(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を２値化する２値化手段と、
この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記２値化手段の出力が変化する度に前記２値化手段の出力のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備え、
前記２値化手段は、前記入力信号の立ち上がりを検出するためのしきい値と立ち下がりを検出するためのしきい値とを同一の値とする状態で前記入力信号を２値化し、
前記判定手段は、前記ランレングスを測定するサンプリングクロックの前記判定期間中の総数をＮｓａｍｐとしたとき、前記判定期間中の総度数とＮｓａｍｐ／２との比、あるいは前記判定期間中の階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が、１を中心とする所定の範囲内にある略１の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記判定期間中の総度数とＮｓａｍｐ／２との比、あるいは前記判定期間中の階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が、略１でない場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定装置。
【請求項２】
入力信号を２値化する２値化手段と、
この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記２値化手段の出力が変化する度に前記２値化手段の出力のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備え、
前記判定手段は、
前記ランレングス測定手段の判定期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を実施する対数変換手段と、
この対数変換手段の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定する有効性判定手段とからなることを特徴とする信号判定装置。
【請求項３】
請求項２記載の信号判定装置において、
前記有効性判定手段は、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が所定値以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定装置。
【請求項４】
請求項３記載の信号判定装置において、
前記判定手段は、さらに、前記ランレングス測定手段の判定期間中の測定結果から、ランレングスの分布の特徴値Ｔ０を算出する特徴値算出手段を備え、
この特徴値算出手段は、前記ランレングスの分布の平均値、最頻値もしくは中央値を前記特徴値Ｔ０とするか、あるいは前記ランレングスの分布の階級値と度数との積が最大となる階級値を前記特徴値Ｔ０とし、
前記有効性判定手段は、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定装置。
【請求項５】
入力信号を２値化する２値化ステップと、
この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記２値化ステップの出力が変化する度に前記２値化ステップの出力のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを含み、
前記２値化ステップは、前記入力信号の立ち上がりを検出するためのしきい値と立ち下がりを検出するためのしきい値とを同一の値とする状態で前記入力信号を２値化し、
前記判定ステップは、前記ランレングスを測定するサンプリングクロックの前記判定期間中の総数をＮｓａｍｐとしたとき、前記判定期間中の総度数とＮｓａｍｐ／２との比、あるいは前記判定期間中の階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が、１を中心とする所定の範囲内にある略１の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記判定期間中の総度数とＮｓａｍｐ／２との比、あるいは前記判定期間中の階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が、略１でない場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定方法。
【請求項６】
入力信号を２値化する２値化ステップと、
この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記２値化ステップの出力が変化する度に前記２値化ステップの出力のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを含み、
前記判定ステップは、
前記ランレングス測定ステップの判定期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を実施する対数変換ステップと、
この対数変換ステップの変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定する無信号状態判定ステップとからなることを特徴とする信号判定方法。
【請求項７】
請求項６記載の信号判定方法において、
前記無信号状態判定ステップは、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が所定値以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定方法。
【請求項８】
請求項７記載の信号判定方法において、
前記判定ステップは、さらに前記無信号状態判定ステップの前に、前記ランレングス測定ステップの判定期間中の測定結果から、ランレングスの分布の特徴値Ｔ０を算出する特徴値算出ステップを含み、
この特徴値算出ステップは、前記ランレングスの分布の平均値、最頻値もしくは中央値を前記特徴値Ｔ０とするか、あるいは前記ランレングスの分布の階級値と度数との積が最大となる階級値を前記特徴値Ｔ０とし、
