WO2020079776A1 - 測距装置及び測距方法 - Google Patents

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栄実 野口
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Definitions

  • the present invention relates to a distance measuring device and a distance measuring method, and more particularly to a distance measuring device and a distance measuring method for performing distance measurement by transmitting a pulse and receiving a reflection thereof.
  • Time of Flight (ToF) method As a method for measuring the distance to a distance measurement target object.
  • a modulated optical pulse is radiated toward a distance measurement target object, and the reflection of the modulated light pulse from the distance measurement target object is received to reach the distance measurement target object. Calculate the distance.
  • the light pulse may be repeatedly transmitted periodically.
  • Patent Document 1 discloses a method of providing distance information of a scene by using a time-of-flight sensor or a time-of-flight camera.
  • the method according to US Pat. No. 6,096,898 is to emit a periodic optical signal towards a scene according to a modulated signal based on a clock timing having a reference frequency spread by a periodic perturbation having a perturbation frequency and a perturbation period; Receiving a reflection of the periodic optical signal from the, and evaluating the received reflection of the periodic optical signal for time-of-flight information over the set of measurement durations according to the modulated signal. , Deriving distance information from the time of flight information for the received reflections.
  • each measurement duration in the set is an integer or half-integer multiple of the perturbation period, and the average of the reference frequencies is kept constant throughout the set of measurement durations.
  • the time from the transmission of the optical pulse to the reception of the reflected light of the optical pulse is the transmission of the transmission pulse. It may be longer than the cycle. In such a case, it may not be possible to specify at what timing the received light is the reflected light of the transmission pulse transmitted. In other words, the received reflected light and the transmitted pulse may not be associated with each other. In such a case, the distance may not be properly measured.
  • the technique according to Patent Document 1 the emitted optical signal and the reflected light are not associated with each other. Therefore, the technique according to Patent Document 1 may not be able to perform appropriate distance measurement.
  • An object of the present disclosure is to solve such a problem, and it is possible to perform distance measurement appropriately without depending on the distance to the distance measurement target or the transmission cycle of the transmission pulse.
  • a distance measuring device and a distance measuring method are provided.
  • the distance measuring apparatus is a generation unit that generates a plurality of transmission pulses in which the intensity of an optical signal is changed in a pulse shape and that has a frequency offset with respect to a reference frequency that is different for each transmission pulse.
  • a transmission means for repeatedly transmitting the generated transmission pulse a reception means for receiving a reflection pulse in which the transmission pulse is reflected by an object to be measured, and a detection means for detecting a frequency offset of the received reflection pulse.
  • a distance calculation for calculating the distance to the object to be measured based on the reception timing of the received reflection pulse and the transmission timing of the transmission pulse corresponding to the frequency offset detected from the reflection pulse. And means.
  • the distance measuring method generates a plurality of transmission pulses in which the intensity of an optical signal changes in a pulse shape, and the transmission pulses have a frequency offset with respect to a reference frequency, which is different for each transmission pulse. , Repeatedly transmitting the generated transmission pulse, receiving the reflection pulse reflected by the transmission pulse from the object to be measured, detecting the frequency offset of the received reflection pulse, and receiving the reflection pulse received The distance to the object to be measured is calculated based on the timing and the transmission timing of the transmission pulse corresponding to the frequency offset detected from the reflection pulse.
  • a distance measuring device and a distance measuring method capable of appropriately performing distance measurement regardless of the distance to the distance measurement target or the transmission cycle of the transmission pulse.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a distance measuring device according to a first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the optical modulator according to the first embodiment.
  • 3 is a flowchart showing a distance measuring method executed by the distance measuring device according to the first embodiment.
  • 7 is a timing chart showing a relationship between a transmission pulse and a reflection pulse according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a timing chart showing a relationship between a transmission pulse and a reflection pulse according to a comparative example.
  • 3 is a timing chart showing a relationship between a transmission pulse and a reflection pulse according to the first exemplary embodiment.
  • 3 is a timing chart showing a relationship between a transmission pulse and a reflection pulse according to the first exemplary embodiment.
  • 3 is a timing chart showing a relationship between a transmission pulse and a reflection pulse according to the first exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a distance measuring device according to a second embodiment. It is a figure which shows the structure of the distance measuring device concerning Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a distance measuring device 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of a distance measuring method executed by the distance measuring device 1 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the ranging device 1 includes a generation unit 2 that functions as a generation unit, a transmission unit 4 that functions as a transmission unit, a reception unit 6 that functions as a reception unit, a detection unit 8 that functions as a detection unit, and a distance calculation unit. It has a functioning distance calculation unit 10.
  • the generation unit 2 generates a plurality of transmission pulses in which the intensity of the optical signal changes like a pulse. At this time, the production
  • the frequency offset is a shift (offset) with respect to a certain reference frequency.
  • the transmitter 4 repeatedly transmits the transmission pulse generated by the generator 2 (step S14).
  • the receiving unit 6 receives the reflected pulse in which the transmitted pulse is reflected by the distance measurement target 90 (step S16).
  • the detector 8 detects the frequency offset of the reflected pulse received by the receiver 6 (step S18).
  • the distance calculation unit 10 determines the distance to the distance measurement target 90 based on the reception timing of the reflection pulse received by the reception unit 6 and the transmission timing of the transmission pulse corresponding to the frequency offset detected from the reflection pulse. R is calculated (step S20).
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the outline of the method of calculating the distance to the distance measurement target 90 using the pulse.
  • FIG. 3 shows the operating principle of the ToF method.
  • the transmission unit 4 transmits the transmission pulses Plst1 and Plst2 at the transmission cycle (pulse cycle) Tp.
  • the pulse width which is the width of each transmission pulse, is Tw.
  • the reception unit 6 receives the reflection pulse Plsr1 that is the reflected light.
  • the reception unit 6 receives the reflection pulse Plsr2 that is the reflected light.
  • two transmission pulses Plst1 and Plst2 are transmitted with a pulse cycle Tp, and a reflection pulse Plsr1 and a reflection pulse Plsr2, which are respective reflected lights, are received.
  • the time difference Td may be longer than the pulse period Tp.
  • the pulse period Tp is short, the time difference Td may be longer than the pulse period Tp. That is, Td> Tp may be satisfied depending on the distance to the object 90 or the pulse cycle.
  • the next transmission pulse Plst2 is transmitted before the reflection pulse Plsr1 is received.
  • the received reflected pulse Plsr1 is the reflected light of the transmission pulse Plst1 or the reflected light of the transmission pulse Plst2
  • the distance cannot be properly measured. That is, when distance measurement is performed from the time difference between the transmission time of the transmission pulse Plst2 and the reception time of the reflection pulse Plsr1, a distance shorter than the actual distance to the object 90 to be measured is calculated.
  • the distance measuring apparatus 1 is configured to generate the transmission pulse Plst1 and the transmission pulse Plst2 so that the transmission pulse Plst1 and the transmission pulse Plst2 have different frequency offsets. Then, the distance measuring apparatus 1 according to the present embodiment is configured to detect the frequency offset of the received reflection pulse Plsr1 and associate the transmission pulse Plst1 and the reflection pulse Plsr1 with each other. Therefore, the distance measuring device 1 and the distance measuring method according to the present embodiment can perform the distance measurement properly without depending on the distance to the object to be measured or the transmission cycle of the transmission pulse.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the distance measuring device 100 according to the first embodiment.
  • the ranging device 100 according to the first embodiment includes a frequency offset generator 102, a modulation signal generation unit 104, an optical modulator 106, a light source 108, and an optical transmission unit 120 as a transmission system module.
  • the frequency offset generator 102, the modulation signal generator 104, the optical modulator 106, and the light source 108 constitute a pulse generator 110 that generates a plurality of transmission pulses having different frequency offsets.
  • the pulse generator 110 corresponds to the generator 2 shown in FIG.
  • the optical transmitter 120 corresponds to the transmitter 4 shown in FIG.
  • the distance measuring apparatus 100 has a light receiving unit 122, a light interference system unit 130, a photoelectric conversion unit 132, and an AD converter 134 as a reception system module.
  • the optical receiver 122 corresponds to the receiver 6 shown in FIG.
  • the optical interference system unit 130 corresponds to the detection unit 8 shown in FIG.
  • the distance measuring apparatus 100 includes bandpass filters 140-1 to 140-n, timing extraction units 150-1 to 150-n, and distance calculation units 160-1 to 160-n.
  • n is an integer of 2 or more.
  • the distance calculation units 160-1 to 160-n correspond to the distance calculation unit 10 shown in FIG.
  • the bandpass filter 140 and the like may be collectively referred to as the bandpass filter 140 and the like.
  • n represents the number of frequency offsets.
  • the frequency offsets are f1, f2, ..., Fn. Therefore, the bandpass filters 140-1 to 140-n correspond to the frequency offsets f1 to fn, respectively.
  • the timing extraction units 150-1 to 150-n correspond to the frequency offsets f1 to fn, respectively.
  • the distance calculation units 160-1 to 160-n correspond to the frequency offsets f1 to fn, respectively.
  • each of the above-described constituent elements can be realized by a device or a circuit such as an arithmetic circuit.
  • the arithmetic circuit is, for example, an FPGA (field-programmable gate array) or the like.
  • the frequency offset generator 102 outputs frequency offset information, which is information indicating a plurality of frequency offsets that are offsets from the reference frequency f0, to the modulation signal generation unit 104.
  • the frequency offset information indicates frequency offsets f1, f2, ..., Fn.
  • the frequency offset generator 102 may output the frequency offset information indicating the frequency offsets f1, f2, ..., Fn to the modulation signal generation unit 104 for each pulse period Tp. That is, the frequency offset generator 102 may output the frequency offset information indicating the frequency offset f1 and then output the frequency offset information indicating the frequency offset f2 after the time Tp has elapsed.
  • the modulation signal generation unit 104 generates a modulation signal for generating a transmission pulse according to the frequency offset information received from the frequency offset generator 102.
  • the modulation signal is an electrical signal having a waveform corresponding to the frequency offsets f1, f2, ..., Fn.
  • the modulation signal generation unit 104 outputs the generated modulation signal to the optical modulator 106.
  • the modulation signal generation unit 104 outputs the measurement start trigger Trgt to the distance calculation unit 160 at the timing when each transmission pulse corresponding to the frequency offsets f1, f2, ..., Fn is transmitted.
  • the measurement start trigger Trgt indicates the transmission timing of each transmission pulse having each frequency offset.
  • the modulation signal generation unit 104 outputs the measurement start trigger Trgt1 to the distance calculation unit 160-1 at the timing of outputting the modulation signal corresponding to the frequency offset f1.
  • the modulation signal generation unit 104 also outputs the measurement start trigger Trgt2 to the distance calculation unit 160-2 at the timing of outputting the modulation signal corresponding to the frequency offset f2.
  • the modulation signal generation unit 104 outputs the measurement start trigger Trgtn to the distance calculation unit 160-n at the timing of outputting the modulation signal corresponding to the frequency offset fn.
  • the light source 108 generates an optical signal having a reference frequency f0 as shown in FIG. 5 described later.
  • the optical signal is input to the optical modulator 106 and the optical interference system unit 130.
  • the optical modulator 106 uses the modulation signal input from the modulation signal generation unit 104 and the optical signal input from the light source 108 (modulator input signal) to set different frequency offsets f1, f2, ..., Fn. Generate a plurality of transmit pulses having.
  • the optical modulator 106 outputs an optical signal including the generated transmission pulse to the optical transmitter 120.
  • the optical modulator 106 is an AO modulator (acousto-optic modulator).
  • the optical modulator 106 modulates an optical signal (modulator input signal) using the modulation signal. Thereby, the optical modulator 106 generates a plurality of transmission pulses having different frequency offsets.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the optical modulator 106 according to the first embodiment.
  • the optical signal input to the optical modulator 106 (modulator input signal) is an optical signal having a constant frequency f0.
  • the modulation signal has a pulse-shaped waveform of frequency f1, a pulse-shaped waveform of frequency f2, and a pulse-shaped waveform of frequency f3.
  • the amplitude of the modulation signal is 0V except for the pulsed waveform.
  • Each waveform is a sine wave of width Tw.
  • the optical modulator 106 modulates the optical signal according to the pulse-shaped waveform of the modulation signal and outputs the modulated optical signal (modulator output signal).
  • This modulator output signal corresponds to the transmitted pulse.
  • the optical modulator 106 receives the pulse-shaped modulated signal of the frequency f1, it modulates the optical signal of the frequency f0 so as to shift by f1, and outputs the pulse of the frequency (f0 + f1).
  • This pulse corresponds to the transmission pulse Plst1.
  • the optical modulator 106 receives the pulse-shaped modulated signal of the frequency f2, it modulates the optical signal of the frequency f0 so as to shift by f2 and outputs the pulse of the frequency (f0 + f2).
  • This pulse corresponds to the transmission pulse Plst2.
  • the optical modulator 106 receives the pulse-shaped modulated signal of the frequency f3, it modulates the optical signal of the frequency f0 so as to shift by f3, and outputs the pulse of the frequency (f0 + f3).
  • This pulse corresponds to the transmission pulse Plst3. Therefore, the transmission pulse indicates a signal in which the light intensity changes in a pulse shape. In this way, the transmission pulses Plst1, Plst2, Plst3 have different frequency offsets f1, f2, f3, respectively.
  • the broken line in the modulator output signal indicates the light intensity (envelope).
