CN117015723A - 计测装置及程序 - Google Patents

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CN117015723A CN202280020085.2A CN202280020085A CN117015723A CN 117015723 A CN117015723 A CN 117015723A CN 202280020085 A CN202280020085 A CN 202280020085A CN 117015723 A CN117015723 A CN 117015723A
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壁谷泰宏
加藤弓子
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Abstract

计测装置具备：光源，射出用于照射物体的光，能够使上述光的频率变化；干涉光学系统，将上述光分离为参照光和照射光，使上述照射光被上述物体反射而产生的反射光与上述参照光干涉而生成干涉光；光检测器，接受上述干涉光，输出与上述干涉光的强度相应的信号；以及处理电路，对上述光源进行控制，基于从上述光检测器输出的上述信号，生成与上述物体的距离及/或速度有关的数据并输出，上述处理电路在第1模式下，使上述光源射出频率在第1频率范围内随时间变化的光，在第2模式下，使上述光源射出频率在与上述第1频率范围不同的第2频率范围内随时间变化的光。

Description

计测装置及程序
技术领域
本公开涉及计测装置及程序。
背景技术
以往，存在通过用光照射物体并检测来自该物体的反射光而生成与该物体的距离及/或速度有关的计测数据的LiDAR(Light Detection and Ranging：激光雷达(激光探测及测距))技术。使用LiDAR技术的计测装置的典型例具备光源、光检测器及处理电路。光源射出用来照射物体的光。光检测器通过检测来自物体的反射波，输出与反射波的时间延迟相应的信号。处理电路基于从光检测器输出的信号，例如通过FMCW(Frequency ModulatedContinuous Wave：调频连续波)技术取得与物体的距离及速度有关的数据。专利文献1至4公开了使用FMCW技术的计测装置的例子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开2019/0310372号说明书
专利文献2：日本特开2002－71792号公报
专利文献3：日本特开平8－5733号公报
专利文献4：日本特表2013－321508号公报
非专利文献
非专利文献1：Christopher V.Poulton，et al.，“Frequency－modulatedContinuous－wave LIDAR Module in Silicon Photonics”，OFC2016，W4E.3，(2016).
发明内容
发明要解决的课题
本公开提供能够适当变更测距范围而取得物体的计测数据的计测装置。
用来解决课题的手段
有关本公开的一技术方案的计测装置具备：光源，射出用于照射物体的光，能够使上述光的频率变化；干涉光学系统，将上述光分离为参照光和照射光，使上述照射光被上述物体反射而产生的反射光与上述参照光干涉而生成干涉光；光检测器，接受上述干涉光，输出与上述干涉光的强度相应的信号；以及处理电路，对上述光源进行控制，基于从上述光检测器输出的上述信号生成与上述物体的距离及/或速度有关的数据并输出，上述处理电路以第1模式及第2模式动作，在上述第1模式下，使上述光源射出频率在第1频率范围内随时间变化的光，在上述第2模式下，使上述光源射出频率在与上述第1频率范围不同的第2频率范围内随时间变化的光，上述第1频率范围中的频率的时间变化率的绝对值与上述第2频率范围中的频率的时间变化率的绝对值不同，上述第1频率范围的中心频率与上述第2频率范围的中心频率不同，上述第1频率范围的下限值与上述第2频率范围的下限值不同。
本公开的包含性或具体的形态也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的记录盘等的记录介质实现，也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意的组合实现。计算机可读取的记录介质例如可以包括CD－ROM(Compact Disc-Read Only Memory)等的非易失性的记录介质。装置也可以由1个以上的装置构成。在装置由两个以上的装置构成的情况下，该两个以上的装置既可以配置在1个设备内，也可以分开配置在分离的两个以上的设备内。在本说明书及权利要求书中，“装置”不仅可以指1个装置，还可以指由多个装置构成的系统。在“系统”所包含的多个装置中，还可以包括设置在远离其他装置的远处而经由通信网络连接的装置。
发明效果
根据本公开的技术，能够实现能够适当变更测距范围而取得物体的计测数据的计测装置。
附图说明
图1是示意地表示本公开的例示性的实施方式的计测装置的构成的框图。
图2A是示意地表示物体静止的情况下的关于参照光及反射光的频率的时间变化的图。
图2B是示意地表示物体向计测装置接近的情况下的关于参照光及反射光的频率的时间变化的图。
图3是表示从计测装置到物体的距离与拍频的关系的曲线图。
图4是示意地表示分布反馈型激光二极管的注入电流值与激光的频率的关系的图。
图5是用来说明图4所示的曲线图中的电流值的范围与频率范围的对应关系的图。
图6A是示意地表示窄范围模式及宽范围模式下的激光的频率与时间的关系的图。
图6B是示意地表示窄范围模式及宽范围模式下的激光的强度与时间的关系的图。
图7A是表示处理电路执行的动作的例子的流程图。
图7B是表示在图7A所示的步骤S101中处理电路执行的动作的例子的流程图。
图7C是表示在图7A所示的步骤S104中处理电路执行的动作的例子的流程图。
图8是示意地表示在前表面搭载有计测装置的车辆的例子的立体图。
图9A是示意地表示朝向对象场景射出闪光的例子的图。
图9B是示意地表示图9A所示的例子中的差拍信号的强度与测距距离的关系的图。
图10A是示意地表示朝向对象场景射出多个线光束的例子的图。
图10B是示意地表示图10A所示的例子中的差拍信号的强度与测距距离的关系的图。
图11A是示意地表示朝向对象场景射出多个照射光的例子的图。
图11B是示意地表示图11A所示的例子中的差拍信号的强度与测距距离的关系的图。
图12是表示在对象场景内的物体的计测中处理电路执行的动作的例子的流程图。
图13是表示对象场景内的物体的计测中的处理电路的动作的另一例的流程图。
图14A是表示将计测装置应用于车载设备的应用例的图。
图14B是表示将计测装置应用于车载设备的应用例的图。
图15A是表示将计测装置应用于自主型移动体的应用例的图。
图15B是表示将计测装置应用于自主型移动体的应用例的图。
图16A是表示将计测装置应用于机器人手臂的应用例的图。
