(57)【要約】【課題】  少ない演算量で、測定対象の左右方向の変位を算出できる変位算出装置を提供する。【解決手段】  物体１０の変位を算出する変位算出装置１において、基線長離して配置された一対の受光レンズ２１ａ、２１ｂと、一対の受光レンズ２１ａ、２１ｂにより結像された一対の物体１０の像に応じた像信号を出力するラインセンサ２１ｃ、２１ｄと、ラインセンサ２１ｃ、２１ｄから出力される一対の像信号に基づき物体１０の移動前後におけるコントラスト重心位置を算出するコントラスト重心演算部２３ｈと、物体１０の移動前後のコントラスト重心位置に基づき物体１０の変位を算出する制御部３を有する。また、第１演算部２３は更に、ラインセンサ２１ｃ、２１ｄから出力される一対の像信号に基づき物体１０の移動前後の各点について測距演算を行い、制御部３は、第１演算部２３による演算結果に基づき物体１０の変位を算出する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の変位を算出する変位算出装置において、
基線長離して配置された一対の受光レンズと、
前記一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサと、
前記受光センサから出力される一対の像信号に基づきコントラスト重心位置を算出する演算部と、
前後する測定で得られた複数の前記コントラスト重心位置、又は所定の基準値と前記コントラスト重心位置に基づき前記測定対象の変位を算出する制御部とを有することを特徴とする変位算出装置。
【請求項２】
前記演算部は更に、前記受光センサから出力される一対の像信号に基づき測距演算を行い、
前記制御部は、前記演算部による演算結果に基づき前記測定対象の変位を算出することを特徴とする請求項１記載の変位算出装置。
【請求項３】
測定対象の変位を算出する変位算出装置において、
基線長離して配置された一対の受光レンズと、
前記一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサと、
前記受光センサから出力される一対の像信号に基づき測距演算を行う演算部と、
前記演算部による演算結果に基づき前記測定対象の変位を算出する制御部とを有することを特徴とする変位算出装置。
【請求項４】
前記変位算出装置は更に、前記測定対象が所定値以上変位した場合に、所定の報知を行う報知部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の変位算出装置。
【請求項５】
測定対象が所定値以上変位した場合に、所定の報知を行う報知部を備えた警報装置において、
基線長離して配置された一対の受光レンズと、
前記一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサと、
前記受光センサから出力される一対の像信号に基づいて前記測定対象が所定値以上変位したか否かを検出する制御部とを有することを特徴とする警報装置。
【請求項６】
測定対象の変位を算出する変位算出方法において、
基線長離して配置された一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサからの一対の像信号に基づいてコントラスト重心位置を求める第１ステップと、
前後する測定で得られた複数の前記コントラスト重心位置、又は所定の基準値と前記コントラスト重心位置に基づき前記測定対象の変位を算出する第２ステップとを有することを特徴とする変位算出方法。
【請求項７】
測定対象の変位を算出する変位算出方法において、
基線長離して配置された一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサからの一対の像信号に基づいて測距演算を行う第１ステップと、
前記第１ステップによる演算結果に基づいて前記測定対象の変位を算出する第２ステップとを有することを特徴とする変位算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位算出装置、警報装置及び変位算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ発振器及びＣＣＤカメラを用いて測定対象の移動距離を計測できる装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１記載の装置は、レーザ発振器、ＣＣＤカメラを備え、測定対象にレーザ光を照射し、得られたスペックルパターン中に存在する空白域を検出し、この空白域の移動に基づき被計測物の移動量を求め、測定対象の前後方向の移動量を測定するというものである。
【０００４】
