JP2019045224A

JP2019045224A - 検出装置

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Publication number: JP2019045224A
Application number: JP2017166392A
Authority: JP
Inventors: 孟真岡田; Tomonao Okada
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: JP6962748B2

Abstract

【課題】装置の複雑化を回避しつつ経時的な変動を抑制できる検出装置を提供すること。【解決手段】検出装置１００は、投光窓８１ａ越しにレーザー光Ｌ１を対象ＯＢに照射し、対象ＯＢからの反射光であるレーザー光Ｌ２を検出して計測情報を生成する制御部９１を備え、制御部９１は、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の検出時間及び検出強度のいずれか一方に基づいて、計測情報を構成する信号値に関して補正動作を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー光を対象に照射するとともに対象からの反射光を検出する検出装置に関する。

検出装置は、レーザー光で照明した対象からの反射光を検出することによって、対象までの距離その他の計測値を生成する。特に対象までの距離を測定して可視化する検出装置、つまり距離画像センサーでは、光源からの投光パルスが対象物で反射され受光パルスとしてセンサーに入射するまでの光の伝搬時間に基づいて対象物までの距離の２次元分布を算出する。このような距離画像センサー又は測距装置では、長時間の使用によって投受光系を構成する素子が劣化し、或いは使用環境が変化することで、信号レベルが変動して距離算出値が変動し又はばらつくという問題がある。

距離画像センサーの一例として、測距用のレーザー光を透過させる透過板の内側での反射光を受ける追加の受光素子をレーザー光の走査角度範囲外に対応する位置に設けた走査型レーザーレーダーが存在する（特許文献１）。この装置では、走査角度範囲外に首振りされたレーザー光が透過板で反射されて上記受光素子に入射し、前方物体警戒の空き時間において投光器の状態を診断できるようにしている。

距離画像センサーの別の例として、測距用のレーザー光を透過させる透過板の一部に反射板を設け、対象物及び反射板からの反射光を受光部で受けられるようにしたレーザーレンジファインダーが存在する（特許文献２）。この装置では、受光部が反射光を受光したタイミングを用いて対象物の方向の算出を行えるようにしている。

しかし、特許文献１の装置では、投光器の状態を診断するための受光素子を受光器とは別に設ける必要があり、装置が複雑化するだけでなく、受光素子の経時劣化も問題となる。さらに、走査角度範囲外の計測では、走査角度範囲内の状態が必ずしも反映されない。さらに、投光器の状態の診断だけでは、正常な動作を長期間継続することにならない。

また、特許文献２の装置では、反射板を利用して対象物の方向を算出するだけであり、投光器の経時劣化に対処することができない。

特開平１０−３１０６４号公報特開２０１６−３３４８２号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、装置の複雑化を回避しつつ経時的な変動を抑制できる検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る検出装置は、投光窓越しにレーザー光を対象に照射し、対象からの反射光を検出して計測情報を生成する制御部を備え、制御部は、投光窓からの反射光の検出時間及び検出強度のいずれか一方に基づいて、計測情報を構成する信号値に関して補正動作を行う。

上記物体検知システムによれば、制御部が、投光窓からの反射光の検出時間及び検出強度のいずれか一方に基づいて、計測情報を構成する信号値に関して補正動作を行うので、レーザー光を対象に照射する投光部や、対象からの反射光を検出する受光部の経時劣化を補償するような信号値の補正動作が可能になり、経時的な変動を抑制した計測が可能になる。

本発明の具体的な側面によれば、上記検出装置において、制御部は、レーザー光の伝搬時間により対象までの距離値を計測情報として算出し、補正動作として、距離値に関して補正動作を行う。この場合、経時的な変動を抑制した距離計測が可能になる。

本発明の別の側面によれば、制御部は、投光窓からの反射光の検出時間及び当該検出時間に対応する距離値のいずれか一方を基準として、対象からの反射光の検出時間から補正された距離値を得る。この場合、投光窓からの反射光の検出時間の変動を相殺するような距離計測が可能になる。

本発明のさらに別の側面によれば、制御部は、投光窓からの反射光の検出時間又は当該検出時間に対応する距離値の初期値を基準として、実測に際して得た投光窓からの反射光の検出時間に対応する第１値と対象からの反射光の検出時間に対応する第２値との相対比から、対象までの補正された距離値を算出する。

