JPS61104206A - 離隔距離測定装置及び方法 - 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］ 本発明は入射光と反射光とが所定の角度をなすよう構成
された反射部材を用い、２点間の距離を測定する離隔距
離測定装置及び方法に関するものである。

［従来の技１付コ 従来より２点間の離隔距離を測定りるために、例えば一
方に所定の長さのボールを設け、他方から測定者がボー
ルの両端を見て、その視野角とボールの長さとからその
離隔距離を測定する方法、一方に光や超音波等の信号を
反射する壁面を設け、他方ぐ信号を送受信してその時間
差から離隔距離を測定する方法、あるいは一方に光を反
射する壁面を設け、他方に所定の光を放射する投光部材
と壁面からの反射光を受光し、その受光角度を検出する
受光部材とを所定の間隔で配設し、投光部材と受光部材
との間隔及び受光部材の受光角度から離隔距離を測定す
る方法等、種々の離隔距離測定装置が考えられており、
またそれを実現するための装置も考えられている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが上記最初の離隔距離測定方法にあっては、装置
が簡単で、固定された２点間の距離を測定するには良好
な測定方法となるのであるが、一方が移動体である場合
にこの方法を用いようとすると、視野角が連続して変化
するのでその距離が良好に測定できないといった問題が
ある。一方上記２種の、壁面を用いて離隔距離を測定す
る方法の場合、その壁面に沿って移動体が移動する際に
は離隔距離が測定できるようになるのであるが、前者の
時間差からＩ１１隔距離を測定する場合には、２点間が
近いと、信号を送受信する時間差が小さく、その時間差
を良好に検出できないといった問題、あるいは壁面から
信号が乱反射して受光信号が小さくなってしまうといっ
た問題等があり、また後者の投光部材と受光部材との間
隔、及び受光部材の受光角度より離隔距離を測定する場
合には、　　　′壁面の光の乱反射により受光信号が小
さくなってしまうといった問題の他、その受光角度を正
確に検出づるのがガしいといった問題があっ−Ｃ１必ず
しも最適なｍ隔距離測定方法とは言えなかった。

そこで、水弟１の発明及び第２の発明は上記問題に鑑み
なされたものであって、反射面に光を投光した際、その
光を乱反射することなく受光方向に集中させることがで
き、しかも移動体においても離隔距離を良好に測定する
ことのできる離隔距離測定装置及び方法を提供すること
を目的としている。

Ｅ問題点を解決するための手段］ かかる目的を達するための第１の発明の構成は、異なる
２箇所の離隔距離を測定する離隔距離測定装置であって
、 被測定箇所の一方に設けられ、入射光の入射角に対し所
定の角度差で該入射光を反射する反射部材と、 該反射部材を照射する投光部材と、該投光部材の照射に
よる上記反射部材からの反射光を受光する受光部材と、
該受光部材と投光部材とを支持する支持部材と、上記受
光部材の反射光の受光位置を検出する検出手段とからな
り、被測定箇所の他方に設けられる投受光部材と、 を備えたことを特徴とする離隔距離測定装置を要旨とし
ており、 また第２の発明の構成は、 被測定箇所の一方に、入射光の入射角に対し所定の角度
差で該入射光を反射する反射部材を設けると共に、他方
に、該反射部材を照射する投光部材と、該投光部材の照
射による上記反射部材からの反射光を受光する受光部材
と、該受光部材と投光部材とを支持する支持部材と、上
記受光部材の反射光の受光位置を検出する検出手段とか
らなる投受光部材を設け、 上記投光部材より上記反射部材を照射すると共に上記支
持部材を揺動し、上記受光部材の受光位置が最も上記投
光部材寄りになる受光位置を求め、請求められた受光位
置と上記投光部材との離隔距離及び上記反射部材により
入射光と反射光とがなす所定の角度をパラメータとして
、異なる２ｉａ所の離隔距離を算出する ことを特徴とする離隔距離測定方法を要旨としている。

