(57)【要約】【課題】  安価かつ小型で消費電力が小さい光学式距離測定装置およびその光学式距離測定装置を有する電子機器を提供すること。【解決手段】  発振器１で発光信号Ａが生成され、生成された発光信号Ａが発光素子２へ送られて、発光信号Ａに同期して発光素子２から光が発せられる。発光素子２から発せられて被検出物１３で反射した光は、受光素子３に入射して電流信号に変換され、受光信号Ｂとなる。受光信号Ｂはプリアンプ４で電圧信号に変換されてミキサ部７に入力する。発振器１から発光信号Ａが直接ミキサ部７に入力され、先の受光信号Ｂと論理演算によって合成される。上記ミキサ部７の合成信号Ｃは、積分器１１で距離に比例する積分信号Ｄに変換され、判定部１２で、被検出物までの距離が算出される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器と、
上記発振器からの信号に基づいて被検出物に向けて出射光を出射する発光素子と、
上記出射光の上記被検出部からの反射光を受光する受光素子と、
上記発振器からの信号と上記受光素子からの上記反射光を表す信号とに対して論理演算を施して上記発光素子と上記被検出物との間の距離に対して一定の関係を有する一次信号を出力する論理演算部と、
上記論理演算部からの一次信号を受けて上記距離を算出する算出部と
を備えることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記発振器からの信号は、矩形のパルス波であることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記論理演算部は、論理積演算回路もしくは否定論理演算回路からなることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記論理演算部は、排他的論理和演算回路からなることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記論理演算部は、アナログ乗算器からなることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記受光素子と上記論理演算部との間に接続された増幅器を備えることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光学式距離測定装置において、
上記増幅器は、上記増幅器の出力信号強度を一定に制御する自動利得調整機能を有していることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項８】
請求項６に記載の光学式距離測定装置において、
上記増幅器の増幅度をα、上記増幅器の入力信号強度をＶｉｎ［Ｖ］、上記増幅器の出力信号強度をＶｏｕｔ［Ｖ］とするとき、
Ｖｏｕｔ＜α×Ｖｉｎ
であることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光学式距離測定装置において、
上記発振器からの信号は矩形のパルス波であり、受光信号の立ち上がり時間をｔｒ［μｓ］、上記増幅器の高域遮断周波数をｆｃ［ＭＨｚ］とするとき、
ｔｒ＜０．３５／ｆｃ
であることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光学式距離測定装置において、
上記発振器からの信号は矩形のパルス波であり、受光信号の立ち上がり時間をｔｒ［μｓ］、上記増幅器のスルーレートをＳＲ［Ｖ／μｓ］、上記増幅器の飽和電圧をＶｍａｘ［Ｖ］とするとき、
ｔｒ＜Ｖｍａｘ／ＳＲ
であることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の光学式距離測定装置において、
上記算出部が算出できる最大検出距離をｙｍａｘ［ｍ］、上記矩形のパルス波のパルス幅をｔｗ［ｓ］、光速をｃ［ｍ／ｓ］とするとき、
ｔｗ＞２ｙｍａｘ／ｃ
であることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１２】
請求項６に記載の光学式距離測定装置において、
上記増幅器と上記論理演算部との間に接続されると共に、上記増幅器からの信号の強度が所定値よりも大きい場合のみ上記論理演算部に信号を出力する論理バッファ演算部を備えることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記受光素子と上記論理演算部との間と、上記発振器と上記論理演算部との間とのうちの少なくとも一方の間に接続された位相調整部を備えることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記算出部は、積分器を有することを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光学式距離測定装置において、
上記一次信号は、周期を有する信号であり、
上記積分器は、上記一次信号の複数周期分を積分することを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光学式距離測定装置において、
上記発振器は、周期を有する信号を発振し、
上記発振器からの上記周期を有する信号を受けて、この信号の複数周期分の時間が一周期の時間に相当する周期を有する信号を出力する分周部と、
上記分周部からの上記信号と、上記論理演算部からの上記一次信号とを受けて、上記積分器が積分する上記複数周期分を制御するスイッチ部と
を備えることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光学式距離測定装置において、
上記分周部が出力する上記信号は、矩形のパルス波であり、
上記積分器は、上記分周部が出力した上記信号の半周期毎に積分とリセットを繰り返すことを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の光学式距離測定装置において、
算出部は、上記積分器の出力側に接続されると共に、上記積分器が出力した積分信号の最小値または最大値に基づいて上記距離を判定する判定部を有することを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の光学式距離測定装置において、
上記積分器は、周期を有する積分信号を出力し、
上記判定部は、上記周期を有する積分信号の移動平均に基づいて上記距離を判定することを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の光学式距離測定装置において、
上記算出部は、ローパスフィルタを有することを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記発光素子は、レーザダイオードであることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記受光素子の受光面に入射する光の波長の範囲を制限する波長フィルタを備えることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２４】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記発振器は、オンとオフの信号を周期的に繰り返して出力し、上記発光素子は、上記発振器からオンの信号を受けたときのみ光を出射することを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の光学式距離測定装置において、
上記受光素子が上記発光素子からの光を受けたときに出力した信号の信号強度から上記受光素子が上記発光素子からの光を受けなかったときに出力した信号の信号強度を減算した減算信号を生成する減算信号生成部を備え、上記論理演算部は、上記減算信号部からの上記減算信号を受けることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２６】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記受光素子は、アバランシェフォトダイオードであることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２７】
請求項１に記載の光学式距離測定装置において、
上記受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の光学式距離測定装置において、
上記フォトダイオードと上記論理演算部との間に接続されると共に、上記フォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号に変換するプリアンプを備え、
上記フォトダイオードと上記プリアンプは、同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の光学式距離測定装置において、
上記プリアンプと上記論理演算部との間に接続された増幅器を備え、
上記フォトダイオード、上記プリアンプ、上記増幅器、および、上記論理演算部は、同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項３０】
請求項２７に記載の光学式距離測定装置において、
上記フォトダイオードと上記論理演算部との間に接続されると共に、上記フォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号に変換するプリアンプと、
上記プリアンプと上記論理演算部との間に接続された増幅器と
を備え、
上記プリアンプ、上記増幅器、上記論理演算部は、第１半導体基板上に形成される一方、上記フォトダイオードは、第２半導体基板上に形成されていることを特徴とする光学式距離測定装置。
【請求項３１】
