(57)【要約】【課題】測定時間を短縮するとともに、電気部品の温度位相ドリフトを低減させた光波距離計を提供する。【解決手段】複数の主変調周波数(F1、F2)で変調された光を出射する第１の発光素子(13)と、各主変調周波数それぞれに近接した傍変調周波数(F1−Δｆ1、F2−Δf2)で変調された光を出射する第2の発光素子(14)と、両発光素子から出射された光を受光する第1及び第2の受光素子(40、48)と、第1の受光素子に接続された第1の周波数変換器群(42、44)と、第2の受光素子に接続された第2の周波数変換器群(50、52)とを備える。第1の発光素子から出射された光は2つに分けられ、一方は目標反射物(22)までを往復する測距光路(23)を経て第１の受光素子に入射し、他方は第1の参照光路(26)を経て第2の受光素子に入射し、第2の発光素子から出射された光は2つに分けられ、一方は第2の参照光路(31)を経て第2の受光素子に入射し、他方は第3の参照光路(29)を経て第1の受光素子に入射する。【選択図】図１
2011002302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の主変調周波数で変調された光を出射する第１の発光素子と、前記各主変調周波数それぞれに近接した複数の傍変調周波数で変調された光を出射する第２の発光素子と、両発光素子から出射された光を受光する第１の受光素子及び第２の受光素子と、第１の受光素子に接続された第１の周波数変換器群と、第２の受光素子に接続された第２の周波数変換器群とを備え、
第１の発光素子から出射された光は２つに分けられ、一方は測距光として目標反射物までを往復する測距光路を経て第１の受光素子に入射し、他方は参照光として第１の参照光路を経て第２の受光素子に入射し、第２の発光素子から出射された光は２つに分けられ、一方は参照光として第２の参照光路を経て第２の受光素子に入射し、他方は参照光として第３の参照光路を経て第１の受光素子に入射し、
前記第１の周波数変換器群及び前記第２の周波数変換器群は、それぞれ、前記主変調周波数と同数の周波数変換器から構成され、各周波数変換器にはそれぞれ異なる周波数の局部発振信号が入力され、該局部発振信号の周波数は、それぞれ、各主変調周波数と各主変調周波数に近接した各傍変調周波数との両方に近接した周波数とされ、
前記各周波数変換器で発生させた中間周波信号を用いて目標反射物までの距離を算出する光波距離計。
【請求項２】
前記各中間周波信号の周波数は、最も低いものに対して整数倍になっており、前記各中間周波信号はデジタル帯域フィルタによって分離される請求項１に記載の光波距離計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波距離計に関し、さらに詳細には、発光素子から出射した光を測距光路（外部光路）と参照光路（内部光路）とに切換えるシャッターを省いた光波距離計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光波距離計では、発光素子から出射した光をシャッターを移動させることによって、目標反射物（ターゲット、反射シート又はノンプリズムの物体）まで往復する測距光路と、光源から直ちに受光素子へ向かう参照光路とに交互に切換えて距離測定することによって、光波距離計の固有な誤差を補正していた。しかしながら、シャッターの移動を伴うため、距離測定に時間にかかるうえ、低温で動きが遅くなるという短所があった。そこで、測距光路と参照光路とに切換えるシャッターを用いない光波距離計が望まれていた。
【０００３】
このようなシャッターを用いない光波距離計としては、下記特許文献１に開示されたようなものが知られている。図９に、この光波距離計のブロック図を示す。
【０００４】
この光波距離計は、２つの発光素子１Ｐ、２Ｐを備える。発光素子１Ｐから出射された光３０Ｐは、ビームスプリッタ３Ｐで２つに分けられ、一方は、測距光３２Ｐとして目標反射物６０Ｐまで往復する測距光路を経て受光素子５Ｐに入射し、他方は、参照光３３Ｐとして光波距離計内部の参照光路を経て受光素子４Ｐに入射する。発光素子２Ｐから出射された光３１Ｐは、参照光となり、ビームスプリッタ６Ｐで２つに分けられ、一方３４Ｐは受光素子４Ｐに入射し、他方３５Ｐは受光素子５Ｐに入射する。なお、受光素子４Ｐの手前には光を拡散させるデヒューザ５１Ｐが配置されており、受光素子５Ｐの手前には光を散乱させるスキャッター１１Ｐが配置されている。
【０００５】
発光素子１Ｐは、増幅器２３Ｐを介してシンセサイザー２１Ｐに接続されていて、周波数ｆ１で変調された光を出射する。発光素子２Ｐは、増幅器２４Ｐを介してシンセサイザー２２Ｐに接続されていて、周波数ｆ２で変調された光を出射する。両シンセサイザー２１Ｐ、２２Ｐは、共通の発振器２０Ｐに接続されている。
【０００６】
