(57)【要約】【課題】物体までの距離を迅速かつ適正に取得できる距離測定装置を提供する。【解決手段】距離測定装置１は、所定の周波数に変調された投射光と、投射光が測距領域で反射された反射光との位相差に基づいて、測距領域までの距離を測定する。距離測定装置１は、投射光を出射するレーザ光源３１と、反射光を受光する光検出器３４と、測距領域までの距離を算出する信号処理回路１０４と、を備える。光検出器３４は、受光強度に応じた信号を出力するとともに、測距領域までの距離に応じて変化する反射光の受光位置の移動を検出可能に構成される。信号処理回路１０４は、受光位置、および、投射光と反射光との位相差に基づいて、測距領域までの距離を算出する。【選択図】図３
2019074480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数に変調された投射光と、前記投射光が測距領域で反射された反射光との位相差に基づいて、前記測距領域までの距離を測定する距離測定装置において、
前記投射光を出射する光源と、
前記反射光を受光する光検出器と、
前記測距領域までの距離を算出する処理部と、を備え、
前記光検出器は、受光強度に応じた信号を出力するとともに、前記測距領域までの距離に応じて変化する前記反射光の受光位置の移動を検出可能に構成され、
前記処理部は、前記受光位置、および、前記投射光と前記反射光との位相差に基づいて、前記測距領域までの距離を算出する、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記光検出器は、前記受光位置が変化する方向に分割された少なくとも２つの受光部を備え、前記受光部ごとに前記受光信号を出力する、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の距離測定装置において、
前記各受光部は、前記投射光と前記反射光との間の時間ずれが前記投射光の変調周期の自然数倍となるごとに、前記反射光が隣り合う前記受光部の間で遷移するよう配置されている、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の距離測定装置において、
前記各受光部は、前記投射光と前記反射光との間の時間ずれが前記投射光の変調周期の自然数倍に一致する場合に、前記反射光の中心が隣り合う前記受光部の境界に位置づけられるように配置されている、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の距離測定装置において、
前記処理部は、前記受光位置に基づいて、前記投射光と前記反射光との間の時間ずれが前記投射光の変調周期の自然数倍を超えたことを検出した場合に、前記投射光と前記反射光との位相差に前記変調周期の自然数倍の時間を加算して、前記投射光と前記反射光との間の前記時間ずれを取得し、取得した前記時間ずれに基づいて、前記測距領域までの距離を算出する、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載の距離測定装置において、
固定部と、
前記固定部に回転可能に配置された回転部と、を備え、
前記回転部が前記固定部に対して所定の回転角度だけ回転されるごとに、前記投射光が前記回転部から前記測距領域に投射され、前記反射光が前記回転部を介して前記光検出器により受光される、
ことを特徴とする距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて物体との距離を測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いて物体との距離を測定する距離測定装置が、種々の機器に搭載されている。光を用いた距離の測定方式として、たとえば、所定の周波数で変調された光を物体に照射し、物体により反射された光と照射光との位相差に基づいて、物体までの距離を計測する方式が知られている。しかし、この方式では、物体までの距離が変調周波数の一周期に対応する距離を越えた場合に、一周期目に対応する距離と二周期目に対応する距離との区別ができなくなる。この問題を抑制し得る方式として、以下の特許文献１には、異なる周波数で変調された２種類の光を用いて、物体までの距離を測定する方式が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２１３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成では、物体までの距離を測定するために、異なる周波数で変調された２種類の光を別々に物体に照射して距離を測定する必要があるため、測距に時間がかかってしまう。
