JP2016169985A - 光波距離計 - Google Patents
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Abstract
【課題】測定に必要な信号を効率よく作成し、短時間での測定を可能とする光波距離計を提供する。【解決手段】測距光２８を発する発光素子１１と、複数の近接周波数を生成する信号発生器３３，３４と、所定幅にパルス化した変調信号を発生する断続パルス発生器３５，３６と、断続変調測距光を近接周波数毎に順次切替え射出する射出光学系と、反射測距光２８′を受光する受光部２１と、所定の周波数の差を有する周波数信号を発生する他の信号発生器５５，５６と、ミキシングにより差周波に周波数変換する周波数変換部３９，４３，４４，５７，５８と、演算制御部５２とを具備し、演算制御部は、断続変調測距光のパルス幅が差周波の周期より短くなる様に近接周波数をそれぞれ断続し、差周波波形を演算し、差周波一周期分の波形から位相を求め精密測定距離値を、差周波相互の位相差を求め粗測定距離値を演算、粗測定距離値と精密測定距離値とにより距離を測定する。【選択図】図２
Description
本発明は、変調された測定光を測定対象に照射し、測定対象からの反射測定光を受光して、測定光と反射測定光との位相差により測定対象迄の距離を測定する光波距離計に関するものである。
測定光と反射測定光との位相差を検出して距離測定を行う光波距離計では、測定可能な距離、測定精度が変調周波数によって決まる。この為、近距離から遠距離迄測定可能にするには、複数の変調周波数の測距光を照射する必要がある。
例えば、３０ＭＨｚの変調周波数、３００ＫＨｚの変調周波数、更に３０ＭＨｚ−３ＫＨｚ及び３００ＫＨｚ−３ＫＨｚの周波数を作成し、３０ＭＨｚの変調周波数、３００ＫＨｚの変調周波数で測距光を射出すると共に、３０ＭＨｚの変調周波数、３００ＫＨｚの変調周波数を有する反射測距光を受光し、更に受光信号から３０ＭＨｚ−３ＫＨｚ及び３００ＫＨｚ−３ＫＨｚの周波数をミキシングすることにより、３ＫＨｚの差周波信号を検出し、それぞれの位相差を検出することで近距離から遠距離迄の光波距離測定を可能としている。
従来の光波距離計では、複数の周波数を作成し、更に複数の周波数毎に測距光を発し、又測距を行うので、回路構成が複雑となると共に測定時間が長くなるという問題があった。
本発明は斯かる実情に鑑み、測定に必要な信号を効率よく作成し、短時間での測定を可能とする光波距離計を提供する。
本発明は、測距光を発する発光素子と、複数の近接周波数を生成する信号発生器と、前記複数の近接周波数をそれぞれ断続し、所定幅にパルス化した変調信号を発生する断続パルス発生器と、前記変調信号により所定幅にパルス化した断続変調測距光を前記近接周波数毎に順次切替え射出する射出光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、所定パルス幅の断続受光信号を発生する受光部と、前記近接周波数に対してそれぞれ所定の周波数の差を有する周波数信号を発生する他の信号発生器と、前記受光部からの前記断続受光信号と前記周波数信号とのミキシングにより差周波に周波数変換し、それぞれの差周波に対応し、所定のパルス幅を有すると共にそれぞれの差周波に対応して変化する断続変換信号の信号列を得る周波数変換部と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、断続変調測距光のパルス幅が差周波の周期より短くなる様に前記近接周波数をそれぞれ断続し、又、それぞれの前記断続変換信号に対し差周波波形を演算し、少なくとも差周波一周期分の波形から位相を求め精密測定距離値を演算し、又、前記差周波相互の位相差を求めて粗測定距離値を演算し、該粗測定距離値と前記精密測定距離値とを合わせることにより距離を測定する様構成した光波距離計に係るものである。
又本発明は、前記断続変調測距光を所定の断続数で一巡する発光パターンを生成させ、前記断続変換信号を発光パターン毎に複数回積算し、得られた積算波形からそれぞれの断続変換信号の平均位相を求め、平均位相から精密測定距離値を求め、前記複数の各断続変換信号相互の平均位相差から粗測定距離値を求め、前記精密測定距離値と前記粗測定距離値から測定対象物の距離を測定する光波距離計に係るものである。
又本発明は、複数の前記断続変調測距光の切替え順序を変更し、変更した位置を位相測定の基準位置とした光波距離計に係るものである。
又本発明は、前記演算制御部は、反射測距光の断続受光信号の遅延時間に基づき遠距離測定値を演算する光波距離計に係るものである。
