(57)【要約】  測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能な測距装置を提供する。生成部（２）は、光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットを生成する。このとき、生成部（２）は、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように、送信パルスセットを生成する。送信部（４）は、生成された送信パルスセットを繰り返し送信する。受信部（６）は、それぞれの送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信する。特定部（８）は、受信された複数の反射パルスが受信された時間差を特定する。距離算出部（１０）は、受信された反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された時間差に対応する送信パルスの送信タイミングとに基づいて、測距対象物までの距離を算出する。
2020079775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットであって、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成する生成手段と、
生成された前記送信パルスセットを繰り返し送信する送信手段と、
前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信する受信手段と、
受信された複数の前記反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する特定手段と、
受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された前記時間差に対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する距離算出手段と
を有する測距装置。
【請求項２】
前記生成手段は、２つの前記送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、２つの前記送信パルスが送信される時間差が、前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、前記送信パルスセットを生成し、
前記特定手段は、前記送信パルスセットを構成する２つの前記送信パルスそれぞれに対応する２つの前記反射パルスの時間差を特定する
請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスは、基準周波数に対して互いに異なる周波数オフセットを有し、
前記特定手段は、互いに異なる周波数オフセット有する前記複数の反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する
請求項１又は２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記受信手段は、前記反射パルスを含む光信号を受信し、
受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離する分離手段と
をさらに有する請求項３に記載の測距装置。
【請求項５】
前記生成手段は、前記基準周波数の光信号を発する光源からの光信号を前記送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
請求項３又は４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスの少なくとも２つは、基準周波数に対して同じ周波数オフセットを有する
請求項１又は２に記載の測距装置。
【請求項７】
前記生成手段は、少なくとも３つの送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、前記少なくとも３つの送信パルスのうちの第１の送信パルスが送信される時間と、前記第１の送信パルスとは異なる複数の第２の送信パルスがそれぞれ送信される時間との時間差の少なくとも１つが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成し、
前記特定手段は、前記第１の送信パルスに対応する前記反射パルスが受信された時間と、前記複数の第２の送信パルスに対応する複数の前記反射パルスがそれぞれ受信された時間との時間差を特定する
請求項１に記載の測距装置。
【請求項８】
光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットであって、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成し、
生成された前記送信パルスセットを繰り返し送信し、
前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信し、
受信された複数の前記反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定し、
受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された前記時間差に対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する
測距方法。
【請求項９】
２つの前記送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、２つの前記送信パルスが送信される時間差が、前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、前記送信パルスセットを生成し、
前記送信パルスセットを構成する２つの前記送信パルスそれぞれに対応する２つの前記反射パルスの時間差を特定する
請求項８に記載の測距方法。
【請求項１０】
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスは、基準周波数に対して互いに異なる周波数オフセットを有し、
互いに異なる周波数オフセット有する前記複数の反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する
請求項８又は９に記載の測距方法。
【請求項１１】
前記反射パルスを含む光信号を受信し、
受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出し、
検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離する
請求項１０に記載の測距方法。
【請求項１２】
前記基準周波数の光信号を発する光源からの光信号を前記送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
請求項１０又は１１に記載の測距方法。
【請求項１３】
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスの少なくとも２つは、基準周波数に対して同じ周波数オフセットを有する
請求項８又は９に記載の測距方法。
【請求項１４】
少なくとも３つの送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、前記少なくとも３つの送信パルスのうちの第１の送信パルスが送信される時間と、前記第１の送信パルスとは異なる複数の第２の送信パルスがそれぞれ送信される時間との時間差の少なくとも１つが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成し、
前記第１の送信パルスに対応する前記反射パルスが受信された時間と、前記複数の第２の送信パルスに対応する複数の前記反射パルスがそれぞれ受信された時間との時間差を特定する
請求項８に記載の測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置及び測距方法に関し、特に、パルスを送信しその反射を受信することで測距を行う測距装置及び測距方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測距の対象である測距対象物までの距離を計測する方法として、タイム・オブ・フライト（Time of Flight；ＴｏＦ）方式がある。ＴｏＦ方式では、測距の対象である測距対象物に向けて変調された光パルスが放射され、その測距対象物からの変調光パルスの反射を受信することで、測距対象物までの距離を算出する。ここで、光パルスは、周期的に繰り返し送信され得る。【０００３】
この技術に関連し、特許文献１は、タイム・オブ・フライトセンサ又はタイム・オブ・フライトカメラを用いてシーンの距離情報を提供する方法を開示する。特許文献１にかかる方法は、ある摂動周波数と摂動周期をもつ周期的摂動によって拡散された基準周波数を有するクロックタイミングに基づく変調信号に従って、シーンに向けて周期的光信号を放射することと、シーンからの周期的光信号の反射を受信することと、周期的光信号の受信した反射に対し、複数の測定継続時間からなるセットに亘ってタイム・オブ・フライト情報を変調信号に従って評価することと、受信した反射に対するタイム・オブ・フライト情報から距離情報を導き出すことと、を含む。ここで、セットの中の各測定継続時間は、摂動周期の整数倍又は半整数倍であり、かつ測定継続時間のセットの全体に亘って基準周波数の平均が一定に保たれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５２２９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測距対象物までの距離が長い場合又は繰り返し送信される送信パルスの送信周期が短い場合、光パルスが送信されてから光パルスの反射光を受信するまでの時間の方が、送信パルスの送信周期よりも長いことがある。このような場合、受信された光が、どのタイミングで送信された送信パルスの反射光であるのかが特定できなくなるおそれがある。言い換えると、受信された反射光と送信パルスとが対応付けられないおそれがある。このような場合、適切に測距を行うことができないおそれがある。ここで、特許文献１にかかる技術では、放射された光信号と反射光とが対応付けられていない。したがって、特許文献１にかかる技術では、適切に測距を行うことができないおそれがある。【０００６】
本開示の目的は、このような課題を解決するためになされたものであり、測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能な測距装置及び測距方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示にかかる測距装置は、光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットであって、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成する生成手段と、生成された前記送信パルスセットを繰り返し送信する送信手段と、前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信する受信手段と、受信された複数の前記反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する特定手段と、受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された前記時間差に対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを有する。【０００８】
また、本開示にかかる測距方法は、光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットであって、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成し、生成された前記送信パルスセットを繰り返し送信し、前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信し、受信された複数の前記反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定し、受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された前記時間差に対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能な測距装置及び測距方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施の形態にかかる測距装置の概要を示す図である。
【図２】本開示の実施の形態にかかる測距装置によって実行される測距方法の概要を示す図である。
【図３】パルスを用いて測距対象物までの距離を算出する方法の概要を説明するための図である。
【図４】実施の形態１にかかる測距装置の構成を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかる光変調器の動作を説明するための図である。
【図６】実施の形態１にかかる測距装置によって実行される測距方法を示すフローチャートである。
【図７】比較例にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。
【図８】比較例にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。
【図９】実施の形態１にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。
【図１０】実施の形態２にかかる測距装置の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態３にかかる測距装置の構成を示す図である。
【図１２】実施の形態３にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。
【図１３】実施の形態４にかかる測距装置の構成を示す図である。
【図１４】実施の形態４にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示にかかる実施の形態の概要）
本開示の実施形態の説明に先立って、本開示にかかる実施の形態の概要について説明する。図１は、本開示の実施の形態にかかる測距装置１の概要を示す図である。また、図２は、本開示の実施の形態にかかる測距装置１によって実行される測距方法の概要を示す図である。
【００１２】
測距装置１は、生成手段として機能する生成部２と、送信手段として機能する送信部４と、受信手段として機能する受信部６と、特定手段として機能する特定部８と、距離算出手段として機能する距離算出部１０とを有する。生成部２は、光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットを生成する。このとき、生成部２は、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように、送信パルスセットを生成する（ステップＳ１２）。ここで、生成部２は、送信パルスセットを構成する複数の送信パルスが基準周波数に対して互いに異なる周波数オフセットを有するように、送信パルスセットを生成してもよい。ここで、周波数オフセットとは、ある基準周波数に対するズレ（オフセット）である。
【００１３】
送信部４は、生成部２によって生成された送信パルスセットを繰り返し送信する（ステップＳ１４）。受信部６は、送信パルスが測距対象物９０で反射した反射パルスを受信する（ステップＳ１６）。特定部８は、受信部６によって受信された複数の反射パルスが受信された時間差を特定する（ステップＳ１８）。距離算出部１０は、受信部６によって受信された反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された時間差に対応する送信パルスの送信タイミングとに基づいて、測距対象物９０までの距離Ｒを算出する（ステップＳ２０）。
【００１４】
図３は、パルスを用いて測距対象物９０までの距離を算出する方法の概要を説明するための図である。図３は、ＴｏＦ方式の動作原理を示している。送信部４によって、送信周期（パルス周期）Ｔｐで、送信パルスＰｌｓｔＡ及びＰｌｓｔＢが送信される。ここで、各送信パルスの幅であるパルス幅を、Ｔｗとする。そして、送信パルスＰｌｓｔＡが測距対象物９０で反射すると、受信部６によって、その反射光である反射パルスＰｌｓｒＡが受信される。また、送信パルスＰｌｓｔＢが測距対象物９０で反射すると、受信部６によって、その反射光である反射パルスＰｌｓｒＢが受信される。
【００１５】
