WO2019130526A1 - 光検出装置及び方法並びに測距装置及び方法 - Google Patents

光検出装置及び方法並びに測距装置及び方法 Download PDF

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WO2019130526A1
WO2019130526A1 PCT/JP2017/047141 JP2017047141W WO2019130526A1 WO 2019130526 A1 WO2019130526 A1 WO 2019130526A1 JP 2017047141 W JP2017047141 W JP 2017047141W WO 2019130526 A1 WO2019130526 A1 WO 2019130526A1
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light
event
detection
projection
occurrence
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PCT/JP2017/047141
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English (en)
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Inventor
岳人 野々村
Original Assignee
株式会社ニコンビジョン
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves

Definitions

  • the present invention relates to a light detection device and method, and a distance measurement device and method.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Publication No. 2012-26853
  • a light projection unit that projects light onto the object a plurality of times, a detection unit that detects reflected light from the object, and a detection unit for each light projection by the light projection unit
  • the intensity of the detection signal of the reflected light output from the device counts the occurrence of the first event whose threshold exceeds the threshold and the occurrence of the second event below the threshold for each predetermined elapsed time from the light projection, and counts this count
  • a light detection device including: a processing unit that integrates a plurality of times of light projection and determines a detection time from the light projection to detection by the detection unit based on the integration result.
  • a range finder for determining the distance to an object based on the detection time determined by the light detection device of the first aspect.
  • the step of projecting light onto the object a plurality of times the step of detecting the reflected light from the object, and the intensity of the detection signal of the reflected light at each projection of the light threshold Counting the occurrence of the first event exceeding the threshold and the occurrence of the second event below the threshold for each predetermined elapsed time from the light projection, and integrating the count for a plurality of light projections; Determining a detection time from projection of light to detection of reflected light based on an integration result of counts of occurrences of the one event and the second event.
  • a ranging method comprising the step of determining the distance to an object based on the detection time determined by the light detection method of the third aspect.
  • FIG. 1 shows the configuration of a distance measuring apparatus according to the present embodiment.
  • An example of an output signal of a detection part at the time of distance ranging is shown.
  • An example of a structure of a process part is shown.
  • 7 shows another example of the configuration of the processing unit.
  • An example of operation of a treating part is shown.
  • the operation flow of the ranging method performed by the ranging device concerning this embodiment is shown.
  • An example of a histogram created by a treating part is shown.
  • the structure of the processor contained in the process part which concerns on a modification is shown. 17 shows a logical operation operation by a logic circuit.
  • FIG. 1 shows the configuration of a distance measuring apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the distance measuring apparatus 10 includes a light detection device.
  • the forward direction i.e. the arrow direction of a light ray B 3 to the light projecting portion 100 emits a measurement light to the opposite direction, i.e. the arrow direction of a light ray A 3 and rear.
  • the distance measuring apparatus 10 includes a light emitting unit 100, a reticle plate 140, an eyepiece lens 150, a control unit 132, a detecting unit 200, a converting unit 240, and a processing unit 300.
  • the light projection unit 100 is a unit that projects measurement light onto an object a plurality of times.
  • the light projector 100 includes a light emitter 130, an erecting prism 120, and an objective lens 110.
  • the light emitting unit 130 emits pulsed measurement light (that is, the light beam B 1 ) toward the erecting prism 120 at a constant cycle using a light source.
  • a light source for example, a semiconductor laser that emits infrared light can be adopted.
  • the light emitting unit 130 emits a predetermined number of, for example, 320 pulse-like measurement lights in a predetermined cycle, for example, a cycle of 500 to 700 ⁇ s in one distance measurement operation.
  • the erecting prism 120 is an optical element that sends the measurement light emitted from the light emitting unit 130 forward and sends the incident light beam to the rear eyepiece lens 150.
  • a roof prism, a porro prism or the like can be employed as the erecting prism 120 .
  • the erecting prism 120 reflects the light in the visible light band and transmits the light in the infrared band, the dichroic reflecting surface 122, and the total reflection surface 124 having high reflectance for both the visible light band and the infrared band. , 126.
  • Measuring light (beam B 1) is transmitted through the dichroic reflection surface 122 in the erect prism 120 and is reflected at the total reflection surface 124, it propagates a distance measurement device 10 in front as ray B 2.
  • Incident light (light A 1 ) is reflected at the erecting prism 120 by the dichroic reflecting surface 122, the total reflecting surfaces 124, 126 and other reflecting surfaces. Thereby, the inverted mirror image formed by the incident light is inverted to an erect image.
  • Objective lens 110 collimates the light beam B 2 output from the erecting prism 120 is an optical element to be sent to the front of the distance measuring device 10 as the light beam B 3.
  • the reticle plate 140 is disposed at the focal position of the objective lens 110.
  • the reticle plate 140 has a collimation index and a display unit (both not shown).
  • the collimation index has, for example, a shape such as a cross hair, a rectangular frame, or a circular frame.
  • the collimation index may be formed on a plate transparent to visible light by printing, etching, or the like, or may be displayed using a transmissive liquid crystal.
  • the display unit uses a transmissive liquid crystal or the like to indicate the measurement result of the distance to the object to the user by characters, images, and the like.
  • the display unit may be configured of a reflective liquid crystal and an optical system for guiding a display image using the liquid crystal to the reticle plate 140.
  • the display unit may display the remaining amount of the battery, an alert, a clock, and the like in addition to the distance measurement result.
  • Eyepiece 150 is an optical element to be sent to the rear as ray A 3 condenses incident light.
  • the front end of the distance measuring apparatus 10 faces the rear end of the erecting prism 120.
  • the erecting prism 120, the objective lens 110, the reticle plate 140, and the eyepiece lens 150 constitute a collimating unit by which the user collimates the distance measuring device 10 with respect to the object.
  • the collimating unit shares a part of the optical system with the light projecting unit 100, whereby the apparent light axes of the light projecting unit 100 and the collimating unit in the distance measuring apparatus 10 coincide with each other.
  • Ray A 1 is condensed by the light A 2 through the objective lens 110, an erect prism 120, the reticle plate 140, and through the ocular lens 150, and is emitted as light A 3 to the rear of the distance measuring device 10. Thereby, the user can observe the erecting image of the object through the eyepiece 150.
  • a collimation index disposed on the reticle plate 140 is superimposed on the image of the object that the user observes through the eyepiece 150. Thereby, the user collimates the distance measuring apparatus 10 to the object by superimposing the collimation index on the image observed through the eyepiece 150.
  • the measurement light is irradiated to the position indicated by the collimation index.
  • the control unit 132 is a unit that controls the intensity, the number of emission times, the period, and the like of the measurement light emitted from the light emitting unit 100 (light emitting unit 130).
  • the control unit 132 can also transmit the emission timing of the measurement light to the processing unit 300.
  • the processing unit 300 can process the detection signal of the reflected light output from the detection unit 200 in accordance with the projection of each measurement light by the light projection unit 100.
  • the control unit 132 includes an operation button 133 provided on the housing of the distance measuring apparatus 10, and the user presses the operation button 133 to start a distance measuring operation described later.
  • the detection unit 200 is a unit that detects reflected light from an object and outputs a detection signal in the form of an electrical signal.
  • the detection unit 200 includes a light receiving lens 210, a band pass filter 220, and a light receiving element 230.
  • the light receiving lens 210 is an optical element that condenses the reflected light from the object (that is, the light ray C 1 ) and sends it to the light receiving element 230 as a light ray C 2 .
  • the light receiving lens 210 has an optical axis different from that of the objective lens 110 of the light projecting unit 100.
  • the band transmission filter 220 is an optical element that transmits narrow band light including reflected light and blocks or attenuates other band light.
