JP2000214260A

JP2000214260A - 測距装置

Info

Publication number: JP2000214260A
Application number: JP11011923A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Adachi; 正足立; Hajime Hiratsuka; 哉平塚
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】通常は高精度な測距が可能で、位相差の検出
が不能な場合にも、測距不能に陥らずに大まかな測距が
可能な測距装置を提供する。【解決手段】パルス状の第１光波と一定周期の基準信
号で変調された第２光波を測距対象２に向けて投射する
投光手段１０と、測距対象２からの反射光Ｒを受光する
受光手段１１と、第１光波の投射光Ｆと反射光Ｒの時間
差から測距対象２までの距離Ｄ’を概算する第１計測部
１２と、第２光波の投射光Ｆと反射光Ｒの位相差から測
距対象２までの所定の距離情報φを算出する第２計測部
と、第１計測部１２の概算結果Ｄ’と第２計測部１３の
距離情報φから測距対象２までの距離Ｄを算出する距離
算出部１４とを備え、第２計測部１３が距離情報φを算
出不能な場合に、距離算出部１４は第１計測部１３の概
算結果Ｄ’のみに基づいて測距対象２までの距離を算出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光波を利用した測距
装置の改良技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】光波を利用した測距装置としては、パル
ス状の光波を測距対象に向けて投射し、測距対象からの
反射光を検出して、その反射時間と光速から測距対象ま
での距離を算出する方式（以下、時間差方式と略称す
る）によるものと、一定周期の基準信号で変調された光
波を測距対象に向けて投射し、測距対象からの反射光を
検出して、投射光と反射光間の位相差から測距対象まで
の距離を算出する方式（以下、位相差方式と略称する）
によるものとがある。

【０００３】上記時間差方式の場合、測距分解能は反射
時間を計測する際の時間分解能で律速され、測距分解能
として１ｃｍの精度を得るには、１００ｐｓの時間分解
能が要求され、高精度化が極めて困難であるという問題
がある。一方、上記位相差方式の場合は、位相差が０〜
２π（１周期）の範囲でしか検出できないことから、原
則として測定対象までの往復距離が上記一定周期の基準
信号の１周期に対応する距離以内に制限される。つま
り、前記基準信号の波長をλ、検出した位相差に対応す
る距離をφとすると、測距対象までの距離Ｄは、数１に
示すように一般的に表現できるが、単純な位相差方式で
は、上式の位相差に対応する距離φが計測されるに止ま
り、測距範囲はｎ＝０として最大λ／２に制限される。

【０００４】

【数１】Ｄ＝（ｎ×λ＋φ）／２（ｎは０以上の整数）

【０００５】従って、上記測距範囲を超えて測距する場
合は、異なる周期の基準信号を使用して波長を複数に変
化させて、夫々の距離φを測定し、その測定結果から整
数ｎを特定して、距離Ｄを求めていた。

【０００６】このように、時間差方式では測距精度に問
題があり、位相差方式では測距範囲に制限があるため、
時間差方式で求められた距離に基づいて、数１の整数ｎ
を特定し、距離Ｄを求める混合方式が提案されている。
例えば、特開平１０−９６７７８号公報では、本願発明
者等が、パルス信号と一定周波数の正弦波信号を加算混
合した信号で変調された光波を測距対象に向けて投射
し、測距対象からの反射光を検出して、投射光と反射光
間の時間差を、パルス信号成分から検出し、投射光と反
射光間の位相差を正弦波信号成分から検出し、時間差よ
り算出される概算距離と位相差に対応する距離φと数１
から必要な補正を施して、整数ｎを特定し、距離Ｄを求
める方式を提案している。ここで、測距分解能は位相差
方式により確保できることから、時間差方式の測距分解
能を下げて測距範囲を長くすることで、測距範囲を改善
できるという特徴がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記混
合方式の場合、例えば、反射光の一定周期の基準信号で
変調された信号成分が十分に検出されずに、位相差方式
にかかる部分の検出が不能となった場合は、測距そのも
のが実行されないという問題があった。また、位相差の
検出を０〜２πの範囲で行う場合に、光波の往復する空
間における空気の揺らぎ等により、検出した位相差に誤
差が生じる場合がある。この誤差が、０または２π付近
で発生すると、前記距離φに最大１位相差分に相当する
誤差が生じる虞がある。

