(57)【要約】      （修正有）【課題】対象物までの距離に応じて受光素子の受光感度を調整しつつ、受光信号のピークを検出することが可能な投受光装置、投受光方法、プログラム及び記録媒体を提供する。【解決手段】測距装置１００であって、光を対象物に向けて出射する光源１１Ａと、対象物によって反射された光を受光し受光した光に応じた電流を出力する光電変換素子１２Ａと、電圧値を漸次上昇させて光電変換素子に第１電圧を印加する第１電圧印加部と、光電変換素子から出力された電流を電圧に変換して出力する変換部と、光電変換素子の端子間容量に基づく容量を有し変換部の入力に一端が接続されているコンデンサと、第１電圧とは逆位相の第２電圧をコンデンサの他端に印加する第２電圧印加部と、を有する調整回路と、を有する。【選択図】図１
2020106350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を対象物に向けて出射する光源と、
対象物によって反射された光を受光し、受光した当該光に応じた電流を出力する光電変換素子と、
電圧値を漸次上昇させて前記光電変換素子に第１電圧を印加する第１電圧印加部と、
前記光電変換素子から出力された電流を電圧に変換して出力する変換部と、
前記光電変換素子の端子間容量に基づく容量を有し前記変換部の入力に一端が接続されているコンデンサと、前記第１電圧とは逆位相の第２電圧を前記コンデンサの他端に印加する第２電圧印加部と、を有する調整回路と、
を有することを特徴とする投受光装置。
【請求項２】
前記第１電圧印加部は、前記光源から光が出射されてからの所定期間に亘って、時間経過に応じて電圧値が上昇する電圧を前記第１電圧として前記光電変換素子に印加し、
前記調整回路は、前記第１電圧の電圧値の上昇率に対応する低下率で電圧値が低下する電圧を前記第２電圧として前記コンデンサの他端に印加することを特徴とする請求項１に記載の投受光装置。
【請求項３】
前記第１電圧印加部は、前記光源から光が出射されてから所定期間の間、一定の割合で前記第１電圧の電圧値を単調増加させることを特徴とする請求項１に記載の投受光装置。
【請求項４】
前記第１電圧印加部は、前記光源から光が出射されてからの時間経過にしたがって上昇率を増加させつつ前記第１電圧の電圧値を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の投受光装置。
【請求項５】
前記第１電圧印加部は、
交流電源に接続されたバッファと、
前記バッファの出力端と前記光電変換素子の一端との間に接続されたバイアス用コンデンサと、
を含み、
前記第２電圧印加部は、前記交流電源に接続された反転増幅器を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の投受光装置。
【請求項６】
一対の入力端のうちの一方が交流電源に接続され、他方が所定電位に接続された差動アンプを有し、
前記第１電圧印加部は、前記差動アンプの一対の出力端のうちの一方と前記光電変換素子の一端との間に接続されたバイアス用コンデンサを含み、
前記調整回路の前記コンデンサは、前記差動アンプの一対の出力端のうちの他方と前記変換部の入力端との間に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の投受光装置。
【請求項７】
光源と、光電変換素子と、前記光電変換素子に第１電圧を印加する第１電圧印加部と、電流を電圧に変換して出力する変換部と、前記光電変換素子の端子間容量に基づく容量を有し前記変換部の入力に一端が接続されているコンデンサと、前記コンデンサの他端に第２電圧を印加する第２電圧印加部と、を有する投受光装置が実行する投受光方法であって、
前記光源が対象物に向けて光を出射するステップと、
前記第１電圧印加部が、電圧値を漸次上昇させて前記光電変換素子に前記第１電圧を印加するステップと、
前記光電変換素子が、対象物によって反射された前記光を受光し、受光した当該光に応じた電流を出力するステップと、
前記第２電圧印加部が、前記第１電圧とは逆位相の前記第２電圧を前記コンデンサの他端に印加するステップと、
前記変換部が、前記光電変換素子から出力された電流及び前記コンデンサから出力された電流を電圧に変換して出力するステップと、
を含むことを特徴とする投受光方法。
【請求項８】
光源と、光電変換素子と、前記光電変換素子に第１電圧を印加する第１電圧印加部と、電流を電圧に変換して出力する変換部と、前記光電変換素子の端子間容量に基づく容量を有し前記変換部の入力に一端が接続されているコンデンサと、前記コンデンサの他端に第２電圧を印加する第２電圧印加部と、を有する投受光装置に搭載されたコンピュータに、
光を対象物に向けて出射するように前記光源を制御するステップと、
電圧値を漸次上昇させて前記光電変換素子に前記第１電圧を印加するように前記第１電圧印加部を制御するステップと、
