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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024041242
(43)【公開日】2024-03-27
(54)【発明の名称】距離測定装置
(51)【国際特許分類】
G01C 3/06 20060101AFI20240319BHJP
G01C 13/00 20060101ALI20240319BHJP
【ＦＩ】
G01C3/06 120R
G01C13/00 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022145942
(22)【出願日】2022-09-14
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001933
【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小林 匡
(72)【発明者】
【氏名】東 志織
【テーマコード（参考）】
2F112
【Ｆターム（参考）】
2F112AD03
2F112BA02
2F112CA06
2F112CA12
2F112DA19
2F112DA21
2F112DA26
2F112FA03
2F112FA07
2F112FA21
2F112FA45
(57)【要約】
【課題】距離測定精度を向上させることができる距離測定装置を提供する。
【解決手段】距離測定装置（１）は、光を対象物（１０）に向かって照射するように構成される光源（４）と、前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサ（３）と、前記光センサから出力される光検出値と下記算出式に基づき、前記対象物との距離を算出するように構成される距離検出部（５２）と、を備える。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘは光検出値、ａおよびｂは係数
【選択図】図１
【解決手段】距離測定装置（１）は、光を対象物（１０）に向かって照射するように構成される光源（４）と、前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサ（３）と、前記光センサから出力される光検出値と下記算出式に基づき、前記対象物との距離を算出するように構成される距離検出部（５２）と、を備える。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘは光検出値、ａおよびｂは係数
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を対象物に向かって照射するように構成される光源と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサと、
前記光センサから出力される光検出値と下記算出式に基づき、前記対象物との距離を算出するように構成される距離検出部と、
を備える、距離測定装置。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘは光検出値、ａおよびｂは係数
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサと、
前記光センサから出力される光検出値と下記算出式に基づき、前記対象物との距離を算出するように構成される距離検出部と、
を備える、距離測定装置。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘは光検出値、ａおよびｂは係数
【請求項2】
前記光センサは、Ｒ（赤色）成分検出値、Ｇ（緑色）成分検出値、Ｂ（青色）成分検出値の少なくともいずれかの前記光検出値を出力するように構成され、
前記距離検出部は、前記Ｒ成分検出値、前記Ｇ成分検出値、前記Ｂ成分検出値の少なくともいずれかについての前記算出式を有する、請求項１に記載の距離測定装置。
前記距離検出部は、前記Ｒ成分検出値、前記Ｇ成分検出値、前記Ｂ成分検出値の少なくともいずれかについての前記算出式を有する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項3】
前記光センサは、照度の前記光検出値を出力するように構成され、
前記距離検出部は、前記照度についての前記算出式を有する、請求項１に記載の距離測定装置。
前記距離検出部は、前記照度についての前記算出式を有する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項4】
距離測定環境の変化を検出するように構成される環境変化検出部をさらに備え、
前記環境変化検出部は、前回に前記係数が決定されたときの前記距離測定環境の変化を検出するためのパラメータと、現在の前記パラメータとの比較に基づいて前記距離測定環境の有無を検出するように構成される、請求項１に記載の距離測定装置。
前記環境変化検出部は、前回に前記係数が決定されたときの前記距離測定環境の変化を検出するためのパラメータと、現在の前記パラメータとの比較に基づいて前記距離測定環境の有無を検出するように構成される、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項5】
前記パラメータは、色温度に類するパラメータである、請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項6】
前記色温度に類するパラメータは、前記光センサから出力されるＲＧＢ検出値に基づいて算出されるパラメータである、請求項５に記載の距離測定装置。
【請求項7】
前記パラメータは、照度、あるいは照度に類するパラメータである、請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項8】
前記照度に類するパラメータは、前記光センサから出力されるＲＧＢ成分のうち１つの成分の検出値であるか、あるいは前記光センサから出力されるＲＧＢのうち複数成分の検出値の合計値である、請求項７に記載の測定装置。
【請求項9】
