JP3911575B2 - パルス方式の光波距離計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はパルス方式の光波距離計に係わり、特に、光波距離計本体の内部反射として発生する光ノイズを、光波距離計自身が検出して光ノイズデータとして記憶し、この光ノイズデータを使用して測距データを補正することにより、測定誤差の少ないパルス方式の光波距離計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のパルス方式の光波距離計は、測定対象物にプリズム等の反射装置を用いずに、測定対象物自体からの反射光を利用して測定することのできるノンプリズム測距が可能となっている。このノンプリズム測距は、測定対象物の表面で反射された微弱な反射光を受光して距離測定を行うものや、或いは高いピークパワーのパルス光を射出し、測定対象物自体の表面で反射された反射光を受光して距離測定を行うもの等である。
【０００３】
受光した反射光は電気信号に変換され、この信号に基づいて距離計算のための様々な処理が行われる。このため反射光の受光および電気信号への変換は、外乱に関係なく、常に安定した信号が得られる様に様々な方法が考えられている。
【０００４】
ここで、図９に基づいて、安定した信号が得られる方法の一つを説明する。光波距離計から照射されたパルス光（ａ）は、測定対象物により反射され、光波距離計から測定対象物までの距離に応じた時間分だけ遅れた後、反射パルス光（ｂ）として受光素子により受光される。受光された反射パルス光（ｂ）は、同調アンプにより減衰振動波形（ｃ）となる。この減衰振動波形は、同調アンプのＱを適切に設定することにより得ることができる。この方法の場合、反射パルス光（ｂ）の波高値が空気中の揺らぎ等によって変動しても、その重心位置が変化しない限り減衰振動波形（ｃ）のゼロクロスポイントも変化しないため、このゼロクロスポイントを測距動作の基準タイミングとして利用する事により、正確な測定を行うことができるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パルス方式の光波距離計によるノンプリズム測距の最大測定距離は、年々長距離化する傾向にある。
【０００６】
ノンプリズム測距の測距距離を、更に長距離化するためには、より高いピークパワーの光を射出したり、あるいは微弱な反射光の受光効率を向上させるために受光感度をより高くするなどの方法が考えられる。しかしながら、光波距離計内部に使用している光学部材の表面で反射された微弱な光ノイズも同時に受光してしまうという問題点がある。この光ノイズは近距離を測距する際に測定誤差の原因となり、特に、ノンプリズム測距ではその影響が大きいという深刻な問題点があった。
【０００７】
次に図１０に基づいて、光ノイズが測距動作に及ぼす影響を説明する。図１０（ａ）に示す様に、光ノイズのすぐ後に、反射光を受光した場合には、光ノイズと反射光のそれぞれからが作られる減衰振動波形は図１０（ｂ）の様になる。従って、実際に観測される減衰振動波形は、図１０（ｃ）の様に、光ノイズの減衰振動波形と反射光の減衰振動波形とを合成した波形となる。この合成された減衰振動波形のゼロクロスポイントは、光ノイズの影響により僅かに位相ずれが生じ、測定された距離に誤差が生ずるという問題点がある。
【０００８】
従って従来では、工場出荷時に光ノイズの影響を除去するための調整を行わなければならず、手間がかかり、生産性が向上しないという深刻な問題点があった。
【０００９】
図１１に示す従来例は、水晶発振器１００と第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０と第２の分周器１３０と第３の分周期１４０と発光素子１と発光素子ドライバー１５０と受光素子７１とアンプ１６０とゼロクロス検出回路１６５と波形整形回路１７０とカウンタ１８０とピークホールド回路１９０とレベル判定回路２００と、バンドパスフィルタ２１０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０と、演算処理回路１０００と、光ノイズ用不揮発性メモリ６２０とから構成されている。
【００１０】
工場出荷時に光ノイズの影響を除去するための調整を行い、データを光ノイズ用不揮発性メモリ６２０に記憶させる様に構成されている。なお、その他の構成は、以下の実施例で説明するので、ここでは省略する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、測定光束を測定対象物に向けてパルス的に照射するための発光部と、この測定対象物からの反射光束を受光し電気信号に変換するための受光部と、該受光部の電気信号を減衰振動波形に変換するための同調増幅部と、該同調増幅部の減衰振動波形に基づいて測定位置から反射対象物までの距離を演算するための演算処理手段とを備えた距離測定装置において、前記反射光束による減衰振動波形と前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形との合成により形成された減衰波形が観測される場合であり、前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形を予めサンプリングするための光ノイズサンプル部と、該光ノイズサンプル部のサンプリングデータを記憶するための光ノイズ記憶部を備え、前記演算処理手段が、前記サンプリングされた光ノイズとの波形に基づき減衰定数を計算し、この減衰定数を基に観測された減衰波形に対する、反射光束による減衰波形の位相差を算出し、この位相差に相当する距離を補正することを特徴としている。
【００１２】
また本発明の演算処理手段が、前記同調増幅部の減衰振動波形を所定のサンプル間隔でサンプリングするためのサンプル部と、該サンプル部のサンプリングデータを記憶するための記憶部と、該記憶部のサンプリングデータに基づき測定位置から反射対象物までの距離を算出する距離算出部とからなり、該サンプル部および該記憶部が、それぞれ光ノイズサンプル部および光ノイズ記憶部を兼用する構成にすることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、発光部が、測定光束を測定対象物に向けてパルス的に照射し、受光部が、測定対象物からの反射光束を受光し電気信号に変換し、同調増幅部が、受光部の電気信号を減衰振動波形に変換し、演算処理手段が、
同調増幅部の減衰振動波形に基づいて測定位置から反射対象物までの距離を演算することのできる距離測定装置であって、反射光束による減衰振動波形と距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形との合成により形成された減衰波形が観測される場合であり、光ノイズサンプル部が、距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形を予めをサンプリングし、光ノイズ記憶部が、光ノイズサンプル部のサンプリングデータを記憶し、演算処理手段が、サンプリングされた光ノイズとの波形に基づき、減衰定数を計算し、この減衰定数を基に観測された減衰波形に対する、反射光束による減衰波形の位相差を算出し、この位相差に相当する距離を補正することができる。
