(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのパルス信号を増幅し、前記パルス信号が減衰振動波形に変換されたものを出力する同調アンプと、
前記同調アンプの出力を所定のタイミングでサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリングしたサンプリングデータの複数を所定の関係で合成する加算部と、
前記合成されたデータを所定のアドレスに格納する記憶部と
を備え、
前記合成は、減衰しながら振動する前記減衰振動波形の繰り返し現れる波形を合成することで行なわれ、
前記記憶部で記憶されるデータは前記減衰振動波形のＳ／Ｎ比を改善したデータであることを特徴とするパルス信号の処理装置。
【請求項２】
前記合成されるサンプリングデータは、近傍のサンプリング位置から取得されることを特徴とする請求項１に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項３】
前記合成において、前記減衰振動波形における複数の山部の振幅値の積算と、複数の谷部の振幅値の積算とが行われることを特徴とする請求項１に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項４】
前記合成において、前記減衰振動波形の山部の面積の積算と谷部の面積の積算とが行われることを特徴とする請求項１に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項５】
前記合成において、前記減衰振動波形の山部の振幅値と、谷部の振幅値の符号を反転させた値との加算が行われることを特徴とする請求項１に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項６】
前記合成において、前記減衰振動波形の山部の面積と谷部の面積との積算が行われることを特徴とする請求項１に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項７】
前記合成において、前記減衰振動波形の２π離れた位相差のサンプリング点のサンプリングデータの加算が行われることを特徴とする請求項１に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項８】
前記合成において、前記減衰振動波形のπ離れた位相差のサンプリング点のサンプリングデータの絶対値の加算が行われることを特徴とする請求項１に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項９】
前記減衰振動波形の周期は、前記サンプリング間隔の略整数倍の関係にあることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のパルス信号の処理装置。
【請求項１０】
前記パルス信号は、パルス光を受光した受光素子からの出力信号であり、
前記パルス光は、所定の対象物に対して照射された照射パルス光の反射光であり、
前記照射パルス光の発光部と、
前記合成されたデータおよび前記照射パルス光の照射タイミングを利用して前記受光素子から前記対象物までの距離を算出する距離算出部と
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のパルス信号の処理装置。
【請求項１１】
第１の距離測定範囲おいて前記サンプリングを行なう粗測定モードと、
前記第１の距離測定範囲より狭い第２の距離測定範囲において前記受光素子からの出力信号のサンプリングを行なう精密測定モードと
を切替える切替え部を備えることを特徴とする請求項１０に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項１２】
前記精密測定モードにおいて複数のパルス光に対するサンプリングを行ない、前記複数のパルスに対するサンプリングデータを累積することを特徴とする請求項１１に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項１３】
前記粗測定モードにおけるサンプリング周波数より、前記精密測定モードにおけるサンプリング周波数が高いことを特徴とする請求項１１または１２に記載のパルス信号の処理装置。
【請求項１４】
前記切替え部は、
前記粗測定モードによって前記第２の距離測定範囲が求められた場合に、
前記粗測定モードから前記精密測定モードへの切替えを行なうことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のパルス信号の処理装置。
【請求項１５】
１つのパルス信号を同調アンプによって増幅し、前記パルス信号が減衰振動波形に変換された出力を得る増幅ステップと、
前記同調アンプの出力を所定のタイミングでサンプリングするサンプリングステップと、
前記サンプリングしたサンプリングデータの複数を合成する加算ステップと、
前記合成されたデータを所定のアドレスに格納する記憶ステップと
を備え、
前記合成は、減衰しながら振動する前記減衰振動波形の繰り返し現れる波形を合成することで行なわれ、
前記記憶ステップで記憶されるデータは前記減衰振動波形のＳ／Ｎ比を改善したデータであることを特徴とするパルス信号の処理方法。
【請求項１６】
コンピュータで実行可能なプログラムであって、
１つのパルス信号が入力された同調アンプで得られる前記パルス信号が減衰振動波形に変換された出力を所定のタイミングでサンプリングするサンプリング手順と、
前記サンプリングしたサンプリングデータの複数を合成する加算手順と、
前記合成されたデータを所定のアドレスに格納する記憶手順と
を備え、
前記合成は、減衰しながら振動する前記減衰振動波形の繰り返し現れる波形を合成することで行なわれ、
前記加算手順で加算されるデータにより前記減衰振動波形のＳ／Ｎ比を改善する処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス信号の検出に適用して有用な技術に関する。特に本発明は、パルス光の反射を利用して距離を測定する技術に係り、微弱な反射パルス光を高感度で検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物にパルス光を照射し、その反射光を検出して、対象物までの距離を測定する技術がある。この技術は、光波距離測定技術と呼ばれ、対象物へのパルス光の照射タイミングと、その反射光の検出タイミングとの時間差から、対象物までの距離を割り出す技術である。この技術に関しては、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されている。
【０００３】
上述の光波距離測定技術には、コーナーキューブと呼ばれる専用の反射器からの反射光を用いる方法と、コーナーキューブを用いず、任意に選択した対象物からの反射光を用いる方法とがある。コーナーキューブを用いない方法は、コーナーキューブを用いない簡便性から使い勝手の良さがあるが、反射光が弱くなるために、パルス光の検出に工夫が必要とされる。
【０００４】
【特許文献１】特表２０００―５０６９７１号公報
【特許文献２】特許第３０８９３３２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
