JP2024012536A

JP2024012536A - 信号処理装置

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Publication number: JP2024012536A
Application number: JP2023190118A
Authority: JP
Inventors: 孝典落合; Takanori Ochiai
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2023-11-07
Publication date: 2024-01-30
Also published as: JP2021015096A

Abstract

【課題】迷光の影響を抑えて対象物までの距離を正確に測定するための信号処理を行うことが可能な信号処理装置を提供する。【解決手段】第１の波長を有し、第１の変調周波数に基づいて光強度を変調した第１の出射光を出射する第１の光源と、第１の波長とは異なる第２の波長を有し、第１の周波数とは異なる第２の変調周波数に基づいて光強度を変調した第２の出射光を出射する第２の光源と、第１の出射光及び第２の出射光を共通の経路に沿って進行させる第１の光学素子と、第１の出射光及び第２の出射光の経路上に設けられた第２の光学素子と、第２の光学素子を通過した第１の出射光及び第２の出射光の経路上に配され、第１の波長の光を通過させ、第２の波長の光を減衰させるフィルタ部と、光を受光する受光素子と、受光素子の受光結果から、第１の出射光が外部の物体によって反射された光である反射光の成分を抽出する信号処理部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、信号処理装置に関し、特に、送信信号及び受信信号の位相を比較して対象物までの距離を測定するための信号処理を行う信号処理装置に関する。

レーザ光を対象物に照射し、当該対象物によって反射されたレーザ光を受光して解析することにより、対象物までの距離を計測する測距装置が知られている（例えば、特許文献１）。かかる測距装置の測距方式としては、ＴＯＦ（Time of Flight）方式や位相差法方式がある。ＴＯＦ方式では、送信した信号が対象物に反射して戻ってくるまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて距離を測定する。

一方、位相差法では、例えば正弦波によって光強度を変調したレーザ光を対象物に照射し、対象物によって反射されたレーザ光である反射光を受光して、その光強度を電気信号に変換する。そして、電気信号に含まれる正弦波の成分と射出時のレーザ光の光強度に含まれる正弦波の成分との位相差を抽出し、抽出した位相差を遅延時間に変換し、当該遅延時間及び光速度に基づいて対象物との距離を算出する。

特開２０１５－１２９６４６号公報

上記のような測距装置において、光源から出射されたレーザ光が外部に出力される前に、測距装置内部の望遠レンズ等の光学素子によって反射され、迷光として受光部に入射する場合がある。装置内部での反射による迷光は、反射するまでの距離が短いため、対象物からの反射光と比べて信号強度が大きい。従って、迷光が受光部に入射すると、対象物までの距離を正確に測定することができないという問題があった。また、特に位相差法を用いた測距では、外部からの入射光を一定期間に亘って受光部に入射させる必要があるため、迷光の受光自体を時間的に分離することができないという問題があった。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、迷光の影響を抑えて対象物までの距離を正確に測定するための信号処理を行うことが可能な信号処理装置を提供することを目的の一つとしている。

