专利名称：信号判定装置以及信号判定方法
技术领域：
本发明涉及一种判定输入信号是否有效的信号判定装置以及信号判定方法。
背景技术：
以往已经提出了利用半导体激光器的自混合效应的自混合型激光传感器(参照专利文献1)。图19表示了该自混合型激光传感器的构成。图19的自混合型激光传感器具有向物体210发射激光的半导体激光器201 ；将半导体激光器201的光输出变换成电信号的光电二极管202 ；透镜203，所述透镜203聚焦来自半导体激光器201的光向物体210照射、且聚焦从物体210返回的光使其入射到半导体激光器201 ；激光驱动器204，所述激光驱动器204使半导体激光器201的振荡波长连续增大的第1振荡期间和振荡波长连续减小的第2振荡期间交替反复；将光电二极管202的输出电流变换成电压且进行放大的电流-电压变换放大部205 ；将电流-电压变换放大部205的输出电压进行2次微分的信号提取电路206 ；计数装置207，所述计数装置207计算信号提取电路206的输出电压中所包含的模跳脉冲(以下称为MHP)的数量；运算装置208，所述运算装置208计算出与物体210之间的距离以及物体210的速度；显示运算装置208的计算结果的显示装置209。激光驱动器204将相对于时间以一定的变化率反复增减的三角波驱动电流作为注入电流供给到半导体激光器201。由此，半导体激光器201以如下的状态被驱动，即振荡波长以一定的变化率连续增加的第1振荡期间和振荡波长以一定的变化率连续减少的第2 振荡期间交替反复。图20是表示半导体激光器201的振荡波长的时间变化的图。图20中， Pl为第1振荡期间，P2为第2振荡期间，λ a为各期间的振荡波长的最小值，λ b为各期间的振荡波长的最大值，Tear为三角波的周期。从半导体激光器201出射的激光通过透镜203被聚焦，入射到物体210上。被物体 210反射的光通过透镜203被聚焦入射到半导体激光器201中。光电二极管202将半导体激光器201的光输出变换成电流。电流-电压变换放大部205将光电二极管202的输出电流变换成电压并进行放大，信号提取电路206将电流-电压变换放大部205的输出电压进行2次微分。计数装置207针对第1振荡期间Pl和第2振荡期间P2对信号提取电路206 的输出电压中包含的MHP的数量分别进行计数。运算装置208，基于半导体激光器1的最小振荡波长λ a、最大振荡波长λ b、第1振荡期间Pl的MHP的数量、以及第2振荡期间P2的 MHP的数量，算出与物体210之间的距离、物体210的速度等的物理量。
背景技术：
文献专利文献专利文献1 日本专利特开2006-313080号公报
发明内容
发明所要解决的课题自混合型激光传感器中，当半导体激光器的前方不存在物体时，或者物体位于能
4检测的范围外的远处而不能检测时，会将干扰光等的噪声作为信号进行计数，从而作为在半导体激光器的前方存在物体的情况计算出物理量，因此必须判定计数信号的有效性。作为自混合信号的MHP，由于信号成分会根据物体的物理量和信号质量而变化，因此，很难简单地判定从信号提取电路输出的信号是噪声还是信号，简单地实现对噪声、信号的判定即输入信号是否有效的判定的方法还无从知晓。以往，对于如自混合型激光传感器那样利用干涉原理的传感器等基于信号的频率或者计数值算出物理量的传感器，判定信号的有效性时，考虑的是利用FFT(快速傅立叶变换)等的频率解析的方法。然而，FFT需要进行大量计算，存在处理时耗费时间的问题。另外，以上所述的问题点并不限于自混合型激光传感器，其他的装置中也同样可能产生这样的问题。本发明是为了解决上述课题而进行研发的，其目的在于提供一种能够简单地实现输入信号是否有效的判定的信号判定装置以及信号判定方法。用于解决课题的手段本发明的信号判定装置具有对输入信号进行二值化的二值化单元；游程长度 (Run Length)测量单元，所述游程长度测量单元以所述二值化单元的输出作为输入，每当作为判定期间内的所述输入信号的二值化结果的符号发生变化时测量符号的游程长度；判定单元，所述判定单元根据从所述游程长度测量单元的测量结果得到的游程长度分布与几何分布之间的一致度来判定输入信号是否有效。