JP3256859B2 - 光波距離計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変調光波を被測定物に
対して投射して、その反射変調光を受光することによ
り、被測定物までの距離を測定するための光波距離計に
係わり、特に、受光光量検出手段により受信パルスの受
信光量を検出し、この受光光量が、定められた複数の光
量レベルの何れかに属するかを判断し、この光量レベル
を考慮して距離データを演算する様に構成された光波距
離計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光波距離計は、特定の周波数で変
調された変調光を送光光学系から被測定物に向けて投射
し、被測定物からの反射変調光を受信光学系を介して受
光し、この反射変調光を受光素子で電気信号に変換し
て、発光時の位相と受光時の位相との位相差を時間差に
換算することにより、被測定物までの距離を測定してい
た。

【０００３】更にパルス方式の光波距離計は、発光素子
から周期的なパルス光を発光させ、このパルス光を送光
光学系を介して被測定物に向けて投射し、この反射パル
ス光を受光素子で電気信号に変換して、発光時の位相と
受光時の位相との位相差を時間差に換算することによ
り、被測定物までの距離を測定していた。

【０００４】ところで被測定物で反射された反射光は、
被測定物までの距離が変化すると、その反射光の光量も
変化する。従って光波距離計は、被測定物までの距離が
変化しても反射光量が一定となる様に、濃度フィルター
や網状減光部材等による光量減衰部材を、発光側や受光
側に配置して透過光量を可変させたり、発光素子の発光
光量を制御することにより、反射光の調整を行ってい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら被測定物
で反射された反射光は、大気等の外乱を受け、受光時に
は微小時間で激しく光量が変化している。特に、被測定
物までの距離が長い場合には、外乱の影響が大きくな
り、測定誤差が増大するという問題点があった。

【０００６】この外乱に対応するため、ある光量値に対
して設定レベルを設け、この設定レベル内の反射光を受
光素子で電気信号に変換して測定データとする方法や、
長距離測定の場合には、反射光の限界付近において、設
定レベルの下位の限界を低めに設定する方法を採用する
方法が考えられるが、この方法では、設定レベルから外
れた場合には測定データとして取り扱われず、測定デー
タが減少することにより、測定誤差が増大するという問
題点があった。

【０００７】更に受光素子により変換された電気信号を
増幅するためのアンプ等にも位相特性等による誤差が生
じており、単に測定データを増加させるために設定レベ
ルを広くすれば、累積誤差が増大する心配があった。

【０００８】そして長距離測定における反射光の限界付
近では、反射光の平均光量レベルが、発光側の平均光量
レベルと異なってしまうことがあり、これらも測定誤差
を引き起こす原因となっている。

【０００９】

【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
源部の発光から受信パルスの受信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、前記受光手段の受信パルス
から、受光光量を検出するための受光光量検出手段と、
この受光光量検出手段の検出光量に基づき、定められた
複数の光量レベルの何れかに属するかを判断する光量レ
ベル判断手段と、前記距離測定手段による距離データ
と、該光量レベル判断手段の光量レベルとを入力し、最
も測定頻度の高い光量レベル時における前記距離測定手
段による距離データのみを選択するための制御手段とか
ら構成されている。

【００１０】また本発明は、前記受光手段の受信パルス
から、受光光量を検出するための受光光量検出手段と、
この受光光量検出手段の検出光量に基づき、定められた
複数の光量レベルの何れかに属するかを判断する光量レ
ベル判断手段と、前記距離測定手段が測定した距離デー
タと、前記光量レベル判断手段の光量レベルとから補正
距離データを演算するための制御手段とからなってお
り、制御手段は、各光量レベルの測定頻度が略同一の場
合には、各光量レベルにおける前記距離データに対し
て、所定の等しい光量レベルとするための補正係数を乗
じ、これらを加算した後、適宜の補正値を加算して補正
距離データを演算することを特徴としている。

【００１１】更に本発明は、前記受光手段の受信パルス
から、受光光量を検出するための受光光量検出手段と、
この受光光量検出手段の検出光量に基づき、定められた
複数の光量レベルの何れかに属するかを判断する光量レ
ベル判断手段と、前記距離測定手段が測定した距離デー
タと、前記光量レベル判断手段の光量レベルとから補正
距離データを演算するための制御手段とからなってお
り、制御手段は、各光量レベルにおける前記距離データ
に対して、その光量レベルの頻出度数を乗じた後、各光
量レベル毎の各乗算値を加算し、この加算値を全頻出度
数で除すことにより、加重平均された距離データである
補正距離データを演算することを特徴としている。

