(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流源と、
第１端および第２端を有し前記第１端が基準電位に接続されるＪ個の容量素子Ｃ１〜ＣＪと、
各容量素子Ｃｊの前記第２端と前記定電流源との間に設けられたスイッチＳＷｊと、
外部から与えられる信号に基づいて時刻ｔ０から時刻ｔＪまでの時間Ｔ０が既知の期間のうち時刻ｔｊ−１から時刻ｔｊまでの期間においてＪ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＪのうちスイッチＳＷｊを閉状態とするとともに他のスイッチを開状態とする制御部と、
時刻ｔ０に対する時刻ｔＪの各容量素子Ｃｊの前記第２端の電位変化量Ｖｊおよび既知の時間Ｔ０に基づいて、時刻ｔｊ−１から時刻ｔｊまでの時間Ｔｊの何れかを求める演算部と、
を備えることを特徴とする時間計測装置（ただし、Ｊは２以上の整数、ｊは１以上Ｊ以下の整数）。
【請求項２】
パルス光を出力する光源と、
前記光源を駆動して前記光源からパルス光を発光させるとともに、その発光タイミングを表す発光タイミング信号を出力する駆動部と、
前記光源から出力されたパルス光が対象物に投光されて生じた反射パルス光を受光して当該受光強度に応じた電流信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力される電流信号を電圧信号に変換して該電圧信号を出力するＩＶ変換部と、
前記ＩＶ変換部から出力される電圧信号に基づいて、前記受光素子が反射パルス光を受光したタイミングを表す受光タイミング信号を出力する判断部と、
前記駆動部から出力される発光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ０とし、前記判断部から出力される受光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ１〜ｔＪ−１の何れかとして、前記対象物までの距離を表す時間を求める請求項１に記載の時間計測装置と、
を備えることを特徴とする距離計測装置。
【請求項３】
前記判断部は、前記ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値が前記閾値未満の状態から前記閾値を超える状態に遷移するタイミングを表す第１受光タイミング信号を出力するとともに、前記ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値が前記閾値を超える状態から前記閾値未満の状態に遷移するタイミングを表す第２受光タイミング信号を出力し、
前記時間計測装置は、Ｊ値が３であり、前記判断部から出力される第１受光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ１とし、前記判断部から出力される第２受光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ２として、時間Ｔ１，時間Ｔ２または時間Ｔ３を求める、
ことを特徴とする請求項２に記載の距離計測装置。
【請求項４】
前記判断部は、前記ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値がピークとなるタイミング，前記ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値が前記閾値未満の状態から前記閾値を超える状態に遷移するタイミング，および，前記ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値が前記閾値を超える状態から前記閾値未満の状態に遷移するタイミング，のうちの何れかを表す受光タイミング信号を出力し、
前記時間計測装置は、Ｊ値が２であり、前記判断部から出力される受光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ１として、時間Ｔ１または時間Ｔ２を求める、
ことを特徴とする請求項２に記載の距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間計測装置および距離計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物までの距離を計測する距離計測装置としてＴＯＦ（Time-of-flight）法に拠るものが知られている（特許文献１，２を参照）。ＴＯＦ法に拠る距離計測装置は、光源から対象物へパルス光を投光し、そのパルス光が対象物に投光されて生じた反射パルス光を受光素子により受光して、投光タイミングから受光タイミングまでの時間を計測することで、その時間から距離を求める。すなわち、ＴＯＦ法に拠る距離計測装置は、投光タイミングから受光タイミングまでの時間を計測する時間計測装置を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０１３３号公報
