JP7303616B2 - 光波距離計及び光波距離計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、光波距離計及び光波距離計測方法に関する。

従来、複数の近接周波数をパルス化した断続変調測距信号を近接周波数毎に切り替えて発光素子を発光させ、測定対象物からの反射測距信号を受光素子で受光する光波距離計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示される光波距離計は、複数の近接周波数に対応する断続受光信号の位相を求めて精密距離値を演算し、各断続受光信号の位相差から粗測定距離値を演算し、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。

特開２０１６－１６１４１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された光波距離計は、隣接する位置に他の光波距離計を配置した場合、隣接する他の光波距離計が発光する測距光を受光してしまう可能性がある。特に、測定対象物がプリズム等の再帰反射体ではない場合、他の光波距離計が発光する測距光が測定対象物で乱反射して自装置で受光してしまう可能性が高い。他の光波距離計が発光する測距光から距離を測定してしまうと、自装置から測定対象物までの距離とは異なる値が測定されて測定不良となる可能性がある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、測定対象物で反射された反射光を受光して測定対象物までの距離を測定する際に、自装置が発光した測距光に対応する反射光であるのかを適切に判別して測定不良を防止することが可能な光波距離計及び光波距離計測方法を提供することを目的とする。

前記課題は、本発明によれば、測距光を発光する発光素子と、第１周波数で変調された第１変調信号と前記第１周波数に近接する第２周波数で変調された第２変調信号とを生成する信号発生器と、前記第１変調信号をパルス化した第１パルス変調信号及び前記第２変調信号をパルス化した第２パルス変調信号に基づいて前記発光素子を駆動し、前記第１周波数で変調された第１測距光及び前記第２周波数で変調された第２測距光を切り替えて出力する駆動部と、測定対象物で反射された前記第１測距光に対応する第１反射測距光と前記測定対象物で反射された前記第２測距光に対応する第２反射測距光とを受光する受光素子と、前記受光素子が受光した前記第１反射測距光を周波数変換して第１差周波信号を生成し、前記受光素子が受光した前記第２反射測距光を周波数変換して前記第１差周波信号に対して前記測定対象物への距離に応じた位相差を有する第２差周波信号を生成する周波数変換部と、前記第１差周波信号と前記第２差周波信号との位相差に基づいて前記測定対象物までの距離値を求める演算処理を実行する演算部と、前記受光素子が受光する前記第１測距光及び前記第２測距光を含む受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別する判別部と、を備え、前記駆動部は、前記発光素子が発光する発光信号に前記識別情報が含まれるように前記発光素子を駆動し、前記受光信号に前記識別情報が含まれていると前記判別部が判別した場合に、前記演算部は前記距離値を求める演算処理を実行する光波距離計により解決される。

本構成の光波距離計によれば、第１周波数で変調された第１測距光及び第２周波数で変調された第２測距光が発光素子から切り替えて出力され、測定対象物で反射された第１測距光に対応する第１反射測距光と測定対象物で反射された第２測距光に対応する第２反射測距光とが受光素子で受光される。第１反射測距光を周波数変換した第１差周波信号および第２反射測距光を周波数変換した第２差周波信号は、測定対象物への距離に応じた位相差を有するため、第１差周波信号と第２差周波信号とに基づいて測定対象物までの距離値を求めることができる。

本構成の光波距離計によれば、駆動部が、発光素子が発光する発光信号に自装置を示す識別情報が含まれるように発光素子を駆動し、判別部が、受光素子が受光する第１測距光及び第２測距光を含む受光信号に識別情報が含まれているかどうかを判別する。本構成の光波距離計は、識別情報が含まれていると判別部が判別した場合に、演算部が距離値を求める演算処理を実行する。自装置を示す識別情報が受光信号に含まれる場合に距離値が演算されるため、隣接する他の光波距離計が発光する測距光を受光してもその測距光から距離値を演算することがない。よって、隣接する位置に他の光波距離計を配置した場合であっても、他の光波距離計が発光する測距光から距離を測定することによる測定不良を防止することができる。
このように、本構成の光距離計によれば、測定対象物で反射された反射光を受光して測定対象物までの距離を測定する際に、自装置が発光した測距光に対応する反射光であるのかを適切に判別して測定不良を防止することができる。

本発明の光波距離計において、好ましくは、前記駆動部は、前記第１測距光及び前記第２測距光を所定時間間隔で交互に出力し、複数の前記第１測距光のパルス幅及び複数の前記第２測距光のパルス幅の組み合わせからなる前記識別情報を含む発光パターンを出力することを特徴とする。
本構成の光距離計によれば、第１測距光と第２測距光を交互に出力する所定時間間隔を変更することなく、複数の第１測距光のパルス幅及び複数の第２測距光のパルス幅の組み合わせからなる識別情報を含む発光パターンを出力することができる。そのため、測距性能を落とさずに隣接する位置に他の光波距離計を配置した場合の測定不良を防止することができる。

本発明の光波距離計において、好ましくは、前記駆動部は、前記第１測距光と前記第２測距光の発光間隔の組み合わせからなる前記識別情報を含む発光パターンを出力することを特徴とする。
本構成の光距離計によれば、第１測距光及び第２測距光のパルス幅を変更することなく、第１測距光と第２測距光の発光間隔の組み合わせからなる識別情報を含む発光パターンを出力することができる。そのため、第１測距光及び第２測距光のパルス幅を維持したまま、隣接する位置に他の光波距離計を配置した場合の測定不良を防止することができる。