また、送信パルスＰｌｓｔＡが送信された時間と反射パルスＰｌｓｒＡが受信された時間との時間差、つまり光（パルス）の飛行時間をＴｄとする。また、光速をｃとする。この場合、測距対象物９０までの距離Ｒは、以下の式１で表される。
（式１）Ｒ＝ｃ×Ｔｄ／２
これにより、距離算出部１０によって、距離Ｒが算出される。
【００１６】
図３に示した例では、２つの送信パルスＰｌｓｔＡ及び送信パルスＰｌｓｔＢがパルス周期Ｔｐで送信され、それぞれの反射光である反射パルスＰｌｓｒＡ及び反射パルスＰｌｓｒＢが受信される。ここで、仮に、測距対象物９０までの距離が長い場合、時間差Ｔｄがパルス周期Ｔｐよりも長くなることがある。また、パルス周期Ｔｐが短い場合でも、時間差Ｔｄがパルス周期Ｔｐよりも長くなることがある。つまり、測距対象物９０までの距離又はパルス周期によっては、Ｔｄ＞Ｔｐとなることがある。このようなケースでは、反射パルスＰｌｓｒＡが受信される前に、次の送信パルスＰｌｓｔＢが送信されてしまう。このとき、受信された反射パルスＰｌｓｒＡが、送信パルスＰｌｓｔＡの反射光であるのか送信パルスＰｌｓｔＢの反射光であるのかが特定できないと、適切に測距できないおそれがある。すなわち、送信パルスＰｌｓｔＢの送信時間と反射パルスＰｌｓｒＡの受信時間との時間差から測距を行うと、実際の測距対象物９０までの距離よりも短い距離が算出されてしまう。
【００１７】
これに対し、本実施の形態にかかる測距装置１は、複数の送信パルスで構成される送信パルスセットを、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように生成するように構成されている。例えば、本実施の形態にかかる測距装置１は、送信パルスＰｌｓｔＡと送信パルスＰｌｓｔＡに付随する送信パルスＰｌｓｔＡ’とから構成される、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１を生成する。同様に、本実施の形態にかかる測距装置１は、送信パルスＰｌｓｔＢと送信パルスＰｌｓｔＢに付随する送信パルスＰｌｓｔＢ’とから構成される、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２を生成する。また、送信パルスＰｌｓｔＡの送信時間と送信パルスＰｌｓｔＡ’の送信時間との時間差ΔＴ１と、送信パルスＰｌｓｔＢの送信時間と送信パルスＰｌｓｔＢ’の送信時間との時間差ΔＴ２とが異なるように構成されている。また、本実施の形態にかかる測距装置１は、受信された反射パルスＰｌｓｒＡの受信時間と送信パルスＰｌｓｔＡ’が反射した反射パルスＰｌｓｒＡ’の受信時間との時間差を特定するように構成されている。これにより、本実施の形態にかかる測距装置１は、送信パルスＰｌｓｔＡと反射パルスＰｌｓｒＡとを互いに対応付けるように構成されている。したがって、本実施の形態にかかる測距装置１及び測距方法は、測距対象物までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能となる。
【００１８】
（実施の形態１）
次に、実施の形態１について説明する。
図４は、実施の形態１にかかる測距装置１００の構成を示す図である。実施の形態１にかかる測距装置１００は、送信系モジュールとして、周波数オフセット発生器１０２と、変調信号生成部１０４と、光変調器１０６と、光源１０８と、光送信部１２０とを有する。周波数オフセット発生器１０２、変調信号生成部１０４、光変調器１０６及び光源１０８によって、送信順序に応じて異なる送信時間差を有する複数の送信パルスで構成される送信パルスセットを生成するパルス生成部１１０が構成される。このパルス生成部１１０は、図１に示した生成部２に対応する。また、光送信部１２０は、図１に示した送信部４に対応する。
【００１９】
また、実施の形態１にかかる測距装置１００は、受信系モジュールとして、光受信部１２２と、光干渉系ユニット１３０と、光電変換部１３２と、ＡＤコンバータ１３４とを有する。光受信部１２２は、図１に示した受信部６に対応する。また、実施の形態１にかかる測距装置１００は、バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２と、タイミング抽出部１５０−１，１５０−２と、時間差特定部１５４と、距離算出部１６０とを有する。時間差特定部１５４は、図１に示した特定部８に対応する。また、距離算出部１６０は、図１に示した距離算出部１０に対応する。
【００２０】
また、実施の形態１では、送信パルスセットを構成する送信パルスの数を２つとする。つまり、送信パルスセットは、送信パルスＰｌｓｔ１と、送信パルスＰｌｓｔ２とを有する。そして、これら２つの送信パルスが送信される時間差が、送信パルスセットの送信順序に応じて異なるとする。また、実施の形態１では、送信パルスセットを構成する２つの送信パルスの周波数オフセットを、それぞれ、ｆ１，ｆ２とする。したがって、バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２は、それぞれ、周波数オフセットｆ１，ｆ２に対応する。同様に、タイミング抽出部１５０−１，１５０−２は、それぞれ、周波数オフセットｆ１，ｆ２に対応する。なお、上述した各構成要素は、何らかのデバイス又は演算回路等の回路等によって実現し得る。演算回路は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等である。このことは、他の実施の形態においても同様である。
【００２１】
周波数オフセット発生器１０２は、基準周波数ｆ０からのオフセットである複数の周波数オフセットを示す情報である周波数オフセット情報を、変調信号生成部１０４に対して出力する。ここで、周波数オフセット情報は、周波数オフセットｆ１，ｆ２を示す。なお、周波数オフセット発生器１０２は、送信パルスＰｌｓｔ１のパルス周期Ｔｐ１ごとに、周波数オフセットｆ１を示す周波数オフセット情報を、変調信号生成部１０４に対して出力してもよい。同様に、周波数オフセット発生器１０２は、送信パルスＰｌｓｔ２のパルス周期Ｔｐ２ごとに、周波数オフセットｆ２を示す周波数オフセット情報を、変調信号生成部１０４に対して出力してもよい。しかしながら、周波数オフセット発生器１０２は、常に、パルス周期Ｔｐ１ごとに周波数オフセットｆ１を示す周波数オフセット情報を出力しなくてもよい。同様に、周波数オフセット発生器１０２は、常に、パルス周期Ｔｐ２ごとに周波数オフセットｆ２を示す周波数オフセット情報を出力しなくてもよい。
【００２２】
ここで、周波数オフセット発生器１０２は、周波数オフセットｆ１を示す周波数オフセット情報を出力し、その後、時間差ΔＴが経過した後で、周波数オフセットｆ２を示す周波数オフセット情報を出力してもよい。なお、本実施の形態では、この時間差ΔＴが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なる。例えば、後述する図９に例示するように、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１を構成する送信パルスＰｌｓｔ１（Ｐｌｓｔ１−１）と送信パルスＰｌｓｔ２（Ｐｌｓｔ２−１）との周波数オフセット発生時間（送信時間に対応）の時間差をΔＴ１とする。また、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２を構成する送信パルスＰｌｓｔ１（Ｐｌｓｔ１−２）と送信パルスＰｌｓｔ２（Ｐｌｓｔ２−２）との周波数オフセット発生時間（送信時間に対応）の時間差をΔＴ２とする。この場合、時間差ΔＴ１と時間差ΔＴ２とが異なることとなる。なお、送信パルスＰｌｓｔ２−１，Ｐｌｓｔ２−２は、それぞれ、上述した付随する送信パルスＰｌｓｔＡ’，ＰｌｓｔＢ’に対応する。
【００２３】
変調信号生成部１０４は、周波数オフセット発生器１０２から受信した周波数オフセット情報に応じて、送信パルスを生成するための変調信号を生成する。ここで、後述する図５に示すように、変調信号は、周波数オフセットｆ１、ｆ２に対応する波形を有する電気信号である。変調信号生成部１０４は、生成された変調信号を、光変調器１０６に対して出力する。
【００２４】
さらに、変調信号生成部１０４は、周波数オフセットｆ１に対応する送信パルスが送信されるタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔを距離算出部１６０に対して出力する。ここで、実施の形態１では、測定スタートトリガＴｒｇｔは、各順序の送信パルスセットにおける送信パルスＰｌｓｔ１（Ｐｌｓｔ１−１、Ｐｌｓｔ１−２、・・・）それぞれの送信タイミングを示す。具体的には、変調信号生成部１０４は、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１の送信パルスＰｌｓｔ１−１の周波数オフセットｆ１に対応する変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１を距離算出部１６０に対して出力する。また、変調信号生成部１０４は、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２の送信パルスＰｌｓｔ１−２の周波数オフセットｆ１に対応する変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２を距離算出部１６０に対して出力する。以下同様にして、変調信号生成部１０４は、ｋ番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔｋの送信パルスＰｌｓｔ１−ｋの周波数オフセットｆ１に対応する変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔｋを距離算出部１６０に対して出力する。
【００２５】
光源１０８は、後述する図５に示すような、基準周波数ｆ０の光信号を発生させる。光信号は、光変調器１０６及び光干渉系ユニット１３０に入力される。光変調器１０６は、変調信号生成部１０４から入力された変調信号及び光源１０８から入力された光信号（変調器入力信号）を用いて、互いに異なる周波数オフセットｆ１、ｆ２を有する複数の送信パルスを生成する。光変調器１０６は、生成された送信パルスを含む光信号を、光送信部１２０に対して出力する。
【００２６】
例えば、光変調器１０６は、ＡＯ変調器（acousto-optic modulator）である。光変調器１０６は、変調信号を用いて、光信号（変調器入力信号）を変調する。これにより、光変調器１０６は、互いに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成する。
【００２７】
図５は、実施の形態１にかかる光変調器１０６の動作を説明するための図である。図５に示すように、光変調器１０６に入力される光信号（変調器入力信号）は、一定の周波数ｆ０の光信号である。また、変調信号は、周波数ｆ１のパルス状の波形と、周波数ｆ２のパルス状の波形とを有する。なお、パルス状の波形以外では、変調信号の振幅は０Ｖである。各波形は、幅Ｔｗの正弦波である。
【００２８】
このとき、光変調器１０６は、変調信号のパルス状の波形に応じて、光信号を変調して、変調された光信号（変調器出力信号）を出力する。この変調器出力信号が、送信パルスに対応する。光変調器１０６は、周波数ｆ１のパルス状の波形の変調信号を受信した場合には、周波数ｆ０の光信号をｆ１シフトするように変調して、周波数ｆ０＋ｆ１のパルスを出力する。このパルスが、送信パルスＰｌｓｔ１に対応する。また、光変調器１０６は、周波数ｆ２のパルス状の波形の変調信号を受信した場合には、周波数ｆ０の光信号をｆ２シフトするように変調して、周波数ｆ０＋ｆ２のパルスを出力する。このパルスが、送信パルスＰｌｓｔ２に対応する。したがって、送信パルスとは、光強度がパルス状に変化する信号を示す。このように、送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ２は、それぞれ、互いに異なる周波数オフセットｆ１，ｆ２を有することになる。ここで、変調器出力信号における破線は光強度（包絡線）を示す。このようにして、送信パルスＰｌｓｔ１及び送信パルスＰｌｓｔ２で構成される送信パルスセットＰｔｓｅｔが生成される。また、図５において、送信パルスＰｌｓｔ１及び送信パルスＰｌｓｔ２が、時間差ΔＴの間隔で並び得る。ここで、上述したように、この時間差ΔＴは、送信パルスセットＰｔｓｅｔの送信順序に応じて異なる。
【００２９】
光送信部１２０は、測距対象物９０に対して、複数の送信パルスセット（送信パルス）を含む光信号を送信（照射）する。送信パルスは、測距対象物９０で、測距装置１００に向かって反射する。光受信部１２２は、測距対象物９０で反射した複数の反射パルスを含む光信号を受信する。ここで、受信された複数の反射パルスの周波数は、ｆ０＋ｆ１、ｆ０＋ｆ２である。そして、光受信部１２２は、周波数ｆ０＋ｆ１の反射パルスＰｌｓｒ１と周波数ｆ０＋ｆ２の反射パルスＰｌｓｒ２とのセットである反射パルスセットＰｒｓｅｔを、繰り返し受信する。
【００３０】
光干渉系ユニット１３０は、光源１０８からの周波数ｆ０の光信号を参照光として用いて、反射パルス（受信光）の周波数オフセットを検出する。具体的には、光干渉系ユニット１３０は、光源１０８からの参照光と受信光とを干渉させて、ビート周波数を検出する。これにより、光干渉系ユニット１３０は、反射パルスの周波数オフセットを検出する。例えば、光干渉系ユニット１３０は、光カプラを用いたミキサであってもよい。また、例えば、光干渉系ユニット１３０は、参照光として０度及び９０度の２つの位相を有する参照光と干渉させる９０度ハイブリッド回路であってもよい。光干渉系ユニット１３０は、周波数オフセットに対応する周波数ｆ１、ｆ２の光信号を、光電変換部１３２に出力する。
【００３１】
光電変換部１３２は、光干渉系ユニット１３０からの光信号を電気信号に変換する。光電変換部１３２は、例えば、フォトディテクタを用いた光電変換器であってもよいし、フォトディテクタを２つ用いたバランスド光受信器であってもよい。ＡＤコンバータ１３４は、光電変換部１３２によって変換されたアナログ信号である電気信号を、デジタル信号に変換する。ＡＤコンバータ１３４によってデジタル信号に変換された周波数ｆ１、ｆ２を示す電気信号は、バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２に出力される。
【００３２】
バンドパスフィルタ１４０（Band Pass Filter；ＢＰＦ）は、周波数オフセットに対応する周波数を中心周波数としている。バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２の中心周波数は、それぞれ、周波数ｆ１，ｆ２である。したがって、バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２は、それぞれ、周波数ｆ１，ｆ２を示す電気信号を通過させる。したがって、バンドパスフィルタ１４０は、光干渉系ユニット１３０によって検出された反射パルスの周波数オフセットごとに光信号を分離する、分離手段としての機能を有する。
【００３３】
タイミング抽出部１５０は、受信された反射パルスの受信タイミングを抽出する、タイミング抽出手段として機能する。タイミング抽出部１５０−１，１５０−２は、それぞれ、周波数オフセットｆ１，ｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ１，Ｐｌｓｒ２の受信タイミングを抽出する。
【００３４】
時間差特定部１５４は、タイミング抽出部１５０−１，１５０−２によってそれぞれ抽出された、周波数オフセットｆ１，ｆ２を有する反射パルスが受信された時間差ΔＴを特定する。時間差特定部１５４は、特定された時間差ΔＴに対応する送信パルスセットＰｔｓｅｔを特定する。これにより、反射パルスセットＰｒｓｅｔと送信パルスセットＰｔｓｅｔとが対応付けられることとなる。そして、時間差特定部１５４は、特定された送信パルスセットＰｔｓｅｔに対応する測定ストップトリガＴｒｇｒを、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスの受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。
【００３５】
例えば、時間差ΔＴ１が特定された場合、時間差特定部１５４は、この時間差ΔＴ１に対応する反射パルスセットＰｒｓｅｔ１が、送信パルスセットＰｔｓｅｔ１と対応すると判定する。そして、時間差特定部１５４は、送信パルスセットＰｔｓｅｔ１に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ１を、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。時間差ΔＴ２が特定された場合についても同様にして、時間差特定部１５４は、送信パルスセットＰｔｓｅｔ２に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ２を、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。
