JP2718222B2 - 距離測定方法、その装置および相対位置測定装置 - Google Patents

距離測定方法、その装置および相対位置測定装置

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JP2718222B2 JP1306142A JP30614289A JP2718222B2 JP 2718222 B2 JP2718222 B2 JP 2718222B2 JP 1306142 A JP1306142 A JP 1306142A JP 30614289 A JP30614289 A JP 30614289A JP 2718222 B2 JP2718222 B2 JP 2718222B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は距離測定方法、その装置および相対位置測
定装置に関し、ｍ−系列符号に代表される疑似ノイズを
用いて測定対象物までの距離を測定するための方法、そ
の装置および機器に対する操作者の相対位置を測定する
ための装置に関する。＜従来の技術、および発明が解決
しようとする課題＞ 従来から疑似ノイズの一種であるｍ−系列符号を用い
て測定対象物までの距離を測定できることが知られてい
る。
第11図は従来の距離測定装置の構成を概略的に示すブ
ロック図であり、搬送波発振器から出力される搬送波信
号を平衡変調器に供給するとともに、ｍ−系列符号発生
器から出力されるｍ−系列符号をも平衡変調器に供給し
て搬送波をｍ−系列符号により変調し、トランスデュー
サにより測定対象物に向かって変調信号を放射する。そ
して、測定対象物により反射された変調信号をレシーバ
により受信し、可変遅延器を通してｍ−系列符号が供給
されている平衡ミキサに受信信号を供給することにより
測定対象物のインパルス応答を得、このインパルス応答
を同期検出器を通して距離計数器に供給するとともに、
可変遅延器を通したｍ−系列符号および可変遅延器を通
さないｍ−系列符号を距離計数器に供給することにより
測定対象物までの距離を測定するようにしている。
即ち、この装置においては、基準となるｍ−系列符号
を測定対象物に放射し、測定対象物により反射されたｍ
−系列符号に対して、基準となるｍ−系列符号を１ビッ
トずつ順次シフトさせたｍ−系列符号との相互相関を
得、相互相関値の最大値が得られるシフト量のｍ−系列
符号に基づいてｍ−系列符号の伝播時間を得ることがで
きる。そして、得られた伝播時間および既知の波動伝播
速度に基づいて測定対象物までの距離を測定することが
できる。
また、ｍ−系列符号は自己相関特性が著しく高いので
あるから、放射するｍ−系列符号の強度を大きくしなく
てもノイズの影響を効果的に排除して著しく高精度の距
離測定を行なうことができる。特に、ｍ−系列符号は簡
単に符号長を長くすることができ、しかも符号長を長く
すればするほどノイズの影響を排除できるので、所望の
距離測定精度を達成することができる。即ち、距離分解
能でΔｌは、波動伝播速度をCm/sec、符号長をＬビッ
ト、符号の１周期をTsecとすれば、 Δｌ≦CT/L （ｍ） となるので、Ｌを大きくすることにより距離分解能を小
さくすることができる。
しかし、相互相関値の最大値を検出しなければならな
いのであるから、符号長に対応する種類のシフトされた
ｍ−系列符号との相互相関値を算出することが必須とな
り、距離測定を行なうのに必要な時間が著しく長くなっ
てしまうという不都合がある。そして、この不都合は、
距離測定精度を高めれば高めるほど顕著になってしま
う。
このような不都合を解消させようとすれば、符号長に
対応する種類のシフトされたｍ−系列符号のそれぞれに
基づいて相互相関値を得るための相関器を準備しておけ
ばよいが、相関器の数が著しく増加してしまい、距離測
定装置が著しく大型化してしまうという不都合を生じる
ことになる。
また、何れの場合においても、多重反射を伴なうよう
な環境下においては、相互相関値の最大値が各反射経路
毎に検出されることになるので、測定対象物までの距離
を正確に測定することが著しく困難になってしまうとい
う不都合もある。
従来から３次元グラフィックス表示装置においては、
表示図形に存在感をもたせるために立体視を行なわせる
ようにしているが、立体視だけ十分な存在感をもたせる
ことができるという保証がなく、操作者の画面に対する
相対位置を検出し、検出位置に基づいて視線方向を得、
視線方向に対応して表示図形の透視等を変えることが要
求される。
このような要求を満足させるための方法として３次元
グラフィックス表示装置の互に異なる箇所において超音
波によるパルス・エコー法に基づく距離測定を行ない、
複数の距離測定結果に基づいて操作者の相対位置を測定
する方法が考えられる。
しかし、超音波によるパルス・エコー法に基づく距離
測定を行なう場合には、オフィス・オートメーション機
器（以下、OA機器と略称する）が発する騒音に起因する
誤動作を生じる可能性があること、音声入力インターフ
ェースが誤動作する可能性があること、距離測定の有効
