JP2001349788A - パルス光伝播時間計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度で安価なパルス光伝播時間計測装置
を実現する。 【解決手段】所定周期でパルス光を発する発光部１２
と、受光の有無に基づいてパルス信号Ｂｐを生成する受
光部１３と、パルス信号Ｂｐに基づいて周波数の高い正
弦波状発振信号Ｂｓを生成するフェーズロックループ回
路３０と、位相状態を維持する信号処理を行って正弦波
状発振信号Ｂｓから周波数の低い正弦波状発振信号Ｃｓ
を生成する周波数変換回路２４と、正弦波状発振信号Ｃ
ｓと周波数の等しい基準信号Ｄｓを生成する基準信号発
生回路４０と、基準信号Ｄｓと正弦波状発振信号Ｃｓと
の位相差Ｅを検出する位相差検出手段５０とを備える。
フェーズロックループの介在により、パルス送光と位相
差検出とが両立する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、パルス光の送受
を行ってその伝播時間またはそれに相当する物理量を計
測するパルス光伝播時間計測装置に関し、詳しくは、測
定精度の向上や原価の低減に寄与する改良技術に関す
る。パルス光伝播時間計測装置は、直截的にはパルス光
の伝播時間を計測するものであるが、それに相当する物
理量、すなわち処理内容の確定している適宜な信号処理
や演算等を施すことでパルス光の伝播時間と一義的に対
応させうる物理量、かかる物理量を計測するものも該当
する。また、パルス光の伝播状態に関して、発光部から
発したパルス光が直進して受光部に達する直接的な伝播
が計測対象であるのは勿論、屈折や、反射、他の受発光
部による再生などを伴った間接的な伝播も計測対象に含
まれる。応用装置としては、距離計や、変位計、速度計
の他、二次元または三次元の座標位置を求める位置計測
装置やポインティングデバイスなど、種々のものが挙げ
られる。

【０００２】

【従来の技術】図１６（ａ）に示したパルス光伝播時間
計測装置は、発振回路１１等から供給されたパルス信号
Ａｐ（第２パルス信号）に従って所定周期でパルス光を
発する発光部１２と、受光の有無に基づいてパルス信号
Ｂｐ（第１パルス信号）を生成する受光部１３と、両パ
ルス信号Ａｐ，Ｂｐを受けて両者の到達するまでの時間
差Ｇを計測する時間差検出回路１４とを具えたものであ
る。パルス信号Ａｐには、上記の所定周期のパルス列す
なわち一定の等しい時間間隔で繰り返すパルス列が含め
られる。このパルス信号Ａｐの周波数ｆ１は、それに対
応して生成されるパルス光やパルス信号Ｂｐの周波数ｆ
１と共に、上記所定周期の逆数となっている。

【０００３】このようなパルス光伝播時間計測装置は、
例えば長距離用のレーザ計測器等に用いられるもので、
光を搬送波として送受光部１０における伝播時間を計測
する。すなわち、発光部１２と受光部１３とに亘る直接
的・間接的な光の伝搬遅延時間を計測する。そのため、
従来の一般的なパルス光伝播時間計測方式では、送受光
部１０にてパルス光の送受が繰り返し行われるともに、
その送受の度に、送受光部１０での光伝播に影響される
パルス信号Ｂｐと送受光部１０での光伝播に影響されな
いパルス信号Ａｐとの到達時刻の差Ｇが光伝播時間相当
物理量として時間差検出回路１４にて計測されるが、そ
の際、時間差検出は、例えば両パルス信号Ａｐ，Ｂｐの
リーディングエッジ間の時間をカウンタ等で計数すると
いった直接的な手法で行われる。

【０００４】これに対し、図１６（ｂ）に示した光伝播
時間計測装置は、発振回路２１等から供給された正弦波
状発振信号Ａｓに従ってアナログ的に発光強度が変化す
る発光部２２と、受光量に応じてアナログ的に変化する
正弦波状発振信号Ｂｓを生成する受光部２３と、位相状
態を維持する信号処理を行って正弦波状発振信号Ｂｓか
らそれより周波数の低い正弦波状発振信号Ｃｓを生成す
る周波数変換回路２４と、分周等の信号処理を行って周
波数ｆ２の正弦波状発振信号Ａｓから周波数ｆ３の基準
信号Ｄｓを生成する周波数変換回路２５と、基準信号Ｄ
ｓと正弦波状発振信号Ｃｓとの位相差Ｅを検出する位相
差検出回路２６とを具えたものである。基準信号Ｄｓの
生成に際してその周波数ｆ３は正弦波状発振信号Ｃｓの
周波数ｆ３と同じにされる。

【０００５】このような光伝播時間計測装置は、例えば
短距離用のレーザ距離計等に良く用いられるもので、や
はり光を搬送波として送受光部２０における即ち発光部
２２と受光部２３とに亘る伝播時間を計測するものであ
るが、パルス送光ではなく正弦波状送光を行う。そし
て、送受光部２０での光伝播に影響される正弦波状発振
信号Ｂｓと送受光部２０での光伝播に影響されない正弦
波状発振信号Ａｓとの位相差Ｅを光伝播時間相当物理量
として計測するが、その際、位相状態を維持しながら正
弦波状発振信号Ｂｓ，Ａｓから正弦波状発振信号Ｃｓ，
Ｄｓへ周波数を低下させることで、信号波形を時間軸上
で引き延ばしておいてから、位相差Ｅの検出が行われ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような光伝播時間
計測装置のうち前者のパルス光伝播時間計測装置では、
上述したようにパルス送光を行うとともにパルス信号間
の時間間隔を電子回路で直接計測することから、送受光
部が比較的簡素で安価なもので足りるという長所がある
一方、高分解能・高精度な時間間隔計測を行おうとする
と、そのためには高速かつ高精度な電子回路が必要にな
り、非常に高価なものになってしまう。そのような高精
度化の際に問題となる事例を具体的に挙げると、例えば
ｍｍオーダーの分解能が要求されるような場合、一般に
数ｎｓ〜数十ｎｓのパルス幅と数百ｋＨｚの最大繰り返
し周波数を持つような高繰り返しパルスレーザ光のパル
ス信号の時間間隔を１００ｐｓ以下の高い精度で計測す
るということになり、その場合、１００ＭＨｚ以上の高
速アナログ電子回路と１０ＧＨｚ以上に相当する超高速
カウンタが必要となるが、このような超高速な電子回路
は電子デバイスの性能限界により実現が困難である。

