JP3572464B2 - 位相差測定装置及び光波距離計における遮光板制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、遮光板制御装置に係わり、特に、測定光路と内部光路の切替動作を確実に行うことのできる位相差測定装置や光波距離計における遮光板制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光波距離計は、光源部の発光から受光手段の受信パルスの受信までの時間差又は変調光による位相差から測定対象物までの距離を測定する様に構成されているが、この光波距離計内の光路には、測定光路と内部光路の２つが存在している。光波距離計内には、２つの光路を切り替えるための光路切替装置が備えられている。
【０００３】
この光路切替装置は、マイクロコンピュータ等の演算処理手段からの命令信号や制御信号により、２つの光路の切り替えを行う様に構成されており、切り替え手段には、パルスモータやソレノイド等が使用されていた。
【０００４】
また、マイクロコンピュータ等の演算処理手段を使用しない機械的切替手段を採用した光路切替装置も存在していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光路切替装置は、切替えられた光路の検出は不要であったが、パルスモータやソレノイド等の切り替え手段の動作による時間的遅延が生じるという問題点があった。
【０００６】
更に上記従来の機械的切替手段を採用した光路切替装置は、２つの光路を瞬時に切り替えることができない上、切替動作中には、不適切な動作となる部分が生じるという問題点があった。
【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、基準光を発光するための光源部と、この光源部からの光を目的物に対して送出するための光学手段と、この目的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位相差を測定するための位相差測定装置であって、前記光源部からの光を目的物に対して送出するための光学手段に形成された測定光路と、前記位相差測定装置の内部に形成された参照光路と、切替部材を駆動することにより、前記測定光路と該参照光路とを切替るための光路切替手段と、前記切替部材の位置を検出するための光路検出手段と、前記光路切替手段における前記切替部材の駆動を制御するための制御手段とを備えており、前記光路検出手段からの出力と、前記制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定する様に構成されている。
【０００８】
また本発明は、基準光を発光するための光源部と、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る光波距離計において、前記光源部からの光を測定対称物に対して送出するための光学手段に形成された測定光路と、前記距離測定手段の内部に形成された参照光路と、切替部材を駆動することにより、前記測定光路と該参照光路とを切替るための光路切替手段と、前記切替部材の位置を検出するための光路検出手段と、前記光路切替手段における前記切替部材の駆動を制御するための制御手段とを備えており、前記光路検出手段からの出力と、前記制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定する様に構成されている。
【０００９】
そして本発明は、光路検出手段の検出出力が、測定光路と、参照光路と、その何れの光路でもないという３種類の出力にすることもできる。
【００１０】
更に本発明の光路切替手段は、基準クロックと同期して前記切替部材を駆動するための駆動手段を備え、光路検出手段は、少なくとも１個の検出素子からなり、前記光路検出手段の検出出力が、前記基準クロックと同期する様に構成することもできる。
【００１１】
そして本発明の光路検出手段は少なくとも２個の検出素子からなり、この１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の始点を設定し、他の１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の終点を設定する様に構成することもできる。
【００１２】
また本発明の光路検出手段は、測定光路又は参照光路の一部の光を検出素子により受光する構成にすることもできる。
【００１３】
更に本発明の光路切替手段は、基準クロックと同期して前記切替部材を駆動するための駆動手段を備え、光路検出手段は、前記切替部材の位置を検出するための少なくとも１個の検出素子と、この検出素子の検出信号と前記基準クロックに基づき、前記光路の切替状態を認識するための制御手段とから構成することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、光源部が基準光を発光し、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し、位相差測定装置が、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位相差を測定する様になっており、光学手段に形成された測定光路が、光源部からの光を測定対称物に対して送出し、距離測定手段の内部に参照光路を形成し、切替部材を駆動することにより、光路切替手段が、測定光路と参照光路とを切替え、光路検出手段が切替部材の位置を検出し、制御手段が、光路切替手段における切替部材の駆動を制御する様になっており、光路検出手段からの出力と、制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定することができる。
【００１５】
また本発明は、光源部が基準光を発光し、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し、距離測定手段が、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様になっており、光学手段に形成された測定光路が、光源部からの光を測定対称物に対して送出し、距離測定手段の内部に参照光路を形成し、切替部材を駆動することにより、光路切替手段が、測定光路と参照光路とを切替え、光路検出手段が切替部材の位置を検出し、制御手段が、光路切替手段における切替部材の駆動を制御する様になっており、光路検出手段からの出力と、制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定することができる。
【００１６】
そして本発明の光路検出手段が、測定光路と、参照光路と、その何れの光路でもないという３種類の検出出力を出力することもできる。
【００１７】
更に本発明の光路切替手段は、基準クロックと同期して切替部材を駆動するための駆動手段を備えており、少なくとも１個の検出素子からなる光路検出手段の検出出力が、基準クロックと同期する様にすることもできる。
【００１８】
そして本発明の少なくとも２個の検出素子からなる光路検出手段の１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の始点を設定し、他の１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の終点を設定する様にすることもできる。
【００１９】
また本発明の光路検出手段の検出素子が、測定光路又は参照光路の一部の光を受光する様にすることもできる。
【００２０】
更に本発明の光路切替手段は、基準クロックと同期して切替部材を駆動するための駆動手段を備えており、光路検出手段の１個の検出素子が切替部材の位置を検出し、制御手段が、検出素子の検出信号と基準クロックに基づき、光路の切替状態を認識する様にすることもできる。
【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３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、光路切替装置５と、内部光路６ａと、ＡＰＤ７１と、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２１、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 切替装置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。本実施例の受光素子７には、ＡＰＤ７１が採用されている。
【００２６】
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】
