測距装置
【課題】 本発明は、測定分解能を変更することのできる測距装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部（１１０）と、前記測距対象物の方向から戻る信号を受信する受信部（１２０）と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知すると共に、前記受信部が信号を受信する際の分解能を可変にする制御部（１００’）とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】本発明の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部（１１０）と、前記測距対象物の方向から戻る信号を受信する受信部（１２０）と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知すると共に、前記受信部が信号を受信する際の分解能を可変にする制御部（１００’）とを備えたことを特徴とする。
【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信号を発信し、その測定対象物で反射した信号が戻るまでの時間から、その測距対象物までの距離を測定する測距装置に関する。本発明は、特に、その信号が戻るタイミングを有限周期で検知するような測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、従来の測距装置（特許文献１，特許文献２など）の概略構成図である。
従来の測距装置には、発信部１１０、受信部１２０、メモリ１３０、制御部１００などが備えられる。なお、符号１４１，１４２はレンズ、符号１１０ａは半導体レーザ、符号１１０ｂはレーザ駆動回路、符号１２０ａは光検出器、符号１２０ｂは増幅器、符号１２０ｃは二値化回路、符号１２０ｄは発光検出回路、符号１２０ｅは閾値設定回路、符号１２０ｆはサンプリング回路、符号１２０ｇはカウンタ、符号１２０ｈは発信器である。
【０００３】
発信部１１０は、測距対象物に向けてパルス状のレーザ光（測定用光信号）を発信する。
受信部１２０は、測距対象物の方向から戻る光信号を繰り返し周期的に受信する。受信された光信号は、メモリ１３０にそれぞれ格納される。
この受信は、所定のクロック（発信器１２０ｈから発信されるクロック）に同期している。
【０００４】
このクロックの周波数は、測定用光信号を確実に受信できるよう、その測定用光信号のパルス幅と比較して十分に高い所定値に予め設定されている（例えば、パルス幅３０ｎｓｅｃで８０ＭＨｚ）。
制御部１００は、メモリ１３０に格納された各光信号の中から測定用光信号を識別し、その測定用光信号の発信から受信までの時間を、受信の周期を１単位として認識し、それを距離に換算する。
【０００５】
この測距装置において測距分解能を向上させるためには、受信の周期が短くなるようクロックの周波数を予め高く設定しておけばよい。光信号の速度ｃ（光速）は一定なので、例えば、クロックの周波数を８０ＭＨｚに設定しておけば測距分解能は約２ｍであるが、クロックの周波数を１６０ＭＨｚにしておけば測距分解能は約１ｍになる。
【特許文献１】米国特許第５７６０８８７号明細書
【特許文献２】特開平７−１２９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、測距装置に要求される測距分解能は、測距の状況（測距対象物の種類、測距対象物までの距離、測距目的など）により変化することが多い。
そこで本発明は、測定分解能を変更することのできる測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、 前記測距対象物の方向から戻る信号を受信する受信部と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知すると共に、前記受信部が信号を受信する際の分解能を可変にする制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の測距装置は、請求項１に記載の測距装置において、前記受信部での信号の受信は、サンプルクロックに同期しており、前記制御部は、前記サンプルクロックを変更することで前記分解能を可変にすることを特徴とする。
請求項３に記載の測距装置は、請求項２に記載の測距装置において、前記制御部は、外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、前記サンプルクロックの回数が所定値に保たれるようその周波数の変更に連動して前記サンプルクロックのサンプリングの期間長を変更することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の測距装置は、請求項２に記載の測距装置において、前記制御部は、最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内あれば、前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部とを備えた測距装置において、前記サンプルクロックの周波数は可変であり、前記制御部は、最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内であれば、その受信の開始タイミングをオフセットすると共に前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部とを備えた測距装置において、前記サンプルクロックの周波数は可変であり、前記制御部は、外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、そのサンプルクロックのサンプリングの期間長を所定値に保ちながら前記周波数の変更に連動して前記サンプルクロックの回数を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定分解能を変更することのできる測距装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
以下、図１、図２、図３、図４、図５、図６を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、本発明を適用した測距装置の実施形態である。
【００１４】
先ず、本実施形態の測距装置の構成について図１に基づき説明する。なお、図１において、図１４に示した従来の測距装置と同じ要素については、同一の符号を付した。
本実施形態の測距装置には、図１に示すように、発信部１１０、受信部１２０’、メモリ１３０、ＭＰＵ（制御部に対応。）１００’、操作部１２が備えられる。また、この測距装置には、操作者に対し情報を表示する表示部（不図示）なども備えられる。
【００１５】
発信部１１０は、レンズ１４１、半導体レーザ１１０ａ、レーザ駆動回路１１０ｂなどからなる。
受信部１２０’は、レンズ１４２、光検出器１２０ａ、増幅器１２０ｂ、二値化回路１２０ｃ、発光検出回路１２０ｄ、閾値設定回路１２０ｅ、サンプリング回路１２０ｆ、カウンタ１２０ｇ、発信器１２０ｈ、分周・逓倍回路１１などからなる。
【００１６】
次に、本実施形態の測距装置による測距（測定処理、演算処理からなる。）について図１、及び図２、図３に基づき説明する。なお、操作者からの測距の指示は、操作部１２から入力される。ＭＰＵ１００’は、その指示に応じて各部を駆動することで測距を行う。
（測定処理）
発信器１２０ｈは、所定の周波数でクロックを生成する。分周・逓倍回路１１は、そのクロックの周波数を分周又は逓倍する。その分周又は逓倍の比率は、ＭＰＵ１００’によって予め設定される。その比率により、分周・逓倍回路１１から出力されるクロックの周波数は、値ｆa，ｆb，ｆcの間で切り換え可能である（以下、ｆa＝１６０ＭＨｚ，ｆb＝８０ＭＨｚ，ｆc＝４０ＭＨｚとする。）。つまり、この測距装置内の後述する受信に用いられるクロック（以下、「サンプルクロック」という。）の周波数ｆは、値ｆa，ｆb，ｆcの間で切り換え可能である。
【００１７】
閾値設定回路１２０ｅは、閾値（予め測定された背景光の強度と発信部１１０が発信する測定用光信号の強度との中間強度に相当する閾値）を生成し、その閾値を二値化回路１２０ｃに設定する（図１（１））。
ＭＰＵ１００’は、カウンタ１２０ｇを駆動する（図１（２））。つまり、カウンタ１２０ｇに対しカウント値の上限値Ｎ（ここでは、Ｎ＝２５０とする。）を指定してカウントを開始させる。また、ＭＰＵ１００’は、レーザ駆動回路１１０ｂに対し、パルス状の測定用光信号の発光を指示する（図１（３））。
【００１８】