【特許文献２】特開平６−１８６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＴＯＦ法に拠る距離計測装置または時間計測装置は、部品の特性が温度によって異なったり、また、実際の部品の特性が設計値と異なったりすることにより、対象物までの計測結果に誤差を生じる場合がある。
【０００５】
特許文献１に開示された距離計測装置は、このような誤差の問題に対処することを意図するものであって、既知の長さを有する光ファイバを用いた計測の結果を用いて、対象物までの距離の計測結果を補正するものである。しかし、この距離計測装置も、光ファイバの特性が温度に依存することから、やはり、対象物までの計測結果に誤差を生じる場合がある。また、この距離計測装置は、光ファイバを用いた計測を行なう必要があることから、距離計測に要する時間が長くなり、また、大型となる。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、簡易な構成で高精度の時間計測を行うことができる時間計測装置、および、このような時間計測装置を含む距離計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る時間計測装置は、(1) 定電流源と、(2) 第１端および第２端を有し第１端が基準電位に接続されるＪ個の容量素子Ｃ１〜ＣＪと、(3) 各容量素子Ｃｊの第２端と定電流源との間に設けられたスイッチＳＷｊと、(4) 外部から与えられる信号に基づいて時刻ｔ０から時刻ｔＪまでの時間Ｔ０が既知の期間のうち時刻ｔｊ−１から時刻ｔｊまでの期間においてＪ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＪのうちスイッチＳＷｊを閉状態とするとともに他のスイッチを開状態とする制御部と、(5) 時刻ｔ０に対する時刻ｔＪの各容量素子Ｃｊの第２端の電位変化量Ｖｊおよび既知の時間Ｔ０に基づいて、時刻ｔｊ−１から時刻ｔｊまでの時間Ｔｊの何れかを求める演算部と、を備えることを特徴とする。ただし、Ｊは２以上の整数であり、ｊは１以上Ｊ以下の整数である。
【０００８】
本発明に係る距離計測装置は、(1) パルス光を出力する光源と、(2) 光源を駆動して光源からパルス光を発光させるとともに、その発光タイミングを表す発光タイミング信号を出力する駆動部と、(3) 光源から出力されたパルス光が対象物に投光されて生じた反射パルス光を受光して当該受光強度に応じた電流信号を出力する受光素子と、(4) 受光素子から出力される電流信号を電圧信号に変換して該電圧信号を出力するＩＶ変換部と、(5) ＩＶ変換部から出力される電圧信号に基づいて、受光素子が反射パルス光を受光したタイミングを表す受光タイミング信号を出力する判断部と、(6) 駆動部から出力される発光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ０とし、判断部から出力される受光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ１〜ｔＪ−１の何れかとして、対象物までの距離を表す時間を求める上記の本発明に係る時間計測装置と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、駆動部により駆動された光源からパルス光が出力される。また、駆動部からは、その発光タイミングを表す発光タイミング信号が出力される。光源から出力されたパルス光が対象物に投光されて生じた反射パルス光は受光素子により受光されて、当該受光強度に応じた電流信号が受光素子から出力される。その受光素子から出力された電流信号はＩＶ変換部により電圧信号に変換される。判断部により、その電圧信号に基づいて、受光素子が反射パルス光を受光したタイミングを表す受光タイミング信号が出力される。時間計測装置では、駆動部から出力される発光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ０とし、判断部から出力される受光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ１〜ｔＪ−１の何れかとして、対象物までの距離を表す時間が求められる。
【００１０】
