(57)【要約】      （修正有）【課題】基準信号に対して所望の位相差を有する信号を生成する場合に、別途生成器を増やすことなく、所望の位相を有する信号を作成できる方法及びその装置を提供する。【解決手段】所定の周波数の連続信号である基準信号ｓ１を断続化信号ｓ２により、所定時間で所定時間間隔に切取り第１断続信号ｓ４を作成する工程と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせ、シフトさせた断続化信号ｓ３により、前記基準信号を前記断続化信号により所定時間で所定時間間隔に切取り第２断続信号ｓ５を作成する工程と、前記第２断続信号を、シフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行う工程とを有する。【選択図】図１
2018205227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の連続信号である基準信号を断続化信号により、所定時間で所定時間間隔に切取り第１断続信号を作成する工程と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせ、シフトさせた断続化信号により、前記基準信号を前記断続化信号により所定時間で所定時間間隔に切取り第２断続信号を作成する工程と、前記第２断続信号を、シフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行う工程とを有する位相差周波数作成方法。
【請求項２】
光波距離計に於いて、所定の周波数の連続信号である基準信号を断続化信号により、所定時間で所定時間間隔に切取り第１断続信号を作成する工程と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせ、シフトさせた断続化信号により、前記基準信号を前記断続化信号により所定時間で所定時間間隔に切取り第２断続信号を作成する工程と、前記第１断続信号、前記第２断続信号に基づき発光素子を発光させる工程と、第１断続測距光、第２断続測距光を射出させ、測定対象物からの反射測距光を受光素子で受光させる工程と、該受光素子から発せられる第１断続受光信号、第２断続受光信号の内、該第２断続受光信号をシフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行う工程とを有する前記光波距離計に於ける位相差周波数作成方法。
【請求項３】
所定の周波数の連続信号である基準信号を発する基準信号発生器と、断続化信号を発する断続化信号発生器と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせた断続信号を発する位相シフト器と、時間的にπ／ａだけシフトしている第２断続信号を、シフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行うシフト復元器とを有する位相差周波数作成装置。
【請求項４】
発光素子を有し、該発光素子を駆動して測距光を射出する測距光射出部と、測定対象物からの反射光を受光し、受光信号を発する受光素子を有する受光信号発生部と、前記受光信号に基づき測定対象物迄の距離を演算する制御演算部とを具備し、前記測距光射出部は、所定の周波数の連続信号である基準信号を発する基準信号発生器と、所定の周波数の連続信号である基準信号を所定時間で所定時間間隔に切取り断続信号を作成する断続化信号を発生する断続化信号発生器と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせる位相シフト器と、前記断続化信号及びシフトされた断続化信号に基づき前記発光素子を駆動し、断続測距光と、シフトされた断続測距光を射出させる発光駆動部とを有し、前記受光信号発生部は、前記受光素子が発する断続反射測距光の信号及びシフトされた断続反射測距光の信号の内、シフトされた断続反射測距光についてシフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行うシフト復元器とを有する光波距離計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準周波数に対して所望の位相差を有する周波数を作成可能な、位相差周波数作成方法及び位相差周波数作成装置及び光波距離計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光波距離計に於いては、変調周波数を作成して発光素子を駆動し、測距光として変調光を射出し、測定対象物からの反射測距光を受光し、反射測距光の位相に基づき距離を測定している。
【０００３】
更に、信号処理の過程で、位相の異なる信号が必要となる場合があり、この場合従来では、位相の異なる信号を生成する為の生成器が別途設けられており、回路構成が複雑になり、コスト増大の要因となっていた。
【０００４】
