JP2023152087A - 距離測定装置及び、距離測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いた距離測定装置を用いて、より精度よく、対象物の位置を測定可能な技術を提供する。【解決手段】パルス状の検出光を出射する光源（３３）と、検出光の対象物による反射光を受光する受光部（３５）と、検出光の出射時間と反射光の受光時間とに基づいて、対象物までの距離を算出する距離算出部（２２ｂ）と、光源と対象物の間に配置されるウィンドウ部（３ａ）と、を備え、受光部の出力信号のピーク値を検知するピーク値検知部（２２０）と、検知されたピーク値に基づいて、受光部の出力信号のピーク幅を導出するピーク幅導出部（２２１）と、受光部の出力信号における立下り時間を検知する立下がり時間検知部（２２２）と、ピーク幅と立下り時間によって、反射光の受光時間を算出する受光時間算出部（２２４）と、を備える。【選択図】図９

Description

本発明は、本発明は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いて対象物までの距離を測定する距離測定装置及び、距離測定方法に関する。

光を投光してから当該光に対する反射光を受光するまでの時間を用いて、光を反射した物体までの距離を測定するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いた距離測定装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。そして、レーザー光源を鉛直方向の軸の周りに回転させながらレーザー光を投光することで、水平面において様々な方向にレーザー光を投光し、反射光を検出することで、周囲における広範囲の領域について物体の存在または侵入を検出する走査型の距離測定装置が知られている。

これらの走査型の距離測定装置において、レーザー光源や回転機構、受光素子等が格納されたケースの窓部（ウィンドウ部）を透過させてレーザー光を投光し、反射光を受光する場合がある。このような場合には、レーザー光源から投光されたレーザー光の一部がウィンドウ部で反射し、ウィンドウ部からの反射光を受光素子が検知することで、物体までの距離測定の精度が低下する場合があった。

特開２０２１－１９６３４２号公報

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いた距離測定装置を用いて、より精度よく、対象物の位置を測定可能な技術を提供することである。

前記の目的を達成するために、本開示は以下の構成を採用する。即ち、
パルス状の検出光を出射する光源と、
前記検出光の対象物による反射光を受光し、受光強度に応じた信号を出力する受光部と、
前記検出光の出射時間と、前記受光部が出力する信号から得られる前記反射光の受光時間とに基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、
前記光源と前記対象物の間に配置され、前記検出光を透過可能なウィンドウ部と、を備えた距離測定装置であって、
前記受光部が出力する信号のピーク値を検知するピーク値検知部と、
前記ピーク値検知部により検知された前記ピーク値に基づいて、前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の時間的前後における所定のピーク幅または該ピーク幅に関連する値を導出するピーク幅導出部と、
前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の後における所定の立下り時間を検知する立下がり部検知部と、
前記ピーク幅導出部により導出された前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値と、前記立下り時間検知部により検知された前記立下り時間によって、前記反射光の受光時間を算出する受光時間算出部と、
を備えることを特徴とする、距離測定装置である。

本開示では、上記のように、距離測定装置におけるピーク値検知部が、受光部の出力する信号のピーク値を検知する。そして、ピーク幅導出部において、前記ピーク値に基づいて、当該ピーク値に係るピークのピーク幅または、ピーク幅に関連する値（以下、ピーク幅等ともいう）を導出する。また、本開示では、立下り時間検知部において、ピークの立下り時間が検知される。そして、受光時間算出部によって、ピークの立ち下り時間とピーク幅等を用いて、反射光の受光時間が算出される。なお、上記でピーク幅に関連する値とは、ピーク幅の半分の値や、ピーク幅に係数を乗算する、定数を加算する等の演算の結果得られた値を含む。

ここで、本開示に係る距離測定装置では、光源から出射された検出光は、対象物のみならずウィンドウ部からも反射され、対象物からの反射光の受光強度のピーク波形が、ウィンドウ部からの反射光によって乱され、その結果として、対象物からの反射光の受光時間の検出精度が低下する。より具体的には、ウィンドウ部は対象物より光源に近い位置に存在するので、対象物からの反射光の受光強度のピーク波形において、特にピークの前側の波形が乱されることになる。

それに対し、本開示では、対象物からの反射光の受光強度のピーク値（強度値）を検知し、このピーク値の強度値からピーク幅等を導出する。そして、対象物からの反射光の受光強度の立下り時間と、ピーク幅等から、対象物からの反射光の受光強度のピークの時間である、反射光の受光時間を算出する。これによれば、反射光の受光強度のピーク波形における、ピークの前側の立上り時間等を用いずに、反射光強度のピークの時間すなわち、反射光の受光時間を求めることが可能となる。従って、ウィンドウ部からの反射光の影響を排除することができ、対象物からの反射光の受光時間をより精度よく求めることができる。その結果、対象物までの距離の測定精度を向上させることが可能となる。