範囲をグラフィックス表示装置の近傍のみに限定するこ
とができず、多重反射等の影響を受けて誤動作を生じる
可能性があること、同一方式のインターフェースとの干
渉を回避できないこと等の不都合が生じ、この結果、グ
ラフィックス表示装置に対する操作者の相対位置を正確
に測定することが殆ど不可能になってしまうという問題
がある。
このような問題を解消させるために、搬送波をｍ−系
列符号で変調して放射し、グラフィックス表示装置側に
おいて受信信号を復調することが考えられる。しかし、
受信側において相互相関値の最大値を検出しなければな
らないのであるから、符号長に対応する種類のシフトさ
れたｍ−系列符号との相互相関値を算出することが必須
となり、距離測定を号なうのに必要な時間が著しく長く
なってしまうという不都合がある。そして、この不都合
は、距離測定精度を高めれば高めるほど顕著になってし
まい、グラフィックス表示装置における表示の高速性を
大幅に損なうことになってしまう。
このような不都合を解消させようとすれば、符号長に
対応する種類のシフトされたｍ−系列符号のそれぞれに
基づいて相互相関値を得るための相関器を準備しておけ
ばよいが、相関器の数が著しく増加してしまい、距離測
定を行なうための装置が著しく大型化してしまうという
不都合を生じることになる。
また、何れの場合においても、一般器にグラフィック
ス表示装置は多重反射を伴ない易い環境下に設置されて
いるのであるから、相互相関値の最大値が各反射経路毎
に検出されることになり、測定対象物までの距離を正確
に測定することが著しく困難になってしまう。
したがって、現状においては、操作者の相対位置（画
面を見る方向等）を自動的に測定し、測定結果に基づい
て視線方向を算出し、算出された視線方向に応じて表示
図形の透視等を変えることは全く行なわれていない。
また、グラフィックス表示装置以外の機器において
も、操作者の相対位置を検出して相対位置に基づく制御
等を行なうことが好ましい機器であれば、同様の不都合
を生じることになる。
＜発明の目的＞ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであ
り、構成を複雑化することなく、しかも著しく短時間で
測定対象物までの距離を測定することができ、さらに、
多重反射の影響を簡単に排除できる新規な距離測定方法
およびその装置を提供することを目的としている。
また、この発明は、構成を複雑化することなく、しか
も著しく短時間で機器に対する操作者の相対位置を正確
に測定することができる新規な相対位置測定装置を提供
することを他の目的としている。
＜課題を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための、この発明の距離測定方
法は、自己相関特性が強い疑似ノイズを測定対象物に向
かって放射し、測定対象物により反射された疑似ノイズ
を受信し、疑似ノイズに互に異なる係数を畳み込んでな
る畳み込みノイズとの対応するビットどうしの積を加算
して相互相関値を得、得られた相互相関値に基づいて距
離を測定する方法である。
但し、疑似ノイズがｍ−系列符号であり、畳み込みノ
イズが、ｍ−系列符号に測定期待値を係数として畳み込
んでなるものであることが一層好ましい。
この場合において、測定期待値が測定許容範囲内にお
いてのみ単調に変化する０以外の値であり、他の範囲に
おいて０であることが好ましい。
上記の目的を達成するための、この発明の距離測定装
置は、搬送波に対してｍ−系列符号に基づく変調を施し
て測定対象物に向かって放射する送信手段と、測定対象
物により反射された信号を受信して距離を得る受信手段
とを有し、上記受信手段が、送信手段におけるｍ−系列
符号と等しいｍ−系列符号に対してビット・シフト毎に
異なる測定期待値を畳み込んでなる畳み込み符号を出力
する畳み込み符号出力手段と、受信したｍ−系列符号と
畳み込み符号との対応するビットどうしの積を加算して
相互相関値を得る相関手段と、相互相関値に基づいて距
離を算出する距離算出手段とを含んでいる。
但し、畳み込み符号出力手段としては、測定許容範囲
内においてのみ単調に変化する０以外の値であり、他の
範囲において０である測定期待値を畳み込んでなる畳み
込み符号を出力するものであることが好ましい。
また、この発明の相対位置測定装置は、機器の操作者
に装着される疑似ノイズ放射源と、機器の互に離れた所
定箇所に装着された疑似ノイズ受信手段と、複数の疑似
ノイズ受信手段から出力される距離に基づいて操作者の
相対位置を算出する相対位置算出手段とを有し、疑似ノ
イズ受信手段が、放射される疑似ノイズと等しい疑似ノ
イズに対してビット・シフト毎に異なる測定期待値を畳
み込んでなる畳み込み符号を出力する畳み込み符号出力
手段と、受信した疑似ノイズと畳み込み符号との対応す
るビットどうしの積を加算して相互相関値を得る相関手
段と、相互相関値に基づいて距離を算出する距離算出手
段とを含んでいる。
但し、疑似ノイズ放射源がｍ−系列音源であり、機器
が３次元グラフィックス表示装置であり、３次元グラフ