【００１２】そして本発明は、光量レベル判断手段によ
り判断された光量レベルに基づき、受信パルスの受光光
量を減衰させるための光量減衰手段が備えられ、この減
衰された受信パルスにより、距離測定手段が距離データ
を測定する構成にすることもできる。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【発明の実施の形態】以上の様に構成された本発明は、
光源部がパルス的に発光し、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、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
し、距離測定手段が、光源部の発光から受信パルスの受
信までの時間差により、測定対象物との距離を測定する
光波距離計であって、受光光量検出手段が、受光手段の
受信パルスから、受光光量を検出し、光量レベル判断手
段が、受光光量検出手段の検出光量に基づき、定められ
た複数の光量レベルの何れかに属するかを判断し、制御
手段が、距離測定手段による距離データと、光量レベル
判断手段の光量レベルとを入力し、最も測定頻度の高い
光量レベル時における距離測定手段による距離データの
みを選択する様になっている。

【００１６】また本発明は、受光光量検出手段が、受光
手段の受信パルスから、受光光量を検出し、光量レベル
判断手段が、受光光量検出手段の検出光量に基づき、定
められた複数の光量レベルの何れかに属するかを判断
し、制御手段が、距離測定手段が測定した距離データ
と、光量レベル判断手段の光量レベルとから補正距離デ
ータを演算し、制御手段は、各光量レベルの測定頻度が
略同一の場合には、各光量レベルにおける前記距離デー
タに対して、所定の等しい光量レベルとするための補正
係数を乗じ、これらを加算した後、適宜の補正値を加算
して補正距離データを演算することができる。

【００１７】更に本発明は、制御手段が、各光量レベル
における前記距離データに対して、その光量レベルの頻
出度数を乗じた後、各光量レベル毎の各乗算値を加算
し、この加算値を全頻出度数で除すことにより、加重平
均された距離データである補正距離データを演算するこ
とができる。

【００１８】そして本発明は、光量レベル判断手段によ
り判断された光量レベルに基づき、光量減衰手段が、受
信パルスの受光光量を減衰させる様になっており、この
減衰された受信パルスにより、距離測定手段が距離デー
タを測定する様にすることもできる。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【実施例】

【００２２】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】次に本実施例の電気回路の構成を詳細に説
明する。

【００３２】図１に示す実施例は、水晶発信器１００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ＡＰＤ７１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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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、受光を確認した後、
スレッシュレベル０Ｖを有する第２のコンパレータ１７
２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
ロスポイントの２箇所捕らえ、受信タイミング信号を出
力する様になっている。

【００３９】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。

【００４０】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、タインミング回路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１７
４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１
７４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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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、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、

【００４５】 （１／３０３０Ｈｚ）／（１／１５ＭＨｚ） ＝４９５０＋（５０／１０１）

【００４６】となり、「５０／１０１」となる。

【００４７】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、１０１回で１周期となる位相関係になっており、１
０２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、

【００４８】ｆ＝３０３０Ｈｚ／１０１＝３０Ｈｚ

【００４９】で１周期となり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、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。

【００５０】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。

【００５１】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。即ち、内部参照光路によるＡＤ変換データと外
部測距光路のＡＤ変換データの波形の位相差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。

【００５２】レーザーダイオード１が、一定の光量レベ
ルの光パルスを発光すると、この光パルスは光学手段を
介してコーナーキューブ１１に向けて射出される。そし
てコーナーキューブ１１で反射された光パルスは、大気
等の外乱を受け、受信時には反射光量が変化する。即ち
ＡＰＤ７１から入力された電流パルス列を電圧信号に変
換すれば、反射光量の変化は電圧変化として認識するこ
とができる。なお反射光量の変化は、ＡＰＤ７１等の受
光素子により電気信号に変換されて得られた１次又は多
次信号の電圧値や電流値を使用して検出してもよく、更
にウインドコンパレータ等によって振り分ける構成にし
てもよい。

【００５３】そして、光量値に対応する電圧値をＡ／Ｄ
コンバータ等によりデジタル信号に変換する。そしてマ
イクロコンピュータにより、光量値が、予め設定された
２段階又は３段階以上に区分されたレベル範囲に該当す
るか判断する様に構成することができる。