請求項１に記載の光学式距離測定装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式距離測定装置に関し、特に、パーソナルロボット、機械式接点のない非接触スイッチ、または、非接触制御用デバイス等、障害物を検出する必要のある電子機器の上記障害物の検出に用いられると好適な光学式距離測定装置に関する。また、本発明は、電子機器に関し、特に、パーソナルロボット、機械式接点のない非接触スイッチ、または、非接触制御用デバイス等、障害物を検出する必要のある電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を用いて対象物までの距離を測定する方法は、三角測距方式と飛行時間(Time Of Flight：ＴＯＦ)方式の２種類に大別できる。（ここではＴＯＦ方式とは原理的に光の往復時間を測定する方式全般のことを含んでいる。）前者は被検出物との距離により反射光の受光面での光量重心が変化する様子を位置検出素子（ＰＳＤ）で検出する方式である。
【０００３】
以下に、図１７を用いて、前者三角測距方式について簡単に説明する。
【０００４】
尚、図１７において、点Ａは、発光素子１０１から出射された光の光軸上の点、点Ｂは、被検出物１０３における発光素子１０１の出射光の反射点、点Ｃは、反射光軸上の点で受光レンズ１０４の中心に位置する点である。また、点Ｄは、点Ｃから光軸ＡＢと平行に受光素子１０２面上に移動した点で、点Ｅは、反射光軸が受光素子１０２に入射する光量重心である。また、ｘは、点Ｄから点Ｅまでの距離ＤＥであり、ｙは、辺ＡＢの長さであり、ｄは、辺ＣＤの長さ、ｌは、辺ＡＣの長さである。
【０００５】
発光素子１０１から光を出射して被検出物１０３に照射し、被検出物１０３で反射された反射光を、受光レンズ１０４によって受光素子（ＰＳＤ）１０２上に集光する。そして、受光素子１０２で、点Ｄから点Ｅまでの距離であるｘを検出する。最後に、三角形ＡＢＣと三角形ＤＣＥとが、相似関係にあることからｘとyとの間に成立する次の（１）式を用いて検出距離であるｙを導出する。
2006308357.tif 000003
【０００６】
上記三角測距方式では、（１）式に示されているように、ｙがｘに反比例しているので、検出距離ｙが大きくなるに従って、ｘが小さくなって、位置検出素子（ＰＳＤ）１０２の分解能が一定であることから、分解能が悪くなってしまうという問題がある。すなわち、三角測距方式では、検出距離ｙに対してその分解能に線形性（リニアリティ）がなく、遠い距離を検出したいときには分解能が低くなってしまうという問題がある。また、遠い距離を検出するには、ｌやｄを大きくする必要があり、光学式距離測定装置のサイズが大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
一方、後者のＴＯＦ方式は、上記分解能が低いという問題、および、光学式距離測定装置が大きいという問題を回避することができる方法である。
【０００８】
すなわち、後者のＴＯＦ方式では、光が出射してから被検出物に反射して返ってくるまでの時間を測定するため、ｙを発光素子から被検出物までの検出距離、ｃを光速、Δｔを光が出射してから被検出物で反射して戻ってくるまでの時間としたとき、検出距離ｙを以下の（２）式から求めることができる。
2006308357.tif 000004
【０００９】
このため、ＴＯＦ方式では、（２）式に示すように、ｙとΔｔとは比例関係にあり、距離に対する分解能が、原理的に一様であることから、近距離から遠距離まで均一の分解能を獲得することができる。また、測定距離によってそのサイズを大きくする必要もないので、光学式距離測定装置をコンパクトにできる。
【００１０】
従来、ＴＯＦ方式を採用している光学式距離測定装置としては、クロックパルスに同期して発光素子を発光させて、発光したパルス光が被検出物で反射して受光素子で検出されるまでの間のクロックパルスをカウンタでカウントして距離を算出するようになっているものがある。
【００１１】
具体的には、この光学式距離測定装置は、ｃを光速、ｎをカウンタがカウントしたクロックパルス数、Ｔをクロックパルスの周期としたとき、検出距離ｙを以下に示す（３）式から求めるようになっている。
2006308357.tif 000005
【００１２】
ここで、この方法では測定距離はクロックパルスの周波数の整数倍となるため、距離分解能がクロック周波数で決まり、高い分解能を得るには高速のパルス信号が必要となるという問題がある。例えば、分解能を１０ｃｍとしたいとき、（３）式においてy＝１０ｃｍ、ｎ=１とすると、Ｔ=０.６７ｎｓｅｃとなり、１.５ＧＨｚの高周波のパルス信号とその高周波信号処理回路が必要となってしまう。しかしながら、このような高周波の信号処理回路部品は一般に高価であるので、装置自体の価格を上昇させてしまうという問題がある。
【００１３】
このような問題を回避できるＴＯＦ方式の光学式距離測定装置としては、例えば、特開平７−２９４６４２号公報（特許文献１）に記載されているものがある。このＴＯＦ方式の光学式距離測定装置は、高周波の信号を用いずに距離分解能を高くできる点に特徴を有している。
【００１４】
図１８は、その光学式距離測定装置のタイミングチャートを示す図である。
【００１５】
図１８に示すように、位相が２π/ｎずつずれているカウンタ用のクロック信号をｎ個発生させ、それぞれのクロック信号に対してカウンタを設け、ストップ信号（受光信号）が検出されるまでカウントアップする。それぞれのカウンタのパルスカウント値は上記の位相関係になっているので、カウンタによってパルスカウント数が異なり、いくつかのカウンタはＮパルス、残りのカウンタは（Ｎ＋１）パルスとカウントすることになる。ここで、Ｎパルスとカウントしたカウンタがｍ個で、（Ｎ＋１）パルスとカウントしたカウンタが（ｎ−ｍ）個である場合、以下の式（４）を用いてカウント数の平均ｎを算出する。
2006308357.tif 000006
【００１６】
これを上記（３）式に代入することにより、クロック周波数を高くすることなく、距離分解能をｎ倍向上させることができる。
【００１７】
また、他のＴＯＦ方式の光学式距離測定装置としては、受光素子で検出される信号を、被検出物間の光の往復時間だけ遅延させて検出するものがある。この方式において、例えば、発光信号として正弦波を用いた場合、遅延時間は、受光信号における発光信号からの位相遅延として表現され、発光信号と受光信号の位相を比較することにより、被検出物までの距離を検出することが可能となる。具体的には、Ｅ０、Ｅ１を振幅、ｆを変調周波数とすると、発光信号および受光信号は、以下の式（５Ａ）、（５Ｂ）のように示される。このことから、発光信号と受光信号との位相を比較することにより、検出距離ｙを測定できるのである。
2006308357.tif 000007
【００１８】
しかしながら、光の速度は約３.０ｅ８［ｍ／ｓ］であるため、例えば１ｍ以内の距離を検出する場合には、最大で６.７［ｎｓ］の遅延時間となり、この遅延時間を位相遅延として検出するには、（５）式において周波数ｆをこの遅延時間（６.７ｎｓ）と同じレベルの周期とするような高周波信号を用いなければならない。すなわち、このような高周波信号の位相を検出するのに、非常に高速な応答性を有する検出手段が必要になるという問題がある。
【００１９】
上記非常に高速な応答性を有する検出手段が必要になるという問題を回避することができるＴＯＦ方式の光学式距離測定装置としては、例えば特開２００４−３２６８２号公報（特許文献２）に記載されたＴＯＦ方式の光学式距離測定装置がある。
【００２０】
図１９および図２０は、上記特許文献２のＴＯＦ方式の光学式距離測定装置を説明するための図であり、上記ＴＯＦ式測距装置のビートダウンによる位相差検出方式を説明するための図である。
【００２１】
上記ＴＯＦ式測距装置では、図１９に示すように、受光素子で検出した信号と、それより若干低い（または高い）周波数の局発振号とを混合することにより、両信号の周波数差に相当する包絡線を有するビート信号を生成する。このビート信号の位相は、受光信号の位相情報を保存しているため、図２０に示すように、包絡線の４点の信号強度を積分器により検出することにより、包絡線を形成する低周波信号の位相情報を抽出できる。例えば、周波数変換部で印加する周波数偏移を１/１０００とすると、時間軸が１０００倍に伸張されることになるため、１ｍ以内の距離を検出する遅延時間が最大６.７μｓとなり、検出を容易に行うことができる。
【００２２】
しかしながら、上述のパルスカウント方式では、距離の検出精度を高精度にすればするほど発振器数とカウンタ数が増加することになり、回路が大規模になり高価なものとなってしまうという問題がある。さらに、各クロック信号は発光信号と独立しているため、ジッタなどのノイズにより検出精度が大きく左右されるという問題がある。例えば、上述のように１０ｃｍの分解能を得ようとするとき、パルスとカウンタを１００個使用したとしても各パルスの周波数は１/１００に低減できるが、各パルス間に０.６７ｎｓごと遅延させなければならず、正確な測定を行うのは困難であるという問題がある。
【００２３】
また、被検出物の反射率は様々であるので、受光素子で検出される受光量が非常に広いダイナミックレンジを有するものとして、受光回路の増幅度を調整する必要がある。ここで、上述のビート信号による位相検出を行うには、図２０で示されるような包絡線の波形を正しく表示させる必要があるが、一般にオペアンプなどのスイング幅は大きくても１０〜数１０Ｖ程度であるのに対し、受光量のダイナミックレンジはこれよりもはるかに大きく、受光量に応じた増幅度の調整回路が必要になるという問題がある。
【００２４】
更に、被検出物の反射率が低い場合や被検出物が遠距離にある場合には、受光量自体が小さくなる。このような場合には、発光量を増大させるか、増幅度を高くするか、受光素子の感度をあげるかの対策が必要となる。発光量を増大させるには、発光素子の出力を上げるか発光素子の数を増やすことにより実現できるが、図２０に示すように、上記ＴＯＦ方式の光学式距離測定装置では、ビート信号を検出するため連続的に発光素子を駆動させなければならず、発光素子の消費電流の増大を伴うという問題がある。
