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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024110205
(43)【公開日】2024-08-15
(54)【発明の名称】距離測定装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20240807BHJP
G01S 7/493 20060101ALI20240807BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 B
G01S7/493
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023014650
(22)【出願日】2023-02-02
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001933
【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小林 匡
(72)【発明者】
【氏名】東 志織
【テーマコード（参考）】
2F065
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F065AA02
2F065AA06
2F065AA24
2F065FF44
2F065GG07
2F065GG24
2F065JJ01
2F065JJ18
2F065LL04
2F065LL22
2F065NN08
2F065PP22
2F065QQ29
2F065SS13
2F065UU01
5J084AA05
5J084AA20
5J084AC08
5J084AD03
5J084BA02
5J084BA19
5J084BA36
5J084BB01
5J084BB20
5J084CA10
5J084CA33
5J084CA34
5J084CA49
5J084CA65
5J084CA69
5J084EA02
5J084EA04
(57)【要約】
【課題】外部環境光の影響を抑制して距離測定を行うことを効果的に実現できる距離測定装置を提供する。
【解決手段】距離測定装置（１０１）は、所定の周波数（ｆｐｗｍ）で光を発光させて対象物（１５）に向かって照射するように構成される光源（１）と、前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサ（２１）と、前記光センサから出力されるセンサデータに基づき周波数解析を行うように構成される周波数解析部（４３）と、前記周波数解析部により得られたパワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値と、距離を算出するための算出式（４Ａ）に基づいて前記対象物との距離を算出するように構成される距離算出部（４４）と、を備える。
【選択図】図４
【解決手段】距離測定装置（１０１）は、所定の周波数（ｆｐｗｍ）で光を発光させて対象物（１５）に向かって照射するように構成される光源（１）と、前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサ（２１）と、前記光センサから出力されるセンサデータに基づき周波数解析を行うように構成される周波数解析部（４３）と、前記周波数解析部により得られたパワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値と、距離を算出するための算出式（４Ａ）に基づいて前記対象物との距離を算出するように構成される距離算出部（４４）と、を備える。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の周波数で光を発光させて対象物に向かって照射するように構成される光源と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサと、
前記光センサから出力されるセンサデータに基づき周波数解析を行うように構成される周波数解析部と、
前記周波数解析部により得られたパワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値と、距離を算出するための算出式に基づいて前記対象物との距離を算出するように構成される距離算出部と、
を備える、距離測定装置。
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサと、
前記光センサから出力されるセンサデータに基づき周波数解析を行うように構成される周波数解析部と、
前記周波数解析部により得られたパワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値と、距離を算出するための算出式に基づいて前記対象物との距離を算出するように構成される距離算出部と、
を備える、距離測定装置。
【請求項2】
外部環境光の周波数を検出するように構成される環境光周波数検出部と、
検出された前記外部環境光の周波数と異なる周波数として前記所定の周波数を決定するように構成される光源周波数決定部と、
をさらに備える、請求項１に記載の距離測定装置。
検出された前記外部環境光の周波数と異なる周波数として前記所定の周波数を決定するように構成される光源周波数決定部と、
