JP3141143B2 - 光学的遅延手段を有する光波距離計 - Google Patents

光学的遅延手段を有する光波距離計

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JP3141143B2
JP3141143B2 JP04072310A JP7231092A JP3141143B2 JP 3141143 B2 JP3141143 B2 JP 3141143B2 JP 04072310 A JP04072310 A JP 04072310A JP 7231092 A JP7231092 A JP 7231092A JP 3141143 B2 JP3141143 B2 JP 3141143B2
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パルス方式の光波距離
計に係わり、特に、光波距離計内の光路に光学的遅延手
段を備えることにより、光源の発光時に発生する誘導ノ
イズを回避して、直線性誤差の少ない光波距離計に関す
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、間欠
的にしか発光できないが、ピークパワーの非常に大きい
パルスレーザーダイオードを用い、被測定物であるコー
ナーキューブから反射してきたエコーパルスを受信し、
光パルスの受信時間から距離を測定していた。そして従
来の光波距離計は、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おり、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、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様になっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の光波距離計は、数十nSECのパルス幅と数十Wの
ピークパワーを有するパルスレーザーダイオードを使用
しており、このパルスレーザーダイオードを駆動するた
めには、パルス幅数十nSECでピーク電流が20〜4
0Aが必要であった。
【0004】この急峻で大きな電流変化は、非常に大き
な誘導ノイズを発生させ、この誘導ノイズが光波距離計
内の受光回路に影響を及ぼし、測定距離に誤差を生じる
という問題点があった。
【0005】この誘導ノイズを低減させるためには、パ
ルスレーザーダイオードや駆動回路のシールドや、光波
距離計内の回路配置に工夫をすることが考えられる。し
かしながら発光ダイオードを使用した連続変調タイプの
光波距離計の駆動電流が、100mAから200mAで
あるのに対して、パルス方式の光波距離計は100倍以
上の電流が流れ、その対策は極めて困難であった。
【0006】更に光波距離計は屋外で使用することが多
く、小型軽量化が強く求められており、このため、誘導
ノイズの発生源であるパルスレーザーダイオードや駆動
回路と、受信回路を接近せざるを得ず、誘導ノイズ対策
は困難を極めている。
【0007】
【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、前記光
源部の発光から該受光手段の受信パルスの受信までの時
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
定手段とからなり、内部参照光路を備えた光波距離計に
おいて、前記光源部の発光パルス幅をT1 とし、発光パ
ルスが、前記光源部から前記受光手段の受光素子までの
内部参照光路を通過する時間をT2 としたとき、
【0008】T1 < T2
【0009】とするための光学的遅延手段を、前記光源
部と該光源部からの光を測定対象物に対して送出するた
めの光学手段との間の光路に形成したことを特徴として
いる。
【0010】そして本発明は、受光手段に、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
めの同調増幅手段が接続されている場合には、T1 を、
光源部の発光パルス幅に代えて、同調増幅手段による誘
導ノイズの持続時間とすることもできる。
【0011】更に本発明は光学的遅延手段を光ファイバ
ーにすることもできる。
【0012】
【発明の実施の形態】以上の様に構成された本発明は、
光源部がパルスを発光し、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。また距離測定手段が、光源部か
らの発光から受光手段の受信パルスの受信までの時間差
から測定対象物までの距離を測定する様になっている。
そして、光源部の発光パルス幅をT とし、発光パル
スが、前記光源部から前記受光手段の受光素子までの内
部参照光路を通過する時間をT とすれば、前記光源
部と該光源部からの光を測定対象物に対して送出するた
めの光学手段との間の光路に形成された光学的遅延手段
が、T < T となる様にすることができる。
【0013】また本発明は、減衰振動波形に変換するた
めの同調増幅手段が採用されている場合には、T1 を、
光源部の発光パルス幅に代えて、同調増幅手段による誘
導ノイズの持続時間とすることができる。
【0014】更に本発明は光学的遅延手段を光ファイバ
ーにすることもできる。
【0015】
【実施例】
【0016】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