或は、信号処理の過程で、ノイズを消去する為、位相を反転させた信号を利用する場合があり、この場合も、位相が反転した信号を生成する為の生成器が別途設けられていた。この為、回路構成が複雑となり、やはりコスト増大の要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８５７０７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１６１４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基準信号に対して所望の位相差を有する信号を生成する場合に、別途生成器を増やすことなく、所望の位相を有する信号を作成できる方法及びその装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、所定の周波数の連続信号である基準信号を断続化信号により、所定時間で所定時間間隔に切取り第１断続信号を作成する工程と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせ、シフトさせた断続化信号により、前記基準信号を前記断続化信号により所定時間で所定時間間隔に切取り第２断続信号を作成する工程と、前記第２断続信号を、シフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行う工程とを有する位相差周波数作成方法に係るものである。
【０００８】
又本発明は、光波距離計に於いて、所定の周波数の連続信号である基準信号を断続化信号により、所定時間で所定時間間隔に切取り第１断続信号を作成する工程と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせ、シフトさせた断続化信号により、前記基準信号を前記断続化信号により所定時間で所定時間間隔に切取り第２断続信号を作成する工程と、前記第１断続信号、前記第２断続信号に基づき発光素子を発光させる工程と、第１断続測距光、第２断続測距光を射出させ、測定対象物からの反射測距光を受光素子で受光させる工程と、該受光素子から発せられる第１断続受光信号、第２断続受光信号の内、該第２断続受光信号をシフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行う工程とを有する前記光波距離計に於ける位相差周波数作成方法に係るものである。
【０００９】
又本発明は、所定の周波数の連続信号である基準信号を発する基準信号発生器と、断続化信号を発する断続化信号発生器と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせた断続信号を発する位相シフト器と、時間的にπ／ａだけシフトしている第２断続信号を、シフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行うシフト復元器とを有する位相差周波数作成装置に係るものである。
【００１０】
更に又本発明は、発光素子を有し、該発光素子を駆動して測距光を射出する測距光射出部と、測定対象物からの反射光を受光し、受光信号を発する受光素子を有する受光信号発生部と、前記受光信号に基づき測定対象物迄の距離を演算する制御演算部とを具備し、前記測距光射出部は、所定の周波数の連続信号である基準信号を発する基準信号発生器と、所定の周波数の連続信号である基準信号を所定時間で所定時間間隔に切取り断続信号を作成する断続化信号を発生する断続化信号発生器と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせる位相シフト器と、前記断続化信号及びシフトされた断続化信号に基づき前記発光素子を駆動し、断続測距光と、シフトされた断続測距光を射出させる発光駆動部とを有し、前記受光信号発生部は、前記受光素子が発する断続反射測距光の信号及びシフトされた断続反射測距光の信号の内、シフトされた断続反射測距光についてシフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行うシフト復元器とを有する光波距離計に係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定の周波数の連続信号である基準信号を断続化信号により、所定時間で所定時間間隔に切取り第１断続信号を作成する工程と、前記断続化信号を前記基準信号の基本周波のπ／ａ（ａ＝自然数）に相当する時間シフトさせ、シフトさせた断続化信号により、前記基準信号を前記断続化信号により所定時間で所定時間間隔に切取り第２断続信号を作成する工程と、前記第２断続信号を、シフトさせた時間分だけ復元する復元処理を行う工程とを有するので、別途生成器を増やすことなく、所望の位相を有する信号を作成できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】位相差周波数作成装置の概略構成図である。
【図２】該位相差周波数作成装置に於ける信号処理の説明図である。
【図３】位相をシフトすることの説明図である。
【図４】光波距離測定装置の基本構成を示す概念図である。
【図５】本発明の実施例に係る測距部の概略構成図である。
【図６】（Ａ）は、測距部に於いて発光素子から発光される測距光を示す説明図、（Ｂ）は、測距部に於いて受光素子から発せられる断続受光信号を示す説明図である。
【図７】（Ａ）は内部参照光の断続受光信号を示す図、（Ｂ）は測距光の断続受光信号を示す図、（Ｃ）は、それぞれの断続受光信号から抽出した１次周波数を示す図である。
【図８】ＤＦＴ演算処理し、得られる位相と周波数についてのグラフであり、特に発光周波数近傍を拡大したグラフである。
【図９】側波帯に含まれる周波数に関して隣接する２点の周波数の位相を示し、側波帯のＤＦＴの演算を単心円上で表している。
【図１０】バースト波形の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）をした場合の演算式を示している。
【図１１】バースト区間を離散フーリエ変換した場合の振幅の結果を示すグラフである。
