JP2000081314A - 光学式積雪深検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地表面の光反射率が雪に近い場合、雪の含水
率が高く積雪表面からの光反射がよくない場合、光雑音
などが大きい場合、電子回路などに経時変化・気象変化
がある場合、積雪面Ｌｓや地表面Ｅｓからの信号波の反
射が良くない場合などにおいても正確に積雪深を検知で
きる光学式積雪深検知装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 光量が一定周期で変化する変調光を積雪面に
集光させて照射する光照射手段と、所定の箇所に設置し
た２個以上のフォトセンサのうち、少なくとも１個は積
雪面上の照射光の像を輝点として映し、且つ、受光した
変調光を選択的に受信するようにした光電変換手段と、
前記輝点を映しているフォトセンサと映していないフォ
トセンサによる出力が比較器に入力され、その差分が所
定の数値を越えた場合に前記所定の積雪深を検知するよ
うにした出力手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三角測量を応用し
て所定の積雪深を測定する光学式積雪深検知装置および
測距計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、地面の積雪の有無を検知する場
合、地面の検知箇所に向けて照射した変調光の反射光を
フォトセンサで受け、その出力の大きさが予め設定した
基準値を越えたか否かで見ていた。これは、積雪表面の
光反射率が積雪が無い場合と比較して判別可能であるほ
ど高いという前提に立っている。また、所定の積雪深を
検知する場合は、実施例で説明するように、積雪深が前
記変調光の照射の高さになったところで積雪面などから
の反射光が明きらかに強くなるという前提に立って行っ
ている。さらに、変化する積雪深を連続して測定する場
合は、定点から積雪表面に向けて放射した超音波や光波
が積雪表面から反射して、定点近くに設置したセンサへ
到達する時間などから計測している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】白いコンクリ−ト表面
のように光反射率が雪に近い場合、雪の含水率が高く積
雪表面からの光反射がよくない場合、あるいは、光電変
換手段や出力手段の中の部品や電子回路などに経時変化
・気象変化がある場合などは、フォトセンサによる出力
値が予め設定した基準値を越えたか否かで積雪の有無を
検知することが難しい場合がある。

【０００４】また、所定の積雪深を検知する場合におい
て、実施例で説明するように光源やフォトセンサの高さ
合わせや着雪防止・融雪防止などが面倒であり、前記の
光反射率の問題や電子回路などの経時変化・気象変化の
問題も同様にある。

【０００５】さらに、変化する積雪深を連続して計測す
る場合は、超音波や光波の積雪表面までの伝搬時間、気
象条件などの正確な測定が必要になるが、部品や電子回
路などの経時変化・気象変化などを補償することが難し
いために測定精度および製造コスト高などの問題があ
る。

【０００６】本発明は、以上のような問題に対して、簡
単な回路構成で、厳しい気象条件下でも正確に、しか
も、安定して、あるいは、高速に積雪深を検知できる光
学式積雪深検知装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
三角測量を応用して所定の積雪深を測定する光学式積雪
深検知装置において、光量が一定周期で変化する変調光
を積雪面に集光させて照射する光照射手段と、所定の箇
所に設置した２個以上のフォトセンサのうち、少なくと
も１個は積雪面上の照射光の像を輝点として映し、且
つ、受光した変調光を選択的に受信するようにした光電
変換手段と、前記輝点を映しているフォトセンサと映し
ていないフォトセンサによる出力が比較器に入力され、
その差分が所定の数値を越えた場合に前記所定の積雪深
を検知するようにした出力手段とを備えていることを特
徴とする。

【０００８】この発明では、特定の周波数で変調されて
いる照射光を選択的に受信するので光雑音などに影響さ
れ難い。

【０００９】また、前記輝点を映しているフォトセンサ
と映していないフォトセンサによる出力の差分は、同等
の特性を有する光電変換手段を用いると経時変化・気象
変化の分を補正するなどの難しい問題が低減され、微妙
な前記差分の変化も感知できるようになる。従って、積
雪の有無や所定の積雪深は、所定の箇所に設置したフォ
トセンサの前記差分の大きさと位置とから検知すること
が可能になる。

【００１０】さらにまた、所定の積雪深を連続して計測
する場合も、測定する範囲にフォトセンサを複数個設置
すると、輝点を映しているフォトセンサが積雪深の変化
に応じて選択的に検知されるようになり、輝点を映して
いないフォトセンサによる出力との差分が所定の数値を
越えてくるので、光反射率の問題、電子回路などの経時
変化・気象変化の問題、製造コストの問題などが解決さ
れる。

