JPH08105712A - 光波距離計 - Google Patents
光波距離計Info
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- JPH08105712A JPH08105712A JP6239127A JP23912794A JPH08105712A JP H08105712 A JPH08105712 A JP H08105712A JP 6239127 A JP6239127 A JP 6239127A JP 23912794 A JP23912794 A JP 23912794A JP H08105712 A JPH08105712 A JP H08105712A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 83
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 58
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract 1
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- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 位相シフト法を利用したホモダイン技術に基
づいて、被測定対象物に対する距離の計測精度を向上さ
せる。 【構成】 この光波距離計は、少なくとも３種類の位相
変調を時分割に施した駆動信号を出力するとともに、こ
の駆動信号の周波数と同一の周波数を有する参照信号を
出力する信号発生回路２０と、駆動信号に基づいて時分
割に位相変調した測定光を出射する光源３０と、被測定
対象物１０で散乱反射した測定光に基づいて時分割に位
相変調した検出信号を出力する光検出器４０と、検出信
号及び参照信号を重ね合わせた干渉信号の強度の時間平
均をホモダイン信号として出力するホモダイン処理回路
５０，６０と、このホモダイン処理回路５０，６０から
入力したホモダイン信号の波高を駆動信号の位相変調の
切替に対応して相互に比較し、測定光の発光時と受光時
との間の位相差を検出する位相検出回路７０とから構成
されている。
づいて、被測定対象物に対する距離の計測精度を向上さ
せる。 【構成】 この光波距離計は、少なくとも３種類の位相
変調を時分割に施した駆動信号を出力するとともに、こ
の駆動信号の周波数と同一の周波数を有する参照信号を
出力する信号発生回路２０と、駆動信号に基づいて時分
割に位相変調した測定光を出射する光源３０と、被測定
対象物１０で散乱反射した測定光に基づいて時分割に位
相変調した検出信号を出力する光検出器４０と、検出信
号及び参照信号を重ね合わせた干渉信号の強度の時間平
均をホモダイン信号として出力するホモダイン処理回路
５０，６０と、このホモダイン処理回路５０，６０から
入力したホモダイン信号の波高を駆動信号の位相変調の
切替に対応して相互に比較し、測定光の発光時と受光時
との間の位相差を検出する位相検出回路７０とから構成
されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定対象物に測定光
を照射してその散乱反射光を検出することにより、測定
光の発光時と受光時との間の位相差に基づいて、被測定
対象物に対する距離を計測する光波距離計に関する。
を照射してその散乱反射光を検出することにより、測定
光の発光時と受光時との間の位相差に基づいて、被測定
対象物に対する距離を計測する光波距離計に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】一般に、
光の周波数は約１００ＴＨｚと非常に高いことから、こ
の周波数に追随可能な光検出器が存在しないので、光の
位相を直接に測定することができない。
光の周波数は約１００ＴＨｚと非常に高いことから、こ
の周波数に追随可能な光検出器が存在しないので、光の
位相を直接に測定することができない。
【０００３】従来の光波距離計においては、測定光の発
光時と受光時との間の位相差を検出するために、ヘテロ
ダイン（Heterodyne）技術が主に適用されている。この
技術によれば、測定光を検出する光検出器から出力した
検出信号と、この検出信号の周波数と異なる周波数を有
する参照信号とを重ね合わせて干渉信号を発生させる。
なお、これら検出信号と参照信号との間の周波数差は、
光検出器の応答周波数の範囲内に含まれるように比較的
小さく設定する必要がある。
光時と受光時との間の位相差を検出するために、ヘテロ
ダイン（Heterodyne）技術が主に適用されている。この
技術によれば、測定光を検出する光検出器から出力した
検出信号と、この検出信号の周波数と異なる周波数を有
する参照信号とを重ね合わせて干渉信号を発生させる。
なお、これら検出信号と参照信号との間の周波数差は、
光検出器の応答周波数の範囲内に含まれるように比較的
小さく設定する必要がある。
【０００４】これにより、干渉信号の周波数は検出信号
及び参照信号の各周波数に比較して低減化するので、干
渉信号の位相を検出することができる。そのため、干渉
信号の位相の測定値と、参照信号の位相の設定値とに基
づいて、検出信号の位相を算出することにより、測定光
の発光時と受光時との間の位相差を高い分解能で測定す
ることができる。
及び参照信号の各周波数に比較して低減化するので、干
渉信号の位相を検出することができる。そのため、干渉
信号の位相の測定値と、参照信号の位相の設定値とに基
づいて、検出信号の位相を算出することにより、測定光
の発光時と受光時との間の位相差を高い分解能で測定す
ることができる。
【０００５】しかしながら、このようなヘテロダイン技
術には、検出信号及び参照信号の各周波数の安定性が位
相の測定精度に大きく影響してしまう。そのため、測定
光を発生する光源に対して駆動信号を発生させる発振器
や、参照信号を発生させる発振器などに、周波数を一定
に保持するという高い精度の動作安定性が要請されると
いう問題がある。
術には、検出信号及び参照信号の各周波数の安定性が位
相の測定精度に大きく影響してしまう。そのため、測定
光を発生する光源に対して駆動信号を発生させる発振器
や、参照信号を発生させる発振器などに、周波数を一定
に保持するという高い精度の動作安定性が要請されると
いう問題がある。
【０００６】一方、従来の光波距離計においては、この
ような発振器に対する要請を考慮する必要がないものと
して、ホモダイン（Homodyne）技術も適用されている。
この技術によれば、測定光を検出する光検出器から出力
した検出信号と、この検出信号の周波数と同一の周波数
を有する参照信号とを重ね合わせて干渉信号を発生させ
る。
ような発振器に対する要請を考慮する必要がないものと
して、ホモダイン（Homodyne）技術も適用されている。
この技術によれば、測定光を検出する光検出器から出力
した検出信号と、この検出信号の周波数と同一の周波数
を有する参照信号とを重ね合わせて干渉信号を発生させ
る。
【０００７】これにより、干渉信号の強度の時間平均は
検出信号と参照信号との間の位相差に依存することにな
る。そのため、干渉信号の強度の時間平均の測定値と、
参照信号の位相の設定値とに基づいて、検出信号の位相
を算出することにより、測定光の発光時と受光時との間
の位相差を高い分解能で測定することができる。
検出信号と参照信号との間の位相差に依存することにな
る。そのため、干渉信号の強度の時間平均の測定値と、
参照信号の位相の設定値とに基づいて、検出信号の位相
を算出することにより、測定光の発光時と受光時との間
の位相差を高い分解能で測定することができる。
【０００８】ただし、干渉信号は直流成分のみからなる
ので、干渉信号の強度の時間平均が変化した場合に、振
幅変化によるものなのか、あるいは位相変化によるもの
なのかを判別することが困難である。そのため、いわゆ
る位相シフト法に基づいて、干渉信号の振幅による影響
を排除し、位相をシフトした異なる干渉信号の強度の時
間平均の間のレベル比に基づいて検出信号の位相を算出
することが行われている。
ので、干渉信号の強度の時間平均が変化した場合に、振
幅変化によるものなのか、あるいは位相変化によるもの
なのかを判別することが困難である。そのため、いわゆ
る位相シフト法に基づいて、干渉信号の振幅による影響
を排除し、位相をシフトした異なる干渉信号の強度の時
間平均の間のレベル比に基づいて検出信号の位相を算出
することが行われている。
【０００９】しかしながら、このようなホモダイン技術
には、干渉信号が直流成分のみからなることから、信号
処理回路における増幅器のオフセット誤差を含む利得誤
差が位相の測定精度に大きく影響してしまう。そのた
め、干渉信号の強度の時間平均を増幅する増幅器に、干
渉信号の強度の時間平均のレベル範囲に対して一定の利
得を有するという比較的広いダイナミックレンジが要請
されるという問題がある。
には、干渉信号が直流成分のみからなることから、信号
処理回路における増幅器のオフセット誤差を含む利得誤
差が位相の測定精度に大きく影響してしまう。そのた
め、干渉信号の強度の時間平均を増幅する増幅器に、干
渉信号の強度の時間平均のレベル範囲に対して一定の利
得を有するという比較的広いダイナミックレンジが要請
されるという問題がある。
【００１０】このような問題に対処した先行技術に関し
ては、被測定対象物に電波の測定信号を発信してその被
測定対象物で散乱反射した測定信号を受信する電波距離
計が、公報「実開平４−３３７３号」などに詳細に記載
されている。この電波距離計においては、測定信号の発
信時と受信時との間の時間差に基づいて、被測定対象物
に対する距離を計測している。
ては、被測定対象物に電波の測定信号を発信してその被
測定対象物で散乱反射した測定信号を受信する電波距離
計が、公報「実開平４−３３７３号」などに詳細に記載
されている。この電波距離計においては、測定信号の発
信時と受信時との間の時間差に基づいて、被測定対象物
に対する距離を計測している。
【００１１】ここで、ホモダイン技術にしたがって、測
定信号を受信する受信器から出力した検出信号と、この
検出信号の周波数と同一の周波数を有する参照信号とを
重ね合わせて干渉信号を発生させている。この際に、位
相シフト法に基づいて、検出信号のレベルに対応して参
照信号の位相を制御することにより、干渉信号の強度の
時間平均の増幅によって発生する波形歪みを低減させて
いる。
定信号を受信する受信器から出力した検出信号と、この
検出信号の周波数と同一の周波数を有する参照信号とを
重ね合わせて干渉信号を発生させている。この際に、位
相シフト法に基づいて、検出信号のレベルに対応して参
照信号の位相を制御することにより、干渉信号の強度の
時間平均の増幅によって発生する波形歪みを低減させて
いる。
【００１２】しかしながら、参照信号の位相を切り替え
る際に低周波成分が同期して発生することから、この低
周波成分は干渉信号の強度の時間平均のレベルに大きく
