JPH1138138A - 光波測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の光波測距装置は、外部光路の受光光量と
内部光路の受光光量とを同等にする光量平衡動作を、電
源がオンされている間は常時行っていた。 【解決手段】発光素子からの光を外部光路又は内部光路
に切り替える光路切替え器と、前記外部光路からの光量
を調整するアッテネータと、該アッテネータによる光量
の調整を制御する制御器とを有し、前記アッテネータを
調整して前記外部光路からの光量と前記内部光路からの
光量とを同等にする光量平衡処理を行った後に、測定対
象物までの距離を測定する測距処理を行う光波測距装置
において、前記制御器は、最初に前記光量平衡処理を行
った後、前記光量平衡処理を一定時間行わない待機モー
ドを有することを特徴とする光波測距装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を目標物に向け
て投光し、その反射光を受光して目標物までの距離を測
定する光波測距装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光波測距装置は、目標物に向けて投光す
る光が連続波であるか、パルス波であるかにより２つの
形式がある。連続波による光波測距装置は、光を連続的
に強度変調した波として目標物に向けて投光する。そし
て、目標物からの反射光を受光し、受光した連続波の位
相と投光した連続波の位相とを比較することで、光波測
距装置から目標物までの距離を求める。

【０００３】また、パルス波による光波測距装置では、
狭いパルス幅のパルス光を目標物に向けて投光し、目標
物からの反射パルス光を受光して、投光から受光までの
パルス光の走行時間から目標物までの距離を求める。

【０００４】これらの光波測距装置では、発光素子から
の光を目標物に向けて投光し、目標物で反射した光を受
光素子で受光するまでの外部光路と、発光素子から装置
内部の経路を通った光を受光素子で受光するまでの内部
光路とを有する。

【０００５】そして、外部光路による測定距離を光波測
距装置の所定の基準点（測量の基準点の鉛直線上に位置
するように光波測距装置を設置する機械中心点）からの
距離に補正する為に、内部光路から受光した光の位相と
投光した光の位相を比較して内部光路の距離を求める。

【０００６】ところで、外部光路を通り目標物で反射し
た光の受光光量は、目標物までの距離及び目標物の反射
率により変化する。更に、外部光路からの受光光量と内
部光路からの受光光量は大きく異なる。光波測距装置で
は、外部光路からと内部光路からとの受光量の差や受光
光量の変動により測定誤差が生じることを防ぐために、
外部光路からの受光光量と内部光路からの受光光量とを
同等にする光量平衡を行った後に、距離測定を行ってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、光波測距
装置は、距離測定を行う前に外部光路の受光光量と内部
光路の受光光量を同等にする光量平衡を行う必要があ
る。従来の光波測距装置ではこの光量平衡動作を、電源
スイッチがオンされている間は常時行っていた。

【０００８】光量平衡動作は、以下の一連の動作を伴う
ものである。即ち、光路を内部光路とし発光素子を発光
させ、受光素子で内部光を受光して内部光の光量を記憶
する。次に、光路を外部光路に切替え、発光素子を発光
させ目標物に向けて投光する。受光素子は、目標物で反
射した反射光を受光しその光量を記憶する。そして、内
部光路を通った光と外部光路を通った光の光量を比較
し、その光量レベルが同等になるように、外部光路を通
る光の光量を調整する。

【０００９】このように、光量平衡動作は、発光素子の
発光、光路切替え駆動モータ及び光量平衡用アッテネー
タの駆動といった多くの電力を消費する動作を伴う。従
来の光波測距装置では、電源スイッチがオンされると、
目標物の移動中のようにまだ測距動作が必要でない時で
も光量平衡動作を繰り返し、常に最新の状態における光
量平衡を完了させ、その後の測距動作をただちに開始で
きる様になっている。そのため、必要以上に多くの電力
を消費する。

【００１０】そこで、距離測定をしていない時は、作業
者がこまめに電源スイッチを切り、光波測距装置のバッ
テリーの消耗を防ぐことはできる。しかし、電源スイッ
チを切ると、その後に電源スイッチをオンした時に、装
置が定常状態に安定し測定準備が完了するまでに時間が
かかってしまう。特に、測定の基準となる発振器は、温
度特性を有しており、出力信号が安定するまでにかなり
の時間が必要である。従って、基準発振器が安定状態に
移行するまでの時間待っていたのでは、全体の測距時間
が長くなってしまう。そこで光波測距装置は、常に電源
オン状態で使用されることが多く、バッテリーの消耗を
早めていた。しかも、従来の光波測距装置では、前述の
光量平衡動作に消費する電力は、装置全体の消費電力の
約５０％を占めていた。

