JP3287159B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体までの距離を測定す
る距離測定装置、なかんずく幾何光学系によって捉えた
車両の像の位置から車間距離を測定する距離測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】走行中の車両までの距離などを測定する
距離装置としては、レーザあるいはマイクロ波領域の電
波を使ったレーダ方式の測距計が従来から知られている
が、最近は、例えば特開平６−6375に公開されているよ
うな、光軸を一定間隔はなして平行に配置した車両など
の距離測定対象物の姿を結像させる同一焦点距離の２個
のレンズ系の結像位置に像の大きさに比べ充分小さい寸
法の受光素子を並べたＣＣＤなどのフォトセンサアレイ
を配置し、両光軸の間隔に対応して現れる距離測定対象
物の像の光軸に対する相対位置の差を検出して、物体と
レンズによるその像の間になりたつ光学関係式に基づ
き、レンズと距離測定対象物間の間隔すなわち距離測定
対象物間までの距離を演算によって求める視差検出型の
距離測定装置の実用化が図られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような視差検出
型の距離測定装置を用いて夜間に物体までの距離を計ろ
うとするときには、補助光源を用いて距離測定対象の物
体を照射して、距離測定装置のフォトセンサアレイ上に
物体の像が得られるようにする必要がある。ところで、
測定対象が窓ガラスあるいは車両のドアのような平坦で
滑らかな物体である場合、入射光を入射角度と同じ角度
で反射する正反射が起きてしまい、投影したパタン模様
の実像が物体表面に形成される入射光を四方に反射する
拡散反射が起こらず、物体の平坦面が鏡面として作用し
て補助光源の鏡像が形成され、このため従来技術にもと
ずく視差検出型の距離測定装置は、実際の物体までの距
離の２倍に相当する補助光源の鏡像までの距離を測定し
てしまうという問題を生ずる。

【０００４】本発明は、従来技術にもとづく視差検出型
の距離測定装置における上記の問題点を解決し、昼夜の
別なく測定対象物の形態と表面の状態に依存せずに正し
い距離の測定が可能な視差検出型の距離測定装置の提供
を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、測定
周期クロックが与える測定開始・終了信号に同期して測
定動作を反復実行する視差検出型の距離測定装置を、測
定対象物の表面に濃淡の縞状模様を投影する補助光源
と、この補助光源の点滅を制御する補助光源制御部と、
フォトセンサアレイ上に結像した光学像の像データの微
分信号において明暗パターンが反転する箇所を検出して
その数を数えるパターン判定部と、このパターン判定部
の検出値と前記補助光源点灯制御部の制御出力信号とに
よって、距離センサのフォトセンサアレイ上に結像した
光学像が、鏡面として作用する平滑な平面における正反
射によって形成された前記補助光源の発光体の鏡像であ
るか否かを判別する鏡像判定部と、鏡像判定部の判定結
果にもとづいて、距離センサが捉えた視差の検出値によ
って求めた距離の一次演算値を補正する距離補正演算部
とによって構成する。

【０００６】そうして、測定周期クロックが与える測定
開始信号によって再起動されるフォトセンサアレイの光
検出信号を観測することによって、フォトセンサアレイ
への入射光量を判定する応答時間判定部を設け、この応
答時間判定部がフォトセンサアレイへの入射光量が所定
の値以下であることを判定出力するとき、または、パタ
ーン判定部が像データのコントラストが低いと判定する
場合に、補助光源制御部が次の測定周期に補助光源の点
灯信号を出力するようにする。

【０００７】

【作用】上記のように構成した視差検出型の距離測定装
置においては、距離測定対象物の観測面が平坦な粗面で
ある場合には補助光源によって距離測定対象物の観測面
に距離測定対象物とみなせる濃淡の縞状模様が投影さ
れ、平滑で鏡面のように作用する平面である場合には、
補助光源を構成する発光体の鏡像が平滑面に対して発光
体と対称の位置に単一の輝点パターン像として形成され
るが、パターン判定部が距離センサのフォトセンサアレ
イ上に結像した光学像の明暗パターンが反転する箇所を
検出してその数を数えているので、鏡像判定部は、補助
光源制御部が点灯を指令している状態でパターン判定部
が単一パターン像を検出したとき、距離センサは距離測
定対象物までの距離の２倍の位置に形成された補助光源
の発光体の鏡像を捉えていると判定することができ、鏡
像判定部が鏡像検出を判定しているとき、距離補正演算
部は、一旦発光体の鏡像を距離測定対象物と見做して算
出された距離一次演算値を１／２して距離の真値として
出力する。

