特開 2024-7750 測距装置及び測距方法

(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】P2024007750

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】測距装置及び測距方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/4913 20200101AFI20240112BHJP

   G01S 17/34 20200101ALI20240112BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4913

G01S17/34

G01C3/06 120Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109041

(22)【出願日】2022-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】504160781

【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】飯山 宏一

【テーマコード（参考）】

2F112

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA06

2F112CA12

2F112DA09

2F112DA25

2F112DA28

2F112DA30

2F112DA40

2F112EA20

2F112FA07

2F112FA33

2F112FA43

5J084AA05

5J084BA04

5J084BA22

5J084BA36

5J084BA45

5J084BA51

5J084BB14

5J084BB21

5J084BB24

5J084BB31

5J084BB40

5J084CA08

5J084CA27

5J084CA31

5J084CA48

5J084CA49

5J084CA70

5J084DA01

5J084DA08

5J084DA09

5J084EA11

(57)【要約】

【課題】光源からのレーザ光の光周波数が時間に対して非線形である場合でも、距離測定性能の低下を抑制することができる測距装置等を提供する。
【解決手段】測距装置１は、周波数が掃引されたレーザ光を生成するレーザ光源１０と、レーザ光が分岐された２つのレーザ光のうちの一方のレーザ光が対象物によって反射された反射光と、他方のレーザ光とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計３０と、入射した測定干渉信号の強度を示す測定検出信号を出力する光検出器４１と、レーザ光が分岐された他の２つのレーザ光のそれぞれに異なる遅延時間を与えて干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計５０と、入射した補助干渉信号の強度を示す補助検出信号を出力する光検出器４２と、測定検出信号のビート周波数に基づく値と、補助検出信号のビート周波数に基づく値とを除算することで、距離Ｌを算出する信号処理部７０とを備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式によって対象物までの距離を測定する測距装置であって、
周波数が掃引されたレーザ光を生成するレーザ光源と、
前記レーザ光源からの前記レーザ光が分岐された２つのレーザ光のうちの一方のレーザ光が前記対象物によって反射された反射光と、前記２つのレーザ光のうちの他方のレーザ光とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計と、
前記測定干渉信号が入射され、入射した前記測定干渉信号の強度を示す測定検出信号を出力する第１検出器と、
前記レーザ光源からの前記レーザ光が分岐された他の２つのレーザ光のそれぞれに異なる遅延時間を与えて干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計と、
前記補助干渉信号が入射され、入射した前記補助干渉信号の強度を示す補助検出信号を出力する第２検出器と、
前記測定検出信号のビート周波数に基づく第１の値と、前記補助検出信号のビート周波数に基づく第２の値とを除算することで、前記距離を算出する算出部とを備える
測距装置。

【請求項2】

前記第１の値は、前記測定検出信号の瞬時ビート周波数であり、
前記第２の値は、前記補助検出信号の瞬時ビート周波数であり、
前記算出部は、前記測定検出信号及び前記補助検出信号それぞれの瞬時ビート周波数を除算することで、前記距離を算出する
請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記測定検出信号の瞬時ビート周波数をｆＢｓ、前記補助検出信号の瞬時ビート周波数をｆＢａ、前記補助干渉計が有する２つの光ファイバの屈折率をｎａ、前記補助干渉計の前記２つの光ファイバの長さの差をＬａ、前記距離をＬとすると、前記Ｌは以下の式を用いて算出される
Ｌ＝（ｆＢｓ／（２×ｆＢａ））×ｎａ×Ｌａ （式）
請求項２に記載の測距装置。

【請求項4】

前記測定検出信号を、当該測定検出信号の瞬時ビート周波数に比例した電圧に変換する第１Ｆ－Ｖ変換部と、
前記補助検出信号を、当該補助検出信号の瞬時ビート周波数に比例した電圧に変換する第２Ｆ－Ｖ変換部とをさらに備え、
前記第１の値は、前記第１Ｆ－Ｖ変換部により変換された電圧であり、
前記第２の値は、前記第２Ｆ－Ｖ変換部により変換された電圧であり、
前記算出部は、前記第１Ｆ－Ｖ変換部により変換された電圧と、前記第２Ｆ－Ｖ変換部により変換された電圧とを除算することで、前記距離を算出する
請求項１に記載の測距装置。

【請求項5】

前記レーザ光源は、前記対象物が移動している場合と、前記対象物が停止している場合とで、前記レーザ光の周波数を同一の掃引率で掃引する
請求項１～４のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項6】

前記測定検出信号及び前記補助検出信号のそれぞれをデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備え、
前記算出部は、デジタル信号に変換された前記測定検出信号及び前記補助検出信号をデジタル処理することで、前記距離を算出する
請求項１～４のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項7】

ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式によって対象物までの距離を測定する測距方法であって、
周波数が掃引されたレーザ光を生成し、
前記レーザ光が分岐された２つのレーザ光のうちの一方のレーザ光が前記対象物によって反射された反射光と、前記２つのレーザ光のうちの他方のレーザ光とを干渉させて測定干渉信号として出力し、
前記測定干渉信号が入射され、入射した前記測定干渉信号の強度を示す測定検出信号を出力し、
前記レーザ光が分岐された他の２つのレーザ光のそれぞれに異なる遅延時間を与えて干渉させて補助干渉信号として出力し、
前記補助干渉信号が入射され、入射した前記補助干渉信号の強度を示す補助検出信号を出力し、
前記測定検出信号のビート周波数に基づく第１の値と、前記補助検出信号のビート周波数に基づく第２の値とを除算することで、前記距離を算出する
測距方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：周波数連続変調）方式によって対象物までの距離を測定する測距装置及び測距方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、対象物までの距離を測定する測距装置として、ＦＭＣＷ方式の装置（例えば、ＦＭＣＷレーダ）が知られている（特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－００３８７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＦＭＣＷ方式の測距装置では、半導体レーザが光源に用いられることが多い。半導体レーザは、注入電流を三角波又はのこぎり波で変調することにより、周波数掃引している。しかしながら、現実的には、半導体レーザの光周波数応答は電流変化に対して遅れるため、レーザ光の光周波数が時間に対して非線形となり、測距装置の距離測定性能が低下することがある。