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。
【００２８】
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により、光パルスは分割プリズム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、光路切替装置５を介して、外部測距光路６ｂ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、光路切替装置５を介して、内部測距光路６ａに射出可能となっている。光路切替装置５は、内部測距光路６ａと外部測距光路６ｂを切り替えるためのものである。従って、光路切替装置５が外部測距光路６ｂ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。
【００２９】
なお、内部測距光路６ａは参照光路に該当し、外部測距光路６ｂが測定光路に該当するものである。
【００３０】
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。
【００３１】
なお光路切替装置５が内部測距光路６ａを選択した場合には、発光パルスは、内部測距光路６ａ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。
【００３２】
そして受光側光ファイバー８２の射出端８２ｂから射出された光パルスは、コンデンサレンズ３１、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。
【００３３】
そして図４に基づいて、光波距離計の電気的構成を説明する。光波距離計の電気的構成は、水晶発信器９１００と第１の分周器９１１０とシンセサイザー９１２０と第２の分周器９１３０とパルス・レーザー・ダイオード９１とパルス・レーザー・ダイオードドライバー９１５０とＡＰＤ９７１とアンプ９１６０と波形整形回路９１７０とカウンタ９１８０とピークホールド回路９１９０とレベル判定回路９２００とバンドパスフィルタ９２１０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０とＡＤコンバータ９３００とメモリ９４００とＣＰＵ９５００とから構成されている。
【００３４】
水晶発振器９１００から出力された周波数ｆＳの基準信号は、第１の分周器９ １１０とシンセサイザー９１２０とバンドパスフィルタ９２１０とカウンタ９１８０とに供給されている。第１の分周器９１１０に供給された周波数ｆＳの基準 信号は、第１の分周器９１１０で１／（ｎ−１）に分周されてシンセサイザー９１２０に送られる。シンセサイザー９１２０は、第１の分周器９１１０から供給された周波数ｆＳの基準信号をｎ倍した後、第２の分周器９１３０に送出する様 になっている。第２の分周器９１３０は、シンセサイザー９１２０から供給された信号を１／ｍに分周し、周波数ｆＭの測定信号を作る様になっている。
【００３５】
そして測定信号ｆＭは、パルス・レーザー・ダイオードドライバー９１５０に 送られ、パルス・レーザー・ダイオード９１を駆動する発光タイミング信号となると共に、ＣＰＵ９５００に対して発光確認信号として供給される。更に測定信号ｆＭは、ピークホールド回路９１９０とカウンタ９１８０とに、リセット信号 として供給される。
【００３６】
パルス・レーザー・ダイオードドライバー９１５０は、第２の分周器９１３０の出力信号ｆＭに基づき、パルス・レーザー・ダイオード９１を発光させる様に なっている。発光パルスは、送光光学系を介して外部測距光路に送出される。そしてコーナーキューブから反射された光パルスは、受光光学系で受光され、ＡＰＤ９７１で電気信号に変換される。そしてＡＰＤ９７１で変換された電気信号は、アンプ９１６０で増幅され、波形整形回路９１７０で２値化のディジタル信号に変換された後、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０、ＡＤコンバータ９３００及びカウンタ９１８０に送られる。
【００３７】
水晶発振器９１００から出力された周波数ｆＳの基準信号は、バンドパスフィ ルタ９２１０に供給されて正弦波信号となり、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０に送られる。サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０は、バンドパスフィルタ９２１０からの正弦波信号を、波形整形回路９１７０からのディジタル信号によりサンプルホールドする。このサンプルホールドされた値は、ＡＤコンバータ９３００に送られ、ホールド後一定期間後にＡＤ変換される。そしてＡＤ変換されたデータは、メモリ９４００の予め決められたアドレス上に記憶される様になっている。
【００３８】
なおアンプ９１６０からの出力は、ピークホールド回路９１９０にも供給され、受信パルス光の波高値が保持される。そしてレベル判定回路９２００は、得られた波高値が、ＡＰＤ９７１及びアンプ９１６０の正常動作範囲に入っているか否かを判断し、この結果をＣＰＵ９５００に送信する様になっている。この結果、ＣＰＵ９５００は波高値が適正範囲内にある場合のみ、ＡＤ変換からのデータを有効データとして処理する様になっている。
【００３９】
なお、基準信号ｆＳと測定信号ｆＭとは、
【００４０】
ｆＭ＝（ｎ／（ｍ（ｎ±１）））ｆＳ ・・・・・・第１式
【００４１】
ｍ＝ｍ’ｎ＋１である。 ・・・・・・第２式
【００４２】
但し、ｍ、ｎは整数である
【００４３】
となっている。
【００４４】
ここでｍ’が整数の場合のみ、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０は、バンドパスフィルタ９２１０からの正弦波信号を各受信パルス毎に、基準信号ｆＳの 周期のｎ分の一ずづ位相がずれながら順序よくホールドし、周期ｆＬの低周波の 階段状の信号を出力する。
【００４５】
周期ｆＬは、測定信号ｆＭがｎ回で１周期となるので、
【００４６】
ｆＬ＝ｆＭ／ｎ＝（１／（ｍ（ｎ±１））ｆＳ ・・・・・・第４式
【００４７】
となる。
【００４８】
従ってサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０から出力される波形は、周波数 ｆＬで繰り返し、ｎ個のホールド値から構成される。このためメモリ９４００は 、ｎ個以上のメモリから構成される。メモリ９４００は各発光パルス毎にＣＰＵ９５００によりアドレスがインクリメントされる様になっている。そしてＡＤ変換されたディジタルデータは、ＣＰＵ９５００を介して順次メモリ９４００に記憶されている。ＣＰＵ９５００とメモリ９４００とは加算手段に該当するものであり、記憶されたメモリ９４００上の任意のアドレスのデータと、ＡＤ変換されたデータを加算し、再びメモリ９４００上に記憶させる様になっている。
【００４９】
またｎ＋１回目以降のデータは１周期目と同じ位相関係になるので、レベル判定回路９２００の値が適正であれば、前回までの周期のデータと加算し、後に平均化操作を施すことにより、ＡＤ変換データ精度を高めることができる。
【００５０】
以上の様にして得られたメモリ９４００上のデータから、フーリエ変換の手法により位相を計算する様になっている。同様に内部参照光路についても演算を行い、光波距離計本体から被測定点であるコーナーキューブまでの距離は、
【００５１】
Ｌ＝（θ０−θ１）＊（１／２π）＊（Ｃ／ｆＳ）＊（１／２） ・・第１２式
【００５２】
但し、Ｃは光速、θ０は外部測距光路での測定位相、θ１は内部測距光路での測定位相である。
【００５３】
を計算することにより求めることができる。
【００５４】
カウンタ９１８０は、基準周波数ｆＳを第２の分周器９１３０で分周された信 号から、波形整形回路９１７０の出力信号までの時間をカウントし、このカウント数をＣＰＵ９５００に送信する様になっている。そしてＣＰＵ９５００は、外部測距光路におけるカウント値と、内部測距光路におけるカウント値との差から、光波距離計本体から被測定点であるコーナーキューブまでの概略距離を求め、更に上記第１２式による精密距離Ｌを組み合わせることにより、計測距離を算出することができる。
【００５５】
ここで、光路切替装置５について詳細に説明する。
【００５６】
光路切替装置５は、円弧状の光路切替板５１と、この光路切替板５１を回動させるためのパルスモーター５２と、光路を検出するための光路検出器５３とから構成されている。光路切替板５１は切替部材に該当し、パルスモーター５２は駆動手段に該当するものである。
【００５７】
そして、内部測距光路６ａと外部測距光路６ｂは、光路切替板５１の中心に対して対称な位置に配置されており、光路切替板５１により光路が遮蔽可能に構成されている。
