(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に光を複数回、投射する投光部と、
前記対象物からの反射光を検出する検出部と、
前記投光部による光の投射毎に、前記検出部から出力される検出信号の強度が第１閾値を超える第１イベントの発生及び前記第１閾値より小さい又は大きい第２閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ前記光の投射からの予め定められた経過時間毎にカウントし、該カウントを前記複数回の光の投射について前記経過時間毎に積算し、該積算結果に基づいて前記光の投射から前記検出部により前記反射光が検出されるまでの検出時間を決定する処理部と、
を備える光検出装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記第１イベントの発生のカウントを前記複数回の光の投射について積算した積算結果から前記第２イベントの発生のカウントを前記複数回の光の投射について積算した積算結果を減算し、該減算結果に基づいて前記検出時間を決定する、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記投光部による複数回の光の投射のそれぞれにおいて、前記光の投射から予め定められた経過時間毎に前記第１イベントの発生に対してプラスカウントするとともに前記第２イベントの発生に対してマイナスカウントし、得られるカウントを前記複数回の光の投射について積算する、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記投光部による複数回の光の投射のそれぞれにおいて、前記光の投射から予め定められた経過時間毎に前記第１イベント及び前記第２イベントのそれぞれの発生をともにカウントし、前記第１イベントの発生回数を示す第１ヒストグラムと前記第２イベントの発生回数を示す第２ヒストグラムを作成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記検出部から出力される検出信号の強度を前記第１閾値に対して比較する第１コンパレータと、前記検出信号の強度を前記第２閾値に対して反転して比較する第２コンパレータと、を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記検出部から出力される検出信号を一組の第１信号及び第２信号を含む差動信号に変換して前記処理部に入力する変換部と、前記処理部に含まれ、前記差動信号の強度を比較するコンパレータと、をさらに備え、
前記コンパレータは、前記第１信号の強度を前記第２信号の強度に対して比較する第１コンパレータと、前記第１信号の強度を前記第２信号の強度に対して反転して比較する第２コンパレータと、を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記第１信号の前記第２信号からの差分は前記検出信号に等しい、請求項６に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記処理部は、前記一組の第１信号及び第２信号のオフセットレベルをそれぞれ第１及び第２オフセットレベルに変換して前記第１コンパレータに入力する第１レベル変換部と、前記一組の第１信号及び第２信号のオフセットレベルをそれぞれ第３及び第４オフセットレベルに変換して前記第２コンパレータに入力する第２レベル変換部と、をさらに含み、前記第２オフセットレベルの前記第１オフセットレベルからの差分が前記第１閾値に等しく、前記第４オフセットレベルの前記第３オフセットレベルからの差分が前記第２閾値に等しい、請求項６又は７に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記処理部は、前記投光部により光を投射しない場合に前記検出部から出力される検出信号に対して前記第１イベント及び前記第２イベントの発生をそれぞれカウントし、該カウントを複数の検出信号に対して積算し、前記第１イベント及び前記第２イベントの発生カウントの積算結果の差分が小さくなるように前記第１閾値及び前記第２閾値の少なくとも一方を調整する、請求項１から８のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記第１閾値及び前記第２閾値のうちの一方は、前記検出信号のオフセットレベルより大きく、
前記第１閾値及び前記第２閾値のうちの他方は、前記検出信号のオフセットレベルより小さい、請求項１から９のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１１】
前記処理部は、前記第１イベント及び前記第２イベントの発生をそれぞれ共通の周期でカウントする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の光検出装置により決定された前記検出時間に基づいて前記対象物までの距離を決定する測距装置。
【請求項１３】
対象物に光を複数回、投射する投光部と
前記対象物からの反射光を検出する検出部と、
前記検出部から出力される検出信号を第１信号と前記第１信号の極性を反転させた第２信号とを含む差動信号に変換する変換部と、
前記第１信号に第１オフセットを与えた第３信号と、前記第１信号に前記第１オフセットより大きい又は小さい第２オフセットを与えた第４信号とをそれぞれ生成し、
前記投光部による前記複数回の光の投射のそれぞれにおいて、前記光の投射から予め定められた経過時間毎に、前記第２信号の強度と前記第３信号の強度とを比較して、前記第２信号の強度が前記第３信号の強度を超える第１イベントの発生をカウントし、前記第２信号の強度と前記第４信号の強度とを比較して、前記第２信号の強度が前記第４信号の強度を下回る第２イベントの発生をカウントし、
前記カウントを前記複数回の光の投射について前記経過時間毎にそれぞれ積算し、該積算結果に基づいて前記光の投射から前記検出部により前記反射光が検出されるまでの検出時間を決定する処理部と、
を備える光検出装置。
【請求項１４】
対象物に光を複数回、投射する段階と、
前記対象物からの反射光を検出する段階と、
光の投射毎に、前記反射光の検出信号の強度が第１閾値を超える第１イベントの発生及び前記第１閾値より小さい又は大きい第２閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ前記光の投射からの予め定められた経過時間毎にカウントし、該カウントをそれぞれ前記複数回の光の投射について前記経過時間毎に積算する段階と、
前記第１イベント及び前記第２イベントの発生カウントの積算結果に基づいて前記光の投射から前記反射光が検出されるまでの検出時間を決定する段階と、
を備える光検出方法。
【請求項１５】
前記決定する段階では、前記第１イベントの発生のカウントを前記複数回の光の投射について積算した積算結果から前記第２イベントの発生のカウントを前記複数回の光の投射について積算した積算結果を減算し、該減算結果に基づいて前記検出時間を決定する、請求項１４に記載の光検出方法。
【請求項１６】
前記積算する段階では、複数回の光の投射のそれぞれにおいて、前記光の投射から予め定められた経過時間毎に前記第１イベントの発生に対してプラスカウントするとともに前記第２イベントの発生に対してマイナスカウントし、得られるカウントを前記複数回の光の投射について積算する、請求項１５に記載の光検出方法。
【請求項１７】
