JPH04131788A - 距離の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は多重変調信号の位相差と遅延時間を検出するこ
とにより、距離を測定する光波距離計に俤わり、特に、
１つの周波数で位相差測定測定を行うと共に、遅延時間
の測定を並行して行うことができる距離の測定装置に関
するものである。

「従来の技術」 従来の光波距離計は、光波距離計本体と反射器から構成
されており、光波距離計本体から放射された変調波を反
射器で反射させ、反射変調波を再び光波距離計本体で受
光する様にｍ成されていた。

光波距離計本体から放射された変調波と反射変調波との
位相差は、光波距離計と反射器との距離に対応すること
から、この位相差を検出することにより光波距離計と反
射器との距離を算出する様になっていた。

なお近距離測定においては、特に、反射ミラーを設けず
、測定対象物を反射部とし、これからの反射を利用する
場合もある。

ところで光波距離計においては、高精度の計測が要求さ
れるなめ、比較的短い波長の変調波により測定する必要
がある。例えば、±５Ｉ１ｍ程度の測定精度を得るため
には、精測定用に第１の波長λ１＝　２０　ｍを使用す
る必要がある。しかしながら測定距離と位相の関係は、
測定距離が１０ｍ（光路長２０ｍ）変化するごとに、位
相は０〜２πの範囲で変化する。従って、１０ｍ才での
測定を行うことしかできないことになる。（測定周期１
０ｍ）。そこで、前記精測定より測定瑚期の長い波長で
あるλ２を使用して、粗測定（大略測定）を行う必要が
あった。また、更に遠距離測定を可能とするために、粗
測定より測定周期の長い波長＾３を使用して、多大略測
定を行う様に構成されていた。

そして、これらの精測定、粗測定（大略測定）、多大略
測定の結果を合成して最終測定結果を得る様になってい
た。即ち、＾１、λ２、λ３の３種の周波数の変調波を
使用して測定を行う光波距離計が知られていた。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら上記従来型の光波距離計は、測定周波数が
３種類以上使用しているため、時間毎に各測定波長を切
り替えて測定する必要があり、測定時間が長くなるとい
う問題点があった９測定時間の短縮化を図ろうとすれば
、各測定周波数での測定時間を短縮化せねばならず、精
度を低下させてし戸うという問題点があった９ そこで測定精度を低下させることなく、測定時間を短縮
化させることのできる光波距離計の出現が強く望丈れて
いた。

ｒ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、測定点に配
置した反射部からの反射光を検出して距離を測定するた
めの距離測定装置において、第１周波数及び第２周波数
で多重変調信号を発生させるための信号発生手段と、該
信号発生手段からの信号に基づき変調光を発生させるた
めの発光手段と、この発光手段から射出され、測定点に
配置した前記反射部により反射された多重変調光を受光
し、反射多重変調信号を形成するための受光手段と、前
記第１周波数から僅かに異なる第３周波数の第３周期信
号を形成するための第１の局部発振器と、前記第２周波
数から僅かに異なる第４周波数の第４周期信号を形成す
るための第２の局部発振器と、前記受光手段からの反射
多重変調信号と前記第３周期信号との第１の合成信号を
形成するための第１の混合器と、前記受光手段からの反
射多重変調信号と前記第４周期信号との第２の合成信号
を形成するための第２の混合器と、前記第１の合成信号
及び該第２の合成信号から所定の周波数成分を取り出す
ローパスフィルタと、ローパスフィルタを通過させた第
１の合成信号及び第２の合成信号と前記信号発生器の発
生信号に対応する信号との位相差を求める位相差測定手
段と、ローパスフィルタを通過させた第１の合成信号と
前記信号発生手段の発生信号に対応する信号との位相差
及びローパスフィルタを通過させた第２の合成信号と前
記信号発生手段の発生信号に対応する信号との位相差と
により、測定点滅での距離を精密測定するするための第
１の距離測定手段と、前記発光手段が発光する変調信号
と前記受光手段からの反射多重変調信号との遅れ時間を
測定することにより、測定点までの距離を粗測定するた
めの第２の距離測定手段とから構成される装置「作用」 以上の様に構成された本発明は、信号発生手段が第１の
周波数及び第２の周波数で多重変調信号を発生させ、発
光手段が信号発生手段の信号に基づき、変調光を発光さ
せる。そして受光手段が、発光手段から射出され、測定
点に配置された反射部で反射された多重変調光を受光し
て反射多重変調信号を形成する。また第１の局部発振器
が第１周波数から僅かに異なる第３周波数の第３周期信
号を形成し、第２の局部発振器が第２周波数から僅かに
異なる第４周波数の第４周期信号を形成する。そして第
１の混合器が、受光手段からの反射多重変調信号と第３
周期信号との第１の合成信号を形成し、第２の混合器が
、受光手段からの反射多重変調信号と第４周期信号との
第２の合成信号を形成する様になっている９更にローパ
スフィルタが第１の合成信号及び第２の合成信号から所
定の周波数成分を取り出し、位相差測定手段が、ローパ
スフィルタを通過させた第１の合成信号及び第２の合成
信号と前記信号発生器の発生信号に対応する信号との位
相差を求める様になっている。