【０００８】更に、測距対象に向けて投射される光波
は、反射光の強度を確保するためにビーム状に集束した
ものを使用するが、測距対象の高反射率部分が小さかっ
たり、遠方にある場合は、当該ビーム光をかかる高反射
率部分に照準を合わせて投射するのが困難であるという
問題も存在する。

【０００９】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、上述の問題点を解消し、投
射光と反射光間の時間差と位相差から測距対象までの距
離を測定する測距方式において、位相差の検出が不能な
場合であっても、測距不能に陥らずに大まかな測距が可
能な測距装置を提供し、更に、測距対象に対する照準合
わせの容易な測距装置を提供する点にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る測距装置の第一の特徴構成は、特許請求
の範囲の欄の請求項１に記載した通り、パルス状の第１
光波と一定周期の基準信号で変調された第２光波を測距
対象に向けて投射する投光手段と、前記測距対象からの
反射光を受光する受光手段と、前記第１光波の投射光と
反射光の時間差から前記測距対象までの距離を概算する
第１計測部と、前記第２光波の投射光と反射光の位相差
から前記測距対象までの所定の距離情報を算出する第２
計測部と、前記第１計測部の概算結果と前記第２計測部
の距離情報から前記測距対象までの距離を算出する距離
算出部とを備えてなる測距装置であって、前記第２計測
部が前記距離情報を算出不能な場合に、前記距離算出部
は前記第１計測部の概算結果のみに基づいて前記測距対
象までの距離を算出する点にある。尚、測距対象までの
所定の距離情報とは、第２光波の当該位相差に相当する
伝搬距離またはその半分の距離を意味し、具体的には、
従来技術の説明中の数１における距離φまたはその半分
の値が相当する。第２光波が１位相変化するまでに反射
光を受光した場合は、前記半分の距離が測距対象までの
距離に相当する。

【００１１】同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項２に記載した通り、前述の第一の特徴構成に加
えて、前記投光手段は、前記第１光波と前記第２光波
が、強度変調可能な単一の発光装置から出射されるべく
構成され、前記基準信号と前記基準信号より振幅が大な
るパルス信号を加算混合した変調信号で、前記発光装置
に対して強度変調を施す変調装置を備えている点にあ
る。

【００１２】同第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特
徴構成に加えて、前記第１計測部は、その測距分解能
が、前記第２光波の１位相に相当する最大変位距離の４
分の１以下となるように構成され、前記距離算出部は、
前記第１計測部の概算結果を前記最大変位距離で除した
端数と前記測距分解能の差に基づいて、前記第２計測部
が算出した前記距離情報に対して前記測距分解能以上で
前記最大変位距離以下の範囲の値を加減する補正を行う
点にある。尚、第２光波の１位相に相当する最大変位距
離とは、第２光波の１位相に相当する伝搬距離を意味
し、具体的には、従来技術の説明中の数１における波長
λが相当する。

【００１３】同第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項４に記載した通り、所定の変調を施した光波を
測距対象に向けて投射する投光手段と、前記測距対象か
らの反射光を受光する受光手段と、前記光波の投射光と
反射光の時間差、位相差、或いは、その両方の検出結果
に基づいて前記測距対象までの距離を算出する距離計測
部とを備えてなる測距装置であって、前記投光手段が前
記光波の出射方向を扇状に走査する点にある。

【００１４】同第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項５に記載した通り、上述の第四の特徴構成に加
えて、前記投光手段が、前記光波が一定周期の基準信号
で変調され、前記測距対象より大きな走査範囲で走査さ
れるように構成され、前記距離計測部が、前記測距対象
からの反射光から生成される第２ビート信号の立ち上が
りまたは立ち下がりから、前記基準信号から生成される
第１ビート信号の立ち上がりまたは立ち下がりの時間差
を計測して、前記投射光と前記反射光の位相差を算出す
る点にある。ビート信号とは、基準信号と周期が僅かに
異なる信号と反射光に含まれる基準信号成分とを混合し
て生成される信号で、基準信号より長い周期に変換され
る。

