(57)【要約】本発明は、レンジ検知システムに関する。エネルギー源は、目標物による反射が可能なエネルギーを放出するようになされる。エネルギー源は、選択された供給源周波数を有する周期的パターンで始動および停止される。受信機は、放出エネルギーの、目標物からの反射を検知するようになされる。受信機は、選択された受信機周波数を有する周期的パターンで、目標物からの反射エネルギーの検知を遮断する遮蔽システムを含む。受信機の出力信号は基準信号と比較され、それによって、受信機信号と基準信号との間の位相差を使用してレンジ値が確定される。
2006522935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンジ検知システムであって、これは以下を含む：
少なくとも１つのエネルギー源、これは、ある領域内の１つまたは複数の目標物による反射が可能なエネルギーを放出するようになされており、そして、
少なくとも１つの受信機、これは、前記領域内の前記少なくとも１つの目標物からの放出エネルギーの反射を検知するようになされており、そして、
始動システム、これは、前記少なくとも１つのエネルギー源と関連しており、前記始動システムは、選択された供給源周波数を有する周期的パターンでエネルギー源を始動しかつ停止するようになされており、そして、
遮蔽システム、これは、前記少なくとも１つの受信機と関連しており、前記遮蔽システムは、受信機による目標物からの反射エネルギーの検知を遮断するようになされており、前記遮蔽システムは、選択された受信機周波数を有する周期的パターンで始動されかつ停止されるものであり、前記供給源周波数および受信機周波数は、異なる周波数値から選択されており、
ここで、受信機の出力信号は、前記受信機の選択された目標物についてのレンジ値を決定するために、基準信号と比較され、前記受信機信号と基準信号の間の位相差がレンジ値を指示するものとなっている。
【請求項２】
ある領域内の複数の目標物についてのレンジ値を表示するようになされた請求項１に記載のレンジ検知システム。
【請求項３】
前記使用される供給源周波数は、前記使用される受信機周波数に対して位相ロックされる請求項１または２に記載のレンジ検知システム。
【請求項４】
単一信号発生器が、同じ信号発生器によって生成された供給源周波数に対して位相ロックされる受信機周波数を生成する、請求項３に記載のレンジ検知システム。
【請求項５】
受信機の出力信号が、供給源周波数と受信機周波数との周波数差に等しい周波数を有する、請求項２から４のいずれか１項に記載のレンジ検知システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのエネルギー源が始動され、前記少なくとも１つの受信機が、複数の対の供給源周波数と受信機周波数を使用して遮蔽される、前記全ての請求項のいずれかに記載のレンジ検知システム。
【請求項７】
受信機が、供給源周波数と受信機周波数との前記複数の対のセットの使用に対応して、複数の出力信号を放出するようになされている、請求項６に記載のレンジ検知システム。
【請求項８】
拡散放出パターンを有する単一エネルギー源のみを含む、前記全ての請求項のいずれかに記載のレンジ検知システム。
【請求項９】
エネルギー源が発光ダイオードで形成されている、前記全ての請求項のいずれかに記載のレンジ検知システム。
【請求項１０】
エネルギー源が可視光エネルギーを放出する、前記全ての請求項のいずれかに記載のレンジ検知システム。
【請求項１１】
受信機が感光性の変換器から形成される請求項１０に記載のレンジ検知システム。
【請求項１２】
前記受信機が、電荷結合素子から形成されるか、または、電荷結合素子によって実装されている請求項１１に記載のレンジ検知システム。
【請求項１３】
単一の受信機のみを含む、前記全ての請求項のいずれかに記載のレンジ検知システム。
【請求項１４】
前記始動システムはエネルギー源に対するパワーの供給を制御する、前記全ての請求項のいずれかに記載のレンジ検知システム。
【請求項１５】
前記遮蔽システムは物理的障壁によって実装される、前記全ての請求項のいずれかに記載のレンジ検知システム。
【請求項１６】
前記遮蔽システムは、受信機を動作させるために適用される可能化信号によって実装される請求項１から１５のいずれか１項に記載のレンジ検知システム。
【請求項１７】
前記基準信号は、前記受信機周波数と前記供給源周波数とを混合することによって生成される、前記全ての請求項のいずれかに記載のレンジ検知システム。
【請求項１８】
前記基準信号は較正手順によって生成される請求項１から１７のいずれか１項に記載のレンジ検知システム。
【請求項１９】
レンジ検知システムが、前記受信機の出力信号を基準信号と比較するようになっている処理手段を含む、前記全ての請求項のいずれかに記載のレンジ検知システム。
【請求項２０】
前記処理手段はコンピュータ・システムである請求項１９に記載のレンジ検知システム。
【請求項２１】
ある領域内において目標物までのレンジを計算する方法であって、以下のステップを特徴とする：