  • the band-pass filter 220 is disposed behind the light receiving lens 210.
  • the light receiving element 230 is an element that receives the reflected light and outputs an electric signal (also referred to as a light receiving signal) corresponding to the intensity.
  • a light receiving signal for example, a photodiode, a phototransistor, or the like having sensitivity to a band of measurement light can be adopted.
  • the light receiving element 230 is disposed behind the band pass filter 220.
  • the light receiving area of the light receiving element 230 is preferably smaller from the viewpoint of eliminating the influence of the background light on the measurement light.
  • the light receiving lens 210 In the detection unit 200 of the above configuration, the light receiving lens 210, light C 1, which is reflected or scattered from the object located in front of the distance measuring device 10 is incident.
  • the light beam C 1 is condensed by the light receiving lens 210, passes through the band transmission filter 220 as the light beam C 2 , and is received by the light receiving element 230.
  • the light receiving element 230 outputs a light reception signal corresponding to the intensity of the received light to the conversion unit 240.
  • FIG. 2 shows an example of the output signal of the detection unit 200 at the time of distance measurement.
  • the reflected light is detected together with the ambient light such as sunlight, so that the target signal derived from the reflected light from the object (ie, shaded in FIG. 2) Part) will be buried in the noise level.
  • the converter 240 includes, for example, an amplifier, and thereby amplifies the light reception signal output from the light reception element 230.
  • the converter 240 may further convert the light reception signal into a differential signal. Thereby, transmission noise can be reduced.
  • the conversion unit 240 supplies the amplified light reception signal to the processing unit 300 as a detection signal.
  • the processing unit 300 Based on the detection signal output from the conversion unit 240, the processing unit 300 detects the time of the reflected light, that is, with respect to the projection of each measurement light by the light projection unit 100, the measurement light reflected by the object. It is a unit that determines the time T when the detection unit 200 (light receiving element 230) detects the reflected light, and further determines the distance from the detected time T to the object.
  • the configuration of the processing unit 300 is shown in FIG.
  • the conversion unit 240 generates a sig + signal by halving the detection signal output from the detection unit 200 and generates a sig ⁇ signal while generating a sig ⁇ signal. It is converted into a signal, which is input to the processing unit 300 through a pair of transmission lines.
  • the processing unit 300 includes comparators 311 and 312 and a processor 320.
  • the comparator 311 is an element that compares the strength of the detection signal with a preset threshold value, and outputs a signal “1” (signal “0”) when it is large (small).
  • the output of the comparator 311 is referred to as a signal posi.
  • a pair of transmission lines connected to the conversion unit 240 is connected to the non-inverted input and the inverted input of the comparator 311, respectively.
  • the sig + signal and the sig ⁇ signal of the differential signal output from the conversion unit 240 are input to the non-inverted input and the inverted input of the comparator 311, respectively, so that the strength of the sig + signal is greater than that of the sig ⁇ signal. Is compared. Note that by including the threshold inherent to the comparator 311, the strength of the detection signal is compared to the threshold.
  • the comparator 312 is an element that inverts the detection signal and compares the strength thereof with a preset threshold value, and outputs a signal “1” (signal “0”) if smaller (large).
  • the output of the comparator 312 is referred to as a signal nega.
  • a pair of transmission lines connected to the conversion unit 240 are connected to the non-inverted input and the inverted input of the comparator 312 in an inverted manner, respectively.
  • the sig-signal and the sig + signal of the differential signal output from the conversion unit 240 are input to the non-inverted input and the inverted input of the comparator 312, respectively, so that the strength of the sig- signal is higher than that of the sig + signal. Is compared.
  • the threshold inherent to the comparator 312 is the same value as the threshold inherent to the comparator 311.
  • the processor 320 processes the output signals posi and nega of the comparators 311 and 312 to create a histogram.
  • the processor 320 has an arithmetic circuit 322 and a memory 323.
  • the arithmetic circuit 322 is configured such that the intensity of the detection signal of the reflected light output from the detection unit 200 with respect to the projection of each measurement light by the light projection unit 100 is the occurrence of the first event exceeding the threshold and the second event below the threshold The occurrences are counted each time from the light projection respectively.
  • the arithmetic circuit 322 is triggered by the emission timing of each measurement light transmitted from the control unit 132 and has a common sampling cycle (for example, a sampling frequency of 200 MHz to 300 MHz, that is, 1/200000 to 1) with respect to projection of the measurement light.
  • the output signals posi and nega of the comparators 311 and 312 are sampled at each passage of (300000 seconds) and counted in the case of the signal “1” in each cycle (the counter value is incremented by one). Thus, the occurrence of the first and second events is counted at each sampling timing. The count result is sent to the memory 323 and used for histogram creation.
  • the arithmetic circuit 322 integrates the counts of the occurrence of the first and second events with respect to the projection of the measurement light by the light projector 100 for a plurality of times, and the time from the projection of the measurement light for each of the first and second events Create a histogram of the number of occurrences for (example of integration result).
  • the arithmetic circuit 322 further determines the detection time T of the reflected light based on the histogram of the number of occurrences of the first and second events.
  • the arithmetic circuit 322 counts the number of occurrences of the second event a plurality of times from “posi histogram frequency” of the posi histogram obtained by integrating the count of the number of occurrences of the first event with respect to a plurality of light projections for each sampling timing. Subtract the "nega histogram frequency" of the nega histogram integrated for the light projection of A "posi-nega histogram" is created using the frequency obtained by this subtraction process.
  • any calculation such as multiplication may be performed.
  • the memory 323 is a storage area for storing the count results of the first and second events by the arithmetic circuit 322. The count results of the first and second events are respectively recorded for all sampling timings.
  • the processing unit 300 detects the sampling timing with the maximum frequency from the “posi-nega histogram” when the projection of all the measurement lights by the light projecting unit 100 is finished.
  • the sampling timing having the maximum frequency indicates the detection time T from when the measurement light is emitted to when it is received.
  • the distance to the object is calculated by calculating Tc / 2 (c is the speed of light). Since the detection time T is the time taken for the light to travel the distance corresponding to the round trip to the object from the measurement position where the measurement light is emitted, half the detection time T is multiplied by the speed of light. Become.
  • the processing unit 300 displays the calculated distance on the reticle plate 140. Thereby, the information of the distance to the object determined by the processing unit 300 is superimposed on the image of the measurement object observed by the user through the eyepiece 150.
  • FIG. 4 shows another example of the configuration of the processing unit 301.
  • the conversion unit 240 inputs the detection signal sig output from the detection unit 200 to the processing unit 301 via one transmission line.
  • the processing unit 300 includes comparators 311 and 312 and a processor 320. These configurations and functions are the same as those in the example of FIG. 3 described above. Therefore, only differences from the above-described example will be described.
  • the transmission line connected to the converter 240 and another transmission line connected to the reference potential are connected to the non-inverted input and the inverted input of the comparator 311, respectively.
  • the reference potential provides a threshold value ref as a reference for comparing the strength of the detection signal.
  • the threshold value ref is set to a value suitable for identifying the detection signal sig from transmission noise.
  • the intensity of the detection signal sig output from the conversion unit 240 is compared against the threshold ref, and the signal “1” (signal “0”) is detected when the detection signal sig is larger (small) than the threshold ref. It is output.
  • the threshold value ref can be set to a value suitable for identifying the reflected light included in the detection signal sig from noise derived from external light and noise such as transmission noise.
  • a transmission line connected to another transmission line connected to the reference potential and a transmission line connected to the conversion unit 240 are connected to the non-inverted input and the inverted input of the comparator 312, respectively.
  • the strength of the detection signal sig output from the conversion unit 240 is compared against the threshold ref, and the signal “1” (signal “0”) is detected when the detection signal sig is smaller (larger) than the threshold ref. It is output.