本発明の光波距離計において、好ましくは、前記駆動部は、前記第１測距光及び前記第２測距光を所定時間間隔で交互に出力し、前記第１測距光の出力が終了してから前記第２測距光の出力を開始するまでの期間において前記識別情報を含む発光信号を出力することを特徴とする。
本構成の光波距離計によれば、第１測距光と第２測距光を交互に出力する所定時間間隔を変更することなく、第１測距光の出力が終了してから第２測距光の出力を開始するまでの期間を利用して、識別情報を含む発光信号を出力することができる。そのため、測距性能を落とさずに隣接する位置に他の光波距離計を配置した場合の測定不良を防止することができる。

前記課題は、本発明によれば、第１周波数で変調された第１変調信号と前記第１周波数に近接する第２周波数で変調された第２変調信号とを生成する信号発生工程と、前記第１変調信号をパルス化した第１パルス変調信号及び前記第２変調信号をパルス化した第２パルス変調信号に基づいて発光素子を駆動し、前記第１周波数で変調された第１測距光及び前記第２周波数で変調された第２測距光を切り替えて出力する発光工程と、測定対象物で反射された前記第１測距光に対応する第１反射測距光と前記測定対象物で反射された前記第２測距光に対応する第２反射測距光とを受光素子で受光する受光工程と、前記受光工程で受光した前記第１反射測距光を周波数変換して第１差周波信号を生成し、前記受光工程で受光した前記第２反射測距光を周波数変換して前記第１差周波信号に対して前記測定対象物への距離に応じた位相差を有する第２差周波信号を生成する周波数変換工程と、前記第１差周波信号と前記第２差周波信号とに基づいて前記測定対象物までの距離値を求める演算処理を実行する演算工程と、前記受光素子が受光する前記第１測距光及び前記第２測距光を含む受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別する判別工程と、を備え、前記発光工程は、前記発光素子が発光する発光信号に前記識別情報が含まれるように前記発光素子を駆動し、前記受光信号に前記識別情報が含まれていると前記判別工程が判別した場合に、前記演算工程は前記距離値を求める演算処理を実行することを特徴とする光波距離計測方法により解決される。

本構成の光波距離計測方法によれば、測定対象物で反射された反射光を受光して測定対象物までの距離を測定する際に、自装置が発光した測距光に対応する反射光であるのかを適切に判別して測定不良を防止することができる。

本発明によれば、測定対象物で反射された反射光を受光して測定対象物までの距離を測定する際に、自装置が発光した測距光に対応する反射光であるのかを適切に判別して測定不良を防止することが可能な光波距離計及び光波距離計測方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る光波距離計の測距光学系を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る光波距離計の演算処理部を示す概略図である。 図２に示す演算制御部の構成を示す概略図である。 図２に示す発光素子が発光する発光信号と受光素子が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。 光波距離計の演算処理部が実行する処理を示すフローチャートである。 他の光波距離計の発光素子が発光する発光信号と自装置の受光素子が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。 第２実施形態の光波距離計の発光素子が発光する発光信号と受光素子が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。 第３実施形態の光波距離計の発光素子が発光する発光信号と受光素子が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。 第４実施形態の光波距離計の発光素子が発光する発光信号と受光素子が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る光波距離計について、図面を参照して説明する。
始めに、本実施形態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は、本実施形態に係る光波距離計の測距光学系１を示す概略図である。図１に示すように、測距光学系１は、射出光学系２と、受光光学系３と、視準光学系４と、を備える。図１において、測定対象物５は、再帰反射体であるプリズムを示している。

測距光学系１は測定対象物５に向けられる測距光軸６を有し、射出光学系２は射出光軸７を有し、受光光学系３は受光光軸８を有し、視準光学系４は視準光軸９を有する。
射出光軸７上には、発光素子１１と、集光レンズ１２と、ハーフミラー１３と、光量調整器１４と、偏向ミラー１５，１６が設けられる。射出光軸７を通過する測距光は、測距光軸６と合致する様に偏向ミラー１５，１６によって偏向される。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光する。

測距光軸６上には、対物レンズ１７とダイクロイックミラー１８が設けられる。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。測距光軸６がダイクロイックミラー１８を透過した部分は視準光軸９となっており、視準光軸９上には接眼レンズ１９が設けられている。

対物レンズ１７、ダイクロイックミラー１８、接眼レンズ１９等は、視準光学系４を構成する。
集光レンズ１２、ハーフミラー１３、光量調整器１４、偏向ミラー１５，１６、対物レンズ１７等は、射出光学系２を構成する。

測距光軸６がダイクロイックミラー１８によって反射された部分は、受光光軸８となっており、受光光軸８上には受光素子２１が設けられている。対物レンズ１７、ダイクロイックミラー１８等は、受光光学系３を構成する。

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を経て受光素子２１に導かれている。ハーフミラー１３、反射鏡２２は、内部参照光学系２４を構成している。発光素子１１、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。

射出光軸７及び内部参照光軸２３には、光路切替器２５が設けられている。光路切替器２５は、射出光軸７と内部参照光軸２３とを択一的に遮断又は開放するものである。光路切替器２５は、ハーフミラー１３を透過した測距光が測定対象物５に向けて射出されるか、或はハーフミラー１３で反射された測距光の一部が内部参照光学系２４に向けて射出されるかを切り替える。