対象物によって反射された前記光を受光し、受光した当該光に応じた電流を出力するように前記光電変換素子を制御するステップと、
前記第１電圧とは逆位相の前記第２電圧を前記コンデンサの他端に印加するように前記第２電圧印加部を制御するステップと、
前記光電変換素子から出力された電流及び前記コンデンサから出力された電流を電圧に変換して出力するように前記変換部を制御するステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項９】
光源と、光電変換素子と、前記光電変換素子に第１電圧を印加する第１電圧印加部と、電流を電圧に変換して出力する変換部と、前記光電変換素子の端子間容量に基づく容量を有し前記変換部の入力に一端が接続されているコンデンサと、前記コンデンサの他端に第２電圧を印加する第２電圧印加部と、を有する投受光装置に搭載されたコンピュータに、
光を対象物に向けて出射するように前記光源を制御するステップと、
電圧値を漸次上昇させて前記光電変換素子に前記第１電圧を印加するように前記第１電圧印加部を制御するステップと、
対象物によって反射された前記光を受光し、受光した当該光に応じた電流を出力するように前記光電変換素子を制御するステップと、
前記第１電圧とは逆位相の前記第２電圧を前記コンデンサの他端に印加するように前記第２電圧印加部を制御するステップと、
前記光電変換素子から出力された電流及び前記コンデンサから出力された電流を電圧に変換して出力するように前記変換部を制御するステップと、
を実行させるプログラムを記録することを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投受光装置、投受光方法、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を対象物に照射し、当該対象物によって反射されたレーザ光を受光して解析することにより、対象物までの距離を計測する測距装置が知られている（例えば、特許文献１）。かかる測距装置の測距方式としては、例えばＴＯＦ（Time of Flight）方式がある。ＴＯＦ方式では、レーザ光を出射してから当該レーザ光が対象物に反射されて戻って来るまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて対象物までの距離を算出する。
【０００３】
このような測距装置において、対象物からの戻り光の光量は、通常の場合、出射するレーザ光の光量と比べて極めて小さい。このため、受光素子の感度を上げておく必要がある。例えば、受光素子がＡＰＤ（Avalanche Photodiode）から構成されている場合、ＡＰＤに印加する逆バイアス電圧を増大させることにより、受光感度を上げることができる。
【０００４】
しかし、戻り光の光量は対象物までの距離の２乗に逆比例するため、受光素子の感度を高く設定していた場合、近距離で反射された戻り光の光量を増大させすぎてしまう場合がある。特に、出射されたレーザ光が測距装置内部のレンズ等の光学部品で反射された場合、その反射光は至近距離での反射光となるため、出射光に近い極めて高い強度を有する。従って、受光素子の感度を高く設定していた場合、近距離からの反射光を受光することにより、受光素子が飽和してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、対象物までの距離に応じて受光素子の受光感度を変化させる測距装置が提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１２９６４６号公報
【特許文献２】特開２００３−１３０９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
受光素子がＡＰＤから構成されている場合、対象物までの距離に応じて受光感度を上昇させるためには、例えばレーザ光を出射してからの時間経過に応じて、ＡＰＤに印加する逆バイアス電圧を上昇させる。その際、戻り光の受光及び光電変換に基づくＡＰＤの本来の出力電流とは別に、ＡＰＤのアノード−カソード間の端子間容量による充放電電流が発生する。この充放電電流は、ＡＰＤのカソードに印加されるバイアス電圧を時間で微分した値を有する。従って、例えばバイアス電圧の電圧値を時間経過に応じて単調増加させた場合、充放電電流は定電流となり、当該定電流分の電流がＡＰＤの出力電流に加算される。
【０００８】
ＡＰＤの出力電流は、ＡＰＤの後段に設けられた出力部においてＩ−Ｖ変換（電流電圧変換）され、電圧信号として出力される。上記のようにＡＰＤの出力電流に端子間容量による充放電電流が加算され、電流値がかさ上げされた場合、その電流値が出力部におけるＩ−Ｖ変換のダイナミックレンジを超えてしまう場合がある。ダイナミックレンジを超えた分の電流は電圧に変換されないため、出力部から出力される電圧信号は上下方向に潰れた波形となる。このため、Ｉ−Ｖ変換のダイナミックレンジが端子間容量による充放電電流よりも低い場合には、受光した戻り光に基づく電圧信号（受光信号）のピークを検出することができないという問題点があった。
