信号処理装置、及び走査式測距装置
【課題】走査式測距装置と被測定物との間に障害物が存在する場合であっても、被測定物に対する距離を正確に算出可能な走査式測距装置を提供する。
【解決手段】
走査部で周期的に偏向走査されたパルス状の測定光に対応して、受光部で検出された被測定物からの反射光に対応する反射信号を微分する微分処理部と、一次微分された一次微分反射信号の立上り時期を基準に当該一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を反射光の検出時期として求め、測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて被測定物までの距離を算出して出力する演算部と、微分処理部により反射信号が一次微分された一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、反射信号が二次微分された二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かを判定する波形判定部を備えている。
【解決手段】
走査部で周期的に偏向走査されたパルス状の測定光に対応して、受光部で検出された被測定物からの反射光に対応する反射信号を微分する微分処理部と、一次微分された一次微分反射信号の立上り時期を基準に当該一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を反射光の検出時期として求め、測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて被測定物までの距離を算出して出力する演算部と、微分処理部により反射信号が一次微分された一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、反射信号が二次微分された二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かを判定する波形判定部を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置、及び走査式測距装置に関し、特に、パルス状の測定光を出力する投光部と、前記投光部から出力された測定光を光学窓を介して測定対象空間に周期的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する受光部と、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する演算部とを備えたＴＯＦ（Time of Flight）方式による走査式測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の走査式測距装置は、ロボットや無人搬送車の視覚センサ、或いは、ドアの開閉センサや監視領域への侵入者の有無を検出する監視センサ、さらには、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等に利用されている。
【０００３】
特許文献１や特許文献２には、パルス状の測定光を出力する投光部と、前記投光部から出力された測定光を光学窓を介して測定対象空間に周期的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対応する反射信号を出力する受光部と、前記受光部から出力された反射信号を微分する微分処理部と、前記微分処理部で一次微分された一次微分反射信号の立上り時期を基準に当該一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する演算部とを備えた走査式測距装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７０１５９号公報
【特許文献２】特開２００７−２５６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の走査式測距装置で所定方向に位置する被測定物を測定する際に、走査式測距装置と真に検出する必要がある被測定物との間に、ガラス等半透明の反射物や、樹木の枝等測定光の光芒に比べ小さな物体が存在し、或は測定光が放出される光学窓が汚れている場合には、真に検出する必要がある被測定物からの反射光のみならず、ガラス等半透明の反射物や樹木の枝等、さらには光学窓の汚れからの反射光も走査式測距装置で検出され、真に検出する必要がある被測定物迄の正確な距離が算出できない虞がある。
【０００６】
そこで、従来、ガラス等半透明の反射物や樹木の枝等からの反射光が微弱な強度である場合には、そのような微弱な反射光をノイズ光として距離演算の対象となる反射光から排除するように構成されている。
【０００７】
しかし、半透明の反射物や樹木の枝等、ノイズ光の原因となる被測定物が、真に検出する必要がある被測定物の近傍に存在する場合には、複数の被測定物からの反射光が重畳して走査式測距装置に入射するため、そのような複数の反射光が重畳した反射光に基づいて演算部で算出された距離は、真に検出する必要がある被測定物に対応する正確な距離を示すものではないという問題があった。
【０００８】
また、走査式測距装置が屋外で使用される場合に、測定対象空間の天候による影響を受けるという問題があった。例えば、霧が出ていたり、降雪または降雨時に、測定光がそれらから反射したノイズ光が走査式測距装置に入射して、真に検出する必要がある被測定物からの反射光として認識され、誤った距離が算出される虞があった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、走査式測距装置と被測定物との間にノイズ光となる障害物が存在する場合であっても、真に検出する必要がある被測定物に対する距離を正確に算出可能な信号処理装置、及び、走査式測距装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明による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、パルス状の測定光を光学窓を介して測定対象空間に出力する投光部と、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対応する反射信号を出力する受光部とを備えた測距装置に対して、前記測距装置から出力された信号を処理する信号処理装置であって、前記受光部から出力された反射信号を微分する微分処理部と、前記微分処理部により前記反射信号が一次微分された一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、前記反射信号が二次微分された二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かを判定する波形判定部と、前記波形判定部による判定結果に応じて、前記反射信号に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する演算部と、を備えている点にある。
【００１１】
測距装置と真に検出する必要がある被測定物との間にガラス等半透明の反射物が存在し、反射物が被測定物に近接していると、当該反射物からの反射信号が被測定物からの反射信号に重畳して、真に検出する必要がある被測定物に対する正確な距離が算出できない虞がある。このような現象は、ガラス等半透明の反射物に限らず、走査式測距装置と真に検出する必要がある被測定物との間に存在する樹木の枝等、測定光の光芒に比べ小さな物体が存在する場合や、光学窓が汚れている場合に発生する。
【００１２】
このような複数の反射光が重畳する場合であっても、微分処理部により反射信号が一次微分された一次微分反射信号、及び、反射信号が二次微分された二次微分反射信号が生成され、これらの信号が入力される波形判定部により、一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かが容易に判定できるようになる。
【００１３】
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、前記波形判定部は、前記一次微分反射信号が所定閾値以下に立下る迄に、前記二次微分反射信号が所定閾値以上に立上る二回目以降の立上りを検知すると、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定するように構成されている点にある。
【００１４】
図４（ｂ）に示すように、例えば二つの反射信号Ｓ４（Ｔ），Ｓ４（Ｔ´）が重畳すると、一次微分反射信号が二山形状を呈し、ピーク間の谷部で所定閾値Ｌ１を下回ることなく再度上昇し、反射光の重畳の態様によっては一次微分反射信号をモニタしても反射信号が重畳状態にあることが明確に判断できない場合がある。そのような場合であっても、一次微分反射信号の二山の各ピークで、それぞれ二次微分反射信号が所定閾値Ｌ１を下回り零になるため、二次微分反射信号に基づいて重畳した波形を分離することが可能になる。重畳数が二以上の反射信号であっても同様に、それぞれの反射信号に対応する波形に分離することができる。
【００１５】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記演算部は、前記微分処理部で一次微分された一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する点にある。
【００１６】
反射信号の立上がり時期を一次微分反射信号の重心位置に基づいて求めることにより、被測定物からの反射信号強度が異なる場合であっても適切に反射信号の立上がり時期を算出することができるようになる。
【００１７】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三特徴構成に加えて、前記波形判定部により前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に前記反射信号を分離する信号分離部を備え、前記演算部は、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に、前記信号分離部で分離された反射信号の一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出する点にある。
【００１８】
図４（ｂ）を例に説明する。波形判定部は、微分処理部から入力される一次微分反射信号が閾値Ｌ１より低い状態から閾値Ｌ１を超えた時点（図４（ｂ）のｔｍ）で反射信号の第一波の立上りを検知する区間であると判定する。さらに、この間に微分処理部２３２から入力される二次微分反射信号が閾値Ｌ１を二回目に超えた時点（図４（ｂ）のｔｎ）で反射信号の第二波の立上りを検知する区間であると判定する。
【００１９】
信号分離処理部は、一次微分信号が所定の閾値Ｌ１を超えた時点から二次微分反射信号が所定の閾値Ｌ１を二回目に超える時点までの区間ｄｔｍの一次微分反射信号を最初（第一波）の反射信号Ｓ４（Ｔ´）の重心演算用の信号として出力し、二次微分反射信号が所定の閾値Ｌ１を二回目に超えた時点から一次微分信号が所定の閾値Ｌ１を下回る時点迄の区間ｄｔｎの一次微分反射信号を次（第二波）の反射信号Ｓ４（Ｔ）の重心演算用の信号として出力する。
【００２０】
演算部は、一次微分信号が所定の閾値Ｌ１を超えた時点から二次微分反射信号が所定の閾値Ｌ１を二回目に超える時点までの区間ｄｔｍの一次微分反射信号に対して重心演算を実行して対応する距離を算出するとともに、区間ｄｔｎの一次微分反射信号に対して重心演算を実行して対応する距離を算出する。
従って、重畳したそれぞれの反射光に対して各別に距離を算出することができるようになる。
【００２１】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四特徴構成に加えて、予め相対位置関係が既知の複数の被測定物からの反射光を重畳した反射光に対して、前記一次微分反射信号の立上り時期を基準に算出した距離と、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離と、各距離の算出対象となる反射信号のピーク値との関係から、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離を補正する補正データが記憶された記憶部を備え、前記演算部は、前記記憶部に記憶された補正データに基づいて、前記二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に算出した距離を補正する点にある。
【００２２】
図４（ｂ）の区間ｄｔｎに本来の反射信号Ｓ４（Ｔ）の立上り時の一次微分反射信号が含まれていないために誤差が発生し、実際よりも長い距離として算出される可能性がある。そのような場合に備えて、記憶部に、予め相対位置関係が既知の複数の被測定物からの反射光を重畳した反射光に対して、一次微分反射信号の立上り時期を基準に算出した距離と、二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離と、各距離の算出対象となる反射信号のピーク値との関係から、二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離を補正する補正データを記憶しておけば、記憶部に記憶された補正データに基づいて、二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に算出した距離が補正され、適正な距離が求められるようになる。
【００２３】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第四または第五の特徴構成に加えて、前記波形判定部で、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記演算部は、前記信号分離部で分離された反射信号のうち、最大のピーク値を示す反射信号に基づき算出した距離を真の被測定物に対する距離として出力する点にある。
【００２４】
