(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子からの光を外部光路又は内部光路に切り替える光路切替え器と、
前記外部光路から投光され測定対象物で反射した反射光と、前記内部光路に投光された光を受光する受光素子と、
前記反射光の光量を調整するアッテネータと、
該アッテネータによる光量の調整を制御し、前記外部光路からの光量と前記内部光路からの光量とを同等にする光量平衡処理を行う制御器と、
前記受光素子からの出力に基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する演算部とを有し、
前記制御器は、前記演算部で前記算出が行われない間は、前記光量平衡処理を一定時間行わない待機モードになることを特徴とする光波測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光波測距装置において、
前記制御器は、前記受光素子で受光される、前記反射光と前記内部光路に投光された光との光量の差が所定範囲内である場合に、前記待機モードを維持することを特徴とする光波測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を目標物に向けて投光し、その反射光を受光して目標物までの距離を測定する光波測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光波測距装置は、目標物に向けて投光する光が連続波であるか、パルス波であるかにより２つの形式がある。連続波による光波測距装置は、光を連続的に強度変調した波として目標物に向けて投光する。そして、目標物からの反射光を受光し、受光した連続波の位相と投光した連続波の位相とを比較することで、光波測距装置から目標物までの距離を求める。
【０００３】
また、パルス波による光波測距装置では、狭いパルス幅のパルス光を目標物に向けて投光し、目標物からの反射パルス光を受光して、投光から受光までのパルス光の走行時間から目標物までの距離を求める。
【０００４】
これらの光波測距装置では、発光素子からの光を目標物に向けて投光し、目標物で反射した光を受光素子で受光するまでの外部光路と、発光素子から装置内部の経路を通った光を受光素子で受光するまでの内部光路とを有する。
【０００５】
そして、外部光路による測定距離を光波測距装置の所定の基準点（測量の基準点の鉛直線上に位置するように光波測距装置を設置する機械中心点）からの距離に補正する為に、内部光路から受光した光の位相と投光した光の位相を比較して内部光路の距離を求める。
【０００６】
ところで、外部光路を通り目標物で反射した光の受光光量は、目標物までの距離及び目標物の反射率により変化する。更に、外部光路からの受光光量と内部光路からの受光光量は大きく異なる。光波測距装置では、外部光路からと内部光路からとの受光量の差や受光光量の変動により測定誤差が生じることを防ぐために、外部光路からの受光光量と内部光路からの受光光量とを同等にする光量平衡を行った後に、距離測定を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、光波測距装置は、距離測定を行う前に外部光路の受光光量と内部光路の受光光量を同等にする光量平衡を行う必要がある。従来の光波測距装置ではこの光量平衡動作を、電源スイッチがオンされている間は常時行っていた。
【０００８】
光量平衡動作は、以下の一連の動作を伴うものである。即ち、光路を内部光路とし発光素子を発光させ、受光素子で内部光を受光して内部光の光量を記憶する。次に、光路を外部光路に切替え、発光素子を発光させ目標物に向けて投光する。受光素子は、目標物で反射した反射光を受光しその光量を記憶する。そして、内部光路を通った光と外部光路を通った光の光量を比較し、その光量レベルが同等になるように、外部光路を通る光の光量を調整する。
【０００９】
このように、光量平衡動作は、発光素子の発光、光路切替え駆動モータ及び光量平衡用アッテネータの駆動といった多くの電力を消費する動作を伴う。従来の光波測距装置では、電源スイッチがオンされると、目標物の移動中のようにまだ測距動作が必要でない時でも光量平衡動作を繰り返し、常に最新の状態における光量平衡を完了させ、その後の測距動作をただちに開始できる様になっている。そのため、必要以上に多くの電力を消費する。
