JP2011145109A

JP2011145109A - 光波距離測定装置

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Publication number: JP2011145109A
Application number: JP2010004235A
Authority: JP
Inventors: Fumio Otomo; 文夫大友; Kaoru Kumagai; 薫熊谷
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2011-07-28
Also published as: EP2343573B1; EP2343573A1; US8908156B2; US20110169948A1

Abstract

【課題】測定対象物の画像データと画素毎の距離データが得られる様にした光波距離測定装置を提供する。
【解決手段】測距光を変調して測定対象物に照射する投光部１と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光部６と、受光信号を記憶する信号処理部７と、前記受光部及び前記信号処理部を制御して受光信号を取得する信号処理制御９と、受光信号に基づき測定対象物迄の距離を演算する演算処理器８とを有し、前記受光部は、所定の配列で配置された複数の画素１１と、各画素からの受光信号を蓄積し、１周期を所定数分割した内の１分割分の受光量を検出し、検出結果を時系列に出力する出力部１５とを有し、前記信号処理制御部は、一周波毎に受光量を検出する分割部分の位置を順次変更し、前記演算処理器は、少なくとも１周期分の検出結果に基づき一周波分の波形を演算すると共に、照射した前記測距光に対する前記波形の位相差を求め、該位相差より距離を演算する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像の取得と共に画像中の対象物迄の距離及び対象物の立体形状の測定が可能な光波距離測定装置に関するものである。

光波距離測定方法の１つに、位相測定を用いて距離を測定する方法がある。この光波距離測定方法では、高周波の光信号を測定対象物に照射し、測定対象物からの反射光を電気信号に変換し、電気回路の周波数変換器で低周波に変換（ビートダウン）し、低周波の位相を検出することで距離を求めるものである。

光波距離測定方法の特徴は、高周波での位相は低周波に変換した場合に、低周波の位相として保存される特性を利用したものであり、高分解能な測定を可能とする。

然し、例えば測定対象物の立体的な形状を測定する為等では数千点以上もの多数点について測定を実行しなければならないが、従来の光波距離測定方法では、一度に一点の測定を行うものであり、一点一点を順次測定することになるので、多くの測定時間が必要となる。或は複数の測定装置を用いたとしても、大幅な改善は期待できなかった。

特開平５−１３４０４２号公報特開２００４−４５３０４号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、測定対象物を撮像し、測定対象物の画像データを取得すると共に、取得した画像信号から各画素毎での光波距離測定を可能とし、測定対象物の画像データと画素毎の距離データが得られる様にした光波距離測定装置を提供するものである。

