(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三角測距方式によって距離測定を行う距離測定装置であって、
所定の発光パターンを有する信号光を照射する光送信部と、
前記信号光が対象物に反射した反射光を受信する光受信部と、
前記反射光の受光パターンと前記信号光の前記発光パターンとの相関に基づいて一致度を演算する相関演算部と、
前記一致度に基づいて距離を演算する距離演算部と、を有し、
前記距離演算部は、前記一致度が所定の閾値以上である場合に距離を演算し、
前記相関演算部は、前記一致度が所定の閾値より小さい場合に異常と診断する、
距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の送受信により距離を測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体の自動走行が研究されている。自動走行する移動体には、地面の凹凸を検出し、それらを回避することが安全性および機能性の面で非常に需要なタスクとして求められる。凹凸を検出するためには、移動体から凹凸までの距離を測定する必要があると共に、距離を測定する測定機器が故障したことを検出することも必要である。特許文献１には、装置の異常を検出する異常診断手段を有するレーザ光を用いた距離測定装置について記載されている。この距離測定装置は、第１光源によって対物距離を測定する距離測定手段と、第１レーザ光と時間差をもって照射され診断信号として用いられる第２光源を有する診断手段とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１３４１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１にかかる距離測定装置は、第２光源による診断は第１光源による距離測定のつど１回ずつ行われる。そのため、この距離測定装置では、距離測定と異常診断を同時に行うことができない。また、この距離測定装置では、距離を測定する第１光源と、診断用の第２光源を有しており、装置構成が複雑化する。
本発明は、距離を測定すると共に異常も検出することができ、更に装置構成を簡略化することができる距離測定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】
【０００５】
本発明は、三角測距方式によって距離測定を行う距離測定装置であって、
所定の発光パターンを有する信号光を照射する光送信部と、
前記信号光が対象物に反射した反射光を受信する光受信部と、
前記反射光の受光パターンと前記信号光の前記発光パターンとの相関に基づいて一致度を演算する相関演算部と、
前記一致度に基づいて距離を演算する距離演算部と、を有し、
前記距離演算部は、前記一致度が所定の閾値以上である場合に距離を演算し、
前記相関演算部は、前記一致度が所定の閾値より小さい場合に異常と診断する。
【０００６】
本発明にかかる距離測定装置は、距離を測定する信号光に所定の発光パターンが重畳されており、受信した反射光の受光パターンと発光パターンとの相関関係を相関演算部で演算することによって、距離を演算すると共に異常も同時に検出することができる。本発明は、異常の検出に光送信部から照射される信号光のみを用いているため、異常検出のために他の光源を必要とせず、装置構成を簡略化することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にかかる距離測定装置は、距離測定において距離を測定すると共に異常も検出することができ、更に装置構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明にかかる距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＰＮ符号の生成例を示した図である。
【図３】受光パターンと発光パターンとの相関を演算するタイミングチャートを示した図である。
【図４】太陽光の放射強度と波長との関係を示したグラフである。
【図５】距離測定装置に用いられるバンドパスフィルタの分光特性を示したグラフである。
【図６】距離測定装置の距離測定と異常検出をする処理を示したフローチャートである。