前記パラメータは、前記光源の消灯時における前記照度、あるいは前記照度に類するパラメータである、請求項７に記載の距離測定装置。
【請求項10】
前記環境変化検出部は、下記式により算出される前記距離測定環境の変動具合に基づいて前記距離測定環境の有無を検出するように構成される、請求項７に記載の距離測定装置。
（変動具合）＝｜（現在の照度値）－（保持された照度値）｜
ただし、前記照度値には、前記照度に類するパラメータの値も含まれる。
（変動具合）＝｜（現在の照度値）－（保持された照度値）｜
ただし、前記照度値には、前記照度に類するパラメータの値も含まれる。
【請求項11】
前記環境変化検出部は、下記式により算出される前記距離測定環境の変動具合に基づいて前記距離測定環境の有無を検出するように構成される、請求項７に記載の距離測定装置。
（変動具合）＝｜１－（現在の照度値）／（保持された照度値）｜
ただし、前記照度値には、前記照度に類するパラメータの値も含まれる。
（変動具合）＝｜１－（現在の照度値）／（保持された照度値）｜
ただし、前記照度値には、前記照度に類するパラメータの値も含まれる。
【請求項12】
前記距離測定環境の変化があった場合に、ユーザに通知するように構成される通知部をさらに備える、請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項13】
距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせを２点取得するように構成される測定実施部と、
取得された前記２点に基づいて前記算出式を更新するように構成される算出式更新部と、
を有するキャリブレーション部をさらに備える、請求項１に記載の距離測定装置。
取得された前記２点に基づいて前記算出式を更新するように構成される算出式更新部と、
を有するキャリブレーション部をさらに備える、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項14】
前記算出式更新部により更新された複数の前記算出式のうち最適な前記算出式を選択するように構成される算出式選択部をさらに備える、請求項１３に記載の距離測定装置。
【請求項15】
距離算出部と、誤差指標算出部と、をさらに備え、
前記測定実施部は、前記２点以外の距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせも取得するように構成され、
前記距離算出部は、更新された各算出式に、取得された前記光センサの出力値を代入して距離を算出するように構成され、
前記誤差指標算出部は、距離の実績値と前記距離算出部により算出された距離との組み合わせに基づき前記複数の算出式ごとの誤差指標を算出するように構成され、
前記算出式選択部は、算出された前記誤差指標に基づき前記算出式を選択するように構成される、請求項１４に記載の距離測定装置。
前記測定実施部は、前記２点以外の距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせも取得するように構成され、
前記距離算出部は、更新された各算出式に、取得された前記光センサの出力値を代入して距離を算出するように構成され、
前記誤差指標算出部は、距離の実績値と前記距離算出部により算出された距離との組み合わせに基づき前記複数の算出式ごとの誤差指標を算出するように構成され、
前記算出式選択部は、算出された前記誤差指標に基づき前記算出式を選択するように構成される、請求項１４に記載の距離測定装置。
【請求項16】
距離算出部と、ばらつき算出部と、をさらに備え、
前記測定実施部は、前記２点以外の距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせも取得するように、かつ、同じ距離の実績値に対して前記光センサによる複数回の測定を実施するように構成され、
前記距離算出部は、更新された各算出式に、取得された前記光センサの出力値を代入して距離を算出するように構成され、
前記ばらつき算出部は、同じ距離の実績値に対応して算出される距離のばらつきを算出するように構成され、
前記算出式選択部は、算出された前記ばらつきに基づき前記算出式を選択するように構成される、請求項１４に記載の距離測定装置。
前記測定実施部は、前記２点以外の距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせも取得するように、かつ、同じ距離の実績値に対して前記光センサによる複数回の測定を実施するように構成され、
前記距離算出部は、更新された各算出式に、取得された前記光センサの出力値を代入して距離を算出するように構成され、
前記ばらつき算出部は、同じ距離の実績値に対応して算出される距離のばらつきを算出するように構成され、
前記算出式選択部は、算出された前記ばらつきに基づき前記算出式を選択するように構成される、請求項１４に記載の距離測定装置。
【請求項17】
前記対象物は液体であり、液面高さ測定装置として構成される、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項18】
請求項１７に記載の距離測定装置と、液体を収容可能な収容部と、を備える機器。
【請求項19】
前記収容部の底部の下方あるいは前記収容部の内部の底面上に配置される白色の部材をさらに備え、前記光源は、白色光を発光するように構成される、請求項１８に記載の機器。
【請求項20】
前記収容部の底部は、白色であり、前記光源は、白色光を発光するように構成される、請求項１８に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、距離測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、対象物との距離を測定する距離測定装置が知られている。例えば水位計は、距離測定装置の一種である。水位計の場合、対象物が液面となり、液面との距離を測定することで液面の高さを測定できる。なお、従来の水位計としては、例えば、いわゆるフロート方式のものが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】実開平４－２４０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
