(57)【要約】【課題】対象物までの距離を高い精度で測定することが可能であるとともに低コスト化が実現された距離測定装置およびそれを備えた輸送機器を提供する。【解決手段】距離測定装置から対象物に光が発射される。受光部により発射光および対象物からの反射光が受光され、発射光パルスＰｅおよび反射光パルスＰｒを含む受光信号ＲＥが出力される。受光信号ＲＥに基づいて発射光の受光時点および反射光の受光時点が検出される。発射光の受光時点から反射光の受光時点よりも後の時点ｔｅまで一定の電圧を維持する第１矩形波信号ＬＳ１が生成され、第１矩形波信号ＬＳ１が積分される。反射光の受光時点から時点ｔｅまで一定の電圧を維持する第２矩形波信号ＬＳ２が生成され、第２矩形波信号ＬＳ２が積分される。第１矩形波信号ＬＳ１の積分結果と第２矩形波信号ＬＳ２の積分結果との差に基づいて対象物までの距離が算出される。【選択図】図５
2013003114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
前記対象物にパルス状の光を発射する送光部と、
前記送光部からの発射光および前記対象物からの反射光を受光し、受光量に応じた受光信号を出力する受光部と、
前記受光部により出力された受光信号に基づいて、前記発射光の受光時点および前記反射光の受光時点をそれぞれ第１および第２の時点として検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記第１の時点から前記第２の時点よりも後の第３の時点まで一定の電圧を維持する第１の矩形波信号を生成する第１の信号生成部と、
前記検出部により検出された前記第２の時点から前記第３の時点まで前記一定の電圧を維持する第２の矩形波信号を生成する第２の信号生成部と、
前記第１の信号生成部により生成された第１の矩形波信号を積分する第１の積分回路と、
前記第２の信号生成部により生成された第２の矩形波信号を積分する第２の積分回路と、
前記第１の積分回路による積分結果と前記第２の積分回路による積分結果との差に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出部とを備えることを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記距離算出部は、
前記第３の時点で前記第１の積分回路の出力信号の電圧を保持する第１の保持回路と、
前記第３の時点で前記第２の積分回路の出力信号の電圧を保持する第２の保持回路と、
前記第１の保持回路により保持された電圧をデジタル値に変換して第１の値として出力し、前記第２の保持回路により保持された電圧をデジタル値に変換して第２の値として出力するアナログデジタル変換器と、
前記アナログデジタル変換器から出力される第１および第２の値の差に基づいて距離を算出する演算部とを含むことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記距離算出部は、
前記第１の積分回路の出力信号の電圧と前記第２の積分回路の出力信号の電圧とを減算する減算回路と、
前記第３の時点で前記減算回路の出力信号の電圧を保持する保持回路と、
前記保持回路により保持された電圧をデジタル値に変換して出力するアナログデジタル変換器と、
前記アナログデジタル変換器から出力されるデジタル値に基づいて距離を算出する演算部とを含むことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記受光部により出力された受光信号における前記発射光の受光に基づくピークに対応するパルスを有する第１のパルス信号および前記受光部により出力された受光信号における前記発射光の受光に基づくピークに対応するパルスを有する第２のパルス信号を発生するパルス発生部を含み、
前記第１の信号生成部は、前記パルス発生部により発生された前記第１のパルス信号のパルスに応答して前記第１の矩形波信号を生成し、
前記第２の信号生成部は、前記パルス発生部により発生された前記第２のパルス信号のパルスに応答して前記第２の矩形波信号を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項５】
本体部と、
前記本体部を移動させる駆動部と、
前記本体部に設けられる請求項１〜４のいずれかに記載の距離測定装置とを備えたことを特徴とする輸送機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて対象物までの距離を測定する距離測定装置およびそれを備えた輸送機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両から対象物までの距離を測定するための距離測定装置として、種々の車両用のレーザレーダ装置が提案されている。レーザレーダ装置では、送光部から対象物にレーザ光が発射され、対象物からの反射光が受光部で受光される。送光部によるレーザ光の発射から受光部による反射光の受光までに要した時間を測定することにより対象物までの距離が算出される。
【０００３】
図１２は従来のレーザレーダ装置の主要部の構成の一例を示すブロック図である。また、図１３は図１２のレーザレーダ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。このような従来のレーザレーダ装置は、例えば非特許文献１に記載されている。
【０００４】
図１２のレーザレーダ装置は、発射光検出部９０１、反射光受光部９０２、開始パルス発生部９０３、終了パルス発生部９０４、ゲート回路９０５、発振器９０６およびカウンタ９０７を含む。
【０００５】
図１３を参照しながら図１２のレーザレーダ装置の動作について説明する。レーザレーダ装置では、レーザ装置から対象物にパルス状のレーザ光（発射光）が発射される。発射光検出部９０１は発射光を検出する。開始パルス発生部９０３は、発射光検出部９０１による発射光の検出時にハイレベルとなる開始パルス信号ＳＰを発生する。反射光受光部９０２は、対象物からの反射光を受光する。終了パルス発生部９０４は、反射光受光部９０２による反射光の受光時にハイレベルとなる終了パルス信号ＥＰを発生する。
【０００６】
発振器９０６は、基本クロック信号ＣＫを発生する。ゲート回路９０５は、開始パルス発生部９０３により発生される開始パルス信号ＳＰがハイレベルに立ち上がってから終了パルス発生部９０４により発生される終了パルス信号ＥＰがハイレベルに立ち上がるまでの期間Ｔに、発振器９０６により発生される基本クロック信号ＣＫを出力する。カウンタ９０７は、ゲート回路９０５から出力される基本クロック信号ＣＫ０のパルス数をカウントする。
【０００７】
カウンタ９０７によるカウント値および基本クロック信号ＣＫの周期に基づいてレーザレーダ装置から発射されたレーザ光が対象物により反射されてレーザレーダ装置に戻るまでの時間を算出することができる。その時間に光速を乗算し、２で割ることにより、レーザレーダ装置から対象物までの距離を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「新訂レーザ工学の基礎」、啓学出版株式会社、１９７５年８月１０日発行、第１８８頁
【特許文献１】特開平９−２３００２７号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１２のレーザレーダ装置において、発振器９０６により発生される基本クロック信号ＣＫの周波数が１ＧＨｚである場合、基本クロック信号ＣＫのパルスの周期は１ｎｓｅｃである。１ｎｓｅｃ当たりに光が進む距離は約３０ｃｍである。この場合、レーザ光の発射位置から対象物までの距離を約１５ｃｍ単位で測定することが可能になる。
【００１０】
これに対して、発振器９０６により発生される基本クロック信号ＣＫの周波数が３ＧＨｚである場合、基本クロック信号ＣＫのパルスの周期は約０．３ｎｓｅｃである。０．３ｎｓｅｃ当たりに光が進む距離は約１０ｃｍである。この場合、レーザ光の発射位置から対象物までの距離を約５ｃｍ単位で測定することが可能となる。
