(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリガ信号に同期してパルス的に発光する光源部と；
前記光源部からの光を第１基準光と第２基準光と測定送信光に分岐する光分離部と；
前記第１基準光を通過させ、光学的距離変化が生じない第１参照光路と；
前記第１参照光路に対して時間的な遅延を発生させる光学的遅延発生部を含み前記第２基準光を通過させる第２参照光路と；
前記第１及び前記第２参照光路のどちらか一方を通過にし、両方を通過にし、及び、両方を遮断にする機能を有する参照光路切換部と；
前記測定送信光を測定対象物に対して照射する送信部と；
前記照射された光の測定対象物で反射された測定受信光を受信する受信部と；
前記測定送信光又は前記測定受信光を遮断する測定光量調整部と；
前記第１参照光路の出力光、前記第２参照光路の出力光、及び前記受信部で受信された測定受信光を合成する光合成部と；
前記光合成部で合成された光信号を電気信号に変換する光電気変換部と；
前記参照光路切換部、前記測定光量調整部を制御し、前記光電気変換部で得られた信号の検出時間を基に距離を決定する機能を有する測定制御部と；を備え、
前記測定制御部は、
（１）前記参照光路切換部を制御して第１の参照光路と第２の参照光路を通過とし、前記測定光量調整部を制御して前記測定送信光又は測定受信光を遮断し、前記光電気変換部出力から前記トリガ信号と前記第１基準光の時間差（Ｔｒ１）、前記トリガ信号と前記第２基準光の時間差（Ｔｒ２）を測定して記憶する機能を有し、
（２）前記第１及び第２参照光路を遮断し、かつ、前記測定送信光及び測定受信光を通過とし、前記測定受信光と前記トリガ信号との時間差（Ｔｍ）を測定する機能を有し、
（３）前記第１参照光路を通過、前記第２参照光路を遮断、前記測定送信光及び前記測定受信光を通過とし、前記測定受信光と前記第１基準光との時間差（Ｔｍ−Ｔｒ１）の値によって測定光路差（Ｔｔ）を決定する第１の測定機能を有し、
（４）前記第１参照光路を遮断、前記第２参照光路を通過、前記測定送信光及び前記測定受信光を通過とし、前記第２基準光と前記測定受信光との時間差Ｔｄ’＝Ｔｒ２−Ｔｍを求め、更に、上記（１）で求めたＴｒ２，Ｔｒ１の値から、Ｔｄ＝Ｔｒ２−Ｔｒ１を求め、Ｔｄ−Ｔｄ’を計算することによって測定光路差（Ｔｔ）を決定する第２の測定機能を有し、
（５）前記（２）で得られた前記時間差Ｔｍに基づいて前記第１の測定機能と前記第２の測定機能とを使い分ける機能を有し、
（６）前記測定光路差（Ｔｔ）から測定対象物までの距離を決定する機能を有する、
距離測定装置。
【請求項２】
前記測定光量調整部は、更に、前記測定受信光又は前記測定送信光を減衰させる機能を有し、前記測定受信光のレベルを第１基準光ｒ１、及び、第２基準光ｒ２のレベルに概ね合せる機能を有する、
請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記第１参照光路と前記第２参照光路との通過時間の差が前記光源部で発生するパルス光のパルス幅の２倍以上になるように前記光学的遅延発生部の遅延時間が設定されている、
請求項１又は請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記測定制御部は、第１基準光と前記測定受信光との時間差を前記パルス光のパルス幅と比較することによって前記第１基準光と前記測定受信光とが分離しているかの判断を行い、
分離しているとの判断の際には前記第１の測定機能を有効とし、
分離していないとの判断の際には前記第２の測定機能を有効とする、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記光学的遅延発生部が光ファイバである、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記光電気変換部は、受光した前記パルス光信号を減衰振動波形に変換する共振回路部を有し、前記時間差を該減衰振動波形の零交差点を基に決定する、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の距離測定装置。
【請求項７】
トリガ信号に同期してパルス的に発光する光源部と、前記光源部からの光を第１基準光と第２基準光と測定送信光に分岐する光分離部と、前記第１基準光を通過させ、光学的距離変化が生じない第１参照光路と、前記第１参照光路に対して時間的な遅延を発生させる光学的遅延発生部を含み前記第２基準光を通過させる第２参照光路と、前記第１及び前記第２参照光路のどちらか一方を通過にし、両方を通過にし、及び、両方を遮断にする機能を有する参照光路切換部と、前記測定送信光を測定対象物に対して照射する送信部と、前記照射された光の測定対象物で反射された測定受信光を受信する受信部と、前記測定送信光又は前記測定受信光を遮断する測定光量調整部と、前記第１参照光路の出力光、前記第２参照光路の出力光、及び前記受信部で受信された測定受信光を合成する光合成部と、前記光合成部で合成された光信号を電気信号に変換する光電気変換部と、を備える距離測定装置を使用した距離測定方法であって、
該距離測定方法は、
（１）前記参照光路切換部を制御して第１の参照光路と第２の参照光路を通過とし、前記測定光量調整部を制御して前記測定送信光又は測定受信光を遮断し、前記光電気変換部出力から前記トリガ信号と前記第１基準光の時間差（Ｔｒ１）、前記トリガ信号と前記第２基準光の時間差（Ｔｒ２）を測定して記憶する工程と；
（２）前記第１及び第２参照光路を遮断し、かつ、前記測定送信光及び測定受信光を通過とし、前記測定受信光と前記トリガ信号との時間差（Ｔｍ）を測定する工程と；
（３）前記第１参照光路を通過、前記第２参照光路を遮断、前記測定送信光及び前記測定受信光を通過とし、前記測定受信光と前記第１基準光との時間差（Ｔｍ−Ｔｒ１）の値によって測定光路差（Ｔｔ）を決定する第１の測定工程と；
（４）前記第１参照光路を遮断、前記第２参照光路を通過、前記測定送信光及び前記測定受信光を通過とし、前記第２基準光と前記測定受信光との時間差Ｔｄ’＝Ｔｒ２−Ｔｍを求め、更に、上記（１）で求めたＴｒ２，Ｔｒ１の値から、Ｔｄ＝Ｔｒ２−Ｔｒ１を求め、Ｔｄ−Ｔｄ’を計算することによって測定光路差（Ｔｔ）を決定する第２の測定工程と；
