JPH03282313A

JPH03282313A - 移動体の離間距離計測方法およびその装置

Info

Publication number: JPH03282313A
Application number: JP8559690A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Nishimoto; 育夫西本; Hisatoshi Fujiwara; 久利藤原; Kenji Kawai; 健司川井; Shunsuke Nonaka; 野中　俊助; Yoshiaki Matsudaira; 松平　義昭
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-12

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】［発明の対象技術分野］この昶明は複数の移動体が移動する場合に、先行する移
動体とこの移動体の後に続く移動体との離間距離を計測
するものに関し、とくに先行する移動体と後続の移動体
とがそれぞれ独自に、あるいはそれぞれ可変の速度をも
って、またはたがいに所定の離間距離をもって移動する
もの、たとえば飛翔体、飛行体、乗り物あるいは無人走
行車等に適用されるものである。

［従来技術およびその問題点］従来、移動体たとえば無人走行車は先行する走行車の後
に続く走行車があるばあい、言うまでもなく両者の衝突
を未然に防ぐ必要がある。

とくに天井に配設された軌道上を走行する走行車は、人
間に衝突する怖れがないので高速走行が可能で、しかも
年々高速化が計られている。

このため、前方を走行する無人走行車に対する後続車の
衝突防止の必要性はますます高く、いきおい走行状態に
おける両者の相対距離をつねに検出する必要がある。し
かし、その高速化は走行車の相対距離をどの程度まで検
出できるかによって決まるので、より高性能の距離検出
器が要求される。

一般に、距離測定技術として、第１２図に示すように光
ビームを測定対象に向けて発し、この測定対象に輝点を
作り、これをレンズ系１７を介して受光面に結像させ、
この結像位置により、距離Ｌ１を求める方法がある。こ
の方法は、三角測量による距離計測の一種であり、投光
部１１と受光部１２との距離Ｌ２が小さいと、長距離化
が難しく、遠距離を計測するとき、投光ビームと受光レ
ンズ系１７とのなす角θが微小となり、距離が変わって
もθの変化はきわめてわずかであり、これを正確に計測
するには非常に高度な装置を必要とする。そこで、投光
部１１と受光部１２との距離を大きくすると、上記問題
は軽減されるが、反面検出器１０を一体化することはで
きず、しかもこのような検出器１０を使用するとき、投
光部１１と受光部１２との相対角度合わせが必要となり
、かつこの光軸合わせが微妙で難しい等の問題がある。

さらに上記いずれの方法も次のような共通の問題点があ
る。

まず、それらの方式は外乱光ノイズに弱いことである。

すなわち投光部１１から放射された光ビームが測定対象
に当たると、その表面上に輝点ができるがその輝点から
の光は弱く、と（に長距離を計測するするときには外乱
光ノイズの影響を受けることになる。この影響をなくす
ためにレーザー光などを使用することも考えられるが、
レーザー光は安全面からして自ずとその出力に制限が加
えられる。またそれら従来の方式においては検出器１０
の指向性がきわめて強い性質を有していることである。

すなわち測定対象である移動体たとえば無人走行車は常
に投光器１１からの投光ビームを受けていること、つま
り測定対象は検出器１０の光軸上にあることが必要であ
る。たとえば軌道上を走る移動体にあってはその軌道が
湾曲していると測定対象となる無人走行車が投光ビーム
から外れることになり、先行する移動体と後続の移動体
との間の距離を測定できなくなる。もっともこのばあい
投光部からの投光ビームを可動として走査すればその欠
点は解決できるが、投光部が複雑となり、かつその大き
さも増大し、しかも精度の高い光学部品が必要となる。