【図１２】本発明を実行し、不要なエイリアス成分を除した状態を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１４】
先ず、図１〜図３に於いて、本実施例が光波距離計に適用された場合であり、本実施例に係る位相差周波数作成装置１の基本構成について説明する。
【００１５】
２は基準信号発生器であり、該基準信号発生器２は所定の周波数の連続信号である基準信号ｓ１を発生する。３は断続化信号発生器であり、該断続化信号発生器３は連続信号を、所定時間間隔で断続化する断続化信号ｓ２を発する。４は位相差設定器であり、該位相差設定器４は基準信号に対して位相差をずらせる方向、ずらせる位相差の大きさを設定する為の位相差設定信号ｓ８を発する。５は位相シフト器であり、該位相シフト器５は前記位相差設定信号ｓ８に基づき、前記基準信号ｓ１の周波数と前記位相差設定信号ｓ８が設定する位相差とに基づき、該位相差に相当するシフト時間を演算し、設定されたシフト方向に、設定されたシフト時間だけシフトさせた断続化信号（以下、偏差断続化信号）ｓ３を発する。
【００１６】
又、１１は受光素子であり、１２はシフト復元器であり、該シフト復元器１２は位相が変更された信号の時間ずれを復元する。１３は信号処理部であり、該信号処理部１３は受光信号に対し増幅、Ａ／Ｄ変換等所要の信号処理を行う。
【００１７】
前記基準信号発生器２から発せられた前記基準信号ｓ１は分岐され、分岐された信号の一方の信号は前記断続化信号発生器３からの前記断続化信号ｓ２によって、前記基準信号ｓ１が切取られ、断続信号（第１バースト信号）ｓ４が生成される。
【００１８】
又、前記断続化信号発生器３からの前記断続化信号ｓ２は前記位相シフト器５により、前記断続化信号発生器３からの前記断続化信号（バースト信号）ｓ２に対して、設定されたシフト方向に、設定されたシフト時間だけシフトされた前記偏差断続化信号（バースト信号）ｓ３とされる。
【００１９】
前記基準信号ｓ１の分岐された他方は、前記偏差断続化信号ｓ３によって、前記基準信号ｓ１が切取られ、断続信号（第２バースト信号）ｓ５が生成される。該第２バースト信号ｓ５は、前記第１バースト信号ｓ４に対して、波形の位相がシフト時間だけずれている。前記基準信号ｓ１の１波形の周期をＴとすると、シフト時間をＴ／４とすると、波形の位相は９０゜ずれていることになる。
【００２０】
更に、前記該第２バースト信号ｓ５自体は、前記第１バースト信号ｓ４に対してシフト時間（Ｔ／４）だけずれている（図２ではシフト時間だけ遅れている）。
【００２１】
即ち、設定された位相ずれを有し、設定されたシフト方向に、設定された時間だけずれた偏差断続信号（第２バースト信号）ｓ５が生成される。
【００２２】
前記発光駆動部８ａ，８ｂは、断続信号ｓ４、偏差断続信号ｓ５に基づき前記発光素子７を発光（バースト発光）させる。尚、前記発光駆動部８ａ，８ｂによる発光は、時分割され、前記発光素子７は、前記発光駆動部８ａ，８ｂにより交互に発光される。
【００２３】
図２は、基準信号、断続化信号、断続信号の関係を示している。
【００２４】
前記基準信号ｓ１は、前記断続化信号ｓ２によって部分的に切取られ、前記断続信号ｓ４となっている。又、該断続信号ｓ４は、前記断続化信号ｓ２の切取り位置から、ｃｏｓの波形を有する信号となっている。
【００２５】
又、前記偏差断続化信号ｓ３は、前記断続化信号ｓ２に対して、基準信号ｓ１の１周波に対してπ／２だけ、遅れた信号に設定されており、従って前記断続化信号ｓ２に対してπ／２だけ遅れた位置で前記基準信号ｓ１を切取っており、前記偏差断続信号ｓ５は−ｓｉｎの波形を有する信号となっている。
【００２６】
測定対象物で反射され、前記受光素子１１で受光され、該受光素子１１から受光信号が発せられる。この受光信号は、前記断続信号ｓ４に対応し、ｃｏｓの波形を有する断続受光信号ｓ６と、前記偏差断続信号ｓ５に対応し、−ｓｉｎの波形を有し、断続受光信号ｓ６に対してπ／２だけ時間遅れを有する偏差断続受光信号ｓ７である。
【００２７】
前記偏差断続受光信号ｓ７は、前記シフト復元器１２に入力される。該シフト復元器１２には、前記位相シフト器５からの前記偏差断続化信号ｓ３が入力されており、前記シフト復元器１２は前記偏差断続化信号ｓ３に基づき、時間的にπ／２（即ち前記シフト時間）だけ遅れている前記偏差断続受光信号ｓ７を、シフト時間だけ進める信号処理（復元処理）を行う。
【００２８】
尚、前記シフト復元器１２に於ける信号処理では、前記偏差断続化信号ｓ３により前記偏差断続受光信号ｓ７が時間的に進む方向にシフトさせた場合は、復元処理はシフトさせたシフト時間だけ遅らせる処理となる。即ち、時間をシフトさせた分だけ復元させる。
【００２９】
前記偏差断続受光信号ｓ７の復元処理によって、前記信号処理部１３にはｃｏｓの波形を有する断続受光信号ｓ６と、−ｓｉｎの波形を有する偏差断続受光信号ｓ７が、時間の遅れが無い状態で入力する。
【００３０】
従って、本実施例によれば、断続化信号の発生タイミングを調整するだけで、位相の異なる信号を作成でき、位相差を有する信号を生成する為の信号生成器を設ける必要がない。
【００３１】
尚、上記実施例では、受光信号について復元処理を行い、信号処理部に入力される信号を、位相が異なる信号に作成したが、図１の発光駆動部８ｂに、復元処理の機能を付加し、前記発光素子７へ出力される前記偏差断続信号ｓ５を復元処理し、同タイミングで且つ位相が異なる信号に作成してもよい。
【００３２】
次に、図３により、前記位相差設定器４、前記位相シフト器５による前記偏差断続化信号ｓ３を作成する作用について説明する。