【0005】

そこで、本開示は、光源からのレーザ光の光周波数が時間に対して非線形である場合でも、距離測定性能の低下を抑制することができる測距装置及び測距方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一形態に係る測距装置は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式によって対象物までの距離を測定する測距装置であって、周波数が掃引されたレーザ光を生成するレーザ光源と、前記レーザ光源からの前記レーザ光が分岐された２つのレーザ光のうちの一方のレーザ光が前記対象物によって反射された反射光と、前記２つのレーザ光のうちの他方のレーザ光とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計と、前記測定干渉信号が入射され、入射した前記測定干渉信号の強度を示す測定検出信号を出力する第１検出器と、前記レーザ光源からの前記レーザ光が分岐された他の２つのレーザ光のそれぞれに異なる遅延時間を与えて干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計と、前記補助干渉信号が入射され、入射した前記補助干渉信号の強度を示す補助検出信号を出力する第２検出器と、前記測定検出信号のビート周波数に基づく第１の値と、前記補助検出信号のビート周波数に基づく第２の値とを除算することで、前記距離を算出する算出部とを備える。

【0007】

本開示の一形態に係る測距方法は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式によって対象物までの距離を測定する測距方法であって、周波数が掃引されたレーザ光を生成し、前記レーザ光が分岐された２つのレーザ光のうちの一方のレーザ光が前記対象物によって反射された反射光と、前記２つのレーザ光のうちの他方のレーザ光とを干渉させて測定干渉信号として出力し、前記測定干渉信号が入射され、入射した前記測定干渉信号の強度を示す測定検出信号を出力し、前記レーザ光が分岐された他の２つのレーザ光のそれぞれに異なる遅延時間を与えて干渉させて補助干渉信号として出力し、前記補助干渉信号が入射され、入射した前記補助干渉信号の強度を示す補助検出信号を出力し、前記測定検出信号のビート周波数に基づく第１の値と、前記補助検出信号のビート周波数に基づく第２の値とを除算することで、前記距離を算出する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、光源からのレーザ光の光周波数が時間に対して非線形である場合でも、距離測定性能の低下を抑制することができる測距装置等を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、従来例に係る測距装置の構成を示す概略図である。

【図2】図２は、レーザ光の光周波数の理想的な変化を示す図である。

【図3】図３は、図２に示すレーザ光から生成される干渉信号波形を示す図である。

【図4】図４は、レーザ光の光周波数の実際の変化を示す図である。

【図5】図５は、図４に示すレーザ光から生成される干渉信号波形を示す図である。

【図6】図６は、実施の形態に係る測距装置の構成を示す概略図である。

【図7】図７は、実施の形態に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。

【図8A】図８Ａは、検出信号ｘ（ｔ）を示す図である。

【図8B】図８Ｂは、検出信号ｒ（ｔ）を示す図である。

【図8C】図８Ｃは、検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）の瞬時ビート周波数を示す図である。

【図8D】図８Ｄは、距離の測定結果を示す図である。

【図9】図９は、実施の形態の変形例に係る測距装置の構成を示す概略図である。

【図10】図１０は、実施の形態の変形例に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。

【図11】図１１は、実施の形態の変形例に係るＦ－Ｖ変換回路から出力される信号を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（本開示に至った経緯）
本開示の説明に先立ち、本開示に至った経緯について、図１～図５を参照しながら説明する。図１は、従来例に係る測距装置１００の構成を示す概略図である。図２は、レーザ光の光周波数の理想的な変化を示す図である。図２は、参照光及び信号光の周波数と時間との理想的な関係を示している。図３は、図２に示すレーザ光から生成される干渉信号波形を示す図である。以下では、レーザ光源１１０から出射されるレーザ光の光周波数が時間に対して線形であり、測定対象Ｐは固定されている例について説明する。なお、本明細書において、理想的とは、レーザ光の光周波数が時間に対して線形である（レーザ光の光周波数が対称三角波で掃引されている）ことを意味する。測定対象Ｐは、対象物の一例である。

【0011】

図１に示すように、測距装置１００は、レーザ光源１１０と、ビームスプリッタ１２０と、鏡１３０と、光検出器１４０と、信号処理部１５０とを備える。ビームスプリッタ１２０と、鏡１３０との間の距離は既知である。また、測距装置１００は、測定対象Ｐまでの距離を測定する。測定対象Ｐまでの距離は、鏡１３０までの距離より長いとする。測定対象Ｐまでの距離を対象距離とも記載し、鏡１３０までの距離を基準距離とも記載する。

【0012】

レーザ光源１１０からのレーザ光がビームスプリッタ１２０により分配され、鏡１３０及び測定対象Ｐそれぞれに出射される。そして、ビームスプリッタ１２０から出射され鏡１３０で反射した参照光と、当該ビームスプリッタ１２０から出射され測定対象Ｐで反射した信号光とがビームスプリッタ１２０に入射する。図２に示すように、基準距離より対象距離が長いので、信号光は、往復の伝搬遅延時間τだけ参照光より遅れた信号となる。往復の伝搬遅延時間τは、参照光が光検出器１４０に到着するタイミングと、信号光が光検出器１４０に到達するタイミングとの時間差を示す。

【0013】

レーザ光の光周波数が時間に対して線形である場合、信号光及び参照光も光周波数が時間に対して線形となる。つまり、どの光周波数をとっても、参照光と信号光との往復の伝搬遅延時間τは同一の値となる。

【0014】

ビームスプリッタ１２０に入射した参照光及び信号光が干渉した干渉信号が、ビームスプリッタ１２０から光検出器１４０に出力される。図３に示すように、干渉信号は交流信号となり、その交流信号の周波数（ビート周波数ｆＢ）が一定である干渉信号がビームスプリッタ１２０から出力される。ビート周波数ｆＢは、測定対象Ｐまでの距離に比例した周波数となる。

【0015】

光検出器１４０は、ビームスプリッタ１２０から出力された干渉信号の強度を検出し、ビート信号の強度を示す検出信号（電気信号）を信号処理部１５０に出力する。

【0016】

信号処理部１５０は、検出信号を周波数解析することで測定対象Ｐまでの距離を算出する。参照光及び信号光の光周波数が図２に示すように時間に対して線形である場合、ビート周波数ｆＢと測定対象Ｐまでの距離Ｌとの間には、以下の（式１）～（式３）の関係式が成り立つ。