【００３６】
距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ（第１のトリガ信号）の出力タイミングと測定ストップトリガＴｒｇｒ（第２のトリガ信号）の出力タイミングとの時間差（飛行時間）から、式１を用いて、測距対象物９０までの距離Ｒを算出する。距離算出部１６０は、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１に対応する測定スタートトリガＴｒｇｔ１の出力タイミングと１番目の反射パルスセットＰｒｓｅｔ１に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ１の出力タイミングとの時間差から、距離Ｒを算出する。距離算出部１６０は、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２に対応する測定スタートトリガＴｒｇｔ２の出力タイミングと２番目の反射パルスセットＰｒｓｅｔ２に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ２の出力タイミングとの時間差から、距離Ｒを算出する。以下同様にして、距離算出部１６０は、ｋ番目の送信パルスセットに対応する測定スタートトリガＴｒｇｔｋとｋ番目の反射パルスセットに対応する測定ストップトリガＴｒｇｒｋの出力タイミングとの時間差から、距離Ｒを算出する。
【００３７】
図６は、実施の形態１にかかる測距装置１００によって実行される測距方法を示すフローチャートである。パルス生成部１１０は、上述したように、送信順序に応じて異なる時間差ΔＴを有する２つの送信パルスのセットである送信パルスセットを生成する（ステップＳ１０２）。光送信部１２０は、Ｓ１０２の処理で生成された送信パルスセットを含む光信号を測距対象物９０に対して送信（照射）する（ステップＳ１０４）。具体的には、パルス生成部１１０の光変調器１０６は、変調信号生成部１０４によって生成された変調信号を用いて、光信号（変調器入力信号）を変調する。これにより、光変調器１０６は、互いに異なる周波数オフセットを有する２つの送信パルスで構成される送信パルスセットを生成する。なお、Ｓ１０４のタイミングで、２つの送信パルスの一方（送信パルスＰｌｓｔ１）に対応する測定スタートトリガＴｒｇｔが、距離算出部１６０に対して出力され得る。
【００３８】
光受信部１２２は、反射パルスを含む光信号を受信する（ステップＳ１０６）。光干渉系ユニット１３０は、上述したように、参照光を用いて、各反射パルスの周波数オフセットを検出する（ステップＳ１０８）。バンドパスフィルタ１４０（分離手段）は、上述したように、周波数オフセットごとに光信号を分離する（ステップＳ１１０）。これにより、反射パルスごとに、光信号が分離されることとなる。
【００３９】
タイミング抽出部１５０は、上述したように、分離された反射パルスごとに受信タイミングを抽出する（ステップＳ１１２）。時間差特定部１５４は、上述したように、反射パルスセットＰｒｓｅｔを構成する反射パルスが受信された時間差を特定する（ステップＳ１１４）。時間差特定部１５４は、特定された時間差に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒを出力する（ステップＳ１１６）。距離算出部１６０は、上述したように、測定スタートトリガＴｒｇｔと測定ストップトリガＴｒｇｒとを用いて、測距対象物９０までの距離Ｒを算出する（ステップＳ１１８）。
【００４０】
（比較例との比較）
次に、実施の形態１と比較例とを、タイミングチャートを用いて説明する。
図７及び図８は、比較例にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。図７及び図８に示す例では、送信パルスＰｌｓｔＡ，ＰｌｓｔＢ，ＰｌｓｔＣが、パルス周期Ｔｐで送信されるとする。また、送信パルスＰｌｓｔＡ，ＰｌｓｔＢ，ＰｌｓｔＣの周波数は同じであるとする。さらに、図７に示す例では、送信パルスが測距対象物９０に反射して戻ってくるまでの飛行時間が、パルス周期Ｔｐよりも長いとする。
【００４１】
まず、送信パルスＰｌｓｔＡが送信される。その後、送信パルスＰｌｓｔＢが送信された後で、送信パルスＰｌｓｔＡが測距対象物９０で反射して返ってきた反射パルスＰｌｓｒＡが受信される。このとき、図７に示す比較例においては、送信パルスＰｌｓｔＢの送信タイミングと反射パルスＰｌｓｒＡの受信タイミングとの時間差Ｔｄｉｆｆ１’を用いて、測距を行ってしまうおそれがある。このように、時間差Ｔｄｉｆｆ１’を用いて測距を行うと、誤って距離を算出してしまう。
【００４２】
一方、図８に示す例では、送信パルスが測距対象物９０に反射して戻ってくるまでの飛行時間が、パルス周期Ｔｐよりも短いとする。さらに、送信パルスＰｌｓｔＡが反射しなかったので、送信パルスＰｌｓｔＡの反射パルスＰｌｓｒＡは受信されなかったとする。また、送信パルスＰｌｓｔＢは測距対象物に反射して、反射パルスＰｌｓｒＢが受信されたとする。この場合、送信パルスＰｌｓｔＢの送信タイミングと反射パルスＰｌｓｒＢの受信タイミングとの時間差Ｔｄｉｆｆ２を用いて、測距を行う。この測距処理は正しい処理であるが、図７に示した処理との区別がつかない。
【００４３】
図７及び図８に示すような問題に対処するため、測距対象物までの距離が長いと想定される場合に、パルス周期を長くすることが考えられる。これにより、図７に示したような測距誤りを抑制できる。しかしながら、パルス周期を長くすると、測距を行ってから次の測距を行うまでの時間が長くなってしまうので、測距スピードが低下するおそれがある。したがって、所望のスピードで測距を行えないので、適切に測距を行うことができない。これに対し、実施の形態１にかかる測距装置１００は、パルス周期を長くすることなく、測距を行うことができる。
【００４４】
図９は、実施の形態１にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。図９に示す例では、送信パルスＰｌｓｔ１がパルス周期Ｔｐ１で送信され、送信パルスＰｌｓｔ２がパルス周期Ｔｐ２（＞Ｔｐ１）で送信されるとする。さらに、図９に示す例では、送信パルスが測距対象物９０に反射して戻ってくるまでの飛行時間が、各パルス周期Ｔｐ１，Ｔｐ２よりも長いとする。また、送信パルスＰｌｓｔ１の周波数はｆ０＋ｆ１であり、送信パルスＰｌｓｔ２の周波数はｆ０＋ｆ２である。つまり、送信パルスＰｌｓｔ１は周波数オフセットｆ１を有し、送信パルスＰｌｓｔ２は周波数オフセットｆ２を有する。なお、特に記載がない限り、図９において、送信パルスにおける時間と、反射パルスにおける時間の前後関係は問われない。例えば、図９において、送信パルスＰｌｓｔ２−３の送信時間と反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信時間とが同じであるように見えるが、これらの時間が同じであるか否かは問われない。このことは、他のタイミングチャートにおいても同様である。
【００４５】
まず、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ１は、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１−１と、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２−１とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−１の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−１の送信時間との時間差ΔＴ１は０、つまり、送信パルスＰｌｓｔ１−１と送信パルスＰｌｓｔ２−１とが同時に送信されるとする。また、送信パルスＰｌｓｔ１−１の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１が距離算出部１６０に出力される。
【００４６】
次に、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ２は、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１−２と、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２−２とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−２の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−２の送信時間との時間差ΔＴ２は、送信パルスセットＰｔｓｅｔ１における時間差ΔＴ１（＝０）と異なっている。また、送信パルスＰｌｓｔ１−２の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２が距離算出部１６０に出力される。
【００４７】
次に、３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ３は、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１−３と、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２−３とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−３の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−３の送信時間との時間差ΔＴ３は、送信パルスセットＰｔｓｅｔ１における時間差ΔＴ１及び送信パルスセットＰｔｓｅｔ２における時間差ΔＴ２と異なっている。また、送信パルスＰｌｓｔ１−３の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ３が距離算出部１６０に出力される。
【００４８】
次に、４番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ４が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ４は、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１−４と、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２−４とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−４の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−４の送信時間との時間差ΔＴ４は、時間差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３と異なっている。また、送信パルスＰｌｓｔ１−４の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ４が距離算出部１６０に出力される。
【００４９】
なお、送信時間の時間差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３，ΔＴ４は、送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ２の送信周期と比較して、はるかに小さい。また、時間差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３，ΔＴ４は、時間差特定部１５４において判別可能である必要がある。したがって、時間差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３，ΔＴ４は、互いに判別可能な程度に長いが、できる限り短くすることが好ましい。時間差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３，ΔＴ４をできる限り短くすることで、ある送信パルスセットＰｔｓｅｔが次の送信パルスセットＰｔｓｅｔと重ならないようにすることができる。このことは、他の実施の形態においても同様である。
【００５０】
また、測距装置１００は、送信パルスセットＰｔｓｅｔ４を送信した後、さらに異なる時間差ΔＴ５で送信される送信パルスＰｌｓｔ１及び送信パルスＰｌｓｔ２で構成される送信パルスセットＰｔｓｅｔ５を送信してもよい。あるいは、測距装置１００は、送信パルスセットＰｔｓｅｔ４を送信した後、再度、送信パルスセットＰｔｓｅｔ１を送信してもよい。なお、再度、送信パルスセットＰｔｓｅｔ１を送信するのは、光信号の往復の飛行時間が経過したと予想される後であり得る。このことは、他の実施の形態においても同様である。
【００５１】
一方、送信パルスＰｌｓｔ１−２が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−１が受信される。また、これと略同じタイミングで、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２−１が受信される。反射パルスＰｌｓｒ１−１は、バンドパスフィルタ１４０−１によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−１によって、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングが抽出される。同様に、反射パルスＰｌｓｒ２−１は、バンドパスフィルタ１４０−２によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−２によって、反射パルスＰｌｓｒ２−１の受信タイミングが抽出される。なお、送信された光信号は、測距対象物９０における反射及び光信号の飛行工程において減衰する。これにより、反射パルスＰｌｓｒ１及びＰｌｓｒ２の包絡線波形は、送信パルスＰｌｓｔ１及びＰｌｓｔ２の包絡線波形と比較して鈍化する。したがって、タイミング抽出部１５０は、反射パルスＰｌｓｒ１及びＰｌｓｒ２の光強度が予め定められた閾値を超えるタイミングで、受信タイミングを抽出する。
【００５２】
時間差特定部１５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−１の受信タイミングとの時間差を特定する。この場合、時間差特定部１５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−１の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ１つまり０であると特定する。したがって、時間差特定部１５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−１と反射パルスＰｌｓｒ２−１とのセットである反射パルスセットＰｒｓｅｔ１が、時間差ΔＴ１に関する１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１に対応すると判定する。したがって、時間差特定部１５４は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ１を、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。このとき、距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１と測定ストップトリガＴｒｇｒ１との時間差Ｔｄｉｆｆ１から、測距対象物９０までの距離を算出する。
【００５３】
また、送信パルスＰｌｓｔ１−３が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−２が受信される。また、これと略同じタイミングで、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２−２が受信される。反射パルスＰｌｓｒ１−２は、バンドパスフィルタ１４０−１によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−１によって、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングが抽出される。同様に、反射パルスＰｌｓｒ２−２は、バンドパスフィルタ１４０−２によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−２によって、反射パルスＰｌｓｒ２−２の受信タイミングが抽出される。
【００５４】