【０００５】
かかる課題に鑑み、本発明は、物体までの距離を迅速かつ適正に取得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】
本発明の主たる態様は、所定の周波数に変調された投射光と、前記投射光が測距領域で反射された反射光との位相差に基づいて、前記測距領域までの距離を測定する距離測定装置に関する。この態様に係る距離測定装置は、前記投射光を出射する光源と、前記反射光を受光する光検出器と、前記測距領域までの距離を算出する処理部と、を備える。前記光検出器は、受光強度に応じた信号を出力するとともに、前記測距領域までの距離に応じて変化する前記反射光の受光位置の移動を検出可能に構成される。前記処理部は、前記受光位置、および、前記投射光と前記反射光との位相差に基づいて、前記測距領域までの距離を算出する。
【０００７】
本態様に係る距離測定装置によれば、測距領域までの距離に応じて変化する反射光の受光位置に基づいて、投射光と反射光との間の時間ずれがどの程度生じているのかが分かる。したがって、投射光と反射光との位相差に加えて反射光の受光位置を用いることにより、測距領域までの距離を適正に算出できる。また、本態様に係る距離測定装置によれば、１種類の投射光を用いて測距領域までの距離を算出できるため、測距領域までの距離を迅速に算出できる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のとおり、本発明に係る距離測定装置によれば、物体までの距離を迅速かつ適正に取得できる距離測定装置を提供できる。
【０００９】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る距離測定装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、実施形態に係る側面方向から見た場合の距離測定装置の内部構成を示す模式図である。
【図３】図３は、実施形態に係る距離測定装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図４】図４（ａ）は、実施形態に係る物体までの距離が小さい場合の、投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。図４（ｂ）は、実施形態に係る物体までの距離が大きい場合の、投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）は、実施形態に係る物体までの距離が小さい場合の、投射光および反射光の光路を示す模式図である。図５（ｂ）は、実施形態に係る物体までの距離が大きい場合の、投射光および反射光の光路を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）は、実施形態に係る光検出器の受光面に垂直な方向から受光面を見た場合の光検出器の構成を示す模式図である。図６（ｂ）は、実施形態に係る信号処理回路内の一部の回路と、信号処理回路で行われる演算手順とを示す模式図である。
【図７】図７（ａ）は、実施形態に係る反射光が左端の受光部にのみ入射する状態を示す模式図である。図７（ｂ）は、実施形態に係る投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。
【図８】図８（ａ）は、実施形態に係る反射光が中央の受光部よりも左端の受光部に多く入射する状態を示す模式図である。図８（ｂ）は、実施形態に係る投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）は、実施形態に係る反射光が左端の受光部と中央の受光部の境界に入射する状態を示す模式図である。図９（ｂ）は、実施形態に係る投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）は、実施形態に係る反射光が左端の受光部よりも中央の受光部に多く入射する状態を示す模式図である。図１０（ｂ）は、実施形態に係る投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）は、実施形態に係る反射光が中央の受光部にのみ入射する状態を示す模式図である。図１１（ｂ）は、実施形態に係る投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。
