特開 2023-13818 光波距離計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023013818

(43)【公開日】2023-01-26

(54)【発明の名称】光波距離計

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/10 20200101AFI20230119BHJP

   G01S 7/483 20060101ALI20230119BHJP

【ＦＩ】

G01S17/10

G01S7/483

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021118252

(22)【出願日】2021-07-16

(71)【出願人】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100098796

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 全

(74)【代理人】

【識別番号】100121647

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 和孝

(74)【代理人】

【識別番号】100187377

【弁理士】

【氏名又は名称】芳野 理之

(72)【発明者】

【氏名】松本 昌絵

(72)【発明者】

【氏名】東海林 直樹

(72)【発明者】

【氏名】阿部 淳

【テーマコード（参考）】

5J084

【Ｆターム（参考）】

5J084AA05

5J084AD02

5J084BA04

5J084BA36

5J084CA03

5J084CA10

5J084CA24

5J084CA33

5J084CA48

5J084CA49

5J084DA01

5J084DA08

5J084EA01

(57)【要約】

【課題】測定距離値の誤差の除去率を向上させることができる光波距離計を提供すること。
【解決手段】光波距離計は、測距光射出部と、受光信号を発する受光信号発生部と、測定対象物までの距離を演算する制御演算部と、を備える。受光信号は、第１測距光に対応する第１断続受光信号４１１と、第２測距光に対応する第２断続受光信号４１２と、第３測距光に対応する第３断続受光信号４１３と、第４測距光に対応する第４断続受光信号４１４と、を含む。制御演算部は、第１～４断続受光信号の少なくともいずれかの位相を２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２だけシフトさせたシフト信号４１３ｂ、４１４ｂを取得し、第１周波数同士および第２周波数同士の少なくともいずれかにおいて、シフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相と、断続受光信号４１１ａ、４１２ａの位相と、を比較するエラー判定制御を実行する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子を有し、前記発光素子を駆動して測距光を射出する測距光射出部と、
測定対象物からの反射光を受光し、受光信号を発する受光素子を有する受光信号発生部と、
前記受光信号に基づき前記測定対象物までの距離を演算する制御演算部と、
を備え、
前記測距光射出部は、
所定の基準周波数の連続信号である基準周波数信号を発する基準信号発生器と、
前記基準周波数信号により第１周波数で変調された第１変調信号と前記第１周波数に近接する第２周波数で変調された第２変調信号とを生成するとともに前記第１変調信号をパルス化した第１パルス変調信号と前記第２変調信号をパルス化した第２パルス変調信号とを生成する分周器と、
前記第１パルス変調信号を２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第３パルス変調信号と前記第２パルス変調信号を２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第４パルス変調信号とを発生する位相シフト器と、
前記第１パルス変調信号、前記第２パルス変調信号、前記第３パルス変調信号、および前記第４パルス変調信号に基づいて前記発光素子を駆動し、前記第１パルス変調信号に基づいた第１測距光、前記第２パルス変調信号に基づいた第２測距光、前記第３パルス変調信号に基づいた第３測距光、および前記第４パルス変調信号に基づいた第４測距光を時分割により交互に発光させる発光駆動部と、
を有し、
前記受光信号は、
前記第１測距光に対応する第１断続受光信号と、
前記第２測距光に対応する第２断続受光信号と、
前記第３測距光に対応する第３断続受光信号と、
前記第４測距光に対応する第４断続受光信号と、
を含み、
前記制御演算部は、前記第１～４断続受光信号の少なくともいずれかの位相を前記２π・ｎ－π／２または前記２π・ｎ＋π／２だけシフトさせたシフト信号を取得し、前記第１周波数同士および前記第２周波数同士の少なくともいずれかにおいて、前記シフト信号の位相と、前記断続受光信号の位相と、を比較するエラー判定制御を実行することを特徴とする光波距離計。

【請求項2】

前記制御演算部は、前記シフト信号を取得する前記断続受光信号のうち信号幅の中央部分を周波数解析して求めた前記シフト信号の位相と、前記断続受光信号のうち前記信号幅の前記中央部分を周波数解析して求めた前記断続受光信号の位相と、を比較する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】

前記制御演算部は、前記シフト信号の位相と、前記断続受光信号の位相と、の間の位相差が所定閾値以上である場合に、前記断続受光信号を除去する制御を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の光波距離計。

【請求項4】

前記制御演算部は、前記測定対象物までの距離に応じて前記所定閾値を設定することを特徴する請求項３に記載の光波距離計。

【請求項5】

前記制御演算部は、前記第１断続受光信号と前記第３断続受光信号との中心位置と、前記第２断続受光信号と前記第４断続受光信号との中心位置と、を合致させる制御を実行することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光波距離計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基準信号に対して所望の位相差を有する信号を作成する光波距離計に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の近接周波数をパルス化した断続変調信号を近接周波数毎に切り替えて発光素子を発光させ、測定対象物からの反射測距光を受光素子で受光する光波距離計が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）。

【0003】

例えば特許文献１に開示された光波距離計は、複数の近接周波数に対応する断続受光信号の位相を求めて精密測定距離値を演算し、各断続受光信号の位相差から粗測定距離値を演算し、粗測定距離値と精密測定距離値とを合わせることにより距離を測定する。

【0004】

しかし、測定対象物が段差を有していたり傾斜を有していたりする場合には、特許文献１～３に記載された光波距離計は、測定距離値に誤差を生ずることがあり、測定距離値の誤差を完全には除去できないことがある。この点において、特許文献１～３に記載された光波距離計には、改善の余地がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６４１０２５８号公報

