JP6410258B2 - 光波距離計 - Google Patents

Description

本発明は、変調された測定光を測定対象に照射し、測定対象からの反射測定光を受光して、測定光と反射測定光との位相差により測定対象迄の距離を測定する光波距離計に関するものである。

測定光と反射測定光との位相差を検出して距離測定を行う光波距離計では、測定可能な距離、測定精度が変調周波数によって決まる。この為、近距離から遠距離迄測定可能にするには、複数の変調周波数の測距光を照射する必要がある。

例えば、３０ＭＨｚの変調周波数、３００ＫＨｚの変調周波数を使用した場合、それぞれの周波数では、５ｍ及び５００ｍ迄の距離が測定できる。これ以上の距離を測定する為には、更なる周波数が必要である。従来は、高周波の位相を測定する為にヘテロダイン法を用い、周波数を下げてから位相測定を行っていた。例えば、３０ＭＨｚ及び３００ＫＨｚの位相測定の為には、３０ＭＨｚ−３０ＫＨｚ、３００ＫＨｚ−３０ＫＨｚの周波数を発生させ、その差周波数３０ＫＨｚにて位相測定を行っていた。その際に発生させた、３００ＫＨｚ−３０ＫＨｚを、第３の変調周波数として利用すれば、３００ＫＨｚの変調信号との位相差を求めることにより、擬似的に３０ＫＨｚで変調された位相と等価になり、５ｋｍ迄の距離測定を可能としていた。

従来の光波距離計では、複数の周波数を作成し、更に複数の周波数毎に測距光を発し、又測距を行うので、回路構成が複雑となると共に測定時間が長くなるという問題があった。

特開平５−２３２２３２号公報 特開２００４−２１９２８５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、測定に必要な信号を効率よく作成し、短時間での測定を可能とする光波距離計を提供する。

本発明は、測距光を発する発光素子と、複数の近接周波数を生成する信号発生器と、前記複数の近接周波数をそれぞれ断続し、所定幅にパルス化した変調信号と、該変調信号により所定幅にパルス化した断続変調測距光を前記近接周波数毎に順次切替え射出する射出光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、所定パルス幅の断続受光信号を発生する受光部と、それぞれの所定の周波数の差を有する基準周波数信号を発する基準信号発生器と、前記受光部からの前記断続受光信号を前記基準周波数信号とのミキシングにより周波数変換し、それぞれの近接周波数信号に対応し、パルス幅を有する断続変換信号を得る周波数変換部と、演算制御部とを具備し、前記断続受光信号のパルス幅が、前記断続変換信号の周期より長い時間幅となる様に設定され、又前記断続受光信号の周期は前記測定対象物が移動体であった場合に、該移動体の移動による前記断続変換信号の位相変化が無視できる早さに設定され、前記演算制御部は、複数の近接周波数に対し前記断続受光信号の位相を求め精密測定距離を演算し、又前記各断続変換信号相互の位相差を求めて粗測定距離値を演算し、該粗測定距離値と精密測定距離値とを合わせることにより距離を測定する様構成した光波距離計に係るものである。

又本発明は、前記断続変調測距光を所定の断続数で一巡する断続パターンを生成させ、前記断続変換信号を断続パターン毎に複数回積算し、得られた積算波形の断続幅、断続周期から、複数の近接周波数を特定し、それぞれの断続変換信号の平均位相を求め、平均位相から精密測定距離値を求め、前記各断続変換信号相互の平均位相差から粗測定距離値を求め、精密測定距離値と、粗測定距離値から測定対象物の距離を測定する光波距離計に係るものである。

又本発明は、複数の近接周波数の内、少なくとも２つに対応する断続変換信号の周波数は同じである光波距離計に係るものである。

又本発明は、前記演算制御部は、前記断続変調測距光の受光パルスの遅延時間で測距を行う光波距離計に係るものである。

又本発明は、前記演算制御部は、複数の近接周波数から得られた精密測定距離値と粗測定距離値の差が所定値以内でない場合、異常信号を発生させる光波距離計に係るものである。