另夕卜，本发明的信号判定装置的一构成例中，所述二值化单元在滞后 (Hysteresis)幅度为0的状态下对所述输入信号进行二值化，所述判定单元，在将测量所述游程长度的抽样时钟在所述判定期间内的总数作为Nsamp时，通过所述判定期间内的总频数与Nsamp/2之间的比值，或者所述判定期间内的等级值(英文=Class Value ；日文階级值)1的频数与Nsamp/4之间的比值，判定输入信号是否有效。另外，本发明的信号判定装置的一构成例中，所述判定单元包括对数变换单元， 所述对数变换单元对从所述游程长度测量单元的判定期间内的测量结果得到的游程长度频数分布实施频数的对数变换；有效性判定单元，所述有效性判定单元根据决定系数判定输入信号是否有效，所述决定系数是针对从所述对数变换单元的变换处理结果得到的对数变换后的游程长度频数分布，适用了作为几何分布的一次函数的最小二乘法时而求得的。另外，本发明的信号判定装置的一构成例中，所述有效性判定单元根据决定系数判定输入信号是否有效，所述决定系数是针对所述对数变换后的游程长度频数分布中，等级值为规定值以下的游程长度频数分布，适用了作为几何分布的指数函数的最小二乘法时而求得的。另外，本发明的信号判定装置的一构成例中，所述判定单元，还包括特征值计算单元，所述特征值计算单元根据所述游程长度测量单元的判定期间内的测量结果计算出游程长度的分布的特征值T0，所述有效性判定单元根据决定系数判定输入信号是否有效，所述决定系数是针对所述对数变换后的游程长度频数分布中等级值为2T0以下的游程长度频数分布适用了最小二乘法时而求得的。另外，本发明的信号判定方法包括以下步骤对输入信号进行二值化的二值化步骤；游程长度测量步骤，所述游程长度测量步骤以所述二值化步骤的输出作为输入，每当作为判定期间内的所述输入信号的二值化结果的符号发生变化时测量符号的游程长度；判定步骤，所述判定步骤根据从所述游程长度测量步骤的测量结果得到的游程长度频数分布与几何分布之间的一致度来判定输入信号是否有效。发明效果根据本发明，能够基于从所述游程长度测量单元的测量结果得到的游程长度频数分布与几何分布之间的一致度，简单地判定输入信号是否有效。在本发明中，由于不使用 FFT等频率解析方法，因此能够用较少的计算量以及较短时间判定输入信号是否有效。
图1是表示本发明的第1实施形态涉及的自混合型激光传感器的构成的框图。图2是示意性示出本发明的第1实施形态的电流-电压变换放大部的输出电压波形以及滤波器部的输出电压波形的波形图。图3是表示本发明的第1实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的构成的框图。图4是表示本发明的第1实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的动作的流程图。图5是对本发明的第1实施形态涉及的自混合型激光传感器的二值化部和游程长度测量部的动作进行说明的图。图6是表示无信号状态的游程长度频数分布的例子的图，以及表示将游程长度频数分布进行对数变换后的分布的图。图7是对二值化后的符号变化几率和符号未变化几率进行说明的图。图8是对本发明的第1实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的效果进行说明的图。图9是表示本发明的第2实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的构成的框图。图10是表示本发明的第2实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的动作的流程图。图11是对本发明的第2实施形态涉及的自混合型激光传感器的二值化部和游程长度测量部的动作进行说明的图。图12是对本发明的第2实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的效果进行说明的图。图13是对本发明的第2实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的问题点进行说明的图。图14是对本发明的第2实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的问题点进行说明的图。图15是表示本发明的第3实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的构成的框图。图16是表示本发明的第3实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的动作的流程图。