【００１４】
また本発明の演算処理手段は、サンプル部が、同調増幅部の減衰振動波形を所定のサンプル間隔でサンプリングし、記憶部が、サンプル部のサンプリングデータを記憶し、距離算出部が、記憶部のサンプリングデータに基づき測定位置から反射対象物までの距離を算出する様になっており、サンプル部および記憶部が、それぞれ光ノイズサンプル部および光ノイズ記憶部を兼用することもできる。
【００１５】
【発明の原理】
【００１６】
このノイズ補正方法は同調アンプで得られる波形が特定周期で振動する減衰振動波形である事を利用するものである。
【００１７】
減衰振動波形を数式で表現すると一般的に次の様な式となる。
【００１８】
Ｙ（ｔ）＝Ａ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ）・・・・ （第１式）
【００１９】
これは周波数がｆ、大きさがＡ＊ｅｘｐ（ーαｔ）で指数関数的に減少する正弦曲線である。この波形をグラフに表すと図４の様になる。図中、振動波形のエンベロープが、Ａ＊ｅｘｐ（ーαｔ）で示される。
【００２０】
図５（ａ）は、ノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）、反射光による減衰振動波形Ｓ（ｔ）及び、それらを加算した実際に観測される波形Ｅ（ｔ）を示したものであり、図５（ｂ）はゼロクロス付近を拡大したものである。
【００２１】
減衰振動波形は同調アンプ回路により生成されるものであり、その周波数はあらかじめ回路定数で決められている。従って、ノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）も反射光による減衰振動波形Ｓ（ｔ）もその周波数は同一となり、また、波形の減衰の仕方も同一となる。これらのことからノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）、反射光による減衰振動波形Ｓ（ｔ）及び、それらを加算した実際に観測される波形Ｅ（ｔ）は、一般的に次の様な式で表すことができる。
【００２２】
Ｓ（ｔ）＝Ｓ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ）
・・・・（第２式）
【００２３】
Ｎ（ｔ）＝Ｎ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ）
・・・・（第３式）
【００２４】
Ｅ（ｔ）＝Ｅ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ）
＝Ｓ（ｔ）＋Ｎ（ｔ）
＝ Ｓ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ）
＋Ｎ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ）
・・・・ （第４式）
【００２５】
ここで、αは減衰定数であり波形の減衰の程度を表すものである。ｆは振動周波数である。またφは、反射光に対するノイズ光の位相差であり、同様にθは、反射光に対する実際に観測される波形の位相差である。
【００２６】
測定では実際に観測される波形Ｅ（ｔ）のゼロクロスポイントｔ２をタイミング信号として利用している。しかし、図５（ｂ）に示す様にノイズを含まない本来の反射光による波形Ｓ（ｔ）のゼロクロスポイントはｔ３であり、実際に観測される波形は、θだけ位相がシフトしている。この位相シフトθが測距誤差となる。
【００２７】
図６は、図５で示された３つの波形の関係を回転ベクトルで表したものであり、図６（ａ）は、図５の時間ｔ０での状態、図６（ｂ）は 図５の時間ｔ２での状態を示している。
【００２８】
Ｎ（ｔ）、Ｓ（ｔ）、Ｅ（ｔ）のそれぞれのベクトルをｎ、ｓ、ｅとする。
Ｎ（ｔ）もＳ（ｔ）も減衰波形であるから、そのベクトルｎ、ｓは、時間と共に図中の螺旋をなぞる様に反時計回りに回転する。
【００２９】
またベクトルｎ、とｓとのなす角はφであり、この角度は時間に関係なく常に一定である。実際に観測される波形Ｅ（ｔ）のベクトルｅは、ベクトルｎ、ｓの合成ベクトルとして図中のベクトルｅの様に表される。
【００３０】
ここで、図６（ｂ）で示される時間ｔ２時点でのベクトルの関係を図７で詳しく説明する。
【００３１】
図７中、実際に観測される信号のベクトルｅと反射光のベクトルｓのなす角θが求める値である。
【００３２】
今、ベクトルｅを基準としたベクトルｓの位相差をθ、ベクトルｅを基準としたベクトルｎの位相差をβとし、どちらもベクトルｅより進んでいればプラス、遅れていればマイナスの角度とする。また、点Ｐの座標を （ｘｓ、ｙｓ）、点Ｑの座標を（ｘｅ、ｙｅ）、点Ｒの座標を （ｘｎ、ｙｎ）とする。この図は実際に観測される波形Ｅ（ｔ）がゼロレベルを横切った瞬間であるから、 点Ｑの座標（ｘｅ、ｙｅ）は、（ｘｅ、０）となる。また、点Ｒの座標（ｘｎ、ｙｎ）は、βを使用して （ｙｎ×ｃｏｔβ、 ｙｎ）と表せる。
【００３３】
ここでベクトルｅは、ベクトルｓとベクトルｎの合成であるから、点Ｐの座標（ｘｓ、ｙｓ）は次の様に表せる。
【００３４】
（ｘｓ、ｙｓ）＝（ｘｅ、ｙｅ）ー（ｘｎ、ｙｎ）
＝（ｘｅーｙｎ×ｃｏｔβ、 ーｙｎ）
・・・・ （第５式）
【００３５】
これより、角度θを求める一般式を次の様に導くことができる。
【００３６】
ｔａｎ（１８０゜＋θ）＝（ｙｓ／ｘｓ）
＝（ーｙｎ／（ｘｅーｙｎ×ｃｏｔβ））
【００３７】
θ＝ｔａｎー１（ーｙｎ／（ｘｅーｙｎ×ｃｏｔβ））
・・・・ （第６式）
【００３８】
従って、図７で示す様に、 ｙｎ ＝ーｎ２、ｘｅ＝ーｅ２、 β＞０の場合は、
【００３９】
θ＝ｔａｎー１（ｎ２／（ーｅ２＋ｎ２×ｃｏｔβ））＜０
・・・・ （第７式）
【００４０】
となり、誤差を含まない信号は、実際に観測される誤差を含んだ信号よりも角度θに相当する距離だけ短いことが判る。
【００４１】
ここでｎ２、ｅ２及びβの物理的な意味と、それらを使ってθを求める手順を図５を参照しながら説明する。
【００４２】
まず、あらかじめ光ノイズの様子を調べる。光波距離計本体を測定対象物に向けない状態でパルス発光し、この時得られる減衰振動波形Ｎ（ｔ）を所定のサンプル間隔でサンプリングする。サンプリングされたデータは不揮発メモリーに記憶される。ここで、横軸にアドレス、縦軸にサンプル値をとってグラフに表すとこのデータは、図８で示す様に距離に対するノイズ量で表される。
【００４３】