【００１１】
図１２のレーザレーダ装置においては、基本クロック信号ＣＫの周波数を高くすることにより、対象物までの距離を高い精度で測定することが可能となる。しかしながら、基本クロック信号ＣＫの周波数が高いと、基本クロック信号ＣＫ０のパルス数を高速でカウントしなければならない。高速動作が可能なカウンタ９０７は高価である。
【００１２】
一方、特許文献１には、カウンタの代りに積分回路を用いたレーザ装置が提案されている。特許文献１に記載のレーダ装置はコンデンサを含む積分回路を備える。このレーダ装置においては、レーザ光の送出パルスが対象物に放射される。対象物からの反射光が検知され、受信信号が生成される。受信信号は反射光に対応するパルス状の成分（反射信号）を有する。受信信号が積分回路に与えられる。積分回路においては、受光信号の反射信号によりコンデンサに所定時間電荷が蓄積される。
【００１３】
反射信号の振幅は、レーダ装置から対象物までの距離が短くなるにつれて大きくなり、レーダ装置から対象物までの距離が長くなるにつれて小さくなる。これにより、コンデンサの電圧を予め定められたしきい値と比較することにより、対象物が所定の距離よりも近いか否かが判定される。しかしながら、このレーダ装置では、対象物までの距離を測定することはできない。
【００１４】
特許文献２には、カウンタの代りに積分部を用いたレーザレーダセンサが提案されている。特許文献２に記載のレーザレーダセンサは、複数の受光素子および積分部を備える。積分部は複数のスイッチおよび複数のコンデンサにより構成される。各受光素子に複数のスイッチを介してそれぞれコンデンサが接続される。このレーザレーダセンサにおいて、レーザ光が対象物に照射されると、各受光素子により対象物からの反射光が受光され、受光信号が生成される。生成された受光信号が積分部に与えられる。
【００１５】
積分部においては、複数のスイッチが一定時間間隔で順にオンされる。それにより、複数のコンデンサに受光信号の強度に応じた電荷が蓄積される。複数のコンデンサの電圧に基づいて対象物までの距離が検出される。
【００１６】
しかしながら、特許文献２に記載されたレーザレーダセンサでは、１つの受光素子に対して複数のスイッチおよび複数のコンデンサが必要となる。対象物までの距離の測定精度を高くするためには、多数のスイッチおよび多数のコンデンサを用いる必要がある。それにより、コストが増加する。
【００１７】
本発明の目的は、対象物までの距離を高い精度で測定することが可能であるとともに低コスト化が実現された距離測定装置およびそれを備えた輸送機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（１）第１の発明に係る距離測定装置は、対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、対象物にパルス状の光を発射する送光部と、送光部からの発射光および対象物からの反射光を受光し、受光量に応じた受光信号を出力する受光部と、受光部により出力された受光信号に基づいて、発射光の受光時点および反射光の受光時点をそれぞれ第１および第２の時点として検出する検出部と、検出部により検出された第１の時点から第２の時点よりも後の第３の時点まで一定の電圧を維持する第１の矩形波信号を生成する第１の信号生成部と、検出部により検出された第２の時点から第３の時点まで一定の電圧を維持する第２の矩形波信号を生成する第２の信号生成部と、第１の信号生成部により生成された第１の矩形波信号を積分する第１の積分回路と、第２の信号生成部により生成された第２の矩形波信号を積分する第２の積分回路と、第１の積分回路による積分結果と第２の積分回路による積分結果との差に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出部とを備えるものである。
【００１９】
その距離測定装置においては、送光部から対象物にパルス状の光が発射される。送光部からの発射光および対象物からの反射光が受光部により受光され、受光部から受光量に応じた受光信号が出力される。受光部から出力される受光信号に基づいて、発射光の受光時点および反射光の受光時点がそれぞれ第１および第２の時点として検出部により検出される。この場合、第１の時点から第２の時点までの時間は、距離測定装置から対象物までの距離に比例する。
【００２０】
第１の信号生成部により第１の時点から第３の時点まで一定の電圧を維持する第１の矩形波信号が生成され、生成された第１の矩形波信号が第１の積分回路により積分される。第１の積分回路による積分結果は、第１の時点から第３の時点までの時間に対応する。第２の信号生成部により第２の時点から第３の時点まで一定の電圧を維持する第２の矩形波信号が生成され、生成された第２の矩形波信号が第２の積分回路により積分される。第２の積分回路による積分結果は、第２の時点から第３の時点までの時間に対応する。
【００２１】
第１の矩形波信号は、第１の時点から第３の時点まで一定の電圧を維持する。第２の矩形波信号は、第２の時点から第３の時点まで一定の電圧を維持する。そのため、第１の時点から第３の時点までの第１の積分回路の出力信号の電圧の変化率は、第２の時点から第３の時点までの第２の積分回路の出力信号の電圧の変化率と等しい。したがって、第１の積分回路による積分結果と第２の積分回路による積分結果との差は、第１の時点から第２の時点までの時間に対応する。
【００２２】
第３の時点を第２の時点よりも後の任意の時点に設定することにより、第１の時点から第３の時点までの時間および第２の時点から第３の時点までの時間を任意に設定することができる。そのため、第１および第２の矩形波信号の周波数がそれぞれ第１および第２の積分回路の遮断周波数よりも低くなるように、第１および第２の矩形波信号における一定の電圧の持続時間をそれぞれ設定することが可能となる。それにより、第１および第２の積分回路が第１および第２の矩形波信号を正確に積分することができる。
【００２３】
したがって、第１および第２の矩形波信号における一定の電圧の持続時間を長く設定するこにより、第１および第２の積分回路として高速動作が可能な高価な積分回路を用いなくてもよい。
【００２４】
これらの結果、対象物までの距離を高い精度で測定することが可能になるとともに距離測定装置の低コスト化が実現される。
【００２５】
（２）距離算出部は、第３の時点で第１の積分回路の出力信号の電圧を保持する第１の保持回路と、第３の時点で第２の積分回路の出力信号の電圧を保持する第２の保持回路と、第１の保持回路により保持された電圧をデジタル値に変換して第１の値として出力し、第２の保持回路により保持された電圧をデジタル値に変換して第２の値として出力するアナログデジタル変換器と、アナログデジタル変換器から出力される第１および第２の値の差に基づいて距離を算出する演算部とを含んでもよい。
【００２６】
この場合、第１の積分回路による積分結果と第２の積分回路による積分結果との差がデジタル値である第１および第２の値の減算により算出される。それにより、アナログの減算回路を用いることなく、第１の積分回路による積分結果と第２の積分回路による積分結果との差を算出することができる。この場合、距離の測定精度がアナログの減算回路の動作精度に依存しない。したがって、低コストで高精度な距離の測定が可能となる。
【００２７】
（３）距離算出部は、第１の積分回路の出力信号の電圧と第２の積分回路の出力信号の電圧とを減算する減算回路と、第３の時点で減算回路の出力信号の電圧を保持する保持回路と、保持回路により保持された電圧をデジタル値に変換して出力するアナログデジタル変換器と、アナログデジタル変換器から出力されるデジタル値に基づいて距離を算出する演算部とを含んでもよい。
【００２８】
この場合、第３の時点で第１の積分回路の出力信号の電圧を保持するための保持回路と、第３の時点で第２の積分回路の出力信号の電圧を保持するための保持回路とを個別に設ける必要がない。これにより、距離測定装置の構成が単純化する。
【００２９】