また、特許文献２記載の装置は、レーザ発振器、ＣＣＤカメラを備え、測定対象にレーザ光を照射し、得られたスペックルパターンの変化倍率により、測定対象の基準位置からの移動量を演算により求め、測定対象の前後方向の移動量を測定するというものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４９７０６号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来装置では、スペックルパターンを用いたものであるため、測定対象の移動量を求めるためには、スペックルパターンの形状を検出するための演算量が多くなってしまうという問題がある。また、上記従来装置では、測定対象の前後方向の移動を検出することがきるようにしているが、測定対象の上下左右方向の移動を検出することができないという問題がある。さらに、上記従来装置では、レーザ発振器を備えているので、装置が煩雑になるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、簡単な構成かつ少ない演算量で、測定対象の左右方向の変位を算出できる変位算出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の変位算出装置は、請求項１に記載のように、測定対象の変位を算出する変位算出装置において、基線長離して配置された一対の受光レンズと、前記一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサと、前記受光センサから出力される一対の像信号に基づきコントラスト重心位置を算出する演算部と、前後する前記測定で得られた複数の前記コントラスト重心位置、又は所定の基準値と前記コントラスト重心位置に基づき前記測定対象の変位を算出する制御部とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、受光センサから出力される一対の像信号に基づき、測定対象の移動前後における複数のコントラスト重心位置を求めることにより、又は所定の基準値とコントラスト重心位置を比較することにより、コントラスト重心位置のずれ量を算出するようにしたので、簡単な構成かつ少ない演算量で、基線長方向例えば測定対象の左右方向の変位を算出することができる。
【００１０】
また、本発明は、請求項２に記載のように、請求項１記載の変位算出装置において、前記演算部は更に、前記受光センサから出力される一対の像信号に基づき測距演算を行い、前記制御部は、前記演算部による演算結果に基づき前記測定対象の変位を算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、受光センサから出力される一対の像信号を用いて、測定対象の位置を求めるようにしたので、前後左右又は上下方向における測定対象の変位を算出することができる。
【００１２】
また、本発明の変位算出装置は、請求項３に記載のように、測定対象の変位を算出する変位算出装置において、基線長離して配置された一対の受光レンズと、前記一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサと、前記受光センサから出力される一対の像信号に基づき測距演算を行う演算部と、前記演算部による演算結果に基づき前記測定対象の変位を算出する制御部とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、受光センサから出力される一対の像信号を用いて、測定対象の位置を求めるようにしたので、簡単な構成かつ少ない演算量で、前後左右又は上下方向における測定対象の変位を算出することができる。
【００１４】
また、本発明の変位算出装置は、請求項４に記載のように、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の変位算出装置において、更に、前記測定対象が所定値以上変位した場合に、所定の報知を行う報知部を有することを特徴とする。請求項４記載の発明によれば、測定対象が所定以上変位した場合に所定の報知を行うようにすることにより例えば警報装置等に利用することができる。
【００１５】
また、本発明の警報装置は、請求項５に記載のように、測定対象が所定値以上変位した場合に、所定の報知を行う報知部を備えた警報装置において、基線長離して配置された一対の受光レンズと、前記一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサと、前記受光センサから出力される一対の像信号に基づいて前記測定対象が所定値以上変位したか否かを検出する制御部とを有することを特徴とする。請求項５記載の発明によれば、受光センサから出力される一対の像信号を用いて測定対象が所定値以上変位したか否かを検出することができる。
【００１６】