本発明のさらに別の側面によれば、制御部は、対象からの反射光の検出時間又は当該検出時間から得た距離値から、投光窓からの反射光の検出時間の遅延量又は当該遅延量から得た距離差を減算することによって、対象までの補正された距離値を算出する。

本発明のさらに別の側面によれば、制御部は、距離値に関する補正動作として、投光窓からの反射光の検出強度を維持するように、レーザー光の出力強度及び反射光の検出ゲインのいずれか一方を調整する。この場合、投光窓からの反射光の検出強度を一定にするような信号レベルの維持が可能になり、計測状態の維持によって信頼性を高めることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、制御部は、投光窓からの反射光の検出時間の遅延量が所定の許容範囲内にあるとき、投光窓からの反射光の検出時間に基づいて、距離値に関する補正動作を行う。この場合、レーザー光を対象に照射する投光部の負担や、対象からの反射光を検出する受光部の負担を低減した動作が可能になる。

本発明のさらに別の側面によれば、制御部は、投光窓からの反射光の検出時間の遅延量が所定の許容範囲を越えたとき、投光窓からの反射光の検出強度に基づいて、距離値に関する補正動作を行う。この場合、信号レベルの維持によって計測精度を高めることができる。

本発明に係る一実施形態の検出装置の構造を概念的に説明するブロック図である。（Ａ）は、第１の補正動作を説明するための図であり、（Ｂ）は、第２の補正動作を説明するための図である。（Ａ）は、第３の補正動作を説明するための図であり、（Ｂ）は、第４の補正動作を説明するための図である。図２（Ａ）等に示す第１の補正動作に対応する動作例を説明するフローチャートである。（Ａ）及び（Ｂ）は、図２（Ｂ）等に示す第２の補正動作に対応する動作例を説明するフローチャートである。（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の補正動作に対応する動作例を説明するフローチャートである。第４の補正動作に対応する動作例を説明するフローチャートある。複合的な動作例を説明する図である。

図１を参照して、本発明の一実施形態である検出装置について説明する。検出装置１００は、距離検出装置であり、レーザー光を投光する投光部１０と、レーザー光を受光する受光部２０と、レーザー光を投受光に際して走査する２次元走査デバイス３０と、レーザー光の検出タイミングを計測する計時部４０と、レーザー光の検出タイミングに基づいて対象ＯＢまでの距離を算出するとともに当該距離を補正する補正部５０と、対象ＯＢまでの距離について補正値の判定を行う距離判定部６０と、各部の動作状態を制御する駆動制御部７０と、全体を収納するケース８１とを備える。ここで、補正部５０と、距離判定部６０と、駆動制御部７０とは、検出装置１００の距離検出動作を制御する制御部９１を構成する。

投光部１０は、赤外その他の波長域に設定された所定波長を有するレーザー光Ｌ１を発光する発光素子１１と駆動回路１２とを有しており、レーザー光Ｌ１を所望のタイミングで射出させることができる。なお、駆動回路１２は、駆動制御部７０の制御下でレーザー出力の調整を可能にする。

受光部２０は、検出装置１００の前方に存在する物体である対象ＯＢで反射された戻り光であるレーザー光Ｌ２が入射する受光素子２１と駆動回路２２とを有しており、レーザー光Ｌ２の入射に対応するタイミングでレーザー光Ｌ２の強度に対応する検出信号を出力する。なお、駆動回路２２は、受光素子２１による検出信号を増幅する受信アンプを有し、駆動制御部７０の制御下で検出ゲインの調整を可能にする。

２次元走査デバイス３０は、投光部１０から射出されたレーザー光Ｌ１を反射する際に２次元的に走査する。２次元走査デバイス３０で反射されたレーザー光Ｌ１は、ケース８１の投光窓８１ａ越しに対象ＯＢを照明し、対象ＯＢで反射され逆行してきたレーザー光Ｌ２は、２次元走査デバイス３０で再度反射されて受光部２０に入射する。なお、照明用のレーザー光Ｌ１と戻り光であるレーザー光Ｌ２とは、２次元走査デバイス３０に付随して設けられたビームスプリッター（不図示）によって分岐される。

