JPH09218266A

JPH09218266A - 測距装置

Info

Publication number: JPH09218266A
Application number: JP8022869A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Ishibashi; 義人石橋; Hidenori Tamatsukuri; 秀則玉造; Masao Oba; 正男大場
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度で連続測定可能な測距装置を実現する。【解決手段】照射レーザ光Ｂを変調した高周波数の発振
信号Ａと反射レーザ光Ｃの検出信号Ｄとを乗積してから
静的な又は低周波数の成分を抽出して得た位相差に基づ
いて測定距離Ｇを算出する測距装置において、乗積に際
して発振信号Ａおよびこれと位相のみ異なる２つの移相
発振信号Ａ’，Ａ”のそれぞれについて検出信号Ｄとの
乗積を同一乗算回路７２によって中間周波数で時分割的
に繰り返し行う手段７５と、位相差を得る際にこれら３
種の乗積値ＥＥを用いて乗積時のオフセット成分を独立
変数とする演算を行う手段７７ａとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、測距装置に関
し、詳しくは、光路長による変調信号の位相差に基づい
て被測定物までの距離を測定する測距装置に関する。測
距装置から静止物までの精密な測定に適するばかりか、
双方又は何れかの移動に連れての連続測定にも好適とな
るような改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示した従来の測距装置は、平坦な
ベース板１の上に本体２が搭載されたものである。この
本体２の内部には、半導体製のレーザ３や、このレーザ
３から出たレーザ光を発振信号Ａで強度変調する変調部
４が収められていて、ベース板１上に乗載されて本体２
に対向する被測定物５に対して変調後のレーザ光Ｂが照
射されるようになっている。また、本体２の内部には、
被測定物５で反射したレーザ光Ｃを受けてこれに対応す
る検出信号Ｄを出力するフォトダイオード等の受光部６
や、発振信号Ａと検出信号Ｄとの位相差に基づいて本体
２から被測定物５までの距離を算出する距離算出部７も
収められていて、その算出距離Ｇが表示部８に表示され
るようになっている。

【０００３】距離算出部７は、数百ＭＨｚの高周波数ω
_M で発振して正弦波の発振信号Ａを発生する発振回路７
１と、発振信号Ａと検出信号Ｄとを入力とし乗積信号Ｅ
を出力する乗算回路７２と、乗積信号Ｅを入力とし数Ｈ
ｚの低周波数ω₁ 以下の信号成分を通過させて位相信号
Ｆを出力するローパスフィルタ７３と、発振信号Ａをπ
／２の位相分だけ遅延させて移相発振信号Ａ’を生成す
るπ／２移相回路７４と、移相発振信号Ａ’と検出信号
Ｄとを入力とし乗積信号Ｅ’を出力する乗算回路７５
と、乗積信号Ｅ’を入力として位相信号Ｆ’を出力する
ローパスフィルタ７６と、位相信号Ｆと位相信号Ｆ’と
の位相差に基づく後述の演算を行って算出距離Ｇを出す
演算回路７７とからなるものである。乗算回路７５は乗
算回路７２と、ローパスフィルタ７６はローパスフィル
タ７３と、特性の揃ったものである。

【０００４】このような測距装置を用いた被測定物５ま
での距離測定は次のようにして行なわれる。発振信号Ａ
で変調されたレーザ光Ｂ，Ｃが受光部６で電気信号に変
換されて検出信号Ｄとなったときには光路長に対応した
時間遅れによって、そのときの発振信号Ａと検出信号Ｄ
との間には光路長に対応した位相差θが生じる。すなわ
ち、受光ゲインによる振幅をａとおいて、発振信号Ａ＝
ｃｏｓ（ω_M ×ｔ）に対して、検出信号Ｄ＝ａ×ｃｏｓ
（ω_M ×ｔ−θ）が得られる。

