(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構成で精度よく測距をすることが可能な信号処理装置を提供する。【解決手段】第１周波数の第１の正弦波より周波数が低い第２周波数の第２の正弦波を振幅変調した光強度を有するレーザ光の反射光を受光して受信信号を取得する取得部と、受信信号に対し、第１の正弦波に基づく第１の演算及び第１の正弦波とは位相が異なる第３の正弦波に基づく第２の演算を行う第１の演算部２２と、第１又は第２の演算の演算結果に対し、第２の正弦波を演算する第３の演算及び第２の正弦波とは位相が異なる第４の正弦波を演算する第４の演算を行う第２の演算部２３と、演算結果に対する高周波成分の遮断により、受信信号の第１周波数の余弦成分である第１成分、第１周波数の正弦成分である第２成分、第２周波数の余弦成分である第３成分、及び第２周波数の正弦成分である第４成分を検出する信号成分検出部と、を有する。【選択図】図１
2020027034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１周波数を有する第１の正弦波の振幅を前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する第２の正弦波で振幅変調した変調信号に基づいて変化する光強度を有するレーザ光が対象物によって反射された前記レーザ光を受光して得られた受信信号を取得する取得部と、前記第１の正弦波と前記受信信号とに基づいて第１の演算を行い、前記第１周波数を有し且つ前記第１の正弦波とは位相が異なる第３の正弦波と前記受信信号とに基づいて第２の演算を行う第１の演算部と、
前記第１の演算又は前記第２の演算の演算結果に対し、前記第２の正弦波を演算する第３の演算を行い、前記第２周波数を有し且つ前記第２の正弦波とは位相が異なる第４の正弦波を演算する第４の演算を行う第２の演算部と、
前記第１の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の余弦成分である第１成分を検出し、前記第２の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の正弦成分である第２成分を検出し、前記第３の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の余弦成分である第３成分を検出し、前記第４の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の正弦成分である第４成分を検出する信号成分検出部と、
を有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記信号成分検出部により検出された前記第１成分及び前記第２成分に基づいて、前記受信信号の前記第１周波数の信号成分と前記第１周波数信号との位相角を算出し、前記信号成分検出部により検出された前記第３成分及び前記第４成分に基づいて、前記受信信号の前記第２周波数の信号成分と前記第２周波数信号との位相角を算出する位相角算出部を有することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第２の演算部は、前記第２の正弦波と前記第１の演算の演算結果とに基づいて前記第３の演算を行い、前記第４の正弦波と前記第１の演算の演算結果に基づいて前記第４の演算を行い、前記第２の正弦波と前記第２の演算の演算結果とに基づいて第５の演算を行い、前記第４の正弦波と前記第２の演算の演算結果とに基づいて第６の演算を行い、
前記信号成分検出部は、前記第５の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の余弦成分である第５成分を検出し、前記第６の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の正弦成分である第６成分を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記位相角算出部は、前記信号成分検出部により検出された前記第３成分、前記第４成分、前記第５成分及び前記第６成分に基づいて、前記受信信号の前記第２周波数の信号成分と前記第２周波数信号との位相角を算出することを特徴とする請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記第１の演算の演算結果又は前記第２の演算の演算結果の高周波成分を遮断する高周波成分遮断部を有し、
前記第２の演算部は、前記第１の演算の演算結果又は前記第２の演算の演算結果の高周波成分を遮断した遮断結果に対し、前記第２の正弦波を演算する前記第３の演算を行い、前記第４の正弦波を演算する前記第４の演算を行う、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記第１の演算の演算結果及び前記第２の演算の演算結果の高周波成分を遮断する高周波成分遮断部を有し、
前記第２の演算部は、前記第１の演算の演算結果の高周波成分を遮断した遮断結果と前記第２の正弦波とに基づいて前記第３の演算を行い、前記第１の演算の演算結果の高周波成分を遮断した遮断結果と前記第４の正弦波とに基づいて前記第４の演算を行い、前記第２の演算の演算結果の高周波成分を遮断した遮断結果と前記第２の正弦波とに基づいて前記第５の演算を行い、前記第２の演算の演算結果の高周波成分を遮断した遮断結果と前記第４の正弦波とに基づいて前記第６の演算を行う、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記レーザ光は、前記変調信号に第１の正弦波及び前記第２の正弦波の振幅に応じたＤＣオフセットを加算した光強度を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記レーザ光は、前記第１周波数をｆｏとし、前記第２周波数をｆｄとし、時間をｔとし、Ｐｄｃ、Ｐａｃ及びｋを定数として、下記の数１で表される数式で変調された光強度を有することを特徴とする請求項７に記載の信号処理装置。
【数１】
2020027034.tif 000058
【請求項９】
第１周波数を有する第１の正弦波の振幅を前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する第２の正弦波で振幅変調した変調信号に基づいて変化する光強度を有するレーザ光が対象物によって反射された前記レーザ光を受光して受信信号を得るステップと、
前記第１の正弦波と前記受信信号とに基づいて第１の演算を行うステップと、
前記第１周波数を有し且つ前記第１の正弦波とは位相が異なる第３の正弦波と前記受信信号とに基づいて第２の演算を行うステップと、
前記第１の演算の演算結果又は前記第２の演算の演算結果に対し、前記第２の正弦波を演算する第３の演算を行い、前記第２周波数を有し且つ前記第２の正弦波とは位相が異なる第４の正弦波を演算する第４の演算を行うステップと、
前記第１の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の余弦成分を検出するステップと、
前記第２の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の正弦成分を検出するステップと、
前記第３の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の余弦成分を検出するステップと、
前記第４の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の正弦成分を検出するステップと、
を有することを特徴とする信号処理方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
第１周波数を有する第１の正弦波の振幅を前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する第２の正弦波で振幅変調した変調信号に基づいて変化する光強度を有するレーザ光が対象物によって反射された前記レーザ光を受光して受信信号を得るステップと、
前記第１の正弦波と前記受信信号とに基づいて第１の演算を行うステップと、