  • the modulation signal generation unit 104 may output the measurement start trigger Trgt1 to the distance calculation unit 160-1 at the timing of outputting the pulse-shaped waveform modulation signal of the frequency f1.
  • the modulation signal generation unit 104 may output the measurement start trigger Trgt2 to the distance calculation unit 160-2 at the timing of outputting the pulse-shaped modulation signal of the frequency f2.
  • the modulation signal generation unit 104 may output the measurement start trigger Trgt3 to the distance calculation unit 160-3 at the timing of outputting the pulse-shaped modulation signal of the frequency f3.
  • the optical transmission unit 120 transmits (irradiates) an optical signal including a plurality of transmission pulses to the distance measurement target 90.
  • the transmitted pulse is reflected by the distance measuring object 90 toward the distance measuring device 100.
  • the optical receiver 122 receives an optical signal including a plurality of reflected pulses reflected by the object 90 to be measured.
  • the frequencies of the plurality of received reflected pulses are f0 + f1, f0 + f2, ..., F0 + fn. It should be noted that it is not necessary for the plurality of transmission pulses to be applied to the same distance measurement target 90. Therefore, the round-trip flight time of the transmission pulse Plst1 and the round-trip flight time of the transmission pulse Plst2 may be different from each other.
  • the optical interference system unit 130 detects the frequency offset of the reflected pulse (received light) by using the optical signal of the frequency f0 from the light source 108 as the reference light. Specifically, the optical interference system unit 130 causes the reference light from the light source 108 and the received light to interfere with each other to detect the beat frequency. Thereby, the optical interference system unit 130 detects the frequency offset of the reflected pulse.
  • the optical interference system unit 130 may be a mixer using an optical coupler. Further, for example, the optical interference system unit 130 may be a 90-degree hybrid circuit that interferes with reference light having two phases of 0 degree and 90 degrees as reference light.
  • the optical interference system unit 130 outputs the optical signals of the frequencies f1, f2, ..., Fn corresponding to the frequency offset to the photoelectric conversion unit 132.
  • the photoelectric conversion unit 132 converts an optical signal from the optical interference system unit 130 into an electric signal.
  • the photoelectric conversion unit 132 may be, for example, a photoelectric converter that uses a photodetector or a balanced optical receiver that uses two photodetectors.
  • the AD converter 134 converts the electric signal, which is an analog signal converted by the photoelectric conversion unit 132, into a digital signal.
  • the electric signals indicating the frequencies f1, f2, ..., Fn converted into digital signals by the AD converter 134 are output to the bandpass filters 140-1 to 140-n.
  • the band pass filter 140 has a frequency corresponding to a frequency offset as a center frequency.
  • the center frequencies of the bandpass filters 140-1 to 140-n are frequencies f1 to fn, respectively. Therefore, the bandpass filters 140-1 to 140-n pass the electric signals indicating the frequencies f1 to fn, respectively. Therefore, the bandpass filter 140 has a function as a separating unit that separates the optical signal for each frequency offset of the reflected pulse detected by the optical interference system unit 130 (detection unit 8).
  • the timing extraction unit 150 functions as a timing extraction unit that extracts the reception timing of the received reflection pulse.
  • the timing extraction units 150-1 to 150-n respectively extract the reception timing of the reflected pulse having the frequency offsets f1 to fn.
  • the timing extraction units 150-1 to 150-n send the measurement stop triggers Trgr1 to Trgrn to the distance calculation units 160-1 to 160-n at the reception timings of the reflected pulses having the frequency offsets f1 to fn, respectively.
  • the distance calculation unit 160 uses Expression 1 to calculate the distance measurement target from the time difference between the output timing of the measurement start trigger Trgt (first trigger signal) and the output timing of the measurement stop trigger Trgr (second trigger signal).
  • the distance R to 90 is calculated.
  • the distance calculator 160-1 calculates the distance R regarding the transmission pulse having the frequency offset f1 from the time difference between the output timing of the measurement start trigger Trgt1 and the output timing of the measurement stop trigger Trgr1.
  • the distance calculator 160-2 calculates the distance R regarding the transmission pulse having the frequency offset f2 from the time difference between the output timing of the measurement start trigger Trgt2 and the output timing of the measurement stop trigger Trgr2.
  • the distance calculator 160-n calculates the distance R regarding the transmission pulse having the frequency offset fn from the time difference between the output timing of the measurement start trigger Trgtn and the output timing of the measurement stop trigger Trgrn.
  • a frequency offset of +200 MHz may not be used.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a distance measuring method executed by the distance measuring device 100 according to the first embodiment.
  • the pulse generator 110 generates a transmission pulse having a different frequency offset for each transmission pulse (step S102).
  • the optical transmitter 120 transmits (irradiates) the optical signal including the transmission pulse generated in the process of S102 to the distance measurement target 90 (step S104).
  • the optical modulator 106 of the pulse generator 110 modulates the optical signal (modulator input signal) using the modulation signal generated by the modulation signal generator 104.
  • the optical modulator 106 generates a plurality of transmission pulses having different frequency offsets.
  • this processing means that different frequency offsets are applied to the respective transmission pulses.
  • the measurement start trigger Trgt corresponding to each transmission pulse may be output to the distance calculation unit 160 at the timing of S104.
  • the optical receiving unit 122 receives the optical signal including the reflected pulse (step S106).
  • the optical interference system unit 130 uses the reference light to detect the frequency offset of each reflected pulse (step S108).
  • the bandpass filter 140 separates the optical signal for each frequency offset, as described above (step S110). As a result, the optical signal is separated for each reflection pulse.
  • the timing extraction unit 150 extracts the reception timing for each separated reflection pulse and outputs the measurement stop trigger Trgr at the extracted reception timing (step S112).
  • the distance calculation unit 160 calculates the distance R to the target object 90 using the measurement start trigger Trgt and the measurement stop trigger Trgr (step S114).
  • FIGS. 7 and 8 are timing charts showing the relationship between the transmission pulse and the reflection pulse according to the comparative example.
  • the transmission pulses Plst1, Plst2, Plst3 are transmitted in the pulse cycle Tp.
  • the transmission pulses Plst1, Plst2, Plst3 have the same frequency.
  • the flight time until the transmission pulse is reflected by the distance measurement target 90 and returns is longer than the pulse period Tp.
  • the transmission pulse Plst1 is transmitted.
  • the reflection pulse Plsr1 returned by the transmission pulse Plst1 being reflected by the object 90 to be measured is received.
  • distance measurement may be performed using the time difference Tdiff1 'between the transmission timing of the transmission pulse Plst2 and the reception timing of the reflection pulse Plsr1. As described above, if distance measurement is performed using the time difference Tdiff1 ', the distance is erroneously calculated.
  • the flight time required for the transmitted pulse to be reflected by the distance measurement target 90 and returned is shorter than the pulse cycle Tp. Furthermore, since the transmission pulse Plst1 was not reflected, it is assumed that the reflection pulse Plsr1 of the transmission pulse Plst1 was not received. It is also assumed that the transmission pulse Plst2 is reflected by the object to be measured and the reflection pulse Plsr2 is received. In this case, distance measurement is performed using the time difference Tdiff2 between the transmission timing of the transmission pulse Plst2 and the reception timing of the reflection pulse Plsr2. Although this distance measuring process is a correct process, it cannot be distinguished from the process shown in FIG.
  • the distance measuring apparatus 100 can measure the distance without lengthening the pulse period.
  • FIG. 9 is a timing chart showing the relationship between the transmission pulse and the reflection pulse according to the first embodiment.
  • the transmission pulses Plst1 and Plst2 are transmitted in the pulse cycle Tp.
  • the flight time until the transmission pulse is reflected by the distance measurement target 90 and returns is shorter than the pulse period Tp.
  • the transmission pulse Plst1 having the frequency offset f1 is transmitted.
  • the measurement start trigger Trgt1 is output to the distance calculation unit 160-1.
  • the reflected pulse Plsr1 having the frequency offset f1 is received before the transmitted pulse Plst2 is transmitted.
  • the frequency offset f1 is detected, the reflected pulse Plsr1 is separated by the bandpass filter 140-1, and the timing extraction unit 150-1 outputs the measurement stop trigger Trgr1 to the distance calculation unit 160-1.
  • the transmitted optical signal is reflected by the distance measurement target 90 and attenuates in the flight process of the optical signal.
  • the envelope waveform of the reflected pulse Plsr1 becomes dull compared to the envelope waveform of the transmission pulse Plst1. Therefore, the timing extraction unit 150-1 outputs the measurement stop trigger Trgr1 at the timing when the light intensity of the reflected pulse Plsr1 exceeds a predetermined threshold value. This also applies to other reflected pulses Plsr2 and the like.
  • the transmission pulse Plst1 having the frequency offset f1 and the reflection pulse Plsr1 having the frequency offset f1 are associated with each other. Therefore, in the distance calculation unit 160-1, the measurement start trigger Trgt1 indicating the transmission timing of the transmission pulse Plst1 and the measurement stop trigger Trgr1 indicating the reception timing of the reflected pulse Plsr1 are associated with each other, as indicated by the dashed arrow A1. . Thereby, the distance calculation unit 160-1 calculates the distance to the object 90 to be measured from the time difference Tdiff1 between the measurement start trigger Trgt1 and the measurement stop trigger Trgr1. Therefore, the distance calculation unit 160-1 can appropriately calculate the distance to the distance measurement target object 90 reflected by the transmission pulse Plst1.
  • the transmission pulse Plst2 having the frequency offset f2 is transmitted.
  • the measurement start trigger Trgt2 is output to the distance calculation unit 160-2.
  • the reflected pulse Plsr2 having the frequency offset f2 is received before the transmitted pulse Plst3 (not shown) is transmitted.
  • the frequency offset f2 is detected, the reflected pulse Plsr2 is separated by the bandpass filter 140-2, and the timing extraction unit 150-2 outputs the measurement stop trigger Trgr2 to the distance calculation unit 160-2.
  • the transmission pulse Plst2 having the frequency offset f2 is associated with the reflection pulse Plsr2 having the frequency offset f2. Therefore, in the distance calculation unit 160-2, as indicated by a dashed arrow A2, the measurement start trigger Trgt2 indicating the transmission timing of the transmission pulse Plst2 and the measurement stop trigger Trgr2 indicating the reception timing of the reflection pulse Plsr2 are associated with each other. . Accordingly, the distance calculation unit 160-2 calculates the distance to the object 90 to be measured from the time difference Tdiff2 between the measurement start trigger Trgt2 and the measurement stop trigger Trgr2. Therefore, the distance calculation unit 160-2 can appropriately calculate the distance to the distance measurement target object 90 reflected by the transmission pulse Plst2.
  • FIG. 10 is a timing chart showing the relationship between the transmission pulse and the reflection pulse according to the first embodiment.
  • the transmission pulses Plst1 and Plst2 are transmitted in the pulse cycle Tp.
  • the flight time until the transmission pulse is reflected back to the object 90 to be measured and returns is longer than the pulse cycle Tp.
  • the transmission pulse Plst1 having the frequency offset f1 is transmitted.
  • the measurement start trigger Trgt1 is output to the distance calculation unit 160-1.
  • the reflection pulse Plsr1 having the frequency offset f1 is received.
  • the frequency offset f1 is detected, the reflected pulse Plsr1 is separated by the bandpass filter 140-1, and the timing extraction unit 150-1 outputs the measurement stop trigger Trgr1 to the distance calculation unit 160-1.
  • the transmission pulse Plst1 having the frequency offset f1 and the reflection pulse Plsr1 having the frequency offset f1 are associated with each other. Therefore, in the distance calculation unit 160-1, the measurement start trigger Trgt1 indicating the transmission timing of the transmission pulse Plst1 and the measurement stop trigger Trgr1 indicating the reception timing of the reflected pulse Plsr1 are associated with each other, as indicated by the dashed arrow B1. . Thereby, the distance calculation unit 160-1 calculates the distance to the object 90 to be measured from the time difference Tdiff1 between the measurement start trigger Trgt1 and the measurement stop trigger Trgr1. Therefore, even when the flight time of the optical signal is longer than the pulse period, the distance calculation unit 160-1 can appropriately calculate the distance to the distance measurement target 90 reflected by the transmission pulse Plst1. You can
  • the transmission pulse Plst2 having the frequency offset f2 is transmitted.
  • the measurement start trigger Trgt2 is output to the distance calculation unit 160-2.
  • the reflection pulse Plsr2 having the frequency offset f2 is received.
  • the frequency offset f2 is detected, the reflected pulse Plsr2 is separated by the bandpass filter 140-2, and the timing extraction unit 150-2 outputs the measurement stop trigger Trgr2 to the distance calculation unit 160-2.
  • the transmission pulse Plst2 having the frequency offset f2 is associated with the reflection pulse Plsr2 having the frequency offset f2. Therefore, in the distance calculation unit 160-2, as indicated by a dashed arrow B2, the measurement start trigger Trgt2 indicating the transmission timing of the transmission pulse Plst2 and the measurement stop trigger Trgr2 indicating the reception timing of the reflected pulse Plsr2 are associated with each other. . Accordingly, the distance calculation unit 160-2 calculates the distance to the object 90 to be measured from the time difference Tdiff2 between the measurement start trigger Trgt2 and the measurement stop trigger Trgr2. Therefore, even when the flight time of the optical signal is longer than the pulse cycle, the distance calculation unit 160-2 can appropriately calculate the distance to the distance measurement target 90 reflected by the transmission pulse Plst2. You can
  • FIG. 11 is a timing chart showing the relationship between the transmission pulse and the reflection pulse according to the first embodiment.