【００１５】以下に上記特徴構成による作用並びに効果
を説明する。上記第一の特徴構成によれば、投光手段が
パルス状の第１光波と一定周期の基準信号で変調された
第２光波を測距対象に向けて投射し、受光手段が測距対
象で反射した反射光を受光し、第１計測部が第１光波の
投射光と反射光の時間差を検出し、その時間差から測距
対象までの距離を概算し、第２計測部が第２光波の投射
光と反射光の位相差を検出し、その位相差から測距対象
までの１位相差以内の距離情報を算出し、距離算出部が
第１計測部の概算結果と第２計測部の距離情報をもとに
測距対象までの距離を高精度に算出することができると
ともに、第２光波の反射光強度が不十分等の理由で第２
計測部が距離情報を算出不能な場合であっても、距離算
出部が第１計測部の概算結果のみに基づいて測距対象ま
での距離を算出できるため、測距装置が完全に測距不能
状態に陥るという事態を回避できるのである。

【００１６】以上の結果、例えば、本発明にかかる測距
装置を無人走行車両の車間距離センサ等に応用した場
合、測距対象である車両に高反射率で反射特性に優れた
プリズムシートやコーナキューブが設けられた場合で
は、高精度の測距が可能となり、更に、予定している測
距対象以外の通行人や建物等の反射特性の良くない障害
物に対しても大体の距離を測定でき、無人走行車両に対
するより高度な制御が可能となるのである。

【００１７】同第二の特徴構成によれば、投光手段の単
一のレーザ光源で実現でき、光学系の構成を簡単化でき
るとともに、装置の小型化及び簡素化も図れるのであ
る。更に、パルス信号の振幅が基準信号の振幅より大で
あるため、受光した反射光からパルス信号成分と基準信
号成分を簡単に分離抽出できるのである。また、基準信
号の振幅がパルス信号の振幅より小であるため、基準信
号成分がパルス信号成分に比べて検出不能となり易いの
であるが、上記第一の特徴構成によれば、万が一基準信
号成分が検出不能になっても、距離算出部が第１計測部
の概算結果のみに基づいて測距対象までの距離を算出で
きる。

【００１８】同第三の特徴構成によれば、第２計測部に
よる第２光波の投射光と反射光の位相差の検出結果が０
または２π付近である場合に、光波の往復する空間にお
ける空気の揺らぎ等の影響で誤差が重畳されていて、位
相差の０付近のものが誤って２π付近であると検出され
たり、２π付近のものが誤って０付近であると検出され
ても、第１計測部の概算結果を最大変位距離の半分の値
で除した端数が測距分解能より小さければ、第２計測部
で検出された位相差が本来０付近であると、また、逆に
大きければ、位相差が本来２π付近である推定できるた
め、位相差の微小な誤差により２πに近い大きな誤差が
発生していることが判別でき、更に、その判別結果によ
り当該誤差を少なくとも半分以下に抑制することができ
るのである。以上より、空気の揺らぎ等で第２光波に擾
乱が生じた結果、検出不能に至らないまでも、検出位相
差に誤差が生じる場合であっても、その誤差を抑制して
測距精度を極端に低下させることなく、第１計測部のみ
の測距分解能以上の高精度を維持した測距が可能となる
のである。

【００１９】同第四の特徴構成によれば、投射光がビー
ム状に集光されていて、測距対象に対して照準が困難な
場合であっても、扇状の走査領域内に測距対象が入るよ
うに出射方向を設定することは比較的容易であるため、
投光手段が投射光を確実に測距対象に照射させることが
でき、その結果、受光手段は反射光を受光することがで
き、距離計測部は投射光と反射光の時間差、位相差、或
いは、その両方の検出結果に基づいて測距対象までの距
離を算出することができるのである。