【００１１】従って、本発明の目的は、この電力消費量
を抑え、バッテリーの消耗を減らす光波測距装置を提供
することにある。

【００１２】また、本発明の目的は、電力消費量を減ら
すと共に、測定にあたっては迅速に測距動作を開始で
き、測距時間を短縮できる光波測距装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、発光素子からの光を外部光路又は内部光路に切
り替える光路切替え器と、前記外部光路からの光量を調
整するアッテネータと、該アッテネータによる光量の調
整を制御する制御器とを有し、前記アッテネータを調整
して前記外部光路からの光量と前記内部光路からの光量
とを同等にする光量平衡処理を行った後に、測定対象物
までの距離を測定する測距処理を行う光波測距装置にお
いて、前記制御器は、最初に前記光量平衡処理を行った
後、前記光量平衡処理を一定時間行わない待機モードを
有することを特徴とする光波測距装置を提供することに
より達成される。

【００１４】即ち、本発明によれば、電源スイッチがオ
ンされた状態のままでも、大きな電力を消費する光量平
衡処理を一定時間行わない待機モードを有するので、測
距作業を行っている間の電力消費を低減することができ
る。

【００１５】また、本発明の光波測距装置の前記制御器
は、前記外部光路からの光量と前記内部光路からの光量
との差が所定範囲内である場合に、前記待機モードに移
行することを特徴とする。

【００１６】即ち、本発明によれば、大きな電力を消費
する光量平衡処理を何度も繰り返すことがなく、バッテ
リーの消費電力を削減すると共に、光量平衡が維持され
ている場合に待機モードに移行するので、実質的光量平
衡が維持され、迅速に精度の高い測定を行うことができ
る。

【００１７】また、本発明の光波測距装置の前記制御器
は、前記光量平衡処理終了後であって前記測距処理が行
われない場合に、前記待機モードに移行することを特徴
とする。

【００１８】即ち、例えばターゲットを目標地点に設置
し測定準備が完了するまでの間では、光量平衡を繰返し
行う必要はなく、一定時間の待機モードを設けることで
電力消費を削減できる。

【００１９】また、本発明の光波測距装置の前記制御器
は、前記光量平衡処理終了後であって前記測距処理が行
われない場合に前記待機モードに移行し、前記一定時間
経過後光量平衡状態が維持される場合には、更に前記待
機モードに移行することを特徴とする。

【００２０】従って、一定時間毎に外部光路の光量と内
部光路の光量とが等しいか否かを検出しているので、大
幅に光量平衡がずれることがなく、電力消費を低減でき
ると共に、測定開始に際して再度光量平衡処理を行う時
にも、光量平衡が完了するまでの時間を短縮でき、測距
作業を迅速に開始することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例に
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。

【００２２】本発明は、連続波の位相差による光波測距
装置と、パルス波の時間差による光波測距装置の両者に
適用できるが、以下、本発明を連続波の位相差による光
波測距装置に適用した場合について説明する。

【００２３】図１は、本発明の実施の形態による光波測
距装置の構成ブロックを示す。温度補償付き基準発振器
１は、位相差による距離測定の基準となる周波数ｆ１の
安定した正弦波信号３０を発生する。温度補償付き基準
発振器１によって発生した信号３０は、発光素子駆動回
路２で、発光素子３を駆動するために必要な大きさに増
幅される。発光素子３は、発光素子駆動回路２からの電
気信号３１を光信号に変換し、正弦波の光信号４として
光路切替え器５に向けて発光する。また、発光素子駆動
回路２からの電気信号３１は後述する演算部１３に入力
され、目標物までの距離を算出するのに使用される。

【００２４】光路切替え器５は、発光素子３で発光した
光４を、外部光路又は内部光路のどちらか一方に導くた
め、所定時間毎にどちらか一方の光路のみを開放する。
尚、外部光路とは、発光素子３で発光した光４が光路切
替え器５で外部光６として光波測距装置の外部に向けて
投光され、距離測定地点に設置されたターゲット７で反
射した外部反射光９を受光素子１０で受光されるまでの
光路をいう。一方、内部光路とは、光路切替え器５から
投光された内部光８が、光波測距装置の内部の経路を通
って受光素子１０で受光されるまでの光路をいう。

【００２５】このように光波測距装置は、装置内部に受
光光量の基準となる内部光路を保有し、光路切替え器５
により外部光路又は内部光路を選択する。そして、外部
光路及び内部光路を通った光の受光レベルを同等にした
後に、投光した光（発光素子３を発光させる電気信号３
１）と、外部光路及び内部光路から受光した夫々の光と
の位相差から目標物までの距離を算出する。

