特許 6054994 距離測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6054994

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】距離測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/486 20060101AFI20161219BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/486

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-16023(P2015-16023)

(22)【出願日】2015年1月29日

(65)【公開番号】特開2016-142534(P2016-142534A)

(43)【公開日】2016年8月8日

【審査請求日】2016年1月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005049

【氏名又は名称】シャープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】花岡 透

(72)【発明者】

【氏名】佐伯 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】石丸 裕

(72)【発明者】

【氏名】江川 智浩

【審査官】 中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−３０４５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０２００３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１７９０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１０９８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２４９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８４３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１６７０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０３８１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１９１１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０７１９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１９４７９８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／４８− ７／５１

Ｇ０１Ｓ１７／００−１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００− ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象への投光パルスを反射した受光パルスに基づく受光パルス信号のパルス幅を測定受光パルス幅として検出するパルス幅検出回路と、
前記投光パルスが投光されてから受光パルスが受光されるまでの時間差を測定受発光時間差として測定する時間差測定回路と、
前記測定受光パルス幅と、受光パルス幅、受発光時間差、及び補正量からなる３つの量の対応関係について記述された基準データ系列における受光パルス幅と補正量との対応関係に相当する、前記測定受光パルス幅及び第１補正量の対応関係について記述された情報と、に基づいて、前記第１補正量を算出する第１補正量算出回路と、
前記測定受光パルス幅と、前記測定受発光時間差と、前記基準データ系列における受光パルス幅及び受発光時間差の対応関係とに基づいて、前記測定受光パルス幅を前記基準データ系列に当てはめた場合の受発光時間差である基準受発光時間差と実際に測定された測定受発光時間差との間の差分値である差分受発光時間差を算出し、該差分受発光時間差と、前記差分受発光時間差及び第２補正量の対応関係について記述された情報とに基づいて、前記第２補正量を算出する第２補正量算出回路と、
前記第１補正量および前記第２補正量に基づいて、前記時間差測定回路により測定された測定受発光時間差を理論上の受発光時間差に近づくように補正し、補正後の受発光時間差に基づいて前記測定対象までの距離を算出する距離算出回路とを備えることを特徴とする距離測定装置。

【請求項2】

前記基準データ系列は、特定の反射率をもつ基準測定対象を予め測定することにより取得された受光パルス幅、受発光時間差、及び補正量からなる３つの量のデータの組である請求項１に記載の距離測定装置。

【請求項3】

前記測定対象に前記投光パルスを投光する発光素子を覆うように設けられ、前記測定対象に向かう投光パルスを透過させるカバー部材をさらに備える請求項１又は２に記載の距離測定装置。

【請求項4】

前記第１補正量算出回路は、前記受光パルス幅及び第１補正量の対応関係について記述された１次元第１補正量ルックアップテーブルに基づいて前記第１補正量を算出し、
前記第２補正量算出回路は、前記差分受発光時間差及び第２補正量の対応関係について記述された１次元第２補正量ルックアップテーブルに基づいて前記第２補正量を算出する請求項１から３の何れか一項に記載の距離測定装置。

【請求項5】

前記距離算出回路は、前記第１補正量及び前記第２補正量の和に基づいて、前記時間差測定回路により測定された測定受発光時間差を理論上の受発光時間差に近づくように補正し、補正後の受発光時間差に基づいて前記距離を算出する請求項４に記載の距離測定装置。

【請求項6】

前記距離算出回路は、前記パルス幅検出回路により検出された測定受光パルス幅と、前記時間差測定回路により測定された測定受発光時間差とが所定の関係を満足するときに、前記距離を算出する請求項１から５のいずれか一項に記載の距離測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照射パルスを用いて距離を測定するパルスＴｏＦ（飛行時間、Time Of Flight）方式の距離測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象に照射パルスを照射し、その照射パルスが照射されてから、照射パルスに基づく測定対象からの散乱反射光（受光パルス）が受光されるまでの時間差に基づいて、測定対象までの距離を算出するパルスＴｏＦ方式を用いた距離測定装置が広く実用化されている。

【0003】

パルスＴｏＦ方式では、光源として数ｎｓから数十ｎｓの短い照射パルスが用いられ、照射パルスと受光パルスとの上記時間差から上記距離を算出する。しかしながら、受光パルスを電気信号（受光パルス信号）に変換する受光回路の応答速度が有限であり、また、受光パルスの強度が測定対象までの距離、測定対象表面の反射率によって変化する。このため、単純に上記時間差を距離に変換するだけでは測定誤差が発生する。この測定誤差を補正する方法がこれまでに幾つか提案されている。

【0004】

特許文献１には、受光パルス信号のパルス幅から補正量を求め、上記距離を補正する手法が開示されている。

【0005】

また、特許文献２では、受光パルス信号の波形をＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換し、デジタル信号処理により受光パルス信号の１次微分波形を得て、その重心位置から正確なパルス位置を求めて距離を算出する手法が開示されている。

【0006】

非特許文献１では、受光パルス信号のパルス幅と遅延量（walk error）との関係を予め測定してルックアップテーブル（ＬＵＴ：Look Up Table）として記憶しておき、これを参照して距離を補正する手法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平8-179032号公報（1996年7月12日公開）

【特許文献2】特開2008-70270号公報（2008年3月27日公開）

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】S.Kurtti and J. Kostamovaara （フィンランドOULU大）,IEEE. Trans. Instrum. Meas., vol.60, no.1, pp.146-157

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、上記特許文献１に開示された手法では、受光パルス信号のパルス幅のみにより補正量を算出しているので、迷光などの影響により、同じパルス幅でも測定対象の反射率が異なることにより必要な補正量が異なる場合には、測定誤差が生じることになるという問題がある。

【0010】

また、特許文献２に開示された手法のように受光パルス信号の波形をＡ／Ｄ変換する場合は、受光パルス信号のパルス幅以外の要因を考慮したより高度な補正が可能になるが、ＴｏＦ方式に使用可能なレベルの高速かつ高分解能のＡ／Ｄコンバータを距離測定装置に搭載する必要がある。このため、部材価格が非常に高価になってしまうという問題がある。

【0011】

非特許文献１に開示された手法では、照射パルスの一部が防塵用のカバー部材で反射された生じた迷光による受光パルスの変動成分を補正することができず、測定誤差が残るという問題がある。