【０００５】次に、乗算回路７２のオフセットをＶ72と
おき乗算回路７５のオフセットをＶ75とおいて、乗積信
号Ｅ＝ａ×ｃｏｓ（ω_M ×ｔ）×ｃｏｓ（ω_M ×ｔ−
θ）＋Ｖ72、乗積信号Ｅ’＝ａ×ｓｉｎ（ω_M ×ｔ）×
ｃｏｓ（ω_M ×ｔ−θ）＋Ｖ75が得られる。ローパスフ
ィルタを経た後は直流分や低周波数成分が残って、位相
信号Ｆ＝ａ×ｃｏｓ（θ）＋Ｖ72、位相信号Ｆ’＝ａ×
ｓｉｎ（θ）＋Ｖ75が得られる。

【０００６】そして、オフセットＶ72，Ｖ75が無視でき
るときには、演算回路７７によって、上記のＦ，Ｆ’の
式を連立させてａとθとを独立変数としてθを明示的に
求める演算が行われる。すなわち、位相信号Ｆと位相信
号Ｆ’との位相差θ＝ａｒｃｔａｎ^-1（ｓｉｎ（θ）／
ｃｏｓ（θ））＝ａｒｃｔａｎ^-1（Ｆ’／Ｆ）が演算さ
れる。さらに、既知の基本長をｂとおきｃを光速度とし
て算出距離Ｇ＝θ×ｃ／ω_M ＋ｂが演算される。こうし
て、発振信号Ａと検出信号Ｄとの位相差θに基づいて本
体２から被測定物５までの距離が算出される。算出距離
Ｇは表示部８等で確認される。

【０００７】なお、高周波数ω_M で動作する回路には制
約が多いことや測定精度確保の観点などから、乗算回路
７２，７５のオフセットＶ72，Ｖ75は無視し難いので、
これを除去する較正手段も用意される。すなわち、本体
２の内部には、反射鏡１１と、周期的に又は温度変化等
に応じて較正処理の制御を行う較正制御回路１２と、こ
れのモータ駆動制御に従って回転し較正時には変調部４
からのレーザ光を反射鏡１１さらに受光部６へ導く回転
鏡１３とを備えている。そして、演算回路７７では、予
め較正時に既定距離対応の測定でオフセットＶ72，Ｖ75
を求めておいて、被測定物５の測定時にオフセットＶ7
2，Ｖ75の減算処理を行う。距離測定中も、温度変化等
を考慮して測定を中断し、ときどき較正を行うのであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の測距装置では、乗算回路のオフセットを無視
して測定精度を我慢するか、反射鏡等の複雑な較正用光
学系等を付加して断続測定に限ることでコスト面や使用
形態面で我慢する必要があった。このため、例えば連続
形成されるロングレールの加工精度を常時監視する場合
や、移動体で地上の長尺物を連続して計測する場合、不
都合である。そこで、温度変化等に起因するオフセット
変動の影響を光学系に依らずに除去して測定精度の向上
を図るとともに製造コストの削減および連続測定も可能
なようにすることが課題となる。

【０００９】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであり、高精度で連続測定可能な測距
装置を実現することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために発明された第１乃至第２の解決手段について、
その構成および作用効果を以下に説明する。

【００１１】［第１の解決手段］第１の解決手段の測距
装置は（、出願当初の請求項１に記載の如く）、照射レ
ーザ光を変調した高周波数の発振信号と反射レーザ光の
検出信号とを乗積してから静的な又は低周波数の成分を
抽出して得た位相差に基づいて測定距離を算出する測距
装置において、前記乗積に際して、前記発振信号および
これと位相のみ異なる２つの移相発振信号のそれぞれに
ついて、前記検出信号との乗積を、同一乗算回路によっ
て中間周波数で時分割的に繰り返し行う手段と、前記位
相差を得る際に、これら３種の乗積値を用いて前記乗積
時のオフセット成分を独立変数とする演算を行う手段と
を備えたことを特徴とするものである。

【００１２】なお、この明細書では、上記の「移相発振
信号」とは、高周波数の発振信号の位相を所定量ずらし
て生成した高周波数の発振信号をいい、これらの発振信
号は位相差検出の際の基準信号となるものである。これ
に対し、「位相信号」とは、静的な又は低周波数で変化
する距離に対応した位相差情報を直接担う信号である静
的な又は低周波数の抽出成分の信号をいうものとする。

