JP2018036144A - System and method for measuring distance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物までの距離を計測する光飛行型距離計測の技術に関する。 The present invention relates to an optical flight type distance measurement technique for measuring a distance to an object.
距離検出装置には、複数のカメラを用いるステレオ方式や、パターン投影する方式などがあるが、比較的小型で精度が良く処理速度が速い手法として光飛行型距離計測(TOF:Time of Flight)方式を用いたものがある。TOF方式とは、距離計測の対象とする空間に強度変調した光を照射し、その反射光が受光器に到達するまでの時間計測を行う方式であり、遅延時間を直接検出する直接法、遅延時間を変調周波数の位相ズレとして検出する間接法等が知られている。 The distance detection device includes a stereo method using a plurality of cameras and a pattern projection method. A light-of-flight distance measurement (TOF: Time of Flight) method is a relatively small method with high accuracy and high processing speed. There is a thing using. The TOF method is a method of measuring the time until the reflected light reaches the light receiver by irradiating the space whose distance is to be measured with intensity-modulated light. An indirect method for detecting time as a phase shift of a modulation frequency is known.
変調光を利用するTOF方式の距離計測装置で、特に所定範囲の2次元距離画像を取得する装置系において、複数の装置を使用する場合、別の距離計測装置から照射した強度変調光の反射光が自ら照射した強度変調光と同時に受光器で検出される。したがって、受光変調光にクロストークが発生し、距離計測値の検出値に誤差が発生するという問題がある。 When a plurality of devices are used in a TOF-type distance measuring device that utilizes modulated light, particularly in a device system that acquires a two-dimensional distance image in a predetermined range, reflected light of intensity-modulated light emitted from another distance measuring device Is detected by the light receiver simultaneously with the intensity-modulated light irradiated by itself. Therefore, there is a problem that crosstalk occurs in the received light modulation light and an error occurs in the detected value of the distance measurement value.
その対応策として、特許文献1には、装置内で照射領域別に時分割発光を行い他装置との光学クロストークを低減する手法が開示されている。
As a countermeasure,
しかしながら、特許文献1に開示されるような時分割発光の技術では、十分な効果を得る為に同期性を確保した場合、連続する距離画像を得るために要する時間が多くなり、距離画像更新速度の低下を招かざるを得ない状態になる。そこで、本発明は、複数装置の使用によるクロストークの影響を回避し、より高精度な距離画像の取得を目的とする。
However, in the technique of time-division emission as disclosed in
上記課題を解決するために、本発明は、変調光を照射する照射手段と、該照射手段が照射した変調光の反射光を受光する受光手段と、受光手段による反射光の受光を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて光の飛行時間を計測し、対象物までの距離を算出する算出手段とを有する第1の距離計測装置および第2の距離計測装置を備える距離計測システムであって、前記第1の距離計測装置の前記変調光の第1の変調周波数をf1、周期をT1、前記第2の距離計測装置の前記変調光の第2の変調周波数をf2、周期をT2としたときに、n1×f1=n2×f2 n1,n2:自然数、かつ、n1≠n2を満たし、前記第1の距離計測装置は、発光周期T1を3または4分割する複数タイミングの各々において、第2の変調周波数f2との相対位相状態がそれぞれ異なるn2個の位相状態を所定時間幅で受光検出し、該n2個の受光検出をk1回(ただしk1は自然数)行う第1の検出手段と、90°位相差信号の算出値に基づき第1の距離計測装置の対象物までの距離を算出する第1の算出手段と、を備え、第2の距離計測装置は、発光周期T2を3または4分割する複数タイミングの各々において、前記第1の変調周波数f1との相対位相状態がそれぞれ異なるn1個の位相状態を所定時間幅で受光検出し、該n1個の受光検出をk2回(ただしk2は自然数)行う第2の検出処理手段と、90°位相差信号の算出値に基づき第2の距離計測装置の対象物までの距離を算出する第2の算出手段と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides an irradiation unit that emits modulated light, a light receiving unit that receives reflected light of the modulated light emitted by the irradiation unit, and a detection that detects reception of reflected light by the light receiving unit. A distance measurement device comprising: a first distance measurement device and a second distance measurement device comprising: means; and a calculation means for measuring a flight time of light based on a detection result of the detection means and calculating a distance to the object. In the system, the first modulation frequency of the modulated light of the first distance measuring device is f 1 , the period is T 1 , and the second modulation frequency of the modulated light of the second distance measuring device is f 2 , when the period is T 2 , n 1 × f 1 = n 2 × f 2 n 1 , n 2: a natural number and n 1 ≠ n 2 is satisfied, and the first distance measuring device emits light in each of the timing of the
以上の構成によれば、本発明では、複数装置の使用によるクロストークの影響を回避し、より高精度な距離画像の取得することができる。 According to the above configuration, in the present invention, it is possible to avoid the influence of crosstalk due to the use of a plurality of devices, and to acquire a more accurate range image.
図1は、本実施形態に係る光飛行型距離計測システムの構成を示す概略図である。図1に示すように、光飛行型距離計測システムは、第1の光飛行型距離計測装置、及び第2の光飛行型距離計測装置により構成され、それぞれの光飛行型距離計測装置は同様の構成を有している。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an optical flight type distance measuring system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the optical flight-type distance measurement system includes a first optical flight-type distance measurement device and a second optical flight-type distance measurement device. It has a configuration.
光照射部10は、LEDやレーザー等の光源11、レンズ或いは拡散板等光照射領域を制定する光学部材12を備え、光源変調部13をコントローラ14で制御することにより、対象体(対象物)15の領域に変調光を照射する構成をとる。また、対象体で反射された散乱反射光は、集光する集光レンズ17を介し、所定領域からの反射光を受光素子アレイ18上に集光する受光部16を備える。前記受光部は、照射された光の発光波長に検出波長フィルタが対応されている。そして、受光、光電変換された電気信号処理を行う受光検出処理部(検出手段)19、受光検出処理部19の検出信号より対象体までの距離を算出する距離算出処理部(算出手段)20を備える。
The
次に、図2を用いて、各光飛行型距離計測装置における、光飛行による遅延時間を変調周波数の位相遅れとして検出する間接法検出原理の基本的な概念を説明する。ここでは、位相遅れ検出として最も理想的な変調波形である正弦波状の変調光を例に挙げ説明する。図2(A)において、a)変調制御信号、b)照射変調光、c)受光変調光+環境光の時間変化を示すタイミングチャートである。変調周波数は対象となる計測距離範囲、対象反射率等により適用値を変更することが望ましいが、通常、5m前後を測定対象とする場合は、30MHz前後となる。c)受光変調光+環境光では、変調周波数に対して、DC光、或いは変化の遅いDC光的外部環境光も併せて検出される。b)照射変調光、c)受光変調光+環境光は、理想的には、下記の数式1、数式2のように表現される。
Next, the basic concept of the indirect method detection principle for detecting the delay time due to optical flight as the phase delay of the modulation frequency in each optical flight type distance measuring device will be described with reference to FIG. Here, sinusoidal modulated light, which is the most ideal modulation waveform for phase delay detection, will be described as an example. FIG. 2A is a timing chart showing temporal changes of a) modulation control signal, b) irradiation modulated light, and c) received light modulated light + environment light. Although it is desirable to change the applied value of the modulation frequency according to the target measurement distance range, target reflectance, and the like, it is usually around 30 MHz when the measurement target is around 5 m. c) In the received light modulated light + environment light, DC light or DC light external environment light whose change is slow with respect to the modulation frequency is also detected. b) Irradiation modulated light and c) Light reception modulated light + environment light are ideally expressed as the following
b(t)=α[1+sin(2πft)] (数式1)
ここで、fは変調周波数、αは中心光強度である。
b (t) = α [1 + sin (2πft)] (Formula 1)
Here, f is the modulation frequency and α is the central light intensity.
c(t)=BG(t)+αβ[1+sin(2πft−θ)] (数式2)
ここで、BG(t)は環境光、βは反射光効率、θは飛行時間位相遅れである。
c (t) = BG (t) + αβ [1 + sin (2πft−θ)] (Formula 2)
Here, BG (t) is the ambient light, β is the reflected light efficiency, and θ is the flight time phase delay.
図2(A)において、A0、A90、A180、A270は、1つの受光素子において照射変調光の所定基準に対して4等分割した検出位相タイミングを示しており、これらの変調位相タイミングで4相の反射光を検出する。各反射光の検出タイミングにおいて反射光の検出時間幅は特に規定されるものではなく、所定時間幅を設定すればよい。しかし、検出光量の振幅値を考慮すると変調周期の1/2とすることが一般的である。変調周期の1/2の受光検出時間とし、1/f=Tとすると、A0は以下の数式3のように表現できる。なお、受光検出時間となる積分期間は照射変調光との相対的な位相状態を示している。
In FIG. 2A, A 0 , A 90 , A 180 , and A 270 indicate detection phase timings that are divided into four equal parts with respect to a predetermined reference of irradiation modulated light in one light receiving element. Four-phase reflected light is detected at the timing. The detection time width of the reflected light is not particularly defined at the detection timing of each reflected light, and a predetermined time width may be set. However, in consideration of the amplitude value of the detected light quantity, it is general that the modulation period is ½. Assuming that the received light detection time is ½ of the modulation period and 1 / f = T, A 0 can be expressed as in the following
A90、A180、A270に関しても、以下の数式3,4,5のように同様に表現できる。
A 90 , A 180 , and A 270 can be expressed in the same manner as the following
実際の計測処理においては、A0、A90、A180、A270それぞれ複数の区間に亘り検出し、対象物の移動等の動的変化との兼ね合いも考慮し、加算、平均等のSN特性を向上させる処理を実施する。さらに、検出信号A0とA180、A90とA270は被信号成分が逆相になり、かつ、外部環境光等は、変調周波数に対して変化が緩やかなため、DC成分光として扱うことが可能となる。したがって、A0とA180の差動(A0−A180)、A90とA270の差動(A90−A270)を取ることで、環境光等DC成分を除去した受光変調光成分のみの抽出が可能となり、差動検出によりSN向上にも寄与する。そして、差動信号(A0−A180)、(A90−A270)は光飛行時間(位相遅れ)に対応して、図2(B)に示すような90°位相差の2相信号となる。 In actual measurement processing, A 0 , A 90 , A 180 , and A 270 are detected over a plurality of sections, and the SN characteristics such as addition and average are taken into consideration in consideration of dynamic changes such as movement of the object. To improve the process. Furthermore, the detected signals A 0 and A 180 , A 90 and A 270 are treated as DC component light because the signal component is out of phase and the external environment light etc. changes slowly with respect to the modulation frequency. Is possible. Therefore, by taking the differential of A 0 and A 180 (A 0 -A 180 ) and the differential of A 90 and A 270 (A 90 -A 270 ), the received light modulated light component from which the DC component such as ambient light is removed Extraction is possible, and it contributes to SN improvement by differential detection. The differential signals (A 0 -A 180 ) and (A 90 -A 270 ) correspond to the light flight time (phase delay), and are two-phase signals having a phase difference of 90 ° as shown in FIG. It becomes.
また、光飛行時間(位相遅れ)に対応する差動信号(A0−A180)、(A90−A270)のリサージュ波形は、図2(C)のようになる。そのため、差動信号(A0−A180)と(A90−A270)との逆正接演算を行うことで、照射変調光に対する受光変調光の光飛行時間(位相遅れ)に相当する位相状態θを算出することができる。したがって、位相遅れθは以下の数式7のように表記できる。
θ=ATAN2[(A90−A270),(A0−A180)] (数式7)
Further, the Lissajous waveforms of the differential signals (A 0 -A 180 ) and (A 90 -A 270 ) corresponding to the light flight time (phase delay) are as shown in FIG. Therefore, a phase state corresponding to the light flight time (phase delay) of the received modulated light with respect to the irradiation modulated light by performing an arctangent calculation of the differential signals (A 0 -A 180 ) and (A 90 -A 270 ). θ can be calculated. Therefore, the phase delay θ can be expressed as in the following Equation 7.
θ = ATAN2 [(A 90 −A 270 ), (A 0 −A 180 )] (Formula 7)
ここで、ATAN2[y,x]は、象限を判別して±π位相に変換する逆正接演算関数である。これにより、照射変調光と受光変調光との光飛行時間に相当する位相遅れが検出され、この位相遅れθと光速cとから、反射対象物までの距離は、以下の数式8により算出することができ、図2(D)に示す関係になる。 Here, ATAN2 [y, x] is an arctangent calculation function that discriminates the quadrant and converts it to ± π phase. Thereby, a phase lag corresponding to the light flight time between the irradiation modulated light and the received light modulated light is detected, and the distance to the reflection object is calculated from the phase lag θ and the speed of light c by the following formula 8. The relationship shown in FIG.
