JP2004069675A

JP2004069675A - 距離計測装置及び距離計測方法

Info

Publication number: JP2004069675A
Application number: JP2003117594A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Honda; 本田　達也; Kazunari Yoshimura; 吉村　一成; Kuninori Nakamura; 中村　国法
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP3956890B2

Abstract

【課題】物体までの距離が近くとも高速高精度な距離計測を行う。
【解決手段】物体９に向けてパルス状の電磁波を投射する発信部１と、発信部１から発信させた電磁波から参照波Ｓを分岐させる分岐手段１０と、投射された電磁波の物体９からの反射波Ｒと上記参照波Ｓとを受信する一つの受信部２と、受信部２から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し該時間差に基づいて物体までの距離を演算する処理部６とを備える。また、参照波Ｓが受信部２に到達する時刻を所定時間遅延させて物体からの反射波Ｒを受信する時刻の後とする遅延手段８を参照波が受信部２に至るまでの光路中に備える。反射波Ｒよりも参照波Ｓの方を遅らせることで反射波Ｒと参照波Ｓの分離を容易とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体に電磁波を照射し、電磁波を送波してから物体により反射された電磁波が受波されるまでの時間に基づいて物体までの距離を計測する距離計測装置及び距離計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体に向けて照射した電磁波の送波してから物体により反射された電磁波が受波されるまでの時間に基づいて物体までの距離を計測するタイムオブフライト法による距離計測方法において、送波したパルス状電磁波の一部を既知の距離を経由する参照波とし、物体による反射波と上記参照波とを一つの受信部で受信して両者の受信時刻の時間差から物体までの距離を計測することが特許第２８９６７８２号公報に示されている。
【０００３】
また図２４に示すように参照波Ｓと反射波Ｒとが時間軸上で接近して両者の分離が困難な場合（通常は物体までの距離が近い場合）、両者を明確に分離することができないことから、上記公報では電磁波（光）の到着を遅延させることになる光ファイバーを反射波の光路中に挿入し、反射波と参照波の受信時間差から長さが既知である上記光ファイバーを経由させることによる遅延時間Ｔｄを差し引いた後の時間差Ｔ１を元に物体までの距離を演算することが示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２８９６７８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、物体の反射率は物体の表面の色が白か黒かによって変化し、また物体の表面が拡散反射面か正反射面かによっても変化するために、反射波がかなり微弱となってしまうことが多々あり、このために光損失を増加させることになる光ファイバーを反射波の光路中に挿入して反射波の光路を延長することは、Ｓ／Ｎ比を更に悪化させることになり、このためにアンプの増幅率を大きくしたり、電磁波の照射手段の出力を大きくしなくてはならず、測距装置のコストが高くなる上に装置が複雑化する。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは物体までの距離が近くとも高速高精度な距離計測を行うことができる距離計測装置及び距離計測方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る距離計測装置は、物体に向けてパルス状の電磁波を投射する発信部と、発信部から発信させた電磁波から参照波を分岐させる分岐手段と、投射された電磁波の物体からの反射波と上記参照波とを受信する一つの受信部と、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し該時間差に基づいて物体までの距離を演算する処理部とを備えるとともに、上記参照波が受信部に到達する時刻を所定時間遅延させて物体からの反射波を受信する時刻の後とする遅延手段を参照波が受信部に至るまでの光路中に備えていることに特徴を有している。反射波よりも参照波の方を遅らせることで反射波と参照波の分離を容易としたものである。
【０００８】
電磁波が光である場合、遅延手段には光ファイバーや複数のミラーを用いることができる。
【０００９】
また、遅延手段には参照波を受光する参照波用受信手段と参照波用受信手段の出力信号を遅延させる遅延回路と遅延回路の出力で測距用の受光素子に受光させる参照波を発信する参照波発信部とからなるものを用いてもよい。
