JP5712468B2

JP5712468B2 - 波形観測装置及び方法

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Publication number: JP5712468B2
Application number: JP2009165506A
Authority: JP
Inventors: 光範中村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: JP2011021930A

Description

本発明は、電磁波パルスを用いて対象までの距離、相対速度、対象の反射係数等を計測する波形観測装置及び方法に関する。

テラヘルツ時間領域分光法において、テラヘルツパルス発生用ポンプ光に対して、測定時間窓となるテラヘルツ検出用プローブ光を時間遅延走査させるのに、機械的ステージを用いることなく、２台のフェムト秒レーザ光源を用いる分光計測装置が知られている（例えば、特許文献１）。

この分光計測装置によれば、ポンプ光用フェムト秒レーザのパルス周期と、プローブ光用フェムト秒レーザのパルス周期とをそれぞれ高度に安定化させながら、互いに僅かに異ならせる。これにより両パルス間の時間遅延タイミングは、パルス毎に自動的にずれていくために、機械的ステージを用いることなく、時間的に拡大されたテラヘルツ・パルスが高速サンプリング測定されるので、高分解・高速測定することができる。

国際公開第２００６／０９２８７４号

しかしながら、上記従来の分光計測装置によれば、２台のフェムト秒レーザのパルス周期の差を一定値に保持するようにパルス繰り返し周波数の周波数制御を行う必要があるため、計測対象が移動する場合、高精度で波形を計測することができないという問題点があった。

上記問題点を解決するために本発明は、パルス送信の繰り返し周波数を発振し、前記繰り返し周波数でパルスを発生させ、発生したパルスを計測対象へ送信し、計測対象から反射したパルスを受信し、受信されたパルスの波形を取得する波形観測装置において、前記繰り返し周波数を、最小検知距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第１の周波数と最大検知距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第２の周波数との間を連続的に変化する第１の周波数変化パタンにより変化させて対象物までの距離を検知し、前記繰り返し周波数を、第１の周波数変化パタンを使用して検知した対象物までの距離から所定距離を減算した距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第３の周波数と前記対象物までの距離に前記所定距離を加算した距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第４の周波数との間を連続的に変化する第２の周波数変化パタンにより変化させて、対象物から反射波形を取得することを要旨とする波形観測装置である。

本発明によれば、計測対象との相対関係に基づいて、パルス送信の繰り返し周波数のパラメータを設定することができるので、相対関係が変化する移動体を計測対象とした反射パルスの波形を高精度で観測することができるという効果がある。

本発明に係る波形観測装置の実施形態の構成を示すブロック図である。図１におけるパルス送信器４の詳細例を説明する斜視図である。図１におけるパルス受信器８の詳細例を説明する斜視図である。実施形態における周波数パタンの例を示す図である。実施形態における周波数切り替えパタンの例を示す図である。実施形態の波形観測装置の動作を説明するフローチャートである。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は、電磁波パルスの周波数として、テラヘルツ波（０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚ、１ＴＨｚ＝１０¹² Ｈｚ）を用いた実施形態である。テラヘルツ波は、電波と光との境界領域の電磁波であり、電波と光の双方の性質を有する。

図１は、本発明に係る波形観測装置の実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、波形観測装置１は、パルスの繰り返し周波数を発生する繰り返し周波数発生器２と、繰り返し周波数発生器２が発生した繰り返し周波数で１００ｆｓ（１ｆｓ＝１０^-15ｓ）程度のパルス幅を有するフェムト秒パルス光を発生するフェムト秒パルスレーザを用いたパルス発生器３と、フェムト秒パルス光をテラヘルツパルス波に変換して計測対象へ送信するパルス送信器４と、フェムト秒パルス光を励起用パルス光２１と同期検波用パルス光２２に分割するハーフミラー５と、ミラー６と、送受信テラヘルツパルス波の方向を走査するビーム走査機構７と、計測対象で反射したテラヘルツパルス波を受信して電流パルスに変換するパルス受信器８と、繰り返し周波数発生器２の周波数を制御する周波数制御部９と、受信波形を取得する波形取得部１５と、距離計測部１６と、波形計測部１７と、出力部１８と、対象別送信パラメータ算出部１９とを備える。