以降説明する実施例においては、上述した検出処理を処理アルゴリズムの基本として説明を行う。ただし、前述したように、光強度変調光の種別は上述した正弦波に限定されるものではない。例えば、パルス光、三角波光等も考えられ、検出処理原理も照射光に対すると反射検出光の各検出位相タイミングでの光量比、象限判別より位相遅れを算出すれば、上述の説明と同様に反射対象物の距離算出が可能となる。また、上記受光検出時間に相当する積分期間も1/2Tに限定されるものではなく、一部の条件下を除けば、任意の積分期間に対して上記説明が成立する。 In the embodiments described below, the detection process described above will be described as the basis of the processing algorithm. However, as described above, the type of light intensity modulated light is not limited to the sine wave described above. For example, pulsed light, triangular wave light, etc. can be considered, and if the detection processing principle is also based on the irradiation light, if the light intensity ratio at each detection phase timing and the phase lag are calculated from quadrant discrimination, the reflected light will be reflected as described above. The distance of the object can be calculated. Further, the integration period corresponding to the light reception detection time is not limited to 1 / 2T, and the above description is valid for an arbitrary integration period except for some conditions.
以降の実施例では、本実施形態の特徴となる、第1の光飛行型距離計測装置の第1の変調周波数f1(発光周期:T1)と、第2の光飛行型距離計測装置の第2の変調周波数f2(発光周期:T2)との関係が、
n1×f1=n2×f2 n1,n2:自然数、かつ、n1≠n2
である条件において、さらに以下に示す幾つかのn2/n1条件、サンプリング位相条件を例にとり説明を行う。
In the following examples, the first modulation frequency f 1 (light emission period: T 1 ) of the first optical flight type distance measurement device and the second optical flight type distance measurement device, which are features of the present embodiment, are used. The relationship with the second modulation frequency f 2 (light emission period: T 2 ) is
n 1 × f 1 = n 2 × f 2 n 1 , n 2: natural number and n 1 ≠ n 2
In the following description, some n 2 / n 1 conditions and sampling phase conditions will be described as examples.
「実施例1」では、n2/n1が奇数値以外であり、検出する複数のタイミング位相を4等分割位相とする実施例に関して説明する。 In “Example 1”, an example in which n 2 / n 1 is other than an odd value and a plurality of timing phases to be detected are set to four equally divided phases will be described.
「実施例2」では、n2/n1が奇数値であり、検出する複数のタイミング位相を4分割位相とする実施例に関して説明する。(「実施例1」以外の4分割検出)
「実施例3」では、n2/n1が自然数でない、或いは3の倍数であり、検出する複数のタイミング位相を3等分割位相とする実施例に関して説明する。
In “Example 2”, an example in which n 2 / n 1 is an odd value and a plurality of timing phases to be detected are divided into four phases will be described. (Detection of 4 divisions other than “Example 1”)
In “Example 3”, an example in which n 2 / n 1 is not a natural number or a multiple of 3 and a plurality of timing phases to be detected are divided into three equal phases will be described.
「実施例4」では、n2/n1が自然数かつ3の倍数以外であり、検出する複数のタイミング位相を3等分割位相とする実施例に関して説明する。(「実施例3」以外の3分割検出) In “Embodiment 4,” an example in which n 2 / n 1 is a natural number and other than a multiple of 3 and a plurality of timing phases to be detected are divided into three equal phases will be described. (Detection in three divisions other than “Example 3”)
「実施例5」では、光飛行型距離計測装置を同一空間で3つ使用する場合、内2つのn2/n1が全て自然数である実施例に関して説明する。 In “Example 5”, when three optical flight-type distance measuring devices are used in the same space, an example in which two n 2 / n 1 are all natural numbers will be described.
(実施例1)
実施例1では、第1の光飛行型距離計測装置の第1の変調周波数:f1(周期:T1)と、第2の光飛行型距離計測装置の第2の変調周波数:f2(周期:T2)との関係が、
n1×f1=n2×f2 n1,n2:自然数、かつ、n1≠n2
である条件下において、n2/n1が奇数値以外のn1=2、n2=3であり、検出する複数のタイミング位相が4等分割位相(0°、90°、180°、270°)である例について図3、図4を用いて説明する。図3は、本実施例における第1の距離計測装置におけるタイミング図、図4は第2の距離計測装置におけるタイミング図である。
Example 1
In the first embodiment, the first modulation frequency: f 1 (period: T 1 ) of the first optical flight type distance measuring device and the second modulation frequency: f 2 (second optical flight type distance measurement device). Period: T 2 )
n 1 × f 1 = n 2 × f 2 n 1 , n 2: natural number and n 1 ≠ n 2
N 2 / n 1 is n 1 = 2 and n 2 = 3 other than odd numbers, and a plurality of timing phases to be detected are divided into four equally divided phases (0 °, 90 °, 180 °, 270 An example) is described with reference to FIGS. FIG. 3 is a timing chart in the first distance measuring device in this embodiment, and FIG. 4 is a timing chart in the second distance measuring device.
図3、図4において、A0、A90、A180、A270は各光飛行型距離計測装置における反射光の時間変化のタイミング図を示している。図中、点線は第1の光飛行型距離計測装置のみ存在する場合の受光変調波形を、破線は第2の光飛行型距離計測装置のみ存在する場合の受光変調波形を示している。また、実線は第1、第2の光飛行型距離計測装置が共存する場合で第1、第2の変調周波数が重畳された受光変調波形を示している。したがって、各装置においては、実線で示すような第1、第2の変調周波数が重畳された強度変調光を受光検出する。 3 and 4, A 0 , A 90 , A 180 , and A 270 show timing diagrams of the time change of reflected light in each optical flight type distance measuring device. In the figure, a dotted line indicates a light reception modulation waveform when only the first optical flight type distance measurement device exists, and a broken line indicates a light reception modulation waveform when only the second optical flight type distance measurement device exists. A solid line indicates a received light modulation waveform in which the first and second modulation frequencies are superimposed in the case where the first and second optical flight distance measuring devices coexist. Accordingly, each device receives and detects intensity-modulated light on which the first and second modulation frequencies as indicated by the solid line are superimposed.
この状態において、図3を用いて、第1の装置における検出処理方法に関して説明する。図中、第1の装置での0°、90°、180°、270°の検出サンプリングのタイミングを、それぞれf1_A0、f1_A90、f1_A180、f1_A270と示している。また、図中、グレイで示す部分は各サンプリング位相における検出時間領域を示している。すなわち、f1_A0、f1_A90、f1_A180、f1_A270において、検出タイミング位相が90°ずつずれた形態となる。 In this state, a detection processing method in the first apparatus will be described with reference to FIG. In the figure, the detection sampling timings of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° in the first apparatus are indicated as f 1 _A 0 , f 1 _A 90 , f 1 _A 180 , and f 1 _A 270 , respectively. Yes. Further, in the drawing, a gray portion indicates a detection time region in each sampling phase. That is, the detection timing phase is shifted by 90 ° at f 1 _A 0 , f 1 _A 90 , f 1 _A 180 , and f 1 _A 270 .
本実施例では、n1=2、n2=3であるため、第1の装置では第2の装置の変調周波数と相対位相関係がそれぞれ異なるn2:3個のサンプリングの検出範囲(n1.1)を最小検出単位に設定する。さらに、SN比の改善の為、自然数k1セット(n2.1、n2.2〜n2.k1)のサンプリング検出をf1_A0、f1_A90、f1_A18、f1_A270に対して実施する。この検出処理方法において、被検出信号の周波数f1成分のみを抽出する原理に関して説明を加える。先に説明した方法で第1の受光変調光+環境光は、数式9のように表現できる。
c1(t)=BG1(t)+α1β1[1+sin(2πf1t−θ1)]+
α2β12[1+sin(2πf2t−θ12)] (数式9)
In this embodiment, since n 1 = 2 and n 2 = 3, in the first device, n 2 : 3 sampling detection ranges (n 1 ) having different modulation frequencies and relative phase relationships of the second device. .1) is set as the minimum detection unit. Furthermore, for the improvement of the SN ratio, a natural number k 1 set (n 2 .1, n 2 .2~n 2 .k 1)
c 1 (t) = BG 1 (t) + α 1 β 1 [1 + sin (2πf 1 t−θ 1 )] +
α 2 β 12 [1 + sin (2πf 2 t−θ 12 )] (Formula 9)
ここで、f1は第1装置の変調周波数、α1は第1装置の変調中心光強度、BG1(t)は第1装置の環境光、β1は第1装置の反射光効率、θ1は第1装置の飛行時間位相遅れ、f2は第2装置の変調周波数である。また、α2は第2装置の変調中心光強度、β12は第1の装置での第2装置照射光の反射光効率、θ12は第1の装置での第2装置照射光/反射光の飛行時間位相遅れである。 Here, f 1 is the modulation frequency of the first device, α 1 is the modulation center light intensity of the first device, BG 1 (t) is the ambient light of the first device, β 1 is the reflected light efficiency of the first device, θ 1 delayed flight time phase of the first device, f 2 is the modulation frequency of the second device. Α 2 is the modulation center light intensity of the second device, β 12 is the reflected light efficiency of the second device irradiation light in the first device, and θ 12 is the second device irradiation light / reflected light in the first device. The flight time phase delay.
これら表記の下、本例でのf1_A0の受光検出時間における、第2の装置のf2と相対位相が異なるn2個(3個)の検出位相はf1_の連続する相対位相0、T1、2T1として数式10のように表現できる。
Under these notations, in the light reception detection time of f 1 _A 0 in this example, n 2 (three) detection phases different in relative phase from f 2 of the second device are consecutive relative phases of f 1 _. It can be expressed as
ここで、数式10の各積分項内の第2の装置からの照射光の反射検出光である第3項目は、第1、第2の周波数の関係がn1×f1=n2×f2、n1=2、n2=3であり、T1=n1/n2T2=2/3T2の関係にある。そのため、数式11のように変換できる。
Here, the third item, which is the reflected detection light of the irradiation light from the second device in each integral term of
さらに式11において、第2項の積分項に注目すると下記数式12となり、数式11の第2項の積分項は「0」になる。また、積分期間にも依存しないことが判る。
Further, in
したがって、数式11に示した第2の装置からの受光の積分項は、第2の装置の変調中心光強度α2と第1の装置での第2装置照射光の反射光効率β12との積である受光平均光量α2β12であるDC光の積分値となる。そのため、第2の装置からのからの照射/反射光の位相遅れ状態θ12に依存せず、積分期間のみ依存するにDC値の形態となる。f1_A90、f1_A180、f1_A270に関しても同様に、第2の装置からの光飛行時間に相当するθ12に依存せず、積分期間のみに依存する積分DC値の形態となる。
Therefore, the integral term of light reception from the second device shown in
その結果、逆正接演算に適用する(f1_A0−f1_A180)、(f1_A90−f1_A270)に関して、第2の装置からの積分DC値も差動キャンセルされ、図3(B)に示すような、検出値が飛行時間に依存する2相正弦波となる。したがって、逆正接演算結果は第1の装置からの反射光のみを反映し、第2の装置からのクロストークを回避した位相差検出結果となり、第1の装置での対象物からの光飛行時間の算出が可能となり、光速cとの関係より対象物間距離を計測することが可能となる。 As a result, with respect to (f 1 _A 0 −f 1 _A 180 ) and (f 1 _A 90 −f 1 _A 270 ) applied to the arc tangent calculation, the integrated DC value from the second device is also differentially canceled, and FIG. As shown in 3 (B), the detected value is a two-phase sine wave depending on the flight time. Accordingly, the arc tangent calculation result reflects only the reflected light from the first device and becomes a phase difference detection result that avoids crosstalk from the second device, and the time of flight from the object in the first device. And the distance between the objects can be measured from the relationship with the speed of light c.
