JPS5885109A - 光学式距離センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光学装置が対象物上に形成する光像を検出
して得た画像データと対象物への光ビームの投光方向に
相当する角度を検出して得た角度データとを処理するこ
とによって対象物までの距離を測定する距離センサに関
するものである。

従来、光学装置を含む距離測定装置においては、対象物
の距離を測定するに当りピント合わせをすることか必要
であり、ピント合わせ操作をするためには精密な機構と
正確な操作が必要であるため操作が煩わしかった。また
、このような機構的なピント合わせによらない場合は、
複数系統の光学系とそれらが得た複数の光信号を電気信
号に変換する装置、この装置から得られる電気信号を比
較し、距離信号に変換するため様々の回路を使用するの
で複雑な構成とすることが必要であった。

この発明は、光学装置を含み、光学装置が対象物上に形
成する光像から画像データを得る光像検出手段、対象物
への光ビームの投光方向に相当する角度を検出する手段
、データ処理装置などからなり、ピント合わせを必要と
せず、簡素な構成で一容易に対象物までの距離を測定す
ることができる距離センサを提供することを目的とする
。

この発明は、少なくとも二つの投光手段が投光する光ビ
ームのうち少なくとも一つの光ビームは対象物への投光
方向を変えられるようにして、これら二つの光ビームに
よって対象物上に形成されヤ゛ る光像が一つに重なったときの前記投光方向を。

対象物までの距離を測定することを特徴とする。

以下、この発明の実施態様ｌの実施例について図面を参
照して説明する。

第１図は概要図、第２図はブロック図、第３図はフロー
図である。第１図および第２図において、ｌは距離を測
定しようとする対象物である。

２は少々くとも二つの投光手段たる光源中の一つの光源
であり、第１のスポット光源である。第１のスポット光
源２は対象物ｌと正対して設置される。

３は第１のスポット光源２が投光する第１の光ビームで
ある。３ａは第１の光ビーム３の進路であり、３ｂは第
１の光ビーム３が対象物ｌ上に形成する光像である。

４は少なくとも二つの投光手段たる光源中の一つの光源
であり、第２のスポット光源である。第＼ ２のスポット光源４は、その投光角度変更軸４ａ周りに
揺動可能であり、この距離センサの測定距離範囲内にお
いて第２のスポット光源４による光像５ｂが第１のスポ
ット光源２による光像８ｂに重なりうる範囲内で投光角
度を変えながら第２の光ピーにキ投光する。

５は第２のスポット光源４が投光する第２の光−ビーム
である。５ａは第２の光ビーム５の進路であり、５ｂは
第２の光ビーム５が対象物１上に形成する光像である。

６は駆動装置であり、第２のスポット光源４の投光角度
変更軸４ａに結合されている。駆動装置６は、第２のス
ポット光源４の前述投光角度変更範囲内において第２の
スポット光源４を揺動させる０ ７は投光角度検出手段たるエンコーダである。

エンコーダ７は第２のスポット光源４の投光角度変更軸
に結合されており、第２のスポット光源４が例えば対象
物１上の投光範囲８のいずれか一端へ投光しているとき
を基準として、それから変動した角度において一定の角
度データを出力するア°ソリュートのエンコーダである
゛。

８は対象物ｌ上における投光範囲であり、８ａはその一
方の端〜、８ｂはその他方の端である。

９は第１の光ビーム３および第２の光ビーム５がそれぞ
れ対象物ｌ上に形成する光像８ｂおよび５ｂを検出する
′光像検出手段であり、画像データを出力できるカメラ
である。

１０はカメラ９の撮影範囲である。

１１は２値化回路であり、カメラ９が出力する画像デー
タを入力し、光像８ｂおよび光像５ｂの部分を１、その
他の部分を０としたディジタル画像データを出力する。

１２はデータ処理装置であり、マイコンとする０マイコ
ン１２はこの距離センサを制御するすべてのプログラム
が書き込まれているほか、特に２値化回路１１が出力す
る画像データを取り込み、ｌとなる部分が１群か２群か
すなわち光像８ｂと５ｂが重なっている（光像は１個）
か、離れている（光像は２個）かを判断するプログラム
および１となる部分が１群であると判断したときにエン
コーダ７からの角度データを取り込むプログラムおよび
取り込んだ角度データと対照して距離データを読み出す
テーブルが書き込まれている。