（ｉ）始動システムを使用してエネルギー源を始動させること、前記エネルギー源は、選択された供給源周波数を有する周期的パターンで始動されかつ停止される、
（ｉｉ）遮蔽システムを使用して受信機を動作させること、前記遮蔽システムは、選択された受信機周波数を有する周期的パターンで、目標物からの反射エネルギーの検知を遮断するようになっており、前記供給源周波数および受信機周波数は、異なる周波数値から選択される、
（ｉｉｉ）前記目標物についてのレンジ値を決定するために、受信機出力信号を基準信号と比較すること、ここで、前記受信機出力信号と前記基準信号の間の位相差がレンジ値を示す。
【請求項２２】
前記エネルギー源が始動され、前記受信機は、複数の対の供給源周波数と受信機周波数を使用して遮蔽される、請求項２１に記載のある領域内において目標物までのレンジを計算する方法。
【請求項２３】
実質的に、本明細書において、添付図面および／または実施例を参照して述べられ、添付図面および／または実施例によって示されるレンジ検知システム。
【請求項２４】
実質的に、本明細書において、添付図面および／または実施例を参照して述べられ、添付図面および／または実施例によって示されるある領域内において目標物までのレンジを計算する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンジ検知システムに関する。好ましくは、本発明は、マシン・ビジョン・アプリケーション用の入力システムを提供することができ、それによって、機械装置またはロボティクスが、ある環境でフィードバックを与えられる。しかし、マシン・ビジョン以外の、同様に想定されるアプリケーションおよび本明細書を通しての上記に対する参照は、いかなる点でも制限するものとして考えられるべきではない。
【背景技術】
【０００２】
１つの目標物または地点までのレンジを迅速に確定することができる簡単なレンジ検知システムはよく知られている。これらのシステムは、ゴルファがプレーをするホールまでのゴルファの距離確定から、特定の陸標間または地点間の距離を計算するための測量アプリケーションまでの多くのアプリケーションで使用される可能性がある。
【０００３】
これらのシステムは、通常、レーザ・レンジ測定システムを採用し、システムにおいて、レーザ・ビームが選択された目標物上に向けられ、そして、システムに連結した受信機が、レーザ・ビームの伝播遅延によって目標物までの距離すなわちレンジを計算する。
【０００４】
しかし、これらのシステムは、複数の目標物までのレンジが、同時に、または、非常に短期間で計算される必要がある場合では、必ずしも容易に使用することができない。たとえば、これらのタイプの「単一目標物」レンジ測定器は、オブジェクト識別アルゴリズムに対する入力として、シーンに関する全ての目標物についてのレンジ情報を採用するマシン・ビジョン・アプリケーションでは、必ずしも効果的に使用されない。
【０００５】
こうしたアプリケーションのためのレンジ測定システムを提供する１つの試みは、対象領域およびこうした領域内の全ての目標物にわたって走査されるレーザ・ビームを有する、実質的に上述したレーザ・レンジ測定器を採用することであり得る。しかし、必要とされる走査運動を提供するよう、レーザ源を物理的に移動させるために、機械システムが必要とされることから、この手法は理想的ではない。さらに、レーザ・ビームの複数のスキャンに関連する伝播遅延を使用して、多数の別々の目標物のレンジを計算するために、かなりの計算または処理パワーも必要とされる。レンジ情報は、レーザの各走査運動について個別に計算されなければならず、レンジ情報を、効果的な速度または有益な速度で確実に提供することができるようにするためには、性能の高いコンピュータの処理パワーを必要とするであろう。
【０００６】
上述した走査式レーザ・システムに関する議論は、米国特許第５６３８１６４号およびＤ．Ｔｕ「Ｒａｎｇｅ  Ｉｍａｇｅ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｖｉｓｉｏｎ」Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，３７（９），ｐｐ２５３１−５，１９９８に見出すことができる。
【０００７】
別の代替のレンジ検知システムはまた、走査式レーザ・レンジ測定システムに関連する問題に対処するために開発されており、米国特許第６１００５１７号で議論される。このシステムは、光源またはエネルギー源および関連する光センサまたはエネルギー・センサを採用し、両者は、同じ周波数でパルス状にオン／オフされる。パルス駆動式（ｐｕｌｓｅｄ）供給源からのエネルギーは、特定のエリアまたは領域内の目標物からエネルギー・センサの方に戻るように反射し、エネルギー・センサは、パルス方式で再び可能化（enable）ないし始動されて、センサが始動される時に、この反射光のみが検知される。
【０００８】