【0017】

ｆＢ＝γ×τ＝（４×ｆｍ×ΔＦ／ｃ）×Ｌ （式１）
γ＝ΔＦ／（１／（２×ｆｍ））＝２×ｆｍ×ΔＦ （式２）
τ＝（２×Ｌ）／ｃ （式３）

【0018】

なお、γは光周波数の掃引率（Ｈｚ／ｓ）であり、ｆｍは周波数掃引の繰り返し周波数（Ｈｚ）であり、△Ｆは周波数掃引幅の最大値（Ｈｚ）であり、ｃは光速（およそ３×１０^８ｍ／ｓ）である。

【0019】

「発明が解決しようとする課題」でも説明したように、半導体レーザ（半導体レーザ素子）の光周波数応答は電流変化に対して遅れるため、レーザ光の光周波数が時間に対して非線形となる。つまり、レーザ光の光周波数が対称三角波で掃引されない。レーザ光源１１０が備える半導体レーザに注入電流を流すと、温度上昇により屈折率が変化することで波長（周波数）が変化するが、半導体レーザの温度が徐々にしか上昇しないために起こる現象である。また、半導体レーザの温度が冷えるときも同様のことが言える。

【0020】

図４は、レーザ光の光周波数の実際の変化を示す図である。図５は、図４に示すレーザ光から生成される干渉信号波形を示す図である。

【0021】

図４に示すように、レーザ光の光周波数が時間に対して非線形である場合、信号光及び参照光も光周波数が時間に対して非線形となる。つまり、光周波数によって、参照光と信号光との往復の伝搬遅延時間τが異なる値となる。

【0022】

図５に示すように、レーザ光の光周波数が時間に対して非線形である場合、信号光及び参照光の干渉信号のビート周波数ｆＢ１及びｆＢ２も時間ごとに異なってしまう。高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）処理は、干渉信号のビート周波数が時間ごとに変化しないことが前提の処理であるので、時間ごとにビート周波数が異なると正確な距離を算出することができない。

【0023】

波長掃引の非線形性を補正する手法として、距離測定用の干渉計（測定干渉計）とは別の補助干渉計を設ける手法が提案されている。この手法をハードウェア的に実現したのがｋ－サンプリング法であり、ソフトウェア的に実現したのがリサンプリング法である。しかしながら、ｋ－サンプリング法では、測定距離に制限があり、リサンプリング法では、計算量が増えるという課題がある。

【0024】

そこで、本願発明者は、ｋ－サンプリング法及びリサンプリング法以外の方法で、光源からの光の光周波数が時間に対して非線形である場合でも、距離測定性能の低下を抑制することができる測距装置及び測距方法について鋭意検討し、以下に示す測距装置及び測距方法を創案した。

【0025】

本開示の一態様に係る測距装置は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式によって対象物までの距離を測定する測距装置であって、周波数が掃引されたレーザ光を生成するレーザ光源と、前記レーザ光源からの前記レーザ光が分岐された２つのレーザ光のうちの一方のレーザ光が前記対象物によって反射された反射光と、前記２つのレーザ光のうちの他方のレーザ光とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計と、前記測定干渉信号が入射され、入射した前記測定干渉信号の強度を示す測定検出信号を出力する第１検出器と、前記レーザ光源からの前記レーザ光が分岐された他の２つのレーザ光のそれぞれに異なる遅延時間を与えて干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計と、前記補助干渉信号が入射され、入射した前記補助干渉信号の強度を示す補助検出信号を出力する第２検出器と、前記測定検出信号のビート周波数に基づく第１の値と、前記補助検出信号のビート周波数に基づく第２の値とを除算することで、前記距離を算出する算出部とを備える。

【0026】

第１の値及び第２の値は、同一のレーザ光に基づく値であるので、第１の値及び第２の値にはレーザ光の光周波数が時間に対して非線形であること（掃引率の変動）の影響が同程度含まれ得る。第１の値及び第２の値を除算することで、光周波数が時間に対して非線形であることの影響を取り除くことができる。つまり、レーザ光の光周波数が時間に対して非線形であることが距離の算出に影響を与えなくなる。よって、測距装置は、光源からのレーザ光の光周波数が時間に対して非線形である場合でも、距離測定性能の低下を抑制することができる。

【0027】

また、例えば、前記第１の値は、前記測定検出信号の瞬時ビート周波数であり、前記第２の値は、前記補助検出信号の瞬時ビート周波数であり、前記算出部は、前記測定検出信号及び前記補助検出信号それぞれの瞬時ビート周波数を除算することで、前記距離を算出してもよい。また、例えば、前記測定検出信号の瞬時ビート周波数をｆＢｓ、前記補助検出信号の瞬時ビート周波数をｆＢａ、前記補助干渉計が有する２つの光ファイバの屈折率をｎａ、前記補助干渉計の前記２つの光ファイバの長さの差をＬａ、前記距離をＬとすると、前記Ｌは以下の式を用いて算出されてもよい。

【0028】

Ｌ＝（ｆＢｓ／（２×ｆＢａ））×ｎａ×Ｌａ （式）

【0029】

これにより、測距装置は、２つの瞬時ビート周波数を除算するだけで、距離を算出することができる。

【0030】

また、例えば、前記測定検出信号を、当該測定検出信号の瞬時ビート周波数に比例した電圧に変換する第１Ｆ－Ｖ変換部と、前記補助検出信号を、当該補助検出信号の瞬時ビート周波数に比例した電圧に変換する第２Ｆ－Ｖ変換部とをさらに備え、前記第１の値は、前記第１Ｆ－Ｖ変換部により変換された電圧であり、前記第２の値は、前記第２Ｆ－Ｖ変換部により変換された電圧であり、前記算出部は、前記第１Ｆ－Ｖ変換部により変換された電圧と、前記第２Ｆ－Ｖ変換部により変換された電圧とを除算することで、前記距離を算出してもよい。

【0031】

これにより、ＦＦＴ処理などの複雑な処理を行うことなく、電圧を除算するだけで距離を算出できるので、信号処理部の処理量を削減することができる。つまり、測距装置は、処理を高速化することができる。