图16B是表示将计测装置应用于机器人手臂的应用例的图。
具体实施方式
在本公开中，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分、或框图中的功能块的全部或一部分例如也可以由包括半导体装置、半导体集成电路(IC)或LSI(large scaleintegration)的1个或多个电子电路执行。LSI或IC既可以集成到1个芯片上，也可以将多个芯片组合而构成。例如，存储元件以外的功能块也可以集成到1个芯片上。这里称作LSI或IC，但根据集成的程度而叫法变化，也可以称作系统LSI、VLSI(very large scaleintegration)或ULSI(ultra large scale integration)。也可以以相同的目的使用可在LSI的制造后编程的Field Programmable Gate Array(FPGA)、或能够进行LSI内部的接合关系的重构或LSI内部的电路划分的设置的reconfigurable logic device。
进而，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分的功能或操作可以通过软件处理来执行。在此情况下，将软件记录到1个或多个ROM、光盘、硬盘驱动器等的非暂时性记录介质中，在软件被处理装置(processor)执行时，由该软件确定的功能被处理装置(processor)及周边装置执行。系统或装置也可以具备记录有软件的1个或多个非暂时性记录介质、处理装置(processor)及需要的硬件设备、例如接口。
在本公开中，“光”是指不仅包括可视光(波长为约400nm～约700nm)、还包括紫外线(波长为约10nm～约400nm)及红外线(波长为约700nm～约1mm)的电磁波。在本说明书中，有将紫外线称作“紫外光”、将红外线称作“红外光”的情况。
以下，说明本公开的例示性的实施方式。另外，以下说明的实施方式都表示包含性或具体的例子。在以下的实施方式中表示的数值、形状、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，不是限定本公开的意思。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。此外，各图是示意图，并不一定是严密地图示的。进而，在各图中，对于实质上相同的构成要素赋予相同的标号，有将重复的说明省略或简略化的情况。
首先，说明作为本公开的基础的认识。
专利文献1至4公开了通过使光或毫米波的频率关于时间单调地增减来调整测距的范围及精度的计测装置。在以下的说明中，将使频率关于时间单调增加称作“升频”(up-chirp)，将使频率关于时间单调减小称作“降频”(down-chirp)。
专利文献1所公开的装置利用光取得物体的计测数据。在该装置中，基于升频期间中的计测结果，决定其下一个降频期间的频率范围及时间范围。进而，基于降频的期间中的计测结果，决定其下一个升频期间的频率范围及时间范围。这样，对测距的范围及精度进行调整。
专利文献2至4所公开的装置利用毫米波取得物体的计测数据。在这些装置中，毫米波的频率以三角波状周期性地随时间变化。在专利文献2所公开的装置中，通过使三角波的频率范围变化或使毫米波的发送功率变化，对测距的范围及精度进行调整。在专利文献3所公开的装置中，通过使关于三角波的各周期的频率范围及时间范围变化，对测距的范围及精度进行调整。该频率范围的中心频率是一定的。在专利文献4所公开的装置中，通过使关于三角波的各周期的频率范围以大中小的3个级别变化，对测距的范围及精度进行调整。该频率范围的下限值是一定的。
近年来，开发了关于距离兼顾较宽的动态范围和较高的解析力、不易受到干扰的影响、能够检测高速移动的物体的速度的FMCW－LiDAR技术。通过不是利用到毫米波而是利用光，能够使照射物体的光的光斑径相对变小。因而，能够更正确地取得物体的计测数据。本公开的一实施方式的计测装置利用FMCW－LiDAR技术。在该计测装置中，切换两个模式来对物体进行计测。结果，能够适当变更测距范围而取得物体的计测数据。以下，说明本公开的实施方式的计测装置及在该计测装置中使用的程序。
有关第1项目的计测装置具备：光源，射出用于照射物体的光，能够使上述光的频率变化；干涉光学系统，将上述光分离为参照光和照射光，使上述照射光被上述物体反射而产生的反射光与上述参照光干涉而生成干涉光；光检测器，接受上述干涉光，输出与上述干涉光的强度相应的信号；以及处理电路，对上述光源进行控制，基于从上述光检测器输出的上述信号生成与上述物体的距离及/或速度有关的数据并输出。上述处理电路以第1模式及第2模式动作，在上述第1模式下，使上述光源射出频率在第1频率范围内随时间变化的光，在上述第2模式下，使上述光源射出频率在与上述第1频率范围不同的第2频率范围内随时间变化的光。上述第1频率范围中的频率的时间变化率的绝对值与上述第2频率范围中的频率的时间变化率的绝对值不同。上述第1频率范围的中心频率与上述第2频率范围的中心频率不同。上述第1频率范围的下限值与上述第2频率范围的下限值不同。
在该计测装置中，能够适当变更测距范围而取得物体的计测数据。
有关第2项目的计测装置在有关第1项目的计测装置中，上述第1模式下的上述光的频率及上述第2模式下的上述光的频率周期性地随时间变化。上述第1模式下的上述光的频率变化的周期与上述第2模式下的上述光的频率变化的周期相等。
在该计测装置中，在作为光源而使用某种激光二极管的情况下，因施加电流值的增减带来的激光二极管中包含的活性层的加热量的变化成为一定，能够维持使频率关于时间线性地增减的动作。
有关第3项目的计测装置在有关第1或第2项目的计测装置中，上述第1频率范围中的频率的时间变化率的绝对值比上述第2频率范围中的频率的时间变化率的绝对值高，上述第1频率范围的中心频率比上述第2频率范围的中心频率高。
在该计测装置中，作为第1模式能够高精度地计测较窄的测距范围，作为第2模式能够以某种程度的精度计测较大的距离范围。进而，在使用光的频率相对于施加电流值的变化率为负的激光二极管作为光源的情况下，能够使第2模式下的光的强度比第1模式下的光的强度高。
有关第4项目的计测装置在有关第1至第3项目的任一项的计测装置中，上述第1模式下的上述光的频率变化的各周期包括第1升频期间和第1降频期间，上述第2模式下的上述光的频率变化的各周期包括第2升频期间和第2降频期间。在上述第1升频期间，上述频率从上述第1频率范围的下限值到上限值单调增加，在上述第1降频期间，上述频率从上述第1频率范围的上限值到下限值单调减小。在上述第2升频期间，上述频率从上述第2频率范围的下限值到上限值单调增加，在上述第2降频期间，上述频率从上述第2频率范围的上限值到下限值单调减小。
在该计测装置中，能够使频率如三角波状那样随时间变化。