時間計測装置では、制御部により制御されて、時刻ｔ０から時刻ｔＪまでの時間Ｔ０が既知の期間のうち、時刻ｔｊ−１から時刻ｔｊまでの期間において、Ｊ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＪのうちスイッチＳＷｊが閉状態とされるとともに、他のスイッチが開状態とされて、これにより、Ｊ個の容量素子Ｃ１〜ＣＪのうち容量素子Ｃｊのみ電位が変化していく、そして、演算部により、時刻ｔ０に対する時刻ｔＪの各容量素子Ｃｊの電位変化量Ｖｊおよび既知の時間Ｔ０に基づいて、時刻ｔｊ−１から時刻ｔｊまでの時間Ｔｊの何れかが求められる。この求められた時間から、対象物までの距離が求められる。
【００１１】
本発明に係る距離計測装置では、(a) 判断部は、ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値が閾値未満の状態から閾値を超える状態に遷移するタイミングを表す第１受光タイミング信号を出力するとともに、ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値が閾値を超える状態から閾値未満の状態に遷移するタイミングを表す第２受光タイミング信号を出力し、(b) 時間計測装置は、Ｊ値が３であり、判断部から出力される第１受光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ１とし、判断部から出力される第２受光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ２として、時間Ｔ１，時間Ｔ２または時間Ｔ３を求める、のが好適である。
【００１２】
また、本発明に係る距離計測装置では、(a) 判断部は、ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値がピークとなるタイミング，ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値が閾値未満の状態から閾値を超える状態に遷移するタイミング，および，ＩＶ変換部から出力される電圧信号の値が閾値を超える状態から閾値未満の状態に遷移するタイミング，のうちの何れかを表す受光タイミング信号を出力し、(b) 時間計測装置は、Ｊ値が２であり、判断部から出力される受光タイミング信号が表すタイミングを時刻ｔ１として、時間Ｔ１または時間Ｔ２を求めるのも好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な構成で高精度の時間または距離の計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る距離計測装置１の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る距離計測装置１に含まれる時間計測装置１０の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る時間計測装置１０の動作例を説明するタイミングチャートである。
【図４】第２実施形態に係る距離計測装置に含まれる時間計測装置１０Ａの構成を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る時間計測装置１０Ａの動作例を説明するタイミングチャートである。
【図６】第２実施形態に係る時間計測装置１０Ａの他の動作例を説明するタイミングチャートである。
【図７】第２実施形態に係る時間計測装置１０Ａの他の動作例を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
【００１７】
図１は、第１実施形態に係る距離計測装置１の構成を示す図である。距離計測装置１は、対象物９０までの距離を計測するものであって、時間計測装置１０、光源２０、駆動部３０、受光素子４０、ＩＶ変換部５０および判断部６０を備える。
【００１８】
光源２０は、駆動部３０により駆動されて、対象物９０へ向けてパルス光を出力する。光源２０として好適にはレーザダイオードが用いられる。駆動部３０は、光源２０を駆動して光源２０からパルス光を発光させるとともに、その発光タイミングを表す発光タイミング信号を距離計測装置１０へ出力する。
【００１９】
受光素子４０は、光源２０から出力されたパルス光が対象物９０に投光されて生じた反射パルス光を受光して、当該受光強度に応じた電流信号をＩＶ変換部５０へ出力する。受光素子４０として好適にはアバンランシュフォトダイオードが用いられる。ＩＶ変換部５０は、受光素子４０から出力される電流信号を電圧信号に変換して、該電圧信号を判断部６０へ出力する。判断部６０は、ＩＶ変換部５０から出力される電圧信号に基づいて、受光素子４０が反射パルス光を受光したタイミングを表す受光タイミング信号を時間計測装置１０へ出力する。
【００２０】