图17是对本发明的第3实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的判定原理进行说明的图。图18是对本发明的第3实施形态涉及的自混合型激光传感器的信号判定装置的效果进行说明的图。图19是表示以往的自混合型激光传感器的构成的框图。图20是表示图19的自混合型激光传感器的半导体激光器的振荡波长的时间变化的一个例子的图。符号说明1半导体激光器2光电二极管3 透镜4激光驱动器5电流-电压变换放大部6滤波器部7计数部8运算部9显示部10信号判定装置100 二值化部101游程长度测量部102存储部103、105、10 有效性判定部104对数变换部106特征值计算部
具体实施例方式第1实施形态以下，参照附图对本发明的实施形态进行详细说明。图1是表示本发明的第1实施形态涉及的自混合型激光传感器的构成的框图。图1的自混合型激光传感器具有向测量对象物体11发射激光的半导体激光器 1 ；将半导体激光器1的光输出变换成电信号的光电二极管2 ；透镜3，所述透镜3聚焦来自半导体激光器1的光并发射出去，且聚焦从物体11的返回光使其入射到半导体激光器1 中；作为驱动半导体激光器1的振荡波长调制单元的激光驱动器4 ；将光电二极管2的输出电流变换成电压并进行放大的电流-电压变换放大部5 ；从电流-电压变换放大部5的输出电压去除载波的滤波器部6 ；计数部7，所述计数部7计算作为滤波器部6的输出电压所包含的自混合信号的MHP的数量；运算部8，所述运算部8从MHP的数量计算出与物体11之间的距离以及物体11的速度；显示运算部8的计算结果的显示部9 ；判定滤波器部6的输出所包含的信号是否有效的信号判定装置10。以下，为了便于说明，假定半导体激光器1为不具有跳模现象的类型(VCSEL型、DFB激光器型)的激光器。激光驱动器4将相对于时间以一定的变化率反复增减的三角波驱动电流作为注入电流供给到半导体激光器1。由此，半导体激光器1以如下的状态被驱动，即与注入电流的大小成正比，振荡波长以一定的变化率连续增加的第1振荡期间Pl和振荡波长以一定的变化率连续减少的第2振荡期间P2交替反复。此时的半导体激光器1的振荡波长的时间变化如图20所示。本实施形态中，振荡波长的最大值Xb以及振荡波长的最小值Xa各自一直保持不变，它们的差Xb-λ a也一直保持不变。从半导体激光器1出射的激光通过透镜3被聚焦，入射到物体11上。被物体11 反射的光通过透镜3被聚焦并入射到半导体激光器1中。但是，通过透镜3的聚焦不是必需的。光电二极管2被配置于半导体激光器1的内部或者其附近，将半导体激光器1的光输出变换成电流。电流-电压变换放大部5将光电二极管2的输出电流变换成电压并进行放大。滤波器部6具有从调制波中提取叠加信号的功能。图2 (A)是示意性示出电流-电压变换放大部5的输出电压波形的图，图2 (B)是示意性示出滤波器部6的输出电压波形的图。这些图表示了，从相当于光电二极管2的输出的图2㈧的波形(调制波)中去除图20 的半导体激光器1的振荡波形(载波)从而提取图2 (B)的MHP波形(干涉波形)的过程。 自混合信号由从半导体激光器1发射的激光与从物体11返回的光之间的自混合效应而产生，关于作为该自混合信号的MHP，例如在专利文献1中进行了说明，在此省略其详细说明。计数部7针对第1振荡期间Pl和第2振荡期间P2对滤波器部6的输出电压中包含的MHP的数量分别进行计数。计数部7可以利用由逻辑门构成的计数器，也可以使用其他手段。运算部8，基于半导体激光器1的最小振荡波长λ a、最大振荡波长Xb、以及计数部7计算出的MHP的数量，计算出与物体11之间的距离以及物体11的速度。关于计算出与物体11之间的距离以及物体11的速度的方法，例如专利文献1中已经公开，在此省略其详细说明。另外，本发明并不限定于测量的物理量。例如可以如日本专利特开 2010-78560号公报所揭示的那样，基于MHP的数量求得物体的振动频率，也可以如日本专利特开2010-78393号公报所揭示的那样，基于MHP的数量求得物体的振动振幅。