JP2021152553A

JP2021152553A - 距離測定装置および距離測定方法

Info

Publication number: JP2021152553A
Application number: JP2021108457A
Authority: JP
Inventors: 直治梁川; Naoharu Yanagawa
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2021-09-30
Also published as: JP2023067922A; JP2017219383A

Abstract

【課題】光の反射を利用した距離測定装置において、天候に由来するノイズを低減し、測定精度を向上させる。【解決手段】出力部１１０は、それぞれピーク波長が異なる複数の光を出力する。取得部１２０は、複数の光のそれぞれについて反射光の強度波形である反射パターンを取得する。処理部１３０は、複数の反射パターンに基づいて、複数の反射パターンのうちの少なくとも一の反射パターンに含まれる天候に由来する成分を特定する。距離算出部１５０は、距離測定装置１０と光が照射される対象物体との距離を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、距離測定装置および距離測定方法に関する。

近年、自動車の自動運転等に用いることができる非接触距離測定装置の開発が行われている。非接触距離測定装置では、出射した光が物体に反射されて戻るまでの時間を測定して、周囲の物体との距離を測定する。ここで、天候に依存して反射光にノイズが生じることがある。

たとえば特許文献１には、距離が既知の物体に対してレーザビームを照射し、反射光の受光波形データに基づいて天気を判別する装置が記載されている。

また、たとえば特許文献２には、水による吸収量が多い波長域の近赤外光と水による吸収量が少ない波長域の近赤外光を投光して、各近赤外光の強度の変動値に基づき雪、霙、雨のいずれかを判別する技術が記載されている。特許文献２の技術では具体的には、閾値以上の変動値を有効値とし、各波長の有効値を比較演算して判別値とし、判別値を基準値と比較して判別する。

特開２０１５−５２４６５号公報特開２０１３−１２２４１３号公報

しかし、特許文献１および２の技術では、反射強度波形のうち天候に由来するノイズを低減することはできなかった。

本発明が解決しようとする課題としては、光の反射を利用した距離測定装置において、天候に由来するノイズを低減し、測定精度を向上させることが一例として挙げられる。

第１の発明は、
それぞれピーク波長が異なる複数の光を出力する出力部と、
前記複数の光のそれぞれについて反射光の強度波形である反射パターンを取得する取得部と、
前記複数の反射パターンに基づいて、前記複数の反射パターンのうちの少なくとも一の前記反射パターンに含まれる天候に由来する成分を特定する処理部と、
を備える距離測定装置である。

第２の発明は、
それぞれピーク波長が異なる複数の光を出力し、
前記複数の光のそれぞれについて反射光の強度波形である反射パターンを取得し、
前記複数の反射パターンに基づいて、前記複数の反射パターンのうちの少なくとも一の前記反射パターンに含まれる天候に由来する成分を特定する距離測定方法である。

第１の実施形態に係る距離測定装置の機能構成を例示するブロック図である。第１の実施形態に係る距離測定装置の構成および使用環境を例示する図である。反射パターンの例を示す図である。第１の実施形態に係る処理部の機能構成を例示するブロック図である。第１の実施形態に係る距離測定方法のフローチャートである。第１の実施形態において処理部が行う処理内容を例示するフローチャートである。複数の反射パターンの第１の例を示す図である。複数の反射パターンの第２の例を示す図である。第１の実施形態において処理部が行う処理内容の変形例を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る距離測定装置の機能構成を例示するブロック図である。第２の実施形態に係る処理部の機能構成を例示するブロック図である。第２の実施形態に係る距離測定方法のフローチャートである。第３の実施形態に係る処理部の機能構成を例示するブロック図である。第３の実施形態に係る天候に由来する成分を特定する工程の内容を示すフローチャートである。第４の実施形態に係る距離測定装置の構成を例示するブロック図である。第４の実施形態に係る距離測定装置の使用環境を示す図である。サーバの機能構成を例示するブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

以下に示す説明において、距離測定装置１０の出力部１１０、取得部１２０、処理部１３０、距離算出部１５０、記憶部１４０、一致ピーク抽出部１３２、一致ピーク数判定部１３４、特定部１３６、天候情報取得部１６０、天候判定部１３８、通信部１７０、通信部６１０、選択部６２０、記憶部６３０は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。距離測定装置１０の取得部１２０、処理部１３０、距離算出部１５０、記憶部１４０、一致ピーク抽出部１３２、一致ピーク数判定部１３４、特定部１３６、天候情報取得部１６０、天候判定部１３８、通信部１７０、通信部６１０、選択部６２０、記憶部６３０は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る距離測定装置１０の機能構成を例示するブロック図である。本実施形態に係る距離測定装置１０は、出力部１１０、取得部１２０、および処理部１３０を備える。出力部１１０は、それぞれピーク波長が異なる複数の光を出力する。取得部１２０は、複数の光のそれぞれについて反射光の強度波形である反射パターンを取得する。処理部１３０は、複数の反射パターンに基づいて、複数の反射パターンのうちの少なくとも一の反射パターンに含まれる天候に由来する成分を特定する。

また、本実施形態に係る距離測定装置１０は、距離測定装置１０と光が照射される対象物体との距離を算出する距離算出部１５０をさらに備える。距離算出部１５０は少なくとも一の反射パターンから天候に由来する成分を差し引くことにより補正反射パターンを生成し、補正反射パターンに基づいて距離を算出する。さらに、本図の例において距離測定装置１０は記憶部１４０を備える。

図２は、本実施形態に係る距離測定装置１０の構成および使用環境を例示する図である。図１および図２を用いて、距離測定装置１０の各構成要素を以下に詳しく説明する。図２において、複数の光を実線矢印および破線矢印で示している。以下では実線矢印で示した光を第１の光と呼び、破線矢印で示した光を第２の光と呼ぶ。

