JPH10253760A

JPH10253760A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH10253760A
Application number: JP5533697A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Nakase; 重樹仲瀬; Minayoshi Sugiura; 南祥杉浦; Takaaki Kawai; 孝明川合
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-10
Also published as: JP3771346B2

Abstract

(57)【要約】【課題】雨天などで生じるノイズ成分を除去して高精度
の距離測定が可能な距離測定装置を提供する。【解決手段】所定の計測周期に同期して、発光素子ＬＤ
により被測定物体ＯＢに対してパルス光Ｐνを投射し、
受光素子ＰＤで反射光Ｒνを受光する。受光素子ＰＤの
出力を増幅器１４で増幅し、比較器１６で所定閾値Ｖ_TH
と比較することにより得られる信号Ｃ_PDを演算制御回路
２に入力する。演算制御回路２は、所定の統計処理アル
ゴリズムに基づいて、信号Ｃ_PDから前記パルス光Ｐνの
投射時点と反射光Ｒνの受光時点との時間間隔を求め、
各時間間隔についての頻度分布を作成し、最大頻度とな
る時間間隔に基づいて被測定物体ＯＢまでの距離を演算
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物体に投射
したパルス光が反射して戻ってくるまでの時間を計測
し、この計測時間に基づいて被測定物体までの距離を求
める距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の距離測定装置は、パルス
光を被測定物体に向けて投射する投光手段と、被測定物
体からの反射光を受光して電気信号に光電変換する受光
手段と、電気信号の振幅の時間平均値を求めてこの平均
値に基づいて被測定物体までの距離を換算する演算回路
を備えている。この平均値に基づいて被測定物体までの
距離を求めることとする技術的手段は、雨天や霧等の発
生した悪環境下でパルス光が散乱されこの散乱光がノイ
ズ成分となって反射光に混入する場合であっても、ノイ
ズ成分の抑制された平均値が得られるため、距離測定の
精度向上を図るために有効な手段であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、被測定物体
が遠距離になるほど、被測定物体で反射されて来る反射
光の強度が微弱になる反面、雨や霧などで散乱された散
乱光の影響が大きくなることから、従来の平均値を求め
る技術的手段をもってしても十分な測定精度の向上が図
れないという問題があった。例えば、雨天に遠距離の被
測定物体を測定する場合、投射したパルス光が被測定物
体よりも近距離に存在する雨によって散乱され、この散
乱光の強度が遠距離の被測定物体からの真の反射光の強
度に較べて大きくなる。このため、受光手段から出力さ
れる電気信号の平均値を求めると、この平均値に占める
ノイズ成分の割合が真の反射光の割合に較べて大きくな
り、被測定物体までの距離を実際よりも近距離として測
定してしまい、測定誤差が大きくなるという問題があっ
た。

【０００４】本発明は、このような従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、被測定物体に投射するパルス
光が散乱等される雨天などの悪環境下であっても、ノイ
ズ成分を抑制して被測定物体までの距離を高精度で測定
することができる距離測定装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため本発明の距離測定装置は、被測定物体に所定の計
測周期に同期してパルス光を連続投射する投光手段と、
前記パルス光に対応して前記被測定物体より反射して来
る反射光を受光する受光手段と、前記各計測周期毎に、
前記パルス光の投射時点と前記受光手段より出力される
前記反射光に相当する検出信号の発生時点との時間間隔
を求めて、前記時間間隔に関する前記検出信号の発生頻
度を求める頻度作成手段と、前記頻度作成手段で得られ
る発生頻度の最大値に対応する時間間隔に基づいて前記
被測定物体までの距離を求める演算手段とを具備する構
成とした。

【０００６】また、前記各計測周期内において経時的に
減少する閾値と前記受光手段より出力される前記反射光
に相当する検出信号とを比較し、前記検出信号の前記閾
値より大振幅の部分に相当する信号を出力する比較手段
と、前記比較手段より出力される信号に基づいて、前記
パルス光の投射時点と前記受光手段より出力される前記
反射光に相当する検出信号の発生時点との時間間隔を求
めて、前記時間間隔に関する前記検出信号の発生頻度を
求める頻度作成手段と、前記頻度作成手段で得られる発
生頻度の最大値に対応する時間間隔に基づいて前記被測
定物体までの距離を求める演算手段とを具備する構成と
した。

【０００７】

【作用】頻度作成手段により、パルス光の投射時点と反
射光の受光時点までの時間毎の頻度分布が求められ、演
算手段により、この発生頻度が最大となる時間間隔に基
づいて被測定物体までの距離が求められる。