をさらに備える、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項3】
前記環境光周波数検出部は、前記光源を消灯状態とした場合に前記周波数解析部により得られるパワースペクトルにおいてパワー値がピークとなる周波数を特定することで、前記外部環境光の周波数を検出する、請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項4】
前記光源を発光駆動状態とした場合に前記周波数解析部により得られる前記パワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値から、前記光源を消灯状態とした場合に前記周波数解析部により得られる前記パワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値を差し引くことで補正パワー値を取得するパワー補正部をさらに備え、
前記距離算出部は、前記補正パワー値と前記算出式に基づいて前記距離を算出する、請求項１に記載の距離測定装置。
前記距離算出部は、前記補正パワー値と前記算出式に基づいて前記距離を算出する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項5】
前記距離算出部は、前記パワースペクトルにおける前記所定の周波数を含む前記所定の周波数周辺の複数点におけるパワー値の合計値と、前記算出式に基づいて前記距離を算出する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項6】
前記算出式は、下記式である、請求項１に記載の距離測定装置。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘはパワー値、ａおよびｂは係数
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘはパワー値、ａおよびｂは係数
【請求項7】
前記光センサは、照度の前記センサデータを出力する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項8】
前記光センサは、Ｒ（赤色）成分検出値、Ｇ（緑色）成分検出値、Ｂ（青色）成分検出値の少なくともいずれかの前記センサデータを出力する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項9】
前記周波数解析部は、前記Ｒ成分検出値、前記Ｇ成分検出値、および前記Ｂ成分検出値の各センサデータの合計に基づいて前記周波数解析を行う、請求項８に記載の距離測定装置。
【請求項10】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の距離測定装置を備えるウェアラブル機器。
【請求項11】
前記対象物は液体であり、液面高さ測定装置として構成される、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項12】
請求項１１に記載の距離測定装置と、液体を収容可能な収容部と、を備える機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、距離測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、対象物との距離を測定する距離測定装置が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－１９１４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
光センサと光源を用いた距離測定装置により、距離測定装置と対象物との間の距離を推定する場合、外部環境光の影響を抑制するために遮光対策が必要となる場合があったが、遮光が構造上難しいアプリケーションも存在するため、適用範囲が制限される課題があった。
【0005】
上記状況に鑑み、本開示は、外部環境光の影響を抑制して距離測定を行うことを効果的に実現できる距離測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
例えば、本開示の例示的な距離測定装置は、
所定の周波数で光を発光させて対象物に向かって照射するように構成される光源と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサと、
前記光センサから出力されるセンサデータに基づき周波数解析を行うように構成される周波数解析部と、
前記周波数解析部により得られたパワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値と、距離を算出するための算出式に基づいて前記対象物との距離を算出するように構成される距離算出部と、を備える。
所定の周波数で光を発光させて対象物に向かって照射するように構成される光源と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサと、
前記光センサから出力されるセンサデータに基づき周波数解析を行うように構成される周波数解析部と、