【0032】

また、例えば、前記レーザ光源は、前記対象物が移動している場合と、前記対象物が停止している場合とで、前記レーザ光の周波数を同一の掃引率で掃引してもよい。

【0033】

これにより、測距装置は、対象物が移動している場合でも回路負荷及び処理量を増加させることなく、距離を算出することができる。

【0034】

また、例えば、前記測定検出信号及び前記補助検出信号のそれぞれをデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備え、前記算出部は、デジタル信号に変換された前記測定検出信号及び前記補助検出信号をデジタル処理することで、前記距離を算出してもよい。

【0035】

これにより、デジタル処理により距離を算出することができる。

【0036】

また、本開示の一態様に係る測距方法は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式によって対象物までの距離を測定する測距方法であって、周波数が掃引されたレーザ光を生成し、前記レーザ光が分岐された２つのレーザ光のうちの一方のレーザ光が前記対象物によって反射された反射光と、前記２つのレーザ光のうちの他方のレーザ光とを干渉させて測定干渉信号として出力し、前記測定干渉信号が入射され、入射した前記測定干渉信号の強度を示す測定検出信号を出力し、前記レーザ光が分岐された他の２つのレーザ光のそれぞれに異なる遅延時間を与えて干渉させて補助干渉信号として出力し、前記補助干渉信号が入射され、入射した前記補助干渉信号の強度を示す補助検出信号を出力し、前記測定検出信号のビート周波数に基づく第１の値と、前記補助検出信号のビート周波数に基づく第２の値とを除算することで、前記距離を算出する。

【0037】

これにより、上記測距装置と同様の効果を奏する。

【0038】

なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータで読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭ等の非一時的記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。プログラムは、記録媒体に予め記憶されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。

【0039】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0040】

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0041】

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0042】

また、本明細書において、同一などの要素間の関係性を示す用語、並びに、数値、及び、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度（例えば、１０％程度）の差異をも含むことを意味する表現である。

【0043】

（実施の形態）
以下、本実施の形態に係る測距装置及び測距方法について、図６～図８Ｄを参照しながら説明する。

【0044】

［１．測距装置の構成］
まず、本実施の形態に係る測距装置の構成について、図６を参照しながら説明する。図６は、本実施の形態に係る測距装置１の構成を示す概略図である。測距装置１は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式によって測定対象Ｐまでの距離Ｌを測定する装置である。なお、測定対象Ｐまでの距離Ｌとは、例えば、光ファイバコリメータ３０ａから測定対象Ｐまでの距離Ｌである。

【0045】

図１に示すように、測距装置１は、レーザ光源１０と、発振器１１と、光分岐部２０と、測定干渉計３０と、光検出器４１、４２と、補助干渉計５０と、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器６０（図６中のＡＤＣ）と、信号処理部７０と、表示部８０とを備える。なお、図６に示す各構成要素は、光ファイバにより接続されている（図６の黒線）。また、遅延ファイバ５２ａ及び通常ファイバ５２ｂ以外の光ファイバの符号は、便宜上省略している。

【0046】

レーザ光源１０は、規定された掃引波長範囲及び掃引率（掃引速度）でレーザ光の波長を掃引する。レーザ光源１０は、例えば、半導体素子への注入電流が三角波で変調されることにより、周波数掃引を行う。波長の掃引は単発でもよく、所定の周期での繰返し掃引でもよい。また、掃引方向は短波長から長波長への掃引である例について説明するが、長波長から短波長への掃引であってもよい。

【0047】

発振器１１は、制御信号に基づいて、レーザ光源１０に対して供給する注入電流を変調する。これにより、レーザ光源１０は、時間的に周波数掃引されたＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ：周波数変調）光（レーザ光）を発生することになるが、レーザ光の光周波数は、時間に対して非線形となる。

【0048】

光分岐部２０は、レーザ光源１０からのレーザ光を２つに分岐し、測定干渉計３０と補助干渉計５０とにそれぞれ出力する。光分岐部２０は、例えば、光カプラにより実現される。光分岐部２０により分岐された２つのレーザ光は、例えば、強度及び位相が実質的に等しい光である。例えば、分岐された２つのレーザ光は、距離の測定に影響がない程度に強度及び位相がズレていてもよい。

【0049】

測定干渉計３０は、レーザ光源１０からのレーザ光が分岐された２つのレーザ光のうちの一方のレーザ光が測定対象Ｐによって反射された信号光（反射光）と、当該２つのレーザ光のうちの他方のレーザ光である参照光とを干渉させて測定干渉信号として出力する。測定干渉計３０は、例えば、レーザ光源１０からのレーザ光の一部を測定対象Ｐに向けて出射し当該測定対象Ｐの反射で得られた信号光と、レーザ光源１０からのレーザ光の別の一部（図６に示す参照光）とを干渉させて干渉信号（測定干渉信号）を生成し、生成した干渉信号を出力する。測定干渉計３０は、光カプラ３１、３３と、光サーキュレータ３２とを有する。干渉信号は、ビート信号とも称される。

【0050】

光カプラ３１は、光分岐部２０からのレーザ光を２つに分岐し、一方のレーザ光を光サーキュレータ３２に出力させ、他方のレーザ光（参照光）を光カプラ３３に出力する。光カプラ３１により分岐された２つのレーザ光は、例えば、強度及び位相が実質的に等しい光である。

【0051】

光サーキュレータ３２は、光カプラ３１からのレーザ光を光ファイバコリメータ３０ａ側に透過させる。透過されたレーザ光は、光ファイバコリメータ３０ａにより測定対象Ｐに向けて出射される。また、光サーキュレータ３２は、測定対象Ｐで反射され光ファイバコリメータ３０ａを通過した信号光を光カプラ３３側に透過させる。

【0052】

光カプラ３３は、光カプラ３１からの参照光と光サーキュレータ３２からの信号光とを合波して、光検出器４１に出力する。つまり、光カプラ３３は、参照光と信号光とから干渉信号を生成し、光検出器４１に出力する。ここでの干渉信号は、レーザ光の非線形性の影響を含む信号であり、例えば、図５に示すような時間ごとにビート周波数ｆＢが変化する干渉信号となり得る。光検出器４１に入力される干渉信号のビート周波数（瞬時ビート周波数）は、第１の値の一例である。

