JP4898176B2 - 測量装置及び測量方法 - Google Patents

Description

本発明は、測量装置及び測量方法に関する。詳しくは測定対象物に光を照射し、その反射光を受光して遅延時間又は距離を測定するための測量装置及び測量方法に関する。

従来、ターゲット等の測定対象物から反射されてくる反射光を光電子倍増管やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などで増幅して受光し、所定の処理を施し、遅延時間や距離測定を行なう装置があった。かかる装置においては、近距離からの強い反射光から遠方からの微小な反射光までの広範囲なレベルの光を受光することが求められ、この場合に、受光信号の強度変化が測定誤差に現われ易いことから、受光信号からその一部の周波数成分を取り出したダンピング信号のゼロクロスポイントを検出し、かつ増幅して、遅延時間測定や距離測定を行う装置が提案されていた。（例えば、特許文献１参照）

特開平７−１９１１４４号公報（段落００５６〜００６２、０１１３〜０１２０、図１、図９（ａ））

しかし、従来装置では、受光信号の減衰振動波形を利用して、振幅や強度の大小の影響を弱めることはできても、一様に増幅するだけでは、測定誤差を解消できず、高精度の測定においては、未だ不充分であった。他方、益々高精度の測量が要望されるようになった。このため、さらに測定誤差を小さくするための測量装置や測量方法が望まれていた。

本発明は、測定対象物に光を照射し、その反射光を受光して遅延時間や距離を測定するに際し、より一層、測定誤差を微小にする測量装置及び測量方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る測量装置は、例えば図１〜図３に示すように、基準パルス光ｒ及び測定パルス光ｏ_１を受光信号として受光する受光部９と、受光信号ｒ、ｏ_１からその一部の周波数成分を抽出した抽出信号Ｓ３Ｕを形成する抽出信号形成手段３５と、抽出信号Ｓ３Ｕにおける微小レベルの信号の増幅率を高く増幅する増幅器１９と、増幅器１９により微小レベルの信号を増幅した信号を用いて、受光信号ｒ、ｏ_１からタイミング信号ｒ’、ｏ_１’を形成するタイミング信号形成部２０と、基準パルス光ｒから形成されたタイミング信号ｒ’と測定パルス光ｏ_１から形成されたタイミング信号ｏ_１’との受光時間差に基づき測定パルス光ｏ_１の基準パルス光ｒに対する遅延時間又は測定対象物からの距離を測定する測定値算定部３３とを備える。

ここにおいて、測量装置には距離や方向を測定する装置の他に、光の所要時間差や受光時間差を測定する装置も含むものとする。また、遅延時間と距離の測定はその一方を行なっても良く、遅延時間を測定した後に距離を測定しても良く、距離を測定した後に遅延時間を測定しても良い、また、測定量算定部３３等の各部は必ずしも一体的に構成されていなくても良く、例えば演算に用いるコンピュータは電気回路と別に構成されていても良い。また、一部の周波数成分とは、パルスの半値幅に相当する周波数が最適であるが、必ずしもこれに限られず、また、ある程度の周波数幅を有しても良い。このように構成すると、測定対象物に光を照射し、その反射光を受光して遅延時間又は距離を測定するに際し、より一層、測定誤差を微小にする測量装置を提供できる。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様に係る測量装置において、例えば図３に示すように、タイミング信号形成部３６は、受光信号ｒ、ｏ_１の重心相当位置を検出した時点で、タイミング信号ｒ’、ｏ_１’を生成する。
このように構成すると、受光信号ｒ、ｏ_１の重心相当位置を検出してタイミング信号ｒ’、ｏ_１’を生成するので、測定誤差を小さくできる。

また、本発明の第３の態様は、第２の態様に係る測量装置において、例えば図２に示すように、タイミング信号形成部３６は、抽出信号Ｓ３ＵのゼロクロスポイントＱ_０の近傍を受光信号ｒ、ｏ_１の重心相当位置として検出する。
ここにおいて、抽出信号には増幅後の信号が含まれるものとする。このように構成すると、ゼロクロスポイントＱ_０付近の急峻な波形の勾配を利用するので測定誤差を微小にできる。