また、アナログデジタル変換器が１回の変換動作を行うことにより第１および第２の積分回路による積分結果の差を得ることができる。しかも、減算回路の出力信号の電圧が第２の時点以後一定になるため、アナログデジタル変換器が早い時点で変換動作を開始することができる。したがって、第３の時点から次の測定開始までの時間を短縮することができる。その結果、距離測定装置の動作をより高速化することが可能となる。
【００３０】
（４）検出部は、受光部により出力された受光信号における発射光の受光に基づくピークに対応するパルスを有する第１のパルス信号および受光部により出力された受光信号における発射光の受光に基づくピークに対応するパルスを有する第２のパルス信号を発生するパルス発生部を含み、第１の信号生成部は、パルス発生部により発生された第１のパルス信号のパルスに応答して第１の矩形波信号を生成し、第２の信号生成部は、パルス発生部により発生された第２のパルス信号のパルスに応答して第２の矩形波信号を生成してもよい。
【００３１】
この場合、第１の時点から第３の時点まで一定の電圧を維持する第１の矩形波信号および第２の時点から第３の時点まで一定の電圧を維持する第２の矩形波信号を容易に生成することができる。
【００３２】
（５）第２の発明に係る輸送機器は、本体部と、本体部を移動させる駆動部と、本体部に設けられる上記の距離測定装置とを備えるものである。
【００３３】
その輸送機器においては、駆動部により移動する本体部に上記の距離測定装置が設けられる。これにより、本体部から対象物までの距離を高い精度でかつ低コストで測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、対象物までの距離を高い精度で測定することが可能になるとともに、距離測定装置の低コスト化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る距離測定装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の距離測定装置の光学系の構成を示す模式図および距離測定装置の反射鏡の構成を示す斜視図である。
【図３】図１の距離測定装置の動作を説明するためのタイミング図である。
【図４】図１の距離生成部の一構成例を示すブロック図である。
【図５】図４の距離生成部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】参考例に係る動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】図１の距離生成部の他の構成例を示すブロック図である。
【図８】図７の距離生成部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】図１の距離生成部のさらに他の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図９の距離生成部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】距離測定装置を備えた自動二輪車を示す模式図である。
【図１２】従来のレーザレーダ装置の主要部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】図１２のレーザレーダ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（１）距離測定装置の信号処理系
図１は本発明の一実施の形態に係る距離測定装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。この距離測定装置は、例えば輸送機器に搭載される。
【００３７】
図１の距離測定装置１は、レーザ光を用いて対象物１０までの距離および対象物１０の方位を検出するレーザレーダ装置である。ここで、対象物１０の方位は、基準方向からの角度で表される。基準方向は、例えば進行方向に垂直な方向に定められる。なお、基準方向は、これに限定されず、進行方向と平行な方向でもよく、または任意の方向に定めることができる。
【００３８】
送光装置７０は、パルス状のレーザ光を発射する。以下、送光装置７０から発射されるパルス状のレーザ光を発射光ＥＬと呼ぶ。モータ３０は、送光装置７０からの発射光ＥＬの方向を所定の平面（以下、走査平面と呼ぶ）内で３６０度回転させるために後述する反射鏡を回転させる。エンコーダ４０は、モータ３０の回転角度に対応するエンコーダパルスＥＰを出力するとともに、モータ３０の１回転ごとに原点パルスＯＰを出力する。モータ回転数制御部２０は、エンコーダ４０から出力されるエンコーダパルスＥＰに基づいてモータ３０の回転速度を一定に制御する。
【００３９】
発光間隔パルス生成部５０は、エンコーダ４０から出力されるエンコーダパルスＥＰを逓倍することにより発光間隔パルスＥＩを生成する。発光トリガ生成部６０は、発光間隔パルス生成部５０により生成される発光間隔パルスＥＩに同期して発光トリガＥＴを生成する。送光装置７０は、発光間隔パルス生成部５０により生成される発光トリガＥＴに同期して発射光ＥＬを発射する。
【００４０】
受光装置８０は、対象物１０からの反射光ＲＬを受光するとともに、送光装置７０からの発射光ＥＬを受光し、受光信号ＲＥを出力する。
【００４１】
距離生成部１００は、発光トリガ生成部６０により生成される発光トリガＥＴおよび受光装置８０から出力される受光信号ＲＥに基づいて距離を示す距離信号ＤＳを生成するとともに、距離の生成を示す距離生成信号ＤＧを出力する。
【００４２】
一方、角度生成部２１０は、エンコーダ４０から出力される原点パルスＯＰ、発光トリガ生成部６０により生成される発光トリガＥＴおよび距離生成部１００により生成される距離生成信号ＤＧに基づいて角度を示す角度信号ＡＳを生成する。
【００４３】
レーダ画像生成部２２０は、距離生成部１００により生成される距離信号ＤＳおよび角度生成部２１０により生成される角度信号ＡＳに基づいて対象物１０の距離および方位を示す画像をディスプレイの画面に表示する。
【００４４】
（２）距離測定装置の光学系
図２（ａ）は図１の距離測定装置１の光学系の構成を示す模式図、図２（ｂ）は距離測定装置１の反射鏡２５０の構成を示す斜視図である。
【００４５】
図２（ａ）において、円筒状の保持体２００の底部の中心に送光装置７０が取り付けられる。送光装置７０は、レーザダイオード（以下、ＬＤと呼ぶ）７１および保持部材７２を備える。ＬＤ７１は、レーザ光を走査平面に垂直な方向に出射するように保持部材７２により保持される。本実施の形態では、ＬＤ７１として、例えば波長８７０ｎｍの近赤外パルスレーザが用いられる。
【００４６】
保持体２００の内部には、中心に開口部を有する反射鏡２１０が走査平面に対して４５度の角度で傾斜するように取り付けられる。保持体２００の側壁には、受光装置８０が設けられる。受光装置８０は、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤと呼ぶ）８１、保持部材８１ａおよび受信回路（図示せず）からなる。ＡＰＤ８１は、光軸が走査平面に平行な方向を向くように保持部材８１ａにより保持される。
【００４７】
保持体２００の内部で反射鏡２１０の上方には、投受光レンズ２２０が取り付けられる。投受光レンズ２２０の中心軸は走査平面に対して垂直な方向を向いている。
【００４８】
保持体２００の上端部の内周面には、複数のベアリング２３０を介して保持部材２４０が走査平面に対して垂直な方向の軸の周りで回転可能に取り付けられる。図２（ｂ）に示すように、保持部材２４０に反射鏡２５０が走査平面に対して４５度の角度で傾斜するように固定される。
【００４９】
図２（ａ）において、保持体２００の上端部の外周面から走査平面に平行な方向に突出するようにモータ保持部２０１が一体的に形成される。モータ３０は、回転軸が走査平面に対して垂直な方向を向くようにモータ保持部２０１に保持される。モータ３０の回転軸にはプーリ３１が取り付けられる。プーリ３１と保持部材２４０とはベルト３２により連結されている。モータ３０の回転に伴って保持部材２４０が回転する。それにより、反射鏡２５０が走査平面に対して４５度傾斜した状態で走査平面に対して垂直な方向の軸の周りで回転する。