显示部9显示运算部8的计算结果。接着，信号判定装置10判定滤波器部6的输出所包含的信号是否有效。图3是表示信号判定装置10的构成的框图。信号判定装置10具有二值化部100、游程长度(Run Length)测量部101、存储部102、以及有效性判定部103。图4是表示信号判定装置10的动作的流程图。图5(A)、图5(B)是对二值化部100 和游程长度测量部101的动作进行说明的图，图5(A)是示意性示出滤波器部6的输出电压的波形、即MHP的波形的图，图5(B)是对应于图5(A)的表示二值化部100的输出的图。首先，信号判定装置10的二值化部100判定图5(A)所示的滤波器部6的输出电压为高电平(H)还是低电平(L)，之后输出图5(B)那样的判定结果。此时，二值化部100，当滤波器部6的输出电压上升到阈值TH以上时判定为高电平，当滤波器部6的输出电压下降到阈值TH以下时判定为低电平，由此，将滤波器部6的输出二值化(图4步骤Si)。另外， 在本实施形态中，用于检测滤波器部6输出的上升沿的阈值和用于检出下降沿的阈值为相同的值TH。即，滞后(Hysteresis)幅度为0。接着，游程长度测量部101测量在判定输入信号是否有效的判定期间内的MHP的游程长度(图4步骤S2)。在此，本实施形态中，将计数部7计算MHP数量的第1振荡期间 Pl和第2振荡期间P2分别作为判定期间。如图5(B)所示，游程长度测量部101测量从二值化部100的输出的上升沿开始至下一个下降沿为止的时间tud，且测量从二值化部100的输出的下降沿开始至下一个上升沿为止的时间tdu，由此测量二值化部100的输出的游程长度(即，MHP的游程长度)。如此，MHP的游程长度为时间tud或者tdu。游程长度测量部101，在判定期间内每当检出二值化部100的输出的上升沿或者下降沿的某一方时进行以上那样的测量。另外，游程长度测量部101以抽样时钟的周期作为1个单位来测量MHP的游程长度。例如MHP的游程长度为两个抽样时钟宽度时，该游程长度的大小为2 [Samplings]。抽样时钟的频率相对于MHP能取得的最高频率足够高。存储部102存储游程长度测量部101的测量结果。接着，有效性判定部103基于存储部102所存储的游程长度测量部101的测量结果，判定输入信号是否有效(图4步骤S； )。具体来说，有效性判定部103，在将判定期间内的总抽样时钟数作为Nsamp时，计算出判定期间内的总频数(判定期间内的游程长度的总数)与Nsamp/2之间的比值。该比值表示信号的有效性，信号的有效性越低比值越接近于 1。在此，有效性判定部103，在该比值约为1的情况下，判定滤波器部6的输出所包含的信号(MHP)为无效，总频数与Nsamp/2之间的比值不约为1的情况下，判定滤波器部6的输出所包含的信号(MHP)为有效。在此，频数为二值化后的符号的变化次数，即为游程长度的数量。判定期间内的总频数与Nsamp/2之间的比值约为1的意思是，该比值处于以1为中心的规定的范围内。另外，有效性判定部103，计算判定期间内的等级值Usamplings]的频数与 Nsamp/4的比值，在该比值大致为1的情况下，判定滤波器部6的输出所包含的信号(MHP) 为无效，在等级值1的频数与Nsmap/4的比值不大致为1的情况下，可以判定滤波器部6的输出所包含的信号(MHP)为有效。在此，判定期间内的等级值1的频数与Nsamp/4的比值大致为1的意思是，该比值处于以1为中心的规定的范围内。有效性判定部103可以利用使用总频数的方法、以及使用等级值1的频数的方法这两种方法中的其中一种方法来判定输入信号是否有效。信号判定装置10在每个判定期间内进行以上那样的处理。显示部9显示信号判定装置10的判定结果。接着，对信号判定装置10的判定原理进行说明。在无MHP的情况(在半导体激光器1的前方不存在物体11的情况、物体11位于能检测的范围外的远处而无法检测的情况) 下，即在无信号状态的情况下通过游程长度测量部101而测量的游程长度的频数分布的例子由图6(A)表示。对图6(A)的游程长度频数分布的频数进行对数变换时，结果如图6(B) 所示。由于无信号状态的游程长度频数分布遵从于作为离散时间的随机过程的伯努利过程，因此遵从于式(1)的几何分布Fedge (χ)。