距離の測定技術においては、より高い精度での測定、およびより大きな範囲（大きな測定レンジ）での測定が求められる。測定データの精度を高めようとする場合、受光素子からの出力のサンプリング間隔をより短くする必要がある。しかしサンプリング間隔を短くすることは、サンプリングデータが多くなることを意味する。このことは、測定レンジを大きくした場合にさらに顕著になる。
【０００６】
距離の測定は極力短時間で行なわれることが好ましいので、サンプリングデータの増大は好ましくない。また、サンプリングデータの増大は、データを記憶するメモリや演算回路への負担が大きくなり、高コスト化や消費電力の増加を招くという問題もある。消費電力の増加は、光波距離測定装置が野外で用いられる場合が多く、バッテリーで駆動できる仕様が要求される点において著しく不利となる。また、サンプリング周波数を高くすることは、回路設計上の制約が増し、高コスト化を招くという問題もある。
【０００７】
また、上述したコーナーキューブを用いない測定では、反射光の強度が弱いために、反射パルス光の検出精度を高める工夫が必要となる。この技術としては、複数回数分の反射パルス光のサンプリングデータを一旦メモリに記憶し、この記憶したサンプリングデータを時間軸の位置を合わせて複数パルス分（例えば１０パルス分）積算する処理が知られている。この処理では、複数パルスにおける同じサンプリング位置のサンプリングデータを積算し、Ｓ／Ｎ比を改善する演算処理を行う。つまり、複数のパルスを重ね合わせる演算処理を行う。
【０００８】
しかしながら、この方法は複数回分のパルスを処理する処理時間が必要であり、測定時間が長くなるという問題がある。測定レンジを大きくした場合、処理するデータ量が増えるので、この傾向はさらに深刻となる。
【０００９】
このように、扱えるサンプリングデータの量に制限があるなかで、測定精度を追求すると、測定範囲を犠牲にせざるを得ない。他方で測定範囲の大きさを追求した場合、サンプリング間隔を広くせざるを得ず、測定精度が犠牲になる。また、コーナーキューブを用いない方式では、これに加えてさらに測定範囲を犠牲にしなければ所定の測定精度を得ることができず、また測定時間が長くなるという問題が加わる。このように、光波距離測定技術には、改善すべき点が存在する。
【００１０】
特許文献１には、１〜３パルスを利用した粗測定と複数パルスを利用した精密測定を行なう技術が記載されている。この技術は、上述した問題点を改善するためのアプローチの一つであるが、コーナーキューブを用いず反射光が微弱である場合、粗測定において十分な検出出力が得られず、信号を取りこぼす場合があるという欠点があった。
【００１１】
本発明は、限られたメモリ容量や消費電力で動作し、微弱な反射光であっても測定時間が短くて済み、また比較的低いサンプリング周波数で高精度の測定が行え、さらに測定範囲の広い、光波距離測定装置を提供することを課題とする。また、このような光波距離測定装置に利用できる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のパルス信号の処理装置は、１つのパルス信号を増幅し、前記パルス信号が減衰振動波形に変換されたものを出力する同調アンプと、前記同調アンプの出力を所定のタイミングでサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリングしたサンプリングデータの複数を所定の関係で合成する加算部と、前記合成されたデータを所定のアドレスに格納する記憶部とを備え、前記合成は、減衰しながら振動する前記減衰振動波形の繰り返し現れる波形を合成することで行なわれ、前記記憶部で記憶されるデータは前記減衰振動波形のＳ／Ｎ比を改善したデータであることを特徴とする。
【００１３】
まず、本発明の基本的な原理を説明する。本発明では、パルス信号の検出精度を高めるために、１つのパルス信号または１つのパルス信号に応答した応答信号のサンプリングデータの合成を行い、それにより検出強度を高めた信号を得る。ここで、合成というのは、一つのパルスにおけるサンプリングデータを積算することをいう。
【００１４】
以下、サンプリングデータの合成について詳細に説明する。まず、サンプリングには、２つの方法がある。その一つは、パルス信号をそのままサンプリングする場合である。他の一つは、パルス信号をより処理に適した適当な信号波形に変換し、その変換した信号に対してサンプリングを行なう場合である。
【００１５】
まず、第１のサンプリング方法を説明する。１つのパルスの信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングすると、複数のサンプリングデータが得られるが、この複数のサンプリングデータを加え合わせることで、より大きなレベルの信号を得ることができる。これにより、より微弱なパルス信号をＳ／Ｎ比を高めて検出することができる。以下、この第１の方法の原理について、一例を挙げて説明を加える。
【００１６】
図１は、本発明を利用して、パルス信号のサンプリングを行なう一例を説明する線図である。図１（Ａ）には、１つのパルス信号２０１をサンプリング間隔Ｔｓでサンプリングする状態が示されている。図１（Ｂ）には、パルス波形２０１と、パルス波形２０１を基にサンプリングデータの合成処理によりＳ／Ｎ比を高めた合成波形２０２が示されている。なお、図１における縦軸は、信号のレベルを示す相対値であり、横軸は時間軸である。
【００１７】
図１（Ａ）には、パルス波形２０１をサンプリング間隔Ｔｓ（つまりサンプリング周波数（１／Ｔｓ））でサンプリングし、１〜１５で示されるサンプリング点でサンプリングデータを得る例が示されている。ここで、サンプリング点１と２、３と４、５と６、・・・というように隣接するサンプリング点におけるサンプリングデータ同士を加え合わせ合成すると、図１（Ｂ）に示されるように、パルス波形２０１に対応した合成波形２０２が得られる。
【００１８】
この合成波形２０２は、基となるパルス波形２０１よりＳ／Ｎ比が改善されたものとなる。なぜなら、ノイズレベルは位相と振幅が一定ないランダムな変動であるので、合成した際に一部打ち消される成分が存在し、サンプリングデータの合成値と同じようには値が増加せず、等価的に信号レベルに対してノイズレベルが低下するからである。したがって、合成波形２０２はパルス波形２０１に比較してＳ／Ｎ比が改善されたものとなる。このように１パルスの波形を所定の間隔でサンプリングしたデータを合成することで、パルス信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。また、この方法は取り扱うデータ数が少なくて済む。
【００１９】
この方法においては、合成されるサンプリングデータは、近傍のサンプリング位置から取得されることが好ましい。パルス波形はレベルが急激に上昇し、急激に下降する。したがって、サンプリング位置の近いサンプリングデータを加え合わせた方が、レベルをより効果的に強調することができる。たとえば、図１（Ｂ）の例において、サンプリング位置１とサンプリング位置７のサンプリングデータを合成するよりも、互いに隣接するサンプリング位置７とサンプリング位置８におけるサンプリングデータを合成する方が、よりレベルの大きい信号値を得ることができる。
【００２０】