センサの選択的な始動は、センサとシーン内の任意の目標物との間に設置されたシャッタまたはゲートによって実施され、このシャッタは、必要とされる正確なパルス駆動周波数で開閉する。供給源およびセンサがパルス駆動される周波数は、短い伝播遅延を有する近い目標物から反射される光と対照的に、遠い目標物から反射される光量が、設定された伝播遅延後に遮断されるように選択される。光は、より遠いオブジェクトから反射するまたは散乱する光より長い期間の間、近いオブジェクトから受け取られるであろう。したがって、遠い目標物より多量の光が、近い目標物から受け取られ、その光は、センサからのレンジに比例する、目標物についての光強度値すなわち表示を与える。
【０００９】
このタイプのシステムは、比較的低いコストの構成要素で実施される可能性があり、上述した走査式レーザ・レンジ測定器が必要とする計算処理パワー・レベルを必要としない。しかし、得られる結果データに不正確さまたはエラーを生じる可能性がある、システムの動作環境に存在する付加的な変動がある。
【００１０】
周囲光レベル（したがって、センサによって受け取られる光量）の変化は、得られる結果におけるオフセット・エラーを提供するであろう。さらに、比較的高いまたは低い反射特性を有する、特定のシーン内の目標物の場合は、センサによって受け取られる光量が、センサから目標物までのレンジに対応して変わるものではなくなるため、得られる出力にエラーをやはり生じさせるであろう。レンジ値を強度情報から導出するこうしたシステムはまた、最終的に、採用されるセンサのダイナミックレンジによってレンジ分解能が制限される。低コストすなわち低品質のセンサが使用される場合、導出されるレンジの性能または精度が悪くなる。
【００１１】
上述の任意または全ての問題に対処する改良されたレンジ検知システムは有利であると思われる。特に、比較的低コスト構成要素を使用して実装される可能性があり、程度の高い計算処理パワーを必要としない、また、同様に、変化する周囲光レベルによる不正確さも、目標物の変わり易い反射特性による不正確さも受けないレンジ検知システムは、有利であると思われる。
【００１２】
本明細書に引用される任意の特許または特許出願を含む全ての参考文献は、参照により組み込まれる。全ての参考文献について、これらが従来技術を構成するとは自認しない。参考文献の議論は、その著者等が主張するものを述べており、出願人は、引用された文書の正確さおよび適切さを問題にする権利を留保する。本明細書で多数の従来技術の出版物が参照されるが、この参照によって、これらの文書のいずれについても、当技術分野、ニュージーランド、または任意の他の国における、共通の一般的な知識の一部を形成することを容認することにはならないことは、容易に理解されよう。
【００１３】
前述の問題に対処すること、あるいは、少なくとも、一般に有益な選択を提供することが、本発明の目的である。
【００１４】
本発明のさらなる態様および利点は、単に例として与えられる次の説明から明らかになるであろう。
【発明の開示】
【００１５】
本発明の一態様によれば、レンジ検知システムが提供され、レンジ検知システムは、
ある領域内の１つまたは複数の目標物による反射が可能なエネルギーを放出するようになされた少なくとも１つのエネルギー源と、
前記領域内の、前記少なくとも１つの目標物からの、放出エネルギーの反射を検知するようになされた少なくとも１つの受信機と、
前記少なくとも１つのエネルギー源に関連され、選択された供給源周波数での周期的パターンでエネルギー源を始動し、停止するようになされた始動システム（activation system）と、
前記少なくとも１つの受信機に関連され、目標物からの反射エネルギーを受信機が検知することを妨げるようになされ、選択された受信機周波数を有する周期的パターンで始動され、停止される遮蔽システム（shielding system）とを含み、
受信機の出力信号は、基準信号と比較され、受信機信号と基準信号との間の、レンジ値を示す位相差を用いて、目標物についての受信機からのレンジ値を決定する。
【００１６】
本発明のさらなる態様によれば、実質的に上述したレンジ検知システムが提供され、ここで、前記供給源周波数および受信機周波数は、異なる周波数値から選択される。
【００１７】
本発明のさらに別の態様によれば、実質的に上述したレンジ検知システムが提供され、ここで、処理手段は、目標物についての受信機からのレンジ値を決定するために、受信機の出力信号を基準信号と比較するのに使用される。
【００１８】
本発明のさらなる態様によれば、実質的に上述したレンジ検知システムが提供され、ここで、使用される供給源周波数は、使用される受信機周波数に対して位相ロックされる。
【００１９】
本発明のさらに別の態様によれば、実質的に上述したレンジ検知システムが提供され、レンジ検知システムは、複数の対の供給源周波数と受信機周波数とを使用することにより距離（この距離に渡ってレンジ値が指示され得る）を変えるようになされている。
【００２０】
本発明のさらなる態様によれば、実質的に上述したレンジ検知システムが提供され、ここで、前記少なくとも１つのエネルギー源が始動され、そして、前記少なくとも１つの受信機は、複数の対の供給源周波数と受信機周波数を使用して遮蔽される。
