(57)【要約】【課題】  位相差方式の距離測定装置において、測定値の精度を落とすことなく、距離測定に要する時間短縮を図る。【解決手段】  基準信号（Ｋ）を発生させる基準信号発振器(26)と、基準信号を基に変調された測距光（Ｌ）を出射する光源(20)と、ターゲット(22)で反射してきた測距光を受光して測距光を測距信号（Ｍ）に変換する受光素子(28)と、測距信号を中間周波信号に変換する周波数変換器(37)と、基準信号と同期して中間周波信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器(42)と、サンプリングされた中間周波信号データを記憶するメモリ(46)と、中間周波信号データから距離を算出するＣＰＵ(44)とを備えた距離測定装置において、ＣＰＵは、中間周波信号データから中間周波信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の平均を求めて、中間周波信号データ数が最低必要数以上で、前記平均が所定値以上になったときは、サンプリングを終了して距離算出を行う。【選択図】    図１
2006349506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号をサンプリングする標本化手段と、前記サンプリングした測距信号を量子化する量子化手段と、量子化した測距信号データを記憶する記憶手段と、前記基準信号と前記測距信号の位相差から距離を算出する演算手段とを備えた距離測定装置において、
前記演算手段は、前記測距信号データから前記測距信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の度数分布を求めて、前記測距信号データ数が最低必要数以上で、前記振幅の度数分布から、前記距離の分散が所定値以下と推定できるときには、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号をサンプリングする標本化手段と、前記サンプリングした測距信号を量子化する量子化手段と、量子化した測距信号データを記憶する記憶手段と、前記基準信号と前記測距信号の位相差から距離を算出する演算手段とを用いた距離測定方法において、
前記演算手段は、前記測距信号データから前記測距信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の度数分布を求めて、前記測距信号データ数が最低必要数以上で、前記振幅の度数分布から、前記距離の分散が所定値以下と推定できるときには、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする距離測定方法。
【請求項３】
基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号をサンプリングする標本化手段と、前記サンプリングした測距信号を量子化する量子化手段と、量子化した測距信号データを記憶する記憶手段と、前記基準信号と前記測距信号との位相差から距離を算出する演算手段とを備えた距離測定装置において、
前記演算手段は、前記測距信号データから前記測距信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の平均を求めて、前記測距信号データ数が最低必要数以上で、前記平均が所定値以上になったときは、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】
基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号を周波数を下げた中間周波信号に変換する周波数変換器と、前記基準信号と同期して前記中間周波信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器でサンプリングされた中間周波信号データを記憶する記憶手段と、前記中間周波信号データから距離を算出する演算手段とを備えた距離測定装置において、
前記演算手段は、前記中間周波信号データから前記中間周波信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の平均を求めて、前記中間周波信号データ数が最低必要数以上で、前記平均が所定値以上になったときは、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする距離測定装置。