一般に投光ビームを走査する方法はひじように高価で、
いきおいその用途も限定されることになる。

また投光部１１からの投光ビームが測定対象以外のもの
たとえば第１１図に示すように軌道３が湾曲しているば
あいで、移動体の前方に柱等の物体２０があるときその
物体に照射され、これからの反射光を検出器１０が検出
するとその反射光は明かに誤信号となる。すなわち検出
器１０はその限界に入ったものすべてに対して応答し、
その都度投光ビームに応じた距離信号を出すことになる
。

［発明の目的］この発明はこのような従来の問題点に鑑み、前方の移動
体から後続の移動体間での離間距離が比較的長いばあい
でも精度よくかつ確実に測定でき、しかも測定対象以外
のものによって誤った計測をすることなく、さらに測定
対象が検出器の光軸から多少ずれても安定した距離計測
を行ない、その上小形で安価な計測方法およびその装置
を実現することを目的とするものである。

［発明の概要］この発明は先行する移動体に向けて、その後方に続く他
の移動体から光を放射する。一方、先行する移動体はス
リット状の非反射部を介して複数の反射部を１つの線に
沿って連続的に画成した１つの回帰反射ユニットを有し
、後続の移動体からの光を回帰反射させる。この回帰反
射された光は後続の移動体の受光面上にレンズ系を介し
て結像される。そして、この回帰反射された光は後続の
移動体の受光面上にレンズ系を介して結像される。そし
てこの結像された光の像の大きさを測定することにより
両移動体間の離間距離が測定される。

［実施例］以下図によってこの発明の一実施例を無人走行車に適用
したばあいについて説明する。

すなわち第１図において１つの線４たとえば軌道３に沿
って一対の移動体１．またとえば無人走行車がそれぞれ
可変の速度をもって移動する。そして先行する移動体１
の後部壁面には１つの回帰反射ユニット７が設けられる
。この回帰反射ユニットは複数の回帰反射部７ａ、７ｂ
とスリット状の非回帰反射部６とにより構成される。そ
して回帰反射部７ａ、７ｂは１つの線上において非回帰
反射部６を介して連続的に画成される。なお回帰反射部
７ａ、７ｂおよび非回帰反射部はその線方向において所
定の長さを有するが、非回帰反射部の線方向における幅
は回帰反射部７ａ、７ｂの線方向における長さに比し、
狭く設定される。一方、先行の移動体１の後に続く移動
体２の前部壁面には検出器１０が取付けられる。

なお回帰反射ユニット７および検出器１０はあらかじめ
各移動体１．２の前部と後部にそれぞれ設けておけば種
々の車両編成に対応しやすい。

また第２図において検出器１０は投光部１１と受光部１
２により構成される。そして投光部１１はその前方すな
わち先行する移動体１に向けて光を放射する。この光は
周知の同軸反射形の光電スイッチからの光のように細い
ビームに収束されている必要はなく、たとえば光軸から
±１０度ずれたところで５０％程度光が弱くなる程度の
指向性を有するものでよい。また受光部１２はいわゆる
ラインセンサーと呼ばれる光センサ−アレイからなる受
光面１６と、この受光面の前方すなわち先行する移動体
１側に受光レンズを主体とするレンズ系１７が配設され
る。

したがって投光部１１から出た光は回帰反射ユニット７
に照射され、この面で回帰反射される。そしてこの回帰
反射された光はレンズ系１７を介して受光面１６に入射
し、その面上に破線状の２つの輝点像を形成する。そこ
でこの２つの輝線の最外側端間の距離を受光面１６すな
わち光センサ−アレイにより計測すれば、下記の関係か
ら回帰反射光が作る角度θが分かるので後続の移動体２
と先行する移動体１との離間距離Ｌ１が計測される。こ
こで回帰反射光が作る角度θは先行する移動体１と後続
の移動体２との離間距離をＬｌ、回帰反射部７ａ、７ｂ
の外側端間の距離をＬ２、受光面１６すなわち光センサ
−アレイにより計測される輝線の最外側端間の距離をＬ
３、レンズ系１７と受光面１６間の距離をＬ４とするとＬＩ　　　Ｌ４となる。

