マルチ信号処理装置、測距装置、及びマルチ測距システム
【課題】高分解能の測距精度を確保しながらも極めて安価に複数台の測距装置をロボット等に組み込むことが可能なマルチ信号処理装置等を提供する。
【解決手段】
複数の測距装置１と接続され、各測距装置１から入力される発光要求信号のエッジを検知すると対応する測距装置の発光部を駆動する発光信号を出力する発光制御部１１０，１２０，１３０と、発光制御した測距装置の受光部から受光信号を入力する入力処理部１４０と、入力処理した受光信号に基づいて被測定物迄の距離を算出する演算処理部１５０と、各処理部により実行される一連の処理を、任意の測距装置から入力される走査角度信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に実行させるジョブ管理部１１０，１２０とを備えている。
【解決手段】
複数の測距装置１と接続され、各測距装置１から入力される発光要求信号のエッジを検知すると対応する測距装置の発光部を駆動する発光信号を出力する発光制御部１１０，１２０，１３０と、発光制御した測距装置の受光部から受光信号を入力する入力処理部１４０と、入力処理した受光信号に基づいて被測定物迄の距離を算出する演算処理部１５０と、各処理部により実行される一連の処理を、任意の測距装置から入力される走査角度信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に実行させるジョブ管理部１１０，１２０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチ信号処理装置、測距装置、及びマルチ測距システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定光を出力する発光部と、発光部から出力された測定光を測定対象空間に向けて走査する走査部と、測定対象空間に存在する測定対象物からの反射光を検出する受光部を備え、測定光と受光部で検出された反射光に基づいて測定対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置が提案されている。
【０００３】
このような測距装置は、発光部に備えた光源から出力される測定光をＡＭ変調するＡＭ（amplitude modulation）方式と、光源をパルス駆動するＴＯＦ（Time of Flight）方式の二種類の測距原方式の何れかが採用されている。
【０００４】
図１１（ａ）に示すように、ＡＭ方式は、正弦波でＡＭ変調された測定光とその反射光を光電変換して、それらの信号間の位相差Δφを計算し、位相差Δφから距離Ｄを以下の数式に基づいて算出する方式である。
Ｄ＝Δφ・Ｃ／（４π・ｆ）
【０００５】
図１１（ｂ）に示すように、ＴＯＦ方式は、パルス状に変調された測定光とその反射光を光電変換し、それらの信号間の遅延時間Δｔから距離Ｄを以下の数式に基づいて算出する方式である。
Ｄ＝Δｔ・Ｃ／２
尚、数式中、Ｃは光速、ｆは変調周波数であり、図１１（ａ），（ｂ）で示される符号Ｔはターゲットである被測定物を示し、符号ＬＤは光源であるレーザダイオードを示し、符号ＰＤは受光素子であるフォトダイオードを示している。
【０００６】
特許文献１にはＡＭ方式の測距装置が開示され、特許文献２にはＴＯＦ方式の測距装置が開示されている。何れの測距装置も、測定光の走査平面に対して４５度の傾斜角で配置された偏向ミラーと、偏向ミラーを回転させるモータを備え、測定光が周囲３６０度にわたり走査される。
【０００７】
さらに、各測距装置には、偏向ミラーによる走査角度を検知するエンコーダが配置され、エンコーダから入力されるパルス信号に基づいて走査角度を求める角度演算部と、測定光と反射光の位相差または時間差に基づいて被測定物までの距離を算出する距離演算部が設けられ、角度演算部で算出された走査角度と、距離演算部で求められた距離によって、被測定物が位置する二次元座標情報が把握される。
【０００８】
何れの測距装置も、発光部、受光部、走査部、角度演算部及び距離演算部となる信号処理基板等が、ケーシングに内蔵されたスタンドアロン型で構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３１２７号公報
【特許文献２】米国特許５，４５５，６６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような測距装置では、人間の目の安全を確保するため、光源であるレーザダイオードからの出力光の強度が安全規格によって制限されている。
【００１１】
そのような制限の下で、長い検出距離を確保し、距離の精度を向上させるために、ＡＭ方式では正弦波で変調された測定光を数μs程度の長さで間歇的にバースト発光させ、発光時の強度を強くしながらも平均強度が小さくなるように設定されている。同様に、ＴＯＦ方式では、測定光のパルス幅を数ｎｓ以下に制御することによりし、発光時の強度を強くしながらも平均強度が小さくなるように設定されている。
【００１２】
また、例えば１ｍｍの分解能で距離を求める場合、ＴＯＦ方式を採用すると、演算の時間分解能が６．７ｐｓ以下の超高速の演算処理を実行する必要があり、そのため、数ＧＨｚオーダの周波数のクロックや、広帯域の演算回路が必要となり、非常に高価なものとなる。
【００１３】
特に、ロボットの視覚センサや、安全センサとして測距装置を用いる場合には、目的・用途に合わせて複数台の測距装置を組み込む必要がある。例えば、ロボットの視覚センサとして使用する場合には、ロボットが移動するために必要な環境地図作成や自己位置認識及び移動経路探索に使用する測距装置、足元の傾きや段差を検出する測距装置、物を把持するため物の位置や大きさを検出する３次元の測距装置等が必要となる。
【００１４】
上述したスタンドアロン型の測距装置をこれらに用いると、ロボットの部品コストが嵩み、低価格化に大きな支障を来たしていた。
【００１５】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、高分解能の測距精度を確保しながらも極めて安価に複数台の測距装置をロボット等に組み込むことが可能なマルチ信号処理装置、測距装置、及びマルチ測距システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の目的を達成するため、本発明によるマルチ信号処理装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された測定光を測定対象空間に偏向走査する走査部と、前記測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を検出して受光信号を出力する受光部とを備えた複数の測距装置と接続され、各測距装置から入力される発光要求信号のエッジを検知すると対応する測距装置の発光部を駆動する発光信号を出力する発光制御部と、発光制御した測距装置の受光部から受光信号を入力する入力処理部と、入力処理した受光信号に基づいて被測定物迄の距離を算出する演算処理部と、各処理部により実行される一連の処理を、任意の測距装置から入力される走査角度信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に実行させるジョブ管理部とを備えている点にある。
【００１７】
発光制御部、入力処理部、演算処理部の各処理部で構成される信号処理回路が各測距装置に対して費やす処理時間は非常に短時間であり、一つの測距装置から入力される走査角度信号のエッジで各処理が起動されても、次の走査角度信号のエッジ迄には十分なアイドル時間が生じる。ジョブ管理部は、このアイドル時間を活用して、任意の測距装置から入力される発光要求信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に処理を実行させることにより、一組の処理部で複数台の測距装置に対する距離演算を、発光要求信号の一周期内で完結させることができるようになる。
【００１８】
従って、各測距装置に高価な信号処理回路を個別に設ける必要がなくなるので、測距装置そのものを小型化でき、一つの信号処理回路を複数の測距装置で共用できるので、一台の測距装置あたりの信号処理回路のコストを数分の一から十数分の一に低減させることができるようになる。
【００１９】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記ジョブ管理部に、前記一連の処理が複数の測距装置で競合すると、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理を優先させ、他の処理を遅延させる遅延処理部を備えている点にある。
【００２０】
個々の測距装置がそれぞれ個別に測定光を走査する場合に、複数の測距装置からマルチ信号処理装置に発光要求信号のエッジが入力されると、各測距装置に対する処理が重複して発生するが、遅延処理部によって、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理が優先処理され、他の処理が遅延されるので、処理に支障を来たすことがない。また、遅延された処理は、最先の発光要求信号の次のエッジを検知するまでに実行可能となるので、所定の精度を確保することも可能になる。
【００２１】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、各測距装置に優先順位が設定され、前記遅延処理部は、複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジを同時に検知すると、優先順位の高い測距装置に対する処理を優先し、他方の処理を遅延させる点にある。
【００２２】
複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジが同時に検知されると、何れかの測距装置の処理から開始されるが、システムによっては重要な測距装置の処理を遅延させることが困難な場合もある。そのような場合であっても、各測距装置に優先順位が設定されているため、遅延処理部によって、優先順位の高い測距装置に対する処理が優先して実行されるようになり、重要な測距装置の処理が遅延するようなことが無くなる。
【００２３】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第二または第三特徴構成に加えて、各測距装置に優先順位が設定され、前記遅延処理部は、処理の遅延中に当該遅延中の測距装置より優先順位の高い測距装置から発光要求信号のエッジを検知すると、当該優先順位の高い測距装置に対する処理を優先させ、当該遅延中の測距装置に対する処理をさらに遅延させる点にある。
【００２４】
遅延処理部により処理が遅延されているときに、他の測距装置からの発光要求信号のエッジが検知される場合であっても、優先順位の高い測距装置に対する処理が優先して実行されるので、優先順位の高い測距装置ほど精度の高い演算結果が得られるようになる。
【００２５】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第三または第四特徴構成に加えて、各測距装置に設定される優先順位は、各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて決定される点にある。
【００２６】
各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて優先順位が設定されるので、優先順位を設定するための別途の回路や、設定入力のためのソフトウェア等を設ける必要が無く、また、コネクタの接続位置を変更するというシンプルな操作で極めて容易に優先順位を変更することも可能になる。
【００２７】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、各測距装置の発光要求信号の周期が、全測距装置に対する前記一連の処理の処理時間以上に設定されている点にある。
【００２８】
任意の測距装置の発光要求信号の周期内で、全測距装置に対する一連の処理が完結でき、少なくとも発光要求信号の周期以内の誤差に抑制することができるようになる。また、発光要求信号の周期を長くすれば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数を増やすことができ、発光要求信号の周期を短くすれば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数が減るが、測距処理の間隔を短くして測距精度を向上させることができる。
【００２９】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記ジョブ管理部は一連の処理を開始する測距装置のＩＤ信号を出力するＩＤ信号出力部を備え、前記発光制御部は当該ＩＤ信号に基づいて対応する測距装置に発光信号を出力するデコーダを備え、前記入力処理部は当該ＩＤ信号に基づいて対応する測距装置からの受光信号を前記演算処理部に出力するスイッチ回路を備えている点にある。
【００３０】
ＩＤ信号出力部から出力されるＩＤ信号に基づいて、発光制御部及び入力処理部が必要な測距装置との間で信号の入出力を行なうための回路が極めてシンプルに構成できる。
【００３１】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、各測距装置から入力される発光要求信号が走査部の走査角度を示す走査角度信号で構成され、当該走査角度信号に基づいて各測距装置の走査部の走査速度を目標速度に制御する走査速度制御部を備えている点にある。
