JPH10221450A

JPH10221450A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH10221450A
Application number: JP9025372A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yoshida; 久吉田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】無駄な変換損失を最小限に抑えることによって
低消費電力化を実現したパルス方式の距離測定装置を提
供する。【解決手段】パルス信号を送信する送信手段と、目標物
からの反射パルス信号を受信する受信手段とを備え、送
信から受信までのパルス信号走行時間から目標物までの
距離を求める距離測定装置において、複数回のパルス信
号の送受信が行われる測距時において、電源供給手段か
ら送信手段又は受信手段に間欠的に電源が供給されるこ
とを特徴とする距離測定装置が提供される。電源供給手
段は、好ましくは、パルス信号の送信後に送信手段への
電源の供給を停止し、次のパルス信号の送信前に電源の
供給を開始する。さらに、電源供給手段は、好ましく
は、パルス信号の送信に基づいて受信手段への電源の供
給を開始し、反射パルス信号の受信後に電源の供給を停
止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス光を用いて
測定対象物までの距離を測定する光波測距装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】建設・土木分野で行われる測量、或いは
造船などの工業用計測で用いられる光波を用いた測距装
置においては、これらの作業を屋外で行う場合が多い。
そのため、測距装置の光源に小型・軽量であるＬＥＤ
（発光ダイオード）又は半導体レーザが用いられること
が多い。そして、この種の測距装置の測距方式には、大
別して光源にＬＥＤまたは半導体レーザを用いた連続波
変調方式と、大きなピークパワーを出力できパルス駆動
可能な半導体レーザを光源に用いたパルス方式がある。

【０００３】この種の測距装置では、従来からその最大
測距範囲の拡大化の要求があり、また近年においては、
省力化・作業の効率化のために、測定点に例えばコーナ
ーキューブのような反射器を使用しないノンプリズム測
定能力の要求も多くなっている。このような要求に応え
るためには、前記パルス駆動可能な半導体レーザによっ
て、光源に大きなピークパワーを有する出力光が得られ
る前記パルス方式の測距装置が有利である。

【０００４】さらに、この種の光波を用いた測距装置で
は、屋外での使用が多いため、その電源は内蔵バッテリ
ーとなっている。従って、測定作業をより効率的に行う
ために、バッテリーの長寿命化の要求も多くなってお
り、測距装置の低消費電力化は装置性能の大きな要因の
一つとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記パ
ルス式測距装置は、大きなピークパワーを有するパルス
光を使用するため、その大きなピークパワーを得るため
の高電圧を必要とする。また、反射パルス光を受信する
ための例えばＡＰＤ（アバランシェ・フォト・ダイオー
ド）のような受光素子を駆動させるためにも高電圧を必
要とする。そのため、前記パルス式測距装置は、その高
電圧を得るために、例えば昇圧回路のような低電圧を高
電圧に変換する手段を備えた高電圧電源を有し、測距時
においては、常時、高電圧を発生させていた。そのた
め、低電圧を高電圧に変換する際に発生する熱などの変
換損失が常に発生し、無駄な電力を消費しているという
問題点があった。

【０００６】従って、本発明の目的は、このような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、無駄な変換損失を最
小限に抑えることによって低消費電力化を実現したパル
ス方式の距離測定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明の第
一の発明によれば、パルス信号を送信する送信手段と、
目標物からの反射パルス信号を受信する受信手段とを備
え、送信から受信までのパルス信号走行時間から目標物
までの距離を求める距離測定装置において、複数回の前
記パルス信号の送受信が行われる測距時において、電源
供給手段から前記送信手段又は前記受信手段に間欠的に
電源が供給されることを特徴とする距離測定装置を提供
することにより達成される。

【０００８】また、上記目的は、本発明の第二の発明に
よれば、上記第一の発明において、前記電源供給手段
は、前記パルス信号の送信後に前記送信手段への前記電
源の供給を停止し、次のパルス信号の送信前に前記電源
の供給を開始することを特徴とする距離測定装置を提供
することにより達成される。

【０００９】また、上記目的は、本発明の第三の発明に
よれば、上記第一の発明において、前記電源供給手段
は、前記パルス信号の送信に基づいて前記受信手段への
前記電源の供給を開始し、前記反射パルス信号の受信後
に前記電源の供給を停止することを特徴とする距離測定
装置を提供することにより達成される。

【００１０】また、上記目的は、本発明の第四の発明に
よれば、上記第一乃至第三の発明において、前記測距後
に行われる演算時において、前記電源供給手段は、前記
送信手段及び受信手段への前記電源の供給を停止するこ
とを特徴とする距離測定装置を提供することにより達成
される。

