JP2006105605A

JP2006105605A - 距離センサ

Info

Publication number: JP2006105605A
Application number: JP2004288484A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Noda; 直昭野田
Original assignee: Sunx Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】検出対象物７が未知であることに制約されることなく検出対象物７までの距離を正確に計測すること。
【解決手段】診断素子３から受光素子５に診断光を異なる光量で投射し、受光素子５から出力される受光信号のピークレベルＰｘ毎の補正時間Ｔｘを事前にサンプリングする。補正時間Ｔｘとは診断光を投光してから受光信号が基準信号に到達するまでの所要時間を称し、ピークレベルＰｘとは受光信号のピーク値を称するものであり、検出対象物７までの距離を測定するときには投光素子２が投光開始してから受光信号が基準信号に到達するまでの受光時間および受光信号のピーク値を測定する。そして、サンプリングデータからピーク値の測定結果に応じたピークレベルＰｘを取得し、ピークレベルＰｘの取得結果に応じた補正時間Ｔｘを取得し、受光時間Ｔの測定結果を補正時間Ｔｘの取得結果に基いて補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投光素子が投光開始してから受光素子が検出対象物からの反射光を受光するまでの所要時間に基いて検出対象物までの距離を測定する距離センサに関する。

上記距離センサには、受光素子の受光波形を数式化し、数式に実測データを投入することに基いて検出対象物までの距離を補正する構成のものがある。
特開平４−３３９２８９号公報

上記従来構成の場合、検出対象物の反射率に応じた数式を選択的に使用することで検出対象物の反射率の相違が排除された測定結果を得ることができる。しかしながら、未知の検出対象物には適切な数式が存在しないので、距離の補正処理を正確に行うことができない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出対象物が未知であることに制約されることなく検出対象物までの距離を正確に計測することができる距離センサを提供することにある。

請求項１記載の距離センサは、１）投光素子と２）受光素子と３）診断素子と４）ピーク検出手段と５）計時手段と６）駆動手段と７）補正データ設定手段と８）センシング手段とを備えたものであり、１）投光素子〜８）センシング手段の詳細は次の通りである。
１）投光素子：検出対象物に距離測定用の測距光を投射するものである。
２）受光素子：検出対象物から反射される測距光を受光するものである。
３）診断素子：受光素子に自己診断用の診断光を投射するものである。
４）ピーク検出手段：受光素子の検出結果のピークレベルを投光素子の単独発光時および診断素子の単独発光時の双方で検出するものである。
５）計時手段：投光素子が投光開始してから受光素子が受光するまでの所要時間および診断素子が投光開始してから受光素子が受光するまでの所要時間を測定するものであり、受光素子が受光したことは受光素子の受光レベルが基準レベルに到達することに基いて判断することが好ましい。
６）駆動手段：診断素子および投光素子を択一的に駆動するものであり、診断素子の単独駆動時を設定時と称し、投光素子の単独駆動時を測定時と称する。
７）補正データ設定手段：投光素子の発光停止状態で診断素子から受光素子に診断光を異なる光量で投射し、所要時間およびピークレベルを診断光の光量毎に取得するものである。この補正データ設定手段は診断光の光量毎の所要時間の取得結果に基いてピークレベル毎の補正データを設定するものであり、補正データとは所要時間の取得結果そのものであっても良く、所要時間の取得結果を加工することに基いて得られる加工データであっても良い。即ち、補正データ設定手段は検出対象物の種類をピークレベルとして仮想的に規定し、補正データを仮想的な検出対象物毎の時間データとして保有するものであり、診断素子から受光素子に診断光を異なる光量で実際に投射することに基いて仮想的な検出対象物毎の時間データを作成するところに特徴を有している。
８）センシング手段：投光素子を診断素子の発光停止状態で駆動することに基いて投光素子から検出対象物に測距光を投射し、所要時間の測定結果およびピークレベルの検出結果を取得するものである。このセンシング手段はピークレベルの検出結果に応じた補正データの事前設定結果に基いて所要時間の検出結果を補正した結果から検出対象物までの距離を測定する。