  • the transmission pulse Plst1, Plst2, Plst3, Plst4, Plst5, Plst6, Plst7, Plst8 is far shorter than the flight time until the transmission pulse is reflected back to the object 90 to be measured.
  • the transmission pulses Plst1, Plst2, Plst3, Plst4, Plst5, Plst6, Plst7, Plst8 have frequency offsets f1, f2, f3, f4, f5, f6, f7, f8, respectively. That is, it is assumed that there are eight frequency offsets.
  • the transmission pulses Plst1-1 to Plst8-1 are transmitted.
  • the transmission pulses Plst1-2 to Plst8-2 are transmitted.
  • the transmission pulses Plst1-3 to Plst8-3 are transmitted.
  • the transmission pulse Plst1-1, the transmission pulse Plst1-2, and the transmission pulse Plst1-3 have the same frequency offset f1.
  • the transmission pulse Plst2-1, the transmission pulse Plst2-2, and the transmission pulse Plst2-3 have the same frequency offset f2. The same applies to other transmission pulses.
  • the transmission pulse Plst1-1 having the frequency offset f1 is transmitted.
  • the measurement start trigger Trgt1-1 is output to the distance calculation unit 160-1.
  • the reflection pulse Plsr1-1 having the frequency offset f1 is received.
  • the frequency offset f1 is detected, the reflected pulse Plsr1-1 is separated by the bandpass filter 140-1, and the timing extraction unit 150-1 outputs the measurement stop trigger Trgr1-1 to the distance calculation unit 160-1. To be done.
  • the transmission pulse Plst1-1 having the frequency offset f1 and the reflection pulse Plsr1-1 having the frequency offset f1 are associated with each other. Therefore, in the distance calculation unit 160-1, the measurement start trigger Trgt1-1 and the measurement stop trigger Trgr1-1 are associated with each other, as indicated by the dashed arrow C1. Thereby, the distance calculation unit 160-1 calculates the distance to the object 90 to be measured from the time difference between the measurement start trigger Trgt1-1 and the measurement stop trigger Trgr1-1. Therefore, even when the flight time of the optical signal is much longer than the pulse period, the distance calculation section 160-1 appropriately causes the distance to the object 90 to be measured which is reflected by the transmission pulse Plst1-1. Can be calculated.
  • the transmission pulse Plst2-1 having the frequency offset f2 is transmitted.
  • the measurement start trigger Trgt2-1 is output to the distance calculator 160-2.
  • the reflection pulse Plsr2-1 having the frequency offset f2 is received.
  • the frequency offset f2 is detected, the reflected pulse Plsr2-1 is separated by the bandpass filter 140-2, and the timing extraction unit 150-2 outputs the measurement stop trigger Trgr2-1 to the distance calculation unit 160-2. To be done.
  • the distance calculation unit 160-2 associates the transmission pulse Plst2-1 having the frequency offset f2 with the reflection pulse Plsr2-1 having the frequency offset f2. Therefore, in the distance calculation unit 160-2, the measurement start trigger Trgt2-1 and the measurement stop trigger Trgr2-1 are associated with each other, as indicated by the dashed arrow C2. As a result, the distance calculation unit 160-2 calculates the distance to the target object 90 from the time difference between the measurement start trigger Trgt2-1 and the measurement stop trigger Trgr2-1. Therefore, even when the flight time of the optical signal is much longer than the pulse cycle, the distance calculation unit 160-2 appropriately causes the distance to the object 90 to be measured, which is reflected by the transmission pulse Plst2-1. Can be calculated. Similarly, the distance calculation units 160-3 to 160-8 determine the distance measurement target 90 based on the time difference between the measurement start triggers Trgt3-1 to 8-1 and the measurement stop triggers Trgr3-1 to 8-1. Calculate the distance to.
  • the reflection pulse can be distinguished in the reception system module, and thus the distance to the distance measurement object 90 is calculated appropriately. be able to. Furthermore, since it is possible to continuously irradiate the distance measurement target object 90 with the transmission pulse at a considerably short cycle, it is possible to increase the number of times of distance measurement in a unit time.
  • the distance measuring apparatus 100 continuously irradiates the same distance measuring object 90 with the transmission pulse at a considerably short cycle, thereby improving the accuracy of the averaging process in a short time. It is possible to plan.
  • the distance calculation unit 160 associates the measurement start trigger signal related to the transmission pulse having a certain frequency offset with the measurement stop trigger signal related to the reflected pulse having this frequency offset, and calculates the distance R. Is calculated.
  • the transmission pulse and the reflection pulse having the frequency offsets corresponding to each other are associated with each other.
  • the distance measuring apparatus 100 according to the first embodiment can appropriately associate the transmission pulse with the reflected pulse that is the reflected light reflected by the distance measurement target 90. Therefore, the distance can be appropriately measured without depending on the distance to the object to be measured or the transmission cycle of the transmission pulse.
  • the distance measuring apparatus 100 is configured to separate the received optical signal for each frequency offset of the reflected pulse by using the bandpass filter 140 (separation unit). Since the optical signal separation using the bandpass filter 140 can be performed by hardware, it can be performed at a higher speed than the processing performed by software. Then, due to the separation by the bandpass filter 140, parallel processing can be performed for each frequency offset. That is, the distance calculation unit 160 can calculate the distance R for each separated signal. Therefore, the distance measuring apparatus 100 according to the first embodiment can perform distance measuring processing at high speed. Also, by separating the received signal for each frequency offset of the reflected pulse, it becomes possible to easily extract the reception timing of each reflected pulse.
  • the bandpass filter 140 separation unit
  • the distance measuring apparatus 100 according to the first embodiment is different from the transmission pulse repeatedly transmitted in order to associate the transmission pulse with the reflection pulse that is the reflection light reflected by the distance measurement target 90.
  • a frequency offset is applied. That is, it can be said that the distance measuring apparatus 100 according to the first embodiment marks the transmission pulse in order to distinguish the reflection pulse corresponding to the transmission pulse from the reflection pulse corresponding to another transmission pulse.
  • marking the transmission pulse changing the amplitude for each transmission pulse may be considered.
  • the attenuation amount of the signal (pulse) may be different depending on the distance to the distance measurement target 90. Therefore, it is difficult to distinguish reflected pulses using amplitude.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that there are a plurality of light sources. Note that among the constituent elements according to the second embodiment, constituent elements that are substantially the same as the constituent elements according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Further, in the following description, the description of the components that are substantially the same as the components in the first embodiment will be appropriately omitted.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of the distance measuring device 200 according to the second embodiment.
  • the distance measuring apparatus 200 according to the second embodiment includes light sources 202-1 to 202-n, transmission pulse generation units 204-1 to 204-n, and delay units 206-2 to 206-n as transmission system modules. , A multiplexer 208 and an optical transmitter 120.
  • the light source 202, the transmission pulse generation unit 204, the delay unit 206, and the multiplexer 208 configure a pulse generation unit 210 that generates a plurality of transmission pulses having different frequency offsets.
  • the pulse generator 210 corresponds to the generator 2 shown in FIG.
  • the distance measuring apparatus 200 has the light receiving unit 122, the light source 224, the light interference system unit 130, the photoelectric conversion unit 132, and the AD converter 134 as the reception system module. Further, the distance measuring apparatus 200 according to the second embodiment is similar to the first embodiment in that the bandpass filters 140-1 to 140-n, the timing extracting units 150-1 to 150-n, and the distance calculating unit 160. -1 to 160-n. That is, the receiving system module of the distance measuring device 200 is substantially the same as that of the first embodiment except that it has the light source 224.
  • the light source 202-1 generates an optical signal of frequency f0 + f1 and outputs the generated optical signal to the transmission pulse generator 204-1.
  • the light source 202-2 generates an optical signal of frequency f0 + f2 and outputs the generated optical signal to the transmission pulse generator 204-2.
  • the light source 202-n generates an optical signal of frequency f0 + fn and outputs the generated optical signal to the transmission pulse generator 204-n.
  • Each transmission pulse generation unit 204 has substantially the same function as the modulation signal generation unit 104 and the optical modulator 106 shown in FIG.
  • the transmission pulse generator 204-1 modulates the optical signal of frequency f0 + f1 to generate a transmission pulse Plst1 as shown in FIG.
  • the transmission pulse generator 204-2 modulates the optical signal of frequency f0 + f2 to generate a transmission pulse Plst2 as shown in FIG.
  • the transmission pulse generator 204-3 modulates the optical signal of frequency f0 + f3 to generate the transmission pulse Plst3 as shown in FIG.
  • the transmission pulse generation unit 204-n modulates the optical signal of the frequency f0 + fn to generate the transmission pulse Plstn.
  • the delay units 206-2 to 206-n delay the transmission pulses Plst2 to Plstn from the transmission pulse generation units 204-2 to 204-n, respectively, by an integral multiple of the pulse period. That is, the delay unit 206-2 delays the transmission pulse Plst2 from the transmission pulse generation unit 204-2 by Tp.
  • the delay unit 206-3 delays the transmission pulse Plst3 from the transmission pulse generation unit 204-3 by 2 * Tp. That is, the delay unit 206-k (k is an integer of 2 or more and n or less) delays the transmission pulse Plstk from the transmission pulse generation unit 204-k by (k-1) * Tp.
  • the multiplexer 208 synthesizes the transmission pulse Plst1 and the transmission pulses Plst2 to Plstn delayed by the delay units 206-2 to 206-n, respectively. As a result, the multiplexer 208 generates an optical signal (transmission pulses shown in FIGS. 9 to 11) having the transmission pulses Plst1 to Plstn arranged on the time axis at every pulse period Tp as shown in FIG. .
  • the optical transmitter 120 transmits (irradiates) this optical signal to the distance measurement target 90.
  • the transmission pulse generation unit 204 outputs the measurement start trigger Trgt to the distance calculation unit 160 at the timing when the transmission pulse corresponding to the frequency offsets f1, f2, ..., Fn is output. That is, the transmission pulse generator 204-1 outputs the measurement start trigger Trgt1 at the timing when the transmission pulse Plst1 is generated. Further, the transmission pulse generation unit 204-2 outputs the measurement start trigger Trgt2 at the timing when the delay time by the delay unit 206-2 has elapsed since the transmission pulse Plst2 was generated. That is, the transmission pulse generation unit 204-k outputs the measurement start trigger Trgtk at the timing when the delay time by the delay device 206-k has elapsed after the transmission pulse Plstk was generated.
  • the light source 224 emits an optical signal of the standard frequency f0 as reference light.
  • the optical interference system unit 130 uses the reference light of the frequency f0 from the light source 224 to perform the frequency offset of the reflected pulse (received light) by the method described above. To detect. Note that the operations of the photoelectric conversion unit 132, the AD converter 134, the bandpass filter 140, the timing extraction unit 150, and the distance calculation unit 160 are substantially the same as those in the first embodiment, so description will be omitted.
  • the distance measuring apparatus 200 according to the second embodiment has light sources 202-1 to 202-n that emit optical signals that have been frequency-offset from the beginning. Even with such a configuration, similar to the first embodiment, it is possible to perform the distance measurement properly without depending on the distance to the distance measurement target 90 or the transmission cycle of the transmission pulse. Since the distance measuring device 200 according to the second embodiment has the plurality of light sources 202, the structure is more complicated than that of the distance measuring device 100 according to the first embodiment. That is, the distance measuring apparatus 200 according to the second embodiment modulates the light from the light source 108 that emits the light of the reference frequency f0 into an optical signal of a different frequency for each transmission pulse, and thus has a plurality of different frequency offsets. Generating a transmit pulse. Therefore, the distance measuring device 200 according to the second embodiment has a simplified structure and can perform distance measurement properly.
  • the third embodiment differs from the other embodiments in that the frequency offset is random. Note that among the constituent elements according to the third embodiment, constituent elements that are substantially the same as the constituent elements according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Further, in the following description, the description of the components that are substantially the same as the components in the first embodiment will be appropriately omitted.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the distance measuring device 300 according to the third embodiment.
  • the distance measuring apparatus 300 according to the third embodiment includes a random frequency offset generator 302, a modulation signal generation unit 304, an optical modulator 106, a light source 108, and an optical transmission unit 120 as a transmission system module.
  • the random frequency offset generator 302, the modulation signal generator 304, the optical modulator 106, and the light source 108 form a pulse generator 310 that generates a plurality of transmission pulses having different frequency offsets.
  • the pulse generator 310 corresponds to the generator 2 shown in FIG. Note that the operations of the optical modulator 106, the light source 108, and the optical transmitter 120 are substantially the same as those according to the first embodiment, so description thereof will be omitted.
  • the distance measuring apparatus 300 has the optical receiving unit 122, the optical interference system unit 130, the photoelectric conversion unit 132, and the AD converter 134 as a receiving system module. Further, the distance measuring apparatus 300 according to the third embodiment includes the bandpass filters 340-1 to 340-n, the changeover switch 342, the timing extracting units 150-1 to 150-n, and the distance calculating unit 160-1 to. 160-n.
  • the operations of the optical receiver 122, the optical interference system unit 130, the photoelectric converter 132, the AD converter 134, the timing extractor 150, and the distance calculator 160 are substantially the same as those according to the first embodiment. Therefore, the description is omitted.
  • the random frequency offset generator 302 randomly determines the frequency offset to be applied to each transmission pulse.
  • the random frequency offset generator 302 outputs frequency offset information indicating the frequency offset to the modulation signal generation unit 304.