次に、測距光学系１の作用について説明する。
発光素子１１から発せられて集光レンズ１２で平行光束とされた測距光２８は、光量調整器１４で光量調整された後に、対物レンズ１７の中心部を透過して測定対象物５に射出される。

測定対象物５で反射された測距光は、反射測距光２８′として対物レンズ１７に入射し、対物レンズ１７で集光され、ダイクロイックミラー１８で反射され、受光素子２１に入射する。受光素子２１は、受光した反射測距光２８′に応じた断続受光信号２９を発する。

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、ハーフミラー１３で反射される。光路切替器２５の光路切替えにより、内部参照光軸２３が開放されると、内部参照光２８′′が受光素子２１に入射する。受光素子２１は、受光した内部参照光２８′′に応じた受光信号を発する。

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

次に、本実施形態に係る光波距離計の演算処理部２７について説明する。図２は、本実施形態に係る光波距離計の演算処理部２７を示す概略図である。
基準信号発生器３１は、所定の基準周波数ｆｃ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ｆｃとしている。

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によって基準周波数ｆｃが１／ｎに分周され、周波数ｆの分周波信号ｓ２が生成される。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。周波数ｆはｆｃ／ｎであり、分周器３２が２４０ＭＨｚの基準周波数ｆｃを１／３２に分周する分周器である場合、周波数ｆは７．５ＭＨｚとなる。

第１信号発生器３３は、分周波信号ｓ２と基準周波数信号ｓ１によりｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］で変調された第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。第２信号発生器３４は、分周波信号ｓ２と基準周波数信号ｓ１によりｆｃ－ｆ［Ｈｚ］で変調された第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。第１信号発生器３３と、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、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］及びｆｃ－ｆ［Ｈｚ］が生成される。

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をパルス化し、所定時間間隔毎に発せられる断続信号である第１パルス変調信号ｓ５に変換する。アンド回路３７には、第１断続パルス発生器３５から第１パルス変調信号ｓ５が入力される。従って、第１パルス変調信号ｓ５のパルスには、ｆｃ＋ｆ（２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）の周波が含まれている。

第２断続パルス発生器３６では、連続信号である第２変調信号ｓ４をパルス化し、所定時間間隔毎に発せられる断続信号である第２パルス変調信号ｓ６に変換する。アンド回路３７には、第２断続パルス発生器３６から第２パルス変調信号ｓ６が入力される。従って、第２パルス変調信号ｓ６のパルスには、ｆｃ－ｆ（２４０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の周波が含まれている。

タイミング信号発生器３９は、基準信号発生器３１が生成する基準周波数信号ｓ１を基準とし、第１パルス変調信号ｓ５及び第１パルス変調信号ｓ５の発光状態と非発光状態を切り替えるタイミング信号を生成する。タイミング信号発生器３９は、タイミング信号を第１断続パルス発生器３５及び第２断続パルス発生器３６に発し、第１断続パルス発生器３５からの第１パルス変調信号ｓ５と第２断続パルス発生器３６からの第２パルス変調信号ｓ６が交互に且つ時間間隔（バースト周期）ｔｂで出力される様に制御する。

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。切替えゲート４０からは切替え信号がアンド回路３７に入力される。アンド回路３７は、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。

ドライバ３８は、第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６に基づいて発光素子１１を駆動し、ｆｃ＋ｆ（２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）で変調された測距光（第１測距光）及びｆｃ－ｆ（２４０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）で変調された測距光（第２測距光）を所定の時間間隔ｔｂで切り替えて出力する。

図４は、図２に示す発光素子１１が発光する発光信号と受光素子２１が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。図４の上段に示すタイミングチャートは、発光信号の発光タイミングを示すタイミングチャートであり、ハイレベルの信号となっている期間が発光期間であり、ローレベルの信号となっている期間が非発光期間である。図４に示すように、発光素子１１は、第１パルス変調信号ｓ５に基づいた測距光と第２パルス変調信号ｓ６に基づいた測距光を時間間隔ｔｂで切り替えて交互に出力する。

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。

受光素子２１は、発光素子１１から測定対象物５に向けて射出され、測定対象物５で反射され、受光光学系３を経た測距光２８を受光する。受光素子２１は受光した測距光２８に応じた断続受光信号２９を発生する。受光素子２１としては、例えば、フォトダイオードやアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。

測定対象物５で反射された測距光２８の一部は、光路切替器２５により光路が切替えられた場合、内部参照光２８′′として内部参照光学系２４を経て受光素子２１で受光される。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′′を受光した際の受光信号の処理は同様であるので、以下では反射測距光２８′の受光信号の処理について説明する。

図４に示すように、受光素子２１は、反射測距光２８′として、ｆｃ＋ｆ（２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）の第１パルス変調信号ｓ５に基づいたパルス変調光（第１反射測距光）と、ｆｃ－ｆ（２４０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の第２パルス変調信号ｓ６に基づいたパルス変調光（第２反射測距光）を交互に受光する。従って、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ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する断続受光信号２９となる。図４に示すように、受光信号では、発光信号との間で、光波距離計と測定対象物５との直線距離に応じた遅延時間ｔｄが生じている。

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。ミキシング回路４３には、基準信号発生器３１からアンド回路４８を介して基準周波数ｆｃ（２４０ＭＨｚ）の基準周波数信号ｓ１が入力される。基準周波数信号ｓ１が入力されるタイミングは、ｆｃ＋ｆ（２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）のパルス変調光の受光信号（断続信号）と、ｆｃ－ｆ（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、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と、２４０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚのパルス変調光の受光信号は、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、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。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。