【００５８】
本実施例のパルスモーター５２は、１８度ステップ角となっており、２０ステップで１回転する様に構成されている。
【００５９】
光路検出器５３は、光路切替装置５が切り替えた光路を検出するためのもので、本実施例の光路検出器５３には、ホトインタラプタが採用されている。本実施例では、２ステップ回転後である３６度ステップ角に相当する位置に配置されている。なお、光路検出器５３は、ホトインタラプタに限定されるものではなく、光路を検出することのできるセンサーであれば、何れのセンサーを採用することができる。
【００６０】
図２に示す様に、制御手段５０００の制御信号に基づき、モータ駆動手段５１００を駆動すれば、モータ駆動手段５１００がパルスモーター５２に対して、所定の駆動電力を供給する様に構成されている。
【００６１】
パルスモーター５２が回転すると、図５に示す様に、光路検出器５３から信号ａが出力される。即ち、光路切替板５１により光路検出器５３が遮蔽された状態の信号ａは、ＬＯＷレベルとなり、遮蔽されない状態の信号ａはＨＩＧＨレベルとなっている。
【００６２】
しかしながらパルスモーター５２は、モータ駆動手段５１００からのパルス状の駆動信号（信号ＣＬＫ）が印加されても、直ちに駆動することはない。このため、信号ＣＬＫと信号ａとには時間差が存在する。
【００６３】
また、次の駆動信号（信号ＣＬＫ）が与えられた瞬間のパルスモーター５２の位置は、その前の状態が確定していることを意味するので、光路検出器５３からの信号ａと、駆動信号（信号ＣＬＫ）とをクロックとしてフリップフロップ出力させると、信号Ｘを得ることができる。
【００６４】
そして、ステップ角が小さいパルスモーター５２を利用した場合には、測定光（外部測距光路６ｂの光）及び参照光（内部測距光路６ａの光）の光束を極端に小さくするか、或いは、測定光及び参照光の光束を、光路切替板５１の中心との位置から離さない限り、測定光及び参照光の両方を出力してしまい、確実な光路の切り替えができないという問題点がある。
【００６５】
そこで、測定光及び参照光の光路が重複することを防止するため、本実施例では、信号Ｘより３ステップ分遅延した信号Ｙを形成する。
【００６６】
ここで、Ｘ信号の立ち上がりを内部測距光路６ａ（参照光路）の終了とし、Ｘ信号の立ち下がりを外部測距光路６ｂ（測定光路）の終了とする。更に、Ｙ信号の立ち上がりを外部測距光路６ｂ（測定光路）の開始とし、Ｙ信号の立ち下がりを内部測距光路６ａ（参照光路）の開始とすれば、Ｙ信号の立ち上がりからＸ信号の立ち下がりまでが、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されている時間であり、Ｙ信号の立ち下がりからＸ信号の立ち上がりまでが、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されている時間となる。
【００６７】
ここで、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されている時間にＨｉｇｈレベルとなる信号をＱ１とし、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されている時間にＨｉｇｈレベルとなる信号をＱ２とする。
【００６８】
また、Ｘ信号がＨｉｇｈレベルの時を１とし、ＬＯＷレベルの時を０とする。同様に、Ｙ信号がＨｉｇｈレベルの時を１とし、ＬＯＷレベルの時を０とし、Ｑ１信号及びＱ２信号も同様に、Ｈｉｇｈレベルの時を１とし、ＬＯＷレベルの時を０とする。
【００６９】
図５に示す様に、まず、Ｘ信号が１で、かつ、Ｙ信号も１である時間は、Ｑ１信号も常に１となり、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されることになる。また、Ｘ信号が０で、かつ、Ｙ信号も０である時間は、Ｑ２信号が常に１となり、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されることになる。
【００７０】
そしてＸ信号が１で、Ｙ信号が０である場合には、測定光路でも参照光路でもないことになる。同様に、Ｘ信号が０で、Ｙ信号が１である場合も、測定光路でも参照光路でもないことになる。
【００７１】
従って、信号Ｘと、このＸ信号より３ステップ分遅延した信号Ｙとを利用すれば、測定光路と参照光路とを完全に切り変えることのできるＱ１信号とＱ２信号とを得ることができる。
【００７２】
以上の様に構成された本実施例は、制御手段５０００が、光路検出器５３から信号ａを入力し、Ｑ１信号及びＱ２信号を形成することにより、現在の選択されている光路が、外部測距光路６ｂ（測定光路）であるか、内部測距光路６ａ（参照光路）であるかを認識することができる。
【００７３】
ここで、図６（ａ）及び図６（ｂ）に基づいて、光路切替板５１の位置関係を詳細に説明する。本実施例の光路切替板５１は、時計方向に回転するとすれば、外部測距光路６ｂ（測定光路）から２ステップ分（３６度ステップ角）前の位置に光路検出器５３が設けられている。従って本実施例の光路検出器５３は、外部測距光路６ｂ（測定光路）の切替の始点と、切替の終点を検出するためのものである。
【００７４】
図６（ａ）の（イ）は、光路切替板５１の後部が、外部測距光路６ｂ（測定光路）から２ステップ分（３６度ステップ角）前の位置にある場合を示す図である。この状態で、光路検出器５３の遮蔽が解除され、信号ａがＨＩＧＨレベルとなる。図５に示す様に、この時のＸ信号、Ｙ信号、Ｑ１信号は、全てＬＯＷレベル（０）であり、Ｑ２がＨＩＧＨ（１）となっている。従って、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されていることとなり、図６（ａ）の（イ）に示す状態と一致することが判る。
【００７５】
次に、図６（ａ）の（ロ）は、光路切替板５１が１ステップ分（１８度ステップ角）回転した状態を示す図である。この場合には、信号ａがＨＩＧＨレベルとなり、Ｘ信号もＨＩＧＨレベル（１）となる。しかしながらＹ信号は、３ステップ分遅れるため、Ｙ信号はＬＯＷレベル（０）となり、Ｑ１信号とＱ２信号が、共にＬＯＷ（０）となる。これは、図６（ａ）の（ロ）に示す様に、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）が共に、開放されており、どちらか一方を選択できない状態である。
【００７６】
同様に、図６（ａ）の（ハ）は、光路切替板５１が、更に１ステップ分（１８度ステップ角）回転した状態を示す図である。この状態では図６（ａ）の（ハ）と同様に、Ｑ１信号とＱ２信号とが共にＬＯＷ（０）となり、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂとが選択されない状態である。即ち、Ｙ信号が遅延される３ステップ分の間は、光路のどちらか一方を選択できない状態であると認識され、Ｑ１信号とＱ２信号の何れもがＬＯＷレベル（０）となる。
【００７７】
そして、図６（ａ）の（ニ）では、外部測距光路６ｂ（測定光路）が開放され、内部測距光路６ａ（参照光路）が遮蔽される様になっている。この場合には図５に示す様に、Ｘ信号がＨＩＧＨレベル（１）となると共に、Ｙ信号もＨＩＧＨレベル（１）となり、Ｑ１信号がＨＩＧＨレベル（１）となる。この結果、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されたことを制御手段５０００が認識し、Ｑ１信号を出力することができる。
【００７８】
また、図６（ｂ）の（ホ）に示す状態では、光路検出器５３の出力信号ａがＨＩＧＨとなる最終の状態であり、Ｑ１信号がＨＩＧＨレベル（１）となり、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されていることが認識されている。
【００７９】
更に、図６（ｂ）の（ヘ）となれば、光路切替板５１の前部が光路検出器５３を遮蔽して、信号ａがＬＯＷレベルとなり、Ｘ信号もＬＯＷレベル（０）となる。Ｙ信号は３ステップ分遅れているため、ＨＩＧＨ（１）レベルとなっている。従って、Ｑ１信号とＱ２信号がＬＯＷレベル（０）となり、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）のどちらか一方を選択できない状態であることが認識される。この状態が３ステップ分続くことは、外部測距光路６ｂ（測定光路）の選択時と同様である。
【００８０】
そして、図６（ｂ）の（ト）の状態になれば、Ｙ信号がＬＯＷレベル（０）となり、Ｑ２信号がＨＩＧＨ（１）となる。この結果、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されたことを制御手段５０００が認識し、Ｑ２信号を出力することができる。
