(57)【要約】      （修正有）【課題】受信信号にノイズが載っているときにも対象物までの距離を測定可能な光測距装置を提供する。【解決手段】接近する対象物に対してレーザパルスを繰り返し送信し対象物からの反射光を受信する信号受信手段と、受信した信号の最大振幅値を所定の閾値と比較する振幅比較手段と、振幅比較手段によりレーザパルス送信前の最大振幅値が閾値より小さいと判断されたときレーザパルスの送信時点と、信号受信手段により受信された受信信号の受信時点から対象物までの距離を計算する距離計算手段と、大きいと判断されたとき、受信信号の周波数特性を検知し、検知された周波数特性に他よりも大きい特定の周波数成分が検知されたとき、この特定の周波数成分を除いた後その出力を受信信号検知手段に入力する特定周波数成分除去手段と、検知されなかったとき、距離計算手段による対象物までの距離計算をせず、閾値より高い最大振幅値に変更する閾値変更手段とを有する。【選択図】図１
2012220466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接近する対象物に対してレーザパルスを繰り返し送信する光送信手段と、
前記対象物からの反射光を受信する信号受信手段と、
この信号受信手段により受信した信号の最大振幅値を所定の閾値と比較する振幅比較手段と、
この振幅比較手段により、前記光送信手段によるレーザパルス送信前の前記最大振幅値が前記閾値より小さいと判断されたとき前記光送信手段により送信したレーザパルスの送信時点と、前記信号受信手段により受信された受信信号の受信時点から前記対象物までの距離を計算する距離計算手段と、
前記振幅比較手段により、前記光送信手段によるレーザパルス送信前の前記最大振幅値が前記閾値より大きいと判断されたとき、前記受信信号の周波数特性を検知し、検知された周波数特性に他よりも大きい特定の周波数成分が検知されたとき、この特定の周波数成分を除いた後その出力を前記受信信号検知手段に入力する特定周波数成分除去手段と、
前記受信信号の検知された周波数特性に他よりも大きい特定の周波数成分が検知されなかったとき、前記距離計算手段による対象物までの距離計算をせず、前記閾値より高い前記最大振幅値に変更する閾値変更手段と、
を有することを特徴とする光測距装置。
【請求項２】
接近する対象物に対してレーザパルスを繰り返し送信する光送信部と、
前記対象物からの信号を受信する信号受信部と、
可変の閾値を出力する閾値設定部と、
前記信号受信部により受信された受信信号の最大振幅値が前記閾値より大か否かを判定する振幅比較部と、
この振幅比較部により、前記光送信手段によるレーザパルス送信前の前記受信信号の最大振幅値が前記閾値より大きいと判断されたとき、前記受信信号の周波数特性を検知する周波数特性検知部と、
前記振幅比較部により、前記光送信手段によるレーザパルス送信前の前記受信信号の最大振幅値が前記閾値より小さいと判断されたとき、前記受信信号の受信時点を検知する受信信号検知部と、
この受信信号検知部により検知された前記受信信号の受信時点と前記光送信部から送信される前記レーザ光の送信時点から前記対象物までの距離を計算する距離計算部と、
前記周波数特性検知部により検知された周波数特性に他よりも大きい特定の周波数成分が検知されたとき、この特定の周波数成分を除いた後その出力を前記受信信号検知部に入力するフィルタ部と、
前記周波数特性検知部により検知された周波数特性に他よりも大きい特定の周波数成分が検知されなかったとき、前記距離計算部による対象物までの距離計算をせず、前記閾値設定部により設定された第１の閾値より高い前記最大振幅値に変更する閾値変更部と、
を有することを特徴とする光測距装置。
【請求項３】
前記フィルタ部は、デジタルフィルタにより構成されることを特徴とする請求項２記載の光測距装置。
【請求項４】
前記周波数特性検知部は、前記受信信号を高速フーリエ変換することにより周波数特性を検知することを特徴とする請求項３記載の光測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、移動する対象物までの距離を光により測定する光測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザパルス信号を移動する対象物に送信し、その反射信号の伝搬遅延時間に基づいて対象物までの距離を測定する距離測定装置は知られている。
【０００３】
この種の装置では反射信号の受信タイミングが重要であり、反射信号が無いときの信号レベルを検知しこれとの比較により受信タイミングを正確に知る光測距装置が知られている。
【０００４】