計時部４０は、受光部２０から出力される受信信号を検出するためのコンパレーターその他の信号検出回路等を有する。この計時部４０により、対象ＯＢで反射されたレーザー光Ｌ２の受光タイミングを検出することができ、これと投光部１０に出力するトリガー信号から得たレーザー光Ｌ１の投光タイミングとの差分から、投光から受光までの時間差を計測することができる。或いは、レーザー光Ｌ２の受光タイミングと、投光部１０に設けた発光モニター（不図示）によって検出されるレーザー光Ｌ１の投光タイミングとの差分から、投光から受光までの時間差（検出時間）を計測することができる。この時間差は、デジタルデータとして、補正部５０、駆動制御部７０等に出力される。なお、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３が検出される場合、反射光Ｌ３の受光タイミングとレーザー光Ｌ１の投光タイミングとの差分を検出することもできる。

補正部５０は、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３（つまり、投光用のレーザー光Ｌ１のうち投光窓８１ａを透過しないで投光窓８１ａで反射されたレーザー光）を利用して、対象ＯＢまでの距離値について補正したものを得る。補正部５０は、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の検出時間及び当該検出時間から得た距離値のいずれか一方を基準として、対象ＯＢからの反射光であるレーザー光Ｌ２の検出時間から補正された距離値を得る。このため、補正部５０は、第１の手法又は補正動作を実行する第１補正処理部５１と、第２の手法又は補正動作を実行する第２補正処理部５２とを有する。具体的には、第１補正処理部５１は、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の検出時間又は当該検出時間から得た距離値の初期値を基準として、実測に際して得た投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の検出時間に対応する第１値と対象ＯＢからの反射光（レーザー光Ｌ２）の検出時間に対応する第２値との相対比から、対象ＯＢまでの補正された距離値を算出する。また、第２補正処理部５２は、対象ＯＢからの反射光（レーザー光Ｌ２）の検出時間又は当該検出時間から得た距離値から、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の検出時間の遅延量又は当該遅延量から得た距離差を減算することによって、対象ＯＢまでの補正された距離値を算出する。なお、補正部５０は、個別の回路を前提とするハードウェアであってもよいが、制御部９１で実行されるプログラムによって実現されるソフトウェアによって実現されるものであってもよい。

距離判定部６０は、外部に出力すべき距離値を判定する部分である。具体的には、距離判定部６０は、駆動制御部７０からの指示に従って第１補正処理部５１から出力された距離値と、第２補正処理部５２から出力された距離値とのうち、いずれの距離値を外部に出力すべきかを判定する。

駆動制御部７０は、投光部１０の駆動回路１２に対して制御信号を出力することで、レーザー光Ｌ１の射出タイミングを制御するだけでなく、レーザー光Ｌ１の出力を増減調整できる。駆動制御部７０は、受光部２０の駆動回路２２に対して制御信号を出力することで、レーザー光Ｌ２の検出信号に対する増幅率を増減調整できる。駆動制御部７０は、投光部１０、受光部２０、及び駆動制御部７０から情報を取り込んでおり、レーザー光Ｌ１の射出時間や波形をモニタリングするとともに、レーザー光（レーザー光Ｌ２又は反射光Ｌ３）の入射時間や波形をモニタリングする。さらに、駆動制御部７０は、距離判定部６０に判定に関連する情報を出力するとともに、判定結果をモニタリングすることができる。

なお、上位システム２００は、検出装置１００の駆動制御部７０等と通信可能であり、検出装置１００に電力を供給する。上位システム２００は、検出装置１００の動作状態を監視しており、距離判定部６０から距離値を受け取る。