【００１０】
遅延手段が遅延させる所定時間を変更する遅延時間変更部を備えているものであってもよく、この場合の遅延時間変更部は、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離に応じて本計測時の遅延時間を変更するものを好適に用いることができる。
【００１１】
参照波の遅延時間の温度によるずれを補償する温度補償手段を備えたものとするのも好ましい。
【００１２】
電磁波が光で場合、受信部が受信する参照波または及び物体からの反射波の光量を調節する光量調節手段を備えたものとしてもよい。この光量調節手段としては、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離もしくは反射波の光量レベルに応じて本計測時の光量調節を行うものを好適に用いることができる。
【００１３】
処理部は受信部での受信をトリガとして発信部からの電磁波の投射を規定回数繰り返して行わせるとともに、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と上記所定時間とから物体までの距離を計測するものであってもよい。
【００１４】
そして本発明に係る距離計測方法は、物体に向けて投射したパルス状の電磁波の物体からの反射波を受信部で受信するとともに、上記電磁波から分岐した参照波を既知の距離を経由する時間に相当する時間だけ遅延させて上記受信部と同じ受信部で受信し、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し、該時間差に基づいて物体までの距離を計測する距離計測方法において、参照波を遅延させる時間を物体からの反射波を受信するまでの時間よりも長い所定時間とし、該所定時間と上記時間差とに基づいて物体までの距離を計測することに特徴を有している。
【００１５】
上記所定時間は、最大測距距離を電磁波が往復する時間よりも長い時間としておくことが好ましいが、物体までの距離に応じて参照波の遅延時間を可変としてもよく、特に参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて物体までの距離の予備計測を行い、次いで参照波の遅延時間を上記予備計測で得られた物体までの距離に応じた時間に変更して該変更した遅延時間だけ参照波を遅延させて物体までの距離の本計測を行うとよい。
【００１６】
パルス状の電磁波の投射を受信部での受信をトリガとして規定回数繰り返して物体からの反射波と参照波とを規定回数受信し、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と上記所定時間とから物体までの距離を計測することも好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２は本発明に係る距離計測装置の概略ブロック図を示しており、図中１は駆動回路部７の出力によりパルス状のレーザ光を発信する半導体レーザなどの発信部であり、発信部１から出力されたパルス状レーザ光は分岐手段であるビームスプリッタ１０によって物体波と参照波とに分岐され、物体波は目的とする物体９に照射され、物体１での反射波はレンズ（図示せず）を経てフォトダイオードなどからなる受信部２に入射する。また、受信部２では上記参照波の受信も行う。なお、参照波と反射波とは異なるタイミングで受信部２に到達するようにしている。
【００１８】
受信部２の出力は増幅回路３において増幅される。そして、マスク部４は参照成分分離マスクと反射成分分離マスクとを発生するとともに、両マスクの発生を切り換えるアナログスイッチやゲート回路を備えたものであり、参照成分分離マスクが発生する期間には参照信号成分のみを通過させ、反射成分分離マスクが発生する期間には反射信号成分のみを通過させる。
【００１９】
マスク部４の出力は計数回路部５に入力される。計数回路部５は時計機能を有して、マスク部４において参照成分分離マスクが選択されている期間においてマスク部４から出力が最初に発生してから計数回路部５がカウントアップするまでの時間と、反射成分分離マスクが選択されている期間においてマスク部４から出力が最初に発生してから計数回路部５がカウントアップするまでの時間とがそれぞれ計時される。計数回路部５のカウントアップの値はあらかじめ設定された規定回数となっており、たとえば「１００００」などの値に設定されている。
【００２０】
ここで、マスク部４において参照成分分離マスクと反射成分分離マスクとのどちらを選択するかは計数回路部５によって制御されており、物体９までの距離の測定開始時には反射成分分離マスクが選択される。反射成分分離マスクが選択されている期間には反射信号成分が計数回路部５に入力され、反射信号成分の個数がカウントアップの値に達すると、計数回路部５からマスク部４に対して参照成分分離マスクを選択するように指示がなされる。
【００２１】