繰り返し周波数発生器２は、複数の周波数Ｆ１，Ｆ２，…，ＦＮを発振する発振器１０と、発振器１０が発振した周波数を切り替えて出力する切り替え器１１とを備える。

周波数制御部９は、発振器１０を制御する発振器制御部１２と、時分割周波数パタン設定部１３と、切り替え器１１を制御する切り替え制御部１４とを備える。

パルス発生器３は、例えば、チタン添加サファイアレーザ（Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3）を用いると、パルス幅１２〜１００ｆｓ，パルス繰り返し周波数１０〜８０ＭＨｚ，出力５００ｍＷ〜２Ｗが得られる。また、パルス発生器３として、ファイバーレーザを用いると、パルス幅５０２〜１００ｆｓ，パルス繰り返し周波数１０〜５０ＭＨｚ，出力３０〜３００ｍＷが得られる。

パルス発生器３が発生するパルス光の波長は、フェムト秒パルス光をテラヘルツ波に変換する半導体基板（例えば、ＧａＡｓ）のバンドギャップ（ＧａＡｓの場合、Ｅｇ＝１．４２ｅＶ）に相当する光の波長以下であり、図２を参照して後述するＬＴ−ＧａＡｓ基板にフォトキャリアを励起することができる波長である。

波形取得部１５は、パルス受信器８が受信したテラヘルツパルス波の波形を合成する。パルス受信器８は、テラヘルツパルス波を後述するタイムゲートでサンプリングした振幅サンプル値を順次出力するので、波形取得部８は、各振幅サンプル値を繋げてテラヘルツパルス波の受信波形を合成する。

距離計測部１６は、波形取得部１５が取得した受信波形に基づいて、計測対象までの距離（ｄgd）を計測する。波形計測部１７は、波形取得部１５が取得した受信波形の振幅値、波形形状、及び位相を計測し、出力部１８へ出力する。出力部１８は、波形計測部１７が計測した受信波形の振幅値、波形形状、及び位相を図示しない上位装置へ出力する。

対象別送信パラメータ算出部１９は、距離計測部１６で計測した距離が異なるそれぞれの対象物別に、繰り返し周波数発生器２が発生する繰り返し周波数のパラメータを算出し、算出したパラメータを周波数制御部９へ出力する。周波数制御部９は、対象別送信パラメータ算出部１９から入力したパラメータに従って、発振器１０及び切り替え器１１を制御する。この結果、パルス発生器３が発生するパルスの繰り返し周波数が制御され、ひいては、パルス送信器４が計測対象へ送信するテラヘルツパルス波の繰り返し周波数が制御される。

図２は、パルス送信器４の詳細例を説明する斜視図である。パルス送信器４は、励起用パルス光２１を収束させるレーザ収束レンズ３１と、発生したテラヘルツパルス波を収束させるシリコンレンズ３２と、低温成長させたＧａＡｓ基板であるＬＴ−ＧａＡｓ基板３３と、アンテナ給電線を兼ねる一対の電極３４，３５とを備えている。電極３４，３５との間のギャップの幅ｄは、例えば５μｍ〜１０μｍであり、その電極は微小ダイポールアンテナとして作用する。電極３４，３５間にバイアス電圧Ｖｂ（ＤＣ〜１０ｋＨｚ，２０Ｖ程度）を供給するバイアス３７が接続されている。この電極３４，３５のギャップへ励起用パルス光２１を照射すると、ＧａＡｓの光電効果によりフォトキャリアが生成され、さらにバイアス３７の印加電圧によってフォトキャリアが加速されるため、瞬時電流が流れる。この電流の時間微分に比例した電磁波（ＥTHz(t)∝∂Ｊ／∂ｔ）が電極３４，３５にテラヘルツパルス波として発生し、シリコンレンズ３２により放射される。ＬＴ−ＧａＡｓ基板３３の条件は、キャリア寿命が数ｐｓであることが好ましい。

このように、パルス送信器４が送信する電磁波パルスの周波数帯域をテラヘルツ波（０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚ、１ＴＨｚ＝１０¹² Ｈｚ）としたので、揺動するプリズムやポリゴンミラー等の光学的な走査機構をビーム走査機構７に用いることができるようになり、比較的簡単な機構によりテラヘルツパルス波の放射方向を走査することができるという効果がある。