【特許文献2】特許第６８４１７２６号公報

【特許文献3】特開２０１８－１６９３７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、測定距離値の誤差の除去率を向上させることができる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】

【0007】

前記課題は、発光素子を有し、前記発光素子を駆動して測距光を射出する測距光射出部と、測定対象物からの反射光を受光し、受光信号を発する受光素子を有する受光信号発生部と、前記受光信号に基づき前記測定対象物までの距離を演算する制御演算部と、を備え、前記測距光射出部は、所定の基準周波数の連続信号である基準周波数信号を発する基準信号発生器と、前記基準周波数信号により第１周波数で変調された第１変調信号と前記第１周波数に近接する第２周波数で変調された第２変調信号とを生成するとともに前記第１変調信号をパルス化した第１パルス変調信号と前記第２変調信号をパルス化した第２パルス変調信号とを生成する分周器と、前記第１パルス変調信号を２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第３パルス変調信号と前記第２パルス変調信号を２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第４パルス変調信号とを発生する位相シフト器と、前記第１パルス変調信号、前記第２パルス変調信号、前記第３パルス変調信号、および前記第４パルス変調信号に基づいて前記発光素子を駆動し、前記第１パルス変調信号に基づいた第１測距光、前記第２パルス変調信号に基づいた第２測距光、前記第３パルス変調信号に基づいた第３測距光、および前記第４パルス変調信号に基づいた第４測距光を時分割により交互に発光させる発光駆動部と、を有し、前記受光信号は、前記第１測距光に対応する第１断続受光信号と、前記第２測距光に対応する第２断続受光信号と、前記第３測距光に対応する第３断続受光信号と、前記第４測距光に対応する第４断続受光信号と、を含み、前記制御演算部は、前記第１～４断続受光信号の少なくともいずれかの位相を前記２π・ｎ－π／２または前記２π・ｎ＋π／２だけシフトさせたシフト信号を取得し、前記第１周波数同士および前記第２周波数同士の少なくともいずれかにおいて、前記シフト信号の位相と、前記断続受光信号の位相と、を比較するエラー判定制御を実行することを特徴とする本発明に係る光波距離計により解決される。

【0008】

本発明に係る光波距離計によれば、制御演算部は、第１パルス変調信号により発光された第１測距光に対応する第１断続受光信号と、第２パルス変調信号により発光された第２測距光に対応する第２断続受光信号と、２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第３パルス変調信号により発光された第３測距光に対応する第３断続受光信号と、２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第４パルス変調信号により発光された第４測距光に対応する第４断続受光信号と、の少なくともいずれかの位相を２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２だけシフトさせたシフト信号を取得する。これにより、測定対象物が段差を有していない場合には、取得データの位相に時系列的な変化が生じないため、シフト信号の位相は、互いに同じ周波数で変調された断続受光信号の位相に合致する。そこで、制御演算部は、シフト信号の位相と、互いに同じ周波数で変調された断続受光信号の位相と、を比較するエラー判定制御を実行する。このように、本発明に係る光波距離計は、時系列的に離れた位相のデータをエラー判定に利用することで、エラー判定の精度を向上させ、測定距離値の誤差の除去率を向上させることができる。

【0009】

本発明に係る光波距離計において、好ましくは、前記制御演算部は、前記シフト信号を取得する前記断続受光信号のうち信号幅の中央部分を周波数解析して求めた前記シフト信号の位相と、前記断続受光信号のうち前記信号幅の前記中央部分を周波数解析して求めた前記断続受光信号の位相と、を比較することを特徴とする。

【0010】

本発明に係る光波距離計によれば、制御演算部は、比較的な綺麗な安定領域のシフトの位相と、比較的な綺麗な安定領域の断続受光信号の位相と、を比較することができる。これにより、本発明に係る光波距離計は、エラー判定の精度をより一層向上させ、測定距離値の誤差の除去率をより一層向上させることができる。

【0011】

本発明に係る光波距離計において、好ましくは、前記制御演算部は、前記シフト信号の位相と、前記断続受光信号の位相と、の間の位相差が所定閾値以上である場合に、前記断続受光信号を除去する制御を実行することを特徴とする。

【0012】

本発明に係る光波距離計によれば、制御演算部は、シフト信号の位相と、断続受光信号の位相と、の間の位相差が所定閾値以上である場合に、断続受光信号を除去する。そのため、本発明に係る光波距離計は、シフト信号の位相と、断続受光信号の位相と、の間の位相差が所定閾値未満の有効な受光信号を利用しつつ、シフト信号の位相と、断続受光信号の位相と、の間の位相差が所定閾値以上の受光信号を除去して、測定距離値の誤差の除去をより適格に実行することができる。

【0013】

本発明に係る制御演算部において、好ましくは、前記制御演算部は、前記測定対象物までの距離に応じて前記所定閾値を設定することを特徴する。

【0014】

本発明に係る光波距離計によれば、制御演算部は、測定対象物までの距離に応じて設定した所定閾値を用いて、シフト信号の位相と、断続受光信号の位相と、の間の位相差が所定閾値未満の有効な受光信号を利用しつつ、シフト信号の位相と、断続受光信号の位相と、の間の位相差が所定閾値以上の受光信号を除去する。これにより、本発明に係る光波距離計は、測定距離値の誤差の除去をより適格に実行することができる。