【0053】

このように、測定干渉計３０は、入力されたレーザ光を２つに分岐し、内部で干渉させて、測定対象Ｐまでの距離Ｌによる光路差に相当する干渉信号を出力する。

【0054】

光検出器４１、４２は、受光素子であり、入射した信号（ここでは干渉信号）の強度を示す検出信号（電気信号）に変換し、ＡＤ変換器６０に出力する。光検出器４１、４２は、光の強度に比例した電流又は電圧を出力する。光検出器４１は、第１検出器の一例であり、測定干渉計３０で合波された干渉信号を示す検出信号ｘ（ｔ）をＡＤ変換器６０に出力し、光検出器４２は、第２検出器の一例であり、補助干渉計５０で合波された干渉信号を示す検出信号ｒ（ｔ）をＡＤ変換器６０に出力する。

【0055】

光検出器４１、４２は、例えばフォトダイオードである。フォトダイオードは応答速度が速く、連続して測定する場合（例えば、測定対象Ｐの２次元形状を測定する場合など）に適している。なお、光検出器４１、４２は、フォトダイオードに限定されることはない。光検出器４１、４２は、干渉信号を検出信号に変換できればよいので、イメージセンサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などでもよく、その他の受光素子でもよい。

【0056】

補助干渉計５０は、レーザ光源１０からのレーザ光が分岐された他の２つのレーザ光のそれぞれに異なる遅延時間を与えて干渉させて補助干渉信号として出力する。補助干渉計５０は、入力されたレーザ光を２つに分岐し、それぞれ異なる遅延時間を与えて合波する。遅延時間を与えるとは、例えば、長さの異なる光ファイバにレーザ光を通過させることにより実現される。本実施の形態では、補助干渉計５０は、レーザ光源１０からのレーザ光のうち遅延ファイバ５２ａを経由したレーザ光と、通常ファイバ５２ｂを経由したレーザ光とを干渉させて干渉信号（補助干渉信号）を出力する。補助干渉計５０は、光カプラ５１、５３と、遅延ファイバ５２ａと、通常ファイバ５２ｂとを有する。

【0057】

光カプラ５１は、光分岐部２０からのレーザ光を分岐し、一方のレーザ光を遅延ファイバ５２ａに出力し、他方のレーザ光を通常ファイバ５２ｂに出力する。光カプラ５１により分岐された２つのレーザ光は、例えば、強度及び位相が実質的に等しい光である。

【0058】

遅延ファイバ５２ａ及び通常ファイバ５２ｂは、それぞれが光カプラ５１及び５３に接続されており、２つのレーザ光に光路差を設けるために互いに長さが異なる光ファイバである。遅延ファイバ５２ａの長さは、通常ファイバ５２ｂの長さより長い。遅延ファイバ５２ａ及び通常ファイバ５２ｂの屈折率は、例えば同じである。

【0059】

光カプラ５３は、遅延ファイバ５２ａからのレーザ光と通常ファイバ５２ｂからのレーザ光とを合波して、光検出器４２に出力する。つまり、光カプラ５３は、２つのレーザ光から図５に示すような干渉信号を生成し、光検出器４２に出力する。ここでの干渉信号は、レーザ光の非線形性の影響を含む信号であり、例えば、図５に示すような時間ごとにビート周波数ｆＢが変化する干渉信号となり得る。光検出器４２に出力される干渉信号に含まれるレーザ光の非線形性の影響度合いは、光検出器４１に出力される干渉信号に含まれるレーザ光の非線形性の影響度合いと同程度である。光検出器４２に入力される干渉信号のビート周波数（瞬時ビート周波数）は、第２の値の一例である。

【0060】

このように、補助干渉計５０は、入力されたレーザ光を２つに分岐し、それぞれ異なる遅延時間を与えて内部で干渉させて、遅延ファイバ５２ａ及び通常ファイバ５２ｂによる光路差に相当する干渉信号を出力する。

【0061】

ＡＤ変換器６０は、光検出器４１、４２から出力された検出信号ｘ（ｔ）、ｒ（ｔ）のそれぞれをデジタル信号に変換し、信号処理部７０に出力する。その際、検出信号ｘ（ｔ）、ｒ（ｔ）の周波数成分の２倍より高い周波数でサンプリングを行い、デジタル信号に変換する必要がある。ＡＤ変換器６０では、例えば、光検出器４１からの検出信号ｘ（ｔ）がチャネルｃｈ１に入力され、光検出器４２からの検出信号ｒ（ｔ）、がチャネルｃｈ２に入力される。光検出器４１からの検出信号ｘ（ｔ）がデジタル変換された信号を測定デジタル信号とも記載し、光検出器４２からの検出信号ｒ（ｔ）がデジタル変換された信号を補助デジタル信号とも記載する。ＡＤ変換器６０は、Ａ／Ｄ変換部の一例である。

【0062】

信号処理部７０は、検出信号ｘ（ｔ）のビート周波数（瞬時ビート周波数）に基づく第１の値と、検出信号ｒ（ｔ）のビート周波数（瞬時ビート周波数）に基づく第２の値とを除算することで、距離Ｌを算出する。信号処理部７０は、第１の値から第２の値を除算する。信号処理部７０は、第１の値と第２の値との比をとるとも言える。

【0063】

本実施の形態では、信号処理部７０は、測定デジタル信号の瞬時ビート周波数と、補助デジタル信号の瞬時ビート周波数とを除算することで、距離Ｌを算出するデジタル信号処理部（デジタル処理回路）である。距離Ｌを算出するための２つの瞬時ビート周波数は、同じ時間（同時刻）の瞬時ビート周波数である。具体的には、信号処理部７０は、以下の式６を用いて距離Ｌを算出する。

【0064】

補助デジタル信号のビート周波数ｆＢａ（つまり、補助干渉信号のビート周波数）は、以下の式４で算出される。

【0065】

ｆＢａ＝γ×（ｎａ×Ｌａ）／ｃ （式４）

【0066】

ｎａは、遅延ファイバ５２ａの屈折率であり、Ｌａは、遅延ファイバ５２ａ及び通常ファイバ５２ｂの長さの差であり、ｎａ×Ｌａは遅延ファイバ５２ａ及び通常ファイバ５２ｂの長さの差Ｌａに対応する光路長を示す。また、通常ファイバ５２ｂの屈折率も、遅延ファイバと同様、屈折率ｎａであってもよい。

