特許 7330728 光波距離計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-14

(45)【発行日】2023-08-22

(54)【発明の名称】光波距離計

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/484 20060101AFI20230815BHJP

   G01S 17/10 20200101ALI20230815BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

G01S7/484

G01S17/10

G01C3/06 120Q

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019058443

(22)【出願日】2019-03-26

(65)【公開番号】P2020159824

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-03-24

(73)【特許権者】

【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】東海林 直樹

【審査官】佐藤 宙子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１６１４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３７３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７６６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０６６４８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物に測距光を照射し、前記測距光が前記測定対象物で反射した反射測距光に基づいて前記測定対象物までの距離を測定する光波距離計であって、
前記測距光を射出する発光素子と、
前記反射測距光を受光するとともに前記反射測距光に応じた受光信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力された前記受光信号のうち特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタと矩形波のパルス信号を生成するタイミング信号発生器とを有する周波数変換部と、
前記周波数変換部から出力された信号に基づいて前記測定対象物までの距離値を求める演算処理を実行する演算制御部と、
所定の周波数の信号を生成する信号発生器と、
前記タイミング信号発生器から出力された前記パルス信号の前記矩形波の波形形状を変換し、前記距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される波形変換信号を生成する波形変換部と、
前記信号発生器から出力された前記周波数の信号と前記波形変換部から出力された前記波形変換信号とに基づいて前記周波数の信号を前記距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状にパルス化したパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記パルス発生器により生成された前記パルス信号に基づいて前記発光素子を駆動し前記測距光を射出させる駆動部と、
を備えたことを特徴とする光波距離計。

【請求項2】

前記信号発生器は、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、を生成し、
前記パルス発生器は、前記信号発生器から出力された前記第１変調信号と前記波形変換部から出力された前記波形変換信号とに基づいて前記第１変調信号を前記距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状にパルス化した第１パルス変調信号を生成するとともに、前記信号発生器から出力された前記第２変調信号と前記波形変換部から出力された前記波形変換信号とに基づいて前記第２変調信号を前記距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状にパルス化した第２パルス変調信号を生成し、
前記駆動部は、前記第１パルス変調信号および前記第２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周波数で変調された第１測距光および前記第２周波数で変調された第２測距光を切り替えて射出させ、
前記受光素子は、前記測定対象物で反射された前記第１測距光に対応する第１反射測距光と、前記測定対象物で反射された前記第２測距光に対応する第２反射測距光と、を受光し、
前記周波数変換部は、前記受光素子が受光した前記第１反射測距光を周波数変換して第１差周波信号を生成し、前記受光素子が受光した前記第２反射測距光を周波数変換して前記第１差周波信号に対して前記測定対象物への距離に応じた位相差を有する第２差周波信号を生成し、
前記演算制御部は、前記第１差周波信号と前記第２差周波信号とに基づいて前記測定対象物までの距離値を求める演算処理を実行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】

前記波形変換信号の波形形状は、放物線の関数で表される波形形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光波距離計。

【請求項4】

前記波形変換信号の波形形状は、三角波の波形形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光波距離計。

【請求項5】

前記波形変換信号の波形形状は、のこぎり波の波形形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光波距離計。

【請求項6】

前記波形変換信号の波形形状は、ガウシアン関数で表される波形形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光波距離計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光波距離計に関する。

【背景技術】

【0002】

所定の周波数の信号をパルス化したパルス信号を用いて発光素子から測距光を射出させ、測距光が測定対象物で反射した反射測距光を受光素子で受光し、受光素子から出力された受光信号に基づいて測定対象物までの距離を測定する光波距離計が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、複数の近接周波数をパルス化した断続変調測距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開示されている。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。例えば特許文献１に開示された光波距離計のように、パルス信号（断続変調測距信号）を用いて測定対象物までの距離を測定する光波距離計においては、測定精度、測定可能距離（到達距離）およびスキャンレートの向上が望まれている。

【0004】

測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させる手段のひとつとして、発光素子から射出させるレーザ等の測距光の強度を増加させることが挙げられる。言い換えれば、発光素子の出力パワーを増加させることが挙げられる。しかし、発光素子から射出させるレーザ等の測距光の強度には規格により制限がある。そのため、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートの向上を目的として測距光の強度を増加させることには限界がある。このように、パルス信号を用いて測定対象物までの距離を測定する光波距離計においては、レーザ等の測距光の強度を規格の制限内に抑えつつ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることが望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－１６１４１１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、測定精度、測定可能距離およびスキャンレート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、測定対象物に測距光を照射し、前記測距光が前記測定対象物で反射した反射測距光に基づいて前記測定対象物までの距離を測定する光波距離計であって、前記測距光を射出する発光素子と、前記反射測距光を受光するとともに前記反射測距光に応じた受光信号を出力する受光素子と、前記受光素子から出力された前記受光信号のうち特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを有する周波数変換部と、前記周波数変換部から出力された信号に基づいて前記測定対象物までの距離値を求める演算処理を実行する演算制御部と、所定の周波数の信号を生成する信号発生器と、前記距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される波形変換信号を生成する波形変換部と、前記信号発生器から出力された前記周波数の信号と前記波形変換部から出力された前記波形変換信号とに基づいて前記周波数の信号を前記距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状にパルス化したパルス信号を生成するパルス発生器と、前記パルス発生器により生成された前記パルス信号に基づいて前記発光素子を駆動し前記測距光を射出させる駆動部と、を備えた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、パルス発生器は、信号発生器から出力された周波数の信号と、波形変換部から出力された波形変換信号であって距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される波形変換信号と、に基づいて所定の周波数の信号を距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状と同様の波形形状にパルス化したパルス信号を生成する。これにより、測距時（送光時）のパルス信号の波形形状が、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状と同様になる。そのため、バンドパスフィルタにより除去される周波数成分を抑えることができ、バンドパスフィルタで除去されるエネルギー損失を低減することができる。これにより、ＳＮ比（signal-noise ratio）のうちのシグナル（signal）成分を増加させることができ、結果としてＳＮ比を向上させることができる。つまり、本発明に係る光波距離計は、比較例に係る光波距離計においてバンドパスフィルタにより除去され測定には使用されない周波数成分を、距離の測定に使用される所望の周波数成分として利用することができる。そのため、測距光の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分の強度を増加させることができる。つまり、発光素子の発光効率を向上させることができる。これにより、測距光の強度を規格の制限内に抑えつつ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレート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、前記信号発生器は、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、を生成し、前記パルス発生器は、前記第１変調信号を前記距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状にパルス化した第１パルス変調信号と、前記第２変調信号を前記距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状にパルス化した第２パルス変調信号と、を生成し、前記駆動部は、前記第１パルス変調信号および前記第２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周波数で変調された第１測距光および前記第２周波数で変調された第２測距光を切り替えて射出させ、前記受光素子は、前記測定対象物で反射された前記第１測距光に対応する第１反射測距光と、前記測定対象物で反射された前記第２測距光に対応する第２反射測距光と、を受光し、前記周波数変換部は、前記受光素子が受光した前記第１反射測距光を周波数変換して第１差周波信号を生成し、前記受光素子が受光した前記第２反射測距光を周波数変換して前記第１差周波信号に対して前記測定対象物への距離に応じた位相差を有する第２差周波信号を生成し、前記演算制御部は、前記第１差周波信号と前記第２差周波信号とに基づいて前記測定対象物までの距離値を求める演算処理を実行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、第１周波数で変調された第１測距光および第２周波数で変調された第２測距光が発光素子から切り替えて射出され、測定対象物で反射された第１測距光に対応する第１反射測距光と測定対象物で反射された第２測距光に対応する第２反射測距光とが受光素子で受光される。第１反射測距光を周波数変換した第１差周波信号および第２反射測距光を周波数変換した第２差周波信号は、測定対象物への距離に応じた位相差を有するため、第１差周波信号と第２差周波信号とに基づいて測定対象物までの距離値を精度良く求めることができる。つまり、測定精度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、前記波形変換信号の波形形状は、放物線の関数で表される波形形状であ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、送光時のパルス信号の波形形状を、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状に精度良く近づけることができる。そのため、バンドパスフィルタにより除去される周波数成分を確実に抑えることができ、バンドパスフィルタで除去されるエネルギー損失を確実に低減することができる。これにより、測距光の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分の強度をより確実に増加させ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることができる。