【００３２】
測距装置は、通常、走査部の走査角度と対応して測距演算することにより、被測定物に対する二次元位置情報を取得するように構成される。発光要求信号が走査部の走査角度を示す走査角度信号と兼用されるため、走査角度信号以外の別途の発光要求信号を生成するための回路が不要になる。しかも、当該走査角度信号に基づいて各測距装置の走査速度をマルチ信号処理装置側で制御できるので、システムの自由度が向上する。例えば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数によって各測距装置の走査速度を可変に制御することも可能になる。
【００３３】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第八特徴構成に加えて、前記走査速度制御部は、走査速度が目標速度に制御された測距装置に対して前記一連の処理が実行されるように前記ジョブ管理部を起動する点にある。
【００３４】
走査速度が目標速度に制御された測距装置に対して一連の処理が実行されるので、早く立上った測距装置から測距のための処理を開始することができるようになる。
【００３５】
本発明による測距装置の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述した第一から第九の何れかの特徴構成を備えたマルチ信号処理装置に接続され、前記マルチ信号処理装置から入力される発光信号に基づいて測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された測定光を測定対象空間に偏向走査する走査部と、前記測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を検出して受光信号を前記マルチ信号処理装置に出力する受光部とを備えている点にある。
【００３６】
本発明によるマルチ測距システムの特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述した第一から第九の何れかの特徴構成を備えたマルチ信号処理装置と、上述の特徴構成を備えた測距装置とを備え、前記マルチ信号処理装置に前記測距装置が複数台接続されている点にある。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明した通り、本発明によれば、高分解能の測距精度を確保しながらも極めて安価に複数台の測距装置をロボット等に組み込むことが可能なマルチ信号処理装置、測距装置、及びマルチ測距システムを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるマルチ測距システムの説明図
【図２】測距装置の外観説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図
【図３】測距装置の断面図
【図４】測距装置の回路ブロック構成図
【図５】マルチ信号処理装置の回路ブロック構成図
【図６】マルチ信号処理装置の信号処理の説明図
【図７】マルチ信号処理装置の信号処理のタイムチャート
【図８】角度信号検知処理のフローチャート
【図９】（ａ）は発光信号出力処理のフローチャート、（ｂ）は受光信号処理のフローチャート
【図１０】制御部処理のフローチャート
【図１１】（ａ）はＡＭ方式の説明図、（ｂ）はＴＯＦ方式の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明によるマルチ信号処理装置、測距装置、及びマルチ測距システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４０】
図１に示すように、マルチ測距システムは、ＴＯＦ方式が採用された複数台の測距装置１と、マルチ信号処理装置１００と、ホストコンピュータ２００で構成されている。各測距装置１とマルチ信号処理装置１００とがローカルの信号ケーブルＣ１，Ｃ２，・・・，Ｃｎで接続され、マルチ信号処理装置１００とホストコンピュータ２００が汎用の通信線Ｃｈ、例えばＵＳＢケーブル等で接続されている。
【００４１】
各測距装置１は、例えばロボットの視覚センサとして予め設定された所定位置に組み付けられている。ホストコンピュータ２００は、当該ロボットのシステムコントローラとしての機能を備えるもので、その形態は図示したようなコンピュータの形態に制限されるものではない。また、各測距装置１の外観も適宜変更可能である。
【００４２】
各測距装置１は、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、横断面視で略半円形状の湾曲面に形成された光透過性の光学窓２ａが上部ハウジング２１と下部ハウジング２２の間に配置され、上部ハウジング２１の正面には装置１の状態が判別可能なモニタ表示部７９が設けられている。光学窓２ａに対向配置された背部ハウジング２３の下部に信号ケーブルを接続する端子７８が設けられている。
【００４３】
図３に示すように、測距装置１は、内壁面が迷光を吸収する暗幕等の吸光部材で被覆されたハウジング２１，２２，２３の内部に、測定光を出力する発光部３と反射光を検出する受光部５が光軸Ｌ１に沿って対向配置され、発光部３と受光部５との間に測定光を回転走査する走査部４が配置されている。
【００４４】
走査部４は、発光部３と受光部５を結ぶ光軸Ｌ１と一致する回転軸心Ｐ周りに光学系９を回転させる筒状の回転体８と、回転体８を回転駆動するモータ１１を備えている。
【００４５】
回転体８は、下端部が縮径された円筒状の周壁部８ａと天板部８ｂとからなり、その内周面に備えた軸受１２を介して中空軸１３によって回転可能に支承されている。
【００４６】
縮径された周壁部８ａの下端部の外周面に取り付けられたマグネット１１ｂでなる回転子と、ケーシング側に配置されたコイル１１ａでなる固定子とで、ブラシレスＤＣモータ１１が構成され、コイル１１ａとマグネット１１ｂとの相互作用により、回転体８が回転軸心Ｐ周りで回転する。
【００４７】
発光部３は、半導体レーザを用いた発光素子３ａと、発光素子３ａの駆動回路３ｂを備えている。発光素子３ａは、そこから出力される測定光の光軸Ｌ１と軸心Ｐが一致するように上部ハウジング２１に固定配置されるとともに光軸Ｌ１上に光のビーム径を一定にする光学レンズ３ｃが配置されている。
【００４８】
受光部５は、回転軸心Ｐ上に走査機構４を挟んで発光部３と対向するように回転体８の内部に固定配置され、反射光を検出するアバランシェフォトダイオードでなる受光素子５ａと、受光素子５ａで光電変換された反射信号を増幅する増幅回路５ｂを備えている。
【００４９】
回転体８には、発光部３から光軸Ｌ１に沿って出力された測定光を測定対象空間に向けて９０度偏向する第一偏向ミラー９ａと、測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を集光する受光レンズ９ｃと、受光レンズ９ｃを透過した反射光を光軸Ｌ１に沿って投光部３と対向配置された受光部５に向けて９０度偏向する第二偏向ミラー９ｂを備えた光学系９が取り付けられている。
【００５０】
つまり、投光部３から光軸Ｌ１に沿った光路Ｌａで出射された測定光が、第一偏向ミラー９ａで光軸Ｌ１と垂直な光軸Ｌ２に沿った光路Ｌｂに偏向された後に、光学窓２ａを通過して測定対象空間に照射され、光軸Ｌ２と平行な光軸Ｌ３に沿った光路Ｌｃで光学窓２ａを通過した測定対象物からの反射光が、受光レンズ９ｃで収束され、第二偏向ミラー９ｂにより光軸Ｌ１と等しい光軸Ｌ４に偏向されて受光部５に導かれる。
【００５１】
回転体８の周壁８ａの一部に受光レンズ９ｃを取り付ける開口部８ｃが形成され、開口部８ｃに対応して天板部８ｂに偏向ミラー９ａ，９ｂを取り付ける切欠部８ｄが形成されている。
【００５２】
偏向ミラー９ａ，９ｂは、樹脂または光学ガラスで一体成形された光学部材９０の直交する二つの平面に、金またはアルミニウムが反射部材としてコーティングされた偏向面により構成されている。
【００５３】
回転体８に形成された開口部８ｃから、一体形成された偏向ミラー９ａ，９ｂを挿入し、天板部８ｂに形成された切欠部８ｄの周面に接合させてビス止めすることにより、偏向ミラー９ａ，９ｂが回転体８に固定され、その後、開口部８ｃに受光レンズ９ｃが固定される。
【００５４】
受光レンズ９ｃのレンズ中心より上部側の一部が直線状に切り欠かれ、さらにその中央部がレンズ中心方向に一部切り欠かれた切欠部が形成されている。第一偏向ミラー９ａにより偏向された測定光を測定対象空間に案内する中空筒状のガイド部材９ｄが回転体８の天板部８ｂに形成された切欠部８ｄに固定され、ガイド部材９ｄの先端側端部が受光レンズ９ｃに形成された切欠部から延出するように、そしてガイド部材９ｄの基端側端部が第一偏向ミラー９ａの下端側と接当するように配置されている。即ち、受光レンズのうち前記測定光が通過する領域が切り欠かれている。
【００５５】
ガイド部材９ｄの外周は遮光部材で被覆され、第一偏向ミラー９ａにより偏向された測定光がガイド部材９ｄの中を通過して測定対象空間に案内される。従って、投光部３から出力された測定光の一部が回転体８内部に漏れて発生する迷光が受光部５で誤検出されるような不都合を解消することができる。
【００５６】
上部ハウジング２１と下部ハウジング２２間に設けられた光学窓２ａは、投光部３から出力された測定光が走査機構４により測定対象空間に照射され、測定対象空間に存在する被測定物で反射した反射光が受光部５で検出されるように、上下方向に一定幅を有するとともに、上端から下端にかけて内側に僅かに傾斜するように配置され、測定光が回転軸心Ｐを中心として約２５０度範囲で走査可能に配置されている。これにより光学窓２ａ表面に埃等が積もりにくくしながらも、広範囲に亘る空間を走査できる。
【００５７】
光学窓２ａに対向する背部ハウジング２３の内壁部に、信号処理基板７で算出される距離を補正するための基準光を導くプリズム等の導光部材１７が配置されている。
【００５８】
回転体８の外周面に周方向に複数の光学的スリットが形成されたスリット板１５ａが設置されるとともに、スリット板１５ａの回転経路上にフォトインタラプタ１５ｂが配置され、これらにより回転体８の走査角度を検出する走査角度検出部１５が構成されている。
【００５９】
下部ハウジング２２の下部には、測距装置１を制御する制御基板７が配置されている。制御基板７には、モータ制御回路、駆動回路、増幅回路等が組み込まれている。
【００６０】
図４には、上述した測距装置１の制御ブロックが示されている。当該制御ブロックには、レーザダイオード３ａを駆動する駆動する駆動回路３ｂと、アバランシェフォトダイオード５ａで検知される被測定物Ｒからの反射信号または導光部材１７からの基準光を増幅する増幅回路５ａと、ブラシレスＤＣモータ１１の回転数を制御するモータ制御回路１６と、走査角度検出部１５を備えている。
【００６１】
当該制御ブロックは、マルチ信号処理装置１００のコネクタＣＮを介して信号線Ｃで接続されている。信号線Ｃには、当該制御ブロックに給電する電源ラインとグランドラインの他に、発光信号ライン、受光信号ライン、ＰＷＭ信号ライン、角度信号ラインが含まれる。
【００６２】
駆動回路３ｂは、発光信号ラインから入力される発光信号をトリガーとして所定時間、ここでは５μｓｅｃ．レーザダイオード３ａを駆動する。モータ制御回路１６は、ＰＷＭ信号ラインから入力されるＰＷＭ信号に基づいてモータ１１を速度制御する。ＰＷＭ信号のデュ−ティ比が０％のときモータを停止制御し、１０％から９０％の間で回転数をリニアに制御する。
【００６３】
増幅回路５ａで増幅された受光信号が受光信号ラインを介してマルチ信号処理装置１００に出力され、走査角度検出部１５からの角度信号が角度信号ラインを介してマルチ信号処理装置１００に出力される。
【００６４】
図５には、マルチ信号処理装置１００の回路ブロックが示されている。当該回路ブロックはゲートアレイ、アナログスイッチ、デジタルシグナルプロセッサ等が集積されたＡＳＩＣで構成されている。
【００６５】
マルチ信号処理装置１００は、角度信号検知部１１０、角度信号記憶部１２０、発光信号出力部１３０、受光信号入力部１４０、距離演算部１５０、距離記憶部１６０、マイクロコンピュータを備えた制御部１７０、各ブロックの演算処理に必要なシステムクロックを生成するクロック回路１８０等を備えている。
【００６６】
制御部１７０は、マルチ測距システムを統括制御するブロックで、ホストインタフェースを介してホストコンピュータ２００と接続されている。
【００６７】
角度信号検知部１１０は、各測距装置１から入力される発光要求信号（ここでは角度信号が用いられる）の立上りエッジを検知するエッジ検出回路を備え、当該立上りエッジに基づいて各測距装置１に発光信号を出力するタイミングを制御するタイミング制御回路を備えている。
【００６８】
タイミング制御回路は、発光信号の出力タイミングで該当する測距装置１に対応するセンサＩＤ信号を出力する。
【００６９】
角度信号記憶部１２０は、角度信号検知部１１０によって検知された角度信号の立上りエッジで対応する測距装置１に発光信号を出力できない場合に、当該未発行の発光要求信号とセンサＩＤ信号を記憶する記憶回路である。
【００７０】
発光信号出力部１３０は、センサＩＤ信号の発生時に当該センサＩＤ信号に対応する測距装置１に発光信号を出力するデコーダ回路を備えている。例えば、１６台の測距装置１が接続されている場合には、４−１６デコーダを備え、４ビットのセンサＩＤ信号を入力して１６台の測距装置１の何れかに発光信号を出力する。当該発光信号をトリガーとして各測距装置１の駆動回路３ｂが駆動される。
