JP2011112542A - Electro-optical distance meter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターゲットに向けて測距光を送光し、ターゲットで反射してきた測距光を受光し、送光した測距光と受光した測距光との位相差からターゲットまでの距離を測定する光波距離計に関する。 The present invention transmits distance measuring light toward the target, receives the distance measuring light reflected by the target, and determines the distance to the target from the phase difference between the transmitted distance measuring light and the received distance measuring light. The present invention relates to a light wave distance meter to be measured.
従来の光波距離計として、下記特許文献1に記載されたものを図7に示す。この光波距離計は、測距光Lを発する発光部dと、周波数の異なる複数の基準信号を発生する発振部aと、複数の基準信号から1つの基準信号を選択する周波数選択部bと、選択された基準信号Kにより発光部dから発する測距光Lを変調する変調部cと、発光部dから発した測距光Lが測点に設置された図示しないターゲットで反射して戻って来たときに測距光Lを受光して測距信号Mに変換する受光部eと、基準信号Kと測距信号Mとの位相差を測定してターゲットまでの距離を算出する計数器fとを備える。この際、周波数の異なる基準信号Kから得た各測定値を総合してターゲットまでの距離が算出される。
FIG. 7 shows a conventional optical distance meter described in
また、発光部dからの測距光Lは、光路切換器gにより、ターゲットへ向かう測距光Lと、光波距離計内部のミラーi1、i2で反射して受光部eに至る参照光路hを進む参照光Rとに切換えられる。参照光路hを経て受光部eに入射した参照光Rから変換された参照信号Sも計数器fで基準信号Kとの位相差を測定し、この位相差からも距離を算出して、この距離によって測距信号Mから算出された距離の補正が行われる。 Further, the distance measuring light L from the light emitting part d is reflected by the distance measuring light L toward the target by the optical path switch g and the reference light path h which is reflected by the mirrors i1 and i2 inside the lightwave distance meter and reaches the light receiving part e. It is switched to the reference light R that advances. The reference signal S converted from the reference light R incident on the light receiving unit e through the reference light path h is also measured by the counter f with respect to the reference signal K, and the distance is also calculated from this phase difference. Thus, the distance calculated from the distance measurement signal M is corrected.
通常、測定値の安定性を上げるために、光路切換器gにより、参照光R、測距光L、参照光R、測距光Lと順番に出射して、多数回の距離測定を行い、平均値を得ていた。 Usually, in order to increase the stability of the measured value, the optical path switch g emits the reference light R, the distance measuring light L, the reference light R, and the distance measuring light L in order, and performs a number of distance measurements. The average value was obtained.
従来の光波距離計においては、基準信号Kとしては、数十MHz以下の周波数が使用されていたが、近年の光波距離計においては、測定精度を上げるため、基準信号Kとして、従来より高い周波数まで使用するようになってきた。周波数選択部bから出力される基準信号Kの周波数を高くすると、基準信号Kは、静電結合や電磁結合や電磁波放射等によって、受光部eから計数器fまでの間の回路へノイズとして入り込み、ターゲットまでの距離を往復することなく計数器fに入力されてしまい、これによってサイクリックエラーと呼ぶ誤差を生じるという問題が起き易くなってきた。 In a conventional lightwave distance meter, a frequency of several tens of MHz or less was used as the reference signal K. However, in recent lightwave distance meters, a higher frequency than the conventional frequency is used as the reference signal K in order to increase measurement accuracy. Have come to use until. When the frequency of the reference signal K output from the frequency selection unit b is increased, the reference signal K enters the circuit between the light receiving unit e and the counter f as noise due to electrostatic coupling, electromagnetic coupling, electromagnetic wave radiation, or the like. The distance to the target is input to the counter f without going back and forth, and this causes a problem of causing an error called a cyclic error.