【図１２】図１２は、実施形態に係るレーザ光源からの投射光の投射タイミング、光検出器における反射光の受光タイミング、および信号処理回路による距離の算出タイミングを示す模式図である。
【図１３】図１３（ａ）は、変更例に係る複数の受光部を備える光検出器の構成を示す模式図である。図１３（ｂ）は、変更例に係るＰＳＤにより構成された光検出器の構成を示す模式図である。
【図１４】図１４は、変更例に係る側面方向から見た場合の距離測定装置の内部構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向は、距離測定装置１の高さ方向である。
【００１２】
図１は、距離測定装置１の構成を模式的に示す斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、距離測定装置１は、固定部１０と、固定部１０に回転可能に配置された回転部２０とを備える。固定部１０と回転部２０は、何れも、円柱形状である。固定部１０と回転部２０は、互いに同軸に配置されている。回転部２０の側面に開口２１ａが設けられている。開口２１ａから測距領域に向かってレーザ光（投射光）が投射され、測距領域で反射されたレーザ光（反射光）が開口２１ａから内部に取り込まれる。
【００１４】
回転部２０は、Ｚ軸に平行、且つ、回転部２０の中心を貫く回転軸Ｒ１０を中心に回転する。回転部２０の回転に伴い、開口２１ａから投射される投射光の光軸が回転軸Ｒ１０を中心に回転する。これに伴い、測距領域も回転する。後述のように、距離測定装置１は、測距領域に投射した投射光と、測距領域から受光した反射光との位相差、および、反射光の受光位置に基づいて、測距領域に存在する物体までの距離を計測する。上記のように回転部２０が回転軸Ｒ１０の周りに１回転することにより、距離測定装置１は、周囲３６０度の範囲に存在する物体までの距離を計測できる。
【００１５】
図２は、側面方向から（Ｙ軸負方向に）見た場合の距離測定装置１の内部構成を示す模式図である。図２では、図１と同様、開口２１ａがＸ軸正側に向けられている。また、図２では、レーザ光源３１から出射され、測距領域へと向かうレーザ光（投射光）が実線で示され、測距領域から反射されたレーザ光（反射光）が破線で示されている。光学系に付された一点鎖線は、光学系の光軸である。
【００１６】
図２に示すように、固定部１０は、円柱状の支持ベース１１と、モータ１２と、磁石１３と、を備える。支持ベース１１は、たとえば樹脂で形成されている。モータ１２は、支持ベース１１中央に設置されている。モータ１２の軸１２ａは、回転部２０の回転軸Ｒ１０沿って配置されており、回転部２０の支持部材２１に固定されている。モータ１２の軸１２ａにより、回転部２０が固定部１０に支持される。また、モータ１２が駆動され軸１２ａが回転することにより、回転部２０が固定部１０に対して回転軸Ｒ１０まわりに回転する。
【００１７】
軸１２ａには、信号伝達部４１が設けられている。信号伝達部４１は、固定部１０と回転部２０とを電気的に接続しており、固定部１０と回転部２０との間で電気的な信号の伝達を可能にする。信号伝達部４１として、ブラシやスリップリング等が用いられ得る。
【００１８】
支持ベース１１の上面には、回転軸Ｒ１０を中心とする周方向に沿って、複数の磁石１３が周方向に並ぶように設置されている。磁石１３は、磁界の向きがＺ軸方向となるよう支持ベース１１に設置されている。複数の磁石１３は、回転部２０のコイル２２とともに、固定部１０から回転部２０に対して電力を供給するための電力供給部４２を構成する。
【００１９】
回転部２０は、円柱状の支持部材２１と、コイル２２と、を備える。支持部材２１は、たとえば樹脂で形成されている。支持部材２１の下面には、回転軸Ｒ１０を中心とする周方向に沿って、複数のコイル２２が周方向に並ぶように設置されている。コイル２２は、固定部１０の磁石１３と向き合う位置に設置されている。複数のコイル２２は、固定部１０の磁石１３とともに電力供給部４２を構成する。回転部２０が固定部１０に対して回転すると、コイル２２に対する磁界が変化する。これにより、コイル２２に誘導起電力が生じる。電力供給部４２は、コイル２２で生じた起電力により電源電圧を生成し、生成した電源電圧を回転部２０の各部に供給する。
【００２０】
