(57)【要約】【課題】変調信号を変更することなく、高精度化を図ること。【解決手段】発光素子１０Ａから変調信号Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３で変調された測距光が発光され、その反射光が受光素子１８で受光されると、受光素子１８からは測距信号ｆ１、ｆ２、ｆ３とともに、測距信号ｆ１×ｎが出力され、各測距信号が混合器２０〜２６でローカル信号Ｌ１×ｎ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と混合されると、各混合器２０〜２６から中間周波数の測距信号（ＩＦ信号）Δｆが出力され、演算器３６で各測距信号と参照信号Δｆとが比較され、両者の位相差を基に測点までの距離が演算される。このとき、測距信号ｆ１、ｆ２、ｆ３から測距信号（ＩＦ信号）を生成する他に、測距信号ｆ１の高調波成分である測距信号ｆ１×ｎから測距信号（ＩＦ信号）を生成しているので、変調信号を変更することなく、計測情報の増加に伴って高精度化を図ることが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号から生成される周波数の相異なる複数種類の変調信号のうちいずれかの変調信号によって変調された測距光を発光する発光手段と、前記測距光を受光したときに光電変換を行なって測距信号を出力する受光手段と、参照信号を発生する参照信号発生手段と、前記複数種類の変調信号に対してそれぞれ前記参照信号の信号成分だけ周波数が異なるローカル信号を発生する複数のローカル信号発生手段と、前記受光手段の出力による測距信号と前記複数のローカル信号発生手段の発生による各ローカル信号とをそれぞれ混合して中間周波数の測距信号を出力する複数の混合手段と、前記参照信号発生手段の発生による参照信号と前記複数の混合手段の出力による中間周波数の測距信号との位相差をそれぞれ求め、各位相差を基に測点までの距離を演算する演算手段とを備えた光波距離計において、前記変調信号のうちいずれかの変調信号のｎ倍（ｎは２以上の整数）の変調信号に対して前記参照信号の信号成分だけ周波数が異なる補助ローカル信号を発生する補助ローカル信号発生手段と、前記受光手段の出力による測距信号と前記補助ローカル信号発生手段の発生による補助ローカル信号とを混合して中間周波数の測距信号を出力する補助混合手段とを備え、前記演算手段は、前記参照信号発生手段の発生による参照信号と前記補助混合手段の出力による中間周波数の測距信号との位相差を求め、この位相差を基に前記測点までの距離を補正してなることを特徴とする光波距離計。
【請求項２】
基準信号から生成される周波数の相異なる複数種類の変調信号のうちいずれかの変調信号によって変調された測距光を発光する発光手段と、前記測距光を受光したときに光電変換を行なって測距信号を出力する受光手段と、参照信号を発生する参照信号発生手段と、前記複数種類の変調信号に対してそれぞれ前記参照信号の信号成分だけ周波数が異なるローカル信号を発生する複数のローカル信号発生手段と、前記受光手段の出力による測距信号と前記複数のローカル信号発生手段の発生による各ローカル信号とをそれぞれ混合して中間周波数の測距信号を出力する複数の混合手段と、前記参照信号発生手段の発生による参照信号と前記複数の混合手段の出力による中間周波数の測距信号との位相差をそれぞれ求め、各位相差を基に測点までの距離を演算する演算手段とを備えた光波距離計において、前記変調信号のうち最も周波数の高い変調信号のｎ倍（ｎは２以上の整数）の変調信号に対して前記参照信号の信号成分だけ周波数が異なる補助ローカル信号を発生する補助ローカル信号発生手段と、前記受光手段の出力による測距信号と前記補助ローカル信号発生手段の発生による補助ローカル信号とを混合して中間周波数の測距信号を出力する補助混合手段とを備え、前記演算手段は、前記参照信号発生手段の発生による参照信号と前記補助混合手段の出力による中間周波数の測距信号との位相差を求め、この位相差を基に前記測点までの距離を補正してなることを特徴とする光波距離計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距信号と参照信号との位相差を基に測点までの距離を求めるに好適な光波距離計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、位相差方式の光波距離計においては、光を数種類、例えば、７５ＭＨｚ、３．