受光素子４Ｐは増幅器９Ｐを介して周波数変換器７Ｐに接続されており、受光素子５Ｐは増幅器１０Ｐを介して周波数変換器８Ｐに接続されている。両周波数変換器７Ｐ、８Ｐには局部発振器１２Ｐから周波数ｆＬＯの局部発振信号が加えられている。両周波数変換器７Ｐ、８Ｐは、受光素子４Ｐ、５Ｐからの出力信号と局部発振信号の差に等しい周波数の中間周波信号ｆＺＦ１、ｆＺＦ２に変換される。
【０００７】
周波数変換器７Ｐに接続されたフィルタ１３Ｐは、周波数ｆ１とｆＬＯの差の周波数ｆＺＦ１のみ通すようになっており、周波数ｆ１で変調された参照光３３Ｐに係る中間周波信号、すなわち参照距離Ｄ１に係る中間周波信号のみを選別する。周波数変換器８Ｐに接続されたフィルタ１４Ｐは、ｆ２とｆＬＯの差の周波数ｆＺＦ２のみを通すようになっており、周波数ｆ2で変調された参照光３５Ｐに係る中間周波信号、すなわち参照距離Ｄ２＋Ｄ３に係る中間周波信号のみを選別する。
【０００８】
次に、発光素子１Ｐから周波数ｆ２で変調された光を出射し、発光素子２Ｐから周波数ｆ1で変調された光を出射するように、それぞれの変調周波数を変更する。すると、周波数変換器７Ｐに接続されたフィルタ１３Ｐは、周波数ｆ１とｆＬＯの差の周波数ｆＺＦ１のみを通すようになっているから、周波数ｆ１で変調された参照光３４Ｐに係る中間周波信号、すなわち参照距離Ｄ２に係る中間周波信号のみを選別する。周波数変換器８Ｐに接続されたフィルタ１４Ｐは、周波数ｆ２とｆＬＯの差の周波数ｆＺＦ２のみを通すようになっており、周波数ｆ2で変調された測距光３２Ｐに係る中間周波信号、すなわち測距距離Ｄ０に係る中間周波信号のみを選別する。
【０００９】
こうして、両発光素子１Ｐ、２Ｐから出射する光の変調周波数ｆ１、ｆ２を交互に変えることにより、測距距離Ｄ０に係る中間周波信号、参照距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ２＋Ｄ３に係る各中間周波信号の合わせて４つの中間周波信号が得られる。
【００１０】
フィルタ１３Ｐは、増幅器１５Ｐを介してＡ／Ｄ変換器１７Ｐに接続されている。フィルタ１４Ｐは、増幅器１６Ｐを介してＡ／Ｄ変換器１８Ｐに接続されている。両Ａ／Ｄ変換器１７Ｐ、１８Ｐは、デジタルフーリエ変換器１９Ｐに接続されている。これで、４つの中間周波信号の初期位相を求めることにより、光波距離計に固有な誤差分を補正して、測定対象６０Ｐまでの精確な距離を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２５５３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記特許文献1に開示された光波距離計では、両発光素子１Ｐ、２Ｐから出射する光の変調周波数ｆ１、ｆ２を交互に切換えることが必要であるため、一度に４つの中間周波信号を得ることができず、なお距離測定に時間がかかるうえ、各中間周波信号を得た時刻の相違により、発光素子１Ｐ、２Ｐや受光素子４Ｐ、５Ｐ等の電気部品による温度位相ドリフトによっても誤差が出るという問題があった。
【００１３】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、距離測定に要する時間を短縮するとともに、電気部品の温度位相ドリフトを低減させた光波距離計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明の光波距離計は、複数の主変調周波数（例えば、Ｆ１、Ｆ２）で変調された光を出射する第１の発光素子と、前記各主変調周波数それぞれに近接した複数の傍変調周波数（例えば、Ｆ１−Δｆ１、Ｆ２−Δｆ２）で変調された光を出射する第２の発光素子と、両発光素子から出射された光を受光する第１の受光素子及び第２の受光素子と、第１の受光素子に接続された第１の周波数変換器群と、第２の受光素子に接続された第２の周波数変換器群とを備え、第１の発光素子から出射された光は２つに分けられ、一方は測距光として目標反射物までを往復する測距光路を経て第１の受光素子に入射し、他方は参照光として第１の参照光路を経て第２の受光素子に入射し、第２の発光素子から出射された光は２つに分けられ、一方は参照光として第２の参照光路を経て第２の受光素子に入射し、他方は参照光として第３の参照光路を経て第１の受光素子に入射し、前記第１の周波数変換器群及び前記第２の周波数変換器群は、それぞれ、前記主変調周波数と同数の周波数変換器から構成され、各周波数変換器にはそれぞれ異なる周波数の局部発振信号が入力され、該局部発振信号の周波数は、それぞれ、各主変調周波数と各主変調周波数に近接した各傍変調周波数との両方に近接した周波数（例えば、Ｆ１＋Δｆ１、Ｆ２＋Δｆ２）とされ、前記各周波数変換器で発生させた中間周波信号を用いて目標反射物までの距離を算出するように構成されている。
