JPH02181689A - パルス方式の光波距離計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「ＩＩＩ業上の利用分野」 本発明は光パルスの反射往復時間を測定し、装置本体と
目標物との間の距離を算出するための光波距離計に係わ
り、特に、ドリフトの影響を除去することのできるパル
ス方式の光波距離計に閃するものである。

「従来の技術」 従来のパルス方式の光波距離計は、光パルスが光波距離
計本体からコーナーキューブまでを往陵する時間を測定
し、該装置本体とコーナーキューブ間の距離を計測して
いた。ところが、光の速度が極めて高速であるため、直
接往復時間を測定するには高度の技術が必要であった。

そこで、光波距離計本体内部に参照用光路を設け、内部
の電気信号による基準から受光までの時間を、内部参照
光路と外部測距光路のそれぞれについて計測し、外部測
距光路による測定値から、内部参照光路による測定値を
減することにより１反射往復時間を決定し、前記装置本
体とコーナーキューブまでの距離を測定していた。即ち
、内部参照光路による測定値を減することにより、光波
距離計の内部で生じる不安定要素を除去する様に構成さ
れていた。そして、この光路の切り替えには１機械的な
光路切り替え手段である光チョッパーが採用されていた
。（例えば１本出願人による特願昭６３−１６１８９３
号） 「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記従来型のパルス方式の光波距離計で
は、外部測距光路の測定と内部測距光路の測定には、電
気的な基準信号から実際に発光素子が光パルスを発光す
るまでの時間がきまれでいた。この基準信号から発光ま
での時間には、（Ａ）基準信号発生から発光素子ドライ
ブ回路までの遅延時間及びドリフト （Ｂ）発光素子ドライブ回路の遅延時間及びドリフト （Ｃ）発光素子の応答時間及びドリフト等の要素が考え
られる。これらの要素は、外部測距光路での測定値から
内部参照光路での測定値を減することにより減少させる
ことが可能である。

しかしながら従来の光波距離計では１機械的な光路切り
替え手Ｅ（であるチョッパーを採用していたので、切り
替え時間を要し、切り替え回数が増加すると測定時間も
増加してしまうという問題点があった。また、チョッパ
ーの切り替え周波数は、数Ｈｚに設定する必要があり、
内部測距光路と外部測距光路との測定に時間差が生じ、
前記ドリフトの影響を少なくすることができないという
問題点があった。

「課題を解決するための手Ｎａｐ 本発明は上記ｎ圧に鑑み案出されたもので、内部光路と
外部光路とを有する光波距離計において、パルス的に発
光する光源部と、前記光源部からの光を測定対象物を経
由して受光部に導く外部光路と、前記光源部からの光を
測定ｔｌ象物を経由さぜずに受光部に導く内部光路と、
内部光銘文び外部光路を経由した前記光源部からの光を
常に受光し１つの出力信号を形成する受光部と、前記受
光部の出力信号から前記内部光路を経由した第１光信号
と前記外部光路を経由した第２光ｊ言号とに識別する信
号識別手段と、前記信号識別手段の識別に応じて前記受
光部の出力信号のうち互いに近傍にある第１光信号との
第２光信号の時間差に基づき距離を算出する算出部とを
有することを特徴としている。特に本発明は、上記受光
部が、上記光源部から発光して内部光路及び外部光路を
経由した両方の光を常に受光し１つの出力信号を形成し
。

上記算出部が、上記第１光信号及び上記第２光信号の時
間差に基づき距離を算出する構成にすることもできる。

また本発明は、内部光路と外部光路とを有する光波距離
計において１周期的にパルスを発光する光源部と、前記
光源部からの光を測定′ｒ４象物を経由して受光部に導
く外部光路と、前記光源部からの光を測定Ｎ象物を経由
させずに受光部に導く内部光路と、内部光路及び外部光
路を経由したパルス光の両方を受光し前記内部光路を経
由した第１信号と前記外部光路を経由した第２信号を形
成する受光部と、前記第１信号に応じて第１周期信号を
、前記第２信号に応じて第２周期信号を一部分ずつ交互
に形成する周期信号形成部と、前記第１周ｔｇｌ信号と
前記第２周Ｍ信号との位相差に基づき距離を算出する算
出部とを有することを特徴としている９特に本発明は、
上記光源部の発光周期と僅かに異なる周期の基準信号を
形成する基準信号形成部を有し、上記周期信号形成部は
上記第１信号のタイミングで前記基準信号をサンプリン
グして第１周期信号を、上記第２信号のタイミングで前
記基準信号をサンプリングして第２周期信号を形成する
構成にすることもできる。そして本発明は上記周期信号
形成部が、上記第１信号を受けこれと同期した第１周期
信号を、上記第２信号を受けこれと同期した第２周期信
号を形成する構成にすることもできる。また本発明は、
上記外部光路に光信号の遅延手段を設けることもできる
。

「作用」 以上の様に構成された本発明は、光源部が光をパルス的
に発生させ、外部光路が、このパルス光を測定対象物を
経由して受光部に導く様になっている。そして内部光路
が、光パルスを測定対象物を経由せずに受光部に導く探
になっている。そして受光部が、内部光路及び外部光路
を経由したパルス光を常に受光し、１つの出力信号を形
成する様になっている。そして信号識別手段が、受光部
の出力信号から、内部光路を経由した第１光信号と外部
光路を経由した第２光信号とを識別する。

