JP2003255046A - 距離測定装置および距離測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 目標物以外からの反射光の検出を排除し、精
度の高い距離測定を実現した距離測定装置および距離測
定方法を提供すること。 【解決手段】距離測定装置は、レーザパルス光を目標物
に向けて送光し、目標物で反射されたレーザパルス光を
受光し、送光から受光までのレーザパルス光走行時間を
計測し、計測されたレーザパルス光走行時間に基づいて
前記目標物までの距離を演算する。この距離測定装置
は、本測定に先立ち、内部光路と外部光路の受光レベル
を調整すべく光量平衡処理を行う。この光量平衡処理の
ときに取得した目標物までの概略レーザパルス光走行時
間を取得し、この概略レーザパルス光走行時間に基づ
き、本測定のときに受光信号を有効とする一定時間幅の
ウインドウを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を用いて距離を
測定する距離測定装置および距離測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光を用いて目標物までの距離
を測定する装置、方法が、種々考案されている。その中
には、パルス光を用いて目標物まで往復するパルス光走
行時間を計測し、計測したパルス光走行時間に基づいて
目標物までの距離を求めるものがある。特に、角度と距
離を同時に測れるトータルステーションと称される測量
機においては、ｍｍレベルの高い精度を数ｋｍなる長い
測定可能範囲内で要求されている。

【０００３】近年、この種の距離測定部を含む測量機に
おいては、目標物を問わないいわゆるノン・プリズムタ
イプの測量機が要求されてきた。背景には、人の立ち入
れない危険な場所の変位等を計測する要求が多くなった
ことと、計測・測量の効率向上、コスト削減がある。そ
こで、目標物として反射再帰性のあるコーナー・キュー
ブ・プリズムまたはリフレックス・シートを用いず、視
準したポイントまでの距離を直接測定できる「ノン・プ
リズム」タイプの測量機が開発され、今や一般的な測量
機・工業計測器として市場に定着してきた。この場合
は、例えば光源にそのピークパワーが大きく得られるパ
ルスレーザ光を用いて、反射率の低い測定対象物からの
反射光量でも測定可能とする技術が用いられている。

【０００４】ノン・プリズムで測定できる優位性は、そ
の名称が示すようにプリズム設置が不要なことである。
この技術革新により、近年、土木・建設計測・測量のみ
ならず工業計測にもこの種の機器が使われるようになっ
てきている。工業計測では、例えば船舶・ビルや橋梁な
どの構造物の計測においては、それらの高度化により、
より精度の高い測定機器の要求が多い。これらの要求か
ら、距離測定の高精度化が大きな課題となっている。さ
らには、上述のような工業計測等においては、複雑に構
成された構造物の中での多数にわたる測定ポイントが要
求されることが多い。具体的には、鉄骨で枠組みのみが
構成された建造物や船舶等において、その中心部等の構
造的に重要な部位の位置を検証するための計測を行うこ
とを思い起こすとイメージし易い。

【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザパルス
光照射範囲内において、目標物以外、特に目標物より近
い位置に目標物より反射率の高い物体が存在している場
合も多々あり、その物体からの反射光を受光し、検出す
ることがあるという問題が生じていた。そのため、目標
物の距離測定精度を大幅に低下させるという問題が生じ
ていた。