【００５０】
送光装置７０のＬＤ７１から走査平面に垂直な方向に出射されるレーザ光（発射光ＥＬ）は、反射鏡２１０の開口部および投受光レンズ２２０を透過し、反射鏡２５０により反射され、走査平面に平行な方向に進行する。モータ３０により反射鏡２５０が回転することにより、発射光ＥＬの進行方向は走査平面に対して垂直な方向の軸を中心として３６０度回転する。
【００５１】
対象物１０からの反射光ＲＬは、反射鏡２５０により下方に反射され、投受光レンズ２２０により集光される。集光された反射光ＲＬは、反射鏡２１０により反射され、受光装置８０のＡＰＤ８１に入射する。この場合、ＬＤ７１からの発射光ＥＬの一部は投受光レンズ２２０の表面で乱反射され、ＡＰＤ８１に入射する。
【００５２】
（３）距離測定装置の動作
図３は図１の距離測定装置１の動作を説明するためのタイミング図である。以下、図３を参照しながら図１の距離測定装置１の動作を説明する。
【００５３】
図３の横軸は時間である。１段目および２段目に原点パルスＯＰおよびエンコーダパルスＥＰが示される。また、３段目〜５段目には発光間隔パルスＥＩ、発光トリガＥＴおよび発射光ＥＬがそれぞれ示されている。発光間隔パルスＥＩ、発光トリガＥＴおよび発射光ＥＬは、エンコーダパルスＥＰに比べて時間軸上で拡大されている。さらに、６段目には受光信号ＲＥが示されている。受光信号ＲＥは、発射光ＥＬに比べて時間軸上でさらに拡大されている。
【００５４】
図１のモータ３０が所定角度回転するごとに、エンコーダ４０はエンコーダパルスＥＰを出力する。本実施の形態では、エンコーダパルスＥＰは、モータ３０が６°回転するごとに生成される。したがって、モータ３０が１回転すると、エンコーダ４０は６０個のエンコーダパルスＥＰを生成する。また、モータ３０が１回転するごとに、エンコーダ４０は原点パルスＯＰを出力する。したがって、原点パルスＯＰの周期Ｔ１はモータ３０の１回転の周期に相当する。本実施の形態では、エンコーダ４０は、６０個のエンコーダパルスＥＰの生成ごとに原点パルスＯＰを生成する。
【００５５】
モータ回転数制御部２０は、エンコーダパルスＥＰに応答してモータ３０の回転数を一定に制御する。この場合、モータ回転数制御部２０は、原点パルスＯＰの周期Ｔ１が一定になるようにモータ３０を制御する。
【００５６】
発光間隔パルス生成部５０は、エンコーダパルスＥＰを逓倍することにより発光間隔パルスＥＩを生成する。本実施の形態では、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２はエンコーダパルスＥＰの周期の１／２０である。ここで、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２の間にモータ３０が回転する角度（以下、単位角度と呼ぶ）をΔθとする。本実施の形態では、単位角度Δθは０．３°である。この場合、発光間隔パルスＥＩは、モータ３０が０．３°回転するごとに生成される。
【００５７】
発光トリガ生成部６０は、発光間隔パルスＥＩの立ち上がりに同期して立ち下がる発光トリガＥＴを生成する。
【００５８】
送光装置７０は、発光トリガＥＴの立ち下りに同期してパルス状のレーザ光を発射光ＥＬとして発射する。これにより、モータ３０が単位角度Δθ回転するごとに、発射光ＥＬが発射される。
【００５９】
送光装置７０のＬＤ７１からの発射光ＥＬは、対象物１０に照射される。一部の発射光ＥＬは、受光装置８０のＡＰＤ８１に入射する。したがって、送光装置７０からの発射光ＥＬが受光装置８０により受光された後、対象物１０からの反射光ＲＬが受光装置８０により受光される。この場合、受光装置８０による発射光ＥＬの受光時点から反射光ＲＬの受光時点までの時間が距離測定装置１から対象物１０までの距離に比例する。
【００６０】
上記のように、受光装置８０のＡＰＤ８１には、送光装置７０からの発射光ＥＬおよび対象物１０からの反射光ＲＬが入射する。したがって、受光装置８０から出力される受光信号ＲＥには、発射光ＥＬのパルス成分（以下、発射光パルスＰｅと呼ぶ）および反射光ＲＬのパルス成分（以下、反射光パルスＰｒと呼ぶ）が含まれる。
【００６１】
距離生成部１００は、発光トリガＥＴに応答して、距離測定装置１から対象物１０までの距離を算出し、算出された距離を示す距離信号ＤＳを生成する。
【００６２】
角度生成部２１０は、原点パルスＯＰ、発光トリガＥＴおよび距離生成信号ＤＧに基づいて角度θ［°］を算出し、角度θを表す角度信号ＡＳを生成する。
【００６３】
具体的には、角度生成部２１０は、原点パルスＯＰに応答して角度θを０°にリセットし、発光トリガＥＴごとに角度θに単位角度Δθを積算する。距離生成部１００により距離生成信号ＤＧが与えられたときに、角度生成部２１０は、角度θを示す角度信号ＡＳを出力する。
【００６４】
（４）距離生成部１００の構成および動作
図４は図１の距離生成部１００の一構成例を示すブロック図である。
【００６５】
図４に示すように、距離生成部１００は、パルス発生部１１０、しきい値出力部１１１、第１矩形波生成回路１２０、第１積分回路１２１および第１サンプルホールド回路１２２を含む。また、距離生成部１００は、第２矩形波生成回路１３０、第２積分回路１３１、第２サンプルホールド回路１３２、リセット回路１９０、セレクタ１９１、アナログデジタル（以下、Ａ／Ｄと呼ぶ。）コンバータ１９２および処理部１９３を含む。
【００６６】
図５は図４の距離生成部１００の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５（ａ）〜（ｌ）の横軸は時間である。図５（ａ），（ｂ）にそれぞれ開始トリガＥＴおよび受光信号ＲＥが示される。図５（ｃ）〜図（ｅ）にそれぞれ第１パルス信号ＢＳ１、第２パルス信号ＢＳ２およびリセット信号ＲＳが示される。図５（ｆ）〜（ｈ）にそれぞれ第１矩形波信号ＬＳ１、第１積分信号ＩＳ１および第１サンプルホールド信号ＨＳ１が示される。図５（ｉ）〜（ｋ）にそれぞれ第２矩形波信号ＬＳ２、第２積分信号ＩＳ２および第２サンプルホールド信号ＨＳ２が示される。図５（ｌ）にセレクタ出力信号ＯＳが示される。図５（ｍ），（ｎ）にそれぞれ第１パルス信号ＢＳ１および第２パルス信号ＢＳ２の他の例が示される。図５（ｂ）〜（ｎ）の各信号は、図５（ａ）の開始トリガ信号ＥＴに比べて時間軸上で拡大されている。
【００６７】
図４の受光装置８０から距離生成部１００のパルス発生部１１０に図５（ｂ）に示す受光信号ＲＥが与えられる。また、図１の発光トリガ生成部６０からパルス発生部１１０に図５（ａ）に示す開始トリガＥＴが与えられる。さらに、しきい値出力部１１１からパルス発生部１１０に予め設定されたしきい値Ｔｈが与えられる。
【００６８】
一の開始トリガＥＴから次の開始トリガＥＴまでの期間を測定期間と呼ぶ。開始トリガＥＴが一定周期で発生することにより複数の測定期間が一定周期で繰り返し設定される。
【００６９】
パルス発生部１１０は、受光装置８０から出力される受光信号ＲＥをしきい値出力部１１１から与えられるしきい値Ｔｈと比較することにより図５（ｃ）に示す第１パルス信号ＢＳ１および図５（ｄ）に示す第２パルス信号ＢＳ２を生成する。
【００７０】
具体的には、パルス発生部１１０は、開始トリガＥＴが立ち下がった後、受光信号ＲＥのレベルがしきい値Ｔｈを超えた時点で第１パルス信号ＢＳ１を“Ｈ”レベルに立ち上げ、受光信号ＲＥのレベルがしきい値Ｔｈ以下になった時点で第１パルス信号ＢＳ１を“Ｌ”レベルに立ち下げる。それにより、第１のパルス信号ＢＳ１は、発射光パルスＰｅに対応する矩形状のパルスＰＥを有する。生成された第１のパルス信号ＢＳ１は、第１矩形波生成回路１２０およびリセット回路１９０に与えられる。
【００７１】