７５ＭＨｚ、２５０ｋＨｚの３種類の変調信号を用いて変調し、変調された光を、測点に置かれた反射鏡（コーナプリズムまたは反射シート）に向けて順次出射し、反射鏡で反射された反射光を受光素子で受光し、受光されて光信号を電気信号に変換し、この電気信号を混合器（ミキサー）で中間周波数の測距信号（ＩＦ信号）に変換し、このＩＦ信号と基準信号との位相差を計測することが行なわれている。又、参照信号により機械内部の距離誤差を補正して、正確な値を求めていた。
【０００３】
この場合、変調信号として７５ＭＨｚを用いたときには精測定として、２５，０００回位相差の計測が行なわれ、変調信号として、３．７５ＭＨｚの信号が用いられたときには、中間測定として５、０００回位相差の計測が行なわれ、変調信号として、２５０ｋＨｚが用いられたときには、粗測定として、２、５００回位相差の計測が行なわれるようになっている。実際には、キャリブレーション測定があるので、各測定とも約２倍位相差の計測が行なわれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位相差方式による光波距離計を用いて測点までの距離を求めるに際しては、近年、高精度化および測定時間の高速化が求められている。このような要求に対処するに際して、従来技術では、数ｍｍの精度を出すために、変調信号として、７５ＭＨｚの信号を用い、この変調信号をパルス信号として、レーザダイオード（ＬＤ）から送光する構成が採用されている。この場合、送光された光が反射物で反射して反射光として受光素子に受光され、測距信号としての電気信号に変換されたときには、光の実際の伝送距離（Ｌ）の２倍に相当する位相遅延（θ）が生じる。一方、受光素子の出力による測距信号を混合器で中間周波数の６．２５ｋＨｚに変換すると、位相遅延（θ）は、６．２５ｋＨｚに対しての位相遅延となる。このため、遅延時間は、７５ＭＨｚ／６．２５ｋＨｚ＝１２、０００倍され、分解能も１２、０００倍になり、数ｍｍの精度を実現することができる。
【０００５】
しかし、より高精度な測距が要求されたときには、変調信号を７５ＭＨｚよりも高い周波数にしなければならない。ところが、変調信号をさらに高くするにも、送光用ＬＤを発振するための回路が複雑になり、困難となる。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、変調信号を変更することなく、高精度化を図ることができる光波距離計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、請求項１に係る光波距離計では、基準信号から生成される周波数の相異なる複数種類の変調信号のうちいずれかの変調信号によって変調された測距光を発光する発光手段と、前記測距光を受光したときに光電変換を行なって測距信号を出力する受光手段と、参照信号を発生する参照信号発生手段と、前記複数種類の変調信号に対してそれぞれ前記参照信号の信号成分だけ周波数が異なるローカル信号を発生する複数のローカル信号発生手段と、前記受光手段の出力による測距信号と前記複数のローカル信号発生手段の発生による各ローカル信号とをそれぞれ混合して中間周波数の測距信号を出力する複数の混合手段と、前記参照信号発生手段の発生による参照信号と前記複数の混合手段の出力による中間周波数の測距信号との位相差をそれぞれ求め、各位相差を基に測点までの距離を演算する演算手段とを備えた光波距離計において、前記変調信号のうちいずれかの変調信号のｎ倍（ｎは２以上の整数）の変調信号に対して前記参照信号の信号成分だけ周波数が異なる補助ローカル信号を発生する補助ローカル信号発生手段と、前記受光手段の出力による測距信号と前記補助ローカル信号発生手段の発生による補助ローカル信号とを混合して中間周波数の測距信号を出力する補助混合手段とを備え、前記演算手段は、前記参照信号発生手段の発生による参照信号と前記補助混合手段の出力による中間周波数の測距信号との位相差を求め、この位相差を基に前記測点までの距離を補正してなる構成とした。