なおこの方式は実質的に従来の三角測量である。

実験によると投光部１１に近赤外光を放射する発光ダイ
オードを用い、また受光面１６として５１２素子２５μ
ピツチのＣＣＤラインセンサーを用いかつその受光面１
６の前部Ｌ４＝３０　ｍ　ｍのところに直径３０ｍｍ、
焦点距離３０ｍｍのレンズを配置し、さらに発光部から
Ｌ１＝１０ｍの地点に２個の回帰反射部７ａ１７ｂをＬ
２＝３００ｍｍをもって置いたとき十分な光信号が受光
面１６すなわちセンサーアレイから得られた。

このときのＬｌ、Ｌ２、Ｌ４はＬ１＝１０ｍ＝１０　　
ｍｍ、Ｌ２　＝３００ｍｍであるから（１）式からＬ３
＝０．９ｍｍとなる。

第３図は検出部１０すなわち受光面１６の出力を示すも
ので、この図において第１の点ｐ１から第２に点ｐ２ま
での距離が受光面１６上に輝線像Ｓ１、Ｓｌの最外側端
間の距離Ｌ３である。

なお軌道３が湾曲しているばあいにおいて、移動体の前
方に、第１１図に示すように他の物体たとえば柱がある
とき投光部１１からの光は物体に照射されるが、その物
体によっては回帰反射されないので、その光は実質的に
受光部１２に至らない。

軌道３が直線のばあいには受光面１６上の２つの輝線は
光軸の近くにＬ３の距離を有して存在することになるが
、軌道３が湾曲しているばあいにはその度合いに応じて
光軸より離れたところに２つの輝線が存在することにな
る。

第４図において、受光面１６に入る光は検出ゾーンｚ１
の内側になければならない。よって検出ゾーンＺ１の中
に２つの回帰反射部７ａ。

７ｂが入っていることが検出可能な条件である。

したがって軌道３が検出可能な軌道ゾーンＺ２の中にあ
ることが必要である。

軌道３がたとえば０字形のように一方向にのみ湾曲して
いるばあいには第４図（ａ）に示すように回帰反射部７
ａ、＝７ｂを光軸Ｏに対して非対称になるように設ける
ことが有効となる。

このときの軌道の検出ゾーンＺ２は第５図のようになる
。

一方、たとえば軌道３が８の字形のように左右どちらに
も湾曲するばあいには第４図（ｂ）に示すように回帰反
射部７ａ、７ｂを光軸Ｏに対して対称に設けることが有
効である。このときの軌道の検出ゾーンは第６図のよう
になる。

また回帰反射部を２個用いるものはその回帰反射ユニッ
ト７を長くすることで長距離測定が可能となるが、計測
対象が接近してくると受光面１６上の輝線の長さが長く
なり、ついにはその輝線は受光面１６すなわちラインセ
ンサーの外側にはみ出す怖れがある。

計測対象が接近してくると、非回帰反射部６が受光部１
２に正対しているので、これに対応する受光面１６上の
非回帰反射部６の幅すなわち第３図の符号ＳＯのはばＬ
Ｏがしだいに大きくなって行く。そして後続の移動体２
が先行する移動体１に近づき、非反射部６の像ＳＯ自体
の大きさが受光面１６すなわちラインセンサーの有効部
Ｌ５に等しくなるところまで増大したたときの距離を接
近限界距離とすると、両枝動体間の距離はその接近限界
距離まで計測が可能であるということが理解できよう。