次に、パルス信号をより処理に適した適当な信号波形に変換し、その変換した信号に対してサンプリングを行なう方法を説明する。処理に適した適当な信号波形の一例としては、減衰振動波形が挙げられる。減衰振動波形は、一定あるいは略一定の周期で振幅が徐々に減衰する振動波形のことをいう。減衰振動波形は、同調回路を備えたアンプ（同調アンプ）に、パルス信号を通過させることで得ることができる。以下詳細に説明するように、減衰振動波形２０６の周期性を利用して、サンプリングデータの合成を行なうと、基となるパルス信号が弱くても、それを高感度に検出することができる。
【００２１】
図２は、パルス信号の波形とこのパルス信号に応答した減衰振動波形とを示す線図である。図２に示すように、（Ａ）に示すパルス波形２０５を同調アンプに通すと、（Ｂ）に示す減衰振動波形２０６が得られる。図２における縦軸は、信号のレベルを示す相対値であり、横軸は時間軸である。同調アンプというのは、増幅回路の信号経路に同調回路を備えたアンプのことをいう。
【００２２】
減衰振動波形は、図２の２０６に示すように、周期が略一定で振幅が徐々に減衰してゆく波形である。図２に示すように、減衰振動波形２０６は、時間経過と共に振幅が減衰するとはいうものの、山部２０７、谷部２０８、山部２０９、谷部２１０が交互に周期的に現れる。
【００２３】
そこで、この周期性を利用し、減衰振動波形の山部と山部、または谷部と谷部とを重ね合わせる処理を行う。こうすることで、山部と谷部とが強調された振動波形が得られる。例えば、減衰振動波形２０６の山部２０７の振幅値と次の山部２０９の振幅値とを積算し、さらに谷部２０８の振幅値と次の谷部２１０の振幅値とを積算する。こうすると、減衰振動波形２０６の振幅が強調された合成波形が得られる。
【００２４】
また、例えば山部２０７の面積と山部２０９の面積とを積算する処理を行い、さらに谷部２０８の面積と谷部２１０の面積とを積算する処理を行い、波高値が強調された合成波形を得てもよい。
【００２５】
このような処理を行った合成波形の振幅値のピークは、減衰振動波形２０６の振幅値のピークよりも大きくなり、Ｓ／Ｎ比が改善される。このことは、減衰振動波形がノイズに埋もれそうな弱い信号である場合に有効となる。
【００２６】
このように、本発明のパルス信号の処理装置において、パルス信号に応答した信号として、減衰振動波形を利用し、サンプリングデータの合成を減衰振動波形の周期性を利用して行うことは好ましい。
【００２７】
減衰振動波形の山部と山部、または谷部と谷部とを重ね合わせる処理としては、山部２０７のサンプリングデータと山部２０９のサンプリングデータとをサンプリング位置で１周期（２π）ずらして積算する方法が上げられる。この場合、山部の頂部（またはその近傍）同士および谷部の底部（またはその近傍）同士の振幅値が加算され、振幅の強調効果をより高めることができる。
【００２８】
また、他の方法として、減衰振動波形の山に相当する部分の振幅値と谷に相当する部分の振幅値の絶対値とを加算してもよい。この場合も、振幅レベルが強調されることになる。例えば、減衰振動波形２０６の山部２０７の振幅値と谷部２０８の振幅値の絶対値とを積算する。この場合、位相差でπ離れたサンプリング点のサンプリング値を積算の対象とすると、波高値を強調する効果を大きくできる。また例えば、減衰振動波形２０６の山部２０７の面積と谷部２０８の面積を積算してもよい。このようにすることで、検出する信号のＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００２９】
また、減衰振動波形の１周期または半周期は、サンプリング間隔の略整数倍の関係にあることが好ましい。こうすることで、隣接したサンプリングデータを合成した場合に、＋側波形のサンプリングデータと−側波形のサンプリングデータの合成による振幅値を弱める演算処理の可能性を排除でき、波高値の強調効果を効果的に得ることができる。
【００３０】
本発明のパルス信号の処理装置は、パルス光を用いた距離の測定技術に特に好適であるが、微弱なパルス光の検出に広く適用することができる。つまり、パルス信号発生の契機となる物理現象は、パルス光の受光に限定されるものではなく、音波の検出や衝撃の検出等であってもよい。
【００３１】
本発明のパルス信号の処理装置において、パルス信号は、パルス光を受光した受光素子からの出力信号であり、パルス光は、所定の対象物に対して照射された照射パルス光の反射光であり、パルス光の発光部と、合成されたデータおよび照射パルス光の照射タイミングを利用して受光素子から対象物までの距離を算出する距離算出部とを更に備えることは好ましい。
【００３２】
この態様によれば、レーザ光を用いた距離の測定装置に好適な構成を得ることができる。すなわち、発光部からパルスレーザ光を対象物に照射し、その反射光を受光素子で受光し、その受光素子から出力されるパルス信号を利用して、上述した検出信号のＳ／Ｎを向上させるサンプリングデータの処理を行い、その処理結果を利用して対象物までの距離を算出する距離の測定装置が提供される。この装置は、パルス信号の検出Ｓ／Ｎ比を高めることができるので、パルス光の検出を高感度に行なうことができる。そのため、コーナーキューブと呼ばれる専用の反射器を用いない場合であっても、弱い反射光を高感度に検出することができる。
【００３３】
また、１パルスに含まれる情報を利用するので、従来技術のように複数パルスを用いた方法に比較して、処理時間を短縮することができる。また、処理回路のメモリには、加算したデータを格納すればよいので、メモリ容量を節約することができる。これにより、低消費電力であり、よりシンプルで低コストである回路が採用できる。
【００３４】
また、処理対象の信号として、減衰振動波形を用いる場合、信号波形を時間軸上に拡大し、そこからサンプリングを行なうことになるので、サンプリング周波数を低くすることができる。このことも、回路への負担を低く抑えることができることにつながり、低消費電力化、低コスト化に有効となる。
【００３５】
また、減衰振動波形を利用する場合、時間軸上に拡大された信号を積算し、それを時間軸上で圧縮し、信号の波高値を高めることができるので、信号のＳ／Ｎ比を高め、弱い信号であっても検出感度を高くすることができる。
【００３６】
上記距離の測定装置において、図１または図２に示す原理に従うサンプリングにより第１の距離測定範囲おける距離の測定を行う粗測定モードと、第１の距離測定範囲より狭い第２の距離測定範囲においてサンプリングを行なう精密測定モードとを切替える切替え部を備えることは好ましい。
【００３７】
この態様によれば、粗測定モードにおいては、図１や図２に示したサンプリングデータの処理方法を利用して、対象物への距離を大まかな範囲で捉え、精密測定モードでは、より狭い距離範囲において精度を追求した測定を行える。
【００３８】
また精密測定モードにおいて、複数のパルス光に対するサンプリングを行ない、そのサンプリングデータを累積することは好ましい。さらに上記態様において、粗測定モードにおけるサンプリング周波数より、精密測定モードにおけるサンプリング周波数が高いことが好ましい。
【００３９】
ここで、累積とは、異なるパルスにおけるサンプリングデータを積算することをいう。ちなみに、本明細書においては、一つのパルスにおけるサンプリングデータを積算する場合は合成と表現する。
【００４０】
精密測定モードとして、複数のパルスに対するサンプリングデータを累積する方法を採用した場合、複数分のパルスに対するサンプリングデータを用いることで、パルス波形をより正確に検出することができるので、より精度の高い距離の測定を行うことができる。また、精密測定モードとして、サンプリング周波数を高める方法を採用した場合もサンプリングデータをより細かい間隔で得ることになるので、測定の精度を高めることができる。なお、精密測定モードにおいて、サンプリングデータの累積と高サンプリング周波数の採用とを組み合わせても良い。
