JP5409099B2

JP5409099B2 - 測距装置

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Publication number: JP5409099B2
Application number: JP2009107505A
Authority: JP
Inventors: 智弘田中
Original assignee: Nikon Trimble Co Ltd
Current assignee: Nikon Trimble Co Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-04-27
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Description

本発明は、測距装置に関する。

対象物へ向けて光を送光した時点と、該対象物からの反射光を受光した時点との時間差に基づいて対象物までの距離を測る測距装置において、本測定の前に予備測定を行うことにより、対象物までの概略の距離を測定しておく技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−２５５０４６号公報

従来技術では、対象物までの距離が遠かったり、対象物の反射率が低かったりして反射光が弱い場合にはＳ／Ｎ比が低下し、予備測定においてもノイズの影響を受けやすくなるという問題があった。

本発明は、対象物に向けて光を送光する送光手段と、前記対象物で反射された光を受光する受光手段と、前記送光から前記受光までの時間に基づいて前記対象物までの距離を演算する演算手段と、本測定の前に予備測定を行い、該予備測定値を用いて前記本測定を行うように前記送光手段、前記受光手段および前記演算手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、前記予備測定時の前記制御手段は、前記演算手段によって距離演算値を所定回数だけ演算するように前記送光、前記受光および前記演算を繰返し制御し、前記所定回数だけ演算して得た複数の距離演算値に基づいてヒストグラムを求め、前記ヒストグラムの度数のうち最大度数が第１判定閾値Ｐ１以上の場合は、前記最大度数の階級に含まれる距離演算値を用いて前記予備測定値を得、前記本測定時の前記制御手段は、前記演算手段によって所定の本測定回数の距離演算値を演算するように前記送光、前記受光および前記演算を繰返し制御し、前記所定の本測定回数の距離演算値のうち、前記予備測定値を含む第２所定範囲Ｘ２内の距離演算値を用いて前記本測定値を得ることを特徴とする。

本発明による測距装置では、Ｓ／Ｎ比が悪くても適切に予備測定を行うことができる。

本発明の一実施の形態による光波式測距装置の電気的な構成を説明するブロック図である。図１の光波式測距装置の光学的な構成を説明するブロック図である。演算制御回路で行う予備測定処理の流れを説明するフローチャートである。演算制御回路で行う予備測定処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態による光波式測距装置の電気的な構成を説明するブロック図である。図１において、測距装置は、演算制御回路１と、時間計測回路２と、駆動回路３と、送光回路４と、受光回路５と、増幅回路６と、タイミング検出回路７と、信号レベル測定回路８と、調光フィルタ部９とを有する。

演算制御回路１はマイクロコンピュータ等で構成され、測距装置内各部の動作を制御するとともに、後述する受信信号１のレベル検出を行う。時間計測回路２はＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)などによって構成される。時間計測回路２は、演算制御回路１から送出される計測開始信号Ｓ１０１に応じて、送信トリガ信号Ｓ１０２を駆動回路３へ送出する。時間計測回路２はさらに、送信トリガ信号Ｓ１０２を送出してから後述する計測ストップ信号Ｓ１１２を受け取るまでの時間ｔを計測する。ここで、時間ｔが後述する送光光学系４２を介して外部送光パルス１０５を対象物へ向けて送光してから、受光光学系５１を介して受光パルス１０６を受光するまでの時間に相当するように、あらかじめ各回路の伝播遅延時間が調節されている。

演算制御回路１は、時間ｔと光速度との積を算出して対象物までの距離Ｄを得る。具体的には、Ｄ＝ｃ／ｎ×ｔ／２により算出する。ここで、ｃは真空中の光速度であり、ｎは空気の屈折率である。ｃをｎで除算するのは、外部送光パルス１０５および受光パルス１０６が空気中を進行するので、空気中の光速度を得るためである。また、２で除算するのは、時間ｔが対象物と測距装置との間の光の往復時間に相当することから片道距離に換算するためである。

駆動回路３は、送信トリガ信号Ｓ１０２に同期させた送信ドライブ信号Ｓ１０３を送光回路４へ送る。送光回路４は、発光素子４１および送光光学系４２を含む。送光回路４は、送信ドライブ信号Ｓ１０３に応じて発光素子４１をパルス駆動し、発光パルス１０４を出力させる。発光素子４１は、たとえば、赤外波長の光を発するレーザダイオードによって構成される。