カウンタ１２０ｇは、サンプルクロックに同期してカウントを開始すると共にサンプリング回路１２０ｆに対し受信開始の合図（サンプルイネーブル信号）を与える。
レーザ駆動回路１１０ｂは半導体レーザ１１０ａを駆動する。これによって、測定用光信号がレンズ１４１を介して測距対象物に向けて発信される。
発光検出回路１２０ｄは、この発信のタイミングを検知し、スタートパルス信号をサンプリング回路１２０ｆに与える（図１（４））。
【００１９】
測距対象物の方向からレンズ１４２に入射する光は、光検出器１２０ａに導光され、電気信号に変換される。
電気信号は、増幅器１２ｂを介して二値化回路１２０ｃに入力される。二値化回路１２０ｃは、電気信号を閾値判別して二値化信号に変換する。
サンプリング回路１２０ｆは、サンプルイネーブル信号が与えられると、この二値化信号をサンプルクロックに同期して繰り返し受信し（図１（５））、受信された信号（検出信号）をメモリ１３０に格納する（なお、信号の検出方法は、エッジサンプリング、レベルサンプリングの何れでもよい。）。
【００２０】
カウンタ１２０ｇは、カウント値が上限値Ｎになった時点で、受信終了の合図をサンプリング回路１２０ｆに対し与える。
よって、サンプリング回路１２０ｆは、サンプルクロックの周波数ｆで検出信号の受信をＮ回行う。このとき受信されたＮ個の検出信号は、図２に示すとおり、メモリ１３０上のＮ個の記憶領域ｍｅｍ１，ｍｅｍ２，・・・，ｍｅｍＮに個別に格納される。
【００２１】
なお、図２には、以上のサンプリング回路１２０ｆ、カウンタ１２０ｇ、メモリ１３０の各動作を可視化したブロック図を示した。また、図３には、或る測距における測定用光信号の発信タイミング、受信のタイミング、検出信号の受信タイミングを可視化したタイミングチャートを示した。
ここで、測距精度を向上させるため、以上の発信及び受信は、図３にも示すように間隔を置いて複数回（発信回数ｍ、ここでは、ｍ＝２５０回とする。）行われる。このとき、検出信号は（Ｎ×ｍ）個取得される。
【００２２】
これら（Ｎ×ｍ）個の検出信号は、受信タイミング毎にメモリ１３０の各記憶領域ｍｅｍ１，ｍｅｍ２，・・・，ｍｅｍＮ上にそれぞれ積算される（図２参照）。
よって、メモリ１３０の各記憶領域ｍｅｍ１，ｍｅｍ２，・・・，ｍｅｍＮには、検出信号のｍ個分の積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)がそれぞれ格納される。
ところで、二値化信号である検出信号の情報量は１ｂｉｔであり、発信回数ｍ＝２５０であるので、メモリ１３０の各記憶領域ｍｅｍ１，ｍｅｍ２，・・・，ｍｅｍＮのそれぞれ容量はそれぞれ８ｂｉｔずつ必要となる。よって、ここでは、メモリ１３０の全体の容量を、８ｂｉｔ×２５０＝２５０ｂｙｔｅとする（以上、測定処理）。
【００２３】
（演算処理）
以上の測定処理で得られた各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)の中には、図３の下部に示すように、スタートパルス信号の積算値Ｓ0と、測定用光信号の積算値Ｓiとが含まれる他、ノイズ信号の積算値も含まれる。
但し、ノイズ信号の積算値は一般に、スタートパルス信号の積算値Ｓ0や測定用光信号の積算値Ｓiと比較すると十分に小さな値になる。また、スタートパルス信号の受信タイミングのカウント値は所定値（ここでは０とする。）である。
【００２４】
そこで、ＭＰＵ１００’は、積算値Ｓ1，・・・，Ｓ(N-1)の中の最大値を求め、その最大値Ｓiを与えるような検出信号を測定用光信号とみなし、その測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｉを認識する。
測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｉと、スタートパルス信号の受信タイミングのカウント値（ここでは０）とのカウント差Δ（ここではΔ＝ｉ）が、測定用光信号の発信から受信までの時間Δｔ、つまり測距対象物までの距離を表す。
【００２５】
ＭＰＵ１００’は、このカウント差Δを距離に換算し（距離＝Δ・（ｃ／ｆ）・（１／２），但し、ｃ：光速）、不図示の表示部に表示する。
なお、サンプルクロックの周波数ｆが高い値ｆa（ここでは１６０ＭＨｚ）であるときには、受信の周期（＝カウントの１単位）が小さくなるので、測距分解能は高くなる（ここでは約１ｍ）。
【００２６】
また、サンプルクロックの周波数ｆが中程度の値ｆb（８０ＭＨｚ）であるときには、測距分解能は中程度となる（ここでは約２ｍ）。
また、サンプルクロックの周波数ｆが低い値ｆc（ここでは４０ＭＨｚ）であるときには、測距分解能は低くなる（ここでは約４ｍ）（以上、演算処理）。
次に、本実施形態の測距装置の各モードについて図３、図４、図５、図６に基づき説明する。
【００２７】
本実施形態の測距装置は、操作者によって、２種類のモード、すなわち手動モード、自動モードの間で切り換わる。また、測距装置が自動モードにあるときには、自動的に測距分解能が３種類の測距分解能（「低」、「中」、「高」）の間で切り換わる。操作者からのモード切り換えの指示、及び測距分解能の切り換えの指示は、それぞれ図１に示した操作部１２から入力される。
【００２８】
（手動モード）
図３、図４、図５は、手動モード中の測距装置のタイミングチャート（概略）である。図３は、測距分解能が「高」、図４は測距分解能が「中」、図５は測距分解能が「低」に設定されたときの各タイミングチャートである。各図において、上段が測定用光信号の発信タイミング、中段が受信のタイミング、下段が検出信号の受信タイミングである。また、各図の下部には、各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)をグラフ化したものを示した。なお、図３、図４、図５では、各タイミングの概略のみを示し、受信の周波数などは簡単のために実際よりも粗く記載した。
【００２９】
操作者が測距分解能「高」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図３に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆaに設定して高い測距分解能（ここでは約１ｍ）を設定する。
操作者が測距分解能「中」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図４に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆbに設定して中程度の測距分解能（ここでは約２ｍ）を設定する。
【００３０】
操作者が測距分解能「低」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図５に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆcに設定して低い測距分解能（ここでは約４ｍ）を設定する。
そして、ＭＰＵ１００’は、図３、図４、図５に示すように、測距分解能が「高」，「中」，「低」の何れであるかに拘わらず、カウント値の上限値Ｎ（ここでは２５０）を固定する。このとき、サンプルクロックの周波数ｆがｆa，ｆb，ｆcの間で変更されるのに連動して、受信期間長（サンプリングの期間長）ＴがＴa，Ｔb，Ｔcの間で変更され、最大測距長はＬa，Ｌb，Ｌc（ここでは２５０ｍ，５００ｍ，１０００ｍ）の間で変更される（図３、図４、図５参照）。
【００３１】
よって、検出信号の受信個数（サンプリングの回数、つまり演算量）は、メモリ１３０の容量一杯分（ここでは２５０ｂｙｔｅ）のまま変化しない。
したがって、手動モードでは、操作者が測距分解能を高、中、低（約１ｍ，約２ｍ，約４ｍ）の間で変更しても、測距装置内の演算量はメモリ１３０の容量一杯分（ここでは２５０ｂｙｔｅ）に自動的に保たれ、測距時間も自動的に保たれる。
【００３２】
言い換えると、手動モードでは、メモリ１３０の容量が少なく（ここでは２５０ｂｙｔｅ）測距時間が短い割には、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）で測距することができ（測距分解能「高」のとき。）、また、メモリ１３０の容量が少なく（ここでは２５０ｂｙｔｅ）測距時間が短い割には、長い最大測距長（ここでは１０００ｍ）で測距することもできる（測距分解能「低」のとき。）。
【００３３】
なお、この手動モードでは、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）を設定すると受信期間長Ｔが短くなるので、最大測距長が短く（ここでは２５０ｍ）なってしまう（図３参照）。しかし、高い測距分解能が要求されるのは一般に近距離の測定であることが多いので、不都合はあまり生じない。