【００５４】本実施例では、ＡＰＤ７１から入力された
電流パルス列を同調アンプ１６０により電圧信号に変換
し、減衰振動波形に変換すると共に、反転増幅を行う様
になっている。

【００５５】そして、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
２００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、予め設定されたレベル値か否か判断するためのもの
である。本実施例では、レベル判定回路２００の判断結
果をＣＰＵ５００に送る様になっており、ＣＰＵ５００
が、光量レベルをａ、ｂ、ｃの３段階に設定し、入力さ
れた光量レベルがどのレベル値にあるか判断する様にな
っている。

【００５６】従って本実施例では、同調アンプ１６０と
ピークホールド回路１９０が受光光量検出手段に該当す
るものであり、レベル判定回路２００とＣＰＵ５００と
が、光量レベル判定手段に該当している。更にＣＰＵ５
００、メモリ４００等が制御手段の機能を果たす様にな
っている。

【００５７】本実施例では図２に示す様に、光パルスの
光量を電圧に換算して、１６０ｍＶ〜２４０ｍＶ未満
（平均２００ｍＶ）の場合をレベルａとし、９５ｍＶ〜
１６０ｍＶ未満（平均１２０ｍＶ）の場合をレベルｂと
し、４５ｍＶ〜９５ｍＶ未満（平均７０ｍＶ）の場合を
レベルｃとしている。従ってレベルａの場合が最も光量
が大きく、レベルｃが最も低い光量レベルである。

【００５８】ここで第１回目の測定が、図３（ａ）に示
す様に、光量設定レベルａに最もデータがあった場合に
は、光量設定レベルａに対応して決められた光量減衰部
材ａを光路中に挿入して光パルスを減衰させる。そし
て、この状態で上記距離の測定を行い、光量設定レベル
ａにおける距離データとしてメモリ４００に記憶させ
る。

【００５９】次に第２回目の測定が、図３（ｂ）に示す
様に、光量設定レベルｂに最もデータがあった場合に
は、光量設定レベルｂに対応して決められた光量減衰部
材ｂを光路中に挿入して光パルスを減衰させる。この光
量減衰部材ｂは、光量減衰部材ａより減衰率が小さくな
っている。そして、この状態で上記距離の測定を行い、
光量設定レベルｂにおける距離データとしてメモリ４０
０に記憶させる。

【００６０】更に第３回目の測定が、図３（ｃ）に示す
様に、光量設定レベルが、ａ、ｂ、ｃの各レベルに略均
等に得られた場合には、まず、図３に示す光量設定レベ
ルｅにあると仮定する。この光量設定レベルｅは、同調
アンプ１６０から出力された減衰振動波形の最大値であ
る。

【００６１】ここで補正を与えた距離をＤｏｅ とすれ
ば、

【００６２】Ｄｏｅ ＝ σａ・Ｄａ＋σｂ・Ｄｂ＋σｃ
・Ｄｃ＋α・・

【００６３】とすることができる。ここで、σａ、σ
ｂ、σｃは補正値であり、Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃは、各レベ
ル毎の反射光による距離測定データであり、αは、その
他の要因による補正値である。

【００６４】更に補正光にも他の要因を考慮する場合に
は、補正を与えた距離をＤｉｅとすれば、

【００６５】Ｄｉｅ ＝ σｉ・Ｄｉ＋β

【００６６】とすることができる。ここで、σｉは補正
光に対する補正値であり、βはその他の要因による補正
値である。

【００６７】そしてＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ）を考
慮する場合には、Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに対して、重みを持
たせた補正値にすればよい。

【００６８】従って第４回目の測定が、図３（ｄ）に示
す様に、特定の光量レベルに偏りがある場合には、加重
平均した距離データをＤｏｓとすれば、

【００６９】Ｄｏｓ ＝ （Ｘａ・Ｄａ＋Ｘｂ・Ｄｂ＋Ｘ
ｃ・Ｄｃ）／（Ｘａ＋Ｘｂ＋Ｘｃ）

【００７０】とすることができる。ここで、Ｘａは、光
量レベルａの度数であり、Ｘｂは、光量レベルｂの度数
であり、Ｘｃは、光量レベルｃの度数である。この加重
平均した距離データＤｏｓを用いれば極めて精度の高い
距離データを得ることができる。