【０００８】各計測周期内において経時的に減少する閾
値に基づいて反射光を比較することにより、検出信号か
らノイズ成分の除去された信号が得られる。この信号に
基づいて頻度作成手段がパルス光の投射時点と反射光の
受光時点までの時間毎の頻度分布を求め、演算手段によ
り、この発生頻度が最大となる時間間隔に基づいて被測
定物体までの距離が求められる。

【０００９】

【実施の形態】

（第１の実施の形態）図１（ａ）は、第１の実施の形態
における距離測定装置の構成を示すブロック図、図１
（ｂ）は、本装置の動作を示すタイミングチャート、図
２（ａ）（ｂ）は、本装置の距離測定原理を説明するた
めの説明図である。

【００１０】図１（ａ）において、本距離測定装置は大
別して、投光系と受光系と信号処理系及び演算制御系を
備えている。前記投光系は、演算制御回路２からの制御
信号ＳＴＲで指定される測定期間Ｔ内において、所定の
計測周期τに同期したトリガ信号ＴＲＧを複数周期にわ
たって連続的に出力するタイミング発生回路６と、トリ
ガ信号ＴＲＧを電力増幅して半導体レーザ等の発光素子
ＬＤに供給することにより計測周期τに同期したパルス
光Ｐνを投射させる駆動回路８と、発光素子ＬＤから投
射されるパルス光Ｐνを被測定物体ＯＢへ投射する光学
レンズ１０を備えている。計測周期τは、被測定物体Ｏ
Ｂまでの測定可能な最長距離（最長スパン）に対応して
決められ、測定期間Ｔは、計測周期τの整数倍に相当す
る適宜の期間に設定されている。また、駆動回路８は、
パルス光Ｐνの投射タイミングに同期した投射タイミン
グ信号ＬＤ_ONを演算制御回路２へ出力することにより、
実際の計測周期τを知らせる。

【００１１】受光系は、フォトダイオード等の受光素子
ＰＤと、被測定物体ＯＢからの反射光Ｒνを受光素子Ｐ
Ｄに入射させる光学レンズ１２と、受光素子ＰＤから出
力される光電変換信号を増幅して検出信号Ｓ_PDとして出
力する増幅器１４を備えている。尚、実際の距離測定時
には、被測定物体ＯＢからの真の反射光Ｒνのみなら
ず、雨天などの外部環境下でパルス光Ｐνが雨などによ
って散乱される散乱光やパルス光Ｐνの漏洩光などに起
因するノイズ光Ｎνも受光素子ＰＤにて受光されること
から、検出信号Ｓ_PDは、図１（ｂ）のタイミングチャー
トにて示すように、真の反射光Ｒνに相当する信号成分
Ｓrにノイズ光Ｎνに相当するノイズ成分Ｓnが混入した
波形となる。

【００１２】信号処理系は、演算制御回路２の出力する
閾値設定信号Ｄ_THにて指定される所定の閾値電圧Ｖ_THを
発生する閾値設定回路１８と、閾値電圧Ｖ_THと検出信号
Ｓ_PDを比較することにより検出信号Ｓ_PDを２値信号Ｃ_PD
に変換する比較器１６を備えている。したがって、図１
（ｂ）に示すように、２値信号Ｃ_PDは、反射光Ｒνに相
当する信号成分Ｓrの発生時点に同期して論理“Ｈ”と
なると共に、閾値電圧Ｖ_THより大振幅のノイズ成分Ｎν
の部分に同期して論理“Ｈ”となる矩形信号となる。

【００１３】演算制御系は、演算及び制御機能を有する
マイクロコンピュータシステム等からなる演算制御回路
２と、演算制御回路２と種々の外部機器（図示せず）と
の間でデータを送受信することにより遠隔操作等を可能
にするインタフェース回路４を備えている。演算制御回
路２は、前記のタイミング発生回路６及び閾値設定回路
１８を制御すると共に、所定の統計処理アルゴリズムに
基づいて作成されたプログラムを実行し、投射タイミン
グ信号ＬＤ_ONで規定される実際の計測周期τに同期し且
つ測定周期Ｔにわたって２値信号Ｃ_PDを統計処理するこ
とにより、被測定物体ＯＢまでの距離Ｌを求める。