（自動モード）
図６は、自動モード中の測距装置の動作フローチャートである。
【００３４】
先ず、ＭＰＵ１００’は、サンプルクロックの周波数ｆを低い値ｆc（ここでは４０ＭＨｚ）に、カウント値の上限値ＮをＮ（ここでは２５０）にそれぞれ設定し、その状態で測定処理を実行する。
つまり、最初に、測距対象物の距離は、最長の最大測距長（ここでは１０００ｍ）、かつ最低の測距分解能（ここでは約４ｍ）で相対的に粗く測定される。
【００３５】
そして、ＭＰＵ１００’は、その測定処理によって得られた各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)に基づき、測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｉを求める（以上、ステップＳ１）。
次に、ＭＰＵ１００’は、このカウント値ｉに基づき、測定用光信号の受信タイミングが受信期間長Ｔaが以下の範囲に収まっていた場合には、カウント値の上限値Ｎはそのままでサンプルクロックの周波数ｆを高い値ｆa（ここでは１６０ＭＨｚ）に変更し、その状態で測距をする。
【００３６】
つまり、測距対象物の距離が短い（ここでは２５０ｍ以内）と判断されたときには（ステップＳ２ＹＥＳ）、最大測距長を最短（ここでは２５０ｍ）にまで短縮し、最高の測距分解能（約１ｍ）で密に測距をする（ステップＳ３）。
また、ＭＰＵ１００’は、測定用光信号の受信タイミングが受信期間長Ｔa〜Ｔbの範囲に収まっていた場合には、カウント値の上限値Ｎはそのままでサンプルクロックの周波数ｆを中程度の値ｆb（ここでは８０ＭＨｚ）に変更し、その状態で測距をする。
【００３７】
つまり、測距対象物の距離が中程度（ここでは２５０〜５００ｍ）と判断されたときには（ステップＳ４ＹＥＳ）、最大測距長を中程度（５００ｍ）にまで短縮し、中程度の測距分解能（約２ｍ）で測距をする（ステップＳ５）。
また、ＭＰＵ１００’は、測定用光信号の受信タイミングが受信期間長Ｔbよりも後であった場合には、その受信タイミングに基づき演算処理を実行する。
【００３８】
つまり、測距対象物の距離が長い（ここでは５００〜１０００ｍ）と判断されたときには（ステップＳ４ＮＯ）、最大測距長の短縮はできないので、ステップＳ１における測定の結果（ｉ）から測距対象物までの距離を求めて表示する（ステップＳ６）。
したがって、自動モードでは、メモリ１３０の少ない容量（ここでは２５０ｂｙｔｅ）が不足しない範囲で最高の測距分解能（約１ｍ，約２ｍ，約４ｍ）が自動的に設定される。
【００３９】
なお、この自動モードでは、測定対象物の距離によって測距分解能が自動的に変化するので、設定中の測距分解能をＭＰＵ１００’が（「約１ｍ」，「約２ｍ」，「約４ｍ」などと）不図示の表示部に表示してもよい。
［第２実施形態］
以下、図７、図８、図９、図１０を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
【００４０】
本実施形態は、本発明を適用した測距装置の実施形態である。ここでは、第１実施形態の測距装置との相違点についてのみ説明する。
本実施形態の測距装置の構成は、図７に示すとおりである。なお、図７において、図１に示した第１実施形態の測距装置と同じ要素については、同一の符号を付した。
図７に明らかなように、本実施形態の測距装置のカウンタ２１は、２つのカウンタ２１ａ，２１ｃを有する。
【００４１】
分周・逓倍回路１１’からは、図８に示すように、互いに同期した周波数ｆa，ｆcの２種類のクロックが出力される（以下、ｆa＝１６０ＭＨｚ，ｆc＝４０ＭＨｚとする。）。
カウンタ２１ａに与えられるサンプルクロックの周波数ｆは高い値ｆaであり、カウンタ２１ｃに与えられるサンプルクロックの周波数ｆは低い値ｆcである。
次に、本実施形態の測距装置における測距について図９、図１０に基づき説明する。
【００４２】
図９、図１０は、本実施形態の測距装置のタイミングチャートで（概略）ある。各図において、上段が測定用光信号の発信タイミング、中段が受信のタイミング、下段が検出信号の受信タイミングである。また、各図の下部には、各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)をグラフ化したものを示した。なお、図９、図１０では、各タイミングの概略のみを示し、受信の周波数などは簡単のために実際よりも粗く記載した。
【００４３】
先ず、ＭＰＵ１００”は、カウンタ２１ｃを駆動し、図９に示すように、カウント値の上限値ＮをＮ（ここでは２５０）とし、低い周波数ｆc（ここでは４０ＭＨｚ）のサンプルクロックで受信を行う。ＭＰＵ１００”は、この受信によって得られた積算値Ｓ0，・・・に基づき、測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｉ（測定光信号の発信から受信までのカウント差Δi）を認識する（図９下部参照。）。
【００４４】
つまり、最初に、測距対象物までの距離は、最長の最大測距長（ここでは１０００ｍ）、かつ最低の測距分解能（ここでは約４ｍ）で粗く測定される。
次に、ＭＰＵ１００”は、カウンタ２１ｃを駆動し、図１０に示すように、受信をすぐには開始せずにカウント値が（ｉ−１）になるまでカウントのみを続ける。そして、そのカウント値が（ｉ−１）になった時点でカウンタ２１ａを駆動し（図８（１）参照）、高い周波数ｆa（ここでは１６０ＭＨｚ）のサンプルクロックで受信を行う。ＭＰＵ１００”は、この受信によって得られた積算値（Ｓ0，・・・）に基づき、測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｊ（カウンタ２１ａのカウント開始から測定用光信号の受信までのカウント差Δj）を認識する（図１０下部参照）。
【００４５】
つまり、測距対象物までの距離は、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）で再測定（密に再測定）される。
ここで、カウンタ２１ａのカウント値の上限値（受信回数）Ｎは、大きい必要は無く、カウンタ２１ｃのカウント値（ｉ−１）〜（ｉ＋１）の期間に相当する値以上（ここでは８とする。）であればよい。
【００４６】
次に、ＭＰＵ１００”は、１回目の測定で認識したカウント差Δi、再測定で認識したカウント差Δjに基づき、測距対象物までの距離を高い測距分解能で求める。
但し、上述したように、１回目の測定の測距分解能は低く（ここでは約４ｍ）、再測定の測距分解能は高い（ここでは約１ｍ）。また、再測定の受信の開始タイミングはオフセットされている。
【００４７】
よって、ＭＰＵ１００”は、それら単位の相違とオフセット分とを考慮した上で、距離を、例えば、距離＝（Δi−１）・（ｃ／ｆc）＋Δj・（ｃ／ｆa）（但し、ｃ：光速）などの式により求める。そして、求めた距離を、不図示の表示部に表示する。
以上、１回目の測定では、測距分解能が低く（ここでは約４ｍ）設定されたので、演算量は最小限に抑えられる。
【００４８】
また、再測定では、受信の開始タイミングがオフセットされ、また、その受信の期間が、１回目の測定で認識した受信タイミングの前後の数カウント分（ここでは８カウント分）だけに限定されたので、演算量は最小限に抑えられる。
よって、メモリ１３０の容量は少なく抑えられる（ここでは２５０ｂｙｔｅ）。
したがって、本実施形態の測距装置では、メモリ１３０の容量が少ない（ここでは２５０ｂｙｔｅ）割には、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）、しかも長い最大測距長（ここでは１０００ｍ）で測距が行われる。
【００４９】
［第３実施形態］
以下、図１１、図１２、図１３を参照して本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態は、本発明を適用した測距装置の実施形態である。ここでは、第１実施形態の測距装置との相違点についてのみ説明する。
本実施形態の測距装置の構成は、図１に示した第１実施形態の構成と同じである。但し、ここでは、メモリ１３０の容量は、５００ｂｙｔｅとする。
【００５０】
また、この測距装置は、第１実施形態の手動モードとは異なるタイプの手動モードで動作する。また、測距装置は、操作者によって、測距分解能が３種類の測距分解能（低、中、高）の間で切り替わる。操作者からの切り替えの指示は、図１に示した操作部１２から入力される。
図１１、図１２、図１３は、第３実施形態の測距装置のタイミングチャート（概略）である。図１１は、測距分解能が「高」、図１２は測距分解能が「中」、図１３は測距分解能が「低」に設定されたときの各タイミングチャートである。各図において、上段が測定用光信号の発信タイミング、中段が受信のタイミング、下段が検出信号の受信タイミングである。また、各図の下部には、各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)をグラフ化したものを示した。なお、図１１、図１２、図１３では、各タイミングの概略のみを示し、受信の周波数などは簡単のために実際よりも粗く記載した。