前記周波数解析部により得られたパワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値と、距離を算出するための算出式に基づいて前記対象物との距離を算出するように構成される距離算出部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示の距離測定装置によれば、外部環境光の影響を抑制して距離測定を行うことを効果的に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
【0010】
＜１．比較例＞
ここでは、比較例に関する技術について説明する。図１は、比較例に係る距離測定装置１０の構成を概略的に示す図である。図１に示す距離測定装置１０は、光源１と、光センサ２と、基板３と、を備える。光源１および光センサ２は、基板３に実装される。光源１から出射される光が対象物１５に照射され、対象物１５で反射された光が光センサ２により受光される。距離測定装置１０と対象物１５との間の距離が長いほど、光センサ２により受光される光の照度が小さくなるので、光センサ２で検出される照度により距離を推定できる。
ここでは、比較例に関する技術について説明する。図１は、比較例に係る距離測定装置１０の構成を概略的に示す図である。図１に示す距離測定装置１０は、光源１と、光センサ２と、基板３と、を備える。光源１および光センサ２は、基板３に実装される。光源１から出射される光が対象物１５に照射され、対象物１５で反射された光が光センサ２により受光される。距離測定装置１０と対象物１５との間の距離が長いほど、光センサ２により受光される光の照度が小さくなるので、光センサ２で検出される照度により距離を推定できる。
【0011】
しかしながら、図１に示すように、距離測定装置１０を使用する環境には、外部環境光ＣＬが存在するため、外部環境光ＣＬにより距離測定に影響が出る可能性がある。外部環境光ＣＬは、例えば蛍光灯などの外部光源により発生する。そこで、外部環境光ＣＬの影響を抑制するために、図２に示すように、距離測定装置１０と対象物１５を暗箱１５０により覆うなどして遮光対策を行うことが考えられる。ここで、図３は、遮光対策を行っていない場合（Ａ）と、遮光対策を行った場合（Ｂ）とでの、距離と照度との関係の一例を示す。このように、遮光対策を行った場合と比べ、遮光対策を行っていない場合は外部環境光の影響を受けて特性が変化していることがわかる。
【0012】
しかしながら、例えば、遮光対策が構造上難しいアプリケーションも存在し、適用範囲が制限される課題がある。このような課題を解決すべく、以下説明する本開示の実施形態が実施される。
【0013】
【0014】
距離測定装置１０１は、基板３と、照度センサ２１と、光源１と、制御部４と、スイッチＳＷと、抵抗Ｒと、を有している。照度センサ２１、光源１、スイッチＳＷ、および抵抗Ｒは、基板３に実装される。制御部４は、例えばマイコンである。
【0015】
ここでは、光源１は、一例として白色ＬＥＤ（発光ダイオード）により構成している。白色ＬＥＤは、白色光を発光するチップＬＥＤである。スイッチＳＷおよび抵抗Ｒは、電源電圧ＶＣＣによって光源１に電流が流れる経路に配置される。スイッチＳＷは、制御部４によりオンオフを制御される。スイッチＳＷのオンオフにより、光源１の点灯・消灯を切り替えることができる。抵抗Ｒは、光源１に流れる電流を制限し、白色光の光量を調整する。
【0016】
図１に示すように、光源１から出射された光は対象物１５に照射され、対象物１５で反射される。対象物１５での反射光は、照度センサ２１により受光される。照度センサ２１は、受光した光の照度を検出する。照度センサ２１は、例えば光を受光する受光素子（フォトダイオードなど）および受光素子からの出力をＡＤ（アナログ／デジタル）変換するＡＤコンバータなどを有する。
【0017】
制御部４は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部４１と、ビット変換部４２と、周波数解析部４３と、距離算出部４４と、を有する。
【0018】
ＰＷＭ制御部４１は、所定の１周期をオン期間とオフ期間に分け、オン期間でスイッチＳＷをオン状態とし、オフ期間でスイッチＳＷをオフ状態とする。オン期間の１周期に対する割合がオンデューティとなる。
【0019】
ビット変換部４２は、照度センサ２１から出力されるデジタルデータとしてのセンサデータを例えば８ビットのデジタルデータに変換する。
【0020】
周波数解析部４３は、ビット変換部４２による変換後で一定量蓄積されたセンサデータに対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）などの演算を行うことにより、パワースペクトルを取得する。
【0021】
距離算出部４４は、周波数解析部４３により得られるパワースペクトルにおけるＰＷＭ制御部４１によるＰＷＭ周波数ｆｐｗｍでのパワー値と、距離を算出するための算出式４Ａに基づき、対象物１５・照度センサ２１間の距離を算出する。算出式４Ａは、制御部４（距離算出部４４）にあらかじめ格納されている。算出式４Ａの詳細については、後述する。
【0022】
