(57)【要約】【課題】  特に精確に且つ容易に距離を測定するレーザー測距儀を提供する。【解決手段】  本発明のレーザー測距儀は、目標物までの距離を測定する測距儀であり、第一基準信号、第二基準信号及び第三基準信号を発生する多周波数信号発生モジュール（５０）と、前記第三基準信号に基づいて目標物にパルスビームを発射するレーザーダイオード（１０）と、前記目標物に反射したパルスビームを受けると共に、該パルスビームによる信号と前記第一基準信号とをミキシングした測定信号を出力する受光器（１１）と、前記第三基準信号の発生時点と、測定信号の発生時点との時間差を測定する第一測定モジュールと、前記測定信号と、第二基準信号との位相差を測定する第二測定モジュールと、前記時間差と位相差とに基づいて目標物までの距離を計算するCPU（６０）と、を有することを特徴とする。【選択図】  図１
2005156175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物までの距離を測定する測距儀であって、
第一基準信号、第二基準信号及び第三基準信号を発生する多周波数信号発生モジュール（５０）と、
前記第三基準信号に基づいて目標物にパルスビームを発射するレーザーダイオード（１０）と、
前記目標物に反射したパルスビームを受けると共に、該パルスビームによる信号と前記第一基準信号とをミキシングした測定信号を出力する受光器（１１）と、
前記第三基準信号の発生時点と、測定信号の発生時点との時間差を測定する第一測定モジュールと、
前記測定信号と、第二基準信号との位相差を測定する第二測定モジュールと、
前記時間差と位相差とに基づいて目標物までの距離を計算するCPU（６０）と、を有することを特徴とするレーザー測距儀。
【請求項２】
前記多周波数信号発生モジュール（５０）は、前記第一基準信号を発生する発振器（５１）と、
前記第一基準信号を受けると共に、第二基準信号を出力する分周器（５２）と、
前記第二基準信号を受けると共に、第三基準信号を出力する周波数合成器（５３）と、を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザー測距儀。
【請求項３】
前記第一測定モジュールは、前記レーザーダイオード（１０）によりパルスビームを発射した時の第三基準信号と前記受光器（１１）により発生する測定信号によって、方形波を発生する方形波発生装置（２１）と、
前記第一基準信号をクロック信号とし、該方形波の波幅を測定することにより前記時間差を得る時間差測定装置（２０）と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザー測距儀。
【請求項４】
前記第二測定モジュールは、ゆがんだ測定信号を校正する信号校正ユニット（４０）と、
前記第二基準信号と該信号校正ユニット（４０）からの測定信号とを比較することにより、位相差を得る位相比較器（３０）と、を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザー測距儀。
【請求項５】
前記第二測定モジュールは、ゆがんだ測定信号を校正する信号校正ユニット（４０）と、
前記発振器（５１）からの第一基準信号と周波数合成器（５３）の第三基準信号とをミキシングした後、合成信号を出力するミキサ（４３）と、
前記合成信号と該信号校正ユニット（４０）からの測定信号とを比較することにより、位相差を得る位相比較器（３０）と、を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザー測距儀。
【請求項６】
前記位相比較器（３０）は、前記測定信号と第二基準信号とをミキシングする第一ミキサ（３１）と、
前記第一ミキサ（３１）から出力された信号を処理して、第一直流成分を出力する第一ローパスフィルタ（３３）と、
前記第二基準信号の位相をπ／２遅延させる位相ロックループ（３２）と、
前記測定信号と位相ロックループ（３２）からの第二基準信号とをミキシングする第二ミキサ（３４）と、
前記第二ミキサ（３４）から出力された信号を処理して、第二直流成分を出力する第二ローパスフィルタ（３５）と、
前記第一直流成分と第二直流成分を除算して前記位相差を得る論理演算器と、を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のレーザー測距儀。
