JP4707142B2 - Light wave distance meter - Google Patents
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Description
本発明は、基準信号によって変調された光を測定光路と参照光路に送光し、測定光路上のターゲットで反射して戻ってきた反射光の位相と参照光路からの光の位相を基にターゲットまでの距離を求めることができる光波距離計に関する。 The present invention transmits light modulated by a standard signal to a measurement optical path and a reference optical path, and based on the phase of the reflected light reflected by the target on the measurement optical path and the phase of the light from the reference optical path. It is related with the light wave rangefinder which can ask for the distance to.
光波距離計としては、例えば、ターゲットに向けて照射された測距光(レーザ光線)による反射光または参照光路からの参照光を受光し、反射光の位相と参照光の位相との位相差から距離を求めている。この種の光波距離計においては、反射光を光電変換して得られた信号の位相と基準信号の位相との位相差に基づいてターゲットまでの距離を求めるに際して、参照光を光電変換して得られた信号の位相と基準信号の位相との位相差に基づいてターゲットまでの距離を求め、両者の距離値の差を演算することで、発光素子や受光素子で生じる誤差を消去できるようになっている(特許文献1参照)。 As an optical distance meter, for example, a reflected light by a distance measuring light (laser beam) irradiated toward a target or a reference light from a reference light path is received, and a phase difference between the phase of the reflected light and the phase of the reference light is detected. Seeking distance. In this type of optical wave distance meter, the reference light is obtained by photoelectric conversion when the distance to the target is obtained based on the phase difference between the phase of the signal obtained by photoelectric conversion of the reflected light and the phase of the reference signal. Based on the phase difference between the phase of the received signal and the phase of the reference signal, the distance to the target is obtained, and the difference between the two values can be calculated to eliminate errors caused by the light emitting element and the light receiving element. (See Patent Document 1).
前記従来技術においては、光源に、互いに異なる波長のレーザ光を発光する2種類のレーザダイオードを用いている。測定光をシャッタで切り替えて測定光と参照光の信号の位相差を求めている。また、測距光の送光に伴ってターゲットで反射して戻ってきた反射光を光電変換して得られた信号と参照光を光電変換して得られた信号をそれぞれ交互にCPUに入力し、CPUにおいて、反射光を光電変換して得られた信号の位相と基準信号の位相との位相差に基づいてターゲットまでの光を演算する処理と、参照光を光電変換して得られた信号の位相と基準信号の位相との位相差を基にターゲットまでの距離を演算する処理を交互に行い、各処理の演算結果を基に最終的にターゲットまでの距離を求めるようにしているため、測定時間を短縮するには充分ではない。 In the prior art, two types of laser diodes that emit laser beams having different wavelengths are used as light sources. The phase difference between the measurement light and the reference light signal is obtained by switching the measurement light with a shutter. In addition, the signal obtained by photoelectric conversion of the reflected light reflected and returned from the target as the ranging light is transmitted and the signal obtained by photoelectric conversion of the reference light are alternately input to the CPU. In the CPU, a process for calculating the light to the target based on the phase difference between the phase of the signal obtained by photoelectrically converting the reflected light and the phase of the standard signal, and the signal obtained by photoelectrically converting the reference light Since the process of calculating the distance to the target is alternately performed based on the phase difference between the phase of the reference signal and the phase of the reference signal, the distance to the target is finally obtained based on the calculation result of each process. It is not enough to shorten the measurement time.
すなわち、反射光を光電変換して得られた信号の位相と基準信号の位相との位相差に基づいてターゲットまでの距離を演算する処理と、参照光を光電変換して得られた信号の位相と基準信号の位相との位相差を基にターゲットまでの距離を演算する処理をシリアルに行っているため、両者の処理時間の和が測定時間となり、各処理におけるデータ量を少なくしなければ、測定時間を短縮することはできない。 That is, the process of calculating the distance to the target based on the phase difference between the phase of the signal obtained by photoelectric conversion of the reflected light and the phase of the reference signal, and the phase of the signal obtained by photoelectric conversion of the reference light Since the processing to calculate the distance to the target based on the phase difference between the reference signal and the phase of the reference signal is performed serially, the sum of both processing times becomes the measurement time, and if the amount of data in each processing is not reduced, Measurement time cannot be shortened.
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、測定時間を短縮することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object thereof is to shorten the measurement time.
