JPH11326515A - 光波測距定装置 - Google Patents
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Abstract
による測定誤差をなくした光波測距装置を提供するこ
と。 【解決手段】 パルス光を対象物に向けて送光する送光
手段と、該対象物で反射された反射パルス光を受光する
受光手段と、前記パルス光の送光時から受光時までの時
間を計測する時間計測部とを有し、該計測した時間から
対象物までの距離を求める光波測距定装置において、さ
らに、受光した反射パルス光の数が一つか複数かを検出
するパルス数検出部を設け、該パルス数検出部が、前記
パルス光の送光に応答して複数の反射パルス光を検出し
た時の値を除外する光波測距装置とした。
Description
測定対象物までの距離を測定する光波測距装置に係り、
特にパルス光を送光することに伴い発生する迷光等によ
る誤測定を防止した光波測距装置に関する。
の構造は、送光光路及び受光光路の相対的な配置の観点
から、2軸型と同軸型とが知られている。これらのう
ち、装置の小型化、パララックスの回避及び送光光路を
測定対象物に照準するための視準光路を設置するために
は、同軸型の光学系が有利である。即ち、距離測定に用
いる光波の送光軸と、測定対象物からの反射光を受光す
る受光軸が一致する送受光同軸型の光学系である。
は、大別して光源にLEDまたは半導体レーザを用いた
連続変調波方式と、大きなピークパワーを持つパルス光
を出力するパルス駆動可能な半導体レーザを光源に用い
たパルス方式とがある。これらの測距装置では、従来か
らその最大測距範囲の増大化の要求があり、また省力化
・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での測定能
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、大きなピークパワーを用いることのできるパル
ス方式が断然有利である。
きなピークパワーをもつパルス光を送光路に投光する
と、対物レンズの内側面や鏡筒内面などにより反射する
光が迷光として受光光路で受光され、測定値に大きな誤
差を生じる。
は、送受光同軸型の光学系であっても迷光等による測定
誤差をなくした光波測距装置を提供することにある。
発明は、パルス光を対象物に向けて送光する送光手段
と、該対象物で反射された反射パルス光を受光する受光
手段と、前記パルス光の送光時から受光時までの時間を
計測する時間計測部とを有し、該計測した時間から対象
物までの距離を求める光波測距定装置において、さら
に、受光した反射パルス光の数が一つか複数かを検出す
るパルス数検出部を設け、該パルス数検出部が、前記パ
ルス光の送光に応答して複数の反射パルス光を検出した
時の値を除外するようにした光波測距装置である。
ス光が発生したときの計測値を除外するので、迷光等に
よる測定誤差が防止できる。この場合、前記受光手段と
前記時間計測部との間に、前記受光手段からの受光信号
が所定の値A以上の時、時間計測終了信号を前記時間計
測部に出力する信号選択手段を設けると共に、前記パル
ス数検出部は前記受光手段からの受光信号が所定の値B
以上の反射パルスの数が一つか複数かを検出するパルス
数検出部とし、前記所定の値Bを前記所定の値Aよりも
わずかに小さく設定することが好ましい。
ス光に基づく時間計測終了信号が時間計測部に入力され
た時、必ずパルス数検出部でも反射パルスに基づく信号
が検出され、反射パルス数がチェックされるので、迷光
等による測定誤差がより確実に防止できる。
ついて図面に従って説明する。しかしながら、かかる実
施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものではな
い。図1は、本発明の実施の形態例の光波測距装置の回
路ブロック図である。CPUなどで構成される演算制御
手段1は、オペレータ等からの測距指令にしたがい時間
計測手段2に測距指令信号S101を与える。時間計測
手段2は、例えばカウンタを有し、送光手段3にパルス
発光指令S102を与えると共にそのカウンタによる時
間計測を開始する。送光手段3は、例えば半導体レーザ
駆動回路31、それにより駆動される半導体レーザ3
2、そして発光されたパルス光103を送光する送光光
学系33を有する。
測距光路110と基準光路111とに分割する、例えば
パルス光103の入射光路に45度に斜設された半透過
鏡で構成された光路分割手段34が設けられている。従
って、パルス光103は、測距光路110に測距パルス
光104として測定対象物に向けて投光されると共に、
基準光路111に基準パルス光105として送られる。