ィックス表示装置が、算出された相対位置に基づいて視
線方向を設定するものであることが好ましい。
そして、畳み込み符号出力手段としては、測定許容範
囲内においてのみ単調に変化する０以外の値であり、他
の範囲において０である測定期待値を畳み込んでなる畳
み込み符号を出力するものであることが好ましい。
＜作用＞ 以上の距離測定方法であれば、自己相関特性が強い疑
似ノイズを測定対象物に向かって放射し、測定対象物に
より反射された疑似ノイズを受信し、相互相関値を得る
場合に、畳み込みノイズとの対応するビットどうしの積
を加算して相互相関値を得るようにしているので、伝播
距離に対応するシフト量の疑似ノイズに基づいて最も大
きな相互相関値が得られる。そして、この相互相関値
は、シフトされた疑似ノイズ毎に予め所定の係数が畳み
込まれているのであるから、得られた相互相関値に基づ
いて係数、即ち、該当する疑似ノイズのシフト量を求め
ることができる。この結果、求められたシフト量に基づ
いて測定対象物までの距離を測定することができる。
第２の発明の距離測定方法であれば、疑似ノイズを簡
単に生成することができ、生成された疑似ノイズに基づ
いて簡単に、かつ短時間で測定対象物までの距離を測定
することができる。
第３の発明の距離測定方法であれば、測定対象物が測
定許容範囲内に存在する場合には０以外の相互相関値が
得られ、逆に、測定許容範囲外に存在する場合には相互
相関値が０になる。したがって、多重反射等が生じる環
境下において測定対象物までの距離を測定する場合に、
測定許容範囲を適正に定めることにより多重反射等に基
づく測定誤差を確実に解消することができる。
以上の構成の距離測定装置であれば、搬送波に対して
ｍ−系列符号に基づく変調を施して測定対象物に向かっ
て放射し、測定対象物により反射された信号を受信して
距離を得る場合において、送信手段におけるｍ−系列符
号と等しいｍ−系列符号に対してビット・シフト毎に異
なる測定期待値を畳み込んでなる畳み込み符号と受信し
たｍ−系列符号との対応するビットどうしの積を加算し
て相互相関値を得るのであるから、得られた相互相関値
に基づいてどの測定期待値が畳み込まれたｍ−系列符号
との相互相関値が最大になったのかを検出できる。この
結果、該当する測定期待値が畳み込まれたｍ−系列符号
のビット・シフト量に基づいて測定対象物までの距離を
正確に、かつ短時間で測定することができる。
第５の発明の距離測定装置であれば、測定対象物が測
定許容範囲内に存在する場合には０以外の相互相関値が
得られ、逆に、測定許容範囲外に存在する場合には相互
相関値が０になる。したがって、多重反射等が生じる環
境下において測定対象物までの距離を測定する場合に、
測定許容範囲を適正に定めることにより多重反射等に基
づく測定誤差を確実に解消することができる。
以上の構成の相対位置測定方法であれば、機器の操作
者に装着された疑似ノイズ放射源から放射される疑似ノ
イズを、機器の互に離れた所定箇所に装着された疑似ノ
イズ受信手段により受信する。各疑似ノイズ受信手段に
おいては、畳み込み符号出力手段から出力される畳み込
み符号と受信した疑似ノイズとに基づいて相互相関手段
により相互相関値を得、距離算出手段により距離を算出
する。具体的には、自己相関特性が強い疑似ノイズを受
信し、相互相関値を得る場合に、畳み込みノイズとの対
応するビットどうしの積を加算して相互相関値を得るよ
うにしているので、伝播距離に対応するシフト量の疑似
ノイズに対して最も大きな相互相関値が得られる。そし
て、この相互相関値は、シフトされた疑似ノイズ毎に予
め所定の係数が畳み込まれているのであるから、得られ
た相互相関値に基づいて係数、即ち、該当する疑似ノイ
ズのシフト量を求めることができる。この結果、求めら
れたシフト量に基づいて操作者までの距離を測定するこ
とができる。
そして、全ての疑似ノイズ受信手段から出力される距
離に基づいて相対位置算出手段により操作者の相対位置
を算出することができる。したがって、機器において
は、算出された相対位置に基づいて、予め設定されてい
る処理を行なうことができる。
第７の発明の相対位置測定方法であれば、音波をｍ−
系列符号で変調することにより簡単に疑似ノイズを得る
ことができる。そして、得られた疑似ノイズに基づいて
操作者の相対位置を算出し、算出結果に基づいて視線方
向を設定することにより、表示図形の透視等を視線方向
に応じて変えることができる。
第８の発明の相対位置測定装置であれば、操作者が測
定許容範囲内に位置する場合には０以外の相互相関値が
得られ、逆に、測定許容範囲外に位置する場合には相互
相関値が０になる。したがって、多重反射等が生じる環
境下において操作者の相対位置を測定する場合に、測定
許容範囲を適正に定めることにより多重反射等に基づく
測定誤差を確実に解消して正確な相対位置の測定を行な
うことができる。
但し、ｍ−系列符号以外の疑似ノイズであっても、自
己相関特性が強いものであれば採用することが可能であ
る。
さらに詳細に説明すると、ｍ−系列符号とは、ある長
さの段数を有するシフト・レジスタ、または遅延素子に
