JP2951547B2 - 光波距離計および距離測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定対象物に測定光
を照射してその散乱反射光を検出することにより、測定
光の発光時と受光時との間の位相差に基づいて、被測定
対象物に対する距離を計測する光波距離計および距離測
定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光の周波数は約１００ＴＨｚと
非常に高いことから、この周波数に追随可能な光検出器
が存在しないので、光の位相を直接に測定することがで
きない。

【０００３】従来の光波距離計においては、測定光の発
光時と受光時との間の位相差を検出するために、ヘテロ
ダイン（Heterodyne）技術が主に適用されている。この
技術によれば、測定光を検出する光検出器から出力され
た検出信号と、この検出信号の周波数と異なる周波数を
有する参照信号とを重ね合わせて干渉信号を発生させ
る。なお、これら検出信号と参照信号との間の周波数差
は、光検出器の応答周波数の範囲内に含まれるように比
較的小さく設定する必要がある。

【０００４】これにより、干渉信号の周波数は検出信号
及び参照信号の各周波数に比較して低減化されるので、
干渉信号の位相を検出することができる。そのため、干
渉信号の位相の測定値と、参照信号の位相の設定値とに
基づいて、検出信号の位相を算出することにより、測定
光の発光時と受光時との間の位相差を高い分解能で測定
することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなヘテロダイン技術には、検出信号及び参照信号の各
周波数の安定性が位相の測定精度に大きく影響してしま
う。そのため、測定光を発生する光源に対して駆動信号
を発生させる発振器や、参照信号を発生させる発振器な
どに、周波数を一定に保持するという高い精度の動作安
定性が要請されるという問題がある。

【０００６】一方、従来の光波距離計においては、この
ような発振器に対する要請を考慮する必要がないものと
して、ホモダイン（Homodyne）技術も適用されている。
この技術によれば、測定光を検出する光検出器から出力
された検出信号と、この検出信号の周波数と同一の周波
数を有する参照信号とを重ね合わせて干渉信号を発生さ
せる。

【０００７】これにより、干渉信号の強度の時間平均は
検出信号と参照信号との間の位相差に依存することにな
る。そのため、干渉信号の強度の時間平均の測定値と、
参照信号の位相の設定値とに基づいて、検出信号の位相
を算出することにより、測定光の発光時と受光時との間
の位相差を高い分解能で測定することができる。

【０００８】ただし、干渉信号は直流成分のみからなる
ので、干渉信号の強度の時間平均が変化した場合に、振
幅変化によるものなのか、あるいは位相変化によるもの
なのかを判別することが困難である。そのため、いわゆ
る位相シフト法に基づいて、干渉信号の振幅による影響
を排除し、位相をシフトした異なる干渉信号の強度の時
間平均の間のレベル比に基づいて検出信号の位相を算出
することが行われている。

【０００９】しかしながら、このようなホモダイン技術
には、干渉信号が直流成分のみからなることから、信号
処理回路における増幅器のオフセット誤差を含む利得誤
差が位相の測定精度に大きく影響してしまう。そのた
め、干渉信号の強度の時間平均を増幅する増幅器に、干
渉信号の強度の時間平均のレベル範囲に対して一定の利
得を有するという比較的広いダイナミックレンジが要請
されるという問題がある。

【００１０】このような問題に対処した先行技術に関し
ては、被測定対象物に電波の測定信号を発信してその被
測定対象物で散乱反射された測定信号を受信する電波距
離計が、公報「実開平４−３３７３号」などに詳細に記
載されている。この電波距離計においては、測定信号の
発信時と受信時との間の時間差に基づいて、被測定対象
物に対する距離を計測している。

【００１１】ここで、ホモダイン技術にしたがって、測
定信号を受信する受信器から出力された検出信号と、こ
の検出信号の周波数と同一の周波数を有する参照信号と
を重ね合わせて干渉信号を発生させている。この際に、
検出信号のレベルに対応して参照信号の位相を制御する
ことにより、干渉信号の強度の時間平均の増幅によって
発生する波形歪みを低減させている。

【００１２】しかしながら、参照信号の位相を切り替え
る際に低周波成分が同期して発生することから、この低
周波成分が干渉信号の強度の時間平均のレベルに大きく
影響してしまう。このような参照信号の低周波成分によ
る影響を干渉信号の強度の時間平均から排除するため
に、参照信号の位相を段階的に切り替えたり、参照信号
の周波数を変化させたりする必要がある。したがって、
被測定対象物に対する距離の計測精度を大幅に向上させ
るためには、参照信号の処理回路が複雑かつコスト高に
なるという問題がある。

【００１３】そこで、本発明は、以上の問題点に鑑みて
なされたものであり、位相シフト法を利用したホモダイ
ン技術に基づいて、被測定対象物に対する距離の計測精
度を向上させる光波距離計および距離測定方法を提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の光波距離計は、
上記の目的を達成するために、少なくとも３種類の位相
変調を時分割に施した駆動信号を出力するとともに、こ
の駆動信号の周波数と同一の周波数を有する参照信号を
出力する信号発生回路と、この信号発生回路から入力さ
れた駆動信号に基づいて時分割に位相変調された測定光
を出射する光源と、この光源から出射され被測定対象物
で散乱反射された測定光に基づいて時分割に位相変調さ
れた検出信号を出力する光検出器と、この光検出器から
入力された検出信号と、信号発生回路から入力された参
照信号とを重ね合わせた干渉信号の強度の時間平均をホ
モダイン信号として出力するホモダイン処理回路と、こ
のホモダイン処理回路から入力されたホモダイン信号の
波高を駆動信号の位相変調の切替に対応して相互に比較
し、測定光の発光時と受光時との間の位相差を検出する
位相検出回路とを備えることを特徴とする。

【００１５】ここで、信号発生回路は、参照信号を発生
する第１の発振器と、この第１の発振器から入力された
参照信号の位相をそれぞれπ、π／２及び３π／２だけ
シフトさせた３種類の参照信号をそれぞれ出力する３個
の位相シフタと、パルス発振した切替信号を発生する第
２の発振器と、この第２の発振器から入力された切替信
号に基づいて、発振器及び３個の位相シフタからそれぞ
れ入力された４種類の参照信号の一つを順次選択して駆
動信号として出力する切替器とから構成されていること
を特徴としてもよい。

【００１６】なお、信号発生回路は、被測定対象物に対
する距離の設定範囲に対応して、第１の発振器から入力
された参照信号の位相を基準位相だけシフトさせた第１
の参照信号を出力する第１の補助位相シフタと、３個の
位相シフタからそれぞれ入力された３種類の参照信号の
一つの位相を基準位相だけシフトさせた第２の参照信号
を出力する第２の補助位相シフタとをさらに有してお
り、ホモダイン処理回路は、光検出器から入力された検
出信号と第１の補助位相シフタから入力された第１の参
照信号とを重ね合わせた干渉信号の強度の時間平均を第
１のホモダイン信号として出力する第１のホモダイン処
理回路と、光検出器から入力された検出信号と第２の補
助位相シフタから入力された第２の参照信号とを重ね合
わせた干渉信号の強度の時間平均を第２のホモダイン信
号として出力する第２のホモダイン処理回路とから構成
されていることが好適である。

