JP2023152449A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定光の強度を変えることなく、窓における反射光の測距への影響を抑制する。【解決手段】ローゲインアンプ１５０、及びコンパレータ１５１は窓１００の内面における反射光に応じた電圧値よりも高い閾値で、受光部１３から取得する電圧値を選別する。そのため、近距離算出部１５は、窓１００の内面における反射光を検出せず、その反射光よりも高い強度の光を検出する。信号線１１２は、窓１００における反射光が受光されるまで有効信号を送信しない。そのため、時間情報生成器１７２は、出射トリガ信号が送信されても、窓１００の反射光が受光部１３に受光されるまで機能を停止している。遠距離算出部１７は、窓１００の内面における反射光が受光された後であれば、比較的低い電圧値でも検出する。【選択図】図４

Description

本発明は、測距装置の技術に関する。

ＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）は、自動運転等の各種の分野に用いられる測距装置の一種である。ＬＩＤＡＲは、対象物へ向けて光を出射し、その対象物において反射した光を検出して、その光が往復した伝播時間に基づいて自装置からその対象物までの距離を測定する。

ＬＩＤＡＲは、レーザ光の出射部を雨、埃等から保護するためにガラス、透明樹脂等の透過性のある材質で形成された窓を用いる。この窓の透過率は一般に約９５％であり、５％程度の反射、吸収が生じる。この窓により反射したレーザ光が受光部に入ると測定対象物として検出されてしまうため、窓の反射光を受光しないようにレーザ光の窓への入射角を調整することが検討されている。

特許文献１は、レーザ光を発生させて投光する投光部と、投光部が投光したレーザ光の光軸に対して傾斜して、そのレーザ光を反射する第１ミラーと、第１ミラーを支える透明材料製の支持部と、第１ミラーが反射したレーザ光の偏向方向を三次元的に走査して、筐体窓を通して装置外部へ出射するとともに、レーザ光が装置外部の物体で反射して生じた反射光を反射する第２ミラーと、第２ミラーが反射した反射光の進行方向において、支持部よりも第２ミラーから遠い側に位置し、第２ミラーが反射した反射光を受光する受光部と、を備えるレーザレーダ装置を開示している。この特許文献１に記載されたレーザレーダ装置の筐体窓は、レーザ光の走査角度によらず、レーザ光が垂直に入射せず、かつ、レーザ光が筐体窓で反射して生じた内部反射光が支持部よりも第２ミラー側に向かう角度になっている。

特開２０１６－１８６４７０号公報

特許文献１に記載の技術は、レーザレーダ装置において、筐体窓からの反射光が受光部に入らないようにその角度を調整したものである。しかし、窓からの反射光は正反射したものに限らないので、反射光を完全に受光部に入らないようにすることは困難である。そのため、特許文献１に記載の技術においても筐体窓からの反射光は、測距の妨げになることがある。

窓からの反射光は、強度が比較的小さい。そのため、測定光の強度を上げることで対象物からの反射光の感度を、窓からの反射光に比べて高くすることができると考えられる。しかし、測定光の強度を上げるとエネルギーが必要となる。

本発明の目的の一つは、測定光の強度を変えることなく、窓における反射光の測距への影響を抑制することである。

本発明は、出射部が窓を介して光を出射してから、閾値を超える強度の反射光を受光部が受光するまでの時間に基づき対象物までの距離を測定する装置であって、前記閾値を前記窓の内面における反射光の強度以上に設定する近距離モードと、前記窓の内面における反射光が前記受光部に届くまで前記距離を測定しない遠距離モードと、を時分割で切替える測距装置、を第１の態様として提供する。

第１の態様の測距装置によれば、測定光の強度を変えることなく、窓における反射光の測距への影響を抑制することができる。

第１の態様の測距装置において、前記遠距離モードにおいて、前記閾値を前記窓の内面における反射光の強度以下に設定する、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

第２の態様の測距装置によれば、対象物における反射光が、窓の内面における反射光よりも弱い場合であっても、遠距離モードにおいてその対象物までの距離は測定される。

第１又は第２の態様の測距装置において、前記窓は、前記光が斜めに入射するように設置されている、という構成が第３の態様として採用されてもよい。

第３の態様の測距装置によれば、光が垂直に入射する窓に比べて反射光の強度が抑えられる。

第１又は第２の態様の測距装置において、前記光を走査して得られる画像ごとに、前記近距離モード及び前記遠距離モードを切替える、という構成が第４の態様として採用されてもよい。

第４の態様の測距装置によれば、モードの違いを画像ごとに比較することができる。

第１又は第２の態様の測距装置において、前記近距離モード及び前記遠距離モードにおける測定結果の組合せに基づいて前記窓の汚れを判定する、という構成が第５の態様として採用されてもよい。

第５の態様の測距装置によれば、窓の汚れを判定することができる。

第１又は第２の態様の測距装置において、前記近距離モードにおいて、前記窓の内面における反射光が前記受光部に届く時点の前記閾値を該反射光の強度以上に設定し、時間の経過に従って該閾値を下げる、という構成が第６の態様として採用されてもよい。

第６の態様の測距装置によれば、近距離モードにおいても窓の内面における反射光を回避しつつ、対象物の測距の感度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る測距システム９の全体構成の例を示す図。 測距装置１の構成の例を示す図。 測距装置１の窓１００における反射を説明するための図。 測距装置１の回路構成の例を示す図。 測距装置１におけるタイミングを説明するための図。 近距離モードのタイミングを示す図。 遠距離モードのタイミングを示す図。 情報処理装置２の構成の例を示す図。 判定表２２１の例を示す図。 測距装置１の動作の流れの例を示す図。 時間の経過に伴って変化する閾値の例を示す図。