前記目的を達成するために、請求項1に係る光波距離計においては、基準信号で変調された光を発光する発光手段と、前記発光手段から光を導入して測距光として測定光路に送光する第1の送光手段と、前記発光手段から光を導入し、前記導入した光を第1参照光または第2参照光に振り分け、前記第1参照光を第1参照光路に送光し、前記第2参照光を第2参照光路に送光する第2の送光手段と、前記第1参照光路または第2参照光路のいずれか一方を遮断する参照光路遮断手段と、前記第1の送光手段による測距光の送光に伴って前記測定光路で反射した反射光を受光したときに、前記第1参照光路が遮断されているときには前記受光した反射光を第1受光路に導き、前記第2参照光路が遮断されているときには前記受光した反射光を第2受光路に導く受光手段と、前記第1受光路から反射光を受光したときに光電変換を行って第1測距信号を生成し、前記第1参照光路から前記第1参照光を受光したときに光電変換を行って第1参照信号を生成する第1の光電変換手段と、前記第2受光路から反射光を受光したときに光電変換を行って第2測距信号を生成し、前記第2参照光路から前記第2参照光を受光したときに光電変換を行って第2参照信号を生成する第2の光電変換手段と、前記基準信号に対する前記第1測距信号および前記第2参照信号の位相差または前記基準信号に対する前記第2測距信号および前記第1参照信号の位相差を演算し、前記いずれかの演算結果を基に前記測定光路上のターゲットまでの距離を演算する演算手段とを備えて構成した。 In order to achieve the above object, in the lightwave distance meter according to claim 1, a light emitting means for emitting light modulated by a reference signal, and light introduced from the light emitting means to be sent to the measurement optical path as distance measuring light. Light is introduced from the first light transmitting means that emits light and the light emitting means, the introduced light is distributed to the first reference light or the second reference light, and the first reference light is sent to the first reference light path. , Second light transmitting means for transmitting the second reference light to a second reference optical path, reference optical path blocking means for blocking either the first reference optical path or the second reference optical path, and the first When the reflected light reflected by the measurement optical path is received along with the distance measurement light transmitted by the light transmitting means, the received reflected light is guided to the first light receiving path when the first reference optical path is blocked. When the second reference light path is interrupted, the received reflected light is converted into the second A light receiving means for guiding the light to the light receiving path, and when the reflected light is received from the first light receiving path, photoelectric conversion is performed to generate a first ranging signal, and the first reference light is received from the first reference light path. First photoelectric conversion means for generating a first reference signal by performing photoelectric conversion, and generating a second distance measurement signal by performing photoelectric conversion when reflected light is received from the second light receiving path. Second photoelectric conversion means for generating a second reference signal by performing photoelectric conversion when receiving the second reference light from the two reference light paths, and the first ranging signal and the second reference signal for the reference signal Computing means for computing a phase difference between the second ranging signal and the first reference signal with respect to the reference signal, and computing a distance to the target on the measurement optical path based on one of the computation results And configured.
(作用)基準信号で変調された光が測距光として測定光路に送光されるとともに、第1参照光として第1参照光路または第2参照光路として第2参照光路に送光される過程で、測距光の送光に伴って測定光路で反射した反射光を受光手段が受光したときに、第1参照光路が遮断されているときには反射光を光電変換して第1測距信号が生成されるとともに、第2参照光を光電変換して第2参照信号が生成され、基準信号に対する第1測距信号および第2参照信号の位相差が演算される。一方、反射光を受光したときに第2参照光路が遮断されているときには反射光を光電変換して第2測距信号が生成され、第1参照信号を光電変換して第1参照信号が生成され、基準信号に対する第2測距信号および第1参照信号の位相差が演算され、いずれかの位相差の演算結果を基に測定光路上のターゲットまでの距離が演算される。 (Operation) In the process in which the light modulated by the reference signal is transmitted to the measurement optical path as distance measurement light and is transmitted to the second reference optical path as the first reference optical path or the second reference optical path as the first reference light When the light receiving means receives the reflected light reflected by the measurement light path in response to the transmission of the distance measuring light, and the first reference light path is interrupted, the reflected light is photoelectrically converted to generate a first distance measuring signal. At the same time, the second reference light is photoelectrically converted to generate a second reference signal, and the phase difference between the first ranging signal and the second reference signal with respect to the reference signal is calculated. On the other hand, when the second reference light path is interrupted when the reflected light is received, the reflected light is photoelectrically converted to generate a second ranging signal, and the first reference signal is photoelectrically converted to generate the first reference signal. Then, the phase difference between the second ranging signal and the first reference signal with respect to the reference signal is calculated, and the distance to the target on the measurement optical path is calculated based on the calculation result of one of the phase differences.
すなわち、測定光路に送光された測距光から得られた第1測距信号と第2参照光路から得られた第2参照信号の位相差を求める演算を同時に行うか、あるいは測定光路から得られた第2測距信号の位相差と第1参照光路から得られた第1参照信号の位相差を演算する処理を同時に行うようにしたため、測定光路に関する位相差演算と参照光に関する位相差演算を別々に実行するときよりも測定時間を短縮することができる。 That is, the calculation for obtaining the phase difference between the first distance measurement signal obtained from the distance measurement light transmitted to the measurement optical path and the second reference signal obtained from the second reference optical path is performed simultaneously or obtained from the measurement optical path. Since the processing for calculating the phase difference of the obtained second ranging signal and the phase difference of the first reference signal obtained from the first reference optical path is performed at the same time, the phase difference calculation for the measurement optical path and the phase difference calculation for the reference light are performed. The measurement time can be shortened as compared with the case where the processes are executed separately.