【０００５】本発明の目的は、目標物以外からの反射光
の検出を排除し、精度の高い距離測定を実現した距離測
定装置および距離測定方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、距離
測定用光を目標物に向けて送光する送光手段と、目標物
で反射された距離測定用光を受光する受光手段と、送光
に基づく時間計測開始信号と受光に基づく時間計測終了
信号とに基づき、送光から受光までの光走行時間を計測
する時間計測手段と、送光手段の送光を制御し、時間計
測手段により計測された光走行時間を取得し、取得した
光走行時間に基づいて目標物までの距離を演算する制御
手段とを有する距離測定装置に適用され、制御手段は、
目標物までの距離を測定する本測定に先立ち、概略光走
行時間を予備的に計測するため、送光手段の送光を制御
し、時間計測手段は、概略光走行時間を計測し、制御手
段は、計測された概略光走行時間に基づき、本測定のと
きの時間計測終了信号を有効とするための時間幅を設定
するものである。請求項２の発明は、請求項１記載の距
離測定装置において、時間計測手段は、制御手段により
設定された時間幅においてのみ時間計測終了信号を有効
とする手段を有するとするものである。請求項３の発明
は、請求項１記載の距離測定装置において、受光手段
は、受光した光を電気信号に変換する光電変換手段と、
変換された電気信号が所定のレベル以上であるか否かを
検出する検出手段とを有し、検出手段からの出力は、時
間計測終了信号として時間計測手段に入力され、検出手
段は、制御手段により設定された時間幅においてのみ検
出を有効とする手段を有するとするものである。請求項
４の発明は、請求項１記載の距離測定装置において、受
光手段は、受光した光を電気信号に変換する光電変換手
段と、電気信号を増幅する増幅手段と、増幅された電気
信号が所定のレベル以上であるか否かを検出する検出手
段とを有し、検出手段からの出力は、時間計測終了信号
として時間計測手段に入力され、増幅手段は、制御手段
により設定された時間幅においてのみ増幅を有効とする
手段を有するとするものである。請求項５の発明は、請
求項１記載の距離測定装置において、時間計測手段は、
受光手段から出力される受光信号の波形をサンプリング
して時間計測終了信号を認識するサンプリング認識手段
と、制御手段により設定された時間幅においてのみ、時
間計測終了信号の認識を実行するようサンプリング認識
手段を制御するサンプリング制御手段とを有するとする
ものである。請求項６の発明は、請求項５記載の距離測
定装置において、制御手段は、本測定において、送光を
複数回行うよう送光手段を制御し、サンプリング認識手
段は、複数の送光に対応する複数の受光信号の波形をサ
ンプリングし、サンプリングしたデータを積算平均処理
を行うことにより時間計測終了信号を認識するとするも
のである。請求項７の発明は、請求項１から６のいずれ
か１項記載の距離測定装置において、制御手段は、概略
光走行時間の予備的計測において、受光に基づく時間計
測終了信号が認識できず概略光走行時間を計測すること
ができなかったとき、予め定めた所定の時間範囲で時間
幅を設定するとするものである。請求項８の発明は、請
求項１から７のいずれか１項記載の距離測定装置におい
て、送光手段は、距離測定用光を目標物に向けて送光す
る場合と、目標物には向けず距離測定装置内の内部光路
を通じて受光手段に送光する場合との間で切り換えが可
能であり、概略光走行時間の予備的な計測は、目標物に
向けた送光と内部光路を通じた送光との間において、受
光手段における受光信号のレベルの調整を行うときに実
行するとするものである。請求項９の発明は、距離測定
用光を目標物に向けて送光し、目標物で反射された距離
測定用光を受光し、送光に基づく時間計測開始信号と受
光に基づく時間計測終了信号に基づき、送光から受光ま
での光走行時間を計測し、計測された光走行時間に基づ
いて目標物までの距離を演算する距離測定方法に適用さ
れ、目標物までの距離を測定する本測定に先立ち、概略
光走行時間を予備的に計測するため、距離測定用光を目
標物に向けて送光し、概略光走行時間を計測し、計測さ
れた概略光走行時間に基づき、本測定のときの時間計測
終了信号を有効とするための時間幅を設定するものであ
る。請求項１０の発明は、請求項９記載の距離測定方法
において、概略光走行時間の予備的計測において、受光
に基づく時間計測終了信号が認識できず概略光走行時間
を計測することができなかったとき、予め定めた所定の
時間範囲で時間幅を設定するとするものである。請求項
１１の発明は、請求項９または１０記載の距離測定方法
において、距離測定用光を目標物に向けて送光する場合
と、目標物には向けず距離測定装置内の内部光路を通じ
て受光手段に送光する場合との間において、受光信号の
レベル調整をさらに行い、概略光走行時間の予備的な計
測は、受光信号のレベル調整を行うときに実行するとす
るものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】−第１の実施の形態− 第１の実施の形態による距離測定装置について図面を参
照して説明する。この距離測定装置は、主に測量機に搭
載される。図１は、第１の実施の形態の距離測定装置の
構成を示す図である。以下、距離測定動作に関して、
（１）光量平衡、（２）受信時間許可の設定、（３）時
間測定、および（４）演算に分けて説明する。

【０００８】（１）光量平衡 ＣＰＵ１は不図示の測距スイッチから測距指令を受ける
と、最初に光量平衡動作を行う。光量平衡動作とは、パ
ルスレーザ１２で発光したパルスレーザ光が装置内部の
みを経由する内部光路と、対物レンズ２６を経由して装
置外部へ放射され測定対象物からの反射光を受光する外
部光路において、それぞれの受信信号レベルを同一にす
るための処理である。

【０００９】受信信号レベルに所定の範囲を超えるレベ
ル差が生じると、そのレベル差に起因する電子回路素子
の遅延時間差が許容範囲を超えてしまい、時間計測に誤
差をもたらす結果となるためである。さらに、内部光路
と外部光路の両光路におけるパルスレーザ光走行時間を
測定する目的は、周囲の温度変化等に伴う電子回路素子
の遅延時間変動による時間計測の誤差を相殺することが
出来、時間計測＝距離測定の精度を所定のレベルに保つ
ことが出来るためである。

【００１０】始めに、ＣＰＵ１は、光路切替用モータ駆
動信号１４４により光路選択用モータ４４を駆動し、パ
ルスレーザ光が装置内部のみを経由する内部光路となる
ように光路選択装置４３を設定する。次に、パルスレー
ザ１２を発光させる発光指令信号１０１を出力する。パ
ルスレーザ駆動回路１１は、前記発光指令信号１０１に
よりパルスレーザ１２を駆動する。パルスレーザ１２で
発光したパルスレーザ光は、リレーレンズ２１を経由し
て送光用光ファイバ２２へ入射し、半透過プリズム２３
を透過し、レンズ３１および減衰フィルタ４５を経由し
て一部透過プリズム２８を透過し、受光用光ファイバ２
９へ入射する。

【００１１】ここで、減衰フィルタ４５は予め装置組立
時に所定の減衰量を有する濃度位置に調整されている。
また、一部透過プリズム２８は、その中心部が透過し、
周辺部が反射するような特性を有している。レンズ３１
はその焦点が光ファイバ２２，２９の端面に位置する様
に配置されている。

【００１２】受光用光ファイバ２９から出射したパルス
レーザ光は、リレーレンズ３０、干渉フィルタ５１を経
由して受光素子１３へ入射する。パルスレーザ光は、受
光素子１３で光電変換されパルス受信信号となり、受信
信号増幅回路１４でパルス受信信号は増幅され受信信号
１１４となり、受信信号検出回路１５へ入射する。

【００１３】受信信号１１４はピークレベル検出回路１
６へも入力され、受信信号１１４のピークレベルが検出
される。検出されたピークレベルがＣＰＵ１へ伝達さ
れ、ＣＰＵ１は内部光路における受信レベルを取得す
る。

