JPH06307857A - 距離・速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基線に平行な方向の広範囲の領域の測定を可
能にし、Ｓ／Ｎが悪い条件の下でも誤差を低減し、高精
度の測定を行うことを可能にする。 【構成】 基線長が対象物体の距離を測定する領域と基
線との距離に比して同程度か、または十分に長く設定さ
れている複数の受光部を有し、測定光線を少なくとも２
本出射する発光部と、該測定光線が対象物体に当たった
か否かを判断し、当たったことを条件にトリガ信号を発
生するトリガ信号発生手段と、トリガ信号の発生により
測定された受信信号の有効、無効を決定する有効・無効
決定手段と、受信信号から距離および速度の計算を行う
とともに、その距離情報を統計処理することにより対象
物体の平均的距離および速度を計算する距離・速度算出
手段とを備え、測定光線上を対象物が通過し始めたこと
をトリガ信号として与え、その初期の一部分をデータと
して用いることにより対象物の先端部近傍の時間変化を
捉え、広範囲の領域の測定を行うことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は距離・速度測定装置、例
えば自動車衝突予知センサに適した距離、速度測定装置
に係わり、特に衝突直前の対象物との距離および対象物
との相対速度を測定する距離・速度測定装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、距離・速度測定装置としてセンサ
技術（１９９２年１０月号，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１
１，ｐ．２４）、トランジスタ技術（１９９０年８月
号，ｐ．４６８）に示されるような三角測距方式のもの
があり、この原理は図７に示すようなものであり、発光
素子２４より発光された光を光学系２５でコリメートし
て出射し、対象物体２６を照射してその測定光線のスポ
ット像を光学系２５から基線長Ｌだけ離して配置された
受光光学系２７により、１次元あるいは２次元の受光素
子２８上に結像し、その位置を測定することにより対象
物体までの距離を測定する。この装置は、通常静止物体
に対して測定を行うものであり、その場合、Ｓ／Ｎの良
い測定を行うために複数回の測定を行い、その平均値を
とり測定値としている。この装置を用いて対象物体２６
の速度を検出するには、対象物体までの距離とその時間
を複数回測定し、距離の時間的変化を求めることにより
達成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の三角測距法によ
る距離・速度測定は主に発光部と受光部との距離Ｌを対
象物体２６までの距離ｙと比較して短くとり、装置前方
の狭い角度範囲を測定の対象としていた。しかし、衝突
直前における距離・速度測定に見られるように対象物体
２６までの距離ｙと基線長Ｌとが同程度の領域で距離・
速度の測定を行う場合、従来の方法では測定光線が測定
範囲内に及ばない不都合が生じる。また、測定対象物の
真の速度を求めるために測定対象物の特定の点の時間的
変化を測定する必要があるが、測定対象物が測定光線を
横切った場合に、測定対象物上の測定される位置は刻々
と変化していくため、正確な測定を行うことができな
い。本発明は上記課題を解決するためのもので、基線に
平行な方向の広範囲の領域の測定を行うことができ、Ｓ
／Ｎが悪い条件の下でも誤差を低減し、高精度の測定を
行うことができる距離・速度測定装置を提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、測定されるべ
き距離に対して、それと同程度か十分長い基線長だけ隔
たって配置された複数の受光部、および少なくとも２本
の測定光線を出射する発光部を具備し、測定対象物が測
定光線に接触したか否かを判定して、トリガ信号を発生
する機構と、該トリガ信号により測定された受信信号の
有効、無効を決定する機構と、その受信信号より距離の
計算を行い、順次測定された距離と時間間隔とから速度
を計算するとともに、各光線で測定される領域毎に測定
された距離の統計処理を行うことにより、距離および速
度の平均値を求め、併せて異なる領域間での距離および
時間情報からも速度を求める機構とを具備することを特
徴とするものである。

