(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリガ信号を生成すると共に、該トリガ信号を起点として投光部からインパルス光を出射する出射工程と、
前記投光部から出射され測定対象物で反射した前記インパルス光を受光部で受光して受光信号を生成する受光工程と、
前記トリガ信号と前記受光信号を単一の時間軸に沿って連続する一の信号に合成してなる合成信号を生成する合成工程と、
該合成信号における前記トリガ信号および前記受光信号の前記時間軸上での立ち上がり位置に基づいて前記測定対象物までの距離を演算する演算工程を含むことを特徴とする測距方法。
【請求項２】
前記トリガ信号の生成前に前記受光部から出力されるノイズ信号に基づいて、前記合成信号における前記トリガ信号および前記受光信号の立ち上がり位置を検出するための信号検出閾値を設定する閾値設定工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の測距方法。
【請求項３】
前記演算工程において、前記合成信号を前記時間軸に関して微分してなる微分信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の測距方法。
【請求項４】
前記トリガ信号および前記受光信号の前記時間軸上での立ち上がり位置を、前記微分信号に含まれる双方の信号の前記時間軸上での重心位置によって求めることを特徴とする請求項３に記載の測距方法。
【請求項５】
前記演算工程は、前記合成信号における前記受光信号を前記時間軸に関して積分すると共に、得られた積分値に基づいて演算された距離を補正する補正工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の測距方法。
【請求項６】
前記出射工程において、前記投光部から出射されるインパルス光は、周囲空間に走査されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の測距方法。
【請求項７】
トリガ信号を生成する制御部と、
前記トリガ信号を起点としてインパルス光を出射する投光部と、
該投光部から出射されたインパルス光の測定対象物からの反射光を受光して受光信号を発生する受光部と、
前記トリガ信号および前記受光信号を単一の時間軸に沿って連続する信号に合成してなる合成信号を生成する合成部とを備え、
前記合成信号における前記トリガ信号および前記受光信号の前記時間軸上での立ち上がり位置に基づいて前記測定対象物までの距離を演算するように構成した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、光の投受光に基づいて測定対象物までの距離を測定する測距方法および測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、光を利用した測距装置としては、投光部からインパルス光を測定対象物に対して出射すると共に、測定対象物で反射したインパルス光を受光部で受光し、インパルス光を投光してから受光するまでの時間差に基づいて測定対象物までの距離を測定するように構成されたものが広く利用されている。
【０００３】
この種の測距装置において、インパルス光の投受光の時間差は、投光部からのインパルス光の出射タイミングを決定するトリガ信号の発生タイミングと、測定対象物で反射したインパルス光が受光部に受光されたときに受光部から出力される受光信号の発生タインミングとの時間差として求められる場合がある。この場合、トリガ信号と受光信号は、個別の信号であるため、双方の発生タイミングの時間差は、例えば下記の特許文献１に開示されている様に、カウンタ回路により計測されるのが一般的である。具体的には、まず、トリガ信号が生成されると同時にそのトリガ信号がカウンタ回路に入力され、カウンタ回路は周波数発生器から供給されるクロックパルスのカウントを開始する。その後、受光信号が生成されると同時にその受光信号がカウンタ回路に入力され、カウンタ回路はクロックパルスのカウントを終了する。そして、カウンタ回路は、カウントを開始してから停止するまでのクロックパルスのカウントの計数値から、トリガ信号と受光信号の発生タイミングの時間差を計測する。
【特許文献１】米国特許５４５５６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のように、カウンタ回路によってトリガ信号と受光信号の発生タイミングの時間差を測定する測距装置では、測定対象物までの距離測定精度がクロックパルスの周波数に大きく依存してしまう。したがって、高精度な距離計測を実現するためには、クロックパルスの周波数を上げることが必要不可欠となるが、そうするとカウンタ回路や、周波数発生器等の周辺回路類に高速応答可能な素子を使用しなければならず、コストの高騰を招くばかりでなく、煩雑な処理が強いられ、コスト面や技術面で実用的なものではない。