【００１４】次に、ＣＰＵ１は光路切替用モータ駆動信
号１４４により光路選択用モータ４４を駆動し、パルス
レーザ光が不図示の測定対象物に向けて放射され、前記
測定対象物で反射した反射光を受光する外部光路となる
ように光路選択装置４３を設定する。

【００１５】さらに、パルスレーザ１２を発光させる発
光指令信号１０１を出力する。パルスレーザ駆動回路１
１は、前記発光指令信号１０１によりパルスレーザ１２
を駆動する。パルスレーザ１２で発光されたパルスレー
ザ光は、リレーレンズ２１を経由して送光用光ファイバ
２２へ入射し、半透過プリズム２３で反射し、反射ミラ
ー２４で反射し、反射プリズム２５で反射して、対物レ
ンズ２６を透過し、装置外部にある不図示の測定対象物
へ向けて放射される。

【００１６】前記測定対象物で反射されたパルスレーザ
光は、対物レンズ２６で集光され、反射プリズム２５で
反射し、さらに反射ミラー２７で反射され、濃度可変フ
ィルタ４１を透過し、一部透過プリズム２８で反射し、
受光用光ファイバ２９へ入射する。

【００１７】これ以降は、前述の内部光路の場合と同様
であるので記述を省略する。これにより外部光路におけ
る受信レベルが得られる。

【００１８】ＣＰＵ１は、内部光路設定時に得られた受
信信号レベルと外部光路設定時に得られた受信信号レベ
ルとが同一になるように、外部光路設定時に得られた受
信信号レベルに応じて、濃度可変フィルタ用モータ４２
を濃度可変フィルタ用モータ駆動信号１４２により駆動
し、濃度可変フィルタ４１を調整する。これにより、外
部光路設定時における受信信号レベルが調整される。こ
の調整は、パルスレーザ光を発光させ受信信号レベルを
取得することを繰り返し行うことによって行われる。

【００１９】なお、前記測定対象物が所定のレンジを越
える遠方に設置してある場合には、前記測定対象物から
の反射受光レベルが所定のレベルよりも小さくなる、ま
たは、受信信号レベルが全く検出されないことになる。
そのような場合には、ＣＰＵ１は、表示部４にエラー
（光量不足）の表示を行い、ここで距離測定は終了す
る。

【００２０】（２）受信時間許可の設定 光量平衡処理にて所定のレベルを越える受信信号を検出
するようになった場合、ＣＰＵ１は、同時に時間計測回
路２に入力する基準発振器３から出力されるクロックを
カウントさせる指令を時間計測回路２へ出力する。この
結果により、パルスレーザ光走行時間の概略値が得られ
ることになる。所定のレベルを越える受信信号を検出す
るようになった場合とは、光量平衡処理が終了する前
に、時間計測回路２で、後述する時間計測ストップ信号
１１５が認識できるようになった場合である。従って、
光量平衡処理では、内部光路と外部光路での測定が繰り
返し行われるため、光量平衡処理中に前記概略値を得る
ことができる。なお、光量平衡処理が終了した直後に再
度外部光路を通じた測定を行い、概略走行時間を得るよ
うにしてもよい。

【００２１】前記概略値と述べたのは、以下の理由によ
る。基準発振器３から出力するクロック周波数は、おお
よそ数１０ＭＨｚである。なぜなら、時間計測回路２に
おいて使用されるＬＳＩの応答速度が数１０ＭＨｚ程度
であることによる。勿論、技術の急速な進歩により数１
００ＭＨｚ乃至は数ＧＨｚの周波数帯域を有する電子デ
バイスも存在するが、非常に高価である。ここで使用さ
れる電子デバイスの周波数帯域は、パルス信号を検出す
るため、数１００ｋＨｚからの周波数を必要とし、例え
ば携帯電話器の様に周波数そのものは８００ＭＨｚまた
は５ＧＨｚと高周波ではあるが、その帯域幅が数１０Ｍ
Ｈｚであるものとは、本質的に異なることを付記してお
く。

【００２２】さらに、基準発振器３の安定度は数ｐｐｍ
を要求される。この安定度も測定精度に大きく影響を及
ぼすためである。例えば１ｐｐｍ（１０^−６）の安定度
であれば、測定距離１ｋｍに対して、１ｋｍ×１ｐｐｍ
＝１ｍｍの誤差となる。

【００２３】例えば基準発振器３から出力されるクロッ
ク周波数を７５ＭＨｚとすると、１クロックあたり、 ３×１０^８［ｍ／ｓ］／（２×７５［ＭＨｚ］）＝２
［ｍ］ の距離となる。ここで、３×１０^８［ｍ／ｓ］は光速度
である。装置として要求される距離分解能は、ｍｍ以下
であるので、本測定時においては、このクロックのカウ
ントの他にさらなる高分解能化（クロック間の補間処
理）を行うが、ここでは、クロックのカウントによる時
間のみを測定する。従って、測定された時間は概略値で
ある。

【００２４】ＣＰＵ１は、以上述べた光量平衡処理にお
ける基準クロックのカウントに基づき、カウントされた
値に対して予め設定された幅分を有効信号とする受信許
可信号２０１を出力する。予め設定された幅を例えば幅
±２カウントとすると、カウントされた値を中心に±２
カウントの合計５カウント分に対してハイレベル（有
効）となる受信許可信号２０１を、ＣＰＵ１は出力す
る。この場合、クロック周波数は７５ＭＨｚなので、基
準クロックの５カウントは６６．６７ｎｓｅｃ（中心±
３３．３３ｎｓｅｃ）に相当し、６６．６７ｎｓｅｃが
受信許可可能な時間となる。