【０００９】
このように、受光素子に印加するバイアス電圧を時間に応じて変化させた場合、受光素子の端子間容量による充放電電流がＩ−Ｖ変換のダイナミックレンジを超えてしまい、受光信号のピークを検出することができないおそれがあるということが課題の一例として挙げられる。
【００１０】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、対象物までの距離に応じて受光素子の受光感度を調整しつつ、受光信号のピークを検出することが可能な投受光装置、投受光方法、プログラム及び記録媒体を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、測距装置であって、光を対象物に向けて出射する光源と、対象物によって反射された光を受光し、受光した当該光に応じた電流を出力する光電変換素子と、電圧値を漸次上昇させて前記光電変換素子に第１電圧を印加する第１電圧印加部と、前記光電変換素子から出力された電流を電圧に変換して出力する変換部と、前記光電変換素子の端子間容量に基づく容量を有し前記変換部の入力に一端が接続されているコンデンサと、前記第１電圧とは逆位相の第２電圧を前記コンデンサの他端に印加する第２電圧印加部と、を有する調整回路と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、光源と、光電変換素子と、前記光電変換素子に第１電圧を印加する第１電圧印加部と、電流を電圧に変換して出力する変換部と、前記光電変換素子の端子間容量に基づく容量を有し前記変換部の入力に一端が接続されているコンデンサと、前記コンデンサの他端に第２電圧を印加する第２電圧印加部と、を有する投受光装置が実行する投受光方法であって、前記光源が対象物に向けて光を出射するステップと、前記第１電圧印加部が、電圧値を漸次上昇させて前記光電変換素子に前記第１電圧を印加するステップと、前記光電変換素子が、対象物によって反射された前記光を受光し、受光した当該光に応じた電流を出力するステップと、前記第２電圧印加部が、前記第１電圧とは逆位相の前記第２電圧を前記コンデンサの他端に印加するステップと、前記変換部が、前記光電変換素子から出力された電流及び前記コンデンサから出力された電流を電圧に変換して出力するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、光源と、光電変換素子と、前記光電変換素子に第１電圧を印加する第１電圧印加部と、電流を電圧に変換して出力する変換部と、前記光電変換素子の端子間容量に基づく容量を有し前記変換部の入力に一端が接続されているコンデンサと、前記コンデンサの他端に第２電圧を印加する第２電圧印加部と、を有する投受光装置に搭載されたコンピュータに、光を対象物に向けて出射するように前記光源を制御するステップと、電圧値を漸次上昇させて前記光電変換素子に前記第１電圧を印加するように前記第１電圧印加部を制御するステップと、対象物によって反射された前記光を受光し、受光した当該光に応じた電流を出力するように前記光電変換素子を制御するステップと、前記第１電圧とは逆位相の前記第２電圧を前記コンデンサの他端に印加するように前記第２電圧印加部を制御するステップと、前記光電変換素子から出力された電流及び前記コンデンサから出力された電流を電圧に変換して出力するように前記変換部を制御するステップと、を実行させることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、光源と、光電変換素子と、前記光電変換素子に第１電圧を印加する第１電圧印加部と、電流を電圧に変換して出力する変換部と、前記光電変換素子の端子間容量に基づく容量を有し前記変換部の入力に一端が接続されているコンデンサと、前記コンデンサの他端に第２電圧を印加する第２電圧印加部と、を有する投受光装置に搭載されたコンピュータに、光を対象物に向けて出射するように前記光源を制御するステップと、電圧値を漸次上昇させて前記光電変換素子に前記第１電圧を印加するように前記第１電圧印加部を制御するステップと、対象物によって反射された前記光を受光し、受光した当該光に応じた電流を出力するように前記光電変換素子を制御するステップと、前記第１電圧とは逆位相の前記第２電圧を前記コンデンサの他端に印加するように前記第２電圧印加部を制御するステップと、前記光電変換素子から出力された電流及び前記コンデンサから出力された電流を電圧に変換して出力するように前記変換部を制御するステップと、を実行させるプログラムを記録することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施例の測距装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例の受光部の構成を示す回路図である。
