JP2020034304A - 電子装置および測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施形態に係る電子装置の構成例を示すブロック図である。図1の電子装置1は、物体2との間の距離を測定する、距離測定装置である。電子装置1は、光源10と、検出回路11と、A/Dコンバータ(ADC)12と、処理回路13とを備えている。処理回路13は、内部の構成要素として等化器14と、演算部15と、制御部16とを含む。
第1の実施形態に係る波形整形回路は、最終段でディジタル加算を行うことによって、成形後のパルスを出力していた。ただし、第1の実施形態で説明した波形整形回路の構成は一例にしかすぎない。例えば、最終段でアナログ的な加算処理を行って成形後のパルスを出力してもよい。以下では、アナログ的な加算処理を行う波形整形回路の例について述べる。
第2の実施形態では、アナログ的な加算処理を行う波形整形回路の例について説明した。ただし、アナログ的な加算処理が実現できるのは、図11の回路に限られない。第2の実施形態に係る波形整形回路を使うと、整形後のパルスが電流信号として出力される。ただし、整形後にパルスとして電圧信号が出力される回路を用いることを妨げるものではない。第3の実施形態では、アナログ的な加算処理を行う回路のもうひとつの例について説明する。
不感時間(デッドタイム)の短いAPD(アバランシェフォトダイオード)を使った場合、APDからは小さい時間間隔で次々の電気信号のパルスが出力される。パルス回路によって、パルスが略矩形状に整形されても、パルス間の間隔は小さいままである。図14は、不感時間の短いAPDを使ったときにパルス回路から出力される信号の例を示している。図14のグラフの縦軸は波形の振幅、横軸は時間を示している。波形の振幅の例としては、電流値、電圧値が挙げられる。
第4の実施形態に係る検出回路において、デマルチプレクサ回路の各チャネルに接続された波形整形回路は、略矩形状のパルスをより狭い周波数帯域幅で伝送可能なパルスに整形する機能を備えていた。ただし、波形整形回路の一部の機能を省略してもよい。
第4の実施形態に係る検出回路において、デマルチプレクサ回路の各チャネルに波形整形回路を接続した目的のひとつは、高周波成分を含む広い周波数帯域を使わなくても電気信号が伝送できるよう、電気信号に含まれるパルスを整形することであった。波形整形回路以外の回路を使うことによっても、上述の目的を達成することができる。以下では、第4の実施形態に係る検出回路との差異点を中心に、第2の変形例に係る検出回路を説明する。
第2の変形例で述べた波形整形回路からフィルタ回路への置き換えは、第1の実施形態に係る検出回路についても行うことができる。以下では、第1の実施形態に係る検出回路との差異点を中心に、第5の実施形態に係る検出回路を説明する。
第1の実施形態に係る電子装置では、検出回路の後段にA/Dコンバータが接続されていた。ただし、この構成は一例にしか過ぎず、検出回路の後段に接続される構成要素の種類については特に問わない。例えば、検出回路11の出力信号の属性によって、異なる構成要素を出力してもよい。出力信号の属性の例としては、アナログ信号とディジタル信号の区別、ディジタル信号の同期化の有無、周波数帯域、電流信号と電圧信号の区別、振幅の量子化の有無、波形の振動方向などが挙げられるが、出力信号の属性はこれらに限られない。以下では、第1の実施形態に係る電子装置との差異点を中心に、第6の実施形態に係る電子装置を説明する。
第1の実施形態に係る電子装置は、物体との間の距離を測定する装置(距離測定装置)であった。ただし、本発明の実施形態に係る電子装置は、距離測定装置に限られない。すなわち、上述の各実施形態および各変形例で説明した検出回路を備える装置であれば、どのような種類の装置であってもよい。例えば、本発明の実施形態に係る電子装置は、光通信装置、レーザレーダ、蛍光計測装置、蛍光顕微鏡、光子数識別機、バーコードリーダ、撮像装置、γ線検出装置、X線検出装置などであってもよい。
第8の実施形態では、電子装置のハードウェア構成の一例について説明する。例えば、上述の各実施形態および変形例における処理回路13の少なくとも一部を図23のコンピュータ100によって構成してもよい。第1の実施形態に係る電子装置の光源へパルスを生成させる指令をコンピュータ100に送信させてもよい。また、第7の実施形態に係る電子装置の演算部から演算結果を取得し、コンピュータ100の表示装置に表示させてもよい。
2 物体
3 出射光
4 反射光
4a 電磁波
5 環境光
10 光源
11、11a、11b、11c 検出回路
12 A/Dコンバータ(ADC)
12a サンプラ回路
13 処理回路
14 等化器
15 演算部
16 制御部
20a、20b、20c、20d、20e、20f ブランチ
21 APD(アバランシェフォトダイオード)