【0015】

本発明に係る制御演算部において、好ましくは、前記制御演算部は、前記第１断続受光信号と前記第３断続受光信号との中心位置と、前記第２断続受光信号と前記第４断続受光信号との中心位置と、を合致させる制御を実行することを特徴とする。

【0016】

本発明に係る制御演算部によれば、第１断続受光信号と第３断続受光信号との中心位置が、第２断続受光信号と第４断続受光信号との中心位置に合致するため、本発明に係る光波距離計は、取得データに誤差が生ずることを抑えることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、測定距離値の誤差の除去率を向上させることができる光波距離計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係る光波距離計の概略構成を示すブロック図である。

【図2】本実施形態のパルス変調信号および断続受光信号を示す説明図である。

【図3】測定対象物が段差を有する場合を例示する模式図である。

【図4】本実施形態の受光信号の一例を示す模式図である。

【図5】本実施形態の制御演算部が実行するエラー判定制御を説明する模式図である。

【図6】測定対象物が傾斜を有する場合を例示する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0020】

図１は、本発明の実施形態に係る光波距離計の概略構成を示すブロック図である。
図２は、本実施形態のパルス変調信号および断続受光信号を示す説明図である。

【0021】

近年、光波距離計において、受光光量を確保する為、光強度を増大させ、また発光負荷率が所定値以下となる様に、断続的に発光（バースト発光）させるバースト発光方式が採用されている。以下に説明するように、本実施形態に係る光波距離計２０は、バースト発光方式を採用した光波距離計である。

【0022】

本実施形態に係る光波距離計２０において、基準信号発生器４０は、所定の基準周波数ｆｃの基準周波数信号ｓ１を発する。尚、以下に示される数値は、測定距離、測定精度に応じて適宜変更が可能である。例えば、以下の説明では１２０ＭＨｚを基準周波数ｆｃとしている。

【0023】

基準信号発生器４０から発せられた基準周波数信号ｓ１は、第１分周器４２ａおよび第２分周器４２ｂのそれぞれによって基準周波数ｆｃが１／ｎに分周され、周波数ｆの分周波信号が生成される。周波数ｆはｆｃ／ｎであり、第１分周器４２ａおよび第２分周器４２ｂのそれぞれが１２０ＭＨｚの基準周波数ｆｃを１／１６に分周する分周器である場合、周波数ｆは７．５ＭＨｚとなる。

【0024】

第１分周器４２ａは、分周波信号と基準周波数信号ｓ１とによりｆｃ－ｆ［Ｈｚ］（本実施形態では、１２０－７．５ＭＨｚ）で変調された第１変調信号を生成する。また、第１分周器４２ａは、連続信号である第１変調信号をパルス化し、所定時間間隔毎に発せられる断続信号である第１パルス変調信号ｓ２に変換する。従って、第１パルス変調信号ｓ２のパルスには、ｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の周波が含まれている。例えば、第１パルス変調信号ｓ２は、第１変調信号がパルス化される位置に基づいて、ｃｏｓの波形を有する信号になる。そして、第１分周器４２ａは、第１パルス変調信号ｓ２を発光素子駆動回路３２および第１位相シフト器４３ａに出力する。本実施形態のｆｃ－ｆ［Ｈｚ］（１２０－７．５ＭＨｚ）は、本発明の「第１周波数」の一例である。

【0025】

第２分周器４２ｂは、分周波信号と基準周波数信号ｓ１とによりｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］（本実施形態では、１２０＋７．５ＭＨｚ）で変調された第２変調信号を生成する。また、第２分周器４２ｂは、連続信号である第２変調信号をパルス化し、所定時間間隔毎に発せられる断続信号である第２パルス変調信号ｓ３に変換する。従って、第２パルス変調信号ｓ３のパルスには、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）の周波が含まれている。例えば、第２パルス変調信号ｓ３は、第２変調信号がパルス化される位置に基づいて、ｃｏｓの波形を有する信号になる。そして、第２分周器４２ｂは、第２パルス変調信号ｓ３を発光素子駆動回路３２および第２位相シフト器４３ｂに出力する。本実施形態のｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］（１２０＋７．５ＭＨｚ）は、本発明の「第２周波数」の一例である。

【0026】

このように、第１分周器４２ａと第２分周器４２ｂとによって、周波数の近接した２つの変調信号、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］及びｆｃ－ｆ［Ｈｚ］が生成されるとともに、変調信号をパルス化したパルス変調信号が生成される。

【0027】

第１位相シフト器４３ａは、第１パルス変調信号ｓ２と、設定された位相差と、に基づいて位相差に相当するシフト時間を演算し、設定されたシフト方向に、設定されたシフト時間だけ第１パルス変調信号ｓ２をシフトさせた第３パルス変調信号ｓ４を発生し、発光素子駆動回路３２に出力する。本実施形態では、第１位相シフト器４３ａは、－π／２（－９０°）位相に相当する時間だけ第１パルス変調信号ｓ２をシフトさせた第３パルス変調信号ｓ４を発生し、発光素子駆動回路３２に出力する。第３パルス変調信号ｓ４には、第１パルス変調信号ｓ２と同様に、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］（本実施形態では、１２０－７．５ＭＨｚ）の周波が含まれている。第３パルス変調信号ｓ４は、第１パルス変調信号ｓ２を－π／２（－９０°）位相に相当する時間だけシフトさせた信号であるため、例えば、第３パルス変調信号ｓ４がパルス化される位置に基づいて、ｓｉｎの波形を有する信号になる。

