(57)【要約】【課題】簡単な構成で、光学部材を覆う窓部材としてのカバー部材に付着した汚れを検出することができる距離測定装置を提供する。【解決手段】ＬＲＦ（１）は、フード（２）に形成された、出射パルス光が当該フード（２）を透過する際に、該出射パルス光の一部が反射して生じる光の発生量が計測領域（Ａ）よりも多い汚れ検出領域（Ｂ）を透過した受信パルス光から当該フード（２）の透過異常状態を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射角度が変化するように回転走査しながら外部に向けて出射パルス光を出射する光出射部と、
上記光出射部を覆うと共に、上記出射パルスが走査される領域に、上記出射パルス光を透過する透過領域が設けられたカバー部材と、
上記出射パルス光が測定対象に反射されて生じた反射光を受信パルス光として受信する光受信部と、
上記出射パルス光が出射されてから上記受信パルス光が受信されるまでの時間差に基づいて上記測定対象までの距離を算出する距離算出部と、を備えた距離測定装置であって、
上記透過領域は、第１透過領域と、上記出射パルス光が上記カバー部材を透過する際に、該出射パルス光の一部が反射して生じる光の発生量が該第１透過領域よりも多い第２透過領域からなり、
上記第２透過領域を透過した受信パルス光から上記カバー部材の透過異常状態を判定する透過異常状態判定部をさらに備えていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
上記距離算出部は、上記第１透過領域に対応する光出射角度の範囲において、測定対象までの距離を算出し、
上記透過異常状態判定部は、上記第２透過領域に対応する光出射角度の範囲において、上記カバー部材の透過異常状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
上記第２透過領域は、上記第１透過領域に隣接して設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
上記第２透過領域は、上記第１透過領域に両側から挟み込まれるように設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項５】
上記第２透過領域は、上記透過領域内に２箇所以上設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項６】
上記第１透過領域は、上記透過領域内に２箇所以上設けられ、
上記第１透過領域の少なくとも一つは、光出射角度１８０度以上に対応する長さ以上の領域に連続して設けられることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項７】
上記第２透過領域は、上記カバー部材の表面に、上記カバー部材の材質よりも出射パルス光の反射率が高い光反射性物質が塗布または貼付されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項８】
上記第２透過領域は、上記カバー部材の表面が粗面化されてなることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射パルスを用いて距離を測定するパルスＴｏＦ（飛行時間、Time Of Flight）方式の距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象に照射パルスを照射し、その照射パルスが照射されてから、照射パルスに基づく測定対象からの散乱反射光（受光パルス）が受光されるまでの時間差に基づいて、測定対象までの距離を算出するパルスＴｏＦ方式を用いた距離測定装置が広く実用化されている。
【０００３】
ところで、通常、パルスＴｏＦ方式の距離測定装置では、光学部材等を保護するために、当該光学部材を納めた筐体に透明な窓部材が設置され、この透明な窓部材を介してパルス光の受発光を行うことで距離測定を行っている。このため、透明な窓部材に埃、泥等の汚れが付着すると、汚れからの反射光が受光パルスに影響するため距離計測値に誤差が発生し、最悪の場合、距離計測不能に陥ってしまうという問題が生じる。
【０００４】
そこで、透明な窓部材に付着した汚れを検出する技術が種々提案されている。
【０００５】
例えば、例えば特許文献１には、装置内部の走査角の最端部の位置に反射板を設け、投射光の一部がこの反射板で反射した後、窓を照射透過することで、窓表面で散乱反射して受光部に入る光のレベルがしきい値を超えた場合に汚れが付着したと判断する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、窓部に付着してレーザ光の透過を抑制する異物が当該窓部に照射されるレーザ光の面積よりも大きく付着する場合に、当該異物にて反射された反射光の光量および検出時間を異物反射光量および異物反射時間とし、光検出手段により検出時間が上記異物反射時間に相当する時間にて検出される反射光のうち、その光量が上記異物反射光量より低く設定された第１閾値以上であり上記異物反射光量より高く設定された第２閾値未満である反射光を窓に付着した異物からの反射光であると判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２１１０８号公報（１９９７年８月１５日公開）
【特許文献２】特開平２０１１−１２８１１２（２０１１年６月３０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１，２によれば、窓に付着した異物（汚れ）を検出することができるものの、以下のような問題を有している。
