JPS61104216A - 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１ 本発明は入射光と反射光とが所定の角度をな１゛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。

［ｖＬ来の技術］ 従来より２点間の離隔距離を測定するために、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、他方で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飼する投光部材
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ＶＡＶ（！離を測
定りる方法等、種々の離隔距離測定方法が考えられてお
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ｙｃシて変
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！！￥！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か
、前者の時間差から離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ど
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
検出するのが難しいといった問題があって、必ずしも最
適な離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、反射面に光を役　　　を光した
際、その光を乱反射づ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Ｖｉ置及び方法を提
供することを目的としている。

［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、例えば
第１図に示す如く、 異なる２箇所の離隔距離を測定するｍ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αで２本の反射光を出力する反射部材Ｍ１と
、 被測定箇所の他方に設けられ、該反射部材Ｍ１を照射す
る投光部材Ｍ２と、該投光部材Ｍ２の照射により上記反
射部材から反射される２本の反射光を夫々受光する２個
の受光部材Ｍ３と、該受光部材Ｍ３の反射光の受光位置
を検出する受光位置検出手段Ｍ４とからなり、上記投光
部材Ｍ２を、上記各受光部材Ｍ３を結ぶ線分を２等分す
る垂線上に配設してなる投受光部材Ｍ５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、第２図に示す如く、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２本
の反射光を出力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
の照射により上記反射部材から反射される２本の反射光
を夫々受光する２個の受光部材と、該受光部材の反射光
の受光位置を検出する受光位置検出手段とからなり、上
記投光部材を上記各受光部材を結ぶ線分を２等分する垂
線上に配設して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（Ｐｌ
）、上記各受光部材にて受光される反射光の受光位置を
検出しくＰ２）　、該検出された各受光部材の受光位置
に応じて異なる２箇所の離隔距離を算出する（Ｐ３）、 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］ ここで上記反ｍ部材Ｍ１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で以ってその光を２方
向に反射するが、この反射部材Ｍ１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で以って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Ｍ２は反射部材Ｍ１を照射した際、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Ｍ３にてその光のみを受光できるようにすれば、外
光には全く影響されず、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１１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。そして、この投光部ＵＭ２は第１図に
示す如く、２個の受光部材Ｍ３を結ぶ線分Ａを２等分す
る垂線Ｂ上に配設される。

受光部材Ｍ３は、上記投光部材３の照射にょる反射部材
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
点間の離隔距離、又は方向に応じて受光位置が異なるこ
とから、投光部材Ｍ２からの距離が変更できるよう受光
部材Ｍ３を移動可能とし、その位置を受光位置検出手段
Ｍ４にて検出するとか、あるいは複数の受光素子を連設
し、それら複数の受光素子のうちどの素子が受光したか
を受光位置検出手段Ｍ４にて検出するようにすればよい
。

次に上記第２図のフローチャートは上記第１の発明の離
隔距離測定装置を用いて２点間の離隔距離を測定する方
法を示しているが、この方法を実現するためには、上記
第１の発明装置に図中Ｐ３に示した演算処理を実行する
演算装置を設ければよく、例えばマイクロコンピュータ
等を用いれば簡単に実現することができる。

し実施例］ 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３図は本実施例の離隔距離測定装置の全体構成を表わ
し、本装置では前記第２の発明方法によって反射板１０
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を発光させ、２個の受光部材
１３及び１４にて上記反射板１０か、らの反射光の受光
位置を検出すると共に、その位置から反射板１０と投受
光機１１との１１ｍ１！ＩＩＭ距離を演算する演算回路
１５を備えている。また投光部材１２は受光部材１３及
び１４の設けられた支持部材１６の中央に突設されてい
る。