本発明は、測距光を所定の周波数に変調して測定対象物に向って照射する投光部と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光部と、受光部からの受光信号を記憶する信号処理部と、該信号処理部に記憶された受光信号に基づき測定対象物迄の距離を演算する演算処理器と、前記受光部及び前記信号処理部を制御して各画素毎で距離を演算する為の受光信号を取得する信号処理制御部とを具備し、前記受光部は、所定の配列で配置された複数の画素と、各画素に対応して設けられ、各画素からの受光信号を蓄積し、１周期を所定数分割した内の１分割分の受光信号の受光量を検出し、検出結果を時系列に出力する出力部とを有し、前記信号処理部は、前記検出結果を各画素に対応して格納する記憶部を有し、
前記信号処理制御部は、一周波毎に受光量を検出する分割部分の位置を順次変更し、検出範囲が少なくとも１周期以上となる迄検出を繰返し、前記演算処理器は、各画素について前記記憶部に格納された少なくとも１周期分の検出結果に基づき少なくとも一周波分の波形を演算すると共に、照射した前記測距光に対する前記波形の位相差を求め、該位相差より距離を演算する様にした光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、第１周波数を発生する手段と、第１周波数と隣接した第２周波数を発生する手段と、第１周波数を有する変調光で測定対象物を照射する照射手段と、測定対象物からの反射光を所定の配列で配置された複数の画素で受光する受光部と、前記複数の画素で得られるそれぞれの光検出信号を前記第２周波数で変調し、第１周波数と、第２周波数の差である差周波信号を、それぞれの光検出信号に対応して得る差周波発生手段と、前記それぞれの差周波信号の波形を分割し、前記画素の配列順に従って分割部分の差周波信号をサンプリングデータとして順次読取り、更に分割部分の読取りを１周波毎に順次変更し、前記差周波信号の少なくとも１周期以上に亘って繰返し、読取る手段と、前記サンプリングデータに基づき差周波信号を求める手段と、得られた差周波信号の位相を検出して距離を演算する演算手段とを具備する光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、前記受光部は、前記画素で発生する電荷、又はそれに応じて発生する電荷の蓄積を制御して、光検出信号を前記第２周波数に変調する手段を有する光波距離測定装置に係り、又差周波発生手段により得られる差周波信号の周期は、差周波の波形のデータ取得周期の整数倍にならない関係に設定し、差周波信号の複数周期に亘る波形データから位相を測定する光波距離測定装置に係り、又参照光学系を更に具備し、該参照光学系により測定対象物を照明する変調光の一部を前記受光部の一部の画素に導き、前記参照光学系で得られる差周波の位相を基準位相として、前記受光部の残りの画素からの受光信号に基づき得られる差周波の位相と前記基準位相との位相差を求め、該位相差に基づき距離を演算する光波距離測定装置に係るものである。

本発明によれば、測距光を所定の周波数に変調して測定対象物に向って照射する投光部と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光部と、受光部からの受光信号を記憶する信号処理部と、該信号処理部に記憶された受光信号に基づき測定対象物迄の距離を演算する演算処理器と、前記受光部及び前記信号処理部を制御して各画素毎で距離を演算する為の受光信号を取得する信号処理制御部とを具備し、前記受光部は、所定の配列で配置された複数の画素と、各画素に対応して設けられ、各画素からの受光信号を蓄積し、１周期を所定数分割した内の１分割分の受光信号の受光量を検出し、検出結果を時系列に出力する出力部とを有し、前記信号処理部は、前記検出結果を各画素に対応して格納する記憶部を有し、前記信号処理制御部は、一周波毎に受光量を検出する分割部分の位置を順次変更し、検出範囲が少なくとも１周期以上となる迄検出を繰返し、前記演算処理器は、各画素について前記記憶部に格納された少なくとも１周期分の検出結果に基づき少なくとも一周波分の波形を演算すると共に、照射した前記測距光に対する前記波形の位相差を求め、該位相差より距離を演算する様にしたので、測定対象物の画像を取得すると同時に、画像を構成する各画素の距離を測定し得、測定対象物の３次元形状を測定することができる。

又本発明によれば、第１周波数を発生する手段と、第１周波数と隣接した第２周波数を発生する手段と、第１周波数を有する変調光で測定対象物を照射する照射手段と、測定対象物からの反射光を所定の配列で配置された複数の画素で受光する受光部と、前記複数の画素で得られるそれぞれの光検出信号を前記第２周波数で変調し、第１周波数と、第２周波数の差である差周波信号を、それぞれの光検出信号に対応して得る差周波発生手段と、前記それぞれの差周波信号の波形を分割し、前記画素の配列順に従って分割部分の差周波信号をサンプリングデータとして順次読取り、更に分割部分の読取りを１周波毎に順次変更し、前記差周波信号の少なくとも１周期以上に亘って繰返し、読取る手段と、前記サンプリングデータに基づき差周波信号を求める手段と、得られた差周波信号の位相を検出して距離を演算する演算手段とを具備するので、測定対象物の画像を取得すると同時に、画像を構成する各画素の距離を測定し得、測定対象物の３次元形状を測定することができる。

又本発明によれば、前記受光部は、前記画素で発生する電荷、又はそれに応じて発生する電荷の蓄積を制御して、光検出信号を前記第２周波数に変調する手段を有するので、全ての画素について同時に受光信号が得られ、画素間の時間遅れがなく、画素間での測距誤差がなく、得られる画像の歪みがなくなる。