【００７１】なお本実施例は距離測定装置であるため、
Ｄｏｅ、Ｄｉｅ、Ｄｏｓは距離データとなっているが、
光パルスを用いた位相測定装置、及び時間差測定装置の
場合には、位相又は時間差データとなっている。また補
正値等は、実験により適宜決定される。

【００７２】次に光量減衰部材を使用した光量調整装置
６００を詳細に説明する。本実施例の光量調整装置６０
０は、発光素子であるレーザーダイオード１から射出さ
れた発光パルスの光量を調整するためのものである。

【００７３】光量調整装置６００は、図４に示す様に、
測定光と補正光を切り替えるための光路切り替え手段６
１０と、発光パルスの光量を調整するための補正光調整
手段６２０とから構成されている。光路切り替え手段６
１０は、光路切り替えモータ６１１と光路切り替え板６
１２とから構成されている。補正光調整手段６２０は、
補正光補正板制御モータ６２１と補正光補正板６２２と
からなっている。なお補正光調整手段６２０は、光量減
衰手段に該当するものである。

【００７４】光路切り替え板６１２には、円弧状に形成
された補正光スリット６１２１、６１２２、６１２３が
間欠的に切られており、更に補正光スリット６１２１、
６１２２、６１２３の内側であって、補正光スリット６
１２１、６１２２、６１２３が形成されてない円弧部分
には、測定光スリット６１２４、６１２５、６１２６が
間欠的に切られている。そして、補正光スリット６１２
１、６１２２、６１２３と、測定光スリット６１２４、
６１２５、６１２６とに対向する位置には、レーザーダ
イオード１が配置されており、パルス光が通過可能に構
成されている。

【００７５】補正光補正板６２２は、光路切り替え板６
１２に形成された補正光スリット６１２１、６１２２、
６１２３と重ね合わせ可能に構成されており、同様に補
正光補正板６２２は、測定光スリット６１２４、６１２
５、６１２６とも重ね合わせ可能に構成されている。光
路切り替え板６１２に形成された補正光スリット６１２
１、６１２２、６１２３に対向する補正光補正板６２２
の位置には、同心円状に、光量減衰部材ａ、光量減衰部
材ｂ、光量減衰部材ｃが形成されている。そして光路切
り替え板６１２に形成された測定光スリット６１２４、
６１２５、６１２６に対向する補正光補正板６２２の位
置の一部には、近距離用光量減衰部材ｄが形成されてい
る。

【００７６】補正光補正板６２２に形成された光量減衰
部材は、同心円状に形成されており、本実施例では３分
割され、光量減衰部材ａ、光量減衰部材ｂ、光量減衰部
材ｃがそれぞれ形成されている。これらの光量減衰部材
６２１１は、透過光量を減衰させるためのもので、濃度
フィルタと同様な材料から構成されている。

【００７７】そして補正光補正板６２２に形成された光
量減衰部材の外周部の一部には、測定光用の光量減衰部
材ｄが形成されており、測定光用の光量減衰部材ｄ以外
の部分は、透明に構成されている。

【００７８】光路切り替えモータ６１１は、光路切り替
え板６１２を回転制御させるためのもので、本実施例で
は、ステップモータが採用されている。このステップモ
ータの駆動手段は、ＣＰＵ５００で制御される様に構成
されている。同様に補正光補正板制御モータ６２１は、
補正光補正板６２２を回転制御するためのもので、ステ
ップモータが採用されており、このステップモータの駆
動手段は、ＣＰＵ５００で制御される様になっている。

【００７９】以上の様に構成された光量調整装置６００
は、測定光の光量が安定している場合には、光路切り替
え手段６１０の光路切り替えモータ６１１を駆動し、光
路切り替え板６１２の測定光スリット６１２４、６１２
５、６１２６の何れかと、レーザーダイオード１とを対
向させ、パルス光を通過させる。

【００８０】補正光の光量レベルを変化させる場合に
は、光路切り替え手段６１０の光路切り替えモータ６１
１を駆動して光路切り替え板６１２を回転させ、補正光
スリット６１２１、６１２２、６１２３の何れかと、レ
ーザーダイオード１とを対向させ、パルス光を通過させ
る。そして、補正光調整手段６２０の補正光補正板制御
モータ６２１を駆動して補正光補正板６２２を回転さ
せ、減衰光量に対応した光量減衰部材ａ、光量減衰部材
ｂ、光量減衰部材ｃの内、何れかがレーザーダイオード
１とを対向する様に配置する。この結果、投射されるパ
ルス光量が、所望の光量に減衰される。

