JP2001317935A

JP2001317935A - 測距装置

Info

Publication number: JP2001317935A
Application number: JP2000135377A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kanbe; 幸一掃部; Hidekazu Ide; 英一井手; Fumiya Yagi; 史也八木
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-05-09
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】測定条件に係わらず一定の精度を確保し、かつ
測定の高速化を図る。【解決手段】光を投射して対象物体Ｑからの反射光を受
光することによって対象物体までの距離Ｌを測定する測
距装置１において、反射光の受光強度レベルを検出する
手段５６と、検出された受光強度レベルに応じて投受光
の回数を決定し、その回数だけ繰り返すように投受光を
制御する手段６０とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を投射して物体
までの距離情報を得る測距装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光のパルスの送信から物体で反射して戻
ったパルスの受信までの飛行時間（ＴＯＦ：time of fl
ight）を測定する方式の測距において、特公平５−７１
９１２号公報に記載されているように、１方向につき複
数回の送受信を繰り返して複数回分のデータの平均値を
測定値とすることが行われている。回数を多くするほど
測定値のバラツキ（標準偏差）が小さくなる。すなわ
ち、誤差の小さい高精度の測距結果を得ることができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光学的な測距の精度
は、測距装置に入射する光の強度に依存する。受光強度
が小さい場合には、信号処理回路におけるノイズの影響
が大きく精度が低い。受光強度は、投光される物体の反
射率が小さいほど、また物体が遠くにあるほど小さい。

【０００４】従来では、標準的な受光強度を基準に測定
回数を設定すると、受光強度が小さい場合に十分な精度
が得られず、受光強度に係わらず十分な精度を確保する
ように測定回数を設定すると、測定時間が長くなるとい
う問題があった。

【０００５】本発明は、測定条件に係わらず一定の精度
を確保し、かつ測定の高速化を図ることを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、受光
強度レベルを検出し、例えば低レベルのときには測定回
数を多くして高レベルのときには少なくするように、測
定回数を受光強度に応じて制御する。受光強度が小さく
て１回の測定の信頼性が低くても、複数回の測定を行っ
てそれらの結果を平均化することにより、測定の誤差が
低減される。

【０００７】図１は本発明に係る基本的な測距動作を示
すフローチャートである。操作入力または外部装置から
のコマンド入力によって測定の開始が指示されると、１
回目の投受光を行って距離演算の基となるデータを得る
とともに、そのときの光電変換信号に基づいて受光強度
レベルを検出して必要な測定回数を判断する（＃１、＃
２）。１回の測定で十分であれば、距離演算を行って測
定を終える（＃８）。複数回の測定が必要であれば、残
りの回数が零になるまで投受光を繰り返す（＃３〜＃
６）。そして、１回目から最終回目までのデータ（厳密
には無効データを除く）について平均処理を行い、その
結果に基づいて距離演算を行う（＃７、＃８）。

【０００８】このフローのように１回目の投受光で測定
とレベル検出とを行えば時間を有効に利用することがで
きるが、必ずしもこれに限らない。受光強度レベルの検
出を行った後に測定を行ってもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図２は本発明に係る測距装置の構
成図、図３は受信処理に係る受光データの一例を示す図
である。

【００１０】測距装置１は、送信部２０と受信部３０と
からなる光学走査系１０、受信処理回路５０、コントロ
ーラ６０、および図示しないクロックジェネレータから
構成されており、３次元入力装置として利用可能であ
る。

【００１１】光学走査系１０は、投受光に共用される走
査ミラーとそれを互いに交差する２軸の周りに回転させ
るアクチュエータとを備えた２次元走査手段である。光
学走査系１０において、レーザ光源から放射されたパル
ス光は、走査ミラーによってその時点におけるミラー角
度に応じた方向に偏向される。走査ミラーから外部へ向
かったパルス光は物体Ｑの表面で反射する。物体表面が
鏡面でない限り、その反射は拡散反射となる。したがっ
て、物体表面への入射が垂直入射でなくても反射したパ
ルス光の少なくとも一部は測距装置１に向かう。光学走
査系１０に戻ったパルス光は、走査ミラーで反射して光
検知器に入射する。走査を行うことにより、物体Ｑにお
ける複数の位置（測定点）のそれぞれまでの距離を測定
することができ、距離と投光方向とから各測定点の３次
元座標を求めることができる。

