(57)【要約】【課題】高精度に目標との距離を得ることができる測距装置を提供する。【解決手段】光を受光し、光の強さに応じたレベルの信号を出力する受光手段と、受光手段に対し直接発光する第１の発光手段と、受光手段が目標からの反射光を受光可能なように、目標に対し発光する第２の発光手段と、受光手段が受光したタイミングを、受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、第１の発光手段及び第２の発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段と、を有し、制御手段は、第１の発光手段を所定時間発光させることにより受光手段が受光した第１のタイミングを取得し、第１の発光手段の発光を停止させた後に第２の発光手段を発光させることによる反射光を受光手段が受光した第２のタイミングを取得し、第１のタイミング、第２のタイミング及び所定時間に基づいて目標との距離を算出する。【選択図】図１
2008020261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光し、前記光の強さに応じたレベルの信号を出力する受光手段と、
前記受光手段に対し直接発光する第１の発光手段と、
前記受光手段が目標からの反射光を受光可能なように、前記目標に対し発光する第２の発光手段と、
前記受光手段が受光したタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記第１の発光手段及び前記第２の発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記第１の発光手段を所定時間発光させることにより前記受光手段が受光した第１のタイミングを取得し、前記第１の発光手段の発光を停止させた後に前記第２の発光手段を発光させることによる反射光を前記受光手段が受光した第２のタイミングを取得し、前記第１のタイミング、前記第２のタイミング及び前記所定時間に基づいて前記目標との距離を算出する測距装置。
【請求項２】
前記受光手段から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記増幅手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、
を更に有し、
前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第１のタイミング及び第２のタイミングを取得する請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記受光手段から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段と、
前記増幅された信号のレベルを前記第１の発光手段が発光する前に保持するレベル保持手段と、
前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段と、
前記減算手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、
を更に有し、
前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第１のタイミング及び第２のタイミングを取得する請求項１に記載の測距装置。
【請求項４】
発光手段と、
前記発光手段の発光による光を導光する導光手段と、
前記導光手段により導光された光である副光を受光した後に、前記発光手段の発光による光が目標により反射された光である反射光を受光し、受光したタイミングを示すタイミング取得用信号を、受光した光の強さに応じたレベルの信号として出力する受光手段と、
前記副光及び前記反射光が前記受光手段により受光されたタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段と、
前記受光手段が出力する信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段が出力した信号に基づく信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、
前記受光手段への前記副光の入射を遮光する副光遮光手段と、
前記受光手段への前記反射光を含む光を遮光する反射光遮光手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記反射光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第１の発光を開始させ、前記比較手段が前記第１の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させることにより、前記第１の発光が開始されてから前記比較手段が前記第１の発光による信号の出力を停止するまでの時間である遅延時間を測定し、
前記副光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第２の発光を開始させ、前記比較手段が前記第２の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させることにより、前記第２の発光が開始されてから前記比較手段が前記第２の発光による信号の出力を停止するまでの時間である反射時間を測定し、
前記遅延時間、及び前記反射時間に基づき、前記目標との距離を算出する測距装置。
【請求項５】
前記受光手段が外光を受光したことにより出力した外光信号が前記増幅手段により増幅された信号のレベルを保持するレベル保持手段と、
前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段と、
を更に有し、
