CN1940595A - 测距装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种向测定对象物发出脉冲激光束、并接收来自测定对象物的反射光而测定距离的测距装置，该装置设有：发射测距用脉冲激光束的第1发光部；发射校正脉冲激光束的第2发光部；将上述测距用脉冲激光束导入第1受光部的测距光路；从上述测距用脉冲激光束将内部参考脉冲光分离而导入第2受光部的内部参考光路；将上述校正脉冲激光束分离而导入上述第1受光部和上述第2受光部的校正光路；使上述校正脉冲激光束和上述内部参考脉冲光的光强度变化的光量调整装置；以及基于上述第1受光部与上述第2受光部得到脉冲光的受光时间差来计算距离的控制计算部。

Description

测距装置
技术领域
本发明涉及一种使激光束照射在测定对象物上、并接收来自测定对象物的反射光而进行测距的测距装置。
背景技术
作为测距装置，有光波测距装置，该装置使激光束照射在测定对象物上，并使用来自测定对象物的反射光而测定至测定对象物的距离。
一直以来，在光波测距装置中使激光束以一定频率进行强度调制，然后以该激光束作为测距光发射，接收由测定对象物反射的反射测距光。将接收到的反射测距光的强度调制的相位和通过测距装置内部形成的参考用光路而得到的内部参考光的强度调制的相位进行比较，从相位差测定至测定对象物的距离。
在上述测距装置的测距中是利用上述相位差按照测距距离而变化，假定内部参考光与反射测距光之间的相位差为Δφ，测距距离为D，调制频率为f，光速为C，则相位差Δφ可用下式1表示：
Δφ＝4πfD/C  (式1)
通过测定相位差ΔΦ，能够求出测距距离D，而参考用光路长是已知的，所以，对求出的测定距离采用内部参考光路进行校正，从而可得到正确的测定距离。
另外，在测距中测距装置内部的检测电路等特性变动都作为测定误差而影响。通过比较内部参考光和反射测距光的相位，可抵消检测电路等特性变动的影响，能进行正确的距离计算。
图12是说明传统测距装置的概略图。
激光二极管等发光元件1通过发光元件驱动电路12，发射按预定频率进行强度调制后的激光束。该激光束通过半反射镜2分成测距光3和内部参考光4。上述测距光3透过上述半反射镜2，然后上述测距光3通过物镜5，照射在测定对象物6，例如隅角棱镜等反射镜上。由测定对象物6反射的反射测距光3′通过上述物镜5、半反射镜8，然后上述反射测距光3′由雪崩光电二极管等受光元件7接收。
由上述半反射镜2反射的上述内部参考光4再由上述反射测距光3′的光路上的上述半反射镜8反射，然后上述内部参考光4由上述受光元件7接收。受光元件7的受光信号输入受光电路13，为了进行测距计算，受光电路13处理从上述受光元件7输入的信号。
设置光路转换器9，将它架在上述测距光3的光路和上述内部参考光4的光路上。另外，在上述反射测距光3′的光路上设置有光量调整器11。上述光路转换器9选择上述测距光3的光路和上述内部参考光4的光路之一，使一个光路遮断，另一个光路透过。上述受光元件7交替地接收上述反射测距光3′和上述内部参考光4。
如上述那样，使用光强度已调制的上述测距光3，求出从测距光3得到的上述内部参考光4与上述反射测距光3′的相位差，并计算距离。由于反射测距光3′与上述内部参考光4的受光光量不同，因上述受光元件7及电路等振幅而产生相位误差，因此，相位误差将影响测距的精度。所以，为了消除受光光量之差，设置有上述光量调整器11。光量调整器11具有浓度连续地变化的浓度滤波器，通过使该浓度滤波器旋转，可将上述反射测距光3′的受光光量调整为一定值。采用上述光量调整器11，即使反射光量随着上述测定对象物6的距离而变化，也能使上述受光元件7接收的上述内部参考光4的受光光量和上述反射测距光3′的受光光量相等。
上述光路转换器9的光路转换以及上述光量调整器11的光量调整都通过驱动电路14控制。
控制计算部15控制上述发光元件驱动电路12，使上述发光元件1发射的激光束成为预定频率的光强度调制，并且上述控制计算部通过上述驱动电路14，控制着上述光路转换器9的光路转换的定时。另外，上述控制计算部15将控制信号发送至上述驱动电路14。上述控制信号根据上述受光元件7的受光信号，使上述反射测距光3′的光量与上述内部参考光4的光量相等。
上述受光电路13将来自上述受光元件7的信号放大，进行A/D变换等信号处理，同时进行求出上述内部参考光4的调制频率与上述反射测距光3′的调制频率之相位差等处理。上述受光电路13将来自上述受光元件7的信号发送至上述控制计算部15。控制计算部15基于上述受光电路13发送到的相位差，根据上述(式1)计算至上述测定对象物6的距离。
在上述传统的测距装置中，上述内部参考光4和上述反射测距光3′的转换，通过上述光路转换器9不断机械性地进行。
由于光路的转换、光量调整之任何一个都不断机械性地进行，所以，高速的光路转换、高速的光量调整困难，高速测距也困难。因此，如果对于测定对象物是建筑物等进行测距，则没有问题，但如果通过一个测定装置，对于多个移动体，例如推土机等建筑机械连续地进行测距等要求高速的测距，则有时测距变得困难。而如果通过全测站(total station)等对于建筑物等进行3维测定，则需要通过自动测量对于多点进行测量，并要求测定速度的高速化。而如果进行移动体等的测量，则存在光路转换速度、光量调整速度无法跟踪移动体的移动速度，出现不能进行测距等问题。