また、本発明の第４の態様は、第３の態様に係る測量装置において、例えば図２に示すように、抽出信号Ｓ３Ｕは、ダンピング信号又は微分信号である。
このように構成すると、受光信号ｒ、ｏ_１の重心相当位置を精度良く検出できる。

また、本発明の第５の態様は、第４の態様に係る測量装置において、例えば図２に示すように、抽出信号形成手段３５は、受光部９と接地の間にインダクタを有する。
このように構成すると、インダクタ３５の使用により簡便な回路で容易にダンピング信号を得ることができる。また、インダクタンスを適宜設定することにより、適切なダンピング信号を得ることができる。

また、本発明の第６の態様は、第３乃至第５のいずれかの態様に係る測量装置において、例えば図２に示すように、増幅器１９は、高いレベルの信号に対して低く増幅する又は飽和による抽出信号Ｓ３ＵのゼロクロスポイントＱ_０の位置を殆ど変化させない増幅器である。
このように構成すると、高いレベルの受光信号ｒ、ｏ_１に対して増幅率を低くするか又は増幅後の値に制限を設けられるので、ダイナミックレンジを広くするのに好適である。

また、本発明の第７の態様は、第１乃至第６のいずれかの態様に係る測量装置において、測定対象物がターゲットを含む。
このように構成すると、ターゲットを用いて、効率良く高精度の測量を実行できる。なお、ターゲットとは、測量において測定対象物の位置、形状を高精度に特定するために、測定対象物に貼付する標識をいう。

上記課題を解決するために、本発明の第８の態様に係る測量方法は、例えば図４に示すように、受光部９により基準パルス光ｒ及び測定パルス光ｏ_１を受光信号として受光する受光工程（Ｓ０１）と、受光信号ｒ、ｏ_１からその一部の周波数成分を抽出した抽出信号Ｓ３Ｕを形成する抽出信号形成工程（Ｓ０２）と、抽出信号における微小レベルの信号の増幅率を高く増幅する増幅工程（Ｓ０３）と、増幅器１９により微小レベルの信号を増幅した信号を用いて、受光信号ｒ、ｏ_１からタイミング信号ｒ’、ｏ_１’を形成するタイミング信号形成工程（Ｓ０４）と、基準パルス光ｒから形成されたタイミング信号ｒ’と測定パルス光ｏ_１から形成されたタイミング信号ｏ_１’との受光時間差に基づき測定パルス光ｏ_１の基準パルス光ｒに対する遅延時間又は測定対象物からの距離を測定する測定値算定工程（Ｓ０５）とを備える。

また、本発明の第９の態様は、第８の態様に係る測量方法において、例えば図２に示すように、抽出信号はダンピング信号又は微分信号を含む。
このように構成すると、受光信号ｒ、ｏ_１の重心相当位置を精度良く検出してタイミング信号ｒ’、ｏ_１’を生成するので、測定誤差を小さくできる。

本発明の第９の態様は、第８の態様に係る測量方法において、例えば図２に示すように、抽出信号はダンピング信号又は微分信号を含む。
このように構成すると、受光信号ｒ、ｏ_１の重心相当位置を精度良く検出してタイミング信号ｒ’、ｏ_１’を生成するので、測定誤差を小さくできる。

本発明によれば、測定対象物に光を照射し、その反射光を受光して遅延時間又は距離を測定するに際し、より一層、測定誤差を微小にする測量装置及び測量方法を提供できる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態では、光源として発光素子（パルスレーザーダイオード：ＰＬＤ）を用い、光源から照射された測定パルス光が測定対象物で反射され、その反射光が戻るまでに要する所要時間を検出することにより、測定パルス光の基準パルス光に対する遅延時間（所要時間差）又は測定対象物までの距離の測定を行う、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測定を用いる測量装置及び測量方法について説明を行う。

図１に本発明の第１の実施の形態における装置構成例のブロック図を示す。
発光素子であるＰＬＤ１からの光束はコリメートレンズ２で平行光束にされた後、ビームスプリッタ３へ入射され、外部測定パルス光束（測定パルス光）ｏ_１と内部測定パルス光束（基準パルス光）ｒとに分けられる。