そして算出部が、°信号識別手段の識別に応じて、互い
に近傍にある第１光信号との第２光信号の時間差により
距離を算出することができる。特に受光部が、内部光路
及び外部光路を経由した両方の光を常に受光して１つの
出力信号を形成し、算出部が、第１光信号及び第２光信
号の時間差に基づき、距離を算出することができる。更
に本発明は。

光源部が周期的にパルスを発光させ、受光部が、内部光
路を経由した光パルスに対応した第１信号を形成し、外
部光路を経由した光パルスに対応した第２信号を形成す
る様になっている。そして周期信号形成部が、ｙ４Ｓｉ
信号に応じて第１周期信号を、第２信号に応じて第２周
期信号を、一部分ずつ交互に形成し、算出部が、第１周
期信号と第２周期信号との位相差に基づき距離を算出す
ることができる。特に基準信号形成部が、光源部の発光
周期と僅かに異なる周期の基準信号を形成し、第１信号
のタイミングで基準信号をサンプリングして第１周期信
号を形成し、Ｍ２（８号のタイミングで基準信号をサン
プリングして第２周期信号を形成させることもできる。

更に周期信号形成部が、第１信号と同期した第１周期信
号を、第２信号と同期した第２周期信号を形成すること
もできる。

そして、光信号の遅延手段を外部光路に挿みし。

外部光路のパルス光を遅延させることもできる。

「実施例」 本発明の実施例を図面に基いて説明すると、第１図は１
本実施例である光波距離計の光学系を示すものであり、
第２図は受光手段で受信された信号を示すものである。

第１図に示す様に、本実施例の光波距離計は、レーザダ
イオード１と、レンズ２，３．４と、ビームスプリッタ
５と、内部光路用光ファイバー６と、受光素子７と、遅
延用光ファイバー８と、プリズム９と、レンズ１０とか
ら構成されている。

そして、コーナキューブ１１は、光波距離計本体から離
れた位置に配置される目標物であり、光パルスを反射す
る機能を有している。

レーザダイオードｌは、パルスレーザダイオードであっ
て、比較的大きなビークパワーを持ち。

デユーティ比が０．０１％程度のパルス波を発生させる
ことができる。ビームスプリッタ５は光束を分割させる
ものである。受光素子７はレーザダイオード１から発射
されたパルス光線を受光できる素子であれば足りる。遅
延用光ファイバー８は、光信号の遅延手段の１つである
。なお、この遅延用光ファイバー８は、Ｇｌファイバを
採用することが望ましい。

以、Ｅの様に構成された本光学系において、レーザダイ
オード１から発射された光パルスは、レンズ２によって
平行光束とされ、ビームス１リツタ５によって２つの光
束に分割される。このビームスプリッタ５によって反射
された光束は、レンズ３によって集光され、内部光路月
光ファイバ６を進行する。叩ち、光パルスが、内部光路
月光ファイバ６を経由して受光素子７で受光される内部
型照光路が構成される。そして、光パルスが受光素子７
で電気信号に変換される。一方、ビームスプリッタ５を
透過する光束は、レンズ４によって集光され、ｆｌ延用
光ファイバ８を進行する。この遅延用光ファイバ８で遅
延された光束は、プリズム９で反射され、レンズ１０を
通過して光波距離計本体から発射される。そして、測定
１α置に配置されたコーナキューブ１１で反射された光
パルスが。

レンズ１０を通過し、プリズム９で反射されて受光素子
７で受光される外部測距光路が構成される。

そして、光パルスが受光素子７で電気信号に変換される
。

本実施例では、外部測距光路に遅延用光ファイバ８が挿
入されているので、この遅延用光ファイバ８によって光
パルスが遅延される時間を、光パルス幅より長く設定す
ることにより、内部参照光パルスと外部測距光パルスを
受光素子７上で時間的に分離することができる。第２図
に示す様に、２つのパルスの時間差しヨは、 ｔ、＝ｔＬ＋ｔｐ−ｕｓ　　　　・・・・（１）ここで
、ｔＬ　：光パルスが、光波距離計本体からコーナーキ
ュー ブ１１を往復する時間 ｔＦ　：光パルスが、外部測距光 路のうち１本体内部を通 過する時間 ｔｓ　：光パルスが、内部参照光 路を通過する時間 と表すことができる。

ｔｐ、　Ｌｓは既知の値であるので、 ｔｌ、＝ｔ、−Ｅ、ｐ＋ｔ、ｓ　　　　　　・　・　・
　・　（２）となり、光波距離計本体とコーナーキュー
ブ１１との距離りは、 Ｌ＝（１／２）　　　シ：　し　Ｌン・：　Ｃ・　　・
　　・　　・　　（３）ここで、Ｃは光速である。

として求めることができる。

即ち、第２図に示す様に、内部の電気信号を基準に測定
することなく、内部型照光路の光パルス（ａ）を基準信
号として用いることができる。

次に、内部参照光路の光パルス（ａ）を基準とした光測
距を具体的な数値を用いて説明する。ここで、光パルス
の幅を５０ｏ、、。とすると、内部参照光路の光パルス
を分離するための遅延時間は１００　ＩＩ　ＩＩ　＠。

程度あればよい、従って、本体内部の外部測距光路のう
ち遅延用光ファイバ８を除いた部分の長さと、内部参照
光路の長さを無視すると、遅延用光ファイバ８の長さし
は次の様になる。

