(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数発振器より生成された周波数信号を大きさの異なる複数の変調周波数に変調された光として出射する第１の発光素子及び第２の発光素子と、前記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、前記第１の受光素子に接続され、周波数変換器を含む第１の受光部と、前記第２の受光素子に接続され、周波数変換器を含む第２の受光部と、を備え、
前記第１の発光素子及び第２の発光素子は、発光切換手段によって交互に切り換えられて択一的に発光し、
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２の受光部を経た中間周波信号が帰還され、整調用信号としてＰＬＬ制御回路に入力され、該ＰＬＬ制御回路において、前記周波数発振器から比較用に分周された固定周波数信号と前記整調用信号とが位相比較されフィルタ平滑後の電圧で発振された周波数がＰＬＬ回路出力信号として再出力され、
前記ＰＬＬ回路出力信号が、前記第１の受光部及び第２の受光部の周波数変換器に入力され、それぞれＡ／Ｄ変換器で測定されてデジタルデータに変換され、演算処理部において、前記択一的発光により得られた測距信号と第１の参照信号の位相差と第３の参照信号と第２の参照信号の位相差との差から目標反射物までの測距値を算出する光波距離計。
【請求項２】
前記ＰＬＬ制御回路に、前記ＰＬＬ回路出力信号及び前記周波数発振器からの固定周波数信号が入力されて低周波信号を出力する設定用ミキサーと、前記演算処理部の指令により、前記設定用ミキサーからの低周波信号又は前記整調用信号のいずれか一方を選択的に該ＰＬＬ制御回路に出力する信号切換手段が設けられ、前記信号切換手段は、前記光波距離計内部の初期設定時には前記低周波信号が、光波距離計内部の増幅度が決定された後は前記整調用信号が出力されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光波距離計。
【請求項３】
前記大きさの異なる複数変調周波数のうち、
最も周波数の大きい第１周波数には、前記整調用信号が入力される前記ＰＬＬ制御回路が用られ、
前記第１周波数より周波数の低い第２周波数には、前記周波数発振器からの固定周波数信号が入力される第２回路用ミキサーを備えた第２のＰＬＬ制御回路が設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光波距離計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、目標反射物までの直線距離を光電的に測定する位相差方式の光波距離計に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光波距離計では、測距光（または参照光）のみで距離を測定した場合には、発光素子の駆動回路や受光素子の検出回路の温度位相ドリフト、増幅器やコンデンサ等からなる電気回路における位相ドリフト等が測定誤差となって顕れるため、測距光と参照光との位相差から測距値を算出することが一般的である。このために、発光素子から出射した光は、測距光路と参照光路に、シャッターを移動させることによって交互に切り換えられる。しかしながら近年、測距時間の高速化が求められており、光路の切換に時間を要するシャッターを用いない光波距離計が望まれていた。
【０００３】
シャッターを省いた光波距離計としては、以下のものが開示されている。特許文献１では、発光素子、受光素子をそれぞれ２つずつ備え、第１の発光素子から出射された光の一方は測距光路を経て第１の受光素子に入射し、他方は参照光路を経て第２の受光素子に入射され、第２の発光素子から出射された光は、参照光として、一方は第１の受光素子に入射し、他方は第２の受光素子に入射するように構成されている。そして、分解能に応じて測距値の各桁を決定するために大きさの異なる周波数（ｆ１，ｆ２）の変調光を両発光素子から交互に出射することにより、測距光に係る中間周波信号、第１〜第３の参照光に係る各中間周波信号の合わせて４つの中間周波信号を得て、これらの初期位相を求めることにより、測定誤差を補正する工夫がなされている。
【０００４】
特許文献２では、周波数の異なる２種類の送光信号（ｆ１，ｆ２）,（ｆ１-△ｆ１，ｆ２-△ｆ２）を、２つの発光素子から測距光路及び参照光路へ同時に送出し、２つの受光素子で同時に受光して、測距光路と参照光路を同時に測距することで、両光路における温度位相ドリフトを演算処理部にて計算で打ち消し、測定誤差を補正する工夫がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５５３６９号公報（段落０００４〜００１０，図１）