【００５１】
操作者が測距分解能「高」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図１１に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆaに設定して高い測距分解能（ここでは約１ｍ）を設定する。
操作者が測距分解能「中」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図１２に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆbに設定して中程度の測距分解能（ここでは約２ｍ）を設定する。
【００５２】
操作者が測距分解能「低」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図１３に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆcに設定して低い測距分解能（ここでは約４ｍ）を設定する。
そして、ＭＰＵ１００’は、図１１、図１２、図１３に示すように、測距分解能が「高」，「中」，「低」の何れであるかに拘わらず受信期間長Ｔが固定されるよう、サンプルクロックの周波数ｆがｆa，ｆb，ｆcの間で変更されるのに連動して、カウント値の上限値ＮをＮa，Ｎb，Ｎc（ここでは５００，２５０，１２５）の間で変更する。このとき、演算量は、Ｍa，Ｍb，Ｍc（ここでは５００ｂｙｔｅ、２５０ｂｙｔｅ、１２５ｂｙｔｅ）の間で変更される（図１１、図１２、図１３参照）。
【００５３】
よって、最大測距長は、受信期間長Ｔに相当する距離（ここでは１０００ｍ）のまま変化しない。
したがって、第３実施形態の測距装置では、操作者が測距分解能を高、中、低（約１ｍ，約２ｍ，約４ｍ）の間で変更しても、最大測長は受信期間長Ｔに相当する距離（ここでは１０００ｍ）に自動的に保たれる。
【００５４】
言い換えると、第３実施形態の測距装置では、最大測距長が長い（ここでは１０００ｍ）割には、高い測距分解能（約１ｍ）で測距することができ（測距分解能「高」のとき。）、また、最大測距長が長い（ここでは１０００ｍ）割には、少ない演算量（ここでは１２５ｂｙｔｅ）、つまり短い測距時間で測距することもできる（測距分解能「低」のとき。）。
【００５５】
なお、この第３実施形態の測距装置では、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）を設定すると演算量が多くなるので（ここでは５００ｂｙｔｅ）測距時間が長くなってしまう。しかし、高い測距分解能を要求したときに待ち時間が増えることは、多くの操作者にとって許容できるものであるので、不都合はあまり生じない。
［その他］
なお、上記各実施形態の測距装置の分周・逓倍回路１１，１１’としては、複数種類の周波数のサンプルクロックを生成できるのであれば分周回路、逓倍回路のどちらが適用されてもよい。
【００５６】
また、第１実施形態、第３実施形態の測距装置におけるサンプルクロックの種類は、４種類以上に増加してもよい。
また、第２実施形態の測距装置の機能は、第１実施形態の測距装置や第３実施形態の測距装置に組まれてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態の測距装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の測距装置のサンプリング回路１２０ｆ、カウンタ１２０ｇ、メモリ１３０の各動作を可視化したブロック図である。
【図３】第１実施形態の測距装置のタイミングチャートである（手動モード、測距分解能「高」の場合。）。
【図４】第１実施形態の測距装置のタイミングチャートである（手動モード、測距分解能「中」の場合。）。
【図５】第１実施形態の測距装置のタイミングチャートである（手動モード、測距分解能「低」の場合。）。
【図６】第１実施形態の測距装置の動作フローチャートである（自動モードの場合）。
【図７】第２実施形態の測距装置の概略構成図である。
【図８】第２実施形態の測距装置のサンプリング回路１２０ｆ、カウンタ２１ａ，２１ｃ、メモリ１３０の各動作を可視化したブロック図である。
【図９】第２実施形態の測距装置のタイミングチャートである（１回目の測定）。
【図１０】第２実施形態の測距装置のタイミングチャートである（再測定）。
【図１１】第３実施形態の測距装置のタイミングチャートである（測距分解能「高」の場合。）。
【図１２】第３実施形態の測距装置のタイミングチャートである（測距分解能「中」の場合。）。
【図１３】第３実施形態の測距装置のタイミングチャートである（測距分解能「低」の場合。）。
【図１４】従来の測距装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１，１１’ 分周・逓倍回路
１２ 操作部
１１０ 発信部
１２０，１２０’ 受信部
１３０ メモリ
１００，１００’，１００” ＭＰＵ
１４１，１４２ レンズ
１１０ａ 半導体レーザ
１１０ｂ レーザ駆動回路
１２０ａ 光検出器
１２０ｂ 増幅器
１２０ｃ 二値化回路
１２０ｄ 発光検出回路
１２０ｅ 閾値設定回路
１２０ｆ サンプリング回路
１２０ｇ，２１，２１ａ，２１ｃ カウンタ
１２０ｈ 発信器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に向けて信号を発信し、その測定対象物で反射した信号が戻るまでの時間から、その測距対象物までの距離を測定する測距装置に関する。本発明は、特に、その信号が戻るタイミングを有限周期で検知するような測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、従来の測距装置（特許文献１，特許文献２など）の概略構成図である。
従来の測距装置には、発信部１１０、受信部１２０、メモリ１３０、制御部１００などが備えられる。なお、符号１４１，１４２はレンズ、符号１１０ａは半導体レーザ、符号１１０ｂはレーザ駆動回路、符号１２０ａは光検出器、符号１２０ｂは増幅器、符号１２０ｃは二値化回路、符号１２０ｄは発光検出回路、符号１２０ｅは閾値設定回路、符号１２０ｆはサンプリング回路、符号１２０ｇはカウンタ、符号１２０ｈは発信器である。
【０００３】
発信部１１０は、測距対象物に向けてパルス状のレーザ光（測定用光信号）を発信する。
受信部１２０は、測距対象物の方向から戻る光信号を繰り返し周期的に受信する。受信された光信号は、メモリ１３０にそれぞれ格納される。
この受信は、所定のクロック（発信器１２０ｈから発信されるクロック）に同期している。
【０００４】
このクロックの周波数は、測定用光信号を確実に受信できるよう、その測定用光信号のパルス幅と比較して十分に高い所定値に予め設定されている（例えば、パルス幅３０ｎｓｅｃで８０ＭＨｚ）。
制御部１００は、メモリ１３０に格納された各光信号の中から測定用光信号を識別し、その測定用光信号の発信から受信までの時間を、受信の周期を１単位として認識し、それを距離に換算する。
【０００５】
この測距装置において測距分解能を向上させるためには、受信の周期が短くなるようクロックの周波数を予め高く設定しておけばよい。光信号の速度ｃ（光速）は一定なので、例えば、クロックの周波数を８０ＭＨｚに設定しておけば測距分解能は約２ｍであるが、クロックの周波数を１６０ＭＨｚにしておけば測距分解能は約１ｍになる。
【特許文献１】米国特許第５７６０８８７号明細書
【特許文献２】特開平７−１２９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、測距装置に要求される測距分解能は、測距の状況（測距対象物の種類、測距対象物までの距離、測距目的など）により変化することが多い。
そこで本発明は、測定分解能を変更することのできる測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、 前記測距対象物の方向から戻る信号を受信する受信部と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知すると共に、前記受信部が信号を受信する際の分解能を可変にする制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の測距装置は、請求項１に記載の測距装置において、前記受信部での信号の受信は、サンプルクロックに同期しており、前記制御部は、前記サンプルクロックを変更することで前記分解能を可変にすることを特徴とする。