又本発明によれば、参照光学系を更に具備し、該参照光学系により測定対象物を照明する変調光の一部を前記受光部の一部の画素に導き、前記参照光学系で得られる差周波の位相を基準位相として、前記受光部の残りの画素からの受光信号に基づき得られる差周波の位相と前記基準位相との位相差を求め、該位相差に基づき距離を演算するので、受光部、光波距離測定装置の内部回路のドリフト等の影響が相殺され、測定精度が向上する等の優れた効果を発揮する。

本発明を示す概念図である。本発明の第１の実施例の概略ブロック図である。（Ａ）〜（Ｆ）は、第１の実施例に於ける受光信号に基づき反射測距光の位相差を求める場合の説明図である。第１の実施例で用いられる受光部の一例を示す概略回路図である。第２の実施例の概略ブロック図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の概念図、図２は本発明の１実施例に係る光波距離測定装置の概略ブロック図を示している。

図１中、１は投光光学系、２は発光素子、５は受光光学系、１２は受光素子を示し、前記発光素子２から発せられたレーザ光線は前記投光光学系１を介して測距光３１として測定対象物３２に照射され、該測定対象物３２からの反射測距光３１′は、前記受光光学系５を介して前記受光素子１２に受光される。

又、前記受光素子１２は多数の画素がマトリックス状に配列されたアレイセンサであり、図１中に示される格子３３は、前記受光素子１２の受光面と対応させた仮想面であり、前記格子３３中の１枡が前記受光素子１２の画素に対応している。

図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してあり、１は投光光学系、２はレーザダイオード等の発光素子、３は発光素子２を発光させる為の発光駆動器、５は受光光学系、６は受光部、７は信号処理部、８は演算処理器（ＣＰＵ）、９は信号処理制御部を示している。

前記発光駆動器３は、前記信号処理制御部９から出力される発光周波数Ｆｅに基づき、前記発光素子２を駆動し、該発光素子２は発光周波数Ｆｅで変調したレーザ光線を照射する。

前記受光部６は、画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎ（以下、画素を総称する場合は画素１１とする）からなる受光素子１２と、受光検出制御部１３と、出力部１５とを有し、前記受光素子１２は、前記画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎがマトリックス状に配置されたアレイセンサであり、各受光素子１２は受光光量を電気信号（電荷）に変換して出力し、又前記画素１１は前記受光素子１２上での位置が特定できる様になっている。

前記受光検出制御部１３は、各画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎそれぞれに対応する受光検出制御器１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，…１４ｎ（以下受光検出制御器を総称する場合は受光検出制御器１４とする）を具備し、各受光検出制御器１４は対応する画素１１からの信号を検出変調信号（後述）に基づき、受光信号の周波数を差周波の周波数Ｆｐに変調（ビートダウン）して出力する。

更に、前記出力部１５は、前記受光検出制御器１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，…１４ｎで変調された受光信号を、前記信号処理制御部９からのタイミング信号に基づき所定の順序で順次出力する。即ち、前記受光素子１２が受光した１フレーム分の信号を、１フレーム分毎に、所定の順序で順次出力する。

前記信号処理部７は、Ａ／Ｄ信号処理部１７、記憶部１８を有し、前記Ａ／Ｄ信号処理部１７は前記出力部１５からの受光信号をＡ／Ｄ変換すると共に、前記信号処理制御部９からのタイミング信号に基づき、変換した受光信号を、各画素１１に対応させ、前記記憶部１８の所定の番地に、更に受光信号を検出した時の位相角（後述）に関連付けて書込む。

前記記憶部１８は、前記受光素子１２の１フレーム分と対応するフレームメモリ１９を所要数、例えば後述する変調周波数の１周期分割数に対応した数だけ、例えば１周期を８分割した場合、少なくとも８のフレームメモリ１９を有している。

