JP3089332B2

JP3089332B2 - 光波距離計

Info

Publication number: JP3089332B2
Application number: JP04072308A
Authority: JP
Inventors: 政裕大石
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 2000-09-18
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH05232230A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力されたパルス信号
を減衰振動波形に変換するための変換手段を備えた光波
距離計に係わり、特に、光源部が、同調増幅回路に同調
した複数のパルスを発光し、同調増幅回路が出力振幅の
大きい減衰振動波形を発生させることにより、測定限界
距離が長く、高精度な測定を行うことのできる光波距離
計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のパルス方式の光波距離計は、外部
測距光路と内部参照光路を光チョッパーにより切り替え
ていた。光チョッパーが外部測距光路を選択すると、発
光源から射出された発光パルスは、測定対象物のコーナ
ーキューブで反射され、光波距離計内の受光素子で受光
パルスとして受光される。即ち、図７（ａ）に示された
発光パルスは、コーナーキューブで反射され、図７
（ｂ）に示す受光パルスとして受光される。そして従来
の光波距離計は、受光素子で変換された電気信号を同調
アンプで、図７（ｃ）に示す減衰振動波形に変換し、コ
ンパレータを使用して０Ｖに対するクロスポイントＸを
検出し、図７（ｄ）に示す受光タイミング信号を得る様
に構成されていた。外部測距光路における測定距離は、
発光ダイオードの発光から図７（ｄ）に示す受光タイミ
ング信号までの時間Ｔ₂を、光波距離計内の図７（ｈ）
に示す基準クロックを使用した粗測定及び精密内挿手段
による精密測定を利用して求め、粗測定と精密測定を組
み合わせることにより計測していた。

【０００３】光チョッパーにより内部参照光路が選択さ
れると、発光源から射出された発光パルスは、内部参照
光路を経由した後、受光素子で図７（ｅ）に示す受光パ
ルスとして受光される。そして受光素子で変換された電
気信号を同調アンプで、図７（ｆ）に示す減衰振動波形
に変換し、図７（ｇ）に示す受光タイミング信号を得る
ことができる。そして発光ダイオードの発光から図７
（ｇ）に示す受光タイミング信号までの時間Ｔ₁を得る
様になっていた。内部参照光路における距離も、外部参
照光路と同様の処理を行うことにより求められ、光波距
離計からコーナーキューブまでの距離は、外部測距光路
から内部測距光路における距離を減ずることにより求め
ていた。

【０００４】そして、光波距離計とコーナーキューブの
間には空気の揺らぎがあり、光波距離計が受光するパル
スは、図８（ａ）に示す様に、ａ１からａ２の様に変動
する。これに伴い、同調アンプからの減衰振動波形は、
図８（ｂ）に示す様に、ｂ１からｂ２に変動する。しか
しながら、減衰振動波形と０ＶとのクロスポイントＸ
は、減衰振動波形の波高値によらず一定である。このた
め、受信パルスを同調アンプにより減衰振動波形に変換
する方式は、受光パルスの変動に影響を受けないことに
なる。従って図８（ｃ）に示す様に、このクロスポイン
トＸを受信時刻として持つコンパレータ出力Ｃを受信タ
イミング信号として利用すれば、受光パルスの変動に影
響を受けない光波距離計を提供できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のパ
ルス方式の光波距離計は、粗測定距離と精密測定距離を
同時に測定するため、パルス光が測定対象物であるコー
ナーキューブから反射されて光波距離計本体に戻ってく
るまで、次にパルスを射出することができないという問
題点があった。即ち、図９（ａ）に示す様に、発光パル
スがＰ１、Ｐ２・・・の様に繰り返して発光していると
すると、距離Ｌ₁ に載置されたコーナーキューブから反
射したパルスの光波距離計の受光パルスは、図９（ｂ）
に示すＦＰ１となる。この時の粗測定距離及び精密測定
距離を利用して距離Ｌ₁ を一意的に求めることはできる
が、更にコーナーキューブが遠いＬ₂ の位置にあった場
合には、光波距離計の受光パルスは、図９（ｃ）に示す
ＦＰ２となり、受光パルスＦＰ２が発光パルスＰ１の反
射光であるか、発光パルスＰ２の反射光であるか、判定
することができないという問題点があった。

【０００６】即ち受光パルスがＦＰ２の場合には、コー
ナーキューブまでの距離がＬ₂ であるか、Ｌ₂ダッシュ
であるか、判定することができないのである。このため
パルス方式の光波距離計は、発光パルスの間隔が、光波
距離計の測定可能限界距離をパルス光が往復する時間間
隔より長くなければならないという制限があった。

