(57)【要約】    【課題】  時間差測定装置において、所定の時間差を以て生じる２つのパルス信号の当該時間差を、これら２つのパルス信号を１回の測定により精度よく測定する。    【解決手段】  スタート信号Ｍ１（パルス信号）とストップ信号Ｍ２（パルス信号）との間の時間差を測定する時間差測定装置であって、π／２の位相差を有する２つの基準信号Ｓ１，Ｓ２を基準信号発生部４１（基準信号発生手段）により発生させ、スタート信号Ｍ１およびストップ信号Ｍ２の各発生タイミングにおける両基準信号Ｓ１，Ｓ２の対応振幅値Ａ11，Ａ12およびＡ21，Ａ22に基づいて、位相差検出部４２（位相差検出手段）が両パルス信号Ｍ１，Ｍ２の発生タイミング間での位相差Δθ（＝θstop−θstart）を算出し、検出された位相差Δθおよび基準信号Ｓ１，Ｓ２の周期Ｔｓに基づいて、時間差算出部４４（時間差算出手段）が、両パルス信号Ｍ１、Ｍ２間の発生時間差Δｔを算出する。【選択図】            図２
2006133214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の時間差を以て生じる２つ以上のパルス信号の該時間差を測定する時間差測定装置であって、
１つ以上の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記各パルス信号の発生タイミングに依存する所定の２つのタイミングにおいて、前記基準信号をサンプリングすることと実質的に同等となるように、前記基準信号に基づいた２つの振幅を求める振幅検出手段と、
前記振幅検出手段によって検出された、前記各パルス信号ごとに求められた前記基準信号の各振幅に基づいて、前記パルス信号の発生タイミング間の位相差を算出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段によって検出された位相差および前記基準信号の周期に基づいて、前記２つのパルス信号の発生時間差を算出する時間差算出手段とを備えたことを特徴とする時間差測定装置。
【請求項２】
所定の時間差を以て生じる２つのパルス信号の該時間差を測定する時間差測定装置であって、
略π／２の位相差を有する少なくとも２つの基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記２つのパルス信号の各発生タイミングにおける前記少なくとも２つの基準信号の振幅に基づいて、前記２つのパルス信号の発生タイミングの位相差を算出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段によって検出された位相差および前記基準信号の周期に基づいて、前記２つのパルス信号の発生時間差を算出する時間差算出手段とを備えたことを特徴とする時間差測定装置。
【請求項３】
前記２つのパルス信号の概略発生時間差を検出する概略時間差検出手段をさらに備え、
前記時間差算出手段は、前記位相差検出手段によって検出された位相差および前記基準信号の周期に基づいて算出される精密時間差に加えて、前記概略時間差検出手段によって検出された前記概略発生時間差により、前記２つのパルス信号の発生時間差を算出することを特徴とする請求項２に記載の時間差測定装置。
【請求項４】
前記２つの基準信号は正弦波信号と余弦波信号とであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の時間差測定装置。
【請求項５】
前記位相差検出手段は、前記２つのパルス信号のうち時系列的に先行する一方のパルス信号の発生タイミングにおける前記正弦波信号の振幅Ａ11および前記余弦波信号の振幅Ａ12をそれぞれ検出し、これら振幅Ａ11，Ａ12の比Ａ11／Ａ12を算出し、この振幅比Ａ11／Ａ12に基づいて位相θstartをtan-1（Ａ11／Ａ12）により算出し、前記２つのパルス信号のうち時系列的に後続する他方のパルス信号の発生タイミングにおける前記正弦波信号の振幅Ａ21および前記余弦波信号の振幅Ａ22をそれぞれ検出し、これら振幅Ａ21，Ａ22の比Ａ21／Ａ22を算出し、この振幅比Ａ21／Ａ22に基づいて位相θstopをtan-1（Ａ21／Ａ22）により算出し、前記２つのパルス信号の発生タイミングの位相差Δθを（θstop−θstart）により算出することを特徴とする請求項４に記載の時間差測定装置。
【請求項６】
前記基準信号発生手段は、原始的に一つの基準信号を生成するとともに、この原始的に生成された基準信号に対して該基準信号の位相を略π／２だけ遅延させて新たな基準信号を生成し、前記原始的に生成された基準信号と前記新たな基準信号とを、前記略π／２の位相差を有する２つの基準信号として発生することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の時間差測定装置。
【請求項７】
所定の時間差を以て生じる２つのパルス信号の該時間差を測定する時間差測定方法であって、
前記２つのパルス信号の概略発生時間差を検出し、略π／２の位相差を有する２つの基準信号である正弦波信号および余弦波信号を発生し、前記２つのパルス信号の各発生タイミングにおける前記正弦波信号および前記余弦波信号の振幅に基づいて、前記２つのパルス信号の発生タイミングの位相差を求め、求められた位相差、前記基準信号の周期および前記概略発生時間差に基づいて、前記２つのパルス信号の発生時間差を求めることを特徴とする時間差測定方法。
【請求項８】
前記２つのパルス信号のうち時系列的に先行する一方のパルス信号の発生タイミングにおける前記正弦波信号の振幅Ａ11および前記余弦波信号の振幅Ａ12をそれぞれ検出し、これら振幅Ａ11，Ａ12の比Ａ11／Ａ12を算出し、この振幅比Ａ11／Ａ12に基づいて位相θstartをtan-1（Ａ11／Ａ12）により算出し、前記２つのパルス信号のうち時系列的に後続する他方のパルス信号の発生タイミングにおける前記正弦波信号の振幅Ａ21および前記余弦波信号の振幅Ａ22をそれぞれ検出し、これら振幅Ａ21，Ａ22の比Ａ21／Ａ22を算出し、この振幅比Ａ21／Ａ22に基づいて位相θstopをtan-1（Ａ21／Ａ22）により算出し、前記２つのパルス信号の発生タイミングの位相差Δθを（θstop−θstart）により算出することを特徴とする請求項７に記載の時間差測定方法。
【請求項９】
測距対象に対して測定波を出射する測定波出射手段と、前記測定波が前記測距対象で反射して得られた反射波を検出する反射波検出手段と、前記測定波出射手段から前記測定波が出射されたタイミングで第１のパルス信号を取得し、前記反射波検出手段により前記反射波が検出されたタイミングで第２のパルス信号を取得し、前記第１のパルス信号を取得したタイミングから前記第２のパルス信号を取得したタイミングまでの時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求める測距手段とを備えた測距装置において、
前記測距手段は、請求項１から６のうちいずれか１項に記載の時間差測定装置を備え、前記時間差測定装置によって測定して得られた前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号との時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求めることを特徴とする測距装置。
【請求項１０】
測距対象に対して測定波を出射し、前記測定波が出射されたタイミングで第１のパルス信号を取得し、前記測定波が前記測距対象で反射して得られた反射波を検出し、前記反射波が検出されたタイミングで第２のパルス信号を取得し、前記第１のパルス信号を取得したタイミングから第２のパルス信号を取得したタイミングまでの時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求める測距方法において、
請求項７または８に記載の時間差測定方法により得られた前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号との時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求めることを特徴とする測距方法。
【請求項１１】
所定の時間差を以て生じる２つ以上のパルス信号の該時間差を測定する時間差測定装置であって、
単一の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記各パルス信号の発生タイミングと該発生タイミングに対応した所定の遅延タイミングとにおいて、前記基準信号の振幅をそれぞれ求める振幅検出手段と、
前記振幅検出手段によって検出された、前記各パルス信号ごとに求められた前記発生タイミングおよび前記遅延タイミングにおける前記基準信号の各振幅に基づいて、前記パルス信号の発生タイミング間の位相差を算出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段によって検出された位相差および前記基準信号の周期に基づいて、前記２つのパルス信号の発生時間差を算出する時間差算出手段とを備えたことを特徴とする時間差測定装置。
【請求項１２】
前記基準信号発生手段は、前記基準信号として正弦波信号または余弦波信号を発生し、
前記振幅検出手段は、前記発生タイミングから、前記基準信号のπ／２の位相差の奇数倍に相当する位相遅れに対応したタイミングを、前記遅延タイミングとしたことを特徴とする請求項１１に記載の時間差測定装置。
【請求項１３】
測距対象に対して測定波を出射する測定波出射手段と、前記測定波が前記測距対象で反射して得られた反射波を検出する反射波検出手段と、前記測定波出射手段から前記測定波が出射されたタイミングで第１のパルス信号を取得し、前記反射波検出手段によって前記反射波が検出されたタイミングで第２のパルス信号を取得し、前記第１のパルス信号を取得したタイミングから前記第２のパルス信号を取得したタイミングまでの時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求める距離測定手段とを備えた距離測定装置において、