【０００５】

【作用】本発明は、測定光線上を対象物が通過した時
に、通過し始めたことをトリガ信号として与え、その初
期の一部分をデータとして用いることにより対象物の先
端部近傍の時間変化を捕らえることを可能とし、対象物
の正確な速度を測定することを可能にするものであり、
基線長を長くし、複数の測定光線を出射しているため基
線に平行な方向の長い広範囲の領域の測定を行うことが
できる。一本の測定光線における同じ測定領域での複数
回の距離と時間の測定値を平均化しているため、Ｓ／Ｎ
が悪い条件の下でも誤差を低減することができる。ま
た、異なる測定光線における測定領域ごとに測定された
距離、時間の平均値を用いて速度、距離を計算するため
に、さらに精度のよいデータとして得ることができる。
これは図３に示されるように、ｉ番目の測定光線により
測定される領域ｉで各測定データを平均し、この領域ｉ
での平均値として精度の良い距離、時間を求めておき、
次の領域（ｉ＋１）に入ったときに領域ｉのデータを基
にして速度を求めるものである。

【０００６】距離の測定原理としては、図４に示すよう
に、測定対象物１７上に生じるスポットを受光レンズ４
−ａ，４−ｂによりＰＳＤ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎ
ｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）５−ａ，５−ｂ上に
結像し、そのスポット位置を測定して対象物までの距離
ｙを計算する。左右のＰＳＤ上に生じるスポット位置を
ｌ_l 、ｌ_r 、結像レンズの焦点距離をｆ、左右のレンズ
間の距離、即ち基線長をＬとすると対象物までの距離ｙ
は ｙ＝ｆ・Ｌ／（ｌ_l ＋ｌ_r ） により計算される。

【０００７】図５に示されるように対象物体が、例えば
矢印１８の方向に１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃのよう
に装置の配置された平面、即ち基線に近づくに従い、対
象物体上の測定スポットの位置は２０−ａ，２０−ｂ，
２０−ｃのようにずれていくが、実際はトリガ信号がＯ
Ｎになってから適当な測定回数ｎ₁ を決めておいて僅か
な時間だけ測定を行うため、このずれの影響で生じる距
離測定の誤差は小さなものとなり、対象物体のほぼ同一
部分の位置を測定していると考えることができ、対象物
体の測定装置に対する正確な速度を求めることができ
る。

【０００８】Ｎ本の光線を発光し、発光と共にトリガ信
号を監視し、トリガ信号がＯＮであった場合はその時の
発光器を特定し、測定を開始する。測定値に基づいて計
算された距離値ｙ_I,J （Ｉは測定光線の番号、Ｊは測定
値の番号）、そのときの時間をｔ_I,J とし、各光線につ
きその光線で測定が行われたことを示すトリガ信号がＯ
Ｎになってから平均化のための各光線でのサンプリング
個数をｎ₁ と決めておく。このときに測定される距離か
ら計算される速度は（ｙ_I,J −ｙ_I,J-1 ）／（ｔ_I,J −
ｔ_I,J-1 ）で表されるが、この計算式では各測定におけ
る距離測定におけるＳ／Ｎがよくないときなど誤差が大
きくなるので、適当な平均処理をする必要がある。そこ
で、Ｉ番目の光線での測定開始から最初に適当に定めた
数点をまず平均し、この光線での測定が終了した時点
で、この光線で得られた距離データの集合から１つの平
均としてのデータを、例えばｙ_m,I ＝Σｙ_I,J ／ｎ_I 、
平均的なな時間をｔ_m,I ＝Σｔ_I,J ／ｎ_I として計算
し、その後は速度計算の基準値としてｙ_m,I 、ｔ_m,I を
用いることにすれば、この光線で測定された領域での精
度の良い値がもとめられることになる。

【０００９】また複数の光線にかけて測定が行われた場
合、図６に示すように物体が矢印２１の方向に、２２−
ａ，２２−ｂ，２２−ｃと進んだとき、各測定光線に対
象物の接触し始める部分２３−ａ，２３−ｂ，２３−ｃ
というは、ほぼ同一の部位となるため、それぞれの光線
での測定における差をとってもその測定される距離の変
化を計算することにより、正確な速度を求めることがで
きる。この場合の測定は、ある測定光線において、先に
述べたような１本の光線での測定により得られた平均値
としての速度を用い、次の測定光線での測定が開始され
たときに、その前の測定光線での測定結果を用いて速度
の計算を行うものであり、より精度のよい測定を行うこ
とができる。