【００１７】また、第１のホモダイン処理回路は、光検
出器から入力された検出信号と第１の補助位相シフタか
ら入力された第１の参照信号とを重ね合わせて第１のホ
モダイン信号を出力する第１の乗算器と、この第１の乗
算器から入力された第１のホモダイン信号を可変に設定
された利得で増幅する第１の可変利得増幅器と、この第
１の可変利得増幅から入力された第１のホモダイン信号
の極性をそれぞれ保持または反転した第１の保持ホモダ
イン信号及び第１の反転ホモダイン信号をそれぞれ出力
する２個の第１の増幅器とから構成されており、第２の
ホモダイン処理回路は、光検出器から入力された検出信
号と第２の補助位相シフタから入力された第２の参照信
号とを重ね合わせて第２のホモダイン信号を出力する第
２の乗算器と、この第２の乗算器から入力された第２の
ホモダイン信号を可変に設定された利得で増幅する第２
の可変利得増幅器と、この第２の可変利得増幅から入力
された第２のホモダイン信号の極性をそれぞれ保持また
は反転した第２の保持ホモダイン信号及び第２の反転ホ
モダイン信号をそれぞれ出力する２個の第２の増幅器と
から構成されていることが好適である。

【００１８】ここで、駆動信号の位相変調の切替に対応
して、ホモダイン処理回路から入力されたホモダイン信
号と基準電圧とを比較し、光検出器及びホモダイン処理
回路の各利得を制御する利得調整回路とをさらに備える
ことを特徴としてもよい。

【００１９】なお、位相検出回路は、第２の発振器から
入力された切替信号に基づいて、２個の第１の増幅器と
２個の第２の増幅器からそれぞれ入力された第１及び第
２の保持ホモダイン信号と第１及び第２の反転ホモダイ
ン信号との一つを順次選択して位相信号として出力する
第１の切替器と、この第１の切替器から入力された位相
信号を直流変換する第１の積分器と、この第１の積分器
から入力された位相信号の波高を平滑化し、測定光の発
光時と受光時との間の位相差を検出する直線性改善器と
から構成されている。

【００２０】利得調整回路は、第２の発振器から入力さ
れた切替信号に基づいて、２個の第１の増幅器と２個の
第２の増幅器からそれぞれ入力された第１及び第２の保
持ホモダイン信号と第１及び第２の反転ホモダイン信号
との一つを順次選択して利得信号として出力する第２の
切替器と、この第２の切替器から入力された利得信号を
直流変換する第２の積分器と、基準電圧を発生する電圧
源と、この電圧源から入力された基準電圧と第２の積分
器から入力された利得信号の波高とを比較し、光検出器
並びに第１及び第２の可変利得増幅器の各利得を制御す
る比較器とから構成されていることが好適である。

【００２１】本発明の距離測定方法は、(1)少なくとも
３種類の位相信号を時分割に施した駆動信号、および駆
動信号と同一の周波数を有する参照信号を生成する信号
生成ステップと、(2)駆動信号に基づいて時分割に位相
変調された測定光を出射する出射ステップと、(3)被測
定対象物で散乱反射された測定光を受光し、受光した光
に対応した検出信号を生成する検出ステップと、(4)参
照信号と検出信号とを重ね合わせた干渉信号の強度を時
間平均しホモダイン信号を生成するホモダインステップ
と、(5)駆動信号の位相変調の切替えに対応してホモダ
イン信号の波高を相互に比較し、測定光の出射時と受光
時との位相差を求める位相差ステップと、を備える。

【００２２】本発明の距離測定方法では、信号生成ステ
ップは、(1-1)切替信号を生成するステップと、(1-2)参
照信号、参照信号とπ／２だけ位相がシフトされた位相
π／２信号、参照信号とπだけ位相がシフトされた位相
π信号、および参照信号と３π／２だけ位相がシフトさ
れた位相３π／２信号を生成するステップと、(1-3)参
照信号、位相π／２信号、位相π信号、および位相３π
／２信号を切替信号に基づいて順次に選択し駆動信号を
生成するステップと、を有することができる。

【００２３】本発明の距離測定方法では、ホモダインス
テップは、(4-1)参照信号を基準位相だけシフトさせた
後に検出信号とを重ね合わせて生成された干渉信号の強
度を時間平均し第１のホモダイン信号を生成する第１の
ホモダインステップと、(4-2)位相π／２信号、位相π
信号、および位相３π／２信号の１つの信号を基準位相
だけシフトさせた後に検出信号とを重ね合わせて生成さ
れた干渉信号の強度を時間平均し第２のホモダイン信号
を生成する第２のホモダインステップと、を有すること
ができる。

【００２４】本発明の距離測定方法では、第１のホモダ
インステップは、(4-1-1)参照信号を基準位相だけシフ
トさせた後に検出信号と乗算し乗算信号を生成するステ
ップと、(4-1-2)可変に設定される利得で乗算信号を増
幅するステップと、(4-1-3)増幅された乗算信号の極性
が保持された第１の保持ホモダイン信号および増幅され
た乗算信号の極性が反転された第１の反転ホモダイン信
号を生成するステップと、を有することができる。

【００２５】また、本発明の距離測定方法では、第２の
ホモダインステップは、(4-2-1)位相π／２信号、位相
π信号、および位相３π／２信号の１つを基準位相だけ
シフトさせた後に検出信号と乗算し乗算信号を生成する
ステップと、(4-2-2)可変に設定される利得で乗算信号
を増幅するステップと、(4-2-3)増幅された乗算信号の
極性が保持された第２の保持ホモダイン信号および増幅
された乗算信号の極性が反転された第２の反転ホモダイ
ン信号を生成するステップと、を有することができる。

【００２６】本発明の距離測定方法は、(6)駆動信号の
位相変調の切替えに対応してホモダイン信号を基準電圧
とを比較した結果に基づいて、散乱反射された測定光の
受光利得、および乗算信号を増幅するための可変に設定
された利得を制御する制御ステップを更に備えることが
できる。

【００２７】本発明の距離測定方法では、位相差ステッ
プは、(5-1)第１および第２の保持ホモダイン信号並び
に第１および第２の反転ホモダイン信号を切替信号に基
づいて切り替え、位相信号を生成するステップと、(5-
2)位相信号を直流信号に変換するステップと、直流信号
に変換された位相信号の波高を平滑化し、測定光の出射
時と受光時との位相差を求めるステップと、を有するこ
とができる。

【００２８】本発明の距離測定方法では、制御ステップ
は、(6-1)第１および第２の保持ホモダイン信号並びに
第１および第２の反転ホモダイン信号を切替信号に基づ
いて切り替え、利得信号を生成するステップと、(6-2)
利得信号を直流信号に変換するステップと、(6-3)直流
信号に変換された利得信号の波高を基準信号と比較し、
利得制御信号を生成するステップと、(6-4)散乱反射さ
れた測定光の受光利得、および乗算信号を増幅するため
の可変に設定された利得を利得制御信号に基づいて制御
するステップと、を有することができる。