昨今、水位計においては、水位の測定精度を向上させることが要望されている。
【0005】
上記状況に鑑み、本開示は、距離測定精度を向上させることができる距離測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
例えば、本開示の例示的な距離測定装置は、
光を対象物に向かって照射するように構成される光源と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサと、
前記光センサから出力される光検出値と下記算出式に基づき、前記対象物との距離を算出するように構成される距離検出部と、を備える構成としている。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘは光検出値、ａおよびｂは係数
光を対象物に向かって照射するように構成される光源と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサと、
前記光センサから出力される光検出値と下記算出式に基づき、前記対象物との距離を算出するように構成される距離検出部と、を備える構成としている。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘは光検出値、ａおよびｂは係数
【発明の効果】
【0007】
本開示の距離測定装置によれば、距離測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
【0010】
＜１．距離測定装置の構成＞
図１は、距離測定装置の構成例を示す図である。図１に示す距離測定装置１は、基板２と、カラーセンサ３と、白色ＬＥＤ４と、制御部５と、スイッチＳＷと、抵抗Ｒと、を有している。カラーセンサ３、白色ＬＥＤ４、スイッチＳＷ、および抵抗Ｒは、基板２に実装される。制御部５は、例えばマイコンである。
図１は、距離測定装置の構成例を示す図である。図１に示す距離測定装置１は、基板２と、カラーセンサ３と、白色ＬＥＤ４と、制御部５と、スイッチＳＷと、抵抗Ｒと、を有している。カラーセンサ３、白色ＬＥＤ４、スイッチＳＷ、および抵抗Ｒは、基板２に実装される。制御部５は、例えばマイコンである。
【0011】
白色ＬＥＤ（光源の一例）４は、白色光を発光するチップＬＥＤである。スイッチＳＷおよび抵抗Ｒは、電源電圧ＶＣＣによって白色ＬＥＤ４に電流が流れる経路に配置される。スイッチＳＷは、制御部５によりオンオフを制御される。スイッチＳＷのオンオフにより、白色ＬＥＤ４の発光・消灯を切り替えることができる。抵抗Ｒは、白色ＬＥＤ４に流れる電流を制限し、白色光の光量を調整する。
【0012】
カラーセンサ（光センサの一例）３は、光の色成分を検出可能なセンサＩＣである。上記色成分は、具体的には、Ｒ成分（赤色成分）、Ｇ成分（緑色成分）、Ｂ成分（青色成分）である。制御部５によりスイッチＳＷがオン状態とされることで白色ＬＥＤ４は白色光を発光する。図２に示すように、白色ＬＥＤ４は、対象物１０に白色光を照射する。カラーセンサ３は、対象物１０で反射された光を受光して色成分を検出する。カラーセンサ３は、検出した色成分をデジタルデータとして制御部５へ出力する。カラーセンサ３が出力するデジタルデータは、例えば１６ビットデータである。
【0013】
制御部５は、ビット変換部５１と、距離検出部５２と、環境変化検出部５３と、通知部５４と、キャリブレーション部５５と、を有している。
【0014】
ビット変換部５１は、カラーセンサ３から出力されるデジタルデータを例えば８ビットのデジタルデータに変換する。
【0015】
距離検出部５２は、ビット変換後の色成分検出値と、距離を算出するための算出式５Ａに基づき、対象物１００・カラーセンサ３間の距離Ｌ（図２）を算出する。算出式５Ａは、制御部５（距離検出部５２）にあらかじめ格納されている。算出式５Ａの詳細については、後述する。
【0016】
環境変化検出部５３は、距離測定環境の変化を検出する。通知部５４は、環境変化検出部５３の検出結果に基づいてユーザへの通知を行う。環境変化検出部５３および通知部５４の詳細については後述する。
【0017】
キャリブレーション部５５は、算出式５Ａの更新を行うものであり、詳細は後述する。
【0018】
なお、後述するように、カラーセンサ３は、ＲＧＢ成分に加えて、ＩＲ（赤外線）成分を検出することも可能である。
【0019】
＜２．カラーセンサの構成＞
図３は、カラーセンサ３の構成例を示す図である。図３に示すカラーセンサ３は、受光素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄと、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃと、ロジック回路３３と、赤外線遮断フィルタ３４と、赤色光透過フィルタ３５Ａと、緑色光透過フィルタ３５Ｂと、青色光透過フィルタ３５Ｃと、赤外線透過フィルタ３５Ｄと、スイッチ３６と、を有している。
図３は、カラーセンサ３の構成例を示す図である。図３に示すカラーセンサ３は、受光素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄと、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃと、ロジック回路３３と、赤外線遮断フィルタ３４と、赤色光透過フィルタ３５Ａと、緑色光透過フィルタ３５Ｂと、青色光透過フィルタ３５Ｃと、赤外線透過フィルタ３５Ｄと、スイッチ３６と、を有している。
【0020】
受光素子３１Ａは、赤外線遮断フィルタ３４および赤色光透過フィルタ３５Ａを介して入射される赤色光の光量に応じたアナログ電流信号を生成する。すなわち、受光素子３１Ａは、入力光のＲ成分（赤色成分）を検出する。
【0021】
受光素子３１Ｂは、赤外線遮断フィルタ３４および緑色光透過フィルタ３５Ｂを介して入射される緑色光の光量に応じたアナログ電流信号を生成する。すなわち、受光素子３１Ｂは、入力光のＧ成分（緑色成分）を検出する。
【0022】