【００１５】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の光波距離計において、前記各中間周波信号の周波数は、最も低いものに対して整数倍になっており、前記各中間周波信号はデジタル帯域フィルタによって分離されるように構成される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明の光波距離計によれば、測距光と参照光とを切換えるのに、シャッターを使うことなく、また変調周波数を切換えることもなく、測距光路と参照光路に係る各中間周波信号の初期位相が同時に求まるため、従来よりも高速に距離測定を行うことができる。また、シャッターを省くことによるコストダウンが可能になる。さらに、本発明によれば、測距距離と参照距離の同時測定が可能になるため、温度位相ドリフトが打ち消し合って、電気部品の温度位相ドリフトを低減できる。このため、従来は、電気部品の温度位相ドリフトを少なくするため、連続測距中の発光素子を電源ＯＮに保っていたが、本発明では測距毎に発光素子の電源をＯＮ／ＯＦＦすることが可能となって、節電を図ることができる。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、さらに、各中間周波信号の周波数は、最も低いものに対して整数倍になっており、前記各中間周波信号はデジタル帯域フィルタによって分離されるから、４つの周波数を確実に分離して、測定精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に係る光波距離計の主要部のブロック図である。
【図２】前記光波距離計の詳細なブロック図である。
【図３】前記光波距離計の主変調周波数、傍変調周波数、局部発振周波数及び中間周波数の例を示す表である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る光波距離計のブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る光波距離計のブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係る光波距離計のブロック図である。
【図７】前記第４の実施例に係る光波距離計によって、遠距離測定が可能なる理由を説明する図である。
【図８】本発明の第５の実施例に係る光波距離計のブロック図である。
【図９】従来の光波距離計のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図１〜図３に基づいて、本発明の光波距離計の一実施例について詳細に説明する。
【００２０】
まず、この光波距離計の主要部について、図１に基づいて説明する。この光波距離計は、レーザダイオード等の発光素子１３、１４を２つ備え、第１の発光素子１３からは周波数Ｆ１及びＦ２（以下、主変調周波数と呼ぶ。）で変調された光を出射し、第２の発光素子１４からは、主変調周波数Ｆ１及びＦ２それぞれに近接した周波数Ｆ１−Δｆ１及びＦ２−Δｆ２（以下、傍変調周波数と呼ぶ。）で変調された光を出射する。第１の発光素子１３から出射された光は、２つに分けられ、一方は測距光として、目標反射物２２までを往復する測距光路２３を経て第１の受光素子４０に入射し、他方は参照光として、第１の参照光路２６を経て第２の受光素子４８に入射する。第２の発光素子１４から出射された光は、２つに分けられ、一方は参照光として、第２の参照光路３１を経て第２の受光素子４８に入射し、他方は参照光として、第３の参照光路２９を経て第１の受光素子４０に入射する。
【００２１】
第1の受光素子４０は第１の周波数変換群４２、４４に接続され、第２の受光素子４８は第２の周波数変換群５０、５２に接続される。すなわち、第1の受光素子４０の出力は主変調周波数Ｆ１及びＦ２の個数と同数の２つに分けられ、一方は第１の周波数変換器４２に入力され、他方は第２の周波数変換器４４に入力される。第２の受光素子４８の出力も主変調周波数Ｆ１及びＦ２の個数と同数の２つに分けられ、一方は第３の周波数変換器５０に入力され、他方は第４の周波数変換器５２に入力される。
【００２２】
第１の周波数変換器４２は、主変調周波数Ｆ１で変調されて測距光路２３を経た測距光から得られた信号に、前述した主変調周波数Ｆ１及び傍変調周波数Ｆ１−Δｆ１それぞれと近接した周波数Ｆ１＋Δｆ１の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ１の中間周波信号を発生させる。また、第１の周波数変換器４２は、傍変調周波数Ｆ１−Δｆ１で変調されて第３の参照光路２９を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ１＋Δｆ１の局部発振信号を乗算して、周波数２Δｆ１の中間周波信号を発生させる。
【００２３】