  • the processing unit 300 counts the occurrence of each of the first and second events with respect to the projection of each measurement light by the light projecting unit 100 by using the two comparators 311 and 312. Thus, even when there is fluctuation in the detection of the reflected light by the detection unit 200, it is possible to precisely extract the target signal derived from the reflected light from the object with respect to the noise derived from the external light. Note that instead of the two comparators 311 and 312, a switch that switches one comparator and a pair of transmission lines may be used.
  • the processing unit 300 switches the transmission line using a switch, connects the transmission line in parallel to the comparator when projecting odd-numbered measurement light, counts the occurrence of the first event, and transmits it when projecting even-numbered
  • the line may be crossed and connected to a comparator to count the occurrence of the second event.
  • processing unit 300 The operation of the processing unit 300 will be described in more detail with reference to FIG.
  • the processing unit 300 detects the occurrence of the first and second events with respect to the projection of each measurement light by the light projection unit 100.
  • the first and second events are events in which the intensity of the detection signal of the reflected light output from the detection unit 200 exceeds the threshold and falls below the threshold.
  • 5A to 5C the temporal change of the intensity of the detection signal (signals 1 to 3) obtained for the first to third projection of the measurement light, and the output signal posi of the comparators 311 and 312. , Nega show time change.
  • the shaded portions in FIGS. 5A to 5C indicate portions corresponding to the target signal derived from the reflected light from the object.
  • the intensity of the signal 1 shown in FIG. 5A exceeds the threshold (broken line) due to noise in the first period of sampling, exceeds the threshold due to the detection of the reflected light in the third period, and falls below the threshold in the other periods.
  • the output signal posi of the comparator 311 includes the signal “1” meaning the occurrence of the first event in the first and third cycles, and the first event occurs in the second and fourth cycles and thereafter. Not include the signal "0".
  • the output signal nega of the comparator 312 includes a signal "1" indicating the occurrence of the second event in the second and fourth periods and later, and means that the second event does not occur in the first and second periods. Includes “0".
  • the intensity of the signal 2 shown in FIG. 5B exceeds the threshold (broken line) in the third and fifth periods of sampling, is equal to the threshold in the fourth period, and falls below the threshold in the other periods.
  • the output signal posi of the comparator 311 includes the signal “1” which means the occurrence of the first event in the third and fifth periods, and the first event is in the first, second and fourth periods. It includes a signal "0” that means that it has not occurred.
  • the output signal nega of the comparator 312 includes the signal “1” indicating the occurrence of the second event in the first and second periods, and the signal “0” indicating that the second event does not occur in the third and subsequent periods. including.
  • the intensity of the signal 3 shown in FIG. 5C exceeds the threshold (broken line) in the second, third, and fifth periods of sampling and falls below the threshold in the other periods.
  • the output signal posi of the comparator 311 includes the signal “1” indicating the occurrence of the first event in the second, third and fifth periods, and the first event in the first and fourth periods Contains the signal "0” which means that no occurrence has occurred.
  • the output signal nega of the comparator 312 includes the signal "1” which means the occurrence of the second event in the fourth period, and means that the second event does not occur in the first, second, third and fifth periods. Signal “0” is included.
  • FIG. 5D shows the integration results of the output signals posi and nega of the signals 1 to 3, that is, the histograms of the number of occurrences of the first and second events in the upper and lower portions, respectively.
  • the posi histogram of the number of occurrences of the first event a large number of counts of the first event associated with the detection of the reflected light are accumulated in the third period, and counts accompanying noise are sparsely accumulated in the other periods.
  • the nega histogram of the number of occurrences of the second event the count of the second event is minimally integrated with the detection of the reflected light in the third period (in this example, zero count), and in the other periods, the count accompanying noise The count associated with almost no signal is accumulated except for.
  • FIG. 5E shows a posi-nega histogram which is the subtraction result of the histogram of the number of occurrences of the first and second events.
  • the sparse count associated with noise in the first event occurrence histogram substantially offsets the count associated with the no signal occurrence in the second event occurrence histogram (nega)
  • the third period The high column (the highest frequency on the plus side) associated with the detection of the reflected light in can be distinguished from the low columns (the low frequency on the plus side or the negative frequency) in the other cycles.
  • the position on the time axis corresponding to the third period corresponds to the time from when the measurement light is emitted to when the detection unit 200 detects it.
  • FIG. 6 shows an operation flow of the distance measuring method executed by the distance measuring apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the distance measurement method includes a light detection method.
  • the operation flow is started by the control unit 132 in response to the user pressing the operation button 133.
  • the measurement light is projected a plurality of times (N >> 1) times in one distance measurement.
  • step S1 the controller 132 initializes the counter n (sets it to zero).
  • step S2 the light projector 100 projects measurement light toward the object.
  • step S3 the detection unit 200 detects the measurement light reflected by the object, that is, the reflected light.
  • step S4 with respect to the projection of the measurement light by the light projecting unit 100 in step S2, the processing unit 300 generates the first event and the threshold of which the intensity of the detection signal of the reflected light output from the detecting unit 200 exceeds the threshold.
  • the occurrence of the second event below is counted in each common cycle, that is, every time from the projection of the measurement light, the counts are integrated, and the integration result is stored in the memory.
  • step S4 the processing unit 300 counts both the occurrence of the first and second events with respect to the projection of each measurement light by the light projecting unit 100, but instead, only one of the events is generated. May be counted. For example, only the occurrence of the first event may be counted when projecting the measurement light at an odd number, and only the occurrence of the second event may be counted when the projection is an even number. Occasionally, only the occurrence of the first event may be counted, and only the occurrence of the second event may be counted at the subsequent N / 2 times of projection.
  • step S5 the control unit 132 increments the counter n by one.
  • step S6 the control unit 132 determines whether the counter n is N or more. If the counter n is less than N, the process returns to step S2, and steps S2 to S6 are repeated. That is, the measurement light is projected N times onto the object by the light projection unit 100, and the occurrence of the first event and the generation of the second event with respect to the projection of each measurement light by the light projection unit 100 by the processing unit 300 Each is counted for each time from the projection of the measurement light, and integrated for N times of the projection of the measurement light. Thereby, after the Nth projection, a histogram of the number of occurrences of the first and second events is created.
  • FIG. 7 shows an example of a histogram created by projecting the measurement light N times.
  • the histogram (posi) of the number of occurrences of the first event shown in FIG. 7A the peak of the count of the first event accompanying the detection of the reflected light at time T has a low level associated with noise at other times. It is clearly distinguished from the count.
  • the histogram (nega) of the number of occurrences of the second event shown in FIG. 7 (B) the valley of the count of the second event accompanying detection of the reflected light at time T has a high level associated with no signal at other times It can be confirmed during the count.
  • step S7 the processing unit 300 determines the detection time T of the reflected light based on the integration result (that is, the histogram) obtained by integrating the counts of the number of occurrences of the first and second events for N times of light projection.
  • the processing unit 300 subtracts the histogram frequency of the count of the occurrence number of the second event from the histogram frequency of the count of the occurrence number of the first event.
  • FIG. 7C shows the subtraction result (posi ⁇ nega) of the histogram frequency of the number of occurrences of the first and second events.
  • Reflected light included in the histogram (nega) of the number of occurrences of the second event (target in FIG. 7A) derived from detection of reflected light included in the histogram of the number of occurrences of the first event (posi) Is subtracted from the valley of the count derived from the detection of (the target in FIG. 7B) to reveal the high target count accompanying the detection of the reflected light, which is the noise included in the histogram of the number of occurrences of the first event.