請求項２記載の距離センサは、診断素子が単独発光するときの所要時間の取得結果を補正データ設定手段が加工することに基いて補正データを設定するものである。具体的には基準時間と所要時間との差を補正データとして設定するものであり、基準時間とは検出対象物が基準距離に存在することを想定して予め設定されたものである。
請求項３記載の距離センサは、補正データが存在しない中間データの処理内容を言及したものであり、ピークレベルの実測結果に合致する補正データが存在しないときにはピークレベルの実測結果の近傍の補正データを演算処理することに基いて補正データを生成するものである。この場合、センシング手段がピークレベルの取得結果を演算式に投入することに基いてピークレベルの取得結果に応じた補正データを得ることが好ましい。この演算式は補正データ設定手段がピークレベルの取得結果毎に設定した補正データに基いて設定するものであり、ピークレベルおよび補正データを変数としている。

請求項４記載の距離センサは、複数の受光素子毎に補正データの設定処理および検出対象物までの測距処理を行うものであり、複数の受光素子とは一次元または二次元の受光領域を有するものである。
請求項５記載の距離センサは、設定時および測定時に状態を切換える切換え手段を設けたものである。これら設定時および測定時とは診断素子のみを駆動するモードおよび投光素子のみを駆動するモードを称するものであり、補正データの設定は設定モードで行われ、検出対象物までの距離測定は測定モードで行われる。この切換え手段は使用者が手動操作することに基いて設定時および測定時を切換える操作手段・使用者が操作することなく設定時および測定時を自動的に切換える手段の双方を含む。

請求項１に係る発明によれば、診断素子から受光素子に診断光を異なる光量で実際に投射し、補正データとしてピークレベル毎の時間データを設定しているので、検出対象物が未知であることに制約されることなく検出対象物までの距離を正確に計測することができる。しかも、補正データとして受光素子の応答速度および応答感度等の個体差を含んだものが設定される。このため、所要時間の実測結果を補正データに基いて補正し、所要時間の補正結果に基いて検出対象物までの距離を測定することで受光素子の個体差を排除できるので、検出対象物までの距離を受光素子の個体差に拘らず正確に測定できる。

請求項２に係る発明によれば、基準時間の設定結果と所要時間の測定結果との差をピークレベル毎の補正データとして設定している。このため、投光素子から検出対象物に測距光を投射して距離を実測するときに所要時間の測定結果に補正データを加算または減算する程度で所要時間の測定結果を補正することができるので、検出対象物までの距離を実測するときの処理内容が簡単になる。

請求項３に係る発明によれば、ピークレベルの実測結果に合致する補正データが存在しないときにはピークレベルの実測結果の近傍の補正データを演算処理することに基いて補正データを生成しているので、ピークレベルの実測結果に高精度で整合する補正データを生成することができる。

センサケース１内には、図１に示すように、投光素子２および診断素子３が収納されている。これら投光素子２および診断素子３はビーム状の赤外線を投射する同一の赤外線ＬＥＤから構成されたものであり、投光レンズ４は投光素子２から投射された赤外線をセンサケース１の前方に距離測定用の測距光として発散する。この投光レンズ４はセンサケース１に固定されたものであり、センサケース１の前方に３次元の投光領域を生成する。

センサケース１内には受光素子５が収納されており、診断素子３から投射された赤外線は受光素子５に診断光として直接的に照射される。この受光素子５はフォトダイオードからなるものでありり、受光光量に応じた電流レベルの検出信号を出力する。この受光素子５の前方には受光レンズ６が配置されている。この受光レンズ６はセンサケース１に固定されたものであり、投光領域内の検出対象物７から反射された赤外線を集光して受光素子５に照射する。

センサケース１内には距離計測回路１０が収納されている。この距離計測回路１０は検出物体７に至る距離を計測するものであり、図２に示すように、投光回路１１と投光回路１２と受光回路１３とピークホールド回路１４と比較回路１５と制御回路１６と出力回路１７を有している。投光回路１１は投光素子２に投光信号を出力するものであり、投光素子２は投光回路１１から投光信号が与えられることに基いて投光領域内に固定的な一定光量の測距光を投射する。

投光回路１２は診断素子３に投光信号を出力するものであり、診断素子３は投光回路１２から投光信号が与えられることに基いて受光素子５に診断光を投射する。この投光回路１２はセレクターを有している。このセレクターは複数の抵抗を診断素子３に選択的に接続するものであり、複数の抵抗を診断素子３に選択的に接続することに基いて投光信号の電流値を変化させ、診断光の光量を段階的に調整する。

