JPH11281744A

JPH11281744A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH11281744A
Application number: JP10367856A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Tanaka; 智弘田中; Hisashi Yoshida; 久吉田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: JP3941274B2

Abstract

(57)【要約】【課題】近距離測定における時間測定の誤差が大きくタ
ーゲットまでの距離の測定精度が低い。【解決手段】測定スタート信号に応答して目標物にパル
ス光を発光する発光部と、目標物からの反射パルス光の
受光に応答して測定ストップ信号を出力する受光部と、
測定スタート信号から測定ストップ信号までの計測時間
を、測定スタート信号から基準クロックの所定クロック
数未満のスタート側端数時間と、測定ストップ信号から
基準クロックの所定クロック数未満のストップ側端数時
間と、スタート側端数時間の終了時からストップ側端数
時間の終了時までの基準クロックのクロック数とを測定
することにより求める時間計測部とを有し、計測時間か
ら目標物までの距離を求める距離測定装置において、発
光部は、測定スタート信号から所定の遅延時間経過後に
パルス光を発光することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離測定装置に関
し、特に、ターゲットに向けてパルス光を発光し、ター
ゲットで反射されたパルス光を受光するまでの時間をも
とにターゲットまでの距離を求めるパルス光方式の距離
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の距離測定装置３００の説
明図で、図９（１）はそのブロック図である。時間計測
部３０１は、測定スタート信号Ｓ５０を生成して計測時
間の測定を開始すると同時に、レーザドライブ回路３０
２に測定スタート信号Ｓ５０を出力する。レーザドライ
ブ回路３０２は、レーザダイオード３０３にレーザ駆動
信号Ｓ５１を出力し、レーザダイオード３０３を発光さ
せる。

【０００３】レーザダイオード３０３から出射したパル
ス光Ｌ５０は、ターゲット３０６で反射され、パルス光
Ｌ５１となって光電変換部３０４に入射する。光電変換
部３０４は、パルス光Ｌ５１を受光すると、その光量に
対応した受光信号Ｓ５２をコンパレータ部３０５に出力
する。

【０００４】コンパレータ部３０５は、受光信号Ｓ５２
のピーク時点を検出し、そのピーク時点で測定ストップ
信号Ｓ５３を時間計測部３０１に出力する。時間計測部
３０１は、測定スタート信号Ｓ５０から測定ストップ信
号Ｓ５３までの計測時間Ｔを求める。

【０００５】図９（２）は、時間測定のタイムチャート
である。図９（２）は、時間計測部３０１内の基準ク
ロック（周波数ｆ）を示し、基準クロックは計測時間Ｔ
を求める基準となる。図９（２）は、測定スタート信
号Ｓ５０を示し、この信号の立ち上がりエッジから計測
時間Ｔの測定が開始される。

【０００６】図９（２）は、レーザダイオード３０３
から出射するパルス光Ｌ５０を示す。レーザダイオード
３０３は、測定スタート信号Ｓ５０の立ち上がりエッジ
と同時に発光を開始する。図９（２）は、光電変換部
３０４で電気信号に変換された受光信号Ｓ５２を示す。

【０００７】図９（２）は、測定ストップ信号Ｓ５３
を示す。前述のように、コンパレータ部３０５は、受光
信号Ｓ５２のピーク時点を検出し、そのピーク時点で測
定ストップ信号Ｓ５３を時間計測部３０１に出力する。
測定スタート信号Ｓ５０から測定ストップ信号Ｓ５３ま
での時間が、計測時間Ｔである。計測時間Ｔは、レーザ
ダイオード３０３の発光開始から、受光信号Ｓ５２のピ
ーク時までの時間、即ち光走行時間に等しい。

【０００８】一方、測定スタート信号Ｓ５０と測定スト
ップ信号Ｓ５３は、基準クロックに同期していない。こ
のため、測定スタート信号Ｓ５０及び測定ストップ信号
Ｓ５３から基準クロックの次の立ち上がりエッジまでの
間に、それぞれ基準クロックの１クロック以下の端数時
間が生じる。

【０００９】図９（２）は、スタート側端数時間信号
を示す。スタート側端数時間信号は、測定スタート信号
Ｓ５０の立ち上がりエッジから基準クロックの次の次の
立ち上がりエッジまでで、そのパルス幅はＴａである。
端数時間を基準クロックの次の次の立ち上がりエッジま
でとしたのは、基準クロックの次の立ち上がりエッジま
での時間とすると、端数時間が非常に短くなり、測定で
きない場合が生ずるためである。

【００１０】図９（２）は、ストップ側端数時間信号
を示す。ストップ側端数時間信号は、測定ストップ信号
Ｓ５３の立ち上がりエッジから基準クロックの次の次の
立ち上がりエッジまでで、そのパルス幅はＴｂである。

【００１１】図９（２）は、粗カウント信号を示す。
粗カウント信号は、スタート側端数時間信号の立ち下が
りエッジからストップ側端数時間信号の立ち下がりエッ
ジまでの期間（Ｎ／ｆ）の基準クロックを抜き出したも
のである。図９（２）では、粗カウント信号は基準ク
ロックのＮ＝４クロック分である。