【００１０】
そこで、距離測定をしていない時は、作業者がこまめに電源スイッチを切り、光波測距装置のバッテリーの消耗を防ぐことはできる。しかし、電源スイッチを切ると、その後に電源スイッチをオンした時に、装置が定常状態に安定し測定準備が完了するまでに時間がかかってしまう。特に、測定の基準となる発振器は、温度特性を有しており、出力信号が安定するまでにかなりの時間が必要である。従って、基準発振器が安定状態に移行するまでの時間待っていたのでは、全体の測距時間が長くなってしまう。そこで光波測距装置は、常に電源オン状態で使用されることが多く、バッテリーの消耗を早めていた。しかも、従来の光波測距装置では、前述の光量平衡動作に消費する電力は、装置全体の消費電力の約５０％を占めていた。
【００１１】
従って、本発明の目的は、この電力消費量を抑え、バッテリーの消耗を減らす光波測距装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、電力消費量を減らすと共に、測定にあたっては迅速に測距動作を開始でき、測距時間を短縮できる光波測距装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によれば、発光素子からの光を外部光路又は内部光路に切り替える光路切替え器と、前記外部光路からの光量を調整するアッテネータと、該アッテネータによる光量の調整を制御する制御器とを有し、前記アッテネータを調整して前記外部光路からの光量と前記内部光路からの光量とを同等にする光量平衡処理を行った後に、測定対象物までの距離を測定する測距処理を行う光波測距装置において、前記制御器は、最初に前記光量平衡処理を行った後、前記光量平衡処理を一定時間行わない待機モードを有することを特徴とする光波測距装置を提供することにより達成される。
【００１４】
即ち、本発明によれば、電源スイッチがオンされた状態のままでも、大きな電力を消費する光量平衡処理を一定時間行わない待機モードを有するので、測距作業を行っている間の電力消費を低減することができる。
【００１５】
また、本発明の光波測距装置の前記制御器は、前記外部光路からの光量と前記内部光路からの光量との差が所定範囲内である場合に、前記待機モードに移行することを特徴とする。
【００１６】
即ち、本発明によれば、大きな電力を消費する光量平衡処理を何度も繰り返すことがなく、バッテリーの消費電力を削減すると共に、光量平衡が維持されている場合に待機モードに移行するので、実質的光量平衡が維持され、迅速に精度の高い測定を行うことができる。
【００１７】
また、本発明の光波測距装置の前記制御器は、前記光量平衡処理終了後であって前記測距処理が行われない場合に、前記待機モードに移行することを特徴とする。
【００１８】
即ち、例えばターゲットを目標地点に設置し測定準備が完了するまでの間では、光量平衡を繰返し行う必要はなく、一定時間の待機モードを設けることで電力消費を削減できる。
【００１９】
また、本発明の光波測距装置の前記制御器は、前記光量平衡処理終了後であって前記測距処理が行われない場合に前記待機モードに移行し、前記一定時間経過後光量平衡状態が維持される場合には、更に前記待機モードに移行することを特徴とする。
【００２０】
従って、一定時間毎に外部光路の光量と内部光路の光量とが等しいか否かを検出しているので、大幅に光量平衡がずれることがなく、電力消費を低減できると共に、測定開始に際して再度光量平衡処理を行う時にも、光量平衡が完了するまでの時間を短縮でき、測距作業を迅速に開始することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例について図面に従って説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２２】