［作用］ ここで上記第１の発明を図示づるど、例えば第１図に示
す如くなる。

図において１は反射部材、２は投受光部材を示し、投受
光部材２は、投光部材３と受光部材４と支持部＠５と検
出手段６とを備えていることを表わしている。

反則部材１は投光部材３より放射された光の入射角に対
して所定の角度差αで以でその光を反射するが、この反
射部材１としては例えば反射面が放物線状に形成された
凹面鏡、あるいは所定の角度（π＋α）／２で以て２枚
の反射面が形成された反射板を用いることができ、また
これをプリズムにて形成することもできる。

次に投光部材３は反射部材１を照射し、その反射光を受
光部材４にて受光できる光を投光できればよいが、例え
ば外光と異なる所定の波長の光を投光し、受光部材４に
てその光のみを受光できるようにすれば、外光には全く
彰賢されず、離隔距離を良好に測定することができるよ
うになる。また外光と区別するために、例えば所定の周
波数で０Ｎ−ＯＦＦされた光を投光するようにしてもよ
い。

受光部材４は、上記投光部材３の照射による反射部材１
からの反射光を受光するためのものであるが、この受光
部材４としては、例えばフォトトランジスタ、フォトダ
イオード等、受光に応じた信号を出力することのできる
、いわゆる受光素子を用いればよい。また測定される２
点間の距離に応じて受光位置が異なることから、投光部
材３からの距離が変更できるよう受光部材４を移動可能
とし、その位置を検出手段６にて検出するとか、あるい
は複数の受光素子を連設し、その連設された複数の受光
素子からなる受光部材４の長手方向に投光部材３が位置
するよう配設し、複数の受光素子のうちどの素子が受光
したかを検出手段６にて検出するようにすればよい。そ
して検出手段６にて検出された反射光の受光位置から投
光部材３までの離隔距離を求めれば反射部材１による入
射光と反射光とのなす所定の角度を用いで反射部材１が
設けられた地点と、投受光部材２が設けられた地点との
離隔距離が算出できるようになる。

次に前述の第２の発明を図で以て表わすと、第２図に示
す如くなる。第２図は水弟２の発明方法を表わすフロー
チャートであるが、まずＰｌにて投光部材にて反射部材
を照射し、続＜Ｐ２にて支持部材をＩｉ！ｌｖＪシ、検
出手段にて検出される受光位置が最も投光部材寄りにな
る位δを求め、Ｐ３にてその受光ｔＤｃと投光部材との
離隔距離、及び反射部材により入射光と反射部材とがな
す所定の角度をパラメータとして、反射部材と投受光部
材とが設けられた２箇所のｆｉｌ隔距離を韓出りること
を表わしている。

ここでＰ２にて支持部材を揺動し、検出手段にて検出さ
れる受光位置が最も投光部材寄りになる位置を検出づる
のは、第３図の実線で示す如く、地点Ａと地点Ｂとの離
隔距離を求める際、ｉ光部材の投光位置Ｃと受光部材の
受光位置りと反射部材が設けられた地点へとにより形成
される三角形ＡＣ［）が二等辺三角形を形成づ°る場合
には、次のＰ３にてＣＤ間の距１ＩｌｌＬＣｄ及び入射
光と反射光とのなす角度αをパラメータとして地点Ａ、
Ｂ間の距１１ｔＬａｂを次式 ％式％（２） を用いて求めることができるのであるが、一点鎖線で示
す如き、三角形ＡＣ＝Ｄ−のように、地点Ａと投光位ｉ
ｃ′、及び受光位置Ｄ′とからなる三角形ＡＣ−Ｄ＝が
二等辺三角形を形成していない場合には、上式では距１
ｊ１２ａｂを算出することができないことから、地点へ
と投光部材の投光位置、及び受光部材の受光位置にて二
等辺三角形が形成されるようにしているのである。従っ
てＰ３においては上式を用いて異なる２箇所の離隔、距
離を簡単に測定できるようになる。尚この発明を実現す
るための装置としては、上記第１の発明装置に、反射光
の受光位置が最も投光部材寄りになるよう支持部材を揺
動する装置とＰ３の処理を実行する演算装置を設ければ
よい。