より構成される帰還型符号発生器で発生できる符号のう
ち最も長い符号系列であり、最大周期系列または最長系
列とも呼ばれている。このｍ−系列符号はｊ進符号の形
をとり得るが、２進符号を例にとれば、 系列の１周期での“1"の出現回数と“0"の出現回数
とは１ビットの差しかない。即ち、2n−１ビット長のｍ
−系列符号であれば、“1"の出現回数が2n-1回であり、
“0"の出現回数が2n-1−１回である。具体的には、ｎ＝
３の場合を考えれば、“1011100"のように“1"の出現回
数が１回だけ多くなる。
“0"“1"の統計的分布を一定である。そして、連な
りの相対的位置は符号系列毎に異なるが、各長さの連な
りの出現回数は同じ長さの系列では一定である。
ｍ−系列符号の自己相関は、０ビット・シフトに対
しては2n−１（系列長と等しい）であり、０±１の範囲
のビット・シフト部分を除いて−１である（これらは一
致している部分の個数をカウントすることにより得られ
る）。そして、０±１の範囲のビット・シフト部分では
自己相関値は−１から2n−１まで直線的に変化する。
（第12図参照） ｍ−系列符号の位相をシフトしたものと元の系列符
号との２を法とする和は、元の系列符号を別の大きさだ
けシフトしたものとなる。
ｎ段発生器のとり得る内部状態の全てが符号系列の
１周期中のあるクロック時刻に出現する。即ち、各状態
は１回だけ、かつ１クロック時間だけ出現する。
という性質を有していることが知られている。即ち、ノ
イズとは自己相関特性が強く、少しでも位相がずれると
相関値が殆ど無視し得る値になることが知られている
が、上記ｍ−系列符号も、符号長が長くなればなるほど
上記の性質に近づいてゆくので、疑似ノイズとして使用
される。
そして、このｍ−系列符号を測定対象物に放射し、測
定対象物により反射されたｍ−系列符号を受信すれば、
元のｍ−系列符号と受信されたｍ−系列符号とは伝播距
離（測定対象物までの距離の２倍）に対応するビット数
だけシフトした状態である。したがって、等しいビット
数だけシフトされたｍ−系列符号との相互相関をとるこ
とにより最大の相互相関値が得られる。
ところで、従来はこのシフト量を求めるために、１ビ
ットずつ順次シフトされた複数のｍ−系列符号に基づい
て相互相関値を算出し、最大の相互相関値が得られるシ
フト量を検出するようにしていたため、相互相関値算出
回路をシフトされたｍ−系列符号の種類に対応して設け
るか、またはシフトされたｍ−系列符号毎に相互相関値
算出動作を順次行なうようにしていた。
一方、本件発明者はｍ−系列符号に代表される疑似ノ
イズについて鋭意研究を重ねた結果、例えば、ｍ−系列
符号については、符号“0"を“−1"に置換し、同一のｍ
−系列符号の互に位相が異なるものを複数個加算して得
られた符号と元の符号との相互相関が個々のｍ−系列符
号と基準ｍ−系列符号との相互相関の和に等しくなるこ
とを見出し、この知見に基づいて本件発明を完成させた
のである。即ち、例えば、第10図A1に示す基準ｍ−系列
符号（ビット長が23−１の符号“1011100"）を例にとれ
ば、＋１ビット、＋２ビット、＋４ビットだけ位相シフ
トさせたｍ−系列符号はそれぞれ“0101110"“0010111"
“1100101"（第10図B1,C1,D1参照）になり、＋１ビッ
ト、＋２ビット、＋４ビットだけ位相シフトさせたｍ−
系列符号を全て加算して得られる符号は第10図E1に示す
状態になる。そして、基準ｍ−系列符号を測定対象物に
放射し、測定対象物から反射されてきたｍ−系列符号と
第10図E1に示す符号との相互相関を算出すれば、反射さ
れてきたｍ−系列符号と基準ｍ−系列符号との位相シフ
トに対応する位置にピークが得られる。即ち、反射され
てきたｍ−系列符号と基準ｍ−系列符号との位相シフト
が＋１ビット、＋２ビット、または＋４ビットである場
合に、＋１ビット、＋２ビット、または＋４ビットだけ
位相シフトした位置にピークが得られる。そして、＋１
ビットだけ位相シフトした位置に得られるピーク、＋２
ビットだけ位相シフトした位置に得られるピーク、＋４
ビットだけ位相シフトした位置に得られるピークは、互
いに同じ値である。
しかし、＋１ビット、＋２ビット、＋４ビットだけ位
相シフトさせたｍ−系列符号にそれぞれ互に異なる係数
（例えば、後述する測定期待値に対応するもの）を畳み
込んでおけば、上記相互相関のピークの値は該当するビ
ットだけ位相シフトさせたｍ−系列符号に対する係数の
みに対応して変化する。
尚、第10図A2は基準ｍ−系列符号の自己相関値、第10
図B2〜D2は、位相シフトが＋１ビット、＋２ビット、＋
４ビットのｍ−系列符号と基準ｍ−系列符号との相互相
関値を示す波形である。
本件発明は上記の知見に基づいて完成されたものであ
り、受信されたｍ−系列符号との相互相関をとる系列符
号として、送信されたｍ−系列符号が受信されるまでの
所要時間の長短に対応させるべく順次１ビットずつシフ
トされたｍ−系列符号を採用するとともに、これらのｍ
−系列符号にそれぞれ互いに異なる測定期待値を畳み込
んだものを用いているので、受信されたｍ−系列符号の