受光回路１３は受光素子５から出力される検出信号を電圧レベルの受光信号に変換するものである。この受光回路１３は受光信号の変換結果をピークホールド回路１４に出力するものであり、ピークホールド回路１４は受光回路１３から出力される受光信号のピーク値に応じた電圧レベルのピーク信号を出力する。比較回路１５は受光回路１３から出力される受光信号を基準信号と比較するものであり、受光信号が基準信号に到達した場合に計時停止信号を出力する。

制御回路１６はマイクロコンピュータを主体に構成されたものであり、ＣＰＵ１８とＲＯＭ１９とＲＡＭ２０を有している。この制御回路１６は投光回路１１および投光回路１２の双方に投光開始信号および投光停止信号を個別に出力するものであり、投光回路１１および投光回路１２は投光開始信号の入力に同期して投光信号を出力開始し、投光停止信号の入力に同期して投光信号を出力停止する。この制御回路１６は投光回路１２にセレクト信号を出力するものであり、投光回路１２はセレクト信号に応じた抵抗を選択的に有効化することに基いて投光信号の電流レベルを調整する。

制御回路１６はピーク検出手段と計時手段と駆動手段と補正データ設定手段とセンシング手段と切換え手段に相当するものであり、ピークホールド回路１４からのピーク信号および比較回路１５からの計時停止信号に基いて検出対象物７までの距離Ｌを測定し、距離Ｌの測定結果を出力回路１７を通してディスプレイ等の外部機器２１に出力する。この制御回路１６は自己診断手段に相当するものであり、受光素子５の異常を検出したときには出力回路１７を通して外部機器２１に故障信号を出力し、距離Ｌの測定処理が正常に行われていないことを検出したときには出力回路１７を通して外部機器２１に測定異常信号を出力する。この一連の処理はＣＰＵ１８がＲＯＭ１９に予め記録された制御プログラムに基いて実行するものであり、制御プログラムの詳細は次の通りである。

制御回路１６のＣＰＵ１８は図３のステップＳ１へ移行すると、サンプリングフラグの設定状態を判断する。ここでサンプリングフラグがオフされていることを検出したときにはステップＳ２でサンプリング処理を実行し、ステップＳ３でサンプリングフラグをオンする。そして、ステップＳ１でサンプリングフラグのオンを検出し、ステップＳ４でチェック処理を実行した後にステップＳ５で測距処理を実行する。

サンプリング処理は診断素子３の投光量を段階的に変化させながら補正時間ＴｘおよびピークレベルＰｘをサンプリングするものであり、投光素子２の投光停止状態で行われる。補正時間Ｔｘは、図４に示すように、診断素子３が発光してから受光信号が基準信号に到達するまでの所要時間を称し、ピークレベルＰｘは受光信号のピーク値を称するものであり、いずれも診断素子３の投光量に応じて変化する。これら補正時間ＴｘおよびピークレベルＰｘは検出対象物７の反射率・受光素子５の応答速度・受光素子５の応答感度等に応じてばらつくものであり、チェック処理および測距処理ではサンプリングデータに基いて測定データが補正されることに基いてばらつきが是正される。以下、サンプリング処理〜測距処理について説明する。
１．サンプリング処理
制御回路１６のＣＰＵ１８は図５のステップＳ１１へ移行すると、カウンタＮを「０」にリセットする。このカウンタＮは診断素子３の投光量を段階的に変化させるパラメータとして機能するものであり、ＣＰＵ１８はステップＳ１１でカウンタＮをリセットしたときにはステップＳ１２でタイマＴを「０」にリセットする。このタイマＴは補正時間Ｔｘを計測するものであり、ＣＰＵ１８ステップＳ１２でタイマＴをリセットしたときにはステップＳ１３でカウンタＮに「１」を加算し、ステップＳ１４へ移行する。