ｎ２は、図５（ｂ）で示す様に、実際に観測される観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２における光ノイズＮ（ｔ２）の大きさである。観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２の値は測距結果から測定対象物までの距離で判定できる。従って、予め不揮発メモリーに記憶してあるノイズ光の減衰振動波形Ｎ（ｔ）から時間ｔ２での波形Ｎ（ｔ２）の値ｎ２を算出する事ができる。ただし、受光部に受光光量調整用の濃度フィルターが入っている場合は、減衰振動波形Ｎ（ｔ）の値に、この時の濃度フィルターの減衰率を掛け合わせ、その結果をｎ２とする。
【００４４】
βは、図５（ａ）及び図５（ｂ）で示される様に、実際の観測波形Ｅ（ｔ）とノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）との位相差であり、この値も対象物までの距離とあらかじめ記憶されたノイズ光の減衰振動波形Ｎ（ｔ）とから算出する事ができる。
【００４５】
ベクトルｅ２は、観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２でのベクトルｅの大きさである。ベクトルの大きさはその位相を考えなければ、図４で示す様に減衰振動のエンベロープの大きさそのものであり、従って次の計算式が成り立つ。
【００４６】
ｅ２＝Ｅｅｘｐ（ーαｔ２） ・・・・ （第９式）
【００４７】
ここで、第９式中のＥの値はｔ＝０での初期値であり、受光光量に依存する値である。このためベクトルｅ２の値を計算するには、測距する毎に、毎回Ｅの値を求める必要がある。まず減衰定数αをメモリーに記憶された光ノイズの減衰波形から予め計算しておく。実際の観測波形Ｅ（ｔ）からは直接Ｅの値は求めることができないが、図５（ａ）の様に、振動波形の最初のピーク値ｅｐは、ピークホールド回路などで得ることができる。
【００４８】
この最初のピークが現れるのは、ゼロクロスポイントのｔ２よりも、位相で９０度手前の位置にあるとし、その時間ｔｐを計算で求める。そして、得られた減衰定数α、ピーク値ｅｐ、時間ｔｐから、以下の第１０式によりＥの値を求める事ができる。
【００４９】
Ｅ＝ｅｐ／ｅｘｐ（ーαｔｐ） ・・・・ （第１０式）
【００５０】
厳密には減衰振動の最初のピーク値が現れるのは、位相で９０度の位置から僅かにずれているが、正確な位置との誤差は極微少であり、従って第１０式で近似することが可能である。ただし、より厳密な値が必要な場合には計算によって正確なｔｐの値を求める事も可能である。
【００５１】
この様にベクトルｅ２の値を計算によって求めてもよいが、計算時間、即ち測距時間の短縮と計算処理の単純化を図るため、振動波形の最初のピーク値ｅｐをベクトルｅ２の値としてそのまま採用しても良い。ただしこの場合、ベクトルｅ２の値を計算で求める場合に比べ若干の誤差が生じる。
【００５２】
以上の様にして求めたｎ２、ベクトルｅ２及びβから、第６式を用いてθの値を求めることができる。
【００５３】
そして、測距で得られた距離に対し、上記の方法で求めた角度θに相当する距離の分を補正することで測定誤差の少ないより正確な距離を算出することが可能となる。
【００５４】
【実施例】
【００５５】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００５６】
図１に示す様に本実施例は、水晶発振器１００と第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０と第２の分周器１３０と第３の分周期１４０と発光素子１と発光素子ドライバー１５０と受光素子７１とアンプ１６０とゼロクロス検出回路１６５と波形整形回路１７０とカウンタ１８０とピークホールド回路１９０とレベル判定回路２００と、バンドパスフィルタ２１０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０と、演算処理回路１０００と、光ノイズサンプル回路６１０と、光ノイズ用不揮発性メモリ６２０とから構成されている。
【００５７】
演算処理回路１０００には、ＣＰＵとメモリ手段等を含んでいる。位相測定装置１００００は、演算処理回路１０００とＡＤコンバータ３００等とから構成されている。
【００５８】
水晶発振器１００は基準信号発生手段の１つであり、基準信号を発生させている。この基準信号は、第３の分周期１４０と第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０とバンドパスフィルタ２１０とカウンタ１８０とに供給されている。基準信号は、第３の分周期１４０で１／ｋに分周された後、第１の分周器１１０に供給され、第１の分周器１１０で、１／（ｎ−１）に分周されてシンセサイザー１２０に送られる。
【００５９】
シンセサイザー１２０は、第１の分周器１１０から供給された信号をｎ倍し、第２の分周器１３０に送出する様になっている。第２の分周器１３０は、シンセサイザー１２０から供給された信号を、１／ｍに分周して測定信号を生成している。
【００６０】
そしてレーザダイオードドライバー１５０は、第２の分周器１３０の出力信号の測定信号に従って、レーザダイオード１をパルス駆動するものである。
【００６１】
なお第２の分周器１３０の出力信号である測定信号は、ＣＰＵを含む演算処理回路１０００とカウンタ１８０とピークホールド１９０にも供給されている。判定信号は、演算処理回路１０００に対して発光確認信号となり、カウンタ１８０及びピークホールド１９０に対して、リセット信号の基準となる。
【００６２】
レーザーダイオード１から発射された光パルスは、光学系を通過し受光素子７１で受光される。受光素子７１は、内部参照光路を通った光パルスと、外部測距光路を通った光パルスを受光する。受光素子７１により光パルスは電気信号に変換され、アンプ１６０に送られる。アンプ１６０は受光素子７１から入力された信号を増幅すると共に減衰振動波形を形成し、ゼロクロス検出回路１６５に送る様に構成されている。ゼロクロス検出回路１６５は、スレッシュレベル（図２の（ｂ）のＶＳ１（基準レベル））により受光を確認し、波形整形回路１７０を能動状態とするための信号を送出する様に構成されている。
【００６３】
能動状態となった波形整形回路１７０は、スレッシュレベル（図２の（ｂ）のＶＳ２（０Ｖ）近傍）でパルス光の重心位置に相当する受光タイミング信号を得て、２値化のディジタルデータに変換し、カウンタ１８０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とＡＤコンバータ３００とに出力する。
【００６４】
バンドパスフィルタ２１０は、第３の分周期１４０で１／ｋに分周された水晶発振器１００の基準信号から正弦波を形成しサンプルホールド回路２２０に送る。サンプルホールド回路２２０は、波形整形回路１７０のタイミング信号により正弦波をサンプルホールドする。そしてホールドされた値はＡＤコンバータ３００でＡＤ変換され演算処理回路１０００に送られる。
【００６５】
演算処理回路１０００では、ホールドされた値がパルス信号であるか否かの比較を行い、適切なパルス信号でない場合には、予め記憶してある状況に応じたデジタル出力を出力する様に構成されている。