前記距離測定手段は、請求項１、請求項１１または請求項１２に記載の時間差測定装置を備え、前記時間差測定装置によって測定して得られた前記第１のパルス信号と前記第２パルス信号との時間差に基づいて前記測距対象までの距離を求めることを特徴とする測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は時間差測定装置および時間差測定方法並びに測距装置および測距方法に関し、詳細には、非常に短い時間間隔のパルス信号間の時間差測定の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の測量機器に代表される測距装置は、例えばレーザ光やマイクロ波等の測定波を測距対象に対して出射し、その測距対象からの反射波（以下、測定波と総称する。）を検出し、この測定波の出射時と検出時との時間差に基づいて、測定波の往復進行距離を求め、これにより、測距対象までの距離を算出している。
【０００３】
ここで、時間差（時間間隔）の測定は、例えば、測定波の出射から検出までの時間差に比べて極めて短い既知の周期を有する高周波クロック信号を発生し、測定波の出射時から検出時までの間に発生した当該高周波クロック信号のクロック数を計数し、この計数値に周期を乗ずることによって行われていた。しかし、このような測定においては、測定精度を向上させるためにはクロック信号の周波数を高める必要があるのに対して、クロック信号の発生周波数を高めるには限界があった。
【０００４】
そこで、複数の高周波クロック信号を互いに所定の位相差を以て発生させ、各クロック信号のクロック数を計数することにより、クロック信号の周波数を擬似的に高周波数化する方法が考案されている。しかし、この方法では、精度の信頼性を高める上で、その発生させたクロック信号の数に対応させた測定の繰返しが必要であるため、測定時間の長時間化を招き、実用面で問題があった。
【０００５】
そこで、本出願人は、測定波の出射時に同期したスタート信号と検出時に同期したストップ信号とをそれぞれ所定の時間間隔で繰返し複数回発生させ、この繰返しの周期よりも短い周期で発生させている正弦波等基準信号を、繰返しのスタート信号でサンプリングするとともに、繰返しのストップ信号でサンプリングして、スタート信号によるサンプリングで得られた第１のサンプリング波とストップ信号によるサンプリングで得られた第２のサンプリング波との位相差を求め、この位相差に基づいて、スタート信号とストップ信号との間の位相差を求め、得られた位相差を時間差に換算する技術を提案している（特許文献１）。
【特許文献１】特許第２９１６７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した提案技術は、スタート信号とストップ信号とを複数回発生させて、複数回の検出を行わなければならないのは、測定のさらなる迅速化の観点からは不利である。
【０００７】
特に、コーナーキューブを備えた固定の測距対象までの距離を測定する測距装置に用いられるのではなく、風等環境の影響によって容易に変位する虞のある自然物等を対象とした測距装置や、測距対象の輪郭を一点ずつ測距して測距対象全体の形状を特定するような測距装置に用いられる場合には、個々の測距時間の一層の短縮が求められる。
【０００８】
すなわち、自然物は環境の影響によって変位しやすいため、繰返しの測定を行っている期間中に変位すると、複数回の測定によって得られた複数のデータのうち一部については、変位による誤差を含むため信頼性が低いデータとなり、これら複数のデータの平均化等演算の対象から除外する必要がある。
【０００９】
また、対象の輪郭を一点ずつ走査して輪郭形状を特定する場合には、測距対象点数が非常に多くなるため、輪郭全体を測距するのに長い測定時間を要する。
【００１０】
さらに、上述した提案技術は、複数のスタート信号および複数のストップ信号がそれぞれサンプリング信号として作用するため、スタート信号間の発生間隔およびストップ信号間の発生間隔も正確に一定であることが要求され、その発生間隔を一定に保つ制御も必要となる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、所定の時間差を以て生じる２つのパルス信号の当該時間差を、これら２つのパルス信号を繰返し発生させることなく１回の測定により精度よく測定することができる時間差測定装置および時間差測定方法並びにこの時間差測定装置を用いた測距装置および時間差測定方法を用いた測距方法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】
【００１２】
本発明に係る第１の時間差測定装置は、所定の時間差を以て生じる２つ以上のパルス信号の該時間差を測定する時間差測定装置であって、１つ以上の基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記各パルス信号の発生タイミングに依存する所定の２つのタイミングにおいて、前記基準信号をサンプリングすることと実質的に同等となるように、前記基準信号に基づいた２つの振幅を求める振幅検出手段と、前記振幅検出手段によって検出された、前記各パルス信号ごとに求められた前記基準信号の各振幅に基づいて、前記パルス信号の発生タイミング間の位相差を算出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段によって検出された位相差および前記基準信号の周期に基づいて、前記２つのパルス信号の発生時間差を算出する時間差算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、パルス信号の発生タイミングに依存する所定の２つのタイミングにおいて基準信号をサンプリングすることと実質的に同等となるように、基準信号に基づいた２つの振幅を求める、とは、例えば、基準信号発生手段が発生する基準信号が２つであり、その基準信号が所定の位相差を有するときは、一方の基準信号は他方の基準信号に対して位相差に相当する時間分だけ振動のタイミングがずれていることとなり、両基準信号を所定のタイミングで同時にサンプリングすることは、実質的には、単一の基準信号に対して、パルス信号の発生タイミングと、この発生タイミングから（基準信号の所定の位相差に相当する）時間差だけ離れた他のタイミングという、互いに異なる２つのタイミングでサンプリングしたことと同等に評価することができ、このように、単一の基準信号に対して、２つの異なるタイミングでサンプリングを行ってもよいし、位相差を有する２つの基準信号に対して、単一のタイミングでサンプリングを行ってもよいことを意味している。
【００１４】
このように構成された本発明に係る第１の時間差測定装置によれば、各パルス信号ごとに、それぞれ２つの異なるタイミングでサンプリングしたと評価することができる２つの振幅に基づいて各パルス信号の発生タイミングを、基準信号における位相として表現することができ、これら各パルス信号ごとに得られた位相の差は、基準信号の周期を用いて、パルス信号の発生タイミングの時間差を表現することができる。
【００１５】
そして、本発明に係る第１の時間差測定装置は、基準信号の周期と、位相差検出手段によって検出された位相差とに基づいて、２つのパルス信号の発生時間差を算出する時間差算出手段を備えているため、２つのパルス信号の各発生タイミングごとの基準信号の検出を、１回ずつ行うだけで、両パルス信号間の時間差を求めることができ、迅速な測定を行うことができる。
【００１６】
なお、基準信号としては、例えば正弦波信号や余弦波信号などを適用するのが好ましい。振幅と位相との対応関係が普遍的であるからである。ただし、上記正弦波信号や余弦波信号だけに限定されるものではなく、例えばルックアップテーブルや関数等によって振幅と位相との対応関係が予め規定されているものであれば、三角波信号、鋸歯状波信号などの種々の信号を適用することができる。
【００１７】
本発明に係る第２の時間差測定装置は、所定の時間差を以て生じる２つのパルス信号の該時間差を測定する時間差測定装置であって、略π／２[rad]の位相差（略π／２[rad]の奇数倍（（π／２）[rad]×（２ｎ−１）；ｎ＝１，２，…）の位相差を含む。以下、同じ。）を有する少なくとも２つの基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記２つのパルス信号の各発生タイミングにおける前記少なくとも２つの基準信号の振幅に基づいて、前記２つのパルス信号の発生タイミングの位相差を算出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段によって検出された位相差および前記基準信号の周期に基づいて、前記２つのパルス信号の発生時間差を算出する時間差算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
ここで、２つの基準信号は、パルス信号に対して同期しているものであってもよいし、同期していないものであってもよい。
【００１９】
このように構成された本発明に係る第２の時間差測定装置によれば、基準信号発生手段が発生した、π／２[rad]の位相差を有する２つの基準信号に対して、位相差検出手段が、時間差を以て生じる２つのパルス信号の各発生タイミングで１回だけサンプリングし、各サンプリング時ごとの各基準信号の振幅を検出する。
【００２０】
さらに、位相差検出手段は、得られた各タイミング時ごとの２つの基準信号間の振幅差や振幅比など振幅の関係に基づいて、各タイミングごとに基準信号の位相を算出し、得られた２つのタイミングにそれぞれ対応した位相の差を算出し、この位相差と基準信号の周期とにより、２つのパルス信号の発生時間差を算出する。
【００２１】
したがって、２つのパルス信号の各発生タイミングごとの基準信号の検出を、１回ずつ行うだけで、両パルス信号間の時間差を求めることができ、迅速な測定を行うことができる。
【００２２】
また、基準信号として例えば正弦波信号および余弦波信号のような位相差がπ／２[rad]であるものを適用することにより、直接検出された値（振幅値）の比をとって、その比のarctanを算出すれば位相θを算出することができ、２つの位相から位相差Δθを検出することができる。
【００２３】
そして、arctanから計算される位相は、その時間的変化量が常に一定になるため、基準信号に対する２つのパルス信号の発生タイミングに拘わらず、一定の分解能および検出感度を得ることができる。
【００２４】