計数回路部５において計時された２つの時間は処理部６に与えられる。参照波の経由距離は既知であることから、処理部６は反射成分分離マスクが選択されている期間に計時された時間と、参照成分分離マスクが選択されている期間に計時された時間と上記規定回数とに基づいて、物体９までの距離を演算することができる。図３に上記動作の概略フローチャートを示す。図中Ｎが規定回数である。なお、上記マスク部４や計数回路部５及び処理部６と、発信部２からのパルス状レーザ光の発信タイミングを制御する駆動回路部７などの動作は本出願人の出願にかかる特開２００１−１２４８５５号公報に詳しいが、このような処理を行うことで、精度の高い距離計測を安価な機材構成で行うことができる。
【００２２】
ここにおいて、物体９までの距離が近い時、本来ならば、前述のように参照波パルスＳと反射波パルスＲとが図１上段に示すように接近して両者の分離が困難となるが、ここではビームスプリッタ１０から受信部２に至る参照波の光路中に、通常であれば反射波パルスＲよりも前に受信することになる参照波パルスＳの受信が反射波パルスＲの後になるように、物体までの距離以上の長さの光ファイバーからなる遅延手段８を挿入し、該遅延手段８によって参照波パルスＲの受信が時間Ｔｄだけ遅くなるようにしている。
【００２３】
つまり、物体９までの距離と比較して十分に長い長さの光ファイバーを遅延手段８として用いて反射波パルスＲが参照波パルスＳと重なることがないタイミングで受信部２に到達するようにしているものであり、このために物体９までの距離が近い場合に距離が測定不能となってしまうことがないものである。
【００２４】
なお、上記遅延時間Ｔｄは遅延手段８である光ファイバーの長さが既知であることから、遅延手段８を挿入していない場合の参照波パルスＳと反射波パルスＲとの到達時刻の時間差Ｔ１は演算で求めることができ、物体９までの距離測定に支障をきたすことはない。
【００２５】
もっとも、参照波パルスＳを遅延させる関係上、物体９までの距離が遠くて反射波パルスＲの到達時刻が参照波パルスＳの到達時刻とほぼ同じ時刻になる場合は逆に反射波パルスＲと参照波パルスＳとが重なって両者を分離できなくなってしまうことから、遅延手段８である光ファイバーの長さは、この距離測定装置による最大測距距離までの距離の２倍の長さ以上としておくことに、つまり最大測距距離を電磁波が往復する時間よりも長い時間だけ参照波パルスＳを遅延させることができるものとしておくことになるが、これでは最大測距距離が長いものでは遅延手段８である光ファイバーの長さが長くなりすぎることになって距離計測装置内に納めておくことが困難となる場合がある。このために、物体９までのおおよその距離（後述する予備測距動作で知るようにしてもよい）に応じて参照波の光路から遅延手段８を外してビームスプリッタ１０で分岐した参照波が遅延手段８を経ることなく受信部２に至るようにしたり、あるいは反射波パルスＲと参照波パルスＳとが重なって両者を分離できない場合に遅延手段８を挿入して測定を行う動作と、遅延手段８を外して測定を行う動作とを切り換える切換手段を設けることも好ましい。また、後述するように遅延時間Ｔｄを変更することができる遅延手段８を用いてもよい。
【００２６】
遅延手段８として光ファイバーを用いる場合、線膨張係数がきわめて小さいもの、例えば石英系光ファイバーを用いることが好ましい。温度による影響を小さくすることができる。また、光ファイバーにはＳＩ型とＧＩ型とがあるが、ＧＩ型を用いることにより、光ファイバーによる遅延時間を正確に設定することができる。
【００２７】
また遅延手段８は、参照波パルスＳが受信手段２に到達する時刻を予め定めた時間だけ遅らせることができるものであれば、どのようなものであってもよく、図４に示すように複数のミラー８０を用いたものや、導波路を用いたものであってもよく、さらには図５に示すように、参照波Ｓを受光する参照波用受信手段８１と、参照波用受信手段８１の出力信号を設定された時間だけ遅延させる遅延回路８２と、遅延回路８２の出力で測距用の受信部２に受光させる参照波Ｓを発信する参照波発信部８３とからなる遅延手段８、すなわち電気的な遅延手段８を用いてもよい。
【００２８】
遅延手段８が光ファイバーである場合、周囲温度による膨張収縮でその長さが変動し、参照波パルスＳの上記遅延時間Ｔｄが変化して測距に影響が出てしまうことから、図６に示すように、温度検出部１１で検出される温度に応じて遅延時間Ｔｄの補正を行う補正回路部１２を設けるとよい。温度変化による影響をリアルタイムで補正することができる。
【００２９】
この温度補正は、図７及び図８（ａ）に示すように、遅延手段８である光ファイバーの受信部２と対向する端部の位置を、温度検出部１１で検出した温度に応じて駆動部１３で変化させることで、光ファイバーの膨張収縮による距離変化を打ち消すようにしたり、図８（ｂ）に示すように、遅延手段８である光ファイバーと受信部２との間に長さが異なる複数種の遅延物１４ａ，１４ｂ，１４ｃを周囲温度に応じて挿入することで、光ファイバーの膨張収縮による距離変化を打ち消すようにしたり、あるいは図８（ｃ）に示すように、屈折率が異なる複数種の遅延物１５ａ，１５ｂ，１５ｃを周囲温度に応じて挿入することで、光ファイバーの膨張収縮による距離変化を打ち消すようにしてもよい。