【００１４】図２（ａ）はこの統計処理アルゴリズムを
概念的に示す原理説明図である。各計測周期τにおい
て、その計測開始時点から２値信号Ｃ_PDが論理“Ｈ”に
なるまでの時間（期間）を計測し、その計測時間Δjが
予め決められた何れの級ｊに該当するかを判定する。こ
の級ｊは、光が所定の距離だけ飛翔するのに要する時間
ｗで各計測周期τ（但し、τ＞＞ｗ）を除算することに
よって得られる数Ｊだけ備えられており、各計測周期τ
の開始時点から時間ｗずつ区切られた各時間範囲を表し
ている。即ち、時間ｗは、測定可能な最短距離に相当す
る時間分解能を表し、更に、一般的に第ｊ番目の級ｊ
は、（ｊ−１）×ｗないしｊ×ｗの時間範囲を表してい
る。また、演算制御回路２には、各級ｊを級番号＃ｊで
表し、各級番号＃ｊに対応する計測時間Δｊの発生頻度
ｆ_jを格納するための頻度作成領域が備えられている。
そして、計測時間Δｊに該当する級ｊを判定する毎に、
その級番号＃ｊの頻度ｆ_jに１を加算し、測定期間Ｔに
わたって処理を繰り返すことにより、頻度作成領域に、
図２（ｂ）に示すような各級ｊに対する頻度分布と等価
な頻度表を作成する。そして、測定周期Ｔの経過後、最
大頻度となる級番号Ｘpを判定し、その級番号Ｘpに該当
する光の飛翔時間を被測定物体ＯＢまでの距離Ｌとして
決定するようになっている。

【００１５】この実施の形態によれば、パルス光Ｐνが
投射されて被測定物体ＯＢからの反射光Ｒνを受光する
までの時間間隔が各計測周期τにおいてほぼ一定であ
り、雨などで散乱されたノイズ光Ｎνの発生頻度は時間
的にランダムであることから、所定の測定期間Ｔにおい
て測定を行うと、ノイズ光Ｎνに較べて反射光Ｒνの頻
度が大きくなると共に、被測定物体ＯＢからの真の反射
光Ｒνの飛翔時間に相当する級で最大頻度となる頻度分
布が得られる。この最大頻度の得られる級Ｘpに基づい
て被測定物体ＯＢまでの距離Ｌを求めるので、実質的に
ノイズ光Ｎνの影響を除去して、被測定物体ＯＢまでの
距離Ｌを極めて高い精度で測定することが可能となって
いる。また、閾値設定信号Ｄ_THにより閾値設定回路１８
に閾値電圧Ｖ_THを調整させることにより、比較器１６に
おいて検出信号Ｓ_PD中のノイズ成分Ｓnを効果的に除去
し、ノイズ成分の抑制された２値信号Ｃ_PDに基づく前記
所定の統計処理により高精度の距離測定を実現すること
ができる。

【００１６】（第２の実施の形態）図３は、第２の実施
の形態における距離測定装置の構成を示すブロック図、
図４は、本装置の動作を示すタイミングチャート、図５
は、本装置の距離測定原理を説明するための説明図であ
る。尚、これらの図において図１及び図２と同一又は相
当する部分を同一符号にて示している。

【００１７】図３に基づいて第１の実施の形態との構成
上の相違を説明すると、信号処理系には、演算制御回路
２から供給される閾値設定データＤ_THをアナログ電圧に
変換するＤ／Ａ変換器２２と、このアナログ電圧に基づ
いて所定の減衰率で経時変化する閾値電圧Ｖ_THを形成す
る閾値調整回路２０が備えられ、比較器１６がこの閾値
電圧Ｖ_THに基づいて検出信号Ｓ_PDを比較することによ
り、２値信号Ｃ_PDに変換する。

【００１８】タイミング発生回路６は、図４のタイミン
グチャートに示すように、トリガ信号ＴＲＧの発生周期
τ’に同期してパルス光Ｐνを投射させると共に、その
周期τ’の前半の一定期間τで論理“Ｈ”となるゲート
信号ＴＨ_GATEを出力し、この期間τを第１の実施の形態
における計測周期τに対応させるようになっている。即
ち、ゲート信号ＴＨ_GATEで設定される期間τが測定可能
な最長距離（最長スパン）に相当している。前記閾値設
定データＤ_THは、閾値電圧Ｖ_THの上限値Ｖ_DHを指定する
ためのデータＤ_Hと下限値Ｖ_DLを指定するためのデータ
Ｄ_Lから成り、各期間τの開始前の時点でデータ転送が
確定するようになっている。閾値調整回路２０は、Ｄ／
Ａ変換器２２から出力される上限値Ｖ_DHと下限値Ｖ_DLの
範囲内において、期間τの開始時点から所定減衰率で減
衰し、期間τ内の所定時点で下限値Ｖ_DLに達し、期間τ
の経過直後に再び上限値Ｖ_DHに反転する波形から成る閾
値電圧Ｖ_THを形成して比較器１６に印加する。