更に又本発明は、複数の近接周波数の断続切替えは、各周波数毎に、所定の周期ずらして行い、周波数変換された前記断続変換信号は、所定の周期ずらしてから位相測定を行う光波距離計に係るものである。

本発明によれば、測距光を発する発光素子と、複数の近接周波数を生成する信号発生器と、前記複数の近接周波数をそれぞれ断続し、所定幅にパルス化した変調信号と、該変調信号により所定幅にパルス化した断続変調測距光を前記近接周波数毎に順次切替え射出する射出光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、所定パルス幅の断続受光信号を発生する受光部と、それぞれの所定の周波数の差を有する基準周波数信号を発する基準信号発生器と、前記受光部からの前記断続受光信号を前記基準周波数信号とのミキシングにより周波数変換し、それぞれの近接周波数信号に対応し、パルス幅を有する断続変換信号を得る周波数変換部と、演算制御部とを具備し、前記断続受光信号のパルス幅が、前記断続変換信号の周期より長い時間幅となる様に設定され、又前記断続受光信号の周期は前記測定対象物が移動体であった場合に、該移動体の移動による前記断続変換信号の位相変化が無視できる早さに設定され、前記演算制御部は、複数の近接周波数に対し前記断続受光信号の位相を求め精密測定距離を演算し、又前記各断続変換信号相互の位相差を求めて粗測定距離値を演算し、該粗測定距離値と精密測定距離値とを合わせることにより距離を測定する様構成したので、全ての変調周波数が精密測定と粗測定とに使用され、測定効率が高く、又測定時間が短縮される。更に、測距光を断続光とすることで、光出力を変調させている時間のみに集中でき、ピークパワーを増大でき、又発光時間が短縮されるので、Ｓ／Ｎが向上され、測定精度が向上する。更に又、測定対象物が移動体であっても距離測定が可能となる。

又本発明によれば、前記断続変調測距光を所定の断続数で一巡する断続パターンを生成させ、前記断続変換信号を断続パターン毎に複数回積算し、得られた積算波形の断続幅、断続周期から、複数の近接周波数を特定し、それぞれの断続変換信号の平均位相を求め、平均位相から精密測定距離値を求め、前記各断続変換信号相互の平均位相差から粗測定距離値を求め、精密測定距離値と、粗測定距離値から測定対象物の距離を測定するので、要求される測定精度に対応して適宜断続数を設定することができる。

又本発明によれば、複数の近接周波数の内、少なくとも２つに対応する断続変換信号の周波数は同じであるので、電気回路上の構成要素は１つの周波数に対応するものでよく、回路構成が簡素になり、更に周波数が近接しているので、Ｑの低いフィルタ１つでよく、Ｑが低いので、近接周波数のそれぞれの位相ずれへの影響が少なくなり、精密測定と粗測定とのずれによる異常測定が生じにくい。

又本発明によれば、前記演算制御部は、前記断続変調測距光の受光パルスの遅延時間で測距を行うので、長距離測定が可能であり、長距離測定の為に要される変調周波数を省略できる。

又本発明によれば、前記演算制御部は、複数の近接周波数から得られた精密測定距離値と粗測定距離値の差が所定値以内でない場合、異常信号を発生させるので、異常測定値を排除でき、測定の信頼性が向上する。

更に又本発明によれば、複数の近接周波数の断続切替えは、各周波数毎に、所定の周期ずらして行い、周波数変換された前記断続変換信号は、所定の周期ずらしてから位相測定を行うので、誤差の少ない測定が可能となるという優れた効果を発揮する。

