JPH10319121A

JPH10319121A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH10319121A
Application number: JP12869697A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kato; 正彦加藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】測距にかかわる光学・電気素子の異常を最小限
の装備で検出し得る自己診断機能付き距離測定装置を提
供する。【解決手段】送光部１００は、光源１０１と送光用レン
ズ１０２と光源駆動回路１３０からなり、電磁気的にシ
ールドされたケース内に収められる。また、これは、送
光パルスの一部を取得し受光部１５０内の受光素子１１
１に導く送光パルス取得装置１０８と、窓部材１０３及
び送光用レンズ１０２からなる送光部光学系からの散乱
光を取得し受光部１５０内の受光素子１１１に導く散乱
光集光装置１０６を含む。受光部１５０はフレネルレン
ズ１１０と受光素子１１１からなる。信号処理部１４０
は受信出力評価回路１１３と距離信号取得回路１１２と
測定値チェック回路１１８からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離測定装置に関
し、特に、パルス状の光ビームを送出して目標からの反
射光を検出し、光ビームが往復に要する時間を測定し
て、その障害物までの距離を測定する距離測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】パルス状の光ビームを送出して目標とす
る障害物からの反射光を検出する方式の距離測定装置に
おいて、障害物からの反射光が検出されないかあるいは
弱い受信信号しか得られない場合、障害物が存在しない
か、距離測定装置に汚れや露結あるいは光源の故障など
何らかの異常が発生したのか迷う場合がある。あるいは
長年使用した距離測定装置においては、受信信号の衰退
が見られ、測定結果の信頼性の低下を招く恐れがあり、
これを距離測定装置の使用者に知らせる必要が生ずる。

【０００３】特開平８−２９２２６０は自己診断機能を
有する距離測定装置の一例を開示している。その動作説
明図を図１２に示す。図１２（ａ）において縦軸は受光
レベル、横軸は時間を表す。Ｌｂは信号処理手段が対象
物を検知するのに十分な安定受光レベルを表し、Ｌｄは
同信号処理手段が対象物を検知できる最小の受光レベ
ル、いいかえると受光素子を遮光したときに得られる安
定遮光レベルを表す。Ｌａは動作レベルと呼ばれ、安定
受光レベルと安定遮光レベルの中間の過渡的レベルを代
表して表す。距離測定装置が正常であれば、安定受光レ
ベルＬｂを越えたレベルから安定遮光レベルＬｄ以下の
レベルへ、あるいはその逆と変化し、過渡的レベルに滞
在する期間は瞬時である。このような場合には誤検出の
確率は極めて低く、確度の高い距離信号を与える。逆に
過渡的レベルに長く滞在する場合は誤検出の確率が高く
なり、何らかの不具合が生じていることを示す。図１２
（ｂ）の自己診断信号がこれを表し、該自己診断信号が
見られる場合は何らかの不具合が生じている恐れがある
ことを示す。

【０００４】特開平６−２８９１３４は自己診断機能を
有する別の距離測定装置の一例を開示している。その概
略的な構成を図１３に示す。送光部１３０１はパルス駆
動回路１３０２と光源１３０３と送光用レンズ１３０４
からなり、パルス駆動回路１３０２により駆動された光
源１３０３から送出された光パルスは送光用レンズ１３
０４により発散角度を制御され、送光窓１３０５を介し
て目標とする物体１３０６に向けて放射される。該物体
１３０６からの散乱光は受光窓１３０７を介して受光部
１３１０に取り込まれ、受光用レンズ１３０８を経て、
受光素子１３０９により検出される。該受光素子１３０
９の出力はパルス駆動回路からの参照パルスと共に処理
回路１３１１内の距離測定手段１３１２に入力される。
また一方、該受光素子１３０９の出力レベルから物体の
検出、未検出を判定する物体検出手段１３１３にも供給
される。距離測定手段１３１２により物体１３０６まで
の距離が計測され、各測定毎に前記物体検出手段１３１
３により物体の検出、未検出が判定され、距離測定回数
と物体未検出頻度とを経験から得られる判断基準に照ら
し会わせて、例えば距離測定回数に対して物体未検出期
間の割合が０．８以上となったときに光透過路の汚れを
判定する。

【０００５】特開平７−２４８３７４は送受信光学系に
付着した汚れの検出を部品の増大を招かずに検出するこ
とが可能な距離測定装置を開示している。その概略的な
構成を図１４に示す。参照物体１４１０が送受信光学系
１４０２、１４０３の前の送受光路の重複部分に設けら
れ、光源１４０１からの光パルスは該参照物体１４１０
により反射されて、受光手段１４０４により参照信号を
出力する。該参照信号の大きさは計量手段１４１７で計
量され、その大きさに基づき送受信光学系１４０２、１
４０３の前面の汚れを検知する。参照信号の出力時間は
計時手段１４１３で計測される。距離演算手段１４１６
は参照信号の出力時間分を目標までの往復時間から差し
引き、環境温度変動などによる電気回路の遅延時間変化
の影響を相殺することができる。