有关第5项目的计测装置在有关第4项目的计测装置中，在上述第1模式下，上述信号包含与基于上述第1升频期间中的上述光的上述干涉光的强度相应的第1信号成分、以及与基于上述第1降频期间中的上述光的上述干涉光的强度相应的第2信号成分，在上述第2模式下，上述信号包含与基于上述第2升频期间中的上述光的上述干涉光的强度相应的第3信号成分、以及与基于上述第2降频期间中的上述光的上述干涉光的强度相应的第4信号成分。上述处理电路在上述第1模式下，基于上述第1信号成分及上述第2信号成分，生成与上述物体的距离及/或速度有关的上述数据并输出，在上述第2模式下，基于上述第3信号成分及上述第4信号成分，生成与上述物体的距离及/或速度有关的上述数据并输出。
在该计测装置中，在第1模式及第2模式下，不仅生成与物体的距离有关的数据，还能够生成与速度有关的数据。
有关第6项目的计测装置在有关第4或第5项目的计测装置中，上述第1升频期间的长度与上述第1降频期间的长度相互相等，上述第2升频期间的长度与上述第2降频期间的长度相互相等。
在该计测装置中，有利于维持使频率关于时间线性地增减的动作。
有关第7项目的计测装置在有关第1至第6项目的任一项的计测装置中，上述处理电路也可以在上述第1模式及上述第2模式各自下，使上述光的上述频率以三角波状变化。
有关第8项目的计算机程序，是由包括计测装置的系统的计算机执行的计算机程序。上述计测装置具备：光源，射出用于照射物体的光，能够使上述光的频率变化；干涉光学系统，将上述光分离为参照光和照射光，使上述照射光被上述物体反射而产生的反射光与上述参照光干涉而生成干涉光；以及光检测器，接受上述干涉光，输出与上述干涉光的强度相应的信号。上述计算机程序使上述计算机执行：在第1模式下，使上述光源射出频率在第1频率范围内随时间变化的光；在第2模式下，使上述光源射出频率在第2频率范围内随时间变化的光；以及在上述第1模式及上述第2模式各自下，基于从上述光检测器输出的上述信号生成与上述物体的距离及/或速度有关的数据并输出。上述第1频率范围中的频率的时间变化率的绝对值与上述第2频率范围中的频率的时间变化率的绝对值不同。上述第1频率范围的中心频率与上述第2频率范围的中心频率不同。上述第1频率范围的下限值与上述第2频率范围的下限值不同。
通过该程序，能够适当变更测距范围而取得物体的计测数据。
(实施方式)
首先，参照图1说明本公开的例示性的实施方式的计测装置100的构成。图1是示意地表示本公开的例示性的实施方式的计测装置的构成的框图。在图1中表示了计测对象的物体10。图1所示的计测装置100具备光源20、干涉光学系统30、光束整形器40、光偏向器50、光检测器60、处理电路70和存储器72。图1所示的粗线的箭头表示光的流动。图1所示的细线的箭头表示信号的收发。
光源20射出能够使频率变化的激光20L0。频率例如能够以三角波状或锯齿状以一定的时间周期随时间变化。频率变化的时间周期也可以变动。频率的时间周期例如可以是1μ秒以上且10m秒以下。频率的频率宽度例如可以是100MHz以上且1THz以下。激光的波长例如可以包含在700nm以上且2000nm以下的近红外光的波长域中。关于太阳光，由于近红外光的光量比可视光的光量少，所以如果作为激光20L0而使用近红外光，则能够减小太阳光作为噪声的影响。或者，激光20L0的波长也可以包含在400nm以上且700nm以下的可视光的波长域中，也可以包含在紫外光的波长域中。光源20例如可以包括分布反馈型激光二极管或外部共振器型激光二极管。这些激光二极管是便宜且小型的，能够以单一模式振荡，能够对应于施加的电流量使激光的频率变化。关于施加电流值与激光20L0的频率的关系，在后面叙述。
干涉光学系统30包括第1光纤分路器32、第2光纤分路器34和光环形器36。第1光纤分路器32将从光源20射出的激光20L0分离为参照光20L1和照射光20L2。第1光纤分路器32将参照光20L1输入到第2光纤分路器34，将照射光20L2输入到光环形器36。光环形器36将照射光20L2输入到光束整形器40。光环形器36将由照射光20L2照射物体10而产生的反射光20L3输入到第2光纤分路器34。第2光纤分路器34将使参照光20L1及反射光20L3叠加而干涉的干涉光20L4输入到光检测器60。
光束整形器40调整从干涉光学系统30射出的照射光20L2的光斑形状。光束整形后的照射光20L2例如可以是闪光、线光束或点光束。光束整形器40例如可以包括准直透镜。
光偏向器50使从光束整形器40射出的照射光20L2的方向变化。通过光偏向器50，能够用照射光20L2扫描包括物体10的对象场景。光偏向器50例如可以包括MEMS(Micormechanical Electrosystem：微机电系统)镜或检流计镜。或者，光偏向器50也可以是在国际公开第2019/130720号中记载那样的使用光相控阵列及慢光波导的光束扫描设备。
光检测器60检测干涉光20L4。光检测器60包括1个或多个光检测元件。光检测元件输出与基于激光20L0的干涉光20L4的强度对应的信号。
在计测装置100中，照射光20L2的从干涉光学系统30到物体10的光路与反射光20L3的从物体10到干涉光学系统30的光路相互重叠。通过采用这样的同轴光学系统，能够使计测装置100的构成简单化，能够实现稳定的计测。另外，也可以将上述两个光路设计为不相互重叠。
处理电路70对光源20、光束整形器40、光偏向器50及光检测器60的动作进行控制。处理电路70使用FMCW－LiDAR技术对从光检测器60输出的信号进行处理。处理电路70基于该信号，生成与物体10的距离及/或速度有关的计测数据并输出。关于处理电路70的动作的详细情况在后面叙述。
由处理电路70执行的计算机程序被保存在ROM或RAM(Random Access Memory)等的存储器72中。这样，计测装置100具备包括处理电路70及存储器72的处理装置。处理电路70及存储器72既可以集成在1个电路基板上，也可以设在不同的电路基板上。处理电路70的控制及信号处理的功能也可以分散在多个电路中。处理装置也可以设置在远离其他构成要素的远处，经由有线或无线的通信网络对光源20、光束整形器40、光偏向器50及光检测器60的动作进行控制。
接着，参照图2A及图2B简单地说明FMCW－LiDAR技术。例如在非专利文献1中公开了FMCW－LiDAR技术的详细情况。
图2A是示意地表示物体10静止的情况下的关于参照光20L1及反射光20L3的频率的时间变化的图。实线表示参照光，虚线表示反射光。图2A所示的参照光20L1的频率反复进行三角波状的随时间变化。即，参照光20L1的频率反复进行升频和降频。升频中的频率的增加量与降频中的频率的减小量相互相等。反射光20L3的频率与参照光20L1的频率相比沿着时间轴移位。反射光20L3的时间移位的量等于照射光20L2从计测装置100射出并被物体10反射而作为反射光20L3返回来为止的时间。结果，参照光20L1与反射光20L3叠加而干涉的干涉光20L4具有相当于反射光20L3的频率与参照光20L1的频率的差分的频率。图2A所示的双箭头表示两者的频率的差分。光检测器60输出表示干涉光20L4的强度的信号。将该信号称作差拍信号。差拍信号的频率即拍频等于上述的频率的差分。处理电路70能够根据拍频生成与物体10的距离有关的数据。