＜実施形態＞
＜測距システムの全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る測距システム９の全体構成の例を示す図である。測距システム９は、測距装置１、及び情報処理装置２を有する。測距装置１は、光を対象物Ｊに出射してその反射光を受光し、対象物Ｊまでの距離を測定する装置である。

情報処理装置２は、測距装置１と有線又は無線により通信可能に接続されている。測距装置１から情報を取得してその情報を処理する装置である。また、図１に示すこの情報処理装置２は、測距装置１の窓に付着した汚れの程度を判定する。情報処理装置２は、測距装置１を制御してもよい。なお、情報処理装置２と測距装置１とは同一筐体内に収められていてもよいし、別筐体内に収められていてもよい。

＜測距装置の構成＞
図２は、測距装置１の構成の例を示す図である。図２には、測距装置１の構成要素の物理的な配置が示されている。図２に示す測距装置１は、筐体１０、制御基板１１Ｂ、出射部１２、受光部１３、及び光学系１６を有する。

出射部１２は、出射基板１２Ｂ、発光素子１２２、及びコリメータレンズ１２０を有する。受光部１３は、受光基板１３Ｂ、受光素子１３１，及び集光レンズ１３０を有する。光学系１６は、第１ミラー１６１、第２ミラー１６２、及び第３ミラー１６３を有する。

制御基板１１Ｂは、出射部１２の出射基板１２Ｂ、及び受光部１３の受光基板１３Ｂと信号線で接続されており、これらを制御する。

筐体１０は、出射部１２が出射する測定光の光路上に窓１００を有する。窓１００は、ガラス等の光を透過する材料（光透過部材という）で形成されており、筐体１０の内部に雨、埃等が侵入することを防止しつつ、測定光を筐体１０の外部へ進ませる。つまり、この窓１００は、測定光の光路上に配置された光透過部材の例である。

また、筐体１０は、インタフェース１０１を有する。このインタフェース１０１は、制御基板１１Ｂと外部の機器とを通信可能に接続する部品である。インタフェース１０１は、筐体１０の壁面を貫通するように設置され、壁面の外側に図示しない接続端子を露出させている。また、インタフェース１０１は、筐体１０の内側で制御基板１１Ｂとケーブルで接続されている。

窓１００、出射部１２、受光部１３、及び光学系１６は、いずれも筐体１０によって固定されている。そのため、窓１００に対する出射部１２、受光部１３、及び光学系１６の配置はいずれも定まっている。

図２に示す制御基板１１Ｂは、出射基板１２Ｂに指示をして発光素子１２２から測定光を出射させる。発光素子１２２から出射した測定光は、図２に実線で示す矢印Ｐａに沿って進む。この測定光は、コリメータレンズ１２０を通って平行光になり、第１ミラー１６１、第２ミラー１６２を順に反射して窓１００に到達する。到達した測定光のほとんどがこの窓１００を透過し、筐体１０の外部に進んで対象物に到達する。

なお、第２ミラー１６２は、筐体１０に固定された軸を中心に回動し得るように設けられていてもよい。ここで回動し得るとは、正逆どちらにも回転可能であることをいう。この場合、制御基板１１Ｂは、図示しないモータ等の駆動部を制御して第２ミラー１６２を回動させ、測定光の出射方向を変化させてもよい。これにより、測定光は、対象物の存在する空間を走査する。

対象物で反射した測定光は、図２に破線で示す矢印Ｐｂに沿って、窓１００を透過して筐体１０の内部に入る。この反射した測定光は、第２ミラー１６２、第３ミラー１６３を順に反射して集光レンズ１３０で集められ、受光素子１３１により受光（検出）される。受光基板１３Ｂは、受光素子１３１が測定光を受光したタイミングを信号にして制御基板１１Ｂに送る。制御基板１１Ｂは、測定光の伝播時間に基づいてその測定光を反射させた対象物までの距離を測定する。

すなわち、この測距装置１は、出射部が窓を介して光を出射してから、閾値を超える強度の反射光を受光部が受光するまでの時間に基づき対象物までの距離を測定する測距装置の例である。

なお、図２に示す窓１００は、矢印Ｐａに沿って進む測定光の入射角θが０でないように設置されている。つまり、窓１００は、測定光が垂直ではなく、斜めに入射するように設置されている窓の例である。

矢印Ｐａに沿って進む測定光は、上述した通り、第１ミラー１６１、第２ミラー１６２を順に反射して窓１００に到達する。一方、窓１００で反射した測定光は、第２ミラー１６２、第３ミラー１６３を順に反射して受光部１３に受光される。

ここで、光学系１６は、測距装置１の内部のサイズに比べて、測定する対象物までの距離が長いから、測定光が出射する光路と反射光が戻る光路とがほぼ正反対の向きである。そして、窓１００に対して出射部１２が測定光を垂直に入射させると、窓１００の内面において正反射した反射光が、第２ミラー１６２に戻ることになる。この場合、反射光の中でもっとも強い正反射光が受光部１３に受光されるため、窓１００の内面における反射光の影響が大きい。

上述した通り、窓１００は、測定光が斜めに入射するように設置されているので、光が垂直に入射する場合に比べて、受光部１３に受光される反射光の強度を小さくすることができる。

