(57)【要約】【課題】  ターゲットからの反射光の受光量をより迅速に適切な値に制御すること。【解決手段】  発光素子１４の発光による測距光Ｌ１を光路切換器１６からターゲット３２に向けて送光するとともに、参照光Ｌ２を光路切換器３６から参照光路に向けて送光し、測距光Ｌ１がターゲット３２で反射したときの反射光Ｌ３を受光素子２４が受光したときに、その受光量に応じて受光素子２４に印加すべき逆方向電圧を制御し、一方、参照光Ｌ２が光学フィルタ１８を介して受光素子２４に入射したときには、その受光量に応じてモータ２０を駆動して回転円板１８ａの位置を調整して受光素子２４に入射する参照光Ｌ２の光量を調整することで、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３の光量を一定に制御することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調信号によって変調された測距光をターゲットに向けて送光する測距光送光手段と、前記変調信号によって変調された参照光を参照光路に向けて送光する参照光送光手段と、前記ターゲットからの反射光または前記参照光路からの参照光を受光したときに印加電圧に従った受光量で光電変換を行って測距信号を出力する受光手段と、前記受光手段が前記反射光を受光したときの受光量に応じて前記受光手段に対する印加電圧を制御する電圧制御手段と、前記受光手段が前記参照光を受光したときの受光量に応じて前記受光手段に入射する参照光の光量を調整する光量調整手段と、前記受光手段の出力による測距信号のうち前記ターゲットからの反射光に基づいて得られた測距信号と前記参照光に基づいて得られた測距信号との位相差を基に前記ターゲットまでの距離を演算する演算手段とを備えてなる光波距離計。
【請求項２】
請求項１に記載の光波距離計において、前記受光手段は、アバランシェフォトダイオードで構成され、前記電圧制御手段は、前記アバランシェフォトダイオードに印加電圧として逆方向電圧を印加するとともに、前記アバランシェフォトダイオードの反射光受光時における受光量の増加または減少に応じて前記逆方向電圧を小さくまたは大きくしてなることを特徴とする光波距離計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調信号によって変調された測距光をターゲットに向けて出射し、出射前の光とターゲットで反射して戻ってきた光との位相差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。
【背景技術】
【０００２】
従来、位相差方式の光波距離計としては、例えば、一定周波数の電気信号で輝度変調された光を測距光と参照光に分け、測距光をターゲットに向けて出射するとともに、参照光を参照光路に導き、ターゲットで反射した測距光による反射光または参照光路からの参照光を受光素子で受光して光電変換を行って測距信号を生成し、反射光から得られた測距信号と参照光から得られた測距信号の位相差を求め、前記位相差を基にターゲットまでの距離を求めるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
位相差方式の光波距離計において、反射光および参照光を受光素子に別々に入射して両者の位相を比較するに際しては、受光素子に入射する光の光量が測定精度に影響するので、参照光と反射光の光量レベルを同一にすることが望ましい。ところが、参照光が伝播する参照光路は、光波距離計内に一定の長さの基準光路として設けられているのに対して、測距光が伝播する光路はターゲットまでの距離によって変化するため、反射光と参照光を単に受光素子に入射したのでは、遠近距離との関係から両者の光量レベルは一致しないことが多い。
【０００４】
すなわち、測距光や参照光に用いられるレーザ光は完全な平行光線束ではないため、ターゲットが配置された測点が遠方になって測距光の伝播距離が長くなるに連れて、測距光は広がってしまう。このため、光波距離計に入射する反射光の光強度は、測点が遠方になるに連れて低下することになり、反射光の光強度と参照光の光強度が一致しないことが多い。
【０００５】