影響してしまう。このような参照信号の低周波成分によ
る影響を干渉信号の強度の時間平均から排除するため
に、参照信号の位相を段階的に切り替えたり、参照信号
の周波数を変化させたりする必要がある。したがって、
被測定対象物に対する距離の計測精度を大幅に向上させ
るためには、参照信号の処理回路が複雑かつコスト高に
なるという問題がある。
る際に低周波成分が同期して発生することから、この低
周波成分は干渉信号の強度の時間平均のレベルに大きく
影響してしまう。このような参照信号の低周波成分によ
る影響を干渉信号の強度の時間平均から排除するため
に、参照信号の位相を段階的に切り替えたり、参照信号
の周波数を変化させたりする必要がある。したがって、
被測定対象物に対する距離の計測精度を大幅に向上させ
るためには、参照信号の処理回路が複雑かつコスト高に
なるという問題がある。
【００１３】そこで、本発明は、以上の問題点に鑑みて
なされたものであり、位相シフト法を利用したホモダイ
ン技術に基づいて、被測定対象物に対する距離の計測精
度を向上させる光波距離計を提供することを目的とす
る。
なされたものであり、位相シフト法を利用したホモダイ
ン技術に基づいて、被測定対象物に対する距離の計測精
度を向上させる光波距離計を提供することを目的とす
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の光波距離計は、
上記の目的を達成するために、少なくとも３種類の位相
変調を時分割に施した駆動信号を出力するとともに、こ
の駆動信号の周波数と同一の周波数を有する参照信号を
出力する信号発生回路と、この信号発生回路から入力し
た駆動信号に基づいて時分割に位相変調した測定光を出
射する光源と、この光源から出射して被測定対象物で散
乱反射した測定光に基づいて時分割に位相変調した検出
信号を出力する光検出器と、この光検出器から入力した
検出信号と、信号発生回路から入力した参照信号とを重
ね合わせた干渉信号の強度の時間平均をホモダイン信号
として出力するホモダイン処理回路と、このホモダイン
処理回路から入力したホモダイン信号の波高を駆動信号
の位相変調の切替に対応して相互に比較し、測定光の発
光時と受光時との間の位相差を検出する位相検出回路と
を備えることを特徴とする。
上記の目的を達成するために、少なくとも３種類の位相
変調を時分割に施した駆動信号を出力するとともに、こ
の駆動信号の周波数と同一の周波数を有する参照信号を
出力する信号発生回路と、この信号発生回路から入力し
た駆動信号に基づいて時分割に位相変調した測定光を出
射する光源と、この光源から出射して被測定対象物で散
乱反射した測定光に基づいて時分割に位相変調した検出
信号を出力する光検出器と、この光検出器から入力した
検出信号と、信号発生回路から入力した参照信号とを重
ね合わせた干渉信号の強度の時間平均をホモダイン信号
として出力するホモダイン処理回路と、このホモダイン
処理回路から入力したホモダイン信号の波高を駆動信号
の位相変調の切替に対応して相互に比較し、測定光の発
光時と受光時との間の位相差を検出する位相検出回路と
を備えることを特徴とする。
【００１５】ここで、信号発生回路は、参照信号を発生
する第１の発振器と、この第１の発振器から入力した参
照信号の位相をそれぞれπ、π／２及び３π／２だけシ
フトさせた３種類の参照信号をそれぞれ出力する３個の
位相シフタと、パルス発振した切替信号を発生する第２
の発振器と、この第２の発振器から入力した切替信号に
基づいて、発信器及び３個の位相シフタからそれぞれ入
力した４種類の参照信号の一つを順次選択して駆動信号
として出力する切替器とから構成されていることを特徴
としてもよい。
する第１の発振器と、この第１の発振器から入力した参
照信号の位相をそれぞれπ、π／２及び３π／２だけシ
フトさせた３種類の参照信号をそれぞれ出力する３個の
位相シフタと、パルス発振した切替信号を発生する第２
の発振器と、この第２の発振器から入力した切替信号に
基づいて、発信器及び３個の位相シフタからそれぞれ入
力した４種類の参照信号の一つを順次選択して駆動信号
として出力する切替器とから構成されていることを特徴
としてもよい。
【００１６】なお、信号発生回路は、被測定対象物に対
する距離の設定範囲に対応して、第１の発振器から入力
した参照信号の位相を基準位相だけシフトさせた第１の
参照信号を出力する第１の補助位相シフタと、３個の位
相シフタからそれぞれ入力した３種類の参照信号の一つ
の位相を基準位相だけシフトさせた第２の参照信号を出
力する第２の補助位相シフタとをさらに有しており、ホ
モダイン処理回路は、光検出器から入力した検出信号と
第１の補助位相シフタから入力した第１の参照信号とを
重ね合わせた干渉信号の強度の時間平均を第１のホモダ
イン信号として出力する第１のホモダイン処理回路と、
光検出器から入力した検出信号と第２の補助位相シフタ
から入力した第２の参照信号とを重ね合わせた干渉信号
の強度の時間平均を第２のホモダイン信号として出力す
る第２のホモダイン処理回路とから構成されていること
が好適である。
する距離の設定範囲に対応して、第１の発振器から入力
した参照信号の位相を基準位相だけシフトさせた第１の
参照信号を出力する第１の補助位相シフタと、３個の位
相シフタからそれぞれ入力した３種類の参照信号の一つ
の位相を基準位相だけシフトさせた第２の参照信号を出
力する第２の補助位相シフタとをさらに有しており、ホ
モダイン処理回路は、光検出器から入力した検出信号と
第１の補助位相シフタから入力した第１の参照信号とを
重ね合わせた干渉信号の強度の時間平均を第１のホモダ
イン信号として出力する第１のホモダイン処理回路と、
光検出器から入力した検出信号と第２の補助位相シフタ
から入力した第２の参照信号とを重ね合わせた干渉信号
の強度の時間平均を第２のホモダイン信号として出力す
る第２のホモダイン処理回路とから構成されていること
が好適である。
【００１７】また、第１のホモダイン処理回路は、光検
出器から入力した検出信号と第１の補助位相シフタから
入力した第１の参照信号とを重ね合わせて第１のホモダ
イン信号を出力する第１の乗算器と、この第１の乗算器
から入力した第１のホモダイン信号を可変に設定した利
得で増幅する第１の可変利得増幅器と、この第１の可変
利得増幅から入力した第１のホモダイン信号の極性をそ
れぞれ保持または反転した第１の保持ホモダイン信号及
び第１の反転ホモダイン信号をそれぞれ出力する２個の
第１の増幅器とから構成されており、第２のホモダイン
処理回路は、光検出器から入力した検出信号と第２の補
助位相シフタから入力した第２の参照信号とを重ね合わ
せて第２のホモダイン信号を出力する第２の乗算器と、
この第２の乗算器から入力した第２のホモダイン信号を
可変に設定した利得で増幅する第２の可変利得増幅器
と、この第２の可変利得増幅から入力した第２のホモダ
イン信号の極性をそれぞれ保持または反転した第２の保
持ホモダイン信号及び第２の反転ホモダイン信号をそれ
ぞれ出力する２個の第２の増幅器とから構成されている
ことが好適である。
出器から入力した検出信号と第１の補助位相シフタから
入力した第１の参照信号とを重ね合わせて第１のホモダ
イン信号を出力する第１の乗算器と、この第１の乗算器
から入力した第１のホモダイン信号を可変に設定した利
得で増幅する第１の可変利得増幅器と、この第１の可変
利得増幅から入力した第１のホモダイン信号の極性をそ
れぞれ保持または反転した第１の保持ホモダイン信号及
び第１の反転ホモダイン信号をそれぞれ出力する２個の
第１の増幅器とから構成されており、第２のホモダイン
処理回路は、光検出器から入力した検出信号と第２の補
助位相シフタから入力した第２の参照信号とを重ね合わ
せて第２のホモダイン信号を出力する第２の乗算器と、
この第２の乗算器から入力した第２のホモダイン信号を
可変に設定した利得で増幅する第２の可変利得増幅器
と、この第２の可変利得増幅から入力した第２のホモダ
イン信号の極性をそれぞれ保持または反転した第２の保
持ホモダイン信号及び第２の反転ホモダイン信号をそれ
ぞれ出力する２個の第２の増幅器とから構成されている
ことが好適である。
【００１８】ここで、駆動信号の位相変調の切替に対応
して、ホモダイン処理回路から入力したホモダイン信号
と基準電圧とを比較し、光検出器及びホモダイン処理回
路の各利得を制御する利得調整回路とをさらに備えるこ
とを特徴としてもよい。
して、ホモダイン処理回路から入力したホモダイン信号
と基準電圧とを比較し、光検出器及びホモダイン処理回
路の各利得を制御する利得調整回路とをさらに備えるこ
とを特徴としてもよい。
【００１９】なお、位相検出回路は、第２の発振器から
入力した切替信号に基づいて、２個の第１の増幅器と２
個の第２の増幅器からそれぞれ入力した第１及び第２の
保持ホモダイン信号と第１及び第２の反転ホモダイン信
号との一つを順次選択して位相信号として出力する第１
の切替器と、この第１の切替器から入力した位相信号を
直流変換する第１の積分器と、この第１の積分器から入
力した位相信号の波高を平滑化し、測定光の発光時と受
光時との間の位相差を検出する直線性改善器とから構成
されており、利得調整回路は、第２の発振器から入力し
た切替信号に基づいて、２個の第１の増幅器と２個の第
２の増幅器からそれぞれ入力した第１及び第２の保持ホ
モダイン信号と第１及び第２の反転ホモダイン信号との
一つを順次選択して利得信号として出力する第２の切替
器と、この第２の切替器から入力した利得信号を直流変
換する第２の積分器と、基準電圧を発生する電圧源と、
この電圧源から入力した基準電圧と第２の積分器から入
力した利得信号の波高とを比較し、光検出器及び第１及
び第２の可変利得増幅器の各利得を制御する比較器とか
ら構成されていることが好適である。
入力した切替信号に基づいて、２個の第１の増幅器と２
個の第２の増幅器からそれぞれ入力した第１及び第２の
保持ホモダイン信号と第１及び第２の反転ホモダイン信
号との一つを順次選択して位相信号として出力する第１
の切替器と、この第１の切替器から入力した位相信号を
直流変換する第１の積分器と、この第１の積分器から入
力した位相信号の波高を平滑化し、測定光の発光時と受
光時との間の位相差を検出する直線性改善器とから構成
されており、利得調整回路は、第２の発振器から入力し
た切替信号に基づいて、２個の第１の増幅器と２個の第
２の増幅器からそれぞれ入力した第１及び第２の保持ホ
モダイン信号と第１及び第２の反転ホモダイン信号との
一つを順次選択して利得信号として出力する第２の切替
器と、この第２の切替器から入力した利得信号を直流変
換する第２の積分器と、基準電圧を発生する電圧源と、
この電圧源から入力した基準電圧と第２の積分器から入
力した利得信号の波高とを比較し、光検出器及び第１及
び第２の可変利得増幅器の各利得を制御する比較器とか
ら構成されていることが好適である。
【００２０】
【作用】本発明の光波距離計においては、信号発生回路
は、少なくとも３種類の位相変調を時分割に施した駆動