さらに、f1_A0、f1_A90、f1_A180、f1_A270の積分期間は同じである。そのため、積分期間中の環境光の変化が十分小さい検出領域では、積分期間に依存することなく(f1_A0−f1_A180)、(f1_A90−f1_A270)のDC成分はキャンセルされる。また、ATAN2[(f1_A90−f1_A270)/(f1_A0−f1_A180)]も積分期間に依存することなく基本的には同一の値となる。
Furthermore, the integration periods of f 1 _A 0 , f 1 _A 90 , f 1 _A 180 , and f 1 _A 270 are the same. Therefore, in the detection region in which the change in the ambient light during the integration period is sufficiently small, the DC component of (f 1 _A 90 -f 1 _A 270 ) does not depend on the integration period (f 1 _A 0 -f 1 _A 180 ). Will be cancelled. Further, the same value is basically independent of the ATAN2 [(f 1 _A 90 -f 1 _A 270) / (
加えて、これら検出をk1回繰り返すことで検出信号のSN比を向上させることができる。k1の繰返しシーケンスは特に規定されるものではなく、f1_A0、f1_A90、f1_A180、f1_A270をそれぞれk1回の検出を順次行ってもよい。或いは、(f1_A0、f1_A90、f1_A180、f1_A270)の一連の検出をk1回繰り返す等、他のシステム制約等と併せたシーケンスで検出を行えばよい。
In addition, the SN ratio of the detection signal can be improved by repeating these detections k 1 times. repeating sequence of k 1 is not particularly defined, f 1 _A 0, f 1 _A 90,
次に、図4を用いて、第2の装置における検出処理方法に関して説明する。図4において、第2の装置での0°、90°、180°、270°の検出サンプリングのタイミングを、それぞれf2_A0、f2_A90、f2_A180、f2_A270と示している。図中、グレイ色の部分は各サンプリング位相における受光検出時間領域を示している。すなわち、f2_A0、f2_A90、f2_A180、f2_A270において、検出タイミングが90°ずつずれた形態となる。本例では、n1=2、n2=3であるため、本実施形態の特徴として、第2の装置では第1の装置の変調周波数と相対位相関係がそれぞれ異なるn1個(2個)のサンプリングの検出範囲(n2.1)を最小検出単位に設定する。さらに、SN比の改善の為、自然数k2セット(n1.1、n1.2〜n1.k2)のサンプリング検出をf2_A0、f2_A90、f2_A180、f2_A270に対して実施する。
Next, a detection processing method in the second apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the detection sampling timings of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° in the second apparatus are respectively indicated as f 2 _A 0 , f 2 _A 90 , f 2 _A 180 , and f 2 _A 270. ing. In the figure, the gray portion indicates the light reception detection time region in each sampling phase. That is, the detection timing is shifted by 90 ° at f 2 _A 0 , f 2 _A 90 , f 2 _A 180 , and f 2 _A 270 . In this example, since n 1 = 2 and n 2 = 3, as a feature of the present embodiment, the second device has n 1 (2) different modulation frequencies and relative phase relationships of the first device. to set the detection range of the sampling of (
この検出処理方法において、被検出信号の周波数f2成分のみを抽出する原理に関して説明を加える。第1の装置における受光検出に関して上述した内容と同様に、第2の受光変調光+環境光も、数式9と同様に、数式13のように表現できる。
c2(t)=BG2(t)+α1β21[1+sin(2πf1t−θ21)]+
α2β2[1+sin(2πf2t−θ2)] (数式13)
In this detection processing method, adding a description with respect to the principle of extracting only the frequency f 2 component of the detected signal. Similar to the above-described contents regarding the light reception detection in the first device, the second light reception modulated light + environment light can be expressed as
c 2 (t) = BG 2 (t) + α 1 β 21 [1 + sin (2πf 1 t−θ 21 )] +
α 2 β 2 [1 + sin (2πf 2 t−θ 2 )] (Formula 13)
ここで、f1は第1装置の変調周波数、α1は第1装置の変調中心光強度、β21は第2の装置での第1装置照射光の反射光効率、θ21は第2の装置での第1装置照射光/反射光の位相遅れ、f2は第2装置の変調周波数である。また、α2は第2装置の変調中心光強度、BG2(t)は第2装置の環境光、β2は第2装置の反射光効率、θ2は第2装置の飛行時間位相遅れである。 Here, f 1 is the modulation frequency of the first device, α 1 is the modulation center light intensity of the first device, β 21 is the reflected light efficiency of the first device irradiation light in the second device, and θ 21 is the second the first device irradiating light / reflected light phase at the device delay, f 2 is the modulation frequency of the second device. Also, α 2 is the modulation center light intensity of the second device, BG 2 (t) is the ambient light of the second device, β 2 is the reflected light efficiency of the second device, and θ 2 is the time-of-flight phase delay of the second device. is there.
これら表記の下、本実施例でのf2_A0の受光検出時間における、第1の装置のf1と相対位相が異なるn1:2個の検出位相はf2_の連続する相対位相0、T2として数式14のように表現できる。
Under these notations, in the light reception detection time of f 2 _A 0 in the present embodiment, n 1 : the two detected phases are different in relative phase from f 1 of the first device: the relative phase 0 in which f 2 _ is continuous. , T 2 can be expressed as in
ここでも、第1の装置での説明と同様に、数式14の各積分項内の第1の装置からの照射光の反射検出光である第2項目は、第1、第2の周波数の関係がn1×f1=n2×f2、n1=2、n2=3でT2=n2/n1T1=3/2T1の関係にある。そのため、数式15のように変換できる。
Here, as in the description of the first device, the second item, which is the reflected detection light of the irradiation light from the first device in each integral term of
さらに、数式15において第2項の積分項に注目すると、以下の数式16となり、式15の第2項の積分項は半周期遅れの加算で「0」になり、また、積分期間にも依存しないことが判る。
Further, when attention is paid to the integral term of the second term in Equation 15, the following
したがって、数式15に示した第1の装置からの受光の積分項は、第1の装置の変調中心光強度α1と第1の装置での第1装置照射光の反射光効率β21との積である受光平均光量α1β21のDC光積分値となる。これは、第1の装置からの照射/反射光の位相状態θ21に依存せず、積分期間のみ依存するにDC値の形態となる。 Therefore, the integral term of light reception from the first device shown in Formula 15 is the modulation center light intensity α 1 of the first device and the reflected light efficiency β 21 of the first device irradiation light in the first device. It becomes the DC light integral value of the received light average light quantity α 1 β 21 which is the product. This does not depend on the phase state θ 21 of the irradiation / reflection light from the first device, but takes the form of a DC value depending only on the integration period.
その結果、逆正接演算に適用する(f2_A0−f2_A180)、(f2_A90−f2_A270)に関して、第1の装置からの積分DC値も差動キャンセルされ、図4(B)に示すような、検出値が飛行時間に依存する2相正弦波となる。したがって、逆正接演算結果は第2の装置からの反射光のみを反映し、第1の装置からのクロストークを回避した位相差検出結果となり、第2の装置での対象物からの光飛行時間の算出が可能となり、光速cとの関係より対象物間距離を計測することが可能となる。 As a result, with respect to (f 2 _A 0 −f 2 _A 180 ) and (f 2 _A 90 −f 2 _A 270 ) applied to the arc tangent calculation, the integrated DC value from the first device is also differentially canceled. As shown in 4 (B), the detected value is a two-phase sine wave depending on the flight time. Therefore, the arc tangent calculation result reflects only the reflected light from the second device, becomes a phase difference detection result that avoids crosstalk from the first device, and the optical flight time from the object in the second device. And the distance between the objects can be measured from the relationship with the speed of light c.
さらに、f2_A0、f2_A90、f2_A180、f2_A270の積分期間は同じである。そのため、積分期間中の環境光の変化が十分小さい検出領域では、積分期間に依存することなく(f2_A0−f2_A180)、(f2_A90−f2_A270)のDC成分はキャンセルされる。また、ATAN2[(f2_A90−f2_A270)/(f2_A0−f2_A180)]も積分期間に依存することなく基本的には同一の値となる。 Furthermore, the integration periods of f 2 —A 0 , f 2 —A 90 , f 2 —A 180 , and f 2 —A 270 are the same. Therefore, in the detection region where the change in ambient light during the integration period is sufficiently small, the DC component of (f 2 _A 0 -f 2 _A 180 ) and (f 2 _A 90 -f 2 _A 270 ) is independent of the integration period. Will be cancelled. Atan2 [(f 2 —A 90 −f 2 —A 270 ) / (f 2 —A 0 −f 2 —A 180 )] is basically the same value without depending on the integration period.
加えて、これら検出をk2回繰り返すことで検出信号のSN比を向上させることができることは、上記第1の装置での説明の通りである。 In addition, as described in the first apparatus, the detection signal SN ratio can be improved by repeating these detections k 2 times.
本実施例によれば、伝送系のLPFやHPFで分離できないような比較的近い変調周波数を採用する2つの光飛行型距離計測装置を同一空間、同一対象物に対して使用する場合においても、光学的なクロストークを回避した精度の高い距離計測が可能となる。 According to the present embodiment, even when two optical flight distance measuring devices that employ relatively close modulation frequencies that cannot be separated by the LPF or HPF of the transmission system are used for the same space and the same object, High-precision distance measurement that avoids optical crosstalk becomes possible.
なお、本例ではn1/n2が奇数値以外であるn1=2、n2=3を例にとり説明したが、n1=2、n2=3に限定されることはない。n1≠n2であり、n1/n2が奇数値以外である場合には上述した説明原理により、対象とする検出周波数の反射変調光のみの光飛行時間の計測が可能となり、2つの光飛行型距離計測装置を同一空間、同一対象物に対して使用する利用形態の提供が可能となる。 In this example, n 1 = n 2 and n 2 = 3 where n 1 / n 2 is other than an odd number have been described as examples. However, the present invention is not limited to n 1 = 2 and n 2 = 3. When n 1 ≠ n 2 and n 1 / n 2 is other than an odd value, the above-described principle enables the measurement of the time of flight of only the reflected modulation light of the target detection frequency, and the two It is possible to provide a utilization form in which the optical flight type distance measuring device is used for the same space and the same object.
(実施例2)
実施例2では、第1の光飛行型距離計測装置の第1の変調周波数f1(周期:T1)と、第2の光飛行型距離計測装置の第2の変調周波数f2(周期:T2)との関係が、
n1×f1=n2×f2 n1,n2:自然数、かつ、n1≠n2
である条件下において、n2/n1が奇数値となるn1:1、n2:3であり、検出する複数のタイミング位相を4分割位相とする例に関して、図5、図6を用いて説明する。図5は第1の装置でのタイミング図、図6は第2の装置でのタイミング図である。
(Example 2)
In the second embodiment, the first modulation frequency f 1 (cycle: T 1 ) of the first optical flight type distance measurement device and the second modulation frequency f 2 (cycle: second cycle) of the second optical flight type distance measurement device. T 2 )
n 1 × f 1 = n 2 × f 2 n 1 , n 2: natural number and n 1 ≠ n 2
FIG. 5 and FIG. 6 are used with respect to an example in which n 2 / n 1 is an odd value n 1 : 1, n 2 : 3, and a plurality of timing phases to be detected are divided into four phases. I will explain. FIG. 5 is a timing chart in the first apparatus, and FIG. 6 is a timing chart in the second apparatus.
図5、図6において、A0、A90、A180’、A270’は各光飛行型距離計測装置における反射光の時間変化のタイミング図を示している。図中、点線は第1の光飛行型距離計測装置のみ存在する場合の受光変調波形を、破線は第2の光飛行型距離計測装置のみ存在する場合の受光変調波形を示している。また、実線は第1、第2の光飛行型距離計測装置が共存する場合で第1、第2の変調周波数が重畳された受光変調波形を示している。したがって、各装置においては、実線で示す第1、第2の変調周波数が重畳された強度変調光を受光する。 In FIGS. 5 and 6, A 0 , A 90 , A 180 ′ , and A 270 ′ are timing diagrams of the time variation of the reflected light in each optical flight type distance measuring device. In the figure, a dotted line indicates a light reception modulation waveform when only the first optical flight type distance measurement device exists, and a broken line indicates a light reception modulation waveform when only the second optical flight type distance measurement device exists. A solid line indicates a received light modulation waveform in which the first and second modulation frequencies are superimposed in the case where the first and second optical flight distance measuring devices coexist. Accordingly, each apparatus receives intensity-modulated light on which the first and second modulation frequencies indicated by the solid lines are superimposed.