時間計測装置１０は、駆動部３０から出力される発光タイミング信号を入力するとともに、判断部６０から出力される受光タイミング信号をも入力して、発光タイミング信号が表すタイミングから受光タイミング信号が表すタイミングまでの時間を求める。この求められた時間は、光源２０から対象物９０までの距離と対象物９０から受光素子４０までの距離との和を表しており、すなわち、距離計測装置１から対象物９０までの距離を表している。
【００２１】
図２は、第１実施形態に係る距離計測装置１に含まれる時間計測装置１０の構成を示す図である。時間計測装置１０は、定電流源１１，制御部１２，演算部１３，容量素子Ｃ１〜Ｃ３，抵抗器Ｒ，スイッチＳＷ０〜ＳＷ３および スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３を備える。スイッチＳＷ０〜ＳＷ３および スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３それぞれはトランジスタからなる。
【００２２】
定電流源１１は、電流源１１ａおよびトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を含む。電流源１１ａの一端は基準電位Ｖｒｅｆと接続され、電流源１１ａの他端はトランジスタＴｒ１のドレイン端子と接続されている。トランジスタＴｒ１のドレイン端子は、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２それぞれのゲート端子と接続されている。トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２それぞれのソース端子は接地されている。トランジスタＴｒ２のドレイン端子は、スイッチＳＷ０および抵抗器Ｒを介して基準電位Ｖｒｅｆと接続されている。定電流源１１は、カレントミラー回路を構成しており、トランジスタＴｒ２のドレイン端子とソース端子との間に一定電流を流すことができる。
【００２３】
スイッチＳＷ１の一端は、トランジスタＴｒ２のドレイン端子と接続されている。スイッチＳＷ１の他端は、スイッチＳＷ１１を介してリセット電位Ｖｒｅｓｅｔと接続され、また、容量素子Ｃ１を介して接地電位と接続されている。スイッチＳＷ１の他端の電位が演算部１３へ入力される。
【００２４】
スイッチＳＷ２の一端は、トランジスタＴｒ２のドレイン端子と接続されている。スイッチＳＷ２の他端は、スイッチＳＷ１２を介してリセット電位Ｖｒｅｓｅｔと接続され、また、容量素子Ｃ２を介して接地電位と接続されている。スイッチＳＷ２の他端の電位が演算部１３へ入力される。
【００２５】
スイッチＳＷ３の一端は、トランジスタＴｒ２のドレイン端子と接続されている。スイッチＳＷ３の他端は、スイッチＳＷ１３を介してリセット電位Ｖｒｅｓｅｔと接続され、また、容量素子Ｃ３を介して接地電位と接続されている。スイッチＳＷ３の他端の電位が演算部１３へ入力される。
【００２６】
スイッチＳＷ０は、制御部１２から与えられるｔａｃｏｆｆ信号により開閉制御される。スイッチＳＷ１は、制御部１２から与えられるｔａｃ１信号により開閉制御される。スイッチＳＷ２は、制御部１２から与えられるｔａｃ２信号により開閉制御される。スイッチＳＷ３は、制御部１２から与えられるｔａｃ３信号により開閉制御される。スイッチＳＷ１１は、制御部１２から与えられるｒｅｓｅｔ１信号により開閉制御される。スイッチＳＷ１２は、制御部１２から与えられるｒｅｓｅｔ２信号により開閉制御される。スイッチＳＷ１３は、制御部１２から与えられるｒｅｓｅｔ３信号により開閉制御される。
【００２７】
制御部１２は、駆動部３０から出力される発光タイミング信号を入力するとともに、判断部６０から出力される受光タイミング信号をも入力して、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号，ｔａｃ２信号，ｔａｃ３信号を生成する。そして、制御部１２は、これらの信号をスイッチＳＷ０〜ＳＷ３の何れかへ与えて、これらのスイッチの開閉動作を制御する。また、制御部１２は、駆動部３０から出力される発光タイミング信号により、ｒｅｓｅｔ１信号，ｒｅｓｅｔ２信号およびｒｅｓｅｔ３信号を生成し、これらの信号をスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３ の何れかへ与えて、これらのスイッチの開閉動作を制御する。
【００２８】
演算部１３は、スイッチＳＷ１と容量素子Ｃ１との接続点の電位Ｖｏｕｔ１、スイッチＳＷ２と容量素子Ｃ２との接続点の電位Ｖｏｕｔ２、および、スイッチＳＷ３と容量素子Ｃ３との接続点の電位Ｖｏｕｔ３を入力して、これらの電位Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ３に基づいて所定の演算を行い、対象物９０までの距離を表す時間を求める。演算部１３は、アナログ演算を行ってもよいし、デジタル演算を行ってもよい。