【００２１】
本発明のさらなる態様によれば、実質的に上述したレンジ検知システムが提供され、ここで、受信機は、供給源周波数と受信機周波数の複数の対のセットの使用に対応して、複数の出力信号を放出し、生成するようになされている。
【００２２】
本発明のさらに別の態様によれば、ある領域内の目標物までのレンジを計算する方法が提供され、これは、以下のステップによって特徴付けられる；
（ｉ）始動システムを使用してエネルギー源を始動させること、前記エネルギー源は、選択された供給源周波数を有する周期的パターンで始動されかつ停止されるものである、そして、
（ｉｉ）遮蔽システムを使用して受信機を動作させること、前記遮蔽システムは、選択された受信機周波数を有する周期的パターンで、目標物からの反射エネルギーの検知を遮断するようになされているものであり、そして、
（ｉｉｉ）前記目標物についてのレンジ値を決定するために、受信機出力信号を基準信号と比較すること、ここで、受信機出力信号と基準信号との間の位相差が前記レンジ値を表している。
【００２３】
本発明のさらなる態様によれば、実質的に上述した、目標物までのレンジを計算する方法が提供され、そこにおいては、エネルギー源が始動され、そして、受信機は、複数の対の供給源周波数と受信機周波数を使用して遮蔽される。
【００２４】
本発明は、好ましくは、選択された領域内の複数の目標物についてのレンジ値を、同時に、または、短期間で提供することができるレンジ検知システムを提供するようになされている。さらに好ましい実施形態では、本発明は、複数の目標物からのこうしたレンジ情報がオブジェクト識別アルゴリズムにおいて使用され得るマシン・ビジョン・アプリケーションで使用されてもよい。
【００２５】
好ましくは、マシン・ビジョン・アプリケーションで採用されるレンジ検知システムとして使用される本発明についても、本明細書全体を通して言及されるであろう。しかし、本発明の他の構成が想定されることと、本明細書全体を通した単なる上記への言及が、いずれの点でも制限するものとして考えられるべきでないこととを、当業者は理解すべきである。
【００２６】
さらに、ある領域内の複数の目標物について同時にレンジ値または示度（indication）を提供するために使用される本発明についても、本明細書全体を通して言及されるであろう。使用される機器の技術的制限により、こうした値の提供において、一定の伝播または処理遅延が存在する場合があることも、当業者は理解すべきである。本明細書全体を通して言及される、同時に、という用語は、実質的に同じ時間に起こる事象のことを言う。
【００２７】
好ましくは、本発明は、選択された領域内の目標物から反射する、または散乱する可能性がある、ある形態のエネルギーを放出するようになされている少なくとも１つのエネルギー源を採用する。採用されるエネルギー源は、本発明が採用されようとする特定のアプリケーションに応じて、あらゆる数の、異なるスペクトル、すなわち、いろいろな周波数を有するエネルギーを放出することができる。さらに、供給源から放出されるエネルギーは、一部の実施形態において実質的に拡散されるか、または、選択的には、必要な場合には、他の実施形態において、凝集性（cohesive）ビームに収束されてもよい。
【００２８】
さらに好ましい実施形態では、本発明は、生成する、または、放出するエネルギーについて、実質的に拡散した放出パターンを有する単一エネルギー源のみを含んでもよい。こうした単一エネルギー源は、目標物による反射が可能なエネルギーに対して、対象の領域全体をさらすのに使用される可能性がある。
【００２９】
さらに好ましい実施形態では、採用されるエネルギー源は、可視光スペクトルからのエネルギーを放出してもよい。可視光エネルギー放出器は、よく知られており、生産する、または、入手するにも低コストである。さらに、たとえば、一般的な発光ダイオードすなわちＬＥＤなどの可視光エネルギー源もまた、対象領域を照明するように、容易に構成され、動作することができる。
【００３０】
可視光の拡散パターンを放射するＬＥＤの形態の単一可視光エネルギー源を本発明が採用することにも、本明細書全体を通して言及されるであろう。しかし、異なるスペクトルまたは異なる周波数のエネルギーを放出することができる、他の構成または多数のエネルギー源もまた、必要とされる場合、本発明と共に採用されてもよいことを、当業者は理解すべきである。
【００３１】
好ましい実施形態では、本発明はまた、対象領域内の前記少なくとも１つの目標物からの、放出エネルギーの反射を検知するようになされた少なくとも１つの受信機を含む。採用される受信機のタイプは、使用されるエネルギー源によって放出されるスペクトルすなわちエネルギーの周波数によって決定されるであろうことも当業者は理解するべきである。たとえば、エネルギー源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）または他の形態の可視光放出器が使用される、さらに好ましい実施形態では、可視光に反応するトランスジューサまたはセンサが、本発明と共に採用されてもよい。
