JP2017173173A - 距離測定装置およびその校正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】参照パルス光の検出信号が入力されるフィルタ1(203)と、フィルタ1(203)と中心周波数が異なり、測定パルス光の検出信号が入力されるフィルタ2(204)と、2つのフィルタの出力を足し算する足し算回路207と、足し算回路207の出力信号が入力されるA/Dコンバータ209と、A/Dコンバータ209の出力をFFT解析し、参照検出信号に対応する第1の分離信号と測定検出信号に対応する第2の分離信号を得る分離信号算出部211と、2つの分離信号の少なくとも一方の位相を特定の周波数における値に変換する変換処理部212と、特定の周波数における2つの分離信号の位相差と補正パラメータに基づき、対象物までの距離を算出する距離算出部213を備え、補正パラメータは、フィルタ1(203)とフィルタ2(204)に同時に参照パルス光を通し、得られた2つのフィルタ出力の位相差から算出される。
【選択図】図2
Description
(構成)
図1には、位相差測定方式を用いて距離の測定を行う距離測定装置1が示されている。距離測定装置1は、三脚等の架台の上の載せることが可能な構造を有している。図1には、距離測定装置1のブロック図が示されている。図1には示されていないが、距離測定装置1は、電源、外部機器との通信を行うインターフェース、ユーザが各種の操作を行うためのインターフェース(操作パネルや表示装置)、その他既知の距離測定装置が備えているハードウェアおよびソフトウェアを備えている。
以上述べたように、本実施形態では、参照パルス光の検出信号が入力されるフィルタ1(203)と、フィルタ1(203)と中心周波数が異なり、測定パルス光の検出信号が入力されるフィルタ2(204)と、2つのフィルタの出力を足し算する足し算回路208と、足し算回路208の出力信号が入力されるA/Dコンバータ209と、A/Dコンバータ209の出力をFFT解析し、参照検出信号に対応する第1の分離信号と測定検出信号に対応する第2の分離信号を得る分離信号算出部211と、2つの分離信号の少なくとも一方の位相を特定の周波数における値に変換する変換処理部212と、特定の周波数における2つの分離信号の位相差に基づき、対象物までの距離を算出する距離算出部213を備える。
(1)参照パルス光と測定パルス光は、一つのパルス光を分岐したものである。
(2)参照検出信号と測定検出信号がパルス波をBPFに通すことで生じる連続波であり、参照検出信号と測定検出信号は、一つのパルス光をフーリエ展開することで得られるスペクトル成分の関係にある。
(3)パルス波形をフーリエ展開することで得られる複数の異なる周波数のサイン波形の群遅延は一定であり、ある周波数の波形の位相が判れば、その波形の他の周波数における位相を計算できる。
(A)パルス波形を直接サンプリングする際に問題となるコスト的および技術的な困難
(B)時間差を置いて行う演算による誤差
(C)参照検出信号と測定検出信号を別のA/Dコンバータで処理する場合に生じる異なるA/Dコンバータ間の特性の差に起因する誤差
の発生が回避できる。
このため、測距信号と参照信号を同時に処理でき、また短いパルス幅にも対応できる技術が得られる。
変換処理部212は、以下の処理も可能である。例えば、参照検出信号(480MHz)の位相と測定検出信号(500MHz)の位相を470MHzにおける位相に変換し、その上で参照検出信号と測定検出信号の位相差を検出し、対象物までの距離を算出することも可能である。また、参照検出信号(480MHz)の位相と測定検出信号(500MHz)の位相を490MHzにおける位相に変換する方法、参照検出信号(480MHz)の位相と測定検出信号(500MHz)の位相を510MHzにおける位相に変換する方法等も可能である。このことは、校正処理における第1の校正用分離信号と第2の校正用分離信号についても同様にいえる。
