JPS63243776A - 光波距離計 - 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】 見班血１許 （産業上の利用分野） 本発明は、変調された光を被測定物に向がって射出し、
その被測定物により反射されて戻ってきた戻り変調光を
受光し、光の往復に基づくその戻り変調光の位相遅れに
よって、その被測定物までの距離を測定する光波距離計
に関する。

（従来の技術） 従来から、変調された光を被測定物に向がって射出し、
その被測定物により反射されて戻ってきた戻り変調光を
受光し、光の往復に基づくその戻り変調光の位相遅れに
よって、その被測定物までの距離を測定する光波距離計
がある。

この光波距離計は、その機能を果たすために、所定周波
数の出力信号を発生する第１発振器と、被測定物に向か
ってその第１発振器の出方信号に応じた変調光を射出す
る発光素子と、その被測定物により反射されて戻ってき
た戻り変調光を受光する受光素子と、その第１発振器の
出方信号に対応する第１信号とその受光素子の出力信号
に対応する第２信号との位相差を検出し、その被測定物
までの距離を求める距離換算部とを少なくとも有する構
成となっている。

このものでは、受光素子の出力レベルが所定レベル以上
のときには、その受光素子からの出力信号に基づいて、
被測定物までの距離を正確に求めることができるが、そ
の受光素子の出力レベルが所定レベル以下のときには、
被測定物までの距離を正確に求めることができないため
、その受光素子の出力レベルが所定レベル以下であ−る
か否かの判定手段を設け、その受光素子の出力レベルが
所定レベル以下のときに、その判定手段の判定結果に基
づいて、測定不適正信号を出力し、その測定の中止、そ
の求めた測定値を用いない等の処理を行なっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、近年、光波距離計の利用範囲は拡大しつつあ
り、従来のように遠方の測点にコーナキューブを配置し
て、そのコーナキューブまでの距離を測定するものから
、近傍の被測定物としての障害物等に向かって、直接射
出された変調光を照射し、その戻ってきた変調光を受光
して、被測定物までの距離を測定するものまである。

ところが、その被測定物に向かって直接変調光を射出し
て、その被測定物までの距離を測定する場合、被測定物
の表面反射率、形状、被測定物に対する変調光の射出方
向、その他諸々の原因で測定条件が大きく変化すること
があり、もともと、その表面反射率の低い被測定物も結
構多いので、被測定物をコーナキューブに限らないこと
にすると、従来の光波距離計のように、その受光素子の
出力レベルが所定レベル以下かであるか否かの判定手段
のみによって測定が適正か不適正かを判断するものでは
、測定不能の状況に頻繁に陥ることになる。

また、光波距離計は、ロボットの視覚器として用いられ
ることがあり、このロボットの視覚器として用いるもの
では、ロボットの移動、あるいは被測定物の移動により
、光波距離計と被測定物との相対距離が測定中に変化す
ることもあり、このとき求めた測定値は、静止状態での
測定値と区別することが好ましい。

２１舒γＭ戒２ （問題点を解決するための手段） 本発明は、光波距離計では、被測定物に向かって射出さ
れた変調光とその被測定物により反射されて戻ってきた
戻り変調光との位相差に基づいてその被測定物までの距
離を求めており、その戻り変調光の周期さえ一定であれ
ば、たとえその戻り変調光のレベルが低い場合であって
も射出された変調光とその戻り変調光との位相差を検出
することができることに着目し、 そこで、本発明に係る光波距離計は、 所定周波数の出力信号を発生する第１発振器と、被測定
物に向かって前記第１発振器の出力信号に応じた変調光
を射出する発光素子と、前記被詔定物により反射されて
戻ってきた戻り変調光を受光する受光素子と、 前記第１発振器の出力信号に対応する第１信号と前記受
光素子の出力信号に対応する第２信号との位相差を検出
し、前記被測定物までの距離を求める距離換算部と、 前記第２信号の周期を求める周期検出部と、前記周期検
出部で検出された検出周期が予め定められた所定周期と
一致しているか否かを判別する比較部とを有する構成と
し、 その比較部から前記検出周期と前記所定周期とが一致し
ていないときに、アラーム信号を出力させる構成とした
のである。