【００６６】
パルス信号に応じてゼロクロス検出回路１６５はスレッシュレベルＶＳ１の値を可変させる。適切なパルス信号の場合には、変換されたデジタルデータが演算処理回路１０００内のメモリの予め定められた番地に順次記憶される様になっている。
【００６７】
また、スレッシュレベルＶＳ１を可変することにより、外光量のピーク値を探す。それにより、光量に応じた処理及び補正等を行う様になっている。
【００６８】
バンドパスフィルタ２１０で得られた正弦波とレーザダイオード１の発光周波数とは、少しづつずれる様に構成されている。このため、受信タイミング信号とバンドパスフィルタ２１０で得られた正弦波との位相関係も、同様に少しずつずれている。例えば位相関係は、１００回で１周期となる様な位相関係となっている。このため、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０の出力信号は、約１００ＭＨｚで１周期となる。
【００６９】
以上の様に、サンプルホールド回路２２０から出力される波形は、所定の波数で繰返され、各発光パルス毎のデジタルデータはＡＤ変換され、演算処理回路１０００のメモリ上に記憶される様になっている。
【００７０】
即ち、ＡＤ変換後にメモリに記憶する段階で並べ替えを実行することにより、正弦波状となるＡＤ変換データを生成することができる。更に、所定の周期で繰返し加算されたデータは、平均化処理を施すことにより、変換データの精度を向上させることができる。
【００７１】
なお距離測定は、粗測定と精測定に別れており、粗測定は波形整形回路１７０から出力される発光及び受光のタイミング信号間のクロック数をカウントして算出する。
【００７２】
精測定は、メモリに記憶されたＡＤ変換データに基づいて、フーリエ変換等により求めた位相から距離を求める様に構成されている。
【００７３】
以上の様な本実施例の作用を図３に基づいて説明する。
【００７４】
まず、ステップ１（以下、Ｓ１と略する）で、距離測定を開始する。次にＳ２では、受光光量を調整する。受光光量が大きい場合には、適宜の濃度フィルタを使用して、入射光量を所望の光量に減衰させることができる。そしてＳ３では、濃度フィルタを使用した受光光量のレベルを検出する。更にＳ４では、光波距離計が、測距対象物までの距離Ｌ’を測定する。
【００７５】
次にＳ５では、実際に観測される波形Ｅ（ｔ）のゼロクロスポイントｔ２を算出する。更にＳ６では、実際に観測される観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２ における光ノイズＮ（ｔ２）の大きさであるｎ２を求める。
【００７６】
そしてＳ７では、実際の観測波形Ｅ（ｔ）とノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）との位相差であるβを、ノイズ光の減衰振動波形Ｎ（ｔ）とから算出する。更に、前記第９式等から、観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２でのベクトルｅの大きさであるｅ２ を算出する。
【００７７】
次にＳ８では、Ｓ６、Ｓ７で求められたｎ２、ベクトルｅ２及びβから、第６式を用いてθの値を求める。ここで位相シフトθは、測距誤差に相当する。そしてＳ９では、測距誤差である位相シフトθを、誤差の距離Ｌ”に換算する。更にＤ１０では真の距離値であるＬを、距離Ｌ’＋Ｌ”から演算することができる。そしてＳ１１で、Ｓ１０で得られた真の距離値Ｌを出力し、Ｓ１２で測定を終了する。
【００７８】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、測定光束を測定対象物に向けてパルス的に照射するための発光部と、この測定対象物からの反射光束を受光し電気信号に変換するための受光部と、該受光部の電気信号を減衰振動波形に変換するための同調増幅部と、該同調増幅部の減衰振動波形に基づいて測定位置から反射対象物までの距離を演算するための演算処理手段とを備えた距離測定装置において、前記反射光束による減衰振動波形と前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形との合成により形成された減衰波形が観測される場合であり、前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形を予めサンプリングするための光ノイズサンプル部と、該光ノイズサンプル部のサンプリングデータを記憶するための光ノイズ記憶部を備え、前記演算処理手段が、前記サンプリングされた光ノイズとの波形に基づき減衰定数を計算し、この減衰定数を基に観測された減衰波形に対する、反射光束による減衰波形の位相差を算出し、この位相差に相当する距離を補正することができるという効果がある。
【００７９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の電気的構成を示す図である。
【図２】スレッシュレベルを説明する図である。
【図３】本実施例の作用を説明する示す図である。
【図４】本発明の原理を説明する図である。
【図５】本発明の原理を説明する図である。
【図６】本発明の原理を説明する図である。
【図７】本発明の原理を説明する図である。
【図８】本発明の原理を説明する図である。
【図９】従来技術を説明する図である。
【図１０】従来技術を説明する図である。
【図１１】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１ レーザーダイオード
７１ 受光素子
１００ 水晶発振器
１１０ 第１の分周器
１２０ シンセサイザー
１３０ 第２の分周器
１４０ 第３の分周期
１５０ 発光素子ドライバー
１６０ アンプ
１６５ ゼロクロス検出回路
１７０ 波形整形回路
１８０ カウンタ
１９０ ピークホールド回路
２００ レベル判定回路
２１０ バンドパスフィルタ
２２０ サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）
３００ ＡＤコンバータ
４００ メモリ
５００ ＣＰＵ
５１０ ＤＡコンバータ
６１０ 光ノイズサンプル回路
６２０ 光ノイズ用不揮発性メモリ
１０００ 演算処理回路
【産業上の利用分野】
本発明はパルス方式の光波距離計に係わり、特に、光波距離計本体の内部反射として発生する光ノイズを、光波距離計自身が検出して光ノイズデータとして記憶し、この光ノイズデータを使用して測距データを補正することにより、測定誤差の少ないパルス方式の光波距離計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のパルス方式の光波距離計は、測定対象物にプリズム等の反射装置を用いずに、測定対象物自体からの反射光を利用して測定することのできるノンプリズム測距が可能となっている。このノンプリズム測距は、測定対象物の表面で反射された微弱な反射光を受光して距離測定を行うものや、或いは高いピークパワーのパルス光を射出し、測定対象物自体の表面で反射された反射光を受光して距離測定を行うもの等である。