【図７】本発明の変形例にかかる距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】変形例にかかる距離測定装置の処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明にかかる距離測定装置の実施形態について説明する。
【００１０】
図１に示されるように、距離測定装置１は、距離を測定するための信号光Ｌ１を生成する送信側回路Ａと、信号光Ｌ１が対象物Ｇに反射した反射光Ｌ２を受信して種々の処理を行う受信側回路Ｂとからなる。距離測定装置１は、ＩＲ光を用いた信号光Ｌ１によって三角測距方式で対象物Ｇとの距離を測定する。信号光Ｌ１は、送信側回路Ａで生成される。信号光Ｌ１は、ＩＲ光を出力する発光素子７から照射される。発光素子７は、ＩＲセンサ１４内に配置されている。ＩＲセンサ１４は、一般的なＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）素子を用いて構成することができる。発光素子７は、例えば、赤外線ＬＥＤを用いることができる。信号光Ｌ１は、発光素子７の制御回路を有する送信部（光送信部）６によって制御される。送信部６は、発光素子７を明滅させて制御し信号光Ｌ１を照射させる。
【００１１】
信号光Ｌ１は、一定の周波数を有するキャリア周波数Ｃと、所定の発光パターンＰ１を有する疑似雑音（ｐｓｅｕｄｏ  ｎｏｉｓｅ：ＰＮ）信号であるＰＮ符号Ｐが重畳されて照射される。即ち、発光素子７は、キャリア周波数Ｃの発光パターンと所定の発光パターンＰ１が重畳された明滅パターンによって信号光Ｌ１を照射する。キャリア周波数Ｃは、送信キャリア周期発生部３によって生成される。送信キャリア周期発生部３は、キャリア周波数Ｃを重畳部に出力する。ＰＮ符号Ｐは、所定の発光パターンＰ１を有するようにＰＮ符号生成部４によって生成される。ＰＮ符号生成部４は、ＰＮ符号Ｐを重畳部５に出力する。ＰＮ符号の周期（所定の発光パターンＰ１）は、ＰＮ符号発生周期生成部２によって生成される。
【００１２】
ＰＮ符号Ｐの生成には、自己相関特性を持った２進符号を有するＭ系列が使用される。Ｍ系列は、ｎビットのシフトレジスタ（不図示）と１個以上の半加算器（不図示）で構成される論理回路で生成される。Ｍ系列は、周期（ビット長）が２ｎ−１の符号列である。本実施形態では、例えばｎ＝７の１２７ビットのＭ系列を用いることができ（図２参照）、このパターンを用いて発光素子７を明滅することができる。
【００１３】
重畳部５は、ＰＮ符号Ｐと、キャリア周波数Ｃとを重畳し、重畳された信号を制御信号Ｓ１として送信部６に出力する。これにより、送信部６は、制御信号Ｓ１により発光素子７を明滅させ、信号光Ｌ１を照射させることができる。信号光Ｌ１は、対象物Ｇに照射され、反射光Ｌ２となって反射される。反射光Ｌ２は、距離測定装置１の受信側回路Ｂで受信される。反射光Ｌ２は、ＩＲセンサ１４内のレンズＲで受光される。レンズＲの前には所定の波長を通過させるバンドパスフィルタＦが設けられている。バンドパスフィルタＦにより、反射光Ｌ２の受信精度を向上させることができる。受信精度を向上させる方法については後述する。
【００１４】
レンズＲを通過した反射光Ｌ２は、受光素子８で受信される。受光素子８は、例えば赤外線を受信するフォトダイオードを用いることができる。受光素子８は、反射光Ｌ２の受光パターンＰ２を受信部（光受信部）９に出力する。受信部９は、受光パターンＰ２を信号Ｓ２に変換し、反射光Ｌ２の受光パターンＰ２と信号光Ｌ１の発光パターンＰ１との相関を演算する相関演算部１０に出力する。
【００１５】
相関演算部１０には、ＰＮ符号生成部４からもＰＮ符号Ｐの所定の発光パターンＰ１が入力される。これにより、相関演算部１０は、受光パターンＰ２と発光パターンＰ１とが一致している程度を測る一致度を演算する。一致度は、発光パターンＰ１と受光パターンＰ２との明滅パターンを所定の相関演算タイミングのビット毎に比較して演算する（図３参照）。例えば、７ビットのシフトレジスタを用いる場合、１２７個の相関演算タイミング毎に受光パターンＰ２と発光パターンＰ１との一致した明滅を数える（図３参照）。明滅が一致した場合は、
相関値＝前回の相関値＋１    （１）
とする。明滅が不一致の場合は、
