(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザレンジファインダー装置において、
赤外線レーザダイオードを駆動させて、目標物へレーザパルス信号を発信する駆動回路と、
目標物から反射したレーザパルス信号を受信すると共に、駆動回路に出力されたレーザパルス信号の強度を制御する自動ピーク値制御回路と、
目標物から反射したレーザパルス信号を増幅させる増幅回路と、
増幅回路に出力された電圧信号を時間パルス信号に変換するワンショット回路と、
ワンショット回路の出力端に接続され、時間パルス信号をデジタル信号に変換する時間−振幅変換回路と、
時間・振幅変換回路及び駆動回路に接続され、駆動回路のトリガタイミングを制御すると共に、時間・振幅変換回路にリセット信号を送信するマイクロプロセッサと、
マイクロプロセッサに接続され、マイクロプロセッサの距離測定結果を表示する液晶ディスプレイと、を備え、
前記自動ピーク値制御回路は、
目標物から反射したレーザパルス信号を受信すると共に、該レーザパルス信号を電流信号に変換して出力するアバランシェ光検出機構と、
アバランシェ光検出機構からの電流信号を受信すると共に、該電流信号を電圧信号に変換する受信回路と、
受信回路の出力端に接続され、電圧信号のピーク値を保持するピーク値保持回路と、
ピーク値保持回路の出力端に接続されると共に、ピーク値保持回路から出力された電圧信号と一つの参考電圧とを比較して、一つの電圧差の値を求め、その求めた電圧差の値を積分する積分回路と、
積分回路の出力端に接続され、自らの出力端に駆動回路及び受信回路を接続して、駆動回路に発信されたレーザパルス信号の強度及びアバランシェ光検出機構のゲインを制御する高圧電源回路と、を備えたことを特徴とするレーザレンジファインダー装置。
【請求項２】
自動ピーク値制御回路は、目標物から反射したレーザパルス信号を受信すると共に、該レーザパルス信号を電流信号に変換して出力するアバランシェ光検出機構と、アバランシェ光検出機構からの電流信号を受信すると共に、該電流信号を電圧信号に変換する受信回路と、受信回路の出力端に接続され、電圧信号のピーク値を保持するピーク値保持回路と、ピーク値保持回路の出力端に接続されると共に、前記ピーク値保持回路から出力された電圧信号をデジタル信号に変換してマイクロプロセッサへ送信するA/D変換器と、マイクロプロセッサの出力端に接続されると共に、マイクロプロセッサから出力された信号をアナログ信号に変換するD/A変換器と、D/A変換器の出力端に接続されると共に、D/A変換器から出力されたアナログ信号を受信し、自らの出力端に駆動回路及び受信回路を接続して、駆動回路に発信されたレーザパルス信号の強度及びアバランシェ光検出機構のゲインを制御する高圧電源回路と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザレンジファインダー装置。
【請求項３】
時間・振幅変換回路は、入力端にワンショット回路の出力端及びマイクロプロセッサを接続し、ワンショット回路及びマイクロプロセッサにより、出力する時間パルス信号の幅を制御するフリップフロップと、フリップフロップから出力された時間パルス信号を電圧信号に変換する線形充電回路と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載のレーザレンジファインダー装置。
【請求項４】
駆動回路は、偏光ビームスプリッターを介して、送信するレーザパルス信号へのビーム集束処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のレーザレンジファインダー装置。
【請求項５】
フリップフロップはＲ−Ｓフリップフロップであることを特徴とする請求項４に記載のレーザレンジファインダー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、特に自動ピーク値制御回路を備えて、極めて高い精度で距離を測定するレーザレンジファインダー装置に関するものでる。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、レーザレンジファインダーは、距離測定には欠かせない重要な装置の一つであり、その原理は、レーザ発信器によって、目標物へレーザパルス信号を発信し、そしてレーザ受信器により、目標物から反射したレーザパルス信号を受信すると共に、その反射したレーザパルス信号に基づいて距離を計算するものであり、その計算式は、
Ｔｄ＝２Ｌ／Ｃ
である。
【０００３】
上記の式において、Ｔｄは発信されたレーザパルス信号と受信されたレーザパルス信号との遅延時間であり、Ｌは目標物までの距離であり、Ｃは光速である。従って、若し遅延時間Ｔｄを正確に測定できれば、目標物までの距離Ｌを求めることができる。又、より正確に目標物までの距離を測定するためには、遅延時間Ｔｄを高精度で測定する必要があり、上記の目的を達成するめに、一般に下記のような手段がよく用いられている。