図３は、測距装置１の窓１００における反射を説明するための図である。図３に示す通り、窓１００は、発光素子１２２から出射した測定光のすべてを透過させることはなく、一部を反射させる。窓１００において反射した測定光は、図３に二点鎖線で示す矢印Ｐｒに沿って進み、第２ミラー１６２、第３ミラー１６３を順に反射して集光レンズ１３０で集められ、受光素子１３１により受光される。

このとき受光素子１３１が受光する光は、筐体１０の外に存在する対象物で反射したものではなく、窓１００で反射したものである。この光は、発光素子１２２から、第１ミラー１６１、及び第２ミラー１６２でそれぞれ反射して窓１００に至るまでの距離と、窓１００で反射してから、第２ミラー１６２、及び第３ミラー１６３でそれぞれ反射して受光素子１３１に至るまでの距離とを合計した距離を進んでいる。

なお、図３に示す矢印Ｐｒは、図２に示す矢印Ｐｂのうち筐体１０の内部における部分と異なった光路を示しているが、その差は比較的小さい。そのため、以下の説明においてこれらは同じ光路である、と見做すことがある。

＜測距装置の回路構成＞
図４は、測距装置１の回路構成の例を示す図である。図４に示す測距装置１は、制御部１１、出射部１２、受光部１３、光量測定部１４、近距離算出部１５、及び遠距離算出部１７を有する。

制御部１１は、上述した図２に示す制御基板１１Ｂに設けられている。制御部１１は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有し、メモリに記憶されているコンピュータプログラム（以下、単にプログラムという）を読み出して実行することにより測距装置１の各部を制御する。

制御部１１は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）であってもよいし、ＦＰＧＡを含んでもよい。制御部１１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、又は他のプログラマブル論理デバイスを有し、これらによって制御を行ってもよい。また、制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の、汎用的なプロセッサであってもよい。

制御部１１は、ユーザに指示された、又は予め決められたタイミングで出射トリガ信号を生成し、この出射トリガ信号を出射部１２に送信する。出射トリガ信号は、出射部１２に指示して測定光を出射させる信号である。

出射部１２は、制御部１１の制御の下、光を出射する。図４に示す出射部１２は、コリメータレンズ１２０、ドライバ１２１、発光素子１２２、及び検出器１２３を有する。ドライバ１２１、発光素子１２２、及び検出器１２３は、例えば、上述した図２に示す出射基板１２Ｂに設けられている。

ドライバ１２１は、制御部１１から出射トリガ信号を受信すると発光素子１２２を駆動させる。

発光素子１２２は、対象物が存在する可能性がある空間に向けて光を出射するデバイスであり、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）である。

検出器１２３は、例えば、フォトダイオードと信号処理回路を有し、発光素子１２２による発光を検出して、そのタイミングを制御部１１に通知する。

受光部１３は、出射部１２が出射した光が対象物により反射した場合に、その反射光を受光して検出する。図２に示す受光部１３は、集光レンズ１３０、受光素子１３１、及び電流電圧変換器１３２を有する。受光素子１３１、及び電流電圧変換器１３２は、例えば、上述した図２に示す受光基板１３Ｂに設けられている。

受光素子１３１は、上述した対象物からの反射光を検出して電流による信号を発生させる素子であり、例えば、ＡＰＤ（avalanche photodiode）である。

電流電圧変換器１３２は、受光素子１３１が反射光を検出したときの電流を電圧に変換する変換器であり、例えば、ＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）である。

光量測定部１４は、受光素子１３１が検出した反射光の光量を測定する。図２に示す光量測定部１４は、積分器１４１、ピークホールド回路１４２、及びＡ／Ｄ変換器１４３を有する。この光量測定部１４は、例えば図２に示す制御基板１１Ｂに設けられている。なお、光量測定部１４は、図２に示す受光基板１３Ｂに設けられていてもよい。

積分器１４１は、受光部１３の電流電圧変換器１３２から出力された、受光素子１３１が検出した反射光の光量に応じた電圧値を積分する。

ピークホールド回路１４２は、積分器１４１による積分された値のピーク値を保持する。

Ａ／Ｄ変換器１４３は、ピークホールド回路１４２が保持するピーク値によって示される光量のアナログ信号をデジタル信号に変換してこれを制御部１１に送信する。

近距離算出部１５は、受光部１３による反射光の受光結果を取得して、この受光結果に基づき対象物までの距離を算出するデバイスである。図４に示す近距離算出部１５は、ローゲインアンプ１５０、コンパレータ１５１、及び時間情報生成器１５２を有する。近距離算出部１５は、例えば、図２に示す制御基板１１Ｂに設けられている。なお、近距離算出部１５は、図２に示す受光基板１３Ｂに設けられていてもよい。

ローゲインアンプ１５０は、受光部１３から反射光の光量に応じた電圧値の入力を受けて、この電圧値を予め決められた増幅率で増幅する回路である。ローゲインアンプ１５０の増幅率は、後述するハイゲインアンプ１７０に比べて低い。

コンパレータ１５１は、ローゲインアンプ１５０において増幅された電圧値と閾値とを比較し、この電圧値が閾値を超えたときにそのタイミングを時間情報生成器１５２に通知する素子である。このコンパレータ１５１は、上述した閾値を、初期状態の窓１００の内面における反射光の強度を超える値に相当する値に設定している。なお、初期状態とは、例えば製造直後の状態であり、汚れ等が付着していない状態である。