【００２５】
また、発光素子をレーザダイオードとしてエネルギーの利用効率を高めたとしても、レーザ光は点光源であるため、その安全規格（例えば日本の場合はＪＩＳ規格のクラス１）を満たして発光する量には制限があり、例えば、赤外光などの非可視光を用いたとしても連続光の照射に対しては許容量は１ｍＷ以下である。このように従来の装置では、発光量を増大させるには制限が多く現実的ではないという問題がある。
【００２６】
また、受光部の増幅度をあげる際にも、その回路のノイズを低く抑えることが必須となる。ビート信号の高周波成分の周波数は検出可能距離に対応するが、例えば１ｍを検出する場合には６.７ｎｓの周期を有する正弦波が必要である。これには１５０ＭＨｚの高周波が必要であり、一般に増幅器には帯域と増幅度にはトレードオフの関係があり、高周波になるほど増幅度を大きくできないため、高周波の微弱光を増幅するのは困難である。
【００２７】
また、受光素子の感度を上げる場合、以下に述べるように、価格およびサイズが増大するという問題がある。受光素子として最も一般的なフォトダイオードは安価である一方、感度は波長によるが０.２〜０.５Ａ／Ｗ程度である。これに対し、アバランシェフォトダイオードはフォトダイオードに比べ感度が１００倍程度大きくなるが、高バイアスが必要になり消費電流が大きいという問題がある。更に、温度による感度ばらつきが大きいため、ペルチェなどにより温度制御を必要とする場合が多く、価格およびサイズが更に増大するという問題がある。また、光電子増倍管は、そのサイズが非常に大きく、また高価であるので、コンパクト化が困難であるという問題がある。
【特許文献１】特開平７−２９４６４２号公報
【特許文献２】特開２００４−３２６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
そこで、本発明の課題は、安価かつ小型で消費電力が小さい光学式距離測定装置およびその光学式距離測定装置を有する電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記課題を解決するため、この発明の光学式距離測定装置は、
発振器と、
上記発振器からの信号に基づいて被検出物に向けて出射光を出射する発光素子と、
上記出射光の上記被検出部からの反射光を受光する受光素子と、
上記発振器からの信号と上記受光素子からの上記反射光を表す信号とに対して論理演算を施して上記発光素子と上記被検出物との間の距離に対して一定の関係を有する一次信号を出力する論理演算部と、
上記論理演算部からの一次信号を受けて上記距離を算出する算出部と
を備えることを特徴としている。
【００３０】
本発明によれば、上記論理演算部が、上記発振器からの信号と、上記受光素子からの信号とに対して論理演算を施して、上記距離に対して一定の関係を有する一次信号を生成した後、上記算出部が上記一次信号に基づいて上記距離を算出するようになっているので、上記距離を高精度で測定することができる。
【００３１】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記発振器からの信号が、矩形のパルス波である。
【００３２】
上記実施形態によれば、上記発振器からの信号が、矩形のパルス波であるので、上記受光素子が出力する信号を、略矩形のパルス波にすることができる。したがって、上記受光素子が出力する信号の立上り時間や立下り時間を、極短時間にすることができて、高精度の距離測定を実現できる。
【００３３】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記論理演算部が、論理積演算回路もしくは否定論理演算回路からなる。
【００３４】
上記実施形態によれば、上記論理演算部が、論理積演算回路（ＡＮＤ回路）もしくは否定論理演算回路（ＮＡＮＤ回路）からなるので、上記発振器からの信号と、上記発光素子から上記被検出物までの往復距離だけ位相遅延した上記受光素子からの信号との、時間軸上における重なった部分のみを抽出することができて、被検出物までの距離の精度良い情報を含む信号を容易に作成できる。
【００３５】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記論理演算部が、排他的論理和演算回路からなる。
【００３６】
上記実施形態によれば、上記論理演算部が、排他的論理和演算回路（ＥＸＯＲ回路）からなるので、上記発振器からの信号と、上記発光素子から上記被検出物までの往復距離だけ位相遅延した上記受光素子からの信号とから、遅延量に相当する被検出物までの距離の情報を含む信号を精度高くかつ容易に生成できる。
【００３７】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記論理演算部が、アナログ乗算器からなる。
【００３８】
上記実施形態によれば、上記論理演算部が、アナログ乗算器からなるので、上記発振器からの信号と、上記発光素子から上記被検出物までの往復距離だけ位相遅延した上記受光素子からの信号との、時間軸上における重なった部分のみを抽出することができて、被検出物までの距離の精度良い情報を含む信号を容易に作成できる。
【００３９】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記受光素子と上記論理演算部との間に接続された増幅器を備える。
【００４０】
上記実施形態によれば、被検出物からの反射光量が低いときでも、上記受光素子からの信号の信号強度を、上記論理演算部の演算が可能なレベルまで増幅することができる。したがって、被検出物の反射率が低い場合や、被検出物が遠くに存在している場合でも、被検出物までの距離の測定を行うことができる。
【００４１】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記増幅器が、上記増幅器の出力信号強度を一定に制御する自動利得調整機能を有している。
【００４２】
上記実施形態によれば、上記増幅器が、自動利得調整機能（ＡＧＣ機能）を有しているので、受光信号の波形を一定することができる。したがって、上記受光素子からの信号が論理演算部で演算されるときに、その受光素子からの信号の立ち上がり時間に起因する誤差を低減することができる。
【００４３】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記増幅器の増幅度をα、上記増幅器の入力信号強度をＶｉｎ［Ｖ］、上記増幅器の出力信号強度をＶｏｕｔ［Ｖ］とするとき、Ｖｏｕｔ＜α×Ｖｉｎである。
【００４４】
上記実施形態によれば、上記増幅器の増幅度αが、Ｖｏｕｔ＜α×Ｖｉｎを満たしていて、増幅器の出力信号強度が、増幅器の出力可能範囲を超えているので、飽和状態にある。したがって、受光信号の立ち上がり時間に起因する誤差を低減できる。
【００４５】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記発振器からの信号が矩形のパルス波であり、受光信号の立ち上がり時間をｔｒ［μｓ］、上記増幅器の高域遮断周波数をｆｃ［ＭＨｚ］とするとき、ｔｒ＜０．３５／ｆｃである。
【００４６】
上記実施形態によれば、パルス波の立ち上がり時間ｔｒがｔｒ＜０．３５／ｆｃを満たすので、増幅器の出力信号の立ち上がり時間が増幅器に支配的であり、上記受光信号の立ち上がり時間に起因する誤差を低減する事ができる。
【００４７】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記発振器からの信号が矩形のパルス波であり、受光信号の立ち上がり時間をｔｒ［μｓ］、上記増幅器のスルーレートをＳＲ［Ｖ／μｓ］、上記増幅器の飽和電圧（電圧飽和レベル）をＶｍａｘ［Ｖ］とするとき、ｔｒ＜Ｖｍａｘ／ＳＲである。
【００４８】
上記実施形態によれば、上記増幅器のスルーレートＳＲがｔｒ＜Vmax／ＳRを満たすため、増幅器の出力信号の立ち上がり時間が増幅器に支配的であり、受光信号の立ち上がり時間に起因する誤差を低減する事ができる。
【００４９】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記算出部が算出できる最大検出距離をｙｍａｘ［ｍ］、上記矩形のパルス波のパルス幅をｔｗ［ｓ］、光速をｃ［ｍ／ｓ］とするとき、ｔｗ＞２ｙｍａｘ／ｃである。
【００５０】
上記実施形態によれば、ｔｗ＞２ｙｍａｘ／ｃであるので、上記発振器からの信号と、上記受光素子からの信号とが、時間軸上で必ず重なり領域を有することになる。したがって、上記論理演算部が、上記被検出物までの距離の情報を含む信号を、高精度かつ容易に生成することができる。
【００５１】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記増幅器と上記論理演算部との間に接続されると共に、上記増幅器からの信号の強度が所定値よりも大きい場合のみ上記論理演算部に信号を出力する論理バッファ演算部を備える。
【００５２】
上記実施形態によれば、上記増幅器の出力が、論理バッファ演算部を介して論理演算部へ入力されるため、受光信号の光量が小さく増幅器の出力が論理バッファ部の閾値以下の場合、論理バッファ演算部が信号を出力せず、測定が不能になる。したがって、増幅器の出力が論理バッファ演算部の閾値以下で誤差が大きい場合に測定が行われないので、上記受光素子からの信号の立ち上がり時間に起因する誤差を低減することができる。
【００５３】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記受光素子と上記論理演算部との間と、上記発振器と上記論理演算部との間とのうちの少なくとも一方の間に接続された位相調整部を備える。
【００５４】
上記受光素子からの信号は、例えば、増幅器や論理バッファ演算部等を介して論理演算部に入力されるため、論理演算部に入力される各回路部で位相遅延が発生する。上記実施形態によれば、上記位相調整部を備えるので、上記位相調整部でこの位相遅延の効果を打ち消すことができて、上記被検出物までの距離を精密に測定できる。また、上記受光素子が、パルス波の信号を出力する場合には、このパルス波のパルス幅で検出できる距離を最大にすることができる。