ビット・シフト量（送信されたｍ−系列符号が受信され
るまでの所要時間に対応するビット・シフト量）と等し
いビット数だけシフトされたｍ−系列符号との相互相関
（対応するビットどうしの積を加算して得られる値）が
最大になり、しかも得られた最大の相互相関値は測定期
待値が畳み込まれている関係上、相互相関値に基づいて
どの測定期待値が畳み込まれたｍ−系列符号に基づいて
最大の相互相関値が得られたかを検出できる。したがっ
て、１回相互相関値を算出するだけでよく、所要時間を
著しく短縮できるとともに、相互相関値算出回路が１回
路のみでよいから、構成を著しく簡素化できる。
＜実施例＞ 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明す
る。
第１図はこの発明の距離測定装置の一実施例を示すブ
ロック図であり、送信側においては、搬送波発振器（6
1）から出力される搬送波信号を平衡変調器（62）に供
給するとともに、ｍ−系列符号発生器（63）から出力さ
れる基準ｍ−系列符号をも平衡変調器（62）に供給して
搬送波を基準ｍ−系列符号により変調し、トランスデュ
ーサ（64）により測定対象物に向かって変調信号を放射
する。また、受信側においては、測定対象物から反射さ
れた変調信号をレシーバ（65）により受信し、可変遅延
器（66）を通してｍ−系列符号が供給されている平衡ミ
キサ（67）に受信信号を供給して測定対象物のインパル
ス応答を得、このインパルス応答を同期検出器（68）を
通して相互相関器（２）に供給し、測定対象物までの距
離に対応する相互相関値を得るようにしている。そし
て、単なるｍ−系列符号ではなく、符号長が2n−１ビッ
トの基準ｍ−系列符号ｍ（ｔ）を順次１ビットずつシフ
トされたｍ−系列符号にそれぞれ互に異なる測定期待値
Wj（ｊ＝0,1,…2n−２）を畳み込んでなる系列符号（以
下、測距符号という）Ｃ（ｔ） Ｃ（ｔ）＝ΣWj・ｍ（ｔ＋ｊΔＴ） を生成する測距符号発生器（１）を有し、未知の位相シ
フト量のｍ−系列符号ｍ（ｔ＋ｘΔＴ）と測距符号Ｃ
（ｔ）との相互相関値を上記相互相関器（２）により算
出するようにしている。さらに、得られた相互相関値に
オフセット補正を施すオフセット補正回路（３）をも有
している。但し、“0"レベルを確定するために、測定期
待値W0＝０に設定してある。
第２図は測距符号発生器の構成の一例を示すブロック
図であり、ｍ＝（2n−２）個の測定期待値Wm,…W2,W1を
それぞれ乗算器（11m）…（112）（111）および加算器
（12m）……（122）（121）を介してパイプライン・レ
ジスタを構成するレジスタ（13m）…（132）（131）に
供給している。そして、上記乗算器（111）（112）…
（11m）には、ｍ−系列符号は系列符号発生器（14）か
ら出力される基準ｍ−系列符号が供給されている。ま
た、パイプライン・レジスタを構成する各レジスタの内
容は次段の加算器に供給されて、位相シフトが施された
状態での加算を行なうようにしている。尚、最も前段の
加算器（121）には測定期待値W0に相当する“0"が供給
されており、最も後段のレジスタ（13m）の内容がデー
タ・バスに送出される。
したがって、この実施例においては、全ての測定期待
値Wm,…W2,W1に対して基準ｍ−系列符号に基づく変調を
施すことになるが、それぞれパイプライン・レジスタを
構成するレジスタ（131）（132）…（13m）を通して次
段の加算器に供給されるのであるからｍ−系列符号の１
ビットずつずれたタイミングで加算されることになり、
最終的に測距符号Ｃ（ｔ）が得られる。そして、ｍ−系
列符号のビット長が長くなっても、乗算器、加算器およ
びパイプライン・レジスタを構成するレジスタの個数が
増加するだけであるから、構成が特に複雑化するという
不都合はない。また、測定期待値Wjの個数を増加させな
いのであれば、装置の回路規模を変化させなくてもよ
い。
以上の構成の距離測定装置において、未知のシフト量
のｍ−系列符号ｍ（ｔ＋ｘΔＴ）が受信されれば、ｘ−
１＜ｊ＜ｘ＋１を満足するｊビット・シフトのｍ−系列
符号との相互相関値が最大値として得られ、相互相関器
（２）から出力される。但し、この相互相関値自体はそ
のままでは距離に対応する値になっていないので、オフ
セット補正回路（３）により補正し、必要に応じて距離
に変換する処理を施すことにより、距離に対応する値を
得ることができる。以上の説明から明らかなように、測
定期待値Wjは任意に設定することが可能である。
＜実施例２＞ 第３図は測定可能範囲を設定する場合を説明する図で
あり、同図（Ａ）は測定期待値Wjを、同図（Ｂ）は測距
符号とｍ−系列符号との相互相関関数を、それぞれ示し
ている。
測定期待値Wjは、第３図（Ａ）に示すように、０≦ｊ
≦2n−２の範囲において設定されているのであるが、具
体的な値としては、ｊ＝k1においてWk1＝１であり、ｊ
＝k2においてWk2＝０なるように直線的に変化する値が
設定されているとともに、残余の範囲においてWj＝０に
設定されている。
したがって、測距符号とｍ−系列符号との相互相関関