内部の光路切換器４２-c（図２を参照して後述）が「内部光路」側に切り替えられている場合の送光光学系４２は、送光パルス１０４を内部送光パルス１１５として調光フィルタ部９へ導く。調光フィルタ部９は、内部送光パルス１１５を所定の信号レベルに減衰した内部受光パルス１１６を出力する。

一方、内部の光路切換器４２-cが「外部光路」側に切り替えられている場合の送光光学系４２は、送光パルス１０４を外部送光パルス１０５として対象物へ向けて送光する。対象物は、たとえば測量用ターゲットなどである。光路切換器４２-cは、演算制御回路１から送出される光路切換信号Ｓ１１７によって制御される。

対象物からの反射光は、受光パルス１０６として受光回路５で受光される。受光回路５は、受光光学系５１、調光回路５２、合波回路５３および受光素子５４を含む。受光光学系５１を通過した受光パルス１０７は、調光回路５２および合波回路５３を介して受光素子５４へ入射される。調光回路５２は、たとえば、不図示のモータで駆動される濃度可変フィルタを有し、受光パルス１０６を減衰させて所定レベルの受光パルス１０８を出力する。調光回路５２による光の減衰量は、演算制御回路１から送出されるモータ駆動信号Ｓ１１８によって制御される。

合波回路５３は、上述した内部受光パルス１１６が入射された場合には、該受光パルスを受信パルス光１０９として受光素子５４へ導く。また、合波回路５３は、上述した受光パルス１０８が入射された場合には、該受光パルスを受信パルス光１０９として受光素子５４へ導く。

受光素子５４は、たとえばアバランシェフォトダイオードによって構成され、受信パルス光１０９を光電変換する。光電変換信号は、受信信号Ｓ１１０として増幅回路６へ送出される。増幅回路６は受信信号Ｓ１１０を増幅し、増幅後の受信信号Ｓ１１１をタイミング検出回路７および信号レベル測定回路８へそれぞれ送出する。

タイミング検出回路７は、受信信号Ｓ１１１のレベルがピークとなるタイミングを検出し、該ピークタイミングに対応した計測ストップ信号Ｓ１１２を時間計測回路２へ送出する。時間計測回路２は、計測ストップ信号Ｓ１１２を受けると測定終了信号Ｓ１１４を演算制御回路１へ送る。

受信信号Ｓ１１１を受けた信号レベル測定回路８は、受信信号Ｓ１１１のピークレベルに対応した振幅レベル信号Ｓ１１３を演算制御回路１へ送る。演算制御回路１は、測定終了信号Ｓ１１４をトリガにして、内蔵するＡ／Ｄコンバータ（不図示）によって振幅レベル信号Ｓ１１３をＡ／Ｄ変換することにより、該信号Ｓ１１３のレベル検出を行う。

図２は、図１の光波式測距装置の光学的な構成を説明するブロック図である。図２において、測距装置の光学系は、送光部４Ａ、受光部５Ａ、および望遠鏡部１０に大別される。本実施形態では、送光部４Ａ、受光部５Ａおよび望遠鏡部１０の光軸を同一軸に構成し、後述する対物レンズなど一部の構成を送光部４Ａ、受光部５Ａおよび望遠鏡部１０間で兼用している。

送光部４Ａは、発光素子４１および送光光学系４２によって構成される。送光光学系４２は、レンズ４２-a、ビームスプリッタ４２-b、光路切換器４２-c、ミラー４２-d、および対物レンズ４２-eを含む。レンズ４２-aは、発光素子４１が発した光をコリメートする。ビームスプリッタ４２-bは、入射された光を２分割する。光路切換信号Ｓ１１７（図１）によって「内部光路」側へ切り換え指示を受けた光路切換器４２-cは、ビームスプリッタ４２-bから射出される光を調光フィルタ部９へ導く。また、光路切換信号Ｓ１１７（図１）によって「外部光路」側へ切り換える指示を受けた光路切換器４２-cは、ビームスプリッタ４２-bから射出される光をミラー４２-dへ導く。