【００３３】
Ｎを基本周波数として、基準信号ｓ１が４Ｎの周波数を有するとし、この基準信号ｓ１に対して所要の位相差を有する周波数を作成する場合を説明する。尚、以下の説明では、説明を容易にする為、前記シフト時間を位相に置換えて説明する。
【００３４】
先ず、基準周波数４Ｎ（４Ｎ＝Ｆ）に対して、π／２（＋９０゜）位相がずれた周波数を作成する場合、基準周波数４Ｎに対して基本周波数Ｎのπ／２を加算した点から始まる周波数を抽出する。即ち、断続化信号による切取り位置を、基本周波数Ｎのπ／２を加算した点に設定する。
【００３５】
周波数が異なった場合、或は周波数を変更した場合でも、位相は保存されるので、基本周波数Ｎのπ／２位相を＋側にずらすことで、基準周波数４Ｎに対してもπ／２位相を＋にずらしたことになる。
【００３６】
次に、基準周波数４Ｎに対して、−π／２（＋９０゜）位相がずれた周波数を作成する場合、基準周波数４Ｎに対して基本周波数Ｎのπ／２を減算した点から始まる周波数を抽出する。即ち、断続化信号による切取り位置を、基本周波数Ｎのπ／２を減算した点に設定する。
【００３７】
同様に、基本周波数Ｎのπ／２を減算した点から始まる周波数を抽出することで、基準周波数４Ｎに対してもπ／２位相を−側にずらしたことになる。
【００３８】
位相の偏位はπ／２に限らず、π／４、π／３、π等、π／ａ（ａ＝自然数）の所望の大きさで位相を変位させることができる。
【００３９】
ここで、基本周波数を構成する１周波の１周期をＴ（時間）とすると、π／２＝Ｔ／４、π／４＝Ｔ／８＝Ｔ／４、π／３＝Ｔ／６、π＝Ｔ／２の時間となる。
【００４０】
次に、本実施例を光波距離計に適用した場合について説明する。
【００４１】
近年、光波距離計に於いて、受光光量を確保する為、光強度を増大させ、又発光負荷率が所定値以下となる様に、断続的に発光（バースト発光）させるバースト発光方式が採用されている。
【００４２】
以下に示す実施例もバースト発光方式を採用した光波距離計の概略構成を示している。
【００４３】
先ず、図４に於いて光波距離測定装置２０の基本構成を説明する。
【００４４】
発光素子２１（例えば、レーザダイオード：ＬＤ）は発光素子駆動回路３２によって駆動され、所定周波数に強度変調されたレーザ光線を射出する。該レーザ光線はハーフミラー２２によって測距光２３と内部参照光２４とに分割され、前記ハーフミラー２２を透過した前記測距光２３は対物レンズ２５を通して測定対象物（図示せず）に照射され、該測定対象物で反射された反射測距光２３′は前記対物レンズ２５、ハーフミラー２８を通して受光素子２７により受光される。尚、受光素子としてはフォトダイオード、例えば、アバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。
【００４５】
前記発光素子２１、前記発光素子駆動回路３２等は、測距光射出部３４を構成し、前記受光素子２７、受光回路３３等は、受光信号発生部３５を構成する。
【００４６】
前記ハーフミラー２２で反射された前記内部参照光２４は、前記反射測距光２３′の光路上の前記ハーフミラー２８で反射され、前記受光素子２７に受光される。前記ハーフミラー２２から前記受光素子２７に至る光路は内部参照光路２９を構成し、既知の光路長を有する。
【００４７】
前記測距光２３の光路と前記内部参照光路２９に掛渡り光路切替え器３０が設けられ、該光路切替え器３０は駆動回路３６によって光路の切替えが行われ、前記反射測距光２３′と前記内部参照光２４とが交互に前記受光素子２７に受光される。該受光素子２７の受光信号は、前記受光回路３３に入力される。
【００４８】
尚、前記光路切替え器３０は、前記受光素子２７が前記内部参照光２４と前記測距光２３とを分離して受光できる様にする為の手段であり、前記内部参照光２４の光路に光ファイバ等の光路調整部材を設け、前記受光素子２７が内部参照光、測距光を受光する際に時間差が生じる様にすれば、前記光路切替え器３０は省略できる。
【００４９】
前記受光回路３３は、前記受光素子２７からの受光信号をアンプによる増幅、ミキサーによる周波数変換（ビートダウン）、Ａ／Ｄ変換する等所要の信号処理を実行して、処理後の信号を制御演算部３７に入力する。
【００５０】
前記制御演算部３７は、前記発光素子駆動回路３２を制御し、該発光素子駆動回路３２を介して前記発光素子２１の発光状態を制御する。又、前記制御演算部３７は前記駆動回路３６を制御して前記受光素子２７に入射する前記反射測距光２３′と前記内部参照光２４との切替えを行う。
【００５１】
又、前記制御演算部３７は、受光信号から前記内部参照光２４と前記反射測距光２３′との位相差（受光時間差）を求めて距離を演算している。又、前記内部参照光２４と前記反射測距光２３′との位相差を求めることで、前記受光回路３３のドリフト等回路上の、不安定要素が除去される。
【００５２】
図５は、本発明の実施例に係る測距部の概略構成図を示している。図５中、図４中で示したものと同等のものには、同符号を付してある。
【００５３】
図５中、４０は基準信号発生器を示し、所定の基準信号ｓ１を発する。以下の説明では、基準周波数として３０ＭＨｚ、変調基本周波数として１２０ＭＨｚ、ビートダウンされた周波数（中間周波数）として７．５ＭＨｚ、アナログデジタル変換のサンプリング周波数として６０ＭＨｚを例示している。尚、各周波数としては、その他２４０ＭＨｚ等、サンプリング周波数を整数倍したものが用いられ、光波距離計が要求される精度、能力に応じて適宜基準周波数が選択される。
