JPH01235889A - 直線性誤差補正機能を有する光波測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光波測距装置の測距精度を損う要因の一つで
ある電磁透導ノイズによる直線性誤差を補正する機能を
有する光波測距装置に関する。

〔従来の技術〕

光波測距装置には、測定距離に応じて周期的に増減する
誤差の存することが知られている。この誤差は測距の直
線性に影響を及ぼす誤差であるから、直線性誤差と呼ば
れる。そして、この誤差は電気的手段によって補正され
ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の此の補正方法は、電気的手段によ
るため、上記誘導ノイズによる誤差を完全に除去するこ
とは難かしかった。また、この補正方法は、温度変化な
どによる透導ノイズのドリフトが調整終了後に生じたと
しても、これを取り除くことができなかった。さらに、
かかる方法を用いて直線性誤差の補正を高精度で行うに
は多大の調整時間を要した。

従って、本発明は上述の問題点を解決し、高精度の測距
直線性が容易に得られる直線性誤差補正機能を有する光
波測距装置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〕

上記目的を達成するため、本発明の直線性誤差補正機能
を有する光波測距装置は、被測定物に向けて変調光を射
出する発光部と、被測定物から反射されてきた振幅変調
光を受ける受光部と、上記発光部からの振幅変調光を被
測定物に向けて射出しこれから反射された振幅変調光を
上記受光部に導く外部測距光路と、上記内部参照光路と
外部測距光路の何れかを選択し上記発光部からの振幅変
調光が該選択された光路を進むように切換える光路切換
部と、上記内部参照光路と上記外部測距光路の一部に接
続されてその光路を一定長延長する光路延長部と、上記
受光部の出力信号の位相を検出する位相検出部と、延長
した上記内部参照光路と上記外部測距光路及び上記延長
しない上記内部参照光路と上記外部測距光路を上記振幅
変調光が通過したときに上記位相検出部で検出された位
相から被測定物までの距離を算出する距離測定部とから
構成されるものである。

〔発明の原理〕

直線性誤差の周期性 外部標的をコーナーキューブとし、第１図に示すように
、光波測距装置からコーナーキユーブまでの距離Ｘを横
軸にとり、測距値の実距離に対する誤差ΔＬ（ｘ）を縦
軸にとると、直線性誤差は周期的に繰り返される正弦曲
線として表わされる。

この誤差曲線の距離周期は１５ＭＨｚの精測定用振幅変
調光の測距周期１０ｍと一致することが実験により確か
められている。

１５ＭＨｚの振幅変調光の測距周期は２０ｍであり、い
まコーナーキューブを光波測距装置から１０ｍの距離に
置いて測距する場合を考えると、光波測距装置からコー
ナーキューブまでの往復距離２０ｍは振幅変調光の測距
周期２０ｍに一致する。

すなわち、往復距離の２である測距距離がこの測距距離
に対する誤差を与える誤差曲線の距離周期のＡに対応す
るので、本明細書の以下の説明では、１５ＭＨｚの精測
定用振幅変調光の測距換算周期を１０ｍとし、誤差曲線
がこの精測定用振幅変調光の測距換算周期１０ｍに等し
い距離周期を有するものとして論じることにする。

誤差曲線は距離周期１０ｍを有する正弦曲線であるから
、正弦関数の性質により 距離ｇ　（ｍ）での誤差ΔＬ（ｇ）と、距離（ｇ＋１０
）ｍにおける誤差ΔＬ（ｇ＋１０）は相等しく、 ΔＬ（ｇ＞＝ΔＬ（ｇ＋１０）　　　　　　　（１）で
あり、ｇ＋５　（ｍ）での誤差ΔＬ（ｇ＋５）はΔＬ（
ｇ）と大きさ等しく符号が相反するので、ΔＬ（ｇ＋５
）＝−ΔＬ（ｇ）　　　　、（２）という関係式が成立
する。

直線性誤差の補正 本発明の光波測距装置の構成によれば、光波測距装置か
ら被測定物までの距離は、外部標的であるコーナーキュ
ーブまでの「外部測距光路」と「内部参照光路」の光路
差によって与えられる。

従って、直線性誤差の測定距離に対する変化を与える誤
差曲線が光波測距装置に使用される精測定用振幅変調光
の変調周波数に対する測距周期の各を距離周期とする正
弦関数で表わされることに着目し、光路延長部の光路長
を例えば振幅変調光の測距周期のＸに設定することによ
って、上記内外の光路差に対応する検出器出力信号の位
相差を光路延長部の接続された場合と接続されなかった
場合とについて求め、両者の算術平均をとる。こうする
ことによって、上記誤差曲線の周期性と光路延長部の設
定長とによって直線性誤差が相殺されるので、直線性誤
差を含まない距離測定値が距離測定部から得られ直線性
誤差が補正されることになる。