前記無信号状態判定ステップは、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とする信号判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号が有効か否かを判定する信号判定装置および信号判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体レーザの自己結合効果を用いた自己結合型レーザセンサが提案されている（特許文献１参照）。この自己結合型レーザセンサの構成を図１９に示す。図１９の自己結合型レーザセンサは、物体２１０にレーザ光を放射する半導体レーザ２０１と、半導体レーザ２０１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２０２と、半導体レーザ２０１からの光を集光して物体２１０に照射すると共に、物体２１０からの戻り光を集光して半導体レーザ２０１に入射させるレンズ２０３と、半導体レーザ２０１に発振波長が連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返させるレーザドライバ２０４と、フォトダイオード２０２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部２０５と、電流−電圧変換増幅部２０５の出力電圧を２回微分する信号抽出回路２０６と、信号抽出回路２０６の出力電圧に含まれるモードホップパルス（以下、ＭＨＰとする）の数を数える計数装置２０７と、物体２１０との距離および物体２１０の速度を算出する演算装置２０８と、演算装置２０８の算出結果を表示する表示装置２０９とを有する。
【０００３】
レーザドライバ２０４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ２０１に供給する。これにより、半導体レーザ２０１は、発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図２０は、半導体レーザ２０１の発振波長の時間変化を示す図である。図２０において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔｃａｒは三角波の周期である。
【０００４】
半導体レーザ２０１から出射したレーザ光は、レンズ２０３によって集光され、物体２１０に入射する。物体２１０で反射された光は、レンズ２０３によって集光され、半導体レーザ２０１に入射する。フォトダイオード２０２は、半導体レーザ２０１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部２０５は、フォトダイオード２０２の出力電流を電圧に変換して増幅し、信号抽出回路２０６は、電流−電圧変換増幅部２０５の出力電圧を２回微分する。計数装置２０７は、信号抽出回路２０６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。演算装置２０８は、半導体レーザ１の最小発振波長λａと最大発振波長λｂと第１の発振期間Ｐ１におけるＭＨＰの数と第２の発振期間Ｐ２におけるＭＨＰの数に基づいて、物体２１０との距離や物体２１０の速度等の物理量を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１３０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自己結合型レーザセンサでは、半導体レーザの前方に物体が存在しない場合や、物体が検出可能範囲外の遠方にあって検出できない場合でも、外乱光などのノイズを信号として計数してしまい、半導体レーザの前方に物体が存在するものとして物理量を算出してしまうので、計数した信号の有効性を判定する必要がある。
【０００７】
自己結合信号であるＭＨＰは、物体の物理量と信号品質によって信号成分が変化するため、信号抽出回路から出力されているものがノイズか信号かを簡単に判定することは難しく、ノイズか信号かの判定、すなわち入力信号が有効か否かの判定を簡単に実現する手法は知られていなかった。
【０００８】
従来、自己結合型レーザセンサのように干渉原理を利用したセンサなど、信号の周波数もしくは計数値をもとに物理量を算出するセンサにおいて信号の有効性を判定するにはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）などの周波数解析を利用する手法が考えられる。しかしながら、ＦＦＴでは、大きな計算量が必要となり、処理に時間がかかるという問題点があった。
なお、以上のような問題点は自己結合型レーザセンサに限らず、他の装置でも同様に発生する可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、入力信号が有効か否かの判定を簡単に実現することができる信号判定装置および信号判定方法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】
【００１０】
本発明の信号判定装置は、入力信号を２値化する２値化手段と、この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記２値化手段の出力が変化する度に前記２値化手段の出力のランレングスを測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備え、前記２値化手段は、前記入力信号の立ち上がりを検出するためのしきい値と立ち下がりを検出するためのしきい値とを同一の値とする状態で前記入力信号を２値化し、前記判定手段は、前記ランレングスを測定するサンプリングクロックの前記判定期間中の総数をＮｓａｍｐとしたとき、前記判定期間中の総度数とＮｓａｍｐ／２との比、あるいは前記判定期間中の階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が、１を中心とする所定の範囲内にある略１の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記判定期間中の総度数とＮｓａｍｐ／２との比、あるいは前記判定期間中の階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が、略１でない場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置は、入力信号を２値化する２値化手段と、この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記２値化手段の出力が変化する度に前記２値化手段の出力のランレングスを測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記ランレングス測定手段の判定期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を実施する対数変換手段と、この対数変換手段の