ここで、図５には、外部環境光ＣＬ（図１）の光源が蛍光灯である場合、周波数解析部４３により取得されるパワースペクトルの一例を示す。蛍光灯のフリッカ（周期的な光量の変動）により１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚのフリッカ周波数でパワー値のピークが存在する。なお、１００Ｈｚは、西日本の場合、１２０Ｈｚは東日本の場合である。これに対し、一例としてＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚとしているので、５００Ｈｚの周波数で光源１が点灯・消灯し、５００Ｈｚでパワー値のピークが存在する。このように、ＰＷＭ周波数ｆｐｗｍを蛍光灯のフリッカ周波数から離して設定しているので、蛍光灯による外部環境光の影響を抑制できる。
【0023】
ここで、本願発明者は、照度センサ２１と対象物との間の距離を変化させつつ、ＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚでのパワー値を取得する実験を実施した。図６に、その実験の結果例を示す。
【0024】
図６において、縦軸が照度センサ２１と対象物との間の距離を示し、横軸がパワー値を示す。図６の破線で示すように、距離を所定のＬｍｉｎから所定のＬ１まで所定距離刻みで変化させつつ、パワー値を取得した。すなわち、図６の破線は、実際の距離（距離の実績値）とパワー値との組み合わせの点を線でつないで示したものである。距離が長くなるほど、パワー値は小さくなる。
【0025】
実験の結果を受け、本願発明者による鋭意検討の結果、パワー値から対象物・センサ間の距離を導出する数式として、下記（１）式を見出した。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ （１）
ただし、Ｙは距離、Ｘはパワー値、ａおよびｂは係数
Ｙ＝ａ・Ｘｂ （１）
ただし、Ｙは距離、Ｘはパワー値、ａおよびｂは係数
【0026】
パワー値と実際の距離との組み合わせの点（Ｘ,Ｙ）が２点あれば、（１）式における係数ａおよびｂを厳密に決定することができる。具体的には、２点（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）それぞれを（１）式に代入した式の両辺の対数をとって連立方程式を解くことで、係数ａ，ｂを決定できる。
【0027】
図６の例では、（距離，パワー値）が（Ｌ１，Ｒ１）、（Ｌ２，Ｒ２）の２点Ｐ１，Ｐ２を選択し、（１）式の係数ａ，ｂを導いている。このように決定された（１）式を使用してパワー値から距離を推定した結果を図６の実線で示す。図６では、距離がＬ３（＜Ｌ２）以下では距離の推定値が実績値よりも若干高くなって乖離しているが、距離がＬ３より長い区間では、距離の推定値が実績値と合致していることが分かる。距離がＬ３より長い区間に実際に使用する測定距離範囲が含まれるのであれば、精度良く距離を推定することが可能である。従って、使用する距離測定範囲が決まっているのであれば、当該距離測定範囲に含まれる２点を選択して（１）式を決定することが望ましい。
【0028】
図７は、図６における実際の距離と推定した距離とをプロットした結果を示す。図７において、実際の距離と推定した距離が同じ値となる点を結ぶ直線からプロットがずれていない場合に推定精度が最もよい。図７に示すように、距離がＬ３以下では距離の推定値が実績値を上回っているが、距離がＬ３より長い区間では精度良く距離を推定できる。
【0029】
本実施形態の距離測定装置１０１（図４）では、制御部４の距離算出部４４が算出式４Ａとして、上記（１）式を有している。距離算出部４４は、周波数解析部４３により得られるパワースペクトルにおけるＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ（＝５００Ｈｚ）でのパワー値に基づいて（１）式を使用して距離を算出することができる。
【0030】
このように、本実施形態では、遮光対策を行わないでも、外部環境光の影響を抑制しつつ対象物との距離を精度良く測定することが可能となる。
【0031】
＜３．第２実施形態＞
図８は、本開示の第２実施形態に係る距離測定装置１０２の構成を示す図である。本実施形態の第１実施形態（図４）との構成の相違点は、光センサとしてカラーセンサ２２を用いることである。カラーセンサ２２は、光の色成分を検出可能なセンサＩＣである。上記色成分は、具体的には、Ｒ成分（赤色成分）、Ｇ成分（緑色成分）、Ｂ成分（青色成分）である。
図８は、本開示の第２実施形態に係る距離測定装置１０２の構成を示す図である。本実施形態の第１実施形態（図４）との構成の相違点は、光センサとしてカラーセンサ２２を用いることである。カラーセンサ２２は、光の色成分を検出可能なセンサＩＣである。上記色成分は、具体的には、Ｒ成分（赤色成分）、Ｇ成分（緑色成分）、Ｂ成分（青色成分）である。
【0032】
カラーセンサ２２は、対象物１５で反射された光を受光して色成分を検出する。カラーセンサ２２は、検出した色成分をデジタルデータ（センサデータ）として制御部４へ出力する。カラーセンサ２２が出力するデジタルデータは、例えば１６ビットデータである。
【0033】
図９は、カラーセンサ２２の構成例を示す図である。図９に示すカラーセンサ２２は、受光素子２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ，２２１Ｄと、ＡＤコンバータ２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃと、ロジック回路２２３と、赤外線遮断フィルタ２２４と、赤色光透過フィルタ２２５Ａと、緑色光透過フィルタ２２５Ｂと、青色光透過フィルタ２２５Ｃと、赤外線透過フィルタ２２５Ｄと、スイッチ２２６と、を有している。