図３は、パルス受信器８の詳細例を説明する斜視図である。パルス受信器８は、パルス送信器４と基本的に同じ構造のものを用いる。パルス送信器４との相違は、電極３４，３５間にバイアス３７を接続する代わりに、電流アンプ３６が接続されていることである。パルス受信器８において、ＬＴ−ＧａＡｓ基板３３上の電極３４，３５は、同様にその電極間に例えば５〜１０μｍの幅を有しており、その電極はテラヘルツ波帯で動作する微小ダイポールアンテナとして作用する。レーザ収束レンズ３１で収束された同期検波用パルス光２２を受光してフォトキャリアが生成されたときに、シリコンレンズ３２で収束されたテラヘルツ波が入射すると、テラヘルツ波の電界がダイポールアンテナに生じる光電流に変換されてテラヘルツパルス波を受信することができる。これは、テラヘルツ波形を検出するために同期検波用パルス光で同期検波を行っていることになる。

ここで同期検波の原理を説明する。同期検波用パルス光２２のパルス幅が例えば３００fsのとき、すなわちタイムゲートは３００fsより短い時間（３０fs程度の分解能）で同期検波をすることができる。テラヘルツパルス波のパルス幅をたとえば１０００fsと設定した場合、送信パルスの繰り返し周波数を少しずつ変化させることによりタイムゲートを少しずつ遅延させてサンプリングする。こうしてサンプリングした各サンプル点をつなげることにより、テラヘルツパルス波の波形を観測することができる。この技術は、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＤＳ）と呼ばれている。

次に、図１〜図５を参照して、波形観測装置１の動作を説明する。まず以下の説明で使用する記号を定義する。

ｄ１：最小検知距離
ｄ２：最大検知距離
ｄgd：物体検知距離（計測対象物までの距離）
ｄmin ：検知分解能（通常、システム要求により定まる）
Ｆ：パルスの繰り返し周波数
ｃ：光速
Ｎitg ：サンプリング点数（通常、波形観測の場合には、１０００と設定する）
次いで、波形観測装置１がパルス送信する繰り返し周波数の変化パタンをパタン１からパタン３まで定義する。パタン１は、対象物までの距離を計測して、物体検知距離ｄgdを取得するための周波数変化パタンである。パタン２は、物体検知距離ｄgdを取得した後、距離ｄgdにある対象物からの精密な反射波形を取得するための周波数変化パタンである。パタン３は、移動体検知用の周波数パタンであり、パルス送信の繰り返し周期に相当する時間内に、物体検知距離ｄgdを取得済みの計測対象が移動可能性のある距離Δｄｍに基づいて、周波数を変化させるパタンである。

波形観測装置１が動作を開始すると、最初にパルス送信の繰り返し周波数をパタン１で変化させる。このパタン１では、最大検知距離ｄ２から最小検知距離ｄ１の間に、計測対象物があるか否かと、計測対象物があれば、計測対象物までの距離ｄgdを求めるために使用する。

波形観測装置１から距離ｄに存在する計測対象物まで、テラヘルツパルス波が往復する時間は、２・ｄ／ｃである。従って、２・ｄ／ｃの周期でパルス発生器３がフェムト秒パルス光を発生すると、計測対象物で反射したテラヘルツパルス波がパルス受信器８に入射するタイミングで、次のフェムト秒パルス光がハーフミラー５，ミラー６で反射されて同期検波用パルス２２としてパルス受信器８へ入射することができる。

従って、パタン１では、次に示す式（１）、（２）で示される初期周波数Ｆｓと終端周波数Ｆｅとの間で連続的に周波数を変化させるように、周波数制御部９が繰り返し周波数発生器２を制御する。これにより、最小検知距離ｄ１と最大検知距離ｄ２との間に計測対象物が存在すると、物体検知距離ｄgdが取得される。

距離計測部１６は、時分割周波数パタン設定部１３を制御して、式（１）、（２）で示される初期周波数Ｆｓと終端周波数Ｆｅとの間で連続的に周波数を変化させながら、波形取得部１５が取得した波形を監視する。そして、波形が取得されたタイミングの周波数から、波形観測装置１と計測対象物までの距離である物体検知距離ｄgdを算出する。距離計測部１６は、算出した物体検知距離ｄgdを対象別送信パラメータ算出部１９へ出力する。