【０００６】特開平５−２５６９４７は送光ユニット内
に汚れ検出装置を内蔵し、汚れ検知の感度を向上した距
離測定装置を開示している。その概略的な構成を図１５
に示す。送光ユニット１５０１内のレーザダイオード１
５０２から送出された光パルスが凸レンズ１５０３によ
り収束されてカバー１５１４を透過するが、そこに汚れ
１５４１があると、その一部が後方に散乱される。凸レ
ンズ１５０３に隣接しかつ一体化された集光レンズ１５
３１はその散乱光を送光ユニット１５０１内のフォトダ
イオード１５０９に集光する。これにより前面ガラス１
５１４上の汚れ１５４１が検出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】送光部、受光部および
その周辺の距離にかかわる光学・電気素子の異常を自己
診断する場合、測定値を利用して判断する方式は、総合
的な判断がしやすいこと、および余分なハードを有しな
いことから信頼性の向上に繋がる利点を有する。逆に一
定の判断基準が成立しない場合に発生する不具合を排除
できない。たとえば特開平８−２９２２６０では、受信
された信号レベルが過渡的レベルに滞在する時に自己診
断信号を発生し、安定遮光レベル以下の場合には正常と
判断する。しかし、受光素子あるいは送光部に故障があ
って、例えば光源が発光しなかったり、受光素子が働か
なかったりした場合、あるいは汚れや結露がひどかった
りしたために結果として目標からの散乱光が受信されな
い場合などに生ずる、安定遮光レベル以下の受信信号が
得られる場合を排除できない。また特開平６−２８９１
３４では、距離測定回数と物体未検出頻度に従って判断
しているが、これは経験に基づく頻度を仮定しており、
運転環境が大幅に変わった場合、例えば砂漠あるいは荒
野のような環境の場合は、距離測定回数に対して物体未
検出期間の割合が０．８以上という仮定が当てはまらな
い場合が生ずるのを排除できない。特開平７−２４８３
７４は、参照物体１４１０が送受信光学系１４０２、１
４０３の前の送受光路の重複部分に設けられており、通
常この部分は距離測定装置のカバーガラスの外側に位置
している。これは車載などの実装上の大きな制約とな
り、好ましくない。

【０００８】特開平５−２５６９４７は、汚れという不
具合の一原因に対応する検出手段を用意した例だが、前
面ガラスの汚れを検出するために、汚れ検出用フォトダ
イオードを必要とする。このフォトダイオードあるいは
これに続く信号処理系に不具合が生じた場合の対応につ
いては言及していない。また送光ユニット内に汚れ検出
装置を内蔵した場合に生ずる電磁誘導ノイズは、目標か
らの散乱受信光信号の強度が数桁変化する受光部の増幅
系に、たとえば電源系統（アースを含む）を経由して深
刻な影響を与える可能性がある。

【０００９】本発明はこれらの点に着目し、送光部ある
いは受光部およびその周辺の測距にかかわる光学・電気
素子の異常を余分なハードを有しないで、測定値を利用
して判断し、かつ電磁誘導ノイズに無関係の最小限の検
出手段によって実現する自己診断機能付き距離測定装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、目標に向けて
光パルスを送光する送光手段と、前記送光手段より送光
された光パルスの前記目標からの散乱光を受光する受光
手段を有し、光パルスが往復する時間を検出することに
よって目標までの距離を測定する距離測定装置におい
て、前記送光手段内での散乱光を前記送光手段外に導出
する導出手段と、前記導出手段からの光束を検出する散
乱光検出手段とを有し、前記送光手段と前記散乱光検出
手段とは互いに電磁的にシールドされていることを特徴
とする。距離測定装置は、前記受光手段に含まれる受光
素子と前記散乱光検出手段に含まれる受光素子とは同一
の受光素子である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
距離測定装置の構成を図１に示す。送光部１００は光源
１０１、送光用レンズ１０２および光源駆動回路１３０
からなり、電磁気的にシールドされたケース内に収めら
れる。また送光パルスの光量の一部を取得し受光部１５
０内の受光素子１１１に導く、加工された端部１０７を
持つ送光パルス取得装置１０８と、窓部材１０３及び送
光用レンズ１０２からなる送光部光学系からの散乱光を
取得し受光部１５０内の受光素子１１１に導く、加工さ
れた端部１０５を持つ散乱光集光装置１０６を含む。受
光部１５０はフレネルレンズ１１０および受光素子１１
１からなる。フレネルレンズ１１０は窓１０３と一体あ
るいは別に形成され、目標からの散乱光成分を受光素子
１１１に集光する。