更に又本発明は、前記演算制御部は、精密測定距離値と粗測定距離値との差が所定値以内でない場合は、異常信号を発生させる光波距離計に係るものである。
本発明によれば、測距光を発する発光素子と、複数の近接周波数を生成する信号発生器と、前記複数の近接周波数をそれぞれ断続し、所定幅にパルス化した変調信号を発生する断続パルス発生器と、前記変調信号により所定幅にパルス化した断続変調測距光を前記近接周波数毎に順次切替え射出する射出光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、所定パルス幅の断続受光信号を発生する受光部と、前記近接周波数に対してそれぞれ所定の周波数の差を有する周波数信号を発生する他の信号発生器と、前記受光部からの前記断続受光信号と前記周波数信号とのミキシングにより差周波に周波数変換し、それぞれの差周波に対応し、所定のパルス幅を有すると共にそれぞれの差周波に対応して変化する断続変換信号の信号列を得る周波数変換部と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、断続変調測距光のパルス幅が差周波の周期より短くなる様に前記近接周波数をそれぞれ断続し、又、それぞれの前記断続変換信号に対し差周波波形を演算し、少なくとも差周波一周期分の波形から位相を求め精密測定距離値を演算し、又、前記差周波相互の位相差を求めて粗測定距離値を演算し、該粗測定距離値と前記精密測定距離値とを合わせることにより距離を測定する様構成したので、回路構成が簡単となり、測定時間が短縮され、更に、測距光を断続光とすることで、光出力を変調させている時間のみに集中でき、ピークパワーを増大でき、又発光時間が短縮されるので、発光による電気的、光学的なノイズが軽減され、Ｓ／Ｎが向上し、距離測定精度が向上する。
又本発明によれば、前記断続変調測距光を所定の断続数で一巡する発光パターンを生成させ、前記断続変換信号を発光パターン毎に複数回積算し、得られた積算波形からそれぞれの断続変換信号の平均位相を求め、平均位相から精密測定距離値を求め、前記複数の各断続変換信号相互の平均位相差から粗測定距離値を求め、前記精密測定距離値と前記粗測定距離値から測定対象物の距離を測定するので、位相測定が容易に行える。
又本発明によれば、複数の前記断続変調測距光の切替え順序を変更し、変更した位置を位相測定の基準位置としたので、位相測定が容易に行える。
又本発明によれば、前記演算制御部は、反射測距光の断続受光信号の遅延時間に基づき遠距離測定値を演算するので、粗測定用の変調周波数の生成が不要であり、回路構成が簡潔となる。
更に又本発明によれば、前記演算制御部は、精密測定距離値と粗測定距離値との差が所定値以内でない場合は、異常信号を発生させるので、異常測定値を排除でき、測定の信頼性が向上するという優れた効果を発揮する。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
先ず、図１に於いて、本発明の実施例に係る光波距離計の測距光学系１について説明する。
図１中、該測距光学系１は射出光学系２、受光光学系３、視準光学系４から構成される。又、図１では測定対象物５が再帰反射体であるプリズムを示している。
前記測距光学系１は前記測定対象物５に向けられる測距光軸６を有し、前記射出光学系２は射出光軸７、前記受光光学系３は受光光軸８、前記視準光学系４は視準光軸９を有する。
前記射出光軸７上に発光素子１１、集光レンズ１２、ハーフミラー１３、光量調整器１４が配設され、更に前記射出光軸７上には偏向ミラー１５，１６が配設され、前記射出光軸７は前記測距光軸６と合致する様に前記偏向ミラー１５，１６によって偏向される。
前記発光素子１１は、例えばレーザダイオードであり、不可視光の測距光を発する。
前記測距光軸６上には対物レンズ１７、ダイクロイックミラー１８が設けられる。該ダイクロイックミラー１８は、可視光を透過し、測距光を反射する様になっている。前記測距光軸６が前記ダイクロイックミラー１８を透過した部分は前記視準光軸９となっており、該視準光軸９上には接眼レンズ１９が設けられている。
前記対物レンズ１７、前記ダイクロイックミラー１８、前記接眼レンズ１９等は、前記視準光学系４を構成する。
前記集光レンズ１２、前記ハーフミラー１３、前記光量調整器１４、前記偏向ミラー１５，１６、前記対物レンズ１７等は、前記射出光学系２を構成する。
前記測距光軸６が前記ダイクロイックミラー１８によって反射された部分は、前記受光光軸８となっており、該受光光軸８上には受光素子２１が設けられている。