この状態において、図5を用いて、第1の装置における検出処理方法に関して説明する。図中、第1の装置での0°、90°、180°、270°の検出サンプリングのタイミングを、それぞれf1_A0、f1_A90、f1_A180、f1_A270と示している。図中、グレイ色の部分は各サンプリング位相における受光検出時間領域を示している。すなわち、f1_A0、f1_A90、f1_A180、f1_A270において、検出タイミングが90°ずつずれた形態となる。本例では、n1=1、n2=3であるため、本実施形態の特徴として、第1の装置では第2の装置の変調周波数と相対位相関係がそれぞれ異なるn2:3個のサンプリングの検出範囲(n2.1)を最小検出単位に設定する。さらに、SN比の改善の為、自然数k2セット(n1.1、n1.2〜n1.k2)のサンプリング検出をf1_A0、f1_A90、f1_A180、f1_A270に対して実施する。
In this state, a detection processing method in the first device will be described with reference to FIG. In the figure, the detection sampling timings of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° in the first apparatus are indicated as f 1 _A 0 , f 1 _A 90 , f 1 _A 180 , and f 1 _A 270 , respectively. Yes. In the figure, the gray portion indicates the light reception detection time region in each sampling phase. That is, the detection timing is shifted by 90 ° at f 1 _A 0 , f 1 _A 90 , f 1 _A 180 , and f 1 _A 270 . In this example, since n 1 = 1 and n 2 = 3, as a feature of the present embodiment, in the first device, n 2 : 3 samplings each having a different modulation frequency and relative phase relationship of the second device. to set the detection range of the (n 2 .1) to minimize detection unit. Furthermore, for the improvement of the SN ratio, a natural number k 2 set (n 1 .1, n 1 .2~n 1 .k 2)
この検出処理方法において、被検出信号の周波数f1成分のみを抽出する原理に関して説明を加える。実施例1で説明したように、第1の受光変調光+環境光は、数式9のように表現できる。また、本例でのf1_A0の受光検出時間における、第2の装置のf2と相対位相が異なるn2:3個の検出位相はf1_の連続する相対位相0、T1、2T1として数式10のように表現できる。
In this detection processing method, a description will be given regarding the principle of extracting only the frequency f 1 component of the detected signal. As described in the first exemplary embodiment, the first light reception modulated light + environment light can be expressed as Equation 9. Further, in the light reception detection time of f 1 —A 0 in this example, n 2 : different in relative phase from f 2 of the second device: three detection phases are the relative phases 0, T 1 , and f 1 as 2T 1 can be expressed as
ここで、さらに数式10の各積分項内の第2の装置からの照射光の反射検出光である第3項目は、第1、第2の周波数の関係がn1×f1=n2×f2、n1=1、n2=3でT1=n1/n2T2=1/3T2の関係にあるため、数式17のように変換できる。本例において変調周波数が相対的に高い第1の装置に関しては実施例1と同じ検出を行い、数式17、数式18の結果を得る。
Here, the third item, which is the reflected detection light of the irradiation light from the second device in each integral term of
さらに、数式17において、第2項の積分項に注目すると、以下の数式18となり、式−17の第2項の積分項はゼロになり、また、積分期間にも依存しないことがわかる。
Further, when attention is paid to the integral term of the second term in Equation 17, the following
したがって、数式17に示した第2の装置からの受光の積分項は、第2の装置の変調中心光強度α2と第1の装置での第2装置照射光の反射光効率β12との積である受光平均光量α2β12、のDC光積分値となる。これは、第2の装置からのからの照射/反射光の位相状態θ12に依存せず、積分期間のみにDC値が依存する形態となる。f1_A90、f1_A180、f1_A270に関しても同様に、第2の装置からの光飛行時間に相当するθ12に依存せず、積分期間のみに依存する積分DC値の形態となる。 Therefore, the integral term of light reception from the second device shown in Equation 17 is the modulation center light intensity α 2 of the second device and the reflected light efficiency β 12 of the second device irradiation light in the first device. It becomes a DC light integral value of the received light average light quantity α 2 β 12 which is the product. This does not depend on the phase state theta 12 of the irradiation / light reflected color from the second device, the form in which DC value depends only on the integration period. Similarly for f 1 _A 90 , f 1 _A 180 , and f 1 _A 270 , the form of the integrated DC value that does not depend on θ 12 corresponding to the optical flight time from the second device but depends only on the integration period. Become.
その結果、逆正接演算に適用する(f1_A0−f1_A180)、(f1_A90−f1_A270)に関して、第2の装置からの積分DC値も差動キャンセルされ、図5(B)に示すような、検出値が飛行時間に依存する2相正弦波となる。したがって、逆正接演算結果は第1の装置からの反射光のみを反映し、第2の装置からのクロストークを回避した位相差検出結果となる。そのため、第1の装置での対象物からの光飛行時間の算出が可能となり、光速cとの関係より対象物間距離を計測することが可能となる。 As a result, with respect to (f 1 _A 0 −f 1 _A 180 ) and (f 1 _A 90 −f 1 _A 270 ) applied to the arc tangent calculation, the integrated DC value from the second device is also differentially canceled, and FIG. The detected value becomes a two-phase sine wave depending on the flight time as shown in FIG. Therefore, the arc tangent calculation result reflects only the reflected light from the first device, and is a phase difference detection result that avoids crosstalk from the second device. Therefore, the light flight time from the object in the first device can be calculated, and the distance between the objects can be measured from the relationship with the speed of light c.
さらに、f1_A0、f1_A90、f1_A180、f1_A270の積分期間は同じである。そのため、積分期間中の環境光の変化が十分小さい検出領域では、積分期間に依存することなく(f1_A0−f1_A180)、(f1_A90−f1_A270)のDC成分はキャンセルされる。また、ATAN2[(f1_A90−f1_A270)/(f1_A0−f1_A180)]も積分期間に依存することなく基本的には同一の値となる。
Furthermore, the integration periods of f 1 _A 0 , f 1 _A 90 , f 1 _A 180 , and f 1 _A 270 are the same. Therefore, in the detection region in which the change in the ambient light during the integration period is sufficiently small, the DC component of (f 1 _A 90 -f 1 _A 270 ) does not depend on the integration period (f 1 _A 0 -f 1 _A 180 ). Will be cancelled. Further, the same value is basically independent of the ATAN2 [(f 1 _A 90 -f 1 _A 270) / (
加えて、これら検出をk1回繰り返すことで検出信号のSN比を向上させることができることは、前述したとおりである。 In addition, as described above, the S / N ratio of the detection signal can be improved by repeating these detections k 1 times.
次に、図6を用いて、第2の装置における検出処理方法に関して説明する。図中、第2の装置での4相検出サンプリングのタイミングを、それぞれf2_A0、f2_A90、f2_A180’、f2_A270’と示している。図中、グレイ色の部分は各サンプリング位相における累積電荷検出領域を示している。本例のn1/n2が奇数値である場合に実施例1と同様な処理を行うと、第2の装置検出において第1の周波数成分がキャンセルできず、クロストーク成分が残ってしまう。 Next, a detection processing method in the second apparatus will be described with reference to FIG. In the figure, the timings of the four-phase detection sampling in the second device are indicated as f 2 _A 0 , f 2 _A 90 , f 2 _A 180 ′ and f 2 _A 270 ′ , respectively. In the drawing, the gray portion indicates the accumulated charge detection region in each sampling phase. If n 1 / n 2 in this example is an odd value, if the same processing as in Example 1 is performed, the first frequency component cannot be canceled in the second device detection, and the crosstalk component remains.
本例のn2/n1が奇数値である場合は、第1の装置に対して変調周波数が低くなる第2の装置の処理が、第1の実施例と異なる。実施例1で示した180°の位相差で対をなす信号検出の片方の検出位相(図中、f2_A180’、f2_A270’)を、変調周波数が高い第1の装置の変調周波数の1/2周期分シフトさせて検出を行う。換言すると、第2の装置における検出位相をn1/(2n2)周期シフトさせて検出を行うことになる。本例では、図中示すように、f2_A180’、f2_A270’を対象として、検出位相を両者同方向の前方にシフトさせている。ただし、検出位相のシフトの極性に限定はなく、最終の90°位相状態を崩さないよう、f2_A180’、f2_A270’を同一方向にシフトを前提に後方にシフトさせてもよい。また、検出位相シフトを行う対象がf2_A0’、f2_A90’であっても同様な効果が得られる。 When n 2 / n 1 in this example is an odd value, the processing of the second device in which the modulation frequency is lower than that of the first device is different from that of the first embodiment. The one detection phase (f 2 _A 180 ′ , f 2 _A 270 ′ in the figure) that forms a pair with a phase difference of 180 ° shown in the first embodiment is modulated by the first device having a high modulation frequency. Detection is performed by shifting the frequency by a half period. In other words, detection is performed by shifting the detection phase in the second device by n 1 / (2n 2 ) cycles. In this example, as shown in the drawing, the detection phase is shifted forward in the same direction for f 2 _A 180 ′ and f 2 _A 270 ′ . However, the polarity of the detection phase shift is not limited, and f 2 _A 180 ′ and f 2 _A 270 ′ may be shifted backward on the premise of shifting in the same direction so as not to break the final 90 ° phase state. . Further, the same effect can be obtained even if the target of detection phase shift is f 2 _A 0 ′ and f 2 _A 90 ′ .
この検出処理方法について、さらに説明を加える。第2の受光変調光+環境光も、実施例1と同様に式13のように表現できる。これら表記の下、第2の装置の第1の装置のf1と相対位相が異なるn1:1個の検出位相f2_A0、f2_A180’は、上述したように第2の装置における検出位相をn1/(2n2)周期シフトさせて、数式19、数式20のように表現できる。
This detection processing method will be further described. Similarly to the first embodiment, the second received light modulated light + ambient light can also be expressed as in
ここでも、第1の装置で説明したのと同様に、数式19、数式20の第1の装置からの照射光の反射検出光である第2項目は、第1、第2の周波数の関係が、n1×f1=n2×f2、n1:1、n2:3でT2=n2/n1T1=3T1の関係にある。そのため、式21、式22のように変換できる。
Here, as described in the first apparatus, the second item, which is the reflected detection light of the irradiation light from the first apparatus of
ここで、数式21と数式22には、それぞれ第1の装置からの照射/反射光の成分が残っているが、その成分は同相成分となる。その時の検出値の飛行時間依存性をそれぞれ図6(B)、図6(C)に示す。図に示されるように、0°位相として最終表現されるf2_A0−f2_A180’は、以下の数式23になる。 Here, although the components of the irradiation / reflected light from the first device remain in the equations 21 and 22, respectively, the components are in-phase components. FIG. 6 (B) and FIG. 6 (C) show the flight time dependence of the detected value at that time, respectively. As shown in the drawing, f 2 _A 0 -f 2 _A 180 ′ finally expressed as a 0 ° phase is expressed by Equation 23 below.
数式23によれば、第1の装置からの照射/反射光の成分は相殺され「0」になる。また、検出期間における環境光成分BG2の時間変化が十分小さいことを前提にすれば、第1項も「0」になる。また、実施例1に比べ、第2の装置の受光検出値が、ここではsin(π/3)、すなわち、sin(πn1/n2)に低下する。そのため、f2_A90、f2_A270’も同様に表現でき、数式24のようになる。 According to Equation 23, the component of the irradiation / reflection light from the first device is canceled out to “0”. Furthermore, if the assumption the time variation of the ambient light component BG 2 in the detection period is sufficiently small, even the first term becomes "0". Further, compared to the first embodiment, the light reception detection value of the second device is reduced to sin (π / 3), that is, sin (πn 1 / n 2 ) here. For this reason, f 2 _A 90 and f 2 _A 270 ′ can be expressed in the same way, as shown in Equation 24.
したがって、f2_A90、f2_A270’でも第1の装置からの照射/反射光の成分は相殺され「0」になる。 Accordingly, the components of the irradiation / reflection light from the first device are canceled out even at f 2 _A 90 and f 2 _A 270 ′ and become “0”.
以上、説明したようにf2_A0、f2_A180’、f2_A90、f2_A270’は図6−(d)に示す結果となる。検出位相をシフトさせることにより、検出値の振幅低下sin(πn1/n2)が生じるものの、第1の装置からのクロストークを回避した第2の装置の反射光検出のみの90°位相差2相正弦波を得ることができる。したがって、第1の装置からのクロストークを回避した、第2の装置での対象物からの光飛行時間の算出が可能となり、光速cとの関係より対象物間距離を計測することが可能となる。 As described above, f 2 _A 0 , f 2 _A 180 ′ , f 2 _A 90 , and f 2 _A 270 ′ have the results shown in FIG. By shifting the detection phase, the detection value amplitude decrease sin (πn 1 / n 2 ) occurs, but the 90 ° phase difference of only the reflected light detection of the second device that avoids crosstalk from the first device. A two-phase sine wave can be obtained. Therefore, it is possible to calculate the time of flight of light from the object in the second device, avoiding crosstalk from the first device, and to measure the distance between objects from the relationship with the speed of light c. Become.
さらに、f2_A0、f2_A90、f2_A180’、f2_A270’の積分期間は同じである。そのため、積分期間中の環境光の変化が十分小さい検出領域では、積分期間に依存することなく(f2_A0−f2_A180‘)、(f2_A90−f2_A270‘)のDC成分はキャンセルされる。また、ATAN2[(f2_A90−f2_A270‘)/(f2_A0−f2_A180‘)]も積分検出期間に依存することなく基本的には同一の値となる。なお、f2_A90−f2_A270‘、f2_A0−f2_A180‘は位相シフト演算により照射光に対して、位相がπn1/n2/2ずれた結果になるため、光飛行時間に相当する位相遅れはその分を配慮して、距離を算出する必要がある。
Furthermore, the integration periods of f 2 —A 0 , f 2 —A 90 , f 2 —A 180 ′ , and f 2 —A 270 ′ are the same. Therefore, in the detection region in which the change in ambient light during the integration period is sufficiently small, (f 2 _A 0 -f 2 _A 180 ′ ) and (f 2 _A 90 −f 2 _A 270 ′ ) without depending on the integration period. The DC component is cancelled. Further, the same value is basically independent of the ATAN2 [(f 2 _A 90 -f 2 _A 270 ') / (
加えて、これら検出をk2回繰り返すことで検出信号のSN比を向上させることができることは、実施例1で説明したとおりである。
In addition, as described in
以上説明したように、本実施例によれば、2つの光飛行型距離計測装置を同一空間、同一対象物に対して使用する場合においても、光学的なクロストークを回避した精度の距離計測が可能となる。特に、伝送系のLPFやHPFで分離できないような比較的近い変調周波数を採用する2つの光飛行型距離計測装置を使用する場合においても、サンプリング位相と加算或いは平均化の回数を工夫することで周波数分離検出が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, even when two optical flight-type distance measuring devices are used for the same space and the same object, distance measurement with accuracy that avoids optical crosstalk is possible. It becomes possible. In particular, even when using two optical flight-type distance measuring devices that employ relatively close modulation frequencies that cannot be separated by LPF or HPF in the transmission system, the sampling phase and the number of additions or averaging can be devised. Frequency separation detection is possible.