【0028】

第２位相シフト器４３ｂは、第２パルス変調信号ｓ３と、設定された位相差と、に基づいて位相差に相当するシフト時間を演算し、設定されたシフト方向に、設定されたシフト時間だけ第２パルス変調信号ｓ３をシフトさせた第４パルス変調信号ｓ５を発生し、発光素子駆動回路３２に出力する。本実施形態では、第２位相シフト器４３ｂは、π／２（９０°）位相に相当する時間だけ第２パルス変調信号ｓ３をシフトさせた第４パルス変調信号ｓ５を発生し、発光素子駆動回路３２に出力する。第４パルス変調信号ｓ５には、第２パルス変調信号ｓ３と同様に、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］（本実施形態では、１２０＋７．５ＭＨｚ）の周波が含まれている。第４パルス変調信号ｓ５は、第２パルス変調信号ｓ３をπ／２（９０°）位相に相当する時間だけシフトさせた信号であるため、例えば、第４パルス変調信号ｓ５がパルス化される位置に基づいて、－ｓｉｎの波形を有する信号になる。

【0029】

なお、第１位相シフト器４３ａおよび第２位相シフト器４３ｂのそれぞれがシフトさせるシフト時間は、±π／２（±９０°）位相に相当する時間だけに限定されるわけではなく、以下の式で表される位相に相当する時間であってもよい。
式：２π・ｎ＋ｋ・２π／ａ（ｎ＝自然数、ｋ＝１，２，・・・，ａ、ａ＝定数）

【0030】

例えば、第１位相シフト器４３ａは、第１パルス変調信号ｓ２を２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第３パルス変調信号ｓ４を発生する。また、例えば、第２位相シフト器４３ｂは、第２パルス変調信号ｓ３を２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第４パルス変調信号ｓ５を発生する。以下の説明では、第１位相シフト器４３ａが第１パルス変調信号ｓ２を－π／２（－９０°）位相に相当する時間だけシフトさせた第３パルス変調信号ｓ４を発生し、第２位相シフト器４３ｂが第２パルス変調信号ｓ３をπ／２（９０°）位相に相当する時間だけシフトさせた第４パルス変調信号ｓ５を発生する場合を例に挙げる。

【0031】

そして、発光素子駆動回路３２は、第１パルス変調信号ｓ２と、第２パルス変調信号ｓ３と、第３パルス変調信号ｓ４と、第４パルス変調信号ｓ５と、を含む発光駆動信号により、発光素子２１をバースト発光（断続発光）させる。すなわち、発光素子駆動回路３６は、１２０－７．５ＭＨｚで変調された第１変調信号に基づいて生成された第１パルス変調信号ｓ２と、１２０＋７．５ＭＨｚで変調された第２変調信号に基づいて生成された第２パルス変調信号ｓ３と、１２０－７．５ＭＨｚで変調され－９０°位相分の時間がシフトされた第３パルス変調信号ｓ４と、１２０＋７．５ＭＨｚで変調され９０°位相分の時間がシフトされた第４パルス変調信号ｓ５と、を含む発光駆動信号により、発光素子２１を駆動する。本実施形態の発光素子駆動回路３２は、本発明の「発光駆動部」の一例である。

【0032】

発光素子２１（例えば、レーザダイオード：ＬＤ）は、発光素子駆動回路３２によって駆動され、所定周波数に強度変調されたレーザ光線を射出する。レーザ光線は、ハーフミラー（図示せず）によって測距光２３ａ、２３ｂと内部参照光とに分割される。ハーフミラーを透過した測距光２３ａ、２３ｂは、対物レンズ（図示せず）を通して測定対象物（図示せず）に照射される。測定対象物で反射された反射測距光２３ａ’、２３ｂ’は、対物レンズ、ハーフミラーを通して受光素子２７により受光される。なお、受光素子２７としては、フォトダイオード、例えば、アバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。

【0033】

発光素子２１、発光素子駆動回路３２等は、本発明の「測距光射出部」を構成する。受光素子２７、受光回路３３等は、本発明の「受光信号発生部」を構成する。

【0034】

例えば、図２（Ａ）に表したように、バースト発光の周期（バースト周期）は、１０μｓ（１００ｋＨｚ）である。また、バースト発光時間は、２６６ｎｓである。

【0035】

さらに、発光素子駆動回路３２は、１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ（ｃｏｓ成分）の第１パルス変調信号ｓ２と、１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ（ｃｏｓ成分）の第２パルス変調信号ｓ３と、－９０゜位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ（ｓｉｎ成分）の第３パルス変調信号ｓ４と、９０゜位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ（ｓｉｎ成分）の第４パルス変調信号ｓ５と、に基づいた発光を時分割により交互に行う（図２（Ａ）参照）。

【0036】

図２（Ａ）に示す１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚの第１パルス変調信号ｓ２および１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚの第２パルス変調信号ｓ３に対し、遅れて発せられる１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚの第３パルス変調信号ｓ４および１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚの第４パルス変調信号ｓ５は、それぞれ－９０°位相分および９０゜位相分の時間がシフトされた変調信号となっている。

【0037】

従って、発光素子２１からは、１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚおよび－９０゜位相分の時間がシフトされ１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚで変調された測距光２３ａ、さらに１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚおよび９０゜位相分の時間がシフトされ１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚで変調された測距光２３ｂが、時分割により交互にバースト発光周期（１０μｓ）でバースト発光される。