ここでまず反射板１０は、第４図に示す姐く、隣り合う
２枚の而１０ａ、１０ｂが所定の角度（π＋α）／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１
２から照射された光を所定の角度αで２方向に反射する
よう構成されている。つまり第５図に示す如く、２面１
０ａ、１０ｂがなす角度を（π十α）／２とすれば、入
射光と反射光とのなす角度はαとなることから、この一
対の反射面を複数個並設入射の入射角に対して所定の角
度差αで以って反射される２本の反射光を夫々受光部材
１３及び１４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及び１４には、夫々複数の
受光素子が連設された受光センサアレーが用いられ、演
算回路１５にてこの各受光素子からの出力電圧が最も大
きい受光素子の位置を各受光部材１３及び１４における
反射光の受光位置として検出する。

第６図は演算回路１５の構成を表わすブロック図であり
、演算回路１５は受光部材１３の各受光素子１３ａ　、
１３ｂ　、１３ｃ　、１３ｄ−・・、及び受光部材１４
の各受光素子１４ａ　１１４ｂ　、１４ｃ、１４ｄ・・
・、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出力部２２と、投光部材１２を発光
させ、各受光部材１３及び１４にて反射光を受光した受
光位置を検出し、この受光位置と投光部材１２の設置位
置、及び反躬板１０による入射光と反射光とがなす角度
αとをパラメータとして離隔距離を算出するといった一
連の処理を実行するｃＰＵ２３．！：、ＣＰＵ２３の演
算処理実行のための制御プログラムやデータ等が予め記
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ＮＩｌを供給する電源部２６とからなっている。

次に上記演算回路１５の動作について第７図に示す制御
プログラムを表わすフローチャートに沿って説明する。

図に示す如く、処理が開始されると、まずステップ１０
１を実行し、投光部材１２に照射信号を出力して投光部
材１２を発光させる。そしてステップ１０２にて上記照
射による反射板１０がらの反射光の、各受光部材１３及
び１４における受光位置Ｐ１及びＰ２を検出する。

その後ステップ１０３においては、上記検出された受光
位置Ｐ１及びＰ２に基づき、第８図に示す如きＰｌ−Ｐ
２間の距離立、１２を算出すると共に、各受光部材１３
及び１４の中点ｐｏと各受光位置Ｐ１及びＰ２との距離
立０１及び立０２を痺出し、続くステップ１０４に移行
する。

ステップ１０４においては、中点ｐｏと反射板１０との
Ｘ方向の離隔距離ｉｘ、即ち第８図に示す如く、２個の
受光部材１３及び１４を結ぶ直線をＸ方向とした場合の
中点ＰＯと反射板の設置点ｐｎとの離隔距離立Ｘを次式 ％式％）） を用いて算出する。

尚、上式において、Ａ及びＢは反射板１０により入射光
と反射光とがなす角度α、及び投光部材１２の中点ＰＯ
からの距ｌ１１１０により設定される定数であり、△Ｌ
及びしは夫々次式 ％式％ より求められる。

次にステップ１０５においては中点ＰＯと反射板１０と
のｙ方向の離隔距離、即ち第８図に示す如く、２個の受
光部材１３及び１４を結ぶ直線に対する！！線をｙ方向
とした場合の中点ｐｏと反射板の設置点Ｐｎとの離隔距
離立ｙを次式％式％）） を用いて算出する。尚、上式においてＣ，Ｄは前記Ａ、
Ｂと同様、反射板１０により入射光と反射光とがなす角
度α、及び投光部材１２の中点Ｐ。

からの距１１０により設定される定数であり、またΔＬ
及びＬも前述した如く求められるものである。そして上
記演算式における定数Ａ、８１Ｃ。

Ｄの値としては、例えば測定対像となる離隔距離立ｙと
、中点ＰＯと投光部材１・２との間隔立０との比立０／
立ｙが約０．０５で、角度αが１５６の時にはＡ−４，
５、Ｂ＝１５．５、Ｃ＝１２゜６、Ｄ＝３３．１と設定
される。