【００２９】
次に、第１実施形態に係る距離計測装置１および時間計測装置１０の動作について説明する。図３は、第１実施形態に係る時間計測装置１０の動作例を説明するタイミングチャートである。この図には、上から順に、駆動部３０から時間計測装置１０の制御部１２に与えられる発光タイミング信号、ＩＶ変換部５０から出力され判断部６０に入力される電圧信号、判断部６０から時間計測装置１０の制御部１２に与えられる受光タイミング信号、制御部１２からスイッチＳＷ０に与えられるｔａｃｏｆｆ信号、制御部１２からスイッチＳＷ１に与えられるｔａｃ１信号、制御部１２からスイッチＳＷ２に与えられるｔａｃ２信号、制御部１２からスイッチＳＷ３に与えられるｔａｃ３信号、スイッチＳＷ１と容量素子Ｃ１との接続点の電位Ｖｏｕｔ１、スイッチＳＷ２と容量素子Ｃ２との接続点の電位Ｖｏｕｔ２、および、スイッチＳＷ３と容量素子Ｃ３との接続点の電位Ｖｏｕｔ３、が示されている。
【００３０】
駆動部３０から時間計測装置１０の制御部１２に与えられる発光タイミング信号は、光源２０がパルス光を発光した時刻ｔ０に立ち上がる。また、この発光タイミング信号は、この時刻ｔ０から既知の時間Ｔ０が経過した時刻ｔ３に立ち下がる。すなわち、発光タイミング信号は、パルス幅Ｔ０の信号である。
【００３１】
ＩＶ変換部５０から出力され判断部６０に入力される電圧信号は、受光素子４０に到達した反射パルス光の強度の時間的変化を表す信号である。
【００３２】
判断部６０から時間計測装置１０の制御部１２に与えられる受光タイミング信号は、受光素子４０が反射パルス光を受光したタイミングを表す信号であり、ＩＶ変換部５０から出力された電圧信号の値が閾値未満の状態から閾値を超える状態に遷移する時刻ｔ１に立ち上がり、該電圧信号の値が閾値を超える状態から閾値未満の状態に遷移する時刻ｔ２に立ち下がる。
【００３３】
制御部１２により、駆動部３０から出力される発光タイミング信号および判断部６０から出力される受光タイミング信号に基づいて、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号，ｔａｃ２信号，ｔａｃ３信号が生成される。また、制御部１２により、駆動部３０から出力される発光タイミング信号に基づいて，ｒｅｓｅｔ１信号，ｒｅｓｅｔ２信号およびｒｅｓｅｔ３信号が生成される。
【００３４】
時刻ｔ０前に、ｒｅｓｅｔ１信号，ｒｅｓｅｔ２信号およびｒｅｓｅｔ３信号それぞれが有意値であり、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３それぞれが閉じていて、電位Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ３それぞれはリセット電位Ｖｒｅｓｅｔとされる。時刻ｔ０に、ｒｅｓｅｔ１信号，ｒｅｓｅｔ２信号およびｒｅｓｅｔ３信号それぞれは非有意値に転じて、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３それぞれは開状態に転じる。
【００３５】
時刻ｔ０前または時刻ｔ３後では、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号，ｔａｃ２信号およびｔａｃ３信号のうちｔａｃｏｆｆ信号のみが有意値となり、スイッチＳＷ０〜ＳＷ３のうちスイッチＳＷ０のみが閉状態となる。
【００３６】
時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間では、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号，ｔａｃ２信号およびｔａｃ３信号のうちｔａｃ１信号のみが有意値となり、スイッチＳＷ０〜ＳＷ３のうちスイッチＳＷ１のみが閉状態となる。
【００３７】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間では、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号，ｔａｃ２信号およびｔａｃ３信号のうちｔａｃ２信号のみが有意値となり、スイッチＳＷ０〜ＳＷ３のうちスイッチＳＷ２のみが閉状態となる。
【００３８】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号，ｔａｃ２信号およびｔａｃ３信号のうちｔａｃ３信号のみが有意値となり、スイッチＳＷ０〜ＳＷ３のうちスイッチＳＷ３のみが閉状態となる。
【００３９】
