JP2001349943A - レーザ測距装置、レーザ測距方法及び計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】第一の課題は、レーザ測距装置における測定対
象の光反射率変動に影響されない測定方式を提供するこ
とにある。第二の課題は非平面測定対象に対し測定精度
の向上と凹凸情報の取得方式を提供することにある。 【解決手段】第一の課題を解決のためにレーザ発射回数
制御回路、有効受信回数比計測回路および可変光減衰フ
ィルタ制御回路を用いて受信率を動的に制御する計測機
構を構成する。第二の課題を解決するために統計幅を複
数用いて距離を算出する計測機構を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を測定対
象物に照射し、その対象物からのレーザ反射光の戻り時
間を計測する計測装置及び該計測時間から対象物までの
距離を測定するレーザ測距装置、方法に係り、特にレー
ザ測距装置の測定誤差に起因する測定値のバラツキを抑
制し、測定精度の向上に有効で、かつ距離測定対象物の
表面の凹凸情報をも取得可能なレーザ測距装置及びレー
ザ測距方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ測距装置に、レーザを発射
し、対象物に照射する手段と、レーザを対象物に向けて
照射したとき、そのレーザ光が発射して戻ってくるまで
の時間、つまりスタート時刻（スタート時間）からレー
ザが対象物から反射し、その反射光が受信用光電変換器
からなるストップ信号検出器に到達するまでの往復時間
を測定する手段とを備え、その測定時間をもって対象物
までの距離を測距してなるものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレーザ
測距装置は、レーザ発振器から発射され、対象物に照射
されるレーザ光の強度の変動、大気の揺らぎに起因する
大気減衰率の変動、振動による指向方向の微小変動に起
因する標的反射率の変動、その他の原因により、その測
距の測定値にバラツキが生じる問題を含んでいる。また
対象物が岩盤等の場合、該岩盤に直接レーザを照射し、
該岩盤までの距離を計測しようとすると、レーザ照射部
位が点ではなく面なので、多少の面積を有することから
照射面積内に凹凸、すなわち凹の底部面までの距離や凸
の頂面までの距離等、複数の距離情報を含むこととな
り、これが上記測定値のバラツキと混在して、計測精度
低下の原因となっていた。

【０００４】つまり、従来のレーザ測距装置では、測定
条件の変化による測定距離の変動という問題があり、測
定精度低下の一因となっていた。

【０００５】また、従来例として、特開平８―１２２４
３５がある。これは、目標までの距離やパルスレーザの
出力変動によらず受光素子の損傷を回避し、また目標周
辺の背景光量によらず安定な距離動作が可能なレーザ測
距装置を得ることを目的として、受信回路の前に可変減
衰制御器を設け、受光素子の受信光量レベルに応じて入
射光量を制限するものである。この従来例によれば、受
光素子の受信光量レベルが一定になるように可変減衰器
の制御が行われるが、この方法では目的とする標的から
の受信確率を基にした可変減衰器の制御を行なうことが
できなかった。すなわち、受信光量が１ｐ．ｅ．より多
い状態（以下、複数光電子レベルと呼ぶ）にあるとき
に、測距標的の反射強度を一定にするという面では有効
であるが、単一光電子レベル（１ｐ．ｅ．以下）の受信
光量で測定を行なう場合、標的からの反射光強度ではな
く、レーザ発射回数に対する目標標的からの反射回数
（受信率）を一定にすることが精度向上に寄与する。上
記従来例の方式では受信率を一定にすることが困難であ
った。

【０００６】また、従来例に単一光電子レベルで測距を
行い、精度を向上させる方式の発明として特開２０００
―２７６５がある。これば、タイムインターバルカウン
タににより測距が成立した場合のレート（受信率）を測
定し、指定のカウントレートと比較して受信信号のレベ
ルが一定になるように受信用の可変光アッテネータを制
御するというものである。この従来例の構成において
は、レーザ発射コマンドに対して、カウンタにおいて測
距が成立したか否かにより即時的に受信率を計算するも
のであるが、この方式では短時間に発生する受信率の変
化に対応することが困難である。一例として、ある短時
間内に霧等が発生して、後方散乱等により急激に受信率
が低下した場合、可変光アッテネータの減衰量を弱める
方向に制御することとなるが、再度霧が瞬間的に晴れた
場合には急激に強い光が入射し得るため、受信回路に損
傷を与える可能性がある。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たものであり、その目的は、測定条件の変化による測定
距離変動を抑制可能なレーザ測距装置及びレーザ測距方
法又は計数装置を提供することにある。