そこで、従来技術では、図２に示すように、送光素子（レーザダイオード）５０の発光による光を、送光駆動回路５２の駆動によって一定周波数で輝度変調の施された光として、この光をターゲット５６に向けて測距光Ｌ１０として送光した後に、光路切換器５４を介して参照光路に参照光Ｌ１２を送光し、前記参照光Ｌ１２を受光素子５８で受光し、受光素子５８で反射光Ｌ１４または参照光Ｌ１２に応じて光電変換を行って測距信号又は参照信号を生成し、この測距信号を増幅器６０で増幅したあと受光信号処理回路６２に導くにようになっている。さらに、参照光路の途中に、参照光Ｌ１２の光量を一定の減衰率で低下させる光学フィルタ６４を設けるとともに、反射光Ｌ１４を受光素子５８に導く反射光路上に反射光Ｌ１４の光量を減衰させる光学フィルタ６６を配置し、光学フィルタ６６をモータ６８によって回転させる構成が採用されている。
【０００６】
すなわち、参照光路の距離は一定であるので、光学フィルタ６４を透過した参照光Ｌ１２の光量は常に一定であり、受光素子５８には一定光量の参照光Ｌ１２が入射することになる。受光素子５８は、電源回路７０によって一定の逆電圧が印加されており、受光素子５８に参照光Ｌ１２が入射したときには、一定光量の参照光Ｌ１２にしたがった測距信号を生成することができる。
【０００７】
一方、光学フィルタ６６は、図３に示すにように、回転円板６７を備えており、回転円板６７の中心はモータ６８の回転軸に連結されている。この回転円板６７は、複数の単位フィルタＦ１〜Ｆ８に分割されており、各単位フィルタＦ１〜Ｆ８の光減衰率は番号の順番に順次大きくなるように設定されている。例えば、最も減衰率の小さい単位フィルタＦ１は０ｄＢ、最も減衰率の大きい単位フィルタＦ８は４２ｄＢとなるように、順次６ｄＢずつ減衰率が増加するように構成されている。そして、受光信号処理回路６２からの指令を基にモータ駆動回路７２がモータ６８を回転駆動すると、モータ６８の回転に伴って回転円板６７が回転し、単位フィルタＦ１〜Ｆ８のうちいずれかの単位フィルタが反射光Ｌ１４の光路中に挿入されるようになっている。この場合、ターゲット５６までの距離が長くなることに伴って反射光Ｌ１４の光量が減少したときには、光減衰率が小さい単位フィルタが選択され、参照光Ｌ１２の光量と反射光Ｌ１４の光量とを一致させるためのモータ制御が行われるようになっている。すなわち、最も光減衰率の大きい単位フィルタＦ８を透過した反射光Ｌ１４の光量と参照光Ｌ１２の光量とを一致させ、ターゲット５６までの距離が遠くなるにしたがって、単位フィルタＦ８よりも光減衰率の小さい単位フィルタを順次選択することで、反射光Ｌ１４の光量と参照光Ｌ１２の光量とを一致させることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−５０１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術においては、参照光Ｌ１２の光量と反射光Ｌ１４の光量とを一致させるために、反射光Ｌ１４の受光量を受光信号処理回路６２で測定し、その測定結果を基にモータ駆動回路７２の駆動を制御しているため、適正な受光量になるまで回転円板６７を回転させなければならず、回転円板６７の回転に伴う動作時間が必要である。しかも、測距光Ｌ１０は、野外を伝播するため、ターゲット５６までの距離が一定であっても、図４に示すように、大気の揺らぎによって光量が変化することがある。光学フィルタ６６を透過する反射光Ｌ１４の光量が大気の揺らぎによって変動し、光量の変化が速すぎるときには、正確な受光量を算出するまでに時間を要し、指定の受光量となるように、モータ６８を位置決めすることが困難となる。すなわち、大気の揺らぎに伴って反射光Ｌ１４の光量が変化した場合、揺らぎの中心で光量が設定値になるように、回転円板６７を位置決めさせる必要があるが、回転円板６７の位置を瞬時に決定することは困難である。
【００１０】