また、本開示においては、前記受光部が出力する信号のピークにおける所定の立上り時間と前記立下り時間とから、ピーク時間を検知するピーク時間検知部をさらに備え、
前記ピーク時間検知部が検知する前記ピーク時間が所定の第１の閾値より長い場合には、前記受光時間算出部は、前記ピーク時間検知部により検知された前記ピーク時間によって、前記反射光の受光時間を算出することとしてもよい。

ここで、前述のように、本開示に係る距離測定装置では、ウィンドウ部は、光源と対象物の間に配置される。よって、対象物がウィンドウ部と比較して充分に遠い場所に存在する場合には、ウィンドウ部からの反射光による受光部の出力信号が、対象物からの反射光による受光部の出力信号に影響を及ぼさない。これより、本開示においては、受光部が出力する信号のピークにおける所定の立上り時間と前記立下り時間とから、ピーク時間を検知するピーク時間検知部をさらに備えるようにした。そして、ピーク時間検知部が検知するピーク時間が所定の第１の閾値より長い場合には、受光時間算出部は、ピーク時間検知部により検知された前記ピーク時間によって、反射光の受光時間を算出するようにした。

これによれば、対象物がウィンドウ部と比較して充分に遠い場所に存在し、ウィンドウ部からの反射光による受光部の出力信号が、対象物からの反射光による受光部の出力信号に影響を及ぼさない場合には、反射光の受光時間の求め方を変えることができる。具体的には、ピーク幅等と立下り時間によって、対象物からの反射光の受光時間を求めるのではなく、ピーク時間検知部によって立上り時間と立下り時間を用いて検知されたピーク時間より、直接、対象物からの反射光の受光時間を求めることができる。

その結果、ピーク幅等と立下り時間とから、反射光の受光時間を求める処理を、ウィンドウ部からの反射光の影響が測定結果に及ぶ場合に限定して実行することができ、それ以
外の場合には、従来から行われている距離測定方法を用いることが可能となる。なお、所定の第１の閾値とは、ピーク時間検知部が検知するピーク時間がこれより遅い場合には、ウィンドウ部からの反射光による受光部の出力信号が、対象物からの反射光による受光部の出力信号に影響を及ぼさないと判定できるピーク時間である。この第１の閾値は、予め実験的に、あるいは計算に基づいて理論的に決定したものである。

また、本開示においては、前記距離算出部が算出した前記対象物までの距離を出力する出力部をさらに備え、
前記ピーク値検知部により検知された前記ピーク値が、所定の第２の閾値以下の場合には、前記出力部は、前記対象物までの距離を出力しないこととしてもよい。

ここで、距離測定装置では多くの場合に、１回の検出光の出射に対して、ウィンドウ部からの反射光によるピークと、対象物からの反射光によるピークが各々検知される。このような場合に、通常は、ウィンドウ部の反射率は低いため、ウィンドウ部の反射光によるピークは、対象物からの反射光によるピークよりも小さくなる場合が多い。これより、本開示では、ピーク値検知部により検知された前記ピーク値が、所定の第２の閾値以下の場合には、当該ピークは、ウィンドウ部の反射光によるピークと判断し、出力部は、対象物までの距離を出力しないこととした。

これにより、ウィンドウ部からの反射光に基づいて、対象物がないにも関わらず、対象物までの距離を出力することを防止できる。ここで、出力部が対象物までの距離を出力しないとは、ウィンドウ部からの反射光による受光部の出力信号を無視する場合、反射光の受光時間を算出しない場合、反射光の受光時間を算出するが対象物までの距離を算出しない場合、対象物までの距離を算出するが出力しない場合の全てを含む趣旨である。

また、本開示においては、前記ピーク幅導出部は、前記ピーク値と、前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値との関係を記憶したテーブルから、前記ピーク値に応じた、前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値を読み出して導出することとしてもよい。

これによれば、予め高精度に計測または算出された情報を用いて、前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値を導出することができ、より精度よくまたは迅速に、ピーク幅等の情報を得ることが可能となる。

また、本開示においては、前記ピーク幅は、前記ピーク値の前における所定の立上り時間と、前記立下り時間との時間差であることとしてもよい。ここで、従来の距離測定装置においては、対象物からの反射光のピーク波形の、立上り時間と立下り時間を計測し、その中央値をピーク時間とすることが多い。従って、本開示において、ピーク幅を、所定の立上り時間と立下り時間との時間差としておけば、ウィンドウ部からの反射光の影響の無い立下り時間と、予め準備されたピーク値とピーク幅の関係に基づいて求められたピーク幅とから、従来と同様の定義を有するピーク時間を算出し、反射光の受光時間を算出することができる。例えば、立下り時間からピーク幅を差し引くことで、立上り時間を求め、従来どおり立上り時間と立下り時間の中央値をピーク時間としてもよいし、立下り時間からピーク幅の１／２の値を差し引いた時間をピーク時間としてもよい。