第２の周波数変換器４４は、主変調周波数Ｆ２で変調されて測距光路２３を経た測距光から得られた信号に、前述した主変調周波数Ｆ２及び傍変調周波数Ｆ２−Δｆ２それぞれと近接した周波数Ｆ２＋Δｆ２の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ２の中間周波信号を発生させる。また、第２の周波数変換器４４は、傍変調周波数Ｆ２−Δｆ２で変調されて第３の参照光路２９を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ２＋Δｆ２の局部発振信号を乗算して、周波数２Δｆ２の中間周波信号を発生させる。
【００２４】
第３の周波数変換器５０は、主変調周波数Ｆ１で変調されて第１の参照光路２６を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ１＋Δｆ１の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ１の中間周波信号を発生させる。また、第３の周波数変換器５０は、傍変調周波数Ｆ１−Δｆ１で変調されて第２の参照光路３１を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ１＋Δｆ１の局部発振信号を乗算して、周波数２Δｆ１の中間周波信号を発生させる。
【００２５】
第４の周波数変換器５２は、主変調周波数Ｆ２で変調されて第１の参照光路２６を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ２＋Δｆ２の局部発振信号を乗算して、周波数Δｆ２の中間周波信号を発生させる。また、第４の周波数変換器５２は、傍変調周波数Ｆ２−Δｆ２で変調されて第２の参照光路３１を経た参照光から得られた信号に周波数Ｆ２＋Δｆ２の局部発振信号を乗算して、周波数２Δｆ２の中間周波信号を発生させる。
【００２６】
こうして同時に、測距光路２３に係る周波数Δｆ１及びΔｆ２の中間周波信号、第１の参照光路２６に係る周波数Δｆ１及びΔｆ２の中間周波信号、第２の参照光路３１に係る周波数２Δｆ１及び２Δｆ２の中間周波信号、第３の参照光路２９に係る周波数２Δｆ１及び２Δｆ２の中間周波信号の合わせて８つの中間周波信号が一度に得られる。８つの中間周波信号をフィルタやフーリエ変換器等の適当な手段で分離し、各中間周波信号の初期位相を求めれば、ターゲット２２までの距離が光波距離計内部で発生する誤差を補正して算出される。
【００２７】
この光波距離計について、図２のブロック図に基づいて、さらに詳細に説明する。
【００２８】
まず、発振器１で主変調周波数Ｆ１の信号を発生させる。この主変調周波数Ｆ１の信号は、分周部２に入力されるとともに、ＰＬＬ９，１０を介して、発振器５、１１に入力される。ＰＬＬ９、１０は、発振器５、１１を傍変調周波数Ｆ１−Δｆ１、局部発振周波数Ｆ１＋Δｆ１で正確に発振させるために使用する。
【００２９】
分周部２は、主変調周波数Ｆ１の信号を分周して、主変調周波数Ｆ2の信号を発生する。この主変調周波数Ｆ2及びＦ１の信号とは、周波数重畳回路３を経て駆動回路４へ入力される。第１の発光素子１３は、駆動回路４によって駆動され、主変調周波数Ｆ１及びＦ２で変調された光を出射する。
【００３０】
発振器５は、傍変調周波数Ｆ１−Δｆ１の信号を発生する。この傍変調周波数Ｆ１−Δｆ１の信号は、さらに分周部６で周波数を分周されて、傍変調周波数Ｆ２−Δｆ２の信号となる。傍変調周波数Ｆ１−Δｆ１及びＦ２−Δｆ２の信号とは、周波数重畳回路７を経て駆動回路８へ入力される。第２の発光素子１４は、駆動回路８によって駆動され、傍変調周波数Ｆ１−Δｆ１及びＦ２−Δｆ２で変調された光を出射する。
【００３１】
発振器１１は、周波数Ｆ１＋Δｆ１の局部発振信号を発生する。この周波数Ｆ１＋Δｆ１の局部発振信号からは、周波数生成回路１２で周波数Ｆ２＋Δｆ２の局部発振信号も生成される。これらの周波数Ｆ１＋Δｆ１、Ｆ２＋Δｆ２の局部発振信号は、後述するように、周波数変換器４２、４４、５０、５２へ入力される。
第１の発光素子１３から出射された光は、ビームスプリッタ２０で２つに分けられ、一方は図示しない送光光学系から測距光として出射され、目標反射物２２までを往復する測距光路２３を経て第１の受光素子４０に入射し、他方は参照光として、第１の参照光路２６を経て第２の受光素子４８に入射する。測距光路２３には、受光素子４０の前に、光量調整用の濃度フィルタ２４と受光光学系２５が配置されている。第１の参照光路２６にも、受光素子４８の前に光量調整用の濃度フィルタ２７が配置されている。
【００３２】
第２の発光素子１４から出射された光は、ビームスプリッタ２８で２つに分けられ、一方は参照光として、第２の参照光路３１を経て第２の受光素子４８に入射し、他方は参照光として、第３の参照光路２９を経て第１の受光素子４０に入射する。第２の参照光路３１にも、受光素子４８の前に光量調整用の濃度フィルタ３２が配置されており、第３の参照光路２９にも、受光素子４０の前に光量調整用の濃度フィルタ３０が配置されている。
