WO2020170796A1 - 測距装置および測距方法 - Google Patents

測距装置および測距方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020170796A1
WO2020170796A1 PCT/JP2020/004041 JP2020004041W WO2020170796A1 WO 2020170796 A1 WO2020170796 A1 WO 2020170796A1 JP 2020004041 W JP2020004041 W JP 2020004041W WO 2020170796 A1 WO2020170796 A1 WO 2020170796A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
distance
light
signal
time
distance measuring
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/004041
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
上野　雅浩
勇一 赤毛
岡　宗一
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to US17/420,410 priority Critical patent/US20220082675A1/en
Publication of WO2020170796A1 publication Critical patent/WO2020170796A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4915—Time delay measurement, e.g. operational details for pixel components; Phase measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Definitions

  • the present invention relates to a distance measuring device and a distance measuring method, and particularly to a time-of-flight distance measuring technique.
  • the TOF (Time of Flight) method has been known as a technology for measuring the distance to an object.
  • a laser is caused to emit light, the flight time until the laser light is reflected back to the object is measured, and the distance to the object is derived by multiplying by the speed of light (see Non-Patent Document 1). ).
  • Non-Patent Document 2 is a distance measuring method for measuring the position of an underground excavator used for construction for constructing a pipeline such as a sewer pipe without excavating the surface by the TOF method. A device is disclosed.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 a reference signal serving as a standard for measuring time and a detection signal obtained by photoelectrically converting light returning from a surface of an object to be distance-measured are returned. It is necessary to measure the time difference between the two signals.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the measured value L of the distance to the object is expressed as c ⁇ t/2.
  • c is the speed of light.
  • the skew ⁇ t is a fixed value
  • the skew ⁇ t is measured in advance, and when the distance is measured, the previously measured skew ⁇ t is subtracted from the time difference between the reference signal and the detection signal to obtain the correct distance. can get.
  • the distance measurement value is different for each signal acquisition, which causes a problem that the accuracy of the obtained distance is deteriorated.
  • An object of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method capable of measuring.
  • a distance measuring apparatus includes a light source that periodically outputs intensity-modulated light, an optical splitter that splits the light of the light source into two, and an optical splitter of the optical splitter.
  • An optical deflector that deflects the light output from one side and emits the light toward an object to be measured, a mirror arranged on the object side as viewed from the optical deflector, and an output emitted from the optical deflector.
  • An optical system having a photodetector that detects a first reflected light and a second reflected light that are reflected by the object and the mirror, and the first reflected light is the photodetector after the light is output from the optical splitter.
  • a second distance measuring unit that outputs a first distance signal indicating a distance to the object, and the second reflected light is generated after the light is output from the optical splitter.
  • a second distance measuring unit that outputs a second distance signal indicating the distance to the mirror, and the first distance signal that is corrected based on the second distance signal based on the time until the detection by the photodetector.
  • a signal processing device having a distance correction unit that outputs a third distance signal indicating the distance to the object.
  • the mirror may be arranged at a position different from a line connecting the optical deflector and the object.
  • the distance correction unit uses information including a value obtained by subtracting the second distance signal from the first distance signal as the third distance signal indicating a distance to the object. You may output.
  • the first distance measuring unit acquires time information corresponding to each of the obtained first distance signals, and the signal processing device causes the first distance measuring unit to detect the time information.
  • a time-angle conversion unit that converts the acquired time information into information on a deflection angle by the optical deflector and outputs an angle-distance signal in which a deflection angle and a distance are associated with each other may be provided.
  • the first distance measuring unit may discretely acquire the first distance signal indicating the distance to the object at the peak time of the light intensity of the light source. ..
  • an interpolation for interpolating the third distance signal based on the first distance signal indicating the discrete distance to the object acquired by the first distance measuring unit may have a section.
  • the light source may be a wavelength swept light source whose wavelength changes with time
  • the optical deflector may include a diffraction grating or a prism.
  • the distance measuring method comprises a first step of outputting light intensity-modulated periodically from a light source and a first step of splitting the light of the light source into two by an optical splitter. 2 steps, a third step of deflecting the light output from one of the optical splitters in the second step by an optical deflector and emitting the light toward an object to be measured, and the optical deflection in the third step.
  • the first distance signal indicating the distance to the object is corrected using the second distance signal indicating the distance to the mirror arranged on the object side as viewed from the light source, and thus the time difference (skew) between the channels of the ADC is corrected. Even if) changes with each signal acquisition, the distance to the object can be measured with high accuracy.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the distance measuring device according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of a computer configuration that realizes the signal processing device according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart explaining the distance measuring method according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a distance signal before correction according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a distance signal before correction according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the corrected distance signal according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the corrected distance signal according to the present embodiment.
  • FIG. 9A is a diagram for explaining the effect of the distance measuring device according to the present embodiment.
  • FIG. 9B is a diagram for explaining the effect of the distance measuring device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a distance measuring device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • distance measuring apparatus 1 measures the distance from distance measuring apparatus 1 to object 104 by the TOF method. More specifically, the distance measuring device 1 measures the flight time from the emission of light from the light source 100 to the reception of the reflected light reflected by the surface of the object 104 to be distance measured. To the object 104.
  • the light source 100, the coupler 101, the circulator 102, the optical deflector 103, the correction mirror 105, the PDr 106, and the PDs 107 constitute an optical system included in the distance measuring device 1.
  • the light source 100 emits periodically intensity-modulated light toward the object 104. Specifically, the light source 100 generates periodically intensity-modulated light such as a sine wave or a pulse signal. The light emitted from the light source 100 enters an optical deflector 103 described later.
  • the coupler 101 splits the light emitted from the light source 100 into a reference optical path and an object optical path.
  • One of the lights split by the coupler 101 is input to the PDr 106 on the reference optical path, and the other light is applied to the object 104 and the correction mirror 105 via the circulator 102 and the optical deflector 103 on the object optical path.
  • the PDr 106 detects the light output from the light source 100 and converts it into a first reference signal r1 that is an analog signal.
  • the obtained first reference signal r1 is input to the channel 1 (CH1) of the ADC 108.
  • the optical deflector 103 deflects the optical axis of light incident from the light source 100 and emits it. More specifically, the optical deflector 103 deflects and outputs the light emitted from the light source 100 and incident via the coupler 101 and the circulator 102.
  • deflecting light changing the optical axis of the light incident on the light deflector 103 and emitting the light.
  • the optical deflector 103 deflects the light from the light source 100 within a preset deflection angle range.
  • the optical deflector 103 for example, a galvano mirror, a polygon mirror, or a deflector using a KTN (potassium tantalate niobate) crystal can be used.
  • the deflection angle by the light deflector 103 can be set within a desired deflection angle range by designing a mirror and controlling by a driving device (not shown) included in the light deflector 103.
  • the light deflector 103 deflects and emits light from the light source 100, thereby scanning (spatial sweeping, that is, deflecting) the object 104 and the space around the correction mirror 105 and its surroundings to measure the distance.
  • the light is reflected by the surface of the target object 104 and the correction mirror 105.
  • the light deflector 103 scans the light from the light source 100 with the light emitted within the set deflection angle range, the reflected light from the object 104 (first reflected light) and the reflection from the correction mirror 105 are reflected.
  • Each of the light (second reflected light) is detected by the PDs 107 described below.
  • the correction mirror 105 is arranged on the object 104 side as viewed from the optical deflector 103, as shown in FIG. Specifically, the correction mirror 105 is arranged at a position different from the line connecting the object 104 and the optical deflector 103.
  • the correction mirror 105 can be installed near the end of the deflection range of the optical deflector 103. More preferably, by disposing the correction mirror 105 at the end of the deflection range of the optical deflector 103, most of the deflection range can be used for measuring the object 104.
  • the PDs 107 detects the reflected light from the object 104 and the correction mirror 105 via the circulator 102 and converts it into a first detection signal s1 which is an analog signal.
  • the obtained first detection signal s1 is input to the channel 2 (CH2) of the ADC 108.
  • the ADC 108 has three channels and converts an analog input signal into a digital signal and outputs it.
  • the digital signal converted and output by the ADC 108 for each channel is input to the signal processing device 109.
  • the analog first reference signal r1 input to the channel CH1 is converted into a digital second reference signal r2 and input to the distance measuring unit 110 described later.
  • the first detection signal s1 input to the channel CH2 is also converted into the digital second detection signal s2 and input to the distance measuring unit 110.
  • the channel CH3 is supplied with a first angle signal ⁇ 1 which is an analog signal indicating the deflection angle of the optical deflector 103, is converted into a digital second angle signal ⁇ 2, and is inputted to a time-angle conversion unit 113 which will be described later. Is entered.
  • FIG. 2 shows a case where the light output from the light source 100 is intensity-modulated with a sine wave.
  • 2A shows the relationship between the intensity of the second detection signal s2(CH2) digitized by the ADC 108 and time.
  • FIG. 2B shows the relationship between the intensity of the second reference signal r2(CH1) digitized by the ADC 108 and time.
  • T sw The period in which the optical deflector 103 deflects the emitted light and scans it is represented by T sw as shown in FIG.
  • FIG. 2C shows the relationship between the intensity of the second angle signal ⁇ 2(CH3) digitized by the ADC 108 and time.
  • the second angle signal ⁇ 2 corresponds to the deflection angle.