ミラー４２-dは、ビームスプリッタ４２-bから射出された光（測距光と呼ぶ）を折り曲げて対物レンズ４２-eへ導く。対物レンズ４２-eは、対象物に向けて測距光を射出する。本実施形態では、「外部光路」側への切り換え時に対物レンズ４２-eの中心部を介して測距光を射出するように構成されている。上述したように、対物レンズ４２-eは、望遠鏡部１０の対物レンズ１０-a、および受光部５Ａの対物レンズ５１-aを兼ねるように構成されている。

受光部５Ａは、受光光学系５１、調光部５２、合波部５３Ａ、および受光素子５４を含む。受光光学系５１は、対物レンズ５１-aおよびダイクロイックプリズム５１-bによって構成される。対物レンズ５１-aに入射した対象物からの光は、ダイクロイックプリズム５１-bへ導かれる。ダイクロイックプリズム５１-bは、所定波長成分（本実施形態では赤外波長領域）の光を折り曲げて結合プリズム５３-aへ導き、所定波長成分以外の光（本実施形態では可視波長領域光）を望遠鏡部１０の観察光学系へ導く。

調光部５２は、図１の調光回路５２に対応する。合波部５３Ａは図１の合波回路５３に対応し、結合プリズム５３-a、受信ファイバ５３-b、および結合光学系５３-cを含む。結合プリズム５３-aは、調光フィルタ部９で減衰された光を受信ファイバ５３-bへ入射させる一方、ダイクロイックプリズム５１-bによって折り曲げられた光（赤外波長光）を受信ファイバ５３-bへ入射させる。受信ファイバ５３-bを通った光は、結合光学系５３-cによって受光素子５４の受光面に入射される。ここで、結合光学系５３-cは波長選択フィルタを含み、送光部４Ａによる発光波長（赤外波長）と異なる波長の不要な光（たとえば太陽光など）を減衰させるように構成されている。

望遠鏡部１０は、対物レンズ１０-a（５１-a、４２-eを兼用）、ダイクロイックプリズム１０-b（５１-bと兼用）、および観察光学系を含む。観察光学系は、たとえば、合焦レンズ１０-c、正立プリズム１０-d、焦点板１０-eおよび接眼レンズ１０-fによって構成される。

観察光学系へ導かれた可視光は、合焦レンズ１０-cおよび正立プリズム１０-dを通って焦点板１０-eに結像する。観察者は、焦点板１０-e上の中間正立像を接眼レンズ１０-fを介して観察する。

上記測距装置は、該測距装置から対象物までの距離測定処理を(i)光量平衡処理、(ii)予備測定処理、(iii)本測定処理の順番で行う。
＜光量平衡処理＞
光量平衡処理は、上述した「内部光路」側への切り換え時に受光部５Ａで受光される光の受光レベルと、上述した「外部光路」側への切り換え時に受光部５Ａで受光される光の受光レベルとを揃えるように、調光部５２による減衰量を調節する処理である。具体的には、「外部光路」側へ切り換え時に演算制御回路１が検出する信号Ｓ１１３のレベルを、「内部光路」側へ切り換え時に演算制御回路１が検出する信号Ｓ１１３のレベルに近づけるように、調光部５２へ送出するモータ駆動信号Ｓ１１８を変化させることにより、受光レベルを調節する。

＜予備測定処理＞
予備測定処理は、本測定前に、測距装置から対象物までの概略の距離を測定し、この概略距離を予備測定値ＤＰとする処理である。予備測定処理の詳細については後述する。

＜本測定処理＞
本測定処理は、予備測定値ＤＰを用いて測距装置から対象物までの距離を所定回数繰り返し測定する。測定値のうち予備測定値ＤＰを含む所定範囲から外れる測定値を廃棄し、所定範囲内に含まれる測定値の数があらかじめ設定されている測定回数（たとえば２０００回〜７０００回）に達するまで本測定を繰り返す。測距装置は、上記所定回数分の測定値に基づいて、たとえば単純平均値を算出することにより、対象物までの距離Ｄ（本測定値）を求める。

本実施形態は、予備測定処理に特徴を有するので、以降はフローチャートを参照して予備測定処理を中心に説明する。図３および図４は、予備測定処理の流れを説明するフローチャートである。演算制御回路１は、(i)の光量平衡処理に続けて、時間計測回路２に予備測定処理を行わせる。

