JP2903220B2 - 光波距離計における測距方法 - Google Patents

光波距離計における測距方法

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JP2903220B2 JP1061037A JP6103789A JP2903220B2 JP 2903220 B2 JP2903220 B2 JP 2903220B2 JP 1061037 A JP1061037 A JP 1061037A JP 6103789 A JP6103789 A JP 6103789A JP 2903220 B2 JP2903220 B2 JP 2903220B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光波距離計における測距方法に関する。
(従来の技術) 従来、切換器により内部光路と測定光路を交互に切り
換え、光源から内部光路を通って検出器に入射する内部
光と光源から測定光路を通って検出器に入射する測定光
の位相をそれぞれ少なくとも2つの変調周波数の光につ
いて順次求め、内部光と測定光の位相差から目標点まで
の測距を行なう光波距離計による測距方法が知られてい
る。
これを更に詳細に説明すると、第4図に示すように、
内部光の位相測定Aと測定光の位相測定Bとを切換器の
切換えにより順次行なう場合、例えば3つ(F1、F2
F3、F1>F2>F3とする)の変調周波数の光を用い、内部
光の位相測定Aは、変調周波数F3、F2及びF1の順序で、
測定光の位相測定Bは変調周波数F1、F2、及びF3の順序
で行なう。(同図中、1、2、3はそれぞれ変調周波数
F1、F2、F3で測定した値を示す。) 各変調周波数における測定では、例えば1万回測定し
て平均値を求める。測距データD1、D2、D3、D4、D5は、
内部光路から測定光路への切換器による切り換えの前後
に行なわれる周波数F1、F2、F3の内部光の位相測定と周
波数F1、F2、F3の測定光の位相測定とから求める。(同
図中 は測距データD1、D2…D5が得られるタイミングを示
す。) 以上の測距方法によれば、距離計の電気回路の時間に
余り関係しない定数の変化等によるドリフトを打ち消す
ことができる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、内部光と測定光の位相は前記光路の切
り換えにより測定するので、同時に行なわれない。その
ため、この測定時間差によるドリフトは完全に打ち消さ
れず、正確な測定値が得られない。これは、特に光波距
離計の電源をオンした後、装置が十分に暖まった状態に
至る前に測定したような場合に顕著に生じる。
本発明は、従来のこのような測距方法の課題を解決す
ることをその目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、上記の目的を達成するために、請求項1に
記載されているとおり、切換器により、内部光路から測
定光路或いは測定光路から内部光路に交互に切り換え、
光源から内部光路を通って検出器に入射する内部光の位
相を、光源から測定光路を通って検出器に入射する測定
光の位相を、それぞれ少なくとも2つの変調周波数の光
について順次繰り返し測定して、各変調周波数の内部光
と測定光の位相差から目標点までの測距値を求める光距
離計の測距方法において、前記切換器による切換の直前
及び直後では最大変調周波数の内部光及び測定光の位相
測定を行なうとともに、第k回目の切換(Sk;k=1〜n
の奇数)直前の最大変調周波数の内部光から、第k+2
回目の切換(Sk+2)直前の最大変調周波数より1つ手前
の変調周波数の内部光までの内部光及び測定光の位相を
測定して、測距データ(Dk)を求め、第k+1回目の切
換(Sk+1)直前の最大変調周波数の測定光から、第k+
3回目の切換(Sk+3)直前の最大変調周波数より1つ手
前の変調周波数の測定光までの内部光及び外部光の位相
を測定して、測距データ(Dk+1)を求め、前記測距デー
タ(Dk)、(Dk+1)から測距値を求めることを特徴とす