【００１２】ここで、測定スタート信号Ｓ５０から測定
ストップ信号Ｓ５３までの計測時間Ｔは次のように表さ
れる。

【００１３】Ｔ＝Ｔａ＋Ｎ／ｆ−Ｔｂ・・・（１）従って、スタート側端数時間信号のパルス幅Ｔａ、スト
ップ側端数時間信号のパルス幅Ｔｂ、粗カウント信号の
クロック数Ｎを測定すれば、（１）式から計測時間Ｔが
求まり、計測時間Ｔと光速からターゲット３０６までの
距離が求まる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図１０は、従来の距離
測定装置でターゲットまでの距離が短い近距離測定を行
った場合のタイムチャートである。近距離測定の場合
は、図１０（１）に示す測定スタート信号Ｓ５０か
ら、図１０（１）に示す測定ストップ信号Ｓ５３まで
の計測時間Ｔは短くなる。従って、図１０（１）に示
すスタート側端数時間信号の立ち下がりエッジと、図１
０（１）に示すストップ側端数時間信号の立ち上がり
エッジが時間的にほぼ一致する場合が発生する。

【００１５】図１０（２）は、スタート側端数時間信号
の立ち下がりエッジとストップ側端数時間信号の立ち上
がりエッジが時間的にほぼ一致する場合の拡大図であ
る。スタート側端数時間信号が立ち下がる時にストップ
側端数時間信号が立ち上がっており、相互のスイッチン
グノイズの影響でエッジ部分の波形が乱れる。それぞれ
の信号のパルス幅Ｔａ、Ｔｂは、エッジ部分が所定のし
きい値を横切る時間で決まるため、エッジ部分の波形の
乱れはパルス幅Ｔａ、Ｔｂの変動となる。

【００１６】このように、近距離測定の場合は、スター
ト側及びストップ側端数時間信号の同時スイッチングに
よる信号エッジのタイミングずれを生じ、それぞれのパ
ルス幅Ｔａ、Ｔｂの測定誤差が大きくなり、ターゲット
までの距離の測定精度が低下する。

【００１７】そこで本発明は、端数時間の測定誤差をな
くし、近距離測定における測定精度を向上させた距離測
定装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、測定スタ
ート信号に応答して目標物にパルス光を発光する発光部
と、前記目標物からの反射パルス光の受光に応答して測
定ストップ信号を出力する受光部と、前記測定スタート
信号から前記測定ストップ信号までの計測時間を、前記
測定スタート信号から基準クロックの所定クロック数未
満のスタート側端数時間と、前記測定ストップ信号から
前記基準クロックの所定クロック数未満のストップ側端
数時間と、前記スタート側端数時間の終了時から前記ス
トップ側端数時間の終了時までの前記基準クロックのク
ロック数とを測定することにより求める時間計測部とを
有し、前記計測時間から前記目標物までの距離を求める
距離測定装置において、前記発光部は、前記測定スター
ト信号から所定の遅延時間経過後に前記パルス光を発光
することを特徴とする距離測定装置を提供することによ
り達成される。

【００１９】本発明によれば、スタート側端数時間が、
測定スタート信号から基準クロックの所定クロック未満
であるのに対して、発光部は、測定スタート信号から所
定の遅延時間経過後にパルス光を発光する。そして、そ
の遅延時間をスタート側端数時間の最大値である基準ク
ロックの所定クロック以上とすれば、スタート側端数時
間信号とストップ側端数時間信号が時間的に重なること
はない。従って、同時スイッチングによる端数時間の測
定誤差がなくなり、近距離測定における測定精度が向上
する。

【００２０】また、本発明の距離測定装置は、測定スタ
ート信号に応答して目標物にパルス光を発光する発光部
と、前記目標物からの反射パルス光の受光に応答して測
定ストップ信号を出力する受光部と、前記測定スタート
信号から前記測定ストップ信号までの計測時間を、前記
測定スタート信号から基準クロックの所定クロック数未
満のスタート側端数時間と、前記測定ストップ信号から
前記基準クロックの所定クロック数未満のストップ側端
数時間と、前記スタート側端数時間の終了時から前記ス
トップ側端数時間の終了時までの前記基準クロックのク
ロック数とを測定することにより求める時間計測部とを
有し、前記計測時間から前記目標物までの距離を求める
距離測定装置において、前記受光部は、前記反射パルス
光の受光から所定の遅延時間経過後に前記測定ストップ
信号を出力することを特徴とする。

【００２１】本発明によれば、スタート側端数時間が、
測定スタート信号から基準クロックの所定クロック未満
であるのに対して、受光部は、反射パルス光の受光から
所定の遅延時間経過後に測定ストップ信号を出力する。
従ってこの場合も、その遅延時間をスタート側端数時間
の最大値である基準クロックの所定クロック以上とすれ
ば、スタート側端数時間信号とストップ側端数時間信号
が時間的に重なることはなく、同時スイッチングによる
端数時間の測定誤差がなくなり、近距離測定における測
定精度が向上する。