【０００８】また、本発明の目的は、複数の統計幅を用
いて、検出距離の中心値を複数設定することで、レーザ
照射面積内の凹凸を同時に検出可能なレーザ測距装置を
提供及びレーザ測距方法又は計数装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、レーザ光の発射回数を制御し、該発射回数情
報とレーザ反射光の有効受信回数情報との比から有効受
信率を求め、この受信率に応じてレーザ経路に配置され
た例えば可変光減衰フィルタの減衰量を動的に制御す
る。この制御をくり返すことによって、測定精度を向上
せしめるることができ、また測定面の凹凸を同時に取得
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。図６は、本発明のレーザ測距装置の原理図を示すブ
ロック図である。

【００１１】同図において、３はレーザ光を発射（出
力）するためのパルスレーザ発振器を示し、複数のパル
ス例えば千個から一万個のパルスをセットで複数回発射
可能のものである。４はレーザ光を分岐するためのビー
ムスプリッター、５はビームスプリッター４によって分
岐されたレーザ光の一部を光電変換器からなるスタート
信号検出器６へレーザ光を導くためのミラー、４２はパ
ルスレーザ発振器３からのレーザ光の強度を調整するた
めの送信用減衰量固定光学フィルタ、３３はレーザ光を
折り返し望遠鏡から出力するためのミラー、４０はレー
ザ測距装置の系内遅延を測定するための反射鏡、３４は
距離が未知である測定対象物、４１は距離が既知である
較正用の固定標的、３５は反射光を集光するための望遠
鏡凸レンズ、３６は集光度を調整するための望遠鏡凹レ
ンズ、３７と３８と３９はレーザを折り返すためのミラ
ー、４３は受信光強度を調整するための受信用減衰量固
定光学フィルタ、１０は光信号を電気信号に変換するた
めの光電変換器からなるストップ信号検出器である。ス
タート信号検出器６は、レーザ光を受信し、そのスター
ト信号を検出するものである、ストップ信号検出器１０
は、レーザ反射光を受信し、ストップ信号を検出するも
のである。１１はスタート信号検出器６のスタート信号
とストップ信号検出器１０のストップ信号とを受け、レ
ーザ反射光の到達時間差を測定する時間数器からなる受
信検知回路である。

【００１２】パルスレーザ発振器３より発射されたレー
ザ光は、ビームスプリッタ４により２方向に分岐され
る。一方はミラー５で折り返された後スタート信号検出
器６に入射し、他方は送信用減衰量固定光学フィルタ４
２で光強度が調整された後、送信用の折り返しミラー３
３に入射する。スタート信号検出器６に入射したレーザ
光は電気信号に変換されて受信検知回路１１に入力され
る。折り返しミラー３３に入射したレーザ光は、望遠鏡
で送受同軸にされて測定対象物３４に向けて照射され
る。測定対象物３４にて反射されたレーザ光は、受信レ
ーザ光（レーザ反射光）として望遠鏡凸レンズ３５に入
射される。望遠鏡凸レンズ３５と望遠鏡凹レンズ３６に
より必要な視野角に調整されたレーザ反射光は、折り返
しミラー３７、３８、３９を経由して受信用減衰量固定
光学フィルタ４３で所定の光強度に減衰された後、スト
ップ信号検出器１０に入射する。入射した受信レーザ光
は電気信号に変換されて受信検知回路１１に入力され
る。受信検知回路１１において、入力された２つの電気
信号の時間差を知ることにより対象物までの距離を測定
することができる。また、測定対象物３４に照射される
レーザ光の一部は、系内遅延測定用の反射鏡４０により
反射される。反射されたレーザ光は、望遠鏡凸レンズ３
５、望遠鏡凹レンズ３６、折り返しミラー３７、３８、
３９を経由してストップ信号検出器１０に入射する。反
射レーザ光の代わりに反射鏡４０で折り返したレーザ光
を電気信号に変換して受信検知回路１１に入力すること
により、系内遅延を測定することが可能となる。系内遅
延測定の他の方法として距離が既知である較正用標的４
１に望遠鏡を指向させる方法がある。すなわち、送信用
折り返しミラー３３に入射したレーザ光は望遠鏡で送受
同軸にされて較正用標的４１に照射される。較正用標的
４１により反射された光は、望遠鏡凸レンズ３５、望遠
鏡凹レンズ３６、折り返しミラー３７、３８、３９を経
由して受信用減衰量固定光学フィルタ４３で所定の光強
度に減衰された後、ストップ信号検出器１０に入射す
る。較正用標的４１により反射されたレーザ光を電気信
号に変換して受信検知回路１０に入力することにより、
系内遅延を測定する。その他、系内遅延の測定は、距離
が既知である対象物４１の測定を実施し、オフセットを
計測することにより測定距離の較正を行うものである。
斯かる測定距離の較正手段は、周知なので、詳細説明は
省略する。