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定する有効性判定手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の１構成例において、前記有効性判定手段は、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が所定値以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の１構成例において、前記判定手段は、さらに、前記ランレングス測定手段の判定期間中の測定結果から、ランレングスの分布の特徴値Ｔ０を算出する特徴値算出手段を備え、この特徴値算出手段は、前記ランレングスの分布の平均値、最頻値もしくは中央値を前記特徴値Ｔ０とするか、あるいは前記ランレングスの分布の階級値と度数との積が最大となる階級値を前記特徴値Ｔ０とし、前記有効性判定手段は、前記対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の信号判定方法は、入力信号を２値化する２値化ステップと、この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記２値化ステップの出力が変化する度に前記２値化ステップの出力のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、このランレングス測定ステップの測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを含み、前記２値化ステップは、前記入力信号の立ち上がりを検出するためのしきい値と立ち下がりを検出するためのしきい値とを同一の値とする状態で前記入力信号を２値化し、前記判定ステップは、前記ランレングスを測定するサンプリングクロックの前記判定期間中の総数をＮｓａｍｐとしたとき、前記判定期間中の総度数とＮｓａｍｐ／２との比、あるいは前記判定期間中の階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が、１を中心とする所定の範囲内にある略１の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記判定期間中の総度数とＮｓａｍｐ／２との比、あるいは前記判定期間中の階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が、略１でない場合には前記入力信号が有効であると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定方法は、入力信号を２値化する２値化ステップと、この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記２値化ステップの出力が変化する度に前記２値化ステップの出力のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、このランレングス測定ステップの測定結果から前記入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを含み、前記判定ステップは、前記ランレングス測定ステップの判定期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を実施する対数変換ステップと、この対数変換ステップの変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数が、所定の判定しきい値以上の場合には前記入力信号が無信号状態で無効であると判定し、前記決定係数が前記判定しきい値未満の場合には前記入力信号が有効であると判定する無信号状態判定ステップとからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングス度数分布と幾何分布との一致度から、入力信号が有効か否かを簡単に判定することができる。本発明では、ＦＦＴなどの周波数解析手法を利用しないので、入力信号が有効か否かを少ない計算量且つ短時間で判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における電流−電圧変換増幅部の出力電圧波形およびフィルタ部の出力電圧波形を模式的に示す波形図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける２値化部とランレングス測定部の動作を説明する図である。
【図６】無信号状態のランレングス度数分布の例を示す図、およびランレングス度数分布を対数変換した分布を示す図である。
【図７】２値化後の符号が変化する確率と符号が変化しない確率について説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の効果を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける２値化部とランレングス測定部の動作を説明する図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の効果を説明する図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の問題点を説明する図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の問題点を説明する図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置による判定の原理を説明する図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の効果を説明する図である。
【図１９】従来の自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
【図２０】図１９の自己結合型レーザセンサにおける半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
図１の自己結合型レーザセンサは、測定対象の物体１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して放射すると共に、物体１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる自己結合信号であるＭＨＰの数を数える計数部７と、ＭＨＰの数から物体１１との距離および物体１１の速度を算出する演算部８と、演算部８の算出結果を表示する表示部９と、フィルタ部６の出力が入力信号が有効か否かを判定する信号判定装置１０とを有する。
【００１５】