第1の実施形態では、加算信号をFFT解析することで参照検出信号と測定検出信号に分離し、その上で参照検出信号と加算検出信号の位相差を検出することで対象物までの距離を算出している。この方法は、加算信号に基づき対象物までの距離の算出を行う方法の一つである。ところで、加算信号には、参照検出信号と測定検出信号の位相差に関する情報も含まれている。
Claims (9)
- 予め定められた光路を伝搬した参照用のパルス光の検出信号が入力される第1の中心周波数を有する第1のバンドパスフィルタと、
対象物に照射され、前記対象物から反射された測距用のパルス光の検出信号が入力される第1の中心周波数と異なる第2の中心周波数を有する第2のバンドパスフィルタと、
前記第1のバンドパスフィルタに前記参照用のパルス光の検出信号が入力されることで得られる第1の信号と、前記第2のバンドパスフィルタに前記測距用のパルス光の検出信号が入力されることで得られる第2の信号とを混合し混合信号を得る混合回路と、
前記混合信号が入力されるA/Dコンバータと、
前記混合信号が入力された前記A/Dコンバータの出力をFFT解析し、前記第1の信号に対応する第1の分離信号と前記第2の信号に対応する第2の分離信号を得る分離信号算出部と、
前記第1の分離信号および前記第2の分離信号の少なくとも一方の位相を特定の周波数における値に変換する変換部と、
前記特定の周波数における前記第1の分離信号と前記第2の分離信号の位相差および補正パラメータに基づき、前記対象物までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
前記補正パラメータの算出は、
前記参照用のパルス光の検出信号を前記第1のバンドパスフィルタに通すことで第1の校正用信号を得ると共に前記参照用のパルス光の検出信号を前記第2のバンドパスフィルタに通すことで第2の校正用信号を得、
前記第1の校正用信号と前記第2の校正用信号を前記混合回路で混合し、校正用混合信号を得、
前記校正用混合信号を前記A/Dコンバータに入力し、その出力を前記分離信号算出部においてFFT解析し、前記第1のバンドパスフィルタを通過した信号に対応する第1の校正用分離信号と前記第2のバンドパスフィルタを通過した信号に対応する第2の校正用分離信号を得、
前記変換部において前記第1の校正用分離信号および前記第2の校正用分離信号の少なくとも一方の位相を特定の周波数における値に変換し、
前記特定の周波数における前記第1の校正用分離信号と前記第2の校正用分離信号の位相差を求めることで行われる距離測定装置。 - 前記特定の周波数は、前記第1の中心周波数であり、
前記変換部は、前記第2の分離信号の位相φ2を前記第1の中心周波数における位相φ1’に変換する処理を行い、
前記距離算出部は、
前記第1の分離信号と前記位相φ1’に変換された前記第2の分離信号の位相差に基づき前記対象物までの距離の算出を行うことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 - 前記変換部は、
前記第1の中心周波数をf1、前記第2の中心周波数をf2(f2>f1)として、
f2/f1=m、
φ1’=φ2/m
の処理を行うことを特徴とする請求項2に記載の距離測定装置。 - 前記特定の周波数は、前記第2の中心周波数であり、
前記変換部は、前記第1の分離信号の位相φ1を前記第2の中心周波数における位相φ2’に変換する処理を行い、
前記距離算出部は、
前記位相φ2’に変換された前記第1の分離信号と前記第2の分離信号の位相差に基づき前記対象物までの距離の算出を行うことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 - 前記変換部は、
前記第1の中心周波数をf1、前記第2の中心周波数をf2(f2>f1)として、
f2/f1=m、
φ2’=φ1×m
の処理を行うことを特徴とする請求項4に記載の距離測定装置。 - 前記第1の分離信号の位相φ1と前記第2の分離信号の位相φ2を前記第1の中心周波数および前記第2の中心周波数とは異なる比較用周波数における位相に変換する処理を行う変換処理部を備え、