前記演算処理器８は、前記フレームメモリ１９−１〜１９−８に格納された受光信号の内、各フレームメモリ１９−１〜１９−８の同一番地に格納された受光信号毎に、該受光信号に基づき、距離を演算する。即ち、前記画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎの全てについて、距離を演算する。

前記信号処理制御部９は、前記発光素子２の発光照射及び前記受光部６の受光、受光信号の変調、前記信号処理部７に於ける前記記憶部１８への書込みの制御、前記受光素子１２の受光検出、受光信号の入出力及び処理等信号処理に関する同期制御を行うものであり、発光変調周波数（Ｆｅ）を持つ発光変調信号を発する第１発振器２１、該発光変調信号から所定の周波数（Ｆｅ／Ｎ）に分周した分周信号を発する分周器２２、シンセサイザ２３、タイミングパルス発生器２４を具備している。

前記シンセサイザ２３は、更に周波数Ｆｐ（＝Ｆｅ（１−１／Ｎ））の差周波信号を発する第２発振器２５、カウンタ２６、位相検出器２７を具備している。

前記分周器２２からの分周信号は、前記位相検出器２７に入力され、該位相検出器２７は分周信号に基づく同期信号を発する。前記位相検出器２７からの信号に同期して、前記第２発振器２５からは、差周波信号と同等のＦｐ（＝Ｆｅ（１−１／Ｎ））の変調周波数を有する検出変調信号が前記受光部６に出力される。又、前記第２発振器２５からの検出変調信号は前記カウンタ２６を介してＦｅ／Ｎの周波数を有するフィードバック信号に変換され、前記位相検出器２７にフィードバックされ、検出変調信号と分周信号とが同期する様に制御される。

又、前記シンセサイザ２３から周波数Ｆｐの検出変調信号と周波数Ｆｅ／Ｎの分周信号が前記タイミングパルス発生器２４に入力され、該タイミングパルス発生器２４は検出変調信号と分周信号に基づき、前記出力部１５に受光信号出力の為のタイミング信号、前記Ａ／Ｄ信号処理部１７に信号処理する為のタイミング信号、前記記憶部１８に信号を格納する為のタイミング信号を発する。

図３を参照して、本実施例の作用を説明する。

前記投光光学系１からは、周波数Ｆｅに変調されたレーザ光線（測距光３１）が照射され、測定対象物３２で反射された測距光３１は反射測距光３１′（周波数Ｆｅ）として前記受光光学系５を経て前記受光素子１２に入射する。

該受光素子１２の全ての画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎは同時に、前記反射測距光３１′を受光し、前記画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎから同時に受光信号が出力される。出力される受光信号は、周波数Ｆｅを持っており、前記受光検出制御部１３の各受光検出制御器１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，…１４ｎは、それぞれ対応する画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎからの受光信号を、前記検出変調信号に基づき周波数Ｆｅから周波数Ｆｐにビートダウンすると共に前記周波数（Ｆｅ／Ｎ）に同期して前記画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎからの受光信号を１周波の予め設定した位相角分に限って検出し、検出した信号をそれぞれ一時的に蓄積する。

ここで、受光信号を検出する位相角の範囲は、例えば、１周期を２等分した位相角度、即ちπとする（図３（Ａ）参照）。

全ての画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎ、即ち１フレーム分の受光信号を反射測距光３１′の１周波の所定位相角に限って検出し、蓄積する。

尚、特に図示していないが、前記受光素子１２から出力される受光信号は、画像信号としても取得される。

又、受光信号の１周期を所要等分し、１周波については、１つの分割位置で受光信号を検出する様にし、次の周波については隣接する分割位置で受光信号を検出する。周波毎に順次分割位置を変更し、合計した検出範囲が少なくとも１周期となる様に検出を繰返す。更に、測定精度を向上させる場合は、２周期分或は３周期分以上検出を繰返す。