前記積算する段階では、複数回の光の投射のそれぞれにおいて、前記光の投射から予め定められた経過時間毎に前記第１イベント及び前記第２イベントのそれぞれの発生をともにカウントし、前記第１イベントの発生回数を示す第１ヒストグラムと前記第２イベントの発生回数を示す第２ヒストグラムを作成する、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の光検出方法。
【請求項１８】
前記積算する段階は、前記反射光の検出信号を一組の第１信号及び第２信号を含む差動信号に変換する段階を含む、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の光検出方法。
【請求項１９】
前記第１信号の前記第２信号からの差分は前記検出信号に等しい、請求項１８に記載の光検出方法。
【請求項２０】
前記積算する段階は、前記一組の第１信号及び第２信号のオフセットレベルをそれぞれ第１及び第２オフセットレベルに変換して、前記第１信号の強度を前記第２信号の強度に対して比較する段階と、前記一組の第１信号及び第２信号のオフセットレベルをそれぞれ第３及び第４オフセットレベルに変換して、前記第１信号の強度を前記第２信号の強度に対して反転して比較する段階と、をさらに含み、
前記第２オフセットレベルの前記第１オフセットレベルからの差分が前記第１閾値に等しく、前記第４オフセットレベルの前記第３オフセットレベルからの差分が前記第２閾値に等しい、請求項１８又は１９に記載の光検出方法。
【請求項２１】
光を投射しない場合に前記対象物からの光の検出信号に対して前記第１イベント及び前記第２イベントの発生をそれぞれカウントし、該カウントを複数の検出信号に対して積算し、前記第１イベント及び前記第２イベントの発生カウントの積算結果の差分が小さくなるように前記第１閾値及び前記第２閾値の少なくとも一方を調整する段階をさらに備える、請求項１４から２０のいずれか一項に記載の光検出方法。
【請求項２２】
前記第１閾値及び前記第２閾値のうちの一方は、前記検出信号のオフセットレベルより大きく、
前記第１閾値及び前記第２閾値のうちの他方は、前記検出信号のオフセットレベルより小さい、請求項１４から２１のいずれか一項に記載の光検出方法。
【請求項２３】
前記積算する段階では、前記第１イベント及び前記第２イベントの発生をそれぞれ共通の周期でカウントする、請求項１４から２２のいずれか一項に記載の光検出方法。
【請求項２４】
請求項１４から２３のいずれか一項に記載の光検出方法により決定された前記検出時間に基づいて前記対象物までの距離を決定する段階を備える測距方法。
【請求項２５】
対象物に光を複数回、投射する段階と
前記対象物からの反射光を検出する段階と、
前記反射光の検出信号を第１信号と前記第１信号の極性を反転させた第２信号とを含む差動信号に変換する段階と、
前記第１信号に第１オフセットを与えた第３信号と、前記第１信号に前記第１オフセットより大きい又は小さい第２オフセットを与えた第４信号とをそれぞれ生成し、
前記複数回の光の投射のそれぞれにおいて、前記光の投射から予め定められた経過時間毎に、前記第２信号の強度と前記第３信号の強度とを比較して、前記第２信号の強度が前記第３信号の強度を超える第１イベントの発生をカウントし、前記第２信号の強度と前記第４信号の強度とを比較して、前記第２信号の強度が前記第４信号の強度を下回る第２イベントの発生をカウントし、
前記カウントを前記複数回の光の投射について前記経過時間毎にそれぞれ積算し、該積算結果に基づいて前記光の投射から前記反射光が検出されるまでの検出時間を決定する段階と、
を備える光検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置及び方法並びに測距装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物により反射された測定光の伝搬時間に基づいて、対象物までの距離を測定する測距装置がある（例えば、特許文献１参照）。測距性能を向上するには、対象物からの反射光に由来する目標信号を太陽光等の外光に由来するノイズを含む検出信号から正確に抽出する必要がある。
［特許文献１］  特開２０１２−２６８５３号公報
【発明の概要】
【０００３】
本発明の第１の態様においては、対象物に光を複数回、投射する投光部と、対象物からの反射光を検出する検出部と、投光部による光の投射毎に、検出部から出力される検出信号の強度が第１閾値を超える第１イベントの発生及び第１閾値より小さい又は大きい第２閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ光の投射からの予め定められた経過時間毎にカウントし、カウントを複数回の光の投射について経過時間毎に積算し、積算結果に基づいて光の投射から検出部により反射光が検出されるまでの検出時間を決定する処理部と、を備える光検出装置が提供される。
【０００４】
本発明の第２の態様においては、第１の態様の光検出装置により決定された検出時間に基づいて対象物までの距離を決定する測距装置が提供される。
【０００５】
本発明の第３の態様においては、対象物に光を複数回、投射する投光部と、対象物からの反射光を検出する検出部と、検出部から出力される検出信号を第１信号と第１信号の極性を反転させた第２信号とを含む差動信号に変換する変換部と、第１信号に第１オフセットを与えた第３信号と、第１信号に第１オフセットより大きい又は小さい第２オフセットを与えた第４信号とをそれぞれ生成し、投光部による複数回の光の投射のそれぞれにおいて、光の投射から予め定められた経過時間毎に、第２信号の強度と第３信号の強度とを比較して、第２信号の強度が第３信号の強度を超える第１イベントの発生をカウントし、第２信号の強度と第４信号の強度とを比較して、第２信号の強度が第４信号の強度を下回る第２イベントの発生をカウントし、カウントを複数回の光の投射について経過時間毎にそれぞれ積算し、積算結果に基づいて光の投射から検出部により反射光が検出されるまでの検出時間を決定する処理部と、を備える光検出装置が提供される。
【０００６】
本発明の第４の態様においては、対象物に光を複数回、投射する段階と、対象物からの反射光を検出する段階と、光の投射毎に、反射光の検出信号の強度が第１閾値を超える第１イベントの発生及び第１閾値より小さい又は大きい第２閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ光の投射からの予め定められた経過時間毎にカウントし、カウントをそれぞれ複数回の光の投射について経過時間毎に積算する段階と、第１イベント及び第２イベントの発生カウントの積算結果に基づいて光の投射から反射光が検出されるまでの検出時間を決定する段階と、を備える光検出方法が提供される。
【０００７】
本発明の第５の態様においては、第４の態様の光検出方法により決定された検出時間に基づいて対象物までの距離を決定する測距方法が提供される。
【０００８】
本発明の第６の態様においては、対象物に光を複数回、投射する段階と、対象物からの反射光を検出する段階と、反射光の検出信号を第１信号と第１信号の極性を反転させた第２信号とを含む差動信号に変換する段階と、第１信号に第１オフセットを与えた第３信号と、第１信号に第１オフセットより大きい又は小さい第２オフセットを与えた第４信号とをそれぞれ生成し、複数回の光の投射のそれぞれにおいて、光の投射から予め定められた経過時間毎に、第２信号の強度と前記第３信号の強度とを比較して、第２信号の強度が第３信号の強度を超える第１イベントの発生をカウントし、第２信号の強度と第４信号の強度とを比較して、第２信号の強度が第４信号の強度を下回る第２イベントの発生をカウントし、カウントを複数回の光の投射について経過時間毎にそれぞれ積算し、積算結果に基づいて光の投射から反射光が検出されるまでの検出時間を決定する段階と、を備える光検出方法が提供される。