ｔ、　　＝Ｃ：＜　　１　０　０＋ｔｓｓ　。　〕・で
　（１、／　ｎ　　）＝３ｘｌＯ：パ１００ｘｌＯｘ　
（１，／１．５）−２０ｍ Ｃ：光速 ｎ：ファイバーの屈折率 となる、そして、？ＩｔＩ！距距離の増加に伴い、内部
型照光路の光パルスと外部測距光路の光パルスの受信時
間の差は大きくなる９例えば、測距距離を１０キロメー
トルとすると、時間差しいは、ｔｍ　＝　（１０ｋｍ、
、’Ｃ）＞＋２＋１００ｎａ。。

Ｌ＠６６．７．ｕｓｅｃ となる。

この結果は、内部参照光路の光パルス（ａ）と外部測距
光路の光パルス（ｂ）の受信の切り替えを、約６６．７
μｓｅｃで行うのと同等となる。これは、通常の機緘的
チョッパによる数Ｈｚの切り替え周波数と比較すれば、
本実施例は１０００倍程度高速な切り替えが実現できる
。従って、受光素子７、アンプ等における受光系のドリ
フトの影響も軽減することができる。また、測距距離が
長くなるに伴い、受光系ドリフト軽減の効果は薄れるが
、光波距離計における実用的な測距距Ｍ範囲は、数１０
　Ｋ　ｍ　ｆＪ、度であるので、十分ドリフト軽減効果
を得ることができる。

次に１本実施例の電気系の構成例を第３図に基いて説明
する。なお、パルス方式の光波距離計に関する電気系の
基本的原理説明は、本出願人より出願された２１牛の特
許出願に詳述されている。（特願昭６３−１６１８９３
号、特願昭６３−１６１８９４号） （第１の構成例） 第３図に示す実施例は、″！ｉ延川フ用イバー８による
遅延時間が、ＡＤコンバータの変換時間より長い場合の
構成例である１本実Ｊ１例は、水晶発信器１００と第１
の分周器１１０と第２の分周器１２０とシンセサイザー
１３０とレーザダイオード１とレーザダイオードドライ
バー１４０とＡＰＤ７１とアンプ１６０とパルス検出器
１７０とカウンタ１８０とバンドパスフィルタ１９０と
サンプルホールド（Ｓ、／）Ｉ）２００とＡＤコンバー
タ３００と加算器４００とメモリ５００とＣＰＵ６００
とから構成されている。

水晶発振器１００は、基準信号発生手段の１つであり、
１５Ｍ）ｌｚの基準信号を発生させている。

この基準信号は、第１の分周器１１０′ｃ′１．／１０
０００に分周され、更に第２の分周器１２０で１７１０
０に分周されて、１５Ｈｚが得られる。そして、この１
５Ｈｚの信号をシンセサイザー１３０が１０１倍に逓倍
して約１５１５Ｈｚの信号を得るようになっている。な
お、第１の分周器１１０、第２の分周器１２０、シンセ
サイザ１３０の出力信号は、２値化の信号である。そし
て、ドライバ１４０は、シンセサイザー１３０の出力信
号に従って、レーザダイオード１をパルス的に駆動する
。従って、レーザダイオード１は、周期が１、’１．５
１５ＫＨｚのパルス状の光線を発射する。

またシンセサイザ１３０の出力は、カウンタ１８０とＣ
ＰＵ６００へ送られる。この出力はカウンタ１８０に対
して、カウンタのリセット信号として働き、ＣＰＵ６０
０に対しては受信パルスの識別信号として働く様になっ
ている。即ち、シンセサイザ１３０から一定時間後に受
信された受信パルスが、内部多照光路を経由した受信パ
ルスとして判別され、その後受信されるパルスが、遅延
用ファイバーを経由した外部測距光ノ（ルスとして判別
することができる。レーザーダイオード１かへ発射され
た光パルスは、第１図に示す光学系を通過し、ＡＰＤ７
１で受光される。このＡＰＤ７１は受光素子７の１つで
あり、ｐ　ｒｌ接合に深いバイアスを加えてナダレ増倍
を誘起させ、利得を得ることのできるダイオードである
。ＡＰＤ７１は。

第１図に示す内部多照光路を通った光パルスと、外部測
距光路を通った光パルスが１組となった第２図の様な光
パルスを受光する。ＡＰＤ７１により光パルスは、電気
信号に変換され、アンプ１６０で適度に増幅され、パル
ス検出器１７０で波形整形されて、電気的に取扱易い電
気信号に加工される。なお、パルス検出器１７０から出
力された信号は、カウンタ１８０のスタート及びストッ
プ信号として働くことになる。即ち、第２図に示す内部
参照光パルス（ａ）のタイミングがスターＩ・信号とな
り、外部測距光パルス（ｂ）のタイミングがストップ信
号となる。カウンター１８０は。

スタート信号からストップ信号の間、水晶光１に器１０
０の１５ＭＨｚのクロックをカウントし、この結果をＣ
ＰＵ６００に送出する。このカウントデータは、既知の
遅延用ファイバー８の長さを減じて、■測定用データと
して用いられる。また、パルス検出器１７０の出力は、
サンプルホールド２００とＡＤコンバータ３００にも送
出される。