【請求項５】
基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号を周波数を下げた中間周波信号に変換する周波数変換器と、前記基準信号と同期して前記中間周波信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器でサンプリングされた中間周波信号データを記憶する記憶手段と、前記中間周波信号データから距離を算出する演算手段とを用いた距離測定方法において、
前記演算手段は、前記中間周波信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の平均を求めて、前記中間周波信号データ数が最低必要数以上で、前記平均が所定値以上になったときは、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットに向けて測距光を出射し、ターゲットからの反射光を受光する位相差方式の距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の距離測定装置としては、下記特許文献１に開示されているものが知られており、この距離測定装置を図１〜図３により説明する。
【０００３】
図１のブロック図に示したように、この距離測定装置では、レーザダイオ−ド等の光源２０から送光された測距光Ｌは、図示しない送光光学系を経て、測点上に置かれたターゲット（プリズム等）２２に向けて出射される。光源２０は変調器２４に接続されており、測距光Ｌは基準信号発振器２６で発生された基準信号Ｋを基に変調された信号Ｋ’で送光される。
【０００４】
ターゲット２２で反射された測距光Ｌは、図示しない受光光学系と、測距光Ｌの光量を調整する絞り２７を経て、ホトダイオード等の受光素子２８に導かれる。すると、受光素子２８によって、測距光Ｌが電気信号の測距信号Ｍに変換され、測距信号Ｍは、高周波増幅器３０で増幅された後に、バンドパスフィルタ３２でノイズを除去される。
【０００５】
さらに、この測距信号Ｍは、混合器３４と局部発振器３６からなる周波数変換器３７で、局部発振器３６で発生させた局部発振信号Ｑと乗算され、両信号Ｍ、Ｑの周波数の和となる周波数と、両信号Ｍ、Ｑの周波数の差となる２つの周波数に変換される。ここで、両信号Ｍ、Ｑの周波数の差となる周波数のみをローパスフィルタ３８で選り分けて中間周波信号ＩＦに周波数を落とした後に、これを中間周波増幅器４０で増幅する。増幅された中間周波信号ＩＦは、Ａ／Ｄ変換器４２でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ４４（演算手段）に入力され、メモリ（記憶手段）４６に記憶される。
【０００６】
距離測定を行う際には、基準信号発振器２６は、ＣＰＵ４４とＡ／Ｄ変換器４２に同期信号Ｐを送るとともに、基準信号Ｋを変調器２４に送る。こうして、Ａ／Ｄ変換器４２は、基準信号Ｋと同期の取れたサンプリングを行う。この距離測定中、絞り２７の開度は固定される。
【０００７】
図２に示したように、Ａ／Ｄ変換器４２のサンプリングタイミングは、中間周波信号ＩＦの１周期分を常に一定の位相角位置でサンプリングするように、例えば、１周期をｎ（ｎ≧３）等分するように決定される。このサンプリングタイミングで中間周波信号ＩＦを数千以上の多数周期にわたって連続してサンプリングする。この際、Ａ／Ｄ変換器４２の入力レンジを越えたり、入力レンジに対して小さすぎる中間周波信号ＩＦのサンプリングデータは破棄する。
【０００８】
サンプリングデータをメモリ４６に記憶するには、中間周波信号ＩＦの１周期分のｎ個のデータに対する記憶領域をメモリ４６内に用意し、図３に示したように、同位相位置のサンプリングデータを加算して記憶していく。こうして、同位相位置のサンプリングデータが加算された大きな振幅の１周期分の中間周波信号ＩＦの合成データＳが作成される。この合成データＳは、最小二乗法により合成正弦波Ｓ’にあてはめられ、この合成正弦波Ｓ’の初期位相βを求める。基準信号Ｋと同期を取ってＡ／Ｄ変換器４２はサンプリングしているから、初期位相βは基準信号Ｋを中間周波信号ＩＦと同じ周波数まで分周した信号と中間周波信号ＩＦとの位相差に等しくなり、この初期位相βからターゲット２２までの距離が算出される。
【０００９】
ところで、陽炎等の大気の揺らぎにより、測距中においても受光素子２８に入射する測距光Ｌの光量は大きく変動するので、この測距光Ｌの変動による初期位相βの補正が必要になる。