【００１３】このような第１の解決手段の測距装置にあ
っては、発振信号および２つの移相発振信号からなる３
つの基準信号から検出信号との乗積信号が得られる。３
つの基準信号は位相差が異なり且つ位相差のみが異なる
ものなので、２つの基準信号だけから検出信号との乗積
信号を得ていた従来に比べて、この場合は、位相差を得
る演算について、独立変数を増やすことなく有効な連立
式を１つ増やすことができる。

【００１４】そして、これら３種の乗積値を用いて乗積
時のオフセット成分を独立変数とする演算が行われる。
この場合、乗算回路が共通なので乗積時のオフセット成
分は唯１つである。そして、有効な連立式が１つ増加し
ているので、独立変数が１つ増えても演算処理で直接算
出可能である。そこで、乗積時のオフセット成分を演算
だけで的確に除去することができる。しかも、この演算
は中間周波数で繰り返されるので、静的な又は低周波数
で変化する距離は、実質的に連続測定される。

【００１５】これにより、温度変化等に起因するオフセ
ット変動の影響を光学系に依らずに、簡易な演算処理で
除去することができる。したがって、この発明によれ
ば、高精度で連続測定可能な測距装置を実現することが
できる。

【００１６】［第２の解決手段］第２の解決手段の測距
装置は（、出願当初の請求項２に記載の如く）、照射レ
ーザ光を変調した高周波数の発振信号と反射レーザ光の
検出信号とを乗積してから静的な又は低周波数の成分を
抽出して得た位相差に基づいて測定距離を算出する測距
装置において、前記乗積に先だって、前記検出信号の乗
積相手の信号についてその位相を中間周波数で反転させ
てから、前記静的な成分又は前記低周波数以下の成分を
除去する手段と、前記乗積の後に、前記静的な又は前記
低周波数の成分に代えて前記中間周波数の成分を抽出し
てから、前記位相差を得る手段とを備えたことを特徴と
するものである。

【００１７】このような第２の解決手段の測距装置にあ
っては、検出信号との乗積に先だって、検出信号の乗積
相手となる基準信号としての発振信号や移相発振信号
は、その位相が中間周波数で反転させられる。そして、
これらの基準信号から、低周波数以下の成分が除去され
る。そこで、基準信号は不所望な直流成分を含まない且
つ中間周波数で位相が反転するものとなり、かかる基準
信号が乗積に供される。

【００１８】このようにして中間周波変調された基準信
号と検出信号とが乗積されると、単純な発振信号と検出
信号との乗積では準静的成分であった位相差の成分が、
中間周波数の成分にも含まれるようになる。これに対
し、乗算時に初めて加えられる乗算時のオフセットは準
静的なままである。そして、静的な成分に代えて中間周
波数の成分を抽出してから位相差が求められる。そこ
で、この位相差には、もはや乗算時のオフセットが含ま
れていない。

【００１９】これにより、乗算時のオフセットを無視し
た簡易な演算処理で位相差に基づく距離算出を行うだけ
で、何時でも、光学系に依らずに、温度変化等に起因す
るオフセット変動の影響を除去して、正確な距離を測定
することができる。したがって、この発明によれば、高
精度で連続測定可能な測距装置を実現することができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】このような第１乃至第２の解決手
段で達成された本発明の測距装置について、これを実施
するための形態を説明する。

【００２１】［第１の実施の形態］本発明の第１の実施
形態にあっては、上述した第１の解決手段を実施するた
めに、被測定物への照射レーザ光を高周波数の発振信号
で変調する手段と、被測定物からの反射レーザ光の検出
信号と前記発振信号およびこれを移相して生成した移相
発振信号とを乗積する手段と、この乗積信号から静的な
又は低周波数の成分を抽出する手段とを備え、この抽出
成分から前記発振信号と前記検出信号との位相差を求め
て前記被測定物までの測定距離を算出する測距装置にお
いて、前記移相発振信号として位相の異なる第１移相発
振信号および第２移相発振信号を生成する手段と、前記
乗積に際し、前記高周波数と前記低周波数との中間周波
数で時分割的に、前記検出信号と前記発振信号とを乗積
すること、前記検出信号と前記第１移相発振信号とを乗
積すること、及び前記検出信号と前記第２移相発振信号
とを乗積することとを同一乗算回路によって繰り返し行
う手段と、前記位相差を求めるに際し、これらの３種の
乗積値を用いて前記位相差と前記検出信号の振幅と前記
乗積時のオフセット成分とを独立変数とする演算を行う
手段とを備えたことを特徴とする。