る。
また、請求項2に記載されているとおり、切換器によ
り、内部光路から測定光路或いは測定光路から内部光路
に交互に切り換え、光源から内部光路を通って検出器に
入射する測定光の位相を、それぞれ少なくとも2つの変
調周波数の光について順次測定して、各変調周波数の内
部光と外部光の位相差から目標点までの測距値を求める
光距離計の測距方法において、前記切換器による切換の
直前及び直後には最大変調周波数の内部光と測定光の位
相測定を行なうとともに、初めの切換の前の少なくとも
2つの変調周波数の内部光の初めから第2回目の切換の
直前の最大変調周波数より1つ手前の変調周波数の測定
光までの内部光及び測定光の位相を測定して測距データ
(D1)を求め、第2回目以後の切換では、最大変調周波
数だけの内部光及び測定光の位相の測定を繰返し行な
い、第2回目の切換の前及び後の最大変調周波数の測定
光及び内部光の位相を測定して測距データ(D2)を求
め、第3回目以降の切換では、切換え毎に切換前後の最
大変調周波数の内部光及び測定光の位相を測定して測距
データ(D3〜Dn)を求め、前記測距データ(D1〜Dn)か
ら目標点までの測距値を求めることを特徴とする。
(作用) 請求項1記載の発明の構成によれば、第k回目の切換
後における最大変調周波数の測定光の位相測定に対する
最大変調周波数の内部光の位相測定が第k回目の切換前
と第k+1回目の切換後において行なわれ、また、第k
+1回目の切換後における最大変調周波数の内部光の位
相測定に対する最大変調周波数の測定光の位相測定が、
第K+1回目の切換前と第k+2回目の切換後において
行なわれるので、測定光の位相測定に対する内部光の位
相測定の測定時間差または内部光の位相測定に対する測
定光の位相測定の測定時間差は、内部光又は測定光の位
相が平均化されることにより実質的に少なくなり、その
ため、測定時間差によるドリフトが少なくなり、また、
切換の前後で最大変調周波数の測定光及び内部光の位相
測定を2回行なうので、それだけ、ドリフトの影響が平
均化即ち平滑化でき、従来の方法より正確な測距値が得
られる。また、同じ時間内に得られる測距データD1〜Dn
の量が従来の方法に比べて約2倍になるので、測距デー
タから求めた測距値は、ドリフトの影響が平均化され、
誤差が少なくなる。このことは、測定誤差を同じにする
と、測距時間が短縮化されるともいえる。請求項2記載
の発明によれば、初めの切換の前の少なくとも2つの変
調周波数の内部光の初めから第2回目の切換の直前の最
大変調周波数より1つ手前の変調周波数の測定光までの
内部光及び測定光の位相を測定して測距データ(D1)を
求め、第2回目の切換以後の切換では、最大変調周波数
だけの内部光及び測定光の位相の測定を繰返し行ない、
切換毎に切換前後の最大変調周波数の内部光及び測定光
の位相を測定して測距データ(D2〜Dn)を求め、前記測
距データ(D1〜Dn)から目標点までの測距値を求めるの
で、同じ時間い得られる、最大変調周波数の内部光及び
測定光の位相データについての測定回数が増え、その分
だけドリフトによる影響が平均化され、測距誤差が少な
くなる。この測距方法は、測量対象が高速度で移動する
場合に適している。
(実施例) 以下本発明の実施例を図面につき説明する。
第1図は、本発明の測距方法の実施例に使用する光波
距離計の原理図を示す。
同図において、1は例えばF1=15MHz、F2=1.5MHz、F
3=0.15MHzの3つの周波数の信号を出力する発振器で、
この発振器1の出力は変調器2に供給され、変調器2の
出力は例えばレーザダイオードの光源3に供給されるよ
うになっている。4は送受光用ミラー、5は対物レン
ズ、6は目標点に置かれた反射鏡、7は光の検出器、8
は切換器、9は位相計である。
次に、測距方法について説明すると、先ず、切換器8
を図示の位置にし、光源3から変調周波数F1=15MHzの
光を放射させ、この光を内部光として、光源3からプリ
ズム10、11、12を経て検出器7に至る内部光路を経て検
出器7に入射させ、この内部光の位相を位相計9で測定
する。(第2図中、Aは内部光の位相測定、iは周波数