前記第１周波数を有し且つ前記第１の正弦波とは位相が異なる第３の正弦波と前記受信信号とに基づいて第２の演算を行うステップと、
前記第１の演算の演算結果又は前記第２の演算の演算結果に対し、前記第２の正弦波を演算する第３の演算を行い、前記第２周波数を有し且つ前記第２の正弦波とは位相が異なる第４の正弦波を演算する第４の演算を行うステップと、
前記第１の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の余弦成分を検出するステップと、
前記第２の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の正弦成分を検出するステップと、
前記第３の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の余弦成分を検出するステップと、
前記第４の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の正弦成分を検出するステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１１】
コンピュータに、
第１周波数を有する第１の正弦波の振幅を前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する第２の正弦波で振幅変調した変調信号に基づいて変化する光強度を有するレーザ光が対象物によって反射された前記レーザ光を受光して受信信号を得るステップと、
前記第１の正弦波と前記受信信号とに基づいて第１の演算を行うステップと、
前記第１周波数を有し且つ前記第１の正弦波とは位相が異なる第３の正弦波と前記受信信号とに基づいて第２の演算を行うステップと、
前記第１の演算の演算結果又は前記第２の演算の演算結果に対し、前記第２の正弦波を演算する第３の演算を行い、前記第２周波数を有し且つ前記第２の正弦波とは位相が異なる第４の正弦波を演算する第４の演算を行うステップと、
前記第１の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の余弦成分を検出するステップと、
前記第２の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の正弦成分を検出するステップと、
前記第３の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の余弦成分を検出するステップと、
前記第４の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の正弦成分を検出するステップと、
を実行させるプログラムを記録することを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置に関し、特に、送信信号及び受信信号の位相を比較して対象物までの距離を測定する測距装置としての信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を対象物に照射し、当該対象物によって反射されたレーザ光を受光して解析することにより、対象物までの距離を計測する測距装置が知られている（例えば、特許文献１）。かかる測距装置では、例えば正弦波によって光強度を変調したレーザ光を対象物に照射し、対象物によって反射されたレーザ光を受光して、その光強度を電気信号に変換する。そして、電気信号に含まれる正弦波の成分と射出時のレーザ光の光強度に含まれる正弦波の成分との位相差を抽出し、抽出した位相差に基づいて対象物との距離を算出する。
【０００３】
このように位相差に基づいて距離を算出する方法では、変調する正弦波の１波長（または位相差検出方式によっては１／２波長）分の距離までしか計測することができない。測定距離の範囲を広くするためには波長の長い正弦波を用いることが考えられるが、そうすると細かい距離の差を識別する必要がある場合に、当該距離の差に対応する位相変化量が小さいため、測定精度が悪化してしまう。
【０００４】
そこで、広い測定距離の範囲と測定精度とを両立させるため、波長の長い正弦波と波長の短い正弦波とを併用してレーザ光の光強度を変調することが行われている。例えば、レーザ光の光強度を波長の異なる複数の正弦波によって多重変調し、当該レーザ光を１つの光源から対象物に向けて出射する測距装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１２９６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、波長の異なる複数の正弦波によって多重変調された光強度を有するレーザ光を出射した場合、対象物によって反射されたレーザ光を受光してその光強度を電気信号に変換した後、当該電気信号（受光信号）に含まれるノイズを分離して位相差の算出に用いる信号成分を抽出するためのＢＰＦ（Band Pass Filter）が必要となる。このため、ＢＰＦの分だけ回路規模が増大してしまう。
【０００７】
また、特に測距をレーザ光の照射面上の複数の位置（以下、複数の画素と称する）について行う場合、測距装置にはこれに対応する複数の受光部が必要となる。したがって、複数の受光部に対応してＢＰＦも複数必要となり、回路規模が大幅に増大してしまうという問題点があった。
【０００８】
このように、波長の異なる複数の正弦波によって多重変調したレーザ光を出射し、受光信号に基づいて当該複数の正弦波の各々について位相差を算出して測距を行う場合、受光信号から当該位相差の算出に用いる信号成分を抽出するためのＢＰＦが必要となり、回路規模が増大してしまうということが課題の一例として挙げられる。
【０００９】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で精度よく対象物までの距離を算出することが可能な信号処理装置を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、信号処理装置であって、第１周波数を有する第１の正弦波で前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する第２の正弦波を振幅変調した変調信号に基づいて変化する光強度を有するレーザ光が対象物によって反射された前記レーザ光を受光して得られた受信信号を取得する取得部と、前記第１の正弦波と前記受信信号とに基づいて第１の演算を行い、前記第１周波数を有し且つ前記第１の正弦波とは位相が異なる第３の正弦波と前記受信信号とに基づいて第２の演算を行う第１の演算部と、前記第１の演算又は前記第２の演算の演算結果に対し、前記第２の正弦波を演算する第３の演算を行い、前記第２周波数を有し且つ前記第２の正弦波とは位相が異なる第４の正弦波を演算する第４の演算を行う第２の演算部と、前記第１の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の余弦成分である第１成分を検出し、前記第２の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の正弦成分である第２成分を検出し、前記第３の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の余弦成分である第３成分を検出し、前記第４の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の正弦成分である第４成分を検出する信号成分検出部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項９に記載の発明は、信号処理方法であって、第１周波数を有する第１の正弦波で前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する第２の正弦波を振幅変調した変調信号に基づいて変化する光強度を有するレーザ光が対象物によって反射された前記レーザ光を受光して受信信号を得るステップと、前記第１の正弦波と前記受信信号とに基づいて第１の演算を行うステップと、前記第１周波数を有し且つ前記第１の正弦波とは位相が異なる第３の正弦波と前記受信信号とに基づいて第２の演算を行うステップと、前記第１の演算の演算結果又は前記第２の演算の演算結果に対し、前記第２の正弦波を演算する第３の演算を行い、前記第２周波数を有し且つ前記第２の正弦波とは位相が異なる第４の正弦波を演算する第４の演算を行うステップと、前記第１の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の余弦成分を検出するステップと、前記第２の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の正弦成分を検出するステップと、前記第３の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の余弦成分を検出するステップと、前記第４の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の正弦成分を検出するステップと、を有する。