  • the angle of the deflection angle changes according to the scanning cycle (from time 0 to T sw ) by the optical deflector 103.
  • the signal processing device 109 calculates the distance from the distance measuring device 1 to the object 104 for each deflection angle using the digital signal from the ADC 108 as an input signal. Specifically, the distance from the coupler 101 to the object 104 and the distance from the optical deflector 103 to the object 104 (more accurately, the optical path length) can be obtained.
  • the signal processing device 109 includes a distance measurement unit (first distance measurement unit) 110, a correction mirror distance measurement unit (second distance measurement unit) 111, a distance correction unit 112, a time-angle conversion unit 113, and an interpolation unit 114.
  • the distance measuring unit 110 acquires the time of the peak of the second reference signal r2 based on the second reference signal r2 and the second detection signal s2 output from the ADC 108, and the distance measuring device 1 to the object 104 at that time. Distance up to.
  • distance measurement is performed by the light deflector 103 within a range of angles in which light is one-dimensionally deflected, it is conceivable to perform distance measurement for each smaller angle.
  • distance measurement is performed for each peak of the second reference signal r2, and when a distance between peaks is required, the interpolation unit 114 described later interpolates using the distance of the peak position. A more detailed distance from the distance measuring device 1 to the object 104 is obtained.
  • the time when the optical deflector 103 starts to deflect is set to 0, and the time of the nth peak counted from time 0 is set to t n .
  • the position corresponding to the broken line commonly shown in the waveforms of FIG. 2 is the time t n of the n-th peak of the second reference signal r2.
  • the distance measuring unit 110 When the difference between the peak time of the second detection signal s2 in the range of ⁇ T m / 2 from time t n was Delta] t n (in FIG. 2 (a)), the distance measuring unit 110, the time t n The distance L n from the coupler 101 to the object 104 measured in 1 is calculated as c ⁇ t n /2. However, c is the speed of light.
  • the distance data corresponding to the time t n is particularly referred to as the uncorrected distance signal (first distance signal) L n .
  • the distance measuring unit 110 performs distance measurement based on both the reflected light from the object 104 and the reflected light from the correction mirror 105 for each cycle in which the light deflector 103 scans light.
  • FIG. 2D shows the distance signal L n before correction obtained by the distance measuring unit 110.
  • the range of the horizontal axis indicated by the one-dot chain line indicates the time range in which the reflected light of the correction mirror 105 is detected by the PDs 107.
  • the second detection signal s2 of the reflected light from the correcting mirror 105 is between time T ms and T me .
  • FIG. 2 shows the case where the time T me matches the time T sw of the scan cycle.
  • the correction mirror distance measuring unit 111 may use, for example, the average value of the uncorrected distance signal L n in the time zone T ms to T me as the correction value L cor .
  • the correction mirror distance measuring unit 111 may use the value of the distance signal L n before correction at the central time (T ms to T me )/2 of the time zone T ms to T me as the correction value L cor. Good.
  • the correction mirror distance measuring unit 111 acquires the correction before the distance signal L time zone intensity decrease is not generated for n, the correction value L average value of the distance signal L n before correction of the time zone It may be cor .
  • the time zone may be selected in advance, or after the peak value in the time zone T ms to T me is obtained, a fixed ratio of the peak value ( It may be a time zone in which there is a peak in the range of 90% or more).
  • the distance correction unit 112 may set the corrected distance signal L n,cor to L n ⁇ L cor +L mirror .
  • L mirror is a distance that has been precisely obtained in advance as the distance of the correction mirror 105.
  • many correction values L cor may be obtained in advance, and the average value thereof may be used as the distance L mirror of the correction mirror 105.
  • the distance to the object 104 by such a calculation is a distance with respect to the optical path length difference between the coupler 101-PDr106 and the coupler 101-PDs107, starting from the coupler 101.
  • the correction mirror 105 is arranged at a position where the distance L mirror of the correction mirror 105 is 0 m, the correction value L cor has a distribution centered at 0 m, and therefore L n -L cor is calculated to obtain L The same value as n ⁇ L cor +L mirror is obtained.
  • the time-angle conversion unit 113 replaces the time at which the peak of the second reference signal r2 acquired by the distance measuring unit 110 appears, that is, the time corresponding to the corrected distance signal L n,cor with the deflection angle.
  • the intensity of the second angle signal ⁇ 2 at time t n is ⁇ n .
  • the time-angle conversion unit 113 corresponds to the intensity ⁇ n by substituting the intensity ⁇ n of the second angle signal ⁇ 2 into the conversion curve ⁇ ( ⁇ ) shown in FIG.
  • the deflection angle ⁇ n ⁇ ( ⁇ n ) is obtained.
  • the time-angle conversion unit 113 obtains deflection angles at times of all peaks included in the second reference signal r2, and outputs corrected distance data corresponding to each deflection angle.
  • the interpolation unit 114 obtains deflection angle-distance data in which the deflection angle at the deflection angle (time) included between the peaks of the second reference signal r2 and the corrected distance signal L n,cor are associated with each other.
  • the interpolator 114 outputs the data of the distance with respect to the more detailed deflection angle (time) included between the peaks of the second reference signal r2 as the deflection angle-distance data b after the interpolation. In this way, by providing the interpolating unit 114, it is possible to obtain data indicating a closer distance in terms of time (angle).
  • the signal processing device 109 is, for example, a computer including a processor 192, a main storage device 193, a communication interface 194, an auxiliary storage device 195, an input/output device 196, which are connected via a bus 191, and these.
  • the display device 197 may be connected via the bus 191, and the deflection angle-distance data after interpolation may be displayed on the display screen.
  • the ADC 108 and the optical system of the distance measuring device 1 are connected via a bus 191 and an input/output device 196.
  • the main storage device 193 is realized by a semiconductor memory such as SRAM, DRAM, and ROM. Programs for the processor 192 to perform various controls and calculations are stored in the main storage device 193 in advance.
  • the processor 192 and the main storage device 193 allow the signal processing device 109 including the distance measuring unit 110, the correction mirror distance measuring unit 111, the distance correcting unit 112, the time-angle converting unit 113, and the interpolating unit 114 shown in FIG. Each function of is realized. Further, the processor 192 and the main storage device 193 can set and control the optical system and the ADC 108.
  • the communication interface 194 is an interface circuit for communicating with various external electronic devices via the communication network NW.
  • the signal processing device 109 may send the deflection angle-distance data after interpolation, for example, to the outside via the communication interface 194.
  • the communication interface 194 for example, an interface and an antenna compatible with wireless data communication standards such as LTE, 3G, wireless LAN, and Bluetooth (registered trademark) are used.
  • the communication network NW includes, for example, a WAN (Wide Area Network), a LAN (Local Area Network), the Internet, a dedicated line, a wireless base station, a provider, and the like.
  • the auxiliary storage device 195 is composed of a readable/writable storage medium and a drive device for reading/writing various information such as programs and data from/to the storage medium.
  • the auxiliary storage device 195 can use a semiconductor memory such as a hard disk or a flash memory as a storage medium.
  • the auxiliary storage device 195 has a program storage area for storing a program for the signal processing device 109 to perform distance measurement processing, correction processing, conversion processing, and interpolation processing. Furthermore, the auxiliary storage device 195 may have, for example, a backup area for backing up the above-mentioned data and programs.
  • the input/output device 196 is configured by an I/O terminal that inputs a signal from an external device such as the display device 197 and outputs a signal to the external device.
  • the signal processing device 109 is not limited to being realized by one computer, but may be distributed by a plurality of computers connected to each other by the communication network NW.
  • the processor 192 may be realized by hardware such as FPGA (Field-Programmable Gate Array), LSI (Large Scale Integration), and ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • the light source 100 outputs periodic intensity-modulated light, for example, intensity-modulated light with a sine wave (step S1).
  • the light emitted from the light source 100 is divided by the coupler 101 into the reference light path side and the object light path side.
  • the light on the reference optical path side is received by the PDr 106, photoelectrically converted, and the first reference signal r1 is output.
  • the light on the object optical path side is deflected by the optical deflector 103 via the circulator 102, and the space around the object 104 is scanned with light with a scan cycle of T sw (step S2).
  • the object 104 and the correction mirror 105 are irradiated with the light, and the reflected light passes through the optical deflector 103 and the circulator 102. It is detected by the PDs 107 (step S3).
  • the correction mirror 105 can be installed at the position of the maximum deflection angle, for example. Further, the first angle signal ⁇ 1 indicating the deflection angle at which the optical deflector 103 deflects the light is input to the channel CH3 of the ADC 108.
  • the ADC 108 converts the analog signals input to the channels CH1, CH2, and CH3 into digital signals (step S4). More specifically, the analog first reference signal r1 is input to the channel CH1 of the ADC 108 and converted into the digital second reference signal r2. An analog first detection signal s1 based on the reflected light from the object 104 and the correction mirror 105 is input to the channel CH2 of the ADC 108 and converted into a digital second detection signal s2. The first angle signal ⁇ 1 is input to the channel CH3 of the ADC 108 and converted into the digital second angle signal ⁇ 2.
  • the distance measuring unit 110 obtains the time t n corresponding to the uncorrected distance signals L n and L n based on the second reference signal r2 and the second detection signal s2 (step S5). More specifically, the distance measuring unit 110 indicates the distance from the distance measuring device 1 to the object 104 at the time t n at each peak of the second reference signal r2 in FIG.