【０００９】
特許文献１では、装置内部に反射板のような異物を設けると、発光部からの漏れ光の一部が反射板に当たり、受光部に入る迷光が増加する虞がある。また、反射板のシビアな位置調整が必要となる。
【００１０】
また、特許文献２では、同軸光学系の場合、迷光と信号光の強度レベルおよび時間領域がオーバーラップしているので、汚れ（異物）にはかからず近距離物体にのみかかるような最適なしきい値を設定することが困難である。さらに、異物が反射率の高い材質の場合、しきい値を高くしても誤検出してしまう虞があり、逆にしきい値を高くしすぎると、近距離の低反射率の物体が検出できない虞がある。
【００１１】
本発明は、上記の各問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、簡単な構成で、光学部材を覆う窓部材としてのカバー部材に付着した汚れを精度よく検出することができる距離測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る距離測定装置は、光出射角度が変化するように回転走査しながら外部に向けて出射パルス光を出射する光出射部と、上記光出射部を覆うと共に、上記出射パルスが走査される領域に、上記出射パルス光を透過する透過領域が設けられたカバー部材と、上記出射パルス光が測定対象に反射されて生じた反射光を受信パルス光として受信する光受信部と、上記出射パルス光が出射されてから上記受信パルス光が受信されるまでの時間差に基づいて上記測定対象までの距離を算出する距離算出部と、を備えた距離測定装置であって、上記透過領域は、第１透過領域と、上記出射パルス光が上記カバー部材を透過する際に、該出射パルス光の一部が反射して生じる光の発生量が該第１透過領域よりも多い第２透過領域からなり、上記第２透過領域を透過した受信パルス光から上記カバー部材の透過異常状態を判定する透過異常状態判定部をさらに備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、簡単な構成で、光学部材を覆う窓部材としてのカバー部材に付着した汚れを精度よく検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は実施形態１に係るレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）はその距離測定範囲を説明するための斜視図である。
【図２】上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の回路構成を示す回路図である。
【図３】上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）による汚れ検出の原理を説明するための図である。
【図４】図３に示すレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）による汚れの検出時の発光パルス及び受光パルスを示し、（ａ）は測定対象が遠距離にある場合の発光パルス及び受光パルスを示し、（ｂ）は測定対象が近距離にある場合の発光パルス及び受光パルスを示す波形図である。
【図５】上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の計測領域と汚れ検出領域とを説明するための図である。
【図６】（ａ）は、上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）のカバー部材の汚れ検出領域を示す図である。
【図７】図６に示すレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）による汚れの検出時の発光パルス及び受光パルスを示し、（ａ）は計測領域を透過した発光パルス及び受光パルスの波形を示し、（ｂ）は汚れ検出領域を透過した発光パルス及び受光パルスの波形を示している。
【図８】図６に示すレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）における迷光レベルと、回転走査角度との関係を示すグラフである。
【図９】図６に示すレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）による汚れ判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は実施形態２に係るレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）はその距離測定範囲を説明するための平面図である。
【図１１】図１０に示すレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）により汚れ判定処理の結果をホストＰＣによって表示した一例を示す図である。
【図１２】（ａ）は実施形態３に係るレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）はその距離測定範囲を説明するための斜視図である。
【図１３】実施形態４に係るレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔実施形態１〕
本発明の実施の形態について、以下に説明する。なお、本実施形態では、本発明の距離測定装置としてレーザレンジファインダ（以下、「ＬＲＦ」という）の例について説明する。
【００１６】
（ＬＲＦ１の概略説明）
図１の（ａ）はＬＲＦ１の断面を示し、図１の（ｂ）はＬＲＦ１の距離測定範囲を示している。