（５）前記（２）で得られた前記時間差Ｔｍに基づいて前記第１の測定工程と前記第２の測定工程とを使い分ける工程と；
（６）前記測定光路差（Ｔｔ）から測定対象物までの距離を決定する工程と；を有する、
距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に光パルスを照射し、その反射光が戻るまでの時間を測定することにより測定対象物との距離を測定する距離測定装置及び方法に関する。特に、参照光路に遅延要素を含む測定方式を採用した距離測定装置において、当該遅延要素の遅延時間の温度変動等の影響をキャンセルし、高精度な測定が可能な距離測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物に向かってパルス光を照射し、その測定対象物から反射されたパルス光を距離測定装置で検出し、そのパルス光の往復の伝播時間から測定対象物までの距離を測定する技術がある。
【０００３】
このような距離測定装置では、出来るだけ精度の高い測定を行うため、距離測定装置内の電気的な変動の影響を受けないように、光処理段階で伝播時間が決定される方式が採用される。例えば、図１５のように、距離測定装置１００にパルス光源１０１、パルス光源１０１から分岐された参照光路Ｒｃ、光検出器１０４を設け、参照光路Ｒｃでの光パルス到達時間を基準に測定対象物１６０までの測定光路Ｍｃとの伝播時間差を光検出器１０４で検出し、これから距離Ｌを測定する方式である。ここで、参照光路Ｒｃと測定光路Ｍｃは光路切換器１０３ａ，１０３ｂで機械的に切り換えて、光路Ｒｃ，Ｍｃの各々を経由したパルス光の伝播時間を時間的に別のタイミングで独立に測定し、測定結果から伝播時間差を算出することが行われている。しかし、この方法は高速な動作が難しく、測定時間の短縮が制限される大きな要因となっていた。
【０００４】
この問題を解決する方法の一つとして、参照光路Ｒｃを経由した光（参照光ｒｃ）と測定光路Ｍｃを経由した光（測定光ｍｃ）を切り換えることなく、参照光ｒｃと測定光ｍｃを合成して一つの光検出器で検出する方法が考えられるが、測定対象物１６０と距離測定装置１００との距離が短い場合参照光ｒｃと測定光ｍｃが時間軸上で重なってしまい、参照光ｒｃと測定光ｍｃの時間差を正確に検出することが困難となる（図１５（ｂ）ケース１参照）。そこで、予めその遅延時間が正確に分かっている光学的遅延発生器を参照光路Ｒｃあるいは測定光路Ｍｃに挿入し、測定光ｍｃと参照光ｒｃを時間軸上で分離してその時間差を測定し、然る後に光学的遅延発生器の遅延時間の値で測定された時間差を修正する方法がある（図１５（ｂ）ケース２参照、例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、パルス光源１０１を駆動する際、発光する瞬間の大きな電流変化によって光検出器１０４の電気出力側に電磁誘導雑音が発生する。参照光路Ｒｃの通過時間が短いと、この誘導雑音が参照光ｒｃと時間軸上で重なり、測定誤差を生じることがある。これを回避するため、参照光路Ｒｃに一定の遅延時間を有する遅延要素を加え、参照光ｒｃと測定光ｍｃを分離する例がある（例えば、特許文献２）。
【０００６】
通常、パルス光源１０１のパルス幅は１０ｎ秒程度のものが使用されることが多いが、この１０ｎ秒の遅延を発生させるためには遅延要素（屈折率１．５の光ファイバを用いた場合）の長さが最低でも２メートルは必要となる。実際には余裕を考えて遅延時間を設定するのでパルス幅の数倍以上の遅延時間とするのが望ましい。遅延時間として仮に一桁以上の１００ｎ秒を得ようとすると、遅延要素として光ファイバを用いた場合約２０メートルの長さとなる。更に、後述する、減衰振動波形による零点検出による高精度な時間差測定方法を採用した場合、雑音レベルを−５８ｄＢ（１／８００）以下程度とすることが望ましく、その場合は、遅延要素として光学的距離換算で２００メートル以上という長尺のものが必要となる。
【０００７】
上記遅延要素としては、自由に曲げることが可能で、小さな形状で大きな遅延時間が得られるために光ファイバが適する。しかし、光ファイバは、その伝播遅延時間が温度によって変化する特性を持っている。石英ファイバの屈折率の温度係数は１０ｐｐｍ／℃程度であり（例えば、非特許文献１、非特許文献２）、ファイバ長として、上記２００メートル相当の遅延時間が得られる１３０メートルを用い、屋外での温度変化量を５０℃とした場合、遅延時間の変化による測定距離の誤差は１０ｃｍ程度となる。この誤差は１ｍｍ程度の測定精度を目的とする精密距離測定装置の誤差としては許容できない。
【特許文献１】特開昭５７−１４７８００号公報
【特許文献２】特開平５−２３２２３１号公報
【非特許文献１】I.H.Malitson; "Interspecimen Comparison of the Refractive Index of Fused Silica", Journal of the Optical Society of America, vol.55, no.10,pp.1205(oct. 1965)
【非特許文献２】Gorachaud Ghosh; "Temperature Dispersion of Refractive Indexes in some Silicate Fiber Glasses", IEEE PHOTONICS TECHNOGY LETTERS, vol.6, no.3,pp.431(Mar. 1994)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題を解消し、距離測定装置内部の遅延回路の変動の影響を相殺し、高精度でかつ高速測定が可能な距離測定装置及び方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる距離測定装置１は、例えば、図１に示すように、トリガ信号Ｔｒｇに同期してパルス的に発光する光源部１０と、光源部１０からの光を第１基準光ｒ１と第２基準光ｒ２と測定送信光ｍｔに分岐する光分離部３０と、第１基準光ｒ１を通過させ、光学的距離変化が生じない第１参照光路Ｒ１と、第１参照光路Ｒ１に対して大きな時間的な遅延を発生させる光学的遅延発生部５０を含み、第２基準光ｒ２を通過させる第２参照光路Ｒ２と、第１参照光路Ｒ１及び第２参照光路Ｒ２のどちらか一方を通過にし、両方を通過にし、及び、両方を遮断にする機能を有する参照光路切換部６０と、測定送信光ｍｔを測定対象物１６０に対して照射する送信部１１０ｔと、照射された測定送信光ｍｔの測定対象物１６０で反射された測定受信光ｍｒを受信する受信部１１０ｒと、測定送信光ｍｔ又は測定受信光ｍｒを遮断する測定光量調整部９０（９１（図２参照），９２）と、第１参照光路Ｒ１の出力光、第２参照光路Ｒ２の出力光、及び受信部１１０ｒで受信された測定受信光ｍｒを合成する光合成部７０と、光合成部７０で合成された光信号を電気信号に変換する光電気変換部１４０と、制御信号ＣＯＮＴにより参照光路切換部６０、測定光量調整部９０を制御し、光電気変換部１４０で得られた信号の検出時間を基に距離を決定する機能を有する測定制御部１５０とを備える。