ビームスプリッタ３で反射された基準パルス光ｒは、集光レンズ４により集光されて基準ファイバー５を通過した後、再びレンズ６により平行光束に変換されてビームスプリッタ７に入射し、その反射光がレンズ８により受光素子であるＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）９上に集光される。ここに、ＰＬＤ１から、ビームスプリッタ３、基準ファイバー５、レンズ８を通過してＡＰＤ９に到る光路を参照光路Ｆ１といい、この基準パルス光ｒの受光される時間を基準時間ということとする。

ビームスプリッタ３を透過した測定パルス光ｏ_１は、集光レンズ１０により発光ファイバー１１に集光される。この発光ファイバー１１を基準ファイバー５に対して十分に長くすることで、測定パルス光ｏ_１を基準パルス光ｒに対し時間的に遅延させる遅延ファイバーとしての機能をもたせることが出来る。また光源の発光ムラやスペックルを除去するためのミキシング機能をもたせることも出来る。

発光ファイバー１１からの射出光はレンズ１２によりコリメートされた後ミラー１３により反射され、さらに、ミラー１４により反射されて装置外部へと導かれ、図示されない測定対象物へ照射される。ミラー１４は光軸上で回転可能に構成されており、本装置の外周を３６０度全域にわたって測定可能である。

測定対象物から反射された測定パルス光ｏ_１は、ミラー１４により反射された後レンズ１５により受光ファイバー１６に集光される。受光ファイバー１６を透過した測定パルス光ｏ_１はレンズ１７により平行光束に変換され、ビームスプリッタ７を透過してレンズ８によりＡＰＤ９上に集光される。

ここに、ＰＬＤ１から、ビームスプリッタ３、発光ファイバー１１を通過し、測定対象物で反射され、受光ファイバー１６、レンズ８を通過してＡＰＤ９に到る光路を測定パルス光路Ｆ２という。また、測定パルス光ｏ_１が受光される時間を測定時間ということとし、測定時間と基準時間との時間差を求めることで、測定パルス光ｏ_１の基準パルス光ｒに対する遅延時間及び測定物までの距離を求めることが可能である。

測定対象物が本測定装置から遠方にある場合から近辺にある場合まで、予想される光量変化は非常に大きくなるため、受光処理系には広いダイナミックレンジが要求される。

駆動部３２は、発光素子ＰＬＤ１を駆動するＰＬＤドライバー３１と、受光素子ＡＰＤ９のバイアスを調整するバイアス調整器３０等で構成される。ＰＬＤドライバー３１の駆動によりＰＬＤ１から単一パルスが発生される。受光処理部２１はＡＰＤ９により受光された受光信号ｒ、ｏ_１を測定値算定部３３の処理前に処理するもので、負荷１８、プリアンプ１９、コンパレータ２０、ピークホールド回路２９等により構成される。受光信号は、基準パルス光信号ｒ、測定パルス光信号ｏ_１の順に受光素子ＡＰＤ９に入射され、ＡＰＤ９により増幅される。ＡＰＤ９の逆バイアス電圧はバイアス調整器３０により制御され、電流増幅率が調整される。

ＡＰＤ９からの出力信号は負荷１８により電流電圧変換され、プリアンプ１９によってさらに増幅され、コンパレータ２０とピークホールド回路２９に入力される。コンパレータ２０により基準パルス光信号ｒおよび測定パルス光信号ｏ_１はそれぞれデジタル的なタイミング信号ｒ’、ｏ’_１に変換される。このように、受光処理部２１のコンパレータ２０は受光信号からタイミング信号を形成するタイミング信号形成部として機能する。また、ピークホールド回路２９で基準パルス光信号ｒと測定パルス光信号ｏ_１とが受光処理部２１の適正なダイナミックレンジの範囲（標準範囲）と比較され、比較の結果はバイアス調整器３０に反映されて、逆バイアス電圧が調整される。測定値算定部３３（演算部２７＋算定回路部２２）については後述する。
なお、光源ＰＬＤ１を駆動するＰＬＤ駆動回路３１は、演算部２７により制御する構成とした。この構成によると、受光光量の変化に影響を受けにくい受光処理部２１を構成出来る。