【0034】
受光素子２２１Ａは、赤外線遮断フィルタ２２４および赤色光透過フィルタ２２５Ａを介して入射される赤色光の光量に応じたアナログ電流信号を生成する。すなわち、受光素子２２１Ａは、入力光のＲ成分（赤色成分）を検出する。
【0035】
受光素子２２１Ｂは、赤外線遮断フィルタ２２４および緑色光透過フィルタ２２５Ｂを介して入射される緑色光の光量に応じたアナログ電流信号を生成する。すなわち、受光素子２２１Ｂは、入力光のＧ成分（緑色成分）を検出する。
【0036】
受光素子２２１Ｃは、赤外線遮断フィルタ２２４および青色光透過フィルタ２２５Ｃを介して入射される青色光の光量に応じたアナログ電流信号を生成する。すなわち、受光素子２２１Ｃは、入力光のＢ成分（青色成分）を検出する。
【0037】
受光素子２２１Ｄは、赤外線透過フィルタ２２５Ｄを介して入射される赤外線の光量に応じたアナログ電流信号を生成する。すなわち、受光素子２２１Ｄは、入力光のＩＲ成分（赤外線成分）を検出する。
【0038】
上記の受光素子２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ，２２１Ｄとしては、それぞれ、フォトダイオードあるいはフォトトランジスタなどを好適に用いることができる。
【0039】
ＡＤコンバータ２２２Ａ，２２２Ｂは、受光素子２２１Ａ，２２１Ｂからのアナログ電流信号を例えば１６ビットのデジタルデータに変換して出力する。また、ＡＤコンバータ２２２Ｃは、受光素子２２１Ｃ，２２１Ｄいずれかからのアナログ電流信号をスイッチ２２６の切り替えに応じてデジタルデータに変換して出力する。
【0040】
赤外線遮断フィルタ２２４は、赤色光透過フィルタ２２５Ａ、緑色光透過フィルタ２２５Ｂ、および、青色光透過フィルタ２２５Ｃそれぞれの上流側で、入力光に含まれるＩＲ成分を遮断する。このような赤外線遮断フィルタ２２４を設けることにより、ＲＧＢ成分を精度良く検出することができる。
【0041】
ロジック回路２２３は、ＡＤＣロジック機能（＝ＡＤＣの時分割制御機能）、および、Ｉ２Ｃインターフェイス機能（＝データ信号ＳＤＡとクロック信号ＳＣＬの通信機能）を備えている。ロジック回路２２３は、ＡＤコンバータ２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃから出力されるＲＧＢ成分検出信号およびＩＲ成分検出信号としてのデジタルデータをＩ２Ｃ通信によって制御部４に送出する。
【0042】
制御部４においては、ビット変換部４２は、カラーセンサ２２から出力されるＲＧＢ成分検出信号のデジタルデータ（センサデータ）を例えば８ビットにビット変換する。周波数解析部４３は、ビット変換部４２による変換後のＲＧＢ各成分の各センサデータの合計に対してＦＦＴなどの演算を行うことで、パワースペクトルを取得する。距離算出部４４における距離推定については、第１実施形態と同様である。
【0043】
なお、例えば光源１を赤色ＬＥＤとして構成し、周波数解析部４３では、ビット変換部４２による変換後のＲ（赤色）成分のセンサデータに対してＦＦＴなどの演算を行うことで、パワースペクトルを取得してもよい。
【0044】
＜４．第３実施形態＞
図１０は、本開示の第３実施形態に係る距離測定装置１０３の構成を示す図である。先述した第１実施形態では、外部環境光の周波数が例えば１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚとして固定である場合としたが、環境によって外部環境光の周波数は変化する可能性がある。そこで、本実施形態では、環境において支配的な外部環境光の周波数を検出するようにしている。これにより、本実施形態に係る距離測定装置１０３では、第１実施形態との相違点として、制御部４において、環境光周波数検出部４５と、光源周波数決定部４６と、を設けている。
図１０は、本開示の第３実施形態に係る距離測定装置１０３の構成を示す図である。先述した第１実施形態では、外部環境光の周波数が例えば１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚとして固定である場合としたが、環境によって外部環境光の周波数は変化する可能性がある。そこで、本実施形態では、環境において支配的な外部環境光の周波数を検出するようにしている。これにより、本実施形態に係る距離測定装置１０３では、第１実施形態との相違点として、制御部４において、環境光周波数検出部４５と、光源周波数決定部４６と、を設けている。
【0045】
外部環境光の周波数を検出するために、本実施形態では、光源１はスイッチＳＷをオフ状態として消灯させた状態とする。このとき、照度センサ２１から出力されたセンサデータがビット変換部４２により変換され、一定量蓄積される。周波数解析部４３は、上記蓄積されたセンサデータに対してＦＦＴなどの演算を行うことで、パワースペクトルを取得する。環境光周波数検出部４５は、得られたパワースペクトルにおいてパワー値のピークが生じる周波数を外部環境光の周波数として特定する。例えば、外部環境光の光源が蛍光灯である場合、図１１にパワースペクトルの一例と示すように、１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚでパワー値のピークが生じ、１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚを外部環境光の周波数として検出できる。