信号を光源に出力するとともに、駆動信号の周波数と同
一の周波数を有する参照信号をホモダイン処理回路に出
力する。これにより、光源は、信号発生回路から入力し
た駆動信号に基づいて、時分割に位相変調した測定光を
被測定対象物に照射する。そのため、光検出器は、被測
定対象物で散乱反射して受光した測定光に基づいて、時
分割に位相変調した検出信号をホモダイン処理回路に出
力する。
は、少なくとも３種類の位相変調を時分割に施した駆動
信号を光源に出力するとともに、駆動信号の周波数と同
一の周波数を有する参照信号をホモダイン処理回路に出
力する。これにより、光源は、信号発生回路から入力し
た駆動信号に基づいて、時分割に位相変調した測定光を
被測定対象物に照射する。そのため、光検出器は、被測
定対象物で散乱反射して受光した測定光に基づいて、時
分割に位相変調した検出信号をホモダイン処理回路に出
力する。
【００２１】このとき、ホモダイン処理回路は、光検出
器から入力した検出信号と、信号発生回路から入力した
参照信号とを重ね合わせて干渉信号を生成し、この干渉
信号の強度の時間平均をホモダイン信号として位相検出
器に出力する。ただし、検出信号の周波数は、駆動信号
の周波数に一致することから、参照信号の周波数と同一
である。そのため、干渉信号の強度の時間平均は、ホモ
ダイン技術の原理にしたがって、検出信号と参照信号と
の間の位相差に対応して決定されている。また、検出信
号の位相は、参照信号の位相に対して時分割に変調す
る。そのため、干渉信号の強度の時間平均は、検出信号
と参照信号との間の位相差の変動に対応して時分割に変
動している。この結果、干渉信号の強度の時間平均を波
高とするホモダイン信号は、駆動信号の位相変調の切替
時に対応して変化している。
器から入力した検出信号と、信号発生回路から入力した
参照信号とを重ね合わせて干渉信号を生成し、この干渉
信号の強度の時間平均をホモダイン信号として位相検出
器に出力する。ただし、検出信号の周波数は、駆動信号
の周波数に一致することから、参照信号の周波数と同一
である。そのため、干渉信号の強度の時間平均は、ホモ
ダイン技術の原理にしたがって、検出信号と参照信号と
の間の位相差に対応して決定されている。また、検出信
号の位相は、参照信号の位相に対して時分割に変調す
る。そのため、干渉信号の強度の時間平均は、検出信号
と参照信号との間の位相差の変動に対応して時分割に変
動している。この結果、干渉信号の強度の時間平均を波
高とするホモダイン信号は、駆動信号の位相変調の切替
時に対応して変化している。
【００２２】なお、駆動信号の位相を切り替える際に低
周波成分が同期して発生した場合においても、この低周
波成分は光源によって測定光を発生する際に除去されて
しまう。これにより、光検出器によって測定光を光電変
換した検出信号の位相は、このような低周波成分による
影響から排除されている。そのため、ホモダイン処理回
路によって生成するホモダイン信号の波高は、この検出
信号の位相に基づいて検出信号と参照信号との位相差を
高精度に反映したものとなる。
周波成分が同期して発生した場合においても、この低周
波成分は光源によって測定光を発生する際に除去されて
しまう。これにより、光検出器によって測定光を光電変
換した検出信号の位相は、このような低周波成分による
影響から排除されている。そのため、ホモダイン処理回
路によって生成するホモダイン信号の波高は、この検出
信号の位相に基づいて検出信号と参照信号との位相差を
高精度に反映したものとなる。
【００２３】したがって、位相検出回路は、ホモダイン
処理回路から入力したホモダイン信号の波高を駆動信号
の位相変調の切替に対応して相互に比較することによ
り、測定光の発光時と受光時との間の位相差を高精度に
検出することができる。
処理回路から入力したホモダイン信号の波高を駆動信号
の位相変調の切替に対応して相互に比較することによ
り、測定光の発光時と受光時との間の位相差を高精度に
検出することができる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の光波距離計に係る一実施例の
構成及び作用について、図１ないし図３を参照して詳細
に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には
同一符号を付し、重複する説明を省略する。
構成及び作用について、図１ないし図３を参照して詳細
に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には
同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２５】図１に示すように、本実施例の光波距離計
は、被測定対象物１０に測定光を照射する光源３０と、
この被測定対象物１０で散乱反射した測定光を検出する
光検出器４０と、これら光源３０及び光検出器４０に入
出力する各種の電気信号を処理する信号処理系とから構
成されている。ここで、光源３０は、信号発生回路２０
から入力した駆動信号Ｄ0 に対応して、測定光Ｐ0 を発
生する発光ダイオードである。また、光検出器４０は、
受光した測定光Ｐ0 に対応して光電変換した検出信号Ｍ
0 を、前置増幅器４１を介して第１のホモダイン処理回
路５０及び第２のホモダイン処理回路６０にそれぞれ出
力するフォトダイオードである。
は、被測定対象物１０に測定光を照射する光源３０と、
この被測定対象物１０で散乱反射した測定光を検出する
光検出器４０と、これら光源３０及び光検出器４０に入
出力する各種の電気信号を処理する信号処理系とから構
成されている。ここで、光源３０は、信号発生回路２０
から入力した駆動信号Ｄ0 に対応して、測定光Ｐ0 を発
生する発光ダイオードである。また、光検出器４０は、
受光した測定光Ｐ0 に対応して光電変換した検出信号Ｍ
0 を、前置増幅器４１を介して第１のホモダイン処理回
路５０及び第２のホモダイン処理回路６０にそれぞれ出
力するフォトダイオードである。
【００２６】信号処理系として、光源３０、第１のホモ
ダイン処理回路５０、第２のホモダイン処理回路６０、
位相検出回路７０及び利得調整回路８０の各動作を制御
する信号発生回路２０が設置されている。この信号発生
回路２０には、参照信号Ｒ0を発生して切替器２６、３
個の位相シフタ２２〜２４及び第１の補助位相シフタ２
７に出力する第１の発振器２１が配置されている。この
参照信号Ｒ0 は、周波数ｆ0 、位相φ0 及び振幅Ａ0 を
有する方形波であり、簡略化するために正弦波または余
弦波として複素表示すると、 Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ0 ）］ （１） となる。ただし、ｔは時刻である。
ダイン処理回路５０、第２のホモダイン処理回路６０、
位相検出回路７０及び利得調整回路８０の各動作を制御
する信号発生回路２０が設置されている。この信号発生
回路２０には、参照信号Ｒ0を発生して切替器２６、３
個の位相シフタ２２〜２４及び第１の補助位相シフタ２
７に出力する第１の発振器２１が配置されている。この
参照信号Ｒ0 は、周波数ｆ0 、位相φ0 及び振幅Ａ0 を
有する方形波であり、簡略化するために正弦波または余
弦波として複素表示すると、 Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ0 ）］ （１） となる。ただし、ｔは時刻である。
【００２７】３個の位相シフタ２２〜２４は、第１の発
振器２１から入力した参照信号Ｒ0の位相φ0 をそれぞ
れπ，π／２，３π／２だけシフトさせ、３種類の参照
信号Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03を切替器２６にそれぞれ出力す
る。これら３種類の参照信号Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03は、簡略
化するために正弦波または余弦波としてそれぞれ複素表
示すると、 Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ0 ＋π）］ （２） Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ0 ＋π／２）］ （３） Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ0 ＋３π／２）］ （４） となる。ただし、位相シフタ２３は、参照信号Ｒ02を第
２の補助位相シフタにも出力する。
振器２１から入力した参照信号Ｒ0の位相φ0 をそれぞ
れπ，π／２，３π／２だけシフトさせ、３種類の参照
信号Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03を切替器２６にそれぞれ出力す
る。これら３種類の参照信号Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03は、簡略
化するために正弦波または余弦波としてそれぞれ複素表
示すると、 Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ0 ＋π）］ （２） Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ0 ＋π／２）］ （３） Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ0 ＋３π／２）］ （４） となる。ただし、位相シフタ２３は、参照信号Ｒ02を第
２の補助位相シフタにも出力する。
【００２８】また、信号発生回路２０には、切替信号Ｓ
0 を発生して切替器２６、位相検出回路７０及び利得調
整回路８０にそれぞれ出力する第２の発振器２５が配置
されている。この切替信号Ｓ0 は、図２に示すように、
周期Ｔでパルス発振した方形波である。なお、切替信号
Ｓ0 の周期Ｔは、後述する駆動信号Ｄ0 の位相を変調す
るために、４種類の参照信号Ｒ0 ，Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03の
各周期よりも十分に大きい値に設定する必要がある。
0 を発生して切替器２６、位相検出回路７０及び利得調
整回路８０にそれぞれ出力する第２の発振器２５が配置
されている。この切替信号Ｓ0 は、図２に示すように、
周期Ｔでパルス発振した方形波である。なお、切替信号
Ｓ0 の周期Ｔは、後述する駆動信号Ｄ0 の位相を変調す
るために、４種類の参照信号Ｒ0 ，Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03の
各周期よりも十分に大きい値に設定する必要がある。
【００２９】切替器２６は、第２の発振器２５から入力
した切替信号ＳO に対応して、第１の発振器２１から入
力した参照信号Ｒ0 と、３個の位相シフタからそれぞれ
入力した３種類の参照信号Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03との中の一