【００２９】

【作用】本発明の光波距離計においては、信号発生回路
は、少なくとも３種類の位相変調を時分割に施した駆動
信号を光源に出力するとともに、駆動信号の周波数と同
一の周波数を有する参照信号をホモダイン処理回路に出
力する。これにより、光源は、信号発生回路から入力さ
れた駆動信号に基づいて、時分割に位相変調された測定
光を被測定対象物に照射する。そのため、光検出器は、
被測定対象物で散乱反射され受光された測定光に基づい
て、時分割に位相変調された検出信号をホモダイン処理
回路に出力する。

【００３０】このとき、ホモダイン処理回路は、光検出
器から入力された検出信号と、信号発生回路から入力さ
れた参照信号とを重ね合わせて干渉信号を生成し、この
干渉信号の強度の時間平均をホモダイン信号として位相
検出器に出力する。ただし、検出信号の周波数は、駆動
信号の周波数に一致することから、参照信号の周波数と
同一である。そのため、干渉信号の強度の時間平均は、
ホモダイン技術の原理にしたがって、検出信号と参照信
号との間の位相差に対応して決定されている。また、検
出信号の位相は、参照信号の位相に対して時分割に変調
している。そのため、干渉信号の強度の時間平均は、検
出信号と参照信号との間の位相差の変動に対応して時分
割に変動している。この結果、干渉信号の強度の時間平
均を波高とするホモダイン信号は、駆動信号の位相変調
の切替時に対応して変化している。

【００３１】なお、駆動信号の位相を切り替える際に低
周波成分が同期して発生した場合においても、この低周
波成分は光源によって測定光を発生する際に除去されて
しまう。これにより、光検出器によって測定光を光電変
換した検出信号の位相には、このような低周波成分によ
る影響が排除されている。そのため、ホモダイン処理回
路によって生成されるホモダイン信号の波高は、この検
出信号の位相に基づいて検出信号と参照信号との位相差
を高精度に反映したものとなる。

【００３２】したがって、位相検出回路は、ホモダイン
処理回路から入力されたホモダイン信号の波高を駆動信
号の位相変調の切替に対応して相互に比較することによ
り、測定光の発光時と受光時との間の位相差を高精度に
検出することができる。

【００３３】本発明の距離測定方法においては、少なく
とも３種類の位相変調を時分割に施した駆動信号に基づ
いて、時分割に位相変調された測定光を被測定対象物に
照射する。また、被測定対象物で散乱反射された測定光
を受光し、受光した光に基づいて検出信号を生成する。
更に、検出信号と、参照信号とを重ね合わせて干渉信号
を生成する。この干渉信号の強度を時間平均してホモダ
イン信号を生成する。

【００３４】検出信号の周波数は、駆動信号の周波数に
一致するので、参照信号の周波数と同一である。そのた
め、干渉信号の強度の時間平均は、ホモダイン技術の原
理に従って、検出信号と参照信号との間の位相差に対応
して決定される。また、検出信号の位相は、参照信号の
位相に対して時分割に変調されているので、干渉信号の
強度の時間平均は、検出信号と参照信号との間の位相差
の変動に対応して変動している。つまり、ホモダイン信
号は、駆動信号の位相変調の切替に対応して変化し、ホ
モダイン信号の波高は、検出信号と参照信号との位相差
を反映している。

【００３５】したがって、ホモダイン信号の波高を駆動
信号の位相変調の切替に対応して相互に比較すれば、測
定光の出射時と受光時との間の位相差を求めることがで
きる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の光波距離計および距離測定方
法に係る一実施例の構成及び作用について、図１ないし
図３を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省
略する。

【００３７】図１に示すように、本実施例の光波距離計
は、被測定対象物１０に測定光を照射する光源３０と、
この被測定対象物１０で散乱反射された測定光を検出す
る光検出器４０と、これら光源３０及び光検出器４０に
入出力される各種の電気信号を処理する信号処理系とか
ら構成されている。ここで、光源３０は、信号発生回路
２０から入力された駆動信号Ｄ₀に対応して、測定光Ｐ₀
を発生する発光ダイオードである。また、光検出器４０
は、受光した測定光Ｐ₀に対応して光電変換された検出
信号Ｍ₀を、前置増幅器４１を介して第１のホモダイン
処理回路５０及び第２のホモダイン処理回路６０にそれ
ぞれ出力するフォトダイオードである。

【００３８】信号処理系として、光源３０、第１のホモ
ダイン処理回路５０、第２のホモダイン処理回路６０、
位相検出回路７０及び利得調整回路８０の各動作を制御
する信号発生回路２０が設置されている。この信号発生
回路２０には、参照信号Ｒ₀を発生して、切替器２６、
３個の位相シフタ２２〜２４及び第１の補助位相シフタ
２７に出力する第１の発振器２１が配置されている。こ
の参照信号Ｒ₀は、周波数ｆ₀、位相φ₀及び振幅Ａ₀を有
する方形波であり、簡略化するために正弦波または余弦
波として複素表示すると、

【００３９】 Ａ₀・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₀）］ （１） となる。ただし、ｔは時刻である。

【００４０】３個の位相シフタ２２〜２４は、第１の発
振器２１から入力された参照信号Ｒ₀の位相φ₀をそれぞ
れπ，π／２，３π／２だけシフトさせ、３種類の参照
信号Ｒ₀₁，Ｒ₀₂，Ｒ₀₃を切替器２６にそれぞれ出力す
る。これら３種類の参照信号Ｒ₀₁，Ｒ₀₂，Ｒ₀₃を、簡略
化するために正弦波または余弦波としてそれぞれ複素表
示すると、 Ａ₀・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₀＋π）］ （２） Ａ₀・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₀＋π／２）］ （３） Ａ₀・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₀＋３π／２）］ （４） となる。ただし、位相シフタ２３は、参照信号Ｒ₀₂を第
２の補助位相シフタにも出力する。

【００４１】また、信号発生回路２０には、切替信号Ｓ
₀を発生して、切替器２６、位相検出回路７０及び利得
調整回路８０にそれぞれ出力する第２の発振器２５が配
置されている。この切替信号Ｓ₀は、図２に示すよう
に、周期Ｔでパルス発振した方形波である。なお、切替
信号Ｓ₀の周期Ｔは、後述する駆動信号Ｄ₀の位相を変調
するために、４種類の参照信号Ｒ₀，Ｒ₀₁，Ｒ₀₂，Ｒ₀₃
の各周期よりも十分に大きい値に設定される必要があ
る。

【００４２】切替器２６は、第２の発振器２５から入力
された切替信号Ｓ_Oに対応して、第１の発振器２１から
入力された参照信号Ｒ₀と、３個の位相シフタからそれ
ぞれ入力された３種類の参照信号Ｒ₀₁，Ｒ₀₂，Ｒ₀₃との
中の一つを時間Ｔ／４毎に順次選択し、時分割に位相変
調された駆動信号Ｄ₀を光源３０に出力する。すなわ
ち、この駆動信号Ｄ₀は、図２に示すように４種類の参
照信号Ｒ₀，Ｒ₀₁，Ｒ₀₂及びＲ₀₃が時間Ｔ／４毎に順次
切り替えられた方形波である。