また、パルス発生部１１０は、開始トリガＥＴが立ち下がった後、受光信号ＲＥのレベルが２度目にしきい値Ｔｈを超えた時点で第２パルス信号ＢＳ２を“Ｈ”レベルに立ち上げ、受光信号ＲＥのレベルがしきい値Ｔｈ以下になった時点で第２パルス信号ＢＳ２を“Ｌ”レベルに立ち下げる。それにより、第２パルス信号ＢＳ２は、反射光パルスＰｒに対応する矩形状のパルスＰＲを有する。生成された第２パルス信号ＢＳ２は、第２矩形波生成回路１３０に与えられる。
【００７２】
なお、パルス発生部１１０は、図５（ｃ）の第１パルス信号ＢＳ１に代えて図５（ｍ）の第１パルス信号ＢＳ１を生成してもよい。図５（ｍ）の例では、パルス発生部１１０は、開始トリガＥＴが立ち下がった後、受光信号ＲＥのレベルがしきい値Ｔｈを超えた時点で第１パルス信号ＢＳ１を“Ｈ”レベルに立ち上げ、微小時間ｓｔが経過した時点で第１パルス信号ＢＳ１を“Ｌ”レベルに立ち下げる。このようにして、矩形状のパルスＰＥが生成されてもよい。この場合、微小時間ｓｔは、第１矩形波生成回路１２０が応答可能なパルスＰＥを生成するために必要な時間に設定することができる。
【００７３】
また、パルス発生部１１０は、図５（ｄ）の第２パルス信号ＢＳ２に代えて図５（ｎ）の第２パルス信号ＢＳ２を生成してもよい。図５（ｎ）の例では、パルス発生部１１０は、開始トリガＥＴが立ち下がった後、受光信号ＲＥのレベルが２度目にしきい値Ｔｈを超えた時点で第２パルス信号ＢＳ２を“Ｈ”レベルに立ち上げ、微小時間ｓｔが経過した時点で第２パルス信号ＢＳ２を“Ｌ”レベルに立ち下げる。このようにして、矩形状のパルスＰＲが生成されてもよい。この場合、微小時間ｓｔは、第２矩形波生成回路１３０が応答可能なパルスＰＲを生成するために必要な時間に設定することができる。
【００７４】
リセット回路１９０は、図５（ｅ）に示すように、リセットパルスＲＲを有するリセット信号ＲＳを生成する。リセットパルスＲＲは、第１のパルス信号ＢＳ１のパルスＰＥの立ち上がり時点から一定時間ＴＲ経過後の時点ｔｅに“Ｈ”レベルに立ち上がった後、“Ｌ”レベルに立ち下がる。リセット信号ＲＳは、第１矩形波生成回路１２０、第１サンプルホールド回路１２２、第２矩形波生成回路１３０、第２サンプルホールド回路１３２および処理部１９３に与えられる。時点ｔｅの設定方法については、後述する。
【００７５】
第１矩形波生成回路１２０は、例えばＤフリップフロップにより構成され、第１矩形波信号ＬＳ１を生成する。図５（ｆ）に示すように、第１矩形波生成回路１２０は、パルスＰＥの立ち上がり時点で第１矩形波信号ＬＳ１を電圧Ｖ１に立ち上げ、パルスＰＥの立ち上がり時点から時点ｔｅまでの間第１矩形波信号ＬＳ１を一定の電圧Ｖ１で維持し、時点ｔｅで第１矩形波信号ＬＳ１を０Ｖに立ち下げる。それにより、第１矩形波信号ＬＳ１は、パルスＰＥに対応する第１矩形波ＳＷ１を有する。生成された第１矩形波信号ＬＳ１は、第１積分回路１２１に与えられる。
【００７６】
第１積分回路１２１は、例えば演算増幅器により構成される積分回路またはＣＲ積分回路である。第１積分回路１２１は、第１矩形波信号ＬＳ１を積分することにより第１積分信号ＩＳ１を出力する。図５（ｇ）に示すように、第１積分信号ＩＳ１の電圧は、第１矩形波ＳＷ１の期間に一定の変化率（傾き）で上昇する。
【００７７】
第１積分回路１２１により出力された第１積分信号ＩＳ１は、第１サンプルホールド回路１２２に与えられる。図５（ｈ）に示すように、第１サンプルホールド回路１２２は、リセットパルスＲＲの立ち上がりに応答して第１積分信号ＩＳ１の電圧Ｖａを保持することにより第１サンプルホールド信号ＨＳ１をセレクタ１９１へ出力する。第１サンプルホールド信号ＨＳ１の電圧は、時点ｔｅ以後一定の電圧Ｖａに維持される。
【００７８】
第２矩形波生成回路１３０は、例えばＤフリップフロップにより構成され、第２矩形波信号ＬＳ２を生成する。図５（ｉ）に示すように、第２矩形波生成回路１３０は、パルスＰＲの立ち上がり時点で第２矩形波信号ＬＳ２を電圧Ｖ１に立ち上げ、パルスＰＲの立ち上がり時点から時点ｔｅまでの間第２矩形波信号ＬＳ２を一定の電圧Ｖ１で維持し、時点ｔｅで第２矩形波信号ＬＳ２を０Ｖに立ち下げる。それにより、第２矩形波信号ＬＳ２は、パルスＰＲに対応する第２矩形波ＳＷ２を有する。生成された第２矩形波信号ＬＳ２は、第２積分回路１３１に与えられる。
【００７９】
第２積分回路１３１は、例えば演算増幅器により構成される積分回路またはＣＲ積分回路である。第２積分回路１３１は、第２矩形波信号ＬＳ２を積分することにより第２積分信号ＩＳ２を出力する。図５（ｊ）に示すように、第２積分信号ＩＳ２の電圧は、第２矩形波ＳＷ２の期間に一定の変化率（傾き）で上昇する。
【００８０】
第２積分回路１３１により出力された第２積分信号ＩＳ２は、第２サンプルホールド回路１３２に与えられる。図５（ｋ）に示すように、第２サンプルホールド回路１３２は、リセットパルスＲＲの立ち上がりに応答して第２積分信号ＩＳ２の電圧Ｖｂを保持することにより第２サンプルホールド信号ＨＳ２をセレクタ１９１へ出力する。第２サンプルホールド信号ＨＳ２の電圧は、時点ｔｅ以後一定の電圧Ｖｂに維持される。
【００８１】
処理部１９３は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリからなり、開始トリガＥＴに基づいて選択信号ＣＳを生成する。処理部１９３は、リセット信号ＲＳに基づいて選択信号ＣＳを生成してもよい。
【００８２】
セレクタ１９１は、選択信号ＣＳに基づいて第１サンプルホールド信号ＨＳ１および第２サンプルホールド信号ＨＳ２のいずれか一方を選択して出力する。セレクタ１９１の出力信号をセレクタ出力信号ＯＳと呼ぶ。セレクタ出力信号ＯＳはＡ／Ｄコンバータ１９２に与えられる。
【００８３】
処理部１９３は、時点ｔｅ以後の時点ｔｆでセレクタ１９１が第１サンプルホールド信号ＨＳ１を選択しかつ時点ｔｆよりも後の時点ｔｇでセレクタ１９１が第２サンプルホールド信号ＨＳ２を選択するように選択信号ＣＳを設定する。それにより、図５（ｌ）に示すように、セレクタ出力信号ＯＳは、時点ｔｆから時点ｔｇまで電圧Ｖａに維持され、時点ｔｇ以後電圧Ｖｂに維持される。
【００８４】
Ａ／Ｄコンバータ１９２は、アナログ形式のセレクタ出力信号ＯＳをデジタル信号に変換して出力する。処理部１９３は、時点ｔｆから時点ｔｇまでの時点でＡ／Ｄコンバータ１９２から出力されるデジタル値（電圧Ｖａの値）を第１のデジタル値として取得する。また、処理部１９３は、時点ｔｇ以後の時点でＡ／Ｄコンバータ１９２から出力されるデジタル値（電圧Ｖｂの値）を第２のデジタル値として取得する。
【００８５】
処理部１９３は、第１のデジタル値から第２のデジタル値を減算し、差分値を算出する。差分値は、電圧Ｖａの値と電圧Ｖｂの値との差に相当する。
【００８６】
図５（ｇ），（ｊ）に示すように、第１矩形波ＳＷ１の期間における第１積分信号ＩＳ１の変化率は、第２矩形波ＳＷ２の期間における第２積分信号ＩＳ２の変化率に等しい。
【００８７】
そのため、処理部１９３により算出される差分値は、パルスＰＥの立ち上がり時点からパルスＰＲの立ち上がり時点までの第１積分信号ＩＳ１の電圧変化量に等しく、パルスＰＥの立ち上がり時点からパルスＰＲの立ち上がり時点までの時間に比例する。
【００８８】
上述のように、受光装置８０による発射光ＥＬの受光時点から反射光ＲＬの受光時点までの時間は、距離測定装置１から対象物１０までの距離に比例する。これにより、処理部１９３は、算出された差分値に基づいて距離測定装置１から対象物１０までの距離を算出し、算出結果を距離信号ＤＳとして出力する。また、処理部１９３は、図１に示すように、距離の生成を示す距離生成信号ＤＧを角度生成部２１０に出力する。
【００８９】
ここで、上記の時点ｔｅの設定方法について説明する。時点ｔｅは、予め設定された最大測定距離に存在する対象物１０までの距離を測定することができるように次の方法で設定される。
【００９０】