【００２２】また、本発明の距離測定装置は、測定スタ
ート信号に応答して目標物にパルス光を発光する発光部
と、前記目標物からの反射パルス光の受光に応答して測
定ストップ信号を出力する受光部と、前記測定スタート
信号から前記測定ストップ信号までの計測時間を、前記
測定スタート信号から基準クロックの所定クロック数未
満のスタート側端数時間と、前記測定ストップ信号から
前記基準クロックの所定クロック数未満のストップ側端
数時間と、前記スタート側端数時間の終了時から前記ス
トップ側端数時間の終了時までの前記基準クロックのク
ロック数とを測定することにより求める時間計測部とを
有し、前記計測時間から前記目標物までの距離を求める
距離測定装置において、前記測定スタート信号から前記
パルス光を発光するまでの第１の遅延時間と、前記反射
パルス光の受光から前記測定ストップ信号を出力するま
での第２の遅延時間との合計が、前記スタート側端数時
間の最大値よりも長いことを特徴とする。

【００２３】本発明によれば、所定の遅延時間を複数の
遅延時間の合計で設定できるので、高精度に設定可能な
短い遅延時間を合計することにより、所定の遅延時間を
高精度に設定することができる。

【００２４】また、本発明の距離測定装置の時間計測部
は、前記スタート側端数時間を測定する第１の端数時間
測定部と、前記ストップ側端数時間を測定する第２の端
数時間測定部とを有することを特徴とする。

【００２５】本発明によれば、スタート側端数時間及び
ストップ側端数時間を別個の端数時間測定部で測定する
ことにより、スタート側端数時間信号とストップ側端数
時間信号が接近している場合でも、それぞれの端数時間
を高精度に測定し、しかも全体の測定時間を短縮するこ
とができる。

【００２６】即ち、距離測定装置は、測定精度を向上さ
せるために数千回の測定値の平均が取られる。同時スイ
ッチングによる測定誤差の防止のためには、スタート側
端数時間信号とストップ側端数時間信号をできるだけ離
したほうがよいが、それでは全体の測定時間が長くなっ
てしまう。本発明によれば、別個の端数時間測定部を有
することにより、両信号の重なりを避けつつできるだけ
近づけることができ、同時スイッチングによる測定誤差
を防止し、かつ、全体の測定時間を短縮することができ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例に
ついて図面に従って説明する。しかしながら、かかる実
施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものではな
い。

【００２８】図１は、本発明の実施の形態の距離測定装
置１００のブロック図である。マイクロプロセッサ１１
５は、測定開始指令Ｓ１を時間計測部１０１に出力して
測定動作を開始させると共に、時間計測部１０１から入
力される測定データＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２に基づきタ
ーゲット１１４までの距離を求める。

【００２９】時間計測部１０１は、マイクロプロセッサ
１１５からの測定開始指令Ｓ１に基づいて、ディレイ回
路１０２に測定スタート信号Ｓ２を出力すると同時に、
計測時間Ｔの測定を開始する。計測時間Ｔは、測定スタ
ート信号Ｓ２から後述するコンパレータ部１１３から供
給される測定ストップ信号Ｓ９までの時間である。な
お、信号Ｓ１３は、測定スタート信号Ｓ２に所定の遅延
時間Ｔｄを与えるために使用される。

【００３０】ディレイ回路１０２は、測定スタート信号
Ｓ２を遅延時間Ｔｄだけ遅らせ、レーザドライブ回路１
０３にディレイ信号Ｓ３を出力する。遅延時間Ｔｄは、
後で詳述するように、基準クロックの２クロック分以上
に設定される。この遅延時間Ｔｄにより、近距離測定に
おいてもスタート側端数時間信号とストップ側端数時間
信号のエッジが時間的に重なることはない。

【００３１】レーザドライブ回路１０３は、ディレイ信
号Ｓ３に同期してレーザダイオード１０４を駆動するレ
ーザ駆動信号Ｓ４をレーザダイオード１０４に出力す
る。レーザダイオード１０４は、このレーザ駆動信号Ｓ
４によりパルス点灯し、パルス光Ｌ１を送光光学系１０
５に送る。

【００３２】送光光学系１０５に入射したパルス光Ｌ１
は、内部のハーフミラー等で分岐され、パルス光Ｌ２及
びパルス光Ｌ３となる。パルス光Ｌ２の方向が装置の外
部へ光を出射する外部光路であり、パルス光Ｌ３の方向
が装置の内部のみで光路を形成する内部光路である。

【００３３】送光光学系１０５の出射側には移動可能な
光路切り替え用セクタ１０６があり、パルス光Ｌ２又は
パルス光Ｌ３のどちらか一方の光路を塞ぐことにより外
部光路又は内部光路を選択する。図１では光路切り替え
用セクタ１０６がパルス光Ｌ３を塞いでおり、外部光路
が選択された状態を示す。