另外，作为使测距光旋转而进行多方向、多点测距的测距装置，有日本专利公报第2694647号公报、日本特开平4-313013号公报中公开的装置。
发明内容
本发明的目的在于：省去测距装置中的光路转换，谋求光量调整的高速化，实现测距的高速化。
为了实现上述目的，本发明的测距装置是在向测定对象物发出脉冲激光束、并接收来自测定对象物的反射光而测定距离的测距装置中设有：发射测距用脉冲激光束的第1发光部；发射校正脉冲激光束的第2发光部；将上述测距用脉冲激光束导入第1受光部的测距光路；将内部参考脉冲光从上述测距用脉冲激光束分离而导入第2受光部的内部参考光路；将上述校正脉冲激光束分离而导入上述第1受光部和上述第2受光部的校正光路；使上述校正脉冲激光束及上述内部参考脉冲光的光强度变化的光量调整装置；以及基于由上述第1受光部与上述第2受光部得到的脉冲光的受光时间差而计算距离的控制计算部。
另外，本发明的测距装置中，上述光量调整装置跨设在上述内部参考光路和上述校正光路之间。
另外，本发明的测距装置中，上述光量调整装置分别单独设在各自的上述内部参考光路和上述校正光路上。
另外，本发明的测距装置中，通过上述内部参考光路中所设的上述光量调整装置使上述内部参考脉冲光的光强度变化，而上述校正脉冲激光束的光强度通过改变上述第2发光部的输出而变化。
另外，本发明的测距装置中，上述光量调整装置设有浓度沿移动方向变化的浓度可变滤波器，使上述浓度可变滤波器移动而调整上述校正脉冲激光束、上述内部参考脉冲光的光强度。
另外，本发明的测距装置中，上述光量调整装置设有发射上述校正脉冲激光束的多个光源和对各光源调整该光源光量的光学件，通过择一地点亮上述多个光源而调整上述校正脉冲激光束的光强度。
另外，本发明的测距装置中，上述光量调整装置设有发射上述校正脉冲激光束的光源和调整该光源的发光强度的控制计算部。
另外，本发明的测距装置中，上述光量调整装置设有发射上述校正脉冲激光束的多个光源和对各光源调整该光源光量的光学件，同时具备择一地点亮上述多个光源而调整该光源的发光强度的控制计算部。
另外，本发明的测距装置中，使上述校正脉冲激光束与测距脉冲光交替地发射，按每次发光进行上述校正脉冲激光束的光强度调整。
另外，本发明的测距装置中，在测距脉冲光的发光周期内使上述校正脉冲激光束按所要求的次数进行光量变化，并加以发射。
另外，本发明的测距装置中，上述控制计算部设有存储部，该存储部基于与调整光强度后的各校正脉冲激光束对应的上述第1受光部、上述第2受光部的受光信号以及内部参考脉冲光的受光信号来存储上述受光部的受光差，上述控制计算部从上述已存储的受光信号中选择与接收到上述反射测距光时的受光信号相等或者大致相等的校正脉冲激光束的受光信号，并从上述已存储的受光信号中选择与接收到反射测距光时的受光信号相等或者大致相等的内部参考脉冲光的受光信号，再基于选定的内部参考脉冲光的受光信号和反射测距光的受光信号之间的关系，根据上述反射测距光和上述内部参考光进行测距计算。
根据本发明，在向测定对象物发出脉冲激光束、并接收来自测定对象物的反射光而测定距离的测距装置中设有：发射测距用脉冲激光束的第1发光部；发射校正脉冲激光束的第2发光部；将上述测距用脉冲激光束导入第1受光部的测距光路；从上述测距用脉冲激光束将内部参考脉冲光分离而导入第2受光部的内部参考光路；
将上述校正脉冲激光束分离而导入上述第1受光部和上述第2受光部的校正光路；使上述校正脉冲激光束和上述内部参考脉冲光的光强度变化的光量调整装置；以及基于由上述第1受光部和上述第2受光部得到的脉冲光的受光时间差而计算距离的控制计算部，因此，在测距中没有上述内部参考光路和上述测距光路之间的机械转换动作，能高速进行测距。
附图说明
图1是概略表示本发明实施例1的结构图。
图2是表示实施例1中第1光源、第2光源的发光状态以及第1受光元件、第2受光元件的受光状态的说明图。
图3是表示通过实施例1的光量调整装置使光量变化的说明图。
图4是概略表示本发明实施例2的主要部分的结构图。
图5是概略表示本发明实施例3的主要部分的结构图。
图6是概略表示本发明实施例4的主要部分的结构图。
图7是表示实施例2的第1光源、第2光源的发光状态以及第1受光元件、第2受光元件的受光状态的说明图。
图8是概略表示本发明实施例5的结构图。
图9是表示实施例5的第1光源、第2光源的发光状态以及第1受光元件、第2受光元件的受光状态的说明图。
图10是实施本发明的测距装置的说明图。
图11是概略表示该测距装置的旋转照射部的断面图。
图12是表示传统的测距装置的概略图。
具体实施方式
以下参考附图来说明实施本发明的最佳方式。
图1表示实施例1中的测距部。
第1光源21是在任意定时下发射作为测距光的脉冲激光束(测距脉冲光)的激光二极管、脉冲激光二极管等发光元件。在上述第1光源21的第1光路22中设有第1半反射镜23、物镜24。从上述第1光源21发出的脉冲激光束作为测定光，能透过上述第1半反射镜23、上述物镜24而照射到测定对象物25。