【図３】ＡＰＤに印加するバイアス電圧の波形を示すタイムチャートである。
【図４】比較例の出力部に供給される電流の波形を示すタイムチャートである。
【図５】比較例の出力部から出力される電圧の波形を示すタイムチャートである。
【図６】本実施例の調整電圧の電圧波形及び調整用コンデンサの充放電電流波形を示すタイムチャートである。
【図７】本実施例の出力部に供給される電流及び出力部から出力される電圧の波形を示すタイムチャートである。
【図８】受光部の変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。
【００１７】
図１は、本実施例の測距装置１００の概略構成を示すブロック図である。測距装置１００は、光学的に対象物までの距離を測定する光測距装置である。測距装置１００は、レーザ光を所定領域に向けて照射し、所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光を受光することにより、対象物ＯＪＴまでの距離を測定する。測距装置１００は、出射部１１、受光部１２、制御部１３及び距離算出部１４を有する。
【００１８】
出射部１１は、レーザ光を出射するレーザ光源１１Ａ、及びレーザ光源１１Ａを駆動するレーザ発光駆動部１１Ｂを含む。レーザ光源１１Ａは、レーザ光を出射する光源であり、例えばパルス光を出射するレーザダイオードから構成されている。以下の説明では、レーザ光源１１Ａから出射されたパルス光を出射光ＯＬと称する。
【００１９】
受光部１２は、受光素子１２Ａ及び受光信号検出部１２Ｂを含む。受光素子１２Ａは、例えばＡＰＤ（Avalanche Photodiode）等の光電変換素子から構成されている。受光素子１２Ａは、所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光である反射光ＲＬを受光し、受光した反射光ＲＬの光強度を電流信号に変換する。受光信号検出部１２Ｂは、受光素子１２Ａにより変換された電流信号をＩ−Ｖ変換することにより、受光信号ＲＳを生成する。
【００２０】
制御部１３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成され、測距装置１００の各部の処理の制御を行う。例えば、制御部１３は、レーザ発光駆動部１１Ｂによるレーザ光源１１Ａの駆動制御を行う。また、制御部１３は、距離算出部１４における距離の算出に必要な、出射光ＯＬの出射タイミングや強度の情報等を距離算出部１４に供給する。
【００２１】
距離算出部１４は、受光部１２が生成した受光信号ＲＳに基づいて、対象物ＯＪＴまでの距離を算出する。例えば、距離算出部１４は、出射光ＯＬの出射タイミング及び反射光ＲＬの受光タイミングの情報に基づいて、ＴＯＦ（Time of Flight）法により対象物までの距離を算出する。
【００２２】
次に、本実施例における受光部１２の構成について説明する。図２は、受光部１２の構成を示す回路図である。受光部１２は、ＡＰＤ２０と、ＡＰＤ２０にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部２１と、ＡＰＤ２０から出力された電流信号を電圧信号に変換して出力する出力部２２と、ＡＰＤ２０から出力部２２に供給される電流を調整する調整用コンデンサ３０及び調整電圧生成部３１と、を含む。なお、ＡＰＤ２０に印加するバイアス電圧は、いわゆる逆方向のバイアス電圧（逆バイアス電圧）であるが、以下の説明では単にバイアス電圧と称する。
【００２３】
ＡＰＤ２０は、カソードがバイアス電圧印加部２１に接続され、アノードが出力部２２に接続されている。ＡＰＤ２０は、反射光ＲＬを受光して電流信号に変換し、カソードに印加されたバイアス電圧に応じた増倍率で増倍し、アノードから出力する。
【００２４】
バイアス電圧印加部２１は、交流電源ＡＳ及び直流電源ＤＳに接続され、交流電源ＡＳから出力された交流電圧及び直流電源ＤＳから出力された直流電圧に基づいてバイアス電圧を生成する。バイアス電圧印加部２１は、オペアンプ２３、コンデンサ２４及び抵抗素子２５から構成されている。
【００２５】
オペアンプ２３は、非反転入力端が交流電源ＡＳに接続されている。オペアンプ２３は、反転入力端と出力端とが接続され、ボルテージフォロワ回路を構成している。オペアンプ２３は、ゲイン１のバッファとしての機能を有する。
【００２６】
コンデンサ２４は、一端がオペアンプ２３の出力端に接続され、他端がＡＰＤ２０のカソードに接続されている。コンデンサ２４は、オペアンプ２３の出力から直流成分をカットする結合コンデンサとしての機能を有する。
【００２７】
抵抗素子２５は、一端が直流電源ＤＳに接続され、他端がコンデンサ２４の他端とＡＰＤ２０のカソードとを接続するノードに接続されている。
【００２８】