１．  発信されたレーザパルス信号のパルス幅をなるべく狭くさせる。
２．  受信した目標物からのレーザパルス信号を安定させて、目標物の異なる反射率によるレーザパルス信号の受信開始時間の変動を最小限に抑える。
３．  高感度の遅延時間測定回路によって、レーザレンジファインダーの測定分解能を向上させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
又、米国特許第３，９２１，０９５号では、始動式位相ロックループ(startable phase-locked loop)により、遅延時間の測定を向上させることで、その分解能を１０−１２秒に向上させるものが提出されている。しかし、この発明では、始動式発振器の発振周波数を参考周波数にすることにより、参考周波数は始動式発振器が始動する瞬間の最初の位相を正確に保持することができるが、その始動式発振器は単に高速の時間パルス信号のみで作動し、特にＥＣＬロジックゲート素子で作動されるので、バッテリを電源とした装置においては、その電力消耗の問題を解決しなければならない。
【０００５】
又、米国特許第５，０７５，８７８号では、サンプリング技術によって、遅延時間測定の正確性を向上させるものも提出されている。この発明では、発振されたレーザパルス信号及び受信されたレーザパルス信号から一つの参考信号をサンプリングして、該参考信号によって、一つのサンプリングされた波形信号を求め、該サンプリングされた波形信号の周期は上記のレーザパルス信号より長い。しかし、サンプリング回路において歪みを発生する可能性があり、測定の信頼性に欠ける。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するものであり、測定分解能を向上できると共に、低電力の消耗を実現でき、更にバッテリを電源とする装置に適用できる高精度のレーザレンジファインダー装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
レーザレンジファインダー装置において、
赤外線レーザダイオード（２１）を駆動させて、目標物へレーザパルス信号を発信する駆動回路（２０）と、
目標物から反射したレーザパルス信号を受信すると共に、駆動回路（２０）に出力されたレーザパルス信号の強度を制御する自動ピーク値制御回路（３０）と、
目標物から反射したレーザパルス信号を増幅させる増幅回路（４０）と、
増幅回路（４０）に出力された電圧信号を時間パルス信号に変換するワンショット回路（５０）と、
ワンショット回路（５０）の出力端に接続され、時間パルス信号をデジタル信号に変換する時間―振幅変換回路（６０）と、
時間・振幅変換回路（６０）及び駆動回路（２０）に接続され、駆動回路（２０）のトリガタイミングを制御すると共に、時間・振幅変換回路（６０）にリセット信号を送信するマイクロプロセッサ（７０）と、
マイクロプロセッサ（７０）に接続され、マイクロプロセッサ（７０）の距離測定結果を表示する液晶ディスプレイ（８０）と、を備えたことを特徴とするレーザレンジファインダー装置を提供する。
【０００８】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置の一つの実施例の回路を示すブロック図であり、図２は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における駆動回路の回路図であり、図３は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における受信回路の回路図であり、図４は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置におけるピーク値保持回路の回路図であり、図５は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における積分回路の回路図であり、図６は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における高圧電源回路の回路図であり、図７は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における増幅回路及びワンショット回路の回路図であり、図８（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における増幅回路及びワンショット回路に出力された波形を示す図であり、図９は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置におけるＲ−Ｓフリップフロップの回路図であり、図１０は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における線形充電回路