前記比較手段は、前記減算手段が出力した信号に基づく信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する請求項４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記遅延時間を測定する際に実行される前記反射光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第１の発光を開始させる動作から、前記比較手段が前記第１の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記遅延時間を測定し、該複数の前記遅延時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる遅延時間とする請求項４又は請求項５に記載の測距装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記反射時間を測定する際に実行される前記副光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第２の発光を開始させる動作から、前記比較手段が前記第２の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記反射時間を測定し、該複数の前記反射時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる反射時間とする請求項４又は請求項５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、測距装置に関し、特に光を用いて目標との距離を測定する測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
目標との距離を測定する測距装置は、例えばカメラが被写体との距離を測定するために用いられるなど、多くの工業製品に利用されている。このような距離を測定するための装置が特許文献１〜３に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３４１０３０号公報
【特許文献２】特開平５−２８８８５８号公報
【特許文献３】特開平５−１０００２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献のいずれも発光するタイミングを取得する回路と、受光したタイミングを取得する回路とが別の回路となっているため、それらの回路の電気的特性の違いや、温度変化などによる電気的特性の変化により、測定精度が低下する。また、外光による影響を受けることで測定精度が低下することもあり得る。
【０００４】
このように従来の技術では、測定精度が低下し、目標との高精度な距離が得られない場合があるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、高精度に目標との距離を得ることができる測距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】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、光を受光し、前記光の強さに応じたレベルの信号を出力する受光手段と、前記受光手段に対し直接発光する第１の発光手段と、前記受光手段が目標からの反射光を受光可能なように、前記目標に対し発光する第２の発光手段と、前記受光手段が受光したタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記第１の発光手段及び前記第２の発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記第１の発光手段を所定時間発光させることにより前記受光手段が受光した第１のタイミングを取得し、前記第１の発光手段の発光を停止させた後に前記第２の発光手段を発光させることによる反射光を前記受光手段が受光した第２のタイミングを取得し、前記第１のタイミング、前記第２のタイミング及び前記所定時間に基づいて前記目標との距離を算出する。
【０００７】
ここで、請求項１の発明では、受光手段は光を受光し、前記光の強さに応じたレベルの信号を出力し、第１の発光手段は、前記受光手段に対し直接発光し、第２の発光手段は、前記受光手段が目標からの反射光を受光可能なように、前記目標に対し発光し、制御手段は、前記受光手段が受光したタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記第１の発光手段及び前記第２の発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う。そして、前記制御手段は、前記第１の発光手段を所定時間発光させることにより前記受光手段が受光した第１のタイミングを取得し、前記第１の発光手段の発光を停止させた後に前記第２の発光手段を発光させることによる反射光を前記受光手段が受光した第２のタイミングを取得し、前記第１のタイミング、前記第２のタイミング及び前記所定時間に基づいて前記目標との距離を算出するので、高精度に目標との距離を得ることができる測距装置を提供することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、前記受光手段から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段と、前記増幅手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記増幅手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、を更に有し、前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第１のタイミング及び第２のタイミングを取得する。
【０００９】