测定对象物25可以按测定中所需的光量反射被照射的测定光，测定对象物25是反射棱镜、反向反射片或者自然物的面等。由上述测定对象物25反射的反射测定光能经过第2光路26，入射到上述物镜24，另外，反射测定光能经由第2半反射镜27被光电二极管等第1受光元件28接收。由上述第1光路22及上述第2光路26形成测距光路29。
由上述第1半反射镜23分出的测定光的一部分(内部参考脉冲光)能经由第1反射镜31、第3半反射镜32而被光电二极管等第2受光元件33接收。经上述第1半反射镜23而由上述第1反射镜31射向上述第2受光元件33的光路形成内部参考光路34。
第2光源35是在任意定时下发射作为校正光的脉冲激光束(校正脉冲光)的激光二极管、脉冲激光二极管等发光元件。使上述第2光源35发出的校正光能经过校正光路37，并通过第2反射镜36朝向上述第2半反射镜27、上述第3半反射镜32而进行反射。上述第2半反射镜27将上述校正光路37分成第1校正光路37a和第2校正光路37b，将校正光的一部分离，并进行反射，使它经过上述第1校正光路37a，朝向上述第1受光元件28。上述第3半反射镜32是将透过上述第2半反射镜27的剩余的校正光经过上述第2校正光路37b而朝向上述第2受光元件33进行反射。上述第2反射镜36、上述第2半反射镜27、上述第3半反射镜32等形成上述校正光路37。上述第2光源35、上述校正光路37等构成校正光学系41。
这里，上述第1半反射镜23、上述第2半反射镜27、上述第3半反射镜32都是光量分离装置。作为光量分离装置可采用其它分束器等必要的光学件。
将光量调整装置38设置在上述内部参考光路34和上述校正光路37所要求的位置，例如设置在上述内部参考光路34的上述第1半反射镜23与上述第1反射镜31之间以及上述校正光路37的上述第2反射镜36与上述第3半反射镜32之间，以将光量调整装置38跨接在上述内部参考光路34和上述校正光路37上。
上述光量调整装置38备有浓度可变滤波器39以及将浓度可变滤波器39旋转的马达等传动装置40。上述浓度可变滤波器39配置成具有沿圆周方向连续的浓度梯度而能使浓度可变滤波器39遮断上述内部参考光路34、上述校正光路37，在通过上述传动装置40旋转上述浓度可变滤波器39时，在遮断上述内部参考光路34、上述校正光路37的位置上的浓度如图3所示而变化(后述)。例如在所要求的角度存在浓度为0的范围，以后浓度随着角度变化而增大。另外，无论浓度变化按线性变化，还是浓度变化按2次曲线等变化，或者浓度变化按指数变化，还是浓度变化按阶梯性变化，都可以。重要的是，要有角度变化和浓度变化的对应关系。
另外，上述光量调整装置38具有内部参考光路光量调整装置和校正光路光量调整装置的功能。也可以分别在上述内部参考光路34单独设置内部参考光路光量调整装置，而在上述校正光路37单独设置校正光路光量调整装置。另外，如果单独设置上述内部参考光路光量调整装置和上述校正光路光量调整装置，则上述内部参考光路光量调整装置和上述校正光路光量调整装置将被同步驱动。另外，如果将发光状态、上述第1受光元件28、上述第2受光元件33的受光状态都存储在存储部48中，则也可以非同步驱动。
控制计算部42通过第1发光元件驱动电路43控制上述第1光源21的发光状态，并通过第2发光元件驱动电路44控制上述第2光源35的发光状态。上述控制计算部42将控制信号发送至传动装置驱动电路47。另外，上述控制计算部42通过传动装置驱动电路47，驱动上述传动装置40，使上述浓度可变滤波器39旋转。
另外，浓度可变滤波器39也可以采用长方形板，使浓度线性地增大，通过线性马达等装置进行往返驱动。
从上述第1受光元件28发出的受光信号由第1受光电路45放大。另外，该受光信号通过比较器进行受光检测、A/D变换等所要求的信号处理，然后输入到上述控制计算部42。从上述第2受光元件33发出的受光信号由第2受光电路46放大，再通过比较器进行受光检测、A/D变换等所要求的信号处理，然后输入到上述控制计算部42。另外，控制计算部42将来自上述第1受光电路45、上述第2受光电路46的受光信号量及延迟时间存储在上述存储部48。
存储部48具有存储上述第1受光元件28、上述第2受光元件33的受光信号量及延迟时间的数据存储部。另外，上述存储部48具有程序存储部。在该程序存储部中存储有各种程序。这些程序是测定中所必需的，分别是用于执行测定的时序程序，或者是基于上述第1受光元件28、上述第2受光元件33的受光信号而计算距离的计算程序等。
以下就其作用进行说明。
首先，进行概略说明，从上述第1光源21发出的脉冲激光束即测定光经上述第1光路22照射到上述测定对象物25。由测定对象物25反射的反射测定光经上述第2光路26而被上述第1受光元件28接收。而从上述第1光源21发出的测定光的一部分通过上述第1半反射镜23分离后，经上述内部参考光路34被上述第2受光元件33作为内部参考脉冲光接收，将上述测距光和上述内部参考脉冲光进行比较而求出受光时间差等的值，并根据受光时间差等的值，测定至上述测定对象物25的距离。
另外，上述第1受光元件28和上述第2受光元件33都有个体差异。根据利用上述校正光路37而求出的测定差，可以校正因上述第1受光元件28与上述第2受光元件33之间的个体差异等产生的误差。