まず、第２図に示す内部多照光パルス（ａ）のタイミン
グの信号によって、サンプルホールドが行われる。ｎｎ
ち、サンプルホールド２００が、バンドパスフィルタ１
９０で正弦波にされた水晶光１Ｎ器１００の出力信号を
、パルス検出器１７０の出力信号のタイミングでホール
ドする様になっている。そして、ＡＤコンバータ３００
は、サンプルホールド２００の出力信号をＡＤ変ｔＡす
る様に構成されている。また、ＡＤ変ＩＡが終了すると
、ＡＤコンバータ３００は、ＣＰｔＪ６００に対して変
ＩＡ終了信号を出力する様になっている９そして、ＡＤ
変ＩＡされた信号は、予め決定されたメモリ５００のア
ドレスに記憶される。続いて、第２図に示される外部測
距光パルス（ｂ）のタイミングの信号で、バンドパスフ
ィルタ１９０の出力信号はサンプルボールド等が行われ
る。即ち、内部参照光パルス（ａ）のタイミングの信号
の場合と同様に、サンプルホールド、ＡＤ変換が行われ
、ＡＤ変ｆＡされたデータはメモリ５００に記憶される
。

ここで、ＡＤ変換された信号が記憶される一メモリアド
レスは、例えば内部参照光パルスについて１Ｍｆ地〜Ｎ
ｉ地、外部測距光パルスについてＮ＋１番地〜２Ｎ番地
と定めることもできる。

以上の動作を、光パルスが　ｆ＝１５１５Ｈｚの周波数
で発射される度に様り返される。なお。

内部９照光パルス（ａ）のタイミングと、外部測距光パ
ルス（ｂ）のタイミングの間で、サンプルホールド、Ａ
Ｄ変換、メモリ記憶の動作が行われなければならない、
従って１次のような条件を満足する必要がある。

ｔ　ｐ＝　ｔｓ　＞　　シＡｎ＋　ｔ、ｓ、ｓ＋　シー
ｖ−−−ｙ　　　　（５）ｔ、ＡＤ　：ＡＤ変ＩＡに要
する時間 Ｌｓ、ｉＨ：サンプｌレホー７レドＩＣのセ］・リング
タイム Ｌ、。１゜１．：データをメモリに 記憶させるための 時間 また、受信されるパルスの組（内部シ照光パルスと外部
測距光パルス）と、バンドパスフィルタ１９０の出力信
号の位相差は、１１）回１周期のＮ分の１（Ｎ：整数、
なお、本実施例では、Ｎ＝１．０１）となる、従って、
Ｎ＝１０１回で１周期分の測定となるが、２周期目以降
は、得られたデータを加算器４００により前回のデータ
と加算され、１周期目と同一のアドレスに格納すること
により、最終的には平均化される。

次に第４図に基いて、受信されるパルスの組を基準とし
た時に、各パルスの紐と、バンドパスフィルタ１９０の
出力信号の位置ｒＪＪＪ係を説明す゛る。

ここで、位相変化を明瞭に示すために、Ｎ＝２５゜５０
．７５，１０１の時の信号を、Ｎ＝１と比較できる裸に
描いである。また第５図では、各パルスの組のうち、内
部臀照光パルス（ａ）のタイミングでサンプルホールド
された信号をＮ＝１から１０１まで表した・ものであり
、同様に、外部測距光パルス（ｂ）でサンプルホールド
された信号も措いている。促って、第５図上の点は、Ａ
Ｄ変１負された信号のメモリ５００上のデータに相当し
、横軸はメモリ５００のアドレスに相当する。ここで、
１周期は ・　（６） の信号となる。

次に、第４図の内部勢照光パルス（ａ）信号と。

外部測距光パルス（ｂ）信号との時間差ｔ、は、二二で
、ｎｓＮ数 Ｌｏ：水晶発振器１０ ０のクロック時 間 φ　：し。１周期とし た時の端数時間 を位相で表した もの と表すことができる。この時、第（７）式のφと第５図
のθは等しくなる。即ち、第４図での位相差を に拡大したことになる。従って、メモリ５００上みデー
タから第５図のθを計算することにより、ｔ、を内挿す
ることができる。この様にして得られた距離データから
、遅延用光フアイバ８等の長さに相当する長さを減じた
ものを、精密測定値とし、■測定と組み合わせることに
より求める測距値を得ることができる。

（第２の構成例） 第６図に基いて、遅延用光ファイバー８での遅延時間が
短く、 ｔｐ＝　しｓ　＜　　ｔＡｏ＋ｔｌ／Ｈ＋　Ｌｍ＊＋＋
＋。ｒｙ　　ｌ　　・　（９）の条件を満たす場合の構
成例を説明する。この実施例の構成は、第（５）式を満
足する場合の実施例である第３図の構成に、タイミング
回路１５０とゲート１５５が付加されている。従って、
池の構成の動作は第３図と同様であるので、タイミング
回路１５０とゲート１５５の動作を中心にス（ト明する
。遅延用光ファイバー８の遅延時間が、ＡＤコンバータ
３００の変換時間より短いので、内部参照光パルス（ａ
）と外部側和光パルス（ｂ）の全てについて、サンプル
ホールド、ＡＤ変ＩＡを行うことはできない。そこで、
以下の様な計測を行う必要がある。シンセサイザー１３
０の出力信号は、タイミング回路１５０及びカウンタ１
８０、ＣＰＵ６００に送出される。この出力信号は、Ｃ
ＰＵ６００に対して受信パルスの識別信号として働き、
カウンタ１８０に対してはリセット信号として働き、タ
イミング回路１５０に対してはトリガー信号として作用
する。第７図に示す様に、タイミング回路１５０の出力
信号は、内部型照光パルス（ａ）と外部測距光パルス（
ｂ）による受信信号に対してゲート１５５が交互に開く
様な信号を出力する様になっている。即ち、Ｎ＝１の場
合には、内部型照光パルス（ａ）に対してゲート１５５
が開き、Ｎ＝２の場合には、外部測距光パルス（１））
に対してゲー１−１５５が開き、Ｎ−３の場合には、内
部参照光パルス（ａ）に対してゲート１５５が開く様に
なっている。即ち、ゲート１５５は、タイミング回路１
５０の信号により、電気信号がＨＩＧＨの間、パルス検
出器１７０の出力をサンプルホールド２００．ＡＤコン
バータ３００に送出するつ従って、サンプルホールド２
００は、バンドパスフィルタ１９０の出力信号を。