ＣＰＵ１８はステップＳ１４へ移行すると、カウンタＮの加算結果に基いてセレクト信号を設定する。そして、ステップＳ１５で投光回路１２にセレクト信号の設定結果を出力し、ステップＳ１６で投光回路１２に投光開始信号を出力することに基いて診断素子３から受光素子５にカウンタＮの加算結果に応じた光量の診断光を照射する。
ＣＰＵ１８はステップＳ１６で診断素子３を発光させると、ステップＳ１７でタイマＴをスタートさせ、ステップＳ１８で計時停止信号の有無を判断する。この計時停止信号は比較回路１５が「受光信号≧基準信号」を検出することに基いて出力するものであり、ＣＰＵ１８はステップＳ１８で計時停止信号を検出したときにはステップＳ１９でタイマＴを停止させ、ステップＳ２０でタイマＴの計測結果を補正時間Ｔｘにセットする。この補正時間Ｔｘは基準距離「０」で存在する検出対象物７を想定したものであり、検出対象物７が基準距離「０」で存在するときには受光信号が基準信号に到達するまでに要する時間が投光量の大小に拘らず理論的に「０」になる。即ち、補正時間Ｔｘは診断素子３と受光素子５との距離を「０」としたものであり、理論的な所要時間「０」を基準時間としたときの実測時間Ｔと基準時間との差に相当する。

ＣＰＵ１８はステップＳ２０で補正時間Ｔｘをセットすると、ステップＳ２１でピークホールド回路１４からのピーク信号を検出し、ステップＳ２２で今回のピーク信号を前回のピーク信号と比較する。ここで「前回のピーク信号＝今回のピーク信号」を検出したときにはステップＳ２３へ移行し、投光回路１２に投光停止信号を出力することに基いて診断素子３を発光停止させる。そして、ステップＳ２４で今回のピーク信号をピークレベルＰｘにセットし、ステップＳ２５で補正時間Ｔｘの設定結果およびピークレベルＰｘの設定結果をＲＡＭ２０に対応付けて格納することに基いてサンプリングデータを得る。

ＣＰＵ１８はステップＳ２５でサンプリングデータをＲＡＭ２０に格納すると、ステップＳ２６でカウンタＮの加算結果をＲＯＭ１９に予め記録された最大値Ｎｍａｘと比較する。ここで「Ｎ＜Ｎｍａｘ」を検出したときにはステップＳ１２に復帰し、ステップＳ１２〜Ｓ２６を繰返す。即ち、サンプリング処理では診断素子３の投光量が段階的に変化し、図６に示すように、投光量に応じた補正時間ＴｘおよびピークレベルＰｘが段階的にサンプリングされる。
２．チェック処理
制御回路１６のＣＰＵ１８は図７のステップＳ３１へ移行すると、タイマＴを「０」にリセットする。そして、ステップＳ３２へ移行し、カウンタＮにチェック値をセットする。このチェック値とは制御回路１６のＲＯＭ１９に予め記録された固定値を称するものであり、ＣＰＵ１８はステップＳ３２でカウンタＮにチェック値をセットしたときにはステップＳ３３でカウンタＮの設定結果に基いてセレクト信号を設定し、ステップＳ３４へ移行する。

ＣＰＵ１８はステップＳ３４へ移行すると、投光回路１２にセレクト信号の設定結果を出力することに基いて診断素子３の投光量をチェック値に設定する。そして、ステップＳ３５でタイマＴをスタートさせ、ステップＳ３６でタイマＴの計測結果をＲＯＭ１９に予め記録された遅延時間Ｔｄと比較する。ここでタイマＴの計測結果が遅延時間Ｔｄに到達したことを検出したときにはステップＳ３７へ移行し、投光回路１２に投光開始信号を出力することに基いて診断素子３から受光素子５にチェック光量の診断光を直接的に照射する。

即ち、診断素子３はタイマＴの計測開始から遅延時間Ｔｄだけ遅れて発光するものであり、受光素子５にはタイマＴの計測開始から遅延時間Ｔｄだけ遅れて診断光が照射される。この遅延時間Ｔｄは投光素子２から投射された測距光が検出対象物７によって反射されることに基いて受光素子５に入射される時間を想定したものであり、検出対象物７が仮想距離Ｌｏで存在している状態を擬似的に生成するものである。

ＣＰＵ１８はステップＳ３７で診断素子３を発光させると、ステップＳ３８で計時停止信号の有無を判断する。ここで計時停止信号がないことを検出したときにはステップＳ３９へ移行し、タイマＴの計測値を上限値Ｔｍａｘと比較する。この上限値Ｔｍａｘは制御回路１６のＲＯＭ１９に予め記録された固定値を称するものであり、ＣＰＵ１８はステップＳ３９で「Ｔ≧Ｔｍａｘ」を検出したときにはステップＳ４０へ移行する。