【０００７】通常のパルス方式の光波距離計の測定可能
距離は、２０Ｋｍ程度であるため、発光パルスの繰り返
し周波数ｆｐは

【０００８】ｆｐ＝２＊（２０Ｋｍ／Ｃ）（Ｈ
ｚ）但し、Ｃ＝光速＝７.５ＫＨｚ

【０００９】となる。従って一般的なパルス方式の光波
距離計の発光パルスの繰り返し周波数は、数百Ｈｚから
５ＫＨｚ程度に選択されている。

【００１０】そして、この発光パルスの繰り返し周波数
の制限を回避するために、粗測定距離観測時と精密測定
距離観測時での発光パルスの発光間隔を変えて、別々に
測定する方法が考えられるが、測定時間がかかるという
問題点がある上、コーナーキューブが移動している場合
には、粗測定距離観測値と精密測定距離観測値の組合せ
を行う時に、誤差を生じて実用的でなかった。

【００１１】更に精密測定値の精度向上の観点からする
と発光パルスのパルス幅は、狭い方が望ましい。しかし
ながら光源として利用しているパルスレーザーダイオー
ドは、非常に小さな発光デューティでしか使用すること
ができない。一般的に、同調アンプの周波数特性の制限
から発光パルス幅は１０ｎＳＥＣ程度となっている。発
光パルスの繰り返し周波数を５ＫＨｚとすると、発光の
デューティＤｐは、

【００１２】Ｄｐ＝１０ｎＳＥＣ／（１／５ＫＨｚ）＝０.００５％

【００１３】となる。

【００１４】測定精度を高めるために、より狭いパルス
を用いることも可能であるが、更に発光デューティが小
さくなってしまう。ところが、パルスレーザーダイオー
ドの発光デューティの最大定格は、０.１％程度となっ
ている。

【００１５】そして小さい発光デューティの条件下で
は、発光パルス光のピークパワーは、絶対最大定格を越
える使用が可能な場合も有り得るが、

【００１６】「発光ピークパワー」＊「パルス幅」＝一定

【００１７】という関係が成立しないパルスレーザーダ
イオードが殆どであり、発光ピークパワーの向上はそれ
ほど期待できなかった。

【００１８】即ち、従来のパルスタイプの光波距離計
は、発光パルスの発光周波数を高くして繰り返しによる
平均効果を高めて精度向上を図ることが困難であり、発
光パルスの幅を狭くしなければならないという制約か
ら、光源として使用しているパルスレーザーダイオード
の発光特性を有効に利用することができないという問題
点があった。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、パルス的に発光する光源部と、この
光源部からの光を測定対象物に対して送出するための光
学手段と、この測定対象物からの反射光を受光し、電気
信号の受信パルスに変換するための受光手段と、この受
光手段で変換された受信パルスを減衰振動波形に変換す
るための同調増幅手段と、この同調増幅手段で変換され
た減衰振動波形から、受信タイミング信号を形成するた
めの受信タイミング検出手段と、前記光源部の発光から
前記受信タイミング信号までの時間差により、測定対象
物との距離を測定するための距離測定手段とからなる光
波距離計において、前記光源部が、前記同調増幅回路で
同調される複数のパルスを発光する様に構成されてい
る。

【００２０】また本発明は、パルス的に発光する光源部
と、この光源部からの光を測定対象物に対して送出する
ための光学手段と、この測定対象物からの反射光を受光
し、電気信号の受信パルスに変換するための受光手段
と、この受光手段で変換された受信パルスを減衰振動波
形に変換するための同調増幅手段と、この同調増幅手段
で変換された減衰振動波形のスレッシュレベルに対する
クロスポイントを検出し、受信タイミング信号を形成す
るための受信タイミング検出手段と、前記光源部からの
発光から前記受信タイミング信号の時間差から測定対象
物までの距離を測定するための距離測定手段とからなる
光波距離計において、前記受信タイミング検出手段が、
前記減衰振動波形から検出された複数のクロスポイント
のうち、少なくとも２個以上のクロスポイントを受信タ
イミング信号とする様に構成され、前記光源部は、前記
同調増幅回路で同調される複数のパルスを発光する様に
構成されている。