【０００９】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴のすべてを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る測距装置の構成を示す。
【図２】遠方測距時において検出部から出力される検出信号の一例を示す。
【図３】処理部の構成の一例を示す。
【図４】処理部の構成の別の例を示す。
【図５】処理部の動作の一例を示す。
【図６】本実施形態に係る測距装置により実行される測距方法の動作フローを示す。
【図７】処理部により作成されるヒストグラムの一例を示す。
【図８】変形例に係る処理部に含まれるプロセッサの構成を示す。
【図９】論理回路による論理演算動作を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る測距装置１０の構成を示す。なお、測距装置１０は光検出装置を含む。ここで、投光部１００が測定光を出射する方向、すなわち光線Ｂ３の矢印方向を前方、その逆方向、すなわち光線Ａ３の矢印方向を後方とする。測距装置１０は、対象物からの反射光に由来する目標信号を外光に由来するノイズを含む検出信号から正確に抽出することにより測距性能を向上するものであり、投光部１００、レチクルプレート１４０、接眼レンズ１５０、制御部１３２、検出部２００、変換部２４０、及び処理部３００を備える。
【００１３】
投光部１００は、対象物に測定光を複数回、投射するユニットである。投光部１００は、発光部１３０、正立プリズム１２０、及び対物レンズ１１０を有する。
【００１４】
発光部１３０は、光源を用いて、一定の周期でパルス状の測定光（すなわち、光線Ｂ１）を正立プリズム１２０に向けて出射する。光源として、例えば、赤外線を発振する半導体レーザを採用することができる。発光部１３０は、１回の測距動作において、予め定められた数、例えば３２０発のパルス状の測定光を一定の周期、例えば５００〜７００μ秒の周期で出射する。
【００１５】
正立プリズム１２０は、発光部１３０から射出された測定光を前方に送り、入射光線を後方の接眼レンズ１５０に送る光学素子である。正立プリズム１２０として、例えばダハプリズム、ポロプリズム等を採用することができる。正立プリズム１２０は、可視光帯域の光を反射し、赤外帯域の光を透過するダイクロイック反射面１２２、並びに可視光帯域及び赤外帯域の両方に対して高い反射率を有する全反射面１２４，１２６を有する。測定光（光線Ｂ１）は、正立プリズム１２０においてダイクロイック反射面１２２を透過し、そして全反射面１２４において反射されて、光線Ｂ２として測距装置１０内を前方に伝搬する。入射光線（光線Ａ１）は、正立プリズム１２０においてダイクロイック反射面１２２、全反射面１２４，１２６及び他の反射面により反射される。それにより、入射光線により形成される倒立鏡像が正立正像に反転される。
【００１６】
対物レンズ１１０は、正立プリズム１２０から出力される光線Ｂ２をコリメートし、光線Ｂ３として測距装置１０の前方に送る光学素子である。
【００１７】
レチクルプレート１４０は、対物レンズ１１０の焦点位置に配置される。レチクルプレート１４０は、視準指標及び表示部（いずれも不図示）を有する。視準指標は、例えば十字線、矩形枠、円形枠等の形状を有する。視準指標は、可視光に対して透明な板に印刷、食刻等により形成されてもよいし、透過型の液晶を用いて表示されてもよい。表示部は、透過型の液晶等を用いて、対象物までの距離の計測結果を、文字、画像等によりユーザに示す。表示部をレチクルプレート１４０に直接設けることに代えて、反射型の液晶と、当該液晶を用いた表示像をレチクルプレート１４０に導く光学系とにより構成してもよい。表示部は、測距結果の他、電池の残量、アラート、時計等を併せて表示してもよい。
【００１８】
接眼レンズ１５０は、入射光線を集光して光線Ａ３として後方に送る光学素子である。測距装置１０の内部において、接眼レンズ１５０の前端が正立プリズム１２０の後端に対向する。
【００１９】
正立プリズム１２０、対物レンズ１１０、レチクルプレート１４０、及び接眼レンズ１５０は、ユーザが対象物に対して測距装置１０を視準する視準部を構成する。視準部は、投光部１００と光学系の一部を共有し、これにより測距装置１０において投光部１００と視準部とで見かけの光軸が一致する。
【００２０】
視準部には、測距装置１０の前方に位置する対象物から反射又は散乱された光のうち、対物レンズ１１０の見込み角の範囲内を伝搬する光線Ａ１が入射する。光線Ａ１は、対物レンズ１１０を介して光線Ａ２として集光し、正立プリズム１２０、レチクルプレート１４０、及び接眼レンズ１５０を通じて、測距装置１０の後方に光線Ａ３として出射される。これにより、ユーザは、接眼レンズ１５０を通じて対象物の正立正像を観察することができる。
【００２１】
ユーザが接眼レンズ１５０を通じて観察する対象物の像には、レチクルプレート１４０に配された視準指標が重畳される。それにより、ユーザは、接眼レンズ１５０を通じて観察する像に視準指標を重畳させることにより、測距装置１０を対象物に視準する。この場合に、上記のとおり投光部１００と視準部とは見かけの光軸が一致するので、視準指標の示す位置に測定光が照射される。
【００２２】
制御部１３２は、投光部１００（発光部１３０）から出射される測定光の強度、出射回数、周期等を制御するユニットである。また、制御部１３２は、測定光の出射タイミングを処理部３００に送信することもできる。これにより、処理部３００は、投光部１００による各測定光の投射に応じて、検出部２００から出力される反射光の検出信号を処理することができる。制御部１３２は、測距装置１０の筐体に設けられた操作ボタン１３３を含み、ユーザがこれを押下することで、後述する測距動作を開始する。
【００２３】
検出部２００は、対象物からの反射光を検出して、電気信号形式の検出信号を出力するユニットである。検出部２００は、受光レンズ２１０、帯域透過フィルター２２０、及び受光素子２３０を含む。
【００２４】
受光レンズ２１０は、対象物からの反射光（すなわち、光線Ｃ１）を集光して、光線Ｃ２として受光素子２３０に送る光学素子である。なお、受光レンズ２１０は、投光部１００の対物レンズ１１０と異なる光軸を有する。
【００２５】
帯域透過フィルター２２０は、反射光を含む狭い帯域の光を透過し、他の帯域の光を遮断又は減衰する光学素子である。帯域透過フィルター２２０は、受光レンズ２１０の後方に配されている。
【００２６】
受光素子２３０は、反射光を受光して、その強度に対応する電気信号（受光信号とも呼ぶ）を出力する素子である。受光素子２３０は、例えば測定光の帯域に対して感度を有するフォトダイオード、フォトトランジスタ等を採用することができる。受光素子２３０は、帯域透過フィルター２２０の後方に配されている。なお、測定光に対して背景光の影響を排除するという観点から、受光素子２３０の受光面積はより小さいことが好ましい。
【００２７】
上述の構成の検出部２００において、受光レンズ２１０に、測距装置１０の前方に位置する対象物から反射又は散乱された光線Ｃ１が入射する。光線Ｃ１は、受光レンズ２１０により集光されて光線Ｃ２として帯域透過フィルター２２０を通過し、そして受光素子２３０により受光される。受光素子２３０は、受光した光の強度に対応した受光信号を変換部２４０に向けて出力する。
【００２８】