【００１９】図５に基づいて、この可変閾値電圧Ｖ_THに
よる測定原理を説明すると、雨天などの外部環境下で距
離測定を行った場合には、受光素子ＰＤが、先ず被測定
物体ＯＢよりも近距離に存在する雨などで散乱されたノ
イズ光Ｎνを受光し、被測定物体ＯＢからの真の反射光
Ｒνをその後に受光することとなる。更に、近距離で散
乱されたノイズ光Ｎνほど光強度が高くなり、距離が長
くなるほど光強度が低くなることから、ノイズ光Ｎνの
うちでも、光の飛翔時間に応じて光強度が変化すること
となる。したがって、図５に示す如く、検出信号Ｓ_PD中
のノイズ成分（同図中、点線で示す）Ｓnは、トリガ信
号ＴＲＧに同期してパルス光Ｐνが投射された直後で最
大となり、時間経過に伴って次第に指数関数的に減衰す
る。そこで、比較器１６の閾値電圧Ｖ_THをこのノイズ光
Ｎνの特性に合わせて指数関数的に減衰させることによ
り、検出信号Ｓ_PD中のノイズ成分Ｓnを効果的に除去
し、ノイズ成分Ｓnのレベルが小さくなる時点で閾値電
圧Ｖ_THによって真の反射光成分Ｓrを抽出している。そ
して、ノイズ成分Ｓnの減少した２値信号Ｃ_PDを演算制
御回路２に供給し、図２に示した第１の実施の形態と同
様の統計処理を行うことによって頻度分布を作成させ、
真の反射光Ｒνの飛翔時間に関する最大頻度に対応する
級Ｘpに基づいて被測定物体ＯＢまでの距離Ｌを求め
る。

【００２０】この第２の実施の形態によれば、ノイズ光
Ｎνの飛翔時間に応じて変化する光強度特性に合わせた
閾値電圧Ｖ_THを比較器１６に適用し、この閾値電圧Ｖ_TH
に基づいて検出信号Ｓ_PD中のノイズ成分Ｓnを除去する
ことによって得られる２値信号Ｃ_PDについて所定の統計
処理を行うようにしたので、Ｓ／Ｎの良い頻度分布が得
られ、高精度の距離測定を実現することができる。

【００２１】尚、前記指数関数的に減衰する閾値電圧Ｖ
_THを形成するために、Ｄ／Ａ変換器２２を備える場合を
説明したが、２値電圧の前記タイミング信号ＴＨ_GATEを
閾値調整回路２０に直接印加し、閾値調整回路２０がタ
イミング信号ＴＨ_GATEの論理“Ｈ”となる電圧を前記上
限値Ｖ_DHとし、タイミング信号ＴＨ_GATEの論理“Ｌ”と
なる既知の電圧を下限レベルＶ_DLとして、これらの電圧
Ｖ_DHとＶ_DLの範囲内で指数関数的に減衰する閾値電圧Ｖ
_Tを形成するようにしてもよい。かかる構成によれば、
Ｄ／Ａ変換器２２を省略することができるため、本装置
の簡素化及び小型化等を図ることができる。

【００２２】（第３の実施の形態）図６は、第３の実施
の形態における距離測定装置の構成を示すブロック図、
図７は、図６中のＣＦＤ回路の構成及び動作を説明する
ための説明図、図８は本装置の動作を示すタイミングチ
ャート、図９は、本装置の距離測定原理を説明するため
の説明図、図１０は距離測定原理に基づく動作を示すフ
ローチャートである。尚、図６、図７及び図８におい
て、図３、図４及び図５と同一又は相当する部分を同一
符号で示している。