Fedge(X) = ρ · (I-P)H ··· (1)对式(1)进行说明。在离散时间的随机过程中，成功/失败的几率可以用无时间依存性的伯努利试验序列来表现。无MHP的情况下，输出自滤波器部6的信号可以被认为是无时间依存性的白噪声。对该白噪声进行二值化时，白噪声的平均值与阈值TH1、TH2的中间值大致相等时，如图7所示，可以设定二值化后的符号从低电平向高电平或者从高电平向低电平变化的几率为P，符号不变化的几率为1-P。将二值化后的符号发生变化的情况称为成功，将符号未发生变化的情况称为失败。图7的横轴为滤波器部6的输出，70表示白噪声，71表示几率密度，72表示累积几率。另外，在图7中，将用于检测滤波器部6输出的上升沿的阈值设为TH1，用于检出下降沿的阈值设为TH2(TH2 < THl)。同一符号持续χ次的几率为发生X-I次失败和1次成功的几率，因此可以用上述的式(1)表示。从以上的式(1)可以导出以下这样的关系，即，滞后幅度为0(p = 0.5)的情况下的无信号状态的总频数为总抽样时钟数Nsamp的1/2，滞后幅度为0的情况下的无信号状态的等级值1的频数为总抽样时钟数Nsamp的1/4。图8是对本实施形态的信号判定装置10的效果进行说明的图，为表示通过游程长度测量部101测量的游程长度的频数分布的例子的图。图8中，80是滤波器部6的输出为无信号状态的情况的频数分布，81是滤波器部6的输出所包含的信号有效且噪声较少的情况的频数分布，82是滤波器部6的输出所包含的信号有效且噪声较多的情况的频数分布。 在图8的例中，判定期间中的总抽样时钟数量Nsamp为7000。游程长度频数分布80的总频数大约为3450左右，大致为总抽样时钟数量Nsamp 的1/2。另一方面，游程长度频数分布81、82各自的总频数大大低于总抽样时钟数量Nsamp 的1/2。因此，可以得知利用总频数能够判定输入信号是否有效。另外，游程长度频数分布80的等级值1的频数大约为1600左右，大致为总抽样时钟数量Nsamp的1/4。另一方面，游程长度频数分布81、82各自的等级值1的频数大大低于总抽样时钟数量Nsamp的1/4。因此，可以得知利用等级值1的频数能够判定输入信号是否有效。如上所述，在本实施形态中，能够简单地判定输入信号是否有效。第2实施形态接着，对本发明的第2实施形态进行说明。在本实施形态中，由于自混合型激光器传感器的构成和第1实施形态的相同，因此采用图1的符号进行说明。图9是表示本实施形态的信号判定装置10的构成的框图。本实施形态的信号判定装置10具有二值化部100、 游程长度测量部101、存储部102、对数变换部104、以及有效性判定部105。图10是表示本实施形态的信号判定装置10的动作的流程图。二值化部100和游程长度测量部101的动作与第1实施形态的相同(图10步骤Si、S2)。但是，在本实施形态中的优选情况为，在二值化时的阈值上设置滞后。即，本实施形态的二值化部100，在图 Il(A)所示的滤波器部6的输出电压上升到阈值THl以上时判定为高电平，在滤波器部6的输出电压下降到阈值TH2(TH2<TH1)以下时判定为低电平，由此，输出图11⑶所示那样的二值化结果。接着，对数变换部104对从存储部102所存储的游程长度测量部101的判定期间内的测量结果得到的游程长度频数分布，实施频数的对数变换(图10步骤S4)。对数变换部104的变换处理结果被储存于存储部102。
接着，有效性判定部105基于存储部102所存储的对数变换部104的变换处理结果，判定输入信号是否有效(图10步骤SO。具体来说，有效性判定部105，针对从对数变换部104的变换处理结果得到的对数变换后的游程长度频数分布，求出适用了作为几何分布的一次函数的最小二乘法时的决定系数(复决定R2)，在该决定系数为规定的判定阈值以上时，判定滤波器部6的输出所包含的信号(MHP)为无效，在决定系数小于判定阈值时，判定滤波器部6的输出所包含的信号(MHP)为有效。信号判定装置10在每个判定期间内进行以上那样的处理。显示部9显示信号判定装置10的判定结果。图12(A)、图12(B)是对本实施形态的信号判定装置10的效果进行说明的图，图 12(A)是表示通过游程长度测量部101测量的游程长度的频数分布的例子的图，图12(B)是表示通过对数变换部104对图12(A)的游程长度频数分布进行对数变换后的游程长度频数分布的图。