JPH116710A - 距離測定装置 - Google Patents
距離測定装置Info
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- JPH116710A JPH116710A JP15945897A JP15945897A JPH116710A JP H116710 A JPH116710 A JP H116710A JP 15945897 A JP15945897 A JP 15945897A JP 15945897 A JP15945897 A JP 15945897A JP H116710 A JPH116710 A JP H116710A
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Abstract
で移動させることなしに簡便に計測する。 【解決手段】 対象物と測定装置との距離を測定する手
段と、2回にわたる対象物と測定装置との距離を測定す
る間に測定装置が回転・移動した量を検出する角速度セ
ンサ・加速度センサを設け、3角測量に基づく演算を行
うことによって2つの対象物の距離を計測する。
Description
関係し、距離を電気信号に変換して測定を行う、距離測
定装置に関係する。
を測定する基本的な装置としては、対象物に光を照射し
そこからの反射光を電気回路により処理して測定するも
のが一般的である。すなわち、LEDなどの発光素子を
光源に用いレンズによりビーム状に集光した光を対象物
に照射し、対象物からの反射光を受光素子により電気信
号に変換する。発光素子を駆動している信号と受光素子
からの電気信号とを比較することによって距離を算出す
る装置、あるいは、複数の発光素子をもつ構成では反射
光の受光位置のずれを電気的に計測することにより、測
定装置と対象物との距離を割り出す装置が一般的であ
る。しかしながら、上記の装置では、測定装置と対象物
との距離を計測するだけであり、2つ以上の対象物間の
距離を計測するものではない。
測定する装置としては、特開平4−4523がある。特
開平4−4523の例では、2つの対象物に向けた撮像
体をおおむね撮像体が取り込む画像の方向の一直線上で
前後に移動させ、おのおのの対象物とピントが合った時
の撮像体の位置関係から2つの対象物を結ぶ線分の前記
一直線と平行な距離成分を、また、撮像画像から2つの
対象物を結ぶ線分の前記一直線と垂直な距離成分を求
め、これより、対象物間の距離および角度を算出するも
のであり、その方法と装置を提案している。
利用して計測装置に画像を送る構成としている。また、
以下の2例は2つ以上の対象物間の距離を測定する例で
はないが、特開昭63−235810には、移動体から
目標物までの距離を計測する手法として、移動中の2点
おのおのからの目標物中心までの角度と、目標視角とを
計測し、演算によって目標物までの距離を計測する方法
が提案されている。この手法では、計測する主体から目
標物までの距離を測定することを目的とし、その際に主
体が移動することを利用して簡便に計測を行うものであ
る。おのおのの角度の測定に対して撮像装置を1つだけ
用いて行え手法である。特開平8−54233では、位
置が既知な2点から光波距離計によって、既知な2点か
らの距離と角度を計測し、演算することによって移動体
の位置を演算するもので、移動体を自動追尾する高価な
装置が不要としている。
つ以上の対象物間の距離を、本発明による装置を対象物
に移動させることなく計測するものである。測定装置と
対象物との距離を計測する装置であると、1つ1つの対
象物間を別々に測定して、あとから幾何学的に算出す
る、あるいは一方の対象物のところに行って他方の対象
物を測定することによって2つの対象物間を測定しなけ
ればならず、手間を要し簡便さに欠けるものである。
点間を計測するのに、測定装置である撮像装置自身が決
められた直線経路を移動している。直線経路を確保する
ために装置が大掛かりになり小型化が困難である。また
計測中は装置がずれないように経路を確保するレールを
しっかり固定しなければならず、振動やゆれが激しい環
境では使用が難しい。
8−54233においては、移動体から目標位置を、ま
たは、移動体の位置を既知の2点から算出するものであ
り、2つ以上の対象物の距離を直接計測するための例で
