JP4851737B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光線を測定対象物に照射し、測定対象物からの反射光を受光して距離測定を行う距離測定装置に関するものである。

距離測定装置として、レーザ光線を測定対象物に照射し、測定対象物からの反射光を用いて測定対象物迄の距離を測定する光波距離測定装置がある。

従来、光波距離測定装置では、レーザ光線を一定周波数で強度変調し、測距光として射出し、測定対象物で反射された反射測距光を受光し、受光された反射測距光の強度変調の位相と距離測定装置内部に形成した参照用光路で得られた内部参照光の強度変調の位相とを比較し、位相差から測定対象物迄の距離を測定している。

上記距離測定装置に於ける距離測定では、測距距離に応じて前記位相差が変化することを利用したものであり、内部参照光と反射測距光間の位相差をΔφ、測距距離をＤ、変調周波数をｆ、光速をＣとすれば、位相差ΔφはΔφ＝４πｆＤ／Ｃ（式１）と表され、測距距離Ｄは位相差Δφを測定することで求めることができ、更に参照用光路長は既知であるので、求められた測定距離を内部参照光路で補正することで正確な測定距離が得られる。

又、距離測定に於いて、距離測定装置内部の検出回路等のドリフトが測定誤差として影響するが、内部参照光と反射測距光との位相を比較することで、検出回路等のドリフトの影響が相殺され、正確な距離の演算が可能となる。

次に、従来の距離測定装置の概略を図７に於いて説明する。

レーザダイオード等の発光素子５１は発光素子駆動回路６２によって所定周波数に光強度変調されたレーザ光線を射出する。該レーザ光線はハーフミラー５２によって測距光５３と内部参照光５４とに分割され、前記ハーフミラー５２を透過した前記測距光５３は対物レンズ５５を通して測定対象物５６、例えばコーナキューブ等の反射鏡に照射され、該測定対象物５６で反射された反射測距光５３′は前記対物レンズ５５、ハーフミラー５８を通してフォトダイオード等の受光素子５７により受光される。

前記ハーフミラー５２で反射された前記内部参照光５４は、前記反射測距光５３′の光路上の前記ハーフミラー５８で反射され、前記受光素子５７に受光される。該受光素子５７の受光信号は、受光回路６３に入力され、該受光回路６３は測距演算の為に前記受光素子５７から入力される信号を処理する。

前記測距光５３の光路と前記内部参照光５４の光路に掛渡り光路切換え器５９が設けられ、又前記反射測距光５３′の光路には光量調整器６１が設けられている。前記光路切換え器５９は前記測距光５３の光路と前記内部参照光５４の光路とを択一的に遮断し、他方を透過するものであり、前記受光素子５７には前記反射測距光５３′と前記内部参照光５４とが交互に前記受光素子５７に受光される。

上記した様に、光強度変調された前記測距光５３が使用され、該測距光５３から得られる前記内部参照光５４と前記反射測距光５３′との位相差を求めて距離を演算しているので、該反射測距光５３′と前記内部参照光５４との受光光量の相違は距離測定の精度に影響する。従って、前記光量調整器６１が設けられている。該光量調整器６１は、連続的に濃度が変化する振幅フィルタを有し、該振幅フィルタを回転させることで前記反射測距光５３′の受光光量を一定に調整するものである。前記光量調整器６１により、前記測定対象物５６の距離によって反射光量が変化しても前記受光素子５７が受光する前記内部参照光５４の受光光量と前記反射測距光５３′の受光光量が等しくなる様にしている。

前記光路切換え器５９による光路切換え、及び前記光量調整器６１による光量調整は駆動回路６４によって制御される。

制御演算部６５は前記発光素子駆動回路６２を、前記発光素子５１から射出されるレーザ光線が所定周波数の光強度変調となる様に制御し、又前記駆動回路６４による前記光路切換え器５９の光路切換えのタイミングを制御している。更に、前記制御演算部６５は前記受光素子５７の受光信号から、前記反射測距光５３′の光量を前記内部参照光５４の光量と等しくする制御信号を前記駆動回路６４に送出する。

