信号判定装置および信号判定方法
【課題】入力信号が有効か否かの判定を簡単に実現する。
【解決手段】信号判定装置１０は、入力信号を２値化する２値化部１００と、２値化部１００の出力を入力とし、判定期間中の入力信号のランレングスを測定するランレングス測定部１０１と、ランレングス測定部１０１の測定結果から、判定期間中の入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布とランレングス測定部１０１の測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定手段（確率算出部１０３、ノイズ度数算出部１０４、有効性判定部１０５）とを備える。
【解決手段】信号判定装置１０は、入力信号を２値化する２値化部１００と、２値化部１００の出力を入力とし、判定期間中の入力信号のランレングスを測定するランレングス測定部１０１と、ランレングス測定部１０１の測定結果から、判定期間中の入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布とランレングス測定部１０１の測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定手段（確率算出部１０３、ノイズ度数算出部１０４、有効性判定部１０５）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号が有効か否かを判定する信号判定装置および信号判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体レーザの自己結合効果を用いた自己結合型レーザセンサが提案されている（特許文献１参照）。この自己結合型レーザセンサの構成を図９に示す。図９の自己結合型レーザセンサは、物体２１０にレーザ光を放射する半導体レーザ２０１と、半導体レーザ２０１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２０２と、半導体レーザ２０１からの光を集光して物体２１０に照射すると共に、物体２１０からの戻り光を集光して半導体レーザ２０１に入射させるレンズ２０３と、半導体レーザ２０１に発振波長が連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返させるレーザドライバ２０４と、フォトダイオード２０２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部２０５と、電流−電圧変換増幅部２０５の出力電圧を２回微分する信号抽出回路２０６と、信号抽出回路２０６の出力電圧に含まれるモードホップパルス（以下、ＭＨＰとする）の数を数える計数装置２０７と、物体２１０との距離および物体２１０の速度を算出する演算装置２０８と、演算装置２０８の算出結果を表示する表示装置２０９とを有する。
【０００３】
レーザドライバ２０４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ２０１に供給する。これにより、半導体レーザ２０１は、発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図１０は、半導体レーザ２０１の発振波長の時間変化を示す図である。図１０において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔｃａｒは三角波の周期である。
【０００４】
半導体レーザ２０１から出射したレーザ光は、レンズ２０３によって集光され、物体２１０に入射する。物体２１０で反射された光は、レンズ２０３によって集光され、半導体レーザ２０１に入射する。フォトダイオード２０２は、半導体レーザ２０１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部２０５は、フォトダイオード２０２の出力電流を電圧に変換して増幅し、信号抽出回路２０６は、電流−電圧変換増幅部２０５の出力電圧を２回微分する。計数装置２０７は、信号抽出回路２０６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。演算装置２０８は、半導体レーザ１の最小発振波長λａと最大発振波長λｂと第１の発振期間Ｐ１におけるＭＨＰの数と第２の発振期間Ｐ２におけるＭＨＰの数に基づいて、物体２１０との距離や物体２１０の速度等の物理量を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１３０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自己結合型レーザセンサでは、半導体レーザの前方に物体が存在しない場合や、物体が検出可能範囲外の遠方にあって検出できない場合でも、外乱光などのノイズを信号として計数してしまい、半導体レーザの前方に物体が存在するものとして物理量を算出してしまうので、計数した信号の有効性を判定する必要がある。
【０００７】
自己結合信号であるＭＨＰは、物体の物理量と信号品質によって信号成分が変化するため、信号抽出回路から出力されているものがノイズか信号かを簡単に判定することは難しく、ノイズか信号かの判定、すなわち入力信号が有効か否かの判定を簡単に実現する手法は知られていなかった。
【０００８】
従来、自己結合型レーザセンサのように干渉原理を利用したセンサなど、信号の周波数もしくは計数値をもとに物理量を算出するセンサにおいて信号の有効性を判定するにはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）などの周波数解析を利用する手法が考えられる。しかしながら、ＦＦＴでは、大きな計算量が必要となり、処理に時間がかかるという問題点があった。
なお、以上のような問題点は自己結合型レーザセンサに限らず、他の装置でも同様に発生する可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、入力信号が有効か否かの判定を簡単に実現することができる信号判定装置および信号判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の信号判定装置は、入力信号を２値化する２値化手段と、この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングス（Run