なお、本例ではn2/n1が奇数値であるn1=1、n2=3を例にとり説明したが、n1=1、n2=3に限定されることはない。n1≠n2であり、n2/n1が奇数値である場合には上述した説明原理により、対象とする検出周波数の反射変調光のみの光飛行時間の計測が可能となり、2つの光飛行型距離計測装置を同一空間、同一対象物に対して使用する利用形態の提供が可能となる。 In this example, n 1 = 1 and n 2 = 3, where n 2 / n 1 is an odd value, have been described as an example, but are not limited to n 1 = 1 and n 2 = 3. When n 1 ≠ n 2 and n 2 / n 1 is an odd value, it is possible to measure the time of flight of only the reflected modulated light of the target detection frequency according to the above-described principle, and the two light It is possible to provide a utilization form in which the flight-type distance measuring device is used for the same space and the same object.
(実施例3)
実施例3では、第1の光飛行型距離計測装置の第1の変調周波数:f1(周期:T1)と、第2の光飛行型距離計測装置の第2の変調周波数:f2(周期:T2)との関係が、
n1×f1=n2×f2 n1,n2:自然数、かつ、n1≠n2
である条件下において、n2/n1が自然数でなく(或いは3の倍数であり)、検出する複数のタイミング位相を3等分割検出位相とする例に関して、図7、図8を用いて説明する。図7は第1の装置におけるタイミング図、図8は第2の装置におけるタイミング図である。
(Example 3)
In the third embodiment, the first modulation frequency: f 1 (period: T 1 ) of the first optical flight type distance measurement device and the second modulation frequency: f 2 (of the second optical flight type distance measurement device). Period: T 2 )
n 1 × f 1 = n 2 × f 2 n 1 , n 2: natural number and n 1 ≠ n 2
With reference to FIGS. 7 and 8, an example in which n 2 / n 1 is not a natural number (or a multiple of 3) and a plurality of timing phases to be detected are set to three equally divided detection phases under the condition To do. FIG. 7 is a timing chart in the first device, and FIG. 8 is a timing chart in the second device.
図7、図8において、A0、A120、A240は各光飛行型距離計測装置における反射光の時間変化のタイミング図を示している。図中、点線は第1の光飛行型距離計測装置のみ存在する場合の受光変調波形を、破線は第2の光飛行型距離計測装置のみ存在する場合の受光変調波形を示している。実線は第1、第2の光飛行型距離計測装置が共存する場合で第1、第2の変調周波数が重畳された受光変調波形を示している。したがって、各装置においては、実線で示す第1、第2の変調周波数が重畳された強度変調光を受光する。本例における変調波形は実施例1と同じであるが、本例では検出位相が3相である場合に関して説明する。 7 and 8, A 0 , A 120 , and A 240 show timing diagrams of the temporal change of reflected light in each optical flight type distance measuring device. In the figure, a dotted line indicates a light reception modulation waveform when only the first optical flight type distance measurement device exists, and a broken line indicates a light reception modulation waveform when only the second optical flight type distance measurement device exists. A solid line indicates a received light modulation waveform in which the first and second modulation frequencies are superimposed when the first and second optical flight distance measuring devices coexist. Accordingly, each apparatus receives intensity-modulated light on which the first and second modulation frequencies indicated by the solid lines are superimposed. The modulation waveform in this example is the same as that in the first embodiment, but in this example, a case where the detection phase is three phases will be described.
この状態において、図7を用いて、第1の装置における検出処理方法に関して説明する。図中、第1の装置での0°、120°、240°の検出サンプリングのタイミングを、それぞれf1_A0、f1_A120、f1_A240と示している。図中、グレイ色の部分は各サンプリング位相における累積電荷検出領域を示している。すなわち、f1_A0、f1_A120、f1_A240において、検出タイミングが120°ずつずれた形態となる。 In this state, a detection processing method in the first apparatus will be described with reference to FIG. In the figure, the detection sampling timings of 0 °, 120 °, and 240 ° in the first apparatus are indicated as f 1 _A 0 , f 1 _A 120 , and f 1 _A 240 , respectively. In the drawing, the gray portion indicates the accumulated charge detection region in each sampling phase. That is, the detection timing is shifted by 120 ° at f 1 _A 0 , f 1 _A 120 , and f 1 _A 240 .
本例では、n1=2、n2=3であるため、本実施形態の特徴として、第1の装置では第2の装置の変調周波数と相対位相関係がそれぞれ異なるn2:3個のサンプリングの検出範囲(n2.1)を最小検出単位に設定する。さらに、SN比の改善の為、自然数k1セット(n2.1、n2.2〜n2.k1)のサンプリング検出をf1_A0、f1_A120、f1_A240に対して実施する。
In this example, since n 1 = 2 and n 2 = 3, as a feature of the present embodiment, n 2 : 3 samplings in which the modulation frequency and relative phase relationship of the second device are different from each other in the first device. to set the detection range of the (n 2 .1) to minimize detection unit. Furthermore, for the improvement of the SN ratio with respect to f 1 _A 0, f 1 _A 120,
この検出処理方法において、被検出信号の周波数f1成分のみを抽出する原理に関して説明を加える。先に説明した方法で第1の受光変調光+環境光は、実施例1と同様に、数式9のように表現できる。 In this detection processing method, a description will be given regarding the principle of extracting only the frequency f 1 component of the detected signal. As in the first embodiment, the first received light-modulated light + ambient light can be expressed as Equation 9 by the method described above.
本例でのf1_A0の受光検出時間における、第2の装置のf2と相対位相が異なるn2:3個の検出位相はf1_の連続する相対位相として、0、T1、2T1として実施例1と同様に式10で表わされる。なお、受光検出期間はT1/2としたが、この限りではない。
In the light receiving detection time of f 1 _A 0 in this example, the 2 f 2 of the apparatus and the relative phase difference n 2: a three detection phases f 1 _ successive relative phase, 0, T 1, 2T 1 is represented by
この結果、実施例1でも示したように、第2の装置からのからの照射/反射光の位相状態θ12に依存せず、積分期間のみに積分DC値が依存する形態となる。f1_A120、f1_A240に関しても同様に、第2の装置からの光飛行時間に相当するθ2に依存せず、積分期間のみに積分DC値が依存する形態となり、第1の装置からの光飛行時間に相当するθ1に依存する検出値となる。
As a result, as shown in
ここで、f1_A0、f1_A120、f1_A240の120°位相差信号は、以下の三角関数処理によりにより90°位相差への変換が可能である。
2cos(α)sin(β)=sin(α−β)−sin(α+β)、2sin(α)sin(β)=cos(α−β)−cos(α+β)、2cos(α)cos(β)=cos(α−β)+cos(α+β)
Here, the 120 ° phase difference signals of f 1 _A 0 , f 1 _A 120 , and f 1 _A 240 can be converted into a 90 ° phase difference by the following trigonometric function processing.
2cos (α) sin (β) = sin (α−β) −sin (α + β), 2sin (α) sin (β) = cos (α−β) −cos (α + β), 2cos (α) cos (β) = Cos (α-β) + cos (α + β)
ここでf1_A0、f1_A120、f1_A240にそれぞれ環境光検出のDC成分が含まれているため、90°位相差信号への変換ではこれを考慮し、一旦差動処理を行う変換とする。 Here, since the DC component of the ambient light detection is included in each of f 1 _A 0 , f 1 _A 120 , and f 1 _A 240 , this is taken into consideration in the conversion to the 90 ° phase difference signal, and the differential processing is performed once. The conversion to be performed.
具体的には、f1_A0とf1_A120、f1_A120とf1_A240をそれぞれ±60°差として差動をとりCos関数を生成する。さらに、これらCos関数の差動、加算処理を行い、それぞれSin、Cos関数を得る処理を行う。数式25、数式26にこれら処理の90°位相差信号の算出値を算出する算出式を示す。ただし、定数となる係数は省略した。
Sin系:(f1_A0−f1_A120)−(f1_A120−f1_A240)
(数式25)
Cos系:(f1_A0−f1_A120)+(f1_A120−f1_A240)
(数式26)
Specifically, f 1 _A 0 and f 1 _A 120 , f 1 _A 120 and f 1 _A 240 are each set to be ± 60 ° different from each other, and a Cos function is generated. Further, differential processing and addition processing of these Cos functions are performed, and processing for obtaining Sin and Cos functions, respectively, is performed. Formulas 25 and 26 show calculation formulas for calculating the calculated value of the 90 ° phase difference signal of these processes. However, constant coefficients were omitted.
Sin based: (f 1 _A 0 -f 1 _A 120) - (
(Formula 25)
Cos system: (f 1 _A 0 -f 1 _A 120) + (
(Formula 26)
したがって、以下の数式27により、120°位相差3相検出を90°位相差に変換し、その位相遅れを逆正接演算により求めることが可能となる。
θ1=ATAN2[(f1_A0−f1_A120)+(f1_A120−f1_A240),
f1_A0−f1_A120)−(f1_A120−f1_A240)] (数式27)
Therefore, it is possible to convert 120 ° phase difference three-phase detection into 90 ° phase difference and obtain the phase lag by arctangent calculation by the following Expression 27.
θ 1 = ATAN2 [(f 1 _A 0 −f 1 _A 120 ) + (f 1 _A 120 −f 1 _A 240 ),
f 1 _A 0 -f 1 _A 120 ) - (
さらに図8を用いて、第2の装置における検出処理方法に関して説明する。図中、第2の装置での0°、120°、240°の検出サンプリングのタイミングを、それぞれf2_A0、f2_A120、f2_A240と示している。図中、グレイ色の部分は各サンプリング位相における累積電荷検出領域を示している。すなわち、f2_A0、f2_A120、f2_A240において、検出タイミングが120°ずつずれた形態となる。本例では、n1=2、n2=3であるため、本実施形態の特徴として、第1の装置では第2の装置の変調周波数と相対位相関係がそれぞれ異なるn1:2個のサンプリングの検出範囲(n1.1)を最小検出単位に設定する。さらに、SN比の改善の為、自然数k2セット(n1.1、n1.2〜n1.k2)のサンプリング検出をf2_A0、f2_A120、f2_A240に対して実施する。
Further, a detection processing method in the second apparatus will be described with reference to FIG. In the figure, the detection sampling timings of 0 °, 120 °, and 240 ° in the second apparatus are indicated as f 2 _A 0 , f 2 _A 120 , and f 2 _A 240 , respectively. In the drawing, the gray portion indicates the accumulated charge detection region in each sampling phase. That is, the detection timing is shifted by 120 ° at f 2 _A 0 , f 2 _A 120 , and f 2 _A 240 . In this example, since n 1 = 2 and n 2 = 3, as a feature of the present embodiment, the first device has n 1 : 2 samplings in which the modulation frequency and the relative phase relationship of the second device are different from each other. The detection range (n 1 .1) is set as the minimum detection unit. Furthermore, for the improvement of the SN ratio with respect to a natural number k 2 set (n 1 .1, n 1 .2~n 1 .k 2) sampling the detection of f 2 _A 0, f 2 _A 120,
この検出処理方法において、被検出信号の周波数f2成分のみを抽出する原理に関して説明を加える。先に説明した方法で第1の受光変調光+環境光は、実施例1と同様に、数式13のように表現できる。
In this detection processing method, adding a description with respect to the principle of extracting only the frequency f 2 component of the detected signal. Similar to the first embodiment, the first received light-modulated light + ambient light can be expressed as
本例でのf2_A0の受光検出時間における、第1の装置のf1と相対位相が異なるn1=2個の検出位相はf2_の連続する相対位相として、0、T2として実施例1と同様に数式14のように表現できる。なお、検出電荷積分期間はT1/2としたが、この限りではない。
In the light reception detection time of f 2 _A 0 in this example, n 1 = 2 detection phases, which are different in relative phase from f 1 of the first device, are 0 and T 2 as continuous relative phases of f 2 _. Similar to the first embodiment, it can be expressed as
この結果、実施例1でも示したように数式15、数式16から、数式14の第2項は「0」になる。すなわち、第1の装置からの変調照射/反射光の位相状態θ21に依存せず、積分期間のみの依存するDC値となる。
As a result, as shown in the first embodiment, the second term of
f2_A120、f2_A240に関しても同様に、第1の装置からの光飛行時間に相当する位相遅れθ21に依存せず、積分期間のみに依存するDC値となり、第2の装置からの光飛行時間に相当する位相遅れθ2に依存する検出値となる。 Similarly for f 2 _A 120 and f 2 _A 240 , the DC value does not depend on the phase delay θ 21 corresponding to the optical flight time from the first device, but depends only on the integration period, and from the second device. The detected value depends on the phase delay θ 2 corresponding to the light flight time.