前記対物レンズ１７、前記ダイクロイックミラー１８等は、前記受光光学系３を構成する。
前記ハーフミラー１３の反射光軸は、内部参照光軸２３として反射鏡２２を経て前記受光素子２１に導かれている。前記ハーフミラー１３、前記反射鏡２２は、内部参照光学系２４を構成している。
前記射出光軸７と前記内部参照光軸２３とに掛渡り、光路切替え器２５が設けられる。該光路切替え器２５は、前記射出光軸７と前記内部参照光軸２３とを択一的に遮断、開放を行うものであり、該光路切替え器２５によって前記ハーフミラー１３を透過した測距光が射出されるか、或は前記ハーフミラー１３で反射された測距光の一部が前記内部参照光学系２４に射出されるかが選択される様になっている。
前記発光素子１１、前記受光素子２１は、それぞれ演算処理部２７に電気的に接続されている。
以下、前記測距光学系１の作用について説明する。
前記発光素子１１からは変調された測距光２８が発せられ、前記集光レンズ１２で平行光束とされた測距光２８は、前記光量調整器１４で光量調整された後、前記対物レンズ１７の中心部を透過して前記測定対象物５に射出される。
該測定対象物５で反射された測距光は反射測距光２８′として前記対物レンズ１７に入射し、該対物レンズ１７で集光され、前記ダイクロイックミラー１８で反射され前記受光素子２１に入射する。前記反射測距光２８′は、該受光素子２１で受光され、該受光素子２１は断続受光信号２９（後述）を発生する。
前記発光素子１１で射出された測距光２８の一部（内部参照光２８′′）は、前記ハーフミラー１３で反射される。前記光路切替え器２５の光路切替えにより、前記内部参照光軸２３が開放されると、前記内部参照光２８′′が前記受光素子２１に入射する。該受光素子２１は前記内部参照光２８′′の受光信号を発生する。
前記対物レンズ１７を経て入射する可視光は、前記ダイクロイックミラー１８を透過し、前記接眼レンズ１９で集光される。測量者は前記接眼レンズ１９を介して前記測定対象物５を視準することができる。
前記演算処理部２７は、前記発光素子１１を駆動して変調光を射出させる。又、前記受光素子２１から入力される反射測距光２８′の断続受光信号２９に基づき前記測定対象物５迄の距離を測定し、内部参照光２８′′の断続受光信号２９に基づき前記内部参照光学系２４の光路長を測定する。最終的な測定値は反射測距光２８′に基づく測定結果と内部参照光２８′′の測定結果の差として得られる。反射測距光２８′の測定結果と内部参照光２８′′の測定結果との差を求めることで電気回路のドリフトによる影響を除去することができる。
次に、前記演算処理部２７について図２を参照して説明する。
図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
基準信号発生器３１は所定の周波数の基準周波数信号ｓ１を発生する。尚、以下に示される数値は、測定距離、測定精度に応じて適宜変更が可能である。例えば、以下の説明では３０ＭＨｚを基準周波数としている。
前記基準信号発生器３１から発せられた基準周波数信号ｓ１は、分周器３２によって３０ＭＨｚが１／４０００され、７．５ＫＨｚの分周波信号ｓ２が生成される。該分周波信号ｓ２は、第３信号発生器３３及び第４信号発生器３４に入力される。
又、前記基準信号発生器３１から発せられた基準周波数信号ｓ１は分周器５４によって１／２に分周され、１５ＭＨｚの分周波信号として第１信号発生器５５及び第２信号発生器５６に入力される。該第１信号発生器５５では、１５ＭＨｚの分周波信号に基づき２４０ＭＨｚの周波数信号を生成する。前記第２信号発生器５６では、１５ＭＨｚの分周波信号に基づき２２５ＭＨｚの周波数信号を生成する。
前記第３信号発生器３３では、前記分周波信号ｓ２と３０ＭＨｚの基準信号とにより２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの第１変調信号ｓ３を生成し、第１断続パルス発生器３５に出力する。又、前記第４信号発生器３４では、前記分周波信号ｓ２と３０ＭＨｚの基準信号とにより２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの第２変調信号ｓ４を生成し、第２断続パルス発生器３６に出力する。
前記第３信号発生器３３と、前記第４信号発生器３４によって、周波数の近接した２つの変調信号、２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚ（ｓ３）及び２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚ（ｓ４）が生成される。