Length）を測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布と前記ランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置は、入力信号を２値化する２値化手段と、この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置は、入力信号を２値化する２値化手段と、この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と、前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数および前記ノイズの総度数から求めた信号の度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の１構成例において、前記判定手段は、判定期間中のランレングスの度数とノイズの度数との差の絶対値を階級値毎に求め、求めた値の総和を前記信号の度数とすることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の１構成例において、前記判定手段は、判定期間中の各階級値のランレングスの度数のうち、当該階級値のノイズの度数よりも大きい度数のみの総和を前記信号の度数とすることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の１構成例において、前記判定手段は、前記ランレングス測定手段の測定結果から得られる階級値１の度数から前記ノイズの度数分布を求めることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の信号判定方法は、入力信号を２値化する２値化ステップと、この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、このランレングス測定ステップの測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布と前記ランレングス測定ステップの測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力信号を２値化する２値化手段と、２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、ランレングス測定手段の測定結果から、判定期間中の入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布とランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを設けることにより、入力信号が有効か否かを簡単に判定することができる。本発明では、ＦＦＴなどの周波数解析手法を利用しないので、入力信号が有効か否かを少ない計算量且つ短時間で判定することができる。
【００１３】
また、本発明では、入力信号を２値化する２値化手段と、２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、ランレングス測定手段の測定結果から、判定期間中の入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と判定期間中のランレングスの数である総度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを設けることにより、入力信号が有効か否かを簡単に判定することができる。
【００１４】
また、本発明では、入力信号を２値化する２値化手段と、２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、ランレングス測定手段の測定結果から、判定期間中の入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と、判定期間中のランレングスの数である総度数およびノイズの総度数から求めた信号の度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを設けることにより、入力信号が有効か否かを簡単に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における電流−電圧変換増幅部の出力電圧波形およびフィルタ部の出力電圧波形を模式的に示す波形図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける２値化部とランレングス測定部の動作を説明する図である。
【図６】無信号状態のランレングス度数分布の例を示す図である。
【図７】２値化後の符号が変化する確率と符号が変化しない確率について説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の効果を説明する図である。
【図９】従来の自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の自己結合型レーザセンサにおける半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
図１の自己結合型レーザセンサは、測定対象の物体１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して放射すると共に、物体１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる自己結合信号であるＭＨＰの数を数える計数部７と、ＭＨＰの数から物体１１との距離および物体１１の速度を算出する演算部８と、演算部８の算出結果を表示する表示部９と、フィルタ部６の出力が入力信号が有効か否かを判定する信号判定装置１０とを有する。
【００１７】
以下、説明を容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。
レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間Ｐ１と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間Ｐ２とを交互に繰り返すように駆動される。このときの半導体レーザ１の発振波長の時間変化は、図１０に示したとおりである。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂ及び発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。
【００１８】
半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、物体１１に入射する。物体１１で反射された光は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部５は、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する。
【００１９】
フィルタ部６は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものである。図２（Ａ）は電流−電圧変換増幅部５の出力電圧波形を模式的に示す図、図２（Ｂ）はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２の出力に相当する図２（Ａ）の波形（変調波）から、図１０の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図２（Ｂ）のＭＨＰ波形（干渉波形）を抽出する過程を表している。半導体レーザ１から放射されたレーザ光と物体１１からの戻り光との自己結合効果によって生じる自己結合信号であるＭＨＰについては、例えば特許文献１で説明されているので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２０】
計数部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。計数部７は、論理ゲートからなるカウンタを利用するものでもよいし、他の手段を用いるものでもよい。
【００２１】
演算部８は、半導体レーザ１の最小発振波長λａと最大発振波長λｂと計数部７が数えたＭＨＰの数に基づいて、物体１１との距離および物体１１の速度を算出する。物体１１との距離および物体１１の速度を算出する方法については、例えば特許文献１に開示されているので、ここでは詳細な説明は省略する。なお、本発明は測定する物理量には限定されない。例えば特開２０１０−７８５６０号公報に開示されているようにＭＨＰの数に基づいて物体の振動周波数を求めてもよいし、特開２０１０−７８３９３号公報に開示されているようにＭＨＰの数に基づいて物体の振動振幅を求めてもよい。