【００１０】
ここにおいて、「トリガ信号Ｔｒｇに同期してパルス的に発光」とは、トリガ信号Ｔｒｇのタイミングに基づきその発光タイミングが決定されることであり、言い換えれば、トリガ信号Ｔｒｇのタイミングと発光するタイミングの間の時間に一定の関係があればよい。「パルス的に発光」とは、単発のパルス、繰り返しパルスの双方を含み、連続光でないことを指す。「発光」は、可視光、非可視光を含む光の発生である。「光源」は、レーザ光線のようなコヒーレント光、ＬＥＤ等から出射されるような非コヒーレント光の全てを含む。「光学的距離変化が生じない第１参照光路」とは、温度等の測定環境の想定される変化に対して、第１参照光路で生じる通過時間の変化が距離測定装置の測定精度に比べて無視できる程に小さいことを言う。「実用上精度に影響を生じない」あるいは「略生じない」と言ってもよい。例えば、１ｍｍ程度の測定精度が要求される場合、測定環境の変化に対して、測定精度の１／１０の０．１ｍｍ程度の変化を言う。「通過」とは、入射した光エネルギーの全部または一部を通過させることを言う。「遮断」とは、入射した光エネルギーの全部を通過させないことである。「送信部」とは、距離測定装置１から測定対象物１６０に対して測定送信光ｍｔをビーム状にして出射する部分であり、「受信部」とは、測定対象物１６０で反射され距離測定装置１に戻ってきた測定受信光ｍｒを光電気変換部１４０に導くための部分である。送信部、受信部は、双方が共通の部分を持って構成されることがある。例えば、図１でレンズ１１３は、送信部１１０ｔの一部でもあり、受信部１１０ｒの一部である。
【００１１】
このように、第１及び第２の基準光、測定送信光、受信測定光の遮断／通過が独立に制御できるようになっているので、次に述べる第２の観点以下の発明を実施することができるユーティリティの高い測定プラットフォームを提供することができる。また、第１及び第２の基準光のみの測定を行う際、測定対象物への視準を行ったまま測定を行うことができ、距離算出のための測定受信光測定時に近い条件で測定を行うことができる。すなわち、第１及び第２の基準光のみを測定するために視準状態を解除して受信測定光を受光しないようにする必要がない。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点にかかる距離測定装置１の測定制御装置１５０は、例えば、図１及び図４、図５に示すように、第１の観点による距離測定装置において、
（１）参照光路切換部６０を制御して第１の参照光路Ｒ１と第２の参照光路Ｒ２を通過とし、測定光量調整部９０（９１（図２参照），９２）を制御して測定送信光ｍｔ又は測定受信光ｍｒを遮断し、光電気変換部１４０の出力からトリガ信号Ｔｒｇと第１基準光ｒ１の時間差（Ｔｒ１）、トリガ信号Ｔｒｇと第２基準光ｒ２の時間差（Ｔｒ２）を測定して記憶する機能を有し、
（２）第１参照光路Ｒ１及び第２参照光路Ｒ２を遮断し、かつ、測定送信光ｍｔ及び測定受信光ｍｒを通過とし、測定受信光ｍｒとトリガ信号Ｔｒｇとの時間差（Ｔｍ）を測定する機能を有し、
（３）第１参照光路Ｒ１を通過、第２参照光路Ｒ２を遮断、測定送信光ｍｔ及び前記測定受信光ｍｒを通過とし、測定受信光ｍｔと第１基準光ｒ１との時間差（Ｔｍ−Ｔｒ１）の値によって測定光路差（Ｔｔ）を決定する第１の測定機能を有し、
（４）第１参照光路Ｒ１を遮断、第２参照光路Ｒ２を通過、前記測定送信光ｍｔ及び測定受信光ｍｒを通過とし、第２基準光ｒ２と測定受信光ｍｒとの時間差Ｔｄ’＝Ｔｒ２−Ｔｍを求め、更に、上記（１）で求めたＴｒ２，Ｔｒ１の値から、Ｔｄ＝Ｔｒ２−Ｔｒ１を求め、Ｔｄ−Ｔｄ’を計算することによって測定光路差（Ｔｔ）を決定する第２の測定機能を有し、
（５）前記（２）で得られた前記時間差Ｔｍに基づいて前記第１の測定機能と前記第２の測定機能とを使い分ける機能を有し、
（６）前記測定光路差（Ｔｔ）から測定対象物１６０までの距離を決定する機能を有する。
【００１３】
このように構成されているので、近距離から遠距離に亘る広い距離範囲で、精度の高い測定が可能となる。即ち、遠距離測定のような、測定受信光と基準光の時間軸上での分離が可能な場合は遅延手段を挿入することなく測定を行うので処理が単純となり高い精度の測定が可能となる。また、近距離測定のような、測定受信光と基準光が時間軸上での分離が十分でなく、高い精度が不可能な場合は遅延手段を挿入することにより測定受信光と基準光の分離を行うと共に、上記遅延手段の温度変化等による遅延時間変動を相殺することが出来るので高い精度の測定が可能となる。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点にかかる距離測定装置１は、例えば、図１及び図４、図５に示すように、第１の観点による距離測定装置において、測定光量調整部９０が、更に測定受信光ｍｒ又は測定送信光ｍｔを減衰させる機能を有し、測定受信光ｍｒのレベルを第１基準光ｒ１、及び、第２基準光ｒ２のレベルに概ね合せる機能を有する。
【００１５】
ここにおいて、測定光量調整部９０の調整対象は、測定送信光ｍｔ、測定受信光ｍｒ、又はその双方のレベルの調整を含む。尚、測定光量調整部９０を挿入する箇所は図１に示す受信側に設けた測定光量調整部９１に限定されず、図２のように送信側に設けた測定光量調節部９１であっても良い。即ち、測定受信光ｍｒのレベル制御が可能であれば距離測定装置の他の部分であってもよい。「レベルを概ね合せる」とは、測定受信光ｍｒ、第１基準光ｒ１、及び、第２基準光ｒ２の各パルスのレベル差による測定誤差を防ぎ、時間的位置が精度良く測定できる程度にレベルを合わせるという意味である。