【００１１】上記目的は、本発明の第五の発明によれ
ば、パルス信号を送信する送信手段と、目標物からの反
射パルス信号を受信する受信手段とを備え、送信から受
信までのパルス信号走行時間から目標物までの距離を求
める距離測定装置において、電源電圧より高い高電圧を
生成する高電圧電源供給手段を備え、複数回の前記パル
ス信号の送受信が行われる測距時において、前記送信手
段又は前記受信手段に間欠的に前記高電圧電源が供給さ
れることを特徴とする距離測定装置を提供することによ
り達成される。

【００１２】また、上記目的は、本発明の第六の発明に
よれば、上記第五の発明において、前記高電圧電源供給
手段は、前記パルス信号の送信後に前記送信手段への前
記高電圧電源の供給を停止し、次のパルス信号の送信前
に前記高電圧電源の供給を開始することを特徴とする距
離測定装置を提供することにより達成される。

【００１３】また、上記目的は、本発明の第七の発明に
よれば、上記第五の発明において、前記高電圧電源供給
手段は、前記パルス信号の送信に基づいて前記受信手段
への前記高電圧電源の供給を開始し、前記反射パルス信
号の受信後に前記高電圧電源の供給を停止することを特
徴とする距離測定装置を提供することにより達成され
る。

【００１４】また、上記目的は、本発明の第八の発明に
よれば、上記第五乃至第七の発明において、前記測距後
に行われる演算時において、前記高電圧電源供給手段
は、前記送信手段及び受信手段への前記高電圧電源の供
給を停止することを特徴とする距離測定装置を提供する
ことにより達成される。

【００１５】上記本発明によれば、測距時において、前
記送信手段又は前記受信手段に間欠的に電源が供給さ
れ、特に、上記第二及び第六の発明によれば、測距時に
おいて、送信手段には送信時に電源の供給を行い、次の
送信時まで電源の供給は行われない。また、上記第三及
び第七の発明によれば、受光手段には受光時に電源の供
給を行い、受光時以降次の発光時まで電源の供給を行わ
ない。さらに、上記第四及び第八の発明によれば、測距
後の演算時には送信手段、受信手段及び受信信号検出手
段に電源の供給が行われない。このようにして、電源の
供給時間が短縮され、測距装置の大幅な低消費電力化が
図られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がこの
実施の形態に限定されるものではない。

【００１７】図１は本発明の実施形態における光波測距
装置のブロック図を示すものである。図１において、例
えばＣＰＵ及びその周辺回路で構成される演算制御手段
１は、カウンタなどで構成される時間計測手段２に対し
測距命令信号１０１を出力する。時間計測手段２は、こ
の測距命令信号１０１を受けて時間計測を開始すると共
に、例えばパルス駆動可能な半導体レーザ３２、半導体
レーザ駆動回路３１及び送光光学系３３で構成される送
光手段３へ発光信号１０２を出力する。この発光信号１
０２を受けて、送光手段３はレーザパルス光１０３を発
光し、レーザパルス光１０３が測定対象物へ向けて送ら
れる。

【００１８】測定対象物で反射・散乱されたパルス光の
一部は、例えば受光光学系４１、高感度受光素子である
ＡＰＤ（アバランシェ・フォト・ダイオード）４２およ
びＡＰＤ駆動回路４３で構成される受光手段４で受光さ
れ、光電変換され受信パルス信号１０４となる。受信パ
ルス信号１０４は、高周波増幅回路及び受信タイミング
検出回路を含む受信信号検出手段５で増幅された後、検
出タイミングが決定され、時間計測終了信号１０５とな
って時間計測手段２へ出力される。

【００１９】時間計測手段２では、この信号１０５の入
力によって時間計測を終了し、計測された時間データを
演算制御手段１へ転送する。これを受けた演算制御手段
１は、次の式により測定対象物までの距離を算出する。Ｄ＝１／２×Ｃ×ｔＤは距離［ｍ］、Ｃは光速度=3×10⁸［ｍ／ｓ］、ｔは
計測された時間［ｓ］である。なお、詳細には、算出さ
れた距離に機械定数などの補正を加えるが、ここでは省
略する。

【００２０】さらに、演算制御手段１は、計測された測
距値の精度向上を目的としてＳ／Ｎ比を向上させるた
め、一つの測距値を算出する時、複数回（数１００回〜
数１０００回）の測距を行い、その後得られた測距デー
タの平均化処理のための演算を行う。そして、求められ
た距離は、測距装置の図示されない表示部に表示され
る。