数ψは、ｊ＝k1においてψ＝2n−（k2−k1）/2であり、
ｊ＝k2においてψ＝−（k2−k1）/2であり、しかもk1≦
ｊ≦k2の範囲においてψが直線的に変化し、ｊ≦k1−１
およびk2≦ｊの範囲においてψ＝−（k2−k1）/2であ
る。
以上の測距符号Ｃ（ｔ）を用いて距離測定を行なう場
合には、測定対象物がk1≦ｊ＜k2の範囲内に存在する場
合にのみ−（k2−k1）/2よりも大きい相互相関値が得ら
れる。したがって、第３図（Ｃ）に示すように、ψ＝−
（k2−k1）/2の場合における距離ＤをDk2＝CTk1/l、ψ
＝2n−（k2−k1）/2の場合における距離ＤをDk1＝CTk2/
l（但し、ｌ＝ΣWj）とすべくオフセット補正を施すこ
とにより測定対象物までの距離を測定することができ
る。即ち、測定期待値Wjをこの実施例のように設定して
おけば、単にオフセット補正を施すだけで距離を測定す
ることができる。
この実施例においては、CTk1/l≦Ｄ≦Dk1＝CTk2/lの
範囲内においてのみ距離測定が可能であることから、こ
の範囲内に入らない障害物、多重反射の影響等を確実に
排除することができ、正確な距離測定を行なうことがで
きる。
＜実施例３＞ 第４図はこの発明の距離測定装置の他の実施例の受信
部の要部を示すブロック図であり、第１図の実施例と異
なる点は、測距符号発生器（１）と相互相関器との間に
セレクタ（４）を介在させ、系列符号発生器（５）から
出力される所望のビット・シフト量のｍ−系列符号と測
距符号とを選択的に相互相関器（２）に供給する点のみ
である。
第５図は系列符号発生器（５）の構成を示すブロック
図であり、ｊ個のシフト・レジスタ（511）（512）…
（51j）を直列接続しているとともに、出力段のシフト
・レジスタからの出力および所定段のシフト・レジスタ
の出力に基づく排他的論理和演算結果を入力段のシフト
・レジスタに供給している。そして、シフト・レジスタ
（51j）からの出力をｍ段の遅延シフト・レジスタ（5
2）に供給し、セレクタ（53）によりシフト・レジスタ
（52）の所望段からの信号を取出すようにしている。但
し、シフト・レジスタの段数ｊは、2j−１≧ｍとなる値
であり、しかも2j−１回の周期で同一のビット・パター
ンが繰返すように所定段が設定されている。そして、図
示していないが、セレクタ（53）から出力される２値デ
ータのうち、“0"レベルを“−1"レベルに変換するため
の変換回路が設けられている。具体的には、シフト・レ
ジスタ（511）（512）…（51j）が７段であればｍ−系
列符号のビット長が127ビットになる。
したがって、この実施例の場合には、先ず、上記実施
例と同様に測距符号Ｃ（ｔ）に基づく距離測定を行な
い、次いで、測定された距離に基づいて該当するビット
・シフト量のｍ−系列符号を出力すべくセレクタ（53）
を制御することにより相互相関値を算出することによ
り、距離測定精度を高めることができる。
尚、実施例1,2,3において、例えば、乱数、バロワ系
列符号等、ｍ−系列符号以外の疑似ノイズであって自己
相関特性が強いものを用いて距離測定を行なうことが可
能であるほか、任意のビット長の疑似ノイズを採用する
ことが可能であり、その他、この発明の要旨を変更しな
い範囲内において種々の設計変更を施すことが可能であ
る。
＜実施例４＞ 第８図はこの発明の相対位置測定装置が装着されたグ
ラフィックス表示装置を示す概略斜視図であり、立体視
用の眼鏡、フィルタ用の眼鏡等（以下、単に眼鏡と称す
る）（８）の所定位置に疑似ノイズ送波器（81）が装着
されているとともに、CRTディスプレイ装置（９）の両
端所定位置に疑似ノイズ受信部（７）が装着されてい
る。そして、上記疑似ノイズ送波器（81）としては、例
えば、疑似ノイズとしてのｍ−系列符号に基づいて２相
変調を施した超音波を放射するものが使用される。尚、
両疑似ノイズ受信部（７）同士の距離がｄに設定されて
おり、各疑似ノイズ受信部（７）と疑似ノイズ送波器
（81）との距離をそれぞれl1,l2で示している。
第６図はこの発明の相対位置測定位置の一実施例の受
信側の要部を示すブロック図であり、符号長が2n−１ビ
ットの基準ｍ−系列符号ｍ（ｔ）を順次１ビットずつシ
フトされたｍ−系列符号にそれぞれ互に異なる測定期待
値Wj（ｊ＝0,1,…2n−２）を畳み込んでなる系列符号
（以下、測距符号という）Ｃ（ｔ） Ｃ（ｔ）＝ΣWj m（ｔ＋ｊΔＴ） を生成する測距符号発生器（71）と、未知の位相シフト
量のｍ−系列符号ｍ（ｔ＋ｘΔＴ）と測距符号Ｃ（ｔ）
との相互相関値を算出する相互相関器（72）と、得られ
た相互相関値にオスセット補正を施すオフセット補正回
路（73）とを各疑似ノイズ受信部（７）毎に有している
とともに、全ての疑似ノイズ受信部（７）のオフセット
補正回路（73）から出力される距離測定信号を入力とし
て相対位置を算出する相対位置算出部（74）を有してい
る。但し、“0"レベルを確定するために、測定期待値W0
＝０に設定してある。
以上の構成の相対位置測定装置において、未知のシフ
ト量のｍ−系列符号ｍ（ｔ＋ｘΔＴ）が受信されれば、