また、回転部２０は、光学系の構成として、レーザ光源３１と、コリメータレンズ３２と、集光レンズ３３と、光検出器３４と、を備える。回転部２０の光学系を構成する各部は、回転部２０の支持部材２１に形成された収容部２１ｂ内に設置されている。収容部２１ｂは、回転部２０の側面に形成された開口２１ａに繋がっている。集光レンズ３３と光検出器３４との間に、レーザ光源３１の出射波長帯域の光のみを透過させるフィルタが配置されてもよい。
【００２１】
レーザ光源３１は、所定波長のレーザ光を出射する。レーザ光源３１は、たとえば半導体レーザである。レーザ光源３１から出射されるレーザ光（投射光）は、後述するレーザ駆動回路１０３の駆動信号に応じて、所定の周波数で変調される。レーザ光源３１から出射される投射光の進行方向は、Ｘ軸正方向から僅かにＺ軸負方向に傾いている。コリメータレンズ３２は、レーザ光源３１から出射された投射光を平行光に変換する。コリメータレンズ３２によって平行光に変換された投射光は、開口２１ａを通って測距領域へと投射される。
【００２２】
測距領域に物体が存在する場合、測距領域に投射された投射光は、物体で反射されて、再び開口２１ａへと向かう。こうして物体によって反射された投射光（反射光）が、開口２１ａから取り込まれ、集光レンズ３３に導かれる。集光レンズ３３は、測距領域で反射された反射光を、光検出器３４の受光面３４ａ上に収束させる。光検出器３４は、レーザ光源３１のＺ軸負側に配置されている。光検出器３４の受光面３４ａは、図２においてＹ−Ｚ平面に平行である。光検出器３４は、集光レンズ３３により収束された反射光を受光面３４ａにおいて受光し、受光光量に応じた検出信号を出力する。光検出器３４の受光面３４ａについては、追って図６（ａ）を参照して説明する。
【００２３】
図３は、距離測定装置１の構成を示す回路ブロック図である。
【００２４】
図３に示すように、距離測定装置１は、回路部の構成として、コントローラ１０１と、モータ駆動回路１０２と、レーザ駆動回路１０３と、信号処理回路１０４と、通信インタフェース１０５と、を備える。コントローラ１０１と、モータ駆動回路１０２と、通信インタフェース１０５は、固定部１０に配置されており、レーザ駆動回路１０３と信号処理回路１０４は、回転部２０に配置されている。固定部１０の各部には、固定部１０に接続された外部電源から電力が供給される。回転部２０の各部には、電力供給部４２から電力が供給される。
【００２５】
コントローラ１０１は、ＣＰＵ等の演算処理回路と、メモリとを備え、所定の制御プログラムに従って各部を制御する。コントローラ１０１は、信号伝達部４１を介して、レーザ駆動回路１０３と信号処理回路１０４に電気的に接続されている。
【００２６】
モータ駆動回路１０２は、コントローラ１０１からの制御に応じて、モータ１２を駆動する。レーザ駆動回路１０３は、コントローラ１０１からの制御に応じて、レーザ光源３１を駆動し、所定の周波数で変調されたレーザ光をレーザ光源３１から出射させる。また、レーザ駆動回路１０３から出力された、レーザ光を所定の周波数で変調させるための電気信号は、信号処理回路１０４にも入力される。信号処理回路１０４は、レーザ駆動回路１０３および光検出器３４から入力される信号に対し、増幅およびノイズ除去の処理を施すとともに、後述する演算を行って物体までの距離を算出する。信号処理回路１０４による演算の結果は、コントローラ１０１に入力される。通信インタフェース１０５は、距離測定装置１が設置される機器との間で通信を行うためのインタフェースである。
【００２７】
測距動作において、コントローラ１０１は、モータ駆動回路１０２を制御して回転部２０を所定の回転速度で回転させつつ、レーザ駆動回路１０３を制御して、所定の回転角度ごとに、所定の周波数で変調されたレーザ光（投射光）をレーザ光源３１から出射させる。これにより、投射光が回転部２０から測距領域に投射され、反射光が回転部２０を介して光検出器３４により受光される。このとき、レーザ駆動回路１０３は、レーザ光を所定の周波数で変調させるための信号を信号処理回路１０４に出力する。光検出器３４は、反射光の受光強度に応じた信号を信号処理回路１０４に出力する。信号処理回路１０４は、レーザ光を所定の周波数で変調させるための信号と、反射光の受光強度に応じた信号とに基づいて、投射光と反射光との位相差を算出する。
【００２８】