下記特許文献1では、このようなサイクリックエラーを防止した光波距離計についても開示している。以下に、この光波距離計について説明する。
The following
図8は、この光波距離計のブロック図である。この光波距離計10は、ターゲット8に向けて測距光Lを出射する発光部(発光ダイオード)dと、基準信号Kを発生する基準信号発生器12と、基準信号Kにより発光部dから出射する測距光Lを変調する変調器14と、測距光Lがターゲット(プリズム)8で反射して戻って来たときに測距光Lを受光して測距信号P、Prを発生させる受光部(ホトダイオード)eと、測距信号P、Prを増幅する増幅器16と、測距信号P、Prを用いて距離を算出する距離算出部18を備えている。ただし、Pは基準信号K正転時、Prは基準信号K反転時の各測距信号である。
FIG. 8 is a block diagram of this light wave distance meter. The
基準信号発生器12は、安定した周波数の基本信号を発生する水晶発振器20と、基本信号を逓倍又は分周して得られる複数の周波数から適切な周波数の基準信号Kを選択する周波数選択器22からなる。
The
変調器14は、CPU26から位相反転信号Tが送られてこないときには(T=0)、基準信号Kによって測距光Lを変調し、CPU26から位相反転信号T(T=1)が送られてきたときには、位相反転させた基準信号−Kによって測距光Lを変調するようになっている。このため、この変調器14は、変調トランジスタ(スイッチ素子)28と、この変調トランジスタ28の通電を制御するXOR回路(排他的論理和回路)30からなり、具体的には、変調トランジスタ28のベースがXOR回路30の出力端に接続されている。そして、変調トランジスタ28のコレクタに発光部dが接続され、XOR回路30には、周波数選択器22からの基準信号Kと、CPU26からの位相反転信号Tが入力されるようになっている。
When the phase inversion signal T is not sent from the CPU 26 (T = 0), the
CPU26から位相反転信号T(T=1)をXOR回路30に送ると、周波数選択器22からの高レベル信号(1)は、低レベル(0)に位相反転されてXOR回路30から出力され、周波数選択22からの低レベル信号(0)は、高レベル(1)に位相反転されてXOR回路30から出力される。
When the
CPU26から位相反転信号TをXOR回路30に送らないと(T=0)、周波数選択器22からの高レベル信号(1)は、高レベル(1)のままXOR回路30から出力され、周波数選択器22からの低レベル信号(0)は、低レベル(0)のままXOR回路30から出力される。こうして、位相反転信号Tの有無により、位相反転しない基準信号K又は位相反転された基準信号−Kのいずれかによって、発光部dから発する光は変調される。
If the phase inversion signal T is not sent from the
発光部dから出射された測距光Lは、光路切換器gによって、ターゲット8へ向かう測距光路jを進む測距光Lと、光波距離計10内部の参照光路hを経て受光部eへ導かれる参照光Rに切換えられる。参照光路hは、発光部dから受光部eへ導くミラーi1、i2から構成される。受光部eで参照光Rから変換された参照信号Sは、基準信号Kと測距信号P、Prとの位相差の補正のために用いられる。
The distance measuring light L emitted from the light emitting part d is sent to the light receiving part e through the distance measuring light L traveling on the distance measuring optical path j toward the
距離算出部18は、変調器14から送られて来る基準信号K、−Kと、増幅器16から送られて来る測距信号P、Prとの位相差を測定する位相比較器24と、この位相差からターゲット8までの距離を算出するCPU26を備えている。
The
この光波距離計10では、光路切換器gによる切換と、CPU26からの位相反転信号Tにより、基準信号Kで変調した参照光R、基準信号Kで変調した測距光L、位相反転した基準信号−Kで変調した測距光R、位相反転した基準信号−Kで変調した参照光Lを、この順番で繰り返して発光部dから出射し、多数回の距離測定を行い、多数の測定値を平均して距離を算出する。
In this
それでは、この光波距離計10でノイズを除去して距離測定ができる原理を図9に基づいて説明する。まず、最初に、基準信号Kによって変調した参照光Rを出射し、続いて基準信号Kによって変調した測距光Lを出射する。このとき、受光部eで得られる測距信号Pは、真の測距信号MにノイズNが加わったものとなる。この測距信号Pと基準信号Kとの位相差θpを位相比較器24で測定し、CPU26に記憶する。この位相差θpは、CPU26によって、参照光Rから得られる参照信号Sと基準信号Kとの位相差を用いて補正される。
Now, the principle that distance can be measured by removing noise with this
次に、位相反転した基準信号−Kによって変調した測距光Lを出射し、続いて位相反転した基準信号−Kによって変調した参照光Rを出射する。 Next, the ranging light L modulated by the phase-inverted reference signal -K is emitted, and then the reference light R modulated by the phase-inverted reference signal -K is emitted.