基準光路111は光波測距装置の内部に設けられてい
る。
射され測距光路110を戻った反射パルス光106及び
基準光路111を経由した基準パルス光105は、受光
手段4内にある受光光学系41を経由して高感度の受光
素子であるAPD(アバランシェフォトダイオード)4
2に受光され光電変換される。受光光学系41は各入射
光軸に対して45度に斜設された半透過鏡43と、該半
透過鏡43にパルス光が入射する測距光路110及び基
準光路111を演算制御手段1からの指令に応じて一方
を遮光すると共に他方を開放する光路切替手段44を備
える。従って、APD42で光電変換された受信パルス
信号S104は、光路切替手段44で遮光されていない
側(開放側)の光路、測距光路110又は基準光路11
1からのパルス光に応じた信号となる。受光光学系41
とAPD42との間には演算制御手段1からの指令によ
り駆動される駆動手段46によって駆動され透過光量を
調節する調光フィルタ45が配置されている。
5により増幅され、増幅された受信パルス信号S105
が信号処理手段6に供給される。そして、信号処理手段
6の信号選択手段61では、ピーク値が所定のスレッシ
ョルド以上の受信パルス信号S105を検出して受信タ
イミング信号S106を時間計測手段2に出力する。時
間計測手段2では、受信タイミング信号S106を受信
したタイミングで時間計測を終了して、計測結果S11
2を演算制御手段1に転送する。そして、演算制御手段
1では、計測時間S112と光速等から被測定物までの
距離を演算する。
の図である。同図の(1)と(2)は、基準光路111
を通過した場合のパルス発光指令S102と受信タイミ
ング信号S106との関係を示す。また、(3)と
(4)は、測距光路110を通過した場合のパルス発光
指令S102と受信タイミング信号S106との関係を
示す。
110を遮光(基準光路111を開放)した時、基準パ
ルス光105が基準光路111に送光され、減光フィル
タ35でそのパワーを大きく減衰されて受光手段4に至
る。そして、信号処理手段6は、受信パルス信号S10
4に基づいて受信タイミング信号S106を時間計測手
段2に出力する。時間計測手段2は、上記した通り、パ
ルス発光指令S102から受信タイミング信号S106
までの時間S112を計測し、演算制御手段1はその計
測時間S112と光速をもとに基準光路111での測定
距離Lrefを求める。
を遮光(測距光路110を開放)した時、測距パルス光
104が測距光路110に送光され、被測定物で反射さ
れ反射パルス光106として測距光路110を戻り、受
光手段4で検出される。そして、上記した通り、受信パ
ルス信号S104に基づく受信タイミング信号S106
が生成され、上記と同様にして測距光路での測定距離L
sが演算により求められる。
定距離Lsから基準光路での測定距離Lrefを減じて
被測定物までの距離Lを求める。一般に、図1に示した
電子回路は、APDが受光して光電変換されたパルス信
号のパワーによってその遅延特性が異なる。そこで、A
PD42が受光する、基準パルス光105及び反射パル
ス光106のパワーが同等になる様に減光フィルタ35
及び調光フィルタ45で調整する。
にも入力され、該光量検出手段7はAPD42が受光し
たパルス光の光量を示す受信光量信号S108を演算制
御手段1に出力する。演算制御手段1は基準光路を開放
した時の受信光量信号と測距光路を開放したときの受信
光量信号とを比較して両者が同等になるように調光フィ
ルタ45を制御する。
その光量が反射パルス光106の最大光量の約1/10
*E6になるように半透過鏡34や減光フィルタ35で
減光されている。演算制御手段1は、光路切替手段44
で基準光路111を開放し、駆動信号S109を駆動手
段46に出力し光量調整フィルタ45の透過率を最大と
する。そして、演算制御手段1はその時の受信光量信号
S108を記憶する。次に、演算制御手段1は、光路切
替手段44で測距光路110を開放し、得られた受信光
量信号S108と前記記憶した受信光量信号S108と
を比較し、得られた受信光量信号S108が前記記憶し
た受信光量信号S108と等しくなるような光量調整フ
ィルタ45の透過率が得られるように駆動信号S109
によって駆動手段46を駆動して調整する。
が前記反射パルス光の最大光量の約1/10*E6以下
である場合、演算制御手段1は反射パルス光106を減
光せず、基準パルス光105を減光させるように光量調
整フィルタ45を調整する。これによって、最大測定距
離を拡大することができる。この場合、基準パルス光1
05に対する信号増幅手段5からの増幅信号S105の
大きさが、減光されない基準パルス光に対する増幅信号
S105と同じになるように信号増幅手段5の増幅率を
