[发明专利]时间差测量装置和距离测量装置以及距离测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及时间差测量装置和距离测量装置以及距离测量方法，更详细地说，涉及非常短的时间间隔的脉冲信号之间的时间差测量的改进。

背景技术

可代表近年的测量设备的距离测量装置将例如激光或微波等的测量波对距离测量对象进行照射，检测来自该距离测量对象的反射波(以下，总称为测量波)，并基于该测量波的发射时和检测时的时间差来求出测量波的往返行进距离，由此，计算到距离测量对象为止的距离(单程的距离)。

这里，时间差(时间间隔)的测量是，例如通过产生具有与从测量波的发射到检测为止的时间差相比极短的已知的周期的高频时钟信号，并对在测量波的发射时到检测时为止的期间所产生的该高频时钟信号的时钟数进行计数，在该计数值乘以周期来进行。但是，在这样的测量中，为了提高测量精度而需要提高时钟信号的频率，但用于提高时钟信号的产生频率存在界限。

因此，考虑使多个相同频率的高频时钟信号相互错开规定的相位而产生，并对各时钟信号的时钟数进行计数，从而使时钟信号的频率模拟地高频化的方法。但是，在这个方法中，需要提高精度的可靠性，并需要与该产生的时钟信号的数目对应的测量的重复，所以导致测量时间长、在实用上存在问题。

为了解决这个问题，本申请人提出了以下技术：分别以规定的时间间隔多次重复产生与测量波的发射时同步的开始信号和与检测时同步的终止信号，将在比该重复的周期短的周期产生的正弦波等基准信号，用重复的开始信号进行采样，并且用重复的终止信号进行采样，从而求通过开始信号的采样所得到的第1采样波和通过终止信号的采样所得到的第2采样波之间的相位差，并基于该相位差来求开始信号和终止信号之间的相位差，将所得到的相位差换算为时间差(专利文献1)。

但是，上述提出的技术，多次产生开始信号和终止信号，需要进行多次的检测，从测量的进一步的迅速化的观点出发是不利的。

而且，该提出的技术，因多个开始信号和多个终止信号分别作为采样信号来起作用，所以要求开始信号之间的产生间隔以及终止信号之间的产生间隔也要正确地一定，需要控制其产生间隔保持为一定。

因此，本申请人提出了用于解决这些问题的技术。即，一种时间差测量装置，产生例如正弦波信号和余弦波信号那样，互相具有π/2[rad]的相位差，频率已知的两个基准信号的状态下，等待开始信号和终止信号的产生，在开始信号和终止信号的各产生定时，对两个基准信号进行采样而分别检测各基准信号的振幅，基于开始信号的两个基准信号的振幅，求出开始信号检测时的相位，基于终止信号的两个基准信号的振幅，求出终止信号检测时的相位，基于开始信号检测时的相位和终止信号检测时的相位之间的差(相位差)以及这些基准信号的已知周期，求出开始信号和终止信号之间的产生时间差(专利文献2)。

根据该时间差测量装置，只要检测一次开始信号和终止信号的组，就能够正确地求出开始信号和终止信号的产生时间差。

即，例如图7所示，作为两个基准信号而产生正弦波信号和余弦波信号(正弦波信号的相位延迟了π/2[rad]的信号)，在开始信号和终止信号的定时对两个基准信号进行采样，求出各定时中的各基准信号的振幅A11(开始信号的产生定时的正弦波信号的振幅)、A12(开始信号的产生定时的余弦波信号的振幅)、A21(终止信号的产生定时的正弦波信号的振幅)、A22(终止信号的产生定时的余弦波信号的振幅)，将与开始信号的产生定时对应的余弦波信号的振幅A12和正弦波信号的振幅A11在xy平面上描画，则如图8A所示那样，得到交点Pstart，这些振幅比(A11/A12)的反正切值arctan(A11/A12)(＝tan^-1(A11/A12))表示从正弦波信号(或余弦波信号)的相位为0的定时开始的相位的偏移量θ_start(＝tan^-1(A11/A12))。

同样地，将与终止信号的产生定时对应的余弦波信号的振幅A22和正弦波信号的振幅A21在xy平面上描画，则如图8B所示那样，得到交点Pstop，这些振幅比(A21/A22)的反正切值arctan(A21/A22)表示从正弦波信号(或余弦波信号)的相位为0的定时开始的相位的偏移量θ_stop(＝tan^-1(A21/A22))。

因此，开始信号的产生定时和终止信号的产生定时之间的基准信号的相位差Δθ通过下式来求出，

Δθ＝θ_stop-θ_start

将基准信号的周期作为Ts[秒]，开始信号的产生定时和终止信号的产生定时的时间差Δt可以通过下式来求出，