【００１２】信号処理部１４０は受信出力評価回路１１
３、距離信号取得回路１１２および測定値チェック回路
１１８からなる。受信出力評価回路１１３は受光素子１
１１の出力を２分した一方の出力を供給され、さらに２
分されて第１と第２のコンパレータ１１４、１１５に供
給され、該コンパレータの２値出力をそれぞれ所定の回
数だけ加算する第１と第２の加算器１１６、１１７を経
て、該第１と第２の加算器の出力をそれぞれ出力端子１
２３、１２４から出力する。

【００１３】距離信号取得回路１１２は後述するように
受光素子出力を増幅する対数アンプ１１０３を初めとす
る図１１（ａ）に例示する回路素子からなり、該対数ア
ンプ出力のピーク値と、該対数アンプ出力を２値化して
得られるスタートパルス、ストップパルスから求められ
る距離測定値と、該スタートパルスの生成を表すスター
トパルスフラグとをそれぞれ出力端子１２０、１２１、
１２２から出力する。測定値チェック回路１１８は距離
測定の度毎に距離信号取得回路１１２および受信出力評
価装置１１３からの前記出力を受けて、後述する図１０
に例示した論理演算に従って図示しない表示器に距離測
定装置の自己診断結果を表示するとともに、次の距離測
定を支持するトリガパルスを光源駆動回路１３０に送
る。

【００１４】次に各部の動作を説明する。光源駆動回路
１３０により駆動された光源１０１から出力された光パ
ルスは、レンズ１０２で発散角を制御されて、目標とす
る障害物へ向けて送光される。窓部材１０３は送光され
た光パルスに対して透明であり、主に防塵の役割を果た
す。

【００１５】送光パルス取得装置１０８を図６（ａ）と
図６（ｂ）に例示する。図６（ａ）では光ファイバ６１
の先端を符号６４で示すように斜めにカットしたものを
送光部光路中に挿入・固定することにより、符号６３の
矢印で示した伝播成分を得ることができる。該光ファイ
バ６１の他端は図１の受光素子１１１の、フレネルレン
ズ１１０からの集光光路内に挿入・固定される。図６
（ｂ）では鏡６７を送光部光路中に挿入・固定すること
により送光部１００の側面に設けられた開口６６に向か
う光パルス成分を得ることができる。該開口６６から受
光素子１１１へは光ファイバを介してあるいは開口６６
の位置を直接受光素子１１１へ向かうようにして導かれ
る。

【００１６】送光パルス取得部１０８の他の例を図８に
示す。図８において符号８６は送光部１００のケースに
設けられ、支持部８７に固定された鏡面であり、金属あ
るいはプラスチック面などの光沢面が用いられる。送光
パルスの該鏡面８６での反射光は送光部１００のケース
１００に設けられた開口８４に挿入固定された光ファイ
バ８５を介して受光素子１１１に供給される。また該鏡
面８６での散乱光８２の一部は送光部１００のケース側
面に設けられた開口８３を介して図１の受光光学系、い
いかえると窓部材１０３、フレネルレンズ１１０を照明
する。このように照明することで、該受光光学系に汚れ
や結露があればそれによる散乱光が受光素子１１１に入
射する。ケース１００は、鉄、アルミなど電磁気的シー
ルド材料が用いられ、光源駆動回路１３０による光源１
０１の点灯ノイズを電磁気的にシールドして、外部に漏
らさない機能をもつ。

【００１７】散乱光集光装置１０６は主に窓部材１０３
の汚れあるいは結露による送光パルスの散乱光を検出す
るもので、図７（ａ）と図７（ｂ）と図７（ｃ）に例示
するように光ファイバ７１の先端７２を加工したものを
送光部光路外に設置し、該光ファイバ７１の他端を受光
部１５０の受光素子１１１のフレネルレンズ１１０から
の集光光路内に挿入・固定するように構成される。

【００１８】図７（ａ）は窓部材１０３の内面あるいは
外面に付着した汚れあるいは結露７０による散乱光の光
路を点線で例示している。光ファイバ７１の先端は符号
７２で示すように斜めにカットしてあり、該先端は送光
部光路を避けて設置される。窓部材１０３での散乱光の
一部は端部７２で反射され、光ファイバ７１の伝搬成分
となり、受光素子１１１へ導かれる。

【００１９】図７（ｂ）は、ファイバ７１の先端部に平
板状の集光板７３を取り付けた構成の側面図で、該集光
板７３は図７（ｃ）に図示するように、送光部光路を避
けるために開口部７４を有している。該集光板７３は散
乱粒子を板内部に分散させてあり、汚れあるいは結露７
０による散乱光を板内部で散乱させ、かつその一部を集
光し、光ファイバ７１の軸方向伝播成分とする機能を有
する。