【0017】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、遅延用光ファイバー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。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】遅延用光ファイバー8は光学的遅延手段の
1つであり、遅延用光ファイバー8には、モード分散を
防止するためにGIファイバを採用することが望まし
い。
【0021】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。レーザダ
イオード1側と分割プリズム41の間は、発光側光ファ
イバー81と遅延用光ファイバー8で結ばれている。更
に分割プリズム42と受光素子7側との間は、受光側光
ファイバー82で結ばれている。なお本実施例では、発
光側光ファイバー81の一部が、遅延用光ファイバー8
を兼ねる様な構成となっている。
【0022】発光パルス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は、遅延用光ファイバー8と連設されて
いるので、光パルスは、遅延用光ファイバー8内を進行
し、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412で反
射されたパルスは、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、光パルスはプリ
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。
【0023】対物レンズ10から射出されたパルスは、
コーナキューブ11で反射され、再び対物レンズ10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。
【0024】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。
【0025】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。
【0026】次に本実施例の電気回路の構成を詳細に説
明する。
【0027】図1に示す様に本実施例は、水晶発信器1
00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APD71とアンプ
160と波形整形回路170と内挿回路2000と演算
回路3000とから構成されている。
【0028】水晶発振器100は基準信号発生手段の1
つであり、基準信号fSを発生させている。この基準信
号fS は、タイミング回路140と内挿回路2000に
供給される。
【0029】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fM を送出するためのものである。
【0030】そしてレーザダイオードドライバー150
は、パルスレーザー発光タイミング信号fM 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。
タイミング回路140は、内挿回路2000にもパルス
レーザー発光タイミング信号fM を供給している。
【0031】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、アンプ160に送られる。
【0032】アンプ160は、APD71から入力され
た信号を増幅するものであり、アンプ160の出力信号
は、波形整形回路170により二値化のディジタルデー
タに変換され、内挿回路2000に送られる。
【0033】内挿回路2000は、パルスレーザー発光
タイミング信号fM から、波形整形回路170の出力信
号までの時間を、水晶発振器100からの基準信号fS
により精密に測定するためのものである。この測定結果
は、演算回路3000に送る様に構成されている。
【0034】演算回路3000は、内挿回路2000が
計測した時間から、コーナーキューブ11までの距離を
演算する距離測定手段に該当するものである。
【0035】なお、この演算を外部部測距光路と内部参
照光路について行い精密測定距離を求めることができ
る。また粗測定距離についても、外部測距光路における
内挿回路2000内のカウンタを利用して求めることが
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。
【0036】次に、遅延用光ファイバー8について詳細
に説明する。この遅延用光ファイバー8は、レーザーダ
イオード1の発光パルス幅をT1 とし、発光パルスが、
レーザーダイオード1からAPD71までの内部参照光
路を通過する時間をT2 としたとき、
【0037】T1 < T2
【0038】とするためのものである。従って遅延用光
ファイバー8は、上記条件を満たすための長さの光ファ
イバーということになる。
【0039】図2に基づいて、この状態における誘導ノ
イズを詳細に説明する。図2(a)は、発光パルスを示
すものであり、図2(b)は、内部参照光路の場合のア
ンプ160の出力信号を示し、図2(c)は、外部測距
光路の場合のアンプ160の出力信号を示したものであ
る。図2(b)及び図2(c)には、図2(a)におけ
る発光時のドライブ電流による、誘導ノイズ及びが