【００１０】
そこで、この距離測定装置では、組立終了後の調整時に機械ごとに、同一のターゲットを視準したうえで、絞り２７の開度を変化させて、受光素子２８へ入射する測距光Ｌの光量を変化させながら、Ａ／Ｄ変換器４２に入力された中間周波信号ＩＦの振幅（受光素子２８へ入射する測距光Ｌの光量又は測距信号Ｍの振幅に対応する値である。）のときに必要な初期位相の補正量を調べて、メモリ４６内に設けられている補正テーブル記憶領域に書き込んでいく。この補正量は、中間周波信号ＩＦの振幅に応じて変化する量である。つまり、補正量は、その振幅の関数になっている。
【００１１】
距離測定に際しては、図３に示したように、中間周波信号ＩＦのサンプリングデータを同位相位置毎に多数周期にわたり加算した合成データＳから算出した合成正弦波Ｓ’を用いている。このため、この合成正弦波Ｓ’の初期位相βの補正量Δβは、中間周波信号ＩＦのｉ番目の波に係る振幅がＡｉであり、この振幅Ａｉのときの補正量をΔφｉ（Ａｉ）とすると
Δβ＝tan−１[Σ{Ａi・sin(Δφi(Ａi))}／Σ{Ａi・cos(Δφi(Ａi))}]
となる。ここで、Δφｉ（Ａｉ）は一般に小さいから、
Δβ＝tan−１[Σ{Ａi・Δφi(Ａi)}／ΣＡi]＝Σ{Ａi・Δφi(Ａi)}／ΣＡi
と近似できる。結局、初期位相βの補正量Δβは、補正量Δφｉ（Ａｉ）を中間周波信号ＩＦの振幅Ａｉで重みづけした加重平均となる。真の初期位相は、測定された初期位相βから前述の補正量Δβを減算すればよい。
【００１２】
この距離測定装置では、距離測定に先立って、距離測定装置を作動させ、予め中間周波信号ＩＦの数周期分をサンプリングする予備サンプリングを行う。これは、中間周波信号ＩＦの１周期範囲における最大レベルＡmaxと最小レベルＡminのサンプリング位置を検出して、その後の振幅Ａｉの検出を簡素化するために行う。また、振幅Ａｉの度数分布を得るために、振幅レンジを複数の階級に区分し、各階級の度数を保持するための記憶領域をメモリ４６内に用意する。
【００１３】
それから距離測定を開始し、中間周波信号ＩＦの１周期分を検出するごとに、同位相位置のサンプリングデータを加算した中間周波信号ＩＦの合成データＳ（図３参照）をメモリ４６に記憶するとともに、距離測定に先だって予備サンプリングの結果から求めた最大レベルＡmaxと最小レベルＡminを示したサンプリング位置の間のレベル差の１／２から、中間周波信号ＩＦの振幅Ａｉの階級を求め、その階級の度数に１を加算していき、振幅Ａｉの度数分布もメモリ４６に記憶する。サンプリング終了後に、中間周波信号ＩＦの合成正弦波Ｓ’を用いて初期位相βを求めるとともに、振幅Ａｉの度数分布を用いて、補正量Δφｉ（Ａｉ）を中間周波信号ＩＦの振幅Ａｉの重みつけをした加重平均Σ{Ａi・Δφi(Ａi)}／ΣＡi、すなわち補正量Δβを算出する。そして、初期位相βから補正量Δβを減算して、ターゲット２２までの距離を算出する。
【００１４】
もちろん、この距離測定装置も、測距光Ｌを絞り２７ａを含む内部光路を通って受光素子２８に至る参照光Ｒに切り換えることもできる。この参照光Ｒを用いて測距することにより、前述の測距光Ｌを用いて求めた距離の補正もなされる。
【特許文献１】特開２００４−２６４１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記特許文献１に記載の距離測定装置では、中間周波信号ＩＦを数千以上の多数周期にわたって連続してサンプリングした後に、距離を算出していたため、距離測定に所定の時間が必要であった。ところが、近年では、距離測定に要するいっそうの時間短縮が要求されるようになってきた。そこで、距離測定装置の測定に要する時間を短縮するため、サンプリングする中間周波信号ＩＦの周期の数を減らそうとすると、特に長距離測定の場合には、陽炎等の大気の揺らぎによって、測距光Ｌの受光量が不足する場合が多々生じて、測定値の精度が落ちるという問題を生じることになる。
