JP2008096181A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物までの距離を正確に測定することができる距離測定装置を提供する。
【解決手段】まず、角速度センサによってぶれ量を検出する。次に、ＭＰＵからの指示に基づいてレーザ光を出射する。その後、被測定物で反射されたレーザ光を光検出器で受光する。積算回数が例えば５５０回を超えたか否かを判定し、積算回数が５５０回を超えたとき、判定基準を満たしているか否かを判定する。判定基準を満たしていていないとき、判定基準を満たしていていないことを警告する。その後、測定回数が例えば１０回以上であるか否かを判定する。測定回数が１０回以上のとき、エラーであるとしてレーザ光の出射を停止させる。判定基準を満たしているとき、距離演算を行う。
【選択図】図２

Description

この発明は距離測定装置に関する。

従来の距離測定装置として特開２００５−１８９１４０号公報に記載されたものが知られている。

この距離測定装置では、パルス状のレーザ光を被測定物に向けて繰り返し出射し、それぞれの出射に対応する反射光が所定の条件（強度閾値）を満足するときに距離（又は経過時間）に対応して度数カウントが行われる。そして、繰り返される全てのレーザ光の出射についてカウントされた度数を積算して距離に対応させた度数分布表（ヒストグラム）が作成され、この度数分布表におけるカウント度数の合計数が最も大きくなる距離が、被測定物までの距離と判定される、又は距離算出のための基本となる距離とされる。
特開２００５−１８９１４０号公報

しかし、この距離測定装置は持ち運びに便利なように小型・軽量であるため、距離測定装置を把持し、測定したときに手ぶれが生じやすく、被測定物までの距離を精度良く測定できないことがある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は被測定物までの距離を正確に測定することができる距離測定装置を提供することである。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、測定光を被測定物に向けて出射する発光手段と、前記被測定物から反射された反射光を受光する受光手段と、前記測定光が出射されたときから前記受光手段で受光されるまでの時間を検出する時間検出手段と、前記発光手段から前記測定光を出射したときの筐体のぶれ量を前記測定光の発光時に検出するぶれ量検出手段と、前記時間検出手段によって検出された時間と前記ぶれ量検出手段によって検出されたぶれ量とに基づいて前記被測定物までの距離を決定する距離決定手段とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、被測定物までの距離を正確に測定することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係る距離測定装置のブロック図である。

この距離測定装置は、ＭＰＵ１と駆動回路２と半導体レーザ（発光手段）３と対物レンズ３ａと反射光受光レンズ４ａと発光検出回路５と光検出器（受光手段）７と増幅器８と閾値設定回路９と２値化回路１０とサンプリング回路１１と発振器１２とカウンタ回路１３と積算値格納メモリ１４とぶれ情報格納メモリ１５と角速度センサ１６とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１７とローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８とアナログデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）回路１９とサンプリング回路２０と表示装置（警告発生手段）２１を有する。

ＭＰＵ１は時間検出手段、ぶれ量検出手段、距離決定手段、表示内容決定手段、測定光出射停止手段、警告決定手段として機能する。

半導体レーザ３はＭＰＵ１からの指示に基づいて駆動回路２によって駆動され、レーザ光を対物レンズ３ａを介して被測定物（図示せず）へ向けて繰り返し出射する。

発光検出回路５は半導体レーザ３からのレーザ光（測定光）の出射を検出し、検出結果をサンプリング回路１１，２０へ出力する。

角速度センサ１６で検出された角速度信号は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１７、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８を通って不要な周波数が除かれた後、アナログデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）回路１９でデジタル信号に変換され、手ぶれデータとしてサンプリング回路２０に供給される。