また、本発明の変位算出方法は、請求項６に記載のように、測定対象の変位を算出する変位算出方法において、基線長離して配置された一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサからの一対の像信号に基づいてコントラスト重心位置を求める第１ステップと、前後する測定で得られた複数の前記コントラスト重心位置、又は所定の基準値と前記コントラスト重心位置に基づき前記測定対象の変位を算出する第２ステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、受光センサから出力される一対の像信号に基づいて、測定対象の移動前後における複数のコントラスト重心位置を求めることにより、又は所定の基準値とコントラスト重心位置を比較することにより、このコントラスト重心位置から測定対象の変位を算出することができる。よって、簡単な構成かつ少ない演算量で、測定対象の左右方向の変位を算出することができる。
【００１８】
また、本発明の変位算出方法は、請求項７に記載のように、測定対象の変位を算出する変位算出方法において、基線長離して配置された一対の受光レンズにより結像された一対の測定対象の像に応じた像信号を出力する受光センサからの一対の像信号に基づいて測距演算を行う第１ステップと、前記第１ステップによる演算結果に基づいて前記測定対象の変位を算出する第２ステップとを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、受光センサから出力される一対の像信号を用いて、測定対象の位置を求めるようにしたので、簡単な構成かつ少ない演算量で、前後上下方向における測定対象の変位を算出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成かつ少ない演算量で、測定対象の左右方向の変位を算出できる変位算出装置、警報装置及び変位算出方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、実施例１に係る変位算出装置の概要を説明するための図である。図１に示すように、変位算出装置１は、物体（測定対象）１０の移動前後におけるＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の変位を算出するものである。なお、図１では、物体１の移動前の位置を物体があるべき位置として示している。
【００２３】
図２は、第１実施例に係る変位算出装置のブロック図である。図３は、第１実施例に係る変位算出装置の正面図である。図２に示すように、変位算出装置１は、測距装置２、制御部３、報知部４を有する。
【００２４】
測距装置２は、ライン型パッシブ測距装置であり、第１撮像部２１、第２撮像部２２、第１演算部２３、第２演算部２４を有する。測距装置２は、三角測距の原理を用いて、物体１０までの距離を求めるもので、測定対象の像信号を、後述する受光レンズ及び受光センサとしてのラインセンサによって検出し、その相対位相差αより物体１０までの距離を算出したり、物体１０のコントラスト重心位置を算出したりするものである。
【００２５】
第１撮像部２１は、図３に示すように、受光レンズ２１ａ、２１ｂを有し、物体１０のＸ方向及びＹ方向の変位を算出するために用いられる。また、第２撮像部２２は、受光レンズ２２ａ、２２ｂを有し、物体１０のＹ方向及びＺ方向の変位を算出するために用いられる。なお、第１撮像部２１及び第２撮像部２２は更に、ラインセンサ及び出力部を有し、詳細は後述する。
【００２６】
第１演算部２３は、第１撮像部２１から出力される一対の像信号に基づき物体１０の移動前後の各点について測距演算を行うとともに、物体１０の移動前後におけるコントラスト重心位置を求める。第２演算部２４は、第２撮像部２２から出力される一対の像信号に基づいて物体１０の移動前後の各点について測距演算を行うとともに、物体１０の移動前後におけるコントラスト重心位置を求める。
【００２７】
制御部３は、変位算出装置１全体を制御するためのものである。制御部３は、第１演算部２３又は第２演算部２４による演算結果に基づいて、物体１０の移動前後における位置を求め、物体１０の変位を算出する。また、制御部３は、第１演算部２３又は第２演算部２４が算出した物体１０の移動前後のコントラスト重心位置に基づき、コントラスト重心位置のずれ量に応じて物体１０の変位を算出する。
【００２８】
制御部３は、物体１０が所定値以上変位した場合に、警報を発するために報知部４に制御信号を出力する。なお、制御部３は、物体１０の移動後における物体１０のコントラスト重心位置を、予め用意された所定の閾値と比較し、物体１０のコントラスト重心位置が所定値以上の場合は、報知部４を通じて警報を発するようにしてもよい。この場合、物体１０の変位を算出する必要がないため、演算量を少なくすることができる。
【００２９】