内部９照光パルス（ａ）、外部測距光パルス（ｂ）のタ
イミングに対して交互にサンプルホールドする様になっ
ている。即ち、Ｎ＝１では内部参照光パルス（ａ）のタ
イミングで、Ｎ＝２では外部測距光パルス（ｂ）のタイ
ミングで、そして、Ｎ＝３では内部測距光パルス（ａ）
のタイミングでサンプルホールドされる。

そして、ＡＤコンバータ３００が、サンプルホールド２
００の出力をＡＤ変ｒａｔ、、予め指定されたメモリ５
００のアドレス−Ｅに記憶される。２周期目以降のデー
タは、加算器４００で加算され、１周期目と対応する同
一メモリアドレスに記憶される様になっている。

次に、第８図に基いてメモリ５００上のデータに関して
説明する。第８図の縦軸はメモリ５００上のデータであ
り、横軸はメモリ５００上のアドレスを表すものである
。第５図と比較すると、Ｎ＝１０１回のパルスの発射に
対して、得られるデータは５０となっており、約半分に
なっている。

これは、ゲート１５５を交互に開くように構成したから
である。なお、その曲の処理は第３図の構成例と同様で
ある。この様に内部９照光パルス（ａ）と外部測距パル
ス（ｂ）を交互にサンプルホールドしても、このパルス
は互いに近傍にあり、ドリフトの変化が極めて小さく、
これに基づいて得られる測定値に与える影響は極めて小
さい。

（第３の構成例） ここで第９図に基いて、遅延用光ファイバ８によるｆｌ
延時間が短く。

ｔＦ−ｔａ　＜　ｔＡｏ＋　ｔ、ｓ／Ｈ＋　ｔ−−−０
，、ｙ　・・（９）の条件の場合において、パルスの発
射に対して有効にデータを取得することのできる構成例
を説明する。この構成例は、第２の構成例である第６国
に、第１、第２のサンプルホールド２０１，２０２と第
１、第２のＡＤコンバータ３０１．３０２と切り替え器
２６０とが付加されている。この実施例は、パルス検出
器１７０から出力された内部参照光パルス（ａ）信号と
外部測距光パルス（１））信号は、シンセサイザ１３０
からの信号により動作するタイミング回路１６０により
切り替えられる。例えばＮ＝１の時、内部型照光パルス
（ａ）信号が、第１のサンプルホールド２０１を介して
第１のＡＤコンバータ３０１に送られ、外部測距光パル
ス（ｂ）信号が、第２のサンプルホールド２０２を介し
て第２のＡＤコンバータ３０２に送られたとすると、ま
ず、第１のサンプルホールド２０１は、内部釡照光パル
ス（ａ）信号のタイミングでバンドパスフィルタ１９０
の出力信号を゛サンプルホールドする。そして、第１の
サンプルホールド２０１の出力信号は、第１のＡＤコン
バータ３０１に出力され、ＡＤ変換される。この時、切
り替え器２６０は、第１のＡＤコンバータ３０１の出力
であるＡＤ変換データ信号とＡＤ変ＩＡ終了信号が選択
されており、ＡＤ変換終了信号はＣＰＵ６００に送出さ
れ、Ａ　Ｄ変換データ信号はメモリ５００に送信する様
に構成されてるやそして、このデータ信号は、あらかじ
め指定されたアドレスに格納される０次に、切り替え器
２６０は、第２のＡＤコンバータ３０２を選択するやこ
の時、外部測距光パルス（ｂ）信号が受信されており。

第２のＡＤコンバータ３０２がＡＤ変ＩＡを終了してい
れば、そのデータはメモリ５００上のあらかじめ指定さ
れたアドレスに格納されるやまた、この時、外部測距光
パルス（ｂ）信号が受光されていない時には、第２のＡ
Ｄコンバータ３０２がＡＤ変換を完了するのを待ち、Ａ
Ｄ変ｔＡ終了信号が発信された後、データはメモリ５０
０上のあらかじめ指定されたアドレスに格納される。次
の光パルスの組であるＮ−＝２の時には、内部参照光パ
ルス（ａ）信号が、第２のサンプルホールド２０２を介
して第２のＡＤコンバータ３０２に送出される。そして
、外部測距光パルス光パルス（ｂ）信号が、第１のサン
プルホールド２０１を介して第１のＡＤコンバータ３０
１に送出される。而って、受光された光パルス信号に対
して、第１のサンプルホールド２０１．第１のＡＤコン
バータ３０１の組合せと、第２のサンプルホールド２０
２、第２のＡＤコンバータ３０２の組合ぜを交互に選択
することにより、第１．２のサンプルホールド２０１．
２０２と第１、第２のＡＤコンバータ３０１．３０２が
有する電気的特性上のバラツキによる誤差及びド、リフ
トを除去することができる。なお、メモリ５００に蓄え
られたデータは第１の構成例（第３図）と同様に収り吸
われる。