表示部９は、演算部８の算出結果を表示する。
【００２２】
次に、信号判定装置１０は、フィルタ部６の出力が入力信号が有効か否かを判定する。図３は信号判定装置１０の構成を示すブロック図である。信号判定装置１０は、２値化部１００と、ランレングス（Run Length）測定部１０１と、記憶部１０２と、確率算出部１０３と、ノイズ度数分布算出部１０４と、有効性判定部１０５とを有する。確率算出部１０３とノイズ度数分布算出部１０４と有効性判定部１０５とは、判定手段を構成している。
【００２３】
図４は信号判定装置１０の動作を示すフローチャートである。図５（Ａ）、図５（Ｂ）は２値化部１００とランレングス測定部１０１の動作を説明する図であり、図５（Ａ）はフィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に対応する２値化部１００の出力を示す図である。
【００２４】
まず、信号判定装置１０の２値化部１００は、図５（Ａ）に示すフィルタ部６の出力電圧がハイレベル（Ｈ）かローレベル（Ｌ）かを判定して、図５（Ｂ）のような判定結果を出力する。このとき、２値化部１００は、フィルタ部６の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ部６の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、フィルタ部６の出力を２値化する（図４ステップＳ１）。
【００２５】
続いて、ランレングス測定部１０１は、入力信号が有効か否かを判定する判定期間中のＭＨＰのランレングスを測定する（図４ステップＳ２）。ここで、本実施の形態では、計数部７がＭＨＰの数を数える第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々を判定期間とする。ランレングス測定部１０１は、図５（Ｂ）に示すように２値化部１００の出力の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間ｔｕｄを測定し、また２値化部１００の出力の立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｄｕを測定することにより、２値化部１００の出力のランレングス（すなわち、ＭＨＰのランレングス）を測定する。このように、ＭＨＰのランレングスとは、時間ｔｕｄまたはｔｄｕのことである。ランレングス測定部１０１は、以上のような測定を判定期間中において２値化部１００の出力の立ち上がりまたは立ち下がりのどちらかが検出される度に行う。
【００２６】
なお、ランレングス測定部１０１は、サンプリングクロックの周期を１単位としてＭＨＰのランレングスを測定する。例えばＭＨＰのランレングスがサンプリングクロック２個分であれば、このランレングスの大きさは２［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］である。サンプリングクロックの周波数は、ＭＨＰの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
記憶部１０２は、ランレングス測定部１０１の測定結果を記憶する。
【００２７】
次に、確率算出部１０３は、２値化後の符号が変化する確率ｐを算出する（図４ステップＳ３）。ＭＨＰがない場合（半導体レーザ１の前方に物体１１が存在しない場合や物体１１が検出可能範囲外の遠方にあって検出できない場合）、すなわち無信号状態の場合にランレングス測定部１０１によって測定されるランレングスの度数分布の例を図６に示す。無信号状態のランレングス度数分布は、離散時間の確率過程であるベルヌーイ過程に従うため、式（１）の幾何分布Ｆedge（ｘ）に従う。
Ｆedge（ｘ）＝ｐ・（１−ｐ）x-1 ・・・（１）
【００２８】
式（１）について説明する。離散時間の確率過程で、成功／失敗の確率は時間依存性のないベルヌーイ試行の列で表現することができる。ＭＨＰがない場合、フィルタ部６から出力されるものは時間依存性のないホワイトノイズであるとすることができる。このホワイトノイズを２値化する際、ホワイトノイズの平均値としきい値ＴＨ１，ＴＨ２の中心とが概ね等しいとき、図７に示すように、２値化後の符号がローレベルからハイレベルまたはハイレベルからローレベルへ変化する確率をｐ、符号が変化しない確率を１−ｐとすることができる。２値化後の符号が変化する場合を成功、符号が変化しない場合を失敗と呼ぶ。図７における横軸はフィルタ部６の出力であり、７０はホワイトノイズ、７１は確率密度、７２は累積確率を示している。同じ符号がｘ回続く確率は、ｘ−１回の失敗と１回の成功が起こる確率であるので、上記の式（１）で表すことができる。
【００２９】
式（１）の関係から、２値化後の符号が変化する確率ｐを算出することができる。階級値１［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］の度数をＮ１、判定期間中の総サンプリングクロック数をＮｓａｍｐとすると、２値化後の符号が変化する確率ｐは次式のように算出することができる。
ｐ＝√（Ｎ１／Ｎｓａｍｐ）＝（Ｎ１／Ｎｓａｍｐ）1/2 ・・・（２）
【００３０】
確率算出部１０３は、記憶部１０２に記憶されているランレングス測定部１０１の測定結果から、判定期間中の階級値１［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］の度数Ｎ１を求め、この度数Ｎ１と判定期間中の総サンプリングクロック数Ｎｓａｍｐとを用いて式（２）により、２値化後の符号が変化する確率ｐを算出すればよい。確率算出部１０３の算出結果は、記憶部１０２に格納される。
【００３１】
次に、ノイズ度数分布算出部１０４は、ノイズの度数分布を算出する（図４ステップＳ４）。式（１）の関係から、判定期間中の階級値ｎ［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］のノイズの度数Ｎ（ｎ）は次式のように算出することができる。
Ｎ（ｎ）＝Ｎｓａｍｐ・ｐ2・（１−ｐ）n-1 ・・・（３）
なお、このときノイズの総度数ΣＮ（ｎ）は、Ｎｓａｍｐ・ｐである。
【００３２】
ノイズ度数分布算出部１０４は、記憶部１０２に記憶されているランレングス測定部１０１の測定結果から、判定期間中の階級値ｎ［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］のノイズの度数Ｎ（ｎ）を算出する。ノイズ度数分布算出部１０４は、このような度数Ｎ（ｎ）の算出を、階級値１から最大階級値（ランレングス測定部１０１の測定結果のうちの最大周期）まで階級値毎に行う。
【００３３】
有効性判定部１０５は、信号の度数とノイズの度数との比率Ｒから、入力信号が有効か否かを判定する（図４ステップＳ５）。具体的には、有効性判定部１０５は、比率Ｒを次式のように算出する。
Ｒ＝｛ΣＮ−ΣＮ（ｎ）｝／ΣＮ（ｎ） ・・・（４）
式（４）において、ΣＮは判定期間中の総度数（判定期間中のランレングスの数）である。
【００３４】
有効性判定部１０５は、算出した比率Ｒが所定の判定しきい値以下の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が無効であると判定し、比率Ｒが判定しきい値を超える場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が有効であると判定する。
