(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅（△ｔ）を有する測定パルス（６）と参照パルス（７）との間でそれぞれパルス反復周波数（ｆ１，ｆ２）で測定した少なくとも２つの異なる時間差（Ｔ１，Ｔ２）に基づいて測定対象（４）までの距離（Ｘ）を算出するために，マイクロプロセッサ（２）を制御するアルゴリズム部（３）を具える手持式レーザ測距装置において，選択モジュール（５）により，少なくとも最初のパルス反復周波数（ｆ１）を，少なくとも１つの別のパルス反復周波数（ｆ１ｉ）を有する少なくとも最初の周波数量（｛ｆ｝１）の検査されたテスト列から選択することによって，参照パルス（７）と測定パルス（６）との間で周期（１／ｆ１）に係る相対時間差｜Ｔ１・ｆ１｜を，少なくとも周期（１／ｆ１）に係る相対パルス幅｜△ｔｆ１｜の２倍以上の下限値（Ａ）よりも大とすることを特徴とする手持式レーザ測距装置。
【請求項２】
パルス幅（△ｔ）を有する測定パルス（６）と参照パルス（７）との間で異なるパルス反復周波数（ｆ１，ｆ２）で測定した少なくとも２つの時間差（Ｔ１，Ｔ２）を測定するための測定ステップ（９）と，少なくとも２つの時間差（Ｔ１，Ｔ２）に基づいて距離（Ｘ）を算出するための次の演算ステップ（１０）とを有するマイクロプロセッサを制御するためのアルゴリズム部（３）により測定対象（４）までの距離（Ｘ）を算出する手持式レーザ測距装置（１）のためのパルス混合方法において，測定ステップ（９）と演算ステップ（１０）との間に選択モジュール（５）で実行される選択ステップ（１１）において，少なくとも最初のパルス反復周波数（ｆ１）を，少なくとも１つの別のパルス反復周波数（ｆ１ｉ）を有する少なくとも最初の周波数量（｛ｆ｝１）の検査されたテスト列から選択することによって，参照パルス（７）と測定パルス（６）との間で周期（１／ｆ１）に係る相対時間差｜Ｔ１・ｆ１｜を，少なくとも周期（１／f１）に係る相対パルス幅｜△ｔｆ１｜の２倍以上の下限値（Ａ）よりも大とすることを特徴とするパルス混合方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアルゴリズム部において，第２のパルス反復周波数（ｆ２）を，少なくとも１つの別のパルス反復周波数（ｆ２ｉ）を有する少なくとも第２の周波数量（｛ｆ｝２）の検査されたテスト列から選択することによって，参照パルス（７）と測定パルス（６）との間で周期（１／ｆ２）に係る相対時間差｜Ｔ２・ｆ２｜を，少なくとも周期（１／ｆ２）に係る相対パルス幅｜△ｔｆ２｜の２倍以上の下限値（A）よりも大とすることを特徴とするアルゴリズム部。
【請求項４】
請求項３記載のアルゴリズム部において，距離（X）を算出する際に利用するn個のパルス反復周波数（ｆ１，… ｆｎ）（ただし，ｋ＝１，…  ｎ）につき，ｋ番目のパルス反復周波数（ｆｋ）を，少なくとも１つの別のパルス反復周波数（ｆki）を有するｋ番目の周波数量（｛ｆ｝ｋ）の検査されたテスト列から選択することによって，参照パルス（７）と測定パルス（６）との間で周期（１／ｆｋ）に係る相対時間差｜Ｔｋ・ｆｋ｜を，少なくとも周期（１／ｆｋ）に係る相対パルス幅｜△ｔｆｋ｜の２倍以上の下限値（Ａ）よりも大とすることを特徴とするアルゴリズム部。
【請求項５】
請求項１〜４に記載のアルゴリズム部において，パルス反復周波数を選択するための下限値（Ａ）を相対パルス幅｜△ｔｆｋ｜の５倍よりも大とすることを特徴とするアルゴリズム部。
【請求項６】
請求項１又は５に記載のアルゴリズム部において，少なくとも１つのパルス反復周波数（ｆｋ）を，｜Ｔｋ・ｆｋ−１／２｜が最小化されるように選択することを特徴とするアルゴリズム部。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のアルゴリズム部において，周波数量（｛ｆ｝ｋ）における各パルス反復周波数（ｆki）を，列インデックス（ｉ）とする等比数列に基づいて定めることを特徴とするアルゴリズム部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は手持式レーザ測距装置に関し，特に，パルス混合方法による手持式建設用レーザ測距装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建設作業においては，数百ｍまでの距離領域で数ｍｍオーダの精度で距離を正確に測定する必要がある。そのために本発明に関連する手持式レーザ測距装置においては，修正した可視レーザ光線のパルス混合方法により距離を測定する。