【００２０】同第五の特徴構成によれば、投射光が測距
対象に向けて走査され、その投射光が測距対象に照射さ
れている期間中のみ、受光手段が反射光を受光すること
になり、受光手段が反射光の受光を開始するとともに、
第２ビート信号の立ち上がりまたは立ち下がりが開始す
るため、その立ち上がりまたは立ち下がりをトリガ信号
として、第１ビート信号の立ち上がりまたは立ち下がり
までの時間差を計測することで、投射光と反射光の位相
差を算出することができるのである。即ち、投射光と反
射光の夫々の基準信号成分の存在を確認して時間差計測
のためのトリガ信号を発生する必要が無く、距離計測部
の構成を簡単化できるのである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る測距装置の一
実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００２２】図１に示すように、第１の実施形態の測距
装置１は、測距対象２に向けてパルス状の第１光波と一
定周期の基準信号で変調された第２光波の混合波を照射
する投光手段１０と、前記測距対象２からの反射光Ｒを
受光する受光手段１１と、前記投光手段１０から照射さ
れた投射光Ｆと前記受光手段１１が受光した反射光Ｒの
夫々の第１光波成分間の時間差から前記測距対象２まで
の概算距離Ｄ’を算出する第１計測部１２と、投射光Ｆ
と反射光Ｒの第２光波成分の位相差から前記測距対象２
までの１位相内の距離情報φを算出する第２計測部１３
と、前記第１計測部１２の概算距離Ｄ’と前記第２計測
部１３の距離情報φから前記測距対象２までの距離Ｄを
算出する距離算出部１４とを備えた構成となっている。

【００２３】前記投光手段１０は、強度変調可能な半導
体レーザ等のレーザ光源１５と、レーザ光源１５から出
射される投射光Ｆを強度変調する変調部１６と、レーザ
光源１５から出射された投射光Ｆを平行光にするコリメ
ートレンズ１７と、コリメートレンズ１７を通過した投
射光Ｆを前記測距対象２に向けて屈曲させる反射鏡１８
とを主要部として構成されている。

【００２４】前記変調部１６は、１００ＭＨｚの正弦波
信号Ａ（図２において「Ａ」で示す）を発振する第１発
振回路１９と、繰り返し周期が１０μｓのパルス信号Ｂ
（図２において「Ｂ」で示す）を発振するパルス発振器
２０からなり、前記正弦波信号Ａと前記パルス信号Ｂを
加算混合した変調信号Ｃで前記レーザ光源１５の駆動電
流を変調し、その結果、前記レーザ光源１５から出射さ
れる投射光Ｆは図２に示すような信号波形に強度変調さ
れる。従って、図２において「Ａ」で示す部分が第２光
波に相当し、「Ｂ」で示す部分が第１光波に相当する。
尚、前記パルス信号Ｂのピーク値は前記正弦波信号Ａの
振幅より十分大きく、パルス信号Ｂによる変調強度が正
弦波信号Ａによる変調強度より大としてある。また、図
２に示すように、パルス信号と正弦波信号の同期がと
れ、パルス信号のパルス幅が正弦波信号の周期と一致
し、両信号波形が滑らかに重なるように、前記パルス発
振器２０は前記第１発振回路１９からの同期信号によっ
てパルス発振する。

【００２５】前記受光手段１１は、前記反射鏡１８と、
前記反射鏡１８で屈曲した反射光Ｒを投射光Ｆと分離す
るビームスプリッタ２１と、反射光Ｒの光強度を電気信
号に変換する受光素子２２とを主要部として構成されて
いる。