はない。すなわち、装置自身と対象物との距離は測定で
きるが、対象物が2つ以上あって、その対象物間の距離
を測定することは困難である。
距離を測定する距離測定手段と、第一の対象物と前記測
定装置との距離を記憶しておく第一の記憶手段と、第一
の対象物と前記測定装置との距離を測定した時点と第二
の対象物と前記測定装置との距離を測定した時点との期
間に前記測定装置の角速度を測定するための角速度計測
手段と、角速度計測手段からの出力を用いて前記測定装
置の回転角度を算出する履歴処理手段と、前記第一の記
憶手段から出力される距離測定結果と第二の対象物と前
記測定装置との距離測定結果と前記の履歴処理手段の出
力である回転角度とから第一の対象物と第二の対象物と
の距離を算出する演算手段とを備えた距離測定装置を用
いる。
指を置くための指標を筐体の表面に明示し、前記指標よ
り対象物への向きの逆向きに8cmから12cmの範囲
に角速度計測手段を設け、第一の対象物と前記測定装置
との距離測定時点から前記測定装置を使用者の手首だけ
を回転させて第二の対象物と前記測定装置との距離測定
を行う過程において、前記角速度計測手段が前記回転の
中心に位置するように構成することを特徴とする前記
(1)記載の距離測定装置を用いる。
指を置くための指標を筐体の表面に明示し、第一の対象
物と前記測定装置との距離測定時点から前記測定装置を
使用者の手首だけを回転させて第二の対象物と前記測定
装置との距離測定を行う過程において、前記指標より対
象物への向きの逆向きに8cmから12cmのところを
中心に前記測定装置を回転させたものとして演算処理を
行う演算手段を有することを特徴とする前記(1)記載
の距離測定装置を用いる。
対象物の測定部分を特定するための光ポインターを出力
する可視光ビーム発光手段を備えた前記(1)、
(2)、又は(3)記載の距離測定装置を用いる。
の平行移動を検出する加速度計測手段と、前記加速度計
測手段からの出力を処理して移動距離を算出する演算手
段と、を備える前記(1)、又は(4)の距離測定装置
を用いる。
測手段のかわりにイメージセンサを備え、イメージセン
サからの画像信号を処理することにより前記測定装置の
移動距離と回転角度を算出する画像処理手段を備えた前
記(1)、(2)、(3)、又は(4)記載の距離測定
装置を用いる。
測手段及び加速度計測手段のかわりにイメージセンサを
備え、イメージセンサからの画像信号を処理することに
より前記測定装置の移動距離と回転角度を算出する画像
処理手段を備えた前記(5)記載の距離測定装置を用い
る。
す。本発明は対象物と装置との距離を測定する手段と装
置自身の向きの変化を検出する手段とを組み合わせるこ
とによって2つの対象物の距離を測定するものである。
装置17に内蔵された距離測定手段2との距離を測定
し、次に第二の対象物3dと本発明による測定装置17
との距離を測定する。対象物と測定装置17との距離測
定手段2としては、従来の測定装置と対象物との距離測
定手段を用いることができる。
測定手段2の一例を図2を用いて説明する。図2(a)
で説明する距離測定手段2は、半導体光センサの一種で
あるポジションセンシティブライトディテクター(以
下、PSDと呼ぶ)と赤外の発光ダイオード(赤外LED
と呼ぶ)とから構成される。測定装置の中に赤外LED
9と、投光用レンズ7、集光用レンズ8およびPSD1
0が備えられており、赤外LED9と投光レンズ7によ
って投光された光は距離が異なる対象物3a、3bへ向
けられ対象物で反射したのち集光用レンズ8を通ってP
SD受光面上にスポット状に集光される。対象物までの
距離が異なるとPSD受光面上のスポットの位置も異な
る位置に現れる。
対象物3aまでの距離がL4、対象物3bまでの距離が
L3、投光用レンズと集光用レンズとの距離をB、集光
用レンズからPSDの受光面までの距離をfとすると、
赤外LED9の発光によって対象物3a,3bにあてら
れた光は反射し、このうちPSD面上へは、集光用レン
ズ8によって集光されスポット状に投光される。対象物
3aに対応するPSD面上のスポット位置はx1とな
る。また、対象物3bに対応するPSD面上へはスポッ
ト位置はx2となる。すなわち、対象物までの距離とP
SD面上のスポット位置とが対応することになる。した
がってあらかじめPSD面上にできるスポット位置と対