【０００５】
そこで、カウンタ回路を使用せずに、トリガ信号と受光信号の発生タイミングの時間差を、演算処理により直接求めるように測距装置を構成することも考えられる。この場合には、演算処理前にトリガ信号と受光信号のデジタル化が行われるが、それぞれ個別の信号であるため、双方の信号に対応したＡＤ変換器や、信号処理回路等が別途必要となり、信号処理系統における信号処理が煩雑なものとなる。特に、ＡＤ変換器は、高価であると共に機器毎に温度変化や変換精度にばらつきがあるため、個別のＡＤ変換器を使用した場合には、距離計測に誤差を生じる大きな要因となる。したがって、かかる構成を備えた測距装置であっても、高精度な距離計測を実現することは困難なものとなる。
【０００６】
本発明の課題は、トリガ信号と受光信号に基づいて測定対象物までの距離を高精度に計測することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために創案された本発明に係る測距方法は、トリガ信号を生成すると共に、該トリガ信号を起点として投光部からインパルス光を出射する出射工程と、前記投光部から出射され測定対象物で反射した前記インパルス光を受光部で受光して受光信号を生成する受光工程と、前記トリガ信号と前記受光信号を単一の時間軸に沿って連続する一の信号に合成してなる合成信号を生成する合成工程と、該合成信号における前記トリガ信号および前記受光信号の前記時間軸上での立ち上がり位置に基づいて前記測定対象物までの距離を演算する演算工程を含むことに特徴付けられる。
【０００８】
このような方法によれば、トリガ信号と受光信号が、単一の時間軸に沿って連続する一つの合成信号に合成されるため、かかる合成信号から演算処理により直接距離を求める場合であっても、信号のデジタル化を行うＡ／Ｄ変換器や、デジタル化された信号の信号処理回路等を一つにし、信号処理系統を単一化することができる。したがって、トリガ信号と受光信号を個別に演算処理した場合のように、信号処理系統の性能のばらつきによって演算距離に誤差が生じることがなく、高精度な距離計測を実現することが可能となる。
【０００９】
上記の方法において、前記トリガ信号の生成前に前記受光部から出力されるノイズ信号に基づいて、前記合成信号における前記トリガ信号および前記受光信号の立ち上がり位置を検出するための信号検出閾値を設定する閾値設定工程を更に含むことが好ましい。
【００１０】
このようにすれば、ノイズ信号に応じて信号検出閾値を適宜最適な値に調整することが可能となるため、ノイズ信号を、トリガ信号や受光信号として誤検出する割合を確実に低減することができる。さらに、トリガ信号の生成前では、パルス光が出射されることがないため、受光信号をノイズ信号の一部と誤って処理することを防ぐことができる。なお、信号処理系統の簡素化を図る観点からは、上記信号検出閾値を、合成信号におけるトリガ信号以前の信号強度に基づいて設定するようにすることが好ましい。
【００１１】
上記の方法において、前記演算工程において、前記合成信号を前記時間軸に関して微分してなる微分信号を生成するようにしてもよい。
【００１２】
このようにすれば、合成信号に含まれる低周波ノイズが減衰すると共に、信号の変化が急峻なものとなるため、微分信号に含まれるトリガ信号および受光信号の位置を精度よく検出することができる。
【００１３】
この場合、前記トリガ信号および前記受光信号の前記時間軸上での立ち上がり位置を、前記微分信号に含まれる双方の信号の前記時間軸上での重心位置によって求めるようにしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、演算処理が簡便となると共に、合成信号をデジタル化する際のサンプリング周期以上の測定分解能を得ることができる。また、合成信号におけるトリガ信号および受光信号の信号レベル（振幅）が変動するような場合であっても、時間軸上での各信号の立ち上がり位置に相当する微分信号の重心位置の変動は極めて小さいため、より一層高精度な距離演算を実現することができる。
【００１５】
また、この種の測距方法において、測定対象物までの距離が一定であったとしても、受光部で受光されるパルス光の受光量が変動した場合には演算距離に誤差が生じることが知られている。この誤差の影響を考慮する場合には、受光信号のピーク値に応じた距離補正値を予め計測し、測距時に得られた受光信号のピーク値に応じて演算距離の補正を行うことが考えられる。しかしながら、受光信号は、通常、アンプで増幅された信号であるため、アンプが飽和状態にある場合には、受光信号のピーク値は、受光光量が変動しても略一定の値を示す。したがって、アンプが飽和状態にある場合には、受光光量と、受光信号のピーク値に一定の相関関係が成立せず、演算距離を的確に補正することが困難となる。