前記受光回路６３は、前記受光素子５７からの信号を増幅、Ａ／Ｄ変換する等の信号処理を行うと共に前記内部参照光５４の変調周波数と、前記反射測距光５３′の変調周波数の位相差を求める等の処理を行い、前記制御演算部６５に送出する。該制御演算部６５は前記受光回路６３から送出された位相差を基に上記（式１）により前記測定対象物５６迄の距離を演算する。

上記した従来の距離測定装置では、前記内部参照光５４と前記反射測距光５３′との切換えを前記光路切換え器５９によって機械的に切換えている。

光路の切換え、光量調整のいずれも機械的に行っているので、高速な光路切換え、高速な光量調整が難しく、高速の距離測定が難しい。この為、測定対象物が建築物等について距離測定を行う場合は問題が無いが、１つの測定装置により複数の移動体、例えばブルドーザ等の建設機械について連続的に距離測定を行う場合等、高速の距離測定が要求される場合は測定が困難となる場合がある。又、トータルステーション等により建築物等について３次元測定をする場合は、自動測量により多数点について測量する必要があり、測定速度の高速化が要求される。又、移動体等についての測量を行う場合は、光路切換え速度、光量調整速度が、移動体の移動速度に追従できず、距離測定を行えない場合が生ずる等の問題があった。

尚、測距光を回転させ、多方向、多数点の距離測定を行う距離測定装置としては、特許文献１、特許文献２に示されるものがある。

特許公報第２６９４６４７号公報

特開平４−３１３０１３号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、距離測定装置に於ける光路切換え、光量調整の高速化を図り、距離測定の高速化を実現するものである。

本発明は、測定対象物に向けてパルスレーザ光線を射出し、測定対象物からの反射光を受光して距離を測定する距離測定装置に於いて、測距用パルスレーザ光線を射出する第１発光部と、基準パルスレーザ光線を発する第２発光部と、前記測距用パルスレーザ光線を第１受光部に導く測距光路と、前記測距用パルスレーザ光線を分割して第２受光部に導く内部参照光路と、前記基準パルスレーザ光線を分割して前記第１受光部と前記第２受光部とに導く内部基準光路と、前記第１受光部と前記第２受光部から得られるパルス光の受光時間差を基に距離を演算する演算制御部とを具備した距離測定装置に係り、又前記内部基準光路は光量の異なる複数の基準光を生成する距離測定装置に係り、又前記内部基準光路は光ファイバを有し、該光ファイバにパルスレーザ光線を往復させることで光量の異なる複数の基準光を生成する距離測定装置に係り、又前記光ファイバは第２発光部から発せられたパルスレーザ光線の分割された一方のパルスレーザ光線から光量の異なる複数の基準光を生成し、第１受光部に導く様にした距離測定装置に係り、又前記光ファイバは第２発光部から発せられたパルスレーザ光線から光量の異なる複数の基準光を生成し、前記内部基準光路は前記光ファイバから射出された複数の基準光を分割して前記第１受光部と、前記第２受光部とに導く距離測定装置に係り、更に又前記光ファイバから射出されたパルスレーザ光線の光量を調整する光量調整手段を具備した距離測定装置に係るものである。

本発明によれば、測定対象物に向けてパルスレーザ光線を射出し、測定対象物からの反射光を受光して距離を測定する距離測定装置に於いて、測距用パルスレーザ光線を射出する第１発光部と、基準パルスレーザ光線を発する第２発光部と、前記測距用パルスレーザ光線を第１受光部に導く測距光路と、前記測距用パルスレーザ光線を分割して第２受光部に導く内部参照光路と、前記基準パルスレーザ光線を分割して前記第１受光部と前記第２受光部とに導く内部基準光路と、前記第１受光部と前記第２受光部から得られるパルス光の受光時間差を基に距離を演算する演算制御部とを具備したので、距離測定に於いて前記内部参照光路と前記測距光路との機械的切換え作動がなく、高速での距離測定が可能となる。

又、本発明によれば、前記内部基準光路は光量の異なる複数の基準光を生成するので、前記内部参照光の光量調整手段が必要なく、又該光量調整手段の機械的作動による光量調整がなくなり、高速での距離測定が可能となる。