从上述第2光源35发出的脉冲激光束即校正光，被上述第2反射镜36偏转。然后，校正光由上述第2半反射镜27分成上述第1校正光路37a和上述第2校正光路37b后被发送，这些分开后的校正光分别由上述第1受光元件28、上述第2受光元件33接收。将来自上述第1受光元件28、上述第2受光元件33的两个受光信号进行比较，求出时间上的偏差，从而可以测定上述第1受光元件28与上述第2受光元件33之间产生的误差。
另外，上述内部参考光路34的光路长与上述校正光路37的光路长不同，但各自的光路长根据测距装置的机械上的结构是已知的，能够校正上述第1受光元件28与上述第2受光元件33之间产生的误差。
另外，上述第1光源21的脉冲激光束和上述第2光源35的脉冲激光束可交替地发射，上述第1光源21和上述第2光源35的发光定时如下所示：上述第1受光元件28、上述第2受光元件33接收从上述第1光源21发出的测距光，在接收测距光之后上述第1光源21发光。在通过上述受光元件接收后至上述第1光源21发光之间，上述第2光源35发光。并且，上述第1受光元件28、上述第2受光元件33能够接收校正光。
而且，因为反射测定光由上述第1受光元件28接收，内部参考脉冲光由上述第2受光元件33分离后接收，所以不需要上述测距光路29和上述内部参考光路34的光路转换装置。
另外，反射测距光的光强度因至上述测定对象物25的测距距离或者测定对象物25的反射状态而变化。如果上述第1受光元件28、上述第2受光元件33在有个体差异，同时由于响应性对于光强度也会变化，因此，必须使得经过上述内部参考光路34而由上述第2受光元件33所接收的光强度与反射测距光的光强度相同或同等。另外，也必须使上述校正光的光强度与上述反射测距光的光强度相同或者同等。所以，如上所述，对于上述内部参考光路34、上述校正光路37设有上述光量调整装置38。
以下参见图2、图3，具体地说明。
上述第1光源21和上述第2光源35按同一发光周期S，发出脉冲激光束。而上述第1光源21的发光定时和上述第2光源35的发光定时偏移t1。另外，在测定中驱动上述传动装置40，使上述浓度可变滤波器39不断连续地旋转。上述内部参考光路34的内部参考脉冲光以及上述校正光路37的校正脉冲光的光量由于浓度可变滤波器39的旋转而同步地变化。
图3表示通过上述光量调整装置38的光量调整引起的光量变化。图中51是上述第2光源35的发射光量，52是透过上述浓度可变滤波器39的透过光量。另外，上述发射光量51是作为连续光表示，但从上述第2光源35发出脉冲激光束，因此，上述第2光源35的每次发光，上述浓度可变滤波器39仅旋转发光周期S量，上述透过光量52从最大透过光量阶梯状地减少，在旋转1圈时回到最大透过光量。这里，将最大透过光量设定得比上述反射测距光的光强度最大时更大。并将最小透过光量设定得比上述反射测距光的光强度最小时更小。
另外，上述光量调整装置38对于上述内部参考光路34，也进行光量调整。上述光量调整装置38对于上述内部参考光路34和上述校正光路37具有相同的功能。
如果从上述第1光源21发出测距脉冲光A1，则通过上述第1受光元件28及上述第2受光元件33分别受光脉冲光，并分别发出受光脉冲PA1、受光脉冲QA1。从上述测距脉冲光A1的发射至上述受光脉冲PA1发出的时间U1是测距脉冲光A1往返上述测定对象物25为止的测距时间。从上述测距脉冲光A1的发射至上述受光脉冲QA1发出的时间V1是上述测距脉冲光A1经过上述内部参考光路34的时间。
如果从上述测距脉冲光A1的发射开始，上述第2光源35在时间t1后发光，发出校正脉冲光B1，则上述第1受光元件28及上述第2受光元件33接收校正脉冲光B1，分别发出受光脉冲PB1、受光脉冲QB1。从校正脉冲光B1发射至上述第1受光元件28发出受光脉冲PB1的时间U2以及从校正脉冲光B1发射至上述第2受光元件33发出上述受光脉冲QB1的时间V2分别是通过上述校正光路37所需要的时间。(时间U2-时间V2)的值为上述第1受光元件28与上述第2受光元件33的个体差异(包括电路误差)以及上述第1校正光路37a与上述第2校正光路37b的光程差。
对于上述内部参考光路34、上述校正光路37，上述浓度可变滤波器39不断连续地旋转，因此，校正脉冲光和内部参考脉冲光的光强度不断连续地变化。如果上述浓度可变滤波器39旋转1圈，则光强度在上述第1受光元件28、上述第2受光元件33的最大工作光量至最小工作光量的浓度可变范围内变化。
关于上述第1受光元件28和上述第1受光电路45以及上述第2受光元件33和上述第2受光电路46，将接收到上述浓度可变滤波器39旋转1圈期间的校正脉冲光和内部参考脉冲光时所得到的各自受光脉冲的信号量和受光时间差预先存储在上述存储部48。
在计算受光脉冲PA1的测距值时，使用受光时间差(在图2中是时间U4、时间V3、时间V4)。受光时间差可以从受光脉冲PBn、受光脉冲QAn、受光脉冲QBn得到。PBn的信号量、QAn的信号量和QBn的信号量分别与受光脉冲PA1的信号量相等或者大致相等。由此，能够避免起因于信号量差异引起的误差。根据时间U1及时间V3取得距离值，根据时间U4及时间V4，取得由上述第1受光元件28和上述第1受光电路45以及上述第2受光元件33和上述第2受光电路46构成的2个系统的受光电路之间的校正值。根据上述校正值校正上述测定值，从而得到真实的距离值。