すなわち、正弦波信号は、振動の中心（sinθ＝０）を横切る位置近傍においては、θの変化量に対するsinθの変化量が大きいため、この位置で検出したときは高い検出感度（分解能）を得ることができるが、振動のピーク位置近傍においては、θの変化量に対するsinθの変化量が小さいため検出感度（分解能）が鈍くなる。一方、余弦波信号は、正弦波信号とπ／２[rad]の位相差を有しているため、正弦波信号の感度が鈍くなるとき余弦波信号の高検出感度（分解能）となる。したがって、両者の比に基づくarctanから計算される位相は、常に高感度および高分解能で検出される。
【００２５】
また、本発明に係る第２の時間差測定装置においては、前記２つのパルス信号の概略発生時間差を検出する概略時間差検出手段をさらに備え、前記時間差算出手段は、前記位相差検出手段によって検出された位相差および前記基準信号の周期に基づいて算出される精密時間差に加えて、前記概略時間差検出手段によって検出された前記概略発生時間差により、前記２つのパルス信号の発生時間差を算出するものであることが好ましい。
【００２６】
この概略時間差検出手段は、上述した基準信号の１周期程度の分解能で時間を検出することができるものであればよく、公知のパルスカウンタなどによって、基準信号のパルス数を計数することにより概略時間差を検出するものを適用することができる。
【００２７】
このように好ましい構成の時間差測定装置によれば、概略時間差検出手段によって２つのパルス信号の概略発生時間差を検出することができるため、これら２つのパルス信号の発生時間差が、基準信号の１周期を超えるような長時間であっても、精度良く測定することができる。
【００２８】
すなわち、時間差算出手段が検出する２つのパルス信号間の位相差Δθは、０[rad]〜２π[rad]の範囲内の値として算出される。しかし、基準信号は周期信号であるため、この位相差Δθは、２π以下のΔθの他、２π＋Δθ，４π＋Δθ，…も潜在的に表現されており、一般式２π（ｎ−１）＋Δθ（ｎ；自然数）として表すことができる。
【００２９】
一方、算出すべき２つのパルス信号の発生時間差としては、上記の一般式の第１項である位相差２π（ｎ−１）[rad]も時間として含まれる必要があり、その自然数ｎを特定する必要がある。
【００３０】
そこで、２つのパルス信号の発生時間差が基準信号の１周期（２π[rad]）を超える場合であっても、概略時間差検出手段がこの基準信号の１周期程度の分解能でこの発生時間差を概略的に検出することができ、この概略時間差検出手段によって検出された概略の発生時間差に基づいて、一般式の第１項部分の位相差２π（ｎ−１）[rad]を特定することができ、この第１項部分と第２項部分との総和の位相差に対応する時間（[２π（ｎ−１）＋Δθ][rad]に基準信号の周期[sec]を乗算した値）、すなわち２つのパルス信号の発生時間差を、唯一の値として特定して求めることができる。
【００３１】
また、本発明に係る第１または第２の時間差測定装置においては、前記２つの基準信号として、正弦波と余弦波とを適用するのが好ましい。
【００３２】
正弦波（Ａ０sinθ）と余弦波（Ａ０cosθ）との組合せは、位相差がπ／２[rad]である２つの正弦波の組合せ、あるいは位相差がπ／２である２つの余弦波の組合せと同等であり、これら２つの基準信号をパルス信号によりサンプリングして得られた検出値Ａij（振幅値）の比（Ａ０sinθ／Ａ０cosθ）は、正接値（tanθ）として算出することができ、この得られた正接値の逆変換（＝逆三角関数tan-1θ（＝arctan））によって位相を算出することができる。そして、このように基準信号として正弦波と余弦波とを適用することにより、計算上は正弦波および余弦波の最大振幅値Ａ０が相殺されるため、この最大振幅値Ａ０を実際に求めることなく演算処理を行うことができ、演算処理を単純化することができる。
【００３３】
しかも、arctanから計算される位相は、その時間的変化量が常に一定になるため、基準信号に対する２つのパルス信号の発生タイミングに拘わらず、一定の分解能および検出感度を得ることができる。
【００３４】
また、本発明に係る第２の時間差測定装置においては、位相差検出手段は、前記２つのパルス信号のうち時系列的に先行する一方のパルス信号（スタート信号）の発生タイミングにおける前記正弦波の振幅Ａ11（−Ａ０≦Ａ11≦Ａ０）および余弦波の振幅Ａ12（−Ａ０≦Ａ12≦Ａ０）をそれぞれ検出し、これら振幅Ａ11，Ａ12の比Ａ11／Ａ12を算出し、この振幅比Ａ11／Ａ12に基づいて位相θstart（スタート信号発生タイミングにおける正弦波および余弦波の位相）をtan-1（Ａ11／Ａ12）により算出し、前記２つのパルス信号のうち時系列的に後続する他方のパルス信号（ストップ信号）の発生タイミングにおける前記正弦波の振幅Ａ21（−Ａ０≦Ａ21≦Ａ０）および余弦波の振幅Ａ22（−Ａ０≦Ａ22≦Ａ０）をそれぞれ検出し、これら振幅Ａ21，Ａ22の比Ａ21／Ａ22を算出し、この振幅比Ａ21／Ａ22に基づいて位相θstop（ストップ信号発生タイミングにおける正弦波および余弦波の位相）をtan-1（Ａ21／Ａ22）により算出し、前記２つのパルス信号の発生タイミングの位相差Δθを（θstop−θstart）により算出するものとするのが好ましい。
【００３５】
このように構成された時間差測定装置によれば、簡単な演算処理により、時間差を精度よく算出することができる。
【００３６】
また、本発明に係る第１または第２の時間差測定装置においては、前記基準信号発生手段は、原始的に一つの基準信号を生成するとともに、この原始的に生成された基準信号に対して該基準信号の位相を略π／２[rad]だけ遅延させて新たな基準信号を生成し、前記原始的に生成された基準信号と前記新たな基準信号とを、前記略π／２[rad]の位相差を有する２つの基準信号として発生することが好ましい。
【００３７】
すなわち、基準信号発生手段が生成する基準信号は唯一つであるが、発生する（外部に出力する）信号としては、この生成したオリジナルの基準信号（１つめの基準信号）だけでなく、このオリジナルの基準信号に対して略π／２[rad]だけ位相を遅延させて新たな基準信号を生成し、この新たな基準信号を外部に出力することにより、２つの基準信号を発生させてもよい。
【００３８】
このように、２つの基準信号のうち一方がオリジナルであり、他方はこのオリジナルに基づいて生成されたものであれば、両基準信号間で、例えば振幅の差など信号波形の差異が生じにくく、振幅に応じた位相の演算の際の誤差を抑制することができる。
【００３９】
本発明に係る時間差測定方法は、所定の時間差を以て生じる２つのパルス信号の該時間差を測定する時間差測定方法であって、前記２つのパルス信号の概略発生時間差を検出し、略π／２[rad]の位相差（略π／２[rad]の奇数倍（（π／２）[rad]×（２ｎ−１）；ｎ＝１，２，…）を含む。以下、同じ。）を有する２つの基準信号である正弦波信号および余弦波信号を発生し、前記２つのパルス信号の各発生タイミングにおける前記正弦波信号および前記余弦波信号の振幅に基づいて、前記２つのパルス信号の発生タイミングの位相差を求め、求められた位相差、前記基準信号の周期および前記概略発生時間差に基づいて、前記２つのパルス信号の発生時間差を求めることを特徴とする。
【００４０】
このように構成された本発明に係る時間差測定方法によれば、略π／２[rad]の位相差を有する２つの基準信号に対して、時間差を以て生じる２つのパルス信号の各発生タイミングで１回だけサンプリングし、各サンプリング時ごとの各基準信号の振幅を検出する。
【００４１】
さらに、得られた各タイミング時ごとの２つの基準信号間の振幅差や振幅比など振幅の関係に基づいて、各タイミングごとに基準信号の位相を算出し、得られた２つのタイミングにそれぞれ対応した位相の差を算出し、この位相差と基準信号の周期とにより、２つのパルス信号の発生時間差を算出する。
【００４２】
したがって、２つのパルス信号の各発生タイミングごとの基準信号の検出を、１回ずつ行うだけで、両パルス信号間の時間差を求めることができ、迅速な測定を行うことができる。
【００４３】
また、基準信号が正弦波信号および余弦波信号という位相差がπ／２[rad]であるため、直接検出された値（振幅値）の比をとって、その比のarctanを算出すれば位相θを算出することができ、２つの位相から位相差Δθを検出することができる。
【００４４】
そして、arctanから計算される位相は、その時間的変化量が常に一定になるため、基準信号に対する２つのパルス信号の発生タイミングに拘わらず、一定の分解能および検出感度を得ることができる。
【００４５】
また、２つのパルス信号の概略発生時間差を検出することにより、これら２つのパルス信号の発生時間差が、基準信号の１周期を超えるような長時間であっても、精度良く測定することができる。
【００４６】
また、本発明に係る時間差測定方法においては、前記２つのパルス信号のうち時系列的に先行する一方のパルス信号の発生タイミングにおける前記正弦波信号の振幅Ａ11および前記余弦波信号の振幅Ａ12をそれぞれ検出し、これら振幅Ａ11，Ａ12の比Ａ11／Ａ12を算出し、この振幅比Ａ11／Ａ12に基づいて位相θstartをtan-1（Ａ11／Ａ12）により算出し、前記２つのパルス信号のうち時系列的に後続する他方のパルス信号の発生タイミングにおける前記正弦波信号の振幅Ａ21および前記余弦波信号の振幅Ａ22をそれぞれ検出し、これら振幅Ａ21，Ａ22の比Ａ21／Ａ22を算出し、この振幅比Ａ21／Ａ22に基づいて位相θstopをtan-1（Ａ21／Ａ22）により算出し、前記２つのパルス信号の発生タイミングの位相差Δθを（θstop−θstart）により算出するのが好ましい。
【００４７】
このように好ましい構成の時間差測定方法によれば、簡単な演算処理により、時間差を精度よく算出することができる。
【００４８】
また、本発明に係る第１の測距装置は、測距対象に対して測定波を出射する測定波出射手段と、前記測定波が前記測距対象で反射して得られた反射波を検出する反射波検出手段と、前記測定波出射手段から前記測定波が出射されたタイミングで第１のパルス信号を取得し、前記反射波検出手段により前記反射波が検出されたタイミングで第２のパルス信号を取得し、前記第１のパルス信号を取得したタイミングから第２のパルス信号を取得したタイミングまでの時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求める測距手段とを備えた測距装置において、前記測距手段は、本発明に係る時間差測定装置を備え、前記時間差測定装置によって測定して得られた前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号との時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求めることを特徴とする。