ミキシング回路４３及びローパスフィルタ４４は、受光素子２１が受光した２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚのパルス変調光を周波数変換して＋７．５ＭＨｚの差周波信号（第１差周波信号）を生成し、受光素子２１が受光した２４０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚのパルス変調光を周波数変換して－７．５ＭＨｚの差周波信号（第２差周波信号）を生成する。－７．５ＭＨｚの差周波信号は、＋７．５ＭＨｚの差周波信号に対して測定対象物５への距離に応じた位相差を有する信号である。

２つの差周波信号において、一方は時間的に位相が進行する７．５ＭＨｚの差周波信号であり、他方は時間的に位相が後退する７．５ＭＨｚの差周波信号である。両差周波間では、距離（時間）に対応した位相ずれ（位相差）が生じている。基準信号発生器３１、タイミング信号発生器３９、アンド回路４８、ミキシング回路４３、ローパスフィルタ４４等は、周波数変換部として機能する。

ＡＤコンバータ４５は、ローパスフィルタ４４から出力されるアナログ信号である差周波信号をデジタル信号に変換し、記憶手段としてのメモリ４６にサンプリングデータとして記憶させる。

演算制御部４７は、メモリ４６に記憶されたサンプリングデータに基づいて各種の演算処理を実行するものである。図３に示すように、演算制御部４７は、演算部４７ａと判別部４７ｂとを有する。演算部４７ａは、メモリ４６に保存されたサンプリングデータに基づいて、光波距離計から測定対象物５までの距離値ｄ３を求める演算処理を実行する。判別部４７ｂは、メモリ４６に保存されたサンプリングデータに基づいて、受光素子２１が受光する受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別する。自装置を示す識別情報については、後述する。

演算部４７ａは、メモリ４６に保存されたサンプリングデータから、７．５ＭＨｚの差周波信号と－７．５ＭＨｚの差周波信号を演算し、２つの差周波信号の位相差から粗測定距離値ｄ１（第１距離値）を演算する。２つの差周波信号の位相差は、断続変調周波数の差（１５ＭＨｚ）で測定した場合と等価であり、それぞれの位相をφ１，φ２とすると、周波数差１５ＭＨｚの場合の波長は１０ｍであるから、求める粗測定距離値ｄ１（ｍ）は下記の式（１）で表される。
ｄ１＝１０×（φ１－φ２）／２π （１）

演算部４７ａは、メモリ４６に保存されたサンプリングデータから、７．５ＭＨｚの差周波信号と－７．５ＭＨｚの差周波信号を演算し、さらに双方の差周波信号からそれぞれ位相を求め、位相と光速から双方の差周波信号に対応する精密測定距離値ｄ２（第２距離値）を演算する。演算制御部４７は、粗測定距離値ｄ１に精密測定距離値ｄ２を加算して、光波距離計から測定対象物５までの距離値ｄ３（第３距離値）を求める演算処理を実行する。

粗測定距離値ｄ１を演算する際には、反射測距光２８′の受光信号から演算した粗測定距離値から、内部参照光２８′′の受光信号から演算した粗測定距離値を減算する。同様に、精密測定距離値ｄ２を演算する際には、反射測距光２８′の受光信号から演算した精密測定距離値から、内部参照光２８′′の受光信号から演算した精密測定距離値を減算する。

反射測距光２８′から演算した測定距離値と内部参照光２８′′から演算した測定距離値との差を求めることで電気回路である演算処理部２７の温度ドリフト等による影響を除去することができる。内部参照光２８′′の受光信号から演算した粗測定距離値及び精密測定距離値は、あらかじめ演算をしてメモリ４６に記憶させておくようにしてもよい。

次に、発光素子１１が発光する発光信号に自装置を示す識別情報が含まれるように発光素子１１を駆動し、受光素子２１が受光する受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別する方法について説明する。本実施形態では、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれている場合に距離値ｄ３を求める演算処理を実行することで、他の光波距離計が発光する測距光を受光して距離を測定することによる測定不良を防止している。

図４に示すように、本実施形態のタイミング信号発生器３９は、時刻Ｔ１から発光状態となる第１パルス変調信号ｓ５のパルス幅をｐ０に設定し、時刻Ｔ３から発光状態となる第１パルス変調信号のパルス幅をｐ０よりも幅広のｐ１に設定している。また、本実施形態のタイミング信号発生器３９は、時刻Ｔ４から発光状態となる第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅をｐ０に設定し、時刻Ｔ２から発光状態となる第２パルス変調信号のパルス幅をｐ０よりも幅広のｐ１に設定している。

図４に示すように第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅をｐ０またはｐ１のいずれかに設定しているのは、第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅を、自装置を示す識別情報として利用するためである。本実施形態では、時刻Ｔ１から時間間隔ｔｂで連続する４つの信号のパルス幅を、自装置を示す識別情報としている。具体的には、パルス幅ｐ０を「０」とし、パルス幅ｐ１を「１」とし、４つの信号のパルス幅から「０」と「１」を組み合わせた４桁の識別情報としている。図４に示す発光信号に含められた識別信号は、「０１１０」となる。

第１パルス変調信号ｓ５が２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚで変調されており、第２パルス変調信号ｓ６が２４０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚで変調されている場合、例えば、時間間隔ｔｂは１０μｓであり、ｐ０は９３３ｎｓのパルス幅であり、ｐ１は１μｓのパルス幅である。