图2B是示意地表示物体10向计测装置100接近的情况下的关于参照光20L1及反射光20L3的频率的时间变化的图。在物体10接近的情况下，通过多普勒频移，反射光20L3的频率相比物体10静止的情况沿着频率轴向增加方向移位。反射光20L3的频率移位的量依赖于将物体10的速度矢量在反射光20L3的方向上射影的成分。拍频在参照光20L1及反射光20L3的升频期间和降频期间中不同。在图2B所示的例子中，两者的降频期间中的拍频比两者的升频期间中的拍频高。处理电路70根据由多普勒频移带来的拍频的差异，能够生成与物体10的速度有关的数据。进而，处理电路70根据升频期间及降频期间中的拍频的平均值，能够生成与物体10的距离有关的数据。
接着，参照图3说明从计测装置100到物体10的距离与拍频的关系。如果设升频期间或降频期间中的频率范围为Δf、Δf的变化所需要的时间为Δt、光速为c、从计测装置100到物体10的距离为d，则拍频fbeat由以下的式(1)表示。
[数式1]
式(1)的拍频fbeat通过对频率的时间变化率Δf/Δt乘以从计测装置100到物体10的往复时间(2d/c)而得到。
图3是表示根据式(1)的从计测装置100到物体10的距离d与拍频fbeat的关系的曲线图。粗实线表示Δf＝12.5GHz及Δt＝10μsec、即频率的时间变化率为Δf/Δt＝1.25×1015Hz/sec的模式。粗虚线表示Δf＝1.12GHz及Δt＝10μsec、即频率的时间变化率为Δf/Δt＝1.12×1014Hz/sec的模式。细的水平虚线是拍频fbeat的可计测的最大值的例子，是75MHz。
根据式(1)，频率的时间变化率Δf/Δt越低，则测距范围d越增加。在图3所示的例子中，如果考虑拍频fbeat的可计测的最大值，则测距范围d在频率的时间变化率高的模式下是9m，在频率的时间变化率低的模式下是100m。频率的时间变化率高的模式是测距范围窄的模式、即窄范围模式。频率的时间变化率低的模式是测距范围宽的模式、即宽范围模式。
频率的时间变化率越高，则测距精度越提高。这是因为，频率的时间变化率Δf/Δt越高，则拍频fbeat的变化量相对于距离d的变化量越增加。拍频fbeat通过将差拍信号关于时间进行傅里叶变换而得到。与傅里叶变换的频率分辨率相比拍频fbeat的变化量越大，则测距的精度越提高。在图3所示的例子中，如果以频率分辨率800Hz进行测距，则测距精度在窄范围模式下是0.1mm左右，在宽范围模式下是几mm左右。该测距精度是50次的重复精度。
在不仅计测距离还计测速度的情况下，要求加上由多普勒频移带来的变化量后的拍频fbeat是可计测的最大值以下。考虑由多普勒频移带来的变化量，在宽范围模式下，在Δf＝0.56GHz及Δt＝10μsec、即频率的时间变化率是Δf/Δt＝5.6×1013Hz/sec的情况下，测距精度为几cm左右。
窄范围模式例如可以在高精度地生成处于近距离的物体10的计测数据的情况下应用。近距离例如可以是0m以上且10m以下。宽范围模式例如可以在以某种程度的精度生成处于近距离及远距离的物体10的计测数据的情况下应用。远距离例如可以是比10m长且200m以下。窄范围模式及宽范围模式下的频率的时间变化率分别由式(1)中的拍频fbeat的可计测的最大值和近距离及远距离d决定。在本说明书中，将窄范围模式也称作“第1模式”，将宽范围模式也称作“第2模式”。
接着，参照图4，说明作为光源20的一例的分布反馈型激光二极管的施加电流值与激光的频率的关系的例子。图4是示意地表示分布反馈型激光二极管中的施加电流值与激光20L0的频率的关系的图。如果对分布反馈型激光二极管施加电流，则该激光二极管中包含的活性层被加热，该活性层的共振器长度稍稍变化。随着该共振器长度的变化，激光20L0的频率变化。施加电流值越大，则随着活性层的加热量的增加，激光20L0的频率的变化量越增加。
在图4所示的例子中，如果设电流值中的直流成分为250mA、交流成分为266mAp－p，则激光20L0的频率范围为Δf＝12.5GHz。如果设电流值中的直流成分为250mA、交流成分为10mAp－p，则激光250mA的频率范围为Δf＝0.56GHz。在施加电流的时间周期是2Δt＝20μsec的情况下，能够实现上述的窄范围模式下的频率的时间变化率Δf/Δt＝1.25×1015Hz/sec及宽范围模式下的频率的时间变化率Δf/Δt＝5.6×1013Hz/sec。
但是，如图4所示，激光的频率相对于施加电流值非线性地变化。即使使施加电流随着时间而直线性地变化，实际上激光的频率也不直线性地变化。因此，与图2A所示的例子不同，实际计测的拍频fbeat关于时间不为一定。如果使用这样的拍频fbeat，则测距精度会下降。测距精度的下降例如可以通过以下的两个方法改善。
在一方法中，通过由计测设备监视由施加电流值带来的激光的频率的变化，并反馈其结果而调整施加电流值，从而能够使激光的频率直线性地变化。
另一方法如下。在从计测装置100到物体10的距离为已知的构成中，使施加电流以三角波状周期性地随时间变化，将追随于该变化而振动的差拍信号的时间变化进行标绘。根据标绘的结果，施加电流值与对于该电流值而言差拍信号往复1次振动的往复时间被建立对应。通过按每个施加电流值，将根据已知的距离可知的本来应有的差拍信号的周期除以上述的往复时间，可知相对于施加电流值的往复时间的修正比率。将表示该修正比率的修正表存储在另行设置在计测装置100中的未图示的存储装置中。
处理电路70参照修正表，根据施加电流值对差拍信号的往复时间乘以修正比率，即进行重定比率(rescaling)，从而将差拍信号的时间变化进行修正。通过对重定比率后的差拍信号关于时间进行傅里叶变换，能够更正确地计算拍频fbeat。
在重定比率的方法中，与基于监视的反馈的方法不同，不需要另行设置计测设备，能够通过信号处理来改善测距精度的下降。相应于不需要计测设备，能够降低成本。在重定比率的方法中，激光的频率相对于施加电流值的非线性越少，越能够改善测距精度的下降。在通过重定比率而测距精度的下降没有改善的情况下，即使频率的时间变化率Δf/Δt高，测距精度也不提高。
在图4所示的例子中，将激光的频率相对于电流值非线性地变化的部分用于窄范围模式及宽范围模式。进而，在窄范围模式及宽范围模式中，电流值的直流成分相同。结果，窄范围模式下的频率范围包含宽范围模式下的频率范围。换言之，窄范围模式下的频率范围的上限值比宽范围模式下的频率范围的上限值高，窄范围模式下的频率范围的下限值比宽范围模式下的频率范围的下限值低。