請求項３に記載の測距装置は、請求項２に記載の測距装置において、前記制御部は、外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、前記サンプルクロックの回数が所定値に保たれるようその周波数の変更に連動して前記サンプルクロックのサンプリングの期間長を変更することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の測距装置は、請求項２に記載の測距装置において、前記制御部は、最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内あれば、前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部とを備えた測距装置において、前記サンプルクロックの周波数は可変であり、前記制御部は、最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内であれば、その受信の開始タイミングをオフセットすると共に前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部とを備えた測距装置において、前記サンプルクロックの周波数は可変であり、前記制御部は、外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、そのサンプルクロックのサンプリングの期間長を所定値に保ちながら前記周波数の変更に連動して前記サンプルクロックの回数を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定分解能を変更することのできる測距装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
以下、図１、図２、図３、図４、図５、図６を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、本発明を適用した測距装置の実施形態である。
【００１４】
先ず、本実施形態の測距装置の構成について図１に基づき説明する。なお、図１において、図１４に示した従来の測距装置と同じ要素については、同一の符号を付した。
本実施形態の測距装置には、図１に示すように、発信部１１０、受信部１２０’、メモリ１３０、ＭＰＵ（制御部に対応。）１００’、操作部１２が備えられる。また、この測距装置には、操作者に対し情報を表示する表示部（不図示）なども備えられる。
【００１５】
発信部１１０は、レンズ１４１、半導体レーザ１１０ａ、レーザ駆動回路１１０ｂなどからなる。
受信部１２０’は、レンズ１４２、光検出器１２０ａ、増幅器１２０ｂ、二値化回路１２０ｃ、発光検出回路１２０ｄ、閾値設定回路１２０ｅ、サンプリング回路１２０ｆ、カウンタ１２０ｇ、発信器１２０ｈ、分周・逓倍回路１１などからなる。
【００１６】
次に、本実施形態の測距装置による測距（測定処理、演算処理からなる。）について図１、及び図２、図３に基づき説明する。なお、操作者からの測距の指示は、操作部１２から入力される。ＭＰＵ１００’は、その指示に応じて各部を駆動することで測距を行う。
（測定処理）
発信器１２０ｈは、所定の周波数でクロックを生成する。分周・逓倍回路１１は、そのクロックの周波数を分周又は逓倍する。その分周又は逓倍の比率は、ＭＰＵ１００’によって予め設定される。その比率により、分周・逓倍回路１１から出力されるクロックの周波数は、値ｆa，ｆb，ｆcの間で切り換え可能である（以下、ｆa＝１６０ＭＨｚ，ｆb＝８０ＭＨｚ，ｆc＝４０ＭＨｚとする。）。つまり、この測距装置内の後述する受信に用いられるクロック（以下、「サンプルクロック」という。）の周波数ｆは、値ｆa，ｆb，ｆcの間で切り換え可能である。
【００１７】
閾値設定回路１２０ｅは、閾値（予め測定された背景光の強度と発信部１１０が発信する測定用光信号の強度との中間強度に相当する閾値）を生成し、その閾値を二値化回路１２０ｃに設定する（図１（１））。
ＭＰＵ１００’は、カウンタ１２０ｇを駆動する（図１（２））。つまり、カウンタ１２０ｇに対しカウント値の上限値Ｎ（ここでは、Ｎ＝２５０とする。）を指定してカウントを開始させる。また、ＭＰＵ１００’は、レーザ駆動回路１１０ｂに対し、パルス状の測定用光信号の発光を指示する（図１（３））。
【００１８】
カウンタ１２０ｇは、サンプルクロックに同期してカウントを開始すると共にサンプリング回路１２０ｆに対し受信開始の合図（サンプルイネーブル信号）を与える。
レーザ駆動回路１１０ｂは半導体レーザ１１０ａを駆動する。これによって、測定用光信号がレンズ１４１を介して測距対象物に向けて発信される。
発光検出回路１２０ｄは、この発信のタイミングを検知し、スタートパルス信号をサンプリング回路１２０ｆに与える（図１（４））。
【００１９】
測距対象物の方向からレンズ１４２に入射する光は、光検出器１２０ａに導光され、電気信号に変換される。
電気信号は、増幅器１２ｂを介して二値化回路１２０ｃに入力される。二値化回路１２０ｃは、電気信号を閾値判別して二値化信号に変換する。
サンプリング回路１２０ｆは、サンプルイネーブル信号が与えられると、この二値化信号をサンプルクロックに同期して繰り返し受信し（図１（５））、受信された信号（検出信号）をメモリ１３０に格納する（なお、信号の検出方法は、エッジサンプリング、レベルサンプリングの何れでもよい。）。
【００２０】
カウンタ１２０ｇは、カウント値が上限値Ｎになった時点で、受信終了の合図をサンプリング回路１２０ｆに対し与える。
よって、サンプリング回路１２０ｆは、サンプルクロックの周波数ｆで検出信号の受信をＮ回行う。このとき受信されたＮ個の検出信号は、図２に示すとおり、メモリ１３０上のＮ個の記憶領域ｍｅｍ１，ｍｅｍ２，・・・，ｍｅｍＮに個別に格納される。
【００２１】
なお、図２には、以上のサンプリング回路１２０ｆ、カウンタ１２０ｇ、メモリ１３０の各動作を可視化したブロック図を示した。また、図３には、或る測距における測定用光信号の発信タイミング、受信のタイミング、検出信号の受信タイミングを可視化したタイミングチャートを示した。
ここで、測距精度を向上させるため、以上の発信及び受信は、図３にも示すように間隔を置いて複数回（発信回数ｍ、ここでは、ｍ＝２５０回とする。）行われる。このとき、検出信号は（Ｎ×ｍ）個取得される。
【００２２】
これら（Ｎ×ｍ）個の検出信号は、受信タイミング毎にメモリ１３０の各記憶領域ｍｅｍ１，ｍｅｍ２，・・・，ｍｅｍＮ上にそれぞれ積算される（図２参照）。
よって、メモリ１３０の各記憶領域ｍｅｍ１，ｍｅｍ２，・・・，ｍｅｍＮには、検出信号のｍ個分の積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)がそれぞれ格納される。
ところで、二値化信号である検出信号の情報量は１ｂｉｔであり、発信回数ｍ＝２５０であるので、メモリ１３０の各記憶領域ｍｅｍ１，ｍｅｍ２，・・・，ｍｅｍＮのそれぞれ容量はそれぞれ８ｂｉｔずつ必要となる。よって、ここでは、メモリ１３０の全体の容量を、８ｂｉｔ×２５０＝２５０ｂｙｔｅとする（以上、測定処理）。
【００２３】
（演算処理）
以上の測定処理で得られた各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)の中には、図３の下部に示すように、スタートパルス信号の積算値Ｓ0と、測定用光信号の積算値Ｓiとが含まれる他、ノイズ信号の積算値も含まれる。
但し、ノイズ信号の積算値は一般に、スタートパルス信号の積算値Ｓ0や測定用光信号の積算値Ｓiと比較すると十分に小さな値になる。また、スタートパルス信号の受信タイミングのカウント値は所定値（ここでは０とする。）である。
【００２４】
そこで、ＭＰＵ１００’は、積算値Ｓ1，・・・，Ｓ(N-1)の中の最大値を求め、その最大値Ｓiを与えるような検出信号を測定用光信号とみなし、その測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｉを認識する。
測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｉと、スタートパルス信号の受信タイミングのカウント値（ここでは０）とのカウント差Δ（ここではΔ＝ｉ）が、測定用光信号の発信から受信までの時間Δｔ、つまり測距対象物までの距離を表す。
【００２５】
ＭＰＵ１００’は、このカウント差Δを距離に換算し（距離＝Δ・（ｃ／ｆ）・（１／２），但し、ｃ：光速）、不図示の表示部に表示する。