（実施例） 以下に、本発明に係る光波距離計の実施例を図面を参照
しつつ説明する。

第２図は本発明に係る光波距離計の全体構成を示すもの
で、第２図において、１．２は水晶発振器であり、水晶
発振器１は３６．６ＭＨｚの周波数で発振し、水晶発振
器２は３５．８Ｍ１（ｚの周波数で発振するもので、水
晶発振器１の発振出力はレーザーダイオード３と混合器
４と分周器５と矩形波変換器６とに入力されている。水
晶発振器２の発振出力は混合器４と混合器７とに入力さ
れている。水晶発振器ｌは所定周波数の出力信号を発生
する第１発振器として機能し、レーザダイオード３は被
測定物に向ってその第１発振器の出力信号に応じた変調
光を射出する発光素子として機能し、矩形波変換器６は
水晶発振器１の発振出力に基づいて計数信号Ｂを生成す
る機能を有し、分周器５は水晶発振器１の発振周波数を
２０４８分の１に分周して１７．８７１ＫＨｚの周波数
を有する基準位相信号を生成するための基準位相信号生
成部として機能し、混合器４は水晶発振器１の発振出力
と水晶発振器２の発振出力とをミックスダウンして水晶
発振器１の発振出力に対応する第１信号Ｒｅｆを形成す
る機能を果たし、ここでは、その第１信号Ｒｅｆの周波
数は、３６　、６　ＨＩ（７，と３５．８ＭＨｚとの差
である８００ＫＩ（ｚである。レーザダイオード３から
射出された変調光は、被測定物としてのたとえば障害物
、コーナキューブにより反射され、その反射された変調
光の一部は光波距離計が存在する方向に戻って来て戻り
変調光としてアバランシェホトダイオード８により受光
される。

このアバランシェホトダイオード８はその戻り変調光を
受光して出力信号を出力する受光素子として機能する。

そのアバランシェホトダイオード８の出力信号の周波数
は、光波距離計と被測定物との距離が時間によらず一定
であるとすると、３６゜６ＭＨｚである。その出力信号
は混合器７に入力される。その混合器７は、そのアバラ
ンシェホトダイオード８の出力信号を水晶発振器２の発
振出力に基づいてミックスダウンし、受光素子の出力信
号に対応する第２信号Ｓｉｇを形成する機能を果たす。

その第２信号Ｓｉｇの周波数は、３６．６Ｍ七と３５．
８Ｍ１（ｚとの差である８００ＫＩ（ｚである。第１信
号Ｒｅｆを基準にして第２信号Ｓｉｇは、光の往復に基
づく位相遅れがあり、この位相遅れがどの位であるかを
求めれば、被測定物までの距離を求めることができるこ
とは公知である。

第１信号Ｒｅｆは第１混合器９に入力され、第２信号Ｓ
ｉｇは第２混合器１０に入力されている。第１混合器９
、第２混合器１０には電圧制御型の発振器（ＶＣＯ）　
１１の第３信号が入力されている。ここでは、その第３
信号の発振周波数は７８２ＫＩ（ｚに設定されているが
、その理由については後述する。第１混合器９は第１信
号の周波数８００ｋＨｚよりも低い周波数である１７．
８７１ＫＨｚの第４信号を形成するものであり、第２混
合器１０は第２信号の周波数１１１００ＫＨｚよりも低
い周波数である１７．８７１ＫＨｚの第５信号を形成す
るものであり、その第４信号、第５信号はそれぞれ矩形
波変換器１２．１３に入力されている。

矩形波変換器１３はその第４信号を矩形波Ａ′に変換し
てフリップフロップ１４のリセット端子Ｒとその矩形波
Ａ′の周波数を６４分の１の周波数に分周する分周器１
５と位相比較器１６とに入力されている。その位相比較
器１６は発振器（ＶＣＯ）　１１と共にフェーズロック
ドループを形成するもので、１７゜８７１ＫＨｚの周波
数を有する基準位相信号と位相比較を行って、第４信号
の周波数が１７．８７１ＫＨｚに保たれるように発振器
（ＶＣＯ）　１１を制御する。この発振器（ＶＣＯ）　
１１は、温度特性が互いに逆のコイルＬとコンデンサＣ
とから構成されたＬＣ型発振部を有し、第１信号Ｒｅｆ
、第２信号Ｓｉｇと協働して１７．８７１ＫＨｚのビー
トを形成するために、その第１信号Ｒｅｆ、第２信号Ｓ
ｉｇの周波数８００ＫＨｚに近い７８２に１（ｚの発振
周波数で発振するように選定されている。

その発振器（ＶＣＯ）　１１は、それ自体に入力される
入力信号としての位相比較器１６の出力信号に対応する
発振周波数で発振して、第１発振器の出力信号に対応す
る第１信号と受光素子の出力信号に対応する第２信号と
に混合される第３信号を形成する機能を果たし、次に温
度特性が互いに逆向きのコイルＬとコンデンサＣとから
なるＬＣ型発振部を有する構成とした理由を述べる。