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、ターゲットからの反射光の受光量をより迅速に適切な値に制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、変調信号によって変調された測距光をターゲットに向けて送光する測距光送光手段と、前記変調信号によって変調された参照光を参照光路に向けて送光する参照光送光手段と、前記ターゲットからの反射光または前記参照光路からの参照光を受光したときに印加電圧に従った受光量で光電変換を行って測距信号を出力する受光手段と、前記受光手段が前記反射光を受光したときの受光量に応じて前記受光手段に対する印加電圧を制御する電圧制御手段と、前記受光手段が前記参照光を受光したときの受光量に応じて前記受光手段に入射する参照光の光量を調整する光量調整手段と、前記受光手段の出力による測距信号のうち前記ターゲットからの反射光に基づいて得られた測距信号と前記参照光に基づいて得られた測距信号との位相差を基に前記ターゲットまでの距離を演算する演算手段とを備えた構成とした。
【００１２】
（作用）測距光をターゲットに向けて送光するとともに参照光を参照光路に向けて送光し、ターゲットからの反射光または参照光路からの参照光を受光して光電変換を行って測距信号を生成し、ターゲットからの反射光に基づいて得られた測距信号と参照光に基づいて得られた測距信号との位相差を基にターゲットまでの距離を算出するに際して、受光手段が測距光を受光したときの受光量に応じて受光手段に対する印加電圧を光電変換時の印加電圧として制御するとともに、受光手段が参照光を受光したときの受光量に応じて受光手段に入射する参照光の光量を調整するようにしたため、反射光の受光量をより迅速に適切な値に制御することができる。
【００１３】
すなわち、受光手段が、反射光または参照光を受光したときに印加電圧にしたがった受光量で光電変換を行って測距信号を出力するに際して、受光手段が反射光を受光したときの受光量に応じて受光手段に対する印加電圧を光電変換時の印加電圧として制御することで、反射光が大気の揺らぎの影響を受けて光量が変化しても、光量の変化に合わせて印加電圧を制御することで、反射光の受光量をより迅速に制御することができる。しかも、参照光は参照光路を伝播し大気の揺らぎの影響を受けないため、受光手段が参照光を受光したときの受光量に応じて受光手段に入射する参照光の光量を調整することで、参照光の受光量を反射光の受光量に一致させることができる。
【００１４】
請求項２に係る光波距離計においては、請求項１に記載の光波距離計において、前記受光手段は、アバランシェフォトダイオードで構成され、前記電圧制御手段は、前記アバランシェフォトダイオードに印加電圧として逆方向電圧を印加するとともに、前記アバランシェフォトダイオードの反射光受光時における受光量の増加または減少に応じて前記逆方向電圧を小さくまたは大きくしてなる構成とした。
【００１５】
（作用）受光手段をアバランシェフォトダイオードで構成し、アバランシェフォトダイオードに印加電圧として逆方向電圧を印加すると、印加電圧に応じて増幅率が変化し、増幅率にしたがって受光量が変化するため、反射光の受光量に応じて逆方向電圧を変化させることで、反射光の受光量を適正な受光量に迅速に制御することができる。例えば、ターゲットまでの距離が短いときには逆方向電圧を下げて増幅率を下げることで受光量を減少させ、逆にターゲットまでの距離が長いときには逆方向電圧を高くして増幅率を上げることで受光量を増加させることができる。このため、反射光受光時における受光量の増加に応じて逆方向電圧を小さくすることで、近距離測定では、ノイズレベルが小さくなり、より安定した測距が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
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、反射光の受光量をより迅速に適切な値に制御することができる。
【００１７】
請求項２によれば、近距離測定では、ノイズレベルが小さくなり、より安定した測距が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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である。
【００１９】