また、本開示は、パルス状の検出光を出射する光源と、
前記検出光の対象物による反射光を受光し、受光強度に応じた信号を出力する受光部と、
前記検出光の出射時間と、前記受光部が出力する信号から得られる前記反射光の受光時間とに基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、
前記光源と前記対象物の間に配置され、前記検出光を透過可能なウィンドウ部と、を備
えた距離測定装置における距離測定方法であって、
前記受光部が出力する信号のピーク値を検知するピーク値検知工程と、
前記ピーク値検知工程において検知された前記ピーク値に基づいて、前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の時間的前後における所定のピーク幅または該ピーク幅に関連する値を導出するピーク幅導出工程と、
前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の後における所定の立下り時間を検知する立下がり部検知工程と、
前記ピーク幅導出工程において導出された前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値と、前記立下り時間検知工程において検知された前記立下り時間によって、前記反射光の受光時間を算出する受光時間算出工程と、
を有することを特徴とする、距離測定方法であってもよい。

また、本開示は、前記受光部が出力する信号のピーク時間を検知するピーク時間検知工程と、
前記ピーク時間検知工程において検知された前記ピーク時間が所定の第１の閾値より長い場合には、前記受光時間算出工程において、前記ピーク時間検知工程において検知された前記ピーク時間によって、前記反射光の受光時間が算出されることを特徴とする、上記の距離測定方法であってもよい。

また、本開示は、前記距離算出部が算出した前記対象物までの距離を出力する出力工程をさらに備え、
前記ピーク値検知工程において検知された前記ピーク値が、所定の第２の閾値以下の場合には、前記出力工程において、前記対象物までの距離が出力されないことを特徴とする、上記の距離測定方法であってもよい。

また、本開示は、前記ピーク幅導出工程においては、前記ピーク値と、前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値との関係を記憶したテーブルから、前記ピーク値に応じた、前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値が読み出されて導出されることを特徴とする、上記の距離測定方法であってもよい。

また、本開示は、前記ピーク幅は、前記ピーク値の前における所定の立上り時間と、前記立下り時間との時間差であることを特徴とする、上記の距離測定方法であってもよい。

なお、上記構成および処理の各々は技術的な矛盾が生じない限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いた距離測定装置を用いて、より精度よく、対象物の位置を測定することが可能となる。

本発明の実施例に係るレーザースキャナの概略構成図である。 本発明の実施例に係るレーザースキャナの内部構造の概略図である。 本発明の実施例に係る制御部の機能ブロック図である。 本発明の実施例に係る反射光の信号強度と時間の関係の例を示す図である。 本発明の反射光の信号強度へのウィンドウ反射光の影響を説明するための図である。 本発明の実施例に係るピーク時間の算出方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係るピーク強度とパルス幅の関係の例を示す図である。 本発明の実施例に係る反射光の信号強度と距離との関係の類型を示す図である。 本発明の実施例に係る距離測定処理のフローチャートである。

＜適用例＞
本発明が適用される対象の一例であるレーザースキャナ１は、図１に示すように、その近傍に人などの障害物（以下、対象物ともいう。）が近づいたことを検出する。レーザースキャナ１の投受光部３の側面はウィンドウ部を構成し、検出光および、対象物からの反射光を透過可能な材質で形成されている。投受光部３からは、走査面３ｂ上に投受光部３の径方向外側に向かってパルス状の検出光が出射される。この検出光は投受光部３の周方向に回転しながら、広い角度範囲に出射される。この回転する検出光が対象物に照射された場合に、その反射光を検出することで、対象物の存在と、レーザースキャナ１からの距離を検出する。

図２に示すように、レーザースキャナ１の内部には、検出光を出射する光源としてのレーザー光源３３とミラー３２が設けられている。レーザー光源３３及びミラー３２にはシャフト３１を介して回転アクチュエータ２０が結合されている。この回転アクチュエータ２０は、制御部２２からの指令信号に基づいて回転する。回転アクチュエータ２０の回転に伴って、レーザー光源３３及びミラー３２は回転軸ＡＸ１の周りに回転する。その際、レーザー光源３３が間欠的に発光することで、パルス状の検出光Ｌ１を走査面３ｂ上を回転させつつ照射する。

対象物ｏｂに照射され反射された反射光は、再びウィンドウ部３ａを通過して投受光部３の内部に入射し、ミラー３２に反射されて光学系３４を通過した後、受光素子３５に受光される。レーザー光源３３が検出光Ｌ１を照射してから反射光Ｌ３が検出されるまでの飛行時間（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）より、対象物ｏｂまでの距離を演算する。

ここで、レーザー光源３３からパルス状の検出光Ｌ１を照射した際に、その一部は、ウィンドウ部３ａにおいて反射されて、ウィンドウ反射光Ｌ２となって受光素子３５に検出される。そして、このウィンドウ反射光Ｌ２が検出されることにより、対象物ｏｂまでの距離測定の精度が低下する場合がある。

図５に示すように、対象物ｏｂとの距離が短い場合には、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による受光素子３５の出力信号（一点鎖線）とウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号（破線）が時間的に重なることがある。その場合には、受光素子３５の出力信号は、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３とウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号の合算となり、立上り時間がｔ１からｔ１´に変化する。その結果、検出されるピーク時間もｔｐからｔｐ´に前側にずれて算出されるため、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３のピーク時間の検出精度が低下してしまう。