電位Ｖｏｕｔ１は時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間に亘って変化し、その電位変化量はＶ１となる。電位Ｖｏｕｔ２は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に亘って変化し、その電位変化量はＶ２となる。また、電位Ｖｏｕｔ３は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間に亘って変化し、その電位変化量はＶ３となる。
【００４０】
ここで、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間をＴ１とし、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間をＴ２とし、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間をＴ３とする。容量素子Ｃ１〜Ｃ３それぞれの容量値が互いに等しくＣであるとする。また、定電流源１１を流れる電流をＩとする。このとき、これらのパラメータの間に以下の関係式が成り立つ。
Ｖ１＝Ｔ１Ｉ／Ｃ          …(1)
Ｖ２＝Ｔ２Ｉ／Ｃ          …(2)
Ｖ３＝Ｔ３Ｉ／Ｃ          …(3)
Ｔ０＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３    …(4)
【００４１】
上記(1)式〜(4)式から以下の関係式が得られる。
Ｔ１＝Ｔ０Ｖ１／(Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３)    …(5)
Ｔ２＝Ｔ０Ｖ２／(Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３)    …(6)
Ｔ３＝Ｔ０Ｖ３／(Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３)    …(7)
【００４２】
演算部１３は、電位変化量Ｖ１〜Ｖ３および既知の時間Ｔ０に基づいて以上のような演算を行って、時間Ｔ１〜Ｔ３を求めることができる。そして、時間Ｔ１、時間(Ｔ１＋Ｔ２) または 時間(Ｔ１＋Ｔ２／２) に基づいて、対象物９０までの距離を求めることができる。また、発光のピーク値が発光時間の中心にあるとは限らないため、受光タイミング信号の大きさ、すなわち、反射パルス光の光量と発光のピーク位置を関係づけるルックアップテーブル（ＬＵＴ）または関数を用意して、反射パルス光の光量に基づいて距離を算出してもよい。
【００４３】
以上のように、本実施形態では、時間Ｔ１〜Ｔ３は、上記(5)〜(7)式により求められるので、定電流源１１を流れる電流Ｉのばらつきの影響を受けない。また、本実施形態では、特許文献１に開示された発明の如く光ファイバを用いた補正の為の計測を行なう必要はない。したがって、本実施形態では、簡易な構成で高精度の時間計測や距離計測を行うことができる。
【００４４】
また、本実施形態では、スイッチＳＷ０および抵抗器Ｒが設けられていることにより、時刻ｔ０前にも定電流源１１を電流が流れるので、時刻ｔ０以降に定電流源１１の安定した動作が得られ、この点でも高精度の時間計測や距離計測を行うことができる。
【００４５】
（第２実施形態）
【００４６】
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る距離計測装置の構成は、第１実施形態の場合と比較すると時間計測装置の構成の点で相違する。図４は、第２実施形態に係る距離計測装置に含まれる時間計測装置１０Ａの構成を示す図である。
【００４７】
時間計測装置１０Ａは、定電流源１１，制御部１２Ａ，演算部１３Ａ，容量素子Ｃ１，Ｃ２，抵抗器Ｒ，スイッチＳＷ０〜ＳＷ２および スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１２を備える。スイッチＳＷ０〜ＳＷ２および スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１２それぞれはトランジスタからなる。
【００４８】
図２に示された第１実施形態に係る時間計測装置１０の構成と比較すると、この図４に示される第２実施形態に係る時間計測装置１０Ａは、スイッチＳＷ３，ＳＷ１３および容量素子Ｃ３を備えていない点で相違し、制御部１２に替えて制御部１２Ａを備える点で相違し、また、演算部１３に替えて演算部１３Ａを備える点で相違する。
【００４９】