請求項１に記載の発明は、第１の波長を有し、第１の変調周波数に基づいて光強度を変調した第１の出射光を出射する第１の光源と、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記第１の周波数とは異なる第２の変調周波数に基づいて光強度を変調した第２の出射光を出射する第２の光源と、前記第１の出射光及び前記第２の出射光の経路上に配され、前記第１の波長の光を通過させ、前記第２の波長の光を減衰させるフィルタ部と、光を受光する受光素子と、前記受光素子の受光結果から、前記第１の出射光が外部の物体によって反射された光である反射光の成分を抽出する信号処理部と、を有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、第１の光源と、第２の光源と、第１の光学素子と、第２の光学素子と、フィルタ部と、受光素子と、信号処理部と、を有する信号処理装置が実行する信号処理方法であって、第１の波長を有し、第１の変調周波数に基づいて光強度を変調した第１の出射光を前記第１の光源から出射するステップと、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記第１の変調周波数とは異なる第２の変調周波数に基づいて光強度を変調した第２の出射光を前記第２の光源から出射するステップと、前記第１の出射光及び前記第２の出射光を共通の経路に沿って進行させるステップと、前記共通の経路に沿って進行した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記第２の光学素子に入射させるステップと、前記第２の光学素子を通過した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記フィルタ部に入射させ、前記第１の波長の光を通過させ、前記第２の波長の光を減衰させるステップと、光を前記受光素子により受光するステップと、前記受光素子の受光結果から前記第１の出射光が外部の物体によって反射された光である反射光の成分を抽出するステップと、を含むことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、プログラムであって、第１の光源と、第２の光源と、第１の光学素子と、第２の光学素子と、フィルタ部と、受光素子と、信号処理部と、を有する信号処理装置に、第１の波長を有し、第１の変調周波数に基づいて光強度を変調した第１の出射光を前記第１の光源から出射するステップと、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記第１の変調周波数とは異なる第２の変調周波数に基づいて光強度を変調した第２の出射光を前記第２の光源から出射するステップと、前記第１の出射光及び前記第２の出射光を共通の経路に沿って進行させるステップと、前記共通の経路に沿って進行した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記第２の光学素子に入射させるステップと、前記第２の光学素子を通過した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記フィルタ部に入射させ、前記第１の波長の光を通過させ、前記第２の波長の光を減衰させるステップと、光を前記受光素子により受光するステップと、前記受光素子の受光結果から前記第１の出射光が外部の物体によって反射された光である反射光の成分を抽出するステップと、を実行させることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、記録媒体であって、第１の光源と、第２の光源と、第１の光学素子と、第２の光学素子と、フィルタ部と、受光素子と、信号処理部と、を有する信号処理装置に、第１の波長を有し、第１の変調周波数に基づいて光強度を変調した第１の出射光を前記第１の光源から出射するステップと、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記第１の変調周波数とは異なる第２の変調周波数に基づいて光強度を変調した第２の出射光を前記第２の光源から出射するステップと、前記第１の出射光及び前記第２の出射光を共通の経路に沿って進行させるステップと、前記共通の経路に沿って進行した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記第２の光学素子に入射させるステップと、前記第２の光学素子を通過した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記フィルタ部に入射させ、前記第１の波長の光を通過させ、前記第２の波長の光を減衰させるステップと、光を前記受光素子により受光するステップと、前記受光素子の受光結果から前記第１の出射光が外部の物体によって反射された光である反射光の成分を抽出するステップと、を実行させるプログラムを記録することを特徴とする。

本実施例の測距装置の概略構成を示すブロック図である。実施例１における第１の出射光の光強度を示す波形図である。実施例１における第２の出射光の光強度を示す波形図である。望遠レンズを通過する第１の出射光及び第２の出射光の波長及び強度を示す図である。望遠レンズでの反射による迷光の波長及び強度を示す図である。投光ビームに含まれる光のうち、第１の波長の光がバンドパスフィルタを通過し、第２の波長の光がバンドパスフィルタによって遮断されることを示す図である。外部から測距装置に入射する光のうち、第１の波長の光がバンドパスフィルタを通過し、第２の波長の光がバンドパスフィルタによって遮断されることを示す図である。信号処理部の構成例を示すブロック図である。投光ビームの迷光成分と迷光モニタ信号との関係を模式的に示す図である。光学的な干渉成分の周波数と迷光モニタ用信号の周波数とが相違することを模式的に示す図である。実施例１の測距装置の機能ブロックを示すブロック図である。実施例１の測距装置の動作の処理ルーチンを示すフローチャートである。実施例２の測距装置の機能ブロックを示すブロック図である。実施例２における第１の出射光の光強度を示す波形図である。実施例２における第２の出射光の光強度を示す波形図である。迷光をキャンセルしない場合の受光信号の信号波形のイメージを示す図である。迷光のキャンセルを模式的に示す波形図である。迷光がキャンセルされた後の受光信号の信号波形のイメージを示す図である。光学的な干渉成分の周波数と迷光モニタ用信号の周波数とが相違することを模式的に示す図である。

以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、実施例１の測距装置１００の概略構成を示すブロック図である。測距装置１００は、光学的に対象物までの距離を測定するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）等の光測距装置から構成され、当該対象物の位置を検知する検知装置である。

測距装置１００は、所定周波数の信号に基づいて光強度を変調したレーザ光を測距領域に向けて出射し、測距領域内の対象物により反射されたレーザ光を受光して、出射時の及び受光時のレーザ光の光強度に含まれる当該所定周波数の信号成分の位相差（位相角）に基づいて、対象物までの距離を測定する。

本実施例の測距装置１００は、第１光源１１、第２光源１２、ハーフミラー１３、穴あきミラー１４、スキャンミラー１５、望遠レンズ１６、バンドパスフィルタ１７、集光レンズ１８、受光素子１９、信号処理部２０、測距部２１及び制御部２２を含む。

第１光源１１は、連続波状のレーザ光（すなわち、連続波光）を出射する光源であり、例えばレーザダイオードから構成されている。第１光源１１は、第１の変調周波数ｆ１で光強度を変調した波長λ１のレーザ光を、第１の出射光ＯＬ１として出射する。第１の出射光ＯＬ１は、対象物までの距離を測定するために対象物に照射するレーザ光である。