【0013】

本発明に係る光波距離計において、好ましくは、前記波形変換信号の波形形状は、三角波の波形形状であることを特徴とする。

【0014】

本発明に係る光波距離計によれば、簡易的な構成で比較的容易に、送光時のパルス信号の波形形状を、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状に近づけることができる。そのため、簡易的な構成で比較的容易に、バンドパスフィルタにより除去される周波数成分を抑えることができ、バンドパスフィルタで除去されるエネルギー損失を低減することができる。これにより、簡易的な構成で比較的容易に、測距光の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分の強度を増加させ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることができる。

【0015】

本発明に係る光波距離計において、好ましくは、前記波形変換信号の波形形状は、のこぎり波の波形形状であることを特徴とする。

【0016】

本発明に係る光波距離計によれば、簡易的な構成で比較的容易に、送光時のパルス信号の波形形状を、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状に近づけることができる。そのため、簡易的な構成で比較的容易に、バンドパスフィルタにより除去される周波数成分を抑えることができ、バンドパスフィルタで除去されるエネルギー損失を低減することができる。これにより、簡易的な構成で比較的容易に、測距光の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分の強度を増加させ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることができる。

【0017】

本発明に係る光波距離計において、好ましくは、前記波形変換信号の波形形状は、ガウシアン関数で表される波形形状であることを特徴とする。

【0018】

本発明に係る光波距離計によれば、送光時のパルス信号の波形形状を、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状により一層精度良く近づけることができる。そのため、バンドパスフィルタにより除去される周波数成分をより一層確実に抑えることができ、バンドパスフィルタで除去されるエネルギー損失をより一層確実に低減することができる。これにより、測距光の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分の強度をより確実に増加させ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、測定精度、測定可能距離およびスキャンレート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】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る光波距離計の測距光学系を示す概略図である。

【図2】本実施形態に係る光波距離計の演算処理部を示す概略図である。

【図3】本実施形態に係る光波距離計の発光信号および受光信号を示すタイミングチャートである。

【図4】比較例に係る光波距離計の発光信号および受光信号を示すタイミングチャートである。

【図5】本実施形態のパルス変調信号を説明する模式図である。

【図6】本実施形態のローパスフィルタに入力される受光信号のフーリエ変換を行ったグラフである。

【図7】比較例のパルス変調信号を説明する模式図である。

【図8】比較例のローパスフィルタに入力される受光信号のフーリエ変換を行ったグラフである。

【図9】本実施形態のパルス変調信号の第１変形例を説明する模式図である。

【図10】本実施形態のパルス変調信号の第２変形例を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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。

【0022】

図１は、本発明の実施形態に係る光波距離計の測距光学系を示す概略図である。
図１に示すように、測距光学系１は、射出光学系２と、受光光学系３と、視準光学系４と、を備える。図１において、測定対象物５は、再帰反射体であるプリズムを示している。

【0023】

測距光学系１は、測定対象物５に向けられる測距光軸６を有する。射出光学系２は、射出光軸７を有する。受光光学系３は、受光光軸８を有する。視準光学系４は、視準光軸９を有する。
射出光軸７上には、発光素子１１と、集光レンズ１２と、ハーフミラー１３と、偏向ミラー１５、１６と、が設けられる。射出光軸７を通過する測距光は、偏向ミラー１５、１６によって偏向され、測距光軸６と合致する。発光素子１１は、例えばレーザダイオードであり、不可視光の測距光を発光する。なお、測距光は、不可視光に限定されるわけではなく、可視光であってもよい。

【0024】

測距光軸６上には、対物レンズ１７と、ダイクロイックミラー１８と、が設けられる。ダイクロイックミラー１８は、可視光を透過し、測距光を反射する。測距光軸６がダイクロイックミラー１８を透過した部分は、視準光軸９となっている。視準光軸９上には、接眼レンズ１９が設けられている。

【0025】

対物レンズ１７、ダイクロイックミラー１８、および接眼レンズ１９等は、視準光学系４を構成する。
集光レンズ１２、ハーフミラー１３、偏向ミラー１５、１６、および対物レンズ１７等は、射出光学系２を構成する。