光検出器７は被測定物で反射されたレーザ光を反射光受光レンズ４ａを介して受光し、受光量に応じた電気信号を出力する。

増幅器８は光検出器７の出力を所定のレベルまで増幅する。

閾値設定回路９はＭＰＵ１の指示に基づいて閾値を設定する。

２値化回路１０は閾値設定回路９で設定された閾値に基づいて光検出器７の出力を２値化し、サンプリング回路１１へ出力する。

サンプリング回路１１は発振器１２で決められたサンプリング間隔で出射光、反射光のサンプリングを行う。

反射光が所定の閾値を超えたときに距離（又は経過時間）に対応して度数カウントを行い、繰り返される全てのレーザ光による反射光に対してカウントされた度数を距離に対応させたヒストグラムを作る。このとき、ＭＰＵ１はぶれ情報格納メモリ１５から時系列にぶれ情報を取り込み、ヒストグラムにおいてカウント度数の合計が最も大きくかつぶれ量がもっとも小さいものを被測定物までの距離とする（又は、距離演算のための基本値とする）。

図２はヒストグラムの一例を示す図である。

図２において、縦軸及び横軸はそれぞれ度数及び時間を示す。

図２はサンプリング回路１１で８０ＭＨｚで５５０回サンプリングしたものを積算した一例であり、１発光周期が示されている。

図２においてａ，ｂ，ｃが閾値（所定の計算式によって算出される又は予め設定されている）を超えた受信信号の積算値、ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈは背景光のノイズを示す。

８０ＭＨｚ（１２．５ｎｓｅｃ）で距離レンジが２５６だとすれば、横軸は最大約４８０ｍまで測定可能である。この結果に対して、閾値を設け、閾値を超えた積算値（ａ，ｂ，ｃ）だけを真のデータとして採用する。例えば閾値を超える積算値が複数同時に存在するとき、従来例では近い方のデータ（ｃ）、遠い方のデータ（ａ）又は最も大きいデータ（ｃ）を採用していた。

図３は角速度センサによる手ぶれデータのサンプリングを説明する図である。

例えば発光周期が１ｋＨｚで５５０回積算しようとすると５５０ｍｓｅｃが１回の測定となり、この間のぶれが問題となる。そこで、１発光のタイミング（１ｍｓｅｃ周期）でぶれをサンプリングする。

サンプリングによって抽出されたデータを２段階の閾値を設けてぶれ量の大小を決め、ぶれ量の大小を記録する。ぶれ量が２つの閾値の間にあるときをぶれ量が小さい、それ以外にあるときをぶれが大きいとする。また、角速度センサ１６は縦、横２方向（Ｘ、Ｙ方向）のぶれを検出する。角速度センサ１６出力の大きい方がぶれ量として採用される。

なお、より高速のＡＤ変換器を用いれば、ぶれ量のサンプル間隔を短くでき、１周期で複数のぶれ量を測定することができる。

図４は手ぶれデータに受信信号を加味した様子を示す図である。

図４において、黒く塗りつぶした部分は今回の受信信号を示し、白抜きの部分は前回の受信信号であることを示す。なお、図４は１発光周期に４つの受信信号がある場合を示す。

図３に示すような手ぶれデータが得られた場合、出射１回目のぶれ量は大、２回目は小というように、発光周期（１ｍｓｅｃ）毎にぶれ量をメモリ（図示せず）に記録していく。

図５は発光周期毎にサンプリングしたぶれ量と受信信号との関係を説明する図である。

図５は１発光周期に４つの受信信号がある場合を示す。

メモリには各受信信号に対してそれぞれぶれ量の大小が記録される。受信信号の積算値に対する記録されたぶれ量の「大」の数と「小」の数との合計をぶれ情報として算出する。

例えば、受信信号に対するぶれ量が「大」であれば−１ポイント、ぶれ量が「小」であれば＋１ポイントとした場合、ぶれ情報は−１、＋３、＋１、０となる（図５参照）。

このようにして得られたぶれ情報がぶれ情報格納メモリ１５に格納される。

図６はぶれが発生した場合の受信信号とぶれ情報との関係を示す図である。

図６において、６ａ〜６ｅは抽出された受信信号の積算値、６ｆ〜６ｈは背景光のノイズを示す。

図６に示すように、各距離（時間）における受信信号の複数の積算値が閾値を超えた場合、閾値を超えたものに対してぶれ情報を加味して判断する。つまり、ぶれ量が閾値を超えた積算値のうち最もぶれ量が小さい（図６では＋３）もの（積算値６ｃ（ハッチングされている））を採用する。したがって、閾値を超えたものの内、最も大きな積算値６ｄを採用しない場合がある。

