JP5472572B2 - レーザ距離測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光の反射光を受光して測定範囲内の物体の距離を測定するレーザ距離測定装置に関し、特に、故障診断可能なレーザ距離測定装置に関する。

レーザ距離測定装置は、一般に、レーザ光の投光と同時に投光同期信号を発信する投光部と、反射光を受光して受光信号を発信する受光部と、投光同期信号と受光信号とから物体の距離を算出する信号処理部と、を有している。そして、これらの機器（投光部、受光部及び信号処理部）は筐体であるレーザレーダヘッド内に収納され、測定範囲を俯瞰できる位置に配置される。

かかるレーザレーダヘッドは、屋外に配置されることが多く、環境の変化による影響を受け易い。特に、信号処理部には種々の基板が配置されており、基板には複数の電子部品が使用されている。その関係で、温度が１０℃異なると、測定距離に１０ｃｍ程度の誤差が生ずることもある。したがって、夏場に３０℃、冬場に−１０℃に達するような場所にレーザレーダヘッドが配置された場合には、４０℃の温度差の影響を受け、夏場と冬場とでは測定距離に４０ｃｍ程度の差を生ずることも考えられる。かかる測定誤差は、測定距離の精度の低下、測定範囲のずれ等の問題を引き起こす原因となる。また、上述したように、レーザレーダヘッドは、屋外に配置されることが多いため、故障し易いという問題もある。

かかる問題を解決すべく、レーザレーダヘッド内に光ファイバを配置して測定誤差を修正するレーザ距離測定装置や、レーザレーダヘッド内に配置した光ファイバを利用してレーザ強度から故障診断を行う障害物検知装置等が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開平８−１２２４２６号公報 特開平８−１２２０６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたレーザ距離測定装置では、測定誤差を修正することができても故障診断をすることができない。また、特許文献２に記載された障害物検知装置では、故障診断に光ファイバを通して得られるレーザ強度を利用しているため、投光系や受光系の故障を把握することができても信号処理部の故障を把握することができない。

本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、少なくともレーザレーダヘッド内に配置された信号処理部の故障を把握することができるレーザ距離測定装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、投光したレーザ光の反射光を受光して測定範囲内の物体の距離を測定するレーザ距離測定装置において、前記レーザ光を投光する投光部と、前記反射光を受光して受光信号を発信する受光部と、前記受光信号から前記物体の測定距離を含む計測データを作成して発信する信号処理部と、前記レーザ光を受信して前記受光部に伝達する光ファイバと、前記投光部、前記受光部、前記信号処理部及び前記光ファイバを収容する筐体と、該筐体と離隔して配置されるとともに前記計測データを受信して測定結果を出力する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記光ファイバの測定距離と前記光ファイバの長さに相当する初期値とを比較して測定距離誤差を算出し、該測定距離誤差が所定の閾値を超えた場合に、前記信号処理部が故障していると判断して故障信号を発信する、ことを特徴とするレーザ距離測定装置が提供される。

前記光ファイバは、前記信号処理部が前記受光信号から所定の受光信号を選択して前記計測データを作成するゲート機能を有する場合に、該ゲート機能により選択され得る受光信号を提供できる長さに設定されていることが好ましい。

前記測定距離誤差は、前記測定範囲全体の走査１回毎に算出された前記光ファイバの測定距離の平均値に基づいて算出するようにしてもよい。また、前記制御装置は、前記測定距離誤差が前記閾値を超えた状態が一定時間継続した場合に前記故障信号を発信するようにしてもよい。

前記制御装置は、（１）前記光ファイバの計測データから受光強度を抽出し、該受光強度が光ファイバの受光強度の初期値から決定される所定の閾値を超えた場合に、前記投光部又は前記受光部が故障していると判断して故障信号を発信するようにしてもよいし、（２）前記光ファイバの計測データから単位時間あたりの計測点数を計数し、該計測点数が前記光ファイバの単位時間あたり計測点数の初期値から決定される所定の閾値を超えた場合に、前記レーザ光を走査させる光学系ミラー又は前記光ファイバの入光部が故障していると判断して故障信号を発信するようにしてもよいし、（３）前記測定距離誤差が所定の閾値を超えない場合に前記測定距離誤差に基づいて前記物体の測定距離を補正するようにしてもよい。