【００７１】
尚、８台の測距装置１が接続されている場合には３−８デコーダ、１７台以上の測距装置１が接続されている場合には５−３２デコーダを備えればよい。
【００７２】
受光信号入力部１４０は、センサＩＤ信号の発生時に、当該センサＩＤ信号に対応する測距装置１から出力された受光信号を距離演算部１５０に出力するアナログスイッチ回路を備えている。アナログスイッチ回路は、各測距装置１から入力される受光信号に対応した入力端子を備え、センサＩＤ信号に対応する測距装置１から入力される受光信号のみを選択的に後段に通過させるスイッチ回路である。
【００７３】
距離演算部１５０は、デジタルシグナルプロセッサで構成され、任意の測距装置１に発光信号が出力された時点から受光信号が入力されるまでの時間を算出し、当該測距装置１で検知された被測定物Ｒまでの距離を算出する。
【００７４】
さらに、距離演算部１５０は、発光信号が出力された時点から導光部材１７からの基準光に対応する受光信号が入力されるまでの時間を算出し、当該測距装置の基準補正距離を算出する。
【００７５】
距離演算部１５０は、被測定物Ｒまでの距離から基準補正距離を減算した値を補正後の距離として算出し、距離記憶部１６０に記憶する。当該基準補正距離は、各測距装置１の発光部３や受光部５の部品ばらつき等を吸収するための値である。
【００７６】
制御部１７０は、各測距装置１から入力された角度信号に基づいて各測距装置１の走査角度を把握するとともに、センサＩＤ信号に同期して距離演算部１５０から出力される演算終了信号を検知すると、距離記憶部１６０から距離を読み出して、走査角度と対応する距離とからなる二次元位置情報を対応する測距装置と関連付けて内部メモリであるＲＡＭに格納する。
【００７７】
制御部１７０は、ホストインタフェースを介してホストコンピュータ２００から二次元位置情報の送信リクエストを受信すると、測距装置のＩＤと対応する二次元位置情報をホストコンピュータ２００に転送する。
【００７８】
図６に示すように、任意の測距装置１の走査角度検出部１５から角度信号検知部１１０に一定周期Ｔのパルス状の角度信号が入力されると、角度信号検知部１１０はその立上りエッジを検知して、当該立上りエッジで当該測距装置１に対応するセンサＩＤ信号を出力する。
【００７９】
発光信号出力部１３０が、センサＩＤ信号に対応する測距装置１に発光信号を出力すると、当該測距装置１の駆動回路３ｂは、５ｎｓｅｃ．だけレーザダイオード３ａを駆動して発光させる。
【００８０】
当該測定光に対する反射光が受光部５で検知されると、受光信号入力部１４０を介して受光信号が距離演算部１５０に入力され、距離演算部１５０で距離演算が実行される。
【００８１】
角度信号の周期Ｔが、距離演算のために要する時間Ｔ／ｎ（ｎは測距装置１の台数）よりも十分に長い場合、距離演算部１５０には、（ｎ−１）Ｔ／ｎだけのアイドル時間が発生する。この間にｎ−１台の測距装置１に対する距離演算が実行できる。
【００８２】
例えば、測距装置１の最大検出距離が１５０ｍである場合には、距離演算のために要する時間は最大１μｓｅｃ．となる。この値は、上述したＴＯＦ方式の距離算出式 Ｄ＝Δｔ・Ｃ／２ から導かれる。
【００８３】
角度信号の周期Ｔが１８μｓｅｃ．に設定される場合には、距離演算部１５０は、周期Ｔの間に１８回の距離演算を実行することができる。つまり、マルチ信号処理装置１００に最大１８台の測距装置１を接続しても、周期Ｔの間に１８台の測距装置１に対する距離演算を少なくとも一回は実行できるようになる。
【００８４】
尚、レーザダイオード３ａを１８μｓｅｃ．の周期で駆動する場合、IEC60825-1で定められたComparison with AEL multiplied by Cs for a single pulseの規定で、クラス１の安全性を確保しながらも、最も測定効率のよい発光間隔となる。
【００８５】
つまり、本発明によるマルチ信号処理装置１００は、距離演算部１５０のアイドル時間を利用して複数台の測距装置１に対する距離演算を実行するように構成されている。
【００８６】
図７には、各測距装置１から出力される周期Ｔの角度信号がＴ／ｎずれる理想的な場合のタイミングチャートが示されている。測距装置（１）からの角度信号の立上りエッジで測距装置１に対する距離演算が終了すると、測距装置（２）からの角度信号の立上りエッジが入力され、測距装置（２）に対する距離演算が開始される。
【００８７】
このようなタイミングでｎ台の測距装置に対する距離演算が、角度信号の一周期内でそれぞれ一回実行されるようになる。従って、各測距装置に高価な信号処理回路を個別に設ける必要がなくなるので、測距装置そのものを小型化できる。また、一つの信号処理回路を複数の測距装置で共用できるので、一台の測距装置当たりの信号処理回路のコストを数分の一から十数分の一に低減させることができるようになる。
【００８８】
しかし、各測距装置１から角度信号がランダムに出力される場合には、図７に示す理想的な順序で距離演算が実行できなくなる。そこで、本発明によるマルチ信号処理装置１００は、各測距装置から入力される発光要求信号のエッジを検知すると対応する測距装置の発光部を駆動する発光信号を出力する発光制御部と、発光制御した測距装置の受光部から受光信号を入力する入力処理部と、入力処理した受光信号に基づいて被測定物迄の距離を算出する演算処理部と、各処理部により実行される一連の処理を、任意の測距装置から入力される走査角度信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に実行させるジョブ管理部とを備えている。
【００８９】
尚、上述した角度信号検知部１１０、角度信号記憶部１２０、発光信号出力部１３０によって発光制御部が構成され、上述した受光信号入力部１４０によって入力処理部が構成され、上述した距離演算部１５０によって演算処理部が構成されている。
【００９０】
また、角度信号検知部１１０、角度信号記憶部１２０によって、ジョブ管理部が構成されている。さらに、本実施形態では、角度信号が発光要求信号として用いられているが、角度信号とは別に発光要求信号が測距装置１から出力されるように構成してもよい。
【００９１】
ジョブ管理部には、各測距装置に対する一連の処理が複数の測距装置で競合すると、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理を優先させ、他の処理を遅延させる遅延処理部を備えている。遅延処理部も、角度信号検知部１１０、角度信号記憶部１２０によって実現されている。
【００９２】
つまり、角度信号検知部１１０は、任意の測距装置１から出力された角度信号の立上りエッジを検知すると、当該測距装置１に対して発光信号を出力するべく、センサＩＤ信号をＴ／ｎ時間（本実施形態では１μｓｅｃ．）出力する。
【００９３】
角度信号検知部１１０は、この間に他の測距装置から出力された角度信号の立上りエッジを検知すると、当該発光要求信号の実行を留保して、当該他の測距装置からの発光要求信号を角度信号記憶部１２０に記憶する。この間にさらに他の複数の測距装置から出力された角度信号の立上りエッジを検知する場合も、同様に他の複数の測距装置からの発光要求信号を、エッジを検知した順番に角度信号記憶部１２０に記憶する。
【００９４】
角度信号検知部１１０は、クロック回路１８０から入力されるクロック信号に基づいて、距離演算に必要な１μｓｅｃ．の時間の経過を認識すると、角度信号記憶部１２０に記憶した当該他の測距装置からの発光要求信号を読み出して、当該他の測距装置に対して発光信号を出力するべく、センサＩＤ信号を１μｓｅｃ．出力する。角度信号記憶部１２０に複数の発光要求信号が格納されている場合には、エッジを検知した順番に１μｓｅｃ．インタバルで各測距装置に発光信号を出力する。
【００９５】
各測距装置に対するセンサＩＤ信号は、各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて設定される。図１の例では、コネクタＣＮ１に接続された測距装置のＩＤが１に、コネクタＣＮ２に接続された測距装置のＩＤが２に、コネクタＣＮｎに接続された測距装置のＩＤがｎにそれぞれ設定される。
【００９６】
遅延処理部によって、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理が優先処理され、他の測距装置に対する処理が遅延されるので、処理に支障を来たすことがない。また、遅延された処理は、最先の発光要求信号の次のエッジを検知するまでに実行可能となるので、所定の精度を確保することも可能になる。
【００９７】
各測距装置で検知された被測定物に対する角度と距離で示される二次元位置情報のうち、角度の最大誤差が角度信号の周期Ｔに対応する角度以内に収まるのである。
【００９８】
複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジが同時に検知される場合には、例えば、小さいＩＤの測距装置から、或は大きいＩＤの測距装置から順番に処理を開始することも可能である。しかし、システムによっては重要な測距装置の処理を遅延させることが困難な場合もある。
【００９９】
そのような場合に備えて、各測距装置に優先順位が設定されている。遅延処理部は、複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジを同時に検知すると、優先順位の高い測距装置に対する処理を優先し、他方の処理を遅延させるように構成されている。
【０１００】
遅延処理部によって、優先順位の高い測距装置に対する処理が優先して実行されるようになり、重要な測距装置の処理が遅延するようなことが無くなる。
【０１０１】
また、各測距装置に優先順位が設定され、遅延処理部は、処理の遅延中に当該遅延中の測距装置より優先順位の高い測距装置から発光要求信号のエッジを検知すると、当該優先順位の高い測距装置に対する処理を優先させ、当該遅延中の測距装置に対する処理を、さらに遅延させるように構成されている。
【０１０２】
各測距装置に設定される優先順位は、各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて決定される。コネクタＣＮ１に接続された測距装置の優先順位が最も高く、コネクタＣＮ２に接続された測距装置の優先順位がその次の優先順位に設定され、コネクタＣＮｎに接続された測距装置の優先順位が最下位に設定される。
【０１０３】
このように構成すれば、優先順位を設定するための別途の回路や、設定入力のためのソフトウェア等を設ける必要が無く、また、コネクタの接続位置を変更するというシンプルな操作で極めて容易に優先順位を変更することも可能になる。
【０１０４】
尚、各コネクタに付ける優先順位を予め設定し、制御部１７０のＲＯＭや角度信号記憶部１２０に記憶してもよい。
【０１０５】
角度信号検知部１１０が、任意の測距装置から出力された角度信号の立上りエッジを検知したときに、角度信号記憶部１２０に記憶された他の測距装置の発光要求信号の有無を検知し、角度信号記憶部１２０に他の測距装置の発光要求信号が記憶されていれば、これらの測距装置の中で最も優先順位が高い測距装置の発光要求信号に対するセンサＩＤ信号を出力するように構成することにより、当該優先処理が実現できる。
【０１０６】
これによって、優先順位の高い測距装置に対する処理が優先して実行されるようになり、優先順位の高い測距装置ほど精度の高い演算結果が得られるようになる。
【０１０７】
本実施形態では、各測距装置１の発光要求信号の周期が、全測距装置に対する一連の距離演算処理の合計の処理時間以上に設定されているため、任意の測距装置の発光要求信号の周期内で、全測距装置に対する一連の処理が完結でき、少なくとも発光要求信号の周期以内の誤差に抑制することができるようになる。
【０１０８】
また、発光要求信号の周期を長くすれば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数を増やすことができ、発光要求信号の周期を短くすれば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数が減るが、測距処理の間隔を短くして、走査角度に関する測距精度を向上させることができる。
【０１０９】
マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数に基づいて、発光要求信号の周期を可変設定できるように構成してもよい。例えば、制御部１７０が、マルチ信号処理装置１００に接続されている測距装置の台数をカウントして、その結果に基づいて測距装置の走査速度を可変に制御すればよい。
【０１１０】
後述するように、制御部１７０は、各測距装置１から出力される角度信号をモニタして各測距装置１の走査速度を目標速度に制御するように構成されているため、角度信号の入力の有無を検知することにより、マルチ信号処理装置１００に接続されている測距装置の台数をカウントすることが可能になる。
【０１１１】
以下、マルチ測距システムの処理手順を説明する。
図１０に示すように、システムに電源が投入されると（ＳＤ１）、制御部１７０は、各測距装置に対してモータ駆動指令を出力する（ＳＤ２）。当該モータ駆動指令はＰＷＭ信号であり、目標速度に対応するデューティ比のパルス信号が各測距装置に出力される。
【０１１２】
制御部１７０は、各測距装置から角度信号が入力されると、当該角度信号が入力された入力ポートの配置に従って、各測距装置のＩＤを識別する（ＳＤ４）。上述のコネクタＣＮ１，ＣＮ２，・・・，ＣＮｎと入力ポートの配置が対応しているため、入力ポートの配置に従ってＩＤが識別できる。
