JP2008145290A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な機構で構成される測距装置を提供する。
【解決手段】測距装置１は、等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板１０と、透孔からの被検出体Ａ１の像を結像する画像センサ２０と、画像センサ２０からの出力信号に基づいて自己相関値を算出し、自己相関値のピーク間隔と遮光板１０から被検出体Ａ１までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、遮光板１０から被検出体Ａ１までの距離を算出する制御部３０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、簡易な構成で実現できる測距装置に関する。

対象物との距離を測定する測距装置は、アクティブ方式のものと、パッシブ方式のものが知られている。アクティブ方式とは、対象物に赤外線・超音波などを照射し、その反射波が戻るまでの時間や照射角度により距離を検出する方式である。パッシブ方式とは、レンズで捉えた画像を利用して測距を行う方式であり、特許文献１には、パッシブ方式の測距装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開平３−２７４７７号公報

しかし、アクティブ方式の測距装置では、対象物に赤外線・超音波などが届かない場合があり、このような場合には距離の測定ができなかった。また、パッシブ方式では、レンズを２組必要であるため、更なる構造の簡略化を図ることができなかった。

そこで、本発明の目的は、簡単な機構で構成される測距装置を提供することである。

上記目的は、等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサと、前記画像センサからの出力信号の空間周波数成分を算出する空間周波数演算処理手段と、前記空間周波数演算処理手段で算出された空間周波数成分と前記遮光板から被検出体までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたことを特徴とする測距装置によって達成できる。
この構成により、簡単な構成で被検出体までの距離を算出することができる。

また上記目的は、等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサと、前記画像センサからの出力信号に基づいて自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、前記自己相関値のピーク間隔と前記遮光板から被検出体までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたことを特徴とする測距装置によって達成できる。
この構成によっても、簡単な構成で被検出体までの距離を算出することができる。

また上記目的は、等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサと、前記画像センサからの出力信号に基づいて自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、前記画像センサから前記遮光板までの距離と前記透孔同士の間隔と前記自己相関値のピーク間隔とに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたことを特徴とする測距装置によって達成できる。
この構成によっても、簡単な構成で被検出体までの距離を算出することができる。

上記構成において、隣接する前記透孔同士との間隔が、前記透孔の幅よりも大きく形成されている、構成を採用できる。
このような構成により、画像センサ上で像が回折することを抑制できる。

上記構成において、前記自己相関値のピーク間隔は、算出された前記自己相関値のうち、最も高い自己相関値と次に高い自己相関値との間隔である、構成を採用できる。

上記目的は、等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサとを備えた測距装置の測距方法であって、前記画像センサからの出力信号の空間周波数成分を求める空間周波数演算処理ステップと、前記空間周波数演算処理ステップにおいて算出された前記空間周波数成分と前記遮光板から被検出体までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出ステップと、を有することを特徴とする測距装置の測距方法によっても達成できる。
この構成によっても、簡単な構成で被検出体までの距離を算出することができる。

上記目的は、等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサとを備えた測距装置の測距方法であって、前記画像センサからの出力信号に基づいて自己相関値を算出する自己相関値算出ステップと、前記自己相関値のピーク間隔と前記遮光板から被検出体までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出ステップと、を有することを特徴とする測距装置の測距方法によっても達成できる。
この構成によっても、簡単な構成で被検出体までの距離を算出することができる。

上記目的は、等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサとを備えた測距装置の測距方法であって、前記画像センサからの出力信号に基づいて自己相関値を算出する自己相関値算出ステップと、前記画像センサから前記遮光板までの距離と前記透孔同士の間隔と前記自己相関値のピーク間隔とに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出ステップと、を有することを特徴とする測距装置の測距方法によっても達成できる。
この構成によっても、簡単な構成で被検出体までの距離を算出することができる。

簡単な機構で構成される測距装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例を説明する。

図１は、本発明に係る測距装置の機能ブロック図である。
本発明に係る測距装置１は、被検出体Ａ１、遮光板１０、ラインセンサ２０、制御部３０などから構成される。

被検出体Ａ１は、測距装置１の測定対象であり、黒字の板の中央が白に塗られたものである。被検出体Ａ１は、遮光板１０に対して平行に配置され、遮光板１０と直交する方向に移動自在に設けられている。

遮光板１０は、複数の透孔が等間隔に直線状に設けられている。尚、透孔はラインセンサ２０に対してスリット状に形成されている。
各透孔は、隣接する他の透孔との距離は、透孔の開口径よりも大きく形成されている。透孔を通過した像が、ラインセンサ２０上で回折をすることを抑制するためである。