【００２６】その際、外部光路による測定結果と内部光
路による測定結果とから、温度変化又は経年変化などに
よる測定距離の誤差を除去している。例えば、反射光を
電気信号に変換する電気回路内で検出される位相が温度
に依存して変動しても、外部光路から得られる位相差φ
ａによる測定距離Ｌａと、内部光路から得られる位相差
φｂによる測定距離Ｌｂの差を求めることで、測定誤差
を除去し測定精度を向上させている。即ち、温度等に依
存する位相変動は、外部光路又は内部光路による測定距
離の両者に共通するので、両者の測定距離の差Ｌａ−Ｌ
ｂをとることにより、温度変動等による測定誤差は相殺
される。

【００２７】光路切替え器５で外部に向けて投光され、
ターゲット７で反射された外部反射光９は、光量平衡用
アッテネータ１９を通過し、所定の光量に調整されて受
光素子１０で受光される。尚、光量平衡用アッテネータ
１９は、モータ２２によって光の透過率が変化するよう
に駆動され、外部反射光９と内部光８との光量レベルが
同等レベルになる位置に位置決めされる。

【００２８】内部光８も、光量平衡用アッテネータ１９
の外部反射光９が通過する部分とは異なる位置を通過す
る。光量平衡用アッテネータ１９の内部光通過部分は、
光量平衡用アッテネータ１９が外部反射光９を最大に透
過させても受光素子１０の受光光量が所定の値以下であ
る場合、前記モータ２２の駆動によって内部光８の光量
を外部反射光９の光量と同じになるように光の透過率が
変化している。

【００２９】即ち、外部光路を通った外部反射光９の受
信光量は、ターゲットの反射率や距離によって大きく変
わるので、光量平衡用アッテネータ１９により、予め所
定の基準値に調整されている内部光路を通った光８の受
信光量と同じになるように光量調整される。

【００３０】このように、両者の光量レベルを同等にす
る光量平衡を行うのは、受光された光の光量の違いによ
って生じる、測定回路での信号レベルの違いが測定誤差
の原因となるためである。

【００３１】一方、温度補償付き基準発振器１で発生し
た周波数ｆ１の基準信号３０は、ＰＬＬ１４にも入力さ
れる。ＰＬＬ１４は、入力された基準信号３０に位相同
期した周波数ｆ２の参照信号３２を生成する。ＰＬＬ１
４で生成された周波数ｆ２の参照信号３２は、受光素子
１０から出力される周波数ｆ１の信号３３とミックスさ
れ、ｆ１−ｆ２の低周波数の信号３４に変換される。

【００３２】低周波数に変換された信号３４はＡＭＰ１
１で増幅され、更に、ＡＧＣ１２で受光光量の変動を補
償して制御器２５に適した信号レベルにされる。そし
て、制御器２５内の演算部１３において位相差による距
離演算が行われる。このようにＡＭＰ１１以降は、低周
波数に変換された信号３４等により処理が行われるの
で、簡単な回路で測定の分解能を高めることができる。

【００３３】制御器２５内の演算部１３は、測距ボタン
２４が押されると、外部反射光９の位相差と内部光８の
位相差とからターゲット７までの距離を算出する。即
ち、外部光路における発光から受光までの位相差φａ及
び内部光路における発光から受光までの位相差φｂを求
め、これらから測定対象物までの距離Ｌが、 Ｌ＝ｃ（φａ−φｂ）／４πｆ （ｃは大気中の光速、ｆは発光信号の変調周波数）とし
て求められる。尚、変調周波数は複数の周波数を使用
し、各変調周波数から得られた距離を基に、ターゲット
７までの距離Ｌを算出する。

【００３４】光波測距装置は、屋外で使用されることが
多いので、バッテリー２１が搭載されており、電源スイ
ッチ２３がオンされると、バッテリー２１の電圧は、電
源手段２０で各回路が必要とする電圧に変換されて各回
路に供給される。但し、発光素子３と光路切替え器５へ
は、スイッチ１６又はスイッチ１５を通して供給され
る。そして、スイッチ１６とスイッチ１５は、制御器２
５からの信号３８および信号３７により、オンオフが制
御される。また、光量平衡用アッテネータ１９を駆動す
るモータ２２には、その駆動を制御する信号３９が制御
器２５より入力される。