也可以将激光的频率相对于电流值非线性地变化的两个不同的部分用于窄范围模式及宽范围模式。接着，参照图5说明图4所示的曲线图中的电流值的范围与频率范围的对应关系。图5是用来说明图4所示的曲线图中的电流值的范围与频率范围的对应关系的图。如图5所示，关于电流值的范围，ΔI1、ΔI2及ΔI3以该顺序在电流值增加的方向上连续地排列。关于频率范围，Δf1、Δf2及Δf3以该顺序在频率减小的方向上连续地排列。Δf1、Δf2及Δf3分别是电流值在ΔI1、ΔI2及ΔI3的范围中变化时得到的频率的范围。图5所示的曲线图被划分为ΔI1与Δf1的第1对应关系、ΔI2与Δf2的第2对应关系以及ΔI3与Δf3的第3对应关系。各对应关系几乎是线性的。因而，不一定需要基于监视的反馈或重定比率。在通过基于监视的反馈将施加电流值调整的情况下，由于对应关系几乎是线性的，所以也通过稍稍的调整就能够改善测距精度的下降。在通过重定比率将差拍信号的时间变化进行修正的情况下，由于对应关系几乎是线性的，所以也通过稍稍的修正就能够改善测距精度的下降。关于电流值的范围的宽度，满足ΔI1>ΔI2>ΔI3的关系，关于频率范围的宽度，满足Δf2>Δf3>Δf1的关系。关于频率范围相对于电流值的范围的比率，满足Δf3/ΔI3>Δf2/ΔI2>Δf1/ΔI1的关系。
在第1对应关系中，能得到线性的电流值的范围在3个对应关系中最宽，但频率范围在3个对应关系中最窄。在第2对应关系中，能得到线性的电流值的范围比第1对应关系窄，但频率范围在3个对应关系中最宽。在第3对应关系中，能得到线性的电流值的范围在3个对应关系中最窄，但频率范围比第1对应关系宽。
在第1至第3对应关系中，在使施加电流以相同的周期2Δt以三角波状随时间变化的情况下，第2对应关系能够应用于窄范围模式，第1及第3对应关系能够应用于宽范围模式。这是因为，第2对应关系中的频率的时间变化率比第1及第3对应关系中的频率的时间变化率高。在宽范围模式中，照射光20L2的强度更高时能从处于远距离的物体10得到有效的反射光20L3。从光源20射出的激光20L0的强度随着施加电流值而增加。在能得到更高的强度的照射光20L2这一点上，第3对应关系比第1对应关系更适合于宽范围模式。
但是，从眼安全的观点来看，与宽范围模式及窄范围模式无关地，照射光20L2的强度是规定的强度以下。这是因为设想到人突然进入到近距离的情况或人用双筒望远镜从远距离观察的情况。在波长为1550nm、三角波的周期2Δt充分长、在连续发光中为10sec以上的情况下，照射光20L2的强度例如可以是10mW以下。即使是近距离，也可能存在反射率低的物体10。因而，与宽范围模式及窄范围模式无关地，照射光20L2的强度在10mW以内尽可能高是有利的。
接着，参照图6A及图6B，说明在窄范围模式及宽范围模式中激光20L0的频率及强度怎样随时间变化的例子。图6A是示意地表示窄范围模式及宽范围模式下的激光20L0的频率与时间的关系的图。图6B是示意地表示窄范围模式及宽范围模式下的激光20L0的强度与时间的关系的图。图6A及图6B所示的窄范围模式基于图5所示的第2对应关系。图6A及图6B所示的宽范围模式基于图5所示的第3对应关系。
如图6A所示，窄范围模式下的激光20L0的频率在频率范围Δf2内周期性地随时间变化，宽范围模式下的激光20L0的频率在频率范围Δf3内周期性地随时间变化。窄范围模式及宽范围模式下的激光20L0的频率变化的周期2Δt相互相等。通过与窄范围模式及宽范围模式无关地将周期固定，由施加电流值的增减带来的激光二极管中包含的活性层的加热量的变化成为一定，能够维持频率的线性的增减。
窄范围模式下的频率变化的各周期包括以下的第1升频期间及第2升频期间。在第1升频期间，频率从频率范围Δf2的下限值到上限值单调增加，在第1降频期间，频率从频率范围Δf2的上限值到下限值单调减小。宽范围模式下的频率变化的各周期包括以下的第2升频期间及第2降频期间。在第2升频期间，频率从频率范围Δf3的下限值到上限值单调增加，在第2降频期间，频率从频率范围Δf3的上限值到下限值单调减小。
在第1升频期间与第1降频期间相互相等、第2升频期间Δt与第2降频期间相互相等的情况下，有利于维持上述的频率的线性的增减。除此以外，在第1升频期间与第2升频期间相互相等、第1降频期间与第2降频期间相互相等的情况下，更有利于维持上述的频率的线性的增减。在图6A及图6B所示的例子中，第1升频期间、第1降频期间、第2升频期间及第2降频期间都是Δt。
在窄范围模式下从光检测器60输出的信号包含第1升频期间中的第1信号成分及第1降频期间中的第2信号成分。处理电路70基于第1及第2信号成分生成计测数据并输出。在宽范围模式下从光检测器60输出的信号包含第2升频期间中的第3信号成分及第2降频期间中的第4信号成分。处理电路70基于第3及第4信号成分生成计测数据并输出。如上述那样生成的窄范围模式及宽范围模式下的计测数据不仅包括与物体10的距离有关的数据，也包括与速度有关的数据。
如图6A所示，窄范围模式下的频率范围Δf2的宽度比宽范围模式下的频率范围Δf3的宽度宽。窄范围模式下的频率范围Δf2和宽范围模式下的频率范围Δf3除了以下的频率以外不相互重叠。该频率是窄范围模式下的频率范围Δf2的下限值与宽范围模式下的频率范围Δf3的上限值一致的频率。窄范围模式下的频率范围Δf2内的频率的时间变化率的绝对值Δf2/Δt比宽范围模式下的频率范围Δf3内的频率的时间变化率的绝对值Δf3/Δt高。窄范围模式下的频率范围Δf2的中心频率比宽范围模式下的频率范围Δf3的中心频率高。窄范围模式下的频率范围Δf2的上限值及下限值分别比宽范围模式下的频率范围Δf3的上限值及下限值高。窄范围模式下的频率是宽范围模式下的频率以上。
如以上这样，窄范围模式下的频率范围Δf2的宽度与宽范围模式下的频率范围Δf3的宽度不同。窄范围模式下的频率范围Δf2内的频率的时间变化率的绝对值与宽范围模式下的频率范围Δf2内的频率的时间变化率的绝对值不同。窄范围模式下的频率范围Δf2的中心频率与宽范围模式下的频率范围Δf3的中心频率不同。窄范围模式下的频率范围Δf2的上限值及下限值分别与宽范围模式下的频率范围Δf3的上限值及下限值不同。
如图6B所示，窄范围模式下的强度范围的宽度比宽范围模式下的强度范围的宽度宽。窄范围模式下的强度范围和宽范围模式下的强度范围除了以下的强度以外不相互重叠。该强度是窄范围模式下的强度范围的上限值与宽范围模式下的强度范围的下限值一致的强度。窄范围模式下的强度范围内的强度的时间变化率的绝对值比宽范围模式下的强度范围中的强度的时间变化率的绝对值高。窄范围模式下的强度范围的中心强度比宽范围模式下的强度范围的中心强度低。窄范围模式下的强度范围的上限值及下限值分别比宽范围模式下的强度范围的上限值及下限值低。宽范围模式下的强度是窄范围模式下的强度以上。因而，在宽范围模式下能够从处于远距离的物体10得到有效的反射光20L3。如果窄范围模式下的强度也充分高，则从处于近距离的反射率低的物体10也能够得到有效的反射光20L3。窄范围模式下的强度例如可以是1mW以上且6mW以下。宽范围模式下的强度例如可以是6mW以上且10mW以下。
如以上这样，窄范围模式下的强度范围的宽度与宽范围模式下的强度范围的宽度不同。窄范围模式下的强度范围内的强度的时间变化率的绝对值与宽范围模式下的强度范围中的强度的时间变化率的绝对值不同。窄范围模式下的强度范围的中心强度与宽范围模式下的强度范围的中心强度不同。窄范围模式下的强度范围的上限值及下限值分别与宽范围模式下的强度范围的上限值及下限值不同。