【００２０】受信出力評価回路１１３は受光素子１１１
から得られる、図３に示す光パルスの波形３００を、異
なる第１、第２の閾値をそれぞれもつ第１、第２のコン
パレータ１１４、１１５で評価するものである。図３の
光パルスの波形は、正常動作が行われている場合に受光
素子１１１から得られる光パルスに対応するもので、第
１のコンパレータ１１４の閾値１はこの光パルスのピー
ク値よりも高く設定されている。

【００２１】送光部光学系あるいは受光部に汚れあるい
は結露があると、これによる散乱光が散乱光集光装置１
０６を通じて、あるいは図８に示した送光パルス取得装
置１０８の他の例に示された、受光光学系への照明光８
２の散乱光として、受光素子１１１に供給され、第１の
閾値を超えるようになり、第１のコンパレータ１１４が
ＯＮになる。いいかえると図１の第１のコンパレータ１
１４が働く場合は、送光部あるいは受光部に汚れあるい
は結露などの不具合が生じて、散乱光成分の増大を招い
ていることを示唆している。

【００２２】第２のコンパレータの閾値２は寿命の判定
をするためのもので、光源が正常であれば送光パルス取
得装置１０８から供給された光量は該閾値２を越すのに
十分であり、第２のコンパレータ１１５はＯＮになる。
寿命のために光源の劣化が生じると、受光素子１１１で
得られる光パルスの波形は、図４に符号４００で示され
るように、そのピークが低くなり、第２のコンパレータ
１１５が働かなくなる。そのレベルは正常なパルス波形
のピーク値の例えば半分に設定される。その理由は、受
信される光量は目標までの距離の２乗（あるいは条件に
より４乗）に反比例し、光源の光量が半減すると、受信
される光量も半減し、目標までの到達距離は７割くらい
になり、これを一つの寿命と判定するためである。

【００２３】第１と第２の加算器１１６、１１７はそれ
ぞれ第１と第２のコンパレータ１１４、１１５が各距離
測定の度毎にＯＮとなった回数を積算するものである。
第１の加算器１１６はあらかじめ定められた測定回数Ｎ
を超えた測定の後、積算された値ｎが設定された値ｎ0
を超えると異常と判断される。いいかえると汚れあるい
は結露の恐れがあることを示す。同様に第２の加算器１
１７はあらかじめ定められた測定回数Ｎを超えた測定の
後、積算された値ｍが設定された値ｍ0 を下回ると異常
と判断される。いいかえると光源の寿命が懸念される。

【００２４】距離信号取得回路１１２の回路ブロック例
を図１１（ａ）に示す。図１１（ａ）において、端子１
１０１は光源を駆動する不図示のトリガパルスから生成
された矩形信号が入力され、これは図１１（ｂ）の１に
示す波形をしている。横軸は時間を表す。端子１１０２
には受光素子１１１で受信されたアナログ信号が入力さ
れ、この信号は対数アンプ１１０３で増幅された後３分
され、一方を遅延素子１１０４により遅延した後、遅延
されていない分岐信号との和を加算器１１０５によりと
る。該加算器１１０５の出力のピーク値をピーク値検出
器１１０７でとり、後述する係数乗算回路１１０８で係
数を乗じてコンパレータ１１０６の閾値とする。

【００２５】以上の操作の概念を図５に示す。図５にお
いて、波形５００は対数アンプ１１０３の出力を２分し
た一方を表し、波形５０１は図中の矢印で表した遅延を
かけたもので、遅延素子１１０４の出力を表す。両者の
波形の和を加算器１１０５によりとり、該加算器１１０
５の出力のピーク値をピーク値検出器１１０７でとる
と、このピーク値は２つの波形５００、５０１の交点Ｑ
の値のほぼ２倍の値をとる。これに例えば係数乗算回路
１１０８として抵抗分割器により例えば１／２の係数を
乗ずれば、交点Ｑの値を近似的に与える。これをコンパ
レータ１１０６の閾値とすれば、遅延された信号波形５
０１を交点Ｑの値を閾値として処理することになり、そ
の出力として図５の矩形パルス５０３を得る。

【００２６】図１１（ａ）の端子１１０２に供給される
受信信号は送光パルス取得装置１０８から得られるもの
と、目標からの散乱光によるものと２つあり、これらに
対応してコンパレータ１１０６の出力としては図１１
（ｂ）の２に示す２つの矩形パルスが得られる。ＡＮＤ
回路１１０９の役割は図１１（ｂ）の１と２の論理積を
とることになり、図１１（ｂ）の３の矩形パルスを出力
する。これは距離測定における時間のスタートパルスを
与える。従って図１１（ａ）の端子１１１４には時間測
定のスタートパルスを出力する。