象物までの距離を対応させてテーブルとしてもたせてお
けば、PSD上面のスポット位置を知ることで対象物ま
での距離が計測できる。
本測定装置との距離を測定してから、第二の対象物と本
装置との距離を測定するまでには時間差があるために、
本発明では対象物との距離の測定結果を一時的に記憶さ
せておく距離記憶回路5を備えている。
と測定装置17との距離を測定したのちに、第二の対象
物3dと測定装置17との距離を測定するまでに、測定
装置17を回転させて装置の向きを変化させるが、この
向きの変化量は角速度センサ1及び履歴処理回路4、あ
るいは後述するイメージセンサによって計測する。角速
度センサ1は特定の方向を軸としてその軸を中心に回転
運動を与えると、その回転速度に応じてアナログ電圧が
得られるものが市販されており、たとえば(株)村田製
作所よりENV−05Aという角速度センサがある。こ
の角速度センサを一個だけ用いた構成では、第一の対象
物の距離測定を終えてから第二の対象物の距離測定をす
るまでの過程において、測定装置17を回転させる面内
と角速度センサ1の検出回転方向を一致させるように構
成する。このようにすることで2つの対象物と測定装置
17との距離測定が終了するまでの間、測定装置17が
回すると、角速度センサ1からその回転速度に応じて信
号が出力され、その出力信号を履歴処理回路4において
積分することによって、測定装置17が動いた回転角度
が算出される。
ある軸方向にあわせて複数個備えることによって、2つ
の対象物と測定装置17との距離を計測する間に測定装
置17がさまざまな方向に回転しても、演算によって、
最終的に第二の対象物に向けられた測定装置17の向き
と、始めに第一の対象物に向けられた測定装置17の向
きとから、変化した角度が求めることができる。
離、および2つの対象物と測定装置17との距離を計測
する間に回転させた測定装置17の回転角度が求まる。
次に2点間距離演算回路6によってこれらの数値から2
つの対象物間の距離を計算する。前記2点間距離演算回
路6において、測定装置17の平行移動の距離がゼロに
近く回転運動のみとみなせる場合には、図3に示すよう
に、頂角θと2辺の長さL1,L2が既知の三角形を想
定し、底辺の長さLxの関係を記述した余弦法則の計算
によって所望の距離を求めることができる。すなわち、
頂角θ、頂角に隣りあう2辺の長さをL1,L2とすれ
ば求める底辺の長さLxは、 Lx2 =L12 +L22 −2×L1×L2×cosθ により求められ、これより、2つの対象物間の距離をL
xとして得ることができる。
物について距離を測定してから、第二の対象物について
距離を測定するまで間に、測定装置が平行移動をぜずに
回転運動のみであることを必要とする。実際の作業を想
定すると、平行移動をすることなしに回転運動のみによ
って測定装置を動かすための、もっとも容易な作業方法
としては、肘を固定し手首の運動によって測定装置を回
転させ、所望の方向に測定装置を向けることが適当であ
る。
固定し、手の甲を動かして2つの対象物へ本測定装置を
向けて使用する場合を想定した本発明の第二の実施例を
図4に示す。
ている筐体は、手に握りやすい3cm〜15cmほどの
サイズになっており、本発明の特徴の一つである、使用
者が指を置くための指標11を筐体の表面に明示してあ
る。この指標11より対象物への向き16の逆向きに8
cmから12cmの範囲、すなわち、通常の成人男性が
手で本測定装置を持った場合に、この指標11を基準と
して手首がくる位置に角速度を検出する角速度センサ1
を設けるようにする。図4(b)で示すように、使用者
は本測定装置を第一対象物の方向から第二対象物の方向
へ手首のスナップにより回転して使用するが、角速度セ
ンサ1は少なくとも手首のスナップ回転運動に平行な面
内の回転19を検出できるように取り付けてあり、使用
者の肘より上を固定し手首だけを回転させて、第一の対
象物と測定装置との距離を測定した時点(以下「第一の
測定時点」とよぶ)から第二の距離測定を行う時点まで
の過程における測定装置の角速度を検出することができ
る。履歴処理回路(図示せず)は、角速度センサ1が出
力する角速度を前記過程において積分し、測定装置が回
転した角度を検出する。この測定装置の回転角度が前述
の頂角に相当するので2つの対象物3c、3d間の距離
が算出できる。