【００８１】
以上の様に制御手段５０００は、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）の何れかが、完全に選択されたことを認識することができ、それぞれに対応するＱ２信号及びＱ１信号を出力することができる。従って、光波距離計は、Ｑ１信号とＱ２信号を受信することにより、光路の切替に対応することが可能となる。
【００８２】
なお上記実施例は、測定光路と、参照光路と、その何れでもない３個の出力を光路検出器５３が検出出力するものである。なお遅延時間は、３ステップに限ることなく、適宜変更することができる。
【００８３】
また、パルス状の駆動信号（信号ＣＬＫ）は、基準クロックに該当するものであり、光路検出器５３の検出出力は基準クロックに同期している。
【００８４】
次に、光路切替装置５のパルスモーター５２が、ＤＣモータである場合第１の変形例を説明する。ＤＣモータは、パルスモーター５２に比較して円滑に回転するため、図７に示す様に、２個の光路検出器５３ａ、５３ｂを使用することにより、Ｘ信号とＹ信号と同様な信号を得ることができる。
【００８５】
即ち、本第１の変形例の光路切替装置５ａは、円弧状の光路切替板５１と、この光路切替板５１を定速で回動させるためのＤＣモータと、光路を検出するための第１の光路検出器５３ａと第２の光路検出器５３ｂとから構成されている。ＤＣモータの回転が円滑なため、第１の光路検出器５３ａの検出信号（Ｘ信号に相当）から遅れて、第２の光路検出器５３ｂから検出信号（Ｙ信号に相当）を出力させることができる。この円弧状の光路切替板５１の回転による検出時間差を利用し、遅延信号を得ることができる。
【００８６】
以上の様に構成された第１変形例は、円弧状の光路切替板５１により、測定光路と参照光路とを切り替える様になっている。
【００８７】
なお、本第１の変形例の光路切替装置５ａは、測定光路と参照光路とを、円弧状の光路切替板５１の中心から対称な位置に配置しているが、必ずしも対称である必要がなく、中心からの距離も適宜定めることができる。更に、光路切替板５１は、円弧状に限定するものではなく、適宜の形状にすることが可能である。
【００８８】
また本第１実施例は、光路切替板５１を回転させる構成となっているが、光路切替板５１と同様な形状の穿設穴を形成した板部材を設け、この板部材を回転させる構成にすることもできる。
【００８９】
更に、円弧状の光路切替板５１に代えて、矩形の光路切替板５１ａを使用した第２の変形例を図８に基づいて説明する。
【００９０】
この第２の変形例は、矩形の光路切替板５１ａの往復運動させることにより光路を切り替えるものである。
【００９１】
本第２の変形例の光路切替装置５ｂは、矩形の光路切替板５１ａと、この光路切替板５１ａを往復運動させるための往復運動手段と、光路を検出するための第１の光路検出器５３ａと第２の光路検出器５３ｂとから構成されている。往復運動手段５５は、ＤＣモータの回転駆動力をクランク等の運動機構を用いて往復運動に変換し、光路切替板５１ａを往復駆動させる様になっている。
【００９２】
第１変形例と同様に、ＤＣモータの回転が円滑なため矩形の光路切替板５１ａを定速で駆動することができ、第１の光路検出器５３ａの検出信号（Ｘ信号に相当）から遅れて、第２の光路検出器５３ｂから検出信号（Ｙ信号に相当）を出力させることができる。即ち、矩形の光路切替板５１ａが定速で駆動されるので、検出時間差を利用し、遅延信号を得ることができる。
【００９３】
なお、第１変形例及び第２変形例のその他の構成は、上記実施例と同様であるから説明を省略する。
【００９４】
次に、２個の光路検出器５３を使用した第３変形例を説明する。
図９に示す様に、本第３の変形例の光路切替装置５ｃは、円弧状の光路切替板５１と、この光路切替板５１を回動させるためのパルスモータ５２と、光路を検出するための第１の光路検出器５３ａと第２の光路検出器５３ｂとから構成されている
【００９５】
第１の光路検出器５３ａは、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）の切替の始点を検出するためのものであり、第２の光路検出器５３ｂは、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）の切替の終点を検出するためのものである。
【００９６】
第１の光路検出器５３ａと第２の光路検出器５３ｂとを使用することにより、光路の切替を確実に行うことができる。
【００９７】
本第３実施例のその他の構成は、上記実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００９８】
なお上記実施例等は、外部測距光路６ｂ（測定光路）、内部測距光路６ａ（参照光路、その何れでもないという３個の状態を認識しているが、他の状態を定義し、少なくとも３個の状態を認識するという構成にすることもできる。
【００９９】
更に、光路検出器５３に入射させる光は、外部測距光路６ｂ（測定光路）又は内部測距光路６ａ（参照光路）の光の一部を取り込んでもよい。そして適宜のオプチカルガイド、切替板等を利用して光を導くことも可能である。
【０１００】
また切り替える光路も、３個以上とすることもできる。
【０１０１】
なお、上述の実施例等は、時間差を測定することにより距離を測定する光波距離計で説明したが、位相差を測定するための位相差計として使用できることは言うまでもない。
【０１０２】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、光源部からの光を測定対称物に対して送出するための光学手段に形成された測定光路と、前記距離測定手段の内部に形成された参照光路と、切替部材を駆動することにより、前記測定光路と該参照光路とを切替るための光路切替手段と、前記切替部材の位置を検出するための光路検出手段と、前記光路切替手段における前記切替部材の駆動を制御するための制御手段とを備えており、前記光路検出手段からの出力と、前記制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定する様に構成されているので、測定光路と参照光路とを、高速かつ確実に切り替えることができ、更に、前記光路検出手段の設置位置の自由度も向上するという卓越した効果がある。
【０１０３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の光路切替装置５を説明する図である。。
【図２】本実施例の光路切替装置５の電気的構成を説明する図である。。
【図３】本実施例の光波距離計の構成を示す図である。
【図４】本実施例の光波距離計の電気的構成を示す図である。
【図５】本実施例の電気的信号を説明する斜視図である。
【図６（ａ）】本実施例の光路切替装置５の動作を説明する図である。
【図６（ｂ）】本実施例の光路切替装置５の動作を説明する図である。
【図７】第１変形例の光路切替装置５ａを説明する図である。
【図８】第２変形例の光路切替装置５ｂを説明する図である。
【図９】第３変形例の光路切替装置５ｃを説明する図である。
【符号の説明】
５ 光路切替装置
５１ 円弧状の光路切替板
５２ パルスモーター
５３ 光路検出器
５３ａ 第１の光路検出器
５３ｂ 第２の光路検出器
６ａ 内部測距光路
６ｂ 外部測距光路
５０００ 制御手段
５１００ モータ駆動手段
【産業上の利用分野】
本発明は、遮光板制御装置に係わり、特に、測定光路と内部光路の切替動作を確実に行うことのできる位相差測定装置や光波距離計における遮光板制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光波距離計は、光源部の発光から受光手段の受信パルスの受信までの時間差又は変調光による位相差から測定対象物までの距離を測定する様に構成されているが、この光波距離計内の光路には、測定光路と内部光路の２つが存在している。光波距離計内には、２つの光路を切り替えるための光路切替装置が備えられている。
【０００３】
この光路切替装置は、マイクロコンピュータ等の演算処理手段からの命令信号や制御信号により、２つの光路の切り替えを行う様に構成されており、切り替え手段には、パルスモータやソレノイド等が使用されていた。
【０００４】
また、マイクロコンピュータ等の演算処理手段を使用しない機械的切替手段を採用した光路切替装置も存在していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光路切替装置は、切替えられた光路の検出は不要であったが、パルスモータやソレノイド等の切り替え手段の動作による時間的遅延が生じるという問題点があった。
【０００６】