前記第１断続パルス発生器３５では、後述するタイミング信号発生器３９からのタイミング信号に基づき連続信号である第１変調信号ｓ３を所定時間幅で所定時間間隔毎に発せられる断続信号に変換する。即ち、連続信号の第１変調信号ｓ３をパルス信号化する。前記第１断続パルス発生器３５からアンド回路３７にパルス化した第１パルス変調信号ｓ５が入力される。
従って、該第１パルス変調信号ｓ５のパルスには２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの周波が含まれており、パルスは２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの周波で構成されている。
同様に、前記第２断続パルス発生器３６に於いて、前記タイミング信号発生器３９からのタイミング信号に基づき連続信号である第２変調信号ｓ４を所定時間幅で所定時間間隔毎に発せられる断続信号に変換し、パルス信号化する。前記第２断続パルス発生器３６から前記アンド回路３７にパルス化した第２パルス変調信号ｓ６が入力される。該第２パルス変調信号ｓ６のパルスについても、前記第１パルス変調信号ｓ５と同様、２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの周波が含まれ、パルスは２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの周波で構成されている。
前記基準信号発生器３１が生成する基準周波数信号ｓ１は、前記タイミング信号発生器３９にも入力される。該タイミング信号発生器３９は、前記基準周波数信号ｓ１に基づき各種タイミング信号を生成する。
前記タイミング信号発生器３９はタイミング信号を前記第１断続パルス発生器３５及び前記第２断続パルス発生器３６に送出し、前記第１断続パルス発生器３５、前記第２断続パルス発生器３６からの第１パルス変調信号ｓ５、第２パルス変調信号ｓ６が、交互に且つ所定時間間隔で出力される様に制御する。
又、前記タイミング信号発生器３９からのタイミング信号は、切替えゲート４０に入力される。該切替えゲート４０からは切替え信号が前記アンド回路３７に入力される。
前記アンド回路３７は、前記切替えゲート４０からの切替え信号に対応して第１パルス変調信号ｓ５、第２パルス変調信号ｓ６を交互にドライバ３８に出力する。
図３（Ａ）に示される様に、該ドライバ３８は、第１パルス変調信号ｓ５、第２パルス変調信号ｓ６に基づき前記発光素子１１を駆動し、２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚで変調された測距光、２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚで変調された測距光をそれぞれ所定の時間幅で、且つ所定の時間間隔で交互に発光させる。
前記発光素子１１は、測距光２８を断続的に発光し、測距光２８はパルス光となる。更に交互に発せられるパルス光は、それぞれ２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの変調光、２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの変調光によって構成されている（以下、パルス変調光と称す）。
図３（Ｃ）は、２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚのパルス変調光、２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚのパルス変調光が交互に発光される状態を示している。又、本実施例では、パルス変調光のパルス幅は１μｓに設定され、パルス変調光２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚ自体及びパルス変調光２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚ自体のパルス間隔は２０μｓに設定され、更にパルス変調光２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚとパルス変調光２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚとの時間間隔は１０μｓに設定されている。