【００２６】前記第１計測部１２は、反射光Ｒを前記受
光素子２２で光電変換して生成された反射信号Ｓを入力
して第１光波成分であるパルス信号のみを検出する第１
コンパレータ２３と、第１コンパレータ２３の出力信号
Ｂ’と前記パルス発振器２０からのパルス信号Ｂとを入
力して両パルス間の時間差ｔを計時する第１タイマ２４
と、その時間差ｔより前記測距対象２までの概算距離
Ｄ’をＤ’＝ｔ×ｃ／２（ｃ＝光速）として求める第１
演算部２５から構成されている。尚、前記第１コンパレ
ータ２３の検出レベルは、第１光波成分のみを検出すべ
く前記反射信号Ｓの正弦波信号成分の振幅より高く設定
してある。前記第１タイマ２４は動作周波数が２００Ｍ
Ｈｚの８ビット２進カウンタで構成されており、前記パ
ルス信号Ｂの入力からカウントを開始し、前記出力信号
Ｂ’の入力までカウントを継続し、８ビットのカウント
結果Ｕを出力する。尚、この８ビットの出力値Ｕは前記
第１演算部２５内の所定のメモリ領域（８ビット）に記
憶される。前記第１計測部１２の測距分解能は、カウン
タの時間分解能で律速され、１ビットカウントに５ｎｓ
を要するので、０．７５ｍとなる。従って、前記第１演
算部２５は前記第１タイマ２４の出力値Ｕと測距分解能
である０．７５ｍを乗算して概算距離Ｄ’を算出するこ
とができる。また、前記８ビット２進カウンタの最上位
ビットは測距不能状態を検出するために使用するため、
下位の７ビットを使用する。このため、前記第１計測部
１２による測距限界は０．７５ｍ×（２⁷ −１）＝９
５．２５ｍとなる。従って、例えば、前記測距対象２ま
での距離が９５．２５ｍを超えると前記８ビット２進カ
ウンタの最上位ビットが立ち、測距不能状態を検出す
る。また、前記パルス信号Ｂの繰り返し周期１０μｓ
は、前記８ビット２進カウンタの最上位ビットが立つま
での時間（５ｎｓ×２⁸＝１．２８μｓ）より長くなる
ように設定してある。

【００２７】前記第２計測部１３は、前記反射信号Ｓを
入力して第２光波成分である正弦波信号Ｓ’のみを検出
するアンプ２６と、発振周波数が前記第１発振回路１９
より１００ＫＨｚ高い１００．１ＭＨｚの正弦波信号
Ａ’を発振する第２発振回路２７と、前記第１発振回路
１９から出力される１００ＭＨｚの正弦波信号Ａと前記
第２発振回路２７から出力される１００．１ＭＨｚの正
弦波信号Ａ’を積算して得られる信号から１００ＫＨｚ
の第１ビート信号Ａ₁ を抽出する第１ローパスフィルタ
２８と、前記アンプ２６から出力される１００ＭＨｚの
正弦波信号Ｓ’と１００．１ＭＨｚの正弦波信号Ａ’を
積算して得られる信号から１００ＫＨｚの第２ビート信
号Ａ₂ を抽出する第２ローパスフィルタ２９と、前記第
１ビート信号Ａ₁ を波形整形して第１矩形波Ａ₃ を出力
する第２コンパレータ３０と、前記第２ビート信号Ａ₂
を波形整形して第２矩形波Ａ₄ を出力する第３コンパレ
ータ３１と、前記第１矩形波Ａ₃ と前記第２矩形波Ａ₄
を入力して両矩形波Ａ₃ ，Ａ ₄ の時間差を計時して投射
光Ｆの第２光波成分に相当する前記正弦波信号Ａと反射
光Ｒの第２光波成分に相当する前記正弦波信号Ｓ’との
位相差に相当する出力値Ｌを出力する第２タイマ３２
と、その出力値Ｌより前記正弦波信号Ａ，Ｓ’の１位相
内における前記測距対象２までの距離情報φを算出する
第２演算部３３から構成されている。

【００２８】前記アンプ２６は前記反射信号Ｓの第２光
波成分である正弦波信号レベルより僅かに高い信号レベ
ルを最大信号出力範囲とすることで、第１光波成分をク
ランプして実質的に除去している。前記第２計測部１３
は、所謂ヘテロダイン検波回路を形成しており、前記第
１ビート信号Ａ₁ には前記正弦波信号Ａの位相情報が含
まれており、前記第２ビート信号Ａ₂ には前記正弦波信
号Ｓ’の前記測距対象２までの距離に応じた位相ずれが
加わった位相情報が含まれており、前記第２タイマ３２
でこれらの位相差を求めることができる。