【００３０】
遅延手段８が前述の電気的に遅延させるものである場合にも、温度に応じて遅延時間を調整する温度補償が有効なのはもちろんであり、また受信部２として用いるフォトダイオードなどの温度補償を行うことも有効である。図９は温度センサである温度検出部１１が周囲温度を検知して出力するアナログデータをＡＤ変換素子を介して取り込んだマイクロコンピュータ（制御手段）が、対応する補償電圧値を出力し、ＤＡ変換素子でアナログデータに変換して補償電源に印加すれば、補償電源が印加された電圧に基づいてフォトダイオードの電圧値を変更するものを示している。
【００３１】
ところで、遅延手段８による遅延時間Ｔｄであるが、この値は前述のように最大測距距離を電磁波が往復する時間よりも長い時間としておくことで、参照波パルスＳと反射波パルスＲとを常に明確に分離することができる状態を保つことができるが、パルス状の電磁波の投射と物体からの反射波Ｒの受信と参照波Ｓの受信とを規定回数Ｎ繰り返し、上記所定時間と時間差の積算値と規定回数Ｎとから物体までの距離を計測する場合、遅延時間Ｔｄを長くしておくと最終的な測距完了までに時間がかかることになる。
【００３２】
このために、遅延時間Ｔｄを変更することができる遅延手段８を用いるとともに、図１０に示すように、参照波Ｓを予め定めた遅延時間Ｔｄ（最大測距距離を電磁波が往復する時間よりも長い時間が好ましい）だけ遅延させて物体までの距離の予備計測を行い、次いで参照波Ｓの遅延時間Ｔｄを上記予備計測で得られた物体までの距離に応じた時間に変更して該変更した遅延時間Ｔｄだけ参照波Ｓを遅延させて物体までの距離の本計測を行うようにしてもよい。本計測時の遅延時間Ｔｄは予備計測時の遅延時間Ｔｄより短くすることができる場合が殆どであるから、規定回数Ｎだけ繰り返すことで正確な距離計測を行う場合に特に有効である。なお、図１０に示すものでは、予備計測時（第１回距離計測時）においても規定回数Ｎだけ繰り返すことを行っているが、繰り返しは本計測時のみとし、予備計測時は繰り返しを行わないように、もしくは繰り返しの回数を少なくしてもよい。
【００３３】
もっとも、遅延時間Ｔｄを変更しても、発信部１からの電磁波の投射の繰り返しタイミングが一定では最終的な測距完了までの時間は殆ど変わらないことになるために、ここでは発信部１からの電磁波の投射の繰り返しは、受信部２による受信（参照波の受信）をトリガとして行うようにしている。図９に示した電気的遅延手段６０は、上記トリガを得るためのものであって、受信部２で受信した反射波Ｒと参照波Ｓとを分離する信号分離手段６１から参照波Ｓの検出信号を受けた遅延手段６０は、予め設定されている繰り返し発信用遅延時間の経過時に発信部１から電磁波の投射を行わせる。図中６３は繰り返し回数のカウント用のカウンターである。なお、受信部２での受信をトリガとして繰り返し用の発信を行わせることは、遅延時間Ｔｄの変更を行わないものでも有効であるのはもちろんである。
【００３４】
遅延時間Ｔｄの変更が可能な遅延手段８としては、たとえば図１１に示すように長さの異なる複数本の光ファイバーとスプリッタである導波路８５とからなるもの、図１２に示すように光スイッチで構成された光路切換器８６と光路長の異なる複数の導波路８５とからなるもの、図１３に示すように光スイッチ８７を内蔵した導波路８５などを好適に用いることができる。電気的に遅延させる遅延手段８を用いている場合は、更に遅延時間Ｔｄの変更が容易となる。
【００３５】
図１４に別の例を示す。これは参照波の光量の調整用の光量調整要素９を設けるとともに、予備計測で得られた反射波の受光信号レベルに応じて（もしくは物体までの距離に応じて）、光量調整要素９による参照波の光量調整度が自動的に変更されるようにすることで、本計測時の参照波信号レベルを反射波信号レベルに合わせることができるようにしたものである。
【００３６】
参照波の前後に生じるノイズ成分のレベルを抑え込むことができるために、ノイズを参照波として誤認識することを防止することができ、信号レベルを合わせることもあって、安定した距離計測を行うことができる。
【００３７】
上記光量調節要素９としては、次のようなものを用いることができる。図１５に示すものは、発信部１から受信部２に至る参照波の光路中に遅延手段８として導波路８５ａ，８５ｂを直列に配置するとともに、小型モータ９０で導波路８５ａを搭載した基板をスライド駆動することで、導波路８５ａ，８５ｂ間の接合部の口径を変化させて光量調節を行うようにしたものである。図中９１は高分解能エンコーダであり、処理部６と駆動回路部７とによって小型モータ９０による変位量の制御を行っている。
【００３８】