  • the random count derived from is subtracted from the count derived from the no signal included in the histogram of the number of occurrences of the second event, so that the count from the sparse and extremely low level (or almost constant level) derived from external light It can be clearly distinguished.
  • the peak of the target count derived from the detection of the reflected light can not be clearly distinguished from the low level count derived from the noise, it can be clearly distinguished by increasing the number of times of projection of the measurement light.
  • the processing unit 300 determines the position of the target signal as the detection time T of the reflected light from the histogram (posi-nega) indicating the subtraction result of the histogram of the number of occurrences of the first and second events.
  • step S8 the processing unit 300 determines the distance Tc / 2 (c is the speed of light) to the object from the detection time T of the reflected light determined in step S7.
  • the control unit 132 ends the operation flow of the distance measurement method.
  • step S7 the number of occurrences of the first and second events is counted N times in step S7.
  • step S7 is performed after step S4, that is, the occurrence of the first and second events Every time the count of the number is integrated for the projection of each measurement light and the histogram is updated, the detection time of the reflected light may be updated based on the histogram.
  • step S8 may be performed together to update the distance to the object.
  • the number of occurrences of the first event exceeding the threshold and the occurrence of the second event falling below the threshold The number of times is counted for each time from the projection of the measurement light by the light projection unit, and the count is based on the integration result (i.e., the histogram) obtained by integrating the plurality of times of the light projection.
  • the integration result i.e., the histogram
  • a signal derived from the reflected light can be extracted to accurately determine the detection time of the reflected light and the distance to the object.
  • FIG. 8 shows the configuration of the processor 330 included in the processing unit 300 according to the modification.
  • the processor 330 includes a logic circuit 331, an arithmetic circuit 322, and a memory 323.
  • the memory 323 is configured in the same manner as that described above.
  • the logic circuit 331 receives the output signals posi and nega of the comparators 311 and 312, performs logic operation, and outputs the operation results inc and dec to the operation circuit.
  • FIG. 9 shows the logical operation operation by the logic circuit 331.
  • the arithmetic circuit 322 performs a positive count with respect to the occurrence of the first event and a negative count with respect to the occurrence of the second event for each projection of the measurement light by the light projecting unit 100, and obtains the count obtained multiple times.
  • the arithmetic circuit 322 integrates the counts of the first and second events, that is, the positive count and the negative count in a common storage area in the memory 323. Thereby, the used capacity of the storage area can be reduced.
  • the distance measuring apparatus 10 measures the distance to the object by projecting measurement light onto the object to detect reflected light and determining the detection time, that is, the propagation time of the measurement light. Although it is assumed that the measurement light travels, the state of the medium through which the measurement light propagates, that is, the temperature, humidity, pressure, refractive index, and the like around the measurement position may be measured.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... ranging apparatus, 100 ... light projection part, 110 ... objective lens, 120 ... erecting prism, 122 ... dichroic reflective surface, 124, 126 ... total reflection surface, 130 ... light emission part, 132 ... control part, 133 ... operation Button 140 140 reticle plate 150 eyepiece 200 detection unit 210 light receiving lens 220 band-pass filter 230 light receiving element 240 conversion unit 300, 301 processing unit 311, 312 comparator , 320: processor, 322: arithmetic circuit, 323: memory, 330: processor, 331: logic circuit.

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Abstract

本実施形態に係る測距装置１０及び測距方法によれば、検出部２００から出力される反射光の検出信号の強度が閾値を超える第１イベントの発生及び閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ投光部による測定光の投射からの所定の経過時間毎にカウントし、このカウントを複数回の光の投射について積算して得られる積算結果（すなわち、ヒストグラム）に基づくことで、外光に由来するランダムなノイズに対して反射光に由来する信号を抽出して光の投射から検出部により検出されるまでの検出時間、そして対象物までの距離を精密に決定することができる。