【００８１】なお、補正光補正板６２２の光量減衰部材
の外周部であって、光路切り替え板６１２の測定光スリ
ット６１２４、６１２５、６１２６のそれぞれと対向可
能な位置に、光量減衰部材ｄを形成することも可能であ
る。この光量減衰部材ｄは、最も減衰量の多い光量減衰
部材ａの外周部に連設されており、補正光調整手段６２
０が補正光補正板６２２の光量減衰部材ａを選択した場
合に、測定光スリット６１２４、６１２５、６１２６の
何れかと、補正光補正板６２２の光量減衰部材ｄが対向
する位置となる様になっている。従って近距離測距の場
合には、補正光を減衰させると共に、測定光も光量減衰
部材ｄで減衰させることができる。

【００８２】次に光量調整装置６００の第１変形例を説
明する。本実施例は、光路切り替え手段６１０の光路切
り替えモータ６１１と、補正光調整手段６２０の補正光
補正板制御モータ６２１とをそれぞれ独立させた構成と
なっているが、第１変形例は、補正光補正板制御モータ
６２１を省略し、光路切り替えモータ６１１と補正光補
正板６２２とをクラッチ機構を介して連結する構成とな
っている。この場合には、光路切り替え板６１２を正逆
両方向回転可能に構成し、補正光補正板６２２は、クラ
ッチ機構により、一方向回転可能に構成される。そして
測定光の光量が安定している場合には、光路切り替え手
段６１０の光路切り替えモータ６１１を駆動し、光路切
り替え板６１２を回転させて補正光が変化しない様に光
路を切り替える。また補正光の光量レベルを変化させる
場合には、光路切り替え手段６１０の光路切り替えモー
タ６１１を、補正光補正板６２２が連動して回転する方
向に駆動し、補正光補正板６２２を回転させて補正光の
光量を調整させることができる。この変形例では、駆動
モータが１個で済み、制御工程も簡略化させることがで
きるという効果がある。

【００８３】更に光量調整装置６００の第２変形例を説
明する。この第２変形例は、図５に示す様に、光路切り
替えモータ６１１と光路切り替え板６１２とから構成さ
れている。

【００８４】光路切り替え板６１２には、円弧状に形成
された補正光スリット６１２１、６１２２、６１２３が
間欠的に切られており、更に補正光スリット６１２１、
６１２２、６１２３の内側であって、補正光スリット６
１２１、６１２２、６１２３が形成されてない円弧部分
には、測定光スリット６１２４、６１２５、６１２６が
間欠的に切られている。そして補正光スリット６１２
１、６１２２、６１２３には、光量減衰部材ａ、光量減
衰部材ｂ、光量減衰部材ｃが、それぞれ形成されてい
る。

【００８５】以上の様に構成された第２変形例は、光路
切り替えモータ６１１を回転させることにより、補正光
の光量を変化させることができる。更に、測定光スリッ
ト６１２４、６１２５、６１２６の何れかに、光量減衰
部材ｄを形成すれば、近距離測距の場合に、測定光を減
衰させることができるという効果がある。

【００８６】次に図６に基づいて、光量調整装置６００
の第３変形例を説明する。この第３変形例は、第２の変
形例と同様に、光路切り替えモータ６１１と光路切り替
え板６１２とから構成されている。この第３変形例で
は、光路切り替え板６１２に、円弧状に形成された兼用
スリット６５００、６５０１、６５０２が形成されてお
り、光路切り替え板６１２とレーザーダイオード１の間
に挿入された分割プリズム６３０により光路が分割され
る様になっている。

【００８７】兼用スリット６５００、６５０１、６５０
２は、補正光と測定光を兼用する構成となっており、光
量減衰部材ａ、光量減衰部材ｂ、光量減衰部材ｃが、そ
れぞれ形成されている。従って、光路切り替え板６１２
の回転と、分割プリズム６３０とにより、第２変形例と
同様な機能を果たすことができる。

【００８８】なお本実施例及び変形例は、全て円弧状に
形成されたスリットを使用しているが、円孤状に限ら
ず、直線的に間欠配置し、小型ソレノイド等で直線的に
駆動する構成としてもよい。