【００２９】前記第２タイマ３２は動作周波数が２５．
６ＭＨｚの８ビット２進カウンタで構成されており、前
記第１矩形波Ａ₃ の入力からカウントを開始し、前記第
２矩形波Ａ₄ の入力までカウントを継続し、８ビットの
カウント結果Ｌを出力する。尚、この８ビットの出力値
Ｌは前記第２演算部３３内の所定のメモリ領域（８ビッ
ト）に記憶される。尚、１００ＫＨｚの信号の位相差を
８ビット２進カウンタで２５６（２⁸ ）分割すると、動
作周波数は２５．６ＭＨｚである必要がある。ここで、
１００ＭＨｚの第２光波が１位相変化する間の伝搬距離
である最大変位距離は、第２光波の波長（λ＝ｃ／１０
０ＭＨｚ）である３ｍとなり、最大変位距離の半分を８
ビット２進カウンタで２５６分割して１位相中の前記測
距対象２までの片道距離を計測するため、前記第２計測
部１３の測距分解能は５．８６ｍｍ（３ｍ／（２×２５
６））となる。従って、前記第２演算部３３は、前記第
２タイマ３２の出力値Ｌと測距分解能である５．８６ｍ
ｍを乗算した値を２倍して距離情報φを算出することが
できる。

【００３０】前記距離算出部１４は、以下の要領で、前
記概算距離Ｄ’と前記距離情報φから前記測距対象２ま
での距離Ｄを算出する。ここで、前記概算距離Ｄ’の分
解能は前述の如く０．７５ｍであるのに対して、前記距
離情報φの最大値の半分の値、つまり、最大変位距離の
半分の値は１．５ｍと２倍である。このため、前記距離
情報φの半分の値が０．７５ｍ以上の場合、つまり、前
記概算距離Ｄ’を１．５ｍで除した余り０．７５ｍが存
在する場合は、前記概算距離Ｄ’と前記距離情報φの半
分の値の両方で０．７５ｍ分が２重にカウントされるこ
とになる。従って、前記距離算出部１４では、前記概算
距離Ｄ’の分解能を１．５ｍに合わせるため、前記第１
タイマ２４の出力値Ｕ（８ビット）の最下位ビットを切
り捨てる計算処理を行う。具体的には前記出力値Ｕ（８
ビット）と８ビットの２進数「０１１１１１１０」をビ
ット別に論理積処理した値をＵ’とし、数２に基づいて
前記測距対象２までの距離Ｄを算出する。

【００３１】

【数２】Ｄ＝Ｕ’×０．７５ｍ＋Ｌ×５．８６ｍｍ＋Δ

【００３２】ここで、Δは反射光Ｒと投射光Ｆの光路差
による誤差や、前記変調部１６及び前記受光素子２２で
の光電変換処理に要する時間に伴う誤差を補正するため
の補正値である。また、前記出力値Ｕ（８ビット）の最
下位ビットが１で、前記距離情報φが０．７５ｍ以下の
場合は、前記補正値Δに０．７５ｍを加算して、距離Ｄ
の補正を行う。逆に、前記最下位ビットが０で、前記距
離情報φが０．７５ｍ以上の場合は、前記補正値Δから
０．７５ｍを減算して、距離Ｄの補正を行う。投射光Ｆ
と反射光Ｒの第２光波成分の位相差が測定誤差等により
０と２πの境界を超えて僅かにずれて、前記第２タイマ
３２の出力値Ｌが最悪０から２５５または２５５から０
に変化する可能性が有り、前記位相差から算出した前記
距離情報φに最大１．５ｍ近い誤差が生じる虞がある
が、上記の補正により、測定条件が悪く、前記位相差に
測定誤差が生じても、距離Ｄの最大誤差を０．７５ｍ以
下に抑制することができる。尚、補正値Δに対する加減
算値は０．７５ｍ〜１．５ｍの範囲で任意に選択すれば
よい。