変化させる。
には最大測定距離を犠牲にして前記処理を行わない。高
い測定精度を得るためには送光パルス光のパルス幅が狭
いことが望まれるので、狭いパルス幅のパルス信号を増
幅するには信号増幅手段5に広い対応帯域幅が要求され
るが、現時点では十分な帯域幅で信号増幅手段5の増幅
率を変化させることが困難だからである。
量が測定対象物までの距離や測定対象物の反射率などに
よって変化しても、基準光路からのパルス光の光量と等
しくされてAPD42で受光される。更に、電子回路は
温度に依存してその遅延特性が異なる。一般的に温度が
高くなると回路素子の動作が活発になることがその原因
と考えられる。しかしながら、基準光路での測定距離L
refを測距光路での測定距離Lsから減じることによ
り、上記の温度による遅延誤差はキャンセルされる。
例の測距光路110、基準光路111、及び送光手段
3、受光手段4の構成の詳細を示す図である。図1と同
じ構成には同一の符号を付すと共に、必ずしも同一では
ないが図1の構成と対応する構成には符号の後の()内
に図1の対応する構成の符号を新出の時のみ示す。半導
体レーザ32で発光されたパルス光は、コリメータレン
ズ301で平行光束となり、半透過プリズム302(3
4)に入射する。半透過プリズム302は、例えば透過
T対反射Rの比がT:R=1:99の特性を有し、基準
光路111側へ送光されるパルス光は大きく減衰され
る。そして、ミラー312で反射し、減光フィルタ31
3(35)を通過する。更に、最大透過率とされた光量
調整フィルタ314(45)を透過し、ミラー314で
反射する。光路切り替えシャッタ321(44)は、基
準光路111の測定を行っている時には、ミラー314
側の光路を開放し、基準光路111からのパルス光は半
透過プリズム310(43)、コリメータレンズ311
を通過して受光素子42で受光される。
測距光路110側に送光されたパルス光は、コリメータ
レンズ303を通過し、ダイクロイックミラー304に
より対物レンズ305を介して測定対象物に向けて測距
パルス光104として送光される。従って、ダイクロイ
ックミラー304と対物レンズ305とで図1の送光光
学系33が構成される。
ス光106は、対物レンズ305で受光され、合焦レン
ズ306とダイクロイックミラー307を介して光ファ
イバ308に入射する。上記のダイクロイックミラー3
04と307は、赤外光を反射し、可視光を透過する特
性を有する。光ファイバ308に入射した反射パルス光
106は、光ファイバ308の他端部に配設されたコリ
メータレンズ309で平行光とされた後、光量調整フィ
ルタ314により、基準光路からの基準パルス光105
と同等の光量に減衰されて半透過プリズム310で反射
され、受光素子42に受光される。測距光路側が選択さ
れている時は、光路切り替えシャッタ321により基準
光路側が閉じられ、光ファイバ308側が開放される。
以上の様に、対物レンズ305、合焦レンズ306及び
ダイクロイックミラー307で図1の受光光学系41が
構成される。
ルス光105の光量よりも小さい場合には、光量調節フ
ィルタ314は、反射パルス光106を減衰させること
なく基準パルス光を減衰させる。即ち、最大測定距離を
できるだけ長くする為に、反射パルス光の光量が基準パ
ルス光のそれよりも大きい時のみ、反射パルス光の光量
を光量調整フィルタ314で減衰させ、反射パルス光の
光量が小さい時は、その反射パルス光を減衰させること
なく基準パルス光を減衰させて、両者の光量を同等に調
整する。
及び測距パルス光の通過位置において、その透過率が円
周方向で夫々に変化する円盤状フィルタであり、その中
心を駆動モータ322(46)で回転駆動される。基準
パルス光の通過位置における前記フィルタの透過率は、
基準パルス光の光量よりも大きい反射パルス光の光量を
得られる範囲では最大透過率で変化せず、基準パルス光
の光量よりも大きい反射パルス光の光量が得られない範
囲のみ円周方向で変化する。
光光学系の光軸を一致させる為の視準光学系が示されて
いる。即ち、オペレータ319に対して、接眼レンズ3
18、レチクル317、正立プリズム316、合焦レン
ズ306及び対物レンズ305により視準光学系が構成
される。ダイクロイックミラー304、307は共に可
視光を透過する特性を有する。この様に、図3に示した
実施の形態例では、視準光学系も、送光光学系及び受光
光学系と同一の光軸に構成される。
定できると共に、測距装置を小型化することができる。
さて、上記したハイパワーのパルス光が送光光学系に送
られると、例えば送光光学系の対物レンズ305の内面
側で反射されてダイクロイックミラー307を介して光
ファイバ308に入射する。かかる光は、迷光と呼ば
れ、測距光路の測定誤差の原因となる。
