JP5674117B2 - 光波距離計 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子や受光素子等の電気部品における温度位相ドリフトを低減させて目標対象物までの測距精度を向上させた光波距離計に関する。

従来の光波距離計では、発光素子から出射した光をシャッターを移動させることによって、目標反射物（ターゲット、反射シート又はノンプリズムの物体）まで往復する測距光路と、光源から直ちに受光素子へ向かう参照光路とに交互に切換えて距離測定することによって、光波距離計の固有な誤差を補正していた。しかしながら、シャッターの移動を伴うため、距離測定に時間にかかるうえ、低温で動きが遅くなるという短所があった。そこで、測距光路と参照光路とに切換えるシャッターを用いない光波距離計が望まれていた。このようなシャッターを用いない光波距離計としては、下記特許文献１に開示されたようなものが知られている。

この光波距離計は、特許文献１の図９に示すとおり、増幅器（２３ｐ，２４ｐ）及びシンセサイザー（２１ｐ，２２ｐ）と共に接続された発振器２０Ｐによって周波数ｆ_１で変調された光を出射する発光素子１Ｐと発振器２０Ｐによって周波数ｆ_２で変調された光を出射する発光素子２Ｐとを備える。発光素子１Ｐから出射された光３０Ｐは、ビームスプリッタ３Ｐで２つに分けられ、一方は、測距光３２Ｐとして測定対象６０Ｐまで往復する測距光路を経て受光素子５Ｐに入射し、他方は、参照光３３Ｐとして光波距離計内部の参照光路を経て受光素子４Ｐに入射する。発光素子２Ｐから出射された光３１Ｐは、参照光となり、ビームスプリッタ６Ｐで２つに分けられ、一方３４Ｐは受光素子４Ｐに入射し、他方３５Ｐは受光素子５Ｐに入射する。

受光素子４Ｐは増幅器９Ｐを介して周波数変換器７Ｐに接続されており、受光素子５Ｐは増幅器１０Ｐを介して周波数変換器８Ｐに接続されている。両周波数変換器７Ｐ、８Ｐには局部発振器１２Ｐから周波数ｆ_ＬＯの局部発振信号が加えられている。両周波数変換器７Ｐ、８Ｐは、受光素子４Ｐ、５Ｐからの出力信号を周波数（ｆ_１，ｆ_２）と局部発振信号Ｆ_ＬＯとの差に等しい周波数の中間周波信号ｆ_ＺＦ_１、ｆ_ＺＦ_２に変換させる。

周波数変換器７Ｐに接続されたフィルタ１３Ｐは、参照距離Ｄ_１に係る参照光３３Ｐに係る中間周波信号ｆ_ＺＦ_１のみを選別する。周波数変換器８Ｐに接続されたフィルタ１４Ｐは、参照距離Ｄ_２+Ｄ_３に係る参照光３５Ｐに係る中間周波信号ｆ_ＺＦ_２のみを選別する。一方、発光素子１Ｐから周波数ｆ_２で変調された光を出射し、発光素子２Ｐから周波数ｆ_１で変調された光を出射するように、それぞれの変調周波数を変更すると、周波数ｆ_ＺＦ_１のみを選別するフィルタ１３Ｐは、参照距離Ｄ_２に係る参照光３４Ｐに係る中間周波信号ｆ_ＺＦ_１のみを選別し、周波数ｆ_ＺＦ_２のみを選別するフィルタ１４Ｐは、測距距離Ｄ_０に係る測距光３２Ｐに係る中間周波信号ｆ_ＺＦ_２のみを選別する。

特許文献１の光波距離計は、両発光素子１Ｐ、２Ｐから出射する光の変調周波数ｆ_１、ｆ_２を交互に変えることによって得た２種類４つの中間周波信号をデジタルフーリエ変換器１９Ｐによって解析し、４つの中間周波信号それぞれの初期位相を求めることにより、光波距離計に固有な誤差分を補正して、測定対象６０Ｐまでの精確な距離を求めるものである。

特開２００１−２５５３６９号公報 特願２００９−１４４４８８

前記特許文献１に開示された光波距離計では、両発光素子１Ｐ、２Ｐから出射する光の変調周波数ｆ_１、ｆ_２を交互に切換えることが必要であるため、測距値の算出に必要な４つの中間周波信号が一度に生成されず、中間周波信号が全て生成されてから測距値を算出するまでに時間がかかるうえ、各中間周波信号を得た時刻の相違により、発光素子１Ｐ、２Ｐや受光素子４Ｐ、５Ｐ等の電気部品による温度位相ドリフトによっても誤差が出るという問題があった。

そこで、本願発明者は、前記課題に鑑みて、測距値の算出に当たり必要な中間周波信号を一度に生成可能にすることで距離測定の時間短縮と、中間周波信号の生成時刻を一致させることで温度位相ドリフトによる距離測定誤差を低減させた光波距離計について前記特許文献２の出願を行った。しかし、光波距離計においては、電気部品の温度位相ドリフトに基づく測定誤差を更に低減させることにより、測距精度を更に向上させることが求められている。

本願発明は、測距精度向上の要求に鑑み、特許文献２の光波距離計よりも更に測距精度を向上させた光波距離計を提供するものである。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明の光波距離計は、複数の主変調周波数（例えば、Ｆ_１、Ｆ_２）で変調された光を出射する第１の発光素子と、前記各主変調周波数それぞれに近接した複数の傍変調周波数（例えば、Ｆ_１−Δｆ_１、Ｆ_２−Δｆ_２）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両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（例えば、Ｆ_１−Δｆ_１／３、Ｆ_２−Δｆ_２／３を組み合わせ１とし、Ｆ₁−Δｆ_１×２／３、Ｆ_２−Δｆ_２×２／３を組み合わせ２とする）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（例えば、Ｆ_１−Δｆ_１／３、Ｆ_２−Δｆ_２／３）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（例えば、Δｆ_１／３、Δｆ_２／３）を用いて目標反射物までの測距値（例えばＬ_Ａ）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（例えば、Ｆ₁−Δｆ_１×２／３、Ｆ_２−Δｆ_２×２／３）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（例えばＬ_Ｂ）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ように構成されている。