そして第１の距離測定手段が、ローパスフィルタを通過
させた第１の合成信号と信号発生手段の発生信号に対応
する信号との位相差及びローパスフィルタを通過させた
第２の合成信号と前記信号発駅測定手段が、発光手段が
発光する変調信号と受光手段からの反射多重変調信号と
の遅れ時間を測定することにより、測定点までの距離を
粗測定することができる。

「実施例」 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１図は本
実施例の構成を示すもので、光波距離計は、基準信号発
振器１と、同期回路２と、駆動回路３と、発光手段４と
、受光手段５と、第１の位相差検出手段６Ａと、第２の
位相差検出手段６Ｂと、遅れ時間測定手段７と、マイク
ロコンピュータ８と、分周器９と、アンド回路１０とか
ら構成されている。

基準信号発振器１は信号発生手段に該当するもので、変
調信号を発生させるものである９基準信号発振器１は、
周波数ｆ、の信号を発振させることができ、更に、第１
の分周器９１を介することにより、周波数ｆ２を供給す
ることもできる。同期図ｉ！８２は、基準信号発振器１
からの周波数ｆ１及び第１の分周器９１からの周波数ｆ
２の論理積出力を入力し、周波数ｆ２に同期した信号を
形成するためのものである。

駆動回路３は発光手段４を駆動させるためのものであり
、同期回路２で同期された信号に基づいて発光手段４を
駆動させることができる。発光手段４は、入力された駆
動信号に基づき変調光を発生させるためのものであり、
本実施例ではレーザーダイオードが採用されている。受
光手段５は、測定点に配置された反射ミラーにより反射
された変調光と受、光するための光電変換素子である。

この受光手段うで得られた反射変調信号は、増輻器５１
で増幅された後、位相差検出手段６及び遅れ時間測定手
段７に供給される。

位相差検出手段６は位相差測定手段に該当するもので、
第１の位相差検出手段６Ａと第２の位相差検出手段６Ｂ
とから構成されている。位相差検出手段６は、発光手段
４が発光する変調信号と受光手段５からの反射多重変調
信号との位相差を検出することにより精密測定を行うた
めのものである。

第１の位相差検出手段６Ａは、第１の混合器６１Ａと、
第１のローパスフィルタ６２Ａと、第１の波形変換回路
６３Ａと、第１の位相比較回路６４Ａと、第１の周波数
発生器６５Ａとから構成されている。第１の周波数発生
器６５Ａは第１の局部発振器に該当するもので、第１周
波数（ｆｌ）から僅かに異なる第３周波数（ｆ３）の第
３周期信号を形成するためのものである。第１の混合器
６１Ａは、受光手段からの反射多重変調信号と第３周期
信号との第１の合成信号を形成するためのものである。