図３のステップＰ１において、時間計測回路２は、予備測定回数ｃ、概略距離積算値Ｓdp、および有効概略距離データ数Ｎdpをそれぞれ初期化（ここではリセット）してステップＰ２へ進む。本実施形態では、予備測定で行う所定回数の距離測定によって得られる所定個数の概略距離が所定のまとまり状態を有している場合に、これらの概略距離を採用して有効概略距離とする。反対に、所定のまとまり状態を有していない場合には、新たに予備測定を行う。本例では、たとえば、３０回の距離測定を１セットとして当該３０個の概略距離のヒストグラムを求め、該ヒストグラムの最大度数が所定値（たとえば１５）に満たない場合にさらに１セット（３０回分）の距離測定を行うことで、最大２０セットまで予備測定を行う。

予備測定回数ｃは、上記セット数を計数するためのカウンタとして用いる。概略距離積算値Ｓdpは、上記有効概略距離を積算した積算距離を表す。有効概略距離データ数Ｎdpは、上記有効概略距離の数を表す。

ステップＰ２において、時間計測回路２は１セット分の予備測定を行い、概略距離データＤ１〜Ｄｎ（本例ではｎ＝３０）を、それぞれメモリのアドレスＡ１〜Ａｎ（ｎ＝３０）に格納する。また、概略距離データＤ１〜Ｄｎを順番に距離積算値データＳ１〜Ｓｋに対応させておくとともに、アドレスＡ１〜Ａｎに対応するＦ１〜Ｆｎを初期化（ここではリセット）してステップＰ３へ進む。Ｆ１〜Ｆｎは、ヒストグラムにおける度数を計数するためのカウンタとして用いる。

また、演算制御回路１は、上述した光量平衡処理時に「外部光路」側へ切り換えた状態で検出した信号Ｓ１１３のレベルが所定レベルより低かった場合、１セット当たりの測定回数ｎの値を増やす。本実施形態では通常ｎ＝３０回の予備測定を１セットとするが、信号Ｓ１１３のレベルが低い場合には、たとえばｎ＝６０回へ増やすように変更する。これにより、ノイズの影響を受けやすい状況では通常時の２倍の距離測定を行って、１セットにつき６０個の概略距離を求めるようになる。

ステップＰ３において、時間計測回路２は、最大度数Ｆmaxを格納するアドレスｍａｘに初期値１を、最大度数Ｆmaxに初期値１を、それぞれセットしてステップＰ４へ進む。時間計測回路２は、アドレスＡ１に格納されている初回の概略距離データ（Ｄ１）をイニシャルとする。

ステップＰ４において、時間計測回路２は、アドレスＡ２〜Ａｎに格納されている２回目以降の概略距離データＤｋを読み出してステップＰ５へ進む。ステップＰ５において、時間計測回路２は、２回目以降の概略距離データＤｋを順次アドレスの若いデータＤ(ｋ−１)と比較してステップＰ６へ進む。

ステップＰ６において、時間計測回路２は、概略距離データの差が所定範囲か否かを判定する。時間計測回路２は、概略距離データの差が所定範囲内の場合にステップＰ６を肯定判定してステップＰ１０へ進む。時間計測回路２は、概略距離データの差が所定範囲外である場合にステップＰ６を否定判定してステップＰ７へ進む。

ステップＰ７において、時間計測回路２は、アドレスＡｋに対応する度数カウンタＦｋを＋１加算し、ステップＰ８へ進む。これにより、概略距離データＤｋが概略距離データＤ１〜Ｄ(ｋ-１)の全てのデータと略一致でない場合には、次ステップＰ８で比較対象を変えるためアドレスＡｋを１つ繰り上げる。

ステップＰ８において、時間計測回路２は、アドレスＡｋを＋１加算してステップＰ９へ進む。ステップＰ９において、時間計測回路２は、ｋ＞ｎが成立するか否か（すなわちアドレスＡｋの概略距離データＤｋが１セット内の３０番目のデータか否か）を判定する。時間計測回路２は、ｋ＞ｎが成立する場合にステップＰ９を肯定判定して図４のステップＰ１４へ進む。時間計測回路２は、ｋ＞ｎが成立しない場合にはステップＰ９を否定判定してステップＰ４へ戻る。ステップＰ４へ戻る場合は、上述した比較処理を繰り返す。