【００３４】一方、光路切り替え用セクタ１０６がパル
ス光Ｌ２を塞ぐ場合は、内部光路が選択された状態とな
り、送光光学系１０５から出射されるパルス光Ｌ３は、
内部用光学式アッテネータ１１６で光量を所定のレベル
に調整された後、受光光学系１１０に送られる。

【００３５】図１に示すように外部光路が選択されてい
る場合は、送光光学系１０５から出射したパルス光Ｌ２
は、送光光学系１０７に入射しパルス光Ｌ４となって外
部のターゲット１１４を照射する。ターゲット１１４で
反射したパルス光Ｌ５は、受光光学系１０８に入射し装
置内部に戻る。

【００３６】受光光学系１０８を通ったパルス光Ｌ６
は、外部用光学式アッテネータ１０９で光量を調整さ
れ、パルス光Ｌ７となって受光光学系１１０に入射す
る。外部用光学式アッテネータ１０９は、レベル検出回
路１１４からの信号Ｓ７により濃度が連続的に可変され
る。そして、光電変換部１１１から出力される受光信号
Ｓ５が所定のレベルとなるようにパルス光Ｌ７の光量を
調整する。

【００３７】受光光学系１１０は、内部にハーフミラー
等を有し、外部光路又は内部光路を通ったパルス光をパ
ルス光Ｌ８として光電変換部１１１に送る。なお、外部
光路と内部光路は時分割に交互に選択され、それぞれの
光路の距離が測定される。

【００３８】光電変換部１１１は、光学式バンドパスフ
ィルタ、受光素子及び電流−電圧変換素子等からなり、
パルス光Ｌ８を受光信号Ｓ５に変換する。アンプ部１１
２は、受光信号Ｓ５を増幅して信号Ｓ８とし、信号Ｓ８
をコンパレータ部１１３に出力する。また、アンプ部１
１２は、受光信号Ｓ５の大きさに比例した信号Ｓ６を前
述のレベル検出回路１１４に出力する。

【００３９】コンパレータ部１１３は、ピーク検出回路
を含み、信号Ｓ８のピーク時点に対応する測定ストップ
信号Ｓ９を時間計測部１０１に送る。時間計測部１０１
は、内部光路又は外部光路のそれぞれの光路において、
測定スタート信号Ｓ２から測定ストップ信号Ｓ９までの
計測時間Ｔを測定する。

【００４０】マイクロプロセッサ１１５は、計測時間Ｔ
と光速Ｃからそれぞれの光路の距離を求める。また、内
部及び外部光路それぞれの測定値の差を取ることによ
り、電気回路の温度特性等に起因する測定値の変動をキ
ャンセルする。

【００４１】図２（１）は、本実施の形態の時間計測部
１０１のブロック図である。時間計測部１０１は、前述
のマイクロプロセッサ１１５から測定開始指令Ｓ１が入
力されると、一連の測定動作を開始する。

【００４２】レーザダイオード点灯クロック発振器（以
下、ＬＤ点灯クロックという。）２０４は、マイクロプ
ロセッサ１１５からの測定開始指令Ｓ１に応答して、分
周回路２０３と前述のディレイ回路１０２にクロック信
号Ｓ１３を出力する。分周回路２０３は、クロック信号
Ｓ１３を分周して測定スタート信号Ｓ２とし、前述のデ
ィレイ回路１０２及びスタート側端数時間信号生成部２
１２に出力する。

【００４３】基準クロック発振器２１１は、計測時間Ｔ
の測定の基準となる基準クロック信号Ｓ３０を、スター
ト側端数時間信号生成部２１２、ストップ側端数時間信
号生成部２１７及びＡＮＤ回路２１５に出力する。スト
ップ側端数時間信号生成部２１７には、測定ストップ信
号Ｓ９が入力される。

【００４４】スタート側又はストップ側端数時間信号生
成部２１２、２１７は、前述のように、測定スタート信
号Ｓ２又は測定ストップ信号Ｓ９から基準クロック信号
Ｓ３０の次の次の立ち上がりエッジまでの時間Ｔａ又は
Ｔｂをパルス幅とする信号Ｓ３１、Ｓ３２を生成する。

【００４５】時間−電圧変換部２１３、２１８は、スタ
ート側端数時間信号Ｓ３１及びストップ側端数時間信号
Ｓ３２のパルス幅をアナログ電圧に変換し、更にそのア
ナログ電圧をディジタルデータの信号Ｓ１０、Ｓ１２に
変換し前述のマイクロプロセッサ１１５に出力する。

【００４６】ＳＲフリップフロップ２１４は、Ｓ端子及
びＲ端子にそれぞれスタート側端数時間信号Ｓ３１、ス
トップ側端数時間信号Ｓ３２が入力され、信号Ｓ３１の
立ち下がりエッジから信号Ｓ３２の立ち下がりエッジま
での期間Ｈレベルとなるゲート信号Ｓ３３を、ＡＮＤ回
路２１５に出力する。ＡＮＤ回路２１５は、ゲート信号
Ｓ３３がＨレベルの間だけ基準クロック信号Ｓ３０を通
過させ、粗カウント信号Ｓ３４をカウンタ２１６に出力
する。