【0038】

前述したように、発光素子２１から射出されたレーザ光線は、ハーフミラー（図示せず）によって測距光２３ａ、２３ｂと内部参照光とに分割される。測距光２３ａ、２３ｂに対する信号処理と内部参照光に対する信号処理とは、同一である。そのため、以下では測距光２３ａ、２３ｂについて説明する。

【0039】

図１に表したように、反射測距光２３ａ’，２３ｂ’が、受光素子２７に入射する。図２（Ｂ）に表したように、受光素子２７からは、断続受光信号４１ａ，４１ｂが交互に発せられる。断続受光信号４１ａ，４１ｂは、測距光２３ａ，２３ｂに対応している。

【0040】

つまり、反射測距光２３ａ’は、ｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の第１パルス変調信号ｓ２および第３パルス変調信号ｓ４に基づいたパルス変調光である。従って、受光素子２７から発せられる受光信号は、パルス出力となると共にパルス内部は、ｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の周波数を有する断続受光信号４１ａとなる。また、反射測距光２３ｂ’は、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）の第２パルス変調信号ｓ３および第４パルス変調信号ｓ５に基づいたパルス変調光である。従って、受光素子２７から発せられる受光信号は、パルス出力となると共にパルス内部は、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）の周波数を有する断続受光信号４１ｂとなる。

【0041】

断続受光信号４１ａは、２６６ｎｓの信号幅と、１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚと－π／２（－９０゜）位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚとを含む受光信号となっている。同様に、断続受光信号４１ｂは、２６６ｎｓの信号幅と、１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚとπ／２（９０°）位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚとを含む受光信号となっている。

【0042】

前述したように、発光素子２１の発光周期は、１０μｓ（１００ｋＨｚ）となっている。従って、断続受光信号４１ａ，４１ｂの発生周期（発生間隔）は、１０μｓとなっている。なお、発光間隔は、測距光が測定対象物に対して往復する時間より充分長く設定され、要求される最大測距距離に対応させ、適宜設定される。

【0043】

断続受光信号４１ａ，４１ｂは、増幅器４９で増幅され、ミキシング回路４６において１２０ＭＨｚの基準周波数信号とミキシングされ、＋７．５ＭＨｚと－７．５ＭＨｚとの断続変調信号になる。±７．５ＭＨｚの断続変調信号は、増幅器４４で増幅され、受光回路３３に出力される。

【0044】

±７．５ＭＨｚの断続変調信号の内、±９０゜位相分の時間がシフトされた断続変調信号については、受光回路３３によって、時間的に±９０゜だけ遅れている断続受光信号を±９０゜の時間だけ進める信号処理（復元処理）が行われる。また、±７．５ＭＨｚの断続変調信号は、受光回路３３で、Ａ／Ｄ変換される等、所要の信号処理が行われ、制御演算部３７に入力される。±９０゜位相分の時間がシフトされた±７．５ＭＨｚの断続変調信号について、復元処理が実行されることで、±７．５ＭＨｚと位相の異なる±７．５ＭＨｚとが時間遅れなしで入力される。

【0045】

制御演算部３７は、記憶部３８に格納された各種プログラムを実行し、距離測定に必要な所要の演算を実行する。また、制御演算部３７は、発光素子駆動回路３２を制御し、発光素子駆動回路３２を介して発光素子２１の発光状態を制御する。また、制御演算部３７は、受光素子２７に入射する反射測距光２３ａ’、２３ｂ’と内部参照光との切替えを行う。

【0046】

さらに、制御演算部３７は、受光信号から内部参照光と反射測距光２３ａ’２３ｂ’との位相差（受光時間差）を求めて距離を演算する。また、制御演算部３７は、内部参照光と反射測距光２３ａ’、２３ｂ’との位相差を求めることで、受光回路３３のドリフト等回路上の不安定要素を除去する。本実施形態の制御演算部３７の動作の詳細については、後述する。

【0047】

記憶部３８には、測定に必要な演算の為の各種プログラムが格納されている。例えば、受光素子２７から出力される信号を増幅、Ａ／Ｄ変換する等の信号処理を実行する為の信号処理プログラム、バースト信号に対して離散フーリエ変換（ＤＦＴ：ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実行する為の演算プログラム、ＤＦＴの結果を位相と振幅とに変換するプログラム、ＤＦＴを実行することで得られた１次周波数、２次周波数、・・・の位相と振幅とを抽出する為の演算プログラム等が格納されている。また、記憶部３８には、測距結果、演算結果等の各種データが格納される。

【0048】

主制御部３９は、光波距離計２０の測距作動を制御すると共に制御演算部３７の演算処理を制御する。主制御部３９と制御演算部３７とは、互いに統合された制御部であってもよい。

【0049】

なお、受光素子２７には、１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚと９０゜位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚとを含む内部参照光、および１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚと－９０゜位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚとを含む内部参照光が、時分割で入射する。内部参照光が入射した受光素子２７から発せられる受光信号も、測距光２３ａ、２３ｂと同様の処理が実行される。

【0050】

内部参照光については、光路長は一定している。そのため、受光回路３３等の回路が安定した状態では、発光駆動信号の発生タイミングと、受光回路３３が内部参照光を受光し、発する受光信号の発生タイミングと、は固定される。従って、受光回路３３等の回路が安定した状態では、受光回路３３が内部参照光を受光し、発する断続受光信号の発生タイミングと、発光駆動信号の発生タイミングと、の関係も固定される。そのため、受光回路３３が発する内部参照光の受光信号は、発光駆動信号に基づく信号となる。