【０００８】一方、パターン判定部が単一でないパター
ン像を検出した場合には、鏡像判定部は距離測定対象物
の観測面に距離測定対象物とみなせる濃淡の縞状模様が
投影されたと判断し、距離補正演算部は距離一次演算値
をそのまま距離測定値として出力する。そうして、応答
時間判定部を設けた装置では、距離測定対象物の周辺が
暗くなってフォトセンサアレイへの入射光量が減少して
所定の応答時間内に光検出信号が得られなくなったと
き、または、コントラストが低い像データしか得られな
いと判定する場合に、補助光源制御部が次の測定周期に
補助光源の点灯信号を出力する。

【０００９】

【実施例】光学マスクなどを用いて物体の表面に濃淡の
縞状模様を投影するプロジェクタ型の補助光源で距離測
定対象物を照射し、視差検出型の距離測定装置を用いて
夜間に該物体までの距離を測定しようとするとき、距離
測定対象物の表面が平滑であると、課題の項で説明のよ
うに、物体の平滑面が鏡面として作用し、補助光源を構
成する点状光源としての発光体の鏡像が実際の距離測定
対象物までの距離の２倍に相当する位置に形成され、こ
の鏡像までの距離が距離測定対象物までの距離として測
定されてしまう。

【００１０】そこで、本発明にもとづく視差検出型の距
離測定装置では、受光センサ上の光学像が点状光源とし
て観測されるか、濃淡の縞状模様として観測されるかを
検査して点状光源として観測される場合には補助光源の
鏡像を捉えているとして測定距離の１／２の値を実際の
距離として出力するようにしている。一方、昼間のよう
に周囲が十分に明るいときには、補助光源を用いるまで
もなく測定に必要な距離測定対象物の光学像が得られる
ので、コントラストが明瞭な明るい光学像が得られる条
件のもとでは、補助光源を点灯しないようにしている。

【００１１】通常、車間距離など時間的に変動する距離
を測定する距離測定装置においては短周期で自動的に測
定動作を繰り返しており、各測定周期の都度、測定対象
物の光学像を捉えるＣＣＤなどからなる受光センサは再
起動されて新たな入射光量に対応する信号を出力してい
るので、周囲が暗くなって入射光量が減少すると受光セ
ンサの応答は遅くなり測定周期の期間内に輝点像の有無
を判別するに必要な信号変化が得られなくなる。そこ
で、本発明では測定周期に同期して受光センサアレイの
応答時間を観測し、応答時間が所定の時間より長くなっ
たことを検出したとき、測定周期に同期して補助光源を
点灯するようにしている。

【００１２】本発明における距離センサの測定原理の説
明図を図２に、また、検出光学像が補助光源の発光体の
鏡像か否かの判定原理の説明図を図３に示し、先ず原理
について説明する。図２において、３は、光学マスク32
などを用いてプロジェクタのように測定対象物１の表面
上に濃淡の縞状模様を投影する補助光源であり、61と62
とは、一定間隔ｄの光軸距離を置いて配置した測定対象
物の光学像を得る同一焦点距離ｆの２個の結像レンズで
あり、71と72とは、上記２個の結像レンズ系の結像位置
に置かれた像の大きさに比べ充分小さい寸法の受光素子
を並べたＣＣＤなどのフォトセンサアレイである。

【００１３】補助光源３によって測定対象物１を照射す
ると、測定対象物１の表面には図示のような濃淡の縞状
模様が結像され、この測定対象物１上の縞状模様の像が
結像レンズ61と62とによってフォトセンサアレイ71と72
の上に結ばれる。２個の結像レンズ61，62の光学特性が
同等な場合、フォトセンサアレイ71と72の上に結ばれる
上記の縞状模様の像は同等となるが、光軸に対する相対
結像位置Ｘ1 とＸ2 とは、結像レンズ61と62の光軸間距
離ｄに対応して異なる値となる。そして、この光軸に対
する相対結像位置Ｘ1 とＸ2 の値と、結像レンズ61，62
の焦点距離ｆ，光軸間隔ｄおよび測定対象物１と結像レ
ンズ61，62間の距離Ｌとは、幾何光学の原理にもとづく
関係式によって関連づけられている。