【００４１】
上記の粗測定モードと精密測定モードとを併用する態様において、切替え部は、粗測定モードによって第２の距離測定範囲が求められた場合に、粗測定モードから精密測定モードへの切替えを行なうことが好ましい。もちろん、測定モードの切替えは、手動であってもよい。
【００４２】
この態様によれば、短時間で測定できる粗測定モードによりある程度おおまかな距離を測定した後に、さらに測定範囲を絞った精密な距離の測定を行なうことができる。この場合、測定する範囲が狭められているので、精密測定モードにおいて、複数のパルス光を用いた精密測定および／またはサンプリング周波数を高めた測定を行なっても、データ量が膨大になる訳ではなく、また処理時間がそれ程長くなる訳ではない。したがって、処理時間の増加や回路への負担を大きくせずに測定精度を高めることができる。
【００４３】
図１あるいは図２を用いて説明したように、粗測定モードは、微弱な反射パルス光であっても、１パルスの信号を高感度で検出することができるので、短い測定時間でおおまかな距離を得ることに適している。
【００４４】
特に減衰振動波形を利用した場合は、信号波形を時間軸上に拡大し、サンプリング点を多く確保し、またサンプリングデータの合成処理により、検出信号のＳ／Ｎ比の改善を行う。このため、サンプリングをあまり細かくしなくても、対象物から反射してきた単パルスの検出感度を高めることができる。このことは、大きな測定レンジが要求される光波距離計に極めて有用となる。
【００４５】
一方、本発明のサンプリングデータを合成する方法は、１パルスまたは１パルスに応答した波形の中で、サンプリングデータを合成するので、時間軸上におけるサンプリング点の明確な位置の厳密性が犠牲になる。  
【００４６】
このような事情により、図１や図２に一例を示した方法は、短時間での測定、低消費電力、より少ないメモリ容量の使用、大きなサンプリング周波数を必要とせず回路への負担が少ない、といった優位性がある一方で、精密な距離の測定という点が犠牲になっている。
【００４７】
他方で、数パルス分にわたって、パルス波形あるいは当該パルス波形に基づく減衰振動波形をサンプリングし、数パルス分のサンプリングデータを加算して、Ｓ／Ｎ比を上げる方法、あるいはサンプリング周波数を上げてサンプリングを行う方法は、他の事項は犠牲になるが、粗測定モードとは逆に測定の精密性は追求できる。すなわち、精密測定モードでは、パルス信号のピークや重心位置（時間軸上の重心位置）を精密に求めることができ、精密な距離の測定という点で優位性があるが、短時間での測定、低消費電力、より少ないメモリ容量の使用で済む点、回路への低負担、といった点が犠牲になる。
【００４８】
従って、両モードを組み合わせることにより、両モードの利点を兼ね備えた光波測距装置を得ることができる。すなわち、粗測定で大まかな距離の測定を短時間に行い、範囲を狭めた上で精密測定により、精密な距離の測定を行う、この場合、精密測定は極狭い距離範囲において行えばよいので、精密測距で問題となる処理時間の増加、回路への負担の増加、消費電力の増加といった問題の発生を抑えることができる。
【００４９】
こうして、広範囲な測定レンジを有しながら、精密な測定が行え、しかも短時間での測定、低消費電力、より少ないメモリ容量の使用で済む点、回路への負担が少ない、といった優位性を兼ね備えた光波距離測定装置を得ることができる。
【００５０】
本発明のパルス光の処理装置は、パルス信号の処理方法、あるいはパルス信号の処理を実行するためのプログラムとして把握することもできる。すなわち、本発明のパルス信号の処理方法は、１つのパルス信号を同調アンプによって増幅し、前記パルス信号が減衰振動波形に変換された出力を得る増幅ステップと、前記同調アンプの出力を所定のタイミングでサンプリングするサンプリングステップと、前記サンプリングしたサンプリングデータの複数を合成する加算ステップと、前記合成されたデータを所定のアドレスに格納する記憶ステップとを備え、前記合成は、減衰しながら振動する前記減衰振動波形の繰り返し現れる波形を合成することで行なわれ、前記記憶ステップで記憶されるデータは前記減衰振動波形のＳ／Ｎ比を改善したデータであることを特徴とする。
【００５１】
また、本発明のパルス信号の処理方法を実行するためのプログラムは、コンピュータで実行可能なプログラムであって、１つのパルス信号が入力された同調アンプで得られる前記パルス信号が減衰振動波形に変換された出力を所定のタイミングでサンプリングするサンプリング手順と、前記サンプリングしたサンプリングデータの複数を合成する加算手順と、前記合成されたデータを所定のアドレスに格納する記憶手順とを備え、前記合成は、減衰しながら振動する前記減衰振動波形の繰り返し現れる波形を合成することで行なわれ、前記加算手順で加算されるデータにより前記減衰振動波形のＳ／Ｎ比を改善する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００５２】
上述したパルス信号の処理装置に関する下位の限定事項は、各限定内容を行なうステップとして、上記パルス信号の処理方法の発明をさらに限定する内容として把握可能である。また、上述したパルス信号の処理装置に関する下位の限定事項は、各限定内容を行なう手順として、上記パルス信号の処理方法を実行するためのプログラムをさらに限定する内容として把握可能である。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によれば、１パルスのパルス信号のサンプリングデータを加算することで、パルス信号の波高値を大きくすることができ、それによりパルス信号の検出時のＳ／Ｎを高めることができる。また、パルス信号に応答した減衰振動波形の周期性を利用したサンプリングを行うことで、信号波形を時間軸上に拡大し、低いサンプリング周波数でありながら、波高値を強調する処理を効果的に行うことができる。つまり本発明によれば、単パルスの信号波形を時間軸上に拡大するので、低いサンプリング周波数でもパルス信号の取りこぼしがない測定を行える。
【００５４】
本発明を距離の測定技術に適用した場合、高いサンプリング周波数を必要とせず、処理時間を短くできるので、距離測定のレンジを大きくしても、測定時間が長くならない。そして、限られたメモリ容量や消費電力で動作し、微弱な反射光であっても測定時間が短くて済み、また比較的低いサンプリング周波数で測定が行え、さらに測定範囲の広い、光波距離測定装置が提供される。また、このような優位性を有した光波距離測定技術が提供される。
【００５５】
また、１つのパルス信号または１つのパルス信号に応答する応答信号を所定のタイミングでサンプリングする方法を粗測定モードとし、複数のパルス光のサンプリングデータを用いる方法やサンプリング周波数を上げる方法を精密測定モードとし、両者を組み合わせることで、広い測定レンジと精密な測定とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
１．第１の実施形態
１―１．実施形態の構成