本発明は、連続波の位相差による光波測距装置と、パルス波の時間差による光波測距装置の両者に適用できるが、以下、本発明を連続波の位相差による光波測距装置に適用した場合について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態による光波測距装置の構成ブロックを示す。温度補償付き基準発振器１は、位相差による距離測定の基準となる周波数ｆ１の安定した正弦波信号３０を発生する。温度補償付き基準発振器１によって発生した信号３０は、発光素子駆動回路２で、発光素子３を駆動するために必要な大きさに増幅される。発光素子３は、発光素子駆動回路２からの電気信号３１を光信号に変換し、正弦波の光信号４として光路切替え器５に向けて発光する。また、発光素子駆動回路２からの電気信号３１は後述する演算部１３に入力され、目標物までの距離を算出するのに使用される。
【００２４】
光路切替え器５は、発光素子３で発光した光４を、外部光路又は内部光路のどちらか一方に導くため、所定時間毎にどちらか一方の光路のみを開放する。尚、外部光路とは、発光素子３で発光した光４が光路切替え器５で外部光６として光波測距装置の外部に向けて投光され、距離測定地点に設置されたターゲット７で反射した外部反射光９を受光素子１０で受光されるまでの光路をいう。一方、内部光路とは、光路切替え器５から投光された内部光８が、光波測距装置の内部の経路を通って受光素子１０で受光されるまでの光路をいう。
【００２５】
このように光波測距装置は、装置内部に受光光量の基準となる内部光路を保有し、光路切替え器５により外部光路又は内部光路を選択する。そして、外部光路及び内部光路を通った光の受光レベルを同等にした後に、投光した光（発光素子３を発光させる電気信号３１）と、外部光路及び内部光路から受光した夫々の光との位相差から目標物までの距離を算出する。
【００２６】
その際、外部光路による測定結果と内部光路による測定結果とから、温度変化又は経年変化などによる測定距離の誤差を除去している。例えば、反射光を電気信号に変換する電気回路内で検出される位相が温度に依存して変動しても、外部光路から得られる位相差φａによる測定距離Ｌａと、内部光路から得られる位相差φｂによる測定距離Ｌｂの差を求めることで、測定誤差を除去し測定精度を向上させている。即ち、温度等に依存する位相変動は、外部光路又は内部光路による測定距離の両者に共通するので、両者の測定距離の差Ｌａ−Ｌｂをとることにより、温度変動等による測定誤差は相殺される。
【００２７】
光路切替え器５で外部に向けて投光され、ターゲット７で反射された外部反射光９は、光量平衡用アッテネータ１９を通過し、所定の光量に調整されて受光素子１０で受光される。尚、光量平衡用アッテネータ１９は、モータ２２によって光の透過率が変化するように駆動され、外部反射光９と内部光８との光量レベルが同等レベルになる位置に位置決めされる。
【００２８】
内部光８も、光量平衡用アッテネータ１９の外部反射光９が通過する部分とは異なる位置を通過する。光量平衡用アッテネータ１９の内部光通過部分は、光量平衡用アッテネータ１９が外部反射光９を最大に透過させても受光素子１０の受光光量が所定の値以下である場合、前記モータ２２の駆動によって内部光８の光量を外部反射光９の光量と同じになるように光の透過率が変化している。
【００２９】
即ち、外部光路を通った外部反射光９の受信光量は、ターゲットの反射率や距離によって大きく変わるので、光量平衡用アッテネータ１９により、予め所定の基準値に調整されている内部光路を通った光８の受信光量と同じになるように光量調整される。
【００３０】
このように、両者の光量レベルを同等にする光量平衡を行うのは、受光された光の光量の違いによって生じる、測定回路での信号レベルの違いが測定誤差の原因となるためである。
【００３１】
一方、温度補償付き基準発振器１で発生した周波数ｆ１の基準信号３０は、ＰＬＬ１４にも入力される。ＰＬＬ１４は、入力された基準信号３０に位相同期した周波数ｆ２の参照信号３２を生成する。ＰＬＬ１４で生成された周波数ｆ２の参照信号３２は、受光素子１０から出力される周波数ｆ１の信号３３とミックスされ、ｆ１−ｆ２の低周波数の信号３４に変換される。
【００３２】
低周波数に変換された信号３４はＡＭＰ１１で増幅され、更に、ＡＧＣ１２で受光光量の変動を補償して制御器２５に適した信号レベルにされる。そして、制御器２５内の演算部１３において位相差による距離演算が行われる。このようにＡＭＰ１１以降は、低周波数に変換された信号３４等により処理が行われるので、簡単な回路で測定の分解能を高めることができる。
【００３３】