つを時間Ｔ／４毎に順次選択し、時分割に位相変調した
駆動信号Ｄ0 を光源３０に出力する。すなわち、この駆
動信号Ｄ0 は、図２に示すように４種類の参照信号
Ｒ0 ，Ｒ01，Ｒ02及びＲ03を時間Ｔ／４毎に順次切り替
えた方形波である。
した切替信号ＳO に対応して、第１の発振器２１から入
力した参照信号Ｒ0 と、３個の位相シフタからそれぞれ
入力した３種類の参照信号Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03との中の一
つを時間Ｔ／４毎に順次選択し、時分割に位相変調した
駆動信号Ｄ0 を光源３０に出力する。すなわち、この駆
動信号Ｄ0 は、図２に示すように４種類の参照信号
Ｒ0 ，Ｒ01，Ｒ02及びＲ03を時間Ｔ／４毎に順次切り替
えた方形波である。
【００３０】第１の補助位相シフタ２７は、第１の発振
器２１から入力した参照信号ＲO の位相を基準位相αだ
けシフトさせ、第１の参照信号Ｒ1 を第１のホモダイン
処理回路５０に出力する。この第１の参照信号Ｒ1 は、
図２に示すように方形波であり、簡略化するために正弦
波または余弦波として複数表示すると、 Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ1 ）］ （５） となる。ただし、φ1 ＝φ0 ＋αである。なお、第１の
参照信号Ｒ1 の基準位相αは、被測定対象物１０に対す
る距離の設定範囲に対応して、後述する第１のホモダイ
ン信号Ｈ1 及び第２のホモダイン信号Ｈ2 の各波高を所
定値よりも大きくするために設定する必要がある。
器２１から入力した参照信号ＲO の位相を基準位相αだ
けシフトさせ、第１の参照信号Ｒ1 を第１のホモダイン
処理回路５０に出力する。この第１の参照信号Ｒ1 は、
図２に示すように方形波であり、簡略化するために正弦
波または余弦波として複数表示すると、 Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ1 ）］ （５） となる。ただし、φ1 ＝φ0 ＋αである。なお、第１の
参照信号Ｒ1 の基準位相αは、被測定対象物１０に対す
る距離の設定範囲に対応して、後述する第１のホモダイ
ン信号Ｈ1 及び第２のホモダイン信号Ｈ2 の各波高を所
定値よりも大きくするために設定する必要がある。
【００３１】第２の補助位相シフタ２８は、位相シフタ
２３から入力した参照信号Ｒ02の位相を基準位相αだけ
シフトさせ、第２の参照信号Ｒ2 を第２のホモダイン処
理回路６０に出力する。この第２の参照信号Ｒ2 は、図
２に示すように方形波であり、簡略化するために正弦波
または余弦波として複素表示すると、 Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ1 ＋π／２）］ （６） となる。
２３から入力した参照信号Ｒ02の位相を基準位相αだけ
シフトさせ、第２の参照信号Ｒ2 を第２のホモダイン処
理回路６０に出力する。この第２の参照信号Ｒ2 は、図
２に示すように方形波であり、簡略化するために正弦波
または余弦波として複素表示すると、 Ａ0 ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ1 ＋π／２）］ （６） となる。
【００３２】光源３０は、信号発生回路２０から入力し
た駆動信号Ｄ0 に対応して、時分割に位相変調した測定
光Ｐ0 を発生して被測定対象物１０に照射する。光検出
器４０は、被測定対象物１０で散乱反射して受光した測
定光Ｐ0 に対応して、時分割に位相変調した検出信号Ｍ
0 を前置増幅器４１に出力する。ただし、光検出器４０
の利得は、利得調整回路８０によって可変に設定されて
いる。この前置増幅器４１は、光検出器４０から入力し
た検出信号Ｍ0 の振幅を増幅し、第１のホモダイン処理
回路５０及び第２のホモダイン処理回路６０に出力す
る。
た駆動信号Ｄ0 に対応して、時分割に位相変調した測定
光Ｐ0 を発生して被測定対象物１０に照射する。光検出
器４０は、被測定対象物１０で散乱反射して受光した測
定光Ｐ0 に対応して、時分割に位相変調した検出信号Ｍ
0 を前置増幅器４１に出力する。ただし、光検出器４０
の利得は、利得調整回路８０によって可変に設定されて
いる。この前置増幅器４１は、光検出器４０から入力し
た検出信号Ｍ0 の振幅を増幅し、第１のホモダイン処理
回路５０及び第２のホモダイン処理回路６０に出力す
る。
【００３３】なお、この検出信号Ｍ0 は、測定光Ｐ0 の
移動距離、すなわち被測定対象物１０に対する光源３０
及び光検出器４０の各距離の和に対応して、駆動信号Ｄ
0 の位相よりも位相βだけシフトしている。図２に示す
ように、駆動信号Ｄ0 として時刻ｔ＝０，Ｔ／４，Ｔ／
２，３Ｔ／４にそれぞれ参照信号Ｒ0 ，Ｒ01，Ｒ02，Ｒ
03を設定した場合、検出信号Ｍ0 は振幅Ａを有する方形
波であり、簡略化するために正弦波または余弦波として
複素表示すると、次式に示すように順次変化する。ただ
し、φ2 ＝φ0 ＋βである。
移動距離、すなわち被測定対象物１０に対する光源３０
及び光検出器４０の各距離の和に対応して、駆動信号Ｄ
0 の位相よりも位相βだけシフトしている。図２に示す
ように、駆動信号Ｄ0 として時刻ｔ＝０，Ｔ／４，Ｔ／
２，３Ｔ／４にそれぞれ参照信号Ｒ0 ，Ｒ01，Ｒ02，Ｒ
03を設定した場合、検出信号Ｍ0 は振幅Ａを有する方形
波であり、簡略化するために正弦波または余弦波として
複素表示すると、次式に示すように順次変化する。ただ
し、φ2 ＝φ0 ＋βである。
【００３４】 Ａ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ2 ）］ （７） Ａ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ2 ＋π）］ （８） Ａ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ2 ＋π／２）］ （９） Ａ・ｅｘｐ［ｉ（２π・ｆ0 ・ｔ＋φ2 ＋３π／２）］ （１０） また、信号処理系として、前置増幅器４１から入力した
検出信号Ｍ0 に各種の処理を行う第１及び第２のホモダ
イン処理回路５０，６０、位相検出回路７０及び利得調
整回路８０が設置されている。
検出信号Ｍ0 に各種の処理を行う第１及び第２のホモダ
イン処理回路５０，６０、位相検出回路７０及び利得調
整回路８０が設置されている。
【００３５】第１のホモダイン処理５０には、前置増幅
器４１から入力した検出信号Ｍ0 と、信号発生回路２０
から入力した第１の参照信号Ｒ1 とを重ね合わせる第１
の乗算器５１が配置されている。この第１の乗算器５１
は、検出信号Ｍ0 及び第１の参照信号Ｒ1 を重ね合わせ
た干渉信号の強度の時間平均を第１のホモダイン信号Ｈ
1 として第１の可変利得増幅器５２に出力する。図２に
示すように、駆動信号Ｄ0 として時刻ｔ＝０，Ｔ／２，
３Ｔ／４にそれぞれ参照信号Ｒ0 ，Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03を
設定した場合、図３に示すように、第１のホモダイン信
号Ｈ1 の波高は時分割にＩ11，Ｉ12，Ｉ13，Ｉ14と変化
する。これら第１のホモダイン信号Ｈ1の波高は、簡略
化するために式（５），（７）〜（１０）を用いると、 Ｉ11＝｜（Ａ・ｅi・φ2＋Ａ0 ・ｅi・φ1）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 ＋２Ａ・Ａ0 ・ｃｏｓ（φ2 −φ1 ） （１１） Ｉ12＝｜（Ａ・ｅi(φ2+π) ＋Ａ0 ・ｅi・φ1）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 −２Ａ・Ａ0 ・ｃｏｓ（φ2 −φ1 ） （１２） Ｉ13＝｜（Ａ・ｅi(φ2+π/2) ＋Ａ0 ・ｅi・φ1）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 −２Ａ・Ａ0 ・ｓｉｎ（φ2 −φ1 ） （１３） Ｉ14＝｜（Ａ・ｅi(φ2+3π/2)＋Ａ0 ・ｅi・φ1）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 ＋２Ａ・Ａ0 ・ｓｉｎ（φ2 −φ1 ） （１４） となる。
器４１から入力した検出信号Ｍ0 と、信号発生回路２０
から入力した第１の参照信号Ｒ1 とを重ね合わせる第１
の乗算器５１が配置されている。この第１の乗算器５１
は、検出信号Ｍ0 及び第１の参照信号Ｒ1 を重ね合わせ
た干渉信号の強度の時間平均を第１のホモダイン信号Ｈ
1 として第１の可変利得増幅器５２に出力する。図２に
示すように、駆動信号Ｄ0 として時刻ｔ＝０，Ｔ／２，
３Ｔ／４にそれぞれ参照信号Ｒ0 ，Ｒ01，Ｒ02，Ｒ03を
設定した場合、図３に示すように、第１のホモダイン信
号Ｈ1 の波高は時分割にＩ11，Ｉ12，Ｉ13，Ｉ14と変化
する。これら第１のホモダイン信号Ｈ1の波高は、簡略
化するために式（５），（７）〜（１０）を用いると、 Ｉ11＝｜（Ａ・ｅi・φ2＋Ａ0 ・ｅi・φ1）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 ＋２Ａ・Ａ0 ・ｃｏｓ（φ2 −φ1 ） （１１） Ｉ12＝｜（Ａ・ｅi(φ2+π) ＋Ａ0 ・ｅi・φ1）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 −２Ａ・Ａ0 ・ｃｏｓ（φ2 −φ1 ） （１２） Ｉ13＝｜（Ａ・ｅi(φ2+π/2) ＋Ａ0 ・ｅi・φ1）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 −２Ａ・Ａ0 ・ｓｉｎ（φ2 −φ1 ） （１３） Ｉ14＝｜（Ａ・ｅi(φ2+3π/2)＋Ａ0 ・ｅi・φ1）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 ＋２Ａ・Ａ0 ・ｓｉｎ（φ2 −φ1 ） （１４） となる。
【００３６】第１の可変利得増幅器５２は、第１の乗算
器５１から入力した第１のホモダイン信号Ｈ1 の波高
を、利得調整回路８０によって可変に設定された利得で
増幅する２ゲートのＭＯＳＦＥＴであり、２個の第１の
増幅器５３，５４にそれぞれ出力する。これら２個の第
１の増幅器５３，５４は、第１の可変利得増幅器５２か
ら入力した第１のホモダイン信号Ｈ1 の極性をそれぞれ
保持または反転させ、第１の保持ホモダイン信号Ｈ11及
び第１の反転ホモダイン信号Ｈ12として位相検出回路７
０及び利得調整回路８０にそれぞれ出力する。
器５１から入力した第１のホモダイン信号Ｈ1 の波高
を、利得調整回路８０によって可変に設定された利得で
増幅する２ゲートのＭＯＳＦＥＴであり、２個の第１の
増幅器５３，５４にそれぞれ出力する。これら２個の第
１の増幅器５３，５４は、第１の可変利得増幅器５２か