上述した本発明のレーザ距離測定装置によれば、筐体（すなわち、レーザレーダヘッド）内にレーザ光を受光可能な光ファイバを配置したことにより、既知である光ファイバの長さを基準に測定距離誤差を算出することができ、測定距離を算出する信号処理部の故障を把握することができる。

また、光ファイバを通過したレーザ光の受光強度や計測点数を算出することにより、光学系（投光部及び受光部）の故障を把握したり、ミラー系の汚れ等を把握したりすることができ、レーザレーダヘッドに搭載される主要機器の故障診断を行うことができ、レーザレーダヘッド全体の故障診断を行うことができる。さらに、測定距離誤差を利用して物体の測定距離を補正することにより、より正確な距離を測定することができ、距離測定の精度を向上させることができる。

本発明に係るレーザ距離測定装置の一実施形態を示す構成図である。 信号処理部のゲート機能と光ファイバの長さの関係を示す図である。 測定距離誤差ΔＦに基づく故障診断フローを示す図である。 測定距離誤差ΔＦに基づく故障診断フローの変形例を示す図である。 受光強度Ｇに基づく故障診断フローを示す図である。 計測点数Ｈに基づく故障診断フローを示す図である。 測定距離誤差ΔＦに基づく測定距離の補正フローを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図７を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係るレーザ距離測定装置の一実施形態を示す構成図である。

図１に示したレーザ距離測定装置は、投光したレーザ光Ｌの反射光Ｒを受光して測定範囲内の物体の距離を測定するレーザ距離測定装置であって、レーザ光Ｌを投光する投光部１と、反射光Ｒを受光して受光信号Ｓｒを発信する受光部２と、受光信号Ｓｒから物体の測定距離を含む計測データＤを作成して発信する信号処理部３と、レーザ光Ｌを受信して受光部２に伝達する光ファイバ４と、投光部１、受光部２、信号処理部３及び光ファイバ４を収容するレーザレーダヘッド５と、レーザレーダヘッド５と離隔して配置されるとともに計測データＤを受信して測定結果を出力する制御装置６と、を有し、制御装置６は、光ファイバ４の測定距離Ｆと光ファイバ４の長さに相当する初期値Ｆｉとを比較して測定距離誤差ΔＦ（＝測定距離Ｆ−初期値Ｆｉ）を算出し、測定距離誤差ΔＦが所定の閾値αを超えた場合に故障信号を発信する。

前記投光部１は、測定範囲内の物体に対してレーザ光Ｌを発光して投光する機器である。かかる投光部１は、例えば、光源となるレーザダイオード１ａと、レーザ光Ｌをコリメートする投光レンズ１ｂと、レーザダイオード１ａを操作するＬＤドライバ１ｃとから構成される。ＬＤドライバ１ｃは、信号処理部３からのトリガー信号Ｓｔに基づいてレーザ光Ｌを発光するようにレーザダイオード１ａを操作し、レーザ光Ｌの投光と同時にパルス状の投光同期信号Ｓｓを信号処理部３に発信する。なお、投光同期信号Ｓｓは、トリガー信号Ｓｔにより代用するようにしてもよい。

図１では、投光レンズ１ｂを透過したレーザ光Ｌは、回転駆動されるポリゴンミラー１１と回動駆動される平面ミラー１２とにより構成される光学系により、略水平方向及び略鉛直方向に走査されるように構成している。ポリゴンミラー１１は、例えば、６面体の４側面が鏡面化されており、対峙する２面（上下面）の中心を回転軸としてモータ１１ａにより回転されるように構成されている。モータ１１ａは、モータドライバ１１ｂにより操作される。平面ミラー１２は、例えば、モータ１２ａにより回動される回動軸の側面に接続されている。モータ１２ａは、モータドライバ１２ｂにより操作される。また、モータドライバ１１ｂ，１２ｂは、信号処理部３からの制御信号Ｓｍにより制御されるとともに、スキャン角度やスイング角度等の投光条件信号Ｓｃを信号処理部３に発信する。なお、かかる光学系は単なる一例であり、図示した構成に限定されるものではない。