報知部４は、例えば、スピーカーや表示装置で構成され、物体１０が所定値以上変位した場合等に、制御部３の制御信号に応じてスピーカーから警告音を発したり、表示装置の画面上に警告表示を表示したりする。
【００３０】
図４は、図２に示した測距装置２の周辺をより詳細に示した機能ブロック図である。図４において、符号１は変位算出装置、２１は第１撮像部、２３は第１演算部、３は制御部をそれぞれ示している。なお、第２撮像部２２、第２演算部２４は第１撮像部２１、第１演算部２３とそれぞれ同じ構成であるため、説明を省略する。
【００３１】
図４に示すように、第１撮像部２１は、一対の受光レンズ２１ａ、２１ｂ、ラインセンサ２１ｃ、２１ｄ、出力部２１ｅを有する。一対の受光レンズ２１ａ、２１ｂは、変位算出装置１の正面を構成する平面内に基線長ｋ１だけ離間されて配置されている。
【００３２】
一対のラインセンサ２１ｃ、２１ｄは、一対の受光レンズ２１ａ、２１ｂに対応し、焦点距離ｆ（次の図５参照）だけ離間され、それぞれ基線長ｋ１（水平）方向に沿って配置されている。なお、ラインセンサ２１ｃ、２１ｄが受光センサに相当する。
【００３３】
ラインセンサ２１ｃ及び２１ｄは、直線状に配列された所定数、例えば１０４個の光検出素子（画素）を有する一対のラインＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）又はその他のライン型撮像素子である。本実施例では、ラインセンサ２１ｃ及び２１ｄは、それぞれが例えば５２個の光検出素子で構成され、それぞれが５２個のデータからなる画像データ信号列Ｌ［ｉ］、Ｒ［ｉ］を出力する。出力部２１ｅは、受光レンズ２１ａ及び２１ｂを介してラインセンサ２１ｃ及び２１ｄ上に結像した画像の光量に対応した電気信号を出力する。
【００３４】
第１演算部２３は、Ａ／Ｄ変換部２３ａ、メモリ２３ｂ、フィルタ処理部２３ｃ、相関演算部２３ｄ、最大相関検出部２３ｅ、補間演算部２３ｆ、位相差検出部２３ｇ、コントラスト重心演算部２３ｈを有する。Ａ／Ｄ変換部２３ａは、第１撮像部２１の出力部２１ｅから出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換する。
【００３５】
メモリ２３ｂは、Ａ／Ｄ変換部２３ａからのデジタル化されたデータ信号列Ｌ［ｉ］及びＲ［ｉ］を、その後の処理のために記憶する。
メモリ２３ｂ内にはそれぞれ１０４個のデータから成る一対の画像データ信号列Ｌ［ｉ］及びＲ［ｉ］が記憶される。
【００３６】
フィルタ処理部２３ｃは、ラインセンサ出力信号から直流成分を取除いて(ファイリング)、画像に対応した空間周波数成分だけを含んだ有用な信号に画像データ信号列Ｌ［ｉ］及びＲ［ｉ］を変える。
【００３７】
相関演算部２３ｄは、この後において図５を参照して説明するように、画像データ信号列Ｌ［ｉ］及びＲ［ｉ］内から空間的に近接した例えば２６個の画素グループからなる部分画像データ群Ｌｍ（基準部）及びＲｎ（参照部）をそれぞれ選択的に取り出して、データの一致度を計算するために両部分画像データ群Ｌｍ及びＲｎを互いに比較する。例えば、一方の部分画像データ群Ｌｍを基準部として固定して、他方の部分画像データ群Ｒｎを参照部としてＲ内で画素を１つずつずらしながら、互いに比較を繰り返す。
【００３８】
最大相関検出部２３ｅは、一対の画像データ信号列Ｌ［ｉ］及びＲ［ｉ］内で最もデータの一致度の高い２つの部分画像データ群Ｌｍ及びＲｎを検出する。補間演算部２３ｆは、最大相関検出部２３ｅで得られた最大の一致度の部分画像データ群Ｌｍ及びＲｎの位置間隔を、既知の補間方法により画素ピッチ単位の位置間隔よりもより正確な位置間隔に補間する。
【００３９】
位相差検出部２３ｇは、この補間演算部２３ｆにより補間された位置間隔に基づいて、一対のラインセンサ２１ｃ及び２１ｄ上に結像された物体１０の一対の像の相対的な位相差（ずれ量）αを算出し、物体１０の一対の像の相対的な位相差αを制御部３へ出力する。
【００４０】
コントラスト重心演算部２３ｈは、メモリ２３ｂから物体１０の画像データ信号列Ｌ[ｉ]、Ｒ［ｉ］を取得し、数式（１）を用いて、ラインセンサ２１ｃ及び２１ｄ上から出力される一対の像信号に基づき物体１０の移動前後におけるコントラスト重心位置Ｃを算出する（例えば特開平８−７５９８５号参照）。
【００４１】
Ｃ＝Σ{｜Ｌ［ｉ］−Ｌ［ｉ＋ｔ］｜×ｉ}／Σ{｜Ｌ［ｉ］−Ｌ［ｉ＋ｔ］｜}・・・（１）
ここで、Σはｉ＝９〜４４−ｔにおける総和演算を示す。ｔは整数であり、値は１から４程度が好ましい。
【００４２】
制御部３は、コントラスト重心演算部２３ｈから取得したコントラスト重心位置Ｃに基づき物体１０のＸ方向における変位を算出する。位相差検出部２３ｇから取得した物体１０の一対の像の相対的な位相差αに基づき物体１０のＹ方向における変位を算出する。
【００４３】