測距値の算出に必要な異なる複数の局部発振信号の組み合わせが、局部発振信号生成器によって生成され、局部発振信号の組み合わせを入力された第１及び第２の周波数変換器群と、測距光路及び第１から第３の参照光路を通る４つの光に基づいて、４に主変調周波数の数を乗じた数の異なる中間周波信号（例えば主変調周波数の数が２であれば、中間周波信号の数は８）が、一度に生成される。目標対象物までの距離を表す測距値は、一度に複数生成された中間周波信号に基づいて迅速に算出される。一方、前記異なる複数の局部発振信号の組み合わせは、局部発振信号生成器が複数設けられたことによって複数組生成される。

（作用）請求項１の光波距離計においては、第１及び第２の周波数変換器群に入力される局部発振信号の組み合わせが異なるものに変更されることによって、変更毎に測距値が更に算出され、算出された各測距値の平均値から目標対象物までの距離が算出される。

請求項２においては、請求項１に係る光波距離計において、前記複数の主変調周波数は、第１の主変調周波数と第２の主変調周波数からなり、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ように構成した。

（作用）このようにして第１及び第２の周波数変換器群に入力される複数の異なる局部発振信号の組み合わせを第１及び第２の局部発振信号から第３及び第４の局部発振信号に変更した場合、主変調周波数によって得られる中間周波信号と傍変調周波数によって得られる中間周波信号がそれぞれ局部発振信号の組み合わせの変更の前後で入れ替わる。例えば、局部発振信号の組み合わせを変更する前に得られる中間周波信号が（Δｆ_１／３，Δｆ_２／３，Δｆ_１×２／３，Δｆ_２×２／３）の場合、変更後に得られる中間周波信号は、（Δｆ_１×２／３，Δｆ_２×２／３，Δｆ_１／３，Δｆ_２／３）となり、Δｆ_１に乗じている定数が局部発振信号の組み合わせの変更前後で入れ替わる。その結果、温度位相ドリフトの変化が局部発振信号の組み合わせ変更の前後で反転するため、温度位相ドリフトが低減される。

請求項１の光波距離計によれば、異なる局部発振信号の組み合わせを変更し、測距値の算出に用いられる複数の中間周波信号の組み合わせを変更した上で測距値を複数回算出し、電気部品の温度位相ドリフトが異なる状況下で複数算出された測距値の平均値を取ることによって測距精度が向上し、目標対象物までの距離が正確に算出される。

請求項２の光波距離計によれば、複数の中間周波信号の組み合わせを変更する前と後において電気部品の温度位相ドリフトを反転させた上で測距値の平均を取ることによって、温度位相ドリフトが軽減されるため、目標対象物までの距離が更に正確に算出される。

本発明の第１実施例に係る光波距離計の主要部のブロック図である。 前記光波距離計の詳細なブロック図である。 前記光波距離計の主変調周波数、傍変調周波数、局部発振周波数及び中間周波数の例を示す表である。 図３の周波数例Ｃ，Ｄに係る光波距離計の主要部のブロック図である。 図３の周波数例の変形例を示す表である。 図５の周波数例Ａ，Ｂに係る光波距離計の主要部のブロック図である。 図５の周波数例Ｃ，Ｄに係る光波距離計の主要部のブロック図である。

以下に図１と図２に基づいて、本発明の光波距離計の第１実施例について詳細に説明する。

まず、この光波距離計の主要部について、図１に基づいて説明する。この光波距離計は、レーザダイオード等の発光素子１３、１４を２つ備え、第１の発光素子１３からは周波数Ｆ_１及びＦ_２（以下、主変調周波数と呼ぶ。）で変調された光を出射し、第２の発光素子１４からは、主変調周波数Ｆ_１及びＦ_２それぞれに近接した周波数Ｆ_１−Δｆ_１及びＦ_２−Δｆ_２（以下、傍変調周波数と呼ぶ。）で変調された光を出射する。第１の発光素子１３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２２までを往復する測距光路２３を経て第１の受光素子４０に入射し、他方は参照光として、第１の参照光路２６を経て第２の受光素子４８に入射する。第２の発光素子１４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３１を経て第２の受光素子４８に入射し、他方は参照光として、第３の参照光路２９を経て第１の受光素子４０に入射する。

第１の受光素子４０は第１の周波数変換群４２、４４に接続され、第２の受光素子４８は第２の周波数変換群５０、５２に接続される。すなわち、第1の受光素子４０の出力は主変調周波数Ｆ_１及びＦ_２の個数と同数の２つに分けられ、一方は第１の周波数変換器４２に入力され、他方は第２の周波数変換器４４に入力される。第２の受光素子４８の出力も主変調周波数Ｆ_１及びＦ_２の個数と同数の２つに分けられ、一方は第３の周波数変換器５０に入力され、他方は第４の周波数変換器５２に入力される。

第１の周波数変換器４２は、主変調周波数Ｆ_１で変調されて測距光路２３を経た測距光から得られた信号に、前述した主変調周波数Ｆ_１及び傍変調周波数Ｆ_１−Δｆ_１それぞれと近接した周波数Ｆ_１−Δｆ_１／３の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ_１／３の中間周波信号（微少値）を発生させる。また、第１の周波数変換器４２は、傍変調周波数Ｆ_１−Δｆ_１で変調されて第３の参照光路２９を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ_１−Δｆ_１／３の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ_１×２／３の中間周波信号（微少値）を発生させる。