【００１２】
請求項１０に記載の発明は、プログラムであって、コンピュータに、第１周波数を有する第１の正弦波で前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する第２の正弦波を振幅変調した変調信号に基づいて変化する光強度を有するレーザ光が対象物によって反射された前記レーザ光を受光して受信信号を得るステップと、前記第１の正弦波と前記受信信号とに基づいて第１の演算を行うステップと、前記第１周波数を有し且つ前記第１の正弦波とは位相が異なる第３の正弦波と前記受信信号とに基づいて第２の演算を行うステップと、前記第１の演算の演算結果又は前記第２の演算の演算結果に対し、前記第２の正弦波を演算する第３の演算を行い、前記第２周波数を有し且つ前記第２の正弦波とは位相が異なる第４の正弦波を演算する第４の演算を行うステップと、前記第１の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の余弦成分を検出するステップと、前記第２の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の正弦成分を検出するステップと、前記第３の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の余弦成分を検出するステップと、前記第４の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の正弦成分を検出するステップと、を実行させることを特徴とする。
【００１３】
請求項１１に記載の発明は、記録媒体であって、コンピュータに、第１周波数を有する第１の正弦波で前記第１周波数よりも低い第２周波数を有する第２の正弦波を振幅変調した変調信号に基づいて変化する光強度を有するレーザ光が対象物によって反射された前記レーザ光を受光して受信信号を得るステップと、前記第１の正弦波と前記受信信号とに基づいて第１の演算を行うステップと、前記第１周波数を有し且つ前記第１の正弦波とは位相が異なる第３の正弦波と前記受信信号とに基づいて第２の演算を行うステップと、前記第１の演算の演算結果又は前記第２の演算の演算結果に対し、前記第２の正弦波を演算する第３の演算を行い、前記第２周波数を有し且つ前記第２の正弦波とは位相が異なる第４の正弦波を演算する第４の演算を行うステップと、前記第１の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の余弦成分を検出するステップと、前記第２の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第１周波数の正弦成分を検出するステップと、前記第３の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の余弦成分を検出するステップと、前記第４の演算の演算結果に対する高周波成分の遮断により前記受信信号の前記第２周波数の正弦成分を検出するステップと、を実行させるプログラムを記録することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施例の測距装置の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】測距装置から出射されるレーザ光の光強度の信号波形を示す図である。
【図２Ｂ】出射されるレーザ光の光強度に変調される各周波数の信号成分のスペクトラムを模式的に示す図である。
【図３Ａ】波長の長い正弦波に基づいて算出される距離のイメージを示す概念図である。
【図３Ｂ】波長の短い正弦波に基づいて算出される距離のイメージを示す概念図である。
【図４】波長の異なる正弦波を組み合わせた測距のイメージを示す概念図である。
【図５】測距装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図６】測距装置が複数の受光処理部を有する場合の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。
【００１６】
図１は、本実施例の測距装置１００の構成を示すブロック図である。測距装置１００は、所定周波数の信号に基づいて光強度を変調したレーザ光を所定領域に向けて出射し、所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光を受光して、出射時及び受光時のレーザ光の光強度に含まれる当該所定周波数の信号成分の位相差（位相角）に基づいて対象物ＯＪＴまでの距離を計測する信号処理装置である。測距装置１００は、基準信号発生部１０、出射部１１、受光処理部１２及び位相角算出部１３を有する。
【００１７】
基準信号発生部１０は、出射時におけるレーザ光の光強度の変調及び受光後における位相差の検出に用いる基準信号を生成する。基準信号発生部１０は、互いに周波数の異なる第１周波数信号ＦＳ１及び第２周波数信号ＦＳ２を基準信号として生成する。第１周波数信号ＦＳ１は周波数ｆｏ（例えば、５０ＭＨｚ）を有し、第２周波数信号ＦＳ２は周波数ｆｏよりも低い周波数ｆｄ（例えば、１ＭＨｚ）を有する。以下の説明では、第１周波数信号ＦＳ１＝ｃｏｓ（２π・ｆｏ・ｔ）、第２周波数信号ＦＳ２＝ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）とする。
【００１８】
出射部１１は、レーザ光を出射するレーザ光源１１Ａ、及びレーザ光源１１Ａを駆動するレーザ発光駆動部１１Ｂを含む。出射部１１は、基準信号発生部１０から供給された第１周波数信号ＦＳ１及び第２周波数信号ＦＳ２に基づいて光強度を変調したレーザ光を所定領域に向けて出射する。具体的には、出射部１１は、中心周波数ｆｏの第１の正弦波の振幅を周波数ｆｄの第２の正弦波で振幅変調した変調信号により変調された光強度を有するレーザ光を出射光ＯＬとして出射する。
【００１９】
例えば、周波数ｆｏを有する第１の正弦波をｃｏｓ（２π・ｆｏ・ｔ）、周波数ｆｄを有する第２の正弦波をｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）、時間をｔ、Ｐｄｃ、Ｐａｃ、及びｋを定数とすると、出射光ＯＬの光強度Ｓｅｍｉｔ（ｔ）は、次の数式（数１）で表される。
【００２０】
【数１】
2020027034.tif 000003
【００２１】
なお、光強度Ｓｅｍｉｔ（ｔ）を０以上に保つため、ＤＣ的なオフセット値（ＤＣオフセット）として、Ｐｄｃを加えている。ＤＣオフセットは光強度Ｓｅｍｉｔ（ｔ）のベースレベルを表しており、ＤＣオフセットの値であるＰｄｃが出射光ＯＬの平均の光強度となる。
【００２２】
受光処理部１２は、所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光である反射光ＲＬに基づいて、アナログの信号処理を行う信号処理部である。受光処理部１２は、受光部２１、第１演算部２２、第２演算部２３及びＤＣ成分抽出部２４から構成されている。
【００２３】
受光部２１は、所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光である反射光ＲＬを受光し、受光した反射光ＲＬの光強度を電気信号に変換する受光素子２１Ａ、及び受光素子２１Ａにより変換された電気信号から受光信号ＲＳを検出する受光信号検出部２１Ｂを含む。受光素子２１Ａは、例えばフォトダイオード等の光検出器から構成され、受光した反射光ＲＬの光強度を電気信号に変換する。例えば、受光素子２１Ａは、ＡＰＤ（Avalanche Photodiode）から構成されている。