【０００３】
受光した反射光は電気信号に変換され、この信号に基づいて距離計算のための様々な処理が行われる。このため反射光の受光および電気信号への変換は、外乱に関係なく、常に安定した信号が得られる様に様々な方法が考えられている。
【０００４】
ここで、図９に基づいて、安定した信号が得られる方法の一つを説明する。光波距離計から照射されたパルス光（ａ）は、測定対象物により反射され、光波距離計から測定対象物までの距離に応じた時間分だけ遅れた後、反射パルス光（ｂ）として受光素子により受光される。受光された反射パルス光（ｂ）は、同調アンプにより減衰振動波形（ｃ）となる。この減衰振動波形は、同調アンプのＱを適切に設定することにより得ることができる。この方法の場合、反射パルス光（ｂ）の波高値が空気中の揺らぎ等によって変動しても、その重心位置が変化しない限り減衰振動波形（ｃ）のゼロクロスポイントも変化しないため、このゼロクロスポイントを測距動作の基準タイミングとして利用する事により、正確な測定を行うことができるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パルス方式の光波距離計によるノンプリズム測距の最大測定距離は、年々長距離化する傾向にある。
【０００６】
ノンプリズム測距の測距距離を、更に長距離化するためには、より高いピークパワーの光を射出したり、あるいは微弱な反射光の受光効率を向上させるために受光感度をより高くするなどの方法が考えられる。しかしながら、光波距離計内部に使用している光学部材の表面で反射された微弱な光ノイズも同時に受光してしまうという問題点がある。この光ノイズは近距離を測距する際に測定誤差の原因となり、特に、ノンプリズム測距ではその影響が大きいという深刻な問題点があった。
【０００７】
次に図１０に基づいて、光ノイズが測距動作に及ぼす影響を説明する。図１０（ａ）に示す様に、光ノイズのすぐ後に、反射光を受光した場合には、光ノイズと反射光のそれぞれからが作られる減衰振動波形は図１０（ｂ）の様になる。従って、実際に観測される減衰振動波形は、図１０（ｃ）の様に、光ノイズの減衰振動波形と反射光の減衰振動波形とを合成した波形となる。この合成された減衰振動波形のゼロクロスポイントは、光ノイズの影響により僅かに位相ずれが生じ、測定された距離に誤差が生ずるという問題点がある。
【０００８】
従って従来では、工場出荷時に光ノイズの影響を除去するための調整を行わなければならず、手間がかかり、生産性が向上しないという深刻な問題点があった。
【０００９】
図１１に示す従来例は、水晶発振器１００と第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０と第２の分周器１３０と第３の分周期１４０と発光素子１と発光素子ドライバー１５０と受光素子７１とアンプ１６０とゼロクロス検出回路１６５と波形整形回路１７０とカウンタ１８０とピークホールド回路１９０とレベル判定回路２００と、バンドパスフィルタ２１０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０と、演算処理回路１０００と、光ノイズ用不揮発性メモリ６２０とから構成されている。
【００１０】
工場出荷時に光ノイズの影響を除去するための調整を行い、データを光ノイズ用不揮発性メモリ６２０に記憶させる様に構成されている。なお、その他の構成は、以下の実施例で説明するので、ここでは省略する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、測定光束を測定対象物に向けてパルス的に照射するための発光部と、この測定対象物からの反射光束を受光し電気信号に変換するための受光部と、該受光部の電気信号を減衰振動波形に変換するための同調増幅部と、該同調増幅部の減衰振動波形に基づいて測定位置から反射対象物までの距離を演算するための演算処理手段とを備えた距離測定装置において、前記反射光束による減衰振動波形と前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形との合成により形成された減衰波形が観測される場合であり、前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形を予めサンプリングするための光ノイズサンプル部と、該光ノイズサンプル部のサンプリングデータを記憶するための光ノイズ記憶部を備え、前記演算処理手段が、前記サンプリングされた光ノイズとの波形に基づき減衰定数を計算し、この減衰定数を基に観測された減衰波形に対する、反射光束による減衰波形の位相差を算出し、この位相差に相当する距離を補正することを特徴としている。
【００１２】
また本発明の演算処理手段が、前記同調増幅部の減衰振動波形を所定のサンプル間隔でサンプリングするためのサンプル部と、該サンプル部のサンプリングデータを記憶するための記憶部と、該記憶部のサンプリングデータに基づき測定位置から反射対象物までの距離を算出する距離算出部とからなり、該サンプル部および該記憶部が、それぞれ光ノイズサンプル部および光ノイズ記憶部を兼用する構成にすることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、発光部が、測定光束を測定対象物に向けてパルス的に照射し、受光部が、測定対象物からの反射光束を受光し電気信号に変換し、同調増幅部が、受光部の電気信号を減衰振動波形に変換し、演算処理手段が、
同調増幅部の減衰振動波形に基づいて測定位置から反射対象物までの距離を演算することのできる距離測定装置であって、反射光束による減衰振動波形と距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形との合成により形成された減衰波形が観測される場合であり、光ノイズサンプル部が、距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形を予めをサンプリングし、光ノイズ記憶部が、光ノイズサンプル部のサンプリングデータを記憶し、演算処理手段が、サンプリングされた光ノイズとの波形に基づき、減衰定数を計算し、この減衰定数を基に観測された減衰波形に対する、反射光束による減衰波形の位相差を算出し、この位相差に相当する距離を補正することができる。
【００１４】
また本発明の演算処理手段は、サンプル部が、同調増幅部の減衰振動波形を所定のサンプル間隔でサンプリングし、記憶部が、サンプル部のサンプリングデータを記憶し、距離算出部が、記憶部のサンプリングデータに基づき測定位置から反射対象物までの距離を算出する様になっており、サンプル部および記憶部が、それぞれ光ノイズサンプル部および光ノイズ記憶部を兼用することもできる。
【００１５】
【発明の原理】
【００１６】
このノイズ補正方法は同調アンプで得られる波形が特定周期で振動する減衰振動波形である事を利用するものである。
