JPH0378687A - 近距離測定方法とその装置 - 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、例えば列車、自動車、産業用ロボットのアー
ムなどの移動物体に対して、路数１００　ｍ以下の近距
離の被測定物体までの距離を測定する方法とその装置に
関する。

［従来の技術］ 例えば移動物体の衝突を防止するために、この移動物体
から近距離の被測定物体までの距離をａｊ定する方法と
しては、レーダ一方式が知られている。この方式は、被
測定物体に音波、光波、または電波などを放射して、そ
の反射波が戻ってくるまでに要した時間を計って、被測
定物体までの距離を測定する方式である。

［発明が解決しようとする課題］ 間が確保できる場合（例えば遠距離の被測定物体までの
距離測定）に用途が制限されていて、近距離の被測定物
体に対する距離７１１１Ｊ定には適用できなかった。

つまり、動作周波数が４〜２０Ｍ　ＨＺの汎用コンピュ
ータの中で、最も一般的なＩＯＭＨ２の周波数で動作す
るコンピュータでの演算を例に説明する。

この代表的なコンピュータの１クロツクのパルス幅は１
００ナノ秒である。そして、コンピュータの演算システ
ムでは、通常少なくとも数千クロックを要して、一つの
命令を演算処理することが知られている。したがって、
上記例示のコンピュータで一つの演算処理に要する時間
は、必要クロ・ツク数にパルス幅の時間を乗じた時間で
ある（例えば５０クロツクを必要とする場合には、５０
Ｘ１００−５０００ナノ秒）。

ところで、上記レーダ一方式で例えばｌＯｍ前方の被測
定物体を測定する場合には、往復２０ｍの距離を光波や
電波が伝ばんするため、この伝ばんに要する時間は、２
０ｍ／光速−６７ナノ秒である。

したがって、既述のように演算のためには数千ナノ秒が
必要であるにも拘らず、伝ばん時間がコンピュータの１
クロツクのパルス幅時間にも満たないので、上記のよう
な近距離のｎＪ定をリアルタイムで実施することは、従
来のレーダ一方式では不可能であった。なお、演算その
ものは、数千ナノ秒をかければ可能であるか、このよう
に多くの時間を必要とする場合には、被測定物体に対し
て移動物体が衝突を回避する時間が少なくなってしまう
。すなわち、高速で移動している移動物体から、その前
方の被測定物体に対する衝突防止の回避行動を行うには
、移動物体の速度が速ければ速い程、前方の被測定物体
間での距離の測定を迅速に行って、衝突回避の行動をす
る必要があるが、このような要請を、近距離の測定にお
いて従来のレーダ一方式では満すことができなかった。

本発明の目的は、近距離の被測定物体までの距離を高速
で測定できる近距離測定方法と、この方法を実施する近
距離測定装置とを得ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の近距離測定方法は
、電磁波発生源からパルス状に放射された電磁波を複数
に分割して、分割された第１の電磁波を被測定物体に投
射し、その反射電磁波を受波手段で受けるとともに、最
大測定距離の２倍以上の長さを有する伝送主部に対して
所定間隔ごとに分岐伝送部が多数設けられた電磁波伝送
手段に、分割された第２の電磁波を入射させて、上記分
岐伝送部に夫々別々に接続された多数の電磁波センサー
の出力と、上記受波手段の出力との一致を時系列的に検
出することにより、被測定物体間の距離を測定すること
を特徴とする。

また、本発明の近距離測定装置においては、パルス状に
光を出射する光源と、最大測定距離の２倍以上の長さを
有する光路主部、およびこの主部に対して所定距離ごと
に分岐された多数の分岐光路部を有した光路と、上記分
岐光路部に夫々別々に接続された多数の測定用光電変換
素子と、上記光源の前方に対向して設けられ、この光源
から出射された光を被測定物体に向けて投光される光と
、上記光路主部の入口端に向けて投光される光とに２分
割する光分割手段と、上記被４１１ｊ定物体からの反射
光を受光する受光用光電変換素子と、この受光用光電変
換素子の出力と、上記多数の測定用光電変換素子の出力
との時系列的な一致出力を検出する検出回路とを具備し
たものである。