第２矩形波信号ＬＳ２の第２矩形波ＳＷ２の持続時間は、最大測定距離に存在する対象物１０での反射光ＲＬを受光した場合に最も短くなる。したがって、時点ｔｅは、最大測定距離に存在する対象物１０での反射光ＲＬを受光した場合における第２矩形波信号ＬＳ２の第２矩形波ＳＷ２の持続時間が所定時間以上になるように設定される。ここで、所定時間は、最大測定距離に存在する対象物１０での反射光ＲＬを受光した場合における第２矩形波信号ＬＳ２の第２矩形波ＳＷ２の周波数が第２積分回路１３１の遮断周波数よりも低くなるように定められる。それにより、第２積分回路１３１が第２矩形波信号ＬＳ２の第２矩形波ＳＷ２を正確に積分することができる。
【００９１】
測定期間（開始トリガＥＴの周期）は、第１パルス信号ＢＳ１のパルスＢＳ１の立ち上がり時点から時点ｔｅまでの一定時間ＴＲよりも長く設定される。
【００９２】
また、時点ｔｅは、上記のように予め設定されてもよく、または反射光ＲＬの受光時点に応じて動的に設定されてもよい。例えば、第２パルス信号ＢＳ２のパルスＰＲの立ち上がり時点または立ち下り時点から一定時間後に時点ｔｅが設定されてもよい。その場合、対象物１０までの距離に関係なく、第２矩形波信号ＬＳ２の第２矩形波ＳＷ２の持続時間が一定になる。それにより、第２積分回路１３１の積分動作の精度が一定に維持される。
【００９３】
なお、第１積分回路１２１から出力される第１積分信号ＩＳ１の変化率および第２積分回路１３１から出力される第２積分信号ＩＳ２の変化率が一定でない場合には、Ａ／Ｄコンバータ１９２から出力される第１および第２のデジタル値の変化率が一定とならない。それにより、第１のデジタル値と第２のデジタル値との差分値が受光装置８０による発射光ＥＬの受光時点から反射光ＲＬの受光時点までの時間に比例しない。この場合、第１積分回路１２１および第２積分回路１３１の積分時間と第１および第２のデジタル値との関係が予め測定され、測定された関係が関数またはテーブルとして処理部１９３のメモリに記憶される。処理部１９３は、メモリに記憶された関係および差分値に基づいて受光装置８０による発射光ＥＬの受光時点から反射光ＲＬの受光時点までの時間を算出することができる。
【００９４】
（５）効果
本実施の形態に係る距離測定装置１においては、第１積分回路１２１および第２積分回路１３１として高速動作する積分回路を用いない場合でも、対象物１０までの距離を正確に測定することができる。その理由を参考例を参照しながら説明する。以下、高速動作する積分回路を高速の積分回路と呼び、高速の積分回路に比べて低速動作する積分回路を低速の積分回路と呼ぶ。
【００９５】
図６は、参考例に係る動作を説明するためのタイミングチャートである。図６（ａ）〜（ｅ）の横軸は時間である。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ受光信号ＲＥ、第１パルス信号ＢＳ１および第２パルス信号ＢＳ２が示される。
【００９６】
図６（ｄ）には、第１パルス信号ＢＳ１および第２パルス信号ＢＳ２に基づいて生成される矩形波信号ＬＳが示される。矩形波信号ＬＳは、第１パルス信号ＢＳ１のパルスＰＥの立ち上がりから第２パルス信号ＢＳ２のパルスＰＲの立ち上がりまでの期間に一定の電圧Ｖ１を維持する矩形波ＳＷＸを有する。図６（ｅ）には、矩形波信号ＬＳを積分することにより得られる積分信号ＩＳが示される。
【００９７】
矩形波ＳＷＸの立ち下がり時点での積分信号ＩＳの電圧Ｖｘは、発射光ＥＬの受光時点から反射光ＲＬの受光時点までの時間に比例する。したがって、積分信号のＩＳの電圧Ｖｘに基づいて対象物１０までの距離を算出することが可能である。
【００９８】
しかしながら、対象物１０までの距離が短い場合には、矩形波信号ＬＳの矩形波ＳＷＸの長さが短くなる。この場合、低い遮断周波数を有する低速の積分回路では、高い周波数を有する矩形波信号ＬＳを正確に積分することができない。そのため、高い遮断周波数を有する高速の積分回路を用いる必要がある。
【００９９】
これに対して、本実施の形態に係る距離測定装置１では、第１矩形波信号ＬＳ１の第１矩形波ＳＷ１の持続時間を測定期間の範囲内で長く設定することができる。同様に、第２矩形波信号ＬＳ２の第２矩形波ＳＷ２の持続時間を測定期間の範囲内で長く設定することができる。そのため、第１矩形波信号ＬＳ１および第２矩形波信号ＬＳ２の周波数が第１積分回路１２１および第２積分回路１３１の遮断周波数よりも低くなるように第１矩形波ＳＷ１の持続時間および第２矩形波ＳＷ２の持続時間を設定することができる。それにより、第１積分回路１２１および第２積分回路１３１が第１矩形波ＳＷ１および第２矩形波ＳＷ２を正確に積分することができる。
【０１００】
したがって、本実施の形態に係る距離測定装置１では、第１矩形波信号ＬＳ１の第１矩形波ＳＷ１の持続時間および第２矩形波信号ＬＳ２の第２矩形波ＳＷ２の持続時間を長く設定することにより、第１積分回路１２１および第２積分回路１３１として比較的低速の積分回路を用いることが可能となる。低速の積分回路は高速の積分回路に比べて安価である。
【０１０１】
特に、第１矩形波信号ＬＳ１の第１矩形波ＳＷ１の持続時間は第２矩形波信号ＬＳ２の第２矩形波ＳＷ２の持続時間よりも長いため、第１積分回路１２１としては第２積分回路１３１に比べて低速の積分回路を用いることができる。
【０１０２】
これらの結果、対象物１０までの距離を高い精度で測定することが可能になるとともに、距離測定装置１の低コスト化が実現される。
【０１０３】
また、図４の距離生成部１００においては、Ａ／Ｄコンバータ１９２から出力される第１のデジタル値から第２のデジタル値が処理部１９３により減算されることにより、発射光ＥＬの受光時点から反射光ＲＬの受光時点までの時間に比例する差分値が算出される。そのため、アナログの減算回路が必要ない。したがって、距離の測定精度がアナログの減算回路の動作精度に依存しない。
【０１０４】
（６）距離生成部１００の他の構成および動作
図７は図１の距離生成部１００の他の構成例を示すブロック図である。図７の距離生成部１００が図４の距離生成部１００と異なるのは、図４のセレクタ１９１、第１サンプルホールド回路１２２および第２サンプルホールド回路１３２の代りに減算回路１９４およびサンプルホールド回路１９５を備える点である。
【０１０５】
図８は図７の距離生成部１００の動作を説明するためのタイミングチャートである。図８（ａ）〜（ｋ）の横軸は時間である。図８（ａ）〜（ｅ）の開始トリガＥＴ、受光信号ＲＥ、第１パルス信号ＢＳ１、第２パルス信号ＢＳ２およびリセット信号ＲＳは、図５（ａ）〜（ｅ）のそれぞれ対応する信号と同じである。また、図８（ｆ）〜（ｉ）の第１矩形波信号ＬＳ１、第１積分信号ＩＳ１、第２矩形波信号ＬＳ２および第２積分信号ＩＳ２は、図５（ｆ），（ｇ），（ｉ），（ｊ）のそれぞれ対応する信号と同じである。図８（ｊ），（ｋ）には、それぞれ図７の減算回路１９４から出力される減算信号ＳＳおよび図７のサンプルホールド回路１９５から出力されるサンプルホールド信号ＨＳが示される。図８（ｂ）〜図８（ｋ）の各信号は、図８（ａ）の開始トリガ信号ＥＴに比べて時間軸上で拡大されている。
【０１０６】
図７の距離生成部１００において、第１積分回路１２１により出力された第１積分信号ＩＳ１および第２積分回路１３１により出力された第２積分信号ＩＳ２は、減算回路１９４に与えられる。減算回路１９４は、第１積分信号ＩＳ１から第２積分信号ＩＳ２を減算することにより、減算結果を減算信号ＳＳとして出力する。
【０１０７】
図８（ｇ），（ｉ）に示すように、第１矩形波ＳＷ１の期間における第１積分信号ＩＳ１の変化率は、第２矩形波ＳＷ２の期間における第２積分信号ＩＳ２の変化率に等しい。そのため、図８（ｊ）に示すように、第１矩形波ＳＷ１の期間のうち第２矩形波ＳＷ１の期間と重ならない期間には、減算信号ＳＳは第１積分信号ＩＳ１と等しい変化率で上昇する。第１矩形波ＳＷ１の期間のうち第２矩形波ＳＷ１の期間と重なる期間には、減算信号ＳＳは一定の電圧の値に維持される。この一定の電圧の値は、電圧Ｖａの値と電圧Ｖｂの値との差である。
【０１０８】
減算回路１９４により出力された減算信号ＳＳは、サンプルホールド回路１９５に与えられる。図８（ｋ）に示すように、サンプルホールド回路１９５は、リセットパルスＲＲの立ち上がりに応答して減算信号ＳＳの電圧（Ｖａ−Ｖｂ）を保持することによりサンプルホールド信号ＨＳをＡ／Ｄコンバータ１９２へ出力する。サンプルホールド信号ＨＳの電圧は、時点ｔｅ以後一定の電圧（Ｖａ−Ｖｂ）に維持される。