以下、説明を容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。
レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間Ｐ１と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間Ｐ２とを交互に繰り返すように駆動される。このときの半導体レーザ１の発振波長の時間変化は、図２０に示したとおりである。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂ及び発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。
【００１６】
半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、物体１１に入射する。物体１１で反射された光は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部５は、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する。
【００１７】
フィルタ部６は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものである。図２（Ａ）は電流−電圧変換増幅部５の出力電圧波形を模式的に示す図、図２（Ｂ）はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２の出力に相当する図２（Ａ）の波形（変調波）から、図２０の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図２（Ｂ）のＭＨＰ波形（干渉波形）を抽出する過程を表している。半導体レーザ１から放射されたレーザ光と物体１１からの戻り光との自己結合効果によって生じる自己結合信号であるＭＨＰについては、例えば特許文献１で説明されているので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００１８】
計数部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。計数部７は、論理ゲートからなるカウンタを利用するものでもよいし、他の手段を用いるものでもよい。
【００１９】
演算部８は、半導体レーザ１の最小発振波長λａと最大発振波長λｂと計数部７が数えたＭＨＰの数に基づいて、物体１１との距離および物体１１の速度を算出する。物体１１との距離および物体１１の速度を算出する方法については、例えば特許文献１に開示されているので、ここでは詳細な説明は省略する。なお、本発明は測定する物理量には限定されない。例えば特開２０１０−７８５６０号公報に開示されているようにＭＨＰの数に基づいて物体の振動周波数を求めてもよいし、特開２０１０−７８３９３号公報に開示されているようにＭＨＰの数に基づいて物体の振動振幅を求めてもよい。
表示部９は、演算部８の算出結果を表示する。
【００２０】
次に、信号判定装置１０は、フィルタ部６の出力が入力信号が有効か否かを判定する。図３は信号判定装置１０の構成を示すブロック図である。信号判定装置１０は、２値化部１００と、ランレングス（Run Length）測定部１０１と、記憶部１０２と、有効性判定部１０３とを有する。
【００２１】
図４は信号判定装置１０の動作を示すフローチャートである。図５（Ａ）、図５（Ｂ）は２値化部１００とランレングス測定部１０１の動作を説明する図であり、図５（Ａ）はフィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に対応する２値化部１００の出力を示す図である。
【００２２】
まず、信号判定装置１０の２値化部１００は、図５（Ａ）に示すフィルタ部６の出力電圧がハイレベル（Ｈ）かローレベル（Ｌ）かを判定して、図５（Ｂ）のような判定結果を出力する。このとき、２値化部１００は、フィルタ部６の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ部６の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ以下になったときにローレベルと判定することにより、フィルタ部６の出力を２値化する（図４ステップＳ１）。なお、本実施の形態では、フィルタ部６の出力の立ち上がりを検出するためのしきい値と立ち下がりを検出するためのしきい値とを同一の値ＴＨとしている。すなわち、ヒステリシス（Hysteresis）幅は０である。
【００２３】
続いて、ランレングス測定部１０１は、入力信号が有効か否かを判定する判定期間中のＭＨＰのランレングスを測定する（図４ステップＳ２）。ここで、本実施の形態では、計数部７がＭＨＰの数を数える第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々を判定期間とする。ランレングス測定部１０１は、図５（Ｂ）に示すように２値化部１００の出力の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間ｔｕｄを測定し、また２値化部１００の出力の立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｄｕを測定することにより、２値化部１００の出力のランレングス（すなわち、ＭＨＰのランレングス）を測定する。このように、ＭＨＰのランレングスとは、時間ｔｕｄまたはｔｄｕのことである。ランレングス測定部１０１は、以上のような測定を判定期間中において２値化部１００の出力の立ち上がりまたは立ち下がりのどちらかが検出される度に行う。
【００２４】
なお、ランレングス測定部１０１は、サンプリングクロックの周期を１単位としてＭＨＰのランレングスを測定する。例えばＭＨＰのランレングスがサンプリングクロック２個分であれば、このランレングスの大きさは２［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］である。サンプリングクロックの周波数は、ＭＨＰの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
記憶部１０２は、ランレングス測定部１０１の測定結果を記憶する。
【００２５】