【００１６】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、位相差方式の距離測定装置において、測定値の精度を落とすことなく、距離測定に要する時間短縮を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号をサンプリングする標本化手段と、前記サンプリングした測距信号を量子化する量子化手段と、量子化した測距信号データを記憶する記憶手段と、前記基準信号と前記測距信号の位相差から距離を算出する演算手段とを備えた距離測定装置において、前記演算手段は、前記測距信号データから前記測距信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の度数分布を求めて、前記測距信号データ数が最低必要数以上で、前記振幅の度数分布から、前記距離の分散が所定値以下と推定できるときには、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項２に係る発明は、基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号をサンプリングする標本化手段と、前記サンプリングした測距信号を量子化する量子化手段と、量子化した測距信号データを記憶する記憶手段と、前記基準信号と前記測距信号の位相差から距離を算出する演算手段とを用いた距離測定方法において、前記演算手段は、前記測距信号データから前記測距信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の度数分布を求めて、前記測距信号データ数が最低必要数以上で、前記振幅の度数分布から、前記距離の分散が所定値以下と推定できるときには、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項３に係る発明は、基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号をサンプリングする標本化手段と、前記サンプリングした測距信号を量子化する量子化手段と、量子化した測距信号データを記憶する記憶手段と、前記基準信号と前記測距信号との位相差から距離を算出する演算手段とを備えた距離測定装置において、前記演算手段は、前記測距信号データから前記測距信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の平均を求めて、前記測距信号データ数が最低必要数以上で、前記平均が所定値以上になったときは、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項４に係る発明は、基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号を周波数を下げた中間周波信号に変換する周波数変換器と、前記基準信号と同期して前記中間周波信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器でサンプリングされた中間周波信号データを記憶する記憶手段と、前記中間周波信号データから距離を算出する演算手段とを備えた距離測定装置において、前記演算手段は、前記中間周波信号データから前記中間周波信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の平均を求めて、前記中間周波信号データ数が最低必要数以上で、前記平均が所定値以上になったときは、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする。
【００２１】
請求項５に係る発明は、基準信号を発生させる基準信号発振器と、前記基準信号を基に変調された測距光を出射する光源と、測距光を送光する送光光学系と、ターゲットで反射してきた測距光を受光する受光光学系と、受光した測距光を測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号を周波数を下げた中間周波信号に変換する周波数変換器と、前記基準信号と同期して前記中間周波信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器でサンプリングされた中間周波信号データを記憶する記憶手段と、前記中間周波信号データから距離を算出する演算手段とを用いた距離測定方法において、前記演算手段は、前記中間周波信号の各周期毎の振幅を算出するとともに、前記振幅の平均を求めて、前記中間周波信号データ数が最低必要数以上で、前記平均が所定値以上になったときは、サンプリングを終了して距離算出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１又は２に係る発明の距離測定装置によれば、サンプリングした測距信号の振幅の度数分布を求めているので、測距信号データ数が最低必要数以上になったとき、前記振幅の度数分布から、前記振幅の散布度（分散、標準偏差、範囲、平均偏差、四分偏差等）が算出でき、さらに前記振幅の散布度から測定距離の分散も推定できる。これにより、測定距離の分散が精度仕様から要求される所定値以下になると判断できたときは、直ちにサンプリングを終了して距離算出を行うことができる。よって、本発明によれば、測定値の精度を落とすことなく、距離測定に要する時間短縮を図ることができる。