測定光の光芒に対して小さな被測定物や、半透明の被測定物からの反射光の強度は、その近傍に存在し、測定光の光芒に対して十分大きな真の被測定物からの反射光の強度よりも低い傾向がある。演算部は、信号分離部で分離された反射信号のうち、最大のピーク値を示す反射信号に基づき算出した距離を真の被測定物に対する距離として出力するので、不要な距離の出力を回避することができるようになる。
【００２５】
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、前記波形判定部により前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記演算部は前記光学窓が汚れている旨の信号を出力する点にある。
【００２６】
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、前記波形判定部は、前記反射信号のピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）が所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂより小さな値であると、適正な反射光でないと判定するように構成され、前記演算部は、前記波形判定部により適正な反射光でないと判定されると、距離の算出を中止し、または算出した距離の出力を中止する点にある。
【００２７】
霧や煙等の微粒子が雰囲気中に存在すると、それらから反射した微小な反射信号が合成されて、ある程度の強度を有する反射信号となり、これが誤検出に繋がる虞があり。しかし、波形判定部によって、反射信号のピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）が所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂより小さな値であるか否かが判定されることにより、霧や煙等の微粒子からの反射信号が、適正な反射光でないと判定されるので、不要な距離が円座されたり外部に出力されるような事の発生が回避できるようになる。
【００２８】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記演算部は、前記走査部により同一方向に偏向走査された測定光に対して算出した距離が複数周期で所定の許容範囲に収まるときにのみ、当該距離を出力する点にある。
【００２９】
さらに、雨滴が雪粒からの反射信号が真の被測定物（検出対象となる被測定物）でない場合であっても、査部により同一方向に偏向走査された測定光に対して算出した距離が複数周期で所定の許容範囲に収まるときにのみ、当該距離を出力するように構成すれば、雨滴が雪粒からの反射信号を被測定物と誤検知することが効果的に排除できるようになる。
【００３０】
本発明による走査式測距装置の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、パルス状の測定光を出力する投光部と、前記投光部から出力された測定光を、光学窓を介して測定対象空間に周期的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対応する反射信号を出力する受光部と、前記受光部から出力された反射信号を処理する上述の第一から第九の何れかに記載の信号処理装置と、を備えている点にある。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明した通り、本発明によれば、走査式測距装置と被測定物との間にノイズ光となる障害物が存在する場合であっても、真に検出する必要がある被測定物に対する距離を正確に算出可能な信号処理装置、及び、走査式測距装置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】
【００３２】
【図１】本発明による走査式測距装置の全体構成を示す概略縦断面図
【図２】（ａ）は被測定物からの反射光に基づく測距原理の説明図、（ｂ）は反射信号の説明図
【図３】反射信号に対する信号処理の説明図
【図４】（ａ）は複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光に基づく測距原理の説明図、（ｂ）は一次微分反射信号及び二次微分反射信号の説明図
【図５】走査式測距装置の制御回路のブロック構成図
【図６】本発明による信号処理装置の一部である信号処理部のブロック構成図
【図７】（ａ）は走査式測距装置で検出される通常の反射光と霧からの反射光の相違を示す説明図、（ｂ）は走査式測距装置で検出される通常の反射光と雨滴等からの反射光の相違を示す説明図
【図８】本発明による走査式測距装置の別実施形態を示し、全体構成を示す概略縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明による信号処理装置、及び、走査式測距装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１に示すように、走査式測距装置１は、一対の投光部３及び受光部５を収容する円筒状のケーシング２と、ケーシング１の周方向に沿って配置された弧状の光学窓２ａを備え、投光部３から出力された測定光を円筒状ケーシングの軸心Ｐと直交する方向に偏向反射する第一偏向ミラー９、及び、被測定物からの反射光を受光部５に向けて偏向反射する第二偏向ミラー１０を軸心Ｐ周りに回転して、測定光を軸心Ｐと直交する平面上で回転走査する偏向光学系４を備えている。
【００３５】
ケーシング１の内壁面は迷光を吸収する暗幕等の吸光部材で被覆され、軸心Ｐに沿って対向配置された投光部３と受光部５の間に、偏向光学系４が配置されている。
【００３６】
投光部３は、赤外半導体レーザでなる発光素子と、発光素子から出力された光ビームを平行光に形成する光学レンズを備えて構成され、ケーシング２の上壁に固定されている。
【００３７】
受光部５は、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を備えて構成され、ケーシング２に固定された中空軸１３上の支持板上に固定されている。
【００３８】
偏向光学系４は、第一偏向ミラー９及び第二偏向ミラー１０が取り付けられた天面８ｂと、反射光を受光部５で集光する受光レンズ１４が取り付けられた周壁部８ａを備えた円筒状の回転体８と、回転体８を一方向に回転駆動するモータ１１を備えている。
【００３９】
下端部が縮径された回転体８は、その内周面に備えた軸受１２を介して中空軸１３に回転可能に支承され、縮径部の外周面にモータ１１の回転子となるマグネット１１ｂが取り付けられている。当該回転子と、当該回転子に対向配置されたコイル１１ａでなる固定子によりモータ１１が構成され、固定子のカバーがケーシング２に固定された中空軸１３に取り付けられている。
【００４０】
投光部３から光軸Ｌ１に沿って出射された測定光が、第一偏向ミラー９で光軸Ｌ１と直交する光軸Ｌ２に偏向され、光学窓２ａを通過して測定対象空間に向けて照射される。測定対象空間に存在する被測定物Ｔからの反射光が、光軸Ｌ２と平行な光軸Ｌ３に沿って光学窓２ａを通過して受光レンズ１４に入光し、第二偏向ミラー１０で光軸Ｌ３と直交する光軸Ｌ４に偏向され、受光部５に集光される。
【００４１】
第一偏向ミラー９で偏向された測定光が光学窓２ａの上方領域を透過し、被測定物Ｒからの反射光が光学窓２ｂの下方領域を透過する。
【００４２】
モータ１１で回転駆動される偏向光学系４により、測定光が光学窓２ａを介して測定対象空間に走査される範囲、具体的には上述した軸心Ｐを基準とする約２７０度の角度範囲が計測用走査角度領域となり、測定光がケーシング２に遮られて測定対象空間に出射されない角度領域が非計測用走査角度領域となる。
【００４３】
つまり、偏向光学系４により、投光部３から出力された測定光を、光学窓２ａを介して測定対象空間に周期的に偏向走査する走査部が構成されている。
【００４４】
周方向に複数のスリットが形成された円盤状のスリット板１５ａが、回転体８の周壁部８ａに取り付けられるとともに、当該スリットを検出するフォトインタラプタ１５ｂがケーシング２の内壁に取り付けられ、これらにより偏向光学系４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。
【００４５】
スリット板１５ａに形成されるスリットは、測定光が非走査角度領域の中心に向けて照射される基準位置を除いて均等間隔で形成され、基準位置ではスリット間隔が他の間隔より狭い間隔に形成されている。従って、偏向光学系４の回転に伴なって走査角度検出部１５から出力されるパルスのパルス幅に基づいて、基準位置から偏向光学系４の回転角度位置が把握できるように構成されている。
【００４６】
非走査角度領域の中心には、距離補正用の基準光学系としてのプリズム１６が設けられ、当該プリズム１６を介して受光部５で検知される反射光に基づいて、補正用の基準距離が求められる。
【００４７】
ケーシング２の底部には、装置を駆動して被測定物までの距離を算出する信号処理回路２０を備えた制御基板１７が収容されている。
【００４８】
図５に示すように、信号処理回路２０には、発光素子３ａを駆動する駆動回路３ｂ、反射光が受光素子５ａで光電変換された反射信号を増幅する増幅回路５ｂ、Ａ／Ｄ変換部２２、信号処理部２３、モータ制御回路２１、システム制御部２４を備えている。信号処理部２３及びシステム制御部２４によって、本発明による信号処理装置が構成されている。
【００４９】
システム制御部２４には、マイクロコンピュータが設けられ、所定の制御プログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータによって信号処理部２３、モータ制御回路２１等が制御される。
【００５０】
システム制御部２４は、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに基づいて、走査角度つまり測定光の照射方向を検出するとともに、偏向光学系４によって測定光が所定の一定速度で周期的に測定対象空間に走査されるようにモータ制御回路２１を制御する。そして、信号処理部２３から入力される距離と、走査角度検出部１５を介して検出した走査角度等の測定情報を、外部装置と接続されるインタフェースを介して外部装置に出力する。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに同期して、信号処理部２３から駆動回路３ｂに出力される駆動パルス信号Ｓ１により赤外半導体レーザ３ａがパルス駆動され、測定対象空間にパルス状の測定光Ｓ２が照射される。
【００５２】
当該測定光Ｓ２が被測定物に照射され、被測定物からの反射光Ｓ３がアバランシェフォトダイオード５ａで光電変換され、さらに増幅回路５ｂで増幅された反射信号Ｓ４がＡ／Ｄ変換部２２に入力される。
【００５３】
Ａ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換されたデジタルの反射信号が信号処理部２３に入力され、信号処理部２３で駆動パルス信号Ｓ１と反射信号の時間差Δｔが求められ、以下の式に基づいて被測定物迄の仮の距離Ｄ１が算出される。
Ｄ１＝Δｔ・Ｃ／２ （但し、Ｃは光速）
【００５４】
一方、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスが基準位置を示すときに、測定光がプリズム１６に照射され、アバランシェフォトダイオード５ａで検出されたプリズム１６からの反射光Ｓ３に基づく時間差Δｔ´に対応する基準距離Ｄ２が以下の式に基づいて算出される。
Ｄ２＝Δｔ´・Ｃ／２ （但し、Ｃは光速）
【００５５】
被測定物迄の距離Ｄが、Ｄ１−Ｄ２によって算出される。当該基準距離Ｄ２は、走査式測距装置１に組み込まれた赤外半導体レーザ３ａ、駆動回路３ｂ、アバランシェフォトダイオード５ａ等の特性ばらつきや、光学系の機差による計測距離のばらつきを吸収して、被測定物迄の正確な距離を算出するための補正値となる。
【００５６】
ところで、反射信号Ｓ４の立上り時期を検知するために所定の閾値で比較する比較器を設ける場合、同じ時期に発生する反射信号Ｓ４であっても、その信号強度によって比較器からの出力時期が変動し、正確に反射信号Ｓ４の立上り時期を検知できない虞がある。
【００５７】
そのため、信号処理部２３は、反射信号Ｓ４を一次微分し一次微分反射信号の立上り時期を基準に当該一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を反射光Ｓ３の検出時期として求めるように構成されている。
【００５８】
以下、信号処理部２３について詳述する。
図６に示すように、信号処理部２３は信号処理用のゲートアレイやデジタルシグナルプロセッサを備えたＡＳＩＣ等の集積回路で構成され、並列化されたＡ／Ｄ変換信号を整列させるデジリアライザ２３０、ローパスフィルタ２３１、微分処理部２３２、波形判定部２３３、信号分離部２３４、距離演算部２３５、補正処理部２３６、補正データメモリ２３７、出力メモリ２３８、パルス信号生成部２３９等の処理ブロックを備えている。
【００５９】
パルス信号生成部２３９は、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに同期して、駆動回路３ｂ及び距離演算部２３５に駆動パルス信号Ｓ１を出力するブロックである。
【００６０】
Ａ／Ｄ変換部２２から入力されたデジタルの反射信号が、時系列的にデシリアライザ２３０で整列され、高周波ノイズ成分を除去するローパスフィルタ２３１を介して微分処理部２３２及び波形判定部２３３に入力される。
【００６１】
微分処理部２３２は、反射信号を一次及び二次微分処理して、一次微分反射信号及び二次微分反射信号を波形判定部２３３及び信号分離部２３４に出力する。
【００６２】
図２（ｂ）には反射信号と一次微分反射信号が例示されている。微分処理部２３２は、Ｋ番目（Ｋはサンプリング順序を示す整数である）のサンプリング値とＫ−１番目のサンプリング値との差分を各Ｋについて求め、その値を一次微分反射信号として算出する。さらに、各Ｋについて求めた一次微分反射信号とＫ−１番目に求めた一次微分反射信号との差分を求め、その値を二次微分反射信号として算出する。尚、本実施形態では、差分値が負となる場合には零に丸め込み、正領域のみ抽出するように構成されている。