【００１３】斯かる光電子計数方式のレーザ測距装置
は、上述した如く、問題点を含んでいる。以下、その問
題点について図８を参照して説明する。図８は、上述し
た反射往復時間を測定することにより測定対象物（標
的）までの距離を得るレーザ測距装置による計測値を示
し、距離対測距頻度を示すグラフである。すなわち、凹
凸のある測定対象物（標的）にレーザ光を照射し、該標
的から反射してくるレーザ反射光電子を計数して閾値検
出を行い、レーザ送信（レーザ光発射）からレーザ受信
閾値検出（レーザ反射光受信）までの時間を計測し、標
的までの距離を測定した例である。同図において、４４
は上述したレーザ測距装置、１７は照射されるレーザ
光、１８は標的の表面を示し、該表面が非平面である場
合を示している。４５はレーザ測距装置４４で取得され
た距離対頻度のグラフ、２０は距離測定において大気後
方散乱その他明らかなノイズを除去するためにストップ
信号検出器１０の動作時間を制御し、表面１８の前後方
向の測定可能範囲を特定する距離ゲートである。すなわ
ち、レーザ測距装置４４が、標的の表面１８に対し、そ
の前後方向の距離１８の範囲内は測定可能とし、それ以
外は測定不能状態にセットする。４６は測定される標的
までの距離を示す。４７は距離４６を中心とした測定バ
ラツキ、４８は標的までの距離を複数回計測し、その複
数回の計測データの統計処理に適用する統計幅、２７は
計測回１で取得された標的までの距離対頻度のグラフプ
ロット、２８は計測回２で取得された標的までの距離対
頻度のグラフプロット、２９は計測回３で取得された標
的までの距離対頻度のグラフプロットである。３０はグ
ラフの頻度軸、３１はグラフの距離軸である。標的まで
の距離を測定しようとするとき、ストップ信号検出器１
０の動作（動作開始時間、動作時間幅）の制御、すなわ
ち距離ゲート２０を適用して、標的とは明らかに異なる
距離を検出しないようにすることが可能であるが、凹凸
のある測定対象を測距しようとする場合、レーザを照射
する面積は点ではなく、ある領域（面積）を照射するこ
ととなるので、照射面積内に凹凸があると、レーザ測距
装置と測定対象物の間に存在する大気の動乱、電源の揺
らぎに起因するレーザ強度の変化、振動等に起因する微
小な姿勢変化などにより、測距実施回数ごとに測定され
る距離は変動し、図示の如く距離対頻度４５の関係が発
生する。この距離対頻度の関係が変化することにより、
実施回数ごとに平均値も変化する。これに起因して、測
定値のバラツキは大きくなり、また測定される距離も領
域内の凹凸が大きい場合、不正確となるという現象が発
生する。加えて測定対象が雨や雪にさらされるなどし
て、標的の反射率が変化すると、ストップ信号検出器８
で検出される光強度が変化することから、入力信号閾値
検出による距離測定では検出距離が変動し、もともと標
的に存在する凹凸とあいまって、正確な距離測定の実施
が困難となる。

【００１４】本発明は、斯かる問題点を是正するため
に、レーザ照射経路及び／又はレーザ反射経路に送信光
可変光減衰フイルタ７及び／又は受信光可変光減衰フイ
ルタ８を配置し、パルスレーザ発振器３のレーザ発射回
数を制御する制御回路２と、該制御回路からのレーザ発
射回数情報及び受信検知回路１１からの有効受信回数情
報を受け、これらの情報から有効受信回数比を算出する
有効受信回数比計数回路１２及び該計数回路の計数比に
応じて上記送信光可変光減衰フイルタ５及び／又は送信
光可変光減衰フイルタ６の光学濃度、つまり光減衰量を
制御する可変光学フイルタ制御回路１３とを設けたもの
である。

【００１５】以下、本発明の計測装置について説明す
る。図１は、レーザ測距装置４４に装備される計測装置
１の一実施例を説明するためのブロック図である。図１
において、レーザ発射回数制御回路２は、指定回数のレ
ーザ発射回数情報を出力し、パルスレーザ発振器３に送
られる。パルスレーザ発振器３は、レーザ発射回数情報
を受けて、そのレーザ発射回数を制御する。。計測装置
１は、上記指定回数に達するまで測定を連続的に行う。
また、レーザ発射回数情報は、有効受信回数比計数回路
１２に送られる。パルスレーザ発振器３より発せられた
レーザ光（送信レーザ光）はビームスプリッタ４に導か
れ、該スプリッタより２方向に分岐される。一方は、レ
ーザ照射経路上にある光学機器（図示せず）に導入する
ために、送信レーザ光１４として送出される。もう一方
は、９０度分岐され、ビームスプリッタ５を介してスタ
ート信号検出器６、および較正切替ミラー９に導かれ
る。ミラー９に導かれたレーザは、該ミラーにて反射さ
れ、その光路を９０度切替えられ、ストップ信号検出器
１０(光電変換器)に導かれる。レーザ照射経路にかつス
プリッタ４と光学機器との間に設置された可変光減衰フ
ィルタ７及びレーザ反射経路にかつ光学機器とミラー９
との間に設置された可変光減衰フイルタ８の減衰量をレ
ーザ出力、標的の対象物からの光反射率およびストップ
信号検出器１０の許容信号強度により決定する。一例と
してパルスレーザ発振器３のレーザ出力を２００Ｗ、標
的の光反射率を５％、全光学系の総合光透過率を７５
％、ストップ信号検出器１０の許容信号強度を２５ｍＷ
とすると、光減衰量を以下の条件を満たすように設定す
る。