この方法により、ぶれが発生し、複数の積算値が閾値を超えた場合であっても正確に積算値を抽出することができる。

図７は閾値を超えかつぶれの小さい複数の積算値が存在する場合のぶれ量と受信信号との関係を説明する図である。

図７において、７ａ〜７ｅは抽出された受信信号の積算値、７ｆ〜７ｈは背景光のノイズを示す。

図７の場合、閾値を超え、ぶれが最も小さい積算値は距離６，１３の場合である。ユーザはモード設定ボタン（選択手段）２２（図１０参照）によって近い方（距離６）の積算値を採用するか遠い方（距離１３）の積算値を採用するかの選択方法を予め設定しておけば、ユーザが選択した方法によって積算値が選択される。このとき、ぶれ量を表示装置２１に表示させてもよい。

なお、距離６，１３に対応するぶれ量を表示部に表示させた後、ユーザが距離とぶれ量との組合せの１つを選択するようにしてもよい。

図８は距離測定装置の動作の一例を説明するフローチャートである。

なお、Ｓ１〜Ｓ９は各処理ステップを示す。

まず、角速度センサ１６によってぶれ量を検出する（Ｓ１）。

次に、半導体レーザ３からレーザ光を出射する（Ｓ２）。

その後、被測定物で反射されたレーザ光を光検出器７で受光する（Ｓ３）。

次に、積算回数が５５０回を超えたか否かを判定する（Ｓ４）。

積算回数が５５０回以下のとき（ＮＯ）、ステップＳ１へ戻る。

積算回数が５５０回を超えたとき（ＹＥＳ）、ぶれ量を加味した判定基準を満たしているか否かを判定する（Ｓ５）。

判定基準を満たしていていないと判定したとき（閾値は超えているがぶれ量が大きい）（ＮＯ）、判定基準を満たしていていないことを警告する（Ｓ６）。例えば、表示装置２１に警告を表示させ、ぶれ量が大きいことを視覚的に知らせる。

その後、測定回数が１０回以上であるか否かを判定する（Ｓ７）。

測定回数が１０回未満のとき（ＮＯ）、ステップＳ１へ戻る。

測定回数が１０回以上のとき（測定回数が１０回以上であってもぶれ量が大きいとき）（ＹＥＳ）、エラーであると判定して半導体レーザ３からレーザ光の出射を停止させる（Ｓ８）。