タイミング信号発生器３９が生成するタイミング信号は、切替えゲート４０を介してアンド回路３７に入力され、第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６の発光状態と非発光状態を切り替えるタイミングを決定するために用いられる。タイミング信号発生器３９が生成するタイミング信号に自装置を示す識別情報が含まれているため、ドライバ３８はアンド回路３７から入力される発光信号に自装置を示す識別情報が含まれるように発光素子１１を駆動する。

次に、自装置を示す識別情報が含まれる受光信号を受光した光波距離計の演算処理部２７が実行する処理について説明する。図５は、光波距離計の演算処理部２７が実行する処理を示すフローチャートである。

ステップＳ５０１で、演算処理部２７は、光波距離計による測距を開始するか否かを判断し、ＹＥＳであればステップＳ５０２へ処理を進める。
ステップＳ５０２で、演算処理部２７は、ドライバ３８を第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６により駆動して発光素子１１を発光させる。

ステップＳ５０３で、演算処理部２７は、受光素子２１が測距光２８である受光信号を受光したかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ５０４へ処理を進める。
ステップＳ５０４で、演算処理部２７の判別部４７ｂは、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別し、ＹＥＳであればステップＳ５０５へ処理を進める。

本実施形態では、測距を開始する時刻Ｔ１から時間間隔ｔｂで連続する４つの信号のパルス幅を、自装置を示す識別情報としている。具体的には、パルス幅ｐ０を「０」とし、パルス幅ｐ１を「１」とし、４つの信号のパルス幅から「０」と「１」を組み合わせた４桁の識別情報としている。図４に示す例では、発光信号に含められた識別信号は、「０１１０」である。

判別部４７ｂは、メモリ４６に記憶された４つパルス分の受光信号のパルス幅がｐ１であるかｐ２であるかを判別し、「０」と「１」を組み合わせた識別情報を生成する。判別部４７ｂは、生成した識別情報が「０１１０」である場合に、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれていると判別する。

判別部４７ｂは、受光信号から生成した識別情報が「０１１０」でない場合には、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれていないと判断する。図６は、他の光波距離計の発光素子が発光する発光信号と自装置の受光素子が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。判別部４７ｂは、自装置の受光素子２１が図６に示す受光信号を受光した場合、メモリ４６に記憶された４つパルス分の受光信号のパルス幅がｐ０であるかｐ１であるかを判別し、「０」と「１」を組み合わせた識別情報を生成する。判別部４７ｂは、生成した識別情報が「１１００」であるため、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれていないと判断する。

判別部４７ｂが受光信号に自装置を示す識別情報が含まれていないと判断した場合、タイミング信号発生器３９は、自装置が発光した発光信号を受光素子２１が受光するタイミングと、他の光波距離計が発光した発光信号を受光素子２１が受光するタイミングとが重ならないように、自装置が発光信号を発光するタイミングを調整してもよい。

例えば、タイミング信号発生器３９は、他の光波距離計が発光した発光信号を受光素子２１が受光するタイミングで第１パルス変調信号ｓ５を発光するようにタイミング信号を生成する。このようにすることで、受光素子２１が他の光波距離計の発光信号と自装置の発光信号を同時に受光してしまう不具合を回避することができる。

ステップＳ５０５で、演算処理部２７の演算部４７ａは、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれていることから、メモリ４６に保存されたサンプリングデータに基づいて光波距離計から測定対象物５までの距離値ｄ３を求める演算処理を実行する。演算部４７ａは、演算処理により求めた距離値ｄ３をメモリ４６に記憶させる。

ステップＳ５０６で、演算処理部２７は、測距を継続するかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ５０３を再び実行し、ＮＯであればステップＳ５０７へ処理を進める。
ステップＳ５０７で、演算処理部２７は、ドライバ３８を制御して発光素子１１の発光を停止させる。

以上説明した本実施形態の光波距離計が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の光波距離計によれば、ｆｃ＋ｆで変調された第１測距光及びｆｃ－ｆで変調された第２測距光が発光素子１１から切り替えて出力され、測定対象物５で反射された第１測距光に対応する第１反射測距光と測定対象物５で反射された第２測距光に対応する第２反射測距光とが受光素子２１で受光される。

第１反射測距光を周波数変換した第１差周波信号と第２反射測距光を周波数変換した第２差周波信号とは、測定対象物５への距離に応じた位相差を有するため、この位相差に基づいて粗測定距離値ｄ１が演算される。この粗測定距離値ｄ１に、第１差周波信号の位相及び第２差周波信号の位相に基づいた精密測定距離値ｄ２を加算することにより、測定対象物５までの距離値ｄ３を求めることができる。

本実施形態の光波距離計によれば、ドライバ３８が、発光素子１１が発光する発光信号に自装置を示す識別情報が含まれるように発光素子１１を駆動し、判別部４７ｂが、受光素子２１が受光する第１測距光及び第２測距光を含む受光信号に識別情報が含まれているかどうかを判別する。本実施形態の光波距離計は、識別情報が含まれていると判別部４７ｂが判別した場合に、演算部４７ａが距離値ｄ３を求める演算処理を実行する。自装置を示す識別情報が受光信号に含まれる場合に距離値ｄ３が演算されるため、隣接する他の光波距離計が発光する測距光を受光してもその測距光から距離値ｄ３を演算することがない。よって、隣接する位置に他の光波距離計を配置した場合であっても、他の光波距離計が発光する測距光から距離を測定することによる測定不良を防止することができる。