【００２１】そして本発明は、パルス的に発光する光源
部が、光源が発光する時間をＴとし、光源の発光と発光
の間に存在する光源が発光しない時間をＴ₂ とした時、

【００２２】Ｔ₂＝（２ｎ＋１）Ｔ（ｎは整数）

【００２３】の関係に構成することもできる。

【００２４】更に本発明は、光源が発光する時間と、光
源の発光と発光の間に存在する光源が発光しない時間と
が同一時間Ｔとする構成にすることもできる。

【００２５】

【作用】以上の様に構成された本発明は、光源部が、同
調増幅回路に同調した複数のパルスを発光し、光学手段
が、光源部からの光を測定対象物に対して送出し、受光
手段が、この測定対象物からの反射光を受光し、電気信
号の受信パルスに変換する様になっている。そして同調
増幅手段が、受光手段で変換された受信パルスを減衰振
動波形に変換し、受信タイミング検出手段が、受信タイ
ミング信号を形成する様になっている。また距離測定手
段が、光源部の発光から前記受信タイミング信号までの
時間差により、測定対象物との距離を測定する様になっ
ている。

【００２６】更に本発明は、受信タイミング検出手段
が、同調増幅手段で変換された減衰振動波形のスレッシ
ュレベルに対するクロスポイントを検出し、検出された
複数のクロスポイントのうち、少なくとも２個以上のク
ロスポイントを受信タイミング信号とする様になってい
る。

【００２７】そして本発明は、光源が発光する時間をＴ
とし、光源の発光と発光の間に存在する光源が発光しな
い時間をＴ₂ とした時、

【００２８】Ｔ₂＝（２ｎ＋１）Ｔ（ｎは整数）

【００２９】の関係で、光源部がパルス的に発光する様
にすることもできる。

【００３０】そしてＴ＝Ｔ₂ の関係で、光源部がパルス
的に発光する様にすることもできる。

【００３１】

【実施例】

【００３２】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００３３】第１図に示す様に本実施例の光波距離計
は、レーザダイオード１と、コンデンサレンズ２と、コ
ンデンサレンズ３と、一対の分割プリズム４１、４２
と、光路切り替えチョッパ５と、内部光路６と、ＡＰＤ
７１と、光ファイバー８と、プリズム９と、対物レンズ
１０から構成されている。そして、コーナキューブ１１
は、光波距離計本体から離れた位置に配置される測定対
象物に該当するものであり、光パルスを反射する機能を
有している。

【００３４】レーザダイオード１とコンデンサレンズ２
１、２２と発光側光ファイバー８１と分割プリズム４１
とプリズム９と対物レンズ１０とが光学手段に該当す
る。

【００３５】レーザダイオード１は光源部に該当するも
ので、本実施例のレーザダイオード１はパルスレーザダ
イオードが採用されており、比較的大きなピークパワー
を持ち、デューティ比が０.０１％程度のパルス波を発
生させることができる。光路切り替えチョッパ５は光束
を切り替えるものである。受光素子７は受光手段に該当
するものであり、レーザダイオード１から発射されたパ
ルス光線を受光できる素子であれば足りる。

【００３６】分割プリズム４１は、第１のハーフミラー
４１１と第２のハーフミラー４１２とから構成されてお
り、分割プリズム４２は、第１のハーフミラー４２１と
第２のハーフミラー４２２とからなっている。光ファイ
バー８は、発光側光ファイバー８１と受光側光ファイバ
ー８２とから構成されている。

【００３７】発光パルス列が、レーザダイオード１から
発射されると、コンデンサレンズ２１、２２により発光
側光ファイバー８１の入力端８１ａに結合される。発光
側光ファイバー８１の出力端８１ｂから射出された発光
パルス列は、分割プリズム４１に送られる。分割プリズ
ム４１の第１のハーフミラー４１１を透過したパルス列
は、光路切り替えチョッパ５を介して、外部測距光路に
射出可能となっている。分割プリズム４１の第１のハー
フミラー４１１で反射され、更に第２のハーフミラー４
１２で反射されたパルス列は、光路切り替えチョッパ５
を介して、内部測距光路６に射出可能となっている。光
路切り替えチョッパ５は、内部測距光路６と外部測距光
路を切り替えるためのものである。従って、光路切り替
えチョッパ５が外部測距光路を選択した場合には、パル
ス列はプリズム９で反射された後、対物レンズ１０によ
り外部に射出される。

【００３８】対物レンズ１０から射出されたパルス列
は、コーナキューブ１１で反射され、再び対物レンズ１
０で受光されプリズム９に送られる。受光されたパルス
列は、プリズム９で反射されて分割プリズム４２に送ら
れ、分割プリズム４２の第１のハーフミラー４２１を透
過した受信パルス光は、受光側光ファイバー８２の受光
端８２ａに結合される。

【００３９】なお光路切り替えチョッパ５が内部測距光
路６を選択した場合には、発光パルス列は、内部測距光
路６を通って分割プリズム４２に送られる。そして光パ
ルス列は、分割プリズム４２に内蔵された第１のハーフ
ミラー４２１と第２のハーフミラー４２２で反射され、
受光側光ファイバー８２の受光端８２ａに結合される様
になっている。