請求項2に係る光波距離計においては、基準信号で変調された光を発光する発光手段と、前記発光手段から光を導入して測距光として測定光路に送光する第1の送光手段と、前記発光手段から光を導入し、前記導入した光を第1参照光または第2参照光に振り分け、前記第1参照光を第1参照光路に送光し、前記第2参照光を第2参照光路に送光する第2の送光手段と、前記第1参照光路または第2参照光路のいずれか一方を遮断する参照光路遮断手段と、前記第1の送光手段による測距光の送光に伴って前記測定光路で反射した反射光を受光したときに、前記第1参照光路が遮断されているときには前記受光した反射光を第1受光路に導き、前記第2参照光路が遮断されているときには前記受光した反射光を第2受光路に導く受光手段と、前記第1受光路から反射光を受光したときに光電変換を行って第1測距信号を生成し、前記第1参照光路から前記第1参照光を受光したときに光電変換を行って第1参照信号を生成する第1の光電変換手段と、前記第2受光路から反射光を受光したときに光電変換を行って第2測距信号を生成し、前記第2参照光路から前記第2参照光を受光したときに光電変換を行って第2参照信号を生成する第2の光電変換手段と、前記基準信号と前記第1測距信号の位相差および前記基準信号と前記第2参照信号の位相差を演算するとともに、前記基準信号と前記第2測距信号の位相差および前記基準信号と前記第1参照信号の位相差を演算し、前記各演算結果を基に前記測定光路上のターゲットまでの距離を演算する演算手段とを備えて構成した。 In the lightwave distance meter according to claim 2, a light emitting means for emitting light modulated by a reference signal, and a first light sending means for introducing light from the light emitting means and transmitting it as a distance measuring light to a measurement optical path. Then, light is introduced from the light emitting means, the introduced light is distributed to the first reference light or the second reference light, the first reference light is sent to the first reference light path, and the second reference light is sent to the first reference light. 2 a second light transmitting means for transmitting to the reference light path, a reference light path blocking means for blocking either the first reference light path or the second reference light path, and a distance measuring light by the first light transmitting means. When the reflected light reflected by the measurement optical path with light transmission is received, when the first reference optical path is blocked, the received reflected light is guided to the first light receiving path, and the second reference optical path is blocked. A light receiving means for guiding the received reflected light to the second light receiving path, When the reflected light is received from the first light receiving path, photoelectric conversion is performed to generate a first ranging signal, and when the first reference light is received from the first reference light path, photoelectric conversion is performed to perform the first conversion. A first photoelectric conversion means for generating a reference signal; and a second ranging signal is generated by performing photoelectric conversion when reflected light is received from the second light receiving path, and the second reference is generated from the second reference optical path. Second photoelectric conversion means for generating a second reference signal by performing photoelectric conversion when receiving light; a phase difference between the reference signal and the first ranging signal; and the reference signal and the second reference signal A phase difference is calculated, a phase difference between the reference signal and the second ranging signal and a phase difference between the reference signal and the first reference signal are calculated, and a target on the measurement optical path is calculated based on the calculation results. And a calculation means for calculating the distance to.
(作用)基準信号で変調された光が測距光として測定光路に送光されるとともに、第1参照光として第1参照光路または第2参照光路として第2参照光路に送光される過程で、測距光の送光に伴って測定光路で反射した反射光を受光手段が受光したときに、第1参照光路が遮断されているときには反射光を光電変換して第1測距信号が生成されるとともに、第2参照光を光電変換して第2参照信号が生成され、基準信号に対する第1測距信号および第2参照信号の位相差が演算される。一方、反射光を受光したときに第2参照光路が遮断されているときには反射光を光電変換して第2測距信号が生成され、第1参照信号を光電変換して第1参照信号が生成され、基準信号に対する第2測距信号および第1参照信号の位相差が演算され、各位相差の演算結果を基に測定光路上のターゲットまでの距離が演算される。 (Operation) In the process in which the light modulated by the reference signal is transmitted to the measurement optical path as distance measurement light and is transmitted to the second reference optical path as the first reference optical path or the second reference optical path as the first reference light When the light receiving means receives the reflected light reflected by the measurement light path in response to the transmission of the distance measuring light, and the first reference light path is interrupted, the reflected light is photoelectrically converted to generate a first distance measuring signal. At the same time, the second reference light is photoelectrically converted to generate a second reference signal, and the phase difference between the first ranging signal and the second reference signal with respect to the reference signal is calculated. On the other hand, when the second reference light path is interrupted when the reflected light is received, the reflected light is photoelectrically converted to generate a second ranging signal, and the first reference signal is photoelectrically converted to generate the first reference signal. Then, the phase difference between the second ranging signal and the first reference signal with respect to the reference signal is calculated, and the distance to the target on the measurement optical path is calculated based on the calculation result of each phase difference.