【０００８】
（作用）測距光を測点に向けて発光（送光）するときに、変調信号を矩形波にすると、測距光には変調信号のｎ倍の高調波成分が重畳し、高調波成分も変調信号とともに伝送されるので、受光手段の出力による測距信号と補助ローカル信号発生手段の発生による補助ローカル信号とを補助混合手段で混合して中間周波数の測距信号を生成することで、中間周波数の測距信号として、変調信号とその高調波成分を含む測距信号をそれぞれ抽出することができ、変調信号を変更しなくても、計測情報の増加に伴って高精度化を図ることが可能になる。
【０００９】
また、請求項２に係る光波距離計では、基準信号から生成される周波数の相異なる複数種類の変調信号のうちいずれかの変調信号によって変調された測距光を発光する発光手段と、前記測距光を受光したときに光電変換を行なって測距信号を出力する受光手段と、参照信号を発生する参照信号発生手段と、前記複数種類の変調信号に対してそれぞれ前記参照信号の信号成分だけ周波数が異なるローカル信号を発生する複数のローカル信号発生手段と、前記受光手段の出力による測距信号と前記複数のローカル信号発生手段の発生による各ローカル信号とをそれぞれ混合して中間周波数の測距信号を出力する複数の混合手段と、前記参照信号発生手段の発生による参照信号と前記複数の混合手段の出力による中間周波数の測距信号との位相差をそれぞれ求め、各位相差を基に測点までの距離を演算する演算手段とを備えた光波距離計において、前記変調信号のうち最も周波数の高い変調信号のｎ倍（ｎは２以上の整数）の変調信号に対して前記参照信号の信号成分だけ周波数が異なる補助ローカル信号を発生する補助ローカル信号発生手段と、前記受光手段の出力による測距信号と前記補助ローカル信号発生手段の発生による補助ローカル信号とを混合して中間周波数の測距信号を出力する補助混合手段とを備え、前記演算手段は、前記参照信号発生手段の発生による参照信号と前記補助混合手段の出力による中間周波数の測距信号との位相差を求め、この位相差を基に前記測点までの距離を補正する構成とした。
【００１０】
（作用）測距光を測点に向けて発光（送光）するときに、変調信号を矩形波にすると、測距光には、変調信号のｎ倍の高調波成分が重畳し、高調波成分も変調信号とともに伝送されるので、受光手段の出力による測距信号と補助ローカル信号発生手段の発生による補助ローカル信号とを補助混合手段で混合して中間周波数の測距信号を生成することで、中間周波数の測距信号として、変調信号のうち最も周波数の高い変調信号とその高調波成分を含む測距信号をそれぞれ抽出することができ、変調信号を変更しなくても、計測情報の増加に伴って高精度化を図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、変調信号とその高調波成分を含む測距信号をそれぞれ抽出することができ、変調信号を変更しなくても、計測情報の増加に伴って高精度化を図ることが可能になる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明によれば、変調信号のうち最も周波数の高い変調信号とその高調波成分を含む測距信号をそれぞれ抽出することができ、変調信号を変更しなくても、計測情報の増加に伴って高精度化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す光波距離計のブロック構成図である。図１において、位相差方式の光波距離計は、発光器１０、分周器１２、１４、基準信号発生器１６、受光素子１８、混合器２０、２２、２４、２６、増幅器２８、３０、３２、３４、演算器３６、信号発生器３８、４０、４２、４４を備えて構成されている。
【００１４】