【００３５】本実施の形態では、電源スイッチ２３がオ
ンされていても、測距動作をしない場合に一定時間の待
機モードを有する点が従来例と異なる。そして、待機モ
ードでは、発光素子３の発光やモータ２２等の駆動のよ
うな大きな電力を消費する光量平衡動作を行わないの
で、バッテリー２１の使用時間を大幅に伸ばすことがで
きる。

【００３６】即ち、待機モードでは、制御器２５からの
信号３８及び信号３７により、発光素子３に駆動電圧を
供給するスイッチ１６、及び光路切替え器５に駆動電圧
を供給するスイッチ１５がオフされる。更に、制御器２
５は、光量平衡用アッテネータ１９を駆動するモータ２
２に、駆動信号３９の出力を行わない。従って、多くの
電力を消費する発光素子３、光路切替え器５の駆動モー
タ、及び光量平衡用アッテネータ１９の駆動モータ２２
が動作しなくなるので、待機モードで消費する電力は大
幅に減少する。

【００３７】また、制御器２５内の演算部１３を構成す
るＣＰＵがスリープモードを有する場合に、前記待機モ
ードと連動させてＣＰＵもスリープモードとすれば、光
波測距装置全体の消費電力は更に減少する。

【００３８】但し、待機モードにおいても、温度補償付
き基準発振器１、ＰＬＬ１４及びＡＧＣ１２等には、電
源が供給されており安定に動作している。従って、測距
動作が再開された場合でも、距離測定の基準となる位相
信号は安定に発振、増幅されるので、迅速に測距動作に
移行できる。

【００３９】図２は、本発明の実施の形態による光波測
距装置の処理フローチャート図を示す。光波測距装置の
測定スタートは、電源スイッチ２３をオンすることによ
り開始される（ステップ５０）。まず、光量平衡が完了
しているか否かを示す光量平衡フラグがオフに初期設定
される（ステップ５１）。また、電源スイッチ２３のオ
ンオフは、演算部のＣＰＵ１３により監視され（ステッ
プ５２）、電源スイッチ２３がオフされるとＣＰＵ１３
は終了処理を行った後終了する（ステップ５３）。電源
スイッチ２３がオンされていれば、光量平衡フラグの確
認に進む（ステップ５５）。

【００４０】ステップ５５では、既に光量平衡処理が行
われたか否かを光量平衡フラグのオンオフにより確認
し、光量平衡フラグがオフの場合は光量平衡処理を行う
（ステップ５６）。光量平衡処理では、スイッチ１６を
オンして発光素子３を発光させ、スイッチ１５をオンし
て光路切替え器５を駆動させて、発光素子３で発光した
光４を外部光路と内部光路に切り替える。そして、光量
平衡用アッテネータ１９をモータ２２により駆動して、
外部光路からの受光光量を内部光路からの受光光量と等
しくする。

【００４１】以上の光量平衡処理が完了すると、ＣＰＵ
１３内の光量平衡フラグをオンとし（ステップ５７）、
待機モードに移行する（ステップ５４）。待機モード
は、ステップ５２からステップ５５、５８、５９、５４
のループを繰返し、その間演算部内のタイマーにより一
定時間の経過が計測される。この待機モードでは、スイ
ッチ１６及びスイッチ１５がオフされ、アッテネータ駆
動用モータ２２の駆動信号３９が禁止され、光量平衡処
理は行われない。従って、装置の消費電力が大幅に低下
し、バッテリー２１の消耗を防ぐことができる。

【００４２】また、演算部内のＣＰＵ１３は、待機モー
ドにおいて、光波測距装置の測距処理を開始させる測距
ボタン２４のオンオフを監視しており（ステップ５
８）、測距ボタン２４がオンされると、測距処理（ステ
ップ６３からステップ６６）が開始される。

【００４３】ステップ５８で、測距ボタン２４がオンさ
れなければ、ＣＰＵ１３は、測距ボタン２４がオンされ
ない状態で一定時間の経過を監視する（ステップ５
９）。そして、まだ一定時間が経過していない場合は、
ＣＰＵ１３は、待機モード（ステップ５４）を継続す
る。一方、測距ボタン２４がオンされない状態で一定時
間が経過すると、外部光量取得処理（ステップ６０）に
移行する。