【００１７】
減衰振動波形を数式で表現すると一般的に次の様な式となる。
【００１８】
Ｙ（ｔ）＝Ａ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ）・・・・ （第１式）
【００１９】
これは周波数がｆ、大きさがＡ＊ｅｘｐ（ーαｔ）で指数関数的に減少する正弦曲線である。この波形をグラフに表すと図４の様になる。図中、振動波形のエンベロープが、Ａ＊ｅｘｐ（ーαｔ）で示される。
【００２０】
図５（ａ）は、ノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）、反射光による減衰振動波形Ｓ（ｔ）及び、それらを加算した実際に観測される波形Ｅ（ｔ）を示したものであり、図５（ｂ）はゼロクロス付近を拡大したものである。
【００２１】
減衰振動波形は同調アンプ回路により生成されるものであり、その周波数はあらかじめ回路定数で決められている。従って、ノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）も反射光による減衰振動波形Ｓ（ｔ）もその周波数は同一となり、また、波形の減衰の仕方も同一となる。これらのことからノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）、反射光による減衰振動波形Ｓ（ｔ）及び、それらを加算した実際に観測される波形Ｅ（ｔ）は、一般的に次の様な式で表すことができる。
【００２２】
Ｓ（ｔ）＝Ｓ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ）
・・・・（第２式）
【００２３】
Ｎ（ｔ）＝Ｎ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ）
・・・・（第３式）
【００２４】
Ｅ（ｔ）＝Ｅ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ）
＝Ｓ（ｔ）＋Ｎ（ｔ）
＝ Ｓ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ）
＋Ｎ＊ｅｘｐ（ーαｔ）＊ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ）
・・・・ （第４式）
【００２５】
ここで、αは減衰定数であり波形の減衰の程度を表すものである。ｆは振動周波数である。またφは、反射光に対するノイズ光の位相差であり、同様にθは、反射光に対する実際に観測される波形の位相差である。
【００２６】
測定では実際に観測される波形Ｅ（ｔ）のゼロクロスポイントｔ２をタイミング信号として利用している。しかし、図５（ｂ）に示す様にノイズを含まない本来の反射光による波形Ｓ（ｔ）のゼロクロスポイントはｔ３であり、実際に観測される波形は、θだけ位相がシフトしている。この位相シフトθが測距誤差となる。
【００２７】
図６は、図５で示された３つの波形の関係を回転ベクトルで表したものであり、図６（ａ）は、図５の時間ｔ０での状態、図６（ｂ）は 図５の時間ｔ２での状態を示している。
【００２８】
Ｎ（ｔ）、Ｓ（ｔ）、Ｅ（ｔ）のそれぞれのベクトルをｎ、ｓ、ｅとする。
Ｎ（ｔ）もＳ（ｔ）も減衰波形であるから、そのベクトルｎ、ｓは、時間と共に図中の螺旋をなぞる様に反時計回りに回転する。
【００２９】
またベクトルｎ、とｓとのなす角はφであり、この角度は時間に関係なく常に一定である。実際に観測される波形Ｅ（ｔ）のベクトルｅは、ベクトルｎ、ｓの合成ベクトルとして図中のベクトルｅの様に表される。
【００３０】
ここで、図６（ｂ）で示される時間ｔ２時点でのベクトルの関係を図７で詳しく説明する。
【００３１】
図７中、実際に観測される信号のベクトルｅと反射光のベクトルｓのなす角θが求める値である。
【００３２】
今、ベクトルｅを基準としたベクトルｓの位相差をθ、ベクトルｅを基準としたベクトルｎの位相差をβとし、どちらもベクトルｅより進んでいればプラス、遅れていればマイナスの角度とする。また、点Ｐの座標を （ｘｓ、ｙｓ）、点Ｑの座標を（ｘｅ、ｙｅ）、点Ｒの座標を （ｘｎ、ｙｎ）とする。この図は実際に観測される波形Ｅ（ｔ）がゼロレベルを横切った瞬間であるから、 点Ｑの座標（ｘｅ、ｙｅ）は、（ｘｅ、０）となる。また、点Ｒの座標（ｘｎ、ｙｎ）は、βを使用して （ｙｎ×ｃｏｔβ、 ｙｎ）と表せる。
【００３３】
ここでベクトルｅは、ベクトルｓとベクトルｎの合成であるから、点Ｐの座標（ｘｓ、ｙｓ）は次の様に表せる。
【００３４】
（ｘｓ、ｙｓ）＝（ｘｅ、ｙｅ）ー（ｘｎ、ｙｎ）
＝（ｘｅーｙｎ×ｃｏｔβ、 ーｙｎ）
・・・・ （第５式）
【００３５】
これより、角度θを求める一般式を次の様に導くことができる。
【００３６】
ｔａｎ（１８０゜＋θ）＝（ｙｓ／ｘｓ）
＝（ーｙｎ／（ｘｅーｙｎ×ｃｏｔβ））
【００３７】
θ＝ｔａｎー１（ーｙｎ／（ｘｅーｙｎ×ｃｏｔβ））
・・・・ （第６式）
【００３８】
従って、図７で示す様に、 ｙｎ ＝ーｎ２、ｘｅ＝ーｅ２、 β＞０の場合は、
【００３９】
θ＝ｔａｎー１（ｎ２／（ーｅ２＋ｎ２×ｃｏｔβ））＜０
・・・・ （第７式）
【００４０】
となり、誤差を含まない信号は、実際に観測される誤差を含んだ信号よりも角度θに相当する距離だけ短いことが判る。
【００４１】
ここでｎ２、ｅ２及びβの物理的な意味と、それらを使ってθを求める手順を図５を参照しながら説明する。
【００４２】
まず、あらかじめ光ノイズの様子を調べる。光波距離計本体を測定対象物に向けない状態でパルス発光し、この時得られる減衰振動波形Ｎ（ｔ）を所定のサンプル間隔でサンプリングする。サンプリングされたデータは不揮発メモリーに記憶される。ここで、横軸にアドレス、縦軸にサンプル値をとってグラフに表すとこのデータは、図８で示す様に距離に対するノイズ量で表される。
【００４３】
ｎ２は、図５（ｂ）で示す様に、実際に観測される観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２における光ノイズＮ（ｔ２）の大きさである。観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２の値は測距結果から測定対象物までの距離で判定できる。従って、予め不揮発メモリーに記憶してあるノイズ光の減衰振動波形Ｎ（ｔ）から時間ｔ２での波形Ｎ（ｔ２）の値ｎ２を算出する事ができる。ただし、受光部に受光光量調整用の濃度フィルターが入っている場合は、減衰振動波形Ｎ（ｔ）の値に、この時の濃度フィルターの減衰率を掛け合わせ、その結果をｎ２とする。
【００４４】
βは、図５（ａ）及び図５（ｂ）で示される様に、実際の観測波形Ｅ（ｔ）とノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）との位相差であり、この値も対象物までの距離とあらかじめ記憶されたノイズ光の減衰振動波形Ｎ（ｔ）とから算出する事ができる。