距離測定装置１０は、距離測定装置１０から対象物体２０までの距離を測定する装置である。距離測定装置１０の出力部１１０（たとえばレーザ光源８１０）から出射された複数の光は対象物体２０で反射されて距離測定装置１０に向かって戻る。そして、反射光が第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂに入射し、反射光の強度が検出される。ここで、距離測定装置１０では出力部１１０から光が出射されてから反射光が検出されるまでの時間が測定される。そして、取得部１２０は、その時間と反射光強度の関係を示す情報を、反射パターンを示す情報として取得する。反射パターンには対象物体２０で反射された反射光に由来するピークが現れる。そして、出力部１１０から光が出射されてからその反射光が第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂに入射するまでの時間に、光の速度を乗ずることにより、距離測定装置１０から対象物体２０までの往復距離が算出される。反射パターンにおけるピーク位置は、レーザ光源８１０から光が出射されてからその反射光が第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂに入射するまでの時間に対応し、すなわち距離測定装置１０から光を反射させた物体までの距離に対応する。距離測定装置１０はたとえばＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）装置である。

出力部１１０は、たとえばレーザ光源８１０である。また、出力部１１０が出力する光はパルス光である。出力部１１０は、それぞれピーク波長が異なる複数の光を出力する。第１の光のピーク波長は第１波長であり、第２の光のピーク波長は第２波長である。ここでピーク波長とは、各光のスペクトルのうち、最大の強度ピークを示す波長である。第１波長と第２波長とは互いに異なる波長である。第１波長の光はたとえば可視光であり、第１波長はたとえば３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。また、第２波長の光はたとえば近赤外光であり、第２波長はたとえば８００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である。ただし、第１波長の光は近赤外光であってもよい。具体的には、第１の光の光源として波長７８０ｎｍの光を発する半導体レーザ等が挙げられる。また、第２の光の光源として波長８２０ｎｍの半導体レーザ等が挙げられる。複数の光のピーク波長は互いにたとえば５０ｎｍ以上離れている。

また、第１の光の光源として波長７８０ｎｍまたは８２０ｎｍの光を発する半導体レーザを用い、第２の光の光源として波長９８０ｎｍの半導体レーザを用いても良い。「太陽電池の発電量に及ぼす雪面反射の影響」（The bulletin of Laboratory for Energy, Environment and Systems, Hachinohe Institute of Technology １０, ２９−３４，２０１２年３月３０日）に示された雪の分光反射特性に照らせば、第１波長及び第２波長をこのような波長とすることで、さらに高精度でノイズ低減ができる。一方、光の散乱は、粒子の粒径と波長との関係でその大きさが異なるため、除去したいノイズの原因となる粒子の大きさが分かっている場合には、その粒径をまたいだ前後の波長を第１波長および第２波長とすることが好ましい。

また、第１の光と第２の光の光軸はほぼ一致している。ただし本図において便宜上、実線矢印と破線矢印の光軸は互いにずらして示している。出力部１１０としては、図２の例の様に、二波長出力レーザダイオード等、ピーク波長が異なる複数の光を出力できるようパッケージされた光源を用いることができる。なお、本図の例に限定されず、出力部１１０は一つの光を出力する光源を複数用いて構成されても良い。この場合、ダイクロイックミラー、偏光プリズム、またはハーフミラー等を用いて複数の光の光軸を合わせ、距離測定装置１０の外に出力することができる。

レーザ光源８１０からは、ピーク波長が異なる複数のパルス光が同時に出力される。レーザ光源８１０の出力のタイミングはコントローラ８１２により制御される。コントローラ８１２は、情報処理装置８７０からの入力信号に基づいてレーザ光源８１０を制御する。情報処理装置８７０はたとえばＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェース等を備えるコンピュータである。

レーザ光源８１０から出力された光はコリメーターレンズ８１４およびハーフミラー８３０を介して距離測定装置１０の外部へ出力される。そして対象物体２０で反射され、距離測定装置１０に戻る。距離測定装置１０からの複数の光の出力のタイミング、方向および位置はほぼ同じである。距離測定装置１０に戻った光は少なくとも一部がハーフミラー８３０、検出側レンズ８５２を介して第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂに導かれる。第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂはたとえばフォトダイオードである。第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂは互いに同じ素子であってもよいし、たとえば第１の光および第２の光をそれぞれ有効に検出できるように検出可能な波長帯が異なっていてもよい。

なお、ハーフミラー８３０の代わりに偏光ビームスプリッタを用いてもよい。図２の例において、取得部１２０は少なくとも第１受光素子８５０ａ、第２受光素子８５０ｂ、検出回路８５３および情報処理装置８７０によって実現される。第１受光素子８５０ａと検出側レンズ８５２の間には第１フィルタ８５１ａが設けられ、第２受光素子８５０ｂと検出側レンズ８５２の間には第２フィルタ８５１ｂが設けられている。第１フィルタ８５１ａは第１波長の光を透過させて他の波長の光の透過を抑制する光フィルタであり、第２フィルタ８５１ｂは第２波長の光を透過させて他の波長の光の透過を抑制する光フィルタである。たとえば、第１フィルタ８５１ａの第１波長の光に対する透過率は９０％以上であり、第２波長の光に対する透過率は５０％以下である。また、第２フィルタ８５１ｂの第２波長の光に対する透過率は９０％以上であり、第１波長の光に対する透過率は５０％以下である。

第１フィルタ８５１ａおよび第２フィルタ８５１ｂの両方に第１の光および第２の光が入射し得る。しかし、第１フィルタ８５１ａを介することにより第１受光素子８５０ａには第１の光が優先的に入射し、第２フィルタ８５１ｂを介することにより第２受光素子８５０ｂには第２の光が優先的に入射する。したがって、第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂにより、第１の光の反射光と、第２の光の反射光とを個別に検出することができる。