【０００７】これに対し、上述した光伝播時間計測装置
のうち後者では、周波数低減を伴った位相差検出が採用
され、これによって信号波形が引き延ばされて、時間間
隔の計測が制約条件の緩和された間接的手法によってな
されるので、後半部分の電子回路が比較的低速で安価な
もので足りるという長所がある一方、前半部分の送受光
部に関しては、パルス送光でなく正弦波状送光を行うこ
とが前提とされることから、発光や光電変換さらには随
伴する信号増幅等にまで高いリニアリティ等の精度や感
度が必要となる。このため、時間間隔計測を高精度に行
うことはできても、原価の低減は困難である。

【０００８】このように両者には一長一短があり、計測
条件等に応じて使い分けられている。ところが、このよ
うな従来の光伝播時間計測装置では、適用や応用が困難
なため、使用や利用が躊躇される分野もある。例えば、
パソコン（パーソナルコンピュータ）に三次元位置情報
を入力するのに、非接触なので手軽であり電磁障害も無
い光伝播時間計測装置を利用・応用しようとした場合、
高い精度が要求されるばかりか、送受光部の増設も必要
なため、コストが合わない。

【０００９】このため、両者の長所を兼ね備えた高精度
で安価な光伝播時間計測装置装置の実現が望まれる。具
体的には、前者のパルス光伝播時間計測装置の送受光部
と、後者の光伝播時間計測装置の位相差検出回路とを備
えたパルス光伝播時間計測装置が想定される。しかも、
かかる装置は、上例のような新規応用分野だけでなく、
既に使用されているところでも、有用であり、有益であ
る。

【００１０】しかしながら、パルス信号に関しては位相
状態を維持しながら周波数を低減させる手法が確立され
ていないため、単に両者を切り張りしただけでは適切な
計測結果は得られない。そこで、パルス送光と位相差検
出とが両立するよう、電子回路の構成に工夫を凝らすこ
とが技術的な課題となる。この発明は、このような課題
を解決するためになされたものであり、高精度で安価な
パルス光伝播時間計測装置を実現することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために発明された第１乃至第３の解決手段について、
その構成および作用効果を以下に説明する。

【００１２】［第１の解決手段］第１の解決手段のパル
ス光伝播時間計測装置は、出願当初の請求項１に記載の
如く、所定周期でパルス光を発する発光部と、受光の有
無に基づいて第１パルス信号を生成する受光部と、前記
第１パルス信号に基づいて（後記第２正弦波状発振信号
の周波数よりも周波数が高く且つ必須ではないが望まし
くは前記所定周期の逆数である所定周波数よりも）周波
数の高い第１正弦波状発振信号を生成する第１フェーズ
ロックループ回路と、位相状態を維持する信号処理を行
って前記第１正弦波状発振信号から（前記第１正弦波状
発振信号の周波数よりも）周波数の低い第２正弦波状発
振信号を生成する第１周波数変換回路と、前記第２正弦
波状発振信号と周波数の等しい基準信号を生成する基準
信号発生回路と、前記基準信号と前記第２正弦波状発振
信号とから両者の位相差を検出する位相差検出手段とを
備えたものである。

【００１３】このような第１の解決手段のパルス光伝播
時間計測装置にあっては、パルス送光が発光部および受
光部によって繰り返し行われるとともに、そのパルス送
光に対応したパルス信号に基づきフェーズロックループ
回路によって第１正弦波状発振信号が生成される。これ
により、パルス光の伝播時間に対応したパルス信号のタ
イミング変化状態が第１正弦波状発振信号にその位相状
態として引き継がれる。そして、その第１正弦波状発振
信号に対して、第１周波数変換回路により、位相状態を
維持した周波数低減の信号処理が施されるとともに、そ
の処理によって信号波形の引き延ばされた第２正弦波状
発振信号と、基準信号発生回路からの基準信号とから、
位相差検出手段によって、光伝播時間相当物理量である
位相差が検出される。

【００１４】このように受光部と周波数変換回路との間
にフェーズロックループ回路を導入したことにより、パ
ルス送光と位相差検出とが両立することとなり、その結
果、前半部分の送受光部が時間差直接計測方式のパルス
光伝播時間計測装置のそれと同等で、後半部分の電子回
路が位相差検出方式の光伝播時間計測装置のそれと同等
でも、適切な計測値が得られる。したがって、この発明
によれば、高精度で安価なパルス光伝播時間計測装置を
実現することができる。

【００１５】［第２の解決手段］第２の解決手段のパル
ス光伝播時間計測装置は、出願当初の請求項２に記載の
如く、上記の第１の解決手段のパルス光伝播時間計測装
置であって、前記受光部が複数設けられるとともに、そ
れらと前記第１フェーズロックループ回路との間に多入
力一出力の（すなわち信号入力が二個以上の複数であり
信号出力が単一である）信号選択回路が介挿して設けら
れ、さらに、その選択切替に伴って（逐次に前記位相差
検出手段で）検出される複数の位相差に基づいて位置・
距離・変位・速度などの位置情報等（すなわち空間的物
理変量または時空的物理変量）を算出する位置情報算出
手段が前記位相差検出手段の後に付加して設けられてい
る、というものである。

【００１６】このような第２の解決手段のパルス光伝播
時間計測装置にあっては、光路の複数化や位置情報算出
手段の導入等に基づいて多次元の位置情報等が得られる
が、受光部は別としてもその他の送光部や位相差検出回
路等については、信号選択回路の導入によって複数化が
回避される。これにより、高精度で安価な計測方式を基
礎として、回路規模の増大を抑制しつつ、多次元の位置
情報等を得ることが可能となるので、例えばパソコン向
けの位置計測装置やポインティングデバイス等も高精度
で安価なものとなる。したがって、この発明によれば、
多次元で高精度なパルス光伝播時間計測装置を安価に実
現することができる。

【００１７】［第３の解決手段］第３の解決手段のパル
ス光伝播時間計測装置は、出願当初の請求項３に記載の
如く、上記の第１，第２の解決手段のパルス光伝播時間
計測装置であって、前記所定周期での発光を駆動・制御
するために前記発光部に供給される前記所定周波数の第
２パルス信号に基づいて周波数が前記第１正弦波状発振
信号の周波数に等しい第３正弦波状発振信号を生成する
第２フェーズロックループ回路と、前記第１周波数変換
回路と同じ信号処理を行って前記第３正弦波状発振信号
から前記基準信号を生成する第２周波数変換回路とが、
前記基準信号発生回路に具えられている、というもので
ある。

【００１８】このような第３の解決手段のパルス光伝播
時間計測装置にあっては、第２正弦波状発振信号との対
比に用いられる基準信号が、第２正弦波状発振信号と同
様に第２パルス信号に基づいて生成されるばかりか、そ
の生成に際して、フェーズロックループによるパルス信
号から正弦波状発振信号への同様な変換処理や、周波数
変換回路による同一信号処理も、施される。すなわち、
送受光部は別としてそれ以外での信号処理の内容が、送
受光部での光伝播に影響されるパルス信号および正弦波
状発振信号と、送受光部での光伝播に影響されない基準
信号とで、同じになる。