前記受光部２は、物体に投光されたレーザ光Ｌの反射光Ｒを受光する機器である。ここでは、投光部１と受光部２と個別に設けて投光軸と受光軸とがずれるように構成しているが、投光軸と受光軸とが一致するように投光部１と受光部２が一体に形成されていてもよい。かかる受光部２は、図１に示すように、例えば、反射光Ｒを集光する受光レンズ２ａと、集光された反射光Ｒを受光して電圧に変換するフォトダイオード等の光電変換素子や増幅器等を有する受光部本体２ｂとから構成される。レーザレーダヘッド５の投光窓Ｗを透過した反射光Ｒは、平面ミラー１２及びポリゴンミラー１１を介して受光レンズ２ａに導かれる。そして、反射光Ｒを受光した受光部本体２ｂは、電圧値に変換された受光信号Ｓｒを信号処理部３に発信する。なお、光ファイバ４により受光部２に伝達されるレーザ光Ｌは、集光する必要がないため受光部本体２ｂに直接的に伝達される。

前記信号処理部３は、測定距離、受光強度、投光条件等のデータを含む計測データＤを発信する機器である。信号処理部３は、主信号処理部３１と時間計測部３２とを有する。主信号処理部３１は、トリガー信号Ｓｔの発信、モータドライバ１１ｂ，１２ｂの制御信号Ｓｍの発信、スキャン角度やスイング角度等の投光条件信号Ｓｃの受信、時間計測部３２からの信号（受光強度信号Ｓｑ及び飛行時間信号Ｓｄ）の受信、計測データＤの発信等の処理を行う。また、時間計測部３２は、時間を計測する時計機能を有しており、投光同期信号Ｓｓの受信により時間の計測を開始し、受光信号Ｓｒを受信した時間を把握する。したがって、時間計測部３２では、投光されたレーザ光Ｌが、物体に反射して受光されるまでの飛行時間を計測することができる。また、時間計測部３２は、受光信号Ｓｒから所望の受光強度を有する受光信号Ｓｒを選択する弁別機能や、受光信号Ｓｒのうち飛行時間の短いものを除外するゲート機能を有していてもよい。かかる弁別機能やゲート機能により、ノイズを効率よく排除することができる。そして、時間計測部３２は、弁別機能やゲート機能を通過した受光信号Ｓｒの受光強度信号Ｓｑ及び飛行時間信号Ｓｄを主信号処理部３１に発信する。主信号処理部３１は、飛行時間信号Ｓｄを（光の速度）×（飛行時間）／２の計算式により距離データに変換し、受光強度信号Ｓｑ、スキャン角度やスイング角度等の投光条件信号Ｓｃ等と共に計測データＤを作成し、制御装置６に計測データＤを発信する。

前記光ファイバ４は、投光部１から投光されたレーザ光Ｌを一定の距離分だけ伝播させて受光部２に伝達する光路である。光ファイバ４は、コア、クラッド、被覆材により構成されており、光を全反射させながら伝播する。また、光ファイバ４は耐環境性に優れ、苛酷な環境でも性能や性質が劣化し難い。したがって、光ファイバ４をレーザレーダヘッド５のように屋外に配置される物体の内部に設置した場合であっても、外部環境の温度変化に関わらず、レーザ光Ｌは一定距離だけ伝播されて受光部２に伝達される。よって、物体の距離の測定中にレーザ光Ｌが光ファイバ４を伝播した時間を計測して測定距離Ｆを算出し、光ファイバ４の長さ（初期値Ｆｉ）と比較することにより測定距離誤差ΔＦ（＝測定距離Ｆ−初期値Ｆｉ）を算出することができる。そして、光ファイバ４の長さは一定であるから、この測定距離誤差ΔＦは信号処理部３の計算誤差に依存することとなる。かかる作用を利用することにより後述の故障診断をすることができる。なお、光ファイバ４の初期値Ｆｉは、レーザレーダヘッド５の製造時に基準温度（例えば、２５℃）雰囲気でレーザ光Ｌを投光して光ファイバ４の測定距離Ｆを算出し、その測定距離Ｆを初期値Ｆｉに設定すればよい。