これに対し、本実施例においては、反射光による受光素子３５の出力信号の立下りエッジ時間としてｔ２を検出するとともに、受光素子３５の出力信号の強度のピーク値を求める。そして、予め、ウィンドウ反射光Ｌ２が無い場合の受光素子３５の出力信号のピーク値とピーク幅との関係をテーブルとして記憶しておき、ピーク値ＩＰからピーク幅Ｗを求め、立下りエッジｔ２とピーク幅Ｗとから、ｔｐ２＝ｔ２－Ｗ／２なる演算を行うことで、ピーク時間ｔｐ２を算出することとした。これにより、ウィンドウ反射光Ｌ２の影響を排除することが可能となる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。ただし、以下の各例に記
載されている構成要素については、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例＞
本開示に係る発明が適用される対象の一例であるレーザースキャナ１を図１に示す。図１（ａ）はレーザースキャナ１の正面図、図１（ｂ）は平面図である。レーザースキャナ１は、その近傍に人などの障害物（以下、対象物ともいう。）が近づいたことを検出し、近づくと危険な設備を停止する等の安全制御のための装置である。レーザースキャナ１は、図１（ｂ）に示すように、センサユニット２と、Ｉ／Ｏユニット４を有し、センサユニット２にＩ／Ｏユニット４を結合することで稼働可能な状態となる。Ｉ／Ｏユニット４には、外部との制御信号、検出信号の授受のための情報端子４ａと、電力供給のための電源端子４ｂが設けられている。レーザースキャナ１で測定した対象物との距離は、情報端子４ａを通じて出力される。

センサユニット２には、投受光部３が備えられている。投受光部３は、略円柱形の形状を有し、側面は下に行くほど縮径するテーパ形状を有する。また、投受光部３の側面はウィンドウ部３ａを構成し、検出光および、対象物からの反射光を透過可能な材質で形成されている。投受光部３からは、図１（ａ）に示すように、水平面である走査面３ｂ上に投受光部３の径方向外側に向かって検出光が出射される。この検出光は、図１（ｂ）に示すように、投受光部３の周方向に回転しながら、広い角度範囲において所定角度毎に出射される。この回転する検出光が対象物に照射された場合に、その反射光を検出することで、対象物の存在と、レーザースキャナ１からの距離を検出する。このレーザースキャナ１からの距離は厳密には、回転軸ＡＸ１からの距離でもよいし、レーザー光源３３からの距離であってもよい。

図２には、レーザースキャナ１の内部構造の概略を示す。レーザースキャナ１の内部には、検出光を出射する光源としてのレーザー光源３３が設けられている。また、レーザー光源３３には、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３の方向を変換するミラー３２が併設されている。また、レーザー光源３３及びミラー３２にはシャフト３１を介してステッピングモータ等の回転アクチュエータ２０が結合されている。この回転アクチュエータ２０は、制御部２２内の計測制御部２２ａ（後述）からの指令信号に基づいて回転する。この制御部２２は、演算部、記憶部、通信部（いずれも不図示）などを備える通常のＰＣと同等または一部のハード構成を有し、センサユニット２内に備えられていてもよいし、外部ＰＣを用いて構成されていてもよい。

回転アクチュエータ２０の回転に伴って、レーザー光源３３及びミラー３２は回転軸ＡＸ１の周りに回転する。その際、レーザー光源３３が発光することで、パルス状の検出光Ｌ１を走査面３ｂ上を回転させつつ照射することが可能である。また、回転アクチュエータ２０のシャフト３１にはエンコーダ２１が備えられており、回転角を計測して制御部２２に送信する。このエンコーダ２１により、対象物ｏｂの方向についての情報を得ることが可能であるとともに、レーザー光源３３及びミラー３２を所望の速度で等速で回転させることができる。

対象物ｏｂに照射され反射された反射光は、再びウィンドウ部３ａを通過して投受光部３の内部に入射し、ミラー３２に反射されて光学系３４を通過した後、受光素子３５に受光される。この受光素子３５において、反射光の強度が電気信号に変換され、制御部２２内の計測制御部２２ａ（後述）に送信される。この制御部２２では、レーザー光源３がパルス光Ｌ１を発光してから反射光Ｌ３が検出されるまでの飛行時間（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を計測し、この飛行時間より、対象物ｏｂまでの距離を演算する。なお、飛行時間の起点（出射時間）は、上記のようにレーザー光源３がパルス光を発光す
る時間または、レーザー光源３に発光のための入力信号が印加された時間を、光学的または電気的に検知してもよいし、装置内に疑似対象物を設けておき、レーザー光源３から発光され疑似対象物から反射された反射光の受光時間を出射時間としてもよい。そうすることで、レーザー光源３の駆動回路の遅れ等の誤差要因を補正することができる。

図３には、制御部２２の詳細な機能ブロック図を示す。制御部２２には、上述の投受光及び検出光の走査（スキャン）のための制御指令を行い、受光素子３５からの出力信号を受信する計測制御部２２ａが設けられる。また、受光素子３５からの出力信号に基づいて対象物ｏｂまでの距離を算出する距離算出部２２ｂ、距離算出部２２ｂで算出された距離を出力する出力部２２ｃが設けられる。