受光素子３１Ｃは、赤外線遮断フィルタ３４および青色光透過フィルタ３５Ｃを介して入射される青色光の光量に応じたアナログ電流信号を生成する。すなわち、受光素子３１Ｃは、入力光のＢ成分（青色成分）を検出する。
【0023】
受光素子３１Ｄは、赤外線透過フィルタ３５Ｄを介して入射される赤外線の光量に応じたアナログ電流信号を生成する。すなわち、受光素子３１Ｄは、入力光のＩＲ成分（赤外線成分）を検出する。
【0024】
上記の受光素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄとしては、それぞれ、フォトダイオードあるいはフォトトランジスタなどを好適に用いることができる。
【0025】
ＡＤＣ３２Ａ，３２Ｂは、受光素子３１Ａ，３１Ｂからのアナログ電流信号を例えば１６ビットのデジタルデータに変換して出力する。また、ＡＤＣ３２Ｃは、受光素子３１Ｃ，３１Ｄいずれかからのアナログ電流信号をスイッチ３６の切り替えに応じてデジタルデータに変換して出力する。
【0026】
赤外線遮断フィルタ３４は、赤色光透過フィルタ３５Ａ、緑色光透過フィルタ３５Ｂ、および、青色光透過フィルタ３５Ｃそれぞれの上流側で、入力光に含まれるＩＲ成分を遮断する。このような赤外線遮断フィルタ３４を設けることにより、ＲＧＢ成分を精度良く検出することができる。
【0027】
ロジック回路３３は、ＡＤＣロジック機能（＝ＡＤＣの時分割制御機能）、および、Ｉ２Ｃインターフェイス機能（＝データ信号ＳＤＡとクロック信号ＳＣＬの通信機能）を備えている。ロジック回路３３は、ＡＤＣ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃから出力されるＲＧＢ成分検出信号およびＩＲ成分検出信号としてのデジタルデータをＩ２Ｃ通信によって制御部５に送出する。
【0028】
＜３．算出式＞
カラーセンサ３（光センサ）の出力値をそのまま距離として採用することはできないため、センサ出力値を距離に変換する算出式が必要である。ここで、本願発明者は、カラーセンサ３と対象物との間の距離を変化させつつ、カラーセンサ３の出力値を取得する実験を実施した。図４に、その実験の結果例を示す。なお、図４では、カラーセンサ３のＲＧＢ各成分の検出値のうち、Ｒ成分検出値について図示している。
カラーセンサ３（光センサ）の出力値をそのまま距離として採用することはできないため、センサ出力値を距離に変換する算出式が必要である。ここで、本願発明者は、カラーセンサ３と対象物との間の距離を変化させつつ、カラーセンサ３の出力値を取得する実験を実施した。図４に、その実験の結果例を示す。なお、図４では、カラーセンサ３のＲＧＢ各成分の検出値のうち、Ｒ成分検出値について図示している。
【0029】
図４において、縦軸がカラーセンサ３と対象物との間の距離を示し、横軸がカラーセンサ３の出力値（Ｒ成分検出値）を示す。図４の破線で示すように、距離を所定のＬｍｉｎから所定のＬ１まで所定距離刻みで変化させつつ、カラーセンサ３の出力値を取得した。すなわち、図４の破線は、実際の距離（距離の実績値）とカラーセンサ３の出力値との組み合わせの点を線でつないで示したものである。なお、カラーセンサ３の出力値は、１６ビットの例としている。距離が長くなるほど、カラーセンサ３の出力値は小さくなる。
【0030】
実験の結果を受け、本願発明者による鋭意検討の結果、センサ出力値から対象物・センサ間の距離を導出する数式として、下記（１）式を見出した。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ （１）
ただし、Ｙは距離、Ｘはセンサ出力値、ａおよびｂは係数
Ｙ＝ａ・Ｘｂ （１）
ただし、Ｙは距離、Ｘはセンサ出力値、ａおよびｂは係数
【0031】
センサ出力値と実際の距離との組み合わせの点（Ｘ,Ｙ）が２点あれば、（１）式における係数ａおよびｂを厳密に決定することができる。具体的には、２点（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）それぞれを（１）式に代入した式の両辺の対数をとって連立方程式を解くことで、係数ａ，ｂを決定できる。
【0032】
図４の例では、（距離，Ｒ成分検出値）が（Ｌ１，Ｒ１）、（Ｌ２，Ｒ２）の２点Ｐ１，Ｐ２を選択し、（１）式の係数ａ，ｂを導いている。このように決定された（１）式を使用してセンサ出力値から距離を推定した結果を図４の実線で示す。図４では、距離がＬ３（＜Ｌ２）以下では距離の推定値が実績値よりも若干高くなって乖離しているが、距離がＬ３より長い区間では、距離の推定値が実績値と合致していることが分かる。距離がＬ３より長い区間に実際に使用する測定距離範囲が含まれるのであれば、精度良く距離を推定することが可能である。従って、使用する距離測定範囲が決まっているのであれば、当該距離測定範囲に含まれる２点を選択して（１）式を決定することが望ましい。
【0033】
図５は、図４における実際の距離と推定した距離とをプロットした結果を示す。図５において、実際の距離と推定した距離が同じ値となる点を結ぶ直線からプロットがずれていない場合に推定精度が最もよい。図５に示すように、距離がＬ３以下では距離の推定値が実績値を上回っているが、距離がＬ３より長い区間では精度良く距離を推定できる。
【0034】
本実施形態の距離測定装置１（図１）では、制御部５の距離検出部５２が算出式５Ａとして、上記（１）式を有している。距離検出部５２は、カラーセンサ３の出力値、すなわちビット変換部５１の出力に基づいて（１）式を使用して距離を算出することができる。なお、ビット変換部５１を設けない場合は、カラーセンサ３の出力値を直接、距離の算出に使用してもよい。
【0035】
距離検出部５２は、算出式５Ａとして、Ｒ成分検出値、Ｇ成分検出値、Ｂ成分検出値の少なくともいずれかについての（１）式を有することができる。すなわち、ＲＧＢ成分のうち１つの成分についての（１）式のみを有してもよいし、ＲＧＢ成分のうち複数の成分ごとについての（１）式（例えばＲ成分についての（１）式とＧ成分についての（１）式）を有してもよい。
【0036】
距離検出部５２が複数の（１）式を有する場合、後述するようにキャリブレーションにより選択された最適な式を選択して距離の算出を行ってもよい。または、複数の式により算出されたそれぞれの距離の例えば平均値を距離測定値としてもよい。また、カラーセンサ３は、算出式５Ａで使用する色成分のみを検出する構成としてもよい。すなわち、カラーセンサ３は、必ずしも３つの色成分を検出する必要はない。