本実施例に係る光波距離計の光学系の概略図である。 本実施例に係る光波距離計の計測回路の概略図である。 （Ａ）は測距光のパルス化した状態を示す説明図、（Ｂ）は受光信号を示す説明図、（Ｃ）は発光パターンを示す説明図、（Ｄ）は発光パターンの信号変換後の図であり、（Ｅ）はローパスフィルタ通過後のパルス変調光を拡大して示した説明図であり、又受光信号とＡ／Ｄ変換後の内部信号を示す図である。 遅延時間測定による距離測定の説明図であり、（Ａ）は発光パターンの説明図、（Ｂ）は受光信号を示す説明図である。 各近接周波数毎に位相変化をさせた図であり、（Ａ）は発光パターンを示す図、（Ｂ）は受光信号を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の実施例に係る光波距離計の測距光学系１について説明する。

図１中、該測距光学系１は射出光学系２、受光光学系３、視準光学系４から構成される。又、図１では測定対象物５が再帰反射体であるプリズムを示している。

前記測距光学系１は前記測定対象物５に向けられる測距光軸６を有し、前記射出光学系２は射出光軸７、前記受光光学系３は受光光軸８、前記視準光学系４は視準光軸９を有する。

前記射出光軸７上に発光素子１１、集光レンズ１２、ハーフミラー１３、光量調整器１４が配設され、更に前記射出光軸７上には偏向ミラー１５，１６が配設され、前記射出光軸７は前記測距光軸６と合致する様に前記偏向ミラー１５，１６によって偏向される。

前記発光素子１１は、例えばレーザダイオードであり、不可視光の測距光を発する。

前記測距光軸６上には対物レンズ１７、ダイクロイックミラー１８が設けられる。該ダイクロイックミラー１８は、可視光を透過し、測距光を反射する様になっている。前記測距光軸６が前記ダイクロイックミラー１８を透過した部分は前記視準光軸９となっており、該視準光軸９上には接眼レンズ１９が設けられている。

前記対物レンズ１７、前記ダイクロイックミラー１８、前記接眼レンズ１９等は、前記視準光学系４を構成する。

前記集光レンズ１２、前記ハーフミラー１３、前記光量調整器１４、前記偏向ミラー１５，１６、前記対物レンズ１７等は、前記射出光学系２を構成する。

前記測距光軸６が前記ダイクロイックミラー１８によって反射された部分は、前記受光光軸８となっており、該受光光軸８上には受光素子２１が設けられている。

前記対物レンズ１７、前記ダイクロイックミラー１８等は、前記受光光学系３を構成する。

前記ハーフミラー１３の反射光軸は、内部参照光軸２３として反射鏡２２を経て前記受光素子２１に導かれている。前記ハーフミラー１３、前記反射鏡２２は、内部参照光学系２４を構成している。

前記射出光軸７と前記内部参照光軸２３とに掛渡り、光路切替え器２５が設けられる。該光路切替え器２５は、前記射出光軸７と前記内部参照光軸２３とを択一的に遮断、開放を行うものであり、該光路切替え器２５によって前記ハーフミラー１３を透過した測距光が射出されるか、或は前記ハーフミラー１３で反射された測距光の一部が前記内部参照光学系２４に射出されるかが選択される様になっている。

前記発光素子１１、前記受光素子２１は、それぞれ演算処理部２７に電気的に接続されている。

以下、前記測距光学系１の作用について説明する。

前記発光素子１１からは変調された測距光２８が発せられ、前記集光レンズ１２で平行光束とされた測距光２８は、前記光量調整器１４で光量調整された後、前記対物レンズ１７の中心部を透過して前記測定対象物５に射出される。

該測定対象物５で反射された測距光は反射測距光２８′として前記対物レンズ１７に入射し、該対物レンズ１７で集光され、前記ダイクロイックミラー１８で反射され前記受光素子２１に入射する。前記反射測距光２８′は、該受光素子２１で受光され、該受光素子２１は断続受光信号２９を発する。

前記発光素子１１で射出された測距光２８の一部（内部参照光２８′′）は、前記ハーフミラー１３で反射される。前記光路切替え器２５の光路切替えにより、前記内部参照光軸２３が開放されると、前記内部参照光２８′′が前記受光素子２１に入射する。該受光素子２１は前記内部参照光２８′′の受光信号を発する。

