１に記載の距離測定装置。
7. 【請求項７】光源は投光レンズ系を有する請求項１、５
   に記載の距離測定装置。
8. 【請求項８】受光素子は２分割で、かつ、左右方向に移
   動可能である請求項１に記載の距離測定装置。
9. 【請求項９】受光素子は多分割である請求項１に記載の
   距離測定装置。
10. 【請求項１０】受光素子は３端子のポジションセンサで
    ある請求項１に記載の距離測定装置。
11. 【請求項１１】受光素子はその前方に結像レンズ系、あ
    るいは、像増倍レンズ系を有する請求範囲１、７、８、
    ９に記載の距離測定装置。
12. 【請求項１２】測定装置は少なくとも送光ユニット、受
    光ユニット、光源駆動回路、受光アンプ回路、信号演算
    回路を含む事を特徴とする距離測定装置。