(57)【要約】【課題】低コストで測距装置を得る。【解決手段】測定対象物から反射したパルス光を検出するアバランシェ・フォトダイオード１０１と、アバランシェ・フォトダイオード１０１の電流出力を電圧信号に変換する増幅回路であるＴＩＡ１０３と、ＴＩＡ１０３の後段に配置され、パルス信号を減衰振動波形に変換するダンピング回路１０５，１０６とを備え、アバランシェ・フォトダイオード１０１から増幅器１０２に至る信号経路は、直流信号を通す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を用いた測距装置であって、
測定対象物から反射したパルス光を検出する光電変換素子と、
前記光電変換素子の電流出力を電圧信号に変換する増幅回路と、前記増幅回路の後段に  配置され、パルス信号を差動で増幅させる差動アンプと、
前記差動アンプの後段に配置され前記差動アンプからのパルス信号を減衰振動波形に変換するダンピング回路と、
前記減衰振動波形をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータと
を備え、
前記光電変換素子から前記Ａ/Ｄコンバータ―までの信号経路は、直流信号を通すことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記光電変換素子としてフォトダイオードが用いられることを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記フォトダイオードとしてアラバンシェフォトダイオードが用いられることを特徴とする請求項２に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光を用いた測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス光を用いた測距装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８３２７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パルス光を用いた測距技術では、パルス波形のパルス幅が狭い程、高い測距精度が得られる。理想的には、パルス波形を直接Ａ／Ｄコンバータでサンプリングし、デジタル信号を得る方法がベストであるが、パルス幅が狭い場合、高いサンプリング周波数のＡ／Ｄコンバータが必要となる。しかしながら、高いサンプリング周波数のＡ／Ｄコンバータは、（１）極めて高価、（２）消費電力が多い、（３）発熱量が多いといった問題がある。
【０００５】
この問題に対しては、特許文献１に記載されているように、パルス信号をダンピング回路（例えば、ＬＣフィルタ）で減衰振動波形に変換し、サンプリング点の数を増やす方法が採用される。
【０００６】
パルス光を用いた測距装置では、受光デバイスとして高感度を有するＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）が用いられる。ＡＰＤは、バイアス電圧を与えた状態で動作させ、検出した光線の強度に比例した電流を出力する。この特性は、アバランシェ利得で評価されるが、アバランシェ利得の特性は、製品毎のバラツキが大きく、測距装置を製造する段階で上記のバイアス電圧を個別に微調整する必要がある。この調整は煩雑であり、製品のコスト増の要因となっている。
【０００７】
このような背景において、本発明は、低コストで高精度な測距装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、パルス光を用いた測距装置であって、測定対象物から反射したパルス光を検出する光電変換素子と、前記光電変換素子の電流出力を電圧信号に変換する増幅回路と、前記増幅回路の後段に配置され、パルス信号を差動で増幅させる差動アンプと、前記差動アンプの後段に配置され前記差動アンプからのパルス信号を減衰振動波形に変換するダンピング回路と、前記減衰振動波形をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータとを備え、前記アバランシェ・フォトダイオードから前記Ａ/Ｄコンバータ―までの信号経路は、直流信号を通すことを特徴とする測距装置である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光電変換素子としてフォトダイオードが用いられることを特徴とする。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記フォトダイオードとしてアラバンシェフォトダイオードが用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低コストで高精度な測距装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（構成）
図１には、発明を利用した測距装置の受光系１００のブロック図が示されている。受光系１００は、測定対象物から反射された測距光（パルス光）を検出する光検出素子であるＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）１０１を有している。ＡＰＤ１０１は、フォトダイオードの一種であり、アバランシェ増倍と呼ばれる現象を利用して光電流が増倍される高感度の光電変換素子である。ＡＰＤ１０１には、バイアス電圧が加えられている。このバイアス電圧は、定められたアバランシェ利得となるように製品毎に調整されている。
【００１３】