【００１９】これにより、両信号に関する動作特性が揃
うことから、使用環境や動作状態が変動するような状況
下であっても、位相の相対関係等が保存されるので、何
時でも正確な計測結果が得られることとなる。したがっ
て、この発明によれば、安定して高精度なパルス光伝播
時間計測装置を安価に実現することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】このような解決手段で達成された
本発明のパルス光伝播時間計測装置について、これを実
施するための具体的な形態を、以下の第１〜第１４実施
例により説明する。図１に示した第１実施例は、上述し
た第１の解決手段を具現化したものであり、図２の第２
実施例、図３の第３実施例、図４の第４実施例は、その
変形例であり、図５の第５実施例は、三次元座標位置計
測への応用例である。また、図６に示した第６実施例
は、上述した第１，第２の解決手段を具現化したもので
あり、図７の第７実施例は、上述した第１〜第３の解決
手段を具現化したものである。さらに、図８の第８実施
例や、図９の第９実施例、図１０の第１０実施例は、改
良例や応用例である。また、図１１及び図１２に示した
第１１実施例は、他の受発光部による再生などを伴った
パルス光の間接的な伝播を計測対象としたものであり、
図１３の第１２実施例は、その変形例である。また、図
１４の第１３実施例は、他の改良例であり、図１５の第
１４実施例は、その変形例である。なお、それらの図示
に際し同様の構成要素には同一の符号を付して示した。

【００２１】

【第１実施例】本発明のパルス光伝播時間計測装置の第
１実施例について、その具体的な構成を、図面を引用し
て説明する。図１（ａ）は、その電子回路構造を示すブ
ロック図である。

【００２２】このパルス光伝播時間計測装置は、既述し
た図１６（ａ）のパルス光伝播時間計測装置の送受光部
１０と、図１６（ｂ）の光伝播時間計測装置の周波数変
換回路２４等とを、フェーズロックループ回路３０を介
在させて、繋いだものである。すなわち、発振回路１１
から発光を駆動・制御するために周波数ｆ１のパルス信
号Ａｐ（第２パルス信号）を受けて所定周期（１／ｆ
１）でパルス光を発する発光部１２と、受光の有無に基
づいてパルス信号Ｂｐ（第１パルス信号）を生成する受
光部１３と、周波数ｆ１のパルス信号Ｂｐを入力して周
波数ｆ２の正弦波状発振信号Ｂｓ（第１正弦波状発振信
号）を生成するフェーズロックループ回路３０（第１フ
ェーズロックループ回路）と、位相状態を維持する信号
処理を行って周波数ｆ２の正弦波状発振信号Ｂｓからそ
れより周波数の低い周波数ｆ３の正弦波状発振信号Ｃｓ
（第２正弦波状発振信号）を生成する周波数変換回路２
４と、周波数ｆ３の基準信号Ｄｓを生成する基準信号発
生回路４０と、基準信号Ｄｓと正弦波状発振信号Ｃｓと
の位相差Ｅを検出する位相差検出回路２６同様の位相差
検出回路５０とが設けられている。

【００２３】フェーズロックループ回路３０には、正弦
波状発振信号Ｂｓの位相をパルス信号Ｂｐにおけるパル
ス列のタイミングに固定させるとともにその際に周波数
の逓倍も行うものが採用され、これによって、正弦波状
発振信号Ｂｓの周波数ｆ２はパルス信号Ｂｐの周波数ｆ
１より高くなる。また、その倍率は、離散的ではあるが
選択可能な範囲が広いので、周波数ｆ１，ｆ２は、設計
上の制約をほとんど感じることなく設定・決定すること
が可能なものである。さらに、正弦波状発振信号Ｂｓ，
Ｃｓの周波数ｆ２，ｆ３の比は、従来の位相差検出方式
の光伝播時間計測装置の場合と同様、信号波形の引き延
ばし率に対応している。また、基準信号発生回路４０
は、従来例の周波数変換回路２５のようにパルス信号Ａ
ｐに同期した基準信号Ｄｓを生成するものでも良いが、
後述する第１０実施例のように同期を採らないものでも
良い。

【００２４】この第１実施例のパルス光伝播時間計測装
置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して
説明する。図１（ｂ）〜（ｆ）は、何れも信号波形例で
あり、典型的な動作状態を示している。

【００２５】パルス信号Ａｐの周波数ｆ１は例えば数百
Ｈｚ程度に設計されるが（図１（ｂ）参照）、これが発
振回路１１から発光部１２に供給されると、そのパルス
に対応して発光部１２からパルス光が発せられる。その
パルス幅は例えば数ｎｓ〜数十ｎｓにされる。そして、
そのパルス光が直接に又は反射光や再生光に変わってか
ら受光部１３に到達する度に、光電変換により受光部１
３からパルス信号Ｂｐのパルスが出力される（図１
（ｃ）参照）。このパルス信号Ｂｐはパルス信号Ａｐよ
りも時間差Ｇだけ遅延しており（図１（ｂ），（ｃ）参
照）、その時間差Ｇには送受光部１０におけるパルス光
の伝播時間も含まれている。

【００２６】パルス信号Ｂｐはフェーズロックループ回
路３０に入力され、フェーズロックループ回路３０では
パルス信号Ｂｐから正弦波状発振信号Ｂｓが生成される
が（図１（ｄ）参照）、その際、波形の変更に加え、周
波数の逓倍も行われて、正弦波状発振信号Ｂｓの周波数
ｆ２は例えば数ＭＨｚ〜数ＧＨｚ程度になる。これは通
常のマイクロ波用電子回路で処理できる周波数である。
また、その際、正弦波状発振信号Ｂｓの位相がパルス信
号Ｂｐにおけるパルス列のタイミングに固定させられる
（図１（ｃ），（ｄ）参照）。

【００２７】その正弦波状発振信号Ｂｓは周波数変換回
路２４へ送出され、そこで周波数低減処理が施されて正
弦波状発振信号Ｃｓとなる（図１（ｅ）参照）。これに
より正弦波状発振信号Ｃｓの周波数ｆ３は一般的な電子
回路で処理可能な周波数たとえば数百ｋＨｚにされる
が、その際、周波数は変わっても位相状態は維持され
る。具体的には、正弦波状発振信号Ｂｓの位相角が正弦
波状発振信号Ｃｓの位相角に引き継がれる。そして、パ
ルス信号Ａｐのパルス列に対するパルス信号Ｂｐのパル
ス列のタイミングが進退し、これに対応して同じだけ正
弦波状発振信号Ｂｓの位相が進退してその位相角が増減
すると、正弦波状発振信号Ｃｓの位相角も同じく増減す
る。

