JP2006322834A - 距離測定装置、及び距離測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定時間を短くすることが可能な距離測定方法を提供する。
【解決手段】 本測定の前に、遠近判定のための予備測定を実施する。予備測定においても、複数回の測定を行い、各測定におけるカウント部２のカウント値に基づいて、距離ビン４のメモリを加算し、（ｂ）に示すようなヒストグラムを作成する。遠近判定部は、このヒストグラムの内、Ｔ_１以上Ｔ_ｐ以下の範囲で、度数が定められた度数閾値ｎ以上となるものがあるかどうかを判別する。もしあれば、近距離に存在する測定対象物からの反射光が得られたとして、近距離モードにセットする。もし無ければ、測定対象物は近距離に無いものとして、遠距離モードにセットする。そして、本測定においては、近距離モードと遠距離モードとにおいて、測定回数、ヒストグラム中の最高度数の判定に使用する範囲のうち、少なくとも一方を異ならせる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、距離測定装置及び距離測定方法に関するものである。

レーザパルスを測定対象物に向けて発射し、その発射タイミングから反射光の受光タイミングまでの時間を測定することにより、測定対象物までの距離を測定する方法、及び装置は周知のものである。１回の測定だけでは、ノイズの影響を受ける可能性があるので、複数回の測定を行い、測定時間のヒストグラムを作成し、ヒストグラム中で最大の度数を有する時間を採用して、その時間と光の速度から測定対象物までの距離を求めるようにしているものもある。

特開２００２−１８１９３４号公報

このような複数回の測定結果に基づいて距離測定を行う場合には、５００回程度の測定を行ってヒストグラムを作り、精度を高めるのが普通である。しかし、目標対象物が遠距離にある場合には、受信される信号のレベルが低いので、背光ノイズの影響を避けるためにこのように多くの回数の測定を行う必要があるが、目標対象物が近距離にある場合には、信号レベルが十分高く、測定回数をこのように多くする必要が無い。

又、従来の距離測定方法や装置においては、作成されたヒストグラムの全範囲について、度数の大小の判定対象としているが、測定対象物が近距離に存在することが分かっていれば、近距離に対応するヒストグラムの部分を対象にすれば十分である。逆に、測定対象物が遠距離に存在することが分かっていれば、遠距離に対応するヒストグラムの部分を対象にすれば十分である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定時間を短くすることが可能な距離測定装置、及び距離測定方法を提供することを課題とする。

前記課題を達成するための第１の手段は、測定対象物が所定距離内の近距離にあるか、前記所定距離を越える遠距離にあるかを判別する遠近判別手段と、前記測定対象物に向けてパルス光を発射する発光部と、前記測定対象で反射された前記パルス光を受光する受光部と、前記パルス光の発射から、前記受光部で前記パルス光を受光するまでの時間を計測する計測部と、前記計測部で計測した複数の前記パルス光のうち前記パルス光を最も多く受光した時間を、前記遠近判別手段の判別結果に基づいた所定の時間範囲で判定し、前記判定した時間に対応する距離を前記測定対象物までの距離とする距離決定部とを有することを特徴とする距離測定装置である。

前記課題を解決するための第２の手段は、測定対象物が所定距離内の近距離にあるか、前記所定距離を越える遠距離にあるかを判別する遠近判別手段と、測定対象物に向けてパルス光を、前記遠近判別手段の判別結果に基づいた所定の回数発射する発光部と、前記測定対象で反射された前記パルス光を受光する受光部と、前記パルス光の発射から、前記受光部で前記パルス光を受光するまでの時間を計測する計測部と、前記計測部で計測した複数の前記パルス光のうち前記パルス光を最も多く受光した時間を判定し、前記判定した時間に対応する距離を前記測定対象物までの距離とする距離決定部とを有することを特徴とする距離測定装置である。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記遠近判別手段が、前記発光部から光パルスを発射し、前記計測部で計測した時間に対応する距離が前記近距離であるときに、前記測定対象物が近距離にあり、それ以外のときは前記測定対象物は遠距離にあると判断することを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記遠近判別手段が、前記発光部から光パルスを複数回発射し、前記距離決定部で決定した前記測定対象物までの距離が前記近距離であるときに、前記測定対象物が近距離にあり、それ以外のときは前記測定対象物は遠距離にあると判断することを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記計測部が、前記受光部で所定の閾値以上の光を受光したときに時間を計測し、前記閾値は前記近距離に対応する時間では測定距離に対応する時間が長くなるに従って小さくなることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であって、前記計測部が、前記所定の閾値よりも大きな第２の閾値を有し、前記閾値以上で前記第２の閾値以下の光を受光したときに時間を計測し、前記第２の閾値は、測定距離に対応する時間が長くなるに従って小さくなることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第７の手段は、測定対象物が所定距離内の近距離にあるか、前記所定距離を越える遠距離にあるかを判別し、前記測定対象物に向けてパルス光を発射し、前記パルス光の発射から、前記測定対象物で反射された前記パルス光を受光するまでの時間を計測し、前記計測部で計測した複数の前記パルス光のうち前記パルス光を最も多く受光した時間を、前記遠近判別手段の判別結果に基づいた所定の時間範囲で判定し、前記判定した時間に対応する距離を前記測定対象物までの距離とすることを特徴とする距離測定方法である。