【００２３】図６に基づいて第２の実施の形態との構成
上の相違を説明すると、信号処理系には、増幅回路１４
に続いて直列に接続される、ＣＦＤ回路２４とＴＡＣ回
路２６及びＡ／Ｄ変換器２８が備えられ、Ａ／Ｄ変換器
２８でデジタル変換されたデジタルデータＡＤ_OUTを演
算制御回路２に転送する。尚、詳細は後述するが、デジ
タルデータＡＤ_OUTは、時間的にずれて転送されるデジ
タルデータＤ_MESとＤ_ST _D.S、Ｄ_STD.Lから成っている。
また、ＴＡＣ回路２６の動作タイミングを規定するため
のスタート信号ＣＡＬ_STとストップ信号ＣＡＬ_SP、Ａ／
Ｄ変換器２８の変換タイミングを規定するためのコンバ
ート信号ＣＯＮＶがタイミング発生回路６より出力さ
れ、パルス光Ｐνの投射時点に同期した投射スタート信
号ＴＡＣ_STが駆動回路８からＴＡＣ回路２６に出力され
る。

【００２４】閾値調整回路２０及びＤ／Ａ変換器２２
は、図５に示したのと同様に、ノイズ光Ｎνの特性に合
わせて指数関数的に減衰する閾値電圧Ｖ_THを形成し、比
較器１６が、この閾値電圧Ｖ_THに基づいて検出信号Ｓ_PD
を２値のゲート信号ＣＦＤ_GATEに変換しＣＦＤ回路２４
に供給するようになっている。したがって、ゲート信号
ＣＦＤ_GATEは、第２の実施の形態で説明した２値信号Ｃ
_PDに相当し、ノイズ成分が抑制され且つ真の信号成分Ｓ
rの発生期間を含んで論理“Ｈ”となる矩形信号であ
る。尚、タイミング発生回路６より出力されるゲート信
号ＴＨ_GATEを閾値調整回路２０に直接印加し、このゲー
ト信号ＴＨ_GATEの電圧振幅に基づいて指数関数的に減衰
する閾値電圧Ｖ_THを形成することにより、Ｄ／Ａ変換器
２２を省略してもよい。

【００２５】ＣＦＤ回路２４は、検出信号Ｓ_PDに含まれ
ている真の信号成分Ｓrの時間ジッタを抑制し、その信
号成分Ｓrに基づいて反射光Ｒνの正確な受光時点を表
す受光ストップ信号ＴＡＣ_SPを発生するために設けられ
ている。ＣＦＤ回路２４の構成を図７（ａ）に基づいて
説明すると、比較器１６のゲート信号ＣＦＤ_GATEに同期
してオン・オフ動作する高速スイッチング素子ＳＷと、
増幅器１４からの検出信号Ｓ_PDをこのスイッチング素子
ＳＷを介して入力する減衰回路２４ａ及び遅延回路２４
ｂと、減衰回路２４ａで減衰された減衰信号Ｓaと遅延
回路２４ｂで遅延された遅延信号Ｓbとの差分信号Ｓcを
出力する差動アンプ２４ｃと、所定の基準電圧を差分信
号Ｓcが交叉するゼロクロス時点ｔzを検出し、このゼロ
クロス時点ｔzに同期した受光ストップ信号ＴＡＣ_SPを
出力するゼロクロス検出回路２４ｄが備えられている。

【００２６】図７（ｂ）のタイミングチャートに示すよ
うに、ゲート信号ＣＦＤ_GATEが論理“Ｈ”となる期間τ
_GATE中にスイッチング素子ＳＷがオン（導通）となるこ
とにより、検出信号Ｓ_PDが減衰回路２４ａ及び遅延回路
２４ｂに入力する。前述した如く、期間τ_GATEは検出信
号Ｓ_PD中に真の信号成分Ｓrが生じる期間以上に設定さ
れているので、反射光Ｒνに相当する真の信号成分Ｓr
が各回路２４ａと２４ｂに同時入力することとなる。減
衰信号Ｓaはこの信号成分Ｓrの１／ηの振幅となり、遅
延信号Ｓbは減衰信号Ｓaよりも所定遅延時間τ_dだけ位
相の遅れた信号となる。差動アンプ２４ｃにおいて減衰
信号Ｓaから遅延信号Ｓbの差分が取られることにより、
交播波形の差分信号Ｓcが形成される。そして、ゼロク
ロス検出回路２４ｄにおいて、差分信号Ｓcの振幅が所
定の基準電圧を交叉するゼロクロス時点ｔzが検出さ
れ、検出時点ｔzを反射光Ｒνの受光時点とする受光ス
トップ信号ＴＡＣ_SPが出力される。