制御器２５内の演算部１３は、測距ボタン２４が押されると、外部反射光９の位相差と内部光８の位相差とからターゲット７までの距離を算出する。即ち、外部光路における発光から受光までの位相差φａ及び内部光路における発光から受光までの位相差φｂを求め、これらから測定対象物までの距離Ｌが、
Ｌ＝ｃ（φａ−φｂ）／４πｆ
（ｃは大気中の光速、ｆは発光信号の変調周波数）
として求められる。尚、変調周波数は複数の周波数を使用し、各変調周波数から得られた距離を基に、ターゲット７までの距離Ｌを算出する。
【００３４】
光波測距装置は、屋外で使用されることが多いので、バッテリー２１が搭載されており、電源スイッチ２３がオンされると、バッテリー２１の電圧は、電源手段２０で各回路が必要とする電圧に変換されて各回路に供給される。但し、発光素子３と光路切替え器５へは、スイッチ１６又はスイッチ１５を通して供給される。そして、スイッチ１６とスイッチ１５は、制御器２５からの信号３８および信号３７により、オンオフが制御される。また、光量平衡用アッテネータ１９を駆動するモータ２２には、その駆動を制御する信号３９が制御器２５より入力される。
【００３５】
本実施の形態では、電源スイッチ２３がオンされていても、測距動作をしない場合に一定時間の待機モードを有する点が従来例と異なる。そして、待機モードでは、発光素子３の発光やモータ２２等の駆動のような大きな電力を消費する光量平衡動作を行わないので、バッテリー２１の使用時間を大幅に伸ばすことができる。
【００３６】
即ち、待機モードでは、制御器２５からの信号３８及び信号３７により、発光素子３に駆動電圧を供給するスイッチ１６、及び光路切替え器５に駆動電圧を供給するスイッチ１５がオフされる。更に、制御器２５は、光量平衡用アッテネータ１９を駆動するモータ２２に、駆動信号３９の出力を行わない。従って、多くの電力を消費する発光素子３、光路切替え器５の駆動モータ、及び光量平衡用アッテネータ１９の駆動モータ２２が動作しなくなるので、待機モードで消費する電力は大幅に減少する。
【００３７】
また、制御器２５内の演算部１３を構成するＣＰＵがスリープモードを有する場合に、前記待機モードと連動させてＣＰＵもスリープモードとすれば、光波測距装置全体の消費電力は更に減少する。
【００３８】
但し、待機モードにおいても、温度補償付き基準発振器１、ＰＬＬ１４及びＡＧＣ１２等には、電源が供給されており安定に動作している。従って、測距動作が再開された場合でも、距離測定の基準となる位相信号は安定に発振、増幅されるので、迅速に測距動作に移行できる。
【００３９】
図２は、本発明の実施の形態による光波測距装置の処理フローチャート図を示す。光波測距装置の測定スタートは、電源スイッチ２３をオンすることにより開始される（ステップ５０）。まず、光量平衡が完了しているか否かを示す光量平衡フラグがオフに初期設定される（ステップ５１）。また、電源スイッチ２３のオンオフは、演算部のＣＰＵ１３により監視され（ステップ５２）、電源スイッチ２３がオフされるとＣＰＵ１３は終了処理を行った後終了する（ステップ５３）。電源スイッチ２３がオンされていれば、光量平衡フラグの確認に進む（ステップ５５）。
【００４０】
ステップ５５では、既に光量平衡処理が行われたか否かを光量平衡フラグのオンオフにより確認し、光量平衡フラグがオフの場合は光量平衡処理を行う（ステップ５６）。光量平衡処理では、スイッチ１６をオンして発光素子３を発光させ、スイッチ１５をオンして光路切替え器５を駆動させて、発光素子３で発光した光４を外部光路と内部光路に切り替える。そして、光量平衡用アッテネータ１９をモータ２２により駆動して、外部光路からの受光光量を内部光路からの受光光量と等しくする。
【００４１】
以上の光量平衡処理が完了すると、ＣＰＵ１３内の光量平衡フラグをオンとし（ステップ５７）、待機モードに移行する（ステップ５４）。待機モードは、ステップ５２からステップ５５、５８、５９、５４のループを繰返し、その間演算部内のタイマーにより一定時間の経過が計測される。この待機モードでは、スイッチ１６及びスイッチ１５がオフされ、アッテネータ駆動用モータ２２の駆動信号３９が禁止され、光量平衡処理は行われない。従って、装置の消費電力が大幅に低下し、バッテリー２１の消耗を防ぐことができる。
【００４２】
また、演算部内のＣＰＵ１３は、待機モードにおいて、光波測距装置の測距処理を開始させる測距ボタン２４のオンオフを監視しており（ステップ５８）、測距ボタン２４がオンされると、測距処理（ステップ６３からステップ６６）が開始される。
