JPH0562686B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は距離測定装置に関し、特に多方向にあ
る物体までの距離を光学的に測定するための装置
に関する。この様な装置は自走ロボツト用の視覚
センサや自動車の衝突防止装置用の障害物検知セ
ンサとして利用される。

〔従来の技術及びその問題点〕

自走ロボツトにおいては、周囲環境認識のため
の手段として多方向にわたつて周囲の物体までの
距離を測定することが行なわれ、かくして得られ
た距離情報に基づき物体への衝突を避けながら走
行することができる。

また、自動車の衝突防止装置においては、障害
物検知のための手段として多方向にわたつて周囲
の物体までの距離を測定することが行なわれ、か
くして得られた距離情報に基づき他の自動車また
は壁等の物体に対し所定の距離よりも近づいた時
に運転者に対し警告を発するかあるいは自動車を
停止または減速させるための指示を発することが
なされる。

以上の様な多方向の距離測定のための手段とし
ては、従来より、被測定物体に対し超音波を発射
して反射により戻つてくる超音波を解析して距離
を求めるという方法が用いられている。

しかるに、この方法では被測定物体が小さい場
合には測定が困難であり、また分解能が比較的低
く、更に遠方の物体までの距離測定に時間がかか
るという問題点がある。

多方向の距離測定を光学的に行なう方法とし
て、スリツト状の光束を被測定物体に投射して、
該投射方向と異なる方向から物体表面上の輝線形
状を測定して、該形状から演算により距離を求め
るという方法が提案されている。

しかるに、この方法では輝線形状の入力及びそ
の後の演算に比較的多くの時間を要するという問
題点がある。

更に、光学的方法としてステレオ法がある。

しかるに、ステレオ法では測定方向の分解能を
向上させることが困難であるという問題点があ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、以下の如き従来技術の問題点
を解決するものとして、光源と、該光源からの光
束を所定平面に対して交差するように配置された
凹筒状反射面を有する凹面反射鏡に入射させ、該
反射面の光軸方向を横切る方向の回転軸のまわり
に該反射鏡を回転または回動させることにより該
反射鏡からの反射光束を被測定物体に投射しなが
ら走査する走査手段と、該被測定物体からの反射
光束を前記凹面反射鏡により反射させて前記所定
平面上に結像させ、前記所定平面上での反射光束
の光路方向に沿つた結像位置の変化を測定する結
像位置測定手段とを有し、該結像位置測定手段の
測定に基づき多方向に存在する被測定物体までの
距離情報を測定することを特徴とする、多方向距
離測定装置が提供される。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施
例を説明する。

第１図ａ，ｂは本発明装置の一実施例を示す概
略側面図であり、第２図はその概略平面図であ
る。これらの図面において、１は光源であり、該
光源としては発光部に発光ダイオードや半導体レ
ーザ等を用いたものを使用することができる。２
は凸シリンドリカルレンズであり、その円筒軸方
向はＹ方向であり、光軸はＸ方向である。３は凹
面回転反射鏡であり、６つの反射面を有する。該
反射鏡３はＺ方向の回転軸４のまわりに駆動回転
せしめられ、各反射面は該回転軸４に関し対称的
に位置する。各反射面は凹シリンドリカル面に形
成されており、その円筒軸方向はＸ−Ｙ平面と平
行な面内にあり、各反射面の光軸もＸ−Ｙ平面と
平行な面内にある。図において、５は凸レンズで
あり、６は光電変換素子である。該光電変換素子
は光スポツトの入射する位置に応じて出力信号の
変化するいわゆルポジシヨンセンサである。該凸
レンズ５及び光電変換素子６は、光源１から凸シ
リンドリカルレンズ２を経て凹面反射鏡３に至る
光路の真下の位置に存在している。

第３図は上記実施例における光源１と凸シリン
ドリカルレンズ２と凹面回転反射鏡３との位置関
係を示す概略側面図である。図示される様に、光
源１は発光部１′及びコリメータレンズ１″を有す
る。発光部１′の発光光束はコリメータレンズ
１″によりコリメートされてほぼ平行な直径Ｄと
光束となつて凸シリンドリカルレンズ２に入射す
る。該シリンドリカルレンズはＺ方向に関しての
み光束を集束せしめる。図示される様に、凸シリ
ンドリカルレンズ２の焦線位置は凹シリンドリカ
ル反射面の曲率半径Ｒの半分だけ該反射面から離
れた位置（即ち、該反射面の焦線位置）におかれ
ている。従つて、凸シリンドリカルレンズ２から
の光束は反射鏡３の凹シリンドリカル反射面にＺ
方向径がｄ及び該方向に直交する方向の径がＤの
楕円断面の光束となつて入射する。そして、該反
射面からは上記楕円断面を有する平行光束が反射
せしめられる。

尚、上記凸シリンドリカルレンズ２の光軸及び
凹面反射鏡３の各凹シリンドリカル反射面の光軸
を含むＸ−Ｙ平面に平行な平面Ｓのことを、以
下、基準平面ということにする。

かくして反射鏡３の反射面により反射せしめら
れた平行光束は被測定物体の表面にて反射され、
その一部が上記反射鏡３の反射面に戻つてきて、
該反射面により反射され結像せしめられる。この
際の結像位置は被測定物体までの距離によつて異
なる。第１図ａは被測定物体７が比較的近距離に
ある場合を示しており、この場合には反射鏡３の
反射面から比較的離れた位置Ａに結像する。第１
図ｂは被測定物体（図示せず）が比較的遠距離に
ある場合を示しており、この場合には反射鏡３の
反射面に比較的近い位置Ｂに結像する。これら結
像位置Ａ、Ｂはいづれも基準平面Ｓ上にある。
尚、これら結像はＺ方向に関してのみ行なわれ
る。従つて、像は水平方向に長い線状のものとな
る。