【０１１３】
制御部１７０は、角度信号の周期が目標周期Ｔとなるように、ＰＷＭ信号のデューティ比をフィードバック制御し（ＳＤ５）、各測距装置の角度信号の周期が目標周期Ｔに収束すると（ＳＤ６）、角度信号検知部１１０に起動指令を出力する（ＳＤ７）。
【０１１４】
その後、角度信号検知部１１０から出力されるセンサＩＤ信号を入力し、距離演算部５０から演算終了信号が入力されると、センサＩＤ信号に対応する測距装置の演算結果を距離記憶部１６０から読み出して、測距装置のＩＤ、走査角度、距離をＲＡＭに格納し、ステップＳＤ３に戻る。
【０１１５】
制御部１７０は、当該ルーチンに加えて、ホストコンピュータ２００からの割り込み要求があると、ＲＡＭに格納した測距装置のＩＤ、走査角度、距離をホストコンピュータ２００に送信する。
【０１１６】
図８に示すように、角度信号検知部１１０は、制御部１７０から起動指令を受信すると、各測距装置からの角度信号を入力して（ＳＡ１）、各測距装置のＩＤを識別する（ＳＡ２）。
【０１１７】
角度信号検知部１１０は、任意の測距装置からの角度信号の立上りエッジ、つまり発光要求信号を検知すると（ＳＡ３）、他の測距装置からの角度信号の立上りエッジと競合状態にあるか否かを判定する（ＳＡ４）。
【０１１８】
競合状態とは、上述したように、角度信号記憶部１２０に既に他の測距装置からの発光要求信号が格納されている場合、複数の測距装置から同時に角度信号の立上りエッジが検知される場合等をいう。
【０１１９】
競合している場合には優先順位を判断して（ＳＡ５）、優先順位の低い測距装置の発光要求信号を角度信号記憶部１２０にセーブし（ＳＡ６）、前回の距離演算が終了した所定周期、つまり１μｓｅｃ．の周期であるか否かを判定し（ＳＡ７）、所定周期であれば優先順位の高い測距装置に対するセンサＩＤ信号を出力し（ＳＡ８）、ステップＳＡ１に戻る。
【０１２０】
ステップＳＡ３で任意の測距装置からの角度信号の立上りエッジを検知しない場合には、ステップＳＡ５以下の処理を実行し、角度信号記憶部１２０に複数の測距装置からの発光要求信号が記憶されている場合には、その優先順位を判断して（ＳＡ５）、優先順位の高い測距装置からの発光要求信号に対してステップＳＡ７の処理を実行する。
【０１２１】
図９（ａ）に示すように、発光信号出力部１３０は、角度信号検知部１１０から出力されたセンサＩＤ信号を検出すると（ＳＢ１）、ＩＤに対応する測距装置に発光信号を出力し（ＳＢ２）、所定時間が経過すると（ＳＢ３）、当該発光信号をオフする（ＳＢ４）。
【０１２２】
当該発光信号を受信した測距装置の駆動回路３ｂは、当該発光信号をトリガーとして５ｎｓｅｃ．の間、レーザダイオード３ａを駆動する。
【０１２３】
図９（ｂ）に示すように、受光信号入力部１４０は、角度信号検知部１１０から出力されたセンサＩＤ信号を検出すると、対応する測距装置からの受光信号が距離演算部１５０に入力されるように、経路スイッチであるアナログスイッチを切り替える（ＳＣ１）。
【０１２４】
距離演算部１５０は、アナログスイッチを介して入力される受光信号が入力されると、発光信号の出力時（当該センサＩＤ信号の切替時期であってもよい）から受光信号の立上り迄の時間、つまり測定光の遅延時間を算出して、被測定物までの距離を算出し（ＳＣ２）、その結果を距離記憶部１６０に記憶し（ＳＣ３）、制御部１７０に演算終了信号を出力する（ＳＣ５）。
【０１２５】
尚、詳述しないが、角度信号の周期、つまり、走査角度検出部１５から出力される角度信号は、測定光が導光部材１７に照射される基準位置でパルスが欠落するように構成されている。
【０１２６】
角度信号検知部１１０は、このパルスの欠落時期を判別して、基準補正距離算出時期であると判断すると、角度信号の立上り時期であると判断して、センサＩＤ信号を出力するとともに、距離演算部１５０にその旨の信号を出力するように構成されている。
【０１２７】
距離演算部１５０はこれに対応して距離演算した結果を基準補正距離として距離記憶部１６０に格納するように構成されている。そして、距離演算部１５０はステップＳＣ２で距離演算する度に算出した距離から基準補正距離を減算した距離を補正後の距離として距離記憶部１６０に格納するように構成されている。
【０１２８】
以下、別実施形態を説明する。
上述した実施形態では、角度信号の周期が１８μｓｅｃ．に設定され、距離演算が１μｓｅｃ．で終了するように設定されているため、最大１８台の測距装置がマルチ信号処理装置１００に接続可能なシステムを説明したが、角度信号の周期、距離演算の所要時間１μｓｅｃ．は例示に過ぎず、本発明がこのような数値範囲に制限されるものではない。
【０１２９】
最大測距範囲が１５０ｍに設定された場合に、距離演算が１μｓｅｃ．を要するのであるが、最大測距範囲が１５０ｍより短ければ、距離演算が１μｓｅｃ．未満で終了する。例えば、最大測距範囲が７５ｍであれば、距離演算が０．５μｓｅｃ．となる。この場合、角度信号の周期が１８μｓｅｃ．であれば、その間に各測距装置で二回の距離演算を行うことができる。また、この場合、角度信号の周期を９μｓｅｃ．に設定すれば、角度信号の一周期で各測距装置に対する距離演算を一回ずつ実行することができる。
【０１３０】
つまり、マルチ測距システムの用途に応じて定まる最大測距範囲に基づいて、角度信号の周期をフレキシブルに可変設定することができる。例えば、ホストコンピュータ２００からマルチ信号処理装置１００の制御部１７０に角度信号の周期を規定する制御情報を送信し、制御部１７０がモータ制御用のＰＷＭ信号により各測距装置の角度信号の周期を可変に設定すればよい。
【０１３１】
また、マルチ信号処理装置１００に接続される特定の測距装置の角度信号の周期を、他の測距装置の角度信号の周期より長くなるように設定し、或は短くなるように設定してもよい。
【０１３２】
走査角度の高い分解能を要求されない特定の測距装置に対して、その角度信号の周期を他の測距装置の角度信号の周期の２倍に設定すれば、当該特定の測距装置は、他の測距装置に対する距離演算周期の２倍の周期で距離演算が実行される。
【０１３３】
走査角度の高い分解能が要求される特定の測距装置に対して、その角度信号の周期を他の測距装置の角度信号の周期の１／２倍に設定すれば、当該特定の測距装置は、他の測距装置に対する距離演算周期の１／２倍の周期で距離演算が実行される。
【０１３４】
この場合も、上述と同様に、ホストコンピュータ２００からマルチ信号処理装置１００の制御部１７０に角度信号の周期を規定する制御情報を送信し、制御部１７０がモータ制御用のＰＷＭ信号により各測距装置の角度信号の周期を可変に設定すればよい。
【０１３５】
また、マルチ信号処理装置１００に接続されている測距装置の台数によって、角度信号の周期を異ならせてもよい。
【０１３６】
上述した実施形態では、ＴＯＦ方式の測距装置を例に説明したが、本発明に用いられる測距装置はＡＭ方式が採用される測距装置であってもよい。
【０１３７】
この場合、レーザダイオード３ａの出力光を正弦波で変調した測定光を数μsの間、例えば３μsの間、出力するバースト制御を実行することが好ましい。測定光を間歇的に出力するバースト制御を実行すると、発光時の強度を強くしながらも平均強度が小さくなるように設定でき、人体の目への安全性を確保できるからである。
【０１３８】
ＡＭ方式を採用する場合には、測距装置１から出力される受光信号に測定光及び反射光に対する受光信号が含まれるように構成するとともに、距離演算部１５０に、測定光と反射光の位相差を求める位相差検出部と、測定光の立上がりから反射光の立上がりまでの遅延時間に基づいて、変調された正弦波の波数を検出する波数検出部とを備え、波数検出部で検出した波数と位相差検出部により検出された位相差に基づいて測定対象物までの距離を算出するように構成すればよい。
【０１３９】
つまり、位相差検出部により、測定光と反射光の位相差が求められ、波数検出部により、測定光の出力からから反射光の検出までの遅延時間に基づいて被測定物までの距離が算出される。このとき算出された距離に基づいて変調信号の波長が求められる。
【０１４０】
そして、位相差検出部で求められた位相差に基づいて、変調信号の一波長内における被測定物までの仮の距離が算出され、当該仮の距離に波数検出部で求められた波数に対応する距離が加算さる結果、測定対象物までの正確な距離が算出される。
【０１４１】
従って、測定対象物までの距離が変調信号の一波長以上に及ぶ場合であっても、波数検出部により求められる波数が判明するので正確な距離が算出される。
【０１４２】
上述した実施形態は、本発明の一実施例であり、走査式測距装置の具体的構造、信号処理部２３の具体的な回路構成等は、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
上述のマルチ測距システムは、二足歩行ロボットや、産業機械ロボット等の各種のロボット、或は、無人車の視覚認識センサとしてのナビゲーション用センサに好適に利用される。また、ドアの開閉センサや危険な装置に人や物が近づくのを検出し、機械を安全に停止する安全センサ、車の形状を検出して車種の判別及び通過する車の数をカウントするＥＴＣシステム用センサにも好適に利用される。さらには、人を検出して人数をカウントして混み具合や、人の流れを検出する人体検出用センサ、監視領域への侵入者の有無を検出する監視センサ等にも好適に利用される。
【符号の説明】
【０１４４】
１：測距装置
３：発光部
３ａ：光源（レーザダイオード）
３ｂ：駆動回路
５：受光部
５ａ：受光素子（アバランシェフォトダイオード）
５ｂ：増幅回路
４：走査部
１１：モータ
１５：走査角度検出部
１６：モータ制御回路
１００：マルチ信号処理装置
１１０：角度信号検知部
１２０：角度信号記憶部
１３０：発光信号出力部
１４０：受光信号入力部
１５０：距離演算部
１６０：距離記憶部
１７０：制御部
１１０，１２０，１３０：発光制御部
１１０，１２０：ジョブ管理部（遅延処理部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチ信号処理装置、測距装置、及びマルチ測距システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定光を出力する発光部と、発光部から出力された測定光を測定対象空間に向けて走査する走査部と、測定対象空間に存在する測定対象物からの反射光を検出する受光部を備え、測定光と受光部で検出された反射光に基づいて測定対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置が提案されている。
【０００３】
このような測距装置は、発光部に備えた光源から出力される測定光をＡＭ変調するＡＭ（amplitude modulation）方式と、光源をパルス駆動するＴＯＦ（Time of Flight）方式の二種類の測距原方式の何れかが採用されている。
【０００４】
図１１（ａ）に示すように、ＡＭ方式は、正弦波でＡＭ変調された測定光とその反射光を光電変換して、それらの信号間の位相差Δφを計算し、位相差Δφから距離Ｄを以下の数式に基づいて算出する方式である。
Ｄ＝Δφ・Ｃ／（４π・ｆ）
【０００５】
図１１（ｂ）に示すように、ＴＯＦ方式は、パルス状に変調された測定光とその反射光を光電変換し、それらの信号間の遅延時間Δｔから距離Ｄを以下の数式に基づいて算出する方式である。
Ｄ＝Δｔ・Ｃ／２
尚、数式中、Ｃは光速、ｆは変調周波数であり、図１１（ａ），（ｂ）で示される符号Ｔはターゲットである被測定物を示し、符号ＬＤは光源であるレーザダイオードを示し、符号ＰＤは受光素子であるフォトダイオードを示している。
【０００６】
特許文献１にはＡＭ方式の測距装置が開示され、特許文献２にはＴＯＦ方式の測距装置が開示されている。何れの測距装置も、測定光の走査平面に対して４５度の傾斜角で配置された偏向ミラーと、偏向ミラーを回転させるモータを備え、測定光が周囲３６０度にわたり走査される。
【０００７】
さらに、各測距装置には、偏向ミラーによる走査角度を検知するエンコーダが配置され、エンコーダから入力されるパルス信号に基づいて走査角度を求める角度演算部と、測定光と反射光の位相差または時間差に基づいて被測定物までの距離を算出する距離演算部が設けられ、角度演算部で算出された走査角度と、距離演算部で求められた距離によって、被測定物が位置する二次元座標情報が把握される。
【０００８】
何れの測距装置も、発光部、受光部、走査部、角度演算部及び距離演算部となる信号処理基板等が、ケーシングに内蔵されたスタンドアロン型で構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３１２７号公報
【特許文献２】米国特許５，４５５，６６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような測距装置では、人間の目の安全を確保するため、光源であるレーザダイオードからの出力光の強度が安全規格によって制限されている。
【００１１】
そのような制限の下で、長い検出距離を確保し、距離の精度を向上させるために、ＡＭ方式では正弦波で変調された測定光を数μs程度の長さで間歇的にバースト発光させ、発光時の強度を強くしながらも平均強度が小さくなるように設定されている。同様に、ＴＯＦ方式では、測定光のパルス幅を数ｎｓ以下に制御することによりし、発光時の強度を強くしながらも平均強度が小さくなるように設定されている。
【００１２】
