(57)【要約】【課題】発光素子から一定の光出力の光が照射されるタイミングを、精度よく検出する。【課題を解決するための手段】レーザ測距装置１００では、半導体レーザ１１２の発光タイミングが、半導体レーザ１１２に印加された電圧Ｖが所定電圧（ＶＴＨ〜ＶＦ１）に達したタイミングとしている。所定電圧（ＶＴＨ〜ＶＦ１）は、半導体レーザ１１２から一定の光出力Ｐ０が出力される電圧である。【解決手段】【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子に印加された電圧を検出し、該検出された電圧が所定電圧に達したタイミングを発光タイミングとする
ことを特徴とする発光タイミング検出方法。
【請求項２】
発光素子と、
前記発光素子に印加される電圧を検出する検出部と、
検出された電圧が所定電圧に達したタイミングを発光タイミングとする発光タイミング検出部とを備えている
ことを特徴とする発光タイミング検出器。
【請求項３】
供給される電圧が所定値を超えたときに一定の光出力のパルス状の光信号を発生させる発光素子と、
前記一定の光出力のパルス状の光信号を目的物に照射する照射部と、
前記発光素子に供給される電圧を検出する電圧検出部と、
前記目的物から反射されたパルス状の光信号を検知する受光素子と、
前記検出された電圧が所定値に達した時点から前記パルス状の光信号が検知されるまでの時間を計数する計時部と、
前記計時部によって計数された時間と前記パルス状の光信号の速度とに基づいて前記目的物までの距離を算出する距離演算部とを備えている
ことを特徴とする測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子の発光タイミング検出方法、発光タイミング検出装置及び測距装置に関し、特にパルス状のレーザ光の検出に適用して有用な発光タイミング検出方法、発光タイミング検出装置及びこれを用いた測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルス状のレーザ光を目的物に照射して、その反射光を検出し、照射タイミング（発光タイミング）から受光タイミングまでの時間差と、当該光の速度から目的物までの距離を求めるレーザ測距方法が知られている。
このレーザ光測距方法では、上記した時間差の計測精度が低いと、距離の計測精度を低下させることになる。
【０００３】
ここで、パルス状のレーザ光の発光タイミングと受光タイミングとの時間差は、その間に発生するサンプルクロックパルスの数でカウントされる。従って、レーザ測距方法では、目的物までの距離の計測精度を高めるため、高い周波数の発振器と信号処理能力の高いＣＰＵ等が用いられる。
例えば、サンプルクロック周波数が８０ＭＨｚ（このときクロック周期は、１２．５ｎｓｅｃ）の発信器を用いた場合、上記した時間差を検出する最小単位は１２．５ｎｓｅｃである。これにレーザ光の速度を考慮すれば、レーザ測距方法での分解能は２ｍ前後となる。
【０００４】
ところで、レーザ光の発光タイミングは、クロックパルスに同期した信号（発光開始信号）に従って制御される。このため、従来のレーザ測距方法では、レーザ光の照射タイミング（発光タイミング）を前記発光開始信号の発生タイミングとして、上記時間差を計数していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した発光開始信号は、レーザ光の照射タイミング（発光タイミング）とみなすと、測距の精度が低くなることが、本発明者によって確認された。
【０００６】
すなわち、レーザ測距を行うために半導体レーザから照射されるレーザ光は、所定の光出力でなければならない。ここで半導体レーザから所定の光出力のレーザ光を照射させるには、一定値以上の駆動電流を半導体レーザに流す必要がある。
この駆動電流は、クロックパルスに同期した上記した発光開始信号に基づいて、ドライバ回路内の定電流源から半導体レーザに供給されるが、この駆動電流の値が、所定の光出力が得られる一定値以上になるまでには、一定のタイムラブΔｔ（数ｎｓｅｃオーダの時間遅れ）が生じることが分かった（図６）。
【０００７】
しかるに、上記のように、クロックパルスと同期する発光開始信号の発生タイミングを照射タイミング（発光タイミング）とすると、上記した遅れ時間Δｔが測距誤差を引き起こし、精度の高い測距ができなかった。
これを避けるために、例えば、駆動電流が一定の電流値になるまでの遅れ時間Δｔを、測距演算の際に差し引く方法が考えられるが、上記遅れ時間Δｔは、温度変動等の使用時の環境によって変動するため、この変化分を考慮した補正が煩雑になる。
【０００８】
一方で、半導体レーザの近傍に光検出器を別途配置しておき、半導体レーザが実際に発光したタイミングを検出し、この検出時点より上記時間差を求めることも考えられる。
しかし、この場合には、部品点数の増加を招く。又、上記遅れ時間Δｔを僅かな時間間隔（数十ｃｍの分解能で検出するのであれば１ｎｓｅｃ程度）で検出する必要があり、応答速度の高い高価な光検出器を用意しなければならず測距装置全体のコスト高を招く。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、発光素子から一定の光出力の光が照射されるタイミングを、精度よく検出できる発光タイミング検出方法、及び発光タイミング検出装置を提供することである。