次に、有効性判定部１０３は、記憶部１０２に記憶されているランレングス測定部１０１の測定結果に基づいて、入力信号が有効か否かを判定する（図４ステップＳ３）。具体的には、有効性判定部１０３は、判定期間中の総サンプリングクロック数をＮｓａｍｐとしたとき、判定期間中の総度数（判定期間中のランレングスの総数）とＮｓａｍｐ／２との比を算出する。この比は、信号の有効性を示すもので、信号の有効性が低いほど１に近づく値になる。そこで、有効性判定部１０３は、この比が略１の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が無効であると判定し、総度数とＮｓａｍｐ／２との比が略１でない場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が有効であると判定する。ここで、度数とは、２値化後の符号が変化する回数、すなわちランレングスの数である。判定期間中の総度数とＮｓａｍｐ／２との比が略１であるとは、この比が１を中心とする所定の範囲内にあることを言う。
【００２６】
また、有効性判定部１０３は、判定期間中の階級値１［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］の度数とＮｓａｍｐ／４との比を算出し、この比が略１の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が無効であると判定し、階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が略１でない場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が有効であると判定してもよい。ここで、判定期間中の階級値１の度数とＮｓａｍｐ／４との比が略１であるとは、この比が１を中心とする所定の範囲内にあることを言う。
【００２７】
有効性判定部１０３は、総度数を用いる方法、階級値１の度数を用いる方法のどちらか一方の方法で入力信号が有効か否かを判定すればよい。
信号判定装置１０は、以上のような処理を判定期間毎に行う。表示部９は、信号判定装置１０の判定結果を表示する。
【００２８】
次に、信号判定装置１０による判定の原理について説明する。ＭＨＰがない場合（半導体レーザ１の前方に物体１１が存在しない場合や物体１１が検出可能範囲外の遠方にあって検出できない場合）、すなわち無信号状態の場合にランレングス測定部１０１によって測定されるランレングスの度数分布の例を図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）のランレングス度数分布の度数を対数変換すると、図６（Ｂ）のようになる。無信号状態のランレングス度数分布は、離散時間の確率過程であるベルヌーイ過程に従うため、式（１）の幾何分布Ｆedge（ｘ）に従う。
Ｆedge（ｘ）＝ｐ・（１−ｐ）x-1                                 ・・・（１）
【００２９】
式（１）について説明する。離散時間の確率過程で、成功／失敗の確率は時間依存性のないベルヌーイ試行の列で表現することができる。ＭＨＰがない場合、フィルタ部６から出力されるものは時間依存性のないホワイトノイズであるとすることができる。このホワイトノイズを２値化する際、ホワイトノイズの平均値としきい値ＴＨ１，ＴＨ２の中心とが概ね等しいとき、図７に示すように、２値化後の符号がローレベルからハイレベルまたはハイレベルからローレベルへ変化する確率をｐ、符号が変化しない確率を１−ｐとすることができる。２値化後の符号が変化する場合を成功、符号が変化しない場合を失敗と呼ぶ。図７における横軸はフィルタ部６の出力であり、７０はホワイトノイズ、７１は確率密度、７２は累積確率を示している。なお、図７では、フィルタ部６の出力の立ち上がりを検出するためのしきい値をＴＨ１、立ち下がりを検出するためのしきい値をＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）としている。
【００３０】
同じ符号がｘ回続く確率は、ｘ−１回の失敗と１回の成功が起こる確率であるので、上記の式（１）で表すことができる。
以上の式（１）から、ヒステリシス幅が０（ｐ＝０．５）の場合の無信号状態における総度数は総サンプリングクロック数Ｎｓａｍｐの１／２であり、ヒステリシス幅が０の場合の無信号状態における階級値１の度数は総サンプリングクロック数Ｎｓａｍｐの１／４であるという関係を導出することができる。
【００３１】
図８は本実施の形態の信号判定装置１０の効果を説明する図であり、ランレングス測定部１０１によって測定されるランレングスの度数分布の例を示す図である。図８において、８０はフィルタ部６の出力が無信号状態の場合の度数分布、８１はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが少ない場合の度数分布、８２はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが多い場合の度数分布である。図８の例では、判定期間中の総サンプリングクロック数Ｎｓａｍｐは７０００である。
【００３２】
ランレングス度数分布８０の総度数は約３４５０程度であり、総サンプリングクロック数Ｎｓａｍｐの略１／２である。一方、ランレングス度数分布８１，８２のそれぞれの総度数は総サンプリングクロック数Ｎｓａｍｐの１／２を大きく下回る。したがって、総度数を用いて入力信号が有効か否かを判定できることが分かる。
【００３３】
また、ランレングス度数分布８０の階級値１の度数は約１６００程度であり、総サンプリングクロック数Ｎｓａｍｐの略１／４である。一方、ランレングス度数分布８１，８２のそれぞれの階級値１の度数は総サンプリングクロック数Ｎｓａｍｐの１／４を大きく下回る。したがって、階級値１の度数を用いて入力信号が有効か否かを判定できることが分かる。
以上のように、本実施の形態では、入力信号が有効か否かを簡単に判定することができる。
【００３４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、自己結合型レーザセンサの構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。図９は本実施の形態の信号判定装置１０の構成を示すブロック図である。本実施の形態の信号判定装置１０は、２値化部１００と、ランレングス測定部１０１と、記憶部１０２と、対数変換部１０４と、有効性判定部１０５とを有する。
【００３５】
図１０は本実施の形態の信号判定装置１０の動作を示すフローチャートである。２値化部１００とランレングス測定部１０１の動作は、第１の実施の形態と同様である（図１０ステップＳ１，Ｓ２）。ただし、本実施の形態では、２値化の際のしきい値にヒステリシスを設けた方が好ましい。つまり、本実施の形態の２値化部１００は、図１１（Ａ）に示すフィルタ部６の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ部６の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、図１１（Ｂ）のような２値化結果を出力する。