つまり、ローゲインアンプ１５０、及びコンパレータ１５１は、汚れが付着していない窓１００の内面における反射光に応じて受光部１３が出力する電圧値を遮断する。

時間情報生成器１５２は、出射部１２が光を出射してから受光部１３が反射光を受光するまでの時間を示す時間情報を生成するデバイスである。時間情報生成器１５２は、要求される空間分解能に応じた時間分解能を達成するために、例えば、ＴＤＣ（Time to Digital Converter）を備える。

時間情報生成器１５２は、制御部１１と信号線１１１により接続されている。この信号線１１１は、制御部１１の制御の下、時間情報生成器１５２へ、その機能を有効にする有効信号と、無効にする無効信号とを、それぞれ決められたタイミングで送信する。

信号線１１１は、出射トリガ信号と共通のタイミングで有効信号を送信する。そして、信号線１１１は、出射トリガ信号の送信のタイミングから予め決められた時間が経過したタイミングで無効信号を送信する。この予め決められた時間は、反射光の検知可能な距離に応じて定められる。つまり、信号線１１１が無効信号を送信するタイミングは、いわゆるタイムアウトを示している。

時間情報生成器１５２は、出射部１２の検出器１２３から制御部１１へ送信される信号を分岐により取得して、取得したこの信号から光を出射したタイミングの情報を得る。また、時間情報生成器１５２は、上述したコンパレータ１５１からの通知を受取り、この通知が示すタイミングを受光部１３が反射光を受光したタイミングとして捉える。

そして、時間情報生成器１５２は、出射部１２が測定光を出射したタイミングと、受光部１３が反射光を受光したタイミングとの時間差を時間情報として算出し、制御部１１に送信する。制御部１１は、時間情報生成器１５２で算出された時間情報に基づいて、測距装置１（自装置）から対象物までの距離を算出する。

上述した通り、ローゲインアンプ１５０、及びコンパレータ１５１は窓１００の内面における反射光に応じた電圧値よりも高い閾値で、受光部１３から取得する電圧値を選別する。そのため、近距離算出部１５は、窓１００の内面における反射光を検出せず、その反射光よりも高い強度の光を検出する。近距離算出部１５は、比較的高い閾値以上の電圧値のみを検出するので、近距離にある対象物の測定に適する。遠距離にある対象物は、近距離にある対象物に比べてその反射光の減衰が大きいからである。この近距離算出部１５による距離の測定のモードを「近距離モード」という。すなわち、この近距離モードは、閾値を超える強度の反射光を検出する際に、その閾値を窓の内面における反射光の強度を超える値に設定する近距離モードの例である。

遠距離算出部１７は、受光部１３による反射光の受光結果を取得して、この受光結果に基づき対象物までの距離を算出するデバイスである。図４に示す遠距離算出部１７は、ハイゲインアンプ１７０、コンパレータ１７１、及び時間情報生成器１７２を有する。遠距離算出部１７は、例えば、図２に示す制御基板１１Ｂに設けられている。なお、遠距離算出部１７は、図２に示す受光基板１３Ｂに設けられていてもよい。

ハイゲインアンプ１７０は、受光部１３から反射光の光量に応じた電圧値の入力を受けて、この電圧値を予め決められた増幅率で増幅する回路である。ハイゲインアンプ１７０の増幅率は、上述した通り、ローゲインアンプ１５０比べて高い。

コンパレータ１７１は、ハイゲインアンプ１７０において増幅された電圧値と閾値とを比較し、この電圧値が閾値を超えたときにそのタイミングを時間情報生成器１７２に通知する素子である。このコンパレータ１７１は、上述した閾値を、初期状態の窓１００の内面における反射光の強度以下に相当する値に設定している。この閾値は、窓の内面における反射光の強度以下に設定された閾値の例である。

つまり、ハイゲインアンプ１７０、及びコンパレータ１７１は、汚れが付着していない窓１００の内面における反射光に応じて受光部１３が出力する電圧値を検出する。

時間情報生成器１７２は、出射部１２が光を出射してから受光部１３が反射光を受光するまでの時間を示す時間情報を生成するデバイスである。時間情報生成器１７２は、要求される空間分解能に応じた時間分解能を達成するために、例えば、ＴＤＣを備える。

時間情報生成器１７２は、制御部１１と信号線１１２により接続されている。この信号線１１２は、制御部１１の制御の下、時間情報生成器１７２へ、その機能を有効にする有効信号と、無効にする無効信号とを、それぞれ決められたタイミングで送信する。

信号線１１２は、出射部１２が出射した光が窓１００において反射し、その反射光が受光部１３により受光されるまで有効信号を送信しない。信号線１１２は、窓１００における反射光の受光が完了した直後のタイミングで有効信号を送信する。

そして、信号線１１２は、出射トリガ信号の送信のタイミングから予め決められた時間が経過したタイミングで無効信号を送信する。この予め決められた時間は、反射光の検知可能な距離に応じて定められる。つまり、信号線１１２が無効信号を送信するタイミングは、いわゆるタイムアウトを示している。

時間情報生成器１７２は、出射部１２の検出器１２３から制御部１１へ送信される信号を分岐により取得して、取得したこの信号から光を出射したタイミングの情報を得る。また、時間情報生成器１７２は、上述したコンパレータ１７１からの通知を受取り、この通知が示すタイミングを受光部１３が反射光を受光したタイミングとして捉える。