【0046】
その後、光源周波数決定部４６は、検出された外部環境光の周波数と異なる（なるべく離れた）周波数をＰＷＭ制御部４１によるＰＷＭ周波数ｆｐｗｍとして設定する。図１１の例であれば、外部環境光の周波数である１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚに対して、例えばＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚを設定する。
【0047】
このような本実施形態によれば、外部環境光に依存しない距離測定が可能となる。
【0048】
なお、本実施形態においても、第２実施形態のように光センサとして、カラーセンサ２２を使用してもよい。
【0049】
＜５．第４実施形態＞
図１２は、本開示の第４実施形態に係る距離測定装置１０４の構成を示す図である。本実施形態では第１実施形態との相違点として、制御部４においてパワー補正部４７を設けている。
図１２は、本開示の第４実施形態に係る距離測定装置１０４の構成を示す図である。本実施形態では第１実施形態との相違点として、制御部４においてパワー補正部４７を設けている。
【0050】
本実施形態では、スイッチＳＷをオフ状態とすることで光源１を消灯した状態と、スイッチＳＷを発光駆動状態（ＰＷＭ駆動状態）とすることで光源１を駆動した状態の両方において、照度センサ２１から出力されるセンサデータに基づき、周波数解析部４３がパワースペクトルを取得する。パワー補正部４７は、光源１の発光駆動状態において取得されたパワースペクトルにおけるＰＷＭ周波数ｆｐｗｍでのパワー値から、光源１の消灯状態において取得されたパワースペクトルにおけるＰＷＭ周波数ｆｐｗｍでのパワー値を差し引くことで補正パワー値を取得する。
【0051】
図１３には、光源１が発光駆動状態（ＬＥＤオン）で得られるパワースペクトルの一例と、光源１が消灯状態（ＬＥＤオフ）で得られるパワースペクトルの一例と、これらのパワースペクトルの差分（補正後のパワースペクトル）を示す。外部環境光が幅広い周波数成分を持ち、光源１が発光駆動状態においてＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚでのパワー値にオフセットが生じる場合、光源１が消灯状態におけるＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚでのパワー値を差し引くことで、オフセットを除去できる。これにより、疑似的に外部環境光を無くした（＝暗箱などによる遮光を行った）状態でのパワー値を得ることができる。
【0052】
本実施形態では、距離を推定するときに用いる算出式４Ａ（図１２）としては、補正後のパワー値から距離を推定する式を用いればよい。
【0053】
なお、本実施形態に対して、第２実施形態または第３実施形態を適用してもよい。
【0054】
＜６．第５実施形態＞
図５では、ＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚでパワー値が急峻にピークまで立ち上がっているが、周波数によってはピークの立ち上がりが急峻でなく、裾が広がる場合もありうる。そこで、本実施形態では、第１実施形態（図４）の構成において、距離算出部４４は、パワースペクトルにおけるＰＷＭ周波数ｆｐｗｍを含めたＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ周辺の複数点でのパワー値を取得し、各パワー値の合計を算出する。そして、算出された合計値と算出式４Ａに基づいて距離を推定する。ＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚであれば、例えば４９９Ｈｚ、５００Ｈｚ、および５０１Ｈｚの３点でのパワー値を取得する。
図５では、ＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚでパワー値が急峻にピークまで立ち上がっているが、周波数によってはピークの立ち上がりが急峻でなく、裾が広がる場合もありうる。そこで、本実施形態では、第１実施形態（図４）の構成において、距離算出部４４は、パワースペクトルにおけるＰＷＭ周波数ｆｐｗｍを含めたＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ周辺の複数点でのパワー値を取得し、各パワー値の合計を算出する。そして、算出された合計値と算出式４Ａに基づいて距離を推定する。ＰＷＭ周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚであれば、例えば４９９Ｈｚ、５００Ｈｚ、および５０１Ｈｚの３点でのパワー値を取得する。
【0055】
なお、本実施形態に対して、第２、第３、第４実施形態のいずれかを適用してもよい。
【0056】
＜７．ウェアラブル機器への適用＞
以上説明した実施形態に係る距離測定装置は、各種アプリケーションに適用可能であり、ここでは、一例としてウェアラブル機器への適用について説明する。図１４は、ウェアラブル機器の一例としてのスマートグラス５の構成を示す図である。
以上説明した実施形態に係る距離測定装置は、各種アプリケーションに適用可能であり、ここでは、一例としてウェアラブル機器への適用について説明する。図１４は、ウェアラブル機器の一例としてのスマートグラス５の構成を示す図である。