本実施形態の光波距離計によれば、第１パルス変調信号ｓ５（第１測距光）と第２パルス変調信号ｓ６（第２測距光）を交互に出力する時間間隔ｔｂを変更することなく、複数の第１パルス変調信号ｓ５のパルス幅及び複数の第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅の組み合わせからなる識別情報を含む発光パターンを出力することができる。そのため、測距性能を落とさずに隣接する位置に他の光波距離計を配置した場合の測定不良を防止することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る光波距離計について説明する。
本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様あるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の光波距離計は、第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅を、パルス幅ｐ０またはパルス幅ｐ１のいずれかに設定し、２つのパルス幅の組み合わせを、自装置を示す識別情報として利用するものであった。
それに対して、本実施形態の光波距離計は、第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅を３種類以上の複数に設定するものである。

図７は、第２実施形態の光波距離計の発光素子１１が発光する発光信号と受光素子２１が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。図７に示すように、本実施形態のタイミング信号発生器３９は、時刻Ｔ１から発光状態となる第１パルス変調信号ｓ５のパルス幅をｐ０に設定し、時刻Ｔ３から発光状態となる第１パルス変調信号のパルス幅をｐ１に設定している。また、本実施形態のタイミング信号発生器３９は、時刻Ｔ２から発光状態となる第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅をｐ３に設定し、時刻Ｔ４から発光状態となる第２パルス変調信号のパルス幅をｐ２設定している。

第１パルス変調信号ｓ５が２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚで変調されており、第２パルス変調信号ｓ６が２４０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚで変調されている場合、例えば、時間間隔ｔｂは１０μｓであり、ｐ０は９３３ｎｓのパルス幅であり、ｐ１は１μｓのパルス幅であり、ｐ２は１．２μｓのパルス幅であり、ｐ３は１．３μｓのパルス幅である。ここでは、パルス幅をｐ０，ｐ１，ｐ２，ｐ３の４種類としたが、３種類以上の任意の種類を設定してもよい。

図７に示すように第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅を３種類以上のいずれかの長さに設定しているのは、第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅を、自装置を示す識別情報として利用するためである。本実施形態では、時刻Ｔ１から時間間隔ｔｂで連続する４つの信号のパルス幅を、自装置を示す識別情報としている。具体的には、パルス幅ｐ０を「０」とし、パルス幅ｐ１を「１」とし、パルス幅ｐ２を「２」とし、パルス幅ｐ３を「３」とし、４つの信号のパルス幅を組み合わせた４桁の識別情報としている。図７に示す発光信号に含められた識別信号は、「０３１２」となる。

本実施形態では、時刻Ｔ１から時間間隔ｔｂで連続する４つの信号のパルス幅を、自装置を示す識別情報として利用するものであったが、他の態様であってもよい。例えば、連続する５つの信号あるいは６つの信号等、任意の数の信号のパルス幅の組み合わせを、自装置を示す識別情報として利用してもよい。

次に、図７に示す受光信号を受光素子２１が受光した場合に、判別部４７ｂが実行する処理について説明する。
図５のステップＳ５０４で、演算処理部２７の判別部４７ｂは、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別する。

判別部４７ｂは、メモリ４６に記憶された４つパルス分の受光信号のパルス幅がｐ１～ｐ３のいずれであるかを判別し、「０」～「３」を組み合わせた識別情報を生成する。判別部４７ｂは、生成した識別情報が「０３１２」である場合に、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれていると判別する。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る光波距離計について説明する。
本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様あるものとし、以下での説明を省略する。
本実施形態の光波距離計は、第１パルス変調信号ｓ５と第２パルス変調信号ｓ６の発光間隔の組み合わせからなる識別情報を利用するものである。

図８は、第３実施形態の光波距離計の発光素子１１が発光する発光信号と受光素子２１が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。図８に示すように、本実施形態のタイミング信号発生器３９は、時刻Ｔ１で発光する第１パルス変調信号ｓ５から次に発光する第２パルス変調信号ｓ６までの時間間隔（発光間隔）をｔｂ１に設定し、時刻Ｔ２で発光する第２パルス変調信号ｓ６から次に発光する第１パルス変調信号ｓ５までの時間間隔をｔｂ１よりも長いｔｂ２に設定している。また、時刻４１で発光する第１パルス変調信号ｓ５から次に発光する第２パルス変調信号ｓ６までの時間間隔（発光間隔）をｔｂ１に設定し、時刻Ｔ５で発光する第２パルス変調信号ｓ６から次に発光する第１パルス変調信号ｓ５までの時間間隔をｔｂ１に設定している。

第１パルス変調信号ｓ５が２４０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚで変調されており、第２パルス変調信号ｓ６が２４０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚで変調されている場合、例えば、時間間隔ｔｂ１は１０μｓであり、時間間隔ｔｂ２は２０μｓであり、ｐ０は９３３ｎｓのパルス幅である。