【００５４】
前記基準信号発生器４０から発せられる基準周波数に対して、分周波信号が生成され、該分周波信号と前記基準周波数を整数倍した周波数（変調基本周波数として１２０ＭＨｚ）によって変調周波数が生成される。尚、分周波信号は、演算の都合上、変調基本周波数に整数倍を除して得られるものであり、更に、除数はＳ／Ｎ比に依存する為、８〜２０程度が好ましい。以下の説明では、除数を１６とし、７．５ＭＨｚの分周波信号が生成されている。
【００５５】
前記基準信号発生器４０からの基準信号は、変調周波数生成器４２ａ，４２ｂによって２つの近接した変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ及び１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚが生成される。
【００５６】
該変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚは前記発光素子駆動回路３２に入力される。又、位相シフト器４３ａによって９０゜位相に相当する時間（Ｔ／４）だけシフトされた別の変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚが前記発光素子駆動回路３２に入力される。
【００５７】
同様に、前記変調信号１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚは前記発光素子駆動回路３２に入力され、更に位相シフト器４３ｂによって９０゜位相に相当する時間（Ｔ／４）だけシフトされた別の変調信号１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚが前記発光素子駆動回路３２に入力される。尚、前記位相シフト器４３ａ，４３ｂは、上記した位相シフト器５と同等である。
【００５８】
前記発光素子駆動回路３２は、前記変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ及び９０゜位相分の時間がシフトされた前記変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚにより前記発光素子２１をバースト発光（断続発光）させる。例えば、図６（Ａ）に示される様に、バースト発光の周期は、１０μｓ（１００ｋＨｚ）であり、バースト発光時間は９３３．３３ｎｓである。
【００５９】
又、前記発光素子駆動回路３２から発せられる発光駆動信号は、前記変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚと９０゜位相分の時間がシフトされた前記変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚとなっている。
【００６０】
同様に、前記発光素子駆動回路３２は、前記変調信号１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚと、９０゜位相分の時間がシフトされた前記変調信号１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚとにより前記発光素子２１をバースト発光（断続発光）させる。
【００６１】
更に、前記発光素子駆動回路３２は、前記変調信号１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚ（ｃｏｓ成分）及び９０゜位相分の時間がシフトされた前記変調信号１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚ（ｓｉｎ成分）と、前記変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ（ｃｏｓ成分）及び９０゜位相分の時間がシフトされた前記変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ（ｓｉｎ成分）とを時分割により交互に発光させる（図６（Ａ）参照）。
【００６２】
図６（Ａ）で示す最初の前記変調信号１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚ、前記変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚに対し、遅れて発せられる前記変調信号１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚ、前記変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚはそれぞれ９０゜位相分の時間がシフトされた変調信号となっている。
【００６３】
従って、該発光素子２１からは、１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚ及び９０゜位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚに変調された測距光２３ａ、更に１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ及び９０゜位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚに変調された測距光２３ｂが時分割により交互にバースト発光周期（１０μｓ）でバースト発光される。
【００６４】