［実施例］ 以下に上記第１の発明と第２の発明を図面と共に説明す
る。

第４図は本実施例の離隔距離測定装「ノの全体溝底を表
わし、本装置では前記第２の発明方法によって反射板１
０と投受光機１１とが設けられた２点間の距離が自動測
定できるよう、投光部材１２と受光部材１３とを支持す
る支持部材１４の脚部に、該支持部材１４を回転できる
アクチュエータ１５を猫えると共に、投光部材１２を発
光させ、アクチュエータ１５を駆動して受光部４４１３
の受光位置が最も投光部材寄りになる位置を求め、その
位置から反射板１０と投受光機１１との離隔距離を演算
する駆動・演算回路１６を備えている。

ここでまず反射板１０は、第５図に示す如く、隣り合う
２枚の面１０ａ、１０ｂが所定の角度（π＋θ）／２を
なすように形成された複数の反射面を有し、投光部材３
から照射された光を所定の角度θで反射するよう構成さ
れている。つまり第６図に示す如く、２而１０ａ、１０
ｂがなす角度を（π十〇）／２とすれば、入射光と反射
光とのなす角度はθとなることから、この一対の反射面
を複数国並設大剣のへ銅角に対して所定の角度差θで以
て反射される反射光を受光部材１３付近で１点に集中さ
せることができるようになるのである。

次に本実施例の受光部材１３には、複数の受光素子が連
設された受光センサアレーが用いられ、駆動・演算回路
１６にてこの各受光素子からの出力信号に基づき、出力
電圧が最も大きい受光素子の位置を反射光の受光位置と
して検出するのである。またアクチュエータ１５にはス
テップモータやサーボモータ等支持部材１４を回転する
と共に所望の位置で固定できるモータが用いられる。

第１図は駆動・演算回路１６の構成を表わすブロック図
であり、駆動・演算回路１６は受光部材１３の各受光素
子１３ａ、１３ｂ１１３ｃ、１３ｄ・・・、から出力さ
れるアナログ信号をデジタル信号に変換し、その信号を
取り込む入力部２１と、投光部材１２に照射信号を出力
すると共にアクチュエータ１５に駆動信号を出力する出
力部２２と、出力部２２からアクチュエータ１５の駆動
信号を出力して支持部＠１４を回転させ、入力部２１に
て入力された受光部材１３からの信号に基づき求められ
る受光位置が最も投光部材１２寄りとなる受光位置に基
づき離隔距離を弾出するといった一連の処理を実行する
ＣＰＵ２３と、ＣＰＵ２３の演算処理実行のための制御
プログラム−１５データ等が予め記憶されたＲＯＭ２４
と、演算処理実行の際に用いられるデータが一時的に読
み書きされるＲＡＭ２５と、上記各部に電源を供給Ｊる
電源部２６とからなっている。

次に上記駆動・演算回路１６の動作について第８図に示
す制御プログラムを表わずノロ−チャートに沿って説明
する。

まずステップ１０１にて投光部材１２に照射信号を出力
する。そして続くステップ１０２にてアクチュエータ１
５に駆動信号を出力し、受光部材１３にて反射板１０か
らの反射光を受光する位置を変更させる。

次にステップ１０３においては、アクチュエータ１５に
より経時的に変化される受光位置を検出してゆき、その
位置が最も投光部材１２寄りになる受光位置（以下、最
短受光位置という）を検出くステップ１０４に移行して
、投光部材１２の照射信号及びアクチュエータ１５の駆
動信号の出力を停止し、次ステツプ１０５に移行する。