ラインセンサ２０は、図２に示すように遮光板１０と所定の間隔をおいて配置されている。ラインセンサ２０は、遮光板１０の透孔から入射した被検出体Ａ１の像を結像する。

制御部３０は、測距装置１全体の作動を制御するものであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などから構成される。また、制御部３０は、自己相関算出手段として機能し、ラインセンサ２０からの出力値に基づいて自己相関値を算出する。また制御部３０は距離算出手段として機能し、自己相関値のピーク間隔と遮光板１０から被検出体までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、遮光板１０から被検出体までの距離を算出する。詳しくは後述する。

尚、制御部３０で算出された、遮光板１０から被検出体までの距離は、本測距装置を採用する外部装置に出力される。

次に、本発明に係る測距装置の原理について説明する。
図２及び図３は、本発明に係る測距装置の原理を説明するための概念図である。

図２及び図３に示すように、測定対象である被検出体Ａ１からの光は、各透孔を通過して、ラインセンサ２０上に所定の像が結像される。ラインセンサ２０上に結像された像は、その光の強さのピークが所定の周期性を有して表れる。図２及び図３において矢印で指し示した箇所がラインセンサ２０においてのピークである。尚、図２及び図３には、一部の透孔を通過した被検出体Ａ１からの光のみを示しており、理解を容易にするために被検出体Ａ１を点で表している。

図２及び図３は、遮光板１０から被検出体Ａ１までの位置が異なる場合でのラインセンサ２０に結像される光のピーク位置を指し示している。図３は、図２に示した位置よりも被検出体Ａ１の位置が遮光板１０に近い場合を示している。図３に示すように、被検出体Ａ１がより遮光板１０に近い場合には、ラインセンサ２０上に結像された像は、図２に示した場合と異なる周期性を有する。即ち、図２よりも被検出体Ａ１の位置がラインセンサ２０に近い場合には、ラインセンサ２０上に結像される、隣り合う光のピークの間隔は広くなる。

制御部３０は、このラインセンサ２０からの出力値に基づいて空間周波数成分を算出する。本実施の形態では、空間周波数成分としてラインセンサ２０の各画素の出力値（Ａ（ｉ）{ｉ＝１〜Ｎ}、ｉはラインセンサ２０の一端からｉ番目の画素を示し、Ｎはラインセンサ２０の画素数を示す。）の自己相関値を算出する。この自己相関値から距離を特定する。これに限らず出力値Ａ（ｉ）のフーリエ変換によって空間周波数成分を求めてこれから距離を特定するようにしてもよい。自己相関値のピーク間隔は、ラインセンサ２０上に結像される光の間隔に対応する。
尚、図２及び図３は、あくまで本発明に係る測距装置の原理を模式的に表したものであり、このような構成に限定されない。

次に本発明の測距装置について詳細に説明する。
ラインセンサ２０は、画素数が２１６０ピクセルのものを採用している。
遮光板１０は、ラインセンサ２０と同じ大きさのものを採用している。ここで１ピクセルは、１４μｍであるので、遮光板１０及びラインセンサ２０の横幅の長さは、３０．２４ｍｍである。
また、遮光板１０とラインセンサ２０との距離は、７２０ピクセル相当（１０．０８ｍｍ）に設定する。
遮光板１０は、透孔が等間隔に８箇所形成されている。従って、透孔同士の間隔は、９０ピクセル相当（１．２６ｍｍ）である。
また被検出体Ａ１の白塗りの箇所は、１３５ピクセル相当（１．８９ｍｍ）の幅を有している。

図４は、遮光板１０までの被検出体Ａ１の距離を変えて、ラインセンサ２０の出力値を２値化したグラフである。横軸がラインセンサ２０の画素数を示しており、縦軸がラインセンサ２０の出力値を示している。
また、図４の上部に示されたグラフから順に、被検出体を遮光板１０から離した際のラインセンサ２０の出力値を示している。図４（ａ）から（ｄ）にかけて、被検出体を遮光板１０から徐々に離した場合のラインセンサ２０の出力値を示している。
図４に示すように、被検出体が離れれば離れるほど、ラインセンサ２０の各出力値の幅が狭くなる。即ち、透孔を通過する光の幅が狭くなることを示している。

図５は、制御部３０により算出された自己相関値をグラフ化したものである。横軸はラインセンサ２０の画素数に対応している。縦軸は自己相関値を示している。図５に示す自己相関値のグラフは、数値シミュレーションソフトのＭＡＴＬＡＢ（ザ マスワ―クス インコ―ポレ―テツドの登録商標）のｘｃｏｒｒ関数を用い、変数として各画素の出力値を用いて生成したものである。その横軸の出力列は、入力列(画素数)の長さの２倍から１を引いたものとなっている。図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に対応している。図５に示すように、遮光板１０からの被検出体Ａ１の距離が離れれば離れるほど、自己相関値のピーク間距離は小さくなる。

