JP2008267893A - 光波距離計 - Google Patents

Abstract

【課題】 受光信号を適正なレベルに調節するために、受光素子から出力される高周波の受光信号を自動利得制御回路に入力すると、利得によって受光信号の位相がずれてしまい、正確に距離を測定できない。
【解決手段】 送光信号に基づいて光源を発光させて得た測距光を測定対象物に送光する送光手段と、測距光が測定対象物で反射された反射光を受光して受光信号に変換する受光手段と、該受光信号のレベルを調節する信号レベル調節手段と、光源の発光位相である上記送光信号の位相と上記受光信号の位相との位相差から測定対象物までの距離を計算する距離計算手段とを備えた光波距離計において、上記受光手段にローカル信号を入力し、該受光手段により受光信号に対してローカル信号をミキシングして受光信号をより低周波の信号に変換することを特徴とする光波距離計
【選択図】 図１

Description

本発明は、送光信号に基づいて光源を発光させて得た測距光を測定対象物に送光し、測距光が測定対象物で反射された反射光を受光素子で受光して受光信号に変換し、上記送光信号の位相と受光信号の位相との位相差に基づいて測定対象物までの距離を測定する光波距離計に関するものである。

一般に、光波距離計として、送光信号に基づいて光源を発光させて得た測距光を測定対象物に送光し、測距光が測定対象物で反射された反射光を受光素子で受光して受光信号に変換し、上記送光信号の位相と受光信号の位相との位相差に基づいて測定対象物までの距離を測定するものが知られている。
特開平６−２５８４３６号公報

かかる光波距離計で距離測定を行う場合、光波距離計から測定対象物までの距離が長い場合には受光素子で受光する反射光の光量が小さく、距離が短い場合には受光素子で受光する反射光が大きい。そのため、測定対象物までの距離の長短の相違により受光素子から出力される受光信号のレベルが変動する。

一方、上記送光信号のレベルは受光素子の受光する光量とは無関係であり、常に一定のレベルにある。したがって、距離の長短に起因して送光信号レベルと受光信号レベルの不一致を生じ、これにより送光信号の位相と受光信号の位相との位相差を正確に求めることができず、測定結果に誤差を生む一因となっていた。

そこで、従来の光波距離計として、反射光の受光素子までの光路上に絞りフィルタを備え、受光素子から出力される受光信号のレベルに基づいて該絞りフィルタを回転させるモータを制御して反射光の光量を調節し、受光素子から出力される受光信号が適正なレベルになるように、受光素子に入力される反射光の光量を調節するものが知られている。

また、受光素子から出力される受光信号を自動利得制御回路に入力し、該自動利得制御回路で受光信号を適正なレベルに調節するようにした光波距離計も知られている。ここで、測距光を発生させる送光信号には一般に高周波の信号が用いられており、したがって反射光が受光素子で変換されて自動利得制御回路に入力される受光信号も高周波信号となる。

しかし、上記絞りフィルタで受光素子に入力される反射光の光量を調節する光波距離計では、絞りフィルタを回転させるためにモータや機構部品を使用しているため、長時間使用するとそれらが磨耗等し、装置の信頼性が低下するといった問題があった。また、モータで絞りフィルタを回転させるために所定の時間を要し、速やかに距離測定をすることができなかった。

また、上記自動利得制御回路で受光素子から出力される受光信号のレベルを調節する光波距離計では、上記したように高周波の受光信号を自動利得制御回路に入力することとなるが、自動利得制御回路には高周波の信号を入力すると利得によって信号の位相がずれるといった特性があり、そのため受光信号の位相がずれてしまい、正確に距離を測定できないといった問題があった。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、長時間使用しても信頼性が低下することがなく、速やかに且つ正確に距離を測定できる光波距離計を提供することを課題とする。

上記課題を達成するために、本発明の光波距離計は、送光信号に基づいて光源を発光させて得た測距光を測定対象物に送光する送光手段と、測距光が測定対象物で反射された反射光を受光して受光信号に変換する受光手段と、該受光信号のレベルを調節する信号レベル調節手段と、光源の発光位相である上記送光信号の位相と上記受光信号の位相との位相差から測定対象物までの距離を計算する距離計算手段とを備えた光波距離計において、上記受光手段にローカル信号を入力し、該受光手段により受光信号に対してローカル信号をミキシングして受光信号をより低周波の信号に変換することを特徴とする。