相関値＝前回の相関値＋０    （２）
とする。
【００１６】
この場合、受光パターンＰ２と発光パターンＰ１とが全て一致した場合、相関値は１２７となる。一致度は、相関値を１２７で除した値であり、この値が所定の閾値以上である場合は正常に反射光Ｌ２を受信していると判断される。一方、一致度が所定の閾値より小さい場合、何らかの異常が発生していると判断される。相関演算部１０は、一致度を対象物Ｇとの距離を演算する距離演算部１１に出力する。距離演算部１１は、一致度が所定の閾値以上である場合に距離を演算する。距離の演算は、一般的な三角測距を用いることができる。相関演算部１０は、距離の演算結果を車両等の移動体１３に通知する通知部１２に出力する。
【００１７】
通知部１２は、距離の演算結果を移動体１３に通知する。距離演算部１１は、一致度が所定の閾値より小さい場合、距離を演算せず、異常であることを通知部１２に出力する。通知部１２は、異常である旨の故障情報を移動体１３に通知する。上記構成により距離測定装置１は、距離を測定すると同時に異常を検出することができる。上記の手法は、機能安全規格ＩＥＣ６１５０８−７のＡ．６．２  Ｃｏｄｅ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎに該当する故障診断手法である。Ｃｏｄｅ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎとは、入力と出力との情報に冗長な情報を予め付加し、この情報に基づいて入力および出力の回路が正常に動作しているかを監視する手法である。
【００１８】
次に、ＩＲセンサ１４における反射光Ｌ２の受信精度を向上させる手法に付いて説明する。
【００１９】
ＰＳＤ素子を使用して距離を測定する場合、強い光源があるとＩＲセンサ１４の受信精度が低下する。環境光で最も強い光は太陽光である。太陽光の影響を最小限に抑えることができれば距離の測定精度及び故障診断の頑健性を向上させることができる。ここで、太陽光からのエネルギーが弱い波長をＬＥＤの発光波長およびＩＲセンサ１４の受光波長として用いると、太陽光に対する頑健性を向上させることができる。
【００２０】
図４に示されるように、赤外領域Ｑにおいて、地表上に到達する太陽光ｄは、水蒸気（Ｈ２Ｏ）や酸素（Ｏ２）に吸収されてエネルギーが１／２〜１／３となる波長域Ｇ，Ｈが存在し、特に９２５ｎｍ〜９５０ｎｍの領域でエネルギーが弱い。波長域Ｈに使用波長域があるＬＥＤを発光素子７として用いる。さらに、レンズＲの前に配置されるバンドパスフィルタＦには、９４０ｎｍの波長を通すものを用いる（図５参照）。そうすると、距離測定装置１において太陽光の影響を低減しつつ、受信精度を向上させることができる。
【００２１】
以下、距離測定装置１の距離測定および異常検出の処理について説明する。
【００２２】
図６に示されるように、ＰＮ符号生成部４は、ＰＮ符号発生周期生成部２で生成されたＰＮ符号周期に基づいてＰＮ符号Ｐを生成する（Ｓ１００）。重畳部５は、ＰＮ符号Ｐと送信キャリア周期発生部３で生成されたキャリア周波数とを重畳して信号光Ｌ１が明滅する発光パターンＰ１を生成する（Ｓ１０１）。送信部６は、発光パターンＰ１により発光素子７を制御し、発光素子７から信号光Ｌ１を照射する（Ｓ１０２）。受信部９は、反射光Ｌ２を、受光素子８を介して受信する（Ｓ１０３）。相関演算部１０は、反射光Ｌ２の受光パターンＰ２と発光パターンＰ１との相関を評価し一致度を演算する（Ｓ１０４）。
【００２３】
受光パターンＰ２と発光パターンＰ１との一致度が閾値以上の場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、距離演算部１１は、受信データから距離を演算する（Ｓ１０６）。距離演算部１１は、通知部１２に距離を送信する（Ｓ１０７）。受光パターンＰ２と発光パターンＰ１との一致度が閾値より小さい場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、距離演算部１１は、受信データから距離を演算せず、通知部１２が異常を移動体１３に送信する（Ｓ１０８）。移動体１３が走行を継続している場合（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻り処理を継続する。移動体１３が走行を終了した場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、処理を終了する。