時間差特定部１５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−２の受信タイミングとの時間差を特定する。この場合、時間差特定部１５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−２の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ２と特定する。したがって、時間差特定部１５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−２と反射パルスＰｌｓｒ２−２とのセットである反射パルスセットＰｒｓｅｔ２が、時間差ΔＴ２に関する２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２に対応すると判定する。したがって、時間差特定部１５４は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ２を、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。このとき、距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２と測定ストップトリガＴｒｇｒ２との時間差Ｔｄｉｆｆ２から、測距対象物９０までの距離を算出する。
【００５５】
また、送信パルスＰｌｓｔ１−４が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−３が受信される。また、これと略同じタイミングで、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２−３が受信される。反射パルスＰｌｓｒ１−３は、バンドパスフィルタ１４０−１によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−１によって、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングが抽出される。同様に、反射パルスＰｌｓｒ２−３は、バンドパスフィルタ１４０−２によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−２によって、反射パルスＰｌｓｒ２−３の受信タイミングが抽出される。
【００５６】
時間差特定部１５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−３の受信タイミングとの時間差を特定する。この場合、時間差特定部１５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−３の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ３と特定する。したがって、時間差特定部１５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−３と反射パルスＰｌｓｒ２−３とのセットである反射パルスセットＰｒｓｅｔ３が、時間差ΔＴ３に関する３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３に対応すると判定する。したがって、時間差特定部１５４は、測定スタートトリガＴｒｇｔ３に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ３を、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。このとき、距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ３と測定ストップトリガＴｒｇｒ３との時間差Ｔｄｉｆｆ３から、測距対象物９０までの距離を算出する。
【００５７】
このように、実施の形態１にかかる測距装置１００は、反射パルスセットを構成する２つの反射パルスを受信した時間差を特定することで、受信した反射パルス（反射パルスセット）が何番目の送信パルス（送信パルスセット）に対応するのかを特定できる。これにより、測距対象物９０までの距離が長距離である場合であっても、測距を行う周期を長くする必要がない。また、かなり短い周期で送信パルスを連続して測距対象物９０に照射しても、受信系モジュールにおいて反射パルスを区別できるので、適切に、測距対象物９０までの距離を算出することができる。さらに、かなり短い周期で送信パルスを連続して測距対象物９０に照射することができるので、単位時間における測距回数を増加させることができる。
【００５８】
また、同じ測距対象物９０に繰り返し送信パルスを照射して測距し、これらの測距結果を平均することにより、測距の精度を向上させることができる。つまり、送信パルスＰｌｓｔ１−１〜１−４を同じ測距対象物９０に照射し、反射パルスＰｌｓｒ１−１〜１−４を用いて、４回、測距を行う。そして、４回の測距結果を平均することで、測距の精度が向上する。したがって、実施の形態１にかかる測距装置１００は、かなり短い周期で送信パルスを連続して同じ測距対象物９０に照射することで、短時間で、上記の平均化処理の高精度化を図ることが可能となる。このように、実施の形態１にかかる測距装置１００は、光信号の飛行時間の方がパルス周期よりも長い場合であっても、適切に、送信パルスが反射した測距対象物９０までの距離を算出することができる。
【００５９】
また、実施の形態１にかかる測距装置１００は、基準周波数に対して互いに異なる周波数オフセットを有するような、２つの送信パルスで構成される送信パルスセットを送信するように構成されている。これにより、受信系モジュールで周波数オフセットを検出することにより、２つの送信パルスに対応する２つの反射パルスを区別することができる。これにより、この２つの反射パルスが受信された時間差を容易に特定することができるので、２つの反射パルス（反射パルスセット）に対応する送信パルス（送信パルスセット）を容易に特定することが可能となる。
【００６０】
なお、送信パルスと反射パルスとを対応付ける方法としては、２つの送信パルスから構成される送信パルスセットを用いるのではなく、送信パルスの周波数オフセットを、送信する順序ごとに変化させることも考えられる。これにより、受信系で反射パルスの周波数オフセットを検出することで、反射パルスと送信パルスとを対応付けることができる。ここで、この方法では、送信パルスを送信するごとに周波数を変化させる必要があるので、測距装置１００の送受信に要する帯域を広くする必要がある。これに対し、実施の形態１にかかる測距装置１００は、送信パルスセットを構成する２つの送信パルスが送信される時間差を用いて、送信パルス（送信パルスセット）と反射パルス（反射パルスセット）とを対応付けるように構成されている。これにより、送信パルスを送信するごとに周波数を変化させる必要がないので、測距装置１００の送受信に要する帯域が狭くてもよい。例えば、図９の例では、送信パルスを送信するごとに周波数を変化させる場合、周波数オフセットは４つ必要であるが、実施の形態１では、周波数オフセットは２つのみでよい。さらに、送信パルスを送信するごとに周波数を変化させる必要がないので、送信パルスを送信するごとに周波数を変化させる必要がある場合と比較して、送信系モジュール及び受信系モジュールの構造を簡略化することが可能となる。
【００６１】
また、実施の形態１にかかる測距装置１００は、バンドパスフィルタ１４０（分離手段）を用いて、受信した光信号を、反射パルスの周波数オフセットごとに分離するように構成されている。バンドパスフィルタ１４０を用いた光信号の分離は、ハードウェアで行われ得るので、ソフトウェアで行う処理と比較して高速に行われ得る。また、反射パルスの周波数オフセットごとに受信信号を分離することで、各反射パルスの受信タイミングの抽出を容易に行うことが可能となる。
【００６２】
なお、実施の形態１にかかる測距装置１００は、送信パルスとその送信パルスが測距対象物９０で反射した反射光である反射パルスとを対応付けるために、送信順序に応じて異なる送信の時間差が設けられた２つの送信パルスを送信する。つまり、実施の形態１にかかる測距装置１００は、送信パルスに対応する反射パルスを、他の送信パルスに対応する反射パルスと区別するために、送信パルスにマーキングを行っているといえる。ここで、送信パルスのマーキングの方法として、送信パルスごとに振幅を変えることも考えられる。しかしながら、測距対象物９０までの距離等に応じて、信号（パルス）の減衰量は異なり得る。したがって、振幅を用いて反射パルスを区別することは困難である。
【００６３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２においては、光源が複数ある点で、実施の形態１と異なる。なお、実施の形態２にかかる構成要素のうち、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ符号が付されている。また、以下の説明において、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素については、適宜、説明を省略する。
【００６４】
図１０は、実施の形態２にかかる測距装置２００の構成を示す図である。実施の形態２にかかる測距装置２００は、送信系モジュールとして、光源２０２−１，２０２−２と、送信パルス生成部２０４−１，２０４−２と、合波器２０８と、光送信部１２０とを有する。光源２０２、送信パルス生成部２０４及び合波器２０８によって、送信順序に応じて異なる送信時間差を有する複数の送信パルスで構成される送信パルスセットを生成するパルス生成部２１０が構成される。このパルス生成部２１０は、図１に示した生成部２に対応する。
【００６５】
また、実施の形態２にかかる測距装置２００は、受信系モジュールとして、光受信部１２２と、光源２２４と、光干渉系ユニット１３０と、光電変換部１３２と、ＡＤコンバータ１３４とを有する。また、実施の形態２にかかる測距装置２００は、実施の形態１と同様に、バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２と、タイミング抽出部１５０−１，１５０−２と、時間差特定部１５４と、距離算出部１６０とを有する。つまり、測距装置２００の受信系モジュールは、光源２２４を有すること以外は、実施の形態１と実質的に同様である。
【００６６】
光源２０２−１は、周波数ｆ０＋ｆ１の光信号を発生させ、発生した光信号を送信パルス生成部２０４−１に出力する。光源２０２−２は、周波数ｆ０＋ｆ２の光信号を発生させ、発生した光信号を送信パルス生成部２０４−２に出力する。各送信パルス生成部２０４は、図４に示した変調信号生成部１０４及び光変調器１０６と実質的に同様の機能を有する。送信パルス生成部２０４−１は、周波数ｆ０＋ｆ１の光信号を変調させて、図５に示すような送信パルスＰｌｓｔ１を生成する。送信パルス生成部２０４−２は、周波数ｆ０＋ｆ２の光信号を変調させて、図５に示すような送信パルスＰｌｓｔ２を生成する。また、送信パルス生成部２０４−２は、送信パルス生成部２０４−１が送信パルスＰｌｓｔ１を生成してから時間差ΔＴが経過した後で、送信パルスＰｌｓｔ２を生成してもよい。なお、実施の形態１と同様に、実施の形態２においても、この時間差ΔＴが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なる。
【００６７】
合波器２０８は、送信パルスＰｌｓｔ１と、送信パルスＰｌｓｔ２とを合成する。これにより、合波器２０８は、図５に示すような、時間軸上に、時間差ΔＴの間隔で並んだ送信パルスＰｌｓｔ１，Ｐｌｓｔ１を有する送信パルスセットＰｔｓｅｔの光信号を生成する。光送信部１２０は、この光信号を測距対象物９０に送信（照射）する。
【００６８】
さらに、送信パルス生成部２０４−１は、周波数オフセットｆ１の送信パルスが出力されるタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔを距離算出部１６０に対して出力する。つまり、送信パルス生成部２０４−１は、１番目の送信パルスセットの送信パルスＰｌｓｔ１−１が生成されたタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１を出力する。また、送信パルス生成部２０４−１は、２番目の送信パルスセットの送信パルスＰｌｓｔ１−２が生成されたタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２を出力する。同様にして、送信パルス生成部２０４−１は、ｋ番目の送信パルスセットの送信パルスＰｌｓｔ１−ｋが生成されたタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔｋを出力する
【００６９】
光源２２４は、基準周波数ｆ０の光信号を参照光として発する。光受信部１２２が反射パルス（反射光）を受信すると、光干渉系ユニット１３０は、上述した方法によって、光源２２４からの周波数ｆ０の参照光を用いて、反射パルス（受信光）の周波数オフセットを検出する。なお、光電変換部１３２、ＡＤコンバータ１３４、バンドパスフィルタ１４０、タイミング抽出部１５０、時間差特定部１５４及び距離算出部１６０の動作については実施の形態１と実質的に同様であるので、説明を省略する。
【００７０】
実施の形態２にかかる測距装置２００は、始めから周波数オフセットが施された光信号をそれぞれ発する光源２０２−１，２０２−２を有する。このような構成であっても、実施の形態１と同様に、測距対象物９０までの距離又は送信パルスの送信周期によらないで、適切に測距を行うことが可能となる。なお、実施の形態２にかかる測距装置２００は、複数の光源２０２を有するので、実施の形態１にかかる測距装置１００よりも構造が複雑となる。つまり、実施の形態２にかかる測距装置１００は、基準周波数ｆ０の光を発する光源１０８からの光を送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる周波数オフセットを有する複数の送信パルスを生成している。したがって、実施の形態２にかかる測距装置２００は、簡略化された構造で、適切に測距を行うことが可能となる。
【００７１】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３においては、１つの送信パルスセットを構成する２つの送信パルスの周波数オフセット同じである点で、他の実施の形態と異なる。なお、実施の形態３にかかる構成要素のうち、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ符号が付されている。また、以下の説明において、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素については、適宜、説明を省略する。
【００７２】
図１１は、実施の形態３にかかる測距装置３００の構成を示す図である。実施の形態３にかかる測距装置３００は、送信系モジュールとして、周波数オフセット発生器３０２と、変調信号生成部３０４と、光変調器１０６と、光源１０８と、光送信部１２０とを有する。周波数オフセット発生器３０２、変調信号生成部３０４、光変調器１０６及び光源１０８によって、送信順序に応じて異なる送信時間差を有する複数の送信パルスで構成される送信パルスセットを生成するパルス生成部３１０が構成される。このパルス生成部３１０は、図１に示した生成部２に対応する。
【００７３】
また、実施の形態３にかかる測距装置３００は、受信系モジュールとして、光受信部１２２と、光干渉系ユニット１３０と、光電変換部１３２と、ＡＤコンバータ１３４とを有する。また、実施の形態３にかかる測距装置３００は、バンドパスフィルタ３４０と、タイミング抽出部３５０と、時間差特定部３５４と、距離算出部１６０とを有する。時間差特定部３５４は、図１に示した特定部８に対応する。
【００７４】
また、実施の形態３では、送信パルスセットを構成する送信パルスの数を２つとする。つまり、送信パルスセットＰｒｓｅｔは、送信パルスＰｌｓｔ１と、送信パルスＰｌｓｔ２とを有する。そして、これら２つの送信パルスが送信される時間差が、送信パルスセットの送信順序に応じて異なるとする。また、実施の形態３では、送信パルスセットを構成する２つの送信パルスの周波数オフセットを、ｆ１とする。つまり、実施の形態３においては、他の実施の形態と異なり、２つの送信パルスの周波数オフセットは同じである。
【００７５】
周波数オフセット発生器３０２は、基準周波数ｆ０からのオフセットである複数の周波数オフセットを示す情報である周波数オフセット情報を、変調信号生成部３０４に対して出力する。ここで、実施の形態３においては、周波数オフセット情報は、周波数オフセットｆ１を示す。なお、周波数オフセット発生器３０２は、送信パルスＰｌｓｔ１及び送信パルスＰｌｓｔ２の送信タイミングに合わせて、周波数オフセットｆ１を示す周波数オフセット情報を、変調信号生成部３０４に対して出力してもよい。
【００７６】