しかし、光測距装置において、対象物からの反射信号の他にノイズなども受光する可能性があり、その場合には対象物までの距離を誤って測定しまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−５２９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、光測距装置の受信信号にノイズが載っているときにも対象物までの距離を測定可能な光測距装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、接近する対象物に対してレーザパルスを繰り返し送信する光送信手段と、前記対象物からの反射光を受信する信号受信手段と、この信号受信手段により受信した信号の最大振幅値を所定の閾値と比較する振幅比較手段と、この振幅比較手段により、前記光送信手段によるレーザパルス送信前の前記最大振幅値が前記閾値より小さいと判断されたとき前記光送信手段により送信したレーザパルスの送信時点と、前記信号受信手段により受信された受信信号の受信時点から前記対象物までの距離を計算する距離計算手段と、前記振幅比較手段により、前記光送信手段によるレーザパルス送信前の前記最大振幅値が前記閾値より大きいと判断されたとき、前記受信信号の周波数特性を検知し、検知された周波数特性に他よりも大きい特定の周波数成分が検知されたとき、この特定の周波数成分を除いた後その出力を前記受信信号検知手段に入力する特定周波数成分除去手段と、前記受信信号の検知された周波数特性に他よりも大きい特定の周波数成分が検知されなかったとき、前記距離計算手段による対象物までの距離計算をせず、前記閾値より高い前記最大振幅値に変更する閾値変更手段と、を有することを特徴とする光測距装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の構成例を示す図である。
【図２】一実施形態の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図３】送信するレーザパルスと反射信号の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１に一実施形態の光測距装置の構成例を示す。
【００１０】
この光測距装置は、対象物ＯＢに対して一定の周期でレーザパルスを送信するレーザ信号送信部１０と、対象物ＯＢからの光信号を受信し電気信号に変換する電気的処理を行う信号受信部１１と、この電気処理された受信信号を入力端子１２ｉに入力し出力端子１２ａ，１２ｂのいずれかに出力する受信信号スイッチ１２と、このスイッチの出力端子１２ａに接続された受信信号検知部１３と、受信信号スイッチ１２の出力端子１２ｂと上記受信信号検知部１３の間に接続されたデジタルフィルタ部１４と、信号受信部１１から出力される受信信号の最大振幅値を可変の閾値と比較する振幅比較部１６と、レーザパルス送信前の受信信号の最大振幅値が上記閾値より大きいときに当該受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）するＦＦＴ変換部１６と、このＦＦＴ変換された受信信号から他の周波数よりも大きい特定の周波数成分があるか否かを検知する周波数特性検知部１７と、振幅比較部１５に所定の閾値を伝える閾値設定部１８と、この閾値設定部１８の閾値を変更する閾値変更部１９と、レーザ信号送信部１０から送信されたレーザパルスの送信時点と、前記受信信号検知部１３により出力される受信信号の受信時点の時間差から、この装置から上記対象物ＯＢまでの距離を計算する距離計算部２０とを有する。
【００１１】
レーザ信号送信部１０から送信されるレーザパルスが対象物などに反射して返ってくる信号を反射信号という。信号受信部１１には、この反射信号のみならず、他の原因で発生した信号も受信される。そこで、このような信号と上記反射信号を含め信号受信部１１において受信される信号を受信信号という。
【００１２】
受信信号スイッチ１２の出力端子１２ａ，１２ｂは、振幅比較部１５及び周波数特性検知部１７の出力によりいずれかが選択される。振幅値比較部１５において、受信信号の振幅値が閾値設定部１８により設定された閾値より小さいと判断された場合には、その旨の制御信号が受信信号スイッチ１２に送られ、入力端子１２ｉは、出力端子１２ａに接続される。
【００１３】
また、周波数特性検知部１７により、レーザパルス送信前の受信信号に他の周波数成分より大きい特定の周波数成分があることが検知された場合には、受信信号スイッチ１２の入力端子１２ｉは出力端子１２ｂに接続される。このときデジタルフィルタ部１４は、上記特定の周波数成分を遮断する特性のフィルタとされる。
【００１４】