第２光源１２は、第１光源１１と同様、連続波状のレーザ光を出射する光源であり、例えばレーザダイオードから構成されている。第２光源１２は、第２の変調周波数ｆ２で光強度を変調した波長λ２のレーザ光を、第２の出射光ＯＬ２として出射する。第２の出射光ＯＬ２は、後述する「迷光」を監視（モニタ）するために出射するレーザ光である。すなわち、本実施例の第２光源１２は、迷光監視光生成部としての性質を有する。

図２Ａは、第１の出射光ＯＬ１の光強度の波形を示す波形図である。図２Ｂは、第２の出射光ＯＬ２の光強度の波形を示す波形図である。このように、本実施例では互いに異なる変調周波数で光強度を変調したレーザ光が、それぞれ第１の出射光ＯＬ１及び第２の出射光ＯＬ２として出射される。

再び図１を参照すると、ハーフミラー１３は、第１光源１１から出射された第１の出射光ＯＬ１及び第２光源１２から出射された第２の出射光ＯＬ２の各々の経路が交わる位置に配置されている。ハーフミラー１３は、第１の出射光ＯＬ１を通過させる一方、第２の出射光ＯＬ２を反射させる。本実施例では、ハーフミラー１３を通過した第１の出射光ＯＬ１とハーフミラー１３で反射された第２の出射光ＯＬ２とが共通の経路上に進行するように、ハーフミラー１３の配置位置及び角度が設定されている。

穴あきミラー１４は、入射した光を反射させる光反射面と、光反射面の中央部付近に設けられた孔部と、を有する。穴あきミラー１４は、ハーフミラー１３を経て進行する第１の出射光ＯＬ１及び第２の出射光ＯＬ２の共通の経路上に孔部が位置するように配置されている。

スキャンミラー１５は、例えば揺動するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーから構成されている。スキャンミラー１５の光反射面は、穴あきミラー１４の孔部を通過して共通の経路上を進行する第１の出射光ＯＬ１及び第２の出射光ＯＬ２（以下、まとめて投光ビームＯＬと称する）の経路上に設けられている。スキャンミラー１５が揺動することにより、投光ビームＯＬは出射方向（光軸方向）を変化させつつ測距領域に向けて投光される。例えば、スキャンミラー１５は、ラスタスキャンやリサージュスキャンの軌道で走査するように、投光ビームＯＬを投光する。また、スキャンミラー１５の光反射面は、測定領域内の対象物によって反射されたからの戻り光を反射させる。

望遠レンズ１６は、投光ビームＯＬの走査角度を拡大するとともに、戻り光を広角で受光するために設けられた拡大レンズである。望遠レンズ１６は、スキャンミラー１５により反射された出射光及び測距領域からの戻り光の経路上（例えば、スキャンミラー１５と測距装置１００の図示せぬ出射口との間）に設けられている。

望遠レンズ１６に入射した投光ビームＯＬは、基本的には望遠レンズ１６を通過してバンドパスフィルタ１７に入射するが、その一部は望遠レンズ１６を通過せずに反射するいわゆる「迷光」となる。

図３Ａは、望遠レンズ１６を通過する第１の出射光及び第２の出射光の波長及び強度を示す図である。図３Ｂは、望遠レンズ１６での反射による迷光の波長及び強度を示す図である。このように、波長λ１の光成分及び波長λ２の光成分のいずれについても、投光ビームＯＬの一部は望遠レンズ１６で反射されて迷光となる。

再び図１を参照すると、バンドパスフィルタ１７は、所定の波長帯域の光を通過させ、当該所定帯域外の波長の光を遮断する帯域制限フィルタである。本実施例において、バンドパスフィルタ１７は、波長λ１及びその周辺の波長帯域の光を通過させる。また、バンドパスフィルタ１７は、波長λ２の光を減衰させ、その通過を遮断する。バンドパスフィルタ１７は、望遠レンズ１６を透過した投光ビームＯＬの経路上に配置されている。バンドパスフィルタ１７を通過した投光ビームＯＬは、測距装置１００の図示せぬ出射口を介して測距装置１００の外部に出射される。

バンドパスフィルタ１７を通過して測距装置１００の外部に出射された投光ビームＯＬは、測距領域内の対象物によって反射され、反射光として測距装置１００に入射する。測距装置１００に入射した反射光は、バンドパスフィルタ１７及び望遠レンズ１６を経て、スキャンミラー１５の光反射面に入射する。なお、以下の説明では、測距領域内の対象物によって反射され、バンドパスフィルタ１７を通過してスキャンミラー１５に入射する反射光と、望遠レンズ１６を通過せずに望遠レンズ１６で反射されてスキャンミラー１５に入射するいわゆる迷光と、を合わせて「戻り光ＲＬ」と称する。