このとき、受光部eで得られる測距信号Prは、真の測距信号Mを位相反転した反転測距信号MrにノイズNが加わったものである。この測距信号Prと位相反転した基準信号−Kとの位相差θrを位相比較器24で求め、CPU26に記憶する。この位相差θrも、参照光Rから得られる参照信号Sと位相反転された基準信号−Kとの位相差によって補正される。
At this time, the ranging signal Pr obtained by the light receiving unit e is obtained by adding noise N to the inverted ranging signal Mr obtained by inverting the phase of the true ranging signal M. A phase difference .theta.r between the distance measurement signal Pr and the phase-inverted reference signal -K is obtained by the
そして、CPU26は、前記2つの位相差θpとθrとの平均値θtを求め、この平均値θtから、ターゲット8までの距離を算出する。
The
図9から解るように、測距信号Prと位相反転した基準信号−Kとの位相差θrは、測距信号Prを位相反転させた信号−Prと基準信号との位相差に等しくなる。そして、測距信号Pと測距信号Prを位相反転した信号−Prとを平均すると、ノイズN成分がうち消し合って、両者の平均測距信号Ptは、真の測距信号Mにほとんど一致する。したがって、前記2つの位相差θpとθrの平均値θtの位相誤差が極めて小さくなるので、サイクリックエラーを大幅に減少させることができる。 As can be seen from FIG. 9, the phase difference θr between the distance measurement signal Pr and the reference signal −K whose phase is inverted is equal to the phase difference between the signal −Pr whose phase is inverted and the reference signal. When the ranging signal P and the signal -Pr obtained by inverting the phase of the ranging signal Pr are averaged, the noise N component disappears, and the average ranging signal Pt of both of them almost coincides with the true ranging signal M. To do. Therefore, since the phase error of the average value θt of the two phase differences θp and θr becomes extremely small, the cyclic error can be greatly reduced.
ところで、前記特許文献1に開示された光波距離計においては、近年では基準信号Kが高周波化されており、XOR回路30の位相遅れにより、基準信号Kを位相反転させても完全に180°位相が反転するのではなく、実際には180°より小さな位相角、普通は170°程度しか位相変化しないため、サイクリックエラーを完全に除去しきれないという問題があった。
By the way, in the optical distance meter disclosed in
この問題について、さらに詳細に説明する。図10に、基準信号K正転時の真の参照信号S、ノイズNが加わった実際の参照信号U、真の測距信号M、ノイズNが加わった実際の測距信号Pの各ベクトルを示す。図11に、基準信号K反転時の真の参照信号Sr、実際の参照信号Ur、真の測距信号Mr、実際の測距信号Prの各ベクトルを示す。図12に、基準信号K正転時の各ベクトルU、P、S、M、Nと、基準信号K反転時の各ベクトルUr、Pr、Sr、Mr、Nを、SrとS、MrとMが一致するように回転させたベクトルUr’、Pr’、N’を重ねた図を示す。 This problem will be described in more detail. FIG. 10 shows respective vectors of the true reference signal S at the time of normal rotation of the reference signal K, the actual reference signal U to which noise N is added, the true ranging signal M, and the actual ranging signal P to which noise N is added. Show. FIG. 11 shows vectors of the true reference signal Sr, the actual reference signal Ur, the true ranging signal Mr, and the actual ranging signal Pr when the reference signal K is inverted. FIG. 12 shows the vectors U, P, S, M, and N when the reference signal K is rotated forward, and the vectors Ur, Pr, Sr, Mr, and N when the reference signal K is inverted, as Sr and S, Mr and M. FIG. 8 shows a diagram in which vectors Ur ′, Pr ′, and N ′ rotated so as to coincide with each other are superimposed.