上述したステップＰ６を肯定判定して進むステップＰ１０において、時間計測回路２は、略一致した概略距離データのうち若い方のアドレスＡｉに対応する度数カウンタＦｉを＋１加算し、距離積算値データＳｉに概略距離データＤｋを加算してステップＰ１１へ進む。

ステップＰ１１において、時間計測回路２は、上記略一致した若い方のアドレスの「ｉ」がアドレスｍａｘと一致するか否かの判定を行う。時間計測回路２は、「ｉ」が最大度数を格納するアドレスｍａｘと一致している場合はステップＰ１１を肯定判定してステップＰ８へ進む。時間計測回路２は、「ｉ」がアドレスｍａｘと一致していない場合はステップＰ１１を否定判定してステップＰ１２へ進む。

ステップＰ１２において、時間計測回路２は、度数カウンタＦｉが最大度数Ｆmaxより大か否かの判定を行う。時間計測回路２は、Ｆｉ＞Ｆmaxが成立する場合はステップＰ１２を肯定判定してステップＰ１３へ進む。時間計測回路２は、Ｆｉ＞Ｆmaxが成立しない場合はステップＰ１２を否定判定してステップＰ８へ進む。

ステップＰ１３において、時間計測回路２は、アドレスの「ｉ」をアドレスｍａｘに変更する。これにより、度数カウンタＦｉに対応する階級に含まれる概略距離データの積算値Ｓｉが、最大度数Ｆmaxの階級に含まれる概略距離値の積算値Ｓmaxとなる。

以上説明したステップＰ４−Ｐ１３の処理は、３０個の概略距離データについて階級ごとの度数を求めるヒストグラム作成に相当する。なお、本実施形態では最大度数および該最大度数に対応する概略距離データを特定できればよいため、図表化のための処理は不要である。

図４のステップＰ１４において、時間計測回路２は、最大度数Ｆmaxがあらかじめ規定した数（本例では１５）以上か否かを判定する。時間計測回路２は、最大度数Ｆmaxが１５以上の場合にステップＰ１４を肯定判定してステップＰ１５へ進む。時間計測回路２は、最大度数Ｆmaxが１５未満の場合には、ステップＰ１４を否定判定してステップＰ１６へ進む。

ステップＰ１５へ進む場合は予備測定処理を終了する。ステップＰ１５において、時間計測回路２は概略距離積算値Ｓmaxを最大度数Ｆmaxで除して得られる商を予備測定処理による概略距離とする。すなわち、最大度数の階級に含まれる概略距離データの平均値を予備測定値ＤＰとして予備測定処理を終了する。

ステップＰ１６において、時間計測回路２は予備測定回数ｃが１か否かを判定する。時間計測回路２は、ｃ＝１（すなわち予備測定における１セット目）である場合にステップＰ１６を肯定判定してステップＰ１７へ進む。時間計測回路２は、ｃ≠１（すなわち予備測定における２セット目以降）である場合にステップＰ１６を否定判定してステップＰ１８へ進む。

ステップＰ１７において、時間計測回路２は、概略距離積算値Ｓmaxを最大度数Ｆmaxで除して得られる商（１セット目の予備測定値ＤＰ１）を、概略距離積算値Ｓdpとしてメモリに保存してステップＰ２４へ進む。これにより、１セット目の予備測定値によるヒストグラムの最大度数の階級に含まれる概略距離データの平均値が、概略距離積算値Ｓdpとなる。

ステップＰ１８において、時間計測回路２は、概略距離積算値Ｓmaxを最大度数Ｆmaxで除して得られる商（ｃセット目（ｃ≧２）の予備測定値ＤＰｃ）を算出してステップＰ１９へ進む。これにより、ｃセット目の予備測定値によるヒストグラムの最大度数の階級に含まれる概略距離データの平均値が、ｃセット目の予備測定値ＤＰｃとなる。

ステップＰ１９において、時間計測回路２は、｜ＤＰｃ−ＤＰ１｜≦規定値が成立するか否かを判定する。時間計測回路２は、ｃセット目の予備測定値ＤＰｃと１セット目の予備測定値ＤＰ１との差があらかじめ規定されている所定値以内の場合はステップＰ１９を肯定判定してステップＰ２０へ進む。時間計測回路２は、ｃセット目の予備測定値ＤＰｃと１セット目の予備測定値ＤＰ１との差が所定値を超えている場合はステップＰ１９を否定判定してステップＰ２４へ進む。ステップＰ１９を否定判定する場合は、予備測定値ＤＰｃを有効概略距離として採用しない。