出力部２２は、ＡＰＤ２０から出力された電流信号を電圧信号に変換して出力するＩ−Ｖ変換回路として構成されている。出力部２２は、オペアンプ２６及び抵抗素子２７から構成されている。
【００２９】
オペアンプ２６の非反転入力端は所定電位に接続（例えば、接地）されている。オペアンプ２６の出力端及び反転入力端は、帰還抵抗としての抵抗素子２７を介して接続されている。  図３は、出射部１１が出射光ＯＬの発光波形と、バイアス電圧印加部２１がＡＰＤ２０に印加するバイアス電圧の電圧波形と、を示すタイムチャートである。
【００３０】
出射部１１は、図３の発光波形から分かるように、時刻ｔ１を出射タイミングとして出射光ＯＬを出射する。時点ｔ１から時点ｔ２までは、測距装置１００が距離の算出を行うための距離測定期間ＤＭＰである。受光部１２は、当該距離測定期間ＤＭＰにおいて、測距装置１００に入射した反射光ＲＬを受光する。
【００３１】
時刻ｔ２から時刻ｔ５までは、出射部１１が次の出射光ＯＬを出射可能な状態となるまでの待機・復帰期間ＷＲＰである。当該待機・復帰期間ＷＲＰにおいて、出射部１１は出射光ＯＬを出射せず、受光部１２は反射光ＲＬの受光を行わない。
【００３２】
出射部１１は、距離測定期間ＤＭＰ及び待機・復帰期間ＷＲＰを経て、再び時点ｔ５において出射光ＯＬを出射する。すなわち、時点ｔ１から時点ｔ５までが測距装置１００による距離算出の１サイクルの期間である。
【００３３】
バイアス電圧印加部２１は、交流電源ＡＳから供給された交流電圧及び直流電源ＤＳから供給された直流電圧に基づいて、バイアス電圧を生成する。本実施例では、バイアス電圧印加部２１は、出射部１１が出射光ＯＬを出射した時点ｔ１を起算として、時点ｔ２までの間、電圧値が単調増加するようなバイアス電圧を生成する。
【００３４】
図３では、バイアス電圧の電圧値を一次関数的に上昇させる場合を例として示している。例えば、バイアス電圧印加部２１は、時点ｔ１から時点ｔ２までの間、最小値Ｖｏから最大値Ｖｘまで一定の割合で電圧値が上昇するようなバイアス電圧を生成する。０Ｖから最小値Ｖｏまでの電圧値に相当する部分は、直流電源ＤＳから供給された直流電圧の電圧分である。最小値Ｖｏから最大値Ｖｘまで電圧値が変化する部分は、交流電源ＡＳから供給された交流電圧の電圧分である。
【００３５】
また、バイアス電圧印加部２１は、時点ｔ２から時点ｔ３までの間、所定期間ＰＰ１に亘ってバイアス電圧の電圧値を一定の値である最大値Ｖｘに維持する。そして、所定期間ＰＰ１の経過後、バイアス電圧印加部２１は、バイアス電圧を徐々に低下させる。例えば、バイアス電圧印加部２１は、所定期間ＰＰ１の経過後、最大値Ｖｘから最小値Ｖｏまで、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの増加率に対応する減少率で一次関数的に電圧値が減少するようなバイアス電圧を生成する。バイアス電圧印加部２１は、バイアス電圧を最小値Ｖｏまで低下させた後、時点ｔ４から時点ｔ５までの間、所定期間ＰＰ２に亘ってバイアス電圧の電圧値を一定の値である最小値Ｖｏに維持する。
【００３６】
バイアス電圧印加部２１は、バイアス電圧の電圧値を以上のように時間変化させつつ、ＡＰＤ２０のカソードに印加する。バイアス電圧の電圧値は、時点ｔ１から距離測定期間ＤＭＰに亘って一定の割合で上昇するため、出射光ＯＬが出射されてからの経過時間に比例した電圧値となる。
【００３７】
かかる構成によれば、近距離からの反射光を受光する時間帯ではバイアス電圧の電圧値が小さく、遠距離からの反射光を受光する時間帯ではバイアス電圧の電圧値が大きくなる。そして、ＡＰＤ２０による電流信号の増倍率は、バイアス電圧の電圧値に応じて変化するため、近距離からの反射光ＲＬについては増倍率が小さく、遠距離からの反射光ＲＬについては増倍率が大きくなる。
【００３８】
反射光ＲＬの光量は対象物までの距離の２乗に逆比例するため、本実施例とは異なり仮に遠距離からの反射光ＲＬに合わせて受光素子１２の受光感度を設定していた場合、近距離からの反射光ＲＬを受光することにより受光素子１２が飽和してしまう可能性がある。
【００３９】
しかしながら、本実施例のバイアス電圧印加部２１によれば、出射光ＯＬが出射されてからの経過時間に応じたバイアス電圧をＡＰＤ２０に印加することにより、対象物までの距離に応じて受光部１２の受光感度を調整することが可能となる。従って、近距離からの反射光を受光することによる受光素子の飽和を防ぎつつ、遠距離からの反射光に対しては受光素子の感度を高く設定することが可能となる。
【００４０】
再び図２を参照すると、受光部１２は、調整用コンデンサ３０及び調整電圧生成部３１を有する。調整用コンデンサ３０及び調整電圧生成部３１は、ＡＰＤ２０から出力部２２に供給される電流を調整する機能を有する。この機能について、以下に説明する。
【００４１】