測距光路の測定は、パルス発光指令S102から、信号
選択手段61がある所定の値以上の受信パルス信号S1
05を受信したことを示す受信タイミング信号S106
のうち最初の信号までの時間と光速をもとに演算され
る。従って、図2(4)に破線で示したように、迷光が
比較的強いパルス光として受光素子42に入射される
と、その迷光によるパルス光が正規の反射パルス光と誤
認され、誤った受信タイミング信号が発生され、誤った
測距光路での測定距離が求められる。迷光によるパルス
光の後に検出された正規の反射パルス光による信号は無
視される。
信号選択手段61が検出するほどのパルス信号になると
は限られない。即ち、上記した通り、弱い反射パルス光
の光量を減らすことなく、反射パルス光と基準パルス光
との光量を同等レベルにするように光量調整フィルタ3
14で測距光路110の光量が調整される。従って、反
射パルス光の光量が小さい時は、迷光によるパルス光は
減衰されることなく受光素子42に受光される。また、
反射パルス光の光量が大きい時は、光量調整フィルタ3
14で大幅に減衰されるので、迷光によるパルス光も同
様に大幅に減衰されて検出されない場合もある。
同様の正規の反射パルス光以外の反射パルス光が多重反
射光として検出される場合がある。例えば、測定対象物
としてコーナーキュウブプリズムを用いた場合、該コー
ナーキュウブプリズムで反射された反射パルス光の一部
が受光光学系の対物レンズ305で反射され、再びコー
ナーキューブプリズムに向けて投光され、第2の反射パ
ルス光として検出されることがある。このような多重反
射光はコーナーキューブプリズムの中心以外の部分が視
準されたときに発生し易く、コーナーキューブプリズム
の中心部が視準されたときには発生し難い。
の送光光路内に例えば木の枝などの物体が存在する場合
や、測定対象物までの距離が長く送光パルス光が測定対
象物の大きさ以上に拡大し且つ測定対象物の後方の前記
拡大した送光パルス光内に物体が存在した場合、複数タ
ーゲットとなり正規の反射パルスと共に前記物体による
反射パルス光が検出される。
パルス光を迷光等と総称する。前記迷光等に起因する問
題点は、比較的精度を要求しない測距装置のように基準
光路を利用しない場合でも、例えば電子回路のダイナミ
ッックレンジ内に反射パルス光の光量を納める為に行わ
れる光量調整によって同様の問題を引き起こす。
を不透明体で囲った送光光学系を配置することによりこ
の迷光等自体をなくす方法もあるが、それは受光光量を
減少させ、最大測定距離の増大の目的に反する結果とな
る。そこで、本発明では、光学系による迷光等が発生し
ても、その迷光等による測定誤差を信号処理側で解決し
た。
て測距光路側に予備発光して測距光路からの光量を光量
調整フィルタ314で調整した後に、測距光路に測距パ
ルス光を送光し被測定物までの距離を求める。この時、
パルス数検出手段62によって受光側が迷光等によるパ
ルス光と反射パルス光の2つ以上のパルス光を検出する
か、或いは反射パルス光のみの1つのパルス光を検出す
るかを検出する。
無効なものとして棄却する。後者の場合は、求めた測定
結果を有効なものとして演算制御手段1のメモリに記憶
する。そして、測距を所定数の有効測定値が得られるま
で繰り返し、演算制御手段1はメモリに記憶した測定結
果の平均値を算出し、表示・出力する。無効な測定結果
の割合が多く所定数の測定結果を得る間での時間が所定
の時間を超える場合は、視準状態、測距光路或いはその
周囲の環境に問題がある可能性が高いのでエラーとし、
点検を促す。
程小さい場合は、最初の段階で測定不能としておく。図
4(1)は、パルス数検出手段62の回路構成であり、
図4(2)はそのタイミングチャートである。以下、こ
の回路の動作を図4(1)、(2)によって説明する。
レータ201に入力される。コンパレータ201のもう
一方の入力端子には所定に直流電圧が入力され、入力信
号S105のスレッショルドとなっている。このスレッ
ショルドは前述のように信号選択手段61のスレッショ
ルドよりもやや低く設定されている。Dフリップフロッ
プ202の出力S22及びDフリップフロップ203の
出力S107は、オペレータからの測距指令に基づく演
算制御手段からのリセット信号によりLレベルとされて
いる。
ョルドよりも大きい信号(図4(2)ののS1、S
2)が入力されると、コンパレータ201の出力S21
にパルス信号(図4(2)ののP1、P2)が生成さ
れる。コンパレータ201の出力信号S21はDフリッ
プフロップ202、203の clk端子に入力されてい
る。Dフリップフロップ202のQ出力S22は前記リ
セット時にLになっている。
入力S1があると、Dフリップフロップ202のQ出力