前記基準信号発生器４０、前記変調周波数生成器４２ａ，４２ｂ、前記位相シフト器４３ａ，４３ｂ等は変調信号生成部４５を構成する。
【００６５】
更に、前記制御演算部３７は、記憶部３８に格納された各種プログラムを実行し、距離測定に必要な所要の演算を実行する。
【００６６】
該記憶部３８には、測定に必要な演算の為の各種プログラムが格納されている。例えば、前記受光回路３３から出力される信号を増幅、Ａ／Ｄ変換する等の信号処理を実行する為の信号処理プログラム、バースト信号に対して離散フーリエ変換（ＤＦＴ：ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実行する為の演算プログラム、ＤＦＴの結果を位相と振幅に変換するプログラム、ＤＦＴを実行することで得られた１次周波数、２次周波数、…（後述）の位相と振幅を抽出する為の演算プログラム等が格納されている。
【００６７】
又、前記記憶部３８には、測距結果、演算結果等の各種データが格納される。
【００６８】
主制御部３９は、光波距離計（図示せず）の測距作動を制御すると共に前記制御演算部３７の演算処理を制御する。前記主制御部３９と前記制御演算部３７は、統合して制御部としてもよい。
【００６９】
測距光２３に対する信号処理と内部参照光２４に対する信号処理とは同一であるので、以下は測距光２３について説明する。
【００７０】
反射測距光２３ａ′，２３ｂ′が前記受光素子２７に入射し、該受光素子２７からは断続受光信号４１ａ，４１ｂ（図６（Ｂ）参照）が交互に発せられ、該断続受光信号４１ａ，４１ｂは前記測距光２３ａ，２３ｂに対応している。
【００７１】
前記断続受光信号４１ａは、９３３．３３ｎｓの信号幅と、１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚとπ／２（９０゜）位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚを含む受光信号となっている。同様に、前記断続受光信号４１ｂは、９３３．３３ｎｓの信号幅と、１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚとπ／２位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚを含む受光信号となっている。
【００７２】
上記した様に、前記発光素子２１の発光周期は１０μｓ（１００ｋＨｚ）となっている。従って、両断続受光信号４１ａ，４１ｂの発生周期（発生間隔）は１０μｓとなっている。尚、発光間隔は、測距光が測定対象物に対して往復する時間より充分長く設定され、要求される最大測距距離に対応させ、適宜設定される。
【００７３】
前記断続受光信号４１ａ，４１ｂは、それぞれミキシング回路４６ａ，４６ｂに於いて１２０ＭＨｚの基準信号とミキシングされ、＋７．５ＭＨｚと−７．５ＭＨｚの断続変調信号にビートダウンされる（図６（Ｂ）参照）。
【００７４】
−７．５ＭＨｚにビートダウンされた断続変調信号は増幅器４４ａで増幅され、＋７．５ＭＨｚの断続変調信号は増幅器４４ｂで増幅される。前記増幅器４４ａ，４４ｂから出力される±７．５ＭＨｚの断続変調信号の内、９０゜位相分の時間がシフトされた断続変調信号は、シフト復元器４５ａ，４５ｂによって、時間的に９０゜だけ遅れている前記偏差断続受光信号ｓ７を、９０゜の時間だけ進める信号処理（復元処理）が行われる（上記シフト復元器１２参照）。
【００７５】
９０゜位相分の時間がシフトされた±７．５ＭＨｚの断続変調信号について、復元処理が実行されることで、±７．５ＭＨｚと位相の異なる±７．５ＭＨｚが前記受光回路３３に時間遅れなしで入力される。
【００７６】
前記断続変調信号は、前記受光回路３３で、Ａ／Ｄ変換される等、所要の信号処理が行われ、前記制御演算部３７に入力される。
【００７７】
又、前記受光素子２７には、１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚと９０゜位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚを含む内部参照光及び１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚと９０゜位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚを含む内部参照光が時分割で入射し、前記受光素子２７から発せられる受光信号も、測距光２３と同様の処理が成される。
【００７８】
尚、前記発光素子駆動回路３２、前記基準信号発生器４０、前記変調周波数生成器４２ａ，４２ｂ、前記位相シフト器４３ａ，４３ｂ等は発光駆動信号生成部４７を構成し、又増幅器４９、前記ミキシング回路４６ａ，４６ｂ、前記増幅器４４ａ，４４ｂ、前記位相変換器４３ａ，４３ｂ、前記シフト復元器４５ａ，４５ｂ、前記受光回路３３等は、受光信号処理部４８を構成する。
【００７９】
前記内部参照光については、光路長は一定しており、前記受光回路３３等の回路が安定した状態では、前記発光駆動信号の発生タイミングと、前記受光回路３３が内部参照光を受光し、発する受光信号の発生タイミングは固定される。従って、前記受光回路３３等の回路が安定した状態では、前記受光回路３３が内部参照光を受光し、発する断続受光信号３１（図７参照）の発生タイミングと前記発光駆動信号の発生タイミングとの関係も固定され、前記受光回路３３が発する内部参照光の受光信号は、前記発光駆動信号に基づく信号となる。
【００８０】