図４（ａ）は、物体までの距離が小さい場合の、投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。図４（ａ）において、縦軸は光検出器３４で受光された光の強度を示しており、横軸は時間を示している。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、投射光は所定の周波数で変調されており、投射光の強度は所定の変調周期Ｔ０で変動する。反射光の位相は、物体までの距離に応じて投射光の位相に対してずれる。すなわち、投射光と反射光との間の時間ずれＴは、物体までの距離に応じて変動する。上述したように、信号処理回路１０４は、レーザ光を所定の周波数で変調させるための信号と、反射光の受光強度に応じた信号とに基づいて、投射光と反射光との位相差ΔＴを取得する。図４（ａ）に示す例では、物体までの距離が小さいため、時間ずれＴと位相差ΔＴは同じである。この場合、光の速さをｃとし、物体までの距離をＤとすると、距離Ｄは、信号処理回路１０４において以下の式（１）により算出される。
【００３０】
Ｄ＝ΔＴ×ｃ／２  …（１）
【００３１】
ここで、物体までの距離が大きくなり、時間ずれＴが投射光の変調周期Ｔ０を越えると、物体までの距離が小さい場合と大きい場合とで、位相差ΔＴが同じになる場合が生じる。たとえば、図４（ｂ）は、投射光と反射光との間の時間ずれＴがΔＴ＋Ｔ０である場合の、投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。図４（ｂ）に示すように、物体までの距離が異なるため時間ずれＴが異なっている場合であっても、位相差ΔＴが同じになる場合が起こり得る。しかしながら、図４（ｂ）の場合に、上記式（１）に基づいて距離Ｄが算出されると、算出される距離Ｄは不正確なものとなる。
【００３２】
そこで、本実施形態では、図４（ａ）、（ｂ）のように、位相差ΔＴが同じであるが物体までの距離が異なる場合でも、適正に距離Ｄを算出するために、光検出器３４において反射光の受光位置を取得する。
【００３３】
図５（ａ）は、物体までの距離が小さい場合の投射光および反射光の光路を示す模式図であり、図５（ｂ）は、物体までの距離が大きい場合の投射光および反射光の光路を示す模式図である。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、物体までの距離が小さい場合、物体によって反射された反射光は、光検出器３４の受光面３４ａにおいて受光位置Ｐ１に照射される。一方、図５（ｂ）に示すように、物体までの距離が大きい場合、物体によって反射された反射光は、光検出器３４の受光面３４ａにおいて、受光位置Ｐ１よりもＺ軸正側の受光位置Ｐ２に照射される。このように、物体までの距離が大きくなるにつれて、受光面３４ａにおける受光位置がＺ軸正方向に移動する。
【００３５】
図６（ａ）は、光検出器３４の受光面３４ａに垂直な方向から受光面３４ａを見た場合の光検出器３４の構成を示す模式図である。
【００３６】
図６（ａ）に示すように、光検出器３４は、受光面３４ａ上に３つの受光部５１〜５３を備える。受光部５１〜５３は、この順にＺ軸正方向に並んでおり、互いに隣接している。受光部５１は、物体までの距離が小さい場合、すなわち投射光と反射光との間の時間ずれＴが投射光の変調周期Ｔ０の１倍以下となる場合に、物体からの反射光が入射するよう構成されている。受光部５２は、物体までの距離が中程度の場合、すなわち投射光と反射光との間の時間ずれＴが投射光の変調周期Ｔ０の１倍より大きく２倍以下となる場合に、物体からの反射光が入射するように構成されている。受光部５３は、物体までの距離が大きい場合、すなわち投射光と反射光との間の時間ずれＴが投射光の変調周期Ｔ０の２倍より大きく３倍以下となる場合に、物体からの反射光が入射するよう構成されている。
【００３７】
なお、物体までの距離が大きくなるほど、物体までの距離の増分に応じた反射光の受光位置の変動量は小さくなる。したがって、図６（ａ）に示すように、受光部５２のＺ軸方向の幅が受光部５１のＺ軸方向の幅よりも小さく、受光部５３のＺ軸方向の幅が受光部５２のＺ軸方向の幅よりも小さくなるように、受光部５１〜５３が構成される。
【００３８】
図６（ｂ）は、信号処理回路１０４内の一部の回路と、信号処理回路１０４で行われる演算手順とを示す模式図である。
【００３９】
減算器６１は、受光部５２の検出信号から受光部５１の検出信号を減算した信号値を、第１評価値として出力する。減算器６２は、受光部５３の検出信号から受光部５２の検出信号を減算した信号値を、第２評価値として出力する。加算器６３は、受光部５１、５２、５３の検出信号を加算した信号値を、受光光量として出力する。
【００４０】
