JP5674117B2 - 光波距離計 - Google Patents
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Description
間周波信号をフィルタやフーリエ変換器等の適当な手段で分離し、各中間周波信号の初期位相を求めれば、目標反射物22までの距離が光波距離計内部で発生する誤差を補正して算出される。この測定値をLAとする。
この光波距離計について、図2のブロック図に基づいて、さらに詳細に説明する。
y1=ypd1,ld1cos{2πF1t+ψld1(F1)+ψpd1(F1)−2πF1(2D0/c)}+ypd1,ld2cos{2π(1+b)F1t+ψld2((1+b)F1)+ψpd1((1+b)F1)−2π(1+b)F1(2D3/c)} (1)
y2=ypd2,ld1cos{2πF1t+ψld1(F1)+ψpd2(F1)−2πF1(2D1/c)}+ypd2,ld2cos{2π(1+b)F1t+ψld2((1+b)F1)+ψpd2((1+b)F1)−2π(1+b)F1(2D2/c)} (2)
ypd1,ld1:第1の発光素子13と第1の受光素子40間の信号の振幅
ypd1,ld2:第2の発光素子14と第1の受光素子40間の信号の振幅
ypd2,ld1:第1の発光素子13と第2の受光素子48間の信号の振幅
ypd2,ld2:第2の発光素子14と第2の受光素子48間の信号の振幅
ψld1:第1の発光素子13の温度位相ドリフト
ψld2:第2の発光素子14の温度位相ドリフト
ψpd1:第1の受光素子40の温度位相ドリフト
ψpd2:第2の受光素子48の温度位相ドリフト
2D0:光波距離計から目標反射物までの往復距離
2D1:第1の参照光路26の光路長
2D2:第2の参照光路31の光路長
2D3:第3の参照光路29の光路長
c:光速
y3=yLOcos{2π(1+a)F1t+φ} (3)
y4=(ypd1,ld1yLO/2)cos{2πaF1t+ψld1(F1)+ψpd1(F1)+ψf1(aF1)−2πF1(2D0/c)−φ}+(ypd1,ld2yLO/2)cos{2π(a−b)F1t−ψld2((1+b)F1)−ψpd1((1+b)F1)+ψf1((a−b)F1)+2π(1+b)F1(2D3/c)+φ} (4)
y5=(ypd2,ld1yLO/2)cos{2πaF1t+ψld1(F1)+ψpd2(F1)+ψf2(aF1)−2πF1(2D1/c)−φ}
+(ypd2,ld2yLO/2)cos{2π(a−b)F1t−ψld2((1+b)F1)−ψpd2((1+b)F1)+ψf2((a−b)F1)+2π(1+b)F1(2D2/c)+φ} (5)
d0=−2D0+{4/(2π)}{ψld1(F1)+ψpd1(F1)+ψf1(aF1)−φ}
d3=2D3+{4/(2π(1+b)){−ψld2((1+b)F1)−ψpd1((1+b)F1)+ψf1((a−b)F1)+φ}
d1=−2D1+{4/(2π)}{ψld1(F1)+ψpd2(F1)+ψf2(aF1)−φ}
d2=2D2+{4/(2π(1+b))}{−ψld2((1+b)F1)−ψpd2((1+b)F1)+ψf2((a−b)F1)+φ} (6)
(d0−d3)−(d1−d2)=d0−d1+d2−d3
=−2D0+2D1+2D2−2D3
+{4/(2π)}{ψpd1(F1)−ψPd2(F1)+ψf1(aF1)−ψf2(aF1)}
−{4/(2π(1+b))}{ψPd2((1+b)F1)−ψpd1((1+b)F1)−ψf2((a−b)F1)+ψf1((a−b)F1)} (7)
{4/(2π)}{ψPd1(F1)≒{4/(2π(1+b))}{ψPd1((1+b)F1)} (8)
{4/(2π)}{−ψPd2(F1)≒{4/(2π(1+b))}{−ψPd2((1+b)F1)} (9)
(d0−d3)−(d1−d2)≒−2D0+2D1+2D2−2D3
+[{4/(2π)}{ψf1(aF1)}−{4/(2π(1+b))}{ψf1((a−b)F1)}]
−[{4/(2π)}{ψf2(aF1)}−{4/(2π(1+b))}{ψf2((a−b)F1)}] (10)
y3=yLOrcos{2π(1+(b−a))F1t+φr} (11)
y4=(ypd1,ld1yLOr/2)cos{2π(a−b)F1t+ψld1(F1)+ψpd1(F1)+ψf1((a−b)F1)−2πF1(2D0/c)−φr}+(ypd1,ld2yLOr/2)cos{2πaF1t−ψld2((1+b)F1)−ψpd1((1+b)F1)+ψf1(aF1)+2π(1+b)F1(2D3/c)+φr} (12)
y5=(ypd2,ld1yLOr/2)cos{2π(a−b)F1t+ψld1(F1)+ψpd2(F1)+ψf2((a−b)F1)−2πF1(2D1/c)−φr}
+(ypd2,ld2yLOr/2)cos{2πaF1t−ψld2((1+b)F1)−ψpd2((1+b)F1)+ψf2(aF1)+2π(1+b)F1(2D2/c)+φr} (13)
d0=−2D0+{4/(2π)}{ψld1(F1)+ψpd1(F1)+ψf1((a−b)F1)−φr}
d3=2D3+{4/(2π(1+b)){−ψld2((1+b)F1)−ψpd1((1+b)F1)+ψf1(aF1)+φr}
d1=−2D1+{4/(2π)}{ψld1(F1)+ψpd2(F1)+ψf2((a−b)F1)−φr}
d2=2D2+{4/(2π(1+b))}{−ψld2((1+b)F1)−ψpd2((1+b)F1)+ψf2(aF1)+φr} (14)