【００４０】そして受光側光ファイバー８２の射出端８
２ｂから射出された光パルス列は、コンデンサレンズ３
１、３２によりＡＰＤ７１に結合する様になっており、
受光素子７で電流パルスに変換される様になっている。

【００４１】次に本実施例の電気回路の構成を詳細に説
明する。

【００４２】（第１の実施例）

【００４３】図１に示す第１実施例は、水晶発信器１０
０と第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０と第２
の分周器１３０とタイミング回路１４０とレーザダイオ
ード１とレーザダイオードドライバー１５０とＡＰＤ７
１と同調アンプ１６０と受信タイミング検出回路１７０
とカウンタ１８０とピークホールド回路１９０とレベル
判定回路２００と、バンドパスフィルタ２１０とサンプ
ルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０と切換器２３０とＡＤコン
バータ３００とメモリ４００とＣＰＵ５００とから構成
されている。

【００４４】水晶発振器１００は、基準信号発生手段の
１つであり、１５ＭＨｚの基準信号を発生させている。
この基準信号は、第１の分周器１１０とシンセサイザー
１３０とバンドパスフィルタ２１０とカウンタ１８０と
に供給されている。第１の分周器１１０に供給された基
準信号は、第１の分周器１１０で１／１００に分周され
て１５０ＫＨｚとなりシンセサイザー１３０に送られ
る。シンセサイザー１３０は、第１の分周器１１０から
供給された１５０ＫＨｚと水晶発振器１００から供給さ
れた１５ＭＨｚで１５.１５ＭＨｚを作り、第２の分周
器１３０に送出する様になっている。第２の分周器１３
０は、シンセサイザー１３０から供給された１５.１５
ＭＨｚを１／５０に分周して３０３ＫＨｚを作り、タイ
ミング回路１４０に送る様になっている。なお、第１の
分周器１１０、第２の分周器１３０、シンセサイザ１２
０の出力信号は、２値化の信号である。

【００４５】タイミング回路１４０は、レーザダイオー
ドドライバー１５０に対してパルスレーザー発光タイミ
ング信号を送出し、更にタイミング回路１４０は、減衰
振動波形のピークホールド回路１９０に対してリセット
信号を送出する様になっている。なお、コンデンサチャ
ージ信号、パルスレーザー発光タイミング信号及びピー
クホールド回路１９０に対するリセット信号は、共に３
０３０Ｈｚで繰り返される信号である。

【００４６】そしてレーザダイオードドライバー１５０
は、タイミング回路１４０のパルスレーザー発光タイミ
ング信号に従って、レーザダイオード１をパルス的に駆
動するものである。

【００４７】ここでレーザダイオードドライバー１５０
を詳細に説明する。ここで、コンデンサチャージ信号を
ＣＳとし、ピークホールド回路１９０に対するリセット
信号をＲＳとし、パルスレーザー発光タイミング信号Ｐ
Ｓとする。

【００４８】まず図３に基づいて、ピークホールド回路
１９０に対するリセット信号ＲＳ、コンデンサチャージ
信号ＣＳ、パルスレーザー発光タイミング信号ＰＳに対
するレーザダイオードドライバー１５０の動作を説明す
る。

【００４９】レーザダイオードドライバー１５０は、第
１のトランジスタ１５０１と、第２のトランジスタ１５
０２と、第３のトランジスタ１５０３と、コイル１５０
４と、第１のダイオード１５０５と、第２のダイオード
１５０６と、第１のコンデンサ１５０７と、第２のコン
デンサ１５０８と、遅延回路１５１０とから構成されて
いる。レーザダイオードドライバー１５０には、コンデ
ンサチャージ信号ＣＳ、パルスレーザー発光タイミング
信号ＰＳの順で信号が入力される。