【0026】

測距光軸６がダイクロイックミラー１８によって反射された部分は、受光光軸８となっている。受光光軸８上には、光量調整器１４と、受光素子２１が設けられている。受光素子２１としては、例えば、フォトダイオードやアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。対物レンズ１７、ダイクロイックミラー１８および光量調整器１４等は、受光光学系３を構成する。

【0027】

ハーフミラー１３の反射光軸は、内部参照光軸２３として反射鏡２２を経て受光素子２１に導かれている。ハーフミラー１３および反射鏡２２は、内部参照光学系２４を構成している。発光素子１１および受光素子２１のそれぞれは、演算処理部２７に電気的に接続されている。

【0028】

射出光軸７および内部参照光軸２３には、光路切替器２５が設けられている。光路切替器２５は、射出光軸７と内部参照光軸２３とを択一的に遮断または開放する。光路切替器２５は、ハーフミラー１３を透過した測距光が測定対象物５に向けて射出される状態と、ハーフミラー１３で反射された測距光の一部が内部参照光学系２４に向けて射出される状態と、を切り替える。

【0029】

次に、測距光学系１の作用について説明する。
発光素子１１から発せられて集光レンズ１２で平行光束とされた測距光２８は、対物レンズ１７の中心部を透過して測定対象物５に射出される。

【0030】

測定対象物５で反射された測距光は、反射測距光２８’として対物レンズ１７に入射し、対物レンズ１７で集光され、ダイクロイックミラー１８で反射され、光量調整器１４で光量調整された後に、受光素子２１に入射する。受光素子２１は、受光した反射測距光２８’に応じた断続受光信号２９を出力する。

【0031】

発光素子１１から射出された測距光２８の一部（内部参照光２８”）は、ハーフミラー１３で反射される。光路切替器２５の光路切替えにより、内部参照光軸２３が開放されると、内部参照光２８”が内部参照光学系２４を経て受光素子２１に入射する。受光素子２１は、受光した内部参照光２８”に応じた受光信号を出力する。受光素子２１が反射測距光２８’を受光した際の受光信号の処理は、受光素子２１が内部参照光２８”を受光した際の受光信号の処理と同様である。そこで、本実施形態では、反射測距光２８’の受光信号の処理を例に挙げて説明する。

【0032】

対物レンズ１７を経て入射する可視光は、ダイクロイックミラー１８を透過し、接眼レンズ１９で集光される。測量者は、接眼レンズ１９を介して入射する可視光により、測定対象物５を視準することができる。

【0033】

次に、本実施形態に係る光波距離計の演算処理部２７について説明する。
図２は、本実施形態に係る光波距離計の演算処理部を示す概略図である。
基準信号発生器３１は、所定の基準周波数ｆｃの基準周波数信号ｓ１を生成し出力する。なお、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。

【0034】

基準信号発生器３１は、基準周波数ｆｃの基準周波数信号ｓ１を生成し出力する。本実施形態の基準信号発生器３１は、本発明の「信号発生器」の一例である。基準信号発生器３１から出力された基準周波数信号ｓ１の基準周波数ｆｃは、分周器３２によって１／ｎに分周される。これにより、周波数ｆの分周波信号ｓ２が生成される。分周波信号ｓ２は、第１信号発生器３３および第２信号発生器３４に入力される。分周波信号ｓ２の周波数ｆは、ｆｃ／ｎであり、分周器３２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には７．５ＭＨｚとなる。

【0035】

第１信号発生器３３は、分周波信号ｓ２と基準周波数信号ｓ１とによりｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］で変調された第１変調信号ｓ３を生成し、第１断続パルス発生器３５に出力する。第２信号発生器３４は、分周波信号ｓ２と基準周波数信号ｓ１とによりｆｃ－ｆ［Ｈｚ］で変調された第２変調信号ｓ４を生成し、第２断続パルス発生器３６に出力する。第１信号発生器３３と、第２信号発生器３４と、によって、周波数の近接した２つの変調信号（ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］およびｆｃ－ｆ［Ｈｚ］）が生成される。

【0036】

第１断続パルス発生器３５は、連続信号である第１変調信号ｓ３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ｓ５に変換する。つまり、第１断続パルス発生器３５は、連続信号である第１変調信号ｓ３をパルス化し、断続信号である第１パルス変調信号ｓ５を生成する。
ここで、本願明細書において、「パルス化」された信号あるいは「パルス信号」には、矩形波の断続信号だけではなく、放物線の関数で表される波形形状の断続信号や、三角波の断続信号や、のこぎり波の断続信号や、正弦波の断続信号や、ガウシアン関数で表される波形形状の断続信号などが含まれるものとする。
本実施形態の第１断続パルス発生器３５は、本発明の「パルス発生器」の一例である。第１断続パルス発生器３５は、第１パルス変調信号ｓ５をアンド回路３７に出力する。従って、第１パルス変調信号ｓ５のパルスには、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）の周波が含まれている。第１パルス変調信号ｓ５の詳細については、後述する。

【0037】

第２断続パルス発生器３６は、連続信号である第２変調信号ｓ４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ｓ６に変換する。つまり、第２断続パルス発生器３６は、連続信号である第２変調信号ｓ４をパルス化し、断続信号である第２パルス変調信号ｓ６を生成する。本実施形態の第２断続パルス発生器３６は、本発明の「パルス発生器」の一例である。第２断続パルス発生器３６は、第２パルス変調信号ｓ６をアンド回路３７に出力する。従って、第２パルス変調信号ｓ６のパルスには、ｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の周波が含まれている。第２パルス変調信号ｓ６の詳細については、後述する。

【0038】

タイミング信号発生器３９は、基準信号発生器３１が生成する基準周波数信号ｓ１を基準とし、第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６のそれぞれの発光状態と非発光状態とを切り替えるタイミング信号ｓ７を生成する。タイミング信号発生器３９は、波形変換部５１にタイミング信号ｓ７を出力し、第１断続パルス発生器３５からの第１パルス変調信号ｓ５と、第２断続パルス発生器３６からの第２パルス変調信号ｓ６と、が交互に且つ時間間隔（バースト周期）ｔｂ（図３参照）で出力されるように制御する。