ＣＰＵ１８はステップＳ４０へ移行すると、投光回路１２に投光停止信号を出力することに基いて診断素子３を発光停止させる。そして、ステップＳ４１でタイマＴを停止させ、ステップＳ４２で出力回路１７に故障信号を出力して処理を終える。即ち、受光素子５が断線および導通不良等の故障状態にあるときには上限時間Ｔｍａｘが経過しても受光信号が基準信号に到達せず、出力回路１７を通して外部機器２１に故障信号が与えられることに基いて受光素子５の故障が報知される。

ＣＰＵ１８はステップＳ３８で計時停止信号を検出すると、ステップＳ４３でタイマＴを停止させる。そして、ステップＳ４４およびステップＳ４５を繰返すことに基いて今回のピーク信号と前回のピーク信号とを比較し、ステップＳ４５で「前回のピーク信号＝今回のピーク信号」を検出したときにはステップＳ４６へ移行する。
ＣＰＵ１８はステップＳ４６へ移行すると、投光回路１２に投光停止信号を出力することに基いて診断素子３を発光停止させる。そして、ステップＳ４７でサンプリングデータの格納結果から今回のピーク信号に最も近いピークレベルＰｘを検出した後にピークレベルＰｘの検出結果に応じた補正時間Ｔｘを検出し、ステップＳ４８でタイマＴの計測結果から補正時間Ｔｘの検出結果を減算する。このタイマＴの計測結果は受光素子５が診断光を受光したことが確定するまでに要する受光時間に相当するものであり、ＣＰＵ１８は受光時間Ｔの実測値から補正時間Ｔｘのサンプリング結果を減算することに基いて受光時間Ｔを補正し、ステップＳ４９で受光時間Ｔの補正結果に基いて擬似的な距離Ｌを演算する。

ＣＰＵ１８はステップＳ４９で擬似的な距離Ｌを演算すると、ステップＳ５０で擬似的な距離Ｌの演算結果をＲＯＭ１９に予め記録された下限許容値「Ｌｏ−ΔＬｏ」および上限許容値「Ｌｏ＋ΔＬｏ」と比較する。ここで「Ｌｏ−ΔＬｏ≦Ｌ≦Ｌｏ＋ΔＬｏ」を検出したときには距離Ｌの測定処理が正常に行われていると判断し、チェック処理を終える。また、ステップＳ５０で「Ｌｏ−ΔＬｏ＞Ｌ」および「Ｌ＞Ｌｏ＋ΔＬｏ」のいずれか一方を検出したときには距離Ｌの測定処理が正常に行われていないと判断する。そして、ステップＳ５１で出力回路１７を通して外部機器２１に測定異常信号を出力し、距離Ｌの測定動作が正常に行われていないことを報知する。即ち、チェック処理とはハードウェア的な異常の有無およびソフトウェア的な異常の有無を測距処理に先立って事前確認するものである。
３．測距処理
制御回路１６のＣＰＵ１８は図８のステップＳ６１へ移行すると、タイマＴを「０」にリセットする。そして、ステップＳ６２へ移行し、投光回路１１に投光開始信号を出力することに基いて投光素子２から投光領域内に測距光を投射する。次に、ステップＳ６３でタイマＴをスタートさせ、ステップＳ６４で計時停止信号の有無を判断する。

ＣＰＵ１８はステップＳ６４で計時停止信号がないことを検出すると、ステップＳ６５でタイマＴの計測値を上限値Ｔｍａｘと比較する。ここで「Ｔ≧Ｔｍａｘ」を検出したときには投光素子２の投光領域内に検出対象物７が存在しないと判断し、ステップＳ６６で投光回路１１に投光停止信号を出力することに基いて投光素子２を発光停止させる。そして、ステップＳ６７でタイマＴを停止させ、ステップＳ６１に復帰する。

ＣＰＵ１８はステップＳ６４で計時停止信号を検出すると、ステップＳ６８でタイマＴを停止させる。そして、ステップＳ６９およびステップＳ７０を繰返すことに基いて今回のピーク信号と前回のピーク信号とを比較し、ステップＳ７０で「前回のピーク信号＝今回のピーク信号」を検出したときにはステップＳ７１へ移行する。
ＣＰＵ１８はステップＳ７１へ移行すると、投光素子２を発光停止させる。そして、ステップＳ７２でサンプリングデータの格納結果から今回のピーク信号に最も近いピークレベルＰｘを検出した後にピークレベルＰｘの検出結果に応じた補正時間Ｔｘを検出し、ステップＳ７３でタイマＴの計測結果から補正時間Ｔｘの検出結果を減算する。このタイマＴの計測結果は受光素子５が測距光を受光したことが確定するまでに要する受光時間に相当するものであり、ＣＰＵ１８は受光時間Ｔの実測値から補正時間Ｔｘのサンプリング結果を減算することに基いて受光時間Ｔを補正する。次にステップＳ７４で受光時間Ｔの補正結果に基いて距離Ｌを演算し、ステップＳ７５で距離Ｌの演算結果を出力回路１７を通して外部機器２１に出力し、ステップＳ６１に復帰する。