【００５０】そしてコンデンサチャージ信号ＣＳは、Ｈ
ｉｇｈの間に第１のトランジスタ１５０１をＯＮとし、
コイル１５０４に電流Ｉ_L を流す様になっている。コン
デンサチャージ信号ＣＳがＬＯＷとなると、コイル１５
０４に蓄えれたエネルギーが、整流用の第１のダイオー
ド１５０５を介して第１のコンデンサ１５０７に電荷と
して蓄えられ、同様に第２のダイオード１５０６を介し
て第２のコンデンサ１５０８に電荷として蓄えられる。
その後、パルスレーザー発光タイミング信号ＰＳが、第
２のトランジスタ１５０２と遅延回路１５１０に送られ
る。第２のトランジスタ１５０２と第３のトランジスタ
１５０３は、アバランシェ・トランジスタである。第２
のトランジスタ１５０２は、パルスレーザー発光タイミ
ング信号ＰＳを受けて、第２のコンデンサ１５０８に蓄
えられた電荷をレーザダイオード１に流してパルス光を
発光させる様になっている。一方、遅延回路１５１０
は、パルスレーザー発光タイミング信号ＰＳを一定時間
遅らせ、第３のトランジスタ１５０３に対して、遅延し
たパルスレーザー発光タイミング信号ＰＳを送る様にな
っている。第３のトランジスタ１５０３は、遅延したパ
ルスレーザー発光タイミング信号ＰＳの入力により、第
１のコンデンサ１５０７に蓄えられた電荷をレーザダイ
オード１に流してパルス光を発光させる様になってい
る。

【００５１】この遅延回路１５１０は、図３（ｂ）に示
す様に、第２のトランジスタ１５０２による第１発光パ
ルス終了から、第３のトランジスタ１５０３による第２
発光パルスの発光を、時間Ｔ₂ だけ遅らせるものであ
り、本実施例では、

【００５２】Ｔ₁＝Ｔ₂＝Ｔ₃

【００５３】となる様に設定している。そして２つのパ
ルス光による発光列は、３０３０Ｈｚで繰り返す様にな
っている。

【００５４】レーザーダイオード１から発射された光パ
ルスは、光学系を通過しＡＰＤ７１で受光される。この
ＡＰＤ７１は受光素子７の１つであり、ｐｎ接合に深い
バイアスを加えてナダレ増倍を誘起させ、利得を得るこ
とのできるダイオードである。ＡＰＤ７１は、内部参照
光路を通った光パルスと、外部測距光路を通った光パル
スを受光する。ＡＰＤ７１により光パルスは、電流パル
ス列の電気信号に変換され、同調アンプ１６０に送られ
る。

【００５５】同調アンプ１６０は、ＡＰＤ７１から入力
された電流パルス列を電圧信号に変換し、減衰振動波形
に変換すると共に、反転増幅を行うものである。同調ア
ンプ１６０で形成された減衰振動波形は、受信タイミン
グ検出回路１７０とピークポールド回路１９０に供給さ
れる。

【００５６】この同調アンプ１６０は、中心周波数ｆ₀
が

【００５７】ｆ₀ ＝１／（Ｔ₁＋Ｔ₂）

【００５８】となっており、同調回路のＱを適度（例え
ばＱ＝５程度）に設定することにより、図４（ａ）の単
発パルスに対し、図４（ｂ）の様な減衰振動波形を出力
するためのものである。

【００５９】更に、図４（ｄ）に示す様なパルス幅と、
等しい間隔を有する

【００６０】Ｔ₁＝Ｔ₂＝Ｔ₃

【００６１】のパルス列に対して、同調アンプ１６０の
出力は、図４（ｄ）に示すパルス列の第１パルスｄ１に
よる減衰振動波形（図４（ｅ））と、第２パルスｄ２に
よる減衰振動波形（図４（ｆ））との和である図４
（ｇ）に示す波形となり、図４（ａ）の数倍の減衰振動
波形が得られるという卓越した効果がある。

【００６２】受信タイミング検出回路１７０は図１に示
す様に、第１のコンパレータ１７１と第２のコンパレー
タ１７２とワンショトバイブレータ１７３と立ち上がり
エッジ検出器１７４と立ち下がりエッジ検出器１７５と
から構成されている。第１のコンパレータ１７１は、ス
レッシュレベルＶ_S1 を有しており、図４（ｇ）の減衰
振動波形のｇ１部分を捕らえて受光を確認し、スレッシ
ュレベル０Ｖを有する第２のコンパレータ１７２を一定
時間能動状態とする様になっている。そして第２のコン
パレータ１７２は、減衰振動波形の０Ｖとのクロスポイ
ントであるｇ３及びｇ４の２箇所捕らえ、ｇ２の部分に
相当する幅を有する受信タイミング信号（図４（ｈ））
を出力する様になっている。

【００６３】また図４（ｇ）の減衰振動波形の場合に
は、ｇ２からｇ５の振幅が最大となるために、ｇ４の傾
斜が最も急となっており、誤差要因の影響を受けにく
い。従って受信タイミング信号は、図４（ｈ）の波形の
立ち下がり部を使用することとする。なおｇ５以降の波
形については、第２のコンパレータ１７２の能動状態は
終了しており、コンパレータは動作しない様になってい
る。