なお、サンプルクロックの周波数ｆが高い値ｆa（ここでは１６０ＭＨｚ）であるときには、受信の周期（＝カウントの１単位）が小さくなるので、測距分解能は高くなる（ここでは約１ｍ）。
【００２６】
また、サンプルクロックの周波数ｆが中程度の値ｆb（８０ＭＨｚ）であるときには、測距分解能は中程度となる（ここでは約２ｍ）。
また、サンプルクロックの周波数ｆが低い値ｆc（ここでは４０ＭＨｚ）であるときには、測距分解能は低くなる（ここでは約４ｍ）（以上、演算処理）。
次に、本実施形態の測距装置の各モードについて図３、図４、図５、図６に基づき説明する。
【００２７】
本実施形態の測距装置は、操作者によって、２種類のモード、すなわち手動モード、自動モードの間で切り換わる。また、測距装置が自動モードにあるときには、自動的に測距分解能が３種類の測距分解能（「低」、「中」、「高」）の間で切り換わる。操作者からのモード切り換えの指示、及び測距分解能の切り換えの指示は、それぞれ図１に示した操作部１２から入力される。
【００２８】
（手動モード）
図３、図４、図５は、手動モード中の測距装置のタイミングチャート（概略）である。図３は、測距分解能が「高」、図４は測距分解能が「中」、図５は測距分解能が「低」に設定されたときの各タイミングチャートである。各図において、上段が測定用光信号の発信タイミング、中段が受信のタイミング、下段が検出信号の受信タイミングである。また、各図の下部には、各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)をグラフ化したものを示した。なお、図３、図４、図５では、各タイミングの概略のみを示し、受信の周波数などは簡単のために実際よりも粗く記載した。
【００２９】
操作者が測距分解能「高」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図３に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆaに設定して高い測距分解能（ここでは約１ｍ）を設定する。
操作者が測距分解能「中」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図４に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆbに設定して中程度の測距分解能（ここでは約２ｍ）を設定する。
【００３０】
操作者が測距分解能「低」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図５に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆcに設定して低い測距分解能（ここでは約４ｍ）を設定する。
そして、ＭＰＵ１００’は、図３、図４、図５に示すように、測距分解能が「高」，「中」，「低」の何れであるかに拘わらず、カウント値の上限値Ｎ（ここでは２５０）を固定する。このとき、サンプルクロックの周波数ｆがｆa，ｆb，ｆcの間で変更されるのに連動して、受信期間長（サンプリングの期間長）ＴがＴa，Ｔb，Ｔcの間で変更され、最大測距長はＬa，Ｌb，Ｌc（ここでは２５０ｍ，５００ｍ，１０００ｍ）の間で変更される（図３、図４、図５参照）。
【００３１】
よって、検出信号の受信個数（サンプリングの回数、つまり演算量）は、メモリ１３０の容量一杯分（ここでは２５０ｂｙｔｅ）のまま変化しない。
したがって、手動モードでは、操作者が測距分解能を高、中、低（約１ｍ，約２ｍ，約４ｍ）の間で変更しても、測距装置内の演算量はメモリ１３０の容量一杯分（ここでは２５０ｂｙｔｅ）に自動的に保たれ、測距時間も自動的に保たれる。
【００３２】
言い換えると、手動モードでは、メモリ１３０の容量が少なく（ここでは２５０ｂｙｔｅ）測距時間が短い割には、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）で測距することができ（測距分解能「高」のとき。）、また、メモリ１３０の容量が少なく（ここでは２５０ｂｙｔｅ）測距時間が短い割には、長い最大測距長（ここでは１０００ｍ）で測距することもできる（測距分解能「低」のとき。）。
【００３３】
なお、この手動モードでは、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）を設定すると受信期間長Ｔが短くなるので、最大測距長が短く（ここでは２５０ｍ）なってしまう（図３参照）。しかし、高い測距分解能が要求されるのは一般に近距離の測定であることが多いので、不都合はあまり生じない。
（自動モード）
図６は、自動モード中の測距装置の動作フローチャートである。
【００３４】
先ず、ＭＰＵ１００’は、サンプルクロックの周波数ｆを低い値ｆc（ここでは４０ＭＨｚ）に、カウント値の上限値ＮをＮ（ここでは２５０）にそれぞれ設定し、その状態で測定処理を実行する。
つまり、最初に、測距対象物の距離は、最長の最大測距長（ここでは１０００ｍ）、かつ最低の測距分解能（ここでは約４ｍ）で相対的に粗く測定される。
【００３５】
そして、ＭＰＵ１００’は、その測定処理によって得られた各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)に基づき、測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｉを求める（以上、ステップＳ１）。
次に、ＭＰＵ１００’は、このカウント値ｉに基づき、測定用光信号の受信タイミングが受信期間長Ｔaが以下の範囲に収まっていた場合には、カウント値の上限値Ｎはそのままでサンプルクロックの周波数ｆを高い値ｆa（ここでは１６０ＭＨｚ）に変更し、その状態で測距をする。
【００３６】
つまり、測距対象物の距離が短い（ここでは２５０ｍ以内）と判断されたときには（ステップＳ２ＹＥＳ）、最大測距長を最短（ここでは２５０ｍ）にまで短縮し、最高の測距分解能（約１ｍ）で密に測距をする（ステップＳ３）。
また、ＭＰＵ１００’は、測定用光信号の受信タイミングが受信期間長Ｔa〜Ｔbの範囲に収まっていた場合には、カウント値の上限値Ｎはそのままでサンプルクロックの周波数ｆを中程度の値ｆb（ここでは８０ＭＨｚ）に変更し、その状態で測距をする。
【００３７】
つまり、測距対象物の距離が中程度（ここでは２５０〜５００ｍ）と判断されたときには（ステップＳ４ＹＥＳ）、最大測距長を中程度（５００ｍ）にまで短縮し、中程度の測距分解能（約２ｍ）で測距をする（ステップＳ５）。
また、ＭＰＵ１００’は、測定用光信号の受信タイミングが受信期間長Ｔbよりも後であった場合には、その受信タイミングに基づき演算処理を実行する。
【００３８】
つまり、測距対象物の距離が長い（ここでは５００〜１０００ｍ）と判断されたときには（ステップＳ４ＮＯ）、最大測距長の短縮はできないので、ステップＳ１における測定の結果（ｉ）から測距対象物までの距離を求めて表示する（ステップＳ６）。
したがって、自動モードでは、メモリ１３０の少ない容量（ここでは２５０ｂｙｔｅ）が不足しない範囲で最高の測距分解能（約１ｍ，約２ｍ，約４ｍ）が自動的に設定される。
【００３９】
なお、この自動モードでは、測定対象物の距離によって測距分解能が自動的に変化するので、設定中の測距分解能をＭＰＵ１００’が（「約１ｍ」，「約２ｍ」，「約４ｍ」などと）不図示の表示部に表示してもよい。
［第２実施形態］
以下、図７、図８、図９、図１０を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
【００４０】
本実施形態は、本発明を適用した測距装置の実施形態である。ここでは、第１実施形態の測距装置との相違点についてのみ説明する。
本実施形態の測距装置の構成は、図７に示すとおりである。なお、図７において、図１に示した第１実施形態の測距装置と同じ要素については、同一の符号を付した。
図７に明らかなように、本実施形態の測距装置のカウンタ２１は、２つのカウンタ２１ａ，２１ｃを有する。
【００４１】
分周・逓倍回路１１’からは、図８に示すように、互いに同期した周波数ｆa，ｆcの２種類のクロックが出力される（以下、ｆa＝１６０ＭＨｚ，ｆc＝４０ＭＨｚとする。）。
カウンタ２１ａに与えられるサンプルクロックの周波数ｆは高い値ｆaであり、カウンタ２１ｃに与えられるサンプルクロックの周波数ｆは低い値ｆcである。
次に、本実施形態の測距装置における測距について図９、図１０に基づき説明する。
【００４２】
図９、図１０は、本実施形態の測距装置のタイミングチャートで（概略）ある。各図において、上段が測定用光信号の発信タイミング、中段が受信のタイミング、下段が検出信号の受信タイミングである。また、各図の下部には、各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)をグラフ化したものを示した。なお、図９、図１０では、各タイミングの概略のみを示し、受信の周波数などは簡単のために実際よりも粗く記載した。