［作用］ 本発明において、電磁波発生源は光などの電磁波をパル
ス状にして被測定物体に投射する。光電変換素子などか
らなる受波手段は、被測定物体から反射された反射電磁
波を受ける。また、投射された電磁波の一部は光分割手
段などで分割されて、光路などからなる電磁波伝送手段
の伝送主部の入口端に入射される。この電磁波伝送手段
は近距離の最大測定距離の２倍以上の長さを有している
。

そのため、この伝送手段に入射された電磁波は、電磁波
発生源から被測定物体間での距離と、被測定物体から受
波手段までの距離（なお、この距離は上記電磁波光源か
ら被測定物体間での距離と同じである。）と同じ距離と
を、１往復するのに要した時間と同時間で、かつ同じ距
離を、伝送される。そして、この伝送の途中において、
伝送される電磁波の一部は分岐伝送部に夫々分岐され、
その分岐時点において光電変換素子などからなる電磁波
センサーの夫々が、分岐された電磁波を検出する。また
、検出回路は、上記受波手段の出力と、多数の電磁波セ
ンサーの出力とが、どの時点で一致しているかというこ
とを検出する。したがって、彼７１１１１定物体までの
近距離は、上記両出力が一致した分岐伝送部から上記伝
送主部の人口までの距離の半分の値に、補正係数を乗じ
た値としてアナログ演算により与えられる。なお、補正
係数とは、電磁波伝送手段の材質による伝送の遅れを補
正するためのものである。以上のようにして本発明によ
れば、アナログ的に距離を測定をするので、近距離の測
定を瞬時に割り出せる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を説明するに、まず、本発明方
法を実施する測定装置回りの構成について第１図および
第２図を参照して説明する。

第１図中１は一実施例に係る近距離測定装置が搭載され
る測定側物体、２は被測定物体である。

これら両物体１．２のうち少なくとも一方は移動物体で
あり、これらの間の距離りは例えば略１００ｍ以下の近
距離である。

近距離測定装置は、電磁波発生源としての光源３と、電
磁波伝送手段としての光路４と、電磁波センサーとして
の４Ｐｊ定用光電変換索子５と、電磁波分割手段として
の光分割手段６と、受波手段としての受光用光電変換素
子７と、検出回路８とを具備して形成されている。以下
、これらの構成について説明する。

光源３は、パルス動作で使用される半導体レーザ、例え
ばレーザダイオードからなり、これは−定周期でパルス
状にレーザ光（つまり電磁波の一種）を被測定物体２に
向けて出射するものである。

光路４は、伝送主部としての光路主部９と、分岐伝送部
としての多数の分岐光路部１０とを有している。光路主
部９は、最大測定距離（つまり、近距離の距離範囲の中
で、測定装置として任意に設定される測定限界の距離）
の２倍の距離以上の長さ（したがって本実施例の場合に
は２００ｍ以上）を有している。各分岐光路部１０は光
路主部９に対して所定の距離ごとに分岐接続されており
、これらにも光路主部９に入射したレーザ光の一部が夫
々分岐して入るようになっている。これら各部９．１０
は光ガラスファイバーや光プラスチックファンバーによ
り形成され、分岐部の接続はファイバーカプラー（光分
岐結合器）１１を介してなされている。

なお、各分岐光路部１０間の距離は、ｎ１定距離の分解
能を担うものであるから、本発明の用途に応じて測定精
度を高く必要とする場合には、相互間の距離を小さくし
て各分岐光路部１０が配設され、これと逆に低分解能で
良い場合には各分岐光路部１０は相互間の距離を大きく
して配設される。

４ｐｊ定用光電変換素子５は各分岐光路部１０の夫々に
別々に接続して設けられている。この素子５には、ホト
トランジスタ、アバランシェホトダイオード、ＰＩＮホ
トダイオード、ホトトランジスタアレイ、アバランシェ
ホトダイオードアレイ、ＰＩＮホトダイオードアレイな
どのいずれかが使用される。