を使用することを前提とした場合、角速度センサ1が設
けられた位置と同位置の筐体の表面(指標が設けられた
表面と反対側の表面)に突起状の軸を設け、前記軸の先
端が机等の平面に接した状態で本測定装置を使用する実
施例も考えられる。この場合、測定装置は前記軸を中心
とした回転運動のみをするようになるので、平行移動を
することなしに本測定装置を使用することができる。
なるところに角速度センサを設けなくとも、使用者の指
を置くための指標を筐体の表面に明示しておけば、手首
の来る位置は推測できるため、計算によって正しく距離
測定を行うことが可能である。すなわち、第一の距離測
定時点から、使用者が手首だけを回転させて第二の距離
測定を行う向きに測定装置を向けた場合には、明示した
指の指標より対象物への向きの逆向きに8cmから12
cmのところを中心に測定装置を回転させたものとし
て、その回転角度と、手首までの既知の距離を考慮した
うえで、前述の余弦法則にもとづく演算処理を行うこと
により2つの対象物間の距離を算出することができる。
以下に回転中心である手首までの推測距離を考慮した演
算処理の例を説明する。指標から角速度センサまでの距
離を10cm、第一の対象物から測定装置まで,第二の
対象物から測定装置までの、おのおの測定された距離を
L1cm,L2cmとし、さらに角速度センサからの出
力を積分処理して得られた回転角度をθとすれば、第一
の対象物と第二の対象物との距離Lxcmは、余弦法則
より、 Lx2 =(L1+10)2 +(L2+10)2 −2×
(L1+10)×(L2+10)×cosθ より容易に求めることができる。
視光ビーム発光手段を備えた例を図5を用いて説明す
る。本発明による測定装置は、対象物3a及び3bにつ
いて、2回にわたって本装置17との距離の測定を行う
が、使用者が対象物の測定部分を特定し確認できること
が必要である。このために本実施例では、図5(a)に
示すように、可視光ビーム14の発生手段(図示せず)
を本測定装置17内に備え、赤外LED9を投光する対
象物への方向と同じ方向に可視光ビーム14を投光し対
象物面上に光の可視光スポット15を照射する。使用者
は可視光スポット15をみながら目的の対象物かどうか
を確認し、本測定装置17との距離を測定する。2つの
対象物に対して可視光スポット15による確認を行うこ
とによって、迅速に測定すべき対象物に測定装置17を
向けることができる。図5(b)は、距離測定のための
赤外LED9と同じ方向に可視光ビーム14が照射され
るように、赤外LED9と投光レンズ7との間に可視光
レーザ12からの光を反射するようにハーフミラー13
を設けて、対象物への赤外LED9の光と可視光レーザ
12との光を合成し、同じ投光レンズ7によって対象物
に照射させるような構成を示したものである。このよう
にすることにより、赤外LED9の投光位置と可視光レ
ーザ14による光スポット位置とのずれを防止すること
ができる。なお、距離検出のためのPSD10には集光
レンズ8によって可視光レーザ12と赤外LED9との
両方の光が対象物にあたり反射してきた光が集められる
が、PSD10上に投光されるスポットは赤外光を中心
に感度をもつPSDを用いるあるいは赤外光以外を遮断
するフィルターを設けることによって、可視光レーザ1
2の反射による影響を低減できる。
発光手段のセットを2組有する実施例も考えられる。ま
ず、第一の対象物に対して、1組目の可視光ビーム発光
手段で対象物を特定し、1組目の距離測定手段で距離を
測定する。次に、1組目の距離測定手段と可視光ビーム
発光手段は第一の対象物に向けたまま、2組目の可視光
ビーム発光手段で第二の対象物を特定し、2組目の距離
測定手段で第二の対象物までの距離を測定する。このよ
うにすることにより、使用者は第一及び第二の対象物を
同時に可視光ビームで特定しながら測定装置を使用する
ことができるため、正確に対象物間の距離を測定するこ
とができる。また、本実施例では、角速度センサと履歴
処理回路より回転角度を求める必要はなく、2組の距離
測定手段間の角度を計測する手段を設けておけば、対象
物間の距離を測定することができる。
対象物の測定が行われる時点までに、測定装置自身は、
使用者の肘が固定されないあるいは使用者自身が動いた
ために、回転運動のみならず平行移動をする場合があ
る。このために本発明による第四の実施例においては、