【００１０】

【実施例】本発明の光学系の配置を図１に示す。左右に
所定距離離して、それぞれ複数の発光素子１−ａ〜１−
ｆを配置し、それらを発光素子駆動回路２により強度変
調して発光させ、これらの素子の前に配置した光学系３
−ａ，３−ｂにより各素子からの光線を平行光線に変換
し、強度変調された測定光線を複数本出射し、対象物体
が測定光線上を通過した時、対象物体に測定光線のスポ
ットが生じ、そのスポットを受光光学系４−ａ、４−ｂ
でＰＳＤ５−ａ，５−ｂ上に結像し、検出光処理回路６
によりその位置を測定することにより対象物の２つの装
置の受光光学系を結ぶ直線からの距離を求める。

【００１１】検出光処理回路６は、マイクロプロセッサ
等から構成され、測定対象物が測定光線に接触したか否
かを判定してトリガ信号を発生する機能、トリガ信号に
より測定された受信信号の有効、無効を決定する機能、
受信信号より距離の計算を行い、順次測定された距離と
時間間隔とから速度を計算するとともに、各光線で測定
される領域毎に測定された距離の統計処理を行うことに
より、距離および速度の平均値を求め、また異なる領域
間での距離および時間情報からも速度を求める機能とを
有している。

【００１２】発光素子駆動回路２により強度変調された
測定光線が発光素子１−ａ〜１−ｆから出射され、測定
光線を対象物体が横切ると、そのとき生ずるスポット像
は受光光学系４−ａ、４−ｂでＰＳＤ５−ａ，５−ｂ上
に結像される。ＰＳＤ上の位置に対応する信号は、検出
光処理回路６により取り込まれ、適当な時間間隔でサン
プリングしてＡ／Ｄ変換される。このとき、検出光処理
回路６は、検出信号の強度等を常に監視しておき、その
監視信号がある一定のしきい値以上になった場合に、対
象物体がある測定光線に接触し始めたと判断してトリガ
信号を発生し、このときのＡ／Ｄ変換値を用いて距離の
計算を行う。なお、しきい値に満たない検出信号は、無
効と判断して信号として扱わない。このような処理によ
り、Ｓ／Ｎの悪い信号による誤差の大きな測定を行うこ
とを避けることができる。

【００１３】次に、図２の処理フローに基づいて測定の
流れを説明する。図中、ＩはＩ番目の測定光線、Ｊは測
定回数を示している。図において、順次発光素子を発光
していくと共に（ステップ７）、対応した対象物までの
距離データおよび時間データが得られる（ステップ
８）。次いで、受光素子からの受信信号レベルよりトリ
ガ信号のＯＮ，ＯＦＦを認識し、利用できる距離データ
か否かの判断を行う（ステップ９）。

【００１４】トリガがＯＦＦの場合はステップ７に戻
り、ＬＥＤの発光待ちの状態となる。トリガ信号がＯＮ
であった場合には、このときに測定された距離データｙ
（Ｉ，Ｊ）、測定したときの時間データｔ（Ｉ，Ｊ）を
記憶しておき（ステップ１０）、平均化のためのデータ
として用いる。次に、Ｉ番目の測定光線における測定に
おける測定の回数を適当に定められた回数ｎ_I と比較し
（ステップ１１）、ｎ_Iより大きな値がある場合にはこ
の光線での測定を終了し、次の光線での測定が開始され
るのを待つ（ステップ１２）。測定回数Ｊがｎ_I 以下で
ある場合には、速度の計算を行う（ステップ１３）。こ
こでの速度の計算において、ｖ（Ｉ，Ｊ）は、 ｖ（Ｉ，Ｊ） ＝｛ｙ（Ｉ，Ｊ−１）−ｙ（Ｉ，Ｊ）｝／｛ｔ（Ｉ，Ｊ）−ｔ（Ｉ，Ｊ−１）｝ のように各測定ごとに距離の差と時間差から計算された
速度であり、ｖ_m （Ｉ，Ｊ）は、 ｖ_m （Ｉ，Ｊ） ＝｛ｙ_m （Ｉ）−ｙ（Ｉ，Ｊ）｝／｛ｔ（Ｉ，Ｊ）−ｔ_m （Ｉ）｝ のように測定光線Ｉにおいて測定された予め適当に定め
た最初の数回の平均値をとりながら計算された速度であ
り、さらにｖ_O （Ｉ，Ｊ，Ｉ’）は、 ｖ_O （Ｉ，Ｊ，Ｉ´） ＝｛ｙ_m （Ｉ´）−ｙ（Ｉ，Ｊ）｝／｛ｔ（Ｉ，Ｊ）−ｔ_m （Ｉ´）｝ のように測定光線Ｉとその前で測定に関与した測定光線
Ｉ´との関係において計算された速度である。