  • the frequency offset information indicates frequency offsets f1, f2, ..., Fn, respectively.
  • the modulated signal generation unit 304 generates a modulated signal for generating a transmission pulse according to the frequency offset information received from the random frequency offset generator 302.
  • pulse generation section 310 generates a plurality of transmission pulses having mutually different random frequency offsets by a method substantially similar to the method according to the first embodiment.
  • the modulation signal generated by the modulation signal generation unit 304 is also not constant.
  • the modulation signal generation unit 304 The measurement start triggers Trgt1 to Trgtn are output to the distance calculation unit 160 at respective timings when the transmission pulses corresponding to the offsets f1, f2, ..., Fn are transmitted.
  • the random frequency offset generator 302 outputs the frequency offset information to the corresponding bandpass filter 340 via the changeover switch 342.
  • the changeover switch 342 switches the bandpass filter 340 from which the frequency offset information is output according to the frequency offset information.
  • the bandpass filter 340 changes the center frequency to the frequency corresponding to the frequency offset indicated by the frequency offset information.
  • the random frequency offset generator 302 when the random frequency offset generator 302 generates the frequency offset information indicating f1, it controls the changeover switch 342 so as to be connected to the bandpass filter 340-1. When connected to the bandpass filter 340-1 by the changeover switch 342, the random frequency offset generator 302 outputs the frequency offset information indicating f1 to the bandpass filter 340-1. Then, the bandpass filter 340-1 changes the center frequency to the frequency corresponding to the frequency offset f1.
  • the random frequency offset generator 302 when the random frequency offset generator 302 generates the frequency offset information indicating f2, it controls the changeover switch 342 so as to be connected to the bandpass filter 340-2. When connected to the bandpass filter 340-2 by the changeover switch 342, the random frequency offset generator 302 outputs the frequency offset information indicating f2 to the bandpass filter 340-2. Then, the bandpass filter 340-2 changes the center frequency to the frequency corresponding to the frequency offset f2. The same applies to other frequency offsets.
  • the bandpass filter 340 can separate the signal for each frequency offset of the reflected pulse detected by the optical interference system unit 130 (detection unit 8) even when the frequency offset is random.
  • the transmission pulse and the reflection pulse having the frequency offsets corresponding to each other can be associated with each other. Therefore, the distance calculation unit 160 can calculate the distance R by associating the measurement start trigger regarding the transmission pulse having a certain frequency offset with the measurement stop trigger regarding the reflection pulse having this frequency offset. Therefore, also in the third embodiment, it is possible to perform the distance measurement properly without depending on the distance to the object to be measured or the transmission cycle of the transmission pulse.
  • each of a plurality of frequencies of the optical signal of the transmission pulse also becomes constant.
  • the frequency of the optical signal is easily searched, and the optical signal is easily intercepted.
  • the interfering light is easily transmitted, and the distance measurement may be hindered.
  • the frequency offset random as in the third embodiment it becomes difficult to search the frequency of the optical signal of the transmission pulse. Therefore, it is possible to suppress interference with distance measurement.
  • a measurement error may easily occur when distance measurement is performed at a specific frequency.
  • the frequency offset is fixed, there is a high possibility that a measurement error will occur in the distance measurement using the transmission pulse having the frequency offset.
  • the measurement error can be averaged (leveled), so that the ranging accuracy is improved. This can be particularly effective when the specific frequency at which measurement error is likely to occur is unknown.
  • the distance measuring apparatus 300 according to the third embodiment has a changeover switch 342 and a bandpass filter 340 whose center frequency can be changed.
  • the structure of the distance measuring device 300 having such a configuration is more complicated than that of the distance measuring device 100 according to the first embodiment.
  • the distance measuring apparatus 100 according to the first embodiment does not need the changeover switch 342 by using the predetermined frequency offset, and the bandpass filter does not need to be able to change the center frequency.
  • the structure can be simplified.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
  • the bandpass filter is used to separate the optical signal for each frequency offset of the reflected pulse, but the configuration is not limited to this.
  • the signals may be separated by a component other than the bandpass filter. Further, if the reception timing of the reflected pulse can be extracted for each frequency offset, it is not necessary to separate the received optical signal.
  • the bandpass filter it becomes possible to perform the distance measurement processing at high speed as described above. Further, by separating the optical signal for each frequency offset of the reflected pulse using the bandpass filter, it becomes easy to extract the reception timing of each reflected pulse.
  • the distance calculation unit 160 may consider the processing time in the optical modulator 106 or the like in the output timing of the measurement start trigger. In other words, the distance calculation unit 160 may consider the processing time from the acceptance of the measurement start trigger to the actual transmission of the transmission pulse corresponding to the measurement start trigger. In this case, the distance calculation unit 160 may use the timing obtained by adding the processing time in the optical modulator 106 or the like to the output timing of the measurement start trigger as the distance measurement start timing.
  • the processing time in the optical modulator 106 and the like is assumed to be substantially constant.
  • the distance calculation unit 160 may consider, for the measurement stop trigger, the processing time of the optical interference system unit 130 and the like before the measurement stop trigger is output. In other words, the distance calculator 160 may consider the processing time from the reception of the reflected pulse by the optical receiver 122 to the output of the measurement stop trigger by the timing extractor 150. In this case, the distance calculation unit 160 may set the timing obtained by subtracting the processing time of the optical interference system unit 130 from the output timing of the measurement stop trigger as the end timing of the distance measurement. The processing time in the optical interference system unit 130 and the like is assumed to be substantially constant.
  • the modulation signal generation unit 104 may output a measurement start trigger indicating the time when the transmission pulse is transmitted, in consideration of the processing time until the transmission pulse is transmitted by the optical transmission unit 120 in the subsequent stage. Good. That is, assuming that the time when the modulated signal is generated is t1 and the processing time in the optical modulator 106 and the like is ⁇ t1, the modulated signal generation unit 104 may output the measurement start trigger indicating the time (t1 + ⁇ t1). The same applies to the transmission pulse generation unit 204 according to the second embodiment and the modulation signal generation unit 304 according to the third embodiment.
  • the frequency offset generator 102 may output the frequency offset information indicating all the frequency offsets f1, f2, ..., Fn to the modulation signal generation unit 104.
  • the modulation signal generation unit 104 may generate modulation signals corresponding to the frequency offsets f1, f2, ..., Fn for each pulse period Tp.
  • the present embodiment has been described as a hardware configuration, but the present embodiment is not limited to this.
  • the present embodiment can also be realized by causing a CPU (Central Processing Unit) to execute a computer program for at least one process of each circuit in the distance measuring device.
  • a CPU Central Processing Unit
  • Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media.
  • Examples of non-transitory computer-readable media are magnetic recording media (eg, flexible disk, magnetic tape, hard disk drive), magneto-optical recording media (eg, magneto-optical disk), CD-ROM (Read Only Memory), CD-R, It includes a CD-R / W and semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (Random Access Memory)).