【００１７】
ＬＲＦ１は、ＴｏＦ（Time Of Fright）方式の距離計測装置であり、発光パルス光（出射パルス光）と受光パルス光（受信パルス光）の時間差から距離を計測（算出）するようになっており、図１の（ａ）に示すように、発光素子（光出射部）１１、光学部材１２、受光素子（光受信部）１３、モータ１４、シャフト１５、発光回路１６、受光回路１７、プロセッサ基板（距離算出部）１８、その他の部材（図示せず）で構成されており、これらがフード（カバー部材）２、及び、筐体３の中に収められている。なお、筐体３には、フード２に汚れを付着したこと、すなわち透過異常状態を検出したことを示す汚れ付着インジケータ２０が設けられている。
【００１８】
フード２は、赤外線を透過し可視光を遮断する樹脂材料で作製された略円筒形の部材であり、発光パルス光（図中の太破線：以下、発光パルスと称する）、及び、受光パルス光（図中の細破線：以下、受光パルスと称する）を透過する一方で、太陽光などの外乱光の入射を防止する役割を有する。また、フード２は、内部の発光素子１１、光学部材１２、受光素子１３、モータ１４などへの異物の付着を防止する役割も有する。
【００１９】
発光素子１１は、赤外パルス半導体レーザであり、外部から入力された駆動パルス信号に応じて、パルス幅が数ｎｓ〜数１０ｎｓ、出力が数Ｗ程度のパルス光を発光パルスとして出力する。
【００２０】
光学部材１２は、複数のミラー、レンズおよび遮光筒などによって構成されており、発光素子１１からの光を外部に送出し、また外部からの光を受光パルスとして受光素子１３に導くようになっている。
【００２１】
具体的には、光学部材１２は、発光素子１１から遮光筒１２ｄを通して出力されたパルス光（発光パルス）をフード２側に反射させる立上げミラー１２ａと、立上げミラー１２ａによって立ち上がったパルス光をフード２の外部に存在する計測対象物（測定対象）１０１に反射する反射ミラー１２ｂと、計測対象物１０１にて反射したパルス光（受光パルス）を、フード２内に設けられた遮光筒１２ｅを通して反射ミラー１２ｂによって受光素子１３側に反射させ、当該受光素子１３にパルス光を集光させる受光レンズ１２ｃとを含んでいる。
【００２２】
受光素子１３は、ＰＩＮ型フォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードであり、外部の計測対象物で散乱反射されて返ってくるパルス光（反射光）を受光し、電流パルス信号に変換することができる。
【００２３】
モータ１４は、反射ミラー１２ｂを含む光学部材１２の一部にシャフト１５を介して接続されており、それら光学部材１２を、Ｚ軸を中心に回転させることができる。これにより、発光素子１１から出る発光パルス光の方向を変化させ、図１の（ｂ）に示すように、水平面内を走査させることができる。ここで、ＬＲＦ１の前後方向をＹ軸（Ｙ−Ｙ’軸）、左右方向をＸ軸（Ｘ−Ｘ’軸）、さらに上下方向をＺ軸（Ｚ−Ｚ’軸）と定義する。
【００２４】
発光回路１６は、発光素子１１が実装されており、当該発光素子１１を発光させるための回路であり、プロセッサ基板１８によって駆動制御されている。
【００２５】
受光回路１７は、受光素子１３が実装されており、当該受光素子１３が出力する電流パルス信号を時間−デジタル変換して１連の距離データにまとめる回路であり、プロセッサ基板１８によって駆動制御されている。
【００２６】
プロセッサ基板１８は、発光回路１６、受光回路１７と相互にハーネスによって接続されている。プロセッサ基板１８の詳細は後述する。
【００２７】
上記構成のＬＲＦ１は、例えば自律移動ロボットの内部に設置され、ロボットを制御するホストＰＣと電気的に接続されている。ＬＲＦ１は、ホストＰＣと通信を行い、ホストＰＣの制御コマンドに応じて計測を行い、計測データをホストＰＣに送信するようになっている。
【００２８】
（ＬＲＦ１の回路構成）
図２は、ＬＲＦ１の回路構成を示しており、これら回路の構成要素は、複数の回路基板に分割して実装されている。
【００２９】
ＬＲＦ１のプロセッサ基板１８は、図２に示す制御部１８ａ、ＴＤＣ演算部１８ｂ、汚れ判定部（透過異常状態判定部）１８ｃ、集計部１８ｄを含んでいる。
【００３０】
制御部１８ａは、モータ１４、発光回路１６、受光回路１７に駆動のための信号を送信する。これにより、発光回路１６は、発光素子１１からパルス光を発光パルスとして出射させる。発光パルスは、光学部材およびフードを経由して外部に出力される。このとき、同時にモータ１４は、光学部材１２を回転させ、発光パルスの出射方向を水平面内で変化させる。つまり、光出射角度が変化するように回転走査しながら外部に向けて出射パルス光を出射する光出射部を御構成している。その結果、図１（ａ）に示すように、水平面内にある計測対象物１０１に発光パルスを投射することができる。
【００３１】
なお、本実施形態のＬＲＦ１は、正面を０ｄｅｇとして、−１３５ｄｅｇから＋１３５ｄｅｇまでの角度範囲にある計測対象物１０１を計測できるように設計されている。
【００３２】
計測対象物１０１に到達してその表面で散乱反射した光の一部は、受光パルスとしてフード２、光学部材１２を経由して受光素子１３に到達し、電流パルス信号に変換される。受光素子１３に接続されている受光回路１７は、ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）、アンプ、コンパレータで構成されており、それぞれ電流-電圧変換、増幅および２値化を行う。なお、コンパレータに入力されるしきい値は、制御部１８ａ内部のメモリから読み出される。
【００３３】