なお、距離測定装置１０の構成は、第１の光の反射光と第２の光の反射光とを個別に検出できればよく、図２の例に限定されない。たとえば、第１フィルタ８５１ａおよび第２フィルタ８５１ｂを用いる代わりにダイクロイックミラーを用いてピーク波長の異なる複数の光を分離し、それぞれ受光素子で検出してもよい。また、図２では第１フィルタ８５１ａおよび第２フィルタ８５１ｂが隣接して設けられている例を示したが、この例に限定されない。たとえば、第１の光および第２の光が混合した状態の光をハーフミラーで複数の光路に分離したのち、それぞれ透過波長の異なる光フィルタおよび受光素子に入射させてもよい。

また、距離測定装置１０の光学系は光ディスクのピックアップと同様な構成としても良い。すなわち、偏光プリズムを通したｐ偏光の光を１／４λ板を介して距離測定装置１０の外部へ出射させる。そして対象物体２０等で反射した反射光を１／４λ板に通すことでｓ偏光とし、偏光プリズムで反射させることで理論上１００％の光量を検出することができる。二波長に対しては、適した波長板になるように適宜計算設計することができる。

いずれの光学系を用いる場合にも光源から対象物体、対象物体から受光素子までの距離を二つの波長で等しく設計することが重要である。

第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂに光が入射すると、入射した光の強度に応じた電気信号が検出回路８５３で生成され、情報処理装置８７０に入力される。そして、情報処理装置８７０において、受光強度と時間が関連づけられる。こうして、取得部１２０により複数の光のそれぞれについての反射パターンが取得される。ここで反射パターンは、その反射光の強度波形を示す。なお強度波形は、出力部１１０から光が出射されてから反射光が検出されるまでの時間と反射光の強度の関係を示す。

また、たとえば第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂと検出側レンズ８５２の間には対象物体２０に反射された光が入射すると見込まれる時間にのみ検出を行うよう、ゲート手段が設けられていてもよい。そうすることにより、外光や対象物体２０以外の物体からの反射光に由来するノイズを低減することができる。

ここで、距離測定装置１０による屋外での距離測定において、雨や霧、雪などにより距離測定装置１０と対象物体２０の間に粒子２２が浮遊していると、ノイズの原因となる。すなわち、出力部１１０から出力された光が対象物体２０に到達する前に粒子２２にあたり、反射または散乱される。そして、粒子２２で反射された反射光もまた、第１受光素子８５０ａおよび第２受光素子８５０ｂに入射し、反射パターンに反映される。そうすると、反射パターンには対象物体２０に由来する対象ピーク以外のノイズピークが現れ、それらの判別は難しい。

図３は、反射パターンの例を示す図である。本図の例では、反射パターンにはノイズに由来するノイズピーク４１と、対象物体２０に由来する対象ピーク４２が含まれている。しかし、実際には、反射パターンにおいて、どれがノイズピーク４１でありどれが対象ピーク４２であるかは不明である。また、天候が反射パターンに及ぼす影響は天候によって異なり、ノイズピーク４１および対象ピーク４２の形状はそれぞれ、天候に応じて異なりうる。

本実施形態に係る距離測定装置１０では後述するように、処理部１３０が、ピーク波長が異なる複数の光を用いて得られた、複数の反射パターンに現れたピークを比較する。そして、天候に由来する成分を特定する。そうすることにより、反射パターンからノイズピーク４１を低減し、距離測定の精度を向上させることができる。

処理部１３０は、情報処理装置８７０により実現される。処理部１３０は、取得部１２０により取得された複数の反射パターンに基づいて、複数の反射パターンのうちの少なくとも一の反射パターンに含まれる天候に由来する成分を特定する。

図４は第１の実施形態に係る処理部１３０の機能構成を例示するブロック図である。本実施形態において、処理部１３０は、一致ピーク抽出部１３２、一致ピーク数判定部１３４および特定部１３６を備える。一致ピーク抽出部１３２は複数の反射パターンにおいて位置が一致する一致ピークを抽出する。一致ピーク数判定部１３４は一致ピーク抽出部１３２で抽出された一致ピークの数を判定する。特定部１３６は一致ピーク数判定部１３４の判定結果に基づいて天候に由来する成分を特定する。

図１および図２に戻り、距離算出部１５０は情報処理装置８７０により実現される。距離算出部１５０は少なくとも一の反射パターンから、処理部１３０で特定された天候に由来する成分を差し引くことにより、補正反射パターンを生成する。そして、補正反射パターンに基づいて距離を算出する。処理部１３０および距離算出部１５０の処理内容については詳しく後述する。

図５は第１の実施形態に係る距離測定方法のフローチャートである。本距離測定方法は、距離測定装置１０により実現され得る。本距離測定方法では、それぞれピーク波長が異なる複数の光が出力され（ステップＳ１０）、複数の光のそれぞれについて反射光の強度波形である反射パターンが取得され（ステップＳ２０）、複数の反射パターンに基づいて、複数の反射パターンのうちの少なくとも一の反射パターンに含まれる天候に由来する成分が特定される（ステップＳ３０）。

また、本実施形態に係る距離測定方法では、天候に由来する成分が低減された補正反射パターンが生成され（ステップＳ４０）、補正反射パターンを用いて距離測定装置１０と対象物体２０との距離が算出される（ステップＳ５０）。以下に詳しく説明する。

まずステップＳ１０では、上記した通り出力部１１０が複数の光を出力する。そして、ステップＳ２０では、上記した通り取得部１２０が複数の光のそれぞれについて反射パターンを取得する。