【0012】

本発明は、上記の課題を解決し、安価な構成で測定誤差を低減することができる距離測定装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る距離測定装置は、測定対象への投光パルスを反射した受光パルスに基づく受光パルス信号のパルス幅を検出するパルス幅検出回路と、前記投光パルスが投光されてから受光パルスが受光されるまでの時間差を測定する時間差測定回路と、前記パルス幅検出回路により検出されたパルス幅と、前記時間差測定回路により測定された時間差とに基づいて補正量を算出する補正量算出回路と、前記時間差と前記補正量とに基づいて前記測定対象までの距離を算出する距離算出回路とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様によれば、安価な構成で測定誤差を低減することができる距離測定装置を提供するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（ａ）は実施形態１に係るレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）はその距離測定範囲を説明するための平面図である。

【図2】上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の回路構成を示す回路図である。

【図3】（ａ）〜（ｃ）は、上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の照射パルス、受光パルス、及び受光パルス信号を示す波形図である。

【図4】（ａ）は、上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の受発光時間差Ｔｒ、パルス幅Ｔｗ、及び補正量Ｔｃを３次元空間でプロットしたグラフであり、（ｂ）は、パルス幅Ｔｗと補正量Ｔｃとの間の関係を示すグラフであり、（ｃ）は、パルス幅Ｔｗと受発光時間差Ｔｒとの間の関係を示すグラフである。

【図5】受光パルス信号のパルス幅Ｔｗと受発光時間差Ｔｒとに基づいて補正量を求めるための２次元ルックアップテーブルを示す図である。

【図6】上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）における第１段階の補正手順を示す図であり、（ａ）は上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）に係るパルス幅Ｔｗ−１次補正量Ｔｃ１平面における基準データ系列のフィッティング曲線を示すグラフであり、（ｂ）は上記グラフに基づいて生成された１次元ルックアップテーブルを示す図である。

【図7】上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）における第２段階の補正手順を示す図であり、（ａ）は上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）に係るパルス幅Ｔｗ−パルス幅Ｔｗ−受発光時間差Ｔｒ平面における基準データ系列のフィッティング曲線を示すグラフであり、（ｂ）は受発光時間差の差分ΔＴｒ−２次補正量Ｔｃ２平面にプロットされた全データ系列のデータを示すグラフであり、（ｃ）は（ｂ）のグラフに基づいて生成された１次元ルックアップテーブルを示す図である。

【図8】上記レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）において、光沢面やマルチパスによって生じる異常なデータを距離無効値とする手順を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係る距離測定装置であるレーザレンジファインダ（以下、「ＬＲＦ」という）１の構成及び動作の詳細について、図１から図８を用いて説明する。

【0017】

（ＬＲＦ１の構成）
図１（ａ）は実施形態１に係るＬＲＦ１の構成を示す断面図であり、（ｂ）はその距離測定範囲を説明するための平面図である。図２は、ＬＲＦ１の回路構成を示す回路図である。

【0018】

ＬＲＦ１は、発光素子８、コリメートレンズ１２、立上げミラー１３、遮光筒１４、受光ミラー１５、受光レンズ１６、モータ１７、シャフト１８、受光回路基板１９、プロセッサ基板２０、及び、図示しない電気的接続用ハーネスその他の部材とを備えており、これらがフード（カバー部材）９、及び、筐体２４の中に収められている。

【0019】

フード９は、赤外線を透過し可視光を遮断する樹脂材料で作製された略円筒形の部材であり、照射パルス（投光パルス）Ｐ１、及び、受光パルスＰ２を透過する一方で、太陽光などの外乱光の入射を防止する役割を有する。また、フード９は、内部のモータ１７や光学部材などへの異物の付着を防止する役割も有する。

【0020】

モータ１７、シャフト１８、遮光筒１４、及び、受光ミラー１５は一体化した部材となっており、モータ１７の回転によりこれら全体がシャフト１８の中心軸周りに回転するようになっている。

【0021】

発光素子８は、赤外パルスＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）であり、波長９０５ｎｍの赤外線パルスを出射する。この赤外線パルスのパルス幅は数ｎｓから数十ｎｓであり、ピーク電流は５から１０Ａであり、デューティは０．０５から０．１％程度である。本実施形態における発光素子８の平均出射パワーは、数ｍＷ以下であり、レーザ製品の安全基準に関する国際規格であるＩＥＣ ６０８２５−１に規定されるクラス１を満たし、発光素子８は出射光が直接眼に入っても安全なレベルに設計されている。

【0022】

受光回路基板１９は、受光素子２１、受光アンプ２２、及び、コンパレータ２３が実装され、プロセッサ基板２０と電気的に接続されている。受光素子２１はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であり、受光回路基板１９内の図示しない電源回路によってカソード端子にバイアス電圧が印加されており、アノード側は受光アンプ２２に接続されている。なお、受光素子２１にはＡＰＤの他、ＰＩＮフォトダイオードなどの素子を用いることが可能である。

【0023】

プロセッサ基板２０には、演算回路３１、ＴＤＣ（Time to Digital Converter：時間デジタル値変換器）３２、及び、ドライバ回路３３などの回路部品が搭載されている。

【0024】

ＴＤＣ３２は、パルス幅検出回路２と時間差測定回路３とを含む。パルス幅検出回路２は、測定対象Ｂへの照射パルスＰ１を反射した受光パルスＰ２に基づく受光パルス信号Ｓ２のパルス幅を検出する。時間差測定回路３は、照射パルスＰ１が投光されてから受光パルスＰ２が受光されるまでの時間差を測定する。

【0025】

演算回路３１は、補正量算出回路４と距離算出回路５とを含む。補正量算出回路４は、パルス幅検出回路２により検出されたパルス幅と、時間差測定回路３により測定された時間差とに基づいて補正量を算出する。距離算出回路５は、時間差測定回路３により測定された時間差と、補正量算出回路４により算出された補正量とに基づいて、測定対象Ｂまでの距離を算出する。

【0026】

（ＬＲＦ１の動作）
続いて、図２を用いてＬＲＦ１の動作を説明する。

【0027】

まず、演算回路３１から所定のタイミングで駆動パルス信号Ｓ１がドライバ回路３３に送出される。ドライバ回路３３は、駆動パルス信号Ｓ１に基づいて発光素子（赤外線パルスＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード））８をパルス駆動する。発光素子８から出射した照射パルスＰ１は、コリメートレンズ１２で略平行光にされ、立上げミラー１３、受光ミラー１５、及び、遮光筒１４を経由してフード９を透過して外部に出射される。