【0039】

波形変換部５１は、タイミング信号発生器３９から出力されたタイミング信号ｓ７の波形形状を変換し、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される波形変換信号ｓ８を生成する。波形変換部５１としては、例えばオペアンプやアナログフィルタやＤＡＣ（Digital Analog Converter）などが挙げられる。波形変換部５１の作用の詳細については、後述する。タイミング信号ｓ７の波形形状が波形変換部５１により変換された波形変換信号ｓ８は、第１断続パルス発生器３５および第２断続パルス発生器３６に入力される。つまり、タイミング信号発生器３９から第１断続パルス発生器３５および第２断続パルス発生器３６に向かって出力されたタイミング信号ｓ７は、波形変換部５１により波形形状を変換された波形変換信号ｓ８として第１断続パルス発生器３５および第２断続パルス発生器３６に入力される。

【0040】

また、タイミング信号発生器３９から出力されたタイミング信号は、切替えゲート４０に入力される。切替えゲート４０は、切替え信号をアンド回路３７に出力する。アンド回路３７は、切替えゲート４０から出力された切替え信号に対応して、第１パルス変調信号ｓ５と、第２パルス変調信号ｓ６と、を交互にドライバ３８に出力する。

【0041】

ドライバ３８は、第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６に基づいて発光素子１１を駆動し、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）で変調された測距光（第１測距光）およびｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）で変調された測距光（第２測距光）を所定の時間間隔ｔｂ（図３参照）で切り替えて射出させる。本実施形態のドライバ３８は、本発明の「駆動部」の一例である。

【0042】

測定対象物５で反射され受光光学系３を経た測距光２８（すなわち反射測距光２８’）は、受光素子２１に入射する。受光素子２１から出力された受光信号は、増幅器４２で増幅される。増幅器４２により増幅された信号は、ミキシング回路４３に入力される。ミキシング回路４３には、基準信号発生器３１からアンド回路４８を介して基準周波数ｆｃ（１２０ＭＨｚ）の基準周波数信号ｓ１が入力される。基準周波数信号ｓ１がミキシング回路４３に入力されるタイミングは、タイミング信号発生器３９から出力されるタイミング信号によって制御される。これにより、基準周波数信号ｓ１は、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）のパルス変調光の受光信号（断続信号）と、ｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）のパルス変調光の受光信号（断続信号）と、のそれぞれに対してミキシング回路４３においてミキシングされる。

【0043】

１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚのパルス変調光の受光信号と、１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚのパルス変調光の受光信号と、は基準周波数信号ｓ１とのミキシングによって周波数変換される。そして、基準周波数ｆｃの減算により求められる±７．５ＭＨｚ（－１２０ＭＨｚ＋１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、－１２０ＭＨｚ＋１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の周波数と、基準周波数ｆｃの加算により求められる２４０ＭＨｚ±７．５ＭＨｚ（１２０ＭＨｚ＋１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ、１２０ＭＨｚ＋１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の周波数と、が得られる。ミキシング回路４３から出力された信号は、ローパスフィルタ４４を通り、高周波成分を除去される。つまり、ローパスフィルタ４４は、高周波帯域（高周波成分）を除去し、特定の周波数帯域を通過させる。本実施形態のローパスフィルタ４４は、本発明の「バンドパスフィルタ」の一例である。その結果、±７．５ＭＨｚの差周波が残る。ローパスフィルタ４４を通過可能な帯域は、差周波７．５ＭＨｚに十分な１０ＭＨｚ程度に設定される。

【0044】

ミキシング回路４３およびローパスフィルタ４４は、受光素子２１が受光した１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚのパルス変調光を周波数変換して＋７．５ＭＨｚの差周波信号（第１差周波信号）を生成するとともに、受光素子２１が受光した１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚのパルス変調光を周波数変換して－７．５ＭＨｚの差周波信号（第２差周波信号）を生成する。－７．５ＭＨｚの差周波信号は、＋７．５ＭＨｚの差周波信号に対して測定対象物５への距離に応じた位相差を有する信号である。

【0045】

２つの差周波信号において、一方は時間的に位相が進行する７．５ＭＨｚの差周波信号であり、他方は時間的に位相が後退する７．５ＭＨｚの差周波信号である。両差周波間では、距離（時間）に対応した位相ずれ（位相差）が生じている。基準信号発生器３１、タイミング信号発生器３９、アンド回路４８、ミキシング回路４３、ローパスフィルタ４４等は、本発明の「周波数変換部」として機能する。

【0046】

ＡＤコンバータ４５は、ローパスフィルタ４４から出力されるアナログ信号である差周波信号をデジタル信号に変換し、記憶手段としてのメモリ４６にサンプリングデータとして記憶させる。

【0047】

演算制御部４７は、メモリ４６に記憶されたサンプリングデータに基づいて各種の演算処理を実行する。具体的には、演算制御部４７は、メモリ４６に保存されたサンプリングデータに基づいて、光波距離計から測定対象物５までの距離値ｄ３を求める演算処理を実行する。

【0048】

すなわち、演算制御部４７は、メモリ４６に保存されたサンプリングデータから、７．５ＭＨｚの差周波信号と－７．５ＭＨｚの差周波信号とを演算し、２つの差周波信号の位相差から粗測定距離値ｄ１（第１距離値）を演算する。２つの差周波信号の位相差は、断続変調周波数の差（１５ＭＨｚ）で測定した場合と等価である。それぞれの位相をφ１、φ２とすると、周波数差１５ＭＨｚの場合の波長は１０ｍであるから、求める粗測定距離値ｄ１（ｍ）は、下記の式（１）で表される。
ｄ１＝１０×（φ１－φ２）／２π （１）

【0049】

演算制御部４７は、メモリ４６に保存されたサンプリングデータから、７．５ＭＨｚの差周波信号と－７．５ＭＨｚの差周波信号とを演算し、さらに双方の差周波信号からそれぞれ位相を求め、位相および光速から双方の差周波信号に対応する精密測定距離値ｄ２（第２距離値）を演算する。演算制御部４７は、粗測定距離値ｄ１に精密測定距離値ｄ２を加算して、光波距離計から測定対象物５までの距離値ｄ３（第３距離値）を求める演算処理を実行する。