第１のローパスフィルタ６２Ａは、第１の合成信号から
所定の周波数成分を取り出すためのものである。第１の
位相比較回路６４Ａは、第１の合成信号と基準信号発振
器１の発生信号に対応する信号との位相差を求めるため
のものである。

同様に第２の位相差検出手段６Ｂは、第２の混合器６１
Ｂと、第２のローパスフィルタ６２Ｂと、第２の波形変
換回路６３Ｂと、第２の位相比較回路６４Ｂと、第２の
周波数発生器６５Ｂとから構成されている。第２の゛周
波数発生器６５Ｂは第２の局部発振器に該当するもので
、　第２周波数（ｆｚ）から僅かに異なる第４周波数（
ｆ４）の第４周期信号を形成するためのものである。第
２の混合器６２Ｂは、受光手段からの反射多重変調信号
と第４周期信号との第２の合成信号を形成するためのも
のである。第２のローパスフィルタ６２Ｂは、第２の合
成信号から所定の周波数成分を取り出すためのものであ
る。第２の位相比較回路６４Ｂは、第２の合成信号と基
準信号発振器１の発生信号に対応する信号との位相差を
求めるためのものである。

遅れ時間測定手段７は、発光手段４が発光する変調信号
と受光手段５からの反射多重変調信号との遅れ時間を測
定することによりｉｎ定を行うためのものであり、比較
器７Ｉと、カウンタ７２と、基準電圧発生器７３とから
構成されている。

マイクロコンピュータ８は、各々の回路の動作を制博し
なり、距離の演算等を行うものである。

以上の様に構成された本発明の動作を第１図及び第２図
に基づいて説明する。

基準信号発振器１から周波数ｆ１の信号がアンド回路Ｉ
Ｏに供給される９また基準信号発振器ｌがらの周波数ｆ
１の信号は、第１の分周器９１で分周され周波数ｒ２の
信号となってアンド回路１０（こ供給される。従ってア
ンド回路１０は、基準信号発振器１からの周波数ｆ１の
信号と、第１の分周器９１からの周波数ｆ２の信号の論
理積信号（波形１）を形成する。そして、この周波数ｆ
１と周波数ｆ２とが多重化された信号（即ち、論理積信
号）は、同期回路２に供給されて周波数ｆ２に同期され
た信号となる。そしてマイクロコンピュータ８から測定
開始信号（波形２）が出力され、同期回路に送出される
と、周波数ｆ１と周波数ｆ２とが多重化された信号が駆
動手段３に送出されると共に、スタート信号（波形４）
が遅れ時間測定手段７のカウンタ７２に送出される。

駆動手段３は、入力された多重変調信号（波形１）に基
づき発光手段４を駆動させて多重変調光を発生させる。

そして発光手段４から射出された光は、測定点に配置さ
れた反射ミラーで反射され、受光手段５で受光される。

受光手段５では充電変換が行われ、反射多重変調信号が
形成される９この反射多重変調信号は第１の増幅器５１
で増幅された後、位相差検出手段６に送出される９第１
の増幅器５１で増幅された反射変調信号は、更に第２の
増幅器５２で増幅され、遅れ時間測定手段７に供給され
る。

戸ず、遅れ時間測定手段７の動作を説明する。

第２の増幅器５２で増幅された反射変調信号（波形５）
は、比較器７１に入力される。比較器７１は、基準電圧
発生回路７３からの基準電圧と、入力された反射変調信
号を比較し、反射変調信号が基準電圧を越えると、スト
ップ信号（波形６）を出力する様になっている９このス
トップ信号（波形６）と、スタート信号（波形４）とが
、カウンタ７２に入力される様に構成されており、カウ
ンタ７２は、スタート信号とストップ信号の間に入力さ
れる基準信号発振器１のクロックをカウントする様にな
っている（波形７）。このカウントされたクロック数と
基準信号発振器ｌの周波数とから、マイクロコンピュー
タ８は、反射器と光波距離計との距離を演算することが
できる。