【００２４】
第１演算部２２は、基準信号発生部１０から供給された第１周波数信号ＦＳ１と、受光部２１から供給された受光信号ＲＳと、に基づいて演算を行う演算ブロックである。第１演算部２２は、受光信号ＲＳに周波数ｆｏの第１の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｏ・ｔ）を掛け算する第１の演算を行う。また、第１演算部２２は、受光信号ＲＳに周波数ｆｏを有し且つ第１の正弦波とは位相が９０度異なる第３の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｏ・ｔ）を掛け算する第２の演算を行う。
【００２５】
第２演算部２３は、基準信号発生部１０から供給された第２周波数信号ＦＳ２と、第１演算部２２における演算結果と、に基づいて演算を行う演算ブロックである。第２演算部２３は、余弦側演算部２３Ａ及び正弦側演算部２３Ｂを含む。
【００２６】
余弦側演算部２３Ａは、第１演算部２２における第１の演算の演算結果ＣＲ１に周波数ｆｄの第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第３の演算を行う。また、余弦側演算部２３Ａは、第１演算部２２における第１の演算の演算結果ＣＲ１に周波数ｆｄを有し且つ第２の正弦波とは位相が９０度異なる第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第４の演算を行う。
【００２７】
正弦側演算部２３Ｂは、第１演算部２２における第２の演算の演算結果ＣＲ２に周波数ｆｄの第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第５の演算を行う。また、正弦側演算部２３Ｂは、第１演算部２２における第２の演算の演算結果ＣＲ２に第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第６の演算を行う。
【００２８】
ＤＣ成分抽出部２４は、第１演算部２２及び第２演算部２３の演算結果から高周波成分を遮断することにより、第１周波数ｆｏ及び第２周波数ｆｄの各々に対応する信号成分を抽出する信号成分検出部である。ＤＣ成分抽出部２４は、第１抽出部２４Ａ、第２抽出部２４Ｂ、第３抽出部２４Ｃ、第４抽出部２４Ｄ、第５抽出部２４Ｅ及び第６抽出部２４Ｆを有する。第１抽出部２４Ａ〜第６抽出部２４Ｆの各々は、積分回路又はＬＰＦ（Low Pass Filter）から構成されている。
【００２９】
第１抽出部２４Ａは、第１演算部２２による第１の演算の演算結果ＣＲ１からＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ａｎを得る。出力信号Ａｎは、受光信号ＲＳの周波数ｆｏの余弦成分の高周波成分をカットしたＤＣ成分である。
【００３０】
第２抽出部２４Ｂは、第１演算部２２による第２の演算の演算結果ＣＲ２からＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｂｎを得る。出力信号Ｂｎは、受光信号ＲＳの周波数ｆｏの正弦成分の高周波成分をカットしたＤＣ成分である。
【００３１】
第３抽出部２４Ｃは、第２演算部２３の余弦側演算部２３Ａによる第３の演算の演算結果ＣＲ３からＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｃｎを得る。出力信号Ｃｎは、受光信号ＲＳの周波数ｆｄの余弦成分と周波数ｆｏの余弦成分とを掛け算した結果から高周波成分をカットしたＤＣ成分である。
【００３２】
第４抽出部２４Ｄは、第２演算部２３の余弦側演算部２３Ａによる第４の演算の演算結果ＣＲ４からＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｄｎを得る。出力信号Ｄｎは、受光信号ＲＳの周波数ｆｄの正弦成分と周波数ｆｏの余弦成分とを掛け算した結果から高周波成分をカットしたＤＣ成分である。
【００３３】
第５抽出部２４Ｅは、第２演算部２３の正弦側演算部２３Ｂによる第５の演算の演算結果ＣＲ５からＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｅｎを得る。出力信号Ｅｎは、受光信号ＲＳの周波数ｆｄの余弦成分と周波数ｆｏの正弦成分とを掛け算した結果から高周波成分をカットしたＤＣ成分である。
【００３４】
第６抽出部２４Ｆは、第２演算部２３の正弦側演算部２３Ｂによる第６の演算の演算結果ＣＲ６からＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｆｎを得る。出力信号Ｆｎは、受光信号ＲＳの周波数ｆｄの正弦成分と周波数ｆｏの正弦成分とを掛け算した結果から高周波成分をカットしたＤＣ成分である。
【００３５】
位相角算出部１３は、出力信号Ａｎ、Ｂｎ、Ｃｎ、Ｄｎ、Ｅｎ及びＦｎに基づいて、受光信号ＲＳの周波数ｆｏの周波数成分と第１周波数信号ＦＳ１との位相差を示す位相角、及び受光信号ＲＳの周波数ｆｄの周波数成分と第２周波数信号ＦＳ２との位相差を示す位相角をそれぞれ算出する。
【００３６】
位相角算出部１３の後段には、図示せぬ測距部が設けられており、位相角算出部１３により算出された位相角に基づいて対象物ＯＪＴまでの距離を算出する。
【００３７】
次に、本実施例の測距装置１００の動作について、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ及び図４を参照して説明する。
【００３８】
基準信号発生部１０は、周波数ｆｏを有する第１周波数信号ＦＳ１を生成し、出射部１１及び第１演算部２２に供給する。また、基準信号発生部１０は、周波数ｆｄを有する第２周波数信号ＦＳ２を生成し、出射部１１及び第２演算部２３に供給する。
【００３９】
出射部１１は、中心周波数ｆｏの第１の正弦波の振幅を周波数ｆｄの第２の正弦波で振幅変調した変調信号により変調された光強度を有するレーザ光を出射光ＯＬとして所定領域に向けて出射する。
【００４０】
上記の数式（数１）を単純化してＰｄｃ＝２、Ｐａｃ＝１、ｋ＝１とすると、出射光ＯＬの光強度を表す射出信号Ｓｅｍｉｔ（ｔ）は、次の数式（数２）で表される。
【００４１】
【数２】
2020027034.tif 000004
【００４２】
図２Ａは、出射光ＯＬの光強度の信号波形の例を示す図である。ｆｏ＋ｆｄ＝ｆａ、ｆｏ−ｆｄ＝ｆｂとすると、出射光ＯＬの光強度は、中心周波数ｆｏに対して、周波数ｆａの正弦波及び周波数ｆｂの正弦波が適当な重み付け（例えば、１／２）を伴って加わった変調信号の信号波形となる。
【００４３】
図２Ｂは、周波数ｆｏ、ｆｄ、ｆａ及びｆｂのスペクトラムを模式的に示すグラフである。ｆｄ＝１ＭＨｚ、ｆｏ＝５０ＭＨｚとすると、ｆａ＝５１ＭＨｚ、ｆｂ＝４９ＭＨｚとなり、グラフ上では周波数ｆｏのスペクトラムが立つとともに、周波数ｆｏの近傍且つ両側の左右対称な位置に周波数ｆａ及び周波数ｆｂのスペクトラムが立つことになる。
【００４４】
再び図１を参照すると、出射部１１により出射されたレーザ光（出射光ＯＬ）は、所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射される。受光部２１は、対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光である反射光ＲＬを受光する。
【００４５】
受光素子２１Ａは、反射光ＲＬの光量を増倍させ、反射光ＲＬの光強度を電気信号に変換する。受光信号検出部２１Ｂは、変換された電気信号から受光信号ＲＳを検出する。以下の説明では、時間ｔを変数として受光信号ＲＳを表す信号を、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）とも称する。
【００４６】
受信信号Ｓｒｅｃｖには、射出信号Ｓｅｍｉｔ（ｔ）が遅延時間Ｔだけ遅れた信号となる。すなわち、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）は、次の数式（数３）で表される。
