JPH02171608A - 距離・角度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車両と被測定物体までの距離、および被測定物
体の傾斜角度を光学的に非接触で測定する距離・角度測
定装置に関するものである。

〔従来技術〕

車両前方の被測定物体までの距離を非接触で測定するた
めの手段には車両の前部からビーム光を車両の走行速度
の増減変化に対応して照射間隔を短長制御して被測定物
体に照射し被測定物体からの反射光を光センサで受光し
て、そのビーム光の照射位置と反射光の集光位置の距離
を三角測量の原理により測定するようにしたものがある
（特開昭６３−５５４０９号公報）。

しかしながら、上記構成ではビーム光が照射された被測
定物体の１点の距離しか測定できず、被測定物体の傾斜
角度は測定できないと共に、被測定物体の距離、色、形
状などによる受光強度の変化を補正することができない
。

また、被測定物体の角度を非接触で測定する手段には被
測定物体の所定分散位置に複数個のビーム光を照射し、
それぞれの反射光を個別に受光してそれぞれ距離を三角
測量の原理により測定し、それらの距離から被測定物体
の傾斜角度を演算測定するようにしたものがある（特開
昭６３−１７９２０７号公報）。しかしながら、上記構
成ではビーム光を照射する発光部と被測定物体からの反
射光を受光する受光素子の対を複数個配置する必要があ
るため、受光素子の数が増え信号処理回路が複雑となる
。また、距離測定範囲が狭く、被測定物体の反射率がほ
ぼ一定のときは精度よく測定できるが、被測定物体の反
射率が大きく変わったり、測定距離範囲が広がったとき
は測定精度が低下する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の各構成では被測定物体までの距離、ある
いは被測定物体の形状、色による照射光の反射強度の大
きな変化に全く対応できないという実用上の問題がある
。たとえば、距離計測を行うに当たっての照射されたビ
ーム光の反射強度が被測定物体までの距離、あるいは被
測定物体の形状、色によって大きく変化し、被測定物体
が近距離では反射強度が大きく受光素子が飽和してしま
い、遠距離では被測定物体からの反射強度が小さくなり
Ｓ／Ｎの低下にともない、測定精度が低下する。そこで
、遠距離から近距離までどのような被測定物体でも、精
度良く距離測定を行うためには発光部の光出力、あるい
は受光素子の感度を被測定物体までの距離、被測定物体
の色、形状に応じて変える必要があり、実用上解決すべ
き課題である。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解消するも
ので被測定物体の測定すべき領域に対応する２箇所にビ
ーム光を照射する２個の発光部と、前記各発光部の間で
被測定物体からの反射光を受光する受光素子を有し、受
光素子で得られる被測定物体からの反射光の検出信号に
基づき被測定物体の複数箇所の距離を演算し、それぞれ
の距離から被測定物体面の傾斜角度を検出することを特
徴とする。すなわち、本発明の距離・角度測定装置は、
被測定物体に発光部よりビーム光を照射する同一水平軸
上に一定距離を隔てて対向配置する２個の発光手段と、
前記各発光手段の水平軸上の間において前記被測定物体
からの反射光を受光部により受光し、該反射光のスポッ
ト光位置に対応した電気信号を出力する受光素子を有す
る受光手段と、受光素子で検出される被測定物体からの
反射光の強度に応じて前記発光部の光出力を制御する手
段と、前記受光素子から出力される電気信号に基づき被
測定物体上のそれぞれの照射光までの距離、および被測
定物体の傾き角度を算出する演算手段と、前記演算手段
の出力を受けて距離および傾斜角度を表示すべく表示手
段と、を備えた構成からなる。

〔作用・効果〕

上記構成からなる本発明は、発光部から被測定物体に向
けてビーム光が照射され、その光は被測定物体の面上の
２箇所に結像される。被測定物体で反射された光は、受
光部の受光素子により検出され、各々の光に対応した受
光素子上の２点のスポット光の位置を計測する。発光部
から被測定物体までの距離は、受光素子上のスポット光
の位置から計算される。さらに本発明に係る距離・角度
測定装置は、被測定物体に照射した光ビームを受光素子
に結像させ、受光強度信号を一定レベルになるように、
発光部の光出力、または受光素子ゲインを反射光の強度
に応じて制御して被測定物体までの距離、および被測定
物体面の傾斜角度を正確に測定することができる。