すなわち、測定光路に送光された測距光から得られた第1測距信号と第2参照光路から得られた第2参照信号の位相差を求める演算を同時に行うとともに、測定光路から得られた第2測距信号の位相差と第1参照光路から得られた第1参照信号の位相差を演算する処理を同時に行うようにしたため、測定光路に関する位相差演算と参照光に関する位相差演算を別々に実行するときよりも測定時間を短縮することができる。 In other words, the calculation for obtaining the phase difference between the first distance measurement signal obtained from the distance measurement light transmitted to the measurement optical path and the second reference signal obtained from the second reference optical path is performed simultaneously and obtained from the measurement optical path. Since the processing for calculating the phase difference of the second ranging signal and the phase difference of the first reference signal obtained from the first reference optical path is performed simultaneously, the phase difference calculation regarding the measurement optical path and the phase difference calculation regarding the reference light are performed. The measurement time can be shortened compared with the case where they are executed separately.
例えば、測定光路を対象とした位相差演算のデータ量と参照光路を対象とした位相差演算のデータ量の総和を一定にすると、測定に要する時間を半分に短縮することができる。 For example, if the sum of the data amount of the phase difference calculation for the measurement optical path and the data amount of the phase difference calculation for the reference optical path is made constant, the time required for measurement can be reduced to half.
請求項3に係る光波距離計においては、基準信号で変調された光を発光する発光手段と、前記発光手段から光を導入して測距光として測定光路に送光する第1の送光手段と、前記発光手段から光を導入し、前記導入した光を第1参照光または第2参照光に振り分け、前記第1参照光を第1参照光路に送光し、前記第2参照光を第2参照光路に送光する第2の送光手段と、前記第1参照光路と前記第2参照光路を開放し、その後、前記第1参照光路または前記第2参照光路を遮断する参照光路制御手段と、前記第1の送光手段による測距光の送光に伴って前記測定光路で反射した反射光を受光したときに、前記第1参照光路と前記第2参照光路が開放しているときには前記受光した反射光を第1受光路と第2受光路との間に導き、前記第1参照光路が遮断されているときには前記受光した反射光を第1受光路に導き、前記第2参照光路が遮断されているときには前記受光した反射光を第2受光路に導く受光手段と、前記第1受光路から反射光を受光したときに光電変換を行って第1測距信号を生成し、前記第1参照光路から前記第1参照光を受光したときに光電変換を行って第1参照信号を生成する第1の光電変換手段と、前記第2受光路から反射光を受光したときに光電変換を行って第2測距信号を生成し、前記第2参照光路から前記第2参照光を受光したときに光電変換を行って第2参照信号を生成する第2の光電変換手段と、前記第1参照光路と前記第2参照光路が開放しているときに前記第1参照信号と前記第2参照信号の位相差を補正値として演算し、その後、前記基準信号に対する前記第1測距信号の位相差または前記基準信号に対する前記第2測距信号の位相差を演算し、前記いずれか一方の演算結果を基に前記測定光路上のターゲットまでの距離を演算し、この距離値を前記補正値で補正する演算手段とを備えて構成した。 In the lightwave distance meter according to claim 3, a light emitting means for emitting light modulated by a reference signal, and a first light sending means for introducing light from the light emitting means and sending it to the measuring optical path as distance measuring light Then, light is introduced from the light emitting means, the introduced light is distributed to the first reference light or the second reference light, the first reference light is sent to the first reference light path, and the second reference light is sent to the first reference light. 2nd light transmission means which transmits light to 2 reference light paths, and the reference light path control means which opens the first reference light path and the second reference light path and then blocks the first reference light path or the second reference light path And when the first reference light path and the second reference light path are open when the reflected light reflected by the measurement light path is received along with the distance measurement light transmitted by the first light transmission means. The received reflected light is guided between a first light receiving path and a second light receiving path, and the first reference A light receiving means for guiding the received reflected light to the first light receiving path when the path is blocked, and for guiding the received reflected light to the second light receiving path when the second reference light path is blocked; When the reflected light is received from the light receiving path, photoelectric conversion is performed to generate a first ranging signal, and when the first reference light is received from the first reference light path, photoelectric conversion is performed to generate the first reference signal. When the reflected light is received from the first photoelectric conversion means and the second light receiving path, photoelectric conversion is performed to generate a second ranging signal, and the second reference light is received from the second reference light path. Second photoelectric conversion means for performing photoelectric conversion to generate a second reference signal, and when the first reference optical path and the second reference optical path are open, the first reference signal and the second reference signal The phase difference of the reference signal is calculated as a correction value, and then the reference signal is The phase difference of the first ranging signal relative to the reference signal or the phase difference of the second ranging signal relative to the reference signal is calculated, and the distance to the target on the measurement optical path is calculated based on one of the calculation results. And an arithmetic means for correcting the distance value with the correction value.