(d0−d3)−(d1−d2)=d0−d1+d2−d3
=−2D0+2D1+2D2−2D3
+{4/(2π)}{ψpd1(F1)−ψpd2(F1)+ψf1((a−b)F1)−ψf2((a−b)F1)}
−{4/(2π(1+b))}{−ψpd1((1+b)F1)+ψpd2((1+b)F1)+ψf1(aF1)−ψf2(aF1)} (15)
{4/(2π)}{ψpd1(F1)≒{4/(2π(1+b))}{ψpd1((1+b)F1)} (16)
{4/(2π)}{−ψpd2(F1)≒{4/(2π(1+b))}{−ψpd2((1+b)F1)} (17)
(d0−d3)−(d1−d2)≒−2D0+2D1+2D2−2D3
+[{4/(2π)}{ψf1((a―b)F1)}−{4/(2π(1+b))}{ψf1(aF1)}]
−[{4/(2π)}{ψf2((a−b)F1)}−{4/(2π(1+b))}{ψf2(aF1)}]
=−2D0+2D1+2D2−2D3
−[{4/(2π)}{ψf1(aF1)}−{4/(2π(1+b))}{ψf1((a−b)F1)}]
+[{4/(2π)}{ψf2(aF1)}−{4/(2π(1+b))}{ψf2((a−b)F1)}] (18)
(d0−d3)−(d1−d2)≒−2D0+2D1+2D2−2D3
+[{4/(2π)}{ψf1(aF1)}−{4/(2π(1+b))}{ψf1((a−b)F1)}]
−[{4/(2π)}{ψf2(aF1)}−{4/(2π(1+b))}{ψf2((a−b)F1)}] (10)
L≒(−2D0+2D1+2D2−2D3) (19)
が得られ、最終的な測距値Lにおいては、中間周波信号の温度位相ドリフトψf1、ψf2を無くすことが出来る。
+b1cosωt+b2cos2ωt+b3cos3ωt+・・・・bncos(nωt)+・・・・ (19)
bn=(1/π)∫0 2πycos(nωt)dt (21)
An=√(an 2+bn 2) (22)
φn=tan−1(bn/an) (23)
22 目標反射物
23 測距光路
26、29、31 参照光路
40、48 受光素子
42、44、50、52 周波数変換器
100 第1の局部発振周波数生成器(局部発振信号生成器)
101 第2の局部発振周波数生成器(局部発振信号生成器)
F1、F2、 主変調周波数
F1−Δf1、F2−Δf2 傍変調周波数
Δf1/3、Δf2/3、Δf1×2/3、Δf2×2/3
中間周波信号(微少値)
F1−Δf1/3、F2−Δf2/3、F1−Δf1×2/3、F2−Δf2×2/3 局部発振周波数(局部発振信号)
Claims (2)
- 第1の主変調周波数で変調された光及び第2の主変調周波数で変調された光を出射する第1の発光素子と、前記第1の主変調周波数に近接した第1の傍変調周波数及び前記第2の主変調周波数に近接した第2の傍変調周波数で変調された光を出射する第2の発光素子と、両発光素子から出射された光を受光する第1の受光素子及び第2の受光素子と、第1の受光素子に接続された第1の周波数変換器群と、第2の受光素子に接続された第2の周波数変換器群と、前記各主変調周波数と各主変調周波数それぞれに近接した傍変調周波数との双方に近接した異なる周波数を有する複数の局部発振信号の組み合わせを複数生成する複数の局部発振信号生成器と、を備え、第1の発光素子から出射された光は2つに分けられ、一方は測距光として目標反射物までを往復する測距光路を経て第1の受光素子に入射し、他方は参照光として第1の参照光路を経て第2の受光素子に入射し、第2の発光素子から出射された光は2つに分けられ、一方は参照光として第2の参照光路を経て第2の受光素子に入射し、他方は参照光として第3の参照光路を経て第1の受光素子に入射し、前記第1の周波数変換器群及び前記第2の周波数変換器群は、それぞれ、前記主変調周波数と同数の周波数変換器から構成され、各周波数変換器には、前記複数の局部発振信号の組み合わせのうち一つが入力されることによって前記各周波数変換器で発生させた、数値の異なる複数の中間周波信号を用いて目標反射物までの測距値が算出され、更に前記各周波数変換器に入力された前記局部発振信号の組み合わせが異なる局部発振信号の組み合わせに少なくとも1回変更され、前記組み合わせの変更毎に目標反射物までの測距値が算出され、得られた各測距値の平均値を用いて目標反射物までの距離を算出する光波距離計。
- 前記複数の中間周波信号は、第1の微少値を有する第1の中間周波信号と第2の微少値を有する第2の中間周波信号からなり、
前記複数の異なる局部発振信号の組み合わせは、前記第1の主変調周波数に所定の定数を乗じて得た前記第1の微少値を前記第1の主変調周波数に増減してなる周波数を有する第1の局部発振信号と、前記第2の主変調周波数に所定の定数を乗じて得た前記第2の微少値を前記第2の主変調周波数に増減してなる周波数を有する第2の局部発振信号からなり、
前記第1の局部発振信号と第2の局部発振信号によって測距値を算出されたあと、第1の局部発振信号は、前記第1の微少値を2倍して得た第3の微少値を前記第1の主変調周波数に増減してなる周波数を有する第3の局部発振信号に変更され、前記第2の局部発振信号は、前記第2の微少値を2倍して得た第4の微少値を前記第2の主変調周波数に増減してなる周波数を有する第4の局部発振信号に変更されることを特徴とする請求項1に記載の光波距離計。
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2010
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