  • the signal L n is calculated ((d) of FIG. 2).
  • the correction mirror distance measuring unit 111 calculates a correction value L cor for correcting the distance signal L n calculated by the distance measuring unit 110 (step S6). Specifically, the correction mirror distance measuring unit 111, as shown in FIG. 2A, the second detection signal measured in the time zone T m to T me in which the light is reflected from the correction mirror 105. The correction value L cor is calculated based on s2. The correction mirror distance measuring unit 111 can use, for example, the average value of the distance (L n ) in the time zones T m to T me as the correction value L cor .
  • the distance correction unit 112 corrects the uncorrected distance signal L n calculated by the distance measuring unit 110 in step S5, using the correction value L cor calculated in step S6 (step S7). Specifically, the distance correction unit 112 calculates the corrected distance signal L n,cor at time t n from L n ⁇ L cor .
  • the time-angle conversion unit 113 converts the corrected distance signal L n,cor obtained in step S7, and the peak time of the second reference signal r2 obtained by the distance measuring unit 110, that is, the corrected distance signal L n,cor .
  • the deflection angle-distance data a in which the time t n corresponding to the distance signal L n,cor is replaced with the deflection angle ⁇ n is output (step S8). More specifically, the time-angle conversion unit 113 reads the conversion curve ⁇ ( ⁇ ) shown in (e) of FIG. 2 which is stored in advance in the auxiliary storage device 195 or the like, and the second angle at the time t n.
  • the interpolation unit 114 interpolates the peak-to-peak value of the second reference signal r2 based on the data a in which the deflection angle and the distance obtained in step S8 are associated with each other (step S9). After that, the interpolation unit 114 outputs the interpolated deflection angle-distance data b (step S10).
  • FIGS. 5 to 8 show the distances to the object 104 before and after the correction at a certain point of time processed by the signal processing device 109 according to the present embodiment.
  • 5 and 6 show the distance to the object 104 before the correction
  • FIGS. 7 and 8 show the distance to the object 104 after the correction.
  • FIGS. 5 and 7 are plots of measured values of the distance to the object 104 each time when the measurement is repeated 1000 times. 6 and 8 show the measured distance values as histograms.
  • the effect of eliminating the polarization in the distance value was obtained.
  • the standard deviation was 3.7656 [cm] before the correction, but became 0.8654 [cm] after the correction, which was about 23% before the correction. In this way, the accuracy of distance measurement could be improved by performing the correction process.
  • the distance before correction is around ⁇ 0.81 [m] to ⁇ 0.89 [m], whereas the distance after correction is seen around ⁇ 0.45 [m].
  • the distance L mirror of the correcting mirror 105 is located near ⁇ 0.36 [m] to ⁇ 0.44 [m].
  • the average value of 1000 values of the correction value L cor by the correction mirror 105 is 0.44749 [m].
  • 9A and 9B show the results of measuring the distance by the distance measuring device 1 according to the present embodiment while shifting the position of the object 104 from the starting point by 20 [cm] to 155 [cm]. The measurement was performed 100 times for each position where the object 104 was installed, and the average value and the standard deviation of the distances before and after the correction were obtained.
  • the standard deviation before correction shown in FIG. 9A was about 3.8 [cm], but the standard deviation after correction shown in FIG. 9B was reduced to about 1 [cm]. From this, it is understood that the accuracy of the distance measurement is improved by performing the correction processing by the signal processing device 109 according to the present embodiment.
  • the average value of the distance to the object 104 before correction shown in FIG. 9A and the average value of the distance after correction shown in FIG. 9B are close to each other. This is because the correction mirror 105 is arranged at a position where the optical path length difference between the coupler 101-PDr106 and the coupler 101-PDs107 starting from the coupler 101 described in FIG. Due to being
  • the correction value L cor is calculated based on the reflected light from the correcting mirror 105, and the distance signal L from the distance measuring device 1 to the object 104 is calculated. Correct n . Therefore, even if the timing difference (skew) between the channels of the ADC changes each time a signal is acquired, the distance to the object can be measured with high accuracy.
  • the distance measuring device 1 since the distance measuring device 1 according to the present embodiment interpolates the distance data between peaks of the reference signal, it is possible to measure the distance to the object with higher accuracy.
  • the time-angle conversion unit 113 converts the corrected distance signal L n,cor into the deflection angle-distance data a, and then the interpolation unit 114 performs interpolation processing.
  • the specific example to be performed has been described.
  • the interpolation processing may be executed before the conversion processing by the time-angle conversion unit 113.