このばあい非回帰反射部６は検出面１６に正対すること
が望ましいので、この非回帰反射部の数は奇数、すなわ
ち回帰反射部の数は偶数であることが好ましい。

この検出可能な軌道ゾーンをより確保するために遠距離
領域Ｚｆと近距離領域Ｚｎとの間において、両領域に重
なるように中距離領域Ｚｍを設ける。このばあい、遠距
離領域Ｚｆにあるばあいのように、輝線像の最外側の点
を測定するのではな（、いずれか１つの回帰反射部の長
さに対応する受光面１６上の輝線像のいずれか１つの長
さを計測する。この計測のおいては回帰反射部の最外側
が、検出ゾーンのなかにある必要はなく、いずれか１っ
のの回帰反射部が検出ゾーンの中にあればよい。このば
あいの検出可能な軌道ゾーンＺ２は第８図のように中距
離領域Ｚｍが追加され、遠距離領域Ｚｆと近距離領域Ｚ
ｎとの間の検出ゾーンを拡大することができる。この説
明においては回帰反射部が非回帰反射部６を介して２個
連続するのものについて説明したがさらに回帰反射ユニ
ット７の長さを一定とした状態で回帰反射部を第１Ｏ図
（ｂ）（ｃ）に示すように増加すれば隣接する回帰反射
部間の距離が短くなるのでその分検出ゾーンは広がるこ
とになる。

なお近距離領域の計測が不要なばあいには上記検出領域
の計測は第９図に示すように遠距離領域Ｚｆと中距離領
域Ｚｍのみでよい。

−刃長距離にある計測対象すなわち先行する移動体１と
後続の移動体２との離間距離が遠距離領域Ｚｆにあるば
あい、受光面１６に強い外乱光が入るおそれがあるとき
にはこれを防ぐ必要がある。このばあいには光源をパル
ス点灯させ、そのパルスに対応する信号を取り出すこと
で外乱光による誤動作を防止することができる。

［発明の効果］この発明は上述のように少なくとも２つの移動体が前後
して移動するとき、先行する移動体に１つの線に沿って
スリット状の非回帰反射部を介して連続的に画成するこ
とにより形成した１つの回帰反射ユニットを設け、後続
の移動体から先行する移動体に対して光を放射し、この
光を先行する移動体において回帰反射させ、この光を後
続の移動体の受光面上にレンズ系をもって結像させ、そ
の受光面上の光の像の大きさを測定することにより両移
動体の離間距離を計測するようにしているので、後続の
移動体から先行する移動体までの距離を長距離にわたっ
て計測可能であり、また両移動体が極端に接近したばあ
いにも容易に判定でき、さらに先行する移動体以外には
応答せず、しかも受光部の光軸から計測対象が若干ずれ
ても確実に計測しうる効果がある。とくに両移動体があ
る曲線を描いて前進するときその前方に他の物体たとえ
ば柱等があるばあいでもその物体と移動体間の距離を計
測することはない。すなわち通常の測距技術では計測不
可能な点を巧みに改善しうるものである。