前記対物レンズ１７を経て入射する可視光は、前記ダイクロイックミラー１８を透過し、前記接眼レンズ１９で集光される。測量者は前記接眼レンズ１９を介して前記測定対象物５を視準することができる。

前記演算処理部２７は、前記発光素子１１を駆動して変調光を射出させる。又、前記受光素子２１から入力される反射測距光２８′の断続受光信号２９に基づき前記測定対象物５迄の距離を測定し、内部参照光２８′′の断続受光信号２９に基づき前記内部参照光学系２４の光路長を測定する。最終的な測定値は反射測距光２８′に基づく測定結果と内部参照光２８′′の測定結果の差として得られる。反射測距光２８′の測定結果と内部参照光２８′′の測定結果との差を求めることで電気回路のドリフトによる影響を除去することができる。

次に、前記演算処理部２７について図２を参照して説明する。

図２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。

基準信号発生器３１は所定の周波数の基準周波数信号ｓ１を発する。尚、以下に示される数値は、測定距離、測定精度に応じて適宜変更が可能である。例えば、以下の説明では２４０ＭＨｚを基準周波数としている。

前記基準信号発生器３１から発せられた基準周波数信号ｓ１は、分周器３２によって２４０ＭＨｚが１／３２され、７．５ＭＨｚの分周波信号ｓ２が生成される。該分周波信号ｓ２は、第１信号発生器３３及び第２信号発生器３４に入力される。

前記第１信号発生器３３では、前記分周波信号ｓ２と前記基準周波数信号ｓ１により２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚの第１変調信号ｓ３を生成し、第１断続パルス発生器３５に出力する。又、前記第２信号発生器３４では、前記分周波信号ｓ２と前記基準周波数信号ｓ１により２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの第２変調信号ｓ４を生成し、第２断続パルス発生器３６に出力する。

前記第１信号発生器３３と、前記第２信号発生器３４によって、周波数の近接した２つの変調信号、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ及び２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚが生成される。

前記第１断続パルス発生器３５では、連続信号である第１変調信号ｓ３を所定時間幅で所定時間間隔毎に発せられる断続信号に変換する。即ち、連続信号の第１変調信号ｓ３をパルス信号化する。前記第１断続パルス発生器３５からアンド回路３７にパルス化した第１パルス変調信号ｓ５が入力される。

従って、該第１パルス変調信号ｓ５のパルスには２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚの周波が含まれており、パルスは２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚの周波で構成されている。

同様に、前記第２断続パルス発生器３６に於いて、連続信号である第２変調信号ｓ４を所定時間幅で所定時間間隔毎に発せられる断続信号に変換し、パルス信号化する。前記第２断続パルス発生器３６から前記アンド回路３７にパルス化した第２パルス変調信号ｓ６が入力される。該第２パルス変調信号ｓ６のパルスについても、前記第１パルス変調信号ｓ５と同様、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの周波が含まれ、パルスは２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの周波で構成されている。

前記基準信号発生器３１が生成する基準周波数信号ｓ１は、タイミング信号発生器３９にも入力される。該タイミング信号発生器３９は、基準周波数信号ｓ１に基づき後述する各種タイミング信号を生成する。

前記タイミング信号発生器３９はタイミング信号を前記第１断続パルス発生器３５及び前記第２断続パルス発生器３６に発し、前記第１断続パルス発生器３５、前記第２断続パルス発生器３６からの第１パルス変調信号ｓ５、第２パルス変調信号ｓ６が、交互に且つ所定時間間隔で出力される様に制御する。