【0037】
＜４．照度センサを用いた構成＞
図６は、本実施形態の変形例に係る距離測定装置１の構成を示す図である。図６に示す構成では、カラーセンサ３の代わりに照度センサ６を設けている。照度センサ６は、対象物１０で反射された光の照度を検出する。この場合、距離検出部５２は、算出式５Ａとして、センサ出力値Ｘを照度とした（１）式を有する。これにより、距離検出部５２は、照度センサ６の出力値に基づいて（１）式を使用して距離を算出することができる。
図６は、本実施形態の変形例に係る距離測定装置１の構成を示す図である。図６に示す構成では、カラーセンサ３の代わりに照度センサ６を設けている。照度センサ６は、対象物１０で反射された光の照度を検出する。この場合、距離検出部５２は、算出式５Ａとして、センサ出力値Ｘを照度とした（１）式を有する。これにより、距離検出部５２は、照度センサ６の出力値に基づいて（１）式を使用して距離を算出することができる。
【0038】
＜５．測定環境変化の影響＞
このように、本実施形態に係る距離測定装置１によれば、（１）式を用いて距離を算出することで、精度の高い距離測定が可能となる。しかしながら、時間が経過すると、（１）式の係数を決定したときの測定環境から測定環境が変化する場合が想定される。測定環境変化の要因としては、例えば、対象物の退色・変色、対象物の反射率の変化、白色ＬＥＤ４の光量変動、外部環境光の侵入などが挙げられる。この場合、現状の係数の（１）式を使用したまま距離を算出すると、距離の推定精度が低下することが想定される。
このように、本実施形態に係る距離測定装置１によれば、（１）式を用いて距離を算出することで、精度の高い距離測定が可能となる。しかしながら、時間が経過すると、（１）式の係数を決定したときの測定環境から測定環境が変化する場合が想定される。測定環境変化の要因としては、例えば、対象物の退色・変色、対象物の反射率の変化、白色ＬＥＤ４の光量変動、外部環境光の侵入などが挙げられる。この場合、現状の係数の（１）式を使用したまま距離を算出すると、距離の推定精度が低下することが想定される。
【0039】
図７は、上述した測定環境変動要因の例とその変動検出手段の例を挙げた表である。例えば、測定環境変動要因が対象物の退色・変色、あるいは対象物の反射率の変化である場合は、色温度を用いてその変動を検出することが可能である。図１のようにカラーセンサ３を用いた距離測定装置１の場合は、色温度に類するパラメータとしてＲＧＢ成分検出値の比率、あるいはＲＧＢ成分検出値から変換したＨＬＳ値などを変動検出に用いることができる。
【0040】
ここで、測定環境変動の検出処理の一例について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。
【0041】
環境変化検出部５３は、前回に（１）式の係数を決定したときの上記色温度に類するパラメータを保持しており、一定時間が経過すると（ステップＳ１のＹ）、現在のカラーセンサ３の出力値に基づいて上記色温度に類するパラメータを取得する（ステップＳ２）。すると、環境変化検出部５３は、取得された現在の上記色温度に類するパラメータと上記保持されたパラメータとを比較して（ステップＳ３）、測定環境変動の有無を判定する（ステップＳ４）。
【0042】
測定環境変動があった場合は（ステップＳ４のＹ）、通知部５４がユーザに（１）式の係数の更新（キャリブレーション）が必要である旨を通知する（ステップＳ５）。通知は、表示または音声などにより行う。この場合、ユーザ操作を契機としてキャリブレーション部５５によりキャリブレーションが実施されると、環境変化検出部５３は、そのときの上記色温度に類するパラメータをカラーセンサ３の出力値に基づいて取得し、保持するパラメータを取得されたパラメータに更新する（ステップＳ６）。ステップＳ６から一定時間が経過すると、再度ステップＳ２に移行する。
【0043】
一方、測定環境変動がなかった場合は（ステップＳ４のＮ）、キャリブレーションの通知は行わず、一定時間が経過すると、再度ステップＳ２に移行する。
【0044】
このように、本実施形態では、測定環境変動を自動的に検出することで、ユーザにキャリブレーションの必要性を通知し、算出式５Ａの精度を良好に維持することができる。なお、キャリブレーションのより具体的な説明については、後述する。
【0045】
また、図７の表に示すように、測定環境変動の要因が対象物の反射率の変化、あるいは白色ＬＥＤ４の光量変動である場合は、照度を用いてその変動を検出することができる。図１のようにカラーセンサ３を用いた距離測定装置１の場合は、照度に類するパラメータとして、ＲＧＢ成分のうち１つの成分の検出値のみ（Ｇのみなど）、あるいは、ＲＧＢ成分のうち複数の検出値の合計値（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ、Ｒ＋Ｇなど）を用いることができる。または、図６のように照度センサ６を用いた距離測定装置１の場合は、照度センサ６の出力値を用いて測定環境変動を検出することができる。そして、このような照度自体、あるいは照度に類するパラメータを用いて先述した図８に示す処理を実施することで、算出式５Ａの精度維持が可能となる。
【0046】
また、図７の表に示すように、測定環境変動の要因が外部環境光の侵入である場合は、白色ＬＥＤ４を消灯したときの照度を用いて、その変動を検出することができる。図１のようにカラーセンサ３を用いた距離測定装置１の場合は、制御部５によりスイッチＳＷをオフとして白色ＬＥＤ４が消灯した状態で、カラーセンサ３の出力値に基づいて照度に類するパラメータを取得する。図１のように照度センサ６を用いた距離測定装置１の場合は、制御部５によりスイッチＳＷをオフとして白色ＬＥＤ４が消灯した状態で、照度センサ６の出力値に基づいて照度を取得する。そして、このような照度自体、あるいは照度に類するパラメータを用いて先述した図８に示す処理を実施することで、算出式５Ａの精度維持が可能となる。
【0047】