（第４の構成例） 次に、受信パルスによりＰＬＬ　（フェーズロックルー
１）を構成することにより、パルスの時間間隔を測定す
る実施例を第１０図に基いて説明する。このＰＬＬを採
用した光波距離計の原理は本出願人によって出願された
遅延時間測定装置（特願昭６３−１６１８９４号）に詳
述されている。

この構成例は第１の構成例に、概算用水晶発振器１０１
と第１．第２、第３の分周器１１１，１１２．１１３と
第１、第２のミキサー２１１，２１２と第１、第２のロ
ーパスフィルタ２２１．２２２と第１．第２のコンパレ
ータ２３１．２３２と第１、第２の位相検出器２４１，
２４２と第１゜第２（７）ＶＣＯ２５１，２５２と切り
替え器２６０と位相比較器２７０等とが付加されている
。ここで、第１、第２のｖＣＯは電圧制御発振器である
。

従って、第１の位相検出回路２４１と第１のローパスフ
ィルタ２２１と第１のＶＣＯ２５１と第２の分周器１１
２とで第１のＰＬＬが構成されることになる。同様に、
第２の位相検出回路２４２と第２のローパスフィルタ２
２２と第２のＶＣＯ２５２と第３の分周器１１３とで第
２のＰＬＬが構成されることになる。

水晶発振器１００からの１５ＭＨｚの信号が第１の分周
器１１１に送出され、第１の分周器１１１の出力信号で
ある３ＫＨ２がレーザダイオードドライバ１４０に送ら
れる。分周器ｉｌｌの出力は、カウンタ１８０及びＣＰ
Ｕ６００へも送られ。

カウンタ１８０に対してはカウンタのリセット信号とし
て鋤き、ＣＰＵ６００に対しては受信パルスの識別信号
として牛用する様になっている。レーザダイオードドラ
イバ１４０は、第１の分周器１１１の出力信号のタイミ
ングでレーザダイオード１″６：駆動する。このレーザ
ダイオード１はパルスレーザダイオードであり、発射さ
れた光パルスは、第１図の光学系を通過しＡＰＤ７１で
受光される、ＡＰＤ７１では、内部参照光パルス（２Ｌ
）と外部測距光パルス（ｂ）が第２図に示されるタイミ
ングで受光される。そして、アンプ１６０でＩＩＩに増
幅され、パルス検出器１７０で波形整形される。パルス
検出器１７０の出力信号は、内部型照光パルス（ａ）が
スタート信号になり、外部ａｎｉ光パルス（ｂ）がスト
・Ｉプ信号となる様になっており、これらの信号により
、カウンタ１８０が作動する。スタート信号からス）　
＝７７’信号までの間、慨Ｗａｎ定用水晶発振器１０１
のクロ・・Ｉりをカリントする様になっており、このｌ
ｅｔ算測定用データをＣＰＵ６００に送信する様になっ
ている。

そして、パルス検出器１７０の出力は、切り替え器２６
０で分離され第１のＰＬＬと第２のＰＬＬの２つのＰＬ
Ｌ回路に出力される様になっている。

１回目の測定として、内部型照光パルス（ａ）のタイミ
ングのパルスが、第１の位相検出器２４１、第１のロー
パスフィルタ２２１、第１のＶＣ０２５１、第２の分周
器１１２から構成される第１のＰＬＬに入力される。そ
して、外部測距光パルス（ｂ）のタイミングのパルスが
、第２の位相検出器２４２、第２のローパスフィルタ２
２２、第２のＶＣＯ２５２，第３の分周器ｌ１３から構
成されている第２のＰＬＬに入力される。第１のＰＬＬ
は、内部ｐ照光パルス（ａ）信号に対して同期がかかる
様に動１′１′ニジ、第１のＶＣＯ２５１の出力は、第
１のミキサー２１１により、水晶発振器１００からの信
号と混合検波される。そして、検波後の出力信号は、第
１のバンドパスフィルタ５１で基本波が収り出され、第
１のコンパレータ２３１により、３ＫＨｚの矩形波にさ
れる。第２のＰＬＬは、第２のＶＣＯ２５２、第２のミ
キナー２１２．第２のバンドパスフィルタ５２、第２の
コンパレータ２３２が、外部測距光パルス（ｂ）に対し
て、第１のＰＬＬと同様に動作し、第２のコンパレータ
２３２が、３ＫＨｚの矩形波を出力する探になっている
。

第１のＰＬＬに接続されたコンパレータ２３１と、第２
のＰＬＬに接続されたコンパレータ２３２との位相差は
、内部参照光パルス（ａ）信号と外部測距光パルス（ｂ
）信号との時間差に対応する１位相比較器２７０は、こ
の位相差を水晶Ｑ振器１００のクロックでカランｌ−１
，、そのデータをＣＰＵ６００に送出する様になってい
る。そして、ＣＰＵ６００では、カウンタ１８０による
■測定値と、位相比較器からの精密測定値とを金成し、
ｆｌ延用光ファイバ８等による遅延分を減じた測定値を
演算する。