【００１１】請求項２記載の発明は、前記輝点を映して
いないフォトセンサの代わりに、所定の出力を供給する
標準器を備えていることを特徴とする。

【００１２】この発明によると、フォトセンサが有する
経時変化や雑音特性の補正などができるようになるの
で、高精度の積雪深検知などができるようになる。

【００１３】請求項３記載の発明は、積雪深の増減に応
じて前記輝点が移動する方向に、前記光電変換手段を各
々備えた４個以上のフォトセンサを配置し、更に、該フ
ォトセンサによる出力をマトリックスに組み、前記輝点
を映しているフォトセンサの位置と出力値を出力する出
力手段を備えていることを特徴とする。

【００１４】この発明では、フォトセンサの回路を切り
換えないために、切り換え雑音が少なく、また、前記輝
点の位置を高速に検知ができるので、高感度・高速の積
雪深の検知が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の積雪深検知装置
の実施例の一形態で、所定の積雪深Ｌを検知する場合を
示すものである。（イ）図は、本発明の光学系の概略を
示す一例で、光照射手段の一部分であるＬＥＤなどの光
源１から波長が８７０μｍ、光量変調の周期が４μｓの
照射光２を照射すると、積雪ゼロである地表面の位置に
おける照射光の像３Ａは光電変換手段４の一部分である
フォトセンサ３ａに輝点として集光され、所定の積雪深
Ｌの積雪表面の位置における照射光の像３Ｂは同じくフ
ォトセンサ３ｂに輝点として集光されるようになってい
る。ここでは、積雪面上の照射光の像を輝点として映し
ているフォトセンサは３ｂで、輝点を映していないフォ
トセンサは３ａである。５はレンズ、６はガラスフィル
タ、７は変調光の波形を示している。

【００１６】（ロ）図は、本発明の電気系の概略を示す
一例で、積雪深がＬになると、出力手段の一部である電
子回路Ｅにおいて、変調周波数２５０ＫＨｚの信号を選
択的に通す高周波フィルタＨＦ、増幅器Ｍ１，平滑回路
Ｆｖを経たフォトセンサ３ａ，３ｂによる出力３ａＶ，
３ｂＶは、コンパレ−タＶｃで比較され、その差分が所
定の数値Ｖｓを越えると出力端子Ｔには、増幅器Ｍ２で
増幅された出力△Ｖｐが現れて積雪深Ｌが検知される。
積雪深がゼロのときは、３ａＶ＞３ｂＶの関係になるの
で出力端子に負電圧の出力−△Ｖｄが現れ、積雪を検知
しない。

【００１７】例えば、地面にうっすらと雪が積もって、
フォトセンサ３ａに積雪面上の光の像３Ａの輝点が映っ
た場合は、３ａＶ＞３ｂＶの関係であるが、出力端子に
は−△Ｖｄより大きいマイナスの出力−△Ｖｎが現れる
ので、△Ｖｎ−△Ｖｄが所定の出力△Ｖｅを越えたとき
地面上に積雪有りと検知することができる。

【００１８】また、フォトセンサを３ａを中心に、３ｂ
と逆方向の位置に１個追加して、輝点を映していないフ
ォトセンサとして用いてもよい。

【００１９】本実施例では、積雪深が増えるに従って輝
点が移動する方向に、フォトセンサを数個並べた場合を
説明したが、フォトセンサの寸法を小さくして１００個
など多数並べたり、光照射手段と光電変換手段との配置
角度あるいはこれらの手段の組合せを変えることによっ
て広範囲・高精度の積雪深測定が可能となる。

【００２０】また、１個の輝点が１個のフォトセンサに
映る場合を説明したが、当発明者が特願平１０−３０４
２９で表したように、積雪面上の光の像による前記輝点
が複数個のフォトセンサ上に映るようにして積雪深を計
測する場合にも本発明を適用することが可能である。

【００２１】図２は、従来の積雪深検知装置の実施例
で、（イ）図は、積雪深Ｌを支柱Ｐの高さ方向に並べた
窓Ｗを通した投光・受光による反射光量の大小によって
感知する一例であるが、吹雪などで支柱に雪が付着した
り支柱の周りが融雪して凹部ｇができると積雪面からの
光反射が少なくなるので、積雪面の位置を誤って検知し
てしまう場合がある。（ロ）図は、積雪面に向けて送受
信器Ｑから超音波や光波などを発信し、積雪面などから
反射してくる波の伝搬時間や反射強度を捕らえて、積雪
深Ｌや積雪の有無（微少積雪深ｌ）を測定する一例であ
るが、波が伝搬してくる空間Ｓや積雪面Ｌｓおよび地表
面Ｅｓの状態、雪質に大きく影響されて正確な測定が難
しい場合がある。

【００２２】図３は、本発明の請求項２に関し、図１
（ロ）のフォトセンサの部分が変わった一実施例を説明
するものである。ここで示す３ｚが、前記輝点を映して
いないフォトセンサの代わりになる標準器で、その出力
が内部の制御手段によって制御されている。スイッチｓ
は、積雪深が増えるに連れて移動する輝点を映すフォト
センサ３ａ、３ｂを切り換えるスイッチである。