物体検知距離ｄgdが取得されると、次いで、波形観測装置１は、計測対象物からの精密な反射波形を観測するために、パタン２でパルス送信する。パタン２では、物体検知距離ｄgdの前後に、検知分解能ｄmin ×サンプリング点数Ｎitg／２の幅を検出範囲とする。従って、パタン２における初期周波数Ｆｓは、式（３）となり、終端周波数Ｆｅは、式（４）となる。

また、繰り返し周波数にそれぞれ周波数変調を行う際の変調周波数ΔＦは、検知分解能ｄmin と、変調周期Ｔsrch、周波数変調の初期周波数ｆ０、周波数変調の終端周波数ｆ１，サンプリング取得数Ｎitg 、各サンプル蓄積数Ｎsum 、サンプリング周波数Ｆspl で決定され、例えば、次に示す式（５）と決まり、検知分解能ｄmin と、サンプリング周波数Ｆspl に基づいて、変調周波数ΔＦが決定される。

パタン３は、物体検知距離ｄgdが取得された計測対象物のサンプリング時間内に移動可能性のある距離Δｄｍを考慮した繰り返し周波数の変化方法であり、式（６）、（７）を参照して後述する。

切り替え制御部１４は、パタン１からパタン３までの複数の周波数パタンを所定の時間内（例えば、１０μs）で切り替えながら、周波数選択するように、切り替え器１１へ指示する。このように本実施形態の波形観測装置１は、計測対象との距離、相対速度、反射係数などの計測対象との相対関係に基づいて、パルス送信の繰り返し周波数のパラメータを設定しているので、計測対象が移動する場合であっても、高精度に波形を観測することができるという効果がある。

なお、個々の周波数パタンの計測時間は、標準１μsで、周波数多重数は、５個（切り替え時間は１μs）とする。なお、切り替え制御部１４は、時分割周波数パタン設定部１３からの指示を優先し、物体検知距離ｄgdが検出された物体の精密測定を行う場合には、対象別送信パラメータ算出部１９の指示により動作する。

図４は、切り替え制御部１４による周波数選択制御の例を示す図である。図中の符号４１，４２，４３がそれぞれの周波数パタンを示している。

対象別送信パラメータ算出部１９は、物体検知距離ｄgdにおける周波数変調方法として、物体検知距離ｄdgのサンプリング時間内における計測対象が移動可能性のある距離（以下、移動可能距離Δｄｍ）を相対速度とサンプリング時間との積により推定する。尚、相対速度は、物体検知距離ｄdgのサンプリング時間における変化により求めることができるが、精度を高めるために、複数値の平均から算出してもよい。

そして移動可能距離をΔｄｍとしたときに、例えば、次に示す式（６）、式（７）で示される初期周波数Ｆｓから終端周波数Ｆｅの間で周波数変調するように、周波数制御部９へ指示を送信する。この周波数パタンをパタン３と呼ぶ。

パタン３では、計測対象の移動可能距離を考慮してパルス送信の繰り返し周波数を補正しているために、一旦検出した移動体の位置を追跡する場合に、パタン１やパタン２よりも周波数変調帯域を減少できるため、短時間で物体検知距離ｄgdを検知することができるという効果がある。また計測対象のテラヘルツパルス波の反射係数が低く、結果としてパルス受信器８の出力が弱い場合には、積分を増やすため、切り替え器１１へ送信時間を調節する。たとえば、初期切り替え待機時間１μsで、パルス発生器３のパルス発生周期が１０ns（同期周波数が１０ＭＨｚ）とすると、１００サンプリング可能である。このとき、例えば受信信号に十分な振幅が得られない場合は、待機時間を変更することで、サンプリング数を増加することでＳ／Ｎを向上させることができる（図４）。従って、テラヘルツパルス波の反射係数が低い計測対象も正確に検出することができるという効果がある。生成した周波数パタンは、発振器制御部１２及び切り替え制御部１４へ出力する。

