(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に向けてパルス状の光を送出する発光素子と、
前記発光素子に電圧を印加することにより前記発光素子を駆動する駆動部と、 前記光源部から送出された光を参照光として分岐する分岐部と、
前記測定対象物からの反射光と前記分岐手段によって分岐された参照光を受光する受光素子と、
前記受光素子に電圧を印加することにより前記受光素子を駆動する電圧印加部と、
前記受光素子が受光した光を電気パルス信号に変換する受光部と、
前記受光部により生成された電気パルス信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部により増幅された電気パルス信号の中から前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号を検出する検出部と、
前記検出部における反射光及び参照光に対応する電気パルス信号の検出タイミング差から前記測定対象物までの距離を算出する演算部と、
前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号の振幅レベルが前記検出部において検出されるために必要な最小振幅レベルとなるように、前記駆動部の印加電圧、前記電圧印加部の印加電圧、及び前記増幅部の増幅率のうちの少なくとも一つ以上を調整するレベル調整部と、
前記電圧印加部による、前記参照光計測時の印加電圧及び前記反射光計測時の印加電圧と、距離補正値との対応関係を示すテーブルと、
を有し、
前記演算部は、前記参照光計測時の印加電圧、及び前記反射光計測時の印加電圧を測定し、前記テーブルを参照して距離補正値を求め、該距離補正値に基づいて前記測定対象物までの距離を補正すること
を特徴とする距離計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の距離計測装置であって、
前記レベル調整部は、前記増幅部の増幅率を初期値とは異なる値に設定することにより、前記電圧印加部の印加電圧の調整範囲内において、前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号の振幅レベルが前記検出部において検出されるために必要な最小振幅レベルになるように調整することを特徴とする距離計測装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の距離計測装置であって、
前記レベル調整部は、前記駆動部の印加電圧を初期値から変化させることにより、前記電圧印加部の印加電圧の調整範囲内において、前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号の振幅レベルが前記検出部において検出されるために必要な最小振幅レベルになるように調整することを特徴とする距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に向けて光を投光し、測定対象物からの反射光を受光することにより、測定対象物までの距離を計測する距離計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、測定対象物からの反射光の光量は測定対象物までの距離、及び測定対象物の表面状態，材質，反射光量に応じて変化する。このような背景から、従来の距離計測装置は、発光部や受光部に光量調整部材を配置したり、発光部の発光光量を制御したりすることにより、測定対象物までの距離，測定対象物の表面状態，材質，反射光量等が変化しても反射光の光量が一定になるような制御を行っている（特許文献１参照）。しかしながら、受光部により受光される電気パルス信号の中には測定対象物以外からの光等の外乱によって反射光や参照光に対応する電気パルス信号以外に多くのノイズ信号が含まれるために、従来の距離計測装置によれば計測誤差が増大することがあった。このため、受光部のスレッシュレベルの大きさを調整することにより、ノイズ信号が含まれる状況においても正確な距離測定を行うことを可能にする距離計測装置が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−２９７１４０号公報
【特許文献２】特開２０００−３５６６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、測定対象物からの反射光の飛行時間により測定対象物までの距離を計測する方法では、スレッシュレベルを適用する電気パルス信号の波形に依存するので、上述の距離計測装置のようにスレッシュレベルの大きさを調整するだけでは反射光や参照光に対応するそれぞれの電気パルス信号の検出時刻の正確性が低下し、結果として、測定対象物までの距離を正確に計測することはできない。