【００６３】
波形判定部２３３は、測定光が出力される前にローパスフィルタ２３１を介して入力される信号の最大レベルから最小レベルを減算して、反射信号を識別するための第一測定閾値Ｌ１を算出するとともに、その信号の平均レベルをオフセット値に対応した第二測定閾値Ｌ２として算出する。
【００６４】
つまり、測定光が出力される迄にＡ／Ｄ変換部２２でサンプリングされた信号に基づいて、増幅回路５ｂのオフセットレベルや微小な外乱光によるノイズ信号のレベルが算出される。
【００６５】
距離演算部２３５は、微分処理部２３２から入力される一次微分反射信号から、第一測定閾値Ｌ１より大となる領域の信号成分を抽出し、その正側領域（図２（ｂ）に示す微分波形）の重心位置を反射光Ｓ３の立上りタイミング、つまり検出時期として算出し、パルス信号生成部２３９から入力される駆動パルス信号Ｓ１の立上りエッジを測定光の出力時期として、当該反射光の検出時期との時間差に基づいて被測定物までの仮の距離Ｄ１を算出するとともに、駆動パルス信号Ｓ１の数をカウントするカウンタの値を１加算する。尚、当該カウンタの値は、走査部の一回転毎にリセットされる。
【００６６】
図２（ｂ）に示すように、一次微分反射信号のうち第一測定閾値Ｌ１を二回連続して超えるサンプリングポイントを検出し、二回目に第一測定閾値Ｌ１を超えたポイントの一次微分反射信号値Ｄｎを中心として、例えば前後に連続する１０点のサンプリングポイント（ｎ−１０〜ｎ＋１０）を重心演算範囲Ｒ１として、〔数１〕に示す数式に基づいて重心位置Ｇを算出する。
【００６７】
つまり、重心位置Ｇはサンプリングポイント（ｎ−１０）からの時間情報として算出される。尚、重心演算に寄与するサンプリングポイントの選定は、この例に限るものではなく、二回目に第一測定閾値Ｌ１を超えたポイントの一次微分反射信号値Ｄｎを中心として、一次微分反射信号値が第一測定閾値Ｌ１を超える直前のサンプリングポイントから一次微分反射信号値が第一閾値Ｌ１より最初に低下したサンプリングポイント迄の間のサンプリングポイントを重心演算に寄与するサンプリングポイントに選定してもよい。
【００６８】
【数１】
【００６９】
このように、反射信号を一次微分してその正側領域の重心位置を反射信号の立上り時期として求める場合には、光量が異なる場合であってもほぼ等しい立上り時期として求まる。
【００７０】
さらに、距離演算部２３５は、基準位置でプリズム１６を介して検出された基準光としての反射光Ｓ３に対しても、上述と同様の処理を行ない基準距離Ｄ２を算出する。基準距離Ｄ２の算出は、走査部による測定光の回転周期と同期して毎回行なわれる。
【００７１】
補正処理部２３６は、距離演算部２３５で仮の距離Ｄ１が算出される度に、仮の距離Ｄ１からその直前に算出された基準距離Ｄ２を減算して距離Ｄを算出し、その値をカウンタの値とともに出力メモリ２３６に格納する。
【００７２】
測定光Ｓ２は、測定対象空間に設定された検出範囲内に存在する被測定物からの反射光を確実に検出するために十分な発光強度に設定されているため、反射光の強度によっては増幅回路５ｂが飽和してリニアな出力特性が得られない場合がある。つまり、微弱な反射光を十分なレベルに増幅するために、増幅回路５ｂのダイナミックレンジが入力スパンに対応できず、強い反射光に対して飽和するのである。
【００７３】
図３（ａ）に示すように、増幅回路５ｂからの出力波形を観測すると、被測定物からの反射光量が小さいときには、反射信号Ｓ４１から反射信号Ｓ４３に示すようにリニアに増幅されるが、被測定物からの反射光量が大きいときには、反射信号Ｓ４４から反射信号Ｓ４６に示すように飽和して正確な波高値が出力されず、その出力が立ち下がるまでの時間が長くなる。このような場合には、算出された重心位置が本来あるべき重心位置とずれることとなり、被測定物との距離Ｌが正確に算出できなくなる。
【００７４】
しかし、反射信号Ｓ４４から反射信号Ｓ４６のように出力が飽和したときには、その信号の積分値と反射光Ｓ３の受光光量に相関があることが見出されており、距離演算部２３５により検出された重心位置に基づいて算出された距離Ｄを、当該積分値と予め設定された補正テーブル値に従って適切に補正することができる。
【００７５】
補正処理部２３６は、図３（ｂ）に示すように、ローパスフィルタ２３１を通過した信号に対して、波形判定部２３３から得た第一測定閾値Ｌ１と第二測定閾値Ｌ２の加算値を最初に超える直前のサンプリング値から第二測定閾値Ｌ２を最初に下回るサンプリング値までを積分範囲Ｒ２として反射信号Ｓ４を積分処理する。
【００７６】
このとき、補正処理部２３６は、積分範囲Ｒ２に対応する積分値から第二測定閾値Ｌ２以下の領域の積分値を減算することによりオフセット誤差を除去する。尚、オフセット誤差を除去するために、積分範囲Ｒ２のサンプリング値から第二測定閾値Ｌ２を減算した値に対して積分することも可能である。
【００７７】
補正処理部２３６は、増幅回路５ｂからの出力波形が飽和している旨の情報を波形判定部２３３から得ると、予め補正データメモリ２３７に格納された積分値と補正距離の関係を示す補正テーブル値に基づいて、算出した積分値に対応する補正距離Ｄｃを算出し、先に算出した距離Ｄを補正し、その値をカウンタの値とともに出力メモリ２３６に格納する。尚、波形判定部２３３は、反射信号Ｓ４のピーク値が予め設定された増幅回路５ｂの最大出力より数％低い値に設定された閾値を超えると出力波形が飽和していると判定する。
【００７８】
以上が、信号処理部２３で実行される基本的な演算処理となる。
しかし、図１に示すように、走査式測距装置１と真に検出する必要がある被測定物Ｔとの間にガラス等半透明の反射物Ｔ´が存在し、反射物Ｔ´が被測定物Ｔに近接していると、当該反射物Ｔ´からの反射信号が被測定物Ｔからの反射信号に重畳して、真に検出する必要がある被測定物Ｔに対する正確な距離が算出できない虞がある。
【００７９】
図４（ａ）には、反射物Ｔ´からの反射光と被測定物Ｔからの反射光が重畳した反射光Ｓ３が示されている。このような反射光Ｓ３の場合、測定光の出力時期と真の被測定物Ｔからの反射光の検出時期との期待される時間差ΔｔよりもΔｔεだけ短い時間差に基づいて距離が算出されるため、正確な距離が算出できなくなる。
【００８０】
このような現象は、ガラス等半透明の反射物Ｔ´に限らず、走査式測距装置１と真に検出する必要がある被測定物Ｔとの間に存在する樹木の枝等、測定光の光芒に比べ小さな物体が存在する場合や、光学窓２ａが汚れている場合に発生する。
【００８１】
図４（ｂ）には、このような反射光Ｓ３に対応した反射信号Ｓ４と、その一次微分反射信号と、二次微分反射信号が示されている。
【００８２】
図３に示す通常の単一の反射信号Ｓ４の場合には、反射信号Ｓ４の立上り時に一次微分反射信号が第一閾値Ｌ１を超えて反射信号Ｓ４の変曲点まで単調増加し、その後単調減少して反射信号がピークとなる時期に第一閾値Ｌ１を下回り零となるので、一次微分反射信号をモニタすれば、単一の反射信号Ｓ４であることを認識できる。
【００８３】
しかし、図４（ｂ）のように、例えば二つの反射信号Ｓ４（Ｔ），Ｓ４（Ｔ´）が重畳すると、一次微分反射信号が二山形状を呈し、ピーク間の谷部で第一閾値Ｌ１を下回ることなく再度上昇し、反射光の重畳の態様によっては一次微分反射信号をモニタしても反射信号が重畳状態にあることが明確に判断できない場合がある。
【００８４】
そのような場合であっても、一次微分反射信号の二山の各ピークで、それぞれ二次微分反射信号が第一閾値Ｌ１を下回り零になるため、二次微分反射信号に基づいて重畳した波形を分離することが可能になる。重畳数が二以上の反射信号であっても同様に、それぞれの反射信号に対応する波形に分離することができる。
【００８５】
そこで、波形判定部２３３は、微分処理部２３２により反射信号が一次微分された一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、反射信号が二次微分された二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かを判定するように構成されている。
【００８６】
波形判定部２３３は、一次微分反射信号が所定閾値（ノイズを排除するために適宜設定される値であるが、ここでは第一閾値Ｌ１に設定されている）以下に立下る迄に、二次微分反射信号が所定閾値（この値もノイズを排除するために適宜設定される値であるが、ここでは等しく第一閾値Ｌ１に設定されている）以上に立上る二回目の立上りを検知すると、反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定するのである。
【００８７】
尚、反射光が重畳している場合であっても、一次微分反射信号が所定閾値以下に立下る迄に、二次微分反射信号が所定閾値以上に立上る二回目の立上りが検知されない場合には、反射光が重畳していないと判定される。例えば、強度が強い反射光のピーク値を示す時期以降に強度がそれより弱い反射光が重畳するような場合である。この場合には、一次微分反射信号値が第一測定閾値Ｌ１を超える時期を弱い反射光に対応する反射信号と判定して処理すればよい。
【００８８】
信号分離処理部２３４は波形判定部２３３による判定結果に基づいて、微分処理部２３２から入力される一次微分反射信号を分離して距離演算部２３５に出力する。そして、距離演算部２３５は信号分離処理部２３４により分離された一次微分反射信号毎に重心演算を実行して、対応する距離演算を実行する。
【００８９】
つまり、波形判定部２３３は、微分処理部２３２から入力される一次微分反射信号が第一閾値Ｌ１より低い状態から第一閾値Ｌ１を超えた時点（図４（ｂ）のｔｍ）で反射信号の立上りを検知する区間であると判定して第一波の判定信号を信号分離部２３４に出力する。第一波の判定信号は一次微分反射信号が第一閾値Ｌ１より低い値に低下した時点まで出力される。
【００９０】
波形判定部２３３は、第一波の判定信号の出力中に、微分処理部２３２から入力される二次微分反射信号が第一閾値Ｌ１を二回目に超えた時点（図４（ｂ）のｔｎ）で第二波の判定信号を信号分離部２３４に出力する。このような処理を繰り返すことにより、複数の反射信号が重畳した反射信号であっても、各反射信号に波形分離することができる。
【００９１】
図４（ｂ）の例では、信号分離処理部２３４は、各判定信号に対応して反射信号及び一次微分反射信号を分離して距離演算部２３５に出力する。即ち、図４（ｂ）の区間ｄｔｍの一次微分反射信号を最初の反射信号Ｓ４（Ｔ´）の重心演算用の信号として出力し、区間ｄｔｎの一次微分反射信号を次の反射信号Ｓ４（Ｔ）の重心演算用の信号として出力する。
【００９２】
距離演算部２３５は、区間ｄｔｍの一次微分反射信号に対して重心演算を実行して対応する距離を算出するとともに、区間ｄｔｎの一次微分反射信号に対して重心演算を実行して対応する距離を算出する。算出した距離は、補正処理部２３６で必要に応じてそれぞれ上述の補正が実行され、補正後の距離が出力メモリ２３８に記憶される。
【００９３】
被測定物Ｔに対する距離は、二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に、信号分離部２３２で分離された反射信号Ｓ４（Ｔ）の一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を反射光の検出時期として求められ、測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて算出される。
【００９４】
つまり、区間ｄｔｎの一次微分反射信号に対して実行された重心演算によって得られる重心位置を立上り時期として算出された距離となる。しかし、実際には、区間ｄｔｎに本来の反射信号Ｓ４（Ｔ）の立上り時の一次微分反射信号が含まれていないために誤差が発生し、実際よりも長い距離として算出される可能性がある。
【００９５】
そこで、補正処理部２３７は、上述の演算処理で得られた被測定物Ｔに対する距離を補正するように構成されている。
【００９６】
補正データメモリ２３７には、予め相対位置関係が既知の複数の被測定物からの反射光を重畳した反射光に対して、一次微分反射信号の立上り時期を基準に算出した距離Ｄｍと、二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に算出した距離Ｄｎと、各距離の算出対象となる反射信号のピーク値Ｖｐｍ，Ｖｐｎとの関係から、二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に算出した距離を補正する補正データＣが記憶されている。実際には、Ｄｎ−Ｄｍと、Ｖｐｍ、Ｖｐｎを変数とする補正データテーブルが補正データメモリ２３７に格納されている。
【００９７】
補正処理部２３６は、Ｄｎ−Ｄｍと、Ｖｐｍ、Ｖｐｎに対応する補正データＣを補正データテーブルから読み出して、真の被測定物Ｔに対する距離Ｄ＝Ｄｍ−Ｃの演算処理により求める。
【００９８】
当該補正データＣは、予め試験によりサンプリングされた各データと各データに基づいて上述の演算処理で求められた距離と、実際の距離との間で求められた以下の相関式を基準に算出することも可能である。
Ｃ＝Ｆ（Ｄｍ，Ｄｎ，Ｖｐｍ，Ｖｐｎ）
【００９９】
この場合には、補正処理部２３６は、関数Ｆの変数にＤｍ，Ｄｎ，Ｖｐｍ，Ｖｐｎを代入して補正値Ｃを算出し、真の被測定物Ｔに対する距離Ｄ＝Ｄｍ−Ｃの演算処理により求める。
【０１００】
尚、波形判定部２３３で、反射光Ｓ４が複数の被測定物Ｔ，Ｔ´からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、距離演算部２３５は、信号分離部２３４で分離された反射信号Ｓ４のうち、最大のピーク値を示す反射信号Ｓ４（Ｔ）に基づき算出した距離を真の被測定物Ｔに対する距離として出力するように構成することも可能である。
【０１０１】
このように構成すると、真の被測定物Ｔの近傍に、ガラス等半透明の反射物Ｔ´が存在する場合や、樹木の枝等、測定光の光芒に比べ小さな物体が存在する場合や、光学窓２ａが汚れている場合であっても、真の被測定物Ｔに対する距離のみを正確に算出して出力することができる。
