JP2936074B2 - 光学式距離測定装置 - Google Patents

光学式距離測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、距離を光学的に測定する光学式距離測定装
置に関する。
(従来の技術) 斯かる光学式距離測定装置としては、比較的遠距離を
測定する位相方式を採用したもの、時間測定方式を採用
したものが従来から知られている。
又、特に無人移動体の分野では、光ビーム投受光手段
と設置間隔が既知である複数の光ビーム反射手段を用
い、光ビーム投光手段から出射される光ビームを走査
し、該光ビームが各反射手段で反射して受光手段に受光
される角度(受光角度)を検出することによって移動体
と光ビーム反射手段との間の距離を演算する方法が採用
されている。
しかしながら、前記位相方式を採用する装置では、1
周波数での測定レンジが限定され、広いレンジを測定す
るには多周波数を要し、大型の位相差測定器が必要とな
って装置が大型化するという問題がある。
又、前記時間測定方式を採用する装置では、特に測定
距離が短い場合には測定時間が微少となり、距離の測定
精度が悪くなるという問題がある。
更に、前記光ビームの受光角度から距離を演算する方
式を採る装置にあっては、高精度のエンコーダが必要と
なり、装置が大型化し、コストアップするという問題が
ある。
そこで、反射光の受光角度に代えて受光時間間隔を測
定し、この受光時間間隔と既知の光反射手段の間隔及び
走査手段の走査速度に基づいて投光手段から光反射手段
までの距離を演算する光学式距離測定装置が提案されて
いる。
ここで、上記光学式距離測定装置の基本構成と測定原
理を第1図及び第2図に基づいて説明する。
第1図は光学式距離測定装置の構成を示すブロック
図、第2図は受光素子の出力波形を示す図である。
図示の光学式距離測定装置は無人で走行する移動体の
位置検出装置に適用されたものであり、第1図におい
て、1は移動体に搭載された距離測定装置本体であり、
20…は移動体の走行経路の所定位置に所定間隔lで設置
された3つの光ビーム反射体である。
而して、距離測定装置本体1は、第1図に示すよう
に、LD(レーザダイオード)発行回路2、レーザ光を射
出するLD(レーザダイオード)3、レーザ光を調光する
調光レンズ4、ミラー5、モータ6によって一定速度で
回転駆動されるポリゴンミラー7、フィルタ8、反射光
を集光する集光レンズ9、反射光を受光するPD(フォト
ダイオード)10、PD受光回路11、受光時間間隔を検出す
る受光周期検出回路12、距離を演算する演算回路13、演
算回路13にて演算された距離を表示する表示装置14及び
前記モータ6の回転数を検出するパルスカウンタ15を含
んで構成されており、パルスカウンタ15は前記演算回路
13に電気的に接続されている。
尚、前記光ビーム反射体20…は前記LD3から射出され
たレーザ光の走査方向に対して平行に設置されている。
以上において、移動体は所定の経路を走行するが、走
行中においては距離測定装置本体1によって投光手段で
あるLD3から光ビーム反射体20…までの距離Lがリアル
タイムに計測され、これによって該移動体は現在位置を
認識することができる。
即ち、LD発光回路2によってLD3から指向性の高いレ
ーザ光が射出されると、このレーザ光は調光レンズ4を
経てミラー5を透過し、図示矢印イ方向に回転している
ポリゴンミラー7の表面で反射されて矢印ロ方向に走査
される。そして、この走査されるレーザ光が光ビーム反
射体20…に入射すると、この入射したレーザ光は第1図
に破線にて示すように各光ビーム反射体20で反射して入
射方向と同方向に出射し、再びポリゴンミラー7の表面
で反射し、更にミラー5で反射してフィルタ8及び集光
レンズ9を通過した後、PD10に至る。すると、PD10は光
ビーム反射体20からの反射光を受光し、PD受光回路11は
光の強さに比例した電圧を出力する。
従って、PD受光回路11では第2図に示すように光ビー
ム反射体20…からの反射光をPD10が受光する毎に信号を
出力し、或る光ビーム反射体20からの反射光を受光して
から次の光ビーム反射体20からの反射光を受光するまで
の時間間隔は第2図のtで表示され、この時間間隔tは
受光周期検出回路12によって検出される。
一方、ポリゴンミラー7によって走査されるレーザ光
の走査速度、即ち、ポリゴンミラー7(モータ6)の回
転速度はパルスカウンタ15によって検出され、この検出
データは演算回路13に入力され、演算回路13ではレーザ
光の走査角速度ω((ポリゴンミラー7の角速度)×
2)が算出される。
ところで、以上のように受光時間間隔tとレーザ光の