光分割手段６には、ハーフミラ−またはプリズムビーム
スプリッタ−などのビームスプリッタ−が使用されてい
る。光分割手段６は光源１の前方および光路主部９の入
口端９ａの夫々に対向して配設されている。この分割手
段６と、光源１および光路主部９の入口端９ａとは互い
に近接している。そして、この光分割手段６は、光源１
から出射されたレーザ光を、被ａｌｌ定物体２に向けて
投光される光と、光路主部９の入口端９ａに向けて投光
される光とに２分割するために用いられている。

受光用光電変換素子７は被測定物体２からの反射光を受
けるために設けられており、これも上記光電変換素子５
と同様な素子が使用されている。

検出回路８は、受光用光電変換素子７の出力さ、各測定
用充電変換索子５の出力との時系列的な一致出力を検出
する回路であり、アンド回路により形成されている。

また、検出回路８の出力端には処理装置１２が接続され
ている。この装置１２は、上記測定装置による近距離の
測定に基づいて距離をデジモル演算出ではなくアナログ
的に算出する算出部と、その算出結果を例えば数値など
として表示、する表示部とを具備している。なお、処理
装置１２は、必要により、算出結果を移動物体の衝突防
止用の制動機構を動作させる制御信号として出力するよ
うにしても差支えない。また、上記算出部は、次式のア
ナログ演算を行うようになっている。

Ｌ−Ｓ÷２Ｘｎ ここで、Ｌは被測定物体までの距離（第１図参照）、Ｓ
は、受光用光電変換素子７の出力と一致する出力を出し
たＮ番目の測定用光電変換素子５から光路４の人口端９
ａまでの光路長、ｎは補正係数であり、光路４の材質に
依存する光の伝ばん遅延率が用いられる。

以上のような構成の近距離７ＴＰｌ定装置を動作させる
と、その光源１からは一定の周期でレーザ光が放射され
る（なお、このレーザ光の発光出力は第２図中Ａで示さ
れる）。そうすると、レーザ光は、光分割手段６によっ
て、前方の被測定物体２に向けて投光される光と、光路
主部９の入口端９ａに向けて投光される光とに２分割さ
れる。

ぞして、被測定物体２に到達し、この物体により反射さ
れた光は、受光用光電変換素子７で受光される。したが
って素子７の受光出力は、第２図中Ｂに示すように上記
発光出力より時間Ｔ（つまり近距離りを光が往復するに
要した時間）だけ遅れた時点で出力される。

一方、以上のような投受光と同時に、光路４に入射され
たサーザ光は、光路本体９に導かれて、その先端側に伝
送される。そして、伝送されるレーザ光の一部は分岐光
路部１０に到達するたびに、この光路部１０に分岐され
て、測定用光電変換素子５に入射する。そのため、各測
定用光電変換素子５からは、その受光出力が発生する。

これらの受光出力は第２図中ＣＩ　ｒ　　Ｃ２＋　　Ｃ
Ｎ　＋　　ＣＮｉ１で示される。

そして、受光用光電変換索子７および各測定用光電変換
素子５からの出力は夫々検出回路８に入力しているから
、この回路８は時系列的な一致出力を検出する。つまり
、第２図の例の場合には、Ｎ番目の測定用光電変換素子
５の出力が、受光用光電変換素子７の出力と時間軸上で
一致しているから、この一致を検出回路８が検出する。

そうする、その検出出力により処理装置１２が既述の式
に則ったアナログ演算をなす。したがって、その結果に
より波計１定物体２までの距ＭＬが算出できるので、以
上のようなアナログ的な処理によりリアルタイムで距離
りを測定できるものである。