２値化された受光パルスは、ＴＤＣ演算部１８ｂに送信される。同様に、発光回路１６に入力される発光パルスもＴＤＣ演算部１８ｂに送信される。
【００３４】
ＴＤＣ演算部１８ｂでは、その２つの２値化信号（受光パルス、発光パルス）の時間差をデジタル値に変換して、汚れ判定部１８ｃ及び集計部１８ｄに出力する。
【００３５】
汚れ判定部１８ｃは、受信したデジタル値からフード２の汚れを判定する。汚れ判定部１８ｃによるフード２の汚れ判定の詳細については後述する。
【００３６】
集計部１８ｄは、受信したデジタル値を距離に変換した後、モータ１回転（１周分）のデータとしてまとめて蓄えておき、ユーザの求めに応じてホストＰＣに出力する。
【００３７】
（フードに付着する汚れの影響）
図３は、フードに付着する異物（汚れ）の影響を説明するための図である。図４は、フードに汚れが付着した場合と、汚れが付着していない場合とにおける発光パルス及び受光パルスを示し、（ａ）は計測対象物１０１が遠距離にある場合、（ｂ）は計測対象物１０１が近距離にある場合の発光パルス及び受光パルスを示す。
【００３８】
フードは、上述のように、内部の部材（光学部材やモータ等）の保護のために設置されているが、ＬＲＦの使用中にホコリや砂、泥などの異物（汚れ）が付着すると、図３に示すようにその異物で散乱反射した光（図中の破線の矢印）も受光部に返るため、計測対象物を計測する際の誤差となってしまう。
【００３９】
図４の（ａ）に示すように、計測対象物が遠距離であれば、汚れによる受光パルスと計測対象物による受光パルスの位置が異なるので、時間差を手掛かりに両者を分離することは可能である。しかし、図４の（ｂ）のように計測対象物がフードに近い近距離の場合は、両パルスが重なり合うので、互いに分離できない。
【００４０】
反射率の高い物体から帰ってくる光の強度は強く、受光回路を経て出力される２値化後の受光パルス信号のパルス幅は大きい。一方、反射率の低い物体から得られる受光パルス信号のパルス幅は狭い。従って、図４の（ｂ）のような状態では、フードが汚れていて反射率の低い物体が近距離にある状態と、フードに汚れがなく反射率の高い物体が近距離にある状態とが区別できないことになる。
【００４１】
ＬＲＦで計測する計測対象物やフードに付着する汚れの反射率はまちまちであり、広い範囲に分布するので、受光パルスのパルス幅もそれらの反射率によって大きく変動する。そのため、パルス幅を手掛かりにフードの汚れのあり／なしを判別することも難しい。
【００４２】
以上のことから、フードに汚れが付着した状態で計測を行った場合、汚れによる計測誤差を事後的に取り除くことは不可能であることが分かる。従って、フードに汚れが付着していることを何らかの方法で事前に検出する手段および検出結果使用者に通知する手段が必要になる。
【００４３】
上記の問題を解決するために、本実施形態のＬＲＦ１では、フード２の特定の領域に微小な「汚れ検出領域」を設けている。
【００４４】
（フード２の計測領域及び汚れ検出領域）
図５は、計測領域と汚れ検出領域とを説明するための図である。図６の（ａ）は、ＬＲＦ１の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したＬＲＦ１のフード２の汚れ検出領域を示す図である。
【００４５】
上記フード２の出射パルスが走査される領域に設けられた、上記出射パルス光を透過する透過領域は、図５に示すように、計測領域（第１透過領域）Ａと、上記出射パルス光が上記フード２を透過する際に、該出射パルス光の一部が反射して生じる光の発生量が該計測領域よりも多い汚れ検出領域（第２透過領域）Ｂからなる。
【００４６】
本実施形態において、汚れ検出領域Ｂは、図５に示すように、計測角度範囲の両端、即ち正面を０ｄｅｇ、反時計回りを正方向としたときに−１３５ｄｅｇおよび＋１３５ｄｅｇ付近に、約０．１ｍｍ（角度で約０．２５ｄｅｇ相当）程度の幅で形成されている。このように汚れ検出領域Ｂの幅を可能な限り小さくして計測領域Ａの両岸に配置（図６の（ａ））することで、計測領域Ａを可能な限り大きくとるとともに、計測領域Ａの信号へ及ぼす影響を最小限に抑えることができる。また、汚れ検出領域Ｂを１か所ではなく複数箇所（本実施形態では２箇所）設けることで、ノイズや他の障害物による誤検出のリスクを減らし、確実に汚れを検出することができる。
【００４７】
なお、距離の計測を適切に行うためには、計測領域Ａは、光出射角度１８０度以上に対応する長さ以上の領域に連続して設けられていることが好ましい。
【００４８】
汚れ検出領域Ｂは、本実施形態では、フード２内側表面の透過率を他の領域（計測領域Ａ）よりわずかに低下させて、迷光レベルが他の通常領域よりも若干高くなるように形成されている。これにより、汚れ検出領域Ｂでは、出射パルス光が上記フード２を透過する際に、該出射パルス光の一部が反射して生じる光の発生量が計測領域Ａよりも多くなる。
【００４９】
汚れ検出領域Ｂは、計測領域Ａに隣接して設けられているのが好ましく、さらに、計測領域Ａに両側から挟み込まれるように設けられているのが好ましい。
【００５０】
本実施形態では、汚れ検出領域の透過率の変化は、「レーザ加工による粗面化」で行う。予めフード２内側表面に、レーザ加工により図６の（ｂ）に示すような微細なドットパターンが形成され、その部分だけ表面の散乱反射率がわずかに高くなるようにしている。レーザ加工を用いることで、フード２内側表面の微小な領域の透過率を高精度に制御し、微細な汚れ検出領域を形成することができるという利点がある。
【００５１】