关于对测定值的校正，示于后述的(式2)～(式8)中。
如上所述，由于上述浓度可变滤波器39不断连续地旋转，因此，校正光透过的光量阶梯状地减少。将上述浓度可变滤波器39旋转1圈期间的上述第1受光元件28、上述第2受光元件33的受光脉冲预先取样，并存储在上述存储部48。通过使上述浓度可变滤波器39旋转1圈，能够将上述第1受光元件28、上述第2受光元件33对于最大透过光量至最小透过光量的光强度的受光脉冲进行取样。用于得到时间U2、时间V2所使用的校正光是：在上述控制计算部42中将已取样的受光脉冲和反射测距光的受光脉冲PA进行比较，选择具有与该受光脉冲PA相同，或者最接近该受光脉冲PA之值(脉冲信号的大小)的校正光脉冲PB2(参见图2)。
另外，上述校正光的取样也可以在测定开始时执行1次，或者也可以在测定中连续地取样，不断更新为最新的取样数据。
在本发明中测距光的每1脉冲都能进行测距，能够大幅度缩短测距时间。所以，能一边扫描测距光，一边进行多点测定(扫描测定)，另外，也能进行对于高速移动的移动体的测距。
图4和图7表示实施例2的主要部分。
图4表示关于校正光的另一光量调整装置。
实施例2中光量调整装置设有光源部57。
光源部57具有多个第2光源35a，35b，35c，35d，…，各光源可通过准直透镜54a，54b，54c，54d，…以及ND滤波器55a，55b，55c，55d，…，发出校正脉冲光。如果来自上述第2光源35a，35b，35c，35d，…的发光由第2发光元件驱动电路44控制、且第2发光元件驱动电路44从上述控制计算部42(参见图1)输入发射指令信号，则能够以预定时间间隔从第2光源35a至第2光源35b，35c，35d，…按顺序进行脉冲发光。
对于上述第2光源35a设置反射镜56a，对于上述第2光源35b，35c，35d，…，分别设置半反射镜56b，56c，56d，…，从上述第2光源35a，35b，35c，35d，…分别发出的校正脉冲光能分别反射至校正光路37(参见图1)上。
可对应于测定中预想的反射测距光的光强度变化来适当决定上述第2光源35a，35b，35c，35d，…的数量。
另外，如果来自上述第2光源35a，35b，35c，35d，…的校正光透过上述半反射镜56d，或者被反射，并照射在校正光路37，则为了使校正脉冲光的光强度按预定的光量差阶梯状地变化而设有上述ND滤波器55a，55b，55c，55d，…以及上述半反射镜56b，56c，56d，…，各自的透射率、反射率。另外，通过对上述半反射镜56b，56c，56d，…的透射率、反射率的设定，也可省去上述ND滤波器55a，55b，55c，55d，…。
图7说明实施例2的作用。
一旦从上述第1光源21发出测距脉冲光A1，A2，…，上述第1受光元件28和上述第2受光元件33就分别受光脉冲光，并分别发出受光脉冲PA1、受光脉冲QA1。
另外，在上述测距脉冲光A1，A2，…的发光周期S期间，按顺序发出上述第2光源35a，35b，35c，35d，…的光量不同的校正脉冲光(B1[a，b，c，d，e])。上述第2光源35a，35b，35c，35d，…的发光定时具有上述第1受光元件28发出受光脉冲PA后的充分时间间隔。另外，使得上述第2光源35a，35b，35c，35d，…自发光至结束的期间不与下一个测距脉冲光A2的发光期间重叠。
一旦发出校正脉冲光(B1[a，b，c，d，e])，校正脉冲光(B1[a，b，c，d，e])就由上述第1受光元件28、上述第2受光元件33接收，并分别发出受光脉冲(PB1[a，b，c，d，e])、受光脉冲(QB1[a，b，c，d，e])。另外，受光脉冲(PB1[a，b，c，d，e])、受光脉冲(QB1[a，b，c，d，e])的各脉冲与校正脉冲光(B1[a，b，c，d，e]的各脉冲光相对应，分别有图2所示的关系。例如，PB1[a]、QB1[a]与B1[a]相对应，在B1[a]与PB1[a]之间有U2时间差，在B1[a]与QB1[a]之间有V2时间差。
将上述第1受光元件28、上述第2受光元件33接收校正脉冲光时的脉冲信号量及受光时间差加以关联，并将数据存入上述存储部48。
一旦测距光发出且测距光由上述第1受光元件28接收，受光脉冲PA1信号就被发送至上述控制计算部42，在控制计算部42中将上述存储部48存储的受光脉冲(PB1[a，b，c，d，e])信号和受光脉冲PA1信号进行比较，选择信号值相等或者大致相等的受光脉冲信号。如图7所示，选择与受光脉冲PA1信号大致相等的PB1[c]，另外，选择对应于PB1[c]的第2受光元件33的受光脉冲信号QB1[c]。通过上述光量调整装置38，内部参考脉冲光的光强度的光量在最大工作光量至最小工作光量之间变化，选择与受光脉冲PA1相等或者大致相等的QA2，再从时间上与QA2相近而存在的QBn中，选择与由PB1选定的[c]相同的校正脉冲光的受光脉冲信号。在图7中为QB2[c]。与实施例1同样，根据从各自的受光脉冲得到的受光时间差，计算距离。
在本实施例中每发1测定脉冲光都可测距，由于不需要机械性的光路转换、浓度调整，所以能高速地进行多点测距。