又、本発明の第２の目的は、測距装置において、レーザ光の照射開始を指示する信号の発生から、実際に一定の光出力のレーザ光が照射されるまでに遅れ時間が生じた場合であっても、目的物までの距離を高精度に測定できる測距装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発光タイミング検出方法は、発光素子に印加された電圧を検出し、該検出された電圧が所定電圧に達したタイミングを発光タイミングとするものである。
又、請求項２の発光タイミング検出装置は、発光素子と、前記発光素子に印加される電圧を検出する検出部と、該検出された電圧が所定電圧に達したタイミングを発光タイミングとする発光タイミング検出部とを備えたものである。
【００１１】
又、請求項３の測距装置は、供給される電圧が所定値を超えたときに一定の光出力のパルス状の光信号を発生させる発光素子と、前記一定の光出力のパルス状の光信号を目的物に照射する照射部と、前記発光素子に供給される電圧を検出する電圧検出部と、前記目的物から反射されたパルス状の光信号を検知する受光素子と、前記検出された電圧が所定値に達した時点から前記パルス状の光信号が検知されるまでの時間を計数する計時部と、前記計時部によって計数された時間と前記パルス状の光信号の速度とに基づいて前記目的物までの距離を算出する距離演算部とを備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。図１は、本発明が適用されるレーザ測距装置１００の斜視図、図２は、その内部構成を示すブロック図である。
【００１３】
レーザ測距装置１００は、図１に示すように、その上面にパワー及び測定開始ボタン１０１、モード変更１０２が設けられている。モードボタン１０１は距離の単位の変更等を行うためのものである。又、その前面にレーザ照射窓１０３、レーザ受光窓１０４が設けられ、その背面にファインダ窓（図示省略）が設けられている。
【００１４】
レーザ測距装置１００には、レーザ照射窓１０３側にコリメートレンズ１１１が、レーザ受光窓１０４側に集光レンズ１２１が配置されている。
又、レーザ測距装置１００の内部には、図２（ａ）に示すように、コリメートレンズ１１１側に、半導体レーザ（発光素子）１１２、パルス発生回路１３０、発光検出回路１４０が配置されている。又、集光レンズ１２１側に、フォトダイオード（受光素子）１２２、受信回路１５０が配置されている。ここで、半導体レーザ１１２とコリメートレンズ１１１とで照射部が構成されている。
【００１５】
制御回路１６０は、上記したパルス発生回路１３０、発光検出回路１４０を制御して、半導体レーザ１１２から所定のタイミング（発光タイミング）でレーザ光を照射させる。
更に、制御回路１６０は、目的物１で反射したレーザ光の受光タイミングを受信回路１５０からの信号に基づいて検知する。
【００１６】
制御回路１６０は、発光タイミングと受光タイミングとの時間差（図２（ｂ）のｔ）を、クロックパルスをカウントすることによって検出する（図５参照）。制御回路１６０は、この計数した時間差ｔと、レーザ光の速度とに基づいて、レーザ測距装置１００から目的物１までの距離Ｌを算出する。制御回路１６０はこの算出結果を、ファインダ内の液晶表示部１７０にて表示する。ここで、制御回路１６０は、計時部、発光タイミング検出部、距離演算部として機能する。
【００１７】
ところで、この実施の形態のレーザ測距装置１００では、発光検出回路１４０がレーザ光の照射タイミング（発光タイミング）を示す信号を出力する。
発光検出回路１４０は、図３に示すように、コンパレータ１４２、定電圧源１４３を有する。このコンパレータ１４２が、特許請求の範囲における検出部、電圧検出部として機能する。
【００１８】
発光検出回路１４０のコンパレータ１４２の一方の端子には、半導体レーザ１１２の定電流源１１６側が接続され、他方の端子には定電圧源１４３が接続されている。
【００１９】
ここで、半導体レーザ１１２には、これに大電流を供給する電流源１１６が、スイッチ１１３を介して接続されている。
そして、スイッチ１１３は、パルス発生回路１３０からの発光開始信号Ｓ１によってオンされる。尚、発光開始信号Ｓ１は、図５に示すようにクロックパルスに同期して発生する。
【００２０】
発光開始信号Ｓ１によってスイッチ１１３がオンし、半導体レーザ１１２に電流源１１６から大電流が流れると、半導体レーザ１１２の一方の端子（電流源１１６側）の電圧Ｖは、半導体レーザ１１２を流れる電流値Ｉに対応して順方向電圧となる。
換言すれば、図４に示すように、所定の電流値Ｉ１のときに光出力Ｐ０１が得られるとすれば、この光出力Ｐ０１が得られる電圧は順方向電圧はＶＦ１となる。
【００２１】
従って、半導体レーザ１１２の一方の端子（電流源１１６側）の電圧がＶＦ１となっているのであれば、半導体レーザ１１２を流れる電流がＩ１であるから、半導体レーザ１１２からは光出力Ｐ０１のレーザ光が発生しているとみなせる。
コンパレータ１４２は、この半導体レーザ１１２の一方の端子（電流源１１６側）の電圧と、規準電圧Ｖ０（ＶＴＨ≦Ｖ０≦ＶＦ１）とを比較する。ここで基準電圧Ｖ０は所望の光出力に相当する値であり、電圧ＶＴＨは半導体レーザ１１２からレーザ光が発生し得る値、電圧ＶＦ１は半導体レーザ１１２を破壊し得ない値である。