前記レーザレーダヘッド５は、投光部１、受光部２、信号処理部３、光ファイバ４等を収容する箱型の筐体である。レーザレーダヘッド５の前面には、レーザ光Ｌ及び反射光Ｒを透過する投光窓Ｗが形成されている。レーザレーダヘッド５の内部には、図示したように、光ファイバ４が配置されている。光ファイバ４は一端に入光部４１、他端に出光部４２を備えており、入光部４１は投光部１側に配置され、出光部４２は受光部２側に配置されている。また、入光部４１は、レーザ光Ｌの水平方向の計測角度範囲θから外れた位置、例えば、水平方向に角度φだけずれた位置に配置される。かかる位置に光ファイバ４の入光部４１を配置することにより、レーザ光Ｌの投光を邪魔せずにレーザ光Ｌのスキャン毎にレーザ光Ｌを光ファイバ４に入光させることができる。また、出光部４２は、光ファイバ４から投光されるレーザ光Ｌを受光部２（受光部本体２ｂ）で受光できる位置に配置される。なお、入光部４１と受光部２を繋ぐ光ファイバ４は、当然にレーザ光Ｌの投光を阻害しない位置に配置される。

ここで、図２は、信号処理部のゲート機能と光ファイバの長さの関係を示す図である。いま時間ｔ１にレーザ光Ｌが投光され投光同期信号Ｓｓが発信され、時間ｔ２にレーザレーダヘッド５の筐体内部品による反射光Ｒ（迷光）が受光され、時間ｔ３に測定範囲内の物体からの反射光Ｒを受光したものとする。このとき、時間ｔ２の反射光Ｒは、測定範囲から外れていることから、いわゆるノイズに相当し、排除することが好ましい。そこで、レーザ光Ｌが投光された時間ｔ１から一定時間（ゲート時間ｔｇ）の間の受光信号Ｓｒは測定対象から除外することにより、受光信号Ｓｒから所定の受光信号Ｓｒを選択して計測データＤを作成するゲート機能を信号処理部３に持たせることがある。かかるゲート機能を備えたレーザ距離測定装置では、光ファイバ４の受光信号Ｓｒが排除されずにゲート機能により選択され得る受光信号Ｓｒを提供できるように、光ファイバ４の長さＰを設定する必要がある。すなわち、光ファイバ４の長さＰ（ｍ）は、Ｐ＞（ゲート時間ｔｇ）×（光の速度）となるように設定される。

前記制御装置６は、画像処理部６１、故障診断部６２、誤差補正部６３等を有するコンピュータである。画像処理部６１は、計測データＤを受信して測定結果をディスプレイ、プリンタ、警報機等の出力機器７に出力する。また、制御装置６は、ポリゴンミラー１１のスキャン角度やスキャン速度、平面ミラー１２のスイング角度やスイング速度、レーザ光Ｌのトリガー信号Ｓｔの発信タイミング等の条件設定を行い、これらの制御条件Ｓｈを信号処理部３に発信している。また、故障診断部６２は、光ファイバ４の測定距離Ｆと光ファイバ４の初期値Ｆｉとを比較して測定距離誤差ΔＦを算出し、測定距離誤差ΔＦが所定の閾値αを超えているか否か診断し、測定距離誤差ΔＦが所定の閾値αを超えた場合に故障信号を出力機器７に発信する。