【００２８】一方、基準信号Ｄｓも、基準信号発生回路
４０によって、正弦波状発振信号Ｃｓと同じ周波数ｆ３
の正弦波状波形を付与されるが（図１（ｆ）参照）、位
相状態は異なる。すなわち、基準信号Ｄｓの位相は、正
弦波状発振信号Ｃｓのようにパルス信号Ｂｐや正弦波状
発振信号Ｂｓの位相に連動して変化するもので無く、パ
ルス信号Ａｐのパルス列のタイミングに対して又は基準
信号発生回路４０独自の基準タイミングに対して固定さ
れている。そして、この基準信号Ｄｓと正弦波状発振信
号Ｃｓとが位相差検出回路５０に入力され、そこで両者
の位相差Ｅが検出される（図１（ｅ），（ｆ）参照）。
この位相差Ｅは、時間軸上で時間差Ｇを引き延ばしたも
のとなっており、一般的な処理速度の電子回路でも充分
に高い分解能で精度良く計測することができる。

【００２９】さらに具体的な数値例を挙げて詳述する。
例えば、パルス信号Ａｐにおいて、周期１．５μｓで即
ち周波数６６６．６６ｋＨｚで、幅１０ｎｓのパルス
が、繰り返される場合、パルス光も同じ周期・周波数で
発光部１２から受光部１３へ送信される。そのときの送
受光部１０における光の伝播距離が１．５ｍｍでありそ
こでのパルス光の伝播遅延時間Δｔを５ｐｓとすると、
さらに発光部１２及び受光部１３内部での遅れや信号配
線での遅れは一定なので簡単のため無視すると光伝播時
間Δｔはパルス信号Ａｐとパルス信号Ｂｐとの時間差Ｇ
に一致するが、この光伝播時間Δｔによる正弦波状発振
信号Ｂｓの位相角の変化量すなわち位相差Δθｘは、周
波数ｆ１が例えば２ＧＨｚの場合、対応する周期Ｔ１が
５００ｐｓなので、所定の計算式に代入してΔθｘ＝３
６０×（Δｔ／Ｔ１）＝３．６゜となる。

【００３０】この位相状態が維持されたまま正弦波状発
振信号Ｂｓから正弦波状発振信号Ｃｓへの周波数変換が
なされ、その周波数ｆ３が例えば３３３．３３ＫＨｚに
低下したとすると、対応する時間差ΔＴｘは、Δｔ×ｆ
２／ｆ３＝３０ｎｓに引き延ばされる。この時間差ΔＴ
ｘは、基準信号Ｄｓがパルス信号Ａｐに対して同期して
いるとき、位相差Ｅを時間単位に換算したものとなる。
それから、応用目的により要求される出力形態等に応じ
て、必要であれば、光伝播時間Δｔが式［Δｔ＝ΔＴｘ
×ｆ３／ｆ２］や［Δｔ＝Δθｘ／（ｆ１×３６０）］
にて算出され、さらに光伝播距離Δｒは光速をｃとして
式［Δｒ＝ｃ×Δｔ］にて算出される。したがって、こ
の数値例では、パルス光の伝播時間５ｐｓが３０ｎｓと
して計測されるので、時間軸を６０００倍（＝ｆ２／ｆ
３）に拡大して計測したのと等価になり、その結果、１
００ＭＨｚ程度の応答速度を持った一般的で簡便な電子
回路を採用しても、光の伝播時間や伝播距離をｐｓやｍ
ｍオーダーで計算することが出来る。

【００３１】

【第２実施例】図２に電子回路のブロック構成を示した
本発明のパルス光伝播時間計測装置は、上述の第１実施
例における基準信号発生回路４０を同期方式で具体化し
たものである。この基準信号発生回路４０は、周波数ｆ
１のパルス信号Ａｐを入力して周波数ｆ２の正弦波状発
振信号Ａｓを生成するフェーズロックループ回路３１
と、その正弦波状発振信号Ａｓから分周等の信号処理を
行って周波数ｆ３の基準信号Ｄｓを生成する周波数変換
回路２５とを具えている。フェーズロックループ回路３
１は、フェーズロックループ回路３０と同様に、正弦波
状発振信号Ａｓの位相をパルス信号Ａｐにおけるパルス
列のタイミングに固定させるとともにその際に周波数の
逓倍も行うものであり、その倍率も同じになっている。

【００３２】この場合、周波数変換回路２４の前だけで
なく周波数変換回路２５の前にもフェーズロックループ
回路３１が導入されているので、基準信号Ｄｓの生成に
関しても、従来同様の周波数変換回路２５を用いること
ができる。

【００３３】

【第３実施例】図３に電子回路のブロック構成を示した
本発明のパルス光伝播時間計測装置が上述した第２実施
例のものと相違するのは、基準信号発生回路４０が正弦
波状の基準信号Ｄｓに代えて同一周波数ｆ３のパルス信
号である基準信号Ｄｐを生成する点と、位相差検出回路
５０が二値化回路５１と時間差検出回路５２とで具現化
されている点である。二値化回路５１は、正弦波状発振
信号Ｃｓを適宜な閾値で二値化して同一周波数ｆ３のパ
ルス信号Ｃｐを生成するようになっている。時間差検出
回路５２は、パルス信号Ｃｐと基準信号Ｄｐとの時間差
を検出するものであるが、時間差Ｇ，Δｔを直接計測す
る代わりに、時間軸上で引き延ばされた位相差Ｅ等を計
測するようになっている。

【００３４】この場合、基準信号発生回路４０は、パル
ス信号同士での周波数変換を行えば足りるので、周波数
ｆ１，ｆ３に整数倍等の関係があればカウンタ回路等を
利用して簡便に具体化され、周波数ｆ１，ｆ３が等しい
場合には、配線だけで済ませることも可能である。ま
た、時間差検出回路５２も、カウンタ回路等を利用して
具体化でき、同じクロックで動作しても従来の時間差検
出回路１４より、ｆ２／ｆ３倍だけ高い分解能で計数す
ることができる。したがって、このパルス光伝播時間計
測装置にあっては、フェーズロックループ回路３０及び
周波数変換回路２４以外の回路をデジタル化して簡単か
つ安価にすることができる。