Description

光検出装置及び方法並びに測距装置及び方法
　本発明は、光検出装置及び方法並びに測距装置及び方法に関する。
　対象物により反射された測定光の伝播時間に基づいて、対象物までの距離を測定する測距装置がある（例えば、特許文献１参照）。測距性能を向上するには、対象物からの反射光に由来する信号を太陽光等の外光に由来するノイズの中から正確に抽出する必要がある。
　［特許文献１］　特開２０１２－２６８５３号公報
　本発明の第１の態様においては、対象物に光を複数回、投射する投光部と、対象物からの反射光を検出する検出部と、投光部による光の投射毎に、検出部から出力される反射光の検出信号の強度が閾値を超える第１イベントの発生及び閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ光の投射からの予め定められた経過時間毎にカウントし、このカウントを複数回の光の投射について積算し、この積算結果に基づいて光の投射から検出部により検出されるまでの検出時間を決定する処理部と、を備える光検出装置が提供される。
　本発明の第２の態様においては、第１の態様の光検出装置により決定された検出時間に基づいて対象物までの距離を決定する測距装置が提供される。
　本発明の第３の態様においては、対象物に光を複数回、投射する段階と、対象物からの反射光を検出する段階と、光の投射毎に、反射光の検出信号の強度が閾値を超える第１イベントの発生及び閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ光の投射からの予め定められた経過時間毎にカウントし、このカウントを複数回の光の投射について積算する段階と、第１イベント及び第２イベントの発生のカウントの積算結果に基づいて光の投射から反射光が検出されるまでの検出時間を決定する段階と、を備える光検出方法が提供される。
　本発明の第４の態様においては、第３の態様の光検出方法により決定された検出時間に基づいて対象物までの距離を決定する段階を備える測距方法が提供される。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
本実施形態に係る測距装置の構成を示す。 遠方測距時における検出部の出力信号の一例を示す。 処理部の構成の一例を示す。 処理部の構成の別の例を示す。 処理部の動作の一例を示す。 本実施形態に係る測距装置により実行される測距方法の動作フローを示す。 処理部により作成されるヒストグラムの一例を示す。 変形例に係る処理部に含まれるプロセッサの構成を示す。 論理回路による論理演算動作を示す。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　図１は、本実施形態に係る測距装置１０の構成を示す。なお、測距装置１０は光検出装置を含む。ここで、投光部１００が測定光を出射する方向、すなわち光線Ｂ３の矢印方向を前方、その逆方向、すなわち光線Ａ３の矢印方向を後方とする。測距装置１０は、投光部１００、レチクルプレート１４０、接眼レンズ１５０、制御部１３２、検出部２００、変換部２４０、及び処理部３００を備える。
　投光部１００は、対象物に測定光を複数回投射するユニットである。投光部１００は、発光部１３０、正立プリズム１２０、及び対物レンズ１１０を有する。
　発光部１３０は、光源を用いて、一定の周期でパルス状の測定光（すなわち、光線Ｂ１）を正立プリズム１２０に向けて出射する。光源として、たとえば、赤外線を発振する半導体レーザを採用することができる。発光部１３０は、一回の測距動作において、予め定められた数、例えば３２０発のパルス状の測定光を一定の周期、例えば５００～７００μ秒の周期で出射する。
　正立プリズム１２０は、発光部１３０から射出された測定光を前方に送り、入射光線を後方の接眼レンズ１５０に送る光学素子である。正立プリズム１２０として、例えばダハプリズム、ポロプリズム等を採用することができる。正立プリズム１２０は、可視光帯域の光を反射し、赤外帯域の光を透過するダイクロイック反射面１２２、並びに可視光帯域及び赤外帯域の両方に対して高い反射率を有する全反射面１２４、１２６を有する。測定光（光線Ｂ１）は、正立プリズム１２０においてダイクロイック反射面１２２を透過し、そして全反射面１２４において反射されて、光線Ｂ２として測距装置１０内を前方に伝播する。入射光線（光線Ａ１）は、正立プリズム１２０においてダイクロイック反射面１２２、全反射面１２４、１２６および他の反射面により反射される。それにより、入射光線により形成される倒立鏡像が正立正像に反転される。
　対物レンズ１１０は、正立プリズム１２０から出力される光線Ｂ２をコリメートし、光線Ｂ３として測距装置１０の前方に送る光学素子である。
　レチクルプレート１４０は、対物レンズ１１０の焦点位置に配置される。レチクルプレート１４０は、視準指標及び表示部（いずれも不図示）を有する。視準指標は、例えば十字線、矩形枠、円形枠等の形状を有する。視準指標は、可視光に対して透明な板に印刷、食刻等により形成されてもよいし、透過型の液晶を用いて表示されてもよい。表示部は、透過型の液晶等を用いて、対象物までの距離の計測結果を、文字、画像等によりユーザに示す。表示部をレチクルプレート１４０に直接設けることに代えて、反射型の液晶と、当該液晶を用いた表示像をレチクルプレート１４０に導く光学系とにより構成してもよい。表示部は、測距結果の他、電池の残量、アラート、時計等を併せて表示してもよい。
　接眼レンズ１５０は、入射光線を集光して光線Ａ３として後方に送る光学素子である。測距装置１０の内部においてその前端を正立プリズム１２０の後端に対向する。
　正立プリズム１２０、対物レンズ１１０、レチクルプレート１４０、及び接眼レンズ１５０は、ユーザが対象物に対して測距装置１０を視準する視準部を構成する。視準部は、投光部１００と光学系の一部を共有し、これにより測距装置１０において投光部１００と視準部とで見かけの光軸が一致する。
　視準部には、測距装置１０の前方に位置する対象物から反射又は散乱された光のうち、対物レンズ１１０の見込み角の範囲内を伝播する光線Ａ１が入射する。光線Ａ１は、対物レンズ１１０を介して光線Ａ２として集光し、正立プリズム１２０、レチクルプレート１４０、及び接眼レンズ１５０を通じて、測距装置１０の後方に光線Ａ３として出射される。これにより、ユーザは、接眼レンズ１５０を通じて対象物の正立正像を観察することができる。
　ユーザが接眼レンズ１５０を通じて観察する対象物の像には、レチクルプレート１４０に配された視準指標が重畳される。それにより、ユーザは、接眼レンズ１５０を通じて観察する像に視準指標を重畳させることにより、測距装置１０を対象物に視準する。この場合に、上記の通り投光部１００と視準部とは見かけの光軸が一致するので、視準指標の示す位置に測定光が照射される。
　制御部１３２は、投光部１００（発光部１３０）から出射される測定光の強度、出射回数、周期等を制御するユニットである。また、制御部１３２は、測定光の出射タイミングを処理部３００に送信することもできる。これにより、処理部３００は、投光部１００による各測定光の投射に応じて、検出部２００から出力される反射光の検出信号を処理することができる。制御部１３２は、測距装置１０の筐体に設けられた操作ボタン１３３を含み、ユーザがこれを押下することで、後述する測距動作を開始する。
　検出部２００は、対象物からの反射光を検出して、電気信号形式の検出信号を出力するユニットである。検出部２００は、受光レンズ２１０、帯域透過フィルター２２０、及び受光素子２３０を含む。
　受光レンズ２１０は、対象物からの反射光（すなわち、光線Ｃ１）を集光して、光線Ｃ２として受光素子２３０に送る光学素子である。なお、受光レンズ２１０は、投光部１００の対物レンズ１１０と異なる光軸を有する。
　帯域透過フィルター２２０は、反射光を含む狭い帯域の光を透過し、他の帯域の光を遮断又は減衰する光学素子である。帯域透過フィルター２２０は、受光レンズ２１０の後方に配されている。
　受光素子２３０は、反射光を受光して、その強度に対応する電気信号（受光信号とも呼ぶ）を出力する素子である。受光素子２３０は、例えば測定光の帯域に対して感度を有するフォトダイオード、フォトトランジスタ等を採用することができる。受光素子２３０は、帯域透過フィルター２２０の後方に配されている。なお、測定光に対して背景光の影響を排除するという観点から、受光素子２３０の受光面積はより小さいことが好ましい。
　上述の構成の検出部２００において、受光レンズ２１０に、測距装置１０の前方に位置する対象物から反射又は散乱された光線Ｃ１が入射する。光線Ｃ１は、受光レンズ２１０により集光されて光線Ｃ２として帯域透過フィルター２２０を通過し、そして受光素子２３０により受光される。受光素子２３０は、受光した光の強度に対応した受光信号を変換部２４０に向けて出力する。
　図２に、遠方測距時における検出部２００の出力信号の一例を示す。対象物が遠方に位置し、対象物付近が明るい場合、反射光が太陽光等の外光とともに検出されることで、対象物からの反射光に由来する目標信号（すなわち、図２における網掛け部分）がノイズレベルに埋もれることとなる。
　変換部２４０は、例えば増幅器を含み、これにより受光素子２３０から出力された受光信号を増幅する。変換部２４０は、さらに、受光信号を差動信号に変換してもよい。それにより、伝送ノイズを低減することができる。変換部２４０は、増幅した受光信号を検出信号として処理部３００に供給する。
　処理部３００は、変換部２４０から出力される検出信号に基づいて、反射光の検出時間、すなわち、投光部１００による各測定光の投射に対して、対象物により反射された当該測定光の反射光を検出部２００（受光素子２３０）が検出した時間Ｔを決定し、さらに検出した時間Ｔから対象物までの距離を決定するユニットである。
　図３に、処理部３００の構成を示す。この例では、変換部２４０は、検出部２００から出力される検出信号を２分の１倍してｓｉｇ＋信号を生成するとともに－２分の１倍してｓｉｇ－信号を生成することにより差動信号に変換し、これを一対の伝送ラインを介して処理部３００に入力する。処理部３００は、コンパレータ３１１，３１２、及びプロセッサ３２０を含む。