【0028】

モータ１７が回転しているため、回転につれて受光ミラー１５の向きが変化する。このため、照射パルスＰ１の出射方向も連続的に変化する。

【0029】

モータ１７の回転軸（Ｚ軸）とフード９を透過する照射パルスＰ１の中心軸との交点をＯとしたとき、ＯＳからＯＥまでの扇型の範囲に照射パルスＰ１を投射可能であり、その角度は２７０°である。以下ではＯを原点とし、原点Ｏに対して発光素子８と反対側の方向（ＯからＭに向かう方向）を前方と定義し、前後方向をＹ軸（Ｙ−Ｙ’軸）、左右方向をＸ軸（Ｘ−Ｘ’軸）、さらに上下方向をＺ軸（Ｚ−Ｚ’軸）と定義する。

【0030】

モータ１７が１回転すると照射パルスＰ１の出射方向も３６０°回転することになる。但し、真後ろに向かう照射パルスＰ１は発光素子８自身と干渉するため、真後ろを除いた方向にのみ外部に照射パルスＰ１を照射することができる。本実施形態に係るＬＲＦ１における照射可能な方向を図１（ｂ）に示す。

【0031】

フード９を透過して出射した照射パルスＰ１は、ＬＲＦ１の外部に測定対象Ｂがあればその表面で散乱反射されて受光パルスとなる。散乱反射された受光パルスの強度分布は、測定対象Ｂの表面が拡散反射面であればランバート（Ｌａｍｂｅｒｔ）分布に近くなり、測定対象Ｂの表面が金属などの光沢面であれば鏡面反射に近い角度分布になる。実際の測定対象Ｂは両者の中間の分布であることが多く、その場合、測定対象Ｂの表面の色（反射率）、測定対象Ｂへの照射パルスＰ１の入射角度、及び、測定対象Ｂまでの距離に応じて、照射パルスＰ１の一部が受光パルスＰ２として、照射パルスＰ１の進行方向と学方向に帰ってくることになる。

【0032】

散乱反射されて帰ってきた受光パルスＰ２は、再びフード９を通過しＬＲＦ１の内部に入る。その後、受光パルスＰ２は受光ミラー１５で反射され、受光レンズ１６で集光されて受光回路基板１９上の受光素子２１に到達する。

【0033】

受光素子（ＡＰＤ）２１では、受光パルスＰ２に応じた光電流が発生し、これを受光アンプ２２で電圧に変換して増幅する。増幅後の受光パルス信号Ｓ２は、コンパレータ２３で所定のしきい値電圧に基づいて２値化され、デジタル受光パルス信号Ｓ３に変換されてプロセッサ基板２０のＴＤＣ３２に送信される。

【0034】

ＴＤＣ３２は、時間−デジタル値変換を行う回路素子であり、ＦＰＧＡ（Field-Programmable gate array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路として構成されている。ＴＤＣ３２には、演算回路３１により生成された駆動パルス信号Ｓ１と、コンパレータ２３により生成されたデジタル受光パルス信号Ｓ３とが入力され、内部で時間−デジタル値変換を行った結果、駆動パルス信号Ｓ１及びデジタル受光パルス信号Ｓ３の時間差を表す数値、及び、デジタル受光パルス信号Ｓ３のパルス幅をデジタル化した数値を出力する。ここで、２つの数値のうち前者を「受発光時間差Ｔｒ」、後者を「パルス幅Ｔｗ」と呼ぶ。

【0035】

図３（ａ）〜（ｃ）は、ＬＲＦ１の照射パルスＰ１、受光パルスＰ２、及び受光パルス信号Ｓ２を示す波形図である。図３（ａ）（ｂ）に示すように、パルスＴｏＦ測定においては、照射パルスＰ１と受光パルスＰ２との時間差Ｔ［ｓ］が得られると、測定対象物Ｂまでの距離Ｌ［ｍ］は、
Ｌ＝Ｔ／（２ｃ）、
但しｃは光の速度［ｍ／ｓ］で算出することができる。

【0036】

上記の距離Ｌの算出を、モータ１７の回転に同期して一定のタイミングで行う。距離Ｌの値は所定角度ごとに平均され、平均距離として演算回路３１の内部に蓄えられる。本ＬＲＦ１では、所定角度は１°、０．５°、０．２５°の３通りに切替可能になっている。この所定角度ごとの平均距離を、モータ１７の１回転即ち２７０°分まとめてバイナリデータとし、時刻情報その他測定条件を示すヘッダ情報と統合して測定データとしてＬＲＦ１の外部に出力される。本ＬＲＦ１ではモータ１７の回転周波数は１０Ｈｚであり、１０Ｈｚ即ち１００ｍｓごとに１回転分の測定データがＬＲＦ１から出力される。ＬＲＦ１の使用者は、この測定データを読み取ることによりＬＲＦ１の周囲に存在する測定対象Ｂの距離情報を知ることができる。

【0037】

（距離算出に係る補正）
次に、ＬＲＦ１から測定対象Ｂまでの距離を算出する際に行う補正について説明する。上記ＴＤＣ３２に設けられた時間差測定回路３により得られる受発光時間差Ｔｒは、照射パルスＰ１が照射されてから受光パルスＰ２が受光されるまでの理論上の時間差Ｔと完全には一致しない。時間差Ｔと受発光時間差Ｔｒとの間に差異が生じる主な原因としては、
（１）駆動パルス信号Ｓ１がＴＤＣ３２に入力される時刻と照射パルスＰ１が発光素子８から照射される時刻との間のずれ、
（２）受光アンプ２２・コンパレータ２３での受光パルス信号Ｓ２に係る波形の立上りのなまり、
（３）受光パルスＰ２が受光素子２１から受光アンプ２２・コンパレータ２３を経由してＴＤＣ３２に入力されるまでの時間遅延、
の３つの原因が存在する。これら（１）（２）（３）によって発生する時間差Ｔと受発光時間差Ｔｒとの間の差異を「補正量Ｔｃ」と定義する。ＬＲＦ１による距離測定では、距離を正確に算出するために、この補正量Ｔｃを求めることが必要になる。

【0038】

上記差異が生じる要因のうち（１）及び（３）は、測定条件が変化してもほぼ一定であり、定数とみなすことができる。しかしながら、（２）は、測定対象Ｂの反射率、即ち、材質、測定対象Ｂの傾き、及び、測定対象Ｂまでの距離などによって、受光素子２１が受講する受光パルスＰ２の光量が増減するため、それに伴い受光パルス信号Ｓ２の応答波形が変わり、受発光時間差Ｔｒの値が変化する。

【0039】

この変化の様子を図３（ｃ）に示す。受光パルスＰ２の光量が大きくなるほど、受光パルス信号Ｓ２の波形が立ち上がりしきい値ｔｈを超えるまでの時間が遅れていることが分かる。この遅延量は「ｗａｌｋ ｅｒｒｏｒ」と呼ばれている。以下ではこれをＴｅで表す。