【００１４】ところで、フォトセンサアレイ71，72の上
に結ばれた像の位置は、像が結ばれた受光素子の配列順
位を数えることによって知ることができるので、予め結
像レンズ61，62の焦点距離ｆと光軸間隔ｄとを測定して
データとして保持しておけば、フォトセンサアレイ71，
72によって得られる像の位置情報Ｘ1 ，Ｘ2 をもとに、
測定対象物１と結像レンズ61，62間の距離Ｌを演算によ
って求めることができる。

【００１５】つづいて、結像レンズ61，62の検出光学像
が光源本体の鏡像か否かを判定する方法の原理を図３に
よって説明する。正反射によって形成される鏡像は、四
方に光を放射または散乱する物体によるものであるか
ら、上記の濃淡の縞状模様を投影する補助光源で鏡面と
して作用する平滑面を照射すると、四方に強い光を放射
する補助光源の光点のみが、唯一のコントラスト変化を
伴う鏡像として形成されるので、この唯一性を利用して
補助光源点灯しているときに単一像を検出した場合には
検出像を鏡像と判定することができる。

【００１６】図３において、33は補助光源３を構成する
白熱灯などの発光体であり、鏡面として作用する測定対
象物の平滑な平面１に対して対称な位置にその鏡像Ｉが
形成される。そして、光軸間距離ｄを置いて配置した測
定対象物の光学像を得る同一焦点距離ｆの２個の結像レ
ンズ61，62によって発光体33の鏡像Ｉがフォトセンサ・
アレイの上に結像されるので、フォトセンサアレイ上の
受光素子に端から順番に0,1,2,〜i,i+1,〜ｎというよう
に番地付けを行ない、センサアレイ上のｉ番目の受光素
子の像データの値を右側のフォトセンサアレイについて
はR(i)で、また、左側のフォトセンサアレイについては
L(i)で表す。ここでデータの値が大きいとき光量小、デ
ータの値が小さいとき光量大と判定する。

【００１７】さらに、この像データの微分データを演算
によって求める。即ちR(i)-R(i-1)およびL(i)-L(i-1)
の演算をｉ＝１〜ｎについて行ったものがこの微分デー
タに相当する。微分データが得られたら、その符号が＋
から−に変化する点が幾つあるかを調べる。微分データ
が＋から−に変化する点が１つであれば補助光源の発光
体の正反射による鏡像を眺めているとし、複数個あれ
ば、補助光源によって測定対象物上に投影された縞状模
様を眺めていると判定する。

【００１８】距離センサが補助光源発光体の鏡像を眺め
ているときは、距離センサは実際の物体までの距離Ｌの
２倍の位置にある鏡像を点光源として眺めているのと等
価の状態であるので測定距離は２Ｌとなる。以上に説明
の本発明の原理にもとづいて構成された像位置比較式の
距離測定装置の１実施例のブロック構成を図１に示し以
下にこの実施例を説明する。

【００１９】図１の実施例の距離測定装置14にいおい
て、一対の結像レンズ６とフォトセンサアレイ７から成
る距離センサ５が測定対称物を観測したときの視差を捉
え、検出された視差の値をもとに、距離一次演算部８が
図２によって説明の光学原理にもとづく演算を実行して
一旦観測された測定対称物１と距離センサ５の間の距離
の一次演算値Ｌ’を導出する。

【００２０】測定周期クロック２は、この距離測定装置
14における距離測定動作の起動・停止を指令するもので
あり、時間的に変動する距離を測定する車両間距離測定
装置などに適用する場合には定周期で信号を発信するタ
イマを用いる。応答時間判定部12は、測定周期クロック
２の距離測定動作の起動信号毎に再起動されて新たな入
射光に応答する距離センサ５のフォトセンサアレイ７の
出力信号の変化を監視して入射光量を応答時間として捉
えて出力する。一方、像パターン判定部11は、フォトセ
ンサアレイ７上の像パターンを、図３によって説明の方
法で解析して像パターンが単一であるか否かを判定して
出力する。