【００１６】
このように構成されているので、参照光路を伝播してきた基準光ｒ１、ｒ２と受信光ｍｒの時間的間隔が精度よく測定することができる。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点にかかる距離測定装置１は、上記第１の観点又は第２の観点にかかる発明において、第１参照光路Ｒ１と前記第２参照光路Ｒ２との光の通過時間の差が光源部１０で発生する測定送信光ｍｔのパルス幅Ｔｐの２倍以上になるように光学的遅延発生部５０の遅延時間が設定されている。尚、ここで、前記パルス光とは、単発のパルス光だけでなく、例えば、図１１、図１４に示すように複数のパルス（パルス幅：Ｔｓ）から成るバースト信号を含む。このときのパルス幅Ｔｐはバースト長である。
【００１８】
このように設定すると、第１参照光路Ｒ１と第２参照光路Ｒ２を切り換えることなく第１基準光ｒ１と第２基準光ｒ２の双方を一つの光電気変換部１４０に入力しても第１基準光ｒ１と第２基準光ｒ２を時間的に分離可能となるため、Ｔｒ１とＴｒ２の時間差を高い測定精度で測定することが出来る。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の第５の観点にかかる距離測定装置１は、上記第２の観点乃至第４の観点のいずれか一の観点にかかる発明において、例えば、図４の（２）、図５の（２）に示すように、前記Ｔｒ１と前記Ｔｍとが分離しているかの判断を、第１基準光ｒ１と測定受信光ｍｒとの時間差を前記パルス光のパルス幅Ｔｐを基準に比較することによって行う。尚、ここで、前記パルス光とは、単発のパルス光だけでなく、例えば、図１１、図１４に示すように複数のパルス（パルス幅：Ｔｓ）から成るバースト信号を含む。このときのパルス幅Ｔｐはバースト長である。
【００２０】
このように構成されていると、送信光ｍｔのパルス幅Ｔｐが光源部１０の特性変動によって変わっても、参照光路切換部６０での切換えを適切に行うことが出来、高い測定精度を確保することが出来る。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の第６の観点にかかる距離測定装置１は、上記第１の観点乃至第５の観点のいずれか一の観点にかかる発明において、例えば、図１に示すように、光学的遅延発生部５０が光ファイバである。
【００２２】
このように、光ファイバを用いれば、光ファイバは小さく巻き込むことにより小型で遅延時間の大きな光学的遅延発生部を実現出来るので、距離測定装置全体を小型にすることが出来る。
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明の第７の観点にかかる距離測定装置１は、上記第２の観点乃至第６の観点のいずれか一の観点にかかる発明において、例えば、図７、図８に示すように、光電気変換部１４０は、受光したパルス光信号を減衰振動波形に変換する共振回路部１７０を有し、前記時間差を該減衰振動波形の零交差点ｔ１，ｔ２，…ｔｎを基に決定する。
【００２４】
減衰振動波形の零交差点の時間軸上の位置は受光した光信号の振幅に揺らぎがあっても光信号の時間軸上の変化は少ない。従って、各種の撹乱の影響が少ない。また電気的処理で発生するオフセット電圧の変動等の影響が少ない零点を基準としているので高い精度を得る事が出来る。特に振動開始後一番最初の零交差点ｔ１は他の零交差点ｔ２，・・・，ｔｎと比較して、より時間軸上の位置が安定しているので前記時間差はこの零交差点ｔ１を基に決定することが望ましい。
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明にかかる距離測定方法は、例えば、図１、図４、図５、図６に示すように、
トリガ信号Ｔｒｇに同期してパルス的に発光する光源部１０と、光源部１０からの光を第１基準光ｒ１と第２基準光ｒ２と測定送信光ｍｔに分岐する光分離部３０と、第１基準光ｒ１を通過させ、光学的距離変化が生じない第１参照光路Ｒ１と、第１参照光路Ｒ１に対して時間的な遅延を発生させる光学的遅延発生部５０を含み第２基準光ｒ２を通過させる第２参照光路Ｒ２と、第１参照光路Ｒ１及び第２参照光路Ｒ２のどちらか一方を通過にし、両方を通過にし、及び、両方を遮断にする機能を有する参照光路切換部６０と、測定送信光ｍｔを測定対象物１６０に対して照射する送信部１１０ｔと、照射された光の測定対象物１６０で反射された測定受信光ｍｒを受信する受信部１１０ｒと、測定送信光ｍｔ又は測定受信光ｍｒを遮断する測定光量調整部９０（９１（図２参照），９２）と、第１参照光路Ｒ１の出力光、第２参照光路Ｒ２の出力光、及び受信部１１０ｒで受信された測定受信光ｍｒを合成する光合成部７０と、光合成部７０で合成された光信号を電気信号に変換する光電気変換部１４０と、を備える距離測定装置１を使用した距離測定方法であって、
該距離測定方法は、
（１）参照光路切換部６０を制御して第１の参照光路Ｒ１と第２の参照光路Ｒ２を通過とし、測定光量調整部９０を制御して測定送信光ｍｔ又は測定受信光ｍｒを遮断し、光電気変換部１４０出力からトリガ信号Ｔｒｇと第１基準光ｒ１の時間差（Ｔｒ１）、トリガ信号Ｔｒｇと第２基準光ｒ２の時間差（Ｔｒ２）を測定して記憶する工程（Ｓ１０）と、
（２）第１参照光路Ｒ１及び第２参照光路Ｒ２を遮断し、かつ、測定送信光ｍｔ及び測定受信光ｍｒを通過とし、測定受信光ｍｒとトリガ信号Ｔｒｇとの時間差（Ｔｍ）を測定する工程（Ｓ２０）と、
（３）第１参照光路Ｒ１を通過、第２参照光路Ｒ２を遮断、測定送信光ｍｔ及び測定受信光ｍｒを通過とし、測定受信光ｍｒと第１基準光ｒ１との時間差（Ｔｍ−Ｔｒ１）の値によって測定光路差（Ｔｔ）を決定する第１の測定工程（Ｓ４０）と、
（４）第１参照光路Ｒ１を遮断、第２参照光路Ｒ２を通過、測定送信光ｍｔ及び測定受信光ｍｒを通過とし、第２基準光ｒ２と測定受信光ｍｒとの時間差Ｔｄ’＝Ｔｒ２−Ｔｍを求め、更に、上記（１）で求めたＴｒ２，Ｔｒ１の値から、Ｔｄ＝Ｔｒ２−Ｔｒ１を求め、Ｔｄ−Ｔｄ’を計算することによって測定光路差（Ｔｔ）を決定する第２の測定工程（Ｓ５０）と、
（５）上記（２）で得られた前記時間差Ｔｍに基づいて第１の測定工程（Ｓ４０）と第２の測定工程（Ｓ５０）とを使い分ける工程（Ｓ３０）と、