图5表示实施例3，在实施例3中能通过第2发光元件驱动电路44，每1脉冲都改变第2光源35的光强度，并使其发射，例如，能使第2光源35的发光强度变为10个等级。另外，本实施例的作用与图7所示的相同，因此省略说明。
图6表示实施例4，实施例4是将上述实施例2和实施例3进行组合。实施例4具有多个第2光源35a，35b，对应于第2光源35a，35b还具有准直透镜54a，54b、ND滤波器55a，55b、反射镜56a、半反射镜56b，通过第2发光元件驱动电路44a，44b，每发1次脉冲都改变上述第2光源35a，35b的发光强度，同时通过上述ND滤波器55a，55b以及上述反射镜56a、上述半反射镜56b使光量变为2个等级。
实施例4中能个别地调整多个第2光源35a，35b的发光强度，另外可采用上述ND滤波器55a，55b等在光学上进行浓度调整，因此，能进行更多等级的浓度调整。或者对于一个第2光源35，能够简化发光强度的调整。
接着，如上所述，第1光源21、第2光源35、第1受光元件28、第2受光元件33等有个体差异，另外，发光电路、受光电路也会含有误差。以下，对于这些误差，示于(式2)～(式8)中。另外，式中的标记内容如下所述：
第1光源21发光时间：tLl
第1光源21发光延迟时间：ΔtL1(含发光电路的延迟时间)
第2光源35发光时间：tL2
第2光源35发光延迟时间：ΔtL2(含发光电路的延迟时间)
对来自第1光源21的脉冲光的受光系统的误差要因
第1受光元件28延迟时间：ΔR1(含受光电路的延迟时间)
第1受光元件28振幅误差：RA1(含受光电路的振幅误差)
第2受光元件33延迟时间：ΔR2(含受光电路的延迟时间)
第2受光元件33振幅误差：RA2(含受光电路的振幅误差)
对来自第2光源35的脉冲光的受光系统的误差要因
第1受光元件28延迟时间：ΔR1n(含受光电路的延迟时间)
第1受光元件28振幅误差：RA1n(含受光电路的振幅误差)
第2受光元件33延迟时间：ΔR2n(含受光电路的延迟时间)
第2受光元件33振幅误差：RA2n(含受光电路的振幅误差)
※n指可由通过光量调整装置38改变光量的第2光源35得到的、从振幅不同的值选定的任意值。
测定光距离的时间延迟：tL1o
内部参考光距离的时间延迟：tL1i
第1校正光距离的时间延迟：tL2o
第2校正光距离的时间延迟：tL2i
测定光路的延迟时间
(tL1+ΔtL1+tL1o)+(ΔR1+RA1)                (式2)
内部参考光路的延迟时间
(tL1+ΔtL1+tL1i)+(ΔR2+RA2)                (式3)
(式2)-(式3)
tL1o-tL1i+ΔR1-ΔR2+RA1-RA2                (式4)
第1校正光路的延迟时间
(tL2+ΔtL2+tL2o)+(ΔR1n+RA1n)                (式5)
第2校正光路的延迟时间
(tL2+ΔtL2+tL2i)+(ΔR2n+RA2n)                (式6)
(式5)-(式6)
tL2o-tL2i+ΔR1n-ΔR2n+RA1n-RA2n              (式7)
如果测定来自第1光源21的脉冲光和来自第2光源35的脉冲光的间隔与受光元件的延迟时间的变化相比，充分小，则可以认为有以下关系：
ΔR1＝ΔR1n，ΔR2＝ΔR2n
(式4)-(式7)
tL1o-tL1i-(tL2o-tL2i)+(RA1-RA2)-(RA1n-RA2n)  (式8)
基于图7的波形进行说明，通过用上述光量调整装置38，测定其脉冲振幅与上述测距光路29的受光脉冲PA1的脉冲振幅相同的内部参考光路的受光脉冲QA2、与测距光路的受光脉冲PA1接近的受光脉冲PB1[c]以及在时间上接近受光脉冲QA2而存在的受光脉冲QB2[c]的延迟时间，从而有下式9：
(RA1-RA2)-(RA1n-RA2n)≈0                     (式9)
所以，能够避免因振幅产生的误差的影响。
因为内部参考光路长、第1校正光路长和第2校正光路长均已知，所以可求出测定光路长。
图8表示实施例5，在图8中与图1中所示的相同部分附以相同标记。另外，与实施例1相同，实施例5具有测距光路29、内部参考光路34和校正光路37。实施例5中，在上述内部参考光路34的所要求位置，例如第1半反射镜23与第1反射镜31之间设置光量调整装置38。
光量调整装置38设有横切上述内部参考光路34的圆板状的浓度可变滤波器77以及旋转浓度可变滤波器77的马达等传动装置40，上述浓度可变滤波器77具有沿圆周方向连续的浓度梯度。其设定如下，即通过上述传动装置40，旋转上述浓度可变滤波器77，从而使遮断上述内部参考光路34的位置上的浓度逐渐变化，并使透过上述浓度可变滤波器77的内部参考脉冲光的光强度逐渐减少(参见图3)。例如，在所要求的角度存在浓度为0的范围，之后使浓度随着角度变化而增大。另外，无论浓度变化按线性变化，还是浓度变化按2次曲线等变化，或者浓度变化按指数变化，还是浓度变化按阶梯性变化，都可以。总之，要有角度变化和浓度变化的对应关系。
控制计算部42通过第2发光元件驱动电路44，控制第2光源35的发光状态。另外，上述控制计算部42将控制信号发送至传动装置驱动电路47，通过传动装置驱动电路47驱动上述传动装置40，使上述浓度可变滤波器77旋转。