【特許文献２】特開２０１１-２３０２号公報（段落００１４，００１６，図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、シャッターを省くことで測距時間が短縮されたものの、各発光素子や各受光素子等の電気部品による温度位相ドリフトによる誤差が完全には除去されない。
【０００７】
特許文献２では、計算により、上記電気部品による温度位相ドリフトに起因する誤差は低減される。しかし、測距光路と参照光路を同時に測距するため同一周波数の中間周波信号が２つ得られ、これらが同一の受光部（増幅器やコンデンサ等の電気部品からなる電気回路）を使用しないために生じる原因不明な位相ドリフト差が残り、これらは計算で除去されない。
【０００８】
本願発明は、従来の光波距離計にみられる問題点を解決するためになされたものであり、光波距離計に固有な誤差（電気部品等の温度位相ドリフト、受光部を異にすることで生じる原因不明な位相ドリフト）の大幅な低減を可能にした光波距離計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、周波数発振器より生成された周波数信号を大きさの異なる複数の変調周波数に変調された光として出射する第１の発光素子及び第２の発光素子と、前記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、前記第１の受光素子に接続され、周波数変換器を含む第１の受光部と、前記第２の受光素子に接続され、周波数変換器を含む第２の受光部と、を備え、  前記第１の発光素子及び第２の発光素子は、発光切換手段によって交互に切り換えられて択一的に発光し、  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２の受光部を経た中間周波信号が帰還され、整調用信号としてＰＬＬ制御回路に入力され、該ＰＬＬ制御回路において、前記周波数発振器から比較用に分周された固定周波数信号と前記整調用信号とが位相比較されフィルタ平滑後の電圧で発振された周波数がＰＬＬ回路出力信号として再出力され、前記ＰＬＬ回路出力信号が、前記第１の受光部及び第２の受光部の周波数変換器に入力され、それぞれＡ／Ｄ変換器で測定されてデジタルデータに変換されて、演算処理部において、前記択一的発光により得られた測距信号と参照信号の位相差から目標反射物までの測距値を算出するように構成した。
【００１０】
（作用）第１の発光素子を発光させて測距すると、ＰＬＬ回路出力信号は、各発光素子，各受光素子，各受光部の電気部品等の温度位相ドリフト及び受光部を異にする（電気回路を異にする）ことによって生じる原因不明な位相ドリフト等の全ての位相ドリフトに追随した位相を持つため、第１及び第２の受光部の周波数変換器を介して測距信号の位相ドリフトは略除去され、その後Ａ／Ｄ変換器で測定される測距信号の位相ドリフトには極小のドリフト量しか含まれなくなる。一方、第２の発光素子を発光させて測距して、同様に参照信号を測定し、測距信号と参照信号の位相差をとれば、計算により上記の様々な位相ドリフトが低減・除去される。
【００１１】
請求項２においては、請求項１に記載の光波距離計において、前記ＰＬＬ制御回路に、前記ＰＬＬ回路出力信号及び前記周波数発振器からの固定周波数信号が入力されて低周波信号を出力する設定用ミキサーと、前記演算処理部の指令により、前記設定用ミキサーからの低周波信号又は前記整調用信号のいずれか一方を選択的に該ＰＬＬ制御回路に出力する信号切換手段が設けられ、前記信号切換手段は、前記光波距離計内部の初期設定時には前記低周波信号が、光波距離計内部の増幅度が決定された後は前記整調用信号が出力されるよう構成した。
【００１２】
（作用）本願発明に係る光波距離計の製造時、初期のＰＬＬ制御回路は、各受光部の増幅度が決定されていないため、ＰＬＬ回路出力信号が安定せず、光波距離計内部の種々の設定ができない。そこで、演算処理部において、各受光部の増幅度を決める場合は、信号切換回路からは設定用ミキサーによる低周波信号が出力されるようにし、ＰＬＬ制御回路を早期に安定状態に入るようにする。ＰＬＬ制御回路が安定すれば、各増幅度を決定することができる。増幅度が決められた後は、信号切換回路からは整調用信号が出力されるようにし、係る増幅度のもとで受光部への受光光量を調整する濃度フィルタの位置決めを行い、整調用信号振幅を調整し、ＰＬＬ制御回路を安定状態にする。ＰＬＬ制御回路が安定すれば、測距を行うことができ、請求項１の効果が発揮される。