【００２５】時間計測回路２では、受信許可信号２０１
と時間計測ストップ信号とのＡＮＤを取り、時間計測ス
トップ信号の有効か否かを決定する。すなわち、受信許
可信号２０１がハイレベルの間のみ時間計測ストップ信
号を有効とする。なお、ＣＰＵ１は、受信許可時間帯に
関する時間情報（例えばパルス数）を時間計測回路２へ
出力し、その時間情報に基づき時間計測回路２内部で時
間計測ストップ信号を有効とするか否かの回路を設ける
ようにしてもよい。

【００２６】なお、光量平衡処理にて所定のレベルを越
える受信信号を検出することができなかった場合は、目
標物が所定距離以上の遠方にあることが想定される。そ
のような場合は、予め定めた時間以降を受信許可時間帯
とするよう設定する。

【００２７】（３）時間測定 ＣＰＵ１は、前記光量平衡にて記述した方法と同じシー
ケンスで内部光路に設定する。次に、ＣＰＵ１は、時間
計測スタート信号（兼発光指令信号）１０１を出力す
る。これにより前述の光量平衡にて詳述したようにパル
スレーザ光が発光し、内部光路を経由して受信信号１１
４が発生する。さらに時間計測スタート信号１０１によ
り、時間計測回路２では時間計測を開始する。受信信号
１１４は、受信信号検出回路１５へ入力し、受信信号検
出回路１５では時間計測ストップ信号１１５を出力す
る。受信信号検出回路１５では、入力された信号が所定
のレベル以上であることが検出されると、時間計測スト
ップ信号１１５が出力される。

【００２８】時間計測回路２は、前記時間計測ストップ
信号１１５の入力を受けて、時間計測を終了する。時間
計測回路２では、基準となる精密な基準発振器３に基づ
いて時間計測を行う。時間計測ストップ信号１１５は、
ＣＰＵ１へも伝達される。これを受けたＣＰＵ１は、時
間計測回路２から計測された時間情報を取得する。な
お、時間計測ストップ信号１１５をＣＰＵ１へ入力して
いるが、時間計測終了時に時間計測回路２からＣＰＵ１
へ同様の信号を出力しても良い。ここで計測された時間
をＴintとする。

【００２９】次にＣＰＵ１は、前記光量平衡にて記述し
た方法と同じシーケンスで外部光路に設定する。ＣＰＵ
１は、時間計測スタート信号（兼発光指令信号）１０１
を出力する。これにより前述の光量平衡にて詳述したよ
うにパルスレーザ光が発光し、外部光路を経由して受信
信号１１４が発生する。さらに時間計測スタート信号１
０１により、時間計測回路２では時間計測を開始する。
受信信号１１４は、受信信号検出回路１５へ入力し、受
信信号検出回路１５では時間計測ストップ信号１１５を
出力する。時間計測回路２は、前記時間計測ストップ信
号１１５の入力を受けて、時間計測を終了する。

【００３０】時間計測ストップ信号１１５は、ＣＰＵ１
へも伝達される。これを受けたＣＰＵ１は、時間計測回
路２から計測された時間情報を取得する。なお、時間計
測ストップ信号１１５をＣＰＵ１へ入力しているが、時
間計測終了時に時間計測回路２からＣＰＵ１へ同様の信
号を出力しても良い。ここで計測された時間をＴextと
する。

【００３１】時間計測回路２内部では、信号２０１によ
り設定された受信許可時間以外では、時間計測を終了し
ないため、目標対象物以外からの反射受信信号が時間計
測ストップ信号１１５となって入力された場合には、こ
れを無視しロスト・ターゲットと認識し、次のレーザパ
ルス光を放射することになる。時間計測回路２では、予
め定められた積算回数分の時間計測ストップ信号１１５
が入力された後、時間計測を終了する。前記ロスト・タ
ーゲットの場合には、積算回数に含めない。

【００３２】（４）演算 ＣＰＵ１は、前記時間測定で得られた時間Ｔintおよび
Ｔextに基づいて、式１により、測定対象物までの距離D
を演算し、表示部４へその結果を表示出力する。 Ｄ＝（Ｃo／ｎ）×（Ｔext−Ｔint）／２...（１） ここで、式１におけるＣoは真空中の光速度であり、ｎ
はパルスレーザ光の中心波長に基づいた大気の屈折率で
ある。２で除しているのは、パルスレーザ光が本装置か
ら測定対象物までの距離を往復する時間を測定している
ためである。

【００３３】図２は、本実施の形態における時間計測の
一例を示すタイミング図である。ＣＰＵ１は時間計測ス
タート信号（兼発光指令信号）１０１を出力すると、所
定時間経過後、パルスレーザ１２よりパルスレーザ光３
０１を発光する。内部光路あるいは外部光路を経由した
パルスレーザ光３０２は、受光素子１３で受光される。
受光されたパルスレーザ光は、所定時間経過後時間計測
ストップ信号１１５として時間計測回路２に入力され
る。

【００３４】時間計測回路２は、時間計測スタート信号
１０１から時間計測ストップ信号１１５までの間の基準
クロック数Ｎをカウントする。基準クロックの１周期を
Ｔ０、時間計測スタート信号１０１から最初の基準クロ
ックの立ち上がりまでの時間をＴ１、時間計測ストップ
信号１１５から最初の基準クロックの立ち上がりまでの
時間をＴ２とすると。時間計測スタート信号１０１から
時間計測ストップ信号１１５までの正確な時間ＴはＴ＝
Ｔ１＋Ｎ×Ｔ０−Ｔ２で表される。