【００４９】
ここで、測距装置としては、いわゆる測量機器や、測距対象を測距することによりその測距対象の輪郭形状等を特定する形状測定装置も含まれる。
【００５０】
測定波出射手段が測距対象に対して発生する信号波としては、例えば、マイクロ波や光波（レーザ光、赤外光等）等、測距用ビームとして従来より用いられている公知の種々の電磁波を適用することができる。
【００５１】
このように構成された本発明に係る第１の測距装置によれば、測距手段が、上述した本発明に係る時間差測定装置を備えているため、この時間差測定装置によって、第１および第２のパルス信号の各発生タイミングごとの基準信号の検出を１回ずつ行うだけで、両パルス信号間の時間差を迅速に測定することができ、したがって、この時間差の測定に基づいた測距動作を迅速化することができる。
【００５２】
また、基準信号として例えば正弦波信号および余弦波信号のような位相差がπ／２[rad]であるものを適用することにより、直接検出された値（振幅値）の比をとって、その比のarctanを算出すれば位相θを算出することができ、２つの位相から位相差Δθを検出することができる。
【００５３】
そして、arctanから計算される位相は、その時間的変化量が常に一定になるため、基準信号に対する２つのパルス信号の発生タイミングに拘わらず、一定の分解能および検出感度を得ることができる。
【００５４】
本発明に係る測距方法は、測距対象に対して測定波を出射し、前記測定波が出射されたタイミングで第１のパルス信号を取得し、前記測定波が前記測距対象で反射して得られた反射波を検出し、前記反射波が検出されたタイミングで第２のパルス信号を取得し、前記第１のパルス信号を取得したタイミングから第２のパルス信号を取得したタイミングまでの時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求める測距方法において、本発明に係る時間差測定方法により得られた前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号との時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求めることを特徴とする。
【００５５】
このように構成された本発明に係る測距方法によれば、上述した本発明に係る時間差測定方法よって、第１および第２のパルス信号の各発生タイミングごとの基準信号の検出を１回ずつ行うだけで、両パルス信号間の時間差を迅速に測定することができ、したがって、この時間差の測定に基づいた測距動作を迅速化することができる。
【００５６】
また、基準信号として例えば正弦波信号および余弦波信号のような位相差がπ／２[rad]であるものを適用することにより、直接検出された値（振幅値）の比をとって、その比のarctanを算出すれば位相θを算出することができ、２つの位相から位相差Δθを検出することができる。
【００５７】
そして、arctanから計算される位相は、その時間的変化量が常に一定になるため、基準信号に対する２つのパルス信号の発生タイミングに拘わらず、一定の分解能および検出感度を得ることができる。
【００５８】
本発明に係る第３の時間差測定装置は、所定の時間差を以て生じる２つ以上のパルス信号の該時間差を測定する時間差測定装置であって、単一の基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記各パルス信号の発生タイミングと該発生タイミングに対応した所定の遅延タイミングとにおいて、前記基準信号の振幅をそれぞれ求める振幅検出手段と、前記振幅検出手段によって検出された、前記各パルス信号ごとに求められた前記発生タイミングおよび前記遅延タイミングにおける前記基準信号の各振幅に基づいて、前記パルス信号の発生タイミング間の位相差を算出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段によって検出された位相差および前記基準信号の周期に基づいて、前記２つのパルス信号の発生時間差を算出する時間差算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００５９】
このように構成された時間差測定装置によれば、基準信号発生手段が発生した単一の基準信号に対して、振幅検出手段が、単一の基準信号に対して、パルス信号の発生タイミングと、この発生タイミングから所定の遅延タイミングに相当する位相差という、互いに異なる２つのタイミングでサンプリングし、各タイミングごとに対応した基準信号の振幅を検出する。
【００６０】
さらに、位相差検出手段は、得られた各タイミング時ごとに検出された２つの振幅差や振幅比など振幅の関係に基づいて、一方のパルス信号の発生タイミングについて、基準信号の位相を算出し、同様に他方のパルス信号の発生タイミングについて、基準信号の位相を算出し、得られた２つの位相の差を算出し、この位相差と基準信号の周期とにより、２つのパルス信号の発生時間差を算出する。
【００６１】
したがって、２つのパルス信号の各発生タイミングおよび各遅延タイミングごとの基準信号の検出を、１回ずつ行うだけで、両パルス信号間の時間差を求めることができ、迅速な測定を行うことができる。
【００６２】
また、基準信号として例えば正弦波信号または余弦波信号を適用し、基準信号のπ／２[rad]の位相差（略π／２[rad]の奇数倍（（π／２）[rad]×（２ｎ−１）；ｎ＝１，２，…）を含む。以下、同じ。）に相当する位相遅れに対応したタイミングを、前記遅延タイミングとして適用することにより、各パルス信号ごとの発生タイミングと遅延タイミングとにおいてそれぞれ直接検出された値（振幅値）の比をとって、その比のarctanを算出すればそのパルス信号ごとの位相θを算出することができ、２つの位相から位相差Δθを検出することができる。
【００６３】
そして、arctanから計算される位相は、その時間的変化量が常に一定になるため、基準信号に対する２つのパルス信号の発生タイミングに拘わらず、一定の分解能および検出感度を得ることができる。
【００６４】
すなわち、例えば正弦波信号は、振動の中心（sinθ＝０）を横切る位置近傍においては、θの変化量に対するsinθの変化量が大きいため、この位置で検出したときは高い検出感度（分解能）を得ることができるが、振動のピーク位置近傍においては、θの変化量に対するsinθの変化量が小さいため検出感度（分解能）が鈍くなる。一方、遅延タイミングでは、振動のピーク位置近傍に相当する位相からπ／２[rad]の位相差となるため、振動の中心を横切る位置近傍となり、高検出感度（分解能）となる。したがって、発生タイミングと遅延タイミングとによってそれぞれ検出された振幅の比に基づくarctanから計算される位相は、常に高感度および高分解能で検出することができる。
【００６５】
また、本発明に係る第２の測距装置は、測距対象に対して測定波を出射する測定波出射手段と、前記測定波が前記測距対象で反射して得られた反射波を検出する反射波検出手段と、前記測定波出射手段から前記測定波が出射されたタイミングで第１のパルス信号を取得し、前記反射波検出手段によって前記反射波が検出されたタイミングで第２のパルス信号を取得し、前記第１のパルス信号を取得したタイミングから前記第２のパルス信号を取得したタイミングまでの時間差に基づいて、前記測距対象までの距離を求める距離測定手段とを備えた距離測定装置において、前記距離測定手段として、本発明に係る第１または第３の時間差測定装置を備え、前記時間差測定装置によって測定して得られた前記第１のパルス信号と前記第２パルス信号との時間差に基づいて前記測距対象までの距離を求めることを特徴とする。
【００６６】
ここで、測距装置としては、いわゆる測量機器や、測距対象を測距することによりその測距対象の輪郭形状等を特定する形状測定装置も含まれる。
【００６７】
測定波出射手段が測距対象に対して発生する信号波としては、例えば、マイクロ波や光波（レーザ光、赤外光等）等、測距用ビームとして従来より用いられている公知の種々の電磁波を適用することができる。
【００６８】
このように構成された本発明に係る第２の測距装置によれば、測距手段が、上述した本発明に係る時間差測定装置を備えているため、この時間差測定装置によって、第１および第２のパルス信号の各発生タイミングおよび各遅延タイミングごとの基準信号の検出を１回ずつ行うだけで、両パルス信号間の時間差を迅速に測定することができ、したがって、この時間差の測定に基づいた測距動作を迅速化することができる。
【００６９】
また、基準信号として例えば正弦波信号または余弦波信号を適用し、発生タイミングと遅延タイミングとの位相差を略π／２[rad]として適用することにより、直接検出された値（振幅値）の比をとって、その比のarctanを算出すれば位相θを算出することができ、２つの位相から位相差Δθを検出することができる。
【００７０】
そして、arctanから計算される位相は、その時間的変化量が常に一定になるため、基準信号に対する２つのパルス信号の発生タイミングに拘わらず、一定の分解能および検出感度を得ることができる。
【発明の効果】
【００７１】
本発明に係る時間差測定装置、時間差測定方法によれば、２つのパルス信号の各発生タイミングごとの基準信号の検出を、１回ずつ行うだけで、または２つのパルス信号の各発生タイミングおよび遅延タイミングごとの基準信号の検出を、１回ずつ行うだけで、両パルス信号間の時間差を求めることができ、測定の迅速化を図ることができる。
【００７２】
また、本発明に係る測距装置、測距方法によれば、測距手段が、上述した本発明に係る時間差測定装置を備えているため、この時間差測定装置によって、第１および第２のパルス信号の各発生タイミングごとの基準信号の検出を１回ずつ行うだけで、または２つのパルス信号の各発生タイミングおよび遅延タイミングごとの基準信号の検出を、１回ずつ行うだけで、両パルス信号間の時間差を迅速に測定することができ、したがって、この時間差の測定に基づいた測距の迅速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