図２に、遠方測距時において１回の測定光の投射に対して検出部２００が出力する検出信号の一例を示す。なお、オフセットレベル（すなわち、信号の平均レベル）が点線により示されている。対象物が遠方に位置し、対象物付近が明るい場合、対象物からの反射光だけでなく太陽光等の外光も検出されることで、さらに回路基板等に加わる電気ノイズが含まれることで、反射光に由来する目標信号（すなわち、図２における網掛け部分）は、高いオフセットレベルを有し且つ激しく揺らぐノイズに埋もれることとなる。
【００２９】
変換部２４０は、例えば増幅器を含み、これにより受光素子２３０から出力された受光信号を増幅する。変換部２４０は、さらに、受光信号を差動信号に変換してもよい。それにより、伝送ノイズを低減することができる。変換部２４０は、増幅した受光信号を検出信号として処理部３００に供給する。
【００３０】
処理部３００は、変換部２４０から出力される検出信号に基づいて、反射光の検出時間、すなわち、投光部１００による各測定光の投射から、対象物により反射された当該測定光の反射光が検出部２００（受光素子２３０）により検出されるまでの時間Ｔを決定し、さらに時間Ｔから対象物までの距離を決定するユニットである。
【００３１】
図３に、処理部３００の構成を示す。この例では、変換部２４０は、検出部２００から出力される検出信号ｓｉｇを２分の１倍して第１信号ｓｉｇ（＋）を生成するとともに−２分の１倍して第２信号ｓｉｇ（−）を生成することにより、検出信号ｓｉｇを一組の第１信号及び第２信号を含む差動信号（ｓｉｇ（＋），ｓｉｇ（−））に変換し、これを一対の伝送ラインを介して処理部３００に入力する。なお、第１信号の第２信号からの差分が検出信号に等しく（ｓｉｇ＝ｓｉｇ（＋）−ｓｉｇ（−））、この条件を満たす限りにおいて差動信号を任意に生成してよい。処理部３００は、レベル変換部３１１ａ，３１１ｂ，３１２ａ，３１２ｂ、コンパレータ３１１，３１２、及びプロセッサ３２０を含む。なお、コンパレータ３１１，３１２のそれぞれは、一対の伝送ラインにより変換部２４０に接続されている。
【００３２】
レベル変換部３１１ａ，３１１ｂは、一対の伝送ライン上に設けられて、これらを通じて伝送される一組の第１信号ｓｉｇ（＋）及び第２信号ｓｉｇ（−）のオフセットレベルをそれぞれ第１及び第２オフセットレベルＯ１，Ｏ２に変換するユニットである。レベル変換部３１１ａ（３１１ｂ）は、容量素子ｃ１（ｃ２）及び２つの分圧素子ｚ１１，ｚ１２（ｚ２１，ｚ２２）を有する。容量素子ｃ１（ｃ２）は、例えばコンデンサを採用することができる。容量素子ｃ１（ｃ２）は、伝送ライン上に設けられてこれを通じて伝送される第１信号（第２信号）に含まれる定電圧成分（すなわち、オフセットレベル）を除去する（ゼロレベルに下げる）。分圧素子ｚ１１，ｚ１２（ｚ２１，ｚ２２）は、例えば抵抗を採用することができる。一方の分圧素子ｚ１１（ｚ２１）は、伝送ラインと基準電位（高電位ＶＣＣとする）との間に接続され、他方の分圧素子ｚ１２（ｚ２２）は、伝送ラインと別の基準電位（低電位ＶＧＮＤとする）との間に接続され、電位差ＶＣＣ−ＶＧＮＤを分圧比ｚ１２／（ｚ１１＋ｚ１２）（ｚ２２／（ｚ２１＋ｚ２２））で分圧して第１オフセットレベルＯ１（第２オフセットレベルＯ２）として第１信号（第２信号）に付加する。これにより、オフセットレベルが変換された信号ｓｉｇ（＋，Ｏ１）（ｓｉｇ（−，Ｏ２））が生成され、コンパレータ３１１に入力される。なお、第２オフセットレベルＯ２の第１オフセットレベルＯ１からの差分（Ｏ２−Ｏ１）が、検出信号ｓｉｇの強度を比較するリファレンスとしての第１閾値（ただし、検出信号ｓｉｇのオフセットレベルを基準とする）を与える。
【００３３】
レベル変換部３１２ａ，３１２ｂは、一対の伝送ライン上に設けられて、これらを通じて伝送される一組の第１信号ｓｉｇ（＋）及び第２信号ｓｉｇ（−）のオフセットレベルをそれぞれ第３及び第４オフセットレベルＯ３，Ｏ４に変換するユニットである。レベル変換部３１２ａ（３１２ｂ）は、容量素子ｃ３（ｃ４）及び２つの分圧素子ｚ３１，ｚ３２（ｚ４１，ｚ４２）を有する。容量素子ｃ３（ｃ４）は、伝送ライン上に設けられてこれを通じて伝送される第１信号（第２信号）に含まれるオフセットレベルを除去する。一方の分圧素子ｚ３１（ｚ４１）は、伝送ラインと基準電位（高電位ＶＣＣとする）との間に接続され、他方の分圧素子ｚ３２（ｚ４２）は、伝送ラインと別の基準電位（低電位ＶＧＮＤとする）との間に接続され、電位差ＶＣＣ−ＶＧＮＤを分圧比ｚ３２／（ｚ３１＋ｚ３２）（ｚ４２／（ｚ４１＋ｚ４２））で分圧して第３オフセットレベルＯ３（第４オフセットレベルＯ４）として第１信号（第２信号）に付加する。これにより、オフセットレベルが変換された信号ｓｉｇ（＋，Ｏ３）（ｓｉｇ（−，Ｏ４））が生成され、コンパレータ３１２に入力される。なお、第４オフセットレベルＯ４の第３オフセットレベルＯ３からの差分（Ｏ４−Ｏ３）が、検出信号ｓｉｇの強度を比較するリファレンスとしての第２閾値（ただし、検出信号ｓｉｇのオフセットレベルを基準とする）を与える。
【００３４】
なお、一組の第１信号ｓｉｇ（＋）及び第２信号ｓｉｇ（−）のうちのいずれか一方のみにオフセットレベルを与えても良い。例えば、オフセットレベルＯ２，Ｏ４をゼロにして、第１信号ｓｉｇ（＋）のみにオフセットレベルＯ１，Ｏ３を与えることもできる。また、オフセットレベルＯ１，Ｏ３をゼロにして、第２信号ｓｉｇ（−）のみにオフセットレベルＯ２，Ｏ４を与えることもできる。
【００３５】
なお、第１及び第２信号のオフセットレベルは、外光の強度に強く依存する傾向があり、時刻、天候等によって大きく変化し得る。そこで、レベル変換部３１１ａ，３１１ｂ，３１２ａ，３１２ｂを設けることで、第１及び第２信号のオフセットレベルを処理前のオフセットに依存することなく一意に定めることができる。つまり、第１及び第２信号のオフセットレベルに依存することなく、検出信号の強度を比較するための第１及び第２閾値を一意に定めることができる。
【００３６】
コンパレータ３１１は、検出信号の強度を第１閾値に対して比較し、大きい（小さい又は等しい）場合に信号「１」（信号「０」）を出力する素子である。なお、コンパレータ３１１の出力を信号ｐｏｓｉと称する。コンパレータ３１１の非反転入力及び反転入力に、それぞれ、変換部２４０に接続する一対の伝送ラインが接続される。それにより、変換部２４０から出力され、オフセットレベルが変換された第１及び第２信号ｓｉｇ（＋，Ｏ１），ｓｉｇ（−，Ｏ２）がそれぞれコンパレータ３１１の非反転入力及び反転入力に入力され、信号ｓｉｇ（＋，Ｏ１）の強度が信号ｓｉｇ（−，Ｏ２）の強度に対して比較される、つまり検出信号ｓｉｇの強度が第１閾値に対して比較される。
【００３７】
コンパレータ３１２は、検出信号を反転してその強度を第２閾値に対して比較し、小さい（大きい又は等しい）場合に信号「１」（信号「０」）を出力する素子である。なお、コンパレータ３１２の出力を信号ｎｅｇａと称する。コンパレータ３１２の非反転入力及び反転入力に、それぞれ、変換部２４０に接続する一対の伝送ラインが反転して接続される。それにより、変換部２４０から出力され、オフセットレベルが変換された第１及び第２信号ｓｉｇ（−，Ｏ４），ｓｉｇ（＋，Ｏ３）がそれぞれコンパレータ３１２の非反転入力及び反転入力に入力され、信号ｓｉｇ（＋，Ｏ３）の強度が信号ｓｉｇ（−，Ｏ４）の強度に対して反転して比較される、つまり検出信号ｓｉｇの強度が第２閾値に対して反転して比較される。
【００３８】