【００１６】 レーザ出力Ｗｏｐ×反射率Ｒ×透過率Ｔ×１０-ｘ＜Ｓ この条件を満たすように、フイルタ５、６の光減衰量を
１０-2.5程度とし、可変光減衰フィルタ７、８の光学濃
度の合計が２．５になるように設定する。較正切替ミラ
ー９が、例えば点線位置９’（標的測距位置）にあると
きには、測定対象の標的に対する測距により得られる受
信レーザ光１５（標的からの反射レーザ光）がストップ
信号検出器１０に導入される。パルスレーザ発振器３か
ら、スプリッタ４、較正切替ミラー９を経由して直接的
にレーザ光を導入することによって、レーザ発射遅延、
系内光路分に起因するシステム遅延量の較正が可能とな
る。ストップ信号検出器１０で検出された光信号は、該
検出器にて電気信号に変換され、受信検知回路１１に導
入される。受信検知回路１１は、パルスレーザ発振器３
がレーザを発射した時刻と照射対象物からの反射レーザ
がストップ信号検出器１０で検出された時間との時間差
を測定することにより照射対象物までの測距が可能とな
る。ここで、受信検知回路１１は、有効受信信号数を有
効受信回数比計数回路１２に送る。有効受信回数比計数
回路１２は、レーザ発射回数制御回路２のレーザ発射回
数と、受信検知回路９の有効受信信号数を受け、これら
の数から、有効受信回数比を算出する。また、有効受信
回数比計数回路１２は、可変光学フィルタ制御回路１３
に制御量情報を送出する。可変光学フィルタ制御回路１
３は、送信用可変光減衰フィルタ７、受信用可変光減衰
フィルタ８を制御する。これをもって、有効受信回数比
計数回路１２が一定の受信回数比を保つようにする。光
減衰フィルタ７、８の制御の一例として、可変光減衰フ
ィルタ７、８に光学濃度可変範囲０〜４．０のものを採
用し、送信用可変光減衰フイルタ７の光学濃度を２．
５、受信用可変光減衰フィルタ８の光学濃度を０に設定
しておく。光学濃度は、光減衰フイルタの移動量（回転
式のものは回転角）で決定される。レーザ発射回数制御
回路２により制御された指定回数測定終了時に、受信率
設定値が例えば１０％に対して有効受信回数比計数回路
１２で算出される受信率が７％である場合、送信用可変
光減衰フィルタ７の光学濃度を０．１下げ、受信率を向
上させるよう制御し、次の測定に備える。そして反復測
定において次のレーザ測定では送信用可変光減衰フィル
タ７の光学濃度を２．４、受信用可変光減衰フィルタ８
の光学濃度を０に設定した状態で測定を開始する。逆に
有効受信回数比計数回路１２で算出される受信率が１３
％である場合、受信用可変光減衰フィルタ７の光学濃度
を０．１上げ、受信率を低下させるよう制御し、次の測
定に備える。そして反復測定において次のレーザ測定で
は送信用可変光減衰フィルタ７の光学濃度を２．６、受
信用可変光減衰フィルタ８の光学濃度を０に設定した状
態で測定を開始する。この制御を繰り返し、指定の受信
率になるまで可変光減衰フィルタを変化させる。図９
に、送信用および受信用光減衰フイルタの制御方法の一
例をフローチャートにして示す。４９は測定の開始、５
０は測距対象（標的または較正）に対する測定を示す。
維持しようとする受信率（指定受信率）と有効受信回数
比計数回路１２により得られた該計数回路の有効受信率
との比較５２により、有効受信率の大小により送信用可
変光減衰フイルタ制御値の現在値を基準に光学濃度を＋
０．１またはー０．１だけ増減させる（５３〜５８）。
送信用可変光減衰フイルタの制御範囲を超えてしまう場
合、受信用可変光減衰フイルタを制御して、現在地を基
準に光学濃度を＋０．１またはー０．１だけ増減させる
（５９〜６４）。ここでも制御範囲を超えてしまう場合
には、アラームの発呼６５（音声、メッセージの表示
等）により注意喚起を促すようにする。