  • the program may be supplied to the computer by various types of transitory computer readable media. Examples of transitory computer-readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves.
  • the transitory computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
  • Distance measuring device having.
  • the receiving means receives an optical signal including the reflected pulse, Further comprising separating means for separating the received optical signal for each of the frequency offsets of the reflected pulse detected by the detecting means, The distance measuring device according to appendix 1, wherein the distance calculating means calculates a distance to the distance measuring object for each of the separated optical signals.
  • the generation means modulates an optical signal from a light source that emits an optical signal of the reference frequency into an optical signal of a different frequency for each of the transmission pulses, thereby generating a plurality of the transmission pulses having the different frequency offsets.
  • the distance measuring device according to appendix 1 or 2.
  • Appendix 4 4.
  • the distance measuring device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the generating unit generates a plurality of the transmission pulses having the predetermined different frequency offsets. (Appendix 5) 4. The distance measuring device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the generating unit generates the plurality of transmission pulses having the random frequency offsets different from each other.
  • the receiving means receives an optical signal including the reflected pulse, Further comprising separating means for separating the received optical signal for each of the frequency offsets of the reflected pulse detected by the detecting means,
  • the generating means generates a plurality of the transmission pulses having different random frequency offsets from each other, and transmits frequency offset information indicating the random frequency offsets to the separating means,
  • the separation means changes the frequency offset of the optical signal to be separated according to the frequency offset information,
  • the distance measuring device according to appendix 1, wherein the distance calculating means calculates a distance to the distance measuring object for each of the separated optical signals.

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Abstract

測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能な測距装置を提供する。生成部（２）は、光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスを生成する。このとき、生成部（２）は、送信パルスごとに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成する。送信部（４）は、生成部（２）によって生成された送信パルスを繰り返し送信する。受信部（６）は、それぞれの送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信する。検出部（８）は、受信部（６）によって受信された反射パルスの周波数オフセットを検出する。距離算出部（１０）は、受信部（６）によって受信された反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスから検出された周波数オフセットに対応する送信パルスの送信タイミングとに基づいて、測距対象物までの距離を算出する。

Description

測距装置及び測距方法
　本発明は、測距装置及び測距方法に関し、特に、パルスを送信しその反射を受信することで測距を行う測距装置及び測距方法に関する。
　測距の対象である測距対象物までの距離を計測する方法として、タイム・オブ・フライト（Time of Flight；ＴｏＦ）方式がある。ＴｏＦ方式では、測距の対象である測距対象物に向けて変調された光パルスが放射され、その測距対象物からの変調光パルスの反射を受信することで、測距対象物までの距離を算出する。ここで、光パルスは、周期的に繰り返し送信され得る。
　この技術に関連し、特許文献１は、タイム・オブ・フライトセンサ又はタイム・オブ・フライトカメラを用いてシーンの距離情報を提供する方法を開示する。特許文献１にかかる方法は、ある摂動周波数と摂動周期をもつ周期的摂動によって拡散された基準周波数を有するクロックタイミングに基づく変調信号に従って、シーンに向けて周期的光信号を放射することと、シーンからの周期的光信号の反射を受信することと、周期的光信号の受信した反射に対し、複数の測定継続時間からなるセットに亘ってタイム・オブ・フライト情報を変調信号に従って評価することと、受信した反射に対するタイム・オブ・フライト情報から距離情報を導き出すことと、を含む。ここで、セットの中の各測定継続時間は、摂動周期の整数倍又は半整数倍であり、かつ測定継続時間のセットの全体に亘って基準周波数の平均が一定に保たれる。
特開２０１４－５２２９７９号公報
　測距対象物までの距離が長い場合又は繰り返し送信される送信パルスの送信周期が短い場合、光パルスが送信されてから光パルスの反射光を受信するまでの時間の方が、送信パルスの送信周期よりも長いことがある。このような場合、受信された光が、どのタイミングで送信された送信パルスの反射光であるのかが特定できなくなるおそれがある。言い換えると、受信された反射光と送信パルスとが対応付けられないおそれがある。このような場合、適切に測距を行うことができないおそれがある。ここで、特許文献１にかかる技術では、放射された光信号と反射光とが対応付けられていない。したがって、特許文献１にかかる技術では、適切に測距を行うことができないおそれがある。
　本開示の目的は、このような課題を解決するためになされたものであり、測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能な測距装置及び測距方法を提供することにある。
　本開示にかかる測距装置は、光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスであって、前記送信パルスごとに異なる、基準周波数に対する周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成する生成手段と、生成された前記送信パルスを繰り返し送信する送信手段と、前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信する受信手段と、受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出する検出手段と、受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスから検出された前記周波数オフセットに対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを有する。
　また、本開示にかかる測距方法は、光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスであって、前記送信パルスごとに異なる、基準周波数に対する周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成し、生成された前記送信パルスを繰り返し送信し、前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信し、受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出し、受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスから検出された前記周波数オフセットに対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する。
　本開示によれば、測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能な測距装置及び測距方法を提供できる。
本開示の実施の形態にかかる測距装置の概要を示す図である。 本開示の実施の形態にかかる測距装置によって実行される測距方法の概要を示す図である。 パルスを用いて測距対象物までの距離を算出する方法の概要を説明するための図である。 実施の形態１にかかる測距装置の構成を示す図である。 実施の形態１にかかる光変調器の動作を説明するための図である。 実施の形態１にかかる測距装置によって実行される測距方法を示すフローチャートである。 比較例にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。 比較例にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。 実施の形態１にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。 実施の形態１にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。 実施の形態１にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。 実施の形態２にかかる測距装置の構成を示す図である。 実施の形態３にかかる測距装置の構成を示す図である。
（本開示にかかる実施の形態の概要）
　本開示の実施形態の説明に先立って、本開示にかかる実施の形態の概要について説明する。図１は、本開示の実施の形態にかかる測距装置１の概要を示す図である。また、図２は、本開示の実施の形態にかかる測距装置１によって実行される測距方法の概要を示す図である。
　測距装置１は、生成手段として機能する生成部２と、送信手段として機能する送信部４と、受信手段として機能する受信部６と、検出手段として機能する検出部８と、距離算出手段として機能する距離算出部１０とを有する。生成部２は、光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスを生成する。このとき、生成部２は、送信パルスごとに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成する（ステップＳ１２）。ここで、周波数オフセットとは、ある基準周波数に対するズレ（オフセット）である。
　送信部４は、生成部２によって生成された送信パルスを繰り返し送信する（ステップＳ１４）。受信部６は、送信パルスが測距対象物９０で反射した反射パルスを受信する（ステップＳ１６）。検出部８は、受信部６によって受信された反射パルスの周波数オフセットを検出する（ステップＳ１８）。距離算出部１０は、受信部６によって受信された反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスから検出された周波数オフセットに対応する送信パルスの送信タイミングとに基づいて、測距対象物９０までの距離Ｒを算出する（ステップＳ２０）。
　図３は、パルスを用いて測距対象物９０までの距離を算出する方法の概要を説明するための図である。図３は、ＴｏＦ方式の動作原理を示している。送信部４によって、送信周期（パルス周期）Ｔｐで、送信パルスＰｌｓｔ１及びＰｌｓｔ２が送信される。ここで、各送信パルスの幅であるパルス幅を、Ｔｗとする。そして、送信パルスＰｌｓｔ１が測距対象物９０で反射すると、受信部６によって、その反射光である反射パルスＰｌｓｒ１が受信される。また、送信パルスＰｌｓｔ２が測距対象物９０で反射すると、受信部６によって、その反射光である反射パルスＰｌｓｒ２が受信される。
　また、送信パルスＰｌｓｔ１が送信された時間と反射パルスＰｌｓｒ１が受信された時間との時間差、つまり光（パルス）の飛行時間をＴｄとする。また、光速をｃとする。この場合、測距対象物９０までの距離Ｒは、以下の式１で表される。
（式１）Ｒ＝ｃ×Ｔｄ／２
　これにより、距離算出部１０によって、距離Ｒが算出される。
　図３に示した例では、２つの送信パルスＰｌｓｔ１及び送信パルスＰｌｓｔ２がパルス周期Ｔｐで送信され、それぞれの反射光である反射パルスＰｌｓｒ１及び反射パルスＰｌｓｒ２が受信される。ここで、仮に、測距対象物９０までの距離が長い場合、時間差Ｔｄがパルス周期Ｔｐよりも長くなることがある。また、パルス周期Ｔｐが短い場合でも、時間差Ｔｄがパルス周期Ｔｐよりも長くなることがある。つまり、測距対象物９０までの距離又はパルス周期によっては、Ｔｄ＞Ｔｐとなることがある。このようなケースでは、反射パルスＰｌｓｒ１が受信される前に、次の送信パルスＰｌｓｔ２が送信されてしまう。このとき、受信された反射パルスＰｌｓｒ１が、送信パルスＰｌｓｔ１の反射光であるのか送信パルスＰｌｓｔ２の反射光であるのかが特定できないと、適切に測距できないおそれがある。すなわち、送信パルスＰｌｓｔ２の送信時間と反射パルスＰｌｓｒ１の受信時間との時間差から測距を行うと、実際の測距対象物９０までの距離よりも短い距離が算出されてしまう。
　これに対し、本実施の形態にかかる測距装置１は、送信パルスＰｌｓｔ１及び送信パルスＰｌｓｔ２が互いに異なる周波数オフセットを有するように、送信パルスＰｌｓｔ１及び送信パルスＰｌｓｔ２を生成するように構成されている。そして、本実施の形態にかかる測距装置１は、受信された反射パルスＰｌｓｒ１の周波数オフセットを検出して、送信パルスＰｌｓｔ１と反射パルスＰｌｓｒ１とを互いに対応付けるように構成されている。したがって、本実施の形態にかかる測距装置１及び測距方法は、測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能となる。
（実施の形態１）
　次に、実施の形態１について説明する。
　図４は、実施の形態１にかかる測距装置１００の構成を示す図である。実施の形態１にかかる測距装置１００は、送信系モジュールとして、周波数オフセット発生器１０２と、変調信号生成部１０４と、光変調器１０６と、光源１０８と、光送信部１２０とを有する。周波数オフセット発生器１０２、変調信号生成部１０４、光変調器１０６及び光源１０８によって、互いに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成するパルス生成部１１０が構成される。このパルス生成部１１０は、図１に示した生成部２に対応する。また、光送信部１２０は、図１に示した送信部４に対応する。
　また、実施の形態１にかかる測距装置１００は、受信系モジュールとして、光受信部１２２と、光干渉系ユニット１３０と、光電変換部１３２と、ＡＤコンバータ１３４とを有する。光受信部１２２は、図１に示した受信部６に対応する。また、光干渉系ユニット１３０は、図１に示した検出部８に対応する。
　また、実施の形態１にかかる測距装置１００は、バンドパスフィルタ１４０－１～１４０－ｎと、タイミング抽出部１５０－１～１５０－ｎと、距離算出部１６０－１～１６０－ｎとを有する。ここで、ｎは２以上の整数である。距離算出部１６０－１～１６０－ｎは、図１に示した距離算出部１０に対応する。また、以後、複数のバンドパスフィルタ１４０－１～１４０－ｎ等を区別しないで説明する場合、バンドパスフィルタ１４０等と総称することがある。なお、ｎは、周波数オフセットの数を示す。また、実施の形態１では、周波数オフセットを、ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎとする。したがって、バンドパスフィルタ１４０－１～１４０－ｎは、それぞれ、周波数オフセットｆ１～ｆｎに対応する。同様に、タイミング抽出部１５０－１～１５０－ｎは、それぞれ、周波数オフセットｆ１～ｆｎに対応する。また、距離算出部１６０－１～１６０－ｎは、それぞれ、周波数オフセットｆ１～ｆｎに対応する。なお、上述した各構成要素は、何らかのデバイス又は演算回路等の回路等によって実現し得る。演算回路は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等である。
　周波数オフセット発生器１０２は、基準周波数ｆ０からのオフセットである複数の周波数オフセットを示す情報である周波数オフセット情報を、変調信号生成部１０４に対して出力する。ここで、周波数オフセット情報は、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎを示す。なお、周波数オフセット発生器１０２は、パルス周期Ｔｐごとに、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎをそれぞれ示す周波数オフセット情報を、変調信号生成部１０４に対して出力してもよい。つまり、周波数オフセット発生器１０２は、周波数オフセットｆ１を示す周波数オフセット情報を出力し、その後、時間Ｔｐが経過した後で、周波数オフセットｆ２を示す周波数オフセット情報を出力してもよい。
　変調信号生成部１０４は、周波数オフセット発生器１０２から受信した周波数オフセット情報に応じて、送信パルスを生成するための変調信号を生成する。ここで、後述する図５に示すように、変調信号は、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎに対応する波形を有する電気信号である。変調信号生成部１０４は、生成された変調信号を、光変調器１０６に対して出力する。