前記出力部１５には、前記タイミングパルス発生器２４からのタイミング信号に同期して、前記画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎからの受光信号が周波数変調されて入力され、前記出力部１５は、画素１１の番地に従って、時系列に前記Ａ／Ｄ信号処理部１７に出力される。該Ａ／Ｄ信号処理部１７は、前記タイミングパルス発生器２４からのタイミング信号に同期して、Ａ／Ｄ変換すると共に信号に番地付を行い、又分割した１周期の第何番目か、例えば１番目、即ち位相角０゜に関連付けられ、前記記憶部１８の１番目のフレームメモリ１９−１の所定の番地に格納する。

而して、前記受光素子１２の全ての画素１１について、前記１番目のフレームメモリ１９−１の定められた番地に受光信号を第１サンプリングデータとして格納する。

次に、前記反射測距光３１′の２番目の周波として、次に来る周波、又は所定時間間隔後に到達する周波について同様に受光信号を検出し蓄積する。但し、取込むタイミングは、最初の検出タイミングに対して、１周波を所要分割した位相角後とする。例えば、１周期を８分割した場合、２番目の周波に対して受光信号を取込むタイミングは、π／４だけ位相角が遅れたタイミングとなる（図３（Ｂ）参照）。

２番目の周波について、同様に前記出力部１５からは時系列で受光信号が出力され、又前記Ａ／Ｄ信号処理部１７によってＡ／Ｄ変換された後、前記２番目のフレームメモリ１９−２に、全ての前記画素１１についての受光信号を第２サンプリングデータとして、２番目の周波、及び位相角π／２であることと関連付けて格納する。

同様にして３番目の周波、４番目の周波、５番目の周波について、π／２、３π／４、πだけ位相角のずれたタイミングで受光信号を検出し、蓄積する（図３（Ｂ）参照）。

更に、同様にして３番目の周波、４番目の周波、…、８番目の周波について、全ての画素１１の受光信号を第３サンプリングデータ〜第８サンプリングデータとして前記フレームメモリ１９−３，１９−４，…，１９−８に順次格納する。前記信号処理制御部９は、必要なサンプリングデータが取得できる迄、前記タイミング信号を出し続ける。

図３（Ｃ）〜図３（Ｆ）により、前記記憶部１８に格納されたサンプリングデータに基づき、前記反射測距光３１′を受光した場合に形成される波形について説明する。

図３（Ｃ）は分周波、即ち照射される測距光３１の周波数を分周波にビートダウンした場合の波形であり、図３（Ｄ）は、前記分周波に基づき照射光量が時間と共に変化する様、波形を変更した状態を示している。

図３（Ｅ）は、前記反射測距光３１′を分周波と同周波数にビートダウンした場合を示している。このビートダウンした反射測距光３１′について、前記受光検出制御部１３により、受光信号の検出、蓄積を行う。

例えば、画素１１ａについて受光信号がπ／２だけ、位相φが遅れて反射測距光３１′が入射したとすると、最初の周波について検出した（図３（Ｂ）の１のタイミングで検出）受光光量は最大受光光量の１／２となり、最大受光光量の１／２が第１サンプリングデータとして前記フレームメモリ１９−１の１番地に格納される。

２番目の周波について検出した（図３（Ｂ）の２のタイミングで検出）受光光量は最大受光光量の３／４となり、最大受光光量の３／４が第２サンプリングデータとして前記フレームメモリ１９−２の１番地に格納される。

３番目の周波について検出した（図３（Ｂ）の３のタイミングで検出）受光光量は最大受光光量の１／１となり、最大受光が第１サンプリングデータとして前記フレームメモリ１９−３の１番地に格納される。

同様にして、受光検出タイミングがπ／４ずつ遅れ、４番目の周波については、最大受光光量の３／４が、５番目の周波については、最大受光光量の１／２が、６番目の周波については、最大受光光量の１／４が、７番目の周波については、受光光量の０が、８番目の周波については、最大受光光量の１／２がそれぞれサンプリングデータとして、フレームメモリ１９−４〜１９−８番目の１番地に格納される。