【０１０２】
また、波形判定部２３３により反射光Ｓ３が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光Ｓ３であると判定され、反射光Ｓ３のうち距離演算部２３５で算出された最初の反射光に対応する距離と光学窓２ａまでの距離との差が所定範囲内である場合には、距離演算部２３５は光学窓２ａが汚れている旨の信号データを出力メモリ２３８に格納するように構成すれば、システム制御部７１を介して外部に光学窓２ａが汚れている旨の報知を行なうことができる。また、走査式測距装置１に表示部を設ける場合には、システム制御部７１を介して光学窓２ａが汚れている旨の報知を表示部で行なうことができる。
【０１０３】
走査式測距装置１が屋外で使用される場合には、霧、雨、雪等の天候の影響を受け、霧、雨滴、雪粒からの反射光を被測定物と誤検知する場合がある。本走査式測距装置１は、これらにも対処可能に構成されている。
【０１０４】
図７（ａ）に示すように、受光部５で検出されるパルス状の反射信号は、被測定物の表面反射率や被測定物迄の距離等によって、そのピーク値（ｐ）及びパルス幅（Ｗ）が異なるが、ピーク値（Ｐ１）とパルス幅（Ｗ１）の比（Ｐ１／Ｗ１）は略一定の相似形の信号となる（図中、「反射信号(通常)」と表記された実線及び破線の波形参照）。
【０１０５】
これに対して、霧からの反射光は、霧の微細な粒子群からの個別の反射光が合成された反射光となり、相対的にピーク値（ｐ２）が低く、またパルス幅（Ｗ２）が大きくなる傾向にあるため、ピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比を対比すると、必ず（Ｐ２／Ｗ２）＜（Ｐ１／Ｗ１）の関係が成立する。
【０１０６】
そこで、波形判定部２３３は、反射信号のピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）が所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂ（≒Ｐ１／Ｗ１）より小さな値であると、適正な反射光でないと判定するように構成され、距離演算部２３５は、波形判定部２３３により適正な反射光でないと判定されると、距離の算出を中止し、または算出した距離の出力メモリ２３８への出力を中止するように構成されている。
【０１０７】
霧の中に被測定物Ｔが存在し、霧からの反射光と被測定物Ｔからの反射光が重畳して受光部５で検出される場合には、微分処理部２３２から入力される一次微分反射信号及び二次微分反射信号に基づいて、波形判定部２３３が第一波の反射信号、つまり図４（ｂ）の区間ｄｔｍの反射信号部分に対してピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）を算出し、所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂより小さな値である場合に、第一波が霧からの反射信号であると判定すればよい。
【０１０８】
このような場合には、波形判定部２３３の判定結果を受けた距離演算部２３５が、上述と同様に、信号分離部２３４で分離された反射信号Ｓ４のうち、最大のピーク値を示す反射信号Ｓ４（Ｔ）に基づき算出した距離を真の被測定物Ｔに対する距離として出力するように構成すればよい。
【０１０９】
また、図７（ｂ）に示すように、雨滴や雪粒からの反射光は、通常の反射光と同様、上述の所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂ以上の値を示すが、雨滴や雪粒は測定対象空間の同一位置に長時間留まることが無いため、走査部により走査される度にそれらからの反射信号に基づいて距離演算部２３５で算出される距離が異なることになる。これに対して、走査周期に対して十分長い時間で動作する被測定物に対する距離は、複数の周期でほぼ一定の値を示すことになる。
【０１１０】
そこで、距離演算部２３５は、走査部により同一方向に偏向走査された測定光に対して算出した距離が複数周期で所定の許容範囲に収まるときにのみ、当該距離を雨滴や雪粒に対する距離ではなく、真の被測定物に対する距離であると判断して出力メモリ２３８に当該距離を出力するように構成されている。尚、このような判定を実行する周期は、走査部の走査周期と、雨滴や雪粒の降下速度との関係で定められる。
【０１１１】
以下、別の実施形態を説明する。上述の実施形態では、距離演算部２３５と補正処理部２３６とで構成される演算部が、測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて被測定物までの距離を算出して出力メモリ２３８に出力する例を説明したが、距離演算部２３５が、測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差を算出し、補正処理部２３６が当該時間差を補正した時間差を出力メモリ２３８に出力し、システム制御部７１が当該出力メモリ２３８から時間差を読み出して距離を算出してもよい。つまり、本発明の演算部は、距離演算部２３５と補正処理部２３６のみでなく、システム制御部７１をも含む概念である。
【０１１２】
Ａ／Ｄ変換部２２と信号処理部２３は、ともに共通のクロック信号で動作するように構成することができるが、高速処理が必要となる場合には、信号処理部２３の部品コストが上昇するため、Ａ／Ｄ変換部２２と信号処理部２３が、異なるクロック信号で動作するように構成してもよい。
【０１１３】
例えば、Ａ／Ｄ変換部２２が１ＧＨｚで動作し、信号処理部２３が１００ＭＨｚのクロックで動作するような場合には、少なくとも信号処理部２３の処理能力の１０倍のデータがＡ／Ｄ変換部２２で生成される。そのような場合にリアルタイムに演算処理が実行できるように、信号処理部２３の微分処理部２３２、波形判定部２３３、信号分離部２３４、距離演算部２３５等の演算処理部を、複数のデータが並行して処理されるパイプライン構造で構成されることが好ましい。
【０１１４】
上述した走査式測距装置は、基準位置で補正用の基準距離を検出するためのプリズム１６や、算出された距離を基準距離で補正する補正処理部２３６を備えているため、計測用走査角度領域が制限される。
【０１１５】
そこで、図８に示すような走査式測距装置を構成することも可能である。当該走査式測距装置は、プリズム１６に替えて、測定対象空間に照射される測定光の一部を常に受光部５に導く導光部材６を備えている。
【０１１６】
走査部によって回転走査される測定光のうち、導光部材１６´を介して受光部５で検出される基準光と、基準光から時間的に遅延して受光部５で検出される被測定物からの反射光の双方が上述したＡ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換され、信号処理部２３で処理される。
【０１１７】
信号処理部２３では、基準光に対応する基準信号と反射光に対応する反射信号の双方が微分処理部２３２で微分処理され、距離演算部２３５で双方の重心位置が求められ、さらにそれぞれの重心位置の差が、測定光の出力時期と反射光の検出時期との時間差として算出される。従って、基準距離で補正する処理が不要になる。プリズム１６を設ける必要が無いため、計測用走査角度領域が３６０度全周となる。
【０１１８】
上述した実施形態では、信号処理部２３がゲートアレイやデジタルシグナルプロセッサを備えたＡＳＩＣ等の集積回路で構成される例を説明したが、信号処理部２３の各処理ブロックの一部または全てが、各処理ブロックの機能を具現化する制御プログラムが格納されたメモリと、メモリに格納された制御プログラムを実行するＣＰＵを備えたマイクロコンピュータ等のコンピュータで構成されるものであってもよい。
【０１１９】
上述した実施形態では、距離演算部２３５が一次微分信号の重心位置に基づいて反射光の立上がり時期を特定する構成を説明したが、本発明による演算部は、波形判定部２３３による判定結果に応じて、反射信号に基づいて被測定物までの距離を算出して出力するものであればよく、演算部反射光の立上がり時期を特定する手法が一次微分信号の重心演算による手法に制限されるものではない。
【０１２０】
例えば、二次微分信号が所定の閾値を超える時期を反射信号の立上がり時期として距離演算を実行するものであってもよい。また、反射信号または一次微分信号が所定の閾値を超える時期を反射信号の立上がり時期として距離演算を実行し、波形判定部２３３による判定結果に応じて、その閾値を可変に設定するものであってもよい。例えば、最初の反射信号に対する閾値より、二回目の反射信号に対する閾値を大きく設定することにより、それぞれの反射信号の立上がり時期を求めることができるようになる。
【０１２１】
上述した実施形態では、信号処理装置が走査式測距装置に内蔵される例を説明したが、本発明による信号処理装置は、走査式測距装置に内蔵されるものに限らず、走査式測距装置の外部に設置される形態も採用可能である。
【０１２２】
また、信号処理装置の信号処理対象は走査式測距装置に限らず、走査機構を備えていない測距装置から出力される反射信号であってもよい。
【０１２３】
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やソフトウェア構成等は、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。
【符号の説明】
【０１２４】
１：走査式測距装置
３：投光部
５：受光部
４：走査部
２３：信号処理部
７１：演算部（システム制御部）
２３２：微分処理部
２３３：波形判定部
２３４：信号分離部
２３５：演算部（距離演算部）
２３６：演算部（補正処理部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置、及び走査式測距装置に関し、特に、パルス状の測定光を出力する投光部と、前記投光部から出力された測定光を光学窓を介して測定対象空間に周期的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する受光部と、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する演算部とを備えたＴＯＦ（Time of Flight）方式による走査式測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の走査式測距装置は、ロボットや無人搬送車の視覚センサ、或いは、ドアの開閉センサや監視領域への侵入者の有無を検出する監視センサ、さらには、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等に利用されている。
【０００３】
特許文献１や特許文献２には、パルス状の測定光を出力する投光部と、前記投光部から出力された測定光を光学窓を介して測定対象空間に周期的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対応する反射信号を出力する受光部と、前記受光部から出力された反射信号を微分する微分処理部と、前記微分処理部で一次微分された一次微分反射信号の立上り時期を基準に当該一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する演算部とを備えた走査式測距装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７０１５９号公報
【特許文献２】特開２００７−２５６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の走査式測距装置で所定方向に位置する被測定物を測定する際に、走査式測距装置と真に検出する必要がある被測定物との間に、ガラス等半透明の反射物や、樹木の枝等測定光の光芒に比べ小さな物体が存在し、或は測定光が放出される光学窓が汚れている場合には、真に検出する必要がある被測定物からの反射光のみならず、ガラス等半透明の反射物や樹木の枝等、さらには光学窓の汚れからの反射光も走査式測距装置で検出され、真に検出する必要がある被測定物迄の正確な距離が算出できない虞がある。
【０００６】
そこで、従来、ガラス等半透明の反射物や樹木の枝等からの反射光が微弱な強度である場合には、そのような微弱な反射光をノイズ光として距離演算の対象となる反射光から排除するように構成されている。
【０００７】
しかし、半透明の反射物や樹木の枝等、ノイズ光の原因となる被測定物が、真に検出する必要がある被測定物の近傍に存在する場合には、複数の被測定物からの反射光が重畳して走査式測距装置に入射するため、そのような複数の反射光が重畳した反射光に基づいて演算部で算出された距離は、真に検出する必要がある被測定物に対応する正確な距離を示すものではないという問題があった。
【０００８】
また、走査式測距装置が屋外で使用される場合に、測定対象空間の天候による影響を受けるという問題があった。例えば、霧が出ていたり、降雪または降雨時に、測定光がそれらから反射したノイズ光が走査式測距装置に入射して、真に検出する必要がある被測定物からの反射光として認識され、誤った距離が算出される虞があった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、走査式測距装置と被測定物との間にノイズ光となる障害物が存在する場合であっても、真に検出する必要がある被測定物に対する距離を正確に算出可能な信号処理装置、及び、走査式測距装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明による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、パルス状の測定光を光学窓を介して測定対象空間に出力する投光部と、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対応する反射信号を出力する受光部とを備えた測距装置に対して、前記測距装置から出力された信号を処理する信号処理装置であって、前記受光部から出力された反射信号を微分する微分処理部と、前記微分処理部により前記反射信号が一次微分された一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、前記反射信号が二次微分された二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かを判定する波形判定部と、前記波形判定部による判定結果に応じて、前記反射信号に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する演算部と、を備えている点にある。