ここで、請求項２の発明では、所定の閾値をノイズの影響を受けないレベルとして予め定めておくことで、ノイズの影響を受けない測距装置を提供することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、前記受光手段から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段と、前記増幅された信号のレベルを前記第１の発光手段が発光する前に保持するレベル保持手段と、前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段と、前記減算手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、を更に有し、前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第１のタイミング及び第２のタイミングを取得する。
【００１１】
ここで、請求項３の発明では、増幅された信号のレベルを前記第１の発光手段が発光する前に保持することで、外光信号のレベルを保持することができるため、外光信号の影響を受けない測距装置を提供することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、発光手段と、前記発光手段の発光による光を導光する導光手段と、前記導光手段により導光された光である副光を受光した後に、前記発光手段の発光による光が目標により反射された光である反射光を受光し、受光したタイミングを示すタイミング取得用信号を、受光した光の強さに応じたレベルの信号として出力する受光手段と、前記副光及び前記反射光が前記受光手段により受光されたタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段と、前記受光手段が出力する信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段と、前記増幅手段が出力した信号に基づく信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段と、前記減算手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、前記受光手段への前記副光の入射を遮光する副光遮光手段と、前記受光手段への前記反射光を含む光を遮光する反射光遮光手段と、を有し、前記制御手段は、前記反射光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第１の発光を開始させ、前記比較手段が前記第１の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させることにより、前記第１の発光が開始されてから前記比較手段が前記第１の発光による信号の出力を停止するまでの時間である遅延時間を測定し、前記副光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第２の発光を開始させ、前記比較手段が前記第２の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させることにより、前記第２の発光が開始されてから前記比較手段が前記第２の発光による信号の出力を停止するまでの時間である反射時間を測定し、前記遅延時間、及び前記反射時間に基づき、前記目標との距離を算出する。
【００１３】
ここで、請求項４の発明では、当該測距装置における回路遅延を求め、その回路遅延を用いて距離を算出するので、より正確な距離を算出することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、前記受光手段が外光を受光したことにより出力した外光信号が前記増幅手段により増幅された信号のレベルを保持するレベル保持手段と、前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段と、を更に有し、前記比較手段は、前記減算手段が出力した信号に基づく信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する。
【００１５】
ここで、請求項５の発明では、増幅された外光信号のレベルを保持することができるため、外光信号の影響を受けない測距装置を提供することができる。
【００１６】
請求項６の発明は、前記制御手段は、前記遅延時間を測定する際に実行される前記反射光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第１の発光を開始させる動作から、前記比較手段が前記第１の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記遅延時間を測定し、該複数の前記遅延時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる遅延時間とする。
【００１７】
ここで、請求項６の発明では、遅延時間を複数求め、その複数の遅延時間の平均値を回路遅延として距離を算出するので、より正確な距離を算出することができる。
【００１８】
請求項７の発明は、前記制御手段は、前記反射時間を測定する際に実行される前記副光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第２の発光を開始させる動作から、前記比較手段が前記第２の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記反射時間を測定し、該複数の前記反射時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる反射時間とする。
【００１９】
ここで、請求項７の発明では、第２の発光を繰り返し動作することで、目標との距離を正確に算出できると共に、移動する目標に対して、逐次距離を算出可能となる。更に本構成により測距装置における最短の時間で連続して距離を測定することが可能となる。
【００２０】