图12(A)中，110是滤波器部6的输出为无信号状态的情况的频数分布，111是滤波器部6的输出所包含的信号有效且噪声较少的情况的频数分布，112是滤波器部6的输出所包含的信号有效且噪声较多的情况的频数分布。另外，图12(B)中，113、114、115分别是对游程长度频数分布110、111、112进行对数变换后的频数分布。通过本实施形态的信号判定装置10的处理，从游程长度频数分布113得到决定系数为0. 9218，从游程长度频数分布114得到的决定系数为0. 0698，从游程长度频数分布115 得到的决定系数为0. 7875。因此，可以得知如果在0. 9218和0. 7875之间设定判定阈值就能够区别无信号状态和信号有效状态。另外，第1、第2实施形态都是通过从游程长度测量部101的测定结果得到的游程长度频数分布和几何分布的一致度来判定输入信号是否有效，都基于相同的思想。第3实施形态接着，对本发明的第3实施形态进行说明。在第2实施形态中，在二值化时的滞后幅度较大的情况下，在二值化时数据丢失多发，即使滤波器部6的输出所包含的MHP本来是有效的信号，也可能被判断为不是有效信号。图13 (A)、图13 (B)、图14 (A)、图14 (B)是对第2实施形态的信号判定装置10的问题点进行说明的图。图13㈧是表示与图12(A)、图12⑶的情况相比滞后幅度增大的情况的游程长度频数分布的例子的图，图13(B)是表示对图13(A)的游程长度频数分布进行对数变换后的游程长度频数分布的图。图13(A)中，130是滤波器部6的输出为无信号状态的情况的频数分布，131是滤波器部6的输出所包含的信号有效且噪声较少的情况的频数分布，132是滤波器部6的输出所包含的信号有效且噪声较多的情况的频数分布。另外，图 13 (B)中，133、134、135分别是对游程长度频数分布130、131、132进行对数变换后的频数分布。图14(A)是表示无信号状态的情况下的信号的二值化后的符号变化几率ρ与其游程长度频数分布(几何分布)之间关系的图，图14(B)是表示对图14(A)的游程长度频数分布(几何分布)进行对数变换后的频数分布的图。在图14(A)中，140为p = 0.5时的频数分布，141为ρ = 0. 4时的频数分布，142为ρ = 0. 3时的频数分布，143为ρ = 0. 2时的频数分布，144为ρ = 0. 1时的频数分布。另外，图14(B)中，145、146、147、148、149分别是对游程长度频数分布(几何分布)140、141、142、143、144进行对数变换后的频数分布。二
1值化时的滞后幅度为0的情况下几率变为ρ = 0. 5，相对于MHP的振幅，滞后幅度相对越大则几率P越小。如图13(A)、图13 (B)、图14(A)、图14(B)所明示的那样，相对于MHP的振幅，滞后幅度相对越大则二值化时越多发数据丢失，游程长度频数分布的倾斜度变�。纬坛ざ绕凳植急湮缥扌藕抛刺那榭龅募负畏植寄茄男巫础Ｒ虼耍�2实施形态的信号判定装置10，即使滤波器部6的输出所包含的MHP本来是有效信号，也有可能被判断为不是有效信号。本实施形态用于解决上述那样的问题点。在本实施形态中，由于自混合型激光器传感器的构成和第1实施形态的相同，因此采用图1的符号进行说明。图15是表示本实施形态的信号判定装置10的构成的框图。 本实施形态的信号判定装置10具有二值化部100、游程长度测量部101、存储部102、对数变换部104、有效性判定部105a、以及特征值计算部106。图16是表示本实施形态的信号判定装置10的动作的流程图。二值化部100和游程长度测量部101以及对数变换部104的动作与第2实施形态的相同(图16步骤S1、S2、 S4)。接着，特征值计算部106根据存储部102所存储的游程长度测量101的测定结果， 计算出判定期间内的游程长度的特征值TO (图16步骤S6)。作为游程长度的特征值T0，有平均值、最频值、中间值。另外，也可以将等级值和频数之间的积最大时的等级值作为游程长度的特征值TO。特征值计算部106计算出的特征值TO被储存于存储部102。接着，有效性判定部10 基于存储部102所存储的对数变换部104的变换处理结果和特征值T0，判定输入信号是否有效(图16步骤S7)。