ここで、周波数オフセット発生器３０２は、周波数オフセットｆ１を示す周波数オフセット情報を出力し、その後、時間差ΔＴが経過した後で、周波数オフセットｆ１を示す周波数オフセット情報を出力してもよい。なお、本実施の形態では、この時間差ΔＴが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なる。例えば、後述する図１２に例示するように、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１を構成する送信パルスＰｌｓｔ１（Ｐｌｓｔ１−１）と送信パルスＰｌｓｔ２（Ｐｌｓｔ２−１）との周波数オフセット発生時間（送信時間に対応）の時間差をΔＴ１とする。この場合、周波数オフセット発生器３０２は、時間差ΔＴ１の間隔で、周波数オフセットｆ１を示す２つの周波数オフセット情報を出力してもよい。また、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２を構成する送信パルスＰｌｓｔ１（Ｐｌｓｔ１−２）と送信パルスＰｌｓｔ２（Ｐｌｓｔ２−２）との周波数オフセット発生時間（送信時間に対応）の時間差をΔＴ２とする。この場合、周波数オフセット発生器３０２は、時間差ΔＴ２の間隔で、周波数オフセットｆ１を示す２つの周波数オフセット情報を出力してもよい。
【００７７】
変調信号生成部３０４は、周波数オフセット発生器３０２から受信した周波数オフセット情報に応じて、送信パルスを生成するための変調信号を生成する。変調信号生成部３０４は、生成された変調信号を、光変調器１０６に対して出力する。光変調器１０６は、変調信号生成部１０４から入力された変調信号及び光源１０８から入力された光信号（変調器入力信号）を用いて、周波数オフセットｆ１を有する複数の送信パルスを生成する。光変調器１０６は、生成された送信パルスを含む光信号を、光送信部１２０に対して出力する。
【００７８】
また、変調信号生成部３０４は、周波数オフセットｆ１に対応する送信パルスのうち、送信パルスセットにおける一方が送信されるタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔを距離算出部１６０に対して出力する。ここで、実施の形態３では、測定スタートトリガＴｒｇｔは、各順序の送信パルスセットにおいて先に送信される送信パルスＰｌｓｔ１（Ｐｌｓｔ１−１、Ｐｌｓｔ１−２、・・・）それぞれの送信タイミングを示す。変調信号生成部３０４は、ｋ番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔｋの送信パルスＰｌｓｔ１−ｋの変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔｋを距離算出部１６０に対して出力する。
【００７９】
光送信部１２０は、測距対象物９０に対して、複数の送信パルスセット（送信パルス）を含む光信号を送信（照射）する。送信パルスは、測距対象物９０で、測距装置３００に向かって反射する。光受信部１２２は、測距対象物９０で反射した複数の反射パルスを含む光信号を受信する。ここで、受信された複数の反射パルスの周波数は、ｆ０＋ｆ１である。そして、光受信部１２２は、周波数ｆ０＋ｆ１の２つの反射パルスＰｌｓｒのセットである反射パルスセットＰｒｓｅｔを、繰り返し受信する。
【００８０】
光干渉系ユニット１３０、光電変換部１３２及びＡＤコンバータ１３４の動作については、実施の形態１にかかるものと実質的に同様であるので、説明を省略する。バンドパスフィルタ３４０の中心周波数は、周波数ｆ１である。したがって、バンドパスフィルタ３４０は、周波数ｆ１を示す電気信号を通過させる。
【００８１】
タイミング抽出部３５０は、受信された反射パルスの受信タイミングを抽出する、タイミング抽出手段として機能する。タイミング抽出部３５０は、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１，Ｐｌｓｒ２の受信タイミングを抽出する。ここで、タイミング抽出部３５０は、奇数番目に受信された反射パルスを反射パルスＰｌｓｒ１と判定し、偶数番目に受信された反射パルスを反射パルスＰｌｓｒ２と判定してもよい。
【００８２】
時間差特定部３５４は、タイミング抽出部３５０によって抽出された反射パルスＰｌｓｒ１，Ｐｌｓｒ２が受信された時間差ΔＴを特定する。時間差特定部３５４は、特定された時間差ΔＴに対応する送信パルスセットＰｔｓｅｔを特定する。これにより、反射パルスセットＰｒｓｅｔと送信パルスセットＰｔｓｅｔとが対応付けられることとなる。そして、時間差特定部３５４は、特定された送信パルスセットＰｔｓｅｔに対応する測定ストップトリガＴｒｇｒを、反射パルスＰｌｓｒ１の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。なお、距離算出部１６０の動作については、実施の形態１にかかるものと実質的に同様であるので、適宜、説明を省略する。
【００８３】
図１２は、実施の形態３にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。送信パルスＰｌｓｔ１及び送信パルスＰｌｓｔ２の周波数は、ｆ０＋ｆ１である。つまり、送信パルスＰｌｓｔ１及び送信パルスＰｌｓｔ２は、ともに、周波数オフセットｆ１を有する。
【００８４】
まず、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ１は、送信パルスＰｌｓｔ１−１と、送信パルスＰｌｓｔ２−１とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−１の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−１の送信時間との時間差はΔＴ１である。また、送信パルスＰｌｓｔ１−１の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１が距離算出部１６０に出力される。なお、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスの順序としては、送信パルスＰｌｓｔ１−１は１番目（＃１）であり、送信パルスＰｌｓｔ２−１は２番目（＃２）である。
【００８５】
次に、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ２は、送信パルスＰｌｓｔ１−２と、送信パルスＰｌｓｔ２−２とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−２の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−２の送信時間との時間差ΔＴ２は、送信パルスセットＰｔｓｅｔ１における時間差ΔＴ１と異なっている。また、送信パルスＰｌｓｔ１−２の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２が距離算出部１６０に出力される。なお、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスの順序としては、送信パルスＰｌｓｔ１−２は３番目（＃３）であり、送信パルスＰｌｓｔ２−２は４番目（＃４）である。
【００８６】
次に、３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ３は、送信パルスＰｌｓｔ１−３と、送信パルスＰｌｓｔ２−３とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−３の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−３の送信時間との時間差ΔＴ３は、送信パルスセットＰｔｓｅｔ１における時間差ΔＴ１及び送信パルスセットＰｔｓｅｔ２における時間差ΔＴ２と異なっている。また、送信パルスＰｌｓｔ１−３の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ３が距離算出部１６０に出力される。なお、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスの順序としては、送信パルスＰｌｓｔ１−３は５番目（＃５）であり、送信パルスＰｌｓｔ２−３は６番目（＃６）である。
【００８７】
次に、４番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ４が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ４は、送信パルスＰｌｓｔ１−４と、送信パルスＰｌｓｔ２−４とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−４の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−４の送信時間との時間差ΔＴ４は、時間差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３と異なっている。したがって、時間差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３，ΔＴ４は、互いに異なっている。また、送信パルスＰｌｓｔ１−４の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ４が距離算出部１６０に出力される。なお、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスの順序としては、送信パルスＰｌｓｔ１−４は７番目（＃７）であり、送信パルスＰｌｓｔ２−４は８番目（＃８）である。
【００８８】
なお、送信時間の時間差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３，ΔＴ４は、送信パルスＰｌｓｔ１の送信間隔及び送信パルスＰｌｓｔ２の送信間隔と比較して、はるかに小さい。したがって、ある送信パルスセットＰｔｓｅｔが次の送信パルスセットＰｔｓｅｔと重ならないようになっている。したがって、送信パルスＰｌｓｔ１が奇数番目に送信され、送信パルスＰｌｓｔ２が偶数番目に送信されることとなる。
【００８９】
一方、送信パルスＰｌｓｔ１−２が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−１が受信される。また、これと略同じタイミングで、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ２−１が受信される。タイミング抽出部３５０は、奇数番目（１番目：＃１）に受信された反射パルスを反射パルスＰｌｓｒ１−１と判定し得る。そして、タイミング抽出部３５０は、この反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングを抽出する。また、タイミング抽出部３５０は、偶数番目（２番目：＃２）に受信された反射パルスを反射パルスＰｌｓｒ２−１と判定し得る。そして、タイミング抽出部３５０は、この反射パルスＰｌｓｒ２−１の受信タイミングを抽出する。
【００９０】
時間差特定部３５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−１の受信タイミングとの時間差を特定する。この場合、時間差特定部３５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−１の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ１と特定する。したがって、時間差特定部３５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−１と反射パルスＰｌｓｒ２−１とのセットである反射パルスセットＰｒｓｅｔ１が、時間差ΔＴ１に関する１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１に対応すると判定する。したがって、時間差特定部３５４は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ１を、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。このとき、距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１と測定ストップトリガＴｒｇｒ１との時間差Ｔｄｉｆｆ１から、測距対象物９０までの距離を算出する。
【００９１】
また、送信パルスＰｌｓｔ１−３が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−２が受信される。また、これと略同じタイミングで、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ２−２が受信される。タイミング抽出部３５０は、奇数番目（３番目：＃３）に受信された反射パルスを反射パルスＰｌｓｒ１−２と判定し得る。そして、タイミング抽出部３５０は、この反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングを抽出する。また、タイミング抽出部３５０は、偶数番目（４番目：＃４）に受信された反射パルスを反射パルスＰｌｓｒ２−２と判定し得る。そして、タイミング抽出部３５０は、この反射パルスＰｌｓｒ２−２の受信タイミングを抽出する。
【００９２】
時間差特定部３５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−２の受信タイミングとの時間差を特定する。この場合、時間差特定部３５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−２の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ２と特定する。したがって、時間差特定部３５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−２と反射パルスＰｌｓｒ２−２とのセットである反射パルスセットＰｒｓｅｔ２が、時間差ΔＴ２に関する２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２に対応すると判定する。したがって、時間差特定部３５４は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ２を、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。このとき、距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２と測定ストップトリガＴｒｇｒ２との時間差Ｔｄｉｆｆ２から、測距対象物９０までの距離を算出する。
【００９３】
また、送信パルスＰｌｓｔ１−４が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−３が受信される。また、これと略同じタイミングで、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ２−３が受信される。タイミング抽出部３５０は、奇数番目（５番目：＃５）に受信された反射パルスを反射パルスＰｌｓｒ１−３と判定し得る。そして、タイミング抽出部３５０は、この反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングを抽出する。また、タイミング抽出部３５０は、偶数番目（６番目：＃６）に受信された反射パルスを反射パルスＰｌｓｒ２−３と判定し得る。そして、タイミング抽出部３５０は、この反射パルスＰｌｓｒ２−３の受信タイミングを抽出する。
【００９４】
時間差特定部３５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−３の受信タイミングとの時間差を特定する。この場合、時間差特定部３５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−３の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ３と特定する。したがって、時間差特定部３５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−３と反射パルスＰｌｓｒ２−３とのセットである反射パルスセットＰｒｓｅｔ３が、時間差ΔＴ３に関する３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３に対応すると判定する。したがって、時間差特定部３５４は、測定スタートトリガＴｒｇｔ３に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ３を、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。このとき、距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ３と測定ストップトリガＴｒｇｒ３との時間差Ｔｄｉｆｆ３から、測距対象物９０までの距離を算出する。