【0067】

また、測定デジタル信号のビート周波数ｆＢｓ（つまり、測定干渉信号のビート周波数）は、以下の式５で算出される。

【0068】

ｆＢｓ＝γ×（２Ｌ）／ｃ （式５）

【0069】

ここで、式４及び式５の比をとることにより、以下の式６が導出される。

【0070】

Ｌ＝（ｆＢｓ／（２×ｆＢａ））×ｎａ×Ｌａ （式６）

【0071】

上記の式６において、補助干渉計５０における遅延ファイバ５２ａの屈折率ｎａ及び長さＬａは既知であるため、２つのビート周波数ｆＢａ、ｆＢｓの比から距離Ｌを求めることができる。また、式６には光周波数の掃引率γが含まれていない。これは、光周波数掃引が非線形で掃引率γが時間的に変動していたとしても、その影響はｆＢａ及びｆＢｓの双方に現れるため、その比を取ることで光周波数の掃引率γの変動の影響が除去されることを意味している。その結果、光周波数掃引が非線形であっても、正確な距離測定が可能である。

【0072】

このように、信号処理部７０は、式６を用いて距離Ｌを算出するための情報処理装置である。測定デジタル信号のビート周波数ｆＢｓと補助デジタル信号のビート周波数ｆＢａとを算出し、算出されたビート周波数ｆＢａ、ｆＢｓを式６に代入すること（ビート周波数ｆＢｓをビート周波数ｆＢａの２倍で除算すること）で、距離Ｌを算出する。

【0073】

信号処理部７０は、マイクロコントローラ（つまり、プロセッサ及びメモリを備えたＩＣ）で構成されており、プロセッサがメモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することにより信号処理部７０の各機能が実現される。信号処理部７０は、算出部の一例である。

【0074】

表示部８０は、信号処理部７０により算出された距離Ｌなどを表示するための表示装置である。表示部８０は、例えば、液晶表示装置であるが、これに限定されない。

【0075】

［２．測距装置の動作］
続いて、上記のように構成される測距装置１の動作について、図７～図８Ｄを参照しながら説明する。図７は、本実施の形態に係る測距装置１の動作（測距方法）を示すフローチャートである。なお、図７では、遅延ファイバ５２ａの長さＬａが５０ｃｍであり、測定対象Ｐには長さ２ｍの光ファイバ（つまり、距離Ｌ＝２ｍ）を用いている。

【0076】

図７に示すように、レーザ光源１０は、光周波数が時間的に変化する光（レーザ光）を出射する（Ｓ１０）。レーザ光は、「本開示に至った経緯」で説明したように、光周波数が時間に対して非線形である。

【0077】

これにより、測定干渉計３０及び補助干渉計５０のそれぞれに、光周波数が時間に対して非線形なレーザ光が入力される。測定干渉計３０に入力されたレーザ光の一部は測定対象Ｐに向けて出射され、測定干渉計３０は、参照光と測定対象Ｐで反射された信号光とを合波することで、測定干渉信号を生成し、光検出器４１に出力する。また、補助干渉計５０は、補助干渉計５０に入力されたレーザ光のうち遅延ファイバ５２ａを通過した光と、通常ファイバ５２ｂを通過した光とを合波することで、補助干渉信号を生成し、光検出器４２に出力する（Ｓ２０）。

【0078】

次に、光検出器４１は、測定干渉信号を検出し、測定検出信号（検出信号ｘ（ｔ））をＡＤ変換器６０に出力し、光検出器４２は、補助干渉信号を検出し、補助検出信号（検出信号ｒ（ｔ））をＡＤ変換器６０に出力する（Ｓ３０）。ステップＳ３０で出力される検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）は、同一のレーザ光源１０からの同時刻に出射されたレーザ光に基づく検出信号である。

【0079】

図８Ａは、検出信号ｘ（ｔ）を示す図である。図８Ｂは、検出信号ｒ（ｔ）を示す図である。図８Ａは、光検出器４１から出力される検出信号ｘ（ｔ）を示し、図８Ｂは、光検出器４２から出力される検出信号ｒ（ｔ）を示す。図８Ａに示す０．０ｍｓと、図８Ｂに示す０．０ｍｓとは、同時刻である。

【0080】

図８Ａに示すように、検出信号ｘ（ｔ）は、ビート周波数ｆＢｓが徐々に高くなっており、一定でないことがわかる。

【0081】

図８Ｂに示すように、検出信号ｒ（ｔ）は、ビート周波数ｆＢａが徐々に高くなっており、一定でないことがわかる。また、検出信号ｒ（ｔ）のビート周波数ｆＢａは検出信号ｘ（ｔ）のビート周波数ｆＢｓより低いが、これは光ファイバ長の違い（補助干渉計５０は５０ｃｍ、測定干渉計３０では光は往復するので実質的に４ｍ）によるものである。

【0082】

図７を再び参照して、ＡＤ変換器６０は、検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）をＡＤ変換する（Ｓ４０）。ＡＤ変換器６０は、ＡＤ変換された検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）を信号処理部７０に出力する。

【0083】

次に、信号処理部７０は、ＡＤ変換された検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）の瞬時ビート周波数を算出する（Ｓ５０）。信号処理部７０は、例えば、ＡＤ変換された検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）のそれぞれをヒルベルト変換することで、瞬時ビート周波数を算出する。ヒルベルト変換は、１回の演算で高速フーリエ変換と逆高速フーリエ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＩＦＦＴ）とを行う演算処理である。なお、瞬時ビート周波数の算出は、ヒルベルト変換を用いることに限定されず、他の方法で算出されてもよい。

【0084】

図８Ｃは、検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）の瞬時ビート周波数を示す図である。図８Ｃの実線は、検出信号ｘ（ｔ）のビート周波数ｆＢｓの時間変化を示し、破線は、検出信号ｒ（ｔ）のビート周波数ｆＢａの時間変化を示す。

【0085】

図８Ｃに示すように、レーザ光源１０の光周波数掃引の非線形性により検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）の瞬時ビート周波数は大きく変動しており、時間経過とともにビート周波数が高くなっている。

【0086】

なお、図８Ｃ及び図８Ｄにおいて、０ｍｓ付近及び０．４８ｍｓ付近の信号は、ヒルベルト変換による位相変化又は瞬時ビート周波数の時間平均により安定していないので、図示を省略している。