なお、請求項２、３、４に記載の変化エッジとは、増幅手段に入力される信号が正極性の場合は立ち上がりエッジを意味し、増幅手段に入力される信号が負極性の場合は立ち下がりエッジを意味する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高精度に目標との距離を得ることができる測距装置を提供することができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態では、３つの実施形態について説明する。また、該３つの実施形態では、本発明の光として赤外光を適用した場合について説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る測距装置の構成を示す図である。同図に示されるように、測距装置は、制御部１０、発光回路１２、主赤外発光素子１４、発光光学系１６、受光光学系１８、副赤外発光素子２０、撮像素子２２、増幅回路２４、比較器２６、及び時間計測回路２８を含む。
【００２３】
制御部１０は、発光回路１２に各発光素子による発光の開始、及び停止を指示したり、比較器２６が信号を出力しているか否かを検出したり、時間計測回路２８の制御や、測距装置全体の制御を行う役割を有する。発光回路１２は、制御部１０の指示に応じて、主赤外発光素子１４及び副赤外発光素子２０を駆動するための駆動信号を出力する。具体的に発光回路１２は、駆動信号として主赤外発光素子１４に主赤外発光信号を出力し、副赤外発光素子２０に副赤外発光信号を出力することにより各発光素子を発光させる。主赤外発光素子１４は、発光回路１２からの駆動信号に応じて赤外光を目標に対して発光する。発光光学系１６は、主赤外発光素子１４が発光した赤外光を透過して目標に対して集光する役割を有する。副赤外発光素子２０は、発光回路１２からの副赤外発光信号に応じて撮像素子２２の受光面に対して直接赤外光を入射させるもので、この副赤外発光素子２０が発光する赤外光を以下の説明では副光と表現する。
【００２４】
受光光学系１８は、主赤外発光素子１４により射出された赤外光が目標により反射された光である反射光を撮像素子２２の受光面に結像する。撮像素子２２は、赤外光の波長範囲に感度を有し、反射光、副光、反射光と副光以外の外光を受光し、受光した光の強さに応じたレベルの信号であり、かつ受光したタイミングを示すタイミング取得用信号を出力するもので、撮像素子２２として例えばＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤエリアセンサ等の各種光電変換素子を用いることができる。なお、タイミング取得用信号は、副光を受光したことにより出力される撮像素子到達副赤外発光信号、主赤外光を受光したことにより出力される撮像素子到達主赤外発光信号、及び外光を受光したことにより出力される外光信号がある。
【００２５】
増幅回路２４は、撮像素子２２が出力したタイミング取得用信号を、該タイミング取得用信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅し、その増幅信号を増幅回路出力信号として出力する。なお、以下の説明においては、全て正極性の場合についての説明となるため、変化エッジは立ち上がりエッジとなる。
【００２６】
比較器２６は、増幅回路出力信号のレベルと、予め定められた計測レベルａとを比較し、増幅回路出力信号のレベルが計測レベルを超えた場合、所定のハイ（High；Ｈ）レベルの信号（以下、Ｈ信号と表現する）を比較器出力信号として出力する。この計測レベルａは、増幅回路出力信号からノイズを除去するためのものである。従ってそのレベルは、該ノイズの影響を受けないレベルとして予め定められている。時間計測回路２８は、距離を測定するための時間を計測するものである。
【００２７】
次に、以上のように構成された測距装置で目標までの距離を測定する際に実行される処理を、図２のタイムチャートを用いて説明する。同図に示されるタイムチャートは、副赤外発光信号、主赤外発光信号、撮像素子到達主赤外発光信号、増幅回路出力信号、及び比較器出力信号のレベルを示している。
【００２８】
制御部１０は、まず副赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路１２を制御する。それに応じて主赤外発光素子１４は、上記所定の期間に応じた期間だけ発光する。更に制御部１０は、副赤外発光信号を出力してから時間ｔ１経過後に主赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路１２を制御する。
【００２９】
上記副赤外発光信号により副光が射出されると、撮像素子２２により副光が直接受光されて、該撮像素子２２から撮像素子到達副赤外発光信号が出力される。そして、該信号は増幅回路２４で増幅されて、同図に示されるような、立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号が出力される。増幅回路出力信号が計測レベルａを越えると、比較器２６は比較器出力信号としてＨ信号を出力する。この信号は、増幅回路出力信号が計測レベルａ以下となるまで出力される。
【００３０】
同様に主赤外光が射出されると、撮像素子２２により反射光が受光されて、該撮像素子２２から撮像素子到達主赤外発光信号が出力される。そして、該信号は増幅回路２４で増幅されて、同図に示されるような立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号が出力される。増幅回路出力信号が計測レベルａを越えると、比較器２６は先ほどと同様に比較器出力信号としてＨ信号を出力する。この信号は、増幅回路出力信号が計測レベルａ以下となるまで出力される。
【００３１】
以上説明したタイムチャートにおいて、上述した副光を発光してから、撮像素子２２が撮像素子到達主赤外発光信号を出力するまでの時間をｔ２とし、主赤外光を発光してから撮像素子２２が撮像素子到達主赤外発光信号を出力するまでの時間をｔ３とする。
【００３２】