【００５５】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記算出部が、積分器を有する。
【００５６】
上記実施形態によれば、上記算出部が積分器を有するので、距離の情報を含んだ論理演算部の出力を、距離に対応した信号強度を有する信号に適切に変換でき、後段の距離判定の処理を容易にすることができる。
【００５７】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記一次信号が、周期を有する信号であり、上記積分器は、上記一次信号の複数周期分を積分する。
【００５８】
一般に上記論理演算部の出力信号は、ジッタなどのノイズを含んでおり、論理演算部が出力する信号の一周期での距離算出を行えば、誤差が多大なものになる。
【００５９】
上記実施形態によれば、上記積分器が、上記論理演算部が出力する信号の複数周期分を積分するので、上記ノイズを平均化できて、距離の測定誤差を低減する事ができる。
【００６０】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記発振器が、周期を有する信号を発振し、上記発振器からの上記周期を有する信号を受けて、この信号の複数周期分の時間が一周期の時間に相当する周期を有する信号を出力する分周部と、上記分周部からの上記信号と、上記論理演算部からの上記一次信号とを受けて、上記積分器が積分する上記複数周期分を制御するスイッチ部とを備える。
【００６１】
上記実施形態によれば、上記スイッチ部によって、積分開始の時間および積分終了の時間の夫々に対して、上記発振器からの上記周期を有する信号の特定の位相の点を同期させることができて、積分期間がばらつくことを防止できる。
【００６２】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記分周部が出力する上記信号は、矩形のパルス波であり、上記積分器は、上記分周部が出力した上記信号の半周期毎に積分とリセットを繰り返す。
【００６３】
上記実施形態によれば、上記積分器は、上記分周部が出力した上記信号の半周期毎に積分とリセットを繰り返すので、連続的な距離の測定を行うことができる。
【００６４】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記積分器の出力側に接続されると共に、上記積分器が出力した積分信号の最小値または最大値に基づいて上記距離を判定する判定部を備える。
【００６５】
上記実施形態によれば、上記判定部が、上記積分器が出力した積分信号の最小値または最大値に基づいて距離の判定を行うので、上記距離を正確に判定できる。
【００６６】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記積分器が、周期を有する積分信号を出力し、上記判定部は、上記周期を有する積分信号の移動平均に基づいて上記距離を判定する。
【００６７】
上記移動平均（可算平均）は、周期性のある信号を周期にあわせてミックスすることにより周期信号のＳ／Ｎ比を向上させる手法である。
【００６８】
上記実施形態によれば、上記判定部が、積分器の出力の移動平均に基づいて距離を判定するので、積分信号に含まれているノイズを除去することができて、距離測定の誤差を低減することができる。
【００６９】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記算出部が、ローパスフィルタを有する。
【００７０】
上記実施形態によれば、上記算出部がローパスフィルタを有するので、距離の情報を含んだ論理演算部の出力を、距離に対応した信号強度を有する信号に適切に変換でき、後段の距離判定の処理を容易にすることができる。
【００７１】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記発光素子が、レーザダイオードである。
【００７２】
上記実施形態によれば、上記発光素子が、レーザダイオード（ＬＤ）であるので、上記発光素子から出射された光を理想的にはコリメート光にすることができて、遠くにある被検出物に対しても高エネルギー密度で光照射できる。したがって、遠くにある被検出物においても、距離の測定を行うことができる。
【００７３】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記発光素子が、発光ダイオードである。
【００７４】
上記実施形態によれば、発光素子が発光ダイオード（ＬＥＤ）であるため、目への安全性も高く、さらに製造コストを低減することができる。
【００７５】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記受光素子の受光面に入射する光の波長の範囲を制限する波長フィルタを備える。
【００７６】
発光素子としてＬＤやＬＥＤを採用する場合、発光素子が発光する光の波長が単一になる。
【００７７】
上記実施形態によれば、上記受光素子の受光面に入射する光の波長の範囲を制限する波長フィルタを備えるので、使用環境において外乱光として入射する信号光以外の波長の光を波長フィルタにより除去することができて、ノイズ光成分を除去できる。したがって、高精度の測定を行うことができる。
【００７８】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記発振器が、オンとオフの信号を繰り返して出力し、上記発光素子は、上記発振器からオンの信号を受けたときのみ光を出射する。
【００７９】
上記実施形態によれば、上記発振器が、オンとオフの信号を周期的に繰り返して出力し、上記発光素子は、上記発振器からオンの信号を受けたときのみ光を出射するので、上記論理演算部の出力信号に含まれる距離情報以外のノイズ情報を最小にすることができて、高精度の距離測定を行うことができる。
【００８０】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記受光素子が上記発光素子からの光を受けたときに出力した信号の信号強度から上記受光素子が上記発光素子からの光を受けなかった時に出力した信号の信号強度を減算した減算信号を生成する減算信号生成部を備え、上記論理演算部は、上記減算信号部からの上記減算信号を受けるようになっている。
【００８１】
上記実施形態によれば、上記受光素子が上記発光素子からの光を受けなかったときは、外乱光のみが受光素子に入射され検出され、上記受光素子が上記発光素子からの光を受けたときは、外乱光と信号光が受光素子に入射される。したがって、上記受光素子が上記発光素子からの光を受けたときの出力信号から、記受光素子が上記発光素子からの光を受けなかったときの出力信号を減算すると、信号光の成分のみを抽出できる。
【００８２】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記受光素子が、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）である。
【００８３】
上記実施形態によれば、上記受光素子がＡＰＤであるので、光電流変換の感度が高く、光電流を増幅して出力できるため、後段の増幅器などの増幅率を低くすることができる。したがって、ノイズを低減するこができて、高精度の距離の測定を行うことができる。
【００８４】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記受光素子が、フォトダイオードである。
【００８５】
上記実施形態によれば、上記受光素子が比較的安価なフォトダイオード（ＰＤ）であるので、製造コストを低減できる。
【００８６】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記フォトダイオードと上記論理演算部との間に接続されると共に、上記フォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号に変換するプリアンプを備え、上記フォトダイオードと上記プリアンプは、同一半導体基板上に形成されている。
【００８７】
上記実施形態によれば、上記フォトダイオードと、その出力電流を電圧信号に変換するプリアンプとが同一半導体基板内に形成されているので、電流信号が配線を伝達する距離を格段に短くできる。したがって、配線に加わるノイズを低減できる。
【００８８】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記プリアンプと上記論理演算部との間に接続された増幅器を備え、上記フォトダイオード、上記プリアンプ、上記増幅器、および、上記論理演算部は、同一半導体基板上に形成されている。
【００８９】
上記実施形態によれば、上記フォトダイオード、プリアンプ、増幅器、論理演算部が同一半導体基板上に形成されているので、上記各構成要素間を接続する配線に起因するノイズを低減できる。また、信号処理回路全体としての回路面積を小さくすることができて、製造コストを格段に低減できる。
【００９０】
また、一実施形態の光学式距離測定装置は、上記フォトダイオードと上記論理演算部との間に接続されると共に、上記フォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号に変換するプリアンプと、上記プリアンプと上記論理演算部との間に接続された増幅器とを備え、上記プリアンプ、上記増幅器、および、上記論理演算部は、第１半導体基板上に形成される一方、上記フォトダイオードは、第２半導体基板上に形成されている。
【００９１】
被検出物の距離により受光素子の受光面上での信号光のスポット径は異なるため、受光量をできるだけ大きくするには受光素子の受光面積の大きさは一定以上の面積が必要となるが、一般にフォトダイオードは、信号処理回路部に比べてその製造工程は少なく安価に製造できる。したがって、面積の必要となるフォトダイオードのみを別工程で別の基板に形成することにより、製造コストを低減できる。