の回路図であり、図１１は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における時間・振幅変換回路のタイミング図であり、図１２は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置の他の実施例の回路を示すブロック図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明のレーザレンジファインダー装置は、発振されたレーザパルス信号へのビーム集束処理を行う偏光ビームスプリッター（１０）と、赤外線レーザダイオード（２１）を駆動させて、目標物へレーザパルス信号を発信する駆動回路（２０）と、アバランシェ光検出機構（３５）を有し、目標物から反射したレーザパルス信号を受信すると共に、駆動回路（２０）に出力されたレーザパルス信号の強度及びアバランシェ光検出機構（３５）のバイアス値を制御する自動ピーク値制御回路（３０）と、自動ピーク値制御回路（３０）に接続され、目標物から反射したレーザパルス信号を増幅させる増幅回路（４０）と、増幅回路（４０）の出力端に接続され、増幅回路（４０）に出力された電圧信号を時間パルス信号に変換するワンショット回路（５０）と、ワンショット回路（５０）の出力端に接続され、時間パルス信号をデジタル信号に変換する時間・振幅変換回路（６０）と、時間・振幅変換回路（６０）及び駆動回路（２０）に接続され、駆動回路（２０）のトリガタイミングを制御すると共に、デジタル信号に基づいて距離の計算を行うマイクロプロセッサ（７０）と、マイクロプロセッサ（７０）に接続され、マイクロプロセッサ（７０）の距離測定結果を表示する液晶ディスプレイ（８０）と、を備えている。
【００１１】
又、前記自動ピーク値制御回路（３０）は、
目標物から反射したレーザパルス信号を受信すると共に、該レーザパルス信号を電流信号に変換して出力するアバランシェ光検出機構（３５）と、
アバランシェ光検出機構（３５）に接続され、アバランシェ光検出機構（３５）からの電流信号を電圧信号に変換する受信回路（３１）と、
受信回路（３１）の出力端に接続され、電圧信号のピーク値を保持するピーク値保持回路（３２）と、
ピーク値保持回路（３２）の出力端に接続されると共に、ピーク値保持回路（３２）から出力された電圧信号と一つの参考電圧とを比較して、一つの電圧差の値を求め、その求めた電圧差の値を積分する積分回路（３３）と、
積分回路（３３）の出力端に接続され、自らの出力端に駆動回路（２０）及び受信回路（３１）を接続して、駆動回路（２０）に発信されたレーザパルス信号の強度及びアバランシェ光検出機構（３５）のゲインを制御する高圧電源回路（３４）と、を備えている。
【００１２】
前記自動ピーク値制御回路（３０）は、アバランシェ光検出機構（３５）により、目標物から反射したレーザパルス信号を受信すると共に、該レーザパルス信号を電流信号に変換して受信回路（３１）へ出力し、そして受信回路（３１）が電流信号を受信すると共に、電流信号を電圧信号に変換してピーク値保持回路（３２）へ出力する。その後、ピーク値保持回路（３２）が電圧信号の強度を検出して積分回路（３３）へ出力すると共に、積分回路（３３）が電圧信号と一つの参考電圧（図５のＶref）とを比較して、その電圧差の値を求め、その求めた電圧差の値を積分して一つの制御信号を高圧電源回路（３４）へ出力し、高圧電源回路（３４）の出力電圧を制御する。更に、高圧電源回路（３４）の出力電圧によって、駆動回路（２０）に出力されたレーザパルス信号の強度及びアバランシェ光検出機構（３５）のゲインを制御し、一旦、自動ピーク値制御回路（３０）が安定状態になった場合、前記電圧差の値を０に維持する。
【００１３】
図２に示すように、駆動回路（２０）は、高圧電源回路（３４）から供給された電圧を受けると共に、マイクロプロセッサ（７０）からのトリガ信号を受信することによって、適当な時間に赤外線レーザダイオード（２１）にレーザパルス信号を発信する。
【００１４】
図３に示すように、受信回路（３１）は、デカップリングフィルタ（３１０）と、トランスインピータンス増幅器（３１１）と、エミッタフォロワ（３１２）と、共通エミッタ増幅器（３１３）とから構成され、デカップリングフィルタ（３１０）は、アバランシェ光検出機構から出力された電流信号を受信すると共に、電流信号をトランスインピータンス増幅器（３１１）へ出力し、トランスインピータンス増幅器（３１１）は、電流信号を電圧信号に変換させると共に、該電圧信号をエミッタフォロワ（３１２）及び共通エミッタ増幅器（３１３）へ出力する。そして、エミッタフォロワ（３１２）及び共通エミッタ増幅器（３１３）により、該電圧信号を増幅させて、その増幅された電圧信号をピーク値保持回路（３２）及び増幅回路（４０）へ発信する。
【００１５】