【００２２】［第２の実施の形態］本発明の第２の実施
形態にあっては、上述した第２の解決手段を実施するた
めに、被測定物への照射レーザ光を高周波数の発振信号
で変調する手段と、被測定物からの反射レーザ光の検出
信号と前記発振信号およびこれを移相して生成した移相
発振信号とを乗積する乗積手段と、この乗積信号から静
的な又は低周波数の成分を抽出する抽出手段とを備え、
この抽出成分から前記発振信号と前記検出信号との位相
差を求めて前記被測定物までの測定距離を算出する測距
装置において、前記乗積手段の前に設けられ、前記高周
波数と前記低周波数との中間周波数で前記発振信号およ
び前記移相発振信号の位相を反転させるとともに、前記
静的な成分又は前記低周波数以下の成分を除去する手段
と、前記抽出手段に代えて前記乗積手段の後に設けら
れ、前記乗積信号から前記中間周波数の成分を抽出する
とともに、この抽出成分の信号からその振幅を抽出する
手段とを備えたことを特徴とする。

【００２３】

【実施例】

［第１実施例］本発明の測距装置の第１実施例につい
て、その具体的な構成を、図１のブロック図を引用して
説明する。この測距装置は、基準信号を増やして乗積時
のオフセット成分を演算だけで連続して除去するように
距離算出部を改良したものである。すなわち従来例にお
ける図４の距離算出部７を図１の距離算出部７０で置き
換えて、従来例の図４における反射鏡１１等の光学系依
存の較正手段を不要としたものである。そこで、同一の
構成要素には同一の符合を付して示し、その再度の説明
は割愛する。以下、距離算出部７０を中心に説明する。

【００２４】距離算出部７０は、発振信号Ａをπの位相
分だけ遅延させて移相発振信号Ａ”を生成するπ移相回
路７４ａがπ／２移相回路７４と並列に追加され、これ
に後続して発振信号Ａ，移相発振信号Ａ’，移相発振信
号Ａ”の３信号を入力とし制御信号に応じて何れか１つ
を出力する切換回路７５ａも設けられ、検出信号Ｄの乗
積相手として乗算回路７２に入力される信号には発振信
号Ａに代えて切換回路７５ａの出力信号を用いるもので
ある。乗算回路７５は不要なものとなっている。

【００２５】切換回路７５ａの制御信号は、切換制御回
路７５ｂによって生成されるが、切換回路７５ａに発振
信号Ａ，移相発振信号Ａ’，移相発振信号Ａ”を順次繰
り返して選択させるために、数百ＭＨｚの高周波数ω_M
と数Ｈｚの低周波数ω₁ との間の数ＫＨｚの中間周波数
ω_K で値がサイクリックに変化する。これにより、距離
算出部７０は、乗積に際して発振信号Ａおよびこれと位
相のみ異なる２つの移相発振信号Ａ’，Ａ”のそれぞれ
について検出信号Ｄとの乗積を同一乗算回路７２によっ
て中間周波数ω_K で時分割的に繰り返し行うものとなっ
ている。

【００２６】距離算出部７０は、ローパスフィルタ７
３，７６と並列に、同特性のローパスフィルタ７６ａが
追加して設けられ、乗算回路７２とローパスフィルタ７
３との間には、乗算回路７２の出力を入力とし切換制御
回路７５ｂからの制御信号に応じてローパスフィルタ７
３，ローパスフィルタ７６，ローパスフィルタ７６ａの
何れか１つへ選択的に入力信号を出力する切換回路７５
ｃも、介挿されている。そして、それぞれディーティ
（１／３）で、発振信号Ａと検出信号Ｄとの乗積信号Ｅ
をローパスフィルタ７３で処理し、発振信号Ａ’と検出
信号Ｄとの乗積信号Ｅ’をローパスフィルタ７６で処理
し、発振信号Ａ”と検出信号Ｄ”との乗積信号Ｅ”をロ
ーパスフィルタ７６ｂで処理するものとなっている。こ
れにより、位相信号Ｆ，Ｆ’は信号レベルだけが従来の
１／３のものになり、位相信号Ｆ”は位相信号Ｆに対し
て位相差成分だけが反転したものとなる。