信号判定装置１０は、以上のような処理を判定期間毎に行う。表示部９は、信号判定装置１０の判定結果を表示する。
【００３５】
以上のように、本実施の形態では、２値化後の符号が変化する確率ｐを基に、信号の度数とノイズの度数との比率Ｒから入力信号が有効か否かを判定することができる。
【００３６】
図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は本実施の形態の信号判定装置１０の効果を説明する図であり、ランレングス測定部１０１によって測定されるランレングスの度数分布の例を示す図である。図８（Ａ）はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが少ない場合の度数分布８０を示し、図８（Ｂ）はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが多い場合の度数分布８１を示し、図８（Ｃ）はフィルタ部６の出力が無信号状態の場合の度数分布８２を示している。
【００３７】
本実施の形態の信号判定装置１０の処理によると、ランレングス度数分布８２から得られる比率Ｒは０．０２９、ランレングス度数分布８０から得られる比率Ｒは０．７１９、ランレングス度数分布８１から得られる比率Ｒは０．４０２である。したがって、０．０２９と０．４０２との間に判定しきい値を設定すれば、無信号状態と信号が有効な状態とを区別できることが分かる。判定しきい値は、信号の求められる信頼性に応じて設定すればよい。
【００３８】
なお、本実施の形態では、信号の度数とノイズの度数との比率Ｒから入力信号が有効か否かを判定しているが、これに限るものではなく、判定手段は、ノイズの総度数ΣＮ（ｎ）と判定期間中の総度数ΣＮとの比ΣＮ（ｎ）／ΣＮから、入力信号が有効か否かを判定するようにしてもよい。判定手段は、比ΣＮ（ｎ）／ΣＮが所定の判定しきい値以上の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が無効であると判定し、比ΣＮ（ｎ）／ΣＮが判定しきい値未満の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が有効であると判定する。
【００３９】
また、本実施の形態では、判定期間中の信号の度数をΣＮ−ΣＮ（ｎ）で算出しているが、これに限るものではなく、他の方法で算出してもよい。具体的には、有効性判定部１０５は、信号の度数をΣ（｜Ｎ−Ｎ（ｎ）｜）により算出してもよい。ここで、Ｎは階級値ｎのランレングスの度数である。すなわち、ランレングスの度数Ｎとノイズの度数Ｎ（ｎ）との差の絶対値を階級値１から最大階級値まで階級値毎に求め、求めた値の総和を信号の度数とすればよい。また、有効性判定部１０５は、各階級値のランレングスの度数のうち、当該階級値のノイズの度数よりも大きい度数のみの総和を、信号の度数としてもよい。また、全ての度数ではなく、度数分布の一部の階級に制限しての総和を用いてもよい。
【００４０】
なお、本実施の形態では、本発明の信号判定装置を自己結合型レーザセンサに適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、本発明の信号判定装置は他の分野にも適用することができる。
【００４１】
また、本実施の形態において少なくとも演算部８と信号判定装置１０とは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、入力信号が有効か否かを判定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅部、６…フィルタ部、７…計数部、８…演算部、９…表示部、１０…信号判定装置、１１…物体、１００…２値化部、１０１…ランレングス測定部、１０２…記憶部、１０３…確率算出部、１０４…ノイズ度数分布算出部、１０５…有効性判定部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号が有効か否かを判定する信号判定装置および信号判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体レーザの自己結合効果を用いた自己結合型レーザセンサが提案されている（特許文献１参照）。この自己結合型レーザセンサの構成を図９に示す。図９の自己結合型レーザセンサは、物体２１０にレーザ光を放射する半導体レーザ２０１と、半導体レーザ２０１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２０２と、半導体レーザ２０１からの光を集光して物体２１０に照射すると共に、物体２１０からの戻り光を集光して半導体レーザ２０１に入射させるレンズ２０３と、半導体レーザ２０１に発振波長が連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返させるレーザドライバ２０４と、フォトダイオード２０２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部２０５と、電流−電圧変換増幅部２０５の出力電圧を２回微分する信号抽出回路２０６と、信号抽出回路２０６の出力電圧に含まれるモードホップパルス（以下、ＭＨＰとする）の数を数える計数装置２０７と、物体２１０との距離および物体２１０の速度を算出する演算装置２０８と、演算装置２０８の算出結果を表示する表示装置２０９とを有する。
【０００３】
レーザドライバ２０４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ２０１に供給する。これにより、半導体レーザ２０１は、発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図１０は、半導体レーザ２０１の発振波長の時間変化を示す図である。図１０において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔｃａｒは三角波の周期である。
【０００４】
半導体レーザ２０１から出射したレーザ光は、レンズ２０３によって集光され、物体２１０に入射する。物体２１０で反射された光は、レンズ２０３によって集光され、半導体レーザ２０１に入射する。フォトダイオード２０２は、半導体レーザ２０１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部２０５は、フォトダイオード２０２の出力電流を電圧に変換して増幅し、信号抽出回路２０６は、電流−電圧変換増幅部２０５の出力電圧を２回微分する。計数装置２０７は、信号抽出回路２０６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。演算装置２０８は、半導体レーザ１の最小発振波長λａと最大発振波長λｂと第１の発振期間Ｐ１におけるＭＨＰの数と第２の発振期間Ｐ２におけるＭＨＰの数に基づいて、物体２１０との距離や物体２１０の速度等の物理量を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１３０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自己結合型レーザセンサでは、半導体レーザの前方に物体が存在しない場合や、物体が検出可能範囲外の遠方にあって検出できない場合でも、外乱光などのノイズを信号として計数してしまい、半導体レーザの前方に物体が存在するものとして物理量を算出してしまうので、計数した信号の有効性を判定する必要がある。