図４Ａは、投光ビームＯＬに含まれる光のうち、第１の波長λ１の光（すなわち、第１の出射光ＯＬ１）がバンドパスフィルタ１７を通過し、第２の波長λ２（すなわち、第２の出射光ＯＬ２）の光がバンドパスフィルタ１７によって遮断されることを示す図である。図４Ｂは、外部から測距装置１００に入射する光のうち、第１の波長λ１の光がバンドパスフィルタ１７を通過し、第２の波長λ２の光がバンドパスフィルタ１７によって遮断されることを示す図である。このように、バンドパスフィルタ１７は測距装置１００の内部から外部に向けて出射される光と、外部から測距装置１００の内部に入射する光の双方に対して通過帯域を制限する機能を有する。そのため、バンドパスフィルタ１７は背景光ＢＬに対しても通過帯域を制限する機能を有する。従って、測距装置１００に入射し、ノイズ成分となる背景光ＢＬは減衰される。

再び図１を参照すると、集光レンズ１８は、例えば凸レンズとして構成され、入射した光を集光する。集光レンズ１８は、穴あきミラー１４の光反射面で反射された戻り光ＲＬが入射する位置に設けられている。集光レンズ１８により集光された戻り光ＲＬは、受光部１９により受光される。

受光素子１９は、フォトダイオード等から構成されている。受光素子１９は、外部から測距装置１００に入射し、バンドパスフィルタ１７、望遠レンズ１６、スキャンミラー１５、穴あきミラー１４及び集光レンズ１８を経た戻り光ＲＬを受光する。受光素子１９は、受光した戻り光ＲＬを電気信号に変換して信号処理部２０に供給する。

信号処理部２０は、戻り光ＲＬの受光結果から反射光の光成分を抽出するための信号処理を行う。具体的には、信号処理部２０は、戻り光ＲＬの受光結果から、第１の波長λ１の迷光（以下、第１の迷光と称する）及び第２の波長λ２の迷光（以下、第２の迷光と称する）の迷光成分を取得する。そして、信号処理部２０は、取得した迷光成分に基づいて戻り光ＲＬの受光結果から反射光の成分を抽出する。

図５Ａは、信号処理部２０の構成例を示すブロック図である。信号処理部２０は、第１復調回路２０Ａ及び第２復調回路２０Ｂから構成されている。第１復調回路２０Ａは、受光素子１９による受光結果から周波数ｆ１の信号成分を復調する。この復調処理により、第１復調回路２０Ａは、対象物によって反射された反射光（以下、ターゲット光Ｓとも称する）と、第１の出射光ＯＬ１による迷光成分（すなわち、波長λ１、周波数ｆ１の迷光成分）と、を合わせた信号を検出信号Ｔとして検出する。

第２復調回路２０Ｂは、受光素子１９による受光結果から周波数ｆ２の信号成分を復調する。この復調処理により、第２復調回路２０Ｂは、第２の出射光ＯＬ２による迷光成分（すなわち、波長λ２、周波数ｆ２の迷光成分）を迷光モニタ信号成分Ｍ´として検出する。

図５Ｂは、投光ビームＯＬによる迷光成分Ｍと、迷光モニタ信号成分Ｍ´との関係を模式的に示すグラフである。投光ビームＯＬによる迷光成分Ｍ（すなわち、第１の出射光ＯＬ１による迷光成分と第２の出射光ＯＬ２による迷光成分）は、迷光モニタ信号成分Ｍ´を用いて、次の数式（数１）により算出される。なお、θ_Ｍ＝αθ_Ｍ´、｜Ｍ｜＝β｜Ｍ´｜、α＝（ｆ１／ｆ２）θ_Ｍを表している。

位相差検出に用いるターゲット光Ｓの信号成分は、Ｓ＝Ｔ－Ｍの計算式により求めることが出来る。信号処理部２０は、演算結果を測距部２１に供給する。

なお、本実施例では、波長及び周波数の異なる２種類のレーザ光を出射し、１つの受光部で受光信号の検出を行っているため、光学的な干渉が発生する。しかし、光学的な干渉成分は迷光モニタ用信号成分Ｍ´とは異なるため、迷光モニタ用信号成分Ｍ´のみを抽出することが可能である。これについて、以下説明する。

例えば、光の波長及び周波数が異なる２つの単色の光を出射する場合の光の振幅は、次の数式（数２）により表される。ここで、ｃは光の速さ、ｔは時間を表している。また、ｆ_ｅ１及びｆ_ｅ２はそれぞれ光の周波数である。