【0057】
スマートグラス５は、光センサ５１と、光源５２と、制御部５３と、通信部５４と、表示制御部５５と、表示部５６と、レンズ５７と、を備える。光センサ５１、光源５２、および制御部５３から距離測定装置５Ａが構成される。制御部５３は、距離測定装置５Ａとしての機能の他に、スマートグラス５の機能を実現するための制御を行う。
【0058】
通信部５４は、例えば外部との無線通信を行う。表示制御部５５は、通信部５４により得られた画像データなどに基づき表示部５６に画像を表示させる制御を行う。表示部５６に形成された画面情報は光学像とされ、レンズ５７における反射部に照射される。そして、上記光学像は、上記反射部を介して目の網膜に到達することでユーザに認識される。
【0059】
このように距離測定装置５Ａは、スマートグラス５に搭載されるが、距離測定装置は、スマートグラス以外の各種ウェアラブル機器（スマートフォンなど）に搭載されてもよい。
【0060】
＜８．液面高さ測定装置への適用＞
本実施形態に係る距離測定装置は、様々な対象物１５との間の距離の測定に利用可能である。図１５は、距離測定装置６２をトイレタンク６に搭載する場合の構成例を模式的に示す。この場合、距離測定装置６２は、基板６２Ａと、光源６２Ｂと、光センサ６２Ｃと、を有する。距離測定装置６２は、光センサ６２Ｃと対象物としての水７０の液面との間の距離Ｌ、すなわち、液面高さＨを測定する水位測定装置として機能する。距離Ｌが長いほど、液面高さＨは短くなる。
本実施形態に係る距離測定装置は、様々な対象物１５との間の距離の測定に利用可能である。図１５は、距離測定装置６２をトイレタンク６に搭載する場合の構成例を模式的に示す。この場合、距離測定装置６２は、基板６２Ａと、光源６２Ｂと、光センサ６２Ｃと、を有する。距離測定装置６２は、光センサ６２Ｃと対象物としての水７０の液面との間の距離Ｌ、すなわち、液面高さＨを測定する水位測定装置として機能する。距離Ｌが長いほど、液面高さＨは短くなる。
【0061】
図１５に示すように、トイレタンク６は、収容部６１を有する。距離測定装置６２は、収容部６１内部の上方に配置される。収容部６１は、水７０を収容可能である。収容部６１自体の色は、白色である。なお、図１５の構成に限らず例えば、白色のシート材を、収容部６１の内部の底面上に配置してもよいし、収容部６１の透明な底部の下方に配置してもよい。また、収容部６１は、トイレタンク以外の用途での容器であってもよい。
【0062】
＜９．その他＞
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
【0063】
＜１０．付記＞
以上のように、本開示の一態様に係る距離測定装置（１０１）は、
所定の周波数（ｆｐｗｍ）で光を発光させて対象物（１５）に向かって照射するように構成される光源（１）と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサ（２１）と、
前記光センサから出力されるセンサデータに基づき周波数解析を行うように構成される周波数解析部（４３）と、
前記周波数解析部により得られたパワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値と、距離を算出するための算出式（４Ａ）に基づいて前記対象物との距離を算出するように構成される距離算出部（４４）と、を備える構成としている（第１の構成、図４）。
以上のように、本開示の一態様に係る距離測定装置（１０１）は、
所定の周波数（ｆｐｗｍ）で光を発光させて対象物（１５）に向かって照射するように構成される光源（１）と、
前記対象物での反射光を受光するように構成される光センサ（２１）と、
前記光センサから出力されるセンサデータに基づき周波数解析を行うように構成される周波数解析部（４３）と、
前記周波数解析部により得られたパワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値と、距離を算出するための算出式（４Ａ）に基づいて前記対象物との距離を算出するように構成される距離算出部（４４）と、を備える構成としている（第１の構成、図４）。
【0064】
また、上記第１の構成において、外部環境光（ＣＬ）の周波数を検出するように構成される環境光周波数検出部（４５）と、
検出された前記外部環境光の周波数と異なる周波数として前記所定の周波数を決定するように構成される光源周波数決定部（４６）と、
をさらに備える構成としてもよい（第２の構成、図１０）。
検出された前記外部環境光の周波数と異なる周波数として前記所定の周波数を決定するように構成される光源周波数決定部（４６）と、
をさらに備える構成としてもよい（第２の構成、図１０）。
【0065】
また、上記第２の構成において、前記環境光周波数検出部（４５）は、前記光源（１）を消灯状態とした場合に前記周波数解析部（４３）により得られるパワースペクトルにおいてパワー値がピークとなる周波数を特定することで、前記外部環境光の周波数を検出する構成としてもよい（第３の構成）。
【0066】
また、上記第１から第３のいずれかの構成において、前記光源（１）を発光駆動状態とした場合に前記周波数解析部（４３）により得られる前記パワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値から、前記光源を消灯状態とした場合に前記周波数解析部により得られる前記パワースペクトルにおける前記所定の周波数でのパワー値を差し引くことで補正パワー値を取得するパワー補正部（４７）をさらに備え、