S22はパルス信号P1の立ち上がりエッジによりL→
Hとなる(図4(2)の)。このときDフリップフロ
ップ203のQ出力S107はLのままである(図4
(2)ののA部)。即ち、コンパレータ201に入力
されるパルス信号が一つだけならばS107はLレベル
を維持する。
ス信号入力S2があると、Dフリップフロップ202の
clk端子にパルス信号P2が更に入力されると、パルス
信号P2の立ち上がりエッジによりDフリップフロップ
203のQ出力S107はL→Hとなる(図4(2)の
のB部)。コンパレータ201に3つ目以降のパルス
信号入力があっても、Dフリップフロップ203のQ出
力S107はHレベルを維持する。
3のQ出力S107を参照し、出力信号S107がLの
時は、求めた測距値を有効と判断し平均値の計算に用
い、出力信号S107がHの時は、求めた測距値を無効
と判断し平均値の計算に用いるデータから除外する。図
5は、本発明の実施の形態例の測定のフローチャートで
ある。
ルタ314を透過率最大の状態として測距光路側の反射
パルス光のレベルを検出する(ステップ81)。そこ
で、被測定物までの距離が最大測定距離より遠い場合や
被測定物の反射率が低い場合は、反射パルス光の光量が
弱く、検出不能として測定エラーとする。ある程度の光
量の反射パルス光が検出されると、上記した方法に従
い、制御演算手段からの駆動信号によって駆動モータ3
22を駆動することにより光量調整フィルタ314が駆
動されその減衰量が調整される(ステップ82)。その
後、調整された光量調整フィルタ314の状態で、再度
測距光路にパルス光が送光され測定対象物までの距離が
測定される(ステップ83)。
パルス数検出手段が1個のパルス光を検出するか2個以
上のパルス光を検出するかの迷光等パルス光検出工程が
実施される(ステップ84)。2個以上のパルス光が検
出された時は、迷光等ありと判定されステップ86へ進
む。1個のパルス光しか検出されない場合は、迷光等な
しで反射光のみと判定されステップ85へ進む。
ステップ83で求めた測定値が演算制御部のメモリに記
憶されてステップ87へ進む。迷光等ありと判定された
ステップ86では、ステップ83で求めた測定値が棄却
されステップ87へ進む。そして、前記メモリに記憶さ
れ測定値の数が所定の数になったか否かが判定され(ス
ップ87)、所定数の測定値が得られたならば平均値が
算出され測定結果として表示され(ステップ88)、処
理が終了する。所定数に満たなければステップ83で測
距を開始してからの時間が所定値以内か否かを判定し
(ステップ89)処置値以内であればステップ83に戻
り、再度距離を測定する。ステップ89において所定値
を超えているならば、受信光量が小さいために光量調整
フィルタの透過率が高く設定され、その結果、迷光等が
受光されているか、あるいは、送光光路内に被測定物以
外の障害物が入っている可能性が高いので、その旨を示
す表示をして(ステップ90)処理が終了する。
光等による測定距離の誤差をなくすことができる。ま
た、送光光学系と受光光学系を同軸構成にしたパルス光
測距方式でも、発生する迷光等による測定誤差をなくす
ことができる。
ク図である。
図である。
び発光、受光光学系の構成を示す図である。
の詳細な回路図、及びタイミングチャートである。
である。
処理手段 2………………時間計測手段 7………………光
量検出手段 3………………送光手段 61………………号
選択手段 4………………受光手段 62………………ル
ス数検出手段
Claims (2)
- 【請求項1】 パルス光を対象物に向けて送光する送光
手段と、 該対象物で反射された反射パルス光を受光する受光手段
と、 前記パルス光の送光時から受光時までの時間を計測する
時間計測部とを有し、 該計測した時間から対象物までの距離を求める光波測距
定装置において、 さらに、受光した反射パルス光の数が一つか複数かを検
出するパルス数検出部を設け、 該パルス数検出部が、前記パルス光の送光に応答して複
数の反射パルス光を検出した時の値を除外することを特
徴とする光波測距装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記受光手段と前記時間計測部との間に、前記受光手段
からの受光信号が所定の値A以上の時、時間計測終了信
号を前記時間計測部に出力する信号選択手段を設けると
共に、 前記パルス数検出部は前記受光手段からの受光信号が所
定の値B以上の反射パルスの数が一つか複数かを検出す
るパルス数検出部とし、 且つ、前記所定の値Bを前記所定の値Aよりもわずかに
小さく設定したことを特徴とする光波測距装置。
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