更に上記従来の機械的切替手段を採用した光路切替装置は、２つの光路を瞬時に切り替えることができない上、切替動作中には、不適切な動作となる部分が生じるという問題点があった。
【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、基準光を発光するための光源部と、この光源部からの光を目的物に対して送出するための光学手段と、この目的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位相差を測定するための位相差測定装置であって、前記光源部からの光を目的物に対して送出するための光学手段に形成された測定光路と、前記位相差測定装置の内部に形成された参照光路と、切替部材を駆動することにより、前記測定光路と該参照光路とを切替るための光路切替手段と、前記切替部材の位置を検出するための光路検出手段と、前記光路切替手段における前記切替部材の駆動を制御するための制御手段とを備えており、前記光路検出手段からの出力と、前記制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定する様に構成されている。
【０００８】
また本発明は、基準光を発光するための光源部と、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る光波距離計において、前記光源部からの光を測定対称物に対して送出するための光学手段に形成された測定光路と、前記距離測定手段の内部に形成された参照光路と、切替部材を駆動することにより、前記測定光路と該参照光路とを切替るための光路切替手段と、前記切替部材の位置を検出するための光路検出手段と、前記光路切替手段における前記切替部材の駆動を制御するための制御手段とを備えており、前記光路検出手段からの出力と、前記制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定する様に構成されている。
【０００９】
そして本発明は、光路検出手段の検出出力が、測定光路と、参照光路と、その何れの光路でもないという３種類の出力にすることもできる。
【００１０】
更に本発明の光路切替手段は、基準クロックと同期して前記切替部材を駆動するための駆動手段を備え、光路検出手段は、少なくとも１個の検出素子からなり、前記光路検出手段の検出出力が、前記基準クロックと同期する様に構成することもできる。
【００１１】
そして本発明の光路検出手段は少なくとも２個の検出素子からなり、この１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の始点を設定し、他の１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の終点を設定する様に構成することもできる。
【００１２】
また本発明の光路検出手段は、測定光路又は参照光路の一部の光を検出素子により受光する構成にすることもできる。
【００１３】
更に本発明の光路切替手段は、基準クロックと同期して前記切替部材を駆動するための駆動手段を備え、光路検出手段は、前記切替部材の位置を検出するための少なくとも１個の検出素子と、この検出素子の検出信号と前記基準クロックに基づき、前記光路の切替状態を認識するための制御手段とから構成することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、光源部が基準光を発光し、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し、位相差測定装置が、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位相差を測定する様になっており、光学手段に形成された測定光路が、光源部からの光を測定対称物に対して送出し、距離測定手段の内部に参照光路を形成し、切替部材を駆動することにより、光路切替手段が、測定光路と参照光路とを切替え、光路検出手段が切替部材の位置を検出し、制御手段が、光路切替手段における切替部材の駆動を制御する様になっており、光路検出手段からの出力と、制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定することができる。
【００１５】
また本発明は、光源部が基準光を発光し、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し、距離測定手段が、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様になっており、光学手段に形成された測定光路が、光源部からの光を測定対称物に対して送出し、距離測定手段の内部に参照光路を形成し、切替部材を駆動することにより、光路切替手段が、測定光路と参照光路とを切替え、光路検出手段が切替部材の位置を検出し、制御手段が、光路切替手段における切替部材の駆動を制御する様になっており、光路検出手段からの出力と、制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定することができる。
【００１６】
そして本発明の光路検出手段が、測定光路と、参照光路と、その何れの光路でもないという３種類の検出出力を出力することもできる。
【００１７】
更に本発明の光路切替手段は、基準クロックと同期して切替部材を駆動するための駆動手段を備えており、少なくとも１個の検出素子からなる光路検出手段の検出出力が、基準クロックと同期する様にすることもできる。
【００１８】
そして本発明の少なくとも２個の検出素子からなる光路検出手段の１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の始点を設定し、他の１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の終点を設定する様にすることもできる。
【００１９】
また本発明の光路検出手段の検出素子が、測定光路又は参照光路の一部の光を受光する様にすることもできる。
【００２０】
更に本発明の光路切替手段は、基準クロックと同期して切替部材を駆動するための駆動手段を備えており、光路検出手段の１個の検出素子が切替部材の位置を検出し、制御手段が、検出素子の検出信号と基準クロックに基づき、光路の切替状態を認識する様にすることもできる。
【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３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、光路切替装置５と、内部光路６ａと、ＡＰＤ７１と、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２１、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 切替装置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。本実施例の受光素子７には、ＡＰＤ７１が採用されている。
【００２６】
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】
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。
【００２８】
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により、光パルスは分割プリズム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、光路切替装置５を介して、外部測距光路６ｂ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、光路切替装置５を介して、内部測距光路６ａに射出可能となっている。光路切替装置５は、内部測距光路６ａと外部測距光路６ｂを切り替えるためのものである。従って、光路切替装置５が外部測距光路６ｂ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。
【００２９】
なお、内部測距光路６ａは参照光路に該当し、外部測距光路６ｂが測定光路に該当するものである。
【００３０】
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。
【００３１】
なお光路切替装置５が内部測距光路６ａを選択した場合には、発光パルスは、内部測距光路６ａ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。
【００３２】
そして受光側光ファイバー８２の射出端８２ｂから射出された光パルスは、コンデンサレンズ３１、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。