  • the interpolation unit 114 performs interpolation between the peaks of the second reference signal r2 based on the corrected distance signal L n,cor , and then the time-angle conversion unit 113 converts the time into the deflection angle. It will be.
  • the time information required by the time-angle conversion unit 113 cannot use the peak time of the second reference signal r2 acquired by the distance measurement unit 110 as it is. This is because the number of distances obtained by the distance measuring unit 110 (equal to the number of times obtained by the distance measuring unit 110) is different from the number of distances output from the interpolation unit 114. Therefore, in the interpolating unit 114, the peak time of the second reference signal r2 acquired by the distance measuring unit 110 is used to calculate the time corresponding to the distance information obtained by the interpolation, and the time is used to calculate the time-angle converting unit. At 113, the time is converted into an angle.
  • the light output from the light source 100 is the light whose intensity is periodically modulated, such as a sine wave, and is not the wavelength-swept light.
  • the light source 100 may be a wavelength swept light source having a periodic intensity modulation function.
  • a passive optical element such as a transmission type or reflection type diffraction grating or a prism made of a material having a large refractive index dispersion is used for the optical deflector 103.
  • the light source 100 may be a wavelength swept light source having a periodic intensity modulation function, or a known spatial light modulator may be used for the light deflector 103.
  • the grating constant of the diffraction grating is deflected within a desired angle range according to the wavelength of the light of the light source 100, the maximum distance required to be measured, the size of the distance measuring device 1, and the like.
  • a material having a refractive index and its wavelength dispersion can be selected so that the prism is similarly deflected at a desired angle.
  • the first angle signal ⁇ 1 is configured to be linked to the wavelength of the light output from the light source 100.
  • the advantage of using the light source 100 as a wavelength swept light source having a periodic intensity modulation function and the optical deflector 103 as a passive optical element such as a diffraction grating or a prism requires that the optical deflector 103 has a part requiring mechanical operation. It will disappear. From this, for example, when the optical system included in the distance measuring device 1 is separated into the optical deflector 103 and the others, and the deflector is the probe, and the other is the main body, and the probe and the main body are connected by an optical fiber, Since it can be downsized, it can be installed in a narrow place, or a person can easily carry the probe unit for measurement. In addition, since the probe has no parts that operate mechanically, the resistance to vibration of the probe is high, so by separating the main body from the probe and retracting the main body to a place where vibration is slow, even in an environment with severe vibration Can measure accurately.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Distance measuring device, 100... Light source, 101... Coupler, 102... Circulator, 103... Optical deflector, 104... Object, 105... Correction mirror, 106... Photodetector PDr, 107... Photodetector PDs, 108... ADC, 109... Signal processing device, 110... Distance measuring unit, 111... Correction mirror distance measuring unit, 112... Distance correcting unit, 113... Time-angle converting unit, 114... Interpolating unit, 191... Bus, 192... Processor, 193... Main memory Device, 194... Communication interface, 195... Auxiliary storage device, 196... Input/output device, 197... Display device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

ＡＤＣのチャネル間のタイミング差が信号の取得ごとに変動する場合であっても、物体までの距離を高精度に測定することができる測距技術を提供することを目的とする。　測距装置１は、物体１０４側に配置された補正用ミラー１０５と、光源１００から出力された周期的に強度変調された光が物体１０４および補正用ミラー１０５でそれぞれ反射した反射光を検出するＰＤｓ１０７とを有する光学系と、反射光がＰＤｓ１０７で検出されるまでの時間に基づいて、物体１０４までの距離を示す距離信号Ｌｎを出力する測距部１１０と、補正用ミラー１０５までの距離を示す距離信号Ｌｃｏｒを出力する補正用ミラー測距部１１１と、距離信号Ｌｎを距離信号Ｌｃｏｒに基づいて補正して、物体１０４までの距離を示す距離信号Ｌｎ，ｃｏｒを出力する距離補正部１１２とを有する信号処理装置１０９とを備える。

Description

測距装置および測距方法
　本発明は、測距装置および測距方法に関し、特に、飛行時間方式の測距技術に関する。
　従来から、物体との距離を測定する技術としてＴＯＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ：飛行時間）方式が知られている。ＴＯＦ方式の測距処理では、レーザを発光させて、そのレーザ光が物体に反射して戻るまでの飛行時間を測定し、光速を乗じることで物体との距離を導出する（非特許文献１参照）。
　ＴＯＦ方式の測距技術の具体例として、非特許文献２は、地表を掘削することなく下水道管などの管路を構築する工事に用いる地下の掘削機の位置を、ＴＯＦ方式で計測する測距装置を開示している。
　また、非特許文献１および２に記載された技術では、時間を測定する基準となる参照信号と、測距対象の物体の表面を反射して戻ってきた光を光電変換した検出信号との２つの信号の時間差を測定する必要がある。例えば、２チャネルを持つアナログ－ディジタル変換器（ＡＤＣ）を用いてこれら２つの信号が取り込まれる。このとき、２つの信号の時間差がΔｔだとすると、物体までの距離の測定値Ｌは、ｃΔｔ／２と表される。ここで、ｃは光速である。
　このような従来の測距装置では、ＡＤＣのチャネル間のタイミング差（ｓｋｅｗ）が時間変動する場合に、正確な測距ができなくなるという問題があった。つまり、ＡＤＣのチャネル間の信号取得時間にずれ（ｓｋｅｗ）がある場合は、距離の測定値Ｌはそれに応じて変動する。例えば、参照信号に対して検出信号がＡＤＣのチャネル間スキューによってδｔだけ遅れた場合、物体までの距離の測定値Ｌ’はｃ（Δｔ＋δｔ）／２となり、ｃδｔ／２だけ異なる。
　この場合は、スキューδｔが固定値であれば、予めスキューδｔを測定しておき、距離の測定時に、参照信号と検出信号との時間差から、予め測定されたスキューδｔを引けば、正しい距離が得られる。しかし、スキューδｔが、信号の取得ごとに異なる場合は、信号の取得ごとに距離の測定値が異なることとなり、得られた距離の精度が悪くなるという問題がある。
大石航志、太田充彦、松原弘幸、「レーザレーダにおけるＦＰＧＡを用いた複数反射光に対する飛行時間測定」、電子情報通信学会、２０１８年　電子情報通信学会総合大会　エレクトロニクス講演論文集２、ｐ．３８、Ｃ－１２－３、２０１８年０３月６日発行 小平徹、八木生剛、藤浦和夫、森治郎、渡邊武士、「波長掃引技術を応用した光掃引方式位置計測システム」、光技術コンタクト、５５巻、８号、ｐｐ．１８－２７、２０１７年０８月２０日発行