第２の周波数変換器４４は、主変調周波数Ｆ_２で変調されて測距光路２３を経た測距光から得られた信号に、前述した主変調周波数Ｆ_２及び傍変調周波数Ｆ_２−Δｆ_２それぞれと近接した周波数Ｆ_２−Δｆ_２／３の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ_２／３の中間周波信号（微少値）を発生させる。また、第２の周波数変換器４４は、傍変調周波数Ｆ_２−Δｆ_２で変調されて第３の参照光路２９を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ_２−Δｆ_２／３の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ_２×２／３の中間周波信号（微少値）を発生させる。

第３の周波数変換器５０は、主変調周波数Ｆ_１で変調されて第１の参照光路２６を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ_１−Δｆ_１／３の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ_１／３の中間周波信号を発生させる。また、第３の周波数変換器５０は、傍変調周波数Ｆ_１−Δｆ_１で変調されて第２の参照光路３１を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ_１−Δｆ_１／３の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ_１×２／３の中間周波信号を発生させる。

第４の周波数変換器５２は、主変調周波数Ｆ_２で変調されて第１の参照光路２６を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ_２−Δｆ_２／３の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ_２／３の中間周波信号を発生させる。また、第４の周波数変換器５２は、傍変調周波数Ｆ_２−Δｆ_２で変調されて第２の参照光路３１を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ_２−Δｆ_２／３の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ_２×２／３の中間周波信号を発生させる。

こうして同時に、測距光路２３に係る周波数Δｆ_１／３及びΔｆ_２／３の中間周波信号、第１の参照光路２６に係る周波数Δｆ_１／３及びΔｆ_２／３の中間周波信号、第２の参照光路３１に係る周波数Δｆ_１×２／３及びΔｆ_２×２／３の中間周波信号、第３の参照光路２９に係る周波数Δｆ_１×２／３及びΔｆ_２×２／３の中間周波信号の合わせて８つの中間周波信号が一度に得られる。８つの中
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Ｌ_Ａとする。

更に局部発振信号の周波数を変更する（例えば、Ｆ_１−Δｆ_１／３，Ｆ_２−Δｆ_２／３）と、測距光路２３に係る周波数Δｆ_１×２／３及びΔｆ_２×２／３の中間周波信号、第１の参照光路２６に係る周波数Δｆ_１×２／３及びΔｆ_２×２／３の中間周波信号、第２の参照光路３１に係る周波数Δｆ_１／３及びΔｆ_２／３の中間周波信号、第３の参照光路２９に係る周波数Δｆ_１／３及びΔｆ_２／３の中間周波信号の合わせて８つの中間周波信号が一度に得られる。８つの中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Ｌ_Ｂとする。

局部発振信号の周波数の組み合わせを変更することにより、変更前の中間周波信号（Δｆ_１／３，Δｆ_２／３，Δｆ_１×２／３，Δｆ_２×２／３）は、それぞれ（Δｆ_１×２／３，Δｆ_２×２／３，Δｆ_１／３，Δｆ_２／３）になり、中間周波信号における温度位相ドリフト特性が入れ替わる。中間周波信号の温度位相ドリフトは、測距値Ｌ_Ａと測距値Ｌ_Ｂの平均を取ることによって低減される。
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。

ＰＬＬ１０、発振器１１、周波数生成回路１２は、異なる複数の第１の局部発振周波数（請求項における局部発振信号の周波数：Ｆ_１−Δｆ_１／３，Ｆ_２−Δｆ_２／３）を生成する第１の局部発振周波数生成器（請求項における局部発振信号生成器）１００を構成し、ＰＬＬ１５、発振器１６、周波数生成回路１７は、異なる複数の第２の局部発振周波数（Ｆ_１−Δｆ_１×２／３，Ｆ_２−Δｆ_２×２／３）を生成する第２の局部発振周波数生成器１０１を構成する。

まず、発振器１で主変調周波数Ｆ_１の信号を発生させる。この主変調周波数Ｆ_１の信号は、分周部２に入力されるとともに、ＰＬＬ９，１０，１５を介して、発振器５、１１、１６に入力される。ＰＬＬ９、１０，１５は、発振器５、１１、１６を傍変調周波数Ｆ_１−Δｆ_１、局部発振周波数Ｆ_１−Δｆ_１／３、局部発振周波数Ｆ_２−Δｆ_２／３で正確に発振させるために使用する。

分周部２は、主変調周波数Ｆ_１の信号を分周して、主変調周波数Ｆ_２の信号を発生する。この主変調周波数Ｆ_２及びＦ_１の信号とは、周波数重畳回路３を経て駆動回路４へ入力される。第１の発光素子１３は、駆動回路４によって駆動され、主変調周波数Ｆ_１及びＦ_２で変調された光を出射する。

発振器５は、傍変調周波数Ｆ_１−Δｆ_１の信号を発生する。この傍変調周波数Ｆ_１−Δｆ_１の信号は、さらに分周部６で周波数を分周されて、傍変調周波数Ｆ_２−Δｆ_２の信号となる。傍変調周波数Ｆ_１−Δｆ_１及びＦ_２−Δｆ_２の信号とは、周波数重畳回路７を経て駆動回路８へ入力される。第２の発光素子１４は、駆動回路８によって駆動され、傍変調周波数Ｆ_１−Δｆ_１及びＦ_２−Δｆ_２で変調された光を出射する。

発振器１１は、周波数Ｆ_１−Δｆ_１／３の局部発振信号を発生する。この周波数Ｆ_１−Δｆ_１／３の局部発振信号からは、周波数生成回路１２で周波数Ｆ_２−Δｆ_２／３の局部発振信号も生成される。これらの周波数Ｆ_１−Δｆ_１／３、Ｆ_２−Δｆ_２／３の局部発振信号は、後述するように、周波数変換器４２、４４、５０、５２へ入力される。