【００２７】またフリップフロップ１１１１はスタート
パルスが発生したときに状態が反転し、スタートパルス
フラグを出力端子１１１３に出力する。またコンパレー
タ１１０６の出力を２分した一方に、ＡＮＤ回路１１０
９による遅延時間相当分だけ遅延素子１１１０により遅
延を与えた後、ＡＮＤ回路１１０９の出力との排他的論
理和をＥＯＲ回路１１１２によりとる。これは図１１
（ｂ）の２と３の排他的論理和をとることに相当し、図
１１（ｂ）の４で表される距離測定における測定時間の
ストップパルスを与え、このストップパルスが図１１
（ａ）の端子１１１５に出力される。

【００２８】端子１１１４、１１１５からそれぞれ得ら
れるスタートパルス、ストップパルスにより距離測定回
路１１２０により距離測定がなされ、端子１１２１に距
離測定値が出力される。端子１１１６にはピーク値検出
器１１１７からの出力が出されるが、これは受信するア
ナログ信号のピーク値を出力する。端子１１１６には係
数乗算回路１１０８の出力に適当なバッファを介して出
力することによっても近似的に受信するアナログ信号の
ピーク値を出力することができる。

【００２９】図１の受信出力評価回路１１３、距離信号
取得回路１１２の出力は測定値チェック回路１１８に供
給される。これらの出力は、受信信号のピーク値、距離
測定値、スタートパルスフラグ、第１の加算器出力およ
び第２の加算器出力だが、これらには測定値チェック回
路１１８において以下の論理演算が実行される。その例
を図１０に示す。スタートパルスフラグがＯＮの場合は
光源、受光素子ともに動作をしていることが確認され
る。スタートパルスフラグがＯＦＦの場合は光源か受光
部か少なくともどちらかにともに異常があると推定され
る。第１の加算器の出力があらかじめ定められた測定回
数Ｎを超えた測定の後、積算された値ｎが設定された値
ｎ0 を超えなければ、汚れや結露の可能性が少ないこと
を示す。超えれば汚れや結露の可能性が大きいことを示
す。同様に第２の加算器１１７の出力があらかじめ定め
られた測定回数Ｎを超えた測定の後、積算された値ｍが
設定された値ｍ0 を上回れば光源の寿命はＯＫだが、下
回ると光源の寿命がきている恐れが大きいと判断され
る。

【００３０】距離測定値と受信信号ピーク値の関係の頻
度分布を図９に例示する。図９は受信信号ピーク値の対
数を縦軸に、目標までの距離を横軸にとったものであ
る。受信信号ピーク値は目標（障害物）までの距離の２
乗あるいは４乗に反比例し、目標物体の反射率、光源の
光強度および距離測定装置の透過率（送光部および受光
部の各素子）に比例することが知られている。従って、
受信信号ピーク値の対数を縦軸にとると、受信信号ピー
ク値は距離（測定値）に対して直線９０で表現され、比
例係数の相違は直線９１あるいは直線９２のように直線
９０を上下方向にシフトした形になる。

【００３１】光源の光強度および距離測定装置の透過率
があらかじめ定められた標準値を取るとすれば、目標物
体の反射率の大小によって直線９０が上下方向にシフト
するが、その実際の距離測定における上限あるいは下限
をそれぞれ直線９１あるいは直線９２とする。これらは
距離測定装置の仕様などから経験的に求められる。従っ
て測定された距離に対応する受信信号ピーク値の対数値
は、直線９１と直線９２との間の標準領域IIに入る。光
源の光強度および距離測定装置の透過率に異常が発生す
れば、受信信号ピーク値の対数値がこの領域からはずれ
る頻度が増大する。

【００３２】図９において、直線９１よりも上の領域を
Ｉ、直線９２よりも下の領域をIIIとし、また△印でそ
れぞれの距離測定の測定値に対する受信信号ピーク値の
測定を示せば、符号９３で示される測定値のような標準
領域IIからはずれて領域IIIに入る測定値の頻度が増大
すれば、間接的に光源の光強度あるいは距離測定装置の
透過率に異常が生じていることが示唆される。いいかえ
ると、送光部光学系・受光部光学系の汚れ、結露が生じ
ているか、光源の寿命がきているかを示唆する。

【００３３】よって、各測定における受信信号ピーク値
と距離測定値を測定チェック回路１１８に取り込み、図
９に示す関係を評価し、あらかじめ定められた測定回数
Ｎを超えた測定の後、測定値９３のような標準領域IIか
らはずれて領域III に入る測定値が測定された回数を積
算した値ｐm が設定された値ｐ0 を下回れば、距離測定
装置は継続使用可能であるが、上回れば詳細な検査が必
要となる。なお受信信号ピーク値の対数をとるには、図
１の距離信号取得回路１１２の増幅系に対数アンプを用
い、ピーク値検出器１１１７で検出することにより達成
される。