【００２７】このＣＦＤ回路２４によれば、検出信号Ｓ
_PD中の真の信号成分Ｓrの立上り時間（最大振幅の１０
％から９０％まで増加するのに要する時間）ｔrと遅延
時間τ_d及び減衰率１／ηの関係から、常に一定の遅延
時間τ_d＋ｔr／ηの後に立上る受光ストップ信号ＴＡＣ
_SPが形成されるので、信号成分Ｓrの時間ジッタが抑制
されて、真の反射光Ｒνの受光時点を検出することがで
きる。

【００２８】ＴＡＣ回路２６は所謂ランプ回路を備えて
おり、図８のタイミングチャートに示すように、投射ス
タート信号ＴＡＣ_STの発生時点（即ち、パルス光Ｐνの
投射時点）に同期して定電流源からの一定電流の充電を
開始し、ＣＦＤ回路２４の受光ストップ信号ＴＡＣ_SPの
発生時点で充電を停止することにより、これらの信号Ｔ
ＡＣ_STとＴＡＣ_SPの期間τ_MESに比例した充電電圧Ｖ_MES
を発生する。この結果、パルス光Ｐνが被測定物体ＯＢ
で反射して反射光Ｒνとなって戻ってくるまでの光の飛
翔時間τ_MESに比例した充電電圧Ｖ_MESが得られ、この充
電電圧Ｖ_MESはＡ／Ｄ変換器２８でデジタルデータＤ_MES
に変化されて演算制御回路２に転送される。

【００２９】更に、ＴＡＣ回路２６は、デジタルデータ
Ｄ_MESの演算制御回路２への転送後に充電電圧Ｖ_MESをリ
セットし、タイミング発生回路６から一定の時間間隔τ
_STD _.Sで順に供給されるスタート信号ＣＡＬ_STとストッ
プ信号ＣＡＬ_SPに同期して前記ランプ回路による充電処
理を行うことにより、期間τ_STD.Sに比例した充電電圧
Ｖ_STD.Sを発生し、この充電電圧Ｖ_STD.SをＡ／Ｄ変換器
２８でデジタルデータＤ_STD.Sに変換して演算制御回路
２へ転送させる。

【００３０】更に、デジタルデータＤ_STD.Sの演算制御
回路２への転送後に充電電圧Ｖ_STD.Sをリセットし、タ
イミング発生回路６から再び一定の時間間隔τ_STD.Lで
順に供給されるスタート信号ＣＡＬ_STとストップ信号Ｃ
ＡＬ_SPに同期して前記ランプ回路による充電処理を行う
ことにより、期間τ_STD.Lに比例した充電電圧Ｖ_STD.Lを
発生し、この充電電圧Ｖ_STD.LをＡ／Ｄ変換器２８でデ
ジタルデータＤ_STD.Lに変換して演算制御回路２へ転送
させる。ここで、前記時間間隔τ_STD.Sとτ_STD.Lは、τ
_STD.S＜τ_STD.Lの関係にあり、演算制御回路２に予め設
定された既知の期間である。

【００３１】そして、トリガ信号ＴＲＧの各発生周期
τ’の前側期間τで、反射光Ｒνの受光及びデジタルデ
ータＤ_MESの転送処理が行われ、その後にデジタルデー
タＤ_STD _.SとＤ_STD.Lのデータ転送処理が行われ、トリガ
信号ＴＲＧの発生周期τ’の整数倍に相当する適宜の測
定期間Ｔにわたってこれらの処理が繰り返されることに
より、距離測定が行われる。尚、図８中の期間τは、前
記第１，第２の実施の形態における計測周期τに相当
し、この期間τが測定可能な最長スパンに対応してい
る。

【００３２】演算制御回路２は、所定の統計処理アルゴ
リズムに基づいて作成されたプログラムを実行し、トリ
ガ信号ＴＲＧの各発生周期τ’毎に受信するデジタルデ
ータＤ_MES，Ｄ_STD.S，Ｄ_STD.Lを測定期間（制御信号Ｓ
ＴＲが論理“Ｈ”となっている期間）Ｔにわたって統計
処理することにより、被測定物体ＯＢまでの距離Ｌを求
める。

【００３３】図９はこの統計処理アルゴリズムを概念的
に示す原理説明図である。同図において、演算制御回路
２には、パルス光Ｐνの発生周期τ’毎に転送されてく
る複数個のデジタルデータＤ_MESについての頻度分布を
作成するための頻度作成領域Ａと、各デジタルデータＤ
_MESを格納するためのデータ記憶領域Ｂと、デジタルデ
ータＤ_STD.Sを格納するための第１の記憶領域Ｃと、デ
ジタルデータＤ_STD.Lを格納するための第２の記憶領域
Ｄが備えられている。