白色ＬＥＤ４消灯時の照度（あるいはそれに類するパラメータ）を保持した値と現在値とで比較する場合（例えば図８のステップＳ３）、例えば下記のようにパラメータの変動具合を定量化することもできる。
【0048】
例えば、下記（２）式あるいは（３）式からパラメータの変動具合を算出することができる。
（変動具合）＝｜（現在の照度値）－（保持された照度値）｜ （２）
（変動具合）＝｜１－（現在の照度値）／（保持された照度値）｜ （３）
（変動具合）＝｜（現在の照度値）－（保持された照度値）｜ （２）
（変動具合）＝｜１－（現在の照度値）／（保持された照度値）｜ （３）
【0049】
上記（２）（３）式ともに現在の照度値と保持された照度値に大きな乖離がない場合には変動具合はほぼ０となり、乖離が生じるほど変動具合の値が大きくなる。従って、算出されるパラメータの変動具合を閾値と比較することで、測定環境変動の有無を判定できる。
【0050】
＜６．キャリブレーション＞
ここでは、キャリブレーションについて説明する。図９は、制御部５に含まれるキャリブレーション部５５の第１構成例を示す図である。図９に示すキャリブレーション部５５は、測定実施部５５１と、算出式更新部５５２と、を有する。
ここでは、キャリブレーションについて説明する。図９は、制御部５に含まれるキャリブレーション部５５の第１構成例を示す図である。図９に示すキャリブレーション部５５は、測定実施部５５１と、算出式更新部５５２と、を有する。
【0051】
測定実施部５５１は、センサ・対象物間の距離Ｌ（図２）を所望の第１距離に設定した状態で、ユーザ操作に基づきカラーセンサ３によるＲＧＢ成分検出値の測定を実施する。さらに、測定実施部５５１は、センサ・対象物間の距離Ｌを所望の第２距離に設定した状態で、ユーザ操作に基づきカラーセンサ３によるＲＧＢ成分検出値の測定を実施する。従って、測定実施部５５１により、距離の実績値とＲＧＢ成分検出値の組み合わせの２点が取得される。算出式更新部５５２は、取得された２点のデータに基づき、（１）式で表される算出式５Ａの係数ａ，ｂを更新する。
【0052】
ＲＧＢ成分のうち１つの成分についての算出式５Ａのみが距離検出部５２に保持される場合は（すなわち算出式Ａは１つ）、当該１つの成分の検出値に基づき算出式５Ａを更新する。ＲＧＢ成分のうち複数の成分についての算出式５Ａが保持される場合は（すなわち算出式Ａは複数）、当該複数の成分の検出値に基づき複数の算出式５Ａをそれぞれ更新する。
【0053】
なお、上記第１構成例は、カラーセンサ３の代わりに照度センサ６を用いた場合にも適用可能である。
【0054】
図１０は、制御部５に含まれるキャリブレーション部５５の第２構成例を示す図である。図１０に示すキャリブレーション部５５は、測定実施部５５１と算出式更新部５５２に加えて、距離算出部５５３と、誤差指標算出部５５４と、算出式選択部５５５と、を有する。図１０の構成では、ＲＧＢのうち複数の成分についての複数の算出式５Ａが保持される場合に、複数の算出式５Ａを更新しつつ、最適な算出式５Ａを選択することができる。
【0055】
測定実施部５５１は、算出式５Ａの係数更新に用いるための距離の実績値とＲＧＢ成分検出値の組み合わせの２点に加えて、別の距離の実績値とＲＧＢ成分検出値の組み合わせも取得する。算出式更新部５５２は、取得された２点のデータに基づき複数の算出式５Ａの係数を更新する。
【0056】
距離算出部５５３は、上記で更新された各算出式に、上記で取得されたＲＧＢ成分検出値を代入して距離を算出する。これにより、距離の実績値と距離の推定値との組み合わせが算出式５Ａごとに得られる。誤差指標算出部５５４は、上記組み合わせに基づき算出式５Ａごとの誤差指標を算出する。誤差指標は、例えば、実績値と推定値との誤差の平均値および当該誤差の３σ（σ：標準偏差）である。３σは、誤差ばらつきを示す指標である。
【0057】
算出式選択部５５５は、上記で算出された算出式５Ａごとの誤差指標に基づき、精度が最も高い算出式５Ａを選択する。以降、距離検出部５２は、上記選択された算出式５Ａを用いて距離の測定を実施する。
【0058】
図１１は、制御部５に含まれるキャリブレーション部５５の第３構成例を示す図である。図１１に示すキャリブレーション部５５は、上記第２構成例との違いとして、誤差指標算出部５５４の代わりに３σ算出部（ばらつき算出部）５５６を有する。
【0059】
測定実施部５５１は、算出式５Ａの係数更新に用いるための距離の実績値とＲＧＢ成分検出値の組み合わせの２点に加えて、別の距離の実績値とＲＧＢ成分検出値の組み合わせも取得する。このとき、同じ距離の実績値に対して複数回（例えば３回）のＲＧＢ成分検出が行われる。算出式更新部５５２は、取得された２点のデータに基づき複数の算出式５Ａの係数を更新する。
【0060】
距離算出部５５３は、上記で更新された各算出式に、上記で取得されたＲＧＢ成分検出値を代入して距離を算出する。これにより、距離の実績値と距離の推定値との組み合わせが算出式５Ａごとに得られる。このとき、同じ距離の実績値に対して複数の距離の推定値が得られる。３σ算出部５５６は、同じ距離の実績値ごとの距離の推定値の３σを算出する。算出式選択部５５５は、上記で算出された３σに基づき、複数の算出式５Ａから、ばらつきの最も少ない算出式５Ａを選択する。これにより、同じ距離の実績値に対してＲＧＢ成分検出値のばらつきが小さい成分の算出式５Ａを選択できる。
【0061】
＜７．機器への適用＞
本実施形態に係る距離測定装置１は、様々な対象物１０との間の距離の測定に利用可能である。図１２は、距離測定装置１を適用機器の一例としてのトイレタンク１５０に搭載する場合の構成例を模式的に示す。この場合、距離測定装置１は、カラーセンサ３と対象物１０としての水１００の液面との間の距離Ｌ、すなわち、液面高さＨを測定する水位測定装置として機能する。距離Ｌが長いほど、液面高さＨは短くなる。
本実施形態に係る距離測定装置１は、様々な対象物１０との間の距離の測定に利用可能である。図１２は、距離測定装置１を適用機器の一例としてのトイレタンク１５０に搭載する場合の構成例を模式的に示す。この場合、距離測定装置１は、カラーセンサ３と対象物１０としての水１００の液面との間の距離Ｌ、すなわち、液面高さＨを測定する水位測定装置として機能する。距離Ｌが長いほど、液面高さＨは短くなる。
【0062】