【００３４】図１０に示す測定値チェック回路１１８で
行われる判断のフローを流れに沿って説明する。入力端
子１〜４にはそれぞれスタートパルスフラグ、第１の加
算器の出力、第２の加算器の出力、受信信号ピーク値の
測定値が領域III に入る回数の積算値（この積算値は測
定チェック回路内の図示しない積算回路で積算される）
が入力され、前述の判断基準に掛けられる。たとえば入
力端子１に続く系ではスタートパルスフラグがＯＮかＯ
ＦＦかの判断がされ、ＯＮであれば１、ＯＦＦであれば
０が出力される。同様に入力端子２〜４についてもそれ
ぞれの不等式を満足すれば１、満足しなければ０が出力
される。これらの出力結果がたとえば全て１（１１１
１）であれば出力１００４が出され、「センサの動作／
寿命共にＯＫ」の表示が使用者になされる。同様に全て
０（００００）であれば出力１００１が出され、「セン
サの動作／寿命共にＮＯ」の表示が使用者になされる。
このような出力の種類は入力が４つの場合１６通り可能
だが、各々が独立の要因ではなく冗長度があり、はっき
りした結論が出ない場合もある。図１０には比較的はっ
きりした出力例として１００１〜４を例示し、表１に全
ての場合の判断例を示した。△印はあいまいさがある場
合を示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】本実施の形態の装置は、それぞれ一つの受
光部と光源という、受・発光素子に関しては最小限のハ
ードとソフト的処理の組合せで自己診断する機能を有し
ている。

【００３７】本実施の形態には種々の変更が可能であ
る。図１において受信信号のピーク値は距離信号取得回
路１１２にピーク値検出器１１１７を設けて、この出力
より得ていたが、これを受光部出力評価回路１１３に移
してこちらから得ることも可能である。また送光パルス
取得装置１０８の端部１０７は例示した以外に球面ある
いは非球面の表面形状をもつレンズ部を形成することも
可能である。また散乱光集光装置１０６の先端部１０５
は他の適当な集光光学系との組合せが可能であることは
もちろんである。

【００３８】次に、本発明の第二の実施の形態による距
離測定装置について図２を用いて説明する。図１と重複
しない所を主に説明する。受光部１５０において受光素
子１１１の他に参照用受光素子２０１が追加されてお
り、送光パルス取得装置１０８からの光パルスは参照用
受光素子２０１に供給される。散乱光集光装置１０６か
らの光パルスも参照用受光素子２０１に導かれる。

【００３９】信号処理部１４０は参照信号・受信出力評
価回路２１０、距離信号取得回路２２０および測定値チ
ェック回路１１８から構成される。参照信号・受信出力
評価回路２１０では新たなコンパレータ２０２およびフ
リップフロップ２０３が追加されている。これは図１に
おけるスタートパルスフラグ出力端子１２２の役割が参
照信号・受信出力評価回路２１０に移されたもので、ス
タートパルスを出力端子２０５に出力し、距離信号取得
回路２２０に該スタートパルスを供給するとともにフリ
ップフロップ２０３を介してスタートパルスフラグを出
力端子２０４に出力する。

【００４０】第一の実施の形態と機能的に異なるところ
は、参照用受光素子２０１に供給される信号は送光部１
００に関する情報、いいかえると光源１０１の動作状
態、寿命および送光部光学系の汚れや結露に関する測定
結果に限定され、受光部光学系あるいは受光素子１１１
の不具合に起因する測定結果とは分離されているため、
故障の原因を特定しやすいことにある。具体的には、ス
タートパルスフラグが出力端子２０４に出力されない場
合、第一の実施の形態の装置では光源１０１、受光部或
いはその両方の不具合の可能性が考えられたが、第二の
実施の形態の装置ではまず光源の動作不良が推定され
る。

【００４１】本実施の形態の装置は、二つの受光部と一
つの送光部というハード的に一つ多い受光部をもった系
で自己診断しているため、送光部と受光部の不具合を分
離できる。

【００４２】本実施の形態は種々の変更が可能である。
送光パルス取得装置１０８は図８に示す形態が可能であ
り、開口部８３から供給される散乱光８２により受光部
光学系を照明し、該受光部光学系の汚れ、結露による散
乱光を受光素子１１１で受けるようにすることが可能で
ある。このときには距離信号取得回路２２０に参照信号
・受信出力評価回路２１０の出力評価機能と同様の機能
を持たせることにより、受光部光学系の汚れ、結露につ
いての情報を得ることが可能となる。

【００４３】本発明は上述した実施の形態に何等限定さ
れるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で行
なわれる実施は、すべて本発明に含まれる。本明細書は
以下の各項に記す発明を含んでいる。