【００４３】第１の補助位相シフタ２７は、第１の発振
器２１から入力された参照信号Ｒ₀の位相を基準位相α
だけシフトさせ、第１の参照信号Ｒ₁を第１のホモダイ
ン処理回路５０に出力する。この第１の参照信号Ｒ
₁は、図２に示すように方形波であり、簡略化するため
に正弦波または余弦波として複数表示すると、 Ａ₀・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₁）］ （５） となる。ただし、φ₁＝φ₀＋αである。なお、第１の参
照信号Ｒ₁の基準位相αは、被測定対象物１０に対する
距離の設定範囲に対応して、後述する第１のホモダイン
信号Ｈ₁及び第２のホモダイン信号Ｈ₂の各波高を所定値
よりも大きくするために設定される必要がある。

【００４４】第２の補助位相シフタ２８は、位相シフタ
２３から入力された参照信号Ｒ₀₂の位相を基準位相αだ
けシフトさせ、第２の参照信号Ｒ₂を第２のホモダイン
処理回路６０に出力する。この第２の参照信号Ｒ₂は、
図２に示すように方形波であり、簡略化するために正弦
波または余弦波として複素表示すると、 Ａ₀・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₁＋π／２）］ （６） となる。

【００４５】光源３０は、信号発生回路２０から入力さ
れた駆動信号Ｄ₀に対応して、時分割に位相変調された
測定光Ｐ₀を発生して被測定対象物１０に照射する。光
検出器４０は、被測定対象物１０で散乱反射され受光さ
れた測定光Ｐ₀に対応して、時分割に位相変調された検
出信号Ｍ₀を前置増幅器４１に出力する。ただし、光検
出器４０の利得は、利得調整回路８０によって可変に設
定されている。この前置増幅器４１は、光検出器４０か
ら入力された検出信号Ｍ₀の振幅を増幅し、第１のホモ
ダイン処理回路５０及び第２のホモダイン処理回路６０
に出力する。

【００４６】なお、この検出信号Ｍ₀は、測定光Ｐ₀の移
動距離、すなわち被測定対象物１０に対する光源３０及
び光検出器４０の各距離の和に対応して、駆動信号Ｄ₀
の位相よりも位相βだけシフトしている。図２に示すよ
うに、駆動信号Ｄ₀として時刻ｔ＝０，Ｔ／４，Ｔ／
２，３Ｔ／４にそれぞれ参照信号Ｒ₀，Ｒ₀₁，Ｒ₀₂，Ｒ
₀₃を設定した場合、検出信号Ｍ₀は振幅Ａを有する方形
波であり、簡略化するために正弦波または余弦波として
複素表示すると、次式に示すように順次変化する。ただ
し、φ₂＝φ₀＋βである。

【００４７】 Ａ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₂）］ （７） Ａ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₂＋π）］ （８） Ａ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₂＋π／２）］ （９） Ａ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ₀・ｔ＋φ₂＋３π／２）］ （１０） また、信号処理系として、前置増幅器４１から入力され
た検出信号Ｍ₀に各種の処理を行う第１及び第２のホモ
ダイン処理回路５０，６０、位相検出回路７０及び利得
調整回路８０が設置されている。

【００４８】第１のホモダイン処理５０には、前置増幅
器４１から入力された検出信号Ｍ₀と、信号発生回路２
０から入力された第１の参照信号Ｒ₁とを重ね合わせる
第１の乗算器５１が配置されている。この第１の乗算器
５１は、検出信号Ｍ₀及び第１の参照信号Ｒ₁を重ね合わ
せた干渉信号の強度の時間平均を第１のホモダイン信号
Ｈ₁として第１の可変利得増幅器５２に出力する。図２
に示すように、駆動信号Ｄ₀として時刻ｔ＝０，Ｔ／
２，３Ｔ／４にそれぞれ参照信号Ｒ₀，Ｒ₀₁，Ｒ₀₂，Ｒ
₀₃を設定した場合、図３に示すように、第１のホモダイ
ン信号Ｈ₁の波高は時分割にＩ₁₁，Ｉ₁₂，Ｉ₁₃，Ｉ₁₄と
変化する。これら第１のホモダイン信号Ｈ₁の波高は、
簡略化するために式（５），（７）〜（１０）を用いる
と、 Ｉ₁₁＝｜（Ａ・ｅ^{i ・}φ²＋Ａ₀ ・ｅ^{i ・}φ¹）・ｅ^{i ・ 2}π^{・ f0} ｜² ＝Ａ²＋Ａ₀ ² ＋２Ａ・Ａ₀・ｃｏｓ（φ₂−φ₁） （１１） Ｉ₁₂＝｜（Ａ・ｅⁱ⁽φ²⁺π⁾ ＋Ａ₀・ｅ^{i ・}φ¹）・ｅ^{i ・ 2}π^{・ f0}｜² ＝Ａ²＋Ａ₀ ²−２Ａ・Ａ₀・ｃｏｓ（φ₂−φ₁） （１２） Ｉ₁₃＝｜（Ａ・ｅⁱ⁽φ²⁺π^/2) ＋Ａ₀・ｅ^{i ・}φ¹）・ｅ^{i ・ 2}π^{・ f0}｜² ＝Ａ²＋Ａ₀ ²−２Ａ・Ａ₀・ｓｉｎ（φ₂−φ₁） （１３） Ｉ₁₄＝｜（Ａ・ｅⁱ⁽φ²⁺³π^/2)＋Ａ₀・ｅ^{i ・}φ¹）・ｅ^{i ・ 2}π^{・ f0}｜² ＝Ａ²＋Ａ₀ ²＋２Ａ・Ａ₀・ｓｉｎ（φ₂−φ₁） （１４） となる。

【００４９】第１の可変利得増幅器５２は、第１の乗算
器５１から入力された第１のホモダイン信号Ｈ₁の波高
を、利得調整回路８０によって可変に設定された利得で
増幅し、２個の第１の増幅器５３，５４にそれぞれ出力
する。これら２個の第１の増幅器５３，５４は、第１の
可変利得増幅器５２から入力された第１のホモダイン信
号Ｈ₁の極性をそれぞれ保持または反転させ、第１の保
持ホモダイン信号Ｈ₁₁及び第１の反転ホモダイン信号Ｈ
₁₂として位相検出回路７０及び利得調整回路８０にそれ
ぞれ出力する。