図２（Ａ）は、第１補正処理部５１による第１の補正動作を概念的に説明する図である。検出信号ＳＡは、レーザー光Ｌ１の投光パルスについて射出タイミング及び波形を示しており、検出信号ＳＢは、レーザー光Ｌ２の受光パルスについて入射タイミング及び波形を示しており、検出信号ＳＣは、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３に対応する窓反射について入射タイミング及び波形を示している。これらの検出信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣは、経時的に信号レベルが低下する傾向にあり、例えば当初点線で示す波形であったものが、実線で示す波形に変化する。この結果、検出信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣの立ち上がりをコンパレーターで検出するため閾値ＴＬ（実際には、検出信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣごとに閾値が異なるが、図面では説明の便宜上閾値を一致させている）を設定している場合、立ち上がり時刻つまり時間ｔ０，ｔ１，ｔ２も変化する。ここで、時間ｔ１は、投光窓８１ａまでの光の往復時間であり、時間ｔ２は、対象ＯＢまでの光の往復時間である。具体的には、投光パルスの検出信号ＳＡの立ち上がりから窓反射の検出信号ＳＣの立ち上がりまでの補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔ＝ｔ１−ｔ０は、当初の補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔ０に比較して時間の経過とともに徐々に増加する。また、投光パルスの検出信号ＳＡの立ち上がりから受光パルスの検出信号ＳＢの立ち上がりまでの測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｔ２−ｔ０は、当初の測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔ０に比較して時間の経過とともに徐々に増加する。したがって、補正基準時間（第１値）ｔ＿ａｄｊｕｓｔを基準として測定対象時間（第２値）ｔ＿ｔａｒｇｅｔを評価すれば、測定対象時間（信号値）ｔ＿ｔａｒｇｅｔの経時的変化の影響を抑えた距離測定が可能になると考えられる。具体的には、対象ＯＢまでの補正された対象距離Ｌは、測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔと補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔとの相対比を利用して、
Ｌ＝（ｔ＿ｔａｒｇｅｔ／ｔ＿ａｄｊｕｓｔ）×Ｌ０
で与えられる。ここで、値Ｌ０は、発光素子１１から投光窓８１ａまでの物理的距離の初期値を示し、実測によって得られる。対象距離Ｌ０は、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の検出時間から得た距離値の半分の初期値に対応する。なお、投光パルスの検出信号ＳＡの時間ズレΔは、図中で比較的大きなものとして示されているが、投光パルスのパルス幅が狭いこともあって、実用的には無視できる程度に小さい。

以上では、補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔを基準として測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔを評価したが、補正基準時間から算出される距離値を基準として測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔから算出される距離値を評価してもよい。この場合、補正された対象距離Ｌは、
Ｌ＝（ｌ＿ｔａｒｇｅｔ／ｌ＿ａｄｊｕｓｔ）×Ｌ０
で与えられる。ここで、光速をｃとして、補正前の測定対象距離の値ｌ＿ｔａｒｇｅｔは、ｌ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｃ×ｔ＿ｔａｒｇｅｔで与えられ、窓往復距離の値ｌ＿ａｄｊｕｓｔは、ｌ＿ａｄｊｕｓｔ＝ｃ×ｔ＿ａｄｊｕｓｔで与えられる。

図２（Ｂ）は、第２補正処理部５２による第２の補正動作を概念的に説明する図である。この場合、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３に対応する窓反射について検出時間の遅延量ｔ＿ｄｆｆを求め、測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔの変動ｔ'＿ｄｆｆを上記遅延量ｔ＿ｄｆｆで近似的に補正すれば、測定対象時間（信号値）ｔ＿ｔａｒｇｅｔの経時的変化の影響を抑えた距離測定が可能になると考えられる。具体的には、補正された対象ＯＢまでの対象距離Ｌは、
Ｌ＝（ｌ＿ｔａｒｇｅｔ−Δｌ＿ａｄｊｕｓｔ）／２
で与えられる。ここで、光速をｃとして、補正前の測定対象距離の値ｌ＿ｔａｒｇｅｔは、ｌ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｃ×ｔ＿ｔａｒｇｅｔで与えられ、距離差又は変動分の値Δｌ＿ａｄｊｕｓｔは、Δｌ＿ａｄｊｕｓｔ＝ｃ×ｔ＿ｄｆｆで与えられ、検出時間の遅延量の値ｔ＿ｄｆｆは、増加した場合が正であり、ｔ＿ｄｆｆ＝ｔ＿ａｄｊｕｓｔ−ｔ＿ａｄｊｕｓｔ０で与えられる。

以上では、測定対象距離ｌ＿ｔａｒｇｅｔを検出時間の遅延量ｔ＿ｄｆｆから得た距離差又は距離修正量ｌ＿ａｄｊｕｓｔで補正したが、測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔに対して検出時間の遅延量ｔ＿ｄｆｆによる補正を行った後に、この補正された測定対象時間に対して距離値を計算してもよい。