次ぎに図５を参照して、測距装置２の動作原理（外光三角測距方式）を説明する。図５は、測距装置２により物体１０を測距する様子を示した図である。なお、上述した箇所については同一符号を付するものとしてその説明を省略する。
【００４４】
図５（ａ）において、一対のレンズ２１ａ及び２１ｂが、変位算出装置１の正面を構成する平面上に水平方向に延びた所定の基線長ｋ１だけ離間して配置されている。変位算出装置１の正面を構成する平面の下には、これら一対のレンズ２１ａ及び２１ｂからそれらの焦点距離ｆだけそれぞれ離間され、基線長ｋ１方向に延びた一対のラインセンサ２１ｃ及び２１ｄが配置されている。
【００４５】
ラインセンサ２１ｃ及び２１ｄは、その中央部分がそれぞれレンズ２１ａ及び２１ｂの光軸２１ａｘ及び２１ｂｘ上にほぼ位置するように配置されている。これらラインセンサ２１ｃ及び２１ｄ上に、それぞれ対応するレンズ２１ａ及び２１ｂを介して距離測定（測距）対象の画像が結像される。
【００４６】
図５（ａ）においては、物体１０が、異なる方向の光路Ａ及びＢを通って、それぞれのレンズ２１ａ及び２１ｂを介して、ラインセンサ２１ｃ及び２１ｄ上に結像されている。物体１０が無限遠の位置に存在すると仮定した場合、一対のレンズ２１ａ及び２１ｂから焦点距離ｆにあるラインセンサ２１ｃ及び２１ｄ上には、物体１０がレンズ２１ａ及び２１ｂのそれぞれの光軸２１ａｘ及び２１ｂｘと交差する基準位置２１ｃｘ及び２１ｄｘに結像されることになる。
【００４７】
ここで物体１０が無限遠位置からレンズ２１ａの光軸２１ａｘ上の方向Ａに沿って近づけ、図５（ａ）の位置、すなわち、レンズ２１ａから物体１０までの距離ＬＣに達すると、測定位置１０Ａはラインセンサ２１ｃ上においては、基準位置２１ｃｘ上に結像されたままであるが、ラインセンサ２１ｄ上においては、レンズ２１ｂにより基準位置２１ｄｘから位相差（ずれ量）αだけずれた位置に結像される。
【００４８】
このとき、三角測距の原理から、物体１０までの距離ＬＣは、ＬＣ＝ｋ１・ｆ／αで求められる。ここで、基線長ｋ１と焦点距離ｆは予め知られている既知の値であり、ラインセンサ２１ｄ上の基準位置２１ｄｘからの位相差（ずれ量）αを検出すれば、距離ＬＣを測定できる。これが外光三角測距のパッシブ型ラインセンサ測距装置の動作原理である。
【００４９】
ラインセンサ２１ｄの基準位置２１ｄｘからの位相差（ずれ量）αの検出は、一対のラインセンサ２１ｃ及び２１ｄから出力される一対の画像データ信号列Ｌ［ｉ］及びＲ［ｉ］からそれぞれ抽出した部分画像データ群Ｌｍ及びＲｎについて、第１演算部２３が相関演算を行なうことにより検出できる。
【００５０】
上記相関演算の概略を説明する。図５（ｂ）に示すように、相関演算は、部分画像データ群Ｌｍ及びＲｎを互いに重ねた時に最も一致度が高くなる領域を、重ね合わせる部分画像データ群Ｌｍ及びＲｎをラインセンサ２１ｃ及び２１ｄ上で相対的にずらしながら検出していく演算である。
【００５１】
図５（ｂ）においては、一方のラインセンサ２１ｃからの部分画像データ群Ｌｍを基準位置２１ｃｘに位置を固定して、基準部として使用する。他方のラインセンサ２１ｄからの部分画像データ群Ｒｎは参照部として位置を一画素ずつずらして行き、基準部と最も一致度の高い部分画像データ群Ｒｎを探す。最も一致度の高い部分画像データ群Ｒｎを発生するラインセンサ２１ｄ上の位置とそのラインセンサ２１ｄの基準位置２１ｄｘと間の間隔が位相差（ずれ量）αである。
【００５２】
ラインセンサ２１ｃ及び２１ｄの各々は、所定数の光検出器セル（画素）を所定長の直線上に配列した一対のラインＣＣＤで構成されているから、位相差（ずれ量）αは、部分画像データ群Ｒｎの画像データ信号列ＩＲ内の画素位置と画素ピッチから容易に求めることができる。このようにして、レンズ２１ａの光軸２１ａｘと同じ方向Ａにある物体１０までの距離ＬＣを、位相差（ずれ量）αを検出することにより測定できる。
【００５３】
次に、第１実施例に係る変位算出装置の動作について説明する。まず、Ｘ方向の変位Ｘの算出方法について説明する。図６は物体１０の変位算出方法を説明するための図である。図７は第１実施例に係るＸ方向の変位算出処理のフローチャートである。図８は、物体が置かれていない場合のラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力を示す図である。図９は、物体が置かれたときのラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力を示す図である。
【００５４】