そして、時間情報生成器１７２は、出射部１２が測定光を出射したタイミングと、受光部１３が反射光を受光したタイミングとの時間差を時間情報として算出し、制御部１１に送信する。制御部１１は、時間情報生成器１７２で算出された時間情報に基づいて、測距装置１（自装置）から対象物までの距離を算出する。

上述した通り、信号線１１２は、窓１００における反射光が受光されるまで有効信号を送信しない。そのため、時間情報生成器１７２は、出射トリガ信号が送信されても、測定光が出射され、窓１００に到達し、窓１００の反射光が受光部１３に受光されるまで機能を停止している。つまり、遠距離算出部１７は、窓１００の内面における反射光を検出しない。

一方、窓１００における反射光の受光が完了すると、信号線１１２は、時間情報生成器１７２に有効信号を送信する。コンパレータ１７１の閾値は、窓１００の内面における反射光の強度以下である。そのため、窓１００の内面における反射光よりも弱い反射光が窓１００の外にある対象物から戻ってきても、遠距離算出部１７は、これを検出することがある。

つまり、遠距離算出部１７は、窓１００の内面における反射光が受光された後であれば、比較的低い電圧値でも検出するので、遠距離にある対象物の測定に適する。この遠距離算出部１７による距離の測定のモードを「遠距離モード」という。この遠距離モードは、窓の内面における反射光が受光部に届くまで距離を測定しない遠距離モードの例である。

＜測距装置におけるタイミング＞
図５は、測距装置１におけるタイミングを説明するための図である。図５における横軸は時間であり、縦軸は信号の大きさを示している。図５（ａ）には出射トリガ信号のタイミングが、図５（ｂ）には出射光が出射され、これを検出器１２３が検出したことを示す検出信号のタイミングがそれぞれ示されている。

出射トリガ信号によって出射部１２のドライバ１２１は、発光素子１２２を発光させ、測定光（出射光ともいう）を出射させる。出射トリガ信号が発されたタイミングから測定光が出射されるタイミングまでの時間差はほとんどなく、両者はほぼ同じである。図５において、出射トリガ信号が発されたタイミングは時刻ｔ０である。図５において、測定光が出射されるタイミングは時刻ｔ１である。つまり、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間は、ほぼ０である。

図５（ｃ）には窓１００の内面における反射光を検知するタイミングが示されている。図５において、窓１００の内面における反射光を検知するタイミングは時刻ｔ２である。また、窓１００の内面におけるこの反射光は、強度Ｉ２を有する。

図５（ｄ）には窓１００の外に存在する対象物における反射光を検知するタイミングが示されている。図５において、窓１００の外の対象物における反射光を検知するタイミングは時刻ｔ３である。また、窓１００の外の対象物におけるこの反射光は、強度Ｉ３を有する。

図５（ｅ）には、受光部１３による受光の検知信号の全体が示されている。図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示した検知信号は区別されないため、図５（ｅ）に示した一連の曲線として取得される。

＜近距離モードのタイミング＞
図６は、近距離モードのタイミングを示す図である。図６（ａ）には、近距離算出部１５が処理を実行する際の近距離モードにおいて、受光部１３が光を受光するタイミングとその光の強度とが示されている。図６（ａ）の横軸は時間を示し、縦軸は受光した光の強度を示している。

また、図６（ｂ）には、信号線１１１により近距離算出部１５の時間情報生成器１５２へ送信される有効信号のタイミングが示されている。

近距離算出部１５は、例えば、図６（ａ）に示す閾値Ｈを設定している。この閾値Ｈは、強度Ｉ２よりも高く、強度Ｉ３よりも低い値である。つまり、この閾値Ｈは、窓１００からの反射光を検知しないレベルであり、例えば、７０ｍＶ（ミリボルト）である。

また、近距離算出部１５は、例えば図６（ｂ）に示す時刻ｔ０から時刻ｔｚまでの期間にわたり有効信号を受信している。ここで時刻ｔｚはタイムアウトの時刻である。つまり、近距離算出部１５は、出射トリガ信号が発されたタイミングから、タイムアウトまで有効に機能する。

なお、タイムアウトの時間、すなわち、時刻ｔ０から時刻ｔｚまでの時間は、例えば、１０７ｎｓ（ナノ秒）である。測定光、及びその反射光は、秒速約３×１０⁸メートルで空間を進むので、この１０７ｎｓの間に、約３２メートルの距離を往復する。つまり、タイムアウトの時間を１０７ｎｓに設定すると、測距装置１の測定対象範囲は、測距装置１から約１６メートルまでの距離になる。

図６に示す場合、近距離算出部１５は、窓１００の内面における反射光を、その強度が閾値Ｈに満たないために遮断する。一方、図６に示す場合、近距離算出部１５は、窓１００の外に存在する対象物で反射した反射光を検知する。

＜遠距離モードのタイミング＞
図７は、遠距離モードのタイミングを示す図である。図７（ａ）には、遠距離算出部１７が処理を実行する際の遠距離モードにおいて、受光部１３が光を受光するタイミングとその光の強度とが示されている。図７（ａ）の横軸は時間を示し、縦軸は受光した光の強度を示している。

また、図７（ｂ）には、信号線１１２により遠距離算出部１７の時間情報生成器１７２へ送信される有効信号のタイミングが示されている。

遠距離算出部１７は、例えば、図７（ａ）に示す閾値Ｌを設定している。この閾値Ｌは、強度Ｉ２、及び強度Ｉ３のいずれよりも低い値である。つまり、この閾値Ｌは、窓１００からの反射光を検知するレベルであり、例えば、５０ｍＶである。