ただし、参照信号U、Urと測距信号P、Prは、それぞれ、参照光Rによる測距値Dr、測距光Lによる測距値Dlに対応する。そして、参照信号U、Ur’の平均と測距信号P、Pr’の平均の間の位相差は、表示する測距値に対応する。この表示する測距値は、
{(P+Pr’)/2}−{(U+Ur’)/2}
={(P-U)+(Pr’−Ur’)}/2
と変形できるから、基準信号K正転時の測距値と反転時の測距値を平均しても、同じ結果が得られる。後述する本発明では、この方法を用いている。
However, the reference signals U and Ur and the ranging signals P and Pr correspond to the ranging value Dr by the reference light R and the ranging value Dl by the ranging light L, respectively. The phase difference between the average of the reference signals U and Ur ′ and the average of the distance measurement signals P and Pr ′ corresponds to the distance value to be displayed. This displayed distance value is
{(P + Pr ′) / 2} − {(U + Ur ′) / 2}
= {(P−U) + (Pr′−Ur ′)} / 2
Therefore, the same result can be obtained by averaging the distance measurement value at the time of normal rotation of the reference signal K and the distance measurement value at the time of inversion. This method is used in the present invention described later.
さて、参照光Rによる測距値Dr、測距光Lによる測距値Dlは、それぞれ次式から求まる。ただし、λは測距波長、Asは参照信号Sの振幅、ψsは参照信号Sの位相、AnはノイズNの振幅、ψnはノイズNの位相、Apは測距信号Pの振幅、ψpは測距信号Pの位相である。
Dr={λ/(2π)}tan−1{(As・sinψs+An・sinψn)/(As・cosψs+An・cosψn)} (1)
Dl={λ/(2π)}tan−1{(Ap・sinψs+An・sinψn)/(Ap・cosψs+An・cosψn)} (2)
Now, the distance measurement value Dr by the reference light R and the distance measurement value Dl by the distance measurement light L are obtained from the following equations, respectively. Where λ is the ranging wavelength, As is the amplitude of the reference signal S, ψs is the phase of the reference signal S, An is the amplitude of the noise N, ψn is the phase of the noise N, Ap is the amplitude of the ranging signal P, and ψp is the measurement This is the phase of the distance signal P.
Dr = {λ / (2π)} tan −1 {(As · sinψs + An · sinψn) / (As · cosψs + An · cosψn)} (1)
Dl = {λ / (2π)} tan −1 {(Ap · sinφs + An · sinφn) / (Ap · cosφs + An · cosφn)} (2)
ここで、Dl−Drから測距値が得られる。そこで、波長λを2m、参照信号Sの振幅を1、測距信号Pの振幅を0.01、ノイズの振幅を0.001、参照信号Sの位相を0°、測距信号Pの位相を180°として、基準信号K正転時及び基準信号K反転時の各測距値を計算し、それぞれノイズNが無いときの測距値と比較した測距誤差を計算し、その結果を図13に示す。参照信号Sと測距信号Pの位相差を180°にしているのは、測距誤差を最大にできるからである。これから、基準信号K正転時及び基準信号K反転時の各測距値を平均すると、基準信号K正転時及び基準信号K反転時の測距誤差が打ち消しあって、測距誤差が大幅に減ることが分かる。 Here, a distance measurement value is obtained from D1-Dr. Therefore, the wavelength λ is 2 m, the amplitude of the reference signal S is 1, the amplitude of the ranging signal P is 0.01, the amplitude of the noise is 0.001, the phase of the reference signal S is 0 °, and the phase of the ranging signal P is At 180 °, each distance measurement value at the time of forward rotation of the reference signal K and at the time of reversal of the reference signal K is calculated, and a distance measurement error compared with the distance measurement value when there is no noise N is calculated. Shown in The reason why the phase difference between the reference signal S and the distance measurement signal P is set to 180 ° is that the distance measurement error can be maximized. From this, when the distance measurement values at the time of the reference signal K forward rotation and the reference signal K inversion are averaged, the distance measurement errors at the time of the reference signal K forward rotation and the reference signal K inversion cancel each other, and the distance measurement error is greatly increased. You can see that it decreases.