　本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、ＡＤＣのチャネル間のタイミング差（ｓｋｅｗ）が信号の取得ごとに変動する場合であっても、物体までの距離を高精度に測定することができる測距装置および測距方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本発明に係る測距装置は、周期的に強度変調された光を出力する光源と、前記光源の光を２つに分岐する光スプリッタと、前記光スプリッタの一方から出力された前記光を偏向して測定対象の物体に向けて出射する光偏向器と、前記光偏向器からみて前記物体側に配置されたミラーと、前記光偏向器から出射された出射光が前記物体および前記ミラーでそれぞれ反射した第１反射光および第２反射光を検出するフォトディテクタとを有する光学系と、前記光スプリッタから前記光が出力されてから前記第１反射光が前記フォトディテクタで検出されるまでの時間に基づいて、前記物体までの距離を示す第１距離信号を出力する第１測距部と、前記光スプリッタから前記光が出力されてから前記第２反射光が前記フォトディテクタで検出されるまでの時間に基づいて、前記ミラーまでの距離を示す第２距離信号を出力する第２測距部と、前記第１距離信号を前記第２距離信号に基づいて補正して、前記物体までの距離を示す第３距離信号を出力する距離補正部とを有する信号処理装置とを備える。
　また、本発明に係る測距装置において、前記ミラーは、前記光偏向器と前記物体とを結んだ線上とは異なる位置に配置されていてもよい。
　また、本発明に係る測距装置において、前記距離補正部は、前記第１距離信号から前記第２距離信号を引いた値を含む情報を、前記物体までの距離を示す前記第３距離信号として出力してもよい。
　また、本発明に係る測距装置において、前記第１測距部は、求めた前記第１距離信号の各々に対応する時刻情報を取得し、前記信号処理装置は、前記第１測距部によって取得された前記時刻情報を前記光偏向器による偏向角度の情報に変換し、偏向角度と距離とが対応付けられた角度－距離信号を出力する時間－角度変換部を備えていてもよい。
　また、本発明に係る測距装置において、前記第１測距部は、前記光源の光強度のピーク時刻で、前記物体までの距離を示す前記第１距離信号を離散的に取得してもよい。
　また、本発明に係る測距装置において、前記第１測距部が取得した、離散的な前記物体までの距離を示す前記第１距離信号に基づいて、前記第３距離信号の補間を行う補間部を備えていてもよい。
　また、本発明に係る測距装置において、前記光源は、波長が時間と共に変化する波長掃引光源であり、前記光偏向器は、回折格子またはプリズムを含んでいてもよい。
　上述した課題を解決するために、本発明に係る測距方法は、周期的に強度変調された光を光源から出力する第１ステップと、前記光源の光を光スプリッタによって２つに分岐する第２ステップと、前記第２ステップで前記光スプリッタの一方から出力された前記光を光偏向器によって偏向して測定対象の物体に向けて出射する第３ステップと、前記第３ステップで前記光偏向器から出射された出射光が前記物体および前記光偏向器からみて前記物体側に配置されたミラーでそれぞれ反射した第１反射光および第２反射光をフォトディテクタで検出する第４ステップと、前記第２ステップで前記光スプリッタから前記光が出力されてから前記第１反射光が前記フォトディテクタで検出されるまでの時間に基づいて、前記物体までの距離を示す第１距離信号を出力する第５ステップと、前記第２ステップで前記光スプリッタから前記光が出力されてから前記第２反射光が前記フォトディテクタで検出されるまでの時間に基づいて、前記ミラーまでの距離を示す第２距離信号を出力する第６ステップと、前記第１距離信号を前記第２距離信号に基づいて補正して、前記物体までの距離を示す第３距離信号を出力する第７ステップとを備える。
　本発明によれば、光源からみて物体側に配置されたミラーまでの距離を示す第２距離信号用いて物体までの距離を示す第１距離信号を補正するので、ＡＤＣのチャネル間の時間差（ｓｋｅｗ）が信号の取得ごとに変動する場合であっても、物体までの距離を高精度に測定することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本実施の形態に係る測距装置の動作を説明するための図ある。 図３は、本実施の形態に係る信号処理装置を実現するコンピュータ構成の一例を示すブロック図である。 図４は、本実施の形態に係る測距方法を説明するフローチャートである。 図５は、本実施の形態に係る補正前の距離信号を説明する図である。 図６は、本実施の形態に係る補正前の距離信号を説明する図である。 図７は、本実施の形態に係る補正後の距離信号を説明する図である。 図８は、本実施の形態に係る補正後の距離信号を説明する図である。 図９Ａは、本実施の形態に係る測距装置の効果を説明するための図である。 図９Ｂは、本実施の形態に係る測距装置の効果を説明するための図である。
　以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図９Ｂを参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明の実施の形態に係る測距装置１の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る測距装置１は、図１に示すように、ＴＯＦ方式により、測距装置１から物体１０４までの距離を測定する。より詳細には、測距装置１は、光源１００から光が出射されてから、測距対象の物体１０４の表面を反射した反射光が受光されるまでの飛行時間を測定し、測距装置１から物体１０４までの距離を求める。
　図１に示すように、測距装置１は、光源１００、カプラ１０１、サーキュレータ１０２、光偏向器１０３、補正用ミラー（ミラー）１０５、フォトディテクタ（以下、「ＰＤｒ」という。）１０６、フォトディテクタ（以下、「ＰＤｓ」という。）１０７、アナログ－ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０８、および信号処理装置１０９を備える。カプラ１０１は光を分岐（スプリット）する光分岐器（スプリッタ）として使用するものである。
　光源１００、カプラ１０１、サーキュレータ１０２、光偏向器１０３、補正用ミラー１０５、ＰＤｒ１０６、およびＰＤｓ１０７は、測距装置１が備える光学系を構成する。
　光源１００は、周期的に強度変調された光を物体１０４に向けて出射する。具体的には、光源１００は、正弦波やパルス信号などの周期的に強度変調された光を発生させる。光源１００から出射される光は後述の光偏向器１０３に入射される。
　カプラ１０１は、光源１００から出射された光を参照光路と物体光路とに分ける。カプラ１０１によって分けられた光の一方は、参照光路上のＰＤｒ１０６に入力され、他方の光は物体光路上のサーキュレータ１０２および光偏向器１０３を介して物体１０４および補正用ミラー１０５に照射される。
　ＰＤｒ１０６は、光源１００から出力された光を検出し、アナログ信号である第１参照信号ｒ１に変換する。得られた第１参照信号ｒ１は、ＡＤＣ１０８のチャネル１（ＣＨ１）に入力される。
　サーキュレータ１０２は、光路上で互いに反対方向に進む光を分離する。より詳細には、サーキュレータ１０２は、カプラ１０１から出射され物体１０４および補正用ミラー１０５に照射される光と、物体１０４および補正用ミラー１０５を反射して戻ってきた光とを分離する。
　光偏向器１０３は、光源１００から入射される光の光軸を偏向して出射する。より詳細には、光偏向器１０３は、光源１００から出射され、カプラ１０１およびサーキュレータ１０２を介して入射される光を偏向して出射する。以下、光偏向器１０３が入射される光の光軸を変化させて出射することを「光を偏向する」ということとする。
　光偏向器１０３は、予め設定された偏向角度の範囲で光源１００からの光を偏向する。光偏向器１０３としては、例えば、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、ＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム）結晶を用いた偏向器を用いることができる。光偏向器１０３による偏向角度は、ミラーの設計や光偏向器１０３が備える図示されない駆動装置による制御により所望の偏向角度の範囲となるように設定することができる。
　光偏向器１０３は、光源１００からの光を偏向して出射することによって、物体１０４および補正用ミラー１０５ならびのその周辺の空間をスキャン（空間的に掃引、つまり、偏向）して、測距対象の物体１０４の表面および補正用ミラー１０５で反射させる。光偏向器１０３が、光源１００からの光を設定された偏向角度の範囲内で出射した光でスキャンする毎に、物体１０４からの反射光（第１反射光）および補正用ミラー１０５からの反射光（第２反射光）のそれぞれが後述のＰＤｓ１０７で検出される。
　補正用ミラー１０５は、図１に示すように、光偏向器１０３からみて物体１０４側に配置される。具体的には、補正用ミラー１０５は、物体１０４と光偏向器１０３とを結ぶ線上とは異なる位置に配置される。例えば、補正用ミラー１０５は、光偏向器１０３の偏向する範囲の端付近に設置することができる。より好適には、補正用ミラー１０５を、光偏向器１０３の偏向する範囲の端の位置に配置することで、偏向する範囲の大部分を物体１０４の測定用に利用することができる。
　ＰＤｓ１０７は、物体１０４や補正用ミラー１０５からの反射光をサーキュレータ１０２を介して検出し、アナログ信号の第１検出信号ｓ１に変換する。得られた第１検出信号ｓ１は、ＡＤＣ１０８のチャネル２（ＣＨ２）に入力される。
　ＡＤＣ１０８は、３つのチャネルを備え、アナログの入力信号をディジタル信号に変換して出力する。ＡＤＣ１０８がチャネルごとに変換して出力するディジタル信号は、信号処理装置１０９に入力される。チャネルＣＨ１に入力されたアナログの第１参照信号ｒ１は、ディジタルの第２参照信号ｒ２に変換され、後述の測距部１１０に入力される。チャネルＣＨ２に入力された第１検出信号ｓ１についても、ディジタルの第２検出信号ｓ２に変換され、測距部１１０に入力される。また、チャネルＣＨ３には、光偏向器１０３の偏向角度を示すアナログ信号である第１角度信号θ１が入力され、ディジタルの第２角度信号θ２に変換されて、後述の時間－角度変換部１１３に入力される。
　図２の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、ＡＤＣ１０８の各チャネルから出力されるディジタル信号の波形の一例を示している。なお、図２では、光源１００から出力される光は、正弦波で強度変調されている場合を示している。図２の（ａ）は、ＡＤＣ１０８でディジタル化した第２検出信号ｓ２（ＣＨ２）の強度と時間との関係を示している。図２の（ｂ）は、ＡＤＣ１０８でディジタル化した第２参照信号ｒ２（ＣＨ１）の強度と時間との関係を示している。光偏向器１０３が出射光を偏向してスキャンする周期は、図２に示すように、Ｔｓｗと表している。
　図２の（ｃ）は、ＡＤＣ１０８でディジタル化した第２角度信号θ２（ＣＨ３）の強度と時間との関係を示している。第２角度信号θ２は偏向角に対応している。光偏向器１０３によるスキャンの周期（時刻０からＴｓｗ）に応じて、偏向角の角度が変化している。
　図２の（ｃ）では、説明の簡単のため、時刻Ｔｓｗ後に即座に時刻０の偏向角に戻ることを想定したものとなっている。しかし、現実にそのような偏向を行うことは難しいことが多いため、時刻Ｔｓｗ後は時刻０～Ｔｓｗの偏向角の推移を逆に辿るように偏向角を変化させ、時刻２Ｔｓｗに偏向角が時刻０と同じとなるような偏向角の推移とすることが考えられる。この場合の周期は２Ｔｓｗとなる。また、このような場合、図２の（ｃ）は、時刻Ｔｓｗを中心とした対称形となる。あるいは、即座ではなく、ある一定の時間ＴＢで偏向角を図２の（ｃ）に示される時刻０の角度まで戻す機構とする場合もある。この場合は、周期はＴｓｗ＋ＴＢとなる。
　図１に示すように、信号処理装置１０９は、ＡＤＣ１０８からのディジタル信号を入力信号として、偏向角ごとの測距装置１から物体１０４までの距離を算出する。具体的には、カプラ１０１を起点とした物体１０４までの距離や、光偏向器１０３から物体１０４までの距離（より正確には、光路長）を求めることができる。