例えば、スタート信号とストップ信号との時間差が２５
μｓ、基準信号発振器１の発振周波数が１５ＭＨｚであ
る場合には、カウンタ７２は「３７５」を計数する。基
準信号発振器１の１力ウント分は２０ｍに相当するので
、光波距離計と反射器との往復距離は、 ３７５ｘ２Ｑｍ＝７５００ｍ となり、光波距離計と反射器式での距離は３７５０ｍと
なる。

なお周波数ｆ２を利用した場合も同様な結果が得られる
。

従って遅れ時間測定手段７とマイクロコンピュータ８と
が、第２の距離測定手段に該当するものである。

次に位相差検出手段６の動作を説明する。第１の増幅器
５１で増幅された反射変調信号は、第１の位相差検出手
段６Ａと第２の位相差検出手段６Ｂに供給される９ まず、第１の位相差検出手段６Ａの動作を説明する９第
１の周波数発振器６５Ａが、周波数ｆ１より僅か周波数
ｆ５異なる、周波数ｆ、の信号（ｆ、＝ｆ１　ｆ、）を
発振する。この周波数ｆ３の信号が第１の混合器６１Ａ
に供給され、第１の増幅器５１で増幅された反射変調信
号と混合され、周波数変換が行われる。ここで、第１の
混合器６１Ａの出力信号（波形１１）の成分を示すと以
下の様になる。

ｆ、　　　　　　　ｆ２　　　　　ｆ。

ｆ、＋ｆ２　　　ｆ、−ｆ２　　　ｆ、−ｆ。

ｆ２＋ｆ、　　　　ｆ２−ｆ、　　　　２ｆ、−ｆ。

ｆｌ＋ｆ２　　ｆ５　　ｆｌ　　ｆ２　　ｆ５２ｆｌ　
　ｆ２−ｆｓ２ｆ、＋ｆ２−ｆら そして第１の混合器６１Ａの出力信号は、第１のローパ
スフィルタ６２Ａに送られ、所定の周波数であるｆ、の
信号のみが通過される。第１のローパスフィルタ６２Ａ
を通過した信号は、第１の波形変換回路６３Ａで波形整
形される。（波形９）才な基準信号発振器１で発生した
周波数ｆ、の信号は、第２の分周器９２で分周されて周
波数ｆ。

（ｆ５と同一の周波数）の信号となり、この周波数ｆ、
／の信号と、第１の波形変換回路６３Ａの出力波形であ
る周波数ｆ５の信号とが、第１の位相比較回路６４Ａに
より位相差比較がなされる。

次に、第２の位相差検出手段６Ｂの動作を説明する。第
２の周波数発振器６５Ｂが、周波数ｆ２より僅か周波数
ｆ５異なる、周波数ｆ４の信号（ｆ４ｆ２−ｆう）を発
振する。この周波数ｆ４の信号が第２の混合器６１Ｂに
供給され、第１の増幅器５１で増幅された反射変調信号
と混合され、周波数変換が行われる。ここで、第２の混
合器６１Ｂの出力信号（波形１２）の成分を示すと以下
の様になる。

ｆ１＋ｆ２ ｆ、−ｆ。

ｆ　！＋　ｆ　２−　ｆ　。

ｆ、−２ｆ２＋ｆ。

そして第２の混合器６１Ｂの出力信号は、第２のローパ
スフィルタ６２Ｂに送られ、所定の周波数であるｆ５の
信号のみが通過される９第２のローパスフィルタ６２Ｂ
を通過した信号は、第２の波形変換回路６３Ｂで波形整
形される。（波形１０）そして、第２の分局器９２で分
周された周波数ｆ５／の信号と、第２の波形変換回路６
３Ｂの出力波形である周波数ｆ５の信号とが、第２の位
相比較図１６４Ｂにより位相差比較がなされる。