制御部１２Ａは、駆動部３０から出力される発光タイミング信号を入力するとともに、判断部６０から出力される受光タイミング信号をも入力して、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号，ｔａｃ２信号を生成する。そして、制御部１２Ａは、これらの信号をスイッチＳＷ０〜ＳＷ２ および スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１２の何れかへ与えて、これらのスイッチの開閉動作を制御する。また、制御部１２Ａは、駆動部３０から出力される発光タイミング信号を入力して、ｒｅｓｅｔ１信号およびｒｅｓｅｔ２信号を生成し、これらの信号をスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１２ の何れかへ与えて、これらのスイッチの開閉動作を制御する。
【００５０】
演算部１３Ａは、スイッチＳＷ１と容量素子Ｃ１との接続点の電位Ｖｏｕｔ１、および、スイッチＳＷ２と容量素子Ｃ２との接続点の電位Ｖｏｕｔ２を入力して、これらの電位Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２に基づいて所定の演算を行い、対象物９０までの距離を表す時間を求める。演算部１３Ａは、アナログ演算を行ってもよいし、デジタル演算を行ってもよい。
【００５１】
次に、第２実施形態に係る距離計測装置および時間計測装置１０Ａの動作について説明する。図５は、第２実施形態に係る時間計測装置１０Ａの動作例を説明するタイミングチャートである。この図には、上から順に、駆動部３０から時間計測装置１０Ａの制御部１２Ａに与えられる発光タイミング信号、ＩＶ変換部５０から出力され判断部６０に入力される電圧信号、判断部６０から時間計測装置１０Ａの制御部１２Ａに与えられる受光タイミング信号、制御部１２ＡからスイッチＳＷ０に与えられるｔａｃｏｆｆ信号、制御部１２ＡからスイッチＳＷ１に与えられるｔａｃ１信号、制御部１２ＡからスイッチＳＷ２に与えられるｔａｃ２信号、スイッチＳＷ１と容量素子Ｃ１との接続点の電位Ｖｏｕｔ１、および、スイッチＳＷ２と容量素子Ｃ２との接続点の電位Ｖｏｕｔ２、が示されている。
【００５２】
駆動部３０から時間計測装置１０Ａの制御部１２Ａに与えられる発光タイミング信号は、光源２０がパルス光を発光した時刻ｔ０に立ち上がる。また、この発光タイミング信号は、この時刻ｔ０から既知の時間Ｔ０が経過した時刻ｔ２に立ち下がる。すなわち、発光タイミング信号は、パルス幅Ｔ０の信号である。
【００５３】
ＩＶ変換部５０から出力され判断部６０に入力される電圧信号は、受光素子４０に到達した反射パルス光の強度の時間的変化を表す信号である。
【００５４】
判断部６０から時間計測装置１０Ａの制御部１２Ａに与えられる受光タイミング信号は、受光素子４０が反射パルス光を受光したタイミングを表す信号であり、ＩＶ変換部５０から出力された電圧信号の値がピークとなる時刻ｔ１に立ち上がる。また、受光タイミング信号は、時刻ｔ２に立ち下がる。なお、電圧信号の時間微分値の符号の変化を検出することで、電圧信号の値がピークとなるタイミングを検出することができる。
【００５５】
制御部１２Ａにより、駆動部３０から出力される発光タイミング信号および判断部６０から出力される受光タイミング信号に基づいて、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号，ｔａｃ２信号が生成される。また、制御部１２Ａにより、駆動部３０から出力される発光タイミング信号に基づいて，ｒｅｓｅｔ１信号およびｒｅｓｅｔ２信号が生成される。
【００５６】
時刻ｔ０前に、ｒｅｓｅｔ１信号およびｒｅｓｅｔ２信号それぞれが有意値であり、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２それぞれが閉じていて、電位Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２それぞれはリセット電位Ｖｒｅｓｅｔとされる。時刻ｔ０に、ｒｅｓｅｔ１信号およびｒｅｓｅｔ２信号それぞれは非有意値に転じて、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２それぞれは開状態に転じる。
【００５７】
時刻ｔ０前または時刻ｔ２後では、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号およびｔａｃ２信号のうちｔａｃｏｆｆ信号のみが有意値となり、スイッチＳＷ０〜ＳＷ２のうちスイッチＳＷ０のみが閉状態となる。
【００５８】
時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間では、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号およびｔａｃ２信号のうちｔａｃ１信号のみが有意値となり、スイッチＳＷ０〜ＳＷ２のうちスイッチＳＷ１のみが閉状態となる。