信号処理回路１０４は、加算器６３から出力される受光光量と、レーザ駆動回路１０３から出力されるレーザ光源３１の駆動信号とに基づいて、投射光と反射光との位相差ΔＴを検出する。また、信号処理回路１０４は、第１評価値が負の値である場合、周期ずれ係数ｎの値として０を取得し、第１評価値が正の値かつ第２評価値が負の値である場合、周期ずれ係数ｎの値として１を取得し、第２評価値が正の値である場合、周期ずれ係数ｎの値として２を取得する。また、信号処理回路１０４は、第１評価値が０かつ受光部５３の検出信号が０の場合、周期ずれ係数ｎの値として１を取得し、第２評価値が０かつ受光部５１の検出信号が０の場合、周期ずれ係数ｎの値として２を取得する。そして、信号処理回路１０４は、以下の式（２）に基づいて距離Ｄを算出する。
【００４１】
Ｄ＝（ΔＴ＋Ｔ０×ｎ）×ｃ／２  …（２）
【００４２】
次に、反射光が受光面３４ａ上に入射する位置（受光位置）と、受光位置に対応した時間ずれＴおよび位相差ΔＴと、算出される距離Ｄと、について説明する。
【００４３】
図７（ａ）は、反射光が受光部５１にのみ入射する状態を示す模式図である。図８（ａ）は、反射光が受光部５２よりも受光部５１に多く入射する状態を示す模式図である。図９（ａ）は、反射光が受光部５１と受光部５２の境界に入射する状態を示す模式図である。図１０（ａ）は、反射光が受光部５１よりも受光部５２に多く入射する状態を示す模式図である。図１１（ａ）は、反射光が受光部５２にのみ入射する状態を示す模式図である。図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）、および図１１（ｂ）は、それぞれ、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）、および図１１（ａ）の状態における投射光の位相と反射光の位相を示す模式図である。
【００４４】
図７（ａ）に示すように反射光が受光部５１にのみ入射する場合、図７（ｂ）に示すように、投射光と反射光との間における時間ずれＴは、位相差ΔＴに等しい。この場合、周期ずれ係数ｎの値は０であるため、上記式（２）に基づいて、距離ＤはΔＴ×ｃ／２により算出される。
【００４５】
図８（ａ）に示すように反射光が受光部５２よりも受光部５１に多く入射する場合、図８（ｂ）に示すように、投射光と反射光との間における時間ずれＴは、位相差ΔＴに等しい。この場合も、周期ずれ係数ｎの値は０であるため、上記式（２）に基づいて、距離ＤはΔＴ×ｃ／２により算出される。
【００４６】
図９（ａ）に示すように、反射光が受光部５１と受光部５２の境界に入射する場合、図９（ｂ）に示すように、位相差ΔＴは０であり、投射光と反射光との間における時間ずれＴは、投射光の変調周期Ｔ０に等しい。この場合、周期ずれ係数ｎの値は１であるため、上記式（２）に基づいて、距離Ｄは（ΔＴ＋Ｔ０）×ｃ／２により算出される。
【００４７】
図１０（ａ）に示すように反射光が受光部５１よりも受光部５２に多く入射する場合、図１０（ｂ）に示すように、投射光と反射光との間における時間ずれＴは、位相差ΔＴと変調周期Ｔ０を加算した値に等しい。この場合も、周期ずれ係数ｎの値は１であるため、上記式（２）に基づいて、距離Ｄは（ΔＴ＋Ｔ０）×ｃ／２により算出される。
【００４８】
図１１（ａ）に示すように反射光が受光部５２にのみ入射する場合、図１１（ｂ）に示すように、投射光と反射光との間における時間ずれＴは、位相差ΔＴと変調周期Ｔ０を加算した値に等しい。この場合も、周期ずれ係数ｎの値は１であるため、上記式（２）に基づいて、距離Ｄは（ΔＴ＋Ｔ０）×ｃ／２により算出される。
【００４９】
なお、反射光が受光部５２と受光部５３の境界に入射する場合、位相差ΔＴは０であり、投射光と反射光との間における時間ずれＴは、投射光の変調周期Ｔ０の２倍の値に等しい。この場合、周期ずれ係数ｎの値は２であるため、上記式（２）に基づいて、距離Ｄは（ΔＴ＋Ｔ０×２）×ｃ／２により算出される。また、反射光が受光部５２、５３の境界よりも受光部５３側に入射する場合、投射光と反射光との間における時間ずれＴは、位相差ΔＴと変調周期Ｔ０の２倍の値とを加算した値に等しい。この場合も、周期ずれ係数ｎの値は２であるため、上記式（２）に基づいて、距離Ｄは（ΔＴ＋Ｔ０×２）×ｃ／２により算出される。
【００５０】
図１２は、レーザ光源３１からの投射光の出射タイミングと、光検出器３４における反射光の受光タイミングと、信号処理回路１０４による距離Ｄの算出タイミングとを示す模式図である。
【００５１】