【００１２】受信処理回路５０においては、受信部３０
からの光電変換信号がＡ／Ｄ変換器５１により一定周期
でサンプリングされて量子化される。サンプリングで得
られた受光データは逐次に波形メモリ５２に書き込まれ
る。波形メモリ５２は最大測定可能距離に相応する時間
分の波形記憶が可能である。受光データは受信時点検出
部５３へ送られる。受信時点検出部５３は、アドレス番
号で特定される時刻にサンプリングされた所定数（図３
では３０）の受光データについてピーク時刻を求める重
心演算を行い、演算結果の重心ｉｐを受信時点としてコ
ントローラ６０へ送る。また、受光データは受信レベル
検出部５６へも送られる。受信レベル検出部５６は、例
えば図３のように受光データの最大値Ｘｍとそれにサン
プリング時期が近い数個のデータの値Ｘ（ｍ−１），Ｘ
（ｍ＋１）との平均値Ｘａｖを受光強度としてコントロ
ーラ６０へ送る。

【００１３】コントローラ６０は、発光指示信号の出力
から一定時間が経過した時点を送信時点として送信時点
から受信時点（重心ｉｐ）までの光伝搬時間を算定し、
既知の光伝搬速度（３×１０⁸ｍ／ｓ）を基に物体９ま
での距離Ｌを算出する。その際、複数回の送受信を行っ
た測定点については平均処理演算を行う。また、コント
ローラ６０は、メモリ６１を参照し、受信レベル検出部
５６からの受光強度Ｘａｖに応じて各測定点についての
測定回数を決める。メモリ６１は、予め受光強度範囲を
区分してレベル毎に設定された測定回数テーブルを記憶
している。複数回の測定を行う場合、測定値の標準偏差
は平均の母数である回数の平方根に反比例し、回数が多
くなればなるほど測定精度は高くなる。これを踏まえ
て、所望の精度を確保する上で必要な回数を実験または
シミュレーションにより求めてメモリ６１に書き込んで
おく。例えば表１のように４段階に区分し、最も強度の
大きいレベル４から最も強度の小さいレベル１まで回数
を設定する。必然的に低レベルほど回数は多い。

【００１４】

【表１】

【００１５】なお、装置構成は例示に限らない。例え
ば、検出した光伝搬時間または送受信の両時点をコンピ
ュータなどの外部装置へ出力し、距離演算を外部装置が
行う構成もある。

【００１６】以下、受信レベルの検出の実施時期につい
ての複数の例を説明する。図４は測定動作の第１例のフ
ローチャートである。この例では、投光方向を所定角度
ずつ偏向する一連の走査の期間中に、各測定点について
の１回目の送受信で測定と受信レベル検出とを行い、検
出結果がレベル１〜３の場合にはその走査位置で所定回
の送受信を繰り返して次の測定点に移り、検出結果がレ
ベル４の場合には２回目の送受信を行わずに次の測定点
に移る（＃１１〜＃１９）。

【００１７】図５測定動作の第２例のフローチャートで
ある。この例では、投光位置をある測定点から次の測定
点へ移す間に１回の送受信を行って受信レベルを検出
し、移動完了以前に移動先の測定点についての測定回数
を決める（＃２１〜＃２５）。移動が完了すれば、決定
している回数の測定を行い、投光位置を次の測定点へ移
す（＃２６〜＃３０）。この場合、図７のとおり、受信
レベルの検出対象位置ｐは、測定点ｑからみた走査方向
（図中の矢印）の上流側となり、測定点ｑとずれる。し
たがって、検出対象位置ｐができるだけ測定点ｑの近く
となるようにレベル検出のための送信タイミングを調整
するのが望ましい。