これら２つの単色の光が１つのディテクタに入射する場合、光の振幅は次の数式（数３）により表される。

また、ディテクタ上での光の強度の時間変化は次の数式（数４）で表される。

このように、周波数の異なる２つの光が１つのディテクタに入射すると光学的に干渉し、ディテクタ上ではその周波数差がビート周波数ｆ_ｂｅａｔ＝ｆ_ｅ１－ｆ_ｅ２となって、強度が時間的に変化する。

ここで、｜Ａ｜^２は、本実施例における第１の出射光ＯＬ１による迷光成分に相当する。また、｜Ｂ｜^２は、本実施例における迷光モニタ用信号成分Ｍ´に相当する。また、２ＡＢ・ｃｏｓ（２π・（ｆ_ｅ１－ｆ_ｅ２）・ｔ）は、第１の出射光ＯＬ１による迷光成分と迷光モニタ用信号成分Ｍ´との光学的な干渉成分に相当する。

図６は、光学的な干渉成分の周波数と迷光モニタ用信号の周波数とが相違することを模式的に示す図である。このように、光学的な干渉成分は迷光モニタ用信号成分Ｍ´とは異なるため、電気的なバンドパスフィルタにより迷光モニタ用信号成分Ｍ´のみを抽出することができる。

再び図１を参照すると、測距部２１は、信号処理部２０による信号処理の結果に基づいて、戻り光ＲＬに含まれる波長λ１の光の光成分と投光ビームＯＬに含まれる波長λ１の光成分の光（すなわち、第１の出射光ＯＬ１）との光強度の位相差を検出することにより、対象物までの距離を算出する。

制御部２２は、測距装置１００の各部の制御を行う。例えば、制御部２２は、第１光源１１及び第２光源１２の出射の制御や、スキャンミラー１５の駆動制御を実行する。

図７は、実施例１の測距装置１００の機能ブロックを示すブロック図である。測距装置１００は、投光部３１、迷光監視光生成部３２、合成部３３、投受光分離素子３４、走査部３５、分離部３６、受光部３７及び演算部３８から構成されている。

投光部３１は、図１の第１光源１１に相当する機能ブロックであり、第１の出射光ＯＬ１を出射する。迷光監視光生成部３２は、図１の第２光源１２に相当する機能ブロックであり、第２の出射光ＯＬ２を出射する。

合成部３３は、図１のハーフミラー１３に相当する機能ブロックである。合成部３３は、第１の出射光ＯＬ１及び第２の出射光ОＬ２を合わせた光を投光ビームＯＬとして第１の出射光ＯＬ１のもとの経路に沿って進行させる。

投受光分離素子３４は、図１の穴あきミラー１４に相当し、合成部３３を通過した投光ビームＯＬを走査部３５に向かって進行させる。また、投受光分離素子３４は、走査部３５を経た戻り光ＲＬを受光部３７に向かって進行させる。

走査部３５は、図１のスキャンミラー１５に相当し、投光ビームＯＬを反射させ、走査するように投光する。また、走査部３５は、戻り光ＲＬを反射させ、投受光分離素子３４に向けて進行させる。

分離部３６は、図１のバンドパスフィルタ１７に相当する機能ブロックである。分離部３６は、投光ビームＯＬのうちの波長λ１の成分を通過させ、波長λ２の成分を遮断する。これにより、投光ビームＯＬは、波長λ１のレーザ光とλ２のレーザ光とに分離される。また、分離部３６は、測距装置１００の外部から入射した光についても、波長λ１の成分を通過させ、波長λ２の成分を遮断する。

受光部３７は、図１の受光素子１９に相当する機能ブロックである。受光部３７は、測距装置１００の外部から入射し、分離部３６及び投受光分離素子３４を経た戻り光ＲＬを受光する。

演算部３８は、図１の信号処理部２０及び測距部２１に相当する機能ブロックである。演算部３８は、戻り光ＲＬの受光結果から迷光成分に相当する受光結果を取り除く演算を実行する。また、演算部３８は、迷光成分を取り除いた戻り光ＲＬの受光結果と第１の出射光ＯＬ１との位相差を検出することにより、対象物までの距離を算出する演算を実行する。

次に、本実施例の測距装置１００の動作について、図８のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、第１光源１１は、波長λ１を有し、変調周波数ｆ１で光強度を変調した第１の出射光ＯＬ１を出射する。また、第２光源１１は、波長λ２を有し、変調周波数ｆ２で光強度を変調した第２の出射光ＯＬ２を出射する（ＳＴＥＰ１０１）。