図８に示すように第１パルス変調信号ｓ５と第２パルス変調信号ｓ６の発光間隔をｔｂ１またはｔｂ２に設定しているのは、第１パルス変調信号ｓ５と第２パルス変調信号ｓ６の発光間隔を、自装置を示す識別情報として利用するためである。本実施形態では、時刻Ｔ１から連続する４つの信号の時間間隔（発光間隔）を、自装置を示す識別情報としている。具体的には、時間間隔ｔｂ１を「０」とし、時間間隔ｔｂ２を「１」とし、４つの信号の時間間隔を組み合わせた４桁の識別情報としている。図８に示す発光信号に含められた識別信号は、「０１００」となる。

本実施形態では、時刻Ｔ１から連続する４つの信号の時間間隔を、自装置を示す識別情報として利用するものであったが、他の態様であってもよい。例えば、連続する５つの信号あるいは６つの信号等、任意の数の信号の時間間隔の組み合わせを、自装置を示す識別情報として利用してもよい。また、時間間隔をｔｂ１，ｔｂ２の２種類だけでなく、３種類以上の任意の種類を設定してもよい。

次に、図８に示す受光信号を受光素子２１が受光した場合に、判別部４７ｂが実行する処理について説明する。
図５のステップＳ５０４で、演算処理部２７の判別部４７ｂは、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別する。

判別部４７ｂは、メモリ４６に記憶された４つパルス分の受光信号の時間間隔がｔｂ１またはｔｂ２のいずれであるかを判別し、「０」，「１」を組み合わせた識別情報を生成する。判別部４７ｂは、生成した識別情報が「０１００」である場合に、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれていると判別する。

本実施形態の光波距離計によれば、第１パルス変調信号ｓ５（第１測距光）及び第２パルス変調信号ｓ６（第２測距光）のパルス幅を変更することなく、これらの発光間隔の組み合わせからなる識別情報を含む発光信号を出力することができる。そのため、第１パルス変調信号ｓ５及び第２パルス変調信号ｓ６のパルス幅を維持したまま、隣接する位置に他の光波距離計を配置した場合の測定不良を防止することができる。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係る光波距離計について説明する。
本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様あるものとし、以下での説明を省略する。
本実施形態の光波距離計は、第１パルス変調信号ｓ５の出力が終了してから第２パルス変調信号ｓ６の出力を開始するまでの期間において識別情報を含む発光信号を出力するものである。

図９は、第４実施形態の光波距離計の発光素子１１が発光する発光信号と受光素子２１が受光する受光信号を示すタイミングチャートである。図９に示すように、本実施形態のタイミング信号発生器３９は、時刻Ｔ１で発光する第１パルス変調信号ｓ５の出力が終了してから第２パルス変調信号ｓ６の出力を開始するまでの期間において、時刻Ｔ１から時間間隔ｔｂ３が経過した後から時間間隔ｔｂ４が経過するまでの期間に、第１パルス変調信号ｓ５を出力する。

図９に示すように、時刻Ｔ１から時間間隔ｔｂ３が経過した後から時間間隔ｔｂ４が経過するまでの期間に、第１パルス変調信号ｓ５を出力しているのは、この第１パルス変調信号ｓ５を、自装置を示す識別情報として利用するためである。本実施形態では、時刻Ｔ１から時間間隔ｔｂ３が経過した後から時間間隔ｔｂ４が経過するまでの期間を識別エリアとして設定し、識別エリアに含まれる第１パルス変調信号ｓ５を識別情報として利用する。具体的には、識別エリアに含まれる第１パルス変調信号ｓ５の位置及びパルス幅ｐｉを識別情報として利用する。

本実施形態では、識別エリアに含まれる第１パルス変調信号ｓ５の位置及びパルス幅ｐｉを識別情報として利用するが、他の態様であってもよい。例えば、第１パルス変調信号ｓ５の位置のみ、あるいはパルス幅ｐｉのみを識別情報として利用しても良い。また、例えば、発光状態と非発光状態を切り替える第１パルス変調信号ｓ５を識別エリアの複数箇所で出力し、複数の第１パルス変調信号ｓ５の位置及びパルス幅の組み合わせを識別情報として利用してもよい。識別情報を生成するにあたっては、測距を行うたびに第１パルス変調信号ｓ５の位置、パルス幅ｐｉ、数をランダムに発生させてもよい。

次に、図９に示す受光信号を受光素子２１が受光した場合に、判別部４７ｂが実行する処理について説明する。
図５のステップＳ５０４で、演算処理部２７の判別部４７ｂは、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別する。

判別部４７ｂは、時刻Ｔ１から遅延時間ｔｄと時間間隔ｔｂが経過してから時間間隔ｔｂ４までの期間が識別エリアであると認識し、識別エリアに受光信号をメモリ４６から読み出す。判別部４７ｂは、識別エリアに含まれる第１パルス変調信号ｓ５の位置及びパルス幅ｐｉが自装置を示す識別情報と一致するかどうかを判別し、自装置を示す識別情報と一致する場合に、受光信号に自装置を示す識別情報が含まれていると判別する。

本実施形態の光波距離計によれば、第１パルス変調信号ｓ５（第１測距光）及び第２パルス変調信号ｓ６（第２測距光）のパルス幅を変更することなく、第１パルス変調信号ｓ５の出力が終了してから第２パルス変調信号ｓ６の出力を開始するまでの期間を利用して、識別情報を含む発光信号を出力することができる。そのため、測距性能を落とさずに隣接する位置に他の光波距離計を配置した場合の測定不良を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