図８及び図９において、横軸がＸ成分、縦軸がラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力値をそれぞれ示している。図８に示すように、空間上に物体１０が存在しない場合には、ラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力は変化しない。図９に示すように、空間上に物体１０が存在する場合には、ラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力値が変化する。なお、物体１０が時間と共に移動するものである場合は、図９の破線で示すように、ラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力も物体１０の移動とともに変化する。
【００５５】
図６において、２１ｃＲ、２１ｃＣ、２１ｃＬはラインセンサ２１ｃをそれぞれ示している。物体１０は地点Ａから地点Ｂへ変位したものとする。また、測距装置２の基線長方向（変位算出装置１の水平方向）に対する物体１０の移動軌跡Ｐとの傾斜角度をθ１とし、測距地点Ａに対して測距演算領域２１ｃＬを用いて測距演算された結果をＹＡ、測距地点Ｂに対して測距演算領域２１ｃＲを用いて測距演算された結果をＹＢ、測距地点Ａと光軸Ｌとの距離をＸＡ、測距地点Ｂと光軸Ｌとの距離をＸＢとする。
【００５６】
図６に示すように、物体１０が点Ａから点Ｂまで移動した場合、物体１０のＸ方向の変位Ｘは、数式（２）を用いて求めることができる。
【００５７】
Ｘ＝ＸＡ＋ＸＢ・・・（２）
ここで、三角形の相似より、数式（３）が成り立つ。
【００５８】
ＹＡ：ＸＡ＝ｆ：Ｐ（ＣＡ−Ｉ）・・・（３）
この式を変形すると、数式（４）が得られる。
【００５９】
ＸＡ＝Ｐ・ＹＡ（ＣＡ−Ｉ）／ｆ・・・（４）
同様に、三角形の相似より、数式（５）が成り立つ。
【００６０】
ＹＢ：ＸＢ＝ｆ：Ｐ（ＣＢ−Ｉ）・・・（５）
数式（５）を変形すると、数式（６）が得られる。
【００６１】
ＸＢ＝Ｐ・ＹＢ（ＣＢ−Ｉ）／ｆ・・・（６）
ここで、ｆは焦点距離、Ｐはラインセンサの画素ピッチ、ＣＡは測定地点Ａにおけるコントラスト重心位置、ＣＢは測定地点Ｂにおけるコントラスト重心位置、Ｉは光軸に対応する画素番号である。ラインセンサの画素ピッチＰ、焦点距離ｆは設計段階等で求められる定数であり、これらの値は例えば制御部３内に予め記憶されている。
【００６２】
図７に示すように、ステップＳ１１で、コントラスト重心演算部２３ｈは、メモリ２３ｂから地点Ａにおける物体１０の画像データ信号列Ｌ［ｉ］、Ｒ［ｉ］を取得する。ステップＳ１２で、コントラスト重心演算部２３ｈは、上記数式（１）を用いて、地点Ａにおける物体１０のコントラスト重心位置ＣＡを検出し、コントラスト重心位置ＣＡを制御部３へ出力する。ステップＳ１３で、制御部３は、ステップＳ１２で取得したコントラスト重心位置ＣＡを、数式（４）に代入して、距離ＸＡを求める。
【００６３】
次に、ステップＳ１４で、コントラスト重心演算部２３ｈは、メモリ２３ｂから地点Ｂにおける物体１０の画像データ信号列Ｌ［ｉ］、Ｒ［ｉ］を取得する。ステップＳ１５で、コントラスト重心演算部２３ｈは、上記数式（１）を用いて、地点Ｂにおけるコントラスト重心位置ＣＢを検出し、コントラスト重心位置ＣＢを制御部３へ出力する。
【００６４】
ステップＳ１６で、制御部３は、ステップＳ１５で取得したコントラスト重心位置ＣＢを、数式（６）に代入して、距離ＸＢを算出する。ステップＳ１７で、制御部３は、ステップＳ１３で算出したＸＡ及びステップＳ１６で算出したＸＢを、数式（２）に代入して、Ｘ方向における物体１０の変位Ｘを算出する。
【００６５】
このようにして、制御部３は、物体１０の位置Ａにおけるコントラスト重心位置ＣＡ及び物体１０の位置Ｂにおけるコントラスト重心位置ＣＢを算出し、コントラスト重心位置が本体あるべき位置Ａに対して何セルずれているかによりＸ方向の変位を算出することができる。
【００６６】
次に、Ｙ方向の変位Ｙの算出方法について説明する。図１０は、第１実施例に係るＹ方向の変位算出処理のフローチャートである。図１１は、物体が置かれたときのラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力を示す図である。図１１において、横軸がＸ成分、縦軸がラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力値をそれぞれ示している。
【００６７】
図９に示すように、空間上に物体１０が存在する場合は、ラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力値が変化する。なお、物体１０が時間と共に移動するものである場合は、図１１の破線で示すように、ラインセンサ２１ｃ、２１ｄの出力も物体１０の移動とともに変化する。
【００６８】
図６に示すように、物体１０が点Ａから点Ｂまで移動した場合、物体１０のＹ方向の変位Ｙは、数式（７）を用いて求めることができる。
【００６９】
Ｙ＝ＹＢ−ＹＡ・・・（７）
ここで、三角測距の原理から、物体１０までの距離ＹＡは、数式（８）により求めることができる。