【0050】

演算制御部４７は、粗測定距離値ｄ１を演算する際には、反射測距光２８’の受光信号から演算した粗測定距離値から、内部参照光２８”の受光信号から演算した粗測定距離値を減算する。同様に、演算制御部４７は、精密測定距離値ｄ２を演算する際には、反射測距光２８’の受光信号から演算した精密測定距離値から、内部参照光２８”の受光信号から演算した精密測定距離値を減算する。

【0051】

演算制御部４７は、反射測距光２８’から演算した測定距離値と内部参照光２８”から演算した測定距離値との差を求めることで電気回路である演算処理部２７の温度ドリフト等による影響を除去することができる。内部参照光２８”の受光信号から演算した粗測定距離値および精密測定距離値は、あらかじめ演算されメモリ４６に記憶されていてもよい。

【0052】

ここで、本実施形態に係る光波距離計のようにパルス信号を用いて測定対象物までの距離を測定する光波距離計においては、レーザ等の測距光の強度を規格の制限内に抑えつつ、測定精度、測定可能距離（到達距離）およびスキャンレートを向上させることが望まれている。本発明者の得た知見によれば、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートの向上を目的としてＳＮ比（signal-noise ratio）を増加させると、周期性誤差が増加する。つまり、ＳＮ比と周期性誤差とは、互いにトレードオフの関係にある。ＳＮ比を増加させると周期性誤差が増加する要因のひとつは、信号の波形形状の歪みである。すなわち、本発明者の得た知見によれば、反射測距光に応じた受光信号が受光素子から出力されバンドパスフィルタを通過すると、信号の波形形状が歪む。言い換えれば、測距時（送光時）の測距信号（ドライバに入力されるパルス信号）の波形形状は、受光時に受光信号がバンドパスフィルタを通過することにより歪む。つまり、受光時にバンドパスフィルタを通過した受光信号の波形形状は、送光時のパルス信号の波形形状とは異なる。

【0053】

さらに、本発明者の得た知見によれば、パルス信号を用いて測定対象物までの距離を測定する光波距離計においては、距離の測定に使用される所望の周波数の信号だけではなく、所望の周波数から外れた帯域の周波数の信号が送光時のパルス信号および受光信号に含まれている。所望の周波数から外れた周波数成分は、受光時に受光信号がバンドパスフィルタを通過することにより除去される。言い換えれば、バンドパスフィルタは、距離の測定に使用される所望の周波数成分だけを受光信号から抽出する。そのため、バンドパスフィルタにより除去され距離の測定には使用されない周波数成分についても、発光素子の発光時においてエネルギーが消費されていることになる。

【0054】

これに対して、本実施形態に係る光波距離計では、波形変換部５１は、タイミング信号発生器３９から出力されたタイミング信号ｓ７の波形形状を変換し、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される波形変換信号ｓ８を生成する。そして、第１断続パルス発生器３５は、第１信号発生器３３から出力された第１変調信号ｓ３と、波形変換部５１により生成され出力された波形変換信号ｓ８と、に基づいて、第１変調信号ｓ３を距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状にパルス化した第１パルス変調信号ｓ５を生成する。また、第２断続パルス発生器３６は、第２信号発生器３４から出力された第２変調信号ｓ４と、波形変換部５１により生成され出力された波形変換信号ｓ８と、に基づいて、第２変調信号ｓ４を距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状にパルス化した第２パルス変調信号ｓ６を生成する。

【0055】

本実施形態に係る光波距離計によれば、測距時（送光時）にドライバ３８に入力されるパルス信号（第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６）の波形形状が、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状と同様になる。そのため、ローパスフィルタ４４により除去される周波数成分を抑えることができ、ローパスフィルタ４４で除去されるエネルギー損失を低減することができる。これにより、ＳＮ比（signal-noise ratio）のうちのシグナル（signal）成分を増加させることができ、結果としてＳＮ比を向上させることができる。そのため、測距光２８の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分（本実施形態では、距離の測定に使用される±７．５ＭＨｚの差周波信号）の強度を増加させることができる。つまり、発光素子１１の発光効率を向上させることができる。これにより、測距光２８の強度を規格の制限内に抑えつつ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることができる。

【0056】

本実施形態に係る光波距離計の作用を、図面を参照してさらに詳しく説明する。
図３は、本実施形態に係る光波距離計の発光信号および受光信号を示すタイミングチャートである。
図４は、比較例に係る光波距離計の発光信号および受光信号を示すタイミングチャートである。
図５は、本実施形態のパルス変調信号を説明する模式図である。
図６は、本実施形態のローパスフィルタに入力される受光信号のフーリエ変換を行ったグラフである。
図７は、比較例のパルス変調信号を説明する模式図である。
図８は、比較例のローパスフィルタに入力される受光信号のフーリエ変換を行ったグラフである。

【0057】

図３および図４の上段に示すタイミングチャートは、ドライバ３８から出力されるパルス信号（発光信号）の発生タイミングを示すタイミングチャートである。言い換えれば、図３および図４の上段に示すタイミングチャートは、発光素子１１の発光タイミングを示すタイミングチャートである。図３および図４の下段に示すタイミングチャートは、受光素子２１から出力される受光信号の発生タイミングを示すタイミングチャートである。また、図６では、説明の便宜上、本実施形態の受光信号のフーリエ変換を行ったグラフに、比較例の受光信号のフーリエ変換を行ったグラフを破線で重ね合わせている。

【0058】

まず、図４、図７、図８を参照し、比較例に係る光波距離計を説明する。なお、比較例に係る光波距離計の構成要素が、図１および図２に関して前述した本実施形態に係る光波距離計の構成要素と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。比較例に係る光波距離計の演算処理部には、図２に関して前述した波形変換部５１が設けられていない。その他の構成要素は、図２に関して前述した本実施形態に係る光波距離計の演算処理部の構成要素と同様である。

【0059】

図４に示すように、比較例の発光素子１１は、第１パルス変調信号ｓ５’に基づいた測距光と、第２パルス変調信号ｓ６’に基づいた測距光と、を時間間隔ｔｂで切り替えて交互に出力する。一方で、比較例の受光素子２１は、反射測距光２８’として、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）の第１パルス変調信号ｓ５’に基づいたパルス変調光と、ｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の第２パルス変調信号ｓ６’に基づいたパルス変調光と、を交互に受光する。従って、比較例の受光素子２１の受光信号は、パルス出力となる。そして、受光信号のパルス内部には、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する断続受光信号２９が含まれる。図４に示すように、受光信号と発光信号との間において、光波距離計と測定対象物５との直線距離に応じた遅延時間ｔｄが生じている。