また、遠距離算出部１７は、例えば図７（ｂ）に示す時刻ｔｓから時刻ｔｚまでの期間にわたり有効信号を受信している。ここで時刻ｔｓは、受光部１３が窓１００からの反射光の受光を完了した後の時刻である。図７（ｂ）に示す例において、時刻ｔｓは、時刻ｔ０から時間Δｔが経過した時刻である。

また、時刻ｔｚはタイムアウトの時刻である。つまり、遠距離算出部１７は、受光部１３が窓１００からの反射光を受光してから、タイムアウトまで有効に機能する。

図７に示す場合、遠距離算出部１７は、窓１００の内面における反射光を受光部１３が受光したときに、無効信号を受けている。この無効信号を受けているとき、時間情報生成器１７２は、コンパレータ１７１からの出力を受信しない。そのため、遠距離算出部１７は、窓１００の内面における反射光を検知しない。一方、図７に示す場合、遠距離算出部１７は、窓１００の外に存在する対象物で反射した反射光を検知する。

＜情報処理装置の構成＞
図８は、情報処理装置２の構成の例を示す図である。図８に示す情報処理装置２は、プロセッサ２１、メモリ２２、インタフェース２３、操作部２４、及び表示部２５を有する。これらの構成は、例えばバスで、互いに通信可能に接続されている。

プロセッサ２１は、メモリ２２に記憶されているプログラムを読出して実行することにより情報処理装置２の各部を制御する。プロセッサ２１は、例えばＣＰＵである。

インタフェース２３は、有線又は無線により情報処理装置２を、他の装置に通信可能に接続する通信回路である。図８に示すインタフェース２３は、図１に示した通り、有線で情報処理装置２と測距装置１とを直接、接続する。なお、情報処理装置２と測距装置１とは同一筐体内に収められていてもよいし、別筐体内に収められていてもよい。

操作部２４は、各種の指示をするための操作ボタン、キーボード、タッチパネル、マウス等の操作子を備えており、操作を受付けてその操作内容に応じた信号をプロセッサ２１に送る。この操作は、例えば、キーボードに対する押下、タッチパネルに対するジェスチャー等である。

表示部２５は、液晶ディスプレイ等の表示画面を有しており、プロセッサ２１の制御の下、画像を表示する。表示画面の上には、操作部２４の透明のタッチパネルが重ねて配置されてもよい。なお、情報処理装置２は、操作部２４及び表示部２５を有しなくてもよい。情報処理装置２は、インタフェース２３を介して外部の装置から操作され、又は外部の装置に情報を提示してもよい。

メモリ２２は、プロセッサ２１に読み込まれるオペレーティングシステム、各種のプログラム、データ等を記憶する記憶手段である。メモリ２２は、ＲＡＭ、ＲＯＭを有する。なお、メモリ２２は、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブ等を有してもよい。

また、メモリ２２は、判定表２２１を記憶する。図９は、判定表２２１の例を示す図である。プロセッサ２１は、インタフェース２３を介して測距装置１から近距離モード、及び遠距離モードにおける測距の状態を示す情報を取得する。測距装置１は、遠距離モードの処理の結果として、測距可能、及びタイムアウトの２種類の状態になる。また、測距装置１は、近距離モードの処理の結果として、測距可能、近距離測距、及びタイムアウトの２種類の状態になる。

「測距可能」は、窓１００の外に存在する対象物までの距離が測定される状態である。「近距離測距」は、窓１００の内面における反射光が測定される状態である。「タイムアウト」は、窓１００の内面、又は対象物までのいずれの距離も測定されないままタイムアウトを迎える状態である。

判定表２２１は、近距離モード、及び遠距離モードにおける測距の各状態の組合せに、窓１００に付着した汚れの判定結果を対応付けて記憶する。

例えば、判定表２２１において、遠距離モードの処理をした状態が「測距可能」であり、近距離モードの処理をした状態が「近距離測距」である場合、対応する判定結果は「軽度の汚れあり」である。

遠距離モードの結果、「測距可能」になったことは、少なくとも、窓１００の外に測定光が出射していることを意味する。そして、近距離モードの結果、「近距離測距」になったことは、窓１００の内面で生じた反射光が検出されていることを意味する。したがって、窓１００には、検出される程度の反射光を生じさせ、かつ、測定光を透過させる程度の軽度の汚れが付着している、と判定される。

一方、遠距離モードの処理をした状態が「タイムアウト」であり、近距離モードの処理をした状態が「近距離測距」である場合、対応する判定結果は「軽度・重度の汚れあり」である。

遠距離モードの結果、「タイムアウト」になったことは、窓１００の外に対象物が存在しないか、測定光が窓１００を透過していないか、のいずれかであることを意味する。そして、近距離モードの結果、「近距離測距」になったことは、窓１００の内面で反射光が検出されていることを意味する。

したがって、窓１００の外に対象物が存在しない場合には、窓１００には、少なくとも検出される程度の反射光を生じさせる軽度の汚れ、又は、測定光を外部に透過させない程度の重度の汚れ、のいずれかが付着している、と判定される。