【００３２】
他の光センサは、ＣＭＯＳカメラ、ビジコン管、フォトダイオード・アレイおよびフォトマルチプライヤ・アレイを含むことができる。
【００３３】
さらに好ましい実施形態では、本発明は単一受信機のみを採用してもよい。単一受信機は、対象領域の適切なカバレッジを提供するように構成されてもよく、それによって、提供されるシステムの設計を実質的に単純化し、その製造コストも低減する。
【００３４】
好ましい実施形態では、使用される受信機は、当技術分野でよく知られている、たとえば、ＣＣＤカメラのような、ある形態の電荷結合素子（ＣＣＤ）によって提供されてもよい。こうしたデバイスまたはカメラは、いろいろな使用法を有し、比較的低コストで大量に生産される。さらに、ＣＣＤカメラはまた、こうした領域内の目標物からの可視光の反射を検知することによって、大きな、または、広い対象領域についての有効なカバレッジを提供できる。
【００３５】
本発明が、単一のＣＣＤカメラのみを反射エネルギーの受信機として採用することにも、本明細書全体を通して言及されるであろう。しかし、異なるタイプおよび異なる数の受信機を採用する、本発明の他の構成も想定され、本明細書全体を通した単なる上記への言及が、いずれの点でも制限するものとして考えられるべきでないことを、当業者は理解すべきである。
【００３６】
好ましい実施形態では、本発明はまた、始動システムを採用する。こうした始動システムは、周期的パターンで供給源を始動および停止するように、エネルギー源に連結することができる。始動システムは、特定の一定供給源周波数で、エネルギー源または光源をパルス状にオン／オフするように構成されることができる。
【００３７】
上述した始動システムは、本発明のための特定のアプリケーションに応じて多くの異なる方法で実装されてもよい。たとえば、ある場合には、始動システムは、単にエネルギー源用の電源で構成されていてもよく、採用される供給源周波数は、供給源周波数でのエネルギー源への電力の供給を可能化（enable）および不可能化（disable）するのに使用される。しかし、始動システムの他の実施態様が想定され、本明細書全体を通した単なる上記への言及が、いずれの点でも制限するものとして考えられるべきでないことを、当業者は理解すべきである。
【００３８】
好ましくは、本発明はまた、採用される受信機と関連（associated）する遮蔽システムを含んでもよい。こうした遮蔽システムは、対象領域内の目標物によって反射された受信機検知光を遮断（block）するように動作できる。遮蔽システムは、周期的パターンで始動および停止して、次に、周期的パターンで反射光の検知を遮断する、つまり、可能化（enable）してもよい。遮蔽システム、したがって、実際には、受信機は、選択された受信機周波数で動作することができ、したがって、受信機から得られる出力に周期的作用を提供することができる。
【００３９】
本発明と共に使用される遮蔽システムは、多くの方法で実装され得る。たとえば、１つの可能な実施形態では、ゲートないしシャッタなどの物理的障壁を、受信機の前に設置することができ、シャッタは、選択された受信機周波数で開閉する。選択的には、他の実装形態では、遮蔽システムは、受信機を提供するのに同様に採用された構成要素によって実装されてもよい。こうした場合、遮蔽システムは、受信機を動作させるために適用（applied）された可能化信号（enable signal）によって実装されてもよい。たとえば、ＣＣＤカメラが受信機として採用される場合、こうした遮蔽システムは、選択された特定の受信機周波数で光の検知を可能化し、その後不可能化する、カメラに同様に組み込まれた制御電子装置（control electronics）によって実装されてもよい。
【００４０】
遮蔽システムが、採用される受信機周波数でパルス状に開閉するシャッタ式またはゲート式要素から形成されることにも、本明細書全体を通して言及されるであろう。しかし、本発明の他の構成が想定され、本明細書全体を通した単なる上記への言及が、いずれの点でも制限するものとして考えられるべきでないことを、当業者は理解すべきである。
【００４１】
好ましい実施形態では、採用される供給源周波数および受信機周波数は、異なる周波数から選択されてもよい。これらの周波数は、好ましくは、互いにわずかにずれていてもよく、周波数差の大きさは、比較的低コストの信号処理および画像化取得機器によって採用される動作周波数にほぼ等しい。
【００４２】
供給源周波数および受信機周波数のいずれか、または、両方を提供するために、選択された周波数を有する、多くの異なるタイプの波形または波の関数（wave functions）が使用されてもよいことも、当業者は理解すべきである。始動システムおよび遮蔽システムを駆動するのに使用される選択された周波数信号は、たとえば、パルス駆動された方形波、三角波、正弦波、または、必要とされる正確な周波数を示す任意の他の必要とされるタイプの波の関数から形成される可能性がある。