而して、前記発光素子駆動回路３２が発する前記発光駆動信号を参照用の信号として使用してもよい。
【００８１】
図７（Ａ）は、１周期１０μｓの周期でバースト発光させた場合の、前記内部参照光２４の前記断続受光信号３１を示し、図７（Ｂ）は、前記測距光２３の断続受光信号４１ａを示し、図７（Ｃ）は、前記断続受光信号４１ａ、前記断続受光信号３１からＤＦＴの演算処理、側波帯の処理により抽出した１次周波数（１周期１０μｓ）４１ａ′，３１′を示している。
【００８２】
尚、図７では、前記測距光２３（２３ａ，２３ｂ）、前記内部参照光２４の１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚの変調周波数の断続受光信号は省略している。又、以下は、９０゜位相をシフトした１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚを省略し、１２０ＭＨｚ−７．５ＭＨｚ単独で、前記発光素子２１をバースト発光させた場合を説明する。
【００８３】
断続光をパルス光と仮定し、前記断続受光信号３１について、前記測距光２３の発光タイミングから前記内部参照光２４の前記断続受光信号３１が発せられる迄の時間差をｔ１とし、前記測距光２３の発光タイミングから該測距光２３の断続受光信号４１ａが発せられる迄の時間差をｔ２とすると、ｔ２−ｔ１＝Δｔが前記測距光２３が測定対象物迄を往復する時間であり、光速とΔｔにより測定対象物迄の距離が測定できる。ところが、断続光は単パルス光とは異なり、断続光には１２０ＭＨｚ±７．５ＭＨｚの変調光が含まれているので、受光された変調光（発せられる変調信号）は距離によって形状が変わる。この為、変調光に対するサンプリング位置にバラツキを生じてしまい、結果的に時間差Δｔが誤差を含むことになり、測定精度が悪くなる。従って、実際は、反射測距光の受光信号と内部参照光の受光信号の位相差に基づき距離測定が行われる。
【００８４】
ところが、上記した様に、反射測距光の受光信号と内部参照光の受光信号は、共に断続光であるので、反射測距光の受光信号と内部参照光の受光信号間の位相差が求められない。従って、バースト区間全体をバースト周期（周波数１００ｋＨｚ）２πとしたときの位相を求めるが、周波数変換した場合、１００ｋＨｚ（１０μｓ）に現れるスペクトルの振幅は小さくなってしまう。
【００８５】
例えば、バースト波形（図６（Ａ）の区間（バースト周期１０μｓ））を離散フーリエ変換（ＤＦＴ：ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）した場合、周波数と周波数に対する振幅が得られる。図８に示されるＤＦＴの演算処理により得られた受光信号の周波数と振幅に基づきスペクトル５０が得られる。
【００８６】
図８中の該スペクトル５０上のプロットは、中心周波数７．５ＭＨｚを中心として、バースト発光周期に対応させ、１００ｋＨｚ単位でプロットしたものである。
【００８７】
尚、図８は、特に発光周波数（７．５ＭＨｚ）近傍を拡大したグラフとなっている。図示される様に、発光周波数（７．５ＭＨｚ）を中心とした近傍では大きな振幅（以下、側波帯５１）が得られるが、中心周波数（７．５ＭＨｚ）から離れると急激に振幅が小さくなり、発光周期である１００ｋＨｚ（１次の周波数）ではほとんど振幅はでない。
【００８８】
これは、前記発光素子駆動回路３２から発せられる発光駆動信号は、綺麗なｓｉｎ波であり、バースト区間（信号が存在する区間）に含まれる信号も綺麗なｓｉｎ波となり、打ち消され、１次の周波数に有効な振幅が出てこないことによる。
【００８９】
これに対し、本発明者は、中心周波数の発光周波数（７．５ＭＨｚ）前後に振幅の大きな側波帯５１が現れることに着目し、この中心周波数に対する側波帯５１を利用し、中心周波数に対する側波帯の位相、振幅を求め、更に１次〜４次波長の位相を求めることを見出した。
【００９０】
尚、１次周波数とはバースト発光の周期を２πとする周波数であり、丁度ＤＦＴするデータの長さで１周期回る周波数になる。
【００９１】
ＤＦＴする全域に周波数がある場合、理想的には発光周波数のみピークが立ちその前後の周波数は０となるが、バースト波形（図７（Ａ）、図７（Ｂ）参照）をバースト周期についてＤＦＴすると一部のみ波形がある為、発光周波数との周波数ズレに関係した振幅が現れる。
【００９２】
前記側波帯５１の振幅も発光周波数（７．５ＭＨｚ）との周波数ズレの関係式になる為、ここから周波数差の位相を求めることができる。ＤＦＴの求められる周波数間隔は全域で等しい（即ち周波数間隔はバースト発光周波数）為、前記側波帯５１に含まれ、発光周波数Ｐ１と該発光周波数Ｐ１と１番近い側波帯周波数Ｐ２との周波数差＝１次周波数となり、前記発光周波数Ｐ１と２番目に近い側波帯周波数Ｐ３との差＝２次周波数となり、同様に３番目に近い側波帯周波数Ｐ４との差＝３次周波数、４番目に近い側波帯周波数Ｐ５との差＝４次周波数となる。これにより低次（例えば、１次〜４次）の周波数の位相を求めることができる（図７（Ｃ）参照）。
【００９３】
この１次周波数を求めることで長距離の測定ができる。又、２次周波数、３次周波数、４次周波数を求めることで中距離、近距離について高精度の距離測定が行える。
【００９４】
図９は、前記側波帯５１に含まれる周波数に関して隣接する２点の周波数Ｐ１、Ｐ２の位相を示し、前記側波帯５１のＤＦＴの演算を単心円上で表している。
【００９５】
図９中、ωｔを発光周波数（７．５ＭＨｚ、図８中、Ｐ１）の角速度、ω0 ｔを前記側波帯５１の周波数（図８中、Ｐ２）の角速度とする。