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、 １１・・・発光素子、 ２１・・・受光素子、 ２７・・・演算処理部、 ３３・・・第１信号発生器、 ３４・・・第２信号発生器、 ３８・・・ドライバ、 ４３・・・ミキシング回路、 ４４・・・ローパスフィルタ、 ４７・・・演算制御部、 ４７ａ・・・演算部、 ４７ｂ・・・判別部

Claims (5)

1. 測距光を発光する発光素子と、
   第１周波数で変調された第１変調信号と前記第１周波数に近接する第２周波数で変調された第２変調信号とを生成する信号発生器と、
   前記第１変調信号をパルス化した第１パルス変調信号及び前記第２変調信号をパルス化した第２パルス変調信号の発光状態と非発光状態とを切り替えるタイミング信号を生成するタイミング信号発生器と、
   前記第１パルス変調信号及び前記第２パルス変調信号に基づいて前記発光素子を駆動し、前記第１周波数で変調された第１測距光及び前記第２周波数で変調された第２測距光を切り替えて前記発光素子に出力させる駆動部と、
   測定対象物で反射された前記第１測距光に対応する第１反射測距光と前記測定対象物で反射された前記第２測距光に対応する第２反射測距光とを受光する受光素子と、
   前記受光素子が受光した前記第１反射測距光を周波数変換して第１差周波信号を生成し、前記受光素子が受光した前記第２反射測距光を周波数変換して前記第１差周波信号に対して前記測定対象物への距離に応じた位相差を有する第２差周波信号を生成する周波数変換部と、
   前記第１差周波信号と前記第２差周波信号とに基づいて前記測定対象物までの距離値を求める演算処理を実行する演算部と、
   前記受光素子が受光する前記第１測距光及び前記第２測距光を含む受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別する判別部と、を備え、
   前記駆動部は、前記発光素子が発光する発光信号に前記識別情報が含まれるように前記発光素子を駆動し、
   前記受光信号に前記識別情報が含まれていると前記判別部が判別した場合に、前記演算部は前記距離値を求める演算処理を実行し、
   前記受光信号に前記識別情報が含まれていないと前記判別部が判別した場合に、前記タイミング信号発生器は、前記自装置が発光した前記発光信号を前記受光素子が受光するタイミングと、他の装置が発光した発光信号を前記受光素子が受光するタイミングと、が重ならないように、前記他の装置が発光した前記発光信号を前記受光素子が受光するタイミングで前記第１パルス変調信号を出力するように前記タイミング信号を生成することにより前記自装置が前記発光信号を発光するタイミングを調整することを特徴とする光波距離計。
2. 前記駆動部は、前記第１測距光及び前記第２測距光を所定時間間隔で交互に出力し、複数の前記第１測距光のパルス幅及び複数の前記第２測距光のパルス幅の組み合わせからなる前記識別情報を含む発光パターンを出力することを特徴とする請求項１に記載の光波距離計。
3. 前記駆動部は、前記第１測距光と前記第２測距光の発光間隔の組み合わせからなる前記識別情報を含む発光パターンを出力することを特徴とする請求項１に記載の光波距離計。
4. 前記駆動部は、前記第１測距光及び前記第２測距光を所定時間間隔で交互に出力し、前記第１測距光の出力が終了してから前記第２測距光の出力を開始するまでの期間において前記識別情報を含む発光信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の光波距離計。
5. 第１周波数で変調された第１変調信号と前記第１周波数に近接する第２周波数で変調された第２変調信号とを生成する信号発生工程と、
   前記第１変調信号をパルス化した第１パルス変調信号及び前記第２変調信号をパルス化した第２パルス変調信号の発光状態と非発光状態とを切り替えるタイミング信号を生成するタイミング信号発生工程と、
   前記第１パルス変調信号及び前記第２パルス変調信号に基づいて発光素子を駆動し、前記第１周波数で変調された第１測距光及び前記第２周波数で変調された第２測距光を切り替えて前記発光素子に出力させる発光工程と、
   測定対象物で反射された前記第１測距光に対応する第１反射測距光と前記測定対象物で反射された前記第２測距光に対応する第２反射測距光とを受光素子で受光する受光工程と、
   前記受光工程で受光した前記第１反射測距光を周波数変換して第１差周波信号を生成し、前記受光工程で受光した前記第２反射測距光を周波数変換して前記第１差周波信号に対して前記測定対象物への距離に応じた位相差を有する第２差周波信号を生成する周波数変換工程と、
   前記第１差周波信号と前記第２差周波信号との位相差に基づいて前記測定対象物までの距離値を求める演算処理を実行する演算工程と、
   前記受光素子が受光する前記第１測距光及び前記第２測距光を含む受光信号に自装置を示す識別情報が含まれているかどうかを判別する判別工程と、を備え、
   前記発光工程は、前記発光素子が発光する発光信号に前記識別情報が含まれるように前記発光素子を駆動し、
   前記受光信号に前記識別情報が含まれていると前記判別工程が判別した場合に、前記演算工程は前記距離値を求める演算処理を実行し、
   前記受光信号に前記識別情報が含まれていないと前記判別工程が判別した場合に、前記タイミング信号発生工程は、前記自装置が発光した前記発光信号を前記受光素子が受光するタイミングと、他の装置が発光した発光信号を前記受光素子が受光するタイミングと、が重ならないように、前記他の装置が発光した前記発光信号を前記受光素子が受光するタイミングで前記第１パルス変調信号を出力するように前記タイミング信号を生成することにより前記自装置が前記発光信号を発光するタイミングを調整することを特徴とする光波距離計測方法。
   
   

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