【００１３】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の光波距離計において、前記大きさの異なる複数変調周波数のうち、最も周波数の大きい第１周波数には、前記整調用信号が入力される前記ＰＬＬ制御回路を用い、前記第１周波数より周波数の低い第２周波数には、前記周波数発振器からの固定周波数信号が入力される第２回路用ミキサーを備えた第２のＰＬＬ制御回路を設けた。
【００１４】
（作用）第１周波数より周波数が低い第２周波数では、生じる位相ドリフトが第１周波数よりも当然に少ないという周知の事実から、第２周波数において、第１の周波数と同一のＰＬＬ制御回路（同一の発振器）を用いると、第１周波数における位相ドリフトと同程度の大きさの位相ドリフトが含まれてしまう。そこで、上記事実に着眼し、第２の周波数には、別個のＰＬＬ制御回路（周波数発振器からの固定周波数信号を用いてＰＬＬ回路出力信号を生成するＰＬＬ制御回路）を用いたほうが、第２周波数において顕れる位相ドリフトは小さくなる。
【発明の効果】
【００１５】
以上より、請求項１に係る発明によれば、２つの発光素子を択一的に発光させることで、測距信号，参照信号の位相をそれぞれ測定できる構成とし、かつ、発光素子，受光素子等の温度位相ドリフト、更には受光部を異にすることによる（使用電気回路の相違による）原因不明な位相ドリフトを全て含む信号を、故意にＰＬＬ制御回路の整調用信号として用い、該ＰＬＬ回路出力信号を第１及び第２の受光部の周波数変換器に入力することで、測距信号と参照信号の位相差をとったときには、既知の固定位相ドリフトのみが残り、原因不明な位相ドリフトは全て除去されるため、様々な位相ドリフトにより生じる測距値誤差が大幅に低減される。
【００１６】
また、特許文献２では、２つの発光素子に異なる２種類の送光信号が用意されており、電波干渉によって送光信号が相互に漏れこみ、測距値誤差の一因になるという問題があったが、本願発明では、送光信号は１種類しか用意しないため、電波干渉による上記誤差は生じない。
【００１７】
また、特許文献２では、Ａ／Ｄ変換器に入力される信号には周波数が異なる複数の中間周波信号があるため、これらをデジタルフィルタで分離している。しかし、プリズム測距の場合、測距光が大気の揺らぎの影響でプリズム視準位置が時折ずれ、振幅変調と同じ影響を受ける。その変調周波数は数Ｈｚ〜数ｋＨｚにまで及ぶため、Ａ/Ｄ変換器に入力した測距光の周波数と参照光の周波数が近接(数ｋＨｚ程度の差)していると、大気の揺らぎの影響で参照信号に測距信号が合成され、参照信号に測定誤差がおこるという問題があるが、本願発明では、Ａ/Ｄ変換器に入力する中間周波信号は1種類しかないため、これを原因とする誤差は生じない。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、請求項１の効果を発揮させるための光波距離計内部の様々な初期調整を、正確適切に行うことができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、第１周波数と第２周波数に用いるＰＬＬ制御回路（発振器）を別にしたことで、第２周波数には第１周波数の位相ドリフトは含まれず、顕れる位相ドリフトが小さいため、周波数の低い第２周波数にとってより優位な構成となり、さらに測距値誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本願発明の第１の実施例に係る光波距離計のブロック図である。
【図２】同光波距離計において、様々な位相ドリフトが除去される理由を説明するための図である。
【図３】同光波距離計で得た測距値を示すグラフである。
【図４】従来の光波距離計で得た測距値を示すグラフである。
【図５】本願発明の第２の実施例に係る光波距離計のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に図１に基づいて、本願発明の光波距離計の第１の実施例の構成を説明する。実施例の光波距離計は、測距光と参照光との位相差から目標反射物２２までの距離を算出する位相差方式の光波距離計であって、測距光路と参照光路の光路切換えのためのシャッターを省くため、２つの発光素子と２つの受光素子、即ち、発光素子６,発光素子８と、受光素子４０,受光素子６０と、を使用したものである。そして、以下に示すように、受光素子４０に接続され、主として周波数変換器４２,４５,４８と増幅器４１,４３,４６,４９を備える第１の受光部３００と、受光素子６０に接続され、主として周波数変換器６２,６５,６８と増幅器６１,６３,６６,６９を備える第２の受光部４００と、発光素子６と発光素子８の発光切換手段である発光切換回路４と、第２の受光部４００を経た中間周波信号が帰還されて整調用信号として入力される第１のＰＬＬ制御回路１００と、さらに、同光波距離計の製造時に各種設定を実現するための、設定用ミキサー１３と、信号切換回路１４と、演算処理部８０と、を構成要素に含む。