【００３５】

【第４実施例】図４に電子回路のブロック構成を示した
本発明のパルス光伝播時間計測装置が上述した第３実施
例のものと相違するのは、基準信号発生回路４０の具体
的構成である。すなわち、基準信号発生回路４０は、パ
ルス信号Ａｐを入力して周波数ｆ４の正弦波状発振信号
Ａｓを生成するフェーズロックループ回路３１と、その
正弦波状発振信号Ａｓから分周等の信号処理を行って基
準信号Ｄｐをパルス信号で生成する周波数変換回路４１
とを具えている。

【００３６】この場合、周波数変換回路４１がデジタル
式の分周回路等を用いて簡便に具体化される。さらに、
正弦波状発振信号Ａｓの周波数ｆ４が周波数ｆ２と異な
るものとなっているので、例えば周波数変換回路２４で
要る周波数（ｆ２＋ｆ３）又は（ｆ２−ｆ３）の正弦波
状発振信号を正弦波状発振信号Ａｓで賄うこともでき
る。

【００３７】

【第５実施例】図５に電子回路のブロック構成を示した
本発明のパルス光伝播時間計測装置が上述した第１〜第
４実施例のものと相違するのは、発振回路１１及び基準
信号発生回路４０以外の回路が三重化され並列に設けら
れている点と、位置情報算出手段６０が追加された点で
ある。位置情報算出手段６０は、各位相差検出回路５０
の下流に位置していて、各位相差検出回路５０から複数
の位相差Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を受け、それらに基づいて所
望の位置情報等を算出するようになっている。

【００３８】この場合、３組の送受光部１０により３本
の光路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が確立されるとともに、それぞ
れについて位相差Ｅが求まるので、各送受光部１０に関
する既知情報たとえば各受光部１３の相対位置等も利用
して、三次元座標での位置情報等も得ることができる。

【００３９】

【第６実施例】図６に電子回路のブロック構成を示した
本発明のパルス光伝播時間計測装置が上述した第５実施
例のものと相違するのは、多重化・並列化が受光部１３
だけに抑えられた点と、それに伴って各受光部１３とフ
ェーズロックループ回路３０との間にマルチプレクサ６
３（信号選択回路）が介挿された点である。

【００４０】マルチプレクサ６３は、４入力１出力のも
のが採用されて、切替制御信号に従って４入力のうち何
れか一つをパルス信号Ｂｐとして選出し、それをフェー
ズロックループ回路３０へ送出するようになっている。
また、その入力には、パルス信号Ａｐそのままと、光路
Ｒ１を経たパルス信号Ｂｐと、光路Ｒ２を経たパルス信
号Ｂｐと、光路Ｒ３を経たパルス信号Ｂｐとが、送り込
まれるようになっている。

【００４１】また、その切替制御を行うために切替制御
ルーチン６２が導入され、その処理に従いマルチプレク
サ６３の選出対象が４入力の中で循環的に切り替えられ
るようになっている。その切替周期は例えば数ｍｓ程度
に設定され、プログラム処理も可能なので、この例の切
替制御ルーチン６２は、位置情報算出手段６０をプログ
ラム処理にて具現化するマイクロプロセッサに、位置情
報Ｆとして相対変位等を算出する変位算出ルーチン６１
等と共に、インストールされている。

【００４２】さらに、幾つかの回路等についても詳述す
ると、例えば、発振回路１１は、小形で高速に発振する
発振器１１ａと、その発振信号からパルス信号Ａｐを生
成する分周器１１ｂとからなる。発振器１１ａの発振信
号は、そのまま或いは適宜な波形整形や分周等を施して
から、位置情報算出手段６０のマイクロプロセッサや位
相差検出回路５０のカウンタ回路等のクロックＣＬＫと
しても用いられる。また、発光部１２には、赤外線等を
発する半導体レーザや発光ダイオードを組み込んだパル
ス光送信器が採用され、受光部１３には、光電変換を担
うフォトダイオードやフォトトランジスタが採用され
る。周波数変換回路４１は、デジタル回路からなる分周
器で足り、二値化回路５１は、正弦波状発振信号Ｃｓと
所定の閾値電圧とを入力するコンパレータで足り、時間
差検出回路５２は、基準信号Ｄｐのパルス前縁でカウン
ト値がクリアされパルス信号Ｃｐのパルス前縁でカウン
ト値をホールドしてその間のクロックＣＬＫのパルス数
を計数するカウンタ回路で足りる。そのカウント値は、
位相差Ｅとして位置情報算出手段６０へ繰り返し送出さ
れるようになっている。

【００４３】また、周波数変換回路２４には、周波数ｆ
４の正弦波状発振信号Ａｓと周波数ｆ２の正弦波状発振
信号Ｂｓとを入力する平衡ミキサ２４ａと、その出力信
号から周波数ｆ３の信号成分すなわち正弦波状発振信号
Ｃｓを抽出するバンドパスフィルタ２４ｂ又はローパス
フィルタとが設けられている。これにより、周波数ｆ３
は周波数ｆ２と周波数ｆ４との差になり、さらに、正弦
波状発振信号Ｂｓの位相角の変動は、正弦波状発振信号
Ｃｓに引き継がれて、その位相角にも同じ変動が発現す
る。

【００４４】この場合、マルチプレクサ６３による入力
の選択切替が一巡する度に、光路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に関
する３個の位相差Ｅが、算出されて算出変位算出ルーチ
ン６１に引き渡されるので、例えば、発光部１２が可動
部に組み込まれ、３組の受光部１３が固定部における三
角形の頂点に配置されているような場合、計測した複数
の伝播距離（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）より、可動部の三次元
座標を求める三次元のポインティング装置としての応用
も可能である。しかも、複数個設けられているのは受光
部１３だけなので、装置は、小形で安価なものとなる。

【００４５】また、この場合、光路Ｒ１〜Ｒ３を経たパ
ルス信号Ｂｐだけでなく光路Ｒ１〜Ｒ３を経ないパルス
信号Ａｐも、マルチプレクサ６３を介して選択的に、フ
ェーズロックループ回路３０及び周波数変換回路２４へ
送り込まれるので、それについて計測した位相差Ｅを保
持しておき、パルス信号Ｂｐ選択時の位相差Ｅの算出に
際して参照する等のことで、随時、動的に、補正や補償
の処理も行うことができる。

【００４６】さらに、例えば、周波数ｆ３が３３３．３
３ｋＨｚになっているとすると位相差Ｅは３μｓ毎に得
られるので、マルチプレクサ６３の切替が３ｍｓ毎に行
われる場合、その間に位相差Ｅは１０００回計測できる
ので、統計処理によって更にＳ／Ｎ（信号／雑音）を改
善することができる。そのため、元々のパルス光信号の
Ｓ／Ｎにもよるが、ｐｓ、ｍｍオーダーの非常に高い精
度で伝播時間または伝播距離を計測することが出来る。