測定装置の向きと移動とを加速度センサを用いて計測
し、2回の測定が行われた間に変化した測定装置の回転
角度と移動距離とを同時に算出する。
間の距離を算出する手法を図6を参照して説明する。立
体座標系に、第一の対象物、第一の距離測定時点での測
定装置、第二の対象物、第二の測定時点での測定装置を
図6に示すようにとる。距離測定手段(図示せず)、角
速度センサ(図示せず)と平行移動用加速度センサ(図
示せず)、及び履歴処理回路(図示せず)とから得られ
るパラメータは、図6においてθ1、θ2、x、yおよ
び、L1,L2である。θ1、θ2は角速度センサを水
平方向と鉛直方向の回転を捉えるように取り付けて得ら
れるものである。x軸をL1と平行にとり、L1を含む
第二の測定時点における装置の位置を含む平面をx−y
平面、第二の測定時点における装置の位置を原点(0、
0、0)とすれば、第一の対象物の座標は(x+L1、
y、0)としてよい。このとき、第二の対象物の座標は
(L2×cosθ2×cosθ1、L2×cosθ2×
sinθ1、L2×sinθ2)となり、したがって第
一の対象物と第二の対象物との距離は次式より算出され
る。
−x)2 +(L2×cosθ2×sinθ−y)2 +
(L2×sinθ2) 対象物までの2回の距離の測定が行われる間に変化した
測定装置の回転角を、前記の角速度センサではなく、イ
メージセンサからの信号を利用して算出する第五の実施
例を図7を用いて説明する。
する様子を示しており、第一対象物を測定している測定
装置17を実線で示し、第二対象物を測定している測定
装置17を破線で示している。回転角を検出するための
イメージセンサ(図示せず)としては一般のスチルカメ
ラ等に使用されている20万画素程度の解像度の2次元
CCDを使用することとし、対象物方向の画像をレンズ
によって結像させておく。第一の対象物と測定装置17
との距離を測定する際に画像を取り込んでおき、第二の
対象物へ測定装置17を回転させ始める際に変化する画
像データを処理して、どの方向に画像が移動を始めたか
を比較検出によって判明させておく。またその時の画像
の移動量を蓄積しておく。このイメージセンサから得ら
れる画像データの変化の方向と量を演算処理して測定装
置17の回転方向と回転角度とを算出する。その際、第
一の対象物3cから第二の対象物3dに向ける間に測定
装置17が回転する中心をイメージセンサに結像させる
ためのレンズ中心と一致させることが好ましいが、測定
装置17が回転移動だけではなく平行移動を伴う場合に
は、平行移動を検出するための加速度センサが必要であ
る。加速度センサを用いて平行移動を伴う場合の距離の
計算方法は前述した方法を採用して算出できる。図7
(b)にこの測定時のイメージセンサで取り込まれた画
像の様子を示す。左側には第一対象物と測定装置17と
の距離を測定している際に取り込まれる画像を右側には
第二対象物と測定装置17との距離を測定している際に
取り込まれる画像を示す。両者の画像を比較すると例え
ば特定のエッジに注目すると両者の画像では取り込まれ
た位置18a、18bが異なっており、この差違と各対
象物への距離とをパラメータとして演算することよって
測定装置17が回転した角度を知ることができる。この
角度と各対象物と測定装置17との距離を処理すること
によって第一対象物と第二対象物との間の距離を求める
ことができる。
ころに行って他方の対象物を測定することによって2つ
の対象物間を測定するのに比較して、2つの対象物間の
距離を瞬時に測定することができるので、測定が迅速に
かつ複雑な計算を行わずに簡単に行うことができる。ま
た、測定装置を決められた直線軌道上に沿って動かすよ
うなことが必要がなく、測定装置の向きを変えるだけで
2点間の距離が計測できるので簡便であるばかりでな
く、装置が大掛かりにならず、小型化にも効果がある。
さらに、基準となるような既知の指標や基準となる目標
物体が不要であるために環境を選ばずさまざまな場所で
利用ができる特典がある。
様子を示す斜視図である。(b) 対象物と測定装置と
の距離測定の構成を示す説明図である。
である。
示す斜視図である。(b) 指標を利用した本発明によ
る実施例の構成を示す説明図である。
例の利用の様子を示す斜視図である。(b) 可視光ビ
ームを利用した本発明の実施例の構成を示す説明図であ
る。