以下、本発明に係る時間差測定装置および時間差測定方法並びに測距装置および測距方法についての最良の実施形態を、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の時間差測定装置を測距手段の一部として備えた本発明に係る測距装置の一実施形態である測量装置１００の構成を示す図である。
【００７４】
図示の測量装置１００は、測距対象９０に対して測定波としてのパルス状のレーザ光Ｌ１を出射する測定光出射手段１０（測定波出射手段）と、レーザ光Ｌ１が測距対象９０で反射して得られた反射レーザ光Ｌ２（反射波）を検出する反射光検出手段２０（反射波検出手段）と、測定光出射手段１０からレーザ光Ｌ１が出射されたタイミングでパルス状のスタート信号Ｍ１（第１のパルス信号）を出力し、反射光検出手段２０により反射レーザ光Ｌ２が検出されたタイミングでパルス状のストップ信号Ｍ２（第２のパルス信号）を出力し、スタート信号Ｍ１を出力したタイミングからストップ信号Ｍ２を出力したタイミングまでの時間差Δｔに基づいて、測距対象９０までの距離を求める測距手段３０と、この測距結果を可視的に出力する測距結果出力部５０とを備えた構成である。
【００７５】
ここで、測定光出射手段１０は、パルス状のレーザ光Ｌ１を出射する光源である半導体レーザ（ＰＬＤ）１１と、このＰＬＤ１１から出射したレーザ光Ｌ１を測距対象９０に向けて導光するレンズ等を含む出射光学系１２とを備えた構成であり、ＰＬＤ１１から出射されるレーザ光Ｌ１は、比較的大きなピークパワーを有し、デューティ比が０．０１％程度のパルス状のレーザ光である。
【００７６】
反射光検出手段２０は、反射レーザ光Ｌ２を検出する受光素子２１と、測距対象９０からの反射レーザ光Ｌ２を受光素子２１に導光する検出光学系２２とを備えている。なお、受光素子２１は、パルス状の反射レーザ光Ｌ２を検出することができる素子であればよく、例えばアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）などが用いられる。
【００７７】
測距手段３０は、レーザ光Ｌ１の検出タイミングおよび反射レーザ光Ｌ２の検出タイミングで内部で出力された２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２間の出力時間差Δｔを測定する時間差測定装置４０と、この測定された時間差Δｔを距離に換算して結果を出力する距離換算部３１とを備えている。
【００７８】
この時間差測定装置４０は、上述した２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２を内部で発生する。また、時間差測定装置４０は、互いにπ／２の位相差を有する２つの基準信号Ｓ１，Ｓ２を発生する基準信号発生部４１（基準信号発生手段）と、２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２の各発生タイミングにおける２つの基準信号Ｓ１，Ｓ２の振幅Ａ11（スタート信号Ｍ１の発生タイミングにおける基準信号Ｓ１の振幅），Ａ12（スタート信号Ｍ１の発生タイミングにおける基準信号Ｓ２の振幅），Ａ21（ストップ信号Ｍ２の発生タイミングにおける基準信号Ｓ１の振幅），Ａ22（ストップ信号Ｍ２の発生タイミングにおける基準信号Ｓ２の振幅）に基づいて、２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２の各発生タイミング間における基準信号Ｓ１（または基準信号Ｓ２）の位相差Δθを算出する位相差検出部４２（位相差検出手段）と、２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２の各発生タイミングの概略の時間差ｔaを検出する概略時間差検出部４３（概略時間差検出手段）と、位相差検出部４２によって検出された位相差Δθおよび基準信号Ｓ１，Ｓ２の周期Ｔｓ並びに概略時間差検出部４３によって検出された概略時間差ｔａに基づいて、スタート信号Ｍ１とストップ信号Ｍ２との発生時間差Δｔを算出する時間差算出部４４（時間差算出手段）とを備えた構成である。
【００７９】
ここで、本実施形態における上記２つの基準信号Ｓ１，Ｓ２は、例えば、正弦波（Ａ０sinθ；Ａ０は最大振幅値を表す。）の基準信号Ｓ１と、この正弦波基準信号Ｓ１に対してπ／２の位相差を有する正弦波（Ａ０sin（θ＋π／２））に相当する余弦波（Ａ０cosθ）の基準信号Ｓ２とが適用されている。ただし、基準信号Ｓ１，Ｓ２は、これら正弦波および余弦波の信号の組合せに限定されるものではなく、互いにπ／２の位相差を有する関係にある周期関数の２つの信号であれば、他の如何なる信号の組合せであってもよい。
【００８０】
また、概略時間差検出部４３は、基準信号Ｓ１，Ｓ２の１周期Ｔｓ程度の分解能で時間を検出することができるものであればよく、例えば、公知のパルスカウンタなどによって、基準信号Ｓ１またはＳ２のパルス数Ｐｃを計数することにより概略時間差ｔａ（＝Ｐｃ×Ｔｓ）を検出するものなどを適用することができる。
【００８１】
また、測距結果出力部５０は、測距結果を可視的に出力するものであれば、表示出力するモニタ等の表示装置であってもよいし、印刷出力するプリンタであってもよい。
【００８２】
次に、本実施形態の測量装置１００の時間差測定装置４０による、スタート信号Ｍ１とストップ信号Ｍ２との発生時間差Δｔの算出作用の原理について、図２を参照して説明する。
【００８３】
まず、時間差測定装置４０の基準信号発生部４１が図２（ｂ）に示す正弦波信号Ｓ１と同図（ｃ）に示す余弦波信号Ｓ２とを発生する。
【００８４】
次いで、時間差測定装置４０は、ＰＬＤ１１からのレーザ光Ｌ１の出射タイミングで、図２（ａ）に示すスタート信号Ｍ１を発生し、位相差検出部４２が、このスタート信号Ｍ１により両基準信号Ｓ１，Ｓ２をサンプルホールドする。このときサンプルホールドして得られた各基準信号Ｓ１，Ｓ２の振幅値Ａ11，Ａ12は、図２（ｄ）に示すように、これら基準信号発生時からの位相θstartを用いて、
Ａ11＝Ａ０sinθstart    （１）
Ａ12＝Ａ０cosθstart    （２）
と表されるところ、
Ａ11／Ａ12＝tanθstart  （３）
であるから、位相差検出部４２は、スタート信号Ｍ１発生時の基準信号Ｓ１，Ｓ２の位相θstartを、
θstart＝tan-1（Ａ11／Ａ12）    （４）
により算出し、これを図示しない記憶領域に一時的に記憶させる。
【００８５】
また、時間差測定装置４０は、受光素子２１による反射レーザ光Ｌ２の検出タイミングで、図２（ａ）に示すストップ信号Ｍ２を発生し、位相差検出部４２が、このストップ信号Ｍ２により両基準信号Ｓ１，Ｓ２をサンプルホールドする。このときサンプルホールドして得られた各基準信号Ｓ１，Ｓ２の振幅値Ａ21，Ａ22は、図２（ｄ）に示すように、これら基準信号発生時からの位相θstopを用いて、
Ａ21＝Ａ０sinθstop    （５）
Ａ22＝Ａ０cosθstop    （６）
と表されるところ、
Ａ21／Ａ22＝tanθstop  （７）
であるから、位相差検出部４２は、ストップ信号Ｍ２発生時の基準信号Ｓ１，Ｓ２の位相θstopを、
θstop＝tan-1（Ａ21／Ａ22）    （８）
により算出し、これを図示しない記憶領域に一時的に記憶させる。
【００８６】
そして、位相差検出部４２は、記憶領域に記憶された２つの位相θstart，θstopを読み出し、
Δθ＝θstop−θstart          （９）
により、スタート信号Ｍ１の発生時とストップ信号Ｍ２の発生時との間の時間に対応した基準信号Ｓ１，Ｓ２についての位相差Δθを算出する。
【００８７】
ここで、両パルス信号Ｍ１，Ｍ２の時間差Δｔが、基準信号Ｓ１，Ｓ２の１周期Ｔｓよりも短いときは、両パルス信号Ｍ１，Ｍ２の時間差Δｔは、上述した位相差Δθおよび周期Ｔｓに基づいて、
Δｔ＝（Δθ／２π）Ｔｓ      （１０）
により算出することができる。
【００８８】
しかし、位相差検出部４２によって式（９）により算出される位相差Δθは、０[rad]〜２π[rad]の範囲内の値であるが、基準信号Ｓ１，Ｓ２は周期信号であるため、算出された位相差Δθには、２π[rad]以下のΔθの他、２π＋Δθ，４π＋Δθ，…も潜在的に含み、一般式２π（ｎ−１）＋Δθ（ｎ；自然数）として表すことができる。
【００８９】
一方、算出すべき両パルス信号Ｍ１，Ｍ２の時間差Δｔとしては、上記の一般式の第１項である位相差２π（ｎ−１）[rad]も換算される必要があり、その自然数ｎを特定する必要がある。
【００９０】
そこで、両パルス信号Ｍ１，Ｍ２の時間差Δｔが基準信号Ｓ１，Ｓ２の１周期（２π[rad]）を超える場合であっても、概略時間差検出部４３がこの基準信号Ｓ１，Ｓ２の１周期程度の分解能でこの時間差Δｔを概略的に検出する。
【００９１】
そして、時間差算出部４４が、概略時間差検出部４３によって検出された概略時間差ｔａを参照しつつ、位相差検出部４２により検出された位相差Δθ（＝｛Δθ，２π＋Δθ，４π＋Δθ，…，２π（ｎ−１）＋Δθ，…｝）に対応した式（１０）の各時間差Δｔ（＝（Δθ／２π）Ｔｓ）のうち概略時間差ｔａに最も近い時間差Δｔを、求めるべき時間差として選択する。
【００９２】
以上の作用により、本実施形態の測量装置１００の時間差測定装置４０は、スタート信号Ｍ１とストップ信号Ｍ２との発生時間差Δｔを算出する。
【００９３】
そして、測距手段３０の距離換算部３１が、時間差測定装置４０によって測定された時間差Δｔに基づき、下記式（１１）により、測距対象９０までの距離Ｄを算出する。なお、式（１１）において定数ｃは光速[m/sec]を表す。
【００９４】
Ｄ＝ｃΔｔ／２          （１１）
以上のようにして、測定された測距対象９０までの距離Ｄは、測距結果出力部５０により出力され、この測量装置１００の使用者は距離Ｄを把握することができる。
【００９５】
なお、測距結果出力部５０は、測距結果としての測距対象９０までの距離Ｄを数値情報として表示する表示装置等であるが、この距離Ｄの他に、この測量装置１００の各種設定情報等も併せて表示してもよい。
【００９６】
このように、本実施形態の時間差測定装置４０および測量装置１００によれば、ひと組のスタート信号Ｍ１およびストップ信号Ｍ２の各発生タイミングごとの基準信号Ｓ１，Ｓ２の検出を、ただ１回ずつ行うだけで、両信号Ｍ１，Ｍ２の発生時間差を精度よく求めることができ、時間差および距離の測定の迅速化を図ることができる。