ステップ１０５においては、上記ステップ１０３にて検
出された最短受光位置と投光部材との離隔路ｍｌを粋出
し、続くステップ１０６に移行する。

そしてステップ１０６においては、上記水められた離隔
距離立と反射部材１０による入射光とのなす角度θをパ
ラメータとする次式 １式％（２） を用いて反射Ｉｆｉ１０と投受光Ｒ１１とが設けられた
２点間の離隔距離を鋒出し、この処理を終了する。

このように本実施例では水筒１の発明を構成することと
なる反射板１０．役受光機１１の他にアクチュエータ１
５と駆動・演障回路１６を設け、第２の発明を実行でき
るようにされている。従ってこの装置を用いれば、所望
の２点間の距離を自動測定することができ、例えば無人
搬送車等の自動走行づる移動体に用いれば、基準（（／
置と中休との離隔距離測定しながら走行することができ
、設定された移動経路に従い自動走行することができる
ようになる。

ここで上記実施例では反射部材として反射面が所定の角
度に形成された反射板１０を用いたが、例えばガラス、
アクリル、ポリカーボネート等からなるプリズムを用い
て形成することができる。

以下その形状及び反射特性を第９図及び第１０図を用い
て説明する。

第９図及び第１０図は反射部材として用いられるプリズ
ムの形状を表わし、第９図は上面図、第１０図は側面図
である。図から明らかな如く・、このプリズムは投光部
４Ａ１３からの入射光を受ける受光部３０が平面とされ
、その後部に前述の反用板１０の如き形状の反射面３１
が形成されている。

そして受光面３０にて反則される反射光がそのまま前記
受光部材１３に入射されないよう、つまり受光部３０が
入射光と直交しないように垂直方向に所定の角度θｙ１
で傾斜されている。また反射面３１も入射光がプリズム
内に大剣した際屈折することを考慮して垂直方向に所定
の角度θｙ２で傾斜されている。

尚上記角度θｙ１及びθｙ２の設定は、まず反射面３１
から直接反射される反射光が受光部材１３に影響しない
ようθｙ１を設定し、次にその角度θｙ１で以て光を入
射した際プリズムの材料の持つ屈折率λで以て屈折され
る角度θｙ３を求め、次式０式％ を用いて角度θｙ２を設定Ｊればよい。従って第１０図
に示す如く、プリズム内に入射された光は上　　　　。

下方向には変化せずそのまま水平に反射されることどな
る。

一方反射面３１０角度θ×１はプリズムの屈折率λを考
慮して、入射光と反射光とのなす所望の角度θｘ２が得
られるように、 θ×１＝（π／２）＋（θｘ２／２λ）より等出し、形
成されている。つまり角度θｘ２は屈折率によりプリズ
ム内ではθｘ３（＋θ×２／λ）となることから上式を
用いて痺出できるのである。

このように反射部材をプリズムにより形成すると、製造
面で前記反射板を作成するよりも部子に作成することが
できるようになる。即ち反射板を作成する場合、反射面
を形成した後アルミニウム等の金属を蒸着して光を反射
できるようにする必要があるが、入射光を所定の角度で
粘度よく反射するにはその而を均一にする必要があり、
その作成が難しく、一方、プリズムを用いる場合にはそ
の面を団ｒＰｉするだけでよいことから、その作成が容
易であるからである。

また反射部材をプリズムにて形成（る場合、その反射面
を上記のように所定の角度を形成する２面を並設したも
のとするのではなり、１６点が所定の角度に形成された
正三角錐を′ｆＩ数個設けることによっても作成するこ
とができる。尚これは反射板にも適用できるが、その作
成はより困難となろう。