制御部３０は、算出した自己相関値うち、最もピークの値と次にピークの値とのピーク間距離を算出する。次に制御部３０は、遮光板１０からの被検出体の距離とピーク間距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、遮光板１０から被検出体までの距離を算出する。図６は、距離算出テーブルに基づいて、縦軸にピーク間距離、横軸に遮光板１０から被検出体までの距離として表したグラフである。横軸の距離は、画素数で示している。

このように自己相関値のピーク間隔と、遮光板１０から被検出体までの距離とが一定の関係を有しているため、遮光板１０から被検出体までの距離を算出できる。これにより、簡単な構成で距離を算出することが出来る。

次に、制御部３０が実行する距離算出処理について説明する。
図７は、制御部３０が実行する距離算出処理の一例を示したフローチャート図である。
制御部３０はラインセンサ２０からの出力値を算出し（ステップＳ１）、この出力値に基づいて自己相関値を算出する（ステップＳ２）。次に、算出した自己相関値のピーク間の距離を算出する（ステップＳ３）。制御部３０は、遮光板１０からの被検出体Ａ１の距離とピーク間距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、遮光板１０から被検出体Ａ１までの距離を算出する（ステップＳ４）。次に、被検出体Ａ１に関する距離情報を外部装置に出力する（ステップＳ５）。

以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

被検出体Ａ１は、遮光板１０に向けて照らす発光素子であってもよい。
また、本実施例に係る測距装置は、例えば操作機器に内蔵され、この操作機器に設けられている操作レバーの距離を算出することにより、操作レバーへの操作量を検出する場合に用いることができる。

また、制御部３０は、ラインセンサ２０から遮光板１０までの距離と、透孔同士の間隔と、自己相関値のピーク間隔とに基づいて、遮光板１０から被検出体Ａ１までの距離を算出してもよい。即ち、被検出体Ａ１からラインセンサ２０までの距離とラインセンサ２０上に結像された像のピーク間の距離とによる三角形と、被検出体Ａ１から遮光板１０までの距離と透孔同士の間隔とによる三角形は相似の関係にあるため、相似比により遮光板１０から被検出体Ａ１までの距離を算出することができる。

本発明に係る測距装置の機能ブロック図である。 本発明に係る測距装置の原理を説明するための概念図である。 本発明に係る測距装置の原理を説明するための概念図である。 ラインセンサの出力値をグラフ化したものである 制御部により算出された自己相関値をグラフ化したものである。 ピーク間距離とラインセンサから被検出体までの距離との関係を表したグラフである。 制御部が実行する距離算出処理の一例を示したフローチャート図である。

符号の説明

１ 測距装置
Ａ１ 被検出体
１０ 遮光板
２０ ラインセンサ
３０ 制御部

Claims (8)

1. 等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、
   前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサと、
   前記画像センサからの出力信号の空間周波数成分を算出する空間周波数演算処理手段と、
   前記空間周波数演算処理手段で算出された空間周波数成分と前記遮光板から被検出体までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたことを特徴とする測距装置。
2. 等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、
   前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサと、
   前記画像センサからの出力信号に基づいて自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、
   前記自己相関値のピーク間隔と前記遮光板から被検出体までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたことを特徴とする測距装置。
3. 等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、
   前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサと、
   前記画像センサからの出力信号に基づいて自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、
   前記画像センサから前記遮光板までの距離と前記透孔同士の間隔と前記自己相関値のピーク間隔とに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたことを特徴とする測距装置。
4. 隣接する前記透孔同士との間隔が、前記透孔の幅よりも大きく形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の測距装置。
5. 前記自己相関値のピーク間隔は、算出された前記自己相関値のうち、最も高い自己相関値と次に高い自己相関値との間隔である、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の測距装置。
6. 等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、
   前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサとを備えた測距装置の測距方法であって、
   前記画像センサからの出力信号の空間周波数成分を求める空間周波数演算処理ステップと、
   前記空間周波数演算処理ステップにおいて算出された前記空間周波数成分と前記遮光板から被検出体までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出ステップと、を有することを特徴とする測距装置の測距方法。
7. 等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、
   前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサとを備えた測距装置の測距方法であって、
   前記画像センサからの出力信号に基づいて自己相関値を算出する自己相関値算出ステップと、
   前記自己相関値のピーク間隔と前記遮光板から被検出体までの距離とが関連付けられた距離算出テーブルに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出ステップと、を有することを特徴とする測距装置の測距方法。
8. 等間隔に並ぶ複数の透孔を有する遮光板と、
   前記透孔からの被検出体の像を結像する画像センサとを備えた測距装置の測距方法であって、
   前記画像センサからの出力信号に基づいて自己相関値を算出する自己相関値算出ステップと、
   前記画像センサから前記遮光板までの距離と前記透孔同士の間隔と前記自己相関値のピーク間隔とに基づいて、前記遮光板から被検出体までの距離を算出する距離算出ステップと、を有することを特徴とする測距装置の測距方法。
   
   

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