次いで、ステップＳ３０では、たとえば以下に説明する通り、処理部１３０が反射パターンのうち天候に由来する成分を特定する。

図６は、本実施形態において処理部１３０が行う処理内容を例示するフローチャートである。処理部１３０の一致ピーク抽出部１３２は、複数の反射パターンにおいて位置が一致する一致ピークを抽出する（ステップＳ３１０）。具体的にはまず、各反射パターンにおいて、時間に対する反射光強度の微分値が正から負に転ずる時点を、ピーク位置として抽出する。ここで抽出するピーク位置は各反射パターンにおいて一つであってもよし、二つ以上であってもよい。そして、複数の反射ピークにおけるピーク位置を比較して、位置が一致する一致ピークを抽出する。なお、ピークの位置が一致するとは、完全に一致する場合のみならず、計測上の誤差の範囲で位置が異なる場合を含む。

ここで、一致ピークがなかった場合、たとえば再度出力部１１０が光を出力し、複数の反射パターンを取得する。

次いで一致ピーク数判定部１３４は一致ピーク抽出部１３２で抽出された一致ピークの数を判定する（ステップＳ３２０）。たとえば一致ピーク数判定部１３４は、一致ピークの数が１であるか、２以上であるかを判定する。

そして特定部１３６は一致ピーク数判定部１３４の判定結果に基づいて天候に由来する成分を特定する。具体的にはたとえば以下の様に特定部１３６は天候に由来する成分を特定できる。

処理部１３０の特定部１３６は、一致ピークの数が１であるとき（ステップＳ３２０のＹ）、少なくとも一つの反射パターンにおいて、一致ピーク抽出部１３２が抽出したピークのうち一致ピーク以外のピークを天候に由来する成分として特定する（ステップＳ３３０）。ここで、一致ピークの数が１であるときとは、反射パターンに現れたピークの位置が、複数の反射パターン間で一の位置でのみ互いに一致するときであるといえ、すなわち、ピークが一致する位置が一つのみのときであるといえる。

図７は、複数の反射パターンの第１の例を示す図である。本図のうち上の図は第１の光の反射パターンであり、下の図は第２の光の反射パターンである。いずれの反射パターンにおいても原点は光の出力時である。本図の例において、一致ピークの数は１である。この場合、上下二つの図における反射パターンの反射ピークで、位置が一致していないピークを天候に由来するノイズピーク４１であるとみなすことができる。たとえば、光の波長の違いによって粒子２２に光が拡散される確率が異なったり、わずかな光路の不一致により複数の光の内いずれかのみが粒子２２に反射されたりすることが起こり得る。その結果粒子２２で反射された光のピーク位置は、複数の反射パターンで位置が一致しない場合があるからである。一方で、十分に大きな対象物体２０からのピークは位置が一致すると考えられる。よって、特定部１３６は、位置が一致したピーク以外のピークを天候に由来する成分として特定することができる。天候に由来する成分として特定されるピークは、各反射パターンにおいて一つであってもよいし、二つ以上であってもよい。

反射パターンにおいて、各ピークはたとえばピークが現れている時間帯によって特定される。または、各ピークは、以下に説明するピークデータにより特定されても良い。各ピークがピークデータにより特定される場合、反射パターンを示す情報は複数のピークデータを含んで構成される。各ピークデータは、時間に対する光の強度の一つのピークを示すデータであり、たとえばグラフやテーブル、数式等であり得る。または、各ピークデータはピーク位置とピーク強度および半値幅の組み合わせであってもよい。そして反射パターンは、複数のピークデータが示すピークの重ね合わせで表される。取得された反射パターン（強度波形）に対し、所定の関数でフィッティングを行うことで、ピークを分離し、複数のピークデータを生成できる。

一方、処理部１３０の特定部１３６は、一致ピークの数が１でないとき（ステップＳ３２０のＮ）、すなわち、反射パターンに現れたピークの位置が、複数の反射パターン間で二以上の位置で互いに一致するとき、一致ピークのうち光のピーク波長が長いほどレベルが大きくなっているピークを天候に由来する成分として特定する（ステップＳ３４０）。

図８は、複数の反射パターンの第２の例を示す図である。本図のうち上の図は第１の光の反射パターンであり、下の図は第２の光の反射パターンである。いずれの反射パターンにおいても原点は光の出力時である。本図の例において、第１の光のピーク波長は、第２の光のピーク波長よりも短いものとする。本図の例において、一致ピークの数は２である。この場合、光の波長が長いほどピーク強度（レベル）が大きくなっている一致ピークを天候に由来するノイズピーク４１であるとみなすことができる。

たとえば、光の波長が長いほど、粒子２２による後方散乱の強度が小さくなる。その結果、粒子２２で反射された光のピーク強度は、光の波長が長いほど大きくなると考えられる。一方、対象物体２０での光の反射率は光の波長に影響を受けにくいと考えられる。特に対象物体２０の反射面が白い場合には波長の違いによる反射率の違いは小さくなる。このような例としては距離測定装置１０が車両等の移動体に搭載され、他の移動体である前方の車両の白いナンバープレートからの反射光を検出する場合が挙げられる。

ここで、複数の反射パターン間のピーク強度の比較は、反射パターン毎に規格化したピーク強度を用いて行う。たとえば、反射パターン内の全ての一致ピークのピーク強度の和をＩ_ｔ、対象とするピークのピーク強度をＩ_ｏとしたとき、Ｉ_ｏ／Ｉ_ｔで求められる値を規格化したピーク強度とする。また、一致ピークのピーク強度の比較は、ピーク位置が互いに一致しているピーク同士で行う。

なお、粒子２２の粒径が第１の光及び第２の光の波長よりも小さい場合には、光の波長が長いほど、粒子２２による散乱の強度が小さくなる場合がありうる。予めそのような天候や環境が予測される場合には、ユーザの切り替え操作等により、ステップＳ３４０において光の波長が長いほどレベルが小さくなっているピークを天候に由来する成分として特定されるようにしてもよい。