【0087】

図７を再び参照して、次に、信号処理部７０は、同じ時間（同時刻）ごとに、当該時間の検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）の瞬時ビート周波数を除算することで、距離Ｌを算出する（Ｓ６０）。信号処理部７０は、ビート周波数ｆＢｓからビート周波数ｆＢａを除算することで、距離Ｌを算出する。

【0088】

図８Ｄは、距離Ｌの測定結果を示す図である。

【0089】

図８Ｄに示すように、０ｍｓ付近及び０．４８ｍｓ付近以外において、距離Ｌが２ｍで一定である。つまり、測定対象Ｐである光ファイバの長さを測定できていることがわかる。信号処理部７０は、算出した距離Ｌを表示部８０に出力する。

【0090】

なお、図８Ｄでは複数時間で距離Ｌを算出した結果を示しているが、距離Ｌは任意の一時点での距離Ｌを算出すればよい。

【0091】

図７を再び参照して、次に、表示部８０は、信号処理部７０からの距離Ｌを出力する（Ｓ７０）。具体的には、表示部８０は、距離Ｌを表示する。また、表示部８０は、図８Ｄに示すグラフを表示してもよい。

【0092】

上記の方法は、比較的測定距離が短く、反射光量が大きな場合に特に有効であり、例えば金属などの加工部品の形状計測には有効であると考えられる。

【0093】

ここで、測定対象Ｐが移動している場合について説明する。

【0094】

例えば、従来のように、ＦＦＴ処理から直接ビート周波数ｆＢを算出する場合、掃引率γを高くして、三角波の１周期内では測定対象Ｐが移動していないと見なして距離Ｌを算出することが行われるが、掃引率γを高くするので回路負荷が大きくなる。一方、本開示では、測定対象Ｐが移動している場合、移動に応じて図８Ｄに示す距離Ｌが時間経過とともに変化する、つまり図８Ｄに示すグラフが移動に応じたグラフとなるので、掃引率γを高くすることなく、移動している測定対象Ｐの距離Ｌを正確に測定可能である。測距装置１は、例えば、測定対象Ｐが移動している場合と、測定対象Ｐが停止している場合とで、レーザ光の光周波数を同一の掃引率γで掃引しても、距離Ｌを精度よく算出することができる。

【0095】

なお、測定対象Ｐが移動している場合、図８Ｃにおける検出信号ｒ（ｔ）のビート周波数ｆＢａは変化せず、図８Ｃにおける検出信号ｘ（ｔ）のビート周波数ｆＢｓが当該移動に応じて上下に変動することになる。

【0096】

（実施の形態の変形例）
以下では、本変形例に係る測距装置及び測距方法について、図９～図１１を参照しながら説明する。なお、以下では、実施の形態との相違点を中心に説明し、実施の形態と同一又は類似の内容については説明を省略又は簡略化する。本変形例では、ＦＦＴ処理などの演算量が多い方法を用いずに距離Ｌを算出可能な測距装置等について説明する。

【0097】

まず、本実施の形態に係る測距装置の構成について、図９を参照しながら説明する。図９は、本変形例に係る測距装置１ａの構成を示す概略図である。本変形例に係る測距装置１ａは、Ｆ－Ｖ（周波数－電圧）変換回路９１、９２を備える点において、実施の形態に係る測距装置１と相違する。

【0098】

図９に示すように、測距装置１ａは、実施の形態に係る測距装置１に加えて、光検出器４１とＡＤ変換器６０との間、及び、光検出器４２とＡＤ変換器６０との間のそれぞれに、Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２が接続されている。

【0099】

Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２は、周波数（ここではビート周波数）を電圧（直流電圧）に変換する回路である。Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２は、例えば、周波数を電圧に線形変換する。例えば、Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２は、１ｋＨｚの信号が入力されると１Ｖを出力し、２ｋＨｚの信号が入力されると２Ｖを出力する。なお、出力される電圧は、例えば、アナログ電圧であるが、これに限定されない。

【0100】

Ｆ－Ｖ変換回路９１は、第１Ｆ－Ｖ変換部の一例であり、検出信号ｘ（ｔ）を、当該検出信号ｘ（ｔ）の瞬時ビート周波数に比例した電圧に変換する。変換された電圧は、第１の値の一例である。

【0101】

Ｆ－Ｖ変換回路９２は、第２Ｆ－Ｖ変換部の一例であり、検出信号ｒ（ｔ）を、当該検出信号ｒ（ｔ）の瞬時ビート周波数に比例した電圧に変換する。変換された電圧は、第２の値の一例である。

【0102】

これにより、信号処理部７０には、横軸が時間であり、縦軸が電圧となる電圧信号が入力される（後述する図１１を参照）。

【0103】

Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２は、ローパスフィルタなどを含んで構成されるが、これに限定されない。

【0104】

なお、Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２の特性は同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２のゲインは、同一であってもよい。また、信号処理部７０が電圧を除算する場合にＦ－Ｖ変換回路９１、９２のゲインに応じた補正を行う場合、Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２のゲインは、異なっていてもよい。例えば、Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２のゲインを調整することで、長さＬａにより測距装置１ａの測定可能距離（距離Ｌ）に制限が加わることを抑制することができる。

【0105】

信号処理部７０は、Ｆ－Ｖ変換回路９１により変換された電圧と、Ｆ－Ｖ変換回路９２により変換された電圧とを除算することで、距離Ｌを算出する。距離Ｌを算出するための２つの電圧は、同じ時間（同時刻）の電圧である。信号処理部７０は、ＦＦＴ処理などの複雑な処理を行うことなく距離Ｌを算出することができるので、信号処理部７０の処理量を削減することができる。これにより、信号処理部７０の処理性能が低くても距離Ｌを算出可能であるので、測距装置１ａのコストを削減することができる。