【００９２】
また、本発明の電子機器は、本発明の光学式距離測定装置を備えることを特徴としている。
【００９３】
本発明によれば、被検出部までの距離を高精度に測定できる。また、上記被検出部までの高精度な距離に基づいて、電子機器の機能を制御することができる。
【発明の効果】
【００９４】
本発明の光学式距離測定装置によれば、発振器からの信号と、受光素子からの信号とを直接用いて、被検出物までの距離を測定するので、上記被検出物までの距離を高精度で測定することができる。また、簡便な信号処理回路構成とすることができて、製造コストを格段に低減できると共に、サイズを格段に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９５】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００９６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の光学式距離測定装置のブロック図である。
【００９７】
図１に示すように、この光学式距離測定装置は、発振器１と、発光素子２と、受光素子３と、プリアンプ４と、論理演算部であるミキサ部７と、第１スイッチ８と、第２スイッチ９と、積分器１１と、判定部１２とを備える。上記積分器１１と判定部１２とは、算出部１０を構成している。
【００９８】
上記発振器１で発光信号Ａが生成され、生成された発光信号Ａが発光素子２へ送られて、発光信号Ａに同期して発光素子２から光が発せられる。発光素子２から発せられて被検出物１３で反射した光は、受光素子３に入射して電気信号に変換され、受光信号Ｂとなる。その後、受光信号Ｂはプリアンプ４で電流信号に変換されてミキサ部７に入力する。また、発振器１から発光信号Ａが直接ミキサ部７に入力され、先の受光信号Ｂと合成される。
【００９９】
上記ミキサ部７は、論理積演算回路（ＡＮＤ回路）、排他的論理和回路（ＥＸＯＲ回路）、否定論理積演算回路（ＮＡＮＤ回路）、または、アナログ乗算器等で構成される。上記ミキサ部７が出力する一次信号である合成信号Ｃは、被検出物１３までの距離を反映したものになっており、発光素子２と被検出物１３との間の距離に対して一定の関係を有している。被検出物１３までの距離の演算については後述する。上記ミキサ部７の合成信号Ｃは、積分器１１で距離に比例する積分信号Ｄに変換され、判定部１２で、被検出物までの距離が算出されるようになっている。
【０１００】
図２は、第１実施形態の光学式距離測定装置の各回路部のタイミングチャートを示す波形図である。
【０１０１】
以下に、図２を用いて距離の検出の原理を説明することにする。図２に示すＡは、発光信号である。図２に示すように、発光信号Ａは、一定のパルス幅と、繰り返し周波数とを有する矩形のパルス波である。尚、発光信号は、三角波、鋸波、または、正弦波等、ミキサ部７の合成信号Ｃが発光素子２から被検出物１３までの距離ｙに関する関数として表現できるような波であれば、いかなる形状の波であっても良い。第１実施形態のように、発光信号Ａが矩形波である場合、距離ｙを判別する算出部の積分信号Ｄがｙに対して線型性を有し、最も好ましい。尚、この発光信号Ａの波形については、以後に記述する全ての実施形態において同様であるので、以後においては発光信号Ａの説明を省略することにする。
【０１０２】
図２に示すＢは、被検出物１３からの反射光を受光した受光素子３が出力した信号を受けたプリアンプ４が出力した受光信号である。上記受光信号Ｂは、電圧信号である。図２に示す時間Δｔは、光が被検出物１３までの距離ｙを往復するのに要した時間に対応している。上記受光信号Ｂは、発光信号Ａに対してこの時間Δｔに対応する位相だけ位相遅延したものとなっている。
【０１０３】
ここで、図１に示すように、発光素子２と受光素子３の間の距離がいくらかあるため、光が往復する距離は図１のブロック矢印に示すように発光素子２と受光素子３と被検出物１３上の反射点が形成する二等辺三角形の斜辺長となり、図１に示されたｙとは異なっている。しかしながら、実際にはほとんどの場合において発光素子２と受光素子３の距離は検出すべき距離ｙに対して微小であるため、光が往復する距離は２ｙと近似することができ、Δｔを、以下の（６）式で表すことができる。
2006308357.tif 000008
【０１０４】
図２に示すＣは、ミキサ部７で合成された合成信号である。ここで、図２に示された例においては、ミキサ部７の演算機能として、デジタルの論理積演算回路（ＡＮＤ回路）もしくはアナログ乗算器が用いられており、ミキサ部７による合成信号Ｃは、発光信号Ａと受光信号Ｂの掛け算となっている。すなわち、合成信号Ｃは、図２に示すように、時間軸上において両信号の重なり領域を抽出するようになっている。この重なり幅ｔｄは、被検出物１３との距離ｙに応じて変化し、以下の（７）式によって表される。
2006308357.tif 000009
【０１０５】
図２に示すＤは、積分器１１の出力である積分信号である。図３は、スイッチ８,９と積分器１１の構成の一例を示す図である。図３において、積分器１１は、オペアンプ１８と、抵抗値がＲ０の積分抵抗１５と、負帰還接続としての容量がＣ０の積分容量１６とで構成されている。ミキサ部７から出力された合成信号Ｃは、第１スイッチ８を介して積分器に入力されるようになっている。また、第２スイッチ９と抵抗値がＲ１のリセット抵抗１７が直列接続された構造が、積分容量１６と並列接続されている。第１スイッチ８は、発振器１からの発光信号Ａに基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御されている。また、第２スイッチ９には、発光信号Ａが論理否定演算回路（ＮＯＴ回路）１４を介して入力されて、論理否定演算回路１４からの信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御されている。発光信号Ａのｔｗの時間の間、第１スイッチ８がＯＮになると同時に、第２スイッチ９はＯＦＦとなり、積分容量１６には、以下の（８）式にしたがって電荷が蓄積されるようになっている。
2006308357.tif 000010
【０１０６】
ここで、Ｖは合成信号Ｃのパルス高さ、Ｖ０は積分信号Ｄを表している。発光信号ＡがＬｏｗレベルのときその信号強度は０で、また、受光信号ＢもＬｏｗレベルのときはその信号強度は０である。このとき、合成信号ＣのＬｏｗレベルの信号強度も０となり、合成信号ＣのＨｉｇｈレベルの時間だけ積分器が積分を行うため、第２スイッチ９でリセットした後に積分される信号が入力されない。このため、積分信号Ｄを（８）式のように表すことができるのである。
【０１０７】
（８）式から明らかなように、出力信号強度Ｖ０は、ｙの関数（一次関数）となっている。また、その一次関数の傾きは、一定になっており、被検出物１３までの距離ｙに関わらず分解能が一定になっている。ここで、積分抵抗１５の抵抗値と積分容量１６の容量とは、最大積分時間ｔｗの積分結果、オペアンプ１８が飽和しないように選択されている。時間ｔｗまで積分容量１６に蓄積された電荷は、発光信号ＡがＯＦＦになると、第１スイッチ８がＯＦＦになると共に、第２スイッチ９がＯＮになるため、リセット抵抗１７の抵抗値と積分容量１６の容量に基づく時定数で放電することになる。そして、再度発光信号ＡがＯＮになるときには積分容量１６の容量Ｃ０に、電荷が蓄積されて同様の動作が繰り返される。尚、第１実施形態では、リセット抵抗１７の抵抗値Ｒ１と積分容量１６の容量Ｃ０からなる時定数は、発光信号ＡがＯＦＦの間に積分容量１６に蓄積された電荷を十分に放電することができる値に設定されている。
【０１０８】
このように繰り返し出力される積分信号Ｄは、判定部１２に入力される。図２にＤで示す信号を出力し、かつ、図３の構成で表される積分器１１の場合においては、判定部１２は、その最小値を検出して（８）式を用いて距離ｙを計算し、被検出物１３までの距離を検出するようになっている。ここで、積分器１１、第１スイッチ８および第２スイッチ９の構成として、図３に示す構成を一例として示したが、積分器、第１スイッチおよび第２スイッチの構成が図３に示す構成に限定されるものでなく、積分器や第１、第２スイッチの構成は、合成信号Ｃのパルス幅ｔｄの大小に応じて変化するような構成であれば如何なる構成であっても良いことは勿論である。例えば、詳述しないが、第２スイッチの制御を上記と同様に行う一方、合成信号Ｃで第１スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御し、積分される信号に任意のＤＣ電位を与えるような構成でも良い。
【０１０９】
上述のように、第１実施形態では、発光信号Ａと受光信号Ｂの重なり領域を抽出して被検出物１３までの距離ｙを検出するようになっている。このことから、最大検出距離ymaxに対して発光信号Ａのパルス幅ｔｗは以下の（９）式を満たす必要がある。
2006308357.tif 000011
【０１１０】
尚、（９）式は以後のすべての実施形態においても同様に成立するものであるが、以後の実施形態では省略することにする。
【０１１１】
上記では、ミキサ部７として、論理積演算回路（ＡＮＤ回路）とアナログ乗算器を有するものを例にその機能を説明したが、ミキサ部の構成がこれに限定されるものでないことは勿論であり、ミキサ部は、排他的論理和演算回路（ＥＸＯＲ回路）や論理否定積演算回路（ＮＡＮＤ回路）等、その出力がΔｔの関数として表せる演算器であれば、如何なる演算器であっても良いことは勿論である。
【０１１２】
ここで、ミキサ部がＮＡＮＤ回路である場合、合成波形Ｃは、図２においてＯＮとＯＦＦが逆転した波形となる。このことから、第１実施形態と同様の時間幅を検出する場合、ＯＮの時間幅ｔｄを検出する変わりにＯＦＦの時間幅を検出すればよい。尚、この場合において、ＯＦＦの時間幅を検出するかわりにＯＮの時間幅を検出しても良いことは勿論である。