（６）前記測定光路差（Ｔｔ）から測定対象物１６０までの距離を決定する工程（Ｓ６０）とを有する。
【００２６】
このように構成されているので、近距離から遠距離に亘る広い距離範囲で、精度の高い測定が可能となる。即ち、遠距離測定のような、測定受信光と基準光の時間軸上での分離が可能な場合は遅延手段を挿入することなく測定を行うので処理が単純となり高い精度の測定が可能となる。また、近距離測定のような、測定受信光と基準光が時間軸上での分離が十分でなく、高い精度が不可能な場合は遅延手段を挿入することにより測定受信光と基準光の分離を行うと共に、上記遅延手段の温度変化等による通過時間変動を相殺することが出来るので高い精度の測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において、互いに同一又は相当する部分には同一符号を付し，重複した説明は省略する。
【００２８】
[距離測定装置の構成例]
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態としての距離測定装置１について説明する。光源部１０はトリガ信号Ｔｒｇを基に一定のタイミングで光パルス光（測定送信光ｍｔ）を発生する。光源部１０は、発光素子１２と発光素子１２を駆動する発光用駆動回路１１で構成される。発光素子１２は典型的には、遠距離の測定対象物１６０に対しても細い光ビームを照射できる半導体レーザであるが、近距離の測定対象物１６０との距離を測定するものであればＬＥＤのような非コヒーレントな光源でもよい。ここでは半導体レーザ、特にパルスレーザダイオードの場合、で説明する。発光用駆動回路１１は発光素子１２に駆動電流をドライブするもので、発光させたい期間だけ閾値以上の電流を流す。即ち、発光させたい瞬間に駆動電流を一気に流す。発光用駆動回路１１ではトリガ信号を基に必要なパルス幅の発光素子駆動パルスを生成するが、駆動パルスは単一パルスであっても良く、またトリガ信号Ｔｒｇに基づいて所定の周期の繰り返しパルスであってもよい。発光素子１２で発生した光パルスはコリメートレンズ２０で平行光束に変換される。
【００２９】
コリメートレンズ２０により平行光束になった光パルスは光分離部３０によって、測定送信光ｍｔ、第１基準光ｒ１、第２基準光ｒ２に分割される。光分離部３０は例えば、二つのビームスプリッタ３１，３２で構成される。即ち、コリメートレンズ２０からの平行光束をビームスプリッタ３１で２つに分離し、一方の光束を測定送信光ｍｔとし、他方の光束をビームスプリッタ３２で更に２分割し、各々を第１基準光ｒ１、第２基準光ｒ２とする。ビームスプリッタ３１から出力された測定送信光ｍｔは、集光レンズ８０で集光され、送信部１１０ｔに接続するための光ファイバ１００に入力される。
【００３０】
送信部１１０ｔでは、光ファイバ１００内を伝播した測定送信光ｍｔをコリメートレンズ１１１で再び平行光束とし、投光ミラー１１２でその方向を直角方向に曲げ、対物レンズ１１３の中心付近に開けられた孔１１３ａを通じて測定対象物１６０に向けて照射する。
【００３１】
測定対象物１６０で反射された光は、受信部１１０ｒに設けた対物レンズ１１３で集光され、接続用光ファイバ１２０に入力される。光ファイバ１２０内を伝播した光はコリメートレンズ８１で平行光束とされる。
【００３２】
図３に、送信部１１０ｔ／受信部１１０ｒの他の実施の形態を示す。図のように本実施の形態は、レンズ１８０とレンズ１９０の間、及びレンズ２００とレンズ１９０の間にプリズム２１０を挿入して構成したものである。
【００３３】
再び、図１に戻り説明を続ける。集光レンズ８０と光ファイバ１００の間（送信側）、又はコリメートレンズ８１と光ファイバ１２０の間（受信側）には、測定光量調整部９０（９１，９２）が設けられている。測定光量調整部の挿入場所は送信側でも受信側でも良いが、受信側の方が良い。送信側で光量を変化させると装置内部の光学部品の表面反射などによる内部反射ノイズの量が変化し、安定した測距精度を得るための方法が難しくなるが、受信側に設けると、その内部反射ノイズの量が一定となり、安定した測距精度を得ることができるからである。これらは入射した光に対して所望の減衰を与えるものであり、測定制御部１５０により制御される。減衰量は無限大まで可能であり、入射した光を完全に遮断することが出来るように構成すると後で説明する測定光の遮断手段としても使用できる。また、測定光量調整部９０（９１，９２）の配置位置は集光レンズ８０と光分離部３０の間や、コリメートレンズ８１と光合成部７０の間のように図１で示した位置以外に配置してもよい。
【００３４】
ビームスプリッタ３２で分離された第１基準光ｒ１及び第２基準光ｒ２は参照光路切換部６０で基準光として選択される。例えば、図１に示すように、分離された第１基準光ｒ１及び第２基準光ｒ２は各々、第１参照光路切換器６１及び第２参照光路切換器６２に入力される。第１参照光路切換器６１及び第２参照光路切換器６２は測定制御部１５０で制御され、入射した光を通過させるか遮断するかのいずれかを実行することが出来るように構成されている。
【００３５】
第１参照光路切換器６１を通過した光は第１参照光路Ｒ１を経由して光合成部７０に入力される。第１参照光路Ｒ１は典型的には光路長の短い単なる空間である。即ち、第１参照光路切換器６１と光合成部７０は光学的には直結であり、光学的な距離変化が略生じない。尚、第１参照光路Ｒ１には、距離変化が実用的に生じない程度の短い光ファイバを用いることが出来る。その長さは、例えば、１ミリメートルの精度の場合、光ファイバの長さとしては数十センチ程度である。
【００３６】
第２参照光路切換器６２を通過した光は第２参照光路Ｒ２を経由して光合成部７０に入力される。第２参照光路Ｒ２には光学的遅延発生部５０が挿入されている。光学的遅延発生部５０は、第１参照光路Ｒ１と第２参照光路Ｒ２の伝播時間に差を与えるもので、典型的には光ファイバである。更に具体的には、グレーテッド・インデクス・ファイバである。
【００３７】
第１参照光路Ｒ１及び第２参照光路Ｒ２を各々伝播してきた光は、光合成部７０内のビームスプリッタ７１で合成され、合成された信号は基準光量調整部９３でそのレベルを調整された後、更にビームスプリッタ７２で測定受信光ｍｒと合成される。
【００３８】