【請求項７】
前記信号校正ユニット（４０）は、バンドパスフィルタ（４１）及び波長整形回路（４２）を含むことを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載のレーザー測距儀。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に精確に且つ容易に距離を測定するレーザー測距儀に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
USP5,075,878においては既に測距装置の技術が記載され、その装置はリアルタイムのゼロクロス検出方法により位相差を測定するものである。図５Ａに示すように、そのゼロクロス検出方法は測定信号をＳＲ＝Ａsin(ωt+φ)とし、基準信号をＳ０＝Ｂsinωtと仮設することにより、測定信号（ＳＲ）に対しゼロクロス検出を行い方形波とし、更に、図５Ｂに示すように、該方形波と高周波信号とでパルス計数を求めることにより、位相情報φを得るものである。
【０００３】
また、前記測定信号（ＳＲ）は直流成分を有することから、ゼロクロス検出を行う時、ゼロクロス点シフトが発生するので、位相測定の信頼度が損なわれる。更に、基準信号には一定の振幅の正負波形を有することから、その基準信号に基づくゼロクロス点位置も正負の波形のように変動するので、同様に測定した数値の信頼度に影響を与えてしまう。
【特許文献１】USP5,075,878
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなレーザー測距儀は、その回路の設計が複雑であると共に、測定信号の転送中に位相が変動してしまう。更に、ゼロクロス検出方法を用いて測定信号の位相情報を求めた時、測定信号には直流成分を有しており、ゼロクロス点を正確に判断できないことから、位相情報を求める時に、誤差が生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、目標物までの距離を測定する測距儀であって、第一基準信号、第二基準信号及び第三基準信号を発生する多周波数信号発生モジュール（５０）と、前記第三基準信号に基づいて目標物にパルスビームを発射するレーザーダイオード（１０）と、前記目標物に反射したパルスビームを受けると共に、該パルスビームによる信号と前記第一基準信号とをミキシングした測定信号を出力する受光器（１１）と、前記第三基準信号の発生時点と、測定信号の発生時点との時間差を測定する第一測定モジュールと、前記測定信号と、第二基準信号との位相差を測定する第二測定モジュールと、前記時間差と位相差とに基づいて目標物までの距離を計算するCPU（６０）と、を有することを特徴とするレーザー測距儀、を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、電子装置の使用量が少ないことから、測定信号が受光器によりキャッチされた後、直ちに基準信号との位相差が比較されるので、距離を精密に測定することができる。
【０００７】
また、本発明の高精度のレーザー測距儀は、主に光源と、ミキシング機能を有し、目標物を反射したパルスビームの周波数と多周波数信号発生モジュールからの周波数とをミキシングする受光器と、複数の周波数を発生させて、それぞれ光源、受光器、第一測定モジュール及び第二測定モジュールに提供する多周波数信号発生モジュールと、パルスビームの測距儀と目標物との間の往復時間および位相差を測定する第一測定モジュール及び第二測定モジュールと、第一、第二測定モジュールから往復時間及び位相差を得て、目標物までの距離を算出するＣＰＵとを有し、該第二測定モジュールはＩＱ直交位相測定法（IQ orthogonal phase measuring method）により位相差を得る。
【０００８】
上述したように、前記受光器にはミキシング機能を有することから、ＣＰＵにミキサを設置しなくとも、目標物までの距離を算出することができるので、信号対雑音比を悪化させる恐れはない。故に、より精密な測定を行うことができる。
【０００９】
更に、本発明の他の効果によれば、新たな位相測定方法により、従来のゼロクロス検出方法による不精確な測定を改善することができる。