另外，浓度可变滤波器77也可采用长方形板，使浓度线性地增大，通过线性马达等进行往返驱动。
光源部57在上述校正光路37上发出校正脉冲激光束，上述光源部57具有使校正脉冲激光束的光量阶梯状地或者连续地变化的光量调整装置。作为光量调整装置，例如可以使用图4所示的装置、图5所示的装置、图6所示的装置。以下，说明使用图4所示的光源部57的情况。
另外，除了上述光量调整装置38、上述光源部57之外，与实施例1相同，所以，省略说明。
以下用图9说明实施例5的作用。
一旦从第1光源21发出测距脉冲光A1，A2，…，第1受光元件28和第2受光元件33上就分别接收脉冲光，并分别发出受光脉冲PA1、受光脉冲QA1。
另外，在发出上述测距脉冲光A1，A2，…的发光周期S期间，按顺序从上述第2光源35a，35b，35c，35d，…发出光量不同的校正脉冲光(B1[a，b，c，d，e])。上述第2光源35a，35b，35c，35d，…的发光定时具有上述第1受光元件28发出受光脉冲PA1后的充分时间间隔，另外，使得上述第2光源35a，35b，35c，35d，…自发光至结束的期间不与下一个测距脉冲光A2的发光期间重叠。
一旦发出校正脉冲光(B1[a，b，c，d，e])，校正脉冲光(B1[a，b，c，d，e])就由上述第1受光元件28、上述第2受光元件33接收，并分别发出受光脉冲(PB1[a，b，c，d，e])、受光脉冲(QB1[a，b，c，d，c])。另外，受光脉冲(PB1[a，b，c，d，e])、受光脉冲(QB1[a，b，c，d，e])的各脉冲与校正脉冲光(B1[a，b，c，d，e]的各脉冲光相对应，分别有图9所示的关系。例如，PA1、QA1与A1对应，在A1与PA1之间有U1时间差，在A1与QA1之间有V1时间差。另外，PB1[a]、QB1[a]与B1[a]对应，在B1[a]与PB1[a]之间有U2时间差，在B1[a]与QB1[a]之间有V2时间差。
也就是说，时间U1对应于上述测距光路29的光路长，时间V1对应于上述内部参考光路34的光路长。另外，时间U2对应于从上述第2光源35至上述第1受光元件28的校正光路37a的光路长。时间V2对应于从上述第2光源35至上述第2受光元件33的校正光路37b的光路长。
将上述第1受光元件28、上述第2受光元件33接收到变化的各校正脉冲光时各自的脉冲信号量以及各自的受光时间差作出关联，存入存储部48。
一旦发出测距光且测距光由上述第1受光元件28接收，第1受光元件28就发出受光脉冲PA1信号，受光脉冲PA1信号被发送至上述控制计算部42。在控制计算部42中将上述存储部48中存储的校正脉冲光的受光脉冲(PB1[a，b，c，d，e])信号和受光脉冲PA1信号进行比较，可以在上述受光脉冲(PB1[a，b，c，d，e])信号内选择信号值相等或者大致相等的受光脉冲信号，例如PB1[c]。
另外，由上述第1光源21进行激光束的脉冲发光，同时由上述传动装置驱动电路47驱动上述传动装置40，使上述浓度可变滤波器77旋转。通过浓度可变滤波器77旋转，透过浓度可变滤波器77后的内部参考光的光强度按每1脉冲减少。
光强度渐次减小的内部参考光由上述第2受光元件33接收，然后在以前接收、且存储在上述存储部48的受光脉冲(QB1[a，b，c，d，e])内将上述内部参考光与对应于PB1[c]的QB1[c]的强度进行比较。第2受光电路46取得与受光脉冲QB1[c]的强度一致的内部参考光的脉冲信号QAn(表示上述第1光源21在上述浓度可变滤波器77在旋转期间已发射第n次)。
接着，根据对应于由上述第1受光元件28接收后发出的受光脉冲PAn的时间Un与对应于由上述第2受光元件33接收后发出的受光脉冲QAn的时间Vn之间的时间差以及对应于由上述第1受光元件28发出的PB1[c]的时间U2c与对应于QB1[c]的时间V2c之间的时间差，计算上述测距光路29与上述内部参考光路34的光路长差(测距距离)。另外，根据上述校正光路37的上述第1受光元件28与上述第2受光元件33之间的光路长差以及上述第1受光元件28与上述第2受光元件33的个体差异，计算时间差，通过得到的上述校正光路37的光路长差及个体差异，校正上述测距距离，进行精度高的测距。
另外，由于上述第1光源21的发光周期，例如是数KHz～数十KHz，因此，即使通过上述光量调整装置38进行参考光脉冲的光量调整，也能进行高速的测距。
以下在图10、图11中说明实施本发明的测距装置。
图10所示的测距装置59具有上述测距部。上述测距装置59可以在测距光路29上照射测距光60，还可使测距光60旋转照射，在旋转照射中可以测定至通过测距光60照射的多个位置的测定对象物25的距离。
图11概略表示上述测距装置59的旋转照射部，例如，示出了全测站的旋转照射部。另外，图11的说明中以图1为参照，图11中与图1中所示相同的部分附以相同标记。
在基板62的上侧配置圆筒状的投光窗63，投光窗63为透明玻璃等材质。在投光窗63的上端设置有上基板64，在上述投光窗63的内部设置有中间基板65。
在上述基板62、上述中间基板65上通过轴承66，反射镜架67设置成可自由旋转，反射镜68保持在反射镜架67上。