次に受光信号処理について説明する。

図２に受光素子であるＡＰＤ９と接地の間に接続される負荷１８とＡＰＤ９の動作波形との関係を示す。図２（ａ）にＡＰＤ９の動作波形を、図２（ｂ）に受光処理部２１として、負荷１８とプリアンプ１９のダンピング回路構成（ｍ１〜ｍ３）を示す。パルス発光された光束がＡＰＤ９に受光された場合、負荷１８が通常使用される抵抗３４の場合には（ｍ１参照）、その受光信号は波形Ｓ１Ｕのようになり、その０レベル付近を拡大すると波形Ｓ１Ｖのようになる。

ノイズの影響を除去するために、波形Ｓ１Ｖと閾値Ｌ１（レベルを一点鎖線で示す）との比較を行い、その大小で受光を判断するのが一般的であるが、波形Ｓ１Ｖのように波形が緩やかな勾配を有する場合には、受光光量が変化した場合には誤差が大きくなるという問題があった。すなわち、勾配が小さい程、波形Ｓ１Ｖが閾値Ｌ１をクロスする点は波形の立ち上がり点Ｑに遠く、勾配が大きい程、波形Ｓ１Ｖが閾値Ｌ１とクロスする点は波形の立ち上がり点Ｑに近い。したがって、閾値Ｌ１とのクロス点で受光時間を判定する場合には、波形の勾配が緩やかな場合には、受光信号の変動量が大きくなると、受光時間の測定値が大きく変化することが解る。また、ノイズによる誤差を防止するためにヒステリシス特性を持たせる（立ち上がり時と立ち下がり時で異なる閾値を用いる）などの処理を行うこともあるが、それでも、受光光量が変化した場合には誤差は避けられないという問題があった。

ところで、受光信号ｒ、ｏ_１の重心位置でタイミング信号ｒ’、ｏ_１’を発生させるのが、受光時間の測定誤差を小さくできて好ましい。波形Ｓ２Ｕに示すように、負荷１８にインダクタ３５を用い（ｍ２参照）、受光信号ｒ、ｏ_１からある周波数成分を抽出し（ある周波数成分とは、パルスの半値幅に相当する周波数が最適であるが、必ずしもこれに限られず、また、ある程度の周波数幅を有しても良い）、減衰振動波形を取り出すと、そのゼロクロスポイントＱ_０は振幅が変化しても殆ど移動せず、受光信号ｒ、ｏ_１の重心相当位置とみなせるので、ゼロクロスポイントＱ_０を測定に使用する方法がとられている。一部の周波数成分の抽出は、例えばインダクタ３５と寄生容量で形成される共振回路を用いてパルス信号から減衰振動波形を抽出可能である。図２では、受光部９と負荷１８としてのインダクタ３５で構成される回路ｍ２のうち、インダクタ３５の部分が受光信号ｒ、ｏ_１からその一部の周波数成分を抽出した抽出信号Ｓ２Ｕを形成する抽出信号形成手段を構成する。ここで取り出された減衰振動波形Ｓ２Ｕはダンピング信号である。

波形Ｓ２ＵのゼロクロスポイントＱ_０付近を拡大すると波形Ｓ２Ｖのようになる。そして、図中、上の一点鎖線を閾値Ｌ２、下の一点鎖線をゼロラインとすると、この減衰振動波形においても波形の勾配が緩やかな場合には、受光信号ｒ、ｏ_１の変動量が大きくなると、波形Ｓ２Ｖの勾配により閾値Ｌ２とクロスする点が変化し、受光時間の測定値が大きく変化する。

本実施の形態では、波形Ｓ３Ｕに示すように、受光素子（ＡＰＤ）９の負荷１８に直接インダクタ３５を配置して減衰振動を発生させ、さらにその出力に、微小レベルの信号の増幅率を高く増幅するプリアンプ１９を配置して、光量変化に影響を受けにくい受光処理部２１を構成した（ｍ３参照）。すなわち、波形Ｓ３Ｖに示すように、ゼロクロスポイントＱ_０付近の勾配を急峻にした。図中、上の一点鎖線を閾値Ｌ２、下の一点鎖線をゼロラインとすると、微小レベルの信号の増幅率を高く増幅することにより、光量変化による閾値Ｌ２とのクロス点の時間の変化を極力抑制する構成としている。