【0040】

なお、（２）の遅延量Ｔｅは常に正の値になるが、（１）（３）は配線遅延の和に基づくため、負の値を取ることもある。従って、（２）と（１）や（３）の大きさの関係によっては、それらの総和である補正量Ｔｃが負の値を取ることもあり得る。（１）や（３）は条件に寄らずほぼ一定の量であるので、以下では簡単のためこれらを無視し、遅延量Ｔｅが補正量Ｔｃに等しいものとして説明する。

【0041】

図３（ｃ）に示すように、受光素子２１が受光する受光パルスＰ２の光量が大きくなると、受光パルス信号Ｓ２のパルス幅Ｔｗが大きくなり、遅延量Ｔｅも大きくなる。この関係を利用して、非特許文献１では、パルス幅Ｔｗと遅延量（walk error）との関係を予め測定してルックアップテーブル（ＬＵＴ：Look Up Table、以下「ＬＵＴ」ともという）として記憶しておき、これを参照して距離を補正する手法が開示されている。しかし、この手法では補正できない場合があることを以下で説明する。

【0042】

フード９を透過させて測定対象Ｂに照射パルスＰ１を照射する場合に、フード９の内面で照射パルスＰ１の一部が反射されて迷光が生じる。当該迷光により、特に近距離の測定対象Ｂからの受光パルスＰ２に波形崩れが発生する。このような装置構成を取る限り、遮光などによって上記迷光を軽減することができても、完全に迷光の影響を除去することができない。

【0043】

パルス幅Ｔｗと遅延量（walk error）Ｔｅとの間の関係は、受光パルスＰ２の波形と受光アンプ２２の回路特性によって決まり、通常は受発光時間差Ｔｒには依存しない。

【0044】

しかしながら、上記迷光、グランドレベルの変動などにより受光パルスＰ２に微小な変動成分が重畳されると、受光パルスＰ２の波形がわずかに変動し、パルス幅Ｔｗと遅延量（walk error）Ｔｅがわずかに変化する。この変動成分が照射パルスＰ１基準で一定の位置に発生する場合、受発光時間差Ｔｒが変わると受光パルスＰ２に変動成分が重畳される相対位置が変化する。このため、結果として受発光時間差Ｔｒによって、パルス幅Ｔｗと遅延量（walk error）Ｔｅ（補正量Ｔｃ）との間の関係が変化することになる。

【0045】

この変動の原因である迷光、グランドレベルの変動を完全に抑えることができれば上記の変動量は無視できる。しかしながら、実際の測定においては、距離測定範囲を高めるために受光素子２１の感度を高めたり受光回路のコンパレータ２３のしきい値ｔｈを下げたりすることが必要になる。このため、この変動の影響が排除できなくなることがある。

【0046】

図４（ａ）は、ＬＲＦ１の受発光時間差Ｔｒ、パルス幅Ｔｗ、及び補正量Ｔｃを３次元空間でプロットしたグラフであり、（ｂ）は、パルス幅Ｔｗと補正量Ｔｃとの間の関係を示すグラフであり、（ｃ）は、パルス幅Ｔｗと受発光時間差Ｔｒとの間の関係を示すグラフである。

【0047】

また、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、図４（ａ）をそれぞれ真横、真上から見たグラフに相当する。パルス幅Ｔｗと補正量Ｔｃとの関係が一様であれば、図４（ｂ）のプロットは一つの曲線上に載るはずである。しかしながら、実際にはパルス幅Ｔｗが６０ｎｓ以下の領域において若干の広がりが見られる。この広がりは、前述した迷光等に基づく変動成分による誤差と考えることができる。

【0048】

パルス幅Ｔｗと補正量Ｔｃとの関係が上記のような特性を有する場合、非特許文献１に示されるようなパルス幅Ｔｗと遅延量Ｔｅ（補正量Ｔｃ）とのＬＵＴでは補正しきれない変動成分が残り、結果として補正後の距離測定値に誤差が生じることになる。

【0049】

これに対し、特許文献２では、受光パルス信号をコンパレータで単純に２値化するのではなく、Ａ／Ｄコンバータによってデジタル波形に変換してからデジタル信号処理を行うことで、波形の形状に応じた細かな補正を可能にしている。しかし、この方法の場合、受光パルス信号を正確にデジタル化するために非常に高速なＡ／Ｄコンバータが必要になる。例えば受光パルス信号のパルス幅を１０ｎｓ程度とすると、サンプリング速度１〜２Ｇｓｐｓ、分解能８ｂｉｔ程度のＡ／Ｄコンバータが必要になると考えられる。このようなＡ／Ｄコンバータは非常に高価で、プロセッサの数倍から十倍程度の価格にもなる。そのため、ＬＲＦ全体の価格が非常に高価なものとなってしまう。

【0050】

図５は、受光パルス信号のパルス幅Ｔｗと受発光時間差Ｔｒとに基づいて補正量を求めるための２次元ＬＵＴを示す図である。他の解決手法として、補正に２次元のＬＵＴを用いることも考えられる。例えば図５に示すように、パルス幅Ｔｗ及び受発光時間差Ｔｒの組み合わせに対して補正量Ｔｃの値を決定するような２次元ＬＵＴをあらかじめ作成しておき、測定で得られたパルス幅Ｔｗ及び受発光時間差Ｔｒの値から補正量Ｔｃを求め、補正を行うことができる。

【0051】

しかしながら、この方法の場合、２次元のＬＵＴを記憶するために非常に大きな記憶容量が必要になるという問題が生じる。本実施形態のＬＲＦ１の場合、実用的な距離精度を得るためには、パルス幅Ｔｗ・受発光時間差Ｔｒのそれぞれについて、２００から３００程度に細かく分割して精度よく補正を行うことが必要になる。例えば２５０×２５０の２次元ＬＵＴの場合、概算で６２，５００点×４Ｂｙｔｅ＝２５０ｋＢｙｔｅのデータ量が必要になる。汎用のプロセッサが内蔵するユーザデータ保持用メモリは通常数ｋ〜数十ｋＢｙｔｅ程度であるので、この２次元ＬＵＴを記憶するには内部のメモリでは不足し、外付けの記憶素子を追加する必要がある。これはＬＲＦの材料価格を低減する障害となる。さらに、２次元ＬＵＴに記憶させる補正データをあらかじめ求めるための補正データ取得作業が膨大になり、組立が困難になる恐れがある。