なお、汚れ検出領域の形成は、上述の手法以外に「機械的研磨」「薬剤によるエッチング」「めっき」「コーティング剤の塗布」「異種部材の貼付」「フード２の材質よりも出射パルス光の反射率が高い光反射性物質の塗布または貼付」などの方法でも可能である。必要に応じてそれらのいずれかの手法で行っても良い。
【００５２】
（フード２の汚れ検出原理）
図７の（ａ）は計測領域、（ｂ）は汚れ検出領域のパルスを示す。
【００５３】
図８は、ＬＲＦ１における迷光レベルと、回転角度（回転走査角度）との関係を示す。
【００５４】
本実施形態におけるＬＲＦ１では、当該ＬＲＦ１の組立調整工程において、汚れ検出領域Ｂの迷光レベルが計測しきい値よりもわずかに低いレベルとなるように、図７の（ｂ）に示すように、計測しきい値（Ｖｔｈ_0）を調整する工程を加えている。
【００５５】
ＬＲＦ１の光学系（光学部材１２など）では、可能な限り迷光を低減するよう光学設計を工夫し、遮光筒１２ｄ、１２ｅを設けて迷光を遮断したりしているが、それでもごく微小な迷光成分が残っている。この迷光成分は、例えば遮光筒１２ｄ、１２ｅのわずかな隙間の大きさや発光パルス光の光路が回転角に応じて変化することにより、回転角に依存して変動する特性がある。
【００５６】
先に述べたように、フード２内側表面の汚れ検出領域Ｂは、他の領域（計測領域Ａ）よりも散乱反射率をわずかに高めているので、他の領域よりも迷光の信号がやや大きくなる。
【００５７】
もし汚れ検出領域Ｂを設けず、しきい値を計測領域の迷光レベルよりもわずかに高いＶ_ｔｈ１のレベルに設定すると、回転角度に応じた迷光量の変動やその経時変化が影響して、Ｖ_ｔｈ１のレベルを上回ることがあり得る。その場合、しきい値を超えたのが迷光量の変動によるものなのか汚れによるものなのか、判別するのが非常に困難となる。
【００５８】
これに対し、計測領域Ａよりも迷光レベルを意図的に高めた汚れ検出領域Ｂを別に設け、しきい値を素の迷光レベルよりも若干高いＶ_ｔｈ０のレベルにすると、計測領域Ａの迷光の変動範囲よりも十分高いレベルであるので、迷光成分の経時変化があったとしても、このしきい値を容易には上回らないことになる。フード２の汚れ検出領域Ｂに汚れが付着した場合においてのみ、図７の（ｂ）に示すように、しきい値Ｖ_ｔｈ０を超え、図７の（ａ）に示すように、計測領域Ａではしきい値Ｖ_ｔｈ０を超えないので、迷光量の変動ではなくフード２の汚れであるということを明らかに判別することができる。
【００５９】
実際の組立調整工程では、汚れ検出領域Ｂでの迷光レベルを実測し、それよりもわずかに大きな値としてしきい値Ｖ_ｔｈ０を決定して、ＬＲＦ１の制御部１８ａ内に存在する不揮発性のメモリに記憶させる。ＬＲＦ１の動作時には、制御部１８ａが起動直後にメモリに記憶された値を読み出し、その値を受光回路１７内のコンパレータのしきい値として設定する。
【００６０】
（フード２の汚れ検出動作）
図９は、フード２の汚れ検出動作の処理の流れを示すフローチャートである。なお、本実施形態に係るＬＲＦ１では、計測中に毎回汚れ判定を行うものとする。
【００６１】
まず、ＬＲＦ１は電源投入後、モータが一定の回転速度で回転して距離計測を行う。回転角が２か所の汚れ検出領域Ｂのいずれかに達すると、計測モードから汚れ判定モードに移行する。ここで、汚れ判定モードが開始される。
【００６２】
汚れ判定モードでは、まず、しきい値以上の信号が存在するか否かを判定する（Ｓ１１）。具体的には、汚れ判定モードが開始されると、汚れ検出領域Ｂで計測された受光パルス信号がＴＤＣ演算部１８ｂに入り、その演算結果が通常の集計部１８ｄとは異なる汚れ判定部１８ｃに入力される。汚れ判定部１８ｃでは、あらかじめ定められたフード２の位置に相当する時間領域に、しきい値を超える信号が存在するかどうかを確認し、しきい値を超える信号がある場合は汚れありという判定を行う。
【００６３】
Ｓ１１において、しきい値以上の信号が存在していると判定（ＹＥＳ）されれば、汚れ付着のフラグ＋１にする（Ｓ１２）。一方、Ｓ１１において、しきい値以上の信号が存在していないと判定（ＮＯ）されれば、汚れ付着のフラグが１以上の場合は、当該フラグを−１にする。
【００６４】
そして、上記のフラグがしきい値Ｎ_ｔｈ（回）以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。ここでは、ノイズや計測誤差の影響を抑えるため、連続して複数回（本実施形態ではＮ_ｔｈ回：実際には、数回から数十回程度）以上信号が存在する場合（ＹＥＳ）にのみ「汚れあり」と判定する（Ｓ１５）。
【００６５】
汚れありと判定された場合、汚れ判定部１８ｃは図１の（ａ）に示すＬＲＦ１の筐体３に設けられた汚れ付着インジケータ２０を点滅させ（Ｓ１６）、使用者にフード２が汚れていることを知らせる。使用者がフードの汚れを除去し、汚れ検出領域の受光信号がしきい値を下回ったことが確認されると、汚れ判定部１８ｃは汚れ付着インジケータ２０を消灯させる。
【００６６】
一方、Ｓ１４において、フラグがしきい値Ｎ_ｔｈ以上でない、すなわち、しきい値以上の信号の存在が連続してＮ回以上でないと判定（ＮＯ）されれば、汚れなしと判定する（Ｓ１７）。
【００６７】
汚れなしと判定された場合、汚れ判定部１８ｃは図１の（ａ）に示すＬＲＦ１の筐体３に設けられた汚れ付着インジケータ２０が点灯していれば、消灯させ（Ｓ１８）、汚れ判定モードを終了し、通常の計測モードに移行する。
【００６８】
なお、このような汚れ検出領域Ｂでの汚れ判定は、計測中に毎回実施しても良いし、Ｎ回転ごと、もしくはＮ分（Ｎ時間）ごとに定期的に実施しても良い。さらに、汚れの付着頻度がそれほど高くない場合は、起動直後に１回だけ実施する方式とすることも可能である。
【００６９】