すなわち、受光部９と負荷１８としてのインダクタ３５及びプリアンプ１９で構成される回路ｍ３のうち、インダクタ３５の部分が受光信号ｒ、ｏ_１からその一部の周波数成分を抽出した抽出信号Ｓ３Ｕを形成する抽出信号形成手段を構成する。ここで取り出された減衰振動波形Ｓ３ＵはＳ２Ｕと同様にダンピング信号である。回路ｍ３では、抽出信号形成手段３５の出力側にプリアンプ１９を配置することにより、減衰振動波形Ｓ３ＵのゼロクロスポイントＱ_０での勾配を急峻にしている。

また、プリアンプ１９は、波形の高いレベルについては、増幅による位相の変化がない、すなわちゼロクロスポイントが移動しない増幅器であることが好ましく、このため、増幅率が低いか又は飽和しても位相の変化がない増幅器が好ましい。これらの増幅器として、リミッティングアンプやログアンプを用いることで、所望の特性を得ることが出来る。

このように、測定点をダンピング信号のゼロクロスとした場合は、スレッショルドなどにより信号振幅によって誤差を生じることとなるが、本実施の形態のようにログアンプやリミッティングアンプにより増幅し、ゼロクロス付近の増幅率を大きくすることにより、立ち上がりの傾斜による誤差の影響を少なくすることができる。

次に遅延時間、距離測定の流れを説明する。

図３は受光後の信号の流れを説明するための図である。ＰＬＤドライバー３１の駆動により発光素子ＰＬＤ１より単一パルスが発生する（（ａ）参照）。受光素子ＡＰＤ９に入射した受光信号は、負荷１８により電流電圧変換されプリアンプ１９によって増幅される。受光信号は、プリアンプ１９出力に示すように基準パルス光信号ｒ、測定パルス光信号ｏ_１の順に発生する（（ｂ）参照）。基準パルス光信号ｒおよび測定パルス光信号ｏ_１はタイミング信号形成部としてのコンパレータ２０によりそれぞれデジタル的なタイミング信号ｒ’、ｏ’_１に変換される（（ｃ）参照）。コンパレータ２０の出力であるタイミング信号ｒ’、ｏ’_１は、算定回路部２２に送られ、Ａ／Ｄコンバータ２５に入力されて遅延時間や距離の測定に用いられる。

算定回路部２２は、基準クロック発生回路（ＴＣＸＯ）２３、基準ＳＩＮ／ＣＯＳ信号発生回路２４、２回路（基準ＳＩＮ／ＣＯＳ信号用）入りＡ／Ｄコンバータ２５、メモリ２６等により構成され、演算部２７と協働して測定パルス光ｏ_１の基準パルス光ｒに対する遅延時間（所要時間差）又は測定対象物までの距離を算定する。すなわち、遅延時間や測定対象物までの距離を算出する測定量算定部３３は演算部２７と算定回路部２２により構成される。

算定回路部２２では、装置の基準となるクロックを基準クロック発生回路（ＴＣＸＯ）２３により発生させ、基準ＳＩＮ／ＣＯＳ信号発生回路２４によりある所定の周波数の基準サイン／コサイン信号を生成する（（ｄ）、（ｅ）参照）。基準サイン／コサイン信号は正確に９０度の位相差を持った既知の同一周波数の信号として生成されていれば、２回路入りＡ／Ｄコンバータ２５の２つのＡ／Ｄ変換器にそれぞれの波形を入力しておき、基準パルス光ｒ、測定パルス光ｏ_１の受光タイミングを用いてサンプリングし、メモリ２６に保存することで、測定パルス光ｏ_１の基準パルス光ｒに対する遅延時間又は測定対象物からの距離を、サンプルされたサイン／コサインそれぞれの位相から計算で求めることが出来る。