この結果、第１の位相比較回路６４Ａと第２の位相比較
回路６４Ｂとで得られた位相差を利用して、マイクロコ
ンピュータ８が、光波距離計と反射器までの距離を演算
することができる９従って、第１の位相比較回路６４Ａ
と第２の位相比較回路ｆ　、＋　ｆ　。

２ｆ２−ｆ。

ｆ、＋２ｆ２−ｆ。

ｆ２−ｆ。

１−ｆ２ ｆ、−ｆ２＋ｆ。

６４Ｂとマイクロコンピュータ８とが、第１の距離測定
手段に該当するものである。

なお、第１の位相比較回路６４Ａと第２の位相比較回路
６４Ｂの位相比較動作は、同時に行われるものである。

ここで具体的な距離測定を説明すると、例えば、周波数
ｆ１を１５ＭＨｚとし、周波数ｆ２を１５０ｋＨｚとし
た場合、第１の位相差検出手段６Ａて゛測定した位相差
が９Ｏｒ！！：、、第２の位相差検出手段６Ｂ″Ｃ′測
定した位相差が２７１度の場合、第１の位相差検出手段
６Ａは位相差が３６０度の時１０ｍの距離に相当し、第
２の位相差検出手段６Ｂは位相差が３６０度の時１００
０ｍに相当するので、第１の位相差検出手段６Ａで測定
した場合の距離換算は２．５ｍとなり、第２の位相差検
出手段６Ｂで測定した場合のＶ１離換算は７５３ｍとな
る９この結果マイクロコンピュータ８は、第１の位相差
検出手段６Ａと第２の位相差検出手段６Ｂと遅れ時間測
定手段７とから得られた３種の距離を合成して測定距離
を演算する。即ち、１０ｍ以下の距離は第１の位相差検
出手段６Ａにより得られた位相差測定から求め、１０．
ｒｎ以上１０’ＯＯｍ未満の距離は第２の位相差検出手
段６Ｂにより得られた位相差測定から求め、更に１００
０ｍ以上の距離は遅れ時間測定手段７から求めた距離を
使用して、３７５２．５ｍと求めるものである。

以上の様に構成された本実施例は、周波数ｆ、と周波数
ｆ２を多重変調した信号を使用して位相差検出手段６に
より精密測定を行い、遅れ時間測定手段７により粗測定
を行っているので、１つの周波数で高精度な計測を行う
ことができるという効果がある。従って、３つの周波数
を使用した光波距離計より測定時間を短くすることがで
きるという卓越した効果がある。　なお、周波数ｆ１、
周波数ｆ２、基準信号発振器１の発振周波数等は、上記
実施例に限定されるものではなく、適宜選択されること
はいうまでもない。

「効果」 以上の様に構成された本発明は、測定点に配置した反射
部からの反射光を検出して距離を測定するための距離測
定装置において、第１周波数及び第２周波数で多重変調
信号を発生させるための信号発生手段と、該信号発生手
段からの信号に基づき変調光を発生させるための発光手
段と、この発光手段から射出され、測定点に配置した前
記反射部により反射された多重変調光を受光し、反射多
重変調信号を形成するための受光手段と、前記第１周波
数から僅かに異なる第３周波数の第３周期信号を形成す
るための第１の局部発振器と、前記第２周波数から僅か
に異なる第４周波数の第４周期信号を形成するための第
２の局部発振器と、前記受光手段からの反射多重変調信
号と前記第３周期信号との第１の合成信号を形成するた
めの第１の混合器と、前記受光手段からの反射多重変調
信号と前記第４周期信号との第２の合成信号を形成する
ための第２の混合器と、前記第１の合成信号及び該第２
の合成信号から所定の周波数成分を取り出すローパスフ
ィルタと、ローパスフィルタを通過させた第１の合成信
号及び第２の合成信号と前記信号発生器の発生信号に対
応する信号との位相差を求める位相差測定手段と、ロー
パスフィルタを通過させた第１の合成信号と前記信号発
生手段の発生信号に対応する信号との位相差及びローパ
スフィルタを通過させた第２の合成信号と前記信号発生
手段の発生信号に対応する信号との位相差とにより、測
定点までの距離を精密測定するするための第１の距離測
定手段と、前記発光手段が発光する変調信号と前記受光
手段からの反射多重変調信号との遅れ時間を測定するこ
とにより、測定点までの距離を粗測定するための第２の
距離測定手段とから構成されているので、粗測定に別個
の周波数の信号を使用する必要がないという効果がある
９更に２つの周波数の信号を多重化しているので、通常
の２波長分の位相差測定を同時もこ測定することができ
るという効果がある。また、位相差測定と時間差測定の
ハードウェアが独立しているので、測距時間を短縮する
ことができ、特に、従来のものに比較して１波長測定分
の時間−で測定が完了するという卓越した効果がある。