【００４７】
【数３】
2020027034.tif 000005
【００４８】
第１演算部２２は、受光信号ＲＳに中心周波数ｆｏの第１の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｏ・ｔ）を掛け算する第１の演算、及び受光信号ＲＳに中心周波数ｆｏの第３の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｏ・ｔ）を掛け算する第２の演算を行う。以下の説明では、第１演算部２２が実行するこれらの演算を総称して「第１段階の演算」とも称する。
【００４９】
第１の演算の演算結果ＣＲ１として、次の数式（数４）で表されるｆｏ余弦成分Ｐfocosが抽出される。
【００５０】
【数４】
2020027034.tif 000006
【００５１】
また、第２の演算の演算結果ＣＲ２として、次の数式（数５）で表されるｆｏ正弦成分Ｐfosinが抽出される。
【００５２】
【数５】
2020027034.tif 000007
【００５３】
次に、第２演算部２３は、第１段階の演算の演算結果である演算結果ＣＲ１及びＣＲ２の各々に対して、周波数ｆｄの第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する演算、及び周波数ｆｄの第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する演算を行う。以下の説明では、第２演算部２３が実行するこれらの演算を総称して「第２段階の演算」とも称する。
【００５４】
第２段階の演算において、第２演算部２３の余弦側演算部２３Ａは、第１演算部２２により抽出されたｆｏ余弦成分Ｐfocos（すなわち、演算結果ＣＲ１）に対して第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第３の演算を行う。これにより、演算結果ＣＲ３として、次の数式（数６）で表されるｆｄ余弦ｆｏ余弦成分Ｐfdcos・focosが抽出される。
【００５５】
【数６】
2020027034.tif 000008
【００５６】
また、第２演算部２３の余弦側演算部２３Ａは、第１演算部２２により抽出されたｆｏ余弦成分Ｐfocos（すなわち、演算結果ＣＲ１）に対して第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第４の演算を行う。これにより、演算結果ＣＲ４として、次の数式（数７）で表されるｆｄ正弦ｆｏ余弦成分Ｐfdsin・focosが抽出される。
【００５７】
【数７】
2020027034.tif 000009
【００５８】
第２演算部２３の正弦側演算部２３Ｂは、第１演算部２２により抽出されたｆｏ正弦成分Ｐfosin（すなわち、演算結果ＣＲ２）に対して第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第５の演算を行う。これにより、演算結果ＣＲ５として、次の数式（数８）で表されるｆｄ余弦ｆｏ正弦成分Ｐfdcos・fosinが抽出される。
【００５９】
【数８】
2020027034.tif 000010
【００６０】
また、第２演算部２３の正弦側演算部２３Ｂは、第１演算部２２により抽出されたｆｏ正弦成分Ｐfosin（すなわち、演算結果ＣＲ２）に対して第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第６の演算を行う。これにより、演算結果ＣＲ６として、次の数式（数９）で表されるｆｄ正弦ｆｏ正弦成分Ｐfdsin・fosinが抽出される。
【００６１】
【数９】
2020027034.tif 000011
【００６２】
次に、ＤＣ成分抽出部２４の第１抽出部２４Ａは、第１演算部２２により抽出されたｆｏ余弦成分Ｐfocos（すなわち、演算結果ＣＲ１）からＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ａｎを生成する。受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）は上記の数式（数３）で表されるため、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）と第１の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｏ・ｔ）との積であるｆｏ余弦成分Ｐfocosの第１項部分（すなわち、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）の第１項と第１の正弦波との積）であるＰfocos1は、次の数式（数１０）で表される。
【００６３】
【数１０】
2020027034.tif 000012
【００６４】
ここから周波数ｆｄ以下の低域成分についての演算結果を抜き出すと、低域成分Ｐfocos1Lは次の数式（数１１）で表される。
【００６５】
【数１１】
2020027034.tif 000013
【００６６】
また、ｆｏ余弦成分Ｐfocosの第４項部分（すなわち、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）の第４項と第１の正弦波との積）であるＰfocos4は、次の数式（数１２）で表される。
【００６７】
【数１２】
2020027034.tif 000014
【００６８】
ここから周波数ｆｄ以下の低域成分についての演算結果を抜き出すと、低域成分Ｐfocos4Lは次の数式（数１３）で表される。
【００６９】
【数１３】
2020027034.tif 000015
【００７０】
また、ｆｏ余弦成分Ｐfocosの第２項部分（すなわち、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）の第２項と第１の正弦波との積）であるＰfocos2は、次の数式（数１４）で表される。
【００７１】
【数１４】
2020027034.tif 000016
【００７２】
ここから周波数ｆｄ以下の低域成分についての演算結果を抜き出すと、低域成分Ｐfocos2Lは次の数式（数１５）で表される。
【００７３】
【数１５】
2020027034.tif 000017
【００７４】
また、ｆｏ余弦成分Ｐfocosの第３項部分（すなわち、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）の第３項と第１の正弦波との積）であるＰfocos3は、次の数式（数１６）で表される。
【００７５】
【数１６】
2020027034.tif 000018
【００７６】
ここから周波数ｆｄ以下の低域成分についての演算結果を抜き出すと、低域成分Ｐfocos3Lは次の数式（数１７）で表される。
【００７７】
【数１７】
2020027034.tif 000019
【００７８】
数式（数１５）及び数式（数１７）から、ｆｏ余弦成分Ｐfocosの第２項部分の低域成分と第３項部分の低域成分との和は、次の数式（数１８）で表される。
【００７９】
【数１８】
2020027034.tif 000020
【００８０】
数式（数１１）、数式（数１３）及び数式（数１８）から、ｆｏ余弦成分Ｐfocosの第１項〜第４項までの全部の項の低域成分は、次の数式（数１９）で表される。
【００８１】
【数１９】
2020027034.tif 000021
【００８２】
第１抽出部１４Ａは、ここからさらにＤＣ成分を抽出した結果を出力信号Ａｎとして出力する。すなわち、次の数式（数２０）で示すようなＰfocosDCが、出力信号Ａｎとして第１抽出部２４Ａから位相角算出部１３に出力される。
【００８３】
【数２０】
2020027034.tif 000022
【００８４】
