(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で変調された光を、所定の内部光路および測点に向けて射出し、前記内部光路を進んだ内部光と前記測点に設けられた反射器により反射された外部光との間の位相差に基づいて前記測点までの距離を求めるものであって、前記内部光と前記外部光とを受光するための受光手段と、前記受光手段に入射する前記内部光と前記外部光との少なくとも何れか一方の光量を調整する光量調整手段とを有する光波測距装置において、
電源オフ操作時に前記光量調整手段の光量調整度に対応した状態情報を保存し、電源オン時には保存された前記状態情報を読み出し、読み出した状態情報を電源オン時の前記光量調整手段の基準状態として前記光量調整手段の光量調整状態を制御し、
前記状態情報の保存が所定回数行われる毎に、前記光量調整手段を所定の初期状態にするとともに、前記状態情報を前記所定の初期状態に対応した値に初期化することを特徴とする、光波測距装置における光量制御方法。
【請求項２】
前記光量調整手段は前記内部光を全透過させると共に、前記外部光を光量調整して透過させることを特徴とする、請求項１の光波測距装置における光量制御方法。
【請求項３】
前記光量調整手段の光量調整部分は、光が透過する位置によって透過光量が異なるよう構成された濃度分布フィルタであり、前記状態情報は、前記濃度分布フィルタの位置に対応していることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の光波測距装置における光量制御方法。
【請求項４】
前記光波測定装置は、前記濃度分布フィルタの移動量を検知する検知手段を有し、前記読み出した状態情報と前記濃度分布フィルタの移動量に基づき前記濃度分布フィルタの位置を特定することを特徴とする、請求項３の光波測距装置における光量制御方法。
【請求項５】
所定の周波数で変調された光を、所定の内部光路と測点に向けた外部光路とに交互に射出する、光路切り換え手段を有する、請求項１から４のいずれかに記載の、光波測距装置における光量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、装置内に設けられた内部光路を通過した内部光と、装置から測点に向かって射出され測点で反射されて再び装置内に取り込まれた外部光との位相差に基づいて測点までの距離を求める光波測距装置に関し、さらに詳しくは、装置内に取り込まれた外部光及び内部光を、透過光量が可変な光量調整手段を介して受光し、外部光による受光光と内部光による受光光との間との位相差から前記測点までの距離を求める光波測距装置および光波測距装置における光量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、測点までの距離を測定する装置として、光波測距装置が知られている。原理的に光波測距装置は、所定の周波数で変調されたレーザ光などの光源光を、測点に置かれたコーナーキューブなどの反射器に向けて出射し、その反射光を受光して、その受光光と光源光の位相差に基づいて測点までの距離を測定する装置である。
【０００３】
上記のような光波測距装置においては、実際には、光源を駆動する変調信号またはそれに相当する電気信号と前述の受光光を光電変換した信号を電気的に比較して位相差を求めることになるが、この受光光には光電変換回路や光路中の光学素子に起因する位相誤差が含まれており、これらが結果的に距離測定誤差をもたらしてしまう。そこでこの位相誤差を相殺するため、通常、装置本体とコーナーキューブで形成される測距光路を進んだ光（外部光）と、装置内部に形成される基準用の参照用光路（内部光路）を進んだ光（内部光）との間の位相差に基づいて測点までの距離が計算される。上記の外部光と内部光の位相差の測定は、同一の受光素子を用い、光路を切り換えて受光素子に入射させて行う。
【０００４】
すなわち、光波測距装置は、モータで駆動される光路切り換え器によって参照用光路（内部光路）と測距光路（外部光路）とが切り換えられ、光源から射出された光が、外部光路または内部光路のいずれか一方の光路を進んで受光素子に到達するよう構成されている。そして、参照光路を進んだ光（内部光）に対する測距光路を進んだ光（外部光）の位相遅れを検出することによって測点までの距離を精密に測定している。
【０００５】