以上の手順で記憶されたデータは基準パルス光ｒおよび測定パルス光ｏ_１の光量が受光処理部２１の適正なダイナミックレンジの範囲（標準範囲）内にある場合にのみ補正なしに正確な値を検出できる。そこで基準パルス光ｒおよび測定パルス光ｏ_１の光量が適正であるかどうかを判断するためプリアンプ１９の出力をピークホールドする。プリアンプ１９の出力はピークホールド回路２９に入力され、ある一定時間ＤＣレベルを保つ（（ｆ）参照）。ピークホールド回路２９の出力はＣＰＵ（中央処理ユニット）２８に入力され、受光信号ｒ、ｏ_１の光量が適正であるかどうかを判断される。測定パルス光ｏ_１の光量が適正であれば、これらの測定パルス光ｏ_１を用いて正確な測定値を算定できる。

Ａ／Ｄ変換され、メモリ２６に保存された基準サイン／コサイン波形の位相データは、演算部２７のＣＰＵ２８で計算処理され、測定パルス光ｏ_１の基準パルス光ｒに対する遅延時間や対象物までの距離が計算される。

また、測定パルス光ｏ_１の光量が適正でなく、これらの信号位相差や振幅に誤差がある場合には、補正によりその時間差を正すことが可能となる。すなわち、受光レベルの変化に対して測定値変動の補正が行われる。さらに精度の高い測定をする場合は逆バイアス電圧Ｖ_Ｒ及び基準パルス光ｒと測定パルス光ｏ_１との厳密な光量差を計算し、その差が原因で発生する遅延時間や距離の測定値の誤差を補正する。この場合光量差と測定値誤差の関係をあらかじめテーブル化しておき、測定の都度、このテーブルの値に基づいて補正を実行すればよい。

受光時間が０．０１ｎｓ異なると、距離にして１．５ｍｍの差異が生じる。したがって、１ｍｍ以下の精度で測量するには、パルスの重心の精度を０．０２／３ｎｓ以下にしなければならない。前記テーブルを用いて実際の補正の精度を標準偏差が０．３ｍｍ以下になるように行うと、１．０ｍｍの精度を確保できる。したがって、ｐｓオーダーの補正テーブルが作成される。

図４に、本実施の形態における測量方法の処理フローを概略的に示す。
まず、受光部９により基準パルス光ｒ及び測定パルス光ｏ_１を受光信号として受光する（受光工程：Ｓ０１）。次に、受光信号ｒ、ｏ_１からその一部の周波数成分を抽出した抽出信号を形成する（抽出信号形成工程：Ｓ０２）。抽出信号はダンピング信号又は微分信号であることが好ましい。次に、抽出信号における微小レベルの信号の増幅率を高く増幅する（増幅工程：Ｓ０３）。

次に、増幅器１９により微小レベルの信号を増幅した信号を用いて、受光信号ｒ、ｏ_１からタイミング信号ｒ’、ｏ_１’を形成する（タイミング信号形成工程：Ｓ０４）。次に、基準パルス光ｒから形成されたタイミング信号ｒ’と測定パルス光ｏ_１から形成されたタイミング信号ｏ_１’との受光時間差に基づき測定パルス光ｏ_１の基準パルス光ｒに対する遅延時間又は測定対象物からの距離を測定する（測定値算定工程：Ｓ０５）。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態におけるダンピング信号に代えて微分信号を使用する例である。
図５に第２の実施の形態における負荷とＡＰＤの動作波形の関係を示す。波形Ｓ１Ｕ及び回路ｍ１は図２と同様である。回路ｍ４は、図２の回路ｍ３のダンピング回路３５を微分回路３６に置換したものである。微分回路３６として、例えば、コンデンサ３７の入力端子と出力端子を抵抗３８、３９を介して接地した回路を使用できる。受光信号波形Ｓ１Ｕを微分回路３６に通すと、図２のＳ２Ｕの一周期分に類似の波形（ただし減衰しない）が得られ、次いで、微小レベルの信号の増幅率を高く増幅するプリアンプ１９を通すと、Ｓ４Ｕに示すように、ゼロクロスポイントＱ_０付近の勾配を急峻にした波形が得られる。この波形は図２のＳ３Ｕの一周期分に類似の波形（ただし減衰しない）となる。波形Ｓ４ＵのゼロクロスポイントＱ_０付近を拡大すると波形Ｓ４Ｖのようになる。そして、図中、上の一点鎖線を閾値Ｌ２、下の一点鎖線をゼロラインとすると、微小レベルの信号の増幅率を高く増幅することにより、光量変化による閾値Ｌ２とのクロス点の時間の変化が極力抑制されて、信号の立ち上がりの傾斜による誤差の影響を少なくすることができる。
このように、受光部９と微分回路３６とプリアンプ１９で構成される回路ｍ４のうち、微分回路３６の部分が受光信号ｒ、ｏ_１からその一部の周波数成分を抽出した抽出信号を形成する抽出信号形成手段を構成する。ここで取り出された抽出信号波形は微分信号波形である。また、一部の周波数成分とは、パルスの半値幅に相当する周波数が最適であるが、必ずしもこれに限られず、また、ある程度の周波数幅を有しても良い。
本実施の形態におけるその他の構成は第１の実施の形態と同様であり、略同様の効果を奏する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜実施の形態に変更を加えられることは明白である。