発振器１６は、周波数Ｆ_１−Δｆ_１×２／３の局部発振信号を発生する。この周波数Ｆ_１−Δｆ_１×２／３の局部発振信号からは、周波数生成回路１７で周波数Ｆ_２−Δｆ_２×２／３の局部発振信号も生成される。これらの周波数Ｆ_１−Δｆ_１×２／３、Ｆ_２−Δｆ_２×２／３の局部発振信号は、後述するように、周波数変換器４２，４４，４０，５２へ入力される。但し、前述した周波数Ｆ_１−Δｆ_１／３、Ｆ_２−Δｆ_２／３の局部発振信号とは同時に入力されない。

第１の発光素子１３から出射された光は、ビームスプリッタ２０で２つに分けられ、一方は図示しない送光光学系から測距光として出射され、目標反射物２２までを往復する測距光路２３を経て第１の受光素子４０に入射し、他方は参照光として、第１の参照光路２６を経て第２の受光素子４８に入射する。測距光路２３には、受光素子４０の前に、光量調整用の濃度フィルタ２４と受光光学系２５が配置されている。第１の参照光路２６にも、受光素子４８の前に光量調整用の濃度フィルタ２７が配置されている。

第２の発光素子１４から出射された光は、ビームスプリッタ２８で２つに分けられ、一方は参照光として、第２の参照光路３１を経て第２の受光素子４８に入射し、他方は参照光として、第３の参照光路２９を経て第１の受光素子４０に入射する。第２の参照光路３１にも、受光素子４８の前に光量調整用の濃度フィルタ３２が配置されており、第３の参照光路２９にも、受光素子４０の前に光量調整用の濃度フィルタ３０が配置されている。

第１の受光素子４０の出力は、増幅器４１を経て２つに分けられ、一方は第１の周波数変換器４２に入力され、他方は第２の周波数変換器４４に入力される。第２の受光素子４８の出力も、増幅器４９を経て２つに分けられ、一方は第３の周波数変換器５０に入力され、他方は第４の周波数変換器５２に入力される。

局部発振信号の周波数（Ｆ_１−Δｆ_１／３、Ｆ_２−Δｆ_２／３）を入力した第１〜第４の各周波数変換器４２、４４、５０、５２から合計８つの中間周波信号が得られることは、前述したとおりである。各周波数変換器４２、４４、５０、５２から出力された中間周波信号は、それぞれ低域フィルタ４３、４５、５１、５３によって高周波成分が除去される。

低域フィルタ４３及び低域フィルタ４５の出力は、加算器４６で加算された後にＡ/Ｄ変換器４７に入力される。すなわち、Ａ/Ｄ変換器４７には、測距光路２３に係る周波数Δｆ_１／３及びΔｆ_２／３の２つの中間周波信号と、第３の参照光路２９に係る周波数Δｆ_１×２／３及びΔｆ_２×２／３の２つの中間周波信号が入力される。これらの中間周波信号は、Ａ/Ｄ変換された後に、図示しないデジタル帯域フィルタによって分離され、さらに各中間周波信号の初期位相及び振幅が求められる。

低域フィルタ５１及び低域フィルタ５３の出力は、加算器５４で加算された後にＡ/Ｄ変換器５５に入力される。すなわち、Ａ/Ｄ変換器５５には、第１の参照光路２６に係る周波数Δｆ_１／３及びΔｆ_２／３の２つの中間周波信号と、第２の参照光路３１に係る周波数Δｆ_１×２／３及びΔｆ_２×２／３の２つの中間周波信号が入力される。これらの中間周波信号は、Ａ/Ｄ変換された後に、図示しないデジタル帯域フィルタによって分離され、さらに各中間周波信号の初期位相及び振幅が求められる。

８つの中間周波信号の初期位相が求まると、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。この時の測距値をＬ_Ａとする。また、各中間周波信号の振幅も求まると、これらの振幅は各濃度フィルタ２４、２７、３０、３２による光量調節に利用される。

次に局部発振信号の周波数を変更し（Ｆ_１−Δｆ_１×２／３、Ｆ_２−Δｆ_２×２／３）、前期と同様に測距値を算出し、その測距値をＬ_Ｂとする。中間周波信号の温度位相ドリフトは、Ｌ_ＡとＬ_Ｂの平均を取ることによって低減される。その結果、本実施例の光波距離計による測距値は、中間周波信号の温度位相ドリフトの低減によって精度良く求められる。

尚、本実施例によれば、測距光と参照光の切り換え用のシャッターが不要になるため、コストダウンが可能になると共に、周波数の切り換えがなくても測距光路と参照光路に係る各中間周波信号の初期位相が同時に求まるため、従来よりも高速に距離測定を行うことができる。

ところで、中間周波信号に関しては、周波数Δｆ_２／３の整数倍が周波数Δｆ_２×２／３、Ｆ_１−Δｆ_１／３、Ｆ_１−Δｆ_１×２／３となっている。これにより、デジタル帯域フィルタによって確実に４つの周波数を分離することができる。また、各中間周波信号は、Ａ／Ｄ変換器４７、５５に入力するとき、１信号だけのときの１／４の信号レベルにする。これは、４信号が合成されたとき、入力レベルが飽和しないようにするためである。もちろん、Ａ／Ｄ変換器４７、５５への入力レベルが飽和しなければ、各中間周波信号レベルを１信号だけのときの１／４以上の信号レベルにしてもよい。

ここで、局部発振信号の周波数を変更して複数の測距値を算出し、算出された各測距値の平均をとることで、中間周波信号の温度位相ドリフトが低減できる理由について説明する。温度位相ドリフトは、周波数Ｆ_１及びＦ_２の両方で起きるが、同じ理由であるから、ここでは周波数Ｆ_１について説明する。第１の発光素子１３に印加される電気信号の周波数をＦ_１＝（１＋０）Ｆ_１、第２の発光素子１４に印加される電気信号の周波数をＦ_１−Δｆ_１＝（１＋ｂ）Ｆ_１、受光素子４０、４８に接続された周波数変換器４２、５０に印加される局部発振周波数Ｆ_ＬＯ＝（１＋ａ）Ｆ_１とし、かつ、0＞ａ＞（ｂ／２）の条件で考える。