　コンパレータ３１１は、検出信号の強度を予め設定された閾値に対して比較し、大きい（小さい）場合に信号「１」（信号「０」）を出力する素子である。なお、コンパレータ３１１の出力を信号ｐｏｓｉと称する。コンパレータ３１１の非反転入力及び反転入力に、それぞれ、変換部２４０に接続する一対の伝送ラインが接続される。それにより、変換部２４０から出力される差動信号のｓｉｇ＋信号及びｓｉｇ－信号がそれぞれコンパレータ３１１の非反転入力及び反転入力に入力されることにより、ｓｉｇ＋信号の強度がｓｉｇ－信号の強度に対して比較される。なお、コンパレータ３１１に固有に備わっている閾値が含まれることで、検出信号の強度が当該閾値に対して比較されることになる。
　コンパレータ３１２は、検出信号を反転してその強度を予め設定された閾値に対して比較し、小さい（大きい）場合に信号「１」（信号「０」）を出力する素子である。なお、コンパレータ３１２の出力を信号ｎｅｇａと称する。コンパレータ３１２の非反転入力及び反転入力に、それぞれ、変換部２４０に接続する一対の伝送ラインが反転して接続される。それにより、変換部２４０から出力される差動信号のｓｉｇ－信号及びｓｉｇ＋信号がそれぞれコンパレータ３１２の非反転入力及び反転入力に入力されることにより、ｓｉｇ－信号の強度がｓｉｇ＋信号の強度に対して比較される。なお、コンパレータ３１２に固有に備わっている閾値が含まれることで、検出信号の強度が当該閾値に対して反転して比較されることになる。ここで、コンパレータ３１２に固有に備わっている閾値は、コンパレータ３１１に固有に備わっている閾値と同じ値である。
　プロセッサ３２０は、コンパレータ３１１，３１２の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａを処理してヒストグラムを作成する。プロセッサ３２０は、演算回路３２２及びメモリ３２３を有する。
　演算回路３２２は、投光部１００による各測定光の投射に対して、検出部２００から出力される反射光の検出信号の強度が閾値を超える第１イベントの発生及び閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ光の投射からの時間毎にカウントする。演算回路３２２は、制御部１３２から送信される各測定光の出射タイミングによりトリガされて当該測定光の投射に対して共通のサンプリング周期（例えば、サンプリング周波数２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、すなわち、１／２０００００～１／３０００００秒経過するごとに）でコンパレータ３１１，３１２の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａをそれぞれサンプリングし、各周期毎において、信号「１」の場合にカウントする（カウンタ値を１つインクリメントする）。それにより、第１及び第２イベントの発生の有無を各サンプリングタイミングでカウントする。カウント結果はメモリ３２３へ送られヒストグラム作成に用いられる。
　演算回路３２２は、第１及び第２イベントの発生のカウントをそれぞれ投光部１００による複数回の測定光の投射について積算して、第１及び第２イベントのそれぞれについて測定光の投射からの時間に対する発生回数のヒストグラム（積算結果の一例）を作成する。
　演算回路３２２は、さらに、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムに基づいて反射光の検出時間Ｔを決定する。演算回路３２２は、各サンプリングタイミング毎に、第１イベントの発生回数のカウントを複数回の光の投射について積算したｐｏｓｉヒストグラムの『ｐｏｓｉヒストグラム度数』から、第２イベントの発生回数のカウントを複数回の光の投射について積算したｎｅｇａヒストグラムの『ｎｅｇａヒストグラム度数』を減算する。この減算処理で得られた度数を用いて『ｐｏｓｉ－ｎｅｇａヒストグラム』を作成する。
　なお、２つのヒストグラムを減算するに限らず、２つのヒストグラムを演算することで反射光に由来する目標信号をノイズから抽出することができれば乗算等、任意の演算をしてもよい。
　メモリ３２３は、演算回路３２２による第１及び第２イベントのカウント結果を記憶する記憶領域である。第１及び第２イベントのカウント結果は、それぞれ、各サンプリングタイミングすべてに対して記録される。
　処理部３００（演算回路３２２）は、投光部１００によるすべての測定光の投射が終わると、『ｐｏｓｉ－ｎｅｇａヒストグラム』から最大度数となるサンプリングタイミングを検出する。この最大度数を持つサンプリングタイミングが、測定光が発せられてから受光されるまでの検出時間Ｔを示すことになる。
　上記のようにして決定された反射光の検出時間Ｔから、対象物までの距離をＴｃ／２（ｃは光速）の計算を行い算出する。測定光が発せられた測定位置から対象物までの往復に相当する距離を光が移動するのに要した時間が検出時間Ｔであるので、検出時間Ｔの２分の１に光速を掛けることになる。
　処理部３００は、算出した距離をレチクルプレート１４０に表示する。それにより、ユーザが接眼レンズ１５０を通じて観察する測定対象物の像に、処理部３００により決定された対象物までの距離の情報が重畳される。
　図４に、処理部３０１の構成の別の例を示す。変換部２４０は、検出部２００から出力される検出信号ｓｉｇを１つの伝送ラインを介して処理部３０１に入力する。処理部３００は、コンパレータ３１１，３１２、及びプロセッサ３２０を含む。これらの構成及び機能は先述の図３の例におけるそれらと同じである。そこで、先述の例と異なる点のみ説明する。
　コンパレータ３１１の非反転入力及び反転入力に、それぞれ、変換部２４０に接続する伝送ライン及び基準電位に接続する別の伝送ラインが接続される。ここで、基準電位が検出信号の強度を比較するリファレンスとしての閾値ｒｅｆを与える。閾値ｒｅｆは、検出信号ｓｉｇを伝送ノイズから識別するのに適当な値に定めるとする。それにより、変換部２４０から出力される検出信号ｓｉｇの強度が閾値ｒｅｆに対して比較され、閾値ｒｅｆに対して検出信号ｓｉｇが大きい（小さい）場合に信号「１」（信号「０」）が出力される。なお、閾値ｒｅｆは、検出信号ｓｉｇに含まれる反射光を外光に由来するノイズ、伝送ノイズ等のノイズから識別するのに適当な値に定めることができる。
　コンパレータ３１２の非反転入力及び反転入力に、それぞれ、基準電位に接続する別の伝送ライン及び変換部２４０に接続する伝送ラインが接続される。それにより、変換部２４０から出力される検出信号ｓｉｇの強度が閾値ｒｅｆに対して比較され、閾値ｒｅｆに対して検出信号ｓｉｇが小さい（大きい）場合に信号「１」（信号「０」）が出力される。
　処理部３００は、２つのコンパレータ３１１，３１２を用いることで投光部１００による各測定光の投射に対して、第１及び第２イベントのそれぞれの発生をカウントする。それにより、検出部２００による反射光の検出に揺らぎがある場合においても、外光に由来するノイズに対して対象物からの反射光に由来する目標信号を精密に抽出することができる。なお、２つのコンパレータ３１１，３１２に代えて１つのコンパレータ及び一対の伝送ラインを切り替えるスイッチを使用してもよい。例えば、処理部３００は、スイッチを用いて伝送ラインを切り替えつつ、奇数回目の測定光の投射時には伝送ラインを平行にコンパレータに接続して第１イベントの発生をカウントし、偶数回目の投射時には伝送ラインを交差してコンパレータに接続して第２イベントの発生をカウントすることとしてもよい。
　図５を用いて、処理部３００の動作をより詳細に説明する。
　処理部３００は、投光部１００による各測定光の投射に対して、第１及び第２イベントの発生をそれぞれ検出する。ここで、第１及び第２イベントは、それぞれ、検出部２００から出力される反射光の検出信号の強度が閾値を超える及び閾値を下回るイベントである。図５（Ａ）～（Ｃ）に、それぞれ、１～３回目の測定光の投射に対して得られた検出信号（信号１～３）の強度の時間変化、コンパレータ３１１，３１２の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａの時間変化を示す。なお、図５（Ａ）～（Ｃ）における網掛け部分は、対象物からの反射光に由来する目標信号に相当する個所を示している。
　図５（Ａ）に示す信号１の強度は、サンプリングの第１周期においてノイズにより閾値（破線）を超え、第３周期において反射光の検出により閾値を超え、その他の周期において閾値を下回る。この信号１に対して、コンパレータ３１１の出力信号ｐｏｓｉは第１及び第３周期において第１イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第２及び第４周期以降において第１イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。コンパレータ３１２の出力信号ｎｅｇａは第２及び第４周期以降において第２イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第１および第２周期において第２イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。
　図５（Ｂ）に示す信号２の強度は、サンプリングの第３及び第５周期において閾値（破線）を超え、第４周期において閾値に等しく、その他の周期において閾値を下回る。この信号２に対して、コンパレータ３１１の出力信号ｐｏｓｉは第３及び第５周期において第１イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第１、第２及び第４周期において第１イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。コンパレータ３１２の出力信号ｎｅｇａは第１及び第２周期において第２イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第３周期以降において第２イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。