例えば、上記実施の形態では、抽出信号形成手段３５がインダクタである例を説明したが、抽出信号形成手段３５としてＬＣ共振回路等の共振回路を使用しても良い。また、上記実施の形態では、受光部（ＡＰＤ）９のプリアンプ１９の出力をピークホールド回路２９により検出し、演算部２７のＣＰＵ２８で受光信号ｒ、ｏ_１のレベルに応じて駆動部３２のバイアス調整器３０でＡＰＤ９の逆バイアス電圧の制御が行える構成としたが、ピークホールド回路２９のデータをバイアス調整器３０が直接受けてＡＰＤ９の逆バイアス電圧を制御しても良い。また、上記実施の形態では、測定パルス光ｏ_１を測定対象物に照射させるためにミラー１４を回転させているが、ミラー１３からの反射光を直接測定対象物に集光させても良く、他の構成も可能である。また、光源１については発光素子に限られず、受光部９についてはＡＰＤに限られない。

本発明は、測定対象物に光を照射し、その反射光を受光して遅延時間又は距離を測定するための測量装置及び測量方法に利用される。

本発明の第１の実施の形態における装置構成例のブロック図である。 第１の実施の形態における負荷とＡＰＤの動作波形との関係を示す図である。 受光後の信号の流れを説明するための図である。 第１の実施の形態における測量方法の処理フローを概略的に示す図である。 第２の実施の形態における負荷とＡＰＤの動作波形との関係を示す図である。

符号の説明

１ 発光部（ＰＬＤ）
２ コリメートレンズ
３ ビームスプリッタ
４ 集光レンズ
５ 基準ファイバー
６ レンズ
７ ビームスプリッタ
８ レンズ
９ 受光部（ＡＰＤ）
１０ 集光レンズ
１１ 発光ファイバー
１２ レンズ
１３ ミラー
１４ ミラー
１５ レンズ
１６ 受光ファイバー
１７ レンズ
１８ 負荷
１９ プリアンプ
２０ タイミング信号形成部（コンパレータ）
２１ 受光処理部
２２ 算定回路部
２３ 基準クロック発生回路
２４ 基準ＳＩＮ／ＣＯＳ信号発生回路
２５ ２回路入りＡ／Ｄコンバータ
２６ メモリ
２７ 演算部
２８ ＣＰＵ
２９ ピークホールド回路
３０ バイアス調整器
３１ ＰＬＤドライバー
３２ 駆動部
３３ 測定量算定部
３４ 抵抗
３５ 抽出信号形成手段（インダクタ）
３６ 抽出信号形成手段（微分回路）
３７ コンデンサ
３８、３９ 抵抗
Ｆ１ 参照光路
Ｆ２ 測定パルス光路
Ｌ１、Ｌ２ 閾値
ｍ１〜ｍ４ 受光処理部の回路構成（負荷とプリアンプの部分）
ｏ_１ 測定パルス光信号
Ｑ 立ち上がり点
Ｑ_０ ゼロクロスポイント
ｒ 基準パルス光信号
ｒ’、ｏ_１’ タイミング信号
Ｓ１Ｕ〜Ｓ４Ｕ、Ｓ１Ｖ〜Ｓ４Ｖ 信号波形