又、前記タイミング信号発生器３９からのタイミング信号は、切替えゲート４０に入力される。該切替えゲート４０からは切替え信号が前記アンド回路３７に入力される。

前記アンド回路３７は、前記切替えゲート４０からの切替え信号に対応して第１パルス変調信号ｓ５、第２パルス変調信号ｓ６を交互にドライバ３８に出力する。

該ドライバ３８は、第１パルス変調信号ｓ５、第２パルス変調信号ｓ６に基づき前記発光素子１１を駆動し、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚで変調された測距光、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚで変調された測距光をそれぞれ所定の時間幅で、且つ所定の時間間隔で交互に発光させる（図３（Ｃ）参照）。

前記発光素子１１は測距光２８を断続的に発光し、測距光２８はパルス光となる。更に交互に発せられるパルス光は、それぞれ２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚの変調光、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの変調光によって構成されている（以下、パルス変調光と称す）。

図３（Ａ）、図３（Ｃ）は、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚの変調光、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの変調光が交互に発光される状態を示している。又、本実施例では、パルス幅は９３３ｎｓに設定されている。ここで、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚの変調光、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの変調光の切替えタイミングは、測定対象物が移動体であった場合に、移動速度に比して高速度で切替え、測定対象物の移動が測定結果に影響しない様に設定される。

ここで、前記変調光を断続化した場合の、パルス幅は差周波の１周期よりも長くなる様に設定する。更に、断続の周期（パルス発生周期）、は移動体の移動による差周波信号の位相変化が無視できる早さとする。

更に、測距光２８が断続的に発光、即ちパルス発光されることで、発光素子（レーザダイオード：ＬＤ）１１の発光負荷率が低下する。発光負荷率が低下した分ピーク値を増大させ得るので、眼に対する安全性を損うことなく、測距光の光強度を増大させ、遠距離測定が可能となる。尚、所定時間幅及び所定時間間隔は、測定状況に応じて適宜選択される。

測距光２８は、前記測定対象物５に向けて射出され、前記測定対象物５で反射され、前記受光光学系３を経て前記受光素子２１に受光される。該受光素子２１は断続受光信号２９を発生する。使用される受光素子としては、例えば、フォトダイオード、更にアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。

更に、前記光路切替え器２５により光路が切替えられて、測距光２８の一部は内部参照光２８′′として前記内部参照光学系２４を経て、前記受光素子２１で受光される。尚、反射測距光２８′を受光した際の受光信号の処理と、内部参照光２８′′についての受光信号の処理は同様であるので、以下は反射測距光２８′の受光信号の処理について説明する。

前記受光素子２１は、反射測距２８′として、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚのパルス変調光、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚのパルス変調光を交互に受光する。従って、前記受光素子２１の受光信号は、パルス出力となると共にパルス内部は２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの周波数を有する断続受光信号２９となる。

図３（Ｂ）は受光信号の発生状態を示している。尚、受光信号では、発光パルスとの間で距離に対応した遅延時間（パルス遅延）が生じる。

受光信号は増幅器４２で増幅され、増幅された信号はミキシング回路４３に入力される。該ミキシング回路４３には前記基準信号発生器３１からアンド回路４８を介して２４０ＭＨｚの基準周波数信号ｓ１が入力される。該基準周波数信号ｓ１の入力されるタイミングは、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚのパルス変調光の受光信号（断続信号）、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚのパルス変調光の受光信号（断続信号）とにそれぞれミキシングされる様に、前記タイミング信号発生器３９からのタイミング信号によって制御される。

２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚのパルス変調光の受光信号、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚのパルス変調光の受光信号と基準周波数信号ｓ１とのミキシングによって周波数変換され、それぞれ±７．５ＭＨｚの周波数及び加算された周波数２４０ＭＨｚ＋２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、周波数２４０ＭＨｚ＋２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚが得られる。更に、前記ローパスフィルタ４４を通り、高周波成分は除去され、±７．５ＭＨｚの差周波が残る。尚、±７．５ＭＨｚの差周波信号は、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚのパルス変調光、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚのパルス変調光に対応するものであるので、パルス状の差周波信号（断続変換信号）となっている。