【0052】

そこで、本実施形態に係るＬＲＦ１では、補正用のＬＵＴを２つの１次元ＬＵＴに分けて、２段階の補正を行うことを特徴とする。この補正手順の詳細について図６及び図７を用いて以下で説明する。図６はＬＲＦ１における第１段階の補正手順を示す図であり、（ａ）はＬＲＦ１に係るパルス幅Ｔｗ−１次補正量Ｔｃ１平面における基準データ系列のフィッティング曲線を示すグラフであり、（ｂ）は上記グラフに基づいて生成された１次元ルックアップテーブルＬＴ１を示す図である。

【0053】

実施形態１に係るＬＲＦ１は、組立後出荷前の段階で、異なる２つ以上の色の測定対象を用いて、様々な距離及び角度で補正データを取得する。用いる色は、例えば黒色と白色のように、なるべく反射率に大きな差がある色であることが望ましい。また、黒・灰・白など３色以上を用いても構わない。

【0054】

この補正データ取得工程により、（受発光時間差Ｔｒ，パルス幅Ｔｗ，距離Ｌ）のデータが多数得られる。このデータを、変換式
Ｔｃ＝Ｔｒ−Ｌ・２ｃ
により（受発光時間差Ｔｒ，パルス幅Ｔｗ，補正量Ｔｃ）のデータに変換しておく。一つの色で取得したデータの組を、以下では「データ系列」と呼ぶ。取得したデータ系列のうち、いずれか１色のデータ系列を「基準データ系列」とする。例えば、迷光などの微小変動成分が混入する位置が分かっている場合は、その影響が少ない色のデータ系列を基準データ系列とすることができる。

【0055】

上記のデータ系列を取得した後で、２段階の距離補正を行うための２種類の１次元ＬＵＴを作成する。

【0056】

まず第１段階の補正では、基準データ系列のみを用いて、パルス幅Ｔｗ−１次補正量（第１時間差補正量）Ｔｃ１の１次元ルックアップテーブル（１次元第１時間差補正量ルックアップテーブル）ＬＴ１を作成する。この手順を図６（ａ）（ｂ）を用いて説明する。

【0057】

図４（ｂ）で述べた通り、異なる色を含む全データをパルス幅Ｔｗ−補正量Ｔｃ平面にプロットすると、変動成分の影響で曲線から外れるデータが、例えばパルス幅Ｔｗが６０ｎｓ以下の領域で発生するが、そのうちの一つの色のデータ系列だけを抽出して考えると、このデータ系列の中では変動成分が受光パルスＰ２の波形に重畳される相対位置は一通りに決まるので、結果としてパルス幅Ｔｗ−補正量Ｔｃの関係は一意に決まり、１本の曲線Ｃ１上に載ると考えることができる。これを図６（ａ）に示す。

【0058】

この基準データ系列のデータを適切にフィッティングすることで曲線Ｃ１を求める。ここで得られるフィッティング曲線を表す曲線Ｃ１をＴｃ１＝ｆ１（Ｔｗ）という関数で表す。次に、補間により曲線Ｔｃ１＝ｆ１（Ｔｗ）上の任意のパルス幅Ｔｗに対する１次補正量Ｔｃ１を計算して１次元ルックアップテーブルＬＴ１を作成する。このようにして作成したパルス幅Ｔｗ−１次補正量Ｔｃ１の１次元ルックアップテーブルＬＴ１の一例を図６（ｂ）に示す。パルス幅Ｔｗ及び１次補正量Ｔｃ１の取りうる範囲は、受光回路の回路定数のバラつきや個体差などによって変化する。

【0059】

続いて、上記第１段階の補正で補正しきれない部分のデータを補正するための第２段階のＬＵＴ作成を行う。この手順を、図７の（ａ）から（ｃ）を用いて説明する。図７はＬＲＦ１における第２段階の補正手順を示す図であり、（ａ）はＬＲＦ１に係るパルス幅Ｔｗ−パルス幅Ｔｗ−受発光時間差Ｔｒに係る平面における基準データ系列のフィッティング曲線を示すグラフであり、（ｂ）は受発光時間差の差分ΔＴｒ−２次補正量Ｔｃ２に係る平面にプロットされた全データ系列のデータを示すグラフであり、（ｃ）は（ｂ）のグラフに基づいて生成された１次元ルックアップテーブルＬＴ２を示す図である。

【0060】

まず、パルス幅Ｔｗ−受発光時間差Ｔｒ平面に全データ系列のデータをプロットする。このとき、色、即ち、反射率が異なるデータ系列では、測定対象Ｂまでの距離・測定対象Ｂに対する角度が同じでも、受光パルスＰ２の強度が異なる。このため、受光パルス信号Ｓ２のパルス幅に差異が存在する。つまり、反射率が異なるデータ系列は、同じ受発光時間差Ｔｒに対しパルス幅Ｔｗが異なる位置にプロットされることになる。一方、同一の色、即ち、同一の反射率で距離を変化させると、受光パルスＰ２の強度は連続的に変化する。従って、各データ系列は、パルス幅Ｔｗ−受発光時間差Ｔｒ平面上でそれぞれ異なる曲線上に載ることになる。

【0061】

このパルス幅Ｔｗ−受発光時間差Ｔｒ平面のデータの中で、第１段階で選択した基準データ系列のデータのみを抽出し、フィッティングを行う。ここで得られたフィッティング関数を、
Ｔｒ＝ｆ２（Ｔｗ）
とする。すべてのデータ系列の点（Ｔｒ，Ｔｗ，Ｔｃ）に対し、
受発光時間差の差分ΔＴｒ＝Ｔｒ−ｆ２（Ｔｗ）と、
２次補正量Ｔｃ２＝Ｌ・２ｃ−Ｔｃ１＝Ｌ・２ｃ−ｆ１（Ｔｗ）
との値を求める。

【0062】

この受発光時間差の差分ΔＴｒは、基準データ系列の受発光時間差Ｔｒに対する与えられたデータ系列のＴｒとの間の差を表している。また、２次補正量（時間差補正量）Ｔｃ２は、基準データ系列のフィッティング曲線から求めた第１段階の補正で補正しきれない距離の残差（を時間に変換した値）を表している。すべてのデータ系列に対し（ΔＴｒ，Ｔｃ２）をプロットすると、図７（ｂ）のようになる。このプロットは、受発光時間差の差分ΔＴｒ−２次補正量Ｔｃ２平面上でほぼ１つの曲線上に分布していることが分かる。

【0063】

先に述べたような迷光、グランドレベルの変動（ノイズ）によって発生する微小な変動成分の大きさは、受光パルスＰ２に対して微小であると考えられるので、基準データ系列に対する他のデータ系列の補正量は大きくは変化しない。そのため、１次補正量Ｔｃ１で補正しきれない残差に対応する２次補正量Ｔｃ２は、他のデータ系列の基準データ系列からの距離にほぼ比例する形で変化することになる。そのため、図７（ｂ）ですべてのデータ系列に係る（ΔＴｒ，Ｔｃ２）のプロットが受発光時間差の差分ΔＴｒ−２次補正量Ｔｃ２平面上でほぼ１つの曲線上に分布することになる。