【００３３】ここで、補正値Δの設定を容易にして、補
正精度を向上するために、前記変調部１６及び前記受光
素子２２での光電変換処理に要する時間に伴う誤差部分
を最小限に抑制するために、前記第２計測部１３におい
て、前記第１発振回路１９から出力される１００ＭＨｚ
の正弦波信号Ａの代わりに、投射光Ｆを第２のビームス
プリッタで二分して、その一方を前記受光素子２２と同
じ特性の第２の受光素子で光電変換した投射信号を前記
アンプ２６と同じ特性の別のアンプで検出した第２光波
成分である正弦波信号を使用し、前記第１計測部１２に
おいては、前記パルス発振器２０からのパルス信号Ｂの
代わりに、前記第２の受光素子で光電変換した前記投射
信号を前記第１コンパレータ２３と同じ特性の別のコン
パレータで検出した第１光波成分であるパルス信号を使
用するのが好ましい。

【００３４】更に、前記第２計測部１３において、前記
第２タイマ３２の出力値Ｌが一時的に記憶される前記第
２演算部３３内の前記所定のメモリ領域は、前記第２タ
イマ３２のカウント開始時に予め０（８ビット）にリセ
ットされているため、反射光Ｒの受光状態が悪く前記反
射信号Ｓの第２光波成分である正弦波信号をヘテロダイ
ン検波するに十分に検出できない場合は、前記第２タイ
マ３２から有効な出力値Ｌが得られず、前記メモリ領域
の値は０のままである。従って、前記メモリ領域の値が
０でないことを、数２を計算する前に確認する必要があ
る。反射光Ｒの受光状態が悪く前記メモリ領域の値が０
の場合は、前記概算距離Ｄ’の分解能を１．５ｍに下げ
てしまっているため、そのまま数２の計算を実行する
と、最大測定誤差が１．５ｍとなるため、数２の計算に
おいて、Ｕ’を使用せずに、元の出力値Ｕを使用する。
この結果、距離Ｄの最大誤差を０．７５ｍ以下に抑制す
ることができるのである。

【００３５】尚、前記第１計測部１２、前記第２計測部
１３、及び、前記距離算出部１４は全体を集積回路等に
一体化して構成してもよく、或いは、一部の演算回路や
メモリのみを集約してマイコン等で構成するようにして
も構わず、具体的な回路のハードウェア構成は任意に選
択し得るものである。

【００３６】次に、第２の実施の形態を説明する。〈１〉上記実施の形態における前記投光手段１０におい
て、図３に示すように、前記反射鏡１８をガルバノミラ
ーで構成し、投射光Ｆの出射方向を扇状に走査するよう
に構成するのも好ましい。更に、前記受光手段１１をビ
ームスプリッタ２１を使用する代わりに、図３に示すよ
うに、集光レンズ４０を用いて反射光Ｒを前記受光素子
２２に集光するようにしても構わない。

【００３７】〈２〉更に、第２の実施形態において、前
記投光手段１０は、投射光Ｆが一定周期の基準信号での
み変調され、前記測距対象２より大きな走査範囲で走査
されるように構成しても構わない。つまり、前記変調部
１６は、前記パルス発振器２０を備えずに前記第１発振
回路１９のみを備え、正弦波信号Ａで前記レーザ光源１
５の駆動電流を変調し、投射光Ｆを図２に「Ａ」で示す
部分の第２光波の信号波形に強度変調する。この場合、
前記第１計測部１２は不要で、前記距離算出部１４にお
いても前記概算距離Ｄ’に関連する機能は不要となる。
従って、図３に示すように、前記第２計測部１３と前記
距離算出部１４とをまとめて距離計測部として構成す
る。但し、測距範囲は前記最大変位距離の半分の値であ
る１．５ｍである。

【００３８】前記測距対象２からの反射光Ｒは、扇状に
走査させれる投射光Ｆが前記測距対象２に入射している
期間のみ、前記受光手段１１で受光され、前記受光素子
２２で光電変換され反射信号Ｓが生成される。尚、反射
信号Ｓには正弦波信号Ａのみであるため、パルス成分を
除去するための前記アンプ２６は不要である。従って、
図４に示すように、反射信号Ｓと前記第２発振回路２７
から出力された１００．１ＭＨｚの正弦波信号Ａ’とを
積算して得られる信号から前記第２ローパスフィルタ２
９を通して抽出される１００ＫＨｚの前記第２ビート信
号Ａ₂ も、反射光Ｒの受光期間のみ生成される。その結
果、前記第３コンパレータ３１では、前記第２ビート信
号Ａ₂ の発生とともに前記第２矩形波Ａ₄ が自動的に出
力され、上記第１の実施形態と異なり前記第２矩形波Ａ
₄ の入力によりカウントを開始するように構成されてい
る前記第２タイマ２２は、当該入力により自動的に計時
を開始し、第１矩形波Ａ₃ の入力までカウントを行うこ
とができる。尚、本別実施形態の説明において、上記第
１の実施形態と同種の機能を有する各手段は、便宜上図
１と図３において同じ符号を用いている。