【００４７】カウンタ２１６は、ゲート信号Ｓ３３がＨ
レベルの期間の基準クロック信号Ｓ３０をカウントし、
そのカウント値を粗カウントデータＳ１１として前述の
マイクロプロセッサ１１５に出力する。

【００４８】図２（２）は、時間−電圧変換部２１３、
２１８のブロック図である。インバータ２５１は、スタ
ート側又はストップ側端数時間信号Ｓ３１又はＳ３２を
反転した信号Ｓ３４をトランジスタ２５２のベース端子
に出力する。トランジスタ２５２は、信号Ｓ３４がＬレ
ベルの期間は非導通となるので、その期間の定電流回路
２５０の電流は、ダイオード２５３を介してコンデンサ
２５７を充電する。従って、コンデンサ２５７の充電電
圧は、スタート側又はストップ側端数時間信号Ｓ３１又
はＳ３２のパルス幅Ｔａ又はＴｂに比例したアナログ電
圧信号Ｓ３５となる。

【００４９】コンデンサ２５７のアナログ電圧信号Ｓ３
５は、アンプ２５４で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ２５
５に入力される。Ａ／Ｄコンバータ２５５は、スタート
側又はストップ側端数時間信号Ｓ３１、Ｓ３２のパルス
幅Ｔａ、Ｔｂに対応したディジタル信号Ｓ１０、Ｓ１２
を前述のマイクロプロセッサ１１５に出力する。なお、
コンデンサ２５７の充電電圧は、それぞれの測定が終了
すると、トランジスタ２５６によりリセットされる。

【００５０】図３は、本実施の形態の距離測定装置１０
０で使用されるディレイ回路１０２の１例を示す。図３
（１）は、ディレイ回路１０２及び時間計測部１０１の
一部のブロック図である。前述のように分周回路２０３
の出力である測定スタート信号Ｓ２と、ＬＤ点灯クロッ
ク２０４のクロック信号Ｓ１３が、ディレイ回路１０２
に入力される。

【００５１】測定スタート信号Ｓ２は、ディレイ回路１
０２のＤフリップフロップ２０２のＤ端子に入力され
る。Ｄフリップフロップ２０２のＱ１端子は、Ｄフリッ
プフロップ２０１のＤ端子に接続され、Ｄフリップフロ
ップ２０１のＱ２端子からディレイ信号Ｓ３が出力され
る。また、ＬＤ点灯クロック２０４のクロック信号Ｓ１
３が、Ｄフリップフロップ２０１、２０２のクロック端
子ｃｌｋに入力される。

【００５２】図３（２）は、ディレイ回路１０２のタイ
ムチャートである。図３（２）は、ＬＤ点灯クロック
信号Ｓ１３を示し、図３（２）は、測定スタート信号
Ｓ２を示す。測定スタート信号Ｓ２は、ＬＤ点灯クロッ
ク信号Ｓ１３を分周した信号であり、測定スタート信号
Ｓ２とＬＤ点灯クロック信号Ｓ１３は同期する。

【００５３】図３（２）は、Ｄフリップフロップ２０
２の出力信号Ｓ２０を示す。出力信号Ｓ２０は、測定ス
タート信号Ｓ２をＬＤ点灯クロック信号Ｓ１３の１クロ
ック分遅らせた信号となる。また、図３（２）は、Ｄ
フリップフロップ２０１の出力であるディレイ信号Ｓ３
を示す。Ｄフリップフロップ２０１においても、信号Ｓ
２０はＬＤ点灯クロック信号Ｓ１３の１クロック分遅れ
るので、ディレイ信号Ｓ３は、測定スタート信号Ｓ２を
ＬＤ点灯クロック信号Ｓ１３の２クロック分遅れた信号
となる。このＬＤ点灯クロック信号Ｓ１３の２クロック
分が、ディレイ回路１０２の遅延時間Ｔｄとなる。

【００５４】ＬＤ点灯クロック信号Ｓ１３の周波数は、
前述の計測時間を測定する基準となる基準クロック信号
Ｓ３０の周波数より低く設定されているので、ディレイ
回路１０２の遅延時間Ｔｄは、基準クロック信号Ｓ３０
の２クロック以上となる。この遅延時間Ｔｄにより、近
距離測定においてもスタート側端数時間信号Ｓ３１とス
トップ側端数時間信号Ｓ３２のエッジが時間的に重なる
ことはない。

【００５５】ここでは、周波数の安定なクロックにより
必要なクロック数を遅延させる回路を説明したが、遅延
時間が安定なディレイ素子、あるいはマイクロコンピュ
ータの入出力ポートを介して遅延させることも可能であ
る。

【００５６】図４は、本実施の形態における距離測定装
置のタイムチャートである。図４は、時間計測部１０
１内の基準クロック信号Ｓ３０を示し、図４は、測定
スタート信号Ｓ２を示す。測定スタート信号Ｓ２は、デ
ィレイ回路１０２で所定の遅延時間Ｔｄが与えられる。
図４は、ディレイ回路１０２から出力されるディレイ
信号Ｓ３を示す。ディレイ信号Ｓ３の遅延時間Ｔｄは、
前述のように基準クロック信号Ｓ３０の２クロック分以
上に設定される。