【0064】

第２段階の補正では、上記受発光時間差の差分立上り時間差ΔＴｒ−２次補正量Ｔｃ２平面上のデータをフィッティングしてＴｃ２＝ｆ３（ΔＴｒ）の曲線を求め、補間により曲線上の任意の受発光時間差の差分ΔＴｒに対して２次補正量Ｔｃ２の値を第２時間差補正量回路７が計算する。その結果、最終的に図７（ｃ）に示すような受発光時間差の差分ΔＴｒ−２次補正量Ｔｃ２に係る１次元ルックアップテーブル（１次元時間差補正量ルックアップテーブル）ＬＴ２を第２時間差補正量回路７が生成することになる。

【0065】

ＬＲＦ１の演算回路３１に設けられた第１時間差補正量回路６・第２時間差補正量回路７は、ＬＲＦ１の組立後に上記のような補正データの取得、第１段階の補正、第２段階の補正を行い、２つの１次元ルックアップテーブルＬＴ１・ＬＴ２を生成する。なお、これらの処理を自動化して、様々な異なる条件での補正データ取得、得られた補正データからの１次元ルックアップテーブルＬＴ１・ＬＴ２の生成までを自動的に行うようにすることは可能である。最終的に、これらの１次元ルックアップテーブルＬＴ１・ＬＴ２を演算回路３１内のメモリ（図示せず）に記憶させた状態でＬＲＦ１が出荷される。

【0066】

非特許文献１のように２次元ルックアップテーブルを用いた場合は２５０×２５０×４Ｂｙｔｅ＝２５０ｋＢｙｔｅのデータ量が必要であったのに対し、本実施形態のＬＲＦ１では２つの１次元ルックアップテーブルＬＴ１・ＬＴ２を記憶させるだけで済むので、必要なデータ量は２５０×２×４Ｂｙｔｅ＝２ｋＢｙｔｅと約１／１２５に削減できることになる。このデータ量であれば演算回路（プロセッサ）３１内部のユーザデータ領域に容易に記憶させることができるため、回路構成を単純化し、部材コストを低減することができる。また、特許文献２のように高速かつ高分解能のＡ／Ｄコンバータを用いることなく補正を行うため、高速かつ高分解能のＡ／Ｄコンバータを搭載する場合と比較して、部材価格を大幅に低減することができる。

【0067】

また、本実施形態では、白色及び黒色の２種類の材料を用いて補正データを取得している。実際の測定対象Ｂは、白色と黒色と間の中間の反射率を有すると考えられるので、この白色及び黒色に係る２つのデータから容易に内挿して補正データを求めることができる。このように、異なる反射率を有する複数の材料から得られた補正データ（反射データ）を用いることで、測定対象Ｂの反射率によらず正確な距離を算出することができる。

【0068】

なお、上記のように白色と黒色との材料を用いる他に、例えばフード９の内面で発生する迷光が変動成分の主要因であると分かっているような場合には、迷光の影響を排除して補正データを取得することができる。まず、フード９をＬＲＦ１から除去した状態で黒色または白色の材料で補正データを取得し、これを基準データ系列とする。続いて、フード９をＬＲＦ１に取り付けた状態で黒色及び白色の補正データ取得を行い、これらを合わせたデータを全データ系列として、上記と同様の手順により２段階の補正を実施し、１次元ルックアップテーブルＬＴ１・ＬＴ２を生成する。

【0069】

この場合、基準データ系列として迷光、即ち、変動成分が完全に除去されたデータを用いることができる。従って、第１段階の補正で迷光がない場合の１次補正量を求め、第２段階の補正で迷光の影響が含まれることで補正しきれない分の２次補正量を求めることになる。これにより、迷光の影響を切り分けて正しく補正を行い、より精度の高い測定結果を得ることが期待できる。このように、本実施形態では、ＬＲＦ１内の迷光の影響を排除した状態で測定して得られた補正データを用いることで、迷光の影響のない正確な距離を算出することができる。

【0070】

上記手順で１次元ルックアップテーブルＬＴ１・ＬＴ２を演算回路３１内のメモリに記憶させたＬＲＦ１を用いて実際に距離測定を行う場合の手順は、以下のようになる。まず、演算回路３１に設けられた第１時間差補正量回路６は、ＴＤＣ３２に設けられた時間差測定回路３で得られた受発光時間差Ｔｒ、パルス幅検出回路２で得られたパルス幅Ｔｗの値を用いて、まず１段階目の１次元ルックアップテーブルＬＴ１を参照してパルス幅Ｔｗから１次補正量Ｔｃ１を求める。次に、第２時間差補正量回路７は、２段階目の１次元ルックアップテーブルＬＴ２を参照して受発光時間差の差分ΔＴｒから２次補正量Ｔｃ２を求める。距離算出回路５は、これら２つの補正量Ｔｃ１・Ｔｃ２により、補正後の距離Ｌを、
Ｌ＝（Ｔｒ−Ｔｃ１−Ｔｃ２）／（２ｃ）
として算出する。

【0071】

（２次補正量が時間差だけでない場合の補正手順例）
なお、上記手順では、２つの独立な１次元ルックアップテーブルＬＴ１・ＬＴ２を使用して補正を行ったが、補正には必ずしも２つのルックアップテーブルを使用する必要はない。例えば、変動成分の主要因がフード９などの特定の部材で発生する迷光であり、その影響による信号波形の崩れがある程度定量的にモデル化できている場合は、ルックアップテーブルではなく数式により補正量を計算するという手順にすることも可能である。具体的には、第２段階の補正において、迷光による補正量を、
Ｔｃ２＝ｆ４（Ｔｒ，Ｔｗ）、
という数式でモデル化して表現する。この数式（モデル式）は、一般に有理式、指数関数、対数関数およびそれらの組み合わせであり、１つまたは複数の未知のパラメータを含む式である。例えば、
ｆ４＝（Ａ１／Ｔｗ＋Ａ２）・（Ａ３・ｅｘｐ（−Ａ４・（Ｔｒ−Ａ５）^２））＋Ａ６
のような式であり、この式の場合はＡ１〜Ａ６が未知パラメータになる。これらの未知パラメータは、迷光の大きさなどによってＬＲＦ１の個体ごとに異なる値になる。