【００３５】ここで、時間Ｔ１および時間Ｔ２について
は、クロック間の時間を高分解能化（クロック間の補間
処理）することによって得る。例えば、クロック間を電
圧レベルがゼロから所定の電圧レベルにまでリニアに変
化する回路（例えば積分回路）を設け、時間計測スター
ト信号１０１あるいは時間計測ストップ信号１１５受信
時の電圧レベルを取得する。取得した電圧レベルによ
り、クロック間のどのタイミングで受信したかを演算に
より取得する。このようにして取得した内部光路の時間
Ｔintおよび外部光路の時間Ｔextに基づいて、上述の式
１により、測定対象物までの距離Ｄを演算する。

【００３６】以上のようにして、光量平衡時に目標物ま
でのパルス光走行時間を予備的に測定し、予備的に測定
したパルス光走行時間に基づき時間計測ストップ信号１
１５許可（有効）のための時間的ウインドウを設けるよ
うにした。本測定のときには、設定されたウインドウの
間のみ時間計測ストップ信号１１５を有効とするように
した。これにより、ウインドウ以外のタイミングで、時
間計測ストップ信号１１５が生成されても無視するよう
になる。例えば、目標物までの距離を本測定している最
中に、測定装置と目標物の間に目標物以外のもの、例え
ば、自動車や人物などが通過しても、それらを目標物と
間違えて測定してしまうことが防止できる。また、木々
の枝が風にあおられて測定装置と目標物の間に入ったと
しても、それは無視されるため、目標物までの精度の高
い距離測定が可能になる。

【００３７】なお、光量平衡時に行うウインドウ設定の
ための予備的測定は、複数回行うことが望ましい。複数
回の測定からかけはなれた値のものを除くことにより、
予備的測定時における目標物以外のものの検出を防止す
ることができる。また、光量平衡処理直後に予備的距離
測定を行うようにしても良い。要するに、ウインドウ設
定のための予備的測定は、本測定の前に時間をずらして
行えばよい。

【００３８】さらに、本測定の時間測定においても、複
数の測定を行うようにしてもよい。複数の測定における
値を積算して平均化する。このとき、目標物以外の反射
信号を排除しながら積算するので、より精度の高い測定
が可能となる。

【００３９】−第２の実施の形態− 図３は、第２の実施の形態の距離測定装置の構成を示す
図である。第１の実施の形態の図１と異なる点は、図１
では、ＣＰＵ１が受信許可信号２０１を時間計測回路２
に出力しているところ、図３では、ＣＰＵ１が受信許可
信号２０２を受信信号検出回路１５に出力している点で
ある。その他の内容は、図１と同様であるのでその説明
を省略する。

【００４０】受信信号検出回路１５では、アナログ信号
検出用の電圧比較器（不図示）に動作有効端子を設け、
受信許可信号２０２をその端子に入力する。すなわち、
受信許可信号２０２が有効信号（ハイレベル信号）を出
力している間のみ、受信信号１１４が所定のレベルより
も高いか否かが検出される。そして、高いことが検出さ
れたとき、時間計測ストップ信号１１５信号が時間計測
回路２に出力される。

【００４１】これにより、ウインドウ以外のタイミング
で、時間計測ストップ信号１１５が生成されることがな
くなる。このような構成によっても、第１の実施の形態
と同様な効果を奏する。すなわち、目標物までの距離を
本測定している最中に、測定装置と目標物の間に目標物
以外のものが通過したり入ったりしても、それらを目標
物と間違えて測定してしまうことが防止できる。従っ
て、目標物までの精度の高い距離測定が可能になる。

【００４２】−第３の実施の形態− 図４は、第３の実施の形態の距離測定装置の構成を示す
図である。第１の実施の形態の図１と異なる点は、図１
では、ＣＰＵ１が受信許可信号２０１を時間計測回路２
に出力しているところ、図４では、ＣＰＵ１が受信許可
信号２０３を受信信号増幅回路１４に出力している点で
ある。その他の内容は、図１と同様であるのでその説明
を省略する。

【００４３】受信信号増幅回路１４では、enable端子付
きの増幅器（不図示）を用い、受信許可信号２０３をそ
の端子に入力する。すなわち、受信許可信号２０３が有
効信号（ハイレベル信号）を出力している間のみ増幅動
作を行うようにし、増幅された受信信号１１４を受信信
号検出回路１５に出力する。受信信号検出回路１５で
は、増幅された受信信号１１４が所定のレベルよりも高
いか否かが検出される。そして、高いことが検出された
とき、時間計測ストップ信号１１５信号が時間計測回路
２に出力される。受信信号増幅回路１４で増幅動作され
ない信号は、受信信号検出回路１５では所定のレベルよ
り高くならないように、受信信号増幅回路１４および受
信信号検出回路１５の回路定数が設定されている。

【００４４】これにより、ウインドウ以外のタイミング
で、時間計測ストップ信号１１５が生成されることがな
くなる。このような構成によっても、第１の実施の形態
と同様な効果を奏する。すなわち、目標物までの距離を
本測定している最中に、測定装置と目標物の間に目標物
以外のものが通過したり入ったりしても、それらを目標
物と間違えて測定してしまうことが防止できる。従っ
て、目標物までの精度の高い距離測定が可能になる。

【００４５】なお、ゲイン制御付き増幅器を用いてこの
ゲインを所定の時間以外は低く制御するようにしてもよ
い。また、信号セレクタを用いて所定時間のみ前記増幅
器の出力信号を選択する様な構成をとってもよい。