【００９５】
このように、実施の形態３にかかる測距装置３００は、反射パルスセットを構成する２つの反射パルスを受信した時間差を特定することで、受信した反射パルス（反射パルスセット）が何番目の送信パルスセットに対応するのかを特定できる。したがって、実施の形態１と同様に、実施の形態３においても、光信号の飛行時間の方がパルス周期よりも長い場合であっても、距離算出部１６０は、適切に、送信パルスＰｌｓｔが反射した測距対象物９０までの距離を算出することができる。
【００９６】
また、実施の形態３にかかる測距装置３００は、基準周波数に対して互いに同じ周波数オフセットを有するような、２つの送信パルスで構成される送信パルスセットを送信するように構成されている。したがって、実施の形態３では、周波数オフセットは１つのみでよい。したがって、送信パルスを送信するごとに周波数を変化させる必要がないので、実施の形態１の場合よりもさらに、測距装置３００の送受信に要する帯域が狭くてもよい。さらに、送信パルスを送信するごとに周波数を変化させる必要がないので、送信パルスを送信するごとに周波数を変化させる必要がある場合と比較して、送信系モジュール及び受信系モジュールの構造を簡略化することが可能となる。
【００９７】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。実施の形態４においては、１つの送信パルスセットを構成する送信パルスが３つ以上である点で、他の実施の形態と異なる。以下に説明する例では、１つの送信パルスセットを構成する送信パルスが３つである場合について示しているが、１つの送信パルスセットを構成する送信パルスは４つ以上であってもよい。なお、実施の形態４にかかる構成要素のうち、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ符号が付されている。また、以下の説明において、実施の形態１における構成要素と実質的に同じ構成要素については、適宜、説明を省略する。
【００９８】
図１３は、実施の形態４にかかる測距装置４００の構成を示す図である。実施の形態４にかかる測距装置４００は、送信系モジュールとして、周波数オフセット発生器４０２と、変調信号生成部４０４と、光変調器１０６と、光源１０８と、光送信部１２０とを有する。周波数オフセット発生器４０２、変調信号生成部４０４、光変調器１０６及び光源１０８によって、送信順序に応じて異なる送信時間差を有する複数の送信パルスで構成される送信パルスセットを生成するパルス生成部４１０が構成される。このパルス生成部４１０は、図１に示した生成部２に対応する。
【００９９】
また、実施の形態４にかかる測距装置４００は、受信系モジュールとして、光受信部１２２と、光干渉系ユニット１３０と、光電変換部１３２と、ＡＤコンバータ１３４とを有する。また、実施の形態４にかかる測距装置４００は、バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２，１４０−３と、タイミング抽出部１５０−１，１５０−２，１５０−３と、時間差特定部４５４と、距離算出部１６０とを有する。時間差特定部４５４は、図１に示した特定部８に対応する。
【０１００】
また、実施の形態４では、送信パルスセットを構成する送信パルスの数を３つとする。つまり、送信パルスセットは、送信パルスＰｌｓｔ１と、送信パルスＰｌｓｔ２と、送信パルスＰｌｓｔ３を有する。そして、これら３つの送信パルスが送信される時間差が、送信パルスセットの送信順序に応じて異なるとする。また、実施の形態４では、送信パルスセットを構成する３つの送信パルスの周波数オフセットを、それぞれ、ｆ１，ｆ２，ｆ３とする。したがって、バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２，１４０−３は、それぞれ、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３に対応する。同様に、タイミング抽出部１５０−１，１５０−２，１５０−３は、それぞれ、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３に対応する。
【０１０１】
周波数オフセット発生器４０２は、基準周波数ｆ０からのオフセットである複数の周波数オフセットを示す情報である周波数オフセット情報を、変調信号生成部４０４に対して出力する。ここで、実施の形態４においては、周波数オフセット情報は、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３を示す。なお、周波数オフセット発生器４０２は、送信パルスＰｌｓｔ１、送信パルスＰｌｓｔ２及び送信パルスＰｌｓｔ３の送信タイミングに合わせて、それぞれ、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３を示す周波数オフセット情報を、変調信号生成部４０４に対して出力してもよい。
【０１０２】
ここで、周波数オフセット発生器４０２は、周波数オフセットｆ１を示す周波数オフセット情報を出力し、その後、時間差ΔＴｘが経過した後で、周波数オフセットｆ２を示す周波数オフセット情報を出力してもよい。また、周波数オフセット発生器４０２は、周波数オフセットｆ１を示す周波数オフセット情報を出力し、その後、時間差ΔＴｙが経過した後で、周波数オフセットｆ３を示す周波数オフセット情報を出力してもよい。なお、実施の形態４では、これらの時間差ΔＴｘ及びΔＴｙの少なくとも１つが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なる。つまり、実施の形態４では、送信パルスセットを構成する３つの送信パルスのうちの１つが送信される時間と、他の２つの送信パルスがそれぞれ送信される時間との時間差（ΔＴｘ及びΔＴｙ）の少なくとも１つが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なる。詳しくは、図１４を用いて後述する。
【０１０３】
変調信号生成部４０４は、周波数オフセット発生器４０２から受信した周波数オフセット情報に応じて、送信パルスを生成するための変調信号を生成する。変調信号生成部４０４は、生成された変調信号を、光変調器１０６に対して出力する。光変調器１０６は、変調信号生成部１０４から入力された変調信号及び光源１０８から入力された光信号（変調器入力信号）を用いて、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３を有する複数の送信パルスを生成する。光変調器１０６は、生成された送信パルスを含む光信号を、光送信部１２０に対して出力する。
【０１０４】
さらに、変調信号生成部４０４は、周波数オフセットｆ１に対応する送信パルスが送信されるタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔを距離算出部１６０に対して出力する。ここで、実施の形態４では、測定スタートトリガＴｒｇｔは、各順序の送信パルスセットにおける送信パルスＰｌｓｔ１それぞれの送信タイミングを示す。変調信号生成部４０４は、ｋ番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔｋの送信パルスＰｌｓｔ１−ｋの変調信号を出力するタイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔｋを距離算出部１６０に対して出力する。
【０１０５】
光送信部１２０は、測距対象物９０に対して、複数の送信パルスセット（送信パルス）を含む光信号を送信（照射）する。送信パルスは、測距対象物９０で、測距装置４００に向かって反射する。光受信部１２２は、測距対象物９０で反射した複数の反射パルスを含む光信号を受信する。ここで、受信された複数の反射パルスの周波数は、ｆ０＋ｆ１、ｆ０＋ｆ２、ｆ０＋ｆ３である。そして、光受信部１２２は、周波数ｆ０＋ｆ１の反射パルスＰｌｓｒ１と周波数ｆ０＋ｆ２の反射パルスＰｌｓｒ２と周波数ｆ０＋ｆ３の反射パルスＰｌｓｒ３とのセットである反射パルスセットＰｒｓｅｔを、繰り返し受信する。
【０１０６】
光干渉系ユニット１３０、光電変換部１３２及びＡＤコンバータ１３４の動作については、実施の形態１にかかるものと実質的に同様であるので、説明を省略する。バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２，１４０−３の中心周波数は、それぞれ、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３である。したがって、バンドパスフィルタ１４０−１，１４０−２，１４０−３は、それぞれ、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を示す電気信号を通過させる。
【０１０７】
タイミング抽出部１５０は、受信された反射パルスの受信タイミングを抽出する、タイミング抽出手段として機能する。タイミング抽出部１５０−１，１５０−２，１５０−３は、それぞれ、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３を有する反射パルスＰｌｓｒ１，Ｐｌｓｒ２，Ｐｌｓｒ３の受信タイミングを抽出する。
【０１０８】
時間差特定部４５４は、タイミング抽出部１５０−１，１５０−２，１５０−３によってそれぞれ抽出された、周波数オフセットｆ１，ｆ２，ｆ３を有する反射パルスが受信された時間差ΔＴの組（ΔＴｘ，ΔＴｙ）を特定する。時間差特定部４５４は、特定された時間差ΔＴの組に対応する送信パルスセットＰｔｓｅｔを特定する。これにより、反射パルスセットＰｒｓｅｔと送信パルスセットＰｔｓｅｔとが対応付けられることとなる。そして、時間差特定部４５４は、特定された送信パルスセットＰｔｓｅｔに対応する測定ストップトリガＴｒｇｒを、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスの受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。詳しくは、図１４を用いて後述する。
【０１０９】
図１４は、実施の形態４にかかる送信パルスと反射パルスとの関係を示すタイミングチャートである。送信パルスＰｌｓｔ１、送信パルスＰｌｓｔ２及び送信パルスＰｌｓｔ３の周波数は、それぞれ、ｆ０＋ｆ１、ｆ０＋ｆ２及びｆ０＋ｆ３である。つまり、送信パルスＰｌｓｔ１は周波数オフセットｆ１を有し、送信パルスＰｌｓｔ２は周波数オフセットｆ２を有し、送信パルスＰｌｓｔ３は周波数オフセットｆ３を有する。
【０１１０】
まず、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ１は、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１−１と、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２−１と、周波数オフセットｆ３を有する送信パルスＰｌｓｔ３−１とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−１の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−１の送信時間との時間差ΔＴ１ｘは０、つまり、送信パルスＰｌｓｔ１−１と送信パルスＰｌｓｔ２−１とが同時に送信されるとする。また、送信パルスＰｌｓｔ１−１の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ３−１の送信時間との時間差ΔＴ１ｙは０、つまり、送信パルスＰｌｓｔ１−１と送信パルスＰｌｓｔ３−１とが同時に送信されるとする。また、送信パルスＰｌｓｔ１−１の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ１が距離算出部１６０に出力される。
【０１１１】
次に、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ２は、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１−２と、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２−２と、周波数オフセットｆ３を有する送信パルスＰｌｓｔ３−２とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−２の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−２の送信時間との時間差はΔＴ２ｘである。また、送信パルスＰｌｓｔ１−２の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ３−２の送信時間との時間差ΔＴ２ｙは０、つまり、送信パルスＰｌｓｔ１−２と送信パルスＰｌｓｔ３−２とが同時に送信されるとする。
【０１１２】
ここで、時間差ΔＴ２ｘは、送信パルスセットＰｔｓｅｔ１における時間差ΔＴ１ｘと異なっている。したがって、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１と２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２とで、これらを構成する送信パルスＰｌｓｔの送信時間の時間差ΔＴの組（ΔＴｘ，ΔＴｙ）は異なっている。つまり、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１と２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２とで、これらを構成する送信パルスＰｌｓｔの送信時間の時間差ΔＴｘ及びΔＴｙの少なくとも１つが異なっている（この例ではΔＴ１ｘ≠ΔＴ２ｘ）。また、送信パルスＰｌｓｔ１−２の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ２が距離算出部１６０に出力される。
【０１１３】
次に、３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ３は、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１−３と、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２−３と、周波数オフセットｆ３を有する送信パルスＰｌｓｔ３−３とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−３の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−３の送信時間との時間差はΔＴ３ｘである。また、送信パルスＰｌｓｔ１−３の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ３−３の送信時間との時間差はΔＴ３ｙである。
【０１１４】
ここで、時間差ΔＴ３ｙは、送信パルスセットＰｔｓｅｔ２における時間差ΔＴ２ｙと異なっている。したがって、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２と３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３とで、これらを構成する送信パルスＰｌｓｔの送信時間の時間差ΔＴの組（ΔＴｘ，ΔＴｙ）は異なっている。つまり、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２と３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３とで、これらを構成する送信パルスＰｌｓｔの送信時間の時間差ΔＴｘ及びΔＴｙの少なくとも１つが異なっている（この例ではΔＴ２ｙ≠ΔＴ３ｙ）。同様に、ΔＴ１ｘ≠ΔＴ３ｘ，ΔＴ１ｙ≠ΔＴ３ｙなので、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１と３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３とで、これらを構成する送信パルスＰｌｓｔの送信時間の時間差ΔＴの組（ΔＴｘ，ΔＴｙ）は異なっている。また、送信パルスＰｌｓｔ１−３の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ３が距離算出部１６０に出力される。
【０１１５】