(作用)基準信号で変調された光が測距光として測定光路に送光されるとともに、第1参照光として第1参照光路または第2参照光路として第2参照光路に送光される過程で、実際の測距前には、測距光の送光に伴って測定光路で反射した反射光を受光したときに、この反射光が第1の光電変換手段と第2の光電変換手段に入射しないように光路が切替えられる一方で、第1参照光路と第2参照光路が開放され、第1の光電変換手段で第1の参照信号が生成され、第2の光電変換手段で第2の参照信号が生成され、第1の参照信号と第2の参照信号の位相差が補正値として演算される。その後、実際の測距時には、基準信号で変調された光が測距光として測定光路に送光されるとともに、第1参照光路または第2参照光路が遮断される。測距光の送光に伴って測定光路で反射した反射光を受光手段が受光したときに、第1参照光路が遮断されているときには反射光を光電変換して第1測距信号が生成され、基準信号に対する第1測距信号の位相差が演算され、この演算結果を基に測定光路上のターゲットまでの距離が演算される。一方、反射光を受光したときに第2参照光路が遮断されているときには反射光を光電変換して第2測距信号が生成され、基準信号に対する第2測距信号の位相差が演算され、この演算結果を基に測定光路上のターゲットまでの距離が演算される。このとき、第1参照信号と第2参照信号の位相差は補正値として既に求められているので、この参照信号間の位相差を距離値から減算する補正を行うことで、受光系と送光系における誤差を消去することができる。 (Operation) In the process in which the light modulated by the reference signal is transmitted to the measurement optical path as distance measurement light and is transmitted to the second reference optical path as the first reference optical path or the second reference optical path as the first reference light Before the actual distance measurement, when the reflected light reflected by the measurement light path is received along with the transmission of the distance measuring light, the reflected light is incident on the first photoelectric conversion means and the second photoelectric conversion means. The first reference optical path and the second reference optical path are opened while the first reference optical path is generated by the first photoelectric conversion means, and the second reference is generated by the second photoelectric conversion means. A signal is generated, and the phase difference between the first reference signal and the second reference signal is calculated as a correction value. Thereafter, during actual distance measurement, light modulated by the reference signal is transmitted to the measurement optical path as distance measurement light, and the first reference optical path or the second reference optical path is blocked. When the light receiving means receives the reflected light reflected by the measurement light path as the distance measurement light is transmitted, the first distance signal is generated by photoelectrically converting the reflected light when the first reference light path is interrupted. The phase difference of the first ranging signal with respect to the reference signal is calculated, and the distance to the target on the measurement optical path is calculated based on the calculation result. On the other hand, when the second reference optical path is interrupted when the reflected light is received, the reflected light is photoelectrically converted to generate a second ranging signal, and the phase difference of the second ranging signal with respect to the reference signal is calculated, Based on the calculation result, the distance to the target on the measurement optical path is calculated. At this time, the phase difference between the first reference signal and the second reference signal has already been obtained as a correction value. Therefore, by correcting the phase difference between the reference signals from the distance value, the light receiving system and the light transmission Errors in the system can be eliminated.
すなわち、実際の測距時に、第1測距信号または第2測距信号を生成するだけでターゲットまでの距離を高精度に求めることができ、測定光路に関する位相差演算と参照光に関する位相差演算を別々に実行するときよりも、測定時間をより短縮することができる。 That is, during actual distance measurement, the distance to the target can be obtained with high accuracy by simply generating the first distance signal or the second distance signal, and the phase difference calculation for the measurement light path and the phase difference calculation for the reference light. The measurement time can be further shortened than when the processes are executed separately.
以上の説明から明らかなように、請求項1に係る光波距離計によれば、測定時間を短縮することができる。 As is clear from the above description, according to the lightwave distance meter according to the first aspect, the measurement time can be shortened.
請求項2に係る光波距離計によれば、測定時間を短縮することができる。 According to the optical distance meter according to claim 2, the measurement time can be shortened.
請求項3に係る光波距離計によれば、測定時間をより短縮することができる。 According to the optical distance meter according to claim 3, the measurement time can be further shortened.
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施例を示す光波距離計のブロック構成図、図2は、測定モード1における信号の生成方法と測定モード2における信号の生成方法を説明するための図、図3は、測定モード3における信号の生成方法を説明するための図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is a block diagram of an optical distance meter showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a signal generation method in measurement mode 1 and a signal generation method in measurement mode 2, and FIG. These are the figures for demonstrating the production | generation method of the signal in the measurement mode 3. FIG.