〔実施例〕

第２図を参照して本発明の光波測距装置の実施例につい
て説明する。発光部１は精測定用に１５ＭＨｚ（測距換
算周期１０ｍ）の、また粗測定用に７５ＫＨ２（測距換
算周期２ｋｍ）の振幅変調された光波を射出する。本実
施例では、１５ＭＨｚの振幅変調光を使用する。

発光部１から射出された振幅変調光は、集光レンズ２に
より光ファイバー３の一端に集められた後ファイバー３
中を進みその他端に達する。光ファイバー３の他端に対
向してプリズムＰが配置され、又該他端と該プリズムＰ
との間には外部測距光と内部参照光を択一的に遮断する
ための第１光路切換手段であるシャッター４が介在して
いる。

シャッター４が図示の位置にあるとき、プリズムＰの反
射面５からの振幅変調光は外部測距光路７を進む。すな
わち、光は対物レンズ８により平行光束となり外部標的
としてのコーナーキユーブ９に入射し、該コーナーキユ
ーブ９は入射光を平行光束として反射し、反射された光
束は対物レンズ８を通過後、プリズムＰの反射面６で反
射され点Ｑに集束する。

一方、シャッター４が図示の位置にないとき、プリズム
Ｐに入射した振幅変調光はその内部反射面１０で反射さ
れて内部参照光路１１を進み上記点Ｑに到達する。

点Ｑに集束した光は光ファイバー１２の一端に入射し、
該ファイバー１２を通過後その他端に到る。光ファイバ
ー１２の他端から射出された光はレンズ１３により平行
光束となってレンズ１４を通過後その焦点に配された受
光部１９に入射する。

このとき標準光路と延長光路とを切換えるための第２光
路切換手段である光路切換プリズム１７は図示の位置ａ
を占め、レンズ１３と１４の間を進む光束を遮らない位
置にある。

光路切換プリズム１７が点線で図示の位置すにあると、
レンズ１３からの平行光束はプリズム１７の反射面２０
で反射後、レンズ１５で集束されてその焦点に結像する
。該焦点にはＧｉ　　（グレーデッドインデックス）形
ファイバー等の光ファイバー１８の一端が配置され、そ
の他端にはこれを焦点とする位置にレンズ１６が配置さ
れ、これらレンズ１５．１６及び光ファイバー１６は光
路延長部２０を形成している。なお、本実施例の場合、
この光路延長部の光路長は１５ＭＨｚの精測定用振幅変
調光の測距換算周期の２（測距換算周期が１０ｍなので
５ｍ）に等しくなるように設定されている。

光路切換プリズム１７が位置すに切換られている場合、
既に述べたように、レンズ１３からの平行光束はプリズ
ム１７０反射面２Ｉで反射されてレンズ１５に入射する
。該レンズにより集束された光は光フアイバー１８中を
進み、レンズ１６を通過後プリズム１７の反射面２１で
反射されてレンズ１４に入射する。

該レンズ１４から射出された光束は該レンズの焦点に配
された受光部１９上に集束されるが、この暁光は光路延
長部２０によって延長された光路を進むことになる。な
お、光路切換プリズム１７が前記位置ａにある場合、光
は光路延長部２０により延長されない光路を進むことは
言うまでもない。

かくして、第１光路切換手段であるシャッター４の位置
及び第２の光路切換手段である光、路切換用プリズム１
７の位置により、延長された内部参照光路と外部測距光
路及び延長されない内部参照光路と外部測距光路が選択
自在に切換えられることになる。

受光部ノ９に入射した振幅変調光は電気信号に変換され
、該受光部の出力である上記電気信号は位相検出部２３
に導かれる。位相検出部２３には距離測定部２２が接続
されていて、該距離測定部は位相検出部２３が検出した
選択光路間の光路差に対応する位相差から外部標的であ
るコーナーキユーブ９までの距離を算出する。

次に、上記実施例の光波測距装置の動作について説明す
る。外部測距光路７か内部参照光路１１かのいずれかの
光路を選択すべく作用するシャッター４の位置と、光路
切換用プリズム１７の切換位置と、の組合わせにより、
下表に示すように、付された符号で相互に区別される４
つの光路りを生じる。これらの４つの光路りはまたそれ
ぞれの光路長を表すものとする。

上表において、「外」、「内」はシャッター１４により
選択された光路がそれぞれ「外部測距光路７」および「
内部参照光路１１」であることを示す。また、「＋５」
は光路切換用プリズム１７がｂの位置にあることを示す
。

本実施例の光波測距装置の構成によれば、光波測距装置
から外部目標であるコーナキニーブ９までの測定距離は
、一般に、「外部測距光路」の測距値から「内部参照光
路」の測距値を減じたものとして求められる。