如图6A及图6B所示，如果频率增加则强度减小，如果频率减小则强度增加。该增减的关系起因于如图5所示频率相对于电流值的变化率为负。
另外，图5所示的电流值的范围ΔI1至ΔI3是例示。与图5所示的例子不同，电流值的范围ΔI1和ΔI2也可以在一部分范围中相互重叠，电流值的范围ΔI2和ΔI3也可以在一部分范围中相互重叠。例如，在电流值的范围ΔI2和ΔI3在一部分范围中相互重叠的情况下，满足电流值的范围ΔI2的下限值<电流值的范围ΔI3的下限值<电流值的范围ΔI2的上限值<电流值的范围ΔI3的上限值的关系。在此情况下，窄范围模式下的频率范围Δf2和宽范围模式下的频率范围Δf3在一部分范围中相互重叠，满足频率范围Δf3的下限值<频率范围Δf2的下限值<频率范围Δf3的上限值<频率范围Δf2的上限值的关系。进而，窄范围模式下的强度范围和宽范围模式下的强度范围在一部分范围中相互重叠，满足窄范围模式下的强度范围的下限值<宽范围模式下的强度范围的下限值<窄范围模式下的强度范围的上限值<宽范围模式下的强度范围的上限值的关系。
接着，参照图7A至图7C，说明处理电路70执行的FMCW处理的动作的例子。图7A是表示处理电路70执行的动作的例子的流程图。处理电路70执行图7A所示的步骤S101至S105的动作。图7B及图7C分别是表示在图7A所示的步骤S101及S104中处理电路70执行的动作的例子的流程图。
<步骤S101>
处理电路70在宽范围模式下计测处于远距离或近距离的物体10。该动作的详细情况如图7B所示。处理电路70在宽范围模式下使光源20射出随时间变化的频率的激光20L0(步骤S101A)。处理电路70使光检测器60检测干涉光20L4(步骤S101B)。处理电路70基于从光检测器60输出的信号，生成与物体10的距离及速度有关的计测数据并输出(步骤S101C)。
<步骤S102>
处理电路70根据步骤S101中的计测结果，判定物体10是否处于近距离。也可以不是使用步骤S101中的计测结果，而是使用由其他的计测传感器得到的计测结果。在判定为“是”的情况下，处理电路70执行步骤S103的动作。在判定为“否”的情况下，处理电路70执行步骤S101的动作。
<步骤S103>
处理电路70判定是否能够在窄范围模式下进行计测。在窄范围模式下，如果包含多普勒频移的拍频是能够计测的上限值以下，则能够在窄范围模式下进行计测。在判定为“是”的情况下，处理电路70执行步骤S104的动作。在判定为“否”的情况下，处理电路70执行步骤S101的动作。
<步骤S104>
处理电路70在窄范围模式下计测处于近距离的物体10。该动作的详细情况如图7C所示。处理电路70在窄范围模式下使光源20射出随时间变化的频率的激光20L0(步骤S104A)。处理电路70使光检测器60检测干涉光20L4(步骤S104B)。处理电路70基于从光检测器60输出的信号，生成与物体10的距离及速度有关的计测数据并输出(步骤S104C)。步骤S104中的窄范围模式的测距精度比步骤S101中的宽范围模式的测距精度高。
<步骤S105>
处理电路70判定是否结束计测。在判定为“是”的情况下，处理电路70结束计测动作。在判定为“否”的情况下，处理电路70执行步骤S102的动作。但是，在步骤S102中，处理电路70也可以不是根据步骤S101中的计测结果，而是根据步骤S104中的测距结果，来判定物体10是否处于近距离。
在本实施方式的计测装置100中，通过切换宽范围模式和窄范围模式而进行动作，能够适当变更测距的范围及精度及照射光20L2的强度而取得物体10的计测数据。
(对象场景内的物体的计测)
接着，参照图8至图11B，说明使用本实施方式的计测装置100计测对象场景内的物体的例子。在对象场景内的物体的计测中，处理电路70如图7A所示，在宽范围模式或窄范围模式下生成物体的计测数据。在物体存在于近距离、并且能够在窄范围模式下进行计测的情况下，处理电路70从宽范围模式切换为窄范围模式。
图8是示意地表示在前表面搭载有计测装置100的车辆200的例子的立体图。在图8所示的例子中，车辆200的行进方向与X方向平行，车高方向与Y方向平行，横穿道路的方向与Z方向平行。车高方向是与路面垂直的方向，并且是远离路面的方向。在图8所示的例子中，车辆200的计测装置100朝向处于车辆200的前方的对象场景射出照射光10L2。在图8所示的例子中，照射光20L2是闪光，但也可以是线光束，也可以是点光束。在以下的说明中，将照射光称作“闪光”、“线光束”或“点光束”。计测装置100向车辆200的搭载位置并不限于其前表面，也可以是其上表面、侧表面或后表面。该搭载位置根据对象场景处于何处而适当地决定。在以下所示的例子中，包括单一的光检测元件的光检测器60检测干涉光20L4。
对象场景中的物体的计测通过以下的次序进行。首先，用闪光照射对象场景。图9A是示意地表示朝向对象场景射出闪光20L2的例子的图。由粗实线包围的长方形的区域表示从沿道路行驶中的车辆200看到的前方的对象场景。在以下的图中也是同样的。在对象场景中，前方车辆行驶在道路中，在道路两旁的人行道中有行人。在人行道中有3棵路旁树木。对象场景内的5个物体按距离从近到远的顺序，是行人、3棵路旁树木及前方车辆。到行人、左端、中央及右端的路旁树木及前方车辆的距离分别是d1至d5。图9A所示的虚线的长方形表示闪光20L2的照射光斑。图9A所示的闪光20L2的照射光斑包含对象场景内的5个物体。在图9A所示的例子中，包括单一的光检测元件的光检测器60检测干涉光20L4。
如图9A所示，在从车辆200观察前方的情况下，路面越朝向车高方向越平缓地变化。相对于路面连续地变化，路面上的人或车等物体相对于路面非连续地变化。因而，通过用闪光20L2照射物体，能够检测该物体。
图9B是示意地表示图9A所示的例子中的差拍信号的强度与测距距离的关系的图。通过闪光20L2的照射，出现5个峰值。通过用闪光20L2照射5个物体，能够一次计测到该5个物体的距离。能够通过单一的光检测元件在短时间内知道5个物体的距离。
接着，也可以通过用在Y方向上延伸的线光束20L2将对象场景沿着Z方向扫描，使对象场景的Z方向上的空间分辨率提高。图10A是示意地表示朝向对象场景射出多个线光束20L2的例子的图。图10A所示的虚线椭圆表示沿着Z方向以4个不同的角度射出的第1线光束20L2a至第4线光束20L2d的照射光斑。线光束20L2的照射光斑内的上部、中部及下部的距离即使其射出角沿着Z方向变化也不怎么大地变化。因而，在用沿铅直方向延伸的线光束20L2将对象场景在水平方向上扫描的情况下，有水平方向上的距离的分辨率高的优点。
在图10A所示的例子中，第1线光束20L2a的照射光斑包括左端的路旁树木。第2线光束20L2b的照射光斑包括中央的路旁树木。第3线光束20L2c的照射光斑包括行人及右端的路旁树木。第4线光束20L2d的照射光斑包括前方车辆。也可以将第1线光束20L2a至第4线光束20L2d以该顺序或相反的顺序朝向对象场景射出。或者，也可以将第1线光束20L2a至第4线光束20L2d如第3线光束20L2c、第2线光束20L2b、第4线光束20L2d及第1线光束20L2a那样以不规则的顺序射出。