又、本発明によれば、前記内部基準光路は光ファイバを有し、該光ファイバにパルスレーザ光線を往復させることで光量の異なる複数の基準光を生成するので、簡単な構成で光量の異なる複数の基準光が得られる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は第１の実施の形態の測距部２０の基本構成を示している。

第１光源１は測距光としてのパルスレーザ光線を任意のタイミングで射出するレーザダイオード等の発光素子であり、該第１光源１の第１光軸２上に第１コンデンサレンズ３、第１分割ミラー４、第２コンデンサレンズ５が配設され、該第２コンデンサレンズ５の集光位置に発光側光ファイバ６の入射端面が配置され、該発光側光ファイバ６の射出端は反射プリズム７の発光側反射面７ａに対峙して配置される。

前記反射プリズム７は第２光軸８上に配設され、該第２光軸８には対物レンズ９が配設されている。

前記第１光源１で射出されたパルスレーザ光線は、前記第１コンデンサレンズ３、前記第１分割ミラー４、前記第２コンデンサレンズ５、前記発光側光ファイバ６を経て前記発光側反射面７ａに入射され、該発光側反射面７ａで反射されたパルスレーザ光線は前記対物レンズ９を経て前記第２光軸８上に照射され、更に照射光路１１を経て測定対象物（図示せず）に照射される。該測定対象物で反射されたパルスレーザ光線は反射光路１２、前記対物レンズ９を経て前記反射プリズム７の受光側反射面７ｂに入射し、該受光側反射面７ｂで反射され、受光側光ファイバ１３に入射する。

該受光側光ファイバ１３の射出端は第３光軸１４上に配置され、該第３光軸１４には第３コンデンサレンズ１５、第２分割ミラー１６、第４コンデンサレンズ１７、第１受光素子１８が配設されている。

第２光源１９は基準光としてのパルスレーザ光線を任意のタイミングで射出するレーザダイオード等の発光素子であり、該第２光源１９の第４光軸２１上に第５コンデンサレンズ２２、第３分割ミラー２３、第４分割ミラー２４、第６コンデンサレンズ２５、第２受光素子２６が配設されている。

前記第１光源１から射出されたパルスレーザ光線は前記第１分割ミラー４により一部が反射され、更に前記第４分割ミラー２４により反射されて前記第２受光素子２６に受光される様になっている。

前記第２光源１９から射出されたパルスレーザ光線は、前記第３分割ミラー２３、第４分割ミラー２４を透過し、前記第６コンデンサレンズ２５で集光されて前記第２受光素子２６に受光され、又前記第２光源１９から照射されたパルスレーザ光線の一部は前記第３分割ミラー２３により反射され、光ファイバ２７を介して前記第２分割ミラー１６に入射され、該第２分割ミラー１６で反射され、前記第４コンデンサレンズ１７を経て前記第１受光素子１８に受光される様になっている。

前記光ファイバ２７は、光学長を有すると共に両端面には所要の反射率を有するハーフミラーとなっている。該光ファイバ２７の両端面で光が反射され、該光ファイバ２７内を光が往復した場合に波形が崩れない様、該光ファイバ２７はシングルモード光ファイバとなっている。尚、波形が崩れない光ファイバとして、Ｇｉモードファイバが用いられてもよい。

前記第１光軸２、前記第２光軸８、前記第３光軸１４等は測距光路２９を形成し、前記第１光軸２の前記第１分割ミラー４で反射され、更に前記第４光軸２１の前記第４分割ミラー２４で反射され前記第２受光素子２６に入射される光路は、内部参照光路３０を形成する。又、前記第２光源１９からのパルスレーザ光線を前記第３分割ミラー２３で分割して前記第１受光素子１８及び前記第２受光素子２６に導く前記第４光軸２１、前記第３分割ミラー２３、前記第２分割ミラー１６、前記第３光軸１４等は内部基準光路３５を形成する。