１３はレジスタであり、マイコン１２が読み出した距離
データを記憶し、出力する。

１４はレジスタ１３の出力である。

以上の構成に基づき以下にその作用を説明する。

第１のスポット光源２から投光された第１の光ビーム３
は、その光軸８ａに沿って対象物上に到達し、第１の光
像３ｂを形成する。一方、第２のスポット光源４からの
第２の光ビーム５によっても同様にして光像５ｂが形成
される。しかしながら、第２の光源４は駆動装置６によ
って揺動しているので、第２の光像５ｂは対象物１上を
投光範囲８内で往復し、その間、特定の投光角度におい
て第１の光像８ａと重なるときができる。

ところで、この距離センサと対象物１との距離が変わる
と、第２の光像５ｂが第１の光像３ａに重なるような投
光角度もまた変わって行くが、この投光角度は前記距離
と一定の関係を有していると共に投光角度変更軸の回転
角度として検出できる。したがって、この投光角度は、
この投光角度れ、一定のコード化された角度データとし
て出力する。

一方、カメラ９は対象物１上を撮影し、その画像データ
を、２値化回路１１に入力する。２値化回路１１はこの
画像データを２階調でディジタライズし、光像３ｂおよ
び５ｂの部分を１、その他の部分を０とする画像データ
を出力する。

ここでマイコン１２においてこれらのデータを処理する
プログラムが実行されると、先ず、２値化回路１１から
の画像データがマイコン１２に取り込まれ（ステップＳ
１）、この画像データ中の光像は１個であるかどうかす
なわち光像８ｂと５ｂが重なっているかどうかが判断さ
れる（ステップＳ２）。光像が１個でないと判断され念
ときは、順次、入力される画像データについて光像が１
個かどうかの判断を繰り返えす（ステップＳ２）。

光像が１個であると判断されたときは、エンコーダ７か
ら角度データを取り込み（ステップ８８）、テーブルと
対照して距離データとして読み出す（ステップＳ４）。

この距離データはレジスタ１Ｂに記憶され、レジスタ１
３は、記憶した距離データを出力する（ステップ８５）
。以上の８１から８５までのステップはこの距離センサ
の動作中、順次、繰り返えされ、距離データが出力し続
ける。

、前述のと９＋　ｆ）　、：’この発明によれば、対象
物ｌと正対した第１のスポット光源２および対象物ｌへ
の投光角度を変えることができる第２のスポット光源４
がそれぞれ対象物ｌ上に形成する光像３ｂおよび５ｂの
画像データとこれらの光像が重なる場合の第２のスポッ
ト光源４の投光角度データをマイコンにおいて処理する
ことによって、ピント合わせの機構またはそれに相当し
た回路を使用することなく、簡単な構成で容易に光学式
距離測定を行うことができる。

次に、実施態様２の実施例について説明するＯ第４図は
その概要図であり、図中の１〜８．８〜１０は前述実施
例と同じである。

１５は光ビーム分割手段たるノ１−フミラーである。ハ
ーフミラ−１５はスポット光源２（以下［第１の」を省
略）が投光する第１の光ビームの進路３ａ上に設置され
ている。

１６はハーフミラ−１５で分割された光ビーム中、第１
の光ビーム３の進路３ａと直角方向に進路をとる第２の
光ビームである。１６ａはその進路である。

１７はハーフミラ−１５で分割された光ビーム中、第１
の光ビーム３の進路３ａと同じ進路をとする光像である
。

１８は、光ビーム偏向手段たるミラー装置である。ミラ
ー装置１８は１８　ａ、　　１８　ｂ＋　　１８　Ｃ！
。

１８ｄ、１８ｅ、１８ｆなる６個のミラー面からなり、
投光角度変更軸１８ｇ周りに回転可能である０そして、
各ミラー面は、順次、受光角度を変えながら第２の光ビ
ーム１６を受光し、第８の光ビームが形成する光像１７
ｂを含む投光範囲８内において対象物１上に、投光角度
を変えながら第４の光ビーム１９を投光する。

１９はミラー装置１８が投光する第４の光ビームであり
、１９ａはその進路、１９ｂは第４の光ビーム１９が対
象物１上に形成する光像である。

２０はミラー装置１８の投光角度変更軸１８ｇに結合さ
れた駆動装置であり、ミラー装置１８を回転させる。

２１はミラー装置１８の投光角度変更軸１８ｇに結合さ
れた角度検出手段たるエンコーダである。

エンコーダ２１は、例えばミラー面１８ａの端１８ａ１
が受光し、投光しているときのミラー装置１８の回転角
度を基準として、それから変動した回転角度において一
定のコード化された角度データを出力するアブソリュー
トのエンコーダである。