一方、ＤＣ成分抽出部２４の第２抽出部２４Ｂは、第１演算部２２により抽出されたｆｏ正弦成分Ｐfosin（すなわち、演算結果ＣＲ２）からＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｂｎを生成する。受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）は上記の数式（数３）で表されるため、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）と第３の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｏ・ｔ）との積であるｆｏ正弦成分Ｐfosinの第１項部分（すなわち、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）の第１項と第３の正弦波との積）であるＰfosin1は、次の数式（数２１）で表される。
【００８５】
【数２１】
2020027034.tif 000023
【００８６】
ここから周波数ｆｄ以下の低域成分についての演算結果を抜き出すと、低域成分Ｐfosin1Lは次の数式（数２２）で表される。
【００８７】
【数２２】
2020027034.tif 000024
【００８８】
また、ｆｏ正弦成分Ｐfosinの第４項部分（すなわち、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）の第４項と第３の正弦波との積）であるＰfosin4は、次の数式（数２３）で表される。
【００８９】
【数２３】
2020027034.tif 000025
【００９０】
ここから周波数ｆｄ以下の低域成分についての演算結果を抜き出すと、低域成分Ｐfosin4Lは次の数式（数２４）で表される。
【００９１】
【数２４】
2020027034.tif 000026
【００９２】
また、ｆｏ正弦成分Ｐfosinの第２項部分（すなわち、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）の第２項と第３の正弦波との積）であるＰfosin2は、次の数式（数２５）で表される。
【００９３】
【数２５】
2020027034.tif 000027
【００９４】
ここから周波数ｆｄ以下の低域成分についての演算結果を抜き出すと、低域成分Ｐfosin2Lは次の数式（数２６）で表される。
【００９５】
【数２６】
2020027034.tif 000028
【００９６】
また、ｆｏ余弦成分Ｐfosinの第３項部分（すなわち、受信信号Ｓｒｅｃｖ（ｔ）の第３項と第３の正弦波との積）であるＰfosin3は、次の数式（数２７）で表される。
【００９７】
【数２７】
2020027034.tif 000029
【００９８】
ここから周波数ｆｄ以下の低域成分についての演算結果を抜き出すと、低域成分Ｐfosin3Lは次の数式（数２８）で表される。
【００９９】
【数２８】
2020027034.tif 000030
【０１００】
数式（数２６）及び数式（数２８）から、ｆｏ正弦成分Ｐfosinの第２項部分の低域成分と第３項部分の低域成分との和は、次の数式（数２９）で表される。
【０１０１】
【数２９】
2020027034.tif 000031
【０１０２】
数式（数２２）、数式（数２４）及び数式（数２９）から、ｆｏ正弦成分Ｐfosinの第１項〜第４項までの全部の項の低域成分は、次の数式（数３０）で表される。
【０１０３】
【数３０】
2020027034.tif 000032
【０１０４】
第２抽出部１４Ｂは、ここからさらにＤＣ成分を抽出した結果を出力信号Ｂｎとして出力する。すなわち、次の数式（数３１）で示すようなＰfosinDCが、出力信号Ｂｎとして第２抽出部２４Ｂから位相角算出部１３に出力される。
【０１０５】
【数３１】
2020027034.tif 000033
【０１０６】
次に、ＤＣ成分抽出部２４の第３抽出部２４Ｃは、第２演算部２３の余弦側演算部２３Ａにより抽出されたｆｄ余弦ｆｏ余弦成分Ｐfdcos・focos（すなわち、演算結果ＣＲ３）から周波数ｆｄよりもさらに低いＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｃｎを生成する。ここで、ｆｏ余弦成分Ｐfocosの周波数ｆｄ以下の低域部分にのみ着目すると、ｆｏ余弦成分Ｐfocosの低域成分ＰfocosLは上記の数式（数１９）で表されるため、これに第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算したＰfdcos・focosLは、次の数式（数３２）で表される。
【０１０７】
【数３２】
2020027034.tif 000034
【０１０８】
さらに、数式（数３２）の第２項部分であるＰfdcos2・focosLは、次の数式（数３３）で表される。
【０１０９】
【数３３】
2020027034.tif 000035
【０１１０】
数式（数３２）及び（数３３）より、次の数式（数３４）で表されるようなｆｄ余弦ｆｏ余弦低域成分Ｐfdcos・focosLの全項のＤＣ成分が、出力信号Ｃｎとして第３抽出部２４Ｃから位相角算出部１３に出力される。
【０１１１】
【数３４】
2020027034.tif 000036
【０１１２】
また、ＤＣ成分抽出部２４の第４抽出部２４Ｄは、第２演算部２３の余弦側演算部２３Ａにより抽出されたｆｄ正弦ｆｏ余弦成分Ｐfdsin・focos（すなわち、演算結果ＣＲ４）から周波数ｆｄよりもさらに低いＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｄｎを生成する。ここで、ｆｏ余弦成分Ｐfocosの周波数ｆｄ以下の低域部分にのみ着目すると、ｆｏ余弦成分Ｐfocosの低域成分ＰfocosLは上記の数式（数１９）で表されるため、これに第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算したＰfdsin・focosLは、次の数式（数３５）で表される。
【０１１３】
【数３５】
2020027034.tif 000037
【０１１４】
さらに、数式（数３５）の第２項部分であるＰfdsin2・focosLは、次の数式（数３６）で表される。
【０１１５】
【数３６】
2020027034.tif 000038
【０１１６】
数式（数３５）及び（数３６）より、次の数式（数３７）で表されるようなｆｄ正弦ｆｏ余弦低域成分Ｐfdsin・focosLの全項のＤＣ成分が、出力信号Ｄｎとして第４抽出部２４Ｄから位相角算出部１３に出力される。
【０１１７】
【数３７】
2020027034.tif 000039
【０１１８】
また、ＤＣ成分抽出部２４の第５抽出部２４Ｅは、第２演算部２３の正弦側演算部２３Ｂにより抽出されたｆｄ余弦ｆｏ正弦成分Ｐfdcos・fosin（すなわち、演算結果ＣＲ５）から周波数ｆｄよりもさらに低いＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｅｎを生成する。ここで、ｆｏ正弦成分Ｐfosinの周波数ｆｄ以下の低域部分にのみ着目すると、ｆｏ正弦成分Ｐfosinの低域成分ＰfosinLは上記の数式（数３０）で表されるため、これに第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算したＰfdcos・fosinLは、次の数式（数３８）で表される。
【０１１９】
【数３８】
2020027034.tif 000040
【０１２０】
さらに、数式（数３８）の第２項部分であるＰfdcos2・fosinLは、次の数式（数３９）で表される。
【０１２１】
【数３９】
2020027034.tif 000041
【０１２２】
数式（数３８）及び（数３９）より、次の数式（数４０）で表されるようなｆｄ余弦ｆｏ正弦低域成分Ｐfdcos・fosinLの全項のＤＣ成分が、出力信号Ｅｎとして第５抽出部２４Ｅから位相角算出部１３に出力される。
【０１２３】
【数４０】
2020027034.tif 000042
【０１２４】
また、ＤＣ成分抽出部２４の第６抽出部２４Ｆは、第２演算部２３の正弦側演算部２３Ｂにより抽出されたｆｄ正弦ｆｏ正弦成分Ｐfdsin・fosin（すなわち、演算結果ＣＲ６）から周波数ｆｄよりもさらに低いＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｆｎを生成する。ここで、ｆｏ正弦成分Ｐfosinの周波数ｆｄ以下の低域部分にのみ着目すると、ｆｏ正弦成分Ｐfosinの低域成分ＰfosinLは上記の数式（数３０）で表されるため、これに第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算したＰfdsin・fosinLは、次の数式（数４１）で表される。