【０１１３】
図４は、図１および図３に示す論理演算部であるミキサ部がＥＸＯＲ回路で構成されている場合の各回路部のタイミングチャートを示す波形図である。
【０１１４】
図４に示すように、光の往復時間Δｔに相当する時間だけ位相遅延した受光波形Ｂと発光信号ＡのＥＸＯＲを演算し、発光信号Ａを用いて図３の構成の積分器１１を介することにより、積分信号は、図４に示すＤのようにΔｔの時間だけ積分された波形となる。ここで、積分信号Ｄの最小値は、（８）式で積分区間をｔｄ→Δｔとした値で求められる。尚、ここで、抵抗値がＲ０の積分抵抗１５、容量がＣ０の積分容量１６、および、抵抗値がＲ１のリセット抵抗１７の条件は、上述と同様なので説明を省略する。
【０１１５】
図５は、第１実施形態の変形例の光学式距離測定装置のブロック図である。図５に示す光学式距離測定装置は、プリアンプ４とミキサ部７との間に、増幅器１９が接続されている点が、第１実施形態の光学式距離測定装置と異なる。
【０１１６】
被検出物１３の種類は様々であり、その反射率も様々である。また、被検出物１３までの距離ｙも様々であるため、一般に、受光素子３で検出される光量のダイナミックレンジは広いことになる。被検出物１３の反射率が小さい場合や、距離ｙが大きい場合には、プリアンプ４の出力信号が十分小さく、ミキサ部７で演算できないという問題がある。しかしながら、図５に示す変形例の実施形態では、図５に示すプリアンプ４の後段に増幅器１９が接続されているため、ミキサ部７で演算可能なレベルまでその信号強度を増大させることができる。
【０１１７】
更に、増幅器１９を用いても信号強度が小さい場合、増幅器１９の後段に論理バッファ演算部（図５には図示せず）を接続すると好ましい。このようにすると、論理バッファ演算部の閾値以下の受光量のときは、ミキサ部７へ入力される信号が常にＯＦＦとなるため、これに起因してミキサ部７の出力が常にＯＦＦになる。このようにして、測定不能を判断することができ、受光量が不十分な場合の距離の誤検出を防止することができる。
【０１１８】
上述のような論理バッファ演算部を用いると、大きな誤検出を防ぐことはできるが、誤作動を完全になくすことはできない。理想的には、増幅器１９は、その出力信号強度を一定レベルに制御する自動利得調整機能（Auto Gain Control:ＡＧＣ機能）を有することが望ましい。一般に発振器１のパルス信号はＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに遷移するのに一定の時間を有する。一般にこのパルスの立ち上がり（立ち下がり）時間はパルス高さが１０％から９０％になる時間として定義される。受光素子で検出された受光信号も同様に定義される立ち上がり時間を有するが、上述のように被検出物１３は様々であり、また被検出物１３までの距離ｙも多様であるため、受光信号のレベルも様々である。
【０１１９】
今、一定の増幅度を有する増幅器１９の出力が、図６に示すＶ０、Ｖ１、Ｖ２の３パターンである場合を考える。図６において、Ｖｔｈは後段のミキサ部７の閾値レベルである。ここで（９）式が成立しているので、受光信号Ｂが立ち上がるとき、発光信号Ａは必ずＨｉｇｈレベルであり、ミキサ部７の出力の立ち上がりは、受光信号Ｂが、図６のＶｔｈと交差する点により決定する。
【０１２０】
図６に示されているように、信号強度が最大のＶ０のときには合成信号Ｃの立ち上がりは時刻ｔ０となり、Ｖ１のときはｔ１となり、Ｖ２のときはｔ２となっている。このように、受光信号強度により検出される距離がばらついている。そこで、出力信号強度を一定にするために、増幅器１９に、フィードバック機能を有するＡＧＣ機能を設けるようにする。こうすることにより、例えば図６において、信号強度の全てをＶ１に調整することができるので、受光信号強度に基づく検出距離の誤検出を防ぐことができる。
【０１２１】
ＡＧＣ機能は、一般に増幅後の信号強度に対して演算を行いその増幅度αを増減させるものであるので、測定精度を非常に高くすることができる一方、測定に要する時間が増大するのみならず、回路構成も複雑になり、距離測定装置として幾分高価なものとなってしまう。
【０１２２】
そこで、距離測定装置の仕様のうちで最低光量となる条件のときに増幅器１９の出力信号強度が増幅器の電圧表示範囲の最大値より大きい増幅度αを有するようにする。このようにすれば、以下に図７を用いて説明するように、一定の増幅度を有する簡単な構成の増幅器１９で誤差を低減する事ができる。
【０１２３】
図７において、Ｖｍａｘ［Ｖ］は、増幅器１９の電圧表示範囲の最大値、Ｖｔｈ［Ｖ］は、図６と同様ミキサ部７の閾値、Ｖｏｕｔ［Ｖ］は、増幅器の出力信号強度、Ｖｉｎ［Ｖ］は、プリアンプ４の出力信号強度を示している。増幅度αが小さく、α×ＶｉｎがＶｍａｘよりも小さい場合（図７中の点線波形）、合成信号Ｃの立ち上がり時間は、ｔ２となる。このことから、距離の誤検出範囲は、受光量が最大の場合の合成信号Ｃの立ち上がり時間ｔ０以上ｔ２以下となる。増幅度αが、Ｖｏｕｔ＜α×Ｖｉｎを満たすようにすれば、増幅器の出力信号強度が、増幅器の出力可能範囲を超えることになるので、飽和状態にある。したがって、受光素子３からの信号の立ち上がり時間に起因する誤差を低減できる。
【０１２４】
一方、受光量が最低レベルのときでも、増幅器１９の出力信号が増幅器の電圧表示範囲の最大値以上に設定されている図７に一点破線で示す場合には、その誤検出範囲はｔ０からｔ１となり、距離の誤検出の範囲を低減することができる。
【０１２５】
尚、増幅器１９は帯域（高域遮断周波数）ｆｃ［ＭＨｚ］を有しており、ｆｃより高周波の信号は通過しないようになっている。また、増幅器１９の立ち上がり時間ｔｒ［μｓ］は、増幅器の時定数との関係等により、よく知られた関係である次の式（１０）を満たすようになっている。
2006308357.tif 000012
【０１２６】
図８に示すように、立ち上がり時間ｔｒを有する受光信号は増幅器１９の帯域ｆｃによる立ち上がり時間に制限され、図８に実線で示される増幅器１９の帯域で決定する波形が出力される。ここで、図７を用いて説明したように、出力信号強度は増幅器１９の飽和レベルに達しているので、図８において実線の傾きより小さくなることはない。すなわち、受光量に関わらず合成信号Ｃの立ち上がり時間がばらつきを有することはなく、高精度の距離の検出が可能となるのである。
【０１２７】
上記のような増幅器にはパルス信号の立ち上がり速度の性能を示すスルーレート値がある。このスルーレートは一般に「１μｓ」あたりに何Ｖ上昇させることができるかを示す値で「Ｖ／μｓ」で表される。ここで、図７を用いて説明したように、増幅器の出力信号は飽和レベルにあるので、そのレベルを図９のようにＶｍａｘとするとき、増幅器によって制限されるパルス立ち上がり時間はスルーレート値ＳＲを用いて、Ｖｍａｘ／ＳＲと表すことができる。ここで、発光信号Ａと増幅器１９のスルーレートの間に以下の（１１）式の関係があるとき、
2006308357.tif 000013
【０１２８】
図９に示すように、立ち上がり時間ｔｒを有する受光信号は増幅器１９のスルーレートＳＲによる立ち上がり時間に制限され、同図中の実線で示される増幅器１９のスルーレートで決定する波形が出力される。以上のように、受光量に関わらず合成信号Ｃの立ち上がり時間がばらつきを有することはなく、高精度の距離の検出を行うことができる。
【０１２９】
以上のように、増幅器１９の出力信号レベルが距離測定装置の仕様の最低光量時にも増幅器の飽和レベルになるような増幅度αを選択し、更に、受光信号の立ち上がり時間ｔｒと増幅器１９の帯域とスルーレートをそれぞれ（１０）式および（１１）式を満たすように設計すれば、被検出物１３からの受光量のダイナミックレンジが広範囲に及ぶ場合においても、測定距離の誤差がほとんどない非常に高精度な距離の検出を行うことができる。
【０１３０】
ところで、増幅器などの演算回路では入力信号と出力信号で位相が一定量遅延する。本来、距離ｙが０のときに発光信号Ａと受光信号Ｂは完全に一致するが、この位相遅延により両信号がずれてしまう。この初期位相シフトはパルス幅ｔｗのうち距離の測定に利用できない時間となってしまうため、まったく無駄な光となってしまい、無駄なエネルギーを消費することとなる。
【０１３１】
図１０は、これを回避できる第１実施形態の更なる変形例の光学式距離測定装置を示すブロック図である。図１０に示すように、発振器１と論理演算部であるミキサ部７との間に位相調整部２８を接続して、受光系で遅延する位相シフト量と同量の位相を位相シフトすることにより、距離ｙが０のときに完全に発光信号Ａと受光信号Ｂが一致するようにすることができる。このような位相調整部２８の例としては、論理バッファ演算回路が挙げられる。尚、位相調整部２８は発振器１の後段である必要はなく、例えば増幅器１９の後段でもプリアンプ４の後段でもよく、ミキサ部７に入力する段階で距離ｙが０のときに両信号の位相差が０であるように調整すればよい。このように位相調整部２８を接続すれば、発光信号Ａのパルス幅ｔｗを、測距可能な時間幅として無駄なく利用できる。したがって、位相シフトを見越した分だけパルス幅を大きくする必要がないため、光学式距離測定装置の消費電流を低減することができる。
【０１３２】
（第２実施形態）
図１１は、本発明の第２実施形態の光学式距離測定装置のブロック図である。
【０１３３】
第２実施形態の光学式距離測定装置は、発振器１と、第１スイッチ８と第２スイッチ９との間のノードとの間に、分周器２９が接続されている点が、第１実施形態の光学式距離測定装置と大きく異なっている。
【０１３４】
第２実施形態の光学式距離測定装置では、第１実施形態の光学的距離測定装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第２実施形態の光学的距離測定装置では、第１実施形態の光学的距離測定装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の光学的距離測定装置と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。