前記第１光源１、前記第２光源１９は発光素子駆動回路３１によって駆動されてパルスレーザ光線を射出し、該発光素子駆動回路３１の駆動状態は演算制御部３２により制御される。前記第２受光素子２６、前記第１受光素子１８からの受光信号は、受光回路３３に入力され、該受光回路３３により増幅、Ａ／Ｄ変換等所要の信号処理をされ、前記演算制御部３２に入力される。該演算制御部３２は、受光信号を適宜、記憶部３４に記憶される。該記憶部３４には、前記受光信号が格納されると共に距離測定装置を作動させる為のシーケンスプログラム、距離演算の為の演算プログラム等が格納されている。前記演算制御部３２は、シーケンスプログラム、演算プログラムを展開し、測定を実行すると共に受光信号を基に測定対象物迄の距離を演算する。

以下、作用について説明する。

先ず、概略を説明すると、前記第１光源１から発せられたパルスレーザ光線は前記第１光軸２、前記照射光路１１を経て測定対象物（図示せず）に照射され、該測定対象物から反射されたレーザ光線は前記反射光路１２、前記第３光軸１４を経て測距光として前記第１受光素子１８に受光される。又、前記第１光源１から発せられたパルスレーザ光線の一部は前記内部参照光路３０を経て前記第２受光素子２６に内部参照光として受光され、前記測距光と内部参照光とが比較され受光時間差等が求められ、受光時間差等により測定対象物迄の距離が測定される。前記測距光と前記内部参照光との比較により、受光回路等の回路に含まれる誤差が除去される。

測距光を受光する前記第１受光素子１８と内部参照光を受光する前記第２受光素子２６とは独立しているので、従来の様に測距光と内部参照光の切換えが必要ない。

以下、図２を参照して具体的に説明する。

測距の作動が開始されると、先ず前記第２光源１９が駆動され、パルスレーザ光線Ｂが発光され、パルスレーザ光線Ｂの一部は前記第２受光素子２６に受光され、パルスレーザ光線Ｂの残りは前記光ファイバ２７を介して前記第１受光素子１８に受光される。

前記第２受光素子２６がパルスレーザ光線Ｂを受光して発する受光信号のパルスは、図２中、ＢＤ１として示されている。

又、前記光ファイバ２７を介して前記第１受光素子１８で受光された場合の受光信号のパルスは、図２中、受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５として示されている。前記光ファイバ２７の両端面がハーフミラーとなっていることから、両端面で反射され、前記光ファイバ２７内を往復したパルス光が往復した回数毎の時間遅れで順次前記第１受光素子１８により受光される。即ち、前記第２光源１９、前記光ファイバ２７は光量の異なる複数の基準光を発する第２光源部を構成する。

前記第２受光素子２６から受光パルス信号ＢＤ１が発せられて、次に前記第１受光素子１８が前記受光パルスＢＣ１を発する迄の時間差Δｔref1は前記第２受光素子２６と前記第１受光素子１８との応答差であり、前記受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５の時間遅れは、前記光ファイバ２７をパルス光が往復する時間が加わったものである。即ち、前記受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５の間隔、例えば時間差Δf ＝（Δｔref1−Δｔref2）は、パルス光が前記光ファイバ２７を往復した時間差であり、２Ｌ（Ｌは前記光ファイバ２７の光学長）／Ｃ（光速）に等しい。

更に、前記光ファイバ２７の両端面は所定の反射率を有することから、パルスレーザ光線Ｂが往復する毎に減衰し、前記受光パルス信号ＢＣ１から受光パルス信号ＢＣ５に向けて受光光量が段階的に減少していく。

而して、前記各受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５の受光光量、及び該各受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５の前記受光パルス信号ＢＤ１に対する遅延時間Δｔref1，Δｔref2，Δｔref3，Δｔref4，Δｔref5が前記記憶部３４に格納される。

次に、前記第１光源１が発光され、測距光Ａが測定対象物（図示せず）に向って発せられ、前記反射光路１２、前記受光側光ファイバ１３、前記第３光軸１４を経て前記第１受光素子１８に受光される。又、測距光Ａの一部は前記第１分割ミラー４で反射され、前記内部参照光路３０を経て内部参照光として前記第２受光素子２６で受光される。