また、例えば１ｍｍの分解能で距離を求める場合、ＴＯＦ方式を採用すると、演算の時間分解能が６．７ｐｓ以下の超高速の演算処理を実行する必要があり、そのため、数ＧＨｚオーダの周波数のクロックや、広帯域の演算回路が必要となり、非常に高価なものとなる。
【００１３】
特に、ロボットの視覚センサや、安全センサとして測距装置を用いる場合には、目的・用途に合わせて複数台の測距装置を組み込む必要がある。例えば、ロボットの視覚センサとして使用する場合には、ロボットが移動するために必要な環境地図作成や自己位置認識及び移動経路探索に使用する測距装置、足元の傾きや段差を検出する測距装置、物を把持するため物の位置や大きさを検出する３次元の測距装置等が必要となる。
【００１４】
上述したスタンドアロン型の測距装置をこれらに用いると、ロボットの部品コストが嵩み、低価格化に大きな支障を来たしていた。
【００１５】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、高分解能の測距精度を確保しながらも極めて安価に複数台の測距装置をロボット等に組み込むことが可能なマルチ信号処理装置、測距装置、及びマルチ測距システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の目的を達成するため、本発明によるマルチ信号処理装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された測定光を測定対象空間に偏向走査する走査部と、前記測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を検出して受光信号を出力する受光部とを備えた複数の測距装置と接続され、各測距装置から入力される発光要求信号のエッジを検知すると対応する測距装置の発光部を駆動する発光信号を出力する発光制御部と、発光制御した測距装置の受光部から受光信号を入力する入力処理部と、入力処理した受光信号に基づいて被測定物迄の距離を算出する演算処理部と、各処理部により実行される一連の処理を、任意の測距装置から入力される走査角度信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に実行させるジョブ管理部とを備えている点にある。
【００１７】
発光制御部、入力処理部、演算処理部の各処理部で構成される信号処理回路が各測距装置に対して費やす処理時間は非常に短時間であり、一つの測距装置から入力される走査角度信号のエッジで各処理が起動されても、次の走査角度信号のエッジ迄には十分なアイドル時間が生じる。ジョブ管理部は、このアイドル時間を活用して、任意の測距装置から入力される発光要求信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に処理を実行させることにより、一組の処理部で複数台の測距装置に対する距離演算を、発光要求信号の一周期内で完結させることができるようになる。
【００１８】
従って、各測距装置に高価な信号処理回路を個別に設ける必要がなくなるので、測距装置そのものを小型化でき、一つの信号処理回路を複数の測距装置で共用できるので、一台の測距装置あたりの信号処理回路のコストを数分の一から十数分の一に低減させることができるようになる。
【００１９】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記ジョブ管理部に、前記一連の処理が複数の測距装置で競合すると、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理を優先させ、他の処理を遅延させる遅延処理部を備えている点にある。
【００２０】
個々の測距装置がそれぞれ個別に測定光を走査する場合に、複数の測距装置からマルチ信号処理装置に発光要求信号のエッジが入力されると、各測距装置に対する処理が重複して発生するが、遅延処理部によって、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理が優先処理され、他の処理が遅延されるので、処理に支障を来たすことがない。また、遅延された処理は、最先の発光要求信号の次のエッジを検知するまでに実行可能となるので、所定の精度を確保することも可能になる。
【００２１】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、各測距装置に優先順位が設定され、前記遅延処理部は、複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジを同時に検知すると、優先順位の高い測距装置に対する処理を優先し、他方の処理を遅延させる点にある。
【００２２】
複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジが同時に検知されると、何れかの測距装置の処理から開始されるが、システムによっては重要な測距装置の処理を遅延させることが困難な場合もある。そのような場合であっても、各測距装置に優先順位が設定されているため、遅延処理部によって、優先順位の高い測距装置に対する処理が優先して実行されるようになり、重要な測距装置の処理が遅延するようなことが無くなる。
【００２３】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第二または第三特徴構成に加えて、各測距装置に優先順位が設定され、前記遅延処理部は、処理の遅延中に当該遅延中の測距装置より優先順位の高い測距装置から発光要求信号のエッジを検知すると、当該優先順位の高い測距装置に対する処理を優先させ、当該遅延中の測距装置に対する処理をさらに遅延させる点にある。
【００２４】
遅延処理部により処理が遅延されているときに、他の測距装置からの発光要求信号のエッジが検知される場合であっても、優先順位の高い測距装置に対する処理が優先して実行されるので、優先順位の高い測距装置ほど精度の高い演算結果が得られるようになる。
【００２５】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第三または第四特徴構成に加えて、各測距装置に設定される優先順位は、各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて決定される点にある。
【００２６】
各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて優先順位が設定されるので、優先順位を設定するための別途の回路や、設定入力のためのソフトウェア等を設ける必要が無く、また、コネクタの接続位置を変更するというシンプルな操作で極めて容易に優先順位を変更することも可能になる。
【００２７】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、各測距装置の発光要求信号の周期が、全測距装置に対する前記一連の処理の処理時間以上に設定されている点にある。
【００２８】
任意の測距装置の発光要求信号の周期内で、全測距装置に対する一連の処理が完結でき、少なくとも発光要求信号の周期以内の誤差に抑制することができるようになる。また、発光要求信号の周期を長くすれば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数を増やすことができ、発光要求信号の周期を短くすれば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数が減るが、測距処理の間隔を短くして測距精度を向上させることができる。
【００２９】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記ジョブ管理部は一連の処理を開始する測距装置のＩＤ信号を出力するＩＤ信号出力部を備え、前記発光制御部は当該ＩＤ信号に基づいて対応する測距装置に発光信号を出力するデコーダを備え、前記入力処理部は当該ＩＤ信号に基づいて対応する測距装置からの受光信号を前記演算処理部に出力するスイッチ回路を備えている点にある。
【００３０】
ＩＤ信号出力部から出力されるＩＤ信号に基づいて、発光制御部及び入力処理部が必要な測距装置との間で信号の入出力を行なうための回路が極めてシンプルに構成できる。
【００３１】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、各測距装置から入力される発光要求信号が走査部の走査角度を示す走査角度信号で構成され、当該走査角度信号に基づいて各測距装置の走査部の走査速度を目標速度に制御する走査速度制御部を備えている点にある。
【００３２】
測距装置は、通常、走査部の走査角度と対応して測距演算することにより、被測定物に対する二次元位置情報を取得するように構成される。発光要求信号が走査部の走査角度を示す走査角度信号と兼用されるため、走査角度信号以外の別途の発光要求信号を生成するための回路が不要になる。しかも、当該走査角度信号に基づいて各測距装置の走査速度をマルチ信号処理装置側で制御できるので、システムの自由度が向上する。例えば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数によって各測距装置の走査速度を可変に制御することも可能になる。
【００３３】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第八特徴構成に加えて、前記走査速度制御部は、走査速度が目標速度に制御された測距装置に対して前記一連の処理が実行されるように前記ジョブ管理部を起動する点にある。
【００３４】
走査速度が目標速度に制御された測距装置に対して一連の処理が実行されるので、早く立上った測距装置から測距のための処理を開始することができるようになる。
【００３５】
本発明による測距装置の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述した第一から第九の何れかの特徴構成を備えたマルチ信号処理装置に接続され、前記マルチ信号処理装置から入力される発光信号に基づいて測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された測定光を測定対象空間に偏向走査する走査部と、前記測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を検出して受光信号を前記マルチ信号処理装置に出力する受光部とを備えている点にある。
【００３６】
本発明によるマルチ測距システムの特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述した第一から第九の何れかの特徴構成を備えたマルチ信号処理装置と、上述の特徴構成を備えた測距装置とを備え、前記マルチ信号処理装置に前記測距装置が複数台接続されている点にある。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明した通り、本発明によれば、高分解能の測距精度を確保しながらも極めて安価に複数台の測距装置をロボット等に組み込むことが可能なマルチ信号処理装置、測距装置、及びマルチ測距システムを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるマルチ測距システムの説明図
【図２】測距装置の外観説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図
【図３】測距装置の断面図
【図４】測距装置の回路ブロック構成図
【図５】マルチ信号処理装置の回路ブロック構成図
【図６】マルチ信号処理装置の信号処理の説明図
【図７】マルチ信号処理装置の信号処理のタイムチャート
【図８】角度信号検知処理のフローチャート
【図９】（ａ）は発光信号出力処理のフローチャート、（ｂ）は受光信号処理のフローチャート
【図１０】制御部処理のフローチャート
【図１１】（ａ）はＡＭ方式の説明図、（ｂ）はＴＯＦ方式の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明によるマルチ信号処理装置、測距装置、及びマルチ測距システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４０】
図１に示すように、マルチ測距システムは、ＴＯＦ方式が採用された複数台の測距装置１と、マルチ信号処理装置１００と、ホストコンピュータ２００で構成されている。各測距装置１とマルチ信号処理装置１００とがローカルの信号ケーブルＣ１，Ｃ２，・・・，Ｃｎで接続され、マルチ信号処理装置１００とホストコンピュータ２００が汎用の通信線Ｃｈ、例えばＵＳＢケーブル等で接続されている。
【００４１】
各測距装置１は、例えばロボットの視覚センサとして予め設定された所定位置に組み付けられている。ホストコンピュータ２００は、当該ロボットのシステムコントローラとしての機能を備えるもので、その形態は図示したようなコンピュータの形態に制限されるものではない。また、各測距装置１の外観も適宜変更可能である。
【００４２】
各測距装置１は、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、横断面視で略半円形状の湾曲面に形成された光透過性の光学窓２ａが上部ハウジング２１と下部ハウジング２２の間に配置され、上部ハウジング２１の正面には装置１の状態が判別可能なモニタ表示部７９が設けられている。光学窓２ａに対向配置された背部ハウジング２３の下部に信号ケーブルを接続する端子７８が設けられている。
【００４３】