更に、測距光２８が断続的に発光、即ちパルス発光されることで、発光素子（レーザダイオード：ＬＤ）１１の発光負荷率が低下する。発光負荷率が低下した分ピーク値を増大させ得るので、眼に対する安全性を損うことなく、測距光の光強度を増大させ、遠距離測定が可能となる。尚、所定時間幅及び所定時間間隔は、測定状況に応じて適宜選択される。
測距光２８は、前記測定対象物５に向けて射出され、前記測定対象物５で反射され、前記受光光学系３を経て前記受光素子２１に受光される。該受光素子２１は断続受光信号２９を発生する。使用される受光素子としては、例えば、フォトダイオード、更にアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。
更に、前記光路切替え器２５により光路が切替えられて、測距光２８の一部は内部参照光２８′′として前記内部参照光学系２４を経て、前記受光素子２１で受光される。尚、反射測距光２８′を受光した際の受光信号の処理と、内部参照光２８′′についての受光信号の処理は同様であるので、以下は反射測距光２８′の受光信号の処理について説明する。
前記受光素子２１は、反射測距光２８′として、２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚのパルス変調光、２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚのパルス変調光を交互に受光する。従って、前記受光素子２１の受光信号は、パルス出力となると共にパルス内部は２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚ、２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの周波数を有する断続受光信号２９となる。
図３（Ｂ）は受光信号の発生状態を示している。尚、受光信号では、発光パルスとの間で距離に対応した遅延時間（パルス遅延）が生じる。
受光信号は増幅器４２で増幅され、増幅された信号は第１ミキシング回路４３、第２ミキシング回路４４に入力される。
前記第１ミキシング回路４３には前記第１信号発生器５５から２４０ＭＨｚの第１信号ｓ７がアンド回路５７を介して入力される。前記第１ミキシング回路４３に於いて、２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの受光信号と前記２４０ＭＨｚの第１信号ｓ７がミキシングされる。ミキシングされることで、周波数変換され、（２４０ＭＨｚ＋２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚ）と７．５ＫＨｚの周波数を有する信号が得られる。該信号は、２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚのパルス変調光に対応するものであるので、パルス状の差周波信号となっている。
ミキシング後の断続変換信号は、ローパスフィルタ４５を経て高周波が除去され、７．５ＫＨｚの周波数を有する差周波信号（第１断続変換信号ｓ９）が得られ、Ａ／Ｄコンバータ４７に入力される。該差周波信号がサンプリングされ、メモリ４９に保存される。サンプリングのタイミング、前記メモリ４９への保存のタイミングについては前記タイミング信号発生器３９から入力されるタイミング信号によって制御される。
ここで、前記ローパスフィルタ４５、ローパスフィルタ４６（後述）として使用されるローパスフィルタはそれぞれ７．５ＫＨｚに対応するものであるので、１種類でよく回路構成が簡略化できる。更に、基準となる変調周波数も２４０ＭＨｚ、２２５ＭＨｚと近接しているので、回路構成を簡略化できる。
同様にして、前記第２ミキシング回路４４には前記第２信号発生器５６から２２５ＭＨｚの第２信号ｓ８がアンド回路５８を介して入力される。前記第２ミキシング回路４４に於いて、２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの受光信号と前記２２５ＭＨｚの第２信号ｓ８がミキシングされる。ミキシングされることで、周波数変換され、（２２５ＭＨｚ＋２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚ）と７．５ＫＨｚの周波数を有する信号が得られる。該信号は、２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚのパルス変調光に対応するものであるので、パルス状の差周波信号となっている。