ここで、図３は、測定距離誤差ΔＦに基づく故障診断フローを示す図である。故障診断部６２は、信号処理部３から計測データＤを取得し（Ｓｔｅｐ１）、計測データＤから測定距離Ｆを抽出する（Ｓｔｅｐ２）。計測データＤには、距離データと投光条件信号Ｓｃとが関連付けられて含まれているため、例えば、スキャン角度（θ＋φ）等の投光条件から光ファイバ４の距離データ（測定距離Ｆ）を容易に抽出することができる。また、故障診断部６２は、光ファイバ４の初期値Ｆｉを記憶しており、光ファイバ４の測定距離Ｆと初期値Ｆｉとを比較して測定距離誤差ΔＦを算出する（Ｓｔｅｐ３）。次に、測定距離誤差ΔＦが閾値α以下か否かを判断する（Ｓｔｅｐ４）。例えば、反射光Ｒの測定距離Ｆを算出する際に、１００ＭＨｚの計時クロックが採用されている場合には、±１．５ｍの誤差が保証されているため、この保証値を閾値αに設定する。

そして、測定距離誤差ΔＦが閾値α以下の場合（Ｙ）には、「故障なし」と判断する（Ｓｔｅｐ５）。また、測定距離誤差ΔＦが閾値αを超えている場合（Ｎ）であっても、一時的又は偶発的なノイズである場合もあるため、測定距離誤差ΔＦが閾値αを超えた状態が一定時間Ｔ以上継続しているか否かを判断する（Ｓｔｅｐ６）。測定距離誤差ΔＦが閾値αを超えた状態が、一定時間Ｔ以上の場合（Ｙ）には「故障あり」と判断し（Ｓｔｅｐ７）、一定時間Ｔより短い場合（Ｎ）には「故障なし」と判断する（Ｓｔｅｐ５）。そして、「故障あり」の場合には、所定の出力機器７に診断結果を出力する（Ｓｔｅｐ８）。なお、一定時間Ｔは、例えば、１〜３秒程度に設定される。

図４は、測定距離誤差ΔＦに基づく故障診断フローの変形例を示す図である。ここで、測定範囲の水平方向にレーザ光Ｌを１回走査させることを１スキャンと称し、レーザ光Ｌを鉛直方向にずらしながらスキャンを繰り返して測定範囲全体に渡って走査することを１フレームと称することとする。図４に示した変形例は、図３に示した故障診断フローとＳｔｅｐ２及びＳｔｅｐ６が異なっている。なお、図４に示した変形例の他のＳｔｅｐ（Ｓｔｅｐ１，３〜５，７，８）に関しては、図３に示した故障診断フローと同じであるため説明を省略する。

図４に示したＳｔｅｐ２では、計測データＤから測定距離Ｆを抽出し（Ｓｔｅｐ２−１）、１フレーム毎に測定距離Ｆの平均値Ｆａを算出（Ｓｔｅｐ２−２）している。このように１フレーム毎に測定距離Ｆの平均値Ｆａを算出することにより、一時的又は偶発的なノイズを排除することができ、故障診断の精度を向上させることができる。また、図４に示したＳｔｅｐ６では、測定距離誤差ΔＦが閾値αを超えた状態がＸフレーム以上継続しているか否かを判断する。Ｘはフレームを計数した回数であり、例えば、１フレームに要する時間が０．５秒の場合、Ｘ＝２〜６程度に設定される。そして、測定距離誤差ΔＦが閾値αを超えた状態が、Ｘフレーム以上継続している場合には「故障あり」と判断し（Ｓｔｅｐ７）、Ｘフレーム未満の場合には「故障なし」と判断する（Ｓｔｅｐ５）。

また、制御装置６の故障診断部６２は、光ファイバ４を通過したレーザ光Ｌの計測データＤから受光強度Ｇを抽出し、受光強度Ｇが光ファイバ４の受光強度の初期値Ｇｉから決定される所定の閾値β（＝初期値Ｇｉ＋許容値ΔＧ）を超えた場合に故障信号を発信する故障診断機能を有していてもよい。前記初期値Ｇｉは、レーザレーダヘッド５の製造時に基準温度（例えば、２５℃）雰囲気でレーザ光Ｌを投光して光ファイバ４の受光強度Ｇを算出して故障診断部６２に設定する。なお、故障診断部６２は、受光強度Ｇと初期値Ｇｉとを比較して測定強度誤差を算出し、測定強度誤差が許容値ΔＧを超えた場合に故障信号を発信するようにしてもよい。