周波数特性検知部１７により特定の周波数成分が検知されなかったときには、距離計算部２０による対象物までの距離の計算を行わず、周波数特性検知部１７は、その最大振幅値を閾値変更部１９に通知し、閾値変更部１９は、閾値設定部１８の閾値を上記最大振幅値に変更させる。
【００１５】
次にこの実施形態の動作を、図２に示すフローチャートに従って説明する。ステップＳ２００で、振幅値比較部１５において、信号受信部１１で受信した信号の最大値振幅値が閾値より大か否かを判定する。受信信号の最大振幅値が閾値より大でない（Ｓ２００；Ｎ）場合には図１に示すレーザ信号送信部１０は、レーザパルスを所定の周期で対象物ＯＢに向けて送信する（ステップＳ２０1）。ステップＳ２０２では、信号受信部１１において対象物ＯＢなどからの信号を受信する。この信号には、対象物だけでなく、その後ろ（背景）の物体などからの反射信号も含まれる。
【００１６】
この場合には、受信信号スイッチ１２の入力端子１２ｉは出力端子１２ａに接続されているので、信号受信部１１で受信した受信信号は、そのまま受信信号検知部１３に入力される。受信信号検知部１３では、受信信号の受信時点を検知し、その信号を距離計算部２０に送る。ステップＳ２０４で、距離計算部２０は受信信号検知部１３からの受信時点と、レーザ信号送信部１０から送られてくるレーザパルスの送信時点から、対象物ＯＢまでの距離を計算する。
【００１７】
図３（ａ）〜（ｃ）に送信されるレーザパルスとその反射信号の関係を示す。図３（ａ）ではノイズ等が発生していない場合を示す。参照番号３１１は送信されるレーザパルスであり、参照番号３２１は受信信号でありま対象物ＯＢからのレーザパルス３１１に対応する反射信号でもある。
【００１８】
この場合には、送信されたレーザパルスの送信時点から閾値Ｌ１を超える受信信号３２１の受信時点までの時間Ｔ１として、この光測距装置から対象物ＯＢの光の往復時間とされ、その距離が求められ、２で割ることにより、両者間の距離が求められる。光測距装置は、対象物ＯＢに近づいていくと、光測距装置と対象物ＯＢ間の距離が近くなる。したがって、レーザパルスが送信されその反射信号を受信すると、レーザパルス３１２に対して、受信信号（反射信号）３２２は、それより前の、受信信号３２１よりも最大振幅が大きくなる。
【００１９】
ここで閾値設定部１９にて設定される閾値Ｌ１について説明する。この閾値Ｌ１は、対象物に対して送信されたパルスレーザに対して、どの程度の強さの反射信号が返ってくるかを考慮して定められる。この実施形態の光測距装置は対象物に対して近づいている。換言すれば対象物が近づいてくるので、反射信号は当然、徐徐に大きくなってくることが前提となる。上述のように、対象物とこの光測距装置の間の距離は徐徐に近くなり、反射信号も徐徐に大きくなっていく。しかし、反射信号は送信されたレーザパルスの振幅値より大きくすることはない。
【００２０】
次に図３（ｂ）に示すようにノイズ３３が頻発している場合を考える。この場合には、レーザパルス３１３を送信する前の受信信号のレベルが、閾値Ｌ１より高くなる場合がある。このような場合にはレーザパルス３１３に対する反射信号３２３の他に、ノイズ３３がこの光測距装置の受信信号として入って可能性がある。
【００２１】
そうすると、送信信号の送信時点からノイズの受信時点までの時間Ｔ３´を対象物との間の光の往復時間と誤って測定するおそれがある。そこで閾値を、最初のＬ１からこの値より大きい最大振幅値Ｌ２に変える。
【００２２】
このように閾値をＬ１からＬ２に変えた直後には、図３（ｃ）に示すように、レーザパルス３１４に対する反射信号３２４の振幅値は閾値Ｌ２に届かないので、反射信号から対象物ＯＢまでの距離を計算することができない。しかし、時間が経つと、光測距装置と対象物の間の距離は小さくなる。したがって、レーザパルス３１５に対して反射信号３２５に示すように、その振幅値は大きくなり、レーザパルス３１５の送信時点と受信信号である反射信号３２５の受信時点の間の時間が測定され、対象物ＯＢまでの距離が計算できる。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、レーザパルス３１１を送信する前には、通常、その受信信号の最大振幅値は閾値Ｌ１より低い。この場合には振幅値比較部１６は、受信信号スイッチ１２の入力端子１２ｉを出力端子１２ａに接続する。受信された信号はそのまま受信信号検知部１３に入力され、ステップＳ２０３に移って受信信号の受信開始時点を検知する。図３（ａ）に示すように、送信パルス信号の送信時点から受信パルス信号の受信時点までの時間Ｔ１を求めて、ステップＳ２０４で、その距離の１／２として対象物ＯＢまでの距離を求めることができる。
【００２４】
ところが、何らかの原因で振幅値の大きいノイズ３３などが生じていると、レーザパルスを送信する前の受信信号の最大振幅値がこの閾値Ｌ１より大きくなってしまう。