上記実施例１によれば、診断素子３から受光素子５に診断光を異なる光量で実際に投射し、補正データとしてピークレベルＰｘ毎の補正時間Ｔｘを設定したので、検出対象物７が未知であることに制約されることなく検出対象物７までの距離Ｌを正確に計測することができる。しかも、補正データとして受光素子５の応答速度および応答感度等の個体差を含んだものを設定した。このため、受光時間Ｔの実測結果を補正時間Ｔｘに基いて補正し、受光時間Ｔの補正結果に基いて検出対象物７までの距離Ｌを演算することで受光素子５の個体差を排除できるので、検出対象物７までの距離Ｌを受光素子５の個体差に拘らず正確に測定できる。

サンプリング処理でタイマＴの測定結果と基準時間の設定結果「０」との差をピークレベルＰｘ毎の補正データＴｘとして設定した。このため、チェック処理および測距処理で距離Ｌを実測するときに受光時間Ｔの測定結果から補正データＴｘを減算することに基いて受光時間Ｔの測定結果を補正することができるので、制御回路１６の処理内容が簡単になる。

制御回路１６がサンプリング処理および測距処理を自動的に切換える構成とした。このため、使用者がサンプリング処理および測距処理を手動操作で切換える必要がなくなるので、利便性が向上する。

制御回路１６のＣＰＵ１８は図９のステップＳ２６で「Ｎ＝Ｎｍａｘ」を検出すると、ステップＳ２７で演算式を設定してＲＡＭ２０に格納する。下記（１）式はＣＰＵ１８がステップＳ２７で設定する演算式を示すものである。この演算式はピークレベルＰｘおよび補正時間Ｔｘを変数とし、ＫおよびＣを定数とするものであり、図１０に示すように、Ｐｘ−Ｔｘ座標上で隣接するサンプリングデータ相互間で設定される。即ち、ＣＰＵ１８は図９のステップＳ２７で「Ｎｍａｘ」個のサンプリングデータに対して「Ｎｍａｘ−１」個の演算式を設定する。

Ｔｘ＝Ｋ＊Ｐｘ＋Ｃ・・・・・・・（１）
ＣＰＵ１８は図７のステップＳ４７および図８のステップＳ７２へ移行すると、今回のピーク信号に応じた演算式を選択する。この今回のピーク信号に応じた演算式とは今回のピーク信号を含む範囲内で設定された演算式を称するものであり、例えば今回のピーク信号が「Ｐａ」であるときには、図１０に示すように、サンプリングデータＮ１およびサンプリングデータＮ２に基いて設定された演算式が選択される。

ＣＰＵ１８は図７のステップＳ４７および図８のステップＳ７２で演算式を選択すると、演算式の選択結果に今回のピーク信号を投入することに基いて補正時間Ｔｘを算出する。そして、図７のステップＳ４８および図８のステップＳ７３で受光時間Ｔの測定結果から補正時間Ｔｘの算出結果を減算することに基いて受光時間Ｔを補正し、受光時間Ｔの補正結果に基いて距離Ｌを演算する。

上記実施例２によれば、ピークレベルＰｘおよび補正時間Ｔｘを変数とする演算式を設定し、投光素子２の単独発光時のピーク信号を演算式に投入することに基いてピーク信号に応じた補正時間Ｔｘを算出した。即ち、ピーク信号に合致する補正時間Ｔｘが存在しないときにはピーク信号の前後の補正時間Ｔｘを演算処理することに基いて補正時間Ｔｘを生成したので、ピーク信号に完全一致するピークレベルＰｘが存在しないときでもピーク信号に高精度で整合する補正時間Ｔｘを設定することができる。