F1で測定した値を示す。)次いで、切換器8を上方に移
動し、この変調周波数F1の光を測定光として、光源3か
らプリズム12、送受光用ミラー4、対物レンズ5、反射
鏡6、対物レンズ5及び前記ミラー4を経て検出器7に
至る測定光路を通って検出器7に入射させ、この測定光
の位相を位相計9で測定する。前記測定及びこの測定は
例えば5000回繰返し、その平均値を求める。その後、切
換器8はそのままにして変調周波数がF2=1.5MHz、F3
0.15MHz及びF1=15MHzの光を順次測定光路に通して測定
光の位相を測定する。この周波数F2及びF3での測定光の
位相測定は、それぞれ例えば1万回行ない、その平均値
を算出する。(第2図中Bは、測定光の位相測定2、3
は周波数F2、F3で測定した値を示す。)その後の周波数
F1での測定光の位相測定は前回同様5000回行なう。以上
の測定の後、再び切換器8を内部光路測に切換え、変調
周波数をF1、F2、F3及びF1の順序で変え、それぞれにつ
いて内部光の位相を測定する。各周波数での内部光の位
相測定は前と同じようにF1については5000回、F2、F3
ついては10000回行なう。測距データD1は、切換器8の
第1回目の切換えS1直前の周波数F1での内部光の位相測
定から切換器8の第3回目の切換えS3直前の周波数F1
の内部光の位相測定より1つ手前の周波数F3での内部光
の位相測定までの間に得られた内部光の位相値及び測定
光の位相値であり、該内部光の位相値と測定光の位相値
の差、即ち、内部光と測定光の位相差から測距値を求め
る。測距データD2は、切換器8の第2回目の切換えS2
前の最大変調周波数F1の測定光から、第4回目の切換え
S4の直前の最大変調周波数F1より1つ手前の変調周波数
F3の測定光までの間に得られた内部光の位相値及び測定
光の位相値であり、該内部光の位相値と測定光の位相値
の差、即ち、内部光と測定光の位相差から測距値を求め
る。測距データD3は、切換器8の第3回目の切換えS3
前の最大変調周波数F1の内部光から、第5回目の切換え
S5の直前の最大変調周波数F1より1つ手前の変調周波数
F3の内部光までの間に得られた内部光の位相値及び測定
光の位相値であり、該内部光の位相値と測定光の位相値
の差、即ち、内部光と測定光の位相差から測距値を求め
る。切換器8を更に繰り返して切換える(S6〜S9)こと
により、測距データD4〜D8が得られ、それぞれの測距デ
ータD4〜D8の内部光の位相値と測定光の位相値の差、即
ち位相差から測距値を求める。(第2図内、 は測距データD1〜D8が得られるタイミングと測距データ
を得るのに使用する内部光の測定値と測定光の測定値の
関係を示している。) この測距方法を前記した上記の測距方法と比較してみ
ると、各周波数での内部光及び測定光の位相測定回数並
びに切換器8の切換回数を同じにした場合、従来の方法
に比べて測距データは2倍近くに増加する。
換言すれば、従来の方法と同量の測距データを得るに
は従来の方法の略半分の時間でよいことになる。
第3図は本発明の測距方法の他の実施例の説明図であ
る。
この測距方法では、第3図示のように、初めに変調周
波数F1、F2、F3の内部光と測定光の位相測定を行なって
測距データD1を求め、以後は変調周波数F1のみについて
切換器8を切換えて順次内部光及び測定光の位相測定を
繰り返し行なう。すなわち、内部光路から測定光路への
切換器8の切換え及び測定光路から内部光路への切換器
の切換えの前後の変調周波数F1での内部光及び測定光の
位相測定を行い、これによって一定の時間内で多量の測
距データD2〜D15が得る。
この測距方法は測量対象が高速度で移動している場合
等に行なうのに好適である。
(発明の効果) 本発明は、請求項1記載の構成により、測定光の位相
測定に対する内部光の位相測定の測定時間差又は内部光
の位相測定に対する測定光の位相測定の測定時間差は、
内部光又は測定光の位相が平均化されることにより実質
的に少なくなり、そのため、測定時間差によるドリフト
が少なくなって、従来の方法より正確な測距値が得られ