しかし、実際には、XOR回路30では基準信号Kを完全に180°位相反転させることはできず、180°よりいくらか小さい位相角だけ変化させていた。以下、このような場合も位相反転と称する。そこで、基準信号Kが位相角(180−φ)°(ただし、0°<φ<180°、実際のφは10°程度であるが、今後、基準信号Kがさらに高周波化されると、φは増加する。)で反転した時、それぞれの参照信号Sr、測距信号Pr、ノイズN、反転後の基準信号K’の各ベクトルを図14に示す。そして、前記図12と同様に、基準信号K正転時の各ベクトルU、P、S、M、Nと、基準信号K反転時の各ベクトルを、SとSr、MとMrとは一致するように回転させたベクトルUr’、Pr’、N’を重ねた図を図15に示す。さらに、図13に示した測距誤差を求めたときと同じ条件で測距値を計算して、測距誤差を求め、その結果を図16に示す。図16からは、φ=0°のときは測距誤差が極めて小さいが、φが大きくなるほど測距誤差が大きくなることが分かる。すなわち、従来の光波距離計ではサイクリックエラーを完全に除去することができないという問題があった。
However, in actuality, the
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、光波距離計においてサイクリックエラーをさらに小さくすることを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said problem, and makes it a subject to make cyclic error still smaller in a light wave rangefinder.
上記の課題を解決するため請求項1に係る発明は、測距光を出射する発光部と、前記測距光を変調する変調器と、該変調器に基準信号を送る基準信号発生器と、受光した測距光を測距信号に変換する受光部と、前記測距信号を用いて測点までの距離を算出する距離算出部とを備える光波距離計において、前記変調器は、前記発光部に接続されたスイッチ素子と、該スイッチ素子と前記基準信号発生器の間に介在させた2段の位相反転器からなり、各段の位相反転器それぞれに前記距離算出部からの位相反転信号が入力されるものであることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to
請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明において、前記位相反転器がXOR回路であり、前記スイッチ素子を制御する信号を出力する2段目XOR回路と、該2段目XOR回路に入力する信号を出力するとともに前記基準信号が入力される初段XOR回路を備えたことを特徴とする。
In the invention according to
請求項1に係る発明では、変調器は、発光部に接続されたスイッチ素子と、該スイッチ素子と基準信号発生器の間に介在させた2段の位相反転器からなり、各段の位相反転器それぞれに距離算出部からの位相反転信号が入力されるようになっている。これにより、初段位相反転器と2段目位相反転器をともに正転、初段位相反転器又は2段目位相反転器の一方を正転で他方を反転、初段位相反転器と2段目位相反転器をともに反転させて、3回の測定を行うことができる。すると、2回目の測定では、1回目の測定に対して、基準信号が90°〜180°の間の所定角位相変化し、3回目の測定では、1回目の測定に対して、前記所定角の2倍位相が変化する。1回目と2回目の測定の平均と、2回目と3回目の測定の平均と、さらに両平均の平均を採ることにより、ノイズ成分が打ち消し合って、サイクリックエラーを小さくできる。また、略完全に位相反転させた基準信号で変調できるようにした変調器よりも変調器を簡単に製造できて、本発明の光波距離計を安価に製造できる。
In the invention according to
請求項2に係る発明によれば、さらに、前記位相反転器がXOR回路であり、前記スイッチ素子を制御する信号を出力する2段目XOR回路と、該2段目XOR回路に入力する信号を出力するとともに前記基準信号が入力される初段XOR回路を備えたから、変調器が特に簡単な構成となって、本発明の光波距離計をいっそう安価に製造できる。
According to the invention of
以下、図面に基づいて、本発明の光波距離計の好ましい実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the lightwave distance meter of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、図1〜図4に基づいて、本発明の光波距離計の第1の実施例について説明する。図1のブロック図に示したように、この光波距離計では、基準信号発生器12と変調トランジスタ28との間に、位相反転器であるXOR回路30A、30Bが2段設けられており、これ以外は、図8に示した従来のものと同じである。そこで、従来と同じ部分には、図面で同じ符号を付すに止めて説明を省略する。もちろん、XOR回路30A、30Bは、1段では、完全に180°の位相反転はできず、180°よりいくらか小さい(180−φ)°の位相変化をさせるものである。ただし、0°<φ<90°とする。
First, based on FIGS. 1-4, the 1st Example of the light wave distance meter of this invention is described. As shown in the block diagram of FIG. 1, in this optical distance meter, two stages of
初段のXOR回路30Aは、CPU26からの位相反転信号TAにより、正転と反転とに切換えできる。同じく、2段目のXOR回路30Bも、位相反転信号TBにより、正転と反転とに切換えられできる。