ところで光波測距装置において距離を正確に求めるためには、内部光受光時と外部光受光時とでそれぞれの受光素子の光電変換出力信号が同レベルであること、つまり受光素子直前での内部光と外部光のそれぞれの光量が同じでなくてはならない。しかし、参照用光路および測距光路に向けて出射された光の強度が同じであっても、参照用光路を進んで受光素子に達した光と測距光路を進んで受光素子に達した光とでは受光強度が必ずしも一致しない。また一方、測距光路を進んで受光素子に達した光の強度は、測距点から測点までの距離よって変動する。このため、従来より、受光素子の直前に光量を調整するための濃度分布フィルタを配置し、受光光量が常に適正な光量となるようフィルタを適時移動させる手法が取られてきた。通常この濃度分布フィルタはモータにより回転される円盤上に、回転中心を中心とした円弧状で且つ回転方向に連続的に光透過率が変化するよう形成され、受光素子への入射光量に応じて円盤を（すなわちフィルタを）回転させて光の透過量を調節し、受光素子に適正な光量が入射するよう制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
濃度分布フィルタの位置（円盤の回転量）は、基準となる円盤の原点位置と、その回転量に基づいて求められる。従来、この原点位置を求めるため、まず光波測距装置の電源が投入されると、円盤を一旦所定の位置（例えば円弧状に形成されたフィルタの端部と遮光部との境界の一方が検出される位置）まで円盤を回転する。そして、検出された所定位置を原点として、フィルタの有効範囲を確定してこれを円盤の許容回転範囲とすると共に、その後の測距処理時における円盤の回転位置を原点からの回動量に基づいて求め、円盤の回転を制御していた。ところが一方、測距装置の電源が切られた時には、濃度分布フィルタは任意の位置にある。このため、次に電源を投入した時、濃度分布フィルタの位置を確定するために上述の原点検出処理を行う必要があり、電源投入時の初期設定に時間がかかるという問題があった。
【０００７】
さらに、ある１台の測距装置において測定される距離は、通常ほぼ同程度の距離範囲内である場合が多いと考えられる。従ってこの場合、１台の測距装置においては、使用する濃度分布フィルタの位置もそれほど大きく変化させる必要はないと考えられる。しかしながら、従来の装置においては、結果的には前回の使用終了時（電源オフ時）におけるフィルタ位置と同じ位置にフィルタが位置するような場合でも、次の使用時（電源投入時）には、原点を検出するためにフィルタを一旦初期位置に戻している。このため、作業効率が悪く、改善が望まれていた。
【０００８】
【発明の目的】
上記の事情に鑑み、本発明の目的は、従来と同様、内部光と外部光との間の位相差に基づいて測点までの距離を測定する装置において、濃度分布フィルタの位置設定を簡易化する、光波測距装置および光波測距装置の光量制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の光波測距装置の光量制御方法は、所定の周波数で変調された光を、所定の内部光路と測点に向けた測距光路に交互に射出し、内部光路を進んだ光（内部光）と測点に設けられた反射器により反射された光（外部光）とを光量調整手段を介して受光し、前記内部光路を進んだ受光光と前記測距光路を進んだ受光光との間の位相差に基づいて前記測点までの距離を求める光波測距装置において、電源オフ時にその時点での前記光量調整手段の光量調整度を示す状態情報を保存し、電源オン時には保存されていた前記状態情報を読み出し、読み出した状態情報を前記光量調整手段の基準状態として前記光量調整手段の光量調整度を制御し、前記状態情報の保存が所定回数行われる毎に、前記光量調整手段を所定の初期状態にするとともに、前記状態情報を前記所定の初期状態に対応した値に初期化することを特徴としている。また、本発明の光波測距装置は、測点までの距離を測定するものであって、所定の周波数で変調された光を、所定の内部光路および前記測点に向けて選択的に射出する光射出手段と、前記内部光路を進んだ内部光と前記測点に設けられた反射器により反射された外部光とを受光する受光手段と、前記受光手段に入射する前記内部光と前記外部光との少なくとも何れか一方の光量を調整する光量調整手段と前記内部光と前記外部光の間の位相差に基づいて前記測点までの距離を求める演算手段と、前記光量調整手段の光量調整度に対応した状態情報を保存するための保存手段と、電源オフ操作時に前記光量調整手段の光量調整度に対応した状態情報を前記保存手段に保存し、電源オン時には前記保存手段に保存された前記状態情報を読み出し、読み出した状態情報を電源オン時の前記光量調整手段の基準状態として前記光量調整手段の光量調整状態を制御する制御手段とを有する構成とした。