【００６４】そして第２のコンパレータ１７２の出力側
には、立ち上がりエッジ検出器１７４と立ち下がりエッ
ジ検出器１７５が接続されており、立ち上がりエッジ検
出器１７４の出力信号は第１のサンプルホールド回路２
２１に送られ、立ち下がりエッジ検出器１７５の出力信
号は第２のサンプルホールド回路２２２に送出する様に
なっている。なお減衰振動波形の０Ｖとのクロスポイン
トは、２箇所以上検出する構成としてもよい。

【００６５】受信タイミング検出回路１７０は、受信タ
イミング信号をサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とカ
ウンタ１８０に供給する様になっている。カウンタ１８
０は、タイミング回路１４０からのリセット信号により
リセットされており、受信タイミング信号までの時間を
水晶発振器１００からの１５ＭＨｚによりカウントする
様になっている。即ち、立ち上がりエッジ検出器１７４
の出力信号が、カウンタ１８０に供給される様になって
おり、カウンタ１８０が、立ち上がりエッジ検出器１７
４からの信号が入力されるまで、水晶発振器１００から
の１５ＭＨｚをカウントする様になっている。

【００６６】水晶発振器１００からバンドパスフィルタ
２１０に送られた１５ＭＨｚは正弦波となり、第１のサ
ンプルホールド回路２２１と第２のサンプルホールド回
路２２２に送出される。そして第１のサンプルホールド
回路２２１が、立ち上がりエッジ検出器１７４の出力信
号によりサンプルホールドし、第２のサンプルホールド
回路２２２が、立ち下がりエッジ検出器１７５の出力信
号によりサンプルホールドを行う様になっている。サン
プルホールド回路２２１と第２のサンプルホールド回路
２２２でサンプルホールドされた波形信号は切替器２３
０に送られ、切替器２３０はＣＰＵ５００からの切替信
号に従い、切り替えられる。切替器２３０により切り替
えられた波形信号は、ＡＤコンバータ３００でＡＤ変換
され、変換されたデジタルデータは予め定められたメモ
リ４００に記憶される様になっている。なおＡＤ変換が
終了すると、ＣＰＵ５００に対して変換終了信号を出力
する様になっている。

【００６７】また同調アンプ１６０からピークホールド
回路１９０に送られた減衰振動波形は、ピークホールド
回路１９０にピークホールドされ、減衰振動波形の波高
値に応じたＤＣレベル信号となり、レベル判定回路２０
０に送られる。レベル判定回路２００はピークホールド
回路１９０からの信号を受け、受光パルス列の光量がＡ
ＰＤ７１、同調アンプ１６０、受信タイミング検出回路
１７０が適正に動作する範囲であるか否かを判定し、そ
の結果をＣＰＵ５００に送る様になっている。ＣＰＵ４
３１は、レベル判定回路２００からの信号を受け、受光
パルス列の光量が適正値である場合のみ、カウンタ１８
０からのカウンタ値、及びＡＤコンバータ３００からの
データを採用する様になっている。

【００６８】更にピークホールド回路１９０は、タイミ
ング回路１４０からのリセット信号により発光パルス列
が発光される毎にリセットされるので、発光パルスの発
光毎に光量の判定を行うことができる。従って、光波距
離装置本体と測定対象物との間の空気の揺らぎ等が原因
の受光光量の変動による悪影響を最小限にすることがで
きる。

【００６９】水晶発振器１００から送出された１５ＭＨ
ｚを、バンドパスフィルタ２１０に通して得られた正弦
波と、レーザダイオード１の発光周波数３０３０Ｈｚと
は、少しずつずれている。このため図５（ａ）に示す様
に、受信タイミング信号とバンドパスフィルタ２１０に
通して得られた正弦波との位相関係も同様に少しずつず
れている。この位相ずれ量は、

【００７０】（１／３０３０Ｈｚ）／（１／１５ＭＨｚ）＝４９５０＋（５０／１０１）

【００７１】となり、「５０／１０１」となる。

【００７２】各発光パルス列と、バンドパスフィルタ２
１０に通して得られた正弦波正弦波信号との位相関係
は、図５（ｂ）に示す様に、１０１回で１周期となる位
相関係になっており、１０２回目の発光パルス列は、１
回目と同じ位相関係となる様になっている。このため、
サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０の出力信号は、

【００７３】ｆ＝３０３０Ｈｚ／１０１＝３０Ｈｚ

【００７４】で１周期となり、図５（ｃ）に示す様に正
弦波とならないが、ＡＤ変換後にメモリ４００に記憶す
る段階で並べ替えを実行することにより、図５（ｄ）に
示す様に横軸をメモリ４００上のアドレス、縦軸をＡＤ
変換値データとした時に、正弦波状となるＡＤ変換デー
タを作ることができる。更に１０２回目以降の以降の発
光パルス列によるサンプルホールド及びＡＤ変換された
データは、３０Ｈｚの２周期目以降のデータとなるた
め、レベル判定回路２００の判定結果が適正であれば前
回までの周期のデータと加算し、後にデータの平均化処
理を行ってＡＤ変換データの精度を高めることができ
る。