なお、第１閾値及び第２閾値は異なり、本実施形態では第２閾値は第１閾値より小さく、さらに好ましくは第１閾値は検出信号のオフセットレベルより大きく、第２閾値は検出信号のオフセットレベルより小さく定められるものとする。それにより、後述するように、検出信号の強度が第１閾値を超える第１イベントの発生をカウントすることで、検出信号から、オフセットレベルに対して正の振幅を有する目標信号を抽出することができる。ただし、同時に、オフセットレベルに対して正側に揺らぐノイズ（正側ノイズと呼ぶこととする）も検出され得る。これに対して、検出信号の強度が第２閾値を下回る第２イベントの発生をカウントすることで、オフセットレベルに対して負側に揺らぐ、しかし正側ノイズと同様にランダムに発生するノイズ（負側ノイズと呼ぶこととする）を検出することができる。ただし、検出信号の強度が、第１閾値以下であり且つ第２閾値以上の場合、いずれのイベントもカウントしない。後述するように第１及び第２イベントの発生カウントを複数回の測定光の投射についてそれぞれ積算してヒストグラムを作成し、それらの差分を算出することで、異なる測定光に対する検出間で検出信号に含まれる負側ノイズを利用して正側ノイズを除去し、それによりノイズを含む検出信号から目標信号を正確に抽出することが可能となる。
【００３９】
斯かる処理は、検出信号の強度が第１閾値を超える場合にプラスカウント、第２閾値を下回る場合にマイナスカウント、第１閾値以下且つ第２閾値以上の場合にゼロカウントし、これらのカウントを複数回の測定光の投射について積算してヒストグラムを作成することに等しいことから、三値ヒストグラム法とも呼ぶ。三値ヒストグラム法によれば、反射光を検出すると同時にバックグラウンドを決定することができるため、測距動作と独立にバックグラウンドを決定するシーケンスが不要となる。
【００４０】
プロセッサ３２０は、コンパレータ３１１，３１２の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａを処理してヒストグラムを作成する。プロセッサ３２０は、演算回路３２２及びメモリ３２３を有する。
【００４１】
演算回路３２２は、投光部１００による各測定光の投射に対して、検出部２００から出力される検出信号の強度が第１閾値を超える第１イベントの発生及び第２閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ測定光の投射からの時間毎にカウントする。ここで、演算回路３２２は、コンパレータ３１１を用いて検出信号の強度を第１閾値と比較し、コンパレータ３１１から信号「１」が出力される場合、すなわち検出信号の強度が第１閾値を超える場合に第１イベントの発生をカウントし、コンパレータ３１２を用いて検出信号の強度を第２閾値と比較し、コンパレータ３１２から信号「１」が出力される場合、すなわち検出信号の強度が第２閾値を下回る場合に第２イベントの発生をカウントする。
【００４２】
演算回路３２２は、制御部１３２から送信される各測定光の出射タイミングによりトリガされて当該測定光の投射に対して共通のサンプリング周期（例えば、サンプリング周波数２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、すなわち、１／２０００００〜１／３０００００秒経過するごとに）でコンパレータ３１１，３１２の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａをそれぞれサンプリングし、周期毎において、信号「１」の場合にカウントする（カウンタ値を１つインクリメントする）。それにより、第１及び第２イベントの発生を各サンプリングタイミングでともにカウントする。カウント結果はメモリ３２３へ送られてヒストグラム作成に用いられる。
【００４３】
演算回路３２２は、第１及び第２イベントの発生のカウントをそれぞれ投光部１００による複数回の測定光の投射について積算して、第１及び第２イベントのそれぞれについて測定光の投射からの時間に対する発生回数のヒストグラム（積算結果の一例）を作成する。
【００４４】
演算回路３２２は、さらに、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムに基づいて反射光の検出時間Ｔを決定する。演算回路３２２は、サンプリングタイミング毎に、第１イベントの発生カウントを複数回の光の投射について積算したｐｏｓｉヒストグラムの『ｐｏｓｉヒストグラム度数』から、第２イベントの発生カウントを複数回の光の投射について積算したｎｅｇａヒストグラムの『ｎｅｇａヒストグラム度数』を減算する。この減算処理で得られた度数を用いて『ｐｏｓｉ−ｎｅｇａヒストグラム』を作成し、これに基づいて反射光の検出時間Ｔを決定する。
【００４５】
なお、ｐｏｓｉヒストグラム度数からｎｅｇａヒストグラム度数を減算してｐｏｓｉ−ｎｅｇａヒストグラムを作成するに限らず、ｎｅｇａヒストグラム度数からｐｏｓｉヒストグラム度数を減算してｎｅｇａ−ｐｏｓｉヒストグラムを作成し、これに基づいて反射光の検出時間Ｔを決定してもよい。また、２つのヒストグラムを減算するに限らず、２つのヒストグラムを演算することで反射光に由来する目標信号をノイズを含む検出信号から抽出することができれば乗算等、任意の演算をしてもよい。
【００４６】
メモリ３２３は、演算回路３２２による第１及び第２イベントのカウントを記憶する記憶領域である。第１及び第２イベントのカウントは、それぞれ、各サンプリングタイミングすべてに対して記録される。
【００４７】
処理部３００（演算回路３２２）は、投光部１００によるすべての測定光の投射が終わると、『ｐｏｓｉ−ｎｅｇａヒストグラム』から最大度数となるサンプリングタイミングを検出する。この最大度数を持つサンプリングタイミングが、測定光が発せられてから受光されるまでの検出時間Ｔを示すことになる。
【００４８】
上記のようにして決定された反射光の検出時間Ｔから、対象物までの距離をＴｃ／２（ｃは光速）の計算を行い算出する。測定光が発せられた測定位置から対象物までの往復に相当する距離を光が移動するのに要した時間が検出時間Ｔであるので、検出時間Ｔの２分の１に光速を掛けることになる。
【００４９】
処理部３００は、算出した距離をレチクルプレート１４０に表示する。それにより、ユーザが接眼レンズ１５０を通じて観察する測定対象物の像に、処理部３００により決定された対象物までの距離の情報が重畳される。
【００５０】
図４に、処理部３０１の構成の別の例を示す。変換部２４０は、検出部２００から出力される検出信号ｓｉｇを１つの伝送ラインを介して処理部３０１に入力する。処理部３０１は、コンパレータ３１１，３１２、及びプロセッサ３２０を含む。なお、コンパレータ３１１，３１２のそれぞれは、１つの伝送ラインにより変換部２４０に接続されている。これらの構成及び機能は先述の図３の例におけるそれらと同じである。そこで、先述の例と異なる点のみ説明する。
【００５１】
コンパレータ３１１の非反転入力及び反転入力に、それぞれ、変換部２４０に接続する伝送ライン及び基準電位ｒｅｆ１に接続する別の伝送ラインが接続される。ここで、基準電位ｒｅｆ１が検出信号ｓｉｇの強度を比較するリファレンスとしての第１閾値を与える。変換部２４０から出力される検出信号ｓｉｇの強度が第１閾値に対して比較され、第１閾値に対して検出信号ｓｉｇが大きい（小さい又は等しい）場合に信号「１」（信号「０」）が出力される。なお、第１閾値（基準電位ｒｅｆ１）は、検出信号ｓｉｇに含まれる反射光に由来する目標信号を外光に由来するノイズ、伝送ノイズ等のノイズから識別するのに適当な値に定めることができる。第１閾値は、先述のとおり、検出信号のオフセットレベルより大きく定めてよい。
【００５２】