発振器（ＶＣＯ）’　１１としては水晶片発振器を用い
ることができるのであるが、この水晶片発振器は周知の
ようにコストが高くなることが必至であると共に、発振
周波数を自由に選定できない不具合がある。また、この
実施例のように、複数回のミックスダウンを行なうもの
では、位相差検出直前のミックスダウン信号の周波数で
ある第４信号、第５信号の周波数を一定とすることが要
請されるが、低周波数の局部発振器を水晶片を用いで構
成することは水晶片の振動数それ自体が高いために困難
であり、そこで、コスト的に見て安く構成でき、また、
低周波の周波数を容易に選定できるＬＣ型発振部とした
のであるが、第３図に示すように、コイルＬのインダク
タンスは温度に依存して変化する。この第３図は温度が
２０℃のときインダクタンスが５６μＨのコイルしにつ
いての変化量を予想したもので、温度が±４０℃変化す
ると±８％はどインダクタンスが変化し、これは±４．
４８μＨのインダクタンスの変化量に相当する。このよ
うにコイルＬのインダクタンスが温度によって変化する
ことになるので、このままでは発振器１１の発振周波数
が変化することとなり、ひいては第４信号、第５信号の
周波数が変化することになって、正確な測距データを得
られないことなるから、第４図に示すようにコイルＬと
逆向きの温度特性の静電容量を有するコンデンサＣとで
温度変化によるインダクタンス、静電容量を相殺し、そ
の積を略一定値とするようにしたものである。

第５図はそのＬＣ型発振部を有する発振器１１の詳細な
構成をを示すもので、符号Ｃ，Ｌは互いに温度特性が逆
向きのコンデンサとコイルとをそれぞれ示し、１７は可
変変量コンデンサ、１８はＭＯＳＦＥＴあるいはＭＩＴ
ＦＨＴ、１９はトランジスタを示しており、その可変変
量コンデンサ１７を調整するとＬＣ型発振部の発振周波
数が調整できるものであり、第３信号はトランジスタ１
９のコレクタから出力される。

なお、この電圧制御型の発振器１１それ自体の構成は、
互いに逆向きの温度特性を有するコイルとコンデンサと
を用いたことを除けば公知である。

矩形波変換器１２は、１７．８７１ＫＨｚの矩形波信号
Ａを測定信号としてフリップフロップ１４のセット端子
Ｓと信号微弱検出器２０とに向って出力する。フリップ
フロップ１４は矩形波信号Ａ′でリセットされ、矩形波
信号Ａでセットされて、その出力はゲート回路２１の一
端子に入力されている。そのゲート回路２１の他端子に
は、矩形波変換器６の計数信号Ｂが入力されている。ゲ
ート回路２１は第６図に示すように矩形波信号Ａにより
セットされ、矩形波信号Ａ′によりリセットされるまで
の間、計数信号Ｂを６４分の１分周器２２に向って通過
させる機能を有する。その分周器２２の出力はカウンタ
２３によってカウントされる。そのカウンタ２３は遅延
回路２４を介して入力された分周器１５の出力によって
リセットされ、そのカウンタ２３のカウント出力はその
遅延回路２４によるリセット毎にラッチ回路２５により
ラッチされ、そのラッチ回路２５の出力が測定データと
して図示を略す演算回路に出力される。

なお、そのラッチ回路２５は遅延回路２６を介して入力
された分周器１５の出力によって逐時リセットされる。

このようにして、フリッププロップ１４．ゲート回路２
１、分周器１５．２２、カウンタ２３、遅延回路２４．
２６、ラッチ回路２５は、第１発振器の出力信号に対応
する第１信号（第４信号）と受光素子の出力信号に対応
する第２信号（第５信号）との位相差を検出して求め、
被測定物までの距離を求める距離換算部３Ｐとしての役
割を果たす。

次に第１図、第７図、第８図を参照しつつ信号微弱検出
器２０について説明する。

信号微弱検出器２０は、フリップフロップ２７とタイミ
ング回路２８．２９とゲート回路３０とカウンタ回路３
１と比較回路３２とラッチ回路３３とから構成されてい
る。フリップフロップ２７には矩形波信号Ａが入力され
、そのフリップフロップ２７は、その矩形波信号Ａを１
７２倍に分周する機能を果たし、第７図に示すように分
周信号Ｃを出力する。その分周信号Ｃはゲート回路３０
の一端子とタイミング回路２８とに入力されている。ゲ
ート回路３０の他端子には計数信号Ｂが入力されている
。ゲート回路３０は分周信号がハイの間、計数信号Ｂを
周期カウント信号りとしてカウンタ回路３１に向って通
過させる機能を有する。そのカウンタ回路３１はタイミ
ング回路２８のタイミング信号に基づいて周期カウント
信号りをカウントし、その周期カウント信号りのカウン
ト個数Ｎ′を意味する信号を比較回路３２に向って出力
する機能を有し、ブリップフロップ２７、タイミング回
路２８、ゲート回路３０、カウンタ回路３１は第２信号
に相当する矩形波信号Ａの周期を求める周期検出部とし
て作用を果たす。