次に、前記演算処理器８は、前記フレームメモリ１９−１〜１９−８の１番地に格納されたサンプリングデータを読込み、該受光信号の検出した順番、検出した時の位相、及び受光光量に基づき周波を合成する。合成した周波は図３（Ｆ）となり、該周波は図３（Ｆ）は図３（Ｄ）で示す、発光周波に対して位相φがπ／２だけ遅れているのが分る。

前記演算処理器８に於いて、前記発光周波に於ける位相φの遅れπ／２に対する時間を求め、光速を乗することで、前記画素１１ａに対応する前記測定対象物３２の点の距離が求められる。即ち、前記測定対象物３２に対して、分割数に相当する数のフレームメモリ１９分の画像データを取得することで、前記画素１１ａについての測距が行える。

又、上記説明は１番地の画素１１ａについて説明したが、前記受光素子１２の全ての画素１１について同様に実行でき、全ての画素について、測距が行える。而して、測定対象物について画像を取得すると共に、画像を構成する各画素についての測距データも同時に取得でき、測定対象物の立体的な形状も測定できる。

更に、前記受光素子１２の全ての画素１１について、同時に受光し、同時に受光データを得るので、画素１１間で受光時間の遅れはなく、取得した撮像画像に歪みはなく、測距データには画素１１間での測定誤差は生じない。

尚、上記説明では、１周波（２π）分の受光信号を取得する様にしたが、半周波（π）分の受光信号を取得し、半周波分を受光信号より合成し、残りは演算により求める様にしてもよい。或は、前記反射測距光３１′の遅れの位相を検出するだけでよいので、半周波分だけ合成し得る受光信号を得る様にしてもよい。

取得する受光信号を少なくすることで、前記フレームメモリ１９の数を少なくでき、又データ処理量が少なくなるので、光波距離測定装置のコストの低減、処理能力の軽減が図れる。

又、上記説明では、前記記憶部１８をフレームメモリ１９で構成したが、前記記憶部１８に各画素１１に対応させた格納領域を具備していればよい。

図４は、前記受光部６の一例を示している。

前記受光素子１２は、画素１１がマトリックス状に配設されたアレイセンサであり、全ての前記画素１１から出力される受光信号が、１フレームの画像信号を形成する。

前記受光検出制御部１３は、各画素１１に対してそれぞれ第１スイッチング手段であるトランジスタ３４と、電荷蓄積手段であるコンデンサ３５とを具備し、前記第２発振器２５からの検出変調信号により前記トランジスタ３４のスイッチングが制御され、前記コンデンサ３５への電荷の蓄積が制御される。

又、前記出力部１５は、第２スイッチング手段であるトランジスタ３６と、該トランジスタ３６から出力される信号を時系列で出力する出力制御手段であるマルチプレクサ３７を具備し、前記トランジスタ３６のスイッチングは前記タイミング信号によって制御される。

前記トランジスタ３４による前記コンデンサ３５への電荷の蓄積状態の制御、及び前記トランジスタ３４による前記コンデンサ３５へ蓄積された電荷の解放状態の制御の協働により、前記画素１１から出力される受光信号の周波数が所要の周波数に変調（ビートダウン）される。

図５は、本発明の第２の実施例を示している。尚、図５中、図２中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

投光光学系１の測距光３１の光路中に設けられた第１反射手段３９と、受光光学系５に設けられた第２反射手段４０とを有する参照光学系４１が設けられ、該参照光学系４１は、発光素子２から照射される前記測距光３１の一部を前記受光光学系５に導き、内部参照光として受光素子１２の一部の画素１１（図示せず）に入射させている。尚、前記参照光学系４１は、既知の光学長を有している。

第２の実施例では、内部参照光を受光した画素１１′からの受光信号についても、前記反射測距光３１′を受光した他の画素１１からの受光信号と同様に、差周波（ビートダウンした）の位相を検出する。他の画素１１から得られた前記測距光３１についての差周波の位相と内部参照光の位相との差を求め、求めた位相差に基づき測距を行う。