　さらに、変調信号生成部１０４は、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎに対応する送信パルスそれぞれが送信されるタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔを距離算出部１６０に対して出力する。ここで、測定スタートトリガＴｒｇｔは、各周波数オフセットを有する送信パルスそれぞれの送信タイミングを示す。具体的には、変調信号生成部１０４は、周波数オフセットｆ１に対応する変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１を距離算出部１６０－１に対して出力する。また、変調信号生成部１０４は、周波数オフセットｆ２に対応する変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２を距離算出部１６０－２に対して出力する。以下同様にして、変調信号生成部１０４は、周波数オフセットｆｎに対応する変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔｎを距離算出部１６０－ｎに対して出力する。
　光源１０８は、後述する図５に示すような、基準周波数ｆ０の光信号を発生させる。光信号は、光変調器１０６及び光干渉系ユニット１３０に入力される。光変調器１０６は、変調信号生成部１０４から入力された変調信号及び光源１０８から入力された光信号（変調器入力信号）を用いて、互いに異なる周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎを有する複数の送信パルスを生成する。光変調器１０６は、生成された送信パルスを含む光信号を、光送信部１２０に対して出力する。
　例えば、光変調器１０６は、ＡＯ変調器（acousto-optic modulator）である。光変調器１０６は、変調信号を用いて、光信号（変調器入力信号）を変調する。これにより、光変調器１０６は、互いに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成する。
　図５は、実施の形態１にかかる光変調器１０６の動作を説明するための図である。図５は、ｎ＝３、つまり、周波数オフセットの数が３つである例を示す。図５に示すように、光変調器１０６に入力される光信号（変調器入力信号）は、一定の周波数ｆ０の光信号である。また、変調信号は、周波数ｆ１のパルス状の波形と、周波数ｆ２のパルス状の波形と、周波数ｆ３のパルス状の波形とを有する。なお、パルス状の波形以外では、変調信号の振幅は０Ｖである。各波形は、幅Ｔｗの正弦波である。
　このとき、光変調器１０６は、変調信号のパルス状の波形に応じて、光信号を変調して、変調された光信号（変調器出力信号）を出力する。この変調器出力信号が、送信パルスに対応する。光変調器１０６は、周波数ｆ１のパルス状の波形の変調信号を受信した場合には、周波数ｆ０の光信号をｆ１シフトするように変調して、周波数（ｆ０＋ｆ１）のパルスを出力する。このパルスが、送信パルスＰｌｓｔ１に対応する。また、光変調器１０６は、周波数ｆ２のパルス状の波形の変調信号を受信した場合には、周波数ｆ０の光信号をｆ２シフトするように変調して、周波数（ｆ０＋ｆ２）のパルスを出力する。このパルスが、送信パルスＰｌｓｔ２に対応する。また、光変調器１０６は、周波数ｆ３のパルス状の波形の変調信号を受信した場合には、周波数ｆ０の光信号をｆ３シフトするように変調して、周波数（ｆ０＋ｆ３）のパルスを出力する。このパルスが、送信パルスＰｌｓｔ３に対応する。したがって、送信パルスとは、光強度がパルス状に変化する信号を示す。このように、送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ２，Ｐｌｓｔ３は、それぞれ、互いに異なる周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３を有することになる。ここで、変調器出力信号における破線は光強度（包絡線）を示す。
　なお、変調信号生成部１０４は、周波数ｆ１のパルス状の波形の変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１を、距離算出部１６０－１に対して出力してもよい。変調信号生成部１０４は、周波数ｆ２のパルス状の波形の変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２を、距離算出部１６０－２に対して出力してもよい。変調信号生成部１０４は、周波数ｆ３のパルス状の波形の変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ３を、距離算出部１６０－３に対して出力してもよい。
　光送信部１２０は、測距対象物９０に対して、複数の送信パルスを含む光信号を送信（照射）する。送信パルスは、測距対象物９０で、測距装置１００に向かって反射する。光受信部１２２は、測距対象物９０で反射した複数の反射パルスを含む光信号を受信する。ここで、受信された複数の反射パルスの周波数は、ｆ０＋ｆ１、ｆ０＋ｆ２、・・・、ｆ０＋ｆｎである。なお、複数の送信パルスが同じ測距対象物９０に照射される必要はない。したがって、送信パルスＰｌｓｔ１の往復の飛行時間と送信パルスＰｌｓｔ２の往復の飛行時間とは、互いに異なり得る。
　光干渉系ユニット１３０は、光源１０８からの周波数ｆ０の光信号を参照光として用いて、反射パルス（受信光）の周波数オフセットを検出する。具体的には、光干渉系ユニット１３０は、光源１０８からの参照光と受信光とを干渉させて、ビート周波数を検出する。これにより、光干渉系ユニット１３０は、反射パルスの周波数オフセットを検出する。例えば、光干渉系ユニット１３０は、光カプラを用いたミキサであってもよい。また、例えば、光干渉系ユニット１３０は、参照光として０度及び９０度の２つの位相を有する参照光と干渉させる９０度ハイブリッド回路であってもよい。光干渉系ユニット１３０は、周波数オフセットに対応する周波数ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎの光信号を、光電変換部１３２に出力する。
　光電変換部１３２は、光干渉系ユニット１３０からの光信号を電気信号に変換する。光電変換部１３２は、例えば、フォトディテクタを用いた光電変換器であってもよいし、フォトディテクタを２つ用いたバランスド光受信器であってもよい。ＡＤコンバータ１３４は、光電変換部１３２によって変換されたアナログ信号である電気信号を、デジタル信号に変換する。ＡＤコンバータ１３４によってデジタル信号に変換された周波数ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎを示す電気信号は、バンドパスフィルタ１４０－１～１４０－ｎに出力される。
　バンドパスフィルタ１４０（Band Pass Filter；ＢＰＦ）は、周波数オフセットに対応する周波数を中心周波数としている。バンドパスフィルタ１４０－１～１４０－ｎの中心周波数は、それぞれ、周波数ｆ１～ｆｎである。したがって、バンドパスフィルタ１４０－１～１４０－ｎは、それぞれ、周波数ｆ１～ｆｎを示す電気信号を通過させる。したがって、バンドパスフィルタ１４０は、光干渉系ユニット１３０（検出部８）によって検出された反射パルスの周波数オフセットごとに光信号を分離する、分離手段としての機能を有する。
　タイミング抽出部１５０は、受信された反射パルスの受信タイミングを抽出する、タイミング抽出手段として機能する。タイミング抽出部１５０－１～１５０－ｎは、それぞれ、周波数オフセットｆ１～ｆｎを有する反射パルスの受信タイミングを抽出する。そして、タイミング抽出部１５０－１～１５０－ｎは、それぞれ、周波数オフセットｆ１～ｆｎを有する反射パルスの受信タイミングで、測定ストップトリガＴｒｇｒ１～Ｔｒｇｒｎを、距離算出部１６０－１～１６０－ｎに対して出力する。つまり、測定ストップトリガＴｒｇｒは、周波数オフセットｆ１～ｆｎをそれぞれ有する反射パルスの受信タイミングを示す。
　距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ（第１のトリガ信号）の出力タイミングと測定ストップトリガＴｒｇｒ（第２のトリガ信号）の出力タイミングとの時間差から、式１を用いて、測距対象物９０までの距離Ｒを算出する。ここで、距離算出部１６０－１は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１の出力タイミングと測定ストップトリガＴｒｇｒ１の出力タイミングとの時間差から、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスに関する距離Ｒを算出する。距離算出部１６０－２は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２の出力タイミングと測定ストップトリガＴｒｇｒ２の出力タイミングとの時間差から、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスに関する距離Ｒを算出する。以下同様にして、距離算出部１６０－ｎは、測定スタートトリガＴｒｇｔｎの出力タイミングと測定ストップトリガＴｒｇｒｎの出力タイミングとの時間差から、周波数オフセットｆｎを有する送信パルスに関する距離Ｒを算出する。
　なお、複数の周波数オフセットは、ｆ１＝＋１００ＭＨｚ、ｆ２＝＋２００ＭＨｚ、ｆ３＝＋３００ＭＨｚというように、等間隔の予め定められた周波数であってもよい。一方、測距装置１００の特性などに起因する特定周波数の特性劣化を避けるため、例えば＋２００ＭＨｚの周波数オフセットが使用できない場合がある。このような場合、ｆ１＝＋１００ＭＨｚ、ｆ２＝＋３５０ＭＨｚ、ｆ３＝＋２７０ＭＨｚというように、等間隔でない予め定められた周波数であってもよい。
　図６は、実施の形態１にかかる測距装置１００によって実行される測距方法を示すフローチャートである。パルス生成部１１０は、上述したように、送信パルスごとに異なる周波数オフセットを有する送信パルスを生成する（ステップＳ１０２）。光送信部１２０は、Ｓ１０２の処理で生成された送信パルスを含む光信号を測距対象物９０に対して送信（照射）する（ステップＳ１０４）。具体的には、パルス生成部１１０の光変調器１０６は、変調信号生成部１０４によって生成された変調信号を用いて、光信号（変調器入力信号）を変調する。これにより、光変調器１０６は、互いに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成する。また、この処理により、各送信パルスに、互いに異なる周波数オフセットが印加されたこととなる。なお、Ｓ１０４のタイミングで、各送信パルスに対応する測定スタートトリガＴｒｇｔが、距離算出部１６０に対して出力され得る。
　光受信部１２２は、反射パルスを含む光信号を受信する（ステップＳ１０６）。光干渉系ユニット１３０は、上述したように、参照光を用いて、各反射パルスの周波数オフセットを検出する（ステップＳ１０８）。バンドパスフィルタ１４０（分離手段）は、上述したように、周波数オフセットごとに光信号を分離する（ステップＳ１１０）。これにより、反射パルスごとに、光信号が分離されることとなる。
　タイミング抽出部１５０は、上述したように、分離された反射パルスごとに受信タイミングを抽出して、抽出された受信タイミングで測定ストップトリガＴｒｇｒを出力する（ステップＳ１１２）。距離算出部１６０は、上述したように、測定スタートトリガＴｒｇｔと測定ストップトリガＴｒｇｒとを用いて、測距対象物９０までの距離Ｒを算出する（ステップＳ１１４）。
（比較例との比較）
　次に、実施の形態１と比較例とを、タイミングチャートを用いて説明する。
　図７及び図８は、比較例にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。図７及び図８に示す例では、送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ２，Ｐｌｓｔ３が、パルス周期Ｔｐで送信されるとする。また、送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ２，Ｐｌｓｔ３の周波数は同じであるとする。さらに、図７に示す例では、送信パルスが測距対象物９０に反射して戻ってくるまでの飛行時間が、パルス周期Ｔｐよりも長いとする。
　まず、送信パルスＰｌｓｔ１が送信される。その後、送信パルスＰｌｓｔ２が送信された後で、送信パルスＰｌｓｔ１が測距対象物９０で反射して返ってきた反射パルスＰｌｓｒ１が受信される。このとき、図７に示す比較例においては、送信パルスＰｌｓｔ２の送信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ１の受信タイミングとの時間差Ｔｄｉｆｆ１’を用いて、測距を行ってしまうおそれがある。このように、時間差Ｔｄｉｆｆ１’を用いて測距を行うと、誤って距離を算出してしまう。
　一方、図８に示す例では、送信パルスが測距対象物９０に反射して戻ってくるまでの飛行時間が、パルス周期Ｔｐよりも短いとする。さらに、送信パルスＰｌｓｔ１が反射しなかったので、送信パルスＰｌｓｔ１の反射パルスＰｌｓｒ１は受信されなかったとする。また、送信パルスＰｌｓｔ２は測距対象物に反射して、反射パルスＰｌｓｒ２が受信されたとする。この場合、送信パルスＰｌｓｔ２の送信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２の受信タイミングとの時間差Ｔｄｉｆｆ２を用いて、測距を行う。この測距処理は正しい処理であるが、図７に示した処理との区別がつかない。
　図７及び図８に示すような問題に対処するため、測距対象物までの距離が長いと想定される場合に、パルス周期を長くすることが考えられる。これにより、図７に示したような測距誤りを抑制できる。しかしながら、パルス周期を長くすると、測距を行ってから次の測距を行うまでの時間が長くなってしまうので、測距スピードが低下するおそれがある。したがって、所望のスピードで測距を行えないので、適切に測距を行うことができない。これに対し、実施の形態１にかかる測距装置１００は、パルス周期を長くすることなく、測距を行うことができる。
　図９は、実施の形態１にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。図９に示す例では、送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ２が、パルス周期Ｔｐで送信されるとする。さらに、図９に示す例では、送信パルスが測距対象物９０に反射して戻ってくるまでの飛行時間が、パルス周期Ｔｐよりも短いとする。
　まず、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１が送信される。この送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１が距離算出部１６０－１に出力される。その後、送信パルスＰｌｓｔ２が送信される前に、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１が受信される。この受信タイミングで、周波数オフセットｆ１が検出され、反射パルスＰｌｓｒ１はバンドパスフィルタ１４０－１によって分離され、タイミング抽出部１５０－１によって測定ストップトリガＴｒｇｒ１が距離算出部１６０－１に出力される。なお、送信された光信号は、測距対象物９０における反射及び光信号の飛行工程において減衰する。これにより、反射パルスＰｌｓｒ１の包絡線波形は、送信パルスＰｌｓｔ１の包絡線波形と比較して鈍化する。したがって、タイミング抽出部１５０－１は、反射パルスＰｌｓｒ１の光強度が予め定められた閾値を超えるタイミングで、測定ストップトリガＴｒｇｒ１を出力する。このことは、他の反射パルスＰｌｓｒ２等においても同様である。
　このとき、距離算出部１６０－１において、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１と、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１とが対応付けられている。したがって、距離算出部１６０－１において、破線矢印Ａ１で示すように、送信パルスＰｌｓｔ１の送信タイミングを示す測定スタートトリガＴｒｇｔ１と反射パルスＰｌｓｒ１の受信タイミングを示す測定ストップトリガＴｒｇｒ１とが対応付けられている。これにより、距離算出部１６０－１は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１と測定ストップトリガＴｒｇｒ１との時間差Ｔｄｉｆｆ１から、測距対象物９０までの距離を算出する。したがって、距離算出部１６０－１は、適切に、送信パルスＰｌｓｔ１が反射した測距対象物９０までの距離を算出することができる。
　同様に、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２が送信される。この送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２が距離算出部１６０－２に出力される。その後、送信パルスＰｌｓｔ３（図示せず）が送信される前に、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２が受信される。この受信タイミングで、周波数オフセットｆ２が検出され、反射パルスＰｌｓｒ２はバンドパスフィルタ１４０－２によって分離され、タイミング抽出部１５０－２によって測定ストップトリガＴｒｇｒ２が距離算出部１６０－２に出力される。
　このとき、距離算出部１６０－２において、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２と、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２とが対応付けられている。したがって、距離算出部１６０－２において、破線矢印Ａ２で示すように、送信パルスＰｌｓｔ２の送信タイミングを示す測定スタートトリガＴｒｇｔ２と反射パルスＰｌｓｒ２の受信タイミングを示す測定ストップトリガＴｒｇｒ２とが対応付けられている。これにより、距離算出部１６０－２は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２と測定ストップトリガＴｒｇｒ２との時間差Ｔｄｉｆｆ２から、測距対象物９０までの距離を算出する。したがって、距離算出部１６０－２は、適切に、送信パルスＰｌｓｔ２が反射した測距対象物９０までの距離を算出することができる。
　図１０は、実施の形態１にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。図１０に示す例では、送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ２が、パルス周期Ｔｐで送信されるとする。さらに、図１０に示す例では、送信パルスが測距対象物９０に反射して戻ってくるまでの飛行時間が、パルス周期Ｔｐよりも長いとする。
　まず、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１が送信される。この送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１が距離算出部１６０－１に出力される。その後、送信パルスＰｌｓｔ２が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１が受信される。この受信タイミングで、周波数オフセットｆ１が検出され、反射パルスＰｌｓｒ１はバンドパスフィルタ１４０－１によって分離され、タイミング抽出部１５０－１によって測定ストップトリガＴｒｇｒ１が距離算出部１６０－１に出力される。
　このとき、距離算出部１６０－１において、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１と、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１とが対応付けられている。したがって、距離算出部１６０－１において、破線矢印Ｂ１で示すように、送信パルスＰｌｓｔ１の送信タイミングを示す測定スタートトリガＴｒｇｔ１と反射パルスＰｌｓｒ１の受信タイミングを示す測定ストップトリガＴｒｇｒ１とが対応付けられている。これにより、距離算出部１６０－１は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１と測定ストップトリガＴｒｇｒ１との時間差Ｔｄｉｆｆ１から、測距対象物９０までの距離を算出する。したがって、光信号の飛行時間の方がパルス周期よりも長い場合であっても、距離算出部１６０－１は、適切に、送信パルスＰｌｓｔ１が反射した測距対象物９０までの距離を算出することができる。