この時間ｔ３は、赤外光が発光され、目標により反射され、戻ってくるまでの時間であるため、時間ｔ３が求まると目標との距離が求まる。同図に示されるようにｔ１＋ｔ３＝ｔ２という関係があり、時間ｔ１は予め定められた時間であるので既知であり、時間ｔ２も実測で求まるため既知である。従って、赤外光の速度をｃとしたとき、目標との距離Ｌはｃ×（ｔ３）／２を算出することにより求めることができる。なお、この距離Ｌは制御部１０が算出するが、距離Ｌを求めるためのｔ１は制御部１０が予め保持しており、時間ｔ２、及び時間ｔ３は、時間計測回路２８と比較器２６からの出力信号に基づき得ることができる。
【００３３】
以上説明したタイムチャートに示されるように、本実施の形態では、時間を計測する２回の赤外光の発光を同一の主赤外発光素子１４、及び発光回路１２で行い、赤外光の受光に関しても、同一の撮像素子２２、増幅回路２４、比較器２６、時間計測回路２８で信号処理を行うため、それら部品の電気的特性にばらつきは無く、また温度変動、及び経時変動等の影響を受けないため、高精度な目標との距離を得ることができる測距装置を提供することができる。
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。以下の説明において、既に説明した符号についての説明は省略する。また、第１の実施形態で用いた信号と同一の信号は、第１の実施形態での信号と同じ信号である。
【００３４】
図３は、第２の実施形態に係る測距装置の構成を示す図である。同図に示されるように、測距装置は、第１の実施形態での構成に加え、増幅回路２４と比較器２６との間にホールド回路３０、及び減算増幅器（オペアンプ）により構成された減算器３２が直列に接続された構成となっている。
【００３５】
ホールド回路３０は、撮像素子２２が外光における赤外光を受光したことにより出力された信号が増幅された外光信号のレベルを保持するもので、保持するタイミングは、制御部１０により通知される。このタイミングは、副光を発光する直前に制御部１０より通知されるので、外光信号のレベル（以下、外光レベルと記す）をサンプリングすることが可能となっており、ホールド回路３０は、ホールドしたレベルの信号をホールド回路出力信号として出力する。
【００３６】
また、このホールド回路３０は、減算器３２の反転入力端子に接続される。減算器３２に対し、ホールド回路３０は、状態がホールド状態ではない場合、増幅回路２４から出力された増幅回路出力信号をそのままホールド回路出力信号として出力する。なお、このホールド回路３０に代えて、ローパスフィルタを用いるようにしても良い。
【００３７】
減算器３２は、増幅回路２４の出力端子が非反転入力端子に接続され、増幅回路２４から出力された増幅回路出力信号のレベルから、ホールド回路３０から出力されたホールド回路出力信号のレベルを減算した減算結果のレベルの信号を減算器出力信号として出力する。比較器２６は、その信号のレベルと計測レベルａとを比較する。
【００３８】
次に、以上のように構成された測距装置で目標までの距離を測定する際に実行される処理を、図４のタイムチャートを用いて説明する。同図に示されるタイムチャートは、副赤外発光信号、主赤外発光信号、撮像素子到達主赤外発光信号、増幅回路出力信号、ホールドタイミング信号、ホールド回路出力信号、減算器出力信号、及び比較器出力信号のレベルを示している。なお、上記ホールドタイミング信号は、制御部１０からホールド回路３０に出力される信号である。
【００３９】
まず、制御部１０は、ホールドタイミング信号をホールド回路３０に出力する。これにより、ホールド回路３０は、外光レベルの信号を出力する。次に制御部１０は、副赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路１２を制御する。それに応じて主赤外発光素子１４は、上記所定の期間に応じた期間だけ発光する。更に制御部１０は、副赤外発光信号を出力してから時間ｔ１経過後に主赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路１２を制御する。
【００４０】
副光が射出されると、撮像素子２２により副光が直接受光されて、該撮像素子２２から撮像素子到達副赤外発光信号が出力される、そして、該信号は増幅回路２４で増幅されて、同図に示されるような、立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号が出力される。なお、この増幅回路出力信号は、第２の実施形態の場合、外光レベルに副光を受光したことにより得られた信号のレベルが加わったレベルの信号となる。
【００４１】
この増幅回路出力信号とホールド回路出力信号は、減算器３２に入力され、減算器３２は、増幅回路出力信号のレベルから、ホールド回路出力信号のレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を減算器出力信号として出力する。
【００４２】
減算器出力信号のレベルが計測レベルａを越えると、比較器２６は比較器出力信号としてＨ信号を出力する。この信号は、減算器出力信号が計測レベルａ以下となるまで出力される。
【００４３】
また、主赤外光が射出されると、撮像素子２２により反射光が受光されて、該撮像素子２２から撮像素子到達主赤外発光信号が出力される。そして、該信号は増幅回路２４で増幅されて、同図に示されるような立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号が出力される。
【００４４】
この増幅回路出力信号とホールド回路出力信号は、減算器３２に入力し、減算器３２は、増幅回路出力信号のレベルから、ホールド回路出力信号のレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を減算器出力信号として出力する
減算器出力信号が計測レベルａを越えると、比較器２６は比較器出力信号としてＨ信号を出力する。この信号は、減算器出力信号が計測レベルａ以下となるまで出力される。
【００４５】