発光器１０は、発光素子１０Ａとして、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）を備えているとともに、発光素子を発振させる発振器、光を変調させるための変調器などを備え、周波数の相異なる変調信号として、周波数７５ＭＨｚの変調信号Ｆ１、周波数３．７５ＭＨｚの変調信号Ｆ２、周波数２５０ｋＨｚの変調信号Ｆ３を入力し、入力された各変調信号を指定の順序で選択し、選択した変調信号を矩形波にするとともに、そのパルス幅を狭くしてレーザダイオードをマルチモードで発振させて、光を変調信号で変調して測距光とし、この測距光を測点に向けて発光（送光）する発光手段として構成されている。この発光器１０には、基準信号発生器１６から周波数７５ＭＨｚの変調信号Ｆ１が入力されているとともに、変調信号Ｆ１を分周器１２で分周して得られた変調信号Ｆ２と変調信号Ｆ１を分周器１４で分周して得られた変調信号Ｆ３が入力されている。
【００１５】
受光素子１８は、発光素子１０Ａから測点に向けて測距光が発光され、この測距光が測点の反射鏡で反射してその反射光を受光したときに、光電変換を行なって測距信号として、例えば、周波数７５ＭＨｚの測距信号ｆ１、周波数３．７５ＭＨｚの測距信号ｆ２、周波数２５０ｋＨｚの測距信号ｆ３、さらに、測距信号ｆ１のｎ倍（ｎは２以上の整数）の高調波による測距信号ｆ１×ｎを出力する受光手段として構成されており、各測距信号は混合器２０、２２、２４、２６に出力されている。
【００１６】
混合器２０には、信号発生器３８から変調信号（基準信号）Ｆ１×ｎ（ｎは２以上の整数）よりも参照信号Δｆの信号成分だけ周波数が高い補助ローカル信号Ｌ１×ｎ（＝Ｆ１×ｎ＋Δｆ）が入力され、混合器２２には、信号発生器４０から変調信号Ｆ１よりも参照信号Δｆの信号成分だけ周波数が高いローカル信号Ｌ１（＝Ｆ１＋Δｆ）が入力され、混合器２４には、信号発生器４２から変調信号Ｆ２よりも参照信号Δｆの信号成分だけ周波数の高いローカル信号Ｌ２（＝Ｆ２＋Δｆ）が入力され、混合器２６には、信号発生器４４から変調信号Ｆ３よりも参照信号Δｆの信号成分だけ周波数の高いローカル信号Ｌ３が入力されている。
【００１７】
この場合、信号発生器３８は、基準信号発生器１６から基準信号Ｆ１を受け、この基準信号Ｆ１をｎ倍（ｎは２以上の整数）するとともに、ｎ倍された基準信号Ｆ１よりも参照信号Δｆの信号成分だけ周波数の高い補助ローカル信号Ｌ１×ｎ（＝Ｆ１×ｎ＋Δｆ）を発生する補助ローカル信号発生手段として構成されている。信号発生器４０は、基準信号発生器１６から基準信号Ｆ１を受け、この基準信号Ｆ１よりも参照信号Δｆの信号成分だで周波数の高いローカル信号Ｌ１（＝Ｆ１＋Δｆ）を発生するローカル信号発生手段として構成されている。信号発生器４２は、基準信号発生器１６から基準信号Ｆ１を受けて分周し、分周して得られた変調信号Ｆ２よりも参照信号Δｆの信号成分だけ周波数の高いローカル信号Ｌ２（＝Ｆ２＋Δｆ）を発生するローカル信号発生手段として構成され、信号発生器４４は、基準信号発生器１６から基準信号Ｆ１を受けて分周し、分周して得られた変調信号Ｆ３よりも参照信号Δｆの信号成分だけ周波数の高いローカル信号Ｌ３（＝Ｆ３＋Δｆ）を発生するローカル信号発生手段として構成されている。
【００１８】
混合器２０は、受光素子１８の出力による測距信号ｆ１×ｎと信号発生器３８の出力による補助ローカル信号Ｌ１×ｎとを混合して中間周波数、例えば、６、２５ｋＨｚの測距信号Δｆを出力する補助混合手段として構成されており、中間周波数の測距信号Δｆは増幅器２８に入力されている。混合器２２は、受光素子１８の出力による測距信号ｆ１と信号発生器４０の出力によるローカル信号Ｌ１とを混合して中間周波数（６、２５ｋＨｚ）の測距信号Δｆを出力する混合手段として構成されており、中間周波数の測距信号Δｆは増幅器３０に入力されている。混合器２４は、受光素子１８の出力による測距信号ｆ２と信号発生器４２の出力によるローカル信号Ｌ２とを混合して中間周波数（６、２５ｋＨｚ）の測距信号Δｆを出力する混合手段として構成され、混合器２６は、受光素子１８の出力による測距信号ｆ３と信号発生器４４の出力によるローカル信号Ｌ３とを混合して中間周波数（６、２５ｋＨｚ）の測距信号Δｆを出力する混合手段として構成されており、各測距信号Δｆはそれぞれ増幅器３２、３４に入力されている。
【００１９】
増幅器２８、３０、３２、３４は、混合器２０〜２６の出力による信号のうち指定の信号成分、例えば、６．２５ｋＨｚの信号成分をフィルタで抽出し、フィルタで抽出された各測距信号Δｆを所定の増幅度で増幅して演算器３６に出力するように構成されている。