【００１７】受信率は、次の根拠に基づき決定する。単
一光電子計数方式で測距を行なう場合、受信光の光強度
（反射光の強さ、すなわち光子の量）にかかわらず、光
子がストップ信号検出器１０に入射した時点で受信検知
回路（時間計測器）１１による時間計測を停止する。こ
の場合、太陽光などの背景光による光子入射であるにの
対して、レーザ光の反射による光子入射は、測定距離に
応じた往復時間近傍に集中することとなることから、そ
の往復時間前後の受信率が背景光とのＳ／Ｎ比に応じて
高くなることが期待される。背景光入射確率などから、
単一光電子計数方式のレーザ測距装置では、受信率１０
％前後が望ましいことが経験的に判明している。またス
トップ信号検出器１０の動作時間を、距離ゲート２０
（動作時間のタイミングおよび開放時間幅）を設けて意
図的に制限することにより、レーザ反射光を背景光入射
から分離して受信することができる。これらを受けて、
有効受信回数比計数回路１２で算出する有効受信率を、
レーザ発射総回数に対する、距離ゲート時間内に入射し
た受信信号数の比と定義する。レーザ発射回数制御回路
２は、測定対象への測距と較正測距とを、指定発射回数
の測定が終了するごとに切り替え、反復測定を実施す
る。例えば、測定対象に対する測距をレーザ発射５００
０回で１単位、較正測距をレーザ発射１０００回で１単
位として、各々指定回数、例えば５０単位ずつ繰り返し
測定する。あるいは測定の停止命令があるまで反復を継
続する等とする。

【００１８】この方式によれば、瞬間的な受信率の変動
に左右されることなく、安定した入射光量の制御を行な
うことができ、上述した問題点を改善することができ
る。

【００１９】図２は、本発明の他の例を示す実施例であ
る。図２において、レーザ発射回数制御回路２によりパ
ルスレーザ発振器３のレーザ発射回数が制御され、指定
回数に達するまで測定が連続的に行われる。レーザ発射
回数情報は、有効受信回数比計数回路１２に送られる。
パルスレーザ発振器３より発せられた送信レーザ光は可
変光減衰フィルタ７にて減衰されて送信レーザ光１４と
して送出され、目標標的および距離が既知である較正用
標的（４１）に到達する。測距対象標的からのレーザ反
射光１５および較正用標的からのレーザ反射光１５’は
受信用可変光減衰フィルタ８により許容光強度まで減衰
され、ストップ信号検出器(光電変換器)１０に導入され
る。ストップ信号検出器１０で検出された光信号はここ
で電気信号に変換され、受信検知回路１１に導入され
る。受信検知回路１１はレーザを発射した時刻とストッ
プ信号検出器１０からの信号が入力された時間差を測定
することにより測距を完了する。ここで受信検知回路１
１は有効受信信号数を有効受信回数比計数回路１２に送
る。レーザ発射回数制御回路２から送られるレーザ発射
回数と、受信検知回路１１から送られる有効受信信号数
から、有効受信回数比計数回路１２は有効受信回数比を
算出する。以降同様に、有効受信回数比計数回路１２は
一定の受信回数比を保つよう可変光学フィルタ制御回路
１３に制御量情報を送出し、可変光学フィルタ制御回路
１３は送信用可変光減衰フィルタ７、受信用可変光減衰
フィルタ８を制御する。レーザ発射回数制御回路２は、
測定対象への測距と較正測距とを、指定発射回数の測定
が終了するごとに切り替え、反復測定する。

【００２０】図３は、上記計測装置をレーザ測距装置に
適用し、該レーザ測距装置による計測値を示し、距離対
測定頻度の関係を示すグラフである。同図において、１
６は本発明を適用したレーザ測距装置、１７は照射され
るレーザ光、１８は標的の表面を示す、該表面が非平面
である場合を示している。１９はレーザ測距装置１６で
取得された距離対測定頻度の関係を示すグラフ、２０は
距離測定において大気後方散乱その他明らかなノイズを
除去するためにストップ信号検出器１０の動作時間を制
御し、表面１８の前後方向の測定可能範囲を特定する距
離ゲートである。２１は測定される標的の最先端面まで
の距離を示し、２２は標的の最深部面までの距離を示
す。２３は距離２１を中心とした測定バラツキ、２４は
距離２２を中心とした測定バラツキを示す。２５は標的
１８の距離２１を複数回計測し、その複数回の計測デー
タの統計処理に適用する統計幅、２６は標的１８の距離
２２を複数回計測し、その統計処理に適用する統計幅を
示す。２７は計測回１で取得された標的までの距離対測
定頻度のグラフプロット、２８は計測回２で取得された
標的までの距離対測定頻度のグラフプロット、２９は計
測回３で取得された標的までの距離対測定頻度のグラフ
プロット、３０はグラフの頻度軸、３１はグラフの距離
軸である。標的までの距離を測定しようとするとき、距
離ゲート２０を適用して、標的とは明らかに異なる距離
を検出しないようにするとともに、図示の如く、距離対
測定頻度関係のある変動の大きい取得データに対し、複
数の統計幅すなわち統計処理範囲を適用し、個々のピー
クに応じた範囲内で統計処理、すなわち平均値、分散値
を計算する。一例として、頻度のピークが５０ｍ、５５
ｍにあるとし、２つの統計処理範囲として一方は距離５
０ｍを中心に幅２ｍの統計幅２２、もう一方は距離５５
ｍを中心に幅３ｍの統計幅２３で平均、分散を取る。統
計幅が１つである場合には双方の距離がさらに平均化さ
れ、バラツキはより大きくなるが、統計幅を複数用意す
ることにより、測定される距離においてレーザ光照射領
域内の面の凹凸が大きい場合でも、それぞれのピークを
抽出することにより個々の測定値のバラツキを小さくす
ることができ、また測定対象の反射率が変化しても、ス
トップ信号検出器１０で検出される光強度は送信用可変
光減衰フィルタ７、受信用可変光減衰フィルタ８により
一定に保たれるので、光電子計数方式による距離測定で
は閾値が安定し、検出距離変動の少ない正確な測定の実
施が可能となるとともに、凹凸情報が同時に取得でき
る。