【００５７】図４は、レーザダイオード１０４から出
射されるパルス光Ｌ１を示し、図４は、光電変換部１
１１から出力される受光信号Ｓ５を示す。光電変換部１
１１では、光量を電気信号に変換すると共に、そのピー
ク時点を検出し、測定ストップ信号Ｓ９を時間計測部１
０１に出力する。図４は、受光信号Ｓ５のピーク時点
で出力される測定ストップ信号Ｓ９を示す。測定スター
ト信号Ｓ２から測定ストップ信号Ｓ９までの時間が、計
測時間Ｔである。尚、前述のようにレーザダイオード１
０４は、測定スタート信号Ｓ２から遅延時間Ｔｄだけ遅
延したディレイ信号Ｓ３と同期したレーザ駆動信号Ｓ４
によって点灯するので、光の走行時間、即ち、レーザダ
イオード１０４の発光開始から受光信号Ｓ５のピーク時
までの時間は、図４のＴｅであり、Ｔ＝Ｔｅ＋Ｔｄで
ある。

【００５８】図４は、スタート側端数時間信号Ｓ３１
を示す。前述のように、スタート側端数時間信号は、測
定スタート信号Ｓ５０から基準クロック信号Ｓ３０の次
の次の立ち上がりエッジまでであり、そのパルス幅はＴ
ａである。このため、パルス幅Ｔａは、基準クロック信
号Ｓ３０の２クロック分未満となる。

【００５９】図４は、ストップ側端数時間信号Ｓ３２
を示す。ストップ側端数時間信号Ｓ３２は、測定ストッ
プ信号Ｓ９から基準クロック信号Ｓ３０の次の次の立ち
上がりエッジまでで、そのパルス幅はＴｂである。

【００６０】図４は、図２（１）に示したＳＲフリッ
プフロップ２１４の出力であるゲート信号Ｓ３３を示
す。ゲート信号Ｓ３３は、スタート側端数時間信号Ｓ３
１の立ち下がりエッジからストップ側端数時間信号Ｓ３
２の立ち下がりエッジまでの期間Ｈレベルとなり、その
パルス幅はＮ／ｆとなる。

【００６１】図４(10)は、粗カウント信号Ｓ３４を示
す。粗カウント信号Ｓ３４は、基準クロック信号Ｓ３０
をゲート信号Ｓ３３がＨレベルとなる期間だけ抜き出し
たものである。粗カウント信号Ｓ３４は、図２（１）に
示したカウンタ２１６によりカウントされる。図４の場
合、そのカウント値はＮ＝３クロックである。

【００６２】このように本実施の形態では、測定スター
ト信号Ｓ２から基準クロック信号Ｓ３０の２クロック分
以上の遅延時間Ｔｄの経過後に発光パルスＬ１が出射さ
れる。一方、スタート側端数時間信号Ｓ３１は、測定ス
タート信号Ｓ２から基準クロック信号Ｓ３０の次の次の
立ち上がりエッジまでであるので、そのパルス幅Ｔａ
は、基準クロック信号Ｓ３０の２クロック分未満であ
る。このため、近距離測定においても、スタート側端数
時間信号Ｓ３１の立ち下がりエッジとストップ側端数時
間信号Ｓ３２の立ち上がりエッジは時間的に重なること
はなく、それぞれのパルス幅Ｔａ、Ｔｂを精度良く測定
することができる。

【００６３】なお、外部光路及び内部光路による計測時
間は、光の走行時間に対しそれぞれディレイ回路１０２
の遅延時間Ｔｄ分だけ長くなるが、このオフセット分は
外部光路の計測時間から内部光路の計測時間を引くこと
によりキャンセルされるため、特に補正計算は必要とし
ない。即ち、外部光路による計測時間Ｔ１＝Td+Te1、内
部光路による計測時間Ｔ２＝Td+Te2であるから、両方の
差をとると、T1-T2 ＝Te1-Te2 となり、ディレイ時間Ｔ
ｄの影響はない。但し、Ｔe1、Ｔe2はそれぞれの外部光
路の光走行時間、内部光路の光走行時間である。

【００６４】本実施の形態例の距離測定装置１００は、
図２（１）で示したように時間計測部１０１内に、別個
の端数時間測定部２１２、２１３及び２１７、２１８を
有する。即ち、スタート側端数時間Ｔａは、スタート側
端数時間信号生成部２１２と時間−電圧変換部２１３に
より測定され、ストップ側端数時間Ｔｂは、ストップ側
端数時間信号生成部２１７と時間−電圧変換部２１８に
より測定される。