图10B是示意地表示图10A所示的例子中的差拍信号的强度与测距距离的关系的图。图10B的4个图表示通过第1线光束20L2a至第4线光束20L2d的照射产生的差拍信号。通过第1线光束20L2a、第2线光束20L2b及第4线光束20L2d的照射，分别出现距离d2、距离d3及距离d5的单一的峰值。相对于此，通过第3线光束20L2c的照射，出现距离d1及距离d4的两个峰值。本实施方式的计测装置100通过用1个线光束20L2照射多个物体，能够一次计测到该多个物体的距离。根据第1线光束20L2a至第4线光束20L2d的已知的射出角，能够由单一的光检测元件在短时间内知道5个物体的大体的位置。
图10A所示的第3线光束20L2c的照射光斑包括两个物体。在此情况下，也可以通过用点光束20L2将对象场景沿着Y方向扫描，使对象场景的Y方向上的空间分辨率提高。图11A是示意地表示朝向对象场景射出多个点光束20L2的例子的图。图11A所示的虚线椭圆表示沿着Y方向以5个不同的角度射出的第5点光束20L2e至第9点光束20L2i的照射光斑。
图11B是示意地表示图11A所示的例子的差拍信号的强度与测距距离的关系的图。图11B的5个图表示通过第5点光束20L2e至第9点光束20L2i的照射产生的差拍信号。通过第5点光束20L2e至第7点光束20L2g的照射，出现距离d4的单一的峰值。相对于此，通过第8点光束20L2h及第9点光束20L2i的照射，出现距离d1的单一的峰值。根据第5点光束20L2e至第9点光束20L2i的已知的射出角，能够更正确地知道物体的三维的位置。
接着，参照图12，说明在对象场景内的物体的计测中处理电路70执行的动作的例子。图12是表示在对象场景内的物体的计测中处理电路70执行的动作的例子的流程图。处理电路70执行以下的步骤S201至步骤S207的动作。
<步骤S201>
处理电路70使用宽范围模式，用闪光20L2照射对象场景并进行计测。
<步骤S202>
处理电路70基于步骤S201中的计测结果，判定是否在极近距离存在物体。极近距离例如是从车辆200到物体的距离为0m以上且5m以下的距离。在判定为“是”的情况下，处理电路70执行步骤S203的动作。在判定为“否”的情况下，处理电路70执行步骤S204的动作。
<步骤S203>
处理电路70向车辆200的处理电路发送避免碰撞的信号。即使不知道物体存在于对象场景的何处，也能够通过例如通过停止实现的避免碰撞的行动，防止车辆200碰撞到物体。
<步骤S204>
处理电路70基于步骤S201中的计测结果，判定是否使Z方向上的空间分辨率提高。在判定为“是”的情况下，处理电路70执行步骤S205的动作。在判定为“否”的情况下，处理电路70执行步骤S201的动作。在物体不处于极近距离但处于近距离的情况下，处理电路70也可以使Z方向上的空间分辨率提高。在对象场景中没有物体的情况下，或在物体不处于近距离而处于远距离的情况下，处理电路70并不一定需要使Z方向上的空间分辨率提高。
<步骤S205>
处理电路70使用宽范围模式或窄范围模式，用线光束20L2照射对象场景并进行计测。处理电路70如图7A所示，在宽范围模式下进行计测，根据情况而在窄范围模式下进行计测。
<步骤S206>
处理电路70基于步骤S205中的计测结果，判定是否使Y方向上的空间解析力提高。在判定为“是”的情况下，处理电路70执行步骤S207的动作。在判定为“否”的情况下，处理电路70执行步骤S205的动作。在线光束20L2的照射光斑包含多个物体的情况下，处理电路70也可以使Y方向上的空间解析力提高。在不是那样的情况下，处理电路70并不一定需要使Y方向上的空间解析力提高。
<步骤S207>
处理电路70使用宽范围模式或窄范围模式，将对象场景用点光束20L2照射并进行计测。处理电路70如图7A所示，在宽范围模式下进行计测，根据情况而在窄范围模式下进行计测。
与图9A、图10A及图11A所示的例子不同，也可以用点光束20L2将对象场景整体沿着Y方向及Z方向二维地扫描。接着，参照图13说明对象场景的扫描中的处理电路70的动作的另一例。图13是表示对象场景的扫描中的处理电路70的动作的另一例的流程图。处理电路70执行以下的步骤S301到步骤S306的动作。
<步骤S301>
处理电路70使用宽范围模式，用点光束20L2照射对象场景并进行计测。
<步骤S302>
处理电路70基于步骤S301中的测距结果，判定是否在极近距离存在物体。在判定为“是”的情况下，处理电路70执行步骤S303的动作。在判定为“否”的情况下，处理电路70执行步骤S304的动作。
<步骤S303>
步骤S303的动作与图12所示的步骤S203的动作相同。
<步骤S304>
处理电路70判定物体是否不处于极近距离但处于近距离。在判定为“是”的情况下，处理电路70执行步骤S305的动作。在判定为“否”的情况下，处理电路70执行步骤S301的动作。
<步骤S305>
处理电路70判定是否能够在窄范围模式下进行计测。在判定为“是”的情况下，处理电路70执行步骤S306的动作。在判定为“否”的情况下，处理电路70执行步骤S301的动作。
<步骤S306>
处理电路70使用窄范围模式，用点光束20L2照射对象场景，计测处于近距离的物体。
(应用例)
对上述实施方式的计测装置的应用例进行说明。
图14A及图14B是表示将本公开的实施方式的计测装置应用于车载设备的应用例的图。计测装置100搭载于车辆200的前表面。在本应用例中，计测装置100根据车辆200的车速而切换计测范围。例如，在如图14A所示车速为规定的阈值(例如10km/h)以上的情况下，计测装置100进行宽范围模式下的测距。另一方面，在如图14B所示车速小于规定的阈值的情况下，计测装置100进行窄范围模式下的测距。
切换计测范围时的基准并不限定于车速。例如也可以是，如果车辆200行驶的环境是高速公路，则计测装置100进行宽范围模式下的测距，如果是城市道路，则计测装置100进行窄范围模式下的测距。车辆200行驶的环境可以从导航系统取得。
图15A及图15B是表示将本公开的实施方式的计测装置应用于自主型移动体的应用例的图。自主型移动体300例如是用来在仓库内自动搬运货物的AGV(Automatic GuidedVehicle：自动导引车)或AGF(Automated Guided Forklift：无人叉车)。计测装置100被搭载于自主移动体300的躯体。
在如图15A所示在行驶时到目标物400的距离为规定的阈值(例如10m)以上的情况下，计测装置100进行宽范围模式下的测距。另一方面，在如图15B所示到目标物400的距离小于规定的阈值的情况下，计测装置100进行窄范围模式下的测距。例如在目标物400是自主型移动体300的充电站的情况下，由于在窄范围模式下能够进行mm精度的测距，所以能够使自主型移动体300正确地与充电站连接。切换宽范围模式和窄范围模式时的计测装置100的动作与图7A所示的动作是同样的。