【００５０】第２のホモダイン処理回路６０には、前置
増幅器４１から入力された検出信号Ｍ₀と、信号発生回
路２０から入力された第２の参照信号Ｒ₂とを重ね合わ
せる第２の乗算器６１が配置されている。この第２の乗
算器６１は、検出信号Ｍ₀及び第２の参照信号Ｒ₂を重ね
合わせた干渉信号の強度の時間平均を第２のホモダイン
信号Ｈ₂として第２の可変利得増幅器６２に出力する。
図２に示すように、駆動信号Ｄ₀として時刻ｔ＝０，Ｔ
／４，Ｔ／２，３Ｔ／４にそれぞれ参照信号Ｒ₀，
Ｒ₀₁，Ｒ₀₂，Ｒ₀₃をそれぞれ設定した場合、図３に示す
ように、第２のホモダイン信号Ｈ₂の波高は時分割にＩ
₂₁，Ｉ₂₂，Ｉ₂₃，Ｉ₂₄と変化する。これら第２のホモダ
イン信号Ｈ₂の波高は、簡略化するために、式（６）〜
（１０）を用いると、 Ｉ₂₁＝｜（Ａ・ｅ^{i ・}φ²＋Ａ₀・ｅⁱ⁽φ¹⁺π^/2)）・ｅ^{i ・ 2}π^{・ f0}｜² ＝Ａ²＋Ａ₀ ²＋２Ａ・Ａ₀・ｓｉｎ（φ₂−φ₁） ＝Ｉ₁₄ （１５） Ｉ₂₂＝｜（Ａ・ｅⁱ⁽φ²⁺π⁾＋Ａ₀・ｅⁱ⁽φ¹⁺π^/2)）・ｅ^{i ・ 2}π^{・ f0}｜² ＝Ａ²＋Ａ₀ ²−２Ａ・Ａ₀・ｓｉｎ（φ₂−φ₁） ＝Ｉ₁₃ （１６） Ｉ₂₃＝｜（Ａ・ｅⁱ⁽φ²⁺π^/2)＋Ａ₀・ｅⁱ⁽φ¹⁺π^/2)）・ｅ^{i ・ 2}π^{・ f0}｜² ＝Ａ²＋Ａ₀ ²＋２Ａ・Ａ₀・ｃｏｓ（φ₂−φ₁） ＝Ｉ₁₁ （１７） Ｉ₂₄＝｜（Ａ・ｅⁱ⁽φ²⁺³π^/2)＋Ａ₀・ｅⁱ⁽φ¹⁺π^/2)）・ｅ^{i ・ 2}π^{・ f0}｜² ＝Ａ²＋Ａ₀ ²−２Ａ・Ａ₀・ｃｏｓ（φ₂−φ₁） ＝Ｉ₁₂ （１８） となる。

【００５１】第２の可変利得増幅器６２は、第２の乗算
器６１から入力された第２のホモダイン信号Ｈ₂の波高
を、利得調整回路８０によって可変に設定された利得で
増幅し、２個の第２の増幅器６３，６４にそれぞれ出力
する。これら２個の第２の増幅器６３，６４は、第２の
可変利得増幅器６２から入力された第２のホモダイン信
号Ｈ₂の極性をそれぞれ保持及び反転させ、第２の保持
ホモダイン信号Ｈ₂₁及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ₂₂
として位相検出回路７０及び利得調整回路８０にそれぞ
れ出力する。

【００５２】さらに、信号処理系として、第１及び第２
のホモダイン処理回路５０，６０からそれぞれ入力され
た第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ₁₁，Ｈ₂₁と第１
及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂とに対して、
検出信号Ｍ₀の位相情報を取り出す位相検出回路７０
と、干渉信号の強度の時間平均の波高情報を取り出す利
得調整回路８０とが設置されている。

【００５３】利得調整回路８０には、信号発生回路２０
から入力された切替信号Ｓ₀に対応して切り替えられた
利得信号Ｇ₀を出力する第２の切替器８１が配置されて
いる。この第２の切替器８１は、第１及び第２の保持ホ
モダイン信号Ｈ₁₁，Ｈ₂₁と第１及び第２の反転ホモダイ
ン信号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂との中の一つを時間Ｔ／４毎に順次選
択し、負の極性を有して駆動信号Ｄ₀の位相を０，πだ
けシフトしたものを利得信号Ｇ₀として第２の積分器８
２に出力する。

【００５４】なお、図３に示すように第１のホモダイン
信号Ｈ₁の波高としてＩ₁₁，Ｉ₁₂，Ｉ₁₃，Ｉ₁₄が順次出
現し、第２のホモダイン信号Ｈ₂の波高としてＩ₂₁，Ｉ
₂₂，Ｉ₂₃，Ｉ₂₄が順次出現した場合、利得信号Ｇ₀の波
高はそれぞれ増幅されたＩ₁₁，Ｉ₁₂，Ｉ₂₃，Ｉ₂₄を順次
選択したものとなる。

【００５５】第２の積分器８２は、第１の切替器８１か
ら入力された利得信号Ｇ₀を直流変換して比較器８４に
出力する。また、電圧源８３は、基準電圧Ｂ₀を発生し
て比較器８４に出力する。比較器８４は、第２の積分器
８２から入力された利得信号Ｇ₀と電圧源８３から入力
された基準電圧Ｂ₀とを比較し、Ｇ₀／Ｂ₀に比例したレ
ベルを有する第１及び第２の制限信号Ｃ₁，Ｃ₂をそれぞ
れ光検出器４０と第１及び第２のホモダイン処理回路５
０，６０の第１及び第２の可変利得増幅器５２，６２と
に出力する。

【００５６】なお、光検出器４０並びに第１及び第２の
可変利得増幅器５２，６２の各利得は、第１及び第２の
ホモダイン信号Ｈ₁，Ｈ₂の波高Ｉ₁₁，Ｉ₁₂，Ｉ₂₃，Ｉ₂₄
を一定値に設定させる必要がある。

【００５７】位相検出器７０には、信号発生回路２０か
ら入力された切替信号Ｓ₀に対応して切り替えられた位
相信号Ｅ₀を出力する第１の切替器７１が配置されてい
る。この第１の切替器７１は、第１及び第２の保持ホモ
ダイン信号Ｈ₁₁，Ｈ₂₁と第１及び第２の反転ホモダイン
信号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂との中の一つを時間Ｔ／４毎に順次選択
し、正の極性を有して駆動信号Ｄ₀の位相をπ／２，３
π／２だけシフトしたものを位相信号Ｅ₀として第１の
積分器７２に出力する。

【００５８】なお、図３に示すように第１のホモダイン
信号Ｈ₁の波高としてＩ₁₁，Ｉ₁₂，Ｉ₁₃，Ｉ₁₄が順次出
現し、第２のホモダイン信号Ｈ₂の波高としてＩ₂₁，Ｉ
₂₂，Ｉ₂₃，Ｉ₂₄が順次出現した場合、位相信号Ｅ₀の波
高はそれぞれ増幅されたＩ₂₁，Ｉ₂₂，Ｉ₁₃，Ｉ₁₄を順次
選択したものとなる。

【００５９】第１の積分器７２は、第１の切替器７１か
ら入力された位相信号Ｅ₀を直流変換して直線性改善器
７３に出力する。この直線性改善器７３は、第１の積分
器７２から入力された位相信号Ｅ₀の波高を平滑化し、
検出信号Ｍ₀と第１及び第２の参照信号Ｒ₁，Ｒ₂との間
の位相差としてφ₂−φ₁を検出して距離信号Ｌ₀として
演算回路（図示しない）に出力する。

【００６０】なお、検出信号Ｍ₀と第１及び第２の参照
信号Ｒ₁，Ｒ₂との間の位相差φ₂−φ₁は、式（１３）〜
（１６）を用いると、次式によって求めることができ
る。

【００６１】 φ₂−φ₁＝ ｔａｎ^-1［（Ｉ₁₁＋Ｉ₁₂）／２−Ｉ₁₃］／［（Ｉ₁₁−Ｉ₁₂）／２］ （１９） ここで、第１及び第２のホモダイン信号Ｈ₁，Ｈ₂の波高
Ｉ₁₁，Ｉ₁₂，Ｉ₂₃，Ｉ₂₄は、利得調整回路８０によって
一定値に設定されている。これにより、位相差φ₂−φ₁
は、第１及び第２のホモダイン信号Ｈ₁，Ｈ₂の波高
Ｉ₁₃，Ｉ₂₂のみによって決定されている。そのため、測
定光Ｐ₀の発光時と受光時との間の位相差βは、φ₂−φ
₁＝β−αから求めることができる。したがって、被測
定対象物１０に対する光源３０及び光検出器４０の各距
離の和は、 β・ｃ／（２π・ｆ₀） （２０） となる。ただし、ｃは測定光Ｐ₀の光速である。