比較回路３２には基準パルスＮを意味する設定信号が入
力されており、カウント個数Ｎ′と基準パルス数Ｎが所
定範囲内で一致したとき、一致信号Ｅをラッチ回路３３
に向って出力するものである。

この一致信号Ｅは第７図に示すように、被測定物と光波
距離計の相対距離が測定中に変化していないことを前提
として第２信号Ｒｅｆの振幅が大きいときは、周期的に
出力されることになる。

ラッチ回路３３は、その一致信号Ｅが入力されると、ロ
ーからハイとなり、一致信号Ｅが周期的に出力される間
、ハイを維持し、従ってラッチ回路３３はアラーム信号
を出力しない。

第８図に示すように被測定物の表面反射率等が低い場合
にはその戻り変調光が微弱となり、受光素子の出力信号
に対応する第２信号Ｓｉｇが微弱となり、たとえばノイ
ズ等によってカウント数Ｎ′と基準カウント数Ｎとがあ
る範囲内で一致しないことになるが、この場合には、一
致信号Ｅが出力さ九ないことになり、その時点でラッチ
回路３３の出力がハイからローとなり、アラーム信号Ｆ
が出力される。この第８図は、右側に行くほど周期が短
くなっている。

なお、被測定物と光波距離計とが相対移動している場合
、測定の際にドツプラー効果があられれるので、この相
対移動によっても周期が変わることがあり、この場合に
もアラーム信号Ｆが出力される。

なお、符号Ｇで示す基準信号は、所定データ群の終了を
意味する信号で、この基準信号Ｇがラッチ回路３３に入
力されてもラッチ回路３３はハイがらローになる。

発明の効果 本発明に係る光波距離計は、以上説明したように、測定
信号の周期を検出して測定が適正であるか否かを判定す
るようにしたので、受光素子の出力レベルが所定レベル
であるか否かに基づいて測定の適正、不適正を判定する
ものに較べて、測定不能になるのを極力避けることがで
き、ロボット等の視覚器として用いるのに好適であると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光波距離計の周期検出部と比較部
との構成を示す回路図、 第２図は本発明に係る光波距離計の全体構成を示す図、 第３図は本発明に係る電圧制御型の発振器に用いるコイ
ルの温度特性を示す図、 第４図はその電圧制御型の発振器に用いるコンデンサの
温度特性を示す図。 第５図はその電圧制御型の発振器の一実施例を示す図、 第６図は本発明に係る光波距離計の測定信号の説明に使
用するタイミングチャート、 第７図、第８図は本発明に係る光波距離計の周期検出部
と比較部の出力波形を示すタイミングチャートである。 １・・・水晶発振器 ３・・・レーザーダイオード ４．７・・・混合器 ５・・・分周器 ６．１２．１３・・・矩形波変換器 ８・・・アバランシェホトダイオード ９・・・第１混合器 １０・・・第２混合器 １１・・・発振器 １４・・・フリップフロップ １５．２２・・・分周器 ２１・・・ゲート回路 ２３・・・カウンタ ２５・・・ラッチ回路 ２７・・・フリップフロップ ２８．２９・・・タイミング回路 ３０・・・ゲート回路 ３１・・・カウンタ回路 ３２・・・比較回路 ３３・・・ラッチ回路 第８図 ７面の１７．τ 手続補正書（方式） 昭和６２年７月７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定周波数の出力信号を発生する第１発振器と、 被測定物に向かって前記第１発振器の出力信号に応じた
   変調光を射出する発光素子と、 前記被測定物により反射されて戻ってきた戻り変調光を
   受光する受光素子と、 前記第１発振器の出力信号に対応する第１信号と前記受
   光素子の出力信号に対応する第２信号との位相差を検出
   し、前記被測定物までの距離を求める距離換算部とを有
   する光波距離計において、前記第２信号の周期を求める
   周期検出部と、前記周期検出部で検出された検出周期が
   予め定められた所定周期と一致しているか否かを判別す
   る比較部とを設け、該比較部は前記検出周期と前記所定
   周期とが一致していないときに、アラーム信号を出力す
   ることを特徴とする光波距離計。