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、反射光や参照光に対応する電気パルス信号を正確に検出可能な光の飛行時間により距離を計測する距離計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る距離計測装置は、反射光及び参照光に対応する電気パルス信号の振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベルになるように、駆動部の印加電圧、電圧印加部の印加電圧、及び増幅部の増幅率を調整する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る距離計測装置によれば、反射光及び参照光それぞれに対応する電気パルス信号の振幅レベルが最適化され、略同形状になるので、反射光や参照光に対応する電気パルス信号を正確に検出し、測定対象物までの距離を正確に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる距離計測装置の構成と動作について詳しく説明する。
【０００８】
〔距離計測装置の構成〕
本発明の実施形態となる距離計測装置１は、図１に示すように、測定対象物に向けて光を投光する光源部２と、測定対象物からの反射光と光源部２から送出された参照光を検出する受光部３と、受光部３における反射光及び参照光の検出タイミング差に基づいて測定対象物までの距離を算出，表示する演算部４とを主な構成要素として備える。
【０００９】
上記光源部２は、投光レンズ５を介して測定対象物に向けてパルス幅１０［ｎｓ］程度のパルス状の光を投光するレーザダイオード（ＬＤ）６と、演算部４から出力されるＬＤ駆動信号に従ってＬＤ６に電圧を印加することによりＬＤ６を駆動するＬＤ駆動回路７と、ＬＤ６が送出した光を参照光として受光部３側に分岐する光ファイバ８と、装置外部から到達した光を集光する受光レンズ９とを備える。
【００１０】
上記受光部３は、受光レンズ９により集光された光と光ファイバ８から出力された参照光を受光するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）１０と、ＤＡＣ２０から出力される高圧制御信号に従ってＡＰＤ１０に電圧を印加することによりＡＰＤ１０を駆動する高圧電源１１と、ＡＰＤ１０が受光した光パルス信号（受光信号）を電気パルス信号（以下、受信パルスと表記）に光電変換するトランスインピーダンスアンプ１２と、ＣＰＵ１９から出力されるゲイン制御信号に従ってトランスピンピーダンスアンプ１２から出力される受信パルスの振幅レベルを調整する可変ゲインアンプ１３と、ＤＡＣ２０から出力されるスレッシュレベル制御信号に従って可変ゲインアンプ１３から出力される受信パルスの振幅レベルとスレッシュレベルとを比較することにより反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出するコンパレータ１４，レベルコンバータ１５，及びフリップフロップ１６とを備える。
【００１１】
上記演算部４は、フリップフロップ１６から出力された反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミング差を算出してＣＰＵ１９に出力すると共に、ＣＰＵ１９により生成されるＬＤ駆動信号に従ってＬＤ駆動回路７を制御するＣＰＬＤ１７と、ＬＤ駆動回路７の印加電圧，高圧電源１１の印加電圧，可変ゲインアンプ１３の増幅率，及びフリップフロップ１６のスレッシュレベルを制御する受光信号レベル調整部１８とを備え、受光信号レベル調整部１８は、ＣＰＬＤ１７から出力される反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミング差に基づいて測定対象物までの距離を算出，表示すると共に、ＬＤ駆動回路７の印加電圧を制御するＬＤ駆動信号，高圧電源１１の印加電圧を制御する高圧制御信号，可変ゲインアンプ１３の増幅率を制御するゲイン制御信号，及びフリップフロップ１６のスレッシュレベルを制御するスレッシュレベル制御信号を生成するＣＰＵ１９と、ＣＰＵ１９により生成された高圧制御信号とスレッシュレベル制御信号に従って高圧電源１１とフリップフロップ１６を制御するＤＡＣ２０とを備える。
【００１２】
なお、本実施形態では、高圧制御信号は、０〜２５５の設定値を有し、設定値が０の場合、高圧電源１１の印加電圧は調整範囲内において最大値となり、設定値が２５５の場合には、高圧電源１１の印加電圧は調整範囲内において最小値となる。また、スレッシュレベルの設定値は、０〜３．３［Ｖ］の範囲を有し、０〜２５５までの２５６分割され、設定値が小さい程、スレッシュレベルが高くなる。また、可変ゲインアンプ１３の増幅率は、４倍，８倍，５０倍の設定値を有し、初期値は８倍に設定される。
【００１３】
〔距離計測処理の流れ〕
上記のような構成を有する距離計測装置１は、以下に示す距離計測処理を実行することにより、反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出し、測定対象物までの距離を計測する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、この距離計測処理を実行する際の距離計測装置１の動作について説明する。
【００１４】
図２に示すフローチャートは、距離計測装置１の距離計測開始とするトリガ信号に応じて開始となり、距離計測処理はステップＳ１の処理に進む。