【０１３５】
図１１に示すように、この光学式距離測定装置は、発振器１と、発光素子２と、受光素子３と、プリアンプ４と、ミキサ部７と、第１スイッチ８と、第２スイッチ９と、積分器１１と、判定部１２と、増幅器１５と、バッファ部２６と、位相調整部２８と、分周部である分周器２９を備える。
【０１３６】
上記発振器１の発光信号は発光素子２に送られ、それと同期したパルス光を被検出物１３に向けて出射し、反射した光信号を受光素子２で検出する。受光素子２の出力信号は、プリアンプ４、増幅器１５、バッファ部２６をこの順に通過し、ミキサ部７に到達する。ミキサ部７は、バッファ部２６から信号と、発振器１から位相調整部２８を介して受け取った信号とに基づいて、第１実施形態と同様の信号処理を行うようになっている。
【０１３７】
また、発振器１の発光信号は、分周器２９にてｎ分周されて第１、第２スイッチ８,９の制御信号に変換されるようになっている。分周信号Ｄは、第１スイッチ８と第２スイッチ９の両方に入力されて、積分器１１の積分演算とリセットのタイミングを決定するようになっている。ミキサ部７から出力された信号は、第１スイッチ８が導通しているときのみ（第１スイッチ８がＯＮの状態のときのみ）、積分器１１へと入力され、積分信号が判定部１２へと送られて、積分信号の信号強度から被検出物１３までの距離が検出されるようになっている。
【０１３８】
また、第２スイッチ９は、第１スイッチ８と同期しており、第１スイッチ８が導通しているときは第２スイッチ９は遮断し、逆に第１スイッチ８が遮断しているときには第２スイッチ９は導通するようになっている。第１スイッチ８および第２スイッチ９を制御することにより、積分演算とリセットを繰り返し行うようになっている。
【０１３９】
図１２は、ミキサ部７、分周器２９、第１スイッチ８、第２スイッチ９および積分器１１の構成の一例を示す図である。以下に図１２を用いて、第２実施形態の光学式距離測定装置のスイッチングと積分演算を説明することにする。
【０１４０】
ミキサ部７は被検出物１３までの距離ｙと相関がある合成信号Ｃを、第１スイッチ８に連続的に入力する。また、分周期１９からは発光信号Ａがｎ分周された分周信号Ｄが出力される。この分周信号Ｄは、第１スイッチ８をスイッチングさせると同時に、論理否定演算（ＮＯＴ）１４を介して第２スイッチ９をスイッチングさせる。このように、分周信号Ｄを、ＮＯＴ演算を通過させることにより、第１スイッチ８と第２スイッチ９とに、導通と遮断が互いに反転したスイッチング動作を行うようにさせて、第１スイッチ８が導通（第１スイッチ９は遮断）しているときに、積分器１１がミキサ部７の合成信号をｎパルスだけ積分演算するようにする一方、第２スイッチ９が導通（第１スイッチ８は遮断）しているときには、積分された信号がリセットされるようにしている。第１スイッチ８と第２スイッチ９とは、スイッチ部を構成している。
【０１４１】
図１３は、第２実施形態の光学式距離測定装置の各回路部のタイミングチャートを示す波形図である。
【０１４２】
図１３において、Ａは、発光信号を示し、Ｂは、受光信号を示している。今まで詳細に述べたように、発光信号Ａに同期して発光素子２から光が出射し、被検出物１３までの距離ｙに応じてΔｔだけ位相遅延した受光信号Ｂが、受光素子３で検出されるようになっている。
【０１４３】
また、図１３において、Ｃは、ミキサ部７による合成信号を示している。合成信号Ｃは、第１実施形態と同様に例えば論理積演算回路（ＡＮＤ回路）などで構成される。また、図１３において、Ｄは、分周器２９による分周信号Ｄを示している。図１３では、例としてｎ＝３の場合が図示されている。この発明で、ｎが３に限定されないのは勿論である。分周信号Ｄを用いて、図１２で説明した積分演算が行われるようになっている。図１３において、Ｅは積分信号を示している。図１３に示すように、分周信号ＤがＨｉｇｈでかつ合成信号ＣがＨｉｇｈであるときに、容量がＣ０の積分容量１６に電荷が蓄積されるようになっている。また、分周信号ＤがＨｉｇｈでかつ合成信号ＣがＬｏｗであるときは、直前の電位を保持するようになっている。これをｎ（ｎは２以上の自然数、この実施例ではｎ＝３）ステップ繰り返して、分周信号ＤがＯＦＦに切り替わると、リセットされるようになっている。このように、積分器１１は、ミキサ部７からの一次信号の複数周期分（この実施例では３周期分）を積分するようになっている。また、分周器２９が出力する信号は、矩形のパルス波であり、積分器１１は、分周器２９が出力した信号の半周期毎に積分とリセットを繰り返すようになっている。
【０１４４】
ここで、積分信号強度は以下の（１２）式ように求めることができる（（８）式参照）。
2006308357.tif 000014
【０１４５】
発振器１は、繰り返し信号を出力するため理想的にはパルス幅や周期は一定であるが、実際にはパルス幅、周期ともにジッタが存在する。また、信号処理回路内では絶えずノイズが印加されるため、合成信号Ｃがアットランダムに揺らいでいることに起因して、（１２）式のｔｄは揺らぎを持っている。ｔｄの揺らぎの効果を低減できる式として以下の（１３）式を採用することができる。
2006308357.tif 000015
【０１４６】
（１３）式を採用して、複数信号の積分演算を行うようにすれば、１パルス１パルスごとに含まれるノイズやジッタによる誤差は平均化できて、（１２）式を採用した場合と比較して誤差を小さくすることができる。
【０１４７】
第１、２実施形態およびそれら実施形態の変形例において、図１,５,１０,１１に示されている判定部１２は、積分器１１からの積分信号の移動平均をとる機能を有している。積分器１１からの出力には少なからずノイズ成分が加わっている。判定部１２は、積分信号の最小（ミキサ部７の出力が負信号の場合は最大値）値に基づいて被検出物１３までの距離を検出するようになっており、ノイズによる積分信号強度の増減により距離の検出誤差が発生する。
【０１４８】
上記で説明したように複数信号を積分することによりこのようなノイズによる距離の検出誤差を低減することも可能であるが、より高精度に距離を測定するために、判定部１２で移動平均処理をおこなうようにする。このように積分信号を移動平均すれば、ノイズ成分を平滑化させることができて、距離の検出を高精度で行うことができる。
【０１４９】
（第３実施形態）
図１４は、本発明の第３実施形態の光学式距離測定装置のブロック図である。
【０１５０】
第３実施形態の光学式距離測定装置では、第２実施形態の光学式距離測定装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第３実施形態の光学式距離測定装置では、第１実施形態の光学式距離測定装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第２実施形態の光学式距離測定装置と共通の作用効果および変形例についても説明を省略する。第３実施形態の光学式距離測定装置では、第１、２実施形態の光学式距離測定装置と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。
【０１５１】
図１４に示すように、この光学式距離測定装置は、発振器１と、発光素子２と、受光素子３と、プリアンプ４と、ミキサ部７と、判定部１２と、増幅器１９と、バッファ部２６と、位相調整部２８と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０とを備える。上記ＬＰＦ２０と判定部１２とは、算出部４０を構成している。
【０１５２】
発振器１からの発光信号Ａと、被検出物１３までの距離ｙに相当する位相遅延を含む受光信号Ｂとが、ミキサ部７で処理され、ミキサ部７から合成信号Ｃとして出力される。図１４に示すように、第３実施形態では算出部の一部であるＬＰＦ２０が、ミキサ部７と判定部１２との間に接続されている。LＰＦ２０の出力信号が判定部１２で処理されて、判定部１２で被検出物１３までの距離ｙが求められる。
【０１５３】
図１５は、第３実施形態の光学式距離測定装置の各回路部のタイミングチャートを示す波形図である。
【０１５４】
発光信号Ａ（周期Ｔ）に対して受光信号Ｂが被検出物１３までの距離ｙに対応した光の走行時間Δｔだけ位相遅延する。ミキサ部７（例えば、論理積演算器（ＡＮＤ））では、両信号が合成されて合成信号Ｃとなる。ここで、合成信号Ｃは周期Ｔ、パルス幅ｔｄの矩形波である。この合成信号Ｃの周波数に対し、ＬＰＦ２０の遮断周波数を十分低くすると、ＤＣ成分のみがLＰＦ２０を通過するので、発光信号Ａのパルス幅をｔｗ、合成信号Ｃの信号強度をＶｉｎとすると、ＬＰＦ２０の出力信号Ｖｏｕｔは（７）式を用いて以下の（１４）式のように表現させる。
2006308357.tif 000016
【０１５５】
（１４）式は、被検出物１３までの距離ｙと、ＬＰＦ２０の出力信号Ｄ（Ｖｏｕｔ）が比例関係にあることを示している。入力信号強度（Ｖｉｎ）が、既知であるのでＶｏｕｔを検出することによりｙを算出することができる。この発明において、発光素子２はレーザダイオード（Laser Diode:ＬＤ）または発光ダイオード（Light Emitting Diode:ＬＥＤ）が好ましく、距離測定装置の仕様によって適宜選択される。近距離で広範囲にビームを照射する場合は、ＬＤに比べ低コストであるＬＥＤの方が望ましい。また、ＬＥＤの発光は、ＬＤの発光点に比べて大きいため、ＬＥＤの方がＬＤより人の目に対する安全性が高いという利点を有する。
【０１５６】
一方ＬＤは遠距離の物体を検出する場合に適している。というのも、ＬＤはコリメート性が高く適切なレンズ配置により出射光を平行光にすることができるため、ＬＥＤのように光エネルギーがビーム広がりにより分散することなく、高エネルギー密度を有したまま遠距離の物体を照射することができるからである。また、ビームが拡がらなくて照射面積を小さくできるため、遠距離の物体でも小スポットで照射できて、被検出物のどの部分までの距離を測定しているのかが明確になるからである。尚、ＬＤを用いる場合、目への安全性を確保するため発光信号Ａのデューティ比は十分小さく設定する必要があり、目的に応じたクラス分けが必要となる。