【００６２】次に、本実施例の作用について説明する。

【００６３】信号発生回路２０は、４種類の位相変調を
時分割に施した駆動信号Ｄ₀を光源３０に出力するとと
もに、駆動信号Ｄ₀の周波数ｆ₀と同一の周波数を有する
第１及び第２の参照信号Ｒ₁，Ｒ₂をそれぞれ第１及び第
２のホモダイン処理回路５０，６０に出力する。さら
に、信号発生回路２０は、駆動信号Ｄ₀の位相の切替に
同期した切替信号Ｓ₀を位相検出回路７０及び利得調整
回路８０にそれぞれ出力する。

【００６４】これにより、光源３０は、信号発生回路２
０から入力された駆動信号Ｄ₀に対応して、時分割に位
相変調された測定光Ｐ₀を被測定対象物１０に照射す
る。そのため、光検出器４０は、被測定対象物１０で散
乱反射され受光された測定光Ｐ₀に対応して、時分割に
位相変調された検出信号Ｍ₀を前置増幅器４１を介して
第１及び第２のホモダイン処理回路５０，６０に出力す
る。

【００６５】第１及び第２のホモダイン処理回路５０，
６０は、前置増幅器４１から入力された検出信号Ｍ
₀と、信号発生回路２０から入力された第１及び第２の
参照信号Ｒ₁，Ｒ₂とをそれぞれ重ね合わせて干渉信号を
生成し、これらの干渉信号の強度の時間平均の極性を保
持または反転させ、第１及び第２の保持ホモダイン信号
Ｈ₁₁，Ｈ₂₁と第１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ₁₂，
Ｈ₂₂として位相検出回路７０及び利得調整回路８０にそ
れぞれ出力する。

【００６６】ここで、検出信号Ｍ₀の周波数は、駆動信
号Ｄ₀の周波数ｆ₀に一致することから、第１及び第２の
参照信号Ｒ₁，Ｒ₂の各周波数と同一である。そのため、
干渉信号の強度の時間平均は、ホモダイン技術の原理に
したがって、検出信号Ｍ₀と第１及び第２の参照信号
Ｒ₁，Ｒ₂との間の位相差に対応してそれぞれ決定されて
いる。また、検出信号Ｍ₀の位相は、第１及び第２の参
照信号Ｒ₁，Ｒ₂の位相に対して時分割に変調されてい
る。そのため、干渉信号の強度の時間平均は、検出信号
Ｍ₀と第１及び第２の参照信号Ｒ₁，Ｒ₂との間の位相差
の変動に対応して、時分割に変動している。この結果、
第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ₁₁，Ｈ₂₁並びに第
１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂は、干渉信
号の強度の時間平均を波高として、駆動信号Ｄ₀の位相
の切替に同期して変化している。

【００６７】なお、駆動信号Ｄ₀の位相を切り替える際
に低周波成分が同期して発生した場合においても、この
低周波成分は光源３０によって測定光Ｐ₀が発生される
際に除去されてしまう。これにより、光検出器４０によ
って測定光Ｐ₀から光電変換された検出信号Ｍ₀の位相に
は、このような低周波成分による影響が排除されてい
る。そのため、このような検出信号Ｍ₀の位相に基づい
て、第１及び第２のホモダイン処理回路５０，６０によ
ってそれぞれ生成される第１及び第２の保持ホモダイン
信号Ｈ₁₁，Ｈ₂₁並びに第１及び第２の反転ホモダイン信
号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂の各波高は、検出信号Ｍ₀と第１及び第２
の参照信号Ｒ₁，Ｒ₂との位相差を高精度に反映したもの
となる。

【００６８】第１及び第２のホモダイン処理回路５０，
６０は、相互の位相差π／２を有する第１及び第２の参
照信号Ｒ₁，Ｒ₂に対応して動作していることから、時間
的に補完し合って機能している。そのため、位相検出器
７０及び利得調整回路８０において、第１及び第２の積
分器７２，８２の時定数を低減させることにより、高速
な応答が可能となる。

【００６９】さらに、利得調整回路８０は、信号発生回
路２０から入力された切替信号Ｓ₀に対応して、第１及
び第２のホモダイン処理回路５０，６０から入力された
第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ₁₁，Ｈ₂₁と第１及
び第２の反転ホモダイン信号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂との各波高の中
で負の極性を有して駆動信号Ｄ₀の位相が０，πだけシ
フトされたものを選択し、これらの波高と基準電圧Ｂ₀
とを比較して光検出器４０と第１及び第２のホモダイン
処理回路５０，６０との各利得を制御する。これによ
り、第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ₁₁，Ｈ₂₁と第
１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂との各波高
の中で、駆動信号Ｄ₀の位相を０，πだけシフトしたも
のを一定値に設定することができる。そのため、測定光
Ｐ₀の光路内の減衰や被測定対象１０の反射率などによ
る影響を、第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ₁₁，Ｈ
₂₁と第１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂とか
ら除去することができる。

【００７０】位相検出回路７０は、信号発生回路２０か
ら入力された切替信号Ｓ₀に対応して、第１及び第２の
ホモダイン処理回路５０，６０から入力された第１及び
第２の保持ホモダイン信号Ｈ₁₁，Ｈ₂₁と第１及び第２の
反転ホモダイン信号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂との各波高の中で正の極
性を有して駆動信号Ｄ₀の位相がπ／２，３π／２だけ
シフトされたものを選択し、これらの波高を平滑化す
る。ここで、第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ₁₁，
Ｈ₂₁と第１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ₁₂，Ｈ₂₂と
の各波高の中で、駆動信号Ｄ₀の位相を０，πだけシフ
トしたものを一定値に設定していることから、駆動信号
Ｄ₀の位相をπ／２，３π／２だけシフトしたもののみ
により、検出信号Ｍ₀と第１及び第２の参照信号Ｒ₁，Ｒ
₂との間の位相差を検出することができる。

【００７１】したがって、測定光Ｐ₀の発光時と受光時
との間の位相差を高精度に検出するので、被測定対象物
１０に対する距離の計測精度を向上させることができ
る。

【００７２】なお、本発明は上記実施例に限られるもの
ではなく、種々の変形を行うことが可能である。

【００７３】例えば、上記実施例においては、二系統の
ホモダイン処理回路を用いている。しかしながら、利得
調整回路に基づいた機能の削減を了承するならば、一系
統のホモダイン処理回路を用いても、上記実施例と同様
な程度に被測定対象物に対する距離の計測精度を向上さ
せることができる。

【００７４】また、上記実施例においては、二系統のホ
モダイン処理回路に可変利得増幅器を用いている。しか
しながら、可変利得増幅器を外付けのＦＥＴとして構成
することにより、ダイナミックレンジを拡大して被測定
対象物に対する距離の設定範囲を増大させることができ
る。