【００１５】
ステップＳ１の処理では、ＣＰＵ１９が、制御信号の初期設定処理として、高圧電源１１の印加電圧を調整範囲内において最小とする高圧制御信号（設定値２５５（０ｘＦＦ））と可変ゲインアンプ１３の増幅率を８倍にするゲイン制御信号を生成，出力する。なお、高圧電源１１の印加電圧を調整範囲内において最小とすることによって、ＡＰＤ１０の許容範囲以上の電圧が印加されることや、調整前に最大電圧が設定されることによってＡＰＤ１０が破壊されることを防止できる。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、距離計測処理はステップＳ２の処理に進む。
【００１６】
ステップＳ２の処理では、ＣＰＵ１９が、反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出していない状態（ＬＤ６の消灯状態）でも受信パルスを検出可能な電圧にＡＰＤ１０への印加電圧を制御するようにＤＡＣ２０を介して高圧電源１１に高圧制御信号を出力する。なお、この高電圧調整処理の詳細については図３に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、距離計測処理はステップＳ３の処理に進む。
【００１７】
ステップＳ３の処理では、ＣＰＵ１９が、上記高電圧調整処理において設定されたＡＰＤ１０への印加電圧を基準として反射光又は参照光に対応する受信パルスを検出できない電圧までＡＰＤ１０への印加電圧を調整する（光量調整処理）。なお、この光量調整処理の詳細について図４に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、距離計測処理はステップＳ４の処理に進む。
【００１８】
ステップＳ４の処理では、ＣＰＬＤ１９が、反射光又は参照光に対応する受信パルスが検出されたか否かを判別する。そして、判別の結果、受信パルスが検出されていない場合、ＣＰＵ１９は、ステップＳ５の処理として可変ゲインアンプ１３の増幅率を調整するゲイン調整処理を実行した後、距離計測処理をステップＳ６の処理に進める。なお、このゲイン調整処理の詳細については図５に示すフローチャートを参照して後述する。一方、受信パルスが検出された場合には、ＣＰＵ１９は距離計測処理をステップＳ４の処理からステップＳ６の処理に進める。
【００１９】
ステップＳ６の処理では、ＣＰＵ１９が、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になっているか否かを判別する。そして、判別の結果、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になっていない場合、ＣＰＵ１９は距離計測処理をステップＳ２の処理に戻す。一方、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になっている場合には、ＣＰＵ１９は距離計測処理をステップＳ７の処理に進める。
【００２０】
ステップＳ７の処理では、ＣＰＵ１９が、これまでのスレッシュレベルよりも低い値にスレッシュレベルを設定して受信パルスを検出し、反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミング差に従って測定対象物までの距離を計測，表示する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、一連の距離計測処理は終了する。
【００２１】
〔高電圧調整処理〕
次に、図３に示すフローチャートを参照して、上記ステップＳ２の高電圧調整処理を実行する際の距離計測装置１の動作について説明する。
【００２２】
図３に示すフローチャートは、上記ステップＳ１の処理が完了する、又は、上記ステップＳ６の処理において、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になっていないと判別されるのに応じて開始となり、高電圧調整処理はステップＳ１１の処理に進む。なお、この高電圧調整処理は反射光及び参照光に対応する受信パルスそれぞれに対して行われるものとする。
【００２３】
ステップＳ１１の処理では、ＣＰＵ１９が、受信パルスが検出できないように、フリップフロップ１６のスレッシュレベルを最大値（０．０［Ｖ］）に設定するスレッシュレベル制御信号を生成し、生成したスレッシュレベル制御信号をＤＡＣ２０を介してフリップフロップ１６に出力する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、高電圧調整処理はステップＳ１２の処理に進む。
【００２４】
ステップＳ１２の処理では、ＣＰＵ１９が、高圧電源１１に出力する高圧制御信号の設定値を１減らすことにより、高圧電源１１の印加電圧を増加させる。なお、ＣＰＵ１９は、高電圧調整処理が１回目であれば高圧制御信号の設定値を３減らし、２回目であれば高圧制御信号の設定値を１減らす等、高電圧調整処理が１回目であるか否かに応じて高圧制御信号の設定値の調整量を変化させてもよい。このような処理によれば、調整時間を短縮することができると共に、微調整を行うことにより調整精度を向上させることができる。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、高電圧調整処理はステップＳ１３の処理に進む。