更に、粗測定が遅れ時間を利用して゛いるので、発光手
段から発光された光が反射される限り、測定距離に制限
がないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すもので、第１図は本実施例の
構成を説明する図であり、第２図は本実施例の動作を説
明する波形を示す図である。 １・・・・基準信号発振器 ２・・・・同期回路 ３・・・・駆動回路 ４・・・・発光手段 ５・・・・受光手段 ６・・・・位相差検出手段 ６Ａ・・・第１の位相差検出手段 ６Ｂ・・・第２の位相差検出手段 ６１Ａ・・第１の混合器 ６２Ａ・・第１のローパスフィルタ ６３Ａ・・第１の波形変換回路、 ６４、Ａ・・第１の位相比較回路 ６５Ａ・・第１の周波数発生器 ６１Ｂ・・第２の混合器 ６２Ｂ・・第２のローパスフィルタ ６３Ｂ・・第２の波形変換回路 ６４Ｂ・・第２の位相比較回路 ６５Ｂ・・第２の周波数発生器 ７・・・・遅れ時間測定手段 ７１・・・比較器 ７２・・・カウンタ ７３・・・基準電圧発生回路 ８・・・・マイクロコンピュータ ９１・・・第１の分周器 ９２・・・第２の分周器 １０・・・アンド回路 特許出願人　株式会社　ドブコン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定点に配置した反射部からの反射光を検出して
   距離を測定するための距離測定装置において、第１周波
   数及び第２周波数で多重変調信号を発生させるための信
   号発生手段と、該信号発生手段からの信号に基づき変調
   光を発生させるための発光手段と、この発光手段から射
   出され、測定点に配置した前記反射部により反射された
   多重変調光を受光し、反射多重変調信号を形成するため
   の受光手段と、前記第１周波数から僅かに異なる第３周
   波数の第３周期信号を形成するための第１の局部発振器
   と、前記第２周波数から僅かに異なる第４周波数の第４
   周期信号を形成するための第２の局部発振器と、前記受
   光手段からの反射多重変調信号と前記第３周期信号との
   第１の合成信号を形成するための第１の混合器と、前記
   受光手段からの反射多重変調信号と前記第４周期信号と
   の第２の合成信号を形成するための第２の混合器と、前
   記第１の合成信号及び該第２の合成信号から所定の周波
   数成分を取り出すローパスフィルタと、ローパスフィル
   タを通過させた第１の合成信号及び第２の合成信号と前
   記信号発生器の発生信号に対応する信号との位相差を求
   める位相差測定手段と、ローパスフィルタを通過させた
   第１の合成信号と前記信号発生手段の発生信号に対応す
   る信号との位相差及びローパスフィルタを通過させた第
   ２の合成信号と前記信号発生手段の発生信号に対応する
   信号との位相差とにより、測定点までの距離を精密測定
   するするための第１の距離測定手段と、前記発光手段が
   発光する変調信号と前記受光手段からの反射多重変調信
   号との遅れ時間を測定することにより、測定点までの距
   離を粗測定するための第２の距離測定手段とからなる距
   離の測定装置。