【００１１】
測距装置と真に検出する必要がある被測定物との間にガラス等半透明の反射物が存在し、反射物が被測定物に近接していると、当該反射物からの反射信号が被測定物からの反射信号に重畳して、真に検出する必要がある被測定物に対する正確な距離が算出できない虞がある。このような現象は、ガラス等半透明の反射物に限らず、走査式測距装置と真に検出する必要がある被測定物との間に存在する樹木の枝等、測定光の光芒に比べ小さな物体が存在する場合や、光学窓が汚れている場合に発生する。
【００１２】
このような複数の反射光が重畳する場合であっても、微分処理部により反射信号が一次微分された一次微分反射信号、及び、反射信号が二次微分された二次微分反射信号が生成され、これらの信号が入力される波形判定部により、一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かが容易に判定できるようになる。
【００１３】
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、前記波形判定部は、前記一次微分反射信号が所定閾値以下に立下る迄に、前記二次微分反射信号が所定閾値以上に立上る二回目以降の立上りを検知すると、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定するように構成されている点にある。
【００１４】
図４（ｂ）に示すように、例えば二つの反射信号Ｓ４（Ｔ），Ｓ４（Ｔ´）が重畳すると、一次微分反射信号が二山形状を呈し、ピーク間の谷部で所定閾値Ｌ１を下回ることなく再度上昇し、反射光の重畳の態様によっては一次微分反射信号をモニタしても反射信号が重畳状態にあることが明確に判断できない場合がある。そのような場合であっても、一次微分反射信号の二山の各ピークで、それぞれ二次微分反射信号が所定閾値Ｌ１を下回り零になるため、二次微分反射信号に基づいて重畳した波形を分離することが可能になる。重畳数が二以上の反射信号であっても同様に、それぞれの反射信号に対応する波形に分離することができる。
【００１５】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記演算部は、前記微分処理部で一次微分された一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する点にある。
【００１６】
反射信号の立上がり時期を一次微分反射信号の重心位置に基づいて求めることにより、被測定物からの反射信号強度が異なる場合であっても適切に反射信号の立上がり時期を算出することができるようになる。
【００１７】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三特徴構成に加えて、前記波形判定部により前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に前記反射信号を分離する信号分離部を備え、前記演算部は、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に、前記信号分離部で分離された反射信号の一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出する点にある。
【００１８】
図４（ｂ）を例に説明する。波形判定部は、微分処理部から入力される一次微分反射信号が閾値Ｌ１より低い状態から閾値Ｌ１を超えた時点（図４（ｂ）のｔｍ）で反射信号の第一波の立上りを検知する区間であると判定する。さらに、この間に微分処理部２３２から入力される二次微分反射信号が閾値Ｌ１を二回目に超えた時点（図４（ｂ）のｔｎ）で反射信号の第二波の立上りを検知する区間であると判定する。
【００１９】
信号分離処理部は、一次微分信号が所定の閾値Ｌ１を超えた時点から二次微分反射信号が所定の閾値Ｌ１を二回目に超える時点までの区間ｄｔｍの一次微分反射信号を最初（第一波）の反射信号Ｓ４（Ｔ´）の重心演算用の信号として出力し、二次微分反射信号が所定の閾値Ｌ１を二回目に超えた時点から一次微分信号が所定の閾値Ｌ１を下回る時点迄の区間ｄｔｎの一次微分反射信号を次（第二波）の反射信号Ｓ４（Ｔ）の重心演算用の信号として出力する。
【００２０】
演算部は、一次微分信号が所定の閾値Ｌ１を超えた時点から二次微分反射信号が所定の閾値Ｌ１を二回目に超える時点までの区間ｄｔｍの一次微分反射信号に対して重心演算を実行して対応する距離を算出するとともに、区間ｄｔｎの一次微分反射信号に対して重心演算を実行して対応する距離を算出する。
従って、重畳したそれぞれの反射光に対して各別に距離を算出することができるようになる。
【００２１】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四特徴構成に加えて、予め相対位置関係が既知の複数の被測定物からの反射光を重畳した反射光に対して、前記一次微分反射信号の立上り時期を基準に算出した距離と、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離と、各距離の算出対象となる反射信号のピーク値との関係から、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離を補正する補正データが記憶された記憶部を備え、前記演算部は、前記記憶部に記憶された補正データに基づいて、前記二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に算出した距離を補正する点にある。
【００２２】
図４（ｂ）の区間ｄｔｎに本来の反射信号Ｓ４（Ｔ）の立上り時の一次微分反射信号が含まれていないために誤差が発生し、実際よりも長い距離として算出される可能性がある。そのような場合に備えて、記憶部に、予め相対位置関係が既知の複数の被測定物からの反射光を重畳した反射光に対して、一次微分反射信号の立上り時期を基準に算出した距離と、二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離と、各距離の算出対象となる反射信号のピーク値との関係から、二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離を補正する補正データを記憶しておけば、記憶部に記憶された補正データに基づいて、二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に算出した距離が補正され、適正な距離が求められるようになる。
【００２３】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第四または第五の特徴構成に加えて、前記波形判定部で、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記演算部は、前記信号分離部で分離された反射信号のうち、最大のピーク値を示す反射信号に基づき算出した距離を真の被測定物に対する距離として出力する点にある。
【００２４】
測定光の光芒に対して小さな被測定物や、半透明の被測定物からの反射光の強度は、その近傍に存在し、測定光の光芒に対して十分大きな真の被測定物からの反射光の強度よりも低い傾向がある。演算部は、信号分離部で分離された反射信号のうち、最大のピーク値を示す反射信号に基づき算出した距離を真の被測定物に対する距離として出力するので、不要な距離の出力を回避することができるようになる。
【００２５】
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、前記波形判定部により前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記演算部は前記光学窓が汚れている旨の信号を出力する点にある。
【００２６】
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、前記波形判定部は、前記反射信号のピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）が所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂより小さな値であると、適正な反射光でないと判定するように構成され、前記演算部は、前記波形判定部により適正な反射光でないと判定されると、距離の算出を中止し、または算出した距離の出力を中止する点にある。
【００２７】
霧や煙等の微粒子が雰囲気中に存在すると、それらから反射した微小な反射信号が合成されて、ある程度の強度を有する反射信号となり、これが誤検出に繋がる虞があり。しかし、波形判定部によって、反射信号のピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）が所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂより小さな値であるか否かが判定されることにより、霧や煙等の微粒子からの反射信号が、適正な反射光でないと判定されるので、不要な距離が円座されたり外部に出力されるような事の発生が回避できるようになる。
【００２８】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記演算部は、前記走査部により同一方向に偏向走査された測定光に対して算出した距離が複数周期で所定の許容範囲に収まるときにのみ、当該距離を出力する点にある。
【００２９】
さらに、雨滴が雪粒からの反射信号が真の被測定物（検出対象となる被測定物）でない場合であっても、査部により同一方向に偏向走査された測定光に対して算出した距離が複数周期で所定の許容範囲に収まるときにのみ、当該距離を出力するように構成すれば、雨滴が雪粒からの反射信号を被測定物と誤検知することが効果的に排除できるようになる。
【００３０】
本発明による走査式測距装置の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、パルス状の測定光を出力する投光部と、前記投光部から出力された測定光を、光学窓を介して測定対象空間に周期的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対応する反射信号を出力する受光部と、前記受光部から出力された反射信号を処理する上述の第一から第九の何れかに記載の信号処理装置と、を備えている点にある。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明した通り、本発明によれば、走査式測距装置と被測定物との間にノイズ光となる障害物が存在する場合であっても、真に検出する必要がある被測定物に対する距離を正確に算出可能な信号処理装置、及び、走査式測距装置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】
【００３２】
【図１】本発明による走査式測距装置の全体構成を示す概略縦断面図
【図２】（ａ）は被測定物からの反射光に基づく測距原理の説明図、（ｂ）は反射信号の説明図
【図３】反射信号に対する信号処理の説明図
【図４】（ａ）は複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光に基づく測距原理の説明図、（ｂ）は一次微分反射信号及び二次微分反射信号の説明図
【図５】走査式測距装置の制御回路のブロック構成図
【図６】本発明による信号処理装置の一部である信号処理部のブロック構成図
【図７】（ａ）は走査式測距装置で検出される通常の反射光と霧からの反射光の相違を示す説明図、（ｂ）は走査式測距装置で検出される通常の反射光と雨滴等からの反射光の相違を示す説明図
【図８】本発明による走査式測距装置の別実施形態を示し、全体構成を示す概略縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明による信号処理装置、及び、走査式測距装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１に示すように、走査式測距装置１は、一対の投光部３及び受光部５を収容する円筒状のケーシング２と、ケーシング１の周方向に沿って配置された弧状の光学窓２ａを備え、投光部３から出力された測定光を円筒状ケーシングの軸心Ｐと直交する方向に偏向反射する第一偏向ミラー９、及び、被測定物からの反射光を受光部５に向けて偏向反射する第二偏向ミラー１０を軸心Ｐ周りに回転して、測定光を軸心Ｐと直交する平面上で回転走査する偏向光学系４を備えている。
【００３５】
ケーシング１の内壁面は迷光を吸収する暗幕等の吸光部材で被覆され、軸心Ｐに沿って対向配置された投光部３と受光部５の間に、偏向光学系４が配置されている。
【００３６】
投光部３は、赤外半導体レーザでなる発光素子と、発光素子から出力された光ビームを平行光に形成する光学レンズを備えて構成され、ケーシング２の上壁に固定されている。
【００３７】
受光部５は、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を備えて構成され、ケーシング２に固定された中空軸１３上の支持板上に固定されている。
【００３８】
偏向光学系４は、第一偏向ミラー９及び第二偏向ミラー１０が取り付けられた天面８ｂと、反射光を受光部５で集光する受光レンズ１４が取り付けられた周壁部８ａを備えた円筒状の回転体８と、回転体８を一方向に回転駆動するモータ１１を備えている。
【００３９】