なお、一致ピークの数が１でないとき（ステップＳ３２０のＮ）、特定部１３６はステップＳ３３０と同様に、一致ピーク以外のピークをさらに天候に由来する成分として特定してもよい。

図９は、本実施形態において処理部１３０が行う処理内容の変形例を示すフローチャートである。本図に示すように特定部１３６は、一致ピークが抽出された後、一致ピークの数が判定される前に一致ピーク以外のピークを天候に由来する成分として特定してもよい（ステップＳ３３０）。その場合、ステップＳ３３０の後に一致ピーク数判定部１３４が一致ピークの数を判定する（ステップＳ３２０）。そして、一致ピークの数が１であるとき（ステップＳ３２０のＹ）、特定部１３６は、ステップＳ３３０で特定されたピークのみを天候に由来する成分として特定する。そして、一致ピークの数が１でないとき（ステップＳ３２０のＮ）、特定部１３６は、光の波長が長いほどレベルが大きくなっているピークを天候に由来する成分としてさらに特定する（ステップＳ３４０）。

以上の様にして処理部１３０は天候に由来する成分を特定する。処理部１３０は少なくとも一つの反射パターン（たとえば第１の光の反射パターン）における天候に由来する成分を示す情報として、天候に由来するピークの、反射パターン中における時間帯または上記したピークデータを出力する。

図５に戻り、次いで距離算出部１５０は処理部１３０で特定された天候に由来する成分を少なくとも一つの反射パターンから差し引くことにより補正反射パターンを生成する（ステップＳ４０）。具体的には距離算出部１５０は処理部１３０から天候に由来する成分を示す情報を取得する。そして、天候に由来する成分が特定された反射パターン（たとえば第１の光の反射パターン）から天候に由来する成分を示す情報が示すピークを差し引く。たとえば距離算出部１５０は反射パターンのうち、天候に由来するピークが位置する時間帯の強度をゼロとすることにより補正反射パターンを生成してもよい。また、天候に由来する成分を示す情報がピークデータである場合には、距離算出部１５０は反射パターンからそのピーク分を減算して補正反射パターンを生成してもよい。

また、ステップＳ３４０で特定されたピークのように、一致ピークが天候に由来するピークとして特定されている場合、距離算出部１５０は以下の様に補正反射パターンを生成できる。以下では図８の様に、第１の光の反射パターンにおけるノイズピーク４１（天候に由来する成分）が、第２の光の反射パターンの同位置のピークよりも小さい場合について説明する。この場合、第２の光の反射パターンの全体の強度に所定の倍率αを乗じる。そして、第１の光の反射パターンから、αを乗じた第２の反射パターンを差し引く。そうすることにより、第１の光の反射パターンからノイズピーク４１を低減した補正反射パターンを生成することができる。

ここで、倍率αを示す情報はたとえば、第１の光と第２の光におけるノイズピーク４１の強度比を事前の試験等により導出し、記憶部１４０に保持させておき、距離算出部１５０がそれを読み出して用いることができる。または、互いに位置が一致する第１の光のノイズピーク４１のピーク強度Ｉ_１と第２の光のノイズピーク４１のピーク強度Ｉ_２とを用いて、α＝Ｉ_１／Ｉ_２の関係から距離算出部１５０がその都度導出してもよい。ここで、各反射パターンにおいて位置が一致するノイズピーク４１が複数ある場合には、各ノイズピーク４１についてＩ_１／Ｉ_２を算出し、その平均値をαとして用いることができる。

なお、上記において、第１の光の反射パターンから、αを乗じた第２の反射パターンを差し引く際、第１の反射パターンにおけるノイズピーク４１の生じている時間帯のみを対象に減算を行っても良い。

次いで、距離算出部１５０は補正反射パターンを用いて距離測定装置１０と対象物体２０との距離を算出する（ステップＳ５０）。すなわち、補正反射パターンにおける最大のピークを対象物体２０からの反射ピークであるとみなし、そのピーク位置に基づいて光が出射されてから反射ピークが検出されるまでの時間を求める。そして、求めた時間に光の速度を乗ずることにより、距離測定装置１０から対象物体２０までの往復距離が算出される。

なお、出力部１１０が複数の光を複数回出力し、取得部１２０がその都度反射パターンを取得し、距離算出部１５０が複数の補正反射パターンを生成してもよい。そして、複数の補正反射パターンを積算して距離を算出してもよい。そうすることにより、さらに高精度な距離測定が可能となる。

以上、本実施形態によれば、出力部１１０がそれぞれピーク波長が異なる複数の光を出力し、取得部１２０が複数の光のそれぞれについて反射光の強度波形である反射パターンを取得し、処理部１３０が複数の反射パターンに基づいて、複数の反射パターンのうちの少なくとも一の反射パターンに含まれる天候に由来する成分を特定する。したがって、天候に由来するノイズを低減し、測定精度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係る距離測定装置１０の機能構成を例示するブロック図であり、図１１は、第２の実施形態に係る処理部１３０の機能構成を例示するブロック図である。本実施形態に係る距離測定装置１０は、処理部１３０が、複数の反射パターンが取得される時点の天候を示す天候情報を用いて天候に由来する成分を特定する点を除いて第１の実施形態に係る距離測定装置１０と同様である。