The first stage of the
前記特許文献1に開示されたものでは、XOR回路30の正転と反転での2回測定を行い、その平均を測距値としたが、本実施例の場合、初段XOR回路30Aと2段目XOR回路30Bがともに正転、初段XOR回路30Aが反転(又は正転)で2段目XOR回路30Bが正転(又は反転)、初段XOR回路30Aと2段目XOR回路30Bがともに反転の3回の測定を行い、1回目と2回目の測定の平均と、2回目と3回目の測定の平均と、さらに両平均の平均を採ることにより測距値を得る。
In the device disclosed in
本実施例では、2回目の測定では、基準信号Kが1回目の測定に対して(180−φ)°位相が変化し(図14のK’参照)、3回目の測定では、基準信号Kが1回目の測定に対して2*(180-φ)°位相が変化する。3回目の測定について、図15と同様なベクトル図を描くと、図2のようになる。ただし、図2では、図面が煩雑になるのを防ぐため、ノイズN、反転させたノイズN’、再度反転させたノイズN”のみを表示している。3回目の測定では、ノイズN”が元のノイズNから2φ回転した位置になる。 In the present embodiment, in the second measurement, the phase of the reference signal K changes by (180−φ) ° with respect to the first measurement (see K ′ in FIG. 14), and in the third measurement, the reference signal K However, the 2 * (180-φ) ° phase changes with respect to the first measurement. For the third measurement, a vector diagram similar to FIG. 15 is drawn as shown in FIG. However, in FIG. 2, only the noise N, the inverted noise N ′, and the inverted noise N ″ are displayed to prevent the drawing from becoming complicated. In the third measurement, the noise N ″ is The position is rotated 2φ from the original noise N.
そこで、2回目の測定と3回目の測定について、図13に示した測距誤差を求めたときと同じ条件で測距値を計算する。そして2つの測距値の平均を取り、該平均のノイズが全く無いときに対する測距誤差を図3に示す。1回目の測定と2回目の測定について、測距値の平均のノイズが全く無いときに対する測距誤差は、図16に示したとおりである。そこで、1回目と2回目の測定の平均と、2回目と3回目の測定の平均と、さらに両平均の平均値を計算し、該平均値のノイズが全く無いときに対する測距誤差を図4に示す。図4から、φ=0°のときの測距誤差は極めて小さく、φ=45°でも測距誤差はまだ小さく、φが大きくなるとともに測距誤差が大きくなるが、φ<90°でも、従来のものより測距誤差を小さくできることが分かる。 Therefore, for the second measurement and the third measurement, distance measurement values are calculated under the same conditions as when the distance measurement error shown in FIG. 13 is obtained. Then, the average of the two distance measurement values is taken, and the distance measurement error when there is no noise of the average is shown in FIG. For the first measurement and the second measurement, the distance measurement error when there is no average noise of the distance measurement values is as shown in FIG. Therefore, the average of the first and second measurements, the average of the second and third measurements, and the average value of both averages are calculated, and the distance measurement error when there is no noise of the average value is shown in FIG. Shown in From FIG. 4, the distance measurement error when φ = 0 ° is extremely small, and the distance measurement error is still small even when φ = 45 °, and the distance measurement error increases as φ increases, but even when φ <90 °, It can be seen that the distance measurement error can be made smaller than that of the above.