　図５（Ｃ）に示す信号３の強度は、サンプリングの第２、第３、及び第５周期において閾値（破線）を超え、その他の周期において閾値を下回る。この信号３に対して、コンパレータ３１１の出力信号ｐｏｓｉは第２、第３、及び第５周期において第１イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第１及び第４周期において第１イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。コンパレータ３１２の出力信号ｎｅｇａは第４周期において第２イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第１、第２、第３及び第５周期において第２イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。
　図５（Ｄ）に、信号１～３の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａの積算結果、すなわち第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムをそれぞれ上段及び下段に示す。第１イベントの発生回数のｐｏｓｉヒストグラムにおいては、第３周期において反射光の検出にともなう第１イベントのカウントが多く積算され、それ以外の周期においてはノイズに伴うカウントがまばらに積算されている。第２イベントの発生回数のｎｅｇａヒストグラムにおいては、第３周期において反射光の検出にともない第２イベントのカウントが極少なく積算され（この例ではゼロカウント）、それ以外の周期においてはノイズに伴うカウントを除いてほぼ無信号に伴うカウントが積算されている。
　図５（Ｅ）に、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムの減算結果であるｐｏｓｉ－ｎｅｇａヒストグラムを示す。減算結果においては、第１イベントの発生回数のヒストグラム（ｐｏｓｉ）におけるノイズに伴うまばらなカウントが第２イベントの発生回数のヒストグラム（ｎｅｇａ）における無信号に伴うカウントとほぼ相殺して、第３周期における反射光の検出に伴う高い柱（プラス側の一番高い度数）が、その他の周期における低い柱（プラス側の低い度数、あるいはマイナスの度数）から区別して確認することができる。
　従って、第３周期に相当する時間軸上の位置が、測定光が発せられてから検出部２００で検出されるまでの時間に相当することになる。
　図６に、本実施形態に係る測距装置１０により実行される測距方法の動作フローを示す。なお、測距方法は、光検出方法を含む。動作フローは、ユーザにより操作ボタン１３３が押下されることに応じて、制御部１３２により開始される。なお、１回の測距において、測定光を複数（Ｎ≫１）回投射するものとする。
　ステップＳ１では、制御部１３２により、カウンタｎを初期化（ゼロに設定）する。
　ステップＳ２では、投光部１００により、対象物に向けて測定光を投射する。
　ステップＳ３では、検出部２００により、対象物により反射される測定光、すなわち反射光を検出する。
　ステップＳ４では、処理部３００により、ステップＳ２における投光部１００による測定光の投射に対して、検出部２００から出力される反射光の検出信号の強度が閾値を超える第１イベントの発生及び閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ共通の周期で、すなわち測定光の投射からの時間毎にカウントし、該カウントを積算し、積算結果をメモリに格納する。
　なお、ステップＳ４では、処理部３００は、投光部１００による各測定光の投射に対して、第１及び第２イベントのそれぞれの発生をともにカウントするが、これに代えて、一方のイベントのみをカウントしてもよい。例えば、奇数回目の測定光の投射時には第１イベントの発生のみをカウントし、偶数回目の投射時には第２イベントの発生のみをカウントしてもよいし、最初のＮ／２回の測定光の投射時には第１イベントの発生のみをカウントし、後のＮ／２回の投射時には第２イベントの発生のみをカウントすることとしてもよい。
　ステップＳ５では、制御部１３２により、カウンタｎを１インクリメントする。
　ステップＳ６では、制御部１３２により、カウンタｎがＮ以上であるか判断する。カウンタｎがＮ未満の場合、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２～Ｓ６を繰り返す。すなわち、投光部１００により測定光をＮ回対象物に向けて投射し、処理部３００により、投光部１００による各測定光の投射に対して第１イベントの発生及び第２イベントの発生がそれぞれ測定光の投射からの時間毎にカウントされ、Ｎ回の測定光の投射について積算される。それにより、Ｎ回目の投射後は、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムが作成される。
　図７に、Ｎ回の測定光の投射により作成されるヒストグラムの一例を示す。図７（Ａ）に示す第１イベントの発生回数のヒストグラム（ｐｏｓｉ）においては、時刻Ｔにおいて反射光の検出にともなう第１イベントのカウントのピークが、それ以外の時刻におけるノイズに伴う低いレベルのカウントから明確に区別される。図７（Ｂ）に示す第２イベントの発生回数のヒストグラム（ｎｅｇａ）においては、時刻Ｔにおいて反射光の検出にともなう第２イベントのカウントの谷が、それ以外の時刻における無信号に伴う高いレベルのカウントの中に確認することができる。
　カウンタｎがＮ以上の場合、次のステップＳ７に進む。
　ステップＳ７では、処理部３００により、第１及び第２イベントの発生回数のカウントをＮ回の光の投射について積算した積算結果（すなわち、ヒストグラム）に基づいて反射光の検出時間Ｔを決定する。ここで、処理部３００は、第１イベントの発生回数のカウントのヒストグラム度数から第２イベントの発生回数のカウントのヒストグラム度数を減算する。
　図７（Ｃ）に、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラム度数の減算結果（ｐｏｓｉ－ｎｅｇａ）を示す。第１イベントの発生回数のヒストグラム（ｐｏｓｉ）に含まれる反射光の検出に由来するカウントのピーク（図７（Ａ）における目標）が第２イベントの発生回数のヒストグラム（ｎｅｇａ）に含まれる反射光の検出に由来するカウントの谷（図７（Ｂ）における目標）と減算されて反射光の検出に伴う高い目標カウントがあらわになり、これが、第１イベントの発生回数のヒストグラムに含まれるノイズに由来するランダムなカウントが第２イベントの発生回数のヒストグラムに含まれる無信号に由来するカウントと減算されることで、外光に由来するまばらでごく低いレベル（又はほぼ一定のレベル）のカウントから明確に区別することができる。なお、反射光の検出に由来する目標カウントのピークがノイズに由来する低レベルのカウントから明確に区別できない場合、測定光の投射回数をより増やすことで明確に区別できるようになる。
　処理部３００は、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムの減算結果を示すヒストグラム（ｐｏｓｉ－ｎｅｇａ）から目標信号の位置を反射光の検出時間Ｔとして決定する。
　ステップＳ８では、処理部３００により、ステップＳ７において決定された反射光の検出時間Ｔから対象物までの距離Ｔｃ／２（ｃは光速）を決定する。処理部３００が、決定した距離をレチクルプレート１４０に表示することで、制御部１３２は測距方法の動作フローを終了する。
　なお、本実施形態に係る測距方法では、投光部１００によるＮ回の測定光の投射の終了後に、ステップＳ７において、第１及び第２イベントの発生回数のカウントをＮ回の測定光の投射について積算して得たヒストグラムに基づいて反射光の検出時間を決定することとしたが、これに代えて、ステップＳ７をステップＳ４の次に実行する、すなわち、第１及び第２イベントの発生回数のカウントを各測定光の投射について積算してヒストグラムを更新する都度、そのヒストグラムに基づいて反射光の検出時間を更新してもよい。また、ステップＳ８を合わせて実行して、対象物までの距離を更新してもよい。
　本実施形態に係る測距装置１０及び測距方法によれば、検出部２００から出力される反射光の検出信号の強度が閾値を超える第１イベントの発生回数及び閾値を下回る第２イベントの発生回数をそれぞれ投光部による測定光の投射からの時間毎にカウントし、このカウントを複数回の光の投射について積算して得られる積算結果（すなわち、ヒストグラム）に基づくことで、外光に由来するランダムなノイズに対して反射光に由来する信号を抽出して反射光の検出時間、そして対象物までの距離を精密に決定することができる。
　図８に、変形例に係る処理部３００に含まれるプロセッサ３３０の構成を示す。プロセッサ３３０は、論理回路３３１、演算回路３２２、及びメモリ３２３を有する。なお、メモリ３２３は先述のそれと同様に構成される。
　論理回路３３１は、コンパレータ３１１，３１２の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａを受けて論理演算し、その演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃを演算回路に出力する。
　図９に、論理回路３３１による論理演算動作を示す。論理回路３３１は、入力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝０，０に対して演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，０を出力し、入力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝１，０に対して演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝１，０を出力し、入力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝０，１に対して演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，１を出力し、入力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝１，１に対して演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，０を出力する。