【００３６】
次に、対数変換部１０４は、記憶部１０２に記憶されているランレングス測定部１０１の判定期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して、度数の対数変換を実施する（図１０ステップＳ４）。対数変換部１０４の変換処理結果は、記憶部１０２に格納される。
【００３７】
次に、有効性判定部１０５は、記憶部１０２に記憶されている対数変換部１０４の変換処理結果に基づいて、入力信号が有効か否かを判定する（図４ステップＳ５）。具体的には、有効性判定部１０５は、対数変換部１０４の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布に対して、最小二乗法を適用した際の決定係数（重決定Ｒ2）を求め、この決定係数が所定の判定しきい値以上の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が無効であると判定し、決定係数が判定しきい値未満の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が有効であると判定する。
信号判定装置１０は、以上のような処理を判定期間毎に行う。表示部９は、信号判定装置１０の判定結果を表示する。
【００３８】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は本実施の形態の信号判定装置１０の効果を説明する図であり、図１２（Ａ）はランレングス測定部１０１によって測定されるランレングスの度数分布の例を示す図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のランレングス度数分布を対数変換部１０４によって対数変換した後のランレングス度数分布を示す図である。図１２（Ａ）において、１１０はフィルタ部６の出力が無信号状態の場合の度数分布、１１１はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが少ない場合の度数分布、１１２はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが多い場合の度数分布である。また、図１２（Ｂ）において、１１３，１１４，１１５はそれぞれランレングス度数分布１１０，１１１，１１２を対数変換した後の度数分布である。
【００３９】
本実施の形態の信号判定装置１０の処理によると、ランレングス度数分布１１３から得られる決定係数は０．９２１８、ランレングス度数分布１１４から得られる決定係数は０．０６９８、ランレングス度数分布１１５から得られる決定係数は０．７８７５である。したがって、０．９２１８と０．７８７５との間に判定しきい値を設定すれば、無信号状態と信号が有効な状態とを区別できることが分かる。
【００４０】
なお、第１、第２の実施の形態は、ランレングス測定部１０１の測定結果から得られるランレングス度数分布と幾何分布との一致度から、入力信号が有効か否かを判定するものであり、同一の思想に基づくものである。
【００４１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第２の実施の形態において２値化の際のヒステリシス幅が大きい場合、２値化時に歯抜けが多発し、フィルタ部６の出力に含まれるＭＨＰが本来有効な信号であっても、有効な信号でないと判断される可能性がある。
【００４２】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は第２の実施の形態の信号判定装置１０の問題点を説明する図である。図１３（Ａ）は図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）の場合よりもヒステリシス幅を大きくした場合のランレングス度数分布の例を示す図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のランレングス度数分布を対数変換した後のランレングス度数分布を示す図である。図１３（Ａ）において、１３０はフィルタ部６の出力が無信号状態の場合の度数分布、１３１はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが少ない場合の度数分布、１３２はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが多い場合の度数分布である。また、図１３（Ｂ）において、１３３，１３４，１３５はそれぞれランレングス度数分布１３０，１３１，１３２を対数変換した後の度数分布である。
【００４３】
図１４（Ａ）は無信号状態の場合の入力信号の２値化後の符号が変化する確率ｐとそのランレングス度数分布（幾何分布）との関係を示す図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のランレングス度数分布（幾何分布）を対数変換した後の度数分布を示す図である。図１４（Ａ）において、１４０はｐ＝０．５の場合の度数分布、１４１はｐ＝０．４の場合の度数分布、１４２はｐ＝０．３の場合の度数分布、１４３はｐ＝０．２の場合の度数分布、１４４はｐ＝０．１の場合の度数分布である。また、図１４（Ｂ）において、１４５，１４６，１４７，１４８，１４９はそれぞれランレングス度数分布（幾何分布）１４０，１４１，１４２，１４３，１４４を対数変換した後の度数分布である。２値化の際のヒステリシス幅が０のときに確率ｐ＝０．５となり、ＭＨＰの振幅に対してヒステリシス幅が相対的に大きくなる程、確率ｐは小さくなる。
【００４４】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）から明らかなように、ＭＨＰの振幅に対してヒステリシス幅が相対的に大きくなる程、２値化時の歯抜けが多発し、ランレングス度数分布の傾きが小さくなり、ランレングス度数分布が無信号状態の場合の幾何分布のような形状になる。このため、第２の実施の形態の信号判定装置１０は、フィルタ部６の出力に含まれるＭＨＰが本来有効な信号であっても、有効な信号でないと判断する可能性がある。本実施の形態は、このような問題点を解決するためのものである。
【００４５】
本実施の形態においても、自己結合型レーザセンサの構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。図１５は本実施の形態の信号判定装置１０の構成を示すブロック図である。本実施の形態の信号判定装置１０は、２値化部１００と、ランレングス測定部１０１と、記憶部１０２と、対数変換部１０４と、有効性判定部１０５ａと、特徴値算出部１０６とを有する。