〔その他の発明の説明〕

本発明のその他の発明は、前記受光部の受光素子で検出
される被測定物体からの反射光の強度に応じて受光素子
の感度を制御する手段を備えた構成からなる。

上記構成からなるその他の発明は、外乱光が大きいとき
に特に有効である。すなわち、外乱光と反射光強度との
Ｓ／Ｎを低下させないためには発光素子の光出力はなる
べく最大にする必要がある。

そこで、受光感度だけを制御し被測定物体からの反射光
強度を変えることによりＳ／Ｎの良い距離、傾斜角度の
測定ができる。

さらに、その他の発明は前記発光部の光出力を制御する
手段は発光部の光強度もしくは発光時間を制御し、受光
素子の感度を制御する手段は受光素子の利得もしくは電
荷蓄積時間を制御するようにした構成である。

上記構成からなるその他の発明は、大きな被測定物体の
傾斜角度を測定するとき、あるいは被測定物に照射され
たそれぞれのビーム光からの反射強度が違うときは、各
々の発光素子の光出力を制御することによりそれぞれの
反射光信号を一定レベルにすることができる。また、外
乱光と反射光強度とのＳ／Ｎを向上させるためには、な
るべ（発光素子の光出力を大きくすることが望ましい。

そこで、それぞれのビーム光からの反射強度は、なるべ
く発光素子の光出力が大きな値で一定にし、受光信号レ
ベルは受光素子の受光感度で変化させることによりＳ／
Ｈの良い測定ができると共に、被測定物体までの距離、
被測定物体の色、形状等の違いによる影響を極力なくし
て、つねに精度良い被測定物体までの距離計測、被測定
物体面の傾斜角度の計測を可能とする実用１優れた幾多
の効果を有する。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。

（第１実施例） 第１図は第１実施例の受光素子で検出される被測定物体
からの反射光の強度に応じて光出力を制御する距離・角
度測定装置を模式的に示すものである。第１図に示す距
離・角度測定装置は、被測定物体９に対して所定距離を
隔てて対向配置される。第１実施例装置には、被測定物
体９の測定すべき領域に対応して互いに同一水平軸上で
かつ所定間隔を保持し光ビーム７．８を照射する２個の
発光素子２．３および投光レンズ４．６から構成される
発光部１０．１１と、各発光部１０．１１の間、中央部
でかつ同一水平軸上に配設され被測定物体９の面上の光
からの反射光を受光する受光部の受光素子１とが装備さ
れている。発光部１０．１１はその発光素子２．３から
照射された光出力を投光レンズ４．５を介して被測定物
体９の面上にビーム光７．８として照射する構成である
。被測定物体９のビーム光７．８からの反射光は受光レ
ンズ５を介して受光素子ｌに結像される。被測定物体９
からの反射光を受光する受光素子１は多数の光センサ素
子が一列に並んだリニアイメージセンサであり、一定周
期でそれぞれの光センサ素子の出力を順次出力する。受
光素子１の出力信号は、演算手段１２、発光部制御手段
１４に入力される。受光素子１の出力信号が入力される
演算手段１２では前記受光素子１の信号より被測定物体
９までの距離、および被測定物体９の傾き角度を計算し
表示手段１３により演算結果を表示する。

一方の受光素子１の出力信号が入力される発光部制御手
段１４は前記受光素子１の反射光の強度信号の大きさを
一定にするために発光素子２．３の光出力をフィードバ
ック制御して被測定物体９からの反射光強度の変化を補
正し精度の良い距離、傾斜角度を測定可能に構成されて
いる。