【００３４】頻度作成領域Ａは、デジタルデータＤ_MES
の値を表すための複数段階の級ｊが設定され、各級ｊに
付けられた級番号＃ｊに対応させてデジタルデータＤ
_MESの値の発生頻度ｆ_jを格納するようになっている。即
ち、各級ｊは、デジタルデータＤ_MESの最小値と最大値
の範囲を分解能ｗ毎に区切られた各レベル範囲を表して
おり、一般的に第ｊ番目の級ｊは、（ｊ−１）×ｗない
しｊ×ｗのレベル範囲を表す。

【００３５】また、デジタルデータＤ_MESの値はパルス
光Ｐνが反射光Ｒνとなって受光されるまでの光の飛翔
期間τ_MESに比例するので、分解能ｗは時間分解能に相
当している。

【００３６】図１０はこの原理に基づく統計処理過程を
示すフローチャートであり、同図に基づいて更に測定原
理を詳述する。距離測定の開始前に、操作者が分解能ｗ
と計測回数（パルス光Ｐνの投射回数）ｎと、有効な級
の幅ｍを演算制御回路２に対して指示すると（ステップ
Ｓ１００）、Ａ／Ｄ変換器２８の最大ビット数で表され
る最大値を分解能ｗ毎に区分けすることによって、級番
号＃ｊを付した複数段階の級ｊと頻度ｆ_jを作成するた
めの頻度作成領域を設定する（ステップＳ１１０）。そ
して、演算制御回路２から制御信号ＳＴＲが出力される
ことにより距離測定が開始されると、Ａ／Ｄ変換器２８
から出力されるデジタルデータＤ_MESを入力する（ステ
ップＳ１２０）。次に、デジタルデータＤ_MESの値を調
べて該当する級番号＃ｊを判定し（ステップＳ１３
０）、その級番号＃ｊに該当する頻度ｆ_jに１を加算す
ると共に（ステップＳ１４０）、デジタルデータＤ_MES
に級番号＃ｊを付してデータ記憶領域Ｂに格納する（Ｓ
１５０）。

【００３７】更に、次に転送されてくるデジタルデータ
Ｄ_STD.SとＤ_STD.Lを夫々第１，第２の記憶領域Ｃ，Ｄに
格納し（ステップＳ１６０）、指定されたｎ回の計測が
完了したか否かを判定して（ステップＳ１７０）、ｎ回
の計測が完了するまで前記ステップＳ１２０ないしＳ１
７０の処理を繰り返す。このように、ステップＳ１２０
ないしＳ１７０の処理を繰り返すと、頻度作成領域Ａに
は、図２（ｂ）に示した頻度分布と同様の頻度分布表が
作成される。

【００３８】ｎ回の測定が完了すると、頻度作成領域Ａ
中の最大頻度となる級番号Ｘpを判定し（ステップＳ１
８０）、その級番号Ｘpを中心として±ｍ個の級の範囲
（Ｘp-m〜Ｘp+m）内に該当するデジタルデータＤ_MESを
データ記憶領域Ｂから読み出して、それらの平均値Ｄ
_MESAVを求める（ステップＳ１９０）。更に、第１の記
憶領域Ｃに格納されているデジタルデータＤ_STD.Sの平
均値Ｄ_STD.SAVと第２の記憶領域Ｄに格納されているデ
ジタルデータＤ_STD.Lの平均値Ｄ_STD.LAVを求め（ステッ
プＳ２００）、次に、これらの平均値Ｄ_MESAVとＤ
_STD.SAV及びＤ_STD.LAVを下記数１に適用することによ
り、被測定物体ＯＢまでの距離Ｌを求めて処理を終了す
る。