【００９６】
発光周波数と側波帯との角速度の違いから、発光周波数の位相に対して角速度の差分（（ω−ω0 ）ｔ）位相が回転する。
【００９７】
ωとω0 は、ＤＦＴの離散間隔で存在するので、隣合った周波数間の差で求まる位相（（ω−ω0 ）ｔ）は、ＤＦＴの１次周波数の位相と等しくなる。従って、隣合った周波数間の差を求めることで１次周波数の位相を求めることができる。
【００９８】
内部参照光の断続受光信号に対しても、ＤＦＴを行い、側波帯を利用して１次周波数の位相を求めることができる。内部参照光の１次周波数の位相は、測距光との位相差を求める為の参照用１次周波数の位相であり、該参照用１次周波数の位相と前記測距光の断続受光信号の側波帯で得られた１次周波数の位相とにより、内部参照光と測距光との位相差が求められ、測定距離が演算される。
【００９９】
図１０は、バースト周期について、ＤＦＴ演算処理を行う演算式（１）を示している。
【０１００】
式（１）に基づき演算処理した結果を、図１１に示す。
【０１０１】
ＤＦＴ演算処理により、側波帯５１が得られるが、同時に同じ波形を有するエイリアス成分５１′も得られる。このエイリアス成分５１′は、式（１）中、ａ項、ｂ項に該当する。
【０１０２】
前記側波帯５１、前記エイリアス成分５１′のいずれを利用しても、前記１次周波数４１ａ′，３１′を求めることはできるが、前記側波帯５１と前記エイリアス成分５１′とが相互に影響を及しているので、精度を向上させる為には、いずれか一方を削除することが好ましい。以下は、前記エイリアス成分５１′を除去する場合について説明する。
【０１０３】
式（１）に示される様に、ａ項、ｂ項はそれぞれ、ｃｏｓ、ｓｉｎに依存している。従って、式（１）で演算処理するバースト信号に対して、位相がπ／２（９０゜）ずれたバースト信号を式（１）により演算処理し、得られた結果を加算処理することでａ項、ｂ項が除去できる。
【０１０４】
本発明では、斯かる着目に基づき、位相がπ／２（９０゜）ずれたバースト信号を作成し、即ち、前記位相シフト器４３ａ，４３ｂにより、９０゜位相分の時間をシフトさせた１２０ＭＨｚ±７．５ＭＨｚを作成し、この９０゜位相をシフトさせた１２０ＭＨｚ±７．５ＭＨｚと１２０ＭＨｚ±７．５ＭＨｚとを合わせた変調信号により、前記発光素子２１を駆動発光させる。
【０１０５】
測定対象物で反射された反射測距光２３′が前記受光素子２７で受光され、該受光素子２７から発せられる断続受光信号が、前記ミキシング回路４６ａ，４６ｂによりビートダウンされ、更に位相変換器４３からの信号によりＩＱ復調される。
【０１０６】
ビートダウンした受光信号が＋７．５ＭＨｚ及び９０゜位相分の時間がシフトされた＋７．５ＭＨｚの断続受光信号に分離され、更に、前記シフト復元器４５ａ，４５ｂにより、時間的にπ／２だけ遅れている前記偏差断続受光信号ｓ７を、π／２だけ進める信号処理（復元処理）を行い、−７．５ＭＨｚ及び９０゜位相の異なる−７．５ＭＨｚの断続受光信号がＤＦＴ演算処理され、更に得られた結果が合算されることで、前記エイリアス成分５１′が除去される。図１２は、該エイリアス成分５１′が除去された状態を示している。
【０１０７】
上記実施例では、本発明をバースト発光方式で、ＤＦＴ演算処理した際の、エイリアス成分５１′を除去する為に適用したが、その他、基準信号に対して位相が反転した信号を作成し、基準信号と位相が反転した信号を合成することで、同相の誤差を除去することもできる。
【符号の説明】
【０１０８】
１                位相差周波数作成装置
２                基準信号発生器
３                断続化信号発生器
４                位相差設定器
５                位相シフト器
７                発光素子
８ａ，８ｂ        発光駆動部
１１              受光素子
１２              シフト復元器
１３              信号処理部
２１              発光素子
２３              測距光
２３′            反射測距光
２７              受光素子
３２              発光素子駆動回路
３３              受光回路
３４              測距光射出部
３５              受光信号発生部
３６              駆動回路
３７              制御演算部
３９              主制御部
４０              基準信号発生器
４１ａ，４１ｂ    断続受光信号
４２ａ，４２ｂ    変調周波数生成器
４３ａ，４３ｂ    位相シフト器
４５              変調信号生成部
４５ａ，４５ｂ    シフト復元器
５０              スペクトル
５１              側波帯
【図１】
2018205227.tif 000003
【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】
2018205227.tif 000009
【図８】
2018205227.tif 000010
【図９】
2018205227.tif 000011
【図１０】
2018205227.tif 000012
【図１１】
2018205227.tif 000013
【図１２】
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