22 クエンチ回路
23 パルス回路
24、24a、29 波形整形回路
24c、29a フィルタ回路
25、52 加算器
26a、26b、27a、27b、33、34、35、42、43、47 パルス
28 デマルチプレクサ回路
30 コンパレータ
31 遅延器
32 アンド回路
36 パルス幅調整回路
37a、37b 遅延器
38a、38b、38c 乗算器
39、52 加算器
40、40a、40b、40c 電流源
41a、41b、41c 抵抗
44 カウンタ回路
45 遅延回路
46 出力回路
49a、49b、49c スイッチ
50a、50b、50c、51a、51b、51c、51d 配線
100 コンピュータ
101 プロセッサ
102 入力装置
103 表示装置
104 通信装置
105 記憶装置
106 バス
Claims (14)
- 第1のアバランシェフォトダイオードと、
第2のアバランシェフォトダイオードと、
前記第1のアバランシェフォトダイオードからの出力信号を第1のパルスに整形する第1のパルス回路と、
前記第2のアバランシェフォトダイオードからの出力信号を第2のパルスに整形する第2のパルス回路と、
前記第1のパルスを前記第1のパルスより狭い周波数帯域幅の第3のパルスに整形する第1の波形整形回路と、
前記第2のパルスを前記第2のパルスより狭い周波数帯域幅の第4のパルスに整形する第2の波形整形回路と、
前記第3のパルスと前記第4のパルスとを加算して出力する加算器とを備える
電子装置。 - 複数のアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードからの出力信号を第1パルスに整形する複数のパルス回路と、
前記第1パルスを前記第1パルスより狭い周波数帯域幅の第2パルスに整形する複数の波形整形回路と、
複数の前記波形整形回路から出力された前記第2パルスを加算して出力する加算器とを備える
電子装置。 - 前記第1パルスを検出したら、所定の期間の経過後に前記第1パルスを複数のチャネルに振り分けて出力するデマルチプレクサ回路を備え、
前記チャネルごとに前記波形整形回路が設けられている、
請求項2に記載の電子装置。 - 前記デマルチプレクサ回路は、前記第1パルスを検出したらカウンタの値を更新するカウンタ回路と、前記第1パルスを所定の期間遅延させてから出力する遅延回路と、前記遅延回路から出力された前記第1パルスを前記カウンタの前記値に対応するチャネルより出力する出力回路とを含む、
請求項3に記載の電子装置。 - 前記パルス回路によって生成される前記第1パルスは、略矩形状である、
請求項2ないし4のいずれか一項に記載の電子装置。 - 第3パルスを出射する光源を備え、
複数の前記アバランシェフォトダイオードは、前記第3パルスの反射波を検出し、前記パルス回路が生成する前記第1パルスのパルス幅は、前記第3パルスのパルス幅に等しい、
請求項2ないし5のいずれか一項に記載の電子装置。 - 前記波形整形回路によって整形された前記第2パルスは、略三角形状、sinc関数状またはガウス曲線状のいずれかに近似する形状を有する、
請求項2ないし6のいずれか一項に記載の電子装置。 - 前記波形整形回路は、複数の前記第1パルスを時間軸方向と振幅方向に組み合わせることによって前記第2パルスを生成する、
請求項2ないし7のいずれか一項に記載の電子装置。 - 前記波形整形回路は、フィルタ回路を含む、
請求項2ないし8のいずれか一項に記載の電子装置。 - 前記波形整形回路は、前記第1パルスのパルス幅を調整するパルス幅調整回路を含む、
請求項2ないし9のいずれか一項に記載の電子装置。 - 前記波形整形回路は、複数の遅延器と、前記遅延器からの出力信号の電圧に基づいて配線を導通させるスイッチを含む、
請求項2ないし10のいずれか一項に記載の電子装置。 - 前記アバランシェフォトダイオードは、ガイガーモードで動作する、
請求項2ないし11のいずれか一項に記載の電子装置。 - ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードによって電磁波を検出し、検出された前記電磁波を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号に含まれるパルスを第1形状の第1パルスに整形するステップと、
前記第1パルスを前記第1パルスより狭い周波数帯域幅で伝送可能な第2パルスに整形するステップと、
複数の前記第2パルスを加算するステップとを含む、
測定方法。 - 前記第1パルスが検出し、カウンタの値を更新するステップと、
前記第1パルスを所定の期間遅延させてから、前記カウンタの前記値に対応するチャネルより前記第1パルスを出力するステップとを含む、
請求項13に記載の測定方法。
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