前記距離算出部は、前記比較用周波数における第1の分離信号と前記第2の分離信号の位相差に基づき前記対象物までの距離の算出を行うことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 - 予め定められた光路を伝搬した参照用のパルス光の検出信号を第1のバンドパスフィルタに通して第1の信号を得、
対象物に照射され、前記対象物から反射された測距用のパルス光の検出信号を前記第1の中心周波数と異なる第2の中心周波数を有する第2のバンドパスフィルタに通して第2の信号を得、
前記第1の信号と前記第2の信号とを混合し混合信号を得、
前記混合信号をA/Dコンバータに入力し、
前記混合信号が入力された前記A/Dコンバータの出力をFFT解析し、前記第1の信号に対応する第1の分離信号と前記第2の信号に対応する第2の分離信号を得、
前記第1の分離信号および前記第2の分離信号の少なくとも一方の位相を特定の周波数における値に変換し、
前記特定の周波数における前記第1の分離信号と前記第2の分離信号の位相差および補正パラメータに基づき、前記対象物までの距離を算出する距離算出し、
前記補正パラメータの算出は、
前記参照用のパルス光の検出信号を前記第1のバンドパスフィルタに通すことで第1の校正用信号を得ると共に前記参照用のパルス光の検出信号を前記第2のバンドパスフィルタに通すことで第2の校正用信号を得、
前記第1の校正用信号と前記第2の校正用信号を混合し、校正用混合信号を得、
前記校正用混合信号を前記A/Dコンバータに入力し、その出力をFFT解析することで、前記第1のバンドパスフィルタを通過した信号に対応する第1の校正用分離信号と前記第2のバンドパスフィルタを通過した信号に対応する第2の校正用分離信号を得、
前記第1の校正用分離信号および前記第2の校正用分離信号の少なくとも一方の位相を特定の周波数における値に変換し、
前記特定の周波数における前記第1の校正用分離信号と前記第2の校正用分離信号の位相差を求めることで行われる距離測定装置の校正方法。 - 予め定められた光路を伝搬した参照用のパルス光の検出信号が入力される第1の中心周波数を有する第1のバンドパスフィルタと、
対象物に照射され、前記対象物から反射された測距用のパルス光の検出信号が入力される第1の中心周波数と異なる第2の中心周波数を有する第2のバンドパスフィルタと、
前記第1のバンドパスフィルタに前記参照用のパルス光の検出信号が入力されることで得られる第1の信号と、前記第2のバンドパスフィルタに前記測距用のパルス光の検出信号が入力されることで得られる第2の信号とを混合し混合信号を得る混合回路と、
前記混合信号および補正パラメータに基づき、前記対象物までの距離を算出する距離算出し、
前記補正パラメータの算出は、
前記参照用のパルス光の検出信号を前記第1のバンドパスフィルタに通すことで第1の校正用信号を得ると共に前記参照用のパルス光の検出信号を前記第2のバンドパスフィルタに通すことで第2の校正用信号を得、
前記第1の校正用信号と前記第2の校正用信号を混合し、校正用混合信号を得、
前記校正用混合信号を前記A/Dコンバータに入力し、その出力をFFT解析することで、前記第1のバンドパスフィルタを通過した信号に対応する第1の校正用分離信号と前記第2のバンドパスフィルタを通過した信号に対応する第2の校正用分離信号を得、
前記第1の校正用分離信号および前記第2の校正用分離信号の少なくとも一方の位相を特定の周波数における値に変換し、
前記特定の周波数における前記第1の校正用分離信号と前記第2の校正用分離信号の位相差を求めることで行われる距離測定装置。 - 前記距離算出部は、
前記混合信号と、
光路長が既知の参照用のパルス光の検出信号を前記第1のバンドパスフィルタと前記第2のバンドパスフィルタに同時に入力されることで得られる第1の信号と第2の信号を混合して得られる比較用混合信号と
の位相差から前記対象物までの前記距離を算出することを特徴とする請求項8に記載の距離測定装置。
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