ビームスプリッタ７２で合成された光信号は集光レンズ１３０で集光され光電気変換部１４０内に設けた受光素子１４１に入射される。受光素子１４１は、典型的にはＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）であるが、光源部１０から出射する光パルスに十分応答し、必要な感度を有するものであれば他の素子を用いても良い。受光素子１４１の検出出力は負荷１４２の両端に電気信号として現れ、プリアンプ１４３で増幅され、測定出力Ｍｅｓとして出力される。
【００３９】
図６の測定手順と適宜図４、図５を用いて、本距離測定装置１の動作を説明する。図６のように、本手順は、（１）校正用データ取得ルーチン、（２）ターゲット（測定対象物）概略位置検出ルーチン、（３）測距ルーチンから成る。測距ルーチンは、更に測定対象物までの距離に応じて、第１の測定、及び第２の測定に分かれる。まず、図６において、ステップＳ１０で、第１参照光路Ｒ１と第２参照光路Ｒ２の光の通過時間の差Ｔｄを求め、この値を記憶する。ステップＳ１０はステップＳ１１〜ステップＳ１２から成る。ステップＳ１１では、測定制御部１５０の指令により第１参照光路切換器６１を通過および第２参照光路切換器６２を通過、測定光量調整部９０を遮断とする。次に、ステップＳ１２で第１基準光ｒ１と第２基準光ｒ２の時間差Ｔｄを測定する。このようにして、光源部１０からの光は第１参照光路Ｒ１及び第２参照光路Ｒ２を伝播して光電気変換部１４０に入射するようにするが、測定送信光ｍｔは伝播しないようにする。この様子を図４の（１）と図５の（１）に示す。尚、図４、図５ではＴｒ１、Ｔｒ２をトリガ信号ＴｒｇのタイミングＴ０を基準に測定しているが、これに限定されるわけではなく、測定送信光ｍｔと一定の時間的間隔が保たれていれば良い。但し、トリガ信号ＴｒｇのタイミングＴ０を基準にした方が、電気信号として処理ができ、不安定要素が少なく、精度の高い測定が行える。以下の説明はＴ０を基準にして行う。
【００４０】
図４の（１）及び図５の（１）に、第１基準光ｒ１及び第２基準光ｒ２の光電気変換部１４０の出力波形を示す。第１基準光ｒ１及び第２基準光ｒ２が受光素子１４１で受光された時、各々、基準時点Ｔ０から、Ｔｒ１，Ｔｒ２だけ遅延している。各々のパルス幅はＴｐ（尚、後述するように、光源部の出力波形が複数のパルスの集合からなるバースト信号の場合はバースト幅）である。図６のステップＳ１２で、トリガ信号Ｔｒｇが入力される時間を基準として一定のタイミングで第１基準光ｒ１及び第２基準光ｒ２が受光されるように、第１基準光ｒ１及び第２基準光ｒ２の光源部１０の出力タイミングが測定される。測定送信光ｍｔ発生タイミングトリガ信号Ｔｒｇ入力タイミングＴ０と同期しているが、一定の時間遅れがある場合が一般的である。この様な場合でも、光源部１０の出力の立ち上がりタイミングとトリガ信号Ｔｒｇ入力時点Ｔ０の時間間隔は一定に保たれている。従って、トリガ信号Ｔｒｇの入力時点Ｔ０を基準（以下、基準時点Ｔ０と言う）として、第１基準光ｒ１及び第２基準光ｒ２の伝播時間Ｔｄを決定することが出来る。即ち、
Ｔｄ＝Ｔｒ２−Ｔｒ１          （１）
Ｔｄの値、及びＴｒ１を制御部１５０のメモリに格納する。
【００４１】
Ｔｒ２の値は第２参照光路Ｒ２に挿入された光学的遅延発生部５０としての光ファイバの温度変化等により変動する。この変動量をΔＴｒ２とする。一方、第１参照光路Ｒ１には大きな遅延要素が含まれないのでΔＴｒ１は殆ど無視することができる。ΔＴｒ２は測定誤差の要因となるものであるが、本発明では、この誤差を相殺できる点に特徴を有する。この点について、後に詳しく説明する。
【００４２】
次に、測定光量調整部９０を通過として測定光路Ｍに測定光を伝播させ、第１参照光路Ｒ１、及び第２参照光路Ｒ２を遮断として、測定受信光ｍｒを光電気変換部１４０で観測し、受信タイミングＴｍを測定する（ステップＳ２０）。Ｔｍの値とＳ１０で記録したＴｒ１及びパルス幅Ｔｐを用い、Ｔｍ＜Ｔｒ１＋Ｔｐであるか（ケース２）、Ｔｍ≧Ｔｒ１＋Ｔｐであるか（ケース１）を判断する（ステップＳ３０）。ケース２の場合は、測定対象物１６０と距離測定装置１との距離が短い場合に相当し、測定受信光ｍｒと第１基準光ｒ１のパルスが時間的に重なる場合である。このような場合の波形を図５の（２）に示す。ケース１の場合は、測定対象物１６０と距離測定装置１との距離が長い場合に相当し、測定受信光ｍｒと第１基準光ｒ１のパルスが時間的に重なっていない。このような場合の波形を図４の（２）に示す。
【００４３】
ステップＳ３０での比較の結果、ケース１に該当する場合、以下の式（２）により、Ｔｔを算出する（ステップＳ４０）。
Ｔｔ＝Ｔｍ−Ｔｒ１      （２）
上記、Ｔｔより、次式により、測定対象物１６０までの距離Ｌを求める（ステップＳ６０）。
Ｌ＝ｃＴｔ／２          （３）
ここで、ｃは光速である。
【００４４】
ケース２に該当する場合は、第１基準光ｒ１を基準にした測定が不可能な場合である。このような場合は、図６のステップＳ５０の処理を実行する。即ち、Ｔｒ２とＴｍの時間差Ｔｄ’、及び、メモリに格納されたＴｄを用いて以下の演算を実施する（ステップＳ５１，Ｓ５２）。
Ｔｄ＝Ｔｒ２−Ｔｒ１        （４）
Ｔｄ’＝Ｔｒ２−Ｔｍ        （５）
Ｔｔ＝Ｔｄ−Ｔｄ’          （６）
次に、ケース１の場合と同様に、式（３）を用いて測定対象物１６０までの距離Ｌを求める（ステップＳ６０）。
上記処理は、第１基準光ｒ１の通過時間が異なる第２基準光ｒ２を基準として測定を行うもので、これにより測定受信光ｍｒと第１基準光ｒ１とのパルスの重なりを分離することが出来る。
【００４５】
ところで、前述したように、Ｔｒ２には、光学的遅延発生部５０の遅延時間変動が含まれ、光ファイバで構成した場合、温度等の変化による通過時間の変動が存在する。即ち、Ｔｒ２がＴｒ２＋ΔＴｒ２に変動したとすると、
Ｔｄ＝Ｔｒ２＋ΔＴｒ２−Ｔｒ１        （４’）
Ｔｄ’＝Ｔｒ２＋ΔＴｒ２−Ｔｍ        （５’）
となる。しかし、
Ｔｔ＝Ｔｄ−Ｔｄ’＝Ｔｍ−Ｔｒ１      （６’）
となって、Ｔｔについては、ΔＴｒ２（一般的には、Ｔｒ２）の影響が相殺される。一方、Ｔｒ１については、変動の影響があるが、前述したように、Ｔｒ１は遅延時間が短く設定されているので温度変化の影響は少ない。従って、温度等の影響を殆ど受けることなく精度の高い測定を行うことが出来る。