【０１２５】
【数４１】
2020027034.tif 000043
【０１２６】
さらに、数式（数４１）の第２項部分であるＰfdsin2・fosinLは、次の数式（数４２）で表される。
【０１２７】
【数４２】
2020027034.tif 000044
【０１２８】
数式（数４１）及び（数４２）より、次の数式（数４３）で表されるようなｆｄ正弦ｆｏ正弦低域成分Ｐfdsin・fosinLの全項のＤＣ成分が、出力信号Ｆｎとして第６抽出部２４Ｆから位相角算出部１３に出力される。
【０１２９】
【数４３】
2020027034.tif 000045
【０１３０】
位相角算出部１３は、出力信号Ａｎ、Ｂｎ、Ｃｎ、Ｄｎ、Ｅｎ及びＦｎに基づいて、周波数ｆｏについての位相角θｏ、及び周波数ｆｄについて位相角θｄをそれぞれ算出する。
【０１３１】
周波数ｆｏについての位相角θｏは、次の数式（数４４）で表される。
【０１３２】
【数４４】
2020027034.tif 000046
【０１３３】
位相角算出部１３は、例えば出力信号Ａｎ及びＢｎに基づいて位相角θｏを算出する。位相角θｏは、出力信号Ａｎ及びＢを用いて次の数式（数４５）のように表される。
【０１３４】
【数４５】
2020027034.tif 000047
【０１３５】
また、周波数ｆｄについての位相角θｄは、次の数式（数４６）で表される。
【０１３６】
【数４６】
2020027034.tif 000048
【０１３７】
位相角算出部１３は、例えば出力信号Ａｎ〜Ｆｎの全てを用いて位相角θｄを算出する。位相角θｄは、次の数式（数４７）のように表される。
【０１３８】
【数４７】
2020027034.tif 000049
【０１３９】
すなわち、（Ａｎ・Ｄｎ＋Ｂｎ・Ｆｎ）／（Ａｎ・Ｃｎ＋Ｂｎ・Ｅｎ）は次の数式（数４８）で表されるため、数式（数４６）に基づいて位相角θｄを算出することができる。
【０１４０】
【数４８】
2020027034.tif 000050
【０１４１】
位相角算出部１３の後段に設けられた測距部（図示せず）は、位相角θｏ及びθｄに基づいて対象物ＯＪＴまでの片道の距離Ｌを算出する。例えば、距離Ｌは、遅延時間Ｔ及び光速ｃを用いて次の数式（数４９）のように表される。
【０１４２】
【数４９】
2020027034.tif 000051
【０１４３】
周波数ｆｏについての位相角θｏは、θｏ＝２π・ｆｏ・Ｔであるため、遅延時間Ｔは次の数式（５０）で表される。
【０１４４】
【数５０】
2020027034.tif 000052
【０１４５】
同様に、周波数ｆｄについての位相角θｄは、θｄ＝２π・ｆｄ・Ｔであるため、遅延時間Ｔは次の数式（５１）で表される。
【０１４６】
【数５１】
2020027034.tif 000053
【０１４７】
したがって、周波数ｆｏについて基づいて算出される距離Ｌｏは、次の数式（数５２）で表される。
【０１４８】
【数５２】
2020027034.tif 000054
【０１４９】
また、周波数ｆｄについて基づいて算出される距離Ｌｄは、次の数式（数５３）で表される。
【０１５０】
【数５３】
2020027034.tif 000055
【０１５１】
位相角算出部１３の後段に設けられている測距部（図示せず）は、距離Ｌｏ及び距離Ｌｄに基づいて、対象物ＯＪＴまでの距離Ｌを算出する。これについて、図３Ａ、図３Ｂ及び図４を参照して説明する。
【０１５２】
図３Ａは、周波数ｆｄに基づいて算出される距離Ｌｄのイメージを模式的に示すグラフである。周波数ｆｄの正弦波（例えば、第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）及び第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ））は、波長が長いため距離計測範囲が広い。しかし、位相角θｄについての誤差が拡大されて距離Ｌｄに現れるため、距離測定の精度が低いという問題がある。
【０１５３】
一方、図３Ｂは、周波数ｆｏに基づいて算出される距離Ｌｏのイメージを模式的に示すグラフである。周波数ｆｏの正弦波（例えば、第１の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｏ・ｔ）及び第３の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｏ・ｔ））は、波長が短い。測定範囲は１波長以内であるため、距離計測範囲が狭い。すなわち、距離測定の精度は高いが、θｄが３６０°（２π）を超えると０°に戻ることになる。
【０１５４】
図４は、距離Ｌｏ及び距離Ｌｄを用いた距離Ｌの算出を模式的に示す概念図である。測距部は、距離測定の精度が劣る距離Ｌｄを用いて大まかな範囲を距離範囲として指定し、その範囲の中を距離Ｌｏに置き換えることにより、対象物ＯＪＴまでの距離Ｌを算出する。
【０１５５】
以上のように、本実施例の測距装置１００は、周波数ｆｏを有する第１周波数信号ＦＳ１（＝ｃｏｓ（２π・ｆｏ・ｔ））及び周波数ｆｄを有する第２周波数信号ＦＳ２（＝ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ））に基づいて光強度を変調したレーザ光を所定領域に向けて出射する。受光処理部１２の受光部２１は、所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光を受光して電気信号に変換し、受光信号ＲＳを得る。
【０１５６】
そして、第１演算部２２は、受光信号ＲＳに対し、周波数ｆｏの第１の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｏ・ｔ）を掛け算する第１の演算、及び周波数ｆｏを有し第１の正弦波とは位相が９０度異なる第３の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｏ・ｔ）を掛け算する第２の演算を行う。第２演算部２３は、第１の演算の演算結果ＣＲ１に周波数ｆｄの第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第３の演算を行う。また、第２演算部２３は、第１の演算の演算結果ＣＲ１に周波数ｆｄを有し且つ第２の正弦波とは位相が９０度異なる第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第４の演算を行う。また、第２演算部２３は、第２の演算の演算結果ＣＲ２に周波数ｆｄの第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第５の演算を行う。また、第２演算部２３は、第２の演算の演算結果ＣＲ２に周波数ｆｄを有し且つ第２の正弦波とは位相が９０度異なる第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第６の演算を行う。
【０１５７】
ＤＣ成分抽出部２４は、第１の演算の演算結果ＣＲ１から高周波成分を遮断することにより、周波数ｆｏの余弦成分である出力信号Ａｎを抽出する。また、ＤＣ成分抽出部２４は、第２の演算の演算結果ＣＲ２から高周波成分を遮断することにより、周波数ｆｏの正弦成分である出力信号Ｂｎを抽出する。また、ＤＣ成分抽出部２４は、第３の演算の演算結果ＣＲ３から高周波成分を遮断することにより、周波数ｆｄの余弦成分である出力信号Ｃｎを抽出する。また、ＤＣ成分抽出部２４は、第４の演算の演算結果ＣＲ４から高周波成分を遮断することにより、周波数ｆｄの正弦成分である出力信号Ｄｎを抽出する。また、ＤＣ成分抽出部２４は、第５の演算の演算結果ＣＲ５から高周波成分を遮断することにより、周波数ｆｄの余弦成分である出力信号Ｅｎを抽出する。また、ＤＣ成分抽出部２４は、第６の演算の演算結果ＣＲ６から高周波成分を遮断することにより、周波数ｆｄの正弦成分である出力信号Ｆｎを抽出する。
【０１５８】
そして、位相角算出部１３は、出力信号Ａｎ及びＢｎに基づいて周波数ｆｏについての位相角θｏを算出する。また、位相角算出部１３は、出力信号Ａｎ〜Ｆｎに基づいて、周波数ｆｄについての位相角θｄを算出する。測距部は、位相角θｏに基づいて得られた距離Ｌｏ及び位相角θｄに基づいて得られた距離Ｌｄから、対象物ＯＪＴまでの距離Ｌを算出する。