前記課題を解決するための第８の手段は、測定対象物が所定距離内の近距離にあるか、前記所定距離を越える遠距離にあるかを判別し、測定対象物に向けてパルス光を、前記遠近判別手段の判別結果に基づいた所定の回数発射し、前記パルス光の発射から、前記測定対象物で反射された前記パルス光を受光するまでの時間を計測し、前記計測部で計測した複数の前記パルス光のうち前記パルス光を最も多く受光した時間を判定し、前記判定した時間に対応する距離を前記測定対象物までの距離とすることを特徴とする距離測定方法である。

本発明によれば、測定時間を短くすることが可能な距離測定装置、及び距離測定方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である距離測定装置の構成を示すブロック図である。この距離測定装置はＣＰＵからなる制御部１を中心として構成されており、制御部１中には、カウント部２、閾値選択部３、距離ビン４、ヒストグラム作成部５、遠近判定部６、距離算出部７が、ソフトウエアとメモリの形で設けられている。

距離測定を行うときは、制御部１がパルス発生回路８に指令を出すと、パルス発生回路８がパルスを発生し、これによりレーザ発光部９からレーザ光のパルスが光学系１０を介して、測定対象物に向けて発射される。レーザ発光部９の発光素子として、レーザダイオードが使用される。目標対象物で反射されたパルス（ノイズを含む）は、光学系１１を介してレーザ受光部１２で受光されて電圧信号に変換される。レーザ受光部１２の受光素子として、アバランシェフォトダイオードが使用される。レーザ受光部１２からの電圧信号は、増幅回路１３により増幅されて、閾値設定回路１４に設定されている閾値と比較され、所定の条件を満たしたとき、閾値設定回路１４の出力がハイレベルとなる。閾値の設定と、閾値との比較の方法の例については、後に説明する。

レーザ発光部９の発光を検出する回路（不図示）により、実際にレーザ光が発射されたときに、クロックパルスのカウントを開始し、閾値設定回路の出力がハイレベルとなったときにカウントを停止する。これにより、レーザ光のパルスが発射されてからその反射光が受光されるまでの時間が計測できる。

距離ビン４は、距離（時間）の区分毎に設けられたメモリである。例えば距離測定範囲が１０ｍ〜５００ｍであり、距離の分解能が２ｍの場合、１０〜１２ｍ、１２〜１４ｍ、…、４９８〜５００ｍというように、２ｍおきの距離に対応するメモリが設けられている。ヒストグラム作成部５は、カウント部２のカウントが停止したとき、又は、最大測定距離の測定に要する時間が経過したとき、カウント部２のカウント値を読み出し、その値に対応する距離ビン４の距離（時間）の区分のメモリの値を１だけインクリメントする。このような測定を複数回行えば、距離ビン４に、各距離（時間）区分のヒストグラムが形成される。距離算出部７は、決められた回数の測定が終わった段階で、このヒストグラムを読み出し、度数の一番高い距離（時間）区分に対応する測定距離を、測定対象物までの距離と判定し、測距表示部１５に表示する。

本実施の形態においては、以上のような本測定の前に、遠近判定のための予備測定を実施する。まず、閾値選択部３より、近距離用の閾値を閾値設定回路１４に出力する。近距離用の閾値は、図２（ａ）に示すように閾値ａと閾値ｂとからなり、閾値ａは、反射パルスが受光されるまでの時間（すなわち測定距離）が長くなるにつれて低下するようになっている。この例の場合は、閾値ｂは一定としているが、閾値ｂも反射パルスが受光されるまでの時間（すなわち測定距離）が長くなるにつれて低下するようにしてもよい。そして、増幅回路１３からの電圧が、閾値ｂ以上であり、かつ閾値ａ以下である場合に、閾値設定回路１４の出力がハイレベルとなるようにされている。