【００２２】
周波数発振器１から生成された周波数Ｆ１は、分周部２,９に入力される。分周部２ではＦ１を分周し、周波数Ｆ２,Ｆ３及びＦ３＋△ｆ３を出力する。周波数Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３は、Ｆ１から順に周波数が低いものとなっており、それぞれの分解能に応じて測距値の各桁が決定される。Ｆ３＋△ｆ３信号は、周波数変換器４２，６２へと入力される。周波数重畳回路３ではＦ１,Ｆ２,Ｆ３信号を重畳する。発光切換回路４は重畳信号Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３を駆動回路５,７のどちらか一方に出力し同時には出力しない。駆動回路５からの重畳信号Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３は発光素子６に入力され、駆動回路７からの重畳信号Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３は発光素子８に入力される。即ち、発光素子６，８は、発光切換回路４によって交互に切り換えられて択一的に発光し、同時には発光しない。
【００２３】
分周部９では、Ｆ１を分周して周波数△ｆ１ｙを生成し、第１のＰＬＬ(フェーズロックループ)制御回路１００へ、比較用の固定周波数信号として入力する。第１のＰＬＬ制御回路１００は、位相比較器１０,ループフィルタ１１,回路内発振器１２を備え、回路内発振器１２からの出力周波数（ＰＬＬ回路出力信号）を安定させることができる。位相比較器１０には後述する増幅器７１からの整調用信号△ｆ１ｘと分周部９からの固定周波数信号△ｆ１ｙが入力される。初期状態では、△ｆ１ｘ,△ｆ１ｙは周波数が異なっている。位相比較器１０では初期位相の差を出力する。ループフィルタ１１は第１のＰＬＬ制御回路１００の性能を決めるフィルタであり平滑後に電圧を出力する。回路内発振器１２はループフィルタ１１からの出力電圧により周波数が決定され、第１のＰＬＬ制御回路１００により安定したＰＬＬ回路出力信号Ｆ１＋△ｆ１を周波数変換器４８，６８へ出力する。このとき、△ｆ１ｘと△ｆ１ｙは周波数が同じで位相が異なっている。一方、周波数生成回路１９ではＦ２＋△ｆ２を生成し、周波数変換器４５,６５へと出力する。
【００２４】
また、第１のＰＬＬ制御回路１００には、ＰＬＬ回路出力信号Ｆ１＋△ｆ１及び周波数発振器１からの固定周波数信号Ｆ１が入力されて低周波信号△ｆ１を出力する設定用ミキサー１３と、設定用ミキサー１３からの低周波信号△ｆ１又は整調用信号△ｆ１ｘのいずれか一方を選択的に位相比較器１０に出力する信号切換回路１４が設けられている。信号切換回路１４は、後述する演算処理部８０の指令により、信号△ｆ１と信号△ｆ１ｘのいずれか一方を位相比較器１０へ出力する。これにより、光波距離計内部の種々の初期設定が正確適切に行われる。
【００２５】
発光素子６から出射された光はビームスプリッタ２０で２つに分割され、一方の光は、測距光路２１を経て目標反射物２２で反射され測距光路２３を経て光量調整用濃度フィルタ２４を通過し受光光学２５で集光され受光素子４０に到達する。他方の光は、第１の参照光路２６を経て光量調整用濃度フィルタ２７を通過し受光素子６０に到達する。
【００２６】
発光素子８から出射された光はビームスプリッタ２８で２つに分割され、一方の光は、第３の参照光路２９を経て光量調整用濃度フィルタ３０を通過し受光素子４０に到達する。他方の光は、第２の参照光路３１を経て光量調整用濃度フィルタ３２を通過し受光素子６０に到達する。
【００２７】
受光素子４０で受光された光は、３つの周波数Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３をもつ信号に変換される。これらは増幅器４１で信号振幅を増幅された後、周波数変換器４２,４５,４８に入力される。周波数変換器４２では周波数Ｆ３＋△ｆ３が入力されることで周波数乗算が行われる。乗算後△ｆ３が得られ、増幅器４３により最適な信号レベルに増幅された後にＡ/Ｄ変換器４４に入力される。周波数変換器４５では周波数Ｆ２＋△ｆ２が入力されることで周波数乗算が行われる。乗算後△ｆ２が得られ、増幅器４６により最適な信号レベルに増幅された後にＡ/Ｄ変換器４７に入力される。周波数変換器４８では周波数Ｆ１＋△ｆ１が入力されることで周波数乗算が行われる。乗算後△ｆ１が得られ、増幅器４９により最適な信号レベルに増幅された後にＡ/Ｄ変換器５０に入力される。