したがって、f2_A0、f2_A120、f2_A240の120°位相差信号は、本例の第1の装置と同様に、数式28、数式29の90°位相差信号変換できる(ただし、定数となる係数は省略する)。
Sin系:(f2_A0−f2_A120)−(f2_A120−f2_A240)
(数式28)
Cos系:(f2_A0−f2_A120)+(f2_A120−f2_A240)
(数式29)
Therefore, the 120 ° phase difference signals of f 2 _A 0 , f 2 _A 120 , and f 2 _A 240 can be converted into 90 ° phase difference signals of Equation 28 and Equation 29 as in the first apparatus of this example (however, The constant coefficients are omitted).
Sin based: (f 2 _A 0 -f 2 _A 120) - (
(Formula 28)
Cos system: (f 2 _A 0 −f 2 _A 120 ) + (f 2 _A 120 −f 2 _A 240 )
(Formula 29)
したがって、以下の数式30により、120°位相差3相検出を90°位相差に変換し、その位相遅れを逆正接演算により求めることが可能となる。
θ2=ATAN2[(f2_A0−f2_A120)+(f2_A120−f2_A240),
f2_A0−f2_A120)−(f2_A120−f2_A240)] (数式30)
Therefore, it is possible to convert 120 ° phase difference three-phase detection into 90 ° phase difference and obtain the phase delay by arctangent calculation by the following Equation 30.
θ 2 = ATAN2 [(f 2 —A 0 −f 2 —A 120 ) + (f 2 —A 120 −f 2 —A 240 ),
f 2 _A 0 -f 2 _A 120 ) - (
以上、説明した検出手法をそれぞれ第1、第2の装置においてk1回、k2回繰り返すことで検出信号のSN比を向上させることができることは前述したとおりである。 As described above, the S / N ratio of the detection signal can be improved by repeating the detection method described above k 1 times and k 2 times in the first and second devices, respectively.
(実施例4)
本実施例では、第1の光飛行型距離計測装置の第1の変調周波数:f1(周期:T1)と、第2の光飛行型距離計測装置の第2の変調周波数:f2(周期:T2)との関係が、
n1×f1=n2×f2 n1,n2:自然数、かつ、n1≠n2
である条件下において、n1/n2が自然数かつ3の倍数以外において、第2の周波数の光飛行型距離計測装置での検出複数タイミング位相が3等分割位相である場合に関して説明する。本例では、n1/n2=2の場合を例にとり、図9、図10を用いて説明を行う。図9は第1の装置におけるタイミング図、図10は第2の装置におけるタイミング図である。
Example 4
In this embodiment, the first modulation frequency: f 1 (period: T 1 ) of the first optical flight type distance measuring device and the second modulation frequency: f 2 (second optical flight type distance measurement device). Period: T 2 )
n 1 × f 1 = n 2 × f 2 n 1 , n 2: natural number and n 1 ≠ n 2
A case where the detected multiple timing phase in the optical flight type distance measuring device of the second frequency is a three-divided phase when n 1 / n 2 is not a natural number and a multiple of 3 will be described. In this example, the case of n 1 / n 2 = 2 is taken as an example and will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a timing chart in the first device, and FIG. 10 is a timing chart in the second device.
図9、図10において、A0、A120、A240は各光飛行型距離計測装置における反射光の時間変化のタイミング図を示している。図中、点線は第1の光飛行型距離計測装置のみ存在する場合の受光変調波形を、破線は第2の光飛行型距離計測装置のみ存在する場合の受光変調波形を示している。実線は第1、第2の光飛行型距離計測装置が共存する場合で第1、第2の変調周波数が重畳された受光変調波形を示している。 9 and 10, A 0 , A 120 , and A 240 show timing diagrams of the temporal change of reflected light in each optical flight type distance measuring device. In the figure, a dotted line indicates a light reception modulation waveform when only the first optical flight type distance measurement device exists, and a broken line indicates a light reception modulation waveform when only the second optical flight type distance measurement device exists. A solid line indicates a received light modulation waveform in which the first and second modulation frequencies are superimposed when the first and second optical flight distance measuring devices coexist.
図9では、第1の装置での0°、120°、240°の検出サンプリングのタイミングを、それぞれf1_A0、f1_A120、f1_A240と示している。図中、グレイ色の部分は各サンプリング位相における累積電荷検出領域を示している。このサンプリング条件に関しての処理方法は、第2の装置の変調周波数は異なるものの実施例3で説明した数式25〜27に係る内容と同様であるため、本例での説明は割愛する。数式27により、120°位相差3相検出を90°位相差に変換し、その位相差を逆正接演算により求めることが可能となり、距離計測が可能となる。 In FIG. 9, the detection sampling timings of 0 °, 120 °, and 240 ° in the first device are indicated as f 1 _A 0 , f 1 _A 120 , and f 1 _A 240 , respectively. In the drawing, the gray portion indicates the accumulated charge detection region in each sampling phase. Since the processing method regarding the sampling condition is the same as the contents related to the mathematical expressions 25 to 27 described in the third embodiment although the modulation frequency of the second apparatus is different, the description in this example is omitted. According to Equation 27, 120 ° phase difference three-phase detection can be converted into 90 ° phase difference, and the phase difference can be obtained by arctangent calculation, and distance measurement can be performed.
図10は、第2の装置での0°、120°、240°の検出サンプリングのタイミングを、それぞれf2_A0、f2_A120、f2_A240と示している。図中、グレイ色の部分は各サンプリング位相における累積電荷検出領域を示している。ここで、n1/n2が自然数かつ3の倍数以外における3相検出では、第2の装置での積分電荷検出に関しては、実施例3に対して制約が発生する。その制約はf2の受光積分幅であり、受光積分幅W_f2は以下の数式31のように表わされる。 FIG. 10 shows detection sampling timings of 0 °, 120 °, and 240 ° in the second device as f 2 _A 0 , f 2 _A 120 , and f 2 _A 240 , respectively. In the drawing, the gray portion indicates the accumulated charge detection region in each sampling phase. Here, in the three-phase detection in which n 1 / n 2 is a natural number and other than a multiple of 3, there is a restriction on the third embodiment with respect to the integral charge detection in the second device. The limitation is the light reception integral width of f 2 , and the light reception integral width W_f 2 is expressed by the following Expression 31.
ここで、INT(x)はxの小数部を切り捨てた整数値を返す関数、mは自然数、但し、k2≧2の連続測定時:W_f2<T2である。例えば、n2/n1=2、4、5、7、8…においてmを仮に「1」とすると、受光時間幅のWf2は1/2T2、1/2T2、2/5T2、3/7T2、3/8T2となる。さらに、これらをT1で表現すると、それぞれT1、2T1、2T1、3T1、3T1となり、基本的に、T1の整数倍周期の検出幅となる。すなわち、第2の装置における積分電荷検出幅が、第1の装置における光源照射/反射変調周波数の整数倍となり、電荷検出値はDC成分となる。
Here, INT (x) is a function that returns the largest integral value not fractional part of x, m is a natural number, provided that in the continuous measurement k 2 ≧ 2: a W_ f2 <T2. For example, if m is “1” in n 2 / n 1 = 2 , 4, 5, 7, 8..., W f2 of the light reception time width is 1 / 2T 2 , 1 / 2T 2 , 2 / 5T 2 , 3 / 7T 2 and 3 / 8T 2 . Furthermore, when expressed them in T 1, T 1, 2T 1 ,
したがって、数式28、数式29を用いて、第2の装置でも第1の装置と同様な電荷検出値の処理を行う。数式28、数式29の(f2_A0−f2_A120)、(f2_A120−f2_A240)の値において、上述したように、第1の装置からの照射/反射光の検出値はDC成分なる。そのため、差動演算により、環境光の検出と同様にキャンセルされる。したがって、数式28、数式29の検出成分は第2の装置での照射/反射光のみの検出値となり、第1の装置の影響を排除が可能となる。そこで、上述の検出期間を採用し、数式28、数式29に示すように120°位相差3相検出を、上述の数式30のようにして、90°位相差に変換し、その位相差を逆正接演算により求めることで第2の装置での距離計測が可能となる。また、以上説明した検出手法をそれぞれ第1、第2の装置においてk1回、k2回繰り返すことで検出信号のSN比を向上させることができることは、前述の実施例と同様である。 Therefore, using the formulas 28 and 29, the charge detection value processing similar to that of the first device is performed in the second device. As described above, in the values of (f 2 —A 0 −f 2 —A 120 ) and (f 2 —A 120 −f 2 —A 240 ) in Equations 28 and 29, detection of irradiation / reflected light from the first device is performed. The value is a DC component. Therefore, it is canceled by the differential calculation in the same manner as the detection of ambient light. Therefore, the detection components of Equation 28 and Equation 29 are the detection values of only the irradiation / reflection light in the second device, and the influence of the first device can be eliminated. Therefore, using the above detection period, 120 ° phase difference three-phase detection is converted into 90 ° phase difference as shown in Equation 30 and Equation 29, and the phase difference is reversed. The distance can be measured by the second device by obtaining the value by the tangent calculation. In addition, the SN ratio of the detection signal can be improved by repeating the detection method described above k 1 times and k 2 times in the first and second devices, respectively, as in the above-described embodiment.
(実施例5)
実施例5では、光飛行型距離計測装置を同一空間で3つ使用し、内2つのn1/n2が全て自然数である例に関して説明する。第1の変調周波数:f1(周期:T1)と、第2の変調周波数:f2(周期:T2)と、第3の光飛行型距離計測装置の第3の変調周波数:f3(周期:T3)において、内2の周波数の関係が、
n12×f1=n21×f2、n13×f1=n31×f3、n23×f2=n32×f3、
n12,n13,n21,n23,n31,n32:自然数、かつ、n12=kn21、n23=kn32、n13=k^2n31
である条件下において、検出する複数のタイミング位相が4等分割位相(0°、90°、180°、270°)である実施例に関して説明する。まず、先に説明した方法で各装置の受光変調光+環境光は、数式32のように表現できる。
c1(t)=BG1(t)+α1β1[1+sin(2πf1t−θ1)]+
α2β12[1+sin(2πf2t−θ12)]+
α3β13[1+sin(2πf3t−θ13)]
c2(t)=BG2(t)+α2β2[1+sin(2πf2t−θ2)]+
α1β21[1+sin(2πf1t−θ21)]+
α3β23[1+sin(2πf3t−θ23)]
c3(t)=BG3(t)+α3β3[1+sin(2πf3t−θ3)]+
α1β31[1+sin(2πf1t−θ31)]+
α2β32[1+sin(2πf2t−θ32)]
(数式32)
(Example 5)
In the fifth embodiment, an example in which three optical flight type distance measuring devices are used in the same space and two n 1 / n 2 are all natural numbers will be described. First modulation frequency: f 1 (period: T 1 ), second modulation frequency: f 2 (period: T 2 ), and third modulation frequency of the third optical flight type distance measuring device: f 3 In (period: T 3 ), the relationship between the two frequencies is
n 12 × f 1 = n 21 ×
n 12 , n 13 , n 21 , n 23 , n 31 , n 32: natural numbers, and n 12 = kn 21 , n 23 = kn 32 , n 13 = k 2 n 31
A description will be given of an embodiment in which a plurality of timing phases to be detected are four equally divided phases (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) under the above conditions. First, the received light modulation light + environment light of each device can be expressed as Equation 32 by the method described above.
c 1 (t) = BG 1 (t) + α 1 β 1 [1 + sin (2πf 1 t−θ 1 )] +
α 2 β 12 [1 + sin (2πf 2 t−θ 12 )] +
α 3 β 13 [1 + sin (2πf 3 t−θ 13 )]
c 2 (t) = BG 2 (t) + α 2 β 2 [1 + sin (2πf 2 t−θ 2 )] +
α 1 β 21 [1 + sin (2πf 1 t−θ 21 )] +
α 3 β 23 [1 + sin (2πf 3 t−θ 23 )]
c 3 (t) = BG 3 (t) + α 3 β 3 [1 + sin (2πf 3 t−θ 3 )] +
α 1 β 31 [1 + sin (2πf 1 t−θ 31 )] +
α 2 β 32 [1 + sin (2πf 2 t−θ 32 )]
(Formula 32)
本例では、k=2の偶数倍の場合を例にとる。図11に、第1、第2、第3の装置における4等分割、0°位相検出の積分検出タイミング図を示す。本例ではk^2=4となるため、第1の装置では、第2の装置と相対位相状態の異なる2サンプル×2セット、第3の装置と相対位相状態の異なる4サンプル×1セット、すなわち計4サンプルが最小の検出位相タイミング数となる。同様に第2の装置では、第1の装置と相対位相状態の異なる1サンプル×2セット、第3の装置と相対位相状態の異なる2サンプル×1セット、すなわち計2サンプルが最小の検出位相タイミング数となる。同様に、第3の装置では、第1の装置と相対位相状態の異なる1サンプル、第2の装置と相対位相状態の異なる1サンプルが最小の検出タイミングとなる。したがって、第1の装置での検出値は以下の数式33ように表わされる。 In this example, the case of an even multiple of k = 2 is taken as an example. FIG. 11 shows an integral detection timing diagram of quadrant, 0 ° phase detection in the first, second, and third devices. In this example, k ^ 2 = 4, so in the first device, 2 samples × 2 sets having different relative phase states from the second device, 4 samples × 1 set having different relative phase states from the third device, That is, a total of 4 samples is the minimum number of detected phase timings. Similarly, in the second apparatus, one sample × 2 sets having a relative phase state different from that of the first apparatus, and 2 samples × 1 set having a different relative phase state from the third apparatus, that is, a total of two samples has a minimum detection phase timing. Number. Similarly, in the third apparatus, one sample having a relative phase state different from that of the first apparatus and one sample having a relative phase state different from that of the second apparatus become the minimum detection timing. Therefore, the detected value in the first device is expressed as the following Expression 33.