【００１８】図６測定動作の第３例のフローチャートで
ある。この例では、受信レベルを検出するためだけの走
査、すなわち予備走査を行い、本走査に先立って各測定
点についての測定回数を決めて回数マップＭ１（図９参
照）を作成しておく（＃３１〜＃３５）。そして、回数
マップＭ１を参照しながら各測定点について必要回数の
測定を行う（＃３６〜＃４０）。この場合、本走査と同
じ密度の予備走査を行うことも可能であるが、図８のよ
うに受信レベルの検出対象位置ｐの数を測定点ｑの数よ
り少なくすることにより、予備走査の所要時間を短縮す
るのが好ましい。図８では主走査方向および副走査方向
の双方とも予備走査の密度が本走査の１／２とされてお
り、１個の検出対象位置ｐの検出結果は図９のようにそ
の周囲の４個の測定点についての測定回数の設定に反映
される。

【００１９】以上の実施例によれば、複数回の測定が必
要な測定点のみについてそれを実行するので、全ての測
定点について一律に複数回の測定を行う場合よりも短い
時間で所定点数の３次元入力を終えることができる。測
定点が多いほど時間短縮効果は大きい。

【００２０】以上の実施例において、受信レベルの検出
をデジタルの受光データに代えてアナログの受光信号を
基に行ってもよい。受信時点を重心演算で求めればサン
プリング周期よりも短い時間単位の高精度の特定が可能
であるが、データ値が最大となるサンプリング時点また
は閾値を越えたサンプリング時点を受信時点として検出
してもよい。アナログ信号を基に受信時点を検出するこ
ともできる。

【００２１】走査の変形例としては、全ての測定点につ
いて１回ずつ一通り測定しかつ受信レベルを検出する１
回目の走査を行い、複数回の測定が必要な測定点につい
てのみ残りの回数の測定を行う２回目の走査を行うこと
も可能である。

【００２２】

【発明の効果】請求項１乃至請求項７の発明によれば、
測定条件に係わらず一定の精度を確保し、かつ測定の高
速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基本的な測距動作を示すフローチ
ャートである。

【図２】本発明に係る測距装置の構成図である。

【図３】受信処理に係る受光データの一例を示す図であ
る。

【図４】測定動作の第１例のフローチャートである。

【図５】測定動作の第２例のフローチャートである。

【図６】測定動作の第３例のフローチャートである。

【図７】受信レベルの検出対象位置と測定点との位置関
係の一例を示す図である。

【図８】予備走査の密度と本走査の密度との関係の一例
を示す図である。

【図９】回数マップのデータ内容の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１測距装置Ｑ物体Ｌ対象物体までの距離５６受信レベル検出部６０コントローラ１０光学走査系（走査機構）ｐ検出対象位置ｑ測定点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者八木史也大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA06 DD06 FF32 GG04 HH02 JJ01 LL13 MM16 NN17 PP22 QQ03 QQ23 QQ25 QQ42 UU07 2F112 AD01 BA05 CA12 DA40 EA09 FA03 FA29 5J084 AA05 AD01 AD03 BB21 CA03 CA23 CA32 DA01 EA01 EA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を投射して対象物体からの反射光を受光
することによって、対象物体までの距離を測定する測距
装置であって、反射光の受光強度レベルを検出する手段と、検出された受光強度レベルに応じて投受光の回数を決定
し、その回数だけ繰り返すように投受光を制御する手段
とを有したことを特徴とする測距装置。
【請求項２】受光強度レベルが低いほど投受光の回数を
多くする請求項１記載の測距装置。
【請求項３】複数回の投受光で得られたデータを基に、
平均処理演算を行って測定結果データを算出する請求項
１記載の測距装置。
【請求項４】対象物体までの距離情報として、光の投射
から受光までの時間を測定する請求項１記載の測距装
置。
【請求項５】光路を偏向する走査機構を備え、対応物体
上の複数の測定点のそれぞれについて投射から受光まで
の時間を測定する請求項１記載の測距装置。
【請求項６】光路を偏向しながら光を投射し、前記測定
点の近傍の位置で反射して戻った反射光の受光強度レベ
ルを検出し、その検出結果に基づいて各測定点について
の測定の回数を決める請求項５記載の測距装置。
【請求項７】対象物体における前記測定点よりも少ない
複数の位置のそれぞれについて、順に光を投射して反射
光の受光強度レベルを検出し、その検出結果に基づいて
各測定点について測定の回数を決めた後に、各測定点の
測定を行う請求項５記載の測距装置。