【００７５】さらに、上記実施例においては、光源から
出射される測定光を制御する駆動信号として、４種類の
位相変調を時分割に施している。しかしながら、干渉信
号の強度の時間平均の測定値に対応する理論式は、検出
信号及び参照信号の各振幅と、検出信号と参照信号との
間の位相差という３変数を含んであることから、少なく
とも３種類の位相変調を時分割に施した駆動信号を用い
ることにより、上記実施例と同様な程度に被測定対象物
に対する距離の計測精度を向上させることができる。

【００７６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の光
波距離計においては、信号発生回路は、少なくとも３種
類の位相変調を時分割に施した駆動信号を光源に出力す
るとともに、駆動信号の周波数と同一の周波数を有する
参照信号をホモダイン処理回路に出力する。これによ
り、光源は駆動信号に基づいて時分割に位相変調された
測定光を被測定対象物に照射すると、光検出器は被測定
対象物で散乱反射され受光された測定光に基づいて検出
信号をホモダイン処理回路に出力する。

【００７７】このとき、ホモダイン処理回路は、検出信
号と参照信号とを重ね合わせた干渉信号の強度の時間平
均をホモダイン信号として位相検出器に出力する。ただ
し、検出信号の周波数は参照信号の周波数と同一である
ことから、干渉信号の強度の時間平均は検出信号と参照
信号との間の位相差に対応して決定されている。また、
検出信号の位相は参照信号の位相に対して時分割に変調
されることから、干渉信号の強度の時間平均は検出信号
と参照信号との間の位相差の変動に対応して時分割に変
動している。この結果、干渉信号の強度の時間平均を波
高とするホモダイン信号は、駆動信号の位相変調の切替
時に対応して変化している。

【００７８】ここで、駆動信号の位相を切り替える際に
低周波成分が同期して発生した場合においても、この低
周波成分は、光源が測定光を発生する際に除去されるの
で、光検出器によって測定光から光電変換された検出信
号の位相には、低周波成分による影響が排除されてい
る。これにより、ホモダイン処理回路によって生成され
るホモダイン信号の波高は検出信号と参照信号との間の
位相差を高精度に反映している。そのため、ホモダイン
処理回路の構成は簡略化されるので、その製造コストを
低減することができる。また、ホモダイン処理回路の集
積化が容易になるので、１個のＩＣ（Integrated Circu
it）として小型化を図ることもできる。

【００７９】これにより、位相検出回路は、ホモダイン
信号の波高を駆動信号の位相変調の切替に対応して相互
に比較し、測定光の発光時と受光時との間の位相差を高
精度に検出する。したがって、被測定対象物に対する距
離の計測精度を向上させることができる。

【００８０】また、本発明の距離測定方法においては、
少なくとも３種類の位相変調を時分割に施した駆動信号
に基づいて時分割に位相変調された測定光を被測定対象
物に照射し、被測定対象物で散乱反射された測定光に基
づいて検出信号を生成する。

【００８１】この検出信号と、駆動信号の周波数と同一
の周期を有する参照信号とを重ね合わせた干渉信号の強
度を時間平均しホモダイン信号を生成する。干渉信号の
強度の時間平均は、検出信号の周期が参照信号の周期と
同一であるので、検出信号と参照信号との間の位相差に
対応して決定される。ホモダイン信号の波高は検出信号
と参照信号との間の位相差を高精度に反映している。ま
た、干渉信号の強度の時間平均は、検出信号の位相が参
照信号の位相に対して時分割に変調されているので、検
出信号と参照信号との間の位相差の変動に対応して時分
割に変動している。この結果、干渉信号の強度の時間平
均を波高とするホモダイン信号は、駆動信号の位相変調
の切替時に対応して変化している。

【００８２】故に、ホモダイン信号の波高を駆動信号の
位相変調の切替に対応して相互に比較し、測定光の発光
時と受光時との間の位相差を検出すれば、被測定対象物
に対する距離の計測精度を向上できる距離測定方法が提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光波距離計に係る一実施例の回路構成
を示すブロック図である。

【図２】図１の信号発生回路の出力信号を示すタイミン
グチャートである。

【図３】図１のホモダイン処理回路の出力信号を示すタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１０…被測定対象物、２０…信号発生回路、３０…光
源、４０…光検出器、５０…第１のホモダイン処理回
路、６０…第２のホモダイン処理回路、７０…位相検出
回路、８０…利得調整回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 G01C 3/06