【００２５】
ステップＳ１３の処理では、ＣＰＵ１９が、高圧制御信号の設定値が０である、換言すれば、高圧電源１１の印加電圧が調整範囲内における最大値であるか否かを判別する。そして、判別の結果、高圧制御信号の設定値が０である場合、ＣＰＵ１９は、高圧電源１１の印加電圧を調整範囲内において調整できないと判断して、ステップＳ１４の処理として高圧制御信号の設定値を任意の値（例えば２５５）に確定した後、一連の高電圧調整処理を終了する。このような処理によれば、高圧電源１１の印加電圧を調整できなかった場合であっても反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルを距離計測が行える可能性が高い振幅レベルにすることができると共に、高圧電源１１の印加電圧を受信パルスを検出できない電圧に調整する際における初期電圧を最適化することができる。一方、高圧制御信号の設定値が０でない場合には、ＣＰＵ１９は高電圧調整処理をステップＳ１５の処理に進める。
【００２６】
ステップＳ１５の処理では、ＣＰＵ１９が、フリップフロップ１６のスレッシュレベルが１．５［Ｖ］になるように、換言すれば、フリップフロップ１６のスレッシュレベルを低下させ、受信パルスを検出可能なスレッシュレベル制御信号を生成し、生成したスレッシュレベル制御信号をＤＡＣ２０を介してフリップフロップ１６に出力する。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、高電圧調整処理はステップＳ１６の処理に進む。
【００２７】
ステップＳ１６の処理では、ＣＰＬＤ１７が、受信パルスが検出されたか否かを判別する。そして、判別の結果、受信パルスが検出されない場合、ＣＰＬＤ１７は高電圧調整処理をステップ１１の処理に戻す。一方、受信パルスが検出された場合には、ＣＰＬＤ１７は高電圧調整処理をステップＳ１７の処理に進める。
【００２８】
ステップＳ１７の処理では、ＣＰＵ１９が、受信パルスの検出を１回確認済みであるか否かを判別する。そして、判別の結果、１回確認済みである場合、ＣＰＵ１９は一連の高電圧調整処理を終了する。一方、１回確認済みでない場合には、ＣＰＵ１９は高電圧調整処理をステップＳ１８の処理に進める。
【００２９】
ステップＳ１８の処理では、ＣＰＵ１９が、プログラムカウンタの値を１増数する等して受信パルスの検出を１回確認済みであることを設定する。このように確認処理を複数回実行することにより、ノイズ光による受信パルスの誤検出を防ぎ、正確な電圧調整を行うことができる。これにより、ステップＳ１８の処理は完了し、高電圧調整処理はステップＳ１９の処理に進む。
【００３０】
ステップＳ１９の処理では、ＣＰＵ１９が、高圧制御信号の設定値の変動量が３以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、高圧制御信号の設定値の変動量が３以上である場合、ＣＰＵ１９は高電圧調整処理をステップＳ２１の処理に進める。一方、高圧制御信号の設定値の変動量が３以上でない場合には、ＣＰＵ１９は高電圧調整処理をステップＳ２０の処理に進める。
【００３１】
ステップＳ２０の処理では、ＣＰＵ１９は、現在の設定値より設定値を１増数した高圧制御信号を生成し、生成した高圧制御信号をＤＡＣ２０を介して高圧電源１１に出力する。これにより、ステップＳ２０の処理は完了し、高電圧調整処理はステップＳ１１の処理に戻る。
【００３２】
ステップＳ２１の処理では、ＣＰＵ１９は、現在の設定値より設定値を３増数した高圧制御信号を生成し、生成した高圧制御信号をＤＡＣ２０を介して高圧電源１１に出力する。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、高電圧調整処理はステップＳ１１の処理に戻る。
【００３３】
〔光量調整処理〕
次に、図４に示すフローチャートを参照して、上記ステップＳ３の光量調整処理を実行する際の距離計測装置１の動作について説明する。
【００３４】
図４に示すフローチャートは、上記ステップＳ２の処理が完了するのに応じて開始となり、光量調整処理はステップＳ３１の処理に進む。なお、この高電圧調整処理は反射光及び参照光に対応する受信パルスそれぞれに対して行われるものとする。
【００３５】
ステップＳ３１の処理では、ＣＰＵ１９が、反射波及び参照光のどちらの受信パルスに対する光量調整であるかを設定する。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、光量調整処理はステップＳ３２の処理に進む。
【００３６】