【００２８】
同様に、受光素子６０で受光された光は、３つの周波数Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３をもつ信号に変換される。これらは増幅器６１で信号振幅を増幅された後、周波数変換器６２,６５,６８に入力される。周波数変換器６２では周波数Ｆ３＋△ｆ３が入力されることで周波数乗算が行われる。乗算後△ｆ３が得られ、増幅器６３により最適な信号レベルに増幅された後にＡ/Ｄ変換器６４に入力される。周波数変換器６５では周波数Ｆ２＋△ｆ２が入力されることで周波数乗算が行われる。乗算後△ｆ２が得られ、増幅器６６により最適な信号レベルに増幅された後にＡ/Ｄ変換器６７に入力される。周波数変換器６８では周波数Ｆ１＋△ｆ１が入力されることで周波数乗算が行われる。乗算後△ｆ１が得られ、増幅器６９により最適な信号レベルに増幅された後にＡ/Ｄ変換器７０に入力される。
【００２９】
ここで、増幅器６９からの出力信号△ｆ１は、デジタル処理が可能な信号レベルにまで増幅器７１にて増幅され、整調用信号△ｆ１ｘとして、第１のＰＬＬ制御回路１００の位相比較器１０へ（信号切換回路１４によって選択的に）帰還されて、第１のＰＬＬ制御回路１００の一部として使用される。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換器４４,４７,５０,６４,６７,７０では、アナログ信号を多値デジタル信号に変換し、演算処理部８０にて信号の振幅情報、位相情報を取得できるようにする。振幅情報は、後述のように、濃度フィルタ２４,２７,３０,３２の調整に活用される。
【００３１】
本実施例の光波距離計の製造時において、まず、第１の受光部３００における増幅器４１,４３,４６,４９の増幅度と、第２の受光部４００における増幅器６１,６３,６６,６９の増幅度を決める必要がある。増幅度を決める条件は、目標反射物２２から返ってくる光強度と目標反射物２２までの距離によって決められる。
【００３２】
増幅度調整のためには、Ａ/Ｄ変換器４４,４７,５０,６４,６７,７０に安定した信号を入力させ、信号振幅測定のために最適な振幅となるようにする必要がある。このとき、第１のＰＬＬ制御回路１００は安定状態になければならないが、濃度フィルタ２７,３２の位置も増幅器６１,６９,７１の増幅度も決まっていない初期状態で、Δｆ１の信号振幅がデジタル処理が可能な信号レベルに達していない場合、第１のＰＬＬ制御回路１００のＰＬＬ回路出力信号は安定状態にない。
【００３３】
そこで、初期状態でも第１のＰＬＬ制御回路１００を確実に安定状態にさせるために、信号切換回路１４は、演算処理部８０の制御により、信号△ｆ１か△ｆ１ｘのどちらかを選択的に出力するようになっている。
【００３４】
即ち、初期設定時、信号切換回路１４からは△ｆ１信号が出力されるように制御され、第１のＰＬＬ制御回路１００が早期に安定状態に入るようにする。ＰＬＬ回路出力信号が安定すれば、各増幅度を決定することができる。なお、第２の受光部４００の増幅器６１,６３,６６,６９の増幅度はそれぞれ第１の受光部３００の増幅器４１,４３,４６,４９と同等でよい。
【００３５】
増幅度が決められた後は、信号切換回路１４からは整調用信号△ｆ１ｘが出力されるように制御し、係る増幅度のもとで、第１の受光部３００及び第２の受光部４００への受光光量を調整する各濃度フィルタ２７,３０,３２の位置決めを行う。
【００３６】
第１の参照光路２６上にある濃度フィルタ２７については、発光素子６を発光させ、Ａ/Ｄ変換器６４で測定される△ｆ３信号レベル、あるいはＡ/Ｄ変換器６７で測定される△ｆ２信号レベル、あるいはＡ/Ｄ変換器７０で測定される△ｆ１信号レベルが最適になるように位置決めを行う。第３の参照光路２９上にある濃度フィルタ３０については、発光素子８を発光させ、Ａ/Ｄ変換器４４で測定される△ｆ３信号レベル、あるいはＡ/Ｄ変換器４７で測定される△ｆ２信号レベル、あるいはＡ/Ｄ変換器５０で測定される△ｆ１信号レベルが最適になるように位置決めを行う。第２の参照光路３１上にある濃度フィルタ３２については、発光素子８を発光させ、Ａ/Ｄ変換器６４で測定される△ｆ３信号レベル、あるいはＡ/Ｄ変換器６７で測定される△ｆ２信号レベル、あるいはＡ/Ｄ変換器７０で測定される△ｆ１信号レベルが最適になるように位置決めを行う。なお、測距光路２３にある濃度フィルタ２４については、目標反射物２２の反射率により受光レベルが変化するため、演算処理部８０による絞り制御信号８１により位置調整を測距毎に行うため位置決めはしない。