【００４３】
ステップ５８で、測距ボタン２４がオンされなければ、ＣＰＵ１３は、測距ボタン２４がオンされない状態で一定時間の経過を監視する（ステップ５９）。そして、まだ一定時間が経過していない場合は、ＣＰＵ１３は、待機モード（ステップ５４）を継続する。一方、測距ボタン２４がオンされない状態で一定時間が経過すると、外部光量取得処理（ステップ６０）に移行する。
【００４４】
外部光量取得処理で新たに外部光路の光量値を取得し、前回の光量平衡時に得られた光量値と比較（ステップ６１）を行い、一定量以上の差があって光量平衡状態が維持されない場合は、ＣＰＵ１３内の光量平衡フラグをオフにし（ステップ６２）、スタート状態へ移行する。そして、その後光量平衡処理（ステップ５６）が実行される。一方、光量値の差が一定量以内であって光量平衡状態が維持される場合は、再度待機モード（ステップ５４）に移行する。従って、光量平衡状態が維持される場合は、単に発光素子３を駆動させるだけであり、光路切替え器５やアッテネータ１９を駆動させる必要がないので、そこでの電力消費はわずかである。
【００４５】
このように測距ボタン２４がオフの状態では、光量平衡処理は、一定時間の経過毎であって且つ光量平衡状態でなくなった場合に行われるのみである。従って、光波測距装置で多くの電力を消費する発光素子３、光路切替え器５の駆動モータ及び光量平衡用アッテネータ１９の駆動モータ２２が、間欠的に動作するのみであり、装置全体の消費電力が低減しバッテリーの消耗を防ぐことができる。
【００４６】
一方、一定時間経過毎に外部光量値を取得し、一定量以上の変化が生じた場合は、光量平衡処理を行うので、常に光量平衡状態又はそれに近い状態に維持することができ、測距動作を行う前に再度光量平衡を行う場合でも、アッテネータ１９の駆動距離が少なく光量平衡処理にかかる時間を短縮でき、迅速に測距作業に移ることができる。
【００４７】
ステップ５８で測距ボタン２４がオンされた場合は、測距処理が開始される。測距処理では、まず、外部光量取得処理（ステップ６３）が行われる。既に、光量平衡処理（ステップ５６）により外部光路の光量と内部光路の光量とは同等レベルに調整されているが、測距に先立ち、再度外部光路の光量を取得して、光量平衡を確認する。
【００４８】
再度取得した外部光量と、既に取得してある内部光量の光量を比較し（ステップ６４）、それぞれの光量値が同じであれば、直ちに測距動作（ステップ６６）に移行する。もし、外部光路の光量と内部光路の光量とが異なっていれば、再度光量平衡処理（ステップ６５）を行い、その後測距動作（ステップ６６）に移行する。測距終了後は、スタート状態に戻り、電源スイッチ２３がオフされなければ、待機モード（ステップ５４）となり、電力消費を低減する。
【００４９】
尚、ステップ６１及び６４の光量値比較は、新たに取得した外部光路の光量が、光量平衡状態を維持できる範囲内に入っているか否かを確認するものである。従って、新たに取得した外部光路の光量を、既に取得してある内部光路の光量と比較してもよいし、又は、前回取得した外部光路の光量と比較してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明による光波測距装置を使用することにより、バッテリー使用時間が延長され、測量作業の効率化を図ることができる。
【００５１】
また、待機モードでは、光波測距装置内で多くの電力を消費する部分が停止状態となるため、バッテリー使用時間を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による光波測距装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態による光波測距装置の処理フローチャート図である。
【符号の説明】
１    温度補償付き基準発振器
２    発光素子駆動回路
３    発光素子
５    光路切替え器
１０  受光素子
１１  ＡＭＰ
１２  ＡＧＣ
１３  演算部
１４  ＰＬＬ
１９  光量平衡用アッテネータ
２０  電源手段
２１  バッテリー
２２  光量平衡用アッテネータ駆動用モータ
２５  制御器
【図１】
0003826504.tif 000002
【図２】
0003826504.tif 000003