　同様に、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２が送信される。この送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２が距離算出部１６０－２に出力される。その後、送信パルスＰｌｓｔ３（図示せず）が送信された後で、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２が受信される。この受信タイミングで、周波数オフセットｆ２が検出され、反射パルスＰｌｓｒ２はバンドパスフィルタ１４０－２によって分離され、タイミング抽出部１５０－２によって測定ストップトリガＴｒｇｒ２が距離算出部１６０－２に出力される。
　このとき、距離算出部１６０－２において、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２と、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２とが対応付けられている。したがって、距離算出部１６０－２において、破線矢印Ｂ２で示すように、送信パルスＰｌｓｔ２の送信タイミングを示す測定スタートトリガＴｒｇｔ２と反射パルスＰｌｓｒ２の受信タイミングを示す測定ストップトリガＴｒｇｒ２とが対応付けられている。これにより、距離算出部１６０－２は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２と測定ストップトリガＴｒｇｒ２との時間差Ｔｄｉｆｆ２から、測距対象物９０までの距離を算出する。したがって、光信号の飛行時間の方がパルス周期よりも長い場合であっても、距離算出部１６０－２は、適切に、送信パルスＰｌｓｔ２が反射した測距対象物９０までの距離を算出することができる。
　図１１は、実施の形態１にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。図１１に示す例では、送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ２，Ｐｌｓｔ３，Ｐｌｓｔ４，Ｐｌｓｔ５，Ｐｌｓｔ６，Ｐｌｓｔ７，Ｐｌｓｔ８が、送信パルスが測距対象物９０に反射して戻ってくるまでの飛行時間よりもはるかに短いパルス周期で送信されるとする。つまり、バンドパスフィルタ１４０、タイミング抽出部１５０及び距離算出部１６０は、それぞれ８個ある（ｎ＝８）とする。また、送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ２，Ｐｌｓｔ３，Ｐｌｓｔ４，Ｐｌｓｔ５，Ｐｌｓｔ６，Ｐｌｓｔ７，Ｐｌｓｔ８は、それぞれ、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ６，ｆ７，ｆ８を有する。つまり、周波数オフセットの数も８個あるとする。
　なお、送信パルスＰｌｓｔ１－１～Ｐｌｓｔ８－１が送信された後、送信パルスＰｌｓｔ１－２～Ｐｌｓｔ８－２が送信される。同様に、送信パルスＰｌｓｔ１－２～Ｐｌｓｔ８－２が送信された後、送信パルスＰｌｓｔ１－３～Ｐｌｓｔ８－３が送信される。また、送信パルスＰｌｓｔ１－１、送信パルスＰｌｓｔ１－２及び送信パルスＰｌｓｔ１－３は、互いに同じ周波数オフセットｆ１を有する。同様に、送信パルスＰｌｓｔ２－１、送信パルスＰｌｓｔ２－２及び送信パルスＰｌｓｔ２－３は、互いに同じ周波数オフセットｆ２を有する。他の送信パルスについても同様である。
　まず、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１－１が送信される。この送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１－１が距離算出部１６０－１に出力される。その後、少なくとも送信パルスＰｌｓｔ２－１が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１－１が受信される。この受信タイミングで、周波数オフセットｆ１が検出され、反射パルスＰｌｓｒ１－１はバンドパスフィルタ１４０－１によって分離され、タイミング抽出部１５０－１によって測定ストップトリガＴｒｇｒ１－１が距離算出部１６０－１に出力される。
　このとき、距離算出部１６０－１において、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１－１と、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１－１とが対応付けられている。したがって、距離算出部１６０－１において、破線矢印Ｃ１で示すように、測定スタートトリガＴｒｇｔ１－１と測定ストップトリガＴｒｇｒ１－１とが対応付けられている。これにより、距離算出部１６０－１は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１－１と測定ストップトリガＴｒｇｒ１－１との時間差から、測距対象物９０までの距離を算出する。したがって、光信号の飛行時間の方がパルス周期よりもはるかに長い場合であっても、距離算出部１６０－１は、適切に、送信パルスＰｌｓｔ１－１が反射した測距対象物９０までの距離を算出することができる。
　同様に、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２－１が送信される。この送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２－１が距離算出部１６０－２に出力される。その後、少なくとも送信パルスＰｌｓｔ３－１が送信された後で、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２－１が受信される。この受信タイミングで、周波数オフセットｆ２が検出され、反射パルスＰｌｓｒ２－１はバンドパスフィルタ１４０－２によって分離され、タイミング抽出部１５０－２によって測定ストップトリガＴｒｇｒ２－１が距離算出部１６０－２に出力される。
　このとき、距離算出部１６０－２において、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２－１と、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２－１とが対応付けられている。したがって、距離算出部１６０－２において、破線矢印Ｃ２で示すように、測定スタートトリガＴｒｇｔ２－１と測定ストップトリガＴｒｇｒ２－１とが対応付けられている。これにより、距離算出部１６０－２は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２－１と測定ストップトリガＴｒｇｒ２－１との時間差から、測距対象物９０までの距離を算出する。したがって、光信号の飛行時間の方がパルス周期よりもはるかに長い場合であっても、距離算出部１６０－２は、適切に、送信パルスＰｌｓｔ２－１が反射した測距対象物９０までの距離を算出することができる。以下同様にして、距離算出部１６０－３～１６０－８は、それぞれ、測定スタートトリガＴｒｇｔ３－１～８－１と測定ストップトリガＴｒｇｒ３－１～８－１との時間差から、測距対象物９０までの距離を算出する。
　このように、かなり短い周期で送信パルスを連続して測距対象物９０に照射しても、受信系モジュールにおいて反射パルスを区別できるので、適切に、測距対象物９０までの距離を算出することができる。さらに、かなり短い周期で送信パルスを連続して測距対象物９０に照射することができるので、単位時間における測距回数を増加させることができる。
　また、同じ測距対象物９０に繰り返し送信パルスを照射して測距し、これらの測距結果を平均することにより、測距の精度を向上させることができる。つまり、送信パルスＰｌｓｔ１－１～８－１を同じ測距対象物９０に照射し、反射パルスＰｌｓｒ１－１～８－１を用いて、８回、測距を行う。そして、８回の測距結果を平均することで、測距の精度が向上する。したがって、実施の形態１にかかる測距装置１００は、かなり短い周期で送信パルスを連続して同じ測距対象物９０に照射することで、短時間で、上記の平均化処理の高精度化を図ることが可能となる。
　このように、実施の形態１にかかる距離算出部１６０は、ある周波数オフセットを有する送信パルスに関する測定スタートトリガ信号と、この周波数オフセットを有する反射パルスに関する測定ストップトリガ信号とを対応付けて、距離Ｒを算出している。言い換えると、距離算出部１６０において、互いに対応する周波数オフセットを有する送信パルスと反射パルスとが対応付けられている。これにより、実施の形態１にかかる測距装置１００は、送信パルスと、その送信パルスが測距対象物９０で反射した反射光である反射パルスとを、適切に対応付けることができる。したがって、測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能となる。
　また、実施の形態１にかかる測距装置１００は、バンドパスフィルタ１４０（分離手段）を用いて、受信した光信号を、反射パルスの周波数オフセットごとに分離するように構成されている。バンドパスフィルタ１４０を用いた光信号の分離は、ハードウェアで行われ得るので、ソフトウェアで行う処理と比較して高速に行われ得る。そして、バンドパスフィルタ１４０による分離により、周波数オフセットごとに、並列処理を行うことができる。つまり、距離算出部１６０が、分離された信号ごとに、距離Ｒを算出することができる。したがって、実施の形態１にかかる測距装置１００は、高速に測距処理を行うことが可能となる。また、反射パルスの周波数オフセットごとに受信信号を分離することで、各反射パルスの受信タイミングの抽出を容易に行うことが可能となる。
　なお、実施の形態１にかかる測距装置１００は、送信パルスとその送信パルスが測距対象物９０で反射した反射光である反射パルスとを対応付けるために、繰り返し送信される送信パルスに互いに異なる周波数オフセットを印加している。つまり、実施の形態１にかかる測距装置１００は、送信パルスに対応する反射パルスを、他の送信パルスに対応する反射パルスと区別するために、送信パルスにマーキングを行っているといえる。ここで、送信パルスのマーキングの方法として、送信パルスごとに振幅を変えることも考えられる。しかしながら、測距対象物９０までの距離に応じて、信号（パルス）の減衰量は異なり得る。したがって、振幅を用いて反射パルスを区別することは困難である。
（実施の形態２）
　次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２においては、光源が複数ある点で、実施の形態１と異なる。なお、実施の形態２にかかる構成要素のうち、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ符号が付されている。また、以下の説明において、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素については、適宜、説明を省略する。
　図１２は、実施の形態２にかかる測距装置２００の構成を示す図である。実施の形態２にかかる測距装置２００は、送信系モジュールとして、光源２０２－１～２０２－ｎと、送信パルス生成部２０４－１～２０４－ｎと、遅延器２０６－２～２０６－ｎと、合波器２０８と、光送信部１２０とを有する。光源２０２、送信パルス生成部２０４、遅延器２０６及び合波器２０８によって、互いに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成するパルス生成部２１０が構成される。このパルス生成部２１０は、図１に示した生成部２に対応する。
　また、実施の形態２にかかる測距装置２００は、受信系モジュールとして、光受信部１２２と、光源２２４と、光干渉系ユニット１３０と、光電変換部１３２と、ＡＤコンバータ１３４とを有する。また、実施の形態２にかかる測距装置２００は、実施の形態１と同様に、バンドパスフィルタ１４０－１～１４０－ｎと、タイミング抽出部１５０－１～１５０－ｎと、距離算出部１６０－１～１６０－ｎとを有する。つまり、測距装置２００の受信系モジュールは、光源２２４を有すること以外は、実施の形態１と実質的に同様である。
　光源２０２－１は、周波数ｆ０＋ｆ１の光信号を発生させ、発生した光信号を送信パルス生成部２０４－１に出力する。光源２０２－２は、周波数ｆ０＋ｆ２の光信号を発生させ、発生した光信号を送信パルス生成部２０４－２に出力する。以下同様にして、光源２０２－ｎは、周波数ｆ０＋ｆｎの光信号を発生させ、発生した光信号を送信パルス生成部２０４－ｎに出力する。
　各送信パルス生成部２０４は、図４に示した変調信号生成部１０４及び光変調器１０６と実質的に同様の機能を有する。送信パルス生成部２０４－１は、周波数ｆ０＋ｆ１の光信号を変調させて、図５に示すような送信パルスＰｌｓｔ１を生成する。送信パルス生成部２０４－２は、周波数ｆ０＋ｆ２の光信号を変調させて、図５に示すような送信パルスＰｌｓｔ２を生成する。送信パルス生成部２０４－３は、周波数ｆ０＋ｆ３の光信号を変調させて、図５に示すような送信パルスＰｌｓｔ３を生成する。以下同様にして、送信パルス生成部２０４－ｎは、周波数ｆ０＋ｆｎの光信号を変調させて送信パルスＰｌｓｔｎを生成する。
　遅延器２０６－２～２０６－ｎは、それぞれ、送信パルス生成部２０４－２～２０４－ｎからの送信パルスＰｌｓｔ２～Ｐｌｓｔｎを、パルス周期の整数倍だけ遅延させる。つまり、遅延器２０６－２は、送信パルス生成部２０４－２からの送信パルスＰｌｓｔ２を、Ｔｐだけ遅延させる。遅延器２０６－３は、送信パルス生成部２０４－３からの送信パルスＰｌｓｔ３を、２＊Ｔｐだけ遅延させる。つまり、遅延器２０６－ｋ（ｋは２以上ｎ以下の整数）は、送信パルス生成部２０４－ｋからの送信パルスＰｌｓｔｋを、（ｋ－１）＊Ｔｐだけ遅延させる。
　合波器２０８は、送信パルスＰｌｓｔ１と、遅延器２０６－２～２０６－ｎによってそれぞれ遅延した送信パルスＰｌｓｔ２～Ｐｌｓｔｎとを合成する。これにより、合波器２０８は、図５に示すような、時間軸上にパルス周期Ｔｐおきに並んだ送信パルスＰｌｓｔ１～Ｐｌｓｔｎを有する光信号（図９～図１１に示す送信パルス）を生成する。光送信部１２０は、この光信号を測距対象物９０に送信（照射）する。
　さらに、送信パルス生成部２０４は、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎに対応する送信パルスが出力されるタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔを距離算出部１６０に対して出力する。つまり、送信パルス生成部２０４－１は、送信パルスＰｌｓｔ１が生成されたタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１を出力する。また、送信パルス生成部２０４－２は、送信パルスＰｌｓｔ２が生成されてから遅延器２０６－２による遅延時間が経過したタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２を出力する。つまり、送信パルス生成部２０４－ｋは、送信パルスＰｌｓｔｋが生成されてから遅延器２０６－ｋによる遅延時間が経過したタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔｋを出力する。
　光源２２４は、基準周波数ｆ０の光信号を参照光として発する。光受信部１２２が反射パルス（反射光）を受信すると、光干渉系ユニット１３０は、上述した方法によって、光源２２４からの周波数ｆ０の参照光を用いて、反射パルス（受信光）の周波数オフセットを検出する。なお、光電変換部１３２、ＡＤコンバータ１３４、バンドパスフィルタ１４０、タイミング抽出部１５０及び距離算出部１６０の動作については実施の形態１と実質的に同様であるので、説明を省略する。
　実施の形態２にかかる測距装置２００は、始めから周波数オフセットが施された光信号をそれぞれ発する光源２０２－１～２０２－ｎを有する。このような構成であっても、実施の形態１と同様に、測距対象物９０までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能となる。なお、実施の形態２にかかる測距装置２００は、複数の光源２０２を有するので、実施の形態１にかかる測距装置１００よりも構造が複雑となる。つまり、実施の形態２にかかる測距装置２００は、基準周波数ｆ０の光を発する光源１０８からの光を送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成している。したがって、実施の形態２にかかる測距装置２００は、簡略化された構造で、適切に測距を行うことが可能となる。
（実施の形態３）
　次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３においては、周波数オフセットがランダムである点で、他の実施の形態と異なる。なお、実施の形態３にかかる構成要素のうち、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ符号が付されている。また、以下の説明において、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素については、適宜、説明を省略する。
　図１３は、実施の形態３にかかる測距装置３００の構成を示す図である。実施の形態３にかかる測距装置３００は、送信系モジュールとして、ランダム周波数オフセット発生器３０２と、変調信号生成部３０４と、光変調器１０６と、光源１０８と、光送信部１２０とを有する。ランダム周波数オフセット発生器３０２、変調信号生成部３０４、光変調器１０６及び光源１０８によって、互いに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成するパルス生成部３１０が構成される。このパルス生成部３１０は、図１に示した生成部２に対応する。なお、光変調器１０６、光源１０８及び光送信部１２０の動作については、実施の形態１にかかるものと実質的に同様であるので、説明を省略する。
　また、実施の形態３にかかる測距装置３００は、受信系モジュールとして、光受信部１２２と、光干渉系ユニット１３０と、光電変換部１３２と、ＡＤコンバータ１３４とを有する。また、実施の形態３にかかる測距装置３００は、バンドパスフィルタ３４０－１～３４０－ｎと、切替スイッチ３４２と、タイミング抽出部１５０－１～１５０－ｎと、距離算出部１６０－１～１６０－ｎとを有する。なお、光受信部１２２、光干渉系ユニット１３０、光電変換部１３２、ＡＤコンバータ１３４、タイミング抽出部１５０及び距離算出部１６０の動作については、実施の形態１にかかるものと実質的に同様であるので、説明を省略する。
　ランダム周波数オフセット発生器３０２は、各送信パルスに印加すべき周波数オフセットを、ランダムに決定する。ランダム周波数オフセット発生器３０２は、周波数オフセットを示す周波数オフセット情報を、変調信号生成部３０４に対して出力する。ここで、周波数オフセット情報は、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎをそれぞれ示す。しかしながら、実施の形態３においては、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎは、一定ではない。例えば、ｎ＝３とすると、あるときに、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３は、それぞれ、＋５０ＭＨｚ，＋２００ＭＨｚ，＋１７０ＭＨｚであってもよい。そして、別のときに、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３は、それぞれ、＋３２０ＭＨｚ，＋１１０ＭＨｚ，＋２１０ＭＨｚであってもよい。