　演算回路３２２は、投光部１００による測定光の投射毎に、第１イベントの発生に対してプラスカウントするとともに第２イベントの発生に対してマイナスカウントし、得られるカウントを複数回の測定光の投射について積算する。制御部１３２から送信される各測定光の出射タイミングによりトリガされて当該測定光の投射に対して共通の周期（例えば、周波数２４０ＭＨｚ）で論理回路３３１の出力信号ｉｎｃ，ｄｅｃをそれぞれサンプリングし、各周期において、論理回路３３１の演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，０に対してイベントは無検出又は両第１及び第２イベントの発生によりカウントは相殺するとしてゼロカウントし（何もしない）、論理回路３３１の演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝１，０に対して第１イベントのみが発生したとしてプラスカウントし、論理回路３３１の演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，１に対して第２イベントのみが発生したとしてマイナスカウントする。演算回路３２２は、第１及び第２イベントのカウント、すなわちプラスカウント及びマイナスカウントを、メモリ３２３内の共通の記憶領域内で積算する。それにより、記憶領域の使用容量を減らすことができる。
　これに応じて、測距装置１０による測距方法の動作フローにおけるステップＳ４では、投光部１００による測定光の投射毎に、第１イベントの発生（コンパレータ３１１，３１２の出力ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝１，０）に対してプラスカウントするとともに第２イベントの発生（コンパレータ３１１，３１２の出力ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝０，１）に対してマイナスカウントし、得られるカウントを複数回の光の投射についてメモリ３２３内の共通の記憶領域内で積算することとなる。
　なお、本実施形態の測距装置１０は、対象物に測定光を投射して反射光を検出し、その検出時間、すなわち測定光の伝搬時間を決定することで対象物までの距離を測定するものとしたが、測定光の伝搬時間から測定光が伝搬する媒体の状態、すなわち測定位置周辺の気温、湿度、気圧、屈折率等を測定するものとしてもよい。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
　１０…測距装置、１００…投光部、１１０…対物レンズ、１２０…正立プリズム、１２２…ダイクロイック反射面、１２４，１２６…全反射面、１３０…発光部、１３２…制御部、１３３…操作ボタン、１４０…レチクルプレート、１５０…接眼レンズ、２００…検出部、２１０…受光レンズ、２２０…帯域透過フィルター、２３０…受光素子、２４０…変換部、３００，３０１…処理部、３１１，３１２…コンパレータ、３２０…プロセッサ、３２２…演算回路、３２３…メモリ、３３０…プロセッサ、３３１…論理回路。

Claims (14)

  1. 　対象物に光を複数回、投射する投光部と、
    　前記対象物からの反射光を検出する検出部と、
    　前記投光部による光の投射毎に、前記検出部から出力される反射光の検出信号の強度が閾値を超える第１イベントの発生及び前記閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ前記光の投射からの予め定められた経過時間毎にカウントし、該カウントを前記複数回の光の投射について積算し、該積算結果に基づいて前記光の投射から前記検出部により検出されるまでの検出時間を決定する処理部と、
    を備える光検出装置。
  2. 　前記処理部は、前記第１イベントの発生のカウントを前記複数回の光の投射について積算した積算結果から前記第２イベントの発生のカウントを前記複数回の光の投射について積算した積算結果を減算し、該減算結果に基づいて前記検出時間を決定する、請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記処理部は、前記投光部による光の投射毎に、前記第１イベントの発生に対してプラスカウントするとともに前記第２イベントの発生に対してマイナスカウントし、得られるカウントを前記複数回の光の投射について積算する、請求項１に記載の光検出装置。
  4. 　前記処理部は、前記投光部による光の投射毎に、前記第１イベント及び前記第２イベントのそれぞれの発生をともにカウントし、前記第１イベントの発生回数を示す第１ヒストグラムと前記第２イベントの発生回数を示す第２ヒストグラムを作成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の光検出装置。
  5. 　前記処理部は、前記検出部から出力される検出信号を前記閾値に対して比較する第１コンパレータと、前記検出信号を前記閾値に対して反転して比較する第２コンパレータと、を含む、請求項４に記載の光検出装置。
  6. 　前記検出部から出力される検出信号を差動信号に変換して前記処理部に入力する変換部をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の光検出装置。
  7. 　前記処理部は、前記第１イベント及び前記第２イベントの発生をそれぞれ共通の周期でカウントする、請求項１から６のいずれか一項に記載の光検出装置。
  8. 　請求項１から７のいずれか一項に記載の光検出装置により決定された前記検出時間に基づいて前記対象物までの距離を決定する測距装置。
  9. 　対象物に光を複数回、投射する段階と、
    　前記対象物からの反射光を検出する段階と、
    　光の投射毎に、前記反射光の検出信号の強度が閾値を超える第１イベントの発生及び前記閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ前記光の投射からの予め定められた経過時間毎にカウントし、該カウントを前記複数回の光の投射について積算する段階と、
    　前記第１イベント及び前記第２イベントの発生のカウントの積算結果に基づいて前記光の投射から前記反射光が検出されるまでの検出時間を決定する段階と、
    を備える光検出方法。
  10. 　前記決定する段階では、前記第１イベントの発生のカウントを前記複数回の光の投射について積算した積算結果から前記第２イベントの発生のカウントを前記複数回の光の投射について積算した積算結果を減算し、該減算結果に基づいて前記検出時間を決定する、請求項９に記載の光検出方法。
  11. 　前記積算する段階では、前記光の投射毎に、前記第１イベントの発生に対してプラスカウントするとともに前記第２イベントの発生に対してマイナスカウントし、得られるカウントを前記複数回の光の投射について積算する、請求項９に記載の光検出方法。
  12. 　前記積算する段階では、光の投射毎に、前記第１イベント及び前記第２イベントのそれぞれの発生をともにカウントし、前記第１イベントの発生回数を示す第１ヒストグラムと前記第２イベントの発生回数を示す第２ヒストグラムを作成する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の光検出方法。
  13. 　前記積算する段階では、前記第１イベント及び前記第２イベントの発生をそれぞれ共通の周期でカウントする、請求項９から１２のいずれか一項に記載の光検出方法。
  14. 　請求項９から１３のいずれか一項に記載の光検出方法により決定された前記検出時間に基づいて前記対象物までの距離を決定する段階を備える測距方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112865862A (zh) * 2019-11-12 2021-05-28 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备之间光通信的环境光检测方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH063406A (ja) * 1992-06-23 1994-01-11 Fujitsu Ltd 動作信号測定装置及び動作信号測定方法
JP2011166659A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光信号断検出回路および光受信器
JP2014163884A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Nikon Vision Co Ltd 距離測定装置
CN104296866A (zh) * 2014-10-21 2015-01-21 东南大学 应用于工作在线性模式下的雪崩光电二极管的接口电路
US20150204978A1 (en) * 2014-01-22 2015-07-23 Sick Ag Distance Measuring Sensor and Method for the Detection and Distance Determination of Objects

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH063406A (ja) * 1992-06-23 1994-01-11 Fujitsu Ltd 動作信号測定装置及び動作信号測定方法
JP2011166659A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光信号断検出回路および光受信器
JP2014163884A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Nikon Vision Co Ltd 距離測定装置
US20150204978A1 (en) * 2014-01-22 2015-07-23 Sick Ag Distance Measuring Sensor and Method for the Detection and Distance Determination of Objects
CN104296866A (zh) * 2014-10-21 2015-01-21 东南大学 应用于工作在线性模式下的雪崩光电二极管的接口电路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112865862A (zh) * 2019-11-12 2021-05-28 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备之间光通信的环境光检测方法和装置

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