【0072】

本手順においては、事前に補正データ取得工程で得られたすべてのデータ系列の点（Ｔｒ，Ｔｗ，Ｔｃ）を上記モデル式に適用し、最小二乗法などを用いてモデル式の未知パラメータＡ１〜Ａ６の最適値を求める。これにより、２次補正量Ｔｃ２は数式Ｔｃ２＝ｆ４（Ｔｒ，Ｔｗ）から計算できることになる。演算回路３１内のメモリには、ルックアップテーブルＬＴ１とパラメータＡ１〜Ａ６の値を保存しておく。第１時間差補正量回路６は前の手順と同様にルックアップテーブルＬＴ１から１次補正量Ｔｃ１を計算するが、第２時間差補正量回路７はルックアップテーブルＬＴ２の替わりにパラメータＡ１〜Ａ６とモデル式Ｔｃ２＝ｆ４（Ｔｒ，Ｔｗ）から２次補正量Ｔｃ２を算出することになる。

【0073】

このように、受発光時間差Ｔｒを変数とする１次元ルックアップテーブルＬＴ２に代えて、受発光時間差Ｔｒとパルス幅Ｔｗの２つを変数とするモデル式を用いて２次補正を行うことが可能である。この手順においても、非特許文献１のように２次元ルックアップテーブルを用いた場合と比較して、必要な記憶データ量を削減することができる。従って、回路構成を単純化し、部材コストを低減することができるという利点を有する。

【0074】

図８は、ＬＲＦ１において、光沢面やマルチパスによって生じる異常なデータを距離無効値とする手順を説明するグラフである。

【0075】

測定対象Ｂが金属、ガラスなどの光沢面を有する場合、光沢面の散乱反射特性がＬａｍｂｅｒｔ分布から大きく外れているため、照射パルスＰ１の角度によっては受光パルスＰ２の強度が著しく減衰し、正常な受光パルス信号Ｓ２の波形が得られない場合がある。また、測定対象Ｂが通常の壁であっても、反射した光が異なる複数の経路で足し合わされて受光される場合（マルチパス）、受光パルスＰ２の波形が大きく崩れる場合がある。このような場合には、波形が崩れていない通常の受光パルスＰ２と同様にパルス幅Ｔｗを用いて補正を行うと誤った補正量が得られてしまう。

【0076】

本実施形態のＬＲＦ１では、第２段階の補正において、受発光時間差の差分ΔＴｒの値の取り得る範囲を設定し、１次元ルックアップテーブルＬＴ２とは別に記憶させておくことができる。図８に示すように、ΔＴｒの上限をΔＴｒａ、下限をΔＴｒｂとした場合、上限ΔＴｒａに対応する曲線Ｃ２よりも上側にプロットされるデータが現れた場合、又は、下限ΔＴｒｂに対応する曲線Ｃ３よりも下側にプロットされるデータが現れた場合に、曲線Ｃ２及び曲線Ｃ３の間の範囲から外れるデータが現れたとして、２次補正量Ｔｃ２の計算を第２時間差補正量回路７は打ち切り、距離測定不能を意味する数値を第２時間差補正量回路７が距離算出回路５に出力する。これにより、光沢面やマルチパスなどが発生した場合に、距離測定値に誤りが発生することを防ぐことができる。なお、ＬＲＦ１に記憶される上記ΔＴｒの値の取り得る範囲は、１次元ルックアップテーブルＬＴ２の値を参照するなどして、個体ごとに異なる値にすることもできる。

【0077】

以上で述べたように、本実施形態によれば、高価なＡ／Ｄコンバータや大量の記憶装置を用いることなく、安価な構成で正確な距離を算出することができる。

【0078】

また、本実施形態によれば、外付けの記憶素子を用いることなく、距離計算を行うプロセッサ（演算回路３１）に内蔵されているメモリを用いて安価に距離の補正を行い、正確な距離を算出することができる。

【0079】

また、本実施形態によれば、異なる反射率を有する複数の材料から得られた反射データを含むことで、測定対象の反射率によらず正確な距離を算出することができる。

【0080】

また、本実施形態によれば、ＬＲＦ内の迷光の影響を排除した状態で測定して得られた補正データを用いることで、迷光の影響のない正確な距離を算出することができる。

【0081】

また、本実施形態によれば、パルス幅に関する時刻情報と受発光時間差に関する時刻情報との関係が所定の範囲から外れている場合に、距離を無効値として出力することで、測定誤りの発生を防ぐことができる。

【0082】

〔実施形態２〕
続いて、本発明の実施形態２に係る侵入検知装置の構成及び動作について説明する。

【0083】

実施形態２に係る侵入検知装置の構成は、予め検知領域を設定し演算回路３１の内部に記憶させておくことを除き、実施形態１に係るＬＲＦ１と同様である。

【0084】

この侵入検知装置は、予め検知領域を設定した状態で工場、オフィスなどのセキュリティ・エリアに設置する。人が不在になる夜間などに侵入検知装置が常時測定を行い、検知領域内に物体が存在すると判定した場合は、障害物が侵入したと侵入検知装置が判断し、アラーム信号を出力する。

【0085】

実施形態２に係る侵入検知装置は、安価な構成でありながら障害物までの正確な距離を算出して、障害物の侵入を精度よく検知することができる。

【0086】

実施形態２に係る侵入検知装置のその他の構成及び動作は実施形態１に係るＬＲＦと同様であり、その説明は繰り返さない。

【0087】

〔実施形態３〕
続いて、実施形態３に係る３次元距離測定装置の構成及び動作の詳細について説明する。

【0088】

実施形態３に係る３次元距離測定装置の構成は、筐体２４の外部に追加のモータ及びシャフトを設け、筐体２４自体をＺ軸方向に往復運動可能にしている点を除き、実施形態１に係るＬＲＦ１と同様である。フード９内にあるモータ１７の回転運動に加えて、追加のモータによる上下方向の往復運動を行いながら測定することで、３次元距離測定装置が異なる高さで距離を測定し、３次元的な距離情報を出力することができる。

【0089】

実施形態３に係る３次元距離測定装置は、安価な構成でありながら、測定対象までの正確な距離を算出して、３次元的な距離測定を精度よく行うことができる。

【0090】

実施形態３に係る３次元距離測定装置のその他の構成及び動作については実施形態１に係るＬＲＦと同様であり、その説明は繰り返さない。

【0091】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る距離測定装置（ＬＲＦ１）は、測定対象Ｂへの投光パルス（照射パルスＰ１）を反射した受光パルスＰ２に基づく受光パルス信号Ｓ２のパルス幅Ｔｗを検出するパルス幅検出回路２と、投光パルス（照射パルスＰ１）が投光されてから受光パルスＰ２が受光されるまでの時間差を測定する時間差測定回路３と、パルス幅検出回路２により検出されたパルス幅と、時間差測定回路３により測定された時間差とに基づいて補正量を算出する補正量算出回路４と、前記時間差と前記補正量とに基づいて測定対象Ｂまでの距離を算出する距離算出回路５とを備えている。