下端部が縮径された回転体８は、その内周面に備えた軸受１２を介して中空軸１３に回転可能に支承され、縮径部の外周面にモータ１１の回転子となるマグネット１１ｂが取り付けられている。当該回転子と、当該回転子に対向配置されたコイル１１ａでなる固定子によりモータ１１が構成され、固定子のカバーがケーシング２に固定された中空軸１３に取り付けられている。
【００４０】
投光部３から光軸Ｌ１に沿って出射された測定光が、第一偏向ミラー９で光軸Ｌ１と直交する光軸Ｌ２に偏向され、光学窓２ａを通過して測定対象空間に向けて照射される。測定対象空間に存在する被測定物Ｔからの反射光が、光軸Ｌ２と平行な光軸Ｌ３に沿って光学窓２ａを通過して受光レンズ１４に入光し、第二偏向ミラー１０で光軸Ｌ３と直交する光軸Ｌ４に偏向され、受光部５に集光される。
【００４１】
第一偏向ミラー９で偏向された測定光が光学窓２ａの上方領域を透過し、被測定物Ｒからの反射光が光学窓２ｂの下方領域を透過する。
【００４２】
モータ１１で回転駆動される偏向光学系４により、測定光が光学窓２ａを介して測定対象空間に走査される範囲、具体的には上述した軸心Ｐを基準とする約２７０度の角度範囲が計測用走査角度領域となり、測定光がケーシング２に遮られて測定対象空間に出射されない角度領域が非計測用走査角度領域となる。
【００４３】
つまり、偏向光学系４により、投光部３から出力された測定光を、光学窓２ａを介して測定対象空間に周期的に偏向走査する走査部が構成されている。
【００４４】
周方向に複数のスリットが形成された円盤状のスリット板１５ａが、回転体８の周壁部８ａに取り付けられるとともに、当該スリットを検出するフォトインタラプタ１５ｂがケーシング２の内壁に取り付けられ、これらにより偏向光学系４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。
【００４５】
スリット板１５ａに形成されるスリットは、測定光が非走査角度領域の中心に向けて照射される基準位置を除いて均等間隔で形成され、基準位置ではスリット間隔が他の間隔より狭い間隔に形成されている。従って、偏向光学系４の回転に伴なって走査角度検出部１５から出力されるパルスのパルス幅に基づいて、基準位置から偏向光学系４の回転角度位置が把握できるように構成されている。
【００４６】
非走査角度領域の中心には、距離補正用の基準光学系としてのプリズム１６が設けられ、当該プリズム１６を介して受光部５で検知される反射光に基づいて、補正用の基準距離が求められる。
【００４７】
ケーシング２の底部には、装置を駆動して被測定物までの距離を算出する信号処理回路２０を備えた制御基板１７が収容されている。
【００４８】
図５に示すように、信号処理回路２０には、発光素子３ａを駆動する駆動回路３ｂ、反射光が受光素子５ａで光電変換された反射信号を増幅する増幅回路５ｂ、Ａ／Ｄ変換部２２、信号処理部２３、モータ制御回路２１、システム制御部２４を備えている。信号処理部２３及びシステム制御部２４によって、本発明による信号処理装置が構成されている。
【００４９】
システム制御部２４には、マイクロコンピュータが設けられ、所定の制御プログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータによって信号処理部２３、モータ制御回路２１等が制御される。
【００５０】
システム制御部２４は、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに基づいて、走査角度つまり測定光の照射方向を検出するとともに、偏向光学系４によって測定光が所定の一定速度で周期的に測定対象空間に走査されるようにモータ制御回路２１を制御する。そして、信号処理部２３から入力される距離と、走査角度検出部１５を介して検出した走査角度等の測定情報を、外部装置と接続されるインタフェースを介して外部装置に出力する。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに同期して、信号処理部２３から駆動回路３ｂに出力される駆動パルス信号Ｓ１により赤外半導体レーザ３ａがパルス駆動され、測定対象空間にパルス状の測定光Ｓ２が照射される。
【００５２】
当該測定光Ｓ２が被測定物に照射され、被測定物からの反射光Ｓ３がアバランシェフォトダイオード５ａで光電変換され、さらに増幅回路５ｂで増幅された反射信号Ｓ４がＡ／Ｄ変換部２２に入力される。
【００５３】
Ａ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換されたデジタルの反射信号が信号処理部２３に入力され、信号処理部２３で駆動パルス信号Ｓ１と反射信号の時間差Δｔが求められ、以下の式に基づいて被測定物迄の仮の距離Ｄ１が算出される。
Ｄ１＝Δｔ・Ｃ／２ （但し、Ｃは光速）
【００５４】
一方、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスが基準位置を示すときに、測定光がプリズム１６に照射され、アバランシェフォトダイオード５ａで検出されたプリズム１６からの反射光Ｓ３に基づく時間差Δｔ´に対応する基準距離Ｄ２が以下の式に基づいて算出される。
Ｄ２＝Δｔ´・Ｃ／２ （但し、Ｃは光速）
【００５５】
被測定物迄の距離Ｄが、Ｄ１−Ｄ２によって算出される。当該基準距離Ｄ２は、走査式測距装置１に組み込まれた赤外半導体レーザ３ａ、駆動回路３ｂ、アバランシェフォトダイオード５ａ等の特性ばらつきや、光学系の機差による計測距離のばらつきを吸収して、被測定物迄の正確な距離を算出するための補正値となる。
【００５６】
ところで、反射信号Ｓ４の立上り時期を検知するために所定の閾値で比較する比較器を設ける場合、同じ時期に発生する反射信号Ｓ４であっても、その信号強度によって比較器からの出力時期が変動し、正確に反射信号Ｓ４の立上り時期を検知できない虞がある。
【００５７】
そのため、信号処理部２３は、反射信号Ｓ４を一次微分し一次微分反射信号の立上り時期を基準に当該一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を反射光Ｓ３の検出時期として求めるように構成されている。
【００５８】
以下、信号処理部２３について詳述する。
図６に示すように、信号処理部２３は信号処理用のゲートアレイやデジタルシグナルプロセッサを備えたＡＳＩＣ等の集積回路で構成され、並列化されたＡ／Ｄ変換信号を整列させるデジリアライザ２３０、ローパスフィルタ２３１、微分処理部２３２、波形判定部２３３、信号分離部２３４、距離演算部２３５、補正処理部２３６、補正データメモリ２３７、出力メモリ２３８、パルス信号生成部２３９等の処理ブロックを備えている。
【００５９】
パルス信号生成部２３９は、走査角度検出部１５から入力されるエンコーダパルスに同期して、駆動回路３ｂ及び距離演算部２３５に駆動パルス信号Ｓ１を出力するブロックである。
【００６０】
Ａ／Ｄ変換部２２から入力されたデジタルの反射信号が、時系列的にデシリアライザ２３０で整列され、高周波ノイズ成分を除去するローパスフィルタ２３１を介して微分処理部２３２及び波形判定部２３３に入力される。
【００６１】
微分処理部２３２は、反射信号を一次及び二次微分処理して、一次微分反射信号及び二次微分反射信号を波形判定部２３３及び信号分離部２３４に出力する。
【００６２】
図２（ｂ）には反射信号と一次微分反射信号が例示されている。微分処理部２３２は、Ｋ番目（Ｋはサンプリング順序を示す整数である）のサンプリング値とＫ−１番目のサンプリング値との差分を各Ｋについて求め、その値を一次微分反射信号として算出する。さらに、各Ｋについて求めた一次微分反射信号とＫ−１番目に求めた一次微分反射信号との差分を求め、その値を二次微分反射信号として算出する。尚、本実施形態では、差分値が負となる場合には零に丸め込み、正領域のみ抽出するように構成されている。
【００６３】
波形判定部２３３は、測定光が出力される前にローパスフィルタ２３１を介して入力される信号の最大レベルから最小レベルを減算して、反射信号を識別するための第一測定閾値Ｌ１を算出するとともに、その信号の平均レベルをオフセット値に対応した第二測定閾値Ｌ２として算出する。
【００６４】
つまり、測定光が出力される迄にＡ／Ｄ変換部２２でサンプリングされた信号に基づいて、増幅回路５ｂのオフセットレベルや微小な外乱光によるノイズ信号のレベルが算出される。
【００６５】
距離演算部２３５は、微分処理部２３２から入力される一次微分反射信号から、第一測定閾値Ｌ１より大となる領域の信号成分を抽出し、その正側領域（図２（ｂ）に示す微分波形）の重心位置を反射光Ｓ３の立上りタイミング、つまり検出時期として算出し、パルス信号生成部２３９から入力される駆動パルス信号Ｓ１の立上りエッジを測定光の出力時期として、当該反射光の検出時期との時間差に基づいて被測定物までの仮の距離Ｄ１を算出するとともに、駆動パルス信号Ｓ１の数をカウントするカウンタの値を１加算する。尚、当該カウンタの値は、走査部の一回転毎にリセットされる。
【００６６】
図２（ｂ）に示すように、一次微分反射信号のうち第一測定閾値Ｌ１を二回連続して超えるサンプリングポイントを検出し、二回目に第一測定閾値Ｌ１を超えたポイントの一次微分反射信号値Ｄｎを中心として、例えば前後に連続する１０点のサンプリングポイント（ｎ−１０〜ｎ＋１０）を重心演算範囲Ｒ１として、〔数１〕に示す数式に基づいて重心位置Ｇを算出する。
【００６７】
つまり、重心位置Ｇはサンプリングポイント（ｎ−１０）からの時間情報として算出される。尚、重心演算に寄与するサンプリングポイントの選定は、この例に限るものではなく、二回目に第一測定閾値Ｌ１を超えたポイントの一次微分反射信号値Ｄｎを中心として、一次微分反射信号値が第一測定閾値Ｌ１を超える直前のサンプリングポイントから一次微分反射信号値が第一閾値Ｌ１より最初に低下したサンプリングポイント迄の間のサンプリングポイントを重心演算に寄与するサンプリングポイントに選定してもよい。
【００６８】
【数１】
【００６９】
このように、反射信号を一次微分してその正側領域の重心位置を反射信号の立上り時期として求める場合には、光量が異なる場合であってもほぼ等しい立上り時期として求まる。
【００７０】
さらに、距離演算部２３５は、基準位置でプリズム１６を介して検出された基準光としての反射光Ｓ３に対しても、上述と同様の処理を行ない基準距離Ｄ２を算出する。基準距離Ｄ２の算出は、走査部による測定光の回転周期と同期して毎回行なわれる。
【００７１】
補正処理部２３６は、距離演算部２３５で仮の距離Ｄ１が算出される度に、仮の距離Ｄ１からその直前に算出された基準距離Ｄ２を減算して距離Ｄを算出し、その値をカウンタの値とともに出力メモリ２３６に格納する。
【００７２】
測定光Ｓ２は、測定対象空間に設定された検出範囲内に存在する被測定物からの反射光を確実に検出するために十分な発光強度に設定されているため、反射光の強度によっては増幅回路５ｂが飽和してリニアな出力特性が得られない場合がある。つまり、微弱な反射光を十分なレベルに増幅するために、増幅回路５ｂのダイナミックレンジが入力スパンに対応できず、強い反射光に対して飽和するのである。
【００７３】
図３（ａ）に示すように、増幅回路５ｂからの出力波形を観測すると、被測定物からの反射光量が小さいときには、反射信号Ｓ４１から反射信号Ｓ４３に示すようにリニアに増幅されるが、被測定物からの反射光量が大きいときには、反射信号Ｓ４４から反射信号Ｓ４６に示すように飽和して正確な波高値が出力されず、その出力が立ち下がるまでの時間が長くなる。このような場合には、算出された重心位置が本来あるべき重心位置とずれることとなり、被測定物との距離Ｌが正確に算出できなくなる。
【００７４】
しかし、反射信号Ｓ４４から反射信号Ｓ４６のように出力が飽和したときには、その信号の積分値と反射光Ｓ３の受光光量に相関があることが見出されており、距離演算部２３５により検出された重心位置に基づいて算出された距離Ｄを、当該積分値と予め設定された補正テーブル値に従って適切に補正することができる。
【００７５】
補正処理部２３６は、図３（ｂ）に示すように、ローパスフィルタ２３１を通過した信号に対して、波形判定部２３３から得た第一測定閾値Ｌ１と第二測定閾値Ｌ２の加算値を最初に超える直前のサンプリング値から第二測定閾値Ｌ２を最初に下回るサンプリング値までを積分範囲Ｒ２として反射信号Ｓ４を積分処理する。
【００７６】
このとき、補正処理部２３６は、積分範囲Ｒ２に対応する積分値から第二測定閾値Ｌ２以下の領域の積分値を減算することによりオフセット誤差を除去する。尚、オフセット誤差を除去するために、積分範囲Ｒ２のサンプリング値から第二測定閾値Ｌ２を減算した値に対して積分することも可能である。
【００７７】
補正処理部２３６は、増幅回路５ｂからの出力波形が飽和している旨の情報を波形判定部２３３から得ると、予め補正データメモリ２３７に格納された積分値と補正距離の関係を示す補正テーブル値に基づいて、算出した積分値に対応する補正距離Ｄｃを算出し、先に算出した距離Ｄを補正し、その値をカウンタの値とともに出力メモリ２３６に格納する。尚、波形判定部２３３は、反射信号Ｓ４のピーク値が予め設定された増幅回路５ｂの最大出力より数％低い値に設定された閾値を超えると出力波形が飽和していると判定する。
【００７８】
以上が、信号処理部２３で実行される基本的な演算処理となる。
しかし、図１に示すように、走査式測距装置１と真に検出する必要がある被測定物Ｔとの間にガラス等半透明の反射物Ｔ´が存在し、反射物Ｔ´が被測定物Ｔに近接していると、当該反射物Ｔ´からの反射信号が被測定物Ｔからの反射信号に重畳して、真に検出する必要がある被測定物Ｔに対する正確な距離が算出できない虞がある。
【００７９】
図４（ａ）には、反射物Ｔ´からの反射光と被測定物Ｔからの反射光が重畳した反射光Ｓ３が示されている。このような反射光Ｓ３の場合、測定光の出力時期と真の被測定物Ｔからの反射光の検出時期との期待される時間差ΔｔよりもΔｔεだけ短い時間差に基づいて距離が算出されるため、正確な距離が算出できなくなる。
【００８０】
このような現象は、ガラス等半透明の反射物Ｔ´に限らず、走査式測距装置１と真に検出する必要がある被測定物Ｔとの間に存在する樹木の枝等、測定光の光芒に比べ小さな物体が存在する場合や、光学窓２ａが汚れている場合に発生する。
【００８１】