また、窓１００の外に対象物が存在している場合には、窓１００は測定光を外部に透過させていないので、重度の汚れが付着している、と判定される。

上述した２つの組合せ以外の場合、窓１００の汚れはない、と判定される。

＜測距装置の動作＞
図１０は、測距装置１の動作の流れの例を示す図である。測距装置１の制御部１１は、図示しないメモリ、レジスタ等にフレームカウンタを有する。フレームカウンタは、フレームの数を記憶する記憶領域である。フレームは、出射部１２が測定光を走査して一枚の距離画像を生成する周期である。

制御部１１は、まず、このフレームカウンタを初期化する（ステップＳ１０１）。制御部１１は、例えば、フレームカウンタを初期値である０で上書きする。

次に、制御部１１は、フレームカウンタが初期値であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。フレームカウンタが初期値である、と判断すると（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、制御部１１は、近距離モードの処理を近距離算出部１５に実行させる（ステップＳ１０３）。この近距離モードの処理は、出射部１２が測定光を走査して一枚の距離画像を生成する期間にわたって行われる。

一方、フレームカウンタが初期値でない、と判断すると（ステップＳ１０２；ＮＯ）、制御部１１は、遠距離モードの処理を遠距離算出部１７に実行させる（ステップＳ１０４）。この遠距離モードの処理は、近距離モードの処理と同様、出射部１２が測定光を走査して一枚の距離画像を生成する期間にわたって行われる。

近距離モード、又は遠距離モードの処理が完了すると、制御部１１は、フレームカウンタに定数を加算する（ステップＳ１０５）。この定数は、例えば１である。そして、制御部１１は、終了条件を満たしたか否か判断する（ステップＳ１０６）。ここで終了条件とは、予め決められた数の距離画像が生成されたという条件、決められた時刻になったという条件、終了の指示が利用者から入力されたという条件等である。

終了条件を満たした、と判断する場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、制御部１１は、処理を終了する。一方、終了条件を満たしていない、と判断する場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）、制御部１１は、フレームカウンタが閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。この閾値は、例えば１６である。

フレームカウンタが閾値以上である、と判断する場合（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）、制御部１１は、処理をステップＳ１０１に戻す。一方、フレームカウンタが閾値以上でない、と判断する場合（ステップＳ１０７；ＮＯ）、制御部１１は、処理をステップＳ１０２に戻す。

これにより、測距装置１は、フレームカウンタを初期値である０から１５まで増加させ、１５の次に０に戻す。そして、この測距装置１は、フレームカウンタが変化するごとに処理のモードを切替える。つまり、この測距装置１は、光を走査して得られる画像ごとに、近距離モード及び遠距離モードを切替える測距装置の例である。

この場合、この測距装置１は、フレームカウンタが初期値であるときだけ、近距離モードの処理を実行させ、それ以外であるときには遠距離モードの処理を実行させる。

つまり、この測距装置１は、１６フレームのうち、１フレームを近距離モードに、それ以外の１５フレームを遠距離モードに割り当てて処理を実行する。例えば、測距装置１が１秒間に１６枚の測距画像を生成する場合、１６フレームは１秒間に相当する。そして、この場合、測距装置１は、１秒ごとに１回の近距離モードと、１５回の遠距離モードとを切替える。なお、上述した初期値、定数、及びフレームカウンタの上限を示す閾値は、例に過ぎず、これらに限定されるものではない。

以上の動作を行うことにより、測距装置１は、近距離モードの処理において、窓１００の内面における反射光と同等の強度の反射光を無視する。これにより、測距装置１は、窓１００の外に存在する対象物のうち、反射光の強度が比較的高いもののみを検出する。

また、この測距装置１は、遠距離モードの処理において、窓１００の内面における反射光を受光するまで時間情報生成器１７２を無効化する。これにより、測距装置１は、窓１００の内面における反射光を受光した後、タイムアウトになるまでの期間だけ反射光を検出する。

そして、この測距装置１は、近距離モード、及び遠距離モードを時分割で切り替えて、それら両方の処理で得られた情報を基に、対象物までの距離を測定する。したがって、この測距装置１は、２つのモードのうち、一方のモードでできなかった測距は、他方のモードで補われる。そのため、この測距装置１は、測定光の強度を変えることなく、窓における反射光の測距への影響を抑制することができる。

なお、測距装置１による近距離モード、及び遠距離モードのそれぞれの測定結果は、情報処理装置２により取得される。情報処理装置２は、これらの測定結果を比較し、上述した判定表２２１に基づいて、窓１００に付着した汚れの有無、及びその汚れの程度を判定することができる。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさ及び配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。したがって、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

＜変形例＞
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例は組み合わされてもよい。

＜１＞
上述した実施形態において、測距装置１は、フレームカウンタが変化するごとに処理のモードを切替えていたが、これに限らない。測距装置１は、フレームカウンタが変化するタイミングとは別のタイミングで（すなわち何らかの時分割で）、近距離モードと遠距離モードとを切り替えてもよい。また、測距装置１は、光を走査して測距画像を生成しなくてもよい。例えば、測距装置１は、光を二次元走査させるのではなく、一次元走査させてもよい。

＜２＞
上述した変形例において、窓１００に付着した汚れの有無、及びその汚れの程度の判定は、情報処理装置２が、測距装置１から各モードの測定結果を取得して行っていた。しかし、この判定は、測距装置１が行ってもよい。この場合、測距装置１の制御部１１は、内蔵されたメモリに記憶された判定表２２１に相当する表を読み出して、上述した判定を行えばよい。この変形例におけるこの測距装置１は、近距離モード及び遠距離モードにおける測定結果の組合せに基づいて窓の汚れを判定する測距装置の例である。