【００１６】
そこで、上記事項を考慮する場合には、上記の方法において、前記演算工程で、前記合成信号における前記受光信号を前記時間軸に関して積分すると共に、得られた積分値に基づいて前記演算された距離を補正する補正工程を更に含むようにすることが好ましい。
【００１７】
アンプが飽和状態にある場合には、受光部で受光される受光量が変動した場合であっても、その受光信号の信号レベルは略一定であるが、受光信号の波形形状は受光量の変動に応じて所定の変化を示す。そのため、上記積分値は、受光光量のピーク値に対し、一定の相関関係となるため、受光信号の波形形状が変化すれば、その積分値もこれに伴って変化する。したがって、予め受光信号の積分値に対応した演算距離の補正値を求めておけば、実際の測距時に、アンプが飽和状態にある場合であっても、受光信号の積分値に基づいて得られた演算距離を的確に補正することができる。もとより、アンプが非飽和状態である場合であっても、積分値により演算距離を的確に補正することはできるので、受光部で受光されるインパルス光の受光量のダイナミックレンジが大きい場合に特に有利な補正方法となる。
【００１８】
上記の方法において、前記出射工程において、前記投光部から出射されるインパルス光を、周囲空間に走査するようにしてもよい。
【００１９】
このようにすれば、周囲空間に存在する任意の測定対象物までの距離を測定することが可能となる。また、光の走査領域内における測定対象物の有無、および測定対象物が存在する場合にはその測定対象物までの距離を検出できるため、例えば特定のエリア内の安全確認を行う方法等に応用することもできる。
【００２０】
上記の課題を解決するために創案された本発明に係る測距装置は、トリガ信号を生成する制御部と、前記トリガ信号を起点としてパルス光を出射する投光部と、前記投光部から出射されたパルス光の前記測定対象物からの反射光を受光して受光信号を発生する受光部と、前記トリガ信号および前記受光信号を単一の時間軸に沿って連続する信号に合成してなる合成信号を生成する合成部とを備え、前記合成信号における前記トリガ信号および前記受光信号の前記時間軸上での立ち上がり位置に基づいて前記測定対象物までの距離を演算するように構成したことに特徴付けられる。
【００２１】
このような構成によれば、既述の測距方法と同様の作用効果を得るための測距装置を体現することが可能となる。加えて、ＡＤ変換器や信号処理回路等の信号処理系統を単一化することが可能なことから回路構成が最小限に抑えられ、装置の小型化および低コスト化を同時に図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように本発明によれば、トリガ信号と受光信号を単一の時間軸上で一の信号に合成してなる合成信号に基づいて、測定対象物までの距離が演算されるため、信号処理系統を単一化し、高精度な距離測定を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の一実施形態に係る測距装置を図１〜図５に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る測距装置の概略構成を例示したブロック図である。同図に示すように、この測距装置１は、投光部２と、受光部３と、合成回路４と、ＡＤ変換器５と、制御部６と、距離演算部７とを主たる構成として備えている。
【００２５】
投光部２は、発光素子２１と、発光素子駆動回路２２とから構成されている。発光素子駆動回路２２は、制御部６から入力されるパルス信号であるトリガ信号Ｓ１を、発光素子２１を駆動するのに必要な電流信号に変換して発光素子２１に出力するようになっている。発光素子２１は、入力されるトリガ信号Ｓ１を、インパルス光Ｓ２に変換して、図示しない測定対象物に対して出射するようになっている。なお、発光素子２１としては、例えば半導体レーザ（ＬＤ）や、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が利用される。
【００２６】
受光部３は、受光素子３１と、受光回路３２とから構成されている。受光素子３１は、測定対象物で反射したインパルス光Ｓ３を受光して電気信号に変換すると共に、受光回路３２に出力するようになっている。受光回路３２は、受光素子３１から入力される電気信号を増幅して受光信号Ｓ４を合成回路４に出力するようになっている。なお、受光素子３１としては、例えばアバランシェフォトダイード（ＡＰＤ）等が利用される。