【００２１】補助光源制御部４は、応答時間判定部12と
像パターン判定部11の判定出力を入力とし、応答時間判
定部12がフォトセンサアレイ７の受光光量が少ないこと
を意味する応答時間所定値以上を出力しているとき、あ
るいは、像パターン判定部11が複数の明暗反転パターン
を検出できず、距離測定対象物の周辺が暗くてコントラ
ストが低い像データしか得られないと判定しているとき
のいずれかの場合には、次回の測定周期に補助光源３の
点灯が必要と判断して測定周期クロック２に同期して補
助光源３の点灯指令信号を発信する。そして、鏡像判定
部９は、補助光源制御部４が点灯指令信号を発信してい
る状態で像パターン判定部11が単一像パターンのみの検
出判定信号を出力している場合には鏡像検出信号を発信
し、距離補正演算部９は、鏡像判定部９が鏡像検出信号
を発信しているときには距離一次演算部８による距離の
一次演算値Ｌ’１／２してから距離の真値として警報部
13に向けて出力し、鏡像検出信号が発信されていない場
合には距離一次演算部８の演算値Ｌ’をそのまま出力す
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明にもとずく距離測定装置において
は、鏡像判定部が補助光源点灯の状態で像パターン判定
部が単一像パターンのみを検出したとき鏡像検出信号を
発信し、この場合、距離補正演算部は距離一次演算部の
演算値を１／２してから距離測定真値として出力する。
一方、鏡像検出信号が発信されていないときには距離一
次演算部の演算値をそのまま距離測定真値として出力す
るので、夜間においても濃淡の縞状模様を投影する補助
光源を用いて、平滑面粗面の区別なく平坦な表面を有す
る車両などの物体までの距離を間違いなく正しく測定で
きるという効果が得られる。

【００２３】さらに、応答時間判定部12がフォトセンサ
アレイ７の受光光量が少ないことを意味する応答時間所
定値以上を出力しているとき、あるいは、像パターン判
定部が距離測定対象物の周辺が暗くてコントラストが低
い像データしか得られないと判定しているときのいずれ
かの場合には、補助光源制御部が補助光源の点灯を自動
的に指令するので、昼夜の別および平滑面粗面の区別な
く平坦な表面を有する物体までの距離を間違いなく正し
く測定できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による距離測定装置の１実施例の構成図

【図２】距離センサの測定原理説明図

【図３】鏡像検出の判定原理説明図

【符号の説明】

１ 距離測定対象物 ２ 測定周期クロック ３ 補助光源 31 投影レンズ 32 光学マスク 33 発光体 ４ 補助光源制御部 ５ 距離センサ、 ６，61，62 結像レンズ ７，71，72 フォトセンサアレイ ８ 距離一次演算部 ９ 鏡像判定部 10 距離補正演算部 11 像パターン判定部 12 応答時間判定部 13 警報部 14 距離測定装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−291112（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−225112（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−18261（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−243491（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−102040（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−84099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−114409（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−55462（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 3/06 G01B 11/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光軸を一定間隔はなして配置した一対の結
   像レンズと、該結像レンズそれぞれの結像位置に配置し
   たフォトセンサアレイから成る距離センサが捉える距離
   測定対象物の像の視差の検出値をもとに、距離測定対象
   物までの距離を演算によって求める測定動作を、測定周
   期クロックが与える測定開始・終了信号に同期して反復
   実行する視差検出型の距離測定装置であって、 距離測定対象物の表面に濃淡の縞状模様を投影する補助
   光源と、この補助光源の点滅を制御する補助光源制御部
   と、 フォトセンサアレイ上に結像した光学像の像データの微
   分信号において明暗パターンが反転する箇所を検出して
   その数を数えるパターン判定部と、このパターン判定部
   の検出値と前記補助光源制御部の制御出力信号とによっ
   て、前記距離センサのフォトセンサアレイ上に結像した
   光学像が、鏡面として作用する平滑な平面における正反
   射によって形成された前記補助光源を構成する発光体の
   鏡像であるか否かを判別する鏡像判定部と、 鏡像判定部の判定結果にもとづいて、距離センサが捉え
   た視差の検出値によって求めた距離の一次演算値を補正
   する距離補正演算部と、 を備えたことを特徴とする距離測定装置
2. 【請求項２】測定周期クロックが与える測定開始信号に
   よって再起動され、入射光量積算値と共に変化するフォ
   トセンサアレイの光検出信号を観測することによってフ
   ォトセンサアレイへの入射光量を判定する応答時間判定
   部を備え、この応答時間判定部がフォトセンサアレイへ
   の入射光量が所定の値以下であることを判定出力すると
   き、または、パターン判定部が像データのコントラスト
   が低いと判定する場合に、補助光源制御部が次の測定周
   期に補助光源の点灯信号を出力することを特徴とする請
   求項１に記載の距離測定装置