図５は、受光強度Ｇに基づく故障診断フローを示す図である。故障診断部６２は、信号処理部３から計測データＤを取得し（Ｓｔｅｐ１）、計測データＤから受光強度Ｇを抽出し（Ｓｔｅｐ２−１）、１フレーム毎に受光強度Ｇの平均値（平均受光強度Ｇａ）を算出（Ｓｔｅｐ２−２）する。計測データＤには、受光強度信号Ｓｑと投光条件信号Ｓｃとが関連付けられて含まれているため、例えば、スキャン角度（θ＋φ）等の投光条件から光ファイバ４の受光強度信号Ｓｑ（測定強度Ｇ）を容易に抽出することができる。また、１フレーム毎に平均受光強度Ｇａを算出することにより、一時的又は偶発的なノイズを排除することができ、故障診断の精度を向上させることができる。なお、Ｓｔｅｐ２−２は省略してもよい。

次に、故障診断部６２は、受光強度Ｇ（ここでは、平均受光強度Ｇａ）が閾値β以下か否かを判断する（Ｓｔｅｐ３）。閾値βは、例えば、故障診断部６２が記憶している初期値Ｇｉの５０〜６０％程度の受光強度に設定される。すなわち、許容値ΔＧは初期値Ｇｉの４０〜５０％程度に設定される。そして、受光強度Ｇが閾値βよりも大きい場合（Ｎ）、すなわち、受光強度Ｇが閾値βを超えていない場合には、「故障なし」と判断する（Ｓｔｅｐ４）。また、受光強度Ｇが閾値β以下である場合（Ｙ）、すなわち、受光強度Ｇが閾値βを超えて低い数値を示している場合であっても、一時的又は偶発的なノイズである場合もあるため、受光強度Ｇが閾値βを超えた状態が一定時間（Ｘフレーム）以上継続しているか否かを判断する（Ｓｔｅｐ５）。受光強度Ｇが閾値βを超えた状態が、Ｘフレーム未満の場合（Ｎ）には「故障なし」と判断し（Ｓｔｅｐ４）、Ｘフレーム以上の場合（Ｙ）にはさらに受光強度Ｇが閾値γ以下か否かを判断する（Ｓｔｅｐ６）。閾値γは、例えば、初期値Ｇｉの５０％以下の受光強度で閾値βより小さい値に設定される。そして、各フレームの受光強度Ｇが１つでも閾値γより大きい場合（Ｎ）、すなわち、受光強度Ｇが１つでも閾値γを超えていない場合には「軽故障」と判断し（Ｓｔｅｐ７）、各フレームの受光強度Ｇの全てが閾値γ以下である場合（Ｙ）、すなわち、受光強度Ｇが全てが閾値γを超えて低い数値を示している場合には「重故障」と判断する（Ｓｔｅｐ８）。「軽故障」及び「重故障」は、いずれも「故障あり」の状態を意味し、「軽故障」は軽度の故障を意味し、「重故障」は重度の故障を意味する。「軽故障」又は「重故障」に該当することとなった場合には、所定の出力機器７に診断結果を出力する（Ｓｔｅｐ９）。なお、Ｓｔｅｐ５の一定時間は、フレームを計数した回数ではなく、所定の設定時間（例えば、１〜３秒程度）により判断してもよい。

かかる受光強度Ｇに基づく故障診断フローによれば、投光部１又は受光部２の故障診断を行うことができ、測定距離誤差ΔＦに基づく故障診断フローと受光強度Ｇに基づく故障診断フローとを併用することにより、投光部１、受光部２及び信号処理部３の故障診断を行うことができ、過酷な環境に配置されるレーザレーダヘッド５に搭載される主要機器の故障診断を行うことができる。