【００２７】演算回路７７ａは、位相信号Ｆと位相信号
Ｆ’とに加えて位相信号Ｆ”をも用いて位相差に基づく
後述の演算を行う。すなわち、位相差を得る際にこれら
３種の乗積値を用いて乗積時のオフセット成分を独立変
数とする演算を行って算出距離Ｇを出すものとなってい
る。

【００２８】この実施例の測距装置について、その動作
を説明する。

【００２９】従来と同様に受光ゲインによる振幅をａと
おき乗算回路７２のオフセットをＶ72とおいて、発振信
号Ａ＝ｃｏｓ（ω_M ×ｔ）に対して、移相発振信号Ａ’
＝ｓｉｎ（ω_M ×ｔ）、移相発振信号Ａ”＝−ｃｏｓ
（ω_M ×ｔ）、さらに検出信号Ｄ＝ａ×ｃｏｓ（ω_M ×
ｔ−θ）が得られる。

【００３０】次に、乗算回路７２，切換回路７５ｃによ
って、周波数ω_K で且つディーティ（１／３）で、乗積
信号Ｅ＝ａ×ｃｏｓ（ω_M ×ｔ）×ｃｏｓ（ω_M ×ｔ−
θ）＋Ｖ72、乗積信号Ｅ’＝ａ×ｓｉｎ（ω_M ×ｔ）×
ｃｏｓ（ω_M ×ｔ−θ）＋Ｖ72、乗積信号Ｅ”＝−ａ×
ｃｏｓ（ω_M ×ｔ）×ｃｏｓ（ω_M ×ｔ−θ）＋Ｖ72が
得られる。ローパスフィルタを経た後は直流分が残っ
て、位相信号Ｆ＝（ａ×ｃｏｓ（θ）＋Ｖ72）／３、位
相信号Ｆ’＝（ａ×ｓｉｎ（θ）＋Ｖ72）／３、位相信
号Ｆ”＝（−ａ×ｃｏｓ（θ）＋Ｖ72）／３が得られ
る。

【００３１】そして、演算回路７７ａによって、上記の
Ｆ，Ｆ’，Ｆ”の式を連立させてａとθとＶ72とを独立
変数としてθを明示的に求める演算が行われる。すなわ
ち、先ず位相信号Ｆと位相信号Ｆ”とからＶ72／３＝
（Ｆ＋Ｆ”）／２を演算してオフセット成分Ｖ72を消去
する準備をしておき、その後、位相信号Ｆと位相信号
Ｆ’との位相差θ＝ａｒｃｔａｎ^-1（ｓｉｎ（θ）／ｃ
ｏｓ（θ））＝ａｒｃｔａｎ^-1（（Ｆ’−Ｖ72／３）／
（Ｆ−Ｖ72／３））＝（（２×Ｆ’−Ｆ−Ｆ”）／（Ｆ
−Ｆ”））が演算される。

【００３２】こうして、乗算回路７２のオフセット成分
が明示的に除去されて、その影響を受けない正確な位相
差が求められる。そして、オフセット成分除去のための
特別な較正処理は行うことなく、既知の基本長をｂとお
きｃを光速度とした算出距離Ｇ＝θ×ｃ／ω_M ＋ｂの演
算、及びその表示がなされる。