このように、本実施例によれば、今後、基準信号Kが高周波化され、φが増加しても、1回目と2回目の測定の平均と、2回目と3回目の測定の平均と、さらに両平均の平均を採ることにより、ノイズNが互いに打ち消し合って、サイクリックエラーを小さくできる。また、略完全に位相反転させた基準信号Kで変調できるようにした変調器よりも、変調器14を簡単に製造できて、本発明の光波距離計を安価に製造できる。
Thus, according to this embodiment, even if the reference signal K is increased in frequency and φ increases in the future, the average of the first and second measurements, the average of the second and third measurements, Further, by taking the average of both averages, the noises N cancel each other, and the cyclic error can be reduced. Further, the
次に、本実施例の光波距離計の第2の実施例について詳細に説明する。図5は、この光波距離計のブロック図を示す。 Next, a second embodiment of the lightwave distance meter of this embodiment will be described in detail. FIG. 5 shows a block diagram of this light wave distance meter.
まず、発振器51で周波数F1の基準信号を発生させる。この周波数F1の基準信号は、分周部52に入力されるとともに、PLL55を介して、発振器56に入力される。分周部52は、周波数F1の基準信号を分周して、周波数F2及びF3の基準信号を発生する。この周波数F2及びF3の基準信号と周波数F1の基準信号とは、周波数重畳回路53を経て、初段XOR回路(位相反転器)30A及び2段目XOR回路(位相反転器)30Bを経て駆動回路(変調トランジスタ等のスイッチ素子)54へ入力される。駆動回路54の出力は負荷抵抗58を経て発光素子(発光部)61に供給される。発光素子61は、周波数F1、F2及びF3で変調された光を出射する。初段XOR回路30Aと2段目XOR回路30Bは、図示しないCPU(距離算出部)からの位相反転信号TA、TBによって位相反転する。
First, a reference signal having a frequency F 1 is generated by the
発振器56は、周波数F1といくらか異なる周波数F1+Δf1の局部発振信号を発生する。この周波数F1+Δf1の局部発振信号からは、周波数生成回路57で分周されて、周波数F2及びF3とそれぞれいくらか異なる周波数F2+Δf2及びF3+Δf3の局部発振信号も生成される。これらの周波数F1+Δf1、F2+Δf2及びF3+Δf3の局部発振信号は、後述するように、それぞれ周波数変換器82、85、88へ入力される。
発光素子61から出射された光は、ビームスプリッタ70で2つに分けられ、シャッター78を切換えることにより、一方が図示しない送光光学系から測距光として出射され、測点に設置された目標反射物(ターゲット)72までを往復する測距光路73を経て受光素子(受光部)80に入射し、他方が参照光として、光波距離計内部の参照光路76を経て受光素子80に入射する。測距光路73には、受光素子80の前に、受光光学系74と光量調整用の可変濃度フィルタ75が配置されている。参照光路76にも、受光素子80の前に光量減衰用の濃度フィルタ77が配置されている。
The light emitted from the
受光素子80から出力される測距信号は、増幅器81を経て3つに分けられ、一つ目は第1の周波数変換器82に入力され、2つ目は第2の周波数変換器85に入力され、3つ目は第3の周波数変換器88に入力される。
The ranging signal output from the
第1の周波数変換器82は、測距光路73を経た測距光又は参照光路76を経た参照光から得られた測距信号の周波数F1成分に、前述した周波数F1といくらか異なる周波数F1+Δf1の局部発振信号を乗算して、周波数Δf1の中間周波信号を発生させる。第2の周波数変換器85は、測距光路73を経た測距光又は参照光路76を経た参照光から得られた測距信号の周波数F2成分に、前述した周波数F2といくらか異なる周波数F2+Δf2の局部発振信号を乗算して、周波数Δf2の中間周波信号を発生させる。第3の周波数変換器88、測距光路73を経た測距光又は参照光路76を経た参照光から得られた測距信号の周波数F3成分に、前述した周波数F3といくらか異なる周波数F3+Δf3の局部発振信号を乗算して、周波数Δf3の中間周波信号を発生させる。
The
各周波数変換器82、85、88から出力された中間周波信号は、それぞれ、低域フィルタ83、86、89によって高周波成分が除去される。
各低域フィルタ83、86、89を経た中間周波信号は、それぞれA/D変換器84、87、90に入力される。そして、これらの中間周波信号は、図示しないCPU(距離算出部)に送られ、そこで初期位相及び振幅が求められる。各中間周波信号の初期位相が求まると、目標反射物72までの測距値が、参照光路76を経た参照光から得られた測距値で補正される。また、各中間周波信号の振幅も求まると、これらの振幅は可変濃度フィルタ75による光量調節に利用される。