ミキシング後の断続変換信号は、ローパスフィルタ４６を経て高周波が除去され、７．５ＫＨｚの周波数を有する差周波信号（第２断続変換信号ｓ１０）が得られ、Ａ／Ｄコンバータ４８に入力される。該差周波信号がサンプリングされ、メモリ５０に保存される。サンプリングのタイミング、前記メモリ５０への保存のタイミングについては前記タイミング信号発生器３９から入力されるタイミング信号によって制御される。
図３（Ｄ）、図３（Ｅ）は、サンプリングされた第１断続変換信号ｓ９、第２断続変換信号ｓ１０を時系列に示している。
上記した様に、パルス変調光のパルス幅は１μｓに設定されているので、第１断続変換信号ｓ９、第２断続変換信号ｓ１０のパルス幅も１μｓとなっている。このパルス幅は、ミキシングで得られる差周波の１周期より大幅に小さく、各第１断続変換信号ｓ９、第２断続変換信号ｓ１０のピーク値は、差周波の変動、即ち７．５ＫＨｚの変動に対応して変化する。
従って、それぞれの第１断続変換信号ｓ９、第２断続変換信号ｓ１０のピーク値を包絡する曲線を求めることで、差周波（７．５ＫＨｚ）の信号波形６１，６２が求められる。
演算制御部５２は前記メモリ４９、前記メモリ５０にそれぞれ保存されたサンプリングデータから、前記信号波形６１、前記信号波形６２を演算し、更に両信号波形６１，６２からそれぞれ位相を求め、位相と光速から両信号波形６１，６２に対応して距離を演算する。位相に基づく距離測定は、精密測定として実行される。
粗測定距離値は、２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの位相と２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚの位相の差を演算することにより求められる。それぞれの位相差は、断続変調周波数の差、１５ＭＨｚで測定した場合と等価であり、それぞれの位相をφ１、φ２とすると、周波数差１５ＭＨｚの場合の波長は１０ｍであるから、求める粗測定距離値をｄとすると
ｄ＝１０ｍ×（φ１−φ２）／２π
と表され、１０ｍ迄の、粗測定距離値が得られる。精密測定距離値と粗測定距離値を合わせることにより距離値が求められる。
ｄ＝１０ｍ×（φ１−φ２）／２π
と表され、１０ｍ迄の、粗測定距離値が得られる。精密測定距離値と粗測定距離値を合わせることにより距離値が求められる。
又、前記信号波形６１、或は前記信号波形６２から位相を求めて距離を演算する場合、測定精度に応じ所定数の周期について距離を演算し、平均化する。又、各信号波形６１，６２について演算された距離を更に平均化することで精度が向上する。
上記実施例に於いて、図３（Ｃ）に示される様に、２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚのパルス変調光、２２５ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚのパルス変調光が交互に発光される状態を示しているが、差周波の１周期毎に、或は複数周期毎に周期の基準位置（或は周期の開始位置）が分る用に、発光パターンを変更してもよい。例えば、周期の開始では、２４０ＭＨｚ＋７．５ＫＨｚのパルス変調光を２度続けて発光し、一巡の開始位置を検出可能とする。
更に、一巡については、パルスの数に基づき設定してもよく、所定のパルス数で一巡する様に設定してもよい。
所要巡回数で位相を平均化する際に、巡回の基準位置が明確になっていることで、信号処理が容易になる。
次に、測距光パルスの受光時の遅延時間に基づき、粗測定より更に遠距離の測定を行うことができる。
発光パルスが発せられるタイミングと受光信号が発せられるタイミングでは、測定距離に対応したパルス遅延、即ち、測距光パルスが往復する時間に相当する時間遅れが発生する。
従って、パルス遅延時間を測定することで、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式による距離測定を行うことができる。
前記演算制御部５２は、パルス遅延時間を測定し、パルス遅延時間と光速に基づき粗測定を実行する。
又、前記演算制御部５２は、精密測定値と粗測定値或は遠距離測定値とを比較し、両者の差が所定値内でない場合は、表示器、警報器等の告知手段（図示せず）を作動させ、異常信号を発生する。
更に、ＴＯＦ方式では、発光パターンが一巡する時間を適宜設定することで、測定可能な距離を設定できる。即ち、発光パターンの一巡を７．５ＫＨｚの周期以上、例えば１周期を設定した場合、２０ｋｍ迄の遠距離測定が可能となる。
従って、ＴＯＦ方式の距離測定（遠距離測定）と、位相検出による距離測定（精密測定、粗測定）とを組合わせることで、近距離から遠距離迄高精度の距離測定が可能となる。