制御回路１６のＲＯＭ１９には基準時間テーブルが記録されている。この基準時間テーブルは診断素子３から投射される診断光の光量Ｎと基準時間Ｔｏとの関係を示すものであり、基準時間Ｔｏとは基準距離Ｌｏで離間する検出対象物７を仮想したときに受光信号が基準信号に到達するまでの所要時間を称する。下記（２）式は基準時間Ｔｏの演算式を示すものであり、基準時間テーブルの記録データＴｏは下記（２）を用いて予め算出されたものである。

Ｌｏ＝Ｔｏ＊Ｃ１（Ｃ１は定数）・・・・・・・・・・・（２）
ＣＰＵ１８は図１１のステップＳ１９でタイマＴを停止させると、ステップＳ２８で基準時間テーブルからカウンタＮの設定結果に応じた基準時間Ｔｏを取得し、基準時間Ｔｏの取得結果からタイマＴの測定結果を減算する。そして、ステップＳ２０へ移行し、補正時間ＴｘにステップＳ２８の減算結果「Ｔｏ−Ｔ」をセットする。即ち、ＣＰＵ１８はステップＳ２５でピークレベルＰｘ毎の差分データＴｘ（Ｔｏ−Ｔ）をＲＡＭ２０にサンプリングデータとして格納する。

ＣＰＵ１８は図７のステップＳ４７および図８のステップＳ７２へ移行すると、ＲＡＭ２０のサンプリングデータから今回のピーク信号に最も近いピークレベルＰｘを検出し、ピークレベルＰｘの検出結果に応じた差分データＴｘを検出する。そして、図７のステップＳ４８および図８のステップＳ７３で受光時間Ｔの測定結果に差分データＴｘを加算することに基いて受光時間Ｔの測定結果を補正し、図７のステップＳ４９および図８のステップＳ７４で受光時間Ｔの補正結果に基いて距離Ｌを演算する。

上記実施例３においては、制御回路１６がピーク信号の検出結果に最も近いピークレベルＰｘを検出し、ピークレベルＰｘの検出結果に応じた差分データＴｘを検出する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば実施例２のように、ピークレベルＰｘおよび補正時間Ｔｘを変数とする演算式を設定し、ピーク信号の検出結果を演算式に投入することに基いて補正時間Ｔｘを算出する構成としても良い。

センサケース１内には、図１２に示すように、受光素子アレイ３０が収納されている。この受光素子アレイ３０は複数の受光素子５を上下方向に一列に配置したものであり、検出対象物７から反射される測距光および診断素子３から投射される診断光は複数の全ての受光素子５によって受光される。これら複数の受光素子５には受光回路１３とピークホールド回路１４と比較回路１５が個別に接続されており、制御回路１６は図５のサンプリング処理を複数の受光素子５毎に行うことに基いて図６のサンプリングデータを複数の受光素子５毎に設定する。そして、図７のチェック処理を複数の受光素子５毎に実行し、断線等の故障の有無および測定異常の有無を複数の受光素子５毎にチェックする。次に、図８の測距処理を複数の受光素子５毎に実行し、複数の受光素子５毎に受光時間Ｔをサンプリングデータの設定結果に基いて補正することで距離Ｌを演算し、複数の受光素子５毎の距離Ｌの演算結果を出力回路１７を通して外部機器２１に出力する。

上記実施例４においては、複数の受光素子５が一列に配列された一次元の受光素子アレイ３０を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば複数列に配列された二次元の受光素子アレイを用いても良い。
上記実施例１〜実施例４においては、サンプリング処理で診断素子３から投射される診断光の光量を段階的に変化させたが、これに限定されるものではなく、例えば連続的に変化させても良い。

上記実施例１〜実施例４においては、受光回路１３から出力される受光信号をピークホールドするピークホールド回路１４を設け、制御回路１６がピークホールド回路１４から出力されるピーク信号に基いてピークレベルＰｘを検出する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば制御回路１６が受光信号のピーク値をソフトフェア的に検出する構成としても良い。

上記実施例１〜実施例４においては、受光回路１３から出力される受光信号を基準信号と比較する比較回路１５を設けたが、これに限定されるものではなく、例えば制御回路１６がソフトフェア的に受光信号と基準信号とを比較する構成としても良い。
上記実施例１〜実施例４においては、制御回路１６のＣＰＵ１８が受光時間Ｔの補正結果に基いて検出対象物７までの距離Ｌを演算する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば制御回路１６のＲＯＭ１９に受光時間Ｔと距離Ｌとの関係を予め記録しておき、制御回路１６のＣＰＵ１８が受光時間Ｔの補正結果に応じた距離Ｌを記録データから表引きする構成としても良い。