図３に示すように、測距装置１は、内壁面が迷光を吸収する暗幕等の吸光部材で被覆されたハウジング２１，２２，２３の内部に、測定光を出力する発光部３と反射光を検出する受光部５が光軸Ｌ１に沿って対向配置され、発光部３と受光部５との間に測定光を回転走査する走査部４が配置されている。
【００４４】
走査部４は、発光部３と受光部５を結ぶ光軸Ｌ１と一致する回転軸心Ｐ周りに光学系９を回転させる筒状の回転体８と、回転体８を回転駆動するモータ１１を備えている。
【００４５】
回転体８は、下端部が縮径された円筒状の周壁部８ａと天板部８ｂとからなり、その内周面に備えた軸受１２を介して中空軸１３によって回転可能に支承されている。
【００４６】
縮径された周壁部８ａの下端部の外周面に取り付けられたマグネット１１ｂでなる回転子と、ケーシング側に配置されたコイル１１ａでなる固定子とで、ブラシレスＤＣモータ１１が構成され、コイル１１ａとマグネット１１ｂとの相互作用により、回転体８が回転軸心Ｐ周りで回転する。
【００４７】
発光部３は、半導体レーザを用いた発光素子３ａと、発光素子３ａの駆動回路３ｂを備えている。発光素子３ａは、そこから出力される測定光の光軸Ｌ１と軸心Ｐが一致するように上部ハウジング２１に固定配置されるとともに光軸Ｌ１上に光のビーム径を一定にする光学レンズ３ｃが配置されている。
【００４８】
受光部５は、回転軸心Ｐ上に走査機構４を挟んで発光部３と対向するように回転体８の内部に固定配置され、反射光を検出するアバランシェフォトダイオードでなる受光素子５ａと、受光素子５ａで光電変換された反射信号を増幅する増幅回路５ｂを備えている。
【００４９】
回転体８には、発光部３から光軸Ｌ１に沿って出力された測定光を測定対象空間に向けて９０度偏向する第一偏向ミラー９ａと、測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を集光する受光レンズ９ｃと、受光レンズ９ｃを透過した反射光を光軸Ｌ１に沿って投光部３と対向配置された受光部５に向けて９０度偏向する第二偏向ミラー９ｂを備えた光学系９が取り付けられている。
【００５０】
つまり、投光部３から光軸Ｌ１に沿った光路Ｌａで出射された測定光が、第一偏向ミラー９ａで光軸Ｌ１と垂直な光軸Ｌ２に沿った光路Ｌｂに偏向された後に、光学窓２ａを通過して測定対象空間に照射され、光軸Ｌ２と平行な光軸Ｌ３に沿った光路Ｌｃで光学窓２ａを通過した測定対象物からの反射光が、受光レンズ９ｃで収束され、第二偏向ミラー９ｂにより光軸Ｌ１と等しい光軸Ｌ４に偏向されて受光部５に導かれる。
【００５１】
回転体８の周壁８ａの一部に受光レンズ９ｃを取り付ける開口部８ｃが形成され、開口部８ｃに対応して天板部８ｂに偏向ミラー９ａ，９ｂを取り付ける切欠部８ｄが形成されている。
【００５２】
偏向ミラー９ａ，９ｂは、樹脂または光学ガラスで一体成形された光学部材９０の直交する二つの平面に、金またはアルミニウムが反射部材としてコーティングされた偏向面により構成されている。
【００５３】
回転体８に形成された開口部８ｃから、一体形成された偏向ミラー９ａ，９ｂを挿入し、天板部８ｂに形成された切欠部８ｄの周面に接合させてビス止めすることにより、偏向ミラー９ａ，９ｂが回転体８に固定され、その後、開口部８ｃに受光レンズ９ｃが固定される。
【００５４】
受光レンズ９ｃのレンズ中心より上部側の一部が直線状に切り欠かれ、さらにその中央部がレンズ中心方向に一部切り欠かれた切欠部が形成されている。第一偏向ミラー９ａにより偏向された測定光を測定対象空間に案内する中空筒状のガイド部材９ｄが回転体８の天板部８ｂに形成された切欠部８ｄに固定され、ガイド部材９ｄの先端側端部が受光レンズ９ｃに形成された切欠部から延出するように、そしてガイド部材９ｄの基端側端部が第一偏向ミラー９ａの下端側と接当するように配置されている。即ち、受光レンズのうち前記測定光が通過する領域が切り欠かれている。
【００５５】
ガイド部材９ｄの外周は遮光部材で被覆され、第一偏向ミラー９ａにより偏向された測定光がガイド部材９ｄの中を通過して測定対象空間に案内される。従って、投光部３から出力された測定光の一部が回転体８内部に漏れて発生する迷光が受光部５で誤検出されるような不都合を解消することができる。
【００５６】
上部ハウジング２１と下部ハウジング２２間に設けられた光学窓２ａは、投光部３から出力された測定光が走査機構４により測定対象空間に照射され、測定対象空間に存在する被測定物で反射した反射光が受光部５で検出されるように、上下方向に一定幅を有するとともに、上端から下端にかけて内側に僅かに傾斜するように配置され、測定光が回転軸心Ｐを中心として約２５０度範囲で走査可能に配置されている。これにより光学窓２ａ表面に埃等が積もりにくくしながらも、広範囲に亘る空間を走査できる。
【００５７】
光学窓２ａに対向する背部ハウジング２３の内壁部に、信号処理基板７で算出される距離を補正するための基準光を導くプリズム等の導光部材１７が配置されている。
【００５８】
回転体８の外周面に周方向に複数の光学的スリットが形成されたスリット板１５ａが設置されるとともに、スリット板１５ａの回転経路上にフォトインタラプタ１５ｂが配置され、これらにより回転体８の走査角度を検出する走査角度検出部１５が構成されている。
【００５９】
下部ハウジング２２の下部には、測距装置１を制御する制御基板７が配置されている。制御基板７には、モータ制御回路、駆動回路、増幅回路等が組み込まれている。
【００６０】
図４には、上述した測距装置１の制御ブロックが示されている。当該制御ブロックには、レーザダイオード３ａを駆動する駆動する駆動回路３ｂと、アバランシェフォトダイオード５ａで検知される被測定物Ｒからの反射信号または導光部材１７からの基準光を増幅する増幅回路５ａと、ブラシレスＤＣモータ１１の回転数を制御するモータ制御回路１６と、走査角度検出部１５を備えている。
【００６１】
当該制御ブロックは、マルチ信号処理装置１００のコネクタＣＮを介して信号線Ｃで接続されている。信号線Ｃには、当該制御ブロックに給電する電源ラインとグランドラインの他に、発光信号ライン、受光信号ライン、ＰＷＭ信号ライン、角度信号ラインが含まれる。
【００６２】
駆動回路３ｂは、発光信号ラインから入力される発光信号をトリガーとして所定時間、ここでは５μｓｅｃ．レーザダイオード３ａを駆動する。モータ制御回路１６は、ＰＷＭ信号ラインから入力されるＰＷＭ信号に基づいてモータ１１を速度制御する。ＰＷＭ信号のデュ−ティ比が０％のときモータを停止制御し、１０％から９０％の間で回転数をリニアに制御する。
【００６３】
増幅回路５ａで増幅された受光信号が受光信号ラインを介してマルチ信号処理装置１００に出力され、走査角度検出部１５からの角度信号が角度信号ラインを介してマルチ信号処理装置１００に出力される。
【００６４】
図５には、マルチ信号処理装置１００の回路ブロックが示されている。当該回路ブロックはゲートアレイ、アナログスイッチ、デジタルシグナルプロセッサ等が集積されたＡＳＩＣで構成されている。
【００６５】
マルチ信号処理装置１００は、角度信号検知部１１０、角度信号記憶部１２０、発光信号出力部１３０、受光信号入力部１４０、距離演算部１５０、距離記憶部１６０、マイクロコンピュータを備えた制御部１７０、各ブロックの演算処理に必要なシステムクロックを生成するクロック回路１８０等を備えている。
【００６６】
制御部１７０は、マルチ測距システムを統括制御するブロックで、ホストインタフェースを介してホストコンピュータ２００と接続されている。
【００６７】
角度信号検知部１１０は、各測距装置１から入力される発光要求信号（ここでは角度信号が用いられる）の立上りエッジを検知するエッジ検出回路を備え、当該立上りエッジに基づいて各測距装置１に発光信号を出力するタイミングを制御するタイミング制御回路を備えている。
【００６８】
タイミング制御回路は、発光信号の出力タイミングで該当する測距装置１に対応するセンサＩＤ信号を出力する。
【００６９】
角度信号記憶部１２０は、角度信号検知部１１０によって検知された角度信号の立上りエッジで対応する測距装置１に発光信号を出力できない場合に、当該未発行の発光要求信号とセンサＩＤ信号を記憶する記憶回路である。
【００７０】
発光信号出力部１３０は、センサＩＤ信号の発生時に当該センサＩＤ信号に対応する測距装置１に発光信号を出力するデコーダ回路を備えている。例えば、１６台の測距装置１が接続されている場合には、４−１６デコーダを備え、４ビットのセンサＩＤ信号を入力して１６台の測距装置１の何れかに発光信号を出力する。当該発光信号をトリガーとして各測距装置１の駆動回路３ｂが駆動される。
【００７１】
尚、８台の測距装置１が接続されている場合には３−８デコーダ、１７台以上の測距装置１が接続されている場合には５−３２デコーダを備えればよい。
【００７２】
受光信号入力部１４０は、センサＩＤ信号の発生時に、当該センサＩＤ信号に対応する測距装置１から出力された受光信号を距離演算部１５０に出力するアナログスイッチ回路を備えている。アナログスイッチ回路は、各測距装置１から入力される受光信号に対応した入力端子を備え、センサＩＤ信号に対応する測距装置１から入力される受光信号のみを選択的に後段に通過させるスイッチ回路である。
【００７３】
距離演算部１５０は、デジタルシグナルプロセッサで構成され、任意の測距装置１に発光信号が出力された時点から受光信号が入力されるまでの時間を算出し、当該測距装置１で検知された被測定物Ｒまでの距離を算出する。
【００７４】
さらに、距離演算部１５０は、発光信号が出力された時点から導光部材１７からの基準光に対応する受光信号が入力されるまでの時間を算出し、当該測距装置の基準補正距離を算出する。
【００７５】
距離演算部１５０は、被測定物Ｒまでの距離から基準補正距離を減算した値を補正後の距離として算出し、距離記憶部１６０に記憶する。当該基準補正距離は、各測距装置１の発光部３や受光部５の部品ばらつき等を吸収するための値である。
【００７６】
制御部１７０は、各測距装置１から入力された角度信号に基づいて各測距装置１の走査角度を把握するとともに、センサＩＤ信号に同期して距離演算部１５０から出力される演算終了信号を検知すると、距離記憶部１６０から距離を読み出して、走査角度と対応する距離とからなる二次元位置情報を対応する測距装置と関連付けて内部メモリであるＲＡＭに格納する。
【００７７】
制御部１７０は、ホストインタフェースを介してホストコンピュータ２００から二次元位置情報の送信リクエストを受信すると、測距装置のＩＤと対応する二次元位置情報をホストコンピュータ２００に転送する。
【００７８】
図６に示すように、任意の測距装置１の走査角度検出部１５から角度信号検知部１１０に一定周期Ｔのパルス状の角度信号が入力されると、角度信号検知部１１０はその立上りエッジを検知して、当該立上りエッジで当該測距装置１に対応するセンサＩＤ信号を出力する。
【００７９】
発光信号出力部１３０が、センサＩＤ信号に対応する測距装置１に発光信号を出力すると、当該測距装置１の駆動回路３ｂは、５ｎｓｅｃ．だけレーザダイオード３ａを駆動して発光させる。
【００８０】
当該測定光に対する反射光が受光部５で検知されると、受光信号入力部１４０を介して受光信号が距離演算部１５０に入力され、距離演算部１５０で距離演算が実行される。
【００８１】
角度信号の周期Ｔが、距離演算のために要する時間Ｔ／ｎ（ｎは測距装置１の台数）よりも十分に長い場合、距離演算部１５０には、（ｎ−１）Ｔ／ｎだけのアイドル時間が発生する。この間にｎ−１台の測距装置１に対する距離演算が実行できる。
【００８２】
例えば、測距装置１の最大検出距離が１５０ｍである場合には、距離演算のために要する時間は最大１μｓｅｃ．となる。この値は、上述したＴＯＦ方式の距離算出式 Ｄ＝Δｔ・Ｃ／２ から導かれる。
【００８３】
角度信号の周期Ｔが１８μｓｅｃ．に設定される場合には、距離演算部１５０は、周期Ｔの間に１８回の距離演算を実行することができる。つまり、マルチ信号処理装置１００に最大１８台の測距装置１を接続しても、周期Ｔの間に１８台の測距装置１に対する距離演算を少なくとも一回は実行できるようになる。
【００８４】
尚、レーザダイオード３ａを１８μｓｅｃ．の周期で駆動する場合、IEC60825-1で定められたComparison with AEL multiplied by Cs for a single pulseの規定で、クラス１の安全性を確保しながらも、最も測定効率のよい発光間隔となる。
【００８５】
つまり、本発明によるマルチ信号処理装置１００は、距離演算部１５０のアイドル時間を利用して複数台の測距装置１に対する距離演算を実行するように構成されている。
【００８６】
図７には、各測距装置１から出力される周期Ｔの角度信号がＴ／ｎずれる理想的な場合のタイミングチャートが示されている。測距装置（１）からの角度信号の立上りエッジで測距装置１に対する距離演算が終了すると、測距装置（２）からの角度信号の立上りエッジが入力され、測距装置（２）に対する距離演算が開始される。
【００８７】
このようなタイミングでｎ台の測距装置に対する距離演算が、角度信号の一周期内でそれぞれ一回実行されるようになる。従って、各測距装置に高価な信号処理回路を個別に設ける必要がなくなるので、測距装置そのものを小型化できる。また、一つの信号処理回路を複数の測距装置で共用できるので、一台の測距装置当たりの信号処理回路のコストを数分の一から十数分の一に低減させることができるようになる。
【００８８】