【００３３】
第1の受光素子４０の出力は、増幅器４１を経て２つに分けられ、一方は第１の周波数変換器４２に入力され、他方は第２の周波数変換器４４に入力される。第２の受光素子４８の出力も、増幅器４９を経て２つに分けられ、一方は第３の周波数変換器５０に入力され、他方は第４の周波数変換器５２に入力される。
【００３４】
第１〜第４の各周波数変換器４２、４４、５０、５２から、合計８つの中間周波信号が得られることは、前述したとおりである。各周波数変換器４２、４４、５０、５２から出力された中間周波信号は、それぞれ、低域フィルタ４３、４５、５１、５３によって高周波成分が除去される。
【００３５】
低域フィルタ４３及び低域フィルタ４５の出力は、加算器４６で加算された後にＡ/Ｄ変換器４７に入力される。すなわち、Ａ/Ｄ変換器４７には、測距光路２３に係る周波数Δｆ１及びΔｆ２の２つの中間周波信号と、第３の参照光路２９に係る周波数２Δｆ１、２Δｆ２の２つの中間周波信号が入力される。これらの中間周波信号は、Ａ/Ｄ変換された後に、図示しないデジタル帯域フィルタによって分離され、さらに各中間周波信号の初期位相及び振幅が求められる。
【００３６】
低域フィルタ５１及び低域フィルタ５３の出力は、加算器５４で加算された後にＡ/Ｄ変換器５５に入力される。すなわち、Ａ/Ｄ変換器５５には、第１の参照光路２６に係る周波数Δｆ１、Δｆ２の２つの中間周波信号と、第２の参照光路３１に係る周波数２Δｆ１、及び２Δｆ２の２つの中間周波信号が入力される。これらの中間周波信号は、Ａ/Ｄ変換された後に、図示しないデジタル帯域フィルタによって分離され、さらに各中間周波信号の初期位相及び振幅が求められる。
【００３７】
８つの中間周波信号の初期位相が求まると、目標反射物２２までの距離が光波距離計内部で発生する誤差を補正して算出される。また、各中間周波信号の振幅も求まると、これらの振幅は各濃度フィルタ２４、２７、３０、３２による光量調節に利用される。
【００３８】
ところで、中間周波信号に関しては、周波数Δｆ２の整数倍が周波数２Δｆ２、Δｆ１、２Δｆ１となっている。これにより、デジタル帯域フィルタによって確実に４つの周波数を分離することができる。また、各中間周波信号は、Ａ／Ｄ変換器４７、５５に入力するとき、１信号だけのときの１／４の信号レベルにする。これは、４信号が合成されたとき、入力レベルが飽和しないようにするためである。もちろん、Ａ／Ｄ変換器４７、５５への入力レベルが飽和しなければ、各中間周波信号レベルを１信号だけのときの１／４以上の信号レベルにしてもよい。
【００３９】
本実施例によれば、測距光と参照光とを切換えるのに、シャッターを使うことなく、また周波数を切換えることもなく、測距光路と参照光路に係る各中間周波信号の初期位相が同時に求まるため、従来よりも高速に距離測定を行うことができる。また、シャッターを省くことによるコストダウンが可能になる。さらに、従来は、温度位相ドリフトを少なくするため、連続測距中の発光素子を電源ＯＮに保っていた。しかし、本実施例によれば、測距光路と参照光路の同時測距が可能になるため、温度位相ドリフトが打ち消し合うので、測距毎に発光素子の電源をＯＮ／ＯＦＦでき、節電を図ることができる。
【００４０】
ここで、温度位相ドリフトが打ち消し合う理由について説明する。温度位相ドリフトは、周波数Ｆ１及びＦ２の両方で起きるが、同じ理由であるから、ここでは周波数Ｆ１について説明する。第１の発光素子１３に印加される電気信号の周波数をＦ１＝（１＋０）Ｆ１、第２の発光素子１４に印加される電気信号の周波数をＦ１−Δｆ１＝（１＋ｂ）Ｆ１、受光素子４０、４８に接続された周波数変換器４２、５０に印加される局部発振周波数Ｆｌｏ＝（１＋ａ）Ｆ１とし、かつ、ａ＞0＞ｂの条件で考える。
【００４１】
受光素子４０の出力の波形ｙ１は、次式のようになる。
ｙ１＝ｙｐｄ１，ｌｄ１ｃｏｓ｛２πＦ１ｔ＋ψｌｄ１（Ｆ１）＋ψｐｄ１（Ｆ１）−２πＦ１（２Ｄ０／ｃ）｝
＋ｙｐｄ１，ｌｄ２ｃｏｓ｛２π（１＋ｂ）Ｆ１ｔ＋ψｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ１）＋ψｐｄ１（(１＋ｂ)Ｆ１）−２π(１＋ｂ)Ｆ１（２Ｄ３／ｃ）｝              （１）
【００４２】
受光素子４８の出力の波形ｙ２は、次式のようになる。
ｙ２＝ｙｐｄ２，ｌｄ１ｃｏｓ｛２πＦ１ｔ＋ψｌｄ１（Ｆ１）＋ψｐｄ２（Ｆ１）−２πＦ１（２Ｄ１／ｃ）｝
＋ｙｐｄ２，ｌｄ２ｃｏｓ｛２π（１＋ｂ）Ｆ１ｔ＋ψｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ１）＋ψｐｄ２（(１＋ｂ)Ｆ１）−２π(１＋ｂ)Ｆ１（２Ｄ２／ｃ）｝              （２）
【００４３】
ただし、各記号は、次のように定義される。