上記凸レンズ５は上記基準平面Ｓの所定の部分
（即ち、上記結像位置Ａ、Ｂを含み、測定すべき
距離範囲内にある被測定物体からの反射光束が結
像する範囲内の全位置をカバーする部分）Ｑを光
電変換素子６上に結像させる。即ち、該光電変換
素子６は凸レンズ５に関し上記基準平面Ｓの所定
の部分Ｑと共役の位置に配置されており、更に被
測定物体から上記反射鏡３の反射面に入射して反
射し上記所定部分Ｑ内に結像せしめられた光束は
凸レンズ５を通つて光電変換素子６に入射せしめ
られる。

従つて、光電変換素子６の出力から基準平面Ｓ
上の結像位置を知ることができ、該結像位置から
被測定物体の位置を知ることができる。かくし
て、予め光電変換素子６上の結像位置と被測定物
までの距離との関係を求めておけば、光電変換素
子６の出力ととして直ちに被測定体までの距離が
得られる。

以上の様な関係は反射鏡３を回転軸４のまわり
に回転させてもほぼ同様に保たれる。従つて、反
射鏡３を回転させることにより基準平面Ｓ上の所
定の角度範囲内にある被測定物体までの距離を測
定することができる。尚、反射鏡３を回転させる
と、被測定物体からの反射光が該反射鏡の反射面
に到達するまでの時間内に反射鏡自体がある角度
回転しているので、基準平面における結像位置は
厳密には水平方向にずれるのであるが、上記の如
く基準平面上の像は水平方向に長いので、光電変
換素子６による結像位置の検出には実質上影響が
ない。

本実施例によれば、反射鏡３の回転を継続する
ことにより、順次隣接反射面に用いて所定角度範
囲にある被測定体までの距離測定を高速にて繰返
し連続的に行なうことができる。

上記実施例においては反射鏡の反射面の形状が
内筒面であるが、本発明においては該反射面の形
状は楕円筒面や放物線筒面であつてもよい。

更に、上記実施例においては反射鏡は回転多面
鏡からなるが、本発明においては反射鏡は１面の
みからなるものでもよい。１面のみからなる反射
鏡の場合には、上記実施例と同様に同一の向きに
回転を継続して継続的に多方向距離測定を行なう
こともできるし、回転軸のまわりに所定の角度範
囲内で回転させて連続的に多方向距離測定を行な
うこともできる。

上記実施例においては基準平面Ｓ内に所定の部
分Ｑ内に結像せしめられる像を更に凸レンズ５を
用いて光電変更素子６上に結像させているが、本
発明においては上記所定の部分Ｑに光電変換素子
を配置して結像位置の測定を行つてもよい。

また、本発明装置においては、外光と光源から
の光束とを区別してＳ／Ｎ比を上げ測定精度を向
上させるために、光源として赤外線発光素子を用
い受光用光電変換素子の前方に可視光遮断フイル
ムを置いたり、光源を変調発光させ該変調に同期
して光電変換素子の出力をとり出したりする等の
方法を適用するともできる。

更に、本発明においては、凹面反射鏡から被測
定物体に投射される光路上に平面反射鏡を配置
し、該平面反射鏡を上記凹面反射鏡の回転軸と非
平行な回転軸のまわりに回動させることによつて
２次元的に光束走査を行ない、立体的多方向の距
離測定を行なうこともできる。

〔発明の効果〕

以上の如き本発明によれば、多方向の距離測定
結果を直ちに時系列的電気信号として得ることが
でき複雑な演算処理を必要としないため、比較的
簡単な構成にて高速で測定を行なうことができ
る。

また、本発明によれば、光学的に結像された像
の位置測定により測定結果を得ることができるの
で、光学系の精度を上げることにより容易に分解
能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明装置を説明するための概
略側面図であり、第２図はその概略平面図であ
る。第３図は本発明装置を説明するための概略側
面図である。 １：光源、２：凸シリンドリカルレンズ、３：
凹面反射鏡、４：回転軸、５：凸レンズ、６：光
電変換素子、７：被測定物体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と、該光源からの光束を所定平面に対し
   て交差するように配置された凹筒状反射面を有す
   る凹面反射鏡に入射させ、該反射面の光軸方向を
   横切る方向の回転軸のまわりに該反射鏡を回転ま
   たは回動させることにより該反射鏡からの反射光
   束を被測定物体に投射しながら走査する走査手段
   と、該被測定物体からの反射光束を前記凹面反射
   鏡により反射させて前記所定平面上に結像させ、
   前記所定平面上での反射光束の光路方向に沿つた
   結像位置の変化を測定する結像位置測定手段とを
   有し、該結像位置測定手段の測定に基づき多方向
   に存在する被測定物体までの距離情報を測定する
   ことを特徴とする、多方向距離測定装置。 ２ 前記凹面反射鏡が１つの回転軸に関し対称的
   に複数個配置された反射面を有する、特許請求の
   範囲第１項の多方向距離測定装置。 ３ 前記結像位置測定手段は、前記結像位置から
   前記所定平面外に出射した光束を再結像させる光
   学手段と、該光学手段による再結像位置の変化を
   検出することにより前記所定平面上の結像位置の
   変化を測定する検出素子とを有する、特許請求の
   範囲第１項の多方向距離測定装置。