【００４６】−第４の実施の形態− 図５は、第４の実施の形態の距離測定装置の構成を示す
図である。第１の実施の形態の図１と共通する要素には
同一符号を付す。以下、距離測定動作に関して、（１）
光量平衡、（２）受信時間許可の設定、（３）サンプリ
ング、および（４）演算に分けて説明する。第１の実施
の形態と異なる点を中心に説明し、その他の説明は適宜
省略する。

【００４７】（１）光量平衡 最初に、ＣＰＵ１は光路選択装置４３を内部光路に設定
する。次に、第１の実施の形態と同様にパルスレーザ光
を発光させる。この時、パルスレーザ駆動回路１１への
出力信号１０１は、サンプリングタイミング制御回路１
０へも入力される。発光したパルスレーザ光は第１の実
施の形態と同様に内部光路を経由して受光素子１３へ入
射する。受光素子１３ではパルスレーザ光は光電変換さ
れ、パルス受信信号となり、受信信号増幅回路１４でパ
ルス受信信号は増幅され、受信信号１１４となる。受信
信号１１４は、サンプリング部７、ピークレベル検出回
路１６、およびサンプリングタイミング制御回路１０へ
伝達される。ピークレベル検出回路１６では、第１の実
施の形態と同様に、受信パルスのピークレベルが検出さ
れ、ＣＰＵ１はこれを読みとる。

【００４８】次に、ＣＰＵ１は、光路選択装置４３を外
部光路に設定する。内部光路設定時と同様にパルスレー
ザ光を発光し、受光素子で受信光を受光し、光電変換し
増幅する。増幅された受信信号１１４は、内部光路設定
時と同様にピークレベル検出回路１６にてピークレベル
が検出され、ＣＰＵ１はこれを読みとる。これらの受信
レベルが同じになるように動作することは、第１の実施
の形態と同様である。

【００４９】ここで、外部光路における受信信号レベル
が所定のレベル得られない場合には、濃度可変フィルタ
４１を最小濃度（減衰無し）に設定して光量平衡を終了
する。

【００５０】（２）受信時間許可の設定 ［内部光路と外部光路での受信信号レベルが平衡した場
合］外部光路設定時にサンプリングタイミング制御回路
１０では、基準発振器３から出力されるクロックとパル
スレーザ発光指令信号１０１と受信信号１１４の入力に
よって、パルスレーザ発光指令信号１０１の入力から受
信信号１１４の入力までの時間を前記クロックでカウン
トする。この結果により、パルスレーザ光走行時間の概
略値（前記クロックの周期時間単位）が得られることに
なる。前記概略値と述べた理由は、第１の実施の形態と
同様である。

【００５１】以上述べた、光量平衡処理における基準ク
ロックのカウントにより、カウントされた値に対して予
め設定された幅、例えば幅±２カウントとすると、カウ
ントされた値を中心に±２カウントの合計５カウント分
に対して、サンプリングタイミング制御回路１０は、サ
ンプリングするタイミングレンジを設定する。

【００５２】［外部光路設定時に所定のレベルを越える
受信信号を検出しなかった場合］サンプリングタイミン
グ制御回路１０は、基準発振器３から出力されるクロッ
クによって予め設定されたクロック数以降のみでサンプ
リングを行うようにタイミングレンジを設定する。すな
わち、外部光路設定時に所定のレベルを越える受信信号
を検出しなかった場合は、目標物が所定の距離以上離れ
ていることが想定される。従って、その所定の距離に相
当する時間（クロック数）以降においてサンプリングを
行うようにする。

【００５３】（３）サンプリング ＣＰＵ１は、前記光量平衡にて記述した方法と同じシー
ケンスで内部光路に設定する。次に、ＣＰＵ１は発光指
令信号１０１を出力する。これにより前述の光量平衡時
と同様にパルスレーザ光が発光し、内部光路を経由して
受信信号１１４が発生する。サンプリングタイミング制
御回路１０では、発光指令信号１０１の入力によりサン
プリング指令信号１１０をサンプリング部７へ出力す
る。ここでサンプリング指令信号１１０は基準発振器３
で発生し入力された基準クロックに基づいて出力され
る。

【００５４】サンプリング部７ではサンプリング指令信
号１１０により受信信号１１４のサンプリングを開始
し、サンプルされたデータをメモリ８へ転送する。次に
ＣＰＵ１は、前記光量平衡にて記述した方法と同じシー
ケンスで外部光路に設定する。内部光路設定時と同様な
サンプリングを行い、サンプリングされたデータをメモ
リ８に記憶する。このときサンプリングは、前記光量平
衡時に設定されたタイミングレンジ内のみで行われるこ
とが内部光路設定時と異なる部分である。

【００５５】（４）演算 ＤＳＰ９では、メモリ８からサンプリングされた受信波
形データと対応するアドレスによりピークタイミング検
出演算を行う。前記ピークタイミング検出演算は、サン
プリングされ記憶された受信波形データにおける最大値
とその付近のデータから、ピークを与えるアドレスを演
算処理により求めるものである。

【００５６】このピークを与えるアドレスと前記基準ク
ロックからピークタイミングが得られることになる。受
信信号１１４をサンプリングしたデータに関して、その
ピークタイミングを検出する演算を内部光路設定時およ
び外部光路設定時に行うことにより、それぞれのピーク
タイミングが得られ、これをＣＰＵ１へ転送する。

【００５７】ＣＰＵ１は，前記ピークタイミング検出演
算で得られた内部光路でのピークタイミングと外部光路
でのピークタイミングにより、式１と同様な演算により
測定対象物までの距離を算出し、得られた距離Ｄを、表
示部４へその結果を表示出力する。