しかし、各測距装置１から角度信号がランダムに出力される場合には、図７に示す理想的な順序で距離演算が実行できなくなる。そこで、本発明によるマルチ信号処理装置１００は、各測距装置から入力される発光要求信号のエッジを検知すると対応する測距装置の発光部を駆動する発光信号を出力する発光制御部と、発光制御した測距装置の受光部から受光信号を入力する入力処理部と、入力処理した受光信号に基づいて被測定物迄の距離を算出する演算処理部と、各処理部により実行される一連の処理を、任意の測距装置から入力される走査角度信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に実行させるジョブ管理部とを備えている。
【００８９】
尚、上述した角度信号検知部１１０、角度信号記憶部１２０、発光信号出力部１３０によって発光制御部が構成され、上述した受光信号入力部１４０によって入力処理部が構成され、上述した距離演算部１５０によって演算処理部が構成されている。
【００９０】
また、角度信号検知部１１０、角度信号記憶部１２０によって、ジョブ管理部が構成されている。さらに、本実施形態では、角度信号が発光要求信号として用いられているが、角度信号とは別に発光要求信号が測距装置１から出力されるように構成してもよい。
【００９１】
ジョブ管理部には、各測距装置に対する一連の処理が複数の測距装置で競合すると、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理を優先させ、他の処理を遅延させる遅延処理部を備えている。遅延処理部も、角度信号検知部１１０、角度信号記憶部１２０によって実現されている。
【００９２】
つまり、角度信号検知部１１０は、任意の測距装置１から出力された角度信号の立上りエッジを検知すると、当該測距装置１に対して発光信号を出力するべく、センサＩＤ信号をＴ／ｎ時間（本実施形態では１μｓｅｃ．）出力する。
【００９３】
角度信号検知部１１０は、この間に他の測距装置から出力された角度信号の立上りエッジを検知すると、当該発光要求信号の実行を留保して、当該他の測距装置からの発光要求信号を角度信号記憶部１２０に記憶する。この間にさらに他の複数の測距装置から出力された角度信号の立上りエッジを検知する場合も、同様に他の複数の測距装置からの発光要求信号を、エッジを検知した順番に角度信号記憶部１２０に記憶する。
【００９４】
角度信号検知部１１０は、クロック回路１８０から入力されるクロック信号に基づいて、距離演算に必要な１μｓｅｃ．の時間の経過を認識すると、角度信号記憶部１２０に記憶した当該他の測距装置からの発光要求信号を読み出して、当該他の測距装置に対して発光信号を出力するべく、センサＩＤ信号を１μｓｅｃ．出力する。角度信号記憶部１２０に複数の発光要求信号が格納されている場合には、エッジを検知した順番に１μｓｅｃ．インタバルで各測距装置に発光信号を出力する。
【００９５】
各測距装置に対するセンサＩＤ信号は、各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて設定される。図１の例では、コネクタＣＮ１に接続された測距装置のＩＤが１に、コネクタＣＮ２に接続された測距装置のＩＤが２に、コネクタＣＮｎに接続された測距装置のＩＤがｎにそれぞれ設定される。
【００９６】
遅延処理部によって、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理が優先処理され、他の測距装置に対する処理が遅延されるので、処理に支障を来たすことがない。また、遅延された処理は、最先の発光要求信号の次のエッジを検知するまでに実行可能となるので、所定の精度を確保することも可能になる。
【００９７】
各測距装置で検知された被測定物に対する角度と距離で示される二次元位置情報のうち、角度の最大誤差が角度信号の周期Ｔに対応する角度以内に収まるのである。
【００９８】
複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジが同時に検知される場合には、例えば、小さいＩＤの測距装置から、或は大きいＩＤの測距装置から順番に処理を開始することも可能である。しかし、システムによっては重要な測距装置の処理を遅延させることが困難な場合もある。
【００９９】
そのような場合に備えて、各測距装置に優先順位が設定されている。遅延処理部は、複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジを同時に検知すると、優先順位の高い測距装置に対する処理を優先し、他方の処理を遅延させるように構成されている。
【０１００】
遅延処理部によって、優先順位の高い測距装置に対する処理が優先して実行されるようになり、重要な測距装置の処理が遅延するようなことが無くなる。
【０１０１】
また、各測距装置に優先順位が設定され、遅延処理部は、処理の遅延中に当該遅延中の測距装置より優先順位の高い測距装置から発光要求信号のエッジを検知すると、当該優先順位の高い測距装置に対する処理を優先させ、当該遅延中の測距装置に対する処理を、さらに遅延させるように構成されている。
【０１０２】
各測距装置に設定される優先順位は、各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて決定される。コネクタＣＮ１に接続された測距装置の優先順位が最も高く、コネクタＣＮ２に接続された測距装置の優先順位がその次の優先順位に設定され、コネクタＣＮｎに接続された測距装置の優先順位が最下位に設定される。
【０１０３】
このように構成すれば、優先順位を設定するための別途の回路や、設定入力のためのソフトウェア等を設ける必要が無く、また、コネクタの接続位置を変更するというシンプルな操作で極めて容易に優先順位を変更することも可能になる。
【０１０４】
尚、各コネクタに付ける優先順位を予め設定し、制御部１７０のＲＯＭや角度信号記憶部１２０に記憶してもよい。
【０１０５】
角度信号検知部１１０が、任意の測距装置から出力された角度信号の立上りエッジを検知したときに、角度信号記憶部１２０に記憶された他の測距装置の発光要求信号の有無を検知し、角度信号記憶部１２０に他の測距装置の発光要求信号が記憶されていれば、これらの測距装置の中で最も優先順位が高い測距装置の発光要求信号に対するセンサＩＤ信号を出力するように構成することにより、当該優先処理が実現できる。
【０１０６】
これによって、優先順位の高い測距装置に対する処理が優先して実行されるようになり、優先順位の高い測距装置ほど精度の高い演算結果が得られるようになる。
【０１０７】
本実施形態では、各測距装置１の発光要求信号の周期が、全測距装置に対する一連の距離演算処理の合計の処理時間以上に設定されているため、任意の測距装置の発光要求信号の周期内で、全測距装置に対する一連の処理が完結でき、少なくとも発光要求信号の周期以内の誤差に抑制することができるようになる。
【０１０８】
また、発光要求信号の周期を長くすれば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数を増やすことができ、発光要求信号の周期を短くすれば、マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数が減るが、測距処理の間隔を短くして、走査角度に関する測距精度を向上させることができる。
【０１０９】
マルチ信号処理装置に接続される測距装置の台数に基づいて、発光要求信号の周期を可変設定できるように構成してもよい。例えば、制御部１７０が、マルチ信号処理装置１００に接続されている測距装置の台数をカウントして、その結果に基づいて測距装置の走査速度を可変に制御すればよい。
【０１１０】
後述するように、制御部１７０は、各測距装置１から出力される角度信号をモニタして各測距装置１の走査速度を目標速度に制御するように構成されているため、角度信号の入力の有無を検知することにより、マルチ信号処理装置１００に接続されている測距装置の台数をカウントすることが可能になる。
【０１１１】
以下、マルチ測距システムの処理手順を説明する。
図１０に示すように、システムに電源が投入されると（ＳＤ１）、制御部１７０は、各測距装置に対してモータ駆動指令を出力する（ＳＤ２）。当該モータ駆動指令はＰＷＭ信号であり、目標速度に対応するデューティ比のパルス信号が各測距装置に出力される。
【０１１２】
制御部１７０は、各測距装置から角度信号が入力されると、当該角度信号が入力された入力ポートの配置に従って、各測距装置のＩＤを識別する（ＳＤ４）。上述のコネクタＣＮ１，ＣＮ２，・・・，ＣＮｎと入力ポートの配置が対応しているため、入力ポートの配置に従ってＩＤが識別できる。
【０１１３】
制御部１７０は、角度信号の周期が目標周期Ｔとなるように、ＰＷＭ信号のデューティ比をフィードバック制御し（ＳＤ５）、各測距装置の角度信号の周期が目標周期Ｔに収束すると（ＳＤ６）、角度信号検知部１１０に起動指令を出力する（ＳＤ７）。
【０１１４】
その後、角度信号検知部１１０から出力されるセンサＩＤ信号を入力し、距離演算部５０から演算終了信号が入力されると、センサＩＤ信号に対応する測距装置の演算結果を距離記憶部１６０から読み出して、測距装置のＩＤ、走査角度、距離をＲＡＭに格納し、ステップＳＤ３に戻る。
【０１１５】
制御部１７０は、当該ルーチンに加えて、ホストコンピュータ２００からの割り込み要求があると、ＲＡＭに格納した測距装置のＩＤ、走査角度、距離をホストコンピュータ２００に送信する。
【０１１６】
図８に示すように、角度信号検知部１１０は、制御部１７０から起動指令を受信すると、各測距装置からの角度信号を入力して（ＳＡ１）、各測距装置のＩＤを識別する（ＳＡ２）。
【０１１７】
角度信号検知部１１０は、任意の測距装置からの角度信号の立上りエッジ、つまり発光要求信号を検知すると（ＳＡ３）、他の測距装置からの角度信号の立上りエッジと競合状態にあるか否かを判定する（ＳＡ４）。
【０１１８】
競合状態とは、上述したように、角度信号記憶部１２０に既に他の測距装置からの発光要求信号が格納されている場合、複数の測距装置から同時に角度信号の立上りエッジが検知される場合等をいう。
【０１１９】
競合している場合には優先順位を判断して（ＳＡ５）、優先順位の低い測距装置の発光要求信号を角度信号記憶部１２０にセーブし（ＳＡ６）、前回の距離演算が終了した所定周期、つまり１μｓｅｃ．の周期であるか否かを判定し（ＳＡ７）、所定周期であれば優先順位の高い測距装置に対するセンサＩＤ信号を出力し（ＳＡ８）、ステップＳＡ１に戻る。
【０１２０】
ステップＳＡ３で任意の測距装置からの角度信号の立上りエッジを検知しない場合には、ステップＳＡ５以下の処理を実行し、角度信号記憶部１２０に複数の測距装置からの発光要求信号が記憶されている場合には、その優先順位を判断して（ＳＡ５）、優先順位の高い測距装置からの発光要求信号に対してステップＳＡ７の処理を実行する。
【０１２１】
図９（ａ）に示すように、発光信号出力部１３０は、角度信号検知部１１０から出力されたセンサＩＤ信号を検出すると（ＳＢ１）、ＩＤに対応する測距装置に発光信号を出力し（ＳＢ２）、所定時間が経過すると（ＳＢ３）、当該発光信号をオフする（ＳＢ４）。
【０１２２】
当該発光信号を受信した測距装置の駆動回路３ｂは、当該発光信号をトリガーとして５ｎｓｅｃ．の間、レーザダイオード３ａを駆動する。
【０１２３】
図９（ｂ）に示すように、受光信号入力部１４０は、角度信号検知部１１０から出力されたセンサＩＤ信号を検出すると、対応する測距装置からの受光信号が距離演算部１５０に入力されるように、経路スイッチであるアナログスイッチを切り替える（ＳＣ１）。
【０１２４】
距離演算部１５０は、アナログスイッチを介して入力される受光信号が入力されると、発光信号の出力時（当該センサＩＤ信号の切替時期であってもよい）から受光信号の立上り迄の時間、つまり測定光の遅延時間を算出して、被測定物までの距離を算出し（ＳＣ２）、その結果を距離記憶部１６０に記憶し（ＳＣ３）、制御部１７０に演算終了信号を出力する（ＳＣ５）。
【０１２５】
尚、詳述しないが、角度信号の周期、つまり、走査角度検出部１５から出力される角度信号は、測定光が導光部材１７に照射される基準位置でパルスが欠落するように構成されている。
【０１２６】
角度信号検知部１１０は、このパルスの欠落時期を判別して、基準補正距離算出時期であると判断すると、角度信号の立上り時期であると判断して、センサＩＤ信号を出力するとともに、距離演算部１５０にその旨の信号を出力するように構成されている。
【０１２７】
距離演算部１５０はこれに対応して距離演算した結果を基準補正距離として距離記憶部１６０に格納するように構成されている。そして、距離演算部１５０はステップＳＣ２で距離演算する度に算出した距離から基準補正距離を減算した距離を補正後の距離として距離記憶部１６０に格納するように構成されている。
【０１２８】
以下、別実施形態を説明する。
上述した実施形態では、角度信号の周期が１８μｓｅｃ．に設定され、距離演算が１μｓｅｃ．で終了するように設定されているため、最大１８台の測距装置がマルチ信号処理装置１００に接続可能なシステムを説明したが、角度信号の周期、距離演算の所要時間１μｓｅｃ．は例示に過ぎず、本発明がこのような数値範囲に制限されるものではない。
【０１２９】
最大測距範囲が１５０ｍに設定された場合に、距離演算が１μｓｅｃ．を要するのであるが、最大測距範囲が１５０ｍより短ければ、距離演算が１μｓｅｃ．未満で終了する。例えば、最大測距範囲が７５ｍであれば、距離演算が０．５μｓｅｃ．となる。この場合、角度信号の周期が１８μｓｅｃ．であれば、その間に各測距装置で二回の距離演算を行うことができる。また、この場合、角度信号の周期を９μｓｅｃ．に設定すれば、角度信号の一周期で各測距装置に対する距離演算を一回ずつ実行することができる。