【0106】

信号処理部７０は、例えば、Ｆ－Ｖ変換回路９１からの電圧をＶｓ、Ｆ－Ｖ変換回路９１からの電圧をＶａとすると、距離Ｌは、以下の式７で算出される。

【0107】

Ｌ＝（Ｖｓ／（２×Ｖａ））×ｎａ×Ｌａ （式７）

【0108】

続いて、上記のように構成される測距装置１ａの動作について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は、本変形例に係る測距装置１ａの動作（測距方法）を示すフローチャートである。図１１は、本変形例に係るＦ－Ｖ変換回路９１、９２から出力される信号を示す図である。なお、図１１においても、０ｍｓ付近及び０．４８ｍｓ付近の信号の図示を省略している。また、図１１に示す信号は、Ｆ－Ｖ変換回路９１、９２が、１０ｋＨｚの信号が入力されると１Ｖを出力し、２０ｋＨｚの信号が入力されると２Ｖを出力するというように、周波数の数値の１万分の１の値を電圧として出力する場合を図示している。

【0109】

Ｆ－Ｖ変換回路９１は、ステップＳ３０の後、光検出器４１からの検出信号ｘ（ｔ）を電圧信号に変換し、Ｆ－Ｖ変換回路９２は、光検出器４２からの検出信号ｒ（ｔ）を電圧信号に変換する（Ｓ１１０）。図１１の実線は、光検出器４１からの検出信号ｘ（ｔ）を電圧変換した信号を示しており、図１１の破線は、光検出器４２からの検出信号ｒ（ｔ）を電圧変換した信号を示している。電圧信号に変換された検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）は、ＡＤ変換器６０に出力される。

【0110】

次に、ＡＤ変換器６０は、電圧信号に変換された検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）をＡＤ変換する（Ｓ１２０）。ＡＤ変換器６０は、ＡＤ変換された検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）を信号処理部７０に出力する。

【0111】

次に、信号処理部７０は、電圧変換された検出信号ｘ（ｔ）及びｒ（ｔ）を除算することで、距離Ｌを算出する（Ｓ１３０）。信号処理部７０は、同じ時間（同時刻）の、検出信号ｒ（ｔ）の電圧値及び検出信号ｘ（ｔ）の電圧値を除算することで、距離Ｌを算出する。信号処理部７０は、検出信号ｘ（ｔ）の電圧値から検出信号ｒ（ｔ）の電圧値を除算することで、距離Ｌを算出する。

【0112】

このように本変形例では、信号処理部７０は、ＦＦＴ処理など複雑な演算をすることなく、電圧値を除算するだけで距離Ｌを算出することができる。

【0113】

（その他の実施の形態）
以上、一つまたは複数の態様に係る測距装置等について、実施の形態等に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態等に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示に含まれてもよい。

【0114】

例えば、上記実施の形態の変形例では、Ｆ－Ｖ変換回路から出力された信号をＡＤ変換し、デジタル信号同士を除算して距離を算出する例について説明したがこれに限定されず、アナログ信号を除算して距離を算出してもよい。アナログ信号を除算するアナログ信号処理部（例えば、除算器として機能する集積回路ＩＣ）によりアナログ信号同士を除算して距離を算出してもよい。アナログ信号処理部は、算出部の一例である。

【0115】

また、上記実施の形態の変形例に係る測距装置は、さらに、光検出器とＦ－Ｖ変換回路との間に、信号を増幅する増幅器（増幅回路）を備えていてもよい。増幅回路は、光検出器からの検出信号を増幅してＦ－Ｖ変換回路に出力する。

【0116】

また、上記実施の形態等に係るレーザ光源は、半導体レーザを有する例について説明したが、これに限定されず、気体レーザ、固体レーザ、光ファイバレーザなどを有していてもよい。

【0117】

また、上記実施の形態等では、レーザ光を分岐するために光カプラを用いる例について説明したが、例えば、ビームスプリッタが用いられてもよいし、他の光学部材が用いられてもよい。ビームスプリッタは、例えば、透過率と反射率とが等しいハーフミラーであるが、これに限定されない。

【0118】

また、上記実施の形態等において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

【0119】

また、フローチャートにおける各ステップが実行される順序は、本開示を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が他のステップと同時（並列）に実行されてもよいし、上記ステップの一部は実行されなくてもよい。

【0120】

また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。

【0121】

また、上記実施の形態等に係る測距装置は、単一の装置として実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。測距装置が複数の装置によって実現される場合、当該測距装置が有する各構成要素は、複数の装置にどのように振り分けられてもよい。また、測距装置が複数の装置で実現される場合、当該複数の装置間の通信方法は、特に限定されず、無線通信であってもよいし、有線通信であってもよい。また、装置間では、無線通信および有線通信が組み合わされてもよい。

【0122】

また、上記実施の形態等で説明した各構成要素は、ソフトウェアとして実現されても良いし、典型的には、集積回路であるＬＳＩとして実現されてもよい。これらは、個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路（専用のプログラムを実行する汎用回路）または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続若しくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。更には、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて構成要素の集積化を行ってもよい。

【0123】

システムＬＳＩは、複数の処理部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＯＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

【0124】

また、本開示の一態様は、図７又は図１０に示される測距方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであってもよい。

【0125】

また、例えば、プログラムは、コンピュータに実行させるためのプログラムであってもよい。また、本開示の一態様は、そのようなプログラムが記録された、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体であってもよい。例えば、そのようなプログラムを記録媒体に記録して頒布又は流通させてもよい。例えば、頒布されたプログラムを、他のプロセッサを有する装置にインストールして、そのプログラムをそのプロセッサに実行させることで、その装置に、上記各処理を行わせることが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0126】

本開示は、測定対象までの距離を測定する測距装置等に有用である。

【符号の説明】

【0127】

１、１ａ 測距装置
１０ レーザ光源
１１ 発振器
２０ 光分岐部
３０ 測定干渉計
３０ａ 光ファイバコリメータ
３１、３３、５１、５３ 光カプラ
３２ 光サーキュレータ
４１ 光検出器（第１検出器）
４２ 光検出器（第２検出器）
５０ 補助干渉計
５２ａ 遅延ファイバ
５２ｂ 通常ファイバ
６０ ＡＤ変換器（Ａ／Ｄ変換部）
７０ 信号処理部（算出部）
８０ 表示部
９１ Ｆ－Ｖ変換回路（第１Ｆ－Ｖ変換回路）
９２ Ｆ－Ｖ変換回路（第２Ｆ－Ｖ変換回路）
Ｌ 距離
Ｌａ 長さの差
Ｐ 測定対象

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】

【図10】

【図11】