ハーフミラー１３を通過した第１の出射光ＯＬ１、及びハーフミラー１３によって反射された第２の出射光ＯＬ２は、共通の経路に沿って進行する（ＳＴＥＰ１０２）。

共通の経路に沿って進行した第１の出射光ＯＬ１及び第２の出射光ＯＬ２は、投光ビームＯＬとして穴あきミラー１４の孔部を通過する。投光ビームＯＬは、スキャンミラー１５の光反射面で反射される。スキャンミラー１５は、所定の軌道に沿って走査するように反射方向を変化させる。スキャンミラー１５によって反射された投光ビームＯＬは、望遠レンズ１６に入射する（ＳＴＥＰ１０３）。

望遠レンズ１６に入射した投光ビームＯＬは、一部が望遠レンズ１６によって反射されて迷光となり、残りは望遠レンズ１６を通過してバンドパスフィルタ１７に入射する。バンドパスフィルタ１７に入射した投光ビームＯＬのうち、波長λ１の光成分がバンドパスフィルタ１７を通過し、測距装置１００の外部の測距領域に向けて投光される。一方、波長λ２の光成分はバンドパスフィルタ１７によって減衰し、通過が遮断される（ＳＴＥＰ１０４）。

投光ビームＯＬのうちの波長λ１の光は、対象物によって反射されて反射光となり、測距装置１００に入射する。入射した反射光は、バンドパスフィルタ１７及び望遠レンズ１６を通過して、スキャンミラー１５の光反射面に入射する。また、投光ビームＯＬのうち、望遠レンズ１６で反射された迷光も、投光ビームＯＬの進行方向とは逆方向に進行し、スキャンミラー１５の光反射面に入射する。スキャンミラー１５の光反射面に入射した反射光及び迷光は、戻り光ＲＬとしてスキャンミラー１５により反射され、さらに穴あきミラー１４の光反射面で反射される。

穴あきミラー１４の光反射面で反射された戻り光ＲＬは、集光レンズ１８に入射して集光される。受光素子１９は、集光された戻り光ＲＬを受光する（ＳＴＥＰ１０５）。

信号処理部２０は、戻り光ＲＬの受光結果から第１の迷光（すなわち、第１の出射光ＯＬ１による迷光）及び第２の迷光（すなわち、第２の出射光ＯＬ２による迷光）の迷光成分を取得し、取得した迷光成分に基づいて戻り光ＲＬの受光結果から反射光の成分を抽出する（ＳＴＥＰ１０６）。

測距部２１は、抽出された反射光の成分と第１の出射光ＯＬ１との光強度の位相差を検出し、対象物までの距離を算出する（ＳＴＥＰ１０７）。

以上の一連の動作により、対象物までの距離が測定される。本実施例の測距装置１００によれば、迷光の影響を抑制しつつ、対象物までの距離を正確に測定することが可能となる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例の測距装置は、図１に示す実施例１の測距装置１００と同様の構成を有し、第２光源１２が出射する出射光の変調周波数において実施例１と異なる。

本実施例の第２光源１２は、第１の変調周波数ｆ１と同じ変調周波数を有し、且つ第１の出射光ＯＬ１の変調信号とは逆位相になる変調信号に基づいて光強度を変調した波長λ２のレーザ光を、第２の出射光ＯＬ２として出射する。本実施例における第２の出射光ＯＬ２は、迷光を低減するために出射するレーザ光である。

図９は、本実施例の測距装置２００の機能ブロックを示すブロック図である。測距装置２００は、投光部３１、合成部３３、投受光分離素子３４、走査部３５、分離部３６、受光部３７、演算部３８及び迷光低減光生成部３９から構成されている。

迷光低減光生成部３９は、図１の第２光源１２に相当する機能ブロックであり、第２の出射光ＯＬ２を出射する。

図１０Ａは、第１の出射光ＯＬ１の光強度の波形を示す波形図である。図１０Ｂは、第２の出射光ＯＬ２の光強度の波形を示す波形図である。このように、本実施例では、同じ周波数を有し且つ逆位相の変調信号で光強度を変調したレーザ光が、それぞれ第１の出射光ＯＬ１及び第２の出射光ＯＬ２として出射される。

図１を参照すると、本実施例の第２の出射光ＯＬ２は、実施例１の第２の出射光ＯＬ２と同様、ハーフミラー１３によって反射された後、ハーフミラー１３を通過した第１の出射光ＯＬ１と同じ経路を進行してスキャンミラー１５に入射する。

スキャンミラー１５によって反射された第１の出射光ＯＬ１の一部は、望遠レンズ１６によって反射されて迷光となり、第１の出射光ＯＬ１と同じ経路上を逆方向に進行して穴あきミラー１４に入射する。その際、第２の出射光ＯＬ２は、第１の出射光ＯＬ１の変調信号と同じ変調周波数を有し且つ逆位相である変調信号に基づいて光強度が変調された信号であるため、第１の出射光ＯＬ１による迷光と同じ経路を逆方向に進行することにより迷光を低減する性質を有する。理想的には、第２の出射光ＯＬ２によって迷光が低減されることにより、迷光の影響が光学的にキャンセルされる。