【０００７】
自己結合信号であるＭＨＰは、物体の物理量と信号品質によって信号成分が変化するため、信号抽出回路から出力されているものがノイズか信号かを簡単に判定することは難しく、ノイズか信号かの判定、すなわち入力信号が有効か否かの判定を簡単に実現する手法は知られていなかった。
【０００８】
従来、自己結合型レーザセンサのように干渉原理を利用したセンサなど、信号の周波数もしくは計数値をもとに物理量を算出するセンサにおいて信号の有効性を判定するにはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）などの周波数解析を利用する手法が考えられる。しかしながら、ＦＦＴでは、大きな計算量が必要となり、処理に時間がかかるという問題点があった。
なお、以上のような問題点は自己結合型レーザセンサに限らず、他の装置でも同様に発生する可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、入力信号が有効か否かの判定を簡単に実現することができる信号判定装置および信号判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の信号判定装置は、入力信号を２値化する２値化手段と、この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングス（Run Length）を測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布と前記ランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置は、入力信号を２値化する２値化手段と、この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置は、入力信号を２値化する２値化手段と、この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と、前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数および前記ノイズの総度数から求めた信号の度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の１構成例において、前記判定手段は、判定期間中のランレングスの度数とノイズの度数との差の絶対値を階級値毎に求め、求めた値の総和を前記信号の度数とすることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の１構成例において、前記判定手段は、判定期間中の各階級値のランレングスの度数のうち、当該階級値のノイズの度数よりも大きい度数のみの総和を前記信号の度数とすることを特徴とするものである。
また、本発明の信号判定装置の１構成例において、前記判定手段は、前記ランレングス測定手段の測定結果から得られる階級値１の度数から前記ノイズの度数分布を求めることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の信号判定方法は、入力信号を２値化する２値化ステップと、この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、このランレングス測定ステップの測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布と前記ランレングス測定ステップの測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力信号を２値化する２値化手段と、２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、ランレングス測定手段の測定結果から、判定期間中の入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布とランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを設けることにより、入力信号が有効か否かを簡単に判定することができる。本発明では、ＦＦＴなどの周波数解析手法を利用しないので、入力信号が有効か否かを少ない計算量且つ短時間で判定することができる。
【００１３】
また、本発明では、入力信号を２値化する２値化手段と、２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、ランレングス測定手段の測定結果から、判定期間中の入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と判定期間中のランレングスの数である総度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを設けることにより、入力信号が有効か否かを簡単に判定することができる。
【００１４】
また、本発明では、入力信号を２値化する２値化手段と、２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、ランレングス測定手段の測定結果から、判定期間中の入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と、判定期間中のランレングスの数である総度数およびノイズの総度数から求めた信号の度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを設けることにより、入力信号が有効か否かを簡単に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における電流−電圧変換増幅部の出力電圧波形およびフィルタ部の出力電圧波形を模式的に示す波形図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける２値化部とランレングス測定部の動作を説明する図である。
【図６】無信号状態のランレングス度数分布の例を示す図である。
【図７】２値化後の符号が変化する確率と符号が変化しない確率について説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサにおける信号判定装置の効果を説明する図である。
【図９】従来の自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の自己結合型レーザセンサにおける半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る自己結合型レーザセンサの構成を示すブロック図である。
図１の自己結合型レーザセンサは、測定対象の物体１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して放射すると共に、物体１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる自己結合信号であるＭＨＰの数を数える計数部７と、ＭＨＰの数から物体１１との距離および物体１１の速度を算出する演算部８と、演算部８の算出結果を表示する表示部９と、フィルタ部６の出力が入力信号が有効か否かを判定する信号判定装置１０とを有する。
【００１７】
以下、説明を容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。
レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間Ｐ１と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間Ｐ２とを交互に繰り返すように駆動される。このときの半導体レーザ１の発振波長の時間変化は、図１０に示したとおりである。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂ及び発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。
【００１８】
半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、物体１１に入射する。物体１１で反射された光は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部５は、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する。
【００１９】
フィルタ部６は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものである。図２（Ａ）は電流−電圧変換増幅部５の出力電圧波形を模式的に示す図、図２（Ｂ）はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２の出力に相当する図２（Ａ）の波形（変調波）から、図１０の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図２（Ｂ）のＭＨＰ波形（干渉波形）を抽出する過程を表している。半導体レーザ１から放射されたレーザ光と物体１１からの戻り光との自己結合効果によって生じる自己結合信号であるＭＨＰについては、例えば特許文献１で説明されているので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２０】
計数部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。計数部７は、論理ゲートからなるカウンタを利用するものでもよいし、他の手段を用いるものでもよい。
【００２１】
演算部８は、半導体レーザ１の最小発振波長λａと最大発振波長λｂと計数部７が数えたＭＨＰの数に基づいて、物体１１との距離および物体１１の速度を算出する。物体１１との距離および物体１１の速度を算出する方法については、例えば特許文献１に開示されているので、ここでは詳細な説明は省略する。なお、本発明は測定する物理量には限定されない。例えば特開２０１０−７８５６０号公報に開示されているようにＭＨＰの数に基づいて物体の振動周波数を求めてもよいし、特開２０１０−７８３９３号公報に開示されているようにＭＨＰの数に基づいて物体の振動振幅を求めてもよい。
表示部９は、演算部８の算出結果を表示する。
【００２２】
次に、信号判定装置１０は、フィルタ部６の出力が入力信号が有効か否かを判定する。図３は信号判定装置１０の構成を示すブロック図である。信号判定装置１０は、２値化部１００と、ランレングス（Run Length）測定部１０１と、記憶部１０２と、確率算出部１０３と、ノイズ度数分布算出部１０４と、有効性判定部１０５とを有する。確率算出部１０３とノイズ度数分布算出部１０４と有効性判定部１０５とは、判定手段を構成している。
【００２３】
図４は信号判定装置１０の動作を示すフローチャートである。図５（Ａ）、図５（Ｂ）は２値化部１００とランレングス測定部１０１の動作を説明する図であり、図５（Ａ）はフィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に対応する２値化部１００の出力を示す図である。
【００２４】
まず、信号判定装置１０の２値化部１００は、図５（Ａ）に示すフィルタ部６の出力電圧がハイレベル（Ｈ）かローレベル（Ｌ）かを判定して、図５（Ｂ）のような判定結果を出力する。このとき、２値化部１００は、フィルタ部６の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ部６の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、フィルタ部６の出力を２値化する（図４ステップＳ１）。
【００２５】
続いて、ランレングス測定部１０１は、入力信号が有効か否かを判定する判定期間中のＭＨＰのランレングスを測定する（図４ステップＳ２）。ここで、本実施の形態では、計数部７がＭＨＰの数を数える第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々を判定期間とする。ランレングス測定部１０１は、図５（Ｂ）に示すように２値化部１００の出力の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間ｔｕｄを測定し、また２値化部１００の出力の立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｄｕを測定することにより、２値化部１００の出力のランレングス（すなわち、ＭＨＰのランレングス）を測定する。このように、ＭＨＰのランレングスとは、時間ｔｕｄまたはｔｄｕのことである。ランレングス測定部１０１は、以上のような測定を判定期間中において２値化部１００の出力の立ち上がりまたは立ち下がりのどちらかが検出される度に行う。
【００２６】
なお、ランレングス測定部１０１は、サンプリングクロックの周期を１単位としてＭＨＰのランレングスを測定する。例えばＭＨＰのランレングスがサンプリングクロック２個分であれば、このランレングスの大きさは２［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］である。サンプリングクロックの周波数は、ＭＨＰの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
記憶部１０２は、ランレングス測定部１０１の測定結果を記憶する。
【００２７】
次に、確率算出部１０３は、２値化後の符号が変化する確率ｐを算出する（図４ステップＳ３）。ＭＨＰがない場合（半導体レーザ１の前方に物体１１が存在しない場合や物体１１が検出可能範囲外の遠方にあって検出できない場合）、すなわち無信号状態の場合にランレングス測定部１０１によって測定されるランレングスの度数分布の例を図６に示す。無信号状態のランレングス度数分布は、離散時間の確率過程であるベルヌーイ過程に従うため、式（１）の幾何分布Ｆedge（ｘ）に従う。
Ｆedge（ｘ）＝ｐ・（１−ｐ）x-1 ・・・（１）
【００２８】
式（１）について説明する。離散時間の確率過程で、成功／失敗の確率は時間依存性のないベルヌーイ試行の列で表現することができる。ＭＨＰがない場合、フィルタ部６から出力されるものは時間依存性のないホワイトノイズであるとすることができる。このホワイトノイズを２値化する際、ホワイトノイズの平均値としきい値ＴＨ１，ＴＨ２の中心とが概ね等しいとき、図７に示すように、２値化後の符号がローレベルからハイレベルまたはハイレベルからローレベルへ変化する確率をｐ、符号が変化しない確率を１−ｐとすることができる。２値化後の符号が変化する場合を成功、符号が変化しない場合を失敗と呼ぶ。図７における横軸はフィルタ部６の出力であり、７０はホワイトノイズ、７１は確率密度、７２は累積確率を示している。同じ符号がｘ回続く確率は、ｘ−１回の失敗と１回の成功が起こる確率であるので、上記の式（１）で表すことができる。