図３は、本発明を利用した光波距離測定装置の一例を示すブロック図である。図４は、図３の光波距離測定装置における合成・累積装置の一例を示すブロック図である。図３に示す光波距離測定装置は、演算処理装置１０１、タイミング回路１０２、レーザ発振装置１０３、発光素子１０４、ハーフミラー１０５、光シャッター１０６、発光側光ファイバー１０７、ミラー１０８、対物レンズ１０９、受光側光ファイバー１１０、内部参照光路１１１、ハーフミラー１１２、受光素子１１３、同調アンプ１１４、合成・累積装置１１５、発振器１１６および光シャッター１１７を備えている。
【００５７】
演算処理装置１０１は、後述する距離の測定を行うための手順を実行する機能、その手順を記憶したメモリ、距離の算出を行う演算機能、および測定モードを切替える切替え機能を有している。
【００５８】
タイミング回路１０２は、演算処理装置１０１からの指示に従って、発振器１１６が発生する基準信号に基づいたタイミングでレーザ発振回路１０３にレーザ光を発振するタイミング信号を供給する。レーザ発振装置１０３は、タイミング回路１０２からのタイミング信号に基づき、発光素子１０４を駆動する信号を生成する。発光素子１０４は、パルスレーザダイオードであり、レーザ発振装置１０３によって駆動され、所定のタイミングでレーザパルス光を発光する。
【００５９】
ハーフミラー１０５は、発光素子１０４から発光されたパルス光の一部をそのまま透過させ、他の一部を入射方向に対して９０ｄｅｇ異なる方向に反射する。例えば、光量比で考えて、発光素子１０４から入射したパルス光の９０％をそのまま透過し、残りの１０％を内部参照光路１１１方向に反射する。光シャッター１０６は、発光素子１０４からのパルス光を発光側光ファイバー１０７に導くのか否かを選択する。また、光シャッター１１７は、発光素子１０４からのパルス光を内部参照光路１１１に導くのか否かを選択する。
【００６０】
発光側光ファイバー１０７は、ミラー１０８に発光素子１０４からのパルス光を導く。発光側光ファイバー１０７からのパルス光は、ミラー１０８で反射され、さらに対物レンズ１０９を介して被照射対象物１１８に照射される。
【００６１】
被照射対象物１１８で反射された反射パルス光は、対物レンズ１０９を通ってミラー１０８に至り、そこで反射されて受光側光ファイバー１１０に導かれてハーフミラー１１２に至る。ハーフミラー１１２は、受光側光ファイバー１１０からのパルス光を透過させ、他方で内部参照光路１１１からのパルス光を受光素子１１３方向に反射する。
【００６２】
受光素子１１３は、光電変換素子であり、例えば、高感度に光を検出できるアバランシェフォトダイオードが採用される。受光素子１１３は、入射したパルス光を電気信号に変換する。同調アンプ１１４は、増幅回路（アンプ）と同調回路とを備え、受光素子１１３から出力される信号に応答した減衰振動波形信号を出力する。
【００６３】
受光素子１１３からの出力信号は、受光したパルス光に応答したものなので、波形は当然パルス状の波形となる。パルス状の波形を同調アンプに通すと、所定の周期で振幅が減衰していく減衰振動波形が得られる。この減衰振動波形は、交互に正負に振れる振幅が時間軸上で徐々に小さくなってゆく波形である（例えば、図２を参照）。
【００６４】
合成・累積装置１１５は、例えば図４に示すブロック図の構成を備え、同調アンプ１１４から出力される減衰振動波形をサンプリングし、そのサンプリングデータを合成あるいは累積する機能、および合成あるいは累積したデータを記憶する機能を有している。
【００６５】
図４に示す合成・累積装置１１５は、Ａ／Ｄコンバータ１２１、加算・記憶部１２３、タイミング調整回路１２２を備えている。Ａ／Ｄコンバータ１２１は、同調アンプ１１４から出力される減衰振動波形をタイミング調整回路１２２からのタイミング信号に基づいてサンプリングする。加算・記憶部１２３は、Ａ／Ｄコンバータ１２１でサンプリングされたサンプリングデータを後述する手順に従って、タイミング調整回路１２２から送られてくるタイミング信号に基づいて加算し、さらに加算したデータを所定のアドレスに記憶する機能を有する。加算・記憶部１２３は、この加算処理と記憶とを行うための加算回路と記憶回路（メモリ）と、サンプリングクロックをカウントするカウンタ、とを備えている。
【００６６】
１−２．実施形態の動作
ここでは、２パルスの反射パルス光を用いて、微弱な反射パルス光を高感度で検出し、概略の距離を測定する粗測定モードと、粗測定モードで測定した概略の距離に基づいて狭い距離範囲におけるサンプリングを行い、精密な距離の測定を行う精密測定モードとを組み合わせた処理手順の例を説明する。
【００６７】
（粗測定モードの動作）
まず、粗測定モードの一例を説明する。図５は、本実施形態における粗測定モードの処理手順を示すフローチャートである。処理は、光シャッター１０６と１１７とが閉鎖（非通過状態）とされた状態から開始する（ステップＳ１３１）。処理が開始されると、まず光シャッター１０６を解放し、「チョッパ：外」の状態とし（ステップＳ１３２）、ついでサンプリングアドレスを０に設定する（ステップＳ１３３）。次にタイミング回路１０２からのタイミング信号に従ってレーザ発振装置１０３が動作し、発光素子１０４からレーザ光がパルス発光されると共にサンプリングが開始される（ステップＳ１３４）。
【００６８】
すなわち、発光されたパルス光は、ミラー１０８、対物レンズ１０９を介して、目標対象物１１８に当たり、そこで反射されて逆の経路でミラー１０８に到る。受光素子１１３は、この反射パルス光で受光し、光電変換作用により、受光したパルス光に応答した電気信号を出力する。受光素子１１３からの出力信号は、パルス光に対応したパルス信号である。同調アンプ１１４は、このパルス信号を増幅し、図２の２０６で示されるような減衰振動波形を出力する。
【００６９】
ステップＳ１３４では、この同調アンプ１１４からの減衰振動波形に対してサンプリング処理を加える。そしてステップＳ１３５において、１パルスに対するサンプリングデータの積算（合成）を行い、サンプリングクロックに従ったアドレスに合成したデータが格納される。これらサンプリングデータの処理は、合成・累積装置１１５で行われる。なお、処理内容の詳細については後述する。
【００７０】
ステップＳ１３５において、サンプリングデータの積算を行うことで、後述するように、同調アンプの出力波形の振幅が強調され、そのＳ／Ｎ比が改善される。したがって、ノイズレベルに埋もれそうな波形を浮かび上がらせることができる。ステップＳ１３５の処理の後、演算処理装置１０１での距離計算処理に利用できるレベルの波形が浮かんだか、を判断し（ステップＳ１３６）、波形が浮かんでいれば（つまり所定レベル以上のＳ／Ｎ比が得られていれば）、ステップＳ１３７に進み、そうでなければ、ステップＳ１３３の前段階に戻り、ステップＳ１３３以下の処理を再度実行する。
【００７１】
ステップＳ１３７では、合成・累積装置１１５のメモリに格納されたデータから再現される波形の内、最大値（ピークの値）を有するものを検索し、そのアドレスＭｉを検出する（ステップＳ１３７）。このアドレスＭｉは、サンプリング開始（つまり発光タイミング）からのクロック数に対応したアドレス番号であるので、このアドレスからパルス光の飛翔時間を算出することができる。
【００７２】
次にサンプリング開始からサンプリングクロックで（Ｌ×Ｍｉ−２０：Ｌは合成の回数）クロック目を精密測定モードにおけるサンプリング開始タイミングに決定する（ステップＳ１３８）。Ｍｉの値は、レーザパルス光を反射した対象物までのおおよその距離に関係する情報を含んでいる。この数値を利用するために、後の計算で利用し易いように合成回数Lを乗じ、さらに精密測定範囲に余裕をもたせるために、２０クロック分を減じた時点をサンプリング開始タイミングとする。