【００１５】次いで、Ｉ番目の測定光線における測定回
数Ｊを適当に定められた平均化のために回数ｎ_O,I と比
較し（ステップ１４）、測定回数Ｊがｎ_O,I より大きい
場合にはさらに平均化の処理は行わず、測定回数Ｊがｎ
_O,I 以下である場合は、距離および時間の平均化の処理
を行う（ステップ１５）。ここでの平均化処理は、 ｙ_m （Ｉ，Ｊ） ＝｛（Ｊ−１）＊ｙ_m （Ｉ）＋ｙ（Ｉ，Ｊ）｝／Ｊ ｔ_m （Ｉ，Ｊ） ＝｛（Ｊ−１）＊ｔ_m （Ｉ）＋ｔ（Ｉ，Ｊ）｝／Ｊ のように、前回求めた平均値に（Ｊ−１）を乗算し、さ
らにＪ回目のデータを加算して回数Ｊで除算することに
より求める。次に、求められた距離および速度の判断を
行い（ステップ１６）、接近情報等の信号を発生させ、
再びＬＥＤの発光（ステップ７）に戻り同様に一連の操
作を繰り返す。

【００１６】また、他の実施例として、測定光線は、最
初は左右の測定光線のうち比較的遠方を測定するための
外側の各１本を発光しておくようにしてもよい。対象物
体が近づいて、外側の各１本の発光測定光線のどちらか
に当たり、監視しているトリガ信号がＯＮになったとこ
ろで、測定が開始される。その後測定サンプル数がある
程度の数に達したところで、測定光線をその内側の光線
に切り換える。対象物がさらに近づくと、再び切り替え
た光線にかかるので、先と同様な操作を行い、その内側
の光線に切り換える。前の測定光線での測定においては
距離の平均値が求められているので、その値を用いて速
度の計算を行うことにより、精度の良い速度を求めるこ
とができる。これについては図２のステップ１２におけ
るＬＥＤの切り換え操作を行うことにより実施すること
ができる。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、対象物体
が測定光線に接触したときに、接触し始めてから初めの
方の一部を用いて距離データとして扱うため、対象物体
の先端部を検出することができ、また測定光線を複数本
用いているため、広範囲の測定を行うことができ、衝突
直前の対象物との距離および対象物との相対速度を検知
することができる。また、各測定光線での測定値をそれ
ぞれの領域で平均化しており、各領域間の平均された距
離に基づいて速さの計算を行うため、より精度のよい測
定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学系の配置を示した図である。

【図２】距離・速度計算アルゴリズムを示す図である。

【図３】本発明における測定の概念図である。

【図４】三角測距の原理を示す図である。

【図５】１本の測定光線における測定の過程を示す図で
ある。

【図６】複数の測定光線による測定の過程を示す図であ
る。

【図７】従来の三角測距を説明する図である。

【符号の説明】

１−ａ〜１−ｆ…発光素子 ２…発光素子駆動回路 ３−ａ，３−ｂ…光学系 ４−ａ、４−ｂ…受光光学系 ５−ａ，５−ｂ…ＰＳＤ ６…検出光処理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定用の光線を出射し、対象物体を照射
   したときの反射光を検出、処理することにより対象物体
   までの距離を測定する装置において、基線長が対象物体
   の距離を測定する領域と基線との距離に比して同程度
   か、または十分に長く設定されている複数の受光部を有
   し、測定光線を少なくとも２本出射する発光部と、該測
   定光線が対象物体に当たったか否かを判断し、当たった
   ことを条件にトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段
   と、トリガ信号の発生により測定された受信信号の有
   効、無効を決定する有効・無効決定手段と、受信信号か
   ら距離および速度の計算を行うとともに、その距離情報
   を統計処理することにより対象物体の平均的距離および
   速度を計算する距離・速度算出手段とを備えた距離・速
   度測定装置。