を示す説明図である。
明の実施例の利用の様子を示す斜視図である。(b)
リニアイメージセンサを利用した本発明の実施例を示す
説明図である。
Claims (8)
- 【請求項1】対象物と測定装置との距離を測定する距離
測定手段と、第一の対象物と前記測定装置との距離を記
憶しておく第一の記憶手段と、第一の対象物と前記測定
装置との距離を測定した時点と第二の対象物と前記測定
装置との距離を測定した時点との期間における前記測定
装置の角速度を測定するための角速度計測手段と、角速
度計測手段からの出力を用いて前記期間に前記測定装置
が動いた回転角度を算出する手段と、前記第一の記憶手
段から出力される距離測定結果と第二の対象物と前記測
定装置との距離測定結果と前記回転角度を算出する手段
の出力である回転角度とから第一の対象物と第二の対象
物との間の距離を算出する演算手段を備えた距離測定装
置。 - 【請求項2】第一の対象物と前記測定装置との距離測定
時点から、前記測定装置を使用者の手首を回転させるこ
とにより前記測定装置を第二の対象物の方向に向けて、
第二の対象物と前記測定装置との距離測定を行う過程に
おいて、前記角速度計測手段が前記回転の中心に位置す
るように構成することを特徴とする請求項1記載の距離
測定装置。 - 【請求項3】使用者の指を置くための指標を筐体の表面
に明示し、前記指標より対象物への向きの逆向きに8c
mから12cmの範囲に前記角速度計測手段を設けたこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の距離測定装置。 - 【請求項4】使用者の指を置くための指標を筐体の表面
に明示し、前記指標より対象物への向きの逆向きに8c
mから12cmのところを中心に前記測定装置を回転さ
せたものとして演算処理を行う演算手段を有することを
特徴とする請求項1又は2記載の距離測定装置。 - 【請求項5】使用者が対象物の測定部分を特定するため
の光ポインターを出力する可視光ビーム発光手段を備え
た請求項1、2、3又は4記載の距離測定装置。 - 【請求項6】測定装置の平行移動を検出する加速度計測
手段と、前記加速度計測手段からの出力を処理して移動
距離を算出する演算手段を備えた請求項1、2、3、4
又は5記載の距離測定装置。 - 【請求項7】角速度計測手段のかわりにイメージセンサ
を備え、イメージセンサからの画像信号を処理すること
により前記測定装置の移動距離と回転角度を算出する画
像処理手段を備えた請求項1、2、3、4又は5記載の
距離測定装置。 - 【請求項8】角速度計測手段及び加速度計測手段のかわ
りにイメージセンサを備え、イメージセンサからの画像
信号を処理することにより前記測定装置の移動距離と回
転角度を算出する画像処理手段を備えた請求項6記載の
距離測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15945897A JP2956657B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15945897A JP2956657B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 距離測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH116710A true JPH116710A (ja) | 1999-01-12 |
JP2956657B2 JP2956657B2 (ja) | 1999-10-04 |
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ID=15694211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15945897A Expired - Lifetime JP2956657B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 距離測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2956657B2 (ja) |
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