図４（ｂ）には、このような反射光Ｓ３に対応した反射信号Ｓ４と、その一次微分反射信号と、二次微分反射信号が示されている。
【００８２】
図３に示す通常の単一の反射信号Ｓ４の場合には、反射信号Ｓ４の立上り時に一次微分反射信号が第一閾値Ｌ１を超えて反射信号Ｓ４の変曲点まで単調増加し、その後単調減少して反射信号がピークとなる時期に第一閾値Ｌ１を下回り零となるので、一次微分反射信号をモニタすれば、単一の反射信号Ｓ４であることを認識できる。
【００８３】
しかし、図４（ｂ）のように、例えば二つの反射信号Ｓ４（Ｔ），Ｓ４（Ｔ´）が重畳すると、一次微分反射信号が二山形状を呈し、ピーク間の谷部で第一閾値Ｌ１を下回ることなく再度上昇し、反射光の重畳の態様によっては一次微分反射信号をモニタしても反射信号が重畳状態にあることが明確に判断できない場合がある。
【００８４】
そのような場合であっても、一次微分反射信号の二山の各ピークで、それぞれ二次微分反射信号が第一閾値Ｌ１を下回り零になるため、二次微分反射信号に基づいて重畳した波形を分離することが可能になる。重畳数が二以上の反射信号であっても同様に、それぞれの反射信号に対応する波形に分離することができる。
【００８５】
そこで、波形判定部２３３は、微分処理部２３２により反射信号が一次微分された一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、反射信号が二次微分された二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かを判定するように構成されている。
【００８６】
波形判定部２３３は、一次微分反射信号が所定閾値（ノイズを排除するために適宜設定される値であるが、ここでは第一閾値Ｌ１に設定されている）以下に立下る迄に、二次微分反射信号が所定閾値（この値もノイズを排除するために適宜設定される値であるが、ここでは等しく第一閾値Ｌ１に設定されている）以上に立上る二回目の立上りを検知すると、反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定するのである。
【００８７】
尚、反射光が重畳している場合であっても、一次微分反射信号が所定閾値以下に立下る迄に、二次微分反射信号が所定閾値以上に立上る二回目の立上りが検知されない場合には、反射光が重畳していないと判定される。例えば、強度が強い反射光のピーク値を示す時期以降に強度がそれより弱い反射光が重畳するような場合である。この場合には、一次微分反射信号値が第一測定閾値Ｌ１を超える時期を弱い反射光に対応する反射信号と判定して処理すればよい。
【００８８】
信号分離処理部２３４は波形判定部２３３による判定結果に基づいて、微分処理部２３２から入力される一次微分反射信号を分離して距離演算部２３５に出力する。そして、距離演算部２３５は信号分離処理部２３４により分離された一次微分反射信号毎に重心演算を実行して、対応する距離演算を実行する。
【００８９】
つまり、波形判定部２３３は、微分処理部２３２から入力される一次微分反射信号が第一閾値Ｌ１より低い状態から第一閾値Ｌ１を超えた時点（図４（ｂ）のｔｍ）で反射信号の立上りを検知する区間であると判定して第一波の判定信号を信号分離部２３４に出力する。第一波の判定信号は一次微分反射信号が第一閾値Ｌ１より低い値に低下した時点まで出力される。
【００９０】
波形判定部２３３は、第一波の判定信号の出力中に、微分処理部２３２から入力される二次微分反射信号が第一閾値Ｌ１を二回目に超えた時点（図４（ｂ）のｔｎ）で第二波の判定信号を信号分離部２３４に出力する。このような処理を繰り返すことにより、複数の反射信号が重畳した反射信号であっても、各反射信号に波形分離することができる。
【００９１】
図４（ｂ）の例では、信号分離処理部２３４は、各判定信号に対応して反射信号及び一次微分反射信号を分離して距離演算部２３５に出力する。即ち、図４（ｂ）の区間ｄｔｍの一次微分反射信号を最初の反射信号Ｓ４（Ｔ´）の重心演算用の信号として出力し、区間ｄｔｎの一次微分反射信号を次の反射信号Ｓ４（Ｔ）の重心演算用の信号として出力する。
【００９２】
距離演算部２３５は、区間ｄｔｍの一次微分反射信号に対して重心演算を実行して対応する距離を算出するとともに、区間ｄｔｎの一次微分反射信号に対して重心演算を実行して対応する距離を算出する。算出した距離は、補正処理部２３６で必要に応じてそれぞれ上述の補正が実行され、補正後の距離が出力メモリ２３８に記憶される。
【００９３】
被測定物Ｔに対する距離は、二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に、信号分離部２３２で分離された反射信号Ｓ４（Ｔ）の一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を反射光の検出時期として求められ、測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて算出される。
【００９４】
つまり、区間ｄｔｎの一次微分反射信号に対して実行された重心演算によって得られる重心位置を立上り時期として算出された距離となる。しかし、実際には、区間ｄｔｎに本来の反射信号Ｓ４（Ｔ）の立上り時の一次微分反射信号が含まれていないために誤差が発生し、実際よりも長い距離として算出される可能性がある。
【００９５】
そこで、補正処理部２３７は、上述の演算処理で得られた被測定物Ｔに対する距離を補正するように構成されている。
【００９６】
補正データメモリ２３７には、予め相対位置関係が既知の複数の被測定物からの反射光を重畳した反射光に対して、一次微分反射信号の立上り時期を基準に算出した距離Ｄｍと、二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に算出した距離Ｄｎと、各距離の算出対象となる反射信号のピーク値Ｖｐｍ，Ｖｐｎとの関係から、二次微分反射信号の二回目の立上り時期を基準に算出した距離を補正する補正データＣが記憶されている。実際には、Ｄｎ−Ｄｍと、Ｖｐｍ、Ｖｐｎを変数とする補正データテーブルが補正データメモリ２３７に格納されている。
【００９７】
補正処理部２３６は、Ｄｎ−Ｄｍと、Ｖｐｍ、Ｖｐｎに対応する補正データＣを補正データテーブルから読み出して、真の被測定物Ｔに対する距離Ｄ＝Ｄｍ−Ｃの演算処理により求める。
【００９８】
当該補正データＣは、予め試験によりサンプリングされた各データと各データに基づいて上述の演算処理で求められた距離と、実際の距離との間で求められた以下の相関式を基準に算出することも可能である。
Ｃ＝Ｆ（Ｄｍ，Ｄｎ，Ｖｐｍ，Ｖｐｎ）
【００９９】
この場合には、補正処理部２３６は、関数Ｆの変数にＤｍ，Ｄｎ，Ｖｐｍ，Ｖｐｎを代入して補正値Ｃを算出し、真の被測定物Ｔに対する距離Ｄ＝Ｄｍ−Ｃの演算処理により求める。
【０１００】
尚、波形判定部２３３で、反射光Ｓ４が複数の被測定物Ｔ，Ｔ´からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、距離演算部２３５は、信号分離部２３４で分離された反射信号Ｓ４のうち、最大のピーク値を示す反射信号Ｓ４（Ｔ）に基づき算出した距離を真の被測定物Ｔに対する距離として出力するように構成することも可能である。
【０１０１】
このように構成すると、真の被測定物Ｔの近傍に、ガラス等半透明の反射物Ｔ´が存在する場合や、樹木の枝等、測定光の光芒に比べ小さな物体が存在する場合や、光学窓２ａが汚れている場合であっても、真の被測定物Ｔに対する距離のみを正確に算出して出力することができる。
【０１０２】
また、波形判定部２３３により反射光Ｓ３が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光Ｓ３であると判定され、反射光Ｓ３のうち距離演算部２３５で算出された最初の反射光に対応する距離と光学窓２ａまでの距離との差が所定範囲内である場合には、距離演算部２３５は光学窓２ａが汚れている旨の信号データを出力メモリ２３８に格納するように構成すれば、システム制御部７１を介して外部に光学窓２ａが汚れている旨の報知を行なうことができる。また、走査式測距装置１に表示部を設ける場合には、システム制御部７１を介して光学窓２ａが汚れている旨の報知を表示部で行なうことができる。
【０１０３】
走査式測距装置１が屋外で使用される場合には、霧、雨、雪等の天候の影響を受け、霧、雨滴、雪粒からの反射光を被測定物と誤検知する場合がある。本走査式測距装置１は、これらにも対処可能に構成されている。
【０１０４】
図７（ａ）に示すように、受光部５で検出されるパルス状の反射信号は、被測定物の表面反射率や被測定物迄の距離等によって、そのピーク値（ｐ）及びパルス幅（Ｗ）が異なるが、ピーク値（Ｐ１）とパルス幅（Ｗ１）の比（Ｐ１／Ｗ１）は略一定の相似形の信号となる（図中、「反射信号(通常)」と表記された実線及び破線の波形参照）。
【０１０５】
これに対して、霧からの反射光は、霧の微細な粒子群からの個別の反射光が合成された反射光となり、相対的にピーク値（ｐ２）が低く、またパルス幅（Ｗ２）が大きくなる傾向にあるため、ピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比を対比すると、必ず（Ｐ２／Ｗ２）＜（Ｐ１／Ｗ１）の関係が成立する。
【０１０６】
そこで、波形判定部２３３は、反射信号のピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）が所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂ（≒Ｐ１／Ｗ１）より小さな値であると、適正な反射光でないと判定するように構成され、距離演算部２３５は、波形判定部２３３により適正な反射光でないと判定されると、距離の算出を中止し、または算出した距離の出力メモリ２３８への出力を中止するように構成されている。
【０１０７】
霧の中に被測定物Ｔが存在し、霧からの反射光と被測定物Ｔからの反射光が重畳して受光部５で検出される場合には、微分処理部２３２から入力される一次微分反射信号及び二次微分反射信号に基づいて、波形判定部２３３が第一波の反射信号、つまり図４（ｂ）の区間ｄｔｍの反射信号部分に対してピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）を算出し、所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂより小さな値である場合に、第一波が霧からの反射信号であると判定すればよい。
【０１０８】
このような場合には、波形判定部２３３の判定結果を受けた距離演算部２３５が、上述と同様に、信号分離部２３４で分離された反射信号Ｓ４のうち、最大のピーク値を示す反射信号Ｓ４（Ｔ）に基づき算出した距離を真の被測定物Ｔに対する距離として出力するように構成すればよい。
【０１０９】
また、図７（ｂ）に示すように、雨滴や雪粒からの反射光は、通常の反射光と同様、上述の所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂ以上の値を示すが、雨滴や雪粒は測定対象空間の同一位置に長時間留まることが無いため、走査部により走査される度にそれらからの反射信号に基づいて距離演算部２３５で算出される距離が異なることになる。これに対して、走査周期に対して十分長い時間で動作する被測定物に対する距離は、複数の周期でほぼ一定の値を示すことになる。
【０１１０】
そこで、距離演算部２３５は、走査部により同一方向に偏向走査された測定光に対して算出した距離が複数周期で所定の許容範囲に収まるときにのみ、当該距離を雨滴や雪粒に対する距離ではなく、真の被測定物に対する距離であると判断して出力メモリ２３８に当該距離を出力するように構成されている。尚、このような判定を実行する周期は、走査部の走査周期と、雨滴や雪粒の降下速度との関係で定められる。
【０１１１】
以下、別の実施形態を説明する。上述の実施形態では、距離演算部２３５と補正処理部２３６とで構成される演算部が、測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて被測定物までの距離を算出して出力メモリ２３８に出力する例を説明したが、距離演算部２３５が、測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差を算出し、補正処理部２３６が当該時間差を補正した時間差を出力メモリ２３８に出力し、システム制御部７１が当該出力メモリ２３８から時間差を読み出して距離を算出してもよい。つまり、本発明の演算部は、距離演算部２３５と補正処理部２３６のみでなく、システム制御部７１をも含む概念である。
【０１１２】
Ａ／Ｄ変換部２２と信号処理部２３は、ともに共通のクロック信号で動作するように構成することができるが、高速処理が必要となる場合には、信号処理部２３の部品コストが上昇するため、Ａ／Ｄ変換部２２と信号処理部２３が、異なるクロック信号で動作するように構成してもよい。
【０１１３】
例えば、Ａ／Ｄ変換部２２が１ＧＨｚで動作し、信号処理部２３が１００ＭＨｚのクロックで動作するような場合には、少なくとも信号処理部２３の処理能力の１０倍のデータがＡ／Ｄ変換部２２で生成される。そのような場合にリアルタイムに演算処理が実行できるように、信号処理部２３の微分処理部２３２、波形判定部２３３、信号分離部２３４、距離演算部２３５等の演算処理部を、複数のデータが並行して処理されるパイプライン構造で構成されることが好ましい。
【０１１４】
上述した走査式測距装置は、基準位置で補正用の基準距離を検出するためのプリズム１６や、算出された距離を基準距離で補正する補正処理部２３６を備えているため、計測用走査角度領域が制限される。
【０１１５】
そこで、図８に示すような走査式測距装置を構成することも可能である。当該走査式測距装置は、プリズム１６に替えて、測定対象空間に照射される測定光の一部を常に受光部５に導く導光部材６を備えている。
【０１１６】