まず、光波測距装置からａ　（ｍ）だけ絡れている目標
位置Ｇを測定したとすれば、光波測距装置の測定値しは ＝ａ＋ΔＬ（ａ＞ によって与えられる。

ときは、光路延長部による光路の増加分に相当して実距
離よりも５ｍ長い距離を測定していることになる。つま
り、第１図において、位置Ｇから５ｍ離れた位置Ｈで測
定しているわけである。基準点から位置Ｈまでの距離ｂ
（ｍ）に対する測距誤差ΔＬ（ｂ）は、位置Ｇよりも５
ｍ（！／Ｆ周期）だけ離れた位置である位置Ｈにおける
ものであるから、その大きさはΔＬ（ａ）に等しくその
符号は距装萱による測定値をＬ′とすれば ＝ｂ＋ΔＬ（ｂ）　　　　　　　　（４）また、　ｂ　
＝　ａ　＋　５　　　　　　　　　　　　　　（５）Δ
Ｌ（ｂ）＝ΔＬ（ａ＋５）＝−ΔＬ（ａ）（６）である
。

めると、（５）、（６）で与えられる関係を考慮してと
なり、正しい距離ａ　（ｍ）が求まり、誘導ノイズによ
る誤差が相殺されたことになる。

誘導ノイズの除去は、また次のようにしても行を比較す
ると、次のことが分かる。

含まれる誘導ノイズと大きさが同じく符号が逆の誘導ノ
イズが含まれている。

する。したがって、これらの関係と式（７）とを考慮溝
ノイズを相殺するには次のようにすればよいことが分か
る。

外部測距光路から誘導ノイズを除去するにはとし、内部
参照光路については とすればよい。

故に、実際の距離は、（８）と（９）とからとして求め
られる。

実際の測定手順としては、光路切換用プリズム１７を位
置ａおよび位置すに置き、それぞれの位置で外部測距光
路と内部参照光路の光路差に相当する位相差を位相検出
部２１で検出し、検出された位相差の算術平均値を距離
測定部２２により求めればよい。

また、本実施例では、光路延長部の光路長を５ｍ１つま
り測距用振幅変調光の測距換算−周期（測距周期のＭ）
１０ｍの％に選択したけれども、−般には光路長の増加
分を測距用振幅変調光の測距周期のスの奇数倍としても
同一の効果を生じることは、誤差曲線が測距周期の％の
距離周期をもつ正弦関数で表わされことから明らかであ
る。

さらに、本実施例では、光路延長部２０としてレンズ１
５．１６およびＧ１　ファイバー１８より成る光学系を
、また第２の光路切換手段としては２つの位置ａおよび
ｂをもつ光路切換プリズム１７を使用したけれども、種
々の変形を両者に対し行い得ることは当業者にとって自
明なはずである。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したような構成を有するので、以下
に記載するような効果を奏する。

１、　測距誤差の要因の一つである、誘導ノイズに起因
する直線性誤差を原理上完全に除去することができる。

２、　光波距離計の調整終了後に温度変化などによる誘
導ノイズのドリフトが生じたとしても、ドリフトによる
誤差が相殺される構成のため、光波距離計の精度が調整
後のドリフトにより影響を受けることはない。

３、　本発明による直線性誤差の補正は、その本質上自
動的の行われる構成になっているため、従来の電気的手
段による調整のように長時間を要せず、迅速かつ容易に
行われる。

４、　本発明の光学系の一部に使用される光ファイバー
は、その素材が石英やガラスなどの誘電体（絶縁体）で
あるため、直線性誤差の原因である電磁誘導ノイズの影
響を本質的に受けないという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は光波測距装置の測距精度を損う要因の１つであ
る電磁誘導ノイズに起因する直線性誤差を測定距離の周
期関数として表わす誤差曲線を示す図、そして第２図は
本発明の光波測距装置の構成を示すブロック図である。 １・・・・・・発光部 ４・・・・・・光路切換部 ７・・・・・・外部測距光路 ９・・・・・・被測定物 １１・・・・・・内部参照光路 １９・・・・・・受光部 ２０・・・・・・光路延長部 ２１・・・・・・位相検出部 ２２・・・・・・距離測定部 ａ・・・・・・該光路延長部を上記切換えられた光路に
接続しない位置 ｂ・・・・・・該光路延長部を上記切換えられた光路に
接続する位置 Ｑ・・・・・・上記内部参照光路と上記外部測距光路の
一部 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定物に向けて変調光を射出する発光部と、被測定物
   から反射されてきた振幅変調光を受ける受光部と、 上記発光部からの振幅変調光を上記受光部に直接導く内
   部参照光路と、 上記発光部からの振幅変調光を被測定物に向けて射出し
   、これから反射された振幅変調光を上記受光部に導く外
   部測距光路と、 上記内部参照光路と外部測距光路の何れかを選択し上記
   発光部からの振幅変調光が該選択された光路を進むよう
   に切換える光路切換部と、 上記内部参照光路と上記外部測距光路の一部に接続され
   てその光路を一定長延長する光路延長部と、 上記受光部の出力信号の位相を検出する位相検出部と、
   延長した上記内部参照光路と上記外部測距光路及び延長
   しない上記内部参照光路と上記外部測距光路を上記振幅
   変調光が通過したときに上記位相検出部で検出された位
   相から被測定部までの距離を算出する距離測定部と から構成されていることを特徴とする直線性誤差補正機
   能を有する光波測距装置。