【００７５】なお、第１のサンプルホールド回路２２１
によって得られたＡＤ変換データと、第２のサンプルホ
ールド回路２２２によって得られたＡＤ変換データを用
いて、それぞれのデータにフーリエ変換を施すことによ
り位相を求め、この値を平均する演算を行い、この平均
値を用いる様に構成されている。

【００７６】以上の様に実行されるレーザダイオード１
の発光から、ＡＤ変換されたデータのメモリ４００への
格納までの処理を、外部測距光路と内部参照光路につい
て行う。図５（ｄ）に示す様に、を内部参照光路によ
るＡＤ変換データとし、を外部測距光路のＡＤ変換デ
ータとすれば、２つの波形の位相差φが光路差に相当す
ることになる。各波形にフーリエ変換を施し、基本成分
波の位相情報を求め、その位相差から１０ｍ単位以下の
精密測定距離を求めることができる。なお、粗測定距離
についても、外部測距光路と内部参照光路におけるカウ
ンタ１８０のカウンター差から１０ｍの精度で求めるこ
とができる。そして粗測定距離と精密測定距離を組み合
わせることにより、光波距離計から測定対象物までの実
際の距離を求めることができる。これらの動作を行う構
成が距離測定手段に該当するものである。

【００７７】なお精密測定距離は、ＡＤ変換されたデー
タ値に対してフーリエ変換を施して基本波成分の位相を
求めているので、サンプルホールドされる波形は必ずし
も図６（ａ）に示す正弦波である必要はなく、図６
（ｂ）の積分波や図６（ｃ）の三角波等であってもよ
い。同様にバンドパスフィルタ２１０に代えて、ローパ
スフィルタを採用することもできる。

【００７８】以上の様に構成された第１の実施例は、第
１のサンプルホールド回路２２１によって得られたＡＤ
変換データと、第２のサンプルホールド回路２２２によ
って得られたＡＤ変換データを用いて、それぞれのデー
タにフーリエ変換を施すことにより位相を求め、この値
を平均する様に構成されているので、受信タイミング検
出回路１７０の第２のコンパレータ１７２のオフセット
を除去することができるという卓越した効果がある。

【００７９】（第２の実施例）

【００８０】次に図２に基づいて第２の実施例を説明す
る。第１の実施例では、第１のサンプルホールド回路２
２１と第２のサンプルホールド回路２２２の２個のサン
プルホールド回路を使用しており、第１のサンプルホー
ルド回路２２１が、立ち上がりエッジ検出器１７４の出
力信号によりサンプルホールドし、第２のサンプルホー
ルド回路２２２が、立ち下がりエッジ検出器１７５の出
力信号によりサンプルホールドを行う様になっている。
そしてサンプルホールド後の信号を切替器２３０により
切り替えている。

【００８１】第２の実施例はサンプルホールド回路２２
０を１個だけ用い、立ち上がりエッジ検出器１７４の出
力信号と、立ち下がりエッジ検出器１７５の出力信号と
を切替器２３０により切り替え、切り替えられた出力信
号をサンプルホールド回路２２０に送出する様に構成さ
れている。

【００８２】第２の実施例は、立ち上がりエッジと立ち
下がりエッジを測定するに当り、同一の減衰振動波形に
ついては実施できないという短所はあるが、短時間で交
互に測定すれば第１の実施例と同様な作動を行わせるこ
とができるという効果がある。なお、その他の構成、動
作は第１の実施例と同様であるから説明を省略する。

【００８３】なお上記実施例では、発光パルス列を構成
する光パルス数は２個としたが、３個以上の光パルス列
によって構成してもよく、この場合には、減衰振動波形
の出力振幅が更に大きくなるという効果がある。そして
受信タイミング検出回路１７０は、減衰振動波形の最大
傾斜部分を捕らえる様に構成することが望ましい。

【００８４】更に上記実施例では、図４（ｇ）の減衰振
動波形のｇ４の部分のみを受信タイミングとして用いて
いるが、ｇ３、ｇ６の様な、他の０Ｖとのクロスポイン
トを受信タイミングに使用してもよい。そして、ｇ４に
より得られたデータと平均化操作を行うことにより、受
信タイミング検出回路１７０の第２のコンパレータ１７
２のスレッシュレベルのドリフトを除去することができ
る上、平均化効果により測定精度を向上させることがで
きるという効果がある。