ＡＰＤ１０１には、電流制限回路１０２を介してバイアス電圧が加えられる。電流制限回路１０２により、ＡＰＤ１０１に過剰な電流が流れることが防止され、過電流が流れることによるＡＰＤ１０１の破損や劣化が防止されている。ＡＰＤ１０１の出力は、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）１０３によって増幅される。ＴＩＡ１０３は、ＡＰＤ１０１の電流出力を電圧信号に変換（Ｉ／Ｖ変換）するアンプであり、市販のオペアンプを用いて構成されている。
【００１４】
ＡＰＤ１０１とＴＩＡ１０３の間にカップリングコンデンサは配置されていない。よってＡＰＤ１０１の出力は、直接ＴＩＡ１０３で増幅される。ＴＩＡ１０３の出力は、差動アンプ１０４に入力され、差動アンプ１０４で差動増幅される。差動アンプ１０４の差動出力は、それぞれＬＣ回路で構成されるダンピング回路１０５，１０６に入力される。
【００１５】
ＡＰＤ１０１が検出する測距光は、パルス光であり、ＡＰＤ１０１の出力、ＴＩＡ１０３および差動アンプ１０４の出力もパルス信号である。差動アンプ１０４からの正負（ＨＯＴとＣＯＬＤ）の差動パルス信号は、ダンピング回路１０５および１０６において減衰振動波形に変換され、この減衰振動波形にされた検出信号が後段のＡ／Ｄコンバータ１０７にバランス入力される。
【００１６】
Ａ／Ｄコンバータ１０７は、減衰振動波形にされた検出信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータの出力は測距演算回路１０８に入力され測定距離の算出が行われる。測定距離の計算方法は、通常のパルス光を用いた測距装置と同じである。測距演算回路１０８は、専用の回路、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）により構成されている。
【００１７】
測距装置としては、他にパルス光の発光回路、パルス光の照射光学系および受光光学系、参照光の光路、全体の動作の制御系等があるが、それらは通常のパルス光を用いた測距装置と同じであるので説明は省略する。
【００１８】
（調整）
ＡＰＤ１０１は、印加する電圧が、一定以上になるとなだれ降伏が発生し、急激に電流が流れるようになる。このときの電圧がブレイクダウン電圧である。光検出は、ブレイクダウン電圧から所定の電圧下げた電圧をＡＰＤ１０１に加えた状態で行う。例えば、ブレイクダウン電圧が９０Ｖであれば、それよりも電圧を降下させた８５Ｖといった電圧を加えた状態で光検出を行う。この状態で光がＡＰＤ１０１に当たると、光量に応じた電流がＡＰＤ１０１に流れる。
【００１９】
ブレイクダウン電圧の値はＡＰＤ個々でばらつきがある。このばらつきの範囲は、例えば８０Ｖ〜１５０Ｖというようにかなり大きい。しかしながら、ブレイクダウン電圧が異なっても、ブレイクダウン電圧から所定の電圧降下した値の電圧を印加すると、ＡＰＤ１０１を狙ったアバランシェ利得に調整できる。すなわち同じ光量の光を検出した際における出力電流の値を同じ値に設定できる。
【００２０】
本回路では、ＡＰＤ１０１からＡ/Ｄコンバータ１０７までＤＣ接続である為、ＤＣ的に流れ出すブレイクダウン電流の検出が可能である。この為、ブレイクダウン電圧の特定が容易に行える。そして、特定されたブレイクダウン電圧から所定の電圧を降下させる方法により、ＡＰＤ１０１の調整ができる。
【００２１】
（優位性）
図１に示す構成は、測定対象物から反射したパルス光を検出するアバランシェ・フォトダイオード１０１と、アバランシェ・フォトダイオード１０１の電流出力を電圧信号に変換する増幅回路であるＴＩＡ１０３と、ＴＩＡ１０３の後段に配置され差動出力で増幅させる差動アンプ１０４と、その出力パルス信号を減衰振動波形に変換するダンピング回路１０５，１０６とを備え、アバランシェ・フォトダイオード１０１からＡ/Ｄコンバータ１０７の入力に至る信号経路は、直流信号を通す。
【００２２】
パルス波形をダンピング回路１０５，１０６に通すことで得られる減衰振動波形は、減衰しつつ振動を繰り返す波形となるので、同じＡ/Ｄコンバータのサンプリング周波数であっても、基のパルスの波形に比べて測距信号として有効なサンプリング点をより多く確保できる。このため、よりパルス幅の狭い信号でもサンプル点を確保出来る様になり、距離測定精度を確保しつつ安価な製品に利用できる。
【００２３】
ＡＰＤ１０１のアバランシェ利得特性は、製品毎のバラツキが多く、個別の調整が必要である。図１の構成では、ＡＰＤ１０１とＴＩＡ１０３の間にカップリングコンデンサがなく、また以降のＡ/Ｄコンバータ１０７の入力まで全てＤＣ接続である。よって、APDがブレイクダウンに達した事でDC的に流れ出すブレイクダウン電流の検出が可能で、それによりブレイクダウン電圧値を決定できる。また、ブレイクダウン電圧を基準にそこから、所定分電圧を降下させる事で個々調整が行える。この方法は簡単で有り、またAPD調整用の回路を別途用意する必要も無く、調整に要するコストを抑える事ができる。
【００２４】
なお、ＡＰＤ１０１のすぐ後ろにダンピング回路を配置し、その後に増幅する構成の場合、増幅アンプの前にＡＣカップリングコンデンサが必要となるので、ＡＰＤの調整時にＡＣ信号を用いる、又はＡＰＤブレイクダウン電圧を検出する回路が別途必要になる。この場合、部品コストが増加する。本発明では、ＤＣ信号で調整が行なえるので、上述したように調整が簡単であり、またＡＣ信号用の回路やＡＰＤブレイクダウン検出の為だけの回路を必要としない。
【図１】
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