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも３種類の位相変調を時分割に
   施した駆動信号を出力するとともに、この駆動信号の周
   波数と同一の周波数を有する参照信号を出力する信号発
   生回路と、 この信号発生回路から入力した前記駆動信号に基づいて
   時分割に位相変調した測定光を出射する光源と、 この光源から出射して被測定対象物で散乱反射した前記
   測定光に基づいて時分割に位相変調した検出信号を出力
   する光検出器と、 この光検出器から入力した前記検出信号と、前記信号発
   生回路から入力した前記参照信号とを重ね合わせた干渉
   信号の強度の時間平均をホモダイン信号として出力する
   ホモダイン処理回路と、 このホモダイン処理回路から入力した前記ホモダイン信
   号の波高を前記駆動信号の位相変調の切替に対応して相
   互に比較し、前記測定光の発光時と受光時との間の位相
   差を検出する位相検出回路とを備えることを特徴とする
   光波距離計。
2. 【請求項２】 前記信号発生回路は、前記参照信号を発
   生する第１の発振器と、この第１の発振器から入力した
   前記参照信号の位相をそれぞれπ、π／２及び３π／２
   だけシフトさせた３種類の前記参照信号をそれぞれ出力
   する３個の位相シフタと、パルス発振した切替信号を発
   生する第２の発振器と、この第２の発振器から入力した
   前記切替信号に基づいて、前記発振器及び前記３個の位
   相シフタからそれぞれ入力した４種類の前記参照信号の
   一つを順次選択して前記駆動信号として出力する切替器
   とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   光波距離計。
3. 【請求項３】 前記信号発生回路は、前記被測定対象物
   に対する距離の設定範囲に対応して、前記第１の発振器
   から入力した前記参照信号の位相を基準位相だけシフト
   させた第１の参照信号を出力する第１の補助位相シフタ
   と、前記３個の位相シフタからそれぞれ入力した前記３
   種類の参照信号の一つの位相を前記基準位相だけシフト
   させた第２の参照信号を出力する第２の補助位相シフタ
   とをさらに有しており、 前記ホモダイン処理回路は、前記光検出器から入力した
   前記検出信号と前記第１の補助位相シフタから入力した
   前記第１の参照信号とを重ね合わせた干渉信号の強度の
   時間平均を第１のホモダイン信号として出力する第１の
   ホモダイン処理回路と、前記光検出器から入力した前記
   検出信号と前記第２の補助位相シフタから入力した前記
   第２の参照信号とを重ね合わせた干渉信号の強度の時間
   平均を第２のホモダイン信号として出力する第２のホモ
   ダイン処理回路とから構成されていることを特徴とする
   請求項２記載の光波距離計。
4. 【請求項４】 前記第１のホモダイン処理回路は、前記
   光検出器から入力した前記検出信号と前記第１の補助位
   相シフタから入力した前記第１の参照信号とを重ね合わ
   せて前記第１のホモダイン信号を出力する第１の乗算器
   と、この第１の乗算器から入力した前記第１のホモダイ
   ン信号を可変に設定した利得で増幅する第１の可変利得
   増幅器と、この第１の可変利得増幅から入力した前記第
   １のホモダイン信号の極性をそれぞれ保持または反転し
   た第１の保持ホモダイン信号及び第１の反転ホモダイン
   信号をそれぞれ出力する２個の第１の増幅器とから構成
   されており、 前記第２のホモダイン処理回路は、前記光検出器から入
   力した前記検出信号と前記第２の補助位相シフタから入
   力した前記第２の参照信号とを重ね合わせて前記第２の
   ホモダイン信号を出力する第２の乗算器と、この第２の
   乗算器から入力した前記第２のホモダイン信号を可変に
   設定した利得で増幅する第２の可変利得増幅器と、この
   第２の可変利得増幅から入力した前記第２のホモダイン
   信号の極性をそれぞれ保持または反転した第２の保持ホ
   モダイン信号及び第２の反転ホモダイン信号をそれぞれ
   出力する２個の第２の増幅器とから構成されていること
   を特徴とする請求項３記載の光波距離計。
5. 【請求項５】 前記駆動信号の位相変調の切替に対応し
   て、前記ホモダイン処理回路から入力した前記ホモダイ
   ン信号と基準電圧とを比較し、前記光検出器及び前記ホ
   モダイン処理回路の各利得を制御する利得調整回路とを
   さらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４
   のいずれか一つに記載の光波距離計。
6. 【請求項６】 前記位相検出回路は、前記第２の発振器
   から入力した前記切替信号に基づいて、前記２個の第１
   の増幅器と前記２個の第２の増幅器からそれぞれ入力し
   た前記第１及び第２の保持ホモダイン信号と前記第１及
   び第２の反転ホモダイン信号との一つを順次選択して位
   相信号として出力する第１の切替器と、この第１の切替
   器から入力した前記位相信号を直流変換する第１の積分
   器と、この第１の積分器から入力した前記位相信号の波
   高を平滑化し、前記測定光の発光時と受光時との間の位
   相差を検出する直線性改善器とから構成されており、 前記利得調整回路は、前記第２の発振器から入力した前
   記切替信号に基づいて、前記２個の第１の増幅器と前記
   ２個の第２の増幅器からそれぞれ入力した前記第１及び
   第２の保持ホモダイン信号と前記第１及び第２の反転ホ
   モダイン信号との一つを順次選択して利得信号として出
   力する第２の切替器と、この第２の切替器から入力した
   前記利得信号を直流変換する第２の積分器と、前記基準
   電圧を発生する電圧源と、この電圧源から入力した前記
   基準電圧と前記第２の積分器から入力した利得信号の波
   高とを比較し、前記光検出器及び前記第１及び第２の可
   変利得増幅器の各利得を制御する比較器とから構成され
   ていることを特徴とする請求項５記載の光波距離計。
7. 【請求項７】 少なくとも３種類の位相信号を時分割に
   施した駆動信号、および前記駆動信号と同一の周波数を
   有する参照信号を生成する信号生成ステップと、 前記駆動信号に基づいて時分割に位相変調された測定光
   を出射する出射ステップと、 被測定対象物で散乱反射された前記測定光を受光し、受
   光した光に対応した検出信号を生成する検出ステップ
   と、 前記参照信号と前記検出信号とを重ね合わせた干渉信号
   の強度を時間平均しホモダイン信号を生成するホモダイ
   ンステップと、 前記駆動信号の位相変調の切替えに対応して前記ホモダ
   イン信号の波高を相互に比較し、前記測定光の出射時と
   受光時との位相差を求める位相差ステップと、を備える
   距離測定方法。
8. 【請求項８】 信号生成ステップは、 切替信号を生成するステップと、 参照信号、前記参照信号からπ／２だけ位相がシフトさ
   れた位相π／２信号、前記参照信号からπだけ位相がシ
   フトされた位相π信号、および前記参照信号から３π／
   ２だけ位相がシフトされた位相３π／２信号を生成する
   ステップと、 前記参照信号、前記位相π／２信号、前記位相π信号、
   および前記位相３π／２信号を前記切替信号に基づいて
   順次に選択し駆動信号を生成するステップと、を有する
   請求項７に記載の距離測定方法。
9. 【請求項９】 前記ホモダインステップは、 前記参照信号を基準位相だけシフトさせた後に前記検出
   信号と重ね合わせて生成された干渉信号の強度を時間平
   均し第１のホモダイン信号を生成する第１のホモダイン
   ステップと、 前記位相π／２信号、前記位相π信号、および前記位相
   ３π／２信号の１つの信号を前記基準位相だけシフトさ
   せた後に前記検出信号と重ね合わせて生成された干渉信
   号の強度を時間平均し第２のホモダイン信号を生成する
   第２のホモダインステップと、を有する請求項８に記載
   の距離測定方法。
10. 【請求項１０】 前記第１のホモダインステップは、前
    記参照信号を前記基準位相だけシフトさせた後に前記検
    出信号と乗算し乗算信号を生成するステップと、可変に
    設定される利得で前記乗算信号を増幅するステップと、
    増幅された前記乗算信号の極性が保持された第１の保持
    ホモダイン信号および増幅された前記乗算信号の極性が
    反転された第１の反転ホモダイン信号を生成するステッ
    プと、を有し、 前記第２のホモダインステップは、前記位相π／２信
    号、前記位相π信号、および前記位相３π／２信号の１
    つを前記基準位相だけシフトさせた後に前記検出信号と
    乗算し乗算信号を生成するステップと、可変に設定され
    る利得で前記乗算信号を増幅するステップと、増幅され
    た前記乗算信号の極性が保持された第２の保持ホモダイ
    ン信号および増幅された前記乗算信号の極性が反転され
    た第２の反転ホモダイン信号を生成するステップと、を
    有する請求項９に記載の距離測定方法。
11. 【請求項１１】 前記駆動信号の位相変調の切替えに対
    応して前記ホモダイン信号を基準電圧とを比較した結果
    に基づいて、散乱反射された前記測定光の受光利得、お
    よび前記乗算信号を増幅するための前記可変に設定され
    た利得を制御する制御ステップを更に備える請求項１０
    に記載の距離測定方法。
12. 【請求項１２】 前記位相差ステップは、前記第１およ
    び第２の保持ホモダイン信号並びに前記第１および第２
    の反転ホモダイン信号を前記切替信号に基づいて切り替
    え、位相信号を生成するステップと、 前記位相信号を直流信号に変換するステップと、 直流信号に変換された前記位相信号の波高を平滑化し、
    前記測定光の出射時と受光時との位相差を求めるステッ
    プと、を有し、 前記制御ステップは、前記第１および第２の保持ホモダ
    イン信号並びに前記第１および第２の反転ホモダイン信
    号を前記切替信号に基づいて切り替え、利得信号を生成
    するステップと、 前記利得信号を直流信号に変換するステップと、 直流信号に変換された前記利得信号の波高を前記基準信
    号と比較し、利得制御信号を生成するステップと、 散乱反射された前記測定光の受光利得、および前記乗算
    信号を増幅するための前記可変に設定された利得を前記
    利得制御信号に基づいて制御するステップと、を有する
    請求項１１に記載の距離測定方法。