【０１５７】
光学式距離測定装置を使用する環境は太陽光や蛍光灯等さまざまな波長を有する外乱光が存在し、反射信号光強度との比（ＳＮ比）が低くなるほど距離の検出が困難になる。上述のように発光素子２にはＬＥＤやＬＤなどの単一波長発光素子が用いられるため、受光素子３に入射する光は適切な波長フィルタを介するようにすることが好ましい。
【０１５８】
図１６は、λＣを中心波長としたスペクトルを有する光を出射する発光素子に対する波長フィルタの通過域を説明する図である。
【０１５９】
図１６において、横軸は、光の波長を示し、縦軸は、光の強度を示している。また、点線で示すカーブは、波長フィルタの通過域を示している。最も理想的なのは、図１６（Ｃ）に示すＢＰＦ（バンドパスフィルタ）を用いたときである。というのも、図１６（Ｃ）に示すＢＰＦは、発光素子の有する波長分布のみを覆うように通過域に設定されており、その他の波長の光は受光素子に入射しないからである。発光素子が赤外光出射素子のときには、赤外光は可視光に比べて波長が長いので、太陽光や蛍光灯などに比較的多く含まれる可視光成分を除去するために、図１６（Ａ）に示す波長通過域を有するＨＰＦ（ハイパスフィルタ）を用いてもよい。また、短波長の光源を用いる場合には、図１６（Ｂ）に示す波長通過域を有するＬＰＦ（ローパスフィルタ）を用いることもできる。
【０１６０】
しかしながら、上述のような波長フィルタは外乱光の検出割合を低減するには効果的であるが、発光素子と同じ波長の外乱光の影響をなくすことはできない。一般に、外乱光には太陽光（ＤＣ）、蛍光灯（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）、インバータ灯（数十ｋＨｚ）の３種類が考えられる。図２やその他のタイミングチャート図で示した発光信号Ａの周波数をこれらの周波数よりも十分高くする。更に、発振器１が、オンとオフの信号を周期的に繰り返して出力して、発光素子２が、発振器１からオンの信号を受けたときのみ光を出射するようにする。更に、サンプルホールド回路（サンプルホールド回路は、減算信号生成部の一例である）等を利用して受光信号ＢのＬｏｗレベルの信号強度を記憶して、受光信号Ｂからそのホールド値を減算する。このようにすると、外乱光の影響を除去することができる。
【０１６１】
というのも、受光信号がＯＮの時間帯は、反射信号と外乱光が受光素子に入射し、ＯＦＦの時間帯は外乱光のみが受光素子に入射する。発光信号Ａの周波数を、上記３種類の外乱光の周波数よりも十分高く設定すると、受光信号ＢがＯＮの時間帯の外乱光によるノイズ強度は、直前または直後のＯＦＦの時間帯の外乱光ノイズ強度と略同じレベルとみなすことができる。このため、受光信号ＢのＯＮの時間帯の信号からＯＦＦの時間帯の信号強度を減算することにより、効果的に信号成分のみを抽出できるからである。
【０１６２】
また、被検出物１３に対する限定はなく、さまざまな物体を対象としているため、受光量が十分小さくなる場合も考えられる。このような場合においては、信号を確実に受光できるようにするため、受光素子２として、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を採用するのが好ましい。ＡＰＤは光感度が高く、微弱光の検出に適している。
【０１６３】
一方、反射光量が十分大きい場合には、受光素子として、フォトダイオード（ＰＤ）を採用するのが好ましい。フォトダイオードはもっとも一般的な受光素子で、Ｓi（シリコン）を用いた通常の半導体製造工程を用いて安価に製造できるため、装置全体のコストを低減することができる。また、フォトダイオードと上記プリアンプを同一プロセスで同一半導体基板上に形成することにより、集積化によるコスト低減のみならず、フォトダイオードとプリアンプ間の配線長を短くできるため、その配線に加わる電流ノイズを最低限の値まで抑制することができる。このため、高精度な測定を実現することができる。上述のような集積化はプリアンプだけに限定されることはなく、プリアンプから算出部（判定部は除く）まで、具体的には、フォトダイオード、プリアンプ、増幅器、論理演算部、積分器（積分器のかわりにＬＰＦでも良い）まで、同一半導体基板上に形成することも可能である。この場合、ノイズを最小にすることができ、信号処理ＩＣにかかる製造コストを最小にすることができる。
【０１６４】
尚、反射光量が不十分な場合や、ごく近距離の被検出物の測定を行う場合にはＰＤの受光面積を大きくする必要な場合がある。一般に、半導体基板上でのＰＤの構造は信号処理ＩＣ部に比べ簡素であり、半導体製造工程で必要とする成膜や洗浄、フォトリソ、エッチングといった工程数が少ない。これに対し、信号処理ＩＣ部はトランジスタなどの複雑な構造をしているため、上記のような工程数が非常に多くなり、ＰＤに比べて高価である。このため、ＰＤ部の面積が大きいと高価な製造プロセスを用いて安価にできるＰＤ部の占有率が高いために製造コストが結果的に高価になってしまう。
【０１６５】
使用する製造プロセスとＰＤの面積、ＰＤとＩＣを別基板にすることにより増加する配線の電流ノイズなどによる性能低下などを総合的に検討した結果、フォトダイオード部のみを別基板に製造し、ＩＣ部と配線で接続する方が製造コストが易い場合、ＰＤと、ＩＣ部（例えば、プリアンプ、増幅器、論理演算部、積分器（積分器のかわりにＬＰＦでも良い））とを別基板に形成しても良いことは勿論である。
【０１６６】
以上のような光学式距離測定装置は、距離を精密に測定して表示できるだけでなく、発光部と受光部を接近して隣接して製造することが可能であるので、従来の装置と比較して装置を格段に小さくできる。このことから、この発明の装置は、大型の電子機器のみならず小型の電子機器にも搭載することができる。そして、測定した距離値を用いて何らかの機能を電子機器に持たせることに適している。
【０１６７】
この発明の光学式距離測定装置を、障害物との距離によりＯＮ・ＯＦＦを制御できる非接触スイッチや、障害物検出器等の電子機器に用いると、その電子機器の性能を向上させることができると共に、その電子機器をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の第１実施形態の光学式距離測定装置のブロック図である。
【図２】第１実施形態の光学式距離測定装置の各回路部のタイミングチャートを示す波形図である。
【図３】第１実施形態の光学式距離測定装置が有するスイッチと積分器の構成の一例を示す図である。
【図４】第１実施形態の光学式距離測定装置のミキサ部がＥＸＯＲ回路で構成されている場合の各回路部のタイミングチャートを示す波形図である。
【図５】第１実施形態の変形例の光学式距離測定装置のブロック図である。
【図６】ＡＧＣ機能による誤差防止を説明する図である。
【図７】増幅器の増幅度による誤差を説明する図である。
【図８】増幅器の帯域によるパルス立ち上がり速度制限が距離検出誤差を低減することを説明する図である。
【図９】増幅器のスルーレートによるパルス立ち上がり速度制限が距離誤差を低減することを説明する図である。
【図１０】第１実施形態の更なる変形例の光学式距離測定装置を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の光学式距離測定装置のブロック図である。
【図１２】ミキサ部、分周器、第１スイッチ、第２スイッチおよび積分器の構成の一例を示す図である。
【図１３】第２実施形態の光学式距離測定装置の各回路部のタイミングチャートを示す波形図である。
【図１４】本発明の第３実施形態の光学式距離測定装置のブロック図である。
【図１５】第３実施形態の光学式距離測定装置の各回路部のタイミングチャートを示す波形図である。
【図１６】発光素子に対する波長フィルタの通過域を説明する図である。
【図１７】三角距離方式を説明するための図である。
【図１８】従来の光学式距離測定装置の各回路部のタイミングチャートを示す図である。
【図１９】従来のＴＯＦ方式の光学式距離測定装置を説明するための図である。
【図２０】従来のＴＯＦ方式の光学式距離測定装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１  発振器
２  発光素子
３  受光素子
４  プリアンプ
７  ミキサ部
８  第１スイッチ
９  第２スイッチ
１０,４０  算出部
１１  積分器
１２  判定部
１３  被検出物
１４  論理否定演算回路
１５  積分抵抗
１６  積分容量
１７  リセット抵抗
１８  オペアンプ
１９  増幅器
２０  ローパスフィルタ
２６  バッファ部
２８  位相調整部
２９  分周器
【図１】
2006308357.tif 000017
【図２】
2006308357.tif 000018
【図３】
2006308357.tif 000019
【図４】
2006308357.tif 000020
【図５】
2006308357.tif 000021
【図６】
2006308357.tif 000022
【図７】
2006308357.tif 000023
【図８】
2006308357.tif 000024
【図９】
2006308357.tif 000025
【図１０】
2006308357.tif 000026
【図１１】
2006308357.tif 000027
【図１２】
2006308357.tif 000028
【図１３】
2006308357.tif 000029
【図１４】
2006308357.tif 000030
【図１５】
2006308357.tif 000031
【図１６】
2006308357.tif 000032
【図１７】
2006308357.tif 000033
【図１８】
2006308357.tif 000034
【図１９】
2006308357.tif 000035
【図２０】
2006308357.tif 000036