【０１３０】
つまり、マルチ測距システムの用途に応じて定まる最大測距範囲に基づいて、角度信号の周期をフレキシブルに可変設定することができる。例えば、ホストコンピュータ２００からマルチ信号処理装置１００の制御部１７０に角度信号の周期を規定する制御情報を送信し、制御部１７０がモータ制御用のＰＷＭ信号により各測距装置の角度信号の周期を可変に設定すればよい。
【０１３１】
また、マルチ信号処理装置１００に接続される特定の測距装置の角度信号の周期を、他の測距装置の角度信号の周期より長くなるように設定し、或は短くなるように設定してもよい。
【０１３２】
走査角度の高い分解能を要求されない特定の測距装置に対して、その角度信号の周期を他の測距装置の角度信号の周期の２倍に設定すれば、当該特定の測距装置は、他の測距装置に対する距離演算周期の２倍の周期で距離演算が実行される。
【０１３３】
走査角度の高い分解能が要求される特定の測距装置に対して、その角度信号の周期を他の測距装置の角度信号の周期の１／２倍に設定すれば、当該特定の測距装置は、他の測距装置に対する距離演算周期の１／２倍の周期で距離演算が実行される。
【０１３４】
この場合も、上述と同様に、ホストコンピュータ２００からマルチ信号処理装置１００の制御部１７０に角度信号の周期を規定する制御情報を送信し、制御部１７０がモータ制御用のＰＷＭ信号により各測距装置の角度信号の周期を可変に設定すればよい。
【０１３５】
また、マルチ信号処理装置１００に接続されている測距装置の台数によって、角度信号の周期を異ならせてもよい。
【０１３６】
上述した実施形態では、ＴＯＦ方式の測距装置を例に説明したが、本発明に用いられる測距装置はＡＭ方式が採用される測距装置であってもよい。
【０１３７】
この場合、レーザダイオード３ａの出力光を正弦波で変調した測定光を数μsの間、例えば３μsの間、出力するバースト制御を実行することが好ましい。測定光を間歇的に出力するバースト制御を実行すると、発光時の強度を強くしながらも平均強度が小さくなるように設定でき、人体の目への安全性を確保できるからである。
【０１３８】
ＡＭ方式を採用する場合には、測距装置１から出力される受光信号に測定光及び反射光に対する受光信号が含まれるように構成するとともに、距離演算部１５０に、測定光と反射光の位相差を求める位相差検出部と、測定光の立上がりから反射光の立上がりまでの遅延時間に基づいて、変調された正弦波の波数を検出する波数検出部とを備え、波数検出部で検出した波数と位相差検出部により検出された位相差に基づいて測定対象物までの距離を算出するように構成すればよい。
【０１３９】
つまり、位相差検出部により、測定光と反射光の位相差が求められ、波数検出部により、測定光の出力からから反射光の検出までの遅延時間に基づいて被測定物までの距離が算出される。このとき算出された距離に基づいて変調信号の波長が求められる。
【０１４０】
そして、位相差検出部で求められた位相差に基づいて、変調信号の一波長内における被測定物までの仮の距離が算出され、当該仮の距離に波数検出部で求められた波数に対応する距離が加算さる結果、測定対象物までの正確な距離が算出される。
【０１４１】
従って、測定対象物までの距離が変調信号の一波長以上に及ぶ場合であっても、波数検出部により求められる波数が判明するので正確な距離が算出される。
【０１４２】
上述した実施形態は、本発明の一実施例であり、走査式測距装置の具体的構造、信号処理部２３の具体的な回路構成等は、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
上述のマルチ測距システムは、二足歩行ロボットや、産業機械ロボット等の各種のロボット、或は、無人車の視覚認識センサとしてのナビゲーション用センサに好適に利用される。また、ドアの開閉センサや危険な装置に人や物が近づくのを検出し、機械を安全に停止する安全センサ、車の形状を検出して車種の判別及び通過する車の数をカウントするＥＴＣシステム用センサにも好適に利用される。さらには、人を検出して人数をカウントして混み具合や、人の流れを検出する人体検出用センサ、監視領域への侵入者の有無を検出する監視センサ等にも好適に利用される。
【符号の説明】
【０１４４】
１：測距装置
３：発光部
３ａ：光源（レーザダイオード）
３ｂ：駆動回路
５：受光部
５ａ：受光素子（アバランシェフォトダイオード）
５ｂ：増幅回路
４：走査部
１１：モータ
１５：走査角度検出部
１６：モータ制御回路
１００：マルチ信号処理装置
１１０：角度信号検知部
１２０：角度信号記憶部
１３０：発光信号出力部
１４０：受光信号入力部
１５０：距離演算部
１６０：距離記憶部
１７０：制御部
１１０，１２０，１３０：発光制御部
１１０，１２０：ジョブ管理部（遅延処理部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された測定光を測定対象空間に偏向走査する走査部と、前記測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を検出して受光信号を出力する受光部とを備えた複数の測距装置と接続され、
各測距装置から入力される発光要求信号のエッジを検知すると対応する測距装置の発光部を駆動する発光信号を出力する発光制御部と、発光制御した測距装置の受光部から受光信号を入力する入力処理部と、入力処理した受光信号に基づいて被測定物迄の距離を算出する演算処理部と、各処理部により実行される一連の処理を、任意の測距装置から入力される走査角度信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に実行させるジョブ管理部とを備えているマルチ信号処理装置。
【請求項２】
前記ジョブ管理部に、前記一連の処理が複数の測距装置で競合すると、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理を優先させ、他の処理を遅延させる遅延処理部を備えている請求項１記載のマルチ信号処理装置。
【請求項３】
各測距装置に優先順位が設定され、前記遅延処理部は、複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジを同時に検知すると、優先順位の高い測距装置に対する処理を優先し、他方の処理を遅延させる請求項２記載のマルチ信号処理装置。
【請求項４】
各測距装置に優先順位が設定され、前記遅延処理部は、処理の遅延中に当該遅延中の測距装置より優先順位の高い測距装置から発光要求信号のエッジを検知すると、当該優先順位の高い測距装置に対する処理を優先させ、当該遅延中の測距装置に対する処理をさらに遅延させる請求項２または３記載のマルチ信号処理装置。
【請求項５】
各測距装置に設定される優先順位は、各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて決定される請求項３または４記載のマルチ信号処理装置。
【請求項６】
各測距装置の発光要求信号の周期が、全測距装置に対する前記一連の処理の処理時間以上に設定されている請求項１から５の何れかに記載のマルチ信号処理装置。
【請求項７】
前記ジョブ管理部は一連の処理を開始する測距装置のＩＤ信号を出力するＩＤ信号出力部を備え、前記発光制御部は当該ＩＤ信号に基づいて対応する測距装置に発光信号を出力するデコーダを備え、前記入力処理部は当該ＩＤ信号に基づいて対応する測距装置からの受光信号を前記演算処理部に出力するスイッチ回路を備えている請求項１から６の何れかに記載のマルチ信号処理装置。
【請求項８】
各測距装置から入力される発光要求信号が走査部の走査角度を示す走査角度信号で構成され、当該走査角度信号に基づいて各測距装置の走査部の走査速度を目標速度に制御する走査速度制御部を備えている請求項１から７の何れかに記載のマルチ信号処理装置。
【請求項９】
前記走査速度制御部は、走査速度が目標速度に制御された測距装置に対して前記一連の処理が実行されるように前記ジョブ管理部を起動する請求項８記載のマルチ信号処理装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れかに記載のマルチ信号処理装置に接続され、前記マルチ信号処理装置から入力される発光信号に基づいて測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された測定光を測定対象空間に偏向走査する走査部と、前記測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を検出して受光信号を前記マルチ信号処理装置に出力する受光部とを備えている測距装置。
【請求項１１】
請求項１から９の何れかに記載のマルチ信号処理装置と、請求項１０記載の測距装置とを備え、前記マルチ信号処理装置に前記測距装置が複数台接続されているマルチ測距システム。
【請求項１】
測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された測定光を測定対象空間に偏向走査する走査部と、前記測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を検出して受光信号を出力する受光部とを備えた複数の測距装置と接続され、
各測距装置から入力される発光要求信号のエッジを検知すると対応する測距装置の発光部を駆動する発光信号を出力する発光制御部と、発光制御した測距装置の受光部から受光信号を入力する入力処理部と、入力処理した受光信号に基づいて被測定物迄の距離を算出する演算処理部と、各処理部により実行される一連の処理を、任意の測距装置から入力される走査角度信号の一周期内で、各測距装置に対して順番に実行させるジョブ管理部とを備えているマルチ信号処理装置。
【請求項２】
前記ジョブ管理部に、前記一連の処理が複数の測距装置で競合すると、最先の発光要求信号のエッジを検知した測距装置に対する処理を優先させ、他の処理を遅延させる遅延処理部を備えている請求項１記載のマルチ信号処理装置。
【請求項３】
各測距装置に優先順位が設定され、前記遅延処理部は、複数の測距装置から入力される発光要求信号のエッジを同時に検知すると、優先順位の高い測距装置に対する処理を優先し、他方の処理を遅延させる請求項２記載のマルチ信号処理装置。
【請求項４】
各測距装置に優先順位が設定され、前記遅延処理部は、処理の遅延中に当該遅延中の測距装置より優先順位の高い測距装置から発光要求信号のエッジを検知すると、当該優先順位の高い測距装置に対する処理を優先させ、当該遅延中の測距装置に対する処理をさらに遅延させる請求項２または３記載のマルチ信号処理装置。
【請求項５】
各測距装置に設定される優先順位は、各測距装置の信号線が接続されるコネクタの接続位置に基づいて決定される請求項３または４記載のマルチ信号処理装置。
【請求項６】
各測距装置の発光要求信号の周期が、全測距装置に対する前記一連の処理の処理時間以上に設定されている請求項１から５の何れかに記載のマルチ信号処理装置。
【請求項７】
前記ジョブ管理部は一連の処理を開始する測距装置のＩＤ信号を出力するＩＤ信号出力部を備え、前記発光制御部は当該ＩＤ信号に基づいて対応する測距装置に発光信号を出力するデコーダを備え、前記入力処理部は当該ＩＤ信号に基づいて対応する測距装置からの受光信号を前記演算処理部に出力するスイッチ回路を備えている請求項１から６の何れかに記載のマルチ信号処理装置。
【請求項８】
各測距装置から入力される発光要求信号が走査部の走査角度を示す走査角度信号で構成され、当該走査角度信号に基づいて各測距装置の走査部の走査速度を目標速度に制御する走査速度制御部を備えている請求項１から７の何れかに記載のマルチ信号処理装置。
【請求項９】
前記走査速度制御部は、走査速度が目標速度に制御された測距装置に対して前記一連の処理が実行されるように前記ジョブ管理部を起動する請求項８記載のマルチ信号処理装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れかに記載のマルチ信号処理装置に接続され、前記マルチ信号処理装置から入力される発光信号に基づいて測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された測定光を測定対象空間に偏向走査する走査部と、前記測定対象空間に存在する被測定物からの反射光を検出して受光信号を前記マルチ信号処理装置に出力する受光部とを備えている測距装置。
【請求項１１】
請求項１から９の何れかに記載のマルチ信号処理装置と、請求項１０記載の測距装置とを備え、前記マルチ信号処理装置に前記測距装置が複数台接続されているマルチ測距システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２１４９２６（Ｐ２０１１−２１４９２６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８１９８２（Ｐ２０１０−８１９８２）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００２４２６００）北陽電機株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００２４２６００）北陽電機株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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