図１１Ａは、本実施例とは異なり、第２の出射光ＯＬ２を出射せず、迷光のキャンセルを行わない場合の受光信号（すなわち、受光素子１９による受光結果）の信号波形のイメージを示す図である。なお、実際には位相検波による検出で位相に対応した信号をＤＣ値として取得するが、ここでは模式的にアナログ信号の波形として示している。

図中、ＲＳ（実線で示す）は、受光素子１９の受光結果である受光信号の波形を示している。また、Ｍ１（点線で示す）は、第１の出射光ＯＬ１による迷光の信号波形を示している。Ｓ１（太い破線で示す）は、受光信号から迷光成分を取り除いた信号、すなわち受光信号から抽出したい対象物からの反射光の信号波形を示している。このように、受光信号は、対象物からの反射光と迷光とが重畳された信号波形を有している。

図１１Ｂは、本実施例の第２光源１２が第２の出射光ＯＬ２を出射することにより、第１の出射光ＯＬ１による迷光がキャンセルされることを模式的に示す図である。第２の出射光ＯＬ２の変調信号は、第１の出射光ＯＬ１による迷光と同じ周波数で且つ逆位相の信号波形を有する。

図１１Ｃは、第２の出射光ＯＬ２により迷光成分がキャンセルされた後の受光信号の信号波形を示す図である。このように、第１の出射光ＯＬ１による迷光と第２の出射光ＯＬ２とが打ち消し合うことにより、迷光成分が除かれた受光信号が受光素子１９により検出される。

図１２は、光学的な干渉成分の周波数と迷光キャンセル信号成分（すなわち、第２の出射光ＯＬ２の信号成分）の周波数とが相違することを模式的に示す図である。本実施例においても、実施例１と同様、波長及び周波数の異なる２種類のレーザ光を出射し、１つの受光部で受光信号の検出を行っているため、光学的な干渉が発生する。しかし、光学的な干渉成分は迷光キャンセル信号成分とは異なるため、迷光キャンセル信号は光学的な干渉の影響を受けない。

以上のように、本実施例の測距装置２００によれば、迷光の影響を光学的にキャンセルすることにより、迷光の影響を抑制しつつ、対象物までの距離を正確に測定することが可能となる。また、実施例１とは異なり、迷光成分を取り除くための演算を信号処理部により実行する必要がないため、簡易な構成で迷光の影響を抑制することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、ハーフミラー１３を用いて第１の出射光ＯＬ１及び第２の出射光ＯＬ２を共通の経路に進行させる構成について説明した。しかし、これに限られず、何らかの光学素子を用いて第１の出射光ＯＬ１及び第２の出射光ＯＬ２を共通の経路に進行させることが可能に構成されていればよい。

また、上記実施例では、ハーフミラー１３は、第１の出射光ＯＬ１を通過させる一方、第２の出射光ＯＬ２を反射させる構成としていたが、これに限られず、第１光源１１の位置に第２光源１２を配し、第２光源１２の位置に第１光源１１を配することで、第１の出射光ＯＬ１を反射させる一方、第２の出射光ＯＬ２を通過させる構成としてもよい。

また、上記実施例では、投受光分離素子３４として穴あきミラー１４を用いる例について説明したが、これ以外の光学素子（例えば、ハーフミラー）を投受光分離素子３４として用いてもよい。

また、上記実施例では、測距装置１００内ですべての処理を行う例について説明したが、第１光源１１と、第２光源１２と、ハーフミラー１３と、穴あきミラー１４と、スキャンミラー１５と、望遠レンズ１６と、バンドパスフィルタ１７と、集光レンズ１８と、受光素子１９とを備える光学装置から出力される、受光素子１９が戻り光ＲＬの受光結果に基づく出力信号を、信号処理部２０と、測距部２１と、制御部２２とを備える信号処理装置が処理する構成としてもよい。

また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばＲＯＭなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。

１００測距装置
１１第１光源
１２第２光源
１３ハーフミラー
１４穴あきミラー
１５スキャンミラー
１６望遠レンズ
１７バンドパスフィルタ
１８集光レンズ
１９受光素子
２０信号処理部
２１測距部
２２制御部
３１投光部
３２迷光監視光生成部
３３合成部
３４投受光分離素子
３５走査部
３６分離部
３７受光部
３８演算部
３９迷光低減光生成部