【００２９】
式（１）の関係から、２値化後の符号が変化する確率ｐを算出することができる。階級値１［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］の度数をＮ１、判定期間中の総サンプリングクロック数をＮｓａｍｐとすると、２値化後の符号が変化する確率ｐは次式のように算出することができる。
ｐ＝√（Ｎ１／Ｎｓａｍｐ）＝（Ｎ１／Ｎｓａｍｐ）1/2 ・・・（２）
【００３０】
確率算出部１０３は、記憶部１０２に記憶されているランレングス測定部１０１の測定結果から、判定期間中の階級値１［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］の度数Ｎ１を求め、この度数Ｎ１と判定期間中の総サンプリングクロック数Ｎｓａｍｐとを用いて式（２）により、２値化後の符号が変化する確率ｐを算出すればよい。確率算出部１０３の算出結果は、記憶部１０２に格納される。
【００３１】
次に、ノイズ度数分布算出部１０４は、ノイズの度数分布を算出する（図４ステップＳ４）。式（１）の関係から、判定期間中の階級値ｎ［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］のノイズの度数Ｎ（ｎ）は次式のように算出することができる。
Ｎ（ｎ）＝Ｎｓａｍｐ・ｐ2・（１−ｐ）n-1 ・・・（３）
なお、このときノイズの総度数ΣＮ（ｎ）は、Ｎｓａｍｐ・ｐである。
【００３２】
ノイズ度数分布算出部１０４は、記憶部１０２に記憶されているランレングス測定部１０１の測定結果から、判定期間中の階級値ｎ［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］のノイズの度数Ｎ（ｎ）を算出する。ノイズ度数分布算出部１０４は、このような度数Ｎ（ｎ）の算出を、階級値１から最大階級値（ランレングス測定部１０１の測定結果のうちの最大周期）まで階級値毎に行う。
【００３３】
有効性判定部１０５は、信号の度数とノイズの度数との比率Ｒから、入力信号が有効か否かを判定する（図４ステップＳ５）。具体的には、有効性判定部１０５は、比率Ｒを次式のように算出する。
Ｒ＝｛ΣＮ−ΣＮ（ｎ）｝／ΣＮ（ｎ） ・・・（４）
式（４）において、ΣＮは判定期間中の総度数（判定期間中のランレングスの数）である。
【００３４】
有効性判定部１０５は、算出した比率Ｒが所定の判定しきい値以下の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が無効であると判定し、比率Ｒが判定しきい値を超える場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が有効であると判定する。
信号判定装置１０は、以上のような処理を判定期間毎に行う。表示部９は、信号判定装置１０の判定結果を表示する。
【００３５】
以上のように、本実施の形態では、２値化後の符号が変化する確率ｐを基に、信号の度数とノイズの度数との比率Ｒから入力信号が有効か否かを判定することができる。
【００３６】
図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は本実施の形態の信号判定装置１０の効果を説明する図であり、ランレングス測定部１０１によって測定されるランレングスの度数分布の例を示す図である。図８（Ａ）はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが少ない場合の度数分布８０を示し、図８（Ｂ）はフィルタ部６の出力に含まれる信号が有効で且つノイズが多い場合の度数分布８１を示し、図８（Ｃ）はフィルタ部６の出力が無信号状態の場合の度数分布８２を示している。
【００３７】
本実施の形態の信号判定装置１０の処理によると、ランレングス度数分布８２から得られる比率Ｒは０．０２９、ランレングス度数分布８０から得られる比率Ｒは０．７１９、ランレングス度数分布８１から得られる比率Ｒは０．４０２である。したがって、０．０２９と０．４０２との間に判定しきい値を設定すれば、無信号状態と信号が有効な状態とを区別できることが分かる。判定しきい値は、信号の求められる信頼性に応じて設定すればよい。
【００３８】
なお、本実施の形態では、信号の度数とノイズの度数との比率Ｒから入力信号が有効か否かを判定しているが、これに限るものではなく、判定手段は、ノイズの総度数ΣＮ（ｎ）と判定期間中の総度数ΣＮとの比ΣＮ（ｎ）／ΣＮから、入力信号が有効か否かを判定するようにしてもよい。判定手段は、比ΣＮ（ｎ）／ΣＮが所定の判定しきい値以上の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が無効であると判定し、比ΣＮ（ｎ）／ΣＮが判定しきい値未満の場合には、フィルタ部６の出力に含まれる信号（ＭＨＰ）が有効であると判定する。
【００３９】
また、本実施の形態では、判定期間中の信号の度数をΣＮ−ΣＮ（ｎ）で算出しているが、これに限るものではなく、他の方法で算出してもよい。具体的には、有効性判定部１０５は、信号の度数をΣ（｜Ｎ−Ｎ（ｎ）｜）により算出してもよい。ここで、Ｎは階級値ｎのランレングスの度数である。すなわち、ランレングスの度数Ｎとノイズの度数Ｎ（ｎ）との差の絶対値を階級値１から最大階級値まで階級値毎に求め、求めた値の総和を信号の度数とすればよい。また、有効性判定部１０５は、各階級値のランレングスの度数のうち、当該階級値のノイズの度数よりも大きい度数のみの総和を、信号の度数としてもよい。また、全ての度数ではなく、度数分布の一部の階級に制限しての総和を用いてもよい。
【００４０】
なお、本実施の形態では、本発明の信号判定装置を自己結合型レーザセンサに適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、本発明の信号判定装置は他の分野にも適用することができる。
【００４１】
また、本実施の形態において少なくとも演算部８と信号判定装置１０とは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、入力信号が有効か否かを判定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅部、６…フィルタ部、７…計数部、８…演算部、９…表示部、１０…信号判定装置、１１…物体、１００…２値化部、１０１…ランレングス測定部、１０２…記憶部、１０３…確率算出部、１０４…ノイズ度数分布算出部、１０５…有効性判定部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を２値化する２値化手段と、
この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布と前記ランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする信号判定装置。
【請求項２】
入力信号を２値化する２値化手段と、
この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする信号判定装置。
【請求項３】
入力信号を２値化する２値化手段と、
この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と、前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数および前記ノイズの総度数から求めた信号の度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする信号判定装置。