【００４４】１．目標に向けて光パルスを送光する送光
部と、前記光パルスによる目標からの散乱光を受信する
受光部と、該受光部の出力を処理する信号処理部と、前
記送光部内に設置され、送光パルスの光量の一部を光学
的に取得し受光部に導く送光パルス取得手段と、前記送
光部内の送光部光学系からの散乱光を光学的に取得し前
記受光部に導く散乱光集光手段と、前記信号処理部内に
設けられ、送光パルスに対する前記受光部の出力の大き
さを評価する受信出力評価手段と、前記受光部の出力か
ら目標までの距離を求める距離測定手段と、該距離測定
手段出力と前記受信出力評価手段の出力から測定値の信
頼性を判断する測定値チェック手段とを有する距離測定
装置。

【００４５】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１、第２の実施の形態が（図１
と図１１（ａ），（ｂ）及び図２）が対応する。尚ここ
に「光学的に」とは、電気信号に変換せずに光のままで
信号を取得することを意味する。

【００４６】（作用効果）目標からの散乱光を受信する
受光部に、送光パルスの光量の一部を取得する送光パル
ス取得手段からの光パルス、および送光部光学系からの
散乱光を取得する散乱光集光手段からの光パルスを同時
に入れ、該受光部の出力の大きさを受信出力評価手段に
より評価する。その評価結果と距離測定手段の測定結果
に基づいてさらに測定値チェック手段により、光源の異
常及び送光部の汚れ・結露の有無を判断する。

【００４７】２．第１項に記載の距離測定装置におい
て、前記受光部は、前記目標からの散乱光を受信する第
１の受光素子と、前記送光パルス取得手段及び前記散乱
光集光手段による光量を受信する第２の受光素子を有
し、前記信号処理部は前記第２の受光素子の出力に基づ
いて前記送光部の動作を判断し、かつ前記第１の受光素
子の出力に基づいて前記目標との距離を測定すると共に
前記受光部の動作を判断することを特徴とする距離測定
装置。

【００４８】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第２の実施の形態（図２）が対応
する。（作用効果）第２の受光素子を設けることにより、送光
部と受光部の異常を分離して判断することができる。区
別することができる。

【００４９】３．第１項または第２項に記載の距離測定
装置において、前記送光パルス取得手段は取得した光パ
ルスの一部で受光部光学系を照明し、この照明光によっ
て照明された該受光部光学系からの散乱光を受光部へ入
力することを特徴とする距離測定装置。

【００５０】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１の実施の形態（図６（ａ），
（ｂ））が対応する。

【００５１】（作用効果）受光部光学系の汚れや結露な
どの異常を検出するための余分の光源を必要としない。

【００５２】４．第１項〜第３項のいずれかに記載の距
離測定装置において、前記送光パルス取得手段は先端を
加工した光ファイバを送光光路内に挿入・固定し、他端
を受光部受信光路内に挿入・固定したことを特徴とする
距離測定装置。

【００５３】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、図９の実施の形態が対応する。（作用効果）光ファイバを用いて光パルスとして受光部
に導くようにしたので光源駆動系の電磁ノイズに影響さ
れずに光源の異常についての情報を得ることができる。

【００５４】５．第１項〜第３項のいずれかに記載の距
離測定装置において、前記送光パルス取得手段は前記送
光部のケースに設置され、かつ、先端部を鏡面状に加工
した突出部を、送光光路内に設け、該先端部での反射光
を前記送光部のケースに設けた開口あるいは光ファイバ
を介して受光部受信光路内に導入することを特徴とする
距離測定装置。

【００５５】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１の実施の形態（図６（ｂ））
が対応する。

【００５６】（作用効果）第４項の装置の変形例であ
り、作用効果は第４項の装置と同じ。６．第１項〜第５項のいずれかに記載の距離測定装置に
おいて、前記受信出力評価手段は前記送光部に異常がな
い場合の前記受光部での受信信号のピーク値よりも大き
な値に設定された第１の閾値を有する第１の比較回路
と、この第１の比較回路の比較結果を積算する第１の加
算器と、前記ピーク値よりも低い値に設定された第２の
閾値を有する第２の比較回路と、この第２の比較回路の
比較結果を積算する第２の加算器とを有する距離測定装
置。

【００５７】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１の実施の形態（図１，３）が
対応する。（作用効果）第１の閾値を越える入力があった場合は、
散乱光集光手段により受光素子に導かれる光量が増加し
た場合が考えられる。これは送光部光学系の汚れ・結露
の可能性を示す。また第２の閾値を下回る入力があった
場合は光源の寿命が懸念される。