【００７３】
つまり、ステップＳ１３７において、対象物までのおおよその距離に関する情報を得、ステップＳ１３８において、次の精密測定モードにおけるサンプリングを行えばよい範囲を指定する。こうして粗測定モードにおける処理が終了し、精密測定モードへと移行する（ステップＳ１３９）。こうして、粗測定モードによるおおよその距離範囲の測定が行われ、次の精密測定モードを実行するための、より狭い範囲が指定される。
【００７４】
（粗測定モードにおけるデータの処理）
以下、図５のステップＳ１３４およびステップＳ１３５における処理の内容について、一例を挙げて詳細に説明する。この態様においては、２パルスに対してサンプリング処理とサンプリングデータの積算処理を行う。図６は  本実施形態の粗測定モードにおけるサンプリング方法を説明する概念図であり、Ｌ=２の例である。図６（Ａ）は、発光１回目（１パルス目）の処理タイミングを示し、図６（Ｂ）は、発光２回目（２パルス目）の処理タイミングを示す。
【００７５】
まず、サンプリング処理について説明する。サンプリング処理は、発振器１１６（図３参照）からの基準信号に基づいてタイミング調整回路１２２（図４参照）において生成されるサンプリングクロックを基準として行われる。
【００７６】
加算・記憶部１２３（図４参照）のメモリ内には、サンプリングクロックに同期させたアドレス番号が付与される。ここでは、測定開始点を０として順に数値を付与している。Ｍというのは、Ｍ番目のクロックに対応するアドレス番号という意味である。
【００７７】
本実施形態では、図６に示すように減衰振動波形（同調アンプ１１４の出力信号）に対して、サンプリングを行う。まず、図６（Ａ）に示すように、発光１回目の反射パルス光に応答した減衰振動波形に対するサンプリング処理を行う。この場合、サンプリングクロックの立ち上がりのタイミングで、サンプリング点１、サンプリング点３、サンプリング点５・・・サンプリング点２３というように、奇数番号のサンプリング点においてＡ／Ｄコンバータ１２１（図４参照）を用いたサンプリングが行われる。
【００７８】
サンプリングされた信号は、加算・記憶部１２３内のメモリに格納される。この時、サンプリング点１とサンプリング点１３におけるサンプリングデータを加算し、それをメモリのメモリアドレスＭに格納し、サンプリング点３とサンプリング点１５におけるサンプリングデータを加算し、それをメモリのメモリアドレスＭ＋２に格納し、サンプリング点５とサンプリング点１７におけるサンプリングデータを加算し、それをメモリのメモリアドレスＭ＋４に格納し、というように処理を行う。つまり、減衰振動波形の１周期ずれた点における奇数番号のサンプリングデータを加算し、その値を一つおきにメモリアドレスに格納する。
【００７９】
次に発光２回目のパルスに対する処理を行う。すなわち、図６（Ｂ）に示すように、発光２回目の反射パルス光に応答した減衰振動波形に対するサンプリング処理を行う。この場合、サンプリングクロックとして、図６（Ａ）に示す発光１回目の反射パルス光のサンプリングで用いたサンプリングクロックを半周期ずらしたクロックを用いる。
【００８０】
この場合、サンプリングクロックの立ち上がりのタイミングで、サンプリング点２、サンプリング点４、サンプリング点６・・・サンプリング点２４というように偶数番号のサンプリング点において、Ａ／Ｄコンバータ１２１（図４参照）を用いたサンプリングが行われる。
【００８１】
この場合、サンプリング点２とサンプリング点１４におけるサンプリングデータを加算し、それをメモリのメモリアドレスＭ＋１に格納し、サンプリング点４とサンプリング点１６におけるサンプリングデータを加算し、それをメモリのメモリアドレスＭ＋３に格納し、というように処理を行う。つまり、減衰振動波形の１周期ずれた点における偶数タイミングのサンプリングデータを加算し、その値を残った一つおきのメモリアドレスに格納する。
【００８２】
減衰振動波形の周期性から、１周期ずれた点における振幅は、その正負の向きが同じである。したがって、この処理では、１周期ずれた点における振幅を加算することで、２周期分の振幅データを１周期に圧縮し、その代わりに振幅を伸長することになる。これにより、図６（Ｂ）のメモリアドレスＭ〜Ｍ＋１２に格納されたデータから得られる波形をみれば理解されるように、同調アンプ１１４から出力される減衰振動波形の振幅（波高値）が大きく引き延ばされて強調される。
【００８３】
信号の重ね合わせによりＳ／Ｎ比が改善される原理から明らかなように、位相がランダムなノイズ成分の重ね合わせによるノイズレベルの増加と、位相を合わせた信号の重ね合わせによる信号レベルの増加とは、一致せず、後者の信号レベルの増加割合の方が大きい。したがって、上記の処理により、同調アンプの出力信号のＳ／Ｎ比が改善される。
【００８４】
図６に示す処理は、減衰振動波形の１周期ずれた山と山、および１周期ずれた谷と谷とを合成し、信号の振幅を強調する処理であるということができる。また、減衰しながらも周期的に振動する信号波形の＋側の振幅を合成し、また−側の振幅を合成し、振幅を強調する処理であるともいえる。
【００８５】
図６に示す処理において、減衰振動波形は、サンプリング間隔の略整数倍の関係になるように設定されている。つまり、サンプリング間隔を整数倍したものが、減衰振動波形の周期（あるいは半周期）に一致あるいは概略一致するように、サンプリングクロックの周波数（サンプリング周波数）が決められている。減衰振動波形の周期は、同調アンプの同調周波数によって決まるので、実施に当たっては、パルス光のパルス幅とサンプリング周波数との関係を、上記の関係を満たすように設定すればよい。
【００８６】
（精密測定モードの動作）
次に、本実施形態における精密測定モードの動作を説明する。図７は、精密測定モードの処理手順例を示すフローチャートである。図５の粗測定モードでおおよその距離情報を得、精密測定モードでの測定を行う距離範囲が指定されると、図７に示す精密測定モードへと移行する。
【００８７】
精密測定モードの処理が開始されると（ステップＳ１４１）、まず光シャッター１０６が解放、光シャッター１１７が閉鎖となり、「チョッパ：外」の状態が選択される（ステップＳ１４２）。次に、図５のステップＳ１３８で決定された精密測定モードのサンプリング開始タイミングの（Ｌ×Ｍｉ−２０）クロック目を設定する（ステップＳ１４３）。そして、所定のタイミングでレーザパルス光を発光し（ステップＳ１４４）、ステップＳ１４３で設定したカウンタ値よりサンプリングを開始する（ステップＳ１４５）。そして後述する方法でサンプリングデータを積算し（ステップＳ１４６）、サンプリングしたデータに基づいて生成される波形が浮かんだか（つまり所定のＳ／Ｎ比が得られたか）、を判断する（ステップＳ１４７）。波形が浮かび上がっていれば、ステップＳ１４８に進み、そうでなければ、ステップＳ１４３以下を繰り返す。ステップＳ１４８では、得られた波形のデータを外部光路波形データＤｏとして取得する。
【００８８】
次に、光シャッター１０６を閉鎖、光シャッター１１７を解放とし、内部参照光路１１１が利用される「チョッパ：内」の状態とする（ステップＳ１４９）。次に、サンプリング開始アドレスを０に設定し（ステップＳ１５０）、発光素子１０４からの発光と、受光素子１１３の出力に応答した同調アンプ１１４の出力波形のサンプリングとを開始する（ステップＳ１５１）。この場合は、簡単にＳ／Ｎ比の高い波形が得られるので、それを内部光路波形データＤｉとして取得する（ステップＳ１５２）。      