【0051】

而して、発光素子駆動回路３２が発する発光駆動信号を参照用の信号として使用してもよい。

【0052】

次に、本実施形態の制御演算部３７の動作を、図面を参照して説明する。
図３は、測定対象物が段差を有する場合を例示する模式図である。
図４は、本実施形態の受光信号の一例を示す模式図である。
図５は、本実施形態の制御演算部が実行するエラー判定制御を説明する模式図である。

【0053】

測定対象物７０が段差を有する場合の制御演算部３７の動作例について、図３～図５を参照して説明する。
以下の説明では、説明の便宜上、１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ（ｃｏｓ成分）の第１パルス変調信号ｓ２に基づいて発光素子２１から発光された測距光２３ａを「第１測距光２３１」と称する。１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ（ｃｏｓ成分）の第２パルス変調信号ｓ３に基づいて発光素子２１から発光された測距光２３ｂを「第２測距光２３２」と称する。－９０゜位相分の時間がシフトされた１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ（ｓｉｎ成分）の第３パルス変調信号ｓ４に基づいて発光素子２１から発光された測距光２３ａを「第３測距光２３３」と称する。９０゜位相分の時間がシフトされた変調信号１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ（ｓｉｎ成分）の第４パルス変調信号ｓ５に基づいて発光素子２１から発光された測距光２３ｂを「第４測距光２３４」と称する。

【0054】

図２（Ａ）に関して前述した通り、第１測距光２３１、第２測距光２３２、第３測距光２３３および第４測距光２３４は、発光素子２１からこの順に交互に発光される。第４測距光２３４が発光された後では、再び、第１測距光２３１、第２測距光２３２、第３測距光２３３および第４測距光２３４が、発光素子２１からこの順に交互に発光される。そのため、図３に表した第１測距光２３５は、第１測距光２３１に相当する。図３に示した例では、光波距離計２０は、測定対象物７０に対して左から右へ向かって測距光を走査している。

【0055】

また、以下の説明では、第１測距光２３１に対応する受光信号を「第１断続受光信号４１１」と称する。第２測距光２３２に対応する受光信号を「第２断続受光信号４１２」と称する。第３測距光２３３に対応する受光信号を「第３断続受光信号４１３」と称する。第４測距光２３４に対応する受光信号を「第４断続受光信号４１４」と称する。各受光信号が各測距光に対応しているため、図４に示した通り、第１断続受光信号４１１、第２断続受光信号４１２、第３断続受光信号４１３および第４断続受光信号４１４は、受光素子２７からこの順に交互に発せられる。なお、第１測距光２３５が第１測距光２３１に相当するため、第１測距光２３５に対応する第１断続受光信号４１５は、第１断続受光信号４１１に相当する。

【0056】

ここで、図４に示したように、本実施形態の制御演算部３７は、第１断続受光信号４１１のうち信号幅（本実施形態では２６６ｎｓ）の中央部分の受光信号から比較信号４１１ａを取得する。同様に、制御演算部３７は、第２断続受光信号４１２のうち信号幅の中央部分の受光信号から比較信号４１２ａを取得する。制御演算部３７は、第３断続受光信号４１３のうち信号幅の中央部分の受光信号から比較信号４１３ａを取得する。制御演算部３７は、第４断続受光信号４１４のうち信号幅の中央部分の受光信号から比較信号４１４ａを取得する。

【0057】

また、本実施形態の制御演算部３７は、第１～４断続受光信号４１１、４１２、４１３、４１４の少なくともいずれかの位相を－π／２またはπ／２だけシフトさせたシフト信号を取得する。図５に示した例では、制御演算部３７は、第３断続受光信号４１３のうち信号幅の中央部分の受光信号から、比較信号４１３ａに対して位相をπ／２（９０°）だけシフトさせたシフト信号４１３ｂを取得する。同様に、制御演算部３７は、第４断続受光信号４１４のうち信号幅の中央部分の受光信号から、比較信号４１４ａに対して位相を－π／２（－９０°）だけシフトさせたシフト信号４１４ｂを取得する。

【0058】

そして、制御演算部３７は、互いに同じ１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚで変調されたシフト信号４１３ｂの位相と比較信号４１１ａの位相とを比較するエラー判定制御を実行する。具体的には、制御演算部３７は、互いに同じ周波数１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚにおいて、第３断続受光信号４１３のうち信号幅の中央部分（すなわち安定領域）を周波数解析して求めたシフト信号４１３ｂの位相と、第１断続受光信号４１１のうち信号幅の中央部分（すなわち安定領域）を周波数解析して求めた比較信号４１１ａの位相と、を比較するエラー判定制御を実行する。図３に示したように、測定点Ｐ１および測定点Ｐ３は、測定対象物７０のうちで互いに同一平面上に存在する。そうすると、取得データの位相に時系列的な変化が生じないため、図５に示すように、第３断続受光信号４１３のうち信号幅の中央部分（すなわち安定領域）を周波数解析して求めたシフト信号４１３ｂの位相が、第１断続受光信号４１１のうち信号幅の中央部分（すなわち安定領域）を周波数解析して求めた比較信号４１１ａの位相に合致する。