【０００９】
なお、電源オフ時に状態情報を保存してから次回電源オンまでの間に光量調整手段の状態が僅かに変化する場合があり、これに対処するために、前記状態情報の保存が所定回数行われる毎に、前記光量調整手段を所定の状態にするとともに、前記状態情報を前記所定の状態に対応した値に初期化するようにしてもよい。このことにより、電源オン時に生じる保存状態情報と実状態との誤差が、電源のオン・オフを繰り返す毎に蓄積されてしまうのを防止することができる。
【００１０】
【実施例】
図１は、本発明の実施例としての光波測距装置のブロック図である。
基準発信器１は、光波測距装置での測距の基本となる基準周波数信号を発生する発信器である。この基準周波数信号及びそれを分周した分周信号によって、強度変調された光が測距に使用される。
【００１１】
各周波数信号発生器２は、参照光および測距光を強度変調するための各周波数信号、位相差測定の際の受信信号に対する比較基準信号など、測距装置内部で使用される各周波数信号を発生するブロックである。
【００１２】
送光ブロック３は、参照光および測距光に用いられる光源光を出力するブロックである。光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられ、各周波数信号発生器２からの信号に同期して強度変調された光が射出するよう駆動制御される。
【００１３】
光路切り換え部４は、送光ブロック３から射出された光源光を、送光光学系５または内部参照光ブロック９へ選択的に導くことにより光路の切り換えを行う。
【００１４】
送光光学系５は、強度変調された光を、装置外部へ射出するための光学系である。送光ブロックを出た測距光は、プリズム、ミラーなどの光学素子を介して、送光用レンズにより外部へ平行光として射出される。
【００１５】
送光光学系から射出された光は、測点側の反射鏡２００（コーナーキューブ）により反射されて、受光光学系６により受光される。受光光は、プリズム、ミラーなどの光学素子を経て、受光ブロック８へと導かれる。
【００１６】
自動光量調整ブロック７は、受光光の光量を調整して適正な光量とするブロックで、光路中に設けた濃度分布フィルタを、モータを用いて移動させ、光量の調整を行っている。
【００１７】
受光ブロック８は、受光した測距光を電気信号に変換するブロックである。通常、フォトダイオードのような光・電流変換素子が用いられる。
【００１８】
内部参照光ブロック９は、送光ブロック３から受光ブロック８に内部参照光を導くために測距装置内部に形成された内部光路用の光学系である。
【００１９】
局部発信器１０は、受光ブロック８からの受信信号を混合器によりビートダウンするために、受信信号と積算（混合）する信号を発生する発信器である。
【００２０】
混合器１１は、受信信号と局部発信器からの信号を混合し、それらの差の周波数信号を発生する（ビートダウンする）ブロックである。送光及び受光信号の位相差の測定は、変調周波数（３０ＭＨｚ程度）のままでは行わず、ビートダウンによって、数ＫＨｚ程度の扱いやすい周波数に変換された後に行われる。混合器はそのためのブロックである。
【００２１】
ゲート回路部１３は、各周波数信号発生器２から出力される比較基準信号と、混合器１１によりビートダウンされた受信信号とから、その位相差に応じた計数回路の開閉信号を生成する回路部である。ここで、各周波数信号発生器２からゲート回路１３に入力される信号は、測距光の強度変調信号に同期しており、その周波数はビートダウンされた受信信号の周波数と同じである。
【００２２】
計数回路部１４は、ゲート回路部１３から出力される開閉信号に対して、基準発信器１からの出力信号をカウントパルスとして、計数を行う回路部である。この計数値が位相差に相当する値であり、距離情報を有する。
【００２３】
制御演算部１２は、ゲート回路部１３、計数回路部１４、自動光量調整ブロック７及びその他全体的な制御を行うと共に、計数回路部１４からの計数値より、距離値を計算する部分である。
【００２４】
操作部１５は、測距の指示を与えたり、気象補正における気温・気圧の数値を入力するなど、光波測距装置に各種動作を行わせるための指示を与えるキー操作部である。