本実施形態では、汚れ検出領域Ｂを、図５に示すように、計測角度範囲の両端（２箇所）に設けられている例について説明したが、以下の実施形態２では、汚れ検出領域Ｂを３箇以上設けた例について説明する。
【００７０】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７１】
図１０の（ａ）は、ＬＲＦ２１の概略構成斜視図を示し、（ｂ）はＬＲＦ２１の計測領域と汚れ検出領域とを説明するための図である。
【００７２】
本実施形態に係るＬＲＦ２１は、図１０の（ａ）に示すように、前記実施形態１のＬＲＦ１のフード２、筐体３とほぼ同じ機能を有する、フード２２及び筐体２３を備えているが、フード２２はフード２と異なり、汚れ検出領域Ｂを計測領域Ａの両端だけでなく中央部分にも複数箇所設けている。具体的には、図１０の（ｂ）に示すように、４５°刻みで７箇所に汚れ検出領域Ｂ１〜Ｂ７を設けている。
【００７３】
計測領域Ａによる計測中に汚れ検出領域Ｂに到達すると、前記実施形態１と同様の汚れ判定処理を行う。つまり、汚れが付着していると判断された場合は、筐体２３に設けられた汚れ付着インジケータ２０を点灯させて使用者に清掃を促す。
【００７４】
さらに、本実施形態では、図１１に示すように、ＬＲＦ２１における汚れ判定処理の結果を計測データと一緒にホストＰＣに送信するようになっている。ホストＰＣの端末画面では、汚れ検出領域Ｂ１〜Ｂ７のいずれの領域で汚れが付着していると判定されたかを表示するため、フード２２全体の中でどの位置に汚れが付着しているか、大まかな場所を特定することができる。
【００７５】
使用者は、ホストＰＣの端末画面に表示された汚れの有無とその場所に関する情報を参考にして清掃を行うようにすればよいため、フード２２の汚れを効率的に除去することができる。
【００７６】
本実施形態では、前記実施形態１と異なり、多数（３箇所以上）の汚れ検出領域Ｂを設けることで、汚れの大まかな場所まで特定できるという利点がある。一方で、計測角度範囲の両端以外（正面や真横など）でも汚れ判定処理を行うため、その分計測可能な角度範囲が減少するという欠点がある。この欠点を補うために、例えば正面の計測角度における距離データを、その両隣の計測点の数値から補間して求めるようにすればよい。
【００７７】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１，２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７８】
図１２の（ａ）は、ＬＲＦ３１の概略構成斜視図を示し、（ｂ）はＬＲＦ３１の計測領域と汚れ検出領域とを説明するための図である。
【００７９】
本実施形態に係るＬＲＦ３１は、図１２の（ａ）に示すように、前記実施形態１のＬＲＦ１のフード２、筐体３とほぼ同じ機能を有する、フード３２及び筐体３３を備えているが、図１２の（ｂ）に示すように、３次元走査を可能としている。つまり、前記実施形態１，２では、走査はＸ軸方向及びＹ軸方向で示される２次元領域であったが、本実施形態では、さらにＺ軸方向にも走査を行うようにしている。具体的には、光学部材の一部を動かすモータを２軸アクチュエータに変更しており、水平面周りの回転動作に加えて、上下方向の往復動作を行うことができるようにしている。
【００８０】
このように、回転動作と上下方向の往復動作を同時に行いながら計測することで、図１２の（ｂ）に示すように円柱状の３次元領域内すべてを計測対象とすることができる。
【００８１】
本実施形態では、フードの内側表面の散乱反射率をわずかに高めた汚れ検出領域Ｂ１，Ｂ２を、図１２（ａ）に示すように、上下２箇所に設ける。
【００８２】
２軸アクチュエータを動作させて発光光パルスの走査方向を変えながら計測している最中に、走査方向が汚れ検出領域Ｂ１またはＢ２の位置に到達すると、前記実施形態２と同様の手順で汚れ判定を行う。
【００８３】
汚れが存在すると判定されれば、ＬＲＦ３１の筐体３３に設けられた汚れ付着インジケータ２０を点滅させ、必要に応じてホストＰＣ（図示せず）に汚れの有無とその大まかな位置に関する情報を送信する。
【００８４】
使用者は、汚れ付着インジケータもしくは端末画面に表示された汚れの有無とその場所に関する情報を参考にして清掃を行い、フードの汚れを除去することができる。
【００８５】
このように、前記実施形態１〜３で説明したＬＲＦ１、２１、３１は、フード２、２２、３２に汚れが付着したことを汚れ付着インジケータ２０によって使用者に知らせるまでの装置であり、フードに付着した汚れを除去するのは使用者である。
【００８６】
以下の実施形態４では、フードに汚れが付着したと検出したときに、当該フードに付着した汚れを自動で除去することのできるＬＲＦについて説明する。
【００８７】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８８】
本実施形態では、比較的粉塵の多い屋外環境で、かつメンテナンスが困難な遠隔地にＬＲＦ１を設置した例について説明する。そのため、本実施形態では、ＬＲＦ１に汚れを自動で除去する機能（汚れ自動除去装置）を設けた例について説明する。なお、図示しないが、ＬＲＦ１は、ホストＰＣが接続されており、使用者は当該ホストＰＣを用いて遠隔操作できるようになっている。
【００８９】
本実施形態に係るＬＲＦ１のフード２は、防汚コーティングが施されているため、汚れが付着しにくくなっているが、それでも汚れが付着し、計測に影響がでる状態になった場合、ホストＰＣの端末画面にその旨を表示すると共に、汚れ自動除去装置を作動させる。
【００９０】