コントローラ１０１は、時刻０になる前に、回転部２０が所定の角速度で回転するようモータ駆動回路１０２を駆動する。その後、時刻０において、コントローラ１０１は、レーザ駆動回路１０３に制御信号を出力する。これにより、時刻０において、レーザ光源３１から所定の周波数で変調された投射光が出射される。レーザ光源３１から出射された投射光は測距領域の物体により反射され、反射光は、物体までの距離に応じたタイミングで光検出器３４により受光される。その後、図６（ｂ）を参照して説明したように、信号処理回路１０４により物体までの距離が算出される。
【００５２】
続いて、コントローラ１０１は、時刻Ｔ１０において、レーザ駆動回路１０３に制御信号を出力する。これにより、時刻Ｔ１０において、レーザ光源３１から投射光が出射される。このとき、回転部２０は、時刻０の初期位置から回転角度Ｒだけ回転している。この場合も、レーザ光源３１から出射された投射光は測距領域の物体により反射され、反射光が光検出器３４により受光される。そして、信号処理回路１０４により物体までの距離が算出される。
【００５３】
こうして、回転部２０が固定部１０に対して所定の角速度で回転されながら、回転部２０が固定部１０に対して回転角度Ｒだけ回転されるごとに、投射光が回転部２０から測距領域に投射され、反射光が回転部２０を介して光検出器３４により受光される。そして、このような距離算出がｋ回繰り返し行われることにより、回転部２０が３６０度回転され、周囲３６０度の測距領域に対する測距動作が行われる。このとき、周囲３６０度の測距領域に対する測距動作にかかる時間は、時間Ｔ２０（＝Ｔ１０×ｋ）となる。また、測距動作の角度の分解能はｋとなり、３６０度／ｋごとに測距が行われる。本実施形態では、各測距において所定周波数で変調されたレーザ光（投射光）が１回のみ出射されればよいため、１回の測距に要する時間Ｔ１０を短くできる。よって、図１２の回転角度Ｒを小さくでき、結果、測距動作の角度の分解能を高めることができる。
【００５４】
＜実施形態の効果＞
以上、実施形態によれば、以下の効果が奏される。
【００５５】
測距領域までの距離に応じて変化する反射光の受光位置に基づいて、投射光と反射光との間の時間ずれがどの程度生じているのかが分かる。具体的には、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、物体までの距離が変化すると、光検出器３４の受光面３４ａ上における受光位置が変化する。光検出器３４には、受光位置が変化する方向に受光部５１〜５３が設けられている。そして、図６（ｂ）に示したように、投射光と反射光との間の時間ずれがどの程度生じているかを示す周期ずれ係数ｎが、受光部５１〜５３における反射光の受光位置に基づいて取得される。したがって、投射光と反射光との位相差に加えて反射光の受光位置を用いることにより、測距領域までの距離を適正に算出できる。また、１種類の投射光を用いて測距領域までの距離を算出できるため、測距領域までの距離を迅速に算出できる。
【００５６】
光検出器３４は、反射光の受光位置が変化する方向（Ｚ軸方向）に受光部５１〜５３を備える。このように、光検出器３４がＺ軸方向に分割された少なくとも２つの受光部を備えると、各受光部の検出信号を比較することで受光位置を検出できる。
【００５７】
受光部５１〜５３は、投射光と反射光との間の時間ずれＴが投射光の変調周期Ｔ０の自然数倍となるごとに、反射光が隣り合う受光部の間で遷移するよう配置されている。このとき、時間ずれＴが変調周期Ｔ０の自然数倍に一致する場合に、反射光の中心が、隣り合う受光部の境界に位置づけられる。これにより、反射光が受光部の間を遷移するタイミングで、投射光と反射光の時間ずれが変調周期Ｔ０の自然数倍に到達したことを検出できる。
【００５８】
信号処理回路１０４は、反射光の受光位置に基づいて、投射光と反射光との間の時間ずれＴが投射光の変調周期Ｔ０の自然数倍を超えたことを検出する。具体的には、信号処理回路１０４は、受光部５１から受光部５２へと受光位置が遷移した場合および受光部５２から受光部５３へと受光位置が遷移した場合に、時間ずれＴが変調周期Ｔ０の自然数倍を超えたことを検出する。そして、信号処理回路１０４は、投射光と反射光との位相差ΔＴに、変調周期Ｔ０の自然数倍（変調周期Ｔ０に周期ずれ係数ｎを乗算した値）を加算して、時間ずれＴを取得する。信号処理回路１０４は、取得した時間ずれＴに光の速度ｃを乗じた後、乗算値を２で除算して物体までの距離を算出する。これにより、物体までの距離を適正に取得できる。