【００４６】
以上で、一つの対象物についての測定は終わりであるが、測定を繰り返す場合（ステップＳ７０の「ＹＥＳ」）、更に、次の測定で測定環境が変更されているか否かを判断する（ステップＳ８０）。ここで「測定環境の変更」とは、温度の変更、距離測定装置の設置場所の変更等で、ステップＳ１０で測定した校正データに変動が生じる場合である。このような変動が生じない場合は（ステップＳ８０で「ＮＯ」）、ステップＳ２０に戻り、測定を繰り返す。測定環境の変動が生じる場合（ステップＳ８０で「ＹＥＳ」）、ステップＳ１０に戻り、校正用データであるＴｄを再測定し、格納した測定値を書き換える。このような構成になっているため、全ての測定において測定の都度ステップＳ１０を実施する必要がない。従って、迅速な測定が可能となる。測定を終了する場合（ステップＳ７０の「ＮＯ」）は、図６のフローを終了する。
尚、校正用データ取得の工程を毎回の測定で行う場合、或いは、毎回の測定で全く省略する場合には、ステップＳ８０は省略できることは言うまでもない。また、ステップＳ７０、及びステップＳ８０の判断は予め定めた手順に従って自動的に行ってもよいし、測定の都度手動で行ってもよい。
【００４７】
測定受信光ｍｒ、第１基準光ｒ１、第２基準光ｒ２間のレベル差が大きいと測定誤差が増大する。そのため、上記３つの光レベルを合わせることが望ましい。第１基準光ｒ１、第２基準光ｒ２間のレベルは伝播経路が距離測定装置内にあるので第１の参照光路Ｒ１又は、第２の参照光路Ｒ２内に適当なレベル調整手段を設ければ良く、測定環境に応じて調整する必要もない。一方、測定受信光ｍｒのレベルは、測定距離Ｌや測定対象物１６０の反射条件等の測定環境に応じて変動する。
図１のように、本実施の形態では、この変動を吸収するために、受信側に測定光量調整部９２を設けている。尚、図２のように、本測定光量調整部９１を送信側に設ける場合、あるいは、その送信側及び受信側の両方に設ける場合があるが、受信側に設けるのが一番良い。測定光量調整部９０（９１，９２）は、例えば、ＮＤフィルターを機械的に調整する機構や液晶透過板のような電気光学的効果を用いたものが使用できる。尚、図６のステップＳ１１のように、測定光路Ｍを完全に遮断する必要から透過光を完全に遮断できるものが必要である。これらの制御は図示しないレベル検出手段の検出結果を基に測定制御部１５０で行う。尚、上記自動制御を行う以外に手動による制御の形態もある。
【００４８】
図９を用いて、光学的遅延発生部５０の所要遅延設定量Ｔｑについて説明する。図４、図５で説明したように、Ｔｄは第１基準光ｒ１と第２基準光ｒ２がそれぞれの光路を通過する時間の差であり、略光学的遅延発生部５０の遅延時間設定値Ｔｑに近い値を持つが、距離測定装置の他の部分の遅延時間の影響で若干ずれる。このような時でも第１基準光ｒ１と第２基準光ｒ２が時間的に重なることがないようにし、Ｔｄを精度良く決定する事が出来るためには、Ｔｑを測定送信光パルスのパルス幅Ｔｐ（後述の図１１のように１つの測定送信光がパルス幅Ｔｓのｎ個の単発パルスから成るバースト光の場合は、Ｔｐ＞ｎＴｓ）の２倍以上にすると良い。
【００４９】
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｍの測定は、二つのパルス間の時間差ΔＴを測定する公知の技術を使用することが出来る。例えば、スタート信号Ｍ１（パルス信号）とストップ信号Ｍ２（パルス信号）の時間差を測定するには、π／２の位相差を有する２つの基準信号Ｓ１，Ｓ２を基準周波数発生器から発生させ、スタート信号Ｍ１及びストップ信号Ｍ２の各発生タイミングにおける基準信号Ｓ１，Ｓ２の基準周波数発生器の対応振幅値Ａ１１，Ａ１２およびＡ２１，Ａ２２に基づいて、位相差Δθを検出し、検出された位相差Δθと基準信号Ｓ１，Ｓ２の周期に基づいてΔＴを算出する等の方法がある（例えば、特開２００６−１３３２１４号：パルス時間差方式という）。これらは、周知であるのでこれ以上の説明は行わない。
【００５０】
［減衰振動波による方法］
測定受信光ｍｒは空気中を伝播するので、途中、空気中の揺らぎ等によってその波高値が変動する場合がある。このような場合上記パルス時間差測定方式を用いると波高値の変動の影響を受け、測定誤差を生じる場合がある。ところで、測定受信光ｍｒの電気変換後の信号を共振回路を通過させると、共振回路の定数で決まる時定数τの減衰波形になるが、この時の減衰波形の零交差点は測定受信光ｍｒの重心位置が変動しない限り変動しないことが知られている（例えば、特開２００３−１８５７４７）。従って、この零交差点の位置を検出することにより、正確な測定を行うことが出来る。尚、以下、このような距離測定方法を、「減衰振動波零交差点法」と呼ぶ。
【００５１】
図７は、減衰振動波零交差点法を適用した場合の構成を示したものである。図のように光電気変換部１４０の出力端に共振回路１７０が接続されている。共振回路１７０は典型的には、抵抗Ｒｄ，インダクタンスＬｄ，容量Ｃｄの直列又は並列回路である。尚、Ｒｄはプリアンプ１４３の出力抵抗を含んでいる。
【００５２】
図８は、光電気変換部１４０と共振回路１７０の出力波形を示したものである。図８（ｂ）のように、図８（ａ）の単発パルスに対し、減衰振動波形が得られる。減衰振動の各周波数ω０＝１／（Ｌｄ・Ｃｄ）１／２であり、減衰時定数τは直列共振回路の場合、τ＝Ｒｄ・Ｃｄである。破線は、波高値が変動（増加）した場合を示している。図のように、波高値が変動しても零交差点ｔ１〜Ｔｎは変動しない。従って、基準時点と波形的に最も安定している零交差点
ｔ１との時間差を測定すれば精度の高い測定が可能となる。
【００５３】
零交差点を検出して基準時点との時間差を測定する構成は公知であるので、これ以上の説明を省略する（例えば、特開平５−２３２２２９号公報）。
【００５４】
［減衰振動波零交差点法の場合の所要遅延量の設定］