図１２に示すように、トイレタンク１５０は、収容部７０を有する。距離測定装置１に含まれる基板２、カラーセンサ３、および白色ＬＥＤ４は、収容部７０内部の上方に配置される。収容部７０は、水１００を収容可能である。収容部７０自体の色は、白色である。なお、図１２の構成に限らず例えば、白色のシート材を、収容部７０の内部の底面上に配置してもよいし、収容部７０の透明な底部の下方に配置してもよい。また、収容部７０は、トイレタンク以外の用途での容器であってもよい。
【0063】
＜８．その他＞
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
【0064】
＜９．付記＞
以上のように、本開示の一態様に係る距離測定装置（１）は、
光を対象物（１０）に向かって照射するように構成される光源（４）と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサ（３）と、
前記光センサから出力される光検出値と下記算出式に基づき、前記対象物との距離を算出するように構成される距離検出部（５２）と、を備える構成としている（第１の構成）。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘは光検出値、ａおよびｂは係数
以上のように、本開示の一態様に係る距離測定装置（１）は、
光を対象物（１０）に向かって照射するように構成される光源（４）と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサ（３）と、
前記光センサから出力される光検出値と下記算出式に基づき、前記対象物との距離を算出するように構成される距離検出部（５２）と、を備える構成としている（第１の構成）。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘは光検出値、ａおよびｂは係数
【0065】
また、上記第１の構成において、前記光センサ（３）は、Ｒ（赤色）成分検出値、Ｇ（緑色）成分検出値、Ｂ（青色）成分検出値の少なくともいずれかの前記光検出値を出力するように構成され、
前記距離検出部（５２）は、前記Ｒ成分検出値、前記Ｇ成分検出値、前記Ｂ成分検出値の少なくともいずれかについての前記算出式を有する構成としてもよい（第２の構成）。
前記距離検出部（５２）は、前記Ｒ成分検出値、前記Ｇ成分検出値、前記Ｂ成分検出値の少なくともいずれかについての前記算出式を有する構成としてもよい（第２の構成）。
【0066】
また、上記第１の構成において、前記光センサ（６）は、照度の前記光検出値を出力するように構成され、前記距離検出部（５２）は、前記照度についての前記算出式を有する構成としてもよい（第３の構成）。
【0067】
また、上記第１から第３のいずれかの構成において、距離測定環境の変化を検出するように構成される環境変化検出部（５３）をさらに備え、
前記環境変化検出部は、前回に前記係数が決定されたときの前記距離測定環境の変化を検出するためのパラメータと、現在の前記パラメータとの比較に基づいて前記距離測定環境の有無を検出するように構成されることとしてもよい（第４の構成）。
前記環境変化検出部は、前回に前記係数が決定されたときの前記距離測定環境の変化を検出するためのパラメータと、現在の前記パラメータとの比較に基づいて前記距離測定環境の有無を検出するように構成されることとしてもよい（第４の構成）。
【0068】
また、上記第４の構成において、前記パラメータは、色温度に類するパラメータである構成としてもよい（第５の構成）。
【0069】
また、上記第５の構成において、前記色温度に類するパラメータは、前記光センサ（３）から出力されるＲＧＢ検出値に基づいて算出されるパラメータである構成としてもよい（第６の構成）。
【0070】
また、上記第４の構成において、前記パラメータは、照度、あるいは照度に類するパラメータである構成としてもよい（第７の構成）。
【0071】
また、上記第７の構成において、前記照度に類するパラメータは、前記光センサ（３）から出力されるＲＧＢ成分のうち１つの成分の検出値であるか、あるいは前記光センサから出力されるＲＧＢのうち複数成分の検出値の合計値である構成としてもよい（第８の構成）。
【0072】
また、上記第７または第８の構成において、前記パラメータは、前記光源の消灯時における前記照度、あるいは前記照度に類するパラメータである構成としてもよい（第９の構成）。
【0073】
また、上記第７の構成において、前記環境変化検出部（５３）は、下記式により算出される前記距離測定環境の変動具合に基づいて前記距離測定環境の有無を検出するように構成されることとしてもよい（第１０の構成）。
（変動具合）＝｜（現在の照度値）－（保持された照度値）｜
ただし、前記照度値には、前記照度に類するパラメータの値も含まれる。
（変動具合）＝｜（現在の照度値）－（保持された照度値）｜
ただし、前記照度値には、前記照度に類するパラメータの値も含まれる。
【0074】
また、上記第７の構成において、前記環境変化検出部（５３）は、下記式により算出される前記距離測定環境の変動具合に基づいて前記距離測定環境の有無を検出するように構成されることとしてもよい（第１１の構成）。
（変動具合）＝｜１－（現在の照度値）／（保持された照度値）｜
ただし、前記照度値には、前記照度に類するパラメータの値も含まれる。
（変動具合）＝｜１－（現在の照度値）／（保持された照度値）｜
ただし、前記照度値には、前記照度に類するパラメータの値も含まれる。
【0075】
また、上記第４から第１１のいずれかの構成において、前記距離測定環境の変化があった場合に、ユーザに通知するように構成される通知部（５４）をさらに備える構成としてもよい（第１２の構成）。
【0076】
また、上記第１から第１２のいずれかの構成において、距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせを２点取得するように構成される測定実施部（５５１）と、
取得された前記２点に基づいて前記算出式を更新するように構成される算出式更新部（５５２）と、を有するキャリブレーション部（５５）をさらに備える構成としてもよい（第１３の構成）。