【０００３】
欧州特許ＥＰ６１０９１８Ｂ１号明細書（特許文献１）は，パルス列周波数に調整した共振子を検知後に励起される短いパルス列を距離測定に使用することを記載している。共振子の過剰信号によりレーザを発光させて新たなパルス列を発生させる。この工程は絶えず反復されるため，一定回転速度のパルスサイクルが発生し，その回転速度から測定距離が求められる。
【特許文献１】欧州特許ＥＰ６１０９１８Ｂ１号明細書
【０００４】
ドイツ特許ＤＥ３１０３５６７Ｃ２号明細書（特許文献２）は，測定区間を通じて投射される測定光パルスのみならず，参照区間を通じて照射される参照光パルスも共通の光センサにより検知する直接的な光パルス時間測定方法を記載している。この場合，検知された測定光パルス及び参照光パルスは，高速カウンタ等の時間測定システムをオンオフさせる。参照光パルスの検知と測定光パルスの検知との間の時間差を直接的かつ一義的に測定することにより，測定距離が一義的に確定する。光パルスの最大反復周波数は，一義的な距離決定の条件により限定される。しかしながら，半分の参照区間に相当する測定距離では両方のパルスが重なるために測定が不可能である。この問題を解決するために，光ファイバ等で構成される切替可能な参照区間を使用することにより，パルスが重なる際に別の参照距離を選択する。
【特許文献２】ドイツ特許ＤＥ３１０３５６７Ｃ２号明細書
【０００５】
ドイツ特許ＤＥ１０１１２８３３Ｃ１号明細書（特許文献３）は，パルス混合方法の手持式レーザ測距装置を記載している。この場合，一方では光センサにより捕捉されたパルス列，又は分離した光センサにおける参照パルス列が，他方では測定パルス列がそれぞれの光センサで直ちに直接混合され，次にローパスフィルタを通過させる。その際に，パルス列の直接混合は，測定部位において局部的に生じるLOパルス列により所定の制御下で行われる。LO‐パルス列の衝撃係数は，測定パルス列の衝撃係数に等しいか又は近似しており，反復周波数とは僅かに異なるものが選択される。低周波の混合パルス列における混合パルス反復周波数ｆмは，送信パルス列又は測定パルス列におけるパルス反復周波数ｆと，局部的なパルス列ｆLoのパルス反復周波数との差に一致する。したがって，ｆм＝｜ｆ−ｆLo｜が成立する。低周波の混合パルス列は，高周波のパルス列と同様に，参照パルス及び測定パルスから構成される。それらの時間差は距離の尺度である。その詳細については，特許文献３の記載を参照されたい。
【特許文献３】ドイツ特許ＤＥ１０１１２８３３Ｃ１号明細書
【０００６】
パルス混合方法の手持式レーザ測距装置の場合，光源として可視波長領域で発光する市販のレーザダイオードを使用する。投射されたレーザ光は，極めて狭い針状パルスの列（以下，「送信パルス列」と称する。）に変調され，コリメータレンズにより測定レーザビームに集束される。この特別なパルス混合方法による手持式レーザ測距装置は，送信パルス列として極めて狭いレーザパルス列，通常は６０ｐｓ〜８０ｐｓの幅のパルス列を必要とする。５０MHｚ〜２００MHｚの領域におけるレーザパルスのパルス反復周波数fは，従来型パルス混合方法の手持式レーザ測距装置における数十ｋHzのパルス反復周波数に比べて極めて高くなる。したがって，一般論として，特定のパルス反復周波数における測定では数百ｍまでの距離領域の一義的な距離決定は不可能である。一義的な距離決定には，全く異なる２つのパルス反復周波数又はパルス反復周波数ｆ１，ｆ２の差についての少なくとも２回の測定が必要である。高精度及び遠距離の測距を行うためには，様々な測定が必要となる。マイクロプロセッサにより，所定のアルゴリズムに従い，異なるパルス反復周波数fkにおける低周波の混合パルス列の参照パルスと測定パルスとの，通常は一義的でない時間差Ｔkを決定すると共に，光速を用いて測距装置から測定対象上の光スポットまでの距離を決定する。時間差Ｔk＝０とする特定の距離では，パルス幅△ｔのために参照パルスが測定パルスに重なる。その場合には測定が不可能となるため，マイクロプロセッサにより僅かに異なるパルス反復周波数ｆkiを選択し，パルスの重なりを防止する。小さいＴkでも測定誤差の増大が生じる場合がある。両パルス列が，近距離の場合でも互いに影響するからである。