時分割周波数パタン設定部１３は、切り替え制御部１４と発振器制御部１２、距離計測部１６の計測対象までの距離と、時間差分による相対速度と周波数パタンの関連性に基づいて波形計測に関する周波数パタン（パタン２及びパタン３）の切り替え方法を決定する。

計測対象に応じた検知分解能でサンプリングを行うため、計測対象が移動する場合は相対速度も含めて制御する。例えば、波形観測装置１に対して計測対象が相対速度ｖ＝１０ｋｍ／ｈ（２．７ｍ／ｓ）で移動している場合、検知分解能ｄres の距離を移動する時間は、Δｍｖ＝ｄres ／ｖとなる。

各周波数パタン（パタン２、パタン３）は、Δｍｖの間隔以下でサンプリングする必要がある。例えば図５のように周波数を切り替えるとよい。図５に示すパタンＡ（パタン２、パタン３のいずれでもよい）は相対速度が小さく、サンプリング周期がゆっくりでよく、積分時間を長く取る特徴が必要なもの、パタンＢ（パタン２、パタン３のいずれでもよい）は相対速度が大きいためサンプリング周期が早く、積分時間は短くて良いものを示している。制御を簡単にするために、図５に示すように、複数の周波数パタンと必要サンプリング周期のもっとも短い周期に合わせて多重化しても良い。以上のように、時分割周波数パタン設定部１３は、各周波数パタンの時間切り替え方法を切り替え制御部１４へ送信する。

このように対象別送信パラメータ算出部１９と時分割周波数パタン設定部１３と周波数制御部９とが協働して、計測対象までの距離、計測対象との相対速度、及び計測対象の反射係数の計算結果に基づいて、発振器１０が発振するパルス送信の繰り返し周波数の、多重数、変調周波数帯域、及び変調時間を設定しているので、計測対象が移動体であっても高精度な波形観測を行うことができるという効果がある。

図６は、実施形態における波形観測装置１の動作を通して説明するフローチャートである。まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）１において、発振器制御部１２から基本パタン（パタン１、及びパタン２）を発振器１０のＦ１〜Ｆ２に送信する。次いで、Ｓ２において、発振器１０がパルス発生の繰り返し周波数の発振動作（Ｆ１，Ｆ２）を開始する。次いで、Ｓ３において、切り替え器１１が発振器１０の信号を切り替えてパルス発生器３へ出力する。

次いでＳ４において、パルス発生器３からフェムト秒パルス光を発射する。Ｓ５において、パルス送信器４がテラヘルツパルス波を送信する動作を開始し、波形観測装置１から計測対象へテラヘルツパルス波を送信する。送信されたテラヘルツパルス波は、計測対象で反射され、波形観測装置１に戻ってくる。

次いでＳ６において、パルス発生器３が発射するフェムト秒パルス光に同期して、パルス受信器８がテラヘルツパルス波の受信動作を開始する。次いでＳ７において、波形取得部１５で波形計測を行う。次いでＳ８において、距離計測部１６が計測対象までの距離算出を行い、対象別送信パラメータ算出部１９に基づいて、周波数パタンとしてパタン３を生成する。

次いでＳ９において、対象別送信パラメータ算出部１９の出力に基づいて、発振器制御部１２の設定を変更し、新たなパタンを生成する。

Ｓ１０において、時分割周波数パタン設定部１３において、切り替えタイミングの設定方法を算出し、切り替え制御部１４において、時分割周波数パタン設定部１３と対象別送信パラメータ算出部１９の出力にしたがって、生成された新たな周波数パタン切り替え方法で、次回動作時の切り替えを行う。Ｓ１１において、動作を継続する場合はＳ２へ戻り、そうでなければ終了する。

次に、本発明に係る波形観測装置の適用事例を説明する。例えば本実施形態の波形観測装置を空港セキュリティ用途に用いた場合は、検知距離が確定でき、最小検知距離ｄ１は、設置高さや人の最高身長、最大検知距離ｄ２はセキュリティ監視エリアの大きさで例えば３０ｍとする。また、検知分解能ｄmin は、爆薬物検査を行う場合は細かい分解能による波形観測と周波数変換が必要なため、１０μｍ、人の移動可能性のある領域は歩行者の移動可能速度程度とすると、必要な周波数変調のパラメータが決定される。さらに個々の測定対象物（ターゲット）を統合することで、周波数パタンを決定できる。