【００５８】７．第６項に記載の距離測定装置におい
て、前記距離測定手段は前記受光部出力を増幅する対数
アンプを具備し、該対数アンプ出力のピーク値と、該対
数アンプ出力を２値化して得られるスタートパルス、ス
トップパルスから求められる距離測定値と、該スタート
パルスの生成を表すスタートパルスフラグとを出力する
ことを特徴とする距離測定装置。

【００５９】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１の実施の形態（図１，４，
５，１１（ａ），（ｂ））が対応する。

【００６０】（作用効果）対数アンプを採用することに
より距離測定値と受信光パルスピーク値との関係を線形
とすることが可能となる。スタートパルスフラグは、ス
タートパルスの発生の有無の情報を与え、間接的に光源
の異常、受光素子の異常の有無を知らせる。スタートパ
ルス、ストップパルスは距離情報を与える。

【００６１】８．第７項に記載の距離測定装置におい
て、前記測定値チェック手段は前記距離測定手段によっ
て算出されたスタートパルスフラグの有無と、前記第１
と第２の加算器の出力がそれぞれ所定の閾値を超えたか
否かと、前記積算値が所定の閾値を超えたか否かの４つ
の判断基準の論理演算から光源／受光部の正常・異常、
送光・受光系の汚れ・結露、光源の寿命を判定すること
を特徴とする距離測定装置。

【００６２】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１の実施の形態（図１０）が対
応する。（作用効果）重複する情報を整理して、総合的に距離測
定装置あるいはセンサの動作の異常および寿命につき判
定する。

【００６３】９．第８項に記載の距離測定装置におい
て、前記測定値チェック手段は前記距離測定手段によっ
て測定された距離測定値を線形変換して得られるピーク
値下限値と前記距離測定手段によって算出されたピーク
値を比較し、後者が前者を下回る回数を積算して、所定
の回数の距離測定の後、積算値があらかじめ定められた
値を超えたとき警告信号を発生することを特徴とする距
離測定装置。

【００６４】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１の実施の形態（図９）が対応
する。（作用効果）距離測定値と受信光パルスピーク値との関
係はこれを統計的にみることにより光源の寿命、距離測
定装置の汚れ・結露の情報を間接的に与える。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、送光部あるいは受光部
およびその周辺の測距にかかわる光学・電気素子の異常
を余分なハードを有しないで、測定値を利用して判断
し、かつ電磁誘導ノイズに無関係の最小限の検出手段に
よって実現する自己診断機能付き距離測定装置が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による距離測定装置
の構成を概略的に示している。

【図２】本発明の第２の実施の形態による距離測定装置
の構成を概略的に示している。

【図３】受光素子から得られる光パルスの波形を示して
いる。

【図４】正常な光源と既に寿命となった光源に対して得
られる光パルスの波形を示している。

【図５】対数アンプの出力波形と、遅延回路を経た出力
波形とを示している。

【図６】送光パルス取得装置の具体的な構成を概略的に
示している。

【図７】散乱光集光装置の具体的な構成を概略的に示し
ている。

【図８】送光パルス取得装置の別の具体的な構成を概略
的に示している。

【図９】距離測定値と受信信号ピーク値の関係の頻度分
布を示している。

【図１０】測定値チェック回路が距離信号取得回路およ
び受信出力評価装置からの出力に基づき行なう論理演算
を示している。

【図１１】距離信号取得回路の具体的なブロック例と、
そのタイミングチャートを示している。

【図１２】自己診断機能を有する距離測定装置の従来例
の動作説明図である。

【図１３】自己診断機能を有する距離測定装置の別の従
来例の概略的な構成を示している。

【図１４】送受信光学系に付着した汚れの検出を部品の
増大を招かずに検出することが可能な距離測定装置の従
来例の概略的な構成を示している。

【図１５】送光ユニット内に汚れ検出装置を内蔵し、汚
れ検知の感度を向上した距離測定装置の従来例の概略的
な構成を示している。

【符号の説明】

１００送光部１０６散乱光集光装置１１１受光素子１４０信号処理部１５０受光部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標に向けて光パルスを送光する送光手
段と、前記送光手段より送光された光パルスの前記目標
からの散乱光を受光する受光手段を有し、光パルスが往
復する時間を検出することによって目標までの距離を測
定する距離測定装置において、前記送光手段内での散乱光を前記送光手段外に導出する
導出手段と、前記導出手段からの光束を検出する散乱光検出手段とを
有し、前記送光手段と前記散乱光検出手段とは互いに電磁的に
シールドされていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】請求項１に記載の距離測定装置におい
て、前記受光手段に含まれる受光素子と前記散乱光検出
手段に含まれる受光素子とは同一の受光素子であること
を特徴とする距離測定装置。
【請求項３】請求項１に記載の距離測定装置におい
て、前記送光手段内で送光パルスの一部を取得し、取得
した光パルスの一部で受光手段を照明する送光取得手段
を更に有していることを特徴とする距離測定装置。