【０００７】
以下，参照パルスと測定パルスとの間で周期１／ｆkに係る時間差を相対時間差Ｔk・ｆk，周期１／ｆkに係るパルス幅を相対パルス幅△ｔ・ｆkと称する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は，測距精度を高めたパルス混合方法の手持式レーザ測距装置を提案すると共に，測距精度に係る最適なパルス反復周波数を発生させるためのアルゴリズムを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するため，本発明に係る手持式レーザ測距装置は，請求項１に記載した構成を具えるものである。また，本発明の有利な発展形態については，従属請求項に記載したとおりである。
【００１０】
本発明に係る手持式レーザ測距装置はパルス混合方法に依拠するものであり，パルス幅△ｔを有する測定パルスと参照パルスとの間でそれぞれのパルス反復周波数ｆ１，ｆ２で測定した少なくとも２つの異なる時間差Ｔ１，Ｔ２に基づいて測定対象までの距離を算出するために，マイクロプロセッサを制御する所定のアルゴリズムを実行するための手段（以下，「アルゴリズム部」と称する。）を有する。レーザ測距装置は選択モジュールを具える。選択モジュールは，少なくとも最初のパルス反復周波数ｆ１を，少なくとも１つの別のパルス反復周波数ｆ１ｉを有する少なくとも最初の周波数量｛ｆ｝１の検査されたテスト列から選択することによって，参照パルスと測定パルスとの間で周期１／ｆ１に係る相対時間差｜Ｔ１・ｆ１｜を，少なくとも周期１／ｆ１に係る相対パルス幅｜△ｔｆ１｜の２倍以上の下限値Ａよりも大とする。
【００１１】
また，上記の測距装置に関連する本発明に係る測距方法では，請求項２に記載したとおり，異なるパルス反復周波数ｆ１，ｆ２として測定した少なくとも２つの時間差Ｔ１，Ｔ２を測定した後に，少なくとも２つの時間差Ｔ１，Ｔ２から距離を算出するための前置ステップとして選択ステップが含まれている。この選択ステップでは，少なくとも最初のパルス反復周波数ｆ１を，少なくとも１つの別のパルス反復周波数ｆ１ｉを有する少なくとも最初の周波数量｛ｆ｝１の検査されたテスト列から選択することによって，参照パルスと測定パルスとの間で周期１／ｆ１に係る相対時間差｜Ｔ１・ｆ１｜を，少なくとも周期１／ｆ１に係る相対パルス幅｜△ｔｆ１｜の２倍以上の下限値Ａよりも大とする。
【００１２】
本発明によれば，適切なパルス反復周波数を選択することにより，測定パルスと参照パルスとの相互的な影響は最小限に抑えることが可能である。測定パルスと参照パルスとの間隔が十分に大きい場合には，共振等の干渉が殆ど作用しないので，測距精度を大幅に向上することが可能である。
【００１３】
第２のパルス反復周波数ｆ２を，少なくとも１つの別のパルス反復周波数ｆ２iを有する少なくとも第２の周波数量｛ｆ｝２の検査されたテスト列から選択することによって，参照パルスと測定パルスとの間で周期１／ｆ２に係る相対時間差｜Ｔ２・ｆ２｜を，周期に係る相対パルス幅｜△ｔｆ２｜の２倍以上の下限値よりも大とするのが有利である。算出に必要な両時間差についての相互作用を抑制することが可能である。
【００１４】
距離を算出する際に利用されるｋ＝１．．．ｎとする個数nのパルス反復周波数ｆ１．．．ｆnでは，ｋ番目のパルス反復周波数ｆkを，少なくとも１つの別のパルス反復周波数ｆkiを有するｋ番目の周波数量｛ｆ｝kの検査されたテスト列から選択することによって，参照パルスと測定パルスとの間で周期１／ｆkに係る相対時間差｜Ｔk・ｆk｜の値を，少なくとも周期１／ｆkに係る相対パルス幅｜△ｔｆk｜の２倍以上の下限値Ａよりも大とするのが有利である。高い精度で大きな距離を算出するのに必要なすべての時間差において，相互的な影響は低減し，測定確度は向上する。
【００１５】