ｙｐｄ１，ｌｄ１：第１の発光素子１３と第１の受光素子４０間の信号の振幅
ｙｐｄ１，ｌｄ２：第２の発光素子１４と第１の受光素子４０間の信号の振幅
ｙｐｄ２，ｌｄ１：第１の発光素子１３と第２の受光素子４８間の信号の振幅
ｙｐｄ２，ｌｄ２：第２の発光素子１４と第２の受光素子４８間の信号の振幅
ψｌｄ１：第1の発光素子１３の温度位相ドリフト
ψｌｄ２：第２の発光素子１４の温度位相ドリフト
ψｐｄ１：第1の受光素子４０の温度位相ドリフト
ψｐｄ２：第２の受光素子４８の温度位相ドリフト
２Ｄ０：光波距離計から目標反射物までの往復距離
２Ｄ１：第１の参照光路２６の光路長
２Ｄ２：第２の参照光路３１の光路長
２Ｄ３：第３の参照光路２９の光路長
ｃ：光速
【００４４】
次に、周波数変換器４２、５０に入力される局部発振信号の波形ｙ３は、局部発振信号の振幅をｙｌｏ、局部発振信号の初期位相をφとすると、次式のようになる。
ｙ３＝ｙｌｏｃｏｓ｛２π（１＋ａ）Ｆ１ｔ＋φ｝            （３）
【００４５】
周波数変換器４２、５０に接続された低域フィルタ４３、５１からの出力波形ｙ４、ｙ５は、それぞれｙ１×ｙ３、ｙ２×ｙ３に低域フィルタ４３、５１の温度位相ドリフトψｆ１、ψｆ２を加えて、次式のようになる。
ｙ４＝（ｙｐｄ１，ｌｄ１ｙｌｏ／２）ｃｏｓ｛２πａＦ１ｔ−ψｌｄ１（Ｆ１）−ψｐｄ１（Ｆ１）＋ψｆ1（ａＦ１）＋２πＦ１（２Ｄ０／ｃ）＋φ｝
＋（ｙｐｄ１，ｌｄ２ｙｌｏ／２）ｃｏｓ｛２π（ａ−ｂ）Ｆ１ｔ−ψｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ１）−ψｐｄ１（(１＋ｂ)Ｆ１）＋ψｆ1（（ａ−ｂ）Ｆ１）＋２π(１＋ｂ)Ｆ１（２Ｄ３／ｃ）＋φ｝                                        （４）
ｙ５＝（ｙｐｄ２，ｌｄ１ｙｌｏ／２）ｃｏｓ｛２πａＦ１ｔ−ψｌｄ１（Ｆ１）−ψｐｄ２（Ｆ１）＋ψｆ２（ａＦ１）＋２πＦ１（２Ｄ１／ｃ）＋φ｝
＋（ｙｐｄ２，ｌｄ２ｙｌｏ／２）ｃｏｓ｛２π（ａ−ｂ）Ｆ１ｔ−ψｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ１）−ψｐｄ２（(１＋ｂ)Ｆ１）＋ψｆ２（（ａ−ｂ）Ｆ１）＋２π(１＋ｂ)Ｆ１（２Ｄ２／ｃ）＋φ｝                                        （５）
【００４６】
測距値ｄは、中間周波信号の初期位相をθとすると、ｄ＝θｃ／（２πＦ）と求まるから（ただし、Ｆは変調周波数）、測距光路２３に係るｙ４の第１項の位相成分から求まる測距値をｄ０、第３の参照光絽２９に係るｙ４の第２項の位相成分から求まる測距値をｄ３、第１の参照光絽２６に係るｙ５の第１項の位相成分から求まる測距値をｄ１、第２の参照光絽３１に係るｙ５の第２項の位相成分から求まる測距値をｄ２とすると、ｄ０、ｄ３、ｄ１、ｄ２は、それぞれ次のように求まる。但し、Ｆ１＝７５ＭＨｚとする。
ｄ０＝２Ｄ０＋｛４／（２π）｝｛−ψｌｄ１（Ｆ１）−ψｐｄ１（Ｆ１）＋ψｆ１（ａＦ１）＋φ｝
ｄ３＝２Ｄ３＋｛４／（２π（１＋ｂ））｛−ψｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ１）−ψｐｄ１（（１＋ｂ）Ｆ１）＋ψｆ１（（ａ−ｂ）Ｆ１）＋φ｝
ｄ１＝２Ｄ１＋｛４／（２π）｝｛−ψｌｄ1（Ｆ１）−ψｐｄ２（Ｆ１）＋ψｆ２（ａＦ１）＋φ｝
ｄ２＝２Ｄ２＋｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛−ψｌｄ２（（１＋ｂ）Ｆ１）−ψｐｄ２（（１＋ｂ）Ｆ１）＋ψｆ２（（ａ−ｂ）Ｆ１）＋φ｝          （６）
【００４７】
測距値ｄ０、ｄ３、ｄ１、ｄ２を次のように加減算を行う。
（ｄ０−ｄ３）−（ｄ１−ｄ２）＝ｄ０−ｄ１＋ｄ２−ｄ３
＝２Ｄ０−２Ｄ１＋２Ｄ２−２Ｄ３
＋｛４／（２π）｝｛ψＰｄ２（Ｆ１）−ψｐｄ１（Ｆ１）−ψｆ２（ａＦ１）＋ψｆ1（ａＦ１）｝
−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψＰｄ２（（１＋ｂ）Ｆ１）−ψｐｄ１（（１＋ｂ）Ｆ１）−ψｆ２（（ａ−ｂ）Ｆ１）＋ψｆ1（（ａ−ｂ）Ｆ１）｝    （７）
【００４８】
ここで、各周波数Ｆ１、Ｆ１−Δｆ１、Ｆｌｏは近接しているので、次のように近似する。
｛４／（２π）｝｛ψＰｄ２（Ｆ１）≒｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψＰｄ２（（１＋ｂ）Ｆ１）｝                （８）
｛４／（２π）｝｛−ψＰｄ１（Ｆ１）≒｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛−ψＰｄ１（（１＋ｂ）Ｆ１）｝            （９）
【００４９】