【0060】

第１パルス変調信号ｓ５’と、第２パルス変調信号ｓ６’と、比較例の受光素子２１の受光信号と、をさらに説明すると、図７に示すように、第１信号発生器３３は、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］で変調された第１変調信号ｓ３を生成し出力する。第２信号発生器３４は、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］で変調された第２変調信号ｓ４を生成し出力する。これは、図２に関して前述した第１変調信号ｓ３および第２変調信号ｓ４と同様である。また、タイミング信号発生器３９は、タイミング信号ｓ７を生成する。図７に示すように、タイミング信号ｓ７は、矩形波のパルス信号である。つまり、タイミング信号ｓ７の波形形状は、矩形波の波形形状である。そして、第１断続パルス発生器３５は、第１信号発生器３３から出力された第１変調信号ｓ３を矩形波の波形形状にパルス化した第１パルス変調信号ｓ５’を生成する。第２断続パルス発生器３６は、第２信号発生器３４から出力された第２変調信号ｓ４を矩形波の波形形状にパルス化した第２パルス変調信号ｓ６’を生成する。そのため、図７に示すように、矩形波の第１パルス変調信号ｓ５’のパルス内部には、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する変調信号が含まれる。矩形波の第２パルス変調信号ｓ６’のパルス内部には、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する変調信号が含まれる。

【0061】

比較例に係る光波距離計において、ミキシング回路４３を通過しローパスフィルタ４４に入力される受光信号のフーリエ変換を行うと、図８に示すグラフが得られる。すなわち、図８に示すように、比較例に係る光波距離計では、距離の測定に使用される±７．５ＭＨｚの差周波信号だけではなく、±７．５ＭＨｚの差周波から外れた帯域の周波数信号が、ローパスフィルタ４４に入力される受光信号に含まれている。±７．５ＭＨｚの差周波から外れた帯域の周波数信号は、ローパスフィルタ４４を通過することにより除去される。図８では、ローパスフィルタ４４を通過可能な周波数帯域は、二点鎖線の内部の領域として表されている。そのため、比較例に係る光波距離計では、受光信号がローパスフィルタ４４を通過する際に、比較的大きなエネルギー損失が生じている。つまり、ローパスフィルタ４４により除去され距離の測定には使用されない周波数成分についても、発光素子１１の発光時においてエネルギーが消費されていることになる。

【0062】

これに対して、本実施形態に係る光波距離計の演算処理部２７には、波形変換部５１が設けられている。すなわち、図３に示すように、本実施形態の発光素子１１は、第１パルス変調信号ｓ５に基づいた測距光と、第２パルス変調信号ｓ６に基づいた測距光と、を時間間隔ｔｂで切り替えて交互に出力する。一方で、本実施形態の受光素子２１は、反射測距光２８’として、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）の第１パルス変調信号ｓ５に基づいたパルス変調光（第１反射測距光）と、ｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の第２パルス変調信号ｓ６に基づいたパルス変調光（第２反射測距光）と、を交互に受光する。従って、本実施形態の受光素子２１の受光信号は、パルス出力となる。そして、受光信号のパルス内部には、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する断続受光信号２９が含まれる。図３に示すように、受光信号と発光信号との間において、光波距離計と測定対象物５との直線距離に応じた遅延時間ｔｄが生じている。

【0063】

図５に示すように、第１信号発生器３３は、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］で変調された第１変調信号ｓ３を生成し出力する。第２信号発生器３４は、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］で変調された第２変調信号ｓ４を生成し出力する。これは、図２に関して前述した通りである。また、タイミング信号発生器３９は、タイミング信号ｓ７を生成する。図５に示すように、タイミング信号ｓ７は、矩形波のパルス信号である。つまり、タイミング信号ｓ７の波形形状は、矩形波の波形形状である。そして、波形変換部５１は、タイミング信号発生器３９から出力されたタイミング信号ｓ７の矩形波の波形形状を変換し、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される波形変換信号ｓ８を生成する。

【0064】

比較例に係る光波距離計に関して前述したように、距離の測定に使用される±７．５ＭＨｚの差周波から外れた帯域の周波数信号は、ローパスフィルタ４４を通過することにより除去される。そのため、ローパスフィルタ４４を通過した受光信号の波形形状は、矩形波の両側あるいは片側が除去された形状に近似する波形形状になる。そこで、図５に示すように、本実施形態の波形変換部５１は、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状として三角波の波形形状を設定し、三角波の波形形状の波形変換信号ｓ８を生成する。三角波の波形形状の波形変換信号ｓ８を生成する波形変換部５１としては、例えばオペアンプやＤＡＣなどが挙げられる。

【0065】

そして、図５に示すように、第１断続パルス発生器３５は、第１信号発生器３３から出力された第１変調信号ｓ３を三角波の波形形状にパルス化した第１パルス変調信号ｓ５を生成する。つまり、第１断続パルス発生器３５は、第１信号発生器３３から出力された第１変調信号ｓ３と、波形変換部５１により生成され出力された波形変換信号ｓ８と、に基づいて、三角形状の輪郭線を包絡線とするパルスの内部にｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］の周波数の変調信号を含む第１パルス変調信号ｓ５を生成する。第２断続パルス発生器３６は、第２信号発生器３４から出力された第２変調信号ｓ４を三角波の波形形状にパルス化した第２パルス変調信号ｓ６を生成する。つまり、第２断続パルス発生器３６は、第２信号発生器３４から出力された第２変調信号ｓ４と、波形変換部５１により生成され出力された波形変換信号ｓ８と、に基づいて、三角形状の輪郭線を包絡線とするパルスの内部にｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数の変調信号を含む第２パルス変調信号ｓ６を生成する。そのため、図５に示すように、三角波の波形形状の第１パルス変調信号ｓ５のパルス内部には、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する変調信号が含まれる。三角波の波形形状の第２パルス変調信号ｓ６のパルス内部には、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する変調信号が含まれる。