ステップＰ２０へ進む場合は、予備測定値ＤＰｃを有効概略距離として採用する。ステップＰ２０において、時間計測回路２は、概略距離積算値Ｓdpにｃセット目の予備測定値ＤＰｃを積算してステップＰ２１へ進む。

ステップＰ２１において、時間計測回路２は、有効概略距離データ数Ｎdpを＋１加算してステップＰ２２へ進む。ステップＰ２２において、時間計測回路２は有効概略距離データ数Ｎdpが規定数に達したか否かを判定する。時間計測回路２は、Ｎdp＝規定数（たとえば１０）の場合にステップＰ２２を肯定判定してステップＰ２３へ進む。時間計測回路２は、Ｎdp≠規定数（たとえば１０）の場合にステップＰ２２を否定判定してステップＰ２４へ進む。

ステップＰ２４において、時間計測回路２は、予備測定回数ｃを＋１加算してステップＰ２５へ進む。ステップＰ２５において、時間計測回路２は予備測定回数ｃが規定数以下か否かを判定する。時間計測回路２は、ｃが所定数（たとえば２０）以下の場合にステップＰ２５を肯定判定して図３のステップＰ２へ戻り、次セットの予備測定を行う。一方、時間計測回路２は、ｃが所定数（２０）を超えている（すなわち２０セット分の距離測定を終えている）場合にステップＰ２５を否定判定してステップＰ２６へ進む。

ステップＰ２６において、時間計測回路２は、予備測定が正常に行われなかったことを知らせるエラー出力を行って予備測定処理を終了する。エラー出力は、たとえば不図示のアラームランプを点灯させたり、不図示のスピーカからアラーム音を発生させたりすることによって行う。

ステップＰ２３において、時間計測回路２は概略距離積算値Ｓdpを有効概略距離データ数Ｎdpで除して得られる商を予備測定処理による概略距離とする。すなわち、採用した予備測定値ＤＰｃの平均値を予備測定値ＤＰとして予備測定処理を終了する。

予備測定処理後の時間計測回路２は、ステップＰ１５またはステップＰ２３において予備測定値ＤＰを得た場合（すなわち予備測定処理を正常終了した場合）に本測定処理に入る。時間計測回路２は、予備測定エラーを出力して予備測定処理を終了した場合には、本測定処理へ進まずに再び光量平衡処理を行う。

本測定処理では、演算される複数の本測定値のうち、予備測定値ＤＰに対して所定範囲内に含まれる本測定値の数が上記測定回数（たとえば２０００回〜７０００回）に達するまで本測定を繰り返す。ここで、本測定における「所定範囲」は、予備測定処理においてステップＰ１９の判定に用いた所定値で決まる「所定範囲」より広くする。たとえば、予備測定処理（ステップＰ１９）において、予備測定値ＤＰｃと１セット目の予備測定値ＤＰ１との差が±０．４ｍ以内か否かを判定した場合は、本測定処理における判定では、予備測定値ＤＰと本測定値との差が±０．６ｍ以内か否かを判定する。そして、予備測定値ＤＰに対して±０．６ｍから外れる本測定値を廃棄し、予備測定値ＤＰ±０．６ｍに含まれる本測定値の数が上記測定回数（たとえば２０００回〜７０００回）に達するまで本測定を繰り返す。

時間計測回路２は上記回数の本測定を終了すると、測定終了信号Ｓ１１４を演算制御回路１に送り、演算制御回路１は本測定の回数分に相当する時間データの積算値を時間計測回路２より受け取る。演算制御回路１は、受け取った積算値から、たとえば単純平均値を算出し、さらに前述の光速および屈折率を含めた演算を行うことによって対象物までの距離Ｄを計算する。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）本測定の前に予備測定を行い、該予備測定値ＤＰ（概略距離）を用いて本測定を行うように送光回路４、および受光回路５をそれぞれ制御して距離を演算する演算制御回路１および時間計測回路２は、予備測定時において、距離演算値を所定回数だけ演算するように送光、受光および演算を繰返し制御し、所定回数だけ演算して得た複数の距離演算値に基づいてヒストグラムを求め、ヒストグラムの度数のうち最大度数Ｆmaxが所定値Ｐ１（たとえば１５）以上の場合は、最大度数Ｆmaxの階級に含まれる距離演算値を用いて予備測定値ＤＰを得るようにした。これにより、Ｓ／Ｎ比が悪い状態でも予備測定を適切に行うことができる。