前記新たな位相測定方法では、基準信号から更に該基準信号との位相差が９０度の信号を発生させると共に、それぞれ測定信号と掛け合わせて二つの直流成分を得て、それら二つの直流成分を除算して三角関数tan（φ）を得ることにより、位相φの数値を求めることから、この方法によれば、従来のゼロクロス検出方法のような、直流成分による位相測定の精確度への悪影響を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は本発明に係るレーザー測距儀における第一実施例の回路を示すブロック図であり、図２は本発明に係るレーザー測距儀において、信号が第一測定モジュールで処理される過程を示す概要図であり、図３は本発明に係るレーザー測距儀におけるＩＱ直交位相測定を実施するための位相比較器の回路を示すブロック図であり、図４は本発明に係るレーザー測距儀における第二実施例の回路を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明に係るレーザー測距儀の第一実施例はレーザーダイオード（１０）及び受光器（１１）を有するレーザー光送受器（図示せず）と、発振器（５１）、分周器（５２）及び周波数合成器（５３）を有する多周波数信号発生モジュール（５０）と、時間差測定装置（２０）及び方形波発生装置（２１）を有する第一測定モジュールと、位相比較器（３０）、ミキサ（４３）及び信号校正ユニット（４０）を有する第二測定モジュールと、第一、第二測定モジュールの出力端と接続し、それらからレーザーの往復時間及び位相差を得ることにより目標物までの距離を算出するCPU（６０）とを含み、前記多周波数信号発生モジュール（５０）における発振器（５１）は第一基準信号（Ｓ１）を発生して分周器（５２）、ミキサ（４３）、受光器（１１）及び時間差測定装置（２０）に出力する。尚、本実施例における第一基準信号（Ｓ１）の周波数は２５ＭＨｚである。
【００１３】
更に、前記第一基準信号（Ｓ１）は分周器（５２）で処理された後、周波数が６．２５ＫＨｚの第二基準信号（Ｓ２）となり周波数合成器（５３）に出力され、その周波数合成器（５３）は周波数が２５．００６２５ＭＨｚである第三基準信号（Ｓ３）を出力し、そして該第三基準信号（Ｓ３）はそれぞれレーザーダイオード（１０）、ミキサ（４３）及び方形波発生装置（２１）に提供される。また、該レーザーダイオード（１０）は第三基準信号（Ｓ３）に基づいて目標物に向けてパルスビームを発射し、そのパルスビームは該目標物に反射して受光器（１１）に送られ、該受光器（１１）はパルスビーム信号と第一基準信号（Ｓ１）とをミキシングすると共に、周波数が６．２５ＫＨｚの測定信号（ＳＲ）を第一測定モジュール及び第二測定モジュールに出力する。
【００１４】
以下、図２に示すように、信号が第一測定モジュールにおいて処理される過程を説明する。
前記レーザーダイオード（１０）が第三基準信号（Ｓ３）に基づいてパルスビームを発射した時、方形波発生装置（２１）も同時に第三基準信号（Ｓ３）に基づいて高電位（ＶＨ）を出力し、そして、前記受光器（１１）が測定信号（ＳＲ）を方形波発生装置（２１）に送ると、方形波発生装置（２１）は直ちに該高電位（ＶＨ）の出力を停止する。故に、方形波発生装置（２１）はパルスビームの往復時間に該当する方形波を前記時間差測定装置（２０）に出力し、該時間差測定装置（２０）は第一基準信号（Ｓ１）により方形波信号の立ち上り時点から立ち下り時点までを測定することにより、該方形波信号の波幅を得ると共に、該波長幅値をＣＰＵ（６０）へ出力し、該ＣＰＵ（６０）によりパルスビームの往復時間（ＴＲ）を算出する。
【００１５】
また、前記第二測定モジュールにおいては、前記ミキサ（４３）が発振器（５１）及び周波数合成器（５３）からの第一基準信号（Ｓ１）と第三基準信号（Ｓ３）をミキシングした後、周波数が６．２５ＫＨｚの合成信号（Ｓｍ）を位相比較器（３０）に出力する。一方、受光器（１１）から出力される測定信号（ＳＲ）は信号校正ユニット（４０）におけるバンドパスフィルタ（４１）及び波長整形回路（４２）を介して処理が行われ、ゆがみを復元してから位相比較器（３０）に送られ、そこで、ＩＱ直交位相測定により測定信号（ＳＲ）と合成信号（Ｓｍ）との位相差を算出する。
【００１６】
図３に示すように、前記位相比較器（３０）の回路構造は、第一ミキサ（３１）、位相ロックループ（３２）、第一ローパスフィルタ（３３）、第二ミキサ（３４）及び第二ローパスフィルタ（３５）から成る。以下、位相比較器（３０）の回路動作について説明する。