【００４３】
さらに好ましい実施形態では、始動システムと遮蔽システムの両方が、単一の信号発生器によって生成される受信機周波数および供給源周波数によって駆動されてもよい。さらに好ましい実施形態では、採用される信号発生器は、同じ機器によって生成される供給源周波数に対して位相ロックされる受信機周波数を生成することができる。
【００４４】
好ましい実施形態では、採用される受信機は、少なくとも１つの受信機出力信号を提供するようになされており、受信機出力信号は、本発明から要求されるレンジ値または示度を決定するために解析される。受信機と供給源をわずかにずれた周波数で駆動することによって提供される波混合作用により、駆動用の受信機周波数と供給源周波数との周波数差に等しい周波数を有する、合成受信機出力信号が得られる可能性がある。したがって、供給源周波数または受信機周波数より実質的に低い周波数を有する可能性がある、この出力信号は、比較的低コストの信号処理および画像化取得構成要素（imaging acquisition components）によって、容易に解析され、操作される可能性がある。
【００４５】
こうして、本発明は、受信機周波数および供給源周波数と比較すると比較的低い周波数で、使用される信号処理機器が機能することを可能にする、光または画像ヘテロダインシステムを提供することができる。採用される光混合作用は、得られる対象の周波数を、容易に解析できまたは操作できる低い周波数にダウンシフトするのに使用される可能性がある。
【００４６】
さらに好ましい実施形態では、受信機は、ある期間にわたり、複数の個別の受信機出力信号を生成するか、または、提供するようになされていてもよく、ここにおいては、本発明に関連して採用される少なくとも１つのエネルギー源および遮蔽システムを同時に駆動するために、供給源周波数と受信機周波数の複数の対のセットが使用される。供給源周波数と受信機周波数の対のそれぞれのセットは、次に、関連する受信機出力信号を生成することができる。さらに、受信機として電荷結合素子が採用される場合、こうした受信機は、観察下のシーンの画像を構成するのに使用される各「画素」について、複数の受信機出力信号を同時に利用可能にしてもよい。
【００４７】
好ましい実施形態では、受信機からの出力信号は、基準信号と比較されて、ある領域内の特定の目標物についてのレンジ値の示度を提供する。受信機から得られる出力信号は、特定の目標物によって反射された光から生成されてもよく、たいていの場合、受信機としてＣＣＤカメラを使用することによって生成された画素によって表されるであろう。したがって、特定の領域内の単一目標物またはオブジェクトは、複数の画素で表されてもよく、各画素は、目標物の構成要素部分についてのレンジ情報を表示する。
【００４８】
比較が行われる基準信号は、較正手順によって得ることができ、それによって、受信機から目標物へのレンジが知られている場合は、基準信号は出力信号に等しい。レンジ値を表示するために受信機出力信号と比較される１つまたは複数の基準信号を得るために、較正手順が採用される可能性が場合によってはある。しかし、選択的な実施形態では、基準信号は、個別の較正手順によって必ずしも得られなくてもよい。たとえば、別の選択的な実施形態では、基準信号は、受信機周波数と供給源周波数の混合によって得られる場合がある。これによって、およそ受信機周波数と供給源周波数の差のオーダーを有する合成基準信号を得ることが可能になり、それは、受信機から距離がゼロの目標物から得られることになる信号を表すであろう。
【００４９】
さらに好ましい実施形態では、受信機出力信号および採用される基準信号の位相差は、受信機に関わる目標物についてのレンジ値を指示する場合がある。これら２つの信号間の位相差の程度は、基準信号によって表される特定のレンジ値からの目標物の変位を示することになる。これは、１つの可能な測定方式に過ぎず、限定はしないが、周波数変調（wave frequency modulation）および擬似ランダム符号化などの他のよく知られた方式が、必要である場合に、本発明と共に動作するように採用してもよいことを、当業者は理解すべきである。
【００５０】
好ましい実施形態では、基準信号と、受信機からの出力信号との間で行われる比較は、処理手段の使用によって遂行されてよい。こうした処理手段は、好ましくは、必要とされる入力信号を受け取り、入力信号間の位相差を評価することが可能な多くのタイプの信号処理構成要素のうちの任意の１つによって実装されてもよい。さらに好ましい実施形態では、コンピュータ・システムが採用されて、コンピュータ・システムが受け取る入力信号からレンジ値または示度を与えるのに必要とされる処理作業が遂行されてもよい。こうしたコンピュータ・システムはまた、対象領域から得られる各画素の情報についての数値のレンジ値を提供してもよく、数値データの、このマトリクスまたはアレイは、本発明に必要とされるアプリケーションにおいて、その後さらに処理されるか、または、使用される可能性がある。