（２）上記（１）の時間計測回路２は、演算される距離演算値の数がＮ（たとえば３０）個に達すると該３０個の距離演算値に係るヒストグラムを求め、ヒストグラムの度数のうち最大度数が上記Ｐ１（たとえば１５）未満の場合に、さらに３０個の距離演算値を演算するように送光、受光および演算を繰返し制御するようにした。１セットの測定回数を３０個に制限したことにより、無制限に行う場合に比べて、メモリ使用量の抑制や処理の負担の軽減、さらには演算に用いる回路の規模（たとえば、ＦＰＧＡのゲート数）を抑えることができる。

（３）上記（２）の時間計測回路２は、上記３０個の距離演算値に係るヒストグラムごとに度数が最大となる階級を求め、各最大階級ごとに当該最大階級に含まれる距離演算値の平均値（距離平均値と呼ぶ）を求め、各最大階級ごとの距離平均値のうち第１所定範囲Ｘ１（たとえば±０．４ｍ）内に含まれる距離平均値の数が所定値Ｐ２（たとえば１０）以上の場合は、Ｘ１内に含まれる距離平均値を用いて予備測定値ＤＰを得るようにした。これにより、所定のまとまり状態を有している距離演算値のみを採用して予備測定値ＤＰを得ることから、ノイズの影響などによってばらつきが大きい（すなわち、まとまりがない）距離演算値を排除することができる。

（４）上記（３）の時間計測回路２は、上記３０個の距離演算値の演算をＭ（たとえば２０）回繰り返してもＸ１内に含まれる距離平均値の数がＰ２（たとえば１０）未満である場合は、予備測定値ＤＰの取得をやめるようにしたので、ノイズの影響などによってばらつきが大きい（すなわち、まとまりがない）場合に、無駄な予備測定を行い続けることを防止できる。

（５）演算制御回路１は、受光回路５で受光される反射光レベルが所定レベルより低い場合にＮの値を通常値３０から２倍の６０へ増やすようにしたので、Ｎの値を変えない場合に比べて、ばらつきが大きい状態でありながらも予備測定値が得られる可能性を高めることができる。

（６）上記（１）〜（５）の時間計測回路２は、本測定時において、所定の本測定回数（たとえば２０００〜７０００）の距離演算値を演算するように送光、受光および演算を繰返し制御し、所定の本測定回数の距離演算値のうち、予備測定値ＤＰを含む第２所定範囲Ｘ２（たとえば±０．６ｍ）内の距離演算値を用いて本測定値を得るようにしたので、たとえば、本測定中に測距装置と対象物との間を人やクルマ、動物などが横切った場合に得られる異常な距離演算値（予備測定値ＤＰと大きく異なる値）を排除できる。

（７）上記（６）の時間計測回路２は、本測定時において、Ｘ２（たとえば±０．６ｍ）内の距離演算値の数が(Ｎ×Ｍ)より大きい第３所定数Ｑ（２０００〜７０００）に達するまで本測定を続けるようにしたので、ノイズの影響を低く抑えることができる。

（８）上記（６）または（７）の時間計測回路２は、Ｘ２をＸ１より広くしたので、逆の場合（Ｘ２がＸ１より狭い）に比べて、本測定処理に要する時間を短くすることができる。

（変形例１）
図４におけるステップＰ１５において、最大度数の階級に含まれる全ての概略距離データの平均値を予備測定値ＤＰとする代わりに、最大度数の階級に含まれる一部の概略距離データの平均値を予備測定値ＤＰとしてもよい。たとえば、最大度数の階級に含まれる概略距離データの最大値および最小値をそれぞれ除外し、残りの概略距離データの平均値を予備測定値ＤＰとする。なお、ｃセット目の予備測定値ＤＰｃを算出する（ステップＰ１７，ステップＰ１８）場合も同様である。