ＴＯＦ方式による遠距離測定を行うことができるので、遠距離測定用の変調周波数を更に作成する必要が無く、回路構成を簡略化できる。更に、遠距離測定と粗測定と精密測定とを時分割して行う必要が無く、粗測定、精密測定、遠距離測定を同時に測定できるので、測定時間が短縮できる。更に、同一の測定時間では測定距離の伸長が図れる。
又、一巡を決定する基準位置を変更することで、一巡する時間を変更することができる。従って、前記演算制御部５２に於いて基準位置の設定を変更し、要求される測定距離に応じて測定可能な距離を簡単に変更することができる。
更に、上記した様に、信号の周波数が２４０ＭＨｚ、２２５ＭＨｚと近接している為、両周波数を精密測定に用いることができ、測定時間の削減となる。
１ 測距光学系
２ 射出光学系
３ 受光光学系
４ 視準光学系
５ 測定対象物
６ 測距光軸
７ 射出光軸
８ 受光光軸
９ 視準光軸
１１ 発光素子
１４ 光量調整器
１８ ダイクロイックミラー
２１ 受光素子
２４ 内部参照光学系
２５ 光路切替え器
２７ 演算処理部
３１ 基準信号発生器
３３ 第３信号発生器
３４ 第４信号発生器
３５ 第１断続パルス発生器
３６ 第２断続パルス発生器
３９ タイミング信号発生器
４３ 第１ミキシング回路
４４ 第２ミキシング回路
５２ 演算制御部
５５ 第１信号発生器
５６ 第２信号発生器
６１ 信号波形
６２ 信号波形
２ 射出光学系
３ 受光光学系
４ 視準光学系
５ 測定対象物
６ 測距光軸
７ 射出光軸
８ 受光光軸
９ 視準光軸
１１ 発光素子
１４ 光量調整器
１８ ダイクロイックミラー
２１ 受光素子
２４ 内部参照光学系
２５ 光路切替え器
２７ 演算処理部
３１ 基準信号発生器
３３ 第３信号発生器
３４ 第４信号発生器
３５ 第１断続パルス発生器
３６ 第２断続パルス発生器
３９ タイミング信号発生器
４３ 第１ミキシング回路
４４ 第２ミキシング回路
５２ 演算制御部
５５ 第１信号発生器
５６ 第２信号発生器
６１ 信号波形
６２ 信号波形
Claims (5)
- 測距光を発する発光素子と、複数の近接周波数を生成する信号発生器と、前記複数の近接周波数をそれぞれ断続し、所定幅にパルス化した変調信号を発生する断続パルス発生器と、前記変調信号により所定幅にパルス化した断続変調測距光を前記近接周波数毎に順次切替え射出する射出光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、所定パルス幅の断続受光信号を発生する受光部と、前記近接周波数に対してそれぞれ所定の周波数の差を有する周波数信号を発生する他の信号発生器と、前記受光部からの前記断続受光信号と前記周波数信号とのミキシングにより差周波に周波数変換し、それぞれの差周波に対応し、所定のパルス幅を有すると共にそれぞれの差周波に対応して変化する断続変換信号の信号列を得る周波数変換部と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、断続変調測距光のパルス幅が差周波の周期より短くなる様に前記近接周波数をそれぞれ断続し、又、それぞれの前記断続変換信号に対し差周波波形を演算し、少なくとも差周波一周期分の波形から位相を求め精密測定距離値を演算し、又、前記差周波相互の位相差を求めて粗測定距離値を演算し、該粗測定距離値と前記精密測定距離値とを合わせることにより距離を測定する様構成したことを特徴とする光波距離計。
- 前記断続変調測距光を所定の断続数で一巡する発光パターンを生成させ、前記断続変換信号を発光パターン毎に複数回積算し、得られた積算波形からそれぞれの断続変換信号の平均位相を求め、平均位相から精密測定距離値を求め、前記複数の各断続変換信号相互の平均位相差から粗測定距離値を求め、前記精密測定距離値と前記粗測定距離値から測定対象物の距離を測定する請求項１に記載の光波距離計。
- 複数の前記断続変調測距光の切替え順序を変更し、変更した位置を位相測定の基準位置とした請求項１又は請求項２に記載の光波距離計。
- 前記演算制御部は、反射測距光の断続受光信号の遅延時間に基づき遠距離測定値を演算する請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の光波距離計。
- 前記演算制御部は、精密測定距離値と粗測定距離値との差が所定値以内でない場合は、異常信号を発生させる請求項１〜請求項４に記載の光波距離計。
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