【００６５】本実施の形態例によれば、スタート側端数
時間Ｔａ及びストップ側端数時間Ｔｂを別個の端数時間
測定部で測定することにより、スタート側端数時間信号
Ｓ３１の立ち下がりエッジとストップ側端数時間信号Ｓ
３２の立ち上がりエッジを、従来の誤り測定を防止でき
る程度にできるだけ接近させることができる。従って、
信号Ｓ３１の立ち下がりエッジと信号Ｓ３２の立ち上が
りエッジの重なりをなくして、それぞれの端数時間を高
精度に測定し、しかも信号Ｓ３１の立ち下がりエッジと
信号Ｓ３２の立ち上がりエッジをできるだけ近づけて、
全体の測定時間を短縮することができる。

【００６６】即ち、距離測定装置１００は、測定精度を
向上させるためにマイクロプロセッサ１１５からの測定
開始指令Ｓ１に応答して数千回の測定を行い、その平均
を取って１回の測定値としている。

【００６７】従って、遅延回路１０２の遅延時間Ｔｄを
信号Ｓ３１の立ち下がりエッジと信号Ｓ３２の立ち上が
りエッジとが重ならない程度にその間をできるだけ短く
することで、複数回の測定を要する時間を短くすること
ができる。

【００６８】端数時間測定部を共通化する場合は、コン
デンサ２５７のリセットに伴う放電時間や、Ａ／Ｄコン
バータ２５５の変換時間を確保するために、信号Ｓ３１
の立ち下がりエッジと信号Ｓ３２の立ち上がりエッジと
の間に十分な時間をおく必要があり、測定時間の長期化
を招く。

【００６９】図５は、本発明の他の実施の形態の距離測
定装置のブロック図である。図１の実施の形態と同様の
部分の説明を省略し異なる部分を説明する。本実施の形
態では、ディレイ回路１０２が、コンパレータ部１１３
と時間計測部１０１の間に挿入される。ディレイ回路１
０２は、受光信号Ｓ５のピーク時点で出力されるコンパ
レータ信号Ｓ９を遅延時間Ｔｄだけ遅らせ、測定ストッ
プ信号Ｓ４０を時間計測部１０１に出力する。本実施の
形態においても、遅延時間Ｔｄは基準クロック信号Ｓ３
０の２クロック分以上である。

【００７０】図６は、図５に示した距離測定装置１００
のタイムチャートである。図６に示す測定ストップ信
号Ｓ４０は、図６に示す受光信号Ｓ５のピーク時点か
ら遅延時間Ｔｄだけ遅れている。スタート側端数時間信
号Ｓ３１（図６）のパルス幅Ｔａは、前述のように、
基準クロック信号Ｓ３０の２クロック分未満であるの
で、スタート側端数時間信号Ｓ３１は、ストップ側端数
時間信号Ｓ３２（図６）と時間的に重なることはな
い。

【００７１】図７は、本発明の第３の実施の形態の距離
測定装置のブロック図である。図５の実施の形態と同様
の部分には同じ引用番号を与えた。本実施の形態では、
図５の実施の形態に加えて、アンプ１１６とコンパレー
タ１１７が設けられる。この実施の形態では、信号Ｓ２
をスタート信号にする代わりに、発光トリガ信号Ｓ４に
応答してレーザ１０４が発光したことを検出する信号Ｓ
４２を基準にして生成される信号Ｓ４４を、計測のスタ
ート信号に利用する。こうすることにより、ドライブ回
路１０３とレーザ１０４の遅延時間の変動分を計測時間
から除去することができ、より正確な時間を計測するこ
とができる。

【００７２】図８は、図７に示した距離測定装置１００
のタイムチャートである。この図を参照して動作を説明
する。まず、マイクロプロセッサ１１５が時間計測部１
０１に測定開始信号Ｓ１を送ると、時間計測部１０１内
の発振回路が所定の周期の分周クロック信号Ｓ２をドラ
イブ回路１０３に送る。これに同期してドライブ回路１
０３は、レーザ１０４に発光トリガ信号Ｓ４を送る。レ
ーザ１０４は、発光トリガ信号Ｓ４に同期してパルス光
Ｌ１を出射するが、レーザ１０４には内部に発光モニタ
用のフォトダイオードが内蔵されており、パルス光Ｌ１
の出射と同時にこのフォトダイオードからパルス電流Ｓ
４２がアンプ１１６に出力される。

【００７３】アンプ１１６は、電流・電圧変換アンプ及
び電圧増幅アンプから構成されており、図８に示され
る通り、十分に増幅されて振幅が電源電圧付近で飽和し
たパルス電圧信号Ｓ４３をコンパレータ１１７に出力す
る。コンパレータ１１７は、入力信号Ｓ４３の立ち上が
りエッジを検出して、時間計測部１０１に時間計測スタ
ート信号Ｓ４４を出力する。その後の動作は、図５，６
の実施の形態と同じである。

【００７４】第３の実施の形態では、レーザが発光した
タイミングを時間計測スタートのタイミングにしている
ため、レーザのトリガから発光までの遅延時間の変動が
含まれないので、計測時間のばらつきを小さくすること
ができる。

【００７５】以上の実施の形態では、同時スイッチング
による測定誤差を防止するため、図１では単一のディレ
イ回路１０２をスタート側に設け、図５、図７では単一
のディレイ回路１０２をストップ側に設けているが、本
発明の実施の形態はこれらには限定されない。