前記距離算出部（４４）は、前記補正パワー値と前記算出式に基づいて前記距離を算出する構成としてもよい（第４の構成、図１２）。
前記距離算出部（４４）は、前記補正パワー値と前記算出式に基づいて前記距離を算出する構成としてもよい（第４の構成、図１２）。
【0067】
また、上記第１から第４のいずれかの構成において、前記距離算出部（４４）は、前記パワースペクトルにおける前記所定の周波数を含む前記所定の周波数周辺の複数点におけるパワー値の合計値と、前記算出式に基づいて前記距離を算出する構成としてもよい（第５の構成）。
【0068】
また、上記第１から第５のいずれかの構成において、前記算出式（４Ａ）は、下記式である構成としてもよい（第６の構成）。
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘはパワー値、ａおよびｂは係数
Ｙ＝ａ・Ｘｂ
ただし、Ｙは距離、Ｘはパワー値、ａおよびｂは係数
【0069】
また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記光センサ（２１）は、照度の前記センサデータを出力する構成としてもよい（第７の構成、図４）。
【0070】
また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記光センサ（２２）は、Ｒ（赤色）成分検出値、Ｇ（緑色）成分検出値、Ｂ（青色）成分検出値の少なくともいずれかの前記センサデータを出力する構成としてもよい（第８の構成、図８）。
【0071】
また、上記第８の構成において、前記周波数解析部（４３）は、前記Ｒ成分検出値、前記Ｇ成分検出値、および前記Ｂ成分検出値の各センサデータの合計に基づいて前記周波数解析を行う構成としてもよい（第９の構成）。
【0072】
また、本開示の一態様に係るウェアラブル機器（５）は、上記第１から第９のいずれかの構成とした距離測定装置（５Ａ）を備える（第１０の構成、図１４）。
【0073】
また、上記第１から第９のいずれかの構成において、前記対象物は液体（７０）であり、液面高さ測定装置（６２）として構成されることとしてもよい（第１１の構成、図１５）。
【0074】
また、本開示の一態様に係る機器（６）は、上記第１１の構成の距離測定装置（６２）と、液体（７０）を収容可能な収容部（６１）と、を備える（第１２の構成）。
【産業上の利用可能性】
【0075】
本開示は、例えば、各種用途の距離測定に利用することができる。
【符号の説明】
【0076】
１ 光源
２ 光センサ
３ 基板
４ 制御部
４Ａ 算出式
５ スマートグラス
５Ａ 距離測定装置
６ トイレタンク
１０ 距離測定装置
１５ 対象物
２１ 照度センサ
２２ カラーセンサ
４１ ＰＷＭ制御部
４２ ビット変換部
４３ 周波数解析部
４４ 距離算出部
４５ 環境光周波数検出部
４６ 光源周波数決定部
４７ パワー補正部
５１ 照度センサ
５２ ＬＥＤ
５３ 制御部
５４ 通信部
５５ 表示制御部
５６ 表示部
５７ レンズ
６１ 収容部
６２ 距離測定装置
６２Ａ 基板
６２Ｂ 光源
６２Ｃ 光センサ
７０ 水
１０１～１０４ 距離測定装置
１５０ 暗箱
２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ，２２１Ｄ 受光素子
２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃ ＡＤコンバータ
２２２Ｃ ＡＤコンバータ
２２３ ロジック回路
２２４ 赤外線遮断フィルタ
２２５Ａ 赤色光透過フィルタ
２２５Ｂ 緑色光透過フィルタ
２２５Ｃ 青色光透過フィルタ
２２５Ｄ 赤外線透過フィルタ
２２６ スイッチ
ＣＬ 外部環境光
Ｈ 液面高さ
Ｌ 距離
Ｒ 抵抗
ＳＷ スイッチ
２ 光センサ
３ 基板
４ 制御部
４Ａ 算出式
５ スマートグラス
５Ａ 距離測定装置
６ トイレタンク
１０ 距離測定装置
１５ 対象物
２１ 照度センサ
２２ カラーセンサ
４１ ＰＷＭ制御部
４２ ビット変換部
４３ 周波数解析部
４４ 距離算出部
４５ 環境光周波数検出部
４６ 光源周波数決定部
４７ パワー補正部
５１ 照度センサ
５２ ＬＥＤ
５３ 制御部
５４ 通信部
５５ 表示制御部
５６ 表示部
５７ レンズ
６１ 収容部
６２ 距離測定装置
６２Ａ 基板
６２Ｂ 光源
６２Ｃ 光センサ
７０ 水
１０１～１０４ 距離測定装置
１５０ 暗箱
２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ，２２１Ｄ 受光素子
２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃ ＡＤコンバータ
２２２Ｃ ＡＤコンバータ
２２３ ロジック回路
２２４ 赤外線遮断フィルタ
２２５Ａ 赤色光透過フィルタ
２２５Ｂ 緑色光透過フィルタ
２２５Ｃ 青色光透過フィルタ
２２５Ｄ 赤外線透過フィルタ
２２６ スイッチ
ＣＬ 外部環境光
Ｈ 液面高さ
Ｌ 距離
Ｒ 抵抗
ＳＷ スイッチ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】