【００４６】
図１６は本実施の形態の信号判定装置１０の動作を示すフローチャートである。２値化部１００とランレングス測定部１０１と対数変換部１０４の動作は、第２の実施の形態と同じである（図１６ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４）。
次に、特徴値算出部１０６は、記憶部１０２に記憶されているランレングス測定部１０１の測定結果から、判定期間中のランレングスの特徴値Ｔ０を算出する（図１６ステップＳ６）。ランレングスの特徴値Ｔ０としては、平均値、最頻値、中央値がある。また、階級値と度数との積が最大となる階級値をランレングスの特徴値Ｔ０としてもよい。特徴値算出部１０６が算出した特徴値Ｔ０は、記憶部１０２に格納される。
【００４７】
次に、有効性判定部１０５ａは、記憶部１０２に記憶されている対数変換部１０４の変換処理結果と特徴値Ｔ０に基づいて、入力信号が有効か否かを判定する（図１６ステップＳ７）。具体的には、有効性判定部１０５ａは、対数変換部１０４の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布に対して、最小二乗法を適用した際の決定係数（重決定Ｒ2）を求め、この決定係数が所定の判定しきい値以上の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が無効であると判定し、決定係数が判定しきい値未満の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が有効であると判定する。
信号判定装置１０は、以上のような処理を判定期間毎に行う。表示部９は、信号判定装置１０の判定結果を表示する。
【００４８】
図１７は本実施の形態の信号判定装置１０による判定の原理を説明する図であり、２値化部１００の出力を示す図である。
ＭＨＰの波形には、ノイズのために欠落が生じることがあり、結果として２値化部１００の出力の波形にも欠落が生じることがある。信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所での２値化出力のランレングスＴｗは、本来のランレングスのおよそ３倍になる。つまり、２値化出力のランレングスが基準周期Ｔ０のおよそ３倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、本実施の形態では、信号の欠落の影響を受け難い階級値２Ｔ０以下のランレングス度数分布を用いることによって、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）で説明した問題点を改善することができ、入力信号が有効か否かの判定精度を向上させることができる。
【００４９】
図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は本実施の形態の信号判定装置１０の効果を説明する図であり、図１８（Ａ）は対数変換部１０４の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布の例を示す図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）のランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布を示す図である。図１８（Ａ）において、１８０はフィルタ部６の出力が無信号状態の場合の度数分布、１８１はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが少ない場合の度数分布、１８２はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが多い場合の度数分布である。また、図１８（Ｂ）において、１８３，１８４，１８５はそれぞれランレングス度数分布１８０，１８１，１８２のうち階級値が２Ｔ０以下の度数分布である。
【００５０】
第２の実施の形態の信号判定装置１０の処理によると、ランレングス度数分布１８０から得られる決定係数は０．７３７９、ランレングス度数分布１８１から得られる決定係数は０．６８２４、ランレングス度数分布１８２から得られる決定係数は０．６５７３である。このように、無信号状態の決定係数と信号が有効な状態の決定係数との差が少なく、無信号状態と信号が有効な状態とを区別し難いことが分かる。
【００５１】
これに対して、本実施の形態の信号判定装置１０の処理によると、ランレングス度数分布１８３から得られる決定係数は０．７６９１、ランレングス度数分布１８４から得られる決定係数は０．３９３３、ランレングス度数分布１８５から得られる決定係数は０．４６７３である。したがって、０．７６９１と０．４６７３との間に判定しきい値を設定すれば、無信号状態と信号が有効な状態とを区別できることが分かる。
以上のように、本実施の形態では、第２の実施の形態に比べて入力信号が有効か否かの判定精度を向上させることができる。
【００５２】
なお、第１〜第３の実施の形態では、本発明の信号判定装置を自己結合型レーザセンサに適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、本発明の信号判定装置は他の分野にも適用することができる。
【００５３】
また、第１〜第３の実施の形態において少なくとも演算部８と信号判定装置１０とは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、入力信号が有効か否かを判定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅部、６…フィルタ部、７…計数部、８…演算部、９…表示部、１０…信号判定装置、１００…２値化部、１０１…ランレングス測定部、１０２…記憶部、１０３，１０５，１０５ａ…有効性判定部、１０４…対数変換部、１０６…特徴値算出部。
【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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【図８】
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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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