ステップＳ５で判定基準を満たしているとき（ＹＥＳ）、距離演算を行う（Ｓ９）。

図９は距離測定装置の動作の他の例を説明するフローチャートである。

なお、Ｓ１１〜Ｓ１９は各処理ステップを示す。

まず、角速度センサ１６によってぶれ量を検出する（Ｓ１１）。

次に、ぶれが有るか否かを判定する（Ｓ１２）。

ぶれが有ったとき（ＹＥＳ）、半導体レーザ３からレーザ光の出射を１発光周期だけ停止させる（Ｓ１３）。

その後、ぶれの有った回数が１０００回を超えたか否かを判定する（Ｓ１４）。

ぶれの有った回数が１０００回以下であるとき（ＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。

ぶれの有った回数が１０００回を超えたとき（ＹＥＳ）、エラーであると判定して半導体レーザ３からレーザ光を出射しない（Ｓ１５）。

ステップ１２で、ぶれがなかったと判定したとき（ＮＯ）、半導体レーザ３からレーザ光を出射する（Ｓ１６）。

その後、被測定物で反射されたレーザ光を光検出器７で受光する（Ｓ１７）。

次に、積算回数が５５０回を超えたか否かを判定する（Ｓ１８）。

積算回数が５５０回以下のとき（ＮＯ）、ステップＳ１１へ戻る。

積算回数が５５０回を超えたとき（ＹＥＳ）、判定基準を満たしているか否かを判定する（Ｓ５）。

判定基準を満たしていると判定したとき、距離演算を行う（Ｓ１９）。

ステップＳ５で判定基準を満たしていると判定したとき（ＹＥＳ）、距離演算を行う（Ｓ９）。

図１０は角速度センサを装着した距離測定装置の斜視図である。

この距離測定装置は筐体３０と対物レンズ３ａと反射光受光レンズ４ａと接眼レンズ２ａと操作ボタン２１，２２とを備えている。例えば操作ボタン２１は電源ボタンであり、操作ボタン２２は測定モードを切り替えるモード設定ボタンである。筐体３０内には角速度センサが装着されている。この角速度センサはＸ軸回りの回転及びＹ軸回りの回転を検出する。

この測距装置の筐体３０は例えば右手で保持される。

使用者は接眼レンズ２ａを覗きながら電源ボタン２１を指で押して図示しないレティクル表示部を点灯させる。対物レンズ３ａを被測定物に向け、再度電源ボタン２１を押して計測を実行する。測定結果は表示装置２１（図１参照）に表示される。

この実施形態によれば、ぶれ量の大きな距離データを抽出される距離データから除外するようにしたので、被測定物までの距離を正確に測定することができる。また、カメラで使用されるような複雑な補正機構を用いないので機構が簡単となり、製造コストを低減することができる。

なお、上記実施形態では判定基準を満たしていていないとき、表示装置２１に警告を表示させたが、これに代えて音声等を用いて聴覚的に警告するようにしてもよい。

図１はこの発明の一実施形態に係る距離測定装置のブロック図である。 図２はヒストグラムの一例を示す図である。 図３は角速度センサによる手ぶれデータのサンプリングを説明する図である。 図４は手ぶれデータに受信信号を加味した様子を示す図である。 図５は発光周期毎にサンプリングしたぶれ量と受信信号との関係を説明する図である。 図６はぶれが発生した場合の受信信号とぶれ情報との関係を示す図である。 図７は閾値を満足しかつぶれの小さい複数の積算値が存在する場合のぶれ量と受信信号との関係を説明する図である。 図８は距離測定装置の動作の一例を説明するフローチャートである。 図９は距離測定装置の動作の他の例を説明するフローチャートである。 図１０は角速度センサを装着した距離測定装置の斜視図である。

符号の説明

１：ＭＰＵ、３：半導体レーザ（発光手段）、７：光検出器（受光手段）、２２：モード設定ボタン（選択手段）。

Claims (6)

1. 測定光を被測定物に向けて出射する発光手段と、
   前記被測定物から反射された反射光を受光する受光手段と、
   前記測定光が出射されたときから前記受光手段で受光されるまでの時間を検出する時間検出手段と、
   前記発光手段から前記測定光を出射したときの筐体のぶれ量を前記測定光の発光時に検出するぶれ量検出手段と、
   前記時間検出手段によって検出された時間と前記ぶれ量検出手段によって検出されたぶれ量とに基づいて前記被測定物までの距離を決定する距離決定手段と
   を備えていることを特徴とする距離測定装置。
2. 前記測定光は所定の間隔で発光するパルス光であり、前記測定光の発光間隔に同期して前記ぶれ量が検出されることを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
3. 前記ぶれ量は、前記ぶれ量検出手段によって検出された複数のぶれ量のうちの最も小さなぶれ量であることを特徴とする請求項１又は２記載の距離測定装置。
4. 前記ぶれ量は、所定の閾値より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の距離測定装置。
5. 前記距離決定手段によって決定された複数の距離のうち、ユーザのモード設定によって選択され、前記複数の距離に対応するぶれ量を表示手段に表示させる表示内容決定手段を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の距離測定装置。
6. 前記距離決定手段によって決定された複数の距離及びそれらに対応するぶれ量の中から１つの組み合わせを選択する選択手段を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の距離測定装置。

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