次に、制御部１がパルス発生回路８に指令を出し、前述のような方法で、この指令がでてから閾値設定回路１４の出力がハイレベルとなるまでの時間を測定する。但し、この時間計測は、近距離に対応する時間、すなわち、図２（ａ）においてＴ_０からＴ_ｐに対応する時間のみについて行い、時間Ｔ_ｐが経過した後は行わない。そして、時間Ｔ_ｐが経過した後に、カウント部２の値を読み込み、それが、最短測定距離に対応する時間をＴ_１とするとき、Ｔ_１とＴ_ｐの間に対応する値になっているかどうかを判断する。もし、Ｔ_１とＴ_ｐの間に対応する値になっていれば、近距離に存在する測定対象物からの反射光が得られたとして、近距離モードにセットする。もし、Ｔ_１とＴ_ｐの間に対応する値になっていなければ、測定対象物は近距離に無いものとして、遠距離モードにセットする。なお、Ｔ_ＭＡＸは、最大測定距離に対応する時間である。

以上の説明は、１回の発光で遠近を判別する方法であったが、距離ビン４とヒストグラム作成部５の機能を使用して、ヒストグラムを作成し、このヒストグラムに基づいて遠近判別を行うと、さらに精度の良い判別ができる。すなわち、予備測定においても、前述の測定方法と同じように、複数回の測定を行い、各測定におけるカウント部２のカウント値に基づいて、距離ビン４のメモリを加算し、ヒストグラムを作成する。但し、前述のように、時間Ｔ_ｐが経過した後ではカウントを行わないので、時間Ｔ_ｐを超える距離ビンのメモリは０となる。

このようにして作成されたヒストグラムの例を図２（ｂ）に示す。遠近判定部６は、このヒストグラムの内、Ｔ_１以上Ｔ_ｐ以下の範囲で、度数が定められた度数閾値ｎ以上となるものがあるかどうかを判別する。もしあれば、近距離に存在する測定対象物からの反射光が得られたとして、近距離モードにセットする。もし無ければ、測定対象物は近距離に無いものとして、遠距離モードにセットする。

以上のようにして、予備測定の結果、測定対象物が近距離にあるのか遠距離にあるのかを判断してから、本測定に入る。本測定は、前述のような手順により行われるが、ヒストグラムを作成するための測定回数、及び距離判定に使用するヒストグラムの範囲を、近距離モードの場合と遠距離モードの場合で変えるようにしている。図３にこの様子を示す。図３（ａ）は、レーザパルスを発射してから反射光を受光するまでの時間と、閾値設定回路１４の閾値の関係を示す図である。閾値は閾値ａと閾値ｂの２つが設けられており、増幅回路１３の出力が閾値ｂ以上で閾値ｂ以下のとき、閾値設定回路１４の出力がハイレベルとなり、カウント部２のカウントを停止させる。近距離（Ｔ_ｐ以下）では、閾値ａ、閾値ｂとも、距離（時間）と共に大きく低下するが、遠距離（Ｔ_ｐ超え）の場合には、閾値ａ、閾値ｂとも緩やかに低下する。これは、測定対象物までの距離がある程度以上になると、背光ノイズのレベルの変化がほとんど一定値となることを考慮したものである。

近距離モードの場合は、測定回数を遠距離測定の場合に比較して少なくする。これは、近距離測定の場合は反射光の強さが強く、背光ノイズの影響を受けにくいので、測定回数を少なくしても信頼性のあるデータが得られるからである。図３（ｂ）、（ｃ）は、前述のようなカウント部２のカウント値に基づいて距離ビン４に形成されたヒストグラムの例を示す。近距離測定においては、距離算出部７は、図３（ｂ）に示すように、最短測定距離Ｔ_１から近距離限界Ｔ_ｐまでの範囲のみのヒストグラムを採用して、この範囲で度数が最大のものＴ_ｍを、測定時間と決定する。Ｔ_ｐを超える範囲測定データは無視する。又は、前述の予備測定と同じように、測定時間がＴ_ｐを超える範囲でのカウントを打ち切るようにしてもよい。

遠距離モードの場合は、距離算出部７は、背光ノイズの影響を受けやすいので、測定回数を増やして測定を行う。そして、距離算出部７は、図３（ｃ）に示すように、測定時間がＴ_ｐを超える範囲のみのヒストグラムを採用して、この範囲で度数が最大のものＴ_ｎを、測定時間と決定する。

以上のように、遠距離モードと近距離モードとで測定方法を異ならせることにより、近距離測定の場合の測定回数を減らすことができ、かつ、近距離測定の場合も遠距離測定の場合も、距離計算に使用するヒストグラムの範囲（＝使用メモリ数）を制限することができるので、距離測定に要する時間を短縮することができる。