内部参照光が前記第２受光素子２６で受光された受光パルス信号は図２中、ＡＤ１として示され、測定対象物（図示せず）から反射された前記測距光Ａが前記第１受光素子１８で受光された場合の受光パルス信号は、図２中、ＡＣ１として示されている。前記受光パルス信号ＡＤ１と前記受光パルス信号ＡＣ１との時間差Δｔext が測定される。

前記受光パルス信号ＡＣ１光強度と、前記受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５との光強度とが比較され、最も近い受光パルス信号が選択される。例えば、図中では受光パルス信号ＢＣ２が選択される。尚、受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５間の受光光量差でゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５を設定し、例えば受光パルス信号ＡＣ１の受光光量がゾーンＺ２に属する場合は、該ゾーンＺ２に対応した受光パルス信号ＢＣ２が選択される様にしてもよい。

受光信号パルスＢＣ２が選択された場合のＢＤ１に対する遅延時間はΔｔref2である。

従って、測定対象物迄のパルスレーザ光線が往復する時間ｔL は、下記の式により算出することができる。

ｔL ＝Δｔext −Δｔref2＋Δf

ここで、Δf は前記光ファイバ２７の光学長による時間差を補正するものである。又、Δｔext とΔｔref2には、前記第１受光素子１８と前記第２受光素子２６の光電変換の遅延時間、或は前記第１受光素子１８と前記第２受光素子２６からの光電流を電圧に変換する遅延時間が含まれているが、これらはΔｔext とΔｔref2に共通に含まれているからΔｔext からΔｔref2を減ずることで、相殺することができる。

而して、対象物迄の距離Ｌは下記の式から算出できる。

Ｌ＝Ｃ×ｔL ／２

尚、装置内での前記第１光源１と前記第１受光素子１８間の光学長と、前記第１光源１と前記第２受光素子２６間の光学長との差、及び前記第２光源１９と前記第２受光素子２６間、前記第２光源１９と前記第１受光素子１８間の光学長の差は固定値であるので、装置を較正することで予め取除いておくことができる。

本発明では、測距光Ａの受光光量に対応して内部参照光の光量調整をする必要が無く、予め取得しておいた、前記受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５とを比較するので、光量調整の為の機械的な作動が無く、高速での測定が可能となる。

次に、図３により第２の実施の形態について説明する。図３は該第２の実施の形態の測距部２０の基本構成を示している。

図３中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。又、第１の実施の形態と第２の実施の形態の構成上の大きな相違は、光ファイバの配置にあり、第１の実施の形態では、前記光ファイバ２７を前記第３分割ミラー２３と前記第２分割ミラー１６との間に配置したが、第２の実施の形態では、光ファイバ３８を第５コンデンサレンズ２２と第２光源１９との間に配置したものである。他の共通する構成については同様であるので、その説明を省略する。

第４光軸２１上に第２受光素子２６、第６コンデンサレンズ２５、第４分割ミラー２４、第３分割ミラー２３、前記第５コンデンサレンズ２２が配設され、更に光量調整手段３６及び前記第４光軸２１の延長上に前記第２光源１９、リレーレンズ３７が設けられ、該リレーレンズ３７と前記第４光軸２１間には前記光ファイバ３８が設けられている。該光ファイバ３８の両面は所要の反射率を有するハーフミラーとなっている。又、該光ファイバ３８の長さは、未知でもよく、又該光ファイバ３８を往復するパルスレーザ光線の波形は等しくなくてもよく、マルチモードの光ファイバを使用することができる。

前記光量調整手段３６は、例えば円周方向で漸次透過率の異なる円板を前記第４光軸２１を遮る様に設け、モータ等のアクチュエータにより回転させる様にしたものである。

第２の実施の形態の作用について、図４を参照して説明する。

先ず、前記第２光源１９を発光させ、パルスレーザ光線Ｂを射出する。

該パルスレーザ光線Ｂは前記光ファイバ３８に入射し、一部が透過して該光ファイバ３８の他端から射出され、又残部が両端面のハーフミラーによって反射され、前記光ファイバ３８内を往復し、更に残部の一部が他端から射出される等して、前記光ファイバ３８の他端からは、漸次光量が減少されたパルスレーザ光線が所定時間間隔で射出される。尚、この時間間隔は、第１の実施の形態で説明した様に、パルス光が前記光ファイバ３８を往復した時間であり、２Ｌ（Ｌは前記光ファイバ３８の光学長）／Ｃ（光速）に等しい。