【0066】

本実施形態に係る光波距離計において、ミキシング回路４３を通過しローパスフィルタ４４に入力される受光信号のフーリエ変換を行うと、図６に示すグラフが得られる。すなわち、図６に示すように、本実施形態に係る光波距離計では、ドライバ３８に入力される第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６の波形形状が距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状と同様であるため、距離の測定に使用される±７．５ＭＨｚの差周波から外れた帯域の周波数信号は、ローパスフィルタ４４に入力される受光信号にはほとんど含まれていない。そのため、本実施形態に係る光波距離計では、受光信号がローパスフィルタ４４を通過する際に生ずるエネルギー損失を低減することができる。つまり、ローパスフィルタ４４により除去され距離の測定には使用されない周波数成分について消費されるエネルギーを抑えることができる。

【0067】

本実施形態に係る光波距離計によれば、測距時（送光時）にドライバ３８に入力されるパルス信号（第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６）の波形形状が、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状と同様になる。そのため、ローパスフィルタ４４により除去される周波数成分を抑えることができ、ローパスフィルタ４４で除去されるエネルギー損失を低減することができる。これにより、ＳＮ比（signal-noise ratio）のうちのシグナル（signal）成分を増加させることができ、結果としてＳＮ比を向上させることができる。つまり、本実施形態に係る光波距離計は、比較例に係る光波距離計においてローパスフィルタ４４により除去され測定には使用されない周波数成分を、距離の測定に使用される所望の周波数成分として利用することができる。そのため、図６に示すように、測距光２８の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分（本実施形態では、距離の測定に使用される±７．５ＭＨｚの差周波信号）の強度を増加させることができる。つまり、発光素子１１の発光効率を向上させることができる。これにより、測距光２８の強度を規格の制限内に抑えつつ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることができる。

【0068】

また、本実施形態に係る光波距離計によれば、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）で変調された測距光およびｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）で変調された測距光が発光素子１１から所定の時間間隔ｔｂで切り替えて射出される。そして、反射測距光２８’として、ｆｃ＋ｆ（１２０ＭＨｚ＋７．５ＭＨｚ）の第１パルス変調信号ｓ５に対応するパルス変調光と、ｆｃ－ｆ（１２０ＭＨｚ－７．５ＭＨｚ）の第２パルス変調信号ｓ６に対応するパルス変調光と、が交互に受光素子２１で受光される。第１パルス変調信号ｓ５に対応するパルス変調光を周波数変換した＋７．５ＭＨｚの差周波信号および第２パルス変調信号ｓ６に対応するパルス変調光を周波数変換した－７．５ＭＨｚの差周波信号は、測定対象物への距離に応じた位相差を有するため、±７．５ＭＨｚの差周波信号に基づいて測定対象物までの距離値を精度良く求めることができる。つまり、測定精度をより一層向上させることができる。

【0069】

さらに、本実施形態に係る光波距離計によれば、波形変換部５１は、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状として三角波の波形形状を設定し、三角波の波形形状の波形変換信号ｓ８を生成する。そのため、本実施形態に係る光波距離計は、例えばオペアンプやＤＡＣなどの波形変換部５１を有する簡易的な構成で比較的容易に、送光時にドライバ３８に入力されるパルス信号（第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６）の波形形状を、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状に精度良く近づけることができる。そのため、簡易的な構成で比較的容易に、ローパスフィルタ４４により除去される周波数成分を確実に抑えることができ、ローパスフィルタ４４で除去されるエネルギー損失を確実に低減することができる。これにより、測距光２８の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分（本実施形態では、距離の測定に使用される±７．５ＭＨｚの差周波信号）の強度をより確実に増加させ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることができる。

【0070】

なお、本実施形態では、波形変換部５１が、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状として三角波の波形形状を設定する場合を例に挙げて説明した。但し、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状として波形変換部５１が設定する波形形状は、三角波の波形形状に限定されるわけではない。以下では、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状として波形変換部５１が設定する波形形状の他の例を、図面を参照して説明する。

【0071】

図９は、本実施形態のパルス変調信号の第１変形例を説明する模式図である。
第１変調信号ｓ３、第２変調信号ｓ４およびタイミング信号ｓ７は、図２～図８に関して前述した通りである。本変形例では、図９に示すように、波形変換部５１は、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状としてのこぎり波の波形形状を設定し、のこぎり波の波形形状の波形変換信号ｓ８を生成する。のこぎり波の波形形状の波形変換信号ｓ８を生成する波形変換部５１としては、例えばオペアンプやＤＡＣなどが挙げられる。

【0072】

そして、図９に示すように、第１断続パルス発生器３５は、第１信号発生器３３から出力された第１変調信号ｓ３をのこぎり波の波形形状にパルス化した第１パルス変調信号ｓ５を生成する。つまり、第１断続パルス発生器３５は、第１信号発生器３３から出力された第１変調信号ｓ３と、波形変換部５１から出力された波形変換信号ｓ８と、に基づいて、のこぎり歯の形状の輪郭線を包絡線とするパルスの内部にｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］の周波数の変調信号を含む第１パルス変調信号ｓ５を生成する。第２断続パルス発生器３６は、第２信号発生器３４から出力された第２変調信号ｓ４をのこぎり波の波形形状にパルス化した第２パルス変調信号ｓ６を生成する。つまり、第２断続パルス発生器３６は、第２信号発生器３４から出力された第２変調信号ｓ４と、波形変換部５１から出力された波形変換信号ｓ８と、に基づいて、のこぎり歯の形状の輪郭線を包絡線とするパルスの内部にｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数の変調信号を含む第２パルス変調信号ｓ６を生成する。そのため、図９に示すように、のこぎり波の波形形状の第１パルス変調信号ｓ５のパルス内部には、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する変調信号が含まれる。のこぎり波の波形形状の第２パルス変調信号ｓ６のパルス内部には、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する変調信号が含まれる。