図４に示すように、ピーク値保持回路（３２）は、緩衝回路（３２１）とピーク値維持回路（３２２）とからなり、緩衝回路（３２１）により、受信回路（３１）から出力された電圧信号を受信すると共に、ピーク値維持回路（３２２）により、該電圧信号のピーク値を維持させて積分回路（３３）へ出力する。
【００１６】
図５に示すように、積分回路（３３）は、ピーク値保持回路（３２）からの電圧信号と参考電圧（Ｖref）とを比較して、その電圧差の値を増幅し且つ積分した後、高圧電源回路（３４）へ出力することにより、自動ピーク値制御回路（３０）の定常誤差を除去する。
【００１７】
図６に示すように、高圧電源回路（３４）は、パルス幅変調器（Ｕ５０１）を備え、そのパルス幅変調器（Ｕ５０１）に出力されるパルス幅は、積分回路（３３）から出力された電圧信号によって制御され、高圧電源回路（３４）の電圧がそれぞれ駆動回路（２０）及びアバランシェ光検出機構（３５）に供給されることにより、駆動回路（２０）に出力されたレーザパルス信号の強度及びアバランシェ光検出機構（３５）のゲインを制御する。
【００１８】
図７に示すように、増幅回路（４０）は、バイアス安定回路（４１）と、増幅器（Ｕ２０１）と、ローパスフィルタ（４２）とから構成され、バイアス安定回路（４１）は、受信回路（３１）から出力された電圧信号を受信すると共に、安定したバイアスを増幅器（Ｕ２０１）へ供給する。又、増幅器（Ｕ２０１）の入力端のバイアスは、出力端からフィードバックされたバイアスをローパスフィルタ（４２）を介して調整するので、温度変化の影響を受けない。
【００１９】
更に、ワンショット回路（５０）は、主に集積回路（Ｕ４０１）から構成されると共に、増幅回路（４０）に接続され、その機能は、増幅回路（４０）から出力された電圧信号を一定のデジタルパルス信号に変換してＲ−Ｓフリップフロップ（６１）へ出力することである。従って、目標物の反射率の相違による反射信号の強度が異なっても、該反射信号が自動ピーク値制御回路（３０）によって処理された後、その出力されたパルス信号の振幅は一定の値に保持されるので、該信号を増幅回路（４０）及びワンショット回路（５０）によって処理すれば、振幅の変化によるタイミングジッタ（時間測定の誤差）が防止される。
【００２０】
図８（Ａ）に示す増幅回路（４０）から出力された信号を示す図のように、Ｃは高反射率の目標物に反射した信号であり、Ｄは低反射率の目標物に反射した信号である。従って、目標物の反射率は異なり、同一の距離であっても、反射した信号の強度が相違するので、タイミングジッタの問題が発生する。しかし、図８（Ｂ）に示すワンショット回路（５０）から出力された信号を示す図のように、C'とD'はそれぞれ図８（Ａ）におけるＣ及びＤの信号をワンショット回路（５０）によって処理した信号である。そして、ワンショット回路（５０）によって処理された信号を自動ピーク値制御回路（３０）で処理すると、その出力する信号の幅は同一になるので、上記タイミングジッタの問題を解決することができる。
【００２１】
又、図１に示すように、時間・振幅変換回路（６０）は、Ｒ−Ｓフリップフロップ（６１）、線形充電回路（６２）、A/D(アナログ・デジタル)変換器（６３）から構成される。
【００２２】
前記Ｒ−Ｓフリップフロップ（６１）は、図９に示すように、ワンショット回路（５０）からのパルス信号及びマイクロプロセッサ（７０）からのトリガ信号を受信して処理した後、Ｒ−Ｓフリップフロップ（６１）の正位相の出力端に線形充電回路（６２）におけるトランジスタ（Ｑ９）（図１０参照）のオン及びオフを制御するためのトリガ信号を出力する。トリガ信号のパルス幅は本実施例におけるレーザレンジファインダー装置の送受信レーザ信号の遅延時間と比例関係にある。
【００２３】
前記線形充電回路（６２）には、図１０に示すように、定電流源（６２１）が設けられ、トランジスタ（Ｑ９）がＲ−Ｓフリップフロップ（６１）のトリガ信号によってオン状態になると、電力がトランジスタ（Ｑ９）を介してコンデンサ（Ｃ２３）へ充電されるので、コンデンサ（Ｃ２３）の電圧により、トリガ信号のパルス幅を求めることができる。又、線形充電回路（６２）における演算増幅器（ＯＰ４）はバッファ増幅器とされ、他の演算増幅器（ＯＰ５）はA/D変換器（６３）のゲインを調整するために使用される。
【００２４】
更に、A/D変換器（６３）は線形充電回路（６２）からの電圧信号をデジタル信号に変換してマイクロプロセッサ（７０）へ出力し、マイクロプロセッサ（７０）はデジタル信号に基づいて目標物までの距離を計算して、計算した結果を液晶ディスプレイ（８０）で表示する。そして、マイクロプロセッサ（７０）がA/D変換器（６３）からのデジタル信号を受信した場合、直ちにリセット信号を線形充電回路（６２）へ発信し、線形充電回路（６２）におけるコンデンサ（Ｃ２３）の電圧を放電させる。
【００２５】
図１１は本実施例における時間・振幅変換回路（６０）のタイミング図であり、その中のａは発信されたレーザパルス信号であり、ｂは受信されたレーザパルス信号であり、ｃはＲ−Ｓフリップフロップ（６１）から出力された信号であり、ｄは線形充電回路（６２）の充電状態であり、ｅはマイクロプロセッサ（７０）から発信されたリセット信号である。