【0092】

上記の構成によれば、受光パルス信号のパルス幅と投光パルスが投光されてから受光パルスが受光されるまでの時間差とに基づいて補正を行うことにより、投光パルスが投光されてから受光パルスが受光されるまでの時間差に依存した受光パルスの波形崩れがある場合であっても精度よく補正を行うことができる。

【0093】

本発明の態様２に係る距離測定装置（ＬＲＦ１）は、上記態様１において、測定対象Ｂに前記投光パルス（照射パルスＰ１）を投光する発光素子８を覆うように設けられ、測定対象Ｂに向かう投光パルス（照射パルスＰ１）を透過させるカバー部材（フード９）をさらに備えてもよい。

【0094】

上記の構成によれば、カバー部材を透過させて外部に投光パルスを投光する場合に、カバー内面で投光パルスが一部反射されて生じた迷光によって、特に近距離の測定対象からの受光パルスに波形崩れが発生しても、測定距離を精度良く補正することができる。

【0095】

本発明の態様３に係る距離測定装置（ＬＲＦ１）は、上記態様１又は態様２において、前記補正量算出回路４が、前記パルス幅Ｔｗに基づいて第１時間差補正量（１次補正量Ｔｃ１）を算出する第１時間差補正量回路６と、少なくとも前記時間差に基づいて第２時間差補正量（２次補正量Ｔｃ２）を算出する第２時間差補正量回路７とを有し、前記距離算出回路５は、前記時間差と前記第１時間差補正量と前記第２時間差補正量とに基づいて前記距離を算出してもよい。

【0096】

上記の構成によれば、受光パルス信号のパルス幅のみを参照値として第１時間差補正量を算出する処理と、投光パルスが投光されてから受光パルスが受光されるまでの時間差のみを参照値として第２時間差補正量を算出する処理をそれぞれ独立に行い、最後に第１時間差補正量と第２時間差補正量とを用いて前記測定対象までの距離を算出する。即ち、第１段階の補正で基準データ系列として迷光などの変動成分が完全に除去されたデータを用いて変動成分がない場合の１次補正量を求め、第２段階の補正で変動成分の影響が含まれることで補正しきれない分の２次補正量を求めることになる。これにより、変動成分の影響を切り分けて正しく補正を行い、より精度の高い測定結果を得ることができる。

【0097】

本発明の態様４に係る距離測定装置（ＬＲＦ１）は、上記態様３において、前記第１時間差補正量回路６は、パルス幅Ｔｗに対応する補正量が記述された１次元第１時間差補正量ルックアップテーブル（１次元ルックアップテーブルＬＴ１）に基づいて前記第１時間差補正量（１次補正量Ｔｃ１）を算出し、前記第２時間差補正量回路７は、時間差（受発光時間差ΔＴｒ）に対応する補正量が記述された１次元第２時間差補正量ルックアップテーブル（１次元ルックアップテーブルＬＴ２）に基づいて前記第２時間差補正量（２次補正量Ｔｃ２）を算出してもよい。

【0098】

上記の構成によれば、１次元第１時間差補正量ルックアップテーブル、１次元第２時間差補正量ルックアップテーブルを用いることにより、それぞれの補正量を１種類の参照値から算出することができる。

【0099】

本発明の態様５に係る距離測定装置（ＬＲＦ１）は、上記態様３又は態様４において、前記距離算出回路５は、前記第１時間差補正量（１次補正量Ｔｃ１）及び前記第２時間差補正量（２次補正量Ｔｃ２）の和に基づいて前記時間差を補正し、前記補正された時間差に基づいて前記距離を算出してもよい。

【0100】

上記の構成によれば、第１補正量および第２補正量を足し合わせた値を最終的な補正量として、投光パルスが投光されてから受光パルスが受光されるまでの時間差に対して差分をとることにより時間差を補正し、補正された時間差に基づいて測定対象までの距離を算出することができる。

【0101】

本発明の態様６に係る距離測定装置（ＬＲＦ１）は、上記態様１から態様５のいずれか一態様において、前記距離算出回路５は、前記パルス幅検出回路２により検出されたパルス幅Ｔｗと、前記時間差測定回路３により測定された時間差（受発光時間差Ｔｒ）とが所定の関係を満足するときに、前記距離を算出してもよい。

【0102】

上記の構成によれば、予め想定される受光パルス信号のパルス幅と前記投光パルスが投光されてから受光パルスが受光されるまでの時間差との関係の範囲を定めておき、その範囲から外れるものを無効と判定することによって、明らかな測定の誤りを防ぐことができる。

【0103】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0104】

本発明は、照射パルスを用いて距離を測定するパルスＴｏＦ（飛行時間、Time Of Flight）方式の距離測定装置に利用することができる。

【0105】

本発明は、独立した装置としてレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）を始めとする産業用、民生用その他用途に用いることができる他、他の装置の一部に組み込んで利用したり、装置の一部または全部を集積回路（ＩＣ）化して利用したりすることも可能である。

【符号の説明】

【0106】

１ レーザレンジファインダ（距離測定装置）
２ パルス幅検出回路
３ 時間差測定回路
４ 補正量算出回路
５ 距離算出回路
６ 第１時間差補正量回路
７ 第２時間差補正量回路
８ 発光素子
９ フード（カバー部材）
２１ 受光素子
２２ 受光アンプ
２３ コンパレータ
３１ 演算回路
３２ 時間デジタル値変換器
３３ ドライバ回路
Ｂ 測定対象
Ｐ１ 照射パルス（投光パルス）
Ｐ２ 受光パルス
Ｓ１ 駆動パルス信号
Ｓ２ 受光パルス信号
Ｓ３ デジタル受光パルス信号
Ｔ 時間差
Ｔｗ パルス幅
Ｔｒ 受発光時間差
Ｔｅ 遅延量
Ｔｃ 補正量
Ｔｃ１ １次補正量（第１時間差補正量）
Ｔｃ２ ２次補正量（第２時間差補正量）
ΔＴｒ 受発光時間差の差分
ΔＴｒａ 上限
ΔＴｒｂ 下限
ｔｈ しきい値
ＬＴ１ １次元ルックアップテーブル（１次元第１時間差補正量ルックアップテーブル）
ＬＴ２ １次元ルックアップテーブル（１次元第２時間差補正量ルックアップテーブル）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】