これらの図において、位相差方式の光波距離計12は、信号発生回路14、レーザダイオード駆動回路16、レーザダイオード18、送光レンズ20、ビームスプリッタ(ハーフミラー)22、24、送光レンズ26、シャッタ28、対物レンズ30、光路切替器32、フォトダイオード34、36、プリアンプ38、40、アンプ42、44、バンドパスフィルタ46、48、ミキサー(混合器)50、52、ローパスフィルタ54、56、A/D変換器58、60、CPU62、表示器64を備えて構成されている。なお、ターゲットを視準するための視準望遠鏡などは省略してある。
In these figures, a phase difference type
信号発生回路14は、CPU62からの指令に応答して、基準信号として、例えば、30MHz、15MHz、250kHzの信号をレーザダイオード駆動回路16に出力するとともに、基準信号とは周波数の異なるローカル信号をミキサー50、52に出力するようになっている。レーザダイオード駆動回路16は、基準信号に応答して、レーザダイオード18を駆動し、レーザダイオード18から発光する光(レーザ光)を基準信号にしたがって光量変調するようになっている。すなわち、レーザダイオード18は、基準信号で光量変調された光を発光する発光手段として構成されており、レーザダイオード18の発光による光は送光レンズ20を透過してビームスプリッタ22、24に入射するようになっている。
In response to a command from the
ビームスプリッタ22は、レーザダイオード18の発光による光のうち一部をそのまま透過し、残りの光を反射し第1参照光100として第1参照光路(図示せず)に送光するようになっている。ビームスプリッタ22を透過した光はビームスプリッタ24に入射し、入射した光のうち一部はビームスプリッタ24をそのまま透過し、送光レンズ26を介して測定光路(図示せず)に測距光102として送光され、残りの光は反射し第2参照光104として第2参照光路(図示せず)に送光されるようになっている。なお、ビームスプリッタ22、24は平行平面ガラスでもよい。この場合約4%が反射される。
The
すなわち、送光レンズ20、ビームスプリッタ22、24、送光レンズ26は、レーザダイオード18の発光に伴う光を導入して測距光102として測定光路に送光する第1の送光手段として構成されているととともに、レーザダイオード18の発光に伴う光を導入し、導入した光を第1参照光100または第2参照光104に振り分け、第1参照光100を第1参照光路に送光し、第2参照光104を第2参照光路に送光する第2の送光手段として構成されている。
That is, the
第1参照光100が伝播する第1参照光路と第2参照光104が伝播する第2参照光の光路近傍にはシャッタ28が配置されている。このシャッタ28は、測定モード1〜3のうち測定モード1のときには第1参照光路を遮断して第1参照光100の伝播を阻止し、測定モード2のときには第2参照光路を遮断して第2参照光104の伝播を阻止する参照光路遮断手段として構成されている。また、シャッタ28は、測定モード3のときには、第1参照光路と第2参照光路を開放し、第1参照光100と第2参照光104をそのまま通過させ、その後、実際の測距時に、第1参照光路を遮断して第1参照光100の伝播を阻止し、または、第2参照光路を遮断して第2参照光104の伝播を阻止する参照光路制御手段として機能するようになっている。
A
対物レンズ30には、測定光路に向けて照射された測距光102が測定光路上のターゲットで反射したときに、その反射光が入射するようになっており、対物レンズ30に入射した反射光は光路切替器32に入射するようになっている。光路切替器32は、機械的にあるいは光学的に、またはCPU62からの指令を基にシャッタ28と連動して測定モードに応じて受光路を切替えるようになっている。例えば、光路切替器32は、測定モード1のときには、第1参照光100が遮蔽されていることを条件に、対物レンズ30から入射した反射光を第1受光路(光路切換器32とフォトダイオード34とを結ぶ受光路)に導き、測定モード2のときには、第2参照光104が遮蔽されていることを条件に、対物レンズ30からの反射光を第2受光路(光路切換器32とフォトダイオード36とを結ぶ受光路)に導く受光手段として構成されている。また、光路切替器32は、測定モード3のときには、第1参照光路と第2参照光路が開放されていることを条件に、対物レンズ30からの反射光を第1受光路(光路切替器32とフォトダイオード34とを結ぶ受光路)と第2受光路(光路切替器32とフォトダイオード36とを結ぶ受光路)との間に導き、対物レンズ30からの反射光がフォトダイオード34とフォトダイオード36に入射しないように受光路を切替え、その後、実際の測距時に、第1参照光100が遮蔽されていることを条件に、対物レンズ30から入射した反射光を第1受光路(光路切替器32とフォトダイオード34とを結ぶ受光路)に導くように受光路を切替え、一方、第2参照光104が遮蔽されていることを条件に、対物レンズ30からの反射光を第2受光路(光路切替器32とフォトダイオード36とを結ぶ受光路)に導くように受光路を切替える受光手段として構成されている。
When the distance measuring light 102 irradiated toward the measurement optical path is reflected by the target on the measurement optical path, the reflected light enters the
フォトダイオード34は、光電変換素子を用いて構成されており、測定モード1において、光路切替器32から反射光を受光したときに光電変換を行って第1測距信号を生成し、測定モード2において、ビームスプリッタ22から第1参照光100を受光したときに光電変換を行って第1参照信号を生成する第1の光電変換手段として構成されている。フォトダイオード36は、光電変換素子を用いて構成されており、測定モード1において、ビームスプリッタ24から第2参照光104を受光したときに光電変換を行って第2参照信号を生成し、測定モード2において、光路切替器32から反射光を受光したときに光電変換を行って第2測距信号を生成する第2の光電変換手段として構成されている。
The
フォトダイオード34の生成による第1測距信号または第1参照信号はプリアンプ38で増幅されたあとアンプ42で更に増幅され、増幅された信号はバンドパスフィルタ46を通過したあとミキサー50に入力される。ミキサー50に入力された信号は信号発生回路14からのローカル信号と混合され、中間周波の信号(第1測距信号または第1参照信号)に変換されたあとローパスフィルタ54を通過してA/D変換器58に入力される。中間周波による第1測距信号または第1参照信号はA/D変換器58でデジタル信号に変換され、デジタルデータとしてCPU62で処理されるようになっている。
The first ranging signal or the first reference signal generated by the