走査部によって回転走査される測定光のうち、導光部材１６´を介して受光部５で検出される基準光と、基準光から時間的に遅延して受光部５で検出される被測定物からの反射光の双方が上述したＡ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換され、信号処理部２３で処理される。
【０１１７】
信号処理部２３では、基準光に対応する基準信号と反射光に対応する反射信号の双方が微分処理部２３２で微分処理され、距離演算部２３５で双方の重心位置が求められ、さらにそれぞれの重心位置の差が、測定光の出力時期と反射光の検出時期との時間差として算出される。従って、基準距離で補正する処理が不要になる。プリズム１６を設ける必要が無いため、計測用走査角度領域が３６０度全周となる。
【０１１８】
上述した実施形態では、信号処理部２３がゲートアレイやデジタルシグナルプロセッサを備えたＡＳＩＣ等の集積回路で構成される例を説明したが、信号処理部２３の各処理ブロックの一部または全てが、各処理ブロックの機能を具現化する制御プログラムが格納されたメモリと、メモリに格納された制御プログラムを実行するＣＰＵを備えたマイクロコンピュータ等のコンピュータで構成されるものであってもよい。
【０１１９】
上述した実施形態では、距離演算部２３５が一次微分信号の重心位置に基づいて反射光の立上がり時期を特定する構成を説明したが、本発明による演算部は、波形判定部２３３による判定結果に応じて、反射信号に基づいて被測定物までの距離を算出して出力するものであればよく、演算部反射光の立上がり時期を特定する手法が一次微分信号の重心演算による手法に制限されるものではない。
【０１２０】
例えば、二次微分信号が所定の閾値を超える時期を反射信号の立上がり時期として距離演算を実行するものであってもよい。また、反射信号または一次微分信号が所定の閾値を超える時期を反射信号の立上がり時期として距離演算を実行し、波形判定部２３３による判定結果に応じて、その閾値を可変に設定するものであってもよい。例えば、最初の反射信号に対する閾値より、二回目の反射信号に対する閾値を大きく設定することにより、それぞれの反射信号の立上がり時期を求めることができるようになる。
【０１２１】
上述した実施形態では、信号処理装置が走査式測距装置に内蔵される例を説明したが、本発明による信号処理装置は、走査式測距装置に内蔵されるものに限らず、走査式測距装置の外部に設置される形態も採用可能である。
【０１２２】
また、信号処理装置の信号処理対象は走査式測距装置に限らず、走査機構を備えていない測距装置から出力される反射信号であってもよい。
【０１２３】
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やソフトウェア構成等は、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。
【符号の説明】
【０１２４】
１：走査式測距装置
３：投光部
５：受光部
４：走査部
２３：信号処理部
７１：演算部（システム制御部）
２３２：微分処理部
２３３：波形判定部
２３４：信号分離部
２３５：演算部（距離演算部）
２３６：演算部（補正処理部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の測定光を光学窓を介して測定対象空間に出力する投光部と、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対応する反射信号を出力する受光部とを備えた測距装置に対して、
前記測距装置から出力された信号を処理する信号処理装置であって、
前記受光部から出力された反射信号を微分する微分処理部と、
前記微分処理部により前記反射信号が一次微分された一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、前記反射信号が二次微分された二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かを判定する波形判定部と、
前記波形判定部による判定結果に応じて、前記反射信号に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する演算部と、
を備えている信号処理装置。
【請求項２】
前記波形判定部は、前記一次微分反射信号が所定閾値以下に立下る迄に、前記二次微分反射信号が所定閾値以上に立上る二回目以降の立上りを検知すると、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定するように構成されている請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記微分処理部で一次微分された一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する請求項１または２記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記波形判定部により前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に前記反射信号を分離する信号分離部を備え、
前記演算部は、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に、前記信号分離部で分離された反射信号の一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出する請求項３記載の信号処理装置。
【請求項５】
予め相対位置関係が既知の複数の被測定物からの反射光を重畳した反射光に対して、前記一次微分反射信号の立上り時期を基準に算出した距離と、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離と、各距離の算出対象となる反射信号のピーク値との関係から、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離を補正する補正データが記憶された記憶部を備え、
前記演算部は、前記記憶部に記憶された補正データに基づいて、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離を補正する請求項４記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記波形判定部で、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記演算部は、前記信号分離部で分離された反射信号のうち、最大のピーク値を示す反射信号に基づき算出した距離を真の被測定物に対する距離として出力する請求項４または５記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記波形判定部により前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記演算部は前記光学窓が汚れている旨の信号を出力する請求項１から６の何れかに記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記波形判定部は、前記反射信号のピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）が所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂより小さな値であると、適正な反射光でないと判定するように構成され、
前記演算部は、前記波形判定部により適正な反射光でないと判定されると、距離の算出を中止し、または算出した距離の出力を中止する請求項１から７の何れかに記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記演算部は、前記走査部により同一方向に偏向走査された測定光に対して算出した距離が複数周期で所定の許容範囲に収まるときにのみ、当該距離を出力する請求項１から８の何れかに記載の信号処理装置。
【請求項１０】
パルス状の測定光を出力する投光部と、
前記投光部から出力された測定光を、光学窓を介して測定対象空間に周期的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対応する反射信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力された反射信号を処理する請求項１から９の何れかに記載の信号処理装置と、
を備えている走査式測距装置。
【請求項１】
パルス状の測定光を光学窓を介して測定対象空間に出力する投光部と、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対応する反射信号を出力する受光部とを備えた測距装置に対して、
前記測距装置から出力された信号を処理する信号処理装置であって、
前記受光部から出力された反射信号を微分する微分処理部と、
前記微分処理部により前記反射信号が一次微分された一次微分反射信号の立上り及び立下り特性と、前記反射信号が二次微分された二次微分反射信号の立上り特性に基づいて、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であるか否かを判定する波形判定部と、
前記波形判定部による判定結果に応じて、前記反射信号に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する演算部と、
を備えている信号処理装置。
【請求項２】
前記波形判定部は、前記一次微分反射信号が所定閾値以下に立下る迄に、前記二次微分反射信号が所定閾値以上に立上る二回目以降の立上りを検知すると、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定するように構成されている請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記微分処理部で一次微分された一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出して出力する請求項１または２記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記波形判定部により前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に前記反射信号を分離する信号分離部を備え、
前記演算部は、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に、前記信号分離部で分離された反射信号の一次微分反射信号の重心位置を算出し、当該重心位置に対応する時期を前記反射光の検出時期として求め、前記測定光の出力時期と当該反射光の検出時期との時間差に基づいて前記被測定物までの距離を算出する請求項３記載の信号処理装置。
【請求項５】
予め相対位置関係が既知の複数の被測定物からの反射光を重畳した反射光に対して、前記一次微分反射信号の立上り時期を基準に算出した距離と、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離と、各距離の算出対象となる反射信号のピーク値との関係から、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離を補正する補正データが記憶された記憶部を備え、
前記演算部は、前記記憶部に記憶された補正データに基づいて、前記二次微分反射信号の二回目以降の立上り時期を基準に算出した距離を補正する請求項４記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記波形判定部で、前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記演算部は、前記信号分離部で分離された反射信号のうち、最大のピーク値を示す反射信号に基づき算出した距離を真の被測定物に対する距離として出力する請求項４または５記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記波形判定部により前記反射光が複数の被測定物からの反射光が重畳した反射光であると判定されると、前記演算部は前記光学窓が汚れている旨の信号を出力する請求項１から６の何れかに記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記波形判定部は、前記反射信号のピーク値（Ｐ）とパルス幅（Ｗ）の比（Ｐ／Ｗ）が所定の閾値Ｐｂ／Ｗｂより小さな値であると、適正な反射光でないと判定するように構成され、
前記演算部は、前記波形判定部により適正な反射光でないと判定されると、距離の算出を中止し、または算出した距離の出力を中止する請求項１から７の何れかに記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記演算部は、前記走査部により同一方向に偏向走査された測定光に対して算出した距離が複数周期で所定の許容範囲に収まるときにのみ、当該距離を出力する請求項１から８の何れかに記載の信号処理装置。
【請求項１０】
パルス状の測定光を出力する投光部と、
前記投光部から出力された測定光を、光学窓を介して測定対象空間に周期的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対応する反射信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力された反射信号を処理する請求項１から９の何れかに記載の信号処理装置と、
を備えている走査式測距装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１５００５（Ｐ２０１１−２１５００５Ａ）
【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２０１０−８３５４０（Ｐ２０１０−８３５４０）
【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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