以上の説明においては、予備測定においてヒストグラムを使用して遠近判別を行う場合、測定時間がＴ_ｐを超えた場合にカウントを打ち切っていたが、通常測定と同じように、最大測定可能距離までカウントを行うようにして、測定範囲全体に亘ってヒストグラムを作成し、そのうち、測定時間がＴ_１とＴ_ｐの間に対応する部分のみを採用して、その中で閾値ｎを超えるものがあるかどうかを判断するようにしてもよい。また、近距離モードと遠距離モードで、共に従来と同じようにヒストグラムの全領域を使用するようにし、近距離モードのときには、測定回数のみを少なくするようにしても、測定時間短縮の効果が得られる。

本発明の実施の形態の１例である距離測定装置の構成を示すブロック図である。 予備測定の例を説明するための図である。 本測定の例を説明するための図である。

符号の説明

１…制御部、２…カウント部、３…閾値選択部、４…距離ビン、５…ヒストグラム作成部、６…遠近判定部、７…距離算出部、８…パルス発生回路、９…レーザ発光部、１０…光学系、１１…光学系、１２…レーザ受光部、１３…増幅回路、１４…閾値設定回路、１５…測距表示部

Claims (8)

1. 測定対象物が所定距離内の近距離にあるか、前記所定距離を越える遠距離にあるかを判別する遠近判別手段と、前記測定対象物に向けてパルス光を発射する発光部と、前記測定対象で反射された前記パルス光を受光する受光部と、前記パルス光の発射から、前記受光部で前記パルス光を受光するまでの時間を計測する計測部と、前記計測部で計測した複数の前記パルス光のうち前記パルス光を最も多く受光した時間を、前記遠近判別手段の判別結果に基づいた所定の時間範囲で判定し、前記判定した時間に対応する距離を前記測定対象物までの距離とする距離決定部とを有することを特徴とする距離測定装置。
2. 測定対象物が所定距離内の近距離にあるか、前記所定距離を越える遠距離にあるかを判別する遠近判別手段と、測定対象物に向けてパルス光を、前記遠近判別手段の判別結果に基づいた所定の回数発射する発光部と、前記測定対象で反射された前記パルス光を受光する受光部と、前記パルス光の発射から、前記受光部で前記パルス光を受光するまでの時間を計測する計測部と、前記計測部で計測した複数の前記パルス光のうち前記パルス光を最も多く受光した時間を判定し、前記判定した時間に対応する距離を前記測定対象物までの距離とする距離決定部とを有することを特徴とする距離測定装置。
3. 前記遠近判別手段は、前記発光部から光パルスを発射し、前記計測部で計測した時間に対応する距離が前記近距離であるときに、前記測定対象物が近距離にあり、それ以外のときは前記測定対象物は遠距離にあると判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の距離測定装置。
4. 前記遠近判別手段は、前記発光部から光パルスを複数回発射し、前記距離決定部で決定した前記測定対象物までの距離が前記近距離であるときに、前記測定対象物が近距離にあり、それ以外のときは前記測定対象物は遠距離にあると判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の距離測定装置。
5. 前記計測部は、前記受光部で所定の閾値以上の光を受光したときに時間を計測し、前記閾値は前記近距離に対応する時間では測定距離に対応する時間が長くなるに従って小さくなることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の距離測定装置。
6. 前記計測部は、前記所定の閾値よりも大きな第２の閾値を有し、前記閾値以上で前記第２の閾値以下の光を受光したときに時間を計測し、前記第２の閾値は、測定距離に対応する時間が長くなるに従って小さくなることを特徴とする請求項５に記載の距離測定装置。
7. 測定対象物が所定距離内の近距離にあるか、前記所定距離を越える遠距離にあるかを判別し、前記測定対象物に向けてパルス光を発射し、前記パルス光の発射から、前記測定対象物で反射された前記パルス光を受光するまでの時間を計測し、前記計測部で計測した複数の前記パルス光のうち前記パルス光を最も多く受光した時間を、前記遠近判別手段の判別結果に基づいた所定の時間範囲で判定し、前記判定した時間に対応する距離を前記測定対象物までの距離とすることを特徴とする距離測定方法。
8. 測定対象物が所定距離内の近距離にあるか、前記所定距離を越える遠距離にあるかを判別し、測定対象物に向けてパルス光を、前記遠近判別手段の判別結果に基づいた所定の回数発射し、前記パルス光の発射から、前記測定対象物で反射された前記パルス光を受光するまでの時間を計測し、前記計測部で計測した複数の前記パルス光のうち前記パルス光を最も多く受光した時間を判定し、前記判定した時間に対応する距離を前記測定対象物までの距離とすることを特徴とする距離測定方法。

Images