【００２３】
前記請求項３に係る発明の距離測定装置によれば、サンプリングした測距信号の振幅の度数分布を求めているので、前記振幅の平均を算出することができる。測定距離の分散は、測距光の受光量すなわち前記振幅が大きいほど小さくなるので、測距信号データ数が最低必要数以上で、前記振幅の平均が所定値以上になったとき、測定距離の分散が精度仕様から要求される所定値以下になることが推定できる。このとき直ちにサンプリングを終了して距離算出を行うことにより、この距離測定装置では、測定値の精度を落とすことなく、距離測定に要する時間短縮を図ることができる。
【００２４】
前記請求項４又は５に係る発明の距離測定装置によれば、サンプリングした中間周波信号の振幅の度数分布を求めているので、前記振幅の平均を算出することができる。測定距離の分散は、測距光の受光量すなわち前記振幅が大きいほど小さくなるので、中間周波信号データ数が最低必要数以上で、前記振幅の平均が所定値以上になったとき、測定距離の分散が精度仕様から要求される所定値以下になることが推定できる。このとき直ちにサンプリングを終了して距離算出を行うことにより、この距離測定装置では、測定値の精度を落とすことなく、距離測定に要する時間短縮を図ることができる。また、本発明では、測距信号を周波数の低い中間周波信号に変換して安定にノイズを除去しながら高利得に増幅した後に、中間周波信号をサンプリングしているから、長距離まで高精度の距離測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の距離測定装置の好ましい実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
この距離測定装置も、図１に示した従来の距離測定装置と同じブロック図で示される構成を有しており、図２に示したように、中間周波信号ＩＦを多数周期にわたってサンプリングし、図３に示したように、中間周波信号ＩＦの同位相位置のサンプリングデータを加算して合成データＳを求め、この合成データを正弦波の形にあてはめ計算することによって合成正弦波Ｓ’を求め、この合成正弦波Ｓ’の初期位相βから距離を算出するものである。そこで、この距離測定装置の従来と同じ部分の説明は省略する。
【００２７】
しかし、この距離測定装置のＣＰＵ４４は、サンプリングデータを求めていくとき、従来のように常に中間周波信号ＩＦを数千以上の多数周期にわたってサンプリングすることなく、距離測定に充分な数だけサンプリングを済ませたと判断したときは、サンプリングを終了して直ちに距離算出を行い、測定値を表示する。このため、この距離測定装置では、距離測定に要する時間を大幅に短縮させることができる。
【００２８】
図４に基づいて、この距離測定装置による距離測定に際してＣＰＵ４４が行う手順を説明する。まず、距離測定を開始すると、ステップＳ１に進み、距離測定装置を作動させ、従来と同様に、予め中間周波信号ＩＦの数周期分をサンプリングする予備サンプリングを行う。続いてステップＳ２に進んで、予備サンプリングした中間周波信号ＩＦから、最大レベルＡmaxを示すサンプリング位置と、最小レベルＡminを示す位置を検出する。
【００２９】
次にステップＳ３へ進み、中間周波信号ＩＦの１周期分のサンプリングをする。続いてステップＳ４に進み、図３に示したように、同位相位置のサンプリングデータを加算して合成データＳを作成し、この合成データＳをメモリ４６に記憶させる。さらにステップＳ５に進み、中間周波信号ＩＦの振幅Ａｉの度数分布をメモリ４６に記憶させる。ここでは、予備サンプリングにより検出した最大レベルを示すサンプリング位置と最小レベルを示すサンプリング位置のサンプリングデータのレベル差の１／２を振幅Ａｉとして求めている。さらにステップＳ６に進んで、中間周波信号ＩＦの振幅Ａｉの平均を算出する。
【００３０】
続いて、ステップＳ７に進み、サンプリング数（サンプリングした中間周波信号ＩＦの周期数）が最低必要数以上になったか否かを調べる。サンプリング数が最低必要数未満のときは、測定値の信頼性に問題あるとして、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜Ｓ７を繰り返す。サンプリング数が最低必要数以上になったときは、ステップＳ８に進んで、振幅Ａｉの平均が所定値以上になったか否か調べる。