ここで、前述の実施例と同様に、第1の装置以外からの照射による検出光の項は、それぞれ以下のように表わされる。第2の装置の照射/反射光の第1の装置での検出は数式34、第3の装置の照射/反射光の第1の装置での検出は数式35として表わされる。 Here, similarly to the above-described embodiment, the terms of the detection light by irradiation from other than the first apparatus are respectively expressed as follows. The detection of the irradiation / reflection light of the second device by the first device is expressed by Equation 34, and the detection of the irradiation / reflection light of the third device by the first device is expressed by Equation 35.
さらに上記第2、第3の装置の照射/反射光の検出周期をそれぞれの周波数の周期表現(T1=T2/2、T1=T3/4)に変換すると、第2の装置の照射/反射光の第1の装置での検出は数式36として表現できる。また、第3の装置の照射/反射光の第1の装置での検出は数式37として表現できる。
Further the second and converting the detected period of irradiation / reflection light of the third device to cycle representation of each frequency (T 1 = T 2/2 ,
したがって、第2、第3の装置からの照射光/反射光は光飛行時間に影響なくDC成分化される。その他の4等分割の各相90°、180°、270°においても同様な結果となり、f1_A90、f1_A180、f1_A270における第2、第3の装置からの照射光/反射光は光飛行時間に影響なくDC成分化される。さらに(f1_A90−f1_A270)、(f1_A0−f1_A180)と差動を取ることでDC成分もキャンセルされる。したがって、ATAN2[(f1_A90−f2_A270)/(f1_A0−f2_A180)]から他装置の影響を排した第1の装置の光飛行時間による位相遅れが算出され、数式8により反射対象物までの距離を算出することができる。 Therefore, the irradiated / reflected light from the second and third devices is converted into a DC component without affecting the time of flight. The same result is obtained in the other 90 °, 180 °, and 270 ° phases of the four equal divisions, and the irradiation light from the second and third devices in f 1 _A 90 , f 1 _A 180 , and f 1 _A 270 / The reflected light is converted into a DC component without affecting the light flight time. Furthermore, the DC component is also canceled by taking a difference from (f 1 _A 90 -f 1 _A 270 ) and (f 1 _A 0 -f 1 _A 180 ). Therefore, the phase delay due to the optical flight time of the first device excluding the influence of other devices is calculated from ATRAN2 [(f 1 —A 90 −f 2 —A 270 ) / (f 1 —A 0 −f 2 —A 180 )]. , The distance to the reflection object can be calculated by Equation 8.
また、第2の装置の検出値でも同様に、数式38のように表わすことができる。 Similarly, the detection value of the second device can be expressed as in Equation 38.
ここで、数式38における第2の装置以外からの照射による検出光の項は、それぞれ以下のように表わされる。つまり、第1の装置の照射/反射光の第2の装置での検出は、数式39、第3の装置の照射/反射光の第2の装置での検出は数式40として表現される。 Here, the terms of the detection light by irradiation from other than the second device in Expression 38 are expressed as follows. In other words, the detection of the irradiation / reflection light of the first device with the second device is expressed as Equation 39, and the detection of the irradiation / reflection light of the third device with the second device is expressed as Equation 40.
上記の第1、第3の装置の照射光の検出周期をそれぞれの周波数の周期表現(T2=2T1、T2=T3/2)に変換すると、第1の装置の照射/反射光の第2の装置での検出は数式41として表現できる。また、第3の装置の照射/反射光の第2の装置での検出は数式42として表現できる。
The above first and converting the detected period of the illuminating light of the third device to cycle representation of each
したがって、数式42に示される第3の装置からの照射光/反射光は光飛行時間に影響なくDC成分化される。 Therefore, the irradiation light / reflected light from the third device shown in Formula 42 is converted into a DC component without affecting the light flight time.
さらに、第1の装置の照射/反射光の第2の装置での検出に関して、説明を加える。第1の装置の照射/反射光の第2の装置での検出では、DC成分化されず、第1の装置の照射/反射光の変調成分が残る。ここで、第1の装置の照射/反射光の第2の装置での180°位相差の検出をみると以下の数式43ようになる。 Further, a description will be added regarding the detection of the irradiation / reflected light of the first device by the second device. In the detection of the irradiation / reflected light of the first device by the second device, it is not converted into a DC component, and the modulation component of the irradiation / reflected light of the first device remains. Here, the detection of the 180 ° phase difference of the irradiation / reflection light of the first device in the second device is represented by the following Expression 43.
0°位相検出の数式41と180°位相検出の数式43とは、第1の装置の変調成分に対して同じ波形成分をもつ関係になる。したがって、第1の装置からの照射光/反射光も(f1_A0−f1_A180)の差動を取ることによりキャンセルされる。90°、270°の位相検出においても同様な結果となり、(f2_A0−f2_A180)、(f2_A90−f2_A270)と差動を取ることでDC成分かつ同相変調成分もキャンセルされる。したがって、ATAN2[(f2_A90−f2_A270)/(f2_A0−f2_A180)]から他装置の影響を排した第2の装置の光飛行時間による位相遅れが算出され、数式8により反射対象物までの距離を算出することができる。 The 0 ° phase detection formula 41 and the 180 ° phase detection formula 43 have the same waveform component with respect to the modulation component of the first device. Therefore, the irradiation light / reflected light from the first device is also canceled by taking the differential of (f 1 _A 0 -f 1 _A 180 ). The same result is obtained in the phase detection of 90 ° and 270 °, and the DC component and the in-phase modulation are obtained by taking a difference from (f 2 _A 0 -f 2 _A 180 ) and (f 2 _A 90 -f 2 _A 270 ). Ingredients are also cancelled. Therefore, the phase delay due to the optical flight time of the second device excluding the influence of other devices is calculated from ATRAN2 [(f 2 —A 90 −f 2 —A 270 ) / (f 2 —A 0 −f 2 —A 180 )]. , The distance to the reflection object can be calculated by Equation 8.
また、第3の装置の検出値でも同様に、数式44のように表わすことができる。 Similarly, the detected value of the third device can be expressed as in Equation 44.
ここで、第3の装置以外からの照射による検出光の項は、それぞれ以下のように表わされる。第1の装置の照射/反射光の第3の装置での検出は数式45、第2の装置の照射/反射光の第3の装置での検出は数式46として表わされる。 Here, the terms of the detection light by irradiation from other than the third device are respectively expressed as follows. The detection of the irradiation / reflection light of the first device by the third device is expressed by Equation 45, and the detection of the irradiation / reflection light of the second device by the third device is expressed by Equation 46.
上記の第1、第3の装置の照射光の検出周期をそれぞれの周波数の周期表現(T3=4T1、T3=2T2)に変換すると、第1の装置の照射/反射光の第3の装置での検出は数式47として表現できる。また、第2の装置の照射/反射光の第3の装置での検出は数式48として表現できる。
When the detection period of the irradiation light of the first and third apparatuses is converted into a period expression of each frequency (T 3 = 4T 1 , T 3 = 2T 2 ), the irradiation / reflection light of the first apparatus The detection by the
したがって、検出積分期間をT3/2に設定する場合は、積分期間が第1、第2の変調周期の整数倍になるため、検出値はDC成分化される。しかしながら、上記式47、式48のDC成分化は積分期間に依存する結果となるため、拡張性に関してさらに説明を加える。ここで、前述した第2の装置における説明と同様に、180°位相差の検出タイミングでの検出状態をみると、第1の装置の照射/反射光の第3の装置での検出は数式49、第2の装置の照射/反射光の第3の装置での検出は数式50となる。 Therefore, when setting the detection integration period T 3/2, since the integration period becomes the first, an integral multiple of the second modulation period, the detection value is the DC component of. However, since the DC componentization of the above formulas 47 and 48 depends on the integration period, further explanation will be given regarding expandability. Here, similarly to the description of the second device described above, when the detection state at the detection timing of the 180 ° phase difference is seen, the detection of the irradiation / reflected light of the first device by the third device is expressed by Equation 49. The detection of the irradiation / reflected light of the second device with the third device is expressed by Equation 50.
0°位相検出の数式47,48と180°位相検出の数式49、50とは、第1、第2の装置の変調成分に対して同じ波形成分をもつ関係になる。したがって、第1、第2の装置からの照射光/反射光も(f3_A0−f3_A180)の差動を取ることでキャンセルされる。90°、270°位相検出においても同様な結果となり、(f3_A0−f3_A180)、(f3_A90−f3_A270)と差動を取ることでDC成分かつ同相変調成分もキャンセルされる。したがって、ATAN2[(f3_A90−f3_A270)/(f3_A0−f3_A180)]から検出積分期間に関係なく、他装置の影響を排した第3の装置の光飛行時間による位相遅れが算出される。そして、数式8により反射対象物までの距離を算出することができる。
The 0 ° phase detection equations 47 and 48 and the 180 ° phase detection equations 49 and 50 have the same waveform component with respect to the modulation components of the first and second devices. Therefore, the irradiation light / reflected light from the first and second devices is also canceled by taking a difference of (f 3 _A 0 -f 3 _A 180 ). The same result is obtained in 90 ° and 270 ° phase detection, and a DC component and an in-phase modulation component are obtained by taking a difference from (f 3 _A 0 -f 3 _A 180 ) and (f 3 _A 90 -f 3 _A 270 ). Will also be canceled. Therefore, ATAN2 [(f 3 _A 90 -
図11(B)に、以上説明した処理で得られる(f1_A0−f1_A180)と(f1_A90−f1_A270)の位相遅れ依存性を示す。また、f2_A0−f2_A180)と(f2_A90−f2_A270)、f3_A0−f3_A180)と(f3_A90−f3_A270)のそれぞれの位相遅れ依存性も示す。
FIG. 11B shows the phase delay dependency of (f 1 _A 0 -f 1 _A 180 ) and (f 1 _A 90 -f 1 _A 270 ) obtained by the processing described above. Further, f 2 _A 0 -f 2 _A 180) and (f 2 _A 90 -f 2 _A 270),
上記説明ではk=2、すなわち第1、第2、第3の装置の光源変調周波数比が2倍、4倍の偶数倍時を例にとり説明したが、複数の内2の周波数の関係が、
n12×f1=n21×f2、n13×f1=n31×f3、n23×f2=n32×f3、
n12,n13,n21,n23,n31,n32:自然数、かつ、n12=kn21、n23=kn32、n13=k^2n31
である条件として、kが3であり周波数比が奇数である場合も同様な処理で対応が可能である。また、上記実施例では3つの装置としたが、3つまでに限定されるものではなくi個の装置に対して、偶数時、奇数時ともに(i−1)のべき乗数までの周波数比の対応を取れば、上述した処理の適用が可能である。
In the above description, k = 2, that is, the case where the light source modulation frequency ratio of the first, second, and third devices is two times and four times the even number times has been described as an example.
n 12 × f 1 = n 21 ×
n 12 , n 13 , n 21 , n 23 , n 31 , n 32: natural numbers, and n 12 = kn 21 , n 23 = kn 32 , n 13 = k 2 n 31
As a condition, it is possible to cope with the case where k is 3 and the frequency ratio is an odd number by the same processing. In the above embodiment, the number of devices is three. However, the number of devices is not limited to three, and the number of frequency ratios up to a power of (i-1) is increased for i devices at both odd and even numbers. If a countermeasure is taken, the above-described processing can be applied.
(その他の実施例)
以上、実施例1〜5において、複数の光飛行型距離計測装置を使用する場合、光学的クロストークを回避する検出手段方法の説明を行った。上述の実施例においては光源変調波形に正弦波を例にとり説明したが、正弦波に限らず、パルス矩形波、三角波であっても、周期性及びデューティ50%の観点で正弦波と同等にすれば、これらの変調波形でも同様な原理により、本発明は適用可能である。
(Other examples)
As described above, in Examples 1 to 5, the detection means method for avoiding optical crosstalk when using a plurality of optical flight type distance measuring devices has been described. In the above-described embodiment, the sine wave is used as an example of the light source modulation waveform. However, not only the sine wave but also a pulse rectangular wave and a triangular wave are equivalent to a sine wave in terms of periodicity and 50% duty. For example, the present invention can be applied to these modulated waveforms based on the same principle.