このようにして中点Ｐｏに対する反射板１０の設置点ｐ
ｎの、Ｘ方向の離隔距離立ｘＳｙ方向のｍａ距＊ｌＶが
夫々求められると、続くステップ１０６において中点Ｐ
ｏと設置点ｐｎとの離隔距離ｒを次式 ％式％（） より求め、本ルーチンの処理を終了する。

このように本実施例では水弟１の発明を構成することと
なる反射板１０．投受光機１１の他にアクチュエータ１
５と駆動演算回路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
送車等の自動走行する移動体に用いれば、基準位置と車
体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。また投光部材１２を中点Ｐｏにおいてもその作用
に大差はない。

また本実施例では離隔距１１ｉｒを投受光殿１１におけ
る２個の受光部材１３．１４の中点ＰＯを原点としたＸ
方向、ｙ方向の座標系で以って反射板１０の設置点Ｐｎ
を求めた後、その１１１ｉ隔距離ｒを求めるようにして
いるので、単に離隔距離ｒのみならず、その方向をも知
ることができる。

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材
１３からの入射光を受ける受光面３０が平面とされ、そ
の後部に前述の反射板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にて反射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、つまり受光面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
内に入射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３
１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を設定すればよい。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３１の角度はθｘ１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θ×２が
得られるように、 θｘ１−（π／２＞＋（θｘ２／２λ）より算出し、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（−θｘ２／λ）となることから上式を
用いて算出できるのである。

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簡単に作成することが
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　　　　７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
定の角度で精度よく反射づるにはその面を均一にする必
要があり、その作成が難しく、一方、プリズムを用いる
場合にはその面を研磨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する場合、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
のとするのではなく、頂点が所定の角度に形成された正
三角錐を複数ｍ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を複数の受光にポテン
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２本の反
射光を出力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、投光部材と２個の受光部材と受
光位置検出手段と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、各受光部材方向に集中して反射することがで
き、各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、受光位置検出手段にて検出さ
れる２つの受光位置から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の発明の離隔距離測定装置を
利用して離隔距離を測定する方法であるが、この方法は
投光部材を照射すると共に、各受光部材の受光位置を検
出し、その検出された受光位置に応じて異なる２Ｉｉ所
の離隔距離を算出するものとされている。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動測定
することができるようになり、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。また本
発明方法では単に離隔距離が測定できるだけでなく、そ
の方向をも検知することができるようになる。

【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フローチャート、第３図ないし第１
０図は実施例を表わし、第３図は本実施例の離隔距離測
定装置の概略構成図、第４図は反射板１０の構成図、第
５図はその反射板１０の反射面の説明図、第６図は演算
回路１５の構成を表わすブロック図、第７図は演算回路
１５の処理を表わすフローチャート、第８図はその動作
を説明する説明図、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邑はその
側面図である。 Ｍｌ・・・反射部材 Ｍ２．１２・・・投光部材 Ｍ３．１３．１４・・・受光部材 Ｍ４・・・受光位置検出手段 Ｍ５・・・投受光部材 １α・・・反射板 １１・・・投受光機 １５・・・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２本の反射光を出力する反射部材と、 被測定箇所の他方に設けられ、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り上記反射部材から反
   射される２本の反射光を夫々受光する２個の受光部材と
   、該受光部材の反射光の受光位置を検出する受光位置検
   出手段とからなり、上記投光部材を、上記各受光部材を
   結ぶ線分を２等分する垂線上に配設してなる投受光部材
   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る特許請
   求の範囲第１項記載の離隔距離測定装置。 ３　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２本の反射光を出力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
   の照射により上記反射部材から反射される２本の反射光
   を夫々受光する２個の受光部材と、該受光部材の反射光
   の受光位置を検出する受光位置検出手段とからなり、上
   記投光部材を上記各受光部材を結ぶ線分を２等分する垂
   線上に配設して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
   各受光部材にて受光される反射光の受光位置を検出し、
   該検出された各受光部材の受光位置に応じて異なる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。