【００３１】
ステップＳ８において、振幅Ａｉの平均が所定値以上のときは、ステップＳ１０に進んで、サンプリングを終了し、従来と同様に合成データＳから合成正弦波Ｓ’を求めて距離算出を行い、測定値を図示しない表示部に表示して、測定を終了する。これは、充分な光量の測距光から得た測距信号を必要最低数以上の周期にわたってサンプリングできれば、測定値の誤差と分散が小さくなって仕様精度を満たすと判断できるからである。こうして、従来よりも距離測定に要する時間を大幅に短縮できる。
【００３２】
もし、ステップＳ８において、充分な光量の測距光が得られず、振幅Ａｉの平均が予め定められている所定値に達しない場合には、ステップＳ９に進んで、サンプリング数が従来から定められている設定上限値以上になったか否かを調べる。サンプリング数が設定上限値未満のときは、測定値の信頼性に問題あるとして、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜Ｓ９を繰り返す。サンプリング数が設定上限値以上になったときは、ステップＳ１０に進んで、サンプリングを終了し、従来と同様に合成データＳから合成正弦波Ｓ’を求めて距離算出を行い、測定値を図示しない表示部に表示して、測定を終了する。
【００３３】
本実施例の距離測定装置によれば、中間周波信号ＩＦの振幅Ａｉの度数分布を求めているので、前記振幅Ａｉの平均を算出することができる。測距光Ｌの受光量すなわち前記振幅Ａｉの平均が大きいほど、測定距離の分散は小さくなるので、サンプリング数が最低必要数以上で、前記振幅Ａｉの平均が所定値以上になったとき、測定距離の分散が精度仕様から要求される所定値以下になることが推定できる。このとき直ちにサンプリングを終了して距離算出を行うことにより、この距離測定装置では、測定値の精度を落とすことなく、距離測定に要する時間短縮を図ることができる。
【００３４】
以下に、中間周波信号ＩＦの振幅Ａｉの平均Ａ’から測定値の分散が評価でき、振幅Ａｉの平均Ａ’が所定値以上のときには、測定値の分散が所定以下になることを説明する。
【００３５】
図３に示した中間周波信号ＩＦの合成正弦波Ｓ’の波形は、その振幅がα、その初期位相がβとする。図２に示した中間周波信号ＩＦのｉ番目の波の振幅をＡｉ、同じくｉ番目の波の初期位相をφｉとし、サンプリングして同期加算する波の総数をＮとすると、図５の（１）式が得られる。この（１）式において、図５の（２）式で示したβが、距離を示す部分であり、このβに適切な係数を乗ずると距離が算出される。
【００３６】
ここで初期位相βの精度を推定するため、このβをφｉで偏微分すると、図５の（３）式のように整理される。
【００３７】
ここで、|φｊ−φｋ|＜＜1と仮定すると、（３）式は、図５の（４）式のようにも表せる。そして、φ’≒φ１≒φ２≒φ３≒φ４・・・・・≒φＮと仮定し、さらに、図６の（５）式で定義されるｃを用いると、（４）式は、図６の（６）式で示したように簡単になる。
【００３８】
そこで、初期位相βの精度を誤差伝播法則により推定する。推定されるβの標準偏差をσ’βとすると、βの分散σ’β２は図６の（７）式のようになる。
【００３９】
ただし、σｉはφｉの標準偏差を示し、振幅Ａｉが大きなときはＳ／Ｎが高く、φｉの標準偏差σｉは小さくなり、振幅Ａｉが小さなときはＳ／Ｎが低く、φｉの標準偏差σｉは大きくなる。このため、標準偏差σｉは振幅Ａｉの関数になっており、σｉ＝σｉ（Ａｉ）と表せる。また、σｓは、予め定められている基準振幅Ａｓの中間周波信号ＩＦがＡ／Ｄ変換器４２へ入力したときに算出した初期位相の標準偏差である。このσｓは、組立終了後の調整時に、同一のターゲットを視準したうえで測距光Ｌを出射し、反射してきた測距光Ｌを受光し、絞り２７を調節することにより予め求めてある。さらに、σ’ｉは、図６の（８）式を満たすように、σｉとσｓとを関係づける無次元の定数である。
【００４０】
ここで、基準振幅Ａｓの中間周波信号ＩＦの波がＮ個同期加算されたときの初期位相の分散σ’ｓ２を推定する。このため、（７）式に、図７の（９）式に示した条件を代入するとともに、このときのσ’β２の値をσ’ｓ２とおくと、σ’ｓ２は、図７の（１０）式で表せる。
【００４１】