２回目の測定は、内部参照光パルス（ａ）のタイミング
のパルスが、第２のＰＬＬに送出され。

外部測距光パルス（ｂ）のタイミングのパルスが。

第１のＰＬＬに入力される。以下は、第１回目の測定と
同様の測定が行われる。閏って、測距データは、１回目
の測定と２回目の測定を平均したものとなる。この様に
ＰＬＬ回路を交互に切り替えることにより、ＰＬＬ、ミ
キサー、バンドパスフィルタ、コンパレータ等の電気的
特性のバラツキによる誤差、及びドリフトを相段するこ
とができる。

次に、温ｒＸ、変化等に対する考慮に関して、若干説明
する。遅延用光ファイバ８に温度補償用サーミスタ７０
０を収り１寸けた実施例を第１１図に基づいて説明する
、ここで、光ファイバに用いられる石英、ガラス、アク
リルの熱！５ｊ張係数は、以下の様である。

石英　　　　　５．５：１０　　、、′℃ガラス　　　
　１００〉コ１０／／℃ アクリル　　　　８　Ｘ　ｌ　Ｏ−’　　、／　℃以上
の様に、′１１延用光ファイバ８が長い場合には。

温度変化によりｉｔ用先光ファイバ８長さが変１ヒする
可能性がある。この場合には、測定データに！５ＩＩＩ
を与えるので、サーミスタ７００で得られた温度データ
を使用して、遅延用光ファイバ８の長さの変化を計算し
、データの値の補償を行うことができる。

次に、′ｙ、数の内部参照光路を設けることにより、遅
延用光ファイバ８の温度特性を補償する実施例を第１２
図に基づいて説明する。

第１の内部参照光路８１０は、前述の様に、光波距離計
の内部に発生した電気的ドリフトを除去する目的で設け
られている。第２の内部参照光路８２０は、遅延用光フ
ァイバ８の温度特性を補償するためのものである９レー
ザダイオードｌから発射された光パルスは、レンズ２１
によって平行光束とされ、ビームスプリッタ５１により
２つの光束に分けられる。一方の光束は、レンズ３１に
より内部光路用光ファイバ６１へ集光され、レンズ３２
によって平行光束とされ、ビーム２１１月ツタ５２で反
射され、レンズ２２によりＡＰＤ７１で受光される探に
なっており、この光路が第１内部参照光路８１０となる
。他方の光路は、レンズ４１により遅延用光ファイバ８
に集光される光路であり、この遅延用光フアイバ８内で
光パルスがｉ延される。そして、遅延用光ファイバ８か
ら出た光パルスは、チョッパ８３０により、２つの光路
に切り替えられる。即ち、チクツバ８３０　ｔ＊の光路
の一方は、内部のミラー８４０により反射され、内部光
路月光ファイバ６２に集光され、更に。

レンズ４２で平行光束となり、ビームスプリッタ５２を
通過した後、レンズ２２により集光されてＡＰＤ７１に
至る光路であり、第２の内部参照光路８２０を構成する
。他方の光路は、プリズムっで反射され、レンズ１０を
から光波距離計本体外部へ発射され、コーナーキューブ
１１で反射された後、再びレンズ１０を通過し、プリズ
ム９で反射され、更に、内部光路用光ファイバ６２に入
射し、レンズ４２、ビームスプリッタ５２、レンズ２２
を通過し、ＡＰＤ７１に至る光路であり、外部測距光路
８５０を構成する９ 測定は、まず、チョッパ８３０が、第２の内部参照光路
８２０を選択した状態で行われる。ＡＰＤ７１は、まず
、第１の内部参照光路８１０の光パルスが受信され１次
に、第２の内部参照光路８２０の光パルスが受信される
。この状態で得られた測定値をＬｌとする。次に、チョ
ッパ８３０が外部参照光路８５０を選択した状態で測定
を行う。

この状態で得られた測定値をし２とすれば、光波距離計
本体からコーナーキューブ１１までの距離りは。

ｔ、ａＬ２−ｔ、、１ と表すことができる９ なお、遅延用光ファイバ８の温度による変化は、時間に
対して榎やかてあり９機械的チョッパの切り替え周波数
（数Ｈｚ程度）で十分に除去が可能である。

以上の探に構成された本実施例は、内部９照光パルス（
ａ）を基準信号として用いるので、従来の光波距離計の
様に内部電気信号を基準に測定する必要がない。６℃っ
て、この内部基準信号から発光素子ドライブ回路の遅延
時間によるドリフト。

発光素子のドライブ回路の遅延時間によるドリフト、発
光素子の応答時間のドリフト等による！５ｗ！を根本的
に取り除くことができる。この場合には遅延用光ファイ
バ８を、内部参照光路又は外部測距光路の何れか一方に
挿入すればよい。

なお、遅低用光ファイバ８を外部測距光路に挿入した場
合には、光波距離計木本とコーナキューブ１１とが近接
し、外部測距光路が短くなった場合でも、内部参照光路
の光パルスと、外部測距光路の光パルスが重なることが
ないという効果がある。

「効果」 以上の様に構成された「本願第１発明」は、内部光路及
び外部光路を経由した光源部からの両方の光を常に受光
し１つの出力信号を形成する受光部と、受光部の出力信
号のうち互いに近情にある第１光信号との第２光信号の
時間差に基づき距離を算出する算出部とから構成されて
いるので、互いに近使にある第１光信号との第２光信号
の時間差に基づき距離を算出でき、電気的ドリフトの影
響を低減することができる。ここで、この算出手段が光
源部から同時に発光した光による第１光信号と第２光信
号の時間差を計測する様に構成することにより、Ｗｌ電
気的ドリフト影響を全て除去することができるという効
果がある。