【００８５】

【効果】以上の様に構成された本発明は、パルス的に発
光する光源部と、この光源部からの光を測定対象物に対
して送出するための光学手段と、この測定対象物からの
反射光を受光し、電気信号の受信パルスに変換するため
の受光手段と、この受光手段で変換された受信パルスを
減衰振動波形に変換するための同調増幅手段と、この同
調増幅手段で変換された減衰振動波形から、受信タイミ
ング信号を形成するための受信タイミング検出手段と、
前記光源部の発光から前記受信タイミング信号までの時
間差により、測定対象物との距離を測定するための距離
測定手段とからなる光波距離計とからなる光波距離計に
おいて、前記光源部が、前記同調増幅回路で同調される
複数のパルスを発光する様に構成されているので、従来
の光波距離計に比較して、出力振幅が数倍程度の大きい
減衰振動波形を得ることができ、測定距離限界を伸ばす
ことができる上、測定精度を高めることができるという
効果がある。

【００８６】更に、複数のパルスを発光するので、発光
源に使用するパルスレーザー等の最大定格を越えること
なく、発光特性を最大限に利用することができるという
効果がある。

【００８７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。

【図３】本実施例のレーザダイオードドライバーの構成
を示す図である。

【図４】本実施例の受信タイミング信号の検出を説明す
る図である。

【図５】本実施例の位相差測定を説明する図である。

【図６】本実施例のサンプルホールドされる波形を説明
する図である。

【図７】従来の光波距離計の原理を説明する図である

【図８】従来の光波距離計の受光パルスを説明する図で
ある

【図９】従来の光波距離計の受光パルスを説明する図で
ある

【符号の説明】

１レーザダイオード２コンデンサレンズ３コンデンサレンズ４１分割プリズム４２分割プリズム５光路切り替えチョッパ７１ＡＰＤ８光ファイバー９プリズム１０対物レンズ１１コーナーキューブ１６０同調アンプ１７０受信タイミング検出回路１７１第１のコンパレータ１７２第２のコンパレータ１７３ワンショットバイブレータ１７４立ち上がりエッジ検出器１７５立ち下がりエッジ検出器１８０カウンタ１９０ピークホールド回路２２０サンプルホールド回路２３０切換器３００ＡＤコンバータ４００メモリ５００ＣＰＵ１０００演算処理手段

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/64 G01S 17/00 - 17/95 G01S 15/00 - 15/96

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス的に発光する光源部と、この光源
部からの光を測定対象物に対して送出するための光学手
段と、この測定対象物からの反射光を受光し、電気信号
の受信パルスに変換するための受光手段と、この受光手
段で変換された受信パルスを減衰振動波形に変換するた
めの同調増幅手段と、この同調増幅手段で変換された減
衰振動波形から、受信タイミング信号を形成するための
受信タイミング検出手段と、前記光源部の発光から前記
受信タイミング信号までの時間差により、測定対象物と
の距離を測定するための距離測定手段とからなる光波距
離計において、前記光源部が、前記同調増幅回路で同調
される複数のパルスを発光する様に構成されていること
を特徴とする光波距離計。
【請求項２】パルス的に発光する光源部と、この光源
部からの光を測定対象物に対して送出するための光学手
段と、この測定対象物からの反射光を受光し、電気信号
の受信パルスに変換するための受光手段と、この受光手
段で変換された受信パルスを減衰振動波形に変換するた
めの同調増幅手段と、この同調増幅手段で変換された減
衰振動波形のスレッシュレベルに対するクロスポイント
を検出し、受信タイミング信号を形成するための受信タ
イミング検出手段と、前記光源部からの発光から前記受
信タイミング信号の時間差から測定対象物までの距離を
測定するための距離測定手段とからなる光波距離計にお
いて、前記受信タイミング検出手段が、前記減衰振動波
形から検出された複数のクロスポイントのうち、少なく
とも２個以上のクロスポイントを受信タイミング信号と
する様に構成され、前記光源部が、前記同調増幅回路で
同調される複数のパルスを発光することを特徴とする光
波距離計。
【請求項３】パルス的に発光する光源部が、光源が発
光する時間をＴとし、光源の発光と発光の間に存在する
光源が発光しない時間をＴ₂ とした時、Ｔ₂＝（２ｎ＋１）Ｔ（ｎは整数）の関係になっている請求項１〜２記載の光波距離計。
【請求項４】光源が発光する時間と、光源の発光と発
光の間に存在する光源が発光しない時間とが同一時間Ｔ
となっている請求項１〜３記載の光波距離計。