ステップＳ３２の処理では、ＣＰＵ１９が、フリップフロップ１６のスレッシュレベルを１．２［Ｖ］にし、受信パルスを検出可能なスレッシュレベル制御信号を生成し、生成したスレッシュレベル制御信号をＤＡＣ２０を介してフリップフロップ１６に出力する。なお、ＣＰＵ１９は、可変ゲインアンプ１３の増幅率が５０倍である場合はスレッシュレベルを１．０［Ｖ］、５０倍でない場合にはスレッシュレベルを１．２［Ｖ］といったように、可変ゲインアンプ１３の増幅率に応じてスレッシュレベルの値を調整するようにしてもよい。このような処理によれば、ノイズ信号の影響を低減させ、ＳＮ比を向上させることができる。これにより、ステップＳ３２の処理は完了し、光量調整処理はステップＳ３３の処理に進む。
【００３７】
ステップＳ３３の処理では、ＣＰＵ１９が、ＣＰＬＤ１７を介してＬＤ駆動回路７にＬＤ駆動信号を出力することにより測定対象物に向けて光を投光するようにＬＤ６を制御する。これにより、ステップＳ３３の処理は完了し、光量調整処理はステップＳ３４の処理に進む。
【００３８】
ステップＳ３４の処理では、ＣＰＵ１９が、受信パルスが検出されたか否かを判別する。そして、判別の結果、受信パルスが検出されていない場合、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップ３８の処理に進める。一方、受信パルスが検出された場合には、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ３５の処理に進める。
【００３９】
ステップＳ３５の処理では、ＣＰＵ１９が、高圧制御信号の設定値が２５５以下、換言すれば、高圧電源１１の印加電圧が調整範囲内における最小値であるか否かを判別する。そして、判別の結果、高圧制御信号の設定値が２５５以下である場合、ＣＰＵ１９は、ステップＳ３６の処理として高圧制御信号の設定値を１増数することによりＡＰＤ１０への印加電圧を減少させた後、光量調整処理をステップＳ３３の処理に戻す。一方、高圧制御信号の設定値が２５５である場合には、ＣＰＵ１９は、光量過多状態であると判断し、ステップＳ３７の処理としてエラー設定（エラー設定２）した後に光量調整処理をステップＳ５０の処理に進める。なお、上記ステップＳ３６の処理において、ＣＰＵ１９は、光量調整処理が１回目であれば高圧制御信号の設定値を３減少させ、２回目であれば高圧制御信号の設定値を１減少させる等、光量調整処理が１回目であるか否かに応じて高圧制御信号の設定値の調整量を変化させるようにしてもよい。このような処理によれば、調整時間を短縮することができると共に、微調整を行うことにより調整精度を向上させることができる。
【００４０】
ステップＳ３８の処理では、ＣＰＵ１９が、高圧制御信号の設定値が高電圧調整処理終了後の設定値と同じであるか否かを判別する。そして、判別の結果、設定値が同じである場合、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ４４の処理に進める。一方、設定値が同じでない場合には、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ３９の処理に進める。なお、設定値が同じであり、調整が１回目である場合は光量過少であることが考えられるので、ＣＰＵ１９は、光量調整処理をステップＳ４５の処理に進め、後述するステップＳ４４，Ｓ４６〜４８の処理を省略するようにしても良い。
【００４１】
ステップＳ３９の処理では、ＣＰＵ１９が、受信パルスの検出を１回確認済みであるか否かを判別する。そして、判別の結果、１回確認済みである場合、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ４９の処理に進める。一方、１回確認済みでない場合には、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ４０の処理に進める。
【００４２】
ステップＳ４０の処理では、ＣＰＵ１９が、プログラムカウンタの値を１増数することにより１回目確認済みであることを設定する。このように確認処理を複数回実行することにより、ノイズ光による反射光及び参照光に対応する受信パルスの誤検出を防ぎ、正確な電圧調整を行うことができる。これにより、ステップＳ４０の処理は完了し、光量調整処理はステップＳ４１の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ４１の処理では、ＣＰＵ１９が、高圧制御信号の設定値の変動量が３以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、高圧制御信号の設定値の変動量が３以上である場合、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ４３の処理に進める。一方、高圧制御信号の設定値の変動量が３以上でない場合には、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ４２の処理に進める。
【００４４】
ステップＳ４２の処理では、ＣＰＵ１９が、現在の設定値より設定値を１減らした高圧制御信号を生成し、生成した高圧制御信号をＤＡＣ２０を介して高圧電源１１に出力する。これにより、ステップＳ４２の処理は完了し、光量調整処理はステップＳ３３の処理に戻る。
【００４５】
ステップＳ４３の処理では、ＣＰＵ１９が、現在の設定値より設定値を３減らした高圧制御信号を生成し、生成した高圧制御信号をＤＡＣ２０を介して高圧電源１１に出力する。これにより、ステップＳ４３の処理は完了し、光量調整処理はステップＳ３３の処理に戻る。