【００２５】
閾値設定部１８にて設定されている閾値Ｌ１より反射信号の最大振幅値Ｍが大きいと、振幅比較部１５が判断したとき（Ｓ２００；Ｙ）には、ステップＳ２０５で、レーザ信号送信部１０からレーザパルスを送信し、ステップＳ２０６で信号受信部１１において対象物ＯＢ等からの反射信号を受信する。この場合には、反射信号を含む受信信号をＦＦＴ変換部１６に送る。ステップＳ２０７では、ＦＦＴ変換部１６において上記受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し周波数特性部検知部１７に出力する。
【００２６】
その後ステップＳ２０８で、周波数特性検知部１７は、所定のエネルギーレベルと比較することにより他の周波数よりも大きい特定の周波数成分（エネルギー）があるか否かを検知する。このような周波数成分がある（Ｓ２０８；Ｙ）場合には、デジタルフィルタ部１４はこの特定周波数成分をカットする特性を有するように変えられる。そして、周波数特性検知部１７の制御の下に、受信信号スイッチ１２の入力端子１２ｉは出力端子１２ｂに接続されて信号受信部１１の出力信号は受信信号スイッチ１２を介してデジタルフィルタ部１４に入力される。
【００２７】
デジタルフィルタ部１４は受信信号から上記特定の周波数成分を除いて受信信号検知部１３に送る。受信信号検知部１３では、雑音などの成分が除かれた本来の反射信号を受信することになる。
【００２８】
したがって、受信信号検知部１３では、その受信信号から受信時点を検知し（ステップＳ２０３）、距離計算部２０に送る。距離計算部２０では、レーザ信号送信部１０からの送信信号から送信時点を求め光の往復距離から、この装置から対象物ＯＢまでの距離を計算する（ステップＳ２０４）。
【００２９】
一方、ステップＳ２０８で、他の周波数よりエネルギー成分が大きい特定の周波数が検知されなかったとき（Ｓ２０８；Ｎ）には、閾値を最大振幅値Ｍと同じ第２の閾値Ｌ２に変更する。これは周波数特性検知部１７から閾値変更部１９への制御信号の送信に基づいて、閾値変更部１９が閾値設定部１８に指示して行われる。この後、再びステップＳ２００に戻って振幅値比較部１５は、レーザパルス送信前に受信信号の最大振幅値が閾値より大きいか否かを判定する。その後、ステップ２０５でレーザ送信信号送信部１０は、次のレーザパルスを送信する。
【００３０】
図３（ｃ）に示すように、受信信号に他の周波数より大きい特定の周波数成分がない場合（Ｓ２０８；Ｎ）に閾値を大きくすると、その直後では、反射信号３２４は閾値より小さくなる。しかし、その後には、光測距装置は対象物に近づくので、反射信号３２５は大きくなり変更後の閾値Ｌ２より大きくなって目標物までに距離が計算可能となる。
【００３１】
このようにこの実施形態では、エネルギーの大きい特定の周波数成分が存在する場合には所定時間、対象物までの計算ができないが、このような特定の周波数成分が存在する場合には、当該周波数成分を除去してできるだけノイズの影響を少なくすることができる。したがって、所定時間対象物までの距離を計算できない場合を最小限にすることが可能となる。
【００３２】
上記実施形態では、他の周波数より大きいエネルギーを有する周波数成分を検知するために高速フーリエ変換を行っていた。しかし、他の方法によって大きいエネルギーの周波数成分を求めるようにしてもよい。
【００３３】
上記実施形態では、デジタルフィルタにより特定の周波数成分を除去するようにしていた。しかし他の手段によりそのエネルギーの大きい周波数の成分を除去するようにしてもよい。
【００３４】
上記実施形態では、レーザパルスを送信する前に受信信号の最大振幅値が閾値より大きくなった場合には、その受信信号に他の周波数より周波数成分が大きくなる周波数があるかを検知していた。しかし、受信信号の最大振幅値が閾値より大きくなったとき周波数成分の検知を行わず、その閾値を最大振幅値にするようにしてもよい。このようにしても、対象物までの距離を測定することが可能である。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・・・レーザ信号送信部、
１１・・・・・信号受信部、
１２・・・・・受信信号スイッチ、
１２ｉ・・・・入力端子、
１２ａ，１２ｂ・・・・出力端子、
１３・・・・受信信号検知部、
１４・・・・・デジタルフィルタ部、
１５・・・・振幅比較部、
１６・・・・ＦＦＴ変換部、
１７・・・・周波数特性検知部、
１８・・・・閾値設定部、
１９・・・・閾値変更部、
２０・・・・距離計算部。
【図１】
2012220466.tif 000003
【図２】
2012220466.tif 000004
【図３】
2012220466.tif 000005