受光素子４０の出力の波形ｙ１は、次式のようになる。
ｙ１＝ｙ_{ｐｄ１，ｌｄ１}ｃｏｓ｛２πＦ_１ｔ＋ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ１（Ｆ_１）−２πＦ_１（２Ｄ_０／ｃ）｝＋ｙ_{ｐｄ１，ｌｄ２}ｃｏｓ｛２π（１＋ｂ）Ｆ_１ｔ＋ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ１（(１＋ｂ)Ｆ_１）−２π(１＋ｂ)Ｆ_１（２Ｄ_３／ｃ）｝ （１）

受光素子４８の出力の波形ｙ２は、次式のようになる。
ｙ２＝ｙ_{ｐｄ２，ｌｄ１}ｃｏｓ｛２πＦ_１ｔ＋ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ２（Ｆ_１）−２πＦ_１（２Ｄ_１／ｃ）｝＋ｙ_{ｐｄ２，ｌｄ２}ｃｏｓ｛２π（１＋ｂ）Ｆ_１ｔ＋ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ２（(１＋ｂ)Ｆ_１）−２π(１＋ｂ)Ｆ_１（２Ｄ_２／ｃ）｝ （２）

ただし、各記号は、次のように定義される。
ｙ_{ｐｄ１，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
ｙ_{ｐｄ１，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
ｙ_{ｐｄ２，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
ｙ_{ｐｄ２，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
ψ_ｌｄ１：第1の発光素子１３の温度位相ドリフト
ψ_ｌｄ２：第２の発光素子１４の温度位相ドリフト
ψ_ｐｄ１：第1の受光素子４０の温度位相ドリフト
ψ_ｐｄ２：第２の受光素子４８の温度位相ドリフト
２Ｄ_０：光波距離計から目標反射物までの往復距離
２Ｄ_１：第１の参照光路２６の光路長
２Ｄ_２：第２の参照光路３１の光路長
２Ｄ_３：第３の参照光路２９の光路長
ｃ：光速

次に、周波数変換器４２、５０に入力される局部発振信号の波形ｙ３は、局部発振信号の振幅をｙ_ＬＯ、局部発振信号の初期位相をφとすると、次式のようになる。
ｙ３＝ｙ_ＬＯｃｏｓ｛２π（１＋ａ）Ｆ_１ｔ＋φ｝ （３）

周波数変換器４２、５０に接続された低域フィルタ４３、５１からの出力波形ｙ４、ｙ５は、それぞれｙ１×ｙ３、ｙ２×ｙ３に低域フィルタ４３、５１の温度位相ドリフトψｆ_１、ψｆ_２を加えて、次式のようになる。
ｙ４＝（ｙ_{ｐｄ１，ｌｄ１}ｙ_ＬＯ／２）ｃｏｓ｛２πａＦ_１ｔ＋ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ１（Ｆ_１）＋ψｆ_１（ａＦ_１）−２πＦ_１（２Ｄ_０／ｃ）−φ｝＋（ｙ_{ｐｄ１，ｌｄ２}ｙ_ＬＯ／２）ｃｏｓ｛２π（ａ−ｂ）Ｆ_１ｔ−ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψ_ｐｄ１（(１＋ｂ)Ｆ_１）＋ψｆ_１（（ａ−ｂ）Ｆ_１）＋２π(１＋ｂ)Ｆ_１（２Ｄ_３／ｃ）＋φ｝ （４）
ｙ５＝（ｙ_{ｐｄ２，ｌｄ１}ｙ_ＬＯ／２）ｃｏｓ｛２πａＦ_１ｔ＋ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ２（Ｆ_１）＋ψｆ_２（ａＦ_１）−２πＦ_１（２Ｄ_１／ｃ）−φ｝
＋（ｙ_{ｐｄ２，ｌｄ２}ｙ_ＬＯ／２）ｃｏｓ｛２π（ａ−ｂ）Ｆ_１ｔ−ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψ_ｐｄ２（(１＋ｂ)Ｆ_１）＋ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）＋２π(１＋ｂ)Ｆ_１（２Ｄ_２／ｃ）＋φ｝ （５）

測距値Ｄは、中間周波信号の初期位相をθとすると、Ｄ＝θｃ／（２πＦ）と求まるから（ただし、Ｆは変調周波数）、測距光路２３に係るｙ４の第１項の位相成分から求まる測距値をｄ_０、第３の参照光路２９に係るｙ４の第２項の位相成分から求まる測距値をｄ_３、第１の参照光路２６に係るｙ５の第１項の位相成分から求まる測距値をｄ_１、第２の参照光路３１に係るｙ５の第２項の位相成分から求まる測距値をｄ_２とすると、ｄ_０、ｄ_３、ｄ_１、ｄ_２は、それぞれ次のように求まる。但し、Ｆ_１＝７５ＭＨｚとする。
ｄ_０＝−２Ｄ_０＋｛４／（２π）｝｛ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ１（Ｆ_１）＋ψｆ_１（ａＦ_１）−φ｝
ｄ_３＝２Ｄ_３＋｛４／（２π（１＋ｂ））｛−ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψ_ｐｄ１（（１＋ｂ）Ｆ_１）＋ψｆ_１（（ａ−ｂ）Ｆ_１）＋φ｝
ｄ_１＝−２Ｄ_１＋｛４／（２π）｝｛ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ２（Ｆ_１）＋ψｆ_２（ａＦ_１）−φ｝
ｄ_２＝２Ｄ_２＋｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛−ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψ_ｐｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）＋ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）＋φ｝ （６）