バイアス電圧印加部２１がＡＰＤ２０にバイアス電圧を印加すると、ＡＰＤ２０のアノードカソード間に、図２に破線で示すような端子間容量Ｃａｐｄが発生する。この端子間容量Ｃａｐｄにより、ＡＰＤ２０のアノードと出力部２２の入力端との間には、充放電電流Ｉａｐｄが流れる。調整用コンデンサ３０及び調整電圧生成部３１は、ＡＰＤ２０の端子間容量Ｃａｐｄによって生じる充放電電流Ｉａｐｄに対応して、ＡＰＤ２０から出力部２２に供給される電流を調整する。
【００４２】
調整用コンデンサ３０は、一端が調整電圧生成部３１に接続され、他端がＡＰＤ２０のアノードと出力部２２の入力端とを接続するノードに接続されている。調整用コンデンサ３０は、例えばＡＰＤ２０の端子間容量Ｃａｐｄと同等の容量値を有する。
【００４３】
調整電圧生成部３１は、ＡＰＤ２０の端子間容量Ｃａｐｄによって生じる充放電電流Ｉａｐｄを調整するための調整電圧を生成する。調整電圧生成部３１は、オペアンプ３２、抵抗素子３３及び抵抗素子３４を含む。
【００４４】
オペアンプ３２の非反転入力端は所定電位に接続（例えば、接地）されている。オペアンプ３２の反転入力端は、抵抗素子３３を介して交流電源ＡＳに接続されている。また、オペアンプ３２の出力端及び反転入力端は、帰還抵抗としての抵抗素子３４を介して接続されている。
【００４５】
調整電圧生成部３１は、交流電源ＡＳから供給された交流電圧に基づいて、バイアス電圧とは逆方向に時間変化する調整電圧（すなわち、バイアス電圧とは逆位相の調整電圧）を生成する。生成された調整電圧は、調整用コンデンサ３０を介して調整電流に変換され、出力部２２の入力端に供給される。すなわち、調整電圧生成部３１及び調整用コンデンサ３０は、出力部２２に調整電流を供給する調整回路を構成している。
【００４６】
図４は、本実施例と同様のバイアス電圧印加部２１を有し且つ本実施例のような調整用コンデンサ３０及び調整電圧生成部３１を有しない受光部（以下、比較例の受光部と称する）において、出力部２２に供給される電流の波形を模式的に示す図である。
【００４７】
出射部１１が出射光ＯＬを出射した時点ｔ１から戻り時間ＲＴを経た時点において、受光部１２が反射光ＲＬを受光したとすると、ＡＰＤ２０から出力部２２に供給される電流信号の波形は、理想的には図４に「望ましい電流波形」として示すような信号波形となる。すなわち、反射光ＲＬの受光直後にピークを有し、それ以外の期間では０Ａとなるのが理想的な電流波形である。
【００４８】
しかし、図２に示すように、ＡＰＤ２０のカソードにバイアス電圧を印加すると、ＡＰＤ２０のアノードとカソードとの間には端子間容量Ｃａｐｄが生じる。ＡＰＤ２０のアノードと出力部２２の入力端との間には、端子間容量Ｃａｐｄに基づく充放電電流が流れる。端子間容量Ｃａｐｄに基づく充放電電流Ｉａｐｄは、ＡＰＤ２０のカソードに印加されるバイアス電圧を時間で微分した値となる。
【００４９】
再び図４を参照すると、端子間容量Ｃａｐｄに基づく充放電電流Ｉａｐｄにより、実際にＡＰＤ２０から出力される電流信号の波形は、図４に「比較例の電流波形」として示すような信号波形となる。すなわち、比較例のバイアス電圧印加部２１は、一点鎖線で示すように一次関数的にバイアス電圧の電圧値を上昇及び下降させるため、その上昇及び下降の期間において一定の充放電電流がＡＰＤ２０と出力部２２との間に流れる。その結果、距離測定期間ＤＭＰでは、出力部２２に供給される電流の電流波形は、理想的な電流波形よりも充放電電流Ｉａｐｄ分の電流値がかさ上げされた電流波形となる。また、待機・復帰期間ＷＲＰ内のバイアス電圧の電圧値が単調減少する期間では、出力部２２からＡＰＤ２０に向かって充放電電流Ｉａｐｄ分の定電流が流れる（すなわち、ＡＰＤ２０から出力部２２に負の定電流が流れる）波形となる。
【００５０】
図５は、比較例の出力部２２に供給される電流の波形と、当該電流を出力部２２においてＩ−Ｖ変換した電圧波形とを示すタイムチャートである。
【００５１】
出力部２２に供給される電流は、ＡＰＤ２０からの出力電流の波形に充放電電流Ｉａｐｄ分の電流がかさ上げされた電流となる。出力部２２の抵抗素子２７の抵抗値をＲ１とすると、充放電電流Ｉａｐｄ分の定電流が出力部２２によりＩ−Ｖ変換されると、充放電電流Ｉａｐｄに基づく電圧はＶ＝−Ｉａｐｄ×Ｒ１となる。
【００５２】
しかしながら、出力部２２によるＩ−Ｖ変換のダイナミックレンジの範囲を超えた分の電流は電圧に変換されない。例えば、Ｉ−Ｖ変換のダイナミックレンジの電流範囲を−ＤＡ〜ＤＡ、電圧範囲を−ＤＶ〜ＤＶであるとすると、Ｉ−Ｖ変換前の電流にＤＡを上回る部分及び−ＤＡを下回る部分があったとしても、当該部分はＩ−Ｖ変換後の電圧に反映されない。その結果、Ｉ−Ｖ変換後の電圧は、図６に「Ｉ−Ｖ変換出力波形」として示すように、電圧範囲−ＤＶ〜ＤＶに上下がつぶれて且つ反転した電圧波形となる。
【００５３】
従って、Ｉ−Ｖ変換のダイナミックレンジの上限が充放電電流Ｉａｐｄの電流値よりも低く設定されていた場合、比較例の受光部では、出力部２２から出力される受光信号ＲＳにピークが表れず、距離の算出に必要な受光タイミングの情報を得ることができない。受光信号ＲＳのピークを得るためにはＩ−Ｖ変換のダイナミックレンジを広げなければならず、回路規模が増大してしまうという問題がある。