走査角速度ωが測定されると、これらと光ビーム反射体
20…の既知の間隔lとに基づき、LD3から光ビーム反射
体20…までの距離Lが演算回路13にて次の式によって演
算される。
即ち、走査されるレーザ光の光ビーム反射体20…にお
ける周速度Vは次式で求められる。
V=l/t=L・ω ……(1) 従って、距離Lは上記第(1)式より次のように求め
られる。
L=l/t・ω ……(2) 而して、上記第(2)式によって演算された距離Lは
前記表示装置14に表示されるとともに、不図示の制御装
置に対して出力される。
以上のように、本光学的距離測定装置においては、従
来測定されていたレーザ光の受光角度に代えて受光時間
間隔tを測定し、この受光時間間隔tと光ビーム反射体
20…の既知の間隔l及びレーザ光の走査角速度ωに基づ
いて懲Lを演算するようにしたが、受光時間間隔t及び
走査角速度ωは小型の装置でしかも高精度に測定するこ
とが可能であるため、近距離から遠距離(L=1m〜10K
m)まで高精度に測定することができるとともに、装置
の大型化及びコストアップを招くことがない。
(発明が解決しようとする課題) ところで、以上説明した光学式距離測定装置において
は、距離Lの測定精度は、光ビーム反射体20…を第3図
に示すようにLD3からのレーザ光の走査方向に対して斜
めに設置するよりも、第4図に示すように平行に設置す
る方が高くなることは容易に理解できるが、第5図に示
すように光ビーム反射体20…が平行に設置されてあって
も距離測定装置本体1と光ビーム反射体20…との間に標
高差H(或いは光ビーム反射体20…の平面上の位置ず
れ)が存在する場合には距離Lを正確に求めることがで
きないという問題があった。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的
とする処は、当該装置と光反射手段との間に標高差等が
存在しても、両者の距離と標高差等の双方を正確に求め
ることができる光学式距離測定装置を提供することにあ
る。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明は、指向性の高い光
を射出する投光手段と、該投光手段からの射出光を走査
する走査手段と、射出光の走査方向に平行に設置される
2個以上の光反射手段と、該光反射手段からの反射光を
受光する受光手段と、受光時間間隔測定手段と、前記走
査手段の走査速度、前記光反射手段の間隔及び前記受光
時間間隔測定手段によって測定された受光時間間隔に基
づいて前記投光手段から光反射手段までの距離を演算す
る演算手段を含んで構成される光学式演算測定装置にお
いて、 前記投光手段と走査手段を結ぶ方向に対して直角方向
の基準線に対して所定の角度位置に基準角度検出手段を
設置し、該基準角度検出手段からの光の反射ろ検知する
基準角度信号が出力された時点から隣接する2つの前記
光反射手段からの光を検知するまでの角時間間隔に基づ
いて、前記投光手段から光反射手段までの距離の前記基
準線方向の成分と基準線に対して直角方向の成分とを演
算するようにしたことを特徴とする。
(作用) 本発明によれば、基準角度検出手段を付設し、該基準
角度検出手段からの光の反射を検知する基準角度信号が
出力された時点から隣接する2つの光反射手段からの光
を検知するまでの各時間間隔に基づいて、投光手段から
光反射手段までの距離の基準線方向の成分(投光手段と
光反射手段間の距離)と基準線に対して直角方向の成分
(標高差又は光反射手段の位置ずれ)とを演算するよう
にしたため、当該光学式距離測定装置と光反射手段との
間に標高差等が存在しても、両者の距離と標高差等の双
方を正確に求めることができる。
(実施例) 以下に本発明の実施例を第6図〜第8図に基づいて説
明する。
第6図は本発明に係る光学式距離測定装置における距
離測定装置本体と光ビーム反射体の間に標高差が存在す
る場合の補正方法を説明するための図であり、本発明に
係る光学式距離測定装置の基本構成は第1図に示す従来
の光学式距離測定装置のそれと同じである。
本実施例では、第6図に示すように、レーザ光のポリ
ゴンミラー7上での反射点をOとした場合、ポリゴンミ
ラー7の近傍であって、基準線mに対して図示の角度α
をな位置(∠BOC=α)に、基準となる走査角度を検出
する基準角度検出手段16を設置している。
而して、レーザ光が上記基準角度検出手段16、光ビー
ム反射体20−1,20−2で反射して第1図に示すPD10に受
光される毎にPD受光回路11は第7図に示すような信号を
出力するが、第7図に示すように基準角度信号が出力さ
れた時点を基準とし、その時点からΔt,Δt2時間後に光
ビーム反射体20−1,20−2からの反射光が受光されたと