また、距離算出部２２ｂは、受光素子３５の出力信号のピーク値を検知するピーク値検知部２２０と、受光素子３５の出力信号のピーク値から、受光素子３５の出力信号のピークのピーク幅Ｗ等を導出するピーク幅導出部２２１が設けられる。また、受光素子３５の出力信号のピークの立下り時間を検知する立下がり時間検知部２２２と、上述のピーク幅Ｗ等と、立下り時間によって、反射光の受光時間を算出する受光時間算出部２２４が設けられる。さらに、上述の方法とは別に、ピークの立上り時間と立下り時間とからピークの時間を検知するピーク時間検知部２２３とが設けられる。

ここで、上述のようにレーザー光源３３からパルス状の検出光Ｌ１を発光した際に、その一部は、ウィンドウ部３ａにおいて反射されて、ウィンドウ反射光Ｌ２となって受光素子３５に検出される。そして、このウィンドウ反射光Ｌ２が検出されることにより、対象物ｏｂまでの距離測定の精度が低下する場合がある。以下、その点について説明する。

前述のように、レーザースキャナ１においては、レーザー光源３３からパルス状の検出光Ｌ１を発光し、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３を検出し、その間の時間を計測することで対象物ｏｂまでの距離を算出する。よって、受光素子３５による反射光Ｌ３の受光時間を精度よく検出する必要がある。レーザースキャナ１においては、図４に示すような、受光素子３５からの出力信号のピークが検出される時間ｔｐを検知することで、パルス状の反射光Ｌ３の受光時間が取得される。実際には、受光素子３５からの出力信号のピークの前後において、出力信号がピーク値に対して決まった割合（例えば半値）となる時間を立上り時間ｔ１、立下り時間ｔ２として求め、立上り時間ｔ１と立下り時間ｔ２の中心をピーク時間ｔｐとし、ピーク時間ｔｐを反射光Ｌ３の受光時間として算出している。

図５には、ウィンドウ反射光Ｌ２の影響について示す。図５では対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による信号強度を一点鎖線で示し、ウィンドウ反射光Ｌ２による信号強度を破線で示す。また、反射光Ｌ３とウィンドウ反射光Ｌ２とを合算した信号強度を実線で示す。図５に示すように、対象物ｏｂとの距離が短い場合には、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による出力信号とウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号が時間的に重なることがある。その場合には、受光素子３５の出力信号は、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３とウィンドウ反射光Ｌ２との出力信号の合算となり、特に立上りの波形が変化し、立上り時間がｔ１からｔ１´に変化する。その結果、ピーク時間もｔｐからｔｐ´に前側にずれて算出されるため、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による出力信号のピーク時間の検出精度が低下してしまう。

これに対し、本実施例においては、図６に示すように、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３とウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号の合算においては、反射光Ｌ３による出力信号に対してピーク時間の変化が大きいものの、ピーク強度の変化は殆ど無い点に着目した。そして、反射光に対して、受光素子３５の出力信号の立下り時間としてｔ２を検出するとともに、受光素子３５の出力信号のピーク強度ＩＰを求める。そして、予め、受光素子３５の検出信号のピーク強度ＩＰとピーク幅Ｗとの関係をテーブルとして記憶しておき、ピーク
強度ＩＰからピーク幅Ｗを求め、立下り時間ｔ２とピーク幅Ｗとから、ｔｐ２＝ｔ２－Ｗ／２なる演算を行うことで、ピーク時間ｔｐ２を算出することとした。これにより、ウィンドウ反射光Ｌ２の、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による出力信号への影響を排除することが可能となる。なお、以下、図６に示したピーク時間ｔｐ２の算出処理を、ピーク強度基準処理ともいう。また、受光素子３５の検出信号のピーク強度ＩＰとピーク幅Ｗとの関係を格納したテーブルを、ピーク強度ピーク幅関係テーブルともいう。

図７には、ピーク強度ＩＰと、ピーク幅Ｗの関係の例を示す。ピーク幅Ｗは、ピーク強度ＩＰが比較的小さい領域ではピーク強度ＩＰが変化してもあまり変化しないが、ピーク強度ＩＰが或る程度以上大きい領域では、ピーク強度ＩＰが増加することで、ピーク幅Ｗは急激に増加する。本実施例においてはこのピーク強度ＩＰとピーク幅Ｗの関係をテーブル化して、制御部２２の記憶部（不図示）に記憶しておく。なお、本開示においては、必ずしもピーク強度ＩＰとピーク幅Ｗの関係をテーブル化して記憶しておく必要はない。図７に示す曲線を多項式、指数関数等で近似して定義し、定義された近似式によってピーク強度ＩＰからピーク幅Ｗを算出するようにしても構わない。