ら入力した第１のホモダイン信号Ｈ1 の極性をそれぞれ
保持または反転させ、第１の保持ホモダイン信号Ｈ11及
び第１の反転ホモダイン信号Ｈ12として位相検出回路７
０及び利得調整回路８０にそれぞれ出力する。
【００３７】第２のホモダイン処理回路６０には、前置
増幅器４１から入力した検出信号Ｍ0 と、信号発生回路
２０から入力した第２の参照信号Ｒ2 とを重ね合わせる
第２の乗算器６１が配置されている。この第２の乗算器
６１は、検出信号Ｍ0 及び第２の参照信号Ｒ2 を重ね合
わせた干渉信号の強度の時間平均を第２のホモダイン信
号Ｈ2 として第２の可変利得増幅器６２に出力する。図
２に示すように、駆動信号Ｄ0 として時刻ｔ＝０，Ｔ／
４，Ｔ／２，３Ｔ／４にそれぞれ参照信号Ｒ0，Ｒ01，
Ｒ02，Ｒ03をそれぞれ設定した場合、図３に示すよう
に、第２のホモダイン信号Ｈ2 の波高は時分割にＩ21，
Ｉ22，Ｉ23，Ｉ24と変化する。これら第２のホモダイン
信号Ｈ2 の波高は、簡略化するために、式（６）〜（１
０）を用いると、 Ｉ21＝｜（Ａ・ｅi・φ2＋Ａ0 ・ｅi(φ1+π/2) ）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 ＋２Ａ・Ａ0 ・ｓｉｎ（φ2 −φ1 ） ＝Ｉ14 （１５） Ｉ22＝｜（Ａ・ｅi(φ2+π) ＋Ａ0 ・ｅi(φ1+π/2) ）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 −２Ａ・Ａ0 ・ｓｉｎ（φ2 −φ1 ） ＝Ｉ13 （１６） Ｉ23＝｜（Ａ・ｅi(φ2+π/2) ＋Ａ0 ・ｅi(φ1+π/2) ）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 ＋２Ａ・Ａ0 ・ｃｏｓ（φ2 −φ1 ） ＝Ｉ11 （１７） Ｉ24＝｜（Ａ・ｅi(φ2+3π/2)＋Ａ0 ・ｅi(φ1+π/2) ）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 −２Ａ・Ａ0 ・ｃｏｓ（φ2 −φ1 ） ＝Ｉ12 （１８） となる。
増幅器４１から入力した検出信号Ｍ0 と、信号発生回路
２０から入力した第２の参照信号Ｒ2 とを重ね合わせる
第２の乗算器６１が配置されている。この第２の乗算器
６１は、検出信号Ｍ0 及び第２の参照信号Ｒ2 を重ね合
わせた干渉信号の強度の時間平均を第２のホモダイン信
号Ｈ2 として第２の可変利得増幅器６２に出力する。図
２に示すように、駆動信号Ｄ0 として時刻ｔ＝０，Ｔ／
４，Ｔ／２，３Ｔ／４にそれぞれ参照信号Ｒ0，Ｒ01，
Ｒ02，Ｒ03をそれぞれ設定した場合、図３に示すよう
に、第２のホモダイン信号Ｈ2 の波高は時分割にＩ21，
Ｉ22，Ｉ23，Ｉ24と変化する。これら第２のホモダイン
信号Ｈ2 の波高は、簡略化するために、式（６）〜（１
０）を用いると、 Ｉ21＝｜（Ａ・ｅi・φ2＋Ａ0 ・ｅi(φ1+π/2) ）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 ＋２Ａ・Ａ0 ・ｓｉｎ（φ2 −φ1 ） ＝Ｉ14 （１５） Ｉ22＝｜（Ａ・ｅi(φ2+π) ＋Ａ0 ・ｅi(φ1+π/2) ）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 −２Ａ・Ａ0 ・ｓｉｎ（φ2 −φ1 ） ＝Ｉ13 （１６） Ｉ23＝｜（Ａ・ｅi(φ2+π/2) ＋Ａ0 ・ｅi(φ1+π/2) ）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 ＋２Ａ・Ａ0 ・ｃｏｓ（φ2 −φ1 ） ＝Ｉ11 （１７） Ｉ24＝｜（Ａ・ｅi(φ2+3π/2)＋Ａ0 ・ｅi(φ1+π/2) ）・ｅi・2π・f0 ｜2 ＝Ａ2 ＋Ａ0 2 −２Ａ・Ａ0 ・ｃｏｓ（φ2 −φ1 ） ＝Ｉ12 （１８） となる。
【００３８】第２の可変利得増幅器６２は、第２の乗算
器６１から入力した第２のホモダイン信号Ｈ2 の波高
を、利得調整回路８０によって可変に設定された利得で
増幅する２ゲートのＭＯＳＦＥＴであり、２個の第２の
増幅器６３，６４にそれぞれ出力する。これら２個の第
２の増幅器６３，６４は、第２の可変利得増幅器６２か
ら入力した第２のホモダイン信号Ｈ2 の極性をそれぞれ
保持及び反転させ、第２の保持ホモダイン信号Ｈ21及び
第２の反転ホモダイン信号Ｈ22として位相検出回路７０
及び利得調整回路８０にそれぞれ出力する。
器６１から入力した第２のホモダイン信号Ｈ2 の波高
を、利得調整回路８０によって可変に設定された利得で
増幅する２ゲートのＭＯＳＦＥＴであり、２個の第２の
増幅器６３，６４にそれぞれ出力する。これら２個の第
２の増幅器６３，６４は、第２の可変利得増幅器６２か
ら入力した第２のホモダイン信号Ｈ2 の極性をそれぞれ
保持及び反転させ、第２の保持ホモダイン信号Ｈ21及び
第２の反転ホモダイン信号Ｈ22として位相検出回路７０
及び利得調整回路８０にそれぞれ出力する。
【００３９】さらに、信号処理系として、第１及び第２
のホモダイン処理回路５０，６０からそれぞれ入力した
第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及
び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22とに対して、検
出信号Ｍ0 の位相情報を取り出す位相検出回路７０と、
干渉信号の強度の時間平均の波高情報を取り出す利得調
整回路８０とが設置されている。
のホモダイン処理回路５０，６０からそれぞれ入力した
第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及
び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22とに対して、検
出信号Ｍ0 の位相情報を取り出す位相検出回路７０と、
干渉信号の強度の時間平均の波高情報を取り出す利得調
整回路８０とが設置されている。
【００４０】利得調整回路８０には、信号発生回路２０
から入力した切替信号Ｓ0 に対応して切り替えた利得信
号Ｇ0 を出力する第２の切替器８１が配置されている。
この第２の切替器８１は、第１及び第２の保持ホモダイ
ン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転ホモダイン信号
Ｈ12，Ｈ22との中の一つを時間Ｔ／４毎に順次選択し、
負の極性を有して駆動信号Ｄ0 の位相を０，πだけシフ
トしたものを利得信号Ｇ0 として第２の積分器８２に出
力する。
から入力した切替信号Ｓ0 に対応して切り替えた利得信
号Ｇ0 を出力する第２の切替器８１が配置されている。
この第２の切替器８１は、第１及び第２の保持ホモダイ
ン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転ホモダイン信号
Ｈ12，Ｈ22との中の一つを時間Ｔ／４毎に順次選択し、
負の極性を有して駆動信号Ｄ0 の位相を０，πだけシフ
トしたものを利得信号Ｇ0 として第２の積分器８２に出
力する。
【００４１】なお、図３に示すように第１のホモダイン
信号Ｈ1 の波高としてＩ11，Ｉ12，Ｉ13，Ｉ14が順次出
現し、第２のホモダイン信号Ｈ1 の波高としてＩ21，ｉ
22，Ｉ23，Ｉ24を順次出現したする場合、利得信号Ｇ0
の波高はそれぞれ増幅したＩ11，Ｉ12，Ｉ23，Ｉ24を順
次選択したものとなる。
信号Ｈ1 の波高としてＩ11，Ｉ12，Ｉ13，Ｉ14が順次出
現し、第２のホモダイン信号Ｈ1 の波高としてＩ21，ｉ
22，Ｉ23，Ｉ24を順次出現したする場合、利得信号Ｇ0
の波高はそれぞれ増幅したＩ11，Ｉ12，Ｉ23，Ｉ24を順
次選択したものとなる。
【００４２】第２の積分器８２は、第１の切替器８１か
ら入力した利得信号Ｇ0 を直流変換して比較器８４に出
力する。また、電圧源８３は、基準電圧Ｂ0 を発生して
比較器８４に出力する。比較器８４は、第２の積分器８
２から入力した利得信号Ｇ0と電圧源８３から入力した
基準電圧Ｂ0 とを比較し、Ｇ0 ／Ｂ0 に比例したレベル
を有する第１及び第２の制限信号Ｃ1 ，Ｃ2 をそれぞれ
光検出器４０と第１及び第２のホモダイン処理回路５
０，６０の第１及び第２の可変利得増幅器５２，６２と
に出力する。
ら入力した利得信号Ｇ0 を直流変換して比較器８４に出
力する。また、電圧源８３は、基準電圧Ｂ0 を発生して
比較器８４に出力する。比較器８４は、第２の積分器８
２から入力した利得信号Ｇ0と電圧源８３から入力した
基準電圧Ｂ0 とを比較し、Ｇ0 ／Ｂ0 に比例したレベル
を有する第１及び第２の制限信号Ｃ1 ，Ｃ2 をそれぞれ
光検出器４０と第１及び第２のホモダイン処理回路５
０，６０の第１及び第２の可変利得増幅器５２，６２と
に出力する。
【００４３】なお、光検出器４０と第１及び第２の可変
利得増幅器５２，６２との各利得は、第１及び第２のホ
モダイン信号Ｈ1 ，Ｈ2 の波高をＩ11，Ｉ12，Ｉ23，Ｉ
24を一定値に設定させる必要がある。
利得増幅器５２，６２との各利得は、第１及び第２のホ
モダイン信号Ｈ1 ，Ｈ2 の波高をＩ11，Ｉ12，Ｉ23，Ｉ
24を一定値に設定させる必要がある。
【００４４】位相検出器７０には、信号発生回路２０か
ら入力した切替信号Ｓ0 に対応して切り替えた位相信号
Ｅ0 を出力する第１の切替器７１が配置されている。こ
の第１の切替器７１は、第１及び第２の保持ホモダイン
信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ
12，Ｈ22との中の一つを時間Ｔ／４毎に順次選択し、正
の極性を有して駆動信号Ｄ0 の位相をπ／２，３π／２
だけシフトしたものを位相信号Ｅ0 として第１の積分器
７２に出力する。
ら入力した切替信号Ｓ0 に対応して切り替えた位相信号
Ｅ0 を出力する第１の切替器７１が配置されている。こ
の第１の切替器７１は、第１及び第２の保持ホモダイン
信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ
12，Ｈ22との中の一つを時間Ｔ／４毎に順次選択し、正
の極性を有して駆動信号Ｄ0 の位相をπ／２，３π／２
だけシフトしたものを位相信号Ｅ0 として第１の積分器
７２に出力する。
【００４５】なお、図３に示すように第１のホモダイン
信号Ｈ1 の波高としてＩ11，Ｉ12，Ｉ13，Ｉ14が順次出
現し、第２のホモダイン信号Ｈ1 の波高としてＩ21，ｉ
22，Ｉ23，Ｉ24を順次出現したする場合、位相信号Ｅ0
の波高はそれぞれ増幅したＩ21，Ｉ22，Ｉ13，Ｉ14を順
次選択したものとなる。
信号Ｈ1 の波高としてＩ11，Ｉ12，Ｉ13，Ｉ14が順次出
現し、第２のホモダイン信号Ｈ1 の波高としてＩ21，ｉ
22，Ｉ23，Ｉ24を順次出現したする場合、位相信号Ｅ0
の波高はそれぞれ増幅したＩ21，Ｉ22，Ｉ13，Ｉ14を順
次選択したものとなる。
【００４６】第１の積分器７２は、第１の切替器７１か