具体来说，有效性判定部105a，针对从对数变换部104的变换处理结果得到的对数变换后的游程长度频数分布中的等级值为2T0以下的游程长度频数分布，求出适用了作为几何分布的指数函数的最小二乘法时的决定系数(复决定R2)，在该决定系数为规定的判定阈值以上时，判定滤波器部6的输出所包含的信号(MHP)为无效，在该决定系数小于判定阈值时，判定滤波器部6的输出所包含的信号(MHP)为有效。信号判定装置10在每个判定期间都进行以上那样的处理。显示部9显示信号判定装置10的判定结果。图17是对本实施形态的信号判定装置10的判定原理进行说明的图，为表示二值化部100的输出的图。MHP的波形中，由于噪声会发生缺失，结果二值化部100的输出的波形中也会发生缺失。发生缺失时，在发生缺失的地方的二值化输出的游程长度Tw为原来的游程长度的大约3倍。即，在二值化输出的游程长度为基准周期TO的大约3倍以上的情况下，可以判断信号中发生了缺失。在此，本实施形态中，通过使用不易受信号的缺失影响的等级值2T0以下的游程长度频数分布，能够改善图13(A)、图13(B)、图14(A)、图14(B)中说明的问题，能够提高输入信号是否有效的判定精度。图18(A)、图18(B)是对本实施形态的信号判定装置10的效果进行说明的图，图 18(A)是表示从对数变换部104的变换处理得到的对数变换后的游程长度频数的例子的图，图18(B)是表示图18(A)的游程长度频数分布中等级值为2T0以下的游程长度频数分布的图。图18(A)中，180是滤波器部6的输出为无信号状态的情况的频数分布，181是滤波器部6的输出所包含的信号有效且噪声较少的情况的频数分布，182是滤波器部6的输出所包含的信号有效且噪声较多的情况的频数分布。另外，图18(B)中，183、184、185分别为游程长度频数分布180、181、182中等级值为2T0以下的频数分布。通过第2实施形态的信号判定装置10的处理，从游程长度频数分布180得到的决定系数为0. 7379，从游程长度频数分布181得到的决定系数为0. 68M，从游程长度频数分布182得到的决定系数为0. 6573。如此，无信号状态的决定系数和信号有效状态的决定系数的差较�。梢缘弥扌藕抛刺托藕庞行ё刺淠岩郧�。与此相对，通过本实施形态的信号判定装置10的处理，从游程长度频数分布183 得到的决定系数为0. 7691，从游程长度频数分布184得到的决定系数为0. 3933，从游程长度频数分布185得到的决定系数为0. 4673。因此，可以得知在0. 7691与0. 4673之间设定判定阈值的话，就能够区别无信号状态和信号有效状态。如以上那样，本实施形态与第2实施形态相比较能够提高输入信号是否有效的判定精度。另外，第1 第3实施形态中，对将本发明的信号判定装置适用于自混合型激光传感器的情况进行了说明，然而本发明并不仅限于此，本发明的信号判定装置也可以适用于其他的领域。另外，第1 第3实施形态中至少运算部8和信号判定装置10能够通过具有例如 CPU、存储装置以及接口的计算机，和控制这些硬件资源的程序来实现。用于使这样的计算机动作的程序以被记录在软盘、⑶-ROM、DVD-ROM、存储卡等存储介质中的状态被提供。CPU 将所读取的程序写入到存储装置，按照该程序实行本实施形态中说明了的处理。产业上的可利用性本发明能够适用于判定输入信号是否有效的技术中。
权利要求
1.一种信号判定装置，其特征在于，具有 对输入信号进行二值化的二值化单元；游程长度测量单元，所述游程长度测量单元以所述二值化单元的输出作为输入，每当作为判定期间内的所述输入信号的二值化结果的符号发生变化时测量符号的游程长度；判定单元，所述判定单元根据从所述游程长度测量单元的测量结果得到的游程长度频数分布与几何分布之间的一致度来判定输入信号是否有效。
2.如权利要求1所述的信号判定装置，其特征在于，所述二值化单元在滞后幅度为0的状态下对所述输入信号进行二值化， 所述判定单元，在将测量所述游程长度的抽样时钟在所述判定期间内的总数作为 Nsamp时，通过所述判定期间内的总频数与Nsamp/2之间的比值，或者所述判定期间内的等级值1的频数与Nsamp/4之间的比值，判定输入信号是否有效。