取得された前記２点に基づいて前記算出式を更新するように構成される算出式更新部（５５２）と、を有するキャリブレーション部（５５）をさらに備える構成としてもよい（第１３の構成）。
【0077】
また、上記第１３の構成において、前記算出式更新部（５５２）により更新された複数の前記算出式のうち最適な前記算出式を選択するように構成される算出式選択部（５５５）をさらに備える構成としてもよい（第１４の構成）。
【0078】
また、上記第１４の構成において、距離算出部（５５３）と、誤差指標算出部（５５４）と、をさらに備え、
前記測定実施部（５５１）は、前記２点以外の距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせも取得するように構成され、
前記距離算出部は、更新された各算出式に、取得された前記光センサの出力値を代入して距離を算出するように構成され、
前記誤差指標算出部は、距離の実績値と前記距離算出部により算出された距離との組み合わせに基づき前記複数の算出式ごとの誤差指標を算出するように構成され、
前記算出式選択部（５５５）は、算出された前記誤差指標に基づき前記算出式を選択するように構成されることとしてもよい（第１５の構成）。
前記測定実施部（５５１）は、前記２点以外の距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせも取得するように構成され、
前記距離算出部は、更新された各算出式に、取得された前記光センサの出力値を代入して距離を算出するように構成され、
前記誤差指標算出部は、距離の実績値と前記距離算出部により算出された距離との組み合わせに基づき前記複数の算出式ごとの誤差指標を算出するように構成され、
前記算出式選択部（５５５）は、算出された前記誤差指標に基づき前記算出式を選択するように構成されることとしてもよい（第１５の構成）。
【0079】
また、上記第１４の構成において、距離算出部（５５３）と、ばらつき算出部（５５６）と、をさらに備え、
前記測定実施部（５５１）は、前記２点以外の距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせも取得するように、かつ、同じ距離の実績値に対して前記光センサによる複数回の測定を実施するように構成され、
前記距離算出部は、更新された各算出式に、取得された前記光センサの出力値を代入して距離を算出するように構成され、
前記ばらつき算出部は、同じ距離の実績値に対応して算出される距離のばらつきを算出するように構成され、
前記算出式選択部は、算出された前記ばらつきに基づき前記算出式を選択するように構成されることとしてもよい（第１６の構成）。
前記測定実施部（５５１）は、前記２点以外の距離の実績値と前記光センサの出力値との組み合わせも取得するように、かつ、同じ距離の実績値に対して前記光センサによる複数回の測定を実施するように構成され、
前記距離算出部は、更新された各算出式に、取得された前記光センサの出力値を代入して距離を算出するように構成され、
前記ばらつき算出部は、同じ距離の実績値に対応して算出される距離のばらつきを算出するように構成され、
前記算出式選択部は、算出された前記ばらつきに基づき前記算出式を選択するように構成されることとしてもよい（第１６の構成）。
【0080】
また、上記第１から第１６のいずれかの構成において、前記対象物（１０）は液体であり、液面高さ測定装置として構成される距離測定装置としてもよい（第１７の構成）。
【0081】
また、本開示の一態様に係る機器（１５０）は、上記第１７の構成の距離測定装置（１）と、液体を収容可能な収容部（７０）と、を備える（第１８の構成）。
【0082】
また、上記第１８の構成において、前記収容部（７０）の底部の下方あるいは前記収容部の内部の底面上に配置される白色の部材をさらに備え、前記光源（４）は、白色光を発光するように構成されることとしてもよい（第１９の構成）。
【0083】
また、上記第１８の構成において、前記収容部（７０）の底部は、白色であり、前記光源（４）は、白色光を発光するように構成されることとしてもよい（第２０の構成）。
【産業上の利用可能性】
【0084】
本開示は、例えば、各種用途の距離測定に利用することができる。
【符号の説明】
【0085】
１ 距離測定装置
２ 基板
３ カラーセンサ
４ 白色ＬＥＤ
５ 制御部
５Ａ 算出式
６ 照度センサ
１０ 対象物
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ 受光素子
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ ＡＤＣ
３３ ロジック回路
３４ 赤外線遮断フィルタ
３５Ａ 赤色光透過フィルタ
３５Ｂ 緑色光透過フィルタ
３５Ｃ 青色光透過フィルタ
３５Ｄ 赤外線透過フィルタ
３６ スイッチ
５１ ビット変換部
５２ 距離検出部
５３ 環境変化検出部
５４ 通知部
５５ キャリブレーション部
７０ 収容部
１００ 水
１５０ トイレタンク
５５１ 想定実施部
５５２ 算出式更新部
５５３ 距離算出部
５５４ 誤差指標算出部
５５５ 算出式選択部
５５６ ３σ算出部
Ｒ 抵抗
ＳＷ スイッチ
２ 基板
３ カラーセンサ
４ 白色ＬＥＤ
５ 制御部
５Ａ 算出式
６ 照度センサ
１０ 対象物
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ 受光素子
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ ＡＤＣ
３３ ロジック回路
３４ 赤外線遮断フィルタ
３５Ａ 赤色光透過フィルタ
３５Ｂ 緑色光透過フィルタ
３５Ｃ 青色光透過フィルタ
３５Ｄ 赤外線透過フィルタ
３６ スイッチ
５１ ビット変換部
５２ 距離検出部
５３ 環境変化検出部
５４ 通知部
５５ キャリブレーション部
７０ 収容部
１００ 水
１５０ トイレタンク
５５１ 想定実施部
５５２ 算出式更新部
５５３ 距離算出部
５５４ 誤差指標算出部
５５５ 算出式選択部
５５６ ３σ算出部
Ｒ 抵抗
ＳＷ スイッチ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】