また、「本願第２発明」は１周期的にパルスを発光する
光源部を設け、内部光路及び外部光路を経由したパルス
光の両方を受光し内部光路を経由した第１信号と外部光
路を経由した第２信号を形成する受光部と、第１信号に
応じて第１周期信号を、第２信号に応じて第２周期信号
を一部分ずつ交互に形成する周期信号形成部と、第１周
期信号と第２周Ｊｔｌｌ信号との位相差に基づき距駈を
算出する算出部とから構成されているので、第１信号に
応じて第１周期信号を、第２信号に応じて第′２周期信
号を一部分ずつ交互に形成でき、電気的ドリフトの影響
を低減することができる２更に、第１信号及び第２信号
から周期信号が形成されるので容易に分解能を上げるこ
とができる。

そして、外部光路に光信号のｆｌ延手段を設けることに
より、内部光路及び外部光路を経由したパルス光の間隔
が広がり、短距流における測距においても内部光路及び
外部光路を経由したパルス光を分離して検出することが
でき、短距離測定範囲の拡大が図れるという卓越した効
果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すもので、第１図は本実施例の
光波距離計の構成を示す図であり、第２図は内部参照光
パルスと外部測距光パルスを説明する図、第３図は第１
の構成例の構成を示す図、第４図はパルスの組とバンド
パスフィルタの出力信号の位置関係を示す図、第５図は
光パルスでサンプルホールドされた信号を表す図、第６
図は第２の構成例の構成を示す図、第７図はタイミング
回路とゲートの関ｆ系を示す図、第８図は第２の構成例
におけるメモリ上のデータを表す図、第９図は第３の構
成例の構成を示す図、第１０図は第４の構成例の構成を
説明する図、第１１図は温度補償用サーミスタを収り付
けた光波距離計を説明する図であり、第１２図は７１数
の内部参照光路を設けることにより、ｉｎＩ！補償を行
う光波距離計の実施例である。 レーザーダイオード　　２・・レンズ レンズ　　　　　　　４・・レンズ ビームスプリ・フタ 内部参照光路用光ファイバ 受光索子　　　８・・遅延用光フアイバプリズム　　　
　１０・・レンズ １１・・コーナーキューブ １００・・水晶発振器 １１０・・第１の分周器 １２０・・第２の分周器 １３０・・シンセサイザー １７０・・パルス検出器 １９０・・バンドパスフィルタ ２００・・サンプルホールド ３００・・ＡＤコンバータ ４００・・加算器 ５００・・メモリ ６００・・ＣＰＵ （Ｇ） （ｂ） 内部参照光路１しス（ａ） 外部看）皿たハ゛しス（ｂ） 第２図 第４図 第５図 第７図 ↓ ↓ Ｎ−７５Ｎ冨１０１ 第８図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部光路と外部光路とを有する光波距離計におい
   て、パルス的に発光する光源部と、前記光源部からの光
   を測定対象物を経由して受光部に導く外部光路と、前記
   光源部からの光を測定対象物を経由させずに受光部に導
   く内部光路と、内部光路及び外部光路を経由した前記光
   源部からの光を常に受光し１つの出力信号を形成する受
   光部と、前記受光部の出力信号から前記内部光路を経由
   した第１光信号と前記外部光路を経由した第２光信号と
   に識別する信号識別手段と、前記信号識別手段の識別に
   応じて前記受光部の出力信号のうち互いに近傍にある第
   １光信号との第２光信号の時間差に基づき距離を算出す
   る算出部とを有することを特徴とするパルス方式の光波
   距離計。
2. （２）上記受光部は、上記光源部から発光して内部光路
   及び外部光路を経由した両方の光を常に受光し１つの出
   力信号を形成し、上記算出部は、上記第１光信号及び上
   記第２光信号の時間差に基づき距離を算出する請求項１
   記載のパルス方式の光波距離計。
3. （３）内部光路と外部光路とを有する光波距離計におい
   て、周期的にパルスを発光する光源部と、前記光源部か
   らの光を測定対象物を経由して受光部に導く外部光路と
   、前記光源部からの光を測定対象物を経由させずに受光
   部に導く内部光路と、内部光路及び外部光路を経由した
   パルス光の両方を受光し前記内部光路を経由した第１信
   号と前記外部光路を経由した第２信号を形成する受光部
   と、前記第１信号に応じて第１周期信号を、前記第２信
   号に応じて第２周期信号を一部分ずつ交互に形成する周
   期信号形成部と、前記第１周期信号と前記第２周期信号
   との位相差に基づき距離を算出する算出部とを有するこ
   とを特徴とするパルス方式の光波距離計。
4. （４）上記光源部の発光周期と僅かに異なる周期の基準
   信号を形成する基準信号形成部とを有し、上記周期信号
   形成部は上記第１信号のタイミングで前記基準信号をサ
   ンプリングして第１周期信号を、上記第２信号のタイミ
   ングで前記基準信号をサンプリングして第２周期信号を
   形成する請求項３記載のパルス方式の光波距離計。
5. （５）上記周期信号形成部は上記第１信号を受けこれと
   同期した第１周期信号を、上記第２信号を受けこれと同
   期した第２周期信号を形成する請求項３記載のパルス方
   式の光波距離計。
6. （６）上記外部光路に光信号の遅延手段を設けた請求項
   １又は３記載のパルス方式の光波距離計。