コンパレータ３１２の非反転入力及び反転入力に、それぞれ、基準電位ｒｅｆ２に接続するさらに別の伝送ライン及び変換部２４０に接続する伝送ラインが接続される。ここで、基準電位ｒｅｆ２が検出信号ｓｉｇの強度を比較するリファレンスとしての第２閾値を与える。ここで、第２閾値は、第１閾値と異なり、本例では第１閾値より小さい。変換部２４０から出力される検出信号ｓｉｇの強度が第２閾値に対して比較され、第２閾値に対して検出信号ｓｉｇが小さい（大きい又は等しい）場合に信号「１」（信号「０」）が出力される。なお、第２閾値（基準電位ｒｅｆ２）は、先述のとおり、検出信号ｓｉｇに含まれる負側ノイズを検出し、これを利用して正側ノイズを除去するのに適当な値に定めることができる。第２閾値は、検出信号のオフセットレベルより小さく定めてよい。
【００５３】
処理部３０１は、２つのコンパレータ３１１，３１２を用いることで投光部１００による各測定光の投射に対して、第１及び第２イベントのそれぞれの発生をカウントする。それにより、検出部２００による反射光の検出に揺らぎがある場合においても、外光に由来するノイズに対して対象物からの反射光に由来する目標信号を正確に抽出することができる。
【００５４】
なお、本実施形態では第２閾値は第１閾値より小さく、さらに好ましくは第１閾値は検出信号のオフセットレベルより大きく、第２閾値は検出信号のオフセットレベルより小さく定めるとしたが、これに限らず、第２閾値は第１閾値より大きく、さらに好ましくは、第１閾値は検出信号のオフセットレベルより小さく、第２閾値は検出信号のオフセットレベルより大きく定めてもよい。斯かる場合、演算回路３２２は、投光部１００による各測定光の投射に対して、検出部２００から出力される検出信号の強度が第１閾値を超える第１イベントの発生及び第１閾値より大きい第２閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ測定光の投射からの時間毎にカウントする。つまり、演算回路３２２は、コンパレータ３１１を用いて検出信号の強度を第１閾値と比較し、コンパレータ３１１から信号「１」が出力される場合、すなわち検出信号の強度が第１閾値を超える場合に第１イベントの発生をカウントし、コンパレータ３１２を用いて検出信号の強度を第１閾値より大きい第２閾値と比較し、コンパレータ３１２から信号「１」が出力される場合、すなわち検出信号の強度が第２閾値を下回る場合に第２イベントの発生をカウントする。ここで、検出信号の強度が第１閾値と第２閾値との間に位置する場合、第１及び第２イベントの両方がカウントされるが、これらのカウントは、第１及び第２イベントの発生カウントをそれぞれ積算して作成されるヒストグラムの差分において相殺される。従って、上述の実施形態と同様に、三値ヒストグラム法により、検出信号に含まれる負側ノイズを利用して正側ノイズを除去し、それによりノイズを含む検出信号から目標信号を正確に抽出することが可能となる。
【００５５】
なお、第１閾値及び第２閾値は、例えば測距装置１０の出荷前等に、例えば太陽光等、実際の測距装置１０の使用状況に対応する外光が検出され得る状況において、投光部１００により測定光を投射しないで検出部２００から出力される検出信号の平均レベル及び揺らぎ（標準偏差等）を測定し、揺らぎの測定結果に基づいて決定してもよい。また、処理部３００により、投光部１００により測定光を投射しないで検出部２００から出力される検出信号に対して第１及び第２イベントの発生をそれぞれカウントし、それぞれのカウントを複数の検出信号に対して積算し、それにより得られる第１及び第２イベントの発生カウントの積算結果（すなわち、ヒストグラム）の差分が十分小さくなるように、好ましくは最小になるように第１閾値及び第２閾値を調整してもよい。斯かる場合、第１閾値を固定して第２閾値を調整する又は第２閾値を固定して第１閾値を調整する、或いはこれを複数回繰り返すことで第１閾値及び第２閾値を最適化してもよい。
【００５６】
例えば、コンパレータのプラス（＋）側に抵抗を付けて、ヒストグラムの差分が小さくなるようにオフセットレベル（又は閾値を）を調整することができる。なお、コンパレータのマイナス側（−）側に抵抗を付けても同様の効果を得ることができる。
【００５７】
図５を用いて、三値ヒストグラム法に基づく処理部３００の動作をより詳細に説明する。
【００５８】
処理部３００は、投光部１００による各測定光の投射に対して、第１及び第２イベントの発生をそれぞれ検出する。ここで、第１及び第２イベントは、それぞれ、検出部２００から出力される反射光の検出信号の強度が第１閾値を超える及び第２閾値を下回るイベントである。図５（Ａ）〜（Ｃ）に、それぞれ、１〜３回目の測定光の投射に対して得られた検出信号（信号１〜３）の強度の時間変化、コンパレータ３１１，３１２の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａの時間変化を示す。なお、点線は検出信号のオフセットレベル、一点鎖線は第１閾値、二点鎖線は第２閾値、網掛け部分は対象物からの反射光に由来する目標信号に相当する個所を示す。
【００５９】
図５（Ａ）に示す信号１の強度は、サンプリングの第１周期においてノイズ（正側ノイズ）により第１閾値を超え、第２周期においてノイズ（負側ノイズ）により第２閾値を下回り、第３周期において反射光の検出により第１閾値を超え、第４及び第５周期においてノイズにより第２閾値を下回る。この信号１に対して、コンパレータ３１１の出力信号ｐｏｓｉは、第１及び第３周期において第１イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第２、第４及び第５周期において第１イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。コンパレータ３１２の出力信号ｎｅｇａは、第２、第４及び第５周期において第２イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第１及び第３周期において第２イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。
【００６０】
図５（Ｂ）に示す信号２の強度は、サンプリングの第１及び第２周期においてノイズ（負側ノイズ）により第２閾値を下回り、第３周期において反射光の検出により第１閾値を超え、第４周期において第１及び第２閾値の間にあり、第５周期においてノイズ（正側ノイズ）により第１閾値を超える。この信号２に対して、コンパレータ３１１の出力信号ｐｏｓｉは、第３及び第５周期において第１イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第１、第２及び第４周期において第１イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。コンパレータ３１２の出力信号ｎｅｇａは、第１及び第２周期において第２イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第３から第５周期において第２イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。
【００６１】
図５（Ｃ）に示す信号３の強度は、サンプリングの第１周期においてノイズ（負側ノイズ）により第２閾値を下回り、第２周期においてノイズ（正側ノイズ）により第１閾値を超え、第３周期において反射光の検出により第１閾値を超え、第４周期においてノイズにより第２閾値を下回り、第５周期において第１及び第２閾値の間にある。この信号３に対して、コンパレータ３１１の出力信号ｐｏｓｉは、第２及び第３周期において第１イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第１、第４及び第５周期において第１イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。コンパレータ３１２の出力信号ｎｅｇａは、第１及び第４周期において第２イベントの発生を意味する信号「１」を含み、第２、第３及び第５周期において第２イベントが発生していないことを意味する信号「０」を含む。