この構成によれば、受光手段により受光信号を低周波の信号に変換してから自動利得視魚回路に入力するため、受光信号の位相がずれることがなく、正確に距離を測定することができる。

本発明によれば、絞りフィルタを回転させるモータや機構部品を使用しないため、長時間使用してもそれらの磨耗等により装置の信頼性が低下することがなく、また、モータで絞りフィルタを回転させるための時間が不要であるため、速やかに距離を測定することができる。さらに、受光手段により受光信号を低周波の信号に変換してから自動利得制御回路に入力するため、受光信号の位相がずれることがなく、正確に距離を測定することができる。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
（実施例）
図１を参照して、１は光波距離計であり、該光波距離計１の内部には信号発生回路４が備えられている。該信号発生回路４は、ＣＰＵ５の制御によって、精密測定用の送光信号Ｆ１（周波数ｆ１の信号）と、粗測定用の送光信号Ｆ２（周波数ｆ２の信号）と、光源の発光位相に対応した位相を有する位相比較信号Ｆ３（周波数ｆ３の信号）と、上記送光信号Ｆ１に対応するローカル信号Ｆ４（周波数ｆ４の信号）と、上記発光信号Ｆ２に対応するローカル信号Ｆ５（周波数ｆ５の信号）とを発生させる。ここで、ローカル信号Ｆ４の周波数ｆ４及びローカル信号Ｆ５の周波数ｆ５は、
｜ｆ１−ｆ４｜＝｜ｆ２−ｆ５｜＝ｆ３
となるように設定されている。

上記送光信号Ｆ１、Ｆ２は光源駆動回路６に順に出力され、該光源駆動回路６は、これらの送光信号Ｆ１、Ｆ２に基づいて光源であるレーザーダイオード７を発光させ、送光レンズ２から測距光として測定対象物（反射鏡）２２に送光する。なお、送光レンズ２と受光レンズ３を図１で別々に記したが、光学系により同軸の構成としてもよい。例えば、送光レンズ２とハーフミラー１５の間に光路変更プリズムを設け、反射してきた測距光を光路変更し、アバランシェフォトダイオード８に導く構成を設ける。

該測距光が測定対象物で反射された反射光は、受光レンズ３を介して受光手段であるアバランシェフォトダイオード８で受光され、送光信号Ｆ１に対応する反射光は受光信号Ｆ１ａに変換され、送光信号Ｆ２に対応する反射光は受光信号Ｆ２ａに変換される。したがって、受光信号Ｆ１ａは周波数ｆ１信号に、受光信号Ｆ２ｂは周波数ｆ２の信号になっている。それと並行して、アバランシェフォトダイオード８には上記信号発生回路４からローカル信号Ｆ４及びローカル信号Ｆ５が順に入力され、上記受光信号Ｆ１ａに対して該ローカル信号Ｆ４がミキシングされ、上記受光信号Ｆ２ａに対して該ローカル信号Ｆ５がミキシングされる。

受光信号Ｆ１ａ・Ｆ２ａに対してローカル信号Ｆ４・Ｆ５がそれぞれミキシングされると、受光信号Ｆ１ａは、受光信号Ｆ１ａの周波数（ｆ１）とローカル信号Ｆ４の周波数（ｆ４）との差分の周波数（｜ｆ１−ｆ４｜＝ｆ３）を有する低周波の受光信号ｆ１ｂに変換され、受光信号Ｆ２ａは、受光信号Ｆ２ａの周波数（ｆ２）とローカル信号Ｆ５の周波数（ｆ５）との差分の周波数（｜ｆ２−ｆ５｜＝ｆ３）を有する低周波の受光信号Ｆ２ｂに変換される。

