(57)【要約】【課題】測距対象物からの反射光に光量の不均一があった場合においても高精度に測距対象物までの距離を計測することが可能な測距装置を得る。【解決手段】光源像を送光光学系２を介して測距対象物４上に照射する発光手段１と、測距対象物４上の光源像を受光光学系５を介して光電変換素子６に投影する受光手段と、測距対象物４上の光源像を所定の範囲において移動させる光源像移動手段３と、光電変換素子６上の所定領域毎の受光量に基づく電気信号を時系列的に入力し、この電気信号を時系列的位置信号に変換すると共に、この位置信号を補正する信号処理手段８と、位置信号に基づき測距対象物４までの距離を算定する距離判定手段９とを備えるようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源像を送光光学系を介して測距対象物上に照射する発光手段、前記測距対象物上の光源像を受光光学系を介して光電変換素子に投影する受光手段、前記測距対象物上の光源像を所定の範囲において移動させる光源像移動手段、前記光電変換素子上の所定領域毎の受光量に基づく電気信号を時系列的に入力し、この時系列的電気信号を時系列的位置信号に変換すると共に、この位置信号を補正する信号処理手段、前記位置信号に基づき前記測距対象物までの距離を算定する距離判定手段を備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
光源像を送光光学系を介して測距対象物上に照射する発光手段、前記測距対象物上の光源像を受光光学系を介して光電変換素子に投影する受光手段、前記測距対象物上の光源像を所定の範囲において移動させる光源像移動手段、前記光電変換素子上の所定領域毎の受光量に基づく電気信号を時系列的に入力し、この時系列的電気信号を時系列的位置信号に変換する信号処理手段、前記位置信号に基づき前記測距対象物までの距離を算定する距離判定手段、前記距離判定手段が算定した距離データを一時的に記憶する記憶手段、前記距離判定手段が演算した距離データを入力し、前記記憶手段が記憶する過去の距離データと比較して前記測距対象物までの距離を補正する距離補正手段を備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項３】
前記光電変換素子が、少なくとも二分割されたフォトダイオード、または、半導体位置検出素子、あるいは、ＣＣＤから構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記光源像移動手段が、前記送光手段、および、前記受光手段と前記測距対象物との間に配設されたポリゴンスキャナ、または、ガルバノスキャナ、あるいは、レゾナントスキャナから構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測距装置。
【請求項５】
前記光源像移動手段が、前記送光手段、および、前記受光手段を回動させる回動手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測距装置。
【請求項６】
前記位置信号はアナログ信号であり、前記信号処理手段は時系列的な位置信号をローパスフィルタで処理することにより補正を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測距装置。
【請求項７】
前記位置信号はデジタル信号であり、前記信号処理手段は前記位置信号の発生頻度から位置信号の補正を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば車両用エアバッグシステムの乗員検知などに使用される測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
測距対象物までの距離を計測する装置としては、例えば三角測量方式を用いたものが知られている。例えば、特許文献１に開示された技術もこのようなものであり、生産ラインなどにおいて非接触で測距対象物までの距離を測定する測距装置が開示されている。
【０００３】
この文献に開示された技術は、投光源からの光ビームを投光レンズと走査ミラーとからなる投光光学系を介して対象物体に照射し、光ビームの走査面を挟んで対称位置に設けられた受光レンズを含む受光光学系にて反射光を受光して受光面の結像位置に呼応した電流出力を得、この出力を変調検波してローパスフィルタで雑音除去の上、演算部に入力して距離を求め、対称位置に配設した各受光光学系から得られた距離の平均値を求めることにより、誤差を相殺して距離を求めるようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２２５１１７号公報（第３頁、第２図、第３図）
【０００５】
三角測量方式による距離測定装置は、投光源に半導体レーザやＬＥＤなどが用いられ、投光レンズにより絞られたビームが測距対象物に照射される。測距対象物からの反射光は受光レンズを通して例えば二分割センサやラインセンサなどの光電変換素子に投影されるが、このとき、測距対象物までの距離に対応して光電変換素子の受光面上における反射像の投影位置が変位することを利用して距離を計測するものである。また、光電変換素子に半導体位置検出素子やＣＣＤラインセンサなどを用いても同様に距離計測ができる。
【０００６】
従って、特許文献１に開示されているように二組の受光光学系を使用したり、ビームを走査しなくても距離計測ができることになるが、対象物の反射にムラがあり、光電変換素子に投影される反射像の光量分布が不均一となれば光量重心位置が変位して計測誤差を生じることになる。これに対して特許文献１では光ビームの走査面を挟んで対称位置に光電変換素子の受光面が設けられるため、反射像の光量分布が不均一である場合、反射像の光量重心位置が反対方向にずれることになり、距離計測は両者の平均値を採るので変位は相殺され、誤差は修正されることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に反射光を利用して距離を測定する場合、反射像が理想的な光量分布であることは極めて希であり、従って光量分布の不均一を補正して測定誤差を修正する必要が生じる。上記の特許文献１に開示された技術によってもこのような補正は可能であるが、受光手段を二系統必要とし、装置が大型化するので車両に搭載する測距装置としては不適である。また、受光手段が二系統であるため、光軸調整を二組行わねばならず、二つの受光手段としての光電変換素子にバラツキがあった場合には測定誤差を皆無にすることはできない。