また、本発明は上記一実施例には制約されない。

例えば、第３図に示すように、反射ミラー１５と、これ
に所定の間隔を設けて平行に配設されたハーフミラ−１
６とにより光路４を形成してもよい。

なお、ハーフミラ−１６に対する入射光の光通過方向に
は、夫々ａ１定用光電変換素子５が配設される。

また、第４図に示すように光分割手段６は、レーザ光の
光束の略半分にかかるチョッパーミラーにより形成して
もよい。

さらに、光源１から放射されたレーザ光の分割は、上記
一実施例では２分割としたが、それ以上の数に分割して
、その内の二つの分割光により近距離の測定をして、他
の分割光を他の適宜な用途に使用するようにしても差支
えない。

また、本発明においては光に代えて電波を用いるように
してもよい。この場合、電磁波発生源には電波をパルス
状に放射する電波源が使用され、電磁波分割手段には上
記第４図の場合と同様にして電波の一部を反射させる電
波反射板が使用される。そして、電磁波伝送手段には、
電線または導波管が使用され、電磁波センサーおよび受
波手段には、高周波コイルやアンテナなどが使用される
。

なお、電磁波伝送手段に導波管を用いる場合には、大気
による電波の伝ばん遅れは実質的に無視できるから、上
記近距離算定式における補正係数は０として処理される
。

勿論、本発明は、列車や自動車の衝突防止のための近距
離ａｊ定定法法よびその装置として、あるいは産業用ロ
ボットのアームが物を掴む場合などにおける衝突防止の
ための近距離測定方法およびその装置として適用できる
ことは言うまでもない。

［発明の効果コ 以上説明した本発明の方法および装置によれば、被測定
物体に対して電磁波が往復する時間を計って、それをコ
ンピュータにより演算して距離を測定するものではなく
、同一電磁波から放射されて分割された第１の電磁波の
被測定物体からの反射波を受ける受波手段の出力と、電
磁波伝送手段を通る分割された第２の電磁波が入射する
多数の電磁波センサーの出力との一致を、時系列的に検
出することにより、アナログ的に距離を測定するから、
従来のレーダ一方式では不可能であった近距離を瞬時に
測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
は近距離測定装置の構成図、第２図は横軸に時間軸をと
るとともに縦軸に各種の出力波形をとったタイミング図
である。第３図は光路の他の実施態様を示す側面図、第
４図は光分割手段の他の実施態様を示した側面図である
。 ２・・・被７１１１１定物体、３・・・光源（電磁波発
生Ｆｉ、）、４・・・光路（電磁波伝送手段）、５・・
・１（ｉｌｌｌｌ光用光電変換素子磁波センサー）　６
・・・光分割手段、７・・・受光用光電変換素子（受波
手段）、８・・・検出回路、９・・・光路主部（伝送主
部）、９ａ・・・入口端、１０・・・分岐光路部（分岐
光路部）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電磁波発生源からパルス状に放射された電磁波を複
   数に分割して、分割された第１の電磁波を被測定物体に
   投射し、その反射電磁波を受波手段で受けるとともに、
   最大測定距離の２倍以上の長さを有する伝送主部に対し
   て所定間隔ごとに分岐伝送部が多数設けられた電磁波伝
   送手段に、分割された第２の電磁波を入射させて、上記
   分岐伝送部に夫々別々に接続された多数の電磁波センサ
   ーの出力と、上記受波手段の出力との一致を時系列的に
   検出することにより、被測定物体までの距離を測定する
   ことを特徴とする近距離測定方法。 ２、パルス状に光を出射する光源と、 最大測定距離の２倍以上の長さを有する光路主部、およ
   びこの主部に対して所定距離ごとに分岐された多数の分
   岐光路部を有した光路と、 上記分岐光路部に夫々別々に接続された多数の測定用光
   電変換素子と、 上記光源の前方に対向して設けられ、この光源から出射
   された光を被測定物体に向けて投光される光と、上記光
   路主部の入口端に向けて投光される光とに２分割する光
   分割手段と、 上記被測定物体からの反射光を受光する、受光用光電変
   換素子と、 この受光用光電変換素子の出力と、上記多数の測定用光
   電変換素子の出力との時系列的な一致出力を検出する検
   出回路と を具備したことを特徴とする近距離測定装置。