前記光ファイバ３８から射出されたパルスレーザ光線は、前記第３分割ミラー２３で分割され、前記第２受光素子２６、前記第１受光素子１８に入射される。該第１受光素子１８がパルスレーザ光線を受光して発する受光パルス信号は、図４中でＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５として表され、前記第２受光素子２６がパルスレーザ光線を受光して発する受光パルス信号は図４中でＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３，ＢＤ４，ＢＤ５として表される。

更に、該受光パルス信号ＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３，ＢＤ４，ＢＤ５に対する前記受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５それぞれの遅延時間Δｔref1，Δｔref2，Δｔref3，Δｔref4，Δｔref5を測定する。尚、前記受光パルス信号ＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３，ＢＤ４，ＢＤ５、及び前記受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５の減光量は、前記光ファイバ３８の両端面に形成したハーフミラーの反射率を設定することで調整することができる。

前記受光パルス信号ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３，ＢＣ４，ＢＣ５の受光光量、前記受光パルス信号ＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３，ＢＤ４，ＢＤ５の受光光量及び前記延時間Δｔref1，Δｔref2，Δｔref3，Δｔref4，Δｔref5は演算制御部３２を介して記憶部３４に記憶される。

又、前記第２光源１９を発光させ、パルスレーザ光線Ｂを前記光ファイバ３８、前記光量調整手段３６を介して前記第２受光素子２６に受光させる。この時、前記光量調整手段３６は、前記第２受光素子２６に入射する光量を調整する。調整は、前記受光パルス信号ＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３，ＢＤ４，ＢＤ５のそれぞれを、内部参照光路３０を介して前記第２受光素子２６に入射する第１光源１からのパルスレーザ光線Ａの光量（図４中、ＡＤ１として表される受光パルス信号）と同一となる様に調整する。

又調整した光量で前記第２受光素子２６が受光し、発するパルス信号と前記受光パルス信号ＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３，ＢＤ４，ＢＤ５の内対応するパルス信号との時間差Δｔref1′，Δｔref2′，Δｔref3′，Δｔref4′，Δｔref5′をそれぞれ求め、前記記憶部３４に記憶させる。

例えば受光パルス信号ＢＤ２について、前記光量調整手段３６を透過した場合の前記第２受光素子２６が発するパルス信号が、パルスレーザ光線Ａを受光して前記第２受光素子２６が発するパルス信号と同一となる様に調整する。光量調整したパルスレーザ光線を受光して発するパルスと前記受光パルス信号ＢＤ２との遅延時間が、図示されるΔｔref2′である。

次に、前記第１光源１が発光され、パルスレーザ光線Ａが射出される。該パルスレーザ光線Ａは発光側光ファイバ６、照射光路１１、反射光路１２、及び受光側光ファイバ１３を経て前記第１受光素子１８に入射し、該第１受光素子１８からは受光パルス信号ＡＣ１が発せられる。又、前記第１光源１からのパルスレーザ光線Ａの一部は第１分割ミラー４により反射され、前記内部参照光路３０を経て前記第２受光素子２６に受光される。前記内部参照光路３０を受光して発せられる受光パルス信号は、図４中、ＡＤ１として表されている。

受光パルス信号ＡＤ１に対する前記受光パルス信号ＡＣ１の遅延時間Δｔext を測定する。

前記記憶部３４に格納されている演算プログラムが展開されて、以下の演算がなされる。

測定対象物迄の測距光Ａが往復する時間ｔL は、下記の式から演算される。

ｔL ＝Δｔext −Δｔref2−Δｔref2′

Δｔext とΔｔref2には前記第１受光素子１８、前記第２受光素子２６の光電変換の遅延時間、或は第１受光素子１８と第２受光素子２６からの光電流を電圧に変換する遅延時間が含まれているが、これらはΔｔext とΔｔref2に共通に含まれているからΔｔext からΔｔref2を減ずることで、相殺することができる。