【００４３】
先ず、ＭＰＵ１００”は、カウンタ２１ｃを駆動し、図９に示すように、カウント値の上限値ＮをＮ（ここでは２５０）とし、低い周波数ｆc（ここでは４０ＭＨｚ）のサンプルクロックで受信を行う。ＭＰＵ１００”は、この受信によって得られた積算値Ｓ0，・・・に基づき、測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｉ（測定光信号の発信から受信までのカウント差Δi）を認識する（図９下部参照。）。
【００４４】
つまり、最初に、測距対象物までの距離は、最長の最大測距長（ここでは１０００ｍ）、かつ最低の測距分解能（ここでは約４ｍ）で粗く測定される。
次に、ＭＰＵ１００”は、カウンタ２１ｃを駆動し、図１０に示すように、受信をすぐには開始せずにカウント値が（ｉ−１）になるまでカウントのみを続ける。そして、そのカウント値が（ｉ−１）になった時点でカウンタ２１ａを駆動し（図８（１）参照）、高い周波数ｆa（ここでは１６０ＭＨｚ）のサンプルクロックで受信を行う。ＭＰＵ１００”は、この受信によって得られた積算値（Ｓ0，・・・）に基づき、測定用光信号の受信タイミングのカウント値ｊ（カウンタ２１ａのカウント開始から測定用光信号の受信までのカウント差Δj）を認識する（図１０下部参照）。
【００４５】
つまり、測距対象物までの距離は、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）で再測定（密に再測定）される。
ここで、カウンタ２１ａのカウント値の上限値（受信回数）Ｎは、大きい必要は無く、カウンタ２１ｃのカウント値（ｉ−１）〜（ｉ＋１）の期間に相当する値以上（ここでは８とする。）であればよい。
【００４６】
次に、ＭＰＵ１００”は、１回目の測定で認識したカウント差Δi、再測定で認識したカウント差Δjに基づき、測距対象物までの距離を高い測距分解能で求める。
但し、上述したように、１回目の測定の測距分解能は低く（ここでは約４ｍ）、再測定の測距分解能は高い（ここでは約１ｍ）。また、再測定の受信の開始タイミングはオフセットされている。
【００４７】
よって、ＭＰＵ１００”は、それら単位の相違とオフセット分とを考慮した上で、距離を、例えば、距離＝（Δi−１）・（ｃ／ｆc）＋Δj・（ｃ／ｆa）（但し、ｃ：光速）などの式により求める。そして、求めた距離を、不図示の表示部に表示する。
以上、１回目の測定では、測距分解能が低く（ここでは約４ｍ）設定されたので、演算量は最小限に抑えられる。
【００４８】
また、再測定では、受信の開始タイミングがオフセットされ、また、その受信の期間が、１回目の測定で認識した受信タイミングの前後の数カウント分（ここでは８カウント分）だけに限定されたので、演算量は最小限に抑えられる。
よって、メモリ１３０の容量は少なく抑えられる（ここでは２５０ｂｙｔｅ）。
したがって、本実施形態の測距装置では、メモリ１３０の容量が少ない（ここでは２５０ｂｙｔｅ）割には、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）、しかも長い最大測距長（ここでは１０００ｍ）で測距が行われる。
【００４９】
［第３実施形態］
以下、図１１、図１２、図１３を参照して本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態は、本発明を適用した測距装置の実施形態である。ここでは、第１実施形態の測距装置との相違点についてのみ説明する。
本実施形態の測距装置の構成は、図１に示した第１実施形態の構成と同じである。但し、ここでは、メモリ１３０の容量は、５００ｂｙｔｅとする。
【００５０】
また、この測距装置は、第１実施形態の手動モードとは異なるタイプの手動モードで動作する。また、測距装置は、操作者によって、測距分解能が３種類の測距分解能（低、中、高）の間で切り替わる。操作者からの切り替えの指示は、図１に示した操作部１２から入力される。
図１１、図１２、図１３は、第３実施形態の測距装置のタイミングチャート（概略）である。図１１は、測距分解能が「高」、図１２は測距分解能が「中」、図１３は測距分解能が「低」に設定されたときの各タイミングチャートである。各図において、上段が測定用光信号の発信タイミング、中段が受信のタイミング、下段が検出信号の受信タイミングである。また、各図の下部には、各積算値Ｓ0，・・・，Ｓ(N-1)をグラフ化したものを示した。なお、図１１、図１２、図１３では、各タイミングの概略のみを示し、受信の周波数などは簡単のために実際よりも粗く記載した。
【００５１】
操作者が測距分解能「高」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図１１に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆaに設定して高い測距分解能（ここでは約１ｍ）を設定する。
操作者が測距分解能「中」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図１２に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆbに設定して中程度の測距分解能（ここでは約２ｍ）を設定する。
【００５２】
操作者が測距分解能「低」を指定したときには、ＭＰＵ１００’は、図１３に示すように、サンプルクロックの周波数ｆをｆcに設定して低い測距分解能（ここでは約４ｍ）を設定する。
そして、ＭＰＵ１００’は、図１１、図１２、図１３に示すように、測距分解能が「高」，「中」，「低」の何れであるかに拘わらず受信期間長Ｔが固定されるよう、サンプルクロックの周波数ｆがｆa，ｆb，ｆcの間で変更されるのに連動して、カウント値の上限値ＮをＮa，Ｎb，Ｎc（ここでは５００，２５０，１２５）の間で変更する。このとき、演算量は、Ｍa，Ｍb，Ｍc（ここでは５００ｂｙｔｅ、２５０ｂｙｔｅ、１２５ｂｙｔｅ）の間で変更される（図１１、図１２、図１３参照）。
【００５３】
よって、最大測距長は、受信期間長Ｔに相当する距離（ここでは１０００ｍ）のまま変化しない。
したがって、第３実施形態の測距装置では、操作者が測距分解能を高、中、低（約１ｍ，約２ｍ，約４ｍ）の間で変更しても、最大測長は受信期間長Ｔに相当する距離（ここでは１０００ｍ）に自動的に保たれる。
【００５４】
言い換えると、第３実施形態の測距装置では、最大測距長が長い（ここでは１０００ｍ）割には、高い測距分解能（約１ｍ）で測距することができ（測距分解能「高」のとき。）、また、最大測距長が長い（ここでは１０００ｍ）割には、少ない演算量（ここでは１２５ｂｙｔｅ）、つまり短い測距時間で測距することもできる（測距分解能「低」のとき。）。
【００５５】
なお、この第３実施形態の測距装置では、高い測距分解能（ここでは約１ｍ）を設定すると演算量が多くなるので（ここでは５００ｂｙｔｅ）測距時間が長くなってしまう。しかし、高い測距分解能を要求したときに待ち時間が増えることは、多くの操作者にとって許容できるものであるので、不都合はあまり生じない。
［その他］
なお、上記各実施形態の測距装置の分周・逓倍回路１１，１１’としては、複数種類の周波数のサンプルクロックを生成できるのであれば分周回路、逓倍回路のどちらが適用されてもよい。
【００５６】
また、第１実施形態、第３実施形態の測距装置におけるサンプルクロックの種類は、４種類以上に増加してもよい。
また、第２実施形態の測距装置の機能は、第１実施形態の測距装置や第３実施形態の測距装置に組まれてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態の測距装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の測距装置のサンプリング回路１２０ｆ、カウンタ１２０ｇ、メモリ１３０の各動作を可視化したブロック図である。
【図３】第１実施形態の測距装置のタイミングチャートである（手動モード、測距分解能「高」の場合。）。
【図４】第１実施形態の測距装置のタイミングチャートである（手動モード、測距分解能「中」の場合。）。
【図５】第１実施形態の測距装置のタイミングチャートである（手動モード、測距分解能「低」の場合。）。
【図６】第１実施形態の測距装置の動作フローチャートである（自動モードの場合）。
【図７】第２実施形態の測距装置の概略構成図である。
【図８】第２実施形態の測距装置のサンプリング回路１２０ｆ、カウンタ２１ａ，２１ｃ、メモリ１３０の各動作を可視化したブロック図である。
【図９】第２実施形態の測距装置のタイミングチャートである（１回目の測定）。