【００２１】ところで、本発明における測距装置は、例
えば充電可能な２次電池であるバッテリ７から電力供給
を受け、本測距装置の所定の構成要素に電源を供給する
ための電源手段６を有している。さらに詳しくは、電源
手段６において、デジタル電源供給部６１は、演算制御
手段１、時間計測手段２へ電源を供給する電源回路を備
えている。また、アナログ電源供給部６２は、受信信号
検出手段５へ電源１３３を供給する電源回路を備えてい
る。さらに、第一の高電圧電源供給部６３は、第一の昇
圧回路６５によって昇圧された高電圧電源１３１を半導
体レーザ駆動回路３１へ供給する電源回路である。さら
に、第二の高電圧電源供給部６４は、第二の昇圧回路６
６によって昇圧された高電圧電源１３２をＡＰＤ駆動回
路４３へ供給する電源回路を備えている。

【００２２】前記第一及び第二の昇圧回路６５及び６６
は、例えば数ボルトであるバッテリ７の電圧を例えば１
００ボルト乃至２００ボルトに昇圧する。

【００２３】また、電源手段６は、後述するように、前
記第一の高電圧電源供給部６３の電源供給をＯＮ／ＯＦ
Ｆする第一の電源スイッチ８１と、前記第二の高電圧電
源供給部６４の電源供給をＯＮ／ＯＦＦする第二の電源
スイッチ８２と、前記アナログ電源供給部６２の電源供
給をＯＮ／ＯＦＦする第三の電源スイッチ８３とを備え
ている。

【００２４】さらに、発光信号１０２は、例えば所定の
遅延時間に設定された遅延回路である遅延手段９及びラ
ッチ回路１０のリセット端子に入力される。遅延手段９
で遅延された発光信号１０２Ａは、ＮＯＲ論理回路１５
１を経て出力信号１２１となり上述の第一の電源スイッ
チ８１へ導かれる。

【００２５】また、時間計測終了信号１０５は、ラッチ
回路１０のセット入力端子へも入力される。ラッチ回路
１０では、時間計測終了信号１０５を受けて、その出力
１０６が論理Ｈ状態となる。このラッチ回路１０の出力
信号１０６は、ＮＯＲ論理回路１５２を経て出力信号１
２２となり、上述の第二の電源スイッチ８２へ導かれ
る。

【００２６】図２は、上記本発明の実施の形態の構成に
おけるタイミングチャートである。図２によれば、演算
制御手段１が測距命令を受けてから一つの測距値が出力
されるまでの測距データ出力サイクルは、上記複数回
（Ｎ回）の測距が行われる測距段階と、測定された測距
データの平均化処理などの演算を行い、演算により得ら
れた測距データを図示しないモニタなどに表示する演算
・通信段階からなる。そして、従来は、測距段階の間
は、常に、電源１３１、１３２、１３２はＯＮ状態であ
り、特に、高電圧を必要とする送光手段３及び受光手段
４において、パルス光の送信及び受信が行われない時間
においても送光手段３及び受光手段４に電源が供給され
ていた。そのため、昇圧回路６５、６６において、無駄
な電力を消費していた。

【００２７】また、演算制御手段１からは、測距段階で
はＬ状態となり、演算・通信段階ではＨ状態となる電源
コントロール信号信号１１１及び１１２がそれぞれ論理
回路１５１及び１５２に入力されている。さらに、測距
段階ではＨ状態となり、演算・通信段階ではＬ状態とな
る電源コントロール信号１１３が、第三の電源スイッチ
８３に入力される。これにより、第三の電源スイッチ８
３は、測距段階中、常にＯＮ状態である。

【００２８】本実施の形態においては、測距命令信号１
０１が出されると、あらかじめ設定されたＮ回の測距を
行うべく発光信号１０２が一定周期でＮ回出力される。
そして、発光信号１０２が出力される毎に、送光手段３
からパルス光１０３が送光されるが、以下図面において
は、一回の発光信号１０２における測距データ測定のた
めの各信号状態を示す。

【００２９】発光信号１０２が出力されると、まず、駆
動回路３１により、レーザ３２が駆動され、パルス光１
０３が送光される。このとき、出力信号１２１は、Ｈ状
態でスイッチ８１をＯＮ状態にしている。そして、上記
遅延手段９によって、発光信号１０２の立ち上がり時間
から所定時間遅延された信号１０２Ａが、Ｈ状態で論理
回路１５１に入力される。これに入力されるもう一つの
信号である電源コントロール信号１１１はＬ状態である
ので、論理回路１５１からの出力信号１２１はＬ状態に
なる。この出力信号１２１は、第一の電源スイッチ８１
に入力され、これをＯＦＦ状態とする。