【０１５９】
本実施例の測距装置１００によれば、第１演算部２２及び第２演算部３３による演算（掛け算）によって、周波数ｆｏの信号成分及び周波数ｆｄの信号成分に対応する出力信号Ａｎ〜Ｆｎを検出する。このため、受光信号ＲＳから周波数ｆｏの信号成分及び周波数ｆｄの信号成分を抽出するためのＢＰＦ（Band Pass Filter）が不要である。したがって、回路規模の増大を抑え、簡易な構成で精度よく対象物ＯＪＴまでの距離を算出することが可能である。
【０１６０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、第１抽出部２４Ａが第１の演算の演算結果ＣＲ１からＤＣ成分を直接抽出し、第２抽出部２４Ｂが第２の演算の演算結果ＣＲ２からＤＣ成分を直接抽出する例について説明した。しかし、第１段階の演算の演算結果からいったん周波数ｆｄ以下の信号成分を抽出し、その結果に対して第２段階の演算及びＤＣ成分の抽出を行う構成としてもよい。
【０１６１】
図５は、実施例１の変形例として、かかる構成を有する測距装置２００を示すブロック図である。測距装置２００は、高域遮断部３０Ａ及び高域遮断部３０Ｂを有する。
【０１６２】
高域遮断部３０Ａは、第１演算部２２による第１の演算の演算結果ＣＲ１から高域の周波数成分を遮断することにより、周波数ｆｄ以下の低域成分ＣＲ１Ｘを抽出する。高域遮断部３０Ｂは、第１演算部２２による第２の演算の演算結果ＣＲ２から高域の周波数成分を遮断することにより、周波数ｆｄ以下の低域成分ＣＲ２Ｘを抽出する。
【０１６３】
第１抽出部２４Ａは、第１の演算の演算結果の低域成分ＣＲ１ＸからＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ａｎを得る。第２抽出部２４Ｂは、第２の演算の演算結果の低域成分ＣＲ２ＸからＤＣ成分を抽出することにより、出力信号Ｂｎを得る。
【０１６４】
第２演算部２３の余弦側演算部２３Ａは、第１の演算の演算結果の低域成分ＣＲ１Ｘに第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第３の演算を行い、演算結果ＣＲ３を出力する。また、余弦側演算部２３Ａは、第１の演算の演算結果の低域成分ＣＲ１Ｘに第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第４の演算を行い、演算結果ＣＲ４を出力する。
【０１６５】
第２演算部２３の正弦側演算部２３Ｂは、第２の演算の演算結果の低域成分ＣＲ２Ｘに第２の正弦波ｃｏｓ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第５の演算を行い、演算結果ＣＲ５を出力する。また、正弦側演算部２３Ａは、第２の演算の演算結果の低域成分ＣＲ２Ｘに第４の正弦波ｓｉｎ（２π・ｆｄ・ｔ）を掛け算する第６の演算を行い、演算結果ＣＲ６を出力する。
【０１６６】
かかる構成の測距装置２００によれば、第１演算部２２による第１段階の演算の演算結果から周波数ｆｄよりも高域の成分を遮断する過程を経ることにより、より精度の高い測距を行うことが可能となる。
【０１６７】
また、上記実施例では、位相角算出部１３が出力信号Ａｎ〜Ｆｎの全てを用いて位相角θｄを算出する場合を例として説明した。しかし、出力Ｃｎ及びＤｎの組み合わせ、又は出力Ｅｎ及びＦｎの組み合わせのいずれか一方の組み合わせのみを用いて位相角θｄを算出する構成とすることも可能である。
【０１６８】
例えば、位相角算出部１３が出力信号Ｃｎ及びＤｎを用いて位相角θｄを算出する場合、位相角θｄは、次の数式（数５４）のように表される。
【０１６９】
【数５４】
2020027034.tif 000056
【０１７０】
また、例えば位相角算出部１３が出力信号Ｅｎ及びＦｎを用いて位相角θｄを算出する場合、位相角θｄは、次の数式（数５５）のように表される。
【０１７１】
【数５５】
2020027034.tif 000057
【０１７２】
したがって、ＤＣ成分抽出部２４は、第３抽出部２４Ｃ、第４抽出部２４Ｄ、第５抽出部２４Ｅ及び第６抽出部２４Ｆの全てを備えている必要はなく、第１抽出部２４Ａ及び第２抽出部２４Ｂの他には、第３抽出部２４Ｃ及び第４抽出部２４Ｄの組み合わせ、又は第５抽出部２４Ｅ及び第６抽出部２４Ｆの組み合わせのいずれかを有していれば良い。かかる構成によれば、より簡易な構成で対象物ＯＪＴまでの距離を算出することが可能となる。
【０１７３】
また、本実施例の測距装置１００の構成を、レーザ光の照射面上の複数の位置について距離の計測を行う測距装置に適用することも可能である。
【０１７４】
図６は、かかる構成を有する測距装置３００を示すブロック図である。測距装置３００は、複数の受光処理部１２（１）〜１２（ｋ）と、シリアル読出部１４と、を有する。ここで、ｋは２以上の整数である。また、以下の説明では、上記複数の位置を「複数の画素」と称する。
【０１７５】
受光処理部１２（１）〜１２（ｋ）は、複数の画素に対応して設けられている。受光処理部１２（１）〜１２（ｋ）の各々は、上記実施例で説明した受光処理部１２と同様の構成を有する。すなわち、受光処理部１２（１）〜１２（ｋ）の各々は、受光部２１と、第１演算部２２と、第２演算部２３と、ＤＣ成分抽出部２４と、を含む。受光処理部１２（１）〜１２（ｋ）の各々のＤＣ成分抽出部２４は、それぞれ出力信号Ａ１〜Ｆ１、Ａ２〜Ｆ２、・・・Ａｋ〜Ｆｋを抽出する。
【０１７６】
シリアル読出部１４は、受光処理部１２（１）〜１２（ｋ）の各々において抽出された出力信号Ａ１〜Ａｋ、Ｂ１〜Ｂｋ、Ｃ１〜Ｃｋ、Ｄ１〜Ｄｋ、Ｅ１〜Ｅｋ、及びＦ１〜Ｆｋを順次読み出し、それぞれシリアルのデータ系列として位相角算出部１３に供給する。位相角算出部１３は、各データ系列に含まれる出力信号に基づいて、対象物ＯＪＴまでの距離の算出に用いる位相角θｏ及びθｄを画素ごとに算出する。
【０１７７】
かかる構成によれば、位相角の算出に用いる出力信号の抽出を画素ごとに行っているため、信号の周波数帯域あるいはデータレートを、シリアル読出部１４による順次読み出しが可能なレベルまで落とすことができる。従って、パラレルに読み出しを行う場合と比べて配線数を減らすことができ、簡易な構成で多画素のＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）装置を実現することが可能となる。
【０１７８】
また、各受光処理部にＢＰＦが不要であるため、回路規模の増大を抑制する効果が大きい。また、Ａ／Ｄ変換及びデジタル信号処理の手法を使用したり、高速クロック及びＴＤＣ（Time to Digital Converter）を使用したりする場合と比べて、回路規模を抑えることができる。これにより、回路をＬＳＩ化することが容易となり、且つ小さい画素サイズに容易に付随させることができる。
【０１７９】
また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばＲＯＭなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。
【符号の説明】
【０１８０】
１００  測距装置
１０  基準信号発生部
１１  出射部
１１Ａ  レーザ光源
１１Ｂ  レーザ発光駆動部
１２  受光処理部
１３  位相角算出部
１４  シリアル読出部
２１  受光部
２１Ａ  受光素子
２１Ｂ  受光信号検出部
２２  第１演算部
２３  第２演算部
２３Ａ  余弦側演算部
２３Ｂ  正弦側演算部
２４  ＤＣ成分抽出部
２４Ａ  第１抽出部
２４Ｂ  第２抽出部
２４Ｃ  第３抽出部
２４Ｄ  第４抽出部
２４Ｅ  第５抽出部
２４Ｆ  第６抽出部
３０Ａ  高域遮断部
３０Ｂ  高域遮断部
【図１】
2020027034.tif 000059
【図２Ａ】
2020027034.tif 000060
【図２Ｂ】
2020027034.tif 000061
【図３Ａ】
2020027034.tif 000062
【図３Ｂ】
2020027034.tif 000063
【図４】
2020027034.tif 000064
【図５】
2020027034.tif 000065
【図６】
2020027034.tif 000066