さらに第１実施例を第２図に基づき具体的に説明する。

第２図は第１実施例における受光素子で検出される被測
定物体からの反射光の強度に応じて光出力を制御する距
離・角度測定装置を示すブロック図で光学系は前記第１
図の模式図と同様な構成、動作を行う。第２図において
被測定物体９からの反射光を受光する受光素子１の出力
信号は、演算回路２０、ピークホールド回路１５に入力
される。受光素子ｌの出力信号が入力される演算回路２
０は被測定物体９までの距離、および被測定物体９の傾
斜角度を計算し表示手段１３に出力する。また受光素子
１の出力信号の一方が人力されるピークホールド回路１
５では、受光素子ｌの出力信号の最大値を記憶しその値
を比較回路１７に出力する。基準値設定回路１６は被測
定物体９からの反射光強度に相当する基準電圧を設定し
比較回路１７に出力する。ピークホールド回路１５の出
力信号と基準値設定回路１６の出力信号が入力される比
較回路１７は前記受光素子１の出力と基準になる反射強
度レベルを比較し、反射光強度が基準値より高いときは
ハイレベルを、低いときにはローレベルを出力し、積分
回路１８に出力する。

比較回路１７の出力信号が入力される積分回路１８は入
力信号レベルがハイレベルでは負の方向に、入力信号レ
ベルがローレベルでは正の方向に積分動作を行い発光素
子駆動回路１９に出力する。積分回路１８の出力信号が
入力される発光素子駆動回路１９は入力信号に応じて発
光素子に流れる電流を変化さる。発光素子２．３の光出
力強度は被測定物体９からの反射強度が少ないときは発
光部１０．１１の発光素子２．３の電流を上げ、反射強
度が多いときは発光素子２．３の電流を下げる制御を行
い、受光素子１の出力信号をつねに−・定の大きさに制
御する。

次に、第１図に示す距離・角度測定装置の演算回路２０
の演算式を第３図の光学系の配置図に基づいて説明する
。発光素子駆動回路１９によって制御された発光部ｌ０
１１１から出た光出力は、被測定物体９の面上にビーム
光７．８を照射する。

それぞれのビーム光７．８からの反射光は、受光素子１
の面上にスポット光を結像し、受光素子ｌからは、その
受光面上のスポット光の位置に対応した受光信号を得ら
れる。第４図は受光素子１の出力信号と受光素子１の関
係を示したものであり、横軸は受光面の位置を縦軸は受
光強度をそれぞれ示す。第４図に示すように受光素子１
の面上に結像したスポット光の中心位置に受光強度を最
大とするピーク値を２組有する光強度信号が得られる。

この受光素子１からの光強度信号のピーク値と受光素子
１の中心からのそれぞれの距離Ｘ１、Ｘ２の位置は、三
角測量の原理により被測定物体９の面上のスポット光７
．８までの距離に応じて決定する。第３図に示す被測定
物体９の面上のスポット光７．８までの距離Ｙ１、Ｙ２
は受光レンズ５と受光素子１の間の距離ａと、発光部１
０．１１と受光素子１までのそれぞれの距離Ｌ１、Ｌ２
から次式で求められる。

次に被測定物体９の面上の２点のスポット光までの距離
Ｙ１、Ｙ２から被測定物体９の傾斜角度θは、次式から
求められる。

また、発光部１０．１１と受光素子１をそれぞれ等間隔
に設置すると被測定物体９の傾斜角度θは次の式から求
められる。

上記演算を演算回路２０で行うことにより、光ビーム７
．８の被測定物体９までの距離Ｙ１、Ｙ２、さらに２点
の距離から被測定物体９の傾斜角度θが求められる。な
お、受光素子上のスポット光が１個の光センサ素子面よ
り大きい場合は、複数個の光センサ素子で検出されるた
め受光信号はピーク値近傍ではなだらかな山型となる。

そこで受光素子１の面上に結像したスポット光の中心位
置を正確に求め、受光素子１の中心からの距離Ｘ１、Ｘ
２を正確に求める必要がある。そのために、受光素子１
の出力信号のそれぞれのピーク値の近傍の光強度信号を
用いて曲線に近似し、その曲線よりスポット光の中心位
置を正確に求めることにより被測定物体９までの距離、
被測定物体面の傾斜角度を高精度で演算することができ
る。