【０１０９】
Ａ／Ｄコンバータ１９２は、アナログ形式のサンプルホールド信号ＨＳをデジタル信号に変換して出力する。処理部１９３は、リセット信号ＲＳのリセットパルスＲＲの立ち上がりから所定期間経過後にＡ／Ｄコンバータ１９２から出力されるデジタル値を差分値として取得する。この差分値は、電圧Ｖａの値と電圧Ｖｂの値との差に相当する。
【０１１０】
処理部１９３は、差分値に基づいて距離測定装置１から対象物１０までの距離を算出し、算出結果を距離信号ＤＳとして出力する。
【０１１１】
本例においても、第１矩形波信号ＬＳ１の第１矩形波ＳＷ１の持続時間および第２矩形波信号ＬＳ２の第２矩形波ＳＷ２の持続時間を長く設定することにより、第１積分回路１２１および第２積分回路１３１として比較的低速の積分回路を用いることが可能となる。したがって、対象物１０までの距離を高い精度で正確に測定することが可能になるとともに、距離測定装置１の低コスト化が実現される。
【０１１２】
また、Ａ／Ｄコンバータ１９２が１回のアナログデジタル変換動作を行うことにより差分値を得ることができる。しかも、減算信号ＳＳの電圧が時点ｔｅよりも前のパルスＰＲの立ち上がり時点以後に一定になるため、Ａ／Ｄコンバータ１９２が早い時点でアナログデジタル変換動作を開始することができる。したがって、時点ｔｅから次の開始トリガＥＴの発生時までの時間を短縮することができる。その結果、距離測定装置１の動作をより高速化することが可能となる。
【０１１３】
（７）距離生成部１００のさらに他の構成例
距離生成部１００のさらに他の構成例について、図４の距離生成部１００と異なる点を説明する。送光装置７０からの発射光ＥＬは一定の広がりを有する。そのため、発射光ＥＬが複数の対象物１０に照射される場合がある。この距離生成部１００を備える距離測定装置１は、複数の対象物１０までの距離を個別に測定することができる。
【０１１４】
図９は図１の距離生成部１００のさらに他の構成例を示すブロック図である。図９の距離生成部１００が図４の距離生成部１００と異なるのは、第３矩形波生成回路１４０、第３積分回路１４１および第３サンプルホールド回路１４２をさらに備える点である。
【０１１５】
図１０は図９の距離生成部１００の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１０（ａ）〜（ｋ）の横軸は時間である。図１０（ａ）に受光信号ＲＥが示される。図１０（ｂ）〜（ｅ）にそれぞれ第１パルス信号ＢＳ１、第２パルス信号ＢＳ２、第３パルス信号ＢＳ３およびリセット信号ＲＳが示される。図１０（ｆ），（ｇ）にそれぞれ第１サンプルホールド信号ＨＳ１および第２サンプルホールド信号ＨＳ２が示される。図１０（ｈ）〜（ｊ）にそれぞれ第３矩形波信号ＬＳ３、第３積分信号ＩＳ３および第３サンプルホールド信号ＨＳ３が示される。図１０（ｋ）セレクタ出力信号ＯＳが示される。
【０１１６】
本例では、図２の受光装置８０に、送光装置７０からの発射光ＥＬ、一方の対象物１０からの反射光ＲＬおよび他方の対象物１０からの反射光ＲＬが入射する。その結果、図１０（ａ）に示すように、受光装置８０から出力される受光信号ＲＥには、発射光パルスＰｅおよび２つの反射光パルスＰｒ，Ｐｒ２が含まれる。
【０１１７】
図９の距離生成部１００において、パルス発生部１１０は、受光装置８０から出力される受光信号ＲＥをしきい値出力部１１１から与えられるしきい値Ｔｈと比較することにより、図１０（ｂ）に示す第１パルス信号ＢＳ１、図１０（ｃ）に示す第２パルス信号ＢＳ２および図１０（ｄ）に示す第３パルス信号ＢＳ３を生成する。
【０１１８】
パルス発生部１１０は、開始トリガＥＴが立ち下がった後、受光信号ＲＥのレベルが３度目にしきい値Ｔｈを超えた時点で第３パルス信号ＢＳ３を“Ｈ”レベルに立ち上げ、受光信号ＲＥのレベルがしきい値Ｔｈ以下になった時点で第３パルス信号ＢＳ３を“Ｌ”レベルに立ち下げる。それにより、第３のパルス信号ＢＳ３は、発射光パルスＰｒ２に対応する矩形状のパルスＰＲ２を有する。生成された第３のパルス信号ＢＳ３は、第３矩形波生成回路１４０に与えられる。
【０１１９】
図９の第１矩形波生成回路１２０、第１積分回路１２１および第１サンプルホールド回路１２２は、図４および図５の例と同様の動作を行う。また、図９の第２矩形波生成回路１３０、第２積分回路１３１および第２サンプルホールド回路１３２も、図４および図５の例と同様の動作を行う。その結果、第１サンプルホールド回路１２２および第２サンプルホールド回路１３２は、それぞれ図１０（ｆ）に示す第１サンプルホールド信号ＨＳ１および図１０（ｇ）に示す第２サンプルホールド信号ＨＳ２をセレクタ１９１へ出力する。
【０１２０】
図９のリセット回路１９０は、第１矩形波生成回路１２０、第１サンプルホールド回路１２２、第２矩形波生成回路１３０、第２サンプルホールド回路１３２および処理部１９３とともに、第３矩形波生成回路１４０および第３サンプルホールド回路１４２へ図１０（ｅ）に示すリセット信号ＲＳを与える。
【０１２１】
第３矩形波生成回路１４０は、例えばＤフリップフロップにより構成され、第３矩形波信号ＬＳ３を生成する。図１０（ｈ）に示すように、第３矩形波生成回路１４０は、パルスＰＲ２の立ち上がり時点で第３矩形波信号ＬＳ３を電圧Ｖ１に立ち上げ、パルスＰＲ２の立ち上がり時点から時点ｔｅまでの間第３矩形波信号ＬＳ３を一定の電圧Ｖ１で維持し、時点ｔｅで第３矩形波信号ＬＳ３を０Ｖに立ち下げる。それにより、第３矩形波信号ＬＳ３は、パルスＰＲ２に対応する第３矩形波ＳＷ３を有する。生成された第３矩形波信号ＬＳ３は、第３積分回路１４１に与えられる。
【０１２２】
第３積分回路１４１は、例えば演算増幅器により構成される積分回路またはＣＲ積分回路である。第３積分回路１４１は、第３矩形波信号ＬＳ３を積分することにより第３積分信号ＩＳ３を出力する。図１０（ｉ）に示すように、第３積分信号ＩＳ３の電圧は、第３矩形波ＳＷ３の期間に一定の変化率（傾き）で上昇する。
【０１２３】
第３積分回路１４１により出力された第３積分信号ＩＳ３は、第３サンプルホールド回路１４２に与えられる。図１０（ｊ）に示すように、第３サンプルホールド回路１４２は、リセットパルスＲＲの立ち上がりに応答して第３積分信号ＩＳ３の電圧Ｖｃを保持することにより第３サンプルホールド信号ＨＳ３をセレクタ１９１へ出力する。第３サンプルホールド信号ＨＳ３の電圧は、時点ｔｅ以後一定の電圧Ｖｃに維持される。
【０１２４】
セレクタ１９１は、選択信号ＣＳに基づいて第１サンプルホールド信号ＨＳ１、第２サンプルホールド信号ＨＳ２および第３サンプルホールド信号ＨＳ３のいずれかを選択して出力する。
【０１２５】
セレクタ１９１は、時点ｔｅ以後の時点ｔｆで第１サンプルホールド信号ＨＳ１を選択し、時点ｔｆよりも後の時点ｔｇで第２サンプルホールド信号ＨＳ２を選択し、時点ｔｇよりも後の時点ｔｈで第３サンプルホールド信号ＨＳ３を選択する。それにより、図１０（ｋ）に示すように、セレクタ出力信号ＯＳは、時点ｔｆから時点ｔｇまで電圧Ｖａに維持され、時点ｔｇから時点ｔｈまで電圧Ｖｂに維持され、時点ｔｈ以後電圧Ｖｃに維持される。
【０１２６】
Ａ／Ｄコンバータ１９２は、アナログ形式のセレクタ出力信号ＯＳをデジタル信号に変換して出力する。処理部１９３は、時点ｔｆから時点ｔｇまでの時点でＡ／Ｄコンバータ１９２から出力されるデジタル値（電圧Ｖａの値）を第１のデジタル値として取得する。また、処理部１９３は、時点ｔｇから時点ｔｆまでの時点でＡ／Ｄコンバータ１９２から出力されるデジタル値（電圧Ｖｂの値）を第２のデジタル値として取得する。さらに、処理部１９３は、時点ｔｈ以後の時点でＡ／Ｄコンバータ１９２から出力されるデジタル値（電圧Ｖｃの値）を第３のデジタル値として取得する。
【０１２７】
図４および図５の例と同様に、処理部１９３は、第１のデジタル値から第２のデジタル値を減算し、差分値を算出する。差分値は、電圧Ｖａの値と電圧Ｖｂの値との差に相当する。また、処理部１９３は、第１のデジタル値から第３のデジタル値を減算し、差分値を算出する。差分値は、電圧Ｖａの値と電圧Ｖｃの値との差に相当する。