【0059】

これに対して、制御演算部３７は、互いに同じ１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚで変調されたシフト信号４１４ｂの位相と比較信号４１２ａの位相とを比較するエラー判定制御を実行する。具体的には、制御演算部３７は、互いに同じ周波数１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚにおいて、第４断続受光信号４１４のうち信号幅の中央部分（すなわち安定領域）を周波数解析して求めたシフト信号４１４ｂの位相と、第２断続受光信号４１２のうち信号幅の中央部分（すなわち安定領域）を周波数解析して求めた比較信号４１２ａの位相と、を比較するエラー判定制御を実行する。図３に示したように、測定点Ｐ２と測定点Ｐ４との間には、測定対象物７０の段差が存在する。そうすると、取得データの位相に時系列的な変化が生ずるため、図５に示すように、第４断続受光信号４１４のうち信号幅の中央部分（すなわち安定領域）を周波数解析して求めたシフト信号４１４ｂの位相が、第２断続受光信号４１２のうち信号幅の中央部分（すなわち安定領域）を周波数解析して求めた比較信号４１２ａの位相に合致しない。

【0060】

そして、制御演算部３７は、シフト信号の位相と、断続受光信号の位相と、の間の位相差が所定閾値以上である場合に、断続受光信号を除去する制御を実行する。また、制御演算部３７は、測定対象物７０までの距離に応じて所定閾値を設定する。本実施形態の制御演算部３７は、このようなエラー判定制御を逐次実行する。

【0061】

なお、制御演算部３７により取得されたシフト信号４１３ｂの位相が、比較信号４１１ａの位相に対して反転している場合がある。すなわち、制御演算部３７により取得されたシフト信号４１３ｂの位相が、比較信号４１１ａの位相に対してπ（１８０°）だけずれている場合がある。例えば、シフト信号４１３ｂが－ｃｏｓの波形であり、比較信号４１１ａがｃｏｓの波形である場合がある。この場合には、制御演算部３７は、シフト信号４１３ｂの位相および比較信号４１１ａの位相のいずれか一方を反転させ、位相を反転させたシフト信号４１３ｂおよび比較信号４１１ａのいずれか一方の位相と、位相を反転させていないシフト信号４１３ｂおよび比較信号４１１ａのいずれか他方の位相と、を比較するエラー判定制御を実行する。これにより、制御演算部３７は、前述したエラー判定制御と同様のエラー判定制御を実行できる。これは、シフト信号４１４ｂの位相と比較信号４１２ａの位相とを比較するエラー判定制御についても同様である。

【0062】

なお、図５に示した例において、制御演算部３７は、第３断続受光信号４１３からシフト信号４１３ｂを取得したが、第１断続受光信号４１１のうち信号幅の中央部分の受光信号から、比較信号４１１ａに対して位相を－π／２（－９０°）だけシフトさせたシフト信号を取得してもよい。この場合には、制御演算部３７は、そのシフト信号の位相と比較信号４１３ａの位相とを比較するエラー判定制御を実行する。また、制御演算部３７は、第４断続受光信号４１４からシフト信号４１４ｂを取得したが、第２断続受光信号４１２のうち信号幅の中央部分の受光信号から、比較信号４１２ａに対して位相をπ／２（９０°）だけシフトさせたシフト信号を取得してもよい。この場合には、制御演算部３７は、そのシフト信号の位相と比較信号４１４ａの位相とを比較するエラー判定制御を実行する。

【0063】

本実施形態に係る光波距離計２０によれば、制御演算部３７は、第１パルス変調信号ｓ２により発光された第１測距光２３１に対応する第１断続受光信号４１１と、第２パルス変調信号ｓ３により発光された第２測距光２３２に対応する第２断続受光信号４１２と、２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第３パルス変調信号ｓ４により発光された第３測距光２３３に対応する第３断続受光信号４１３と、２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２に相当する時間だけシフトさせた第４パルス変調信号ｓ５により発光された第４測距光２３４に対応する第４断続受光信号４１４と、の少なくともいずれか（本実施形態では第３、４断続受光信号４１３、４１４）の位相を２π・ｎ－π／２または２π・ｎ＋π／２だけシフトさせたシフト信号４１３ｂ、４１４ｂを取得する。これにより、測定対象物７０が段差を有していない場合には、取得データの位相に時系列的な変化が生じないため、シフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相は、互いに同じ周波数で変調された断続受光信号（本実施形態では第１、２断続受光信号４１１、４１２の比較信号４１１ａ、４１２ａ）の位相に合致する。そこで、制御演算部３７は、シフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相と、互いに同じ周波数で変調された断続受光信号（本実施形態では第１、２断続受光信号４１１、４１２の比較信号４１１ａ、４１２ａ）の位相と、を比較するエラー判定制御を実行する。このように、本実施形態に係る光波距離計２０は、時系列的に離れた位相のデータをエラー判定に利用することで、エラー判定の精度を向上させ、測定距離値の誤差の除去率を向上させることができる。

【0064】

また、制御演算部３７は、信号幅（本実施形態では２６６ｎｓ）の中央部分を周波数解析して求めたシフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相と、信号幅（本実施形態では２６６ｎｓ）の中央部分を周波数解析して求めた第１、２断続受光信号４１１、４１２の位相と、を比較する。そのため、制御演算部３７は、比較的な綺麗な安定領域のシフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相と、比較的な綺麗な安定領域の第１、２断続受光信号４１１、４１２の位相と、を比較することができる。これにより、本実施形態に係る光波距離計２０は、エラー判定の精度をより一層向上させ、測定距離値の誤差の除去率をより一層向上させることができる。