図１において、位相差方式の光波距離計１０は、送光駆動回路１２、送光素子１４、光路切換器１６、光学フィルタ１８、モータ２０、モータ駆動回路２２、受光素子２４、増幅器２６、受光信号処理回路２８、電源回路３０を備えて構成されている。なお、図１では、視準望遠鏡や送受光の対物レンズなどの光学系は省略してある。
【００２０】
送光駆動回路１２は、例えば、温度補償された水晶発振器を備えており、水晶発振器から図示しない基準信号を変調信号として出力するようになっているとともに、送光素子１４の両端に電圧を印加し、送光素子１４の発光による光を変調信号によって変調するようになっている。なお、基準信号と測距信号と参照信号から位相差を求めている。送光素子１４は、例えば、レーザダイオードを用いて構成されており、送光素子１４の発光に伴う光が変調信号によって変調されて測距光Ｌ１または参照光Ｌ２として送光されるようになっている。測距光Ｌ１は光路切換器１６を介してターゲット３２に向けて送光されるようになっている。すなわち、送光駆動回路１２、送光素子１４、光路切換器１６は測距光Ｌ１をターゲット３２に向けて送光する測距光送光手段として構成されている。
【００２１】
一方、送光素子１４から送光される参照光Ｌ２は光路切換器１６を介して参照光路（光路切換器１６と受光素子２４とを結ぶ一定距離の光路であって、例えば、光ケーブルで構成されている基準光路。）に送光されるようになっている。すなわち、送光駆動回路１２、送光素子１４、光路切換器１６は、参照光Ｌ２を参照光路に向けて送光する参照光送光手段として構成されている。そして、この参照光路の途中には、光学フィルタ１８が設けられており、光学フィルタ１８は回転円板１８ａを備えている。この回転円板１８ａはその中心がモータ２０の回転軸２０ａに連結され、モータ２０の駆動によって回転するようになっている。回転円板１８ａには複数の単位フィルタ（図示せず）が回転軸２０ａを中心に周方向に沿って配置されている。各単位フィルタの光減衰率は異なる値に設定されており、参照光Ｌ２がいずれかの単位フィルタを通過することによってその光量が調整されるようになっている。すなわち、モータ駆動回路２２からの駆動信号を基にモータ２０が光学フィルタ１８の回転円板１８ａを回転することで、いずれかの単位フィルタが参照光路中に挿入され、受光素子２４に入射する参照光Ｌ２の光量が調整されるようになっている。この場合、光学フィルタ１８、モータ２０、モータ駆動回路２２は光量調整手段を構成することになる。
【００２２】
受光素子２４は、例えば、アバランシェフォトダイオードを用いて構成されており、受光素子２４の両端（アノードとカソード）には電源回路３０から逆方向電圧が印加されている。受光素子２４を構成するアバランシェフォトダイオードは、逆方向電圧の大きさに応じて増幅率が変化するように構成されており、逆方向電圧を小さくするとそれに応じて増幅率も低下し、逆方向電圧を高くするとそれに応じて増幅率が高くなるようになっている。このため、ターゲット３２までの距離が短いときには逆方向電圧を小さくして増幅率を下げることで受光量を小さくすることができ、逆に、ターゲット３２までの距離が長いときには逆方向電圧を高くして増幅率を上げ、受光量を大きくすることができる。この受光素子２４は、印加電圧にしたがった受光量で光電変換を行って測距信号を生成し、生成した測距信号を増幅器２６に出力する受光手段として構成されている。例えば、ターゲット３２からの反射光Ｌ３を受光したときには、反射光Ｌ３の受光量にしたがった測距信号を出力し、参照光Ｌ２を受光したときには、参照光Ｌ２の受光量にしたがった測距信号を出力するようになっている。
【００２３】
増幅器２６は、受光素子２４の出力による測距信号を増幅し、増幅した測距信号を受光信号処理回路２８に出力するようになっている。受光信号処理回路２８は、Ａ／Ｄ変換器やＣＰＵなどの演算器を備えて構成されており、アナログ信号による測距信号をデジタルデータに変換する。また、参照光Ｌ２の受光量や反射光Ｌ３の受光量を求め、この受光量にしたがった制御信号をモータ駆動回路２２や電源回路３０に出力するようになっている。さらに、受光信号処理回路２８は、ターゲット３２からの反射光Ｌ３に基づいて得られた測距信号と参照光Ｌ２に基づいて得られた測距信号との位相差を基にターゲット３２までの距離を演算する演算手段として構成されている。受光信号処理回路２８によって求められた距離は測距値として表示器（図示せず）に表示されるようになっている。