前記測距光３１の位相と内部参照光の位相との差を求めることで、前記受光素子１２或は前記信号処理部７、前記信号処理制御部９のドリフト等が相殺でき、測定精度が向上する。

尚、上記実施例では、前記受光素子１２で受光後、周波数をビートダウンしたが、予めビートダウンしたレーザ光線を前記発光素子２より射出する様にし、前記受光素子１２側での周波数変換機能を省略してもよい。

又、前記受光素子１２を構成する前記画素１１の配列は、受光面上での位置が特定できればよく、ライン状に配列されていても、或は同心円状に配列されていてもよい。

１投光光学系
２発光素子
３発光駆動器
５受光光学系
６受光部
７信号処理部
８演算処理器
９信号処理制御部
１１画素
１２受光素子
１３受光検出制御部
１４受光検出制御器
１５出力部
１７Ａ／Ｄ信号処理部
１８記憶部
２１第１発振器
２５第２発振器
４１参照光学系

Claims

測距光を所定の周波数に変調して測定対象物に向って照射する投光部と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光部と、受光部からの受光信号を記憶する信号処理部と、該信号処理部に記憶された受光信号に基づき測定対象物迄の距離を演算する演算処理器と、前記受光部及び前記信号処理部を制御して各画素毎で距離を演算する為の受光信号を取得する信号処理制御部とを具備し、前記受光部は、所定の配列で配置された複数の画素と、各画素に対応して設けられ、各画素からの受光信号を蓄積し、１周期を所定数分割した内の１分割分の受光信号の受光量を検出し、検出結果を時系列に出力する出力部とを有し、前記信号処理部は、前記検出結果を各画素に対応して格納する記憶部を有し、前記信号処理制御部は、一周波毎に受光量を検出する分割部分の位置を順次変更し、検出範囲が少なくとも１周期以上となる迄検出を繰返し、前記演算処理器は、各画素について前記記憶部に格納された少なくとも１周期分の検出結果に基づき少なくとも一周波分の波形を演算すると共に、照射した前記測距光に対する前記波形の位相差を求め、該位相差より距離を演算する様にしたことを特徴とする光波距離測定装置。
第１周波数を発生する手段と、第１周波数と隣接した第２周波数を発生する手段と、第１周波数を有する変調光で測定対象物を照射する照射手段と、測定対象物からの反射光を所定の配列で配置された複数の画素で受光する受光部と、前記複数の画素で得られるそれぞれの光検出信号を前記第２周波数で変調し、第１周波数と、第２周波数の差である差周波信号を、それぞれの光検出信号に対応して得る差周波発生手段と、前記それぞれの差周波信号の波形を分割し、前記画素の配列順に従って分割部分の差周波信号をサンプリングデータとして順次読取り、更に分割部分の読取りを１周波毎に順次変更し、前記差周波信号の少なくとも１周期以上に亘って繰返し、読取る手段と、前記サンプリングデータに基づき差周波信号を求める手段と、得られた差周波信号の位相を検出して距離を演算する演算手段とを具備することを特徴とする光波距離測定装置。
前記受光部は、前記画素で発生する電荷、又はそれに応じて発生する電荷の蓄積を制御して、光検出信号を前記第２周波数に変調する手段を有する請求項１又は請求項２の光波距離測定装置。
差周波発生手段により得られる差周波信号の周期は、差周波の波形のデータ取得周期の整数倍にならない関係に設定し、差周波信号の複数周期に亘る波形データから位相を測定する請求項２の光波距離測定装置。
参照光学系を更に具備し、該参照光学系により測定対象物を照明する変調光の一部を前記受光部の一部の画素に導き、前記参照光学系で得られる差周波の位相を基準位相として、前記受光部の残りの画素からの受光信号に基づき得られる差周波の位相と前記基準位相との位相差を求め、該位相差に基づき距離を演算する請求項１又は請求項２の光波距離測定装置。