【００２６】
図１２は本発明に係わるレーザレンジファインダー装置の他の実施例の回路を示すブロック図であり、本実施例と上記の実施例との相違点は自動ピーク値制御回路（３０）の設計にある。即ち、上記実施例における自動ピーク値制御回路（３０）における積分回路（３３）のかわりに、A/D変換器（３６）及びD/A変換器（３７）を用いてもよく、その場合、A/D変換器（３６）は、ピーク値保持回路（３２）の出力端とマイクロプロセッサ（７０）との間に接続され、ピーク値保持回路（３２）から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、マイクロプロセッサ（７０）へ出力する。そして、マイクロプロセッサ（７０）は、そのデジタル信号とマイクロプロセッサ（７０）内に設定された省略時の値とを比較すると共に、自動的にデジタル信号の強度を調整して、D/A変換器（３７）へ出力し、そして、D/A変換器（３７）は、調整されたデジタル信号をアナログ信号に変換して、高圧電源回路（３４）へ出力する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、上記の構成を有するので、自動ピーク値制御回路によりレーザパルス信号を受信すると共に、積分回路による高圧電源回路の制御を行い、アバランシェ光検出機構のゲイン及び駆動回路に発信されるレーザパルス信号の強度を制御することによって、反射率の異なる目標物からのレーザパルス信号の強度を一定の値に保つので、タイミングジッタの問題は発生しなく、極めて高い精度で距離を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置の一つの実施例の回路を示すブロック図である。
【図２】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における駆動回路の回路図である。
【図３】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における受信回路の回路図である。
【図４】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置におけるピーク値保持回路の回路図である。
【図５】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における積分回路の回路図である。
【図６】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における高圧電源回路の回路図である。
【図７】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における増幅回路及びワンショット回路の回路図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における増幅回路及びワンショット回路に出力された波形を示す図である。
【図９】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置におけるＲ−Ｓフリップフロップの回路図である。
【図１０】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における線形充電回路の回路図である。
【図１１】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置における時間・振幅変換回路のタイミング図である。
【図１２】本発明に係わるレーザレンジファインダー装置の他の実施例の回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 偏光ビームスプリッター
１１ 赤光レーザダイオード
２０ 駆動回路
２１ 赤外線レーザダイオード
３０ 自動ピーク値制御回路
３１ 受信回路
３１０ デカップリングフィルタ
３１１ トランスインピータンス増幅器
３１２ エミッタフォロワ
３１３ 共通エミッタ増幅器
３２ ピーク値保持回路
３２１ 緩衝回路
３２２ ピーク値維持回路
３３ 積分回路
３４ 高圧電源回路
３５ アバランシェ光検出機構
３６ A/D変換器
３７ D/A変換器
４０ 増幅回路
４１ バイアス安定回路
４２ ローパスフィルタ
５０ ワンショット回路
６０ 時間・振幅変換回路
６１ Ｒ−Ｓフリップフロップ
６２ 線形充電回路
６２１ 定電流源
６３ A/D変換器
７０ マイクロプロセッサ
８０ 液晶ディスプレイ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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