すると、図示の角Δθ(=∠AOC),Δθ(=∠
O′OC)は、レーザ光の走査角速度をωとすると、それ
ぞれ次式で表わされる。
又、図示のθ(=∠BOA),θ(=∠BOO′)はそ
れぞれ次式で表わされる。
更に、光ビーム反射体20−1,20−2の挟角を図示のよ
うにΔθとすると、この挟角Δθは第(4)式より次の
ように表わされる。
Δθ=Δθ−Δθ=θ−θ …(5) ここで、第6図からΔAOBを取り出してこれを第8図
に示し、このΔAOBに対して幾何学的考察を加える。
点O′から辺AOに垂線を立てその好転を図示のように
B′とすると、ΔAOB∽ΔAO′B′であるため、∠AO′
B′=∠AOB=θとなる。
そこで、辺B′O,AB′,B′O′の長さを図示のように
それぞれa,b,cとすると、これらa,b,cはそれぞれ次式で
表わされる。
従って、距離L及び標高差Hは第8図及び上記第
(6)式よりそれぞれ次式で求められる。
L=(a+b)cosθ =l(cosθ1/tanΔθ+sanθ)cosθ …(7) H=(a+b)sinθ =l(cosθ1/tanΔθ+sinθ)sinθ …(8) 而して、第5図に示すように標高差Hが存在する場合
であっても、距離L及び標高差Hを第(7),(8)式
によって正確に演算することができる。
尚、以上は光学式距離測定装置と光ビーム反射体との
間に標高差Hが存在する場合について説明したが、光ビ
ーム反射体に平面上の位置ずれが存在する場合において
も以上と同様に光学的距離測定装置と光ビーム反射体と
の間の距離と光ビーム反射体に平面上の位置ずれを正確
に求めることができる。
(発明の効果) 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、基準
角度検出手段を付設し、該基準角度検出手段からの光の
反射を検知する基準角度信号が出力された時点から隣接
する2つの光反射手段からの光を検知するまでの各時間
間隔に基づいて、投光手段から光反射手段までの距離の
基準線方向の成分(投光手段と光反射手段間の距離)と
基準線に対して直角方向の成分(標高差又は光反射手段
の位置ずれ)とを演算するようにしたため、当該光学式
距離測定装置と光反射手段との間に標高差等が存在して
も、両者の距離と標高差等の双方を正確に求めることが
できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光学式距離測定装置の構成を示すブロッ
ク図、第2図は受光素子の出力波形を示す図、第3図、
第4図及び第5図はレーザ光の射出方向と光ビーム反射
体の配置との関係を示す図、第6図〜第8図は本発明に
係る光学式距離測定装置における距離測定装置本体と光
ビーム反射体の間に標高差が存在する場合の補正方法を
説明するための図である。 1……距離測定装置本体、2……LD発光回路、3……LD
(レーザダイオード)、6……モータ、7……ポリゴン
ミラー、10……PD(フォトダイオード)、11……PD受光
回路、12……受光周期検出回路、13……演算回路、15…
…パルスカウンタ、16……基準角度検出手段、20……光
ビーム反射体、L……測定距離、l……光ビーム反射体
の間隔、t……受光時間間隔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30 G01C 15/00 - 15/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】指向性の高い光を射出する投光手段と、該
    投光手段からの射出光を走査する走査手段と、射出光の
    走査方向に平行に設置される2個以上の光反射手段と、
    該光反射手段からの反射光を受光する受光手段と、受光
    時間間隔測定手段と、前記走査手段の走査速度、前記光
    反射手段の間隔及び前記受光時間間隔測定手段によって
    測定された受光時間間隔に基づいて前記投光手段から光
    反射手段までの距離を演算する演算手段を含んで構成さ
    れる光学式距離測定装置において、 前記投光手段と走査手段を結ぶ方向に対して直角方向の
    基準線に対して所定の角度位置に基準角度検出手段を設
    置し、該基準角度検出手段からの光の反射を検知する基
    準角度信号が出力された時点から隣接する2つの前記光
    反射手段からの光を検知するまでの各時間間隔に基づい
    て、前記投光手段から光反射手段までの距離の前記基準
    線方向の成分と基準線に対して直角方向の成分とを演算
    するようにしたことを特徴とする光学式距離測定装置。
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