The intermediate frequency signals output from the
The intermediate frequency signals that have passed through the low-
本実施例でも、変調器14を前記第1の実施例の変調器14と同様に構成しているため、前記第1の実施例と同じ効果を奏する。また、本実施例では、測距光Lを3つの周波数F1、F2及びF3で同時に変調するから、3つの周波数を切換えて変調する場合に比べて測定時間を短縮できる。
Also in this embodiment, since the
ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、光波距離計以外にも、光波距離計を内蔵したトータルステーション等、光波距離計を内蔵する測量機の全てに適用可能である。また、更にXOR回路数を増やして測定値を平均することにより、測距誤差を低減できる場合は、XOR回路を増やしてもよい。さらに、位相反転器は、前記実施例のようにXOR回路30A、30Bを用いる必要はなく、基準信号に対して90°以上で180°以下の位相変化させることができる適宜位相反転器を使用することができ、例えば、図6に示したように、否定回路(NOT回路)31B、32Bとスイッチ31A、32Aから構成することもできる。
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. For example, the present invention can be applied to all surveying instruments including a light wave distance meter, such as a total station including a light wave distance meter, in addition to the light wave distance meter. Further, when the distance measurement error can be reduced by further increasing the number of XOR circuits and averaging the measured values, the number of XOR circuits may be increased. Further, the phase inverter does not need to use the
8 ターゲット
10 光波距離計
12 基準信号発生器
14 変調器
26 CPU(距離算出部)
28 変調トランジスタ(スイッチ素子)
30A、30B XOR回路(位相反転器)
d 発光部
e 受光部
K 基準信号
T、TA、TB 位相反転信号
8 Target 10
28 Modulation transistor (switch element)
30A, 30B XOR circuit (phase inverter)
d emitting portion e light receiving portion K reference signals T, T A, T B phase inversion signal
Claims (2)
前記変調器は、前記発光部に接続されたスイッチ素子と、該スイッチ素子と前記基準信号発生器の間に介在させた2段の位相反転器からなり、各段の位相反転器それぞれに前記距離算出部からの位相反転信号が入力されるものであることを特徴とする光波距離計。 A light emitting unit that emits distance measuring light; a modulator that modulates the distance measuring light; a reference signal generator that transmits a reference signal to the modulator; and a light receiving unit that converts the received distance measuring light into a distance measuring signal; In a lightwave distance meter comprising a distance calculation unit that calculates a distance to a measurement point using the distance measurement signal,
The modulator includes a switching element connected to the light emitting unit, and a two-stage phase inverter interposed between the switching element and the reference signal generator, and each of the phase inverters in each stage has the distance. A light wave distance meter, to which a phase inversion signal from a calculation unit is input.
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