図３（Ａ）は、発光素子１１及び駆動回路１２を利用した第３の補正動作を概念的に説明する図である。計時部４０に入力される投光パルスに対応する検出信号ＳＡと、受光パルスに対応する検出信号ＳＢと、窓反射に対応する検出信号ＳＣとは、補正動作が行われる前に一点鎖線で示すように信号レベルが低下していた状態から、補正動作によって実線で示すように信号レベルが復帰した状態に戻っている。具体的な手法について説明すると、駆動制御部７０は、駆動回路１２に制御信号を出力し、発光素子１１から射出されるレーザー光Ｌ１の出力強度を適宜上昇させるように調整する。この際、駆動制御部７０は、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の信号波高値Ｖｔ又は検出強度を計時部４０を介して間接的にチェックし、或いは受光部２０の駆動回路２２を介して直接的にチェックしており、反射光Ｌ３の信号波高値Ｖｔ又は検出強度が初期値である基準波高値Ｖ０に戻るようにレーザー光Ｌ１の出力強度を上昇させる。この結果、経時的に増加していた測定対象時間（信号値）ｔｘ＿ｔａｒｇｅｔが補正処理が施された測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔに修正される。以上において、反射光Ｌ３の信号波高値Ｖｔのチェックは、画素単位で行わないで、中央その他の特定領域の１つ又は複数の画素について行うことができ、複数の画素からの信号波高値のチェックを行う場合、平均化その他の統計的な処理を行うことができる。

図３（Ｂ）は、受光素子２１及び駆動回路２２を利用した第４の補正動作を概念的に説明する図である。計時部４０に入力される受光パルスに対応する検出信号ＳＢと、窓反射に対応する検出信号ＳＣとは、補正動作が行われる前に一点鎖線で示すように信号レベルが低下していた状態から、補正動作によって実線で示すように信号レベルが復帰した状態に戻っている。具体的な手法について説明すると、駆動制御部７０は、駆動回路２２に制御信号を出力し、受光部２０による反射光Ｌ３の検出ゲインを適宜上昇させるように調整する。この際、駆動制御部７０は、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の信号波高値Ｖｔ又は検出強度を計時部４０を介して間接的にチェックし、或いは受光部２０の駆動回路２２を介して直接的にチェックしており、反射光Ｌ３の信号波高値Ｖｔ又は検出強度が初期値である基準波高値Ｖ０に戻るように反射光Ｌ３の検出ゲインを上昇させる。この結果、経時的に増加していた測定対象時間（信号値）ｔｘ＿ｔａｒｇｅｔが補正処理が施された測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔに修正される。以上において、反射光Ｌ３の信号波高値Ｖｔのチェックは、画素単位で行わないで、中央その他の特定領域の１つ又は複数の画素について行うことができ、複数の画素からの信号波高値のチェックを行う場合、平均化その他の統計的な処理を行うことができる。なお、以上の例では投光パルスの検出についてゲイン調整を行っていないが、投光パルスの検出についても、受光部２０と同様にゲイン調整を行うことができる。ただし、投光パルスの検出信号ＳＡについては、時間ズレが比較的小さく、投光パルスの検出についてゲイン調整を行う必要性は低い。

図４を参照して、第１の補正動作について具体的に説明する。まず、制御部９１又は駆動制御部７０は、計時部４０を利用して、投光パルスの検出信号ＳＡに対応する立ち上がり時間ｔ０を取り込み（ステップＳ１１）、投光窓８１ａによる窓反射の検出信号ＳＣに対応する立ち上がり時間ｔ１を取り込み（ステップＳ１２）、さらに、測定の対象ＯＢによる受光パルスの検出信号ＳＢに対応する立ち上がり時間ｔ２を取り込む（ステップＳ１３）。その後、補正部５０の第１補正処理部５１は、ステップＳ１２で得た立ち上がり時間ｔ１と、ステップＳ１１で得た立ち上がり時間ｔ０との差として、補正基準時間（第１値）ｔ＿ａｄｊｕｓｔを計算する（ステップＳ１４）。次に、第１補正処理部５１は、ステップＳ１３で得た立ち上がり時間ｔ２と、ステップＳ１１で得た立ち上がり時間ｔ０との差として、測定対象時間（第２値）ｔ＿ｔａｒｇｅｔを計算する（ステップＳ１５）。次に、第１補正処理部５１は、補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔから窓往復距離（第１値）ｌ＿ａｄｊｕｓｔを計算するとともに、補正前の測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔから補正前の測定対象距離（第２値）ｌ＿ｔａｒｇｅｔを計算する（ステップＳ１６）。最後に、第１補正処理部５１は、補正処理を完結する処理として、対象ＯＢまでの対象距離Ｌ＝（ｌ＿ｔａｒｇｅｔ／ｌ＿ａｄｊｕｓｔ）×Ｌ０を計算する（ステップＳ１７）。