【００２７】
合成回路４は、制御部６から入力されるトリガ信号Ｓ１と、受光部３から入力される受光信号Ｓ４を、単一の時間軸に沿って連続する一の信号してなる合成信号Ｓ５を生成し、合成した合成信号Ｓ５をＡＤ変換器５に出力するようになっている。この実施形態では、合成回路４としてアナログ回路で構成された加算回路を採用しており、トリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４を、単一の時間軸に沿って順次加算することによって合成信号Ｓ５を生成するようになっている。
【００２８】
ＡＤ変換器５は、発振器８から供給されるサンプリング周波数ｆｓに基づいて、入力された合成信号Ｓ５をサンプリングしてデジタル信号Ｓ６に変換し、そのデジタル信号を制御部６（後述する第一のメモリ６２）に出力するようになっている。なお、この実施形態では、合成信号Ｓ５は、ＡＤ変換器５に波形整形することなく入力され、直接デジタル化されるようになっている。
【００２９】
制御部６は、図２に示すように、信号生成回路６１と、第一のメモリ６２と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）６３と、微分回路６４と、閾値設定回路６５と、受光量検出回路６６と、時間検出回路６７と、第二のメモリ６８とを備えている。
【００３０】
制御部６のうち、信号生成回路６１は、トリガ信号Ｓ１を生成すると共に、そのトリガ信号Ｓ１を発光素子駆動回路２２と合成回路４に出力するようになっている。さらに、信号生成回路６１は、トリガ信号Ｓ１の生成前に、ＡＤ変換器５に変換開始信号Ｓ７を出力し、ＡＤ変換器５によって信号のデジタル化を開始させるようにもなっている。これにより、ＡＤ変換器５によってデジタル化されるデジタル信号に、トリガ信号Ｓ１発生前に受光部３から出力される外乱光等によるノイズ信号ＮＳが含まれるようにしている（図４参照）。
【００３１】
第一のメモリ６２は、例えばＲＡＭにより構成され、ＡＤ変換器５から入力されるデジタル信号を、各アドレスに順次記憶すると共に、記憶したデジタル信号を低域通過フィルタ６３に出力するようになっている。この際、第一のメモリ６２のアドレスは、ＡＤ変換器５のサンプリング周波数ｆｓに対応して、１アドレス当たり１／ｆｓの時間に相当するため、合成回路４で合成された合成信号の時間軸は、第一のメモリ６２のアドレス上に再現されることとなる。
【００３２】
低域通過フィルタ６３は、第一のメモリ６２から入力されるデジタル信号に含まれる高周波ノイズを減衰すると共に、高周波ノイズを減衰したデジタル信号を、微分回路６４、閾値設定回路６５および受光量検出回路６６にそれぞれ出力するようになっている。なお、この実施形態では、低域通過フィルタ６３を通過したデジタル信号の信号波形の歪みを防止する観点から、低域通過フィルタ６３として、デジタルフィルタである移動平均フィルタを使用している。
【００３３】
微分回路６４は、低域通過フィルタ６３から入力されるデジタル信号を微分して微分信号を生成し、その微分信号を時間検出回路６７に出力するようになっている。
【００３４】
閾値設定回路６５は、低域通過フィルタ６３から入力されるデジタル信号のうち、このデジタル信号に含まれるトリガ信号Ｓ１生成前のノイズ信号ＮＳの信号レベルの最大値から最小値を減算し、その値に基づいてトリガ信号Ｓ１および受光信号Ｓ４を検出するための第一の閾値Ｌ１を決定するようになっている。これと共に、この実施形態では、閾値設定回路６５は、ノイズ信号ＮＳの信号レベルを平均した値に基づいて、デジタル信号全体のオフセット値に対応した第二の閾値Ｌ２を決定するようにもなっている。そして、閾値設定回路６５は、第一の閾値Ｌ１と第二の閾値Ｌ２を受光量検出回路６６に、第一の閾値Ｌ１を時間検出回路６７にそれぞれ出力するようになっている。
【００３５】
受光量検出回路６６は、閾値設定回路６５から入力される第一の閾値Ｌ１と第二の閾値Ｌ２に基づいて、低域通過フィルタ６３から入力されるデジタル信号のうち、受光信号Ｓ４に対応したデジタル信号を積分し、その積分値を第二のメモリ６８に出力するようになっている。このようにして、受光部３に受光されるインパルス光Ｓ３の受光量に相当する値を、受光信号Ｓ４の面積で定義するようになっている。
【００３６】