また、上記実施例では単一画素での処理に対して説明した。実際の装置系において、1受光素子を採用する場合は、光源からの変調照射光を小ビームスポット化し、そのスポットを2次元スキャンし集光反射光の検出に本発明を適用することでスキャン領域xy面における距離情報、いわゆる距離画像を得ることができる。さらに1次元、2次元配列の形態を取る受光素子に適用することも可能である。そして、複数のLED光源や、拡散透過板を透過されたレーザー光等、により光源光を放射状に照射し、集光レンズを用いて反射光をアレイ受光素子に集光し、これによりxy領域における距離画像を得ることも可能である。 In the above-described embodiment, the processing with a single pixel has been described. In a case where one light receiving element is employed in an actual apparatus system, the modulated irradiation light from the light source is converted into a small beam spot, the spot is two-dimensionally scanned, and the present invention is applied to the detection of the condensed reflected light, thereby scanning region Distance information on the xy plane, so-called distance image can be obtained. Further, the present invention can be applied to a light receiving element that takes the form of a one-dimensional or two-dimensional array. Then, the light source light is irradiated radially by a plurality of LED light sources, laser light transmitted through the diffuse transmission plate, and the like, and the reflected light is condensed on the array light receiving element by using a condensing lens. It is also possible to obtain a distance image.
また、複数の光飛行型距離計測装置を使用する場合の本発明の処理に加え、光源波長/検出波長を装置間で変更することも可能である。或いは、切り換える手段を適用する、いわゆる波長分離を併用することで、光源波長数×変調周波数数の装置を同一空間で光学的クロストークを回避して使用することが可能となる、より多くの装置対応も可能である。 In addition to the processing of the present invention in the case of using a plurality of optical flight type distance measuring devices, the light source wavelength / detection wavelength can be changed between the devices. Alternatively, by using so-called wavelength separation in combination with switching means, it is possible to use a device having the number of light source wavelengths × the number of modulation frequencies while avoiding optical crosstalk in the same space. Correspondence is also possible.
前述の実施例において、複数の光飛行型距離計測装置を使用する場合の検出方法/手段に関して説明した。複数の光飛行型距離計測装置を使用する実施例の対象として、例えば、オーグメンテッドリアリティ(AR)、バーチャルリアリティ(VR)、ミクスドリアリティ(MR)等分野が挙げられる。これらの分野では、空間情報を3次元空間として認識し、リアリティを高めるために、距離計測装置が積極的に活用されている。さらに、視野や光照射を利用する3次元空間認識において、手前の物体の影になり背後にある物体の距離認識ができない、いわゆるオクルージョンと言われる現象が起こってしまう。これらの状況において、一つの計測装置では、3次元画像の視野角には限界あり、視野角の拡大や、オクルージョンを回避する方向で距離計測装置を複数台、空間に配置することが考えられる。この場合、装置間の光学クロストークによる精度悪化が課題として発生するが、本実施形態の距離計測装置を適用することにより、クロストークを回避できる。これにより、広範囲に亘る3次元空間認識が可能となり、AR、VR、MR等のシステムでの空間情報量が増加し、リアリティ精度向上につながる。 In the above-described embodiment, the detection method / means when using a plurality of optical flight type distance measuring devices has been described. Examples of objects using a plurality of optical flight-type distance measuring devices include fields such as augmented reality (AR), virtual reality (VR), and mixed reality (MR). In these fields, distance measuring devices are actively used to recognize spatial information as a three-dimensional space and enhance reality. Furthermore, in the three-dimensional space recognition using the field of view and the light irradiation, a so-called occlusion phenomenon occurs in which the distance of the object behind the object cannot be recognized due to the shadow of the object in front. Under these circumstances, there is a limit to the viewing angle of a three-dimensional image in one measuring device, and it is conceivable that a plurality of distance measuring devices are arranged in a space in a direction that avoids an increase in viewing angle or occlusion. In this case, accuracy deterioration due to optical crosstalk between devices occurs as a problem, but crosstalk can be avoided by applying the distance measuring device of this embodiment. As a result, three-dimensional space recognition over a wide range becomes possible, and the amount of spatial information in systems such as AR, VR, and MR increases, leading to improved reality accuracy.
上記実施例は空間に距離計測装置を固定配置する例であったが、さらに、AR、VR、MR等で特徴的となる、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)に搭載し、前方向の距離画像取得による空間特徴認識や物体認識に適用することも考えられる。HMDに計測装置を搭載するケースにおいて、複数人のHMD装着者が同一空間において、AR、VR、MR等を体験する場合に、HMD装着者は移動や近接状態と様々な位置・状態変化を起こし、クロストーク回避の空間分離は極めて困難な状況となる。そして光学クロストークにより検出精度が悪化し、正確な空間情報が得られなくなる。そこに上述した装置間クロストークを回避する距離計測装置/方法を複数のHMDに対して実施すれば、複数装置間の光学的クロストークを回避し、各HMDにおいてより正確距離情報を得ることが可能となり、体験リアリティ精度向上につながる。 The above embodiment is an example in which a distance measuring device is fixedly arranged in a space. Further, the distance measuring device is mounted on a head mounted display (HMD), which is characteristic in AR, VR, MR, etc. It can also be applied to spatial feature recognition and object recognition. In a case where a measuring device is mounted on an HMD, when multiple HMD wearers experience AR, VR, MR, etc. in the same space, the HMD wearer causes various positions and state changes such as movement and proximity. Thus, spatial separation for avoiding crosstalk becomes extremely difficult. And detection accuracy deteriorates due to optical crosstalk, and accurate spatial information cannot be obtained. If the above-described distance measuring apparatus / method for avoiding crosstalk between apparatuses is applied to a plurality of HMDs, optical crosstalk between a plurality of apparatuses can be avoided and more accurate distance information can be obtained in each HMD. It becomes possible and leads to improvement of experience reality accuracy.
本発明は、上記実施例の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、1つの機器からなる装置に適用してもよい。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形(各実施例の有機的な組合せを含む)が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。即ち、上述した各実施例及びその変形例を組み合わせた構成も全て本発明に含まれるものである。 The present invention supplies software (programs) for realizing the functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus reads the program. To be executed. Further, the present invention may be applied to a system composed of a plurality of devices or an apparatus composed of a single device. The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications (including organic combinations of the embodiments) are possible based on the spirit of the present invention, and these are excluded from the scope of the present invention. is not. That is, the present invention includes all the combinations of the above-described embodiments and modifications thereof.
10 光照射部
11 光源
13 光源変調部
14 コントローラ
15 対象体
16 集光受光部
19 受光検出部、
20 距離算出処理部
DESCRIPTION OF
20 Distance calculation processing unit
Claims (10)
前記第1の距離計測装置の前記変調光の第1の変調周波数をf1、周期をT1、前記第2の距離計測装置の前記変調光の第2の変調周波数をf2、周期をT2としたときに、n1×f1=n2×f2 n1,n2:自然数、かつ、n1≠n2を満たし、
前記第1の距離計測装置は、
発光周期のT1を3または4分割する複数タイミングの各々において、第2の変調周波数f2との相対位相状態がそれぞれ異なるn2個の位相状態を所定時間幅で受光検出し、該n2個の受光検出をk1回(ただしk1は自然数)行う第1の検出手段と、
90°位相差信号の算出値に基づき第1の距離計測装置の対象物までの距離を算出する第1の算出手段と、を備え、
第2の距離計測装置は、
発光周期のT2を3または4分割する複数タイミングの各々において、前記第1の変調周波数f1との相対位相状態がそれぞれ異なるn1個の位相状態を所定時間幅で受光検出し、該n1個の受光検出をk2回(ただしk2は自然数)行う第2の検出処理手段と、
90°位相差信号の算出値に基づき第2の距離計測装置の対象物までの距離を算出する第2の算出手段と、を備える
ことを特徴とする距離計測システム。 Based on the detection result of the irradiation means for emitting the modulated light, the light receiving means for receiving the reflected light of the modulated light emitted by the irradiation means, the detection means for detecting the reception of the reflected light by the light receiving means, and the detection result of the detection means A distance measuring system comprising a first distance measuring device and a second distance measuring device having a calculation means for measuring a flight time of light and calculating a distance to an object,
The first modulation frequency of the modulated light of the first distance measuring device is f 1 , the period is T 1 , the second modulation frequency of the modulated light of the second distance measuring device is f 2 , and the period is T 2 , n 1 × f 1 = n 2 × f 2 n 1 , n 2: a natural number and n 1 ≠ n 2
The first distance measuring device includes:
At each of a plurality of timings at which T 1 of the light emission period is divided into three or four, n 2 phase states having different relative phase states with respect to the second modulation frequency f 2 are received and detected with a predetermined time width, and the n 2 a first detection means for carrying out number of receiving and detecting the k 1 times (where k 1 is a natural number),
First calculating means for calculating the distance to the object of the first distance measuring device based on the calculated value of the 90 ° phase difference signal,
The second distance measuring device is
At each of a plurality of timings at which T 2 of the light emission period is divided into three or four, n 1 phase states having different relative phase states with respect to the first modulation frequency f 1 are received and detected with a predetermined time width, and the n A second detection processing means for performing one light detection detection k 2 times (where k 2 is a natural number);
And a second calculating means for calculating a distance to an object of the second distance measuring device based on a calculated value of the 90 ° phase difference signal.
であることを特徴とする請求項1に記載の距離計測システム。 When n 2 / n 1 is an odd value and f 2 <f 1 , the timing of the detection phase of the distance measuring device of the second modulation frequency f 2 is divided into four, and 90 in the timing of the four divided detection. ° The detection timing of the detection signal paired with each phase difference signal
The distance measurement system according to claim 1, wherein:
INT(x)はxの小数部を切り捨てた整数値を返す関数、mは自然数であるとしたときに、受光時間幅のWf2を
とすることを特徴とする請求項1に記載の距離計測システム。 When n 2 / n 1 is a natural number other than a multiple of 3, the detection timing phase of the second detection means is a three-divided phase;
INT (x) is a function that returns an integer value obtained by truncating the fractional part of x, and when m is a natural number, W f2 of the light reception time width is calculated.
The distance measurement system according to claim 1, wherein:
前記第1距離計測装置の前記変調光の第1の変調周波数をf1、周期をT1、前記第2の距離計測装置の前記変調光の第2の変調周波数をf2、周期をT2としたときに、n1×f1=n2×f2 n1,n2:自然数、かつ、n1≠n2を満たし、
前記第1の距離計測装置は、
発光周期のT1を3または4分割する複数タイミングの各々において、第2の変調周波数f2との相対位相状態がそれぞれ異なるn2個の位相状態を所定時間幅で受光検出し、該n2個の受光検出をk1回(ただしk1は自然数)行い、
90°位相差信号の算出値に基づき第1の距離計測装置の対象物までの距離を算出し、
第2の距離計測装置は、
発光周期のT2を3または4分割する複数タイミングの各々において、前記第1の変調周波数f1との相対位相状態がそれぞれ異なるn1個の位相状態を所定時間幅で受光検出し、該n1個の受光検出をk2回(ただしk2は自然数)行い、
90°位相差信号の算出値に基づき第2の距離計測装置の対象物までの距離を算出する
ことを特徴とする距離計測方法。 Based on the detection result of the irradiation means for emitting the modulated light, the light receiving means for receiving the reflected light of the modulated light emitted by the irradiation means, the detection means for detecting the reception of the reflected light by the light receiving means, and the detection result of the detection means A distance measurement method in a distance measurement system comprising a first distance measurement device and a second distance measurement device having a calculation means for measuring a flight time of light and calculating a distance to an object,
The first modulation frequency of the modulated light of the first distance measuring device is f 1 , the period is T 1 , the second modulation frequency of the modulated light of the second distance measuring device is f 2 , and the period is T 2. N 1 × f 1 = n 2 × f 2 n 1 , n 2: a natural number and n 1 ≠ n 2
The first distance measuring device includes:
At each of a plurality of timings at which T 1 of the light emission period is divided into three or four, n 2 phase states having different relative phase states with respect to the second modulation frequency f 2 are received and detected with a predetermined time width, and the n 2 Detection of received light is performed k 1 times (where k 1 is a natural number)
Calculating the distance to the object of the first distance measuring device based on the calculated value of the 90 ° phase difference signal;
The second distance measuring device is
At each of a plurality of timings at which T 2 of the light emission period is divided into three or four, n 1 phase states having different relative phase states with respect to the first modulation frequency f 1 are received and detected with a predetermined time width, and the n One light detection is performed k 2 times (where k 2 is a natural number)
A distance measuring method, comprising: calculating a distance to an object of the second distance measuring device based on a calculated value of the 90 ° phase difference signal.
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---|---|---|---|---|
WO2021019929A1 (en) * | 2019-07-26 | 2021-02-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Distance measurement device, distance measurement system, and adjustment method for distance measurement device |
WO2021253321A1 (en) * | 2020-06-18 | 2021-12-23 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | Time-of-flight ranging method and related system |
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- 2016-08-31 JP JP2016169488A patent/JP2018036144A/en active Pending
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