次に、これらの受光信号Ｆ１ｂ・Ｆ２ｂは同調回路９に出力される。該同調回路９は受光信号Ｆ１ｂ・Ｆ２ｂから周波数ｆ３の成分を抽出して自動利得制御回路１０に出力する。該自動利得制御回路１０は、受光信号Ｆ１ｂ・Ｆ２ｂの信号レベルを、増幅器及び波形整形器の入力レベル−位相特性が平坦になり、且つ増幅器が飽和しない適正なレベルに調節して増幅器１１に出力する。増幅器１１で増幅された受光信号Ｆ１ｂ・Ｆ２ｂは波形成形器１２と整流器１３とに出力される。波形整形器１２では入力された受光信号Ｆ１ｂ・Ｆ２ｂの波形を正弦波から矩形波に整形して位相比較回路１４に出力し、該位相比較回路１４は波形整形器１２からの受光信号Ｆ１ｂ・Ｆ２ｂの位相と信号発生回路４からの上記位相比較信号Ｆ３の位相とを比較して位相差を求める。ＣＰＵ５は該位相差に基づいて測定対象物までの距離を算出する。一方、整流器１３は入力された受光信号Ｆ１ｂ・Ｆ２ｂを直流電圧に変換してＣＰＵ５に出力する。該整流器１３の出力する電圧は増幅器１１に入力される受光信号Ｆ１ｂ・Ｆ２ｂのレベルに比例するので、整流器１３の出力電圧が所定の範囲内の値になるように、ＣＰＵ５が自動利得制御回路１０に自動利得制御信号Ｆ６が出力されると増幅器１１に出力される受光信号のレベルが上記適正なレベルに調節される。

ところで、上記レーザーダイオード７と送光レンズ２との間にはハーフミラー１５が光軸に対して所定角度傾けた姿勢で配設されている。該ハーフミラー１５は、レーザーダイオード７からの光を反射及び透過する。ハーフミラー１５を透過した光は測距光として測定対象物に送光される。一方、ハーフミラー１５で反射された光はミラー１７で反射されて、参照光としてアバランシェフォトダイオード８に照射されるようにセットされている。

ハーフミラー１５の近傍には、測距光又は参照光の光路上に択一的に切替えるシャッタ１６が設けられている。シャッタ１６を参照光の光路上に位置させると参照光は遮断され、レーザーダイオード７からの光はハーフミラー１５を透過し送光レンズ２を通って測定対象物に測距光として送光される。そして反射した測距光はアバランシェフォトダイオード８に受光される。

次に、シャッタ１６を変位させて測距光の光路上に位置させると、測距光は遮断され、レーザーダイオード７からの光は、ハーフミラー１５で反射され、ミラー１７で更に反射されてアバランシェフォトダイオード８に受光され参照光として用いられる。シャッタ１６は、ＣＰＵ５からの信号を受けたモータ駆動回路１８の制御によりシャッタモータ（例えばステッピングモータ）１９の動力で変位する。シャッタ１６は交互に測距光の光路上及び参照光の光路上に位置するように制御されるので、波形整形器１２からは反射光から得られる受光信号と内部光路からの参照光から得られる受光信号とが位相比較回路１４に交互に出力される。

位相比較回路１４は反射光から得られる受光信号の位相と信号発生回路４からの位相比較信号Ｆ３の位相とを比較して位相差を求め、該位相差に基づいてＣＰＵ５が測定対象物までの距離を算出する。このとき、上記参照光から得られる受光信号の位相と信号発生回路４からの位相比較信号Ｆ３の位相との位相差が、機械内部で生じる誤差を消去するために用いられる。

尚、２１は光波距離計１の外壁に設けられたキーボード部であり、光波距離計１の作動について各種設定等を行なう。また、２２は光波距離計１の作動用電源であり、２３は測定データを記憶するメモリである。

本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 光波距離計
４ 信号発生回路
７ レーザーダイオード
８ アバランシェフォトダイオード
１０ 自動利得制御回路

Claims (1)

1. 送光信号に基づいて光源を発光させて得た測距光を測定対象物に送光する送光手段と、測距光が測定対象物で反射された反射光を受光して受光信号に変換する受光手段と、該受光信号のレベルを調節する信号レベル調節手段と、光源の発光位相である上記送光信号の位相と上記受光信号の位相との位相差から測定対象物までの距離を計算する距離計算手段とを備えた光波距離計において、
   上記受光手段にローカル信号を入力し、該受光手段により受光信号に対してローカル信号をミキシングして受光信号をより低周波の信号に変換することを特徴とする光波距離計。

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