【００９７】
また、基準信号Ｓ１，Ｓ２として正弦波信号および余弦波信号という位相差がπ／２であるものが適用されていることにより、直接検出された値（振幅値）の比をとって、その比のarctanを算出すれば位相θを算出することができ、２つの位相から位相差Δθを検出することができる。
【００９８】
そして、arctanから計算される位相は、その時間的変化量が常に一定になるため、基準信号に対する２つのパルス信号の発生タイミングに拘わらず、一定の分解能および検出感度を得ることができる。
【００９９】
ここで、測定光出射手段１０および反射光検出手段２０としては、例えば図３に示す構成を適用することができる。
【０１００】
図示の光学系は、出射光学系１２と検出光学系２２とが機能的に兼用された構成であり、ＰＬＤ１１から出射されたレーザ光Ｌ１を反射して受光素子（APD）２１に導くミラー１４と、レーザ光Ｌ１を測距対象９０に向けて導光するとともに、測距対象９０からの反射レーザ光Ｌ２を受光素子２１に導くプリズム１３およびレンズ１５とを備えた構成である。
【０１０１】
なお、図示の構成は一例に過ぎず、本発明に係る時間差測定装置、測距装置は、このような構成のものに限定されるものではない。
【０１０２】
また、時間差測定装置４０の具体的な制御系としては、例えば図４に示す構成を適用することができる。
【０１０３】
図示の制御系は、発振回路（TXCO）４１ａから出力された１５[ＭＨｚ]のパルスに基づいて、正弦波生成部（Sin）４１ｂおよび余弦波生成部（Cos）４１ｃがそれぞれ、位相がπ／２だけずれた正弦波の基準信号Ｓ１、余弦波の基準信号Ｓ２を発生し、これらの基準信号Ｓ１，Ｓ２は対応するバンドパスフィルタ（BPF）４２ｂ，４２ｂにより帯域制限され、受光素子（APD）２１により検出されたレーザ光Ｌ１および反射レーザ光Ｌ２に基づいてパルス検出器（Puls Det）４２ａが生成したスタート信号Ｍ１およびストップ信号Ｍ２の発生タイミングで、Ａ／Ｄ変換器（A/D）４２ｃ，４２ｃが、帯域制限された基準信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれサンプルホールドし、そのサンプルホールドされた値、すなわち振幅値Ａ11，Ａ12および振幅値Ａ21，Ａ22が、ＣＰＵ４４ａに入力される。
【０１０４】
一方、発信回路４１ａの出力パルスはパルスカウンタ（CNTR）４３ａに入力され、このパルスカウンタ４３ａは、パルス検出器４２ａによるスタート信号Ｍ１の発生タイミングからストップ信号Ｍ２の発生タイミングまでの間に入力された出力パルスのパルス数を計数し、この計数結果はＣＰＵ４４ａに入力され、ＣＰＵ４４ａによる概略時間差ｔａの算出に供される。なお、ＣＰＵ４４ａに接続されたメモリ（RAM）４４ｂには、計算結果や諸定数等が記憶される。
【０１０５】
なお、本発明に係る時間差測定装置および測距装置は、時間差を有して発生する２つのパルス信号をそれぞれ１回ずつ検出するだけで、これら２つのパルス信号間の時間差を精度よく測定することができるものであるが、実際の測定に際しては、測定を複数回行い、得られた複数の測定結果の平均値を求めたり、標準偏差等を算出して、測定結果の信頼性を高めるのが好ましい。
【０１０６】
そこで、図４に示した制御系は、基準信号Ｓ１，Ｓ２を生成する元となる発信回路４１ａの出力パルスとスタート信号Ｍ１とが、出力パルスの所定周期ごとに同期するように（位相差が０となるように）、スタート信号Ｍ１を複数回出力するように構成されている。
【０１０７】
なお、基準信号Ｓ１（または基準信号Ｓ２）は発信回路４１ａから出力される出力パルスと同期しているため、この制御系によって、基準信号Ｓ１とスタート信号Ｍ１とが基準信号Ｓ１の所定周期ごとに同期する。
【０１０８】
ここで、図示の制御系においては、基準信号Ｓ１の９９周期とスタート信号Ｍ１の１００周期とが同期するように設定されている。
【０１０９】
すなわち、発信回路４１ａから出力された出力パルスは、第１の分周器（Divider）１１ａにより１／９９に分周されて１５１．５１[ｋＨｚ]となり、シンセサイザ（SYH）１１ｂにより１００倍に逓倍されて１５．１５１[ＭＨｚ]となり、この１００周期目と、１５[ＭＨｚ]の出力パルスの９９周期目とが、位相差０で同期する。
【０１１０】
シンセサイザ１１ｂにより逓倍された１５．１５１[ＭＨｚ]の信号は、さらに第２の分周器（Div）１１ｃにより１／（２３×７７）に分周され、この分周された出力パルスがドライバ（DRIVER）１１ｄに入力され、このドライバ１１ｄがＰＬＤ１１を駆動し、ＰＬＤ１１がパルス状のレーザ光Ｌ１を出力することとなる。
【０１１１】
したがって、ＰＬＤ１１からは、およそ８．５[ｋＨｚ]の周波数でパルス状のレーザ光Ｌ１が繰返し出射され、この繰返しの出射に伴って、反射レーザ光Ｌ２が繰返し検出されて、複数回のスタート信号Ｍ１およびストップ信号Ｍ２間の時間差を測定することができ、このような複数回の測定により、測定結果の信頼性を向上させることができる。
【０１１２】
なお、図４に示したものは、基準信号Ｓ１（または基準信号Ｓ２）とスタート信号Ｍ１とを同期させる構成の制御系であるが、これらの信号は必ずしも同期するものである必要はなく、両信号Ｓ１（またはＳ２），Ｍ１は全く同期しないもの、すなわち両信号Ｓ１（またはＳ２），Ｍ１が、例えば図５に示すように、互いに独立した２つの発信回路から個別に出力された信号にのみ依存し、相互には依存しない完全非同期のものであってもよい。
【０１１３】
この図５に示した制御系は、基準信号Ｓ１，Ｓ２を生成する制御系と、ＰＬＤ１１がレーザ光Ｌ１を出射させる制御系とが完全に分離独立したものであり、基準信号Ｓ１，Ｓ２を生成する制御系は図４に示した制御系と同一であるのに対し、ＰＬＤ１１がレーザ光Ｌ１を出射させる制御系は、発信回路４１ａとは別個独立のオシレータ（OSC）１１ｅの出力パルスに依存し、このオシレータ１１ｅから出力された出力パルスが分周器（Div）１１ｆにより分周され、この分周された出力パルスに基づいて、ドライバ（DRIVER）１１ｇがＰＬＤ１１を駆動し、基準信号Ｓ１またはＳ２のタイミングとは全く無関係のタイミングで、ＰＬＤ１１からレーザ光Ｌ１が出力される。
【０１１４】
そして、このように構成された制御系を有する時間差測定装置、測距装置であっても、複数回の測定により、測定結果の信頼性を向上させることができる。
【０１１５】
また、本実施形態に係る測量装置は、光源として半導体レーザを適用したものとして説明したが、本発明に係る測距装置においては、この光源の態様に限定されるものではなく、他の種類のレーザ光を出射する光源や、レーザ光以外の光を出射する光源、あるいは、光以外のマイクロ波等の測定波を発生する測定波出射源を適用することができ、これらを適用した場合にも、本実施形態と同様の作用を奏し、同様の効果を発揮することができる。
【０１１６】
なお、実際の検出値である振幅値Ａ11およびＡ12に基づいて位相θstartを算出し、振幅値Ａ21およびＡ22に基づいて位相θstopを算出することができるが、両基準信号Ｓ１，Ｓ２の最大振幅Ａ０が完全に同一とならずに生成されると、算出された位相θstartと、基準信号Ｓ１の最大振幅の実測値Ａ０′および検出振幅値Ａ11並びに基準信号Ｓ２の最大振幅値の実測値Ａ０″および検出振幅値Ａ12により算出される位相θstart′との間で誤差が生じ、図２（ｄ）に示した半径Ａ０の円が楕円状に変形したものとなり得る。同様に、算出された位相θstopと、基準信号Ｓ１の最大振幅の実測値Ａ０′および検出振幅値Ａ21並びに基準信号Ｓ２の最大振幅値の実測値Ａ０″および検出振幅値Ａ22により算出される位相θstop′との間でも誤差が生じ、半径Ａ０の円が楕円状に変形したものとなる。
【０１１７】
しかし、このような誤差が生じた場合にも、複数回の測定を行うことにより、各測定の都度、位相θstartおよびθstopが少しずつずれて楕円が自転するため、自己校正機能が発揮され、測定値の誤差を複数回の測定によって解消することができる。
（変形例）
上述した実施形態１は、基準信号発生部４１が図４に示すように、正弦波信号という一つの基準信号Ｓ１と、余弦波信号という他の基準信号Ｓ２とを、各別に生成して、それぞれを各別に出力する構成であるが、例えば図６に示すように、基準信号発生部４１は余弦波生成部（Cos）４１ｃを備えず、正弦波生成部（Sin）４１ｂが発生した正弦波の基準信号Ｓ１に対して、基準信号Ｓ１における位相差π／２[rad]（（π／２）[rad]×（２ｎ−１）；ｎ＝１，２，…）に相当する時間だけ遅延させる処理を施す遅延回路４２ｄを備えた構成を採用することもできる。
【０１１８】
すなわち、基準信号発生部４１は、原始的に一つの基準信号（正弦波信号）Ｓ１のみを生成するものであるが、遅延回路４２ｄが、この原始的に生成された基準信号Ｓ１に対して基準信号Ｓ１における位相をπ／２[rad]だけ遅延させて新たな基準信号を生成する。
【０１１９】
この新たに生成された基準信号は、基準信号すなわち正弦波信号に対して、π／２[rad]の位相差を有するため、余弦波信号となる。
【０１２０】
そして、正弦波信号と余弦波信号とが出力されることにより、実質的に、上述した実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１２１】
なお、このように、２つの基準信号のうち一方がオリジナルであり、他方はこのオリジナルに基づいて生成されたものであれば、両基準信号間で、例えば振幅の差など信号波形の差異が生じにくく、振幅に応じた位相の演算の際の誤差を抑制することができる。
（実施形態２）
図７は、本発明の時間差測定装置を測距手段の一部として備えた本発明に係る測距装置の一実施形態である測量装置１００′の構成を示す図である。
【０１２２】
図示の測量装置１００′は、測距対象９０に対して測定波としてのパルス状のレーザ光Ｌ１を出射する測定光出射手段１０（測定波出射手段）と、レーザ光Ｌ１が測距対象９０で反射して得られた反射レーザ光Ｌ２（反射波）を検出する反射光検出手段２０（反射波検出手段）と、測定光出射手段１０からレーザ光Ｌ１が出射されたタイミングでパルス状のスタート信号Ｍ１（第１のパルス信号）を出力し、反射光検出手段２０により反射レーザ光Ｌ２が検出されたタイミングでパルス状のストップ信号Ｍ２（第２のパルス信号）を出力し、スタート信号Ｍ１を出力したタイミングからストップ信号Ｍ２を出力したタイミングまでの時間差Δｔに基づいて、測距対象９０までの距離を求める測距手段３０′と、この測距結果を可視的に出力する測距結果出力部５０とを備えた構成である。