【００２４】
上記構成による光波距離計１０において、光路切換器１６における光路が測距光Ｌ１の光路に切換られているときに、送光素子１４から測距光Ｌ１が送光されると、この測距光Ｌ１は光路切換器１６を介してターゲット３２に向けて送光される。この測距光Ｌ１がターゲット３２で反射し、反射光Ｌ３として受光素子２４で受光されると、受光素子２４はそのときの印加電圧にしたがった受光量で光電変換を行って測距信号を出力する。この測距信号が受光信号処理回路２８で処理され、反射光受光時の受光量が求められると、受光信号処理回路２８から電源回路３０に対して制御信号が出力され、受光素子２４の印加電圧は光電変換時の印加電圧として、反射光受光時の受光量に応じて制御される。この際、反射光Ｌ３の受光量が大気の揺らぎの影響を受けて変化しても、受光信号処理回路２８におけるＣＰＵにおいて、揺らぎの中心光量を推定するための演算が行われ、この演算結果に従って、反射光Ｌ３の受光量に応じた逆方向電圧が受光素子２４に即座に印加されるため、反射光Ｌ３の受光量として適正な値に迅速に制御することができる。
【００２５】
一方、光路切換器１６が参照光Ｌ２を送光するための光路に切り換えられたときには、送光素子１４からの参照光Ｌ２は光路切換器１６から参照光路に向けて送光される。参照光路を伝播する参照光Ｌ２は光学フィルタ１８によってその光量が調整され、光量の調整された参照光Ｌ２が受光素子２４に入射する。このとき受光素子２４は、反射光受光時と同じ印加電圧にしたがった受光量で光電変換を行って参照信号を出力する。そしてこの参照信号を基に受光信号処理回路２８において参照光Ｌ２の受光量を求め、参照光Ｌ２の受光量に応じた制御信号をモータ駆動回路２２に出力する。これによりモータ２０が駆動され、光学フィルタ１８の中の指定の単位フィルタが参照光路中に挿入され、参照光Ｌ２の受光量と反射光Ｌ３の受光量とを一致させるための制御が行われる。この場合、参照光Ｌ２は大気の揺らぎの影響を受けないため、大気の揺らぎの中心光量を推定するための演算を行うことなく、反射光Ｌ３の受光量と参照光Ｌ２の受光量とを一致させるためのモータ制御が受光信号処理回路２８とモータ駆動回路２２により実行され、受光素子２４に入射する参照光Ｌ２の光量を指定の値に調整することができる。
【００２６】
本実施例によれば、反射光Ｌ３の受光量を適正な受光量に制御するに際して、受光素子２４に印加する印加電圧を反射光Ｌ３の受光量に応じて制御し、参照光Ｌ２の受光量を光学フィルタ１８の回転円板１８ａの回転によって調整するようにしたため、反射光Ｌ３の光量と参照光Ｌ２の光量を一定にするための制御を迅速に行うことができるとともに、反射光Ｌ３の受光量に応じて受光素子２４に対する逆方向電圧を制御することで、適正な受光量にすることができる。
【００２７】
また、受光量が多い近距離測定では、受光素子２４に対する逆方向電圧を小さくすることで、ノイズレベルが小さくなり、より安定した測距が可能になる。
【００２８】
なお、受光素子２４としては、アバランシェフォトダイオードの代わりにピンフォトダイオードを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例を示す光波距離計のブロック構成図である。
【図２】従来の光波距離計のブロック構成図である。
【図３】図２の光学フィルタの斜視図である。
【図４】反射光が大気の揺らぎの影響を受けてその光量が変動する状態を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  光波距離計
１２  送光駆動回路
１４  送光素子
１６  光路切換器
１８  光学フィルタ
２０  モータ
２２  モータ駆動回路
２４  受光素子
２８  受光信号処理回路
３０  電源回路
３２  ターゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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