図５（Ａ）及び５（Ｂ）を参照して、第２の補正動作について具体的に説明する。図５（Ａ）に示すように、制御部９１は、事前の測定又は初回の処理として、計時部４０を利用して、投光パルスの検出信号ＳＡに対応する立ち上がり時間ｔ０を取り込むとともに（ステップＳ２１）、投光窓８１ａによる窓反射の検出信号ＳＣに対応する立ち上がり時間ｔ１を取り込む（ステップＳ２２）。その後、補正部５０の第２補正処理部５２は、ステップＳ１２で得た立ち上がり時間ｔ１と、ステップＳ１１で得た立ち上がり時間ｔ０との差として、初期補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔ０を計算する（ステップＳ２３）。

図５（Ｂ）に示すように、制御部９１又は駆動制御部７０は、本測定又は実測として、計時部４０を利用して、投光パルスの検出信号ＳＡに対応する立ち上がり時間ｔ０を取り込み（ステップＳ３１）、投光窓８１ａによる窓反射の検出信号ＳＣに対応する立ち上がり時間ｔ１を取り込み（ステップＳ３２）、さらに、測定の対象ＯＢによる受光パルスの検出信号ＳＢに対応する立ち上がり時間ｔ２を取り込む（ステップＳ３３）。その後、補正部５０の第２補正処理部５２は、ステップＳ３２で得た立ち上がり時間ｔ１と、ステップＳ３１で得た立ち上がり時間ｔ０との差として、補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔを計算する（ステップＳ３４）。次に、第２補正処理部５２は、ステップＳ３４で得た補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔと、ステップＳ２３で予め取得している初期補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔ０との差として、窓反射の検出時間の差分又は遅延量ｔ＿ｄｆｆを計算する（ステップＳ３５）。次に、第２補正処理部５２は、ステップＳ３３で得た立ち上がり時間ｔ２と、ステップＳ３１で得た立ち上がり時間ｔ０との差として、測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔを計算する（ステップＳ３６）。その後、第２補正処理部５２は、差分又は遅延量ｔ＿ｄｆｆから距離差又は変動分Δｌ＿ａｄｊｕｓｔを計算するとともに、補正前の測定対象時間ｔ＿ｔａｒｇｅｔから補正前の測定対象距離ｌ＿ｔａｒｇｅｔを計算する（ステップＳ３７）。最後に、第２補正処理部５２は、補正処理を完結する処理として、対象ＯＢまでの対象距離Ｌ＝（ｌ＿ｔａｒｇｅｔ−Δｌ＿ａｄｊｕｓｔ）／２を計算する（ステップＳ３８）。

図６（Ａ）及び６（Ｂ）を参照して、第３の補正動作について具体的に説明する。図６（Ａ）に示すように、制御部９１は、事前の測定又は初回の処理として、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の信号波高値又は検出強度を、計時部４０を介して間接的に取得し、或いは受光部２０の駆動回路２２を介して直接的に取得する（ステップＳ４１）。

図６（Ｂ）に示すように、制御部９１は、その後の本測定又は実測として、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の信号波高値又は検出強度を、計時部４０又は駆動回路２２から取得する（ステップＳ５１）。その後、制御部９１は、測定対象時間を算出し（ステップＳ５２）、測定対象時間から対象距離を計算する時間距離換算を行う（ステップＳ５３）。測定対象時間は、補正を行っていない値ｔ＿ｔａｒｇｅｔであり、対象距離も、補正を行っていない値ｌ＿ｔａｒｇｅｔ又はｌ＿ｔａｒｇｅｔ／２である。その後、制御部９１は、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の信号波高値が変動した否かを確認する（ステップＳ５４）。つまり、制御部９１は、反射光Ｌ３の現在の信号波高値Ｖｔと初回の信号波高値Ｖ０とを比較する。制御部９１は、現在の信号波高値Ｖｔが初回の信号波高値Ｖ０よりも小さい場合、レーザー光Ｌ１の出力強度を初期値に戻るように補償分だけ上昇させる（ステップＳ５５）。制御部９１は、現在の信号波高値Ｖｔが初回の信号波高値Ｖ０よりも大きい場合、レーザー光Ｌ１の出力強度を初期値に戻るように補償分だけ減少させる（ステップＳ５６）。