【００３３】
そして図４に基づいて、光波距離計の電気的構成を説明する。光波距離計の電気的構成は、水晶発信器９１００と第１の分周器９１１０とシンセサイザー９１２０と第２の分周器９１３０とパルス・レーザー・ダイオード９１とパルス・レーザー・ダイオードドライバー９１５０とＡＰＤ９７１とアンプ９１６０と波形整形回路９１７０とカウンタ９１８０とピークホールド回路９１９０とレベル判定回路９２００とバンドパスフィルタ９２１０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０とＡＤコンバータ９３００とメモリ９４００とＣＰＵ９５００とから構成されている。
【００３４】
水晶発振器９１００から出力された周波数ｆＳの基準信号は、第１の分周器９ １１０とシンセサイザー９１２０とバンドパスフィルタ９２１０とカウンタ９１８０とに供給されている。第１の分周器９１１０に供給された周波数ｆＳの基準 信号は、第１の分周器９１１０で１／（ｎ−１）に分周されてシンセサイザー９１２０に送られる。シンセサイザー９１２０は、第１の分周器９１１０から供給された周波数ｆＳの基準信号をｎ倍した後、第２の分周器９１３０に送出する様 になっている。第２の分周器９１３０は、シンセサイザー９１２０から供給された信号を１／ｍに分周し、周波数ｆＭの測定信号を作る様になっている。
【００３５】
そして測定信号ｆＭは、パルス・レーザー・ダイオードドライバー９１５０に 送られ、パルス・レーザー・ダイオード９１を駆動する発光タイミング信号となると共に、ＣＰＵ９５００に対して発光確認信号として供給される。更に測定信号ｆＭは、ピークホールド回路９１９０とカウンタ９１８０とに、リセット信号 として供給される。
【００３６】
パルス・レーザー・ダイオードドライバー９１５０は、第２の分周器９１３０の出力信号ｆＭに基づき、パルス・レーザー・ダイオード９１を発光させる様に なっている。発光パルスは、送光光学系を介して外部測距光路に送出される。そしてコーナーキューブから反射された光パルスは、受光光学系で受光され、ＡＰＤ９７１で電気信号に変換される。そしてＡＰＤ９７１で変換された電気信号は、アンプ９１６０で増幅され、波形整形回路９１７０で２値化のディジタル信号に変換された後、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０、ＡＤコンバータ９３００及びカウンタ９１８０に送られる。
【００３７】
水晶発振器９１００から出力された周波数ｆＳの基準信号は、バンドパスフィ ルタ９２１０に供給されて正弦波信号となり、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０に送られる。サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０は、バンドパスフィルタ９２１０からの正弦波信号を、波形整形回路９１７０からのディジタル信号によりサンプルホールドする。このサンプルホールドされた値は、ＡＤコンバータ９３００に送られ、ホールド後一定期間後にＡＤ変換される。そしてＡＤ変換されたデータは、メモリ９４００の予め決められたアドレス上に記憶される様になっている。
【００３８】
なおアンプ９１６０からの出力は、ピークホールド回路９１９０にも供給され、受信パルス光の波高値が保持される。そしてレベル判定回路９２００は、得られた波高値が、ＡＰＤ９７１及びアンプ９１６０の正常動作範囲に入っているか否かを判断し、この結果をＣＰＵ９５００に送信する様になっている。この結果、ＣＰＵ９５００は波高値が適正範囲内にある場合のみ、ＡＤ変換からのデータを有効データとして処理する様になっている。
【００３９】
なお、基準信号ｆＳと測定信号ｆＭとは、
【００４０】
ｆＭ＝（ｎ／（ｍ（ｎ±１）））ｆＳ ・・・・・・第１式
【００４１】
ｍ＝ｍ’ｎ＋１である。 ・・・・・・第２式
【００４２】
但し、ｍ、ｎは整数である
【００４３】
となっている。
【００４４】
ここでｍ’が整数の場合のみ、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０は、バンドパスフィルタ９２１０からの正弦波信号を各受信パルス毎に、基準信号ｆＳの 周期のｎ分の一ずづ位相がずれながら順序よくホールドし、周期ｆＬの低周波の 階段状の信号を出力する。
【００４５】
周期ｆＬは、測定信号ｆＭがｎ回で１周期となるので、
【００４６】
ｆＬ＝ｆＭ／ｎ＝（１／（ｍ（ｎ±１））ｆＳ ・・・・・・第４式
【００４７】
となる。
【００４８】
従ってサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）９２２０から出力される波形は、周波数 ｆＬで繰り返し、ｎ個のホールド値から構成される。このためメモリ９４００は 、ｎ個以上のメモリから構成される。メモリ９４００は各発光パルス毎にＣＰＵ９５００によりアドレスがインクリメントされる様になっている。そしてＡＤ変換されたディジタルデータは、ＣＰＵ９５００を介して順次メモリ９４００に記憶されている。ＣＰＵ９５００とメモリ９４００とは加算手段に該当するものであり、記憶されたメモリ９４００上の任意のアドレスのデータと、ＡＤ変換されたデータを加算し、再びメモリ９４００上に記憶させる様になっている。
【００４９】
またｎ＋１回目以降のデータは１周期目と同じ位相関係になるので、レベル判定回路９２００の値が適正であれば、前回までの周期のデータと加算し、後に平均化操作を施すことにより、ＡＤ変換データ精度を高めることができる。
【００５０】
以上の様にして得られたメモリ９４００上のデータから、フーリエ変換の手法により位相を計算する様になっている。同様に内部参照光路についても演算を行い、光波距離計本体から被測定点であるコーナーキューブまでの距離は、
【００５１】
Ｌ＝（θ０−θ１）＊（１／２π）＊（Ｃ／ｆＳ）＊（１／２） ・・第１２式
【００５２】
但し、Ｃは光速、θ０は外部測距光路での測定位相、θ１は内部測距光路での測定位相である。
【００５３】
を計算することにより求めることができる。
【００５４】
カウンタ９１８０は、基準周波数ｆＳを第２の分周器９１３０で分周された信 号から、波形整形回路９１７０の出力信号までの時間をカウントし、このカウント数をＣＰＵ９５００に送信する様になっている。そしてＣＰＵ９５００は、外部測距光路におけるカウント値と、内部測距光路におけるカウント値との差から、光波距離計本体から被測定点であるコーナーキューブまでの概略距離を求め、更に上記第１２式による精密距離Ｌを組み合わせることにより、計測距離を算出することができる。
【００５５】
ここで、光路切替装置５について詳細に説明する。
【００５６】
光路切替装置５は、円弧状の光路切替板５１と、この光路切替板５１を回動させるためのパルスモーター５２と、光路を検出するための光路検出器５３とから構成されている。光路切替板５１は切替部材に該当し、パルスモーター５２は駆動手段に該当するものである。
【００５７】
そして、内部測距光路６ａと外部測距光路６ｂは、光路切替板５１の中心に対して対称な位置に配置されており、光路切替板５１により光路が遮蔽可能に構成されている。
【００５８】
本実施例のパルスモーター５２は、１８度ステップ角となっており、２０ステップで１回転する様に構成されている。
【００５９】
光路検出器５３は、光路切替装置５が切り替えた光路を検出するためのもので、本実施例の光路検出器５３には、ホトインタラプタが採用されている。本実施例では、２ステップ回転後である３６度ステップ角に相当する位置に配置されている。なお、光路検出器５３は、ホトインタラプタに限定されるものではなく、光路を検出することのできるセンサーであれば、何れのセンサーを採用することができる。
【００６０】
図２に示す様に、制御手段５０００の制御信号に基づき、モータ駆動手段５１００を駆動すれば、モータ駆動手段５１００がパルスモーター５２に対して、所定の駆動電力を供給する様に構成されている。
【００６１】
パルスモーター５２が回転すると、図５に示す様に、光路検出器５３から信号ａが出力される。即ち、光路切替板５１により光路検出器５３が遮蔽された状態の信号ａは、ＬＯＷレベルとなり、遮蔽されない状態の信号ａはＨＩＧＨレベルとなっている。
【００６２】
しかしながらパルスモーター５２は、モータ駆動手段５１００からのパルス状の駆動信号（信号ＣＬＫ）が印加されても、直ちに駆動することはない。このため、信号ＣＬＫと信号ａとには時間差が存在する。
【００６３】
また、次の駆動信号（信号ＣＬＫ）が与えられた瞬間のパルスモーター５２の位置は、その前の状態が確定していることを意味するので、光路検出器５３からの信号ａと、駆動信号（信号ＣＬＫ）とをクロックとしてフリップフロップ出力させると、信号Ｘを得ることができる。