【図１０】第２実施形態の測距装置のタイミングチャートである（再測定）。
【図１１】第３実施形態の測距装置のタイミングチャートである（測距分解能「高」の場合。）。
【図１２】第３実施形態の測距装置のタイミングチャートである（測距分解能「中」の場合。）。
【図１３】第３実施形態の測距装置のタイミングチャートである（測距分解能「低」の場合。）。
【図１４】従来の測距装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１，１１’ 分周・逓倍回路
１２ 操作部
１１０ 発信部
１２０，１２０’ 受信部
１３０ メモリ
１００，１００’，１００” ＭＰＵ
１４１，１４２ レンズ
１１０ａ 半導体レーザ
１１０ｂ レーザ駆動回路
１２０ａ 光検出器
１２０ｂ 増幅器
１２０ｃ 二値化回路
１２０ｄ 発光検出回路
１２０ｅ 閾値設定回路
１２０ｆ サンプリング回路
１２０ｇ，２１，２１ａ，２１ｃ カウンタ
１２０ｈ 発信器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、
前記測距対象物の方向から戻る信号を受信する受信部と、
前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知すると共に、前記受信部が信号を受信する際の分解能を可変にする制御部と
を備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測距装置において、
前記受信部での信号の受信は、
サンプルクロックに同期しており、
前記制御部は、
前記サンプルクロックを変更することで前記分解能を可変にする
ことを特徴とする測距装置。
【請求項３】
請求項２に記載の測距装置において、
前記制御部は、
外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、前記サンプルクロックの回数が所定値に保たれるようその周波数の変更に連動して前記サンプルクロックのサンプリングの期間長を変更する
ことを特徴とする測距装置。
【請求項４】
請求項２に記載の測距装置において、
前記制御部は、
最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、
前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内あれば、前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知する
ことを特徴とする測距装置。
【請求項５】
測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、
前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、
前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部と
を備えた測距装置において、
前記サンプルクロックの周波数は可変であり、
前記制御部は、
最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、
前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内であれば、その受信の開始タイミングをオフセットすると共に前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知する
ことを特徴とする測距装置。
【請求項６】
測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、
前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、
前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部と
を備えた測距装置において、
前記サンプルクロックの周波数は可変であり、
前記制御部は、
外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、そのサンプルクロックのサンプリングの期間長を所定値に保ちながら前記周波数の変更に連動して前記サンプルクロックの回数を変更する
ことを特徴とする測距装置。
【請求項１】
測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、
前記測距対象物の方向から戻る信号を受信する受信部と、
前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知すると共に、前記受信部が信号を受信する際の分解能を可変にする制御部と
を備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測距装置において、
前記受信部での信号の受信は、
サンプルクロックに同期しており、
前記制御部は、
前記サンプルクロックを変更することで前記分解能を可変にする
ことを特徴とする測距装置。
【請求項３】
請求項２に記載の測距装置において、
前記制御部は、
外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、前記サンプルクロックの回数が所定値に保たれるようその周波数の変更に連動して前記サンプルクロックのサンプリングの期間長を変更する
ことを特徴とする測距装置。
【請求項４】
請求項２に記載の測距装置において、
前記制御部は、
最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、
前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内あれば、前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知する
ことを特徴とする測距装置。
【請求項５】
測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、
前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、
前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部と
を備えた測距装置において、
前記サンプルクロックの周波数は可変であり、
前記制御部は、
最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、
前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内であれば、その受信の開始タイミングをオフセットすると共に前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知する
ことを特徴とする測距装置。
【請求項６】
測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、
前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、
前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部と
を備えた測距装置において、
前記サンプルクロックの周波数は可変であり、
前記制御部は、
外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、そのサンプルクロックのサンプリングの期間長を所定値に保ちながら前記周波数の変更に連動して前記サンプルクロックの回数を変更する
ことを特徴とする測距装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−５３０７６（Ｐ２００６−５３０７６Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３５５３７（Ｐ２００４−２３５５３７）
【出願日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【出願人】（５０１４３９２６４）株式会社 ニコンビジョン (86)
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【出願人】（５０１４３９２６４）株式会社 ニコンビジョン (86)
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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