【００５８】ここで、前記光量平衡時における外部光路
設定時に所定のレベルを越える受信信号を検出しなかっ
た場合について説明する。この場合は、前述のように発
光指令信号発生後予め定められた所定の時間以降でサン
プリングを行う。このサンプリングで得られたデータ
は、実時間では信号として検出出来ない程信号対雑音比
（ＳＮＲ）が低い場合もある。勿論、信号が全く無い場
合もある。

【００５９】前者の場合には、同じサンプリングタイミ
ングで得られたデータを積算平均処理を行うことにより
ＳＮＲが改善され（理論的にはｎ回の積算により√ｎだ
けＳＮＲが改善される）、雑音と同等レベルまたは雑音
に埋もれた信号をも検出することが出来ることになる。
このため、同一測定対象物に対して複数回の測定を行う
ようにする。

【００６０】以上により、サンプリングタイミング制御
回路１０で設定されるウインドウ以外のタイミングで受
信信号１１４が生成されても、受信信号１１４を無視す
るようになる。このような構成によっても、第１の実施
の形態と同様な効果を奏する。すなわち、目標物までの
距離を本測定している最中に、測定装置と目標物の間に
目標物以外のものが通過したり入ったりしても、それら
を目標物と間違えて測定してしまうことが防止できる。
従って、目標物までの精度の高い距離測定が可能にな
る。

【００６１】なお、第４の実施の形態では、外部光路設
定時においてノイズに埋もれて受信信号が検出しなかっ
た場合でも、複数回の測定値を積算処理を行うことによ
りＳＮＲを改善することができる。これにより、より遠
くの測定対象物を精度良く測定することができる。

【００６２】上記の実施の形態では、測量機における距
離測定装置の例を説明したが、この内容に限定する必要
はない。本発明は、目標物までの距離を測定するあらゆ
る装置に適用できる。

【００６３】上記の実施の形態では、目標物がプリズム
を持たないノンプリズムタイプの距離測定装置の例を説
明したが、この内容に限定する必要はない。本発明は、
プリズムやリフレックスシートを使用した距離測定にも
適用できる。

【００６４】上記の実施の形態では、光量平衡処理中に
おいて、本測定のときの時間計測終了信号を有効とする
ためのタイミングを演算する例を説明したが、この内容
に限定する必要はない。光量平衡処理直後に、そのよう
な予備的測定をおこなってもよい。また、本測定の直前
において、そのような予備的測定をおこなってもよい。
すなわち、目標対象物までの距離を測定する本測定に先
立ち、本測定とは異なるタイミングで予備測定（プレ測
定と言ってもよい）を行うようなものであればどのよう
な場合であってもよい。この場合、そのような予備測定
において、距離測定装置と目標対象物までの間に目標対
象物がないことが確認できるように、複数回予備測定を
行うのが好ましい。複数回測定することにより、予備測
定中に目標物以外のものが間に入った場合を排除するこ
とができる。

【００６５】上記の実施の形態では、パルスレーザ光の
例を説明したが、この内容に限定する必要はない。目標
物に対しねらいを定めて照射することが可能であり、そ
の光が目標物から反射するときに受光素子で受光できる
ような光であればどのようなものでもよい。

【００６６】本明細書で、「送光」とは、光を送り出す
こと、照射すること、出射することなどを意味する。

【００６７】上記では、種々の実施の形態および変形例
を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるもの
ではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるそ
の他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【００６８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成して
いるので、次のような効果を奏する。例えば、目標物ま
での距離を本測定している最中に、測定装置と目標物の
間に目標物以外のもの、自動車や人物などが通過したり
入ったりしても、それらを目標物と間違えて測定してし
まうことが防止できる。その結果、目標物までの精度の
高い距離測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の距離測定装置の構成を示す
図である。

【図２】時間計測の一例を示すタイミング図である。

【図３】第２の実施の形態の距離測定装置の構成を示す
図である。

【図４】第３の実施の形態の距離測定装置の構成を示す
図である。

【図５】第４の実施の形態の距離測定装置の構成を示す
図である。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ ２ 時間計測回路 ３ 基準発振器 ４ 表示部 ７ サンプリング部 ８ メモリ ９ ＤＳＰ １０ サンプリングタイミング制御回路 １１ パルスレーザ駆動回路 １２ 半導体パルスレーザ １３ 受光素子 １４ 受信信号増幅回路 １５ 受信信号検出回路 １６ ピークレベル検出回路 ２１ リレーレンズ ２２ 送光用光ファイバ ２３ 半透過プリズム ２４ 反射ミラー ２５ 反射プリズム ２６ 対物レンズ ２７ 反射ミラー ２８ 一部透過プリズム ２９ 受光光ファイバ ３０ リレーレンズ ３１ レンズ ４１ 濃度可変フィルタ ４２ 濃度可変フィルタ用モータ ４３ 光路選択装置 ４４ 光路選択用モータ ４５ 減衰フィルタ ５１ 干渉フィルタ １０１ 時間計測スタート信号 １１０ サンプリング指令信号 １１４ 受信信号 １１５ 時間計測ストップ信号 １４２ 濃度可変フィルタ用モータ １４４ 光路切替用モータ駆動信号 ２０１、２０２、２０３ 受信許可信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋谷 仁 東京都大田区南蒲田２丁目16番２号 株式 会社ニコンジオテックス内 Ｆターム(参考） 2F112 AD01 BA06 BA07 BA14 CA06 EA05 EA09 EA11 FA14 FA45 5J084 AA05 AB17 AD01 BA03 BA56 BB11 BB20 BB24 BB31 CA11 CA12 CA19 CA31 CA52 CA53 CA70 DA01 DA08 EA02