図８には、ウィンドウ反射光Ｌ２と、対象物ｏｂから反射光Ｌ３の態様と、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号の反射光Ｌ３による出力信号への影響との関係の類型を示す。なお、図８においては、横軸は時間でなく、レーザースキャナ１の回転軸ＡＸ１からの距離としている。本開示において、例えば対象物ｏｂまでの距離は、パルス状の検出光Ｌ１の投光から反射光Ｌ３の受光までの飛行時間の１／２に光速を乗じることで算出されるので、時間を距離に変換しても同様の説明が可能である。図８（ａ）は、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号の強度が低く、且つ、対象物ｏｂが充分に遠い場合を示している。この場合には、ウィンドウ反射光Ｌ２は、そもそも出力信号の強度が低いために検出されず、且つ、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による出力信号にも影響を及ぼさないので、ウィンドウ反射光Ｌ２は無視される。

次に、図８（ｂ）には、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号の強度がある程度高く、且つ、対象物ｏｂが充分に遠い場合を支示している。この場合には、ウィンドウ反射光Ｌ２は受光素子３５によって検出されるが、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号と対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による出力信号とが充分に離れているため、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号は、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による出力信号に影響を及ぼさない。図８（ｃ）には、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号の強度が或る程度高く、且つ、対象物ｏｂが近い場合を示している。この場合には、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号が、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による出力信号と一部重なるため、対象物ｏｂからの反射光Ｌ３の出力信号のピーク位置の検出に影響を及ぼす。この場合には、図６を用いて説明したようなピーク強度基準処理が必要になる。

図９には、本実施例における、対象物ｏｂの距離測定に係る処理のフローチャートを示す。本フローは、制御部２２内の記憶部（不図示）に記憶されたプログラムが実行されることにより稼働するレーザースキャナ１の１スキャンに係るフローであり、当該フローが繰り返し稼働することで、常に対象物ｏｂの接近を検出することが可能である。

本フローが実行されると、まず、ステップＳ１０１において、制御部２２の計測制御部２２ａからの指令に基づいて１スキャンが開始される。これにより、レーザースキャナ１によってレーザー検査光Ｌ１が、走査面上を回転軸ＡＸ１周りに所定角度（例えば、２７０度）回転するスキャンが開始される。ステップＳ１０２においては、レーザー光源３３からパルス状の検出光Ｌ１が出射されて投光がなされる。そして、ステップＳ１０３においては、対象物ｏｂまたはウィンドウ部３ａで反射された反射光が受光素子３５によって受光される。

次に、ステップＳ１０４においては、制御部２２において、投光から受光までの時間帯における受光素子３５の出力信号が距離毎にサンプリングされ、デジタルデータ化される。より詳細には、受光素子３５からの出力信号と時間との関係が、出力信号と距離との関係に比例換算されてデジタルデータ化される。そして、ステップＳ１０５においては、ピーク時間検知部２２３によって、得られた出力信号の立上り位置Ｐ１と立下り位置Ｐ２が検知され、ピーク位置ＰＰ１が算出される。

ステップＳ１０６においては、ピーク位置ＰＰ１の距離が予め定められた第１閾値より遠いか否かが判定される。ここで、ピーク位置ＰＰ１の距離が第１閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ１０６でＹＥＳの場合）には、対象物ｏｂが充分に遠いため、ピーク位置ＰＰ１における出力信号のピークは、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号のピークまたは、ウィンドウ反射光Ｌ２の影響を受けた反射光Ｌ３による出力信号のピークではないと判断されるので、ステップＳ１０８に進む。一方、ステップＳ１０６においてピーク位置ＰＰ１の距離が第１閾値以下と判定された場合（ステップＳ１０６でＮＯの場合）には、ピーク位置ＰＰ１における出力信号のピークは、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号のピークまたは、ウィンドウ反射光Ｌ２の影響を受けた反射光Ｌ３による出力信号のピークの虞があると判断されるので、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０８においては、ピーク位置ＰＰ１の距離がそのまま、対象物ｏｂの距離として採用される。一方、ステップＳ１０７においては、ピーク位置ＰＰ１における出力信号のピークの強度が第２閾値より大きいか否かが判定される。ここで、ピーク位置ＰＰ１における出力信号のピークの強度が第２閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ１０７でＹＥＳの場合）には、得られたピークは、ウィンドウ反射光Ｌ２の影響を受けた対象物ｏｂからの反射光Ｌ３による出力信号のピークであると判断されるので、ステップＳ１０９に進む。一方、ステップＳ１０７において、ピーク位置ＰＰ１における出力信号のピークの強度が第２閾値以下と判定された場合（ステップＳ１０７でＮＯの場合）には、得られたピークは、ウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号のピークであると判断されるので、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０９においては、上述のピーク強度基準処理が実行される。より詳細には、ピーク値検知部２２０によってピークにおける出力信号の強度（ピーク強度ＩＰ）が検知され、ピーク幅導出部２２１によって、上述のピーク強度ピーク幅関係テーブルより、ピーク強度ＩＰに対応する時間としてのピーク幅Ｗの値が読み出される。また、立ち下り時間検知部２２２によりピークにおける立下り時間ｔ２が検知される。そして、時間としてのピーク幅Ｗは距離としてのピーク幅Ｗ２に換算され、ピークにおける立下り時間ｔ２は距離としての立下り位置Ｐ２に換算される。