【００３９】

【数１】

【００４０】かかる統計処理アルゴリスムによれば、パ
ルス光Ｐνが投射されて被測定物体ＯＢからの反射光Ｒ
νを受光する時点までの時間間隔がほぼ一定であり、雨
などに起因する散乱光や漏洩光などのノイズ光Ｎνの発
生頻度は時間的にランダムであることから、頻度作成領
域Ａには、被測定物体ＯＢまでの距離Ｌに相当する頻度
が大きく、ノイズ成分の頻度が小さくなる頻度分布が作
成される。したがって、最大頻度となる級Ｘpは被測定
物体ＯＢまでの距離Ｌを反映しており、高精度の距離測
定を可能にしている。更に、最大頻度となる級Ｘpを中
心にして±ｍ個の級の範囲内に該当するデジタルデータ
Ｄ_MESの平均値Ｄ_MESAVを前記数１に適用するので、更に
高精度の距離測定を可能にしている。また、予め決めら
れた期間τ_STD.Sとτ_STD.Lに対応して得られるデジタル
データＤ_STD.SとＤ_STD.Lの夫々の平均値Ｄ_STD.SAVとＤ
_STD.LAVを前記数１に適用するので、ＴＡＣ回路２６や
Ａ／Ｄ変換器２８の径年変化等に起因する測定誤差を効
果的に相殺することができ、更に高精度の距離測定を可
能にしている。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ルス光の投射時点と反射光の受光時点までの時間間隔に
ついての頻度分布を求めることにより、雨天などに生じ
る散乱光や漏洩光などに起因するノイズ成分と被測定物
体から反射されて来る真の反射光の信号成分とを効果的
に分離することのできる頻度分布が得られると共に、真
の反射光の信号成分の頻度が大きくなる。そして、最大
頻度に相当する時間間隔に基づいて被測定物体までの距
離を求めるので、距離測定の精度を向上させることがで
きる。

【００４２】また、受光手段の検出出力を、経時的に減
少する閾値に基づいて比較することにより、ノイズ成分
の除去された信号が得られ、更にこの信号に基づいて前
記頻度分布を求めてその最大頻度に相当する時間間隔に
基づいて被測定物体までの距離を求めるので、距離測定
精度を更に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における距離測定装置の構成
及び動作を説明するための説明図である。

【図２】第１の実施の形態における距離測定原理を説明
するための説明図である。

【図３】第２の実施の形態における距離測定装置の構成
を説明するための説明図である。

【図４】第２の実施の形態における距離測定装置の動作
を説明するための説明図である。

【図５】第２の実施の形態における距離測定装置のノイ
ズ成分除去原理を説明するための説明図である。

【図６】第３の実施の形態における距離測定装置の構成
を説明するための説明図である。

【図７】第３の実施の形態におけるＣＦＤ回路の構成及
び動作を説明するための説明図である。

【図８】第３の実施の形態における距離測定装置の動作
を説明するための説明図である。

【図９】第３の実施の形態における距離測定原理を説明
するための説明図である。

【図１０】図９に示す距離測定原理に基づく統計処理過
程を説明するための説明図である。

【符号の説明】

２…演算制御回路、６…タイミング発生回路、８…駆動
回路、１６…比較器、１８…閾値設定回路、２０…閾値
調整回路、２２…Ｄ／Ａ変換器、２４…ＣＦＤ回路、２
６…ＴＡＣ回路、２８…Ａ／Ｄ変換器、ＬＤ…発光素
子、ＰＤ…受光素子、Ａ…頻度作成領域、Ｂ…データ記
憶領域、ＯＢ…被測定物体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物体に所定の計測周期に同期して
パルス光を連続投射する投光手段と、前記パルス光に対応して前記被測定物体より反射して来
る反射光を受光する受光手段と、前記各計測周期毎に、前記パルス光の投射時点と前記受
光手段より出力される前記反射光に相当する検出信号の
発生時点との時間間隔を求めて、前記時間間隔に関する
前記検出信号の発生頻度を求める頻度作成手段と、前記頻度作成手段で得られる発生頻度の最大値に対応す
る時間間隔に基づいて前記被測定物体までの距離を求め
る演算手段と、を具備することを特徴とする距離測定装
置。
【請求項２】被測定物体に所定の計測周期に同期して
パルス光を連続投射する投光手段と、前記パルス光に対応して前記被測定物体より反射して来
る反射光を受光する受光手段と、前記各計測周期内において経時的に減少する閾値と前記
受光手段より出力される前記反射光に相当する検出信号
とを比較し、前記検出信号の前記閾値より大振幅の部分
に相当する信号を出力する比較手段と、前記比較手段より出力される信号に基づいて、前記パル
ス光の投射時点と前記受光手段より出力される前記反射
光に相当する検出信号の発生時点との時間間隔を求め
て、前記時間間隔に関する前記検出信号の発生頻度を求
める頻度作成手段と、前記頻度作成手段で得られる発生頻度の最大値に対応す
る時間間隔に基づいて前記被測定物体までの距離を求め
る演算手段と、を具備することを特徴とする距離測定装
置。