【００３０】従って、半導体レーザ駆動回路３１へ高電
圧電源１３１を供給する第一の高電圧電源供給部６３及
び第一の昇圧回路６５へ電源供給は停止され、昇圧回路
６５における変換損失は低減されると共に、半導体レー
ザ駆動回路３１での消費電力も低減される。

【００３１】なお、上述と反対に、発光信号１０２の立
ち下がりの時間では、信号１０２Ａは上記所定時間遅延
してＬ状態となる。これによって、論理回路１５１から
の出力信号１２１はＨ状態となり、第一の電源スイッチ
８１はＯＮ状態となり、次のパルス発光に必要な電源が
供給される。

【００３２】一方、発光信号１０２は、ラッチ回路１０
にも入力される。このラッチ回路１０において、時間計
測終了信号１０５がそのセット端子に入力される前に、
発光信号１０２がラッチ回路１０のリセット端子に入力
されると、ラッチ回路１０からの出力信号１０６はＬ状
態となる。このＬ状態の出力信号１０６及び上記Ｌ状態
の電源コントロール信号１１２が論理回路１５２に入力
される。そして、論理回路１５２からは、Ｈ状態の出力
信号１２２が出力される。これによって、第二の電源ス
イッチ８２はＯＮ状態となり、受光手段４に必要な電源
が供給される。

【００３３】そして、受光パルス１０４が受信される
と、それによって、受信信号検出手段５から時間測定終
了信号１０５が出力される。この信号１０５は、時間計
測手段２に入力されるとともに、ラッチ回路１０のセッ
ト端子に入力される。

【００３４】時間計測終了信号１０５がセット端子に入
力されると、ラッチ回路１０からの出力信号１０６はＨ
状態となる。従って、論理回路１５２からの出力信号１
２２はＬ状態となり、第二の電源スイッチ８２はＯＦＦ
状態となる。

【００３５】即ち、受光手段４には、発光手段１０２の
出力から時間測定終了信号１０５が出力されるまでの間
のみ電源が供給される。

【００３６】従って、一回の測距が終了し、次の発光信
号１０２が出力されるまでの間、ＡＰＤ駆動回路４３へ
高電圧電源１３２を供給する第二の高電圧電源供給部６
４および第二の昇圧回路部６６へ電源供給は停止され、
昇圧回路６６における変換損失は低減されると共に、Ａ
ＰＤ駆動回路４３での消費電力も低減される。

【００３７】そして、第二の電源スイッチ８２は、次の
発光信号１０２によってラッチ回路１０がリセットされ
ることによりＯＮ状態となる。その結果、次の送光時に
備えて送光手段３内の駆動回路３１に高電圧を供給す
る。

【００３８】なお、電源スイッチ８２がＯＮ状態となっ
てから、次の測距（発光）までの間に電源立ち上がりの
ための時間が必要で有れば、半導体レーザ駆動回路３１
の前に適当な遅延手段を設ければよい。その場合は、新
たに設けた遅延手段に対応して、前記遅延手段９の遅延
量を設定すればよい。

【００３９】また、演算制御手段１は、第２図に示す演
算・通信段階の開始直後に、電源手段６内の第一、第二
及び第三の電源スイッチ８１、８２、８３をＯＦＦ状態
にする指令を出力する。即ち、電源コントロール信号１
１１及び１１２をＨ状態にすることにより、それぞれの
論理回路１５１及び１５２からの出力信号１２１及び１
２２をＬ状態にし、第一及び第二の電源スイッチ８１及
び８２をＯＦＦ状態にする。また、電源コントロール信
号１１３はＬ状態とすることにより、第三の電源スイッ
チ８３をＯＦＦ状態とする。

【００４０】図３は、第一、第二及び第三の電源スイッ
チ８１、８２、８３の回路図の例を示す。図３におい
て、入力電流はＰＮＰトランジスタ８４を通して負荷へ
供給される。ここで、演算制御手段１からのコントロー
ル信号が論理Ｈの時は、ＮＰＮトランジスタ８５はＯＮ
状態となり、ＰＮＰトランジスタ８４もそのベース電圧
が下がってＯＮ状態となる。この時は、入力電流が負荷
に供給されることになり、電源スイッチはＯＮ状態であ
る。