その上で、ピーク幅Ｗ２の値と立下り位置Ｐ２を基に、ＰＰ２＝Ｐ２－Ｗ２／２なる演算により、ピーク位置ＰＰ２が算出し、対象物ｏｂの距離として採用される。一方、ステップＳ１１０においては、得られたピークはウィンドウ反射光Ｌ２による出力信号のピークと判断して無視する。ステップＳ１０８、ステップＳ１０９またはステップＳ１１０の処理が終了すると、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１においては、ステップＳ１０２の投光及びステップＳ１０３の受光により得られた全ピークの距離の取得が完了したか否かが判定される。ここで、全ピーク（全対象物ｏｂ）の距離の取得が完了したと判定された場合には、ステップＳ１１２に進む。一方、全ピークの距離の取得が完了していないと判定された場合には、ステップＳ１０６の処理に進み、次のピークの距離の取得を実行する。

ステップＳ１１２においては、全スキャン角度が完了したか否かが判定される。ここで
、本実施例におけるレーザースキャナ１では、例えば、スキャン角度θ毎に、投光及び受光が行われ、１回のスキャンで、投光と発光が例えば、５００～５０００回程度行われるので、全てのスキャン角度θについて、対象物ｏｂの距離が取得される。ステップＳ１１２において、全スキャン角度における対象物ｏｂの距離の取得が完了したと判定された場合には、ステップＳ１１３に進み、１スキャンを完了とする。一方、全スキャン角度が完了していないと判定された場合には、ステップＳ１０２に戻り、レーザー光源３３から再度検出光Ｌ１が出射され、ステップＳ１０２以降の処理が繰り返される。

なお、図９のフローにおいては、距離測定に係る処理フローの途中において、時間情報を距離情報に変換してピーク位置ＰＰ１、ピーク位置ＰＰ２ともに、対象物ｏｂの位置として算出した。しかしながら、ステップＳ１０８においては時間情報のピーク時間ｔｐ１、ステップＳ１０９においては時間情報のピーク時間ｔｐ２を算出し、受光時間算出部２２４によって受光素子３５における受光時間を算出してもよい。そして、Ｓ１１３において１スキャンについての処理が完了とされてから、ピーク時間ｔｐ１、ｔｐ２を距離情報に換算し、対象物ｏｂの位置として算出しても構わない。いずれにせよ、図９のフローの結果は、距離算出部２２ｂによる算出結果として、出力部２２ｃにより出力される。

なお、図９の距離測定に係る処理フローでは、Ｓ１０６においてピークの距離が第１閾値より大きい場合には、Ｓ１０８においては、ピーク時間検知部２２３によって検知されたピーク位置ＰＰ１が採用されたが、ピークの距離に関係なく、ピーク強度基準処理によって算出されたピーク位置ＰＰ２が採用されるようにしても構わない。

なお、上記の実施例においては、受光素子３５の出力信号をサンプリングしてピーク強度ＩＰを求め、さらに受光素子３５の出力信号のピークの後において、出力信号がピーク強度ＩＰ値に対して決まった割合（例えば半値）となる時間を立下り時間ｔ２として求めた。本開示においては、その他、受光素子３５の出力信号の曲線を２階微分して立下り時間ｔ２（立下り位置Ｐ２）を求めてもよい。また、受光素子３５の出力信号のカーブにおける、ピークの立下り側の複数のデータより、モデルフィッティングによりピーク強度ＩＰ及び立下り時間ｔ２（立下り位置Ｐ２）を求めても構わない。例えば、ピークの立下り側の３つのポイントのデータより、２次関数または３次関数にモデルフィッティングすることによっても、ピーク強度ＩＰ及び立下り時間ｔ２（立下り位置Ｐ２）を求めることが可能である。さらに、本開示においては、受光素子３５の出力信号のカーブにおける、ピークの立下り側の複数のデータより、モデルフィッティングによりピーク時間ｔｐ２（ピーク位置ＰＰ２）自体を求めても構わない。

なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで付記しておく。
＜付記１＞
パルス状の検出光を出射する光源（３３）と、
前記検出光の対象物による反射光を受光し、受光強度に応じた信号を出力する受光部（３５）と、
前記検出光の出射時間と、前記受光部が出力する信号から得られる前記反射光の受光時間とに基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出部（２２ｂ）と、
前記光源と前記対象物の間に配置され、前記検出光を透過可能なウィンドウ部（３ａ）と、を備えた距離測定装置（１）であって、
前記受光部が出力する信号のピーク値を検知するピーク値検知部（２２０）と、
前記ピーク値検知部により検知された前記ピーク値に基づいて、前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の時間的前後における所定のピーク幅または該ピーク幅に関連する値を導出するピーク幅導出部（２２１）と、
前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の後における所定の立下り時間を検知する立
下がり時間検知部（２２２）と、
前記ピーク幅導出部により導出された前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値と、前記立下り時間検知部により検知された前記立下り時間によって、前記反射光の受光時間を算出する受光時間算出部（２２４）と、
を備えることを特徴とする、距離測定装置（１）。
＜付記６＞
パルス状の検出光を出射する光源（３３）と、
前記検出光の対象物による反射光を受光し、受光強度に応じた信号を出力する受光部（３５）と、
前記検出光の出射時間と、前記受光部が出力する信号から得られる前記反射光の受光時間とに基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出部（２２ｂ）と、
前記光源と前記対象物の間に配置され、前記検出光を透過可能なウィンドウ部（３ａ）と、を備えた距離測定装置（１）における距離測定方法であって、
前記受光部が出力する信号のピーク値を検知するピーク値検知工程（ステップＳ１０９）と、
前記ピーク値検知工程において検知された前記ピーク値に基づいて、前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の時間的前後における所定のピーク幅または該ピーク幅に関連する値を導出するピーク幅導出工程（ステップＳ１０９）と、
前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の後における所定の立下り時間を検知する立下り時間検知工程（ステップＳ１０９）と、
前記ピーク幅導出工程において導出された前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値と、前記立下り時間検知工程において検知された前記立下り時間によって、前記反射光の受光時間を算出する受光時間算出工程（ステップＳ１０９）と、
を有することを特徴とする、距離測定方法。

１・・・レーザースキャナ
２・・・センサユニット
３・・・投受光部
４・・・Ｉ／Ｏユニット
２０・・・回転アクチュエータ
２１・・・エンコーダ
２２・・・制御部
２２ａ・・・計測制御部
２２ｂ・・・距離算出部
２２ｃ・・・出力部
２２０・・・ピーク値検知部
２２１・・・ピーク幅導出部
２２２・・・立下り時間検知部
２２３・・・ピーク時間検知部
２２４・・・受光時間算出部

Claims (6)

1. パルス状の検出光を出射する光源と、
   前記検出光の対象物による反射光を受光し、受光強度に応じた信号を出力する受光部と、
   前記検出光の出射時間と、前記受光部が出力する信号から得られる前記反射光の受光時間とに基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、
   前記光源と前記対象物の間に配置され、前記検出光を透過可能なウィンドウ部と、を備えた距離測定装置であって、
   前記受光部が出力する信号のピーク値を検知するピーク値検知部と、
   前記ピーク値検知部により検知された前記ピーク値に基づいて、前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の時間的前後における所定のピーク幅または該ピーク幅に関連する値を導出するピーク幅導出部と、
   前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の後における所定の立下り時間を検知する立下がり時間検知部と、
   前記ピーク幅導出部により導出された前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値と、前記立下り時間検知部により検知された前記立下り時間によって、前記反射光の受光時間を算出する受光時間算出部と、
   を備えることを特徴とする、距離測定装置。
2. 前記受光部が出力する信号のピークにおける所定の立上り時間と前記立下り時間とから、ピーク時間を検知するピーク時間検知部をさらに備え、
   前記ピーク時間検知部が検知する前記ピーク時間が所定の第１の閾値より長い場合には、前記受光時間算出部は、前記ピーク時間検知部により検知された前記ピーク時間によって、前記反射光の受光時間を算出することを特徴とする、請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記距離算出部が算出した前記対象物までの距離を出力する出力部をさらに備え、
   前記ピーク値検知部により検知された前記ピーク値が、所定の第２の閾値以下の場合には、前記出力部は、前記対象物までの距離を出力しないことを特徴とする、請求項１または２に記載の、距離測定装置。
4. 前記ピーク幅導出部は、前記ピーク値と、前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値との関係を記憶したテーブルから、前記ピーク値に応じた、前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値を読み出して導出することを特徴とする、請求項１または２に記載の距離測定装置。
5. 前記ピーク幅は、前記ピーク値の前における所定の立上り時間と、前記立下り時間との時間差であることを特徴とする、請求項１または２に記載の距離測定装置。
6. パルス状の検出光を出射する光源と、
   前記検出光の対象物による反射光を受光し、受光強度に応じた信号を出力する受光部と、
   前記検出光の出射時間と、前記受光部が出力する信号から得られる前記反射光の受光時間とに基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、
   前記光源と前記対象物の間に配置され、前記検出光を透過可能なウィンドウ部と、を備えた距離測定装置における距離測定方法であって、
   前記受光部が出力する信号のピーク値を検知するピーク値検知工程と、
   前記ピーク値検知工程において検知された前記ピーク値に基づいて、前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の時間的前後における所定のピーク幅または該ピーク幅に関連す
   る値を導出するピーク幅導出工程と、
   前記受光部が出力する信号の前記ピーク値の後における所定の立下り時間を検知する立下り時間検知工程と、
   前記ピーク幅導出工程において導出された前記ピーク幅または該ピーク幅に関連する値と、前記立下り時間検知工程において検知された前記立下り時間によって、前記反射光の受光時間を算出する受光時間算出工程と、
   を有することを特徴とする、距離測定方法。
   

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