【００４６】
ステップＳ４４の処理では、ＣＰＵ１９が、１回目の光量調整処理であるか否かを判別する。そして、判別の結果、１回目の光量調整処理である場合、ＣＰＵ１９は、光量過小状態にあると判断し、ステップＳ４５の処理としてエラー設定（エラー設定１）をした後に光量調整処理をステップＳ５０の処理に進める。一方、１回目の光量調整処理でない場合には、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ４６の処理に進める。
【００４７】
ステップＳ４６の処理では、ＣＰＵ１９が、フリップフロップ１６のスレッシュレベルを１．３［Ｖ］にする、換言すれば、ステップＳ３２の処理によりもスレッシュレベルを低くするスレッシュレベル制御信号を生成し、生成したスレッシュレベル制御信号をＤＡＣ２０を介してフリップフロップ１６に出力する。このような処理によれば、ノイズ，外乱光の影響によって反射光及び参照光に対応する受信パルスが本来検出されるべきであるのに検出されないことが発生することを防止し、高圧電源１１の印加電圧を正確に調整することができる。これにより、ステップＳ４６の処理は完了し、光量調整処理はステップＳ４７の処理に進む。
【００４８】
ステップＳ４７の処理では、ＣＰＵ１９が、ＣＰＬＤ１７を介してＬＤ駆動回路７にＬＤ駆動信号を出力することにより測定対象物に向けて光を投光するようにＬＤ６を制御する。これにより、ステップＳ４７の処理は完了し、光量調整処理はステップＳ４８の処理に進む。
【００４９】
ステップＳ４８の処理では、ＣＰＵ１９が、受信パルスが検出されたか否かを判別する。そして、判別の結果、受信パルスが検出されていない場合、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップ４５の処理に進める。一方、受信パルスが検出された場合には、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ４９の処理に進める。
【００５０】
ステップＳ４９の処理では、ＣＰＵ１９が、測定対象物までの距離を測定する際の高圧電源１１の印加電圧を現在の設定値に確定する。これにより、ステップＳ４９の処理は完了し、光量調整処理はステップＳ５０の処理に進む。
【００５１】
ステップＳ５０の処理では、ＣＰＵ１９が、測定対象物までの距離を測定する際の高圧電源１１の印加電圧の設定が完了したか否かを判別する。そして、判別の結果、設定が完了していない場合、ＣＰＵ１９は光量調整処理をステップＳ３１の処理に戻す。一方、設定が完了した場合には、ＣＰＵ１９は一連の光量調整処理を終了する。
【００５２】
〔ゲイン調整処理〕
次に、図５に示すフローチャートを参照して、上記ステップＳ５のゲイン調整処理を実行する際の距離計測装置１の動作について説明する。
【００５３】
図５に示すフローチャートは、上記ステップＳ４の処理において反射光又は参照光に対応する受信パルスが検出されていないと判別されるのに応じて開始となり、ゲイン調整処理はステップＳ６１の処理に進む。なお、このゲイン調整処理は反射光及び参照光に対応する受信パルスそれぞれに対して行われるものとする。
【００５４】
ステップＳ６１の処理では、ＣＰＵ１９が、可変ゲインアンプ１３の増幅率の設定値が５０倍又は４倍であるか否かを判別する。そして、判別の結果、５０倍又は４倍である場合、ＣＰＵ１９はゲイン調整処理を終了する。一方、５０倍又は４倍でない場合には、ＣＰＵ１９はゲイン調整処理をステップＳ６２の処理に進める。
【００５５】
ステップＳ６２の処理では、ＣＰＵ１９が、光量調整処理においてエラー設定１）がなされているか否かを判別する。そして、判別の結果、エラー設定１がなされている場合、ＣＰＵ１９は、高電圧調整処理において設定した高圧制御信号で常に受信パルスを検出できない光量過小状態にあると判断し、ゲイン調整処理をステップＳ６４の処理に進める。一方、エラー設定１がなされていない場合には、ＣＰＵ１９は、高電圧調整処理で設定した高圧制御信号の設定値を調整しても受信パルスを検出できない電圧がない光量過多状態にあると判断し、ゲイン調整処理をステップＳ６３の処理に進める。
【００５６】
ステップＳ６３の処理では、ＣＰＵ１９が、可変ゲインアンプ１３の増幅率の設定値を４倍に制御する。これにより、ステップＳ６３の処理は完了し、一連のゲイン調整処理は完了する。
【００５７】
ステップＳ６４の処理では、ＣＰＵ１９が、ＬＤ駆動回路７の印加電圧を増加済みであるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＬＤ駆動回路７の印加電圧を増加済みである場合、ＣＰＵ１９は、ステップＳ６５の処理として可変ゲインアンプ１３の増幅率を５０倍に設定した後、一連のゲイン調整処理を終了する。一方、ＬＤ駆動回路７の印加電圧を増加済みでない場合には、ＣＰＵ１９は、ステップＳ６６の処理として、図６に示すように可変ゲインアンプ１３の増幅率を５０倍にせずに昇圧電源２１によってＬＤ６の駆動電圧を増加させた後、一連のゲイン調整処理を終了する。