【００８９】

【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受信パルスの受信
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
受光手段の受信パルスから、受光光量を検出するための
受光光量検出手段と、この受光光量検出手段の検出光量
に基づき、定められた複数の光量レベルの何れかに属す
るかを判断する光量レベル判断手段と、前記距離測定手
段による距離データと、該光量レベル判断手段の光量レ
ベルとを入力し、最も測定頻度の高い光量レベル時にお
ける前記距離測定手段による距離データのみを選択する
ための制御手段とから構成されているので、より精度の
高い距離測定データを得ることができるという卓越した
効果がある。

【００９０】更に光量減衰手段が、受信パルスの受信光
量を減衰させる様に構成すれば、測定距離による受光光
量の変化を最小限にすることができるという効果があ
る。

【００９１】

【００９２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の示す図である。

【図２】本実施例の光量レベルの範囲を説明する示す図
である。

【図３】測定光量及び光量レベルの測定例を説明する図
である。

【図４】本実施例の光量調整装置の構成を説明する図で
ある。

【図５】本実施例の光量調整装置の変形例を説明する図
である。

【図６】本実施例の光量調整装置の変形例を説明する図
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 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 ２００ レベル判定回路 ２２０ サンプルホールド回路 ２３０ 切換器 ３００ ＡＤコンバータ ４００ メモリ ５００ ＣＰＵ ６００ 光量調整装置 ６１０ 光路切り替え手段 ６１１ 光路切り替えモータ ６１２ 光路切り替え板 ６１２１、６１２２、６１２３ 補正光スリット ６１２４、６１２５、６１２６ 測定光スリット ６２０ 補正光調整手段 ６２１ 補正光補正板制御モータ ６２２ 補正光補正板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 政裕 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 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 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63−81289（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−122573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−70663（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−66484（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−75880（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−82319（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−174097（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/48 G01S 17/00 - 17/88

Claims (4)

(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
   の発光から受信パルスの受信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、前記受光手段の受信パルスか
   ら、受光光量を検出するための受光光量検出手段と、こ
   の受光光量検出手段の検出光量に基づき、定められた複
   数の光量レベルの何れかに属するかを判断する光量レベ
   ル判断手段と、前記距離測定手段による距離データと、
   該光量レベル判断手段の光量レベルとを入力し、最も測
   定頻度の高い光量レベル時における前記距離測定手段に
   よる距離データのみを選択するための制御手段とから構
   成されていることを特徴とする光波距離計。
2. 【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、前記光源部
   の発光から受信パルスの受信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、前記受光手段の受信パルスか
   ら、受光光量を検出するための受光光量検出手段と、こ
   の受光光量検出手段の検出光量に基づき、定められた複
   数の光量レベルの何れかに属するかを判断する光量レベ
   ル判断手段と、前記距離測定手段が測定した距離データ
   と、前記光量レベル判断手段の光量レベルとから補正距
   離データを演算するための制御手段とからなっており、
   制御手段は、各光量レベルの測定頻度が略同一の場合に
   は、各光量レベルにおける前記距離データに対して、所
   定の等しい光量レベルとするための補正係数を乗じ、こ
   れらを加算した後、適宜の補正値を加算して補正距離デ
   ータを演算することを特徴とする光波距離計。
3. 【請求項３】 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
   の発光から受信パルスの受信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、前記受光手段の受信パルスか
   ら、受光光量を検出するための受光光量検出手段と、こ
   の受光光量検出手段の検出光量に基づき、定められた複
   数の光量レベルの何れかに属するかを判断する光量レベ
   ル判断手段と、前記距離測定手段が測定した距離データ
   と、前記光量レベル判断手段の光量レベルとから補正距
   離データを演算するための制御手段とからなっており、
   制御手段は、各光量レベルにおける前記距離データに対
   して、その光量レベルの頻出度数を乗じた後、各光量レ
   ベル毎の各乗算値を加算し、この加算値を全頻出度数で
   除すことにより、加重平均された距離データである補正
   距離データを演算することを特徴とする光波距離計。
4. 【請求項４】 光量レベル判断手段により判断された光
   量レベルに基づき、受信パルスの受光光量を減衰させる
   ための光量減衰手段が備えられ、この減衰された受信パ
   ルスにより、距離測定手段が距離データを測定する請求
   項１〜３の何れか１項記載の光波距離計。