ら入力した位相信号Ｅ0 を直流変換して直線性改善器７
３に出力する。この直線性改善器７３は、第１の積分器
７２から入力した位相信号Ｅ0 の波高を平滑化し、検出
信号Ｍ0 と第１及び第２の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 との間の
位相差としてφ2 −φ1 を検出して距離信号Ｌ0 として
演算回路（図示しない）に出力する。
ら入力した位相信号Ｅ0 を直流変換して直線性改善器７
３に出力する。この直線性改善器７３は、第１の積分器
７２から入力した位相信号Ｅ0 の波高を平滑化し、検出
信号Ｍ0 と第１及び第２の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 との間の
位相差としてφ2 −φ1 を検出して距離信号Ｌ0 として
演算回路（図示しない）に出力する。
【００４７】なお、検出信号Ｍ0 と第１及び第２の参照
信号Ｒ1 ，Ｒ2 との間の位相差φ2−φ1 は、式（１
３）〜（１６）を用いると、次式によって求めることが
できる。
信号Ｒ1 ，Ｒ2 との間の位相差φ2−φ1 は、式（１
３）〜（１６）を用いると、次式によって求めることが
できる。
【００４８】 φ2 −φ1 ＝ ｔａｎ-1［（Ｉ11＋Ｉ12）／２−Ｉ13］／［（Ｉ11−Ｉ12）／２］ （１９） ここで、第１及び第２のホモダイン信号Ｈ1 ，Ｈ2 の波
高Ｉ11，Ｉ12，Ｉ23，Ｉ24は、利得調整回路８０によっ
て一定値に設定されている。これにより、位相差φ2 −
φ1 は、第１及び第２のホモダイン信号Ｈ1 ，Ｈ2 の波
高Ｉ13，Ｉ22のみによって決定されている。そのため、
測定光Ｐ0 の発光時と受光時との間の位相差βは、φ2
−φ1 ＝β−αから求めることができる。したがって、
被測定対象物１０に対する光源３０及び光検出器４０の
各距離の和は、 β・ｃ／（２π・ｆ0 ） （２０） となる。ただし、ｃは測定光Ｐ0 の光速である。
高Ｉ11，Ｉ12，Ｉ23，Ｉ24は、利得調整回路８０によっ
て一定値に設定されている。これにより、位相差φ2 −
φ1 は、第１及び第２のホモダイン信号Ｈ1 ，Ｈ2 の波
高Ｉ13，Ｉ22のみによって決定されている。そのため、
測定光Ｐ0 の発光時と受光時との間の位相差βは、φ2
−φ1 ＝β−αから求めることができる。したがって、
被測定対象物１０に対する光源３０及び光検出器４０の
各距離の和は、 β・ｃ／（２π・ｆ0 ） （２０） となる。ただし、ｃは測定光Ｐ0 の光速である。
【００４９】次に、本実施例の作用について説明する。
【００５０】信号発生回路２０は、４種類の位相変調を
時分割に施した駆動信号Ｄ0 を光源３０に出力するとと
もに、駆動信号Ｄ0 の周波数ｆ0 と同一の周波数を有す
る第１及び第２の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 をそれぞれ第１及
び第２のホモダイン処理回路５０，６０に出力する。さ
らに、信号発生回路２０は、駆動信号Ｄ0 の位相の切替
に同期した切替信号Ｓ0 を位相検出回路７０及び利得調
整回路８０にそれぞれ出力する。
時分割に施した駆動信号Ｄ0 を光源３０に出力するとと
もに、駆動信号Ｄ0 の周波数ｆ0 と同一の周波数を有す
る第１及び第２の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 をそれぞれ第１及
び第２のホモダイン処理回路５０，６０に出力する。さ
らに、信号発生回路２０は、駆動信号Ｄ0 の位相の切替
に同期した切替信号Ｓ0 を位相検出回路７０及び利得調
整回路８０にそれぞれ出力する。
【００５１】これにより、光源３０は、信号発生回路２
０から入力した駆動信号Ｄ0 に対応して、時分割に位相
変調した測定光Ｐ0 を被測定対象物１０に照射する。そ
のため、光検出器４０は、被測定対象物１０で散乱反射
して受光した測定光Ｐ0 に対応して、時分割に位相変調
した検出信号Ｍ0 を前置増幅器４１を介して第１及び第
２のホモダイン処理回路５０，６０に出力する。
０から入力した駆動信号Ｄ0 に対応して、時分割に位相
変調した測定光Ｐ0 を被測定対象物１０に照射する。そ
のため、光検出器４０は、被測定対象物１０で散乱反射
して受光した測定光Ｐ0 に対応して、時分割に位相変調
した検出信号Ｍ0 を前置増幅器４１を介して第１及び第
２のホモダイン処理回路５０，６０に出力する。
【００５２】第１及び第２のホモダイン処理回路５０，
６０は、前置増幅器４１から入力した検出信号Ｍ0 と、
信号発生回路２０から入力した第１及び第２の参照信号
Ｒ1，Ｒ2 とをそれぞれ重ね合わせて干渉信号を生成
し、これらの干渉信号の強度の時間平均の極性を保持ま
たは反転させ、第１及び第２の保持ホモダイン信号
Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，
Ｈ22として位相検出回路７０及び利得調整回路８０にそ
れぞれ出力する。
６０は、前置増幅器４１から入力した検出信号Ｍ0 と、
信号発生回路２０から入力した第１及び第２の参照信号
Ｒ1，Ｒ2 とをそれぞれ重ね合わせて干渉信号を生成
し、これらの干渉信号の強度の時間平均の極性を保持ま
たは反転させ、第１及び第２の保持ホモダイン信号
Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，
Ｈ22として位相検出回路７０及び利得調整回路８０にそ
れぞれ出力する。
【００５３】ここで、検出信号Ｍ0 の周波数は、駆動信
号Ｄ0 の周波数ｆ0 に一致することから、第１及び第２
の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 の各周波数と同一である。そのた
め、干渉信号の強度の時間平均は、ホモダイン技術の原
理にしたがって、検出信号Ｍ0 と第１及び第２の参照信
号Ｒ1 ，Ｒ2 との間の位相差に対応してそれぞれ決定さ
れている。また、検出信号Ｍ0 の位相は、第１及び第２
の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2の位相に対して時分割に変調して
いる。そのため、干渉信号の強度の時間平均は、検出信
号Ｍ0 と第１及び第２の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 との間の位
相差の変動に対応して、時分割に変動している。この結
果、第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第
１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22とは、干渉
信号の強度の時間平均を波高として、駆動信号Ｄ0 の位
相の切替に同期して変化している。
号Ｄ0 の周波数ｆ0 に一致することから、第１及び第２
の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 の各周波数と同一である。そのた
め、干渉信号の強度の時間平均は、ホモダイン技術の原
理にしたがって、検出信号Ｍ0 と第１及び第２の参照信
号Ｒ1 ，Ｒ2 との間の位相差に対応してそれぞれ決定さ
れている。また、検出信号Ｍ0 の位相は、第１及び第２
の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2の位相に対して時分割に変調して
いる。そのため、干渉信号の強度の時間平均は、検出信
号Ｍ0 と第１及び第２の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 との間の位
相差の変動に対応して、時分割に変動している。この結
果、第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第
１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22とは、干渉
信号の強度の時間平均を波高として、駆動信号Ｄ0 の位
相の切替に同期して変化している。
【００５４】なお、駆動信号Ｄ0 の位相を切り替える際
に低周波成分が同期して発生した場合においても、この
低周波成分は光源３０によって測定光Ｐ0 を発生する際
に除去されてしまう。これにより、光検出器４０によっ
て測定光Ｐ0 を光電変換した検出信号Ｍ0 の位相は、こ
のような低周波成分による影響から排除されている。そ
のため、このような検出信号Ｍ0 の位相に基づいて、第
１及び第２のホモダイン処理回路５０，６０によってそ
れぞれ生成する第１及び第２の保持ホモダイン信号
Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，
Ｈ22との各波高は、検出信号Ｍ0 と第１及び第２の参照
信号Ｒ1 ，Ｒ2 との位相差を高精度に反映したものとな
る。
に低周波成分が同期して発生した場合においても、この
低周波成分は光源３０によって測定光Ｐ0 を発生する際
に除去されてしまう。これにより、光検出器４０によっ
て測定光Ｐ0 を光電変換した検出信号Ｍ0 の位相は、こ
のような低周波成分による影響から排除されている。そ
のため、このような検出信号Ｍ0 の位相に基づいて、第
１及び第２のホモダイン処理回路５０，６０によってそ
れぞれ生成する第１及び第２の保持ホモダイン信号
Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，
Ｈ22との各波高は、検出信号Ｍ0 と第１及び第２の参照
信号Ｒ1 ，Ｒ2 との位相差を高精度に反映したものとな
る。
【００５５】第１及び第２のホモダイン処理回路５０，
６０は、相互の位相差π／２を有する第１及び第２の参
照信号Ｒ1 ，Ｒ2 に対応して動作していることから、時
間的に補完し合って機能している。そのため、位相検出
器７０及び利得調整回路８０において、第１及び第２の
積分器７２，８２の時定数を低減させることにより、高
速な応答が可能となる。
６０は、相互の位相差π／２を有する第１及び第２の参
照信号Ｒ1 ，Ｒ2 に対応して動作していることから、時
間的に補完し合って機能している。そのため、位相検出
器７０及び利得調整回路８０において、第１及び第２の
積分器７２，８２の時定数を低減させることにより、高
速な応答が可能となる。
【００５６】さらに、利得調整回路８０は、信号発生回
路２０から入力した切替信号Ｓ0 に対応して、第１及び
第２のホモダイン処理回路５０，６０から入力した第１
及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第
２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22との各波高の中で負
の極性を有して駆動信号Ｄ0 の位相を０，πだけシフト
したものを選択し、これらの波高と基準電圧Ｂ0 とを比
較して光検出器４０と第１及び第２のホモダイン処理回