【００５１】
本発明のこの実装は、ある領域内での周囲光レベルの変化、または、目標物の変動する反射特性によって引き起こされる、既存の従来技術のシステムで知られる複雑さをなくす。基準信号と受信機の出力信号との位相差が、レンジを指示するために採用されるため、これによって、やはり受ける光強度値の変動によって引き起こされるシステム出力のエラーがなくなる。位相比較分解能、したがって、測定されるレンジ分解能は、検出可能な信号レベルが存在すると仮定すると、最終的には、解析されるタイム・シーケンスの長さによって制限される。さらに、わずかにずれた受信機周波数と供給源周波数を使用することによって採用される混合作用によって、こうした位相比較を行うのに使用される構成要素すなわち機器が、比較的低周波数で動作し、したがって、比較的低コスト構成要素によって提供されることが可能になる。
【００５２】
さらに好ましい実施形態では、始動システムおよび遮蔽システムは、受信機周波数と供給源周波数の多くの対のセットによって駆動されてもよい。受信機周波数と供給源周波数の選択された対を使用して、これらの構成要素を駆動し、次に、本発明がレンジ値を正確に確定することができる距離を変えることができる。
【００５３】
レンジ値を計算するのに位相差が採用されるため、受信機周波数と供給源周波数の単一の選択された対は、選択された最大レンジについてだけ有益な情報を提供するであろう。このレンジ以外では、得られる出力信号と基準信号との位相差は、２周期以上を含み、したがって、特定のレンジ値を確定することを難しくする場合がある。しかし、供給源周波数と受信機周波数の対の２つ以上のセットを採用するようにシステムを動作させることによって、本発明は、特定の領域についての多くの最大レンジ値を調査するように運用され、それによって、提供されるシステムの柔軟性および能力が改善される。さらに好ましい実施形態では、これらの、最大レンジを拡張するのに使用される受信機周波数と供給源周波数の対の２つ以上のセットは、受信機周波数と供給源周波数のそれぞれのセットの周波数差が同じでない時に、単一測定期間の間に同時に使用される可能性がある。これによって、各周波数差が、単一測定期間中またはその直後に独立に処理され、次に、多くの数の可能なレンジ値に関する情報を同時に提供することが可能になる。
【００５４】
本発明は、従来技術のレンジ検知システムと比べて多くの可能な利点を提供する。
【００５５】
本発明は、比較的低コストの構成要素を使用して迅速にかつ効果的に動作することができるレンジ検知システムを提供するのに使用される可能性がある。レンジ検知システムのこうした実装は、マシン・ビジョン・アプリケーション用の効果的でかつ有益なシステムを提供するのに使用されてもよい。
【００５６】
受信機出力信号の位相を調査することによってレンジ値を検知すること、または、決定することによって、本発明はまた、対象領域内での変わり易い目標物の変動または周囲光レベルの変化によって引き起こされる、既存の従来技術のシステムに通常存在する複雑さをなくす。
【００５７】
さらに、先に議論した本発明の実装はまた、比較的低いコストの信号処理機器が、得られる出力信号の結果を解析するのに使用されることを可能にし、それによって、こうしたシステムを実施することに伴うコストを実質的に低減する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
本発明のさらなる態様は、例としてだけ与えられる以下の説明から、また、添付図面を参照して明らかになるであろう。
【００５９】
【図１】本発明の好ましい実施形態に関連するレンジ検知システムを提供するのに採用される構成要素の概略図である。
【図２ａ】図１に関して議論されるシステムによって採用されるか、または、生成される信号の波の関数のプロットである。
【図２ｂ】図１に関して議論されるシステムによって採用されるか、または、生成される信号の波の関数のプロットである。
【図３】図１に関して議論されるシステムによって採用されるか、または、生成される信号の波の関数のプロットである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるレンジ検知システムを提供するのに採用される構成要素の概略図である。
【００６１】
図１は、単一のＬＥＤ（２）として本実施形態に示す単一エネルギー源を組み込むレンジ検知システムを示す。システム（１）はまた、電荷結合カメラ（３）としてこの実施形態に示す単一の受信機を含む。
【００６２】
システム（１）はまた、信号発生器（４）として本実施形態に示す始動システムを組み込む。信号発生器（４）は、光源（２）を動作させるための駆動信号Ａを提供するようになされている。この駆動信号Ａは、供給源周波数として規定される周波数を有し、それは、周期的パターンで光源（２）を始動し、停止する。
【００６３】