以上の構成に基づき以下にその作用を説明する。

スポット光源２から投光された第１の光ビーム８は、進
路８ａに沿ってノ・−フミラー１５に受光され、第２′
の光ビーム１６および第３の光ビーム１７に分割される
。第３の光ビーム１７は、／・−フミラー１５を通過し
てそのまま進路３ａの延長上にある進路１７ａ上を進み
、対象物上において第２の光ビーム１６は、ミラー面１
８ａに受光されたものとしてミラー面８ａで反射され、
第４の光ビーム１９となっ゛て対象物ｌに投光される。

そして、対象物ｌ上に光像１９ｂを形成する０ところで
、ミラー装置１８の回転に伴いミラー面１８ａに対する
第３の光ビーム１６の入射角が変化するため光ビーム１
９の投光角度が変化する。したがって光像１９ｂは対象
物ｌ上を移動し、ミラー面１８ａの端部１８ａ２に第２
の光ビーム１６が入射したときには、光像１９ｂは第４
の光ビーム１９の投射範囲８の端部８ｂに達する。この
間、光像１９ｂが光像１７ａと重なるときができる。振
り返って、第２の光ビーム１６がミラー面１８ａの端部
１８ａｌに入射したときは、同様にして光像１９ｂは、
第４の光ビーム１９の投光範囲８の端部８ａｌ　にあっ
たことになる。

ミラー装置１８は回転しているので、第２の光ビーム１
６を受光する面は、順次、１８ｂ、１８゜、・・・・・
・と変わっていく。

この間、この距離センサと対象物ｌの距離に変化があれ
ば、光像１７ａと光像１９ｂが重なる場合の第４の光ビ
ーム１９の投光角度が変わることになる。このように第
４の光ビーム１９の投光角度は、この距離センサと対象
物ｌとの距離と一定の関係を有しており、かつ、ミラー
装置１８の投光角度変更軸１８ｇの回転角度とも一定の
関係を有している０そして、ミラー装置１８の投光角度
変更軸１８ｇの回転角度はエンコーダ２１で検出するこ
とができ、一定のコード化された角度データとして出力
される。

一方、カメラ９は前述実施例同様、対象物１面を撮影し
、画像データを出力する。以下、これら−の角度データ
および画像データは前述実施例同様、マイコン１２で処
理されて距離データとしてレジスタ１３から出力し、こ
の距離センサと対象物ｌとの距離が求められる。

この実施例の効果もまた、前述実施例の効果と同じであ
る。

次に、実施態様３の実施例について説明する。

第５図はその概要図であり、１〜３．８〜１０．１６〜
２１は前述実施例と同じである。

２２はミラーであり、第３の光ビーム１７の進路１７ａ
上に設置されている。ミラー２２は第３の光ビーム１７
を受光し、その進路１７ａと直角方向に進路をとる第５
の光ビーム２３を投光する０２８ａは第５の光ビーム２
３の進路である。

２４はハーフミラ−１５およびミラー２２で構成される
光ビーム分割手段である。

２５は二つの光ビーム偏向手段中の一つであり、第２の
ミラー装置である。第２のミラー装置２５は２５ａｉ　
２５ｂ１２５ｃ、２５ｔＬ　２５ｅ、２５ｆなる６個の
ミラー面からなり、投光角度変更軸２５周りに回転可能
である。そして、各ミラー面は、順次、受光角度を変え
ながら第５の光ビーム２３を受光し、投光範囲８内にお
いて対象物１に投光角度を変えながら第６の光ビーム２
６を投光する。

２６は第２のミラー装置２５が投光する第６の光ビーム
であり、２６ａはその進路、２６ｂは第２７は、第２の
ミラー装置２５の投光角度変更軸２５ｇに結合された第
２の駆動装置である。第２の駆動装置２７は、第４の光
ビーム１９が形成する光像１９ｂおよび第６の光ビーム
２６が形成する光像２６ｂが、第１の光ビームの進路３
ａの延長と対象物１との交点３ｂ上で一致するように駆
動装置２０とは一定の位相を保ちながら、かつ同期して
回転する。

以上の構成に基づき以下にその作用を説明する。

対象物ｌ上の光像１９ｂは、先の実施例と全く同様にし
て形成される。一方、ハーフミラ−１５で分割された第
３の光ビーム１７はミラー２２で受光され、その進路１
７ａと直角方向に第５の光ビーム２８として投光される
。第５の光ビーム２３は第２のミラー装置２５に受光さ
れ、前述実施例において第２の光ビーム１６がミラー装
置１８に受光された場合と同様にして第６の光ビーム２
６と寿って投光され、対象物１上に光像２６ｂを形成す
る。ところで、このようにして形成される光−ム１９の
投光角度瞥この距離センサと対象物１との距離と一定の
関係を有しており、がっ、ミラー装置１８の投光角度変
更軸１８ｇの回転角度とも一定の関係を有している。