【００２１】図４により、図３に示すプロットの具体的
取得方法の一例を説明する。測定１０００回をもって１
反復回とした場合の例を示すと、反復回第１回のそれぞ
れの計測回で距離が取得され、これが１０００回実施さ
れることにより反復回第１回の平均値が求められる。こ
の１０００回１単位の反復回を例えば５０回繰り返すこ
とにより、各反復回の平均値を１単位とした距離対頻度
のヒストグラムが得られる。このヒストグラムは例えば
距離の刻み幅１０ミリの単位で計数される、各反復回の
平均値の出現回数である。このヒストグラムに、統計幅
１・２５、統計幅２・２６を適用してこの幅の範囲にあ
る距離値に対して平均を求める。この平均値である距離
１・２１、距離２・２２が凹凸情報となる。

【００２２】次に図５および図６は、上記計測装置をレ
ーザ測距装置に適用した実施例を示すものである。図５
において、スタート信号検出器６およびこれに光を導入
する折り返しミラー５と、ストップ信号検出器１０に入
射する光の強さを調整する光減衰フィルタ３２を設け
る。スタート信号検出器６で得られる光受信信号を受信
検知回路１１に入力する。測定対象３４までの距離測定
値は、対象までの光折り返し時間すなわち受信検知回路
１１に入力されるスタート信号検出器６およびストップ
信号検出器１０からの信号到達時間間隔測定値から、較
正経路により得られた受信検知回路１１での時間間隔測
定値を差し引くことにより得る。測定対象３４から折り
返され、受信検知回路１１に入力される光信号のうち、
光雑音等による無効な信号数を差し引いた有効信号数
と、レーザ発射回数制御回路２より入力される総信号数
との比率すなわち有効受信率を、有効受信回数比計数回
路１２により算出する。有効受信率が設定有効受信率よ
り大である場合には可変光減衰フィルタ制御回路１３が
送信用可変光減衰フィルタ７および受信用可変光減衰フ
ィルタ８を制御し、ストップ信号検出器１０に入力され
る光信号強度を調整して所定の有効受信率になるように
する。

【００２３】次に、図２の較正機構をレーザ測距装置に
適用した実施例を説明する。図６は、図７に示した従来
のレーザ測距装置に図２のレーザ測距装置較正機構１を
追加した実施例である。図６において、スタート信号検
出器６およびこれに光を導入する折り返しミラー５を設
ける。スタート信号検出器６で得られる光受信信号を受
信検知回路１１に入力する。測定対象３４までの距離測
定値は、対象までの光折り返し時間すなわち受信検知回
路１１に入力されるスタート信号検出器６およびストッ
プ信号検出器１０からの信号到達時間間隔測定値から、
距離既知の較正用標的により得られた受信検知回路１１
での時間間隔測定値と予め取得しておくオフセット量を
差し引くことにより得る。このように較正手段の方法に
係わらず、測定対象３４からの光反射強度すなわちスト
ップ信号検出器１０に入射する光電子数を動的に調整す
ることが可能となる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
電子計数方式における検出閾値の安定化が可能となり、
距離測定の高精度化を図ることができ、また測距対象面
の凹凸情報の同時取得化を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すレーザ測距装置の計測
機構を示す図