さらに、制御装置６の故障診断部６２は、光ファイバ４の計測データＤから単位時間あたりの計測点数Ｈを計数し、計測点数Ｈが光ファイバ４の単位時間あたりの計測点数の初期値Ｈｉから決定される閾値ε（＝初期値Ｈｉ＋許容値ΔＨ）を超えた場合に故障信号を発信する故障診断機能を有していてもよい。前記初期値Ｈｉは、レーザレーダヘッド５の製造時に基準温度（例えば、２５℃）雰囲気でレーザ光Ｌを投光して光ファイバ４の単位時間あたり計測点数Ｈを算出して故障診断部６２に設定する。なお、故障診断部６２は、計測点数Ｈと初期値Ｈｉとを比較して計測点数誤差を算出し、計測点数誤差が許容値ΔＨを超えた場合に故障信号を発信するようにしてもよい。

図６は、計測点数Ｈに基づく故障診断フローを示す図である。故障診断部６２は、信号処理部３から計測データＤを取得し（Ｓｔｅｐ１）、計測データＤから単位時間あたりの計測点数Ｈをカウントする（Ｓｔｅｐ２）。計測データＤには、距離データと投光条件信号Ｓｃとが関連付けられて含まれているため、例えば、スキャン角度（θ＋φ）等の投光条件から光ファイバ４の計測点を容易に抽出することができる。次に、故障診断部６２は、計測点数Ｈが初期値Ｈｉから決定される閾値ε以下か否かを判断する（Ｓｔｅｐ３）。閾値εは、例えば、故障診断部６２が記憶している初期値Ｈｉの５０％程度の計測点数に設定される。すなわち、許容値ΔＨは初期値Ｈｉの５０％程度に設定される。

そして、計測点数Ｈが閾値εより多い場合（Ｎ）、すなわち、計測点数Ｈが閾値εを超えない場合には「故障なし」と判断する（Ｓｔｅｐ４）。また、計測点数Ｈが閾値ε以下の場合（Ｙ）、すなわち、計測点数Ｈが閾値εを超えている場合（Ｙ）であっても、一時的又は偶発的なノイズである場合もあるため、計測点数Ｈが閾値εを超えた状態が一定時間（Ｘフレーム）以上継続しているか否かを判断する（Ｓｔｅｐ５）。計測点数Ｈが閾値εを超えた状態が、Ｘフレーム未満の場合（Ｎ）には「故障なし」と判断し（Ｓｔｅｐ４）、Ｘフレーム以上の場合（Ｙ）には「故障あり」と判断する（Ｓｔｅｐ６）。そして、「故障あり」の場合には、所定の出力機器７に診断結果を出力する（Ｓｔｅｐ７）。なお、Ｓｔｅｐ５の一定時間は、フレームを計数した回数ではなく、所定の設定時間（例えば、１〜３秒程度）により判断してもよい。

かかる計測点数Ｈに基づく故障診断フローによれば、ポリゴンミラー１１の汚れや酸化による反射率の低下、光ファイバ４の入光部４１の汚れや位置ずれ等の故障診断を行うことができ、測定距離誤差ΔＦに基づく故障診断フローと計測点数Ｈに基づく故障診断フローとを併用することにより、ポリゴンミラー１１及び信号処理部３の故障診断を行うことができ、過酷な環境に配置されるレーザレーダヘッド５に搭載される主要機器の故障診断を行うことができる。さらに、受光強度Ｇに基づく故障診断フローも併用することにより、投光部１、受光部２、信号処理部３及びポリゴンミラー１１の故障診断を行うことができ、レーザレーダヘッド５全体の故障診断を行うことができる。

また、図３又は図４に示した故障診断フローにおいて、制御装置６の故障診断部６２は、Ｓｔｅｐ３において測定距離誤差ΔＦを算出している。かかる測定距離誤差ΔＦは、信号処理部３の温度差による測定誤差であり、光ファイバ４の測定距離Ｆのみならず、測定範囲内の物体の測定距離にも当然に作用している。そこで、図７に示すように、測定距離誤差ΔＦが閾値αを超えない場合に測定距離誤差ΔＦに基づいて測定範囲内の物体の測定距離を補正するようにすれば、より正確に物体の距離を測定することができる。