【0073】

本変形例において、ミキシング回路４３を通過しローパスフィルタ４４に入力される受光信号のフーリエ変換を行うと、図６に示すグラフと同様のグラフが得られる。

【0074】

本変形例によれば、波形変換部５１は、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状としてのこぎり波の波形形状を設定し、のこぎり波の波形形状の波形変換信号ｓ８を生成する。そのため、本変形例に係る光波距離計は、例えばオペアンプやＤＡＣなどの波形変換部５１を有する簡易的な構成で比較的容易に、送光時にドライバ３８に入力されるパルス信号（第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６）の波形形状を、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状に近づけることができる。そのため、簡易的な構成で比較的容易に、ローパスフィルタ４４により除去される周波数成分を確実に抑えることができ、ローパスフィルタ４４で除去されるエネルギー損失を確実に低減することができる。これにより、測距光２８の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分（本変形例では、距離の測定に使用される±７．５ＭＨｚの差周波信号）の強度をより確実に増加させ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることができる。

【0075】

また、測距時（送光時）にドライバ３８に入力されるパルス信号（第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６）の波形形状が、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状と同様になるため、図３、図５および図６に関して前述した効果と同様の効果が得られる。

【0076】

図１０は、本実施形態のパルス変調信号の第２変形例を説明する模式図である。
第１変調信号ｓ３、第２変調信号ｓ４およびタイミング信号ｓ７は、図２～図８に関して前述した通りである。本変形例では、図１０に示すように、波形変換部５１は、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状としてガウシアン関数で表される波形形状を設定し、ガウシアン関数で表される波形形状の波形変換信号ｓ８を生成する。ガウシアン関数で表される波形形状の波形変換信号ｓ８を生成する波形変換部５１としては、例えばアナログフィルタやＤＡＣなどが挙げられる。

【0077】

そして、図１０に示すように、第１断続パルス発生器３５は、第１信号発生器３３から出力された第１変調信号ｓ３をガウシアン関数で表される波形形状にパルス化した第１パルス変調信号ｓ５を生成する。つまり、第１断続パルス発生器３５は、第１信号発生器３３から出力された第１変調信号ｓ３と、波形変換部５１から出力された波形変換信号ｓ８と、に基づいて、ガウシアン関数を包絡線とするパルスの内部にｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］の周波数の変調信号を含む第１パルス変調信号ｓ５を生成する。第２断続パルス発生器３６は、第２信号発生器３４から出力された第２変調信号ｓ４をガウシアン関数で表される波形形状にパルス化した第２パルス変調信号ｓ６を生成する。つまり、第２断続パルス発生器３６は、第２信号発生器３４から出力された第２変調信号ｓ４と、波形変換部５１により生成され出力された波形変換信号ｓ８と、に基づいて、ガウシアン関数を包絡線とするパルスの内部にｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数の変調信号を含む第２パルス変調信号ｓ６を生成する。そのため、図１０に示すように、ガウシアン関数で表される波形形状の第１パルス変調信号ｓ５のパルス内部には、ｆｃ＋ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する変調信号が含まれる。ガウシアン関数で表される波形形状の第２パルス変調信号ｓ６のパルス内部には、ｆｃ－ｆ［Ｈｚ］の周波数を有する変調信号が含まれる。

【0078】

本変形例において、ミキシング回路４３を通過しローパスフィルタ４４に入力される受光信号のフーリエ変換を行うと、図６に示すグラフと同様のグラフが得られる。

【0079】

本変形例によれば、波形変換部５１は、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状としてガウシアン関数で表される波形形状を設定し、ガウシアン関数で表される波形形状の波形変換信号ｓ８を生成する。そのため、本変形例に係る光波距離計は、送光時にドライバ３８に入力されるパルス信号（第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６）の波形形状を、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状により一層精度良く近づけることができる。そのため、ローパスフィルタ４４により除去される周波数成分をより一層確実に抑えることができ、ローパスフィルタ４４で除去されるエネルギー損失をより一層確実に低減することができる。これにより、測距光２８の強度を規格の制限内に抑えつつ、所望の周波数成分（本変形例では、距離の測定に使用される±７．５ＭＨｚの差周波信号）の強度をより確実に増加させ、測定精度、測定可能距離およびスキャンレートを向上させることができる。

【0080】

また、測距時（送光時）にドライバ３８に入力されるパルス信号（第１パルス変調信号ｓ５および第２パルス変調信号ｓ６）の波形形状が、距離の測定に使用される所望の周波数成分で構成される信号の波形形状と同様になるため、図３、図５および図６に関して前述した効果と同様の効果が得られる。

【0081】

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】

【0082】

１：測距光学系、 ２：射出光学系、 ３：受光光学系、 ４：視準光学系、 ５：測定対象物、 ６：測距光軸、 ７：射出光軸、 ８：受光光軸、 ９：視準光軸、 １１：発光素子、 １２：集光レンズ、 １３：ハーフミラー、 １４：光量調整器、 １５：偏向ミラー、 １６：偏向ミラー、 １７：対物レンズ、 １８：ダイクロイックミラー、 １９：接眼レンズ、 ２１：受光素子、 ２２：反射鏡、 ２３：内部参照光軸、 ２４：内部参照光学系、 ２５：光路切替器、 ２７：演算処理部、 ２８：測距光、 ２８’：反射測距光、 ２８”：内部参照光、 ２９：断続受光信号、 ３１：基準信号発生器、 ３２：分周器、 ３３：第１信号発生器、 ３４：第２信号発生器、 ３５：第１断続パルス発生器、 ３６：第２断続パルス発生器、 ３７：アンド回路、 ３８：ドライバ、 ３９：タイミング信号発生器、 ４０：切替えゲート、 ４２：増幅器、 ４３：ミキシング回路、 ４４：ローパスフィルタ、 ４５：ＡＤコンバータ、 ４６：メモリ、 ４７：演算制御部、 ４８：アンド回路、 ５１：波形変換部、 ｄ１：粗測定距離値、 ｄ２：精密測定距離値、 ｄ３：距離値、 ｆ：周波数、 ｆｃ：基準周波数、 ｓ１：基準周波数信号、 ｓ２：分周波信号、 ｓ３：第１変調信号、 ｓ４：第２変調信号、 ｓ５：第１パルス変調信号、 ｓ５’：第１パルス変調信号、 ｓ６：第２パルス変調信号、 ｓ６’：第２パルス変調信号、 ｓ７：タイミング信号、 ｓ８：波形変換信号、 ｔｂ：時間間隔、 ｔｄ：遅延時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】