【図２】本発明の他の実施例を示すレーザ測距装置の計
測機構を示す図

【図３】本発明のレーザ測距装置計測機構を説明するた
めの図

【図４】本発明の凹凸情報取得方法を説明するための図

【図５】図１の計測機構をレーザ測距装置に適用した一
実施例を示す図

【図６】図２の計測機構をレーザ測距装置に適用した他
の実施例を示す図

【図７】従来のレーザ測距装置の実施例を示す図

【図８】従来のレーザ測距装置の問題点を説明するため
の図

【図９】可変光減衰フイルタの制御フローを示す図

【符号の説明】

１・・・レーザ測距精度向上機構 ２・・・レーザ発射回数制御回路 ３・・・パルスレーザ発振装置 ４・・・ビームスプリッタ ５・・・ビームスプリッタまたはミラー ６・・・スタート信号検出器 ７・・・送信光可変光減衰フィルタ ８・・・受信光可変光減衰フィルタ ９・・・較正用ミラーおよび切替機構（較正位置） ９'・・・較正用ミラーおよび切替機構（定常計測位
置） １０・・・ストップ信号検出器(光電変換器) １１・・・受信検知回路(時間計測器） １２・・・有効受信回数比計測回路 １３・・・可変光減衰フィルタ制御回路 １４・・・送信レーザ光 １５・・・受信レーザ光（測定標的反射) １５'・・・受信レーザ光(較正用標的反射) １６・・・本発明を適用したレーザ測距装置 １７・・・標的に照射されるレーザ １８・・・非平面の測定標的 １９・・・計測値の距離対頻度グラフ ２０・・・距離ゲート ２１・・・測定距離１ ２２・・・測定距離２ ２３・・・測定距離１のバラツキ ２４・・・測定距離２のバラツキ ２５・・・統計幅１ ２６・・・統計幅２ ２７・・・計測回１の距離対頻度グラフプロット ２８・・・計測回２の距離対頻度グラフプロット ２９・・・計測回３の距離対頻度グラフプロット ３０・・・グラフの頻度軸 ３１・・・グラフの距離軸 ３２・・・光減衰用フィルタ ３３・・・レーザ送信用折り返しミラー ３４・・・測定対象(距離未知) ３５・・・望遠鏡凸レンズ ３６・・・望遠鏡凹レンズ ３７・・・折り返しミラー ３８・・・折り返しミラー ３９・・・折り返しミラー ４０・・・較正用反射鏡 ４１・・・較正用固定標的(距離既知) ４２・・・送信用固定光減衰フィルタ ４３・・・送信用固定光減衰フィルタ ４４・・・従来のレーザ測距装置 ４５・・・計測値の距離対頻度グラフ ４６・・・測定距離３ ４７・・・測定距離３のバラツキ ４８・・・統計幅３ ４９・・・測定の開始 ５０・・・測距の実施 ５１・・・有効受信回数比計数回路１２による有効受信
率の計算 ５２・・・有効受信率と制御目標とする指定受信率との
比較 ５３・・・可変光減衰フイルタ制御回路１３における送
信用フイルタ制御現在値の加算 ５４・・・送信用可変光減衰フイルタ７の制御可能最大
値と現在制御値の比較 ５５・・・送信用可変光減衰フイルタ７の濃度加算制御
の実行 ５６・・・可変光減衰フイルタ制御回路１３における送
信用フイルタ制御現在値の減算 ５７・・・送信用可変光減衰フイルタ７の制御可能最小
値と現在制御値の比較 ５８・・・送信用可変光減衰フイルタ７の濃度減算制御
の実行 ５９・・・可変光減衰フイルタ制御回路１３における受
信用フイルタ制御現在値の加算 ６０・・・受信用可変光減衰フイルタ８の制御可能最大
値と現在制御値の比較 ６１・・・受信用可変光減衰フイルタ７の濃度加算制御
の実行 ６２・・・可変光減衰フイルタ制御回路１３における受
信用フイルタ制御現在値の減算 ６３・・・受信用可変光減衰フイルタ８の制御可能最小
値と現在制御値の比較 ６４・・・受信用可変光減衰フイルタ８の濃度減算制御
の実行 ６５・・・送信用および受信用可変光減衰フイルタで制
御不能である場合のエラー処理 ６５・・・エラー処理後の終了処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA06 BB29 DD04 FF33 GG04 HH04 HH13 JJ01 JJ09 LL12 LL21 LL46 QQ34 QQ41 QQ51 2F112 AD01 BA07 CA08 CA12 DA09 DA19 DA25 EA03 FA14 FA33 5J084 AA05 AD01 BA03 BB02 BB14 BB20 BB21 CA03 EA04

