JP2013185983A - 光波距離計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位相差方式の光波距離計において、光送出手段19にかける駆動信号60に、演算手段15からの有効無効設定信号16を重畳して、光送出手段19の駆動を操作するとともに、有効無効設定信号16の周期は、複数の搬送波信号F1,F2,F3のうち最も周波数の低い信号F3の周期の自然数倍とした。
【選択図】図3
Description
Tp= M×T3(但し、Mは自然数) ・・・・(1)
式(1)を有効無効設定信号16の条件とする理由を図4を用いて説明する。図4は、有効無効設定信号16の周期Tpを信号F3の周期T3の自然数倍とした場合の各信号の例を示す図である。横軸は時間、縦軸は信号出力を示す。式(1)でM=2とした場合が図4である。図4では、有効無効設定信号16は、有効時間の間は電気的に” High”とし、無効時間の間は” Low”とし、設定時間は信号F3の一周期を最小単位1ブロックとして考え、有効時間を1ブロック、無効時間を1ブロックとしている。この有効無効設定信号16と駆動信号60とで更に重畳すると、PWM変調が成される。PWM変調とは、パルス幅変調とも呼ばれ、信号のduty比を変化させて変調する変調方式である。有効無効設定信号16の有効時間と周期Tp(有効時間+無効時間)の比を100%で表したものがduty[%]になる。図4において、dutyは1:2、つまり50%である。有効無効設定信号16の有効時間および無効時間の比率は1:1であり、PMW変調後の駆動信号60の立ち上がり回数(以下発光回数と呼ぶ)は、有効時間内は3回、無効時間内は3回である。よって、有効無効設定信号16の周期Tpを信号F3の周期T3の自然数倍とした場合は、有効時間内の発光回数と無効時間内の発光回数を消灯回数とした比率は1:1になり、有効時間と無効時間との比率と同じとなる。従って、図2に示すように、有効時間と発光素子19の送出光量(発光回数)との関係は比例関係となる。
y1=cos{2π(f1±nfp)t} ・・・(2)
Local信号y2を、式(3)とする。
y2=cos{2π(f1+Δf1)t} ・・・(3)
周波数変換後の中間周波信号はこの2つの信号を乗算することから得られる。
y1×y2=cos{2π(f1+Δf1)t}×cos{2π(f1±nfp)t}= 1/2[cos {2π(2f1+Δf1±nfp)t}] +1/2[cos{2π(Δf1±nfp)t}] ・・・(4)
2つの信号のうち周波数が低いほうを測定する。
y3=1/2[cos{2π(Δf1±nfp)t}] ・・・(5)
測定周波数はΔf1であり、好ましくないのは、PWM変調によって発生する信号周波数|Δf1±nfp|がΔf1となる場合、つまり、
|Δf1±nfp|=Δf1・・・(6)
である。式(6)の条件となるのは、場合わけにより以下の4通りが挙げられる(但しn>0)。
Δf1+nfp=−Δf1 ・・・(8)
Δf1−nfp= Δf1 ・・・(9)
Δf1−nfp=−Δf1 ・・・(10)
このうち、n>0になるnが存在するのは式(10) の場合しかなく、nfp=2Δf1であるとき、好ましくない。ここで、デジタルフィルタ技術(fpがΔf1の自然数倍であれば、PWM変調によって発生する信号がデジタルフィルタにより除去できる)を使うことを前提とすると、fp=kΔf1(但し、kは自然数)とおくと、nkΔf1=2Δf1、つまり、
nk=2 ・・・(11)
となる。式(11)の条件を満たすのは、(I)k=1(fp=Δf1)でn=2の場合(図8参照)と、(II)k=2(fp=2Δf1)でn=1の場合(図9参照)である。よって、この条件(I)及び(II)を回避すれば良いことが分かる。従って、好ましいのは、k=1及びk=2以外の場合であれば良いので、
nfp=kΔf1 (但し、kは3以上の自然数)・・・(12)
(k=3の場合図10参照)とすれば、側波帯は全てΔf1にはならずデジタルフィルタで除去可能となり、駆動信号60に有効無効設定信号16を重畳しても、中間周波信号Δf1,Δf2,Δf3の振幅・位相情報に影響を及ぼさないこととなる。
1/fp=M(1/f3) 但し、Mは自然数 ・・・(13)
と表すことができ、つまり
fp=f3/M ・・・(14)
である。これと式(12)の条件を踏まえると、kΔf1=f3/M であり、
M=(f3/Δf1)(1/k) ・・・(15)
と書き換えられる。 Mが大きいほど、有効無効設定信号16のdutyを小さく(有効時間と有効時間+無効時間の比を小さく)することが可能であり、これは光量調整の範囲(ダイナミックレンジ)を広げられることを意味する。従って、有効無効設定信号16の周波数fpを決める場合、まず、Mを大きくしたい場合は、f3/Δf1 を大きくするか、又はkを小さく設定すれば良い。逆にMを小さくしたい場合は、f3/Δf1 を小さくするか、又はkを大きく設定すれば良い。
F3のみを重畳し、PWM変調回路17で有効無効設定信号16とPWM変調された後に、周波数重畳回路50にて信号F1と重畳している。その他の構成は第1の実施例と同様である。
18 記憶部(記憶手段)
16 有効無効設定信号
19 発光素子(光送出手段)
21 測距光路
23 目標反射物
26 参照光路
30 受光素子(受光手段)
60 駆動信号
F1、F2、F3 搬送波信号
Δf1、Δf2、Δf3 中間周波信号
Claims (3)
- 周波数を異にする搬送波信号を複数重畳した駆動信号によって駆動されて、強度変調された光を目標反射物または参照光路に送出する光送出手段と、
前記目標反射物で反射された測距光または前記参照光路を通過した参照光を受光して、測距信号または参照信号を出力する受光手段と、
前記測距信号または前記参照信号を周波数変換して中間周波信号とし、測距信号と参照信号の位相差を解析し、前記目標反射物までの測距値を算出する演算手段と、
を備えた光波距離計において、
前記駆動信号は、前記演算手段からの有効無効設定信号により、有効時間内は前記光送出手段を駆動し、無効時間内は前記光送出手段を駆動しないように操作され、
前記有効無効設定信号の周期は、前記複数の搬送波信号のうち最も周波数の低い搬送波信号の周期の自然数倍である
ことを特徴とする光波距離計。 - 前記有効無効設定信号の周波数は、前記中間周波信号の周波数の3以上の自然数倍であることを特徴とする請求項1に記載の光波距離計。
- 前記有効無効設定信号の設定を、前記測距光と前記参照光のそれぞれについて、記憶手段に逐次記憶することを特徴とする請求項1又は2に記載の光波距離計。
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