　信号処理装置１０９は、測距部（第１測距部）１１０、補正用ミラー測距部（第２測距部）１１１、距離補正部１１２、時間－角度変換部１１３、および補間部１１４を備える。
　測距部１１０は、ＡＤＣ１０８から出力される第２参照信号ｒ２および第２検出信号ｓ２に基づいて、第２参照信号ｒ２のピークの時刻を取得すると共に、その時刻における測距装置１から物体１０４までの距離を測距する。光偏向器１０３によって、１次元的に光が偏向する角度の範囲で測距する場合には、より細かい角度ごとに測距することが考えられる。本実施の形態では、第２参照信号ｒ２のピークごとに測距を行うこととし、ピーク間の距離が必要な場合には、後述の補間部１１４にて、ピーク位置の距離を使って補間して測距装置１から物体１０４までのより詳細な距離を求める。
　第２参照信号ｒ２のピーク数については、光源１００の光変調の周期をＴｍとし、光偏向器１０３のスキャンの周期を前述したようにＴｓｗとすると、ピーク数は約Ｎｐ＝Ｔｓｗ／Ｔｍと表される。光偏向器１０３の偏向し始めの時刻を０とし、時刻０の方から数えてｎ個目のピークの時刻をｔｎとする。図２の波形に共通に示す破線に対応する位置が、第２参照信号ｒ２のｎ個目のピークの時刻ｔｎである。この時刻ｔｎから±Ｔｍ／２の範囲にある第２検出信号ｓ２のピーク時刻との差がΔｔｎであったとき（図２の（ａ））、測距部１１０は、時刻ｔｎで測定されるカプラ１０１から物体１０４までの距離ＬｎをｃΔｔｎ／２と計算する。ただし、ｃは光速である。
　以下、時刻ｔｎに対応する距離のデータを、特に、補正前の距離信号（第１距離信号）Ｌｎと呼ぶ。このように、測距部１１０は、光偏向器１０３が光をスキャンする周期ごとに、物体１０４からの反射光および補正用ミラー１０５からの反射光両方に基づいて測距を行う。図２の（ｄ）は、測距部１１０によって求められた補正前の距離信号Ｌｎを示している。
　ここで、図２において、一点鎖線で示した横軸の範囲は、補正用ミラー１０５の反射光がＰＤｓ１０７で検出される時間範囲を示している。なお、補正用ミラー１０５の反射光が、光偏向器１０３が光をスキャンする周期中（時刻０～Ｔｓｗ）のどこに存在するかについては、事前に求めておく。本実施の形態では、図２に示すように、補正用ミラー１０５からの反射光の第２検出信号ｓ２が、時刻Ｔｍｓ～Ｔｍｅの間にあることが事前にわかっている。特に、図２では、時刻Ｔｍｅがスキャン周期の時刻Ｔｓｗと一致する場合について示している。このような構成を採用することで、本来測距したい時間の範囲が時刻０～Ｔｍｓの連続領域となる利点がある。
　なお、本実施の形態ではＴｍｅ－Ｔｍｓ＞Ｔｍであることが少なくとも必要である。これは、時刻Ｔｍｓ～Ｔｍｅの間に第２検出信号ｓ２のピークと、第２参照信号ｒ２のピークがそれぞれ１つ以上無ければ、補正用ミラー１０５までの距離を測距できないからである。図３の（ｃ）ではＴｍｅ－Ｔｍｓ≒Ｔｍの場合が示されている。さらにＴｍｅ－Ｔｍｓ≧３Ｔｍであると、補正用ミラー１０５の位置が正確に測定できるので、より望ましい。
　Ｔｍｅ－Ｔｍｓ≧３Ｔｍの場合、補正用ミラー１０５からの反射光から得られる第２検出信号ｓ２のピークは３個となるが、３個の内の端に位置するピークは、ビームの一部が補正用ミラー１０５から返ってこない（ビームの一部が補正用ミラー１０５から外れる）影響を受けて強度が減少する。それに対して、３個のうちの真ん中のピークは、ビームの一部が補正用ミラー１０５から外れる影響を受けにくく、周期Ｔｍでピークがある信号にあたかも単峰性の窓関数をかけた信号形状となる。このような場合、窓関数のピーク付近などの傾きが０に近い部分のピークの位置は、窓関数をかける前のピーク位置とほぼ変わらないが、窓関数の傾きが大きな所にあるピーク程、ピーク位置が元の位置から変化する。
　したがって、ピークが３個ある場合は、ピーク位置ずれの影響の少ない真ん中のピークを使用することによって、補正用ミラー１０５の位置を、Ｔｍｅ－Ｔｍｓ＜３Ｔｍの場合よりも正確に測定できる。Ｔｍに対してＴｍｅ－Ｔｍｓが大きいほど、ピークの位置ずれの影響は少なくなるので、補正用ミラー１０５の位置はより正確性を増す。
　補正用ミラー測距部１１１は、カプラ１０１から光が出射されてから、補正用ミラー１０５を反射した反射光がＰＤｓ１０７で受光されるまでの時間に基づいて求められる補正用ミラー１０５までの距離を示す距離信号（第２距離信号）を補正値として出力する。より詳細には、補正用ミラー測距部１１１は、測距部１１０で求められた補正前の距離信号Ｌｎのうち、図２の（ａ）において補正用ミラー１０５から反射される時間帯Ｔｍｓ～Ｔｍｅで測定された第２検出信号ｓ２に基づいて、距離補正部１１２が使用する補正値Ｌｃｏｒを求める。
　補正用ミラー測距部１１１は、例えば、時間帯Ｔｍｓ～Ｔｍｅでの補正前の距離信号Ｌｎの平均値を補正値Ｌｃｏｒとしてもよい。あるいは、補正用ミラー測距部１１１は、時間帯Ｔｍｓ～Ｔｍｅの中心時刻（Ｔｍｓ～Ｔｍｅ）／２での補正前の距離信号Ｌｎの値を補正値Ｌｃｏｒとして用いてもよい。
　あるいは、補正用ミラー測距部１１１は、補正前の距離信号Ｌｎについて強度減少が生じていない時間帯において取得し、その時間帯での補正前の距離信号Ｌｎの平均値を補正値Ｌｃｏｒとしてもよい。強度変調を生じていない時間帯を取得する方法としては、予め時間帯を選んでおいても良いし、時間帯Ｔｍｓ～Ｔｍｅ内のピーク値を得てから、そのピーク値の一定割合（たとえば９０％等）以上の範囲のピークが存在する時間帯としてもよい。
　距離補正部１１２は、測距部１１０が求めた補正前の距離信号Ｌｎを、補正値Ｌｃｏｒに基づいて補正し、補正後の距離信号（第３距離信号）Ｌｎ，ｃｏｒを出力する。具体的には、距離補正部１１２は、補正前の距離信号Ｌｎから補正値Ｌｃｏｒを引き算した結果を補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒとして出力する。例えば、時刻ｔｎでの補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒは、Ｌｎ－Ｌｃｏｒによって算出される。このような計算によって得られる距離は、補正用ミラー１０５を距離の基準（０ｍ）とした距離となる。
　別の例を挙げると、距離補正部１１２は、補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒをＬｎ－Ｌｃｏｒ＋Ｌｍｉｒｒｏｒとしてもよい。Ｌｍｉｒｒｏｒは、補正用ミラー１０５の距離として事前に精密に求めてある距離である。補正用ミラー１０５の距離Ｌｍｉｒｒｏｒについては、例えば、予め多くの補正値Ｌｃｏｒを求めておき、その平均値を補正用ミラー１０５の距離Ｌｍｉｒｒｏｒとして用いてもよい。
　このような計算による物体１０４までの距離は、図１に示すように、カプラ１０１を起点として、カプラ１０１－ＰＤｒ１０６と、カプラ１０１－ＰＤｓ１０７との光路長差に対する距離となる。補正用ミラー１０５の距離Ｌｍｉｒｒｏｒが０ｍとなる位置に補正用ミラー１０５を配置すれば、補正値Ｌｃｏｒは０ｍを中心とした分布を持つので、Ｌｎ－Ｌｃｏｒを計算することで、Ｌｎ－Ｌｃｏｒ＋Ｌｍｉｒｒｏｒと同じ値が得られる。
　また、光偏向器１０３と補正用ミラー１０５間の距離Ｌｄｅｆｌｅｃｔｏｒ，ｍｉｒｒｏｒを予め測定しておくなどして事前にわかっていれば、光偏向器１０３から物体１０４までの距離は、Ｌｎ－Ｌｃｏｒ＋Ｌｄｅｆｌｅｃｔｏｒ，ｍｉｒｒｏｒによって求めることができる。
　時間－角度変換部１１３は、測距部１１０にて取得した第２参照信号ｒ２のピークが出現する時刻、つまり、補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒに対応する時刻を偏向角に置き換える。例えば、時刻ｔｎでの第２角度信号θ２の強度がξｎであるとする。時間－角度変換部１１３は、第２角度信号θ２の強度ξｎを、予め求められている、図２の（ｅ）に示す変換曲線θ（ξ）に代入することにより、強度ξｎに対応する偏向角θｎ＝θ（ξｎ）を得る。そして、時間－角度変換部１１３は、偏向角θｎと補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒとの対応付けを行った偏向角－距離データ（角度－距離信号）ａを出力する。図２の（ｅ）に示す変換曲線は、第２角度信号θ２の強度と偏向角の角度との関係を示している。
　時間－角度変換部１１３は、第２参照信号ｒ２に含まれる全てのピークの時刻における偏向角を求めて、各偏向角に対応する補正後の距離のデータを出力する。
　補間部１１４は、第２参照信号ｒ２のピーク間に含まれる偏向角度（時刻）における偏向角と補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒとが対応付けられた偏向角－距離データを補間により求める。補間部１１４は、第２参照信号ｒ２のピークとピークとの間に含まれる、より詳細な偏向角（時刻）に対する距離のデータを補間後の偏向角－距離データｂとして出力する。このように、補間部１１４を設けることにより、時間的（角度的）により密な距離を示すデータを求めることができる。
　［信号処理装置のハードウェア構成］
　次に、上述した機能を有する信号処理装置１０９のハードウェア構成の一例について図３を参照して説明する。
　図３に示すように、信号処理装置１０９は、例えば、バス１９１を介して接続されるプロセッサ１９２、主記憶装置１９３、通信インターフェース１９４、補助記憶装置１９５、入出力装置１９６を備えるコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。信号処理装置１０９は、例えば、表示装置１９７がバス１９１を介して接続され、表示画面に補間後の偏向角－距離データなどを表示してもよい。また、ＡＤＣ１０８や測距装置１の光学系が、バス１９１や入出力装置１９６を介して接続されている。
　主記憶装置１９３は、例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、およびＲＯＭなどの半導体メモリによって実現される。主記憶装置１９３には、プロセッサ１９２が各種制御や演算を行うためのプログラムが予め格納されている。プロセッサ１９２と主記憶装置１９３とによって、図１に示した測距部１１０、補正用ミラー測距部１１１、距離補正部１１２、時間－角度変換部１１３、および補間部１１４を含む信号処理装置１０９の各機能が実現される。また、プロセッサ１９２と主記憶装置１９３とによって、光学系やＡＤＣ１０８の設定や制御を行うことができる。
　通信インターフェース１９４は、通信ネットワークＮＷを介して各種外部電子機器との通信を行うためのインターフェース回路である。信号処理装置１０９は、通信インターフェース１９４を介して、例えば外部に補間後の偏向角－距離データなどを送出してもよい。
　通信インターフェース１９４としては、例えば、ＬＴＥ、３Ｇ、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線データ通信規格に対応したインターフェースおよびアンテナが用いられる。通信ネットワークＮＷは、例えば、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット、専用回線、無線基地局、プロバイダなどを含む。
　補助記憶装置１９５は、読み書き可能な記憶媒体と、その記憶媒体に対してプログラムやデータなどの各種情報を読み書きするための駆動装置とで構成されている。補助記憶装置１９５には、記憶媒体としてハードディスクやフラッシュメモリなどの半導体メモリを使用することができる。
　補助記憶装置１９５は、信号処理装置１０９が測距処理、補正処理、変換処理、および補間処理を行うためのプログラムを格納するプログラム格納領域を有する。さらには、補助記憶装置１９５は、例えば、上述したデータやプログラムやなどをバックアップするためのバックアップ領域などを有していてもよい。
　補助記憶装置１９５は、補正用ミラー測距部１１１が用いる補正用ミラー１０５からの反射光をＰＤｓ１０７が受光する時間範囲Ｔｍｓ～Ｔｍｅに関する情報を記憶している。また、補助記憶装置１９５は、時間－角度変換部１１３が変換処理に用いる変換曲線を記憶している。
　入出力装置１９６は、表示装置１９７など外部機器からの信号を入力したり、外部機器へ信号を出力したりするＩ／Ｏ端子により構成される。