【００５８】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる距離計測装置１によれば、受光信号レベル調整部１８が、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが受光部３において検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように、ＬＤ駆動回路７の印加電圧、高圧電源１１の印加電圧、及び可変ゲインアンプ１３の増幅率のうちの少なくとも１つ以上を調整する。そして、このような構成によれば、反射光及び参照光それぞれに対応する電気パルス信号の振幅レベル，波形が最適化され、略同形状になるので、反射光や参照光に対応する電気パルス信号を正確に検出し、測定対象物までの距離を正確に計測することができる。
【００５９】
また、本発明の実施形態となる距離計測装置１によれば、受光信号レベル調整部１８が、反射光及び参照光に対応する受信パルスが検出されていない状態であっても受信パルスを検出可能な電圧レベルに高圧電源１１の印加電圧を調整した後、その電圧レベルを基準として反射光又は参照光に対応する受信パルスを検出できない電圧レベルに高圧電源１１の印加電圧を調整するので、最小の部品点数で受信パルスの振幅レベルをＡＰＤ１０の素子特性や計測時周囲状態に対応した最適な値に設定することができる。
【００６０】
また、本発明の実施形態となる距離計測装置１によれば、受光信号レベル調整部１８が、可変ゲインアンプ１３の増幅率を初期値とは異なる値に設定することにより、高圧電源１１の印加電圧の調整範囲内において、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが受光部３において検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように調整するので、印加電圧の調整不良に伴う計測精度不良を改善することができる。
【００６１】
また、本発明の実施形態となる距離計測装置１によれば、受光信号レベル調整部１８が、ＬＤ駆動回路７の印加電圧を初期値から変化させることにより、高圧電源１１の印加電圧の調整範囲内において、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが受光部３において検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように調整するので、ＡＰＤ１０や可変ゲインアンプ１３の影響を強く受けることなく、受信パルスの波形を最適化することができる。
【００６２】
また、本発明の実施形態となる距離計測装置１によれば、受光信号レベル調整部１８が、反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出に利用するスレッシュレベルを調整することにより、反射光又は参照光に対応する受信パルスが検出できない電圧レベルに高圧電源１１の印加電圧を調整するので、反射光及び参照光それぞれに対応する電気パルス信号の振幅レベルをより最適化し、測定対象物までの距離をより正確に計測することができる。
【００６３】
なお、一般に、受光素子の応答速度ｔｒ（以下の数式１参照）は印加電圧に応じて変化するために、印加電圧に応じて反射光及び参照光の受光タイミングにずれ（位相ずれ）が生じる。また、受光素子への印加電圧が１１０［Ｖ］以上である場合には、一般的に端子間容量が安定するためにこの位相ずれは発生しない。従って、上述の高電圧調整処理においてＡＰＤ１０への印加電圧を変化させた場合には、図７に示すように反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミングに差が発生してしまう。一方、上述のゲイン調整処理において可変ゲインアンプ１３の増幅率を例えば図８に示すように調整した場合には、増幅率に応じて遅延時間に差が生じ、図９に示すように光の投光から受信パルスの検出までの時間に時間差が生じてしまう。そこで、上記距離計測処理において後述する補正処理を実行することにより、反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミングを補正することが望ましい。
【数１】
0004844134.tif 000002
【００６４】
以下、図１０に示すフローチャートを参照してこの補正処理を実行する際の距離計測装置１の動作について説明する。
【００６５】
図１０に示すフローチャートは、上記ステップＳ７の処理が完了するのに応じて開始となり、補正処理はステップＳ７１の処理に進む。
【００６６】
ステップＳ７１の処理では、ＣＰＵ１９が、反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出した際のＡＰＤ１０への印加電圧を読み出す。これにより、ステップＳ７１の処理は完了し、補正処理はステップＳ７２の処理に進む。
【００６７】