路５０，６０との各利得を制御する。これにより、第１
及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第
２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22との各波高の中で、
駆動信号Ｄ0 の位相を０，πだけシフトしたものを一定
値に設定することができる。そのため、測定光Ｐ0 の光
路内の減衰や被測定対象１０の反射率などによる影響
を、第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第
１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22とから除去
することができる。
路２０から入力した切替信号Ｓ0 に対応して、第１及び
第２のホモダイン処理回路５０，６０から入力した第１
及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第
２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22との各波高の中で負
の極性を有して駆動信号Ｄ0 の位相を０，πだけシフト
したものを選択し、これらの波高と基準電圧Ｂ0 とを比
較して光検出器４０と第１及び第２のホモダイン処理回
路５０，６０との各利得を制御する。これにより、第１
及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第
２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22との各波高の中で、
駆動信号Ｄ0 の位相を０，πだけシフトしたものを一定
値に設定することができる。そのため、測定光Ｐ0 の光
路内の減衰や被測定対象１０の反射率などによる影響
を、第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第
１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22とから除去
することができる。
【００５７】位相検出回路７０は、信号発生回路２０か
ら入力した切替信号Ｓ0 に対応して、第１及び第２のホ
モダイン処理回路５０，６０から入力した第１及び第２
の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転
ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22との各波高の中で正の極性を
有して駆動信号Ｄ0 の位相をπ／２，３π／２だけシフ
トしたものを選択し、これらの波高を平滑化する。ここ
で、第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第
１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22との各波高
の中で、駆動信号Ｄ0 の位相を０，πだけシフトしたも
のを一定値に設定していることから、駆動信号Ｄ0 の位
相をπ／２，３π／２だけシフトしたもののみにより、
検出信号Ｍ0 と第１及び第２の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 との
間の位相差を検出することができる。
ら入力した切替信号Ｓ0 に対応して、第１及び第２のホ
モダイン処理回路５０，６０から入力した第１及び第２
の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第１及び第２の反転
ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22との各波高の中で正の極性を
有して駆動信号Ｄ0 の位相をπ／２，３π／２だけシフ
トしたものを選択し、これらの波高を平滑化する。ここ
で、第１及び第２の保持ホモダイン信号Ｈ11，Ｈ21と第
１及び第２の反転ホモダイン信号Ｈ12，Ｈ22との各波高
の中で、駆動信号Ｄ0 の位相を０，πだけシフトしたも
のを一定値に設定していることから、駆動信号Ｄ0 の位
相をπ／２，３π／２だけシフトしたもののみにより、
検出信号Ｍ0 と第１及び第２の参照信号Ｒ1 ，Ｒ2 との
間の位相差を検出することができる。
【００５８】したがって、測定光Ｐ0 の発光時と受光時
との間の位相差を高精度に検出するので、被測定対象物
１０に対する距離の計測精度を向上差せることができ
る。
との間の位相差を高精度に検出するので、被測定対象物
１０に対する距離の計測精度を向上差せることができ
る。
【００５９】なお、本発明は上記実施例に限られるもの
ではなく、種々の変形を行うことが可能である。
ではなく、種々の変形を行うことが可能である。
【００６０】例えば、上記実施例においては、二系統の
ホモダイン処理回路を用いている。しかしながら、利得
調整回路に基づいた機能の削減を了承するならば、一系
統のホモダイン処理回路を用いても、上記実施例と同様
な程度に被測定対象物に対する距離の計測精度を向上さ
せることができる。
ホモダイン処理回路を用いている。しかしながら、利得
調整回路に基づいた機能の削減を了承するならば、一系
統のホモダイン処理回路を用いても、上記実施例と同様
な程度に被測定対象物に対する距離の計測精度を向上さ
せることができる。
【００６１】また、上記実施例においては、二系統のホ
モダイン処理回路に可変利得増幅器として２ゲートのＭ
ＯＳＦＥＴを用いている。しかしながら、可変利得増幅
器を外付けのＦＥＴとして構成することにより、ダイナ
ミックレンジを拡大して被測定対象物に対する距離の設
定範囲を増大させることができる。
モダイン処理回路に可変利得増幅器として２ゲートのＭ
ＯＳＦＥＴを用いている。しかしながら、可変利得増幅
器を外付けのＦＥＴとして構成することにより、ダイナ
ミックレンジを拡大して被測定対象物に対する距離の設
定範囲を増大させることができる。
【００６２】さらに、上記実施例においては、光源から
出射する測定光を制御する駆動信号として、４種類の位
相変調を時分割に施している。しかしながら、干渉信号
の強度の時間平均の測定値に対応する理論式は、検出信
号及び参照信号の各振幅と、検出信号と参照信号との間
の位相差という３変数を含んであることから、少なくと
も３種類の位相変調を時分割に施した駆動信号を用いる
ことにより、上記実施例と同様な程度に被測定対象物に
対する距離の計測精度を向上させることができる。
出射する測定光を制御する駆動信号として、４種類の位
相変調を時分割に施している。しかしながら、干渉信号
の強度の時間平均の測定値に対応する理論式は、検出信
号及び参照信号の各振幅と、検出信号と参照信号との間
の位相差という３変数を含んであることから、少なくと
も３種類の位相変調を時分割に施した駆動信号を用いる
ことにより、上記実施例と同様な程度に被測定対象物に
対する距離の計測精度を向上させることができる。
【００６３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の光
波距離計においては、信号発生回路は、少なくとも３種
類の位相変調を時分割に施した駆動信号を光源に出力す
るとともに、駆動信号の周波数と同一の周波数を有する
参照信号をホモダイン処理回路に出力する。これによ
り、光源は駆動信号に基づいて時分割に位相変調した測
定光を被測定対象物に照射すると、光検出器は被測定対
象物で散乱反射して受光した測定光に基づいて検出信号
をホモダイン処理回路に出力する。
波距離計においては、信号発生回路は、少なくとも３種
類の位相変調を時分割に施した駆動信号を光源に出力す
るとともに、駆動信号の周波数と同一の周波数を有する
参照信号をホモダイン処理回路に出力する。これによ
り、光源は駆動信号に基づいて時分割に位相変調した測
定光を被測定対象物に照射すると、光検出器は被測定対
象物で散乱反射して受光した測定光に基づいて検出信号
をホモダイン処理回路に出力する。
【００６４】このとき、ホモダイン処理回路は、検出信
号と参照信号とを重ね合わせた干渉信号の強度の時間平
均をホモダイン信号として位相検出器に出力する。ただ
し、検出信号の周波数は参照信号の周波数と同一である
ことから、干渉信号の強度の時間平均は検出信号と参照
信号との間の位相差に対応して決定されている。また、
検出信号の位相は参照信号の位相に対して時分割に変調
することから、干渉信号の強度の時間平均は検出信号と
参照信号との間の位相差の変動に対応して時分割に変動
している。この結果、干渉信号の強度の時間平均を波高
とするホモダイン信号は、駆動信号の位相変調の切替時
に対応して変化している。
号と参照信号とを重ね合わせた干渉信号の強度の時間平
均をホモダイン信号として位相検出器に出力する。ただ
し、検出信号の周波数は参照信号の周波数と同一である
ことから、干渉信号の強度の時間平均は検出信号と参照
信号との間の位相差に対応して決定されている。また、
検出信号の位相は参照信号の位相に対して時分割に変調
することから、干渉信号の強度の時間平均は検出信号と
参照信号との間の位相差の変動に対応して時分割に変動
している。この結果、干渉信号の強度の時間平均を波高
とするホモダイン信号は、駆動信号の位相変調の切替時
に対応して変化している。
【００６５】ここで、駆動信号の位相を切り替える際に
低周波成分が同期して発生した場合においても、この低
周波成分は光源によって測定光を発生する際に除去され
るので、光検出器によって測定光を光電変換した検出信
号の位相は低周波成分による影響から排除されている。
これにより、ホモダイン処理回路によって生成するホモ
ダイン信号の波高は検出信号と参照信号との間の位相差
を高精度に反映している。そのため、ホモダイン処理回
路の構成は簡略化されるので、その製造コストを低減す
ることができる。また、ホモダイン処理回路の集積化が
容易になるので、１個のＩＣ（Integrated Circuit）と
して小型化を図ることもできる。
低周波成分が同期して発生した場合においても、この低
周波成分は光源によって測定光を発生する際に除去され
るので、光検出器によって測定光を光電変換した検出信
号の位相は低周波成分による影響から排除されている。
これにより、ホモダイン処理回路によって生成するホモ
ダイン信号の波高は検出信号と参照信号との間の位相差
を高精度に反映している。そのため、ホモダイン処理回
路の構成は簡略化されるので、その製造コストを低減す
ることができる。また、ホモダイン処理回路の集積化が
容易になるので、１個のＩＣ（Integrated Circuit）と
して小型化を図ることもできる。
【００６６】これにより、位相検出回路は、ホモダイン
信号の波高を駆動信号の位相変調の切替に対応して相互
に比較し、測定光の発光時と受光時との間の位相差を高
精度に検出する。したがって、被測定対象物に対する距
離の計測精度を向上させることができる。
信号の波高を駆動信号の位相変調の切替に対応して相互