【００６４】
そして、ステップ角が小さいパルスモーター５２を利用した場合には、測定光（外部測距光路６ｂの光）及び参照光（内部測距光路６ａの光）の光束を極端に小さくするか、或いは、測定光及び参照光の光束を、光路切替板５１の中心との位置から離さない限り、測定光及び参照光の両方を出力してしまい、確実な光路の切り替えができないという問題点がある。
【００６５】
そこで、測定光及び参照光の光路が重複することを防止するため、本実施例では、信号Ｘより３ステップ分遅延した信号Ｙを形成する。
【００６６】
ここで、Ｘ信号の立ち上がりを内部測距光路６ａ（参照光路）の終了とし、Ｘ信号の立ち下がりを外部測距光路６ｂ（測定光路）の終了とする。更に、Ｙ信号の立ち上がりを外部測距光路６ｂ（測定光路）の開始とし、Ｙ信号の立ち下がりを内部測距光路６ａ（参照光路）の開始とすれば、Ｙ信号の立ち上がりからＸ信号の立ち下がりまでが、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されている時間であり、Ｙ信号の立ち下がりからＸ信号の立ち上がりまでが、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されている時間となる。
【００６７】
ここで、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されている時間にＨｉｇｈレベルとなる信号をＱ１とし、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されている時間にＨｉｇｈレベルとなる信号をＱ２とする。
【００６８】
また、Ｘ信号がＨｉｇｈレベルの時を１とし、ＬＯＷレベルの時を０とする。同様に、Ｙ信号がＨｉｇｈレベルの時を１とし、ＬＯＷレベルの時を０とし、Ｑ１信号及びＱ２信号も同様に、Ｈｉｇｈレベルの時を１とし、ＬＯＷレベルの時を０とする。
【００６９】
図５に示す様に、まず、Ｘ信号が１で、かつ、Ｙ信号も１である時間は、Ｑ１信号も常に１となり、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されることになる。また、Ｘ信号が０で、かつ、Ｙ信号も０である時間は、Ｑ２信号が常に１となり、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されることになる。
【００７０】
そしてＸ信号が１で、Ｙ信号が０である場合には、測定光路でも参照光路でもないことになる。同様に、Ｘ信号が０で、Ｙ信号が１である場合も、測定光路でも参照光路でもないことになる。
【００７１】
従って、信号Ｘと、このＸ信号より３ステップ分遅延した信号Ｙとを利用すれば、測定光路と参照光路とを完全に切り変えることのできるＱ１信号とＱ２信号とを得ることができる。
【００７２】
以上の様に構成された本実施例は、制御手段５０００が、光路検出器５３から信号ａを入力し、Ｑ１信号及びＱ２信号を形成することにより、現在の選択されている光路が、外部測距光路６ｂ（測定光路）であるか、内部測距光路６ａ（参照光路）であるかを認識することができる。
【００７３】
ここで、図６（ａ）及び図６（ｂ）に基づいて、光路切替板５１の位置関係を詳細に説明する。本実施例の光路切替板５１は、時計方向に回転するとすれば、外部測距光路６ｂ（測定光路）から２ステップ分（３６度ステップ角）前の位置に光路検出器５３が設けられている。従って本実施例の光路検出器５３は、外部測距光路６ｂ（測定光路）の切替の始点と、切替の終点を検出するためのものである。
【００７４】
図６（ａ）の（イ）は、光路切替板５１の後部が、外部測距光路６ｂ（測定光路）から２ステップ分（３６度ステップ角）前の位置にある場合を示す図である。この状態で、光路検出器５３の遮蔽が解除され、信号ａがＨＩＧＨレベルとなる。図５に示す様に、この時のＸ信号、Ｙ信号、Ｑ１信号は、全てＬＯＷレベル（０）であり、Ｑ２がＨＩＧＨ（１）となっている。従って、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されていることとなり、図６（ａ）の（イ）に示す状態と一致することが判る。
【００７５】
次に、図６（ａ）の（ロ）は、光路切替板５１が１ステップ分（１８度ステップ角）回転した状態を示す図である。この場合には、信号ａがＨＩＧＨレベルとなり、Ｘ信号もＨＩＧＨレベル（１）となる。しかしながらＹ信号は、３ステップ分遅れるため、Ｙ信号はＬＯＷレベル（０）となり、Ｑ１信号とＱ２信号が、共にＬＯＷ（０）となる。これは、図６（ａ）の（ロ）に示す様に、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）が共に、開放されており、どちらか一方を選択できない状態である。
【００７６】
同様に、図６（ａ）の（ハ）は、光路切替板５１が、更に１ステップ分（１８度ステップ角）回転した状態を示す図である。この状態では図６（ａ）の（ハ）と同様に、Ｑ１信号とＱ２信号とが共にＬＯＷ（０）となり、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂとが選択されない状態である。即ち、Ｙ信号が遅延される３ステップ分の間は、光路のどちらか一方を選択できない状態であると認識され、Ｑ１信号とＱ２信号の何れもがＬＯＷレベル（０）となる。
【００７７】
そして、図６（ａ）の（ニ）では、外部測距光路６ｂ（測定光路）が開放され、内部測距光路６ａ（参照光路）が遮蔽される様になっている。この場合には図５に示す様に、Ｘ信号がＨＩＧＨレベル（１）となると共に、Ｙ信号もＨＩＧＨレベル（１）となり、Ｑ１信号がＨＩＧＨレベル（１）となる。この結果、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されたことを制御手段５０００が認識し、Ｑ１信号を出力することができる。
【００７８】
また、図６（ｂ）の（ホ）に示す状態では、光路検出器５３の出力信号ａがＨＩＧＨとなる最終の状態であり、Ｑ１信号がＨＩＧＨレベル（１）となり、外部測距光路６ｂ（測定光路）が選択されていることが認識されている。
【００７９】
更に、図６（ｂ）の（ヘ）となれば、光路切替板５１の前部が光路検出器５３を遮蔽して、信号ａがＬＯＷレベルとなり、Ｘ信号もＬＯＷレベル（０）となる。Ｙ信号は３ステップ分遅れているため、ＨＩＧＨ（１）レベルとなっている。従って、Ｑ１信号とＱ２信号がＬＯＷレベル（０）となり、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）のどちらか一方を選択できない状態であることが認識される。この状態が３ステップ分続くことは、外部測距光路６ｂ（測定光路）の選択時と同様である。
【００８０】
そして、図６（ｂ）の（ト）の状態になれば、Ｙ信号がＬＯＷレベル（０）となり、Ｑ２信号がＨＩＧＨ（１）となる。この結果、内部測距光路６ａ（参照光路）が選択されたことを制御手段５０００が認識し、Ｑ２信号を出力することができる。
【００８１】
以上の様に制御手段５０００は、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）の何れかが、完全に選択されたことを認識することができ、それぞれに対応するＱ２信号及びＱ１信号を出力することができる。従って、光波距離計は、Ｑ１信号とＱ２信号を受信することにより、光路の切替に対応することが可能となる。
【００８２】
なお上記実施例は、測定光路と、参照光路と、その何れでもない３個の出力を光路検出器５３が検出出力するものである。なお遅延時間は、３ステップに限ることなく、適宜変更することができる。
【００８３】
また、パルス状の駆動信号（信号ＣＬＫ）は、基準クロックに該当するものであり、光路検出器５３の検出出力は基準クロックに同期している。
【００８４】
次に、光路切替装置５のパルスモーター５２が、ＤＣモータである場合第１の変形例を説明する。ＤＣモータは、パルスモーター５２に比較して円滑に回転するため、図７に示す様に、２個の光路検出器５３ａ、５３ｂを使用することにより、Ｘ信号とＹ信号と同様な信号を得ることができる。
【００８５】
即ち、本第１の変形例の光路切替装置５ａは、円弧状の光路切替板５１と、この光路切替板５１を定速で回動させるためのＤＣモータと、光路を検出するための第１の光路検出器５３ａと第２の光路検出器５３ｂとから構成されている。ＤＣモータの回転が円滑なため、第１の光路検出器５３ａの検出信号（Ｘ信号に相当）から遅れて、第２の光路検出器５３ｂから検出信号（Ｙ信号に相当）を出力させることができる。この円弧状の光路切替板５１の回転による検出時間差を利用し、遅延信号を得ることができる。