図１６は光量調節要素９の他例を示しており、ここでは発信部１と遅延手段８である光ファイバーとの対向距離を小型モータ９４で調整し、受信部２の直前には小型モータ９０による図中上下方向駆動で受信部２に入る光の遮蔽量をコントロールするためのスクリーン９５を配置し、反射波の光量も調整することができるようにしている。このほか、図１７に示すように、液晶フィルター９６を用いて光量調節を行うようにしてもよい。
【００３９】
反射波や参照波に含まれるノイズ成分の低減という点では、図１８に示すように、距離測定に使用する電磁波の波長のみを通過させるバンドパスフィルター９７を受信部２の直前などに配置するとよい。
【００４０】
ノイズ対策としては、前述の受信信号のマスクのほか、受信部２に入る光のマスクも有効である。参照波をマスクする場合についていえば、例えば図１９に示すように、遅延手段８における光の入射口と出射口とに光スイッチなどで構成したゲートＧＩ，ＧＯを配置し、参照波が夫々のゲートＧＩ，ＧＯを通過するタイミングで通常時は閉じているこれらゲートＧＩ，ＧＯを開くのである。ゲートＧＩのみ、もしくはゲートＧＯのみを設けたものであってもよい。
【００４１】
前述の予備計測と本計測とを行うものにおいては、反射波に対してもゲートＧを設けて反射波が通過するタイミングでゲートＧを開閉させることができる。この場合、参照波と異なり、反射波が通過するタイミングは物体までの距離によって変化することから、予備計測時にはゲートＧを開いたままとし、本計測時は図２０に示すようにゲートＧを閉じておき、上記予備計測で得られた反射波到来時刻の前後一定時間だけゲートＧを開くのである。図２１にこの場合の処理フローを示す。
【００４２】
反射波と参照波とが同一のゲートＧ（ＧＯ）を通過するようにしてもよい。図２２に反射波と参照波とが同一のゲートＧＯを通過するものにおけるゲートＧＩ，ＧＯの開閉タイミングを、図２３に処理フローを示す。この場合、ゲートＧＯには反射波と参照波とを受信部２に選択的に導く光スイッチを好適に用いることができる。
【００４３】
以上の各例では、距離計測用の電磁波としてレーザから出力させる光を用いたもので説明したが、光以外の波長域の電磁波を用いたものであってもよい。
【００４４】
また、ノイズの影響を避けるという点においては、この距離計測装置における筐体を樹脂系の材質で構成することも好ましい。電気系部分（特に高圧電源部品）が基板との間で発生させてしまう誘導ノイズの影響を低減することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明の距離計測装置は、物体に向けてパルス状の電磁波を投射する発信部と、発信部から発信させた電磁波から参照波を分岐させる分岐手段と、投射された電磁波の物体からの反射波と上記参照波とを受信する一つの受信部と、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し該時間差に基づいて物体までの距離を演算する処理部とを備えるとともに、上記参照波が受信部に到達する時刻を所定時間遅延させて物体からの反射波を受信する時刻の後とする遅延手段を参照波が受信部に至るまでの光路中に備えているために、反射波よりも参照波の方が遅れて到着することから、物体までの距離が近くて本来ならば反射波と参照波とが重なってしまうような場合にも、反射波と参照波とを容易に分離することができ、しかも反射波を遅延させる場合と比較して、参照波はその強度を強く保つことが容易であり、遅延させることによって損失があったとしても、反射波を遅延させる場合に比較して、測定が困難になるようなことはなく、正確な距離測定を容易に行うことができるものである。
【００４６】
また、電磁波が光である場合、遅延手段に光ファイバーを用いると、遅延時間を長くとることが容易であり、また遅延手段に複数のミラーを用いると、温度変化などの外乱があっても安定した遅延時間を得ることができる。
【００４７】
また、遅延手段には参照波を受光する参照波用受信手段と参照波用受信手段の出力信号を遅延させる遅延回路と遅延回路の出力で測距用の受光素子に受光させる参照波を発信する参照波発信部とからなるものを用いてもよく、この場合、遅延手段をきわめてコンパクトにまとめることができて、小型の距離計測装置を得ることができる。
【００４８】
遅延手段が遅延させる所定時間を変更する遅延時間変更部を備えているものであれば、距離計測に係る時間を物体までの距離に応じて短縮することができる。
【００４９】
この場合の遅延時間変更部が、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離に応じて本計測時の遅延時間を変更するものであれば、最適な遅延時間を物体までの距離の予備計測に応じて設定することができるために、正確な測定を行うことができる。
【００５０】
参照波の遅延時間の温度によるずれを補償する温度補償手段を備えたものとすれば、温度の影響を避けることができる。
【００５１】