に比較し、測定光の発光時と受光時との間の位相差を高
精度に検出する。したがって、被測定対象物に対する距
離の計測精度を向上させることができる。
【図１】本発明の光波距離計に係る一実施例の回路構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】図１の信号発生回路の出力信号を示すタイミン
グチャートである。
グチャートである。
【図３】図１のホモダイン処理回路の出力信号を示すタ
イミングチャートである。
イミングチャートである。
１０…被測定対象物、２０…信号発生回路、３０…光
源、４０…光検出器、５０…第１のホモダイン処理回
路、６０…第２のホモダイン処理回路、７０…位相検出
回路、８０…利得調整回路。
源、４０…光検出器、５０…第１のホモダイン処理回
路、６０…第２のホモダイン処理回路、７０…位相検出
回路、８０…利得調整回路。
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも３種類の位相変調を時分割に
施した駆動信号を出力するとともに、この駆動信号の周
波数と同一の周波数を有する参照信号を出力する信号発
生回路と、 この信号発生回路から入力した前記駆動信号に基づいて
時分割に位相変調した測定光を出射する光源と、 この光源から出射して被測定対象物で散乱反射した前記
測定光に基づいて時分割に位相変調した検出信号を出力
する光検出器と、 この光検出器から入力した前記検出信号と、前記信号発
生回路から入力した前記参照信号とを重ね合わせた干渉
信号の強度の時間平均をホモダイン信号として出力する
ホモダイン処理回路と、 このホモダイン処理回路から入力した前記ホモダイン信
号の波高を前記駆動信号の位相変調の切替に対応して相
互に比較し、前記測定光の発光時と受光時との間の位相
差を検出する位相検出回路とを備えることを特徴とする
光波距離計。 - 【請求項２】 前記信号発生回路は、前記参照信号を発
生する第１の発振器と、この第１の発振器から入力した
前記参照信号の位相をそれぞれπ、π／２及び３π／２
だけシフトさせた３種類の前記参照信号をそれぞれ出力
する３個の位相シフタと、パルス発振した切替信号を発
生する第２の発振器と、この第２の発振器から入力した
前記切替信号に基づいて、前記発信器及び前記３個の位
相シフタからそれぞれ入力した４種類の前記参照信号の
一つを順次選択して前記駆動信号として出力する切替器
とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の
光波距離計。 - 【請求項３】 前記信号発生回路は、前記被測定対象物
に対する距離の設定範囲に対応して、前記第１の発振器
から入力した前記参照信号の位相を基準位相だけシフト
させた第１の参照信号を出力する第１の補助位相シフタ
と、前記３個の位相シフタからそれぞれ入力した前記３
種類の参照信号の一つの位相を前記基準位相だけシフト
させた第２の参照信号を出力する第２の補助位相シフタ
とをさらに有しており、 前記ホモダイン処理回路は、前記光検出器から入力した
前記検出信号と前記第１の補助位相シフタから入力した
前記第１の参照信号とを重ね合わせた干渉信号の強度の
時間平均を第１のホモダイン信号として出力する第１の
ホモダイン処理回路と、前記光検出器から入力した前記
検出信号と前記第２の補助位相シフタから入力した前記
第２の参照信号とを重ね合わせた干渉信号の強度の時間
平均を第２のホモダイン信号として出力する第２のホモ
ダイン処理回路とから構成されていることを特徴とする
請求項２記載の光波距離計。 - 【請求項４】 前記第１のホモダイン処理回路は、前記
光検出器から入力した前記検出信号と前記第１の補助位
相シフタから入力した前記第１の参照信号とを重ね合わ
せて前記第１のホモダイン信号を出力する第１の乗算器
と、この第１の乗算器から入力した前記第１のホモダイ
ン信号を可変に設定した利得で増幅する第１の可変利得
増幅器と、この第１の可変利得増幅から入力した前記第
１のホモダイン信号の極性をそれぞれ保持または反転し
た第１の保持ホモダイン信号及び第１の反転ホモダイン
信号をそれぞれ出力する２個の第１の増幅器とから構成
されており、 前記第２のホモダイン処理回路は、前記光検出器から入
力した前記検出信号と前記第２の補助位相シフタから入
力した前記第２の参照信号とを重ね合わせて前記第２の
ホモダイン信号を出力する第２の乗算器と、この第２の
乗算器から入力した前記第２のホモダイン信号を可変に
設定した利得で増幅する第２の可変利得増幅器と、この
第２の可変利得増幅から入力した前記第２のホモダイン
信号の極性をそれぞれ保持または反転した第２の保持ホ
モダイン信号及び第２の反転ホモダイン信号をそれぞれ
出力する２個の第２の増幅器とから構成されていること
を特徴とする請求項３記載の光波距離計。 - 【請求項５】 前記駆動信号の位相変調の切替に対応し
て、前記ホモダイン処理回路から入力した前記ホモダイ
ン信号と基準電圧とを比較し、前記光検出器及び前記ホ
モダイン処理回路の各利得を制御する利得調整回路とを
さらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４
のいずれか一つに記載の光波距離計。 - 【請求項６】 前記位相検出回路は、前記第２の発振器
から入力した前記切替信号に基づいて、前記２個の第１
の増幅器と前記２個の第２の増幅器からそれぞれ入力し
た前記第１及び第２の保持ホモダイン信号と前記第１及
び第２の反転ホモダイン信号との一つを順次選択して位
相信号として出力する第１の切替器と、この第１の切替
器から入力した前記位相信号を直流変換する第１の積分
器と、この第１の積分器から入力した前記位相信号の波
高を平滑化し、前記測定光の発光時と受光時との間の位
相差を検出する直線性改善器とから構成されており、 前記利得調整回路は、前記第２の発振器から入力した前
記切替信号に基づいて、前記２個の第１の増幅器と前記
２個の第２の増幅器からそれぞれ入力した前記第１及び
第２の保持ホモダイン信号と前記第１及び第２の反転ホ
モダイン信号との一つを順次選択して利得信号として出
力する第２の切替器と、この第２の切替器から入力した
前記利得信号を直流変換する第２の積分器と、前記基準
電圧を発生する電圧源と、この電圧源から入力した前記
基準電圧と前記第２の積分器から入力した利得信号の波
高とを比較し、前記光検出器及び前記第１及び第２の可
変利得増幅器の各利得を制御する比較器とから構成され
ていることを特徴とする請求項５記載の光波距離計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6239127A JP2951547B2 (ja) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | 光波距離計および距離測定方法 |
| US08/536,354 US5694204A (en) | 1994-10-03 | 1995-09-29 | Device for optically measuring distance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6239127A JP2951547B2 (ja) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | 光波距離計および距離測定方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08105712A true JPH08105712A (ja) | 1996-04-23 |
| JP2951547B2 JP2951547B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=17040192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6239127A Expired - Fee Related JP2951547B2 (ja) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | 光波距離計および距離測定方法 |
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| JP (1) | JP2951547B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020059217A1 (ja) * | 2018-09-21 | 2020-03-26 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | Ｔｏｆカメラ |
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| EP1317064A1 (en) * | 2001-11-28 | 2003-06-04 | TTPCOM Limited | Transmitter RF power control |
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| DE102013216434B3 (de) * | 2013-08-20 | 2014-11-27 | Pmdtechnologies Gmbh | Lichtlaufzeitkamerasystem |
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-
1994
- 1994-10-03 JP JP6239127A patent/JP2951547B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-09-29 US US08/536,354 patent/US5694204A/en not_active Expired - Lifetime
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| WO2020059217A1 (ja) * | 2018-09-21 | 2020-03-26 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | Ｔｏｆカメラ |
| JP2020051760A (ja) * | 2018-09-21 | 2020-04-02 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | Ｔｏｆカメラ |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2951547B2 (ja) | 1999-09-20 |
| US5694204A (en) | 1997-12-02 |
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