　なお、信号処理装置１０９は、１つのコンピュータによって実現される場合だけでなく、互いに通信ネットワークＮＷで接続された複数のコンピュータによって分散されていてもよい。また、プロセッサ１９２は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアによって実現されていてもよい。
　［測距装置の動作］
　次に、本実施の形態に係る測距装置１の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。
　まず、光源１００から、周期的な強度変調された光、例えば、正弦波で強度変調された光を出力する（ステップＳ１）。光源１００から出射された光は、カプラ１０１によって参照光路側と物体光路側とに分けられる。参照光路側の光は、ＰＤｒ１０６で受光され、光電変換されて第１参照信号ｒ１が出力される。一方、物体光路側の光は、サーキュレータ１０２を介して、光偏向器１０３によって偏向され、物体１０４の周辺の空間がスキャン周期をＴｓｗとして、光でスキャンされる（ステップＳ２）。
　次に、光偏向器１０３によって偏向された光が空間内を１回スキャンすると、物体１０４および補正用ミラー１０５のそれぞれに光が照射され、反射光が光偏向器１０３およびサーキュレータ１０２を介して、ＰＤｓ１０７で検出される（ステップＳ３）。なお、補正用ミラー１０５は、例えば、最大偏向角の位置に設置することができる。また、光偏向器１０３が光を偏向する偏向角度を示す第１角度信号θ１は、ＡＤＣ１０８のチャネルＣＨ３に入力される。
　その後、ＡＤＣ１０８は、チャネルＣＨ１、ＣＨ２、およびＣＨ３に入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する（ステップＳ４）。より詳細には、ＡＤＣ１０８のチャネルＣＨ１には、アナログの第１参照信号ｒ１が入力され、ディジタルの第２参照信号ｒ２に変換される。ＡＤＣ１０８のチャネルＣＨ２には、物体１０４および補正用ミラー１０５からの反射光に基づくアナログの第１検出信号ｓ１が入力され、ディジタルの第２検出信号ｓ２に変換される。また、ＡＤＣ１０８のチャネルＣＨ３には第１角度信号θ１が入力され、ディジタルの第２角度信号θ２に変換される。
　次に、信号処理装置１０９において、測距部１１０は、第２参照信号ｒ２および第２検出信号ｓ２に基づいて、補正前の距離信号ＬｎとＬｎに対応する時刻ｔｎを求める（ステップＳ５）。より詳細には、測距部１１０は、図２の（ｂ）における第２参照信号ｒ２の各ピーク時の時刻ｔｎでの測距装置１から物体１０４までの距離を示す、補正前の距離信号Ｌｎを算出する（図２の（ｄ））。
　次に、補正用ミラー測距部１１１は、測距部１１０によって求められた距離信号Ｌｎを補正するための補正値Ｌｃｏｒを求める（ステップＳ６）。具体的には、補正用ミラー測距部１１１は、図２の（ａ）に示すように、補正用ミラー１０５から光が反射される時間帯Ｔｍ～Ｔｍｅで測定された第２検出信号ｓ２に基づいて、補正値Ｌｃｏｒを算出する。補正用ミラー測距部１１１は、例えば、時間帯Ｔｍ～Ｔｍｅでの距離（Ｌｎ）の平均値を補正値Ｌｃｏｒとして用いることができる。
　次に、距離補正部１１２は、ステップＳ６で求められた補正値Ｌｃｏｒを用いて、測距部１１０がステップＳ５で求めた補正前の距離信号Ｌｎを補正する（ステップＳ７）。具体的には、距離補正部１１２は、Ｌｎ－Ｌｃｏｒによって、時刻ｔｎでの補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒを算出する。
　その後、時間－角度変換部１１３は、ステップＳ７で求められた補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒを変換し、測距部１１０で求めた第２参照信号ｒ２のピーク時刻、つまり、補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒに対応する時刻ｔｎを偏向角θｎに置き換えた偏向角－距離データａを出力する（ステップＳ８）。より詳細には、時間－角度変換部１１３は、予め補助記憶装置１９５などに記憶されている図２の（ｅ）に示す変換曲線θ（ξ）を読み出して、時刻ｔｎでの第２角度信号θ２の強度ξｎを変換曲線θ（ξ）に代入し時刻ｔｎを偏向角θｎ＝θ（ξｎ）に変換する。さらに、時間－角度変換部１１３は、偏向角θｎと補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒが対応付けられた偏向角－距離データａを求める。
　次に、補間部１１４は、ステップＳ８で求められた偏向角と距離とが対応付けられたデータａに基づいて、第２参照信号ｒ２のピーク間の値を補間する（ステップＳ９）。その後、補間部１１４は、補間した偏向角－距離データｂを出力する（ステップＳ１０）。
　次に、本実施の形態に係る信号処理装置１０９によって処理された、ある１点の時刻における補正前および補正後の物体１０４までの距離を図５から図８に示す。
　図５および図６は、補正前の物体１０４までの距離を示しており、図７および図８は、補正後の物体１０４までの距離を示している。また、図５および図７は、１０００回測定を繰り返した場合の各回の物体１０４までの距離の測定値のプロットである。図６および図８は、距離の測定値をヒストグラムで示している。
　図５から図８に示す測定例では、ＡＤＣ１０８の第１検出信号ｓ１を入力したチャネルＣＨ２と第１参照信号ｒ１を入力したチャネルＣＨ１のスキューの時間変動が２極化しており、その差は、約０．５［ｎｓ］であった。そのため、図５および図６に示すように、補正前と補正後の距離の差は、約７．５［ｃｍ］（＝３×１０８×０．５×１０－９／２［ｍ］）であった。
　本実施の形態に係る信号処理装置１０９による補正処理を行うことによって、図７および図８に示すように、距離の値における２極化がなくなる効果が得られた。なお、標準偏差については、補正前では３．７６５６［ｃｍ］であったものが、補正後は０．８６５４［ｃｍ］となり、補正前の２３％程度まで小さくなった。このように、補正処理を行うことで距離の測定精度を改善することができた。
　また、図５において補正前の距離が－０．８１［ｍ］～－０．８９［ｍ］付近であるのに対し、補正後の距離が－０．４５［ｍ］付近にみられるのは、補正用ミラー１０５の距離Ｌｍｉｒｒｏｒが－０．３６［ｍ］～－０．４４［ｍ］付近に位置することによる。補正用ミラー１０５による補正値Ｌｃｏｒの１０００個の値の平均値は０．４４７４９［ｍ］である。
　この平均値をＬｍｉｒｒｏｒとして、補正後の距離信号をＬｎ－Ｌｃｏｒ＋Ｌｍｉｒｒｏｒを用いて計算すると、図１で説明したカプラ１０１を起点としてカプラ１０１－ＰＤｒ１０６と、カプラ１０１－ＰＤｓ１０７との光路長差に対する物体１０４の距離を計算することができる。
　図９Ａおよび図９Ｂは、本実施の形態に係る測距装置１によって物体１０４の位置を起点から２０［ｃｍ］～１５５［ｃｍ］までずらしながら、距離を測定した結果である。物体１０４が設置された位置ごとに１００回の測定を行い、補正前および補正後の距離の平均値と標準偏差をそれぞれ求めた。
　図９Ａに示す補正前の標準偏差は、３．８［ｃｍ］程度であったが、図９Ｂに示す補正後の標準偏差は１［ｃｍ］程度まで小さくなっている。このことから、本実施の形態に係る信号処理装置１０９による補正処理を行うことによって、距離測定の精度が向上していることがわかる。
　図９Ａに示す補正前の物体１０４までの距離の平均値と、図９Ｂに示す補正後の距離の平均値とは互いに近い値となっている。これは、図１で説明したカプラ１０１を起点とした、カプラ１０１－ＰＤｒ１０６と、カプラ１０１－ＰＤｓ１０７との光路長差がほぼ等しい、すなわち、ほぼ０ｍとなる位置に補正用ミラー１０５が配置されていることに起因する。
　以上説明したように、本実施の形態に係る測距装置１によれば、補正用ミラー１０５からの反射光に基づいて補正値Ｌｃｏｒを求め、測距装置１から物体１０４までの距離信号Ｌｎを補正する。そのため、ＡＤＣのチャネル間のタイミング差（ｓｋｅｗ）が信号の取得ごとに変動する場合であっても、物体までの距離を高精度に測定することができる。
　また、本実施の形態に係る測距装置１は、参照信号のピーク間の距離データを補間するので、物体までの距離をより高精度に測定することができる。
　以上、本発明の測距装置および測距方法における実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。
　例えば、説明した実施の形態では、信号処理装置１０９において、時間－角度変換部１１３が補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒを偏向角－距離データａに変換した後に、補間部１１４が補間処理を行う具体例を説明した。しかし、補間処理は時間－角度変換部１１３による変換処理の前に実行してもよい。この場合、補間部１１４は、補正後の距離信号Ｌｎ，ｃｏｒに基づいて第２参照信号ｒ２のピーク間の補間を行い、その後、時間－角度変換部１１３が、時刻を偏向角に変換することになる。
　補間処理を時間－角度変換処理の前に行う場合は、時間－角度変換部１１３で必要となる時刻情報は、測距部１１０で取得した第２参照信号ｒ２のピーク時刻をそのまま使用できない。なぜなら、測距部１１０で得られた距離の数（測距部１１０で得られた時刻の数と等しい）は補間部１１４から出力される距離の数と異なるからである。そこで、補間部１１４において、測距部１１０で取得した第２参照信号ｒ２のピーク時刻を用いて、補間で得た距離情報に対応する時刻を算出し、その時刻を用いて時間－角度変換部１１３にて時刻を角度に変換する。
　これまで説明した実施の形態では、光源１００から出力される光は、正弦波など周期的に強度変調された光であり、波長掃引された光ではない場合について説明した。しかし、光源１００は、周期的な強度変調機能を備えた波長掃引光源であってもよい。この場合、光偏向器１０３には、透過型や反射型の回折格子や屈折率分散の大きい材料からなるプリズムなどの受動光学素子が用いられる。また、光源１００は、周期的な強度変調機能を備えた波長掃引光源であっても、公知の空間光変調器を光偏向器１０３に用いてもよい。
　この場合、回折格子の格子定数などは、光源１００の光の波長や、測定が要求される最大距離、および測距装置１の大きさなどに応じて、所望の角度の範囲で偏向するように設計することができる。また、プリズムの屈折率やその波長分散についても、同様に所望の角度で偏向するように、屈折率やその波長分散を持つ材料を選ぶことができる。また、光源１００として周期的な強度変調機能を備えた波長掃引光源を用いる場合、第１角度信号θ１は、光源１００から出力される光の波長に連動する構成となる。
　光源１００を周期的な強度変調機能を備えた波長掃引光源として、光偏向器１０３を回折格子やプリズム等の受動光学素子とする利点は、光偏向器１０３に機械動作を必要とする部品が必要なくなることである。このことから、たとえば、測距装置１が備える光学系を光偏向器１０３とそれ以外に分離して、偏向器をプローブ、それ以外を本体として、プローブと本体を光ファイバで接続した場合、プローブを小型化できるので、狭い場所等にも設置したり、あるいは、人が簡単にプローブ部を持ち運ぶなどして、測定ができる。また、プローブには機械動作をする部品がないため、プローブの振動に対する耐性が高くなるので、本体とプローブを離して、本体を振動の緩慢な場所に退避することにより、振動の激しい環境においても正確に測定ができる。
　１…測距装置、１００…光源、１０１…カプラ、１０２…サーキュレータ、１０３…光偏向器、１０４…物体、１０５…補正用ミラー、１０６…フォトディテクタＰＤｒ、１０７…フォトディテクタＰＤｓ、１０８…ＡＤＣ、１０９…信号処理装置、１１０…測距部、１１１…補正用ミラー測距部、１１２…距離補正部、１１３…時間－角度変換部、１１４…補間部、１９１…バス、１９２…プロセッサ、１９３…主記憶装置、１９４…通信インターフェース、１９５…補助記憶装置、１９６…入出力装置、１９７…表示装置。

Claims (8)

  1. 　周期的に強度変調された光を出力する光源と、
    　前記光源の光を２つに分岐する光スプリッタと、
    　前記光スプリッタの一方から出力された前記光を偏向して測定対象の物体に向けて出射する光偏向器と、