すると、（７）式は、次式のように書ける。
（ｄ０−ｄ３）−（ｄ１−ｄ２）≒２Ｄ０−２Ｄ１＋２Ｄ２−２Ｄ３
＋［｛４／（２π）｝｛ψｆ1（ａＦ１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ１（（ａ−ｂ）Ｆ１）｝］
−［｛４／（２π）｝｛ψｆ２（ａＦ１）｝−｛４／（２π（１＋ｂ））｝｛ψｆ２（（ａ−ｂ）Ｆ１）｝］              （１０）
【００５０】
（１０）式からは、発光素子１３、１４の温度位相ドリフトψｌｄ1、ψｌｄ２、受光素子４０、４８の温度位相ドリフトψＰｄ1、ψＰｄ２が無くなっているうえ、（１０）式の第２行及び第３行では、それぞれ前後の項が打ち消し合い、さらに（１０）式の第２行と第３行も打ち消し合うことから、低域フィルタ４３、５１の温度位相ドリフトψｆ１、ψｆ２も低減されていることが分かる。
【００５１】
また、低域フィルタ４３、５１の温度位相ドリフト低減効果を奏するためには、ａ＞０＞ｂの他に、ａ＞ｂ＞０、ｂ＞０＞ａ、０＞ｂ＞ａの条件でもよいことも分かる。このような条件を持たす周波数の例を図３に示す。なお、ｂ＞ａ＞０、０＞ａ＞ｂの場合は、温度位相ドリフト低減効果は少ない。
【００５２】
ここで、本実施例のデジタル帯域フィルタの原理についても、簡単に説明する。周期関数ｙは、定数項を省略すると、次式のようなフーリエ級数で表すことができる。
ｙ＝ａ１ｓｉｎωｔ＋ａ２ｓｉｎ２ωｔ＋ａ３ｓｉｎ３ωｔ＋・・・・＋ａｎｓｉｎ（ｎωｔ）＋・・・・・
＋ｂ１ｃｏｓωｔ＋ｂ２ｃｏｓ２ωｔ＋ｂ３ｃｏｓ３ωｔ＋・・・・ｂｎｃｏｓ（ｎωｔ）＋・・・・                （１１）
【００５３】
ただし、ａｎ＝（１／π）∫０２πｙｓｉｎ（ｎωｔ）ｄｔ          （１２）
ｂｎ＝（１／π）∫０２πｙｃｏｓ（ｎωｔ）ｄｔ                    （１３）
【００５４】
前記（１２）式及び（１３）式から、周期関数ｙに対して基本波（最も周波数が低いもの）ａ１ｓｉｎωｔ＋ｂ１ｃｏｓωｔと同じ周期のｓｉｎ波を乗じたものを基本波の１周期にわたって積分するとａ１が求まり、周期関数ｙに対して基本波のｎ倍波のｓｉｎ波を乗じたものを基本波の１周期にわたって積分するとａｎが求まる。また、周期関数ｙに対して基本波ａ１ｓｉｎωｔ＋ｂ１ｃｏｓωｔと同じ周期のｃｏｓ波を乗じたものを基本波の１周期にわたって積分するとｂ１が求まり、周期関数ｙに対して基本波のｎ倍波のｃｏｓ波を乗じたものを基本波の１周期にわたって積分するとｂｎが求まる。これから、ｎ倍波（ｎ＝１の場合は基本波）の振幅Ａｎと初期位相φｎは次式から求まる。
Ａｎ＝√（ａｎ２＋ｂｎ２）              （１４）
φｎ＝ｔａｎ−１（ｂｎ／ａｎ）          （１５）
【００５５】
前記実施例において、各中間周波信号の周波数は、最も低いものがΔｆ２で、その他のものはΔｆ２の整数倍で２Δｆ２、Δｆ１、２Δｆ１となっている。したがって、４つの中間周波信号を加算した全中間周波信号は、周波数Δｆ２を基本波ａ１ｓｉｎωｔ＋ｂ１ｃｏｓωｔとする周期関数ｙとなり、前記（１１）〜（１３）式で表すことができる。
【００５６】
そこで、４つの中間周波信号を加算した全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数（例えば３２０回）サンプリングして基本波と同じ周期のｓｉｎ波を乗じたものを合計するとａ１が求まる。全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波と同じ周期のｃｏｓ波を乗じたものを合計するとｂ１が求まる。これから、（１４）式及び（１５）式を用いると、周波数Δｆ２の中間周波信号の振幅Ａ１と初期位相φ１が求まる。
【００５７】
次に、全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波の２倍波のｓｉｎ波を乗じたものを合計するとａ２が求まる。全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波の２倍波のｃｏｓ波を乗じたものを合計すると、ｂ２が求まる。これから、（１４）式及び（１５）式を用いると、周波数２Δｆ２で２倍波である中間周波信号の振幅Ａ２と初期位相φ２が求まる。
【００５８】
以下同様に、全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波のｎ倍波のｓｉｎ波を乗じたものを合計するとａｎが求まる。全中間周波信号ｙを基本波の１周期について適宜回数サンプリングして基本波のｎ倍波のｃｏｓ波を乗じたものを合計するとｂｎが求まる。これから、（１４）及び（１５）式を用いると、ｎ倍波である中間周波信号の振幅Ａｎと初期位相φｎが求まる。例えば、各中間周波信号の周波数比が、１：２：２０：４０であったとすると、周波数Δｆ１、２Δｆ１の中間周波数についても、それぞれの振幅Ａ２０、Ａ４０と、それぞれの初期位相φ２０、φ４０を求めることができる。なお、この周波数比の場合、Ａ１、Ａ２、Ａ２０、Ａ４０及びφ１、φ２、φ２０、φ４０以外については計算する必要はない。