在上述上基板64上设置透镜架69，物镜24保持在透镜架69上，物镜24的光轴(测距光路29：参见图1)与上述反射镜架67的旋转中心一致。另外，在上述物镜24的光轴上配置有比物镜24的直径更小的偏转反射镜70、受光侧光纤71的入射端面。反射测距光75入射到受光侧光纤71。上述受光侧光纤71将反射测距光导入上述第1受光元件28。另外，在经上述偏转反射镜70偏转后的光轴上设有发光侧光纤72的射出端面。发射测光纤72将来自上述第1光源21的测距光导入上述物镜24。
上述反射镜架67通过扫描马达73旋转，另外，上述测距光60的照射方向(照射水平角)可通过编码器74检测出。
上述扫描马达73通过控制计算部42(以下参见图1)控制驱动，另外，由上述测定对象物25反射的反射测距光通过上述受光侧光纤71，由上述编码器74检测出第1受光元件28接收时的角度，检出角度通过上述控制计算部42存入存储部48。
上述测距装置59的测定在发射了上述测距光60的状态下且在上述扫描马达73使上述反射镜架67连续旋转的状态下实施。
从上述发光侧光纤72发射的上述测距光60通过连续地旋转照射，在所要求的位置的测定对象物25上照射上述测距光60，使来自上述测定对象物25的反射测距光入射到上述反射镜，另外，上述测距光60经过上述物镜24入射到上述受光侧光纤71，通过受光侧光纤71，由上述第1受光元件28接收，进行至测定对象物25的测距。另外，由于与来自上述第1受光元件28的接收对应，通过上述编码器74检测上述测距光60的照射方向，因此，使测距结果与照射方向的角度对应，将测距结果存储在上述存储部48。另外，由于可以检测上述照射方向，因此，也可同时进行经测定的上述测定对象物25的指定。
另外，如果为了对建筑物等进行三维测定，必须自动地测量多点，则设定旋转角度，并在设定的角度范围内进行往返扫描，同时以预定的时间间隔实施测距。
如上述实施例中说明那样，由于通过电气信号的转换等进行内部参考光与测距光的转换以及测定中的光量调整，而没有机械性的动作，因此可进行高速及多点测定。

Claims (11)

1.一种向测定对象物发出脉冲激光束并接收来自测定对象物的反射光而测定距离的测距装置，其中设有：
发射测距用脉冲激光束的第1发光部；发射校正脉冲激光束的第2发光部；将所述测距用脉冲激光束导入第1受光部的测距光路；从所述测距用脉冲激光束将内部参考脉冲光分离而导入第2受光部的内部参考光路；将所述校正脉冲激光束分离而导入所述第1受光部和所述第2受光部的校正光路；使所述校正脉冲激光束和所述内部参考脉冲光的光强度变化的光量调整装置；以及基于由所述第1受光部与所述第2受光部得到的脉冲光的受光时间差而计算距离的控制计算部。
2.如权利要求1记载的测距装置，其特征在于，
所述光量调整装置跨设在所述内部参考光路和所述校正光路之间。
3.如权利要求1记载的测距装置，其特征在于，
所述光量调整装置各自单独设在所述内部参考光路和所述校正光路上。
4.如权利要求1记载的测距装置，其特征在于，
通过所述内部参考光路中所设的所述光量调整装置使所述内部参考脉冲光的光强度变化，而所述校正脉冲激光束的光强度通过改变所述第2发光部的输出而变化。
5.如权利要求1或权利要求4记载的测距装置，其特征在于，
所述光量调整装置设有浓度沿移动方向变化的浓度可变滤波器，使所述浓度可变滤波器移动来调整所述校正脉冲激光束、所述内部参考脉冲光的光强度。
6.如权利要求1或权利要求4记载的测距装置，其特征在于，
所述光量调整装置设有发射所述校正脉冲激光束的多个光源和对各光源调整该光源光量的光学件，通过择一地点亮所述多个光源而调整所述校正脉冲激光束的光强度。
7.如权利要求1或权利要求4记载的测距装置，其特征在于，
所述光量调整装置设有发射所述校正脉冲激光束的光源和调整该光源的发光强度的控制计算部。
8.如权利要求1或权利要求4记载的测距装置，其特征在于，
所述光量调整装置设有发射所述校正脉冲激光束的多个光源和对各光源调整该光源光量的光学件，并设有择一地点亮所述多个光源而调整该光源的发光强度的控制计算部。
9.如权利要求1或权利要求4记载的测距装置，其特征在于，
使所述校正脉冲激光束与测距脉冲光交替地发射，按每次发光进行所述校正脉冲激光束的光强度调整。
10.如权利要求1或权利要求4记载的测距装置，其特征在于，
在测距脉冲光的发光周期内使所述校正脉冲激光束按所要求的次数进行光量变化，并加以发射。
11.如权利要求1或权利要求7或权利要求8记载的测距装置，其特征在于，
所述控制计算部设有存储部，该存储部基于与调整光强度后的各校正脉冲激光束对应的所述第1受光部、所述第2受光部的受光信号并基于内部参考脉冲光的受光信号来存储所述受光部的受光差，所述控制计算部从所述已存储的受光信号中选择与接收到所述反射测距光时的受光信号相等或大致相等的校正脉冲激光束的受光信号，并从所述已存储的受光信号中选择与接收到反射测距光时的受光信号相等或大致相等的内部参考脉冲光的受光信号，再基于选定的内部参考脉冲光的受光信号和反射测距光的受光信号之间的关系，根据所述反射测距光和所述内部参考光进行测距计算。
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