【００５４】
これに対し、本実施例の測距装置では、バイアス電圧とは逆方向に時間変化する調整電圧を生成し、調整電流に変換して出力部２２に供給することにより、ＡＰＤ２０から出力部２２に供給される電流を調整することが可能である。
【００５５】
図６は、本実施例の測距装置における調整電圧の電圧波形及び調整用コンデンサの充放電電流波形を示すタイムチャートである。
【００５６】
バイアス電圧は、出射部１１が出射光ＯＬを出射した時点ｔ１を起算点として、時点ｔ２までの間、電圧値が最小値Ｖｏから最大値Ｖｘまで一定の割合で（すなわち、一次関数的に）上昇する。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、バイアス電圧の電圧値は、一定の値である最大値Ｖｘに維持される。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、バイアス電圧の電圧値は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの増加率に対応する減少率で、最大値Ｖｘから最小値Ｖｏまで一次関数的に減少する。そして、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、バイアス電圧の電圧値は、一定の値である最小値Ｖｏに維持される。
【００５７】
ＡＰＤ２０の端子間容量Ｃａｐｄに基づく充放電電流Ｉａｐｄの電流値は、バイアス電圧を時間で微分した電流値となる。従って、充放電電流Ｉａｐｄは、図６に「Ｃａｐｄ充放電電流波形」として示す電流波形となる。
【００５８】
一方、調整電圧生成部３１は、バイアス電圧とは逆方向に時間変化する調整電圧を生成する。すなわち、調整電圧は、出射部１１が出射光ＯＬを出射した時点ｔ１を起算点として、時点ｔ２までの間、最大値Ｖｒ１から最小値Ｖｒ２まで電圧値が一次関数的に減少する。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、バイアス電圧の電圧値は、一定の値である最小値Ｖｒ２に維持される。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、調整電圧の電圧値は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの減少率に対応する増加率で、最小値Ｖｒ２から最大値Ｖｒ１まで一次関数的に増加する。そして、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、調整電圧の電圧値は、一定の値である最大値Ｖｒ１に維持される。
【００５９】
調整電圧は、調整用コンデンサ３０による充放電電流として調整電流に変換され、出力部２２の入力端に供給される。調整用コンデンサ３０による充放電電流Ｉｃｒｅｖの電流値は、調整電圧を時間で微分した電流値となる。従って、充放電電流Ｉｃｒｅｖは、図６に「Ｃｒｅｖ充放電電流波形」として示す電流波形となる。
【００６０】
このように、調整電流は、ＡＰＤ２０の端子間容量Ｃａｐｄに基づく充放電電流Ｉａｐｄを打ち消すような電流波形となる。従って、出力部２２に供給される電流のうち、ＡＰＤ２０の端子間容量Ｃａｐｄに基づく充放電電流Ｉａｐｄの分を相殺することが可能となる。
【００６１】
図７は、本実施例の出力部２２に供給される電流の波形と、当該電流を出力部２２においてＩ−Ｖ変換した電圧波形とを示すタイムチャートである。
【００６２】
本実施例の出力部２２に供給される電流のうち、ＡＰＤ２０の端子間容量Ｃａｐｄに基づく充放電電流Ｉａｐｄの電流分は、調整電流により相殺される。このため、本実施例では、充放電電流Ｉａｐｄ分の電流値のかさ上げに起因して、出力部２２に供給される電流がダイナミックレンジを超えるような状態は生じない。
【００６３】
従って、Ｉ−Ｖ変換のダイナミックレンジの上限を充放電電流Ｉａｐｄの電流値よりも低く設定したとしても、図７に「本実施例の電流波形」として示すように、出力部２２に供給される電流をダイナミックレンジの電流範囲−ＤＡ〜ＤＡの間に収めることができる。出力部２２に供給される電流がＩ−Ｖ変換のダイナミックレンジに収まれば、出力部２２によりＩ−Ｖ変換された電圧は、比較例の電圧波形（図４を参照）のような上下につぶれたような電圧波形とはならない。すなわち、図７に「本実施例の電圧波形」として示すように、出力部２２は、供給される電流の電流範囲全体をＩ−Ｖ変換することが可能となる。
【００６４】
従って、本実施例の測距装置によれば、Ｉ−Ｖ変換のダイナミックレンジを広げることなく、出力部２２から出力される受光信号ＲＳのピークを検出して、距離の算出に必要な受光タイミングの情報を得ることができる。
【００６５】