【００８９】
そして、外部光路波形データＤｏと内部光路波形データＤｉとの相関関係を用いて、後述するような方法により、距離を算出（ステップＳ１５４）し、さらにその値を適当な表示装置（例えば、図示しない液晶ディスプレイ等）に表示し（ステップＳ１５４）、処理を終了する（ステップＳ１５５）。
【００９０】
（精密測定モードにおけるデータの処理）
以下、図７のステップＳ１４６における処理の内容について詳細に説明する。この態様においては、複数パルスのサンプリングデータを重ね合わせることで、同調アンプからの出力信号波形を浮かび上がらせる処理を行う。
【００９１】
図８は、本実施形態の精密測定モードにおけるサンプリング方法を説明する概念図である。図８（Ａ）は、発光１回目（奇数パルス）の処理タイミングを示し、図８（Ｂ）は、発光２回目（偶数パルス）の処理タイミングを示す。
【００９２】
本実施態様では、１パルス目の反射パルス光に応答した同調アンプ１１４の出力信号を図８（Ａ）に示すタイミング関係でサンプリングし、所定のメモリアドレスに格納する。すなわち、サンプリング点１のサンプリングデータをメモリアドレスＭに格納し、サンプリング点３のサンプリングデータをメモリアドレスＭ＋２に格納し、サンプリング点５のサンプリングデータをメモリアドレスＭ＋４に格納し、というように一つおきのメモリアドレスにサンプリングデータを格納する。つまり、１パルス目は、減衰振動波形の奇数位置のサンプリングデータを取得する。
【００９３】
ここで、加算・記憶部１２３（図4参照）内のメモリ内には、サンプリングクロックに同期させたアドレス番号が付与されている。ここでは、測定開始点を０として順に数値を付与している。Ｍというのは、Ｍ番目のクロックに対応するアドレス番号という意味である。
【００９４】
図８（Ａ）に示す処理を行ったら、２パルス目の反射光に対応する同調アンプ１１４からの出力信号のサンプリングを図８（Ｂ）に示すタイミング関係で行う。このサンプリングでは、図８（Ａ）の場合と１８０ｄｅｇ位相がずれたサンプリングクロックを用い、同調アンプ１１４からの減衰振動波形出力を偶数位置のサンプリング点においてサンプリングする。
【００９５】
すなわち、サンプリング点２のサンプリングデータをメモリアドレスＭ＋１に格納し、サンプリング点４のサンプリングデータをメモリアドレスＭ＋３に格納し、サンプリング点６のサンプリングデータをメモリアドレスＭ＋５に格納し、というように一つおきのメモリアドレスに偶数位置のサンプリングデータを格納する。つまり、２パルス目は、減衰振動波形の偶数位置のサンプリングデータを取得する。
【００９６】
この結果、図８（Ｂ）に示されるように、同調アンプ１１４からの減衰振動波形をＡ／Ｄ変換したデータがメモリ内に格納される。このデータは、減衰振動波形の振幅―位相関係を正確に反映したものであり、精密な距離の算出に適したデータとなっている。しかしながら、このままでは、図６を用いて詳細に説明したような波高値の強調処理が施されていないので、上述した処理では粗測定モードにおいて得られたようなＳ／Ｎ比の改善は行われない。よって、反射パルス光が弱い場合、距離の算出が行える程度のＳ／Ｎが得られない。
【００９７】
そこで、３パルス目、４パルス目の処理を図８に示した方法と同様な方法に従って行い、そのサンプリング結果を１パルス目および２パルス目のデータに加算し、サンプリングデータの累積処理を行う。すなわち、発光１回目のサンプリングデータと発光３回目のサンプリングデータとを加算し、発光２回目のサンプリングデータと発光４回目のサンプリングデータとを位相を合わせて加算する。この処理をさらに発光３回目と４回目、５回目と６回目と繰り返すことで、メモリに格納されたＡ／Ｄ変換された波形データの波高値を強調することができる。
【００９８】
このサンプリングデータの累積処理は、２Ｎ個のパルスを用いて行うことができる。この処理は、パルスを複数用いるので、処理時間が多く必要になるが、同調アンプ１１４からの減衰振動波形の振幅―位相関係を正確に反映した波形を再生できるので、精密な位置の算出には有用なものとなる。
【００９９】
（距離の算出方法）
以下、図７のステップＳ１５３における処理の一例を詳細に説明する。外部光路波形データＤｏと、内部光路波形データＤｉとには、発光してからの経過時間に関する情報、および同調アンプ１１４から出力される減衰振動波形の振幅―位相関係に関する情報が含まれている。距離の算出は、パルス光の発光タイミングと受光タイミング、および光の速度から算出される。
【０１００】
しかしながら、同調アンプからの出力には、回路の動作遅延に従う誤差、同調アンプを構成する回路定数の温度特性の影響等に起因する誤差がドリフト成分として含まれている。そこで、外部光路波形データＤｏと内部光路波形データＤｉとを比較して、このドリフト成分をキャンセルする。
【０１０１】
精密な距離の算出は、例えば、同調アンプ１１４から出力される減衰振動波形の重心位置を求めることで、かなり高精度に行うことができる。
【０１０２】
（実施形態１の作用効果）
以上説明した実施形態１によれば、正確な距離の測定には向かないが、短時間で距離の測定ができるという粗測定モードの利点と、測定時間は要するが、測定精度を追求できるという精密測定モードの利点とを相乗的に得ることができ、測定レンジが広くても短時間で高精度な距離の測定を行うことができる。
【０１０３】
すなわち、１つの反射パルス光のサンプリングデータを時間軸で積算することでＳ／Ｎ比を高めた粗測定モードにより、おおよその距離を求め、つぎに粗測定モードで求めた狭い範囲において、精密測定モードによる距離の精密測定を行う。この際、精密測定モードでは、測定レンジが狭められているので、複数の反射パルス光のサンプリングデータを累積し、Ｓ／Ｎを高めた精密測定モードを利用しても精密測定モードの欠点が問題とならないレベルに抑えられる。
【０１０４】
２．実施形態１の変形（その１）
実施形態１の精密測定モードにおいて、サンプリングクロックの周波数を粗測定モードの場合の周波数に比較して、高くしてもよい。実施形態１においては、精密測定モードは測定範囲が狭められているので、サンプリング周波数を高めても、処理時間の増加や大きなメモリ容量が要求される問題が顕在化しない。この場合、精密測定モードにおける測定精度を高めることができる。
【０１０５】
３．実施形態１の変形（その２）
実施形態１において、粗測定モードの結果を利用して、距離データを算出してもよい。この場合も図7に示す手順と同様に、内部光路波形データＤｉを用いてドリフト成分を除去することが好ましい。この場合、測定データの精密性が犠牲になるが、短時間での処理で距離を算出することができる。また、粗測定モードと精密測定モードの切替えを手動で行えるようにしておけば、粗測定モードで高速処理による距離測定を行い、さらに精密な距離測定を行いたい場合に精密測定モードへの移行を行える構成を実現することができる。
【０１０６】
４．実施形態１の変形（その３）
同調アンプから出力される減衰振動波形を利用したＳ／Ｎ比改善方法の他の例を説明する。図９は、同調アンプの出力信号の他のサンプリング方法を示す概念図である。図９（Ａ）は、発光１回目のサンプリングタイミングを示す、図９（Ｂ）は、発光２回目のサンプリングタイミングを示す。
【０１０７】
この実施形態は、減衰振動波形の周期性を利用している点で実施形態１と同じであるが、１回目の反射パルス光のサンプリングデータと２回目の反射パルス光のサンプリングデータとを加算し、減衰振動波形の波高値をさらに強調する処理を行う。