【０１２３】
ここで、測距手段３０′を除いた他の構成については、図１に示した実施形態１の測量装置１００において同一符号が付された構成と同じであるため、説明を省略する。
【０１２４】
反射光検出手段２０は、反射レーザ光Ｌ２を検出する受光素子２１と、測距対象９０からの反射レーザ光Ｌ２を受光素子２１に導光する検出光学系２２とを備えている。なお、受光素子２１は、パルス状の反射レーザ光Ｌ２を検出することができる素子であればよく、例えばアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）などが用いられる。
【０１２５】
測距手段３０′は、レーザ光Ｌ１の検出タイミングおよび反射レーザ光Ｌ２の検出タイミングで内部で出力された２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２間の出力時間差Δｔを測定する時間差測定装置４０′と、この測定された時間差Δｔを距離に換算して結果を出力する距離換算部３１とを備えている。
【０１２６】
この時間差測定装置４０′は、上述した２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２を内部で発生する。また、時間差測定装置４０′は、単一の基準信号Ｓ３を発生する基準信号発生部４１′（基準信号発生手段）と、２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２の各発生タイミングｔ１，ｔ２とこれら各発生タイミングｔ１，ｔ２からそれぞれ基準信号Ｓ３の位相のπ／２[rad]に相当する時間Δｔ１（＝Ｔｓ／４；Ｔｓは基準信号Ｓ３の周期を表す），Δｔ２（＝Δｔ１）だけ遅延した遅延タイミングｔ１′（＝ｔ１＋Δｔ１），ｔ２′（＝ｔ２＋Δｔ２）とにおいて、基準信号Ｓ３の振幅Ａ11′（スタート信号Ｍ１の発生タイミングｔ１における基準信号Ｓ３の振幅），Ａ12′（スタート信号Ｍ１の遅延タイミングｔ１′における基準信号Ｓ３の振幅），Ａ21′（ストップ信号Ｍ２の発生タイミングｔ２における基準信号Ｓ３の振幅），Ａ22′（ストップ信号Ｍ２の遅延タイミングｔ２′における基準信号Ｓ３の振幅）を検出する振幅検出部４５′と、各パルス信号Ｍ１，Ｍ２ごとの、発生タイミングｔ１，ｔ２における振幅Ａ11′，Ａ21′と遅延タイミングｔ１′，ｔ２′における振幅Ａ12′，Ａ22′との組（Ａ11′およびＡ12′），（Ａ21′およびＡ22′）に基づいて、各パルス信号Ｍ１，Ｍ２の発生タイミングｔ１，ｔ２に対応する基準信号Ｓ３における位相θstart，θstopを求め、これら位相θstart，θstopをを用いて、２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２の各発生タイミングｔ１，ｔ２間に対応する基準信号Ｓ３における位相差Δθ（＝θstop−θstart）を算出する位相差検出部４２′（位相差検出手段）と、２つのパルス信号Ｍ１，Ｍ２の各発生タイミングの概略の時間差ｔaを検出する概略時間差検出部４３（概略時間差検出手段）と、位相差検出部４２′によって検出された位相差Δθおよび基準信号Ｓ３の周期Ｔｓ並びに概略時間差検出部４３によって検出された概略時間差ｔａに基づいて、スタート信号Ｍ１とストップ信号Ｍ２との発生時間差Δｔを算出する時間差算出部４４（時間差算出手段）とを備えた構成である。
【０１２７】
ここで、本実施形態における上記基準信号Ｓ３は、例えば、正弦波（Ａ０sinθ；Ａ０は最大振幅値を表す。）の信号（余弦波Ａ０cosθの信号であってもよい。）である。
【０１２８】
なお、振幅検出部４５′によって設定された遅延時間Δｔ１，Δｔ２（＝Ｔｓ／４）は、基準信号Ｓ３におけるπ／２[rad]の位相差に相当するが、基準信号Ｓ３におけるπ／２[rad]の奇数倍（（π／２）[rad]×（２ｎ−１）；ｎ＝１，２，…）の位相差に相当する時間であってもよい。
【０１２９】
次に、本実施形態の測量装置１００′の時間差測定装置４０′による、スタート信号Ｍ１とストップ信号Ｍ２との発生時間差Δｔの算出作用の原理について、図８を参照して説明する。
【０１３０】
まず、時間差測定装置４０′の基準信号発生部４１′が図８（ｂ）に示す正弦波信号Ｓ３を発生する。
【０１３１】
次いで、時間差測定装置４０′は、ＰＬＤ１１からのレーザ光Ｌ１の出射タイミングで、図８（ａ）に示すスタート信号Ｍ１を発生し、振幅検出部４５′が、このスタート信号Ｍ１の発生タイミングｔ１により基準信号Ｓ３をサンプルホールドし、この発生タイミングｔ１における基準信号Ｓ３の振幅Ａ11′を検出する。
【０１３２】
さらに、振幅検出部４５′は、スタート信号Ｍ１に対して、発生タイミングｔ１から、基準信号Ｓ３の位相π／２[rad]に相当する時間Δｔ１だけ遅延させる処理を施し、この遅延タイミングｔ１′（＝ｔ１＋Δｔ１）において、スタート信号Ｍ１と同一のパルス信号Ｍ１′を発生させ、この遅延タイミングｔ１′で発生したパルス信号Ｍ１′により基準信号Ｓ３をサンプルホールドし、この遅延タイミングｔ１′における基準信号Ｓ３の振幅Ａ12′を検出する。
【０１３３】
このときサンプルホールドして得られた基準信号Ｓ３の振幅値Ａ11′，Ａ12′は、基準信号Ｓ３の発生タイミングからの位相θstartを用いて、
Ａ11′＝Ａ０sinθstart    （１′）
Ａ12′＝Ａ０sin（θstart＋π／２）    （２′）
と表される。ただし、θstartは、基準信号Ｓ３の周期Ｔｓを用いて、θstart＝２π（ｔ１／Ｔｓ）である。
【０１３４】
ここで、式（２′）は、
Ａ12′＝Ａ０cosθstart    （２″）
と変形することができ、スタート信号Ｍ１の発生タイミングｔ１における振幅Ａ11′を縦軸に表し、遅延タイミングｔ１′における振幅Ａ12′を横軸に表すと、両振幅Ａ11′，Ａ12′の交点は、図８（ｃ）に示すように、図２（ｄ）と同様の円周上に配置される。
【０１３５】
そして、これら振幅の比Ａ11′／Ａ12′は、
Ａ11′／Ａ12′＝tanθstart  （３′）
であるから、位相差検出部４２′は、スタート信号Ｍ１発生時の基準信号Ｓ３の位相θstartを、
θstart＝tan-1（Ａ11′／Ａ12′）    （４′）
により算出し、これを図示しない記憶領域に一時的に記憶させる。
【０１３６】
また、時間差測定装置４０′は、受光素子２１による反射レーザ光Ｌ２の検出タイミングで、図８（ａ）に示すストップ信号Ｍ２を発生し、振幅検出部４５′が、このストップ信号Ｍ２の発生タイミングｔ２により基準信号Ｓ３をサンプルホールドし、この発生タイミングｔ２における基準信号Ｓ３の振幅Ａ21′を検出する。
【０１３７】
さらに、振幅検出部４５′は、ストップ信号Ｍ２に対して、発生タイミングｔ２から、基準信号Ｓ３の位相π／２[rad]に相当する時間Δｔ２だけ遅延させる処理を施し、この遅延タイミングｔ２′（＝ｔ２＋Δｔ２）において、ストップ信号Ｍ２と同一のパルス信号Ｍ２′を発生させ、この遅延タイミングｔ２′で発生したパルス信号Ｍ２′により基準信号Ｓ３をサンプルホールドし、この遅延タイミングｔ２′における基準信号Ｓ３の振幅Ａ22′を検出する。
【０１３８】
このときサンプルホールドして得られた基準信号Ｓ３の振幅値Ａ21′，Ａ22′は、基準信号Ｓ３の発生タイミングからの位相θstopを用いて、
Ａ21′＝Ａ０sinθstop    （５′）
Ａ22′＝Ａ０sin（θstop＋π／２）    （６′）
と表される。ただし、θstopは、基準信号Ｓ３の周期Ｔｓを用いて、θstop＝２π（ｔ２／Ｔｓ）である。
【０１３９】
ここで、式（６′）は、
Ａ22′＝Ａ０cosθstop    （６″）
と変形することができ、ストップ信号Ｍ２の発生タイミングｔ２における振幅Ａ21′を縦軸に表し、遅延タイミングｔ２′における振幅Ａ22′を横軸に表すと、両振幅Ａ21′，Ａ22′の交点は、図８（ｃ）に示すように円周上に配置される。
【０１４０】
そして、これら振幅の比Ａ21′／Ａ22′は、
Ａ21′／Ａ22′＝tanθstop  （７′）
であるから、位相差検出部４２′は、ストップ信号Ｍ２発生時の基準信号Ｓ３の位相θstopを、
θstop＝tan-1（Ａ21′／Ａ22′）    （８′）
により算出し、これを図示しない記憶領域に一時的に記憶させる。
【０１４１】
そして、位相差検出部４２′は、記憶領域に記憶された２つの位相θstart，θstopを読み出し、
Δθ＝θstop−θstart          （９）
により、スタート信号Ｍ１の発生時とストップ信号Ｍ２の発生時との間の時間に対応した基準信号Ｓ３についての位相差Δθを算出する。
【０１４２】
ここで、両パルス信号Ｍ１，Ｍ２の時間差Δｔが、基準信号Ｓ３の１周期Ｔｓよりも短いときは、両パルス信号Ｍ１，Ｍ２の時間差Δｔは、上述した位相差Δθおよび周期Ｔｓに基づいて、
Δｔ＝（Δθ／２π）Ｔｓ      （１０）
により算出することができる。
【０１４３】
しかし、位相差検出部４２′によって式（９）により算出される位相差Δθは、０[rad]〜２π[rad]の範囲内の値であるが、基準信号Ｓ３は周期信号であるため、算出された位相差Δθには、２π[rad]以下のΔθの他、２π＋Δθ，４π＋Δθ，…も潜在的に含み、一般式２π（ｎ−１）＋Δθ（ｎ；自然数）として表すことができる。
【０１４４】
一方、算出すべき両パルス信号Ｍ１，Ｍ２の時間差Δｔとしては、上記の一般式の第１項である位相差２π（ｎ−１）[rad]も換算される必要があり、その自然数ｎを特定する必要がある。
【０１４５】
そこで、両パルス信号Ｍ１，Ｍ２の時間差Δｔが基準信号Ｓ３の１周期（２π[rad]）を超える場合であっても、概略時間差検出部４３がこの基準信号Ｓ３の１周期程度の分解能でこの時間差Δｔを概略的に検出する。
【０１４６】
そして、時間差算出部４４が、概略時間差検出部４３によって検出された概略時間差ｔａを参照しつつ、位相差検出部４２′により検出された位相差Δθ（＝｛Δθ，２π＋Δθ，４π＋Δθ，…，２π（ｎ−１）＋Δθ，…｝）に対応した式（１０）の各時間差Δｔ（＝（Δθ／２π）Ｔｓ）のうち概略時間差ｔａに最も近い時間差Δｔを、求めるべき時間差として選択する。