（変形例２）
また、上述したステップＰ１５、Ｐ１７、Ｐ１８においては単純平均を算出して予備測定値を得る例を説明したが、単純平均の代わりに重みつけ処理を行って予備測定値を得てもよい。

（変形例３）
上記実施形態では、図４におけるステップＰ１９において、ｃセット目の予備測定値ＤＰｃが１セット目の予備測定値ＤＰ１と所定差以内の場合に予備測定値ＤＰｃを有効概略距離として採用するようにした。この代わりに、全２０セットの予備測定値ＤＰｘ（１≦ｘ≦２０）のうち、ばらつきが小さい１０個（ステップＰ２２における規定数に相当）の予備測定値ＤＰｘiを抽出して有効概略距離として採用するようにしてもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。また、各判定に用いた閾値や回数の値は、適宜変更して構わない。

１…演算制御回路
２…時間計測回路
３…駆動回路
４…送光回路
５…受光回路
６…増幅回路
７…タイミング検出回路
８…信号レベル測定回路
９…調光フィルタ部

Claims

対象物に向けて光を送光する送光手段と、
前記対象物で反射された光を受光する受光手段と、
前記送光から前記受光までの時間に基づいて前記対象物までの距離を演算する演算手段と、
本測定の前に予備測定を行い、該予備測定値を用いて前記本測定を行うように前記送光手段、前記受光手段および前記演算手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、
前記予備測定時の前記制御手段は、
前記演算手段によって距離演算値を所定回数だけ演算するように前記送光、前記受光および前記演算を繰返し制御し、
前記所定回数だけ演算して得た複数の距離演算値に基づいてヒストグラムを求め、
前記ヒストグラムの度数のうち最大度数が第１判定閾値Ｐ１以上の場合は、前記最大度数の階級に含まれる距離演算値を用いて前記予備測定値を得、
前記本測定時の前記制御手段は、
前記演算手段によって所定の本測定回数の距離演算値を演算するように前記送光、前記受光および前記演算を繰返し制御し、
前記所定の本測定回数の距離演算値のうち、前記予備測定値を含む第２所定範囲Ｘ２内の距離演算値を用いて前記本測定値を得ることを特徴とする測距装置。
請求項１に記載の測距装置において、
前記予備測定時の前記制御手段は、
前記演算手段によって演算される距離演算値の数が第１所定数Ｎ個に達すると該Ｎ個の距離演算値に係るヒストグラムを求め、
前記ヒストグラムの度数のうち最大度数が前記Ｐ１未満の場合に、さらにＮ個の距離演算値を演算するように前記送光、前記受光および前記演算を繰返し制御することを特徴とする測距装置。
請求項２に記載の測距装置において、
前記予備測定時の前記制御手段は、
前記ヒストグラムの度数のうち最大度数が前記Ｐ１未満の場合には、前記Ｎ個の距離演算値に係るヒストグラムを最大Ｍ回繰り返し、前記Ｎ個の距離演算値に係るヒストグラムごとに度数が最大となる階級を求め、
各最大階級ごとに当該最大階級に含まれる距離演算値の平均値（距離平均値と呼ぶ）を求め、
前記各最大階級ごとの前記距離平均値のうち第１所定範囲Ｘ１内に含まれる距離平均値の数が第２判定閾値Ｐ２以上の場合は、前記Ｘ１内に含まれる距離平均値を用いて前記予備測定値を得ることを特徴とする測距装置。
請求項３に記載の測距装置において、
前記予備測定時の前記制御手段は、
前記Ｎ個の距離演算値の演算を前記Ｍ回繰り返しても前記Ｘ１内に含まれる距離平均値の数が前記Ｐ２未満である場合は、前記予備測定値の取得をやめることを特徴とする測距装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の測距装置において、
前記予備測定時の前記制御手段は、
前記受光手段で受光される反射光レベルが所定レベルより低い場合に前記第１所定数Ｎの値を増やすことを特徴とする測距装置。
請求項３に記載の測距装置において、
前記本測定時の前記制御手段は、
前記Ｘ２内の距離演算値の数が前記(Ｎ×Ｍ)より大きい第３所定数Ｑに達するまで前記本測定を続けることを特徴とする測距装置。
請求項６に記載の測距装置において、
前記本測定時の前記制御手段は、前記Ｘ２を前記Ｘ１より広くすることを特徴とする測距装置。