【００４７】

【第７実施例】図７に電子回路のブロック構成を示した
本発明のパルス光伝播時間計測装置が上述した第６実施
例のものと相違するのは、フェーズロックループ回路３
０，３１に加えてフェーズロックループ回路３２も設け
られた点と、周波数変換回路４１が単純な分周回路から
次のような回路に改造された点である。

【００４８】すなわち、フェーズロックループ回路３２
（第２フェーズロックループ回路）は、フェーズロック
ループ回路３０と同じ回路構造のものが採用されて、周
波数ｆ１のパルス信号Ａｐから周波数ｆ２の正弦波状発
振信号Ａｓ（第３正弦波状発振信号）を生成するように
なっている。また、周波数変換回路４１（第２周波数変
換回路）は、ミキサ２４ａと同じ回路構造であって周波
数ｆ２の正弦波状発振信号Ａｓと周波数ｆ４の正弦波状
発振信号Ａｓとを入力するミキサ４１ａと、バンドパス
フィルタ２４ｂと同じフィルタリング特性であってミキ
サ４１ａの出力から基準信号Ｄｓを生成するバンドパス
フィルタ４１ｂと、二値化回路５１と同じ回路構造であ
って同じ閾値に基づき基準信号Ｄｓを二値化して基準信
号Ｄｐを生成するコンパレータ４１ｃとを具えている。

【００４９】この場合、パルス信号Ａｐから基準信号Ｄ
ｐを生成する過程でフェーズロックループ回路３２，３
１と周波数変換回路４１とによってパルス信号Ａｐに対
し、パルス信号Ｂｐからパルス信号Ｃｐを生成する過程
でフェーズロックループ回路３０，３１と周波数変換回
路２４とがパルス信号Ｂｐに対して施す信号処理と同じ
信号処理が施される。このように、計測対象である送受
光部１０の介在の有無を除いて、対比される両系統の信
号が、同じ動作特性を示す回路によって同じく処理され
ることから、動作環境の影響やそれに対する反応等も揃
うため、互いに良く相殺しあうので、常に安定して高い
精度の計測結果が得られることとなる。

【００５０】

【第８実施例】図８にフェーズロックループ回路３０の
内部構造を例示した本発明のパルス光伝播時間計測装置
が上述した各実施例のものと相違するのは、フェーズロ
ックループ回路３０〜３２による信号周波数の逓倍率が
可変になっている点である。フェーズロックループ回路
３０は、外部から送り込まれたパルス信号Ｂｐと出力側
から帰還した帰還発振信号との位相比較を行う位相比較
部３０ａと、その出力を平滑化するローパスフィルタ３
０ｂと、その平滑出力を電圧制御信号として正弦波状発
振信号Ｂｓを生成しこれを出力する電圧制御発振回路３
０ｃ（ＶＣＯ）とを具え、正弦波状発振信号Ｂｓを位相
比較部３０ａへの帰還信号とすることで、パルス信号Ｂ
ｐに正弦波状発振信号Ｂｓの位相をロックさせるように
なっているが、その帰還ラインに分周回路３０ｄが介挿
接続されるとともに、その分周比がマイクロプロセッサ
６０等から設定しうるようになっている。

【００５１】この場合、周波数比（ｆ２／ｆ１）がその
分周比になるので、分周比の設定値を変更することで直
ちに正弦波状発振信号Ｂｓ，Ｄｓ等の周波数そして波長
を変えることが可能である。そこで、周波数ｆ２が上述
の２ＧＨｚであるとしたときにその周波数ｆ２に対応す
る波長である１５ｃｍをパルス光の伝播距離が超えるよ
うな場合は、位相差が３６０度以上になりうるため１５
ｃｍの倍数の相違が識別できないという曖昧さを伴う
が、そのような場合でも、次のようにすることで、その
曖昧さを取り除いて的確に正しい距離を求めることが出
来る。

【００５２】すなわち、フェーズロックループ回路３０
等における分周比を変更して正弦波状発振信号Ｂｓ等の
周波数ｆ２を一時的に下げるのである。例えば、周波数
ｆ２を２０ＭＨｚにすれば、その周波数ｆ２に対応する
波長は１５ｍとなり、パルス光の伝播距離がその範囲に
収まる限り位相差も３６０゜以下となって、伝播距離が
１５ｍ以内であればその距離が曖昧でなく明確に求まる
ので、一旦、その計測値を求めておく。もっとも、その
計測値の精度・分解能は２ｃｍ程度しかないので、再
び、フェーズロックループ回路３０等における分周比を
変更して正弦波状発振信号Ｂｓ等の周波数ｆ２を元の２
ＧＨｚに戻してから、位相差または伝播時間差を計測す
る。そして、これらの計測値を突き合わせることによっ
て、パルス光の伝播距離が大きい場合にも伝播時間また
は伝播距離を、ｐｓオーダーやｍｍオーダーで計算する
ことが出来る。

【００５３】また、次のようにすることで、周波数ｆ２
の変化を小さく抑えても、的確に距離を求めることがで
きる。すなわち、この別手法では、フェーズロックルー
プ回路３０等における分周比を変更して正弦波状発振信
号Ｂｓ等の周波数ｆ２を一時的に下げる際に、例えば、
周波数ｆ２をｆａ＝２ＧＨｚからｆｂ＝１．９８ＧＨｚ
へｆｄ＝２０ＭＨｚだけ下げて、その周波数変化に対応
した位相変化Δθｄより位相回転数ｎを求めるのであ
る。周波数ｆａ，ｆｂに対応する波長をそれぞれλａ，
λｂとすると、位相変化Δθｄは、［Δθｄ＝ｎ×３６
０×（λｂ−λａ）／λｂ］と表すことができるので、
位相回転数ｎは、［ｎ＝Δθｄ×λｂ／（３６０×（λ
ｂ−λａ））］となる。この式に、［λｂ＝λａ×ｆａ
／ｆｂ］を代入すると、位相回転数ｎは、［ｎ＝Δθｄ
×ｆｂ／（３６０×（ｆａ−ｆｂ））＝Δθｄ×ｆｂ／
（３６０×ｆｄ）］と表せるので、位相変化Δθｄより
位相回転数ｎが求まる。これにより、先の手法と同等の
効果が得られる。すなわち、上述の曖昧さを除去するこ
とができる。しかも、先の手法の場合よりも周波数ｆ２
の可変範囲が狭くて済むので、安価に実現できるという
利点もある。

【００５４】

【第９実施例】図９に外観を示した本発明のポインティ
ング装置７０は、上述した第５〜第８実施例のパルス光
伝播時間計測装置をパソコン向けの入力装置に纏め上げ
たものである。