【００２２】
従って、コンパレータ１４２の出力信号が立上るタイミングが、半導体レーザ１１２から一定の光出力Ｐ０１のレーザ光が得られるタイミングを示すことになる。
このコンパレータ１４２の出力信号が立上るタイミングは、発光開始信号Ｓ１に対し駆動電流の遅れ時間Δｔだけ遅れたタイミングである（図５）。
このようにコンパレータ１４２は、半導体レーザ１１２に印加される電圧Ｖが、一定値Ｖ０（ＶＴＨ≦Ｖ０≦ＶＦ１）以上になるタイミングでオンとなる信号を制御回路１６０に出力する。
【００２３】
制御回路１６０は、図５に示すように、このコンパレータ１４２からの出力信号が立上るタイミングを、半導体レーザ１１２の照射タイミング（発光タイミング）とする。そして、照射タイミングから、受信回路１５０からの受光タイミングまでの時間差ｔを求め、この時間差ｔと、レーザ光の速度とに基づいて、目的物１までの距離を算出する。
【００２４】
尚、発光検出回路の出力信号Ｓ２の立上りから、受光パルスＳ３の立上りタイミング（受光タイミング）までの時間差ｔを計数するに当たっては、この時間差ｔを直接カウントしてもよいし、発光開始信号Ｓ１の立上りタイミングから受光パルスＳ３の立上りタイミング（受光タイミング）までの時間差ｔ’を求め、発光開始信号Ｓ１の立上りタイミングから発光検出回路１４０からの出力信号Ｓ２の立上りタイミングまでの時間差Δｔを求めて、ｔからΔｔを減算してもよい。
【００２５】
以上説明したように本実施の形態のレーザ測距装置１００では、発光検出回路１４０の働きによって半導体レーザ１１２から一定の光出力（Ｐ０１）が得られるタイミングが検知されるために、パルス発生回路１３０からの発光開始信号Ｓ１と発光タイミング（出力信号の立上りタイミングと等価）までの遅れ時間Δｔが、時間差ｔの計測に含まれないので、距離の測定精度が向上する。
【００２６】
すなわち、半導体レーザ１１２の一方の端子の電圧をモニタし、その電流電圧特性、電流光出力特性を利用して、半導体レーザ１１２の発光タイミング検出しているため、実際の発光パルスを検出しなくとも、当該発光タイミングを高速に、かつ、高精度に検出可能となる。
従って、駆動電流の供給開始から半導体レーザ１１２の発光タイミングまでに時間遅れがあっても、発光タイミングから受光タイミングまでの時間差の計測を誤差なく高精度に行うことができ、レーザ測距装置１００による測距の精度を向上することができる。
【００２７】
尚、本発明の実施の形態では、駆動回路及びスイッチに関する具体的な開示はしていないが、レーザ光の発生に用いられる一般的な駆動回路、パルス発生回路に本発明を適用できることはいうまでもない。
又、上記した実施の形態では、レーザ測距装置１００において、半導体レーザ１１２の発光タイミングを検知する例をあげて説明したが、他の発光素子（例えば、ＬＥＤ）の発光タイミングの検出にも本発明は適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した請求項１の発光タイミング検出方法、請求項２の発光タイミング検出装置によれば、発光素子に印加される電圧をモニタするだけで、光検出器を別途設けることなく、発光素子の発光タイミングを、高精度に検出することが可能になる。
【００２９】
又、請求項３の測距装置によれば、発光素子に供給される電圧をモニタするだけで、その電流電圧特性、電流光出力特性を利用して発光タイミングを検出できるため、発光素子の駆動電流の供給開始から実際に一定の光出力で発光されるまでに時間遅れがあっても、一定の光出力が得られる発光タイミングから受光タイミングまでの時間差を高精度に計測してして、測距の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたレーザ測距装置１００の斜視図である。
【図２】レーザ測距装置１００の内部構成を示すブロック図である。
【図３】発光検出回路１４０の構成を示す回路図である。
【図４】半導体レーザ１１２の光出力Ｐ０と印加される電圧Ｖと定電圧源Ｖ０との関係を示すグラフである。
【図５】目的物１までの距離Ｌを求める際の受光タイミングの測定の様子を示すタイミングチャートである。
【図６】従来のレーザ測距方法で求められる発光タイミングと受光タイミングとの時間差ｔを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１　目的物
１００　レーザ測距装置
１１２　半導体レーザ（発光素子）
１１６　電流源（定電流源）
１２２　フォトダイオード（受光素子）
１４０　発光検出回路
１４２　コンパレータ（検出部、電圧検出部）
１５０　受信回路
１６０　制御回路（発光タイミング検出部、計時部、距離演算部）
１７０　液晶表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004053250.tif 000006
【図５】
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【図６】
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