图16A及图16B是表示将本公开的实施方式的计测装置应用于机器人手臂的应用例的图。计测装置100搭载于机器人手臂500的手臂前端。
当用机器人手臂500拾起零件600时，在如图16A所示从手臂前端到物体的距离为规定的阈值(例如30cm)以上的情况下，计测装置100进行宽范围模式下的测距。接着，如图16B所示使手臂接近于零件600，在从手臂前端到零件600的距离接近到小于规定的阈值的情况下，计测装置100进行窄范围模式下的测距。由于在窄范围模式下能够进行mm精度的测距，所以能够正确地计测零件600的位置及朝向等，手臂能够正确地拾起零件600。切换宽范围模式和窄范围模式时的计测装置100的动作与图7A所示的动作是同样的。
在上述的实施方式及应用例中，计测范围的切换并不限于窄范围模式和宽范围模式的两个级别的切换，也可以是3个级别以上的模式间的切换，此外也可以是无级切换。
工业实用性
本公开的实施方式的计测装置能够利用于例如搭载于汽车、UAV(UnmannedAerial Vehicle)或AGV(Automated Guided Vehicle)等车辆的测距系统或车辆检测的用途。
标号说明
10物体
20光源
20L0激光
20L1参照光
20L2照射光
20L3反射光
20L4干涉光
30干涉光学系统
40光束整形器
50光偏向器
60光检测器
70处理电路
72存储器
100 计测装置
200 车辆

Claims (10)

1.一种计测装置，其中，具备：
光源，射出用于照射物体的光，能够使上述光的频率变化；
干涉光学系统，将上述光分离为参照光和照射光，使上述照射光被上述物体反射而产生的反射光与上述参照光干涉而生成干涉光；
光检测器，接受上述干涉光，输出与上述干涉光的强度相应的信号；以及
处理电路，对上述光源进行控制，基于从上述光检测器输出的上述信号，生成与上述物体的距离及/或速度有关的数据并输出，
上述处理电路，
在第1模式及第2模式下动作，
在上述第1模式下，使上述光源射出频率在第1频率范围内随时间变化的光，
在上述第2模式下，使上述光源射出频率在与上述第1频率范围不同的第2频率范围内随时间变化的光，
上述第1频率范围中的频率的时间变化率的绝对值与上述第2频率范围中的频率的时间变化率的绝对值不同，
上述第1频率范围的中心频率与上述第2频率范围的中心频率不同，
上述第1频率范围的下限值与上述第2频率范围的下限值不同。
2.如权利要求1所述的计测装置，其中，
上述第1模式下的上述光的频率及上述第2模式下的上述光的频率周期性地随时间变化，
上述第1模式下的上述光的频率变化的周期与上述第2模式下的上述光的频率变化的周期相等。
3.如权利要求1或2所述的计测装置，其中，
上述第1频率范围中的频率的时间变化率的绝对值比上述第2频率范围中的频率的时间变化率的绝对值高，
上述第1频率范围的中心频率比上述第2频率范围的中心频率高。
4.如权利要求1～3中任一项所述的计测装置，其中，
上述第1模式下的上述光的频率变化的各周期包括第1升频期间和第1降频期间，在上述第1升频期间，上述频率从上述第1频率范围的下限值到上限值单调增加，在上述第1降频期间，上述频率从上述第1频率范围的上限值到下限值单调减小，
上述第2模式下的上述光的频率变化的各周期包括第2升频期间和第2降频期间，在上述第2升频期间，上述频率从上述第2频率范围的下限值到上限值单调增加，在上述第2降频期间，上述频率从上述第2频率范围的上限值到下限值单调减小。
5.如权利要求4所述的计测装置，其中，
在上述第1模式下，上述信号包含第1信号成分和第2信号成分，上述第1信号成分是与基于上述第1升频期间中的上述光的上述干涉光的强度相应的信号成分，上述第2信号成分是与基于上述第1降频期间中的上述光的上述干涉光的强度相应的信号成分，
在上述第2模式下，上述信号包含第3信号成分和第4信号成分，上述第3信号成分是与基于上述第2升频期间中的上述光的上述干涉光的强度相应的信号成分，上述第4信号成分是与基于上述第2降频期间中的上述光的上述干涉光的强度相应的信号成分，
上述处理电路，
在上述第1模式下，基于上述第1信号成分及上述第2信号成分，生成与上述物体的距离及/或速度有关的上述数据并输出，
在上述第2模式下，基于上述第3信号成分及上述第4信号成分，生成与上述物体的距离及/或速度有关的上述数据并输出。
6.如权利要求4或5所述的计测装置，其中，
上述第1升频期间的长度与上述第1降频期间的长度相互相等，
上述第2升频期间的长度与上述第2降频期间的长度相互相等。
7.如权利要求1～6中任一项所述的计测装置，其中，
上述处理电路在上述第1模式及上述第2模式各自下，使上述光的上述频率以三角波状变化。
8.如权利要求1～7中任一项所述的计测装置，其中，
上述第1模式及上述第2模式下的动作根据计测范围而切换。
9.一种计算机程序，由包括计测装置的系统中的计算机执行，其中，
上述计测装置具备：
光源，射出用于照射物体的光，能够使上述光的频率变化；
干涉光学系统，将上述光分离为参照光和照射光，使上述照射光被上述物体反射而产生的反射光与上述参照光干涉而生成干涉光；以及
光检测器，接受上述干涉光，输出与上述干涉光的强度相应的信号，
上述计算机程序使上述计算机执行：
在第1模式下，使上述光源射出频率在第1频率范围内随时间变化的光；
在第2模式下，使上述光源射出频率在第2频率范围内随时间变化的光；以及
在上述第1模式及上述第2模式各自下，基于从上述光检测器输出的上述信号，生成与上述物体的距离及/或速度有关的数据并输出，
上述第1频率范围中的频率的时间变化率的绝对值与上述第2频率范围中的频率的时间变化率的绝对值不同，
上述第1频率范围的中心频率与上述第2频率范围的中心频率不同，
上述第1频率范围的下限值与上述第2频率范围的下限值不同。
10.一种由包括计测装置的系统中的计算机执行的方法，其中，
上述计测装置具备：
光源，射出用于照射物体的光，能够使上述光的频率变化；
干涉光学系统，将上述光分离为参照光和照射光，使上述照射光被上述物体反射而产生的反射光与上述参照光干涉而生成干涉光；以及
光检测器，接受上述干涉光，输出与上述干涉光的强度相应的信号，
上述方法包括：
在第1模式下，使上述光源射出频率在第1频率范围内随时间变化的光；
在第2模式下，使上述光源射出频率在第2频率范围内随时间变化的光；以及
在上述第1模式及上述第2模式各自下，基于从上述光检测器输出的上述信号，生成与上述物体的距离及/或速度有关的数据并输出，
上述第1频率范围中的频率的时间变化率的绝对值与上述第2频率范围中的频率的时间变化率的绝对值不同，
上述第1频率范围的中心频率与上述第2频率范围的中心频率不同，
上述第1频率范围的下限值与上述第2频率范围的下限值不同。
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