【００５５】送受光部１０以外の電子回路や電源部等
は、ＵＳＢ規格の信号ケーブル７４等にてパソコン８０
に接続された本体部７１に格納されるが、送受光部１０
のうち発光部１２は、フレキシブルな信号ケーブル７２
等を介して本体部７１と接続された筆風の操作部７３に
組み付けられ、受光部１３は、信号ケーブル７４等を介
して本体部７１と接続された測光部７５に組み付けられ
ている。測光部７５は、中央を刳り抜いて額縁状に形成
され、ＣＲＴ８１の前面に被せるように装着してもその
画面表示を妨げないようになっている。その測光部７５
の前面には、３個の受光部１３が分散して受光可能に設
けられている。また、発光部１２は、操作部７３がパソ
コン８０の手前側に置かれた状態で総ての受光部１３に
対して送光することができるよう、広い範囲に発散させ
て送光を行うようになっている。

【００５６】この場合、パソコン８０の手前に操作部７
３を置いたときばかりでなく、持ち上げて動かしたよう
なときにも、随時、発光部１２から発して各受光部１３
に達した３光路のパルス光に基づいて発光部１２の三次
元座標が求められ、そのデータがポインティング装置７
０からパソコン８０へ送られる。このように操作部７３
を動かすことで、自在かつ簡単に、三次元空間内の座標
データを次々とパソコン８０に入力することができる。

【００５７】

【第１０実施例】図１０に外観を示した本発明のパルス
光伝播時間計測装置が上述した第９実施例のものと相違
するのは、本体部７１と測光部７５とが一体化されて文
鎮風に纏められた点と、受光部１３が減って２個だけに
なっている点と、信号ケーブル７２が無くなってその代
わり操作部７３に発振回路１１と電池７７とが内蔵され
た点である。また、詳細図は割愛したが、基準信号発生
回路４０は、発振回路１１とは別の発振回路を有して、
パルス信号Ａｐとは非同期に基準信号を生成するように
なっている。

【００５８】この場合、操作部７３には信号ケーブル７
２が接続されていないので、その操作が行い易くて、便
利である。また、そのようにしても、ポインティング装
置７０の使用目的を、操作部７３を或る程度以上の速度
で移動させてワークシート８２上に文字や図形等を描い
たときの移動経路データの入力等に限定すれば、短期間
で両発振回路に生じる位相ずれは僅かなものに過ぎない
ので、実用上不都合は無く、利便性の向上を享受するこ
とができる。

【００５９】

【第１１実施例】図１１に外観を示し図１２に送受光部
を示した本発明のパルス光伝播時間計測装置が上述した
第９実施例のものと相違するのは、パルス光の再生を行
う点である。具体的には（図１１参照）、発光部１２が
操作部７３から測光部７５へ移され、操作部７３には、
新たな発光部９１と受光部９２とが装着されるととも
に、適宜のアンプ等を持つパルス光再生回路９０が内蔵
されている。

【００６０】この場合（図１２参照）、発光部１２から
発したパルス光は、受光部１３に向くことは無く、操作
部７３の置かれる又は動かされる方へ進む。そして、そ
のパルス光が受光部９２に達すると、その光電変換によ
り生成されたパルス信号がパルス光再生回路９０によっ
て増幅されると同時に波形整形され、さらに、これで駆
動される発光部９１からパルス光が発せられる。こうし
て、パルス信号Ａｐに対応したパルス光が、操作部７３
側で再生されて、受光部１３に向けて送光されるので、
この場合も、受光部１３で適切なパルス信号Ｂｐを生成
することができる。

【００６１】また、この場合、操作部７３をワイヤレス
にしても、パルス信号Ａｐの生成に必要な発振回路１１
が基準信号発生回路４０と共に本体部７１側に設けられ
るので、基準信号発生回路４０がパルス信号Ａｐを受け
てそれに基準信号Ｄｐを同期させることが可能となる。
なお、発光部１２と受光部１３との遮光は送光範囲や受
光範囲を機械的に絞り込むことで行っても良いが、原パ
ルス光と再生パルス光とで偏波の向きを使い分けたり波
長域を分離したりすることで、予期せぬ反射による誤検
出も確実に防止することができる。

【００６２】

【第１２実施例】図１３に送受光部を示した本発明のパ
ルス光伝播時間計測装置が上述した第１１実施例のもの
と相違するのは、パルス光の幅より遅延時間の長い遅延
回路がパルス光再生回路９０に追加されている点であ
る。

【００６３】この場合、原パルス光と再生パルス光とが
時期的に分離されるので、誤検出を簡便かつ確実に防止
することができる。なお、遅延時間は常に一定なので、
位相差検出回路５０で簡単な補正演算を行う等のこと
で、その影響を除去することができる。

【００６４】

【第１３実施例】図１４に送受光部等を示した本発明の
パルス光伝播時間計測装置が上述した各実施例のものと
相違するのは、パルス信号Ｂｐに対して波形整形の処理
を施すために受光部１３とフェーズロックループ回路３
０との間にワンショット１００が介挿されている点であ
る。このワンショット１００のリセット端子にはパルス
信号Ａｐが入力されるようになっている。

【００６５】ワンショット１００は、パルス信号Ａｐの
パルスでリセットされる度にその直後はパルス信号Ｂｐ
のパルスのうち最初に受けたパルス一つだけをフェーズ
ロックループ回路３０に伝送する。その際、パルス幅等
も所定長に整えられるので、分離している反射光のパル
スは勿論、重なってしまった反射光のパルスまでも、確
実に抑圧され除去される。こうして、機械的な手法や光
学的な手法に依らずに電子回路の部分改造によって簡便
に、反射光の影響を回避することができる。

【００６６】

【第１４実施例】図１５に送受光部等を示した本発明の
パルス光伝播時間計測装置が上述した第１３実施例のも
のと相違するのは、パルス信号Ａｐが遅延回路１０１を
経てからワンショット１００のリセット端子に入力され
るようになっている点である。

【００６７】この場合、遅延回路１０１でパルス信号Ａ
ｐを１周期かそれより少し短い時間だけ遅らせること
で、パルス信号Ａｐとパルス信号Ｂｐとでのパルスの重
なりに制約されることなくワンショット１００のリセッ
トを行うことができるので、回路設計が楽になる。

【００６８】

【その他】なお、上記の各実施例では、計測対象である
送受光部１０の光路における伝播距離は別として、それ
以外の電気回路における等価電気長の相違を無視した
が、それは説明の便宜を図るためであり、実機では、相
当する補正値を固定値や可変パラメータとして保持して
おき、それを位相差検出回路５０等での演算に加味する
のが望ましい。