【００４１】一方、コントロール信号が論理Ｌの時は、
ＮＰＮトランジスタ８５はＯＦＦ状態となり、ＰＮＰト
ランジスタ８４もそのベース−エミッタ間のにバイアス
電圧が印加されずにＯＦＦ状態となる。この時は、入力
電流が負荷に供給されることになり、電源スイッチはＯ
ＦＦ状態となる。これにより、送光手段３に含まれる光
源駆動回路３１へ供給される高電圧電源１３１、受光手
段４に含まれる受光素子駆動回路４３への高電圧電源１
３２及び受信信号検出手段５に含まれる高周波増幅回路
用電源への電源１３３の供給は停止され、このときの消
費電力が低減される。

【００４２】また、演算制御手段１が測距命令信号を出
力しない時は、電源手段６内の電源スイッチ８１、８
２、８３がＯＦＦ状態とされることは言うまでもない。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
測距時以外の演算・通信時には送光手段、受光手段及び
受信信号検出手段に電源供給を行わない。さらに、測距
時においても、送光手段には送光時に電源供給を行い、
次の送光時まで電源供給を行わず、また、受光手段には
受光時に電源供給を行い、受光時以降次の発光時まで電
源供給を行わない。これにより、測距装置の大幅な低消
費電力化が容易に実現できる。即ち、パルス方式による
特徴を最大限に活用して、大消費電力部への電源供給を
最小限に抑えることにより、低消費電力タイプの光波測
距装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるパルス方式の光波
測距装置のブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態におけるパルス方式の光波
測距装置のタイミングチャートである。

【図３】図１における電源スイッチの回路図の例を示
す。

【符号の説明】

１演算制御手段２時間計測手段３送光手段４受光手段５受信信号検出手段６電源手段７バッテリ９遅延手段１０ラッチ回路６１デジタル電源供給部６２アナログ電源供給部６３第一の高電圧電源供給部６４第二の高電圧電源供給部６５第一の昇圧回路６６第二の昇圧回路８１第一の電源スイッチ８２第二の電源スイッチ８３第三の電源スイッチ８４ＰＮＰトランジスタ８５ＮＰＮトランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス信号を送信する送信手段と、目標物
からの反射パルス信号を受信する受信手段とを備え、送
信から受信までのパルス信号走行時間から目標物までの
距離を求める距離測定装置において、複数回の前記パルス信号の送受信が行われる測距時にお
いて、電源供給手段から前記送信手段又は前記受信手段
に間欠的に電源が供給されることを特徴とする距離測定
装置。
【請求項２】請求項１において、前記電源供給手段は、前記パルス信号の送信後に前記送
信手段への前記電源の供給を停止し、次のパルス信号の
送信前に前記電源の供給を開始することを特徴とする距
離測定装置。
【請求項３】請求項１において、前記電源供給手段は、前記パルス信号の送信に基づいて
前記受信手段への前記電源の供給を開始し、前記反射パ
ルス信号の受信後に前記電源の供給を停止することを特
徴とする距離測定装置。
【請求項４】請求項１乃至３において、前記測距後に行われる演算時において、前記電源供給手
段は、前記送信手段及び受信手段への前記電源の供給を
停止することを特徴とする距離測定装置。
【請求項５】パルス信号を送信する送信手段と、目標物
からの反射パルス信号を受信する受信手段とを備え、送
信から受信までのパルス信号走行時間から目標物までの
距離を求める距離測定装置において、電源電圧より高い高電圧を生成する高電圧電源供給手段
を備え、複数回の前記パルス信号の送受信が行われる測距時にお
いて、前記送信手段又は前記受信手段に間欠的に前記高
電圧電源が供給されることを特徴とする距離測定装置。
【請求項６】請求項５において、前記高電圧電源供給手段は、前記パルス信号の送信後に
前記送信手段への前記高電圧電源の供給を停止し、次の
パルス信号の送信前に前記高電圧電源の供給を開始する
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項７】請求項５において、前記高電圧電源供給手段は、前記パルス信号の送信に基
づいて前記受信手段への前記高電圧電源の供給を開始
し、前記反射パルス信号の受信後に前記高電圧電源の供
給を停止することを特徴とする距離測定装置。
【請求項８】請求項５乃至７において、前記測距後に行われる演算時において、前記高電圧電源
供給手段は、前記送信手段及び受信手段への前記高電圧
電源の供給を停止することを特徴とする距離測定装置。