電磁波が光で場合、受信部が受信する参照波または及び物体からの反射波の光量を調節する光量調節手段を備えたものとしてもよく、受信部で受けた参照波または反射波の光量レベルを適切な状態に保持することができ、光量調節がノイズの抑制にも有効なこともあって、正確な距離計測を行うことができる。
【００５２】
上記光量調節手段としては、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離もしくは反射波の光量レベルに応じて本計測時の光量調節を行うものが好ましい。適切な光量レベルへの自動設定を行うことができる。
【００５３】
処理部は受信部での受信をトリガとして発信部からの電磁波の投射を規定回数繰り返して行わせるとともに、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と上記所定時間とから物体までの距離を計測するものであってもよい。さほど精度の高くない部品で構成したものにおいても、高精度な距離計測を行うことができるものであり、特に遅延時間を予備計測で得られた物体までの距離に応じて本計測時に遅延時間を変更する場合の発信の繰り返しに際して有効である。
【００５４】
そして本発明に係る距離計測方法は、物体に向けて投射したパルス状の電磁波の物体からの反射波を受信部で受信するとともに、上記電磁波から分岐した参照波を既知の距離を経由する時間に相当する時間だけ遅延させて上記受信部と同じ受信部で受信し、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し、該時間差に基づいて物体までの距離を計測する距離計測方法において、参照波を遅延させる時間を物体からの反射波を受信するまでの時間よりも長い所定時間とし、該所定時間と上記時間差とに基づいて物体までの距離を計測するために、物体までの距離が近くて本来ならば反射波と参照波とが重なってしまうような場合にも、反射波と参照波とを確実に且つ容易に分離することができ、しかも反射波を遅延させる場合と比較して、参照波はその強度を強く保つことが容易であるために参照波を遅延させることによって損失があったとしても、反射波を遅延させる場合に比較して、測定が困難になるようなことはなく、正確な距離測定を容易に行うことができる。
【００５５】
上記所定時間は、最大測距距離を電磁波が往復する時間よりも長い時間としておくことで、最大測距距離内に物体がある場合は参照波が反射波と重なってしまう事態を確実に避けることができる。
【００５６】
物体までの距離に応じて参照波の遅延時間を可変としたならば、距離計測に係る時間の短縮に有効である。
【００５７】
特に参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて物体までの距離の予備計測を行い、次いで参照波の遅延時間を上記予備計測で得られた物体までの距離に応じた時間に変更して該変更した遅延時間だけ参照波を遅延させて物体までの距離の本計測を行うと、測定に要する時間の短縮と測定精度の向上とを図ることができる。
【００５８】
パルス状の電磁波の投射を受信部での受信をトリガとして規定回数繰り返して物体からの反射波と参照波とを規定回数受信し、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と上記所定時間とから物体までの距離を計測するならば、さほど精度の高くない部品で構成したものにおいても、遅延手段の設定の如何にかかわらず高精度な距離計測を確実に行うことができるものであり、特に遅延時間を予備計測で得られた物体までの距離に応じて本計測時に遅延時間を変更する場合の発信の繰り返しに際して有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の動作説明図である。
【図２】同上のブロック回路図である。
【図３】同上の動作のフローチャートである。
【図４】（ａ）（ｂ）は遅延手段の他例の説明図である。
【図５】遅延手段の更に他例におけるブロック回路図である。
【図６】別の例のブロック回路図である。
【図７】更に別の例のブロック回路図である。
【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）は夫々温度補正用の構成例を示す概略図である。
【図９】温度補償に関する他の例のブロック回路図である。
【図１０】他の実施の形態の一例の動作を示すフローチャートである。
【図１１】同上の遅延時間変更の一例の説明図である。
【図１２】同上の遅延時間変更の他例の説明図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の遅延時間変更の更に他例の説明図である。
【図１４】別の例の動作を示すフローチャートである。
【図１５】（ａ）（ｂ）は同上の光量変更手段の一例の概略図である。
【図１６】同上の光量変更手段の他例の概略図である。
【図１７】同上の光量変更手段の更に他例の概略図である。
【図１８】更に別の例のブロック回路図である。