【００６９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第１の解決手段のパルス光伝播時間計測装置にあって
は、フェーズロックループ回路を介在させてパルス送光
と位相差検出とが両立するようにしたことにより、高精
度で安価なパルス光伝播時間計測装置を実現することが
できたという有利な効果が有る。

【００７０】また、本発明の第２の解決手段のパルス光
伝播時間計測装置にあっては、送光部や位相差検出回路
等の複数化を避けつつ光路を複数化したことにより、多
次元で高精度なパルス光伝播時間計測装置を安価に実現
することができたという有利な効果を奏する。

【００７１】さらに、本発明の第３の解決手段のパルス
光伝播時間計測装置にあっては、基準信号の生成にもフ
ェーズロック及び周波数変換が行われるようにしたこと
により、安定して高精度なパルス光伝播時間計測装置を
安価に実現することができたという有利な効果が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第１実
施例について、（ａ）がブロック構成図、（ｂ）〜
（ｆ）が信号波形例である。

【図２】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第２実
施例について、そのブロック構成図である。

【図３】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第３実
施例について、そのブロック構成図である。

【図４】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第４実
施例について、そのブロック構成図である。

【図５】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第５実
施例について、そのブロック構成図である。

【図６】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第６実
施例について、そのブロック構成図である。

【図７】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第７実
施例について、そのブロック構成図である。

【図８】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第８実
施例について、ＰＬＬ回路のブロック図である。

【図９】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第９実
施例について、その外観斜視図である。

【図１０】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第１
０実施例について、その外観斜視図である。

【図１１】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第１
１実施例について、その外観斜視図である。

【図１２】 その送受光部のブロック図である。

【図１３】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第１
２実施例について、その送受光部のブロック図である。

【図１４】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第１
３実施例について、その送受光部およびパルス波形整形
部のブロック図である。

【図１５】 本発明のパルス光伝播時間計測装置の第１
４実施例について、その送受光部およびパルス波形整形
部のブロック図である。

【図１６】 従来の光伝播時間計測装置であり、（ａ）
がパルス送光に基づくもの、（ｂ）が周波数変化を伴っ
た位相差検出に基づくものである。

【符号の説明】

１０ 送受光部（パルス送光） １１ 発振回路（パルス発振信号生成部、第２パ
ルス信号供給手段） １１ａ 発振器 １１ｂ 分周器 １２ 発光部（送光部、パルス光送信器、点滅発
光回路） １３ 受光部（受光器、第１パルス信号を生成す
る光電変換回路） １４ 時間差検出回路（時間差演算回路） ２０ 送受光部（正弦波状送光） ２１ 発振回路（発振器、正弦波状発振信号生成
回路） ２２ 発光部（送光部、正弦波状変調光送信回
路） ２３ 受光部（受光器、アンプ形の光電変換回
路） ２４ 周波数変換回路（位相状態維持信号処理部、第
１周波数変換回路） ２４ａ ミキサ（混合回路、掛算回路） ２４ｂ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ、ローパスフ
ィルタ） ２５ 周波数変換回路（同期基準信号発生回路） ２６ 位相差検出回路（位相差演算回路、位相差検出
手段） ３０ フェーズロックループ回路（ＰＬＬ、第１ＰＬ
Ｌ回路） ３０ａ 位相比較部 ３０ｂ ローパスフィルタ（ＬＰＦ） ３０ｃ 電圧制御発振回路（ＶＣＯ） ３０ｄ 分周回路（帰還部） ３１ フェーズロックループ回路（ＰＬＬ） ３２ フェーズロックループ回路（ＰＬＬ、第２ＰＬ
Ｌ回路） ４０ 基準信号発生回路 ４１ 周波数変換回路（分周回路、同期基準信号
発生回路） ４１ａ ミキサ（混合回路、掛算回路、第２周
波数変換回路） ４１ｂ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ、第２周
波数変換回路） ４１ｃ コンパレータ（二値化） ５０ 位相差検出回路（位相差演算回路） ５１ 二値化回路（コンパレータ） ５２ 時間差検出回路（時間差演算回路、時間差
検出手段） ６０ 位置情報算出手段（距離や変位等の位置情報等
演算回路） ６１ 変位算出ルーチン ６２ 切替制御ルーチン ６３ マルチプレクサ（ＭＵＸ、信号選択回路） ７０ ポインティング装置（位置情報等入力装置） ７１ 本体部 ７２ 信号ケーブル ７３ 操作部 ７４ 信号ケーブル ７５ 測光部 ７６ 信号ケーブル（出力ケーブル、ＵＳＢ、Ｉ
ＥＥＥ１３９４） ７７ 電池 ８０ パソコン（パーソナルコンピュータ、情報処理
装置） ８１ ＣＲＴ（表示部） ８２ ワークシート（作業用紙） ９０ パルス光再生回路（パルス光の間接伝播手段） ９１ 発光部（送光部、パルス光送信器、点滅発
光回路） ９２ 受光部（受光器、スイッチ形の光電変換回
路） １００ ワンショット（パルス波形整形部） １０１ 遅延回路（パルス波形整形部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F085 AA06 CC09 FF05 GG18 GG19 GG23 GG24 GG27 2G065 AA12 AA20 AB16 BC22 BC35 BD03 DA20 5J084 AA05 AD01 BA03 BA32 CA03 CA22 CA27 CA54 CA64 EA04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定周期でパルス光を発する発光部と、受
   光の有無に基づいてパルス信号を生成する受光部と、前
   記パルス信号に基づいて周波数の高い第１正弦波状発振
   信号を生成するフェーズロックループ回路と、位相状態
   を維持する信号処理を行って前記第１正弦波状発振信号
   から周波数の低い第２正弦波状発振信号を生成する周波
   数変換回路と、前記第２正弦波状発振信号と周波数の等
   しい基準信号を生成する基準信号発生回路と、前記基準
   信号と前記第２正弦波状発振信号との位相差を検出する
   位相差検出手段とを備えているパルス光伝播時間計測装
   置。
2. 【請求項２】前記受光部が複数設けられ、それらと前記
   フェーズロックループ回路との間に多入力一出力の信号
   選択回路が介挿され、その選択切替に伴って検出される
   複数の位相差に基づいて位置情報等を算出する位置情報
   算出手段が付設されていることを特徴とする請求項１記
   載のパルス光伝播時間計測装置。
3. 【請求項３】前記基準信号発生回路が、前記発光部に供
   給されるパルス信号に基づいて前記基準信号より周波数
   の高い第３正弦波状発振信号を生成するフェーズロック
   ループ回路と、前記周波数変換回路と同じ信号処理を行
   って前記第３正弦波状発振信号から前記基準信号を生成
   する周波数変換回路とを具えたものであることを特徴と
   する請求項１又は請求項２に記載されたパルス光伝播時
   間計測装置。