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】距離測定用光を目標物に向けて送光する送
   光手段と、 前記目標物で反射された前記距離測定用光を受光する受
   光手段と、 前記送光に基づく時間計測開始信号と前記受光に基づく
   時間計測終了信号とに基づき、前記送光から前記受光ま
   での光走行時間を計測する時間計測手段と、 前記送光手段の送光を制御し、前記時間計測手段により
   計測された光走行時間を取得し、取得した光走行時間に
   基づいて前記目標物までの距離を演算する制御手段とを
   有する距離測定装置であって、 前記制御手段は、前記目標物までの距離を測定する本測
   定に先立ち、概略光走行時間を予備的に計測するため、
   前記送光手段の送光を制御し、 前記時間計測手段は、前記概略光走行時間を計測し、 前記制御手段は、前記計測された概略光走行時間に基づ
   き、本測定のときの前記時間計測終了信号を有効とする
   ための時間幅を設定することを特徴とした距離測定装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の距離測定装置において、 前記時間計測手段は、前記制御手段により設定された時
   間幅においてのみ前記時間計測終了信号を有効とする手
   段を有することを特徴とした距離測定装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の距離測定装置において、 前記受光手段は、受光した光を電気信号に変換する光電
   変換手段と、前記変換された電気信号が所定のレベル以
   上であるか否かを検出する検出手段とを有し、 前記検出手段からの出力は、前記時間計測終了信号とし
   て前記時間計測手段に入力され、 前記検出手段は、前記制御手段により設定された時間幅
   においてのみ前記検出を有効とする手段を有することを
   特徴とした距離測定装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の距離測定装置において、 前記受光手段は、受光した光を電気信号に変換する光電
   変換手段と、前記電気信号を増幅する増幅手段と、前記
   増幅された電気信号が所定のレベル以上であるか否かを
   検出する検出手段とを有し、 前記検出手段からの出力は、前記時間計測終了信号とし
   て前記時間計測手段に入力され、 前記増幅手段は、前記制御手段により設定された時間幅
   においてのみ前記増幅を有効とする手段を有することを
   特徴とした距離測定装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の距離測定装置において、 前記時間計測手段は、 前記受光手段から出力される受光信号の波形をサンプリ
   ングして前記時間計測終了信号を認識するサンプリング
   認識手段と、 前記制御手段により設定された時間幅においてのみ、前
   記時間計測終了信号の認識を実行するよう前記サンプリ
   ング認識手段を制御するサンプリング制御手段とを有す
   ることを特徴とした距離測定装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の距離測定装置において、 前記制御手段は、前記本測定において、前記送光を複数
   回行うよう前記送光手段を制御し、 前記サンプリング認識手段は、前記複数の送光に対応す
   る複数の受光信号の波形をサンプリングし、サンプリン
   グしたデータを積算平均処理を行うことにより前記時間
   計測終了信号を認識することを特徴とした距離測定装
   置。
7. 【請求項７】請求項１から６のいずれか１項記載の距離
   測定装置において、 前記制御手段は、前記概略光走行時間の予備的計測にお
   いて、前記受光に基づく時間計測終了信号が認識できず
   前記概略光走行時間を計測することができなかったと
   き、予め定めた所定の時間範囲で前記時間幅を設定する
   ことを特徴とした距離測定装置。
8. 【請求項８】請求項１から７のいずれか１項記載の距離
   測定装置において、 前記送光手段は、前記距離測定用光を目標物に向けて送
   光する場合と、前記目標物には向けず距離測定装置内の
   内部光路を通じて前記受光手段に送光する場合との間で
   切り換えが可能であり、 前記概略光走行時間の予備的な計測は、前記目標物に向
   けた送光と前記内部光路を通じた送光との間において、
   前記受光手段における受光信号のレベルの調整を行うと
   きに実行することを特徴とした距離測定装置。
9. 【請求項９】距離測定用光を目標物に向けて送光し、 前記目標物で反射された前記距離測定用光を受光し、 前記送光に基づく時間計測開始信号と前記受光に基づく
   時間計測終了信号に基づき、前記送光から前記受光まで
   の光走行時間を計測し、 前記計測された光走行時間に基づいて前記目標物までの
   距離を演算する距離測定方法であって、 前記目標物までの距離を測定する本測定に先立ち、概略
   光走行時間を予備的に計測するため、距離測定用光を前
   記目標物に向けて送光し、 前記概略光走行時間を計測し、 前記計測された概略光走行時間に基づき、本測定のとき
   の前記時間計測終了信号を有効とするための時間幅を設
   定することを特徴とした距離測定方法。
10. 【請求項１０】請求項９記載の距離測定方法において、 前記概略光走行時間の予備的計測において、前記受光に
    基づく時間計測終了信号が認識できず前記概略光走行時
    間を計測することができなかったとき、予め定めた所定
    の時間範囲で前記時間幅を設定することを特徴とした距
    離測定方法。
11. 【請求項１１】請求項９または１０記載の距離測定方法
    において、 前記距離測定用光を目標物に向けて送光する場合と、前
    記目標物には向けず距離測定装置内の内部光路を通じて
    前記受光手段に送光する場合との間において、前記受光
    信号のレベル調整をさらに行い、 前記概略光走行時間の予備的な計測は、前記受光信号の
    レベル調整を行うときに実行することを特徴とした距離
    測定方法。