以上説明したタイムチャートにおいて、上述した副光を発光してから、撮像素子２２が撮像素子到達主赤外発光信号を出力するまでの時間をｔ２とし、主赤外光を発光してから撮像素子２２が撮像素子到達主赤外発光信号を出力するまでの時間をｔ３とする。
【００４６】
この時間ｔ３は、赤外光が発光され、目標により反射されて、戻ってくるまでの時間であるため、時間ｔ３が求まると目標との距離が求まる。同図に示されるようにｔ１＋ｔ３＝ｔ２という関係があり、時間ｔ１は予め定められた時間であるので既知であり、時間ｔ２も実測で求まる。従って、赤外光の速度をｃとしたとき、目標との距離Ｌはｃ×（ｔ３）／２を算出することにより求めることができる。なお、この距離Ｌは、制御部１０が算出するが、距離Ｌを求めるためのｔ１は制御部１０が予め保持しており、ｔ２、ｔ３は、時間計測回路２８と比較器２６からの信号で得ることができる。
【００４７】
以上説明したタイムチャートに示されるように、本実施の形態では、時間を計測する２回の赤外光の発光を同一の主赤外発光素子１４、及び発光回路１２で行い、赤外光の受光に関しても、同一の撮像素子２２、増幅回路２４、比較器２６、時間計測回路２８、ホールド回路３０、減算器３２で信号処理を行うため、それら部品の特性にばらつきは無く、また温度変動、及び経時変動等の影響を受けないため、目標との高精度な距離を得ることができる測距装置を提供することができる。
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。以下の説明において、既に説明した符号についての説明は省略する。また、第１、２の実施の形態で用いた信号と同一の信号は、第１、２の実施の形態での信号と同じ信号である。
【００４８】
図５は、第３の実施形態に係る測距装置の構成を示す図である。同図に示されるように、測距装置は、第２の実施形態における副赤外発光素子２０を用いずに、赤外発光素子４０により発光されて導光管３４を介する光を副光として用いる構成となっている。更に第３の実施形態では、撮像素子２２への副光を遮光する副遮光板３６、撮像素子２２への反射光を含む光を遮光する主遮光板３８、及び周期測定回路４２を含む構成となっている。周期測定回路４２は、比較器２６と制御部１０との間に直列に接続されている。
【００４９】
上記導光管３４として、例えばミラー、ハーフミラー、プリズム、又は光ファイバーを用いることができる。また、主遮光板３８、副遮光板３６は、機械的なシャッターを用いるようにしても良い。周期測定回路４２は、後述するＴｓを求める回路であり、この回路ではパルスをカウントすることで周期を求めるようにしても良いし、ＰＬＬ回路内の発信器と同期させて、その周波数から周期を算出するようにしても良い。
【００５０】
次に、以上のように構成された測距装置で実行される処理を、図６、図７のタイムチャートを用いて説明する。上記構成で実行される処理は２つあり、１つは図６に示される遅延時間を求める処理で、もう１つは図７に示される目標との距離を求める処理である。
【００５１】
まず、図６のタイムチャートを用いて遅延時間を求める処理について説明する。同図に示されるタイムチャートは、赤外発光信号、撮像素子出力信号、減算器出力信号、及び比較器出力信号のレベルを示している。このうち、赤外発光信号は、発光回路１２が赤外発光素子４０を駆動するための信号である。また、撮像素子出力信号は、副光または反射光を撮像素子２２が受光した際に出力される信号である。
【００５２】
図６において、赤外発光信号による発光は、導光管３４を介する副光であり、同図に示される処理は、反射光を含む光が遮光されている状態、すなわち、主遮光板３８が閉じている状態で実行される処理である。
【００５３】
制御部１０は、まず赤外発光信号を所定時間ハイレベルにするように発光回路１２を制御する。
【００５４】
この発光により、撮像素子２２により副光が受光されて、該撮像素子２２から撮像素子出力信号が出力される。そして、該信号は増幅回路２４で増幅されて、立ち上がりエッジが傾斜された状態の信号が出力される。増幅された信号は、ホールド回路３０、及び減算器３２に出力され、減算器３２は、同図に示されるように、ホールド回路３０からの出力される信号のレベルを減算したレベルの信号を減算器出力信号として出力する。
【００５５】
減算器出力信号のレベルが計測レベルａを越えると、比較器２６は比較器出力信号を出力する。この信号は、減算器３２が出力した信号が計測レベルａ以下となるまで出力される。この比較器出力信号が出力されると、制御部１０はその比較器出力信号を検出し、発光回路１２に発光を停止させる。このとき、制御部１０が発光停止を指示されてから、実際に赤外発光素子４０が発光を停止するまで遅延が生じる。発光停止を指示した制御部１０は、比較器２６からＨ信号が出力されなくなると発光回路１２に再び発光を指示するが、この場合も実際に赤外発光素子４０が発光するまで遅延が生じる。
【００５６】
以降、上記処理が繰り返される。このタイムチャートにおいて、上述した副光が発光されてから、撮像素子２２が撮像素子出力信号を出力するまでの時間をｔ１とし、減算器３２から減算器出力信号が出力されてから比較器出力信号が出力されるまでの時間をｔ２とし、比較器出力信号が出力されたことにより制御部１０が副光の発光停止を通知してから、実際に赤外発光が停止されるまでの時間をｔ３とする。
【００５７】
この場合、副光が発光されている時間は、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３となる。また、制御部１０により発光停止が指示されてから実際に発光が停止するまで時間ｔ３だけ遅延するので、同様に制御部１０により発光が指示されてから、実際に赤外発光素子４０が発光するまで時間ｔ３だけ遅延する。また、赤外発光信号の出力開始タイミングの周期Ｔｓと、比較器出力信号の出力開始タイミングの周期とが等しいため、同図に示されるように、周期Ｔｓは、以下のようになる。
Ｔｓ＝２（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）