先ず仮に測定信号（ＳＲ）をＡsin(ωt+φ)とし、合成信号（Ｓｍ）をＢsinωtとする。該測定信号（ＳＲ）は第一ミキサ（３１）及び第二ミキサ（３４）に伝送され、それと同時に該合成信号（Ｓｍ）が第一ミキサ（３１）及び位相ロックループ（３２）に伝送される。そして、第一ミキサ（３１）により測定信号（ＳＲ）と合成信号（Ｓｍ）とがミキシングされた後、第一ローパスフィルタ（３３）により処理が行われてから第一直流成分（ＡＢcosφ）/２が出力される。一方、該合成信号（Ｓｍ）が位相ロックループ（３２）を通過すると、π／２位相遅延信号（Ｓｍ'）Ｂcos（ωt）となる。更に、該遅延信号（Ｓｍ'）と測定信号（ＳＲ）とが第二ミキサ（３４）によりミキシングされ、第二ローパスフィルタ（３５）によって処理されると、第二直流成分（ＡＢsinφ）/２が出力され、その後、前記第一直流成分及び第二直流成分は位相比較器（３０）に出力される。
【００１７】
そして、前記第二測定モジュールから出力される第一直流成分及び第二直流成分はＣＰＵ（６０）に送られ位相差を算出する。尚、第一直流成分及び第二直流成分はＣＰＵ（６０）に送られる前に、第一直流成分と第二直流成分との除算値であるtanφを得るための除算器（３６）を介して処理された後、ＣＰＵ（６０）において位相差φを算出する。
【００１８】
また、図４に示すように、本発明に係る第二実施例では、前記ミキサ（４３）を採用しなく、発振器（５１）からの合成信号（Ｓｍ）を分周器（５２）を介して直接に位相比較器（３０）に提供できるので、回路構成が非常に簡単である。
【００１９】
このように、本発明のレーザー測距儀では受光器（１１）で目標物から反射されるパルスビームを受け取ると同時に、反射したパルスビームと同一の位相遅延情報を含む測定信号（ＳＲ）を出力するので、速やかに該測定信号（ＳＲ）を第一・第二測定モジュールに入力し、位相差の演算を行うことができると共に、ミキサにより該測定信号（ＳＲ）から低周波信号を取り除く必要がないので、測定信号が測定ユニットに入力される前における、位相遅延によるジッタ誤差の発生を防止することができる。更に、本発明においては測定ユニットがＩＱ直交位相測定を採用していることから、ＣＰＵ（６０）が位相差を測定する時に、測定信号（ＳＲ）と基準信号の直流成分の影響を受けることはないので、二つの信号の間の位相差を精確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るレーザー測距儀における第一実施例の回路を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るレーザー測距儀において、信号が第一測定モジュールで処理される過程を示す概要図である。
【図３】本発明に係るレーザー測距儀におけるＩＱ直交位相を実施するための位相比較器の回路を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るレーザー測距儀における第二実施例の回路を示すブロック図である。
【図５Ａ】従来のレーザー測距儀におけるゼロクロス検出方法による波形図である。
【図５Ｂ】従来のレーザー測距儀におけるゼロクロス検出方法による波形図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０        レーザーダイオード
１１        受光器
２０        時間差測定装置
２１        方形波発生装置
３０        位相比較器
３１        第一ミキサ
３２        位相ロックループ
３３        第一ローパスフィルタ
３４        第二ミキサ
３５        第二ローパスフィルタ
３６        除算器
４０        信号校正ユニット
４１        バンドパスフィルタ
４２        波長整形回路
４３        ミキサ
５０        多周波数信号発生モジュール
５１        発振器
５２        分周器
５３        周波数合成器
６０        CPU
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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