【００３７】
各濃度フィルタ２７,３０,３２の位置決め後、整調用信号△ｆ１ｘの振幅を増幅器７１の増幅度により調整し、第１のＰＬＬ制御回路１００を再び安定状態にする。ＰＬＬ回路出力信号Ｆ１＋△ｆ１が安定すれば、種々の初期設定が完了となり、以下の通り測距を行うことができる。
【００３８】
まず、発光素子８を発光させ、第２の参照光路３１および位置決めした濃度フィルタ３２を通過した光は受光素子６０により電気信号に変換され、増幅器６１,周波数変換器６８,増幅器６９,増幅器７１を経て位相比較器１０へ入力され、回路内発振器１２からのＰＬＬ回路出力信号Ｆ１＋△ｆ１はＰＬＬ安定状態に入る。同様に、周波数生成回路１９から出力される信号Ｆ２＋△ｆ２もＰＬＬ安定状態に入る。ここで、第２の参照光路３１，第３の参照光路２９について測距を行い、Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３それぞれ２つずつの測距値を得る。
【００３９】
次に、発光切換回路４により、今度は発光素子６を発光させる。第１の参照光路２６および位置決めした濃度フィルタ２７を通過した光は受光素子６０により電気信号に変換され、増幅器６１,周波数変換器６８,増幅器６９,増幅器７１を経て位相比較器１０へ入力され、ＰＬＬ回路出力信号Ｆ１＋△ｆ１はＰＬＬ安定状態に入る。Ｆ２＋△ｆ２も同様にＰＬＬ安定状態に入る。ここで、第１の参照光路２６および測距光路２１について測距を行い、Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３それぞれ２つずつの測距値を得る。なお、発光切換回路４で切り換える前後で、位相比較器１０に入力される信号振幅は、各濃度フィルタ２７,３２の位置決めを既にしてあるので、同じ振幅になる。したがって第１のＰＬＬ制御回路１００を正常に動作させることが可能である。
【００４０】
そして、発光切換回路４の切換前後で得られた測距値、即ち、発光素子６,８の択一的発光により得られた測距信号と参照信号の位相差から、目標反射物２２までの測距値が算出される。この際、各発光素子、各受光素子、各増幅器及び周波数変換器等の電気部品の温度位相ドリフト、受光部を異にすること（電気回路を異にすること）によって生じる原因不明な位相ドリフトが、全て除去される。
ここで、上記に述べる様々な位相ドリフトが除去される理由について、図２に基づいて説明する。温度位相ドリフトは信号Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３全てに起きる現象であるが、ドリフト量はＦ１,Ｆ２,Ｆ３の順に小さくなるので、最も周波数の大きい信号Ｆ１を用いて説明する。なお、信号Ｆ３のドリフトは微少であるので説明しない。
【００４１】
図２は、信号Ｆ１についての位相ドリフトおよび固定位相を示している。図２における各記号は、次のように定義される。
φＬＤ１：発光素子６の温度位相ドリフト
φＬＤ２：発光素子８の温度位相ドリフト
φＭ：測距光路２１,２３(光波距離計と目標反射物２２までの往復距離分)の固定位相
φＣ１：第１の参照光路２６の固定位相
φＣ２：第２の参照光路３１の固定位相
φＣ３：第３の参照光路２９の固定位相
φＡＰＤ１：受光素子４０の温度位相ドリフト
φＡＰＤ２：受光素子６０の温度位相ドリフト
φＲＦＡＭＰ１：増幅器４１(周波数変換器４８を含む)の温度位相ドリフト
φＲＦＡＭＰ２：増幅器６１(周波数変換器６８を含む)の温度位相ドリフト
φＬＯ： Ｌｏｃａｌ信号の初期位相
φＩＦＡＭＰ１ ：増幅器４９の温度位相ドリフト
φＩＦＡＭＰ２：増幅器６９の温度位相ドリフト
φＩＦＡＭＰ３  ：増幅器７１の温度位相ドリフト
φＸ１：第１の受光部３００の信号Ｆ１に係る部分３０１の不明位相ドリフト
φＸ２：第２の受光部４００の信号Ｆ１に係る部分４０１の不明位相ドリフト。
【００４２】
まず、発光素子８を発光させる。受光部４０１から得られる安定した信号レベルの整調用信号△ｆ１ｘが第１のＰＬＬ制御回路１００に入力され、ＰＬＬ制御回路１００が安定状態に入る。Ｌｏｃａｌ信号Ｆ１＋△ｆ１も安定した周波数になる。このときのＬｏｃａｌ信号の位相φ１は、
0005730094.tif 000002
・・・（１）
である。この状態で測距を行うと、Ａ/Ｄ変換器５０で測定される信号位相φＡは、