ｘ−１＜ｊ＜ｘ＋１を満足するｊビット・シフトのｍ−
系列符号との相互相関値が最大値として得られ、相互相
関器（72）から出力される。但し、この相互相関値自在
はそのままでは距離に対応する値になっていないので、
オフセット補正回路（73）により補正し、必要に応じて
距離に変換する処理を施すことにより、距離に対応する
値を得ることができる。
そして、オフセット補正回路（73）から出力される値
は相対位置算出部（74）に供給される。この相対位置算
出部（74）においては、例えば、予め第７図に示すCRT
ディスプレイ装置（９）と眼鏡（８）に装着された疑似
ノイズ送波器（81）との相対位置および所定の定数（例
えば、両疑似ノイズ受信部（７）同士の距離ｄ等）が設
定されているのであるから、上記値に基づいて操作者の
相対位置を算出できる。この場合において、OA機器が発
する騒音に起因する誤動作は確実に排除でき、音声入力
インターフェースの誤動作および同一方式のインターフ
ェースとの干渉をも確実に排除でき、相対位置測定精度
を高めることができる。
また、グラフィックス表示装置においては、算出され
た相対位置に基づいて操作者の視線方向を算出し、算出
された視線方向に応じて表示図形の透視等を変え、優れ
た立体表示を達成することができる。
以上の説明から明らかなように、測定期待値Wjは任意
に設定することが可能である。
また、測定可能範囲のうち、所望の範囲に対してのみ
０以外の測定期待値Wjを設定することにより測定可能範
囲を定めることが可能であり、この場合には、相対位置
算出の基礎となる距離測定可能範囲をCRTディスプレイ
装置（９）の周辺のみに限定して相対位置の測定精度を
高めることができる。
＜実施例５＞ 第９図はこの発明の相対位置測定装置の他の実施例の
受信部の要部を示すブロック図であり、第６図の実施例
と異なる点は、測距符号発生器（71）と相互相関器（7
2）との間にセレクタ（75）を介在させ、系列符号発生
器（76）から出力される所望のビット・シフト量のｍ−
系列符号と測距符号とを選択的に相互相関器（72）に供
給する点のみである。
したがって、この実施例の場合には、先ず、上記実施
例と同様に測距符号Ｃ（ｔ）に基づく相対位置測定を行
ない、次いで、測定された距離に基づいて該当するビッ
ト・シフト量のｍ−系列符号を出力すべくセレクタ（7
5）を制御して相互相関値を算出することにより、距離
測定精度を高めることができ、ひいては相対位置測定精
度を高めることができる。
尚、実施例4,5において、例えば、疑似ノイズ受信部
（７）を３箇所以上に装着することにより３次元的に相
対位置を測定することが可能であるほか、乱数、バロワ
系列符号等、ｍ系列符号以外の疑似ノイズであって自己
相関特性が強いものを用いて相対位置測定を行なうこと
が可能であり、さらに、任意のビット長の疑似ノイズを
採用することが可能であるほか、産業用ロボット等に適
用することにより人身事故等を未然に防止することが可
能であり、その他、この発明の要旨を変更しない範囲内
において種々の設計変更を施すことが可能である。
＜発明の効果＞ 以上のように第１の発明は、疑似ノイズを測定対象物
に向かって放射し、反射されてきた疑似ノイズと、元の
疑似ノイズに互に異なる係数を畳み込んでなる畳み込み
ノイズとその相互相関値を算出するだけでよく、簡単な
構成で、かつ短時間で正確な距離測定を行なうことがで
きるという特有の効果を奏する。
第２の発明は、疑似ノイズを簡単に得ることができ、
しかも畳み込みノイズをも簡単に得ることができるとい
う特有の効果を奏する。
第３の発明は、０以外の測定期待値を畳み込む範囲を
設定しているので、この範囲に基づいて定まる距離範囲
以外の物体、多重反射等の影響を排除し、正確な距離測
定を行なうことができるという特有の効果を奏する。
第４の発明は、得られた相互相関値に基づいてどの測
定期待値が畳み込まれたｍ−系列符号との相互相関値が
最大になったのかを検出できるので、該当する測定期待
値が畳み込まれたｍ−系列符号のビット・シフト量に基
づいて測定対象物までの距離を正確に、かつ短時間で測
定することができ、しかもｍ−系列符号のビット長に余
り影響されることなく構成を簡素化できるという特有の
効果を奏する。
第５の発明は、０以外の測定期待値を畳み込む範囲を
設定しているので、この範囲に基づいて定まる距離範囲
以外の物体、多重反射等の影響を排除し、正確な距離測
定を行なうことができるという特有の効果を奏する。
第６の発明は、機器の互に異なる複数箇所で操作者ま
での距離を測定し、距離測定結果に基づいて相対位置を
算出するだけでよく、簡単な構成で、かつ短時間で正確
な相対位置測定を行なうことができるという特有の効果
を奏する。
第７の発明は、疑似ノイズを簡単に得ることができ、
しかも操作者の相対位置に応じて視線方向を設定し、表
示図形の透視等を簡単に変えることができるという特有
の効果を奏する。
第８の発明は、０以外の測定期待値を畳み込む範囲を
設定しているので、この範囲に基づいて定まる距離範囲
以外の物体、多重反射等の影響を排除し、正確な相対位