また、−力受光素子ｌで得られた被測定物体９からの反
射光の強度は被測定物体９からの反射強度が大きいと受
光素子ｌの出力は第５図（ａ）の様に飽和してしまい受
光強度の最大の位置を検出できなくなり、被測定物体９
までの距離、傾斜角度の測定ができない。また、反射強
度が弱いと第５図（ｂ）の様に反射光レベルと外乱光レ
ベルとのＳ／Ｎが低下し、被測定物体９からの反射光の
位置を検出できなくなり、同様に被測定物体９の正確な
距離・傾斜角度の測定ができない。次に、第２図に示す
距離・角度測定装置の動作を第６図のタイムチャートに
基づき説明する。ピークホールド回路１５は計測周期毎
に前回の受光素子１の出力信号の最大値を記憶・保持し
、最大値に対応した信号を出力する。比較回路１７では
基準になる光強度に対応した基準値設定回路１６からの
設定値信号とピークホールド回路１５の出力電圧を比較
して第６図に示すようにピーク値と設定値との大きさ応
じて２値のデジタル信号を出力する。積分回路１８では
比較回路１７の出力信号を基にして、ピーク値が設定値
より大きいと光強度を減少させる方向に、小さいと光強
度を増加させる方向にそれぞれ積分動作を行う。積分器
１８の出力信号は発光素子駆動回路１９に出力され、積
分回路１８の出力に応じた電流で発光素子を駆動する。

従って、受光素子１の出力はつねに設定値の前後でほぼ
一定の大きさの信号を得ることができ、つねに被測定物
体９からの反射光の受光強度を最良の状態にしている。

かかる構成、動作により被測定物体９までのの距離、被
測定物体の色、形状の違いによる受光強度の変化をなく
すことができ、精度の良い距離、傾斜角の測定ができる
。

なお、上記第１実施例にあっては、発光部の光出力を制
御してなるが、この他、外乱光等を無視できれば光出力
を制御せずに受光感度制御のみにより構成することがで
きる。

（第２実施例） 次に第２実施例の距離・角度測定装置を第７図に基づき
説明する。第２実施例は演算、制御にマイクロコンピュ
ータを用い、発光部１０．１１の光出力は発光素子２．
３の発光時間を制御し、受光素子１の感度は受光素子の
電荷蓄積時間を制御している。マイクロコンピュータ回
路２１は、各種演算を行うセントラル・プロセシング・
ユニット（ＣＰＵ）２２とプログラム、定数などを記憶
するリード・オンリー・メモリー（ＲＯＭ）２３と入出
力データなどを一時記憶するランダム・アクセス・メモ
リ（ＲＡＭ）２４、および入出力のインターフェイスを
行う入出力インターフェイス回路（Ｉ１０回路）２５が
共通のパスラインを介して接続されている。発光部１０
．１１．および受光素子１は前記実施例と同様な構成に
なっており、受光素子ｌからの反射光強度に比例した出
力信号はアナログ・デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路
）２６に入力される。Ａ／Ｄ変換回路２６では前記受光
素子１のそれぞれの光センサ素子の出力信号に応じたデ
ジタル信号に変換し、Ｉ１０回路２５を介してマイクロ
コンピュータ回路２１に入力される。マイクロコンピュ
ータ回路２１では入力された受光素子１の出力信号の最
大値から、発光部１０．１１の発光素子２．３の点灯時
間、および受光素子１の走査時間を決定する。ここで受
光素子１であるイメージセンサの出力信号は受光した光
の強さと、繰り返し走査時間との積に比例するため、繰
り返し走査時間を変化させ光センサ素子に蓄積される電
荷量を変えることによりその出力信号の大きさを制御で
きる。マイクロコンピュータ回路２１で求めた受光素子
１のイメージセンサの繰り返し走査時間の制御信号はＩ
１０回路２５を介してプログラム発振器２７に入力され
る。プログラム発振器２７はマイクロコンピュータ回路
２１で求めた走査時間の制御信号に基づいた発振周波数
をイメージセンサ駆動回路２８に出力する。イメージセ
ンサ駆動回路２８では、入力される周波数に対応した周
期で光センサ素子を走査することにより受光素子１の出
力信号を制御する。マイクロコンピュータ回路２１で求
めた発光部１０．１１の発光素子２．３の発光時間の制
御信号はＩ１０回路２５を介して発光時間に対応した時
間幅を有するパルス信号として出力される。