【請求項４】
請求項３記載の信号判定装置において、
前記判定手段は、判定期間中のランレングスの度数とノイズの度数との差の絶対値を階級値毎に求め、求めた値の総和を前記信号の度数とすることを特徴とする信号判定装置。
【請求項５】
請求項３記載の信号判定装置において、
前記判定手段は、判定期間中の各階級値のランレングスの度数のうち、当該階級値のノイズの度数よりも大きい度数のみの総和を前記信号の度数とすることを特徴とする信号判定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の信号判定装置において、
前記判定手段は、前記ランレングス測定手段の測定結果から得られる階級値１の度数から前記ノイズの度数分布を求めることを特徴とする信号判定装置。
【請求項７】
入力信号を２値化する２値化ステップと、
この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布と前記ランレングス測定ステップの測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする信号判定方法。
【請求項８】
入力信号を２値化する２値化ステップと、
この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする信号判定方法。
【請求項９】
入力信号を２値化する２値化ステップと、
この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と、前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数および前記ノイズの総度数から求めた信号の度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする信号判定方法。
【請求項１０】
請求項９記載の信号判定方法において、
前記判定ステップは、判定期間中のランレングスの度数とノイズの度数との差の絶対値を階級値毎に求め、求めた値の総和を前記信号の度数とすることを特徴とする信号判定方法。
【請求項１１】
請求項９記載の信号判定方法において、
前記判定ステップは、判定期間中の各階級値のランレングスの度数のうち、当該階級値のノイズの度数よりも大きい度数のみの総和を前記信号の度数とすることを特徴とする信号判定方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の信号判定方法において、
前記判定ステップは、前記ランレングス測定ステップの測定結果から得られる階級値１の度数から前記ノイズの度数分布を求めることを特徴とする信号判定方法。
【請求項１】
入力信号を２値化する２値化手段と、
この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布と前記ランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする信号判定装置。
【請求項２】
入力信号を２値化する２値化手段と、
この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする信号判定装置。
【請求項３】
入力信号を２値化する２値化手段と、
この２値化手段の出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
このランレングス測定手段の測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と、前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数および前記ノイズの総度数から求めた信号の度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする信号判定装置。
【請求項４】
請求項３記載の信号判定装置において、
前記判定手段は、判定期間中のランレングスの度数とノイズの度数との差の絶対値を階級値毎に求め、求めた値の総和を前記信号の度数とすることを特徴とする信号判定装置。
【請求項５】
請求項３記載の信号判定装置において、
前記判定手段は、判定期間中の各階級値のランレングスの度数のうち、当該階級値のノイズの度数よりも大きい度数のみの総和を前記信号の度数とすることを特徴とする信号判定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の信号判定装置において、
前記判定手段は、前記ランレングス測定手段の測定結果から得られる階級値１の度数から前記ノイズの度数分布を求めることを特徴とする信号判定装置。
【請求項７】
入力信号を２値化する２値化ステップと、
この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布と前記ランレングス測定ステップの測定結果から得られるランレングスの分布とを比較することにより、入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする信号判定方法。
【請求項８】
入力信号を２値化する２値化ステップと、
この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする信号判定方法。
【請求項９】
入力信号を２値化する２値化ステップと、
この２値化ステップの出力を入力とし、判定期間中の前記入力信号の２値化結果である符合が変化する度に符号のランレングスを測定するランレングス測定ステップと、
このランレングス測定ステップの測定結果から、前記判定期間中の前記入力信号に含まれるノイズの度数分布を幾何分布と仮定した分布を求め、求めた分布から得られるノイズの総度数と、前記判定期間中の前記ランレングスの数である総度数および前記ノイズの総度数から求めた信号の度数との比から、入力信号が有効か否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする信号判定方法。
【請求項１０】
請求項９記載の信号判定方法において、
前記判定ステップは、判定期間中のランレングスの度数とノイズの度数との差の絶対値を階級値毎に求め、求めた値の総和を前記信号の度数とすることを特徴とする信号判定方法。
【請求項１１】
請求項９記載の信号判定方法において、
前記判定ステップは、判定期間中の各階級値のランレングスの度数のうち、当該階級値のノイズの度数よりも大きい度数のみの総和を前記信号の度数とすることを特徴とする信号判定方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の信号判定方法において、
前記判定ステップは、前記ランレングス測定ステップの測定結果から得られる階級値１の度数から前記ノイズの度数分布を求めることを特徴とする信号判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１８０２６（Ｐ２０１２−１８０２６Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５４５５０（Ｐ２０１０−１５４５５０）
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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