更に、２つの差周波では、１つは時間的に位相が進行する７．５ＭＨｚの差周波信号であり、もう１つは時間的に位相が後退する７．５ＭＨｚの差周波信号である（図３（Ｅ）参照）。従って、両差周波間では、距離（時間）に対応した位相ずれ（位相差）が生じる。

ここで、前記基準信号発生器３１、前記タイミング信号発生器３９、前記アンド回路４８、前記ミキシング回路４３等は周波数変換部として機能する。

各差周波は、ローパスフィルタ４４を通り、高周波が除去され、Ａ／Ｄコンバータ４５へ入力される。前記ローパスフィルタ４４の帯域は、差周波７．５ＭＨｚに十分な、１０ＭＨｚ程度に設定される。前記Ａ／Ｄコンバータ４５による変換後は、記憶手段としてのメモリ４６に記憶される。

図３（Ｅ）は、前記ミキシング回路４３に於けるミキシングで、パルス内に含まれる信号が、７．５ＭＨｚの差周波の信号となっていることを示している。

前記メモリ４６に保存された信号は、演算制御部４７によって距離演算の為に読込まれ、各差周波信号毎に位相差が演算される。即ち各パルス信号に含まれる、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの周波数毎の、更に一周期の波形毎に位相が求められ、それぞれ精密測定に用いられる。又２種類の差周波信号毎に、且つ一周期の差周波毎に位相差が検出され、両差周波間の位相差が求められ、該位相差は粗測定に用いられる。前記演算制御部４７は、精密測定用の位相と粗測定用の位相差を用い光速に基づき距離を演算する（図３（Ｅ）参照）。

又、７．５ＭＨｚの差周波と、−７．５ＭＨｚの差周波の、両差周波を加算平均化することで、パルス内に於ける波形は開始点に位相ずれの無い位相波形が得られる。又、それぞれの近接周波数に対応して、加算平均化することで精度の高い位相測定が可能となる。

２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの各周波数の位相から求められる測定距離は最大でそれぞれ６０．６ｃｍ、６４．５ｃｍであり、短距離高精度の測定が可能である。又、測定時間間隔が極めて短いので、移動体の距離測定も可能である。

更に、±７．５ＭＨｚ差周波間の位相差から求められる測定距離は最大で１０ｍであり、中距離の測定（粗距離測定）が可能である。従って、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚの位相検出による距離測定と±７．５ＭＨｚ差周波間の位相差検出による距離測定とを組合わせることで短距離から中距離迄の高精度の距離測定が可能となる。

更に、距離測定の組合わせは、中距離測定（粗測定）の最小単位以下の距離を、精密測定で補うことになるが、中距離測定値（粗測定距離値）と精密距離測定値との差が所定値以内でない場合は、測定が異常である旨の信号を発する様にしてもよい。測定値が異常であることが判断でき、測定の信頼性が向上する。

又、位相を演算する回路、演算された位相に基づき距離を演算する演算回路は、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚが近接した周波数であり、又±７．５ＭＨｚ差周波は同一の差周波であり、共通の処理回路でよい。従って、前記演算制御部４７の回路構成が簡略となる。

更に、測定精度は近接した周波数２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚで、同程度であり、両周波数で測定した測距結果は平均化処理するデータとして使用することができる。而して、少ない回路構成で、多くの測距結果を平均化することができ、測定精度が向上する。

尚、上記した様に位相及び位相差による距離測定は、１周波毎に実行され、１周波毎に得られた測定結果が平均化されるので、前記パルス変調光内に含まれる周波の数によって測定回数が決定される。従って、平均回数を多くして測定値の精度を向上させる場合は、パルス幅を広くして測定回数を多くすればよい。パルス幅、パルス間隔の決定は測定精度を勘案することでも、変更することができる。

次に、長距離測定を行う場合について説明する。

長距離測定では、前記パルス変調光をパルス光として処理し、パルス光の往復時間（遅延時間）に基づき距離測定を行う（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）ことができる。