【００２３】図４は、本発明の請求項３に関する一実施
例を説明するものである。（イ）は、積雪深を検知する
フォトダイオ−ドを等間隔に９００個縦列させて、９０
０個のフォトセンサ回路ＰｃがＸｍライン３０行（ｍは
１〜３０）、Ｙｎライン３０列（ｎは１〜３０）のマト
リックスに組まれたもので、例えば、順番に積雪深が１
ｃｍのときにフォトダイオ−ド１個目、１００ｃｍのと
きに１００個目、９００ｃｍのときに９００個目の場所
に各々前記輝点が映るように対応させた場合、９００ｃ
ｍの積雪深があると、Ｘライン３０行（Ｘ30）、Ｙライ
ン３０列（Ｙ30）に信号が出るようになる。従って、前
記前記輝点が映っているフォトセンサの位置を検知する
ためのスイッチ切り換えが不要であり、後記メモリ回路
Ｍｃなどへの配線本数も９００本から６０本と少なくな
るので、雑音特性や高速検知に有利となる。（ロ）は、
フオトセンサ回路Ｐｃおよび出力手段の一部を示す具体
例で、積雪があって前記輝点がフォトダイオ−ドＰｄに
映ると、Ｘｍ、Ｙｎからの出力信号はメモリ回路Ｍｃを
経てＣＰＵに読み込まれ、出力装置Ｏから前記輝点を映
しているフォトセンサの位置が高速に出力されるもので
ある。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、積雪面上の照射光の像
を輝点として映しているフォトセンサと映していないフ
ォトセンサによる出力が比較器に入力され、その差分が
所定の数値を越えた場合に所定の積雪深を検知するよう
にしたので、気象状態の変化などがあっても正確に積雪
深の検知が可能となる。以上の説明では、積雪深検知装
置について述べたが、測距計などへの適用も可能で、当
発明の応用範囲は広い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学式積雪深検知装置の実施例の一形
態を示す説明図である。

【図２】従来の積雪深検知装置の実施例の一形態を示す
説明図である。

【図３】本発明における標準器に関する実施例の一形態
を示す説明図である。

【図４】本発明におけるフオトセンサ回路の実施例の一
形態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 照射光 Ｌ 所定の積雪深 ３ａ，３ｂ フォトセンサ ３ｚ 標準器 ３Ａ，３Ｂ 光の像 ３ａＶ，３ｂＶ 出力 ４ 光電変換手段の一部分 ５ レンズ ６ ガラスフィルタ ７ 変調光の波形 Ｅ 電子回路 ＨＦ 高周波フィルタ Ｍ１，Ｍ２ 増幅器 Ｆｖ 平滑回路 Ｖｃ コンパレ−タ Ｖｓ 所定の数値 Ｔ 出力端子 Ｐ 支柱 Ｗ 窓 ｇ 凹部 Ｑ 送受信器 ｌ 微少積雪深ｌ Ｓ 空間 Ｌｓ 積雪面 Ｅｓ 地表面 ｓ スイッチ Ｐｃ フォトセンサ回路 Ｘｍ マトリックスのｍ行 Ｙｎ マトリックスのｎ列 Ｐｄ フォトダイオ−ド Ｍｃ メモリ回路 Ｏ 出力装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三角測量を応用して所定の積雪深を測定
   する光学式積雪深検知装置において、光量が一定周期で
   変化する変調光を積雪面に集光させて照射する光照射手
   段と、所定の箇所に設置した２個以上のフォトセンサの
   うち、少なくとも１個は積雪面上の照射光の像を輝点と
   して映し、且つ、受光した変調光を選択的に受信するよ
   うにした光電変換手段と、前記輝点を映しているフォト
   センサと映していないフォトセンサによる出力が比較器
   に入力され、その差分が所定の数値を越えた場合に前記
   所定の積雪深を検知するようにした出力手段とを備えて
   いることを特徴とする光学式積雪深検知装置。
2. 【請求項２】 前記輝点を映していないフォトセンサの
   代わりに、所定の出力を供給する標準器を備えているこ
   とを特徴とする請求項１記載の光学式積雪深検知装置。
3. 【請求項３】 積雪深の増減に応じて前記輝点が移動す
   る方向に、前記光電変換手段を各々備えた４個以上のフ
   ォトセンサを配置し、更に、該フォトセンサによる出力
   をマトリックスに組み、前記輝点を映しているフォトセ
   ンサの位置と出力値を出力する出力手段を備えているこ
   とを特徴とする請求項１、２記載の光学式積雪深検知装
   置。