以上の動作では、反射光Ｌ３の信号波高値を取得した後（ステップＳ５１）、測定対象時間の算出及び時間距離換算を行っているが（ステップＳ５２，Ｓ５３）、反射光Ｌ３の信号波高値を取得した後に出力強度を調整し（ステップＳ５５，Ｓ５６）、その後、測定対象時間を算出し時間距離換算を行ってもよい。

図７を参照して、第４の補正動作について具体的に説明する。なお、第４の補正動作でも、図６（Ａ）と同様に、制御部９１は、事前の測定又は初回の処理として、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の信号波高値又は検出強度を、計時部４０又は駆動回路２２から取得する。その後、制御部９１は、本測定又は実測として、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の信号波高値又は検出強度を、計時部４０又は駆動回路２２から取得する（ステップＳ５１）。その後、制御部９１は、測定対象時間を算出し（ステップＳ５２）、測定対象時間から対象距離を計算する時間距離換算を行う（ステップＳ５３）。その後、制御部９１は、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の信号波高値が変動した否かを確認する（ステップＳ５４）。制御部９１は、現在の信号波高値Ｖｔが初回の信号波高値Ｖ０よりも小さい場合、反射光Ｌ３の信号波高値又は検出強度が維持され初期値に戻るように反射光Ｌ３の検出ゲイン（受信アンプの増幅率）を補償分だけ上昇させる（ステップＳ６５）。制御部９１は、現在の信号波高値Ｖｔが初回の信号波高値Ｖ０よりも大きい場合、反射光Ｌ３の信号波高値又は検出強度が維持され初期値に戻るように反射光Ｌ３の検出ゲイン（受信アンプの増幅率）を補償分だけ減少させる（ステップＳ６６）。

図８を参照して、複数の補正動作を複合させた補正動作について説明する。制御部９１は、補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔが初期値ｔ＿ａｄｊｕｓｔ０から限度又は所定の許容範囲を超えて増減したか否かを確認する（ステップＳ８１）。

補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔが初期値から所定の許容範囲を超えて増減していない場合、制御部９１は、反射光Ｌ３を利用した経時補償動作を伴う対象距離の算出を行う（ステップＳ８２）。すなわち、制御部９１は、測定対象時間を算出するとともに得られた測定対象時間から対象距離を計算するが、かかる対象距離の算出に際して反射光Ｌ３を利用した経時補償動作を行う。経時補償動作の内容は、図４又は図５（Ｂ）に例示するものであり、ここでは説明を省略する。

一方、補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔが初期値から所定の許容範囲を超えて増減している場合（ステップＳ８１でＹ）、レーザー光Ｌ１の出力変動がかなり大きくなったと考えられ、制御部９１は、レーザー出力や受信アンプの検出ゲインの調整が限界に達したか否かを判断する（ステップＳ８３）。レーザー出力や受信アンプの検出ゲインの調整が限界に達していない場合（ステップＳ８３でＮ）、制御部９１は、対象距離算出に際してレーザー出力の調整又は受信アンプの検出ゲインの調整を利用した経時補償動作を行う（ステップＳ８４）。経時補償動作の内容は、図６（Ｂ）又は図７に例示するものであり、ここでは説明を省略する。なお、この動作では、レーザー出力や受信アンプの検出ゲインを調整した場合、一旦制御を終了し、検出動作を再開する。この検出動作では、直前にステップＳ８４で実行された調整状態が維持される。一方、調整が限界に達している場合（ステップＳ８３でＹ）、制御部９１は、警告表示を行って処理を中断する。

以上で説明した実施形態の検出装置１００では、制御部９１が、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３の検出時間及び検出強度のいずれか一方に基づいて、計測情報を構成する信号値（測定対象時間や測定対象距離）に関して補正動作を行うので、レーザー光Ｌ１を対象ＯＢに照射する投光部１０や、対象ＯＢからの反射光又は戻り光であるレーザー光Ｌ２を検出する受光部２０の経時劣化を補償するような信号値の補正動作が可能になり、経時的な変動を抑制した計測が可能になる。また、実施形態の検出装置１００では、補正の基準となる信号を投光窓８１ａの反射光Ｌ３から得ているので、参照信号に対する専用の部品や処理が不要となって装置構造を簡潔なものとできる。また、実施形態の検出装置１００では、補正の基準となる信号を投光窓８１ａの反射光Ｌ３から得ているので、視野を犠牲とする必要がなく、広い視野の維持が可能となる。また、実施形態の検出装置１００では、反射光Ｌ３から得た補正基準時間ｔ＿ａｄｊｕｓｔ等を用いており、装置内の部品のバラツキによる測距性能の個体差が現れにくいものとなる。