　変調信号生成部３０４は、ランダム周波数オフセット発生器３０２から受信した周波数オフセット情報に応じて、送信パルスを生成するための変調信号を生成する。これにより、パルス生成部３１０は、実施の形態１にかかる方法と実質的に同様の方法で、互いに異なるランダムな周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成する。なお、上述したように、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎは一定ではないので、変調信号生成部３０４によって生成される変調信号も一定ではない、さらに、変調信号生成部３０４は、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎのそれぞれに対応する送信パルスが送信されるそれぞれのタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１～Ｔｒｇｔｎを距離算出部１６０に対して出力する。
　また、ランダム周波数オフセット発生器３０２は、周波数オフセット情報を、切替スイッチ３４２を介して、対応するバンドパスフィルタ３４０に出力する。切替スイッチ３４２は、周波数オフセット情報に応じて、周波数オフセット情報が出力されるバンドパスフィルタ３４０を切り替える。バンドパスフィルタ３４０は、周波数オフセット情報を受け付けると、その周波数オフセット情報に示された周波数オフセットに対応する周波数に、中心周波数を変更する。
　具体的には、ランダム周波数オフセット発生器３０２は、ｆ１を示す周波数オフセット情報を生成すると、バンドパスフィルタ３４０－１と接続するように、切替スイッチ３４２を制御する。切替スイッチ３４２によってバンドパスフィルタ３４０－１と接続されると、ランダム周波数オフセット発生器３０２は、ｆ１を示す周波数オフセット情報を、バンドパスフィルタ３４０－１に出力する。そして、バンドパスフィルタ３４０－１は、周波数オフセットｆ１に対応する周波数に、中心周波数を変更する。
　また、ランダム周波数オフセット発生器３０２は、ｆ２を示す周波数オフセット情報を生成すると、バンドパスフィルタ３４０－２と接続するように、切替スイッチ３４２を制御する。切替スイッチ３４２によってバンドパスフィルタ３４０－２と接続されると、ランダム周波数オフセット発生器３０２は、ｆ２を示す周波数オフセット情報を、バンドパスフィルタ３４０－２に出力する。そして、バンドパスフィルタ３４０－２は、周波数オフセットｆ２に対応する周波数に、中心周波数を変更する。他の周波数オフセットについても同様である。
　これにより、バンドパスフィルタ３４０は、周波数オフセットがランダムである場合であっても、光干渉系ユニット１３０（検出部８）によって検出された反射パルスの周波数オフセットごとに信号を分離することができる。そして、実施の形態３においても、距離算出部１６０において、互いに対応する周波数オフセットを有する送信パルスと反射パルスとが対応付けられ得る。したがって、距離算出部１６０は、ある周波数オフセットを有する送信パルスに関する測定スタートトリガと、この周波数オフセットを有する反射パルスに関する測定ストップトリガとを対応付けて、距離Ｒを算出できる。よって、実施の形態３においても、測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能となる。
　また、周波数オフセットをランダムに生成することによって、測距に対する妨害を抑制することができる。すなわち、実施の形態１のように複数の周波数オフセットが固定されていると、送信パルスの光信号の複数の周波数それぞれも一定となる。これにより、光信号の周波数が探索され易くなり、光信号が傍受され易くなる。また、光信号が傍受され易くなるので、妨害光が送出され易くなり、測距が阻害され得る。これに対し、実施の形態３のように周波数オフセットをランダムにすることによって、送信パルスの光信号の周波数を探索することが困難となる。したがって、測距に対する妨害を抑制することが可能となる。
　また、デバイスの特性又は測距対象物９０における反射特性に起因して、特定の周波数で測距を行ったときに測定誤差が生じ易くなることがあり得る。このような場合に周波数オフセットが固定されていると、その周波数オフセットを有する送信パルスを用いた測距で、測定誤差が生じる可能性が高くなる。これに対し、実施の形態３のように周波数オフセットをランダムにすることによって、測定誤差が平均化（平準化）され得るので、測距精度が向上する。このことは、測定誤差が生じ易くなる特定周波数が不明であるときに、特に有効であり得る。
　なお、実施の形態３にかかる測距装置３００は、切替スイッチ３４２と、中心周波数を変更可能なバンドパスフィルタ３４０とを有している。このような構成の測距装置３００の構造は、実施の形態１にかかる測距装置１００と比較して複雑となる。言い換えると、実施の形態１にかかる測距装置１００は、予め定められた周波数オフセットを使用することで、切替スイッチ３４２が不要であり、バンドパスフィルタは中心周波数を変更可能でなくてもよいので、構造を簡略化することができる。
（変形例）
　なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、バンドパスフィルタを用いて、反射パルスの周波数オフセットごとに光信号を分離するとしたが、このような構成に限られない。バンドパスフィルタ以外の構成要素で信号を分離してもよい。また、周波数オフセットごとに反射パルスの受信タイミングを抽出できれば、受信した光信号を分離する必要もない。一方、バンドパスフィルタを用いて反射パルスの周波数オフセットごとに光信号を分離することで、上述したように、高速に測距処理を行うことが可能となる。また、バンドパスフィルタを用いて反射パルスの周波数オフセットごとに光信号を分離することにより、各反射パルスの受信タイミングの抽出を行うことが容易となる。
　また、距離算出部１６０は、測定スタートトリガの出力タイミングに、光変調器１０６等における処理時間を考慮してもよい。言い換えると、距離算出部１６０は、測定スタートトリガを受け付けてから、実際に測定スタートトリガに対応する送信パルスが送信されるまでの間の処理時間を考慮してもよい。この場合、距離算出部１６０は、測定スタートトリガの出力タイミングに光変調器１０６等における処理時間を加えたタイミングを、測距の開始タイミングとしてもよい。なお、光変調器１０６等における処理時間は、略一定であるとする。
　同様に、距離算出部１６０は、測定ストップトリガに、測定ストップトリガが出力される前の光干渉系ユニット１３０等の処理時間を考慮してもよい。言い換えると、距離算出部１６０は、光受信部１２２によって反射パルスが受信されてからタイミング抽出部１５０によって測定ストップトリガが出力されるまでの間の処理時間を考慮してもよい。この場合、距離算出部１６０は、測定ストップトリガの出力タイミングに光干渉系ユニット１３０等の処理時間を引いたタイミングを、測距の終了タイミングとしてもよい。なお、光干渉系ユニット１３０等における処理時間は、略一定であるとする。
　あるいは、変調信号生成部１０４は、後段の光送信部１２０によって送信パルスが送信されるまでの処理時間を考慮して、送信パルスが送信される時刻を示すような測定スタートトリガを出力してもよい。つまり、変調信号が生成された時刻をｔ１とし、光変調器１０６等における処理時間をΔｔ１とすると、変調信号生成部１０４は、時刻（ｔ１＋Δｔ１）を示す測定スタートトリガを出力してもよい。このことは、実施の形態２にかかる送信パルス生成部２０４及び実施の形態３にかかる変調信号生成部３０４においても同様である。同様に、タイミング抽出部１５０は、前段の光干渉系ユニット１３０等における処理時間を考慮して、反射パルスが受信された時刻を示す測定ストップトリガを出力してもよい。つまり、タイミング抽出部１５０がバンドパスフィルタ１４０から信号を受信した時刻をｔ２とし、光干渉系ユニット１３０等における処理時間をΔｔ２とすると、タイミング抽出部１５０は、時刻（ｔ２－Δｔ２）を示す測定ストップトリガを出力してもよい。この場合、距離算出部１６０は、Ｔｄ＝（ｔ２－Δｔ２）－（ｔ１＋Δｔ１）として、式１を用いて距離Ｒを算出してもよい。
　また、周波数オフセット発生器１０２は、全ての周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎを示す周波数オフセット情報を、変調信号生成部１０４に出力してもよい。この場合、変調信号生成部１０４は、パルス周期Ｔｐごとに、周波数オフセットｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎそれぞれに対応する変調信号を生成してもよい。
　また、上述の実施の形態では、本実施の形態をハードウェアの構成として説明したが、本実施の形態は、これに限定されるものではない。本実施の形態は、測距装置内の各回路の少なくとも１つの処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
　上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
　（付記１）
　光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスであって、前記送信パルスごとに異なる、基準周波数に対する周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成する生成手段と、
　生成された前記送信パルスを繰り返し送信する送信手段と、
　前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信する受信手段と、
　受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出する検出手段と、
　受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスから検出された前記周波数オフセットに対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する距離算出手段と
　を有する測距装置。
　（付記２）
　前記受信手段は、前記反射パルスを含む光信号を受信し、
　前記検出手段によって検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離する分離手段
　をさらに有し、
　前記距離算出手段は、分離された前記光信号ごとに、前記測距対象物までの距離を算出する
　付記１に記載の測距装置。
　（付記３）
　前記生成手段は、前記基準周波数の光信号を発する光源からの光信号を前記送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
　付記１又は２に記載の測距装置。
　（付記４）
　前記生成手段は、予め定められた互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
　付記１～３のいずれか１項に記載の測距装置。
　（付記５）
　前記生成手段は、互いに異なるランダムな前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
　付記１～３のいずれか１項に記載の測距装置。
　（付記６）
　前記受信手段は、前記反射パルスを含む光信号を受信し、
　前記検出手段によって検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離する分離手段
　をさらに有し、
　前記生成手段は、互いに異なるランダムな前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成し、ランダムな前記周波数オフセットを示す周波数オフセット情報を、前記分離手段に送信し、
　前記分離手段は、前記周波数オフセット情報に応じて、分離すべき光信号の周波数オフセットを変更し、
　前記距離算出手段は、分離された前記光信号ごとに、前記測距対象物までの距離を算出する
　付記１に記載の測距装置。
　（付記７）
　光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスであって、前記送信パルスごとに異なる、基準周波数に対する周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成し、
　生成された前記送信パルスを繰り返し送信し、
　前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信し、
　受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出し、
　受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスから検出された前記周波数オフセットに対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する
　測距方法。
　（付記８）
　前記反射パルスを含む光信号を受信し、
　検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離し、
　分離された前記光信号ごとに、前記測距対象物までの距離を算出する
　付記７に記載の測距方法。
　（付記９）
　前記基準周波数の光信号を発する光源からの光信号を前記送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
　付記７又は８に記載の測距方法。
　（付記１０）
　予め定められた互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
　付記７～９のいずれか１項に記載の測距方法。
　（付記１１）
　互いに異なるランダムな前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
　付記７～９のいずれか１項に記載の測距方法。
　（付記１２）
　互いに異なるランダムな前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成し、
　前記反射パルスを含む光信号を受信し、
　ランダムな前記周波数オフセットを示す周波数オフセット情報に応じて、分離すべき光信号の周波数オフセットを変更して、検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離し、
　分離された前記光信号ごとに、前記測距対象物までの距離を算出する
　付記７に記載の測距方法。
１　測距装置
２　生成部
４　送信部
６　受信部
８　検出部
１０　距離算出部
１００　測距装置
１０２　周波数オフセット発生器
１０４　変調信号生成部
１０６　光変調器
１０８　光源
１１０　パルス生成部
１２０　光送信部
１２２　光受信部
１３０　光干渉系ユニット
１３２　光電変換部
１３４　ＡＤコンバータ
１４０　バンドパスフィルタ
１５０　タイミング抽出部
１６０　距離算出部
２００　測距装置
２０２　光源
２０４　送信パルス生成部
２０６　遅延器
２０８　合波器
２１０　パルス生成部
２２４　光源
３００　測距装置
３０２　ランダム周波数オフセット発生器
３０４　変調信号生成部
３１０　パルス生成部
３４０　バンドパスフィルタ
３４２　切替スイッチ

Claims (12)

  1. 　光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスであって、前記送信パルスごとに異なる、基準周波数に対する周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成する生成手段と、
    　生成された前記送信パルスを繰り返し送信する送信手段と、
    　前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信する受信手段と、
    　受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出する検出手段と、
    　受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスから検出された前記周波数オフセットに対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する距離算出手段と
    　を有する測距装置。
  2. 　前記受信手段は、前記反射パルスを含む光信号を受信し、
    　前記検出手段によって検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離する分離手段
    　をさらに有し、
    　前記距離算出手段は、分離された前記光信号ごとに、前記測距対象物までの距離を算出する
    　請求項１に記載の測距装置。
  3. 　前記生成手段は、前記基準周波数の光信号を発する光源からの光信号を前記送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
    　請求項１又は２に記載の測距装置。
  4. 　前記生成手段は、予め定められた互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の測距装置。
  5. 　前記生成手段は、互いに異なるランダムな前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の測距装置。
  6. 　前記受信手段は、前記反射パルスを含む光信号を受信し、
    　前記検出手段によって検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離する分離手段
    　をさらに有し、
    　前記生成手段は、互いに異なるランダムな前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成し、ランダムな前記周波数オフセットを示す周波数オフセット情報を、前記分離手段に送信し、
    　前記分離手段は、前記周波数オフセット情報に応じて、分離すべき光信号の周波数オフセットを変更し、
    　前記距離算出手段は、分離された前記光信号ごとに、前記測距対象物までの距離を算出する
    　請求項１に記載の測距装置。
  7. 　光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスであって、前記送信パルスごとに異なる、基準周波数に対する周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成し、
    　生成された前記送信パルスを繰り返し送信し、
    　前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信し、
    　受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出し、
    　受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスから検出された前記周波数オフセットに対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する
    　測距方法。
  8. 　前記反射パルスを含む光信号を受信し、
    　検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離し、
    　分離された前記光信号ごとに、前記測距対象物までの距離を算出する
    　請求項７に記載の測距方法。
  9. 　前記基準周波数の光信号を発する光源からの光信号を前記送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
    　請求項７又は８に記載の測距方法。
  10. 　予め定められた互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
    　請求項７～９のいずれか１項に記載の測距方法。
  11. 　互いに異なるランダムな前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
    　請求項７～９のいずれか１項に記載の測距方法。
  12. 　互いに異なるランダムな前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成し、
    　前記反射パルスを含む光信号を受信し、
    　ランダムな前記周波数オフセットを示す周波数オフセット情報に応じて、分離すべき光信号の周波数オフセットを変更して、検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離し、
    　分離された前記光信号ごとに、前記測距対象物までの距離を算出する
    　請求項７に記載の測距方法。
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