少なくとも１つ，好適には全てのパルス反復周波数ｆkを，値｜Ｔk・ｆk‐1／２｜が最小化されるように選択するのが有利である。算出に際しては，最適なパルス反復周波数ｆkを使用する。
【００１６】
周波数量｛ｆ｝kにおける各パルス反復周波数ｆkiは，列インデックスｉとする一連の等比数列の各項とし，例えば参照周波数ｆokから派生した部分周波数ｆok／４，ｆok／５，ｆok／６とするのが有利である。列インデックスｉが上昇する測定列では，許容時間差Ｔkiに対して強い収れんが与えられる。
【００１７】
パルス反復周波数を選択するための下限値Ａは，相対パルス幅の５倍よりも大とするのが有利である。この場合にはパルス間隔が十分に大きいため，十分な測距精度が常に保証される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下，本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。
【００１９】
図１及び図２に示した手持式レーザ測距装置１は，パルス混合方法に依拠するものであり，測定対象４までの距離Xを算出するためにマイクロプロセッサ２を制御するアルゴリズム部３を具える。アルゴリズム部３では，測定パルス６と参照パルス７との間で基本的に異なるパルス反復周波数ｆ１，ｆ2，ｆ3により測定した時間差Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を測定ステップ９において測定する。領域インデックスはｋ＝１，２，３である。次の演算ステップ１０では，３つの時間差Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３から距離Ｘを算出する。アルゴリズム部３の選択モジュール５において測定ステップ９と演算ステップ１０との間で実行される選択ステップ１１では，それぞれ周波数量｛ｆ｝１，｛ｆ｝2，｛ｆ｝3の検査されたテスト列から検査の条件を充足する３つのパルス反復周波数ｆ１，ｆ2，ｆ3を選択し，この選択された３つの異なるパルス反復周波数ｆ１，ｆ2，ｆ3でそれぞれ測定された３つの異なる時間差Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を，演算ステップ１０で用いることを決定する。値｜Ｔ１・ｆ１−１／２｜，｜Ｔ2・ｆ2−１／２｜及び｜Ｔ3・ｆ3−１／２｜がそれぞれ最小化され，測定パルス６と参照パルス７との間の標準間隔が最大化される。各周波数：
｛ｆ｝１＝｛４００／４ＭＨＺ,４００／５ＭＨＺ，４００／６ＭＨＺ,…｝
＝｛ｆ０１／ｉ｝,
｛ｆ｝２＝｛４０／４ＭＨＺ，４０／５ＭＨＺ，４０／６ＭＨＺ，…｝
＝｛ｆ０２／ｉ｝,
｛ｆ｝３＝｛４／４ＭＨＺ，４／５ＭＨＺ，４／６ＭＨＺ，…｝
＝｛ｆ０３／ｉ｝
は，それぞれパルス反復周波数ｆkiを有する。これらのパルス反復周波数は，ｉ＝４，５，６，…とする等比級数の項を示す。これらは，それぞれ１つの参照周波数ｆ０１＝４００ＭＨｚ，ｆ０２＝４０ＭＨｚ及びｆ０３＝４ＭＨｚからｉ番目の部分周波数として派生したものである。許容相対時間差｜Ｔkiｆki｜＞Ａ＞＝２｜△ｔｆki｜として周波数｛ｆ｝kごとに検査したパルス反復周波数ｆkiのテスト列については，選択モジュール５が距離Ｘを算出するために下限値Ａを有する。各周波数量｛ｆ｝kについて前記の条件を充足するパルス反復周波数ｆkは，テスト列の検査された全てのパルス反復周波数ｆkiについて値｜Ｔk・ｆk−１／２｜を最小化するための条件を自動的に充足する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る手持式レーザ測距装置を示す概念図である。
【図２】規準化した時間尺度におけるパルス列を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２１】
１  手持式レーザ測距装置
２  マイクロプロセッサ
３  アルゴリズム部
４  測定対象
５  選択モジュール
６  測定パルス
７  参照パルス
９  測定ステップ
１０  演算ステップ
１１  選択ステップ
【図１】
0005416878.tif 000002
【図２】
0005416878.tif 000003