ここで、（７）式で求めた推定される初期位相βの分散σ’β２と（１０）式で求めたσ’ｓ２との比σ’β２／σ’ｓ２を求めると、図７の（１１）式が得られる。この（１１）式から、最も環境良好時の測定値の分散に対して、今回の測定値の分散の劣化を推定評価できる。
【００４２】
それでは、具体的にσ’ｉの値を仮定して、（１１）式の分散比を検討してみる。測定値の標準偏差が振幅に比例する場合（電子回路で定常的にノイズが発生していたり、熱雑音が支配的なとき等。なお、熱雑音の場合は温度も関係する。）、図７の（１２）式が仮定できるので、この（１２）式を（１１）式に代入してみると、（１３）式が得られる。ただし、（１３）式のＡ’は、図７の（１４）式に示したように、振幅Ａｉの平均である。つまり、基準振幅Ａｓと測定された平均振幅Ａ’の比の２乗が評価値になっており、この評価値が小さいほど初期位相βすなわち測定距離の分散が小さいことになる。したがって、基準振幅Ａｓは予め定まっているから、振幅Ａｉの平均Ａ’が所定値以上であれば、測定距離の分散は所定値以下になって、予め定められている測定値の精度仕様を満たすことができる。
【００４３】
測定値の標準偏差が振幅の平方根に比例する場合（受光素子２８で発生するショットノイズが支配的なとき等）、図８の（１５）式が仮定できるので、この（１５）式を（１１）式に代入してみると、図８の（１６）式が得られる。つまり、基準振幅Ａｓと測定された平均振幅Ａ’の比が評価値になっている。この場合も、この評価値が小さいほど初期位相βすなわち測定距離の分散が小さいことになるので、振幅Ａｉの平均Ａ’が所定値以上であれば、測定距離の分散は所定値以下になって、予め定められている測定値の精度仕様を満たすことができる。
【００４４】
いずれにせよ、振幅Ａｉの平均Ａ’が所定値以上になって、充分な測距光を受光素子２８が受光できれば、測定値の精度仕様を満たすことができるので、振幅Ａｉの平均Ａ’が満たすべき所定値は、予め実験等によって求めておけばよい。
【００４５】
ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、前記実施例では、測距信号Ｍを中間周波信号ＩＦに変換してから、この中間周波信号ＩＦをサンプリングしているが、変調信号Ｋ’の周波数が低い場合等のときは、バンドパスフィルタ３２から取り出した測距信号Ｍを直接Ａ／Ｄ変換器４２でサンプリングし、このサンプリングされた測距信号Ｍを用いて、距離測定することも可能である。
【００４６】
また、前記実施例では、中間周波信号ＩＦの振幅Ａｉの平均が所定値以上になったときにサンプリングを終了して距離算出を行ったが、前記振幅の度数分布からは、前記振幅の散布度（分散、標準偏差、範囲、平均偏差、四分偏差等）も算出できる。そこで、それらの散布度から測定距離の分散が所定値以下と推定できるときには、そこでサンプリングを終了して距離算出を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来又は本発明に係る距離測定装置のブロック図である。
【図２】前記距離測定装置において、中間周波信号をサンプリングした例を示す図である。
【図３】前記中間周波信号の同位相位置のサンプリングデータを加算した中間周波一周期分の合成データ及び該合成データから求めた合成正弦波を示す図である。
【図４】本発明の距離測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】測定距離の分散を評価する式を導くための計算過程を説明する式である。
【図６】測定距離の分散を評価する式を導くための計算過程を説明する式である。
【図７】測定距離の分散を評価する式を導くための計算過程を説明する式である。
【図８】測定距離の分散を評価する式を導くための計算過程を説明する式である。
【符号の説明】
【００４８】
２０        光源
２２        ターゲット
２６        基準信号発振器
２８        受光素子
３７        周波数変換器
４２        Ａ／Ｄ変換器
４４        ＣＰＵ（演算手段）
４６        メモリ（記憶手段）
Ｋ        基準信号
Ｌ        測距光
Ｍ        測距信号
ＩＦ        中間周波信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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