3.如权利要求1所述的信号判定装置，其特征在于，所述判定单元包括对数变换单元，所述对数变换单元对从所述游程长度测量单元的判定期间内的测量结果得到的游程长度频数分布实施频数的对数变换；有效性判定单元，所述有效性判定单元根据决定系数判定输入信号是否有效，所述决定系数是针对从所述对数变换单元的变换处理结果得到的对数变换后的游程长度频数分布，适用了作为几何分布的一次函数的最小二乘法时而求得的。
4.如权利要求3所述的信号判定装置，其特征在于，所述有效性判定单元根据决定系数判定输入信号是否有效，所述决定系数是针对所述对数变换后的游程长度频数分布中，等级值为规定值以下的游程长度频数分布，适用了作为几何分布的指数函数的最小二乘法时而求得的。
5.如权利要求4所述的信号判定装置，其特征在于，所述判定单元还包括特征值计算单元，所述特征值计算单元根据所述游程长度测量单元的判定期间内的测量结果计算出游程长度的分布的特征值T0，所述有效性判定单元根据决定系数判定输入信号是否有效，所述决定系数是针对所述对数变换后的游程长度频数分布中等级值为2T0以下的游程长度频数分布适用了最小二乘法时而求得的。
6.一种信号判定方法，其特征在于包括以下步骤 对输入信号进行二值化的二值化步骤；游程长度测量步骤，所述游程长度测量步骤以所述二值化步骤的输出作为输入，每当作为判定期间内的所述输入信号的二值化结果的符号发生变化时测量符号的游程长度；判定步骤，所述判定步骤根据从所述游程长度测量步骤的测量结果得到的游程长度频数分布与几何分布之间的一致度来判定输入信号是否有效。
7.如权利要求6所述的信号判定方法，其特征在于，所述二值化步骤在滞后幅度为0的状态下对所述输入信号进行二值化， 所述判定步骤，在将测量所述游程长度的抽样时钟在所述判定期间内的总数作为 Nsamp时，通过所述判定期间内的总频数与Nsamp/2之间的比值，或者所述判定期间内的等级值1的频数与Nsamp/4之间的比值，判定输入信号是否有效。
8.如权利要求6所述的信号判定方法，其特征在于，所述判定步骤包括对数变换步骤，所述对数变换步骤对从所述游程长度测量步骤的判定期间内的测量结果得到的游程长度频数分布实施频数的对数变换；无信号状态判定步骤，所述无信号状态判定步骤根据决定系数判定输入信号是否有效，所述决定系数是针对从所述对数变换步骤的变换处理结果得到的对数变换后的游程长度频数分布适用了最小二乘法时而求得的。
9.如权利要求8所述的信号判定方法，其特征在于，所述无信号状态判定步骤根据决定系数判定输入信号是否有效，所述决定系数是针对所述对数变换后的游程长度频数分布中等级值为规定值以下的游程长度频数分布适用了最小二乘法时而求得的。
10.如权利要求9所述的信号判定方法，其特征在于，所述判定步骤在所述无信号状态判定步骤之前还包括特征值计算步骤，所述特征值计算步骤根据所述游程长度测量步骤的判定期间内的测量结果算出游程长度的分布的特征值T0，所述无信号状态判定步骤根据决定系数判定输入信号是否有效，所述决定系数是针对所述对数变换后的游程长度频数分布中等级值为2T0以下的游程长度频数分布适用了最小二乘法时而求得的。
全文摘要
本发明的信号判定装置以及信号判定方法简单地实现输入信号是否有效的判定。信号判定装置(10)，具有对输入信号进行二值化的二值化部(100)；游程长度测量部(101)，所述游程长度测量部(101)以所述二值化部(100)的输出作为输入，测量判定期间内的输入信号的游程长度；有效性判定部(103)，所述有效性判定部根据从所述游程长度测量部(101)的测量结果得到的游程长度分布与几何分布之间的一致度来判定输入信号是否有效。有效性判定部(103)，在将测量游程长度的抽样时钟在判定期间内的总数作为Nsamp时，根据判定期间内的总频数与Nsamp/2之间的比值，或者判定期间内的等级值1的频数与Nsamp/4之间的比值，判定输入信号是否有效。
文档编号G01S7/486GK102313883SQ20111019234
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者上野达也 申请人:株式会社山武
专业数控铣床产品供应商
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