而して、測定対象物迄の距離Ｌは下記の式から算出できる。

Ｌ＝Ｃ×ｔL ／２

又、第１の実施の形態と同様、装置内での前記第１光源１と前記第１受光素子１８間の光学長と、前記第１光源１と前記第２受光素子２６間の光学長との差、及び前記第２光源１９と前記第２受光素子２６間、前記第２光源１９と前記第１受光素子１８間の光学長の差は固定値であるので、装置を較正することで予め取除いておくことができる。更に、本実施の形態でも、測距光Ａの受光光量に対応して内部参照光の光量調整をする為の機械的な作動がなく、高速での測定が可能となる。

上記第２の実施の形態に於いて、前記第１受光素子１８、前記第２受光素子２６に入射する前記第２光源１９からのパルスレーザ光線Ｂは前記光ファイバ３８を透過した同一条件のパルス光を使用することになり、受光状態が前記光ファイバ３８の光学長に影響されない。従って、該光ファイバ３８の光学長を正確に測定する必要がなく、任意の長さでよい。

更に、前記光量調整手段３６により、前記第２光源１９の前記光ファイバ３８を透過して得られる光パルスの内どの光パルスを使用するにしても、前記第１光源１を発光させた時の前記第２受光素子２６での受光光量と等しい光量で測定するので、該第２受光素子２６からの複数のパルス光は同じ形状である必要はなくなる。この為、前記光ファイバ３８には、モード分散が大きなマルチモードファイバの使用が可能となる。

マルチモードファイバを使用することで、前記第２光源１９には光密度が低い光源を使用することができ、該第２光源１９に関するコストの低減が可能である。又、マルチモードファイバは、シングルモードファイバに対してコア径が大きく前記第２光源１９と前記光ファイバ３８との光学調整が容易になる。

次に、図５、図６に於いて、本発明が実施される距離測定装置について説明する。

図５に示される距離測定装置３９は、図１或は図３で示した測距部２０を具備している。前記距離測定装置３９は、第２光軸８上に測距光４０を射出し、又該測距光４０を回転照射可能であり、回転照射中に該測距光４０により照射される複数箇所の測定対象物４１迄の距離を測定可能としている。

図６は前記距離測定装置３９の回転照射部の概略を示しており、例えばトータルステーションの回転照射部を示している。尚、図６中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

基板４２の上側には円筒状の投光窓４３が配置され、該投光窓４３は透明ガラス等の材質となっている。該投光窓４３の上端には上基板４４が設けられ、前記投光窓４３の内部には中間基板４５が設けられている。

前記基板４２、前記中間基板４５に軸受４６を介してミラーホルダ４７が回転自在に設けられ、該ミラーホルダ４７には反射プリズム７が保持されている。

前記上基板４４にはレンズホルダ４８が設けられ、該レンズホルダ４８に対物レンズ９が保持されており、該対物レンズ９の光軸（第２光軸８：図１参照）は前記ミラーホルダ４７の回転中心と合致している。又、前記対物レンズ９の光軸上には該対物レンズ９の径より小さい偏向ミラー１０、受光側光ファイバ１３の入射端面が配置されており、又前記偏向ミラー１０によって偏向された光軸上には発光側光ファイバ６の射出端面が配置されている。

前記ミラーホルダ４７は走査モータ４９によって回転され、又前記測距光４０の照射方向（照射水平角）はエンコーダ５０によって検出される様になっている。

前記走査モータ４９は、演算制御部３２（以下、図１参照）によって駆動が制御され、又前記測定対象物４１で反射された反射測距光が前記受光側光ファイバ１３を介して第１受光素子１８に受光された時の角度が前記エンコーダ５０から検出され、検出角度は演算制御部３２を介して記憶部３４に記憶される。