【０１４７】
以上の作用により、本実施形態の測量装置１００′の時間差測定装置４０′は、スタート信号Ｍ１とストップ信号Ｍ２との発生時間差Δｔを算出する。
【０１４８】
そして、測距手段３０′の距離換算部３１が、時間差測定装置４０′によって測定された時間差Δｔに基づき、下記式（１１）により、測距対象９０までの距離Ｄを算出する。なお、式（１１）において定数ｃは光速[m/sec]を表す。
【０１４９】
Ｄ＝ｃΔｔ／２          （１１）
以上のようにして、測定された測距対象９０までの距離Ｄは、測距結果出力部５０により出力され、この測量装置１００′使用者は距離Ｄを把握することができる。
【０１５０】
なお、測距結果出力部５０は、測距結果としての測距対象９０までの距離Ｄを数値情報として表示する表示装置等であるが、この距離Ｄの他に、この測量装置１００′の各種設定情報等も併せて表示してもよい。
【０１５１】
このように、本実施形態の時間差測定装置４０′および測量装置１００′によれば、ひと組のスタート信号Ｍ１およびストップ信号Ｍ２の各発生タイミングおよび各遅延タイミングごとの基準信号Ｓ３の振幅の検出を、ただ１回ずつ行うだけで、両信号Ｍ１，Ｍ２の発生時間差を精度よく求めることができ、時間差および距離の測定の迅速化を図ることができる。
【０１５２】
また、基準信号Ｓ３として正弦波信号（または余弦波信号）が適用され、かつパルス信号Ｍ１，Ｍ２について遅延させる時間Δｔ１，Δｔ２として、基準信号Ｓ３における位相差π／２[rad]（この位相差π／２[rad]の奇数倍の位相差であってもよい。）が適用されていることにより、直接検出された値（振幅値）の比をとって、その比のarctanを算出すれば各パルス信号Ｍ１，Ｍ２の発生タイミングの、基準信号Ｓ３において対応する位相θ（θstart，θstop）を算出することができ、２つの位相から位相差Δθを検出することができる。
【０１５３】
そして、arctanから計算される位相は、その時間的変化量が常に一定になるため、基準信号に対する２つのパルス信号の発生タイミングに拘わらず、一定の分解能および検出感度を得ることができる。
【０１５４】
なお、測定光出射手段１０および反射光検出手段２０としては、実施形態１と同様に例えば図３に示す構成を適用することができる。
【０１５５】
また、時間差測定装置４０′の具体的な制御系としては、例えば図９に示す構成を適用することができる。
【０１５６】
図示の制御系は、発振回路（TXCO）４１ａ′から出力された１５[ＭＨｚ]のパルスに基づいて、正弦波生成部（Sin）４１ｂ′が正弦波の基準信号Ｓ３を発生し、この基準信号Ｓ３はバンドパスフィルタ（BPF）４２ｂ′により帯域制限され、受光素子（APD）２１により検出されたレーザ光Ｌ１および反射レーザ光Ｌ２に基づいてパルス検出器（Puls Det）４２ａ′が生成したスタート信号Ｍ１およびストップ信号Ｍ２の発生タイミングと、ディレイ回路４２ｄ′によって位相がπ／２[rad]だけ遅延された、スタート信号Ｍ１およびストップ信号Ｍ２の遅延タイミングとで、Ａ／Ｄ変換器（A/D）４２ｃ′が、帯域制限された基準信号Ｓ３をサンプルホールドし、そのサンプルホールドされた値、すなわち振幅値Ａ11′，Ａ12′および振幅値Ａ21′，Ａ22′が、ＣＰＵ４４ａに入力される。
【０１５７】
一方、発信回路４１ａ′の出力パルスはパルスカウンタ（CNTR）４３ａに入力され、このパルスカウンタ４３ａは、パルス検出器４２ａ′によるスタート信号Ｍ１の発生タイミングからストップ信号Ｍ２の発生タイミングまでの間に入力された出力パルスのパルス数を計数し、この計数結果はＣＰＵ４４ａに入力され、ＣＰＵ４４ａによる概略時間差ｔａの算出に供される。なお、ＣＰＵ４４ａに接続されたメモリ（RAM）４４ｂには、計算結果や諸定数等が記憶される。
【０１５８】
なお、本発明に係る時間差測定装置および測距装置は、時間差を有して発生する２つのパルス信号を、発生タイミングと遅延タイミングとでそれぞれ１回ずつ（２つの信号についてそれぞれ２つのタイミングが形成されているため、合計４回）検出するだけで、これら２つのパルス信号間の時間差を精度よく測定することができるものであるが、実際の測定に際しては、測定を複数回行い、得られた複数の測定結果の平均値を求めたり、標準偏差等を算出して、測定結果の信頼性を高めるのが好ましい。
【０１５９】
そこで、図９に示した制御系は、基準信号Ｓ３を生成する元となる発信回路４１ａ′の出力パルスとスタート信号Ｍ１とが、出力パルスの所定周期ごとに同期するように（位相差が０となるように）、スタート信号Ｍ１を複数回出力するように構成されている。
【０１６０】
なお、基準信号Ｓ３は発信回路４１ａ′から出力される出力パルスと同期しているため、この制御系によって、基準信号Ｓ３とスタート信号Ｍ１とが基準信号０３１の所定周期ごとに同期する。
【０１６１】
ここで、図示の制御系においては、基準信号Ｓ３の９９周期とスタート信号Ｍ１の１００周期とが同期するように設定されている。
【０１６２】
すなわち、発信回路４１ａ′から出力された出力パルスは、第１の分周器（Divider）１１ａにより１／９９に分周されて１５１．５１[ｋＨｚ]となり、シンセサイザ（SYH）１１ｂにより１００倍に逓倍されて１５．１５１[ＭＨｚ]となり、この１００周期目と、１５[ＭＨｚ]の出力パルスの９９周期目とが、位相差０で同期する。
【０１６３】
シンセサイザ１１ｂにより逓倍された１５．１５１[ＭＨｚ]の信号は、さらに第２の分周器（Div）１１ｃにより１／（２３×７７）に分周され、この分周された出力パルスがドライバ（DRIVER）１１ｄに入力され、このドライバ１１ｄがＰＬＤ１１を駆動し、ＰＬＤ１１がパルス状のレーザ光Ｌ１を出力することとなる。
【０１６４】
したがって、ＰＬＤ１１からは、およそ８．５[ｋＨｚ]の周波数でパルス状のレーザ光Ｌ１が繰返し出射され、この繰返しの出射に伴って、反射レーザ光Ｌ２が繰返し検出されて、複数回のスタート信号Ｍ１およびストップ信号Ｍ２間の時間差を測定することができ、このような複数回の測定により、測定結果の信頼性を向上させることができる。
【０１６５】
なお、図９に示したものは、基準信号Ｓ３とスタート信号Ｍ１とを同期させる構成の制御系であるが、これらの信号は必ずしも同期するものである必要はなく、両信号Ｓ３，Ｍ１は全く同期しないもの、すなわち両信号Ｓ３，Ｍ１が、例えば図１０に示すように、互いに独立した２つの発信回路から個別に出力された信号にのみ依存し、相互には依存しない完全非同期のものであってもよい。
【０１６６】
この図１０に示した制御系は、基準信号Ｓ３を生成する制御系と、ＰＬＤ１１がレーザ光Ｌ１を出射させる制御系とが完全に分離独立したものであり、基準信号Ｓ３を生成する制御系は図９に示した制御系と同一であるのに対し、ＰＬＤ１１がレーザ光Ｌ１を出射させる制御系は、発信回路４１ａ′とは別個独立のオシレータ（OSC）１１ｅの出力パルスに依存し、このオシレータ１１ｅから出力された出力パルスが分周器（Div）１１ｆにより分周され、この分周された出力パルスに基づいて、ドライバ（DRIVER）１１ｇがＰＬＤ１１を駆動し、基準信号Ｓ３のタイミングとは全く無関係のタイミングで、ＰＬＤ１１からレーザ光Ｌ１が出力される。
【０１６７】
そして、このように構成された制御系を有する時間差測定装置、測距装置であっても、複数回の測定により、測定結果の信頼性を向上させることができる。
【０１６８】
また、本実施形態に係る測量装置は、光源として半導体レーザを適用したものとして説明したが、本発明に係る測距装置においては、この光源の態様に限定されるものではなく、他の種類のレーザ光を出射する光源や、レーザ光以外の光を出射する光源、あるいは、光以外のマイクロ波等の測定波を発生する測定波出射源を適用することができ、これらを適用した場合にも、本実施形態と同様の作用を奏し、同様の効果を発揮することができる。
【０１６９】
なお、実際の検出値である振幅値Ａ11′およびＡ12′に基づいて位相θstartを算出し、振幅値Ａ21′およびＡ22′に基づいて位相θstopを算出することができるが、実施形態１では、基準信号Ｓ１，Ｓ２を各別に生成しているため、両基準信号Ｓ１，Ｓ２間で、最大振幅Ａ０が完全に同一とはならなかったり、生成時に両基準信号Ｓ１，Ｓ２が完全に同期していない場合も起こりうる。
【０１７０】
しかし、本実施形態によるものは、実施形態１とは異なって基準信号Ｓ３が単一であるため、実施形態１のように複数の基準信号間での同期や同一性等に配慮する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】本発明の一実施形態に係る時間差測定装置を含む測量装置を示すブロック図である。
【図２】時間差測定の原理を説明する図である。
【図３】図１に示した測量装置の具体的な光学系を示す図である。
【図４】図１に示した測量装置の具体的な制御系（同期あり）を示す図である。
【図５】図１に示した測量装置の具体的な制御系（同期なし）を示す図である。
【図６】基準信号発生部が正弦波信号のみを基準信号として発生し、この発生した正弦波信号に基づいて、他方の基準信号を生成する変形例を示す、図４相当の制御系の図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る時間差測定装置を含む測量装置を示すブロック図である。
【図８】時間差測定の原理を説明する図である。
【図９】図７に示した測量装置の具体的な制御系（同期あり）を示す図である。
【図１０】図７に示した測量装置の具体的な制御系（同期なし）を示す図である。
【符号の説明】
【０１７２】
１０    測定光出射手段（測定波出射手段）
１１    ＰＬＤ（光源）
２０    反射光検出手段（反射波検出手段）
２１    受光素子
３０    測距手段
４０    時間差測定装置
９０    測距対象
１００  測量装置（測距装置）
Ｌ１    レーザ光
Ｌ２    反射レーザ光
Ｍ１    スタート信号（第１のパルス信号）
Ｍ２    ストップ信号（第２のパルス信号）
Ｓ１，Ｓ２  基準信号
Ａ11，Ａ12，Ａ21，Ａ22  振幅値
【図１】
2006133214.tif 000003
【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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