Claims (4)

1. 基準パルス光及び測定パルス光を受光信号として受光するアバランシェフォトダイオードを含むフォトダイオードからなる受光部と；
   前記受光部の出力端子に連結されて前記受光信号からその一部の周波数成分を抽出した抽出信号を形成するダンピング回路又は微分回路からなる抽出信号形成手段と；
   前記抽出信号形成回路の出力端子に連結されて前記抽出信号における微小レベルの信号の増幅率を高く増幅し、高いレベルの信号に対して低く増幅する又は飽和による前記抽出信号のゼロクロスポイントの位置を殆ど変化させないリミッティングアンプ又はログアンプからなる増幅器と；
   前記増幅器により前記微小レベルの信号を増幅した信号の重心相当位置を検出した時点でデジタル的な信号に変換して、前記受光信号からタイミング信号を形成するタイミング信号形成部と；
   前記タイミング信号形成部で前記基準パルス光から形成されたタイミング信号と前記タイミング信号形成部で前記測定パルス光から形成されたタイミング信号との受光時間差に基づき前記測定パルス光の前記基準パルス光に対する遅延時間又は測定対象物からの距離を測定する測定値算定部とを備え；
   前記抽出信号は、ダンピング信号又は微分信号であり、前記ダンピング回路は前記受光部と接地の間にインダクタを配置して減衰振動を発生させるものであり；
   前記タイミング信号形成部は、前記増幅器により増幅した信号からタイミング信号を形成するに際して、前記抽出信号のゼロクロスポイントの近傍を重心相当位置として検出してタイミング信号を形成し、前記増幅器で増幅した後の信号波形の前記ゼロクロスポイント付近の勾配が急峻であるので、光量変化に影響を受けにくいタイミング信号を形成できる；
   測量装置。
2. 前記測定値算定部はさらに、基準パルス光と測定パルス光の光量差と遅延時間や距離の測定値の誤差との関係を示す補正テーブルを有する；
   請求項１に記載の測量装置。
3. 前記測定対象物がターゲットを含む；
   請求項１又は請求項２に記載の測量装置。
4. アバランシェフォトダイオードを含むフォトダイオードからなる受光部により基準パルス光及び測定パルス光を受光信号として受光する受光工程と；
   前記受光工程で受光した前記受光信号からダンピング回路又は微分回路を用いてその一部の周波数成分を抽出した抽出信号を形成する抽出信号形成工程と；
   前記抽出信号形成工程で抽出した前記抽出信号における微小レベルの信号の増幅率を高く増幅し、高いレベルの信号に対して低く増幅する又は飽和による前記抽出信号のゼロクロスポイントの位置を殆ど変化させないようにリミッティングアンプ又はログアンプを用いて増幅する増幅工程と；
   前記増幅工程で前記微小レベルの信号を増幅した信号の重心相当位置を検出した時点でデジタル的な信号に変換して、前記受光信号からタイミング信号を形成するタイミング信号形成工程と；
   前記タイミング信号形成工程で前記基準パルス光から形成されたタイミング信号と前記タイミング信号形成工程で前記測定パルス光から形成されたタイミング信号との受光時間差に基づき前記測定パルス光の前記基準パルス光に対する遅延時間又は測定対象物からの距離を測定する測定値算定工程とを備え；
   前記抽出信号は、ダンピング信号又は微分信号であり、前記ダンピング回路は前記受光部と接地の間にインダクタを配置して減衰振動を発生させるものであり；
   前記タイミング信号形成工程において、前記増幅工程により増幅した信号からタイミング信号を形成するに際して、前記抽出信号のゼロクロスポイントの近傍を重心相当位置として検出してタイミング信号を形成し、前記増幅工程で増幅した後の信号波形の前記ゼロクロスポイント付近の勾配が急峻であるので、光量変化に影響を受けにくいタイミング信号を形成できる；
   測量方法。

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