    　前記光偏向器からみて前記物体側に配置されたミラーと、
    　前記光偏向器から出射された出射光が前記物体および前記ミラーでそれぞれ反射した第１反射光および第２反射光を検出するフォトディテクタと
    　を有する光学系と、
    　前記光スプリッタから前記光が出力されてから前記第１反射光が前記フォトディテクタで検出されるまでの時間に基づいて、前記物体までの距離を示す第１距離信号を出力する第１測距部と、
    　前記光スプリッタから前記光が出力されてから前記第２反射光が前記フォトディテクタで検出されるまでの時間に基づいて、前記ミラーまでの距離を示す第２距離信号を出力する第２測距部と、
    　前記第１距離信号を前記第２距離信号に基づいて補正して、前記物体までの距離を示す第３距離信号を出力する距離補正部と
    　を有する信号処理装置と
    　を備える測距装置。
  2. 　請求項１に記載の測距装置において、
    　前記ミラーは、前記光偏向器と前記物体とを結んだ線上とは異なる位置に配置されることを特徴とする測距装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の測距装置において、
    　前記距離補正部は、前記第１距離信号から前記第２距離信号を引いた値を含む情報を、前記物体までの距離を示す前記第３距離信号として出力することを特徴とする測距装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の測距装置において、
    　前記第１測距部は、求めた前記第１距離信号の各々に対応する時刻情報を取得し、
    　前記信号処理装置は、
    　前記第１測距部によって取得された前記時刻情報を前記光偏向器による偏向角度の情報に変換し、偏向角度と距離とが対応付けられた角度－距離信号を出力する時間－角度変換部を備える
    　ことを特徴とする測距装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の測距装置において、
    　前記第１測距部は、前記光源の光強度のピーク時刻で、前記物体までの距離を示す前記第１距離信号を離散的に取得することを特徴とする測距装置。
  6. 　請求項５に記載の測距装置において、
    　前記信号処理装置は、
    　前記第１測距部が取得した、離散的な前記物体までの距離を示す前記第１距離信号に基づいて、前記第３距離信号の補間を行う補間部を備えることを特徴とする測距装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の測距装置において、
    　前記光源は、波長が時間と共に変化する波長掃引光源であり、
    　前記光偏向器は、回折格子またはプリズムを含む
    　ことを特徴とする測距装置。
  8. 　周期的に強度変調された光を光源から出力する第１ステップと、
    　前記光源の光を光スプリッタによって２つに分岐する第２ステップと、
    　前記第２ステップで前記光スプリッタの一方から出力された前記光を光偏向器によって偏向して測定対象の物体に向けて出射する第３ステップと、
    　前記第３ステップで前記光偏向器から出射された出射光が前記物体および前記光偏向器からみて前記物体側に配置されたミラーでそれぞれ反射した第１反射光および第２反射光をフォトディテクタで検出する第４ステップと、
    　前記第２ステップで前記光スプリッタから前記光が出力されてから前記第１反射光が前記フォトディテクタで検出されるまでの時間に基づいて、前記物体までの距離を示す第１距離信号を出力する第５ステップと、
    　前記第２ステップで前記光スプリッタから前記光が出力されてから前記第２反射光が前記フォトディテクタで検出されるまでの時間に基づいて、前記ミラーまでの距離を示す第２距離信号を出力する第６ステップと、
    　前記第１距離信号を前記第２距離信号に基づいて補正して、前記物体までの距離を示す第３距離信号を出力する第７ステップと
    　を備える測距方法。
PCT/JP2020/004041 2019-02-19 2020-02-04 測距装置および測距方法 WO2020170796A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/420,410 US20220082675A1 (en) 2019-02-19 2020-02-04 Rangefinder and Rangefinding Method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-027168 2019-02-19
JP2019027168A JP7143780B2 (ja) 2019-02-19 2019-02-19 測距装置および測距方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020170796A1 true WO2020170796A1 (ja) 2020-08-27

Family

ID=72144640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/004041 WO2020170796A1 (ja) 2019-02-19 2020-02-04 測距装置および測距方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220082675A1 (ja)
JP (1) JP7143780B2 (ja)
WO (1) WO2020170796A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7344732B2 (ja) * 2019-09-25 2023-09-14 株式会社トプコン 測量装置及び測量装置システム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05297112A (ja) * 1992-04-21 1993-11-12 Olympus Optical Co Ltd 距離測定装置
JP2015152485A (ja) * 2014-02-17 2015-08-24 株式会社デンソー 距離測定装置
JP2015175629A (ja) * 2014-03-13 2015-10-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 距離測定装置及び距離測定システム
JP2016170053A (ja) * 2015-03-13 2016-09-23 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 レーザレーダ装置
US20180040119A1 (en) * 2016-08-03 2018-02-08 Sightline Innovation Inc. System and method for integrated laser scanning and signal processing
JP2018059789A (ja) * 2016-10-05 2018-04-12 国立大学法人東京農工大学 距離測定装置及び距離測定方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05297112A (ja) * 1992-04-21 1993-11-12 Olympus Optical Co Ltd 距離測定装置
JP2015152485A (ja) * 2014-02-17 2015-08-24 株式会社デンソー 距離測定装置
JP2015175629A (ja) * 2014-03-13 2015-10-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 距離測定装置及び距離測定システム
JP2016170053A (ja) * 2015-03-13 2016-09-23 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 レーザレーダ装置
US20180040119A1 (en) * 2016-08-03 2018-02-08 Sightline Innovation Inc. System and method for integrated laser scanning and signal processing
JP2018059789A (ja) * 2016-10-05 2018-04-12 国立大学法人東京農工大学 距離測定装置及び距離測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020134285A (ja) 2020-08-31
JP7143780B2 (ja) 2022-09-29
US20220082675A1 (en) 2022-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10473769B2 (en) Distance measuring apparatus and distance image photographing apparatus
EP4001964A1 (en) Lidar system
US20220365214A1 (en) On-chip monitoring and calibration circuits for frequency modulated continuous wave lidar
US20110161031A1 (en) Time Delay Estimation
JP2019056567A (ja) 距離計測装置
JP6303026B2 (ja) 計測方法および装置
US11054524B2 (en) Optimizing a lidar system using sub-sweep sampling
WO2020170796A1 (ja) 測距装置および測距方法
JP6318663B2 (ja) レーザレーダ装置
CN111699442B (zh) 时间测量的校正方法及装置
KR20210036200A (ko) 라이다 장치 및 그 동작 방법
US20210026017A1 (en) Apparatus for ascertaining a distance to an object
KR102332511B1 (ko) Tdc를 구비하는 라이다 시스템 및 그것의 멀티 위상 클럭 생성 방법
JP7115375B2 (ja) 測距装置および測距方法
JP7201088B2 (ja) 測距装置
US9753354B2 (en) Analogue-digital converter and method for generating a digital data stream
WO2019054917A1 (en) LIDAR OF SCHEIMPFLUG FLIGHT TIME
WO2022209309A1 (ja) 対象物の距離および／または速度を計測する装置および方法
KR102480883B1 (ko) 차량용 라이다 센서
US20240004044A1 (en) Apparatus and method for measuring distant to and/or velocity of physical object
US9385501B1 (en) System and method for generating and utilizing a valid sweep signal to obviate spurious data and increase sweep rate in an akinetic path-based swept laser
CN116755099A (zh) 测速测距系统及方法
CN117805782A (zh) 激光雷达的飞行时间测量方法及装置
JP2005308694A (ja) 超音波距離センサ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20759891

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20759891

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1