前記距離測定装置３９による測定は、前記測距光４０を射出した状態で、又前記走査モータ４９により前記ミラーホルダ４７が連続的に回転された状態で実施される。

前記発光側光ファイバ６から射出された前記測距光４０は、連続回転照射され、所要箇所の測定対象物４１を照射することで該測定対象物４１からの反射測距光が前記反射プリズム７に入射し、更に前記対物レンズ９を経て前記受光側光ファイバ１３に入射し、該受光側光ファイバ１３を介して前記第１受光素子１８により受光されて測定対象物４１迄の測距が行われる。又、前記第１受光素子１８からの受光と対応させて前記測距光４０の照射方向が前記エンコーダ５０によって検出されるので、測距結果と照射方向の角度が対応されて前記記憶部３４に記録される。又、前記照射方向が検出されるので、測定した測定対象物４１の特定も同時に行われる。

尚、建築物等を３次元測定する為に多数の点を自動測量する場合は、回転角度を設定し、設定した角度の範囲で往復走査しつつ、所定時間間隔で測距の実施がなされる。

第１の実施の形態、第２の実施の形態で説明した様に、内部参照光と測距光との切換え、測定中の光量調整が電気信号の切換え等で行われ、機械的な動作がないので、高速、多点の測定が可能である。

本発明の第１の実施の形態を示す測距部の基本構成図である。 第１の実施の形態に於ける第１受光素子、第２受光素子の受光状態を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態を示す測距部の基本構成図である。 第２の実施の形態に於ける第１受光素子、第２受光素子の受光状態を示す説明図である。 本発明が実施される距離測定装置の概略を示す説明図である。 該距離測定装置に於ける回転照射部の概略を示す断面図である。 従来例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 第１光源
２ 第１光軸
７ 反射プリズム
８ 第２光軸
１１ 照射光路
１２ 反射光路
１４ 第３光軸
１８ 第１受光素子
１９ 第２光源
２１ 第４光軸
２６ 第２受光素子
２９ 測距光路
３０ 内部参照光路
３１ 発光素子駆動回路
３２ 演算制御部
３３ 受光回路
３４ 記憶部

Claims (6)

1. 測定対象物に向けてパルスレーザ光線を射出し、測定対象物からの反射光を受光して距離を測定する距離測定装置に於いて、測距用パルスレーザ光線を射出する第１発光部と、基準パルスレーザ光線を発する第２発光部と、前記測距用パルスレーザ光線を第１受光部に導く測距光路と、前記測距用パルスレーザ光線を分割して第２受光部に導く内部参照光路と、前記基準パルスレーザ光線を分割して前記第１受光部と前記第２受光部とに導く内部基準光路と、前記第１受光部と前記第２受光部から得られるパルス光の受光時間差を基に距離を演算する演算制御部とを有し、
   前記内部基準光路は光量の異なる複数の基準光を生成し、前記測距光路を経て受光した前記第１受光部の受光光量に応じて内部参照光とする基準光を前記複数の基準光から選択することを特徴とする距離測定装置。
2. 前記内部基準光路は光ファイバを有し、該光ファイバにパルスレーザ光線を往復させることで光量の異なる複数の基準光を生成する請求項１の距離測定装置。
3. 前記光ファイバは第２発光部から発せられたパルスレーザ光線の分割された一方のパルスレーザ光線から光量の異なる複数の基準光を生成し、第１受光部に導く様にした請求項２の距離測定装置。
4. 前記光ファイバは第２発光部から発せられたパルスレーザ光線から光量の異なる複数の基準光を生成し、前記内部基準光路は前記光ファイバから射出された複数の基準光を分割して前記第１受光部と、前記第２受光部とに導く請求項２の距離測定装置。
5. 前記光ファイバから射出されたパルスレーザ光線の光量を調整する光量調整手段を具備した請求項４の距離測定装置。
6. 前記演算制御部が、前記測距用パルスレーザ光線によって前記第１受光部と前記第２受光部とから得られるパルス光の受光時間差と、前記基準パルスレーザ光線によって前記第１受光部と前記第２受光部とから得られるパルス光の受光時間差とに基づいて距離を演算する請求項１の距離測定装置。

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