上記実施例１〜実施例４においては、制御回路１６がサンプリングフラグがオフされた使用初期にサンプリング処理を１回だけ行う構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば設定時間が経過する毎にサンプリング処理を自動的に行い、サンプリングデータを更新する構成としても良い。
上記実施例１〜実施例４においては、制御回路１６がサンプリング処理および測距処理を自動的に切換える構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば操作スイッチの操作内容に応じて切換える構成としても良い。この操作スイッチは使用者が手動操作するものであり、センサケース１に装着することが好ましい。

本発明の実施例１を示す図（センサケースの内部構成を示す図）電気的構成を示すブロック図制御回路の制御内容を示すフローチャート（ａ）は受光信号を示す図、（ｂ）は投光信号を示す図制御回路のサンプリング処理を示すフローチャートサンプリングデータの格納結果を示す図制御回路のチェック処理を示すフローチャート制御回路の測距処理を示すフローチャート本発明の実施例２を示す図５相当図演算式の設定原理を説明するための図本発明の実施例３を示す図５相当図本発明の実施例４を示す図２相当図

符号の説明

２は投光素子、３は診断素子、５は受光素子、７は検出対象物、１６は制御回路（ピーク検出手段，計時手段，駆動手段，補正データ設定手段，センシング手段，切換え手段）を示している。

Claims

検出対象物に距離測定用の測距光を投射する投光素子と、
前記検出対象物から反射される測距光を受光する受光素子と、
前記受光素子に自己診断用の診断光を投射する診断素子と、
前記受光素子の受光レベルのピークレベルを検出するピーク検出手段と、
前記投光素子および前記診断素子の一方が投光開始してから前記受光素子で受光されるまでの所要時間を測定する計時手段と、
設定時においては前記診断素子のみを駆動し、測定時においては前記投光素子のみを駆動する駆動手段と、
前記設定時において、前記駆動手段によって前記診断素子のみを駆動することによって複数の異なる光量で診断光を投射させたときに前記計時手段で測定される所要時間と前記ピーク検出手段で検出されるピークレベルとを前記診断光の光量毎に取得し、前記診断光の光量毎に前記ピークレベルごとの補正データを前記所要時間に基いて設定する補正データ設定手段と、
前記測定時において、前記駆動手段によって前記投光素子のみを駆動することによって前記投光素子から前記検出対象物に測距光を投射させたときに前記計時手段で測定される所要時間と前記ピーク検出手段で検出されるピークレベルとを取得するセンシング手段とを備え、
前記センシング手段は、前記ピークレベルに応じた補正データに基いて前記所要時間を補正した結果に基いて前記検出対象物までの距離情報を生成することを特徴とする距離センサ。
前記補正データ設定手段は、前記ピークレベルに応じた補正データとして、前記検出対象物までの距離に応じて予め設定された基準時間と前記計時手段で求められた所要時間との差を設定することを特徴とする請求項１記載の距離センサ。
前記補正データ設定手段は、前記測定時のピークレベルに合致する補正データが存在しないときには前記測定時のピークレベルの近傍の補正データを演算処理することに基いて補正データを生成することを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の距離センサ。
前記検出対象物から反射される測距光を受光する一次元または二次元の複数の受光素子を備え、
前記複数の受光素子は、前記診断素子から診断光が投射されるものであり、
前記ピーク検出手段は、受光レベルのピークレベルを前記複数の受光素子毎に検出するものであり、
前記計時手段は、前記診断素子が投光開始してから受光素子で受光されるまでの所要時間を前記複数の受光素子毎に測定するものであり、
前記補正データ設定手段は、前記診断光の光量毎に前記ピークレベルごとの補正データを前記所要時間に基いて設定する処理を前記複数の受光素子毎に行うものであり、
前記センシング手段は、前記ピークレベルに応じた補正データに基いて前記所要時間を補正した結果に基いて前記検出対象物までの距離情報を生成する処理を前記複数の受光素子毎に行うものである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の距離センサ。
前記診断素子のみを駆動する設定時および前記投光素子のみを駆動する測定時に状態を切換える切換え手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の距離センサ。