時間検出回路６７は、微分回路６４から入力される微分信号の中から、閾値設定回路６５により入力される第一の閾値Ｌ１に基づいて、トリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の立ち上がり位置を求め、双方の立ち上がり位置の差からトリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の発生タイミングの時間差Δｔを演算し、その時間差Δｔを第二のメモリ６８に出力するようになっている。ここで、信号の立ち上がりとは、信号が立ち上がり始める始点から、信号の頂点に至るまでの立ち上がり部分の全体を意味し、信号の立ち上がり位置は、この立ち上がり部分の特徴的な位置（例えば、前記した信号波形の始点や頂点など）により特定される。この実施形態では、時間検出回路６７は、重心演算により、トリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４との立ち上がり位置を、双方の信号の立ち上がりの重心位置で規定するようになっている。
【００３７】
第二のメモリ６８は、例えばＲＡＭにより構成され、時間検出回路６７により入力される時間差と、受光量検出回路６６により入力される積分値をそれぞれ記憶するようになっている。
【００３８】
距離演算部７は、図１および図２に示すように、制御部６の演算処理完了を受け、制御部６の第二のメモリ６８に記憶された演算結果を取り込み、トリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の発生タイミングの時間差Δｔに基づいて測定対象物までの距離演算するようになっている。さらに、距離演算部７は、受光信号の積分値に対応した演算距離の補正値が予め記憶されており、第二のメモリ６８から取り込んだ積分値に対応する距離補正値を選択し、得られた演算距離を補正し最終的な演算距離結果を外部インターフェースに出力するようになっている。
【００３９】
次に、上記のように構成された測距装置１の動作概要を説明する。
【００４０】
まず、制御部６の信号生成回路６１で生成された変換開始信号は、ＡＤ変換器５に出力され、ＡＤ変換器５による信号のデジタル化が開始する。その後、変換開始信号の生成から所定時間経過後、信号生成回路６１でトリガ信号Ｓ１が生成され、そのトリガ信号Ｓ１が発光素子駆動回路２２および合成回路４に出力される。発光素子駆動回路２２はトリガ信号Ｓ１を電流に変換して発光素子２１に出力し、このトリガ信号Ｓ１を起点として発光素子２１からインパルス光Ｓ２が測定対象物に対して出射される。一方、測定対象物で反射したインパルス光Ｓ３は、受光素子３１で受光されると共に受光信号Ｓ４に変換される。この受光信号Ｓ４は、受光回路３２で増幅され、合成回路４へ出力される。
【００４１】
合成回路４は、図３に示すように、トリガ信号Ｓ１と、受光信号Ｓ２とを単一の時間軸に沿って連続する一の信号に合成してなる合成信号Ｓ５を生成する。なお、図３において、Ｓ２は発光素子２１から出射されるパルス光を、Ｓ３は受光素子３１に受光されるインパルス光をそれぞれ示している。
【００４２】
合成回路４で生成された合成信号Ｓ５は、ＡＤ変換器５に入力され、発振器８からのサンプリング周波数に応じてサンプリングされ、デジタル信号に変換される。合成信号Ｓ５のＡＤ変換器５によるデジタル化は、トリガ信号Ｓ１よりも前に生成される変換開始信号を起点として開始されるので、合成信号をデジタル化したデジタル信号には、トリガ信号Ｓ１の生成前に、受光部３から出力される外乱光等によるノイズ信号ＮＳが含まれる。
【００４３】
制御部６は、ＡＤ変換器５から入力されるデジタル信号を全て第一のメモリ６２に記憶する。その後、記憶されたデジタル信号は、低域通過フィルタ（平均移動フィルタ）６３でデジタル信号に含まれる高周波ノイズが除去され、例えば、図４に示すようなデジタル信号を得る。同図において、横軸は、第一のメモリ６２から読み出されるデジタル信号のサンプル順序を示し、縦軸は、低域通過フィルタ６３で演算されたデジタル信号値を示す。この信号は、微分回路６４、閾値設定回路６５、および受光量検出回路６６にそれぞれ入力される。
【００４４】
微分回路６４は、入力されたデジタル信号を微分して微分信号を生成する。この微分回路６４に入出力されるデジタル信号を図５（ａ）、（ｂ）にそれぞれ概念的に示す。同図において、横軸は低域通過フィルタ６３で演算されるサンプル順序を示し、縦軸は、デジタル信号値を示している。具体的には、例えば、図５（ａ）に示すデジタル信号を、ｋ番目のデジタル信号値と、ｋ−１番目のデジタル信号値との差分値を演算することで、図５（ｂ）に示す微分信号を生成する。なお、この実施形態では、演算の便宜上、ｋ番目のデジタル信号値が、ｋ−１番目のデジタル信号値よりも小さい場合には、そのときの差分値を零にしている。このようにデジタル信号を微分（差分）すれば、デジタル信号に含まれる低周波ノイズが減衰すると共に、信号の変化が急峻なものとなるため、微分信号に含まれるトリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の検出精度の向上を図ることができる。