図１３は、前記実施形態１で説明したＬＲＦ１に、フード２に付着した汚れを除去するための汚れ自動除去装置を設けた例を示している。
【００９１】
上記汚れ自動除去装置は、図１３に示すように、周囲の空気を圧縮するためのエアコンプレッサ４１、圧縮空気４４を蓄えるためのタンク４２、圧縮空気４４をフード表面に吹き付けるための複数のノズル４３からなる。
【００９２】
ＬＲＦ１による汚れ検出動作によりフード２に汚れが付着しことが検出されたとき、上記汚れ自動除去装置による汚れ除去動作が実行される。汚れ除去動作時は、エアコンプレッサ４１で空気を圧縮してタンク４２に貯蔵し、所定のタイミングでノズル４３によってフード２に高圧の圧縮空気４４を吹き付ける。
【００９３】
上記汚れ除去動作により、フード２に対して圧縮空気４４を数回の吹き付けを行った後、ＬＲＦ１による再度汚れ検出動作が行われ、フード２に汚れが付着しているか否かを確認する。つまり、汚れが取れたかどうかを確認する。
【００９４】
なお、数回から数十回の圧縮空気４４の吹き付けでもフード２に付着した汚れが除去されない場合は、ＬＲＦ１からの信号を受信するホストＰＣに対して、ＬＲＦ１の異常を知らせる情報を送り、使用者にＬＲＦ１の異常を知らせるようにしてもよい。
【００９５】
上記構成の汚れ自動除去装置を搭載したＬＲＦ１によれば、使用者が手作業で対応しなくても自動で大抵の汚れを除去することができる。そのため、遠隔地の屋外に設置した場合のメンテナンスの手間を省くことができる。
【００９６】
なお、付着しうる汚れの種類に応じて、圧縮空気の代わりに高圧水／温水／洗浄液などを吹き付ける機能を持たせる構成であってもよい。
【００９７】
〔ソフトウェアによる実現例〕
ＬＲＦ１、２１、３１の制御ブロック（特にプロセッサ基板１８を構成している制御部１８ａ、ＴＤＣ演算部１８ｂ、汚れ判定部１８ｃ、プロセッサ基板１８ｄ）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００９８】
後者の場合、ＬＲＦ１、２１、３１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【００９９】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る距離計測装置は、光出射角度が変化するように回転走査しながら外部に向けて出射パルス光を出射する光出射部（発光素子１１）と、上記光出射部（発光素子１１）を覆うと共に、上記出射パルスが走査される領域に、上記出射パルス光を透過する透過領域が設けられたカバー部材（フード２、２２、３２）と、上記出射パルス光が測定対象（計測対象物１０１）に反射されて生じた反射光を受信パルス光として受信する光受信部（受光素子１３）と、上記出射パルス光が出射されてから上記受信パルス光が受信されるまでの時間差に基づいて上記測定対象までの距離を算出する距離算出部（プロセッサ基板１８）と、を備えた距離測定装置（ＬＲＦ１、ＬＲＦ２１、ＬＲＦ３１）であって、上記透過領域は、第１透過領域（計測領域Ａ）と、上記出射パルス光が上記カバー部材（フード２、２２、３２）を透過する際に、該出射パルス光の一部が反射して生じる光の発生量が該第１透過領域（計測領域Ａ）よりも多い第２透過領域（汚れ検出領域Ｂ）からなり、上記第２透過領域（汚れ検出領域Ｂ）を透過した受信パルス光から上記カバー部材の透過異常状態を判定する透過異常状態判定部（汚れ判定部１８ｃ）をさらに備えている。
【０１００】
上記の構成によれば、カバー部材に設けられた、出射パルス光を透過する透過領域が、第１透過領域と、上記出射パルス光が上記カバー部材を透過する際に、該出射パルス光の一部が反射して生じる光の発生量が該第１透過領域よりも多い第２透過領域とからなり、この第２透過領域を透過した受信パルス光からカバー部材の透過異常状態を判定している。
【０１０１】
通常、カバー部材に設けられた、出射パルス光を透過する透過領域では、埃などの異物が汚れとして付着した場合、汚れが付着した領域では出射パルス光の一部が反射して生じる光（迷光）の発生量が多くなる。
【０１０２】
このため、第１透過領域と第２透過領域に汚れが付着した場合、両領域ともに迷光の発生量が多くなるが、第２透過領域は元々第１透過領域に比べて迷光の発生量が多いため、より多くの迷光が発生することになる。
【０１０３】
従って、第２透過領域における迷光の発生量に着目すれば、カバー部材の透過領域に汚れが付着したか否かの検出、つまり受信パルス光から上記カバー部材の透過異常状態の判定を正確に行うことができる。
【０１０４】
このように、カバー部材の透過領域に、距離の計測用の透過領域（第１透過領域）とは別に汚れ検出用の透過領域（第２透過領域）を設けるといった簡単な構成で、光学部材を覆う窓部材としてのカバー部材に付着した汚れを精度よく検出することができるという効果を奏する。
【０１０５】
本発明の態様２に係る距離計測装置は、上記態様１において、上記距離算出部（プロセッサ基板１８）は、上記第１透過領域（計測領域Ａ）に対応する光出射角度の範囲において、測定対象（計測対象物１０１）までの距離を算出し、上記透過異常状態判定部（プロセッサ基板１８ｃ）は、上記第２透過領域（汚れ検出領域Ｂ）に対応する光出射角度の範囲において、上記カバー部材（フード２）の透過異常状態を判定するようにしてもよい。
【０１０６】
上記の構成のように、第１透過領域では通常の距離測定を行い、第２透過領域では通常の距離測定を行わずに専ら透過異常状態の判定を行うように、各領域における役割分担を明確にすることが好ましい。
【０１０７】