ステップＳ７２の処理では、ＣＰＵ１９が、図１１に示すような反射光及び参照光に対応する受信パルスを受光した際のＡＰＤ１０への印加電圧と計測距離の補正値の関係を示すテーブルから、ステップＳ７１の処理において読み出された印加電圧値に対応する計測距離の補正値を読み出す。なお、図１１に示すテーブルは、反射波及び参照波に対応する受信パルスを検出する際のＡＰＤ１０への印加電圧差が最大３０［Ｖ］ある場合には、３．４度分の位相ずれ量に相当する変動時間０．０３１［ｎＳ］が発生し、最大４．７［ｍｍ］相当の測定距離誤差が発生することが考えられることに基づいて作成されている。これにより、ステップＳ７２の処理は完了し、補正処理はステップＳ７３の処理に進む。
【００６８】
ステップＳ７３の処理では、ＣＰＵ１９が、反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出した際の可変ゲインアンプ１３の増幅率を読み出す。これにより、ステップＳ７３の処理は完了し、補正処理はステップＳ７４の処理に進む。
【００６９】
ステップＳ７４の処理では、ＣＰＵ１９が、図１２に示すような反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出した際の可変ゲインアンプ１３の増幅率（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは図８に示すテーブルのＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応）と計測距離の補正値の関係を示すテーブルから、ステップＳ７４の処理において読み出された増幅率に対応する計測距離の補正値を読み出す。なお、図１２に示すテーブルは、可変ゲインアンプ１３の増幅率が８倍である時と増幅率が５０倍であると時とでは、２［ｍｍ］程度の測定距離誤差に相当する遅延時間時間差１３［ｐＳ］が発生することが考えられることに基づいて作成されている。これにより、ステップＳ７４の処理は完了し、補正処理はステップＳ７５の処理に進む。
【００７０】
ステップＳ７５の処理では、ＣＰＵ１９が、ステップＳ７２，Ｓ７４の処理により読み出された補正値を利用してステップＳ７の処理により算出された測定対象物までの距離を補正する。これにより、ステップＳ７５の処理は完了し、一連の補正処理は終了する。
【００７１】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態となる距離計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態となる距離計測処理の流れを示すフローチャート図である。
【図３】図２に示す高電圧調整処理の流れを示すフローチャート図である。
【図４】図２に示す光量調整処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】図２に示すゲイン調整処理の流れを示すフローチャート図である。
【図６】図１に示すＬＤ駆動回路の内部構成を示す図である。
【図７】受光素子への印加電圧の変化に伴う反射光及び参照光の受信パルスの検出タイミングの変化を説明するための図である。
【図８】可変ゲインアンプの増幅率の設定例を示す図である。
【図９】可変ゲインアンプの増幅率の変化に伴う光の投光から受信パルスの検出までの時間の変化を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態となる補正処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１１】反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出した際のＡＰＤへの印加電圧と計測距離の補正値の関係を示す。
【図１２】反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出した際の可変ゲインアンプの増幅率と計測距離の補正値の関係を示す。
【符号の説明】
【００７３】
１：距離計測装置
２：光源部
３：受光部
４：演算部
５：投光レンズ
６：レーザダイオード（ＬＤ）
７：ＬＤ駆動回路
８：光ファイバ
９：受光レンズ
１０：アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）
１１：高圧電源
１２：トランスインピーダンスアンプ
１３：可変ゲインアンプ
１４：コンパレータ
１５：レベルコンバータ
１６：フリップフロップ
１７：ＣＰＬＤ１７
１８：受光信号レベル調整部
１９：ＣＰＵ
２０：ＤＡＣ
【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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【図６】
0004844134.tif 000008
【図７】
0004844134.tif 000009
【図８】
0004844134.tif 000010
【図９】
0004844134.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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