る。また、従来の方法に比べて同じ時間に2倍近い測距
データが得られるから、従来の方法に比べて約2倍にな
り、それから求めた測距値はドリフトの影響が平均化さ
れることによって誤差が少なくなる。また、同じ測定精
度では、測距時間を短縮することができる。請求項2記
載の構成により、従来の方法に比べて同じ時間に最大変
調周波数についての測距データが多量に得られるので、
測距値が平均化され、測定時間差によるドリフトが少な
くなって、従来の方法より正確な測距値がえられ、同じ
測定精度では、測距時間を短縮することができる。ま
た、測量対象が高速度で移動している場合に好適であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の測距方法の実施に使用できる光波距
離計の1例の原理を示す線図、第2図及び第3図はそれ
ぞれ本発明の測距方法の実施例を説明するタイムチャー
ト、第4図は従来の測距方法を説明するタイムチャート
である。 A…内部光の位相測定 B…測定光の位相測定 S1〜S9…切換器8の切換

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】切換器により、内部光路から測定光路或い
    は測定光路から内部光路に交互に切り換え、光源から内
    部光路を通って検出器に入射する内部光の位相と、光源
    から測定光路を通って検出器に入射する測定光の位相
    を、それぞれ少なくとも2つの変調周波数の光について
    順次繰り返し測定して、各変調周波数の内部光と測定光
    の位相差から目標点までの測距値を求める光波距離計の
    測距方法において、前記切換器による切換の直前及び直
    後には最大変調周波数の内部光及び測定光の位相測定を
    行なうとともに、第k回目の切換(Sk;k=1〜nの奇
    数)直前の最大変調周波数の内部光から、第k+2回目
    の切換(Sk+2)直前の最大変調周波数より1つ手前の変
    調周波数の内部光までの内部光及び測定光の位相を測定
    して、測距データ(Dk)を求め、第k+1回目の切換
    (Sk+1)直前の最大変調周波数の測定光から、第k+3
    回目の切換(Sk+3)直前の最大変調周波数より1つ手前
    の変調周波数の測定光までの内部光及び測定光の位相を
    測定して、測距データ(Dk+1)を求め、前記測距データ
    (Dk)、(Dk+1)から測距値を求めることを特徴とする
    光波距離計における測距方法。
  2. 【請求項2】切換器により、内部光路から測定光路或い
    は測定光路から内部光路に交互に切り換え、光源から内
    部光路を通って検出器に入射する内部光の位相と、光源
    から測定光路を通って検出器に入射する測定光の位相
    を、それぞれ少なくとも2つの変調周波数の光について
    順次測定して、各変調周波数の内部光と外部光の位相差
    から目標点までの測距値を求める光波距離計の測距方法
    において、前記切換器による切換の直前及び直後では最
    大変調周波数の内部光と測定光の位相測定を行なうとと
    もに、初めの切換の前の少なくとも2つの変調周波数の
    内部光の初めから第2回目の切換の直前の最大変調周波
    数より1つ手前の変調周波数の測定光までの内部光及び
    測定光の位相を測定して測距データ(D1)を求め、第2
    回目以後の切換では、最大変調周波数だけの内部光及び
    測定光の位相の測定を繰返し行ない、第2回目の切換の
    前及び後の最大変調周波数の測定光及び内部光の位相を
    測定して測距データ(D2)を求め、第3回目以降の切換
    では、切換え毎に切換前後の最大変調周波数の内部光及
    び測定光の位相を測定して測距データ(D3〜Dn)を求
    め、前記測距データ(D1〜Dn)から目標点までの測距値
    を求めることを特徴とする光波距離計における測距方
    法。
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