＜３＞
上述した実施形態において、測距装置１は、近距離モードの処理を行う際に、強度Ｉ２よりも高く、強度Ｉ３よりも低く設定された閾値Ｈを用いていたが、これに限らない。閾値Ｈは、時間の経過に伴って変化してもよい。

図１１は、時間の経過に伴って変化する閾値の例を示す図である。図１１（ａ）には、この変形例で、近距離算出部１５が処理を実行する際の近距離モードにおいて、受光部１３が光を受光するタイミングとその光の強度とが示されている。図１１（ａ）の横軸は時間を示し、縦軸は受光した光の強度を示している。また、図１１（ｂ）には、信号線１１１により近距離算出部１５の時間情報生成器１５２へ送信される有効信号のタイミングが示されている。

図１１（ａ）に示す通り、閾値Ｈは、関数ｆ（ｔ）に準じて変化する。関数ｆ（ｔ）は、時刻ｔを独立変数とする単調減少関数である。この閾値Ｈは、時刻ｔ２において強度Ｉ２を超える値になり、その後、時間の経過に従って下がっていく。時刻ｔ２は、窓１００の内面における反射光を検知するタイミングである。したがって、この測距装置１は、近距離モードにおいて、窓の内面における反射光が受光部に届く時点の閾値をこの反射光の強度を超える値に設定し、時間の経過に従ってこの閾値を下げる測距装置の例である。

この変形例の測距装置１は、窓１００の内面における反射光が受光部１３に届く時点である時刻ｔ２において、その反射光の強度Ｉ２を超える閾値を設定している。そのため、この測距装置１は、時刻ｔ２において受光される窓１００での反射光を無視する。一方、時刻ｔ２を過ぎた後、この測距装置１は、閾値Ｈを時間経過に従って低下し続ける。そのため、この測距装置１は、窓１００の外に存在する対象物における反射光の受光感度を、その対象物が遠くなるほど上昇させることができる。

１…測距装置、１０…筐体、１００…窓、１０１…インタフェース、１１…制御部、１１１…信号線、１１２…信号線、１１Ｂ…制御基板、１２…出射部、１２０…コリメータレンズ、１２１…ドライバ、１２２…発光素子、１２３…検出器、１２Ｂ…出射基板、１３…受光部、１３０…集光レンズ、１３１…受光素子、１３２…電流電圧変換器、１３Ｂ…受光基板、１４…光量測定部、１４１…積分器、１４２…ピークホールド回路、１４３…Ａ／Ｄ変換器、１５…近距離算出部、１５０…ローゲインアンプ、１５１…コンパレータ、１５２…時間情報生成器、１６…光学系、１６１…第１ミラー、１６２…第２ミラー、１６３…第３ミラー、１７…遠距離算出部、１７０…ハイゲインアンプ、１７１…コンパレータ、１７２…時間情報生成器、２…情報処理装置、２１…プロセッサ、２２…メモリ、２２１…判定表、２３…インタフェース、２４…操作部、２５…表示部、９…測距システム。

Claims (12)

1. 出射部が窓を介して光を出射してから、閾値を超える強度の反射光を受光部が受光するまでの時間に基づき対象物までの距離を測定する装置であって、前記閾値を前記窓の内面における反射光の強度を超える値に設定する近距離モードと、前記窓の内面における反射光が前記受光部に届くまで前記距離を測定しない遠距離モードと、を時分割で切替える測距装置。
2. 前記遠距離モードにおいて、前記閾値を前記窓の内面における反射光の強度以下に設定する
   請求項１に記載の測距装置。
3. 前記窓は、前記光が斜めに入射するように設置されている
   請求項１又は２に記載の測距装置。
4. 前記光を走査して得られる画像ごとに、前記近距離モード及び前記遠距離モードを切替える
   請求項１又は２に記載の測距装置。
5. 前記近距離モード及び前記遠距離モードにおける測定結果の組合せに基づいて前記窓の汚れを判定する
   請求項１又は２に記載の測距装置。
6. 前記近距離モードにおいて、前記窓の内面における反射光が前記受光部に届く時点の前記閾値を該反射光の強度を超える値に設定し、時間の経過に従って該閾値を下げる
   請求項１又は２に記載の測距装置。
7. 前記光を走査して得られる画像ごとに、前記近距離モード及び前記遠距離モードを切替える
   請求項３に記載の測距装置。
8. 前記近距離モード及び前記遠距離モードにおける測定結果の組合せに基づいて前記窓の汚れを判定する
   請求項３に記載の測距装置。
9. 前記近距離モードにおいて、前記窓の内面における反射光が前記受光部に届く時点の前記閾値を該反射光の強度を超える値に設定し、時間の経過に従って該閾値を下げる
   請求項３に記載の測距装置。
10. 前記近距離モード及び前記遠距離モードにおける測定結果の組合せに基づいて前記窓の汚れを判定する
    請求項４に記載の測距装置。
11. 前記近距離モードにおいて、前記窓の内面における反射光が前記受光部に届く時点の前記閾値を該反射光の強度を超える値に設定し、時間の経過に従って該閾値を下げる
    請求項４に記載の測距装置。
12. 前記近距離モードにおいて、前記窓の内面における反射光が前記受光部に届く時点の前記閾値を該反射光の強度を超える値に設定し、時間の経過に従って該閾値を下げる
    請求項５に記載の測距装置。

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