この周期Ｔｓは、測距装置の回路遅延時間であり、同図に示されるように繰り返し実行することで、Ｔｓは測距装置の遅延周期となる。このＴｓを多くサンプリングして、それらの平均値を改めてＴｓとするようにしても良い。
【００５８】
このＴｓを用いて距離を測定する処理を、図７のタイムチャートを用いて説明する。同図に示されるタイムチャートは、ホールドタイミング信号、ホールド回路出力信号、赤外発光信号、撮像素子出力信号、減算器出力信号、及び比較器出力信号のレベルを示している。
【００５９】
なお、赤外発光信号により発光された光は、受光光学系１８から受光するための光であり、同図に示される処理は、副光が遮光されている状態、すなわち、副遮光板３６が閉じている状態で実行される処理である。
【００６０】
まず、制御部１０は、ホールドタイミング信号をホールド回路３０に出力する。これにより、ホールド回路３０は、外光レベルの信号を出力する。次に制御部１０は、赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路１２を制御する。それに応じて赤外発光素子４０は、上記所定の期間に応じた期間だけ発光する。
【００６１】
赤外発光素子４０が発光することで目標により反射された反射光は、撮像素子２２により受光されて、該撮像素子２２から撮像素子出力信号が出力される。このとき、発光されてから反射光が到達するまでの時間Δｔが加わるため、撮像素子出力信号の出力が開始されるタイミングは、上記遅延時間ｔ１からさらにΔｔだけ遅延することとなる。
【００６２】
撮像素子出力信号は増幅回路２４で増幅されて立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号となり、この増幅回路出力信号とホールド回路出力信号は、減算器３２に入力され、減算器３２は、増幅回路出力信号のレベルから、ホールド回路出力信号のレベルを減算し、これによって得られるレベルの減算器出力信号を同図に示されるように出力する。減算器出力信号のレベルが計測レベルａを越えるまでの遅延時間は上記時間ｔ２である。
【００６３】
上記減算器出力信号のレベルが計測レベルａを越えると、比較器２６はＨ信号を出力する。この信号は、減算器出力信号のレベルが計測レベルａ以下となるまで出力される。このとき、比較器出力信号が出力されたことにより制御部１０が副光の発光停止を指示する。この発行停止の指示から、実際に発光が停止されるまでの遅延時間は時間ｔ３である。
【００６４】
従って、赤外発光素子４０が発光してから次に発光するまでの時間Ｔｋは、以下のようになる。
Ｔｋ＝Ｔｓ＋２Δｔ
時間Ｔｋは実測で求められ、時間Ｔｓは図６で説明した処理で求められるため、時間Δｔが定まる。従って、赤外光の速度をｃとしたとき、目標との距離Ｌはｃ×Δｔ／２を算出することで求めることができる。なお、この距離Ｌは、制御部１０が算出するが、上記Ｔｓは、図６で説明した遅延時間を求める処理を実行した際に制御部１０が保持し、Ｔｋは、時間計測回路２８と周期測定回路４２からの信号に基づき得ることができる。
【００６５】
以上説明したタイムチャートに示されるように、本実施の形態では、時間を計測する２回の赤外光の発光を同一の主赤外発光素子１４、及び発光回路１２で行い、赤外光の受光に関しても、同一の撮像素子２２、増幅回路２４、比較器２６、時間計測回路２８、ホールド回路３０、減算器３２で信号処理を行うため、それら部品の特性にばらつきは無く、また温度変動、及び経時変動等の影響を受けず、さらに回路遅延時間を考慮したものとなっているため、目標との高精度な距離を得ることができる測距装置を提供することができる。
【００６６】
以上説明した３つの実施形態によれば、光を受光し、前記光の強さに応じたレベルの信号を出力する受光手段（撮像素子２２）と、前記受光手段に対し直接発光する第１の発光手段（主赤外発光素子１４）と、前記受光手段が目標からの反射光を受光可能なように、前記目標に対し発光する第２の発光手段（副赤外発光素子２０）と、前記受光手段が受光したタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記第１の発光手段及び前記第２の発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段（制御部１０）と、を有し、前記制御手段は、前記第１の発光手段を所定時間発光させることにより前記受光手段が受光した第１のタイミングを取得し、前記第１の発光手段の発光を停止させた後に前記第２の発光手段を発光させることによる反射光を前記受光手段が受光した第２のタイミングを取得し、前記第１のタイミング、前記第２のタイミング及び前記所定時間に基づいて前記目標との距離を算出する。
【００６７】
また、前記受光手段（撮像素子２２）から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段（増幅回路２４）と、前記増幅手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記増幅手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段（比較器２６）と、を更に有し、前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第１のタイミング及び第２のタイミングを取得する。
【００６８】
また、前記受光手段（撮像素子２２）から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段（増幅回路２４）と、前記増幅された信号のレベルを前記第１の発光手段が発光する前に保持するレベル保持手段（ホールド回路３０）と、前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段（減算器３２）と、前記減算手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段（比較器２６）と、を更に有し、前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第１のタイミング及び第２のタイミングを取得する。