0005730094.tif 000003
・・・（２）
であり、Ａ/Ｄ変換器７０で測定される信号位相φＢ は、
0005730094.tif 000004
・・・（３）
となる。φ１をφＡ,φＢに代入すると、
0005730094.tif 000005
・・・（４）
0005730094.tif 000006
・・・（５）
となり、式（４）と式（５）の差を取ると、
0005730094.tif 000007
・・・（６）
となる。
【００４３】
次に発光素子６を発光させる。受光部４０１から得られる安定した信号レベルの整調用信号△ｆ１ｘが第１のＰＬＬ制御回路１００に入力され、第１のＰＬＬ制御回路１００が安定状態に入る。Ｌｏｃａｌ信号Ｆ１＋△ｆ１も安定した周波数になる。このときのＬｏｃａｌ信号の位相φ２ は、
0005730094.tif 000008
・・・（７）
である。この状態で測距を行うと、Ａ/Ｄ変換器５０で測定される信号位相φＣは、
0005730094.tif 000009
・・・（８）
であり、Ａ/Ｄ変換器７０で測定される信号位相φＤは、
0005730094.tif 000010
・・・（９）
となる。φ２をφＣ,φＤに代入すると、
0005730094.tif 000011
・・・（１０）
0005730094.tif 000012
・・・（１１）
となり、式（１０）と式（１１）の差を取ると、
0005730094.tif 000013
・・・（１２）
となる。
【００４４】
ここで、式（６）と式（１２）の差、即ちφＡ−φＢとφＣ−φＤの差を取ると、
0005730094.tif 000014
・・・（１３）
を得る。式（１３）は、発光素子６,８の温度位相ドリフトφＬＤ１,φＬＤ２、受光素子４０,６０の温度位相ドリフトφＡＰＤ１,φＡＰＤ２、受光部３０１における電気部品による位相ドリフトφＲＦＡＭＰ１，φＩＦＡＭＰ１、受光部４０１における電気部品による位相ドリフトφＲＦＡＭＰ２，φＩＦＡＭＰ２，φＩＦＡＭＰ３は除去され、測距光路,参照光路の固定位相φＭ,φＣ１,φＣ３,φＣ２のみとなっている。このことから、各発光素子，各受光素子，各周波数変換器等の電気部品の温度位相ドリフトが大幅に低減されている。さらに、受光部３０１と受光部４０１において電気回路が異なることによって生じる原因不明な位相ドリフトφＸ１，φＸ２は完全に除去されていることが判る。なお、信号Ｆ１の場合、φＢ, φＤは同じ値であるため、φＢ, φＤ を測定しなくとも、式（６）から同様の式を得られる。
【００４５】
また、信号Ｆ２の場合は、信号Ｆ１と共通の回路内発振器１２を使用するため、位相φ１ , φ２ は信号Ｆ１についての位相となる。よって、φＡ−φＢの式（式（６））のみでは、信号Ｆ２本来の位相ドリフトよりも大きなドリフトが残ることになる。そのため、φＢ, φＤ も測定し、式（１３）から位相φ１ , φ２を除去すればよい。
【００４６】
本実施例によれば、２つの発光素子６,８を択一的に発光させることで、測距信号，参照信号の位相をそれぞれ測定できる構成とし、かつ、上記の様々な位相ドリフトに追随した位相を持つ△ｆ１ｘを、故意に、第１のＰＬＬ制御回路１００の整調用信号として用い、ＰＬＬ回路出力信号ｆ１＋△ｆ１を周波数変換器４８及び周波数変換器６８に入力することで、発光素子６を発光させて測距すると、受光部３０１の周波数変換器４８及び受光部４０１の周波数変換器６８を介して測距信号の位相ドリフトは略除去され、その後Ａ／Ｄ変換器５０,７０で測定される測距信号の位相ドリフトには極小のドリフト量しか含まれなくなる。次に、発光素子８に発光を切り換え、同様に参照信号を測定し、測距信号と参照信号の位相差をとれば、上述の計算により、既知の固定位相ドリフトのみが残り、原因不明な位相ドリフトφＸ１，φＸ２は全て除去されるので、本実施例の光波距離計に生じる測距値誤差は大幅に低減される。
【００４７】
実際に、図３に本実施例における光波距離計で得た測距値を、図４に従来の光波距離計で得た測距値を示す。図３，図４ともに、横軸に温度[℃]、縦軸に測距値[ｍ]を表しており、０ｍを基準として温度０℃〜４５℃の範囲の測距値を示している。図３，図４において、測距値ドリフト（測距値の最大値と最小値との差）を比較すると、従来の光波距離計の測距値ドリフトは０．００２ｍ（２ｍｍ）であるのに対し、本実施例における光波距離計の測距値ドリフトは０．００１ｍ（１ｍｍ）であることが判る。よって、本実施例における光波距離計は、様々な位相ドリフトが大幅に低減されたことにより、従来の光波距離計よりも測距値誤差が減り、より正確な測距値が得られることが証明された。