一方、フォトダイオード36の生成による第2測距信号または第2参照信号はプリアンプ40で増幅されたあと更にアンプ44で増幅され、増幅された信号はバンドパスフィルタ48を通過したあとミキサー52に入力される。ミキサー52に入力された信号は信号発生回路14からのローカル信号と混合され、中間周波の信号(第2測距信号または第2参照信号)に変換されたあとローパスフィルタ56を通過してA/D変換器60に入力される。中間周波の第2測距信号または第2参照信号はA/D変換器60でデジタル信号に変換され、デジタルデータとしてCPU62で処理されるようになっている。
On the other hand, the second ranging signal or the second reference signal generated by the
CPU62は、信号発生回路14から発生する基準信号の発生タイミングを監視しながらA/D変換器58、60からデジタル信号を取り込み、測定モード1のときには基準信号と第1測距信号の位相差を求める演算と基準信号と第2参照信号の位相差を求める演算を同時に行い、測定モード2のときには、基準信号と第2測距信号の位相差を求める演算と基準信号と第1参照信号の位相差を求める演算を同時に実行し、各演算結果を基に測定光路上のターゲットまでの距離を演算し、この演算結果を表示器64に表示させる演算手段として構成されている。
The
次に、光波距離計12を用いてターゲットまでの距離を求めるに際して、レーザダイオード18の発光による光が測距光102として測定光路に向けて出射されるとともに、第1参照光100として第1参照光路または第2参照光104として第2参照光路に送光される過程で、測定モード1による処理と測定モード2による処理が交互に複数回実行される。例えば、測定モード1のときには、シャッタ28と光路切替器32の切替動作により、図2(a)に示すように、ビームスプリッタ22からの第1参照光100が遮蔽され、ビームスプリッタ24からの第2参照光104がフォトダイオード36に入射するとともに、測距光102がターゲットで反射したときの反射光が対物レンズ30、光路切替器32からフォトダイオード34に入射する。この結果、フォトダイオード34の生成による第1測距信号とフォトダイオード36の生成による第2参照信号を基にCPU62において測距演算が行われる。
Next, when the distance to the target is obtained using the
すなわち、CPU62は、基準信号と第1測距信号の位相差を求める演算と基準信号と第2参照信号の位相差を求める演算を同時に行う。この場合、変調信号の波長をλとし、1波長に関するデータを1としたときに、例えば、3000個分のデータを処理して基準信号と第1測距信号の位相差を求めるとともに、1500個分のデータを処理して基準信号と第2参照信号の位相差を演算する。そして各位相差の演算結果を基に測距光路上のターゲットまでの距離を演算する。例えば、ターゲットまでの距離dを、距離d=位相差・測距信号の波長/2πに従って演算する。この際、両者の差を求めることで、レーザダイオード18を含む送光系における誤差を消去することができる。
That is, the
次に、測定モード2のときには、シャッタ28と光路切替器32の切替動作により、図2(b)に示すように、ビームスプリッタ24からの第2参照光104が遮蔽され、ビームスプリッタ22からの第1参照光100がフォトダイオード34に入射し、測距光102がターゲットで反射したときの反射光がフォトダイオード36に入射し、フォトダイオード34によって第1参照信号が生成され、フォトダイオード36によって第2測距信号が生成される。そしてCPU62においては、基準信号と第2測距信号の位相差を求める演算と基準信号と第1参照信号の位相差を求める演算が同時に実行される。この場合、変調信号の波長をλとし、1波長に関するデータを1としたときに、例えば、3000個分のデータを処理して基準信号と第2測距信号の位相差を求めるとともに、1500個分のデータを処理して基準信号と第1参照信号の位相差を演算する。そして各位相差の演算結果を基に測距光路上のターゲットまでの距離を演算するに際して両者の差を求めることで、レーザダイオード18を含む送光系における誤差を消去することができる。
Next, in the measurement mode 2, the second reference light 104 from the
さらに、測定モード1における演算結果と測定モード2における演算結果を減算することで、フォトダイオード34とフォトダイオード36を含む受光系における誤差を消去することができる。
Furthermore, the error in the light receiving system including the
このように、本実施例においては、測定モード1で基準信号と第1測距信号の位相差を求める演算と基準信号と第2参照信号の位相差を求める演算を同時に行うとともに、測定モード2で基準信号と第2測距信号の位相差を求める演算と基準信号と第1参照信号の位相差を求める演算を同時に行い、各演算結果を基に測定光路上のターゲットまでの距離を演算するようにしたため、測定光路に関する位相差演算と参照光に関する位相差演算を別々に実行するときよりも測定時間を短縮することができる。 As described above, in the present embodiment, in the measurement mode 1, the calculation for obtaining the phase difference between the reference signal and the first ranging signal and the calculation for obtaining the phase difference between the reference signal and the second reference signal are simultaneously performed, and the measurement mode 2 Simultaneously calculate the phase difference between the reference signal and the second ranging signal and calculate the phase difference between the reference signal and the first reference signal, and calculate the distance to the target on the measurement optical path based on each calculation result. Since it did in this way, measurement time can be shortened rather than performing the phase difference calculation regarding a measurement optical path, and the phase difference calculation regarding a reference light separately.