【００８６】
以上の様に構成された第１変形例は、円弧状の光路切替板５１により、測定光路と参照光路とを切り替える様になっている。
【００８７】
なお、本第１の変形例の光路切替装置５ａは、測定光路と参照光路とを、円弧状の光路切替板５１の中心から対称な位置に配置しているが、必ずしも対称である必要がなく、中心からの距離も適宜定めることができる。更に、光路切替板５１は、円弧状に限定するものではなく、適宜の形状にすることが可能である。
【００８８】
また本第１実施例は、光路切替板５１を回転させる構成となっているが、光路切替板５１と同様な形状の穿設穴を形成した板部材を設け、この板部材を回転させる構成にすることもできる。
【００８９】
更に、円弧状の光路切替板５１に代えて、矩形の光路切替板５１ａを使用した第２の変形例を図８に基づいて説明する。
【００９０】
この第２の変形例は、矩形の光路切替板５１ａの往復運動させることにより光路を切り替えるものである。
【００９１】
本第２の変形例の光路切替装置５ｂは、矩形の光路切替板５１ａと、この光路切替板５１ａを往復運動させるための往復運動手段と、光路を検出するための第１の光路検出器５３ａと第２の光路検出器５３ｂとから構成されている。往復運動手段５５は、ＤＣモータの回転駆動力をクランク等の運動機構を用いて往復運動に変換し、光路切替板５１ａを往復駆動させる様になっている。
【００９２】
第１変形例と同様に、ＤＣモータの回転が円滑なため矩形の光路切替板５１ａを定速で駆動することができ、第１の光路検出器５３ａの検出信号（Ｘ信号に相当）から遅れて、第２の光路検出器５３ｂから検出信号（Ｙ信号に相当）を出力させることができる。即ち、矩形の光路切替板５１ａが定速で駆動されるので、検出時間差を利用し、遅延信号を得ることができる。
【００９３】
なお、第１変形例及び第２変形例のその他の構成は、上記実施例と同様であるから説明を省略する。
【００９４】
次に、２個の光路検出器５３を使用した第３変形例を説明する。
図９に示す様に、本第３の変形例の光路切替装置５ｃは、円弧状の光路切替板５１と、この光路切替板５１を回動させるためのパルスモータ５２と、光路を検出するための第１の光路検出器５３ａと第２の光路検出器５３ｂとから構成されている
【００９５】
第１の光路検出器５３ａは、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）の切替の始点を検出するためのものであり、第２の光路検出器５３ｂは、内部測距光路６ａ（参照光路）と外部測距光路６ｂ（測定光路）の切替の終点を検出するためのものである。
【００９６】
第１の光路検出器５３ａと第２の光路検出器５３ｂとを使用することにより、光路の切替を確実に行うことができる。
【００９７】
本第３実施例のその他の構成は、上記実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００９８】
なお上記実施例等は、外部測距光路６ｂ（測定光路）、内部測距光路６ａ（参照光路、その何れでもないという３個の状態を認識しているが、他の状態を定義し、少なくとも３個の状態を認識するという構成にすることもできる。
【００９９】
更に、光路検出器５３に入射させる光は、外部測距光路６ｂ（測定光路）又は内部測距光路６ａ（参照光路）の光の一部を取り込んでもよい。そして適宜のオプチカルガイド、切替板等を利用して光を導くことも可能である。
【０１００】
また切り替える光路も、３個以上とすることもできる。
【０１０１】
なお、上述の実施例等は、時間差を測定することにより距離を測定する光波距離計で説明したが、位相差を測定するための位相差計として使用できることは言うまでもない。
【０１０２】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、光源部からの光を測定対称物に対して送出するための光学手段に形成された測定光路と、前記距離測定手段の内部に形成された参照光路と、切替部材を駆動することにより、前記測定光路と該参照光路とを切替るための光路切替手段と、前記切替部材の位置を検出するための光路検出手段と、前記光路切替手段における前記切替部材の駆動を制御するための制御手段とを備えており、前記光路検出手段からの出力と、前記制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定する様に構成されているので、測定光路と参照光路とを、高速かつ確実に切り替えることができ、更に、前記光路検出手段の設置位置の自由度も向上するという卓越した効果がある。
【０１０３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の光路切替装置５を説明する図である。。
【図２】本実施例の光路切替装置５の電気的構成を説明する図である。。
【図３】本実施例の光波距離計の構成を示す図である。
【図４】本実施例の光波距離計の電気的構成を示す図である。
【図５】本実施例の電気的信号を説明する斜視図である。
【図６（ａ）】本実施例の光路切替装置５の動作を説明する図である。
【図６（ｂ）】本実施例の光路切替装置５の動作を説明する図である。
【図７】第１変形例の光路切替装置５ａを説明する図である。
【図８】第２変形例の光路切替装置５ｂを説明する図である。
【図９】第３変形例の光路切替装置５ｃを説明する図である。
【符号の説明】
５ 光路切替装置
５１ 円弧状の光路切替板
５２ パルスモーター
５３ 光路検出器
５３ａ 第１の光路検出器
５３ｂ 第２の光路検出器
６ａ 内部測距光路
６ｂ 外部測距光路
５０００ 制御手段
５１００ モータ駆動手段
Claims (7)
- 基準光を発光するための光源部と、この光源部からの光を目的物に対して送出するための光学手段と、この目的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位相差を測定するための位相差測定装置であって、前記光源部からの光を目的物に対して送出するための光学手段に形成された測定光路と、前記位相差測定装置の内部に形成された参照光路と、切替部材を駆動することにより、前記測定光路と該参照光路とを切替るための光路切替手段と、前記切替部材の位置を検出するための光路検出手段と、前記光路切替手段における前記切替部材の駆動を制御するための制御手段とを備えており、前記光路検出手段からの出力と、前記制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定することを特徴とする位相差測定装置における遮光板制御装置。
- 基準光を発光するための光源部と、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る光波距離計において、前記光源部からの光を測定対称物に対して送出するための光学手段に形成された測定光路と、前記距離測定手段の内部に形成された参照光路と、切替部材を駆動することにより、前記測定光路と該参照光路とを切替るための光路切替手段と、前記切替部材の位置を検出するための光路検出手段と、前記光路切替手段における前記切替部材の駆動を制御するための制御手段とを備えており、前記光路検出手段からの出力と、前記制御手段の切替部材の駆動情報とに基づいて、選択されている光路の切替の始点と、切替の終点とを設定することを特徴とする光波距離計における遮光板制御装置。
- 光路検出手段の検出出力が、測定光路と、参照光路と、その何れの光路でもないという３種類の出力となっている請求項１又は２記載の遮光板制御装置。
- 光路切替手段は、基準クロックと同期して前記切替部材を駆動するための駆動手段を備え、光路検出手段は、少なくとも１個の検出素子からなり、前記光路検出手段の検出出力が、前記基準クロックと同期している請求項１又は２記載の遮光板制御装置。
- 光路検出手段が少なくとも２個の検出素子からなり、この１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の始点を設定し、他の１個の検出素子からの出力に基づいて、測定光路又は参照光路の何れかが選択される切替の終点を設定する請求項１又は２記載の遮光板制御装置。
- 光路検出手段は、測定光路又は参照光路の一部の光を検出素子により受光する構成となっている請求項１又は２記載の遮光板制御装置。
- 光路切替手段は、基準クロックと同期して前記切替部材を駆動するための駆動手段を備え、光路検出手段は、前記切替部材の位置を検出するための少なくとも１個の検出素子と、この検出素子の検出信号と前記基準クロックに基づき、前記光路の切替状態を認識するための制御手段とから構成されている請求項１又は２記載の遮光板制御装置。
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