次に、４番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ４が送信される。送信パルスセットＰｔｓｅｔ４は、周波数オフセットｆ１を有する送信パルスＰｌｓｔ１−４と、周波数オフセットｆ２を有する送信パルスＰｌｓｔ２−４と、周波数オフセットｆ３を有する送信パルスＰｌｓｔ３−４とで構成されている。送信パルスＰｌｓｔ１−４の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ２−４の送信時間との時間差はΔＴ４ｘである。また、送信パルスＰｌｓｔ１−４の送信時間と送信パルスＰｌｓｔ３−４の送信時間との時間差はΔＴ４ｙである。
【０１１６】
ここで、時間差ΔＴ４ｘは、送信パルスセットＰｔｓｅｔ３における時間差ΔＴ３ｘと異なっている。したがって、３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３と４番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ４とで、これらを構成する送信パルスＰｌｓｔの送信時間の時間差ΔＴの組（ΔＴｘ，ΔＴｙ）は異なっている。つまり、３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３と４番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ４とで、これらを構成する送信パルスＰｌｓｔの送信時間の時間差ΔＴｘ及びΔＴｙの少なくとも１つが異なっている（この例ではΔＴ３ｘ≠ΔＴ４ｘ）。同様に、ΔＴ１ｘ≠ΔＴ４ｘ，ΔＴ１ｙ≠ΔＴ４ｙなので、１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１と４番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ４とで、これらを構成する送信パルスＰｌｓｔの送信時間の時間差ΔＴの組（ΔＴｘ，ΔＴｙ）は異なっている。また、ΔＴ２ｘ≠ΔＴ４ｘ，ΔＴ２ｙ≠ΔＴ４ｙなので、２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２と４番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ４とで、これらを構成する送信パルスＰｌｓｔの送信時間の時間差ΔＴの組（ΔＴｘ，ΔＴｙ）は異なっている。また、送信パルスＰｌｓｔ１−４の送信タイミングで、測定スタートトリガＴｒｇｔ４が距離算出部１６０に出力される。
【０１１７】
一方、送信パルスＰｌｓｔ１−２が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−１が受信される。また、これと略同じタイミングで、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２−１及び周波数オフセットｆ３を有する反射パルスＰｌｓｒ３−１が受信される。反射パルスＰｌｓｒ１−１は、バンドパスフィルタ１４０−１によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−１によって、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングが抽出される。同様に、反射パルスＰｌｓｒ２−１は、バンドパスフィルタ１４０−２によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−２によって、反射パルスＰｌｓｒ２−１の受信タイミングが抽出される。反射パルスＰｌｓｒ３−１は、バンドパスフィルタ１４０−３によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−３によって、反射パルスＰｌｓｒ３−１の受信タイミングが抽出される。
【０１１８】
時間差特定部４５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−１の受信タイミングとの時間差、及び、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ３−１の受信タイミングとの時間差を特定する。この場合、時間差特定部４５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−１の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ１ｘつまり０であると特定する。また、時間差特定部４５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ３−１の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ１ｙつまり０であると特定する。ここで、反射パルスＰｌｓｒ１−１と反射パルスＰｌｓｒ２−１と反射パルスＰｌｓｒ３−１とのセットを、反射パルスセットＰｒｓｅｔ１とする。
【０１１９】
この場合、時間差特定部４５４は、反射パルスセットＰｒｓｅｔ１が、時間差ΔＴの組（ΔＴ１ｘ，ΔＴ１ｙ）に関する１番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ１に対応すると判定する。したがって、時間差特定部４５４は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ１を、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−１の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。このとき、距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ１と測定ストップトリガＴｒｇｒ１との時間差Ｔｄｉｆｆ１から、測距対象物９０までの距離を算出する。
【０１２０】
また、送信パルスＰｌｓｔ１−３が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−２が受信される。また、これと略同じタイミングで、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２−２及び周波数オフセットｆ３を有する反射パルスＰｌｓｒ３−２が受信される。反射パルスＰｌｓｒ１−２は、バンドパスフィルタ１４０−１によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−１によって、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングが抽出される。同様に、反射パルスＰｌｓｒ２−２は、バンドパスフィルタ１４０−２によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−２によって、反射パルスＰｌｓｒ２−２の受信タイミングが抽出される。反射パルスＰｌｓｒ３−２は、バンドパスフィルタ１４０−３によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−３によって、反射パルスＰｌｓｒ３−２の受信タイミングが抽出される。
【０１２１】
時間差特定部４５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−２の受信タイミングとの時間差、及び、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ３−２の受信タイミングとの時間差を特定する。この場合、時間差特定部４５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−２の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ２ｘと特定する。また、時間差特定部４５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ３−２の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ２ｙつまり０であると特定する。ここで、反射パルスＰｌｓｒ１−２と反射パルスＰｌｓｒ２−２と反射パルスＰｌｓｒ３−２とのセットを、反射パルスセットＰｒｓｅｔ２とする。
【０１２２】
この場合、時間差特定部４５４は、反射パルスセットＰｒｓｅｔ２が、時間差ΔＴの組（ΔＴ２ｘ，ΔＴ２ｙ）に関する２番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ２に対応すると判定する。したがって、時間差特定部４５４は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ２を、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−２の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。このとき、距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ２と測定ストップトリガＴｒｇｒ２との時間差Ｔｄｉｆｆ２から、測距対象物９０までの距離を算出する。
【０１２３】
また、送信パルスＰｌｓｔ１−４が送信された後で、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−３が受信される。また、これと略同じタイミングで、周波数オフセットｆ２を有する反射パルスＰｌｓｒ２−３及び周波数オフセットｆ３を有する反射パルスＰｌｓｒ３−３が受信される。反射パルスＰｌｓｒ１−３は、バンドパスフィルタ１４０−１によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−１によって、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングが抽出される。同様に、反射パルスＰｌｓｒ２−３は、バンドパスフィルタ１４０−２によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−２によって、反射パルスＰｌｓｒ２−３の受信タイミングが抽出される。反射パルスＰｌｓｒ３−３は、バンドパスフィルタ１４０−３によって分離される。そして、タイミング抽出部１５０−３によって、反射パルスＰｌｓｒ３−３の受信タイミングが抽出される。
【０１２４】
時間差特定部４５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−３の受信タイミングとの時間差、及び、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ３−３の受信タイミングとの時間差を特定する。この場合、時間差特定部４５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ２−３の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ３ｘと特定する。また、時間差特定部４５４は、反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングと反射パルスＰｌｓｒ３−３の受信タイミングとの時間差を、ΔＴ３ｙと特定する。ここで、反射パルスＰｌｓｒ１−３と反射パルスＰｌｓｒ２−３と反射パルスＰｌｓｒ３−３とのセットを、反射パルスセットＰｒｓｅｔ３とする。
【０１２５】
この場合、時間差特定部４５４は、反射パルスセットＰｒｓｅｔ３が、時間差ΔＴの組（ΔＴ３ｘ，ΔＴ３ｙ）に関する３番目の送信パルスセットＰｔｓｅｔ３に対応すると判定する。したがって、時間差特定部４５４は、測定スタートトリガＴｒｇｔ３に対応する測定ストップトリガＴｒｇｒ３を、周波数オフセットｆ１を有する反射パルスＰｌｓｒ１−３の受信タイミングで、距離算出部１６０に対して出力する。このとき、距離算出部１６０は、測定スタートトリガＴｒｇｔ３と測定ストップトリガＴｒｇｒ３との時間差Ｔｄｉｆｆ３から、測距対象物９０までの距離を算出する。
【０１２６】
このように、実施の形態４にかかる測距装置４００は、反射パルスセットを構成する３つの反射パルスを受信した時間差を特定することで、受信した反射パルス（反射パルスセット）が何番目の送信パルス（送信パルスセット）に対応するのかを特定できる。したがって、実施の形態１等と同様に、実施の形態４においても、光信号の飛行時間の方がパルス周期よりも長い場合であっても、距離算出部１６０は、適切に、送信パルスＰｌｓｔが反射した測距対象物９０までの距離を算出することができる。
【０１２７】
また、実施の形態４にかかる測距装置４００は、３つの送信パルスで構成される送信パルスセットを送信するように構成されている。これにより、各送信パルスセットにおける送信パルスの送信時間の時間差が、ΔＴｘ及びΔＴｙの２つとなる。ここで、実施の形態１においては、各送信パルスセットにおける送信パルスの送信時間の時間差は１つである。したがって、送信パルスセットの送信順序ごとに時間差が異なるようにするためには、送信パルスセットが増えるごとに、時間差を長くする必要がある。これに対し、実施の形態４においては、時間差はΔＴｘ及びΔＴｙの２つであるので、送信パルスセットの送信順序ごとに時間差を変化させるためには、ΔＴｘ及びΔＴｙの少なくともいずれかを変化させればよい。言い換えると、ある送信パルスセットに関するΔＴｘ及びΔＴｙの一方は、他の送信パルスセットのそれと同じであってもよい。例えば、図１４の例では、ΔＴ２ｘ＝ΔＴ３ｘ＝ΔＴ３ｙ＝ΔＴ４ｙであってもよい。このようにすることで、図１４に示したΔＴ４ｘを、図９に示したΔＴ４よりも短くすることができる。これにより、送信パルスセットを区別するために、送信パルスセットを構成する送信パルスの送信時間の時間差を長くすることを抑制することが可能となる。
【０１２８】
（変形例）
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、複数の実施の形態の２つ以上は、互いに適用可能である。具体的には、上述した実施の形態３及び４の構成は、実施の形態１を変形したものとしているが、このような構成に限られない。実施の形態３及び４の構成は、実施の形態２を変形したものでもよい。
【０１２９】
また、上述した実施の形態では、バンドパスフィルタを用いて、反射パルスの周波数オフセットごとに光信号を分離するとしたが、このような構成に限られない。バンドパスフィルタ以外の構成要素で信号を分離してもよい。また、周波数オフセットごとに反射パルスの受信タイミングを抽出できれば、受信した光信号を分離する必要もない。一方、バンドパスフィルタを用いて反射パルスの周波数オフセットごとに光信号を分離することで、上述したように、高速に測距処理を行うことが可能となる。また、バンドパスフィルタを用いて反射パルスの周波数オフセットごとに光信号を分離することにより、各反射パルスの受信タイミングの抽出を行うことが容易となる。
【０１３０】
また、距離算出部１６０は、測定スタートトリガの出力タイミングに、光変調器１０６等における処理時間を考慮してもよい。言い換えると、距離算出部１６０は、測定スタートトリガを受け付けてから、実際に測定スタートトリガに対応する送信パルスが送信されるまでの間の処理時間を考慮してもよい。この場合、距離算出部１６０は、測定スタートトリガの出力タイミングに光変調器１０６等における処理時間を加えたタイミングを、測距の開始タイミングとしてもよい。なお、光変調器１０６等における処理時間は、略一定であるとする。
【０１３１】
同様に、距離算出部１６０は、測定ストップトリガに、測定ストップトリガが出力される前の光干渉系ユニット１３０等の処理時間を考慮してもよい。言い換えると、距離算出部１６０は、光受信部１２２によって反射パルスが受信されてからタイミング抽出部１５０によって測定ストップトリガが出力されるまでの間の処理時間を考慮してもよい。この場合、距離算出部１６０は、測定ストップトリガの出力タイミングに光干渉系ユニット１３０等の処理時間を引いたタイミングを、測距の終了タイミングとしてもよい。なお、光干渉系ユニット１３０等における処理時間は、略一定であるとする。
【０１３２】
あるいは、変調信号生成部１０４は、後段の光送信部１２０によって送信パルスが送信されるまでの処理時間を考慮して、送信パルスが送信される時刻を示すような測定スタートトリガを出力してもよい。つまり、変調信号が生成された時刻をｔ１とし、光変調器１０６等における処理時間をΔｔ１とすると、変調信号生成部１０４は、時刻（ｔ１＋Δｔ１）を示す測定スタートトリガを出力してもよい。このことは、実施の形態２にかかる送信パルス生成部２０４、実施の形態３にかかる変調信号生成部３０４及び実施の形態４にかかる変調信号生成部４０４においても同様である。同様に、タイミング抽出部１５０は、前段の光干渉系ユニット１３０等における処理時間を考慮して、反射パルスが受信された時刻を示す測定ストップトリガを出力してもよい。つまり、タイミング抽出部１５０がバンドパスフィルタ１４０から信号を受信した時刻をｔ２とし、光干渉系ユニット１３０等における処理時間をΔｔ２とすると、タイミング抽出部１５０は、時刻（ｔ２−Δｔ２）を示す測定ストップトリガを出力してもよい。この場合、距離算出部１６０は、Ｔｄ＝（ｔ２−Δｔ２）−（ｔ１＋Δｔ１）として、式１を用いて距離Ｒを算出してもよい。このことは、実施の形態３のタイミング抽出部３５０においても同様である。