測距値ｄ_０、ｄ_３、ｄ_１、ｄ_２を次のように加減算を行う。
（ｄ_０−ｄ_３）−（ｄ_１−ｄ_２）＝ｄ_０−ｄ_１＋ｄ_２−ｄ_３
＝−２Ｄ_０＋２Ｄ_１＋２Ｄ_２−２Ｄ_３
＋｛４／（２π）｝｛ψ_ｐｄ１（Ｆ_１）−ψ_Ｐｄ２（Ｆ_１）＋ψｆ_１（ａＦ_１）−ψｆ_２（ａＦ_１）｝
−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψ_Ｐｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψ_ｐｄ１（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）＋ψｆ_１（（ａ−ｂ）Ｆ_１）｝ （７）

ここで、各周波数Ｆ_１、Ｆ_１−Δｆ_１は近接しているので、次のように近似する。
｛４／（２π）｝｛ψ_Ｐｄ１（Ｆ_１）≒｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψ_Ｐｄ１（（１＋ｂ）Ｆ_１）｝ （８）
｛４／（２π）｝｛−ψ_Ｐｄ２（Ｆ_１）≒｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛−ψ_Ｐｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）｝ （９）

すると、（７）式は、次式のように書ける。
（ｄ_０−ｄ_３）−（ｄ_１−ｄ_２）≒−２Ｄ_０＋２Ｄ_１＋２Ｄ_２−２Ｄ_３
＋［｛４／（２π）｝｛ψｆ_１（ａＦ_１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ_１（（ａ−ｂ）Ｆ_１）｝］
−［｛４／（２π）｝｛ψｆ_２（ａＦ_１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）｝］ （１０）

（１０）式からは、発光素子１３、１４の温度位相ドリフトψ_ｌｄ１、ψ_ｌｄ２、受光素子４０、４８の温度位相ドリフトψ_Ｐｄ１、ψ_Ｐｄ２が無くなっているうえ、（１０）式の第２行〜第３行及び第４行〜第５行では、「+[]」及び「−[]」の内側でそれぞれ前後の項が打ち消し合い、さらに（１０）式の第２行〜第３行及が（１０式の）第４行〜第５行と打ち消し合うことから、低域フィルタ４３、５１の温度位相ドリフトψｆ_１、ψｆ_２も低減されていることが分かる。

次に局部発振信号の周波数を（ｂ／２）＞（ｂ−ａ）＞ｂの条件の下で次式のように変更する。
ｙ３＝ｙ_ＬＯｒｃｏｓ｛２π（１＋（ｂ−ａ））Ｆ_１ｔ＋φ_ｒ｝ （１１）

前記と同様にｙ４，ｙ５を求めると次式のようになる。
ｙ４＝（ｙ_{ｐｄ１，ｌｄ１}ｙ_ＬＯｒ／２）ｃｏｓ｛２π（ａ−ｂ）Ｆ_１ｔ＋ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ１（Ｆ_１）＋ψｆ_１（（ａ−ｂ）Ｆ_１）−２πＦ_１（２Ｄ_０／ｃ）−φ_ｒ｝＋（ｙ_{ｐｄ１，ｌｄ２}ｙ_ＬＯｒ／２）ｃｏｓ｛２πａＦ_１ｔ−ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψ_ｐｄ１（(１＋ｂ)Ｆ_１）＋ψｆ_１（ａＦ_１）＋２π(１＋ｂ)Ｆ_１（２Ｄ_３／ｃ）＋φ_ｒ｝ （１２）
ｙ５＝（ｙ_{ｐｄ２，ｌｄ１}ｙ_ＬＯｒ／２）ｃｏｓ｛２π（ａ−ｂ）Ｆ_１ｔ＋ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ２（Ｆ_１）＋ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）−２πＦ_１（２Ｄ_１／ｃ）−φ_ｒ｝
＋（ｙ_{ｐｄ２，ｌｄ２}ｙ_ＬＯｒ／２）ｃｏｓ｛２πａＦ_１ｔ−ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψ_ｐｄ２（(１＋ｂ)Ｆ_１）＋ψｆ_２（ａＦ_１）＋２π(１＋ｂ)Ｆ_１（２Ｄ_２／ｃ）＋φ_ｒ｝ （１３）

測距値ｄは、中間周波信号の初期位相をθとすると、Ｄ＝θｃ／（２πＦ）と求まるから（ただし、Ｆは変調周波数）、測距光路２３に係るｙ４の第１項の位相成分から求まる測距値をｄ_０、第３の参照光路２９に係るｙ４の第２項の位相成分から求まる測距値をｄ_３、第１の参照光路２６に係るｙ５の第１項の位相成分から求まる測距値をｄ_１、第２の参照光路３１に係るｙ５の第２項の位相成分から求まる測距値をｄ_２とすると、ｄ_０、ｄ_３、ｄ_１、ｄ_２は、それぞれ次のように求まる。但し、Ｆ_１＝７５ＭＨｚとする。
ｄ_０＝−２Ｄ_０＋｛４／（２π）｝｛ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ１（Ｆ_１）＋ψｆ_１（（ａ−ｂ）Ｆ_１）−φ_ｒ｝
ｄ_３＝２Ｄ_３＋｛４／（２π（１＋ｂ））｛−ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψ_ｐｄ１（（１＋ｂ）Ｆ_１）＋ψｆ_１（ａＦ_１）＋φ_ｒ｝
ｄ_１＝−２Ｄ_１＋｛４／（２π）｝｛ψ_ｌｄ１（Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ２（Ｆ_１）＋ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）−φ_ｒ｝
ｄ_２＝２Ｄ_２＋｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛−ψ_ｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）−ψ_ｐｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）＋ψｆ_２（ａＦ_１）＋φ_ｒ｝ （１４）