一方後続の移動体からの光は従来技術のようにその指向
性をことさら高める必要はな（、比較的その指向性が広
ぐてもその計測は容易である。このため発光部と受光部
との光軸合わせの必要性も低く、したがって投受光部の
一体化も容易である。とくに受光面においては回帰反射
光を検出するため散乱光を検出する方法に比べ外乱光ノ
イズの影響を受けにくい利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１１図はこの発明の一実施例を示すもので、
第１図は移動体の走行状態を示す斜視図、第２図はこの
発明における計測原理を説明する原理図、第３図は検出
器の出力を示す波形図、第４図〜第９図は移動体間の離
間距離を計測する方法を説明する説明図、第１０図は回
帰反射部の配置を示す平面図、第１１図は移動体の走行
状態における離間距離の計測方法を説明する平面図、第
１２図は従来の距離計測方法を示す説明図である。１・・・先行する移動体２・・・後続の移動体３・・・軌道７・・・回帰反射ユニット１０・・・検出器１１・・・投光部１２・・・受光部６７Ｉ　２ｎｆ２ｍ・受光面・レンズ系・検出ゾーン・軌道ゾーン・近距離領域・遠距離領域・中距離領域第４図７ｂ丁第・５図第図第図艷因第面第図第図第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）先行する移動体に対し、後続の移動体があるばあ
いにおいて、上記先行する移動体にスリット状の非反射
部を介して所定の大きさを有する複数の回帰反射部を１
つの線に沿って連続的に画成することにより１つの反射
ユニットを構成し、上記後続の移動体からその前方に光
を放射するとともに、その光を先行する移動体の後部に
おいて上記複数の回帰反射部により反射させ、かつこの
光を後続の移動体の受光面上にレンズ系を介して結像さ
せ、その受光面上の光の像の第一の位置から第２の位置
までの大きさを測定することにより、後続の移動体から
先行する移動体までの距離を演算することを特徴とする
移動体の離間距離計測方法。
（２）上記先行する移動体および上記後続の移動体はあ
らかじめ定められた１つの線に沿って移動することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の移動体の離間距離
計測方法。
（３）上記反射ユニットの非回帰反射部および反射部は
上記検出面上の光の像を検出する方向に沿って配列され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の移
動体の離間距離計測方法。
（４）上記非反射部は複数である特許請求の範囲第１項
記載の移動体の離間距離計測方法。
（５）上記回帰反射部の各区間の長さはその配列方向に
おいてそれぞれ等しいことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の移動体の離間距離計測方法。
（６）上記非反射部は奇数で構成され、上記後続の移動
体が上記先行する移動体に接近したときに、中央に位置
する非反射部の像が上記受光面上にあることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の移動体の離間距離計測方
法。
（７）上記非反射部は偶数で構成され、上記後続の移動
体が上記先行する移動体に接近したときに、中央に位置
する回帰反射部が上記受光面上にあることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の移動体の離間距離計測方法
。
（８）上記先行する移動体と上記後続の移動体とがあら
かじめ設定された検出限界距離と、これから所定の距離
だけ短い遠距離領域にあるときに、上記受光面上のたが
いにもっとも離れた上記回帰反射部の光の像の外側端間
の距離を計測し、また上記先行する移動体と後続の移動
体とがあらかじめ設定された接近限界距離と、これから
所定の距離だけ遠く、かつ上記遠距離領域に連続する近
距離領域にあるときに、上記受光面上の上記非反射部の
検出方向における幅を計測することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の移動体の離間距離計測方法。
（９）上記先行する移動体と上記後続の移動体とがあら
かじめ設定された検出限界距離と、これから所定の距離
だけ短い遠距離領域にあるときに、上記受光面上のたが
いにもっとも離れた両回帰反射部の光の像の外側端間の
距離を計測し、また上記先行する移動体と後続の移動体
とが上記遠距離領域より短く、かつ上記先行する移動体
と後続の移動体とがあらかじめ設定された接近限界距離
と、これから所定の距離だけ遠い近距離領域との間の中
距離領域にあるときに、上記受光面上の上記非発光部に
よつて画成された上記回帰反射部の１つの光の像の検出