【００４８】
また、特許文献２では、２つの発光素子に、異なる２種類の送光信号（ｆ１，ｆ２）及び（ｆ１-△ｆ１，ｆ２-△ｆ２）が用意されており、測距時に電波干渉して送光信号同士が相互に漏れこみ、測距値誤差の一因になるという問題があったが、本実施例における光波距離計では、送光信号は１種類（ｆ１，ｆ２）しか用意しないため、電波干渉による上記誤差は生じない。
【００４９】
さらに、特許文献２では、Ａ／Ｄ変換器に入力される信号には周波数が異なる複数の中間周波信号があるため、これらをデジタルフィルタで分離している。しかし、プリズム測距の場合、測距光が大気の揺らぎの影響でプリズム視準位置が時折ずれ、振幅変調と同じ影響を受ける。その変調周波数は数Ｈｚ〜数ｋＨｚにまで及ぶため、Ａ/Ｄ変換器に入力した測距光の周波数と参照光の周波数が近接(数ｋＨｚ程度の差)していると、大気の揺らぎの影響で参照信号に測距信号が合成され、参照信号に測定誤差がおこる問題があるが、本願発明では、Ａ/Ｄ変換器に入力する中間周波信号は1種類しかないため、これを原因とする誤差も生じない。
【００５０】
図５は、本願発明の第２の実施例に係る光波距離計のブロック図である。第２の実施例では、最も大きい周波数のＦ１よりも低い周波数のＦ２に係る信号Ｆ２＋△ｆ２を、周波数生成回路１９ではなく第２のＰＬＬ制御回路２００により生成し、信号Ｆ２のＬｏｃａｌ信号を、信号Ｆ１と共通の発振器（回路内発振器１２）を用いずに生成する構成となっている。その他の構成は、第１の実施例と同様である。
【００５１】
図５において、分周部１５では、Ｆ１を分周して周波数△ｆ２を生成し、第２のＰＬＬ制御回路２００へ比較用の固定周波数信号として入力する。第２のＰＬＬ制御回路２００は、位相比較器１６，ループフィルタ１７，回路内発振器１８と、回路内発振器１８からのＰＬＬ回路出力信号Ｆ２＋△ｆ２及び周波数発振器１からの固定周波数信号Ｆ１が入力されて低周波信号△ｆ２を位相比較器１６に出力する第２回路用ミキサー９１を備えており、回路内発振器１８のＰＬＬ回路出力信号を安定させることができる。
【００５２】
第１の実施例では、信号Ｆ２と信号Ｆ１で共通の回路内発振器１２を使用するため、信号Ｆ２においても、位相φ１ , φ２ は信号Ｆ１についての位相となり、信号Ｆ２本来の位相ドリフトよりも大きなドリフトが残ることから、φＢ, φＤ も測定し、式（１３）から位相φ１ , φ２を除去する必要があった。しかし、信号Ｆ１よりも周波数が低い信号Ｆ２では、発光素子６,８、受光素子４０,６０の位相ドリフトが信号Ｆ１よりも当然に少ないという周知の事実から、信号Ｆ２には、別個の発振器を用いたほうが、顕れる位相ドリフトが小さくなる。
【００５３】
本実施例によれば、別個に第２のＰＬＬ制御回路２００を設けたことで、信号Ｆ２には信号Ｆ１の位相ドリフトは含まれず、かつ顕れる位相ドリフトが小さいため、さらに測距値誤差を低減することができる。
【００５４】
また、φＢ, φＤ,を測定しなくとも、 式（６）からφＡ, φＣと同様にφＢ, φＤを得ることができることから、信号Ｆ２,Ｆ１ともにφＢ, φＤを測定しなくとも良いことから、測定時間が短縮される。
【００５５】
なお、本願発明は、前記第１及び第２の実施例に限るものではなく、例えば、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】
【００５６】
１            周波数発振器
４            発光切換回路（発光切換手段）
６            第１の発光素子
８            第２の発光素子
１３          設定用ミキサー
１４          信号切換回路
２２          目標反射物
２１、２３              測距光路
２６、２９、３１        参照光路
４０          第１の受光素子
６０          第２の受光素子
４２、４５、４８、６２、６５、６８      周波数変換器
４４、４７、５０、６４、６７、７０      Ａ／Ｄ変換器
８０          演算処理部
１００        第１のＰＬＬ制御回路
２００        第２のＰＬＬ制御回路
３００        第１の受光部
４００        第２の受光部
【図１】
0005730094.tif 000015
【図２】
0005730094.tif 000016
【図３】
0005730094.tif 000017
【図４】
0005730094.tif 000018
【図５】
0005730094.tif 000019