Claims

第１の波長を有し、第１の変調周波数に基づいて光強度を変調した第１の出射光を出射する第１の光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記第１の周波数とは異なる第２の変調周波数に基づいて光強度を変調した第２の出射光を出射する第２の光源と、
前記第１の出射光及び前記第２の出射光の経路上に配され、前記第１の波長の光を通過させ、前記第２の波長の光を減衰させるフィルタ部と、
光を受光する受光素子と、
前記受光素子の受光結果から、前記第１の出射光が外部の物体によって反射された光である反射光の成分を抽出する信号処理部と、
を有することを特徴とする信号処理装置。
前記第１の出射光及び前記第２の出射光を共通の経路に沿って進行させる第１の光学素子と、
前記第１の出射光及び前記第２の出射光の経路上に設けられた第２の光学素子と、を有し、
前記信号処理部は、前記第１の出射光が外部に出射されずに前記第２の光学素子によって反射された光である第１の迷光及び前記第２の出射光が外部に出射されずに前記第２の光学素子によって反射された光である第２の迷光の成分を含む迷光成分を取得し、前記迷光成分に基づいて前記受光結果から前記反射光の成分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
前記信号処理装置は、前記抽出された反射光の成分に基づいて、前記外部の物体までの距離を算出する測距部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理装置。
前記測距部は、前記第１の出射光と前記反射光の成分との位相差を検出し、検出された前記位相差に基づいて前記外部の物体までの距離を算出することを特徴とする請求項３に記載の信号処理装置。
前記フィルタ部は、前記第１の波長を含む所定帯域の波長の信号を通過させ、前記第２の波長を含み且つ前記所定帯域外の帯域である他の帯域の波長の光を減衰させるバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の信号処理装置。
前記第１の光学素子は、ハーフミラー又は穴あきミラーであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の信号処理装置。
前記第２の光学素子は、望遠レンズであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の信号処理装置。
第１の光源と、第２の光源と、第１の光学素子と、第２の光学素子と、フィルタ部と、受光素子と、信号処理部と、を有する信号処理装置が実行する信号処理方法であって、
第１の波長を有し、第１の変調周波数に基づいて光強度を変調した第１の出射光を前記第１の光源から出射するステップと、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記第１の変調周波数とは異なる第２の変調周波数に基づいて光強度を変調した第２の出射光を前記第２の光源から出射するステップと、
前記第１の出射光及び前記第２の出射光を共通の経路に沿って進行させるステップと、
前記共通の経路に沿って進行した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記第２の光学素子に入射させるステップと、
前記第２の光学素子を通過した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記フィルタ部に入射させ、前記第１の波長の光を通過させ、前記第２の波長の光を減衰させるステップと、
光を前記受光素子に受光させるステップと、
前記受光素子の受光結果から前記第１の出射光が外部の物体によって反射された光である反射光の成分を抽出するステップと、
を含むことを特徴とする信号処理方法。
第１の光源と、第２の光源と、第１の光学素子と、第２の光学素子と、フィルタ部と、受光素子と、信号処理部と、を有する信号処理装置に、
第１の波長を有し、第１の変調周波数に基づいて光強度を変調した第１の出射光を前記第１の光源から出射するステップと、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記第１の変調周波数とは異なる第２の変調周波数に基づいて光強度を変調した第２の出射光を前記第２の光源から出射するステップと、
前記第１の出射光及び前記第２の出射光を共通の経路に沿って進行させるステップと、
前記共通の経路に沿って進行した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記第２の光学素子に入射させるステップと、
前記第２の光学素子を通過した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記フィルタ部に入射させ、前記第１の波長の光を通過させ、前記第２の波長の光を減衰させるステップと、
光を前記受光素子に受光させるステップと、
前記受光素子の受光結果から前記第１の出射光が外部の物体によって反射された光である反射光の成分を抽出するステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
第１の光源と、第２の光源と、第１の光学素子と、第２の光学素子と、フィルタ部と、受光素子と、信号処理部と、を有する信号処理装置に、
第１の波長を有し、第１の変調周波数に基づいて光強度を変調した第１の出射光を前記第１の光源から出射するステップと、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記第１の変調周波数とは異なる第２の変調周波数に基づいて光強度を変調した第２の出射光を前記第２の光源から出射するステップと、
前記第１の出射光及び前記第２の出射光を共通の経路に沿って進行させるステップと、
前記共通の経路に沿って進行した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記第２の光学素子に入射させるステップと、
前記第２の光学素子を通過した前記第１の出射光及び前記第２の出射光を前記フィルタ部に入射させ、前記第１の波長の光を通過させ、前記第２の波長の光を減衰させるステップと、
光を前記受光素子に受光させるステップと、
前記受光素子の受光結果から前記第１の出射光が外部の物体によって反射された光である反射光の成分を抽出するステップと、
を実行させるプログラムを記録することを特徴とする記録媒体。