方向における長さを計測することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の移動体の離間距離計測方法。
（１０）上記先行する移動体と上記後続の移動体とがあ
らかじめ設定された検出限界距離と、これから所定の距
離だけ短い遠距離領域にあるときに、上記受光面上のた
がいにもっとも離れた上記回帰反射部の光の像の外側端
間の距離を計測し、また上記先行する移動体と後続の移
動体とがあらかじめ設定された接近限界距離と、これか
ら所定の距離だけ遠い近距離領域にあるときに、上記受
光面上の上記非反射部によって画成された上記回帰反射
部の１つの光の像の長さを計測し、さらに上記先行する
移動体と後続の移動体とが上記遠距離領域と上記近距離
領域との間にある中距離にあるときに、上記受光面上の
上記非反射部によって画成された上記回帰反射部の１つ
の光の像の長さを計測することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の移動体の離間距離計側方法。
（１１）先行する移動体の後部に、１つの線に沿って、
かつスリット状の非反射部を介して連続的に画成された
複数の回帰反射部と、上記先行する移動体に後続する移
動体に設けられ、上記回帰反射部に対し光を放射する投
光部と、この投光部から発し、かつ上記回帰反射部によ
り反射される光を結像させる受光面を有する受光部と、
上記受光面上の光の像の第１の位置からその第２の位置
までの長さを検出する検出部およびこの検出部の出力を
もとに上記後続の移動体から上記先行する移動体までの
離間距離を演算する演算部とを備えた移動体の離間距離
計測装置。
（１２）上記先行する移動体および上記後続の移動体は
あらかじめ定められた１つの線に沿って移動することを
特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の移動体の離間
距離計測装置。
（１３）上記受光面の大きさは上記先行する移動体と上
記後続の移動体との離間距離があらかじめ設定された検
出限界距離と、これから所定の距離だけ短い遠距離領域
にあるときに上記回帰反射部のすべてからの光を結像さ
せ、また上記先行する移動体と上記後続の移動体との離
間距離があらかじめ設定された接近限界距離と、これか
ら所定の距離だけ遠く、かつ上記遠距離領域に連続する
近距離領域にあるときに、上記非回帰反射部の幅を結像
させる大きさに設定したことを特徴とする特許請求の範
囲第１１項記載の移動体の離間距離計測装置。
（１４）上記受光面の大きさは上記先行する移動体と上
記後続の移動体との離間距離があらかじめ設定された検
出限界距離と、これから所定の距離だけ短い遠距離領域
にあるときに上記回帰反射部のすべてからの光を結像さ
せ、また上記先行する移動体と上記後続の移動体との離
間距離があらかじめ設定された接近限界距離と、これか
ら所定の距離だけ遠い近距離領域にあるときに、上記非
回帰反射部の幅を結像させる大きさに設定し、さらに上
記先行する移動体と上記後続の移動体との離間距離が上
記遠距離領域より短く、上記近距離領域より遠い中距離
領域にあるときに、上記回帰反射部の少なくとも１つか
らの光を結像させる大きさに設定したことを特徴とする
特許請求の範囲第１１項記載の移動体の離間距離計測装
置。
（１５）上記受光面の大きさは上記先行する移動体と上
記後続の移動体との離間距離があらかじめ設定された検
出限界距離と、これから所定の距離だけ短い遠距離領域
にあるときに上記回帰反射部のすべてからの光を結像さ
せ、また上記先行する移動体と上記後続の移動体との離
間距離が上記遠距離領域より短く、かつ上記先行する移
動体と後続の移動体とがあらかじめ設定された接近限界
距離から所定の距離だけ遠い近距離領域との間の中距離
領域にあるときに、上記回帰反射部の少なくとも１つか
らの光を結像させる大きさに設定したことを特徴とする
特許請求の範囲第１１項記載の移動体の離間距離計測装
置。
（１６）上記回帰反射部の中、たがいにもっとも離れた
回帰反射部の外側端間の距離と、１つの回帰反射部自体
の大きさとの比が上記回帰反射部自体のおおきさと、上
記非回帰反射部の幅との比に等しいことを特徴とする特
許請求の範囲第１１項記載の移動体の離間距離計測装置
。
（１７）複数の移動体と、これらの移動体のそれぞれの
後部に、１つの線に沿って、かつスリット状の非反射部
を介して連続的に画成された複数の回帰反射部と、上記
移動体のそれぞれの前部に設けられ、上記回帰反射部に
対し光を放射する投光部と、この投光部から放射され、
かつ上記回帰反射板により反射される光を結像させる受
光面を有する受光部と、上記受光面上の光の像の第１の
位置からその第２の位置までの長さを検出する検出部お
よびこの検出部の出力をもとに上記移動体の中、後続の
移動体から上記先行する移動体までの離間距離を演算す
る演算部とを備えた移動体の離間距離計測装置。