ここで、図７は、測定距離誤差ΔＦに基づく測定距離の補正フローを示す図である。Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ８までのフローは、図４に示した測定距離誤差ΔＦに基づく故障診断フローの変形例と同じであるため、詳細な説明を省略する。勿論、Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ８までのフローは、図３に示した測定距離誤差ΔＦに基づく故障診断フローであってもよい。

図７に示したように、Ｓｔｅｐ５で「故障なし」と判断された場合には、制御装置６の誤差補正部６３は補正値δを算出する（Ｓｔｅｐ９）。通常は、（補正値δ）＝（測定距離誤差ΔＦ）に設定される。そして、測定範囲内の物体の測定距離Ｆを補正値δにより修正し（Ｓｔｅｐ１０）、測定結果を所定の出力機器７に出力する（Ｓｔｅｐ１１）。このように、測定距離誤差ΔＦを利用して物体の測定距離Ｆを補正することにより、より正確な距離を測定することができ、距離測定の精度を向上させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、測定距離の補正フローを有する測定距離誤差ΔＦに基づく故障診断機能を備えた制御装置６に受光強度Ｇや計測点数Ｈに基づく故障診断フローを併用してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 投光部
１ａ レーザダイオード
１ｂ 投光レンズ
１ｃ ドライバ
２ 受光部
２ａ 受光レンズ
２ｂ 受光部本体
３ 信号処理部
４ 光ファイバ
５ レーザレーダヘッド
６ 制御装置
７ 出力機器
１１ ポリゴンミラー
１１ａ モータ
１１ｂ モータドライバ
１２ 平面ミラー
１２ａ モータ
１２ｂ モータドライバ
３１ 主信号処理部
３２ 時間計測部
４１ 入光部
４２ 出光部
６１ 画像処理部
６２ 故障診断部
６３ 誤差補正部

Claims (7)

1. 投光したレーザ光の反射光を受光して測定範囲内の物体の距離を測定するレーザ距離測定装置において、
   前記レーザ光を投光する投光部と、前記反射光を受光して受光信号を発信する受光部と、前記受光信号から前記物体の測定距離を含む計測データを作成して発信する信号処理部と、前記レーザ光を受信して前記受光部に伝達する光ファイバと、前記投光部、前記受光部、前記信号処理部及び前記光ファイバを収容する筐体と、該筐体と離隔して配置されるとともに前記計測データを受信して測定結果を出力する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、前記光ファイバの測定距離と前記光ファイバの長さに相当する初期値とを比較して測定距離誤差を算出し、該測定距離誤差が所定の閾値を超えた場合に、前記信号処理部が故障していると判断して故障信号を発信する、ことを特徴とするレーザ距離測定装置。
2. 前記光ファイバは、前記信号処理部が前記受光信号から所定の受光信号を選択して前記計測データを作成するゲート機能を有する場合に、該ゲート機能により選択され得る受光信号を提供できる長さに設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置。
3. 前記測定距離誤差は、前記測定範囲全体の走査１回毎に算出された前記光ファイバの測定距離の平均値に基づいて算出される、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置。
4. 前記制御装置は、前記測定距離誤差が前記閾値を超えた状態が一定時間継続した場合に前記故障信号を発信する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置。
5. 前記制御装置は、前記光ファイバの計測データから受光強度を抽出し、該受光強度が光ファイバの受光強度の初期値から決定される所定の閾値を超えた場合に、前記投光部又は前記受光部が故障していると判断して故障信号を発信する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置。
6. 前記制御装置は、前記光ファイバの計測データから単位時間あたりの計測点数を計数し、該計測点数が前記光ファイバの単位時間あたり計測点数の初期値から決定される所定の閾値を超えた場合に、前記レーザ光を走査させる光学系ミラー又は前記光ファイバの入光部が故障していると判断して故障信号を発信する、ことを特徴とする請求項１又は請求項５に記載のレーザ距離測定装置。
7. 前記制御装置は、前記測定距離誤差が所定の閾値を超えない場合に前記測定距離誤差に基づいて前記物体の測定距離を補正する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置。