【００４５】
ベクトルｅ２は、観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２でのベクトルｅの大きさである。ベクトルの大きさはその位相を考えなければ、図４で示す様に減衰振動のエンベロープの大きさそのものであり、従って次の計算式が成り立つ。
【００４６】
ｅ２＝Ｅｅｘｐ（ーαｔ２） ・・・・ （第９式）
【００４７】
ここで、第９式中のＥの値はｔ＝０での初期値であり、受光光量に依存する値である。このためベクトルｅ２の値を計算するには、測距する毎に、毎回Ｅの値を求める必要がある。まず減衰定数αをメモリーに記憶された光ノイズの減衰波形から予め計算しておく。実際の観測波形Ｅ（ｔ）からは直接Ｅの値は求めることができないが、図５（ａ）の様に、振動波形の最初のピーク値ｅｐは、ピークホールド回路などで得ることができる。
【００４８】
この最初のピークが現れるのは、ゼロクロスポイントのｔ２よりも、位相で９０度手前の位置にあるとし、その時間ｔｐを計算で求める。そして、得られた減衰定数α、ピーク値ｅｐ、時間ｔｐから、以下の第１０式によりＥの値を求める事ができる。
【００４９】
Ｅ＝ｅｐ／ｅｘｐ（ーαｔｐ） ・・・・ （第１０式）
【００５０】
厳密には減衰振動の最初のピーク値が現れるのは、位相で９０度の位置から僅かにずれているが、正確な位置との誤差は極微少であり、従って第１０式で近似することが可能である。ただし、より厳密な値が必要な場合には計算によって正確なｔｐの値を求める事も可能である。
【００５１】
この様にベクトルｅ２の値を計算によって求めてもよいが、計算時間、即ち測距時間の短縮と計算処理の単純化を図るため、振動波形の最初のピーク値ｅｐをベクトルｅ２の値としてそのまま採用しても良い。ただしこの場合、ベクトルｅ２の値を計算で求める場合に比べ若干の誤差が生じる。
【００５２】
以上の様にして求めたｎ２、ベクトルｅ２及びβから、第６式を用いてθの値を求めることができる。
【００５３】
そして、測距で得られた距離に対し、上記の方法で求めた角度θに相当する距離の分を補正することで測定誤差の少ないより正確な距離を算出することが可能となる。
【００５４】
【実施例】
【００５５】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００５６】
図１に示す様に本実施例は、水晶発振器１００と第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０と第２の分周器１３０と第３の分周期１４０と発光素子１と発光素子ドライバー１５０と受光素子７１とアンプ１６０とゼロクロス検出回路１６５と波形整形回路１７０とカウンタ１８０とピークホールド回路１９０とレベル判定回路２００と、バンドパスフィルタ２１０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０と、演算処理回路１０００と、光ノイズサンプル回路６１０と、光ノイズ用不揮発性メモリ６２０とから構成されている。
【００５７】
演算処理回路１０００には、ＣＰＵとメモリ手段等を含んでいる。位相測定装置１００００は、演算処理回路１０００とＡＤコンバータ３００等とから構成されている。
【００５８】
水晶発振器１００は基準信号発生手段の１つであり、基準信号を発生させている。この基準信号は、第３の分周期１４０と第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０とバンドパスフィルタ２１０とカウンタ１８０とに供給されている。基準信号は、第３の分周期１４０で１／ｋに分周された後、第１の分周器１１０に供給され、第１の分周器１１０で、１／（ｎ−１）に分周されてシンセサイザー１２０に送られる。
【００５９】
シンセサイザー１２０は、第１の分周器１１０から供給された信号をｎ倍し、第２の分周器１３０に送出する様になっている。第２の分周器１３０は、シンセサイザー１２０から供給された信号を、１／ｍに分周して測定信号を生成している。
【００６０】
そしてレーザダイオードドライバー１５０は、第２の分周器１３０の出力信号の測定信号に従って、レーザダイオード１をパルス駆動するものである。
【００６１】
なお第２の分周器１３０の出力信号である測定信号は、ＣＰＵを含む演算処理回路１０００とカウンタ１８０とピークホールド１９０にも供給されている。判定信号は、演算処理回路１０００に対して発光確認信号となり、カウンタ１８０及びピークホールド１９０に対して、リセット信号の基準となる。
【００６２】
レーザーダイオード１から発射された光パルスは、光学系を通過し受光素子７１で受光される。受光素子７１は、内部参照光路を通った光パルスと、外部測距光路を通った光パルスを受光する。受光素子７１により光パルスは電気信号に変換され、アンプ１６０に送られる。アンプ１６０は受光素子７１から入力された信号を増幅すると共に減衰振動波形を形成し、ゼロクロス検出回路１６５に送る様に構成されている。ゼロクロス検出回路１６５は、スレッシュレベル（図２の（ｂ）のＶＳ１（基準レベル））により受光を確認し、波形整形回路１７０を能動状態とするための信号を送出する様に構成されている。
【００６３】
能動状態となった波形整形回路１７０は、スレッシュレベル（図２の（ｂ）のＶＳ２（０Ｖ）近傍）でパルス光の重心位置に相当する受光タイミング信号を得て、２値化のディジタルデータに変換し、カウンタ１８０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とＡＤコンバータ３００とに出力する。
【００６４】
バンドパスフィルタ２１０は、第３の分周期１４０で１／ｋに分周された水晶発振器１００の基準信号から正弦波を形成しサンプルホールド回路２２０に送る。サンプルホールド回路２２０は、波形整形回路１７０のタイミング信号により正弦波をサンプルホールドする。そしてホールドされた値はＡＤコンバータ３００でＡＤ変換され演算処理回路１０００に送られる。
【００６５】
演算処理回路１０００では、ホールドされた値がパルス信号であるか否かの比較を行い、適切なパルス信号でない場合には、予め記憶してある状況に応じたデジタル出力を出力する様に構成されている。
【００６６】
パルス信号に応じてゼロクロス検出回路１６５はスレッシュレベルＶＳ１の値を可変させる。適切なパルス信号の場合には、変換されたデジタルデータが演算処理回路１０００内のメモリの予め定められた番地に順次記憶される様になっている。
【００６７】
また、スレッシュレベルＶＳ１を可変することにより、外光量のピーク値を探す。それにより、光量に応じた処理及び補正等を行う様になっている。
【００６８】
バンドパスフィルタ２１０で得られた正弦波とレーザダイオード１の発光周波数とは、少しづつずれる様に構成されている。このため、受信タイミング信号とバンドパスフィルタ２１０で得られた正弦波との位相関係も、同様に少しずつずれている。例えば位相関係は、１００回で１周期となる様な位相関係となっている。このため、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０の出力信号は、約１００ＭＨｚで１周期となる。