【0065】

また、制御演算部３７は、シフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相と、第１、２断続受光信号４１１、４１２の位相と、の間の位相差が所定閾値以上である場合に、断続受光信号（本実施形態では第２断続受光信号４１２および第４断続受光信号４１４）を除去する。そのため、本実施形態に係る光波距離計２０は、シフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相と、第１、２断続受光信号４１１、４１２の位相と、の間の位相差が所定閾値未満の有効な受光信号を利用しつつ、シフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相と、第１、２断続受光信号４１１、４１２の位相と、の間の位相差が所定閾値以上の受光信号を除去して、測定距離値の誤差の除去をより適格に実行することができる。

【0066】

さらに、制御演算部３７は、測定対象物７０までの距離に応じて設定した所定閾値を用いて、シフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相と、第１、２断続受光信号４１１、４１２の位相と、の間の位相差が所定閾値未満の有効な受光信号を利用しつつ、シフト信号４１３ｂ、４１４ｂの位相と、第１、２断続受光信号４１１、４１２の位相と、の間の位相差が所定閾値以上の受光信号を除去する。これにより、本実施形態に係る光波距離計２０は、測定距離値の誤差の除去をより適格に実行することができる。

【0067】

次に、本実施形態の制御演算部３７の他の動作を、図面を参照して説明する。
図６は、測定対象物が傾斜を有する場合を例示する模式図である。

【0068】

まず、発光素子２１が発光する第１測距光２３１、第２測距光２３２、第３測距光２３３および第４測距光２３４は、図３に関して前述した通りである。また、受光素子２７から発せられる第１断続受光信号４１１、第２断続受光信号４１２、第３断続受光信号４１３および第４断続受光信号４１４は、図３に関して前述した通りである。

【0069】

ここで、図６に示すように、測定対象物７０が傾斜を有する場合には、互いに同じ１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚを有する第１断続受光信号４１１と第３断続受光信号４１３との中心位置が、互いに同じ１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚを有する第２断続受光信号４１２と第４断続受光信号４１４との中心位置からずれることがある。具体的には、図６に示すずれ値Ｓ１１のように、第１断続受光信号４１１に基づいて算出された測定点Ｐ１までの距離値と、第３断続受光信号４１３に基づいて算出された測定点Ｐ３までの距離値と、の中心位置Ｃ１が、第２断続受光信号４１２に基づいて算出された測定点Ｐ２までの距離値と、第４断続受光信号４１４に基づいて算出された測定点Ｐ２までの距離値と、の中心位置Ｃ２からずれることがある。中心位置Ｃ１が中心位置Ｃ２からずれると、取得データに誤差が生ずる。

【0070】

このような場合、本実施形態の制御演算部３７は、測定対象物７０までの距離値の算出に使用するデータの選択を変え、第１測距光２３１、２３５に対応する第１断続受光信号４１１、４１５と第３測距光２３３に対応する第３断続受光信号４１３との中心位置Ｃ３と、第２測距光２３２に対応する第２断続受光信号４１２と第４測距光２３４に対応する第４断続受光信号４１４との中心位置Ｃ２と、を合致させる制御を実行する。

【0071】

例えば、制御演算部３７は、第１断続受光信号４１１と第１断続受光信号４１５との中心位置を求め、その中心位置と、第３断続受光信号４１３と、の中心位置Ｃ３を求める。そうすることにより、制御演算部３７は、第１断続受光信号４１１と第３断続受光信号４１３と第１断続受光信号４１５とに基づいた中心位置Ｃ３と、第２断続受光信号４１２と第４断続受光信号４１４との中心位置Ｃ２と、を合致させる。

【0072】

本実施形態に係る光波距離計２０によれば、第１断続受光信号４１１、４１５と第３断続受光信号４１３との中心位置Ｃ３が、第２断続受光信号４１２と第４断続受光信号４１４との中心位置Ｃ２に合致する。そのため、本実施形態に係る光波距離計２０は、取得データに誤差が生ずることを抑えることができる。

【0073】

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

【符号の説明】

【0074】

２０：光波距離計、 ２１：発光素子、 ２３ａ：測距光、 ２３ａ’：反射測距光、 ２３ｂ：測距光、 ２３ｂ’：反射測距光、 ２７：受光素子、 ３２：発光素子駆動回路、 ３３：受光回路、 ３７：制御演算部、 ３８：記憶部、 ３９：主制御部、 ４０：基準信号発生器、 ４１ａ、４１ｂ：断続受光信号、 ４２ａ：第１分周器、４２ｂ：第２分周器、 ４３ａ：第１位相シフト器、４３ｂ：第２位相シフト器、 ４４：増幅器、 ４６：ミキシング回路、 ４９：増幅器、 ７０：測定対象物、 ２３１：第１測距光、 ２３２：第２測距光、 ２３３：第３測距光、 ２３４：第４測距光、 ２３５：第１測距光、 ４１１：第１断続受光信号、 ４１１ａ：比較信号、 ４１２：第２断続受光信号、 ４１２ａ：比較信号、 ４１３：第３断続受光信号、 ４１３ａ：比較信号、 ４１３ｂ：シフト信号、 ４１４：第４断続受光信号、 ４１４ａ：比較信号、 ４１４ｂ：シフト信号、 ４１５：第１断続受光信号、 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３：中心位置、 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４：測定点、 Ｓ１１：ずれ値、 ｓ１：基準周波数信号、 ｓ２：第１パルス変調信号、 ｓ３：第２パルス変調信号、 ｓ４：第３パルス変調信号、 ｓ５：第４パルス変調信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】