【００２０】
演算器３６は、各増幅器２８〜３４の出力による測距信号（ＩＦ信号）Δｆを順次入力し、入力された測距信号（ＩＦ信号）Δｆと参照信号Δｆとの位相差を求め、各位相差を基に測点までの距離を演算する演算手段として構成されている。
【００２１】
この場合、測距信号ｆ３から得られた測距信号（ＩＦ信号）を用いることで、例えば、０〜６００ｍまでの測距ができ、測距信号ｆ２から得られた測距信号（ＩＦ信号）を用いることで、０〜４０ｍまでの測距ができ、測距信号ｆ１から得られた測距信号（ＩＦ信号）を用いることで、０〜２ｍまでの測距ができ、測距信号ｆ１×ｎから得られた測距信号（ＩＦ信号）を用いることで、０〜０．５ｍまでの測距ができる。すなわち、測距信号として、ｆ１、ｆ２、ｆ３を用いて中間周波数の測距信号（ＩＦ信号）を求めたときには、例えば、測点までの距離が３２１．５３ｍであったとしても、３２１ｍまでしか正確には計測できない。これに対して、測距信号として、ｆ１×ｎ、ｆ１、ｆ２、ｆ３を用いて中間周波数の測距信号（ＩＦ信号）を求めたときには、３２１．５ｍまで正確に計測することができる。
【００２２】
これは、３種類の変調信号のうちの１つの変調信号として７５ＭＨｚを用いるとともに、この変調信号を矩形波として用い、この矩形波のパルス幅を狭くして光を変調すると、測距光は広帯域なスペクトラムになり、７５ＭＨｚのｎ倍（ｎは２以上の整数）の高調波も伝送され、この高調波成分を情報として利用することで、高精度化が可能になるためである。
【００２３】
上記構成において、発光器１０では変調信号Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のうちいずれかの変調信号が順次選択され、選択された変調信号で変調された測距光が発光素子１０Ａから測点に向けて照射され、その反射光が受光素子１８で受光されると、受光素子１８からは測距信号ｆ１、ｆ２、ｆ３とともに、測距信号ｆ１×ｎが出力され、各測距信号は、混合器２０〜２６でローカル信号Ｌ１×ｎ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と混合される。この結果、各混合器２０〜２６から中間周波数の測距信号（ＩＦ信号）Δｆが出力され、演算器３６で各測距信号（ＩＦ信号）と参照信号Δｆとが比較され、両者の位相差を基に測点までの距離が演算される。このとき、測距信号ｆ１、ｆ２、ｆ３から測距信号（ＩＦ信号）が生成される他に、測距信号ｆ１の高調波成分である測距信号ｆ１×ｎから測距信号（ＩＦ信号）が生成されるので、変調信号を変更することなく、計測情報の増加に伴って高精度化を図ることが可能になる。
【００２４】
前記実施例においては、変調信号の高調波成分を利用するものとして、混合器２０、増幅器２８、信号発生器３８をそれぞれ一台ずつ用いたものについて述べたが、これらのものをそれぞれ複数台にすることで、より高精度化を図ることができる。この場合、各混合器は、それぞれ扱う周波数が異なり、測距信号ｆ１のｎ倍（ｎは２以上の整数）に対応したもので構成し、各信号発生器は、それぞれ扱う周波数が異なり、ローカル信号Ｌ１のｎ倍（ｎは２以上の整数）に対応したもので構成する必要がある。
【００２５】
本実施例によれば、７５ＭＨｚの変調信号のｎ倍（ｎは２以上の整数）の高調波成分を計測の情報に利用するようにしたため、変調信号を変更することなく、高精度化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例の光波距離計のブロック構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  発光器
１０Ａ  発光素子
１２、１４  分周器
１６  基準信号発生器
１８  受光素子
２０、２２、２４、２６  混合器
２８、３０、３２、３４  増幅器
３６  演算器
３８、４０、４２、４４  信号発生器
【図１】
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