次に上記実施例では受光部材１３を？！２数の受光素子
からなるものとして説明したが１個の受光素子を用い、
その位置をモータ等で追従移動させると共にポテンショ
メータ等を用いて受光位置が検出できるようにすれば上
記実施例の装置を実現することができる。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、第１の発明は被゛測定箇所の一方に
設けられ、入射光の入射角に対し所定の角度差で入射光
を反射する反射部材を備えると共に、もう一方の被測定
箇所に設けられる、投光部材、受光部材、支持部材及び
位置検出手段からなる投受光部材を備えている。従って
上記反射部材により投光部材からの光を乱反射すること
なく、受光部材方向に集中して反射することができ、受
光部材にてその反射光を良好に受光することができるよ
うになると共に、その受光位置と投光部材との１１！ｌ
隔距離を求めれば反射部材と投受光部材との離隔距離を
簡単に測定することができるようになる。

また第２の発明は上記第１の発明のｒハ１隔距離測定装
置を利用して離隔距離を測定する方法であるが、この方
法は投受光部材の支持部材を揺動して、受光部材の受光
部１αが最ら投光部材、Ｊ−りになる受光位置を求め、
その受光位置と投光部材との一１隔距離及び反射部材に
より決定される入射光と反射光とがな１所定の角度をパ
ラメータとして異なる２箇所の離隔距離を測定Ｊるよう
にされている。

従ってこの方法を用いれば所望の２点間の離隔距離を簡
単に自ｆＪｔ　１１ｆｆ定することができるにうになり
、例えば無人搬送車等の移動体において、良好な位置検
出方法となり得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の構成を示す説明図、第２図は第２
の発明の構成を示す７０−チト一ト、第３図は第２の発
明の詳細な説明する説明図、第４図ないし第１０図は実
施例を表わし、第４図は本実施例のＭ隔距離測定装置の
概略構成図、第５図は反射板１０の構成図、第６図はそ
の反射板１０の反射面の説明図、第１図は駆動・演算回
路１６の構成を表わすブロック図、第８図は駆動・演粋
回路１６の処理動作を表わすフローチャート、第９図及
び第１０図は反射板１０の代わりに反射部材をプリズム
にて形成した場合の反射部材の構成を示し、第９図はそ
の上面図、第１０図はその側面図である。 １・・・反射部材　　　　２・・・投受光部材３．１２
・・・投光部材　４．１３・・・受光部材５．１４・・
・支持部材　６・・・検出手段１ｏ・・・反射板　　　
　１１・・・役受光機１６・・・駆動・演算回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　異なる２箇所の離隔距離を測定する離隔距離測定装
   置であって、 被測定箇所の一方に設けられ、入射光の入射角に対し所
   定の角度差で該入射光を反射する反射部材と、 該反射部材を照射する投光部材と、該投光部材の照射に
   よる上記反射部材からの反射光を受光する受光部材と、
   該受光部材と投光部材とを支持する支持部材と、上記受
   光部材の反射光の受光位置を検出する検出手段とからな
   り、被測定箇所の他方に設けられる投受光部材と、 を備えたことを特徴とする離隔距離測定装置。 ２　受光部材が、連設された複数の受光部からなり、支
   持部材を、投光部材を該受光部材の長手方向に配設する
   よう構成した特許請求の範囲第１項記載の離隔距離測定
   装置。 ３　受光部材が１個の受光部からなり、支持部材を該受
   光部材と投光部材との間隔が任意に変更できるよう構成
   した特許請求の範囲第１項記載の離隔距離測定装置。 ４　被測定箇所の一方に、入射光の入射角に対し所定の
   角度差で該入射光を反射する反射部材を設けると共に、
   他方に、該反射部材を照射する投光部材と、該投光部材
   の照射による上記反射部材からの反射光を受光する受光
   部材と、該受光部材と投光部材とを支持する支持部材と
   、上記受光部材の反射光の受光位置を検出する検出手段
   とからなる投受光部材を設け、 上記投光部材より上記反射部材を照射すると共に上記支
   持部材を揺動し、上記受光部材の受光位置が最も上記投
   光部材寄りになる受光位置を求め、該求められた受光位
   置と上記投光部材との離隔距離及び上記反射部材により
   入射光と反射光とがなす所定の角度をパラメータとして
   、異なる２箇所の離隔距離を算出する、 ことを特徴とする離隔距離測定方法。