測距値ｄ_０、ｄ_３、ｄ_１、ｄ_２を次のように加減算を行う。
（ｄ_０−ｄ_３）−（ｄ_１−ｄ_２）＝ｄ_０−ｄ_１＋ｄ_２−ｄ_３
＝−２Ｄ_０＋２Ｄ_１＋２Ｄ_２−２Ｄ_３
＋｛４／（２π）｝｛ψ_ｐｄ１（Ｆ_１）−ψ_ｐｄ２（Ｆ_１）＋ψｆ_１（（ａ−ｂ）Ｆ_１）−ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）｝
−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛−ψ_ｐｄ１（（１＋ｂ）Ｆ_１）＋ψ_ｐｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）＋ψｆ_１（ａＦ_１）−ψｆ_２（ａＦ_１）｝ （１５）

ここで、各周波数Ｆ_１、Ｆ_１−Δｆ_１は近接しているので、次のように近似する。
｛４／（２π）｝｛ψ_ｐｄ１（Ｆ_１）≒｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψ_ｐｄ１（（１＋ｂ）Ｆ_１）｝ （１６）
｛４／（２π）｝｛−ψ_ｐｄ２（Ｆ_１）≒｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛−ψ_ｐｄ２（（１＋ｂ）Ｆ_１）｝ （１７）

すると、（１５）式は、次式のように書ける。
（ｄ_０−ｄ_３）−（ｄ_１−ｄ_２）≒−２Ｄ_０＋２Ｄ_１＋２Ｄ_２−２Ｄ_３
＋［｛４／（２π）｝｛ψｆ_１（（ａ―ｂ）Ｆ_１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ_１（ａＦ_１）｝］
−［｛４／（２π）｝｛ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ_２（ａＦ_１）｝］
＝−２Ｄ_０＋２Ｄ_１＋２Ｄ_２−２Ｄ_３
−［｛４／（２π）｝｛ψｆ_１（ａＦ_１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ_１（（ａ−ｂ）Ｆ_１）｝］
＋［｛４／（２π）｝｛ψｆ_２（ａＦ_１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）｝］ （１８）

（１８）式からは、発光素子１３、１４の温度位相ドリフトψ_ｌｄ１、ψ_ｌｄ２、受光素子４０、４８の温度位相ドリフトψ_ｐｄ１、ψ_ｐｄ２が無くなっているうえ、（１８）式の第２行〜第３行及び第４行〜第５行では、「+[]」及び「−[]」の内側でそれぞれ前後の項が打ち消し合い、さらに（１８）式の第２行〜第３行及が（１８）式の第４行〜第５行と打ち消し合うことから、低域フィルタ４３、５１の温度位相ドリフトψｆ_１、ψｆ_２も低減されていることが分かる。

前述した以下の（１０）式と（１８）式を比較すると、
（ｄ_０−ｄ_３）−（ｄ_１−ｄ_２）≒−２Ｄ_０＋２Ｄ_１＋２Ｄ_２−２Ｄ_３
＋［｛４／（２π）｝｛ψｆ_１（ａＦ_１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ_１（（ａ−ｂ）Ｆ_１）｝］
−［｛４／（２π）｝｛ψｆ_２（ａＦ_１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ_２（（ａ−ｂ）Ｆ_１）｝］ （１０）

（１８）式の第２行〜第３行及び第４行〜第５行は、（１０）式の第２行〜第３行及び第４行〜第５行に対して符号が逆になっていることが判る。（１０）式と（１８）式の平均を取ることにより、第２行〜第３行及び第４行〜第５行の誤差は低減され、
Ｌ≒（−２Ｄ_０＋２Ｄ_１＋２Ｄ_２−２Ｄ_３） （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ψｆ_１、ψｆ_２を無くすことが出来る。

また、本実施例において、低域フィルタ４３、５１の温度位相ドリフト低減効果を奏するためには、０＞ａ＞ｂの他に、ｂ＞ａ＞０の条件でもよいことも分かる。このような条件を満たす周波数の第１の具体例を図３に示す。図３においてＡとＢの測距値の平均をとるか、またはＣとＤの測距値の平均をとれば、本実施例と同様の効果が得られる。本実施例においては、生成された中間周波信号に基づいて一旦算出された測距値と、温度位相ドリフト変化を逆にして算出された測距値を算出した上で平均値を取ることにより、温度位相ドリフトが軽減されるため、目標対象物までの距離が正確に算出される。尚、具体的な周波数の構成は、この図に限られない。そして図３では、ＡとＢの中間周波信号の周波数を同じにしているが、中間周波信号の周波数は、測定したドリフト量が少なければ、多少異なっていても良い。尚、図３の周波数例におけるＡとＢのブロック図は、図１に示すものとなる。一方、ＣとＤのブロック図は、図４に示すものとなる。

また、本実施例において中間周波信号の周波数間隔を離しても、中間周波信号の温度位相ドリフトは、同様に低減される。このような条件を満たす周波数の第２の具体例（第１の具体例の変形例）を図５に示す。図５においてＡとＢの測距値の平均をとるか、またはＣとＤの測距値の平均をとれば、第１の具体例と同様の効果が得られる。但し、具体的な周波数の構成は、この図に限られない。そして表２では、ＡとＢの中間周波信号の周波数を同じにしているが、中間周波信号の周波数は、測定したドリフト量が少なければ、多少異なっていても良い。

また、図５の周波数例においては、中間周波信号の周波数を離すことで、周波数変換器に接続している低域フィルタを帯域フィルタ６０〜６７にすることができ、中間周波信号を分離し、それぞれに図示しないＡ／Ｄ変換器を接続する。帯域フィルタにすることができる理由は、図３のように中間周波信号の周波数が近接している場合に帯域フィルタを使うと、一方の帯域フィルタの位相特性が他方の中間周波信号の位相に影響を与えてしまい、測定誤差となるが、中間周波信号の周波数を離すと、この影響が無くなるからである。