【０００８】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、受光光学系を二組使用することなく、測距対象物からの反射光に光量の不均一があってもその影響を受けることなく、高精度に測距対象物までの距離を計測することが可能な測距装置を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る測距装置は、光源像を送光光学系を介して測距対象物上に照射する発光手段と、測距対象物上の光源像を受光光学系を介して光電変換素子に投影する受光手段と、測距対象物上の光源像を所定の範囲において移動させる光源像移動手段と、光電変換素子上の所定領域毎の受光量に基づく電気信号を時系列的に入力し、この時系列的電気信号を時系列的位置信号に変換すると共に、この位置信号を補正する信号処理手段と、位置信号に基づき測距対象物までの距離を算定する距離判定手段とを備えるようにしたものである。
【００１０】
また、光源像を送光光学系を介して測距対象物上に照射する発光手段と、測距対象物上の光源像を受光光学系を介して光電変換素子に投影する受光手段と、測距対象物上の光源像を所定の範囲において移動させる光源像移動手段と、光電変換素子上の所定領域毎の受光量に基づく電気信号を時系列的に入力し、この時系列的電気信号を時系列的位置信号に変換する信号処理手段と、位置信号に基づき測距対象物までの距離を算定する距離判定手段と、距離判定手段が算定した距離データを一時的に記憶する記憶手段と、距離判定手段が演算した距離データを入力し、記憶手段が記憶する過去の距離データと比較して測距対象物までの距離を補正する距離補正手段とを備えるようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図５は、この発明の実施の形態１による測距装置を説明するものであり、図１は、概略構成を示すブロック図、図２と図３とは、動作を説明する説明図、図４は、アナログ処理時の信号補正を説明する説明図、図５は、デジタル処理時の信号補正を説明する説明図である。
【００１２】
図１のブロック図において、半導体レーザやＬＥＤなどからなる発光手段１から光が照射されると、この光はレンズなどからなる送光光学系２にて絞り込まれてビーム状となり、光源像移動手段であるガルバノスキャナなどからなる走査ミラー３に送られ、走査ミラー３で反射して測距対象物４上に光源像を生成する。測距対象物４に照射された光源像はさらに反射して走査ミラー３とレンズを含む受光光学系５とを経由して光電変換素子６に投影される。
【００１３】
光電変換素子６には例えば受光面６ａと６ｂとを持つ二分割フォトダイオードなどが使用され、光電変換素子６の受光面６ａおよび６ｂからは所定領域毎の受光量に応じた電気信号７ａおよび７ｂが出力される。電気信号７ａおよび７ｂは信号処理手段８に入力され、ここで電気信号７ａおよび７ｂの比などから位置信号に変換され、さらに後述するような補正処理がなされて距離判定手段９に出力され、距離判定手段９ではこの位置信号に基づき測距対象物４までの距離を算定する。なお、受光光学系５と光電変換素子６とで受光手段を構成する。
【００１４】
位置制御手段１０は動作の開始と共に発行手段１から光ビームを照射すると共に走査ミラー３を所定角度回動して測距対象物４上の光源像を移動させ、光電変換素子６は移動する光源像を時系列的に受光して時系列的電気信号として７ａおよび７ｂを信号処理手段８に出力する。
【００１５】
図２は測距対象物４の反射率を一定とした場合における電気信号７ａおよび７ｂとこれらから得られる位置信号の状態を示したものである。図２において、走査ミラー３の走査により測距対象物４上の光源像が図の４ａから４ｃまで移動するとき、測距対象物４の反射率が一定であるので、測距対象物４の同一平面上を光源像が移動しても電気信号７ａと７ｂとの時系列的な値は一定となって図２の電気信号７ａと７ｂとのように推移する。そして、この両信号から得られる位置信号も時系列的には一定値として推移することになる。
【００１６】
図３は測距対象物４の反射率が一定ではない場合における電気信号７ａおよび７ｂとこれらから得られる位置信号の状態を示したものである。図３において、測距対象物４上の光源像が図３の４ａから４ｃまで移動するとき、光源像が４ｂの部分を通過するとき反射率は変化し、電気信号７ａと７ｂとは図３の（ａ）に示すように変化する。この変化により電気信号７ａおよび７ｂから得られる位置信号は図３の（ｂ）に示すように変化し、この位置信号から距離を算定すれば誤認識が生ずることになる。
【００１７】
この誤認識が生ずる領域は、測距対象物４上の反射率が変化する部分を光源像がまたいで通過する部分であり、時系列データの上では図３の（ｂ）に示すように、誤認識部分の位置信号は走査ミラー３の走査速度で決まる時間間隔の短いパルス状となって現れ、このパルス状の信号の存在により誤認識が生ずるものである。
【００１８】
この誤認識を補正するために、信号処理手段８がアナログ系である場合には、信号処理手段８には例えばローパスフィルタなどが付加される。図４は位置信号としてのアナログ信号をローパスフィルタにて処理した状態を示すもので、位置信号は図の（ａ）に示すように光源像が反射率の異なる部分を通過するときにパルス状に変化するがローパスフィルタを通過させることにより図の（ｂ）のように補正されることになり、測距対象物４の反射率が一定でない場合であっても、例えば、縞状に反射率が変化するものであっても正しい距離を検出することができることになる。この補正は光源像を時系列的に受光することにより得られるものである。