また、本実施形態の波形観測装置を車両等の製品組立工場に用いた場合は、工場ラインでの一工程において、塗装や鉄板、プラスチック等のボディの空隙や劣化、亀裂検査、可動系の部品にかかる金属磨耗等にテラヘルツパルス波を利用することが考えられ、その場合においても計測対象の位置や速度等はほぼ一定であること多いことが考えられる。さらに車型に応じた周波数選択を行うことで検査が高速に行える。

また、本実施形態の波形観測装置を車両周囲センサに用いた場合は、前方を検出する場合は検知距離及び相対速度が可変となる。本原理の特徴からなるべくエリアおよび周波数変調幅を絞った方が利用効率が高くなるため、計測対象までの距離と相対速度、加速度に応じて移動可能性のある領域Δｄｍを絞って計測する。路面を検出する場合は検知距離がほぼ一定であり、本手法をもちいると計測範囲及び相対速度の領域が小さくなり、簡易な構成で素早く対象からのテラヘルツパルス波を取得することができる。

１波形観測装置
２繰り返し周波数発生器
３パルス発生器
４パルス送信器
５ハーフミラー
６ミラー
７ビーム走査機構
８パルス受信器
９周波数制御部
１０発振器
１１切り替え器
１２発振器制御部
１３時分割周波数パタン設定部
１４切り替え制御部
１５波形取得部
１６距離計測部
１７波形計測部
１８出力部
１９対象別送信パラメータ算出部

Claims

パルス送信の繰り返し周波数を発振する発振器と、
前記発振器の周波数を制御する周波数制御手段と、
前記発振器による繰り返し周波数でパルスを発生させるパルス発生手段と、
パルス発生手段が発生した前記パルスを計測対象へ送信するパルス送信手段と、
計測対象から反射したパルスを受信するパルス受信手段と、
受信されたパルスの波形を取得する波形取得手段と、を備えた波形観測装置であって、
前記周波数制御手段は、最小検知距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第１の周波数と最大検知距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第２の周波数との間を連続的に変化する第１の周波数変化パタンと、
第１の周波数変化パタンを使用して検知した対象物までの距離から所定距離を減算した距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第３の周波数と前記対象物までの距離に前記所定距離を加算した距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第４の周波数との間を連続的に変化する第２の周波数変化パタンとを切り換えることを特徴とする波形観測装置。
前記周波数制御手段は、計測対象までの距離、計測対象との相対速度および計測対象の反射係数の何れか一つ以上の算出結果に基づいて、前記第２の周波数変化パタンにおける前記発振器が発振する周波数の多重数、前記周波数の変調周波数帯域、及び変調時間の何れかを設定することを特徴とする請求項１に記載の波形観測装置。
前記パルス送信の周期に相当する時間内に前記計測対象が移動可能な距離を推定する対象別送信パラメータ算出部を備え、
前記周波数制御手段は、前記移動可能な距離に基づいて前記第２の周波数変化パタンにおける前記発振器の周波数を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の波形観測装置。
前記パルス送信手段が送信するパルスは、０．１ＴＨｚ以上１０ＴＨｚ以下のテラヘルツ波であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の波形観測装置。
パルス送信の繰り返し周波数を発振し、前記周波数でパルスを発生させ、該パルスを計測対象へ送信し、計測対象から反射したパルスを受信し、受信されたパルスの波形を取得する波形観測方法において、
前記繰り返し周波数を、最小検知距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第１の周波数と最大検知距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第２の周波数との間を連続的に変化する第１の周波数変化パタンにより変化させて対象物までの距離を検知するステップと、
前記繰り返し周波数を、第１の周波数変化パタンを使用して検知した対象物までの距離から所定距離を減算した距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第３の周波数と前記対象物までの距離に前記所定距離を加算した距離を前記パルスが往復する時間に基づいて設定された第４の周波数との間を連続的に変化する第２の周波数変化パタンにより変化させて、対象物から反射波形を取得するステップと、
を備えたことを特徴とする波形観測方法。