そして、帯域フィルタは、白色雑音を少なくすることも出来るので、測距値のバラツキを低減する効果もある。即ち、中間周波信号の周波数を離した場合には、低域フィルタを帯域フィルタにでき、中間周波信号の温度位相ドリフトを低減しながら白色雑音を減らし、測距値のバラツキを低減できる。尚、図５の周波数例におけるＡとＢのブロック図は、図６に示すものとなり、ＣとＤのブロック図は、図７に示すものとなる。

ここで、本実施例のデジタル帯域フィルタの原理についても、簡単に説明する。周期関数ｙは、定数項を省略すると、次式のようなフーリエ級数で表すことができる。ｙ＝ａ_１ｓｉｎωｔ＋ａ_２ｓｉｎ２ωｔ＋ａ_３ｓｉｎ３ωｔ＋・・・・＋ａ_ｎｓｉｎ（ｎωｔ）＋・・・・・
＋ｂ_１ｃｏｓωｔ＋ｂ_２ｃｏｓ２ωｔ＋ｂ_３ｃｏｓ３ωｔ＋・・・・ｂ_ｎｃｏｓ（ｎωｔ）＋・・・・ （１９）

ただし、ａ_ｎ＝（１／π）∫_０ ^２πｙｓｉｎ（ｎωｔ）ｄｔ （２０）
ｂ_ｎ＝（１／π）∫_０ ^２πｙｃｏｓ（ｎωｔ）ｄｔ （２１）

前記（２０）式及び（２１）式から、周期関数ｙに対して基本波（最も周波数が低いもの）ａ_１ｓｉｎωｔ＋ｂ_１ｃｏｓωｔと同じ周期のｓｉｎ波を乗じたものを基本波の１周期にわたって積分するとａ_１が求まり、周期関数ｙに対して基本波のｎ倍波のｓｉｎ波を乗じたものを基本波の１周期にわたって積分するとａ_ｎが求まる。また、周期関数ｙに対して基本波ａ_１ｓｉｎωｔ＋ｂ_１ｃｏｓωｔと同じ周期のｃｏｓ波を乗じたものを基本波の１周期にわたって積分するとｂ_１が求まり、周期関数ｙに対して基本波のｎ倍波のｃｏｓ波を乗じたものを基本波の１周期にわたって積分するとｂ_ｎが求まる。これから、ｎ倍波（ｎ＝１の場合は基本波）の振幅Ａ_ｎと初期位相φ_ｎは次式から求まる。
Ａ_ｎ＝√（ａ_ｎ ^２＋ｂ_ｎ ^２） （２２）
φ_ｎ＝ｔａｎ^−１（ｂ_ｎ／ａ_ｎ） （２３）

前記実施例において、各中間周波信号の周波数は、一例として最も低いものがΔｆ_２であった場合、その他のものはΔｆ_２／３の整数倍でΔｆ_２×２／３、Δｆ_１／３、Δｆ_１×２／３となっている。したがって、４つの中間周波信号を加算した全中間周波信号は、周波数Δｆ_２／３を基本波ａ_１ｓｉｎωｔ＋ｂ_１ｃｏｓωｔとする周期関数ｙとなり、前記（１９）〜（２１）式で表すことができる。

そこで、４つの中間周波信号を加算した全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数（例えば３２０回）サンプリングして基本波と同じ周期のｓｉｎ波を乗じたものを合計するとａ_１が求まる。全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波と同じ周期のｃｏｓ波を乗じたものを合計するとｂ_１が求まる。これから、（２２）式及び（２３）式を用いると、周波数Δｆ_２／３の中間周波信号の振幅Ａ_１と初期位相φ_１が求まる。

次に、全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波の２倍波のｓｉｎ波を乗じたものを合計するとａ_２が求まる。全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波の２倍波のｃｏｓ波を乗じたものを合計すると、ｂ_２が求まる。これから、（２２）式及び（２３）式を用いると、周波数Δｆ_２×２／３で２倍波である中間周波信号の振幅Ａ_２と初期位相φ_２が求まる。

以下同様に、全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波のｎ倍波のｓｉｎ波を乗じたものを合計するとａ_ｎが求まる。全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波のｎ倍波のｃｏｓ波を乗じたものを合計するとｂ_ｎが求まる。これから、（２２）及び（２３）式を用いると、ｎ倍波である中間周波信号の振幅Ａ_ｎと初期位相φ_ｎが求まる。例えば、各中間周波信号の周波数比が、１：２：２０：４０であったとすると、周波数Δｆ_１／３、Δｆ_２×２／３の中間周波数についても、それぞれの振幅Ａ_２０、Ａ_４０と、それぞれの初期位相φ_２０、φ_４０を求めることができる。なお、この周波数比の場合、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_２０、Ａ_４０及びφ_１、φ_２、φ_２０、φ_４０以外については計算する必要はない。

尚、本発明は、前記実施例に限るものではなく、例えば、本発明は、光波距離計だけでなく、光波距離計を内蔵した測量機、例えばトータルステーションや、その他の距離測定装置等にも広く利用できる。

１３、１４ 発光素子
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）
Ｆ_１、Ｆ_２、 主変調周波数
Ｆ_１−Δｆ_１、Ｆ_２−Δｆ_２ 傍変調周波数
Δｆ_１／３、Δｆ_２／３、Δｆ_１×２／３、Δｆ_２×２／３
中間周波信号（微少値）
Ｆ_１−Δｆ_１／３、Ｆ_２−Δｆ_２／３、Ｆ_１−Δｆ_１×２／３、Ｆ_２−Δｆ_２×２／３ 局部発振周波数（局部発振信号）

Claims (2)

1. 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。
2. 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。