【００７０】
ＹＡ＝ｋ１・ｆ／αＡ・・・（８）
同様に、変位後の物体１０までの距離ＹＢは、数式（９）により求めることができる。
【００７１】
ＹＢ＝ｋ１・ｆ／αＢ・・・（９）
基線長ｋ１と焦点距離ｆは予め知られている既知の値であり、ラインセン２１ｄ上の基準位置２１ｄｘからの位相差（ずれ量）αＡ、αＢを検出すれば、距離ＹＡ、ＹＢを測定できる。αＡはＡ地点に物体１０が存在する場合の位相差であり、αＢはＢ地点に物体１０が存在する場合の位相差である。
【００７２】
図１０に示すように、ステップＳ２１で、相関演算部２３ｄは、地点Ａにおける物体１０の画像データ信号列Ｌ［ｉ］、Ｒ［ｉ］を取得する。ステップＳ２２で、位相差検出部２３ｇは、位相差αＡを検出し、制御部３へ検出した位相差αＡを出力する。なお、相関演算部２３ｄ、最大相関検出部２３ｅ、補間演算部２３ｆでの処理は上述と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００７３】
ステップＳ２３で、制御部３は、ステップＳ２２で取得した位相差αＡを、数式（８）に代入して、距離ＹＡを算出する。次に、ステップＳ２４で、相関演算部２３ｄは、地点Ｂにおける物体１０の画像データ信号列Ｌ［ｉ］、Ｒ［ｉ］を取得する。ステップＳ２５で、位相差検出部２３ｇは、位相差αＢを検出し、制御部３へ検出した位相差αＢを出力する。
【００７４】
ステップＳ２６で、制御部３は、ステップＳ２５で取得した位相差αＢを数式（９）に代入して、距離ＹＢを算出する。ステップＳ２７で、制御部３は、ステップＳ２３で算出した距離ＹＡ及びステップ２６で算出した距離ＹＢを、数式（７）に代入し、物体１０のＹ方向における変位Ｙを算出する。このようにして、制御部３は、測距演算の結果を用いてＹ方向の変位を算出することができる。制御部３は、例えば、物体１０のＸ方向又はＹ方向の変位が所定値以上の場合には、報知部４に制御信号を出力して、警告を発する。なお、同様にして、制御部３は第２撮像部２２及び第２演算部２４によってＹ方向及びＺ方向の変位を算出でき、各変位が所定値以上の場合には報知部４に制御信号を出力して、警告を発する。
【００７５】
第１実施例によれば、少ない演算量で、物体の前後左右上下方向の変位を算出することができる。
【実施例２】
【００７６】
次に、第２実施例について説明する。第１実施例では、物体１０の初期位置Ａを制御部３が算出する例について説明したが、第２実施例では、物体１０の初期位置Ａが予め決まっている場合に、この初期位置（ＸＡ、ＹＡ）を例えば制御部３内のメモリに記憶しておき、これを基準値として使用するようにしたものである。ここで、初期位置（ＸＡ、ＹＡ）は、例えば予め所定位置にある測定対象に基づいて第１撮像部２１及び第２演算部２３を用いて算出しても良いし、また、不図示のデータ入力部を設けておき、このデータ入力部から直接位置データを入力しても良い。なお、第２実施例に係る変位算出装置の構成は、第１実施例に係る変位算出装置と同様の構成であるため、第１実施例で説明した変位算出装置１を参照して説明する。
【００７７】
次に、第２実施例の動作について説明する。まず、Ｘ方向の変位Ｘの算出方法について説明する。図１２は、第２実施例に係るＸ方向の変位算出処理のフローチャートである。図１２において、ステップＳ３１で、コントラスト重心演算部２３ｈは、メモリ２３ｂから地点Ｂにおける物体１０の画像データ信号列Ｌ［ｉ］、Ｒ［ｉ］を取得する。
【００７８】
ステップＳ３２で、コントラスト重心演算部２３ｈは、上記数式（１）を用いて、地点Ｂにおけるコントラスト重心位置ＣＢを検出し、コントラスト重心位置ＣＢを制御部３へ出力する。ステップＳ３３で、制御部３は、ステップ３２で取得したコントラスト重心位置ＣＢを、数式（６）に代入して、距離ＸＢを算出する。
【００７９】
ステップＳ３４で、制御部３は、予め保持する物体１０のＸ方向の初期位置ＸＡ及びステップＳ３３で算出したＸＢを、数式（２）に代入して、Ｘ方向における物体１０の変位Ｘを算出する。このようにして、制御部３は、物体１０の位置Ｂにおけるコントラスト重心位置ＣＢを算出し、コントラスト重心位置が本体あるべき位置Ａに対して何セルずれているかでＸ方向の変位を算出することができる。
【００８０】
次に、Ｙ方向の変位Ｙの算出方法について説明する。図１３は第２実施例に係るＹ方向の変位算出処置のフローチャートである。図１３において、ステップＳ４１で、相関演算部２３ｄは、地点Ｂにおける物体１０の画像データ信号列Ｌ［ｉ］、Ｒ［ｉ］を取得する。
【００８１】
ステップＳ４２で、位相差検出部２３ｇは、位相差αＢを検出し、制御部３へ検出した位相差αＢを出力する。ステップＳ４３で、制御部３は、取得した位相差αＢを数式（９）に代入して、距離ＹＢを算出する。ステップＳ４４で、制御部３は、予め内部に保持する初期位置での距離ＹＡ及びステップ４３で算出した距離ＹＢを、数式（７）に代入し、物体１０のＹ方向における変位Ｙを算出する。