【００４５】
閾値設定回路６５は、入力されたデジタル信号のうち、図４に示すトリガ信号Ｓ１の生成前のノイズ信号ＮＳに基づいて、第一の閾値Ｌ１および第二の閾値Ｌ２を決定する。第二の閾値Ｌ２は、ノイズ信号ＮＳの信号レベルの平均値に基づいて決定される。他方、第一の閾値Ｌ１は、ノイズ信号ＮＳの信号レベルの最大値から最小値を減算し、その値に基づいて決定される。そして、閾値設定回路６５は、第一の閾値Ｌ１を時間検出回路６７に、第一の閾値Ｌ１と第二の閾値Ｌ２を受光量検出回路６６にそれぞれ入力する。このようにすれば、外乱光等に起因したノイズ量に応じて、トリガ信号Ｓ１や受光信号Ｓ４を検出するための各閾値Ｌ１を適宜最適な値に調整することが可能となり、ノイズ信号を、トリガ信号Ｓ１や受光信号Ｓ４として誤検出する割合を確実に低減することができる。さらに、トリガ信号Ｓ１の生成前では、パルス光Ｓ２が出射されることがないため、受光信号Ｓ４をノイズ信号ＮＳの一部と誤って処理することを防ぐことができる。
【００４６】
受光量検出回路６６は、図４に示すように、低域通過フィルタ６３から入力されるデジタル信号のうち、第一の閾値Ｌ１に第二の閾値Ｌ２を加算した値を、初めて越えた１つ前のデジタル信号値のサンプルから第二の閾値Ｌ２を初めて下回るデジタル信号値のサンプルまでを積分範囲Ｒ１として、デジタル信号を積分する。この際、演算される積分値からは、ノイズ信号ＮＳの信号レベルの平均値以下の領域に対応した積分値が減算される。なお、積分値からノイズ信号ＮＳの信号レベルの平均値以下の領域に対応した積分値を減算する替わりに、予め低域通過フィルタ６３から入力されるデジタル信号値のうち、積分範囲Ｒ１に対応するデジタル信号値からノイズ信号ＮＳの信号レベルの平均値を予め減算するようにしてもよい。このようにすれば、積分演算の簡素化を図ることができるため実用上好ましい。
【００４７】
時間検出回路６７は、微分回路６４から入力される微分信号の中から、第一の閾値Ｌ１に基づいてトリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４のそれぞれの立ち上がり位置に対応したサンプル位置を演算により求める。そして、演算された双方のサンプル位置の差に基づいてトリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の発生タイミングの時間差Δｔを演算し、その時間差Δｔを第二のメモリ６８に入力する。詳述すると、時間検出回路６７は、重心演算により、トリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の立ち上がり位置を、信号の立ち上がりの重心位置で求める。
【００４８】
具体的には、図５に示すように、微分信号のうち、第一の閾値Ｌ１を２回連続して越える箇所を検出し、２回目に第一の閾値を越えたアドレスの微分信号値Ｄｎを中心として、例えば前後１０点のサンプル位置（ｎ−１０〜ｎ＋１０）を重心演算範囲Ｒ２として重心演算を行い、トリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の立ち上がりの重心位置を、下記の式１によりそれぞれ求める。
【数１】
0004837413.tif 000002
【００４９】
そして、式（１）から求められたトリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の各重心位置Ｐの差ΔＰを求め、トリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の発生タイミングの時間差Δｔを下記の式２から演算する。なお、式中のｆｓは、サンプリング周波数を示している。
【数２】
0004837413.tif 000003
【００５０】
このように、重心位置でトリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４の立ち上がり位置を規定することで、信号の立ち上がり位置の演算処理が簡便となると共に、演算処理の分解能を、サンプリング周波数ｆｓ以上に上げることができる。また、合成信号におけるトリガ信号Ｓ１および受光信号Ｓ４の信号レベル（振幅）が変動するような場合であっても、時間軸上でのそれぞれの信号の立ち上がり位置に相当する微分された信号の重心位置の変動は極めて小さいため、高精度な距離演算を実現することができる。
【００５１】