このパルス信号は発光素子駆動回路１９に出力され発光
時間に対応した時間幅の間発光部１Ｏ１１１の発光素子
２．３を点灯させる。このように発光時間を制御するこ
とで照射する光エネルギーを変えることができる。また
、マイクロコンピュータ回路２１では入力された受光素
子ｌのイメージセンサ信号のそれぞれの最大値の位置を
計算し前記距離・傾斜角度の演算を行い被測定物体９ま
での距離、被測定物体面の傾斜角度を求め、Ｉ１０回路
２５を介して距離・角度表示部２９に出力される。距離
・角度表示部２９はマイクロコンピュータ回路２１で計
算された被測定物体９までの距離、傾斜角度を数字表示
、あるいはグラフィク表示する。次に発光部１０．１１
の発光素子２．３の発光時間と受光素子１の走査周期の
制御方法について説明する。受光素子ｌであるリニアイ
メージセンサの走査周期はＡ／Ｄ変換器２６の変換時間
などの制約のために、走査周期の最小可変範囲には限度
がある。そこで本実施例における距離・角度測定装置で
は発光部１０．１１の発光素子２．３を連続点灯させ走
査周期で被測定物体９からの反射光強度を一定に保つが
、次の条件の時に発光素子２．３の発光時間を制御する
。被測定物体９からの反射光強度が大きく受光素子１の
走査周期だけでは反射光強度を一定に制御できない。被
測定物体９の２点のビーム光のそれぞれの反射強度が異
なる。以上の時に限りそれぞれの発光部１０．１１の発
光素子２．３の発光時間を制御して被測定物体９からの
反射光強度を一定に保つ。次に以上の動作を行うマイク
ロコンピュータ回路２１の演算、制御のアルゴリズムを
第８図のフローチャートに基づき説明する。まず最初に
発光部１０．１１の発光素子２．３０発光時間と受光素
子１の走査周期を初期値に設定して受光素子１の出力信
号をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ回路
２１に入力する。次にマイクロコンピュータ回路２１に
入力された反射光信号の２つのピーク値を求めそれぞれ
のピーク値が基準の範囲に収まっていれば受光素子ｌの
それぞれのピーク値の位置Ｘ１、Ｘ２を計算し被測定物
体９までの距離、被測定物体面の傾斜角度を計算し計算
結果を距離・角度表示部２９に出力し、出力が終了する
と前回と同様に受光素子１の信号を入力する。また、そ
れぞれのピーク値が基準の範囲に収まっていないときは
それぞれのピーク値の大きさにより受光素子ｌの走査周
期、それぞれの発光部１０．１１の発光素子２．３の発
光時間を計算する。ここで受光素子１であるイメージセ
ンサの出力信号は受光した光の強さと、繰り返し走査時
間との積に比例するため、受光素子ｌの走査周期、およ
びそれぞれの発光部１０．１１の発光素子２．３の発光
時間の計算方法は比例関係で求められる。たとえばそれ
ぞれのピーク値を１／２設定するときは受光素子１の走
査周期を１／２にするか、あるいは発光素子２．３の発
光時間を１／２にすればよい。

またそれぞれのピーク値の大きさが異なるときも同様な
計算方法でそれぞれの発光素子２．３の発光時間を求め
ることができる。

次に本第２実施例の距離・角度測定装置の被測定物体９
までの距離、および被測定物体面の傾斜角度の表示を行
う表示部２９について説明する。

一般に車両等の表示装置としては被測定物体９までの距
離、および被測定物体面の傾斜角度を数字で表示するよ
り図形で表示したほうが視覚認識性に優れている。そこ
で、前記距離・角度表示部２９に液晶表示器、あるいは
ＣＲＴを用いて車両と被測定物体９の位置関係をグラフ
ィク表示することで視覚認識性を向上させることが可能
となる。