以下、前述実施例と同様にして、この距離センサと対象
物との距離が求められる。

この実施例の効果もまた、前述実施例の効果と同じであ
る。

他の実施例として、光源をスポット光源でなくスリット
光源にすること、レーザーを光源とすること、光ビーム
偏向手段たるミラー装置のミラー面を１個にすること、
光像検出手段として固体撮像デバイスを使用すること、
２値化回路を使用することなく画像データをマイコンに
取り込ませ、しきい値処理を行なった後、光像が１個が
どうかを判断させること、データ処理装置をマイコンと
セス、クロックパルス発生器、レジスタ、フリップフロ
ップなどから構成すること、光ビームをまフて　Ｌ′−
ツー　タ゛′め゛う鋼層アし２１訃ソに５をＳ？であり
、これらの場合の作用、効果もまた前述実施例と同じで
ある。

この発明の実施は、前述実施例に限るものではなく、各
構成の均等物との置換えは可能であり、その場合もまた
この発明の技術的範囲に属するものとする。

以上、詳述したとおりこの発明によれば、光学装置、こ
の光学装置が対象物上に形成する光像に対する光像検出
手段、この光学装置が対象物に投光する角度を検出する
手段、データ処理装置からなる光学式距離センサによっ
て、ピント合わせをすることなく簡単な構成で容易に対
象物までの距離を測定できるという特有の効果を発揮で
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の詳細な説明するものであり、第１図
、第２図および第３図はそれぞれ実施態様ｌの実施例に
関する概要図、ブロック図およびフロー図である。また
、第４図および第５図はそれぞれ実施態様２および３の
実施例に関する概要図である。 ２・・・第１のスポット光源（投光手段）、４　第２の
スポット光源（投光手段）、６　駆動装置、７・・・エ
ンコーダ（投光角度検出手段）、９　カメラ（光像検出
手段）、１２　マイコン（データ処理装置）、１５・・
・ハーフミラ−（光ビーム分割手段）、１８・・・ミラ
ー装置（光ビーム偏向手段）、２０・・駆動装置、２１
・・・エンコーダ（投光角度検出手段）、２４・・・光
ビーム分割手段、２５　第２のミラー装置（光ビーム偏
向手段）、２７・・駆動装置。 出願人　新明和工業株式会社 代理人　弁上　正　（ほか１名） 、ｖ、４図 算５　図 手　　続　　補　　正　、書　（３幻 ３．補正をする者 事件との関係　　　　　　　ケ１析出願人住所　　兵庫
県西宮市小曽根町１丁目５番２５号名称　（２３５）新
明和工業株式会社 代表者　　≠；禰ヒＨ１ミ絽 ４、代理人　　　ｔジｏＮ脅二史 〒６６３ 居所　　兵庫県西宮市田近野町６番１０７号新明和工業
株式会社開発センター内 ８、補正の内容 誠にお手数と存じますが、添付した図面写しに未配した
とおり、図面を訂正していただけますようお願い申し上
げます。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）対象物に向かって設置された少なくと学も二つの
   投光手段を具備し、これらの投光手段のうち少なくとも
   一つの投光手段は投光角度変更軸を有しており、この投
   光角度変更軸には駆動装置および投光角度検出手段が結
   合され、更に前記投光手段の前記対象物上における投光
   範囲に向かって設置された光像検出手段ならびに前記角
   度検出手段および前記光像検出手段の出力を入力するデ
   ータ処理装置を具備してなる対象物までの距離センサ。 （２）前記少なくとも二つの投光手段は、二つの光源で
   ある特許請求の範囲第１項記載の距離センサ。 （８）前記少なくとも二つの投光手段は、一つの光源が
   投光する光ビームの進路上に設置され、この光ビームを
   このビームと同方向の光ビームと異方向の光ビームとに
   分割するべくした光ビーム分割手段およびこの光ビーム
   分割手段が分割し、投光する前記異方向の光ビームの進
   路上に設置され、この光ビームを前記対象物に向がって
   投光するべくした光ビーム偏向手段である特許請求の範
   囲第１項記載の距離センサ。 （４）前記少なくとも二つの投光手段は、一つの光源が
   投光する光ビームの進路上に設置され、この光ビームを
   この光ビームの進路と異方向の二つの光ビームに分割す
   るべくした光ビーム分割手段が分割し、投光するそれぞ
   れの光ビームの進路上に設置され、これらの光ビームを
   前記対象物に向がって投光するべくした二つの光ビーム
   偏向手段である特許請求の範囲第１項記載の距離センサ
   ０