【００５９】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間では、ｔａｃｏｆｆ信号，ｔａｃ１信号およびｔａｃ２信号のうちｔａｃ２信号のみが有意値となり、スイッチＳＷ０〜ＳＷ２のうちスイッチＳＷ２のみが閉状態となる。
【００６０】
電位Ｖｏｕｔ１は時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間に亘って変化し、その電位変化量はＶ１となる。また、電位Ｖｏｕｔ２は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に亘って変化し、その電位変化量はＶ２となる。
【００６１】
ここで、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間をＴ１とし、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間をＴ２とする。容量素子Ｃ１，Ｃ２それぞれの容量値が互いに等しくＣであるとする。また、定電流源１１を流れる電流をＩとする。このとき、これらのパラメータの間に以下の関係式が成り立つ。
Ｖ１＝Ｔ１Ｉ／Ｃ          …(8)
Ｖ２＝Ｔ２Ｉ／Ｃ          …(9)
Ｔ０＝Ｔ１＋Ｔ２          …(10)
【００６２】
上記(8)式〜(10)式から以下の関係式が得られる。
Ｔ１＝Ｔ０Ｖ１／(Ｖ１＋Ｖ２)    …(11)
Ｔ２＝Ｔ０Ｖ２／(Ｖ１＋Ｖ２)    …(12)
【００６３】
演算部１３Ａは、電位変化量Ｖ１，Ｖ２および既知の時間Ｔ０に基づいて以上のような演算を行って、時間Ｔ１，Ｔ２を求めることができる。そして、時間Ｔ１に基づいて、対象物９０までの距離を求めることができる。
【００６４】
図６および図７は、第２実施形態に係る時間計測装置１０Ａの他の動作例を説明するタイミングチャートである。図６に示される動作例では、判断部６０から時間計測装置１０Ａの制御部１２Ａに与えられる受光タイミング信号は、ＩＶ変換部５０から出力された電圧信号の値が閾値未満の状態から閾値を超える状態に遷移する時刻ｔ１に立ち上がる。図７に示される動作例では、判断部６０から時間計測装置１０Ａの制御部１２Ａに与えられる受光タイミング信号は、ＩＶ変換部５０から出力された電圧信号の値が閾値を超える状態から閾値未満の状態に遷移する時刻ｔ１に立ち上がる。これらの場合にも、演算部１３Ａは、電位変化量Ｖ１，Ｖ２および既知の時間Ｔ０に基づいて同様の演算を行って、時間Ｔ１，Ｔ２を求めることができる。そして、時間Ｔ１に基づいて、対象物９０までの距離を求めることができる。
【００６５】
以上のように、本実施形態でも、時間Ｔ１，Ｔ２は、上記(11〜(12)式により求められるので、定電流源１１を流れる電流Ｉのばらつきの影響を受けない。また、本実施形態でも、特許文献１に開示された発明の如く光ファイバを用いた補正の為の計測を行なう必要はない。したがって、本実施形態でも、簡易な構成で高精度の時間計測や距離計測を行うことができる。
【００６６】
また、本実施形態でも、スイッチＳＷ０および抵抗器Ｒが設けられていることにより、時刻ｔ０前にも定電流源１１を電流が流れるので、時刻ｔ０以降に定電流源１１の安定した動作が得られ、この点でも高精度の時間計測や距離計測を行うことができる。
【００６７】
（変形例）
【００６８】
定電流源１１を流れる電流Ｉは、上記実施形態では一定であるとしたが、可変であってもよい。また、容量素子Ｃ１〜Ｃ３それぞれの容量値は、上記実施形態では互いに等しいとしたが、可変であってもよく、互いに異ならせてもよい。例えば、第１実施形態において、時間Ｔ１と比べて時間Ｔ２が非常に短い場合には、容量素子Ｃ１の容量値と比べて容量素子Ｃ２の容量値が小さいのが好ましく、このようにすることで、電位変化量Ｖ２が高感度に検出され得る。また、計測レンジや分解能に応じて、定電流源１１を流れる電流Ｉや容量素子の容量値を調整するのが好ましい。
【符号の説明】
【００６９】
１…距離計測装置、１０，１０Ａ…時間計測装置、１１…定電流源、１１ａ…電流源、１２，１２Ａ…制御部、１３，１３Ａ…演算部、２０…光源、３０…駆動部、４０…受光素子、５０…ＩＶ変換部、６０…判断部、Ｃ１〜Ｃ３…容量素子、Ｒ…抵抗器、ＳＷ０〜ＳＷ３，ＳＷ１１〜ＳＷ１３…スイッチ、Ｔｒ１，Ｔｒ２…トランジスタ。
【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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