かかる構成、動作により被測定物体９までの距離、被測
定物体９の色、形状の違いによる反射光強度の変化を補
正することができ、精度の良い距離、傾斜角度の測定が
できるとともに、さらに視覚認識性に優れた距離・角度
測定装置を構築することができる。

また、上記第２実施例では被測定物体９からの反射光に
応じて発光部１０．１１の発光素子の発光時間を制御す
ることについて説明したが、反射光の強度に応じて発光
素子２．３の発光強度を制御することによっても同様に
行うことができる。

さらに受光素子ｌはリニアイメージセンサを用いる場合
について説明したが、２次元のＣＣＤ素子あるいはホト
ダイオードアレイ等を用いても同様に行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す模式図、第２図は第
１実施例を具体的に示すブロック線図、第３図は第１実
施例の測定原理を表す光学系の配置図、第４図は第１実
施例における受光素子出力信号の受光強度の分布状態と
受光素子の関係を表す線図、第５図は第１実施例におけ
る反射強度が異なる受光素子出力信号の受光強度の分布
状態を表す線図、第６図は第１実施例の動作を説明する
タイムチャート図、第７図は第２実施例を示すブロック
線図、第８図は第２実施例の動作を説明するフローチャ
ート図である。 ■・・・受光素子（リニアイメージセンサ）２．３・・
・発光素子 ４．６・・・投　光レンズ ５・・・受光レンズ ７．８・・・ビーム光 ９・・・被測定物体 Ｉ　Ｏｌ　１ １２・・・ １３・・・ １４・・・ １５・・・ １　Ｇ・・・ １７・・・ １９・・・ ２０・・・ ２１・・・ ２２・・・ ２３・・・ ２４・・・ ２５・・・ ２６・・・ ２７・・・ ２８・・・ ｌ・・・発光部 演算手段 表示手段 発光部制御手段 ピークホールド回路 基準値設定回路 比較回路　　１８・・・積分回路 発光素子駆動回路 演算回路 マイクロコンピュータ回路 セントラル・プロセシング・ユニット （ＣＰＵ） リード・オンリー・メモリー（ＲＯＭ）ランダム・アク
セス・メモリ（ＲＡＭ）入出力インターフェイス回路（
Ｉ１０ 回路） アナログ・デジタル変換回路（Ａ／Ｄ 変換回路） プログラム発振器 イメージセンサ駆動回路 ２９・・・距離・角度表示部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物体に発光部よりビーム光を照射する同一
   水平軸上に一定距離を隔てて対向配置する２個の発光手
   段と、前記２個の発光手段の水平軸上の間において前記
   被測定物体からの反射光を受光部により受光し、該反射
   光のスポット光位置に対応した電気信号を出力する受光
   素子を有する受光手段と、受光素子で検出される被測定
   物体からの反射光の強度に応じて前記発光部の光出力を
   制御する手段と、前記受光素子から出力される電気信号
   に基づき被測定物体上のそれぞれの照射光までの距離、
   および被測定物体の傾き角度を算出する演算手段と、前
   記演算手段の出力を受けて距離および傾斜角度を表示す
   べく表示手段と、を備えたことを特徴とする距離・角度
   測定装置。
2. （２）前記受光部の受光素子で検出される被測定物体か
   らの反射光の強度に応じて受光素子の感度を制御する手
   段を備えたことを特徴とする請求項（１）記載の距離・
   角度測定装置。
3. （３）前記発光部の光出力を制御する手段は発光部の光
   強度もしくは発光時間を制御し、受光素子の感度を制御
   する手段は受光素子の利得もしくは電荷蓄積時間を制御
   することを特徴とする請求項（２）記載の距離・角度測
   定装置。