【００３９】〈３〉上記の各実施形態において、各手段
の具体的な構成は、上記説明以外の構成を採用しても構
わない。また、第１光波及び第２光波の変調方法及び変
調周波数等も適宜変更可能である。更に、第１光波及び
第２光波を別光源で構成しても構わない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る測距装置の第１実施形態の概略構
成を示す説明図

【図２】第１実施形態における投射光の変調状態を示す
波形図

【図３】本発明に係る測距装置の第２実施形態の概略構
成を示す説明図

【図４】第２実施形態における第１及び第２ビート信号
を示す波形図

【符号の説明】

１測距装置２測距対象１０投光手段１１受光手段１２第１計測部１３第２計測部１４距離算出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA06 CC11 FF12 FF13 FF33 GG04 HH04 JJ15 LL12 LL46 NN08 QQ04 2F112 AD01 BA01 CA05 CA12 DA09 EA03 EA05 FA01 FA08 5J084 AA02 AA05 AB01 AC02 AD01 BA11 BB02 BB21 CA03 CA23 DA09 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス状の第１光波と一定周期の基準信
号で変調された第２光波を測距対象に向けて投射する投
光手段と、前記測距対象からの反射光を受光する受光手
段と、前記第１光波の投射光と反射光の時間差から前記
測距対象までの距離を概算する第１計測部と、前記第２
光波の投射光と反射光の位相差から前記測距対象までの
所定の距離情報を算出する第２計測部と、前記第１計測
部の概算結果と前記第２計測部の距離情報から前記測距
対象までの距離を算出する距離算出部とを備えてなる測
距装置であって、前記第２計測部が前記距離情報を算出不能な場合に、前
記距離算出部は前記第１計測部の概算結果のみに基づい
て前記測距対象までの距離を算出することを特徴とする
測距装置。
【請求項２】前記投光手段は、前記第１光波と前記第
２光波が、強度変調可能な単一の発光装置から出射され
るべく構成され、前記基準信号と前記基準信号より振幅
が大なるパルス信号を加算混合した変調信号で、前記発
光装置に対して強度変調を施す変調装置を備えているこ
とを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項３】前記第１計測部は、その測距分解能が、
前記第２光波の１位相に相当する最大変位距離の４分の
１以下となるように構成され、前記距離算出部は、前記第１計測部の概算結果を前記最
大変位距離で除した端数と前記測距分解能の差に基づい
て、前記第２計測部が算出した前記距離情報に対して前
記測距分解能以上で前記最大変位距離以下の範囲の値を
加減する補正を行うことを特徴とする請求項１または２
記載の測距装置。
【請求項４】所定の変調を施した光波を測距対象に向
けて投射する投光手段と、前記測距対象からの反射光を
受光する受光手段と、前記光波の投射光と反射光の時間
差、位相差、或いは、その両方の検出結果に基づいて前
記測距対象までの距離を算出する距離計測部とを備えて
なる測距装置であって、前記投光手段が前記光波の出射方向を扇状に走査するこ
とを特徴とする測距装置。
【請求項５】前記投光手段は、前記光波が一定周期の
基準信号で変調され、前記測距対象より大きな走査範囲
で走査されるように構成され、前記距離計測部は、前記測距対象からの反射光から生成
される第２ビート信号の立ち上がりまたは立ち下がりか
ら、前記基準信号から生成される第１ビート信号の立ち
上がりまたは立ち下がりの時間差を計測して、前記投射
光と前記反射光の位相差を算出することを特徴とする請
求項４記載の測距装置。