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を測定対象物に照射し、対象物か
   らのレーザ反射光の戻り時間を計測し、該計測時間から
   対象物までの距離を測定するレーザ測距装置において、
   レーザ光照射経路、レーザ反射経路の一方又は両方のレ
   ーザ光の光量を減衰するレーザ光量減衰部と、上記レー
   ザ光発射の回数を制御するレーザ発射回数制御部と、上
   記レーザ光のレーザ反射光を受信し、該受信の有効数を
   計数する計数回路部と、上記レーザ発射回数制御部のレ
   ーザ発射回数情報及び上記計数回数部の有効受信回数情
   報とからレーザ光照射回数に対するレーザ反射回数の有
   効受信率を求め、該受信率が指定受信率となるように上
   記レーザ光量減衰部の光減衰量を制御する制御部を設け
   たレーザ測距装置。
2. 【請求項２】上記レーザ光量減衰部が、上記レーザ光の
   照射経路に配置された第１のレーザ光量減衰部と上記レ
   ーザ光の反射経路に配置された第２のレーザ光量減衰部
   とからなり、 上記制御部が、上記レーザ発射回数制御部のレーザ発射
   回数情報及び上記計数回数部の有効受信回数情報とから
   有効受信率を求める有効受信回数比計数回路と、該計数
   回路の計数比に応じて上記第１、第２のレーザ光量減衰
   部の光減衰量を制御する制御回路からなる請求項２記載
   のレーザ測距装置。
3. 【請求項３】上記レーザ光を発射し、上記測定対象物に
   照射するパルスレーザ発振器２と、上記レーザ発振器２
   の発射レーザ光の一部を分岐するレーザ光分岐ミラー４
   と、上記分岐レーザ光を折り返し、レーザ光折り返し系
   及び上記測定対象物からの反射レーザ光を受信する受信
   系にあるレーザ光受信用光電変換器からなるスタート信
   号検出器３２及びストップ信号検出器８に導く折り返し
   ミラー３０、７と、上記スタート信号検出器の出力信号
   と上記ストップ信号検出器の出力信号との時間間隔を測
   定し、上記測距装置の系内遅延量を測定する測定装置９
   とを設け、上記系内遅延反復測定を可能とした請求項１
   のレーザ測定装置。
4. 【請求項４】レーザ光を測定対象物に照射し、対象物か
   らのレーザ反射光の戻り時間を計測し、該計測時間から
   対象物までの距離を測定するレーザ測距方法において、
   レーザ光照射経路、レーザ反射経路の一方又は両方のレ
   ーザ光の光量を減衰するステップと、 上記レーザ光の発射回数を制御するステップと、 上記レーザ光のレーザ反射光を受信し、該受信の有効数
   を計数するステップと、 上記レーザ発射回数情報及び上記受信有効回数情報とか
   らレザー光照射回数に対するレーザ反射回数の有効受信
   率を求めるステップと、 上記有効受信率に応じてレーザ光照射経路又はレーザ光
   反射経路のレーザ光量を制御するステップと、 上記レーザ光量の制御をもって、上記有効受信率が指定
   受信率となるようにしたレーザ測距方法。
5. 【請求項５】レーザ光を測定対象物に照射し、対象物か
   らのレーザ反射光の戻り時間を計測し、該計測時間から
   対象物までの距離を計測する計測装置において、レーザ
   光照射経路、レーザ反射経路の一方又は両方のレーザ光
   の光量を減衰するレーザ光量減衰部と、上記レーザ光発
   射の回数を制御するレーザ発射回数制御部と、上記レー
   ザ光のレーザ反射光を受信し、該受信の有効数を計数す
   る計数回路部と、上記レーザ発射回数制御部のレーザ発
   射回数情報及び上記計数回数部の有効受信回数情報とか
   らレザー光照射回数に対するレーザ反射回数の有効受信
   率を求め、該受信率が指定受信率となるように上記レー
   ザ光量減衰部の光減衰量を制御する制御部を設けた計測
   装置。
6. 【請求項６】上記レーザ光量減衰部が、上記レーザ光の
   照射経路に配置された第１のレーザ光量減衰部と上記レ
   ーザ光の反射経路に配置された第２のレーザ光量減衰部
   とからなり、 上記制御部が、上記レーザ発射回数制御部のレーザ発射
   回数情報及び上記計数回数部の有効受信回数情報とから
   有効受信率を求める有効受信回数比計数回路と、該計数
   回路の計数比に応じて上記第１、第２のレーザ光量減衰
   部の光減衰量を制御する制御回路からなる請求項２記載
   の計測装置。
7. 【請求項７】レーザ光の反射往復時間を測定する光電子
   計数方式のレーザ測距装置において、パルスレーザ送信
   光の減衰手段と標的から反射される受信光の減衰手段と
   の組み合わせからなる光減衰装置と、レーザ発射回数制
   御回路および有効受信信号数計数回路と、上記レーザ発
   射回数制御回数と上記有効受信信号数とから有効受信率
   を求める回路と、上記有効受信率に対応して上記光減衰
   装置の減衰量が指定の受信率となるように調整する光減
   衰量調整機構とを有するレーザ測距装置。
8. 【請求項８】上記レーザ発射回数制御回路と、上記レー
   ザ測距装置の系内遅延測定機構による較正量測定機構と
   を設け、指定回数標的反復測定および系内遅延反復測定
   を可能とした請求項７記載のレーザ測距装置。
9. 【請求項９】上記標的反復測定および系内遅延反復測定
   を行うことによって複数の距離データサンプルを取得
   し、それら測定の統計処理により算出距離精度を向上せ
   しめかつ複数の統計幅を設けることによって上記標的の
   非平面の凹凸に応じた複数の距離を同時に取得可能とす
   る請求項８記載のレーザ測距装置。