信号に付加されている。
【0040】ところが、
【0041】T1 < T2
【0042】とすることにより、内部参照光路における
受信パルスと、外部測距光路における受信パルス
は、誘導ノイズ及びの影響を受けなくなる。従って
レーザーダイオード1の発光に伴う誘導ノイズの影響を
受けずに、コーナーキューブ11までの距離の測定を行
うことができる。
【0043】なお本実施例では、発光側光ファイバー8
1の一部が、遅延用光ファイバー8を兼ねる様な構成と
なっているが、受光側光ファイバー82の一部を遅延用
光ファイバー8に兼ねさせる構成にすることもできる。
更に、発光側光ファイバー81及び受光側光ファイバー
82の双方の一部を、遅延用光ファイバー8に兼ねさせ
る構成にすることも可能である。
【0044】またアンプ160が同調アンプの場合に
は、レーザーダイオード1の発光時のドライブ電流によ
る誘導ノイズは、図3(a)の様に減衰振動波形とな
る。従って図3(b)に示す様に、誘導ノイズの持続時
間をT1ダッシュとすれば、
【0045】T1ダッシュ > T1
【0046】となる場合がある。
【0047】この場合には、誘導ノイズの持続時間をT
1ダッシュを予め計測しておき、
【0048】T1ダッシュ < T2
【0049】とする様な遅延用光ファイバー8を挿入す
ることにより、図3(c)の様に誘導ノイズの影響を除
去することが可能となる。
【0050】
【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、前記光源部の発光から該受光手段の受信
パルスの受信まで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り、内部参照光路
を備えた光波距離計において、前記光源部の発光パルス
幅をT1 とし、発光パルスが、前記光源部から前記受光
手段の受光素子までの内部参照光路を通過する時間をT
2 としたとき、
【0051】T1 < T2
【0052】とするための光学的遅延手段を、前記光源
部と該光源部からの光を測定対象物に対して送出するた
めの光学手段との間の光路に形成したので、光源部の発
光に伴う誘導ノイズの影響を受けずに、距離の測定を行
うことができるという卓越した効果がある。
【0053】そして本発明は、減衰振動波形に変換する
ための同調増幅手段が採用されている場合には、T1
を、光源部の発光パルス幅に代えて、同調増幅手段によ
る誘導ノイズの持続時間とすることにより、光源部の発
光に伴う誘導ノイズの影響を除去することができるとい
う効果がある。
【0054】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成を示す図である。
【図2】誘導ノイズの除去状態を説明する図である。
【図3】アンプが同調アンプである場合を説明する図で
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 71 APD 8 遅延用光ファイバー 9 プリズム 10 対物レンズ 11 コーナーキューブ 100 水晶発振器 140 タイミング回路 150 レーザダイオードドライバー 160 アンプ 170 波形整形回路 2000 内挿回路 3000 演算回路
フロントページの続き (72)発明者 矢部 雅明 東京都板橋区蓮沼町75番1号 株式会社 トプコン内 (72)発明者 片山 康隆 東京都板橋区蓮沼町75番1号 株式会社 トプコン内 (72)発明者 越川 和重 東京都板橋区蓮沼町75番1号 株式会社 トプコン内 (56)参考文献 特開 昭57−147800(JP,A) 特開 平1−235889(JP,A) 特開 平2−181689(JP,A) 実開 平3−25182(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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、前記光源部
    の発光から該受光手段の受信パルスの受信までの時間差
    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
    段とからなり、内部参照光路を備えた光波距離計におい
    て、前記光源部の発光パルス幅をT とし、発光パル
    スが、前記光源部から前記受光手段の受光素子までの内
    部参照光路を通過する時間をT としたとき、 T < T とするための光学的遅延手段を、前記光源部と該光源部
    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
    との間の光路に形成したことを特徴とする光学的遅延手
    段を有する光波距離計。
  2. 【請求項2】 受光手段に、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
    段が接続されており、T が、光源部の発光パルス幅
    に代えて、前記同調増幅手段による誘導ノイズの持続時
    間とした請求項1記載の光学的遅延手段を有する光波距
    離計。
  3. 【請求項3】 光学的遅延手段が、光ファイバーである
    請求項1又は請求項2記載の光学的遅延手段を有する光
    波距離計。
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