【０１０８】
すなわち、図９（Ａ）に示すように、発光１回目の反射パルス光に応答した減衰振動波形を、サンプリング点１とサンプリング点１３でサンプリングし、両データを加算してメモリアドレスＭに格納し、さらにサンプリング点３とサンプリング点１５でサンプリングし、両データを加算してメモリアドレスＭ＋１に格納し、・・・・という処理を行う。
【０１０９】
さらに、発光２回目の反射パルス光に応答した減衰振動波形を、サンプリング点２とサンプリング点１４でサンプリングし、両データを加算してメモリアドレスＭに発光１回目の格納データにさらに加算して格納し、さらにサンプリング点４とサンプリング点１６でのサンプリングデータを加算してメモリアドレスＭ＋１に発光１回目の格納データにさらに加算して格納し、・・・・という処理を行う。
【０１１０】
この実施形態では、１つのパルスに応答した減衰振動波形の山部の重ね合わせ効果と、２つのパルス光の振幅データの重ね合わせ効果とを相乗的に得ている。これにより、図９（Ｂ）に示す格納データに見られるように、基になる減衰振動波形の波高値を強調する効果を極めて大きくできる。
【０１１１】
５．実施形態の変形（その４）
同調アンプから出力される減衰振動波形を利用したＳ／Ｎ比改善方法のさらに他の例を説明する。図１０は、同調アンプの出力信号の他のサンプリング方法を示す概念図である。図１０（Ａ）は、発光１回目のサンプリングタイミングを示す、図１０（Ｂ）は、発光２回目のサンプリングタイミングを示す。
【０１１２】
この実施形態は、減衰振動波形の周期性を利用している点で実施形態１と同じであるが、サンプリングデータの合成を減衰振動波形の半周期（π）を基準として行う。すなわち、発光１回目の反射パルス光に応答した減衰振動波形に対しては、サンプリング点１におけるサンプリングデータとサンプリング点７におけるサンプリングデータの絶対値を加算し、それをメモリアドレスＭに格納し、サンプリング点３におけるサンプリングデータとサンプリング点９におけるサンプリングデータの絶対値を加算し、それをメモリアドレスＭ＋２に格納し、サンプリング点５におけるサンプリングデータとサンプリング点１１におけるサンプリングデータの絶対値を加算し、それをメモリアドレスＭ＋４に格納し、・・・という処理を行う。
【０１１３】
そして、発光２回目の反射パルス光に応答した減衰振動波形に対しては、サンプリング点２におけるサンプリングデータとサンプリング点８におけるサンプリングデータの絶対値を加算し、それをメモリアドレスＭ＋１に格納し、サンプリング点４におけるサンプリングデータとサンプリング点１０におけるサンプリングデータの絶対値を加算し、それをメモリアドレスＭ＋３に格納し、サンプリング点６におけるサンプリングデータとサンプリング点１２におけるサンプリングデータの絶対値を加算し、それをメモリアドレスＭ＋５に格納し、・・・という処理を行う。
【０１１４】
半周期離れたサンプリング点におけるサンプリングデータは、振幅の正負が逆なので、本実施形態では、負側のサンプリングデータはその符号を逆転させて使用する。本実施形態によれば、時間軸方向における減衰振動波形の振幅の絶対値が積算され、波高値が強調されるので、パルス信号の検出感度を高めることができる。
【０１１５】
本実施形態は、減衰振動波形の周期性を利用して、その波高値を強調する処理に係り、減衰振動波形の山部のサンプリング値と谷部のサンプリング値の符号を逆転させた値とを加算して、波形を強調する処理、あるいは減衰振動波形の山部の面積と谷部の面積を積算し、波形を強調する処理であると見ることもできる。
【０１１６】
６．実施形態の変形（その５）
図１０に示す実施形態において、サンプリング値を合成するサンプリング点を上述以外の所定の順序や組み合わせにすることもできる。この場合、サンプリング値が負（つまり減衰振動波形の負側振幅のサンプリング値）である場合にその符号を反転したものを利用するように設定しておく。また、サンプリング値を積算するサンプリング点は、例えば連続する複数点を選択する。
【０１１７】
こうすることで、同調アンプから出力される減衰振動波形の正側波形（山部）同士の振幅値の積算、正側波形（山部）の振幅値と負側波形（谷部）の振幅値の絶対値（符号を反転させた値）との積算、および負側波形同士の振幅値の積算が行われ、減衰振動波形の波高値が強調される。
【０１１８】
７．他の実施形態
本実施形態は、反射パルス光を受けた受光素子からの出力信号をそのまま用いてサンプリングを行う場合の例である。本実施形態においては、例えば図３に示すシステムにおいて、同調アンプの代わりに単なる増幅アンプを配置する。サンプリングの方法は、例えば図１に示されるようなパルス波形に対して、隣接するサンプリング点のサンプリングデータを加算し、振幅値を強調する処理を行う。加算するサンプリング位置は、２カ所に限定されるものではなく、３カ所以上であってもよい。また、加算するサンプリング位置は、隣接していなくてもよいが、互いに近傍に位置していることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、パルス信号の検出を高感度に行う技術に利用できる。特に本発明は、パルスレーザ光を用いた距離の測定技術において、広い測定レンジを有し、測定処理が速く、高精度な測定が可能で、低消費電力で動作し、低コストで提供される光波距離測定装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】パルス信号のサンプリングを行なう原理を説明する線図である。
【図２】パルス信号と減衰振動波形の関係を説明する線図である。
【図３】本発明を利用した光波距離測定装置の一例を示すブロック図である。
【図４】合成累積・装置の一例を示すブロック図である。
【図５】光波距離測定の手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】サンプリングデータの合成方法を説明する概念図である。
【図７】光波距離測定の手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】サンプリングデータの合成方法を説明する概念図である。
【図９】サンプリングデータの合成方法を説明する概念図である。
【図１０】サンプリングデータの合成方法を説明する概念図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１０１…演算処理装置、１０２…タイミング回路、１０３…レーザ発振回路、１０４…発光素子、１０５…ハーフミラー、１０６…光シャッター、１０７…発光側光ファイバー、１０８…ミラー、１０９…対物レンズ、１１０…受光側光ファイバー、１１１…内部参照光路、１１２…ハーフミラー、１１３…受光素子、１１４…同調アンプ、１１５…合成・累積装置、１１６…発振器、１１７…光シャッター、１２１…Ａ／Ｄコンバータ、１２２…タイミング調整回路、１２３…加算・記憶回路、２０１…パルス波形、２０２…合成波形、２０５…パルス波形、２０６…減衰振動波形、２０７…減衰振動波形の山部、２０８…減衰振動波形の谷部、２０９…減衰振動波形の山部、２１０…減衰振動波形の谷部。
【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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