本発明の態様３に係る距離測定装置は、上記態様１または２において、上記第２透過領域（汚れ検出領域Ｂ）は、上記第１透過領域（計測領域Ａ）に隣接して設けられていてもよい。
【０１０８】
上記の構成によれば、汚れを検出するための第２透過領域が、距離を測定するための第１透過領域に隣接して設けられていることで、第１透過領域にできるだけ近い位置で透過異常状態の判断を行うことができる。これにより、第１透過領域で迷光が検出されて測定に誤差が生じるよりも前に、カバー部材の汚れを検知することが可能となる。
【０１０９】
ここで、カバー部材の光パルスが走査される線状（輪状）の領域の一部に光反射率を高める処理を施すことにより、この処理を施した部分が第２透過領域、それ以外の部分が第１透過領域となる。したがって、このような作り方をすれば必ず第２透過領域は第１透過領域に必ず隣接することになる。
【０１１０】
本発明の態様４に係る距離測定装置は、上記態様１〜３の何れか１態様において、上記第２透過領域（汚れ検出領域Ｂ）は、上記第１透過領域（計測領域Ａ）に両側から挟み込まれるように設けられていてもよい。
【０１１１】
上記の構成によれば、第２透過領域は、第１透過領域に両側から挟み込まれているので、第１透過領域で迷光が検出されて測定に誤差が生じるよりも前に、カバー部材の汚れをより適切に検知することが可能となる。
【０１１２】
本発明の態様５に係る距離測定装置は、上記態様１〜４の何れか１態様において、上記第２透過領域（汚れ検出領域Ｂ）は、上記透過領域内に２箇所以上設けられていてもよい。
【０１１３】
通常、カバー部材に汚れが付着する場合、透過領域全面に均一に汚れが付着することは少なく、汚れは透過領域の一部に付着することが多い。
【０１１４】
従って、上記の構成のように、第２透過領域が透過領域内に２箇所以上設けられることで、透過領域内に付着した汚れの位置を正確に検出することが可能となる。
【０１１５】
本発明の態様６に係る距離測定装置は、上記態様１〜５の何れか１態様において、上記第１透過領域（計測領域Ａ）は、上記透過領域内に２箇所以上設けられ、上記第１透過領域（計測領域Ａ）の少なくとも一つは、光出射角度１８０度以上に対応する長さ以上の領域に連続して設けられていてもよい。
【０１１６】
上記の構成によれば、連続した第１透過領域を大きくすることができるため、第２透過領域の影響を受けにくくし、距離の計測を適切に行うことができる。
【０１１７】
本発明の態様７に係る距離測定装置は、上記態様１〜６の何れか１態様において、上記第２透過領域（汚れ検出領域Ｂ）は、上記カバー部材（フード２、２２、３２）の表面に、上記カバー部材（フード２、２２、３２）の材質よりも出射パルス光の反射率が高い光反射性物質が塗布または貼付されてなってもよい。
【０１１８】
上記の構成によれば、透過領域の表面に光反射性物質が塗布または貼付することで第２透過領域を形成している。これにより、簡単な方法で、透過領域に第２透過領域を形成することができる。
【０１１９】
本発明の態様８に係る距離測定装置は、上記態様１〜６の何れか１態様において、上記第２透過領域（汚れ検出領域Ｂ）は、上記カバー部材（フード２、２２、３２）の表面が粗面化されてなってもよい。
【０１２０】
上記の構成によれば、透過領域の表面を粗面化することで第２透過領域を形成している。これにより、簡単な方法で、透過領域に第２透過領域を形成することができる。
【０１２１】
本発明の各態様に係る距離測定装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記距離測定装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記距離測定装置をコンピュータにて実現させる距離測定装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【０１２２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１  ＬＲＦ（距離計測装置）
２  フード（カバー部材）
３  筐体
１１  発光素子（光出射部）
１２  光学部材
１２ａ  ミラー
１２ｂ  反射ミラー
１２ｃ  受光レンズ
１２ｄ  遮光筒
１２ｅ  遮光筒
１３  受光素子（光受信部）
１４  モータ
１５  シャフト
１６  発光回路
１７  受光回路
１８  プロセッサ基板（距離算出部）
１８ａ  制御部
１８ｂ  ＴＤＣ演算部
１８ｃ  汚れ判定部（透過異常状態判定部）
１８ｄ  集計部
２０  付着インジケータ
２１  ＬＲＦ（距離計測装置）
２２  フード（カバー部材）
２３  筐体
３１  ＬＲＦ（距離計測装置）
３２  フード（カバー部材）
３３  筐体
４１  エアコンプレッサ
４２  タンク
４３  ノズル
１０１  計測対象物（測定対象物）
Ａ  計測領域
Ｂ  汚れ検出領域
【図１】
2017067559.tif 000003
【図２】
2017067559.tif 000004
【図３】
2017067559.tif 000005
【図４】
2017067559.tif 000006
【図５】
2017067559.tif 000007
【図６】
2017067559.tif 000008
【図７】
2017067559.tif 000009
【図８】
2017067559.tif 000010
【図９】
2017067559.tif 000011
【図１０】
2017067559.tif 000012
【図１１】
2017067559.tif 000013
【図１２】
2017067559.tif 000014
【図１３】
2017067559.tif 000015