【００１９】
また、信号処理手段８がＡ／Ｄ変換器を備えたデジタル系である場合には、位置信号は図５の（ａ）に示すように変化することになるが、時系列的な位置信号を図９の（ｂ）に示すようにヒストグラムにとり、複数点のデータから最も発生頻度の高い値を代表値とすることにより、測距対象物４上のある一定区間の光源像の光量変化を無視して図の（ｃ）に示すような位置信号のデータに置き換えることができ、この位置信号から正常な測距データを得ることができる。
【００２０】
このように、測距対象物４の反射率が不均一であっても光源像を時系列的に受光することにより、アナログ処理およびデジタル処理における補正が可能となって正確な距離検出値が得られるものである。なお、光電変換素子６は二分割フォトダイオードを使用する場合を説明したが、半導体位置検出素子やＣＣＤを使用することもでき、また、光源像移動手段としてガルバノスキャナからなる走査ミラーを使用したが、ポリゴンスキャナやレゾナントスキャナを使用することができ、いずれも容易に装置の構成を構築することができる。
【００２１】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による測距装置の概略構成を説明するブロック図であり、この実施の形態による測距装置は、実施の形態１で説明した図１の構成に対し、距離判定手段９が算定した結果を記憶する記憶手段１１と、距離判定手段９の算定結果を記憶手段１１の記憶する過去の（前回演算の）データにより補正する距離補正手段１２とを備えるようにしたものであり、記憶手段１１と距離補正手段１２との付加以外は上記の実施の形態１と同様である。
【００２２】
実施の形態１と同様にして算定された距離判定手段９による算定結果、すなわち、距離のデータは記憶手段１１に順次記憶されると共に距離補正手段１２に出力される。そして、距離補正手段１２では距離判定手段９から入力されたデータと記憶手段１１に記憶された過去のデータとから統計処理およびフィルタ処理を行って距離の補正を行う。このように過去のデータを使用することにより、より信頼性の高い距離データを得ることができるものである。
【００２３】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による測距装置を説明する光学系の構成図であり、この実施の形態による測距装置は、測距対象物４上における光源像の移動方法を変えたものである。上記の各実施の形態においては、測距対象物４上の光源像を移動させる手段としてガルバノスキャナなどからなる走査ミラー３を使用したが、この実施の形態では発光手段１や送光光学系２、および、受光光学系５や光電変換素子６をロータリーソレノイドなどの回動手段１３により、直接回動させるようにしたものである。このような走査方法を使用しても実施の形態１および２と同様に動作させ、同様な効果を得ることができるものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の測距装置によれば、光源像を測距対象物上に照射する発光手段と、測距対象物上の光源像を光電変換素子に投影する受光手段と、測距対象物上の光源像を移動させる光源像移動手段と、光電変換素子上の所定領域毎の受光量に基づく電気信号を時系列的に入力し、この時系列的電気信号を時系列的位置信号に変換すると共に、この位置信号を補正する信号処理手段と、位置信号に基づき測距対象物までの距離を算定する距離判定手段とを備えるようにしたので、測距対象物の反射率が一定でない場合においても、それに起因する受光量の重心ずれによる誤差を排除することができ、精度の高い距離測定ができると共に、小型であり、光軸調整の容易な測距装置を得ることができるものである。
【００２５】
また、上記に加えて、距離判定手段が算定した距離データを一時的に記憶する記憶手段と、距離判定手段が演算した距離データを入力し、記憶手段が記憶する過去の距離データと比較して測距対象物までの距離を補正する距離補正手段とを備えるようにしたので、信頼性の高い距離測定を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による測距装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による測距装置の動作を説明する説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による測距装置の動作を説明する説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による測距装置の信号補正を説明する説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による測距装置の信号補正を説明する説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２による測距装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１による測距装置の光学系の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１  発光手段、２  送光光学系、３  走査ミラー（光源像移動手段）、
４  測距対象物、５  受光光学系、６  光電変換素子、
６ａ、６ｂ  受光面、７ａ、７ｂ  電気信号、８  信号処理手段、
９  距離判定手段、１０  位置制御手段、１１  記憶手段、
１２  距離補正手段、１３  回動手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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