【００６２】
図５（Ｄ）に、信号１〜３の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａのそれぞれの積算結果、すなわち第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムをそれぞれ上段及び下段に示す。第１イベントの発生回数のｐｏｓｉヒストグラムにおいては、第３周期において反射光の検出に伴う第１イベントのカウントが多く積算され、それ以外の周期においてはノイズ（正側ノイズ）に伴うカウントがまばらに積算されている。第２イベントの発生回数のｎｅｇａヒストグラムにおいては、第３周期において反射光の検出に伴い第２イベントのカウントが極少なく積算され（この例ではゼロカウント）、それ以外の周期においてはノイズ（負側ノイズ）に伴うカウントがまばらに積算されている。
【００６３】
図５（Ｅ）に、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムの減算結果であるｐｏｓｉ−ｎｅｇａヒストグラムを示す。減算結果においては、第１イベントの発生回数のヒストグラム（ｐｏｓｉ）における正側ノイズに伴うまばらなカウントが第２イベントの発生回数のヒストグラム（ｎｅｇａ）における負側ノイズに伴うまばらなカウントとほぼ相殺して、第３周期における反射光の検出に伴う高い柱（プラスの度数）が際立ち、その他の周期における低い柱（マイナス又はゼロの度数）から明確に区別することができる。
【００６４】
従って、第３周期に相当する時間軸上の位置が、測定光が発せられてから検出部２００で検出されるまでの時間に相当することになる。
【００６５】
図６に、本実施形態に係る測距装置１０により三値ヒストグラム法に基づく測距方法の動作フローを示す。なお、測距方法は、光検出方法を含む。動作フローは、ユーザにより操作ボタン１３３が押下されることに応じて、制御部１３２により開始される。なお、１回の測距において、測定光を複数（Ｎ≫１）回投射するものとする。検出信号の強度を比較するための第１及び第２閾値は互いに異なり、本実施形態では第２閾値は第１閾値より小さく、より好ましくは第１閾値は検出信号のオフセットレベルより大きく、第２閾値は検出信号のオフセットレベルより小さく定められているとする。なお、これと逆に、第２閾値は第１閾値より大きく、より好ましくは第１閾値は検出信号のオフセットレベルより小さく、第２閾値は検出信号のオフセットレベルより大きく定めてもよい。
【００６６】
ステップＳ１では、制御部１３２により、カウンタｎを初期化（ゼロに設定）する。
【００６７】
ステップＳ２では、投光部１００により、対象物に向けて測定光を投射する。
【００６８】
ステップＳ３では、検出部２００により、対象物により反射される測定光、すなわち反射光を検出する。
【００６９】
ステップＳ４では、処理部３００により、ステップＳ２における投光部１００による測定光の投射に対して、検出部２００から出力される検出信号の強度が第１閾値を超える第１イベントの発生及び第２閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ共通の周期で、すなわち測定光の投射からの経過時間毎にカウントし、該カウントを積算し、積算結果をメモリ３２３に格納する。ここで、処理部３００は、検出信号の強度を第１閾値と比較して、検出信号の強度が第１閾値を超える場合に第１イベントの発生をカウントし、検出信号の強度を第２閾値と比較して、検出信号の強度が第２閾値を下回る場合に第２イベントの発生をカウントする。
【００７０】
ステップＳ５では、制御部１３２により、カウンタｎを１インクリメントする。
【００７１】
ステップＳ６では、制御部１３２により、カウンタｎがＮ以上であるか判断する。カウンタｎがＮ未満の場合、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ６を繰り返す。すなわち、投光部１００により測定光をＮ回対象物に向けて投射し、処理部３００により、投光部１００による各測定光の投射に対して第１イベントの発生及び第２イベントの発生がそれぞれ測定光の投射からの経過時間毎にカウントされ、Ｎ回の測定光の投射について積算される。それにより、Ｎ回目の投射後は、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムが作成される。
【００７２】
図７に、Ｎ回の測定光の投射により作成されるヒストグラムの一例を示す。図７（Ａ）に示す第１イベントの発生回数のヒストグラム（ｐｏｓｉ）においては、時刻Ｔにおいて反射光の検出に伴う第１イベントのカウントのピークが、それ以外の時刻におけるノイズ（正側ノイズ）に伴う低いレベルのカウントから区別される。図７（Ｂ）に示す第２イベントの発生回数のヒストグラム（ｎｅｇａ）においては、時刻Ｔにおいて反射光の検出に伴う第２イベントのカウントの谷が、それ以外の時刻におけるノイズ（負側ノイズ）に伴う高いレベルのカウントの中に確認することができる。
【００７３】
カウンタｎがＮ以上の場合、次のステップＳ７に進む。
【００７４】
ステップＳ７では、処理部３００により、第１及び第２イベントの発生回数のカウントをＮ回の光の投射について積算した積算結果（すなわち、ヒストグラム）に基づいて反射光の検出時間Ｔを決定する。ここで、処理部３００は、第１イベントの発生回数のカウントのヒストグラム度数から第２イベントの発生回数のカウントのヒストグラム度数を減算する。
【００７５】
図７（Ｃ）に、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラム度数の減算結果（ｐｏｓｉ−ｎｅｇａ）を示す。第１イベントの発生回数のヒストグラム（ｐｏｓｉ）に含まれる反射光の検出に由来するカウントのピーク（図７（Ａ）における目標）が第２イベントの発生回数のヒストグラム（ｎｅｇａ）に含まれる反射光の検出に由来するカウントの谷（図７（Ｂ）における目標）と減算されて反射光の検出に伴う高い目標カウントがあらわになり、これが、第１イベントの発生回数のヒストグラムに含まれるノイズ（正側ノイズ）に由来するカウントが第２イベントの発生回数のヒストグラムに含まれるノイズ（負側ノイズ）に由来するカウントとほぼ相殺することで、まばらで極低い（又はほぼ一定の）バックグラウンドレベルから明確に区別することができる。なお、反射光の検出に由来する目標カウントのピークがバックグラウンドレベルから明確に区別できない場合、測定光の投射回数をより増やすことで明確に区別できるようになる。
【００７６】
処理部３００は、第１及び第２イベントの発生回数のヒストグラムの減算結果を示すヒストグラム（ｐｏｓｉ−ｎｅｇａ）における最も度数が大きい位置又は閾値以上の位置を反射光の検出時間Ｔとして決定する。
【００７７】
ステップＳ８では、処理部３００により、ステップＳ７において決定された反射光の検出時間Ｔから対象物までの距離Ｔｃ／２（ｃは光速）を決定する。処理部３００が、決定した距離をレチクルプレート１４０に表示することで、制御部１３２は測距方法の動作フローを終了する。
【００７８】