置測定を行なうことができるという特有の効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の距離測定装置の一実施例を示すブロ
ック図、 第２図は測距符号発生器の構成の一例を示すブロック
図、 第３図は測定可能範囲を設定する場合を説明する図、 第４図はこの発明の距離測定装置の他の実施例の受信部
の要部を示すブロック図、 第５図は系列符号発生器の構成を示すブロック図、 第６図はこの発明の相対位置測定装置の一実施例の受信
側の要部のみを示すブロック図、 第７図は機器と操作者との相対位置および所定の閾値を
示す図、 第８図はこの発明の相対位置測定装置が装着されたグラ
フィックス表示装置を示す概略斜視図、 第９図はこの発明の相対位置測定装置の他の実施例の受
信側の要部を示すブロック図、 第10図はｍ−系列符号について新たに見出した性質を説
明する概略図、 第11図はｍ−系列符号を用いた距離測定装置の従来例を
示すブロック図、 第12図はｍ−系列符号に関する既知の性質を説明する
図。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】自己相関特性が強い疑似ノイズを測定対象
    物に向かって放射し、測定対象物により反射された疑似
    ノイズを受信し、疑似ノイズに互に異なる係数を畳み込
    んでなる畳み込みノイズ（Ｃ（ｔ））との対応するビッ
    トどうしの積を加算して相互相関値を得、得られた相互
    相関値に基づいて距離を測定することを特徴とする距離
    測定方法。
  2. 【請求項２】疑似ノイズがｍ−系列符号であり、畳み込
    みノイズ（Ｃ（ｔ））が、ｍ−系列符号に測定期待値
    （Wj）を係数として畳み込んでなるものである上記特許
    請求の範囲第１項記載の距離測定方法。
  3. 【請求項３】測定期待値（Wj）が測定許容範囲内におい
    てのみ単調に変化する０以外の値であり、他の範囲にお
    いて０である上記特許請求の範囲第２項記載の距離測定
    方法。
  4. 【請求項４】搬送波に対してｍ−系列符号に基づく変調
    を施して測定対象物に向かって放射する送信手段（61）
    （62）（63）（64）と、測定対象物により反射された信
    号を受信して距離を得る受信手段（１）（２）（３）
    （65）（66）（67）（68）とを有し、上記受信手段
    （１）（２）（３）（65）（66）（67）（68）が、送信
    手段（61）（62）（63）（64）におけるｍ−系列符号と
    等しいｍ系列符号に対してビット・シフト毎に異なる測
    定期待値を畳み込んでなる畳み込み符号（Ｃ（ｔ））を
    出力する畳み込み符号出力手段（１）と、受信したｍ−
    系列符号と畳み込み符号（Ｃ（ｔ））との対応するビッ
    トどうしの積を加算して相互相関値を得る相関手段
    （２）と、相互相関値に基づいて距離を算出する距離算
    出手段（３）とを含んでいることを特徴とする距離測定
    装置。
  5. 【請求項５】畳み込み符号出力手段（１）が、測定許容
    範囲内においてのみ単調に変化する０以外の値であり、
    他の範囲において０である測定期待値（Wj）を畳み込ん
    でなる畳み込み符号（Ｃ（ｔ））を出力するものである
    上記特許請求の範囲第４項記載の距離測定装置。
  6. 【請求項６】機器（９）の操作者に装着される疑似ノイ
    ズ放射源（81）と、機器（９）の互に離れた所定箇所に
    装着された疑似ノイズ受信手段（７）と、複数の疑似ノ
    イズ受信手段（７）から出力される距離に基づいて操作
    者の相対位置を算出する相対位置算出手段（４）とを有
    し、疑似ノイズ受信手段（７）が、放射される疑似ノイ
    ズと等しい疑似ノイズに対してビット・シフト毎に異な
    る測定期待値を畳み込んでなる畳み込み符号（Ｃ
    （ｔ））を出力する畳み込み符号出力手段（１）と、受
    信した疑似ノイズと畳み込み符号（Ｃ（ｔ））との対応
    するビットどうしの積を加算して相互相関値を得る相関
    手段（２）と、相互相関値に基づいて距離を算出する距
    離算出手段（３）とを含んでいることを特徴とする相対
    位置測定装置。
  7. 【請求項７】疑似ノイズ放射源（81）がｍ系列音源であ
    り、機器（９）が３次元グラフィックス表示装置であ
    り、３次元グラフィックス表示装置が、算出された相対
    位置に基づいて視線方向を設定するものである上記特許
    請求の範囲第６項記載の相対位置測定装置。
  8. 【請求項８】畳み込み符号出力手段（１）が、測定許容
    範囲内においてのみ単調に変化する０以外の値であり、
    他の範囲において０である測定期待値（Wj）を畳み込ん
    でなる畳み込み符号（Ｃ（ｔ））を出力するものである
    上記特許請求の範囲第６項記載の距離測定装置。
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