【００２５】
表示部１６は、液晶ディスプレイを用いて、測定された距離値及びその他の各種情報を表示する部分である。
【００２６】
濃度分布フィルタ移動量検出手段１７は、自動光量調整前後における濃度分布フィルタの移動量を検出し、制御演算部１２へこの移動量に関する情報を出力する。制御演算部１２は、入力された移動量情報と、直前の位置情報に基づいて現在の位置情報を計算する。
【００２７】
不揮発性メモリ１８は、光波測距装置１００の電源がオフされても内容を保持することが可能なメモリで、後述する、位置情報保存回数および濃度分布フィルタの位置情報を、電源が切られる際に保存する。メモリ１８に保存された上記情報は、次の電源投入時に読み込まれ、その情報に基づいて濃度分布フィルタの位置制御が行われる。
【００２８】
図２は、光波測距装置１００の光学系の構成を示す概略斜視図である。
図２において、送光ブロック３における発光ダイオード（ＬＥＤ）３１から射出された光がグラスファイバ３２を介して光路切り換え部４へ導かれる。
【００２９】
光路切り換え部４は、図３に拡大して示すように、モータ４１と、モータのスピンドルに固定された反射鏡４２を有する。反射鏡４２の反射面４２Ｒがグラスファイバ３２から射出される発散光の光軸と交わる位置に挿入されると、光は反射面４２Ｒによりその光路が切り換えられ、前記発散光の一部が内部参照光ブロック９としてのグラスファイバ９０に入射する。このように光源光から光量を十分減じた光を内部光とすることにより、遠距離測距時のように外部光の光量が小さい場合でも内部光と外部光とのそれぞれの受光光量を容易に合わせることができる。グラスファイバ９０に入射した光は、グラスファイバ９０の他端から出射し自動光量調整ブロックに向かう。ここでさらに、グラスファイバ９０の出射端と自動光量調整ブロックの間に可変減光フィルタ等を挿入して、内部光の光量を微調整した後固定することにより、自動光量調整ブロック直前の内部光の光量を厳密に設定できるようにしても良い。
【００３０】
一方、反射面４２Ｒが光路に挿入されない場合には、グラスファイバ３２から射出した光は送光光学系５を構成するコーナープリズム５１およびダイクロイックミラー５２、対物レンズ５３を介して測点へと照射される。測点で反射された光は、受光光学系７としての対物レンズ６３、ダイクロイックミラー６２、コーナープリズム６１を介して光量調整ブロック７へ導かれる。なおコーナープリズム５１とコーナープリズム６１、ダイクロイックミラー５２とダイクロイックミラー６２、対物レンズ５３と対物レンズ６３は説明のために２つの異なる番号を付してあるが、それぞれ同一の素子を指す。
【００３１】
自動光量調整ブロック７は、モータ７１のスピンドルに中心が固定された円盤状の部材７２で、図４に示したように円盤上の内周側に形成された遮光部を含む環状のスリット７２Ｓと、外周側に形成された環状でかつ回転方向に連続的に光透過率の変化する濃度分布フィルタ部７２Ｆとで構成される。グラスファイバ９０から出射した光は円盤の内周側に形成されたスリット７２Ｓを全透過して受光ブロック８の導入部となるグラスファイバ８２の一端に入射する。また、測点で反射されてダイクロイックミラー６２およびコーナープリズム６１によって導かれた光は、自動光量調整ブロックの濃度分布フィルタ部７２Ｆを通過してグラスファイバ８２の一端に入射する。
【００３２】
自動光量調整ブロック７を介してグラスファイバ８２に入射した光は受光素子であるフォトダイオード８１へと導かれる。
また、対物レンズ５３（６３）、合焦レンズ３０１、ポロプリズム３０２、そして接眼レンズ３０３からなる視準光学系を介して、測点の像が観察される。
【００３３】
図５は、本実施例における、濃度分布フィルタの位置制御方法を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは、濃度分布フィルタの位置制御に関する制御のみを示しており、光路の切り換え・測距処理に関するステップは示していない。
【００３４】