【図１９】（ａ）（ｂ）は他の例のブロック図と動作を示すタイムチャートである。
【図２０】同上の他の例のタイムチャートである。
【図２１】同上の動作を示すフローチャートである。
【図２２】同上の更に他の例のタイムチャートである。
【図２３】同上の動作を示すフローチャートである。
【図２４】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
１　発信部
２　受信部
８　遅延手段
９　物体
Ｒ　反射波パルス
Ｓ　参照波パルス

Claims

物体に向けてパルス状の電磁波を投射する発信部と、発信部から発信させた電磁波から参照波を分岐させる分岐手段と、投射された電磁波の物体からの反射波と上記参照波とを受信する一つの受信部と、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し該時間差に基づいて物体までの距離を演算する処理部とを備えるとともに、上記参照波が受信部に到達する時刻を所定時間遅延させて物体からの反射波を受信する時刻の後とする遅延手段を参照波が受信部に至るまでの光路中に備えていることを特徴とする距離計測装置。
電磁波が光であるとともに遅延手段は光ファイバーであることを特徴とする請求項１記載の距離計測装置。
電磁波が光であるとともに遅延手段は複数のミラーであることを特徴とする請求項１記載の距離計測装置。
遅延手段は参照波を受光する参照波用受信手段と参照波用受信手段の出力信号を遅延させる遅延回路と遅延回路の出力で測距用の受光素子に受光させる参照波を発信する参照波発信部とからなることを特徴とする請求項１記載の距離計測装置。
遅延手段は遅延させる所定時間を変更する遅延時間変更部を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の距離計測装置。
遅延時間変更部は、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離に応じて本計測時の遅延時間を変更するものであることを特徴とする請求項５記載の距離計測装置。
参照波の遅延時間の温度によるずれを補償する温度補償手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の距離計測装置。
電磁波が光であるとともに受信部が受信する参照波または及び物体からの反射波の光量を調節する光量調節手段を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の距離計測装置。
光量調節手段は、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離もしくは反射波の光量レベルに応じて本計測時の光量調節を行うものであることを特徴とする請求項８記載の距離計測装置。
処理部は受信部での受信をトリガとして発信部からの電磁波の投射を規定回数繰り返して行わせるとともに、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と前記所定時間とから物体までの距離を計測するものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の距離計測装置。
物体に向けて投射したパルス状の電磁波の物体からの反射波を受信部で受信するとともに、上記電磁波から分岐した参照波を既知の距離を経由する時間に相当する時間だけ遅延させて上記受信部と同じ受信部で受信し、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し、該時間差に基づいて物体までの距離を計測する距離計測方法において、参照波を遅延させる時間を物体からの反射波を受信するまでの時間よりも長い所定時間とし、該所定時間と上記時間差とに基づいて物体までの距離を計測することを特徴とする距離計測方法。
上記所定時間を、最大測距距離を電磁波が往復する時間よりも長い時間としていることを特徴とする請求項１１記載の距離計測方法。
物体までの距離に応じて参照波の遅延時間を可変としていることを特徴とする請求項１１または１２記載の距離計測方法。
参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて物体までの距離の予備計測を行い、次いで参照波の遅延時間を上記予備計測で得られた物体までの距離に応じた時間に変更して該変更した遅延時間だけ参照波を遅延させて物体までの距離の本計測を行うことを特徴とする請求項１３記載の距離計測方法。
パルス状の電磁波の投射を受信部での受信をトリガとして規定回数繰り返して物体からの反射波と参照波とを規定回数受信し、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と上記所定時間とから物体までの距離を計測することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかの項に記載の距離計測方法。