【００２４】
上述したように、距離測定装置１によると、異常を検出するためのＰＮ符号Ｐは、信号光Ｌ１に重畳されているため、発光素子７を１個で構成することができ、装置構成を簡略化することができる。そして、距離測定装置１によると、距離測定と異常検出を同時に行うことができる。また、距離測定装置１において、ＩＲセンサ１４は一般的なものが用いられているため、製造コストを低減することができる。さらに、距離測定装置１は、太陽光の照射エネルギーが小さい波長域の光で送受信を行うため、太陽光による影響を低減し、受信精度を向上させることができる。
【００２５】
なお、本発明にかかる距離測定装置１は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。以下の説明では、上記と同様の構成および処理については適宜同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。
【００２６】
図７に示されるように、距離測定装置２０は、距離測定装置１の構成が複数用いられるものであってもよい。距離測定装置２０は、距離測定装置１と同様の構成を有する第１送受信部２０Ａと、第２送受信部２０Ｂとを有する。第１送受信部２０Ａと、第２送受信部２０Ｂとにおいて、それぞれの信号光Ｌ１，Ｌ３と、それぞれの反射光Ｌ２，Ｌ４とによってそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２を演算する。演算されたそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２は、比較器２１で比較される。
【００２７】
比較器２１は、それぞれの距離Ｄ１，Ｄ２の差の絶対値を閾値と比較する。さらに、比較器２１は、第１送受信部２０Ａと、第２送受信部２０Ｂとで演算された相関値Ｋ１，Ｋ２を比較する。比較器２１は、それぞれの距離Ｄ１，Ｄ２の差の絶対値が閾値以内であり、且つ相関値Ｋ１，Ｋ２の差の絶対値が閾値以内である場合には距離Ｄ１，Ｄ２を通知部２２に出力し、それ以外の場合には通知部２２に故障情報を出力する（図８ステップＳ２００〜Ｓ２０２参照）。本手法は、機能安全規格ＩＥＣ６１５０８−７のＡ．１．３  Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒに該当する故障診断手法である。Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒとハードウェアの比較器２１によって周期的または、連続して比較することでそれぞれの演算部である第１送受信部２０Ａと、第２送受信部２０Ｂとの信号の故障検知を行う。
【００２８】
上述したように距離測定装置２０によると、それぞれの演算部である第１送受信部２０Ａと、第２送受信部２０Ｂとの演算結果を比較器２１によって比較することにより、第１送受信部２０Ａと第２送受信部２０Ｂとのそれぞれの故障を別個に診断することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１…距離測定装置  ２…符号発生周期生成部  ３…送信キャリア周期発生部  ４…符号生成部  ５…重畳部  ６…送信部  ７…発光素子  ８…受光素子  ９…受信部  １０…相関演算部  １１…距離演算部  １２…通知部  １３…移動体  １４…センサ  ２０…距離測定装置  ２０Ａ…送受信部  ２０Ｂ…送受信部  ２１…比較器  ２２…通知部  Ａ…送信側回路  Ｂ…受信側回路  Ｃ…キャリア周波数  Ｆ…バンドパスフィルタ  Ｇ…対象物  Ｌ１…信号光  Ｌ１，Ｌ３…信号光  Ｌ２…反射光  Ｌ２，Ｌ４…反射光  Ｐ…ＰＮ符号  Ｐ１…発光パターン  Ｐ２…受光パターン  Ｒ…レンズ  Ｓ１…信号  Ｓ２…信号  
【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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