図４（Ａ）に示される様に、パルス変調光のパルス幅を所定時間間隔毎に変更する。例えば、通常のパルス幅を９３３ｎｓとし、パルス間隔を２０μｓとし、１６０μｓ間隔毎に、即ちパルス変調光毎にパルス幅を８００ｎｓとする。１６０μｓは６．２ＫＨｚであり、２４ｋｍのパルス遅延時間に相当する。パルス幅は、狭くしても、広くしてもよいが、他のパルスから識別できる様にし、識別可能としたパルスを基準パルス光として設定する。

而して、前記基準パルス光を検出することで８パルス毎に（８断続数毎に）一巡する断続パターンが形成される。尚、断続数は適宜設定されることは言う迄もない。

尚、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚのパルス変調光が交互に射出されるので、パルス間隔自体は１０μｓとなっている。

パルス幅８００ｎｓの基準パルス光の受光信号の遅延時間を検出することで、往復２４ｋｍ迄の測定が可能となる（図４（Ｂ）参照）。基準パルス光の発光間隔は、任意に設定することができるので、要求される最大測距距離に対応させ、適宜設定することができる。

更に、断続パターンを形成することで、断続パターン毎に複数回積算し、積算波形を求め、得られた積算波形の断続幅、断続周期から複数の近接周波数を特定し、それぞれの断続変換信号の平均位相を求め、平均位相から精密測定値を求め、平均位相差から粗測定距離値を求め、精密測定値と、粗測定距離値から測定対象物の距離を測定してもよい。

尚、上記実施例では、２つの近接周波数を生成したが、３以上の近接周波数を生成する様にしてもよく、或は２組以上の近接周波数を生成する様にしてもよい。

図５（Ａ）は、２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚ毎に位相を１／２周期シフトさせた発光パターンを示しており、１／２周期シフトした受光信号を２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚ毎に加算平均化することで精度の高い位相測定が可能となる（図５（Ｂ）参照）。

如上の毎く、本発明では、全ての変調周波数が精密測定と粗測定とに使用され、測定効率が高く、又測定時間が短縮される。更に、測距光を断続光とすることで、光出力を変調させている時間のみに集中でき、ピークパワーを増大でき、又発光時間が短縮されるので、Ｓ／Ｎが向上され、測定精度が向上する。

又近接した、２つの変調周波数の測距光で距離測定を行う様構成したので、共通の処理回路で信号処理、距離演算を行うことができ、回路構成が簡略化する。

更に、連続した変調波を断続信号とし、パルス的に発光させるので、射出される測距光のピーク値を増大させることができ、受光光量が増大し、測定精度が向上すると共に遠距離測定が可能となる。

又、パルス発光させることで、パルス光の往復時間に基づき長距離測定を行うことができ、而も測距の対象となるパルス光の発光間隔を任意に設定できるので、最大測定距離を、測定状況に応じて容易に変更できる。

尚、上記実施例では、２つの近接周波数を生成したが、３以上の近接周波数を生成する様にしてもよく、或は２組以上の近接周波数を生成する様にしてもよい。

又前記断続信号の周期は前記測定対象物が移動体であった場合に、該移動体の移動による前記断続変換信号の位相変化が無視できる早さに設定されるので測定対象物が移動体であっても距離測定が可能となる。

又断続変調測距光を所定の断続数で一巡する断続パターンを生成させ、前記断続変換信号を断続パターン毎に複数回積算され、得られた積算波形の断続幅、断続周期から、複数の近接周波数を特定し、それぞれの断続変換信号の平均位相を求め、平均位相から精密測定値を求め、平均位相差から粗測定距離値を求め、精密測定距離値と、粗測定距離値から測定対象物の距離を測定するので、要求される測定精度に対応して適宜断続数を設定することができる。

又電気回路上の構成要素は１つの周波数に対応するものでよく、回路構成が簡素になり、更に周波数が近接しているので、Ｑの低いフィルタ１つでよく、Ｑが低いので、近接周波数のそれぞれの位相ずれへの影響が少なくなり、精密測定と粗測定とのずれによる異常測定が生じにくい。