制御部６は、上記の演算が全て終了すると、距離演算部７に演算終了を通知する。通知を受けた距離演算部７は、制御部６の第二のメモリ６８に記憶された演算結果を取り込んで、演算結果に含まれる時間差Δｔに基づいて測定対象物までの距離を演算する。具体的には、測定対象物までの距離をＬ、光速をＣとすると、測定対象物までの距離Ｌは、下記の式３により演算される。
【数３】
0004837413.tif 000004
【００５２】
また、距離演算部７は、受光信号Ｓ４の積分値に対応した演算距離の補正値が予め記憶されており、第二のメモリ６８から取り込んだ積分値に対応する距離補正値を選択し、得られた演算距離を補正する。このようにすれば、アンプ（受光回路３２）が飽和した場合であっても、受光部３に受光されるパルス光の受光量と受光信号の積分値との間に一定の相関があるため、式３により得られた演算距離を的確に補正することができる。したがって、受光部３で受光されるパルス光Ｓ３の受光量のダイナミックレンジが大きい場合に有利な補正方法となる。
【００５３】
以上のように、本実施形態の測距装置１によれば、トリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４が、単一の時間軸に沿って連続する一の合成信号Ｓ５に合成されるため、かかる合成信号Ｓ５から演算処理により直接距離を求める場合であっても、信号のデジタル化を行うＡ／Ｄ変換器や、デジタル信号を処理する信号処理回路等を一つにし、信号処理系統の単一化を図ることができる。したがって、トリガ信号Ｓ１と受光信号Ｓ４を個別に演算処理した場合のように、信号処理系統の性能のばらつきによって演算距離に誤差が生じることがなく、高精度な距離計測を実現することが可能となる。これと共に、回路構成の簡略化が可能であるため、装置の小型化やコストの削減を図ることが可能となり実用上極めて有利となる。
【００５４】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５５】
上記の実施形態では、トリガ信号と受光信号の立ち上がり位置を、信号の立ち上がりの重心位置により決定するものを説明したが、トリガ信号と受光信号の立ち上がり位置を、例えば、信号の立ち上がりを直線近似又は多項式近似して、その近似線と合成信号のオフセット線との交点の位置によって決定してもよい。
【００５６】
また、上記の実施形態では、投光部２から出射されるインパルス光Ｓ２を、測定対象物に対して直接照射する場合を説明したが、投光部２から出射されるインパルス光Ｓ２を回転ミラーによって周囲空間に走査すると共に、共通の回転ミラー又はこの回転ミラーに同期した別の回転ミラーによって測定対象物で反射したインパルス光Ｓ３を受光部３に入射させるようにしてもよい。この場合、投光部２におけるトリガ信号Ｓ１に対するインパルス光Ｓ２の時間遅延等の影響を考慮する場合には、走査領域の一部区間に、投光部２と受光部３を一定の光路長で光学的に連結する基準反射板を配置して、かかる基準反射板までの距離を演算し、この演算距離を上述の演算距離から減算することにより、温度により発生する投光部２および受光部３での光電変換の遅延時間の変動を補正するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】トリガ信号が生成されてから合成信号が生成されるまでの各部の信号状態を概念的に示す図である。
【図４】デジタル化された合成信号の信号波形の一例を示す図である。
【図５】（ａ）は、低域通過フィルタを通過した合成信号のうち、受光信号に対応した信号波形を概念的に示す図であって、（ｂ）は、その信号を微分した微分信号の信号波形を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１          測距装置
２          投光部
２１        発光素子
２２        発光素子駆動回路
３          受光部
３１        受光素子
３２        受光回路
４          合成回路
５          ＡＤ変換器
６          制御部
６１        信号生成回路
６２        第一のメモリ
６３        低域通過フィルタ
６４        微分回路
６５        閾値設定回路
６６        受光量検出回路
６７        時間検出回路
６８        第二のメモリ
７          距離演算部
８          発振器
Ｓ１        トリガ信号
Ｓ２、Ｓ３  インパルス光
Ｓ４        受光信号
Ｓ５        合成信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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