本実施形態に係る距離測定装置１０は、天候情報取得部１６０をさらに備える。天候情報取得部１６０は、取得部１２０が反射パターンを取得する時点の、距離測定装置１０が対象物体２０を測定する場所の、天候を示す天候情報を取得する。天候情報は、晴れ、雨、霧、雪、曇り等の天候を示す情報を含む。また、天候情報は、光化学スモッグや大気中の微細粒子の浮遊濃度を示す情報を含んでも良い。天候情報取得部１６０は、たとえば通信網を介して天候を示す情報を取得できる。具体的には、気象情報提供サービスのサーバにアクセスして天候情報を取得できる。また、天候情報取得部１６０は距離測定装置１０の近傍に配置された温度センサから取得した温度を示す情報や、照度センサから取得された照度を示す情報に基づき天候を判別し、天候情報を取得してもよい。

また、本実施形態に係る処理部１３０は、天候判定部１３８を備える。例えば天候が晴れや曇りである場合には、天候に由来するノイズピークが生じにくいと考えられる。そこで、そのような天候の場合には、天候に由来する成分の特定や、補正反射パターンの生成を省略することができ、情報処理装置８７０の処理負荷を軽減することができる。

図１２は本実施形態に係る距離測定方法のフローチャートである。本距離測定方法において、ステップＳ１０およびステップＳ２０の内容は第１の実施形態に係る方法と同じである。本実施形態に係る距離測定方法では、ステップＳ２０の後、天候情報取得部１６０が天候情報を取得する（ステップＳ２２）。

次いで処理部１３０の天候判定部１３８は、取得した天候情報が示す天候が、予め定められた基準を満たすか否かを判定する。なお、基準を示す情報は予め記憶部１４０に記憶されており、天候判定部１３８がそれを読み出して判定に用いることができる。基準は、晴れ、曇り等の特定の天気であっても良いし、光化学スモッグの程度や大気中の微細粒子の浮遊濃度に対する基準値等であっても良いし、それらの組み合わせであっても良い。

本図の例では天候判定部１３８は、天候が晴れ又は曇りであるか否かを判定する（ステップＳ２４）。そして天候情報が晴れまたは曇りを示す場合（ステップＳ２４のＹ）、処理部１３０は天候に由来する成分を特定しない。そして距離算出部１５０は、補正反射パターンを生成せずに、取得した複数の反射パターンのうち少なくともいずれかを用いて、第１の実施形態のステップＳ５０と同様に距離を算出する。

天候情報が晴れまたは曇りを示さない場合（ステップＳ２４のＮ）、処理部１３０は次いで天候に由来する成分を特定する（ステップＳ３０）。そして距離算出部１５０は補正反射パターンを生成し（ステップＳ４０）、距離を算出する（ステップＳ５０）。本実施形態のステップＳ３０〜ステップＳ５０は第１の実施形態と同様に行える。

なお、天候判定部１３８は光化学スモッグや大気中の微細粒子の浮遊濃度が基準値を超えるか否かをさらに判定し、天候情報が晴れまたは曇りを示す場合であっても天候情報が示す光化学スモッグや大気中の微細粒子の浮遊濃度が基準値を超える場合に、上記の天候情報が晴れまたは曇りを示さない場合（ステップＳ２４のＮ）と同様の処理を行うようにしても良い。雨や霧の場合と同様にノイズピークが現れる可能性があるからである。

以上、本実施形態においても、出力部１１０がそれぞれピーク波長が異なる複数の光を出力し、取得部１２０が複数の光のそれぞれについて反射光の強度波形である反射パターンを取得し、処理部１３０が複数の反射パターンに基づいて、複数の反射パターンのうちの少なくとも一の反射パターンに含まれる天候に由来する成分を特定する。したがって、天候に由来するノイズを低減し、測定精度を向上させることができる。

加えて、本実施形態によれば、処理部１３０が、複数の反射パターンが取得される時点の天候を示す天候情報を用いて天候に由来する成分を特定する。したがって、天候に由来するノイズの増大が予想される場合にのみその特定を行うことができ、情報処理の負荷を低減することができる。

（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態に係る処理部１３０の機能構成を例示するブロック図である。また、図１４は、第３の実施形態に係る天候に由来する成分を特定する工程（ステップＳ３０）の内容を例示するフローチャートである。本実施形態に係る距離測定装置１０は、処理部１３０の構成および天候に由来する成分を特定する工程（ステップＳ３０）での処理内容を除いて第２の実施形態に係る距離測定装置１０と同様である。

たとえば天候が霧や雨の場合には、ノイズピークが一致ピークとして生じる可能性が高いと考えられる。さらに、天候が雪の場合には粒子の直径が大きく、浮遊する粒子の間隔も大きいことから複数の光においてノイズピークの位置がずれる可能性が高いと考えられる。よって、天候情報を用いることで、一致ピークの数の判定を行うことなく、その天候に適した処理を行い、天候に由来する成分を特定することができる。

本実施形態に係る距離測定方法は、図１２と同様のフローチャートを用いて説明できる。本実施形態の距離測定方法では、ステップＳ３０以外を第２の実施形態と同様に行う。

本実施形態に係る距離測定装置１０では、ステップＳ３０を以下の様に行う。まず、一致ピーク抽出部１３２が第１の実施形態と同様の一致ピークを抽出する（ステップＳ３１０）。次いで天候判定部１３８が、天候情報が示す天候が予め定められた基準を満たすか否かを判定する。なお、基準を示す情報は予め記憶部１４０に記憶されており、天候判定部１３８がそれを読み出して判定に用いることができる。基準は、雨、霧等の特定の天気であっても良いし、光化学スモッグの程度や大気中の微細粒子の浮遊濃度に対する基準値等であっても良いし、それらの組み合わせであっても良い。本図の例では天候判定部１３８が、天候情報が示す天候が霧又は雨であるか否かを判定する（ステップＳ３５０）。

天候が霧又は雨である場合（ステップＳ３５０のＹ）、特定部１３６は、第１の実施形態と同様にして波長が長いほどレベルが大きくなっている一致ピークを天候に由来する成分として特定する（ステップＳ３４０）。