【０１２８】
この場合、第１のデジタル値と第２のデジタル値との差分値は、パルスＰＥの立ち上がり時点からパルスＰＲの立ち上がり時点までの時間に比例する。また、第１のデジタル値と第３のデジタル値との差分値は、パルスＰＥの立ち上がり時点からパルスＰＲ２の立ち上がり時点までの時間に比例する。
【０１２９】
これにより、処理部１９３は、第１のデジタル値と第２のデジタル値との差分値に基づいて距離測定装置１から一方の対象物１０までの距離を算出し、算出結果を距離信号ＤＳ１として出力する。また、処理部１９３は、第１のデジタル値と第３のデジタル値との差分値に基づいて距離測定装置１から他方の対象物１０までの距離を算出し、算出結果を距離信号ＤＳ２として出力する。
【０１３０】
上記のように、パルス伸長回路、積分回路およびサンプルホールド回路からなる回路群を対象物１０の個数に応じて増加させることにより、複数の対象物１０までの距離を個別に測定することが可能となる。
【０１３１】
（８）距離測定装置を備えた輸送機器
次に、上記実施の形態に係る距離測定装置１を備えた輸送機器の例として自動二輪車について説明する。
【０１３２】
図１１は距離測定装置１を備えた自動二輪車を示す模式図である。
【０１３３】
図１１の自動二輪車３００においては、車体３１０の前部下方に前輪３２０が設けられ、後部下方に後輪３３０が設けられている。車体３１０の中央部には、ＥＣＵ（電子制御装置）３４０が設けられている。車体３１０の前端部および後端部に上記実施の形態に係る距離測定装置１がそれぞれ取り付けられている。
【０１３４】
また、車体３１０においてハンドル３６０の後方下部にディスプレイ３５０が設けられている。
【０１３５】
前端部の距離測定装置１は、主として自動二輪車３００の前方および側方の物体の距離および角度を測定する。後端部の距離測定装置１は、主として自動二輪車３００の後方および側方の物体の距離および物体の角度を測定する。前端部および後端部の距離測定装置１により測定された距離および角度はＥＣＵ３４０に与えられる。
【０１３６】
ＥＣＵ３４０は、前端部および後端部の距離測定装置１により測定された距離および角度をディスプレイ３５０にレーダ画像として表示させる。それにより、乗員は、周囲の物体までの距離および物体の方位を視覚的に認識することができる。
【０１３７】
ＥＣＵ３４０は、前端部および後端部の距離測定装置１により測定された距離および角度に基づいて所定の画像処理等を行うことによりレーダ画像を生成してもよい。例えば、ＥＣＵ３４０は、測定された距離および角度に基づいて地図上に自動二輪車３００の本体および障害物が表示されたレーダ画像を生成してもよい。
【０１３８】
この場合、乗員は、ディスプレイ３５０に表示されたレーダ画像を視認することにより距離測定装置１により測定された距離および角度をより簡単に認識することができる。
【０１３９】
また、ＥＣＵ３４０は、障害物との距離または障害物との距離の変化率に応じてレーダ画像を変化させてもよい。さらに、車体３１０に警報装置（図示せず）が設けられる場合、ＥＣＵ３４０は、障害物との距離または障害物との距離の変化率に応じて警報装置を制御することにより、警報装置から音声を発生させてもよい。この場合、乗員は、障害物との距離または障害物との距離の変化率をより迅速に認識することができる。
【０１４０】
（９）他の実施の形態
送光装置７０は、ＬＤ７１の代りに発光ダイオードを備えてもよい。この場合、送光装置７０は、発光ダイオードにより発生されるパルス状の光を発射する。
【０１４１】
上記実施の形態に係る距離測定装置１は全方向に存在する対象物１０までの距離を測定可能なレーザレーダ装置であるが、本発明はこれに限定されない。本発明は、一方向に存在する対象物を測定する距離測定装置にも同様に適用することができる。この場合、図１のモータ回転数制御部２０、モータ３０、エンコーダ４０および角度生成部２１０は設けられない。
【０１４２】
上記の距離測定装置１は、自動二輪車に限らず、４輪の自動車、３輪の自動車、電動自転車、滑走艇、水上バイク、電動車椅子、航空機等の種々の輸送機器に用いることができる。
【０１４３】
（１０）請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１４４】
上記実施の形態では対象物１０が対象物の例であり、距離測定装置１が距離測定装置の例であり、送光装置７０が送光部の例であり、受光信号ＲＥが受光信号の例であり、受光装置８０が受光部の例である。
【０１４５】
また、第１のパルス信号ＢＳ１のパルスＰＥの立ち上がり時点が第１の時点の例であり、第２のパルス信号ＢＳ２のパルスＰＲの立ち上がり時点が第２の時点の例であり、しきい値出力部１１１およびパルス発生部１１０が検出部の例であり、時点ｔｅが第３の時点の例である。
【０１４６】
さらに、第１矩形波信号ＬＳ１が第１の矩形波信号の例であり、第１矩形波生成回路１２０が第１の信号生成部の例であり、第２矩形波信号ＬＳ２および第３矩形波信号ＬＳ３が第２の矩形波信号の例であり、第２矩形波生成回路１３０および第３矩形波生成回路１４０が第２の信号生成部の例である。
【０１４７】
また、第１積分回路１２１が第１の積分回路の例であり、第２積分回路１３１および第３積分回路１４１が第２の積分回路の例であり、第１サンプルホールド回路１２２、第２サンプルホールド回路１３２、第３サンプルホールド回路１４２、リセット回路１９０、セレクタ１９１、Ａ／Ｄコンバータ１９２および処理部１９３、減算回路１９４およびサンプルホールド回路１９５が距離算出部の例である。
【０１４８】
さらに、第１サンプルホールド回路１２２が第１の保持回路の例であり、第２サンプルホールド回路１３２および第３サンプルホールド回路１４２が第２の保持回路の例であり、第１のデジタル値が第１の値の例であり、第２のデジタル値および第３のデジタル値が第２の値の例であり、Ａ／Ｄコンバータ１９２がアナログデジタル変換器の例であり、処理部１９３が演算部の例である。
【０１４９】
また、減算回路１９４が減算回路の例であり、サンプルホールド回路１９５が保持回路の例であり、第１のパルス信号ＢＳ１が第１のパルス信号の例であり、第２のパルス信号ＢＳ２および第３のパルス信号ＢＳ３が第２のパルス信号の例であり、パルス発生部１１０がパルス発生部の例である。
【０１５０】
さらに、車体３１０が本体部の例であり、前輪３２０および後輪３３０が駆動部の例であり、自動二輪車３００が輸送機器の例である。
【０１５１】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明は、レーザ光を用いて対象物までの距離等を測定するために利用することができる。
【符号の説明】
【０１５３】
１  距離測定装置
１０  対象物
７０  送光装置
８０  受光装置
１１０  パルス発生部
１１１  しきい値出力部
１２０  第１矩形波生成回路
１２１  第１積分回路
１２２  第１サンプルホールド回路
１３０  第２矩形波生成回路
１３１  第２積分回路
１３２  第２サンプルホールド回路
１４０  第３矩形波生成回路
１４１  第３積分回路
１４２  第３サンプルホールド回路
１９０  リセット回路
１９１  セレクタ
１９２  Ａ／Ｄコンバータ
１９３  処理部
１９４  減算回路
１９５  サンプルホールド回路
３００  自動二輪車
３１０  車体
３２０  前輪
３３０  後輪
ＢＳ１  第１のパルス信号
ＢＳ２  第２のパルス信号
ＢＳ３  第３のパルス信号
ＬＳ１  第１矩形波信号
ＬＳ２  第２矩形波信号
ＬＳ３  第３矩形波信号
ＰＥ，ＰＲ  パルス
ＲＥ  受光信号
ｔｅ  時点
【図１】
2013003114.tif 000003
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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