前述のように、本実施例の光波測距装置１００においては、電源が切られる際に、最後のフィルタ位置に関する情報をメモリ１８に保存する。そして、次の電源投入時には、メモリ１８に保存されている値を読み込んで、読み込んだ値と変位量とに基づいて移動後の位置を計算し、更新している。なお、このように相対位置にのみ依存した場合、誤差が蓄積すると位置制御の信頼性が低下するので、これを避けるため、通常の処理（メモリ１８に保存された位置情報に基づいた位置制御）が所定回数おこなわれる毎に強制的に原点位置を検出する処理を実行して、誤差をクリアし、位置制御の信頼性を維持している。さらに、工場出荷後初めて電源を投入する場合や、前回の電源オフから長期間おいて改めて電源オンする場合は、電源投入直後に強制的に前記の原点位置検出処理が行われるようにしても良い。なお、原点検出処理は、自動光量調整ブロック７の円盤部材７２上に形成されたスリット７２Ｓに内部光を照射させながら円盤部材を回転させていき、受光素子にて入射光の有無をモニタしながらスリットと遮光部の境界を検出することにより行われる。
【００３５】
まず、強制的に原点検出を行うかどうかを決めるための変数Ｘをメモリ１８から読み込む（Ｓ１）。ここで、変数Ｘが所定値（１０）であれば（Ｙｅｓ：Ｓ３）、原点検出を行い（Ｓ５）、Ｓ７で変数Ｘをクリアして（０にして）、原点を基準にフィルタ位置を求める。もしも、変数Ｘが１０未満であれば（Ｎｏ：Ｓ３）、たとえ誤差が蓄積されているとしても無視できるレベルであると考えられるため、メモリ１８からフィルタの位置情報を読み出し（Ｓ９）、これを基準にそれ以降のフィルタ位置を求める。
【００３６】
測距処理中は、受光素子８１直前の内部光と外部光の光量レベルを合わせるために、自動光量調整ブロック７の円盤部材７２を回転させて濃度分布フィルタを移動させると共に、濃度フィルタの移動が移動量検出手段１７によって常時モニタされており、濃度分布フィルタが移動する毎に位置情報と変位情報に基づいて位置情報が更新される（Ｓ１１）。
【００３７】
パワースイッチにより電源オフの操作が行われると（Ｙｅｓ：Ｓ１３）、最新の濃度分布フィルタの位置情報がメモリ１８に保存される（Ｓ１５）。すなわち、電源オフ操作を検知したときの時の濃度フィルタの位置に対応した位置情報がメモリ１８に保存される。次回の電源投入の時には、濃度フィルタの位置に対応した情報がメモリ１８から読み出されるため、濃度分布フィルタの位置に関する初期化処理（原点検出処理）を行うことなく、直ちに測距処理を行うことができる。
位置情報を保存した後、位置情報保存回数を示し、また、強制原点検出の指標となる、変数Ｘをインクリメントして（Ｓ１７）、メモリ１８に保存し（Ｓ１９）、電源を切る。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光波測距装置および光波測距装置における光量制御方法によれば、電源投入時に、濃度分布フィルタの位置を示す情報を取得することができるため、フィルタ位置に関する初期化処理を行うことなく、直ちに測距処理を実行することができる。さらに、相対位置のみに基づくための誤差の蓄積を解消するため、所定の周期で強制的に原点検出処理を実行させることにより、位置情報の信頼性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である光波測距装置のブロック図である。
【図２】光波測距装置の光学系の構成を示す図である。
【図３】光路切り換え部の構成を示す、拡大側面図である。
【図４】自動光量調整ブロックの円盤部材の構成を示す拡大図である。
【図５】濃度分布フィルタの位置制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１００      光波測距装置
１      基準発信器
２      各周波数信号発生器
３      送光ブロック
４      光路切り換え部
５      送光光学系
６      受光光学系
７      自動光量調整ブロック
８      受光ブロック
９      内部参照光ブロック
１０      局部発信器
１１      混合器
１２      制御演算部
１３      ゲート回路部
１４      計数回路部
１５      操作部
１６      表示部
１７      濃度分布フィルタ移動量検出手段
１８      不揮発性メモリ
２００      反射器
【図１】
0003563817.tif 000002
【図２】
0003563817.tif 000003
【図３】
0003563817.tif 000004
【図４】
0003563817.tif 000005
【図５】
0003563817.tif 000006