【００７６】即ち、ディレイ回路をスタート側とストッ
プ側の両方に設けて、それら複数のディレイ回路の遅延
時間の合計で必要とする遅延時間Ｔｄを発生させること
もできる。例えば、第１のディレイ回路により測定スタ
ート信号Ｓ２を遅延時間Ｔｄ／２だけ遅らせ、第２のデ
ィレイ回路によりコンパレータ信号Ｓ９を遅延時間Ｔｄ
／２だけ遅らせてもよい。

【００７７】ディレイ回路の遅延時間は短い程その時間
精度が向上するので、高精度の第１と第２のディレイ回
路を使用して、より高精度の遅延時間Ｔｄを発生させる
ことができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、測
定スタート信号から測定ストップ信号までの間に所定の
遅延時間が与えられているため、スタート側端数時間信
号とストップ側端数時間信号が時間的に重なることはな
い。

【００７９】従って、同時スイッチングによる端数時間
の測定誤差がなくなり、近距離測定における測定精度が
向上する。また、別個の端数時間測定部を有することに
より、全体の測定時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の距離測定装置のブロック
図である。

【図２】本発明の実施の形態の距離測定装置の時間計測
部のブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態の距離測定装置のディレイ
回路の説明図である。

【図４】本発明の実施の形態の距離測定装置のタイムチ
ャートである。

【図５】本発明の他の実施の形態の距離測定装置のブロ
ック図である。

【図６】本発明の他の実施の形態の距離測定装置のタイ
ムチャートである。

【図７】本発明の第３の実施の形態の距離測定装置のブ
ロック図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態の距離測定装置のタ
イムチャートである。

【図９】従来の距離測定装置の説明図である。

【図１０】従来の距離測定装置の誤差原因の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０１時間計測部１０２ディレイ回路１０３レーザドライブ回路１０４レーザダイオード１０５、１０７送光光学系１０６光路切り替え用セクタ１０８、１１０受光光学系１０９光学式アッテネータ１１１光電変換部１１２アンプ部１１３コンパレータ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定スタート信号に応答して目標物にパル
ス光を発光する発光部と、前記目標物からの反射パルス
光の受光に応答して測定ストップ信号を出力する受光部
と、前記測定スタート信号から前記測定ストップ信号ま
での計測時間を、前記測定スタート信号から基準クロッ
クの所定クロック数未満のスタート側端数時間と、前記
測定ストップ信号から前記基準クロックの所定クロック
数未満のストップ側端数時間と、前記スタート側端数時
間の終了時から前記ストップ側端数時間の終了時までの
前記基準クロックのクロック数とを測定することにより
求める時間計測部とを有し、前記計測時間から前記目標
物までの距離を求める距離測定装置において、前記発光部は、前記測定スタート信号から所定の遅延時
間経過後に前記パルス光を発光することを特徴とする距
離測定装置。
【請求項２】測定スタート信号に応答して目標物にパル
ス光を発光する発光部と、前記目標物からの反射パルス
光の受光に応答して測定ストップ信号を出力する受光部
と、前記測定スタート信号から前記測定ストップ信号ま
での計測時間を、前記測定スタート信号から基準クロッ
クの所定クロック数未満のスタート側端数時間と、前記
測定ストップ信号から前記基準クロックの所定クロック
数未満のストップ側端数時間と、前記スタート側端数時
間の終了時から前記ストップ側端数時間の終了時までの
前記基準クロックのクロック数とを測定することにより
求める時間計測部とを有し、前記計測時間から前記目標
物までの距離を求める距離測定装置において、前記受光部は、前記反射パルス光の受光から所定の遅延
時間経過後に前記測定ストップ信号を出力することを特
徴とする距離測定装置。
【請求項３】請求項１又は２において、前記遅延時間は、前記スタート側端数時間の最大値より
も長いことを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】測定スタート信号に応答して目標物にパル
ス光を発光する発光部と、前記目標物からの反射パルス
光の受光に応答して測定ストップ信号を出力する受光部
と、前記測定スタート信号から前記測定ストップ信号ま
での計測時間を、前記測定スタート信号から基準クロッ
クの所定クロック数未満のスタート側端数時間と、前記
測定ストップ信号から前記基準クロックの所定クロック
数未満のストップ側端数時間と、前記スタート側端数時
間の終了時から前記ストップ側端数時間の終了時までの
前記基準クロックのクロック数とを測定することにより
求める時間計測部とを有し、前記計測時間から前記目標
物までの距離を求める距離測定装置において、前記測定スタート信号から前記パルス光を発光するまで
の第１の遅延時間と、前記反射パルス光の受光から前記
測定ストップ信号を出力するまでの第２の遅延時間との
合計が、前記スタート側端数時間の最大値よりも長いこ
とを特徴とする距離測定装置。
【請求項５】請求項１乃至４において、前記時間計測部は、前記スタート側端数時間を測定する
第１の端数時間測定部と、前記ストップ側端数時間を測
定する第２の端数時間測定部とを有することを特徴とす
る距離測定装置。