又断続変調測距光の受光パルスの遅延時間で測距を行うので、長距離測定が可能であり、長距離測定の為に要される変調周波数を省略でき、更にパルス光の発光間隔を任意に設定できるので、最大測定距離を、測定状況に応じて容易に変更できる。

又複数の近接周波数から得られた精密測定距離値と粗測定距離値の差が所定値以内でない場合、異常信号を発生させるので、異常測定値を排除でき、測定の信頼性が向上する。

又複数の近接周波数の断続切替えは、各周波数毎に、所定の周期ずらして行い、周波数変換された前記断続変換信号は、所定の周期ずらしてから位相測定を行うので、誤差の少ない測定が可能となる。

１ 測距光学系
２ 射出光学系
３ 受光光学系
４ 視準光学系
５ 測定対象物
６ 測距光軸
７ 射出光軸
８ 受光光軸
９ 視準光軸
１１ 発光素子
１４ 光量調整器
１８ ダイクロイックミラー
２１ 受光素子
２４ 内部参照光学系
２５ 光路切替え器
２７ 演算処理部
３１ 基準信号発生器
３３ 第１信号発生器
３４ 第２信号発生器
３５ 第１断続パルス発生器
３６ 第２断続パルス発生器
３９ タイミング信号発生器
４３ ミキシング回路
４７ 演算制御部

Claims (6)

1. 測距光を発する発光素子と、複数の近接周波数を生成する信号発生器と、前記複数の近接周波数をそれぞれ断続し、所定幅にパルス化した変調信号と、該変調信号により所定幅にパルス化した断続変調測距光を前記近接周波数毎に順次切替え射出する射出光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、所定パルス幅の断続受光信号を発生する受光部と、それぞれの所定の周波数の差を有する基準周波数信号を発する基準信号発生器と、前記受光部からの前記断続受光信号を前記基準周波数信号とのミキシングにより周波数変換し、それぞれの近接周波数信号に対応し、パルス幅を有する断続変換信号を得る周波数変換部と、演算制御部とを具備し、前記断続受光信号のパルス幅が、前記断続変換信号の周期より長い時間幅となる様に設定され、又前記断続受光信号の周期は前記測定対象物が移動体であった場合に、該移動体の移動による前記断続変換信号の位相変化が無視できる早さに設定され、前記演算制御部は、複数の近接周波数に対し前記断続受光信号の位相を求め精密測定距離を演算し、又前記各断続変換信号相互の位相差を求めて粗測定距離値を演算し、該粗測定距離値と精密測定距離値とを合わせることにより距離を測定する様構成したことを特徴とする光波距離計。
2. 前記断続変調測距光を所定の断続数で一巡する断続パターンを生成させ、前記断続変換信号を断続パターン毎に複数回積算し、得られた積算波形の断続幅、断続周期から、複数の近接周波数を特定し、それぞれの断続変換信号の平均位相を求め、平均位相から精密測定距離値を求め、前記各断続変換信号相互の平均位相差から粗測定距離値を求め、精密測定距離値と、粗測定距離値から測定対象物の距離を測定する請求項１に記載の光波距離計。
3. 複数の近接周波数の内、少なくとも２つに対応する断続変換信号の周波数は同じである請求項１に記載の光波距離計。
4. 前記演算制御部は、前記断続変調測距光の受光パルスの遅延時間で測距を行う請求項１に記載の光波距離計。
5. 前記演算制御部は、複数の近接周波数から得られた精密測定距離値と粗測定距離値の差が所定値以内でない場合、異常信号を発生させる請求項１に記載の光波距離計。
6. 複数の近接周波数の断続切替えは、各周波数毎に、所定の周期ずらして行い、周波数変換された前記断続変換信号は、所定の周期ずらしてから位相測定を行う請求項１に記載の光波距離計。

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