なお、上述の測距動作のフローにおけるステップＳ１、Ｓ３からＳ６を利用して、第１閾値及び第２閾値を決定してもよい。すなわち、投光部１００により測定光を投射しない場合に、ステップＳ３において検出部２００により検出される対象物からの光の検出信号に対してステップＳ４において第１及び第２イベントの発生をそれぞれカウントし、それぞれのカウントを複数の検出信号に対して積算し（ステップＳ３及びＳ４のＮ回の繰り返し）、第１及び第２イベントの発生カウントの積算結果の差分が小さくなるように第１閾値及び第２閾値を調整する。斯かる場合において、第１閾値を固定して第２閾値を調整する又は第２閾値を固定して第１閾値を調整する、或いはこれを複数回繰り返すことで第１閾値及び第２閾値を最適化してもよい。
【００７９】
本実施形態に係る測距装置１０及び測距方法によれば、検出部２００から出力される反射光の検出信号の強度が第１閾値を超える第１イベントの発生及び第１閾値より小さい（又は大きい）第２閾値を下回る第２イベントの発生をそれぞれ投光部１００による測定光の投射からの時間毎にカウントし、このカウントを複数回の光の投射について積算して得られる積算結果（すなわち、ヒストグラム）に基づくことで、外光に由来するランダムなノイズを含む検出信号から反射光に由来する目標信号を抽出して反射光の検出時間を精密に決定し、そして対象物までの距離を精密に決定することができる。特に、異なる２つの閾値を用いて検出信号における第１及び第２イベントの発生をともにカウントし、積算することに基づく三値ヒストグラム法により、反射光を検出すると同時に負側ノイズを利用してバックグラウンドを決定するため、測距動作と並行してバックグラウンドを決定することができる。
【００８０】
図８に、変形例に係る処理部３００に含まれるプロセッサ３３０の構成を示す。プロセッサ３３０は、論理回路３３１、演算回路３２２、及びメモリ３２３を有する。なお、メモリ３２３は先述のそれと同様に構成される。
【００８１】
論理回路３３１は、コンパレータ３１１，３１２の出力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａを受けて論理演算し、その演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃを演算回路３２２に出力する。
【００８２】
図９に、論理回路３３１による論理演算動作を示す。論理回路３３１は、入力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝０，０に対して演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，０を出力し、入力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝１，０に対して演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝１，０を出力し、入力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝０，１に対して演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，１を出力し、入力信号ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝１，１に対して演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，０を出力する。
【００８３】
演算回路３２２は、投光部１００による複数回の測定光の投射のそれぞれにおいて、測定光の投射から予め定められた経過時間毎に、第１イベントの発生に対してプラスカウントするとともに第２イベントの発生に対してマイナスカウントし、得られるカウントを複数回の測定光の投射について積算する。制御部１３２から送信される各測定光の出射タイミングによりトリガされて当該測定光の投射に対して共通の周期（例えば、周波数２４０ＭＨｚ）で論理回路３３１の出力信号ｉｎｃ，ｄｅｃをそれぞれサンプリングし、各周期において、論理回路３３１の演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，０に対して両イベントは無検出又は両イベントの発生によりカウントは相殺するとしてゼロカウントし（何もしない）、論理回路３３１の演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝１，０に対して第１イベントのみが発生したとしてプラスカウントし、論理回路３３１の演算結果ｉｎｃ，ｄｅｃ＝０，１に対して第２イベントのみが発生したとしてマイナスカウントする。演算回路３２２は、第１及び第２イベントのカウント、すなわちプラスカウント及びマイナスカウントを、メモリ３２３内の共通の記憶領域内で積算する。それにより、記憶領域の使用容量を減らすことができる。
【００８４】
これに応じて、測距装置１０による測距方法の動作フローにおけるステップＳ４では、投光部１００による複数回の測定光の投射のそれぞれにおいて、測定光の投射から予め定められた経過時間毎に、第１イベントのみの発生（コンパレータ３１１，３１２の出力ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝１，０）に対してプラスカウントするとともに第２イベントのみの発生（コンパレータ３１１，３１２の出力ｐｏｓｉ，ｎｅｇａ＝０，１）に対してマイナスカウントし、得られるカウントを複数回の光の投射についてメモリ３２３内の共通の記憶領域内で積算することとなる。
【００８５】
なお、本変形例において、演算回路３２２は、第１イベントの発生に対してプラスカウントするとともに第２イベントの発生に対してマイナスカウントすることとしたが、これに代えて、投光部１００による複数回の測定光の投射のそれぞれにおいて、測定光の投射から予め定められた経過時間毎に、第１イベントの発生に対してマイナスカウントするとともに第２イベントの発生に対してプラスカウントし、得られるカウントを複数回の測定光の投射について積算することとしてもよい。
【００８６】
なお、本実施形態の測距装置１０は、対象物に測定光を投射して反射光を検出し、その検出時間、すなわち測定光の伝搬時間を決定することで対象物までの距離を測定するものとしたが、測定光の伝搬時間から測定光が伝搬する媒体の状態、すなわち測定位置周辺の気温、湿度、気圧、屈折率等を測定するものとしてもよい。
【００８７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【００８８】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００８９】
１０…測距装置、１００…投光部、１１０…対物レンズ、１２０…正立プリズム、１２２…ダイクロイック反射面、１２４，１２６…全反射面、１３０…発光部、１３２…制御部、１３３…操作ボタン、１４０…レチクルプレート、１５０…接眼レンズ、２００…検出部、２１０…受光レンズ、２２０…帯域透過フィルター、２３０…受光素子、２４０…変換部、３００，３０１…処理部、３１１，３１２…コンパレータ、３１１ａ，３１１ｂ，３１２ａ，３１２ｂ…レベル変換部、３２０，３３０…プロセッサ、３２２…演算回路、３２３…メモリ、３３１…論理回路、ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４…容量素子、ｒｅｆ１，ｒｅｆ２…基準電位、ｚ１１，ｚ１２，ｚ２１，ｚ２２，ｚ３１，ｚ３２，ｚ４１，ｚ４２…分圧素子、ＶＣＣ…基準電位（高電位）、ＶＧＮＤ…基準電位（低電位）。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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