図１０は、二つの減衰振動波が時間的に接近して存在する場合を示したものである。例えば、第１基準光ｒ１と測定受信光ｍｒの間の時間差を求める場合である。上述のように、減衰振動波の零交差点を検出することにより高精度の測定が可能となるが、この零交差点近傍に干渉波があると、零交差点のタイミングの測定誤差となる。従って、図１０のように測定受信光ｍｒの零交差点付近まで第１基準光ｒ１の減衰波形の余韻が継続している場合は、第１基準光ｒ１の余韻成分が十分減衰するように測定受信光ｍｒと第１基準光ｒ１の時間的間隔を十分開ける必要がある。ここで、図１０のように、測定受信光ｍｒの第１周期を振幅レベルＳ（電圧表示）、周波数ｆｓの正弦波で近似する。ここで周波数ｆｓは共振回路１７０の共振周波数である。同様に、干渉波としての第１基準光ｒ１の余韻成分を振幅レベルＮ（電圧表示）、周波数ｆｓの正弦波で近似すると、干渉波による測定距離の誤差ΔＬｓと（Ｎ／Ｓ）には以下の関係がある。
ΔＬｓ≒｛（Ｎ／Ｓ）／２π｝・｛（ｃ／ｆｓ）／２｝      （７）
ここで、周波数ｆｓを３０ＭＨｚ、測定誤差｜ΔＬｓ｜を１ｍｍとすると、Ｎ／Ｓ＜１／８００  （−５８ｄＢ）という関係が必要となる。ここで、減衰信号波形として１周期ごとに１／３ずつ振幅が減衰する場合に当てはめると、振幅が１／８００に減衰するのに必要な光学的距離は３０ｍとなる。このことから余裕を見て、光学的距離は５０ｍあれば十分条件を満たすことができる。よって、第１基準光ｒ１を用いる場合は測定対象物１６０が５０ｍ以降の範囲と設定すると良い。
【００５５】
以上は第１基準光ｒ１を用いる場合の結果であるが、第２基準光ｒ２を用いた場合も同様の干渉を発生する。第１基準光ｒ１を使う場合の測距範囲を５０ｍ以降と設定したので、測定光が最も第２基準光ｒ２に時間的に接近するのは測定対象物１６０が５０ｍの距離に存在する場合である。従って、第２基準光ｒ２を用いて測定を行う場合（図４のケース１の場合）干渉波の影響が無視できる（Ｎ／Ｓ＜１／８００）ようにするには、必要な光学的距離は、更に５０ｍを加えた１００ｍに設定する必要がある。この光学的距離１００ｍは光の往復を測定距離として換算した値なので、実際に光が進む距離は２００ｍである。具体的に、光ファイバで光学的遅延発生部５０を実現した場合、光ファイバの屈折率（１．５）を考慮するとその物理長は１３０ｍとなる。このように、減衰振動波の零交差点検出法を使用すると、精度は上がるが大きな遅延発生部が必要となり、その遅延時間の温度等による変動も大きなものとなる。このような場合でも、本発明を適用すると通過時間変動が相殺されるので精度の高い測定が維持できる。
【００５６】
図１０のように、減衰振動波零交差点法では、電気信号に変換された光パルス信号のパルス幅Ｔｐ’は測定送信光ｍｔのパルス幅Ｔｐより広くなる。従って、これまで説明したパルス幅Ｔｐに関する記述のうち、受光パルス幅については単発パルスの場合のＴｐに代えて減衰振動の持続時間Ｔｐ’を用いる。Ｔｐ’は、減衰定数τと測定送信光ｍｔのパルス幅Ｔｐで決定される。
【００５７】
以上の説明は送信測定光ｍｔが単発パルスの場合である。単発パルス以外に図１１〜図１４に示すような実施の形態がある。
【００５８】
図１１（ａ）は、光パルス（パルス幅：Ｔｐ）が複数の単発パルス（パルス幅：Ｔｓ）が連続的につづくバースト状のパルスの場合である。
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のバースト状パルスの場合において、各単発パルスが異なるパルス幅Ｔｓ１，Ｔｓ２，Ｔｓｎでつづいている場合である。
図１２は、光パルスがチャープ信号で変調されたものである。ここで、チャープ信号とは周波数が時間的に連続的に変化する信号である。
図１３は、光パルスが振幅変調されたものである。
図１４は、一つの光パルスが或る特定のパターンの符号で構成されたものである。あるいは、或る特定のパターンの符号で変調されたものである。このようなパルス（被測定バースト）を同じパターンの基準バーストとの間で相関検出を行うことにより基準バーストとの時間差ΔＴを測定する。
以上のような実施の形態により、受信測定光ｍｒ、基準光ｒ１、ｒ２の検出時間を正確に測定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の距離測定装置の全体構成図
【図２】測定光量調整部を送信側に設けた構成
【図３】プリズムを用いた送信部／受信部の構成
【図４】本発明による測定（遠距離：ケース１）の各部波形を示す図
【図５】本発明による測定（近距離：ケース２）の各部波形を示す図
【図６】本発明の測定手順を示す図
【図７】減衰振動波形生成用共振回路の例
【図８】減衰振動波生成用の入力／出力波形を示す図
【図９】第１基準光と第２基準光の関係を示す図
【図１０】減衰振動波零交差点法における干渉を示す図
【図１１】バースト状光パルスを説明する図
【図１２】チャープ信号で変調した光パルス信号を説明する図
【図１３】振幅変調された光パルスを説明する図
【図１４】特定パターンの相関検出を説明する図
【図１５】従来の測定の原理を説明する図
【符号の説明】
【００６０】
１    距離測定装置
１０  光源部
１１  発光用駆動回路
１２  発光素子
２０  コリメートレンズ
３０  光分離部 
３１  ビームスプリッタ
３２  ビームスプリッタ
５０  光学的遅延発生部
６０  参照光路切換部
６１  第１参照光路切換器
６２  第２参照光路切換器
７０  光合成部
７１  ビームスプリッタ
７２  ビームスプリッタ
８０  集光レンズ
８１  コリメートレンズ
９０  測定光量調整部
９１  測定光量調整部（送信側）
９２  測定光量調整部（受信側）
９３  基準光量調整部
１００  光ファイバ
１０４  光検出器
１１０ｒ 受信部
１１０ｔ 送信部
１１１  コリメートレンズ
１１２  投光ミラー
１１３  対物レンズ
１１３ａ  孔（対物レンズ）
１２０  光ファイバ
１３０  集光レンズ
１４０  光電気変換部
１４１  受光素子
１４３  プリアンプ
１５０  測定制御部
１６０  測定対象物
１７０  共振回路
１８０  レンズ
１９０  レンズ
２００  レンズ
２１０  プリズム
Ｃｏｎｔ  制御信号
Ｍ  測定光路
Ｍｅｓ 測定出力
ｍｒ   測定受信光
ｍｔ   測定送信光
ｒ１   第１基準光
Ｒ１   第１参照光路
ｒ２   第２基準光
Ｒ２   第２参照光路
Ｔｒｇ  トリガ信号
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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