この信号発生器（４）はまた、シャッタ（５）によってこの実施形態に示す遮蔽システムに、駆動または制御信号Ｄ（受信機周波数に等しいか、または、それとして規定された周波数を有する）を提供するようになされている。シャッタ（５）用の駆動信号Ｄは、近い目標物（６）およびより遠い目標物（７）からの反射エネルギーの、カメラ（３）による検知を周期的に遮断するのに使用される。
【００６４】
システム（１）はまた、マイクロプロセッサ（８）によって本実施形態で実装される処理手段を組み込む。マイクロプロセッサ（８）は、カメラ（３）から出力信号を受け取り、多くの入力信号を処理して、システム（１）から要求されるレンジ情報または示度を提供する。
【００６５】
図示されたシステムによって、多くの特定の電気信号および、同様に、光信号Ａ〜Ｊもまた採用されるか、または、生成される。図２ａおよび図２ｂは、時間に対するこれらの信号のそれぞれのプロットを示し、示す波形の振幅および周波数は、システムの動作を示すだけのために近似として与えられる。
【００６６】
上述したように、信号発生器（４）は、光源（２）およびシャッタ（５）をそれぞれ動作させるのに使用される駆動用供給源周波数Ａおよび駆動用受信機周波数Ｄを生成するのに使用される。信号発生器（４）はまた、受信機周波数が供給源周波数に対して位相ロックされるように、これらの駆動用周波数Ａ、Ｄの間の位相ロックを提供するようになされている。信号発生器はまた、初期基準信号Ｅを作成するために混合された受信機周波数と供給源周波数Ａ、Ｄの結果である第３の信号Ｅを提供するようになされている。
【００６７】
図示された信号Ｂは、供給源（２）によって生成され、近くの目標物（６）からシャッタ（５）の方へ反射される変調光を表す。逆に、信号Ｃは、より遠い目標物（７）からシャッタ（５）の方へ反射される、供給源（２）からの変調光を表す。
【００６８】
信号ＧおよびＩは、受信機周波数Ｄで開閉を駆動されるシャッタ（５）を通過する変調光信号Ｂ、Ｃによって生成される混合信号の対を表す。信号Ｇは、近くの目標物（６）から反射された光から生じる混合信号（ＢをＤと混合したもの）を表し、一方、信号Ｉは、より遠い目標物（７）から反射された光から生じる光信号から生じる混合信号（ＣをＤと混合したもの）を表す。
【００６９】
これらの２つの光信号、および、さらなる入力基準信号Ｅは、カメラ（３）への入力を構成し、カメラ（３）は、マイクロプロセッサ（８）に入力として供給される電気出力信号Ｈ、Ｊ、およびＦを生成する変換器として働く。出力信号Ｈは、近くの目標物（６）から反射される、カメラを横切る光によって生成される信号によって提供され、一方、出力信号Ｊは、より遠くの目標物（７）から反射される、カメラを横切る光によって提供される。電気信号Ｆは、初期基準信号Ｅから生成され、マイクロプロセッサ（８）によってレンジ値を計算する時の較正または最終基準信号を提供するのに使用される。
【００７０】
信号ＨおよびＪは、カメラのセンサ上にイメージングされた光（light imaged on to the camera's sensor）から導出されるため、これらの信号はそれぞれ、光が横切る画素の強度を表す。同様に、カメラ・センサ上の全ての他の画素は、その画素の視野内で、目標物（複数可）から反射される光に関連する同様な波形を生成するであろう。カメラの画素の全てからの波形の組み合わせによって、時系列の画像がもたらされることになり、画像の各画素は、波形に対応するその画素の定量化された１つのタイム・スロットを含む。
【００７１】
マイクロプロセッサ（８）は、基準信号Ｆと、目標物（６）および（７）のそれぞれからの反射光によって生成された信号との位相差を比較するか、または、解析するように動作する。基準信号Ｆは、カメラ（３）からゼロの距離の目標物から反射された光を表しており、基準信号Ｆと、信号ＨおよびＪとの位相差の大きさが、カメラ（３）からの目標物（６）および（７）のレンジを指示する。
【００７２】
図３は、信号Ｆ、Ｊ、およびＨどうしの比較で、かつ、マイクロプロセッサＡを使用して比較した場合の比較をより明確に示す。
【００７３】
図３を見てわかるように、信号Ｈは、基準信号Ｆからの、信号Ｊより小さい位相差を有し、それによって、目標物（７）が、目標物（６）よりカメラ（３）から遠いことを示す。位相差の実際の大きさはまた、マイクロプロセッサ（８）によって計算されるか、または、解析されて、目標物（６、７）に対して特定の距離値が割り当てられ、したがって、レンジ値が提供される。
【００７４】
本発明の態様は、例としてだけ述べられており、添付の請求項に規定される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に対して変更および追加を行ってもよいことが理解されるべきである。
【図１】
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【図３】
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【国際調査報告】
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