以上の実施形態で説明された構造、形状、大きさ及び配置関係については、本発明を理解及び実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。したがたって、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。

例えば、上記実施形態では、第１及び第２の補正動作に関しては、反射光Ｌ３が各画素ごとに存在するとして、経時的な補償動作を行っているが、反射光Ｌ３が一部の画素のみで得られる場合であっても、一部の画素で得られる反射光Ｌ３を基準に経時的な補償動作を行うことができる。例えば、画角の中央の画素のみで反射光Ｌ３が検出される場合、画角の周辺の画素では、中央の画素について得た反射光Ｌ３の変動を基準に対象距離の修正を行うことができる。

また、以上では、ケース８１の投光窓８１ａが平坦性を有する面であることを前提としたが、投光窓８１ａは、ドーム状の湾曲面であってもよい。

また、以上では、検出装置１００が測距装置である場合について説明しているが、検出装置１００は、レーザー光を走査しつつレーザー光の投受光を行うものであれば、測距を行うものに限らない。この場合も、投光窓８１ａからの反射光Ｌ３を利用して較正を行うことができ、検出や計測の精度が経時的に劣化することを防止でき、検出動作の信頼性を高めることができる。

１０…投光部、１１…発光素子、１２…駆動回路、２０…受光部、２１…受光素子、２２…駆動回路、３０…２次元走査デバイス、４０…計時部、５０…補正部、５１…第１補正処理部、５２…第２補正処理部、６０…距離判定部、７０…駆動制御部、８１…ケース、８１ａ…投光窓、９１…制御部、１００…検出装置、２００…上位システム、Ｌ１…投光光（レーザー光）、Ｌ２…戻り光（レーザー光）、Ｌ３…投光窓からの反射光、ＯＢ…対象、ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ…検出信号、ＳＢ…検出信号

Claims

投光窓越しにレーザー光を対象に照射し、対象からの反射光を検出して計測情報を生成する制御部を備え、
前記制御部は、前記投光窓からの反射光の検出時間及び検出強度のいずれか一方に基づいて、前記計測情報を構成する信号値に関して補正動作を行う、検出装置。
前記制御部は、レーザー光の伝搬時間により対象までの距離値を前記計測情報として算出し、前記補正動作として、前記距離値に関して前記補正動作を行う、請求項１に記載の検出装置。
前記制御部は、前記投光窓からの反射光の検出時間及び当該検出時間に対応する距離値のいずれか一方を基準として、対象からの反射光の検出時間から補正された距離値を得る、請求項２に記載の検出装置。
前記制御部は、前記投光窓からの反射光の検出時間又は当該検出時間に対応する距離値の初期値を基準として、実測に際して得た前記投光窓からの反射光の検出時間に対応する第１値と対象からの反射光の検出時間に対応する第２値との相対比から、対象までの補正された距離値を算出する、請求項３に記載の検出装置。
前記制御部は、対象からの反射光の検出時間又は当該検出時間から得た距離値から、前記投光窓からの反射光の検出時間の遅延量又は当該遅延量から得た距離差を減算することによって、対象までの補正された距離値を算出する、請求項３に記載の検出装置。
前記制御部は、距離値に関する前記補正動作として、前記投光窓からの反射光の検出強度を維持するように、レーザー光の出力強度及び反射光の検出ゲインのいずれか一方を調整する、請求項１に記載の検出装置。
前記制御部は、前記投光窓からの反射光の検出時間の遅延量が所定の許容範囲内にあるとき、前記投光窓からの反射光の検出時間に基づいて、距離値に関する前記補正動作を行う、請求項２〜６のいずれか一項に記載の検出装置。
前記制御部は、前記投光窓からの反射光の検出時間の遅延量が所定の許容範囲を越えたとき、前記投光窓からの反射光の検出強度に基づいて、距離値に関する前記補正動作を行う、請求項２〜７のいずれか一項に記載の検出装置。