一方、天候が霧又は雨ではない場合（ステップＳ３５０のＮ）、特定部１３６は、第１の実施形態と同様にして一致ピーク以外のピークを天候に由来する成分として特定する（ステップＳ３３０）。また、天候判定部１３８は光化学スモッグや大気中の微細粒子の浮遊濃度が基準値を超えるか否かをさらに判定し、天候が霧又は雨ではない場合であっても天候情報が示す光化学スモッグや大気中の微細粒子の浮遊濃度が基準値を超える場合に、上記の天候情報が霧又は雨を示す場合（ステップＳ３５０のＹ）と同様の処理を行うようにしても良い。

なお、天候が霧又は雨の場合（ステップＳ３５０のＹ）、特定部１３６はステップＳ３３０と同様に、一致ピーク以外のピークをさらに天候に由来する成分として特定してもよい。

また、ステップＳ３０の内容の変形例として、特定部１３６は、一致ピークが抽出された後、まず一致ピーク以外のピークを天候に由来する成分として特定し、その後に天候判定部１３８が天候を判定してもよい。そして、天候が霧又は雨ではない場合、特定部１３６は、上記で既に特定されたピークのみを天候に由来する成分とする。そして、天候が霧又は雨である場合、特定部１３６は、光の波長が長いほどレベルが大きくなっているピークを天候に由来する成分としてさらに特定する。

また、本実施形態において、ステップＳ３５０では、天候判定部１３８が、天候が霧または雨であるか否かを判定する代わりに、天候が雪であるか否かを判定しても良い。その場合、天候が雪である場合に、上記の霧または雨ではない場合（ステップＳ３５０のＮ）と同様の処理を行い、天候が雪でない場合に、上記の霧または雨である場合（ステップＳ３５０のＹ）と同様の処理を行う。

加えて、本実施形態によれば、天候が霧又は雨ではないとき、処理部１３０は少なくとも一つの反射パターンにおいて、一致ピーク抽出部１３２が抽出したピークのうち一致ピーク以外のピークを天候に由来する成分として特定する。一方、天候が霧又は雨であるとき、処理部１３０は、一致ピークのうち光の波長が長いほどレベルが大きくなっているピークを天候に由来する成分として特定する。したがって、一致ピークの数の判定を行うことなく、その天候に適した処理を行い、天候に由来する成分を特定することができる。

（第４の実施形態）
図１５は、第４の実施形態に係る距離測定装置１０の構成を例示するブロック図であり、図１６は、本実施形態に係る距離測定装置１０の使用環境を示す図である。本実施形態に係る距離測定装置１０は、天候情報取得部１６０が通信部１７０を通じて他の距離測定装置１０から天候情報を取得する点を除いて第２および第３の実施形態の少なくともいずれかと同様である。

本実施形態に係る距離測定装置１０は、通信網７０を介してサーバ６０に接続されており、通信部１７０をさらに備える。通信部１７０は、天候情報取得部１６０が温度を示す情報や、照度を示す情報に基づき天候を判別し、天候情報を取得したとき、距離測定装置１０の位置および時刻を示す情報と共に、取得した天候情報をサーバ６０に送信する。

また、本実施形態において、通信部１７０はサーバ６０に、天候情報送付を要求する信号および距離測定装置１０の位置を示す情報を送信する。そして、要求に基づき通信部１７０がサーバ６０から天候情報を受信したとき、天候情報取得部１６０は受信された天候情報を取得する。また、通信部１７０がサーバ６０から天候情報を受信できなかったとき、天候情報取得部１６０は自己の距離測定装置１０の近傍に設けられたセンサにより得られた温度を示す情報や、照度を示す情報に基づき天候を判別して天候情報を取得する。また、通信部１７０がサーバ６０から天候情報を受信できなかったとき、天候情報取得部１６０は、気象情報提供サービスのサーバにアクセスして天候情報を取得してもよい。

通信部１７０は、通信網７０を介して無線で情報を送受信するためのインタフェースである。そして、サーバ６０は、通信網７０を介して複数の距離測定装置１０と情報を送受信できる。本実施形態に係る距離測定装置１０はたとえば移動体に取り付けられている。また、移動体には、ＧＰＳ（Global Positioning System）装置など、移動体の位置（緯度、経度）が認識できる位置認識手段が設けられている。位置認識手段は移動体の位置を示す情報を生成する。

本実施形態において、サーバ６０は、距離測定装置１０から送信された天候情報、位置および時刻を示す情報を受信して保持すると共に、位置情報等に照らして有効な天候情報を他の距離測定装置１０に提供する。このように、情報を共有することにより、各距離測定装置１０は効率良く距離測定の精度を向上させることができる。

図１７は、サーバ６０の機能構成を例示するブロック図である。具体的にはサーバ６０は、通信部６１０、選択部６２０および記憶部６３０を備える。通信部６１０は、通信網７０を介して情報を送受信するためのインタフェースである。通信部６１０は距離測定装置１０の通信部１７０から送信された天候情報を受信する。この天候情報は、各距離測定装置１０で天候が判別されて取得された情報である。天候情報には、その天候情報が取得された位置および時刻を示す情報が付随している。そして、受信された天候情報は、位置および時刻を示す情報と共に、記憶部６３０に格納される。

一方、通信部６１０が他の距離測定装置１０から位置情報を伴う天候情報送付の要求を受信した場合、選択部６２０はその位置情報と要求を受信した時刻に照らして、有効な天候情報を記憶部６３０から選択する。有効な天候情報の選択においては、選択部６２０は天候情報に付随した位置を示す情報と、要求に付随した位置情報とを比較して、それらの示す位置が充分に近いか否かを判定する。たとえば、二つの位置の距離が予め定められた基準距離以下である場合、充分に近いと判定される。また、選択部６２０は、天候情報に付随した時刻を示す情報と、要求を受信した時刻とを比較して、それらの時刻が充分に近いか否かを判定する。たとえば、二つの時刻の差が予め定められた基準時間以下である場合、充分に近いと判定される。ここで、基準距離および基準時間を示す情報は、記憶部６３０に予め保持されており、選択部６２０がそれを読み出して用いることができる。