【００６９】
また、発光手段（赤外発光素子４０）と、前記発光手段の発光による光を導光する導光手段（導光管３４）と、前記導光手段により導光された光である副光を受光した後に、前記発光手段の発光による光が目標により反射された光である反射光を受光し、受光したタイミングを示すタイミング取得用信号を、受光した光の強さに応じたレベルの信号として出力する受光手段（撮像素子２２）と、前記副光及び前記反射光が前記受光手段により受光されたタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段（制御部１０）と、前記受光手段が出力する信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段（増幅回路２４）と、前記増幅手段が出力した信号に基づく信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段（比較器２６）と、前記受光手段への前記副光の入射を遮光する副光遮光手段（副遮光板３６）と、前記受光手段への前記反射光を含む光を遮光する反射光遮光手段（主遮光板３８）と、を有し、前記制御手段は、前記反射光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第１の発光を開始させ、前記比較手段が前記第１の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させることにより、前記第１の発光が開始されてから前記比較手段が前記第１の発光による信号の出力を停止するまでの時間である遅延時間を測定し、前記副光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第２の発光を開始させ、前記比較手段が前記第２の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させることにより、前記第２の発光が開始されてから前記比較手段が前記第２の発光による信号の出力を停止するまでの時間である反射時間を測定し、前記遅延時間、及び前記反射時間に基づき、前記目標との距離を算出する。
【００７０】
また、前記受光手段（撮像素子２２）が外光を受光したことにより出力した外光信号が前記増幅手段により増幅された信号のレベルを保持するレベル保持手段（ホールド回路３０）と、前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段（減算器３２）と、を更に有し、前記比較手段は、前記減算手段が出力した信号に基づく信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する。
【００７１】
また、前記制御手段（制御部１０）は、前記遅延時間を測定する際に実行される前記反射光遮光手段（主遮光板３８）により遮光されている状態で、前記発光手段（赤外発光素子４０）に第１の発光を開始させる動作から、前記比較手段（比較器２６）が前記第１の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記遅延時間を測定し、該複数の前記遅延時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる遅延時間とする。
【００７２】
また、前記制御手段（制御部１０）は、前記反射時間を測定する際に実行される前記副光遮光手段（副遮光板３６）により遮光されている状態で、前記発光手段（赤外発光素子４０）に第２の発光を開始させる動作から、前記比較手段（比較器２６）が前記第２の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記反射時間を測定し、該複数の前記反射時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる反射時間とする
また、上述した各実施形態での撮像素子を、複数の撮像素子を一列に並べたラインセンサ、あるいは２次元的に並べてエリアセンサとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１の実施形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態における測距処理の流れを示すタイムチャートである。
【図３】第２の実施形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第２の実施形態における測距処理の流れを示すタイムチャートである。
【図５】第３の実施形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。
【図６】遅延時間を求める処理の流れを示すタイムチャートである。
【図７】第３の実施形態における測距処理の流れを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１０   制御部
１２   発光回路
１４   主赤外発光素子
１６   発光光学系
１８   受光光学系
２０   副赤外発光素子
２２   撮像素子
２４   増幅回路
２６   比較器
２８   時間計測回路
３０   ホールド回路
３２   減算器
３４   導光管
３６   副遮光板
３８   主遮光板
４０   赤外発光素子
４２   周期測定回路
【図１】
2008020261.tif 000003
【図２】
2008020261.tif 000004
【図３】
2008020261.tif 000005
【図４】
2008020261.tif 000006
【図５】
2008020261.tif 000007
【図６】
2008020261.tif 000008
【図７】
2008020261.tif 000009