なお、バイアス電圧印加部２１及び調整電圧生成部３１の具体的な回路構成は、図２に示したものに限られない。例えば、バイアス電圧及び調整電圧を共通の差動アンプにより生成するように構成することが可能である。
【００６６】
図８は、かかる構成を有する変形例としての受光部１２を示す回路図である。変形例の受光部１２は、バイアス電圧印加部２１及び調整電圧生成部３１の機能を有する電圧生成部４０を有する。
【００６７】
電圧生成部４０は、コンデンサ２４及び抵抗素子２５に加えて、差動アンプ４１、抵抗素子４２、抵抗素子４３、抵抗素子４４及び抵抗素子４５を有する。
【００６８】
差動アンプ４１の反転入力端は、抵抗素子４２を介して所定電位に接続（例えば、接地）されている。差動アンプ４１の非反転入力端は、抵抗素子４４を介して交流電源ＡＳに接続されている。差動アンプ４１の反転出力端と反転入力端との間は、帰還抵抗としての抵抗素子４３を介して接続されている。差動アンプ４１の非反転出力端と非反転入力端との間は、帰還抵抗としての抵抗素子４５を介して接続されている。
【００６９】
バイアス電圧は、差動アンプ４１の反転出力端から出力される電圧と直流電源ＤＳから出力される直流電圧とに基づいて生成される。一方、調整電圧は、差動アンプ４１の非反転出力端から出力される電圧により生成される。差動アンプ４１の反転入力端から出力される電圧及び非反転出力端から出力される電圧は、いずれも交流電源ＡＳから供給される交流電圧に応じた電圧波形を有し、互いに逆方向の信号波形を有する。従って、電圧生成部４０によれば、図６に示した波形と同様の波形を有するバイアス電圧及び調整電圧を生成することが可能となる。
【００７０】
なお、本発明の実施形態は、上記実施例で示したものに限られない。例えば、上記実施例では、調整用コンデンサ３０がＡＰＤ２０の端子間容量Ｃａｐｄと同等の容量値を有する場合を例として説明した。しかし、調整用コンデンサ３０の容量値はＡＰＤ２０の端子間容量Ｃａｐｄと異なっていてもよい。調整用コンデンサ３０は、調整電圧生成部３１が生成した調整電圧に基づいて、少なくとも出力部２２のＩ−Ｖ変換のダイナミックレンジを超えないレベルまで、出力部２２に供給される電流を調整可能な充放電電流を発生可能な容量値を有していればよい。
【００７１】
また、上記実施例では、出射光ＯＬが出射されてからの経過時間に応じて、一次関数的にバイアス電圧の電圧値を上昇させる場合を例として説明した。しかし、バイアス電圧の電圧値の上昇の態様はこれに限られない。例えば出射光ＯＬが出射されてからの時間経過にしたがって上昇率を増加させつつ、二次関数的にバイアス電圧の電圧値を上昇させてもよい。同様に、調整電圧も、バイアス電圧の電圧値の上昇に応じて二次関数的に変化させるようにしてもよい。
【００７２】
また、バイアス電圧印加部や調整電圧生成部の具体的な回路構成は上記各実施例で示したものに限定されず、出射光ＯＬが出射されてからの経過時間に応じて増加及び減少するようなバイアス電圧及び調整電圧を生成可能に構成されていればよい。
【００７３】
また、上記実施例では、出射部１１が出射光ＯＬを出射した時点ｔ１からバイアス電圧の電圧値を上昇させる例について説明した。しかし、起算点はこれに限られず、時点ｔ１から所定期間遅れてバイアス電圧の電圧値の上昇を開始してもよい。例えば、出射光ＯＬを出射した直後の、測距装置１００の内部の光学系部品によって反射された反射光ＲＬが受光部１２に入射することが想定される期間では、バイアス電圧の電圧値を上昇させない構成とすることも可能である。かかる構成によれば、測距装置１００の内部からの反射光ＲＬを受光することによるＡＰＤ２０の飽和をより確実に防ぐことが可能となる。
【００７４】
また、上記実施例では、距離算出部がＴＯＦ法に基づいて距離を算出する例について説明したが、本発明は位相差法に基づいて距離を算出する測距装置にも応用することが可能である。
【００７５】
また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばＲＯＭなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。
【符号の説明】
【００７６】
１００  測距装置
１１  出射部
１１Ａ  レーザ光源
１１Ｂ  レーザ発光駆動部
１２  受光部
１２Ａ  受光素子
１２Ｂ  受光信号検出部
１３  制御部
１４  距離算出部
２１  バイアス電圧印加部
２２  出力部
２３  オペアンプ
２４  コンデンサ
２５  抵抗素子
２６  オペアンプ
２７  抵抗素子
３０  調整用コンデンサ
３１  調整電圧生成部
３２  オペアンプ
３３，３４  抵抗素子
３４  抵抗素子
４１  差動アンプ
４２，４３，４４，４５  抵抗素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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