【０１３３】
また、周波数オフセット発生器１０２は、全ての周波数オフセットｆ１、ｆ２を示す周波数オフセット情報を、変調信号生成部１０４に出力してもよい。この場合、変調信号生成部１０４は、パルス周期Ｔｐごとに、周波数オフセットｆ１、ｆ２それぞれに対応する変調信号を生成してもよい。
【０１３４】
また、実施の形態１においては、送信パルスＰｌｓｔ１のパルス周期Ｔｐ１及び送信パルスＰｌｓｔ２のパルス周期Ｔｐ２がそれぞれ一定であるとしたが、このような構成に限られない。本実施の形態において、いずれの送信パルスのパルス周期も、一定である必要はない。したがって、１番目の送信パルスＰｌｓｔ１−１を送信してから２番目の送信パルスＰｌｓｔ１−２を送信するまでの期間は、２番目の送信パルスＰｌｓｔ１−２を送信してから３番目の送信パルスＰｌｓｔ１−３を送信するまでの期間と同じでなくてもよい。このことは、送信パルスＰｌｓｔ２及び送信パルスＰｌｓｔ３についても同様である。
【０１３５】
また、上述した実施の形態においては、実際の測距に用いられる送信パルス（その送信のタイミングで測定スタートトリガが出力されるもの）を送信パルスＰｌｓｔ１、つまり、送信パルスセットのうち最初に送信されるものとしている。しかしながら、このような構成に限られない。測距に用いられる送信パルスは、送信パルスセットを構成する送信パルスのいずれでもよい。つまり、送信パルスＰｌｓｔ２を用いて測距を行ってもよく、この場合、反射パルスＰｌｓｒ２の受信タイミングで、測定ストップトリガが出力される。あるいは、送信パルスセットを構成する複数の送信パルスの送信時刻の平均時刻を、測定スタートトリガの出力タイミングとしてもよい。
【０１３６】
また、上述した実施の形態４において、送信パルスセットを構成する３つの送信パルスの周波数オフセットは、互いに異なるとしたが、このような構成に限られない。受信側にて反射パルスの受信時間の時間差を特定することが可能であれば、送信パルスセットを構成する３つの送信パルスの周波数オフセットのうち、少なくも２つの周波数オフセットは同じであってもよい。
【０１３７】
また、上述の実施の形態では、本実施の形態をハードウェアの構成として説明したが、本実施の形態は、これに限定されるものではない。本実施の形態は、測距装置内の各回路の少なくとも１つの処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【０１３８】
上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【０１３９】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０１４０】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットであって、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成する生成手段と、
生成された前記送信パルスセットを繰り返し送信する送信手段と、
前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信する受信手段と、
受信された複数の前記反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する特定手段と、
受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された前記時間差に対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する距離算出手段と
を有する測距装置。
（付記２）
前記生成手段は、２つの前記送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、２つの前記送信パルスが送信される時間差が、前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、前記送信パルスセットを生成し、
前記特定手段は、前記送信パルスセットを構成する２つの前記送信パルスそれぞれに対応する２つの前記反射パルスの時間差を特定する
付記１に記載の測距装置。
（付記３）
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスは、基準周波数に対して互いに異なる周波数オフセットを有し、
前記特定手段は、互いに異なる周波数オフセット有する前記複数の反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する
付記１又は２に記載の測距装置。
（付記４）
前記受信手段は、前記反射パルスを含む光信号を受信し、
受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離する分離手段と
をさらに有する付記３に記載の測距装置。
（付記５）
前記生成手段は、前記基準周波数の光信号を発する光源からの光信号を前記送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
付記３又は４に記載の測距装置。
（付記６）
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスの少なくとも２つは、基準周波数に対して同じ周波数オフセットを有する
付記１又は２に記載の測距装置。
（付記７）
前記生成手段は、少なくとも３つの送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、前記少なくとも３つの送信パルスのうちの第１の送信パルスが送信される時間と、前記第１の送信パルスとは異なる複数の第２の送信パルスがそれぞれ送信される時間との時間差の少なくとも１つが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成し、
前記特定手段は、前記第１の送信パルスに対応する前記反射パルスが受信された時間と、前記複数の第２の送信パルスに対応する複数の前記反射パルスがそれぞれ受信された時間との時間差を特定する
付記１に記載の測距装置。
（付記８）
光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットであって、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成し、
生成された前記送信パルスセットを繰り返し送信し、
前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信し、
受信された複数の前記反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定し、
受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された前記時間差に対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する
測距方法。
（付記９）
２つの前記送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、２つの前記送信パルスが送信される時間差が、前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、前記送信パルスセットを生成し、
前記送信パルスセットを構成する２つの前記送信パルスそれぞれに対応する２つの前記反射パルスの時間差を特定する
付記８に記載の測距方法。
（付記１０）
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスは、基準周波数に対して互いに異なる周波数オフセットを有し、
互いに異なる周波数オフセット有する前記複数の反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する
付記８又は９に記載の測距方法。
（付記１１）
前記反射パルスを含む光信号を受信し、
受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出し、
検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離する
付記１０に記載の測距方法。
（付記１２）
前記基準周波数の光信号を発する光源からの光信号を前記送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
付記１０又は１１に記載の測距方法。
（付記１３）
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスの少なくとも２つは、基準周波数に対して同じ周波数オフセットを有する
付記８又は９に記載の測距方法。
（付記１４）
少なくとも３つの送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、前記少なくとも３つの送信パルスのうちの第１の送信パルスが送信される時間と、前記第１の送信パルスとは異なる複数の第２の送信パルスがそれぞれ送信される時間との時間差の少なくとも１つが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成し、
前記第１の送信パルスに対応する前記反射パルスが受信された時間と、前記複数の第２の送信パルスに対応する複数の前記反射パルスがそれぞれ受信された時間との時間差を特定する
付記８に記載の測距方法。
【符号の説明】
【０１４１】
１  測距装置
２  生成部
４  送信部
６  受信部
８  特定部
１０  距離算出部
１００  測距装置
１０２  周波数オフセット発生器
１０４  変調信号生成部
１０６  光変調器
１０８  光源
１１０  パルス生成部
１２０  光送信部
１２２  光受信部
１３０  光干渉系ユニット
１３２  光電変換部
１３４  ＡＤコンバータ
１４０  バンドパスフィルタ
１５０  タイミング抽出部
１５４  時間差特定部
１６０  距離算出部
２００  測距装置
２０２  光源
２０４  送信パルス生成部
２０８  合波器
２１０  パルス生成部
２２４  光源
３００  測距装置
３０２  周波数オフセット発生器
３０４  変調信号生成部
３１０  パルス生成部
３４０  バンドパスフィルタ
３５０  タイミング抽出部
３５４  時間差特定部
４００  測距装置
４０２  周波数オフセット発生器
４０４  変調信号生成部
４１０  パルス生成部
４５４  時間差特定部
【図１】
2020079775.tif 000003
【図２】
2020079775.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020079775.tif 000008
【図７】
2020079775.tif 000009
【図８】
2020079775.tif 000010
【図９】
2020079775.tif 000011
【図１０】
2020079775.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年4月2日(2021.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットであって、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成する生成手段と、
生成された前記送信パルスセットを繰り返し送信する送信手段と、
前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信する受信手段と、
受信された複数の前記反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する特定手段と、
受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された前記時間差に対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する距離算出手段と
を有する測距装置。
【請求項２】
前記生成手段は、２つの前記送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、２つの前記送信パルスが送信される時間差が、前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、前記送信パルスセットを生成し、
前記特定手段は、前記送信パルスセットを構成する２つの前記送信パルスそれぞれに対応する２つの前記反射パルスの時間差を特定する
請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスは、基準周波数に対して互いに異なる周波数オフセットを有し、
前記特定手段は、互いに異なる周波数オフセット有する前記複数の反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する
請求項１又は２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記受信手段は、前記反射パルスを含む光信号を受信し、
受信された前記反射パルスの周波数オフセットを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記反射パルスの前記周波数オフセットごとに、受信された前記光信号を分離する分離手段と
をさらに有する請求項３に記載の測距装置。
【請求項５】
前記生成手段は、前記基準周波数の光信号を発する光源からの光信号を前記送信パルスごとに異なる周波数の光信号に変調することで、互いに異なる前記周波数オフセットを有する複数の前記送信パルスを生成する
請求項３又は４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスの少なくとも２つは、基準周波数に対して同じ周波数オフセットを有する
請求項１又は２に記載の測距装置。
【請求項７】
前記生成手段は、少なくとも３つの送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、前記少なくとも３つの送信パルスのうちの第１の送信パルスが送信される時間と、前記第１の送信パルスとは異なる複数の第２の送信パルスがそれぞれ送信される時間との時間差の少なくとも１つが、送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成し、
前記特定手段は、前記第１の送信パルスに対応する前記反射パルスが受信された時間と、前記複数の第２の送信パルスに対応する複数の前記反射パルスがそれぞれ受信された時間との時間差を特定する
請求項１に記載の測距装置。
【請求項８】
光信号の強度がパルス状に変化した複数の送信パルスで構成される送信パルスセットであって、複数の送信パルスそれぞれが送信される時間差が前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、送信パルスセットを生成し、
生成された前記送信パルスセットを繰り返し送信し、
前記送信パルスが測距対象物で反射した反射パルスを受信し、
受信された複数の前記反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定し、
受信された前記反射パルスの受信タイミングと、当該反射パルスに関して特定された前記時間差に対応する前記送信パルスの送信タイミングとに基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する
測距方法。
【請求項９】
２つの前記送信パルスで構成される前記送信パルスセットであって、２つの前記送信パルスが送信される時間差が、前記送信パルスセットの送信順序に応じて異なるように構成された、前記送信パルスセットを生成し、
前記送信パルスセットを構成する２つの前記送信パルスそれぞれに対応する２つの前記反射パルスの時間差を特定する
請求項８に記載の測距方法。
【請求項１０】
前記送信パルスセットを構成する前記複数の送信パルスは、基準周波数に対して互いに異なる周波数オフセットを有し、
互いに異なる周波数オフセット有する前記複数の反射パルスそれぞれが受信された時間差を特定する
請求項８又は９に記載の測距方法。
【国際調査報告】
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