【００６９】
以上の様に、サンプルホールド回路２２０から出力される波形は、所定の波数で繰返され、各発光パルス毎のデジタルデータはＡＤ変換され、演算処理回路１０００のメモリ上に記憶される様になっている。
【００７０】
即ち、ＡＤ変換後にメモリに記憶する段階で並べ替えを実行することにより、正弦波状となるＡＤ変換データを生成することができる。更に、所定の周期で繰返し加算されたデータは、平均化処理を施すことにより、変換データの精度を向上させることができる。
【００７１】
なお距離測定は、粗測定と精測定に別れており、粗測定は波形整形回路１７０から出力される発光及び受光のタイミング信号間のクロック数をカウントして算出する。
【００７２】
精測定は、メモリに記憶されたＡＤ変換データに基づいて、フーリエ変換等により求めた位相から距離を求める様に構成されている。
【００７３】
以上の様な本実施例の作用を図３に基づいて説明する。
【００７４】
まず、ステップ１（以下、Ｓ１と略する）で、距離測定を開始する。次にＳ２では、受光光量を調整する。受光光量が大きい場合には、適宜の濃度フィルタを使用して、入射光量を所望の光量に減衰させることができる。そしてＳ３では、濃度フィルタを使用した受光光量のレベルを検出する。更にＳ４では、光波距離計が、測距対象物までの距離Ｌ’を測定する。
【００７５】
次にＳ５では、実際に観測される波形Ｅ（ｔ）のゼロクロスポイントｔ２を算出する。更にＳ６では、実際に観測される観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２ における光ノイズＮ（ｔ２）の大きさであるｎ２を求める。
【００７６】
そしてＳ７では、実際の観測波形Ｅ（ｔ）とノイズ光による減衰振動波形Ｎ（ｔ）との位相差であるβを、ノイズ光の減衰振動波形Ｎ（ｔ）とから算出する。更に、前記第９式等から、観測波形Ｅ（ｔ）がゼロを横切る時間ｔ２でのベクトルｅの大きさであるｅ２ を算出する。
【００７７】
次にＳ８では、Ｓ６、Ｓ７で求められたｎ２、ベクトルｅ２及びβから、第６式を用いてθの値を求める。ここで位相シフトθは、測距誤差に相当する。そしてＳ９では、測距誤差である位相シフトθを、誤差の距離Ｌ”に換算する。更にＤ１０では真の距離値であるＬを、距離Ｌ’＋Ｌ”から演算することができる。そしてＳ１１で、Ｓ１０で得られた真の距離値Ｌを出力し、Ｓ１２で測定を終了する。
【００７８】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、測定光束を測定対象物に向けてパルス的に照射するための発光部と、この測定対象物からの反射光束を受光し電気信号に変換するための受光部と、該受光部の電気信号を減衰振動波形に変換するための同調増幅部と、該同調増幅部の減衰振動波形に基づいて測定位置から反射対象物までの距離を演算するための演算処理手段とを備えた距離測定装置において、前記反射光束による減衰振動波形と前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形との合成により形成された減衰波形が観測される場合であり、前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形を予めサンプリングするための光ノイズサンプル部と、該光ノイズサンプル部のサンプリングデータを記憶するための光ノイズ記憶部を備え、前記演算処理手段が、前記サンプリングされた光ノイズとの波形に基づき減衰定数を計算し、この減衰定数を基に観測された減衰波形に対する、反射光束による減衰波形の位相差を算出し、この位相差に相当する距離を補正することができるという効果がある。
【００７９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の電気的構成を示す図である。
【図２】スレッシュレベルを説明する図である。
【図３】本実施例の作用を説明する示す図である。
【図４】本発明の原理を説明する図である。
【図５】本発明の原理を説明する図である。
【図６】本発明の原理を説明する図である。
【図７】本発明の原理を説明する図である。
【図８】本発明の原理を説明する図である。
【図９】従来技術を説明する図である。
【図１０】従来技術を説明する図である。
【図１１】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１ レーザーダイオード
７１ 受光素子
１００ 水晶発振器
１１０ 第１の分周器
１２０ シンセサイザー
１３０ 第２の分周器
１４０ 第３の分周期
１５０ 発光素子ドライバー
１６０ アンプ
１６５ ゼロクロス検出回路
１７０ 波形整形回路
１８０ カウンタ
１９０ ピークホールド回路
２００ レベル判定回路
２１０ バンドパスフィルタ
２２０ サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）
３００ ＡＤコンバータ
４００ メモリ
５００ ＣＰＵ
５１０ ＤＡコンバータ
６１０ 光ノイズサンプル回路
６２０ 光ノイズ用不揮発性メモリ
１０００ 演算処理回路
Claims (2)
- 測定光束を測定対象物に向けてパルス的に照射するための発光部と、この測定対象物からの反射光束を受光し電気信号に変換するための受光部と、該受光部の電気信号を減衰振動波形に変換するための同調増幅部と、該同調増幅部の減衰振動波形に基づいて測定位置から反射対象物までの距離を演算するための演算処理手段とを備えた距離測定装置において、前記反射光束による減衰振動波形と前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形との合成により形成された減衰波形が観測される場合であり、前記距離測定装置内部で発生する光ノイズの減衰振動波形を予めサンプリングするための光ノイズサンプル部と、該光ノイズサンプル部のサンプリングデータを記憶するための光ノイズ記憶部を備え、前記演算処理手段が、前記サンプリングされた光ノイズとの波形に基づき減衰定数を計算し、この減衰定数を基に観測された減衰波形に対する、反射光束による減衰波形の位相差を算出し、この位相差に相当する距離を補正することを特徴とするパルス方式の光波距離計。
- 演算処理手段が、前記同調増幅部の減衰振動波形を所定のサンプル間隔でサンプリングするためのサンプル部と、該サンプル部のサンプリングデータを記憶するための記憶部と、該記憶部のサンプリングデータに基づき測定位置から反射対象物までの距離を算出する距離算出部とから構成されており、該サンプル部および該記憶部が、それぞれ光ノイズサンプル部および光ノイズ記憶部を兼用する請求項１記載のパルス方式の光波距離計。
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