【００８２】
このようにして、制御部３は、測距演算の結果を用いてＹ方向の変位を算出することができる。制御部３は、例えば、物体１０のＸ方向及びＹ方向の変位が所定値以上の場合に、報知部４に制御信号を出力して、警告を発するようにしてもよい。
【００８３】
第２実施例によれば、初期位置（ＸＡ、ＹＡ）を予め記憶して置くようにしたので、物体１０の移動後の位置だけを求めるだけで、物体１０の変位を算出することができる。これにより、物体１０の変位を求める際の演算量を少なくすることができる。
【実施例３】
【００８４】
次に第３実施例について説明する。第３実施例では、変位後の物体１０のコントラスト重心位置ＣＢが所定範囲外にある場合に、報知部４より警報を発するようにしたものである。なお、第３実施例に係る変位算出装置の構成は、第１実施例に係る変位算出装置と同様の構成であるため、第１実施例で説明した変位算出装置１を参照して説明する。ここで、所定範囲は基準となるコントラスト重心位置に基づいて設定され、予め制御部３内のメモリに記憶しておく。
【００８５】
次に、第３実施例の動作について説明する。図１４は第３実施例に係るＸ方向の変位算出処理のフローチャートである。図１４に示すように、ステップＳ５１で、コントラスト重心演算部２３ｈは、メモリ２３ｂから地点Ｂにおける物体１０の画像データ信号列Ｌ［ｉ］、Ｒ［ｉ］を取得する。
【００８６】
ステップＳ５２で、コントラスト重心演算部２３ｈは、上記数式（１）を用いて、地点Ｂにおけるコントラスト重心位置ＣＢを検出し、コントラスト重心位置ＣＢを制御部３へ出力する。ステップＳ５３で、制御部３は、ステップ５２で検出したコントラスト重心位置ＣＢが所定範囲外にあるか否かを判定し、コントラスト重心位置ＣＢが所定範囲外にある場合は、ステップ５４で、報知部４を介して警報を発する。ステップＳ５３で、コントラスト重心位置ＣＢが所定範囲内にある場合には、ステップＳ５１に戻る。
【００８７】
第３実施例によれば、物体１０の変位後のコントラスト重心位置ＣＢが所定範囲外にある場合に、報知部４を介して警報を発するようにしたので、物体１０の変位を算出する必要がないため、演算量を少なくすることができる。
【００８８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。上記実施例では変位算出装置を例にとって説明したが、本発明ではこれに限定されることなく、警報装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施例１に係る変位算出装置の概要を説明するための図である。
【図２】第１実施例に係る変位算出装置のブロック図である。
【図３】第１実施例に係る変位算出装置の正面図である。
【図４】測距装置の周辺をより詳細に示した機能ブロック図である。
【図５】測距装置により物体を測距する様子を示した図である。
【図６】物体の変位算出方法を説明するための図である。
【図７】第１実施例に係るＸ方向の変位算出処理のフローチャートである。
【図８】物体が置かれていない場合のラインセンサの出力を示す図である。
【図９】物体が置かれたときのラインセンサの出力を示す図である。
【図１０】第１実施例に係るＹ方向の変位算出処理のフローチャートである。
【図１１】物体が置かれたときのラインセンサの出力を示す図である。
【図１２】第２実施例に係るＸ方向の変位算出処理のフローチャートである。
【図１３】第２実施例に係るＹ方向の変位算出処置のフローチャートである。
【図１４】第３実施例に係るＸ方向の変位算出処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１  変位算出装置
２  測距装置
３  制御部
４  報知部
２１  第１撮像部
２１ａ、２１ｂ  受光レンズ
２１ｃ、２１ｄ  ラインセンサ
２１ｅ  出力部
２２  第２撮像部
２２ａ、２２ｂ  受光レンズ
２３  第１演算部
２３ｇ  位相差検出部
２３ｈ  コントラスト重心演算部
２４  第２演算部
【図１】
2005077157.tif 000003
【図２】
2005077157.tif 000004
【図３】
2005077157.tif 000005
【図４】
2005077157.tif 000006
【図５】
2005077157.tif 000007
【図６】
2005077157.tif 000008
【図７】
2005077157.tif 000009
【図８】
2005077157.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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