選択部６２０は記憶部６３０に保持された複数の天候情報のそれぞれについて上記の判定を行い、位置および時刻の両方が充分に近いと判定された天候情報を選択する。なお、複数の天候情報について、位置および時刻の両方が充分に近いと判定された場合には、位置が最も近い天候情報を選択する。または、時刻が最も近い天候情報を選択するようにしてもよい。

サーバ６０は、選択部６２０で選択された天候情報を、要求を送信した距離測定装置１０に対して送信する。要求を送信した距離測定装置１０は、天候情報をサーバ６０から受信し、ノイズの低減に用いることができる。

一方、選択部６２０において、位置および時刻の両方が充分に近いと判定された天候情報が存在しなかった場合、サーバ６０は、要求を送信した距離測定装置１０に対して、天候情報を提供できない旨を示す情報を送信する。天候情報を受信できなかった距離測定装置１０は、その移動体に設けられたセンサにより得られた温度を示す情報や、照度を示す情報に基づき、自ら天候を判別して天候情報を取得する。また、通信部１７０がサーバ６０から天候情報を受信できなかったとき、天候情報取得部１６０は、気象情報提供サービスのサーバにアクセスして天候情報を取得してもよい。

加えて、本実施形態においては、通信部１７０がサーバ６０から天候情報を受信したとき、処理部１３０は、その天候情報を用いて反射パターンにおけるノイズを低減する。このように情報を共有することにより、各距離測定装置１０はピンポイントで、すなわちより高い位置精度で、最新の天候情報を得られ、効率良く距離測定の精度を向上させることができる。

以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

たとえば、上述の説明で用いたシーケンス図やフローチャートでは、複数の工程（処理）が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。

１０距離測定装置
２０対象物体
２２粒子
４１ノイズピーク
４２対象ピーク
６０サーバ
７０通信網
１１０出力部
１２０取得部
１３０処理部
１３２一致ピーク抽出部
１３４一致ピーク数判定部
１３６特定部
１３８天候判定部
１４０，６３０記憶部
１５０距離算出部
１６０天候情報取得部
１７０，６１０通信部
６２０選択部
８１０レーザ光源
８１２コントローラ
８１４コリメーターレンズ
８３０ハーフミラー
８５０ａ第１受光素子
８５０ｂ第２受光素子
８５１ａ第１フィルタ
８５１ｂ第２フィルタ
８５２検出側レンズ
８５３検出回路
８７０情報処理装置

Claims

それぞれピーク波長が異なる複数の光を出力する出力部と、
前記複数の光のそれぞれについて、前記出力部から光が出射されてから反射光が検出されるまでの時間と反射光の強度との関係を示す強度波形である反射パターンを取得する取得部と、
前記複数の反射パターンに基づいて、前記複数の反射パターンのうちの少なくとも一の前記反射パターンに含まれる天候に由来する成分を特定する処理部と、
を備え、
前記処理部は、
前記複数の反射パターンにおいて反射光の強度のピークの時点が一致する一致ピークを抽出する一致ピーク抽出部と、
前記一致ピークの数を判定する一致ピーク数判定部と、
前記一致ピーク数判定部の判定結果に基づいて前記天候に由来する成分を特定する特定部とを備える距離測定装置。
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記処理部は、前記複数の反射パターンに現れたピークを比較して前記天候に由来する成分を特定する距離測定装置。
請求項１または２に記載の距離測定装置において、
前記処理部は、前記反射パターンに現れたピークの位置が、前記複数の反射パターン間で一の位置でのみ互いに一致するとき、位置が一致したピーク以外のピークを前記天候に由来する成分として特定する距離測定装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の距離測定装置において、
前記処理部は、前記反射パターンに現れたピークの位置が、前記複数の反射パターン間で二以上の位置で互いに一致するとき、位置が一致したピークのうち前記光の前記ピーク波長が長いほどピーク強度が大きくなっているピークを前記天候に由来する成分として特定する距離測定装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の距離測定装置において、
前記処理部は、前記複数の反射パターンが取得される時点の天候を示す天候情報を用いて前記天候に由来する成分を特定する距離測定装置。
請求項５に記載の距離測定装置において、
前記天候情報が晴れまたは曇りを示す場合に、前記処理部は前記天候に由来する成分を特定しない距離測定装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の距離測定装置において、
当該距離測定装置と前記光が照射される対象物体との距離を算出する距離算出部をさらに備え、
前記距離算出部は
前記少なくとも一の反射パターンから前記天候に由来する成分を差し引くことにより補正反射パターンを生成し、
前記補正反射パターンに基づいて、前記距離を算出する距離測定装置。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の距離測定装置において、
前記一致ピーク数判定部は、前記一致ピークの数が１であるか、２以上であるかを判定する距離測定装置。
それぞれピーク波長が異なる複数の光を出力し、
前記複数の光のそれぞれについて、光が出射されてから反射光が検出されるまでの時間と反射光の強度との関係を示す強度波形である反射パターンを取得し、
前記複数の反射パターンに基づいて、前記複数の反射パターンのうちの少なくとも一の前記反射パターンに含まれる天候に由来する成分を特定し、
前記天候に由来する成分の特定において、
前記複数の反射パターンにおいて反射光の強度のピークの時点が一致する一致ピークを抽出し、
前記一致ピークの数を判定し、
前記一致ピークの前記数の判定結果に基づいて前記天候に由来する成分を特定する距離測定方法。