【００５９】
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。たとえば、図４に示したように、低域フィルタ４３、４５、５１、５３の後に、それぞれ増幅器６０、６１、６２、６３を配置して、加算器４６、５４に入力される信号レベルを調節してもよい。また、図５に示したように、増幅器４１、４９の後に分波回路７０、７１を配置し、各周波数変換器４２、４４、５０、５２それぞれに適切な信号のみが入力されるようにしてもよい。
【００６０】
さらに、図６に示したように、低域フィルタ４５に続く増幅器６１の出力が加算器５４に入力され、低域フィルタ５３に続く増幅器６３の出力が加算器４６に入力されるように変更してもよい。この場合は、いずれのＡ／Ｄ変換器４７、５５にも参照光路に係わる信号レベルの大きな３つの中間周波信号と測距光路に係わる信号レベルの小さな中間周波信号が入力される。すると、図２〜５に示した実施例のようにＡ／Ｄ変換器５５に参照光路に係わる４つの中間周波信号が入力され、Ａ／Ｄ変換器４７に参照光路に係わる２つの中間周波信号と測距光路に係わる２つの中間周波信号とが入力される場合に比べて、増幅器６２、６３の増幅度を下げて、Ａ／Ｄ変換器４７への入力信号を飽和し難くできる。逆に増幅器６０、６１の増幅度を上げることができるので、いっそうの遠距離測定が可能となる。
【００６１】
増幅器６０、６１の増幅度を上げると、遠距離測定が可能となる理由を図７に基づいて説明する。図７は、測定距離と増幅器６０、６１の出力の関係を示している。遠距離ほど受光素子４０、４８の受光量が小さくなるので、増幅器６０、６１の増幅器６０、６１の出力は右下がりになる。増幅度が小さい場合、Ａ／Ｄ変換器４７、５５への入力に必要な最小レベルＶmin以上になるのは、距離Ｌよりも近距離の場合である。増幅器６０、６１の増幅度が大きくなると、さらに遠距離の距離Ｌ’でも、増幅器６０、６１の出力をＡ／Ｄ変換器４７、５５への入力に必要な最小レベルＶminにまで増幅できるので、いっそうの遠距離測定が可能となる。
【００６２】
さらに、図８に示したように、分周部２で発生させる主変調周波数に周波数Ｆ３を追加し、分周部６で発生させる傍変調周波数に周波数Ｆ３−Δｆ３を追加し、両発光素子１３、１４をそれぞれ３つの周波数で変調するとともに、２つの周波数変換器７０、７２と、２つの低域フィルタ７１、７３を追加し、両周波数変換器７０、７２に、それぞれ周波数Ｆ３＋Δｆ３の局部発振信号を入力して、周波数両低域フィルタ７１、７３から、それぞれ周波数Δｆ３及び２Δｆ３の中間周波信号を得て、全部で１２の中間周波信号が得られるようにしてもよい。こうして、変調周波数が増えた分だけ測定レンジを増えるので、測定レンジをいっそう広くすることができる。
【００６３】
この場合、中間周波信号の周波数Δｆ３及び２Δｆ３が低すぎて、増幅器やフィルタ等で扱いづらい場合は、局部発振周波数をＦ３＋δｆ３＋Δｆ３と変更して、周波数δｆ３＋Δｆ３、δｆ３＋２Δｆ３の中間周波信号を発生させるようにしてもよい。ただし、デジタル帯域フィルタで確実に各中間周波信号を分離できるように、全ての中間周波信号の周波数は、最も低い周波数δｆ３＋Δｆ３の整数倍にする必要がある。
【００６４】
さらに、本発明は、前記実施例に限るものではなく、例えば、本発明は、光波距離計だけでなく、光波距離計を内蔵した測量機、例えばトータルステーションや、その他の距離測定装置等にも広く利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１３、１４  発光素子
２２        目標反射物
２３        測距光路
２６、２９、３１  参照光路
４０、４８  受光素子
４２、４４、５０、５２  周波数変換器
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３      主変調周波数
Ｆ１−Δｆ１、Ｆ２−Δｆ２、Ｆ３−Δｆ３    傍変調周波数
Ｆ１＋Δｆ１、Ｆ２＋Δｆ２、Ｆ３＋Δｆ３    局部発振周波数
【図１】
2011002302.tif 000003
【図２】
2011002302.tif 000004
【図３】
2011002302.tif 000005
【図４】
2011002302.tif 000006
【図５】
2011002302.tif 000007
【図６】
2011002302.tif 000008
【図７】
2011002302.tif 000009
【図８】
2011002302.tif 000010
【図９】
2011002302.tif 000011