【００４４】外部光量取得処理で新たに外部光路の光量
値を取得し、前回の光量平衡時に得られた光量値と比較
（ステップ６１）を行い、一定量以上の差があって光量
平衡状態が維持されない場合は、ＣＰＵ１３内の光量平
衡フラグをオフにし（ステップ６２）、スタート状態へ
移行する。そして、その後光量平衡処理（ステップ５
６）が実行される。一方、光量値の差が一定量以内であ
って光量平衡状態が維持される場合は、再度待機モード
（ステップ５４）に移行する。従って、光量平衡状態が
維持される場合は、単に発光素子３を駆動させるだけで
あり、光路切替え器５やアッテネータ１９を駆動させる
必要がないので、そこでの電力消費はわずかである。

【００４５】このように測距ボタン２４がオフの状態で
は、光量平衡処理は、一定時間の経過毎であって且つ光
量平衡状態でなくなった場合に行われるのみである。従
って、光波測距装置で多くの電力を消費する発光素子
３、光路切替え器５の駆動モータ及び光量平衡用アッテ
ネータ１９の駆動モータ２２が、間欠的に動作するのみ
であり、装置全体の消費電力が低減しバッテリーの消耗
を防ぐことができる。

【００４６】一方、一定時間経過毎に外部光量値を取得
し、一定量以上の変化が生じた場合は、光量平衡処理を
行うので、常に光量平衡状態又はそれに近い状態に維持
することができ、測距動作を行う前に再度光量平衡を行
う場合でも、アッテネータ１９の駆動距離が少なく光量
平衡処理にかかる時間を短縮でき、迅速に測距作業に移
ることができる。

【００４７】ステップ５８で測距ボタン２４がオンされ
た場合は、測距処理が開始される。測距処理では、ま
ず、外部光量取得処理（ステップ６３）が行われる。既
に、光量平衡処理（ステップ５６）により外部光路の光
量と内部光路の光量とは同等レベルに調整されている
が、測距に先立ち、再度外部光路の光量を取得して、光
量平衡を確認する。

【００４８】再度取得した外部光量と、既に取得してあ
る内部光量の光量を比較し（ステップ６４）、それぞれ
の光量値が同じであれば、直ちに測距動作（ステップ６
６）に移行する。もし、外部光路の光量と内部光路の光
量とが異なっていれば、再度光量平衡処理（ステップ６
５）を行い、その後測距動作（ステップ６６）に移行す
る。測距終了後は、スタート状態に戻り、電源スイッチ
２３がオフされなければ、待機モード（ステップ５４）
となり、電力消費を低減する。

【００４９】尚、ステップ６１及び６４の光量値比較
は、新たに取得した外部光路の光量が、光量平衡状態を
維持できる範囲内に入っているか否かを確認するもので
ある。従って、新たに取得した外部光路の光量を、既に
取得してある内部光路の光量と比較してもよいし、又
は、前回取得した外部光路の光量と比較してもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による光波測
距装置を使用することにより、バッテリー使用時間が延
長され、測量作業の効率化を図ることができる。

【００５１】また、待機モードでは、光波測距装置内で
多くの電力を消費する部分が停止状態となるため、バッ
テリー使用時間を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による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よる光波測距装置の処理
フローチャート図である。

【符号の説明】

１ 温度補償付き基準発振器 ２ 発光素子駆動回路 ３ 発光素子 ５ 光路切替え器 １０ 受光素子 １１ ＡＭＰ １２ ＡＧＣ １３ 演算部 １４ ＰＬＬ １９ 光量平衡用アッテネータ ２０ 電源手段 ２１ バッテリー ２２ 光量平衡用アッテネータ駆動用モータ ２５ 制御器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子からの光を外部光路又は内部光路
   に切り替える光路切替え器と、前記外部光路からの光量
   を調整するアッテネータと、該アッテネータによる光量
   の調整を制御する制御器とを有し、前記アッテネータを
   調整して前記外部光路からの光量と前記内部光路からの
   光量とを同等にする光量平衡処理を行った後に、測定対
   象物までの距離を測定する測距処理を行う光波測距装置
   において、 前記制御器は、最初に前記光量平衡処理を行った後、前
   記光量平衡処理を一定時間行わない待機モードを有する
   ことを特徴とする光波測距装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記制御器は、 前記外部光路からの光量と前記内部光路からの光量との
   差が所定範囲内である場合に、前記待機モードに移行す
   ることを特徴とする光波測距装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記制御器は、 前記光量平衡処理終了後であって前記測距処理が行われ
   ない場合に、前記待機モードに移行することを特徴とす
   る光波測距装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記制御器は、 前記光量平衡処理終了後であって前記測距処理が行われ
   ない場合に前記待機モードに移行し、前記一定時間経過
   後光量平衡状態が維持される場合には、更に前記待機モ
   ードに移行することを特徴とする光波測距装置。