【００５９】
図１２に示したように、回転部２０の回転位置ごとに、投射光が回転部２０から測距領域に投射され、反射光が回転部２０を介して光検出器３４により受光される。上記のように本実施形態では、回転位置ごとの測距動作に要する時間が短くなるため、ｋの値を大きくすることができ、測距の分解能を高めることができる。
【００６０】
＜変更例＞
距離測定装置１の構成は、上記実施形態に示した構成以外に、種々の変更が可能である。
【００６１】
たとえば、上記実施形態では、図９（ａ）に示したように、投射光と反射光との間の時間ずれＴが投射光の変調周期Ｔ０の自然数倍に一致する場合に、反射光の中心が隣り合う受光部の境界に位置づけられた。しかしながら、これに限らず、時間ずれＴが変調周期Ｔ０の自然数倍に一致する場合に、反射光が隣り合う受光部の間で遷移することが検出可能であれば、反射光はどの位置に位置づけられてもよい。たとえば、時間ずれＴが変調周期Ｔ０の自然数倍に一致する場合に、反射光がＺ軸正側の受光部に進入を開始した状態となってもよく、あるいは、反射光がＺ軸負側の受光部から抜けてＺ軸正側の受光部に全て含まれる状態となってもよい。
【００６２】
また、上記実施の形態では、信号処理回路１０４は、投射光と反射光との間の時間ずれＴを取得した後で、時間ずれＴに光の速度ｃを乗じ、乗算値を２で除算することにより、距離Ｄを算出した。しかしながら、これに限らず、信号処理回路１０４は、位相差ΔＴに光の速度ｃを乗じて２で除算した値と、変調周期Ｔ０に周期ずれ係数ｎと光の速度ｃを乗じて２で除算した値とを加算することにより、距離Ｄを算出してもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、光検出器３４の受光面３４ａ上に、３つの受光部５１〜５３が配置されたが、変調周期Ｔ０の２倍の時間ずれＴに対応可能に２つの受光部がＺ軸方向に並ぶように配置されてもよく、変調周期Ｔ０の４倍以上の時間ずれＴに対応可能に４つ以上の受光部がＺ軸方向に並ぶように配置されてもよい。また、必ずしも、変調周期Ｔ０ごとに１つの受光部が配置されなくともよく、たとえば、光検出器３４として、図１３（ａ）に示すようなラインセンサが用いられてもよい。この場合、変調周期Ｔ０ごとに受光部の範囲が区分される。すなわち、時間ずれＴが変調周期Ｔ０の０倍〜１倍、１倍〜２倍、２倍〜３倍の範囲に、それぞれ複数の受光部７１が割り当てられる。
【００６４】
また、上記実施形態では、光検出器３４は、反射光の受光位置が変化する方向（Ｚ軸方向）に受光部５１〜５３を備えるよう構成されたが、これに代えて、図１３（ｂ）に示すように、光検出器３４は、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）により構成されてもよい。この場合、ＰＳＤの受光部７２は、Ｚ軸方向に沿って変化する反射光の受光位置に対応するように、Ｚ軸方向に延びた形状とされる。
【００６５】
また、上記実施形態では、信号処理回路１０４は、レーザ駆動回路１０３から出力された駆動信号に基づいて投射光の位相を検出した。しかしながら、これに限らず、レーザ光源３１から出射された直後の投射光の一部が他の光検出器に導かれ、当該他の検出器から出力される検出信号に基づいて投射光の位相を検出する構成であってもよい。この場合、図１４に示すように、たとえば、図２に示したレーザ光源３１と光検出器３４との間に光検出器３５が配置され、コリメータレンズ３２の前段に投射光の一部を光検出器３５へと反射するミラー３６が配置される。
【００６６】
また、上記実施形態では、コントローラは、固定部１０側に設けられたが、これに限らず、回転部２０側に設けられてもよく、あるいは、固定部１０と回転部２０の両方に設けられて制御を分担するようにしてもよい。
【００６７】
また、光源は、レーザ光源３１に限らず、ＬＥＤ等でもあってもよい。
【００６８】
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１  …  距離測定装置
１０  …  固定部
２０  …  回転部
３１  …  レーザ光源（光源）
３４  …  光検出器
５１〜５３、７１  …  受光部
１０４  …  信号処理回路（処理部）
Ｐ１、Ｐ２  …  受光位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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