また、本実施例によれば、測定光路を対象とした位相差演算のデータ量と参照光路を対象とした位相差演算のデータ量の総和を一定にすると、測定に要する時間を半分に短縮することができる。 Further, according to the present embodiment, if the sum of the data amount of the phase difference calculation for the measurement optical path and the data amount of the phase difference calculation for the reference optical path is made constant, the time required for the measurement is reduced by half. be able to.
なお、測定時間を従来と同一の時間としたときには、測定モード1におけるデータ量と測定モード2におけるデータ量の和が2倍となるため、測定精度を更に向上させることができる。 When the measurement time is the same as the conventional time, the sum of the data amount in measurement mode 1 and the data amount in measurement mode 2 is doubled, so that the measurement accuracy can be further improved.
また、測定モード1による測距演算と測定モード2による測距演算を実行する代わりに、測定モード1または測定モード2による測距演算を基に測定光路上のターゲットまでの距離を求めることもできる。 Further, instead of executing the ranging calculation in the measurement mode 1 and the ranging calculation in the measurement mode 2, the distance to the target on the measurement optical path can be obtained based on the ranging calculation in the measurement mode 1 or the measurement mode 2. .
次に、測定モード3のときには、シャッタ28と光路切替器32の切替動作により、図3(a)に示すように、シャッタ28を第1参照光路と第2参照光路から外れた位置に配置し、ビームスプリッタ22からの第1参照光100をフォトダイオード34に入射し、ビームスプリッタ24からの第2参照光104をフォトダイオード36に入射し、フォトダイオード34の光電変換によって第1参照信号を生成し、フォトダイオード36の光電変換によって第2参照信号を生成し、CPU62において、第1参照信号の位相と第2参照信号の位相の位相差を補正値として演算する。この後、実際の測距を実行する。
Next, in the measurement mode 3, as shown in FIG. 3A, the
実際の測距で第1測距信号のみを生成するときには、シャッタ28と光路切替器32の切替動作により、図3(b)に示すようにシャッタ28で第1参照光100の伝送を遮断し、反射光をフォトダイオード34で受光し、フォトダイオード34の光電変換によって第1測距信号を生成し、CPU62において基準信号の位相と第1測距信号の位相の位相差を求め、この位相差を基にターゲットまでの距離を求める。このとき第1参照光100の位相と第2参照光104の位相の位相差を補正値として既に求めているため、この参照信号間の位相差を距離値から減算する補正を行うことで、受光系と送光系における誤差を消去することができる。このため、実際の測距時に、第1測距信号のみを生成するだけでターゲットまでの距離を高精度に求めることができ、測定時間をより短縮することができる。
When only the first distance measurement signal is generated by actual distance measurement, the transmission of the
一方、第2測距信号のみを生成するときには、シャッタ28と光路切替器32の切替動作により、図3(c)に示すように、シャッタ28で第2参照光104の伝送を遮断し、反射光をフォトダイオード36で受光し、フォトダイオード36の光電変換によって第2測距信号を生成し、CPU62において基準信号と第2測距信号の位相の位相差を求める。このときも、第1参照光100の位相と第2参照光104の位相の位相差を補正値として既に求めているため、この参照信号間の位相差を距離値から減算する補正を行うことで、受光系と送光系における誤差を消去することができる。このため、実際の測距時に、第2測距信号のみの生成するだけでターゲットまでの距離を高精度に求めることができ、測定時間をより短縮することができる。
On the other hand, when only the second ranging signal is generated, the transmission of the
12 光波距離計
14 信号発生回路
16 レーザダイオード駆動回路
18 レーザダイオード
22、24 ビームスプリッタ
26 送光レンズ
28 シャッタ
30 対物レンズ
34 光路切替器
34、36 フォトダイオード
50、52 ミキサー
58、60 A/D変換器
62 CPU
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