【００３３】なお、演算回路７７ａが周波数ω_K で位相
信号Ｆ等をサンプリングして演算するデジタル回路であ
りマイクロプロセッサ等を主体として構成されるような
場合には、回路簡素化の観点から、切換回路７５ｂやロ
ーパスフィルタ７３，７６，７６ａの機能も演算回路に
取り込んでプログラム処理によって行うようにしてもよ
い。あるいは、切換回路７５ａの機能だけを演算回路に
取り込んで、ローパスフィルタを１個に纏めて算出距離
Ｇの信号ラインに対し直列に介挿するようにしてもよ
い。この場合は、周波数ω_K は周波数ω₁ と分離可能で
これに近い数十Ｈｚ程度が好ましい。

【００３４】［第２実施例］本発明の測距装置の第２実
施例について、その具体的な構成を、図２のブロック図
を引用して説明する。ここでも、特徴のある距離算出部
を説明する。

【００３５】図２のこの距離算出部は、発振信号Ａと検
出信号Ｄとの位相差θを得るための乗積に先だって検出
信号Ｄの乗積相手の信号Ａ，Ａ’についてその位相を中
間周波数ω_K で反転させてから低周波数ω₁ 以下の成分
を除去するために、乗算回路７２，７５の前に、発振回
路７１０と乗算回路７３１，７６２とハイパスフィルタ
７３２，ハイパスフィルタ７６２とが介挿されたもので
ある。

【００３６】発振回路７１０は、数百ＭＨｚの高周波数
ω_M と数Ｈｚの低周波数ω₁ との間の数ＫＨｚの中間周
波数ω_K で発振し、±１の値をディーティ５０％でとる
発振信号Ｈを発生するものである。乗算回路７３１は、
発振信号Ａと発振信号Ｈとを入力として乗積信号Ｅ１を
出力するものである。これにより、乗積信号Ｅ１は、高
周波数ω_M の発振信号であって、その位相が中間周波数
ω_K で反転するものとなっている。

【００３７】ハイパスフィルタ７３２は、乗積信号Ｅ１
を入力として周波数ω_K 以上の成分だけを通過させるこ
とで乗積信号Ｅ２を生成するものである。これにより、
乗積信号Ｅ２は、直流成分や周波数ω₁ の低周波数成分
が除去されたものとなる。そして、乗算回路７２で、検
出信号Ｄと乗積されるようになっている。なお、乗積信
号Ｅ１，Ｅ２は、乗積用に変調された基準信号とでも呼
ぶべきものであるが、簡単のためこのように呼ぶ。次の
乗積信号Ｅ１’，Ｅ２’も同じである。

【００３８】乗算回路７６１は、乗算回路７３１と同様
にして、発振信号Ａ’，Ｈから、高周波数ω_M の発振信
号であってその位相が中間周波数ω_K で反転する乗積信
号Ｅ１’を生成する。また、ハイパスフィルタ７６２
は、ハイパスフィルタ７３２と同様にして、乗積信号Ｅ
１’から、直流成分や周波数ω₁ の低周波数成分が除去
された乗積信号Ｅ２’を生成する。そして、乗算回路７
５で、乗積信号Ｅ２’が検出信号Ｄと乗積されるように
なっている。

【００３９】また、図２の距離算出部は、発振信号Ａと
検出信号Ｄとの位相差θを求めるための乗積の後に中間
周波数ω_K の成分を抽出しそれから位相差θを得るため
に、乗算回路７２，７５の後に、バンドパスフィルタ７
３３，７６３と振幅検出回路７３４，７６４とがそれぞ
れ直列に介挿されたものである。

【００４０】バンドパスフィルタ７３３は、乗算回路７
２の出力する乗積信号Ｅ３を入力とし中間周波数ω_K を
含む所定帯域の信号成分を通過させて乗積信号Ｅ４を生
成するものである。振幅検出回路７３４は、検波回路や
ローパスフィルタ等からなり、乗積信号Ｅ４からその振
幅の信号である位相信号Ｆを生成するものである。これ
により、位相信号Ｆは、ローパスフィルタによって低周
波数ω₁ 以下の準静的な信号となっている。

【００４１】同様に、バンドパスフィルタ７６３は、乗
算回路７５の出力する乗積信号Ｅ３’を入力とし中間周
波数ω_K を含む所定帯域の信号成分を通過させて乗積信
号Ｅ４’を生成するものであり、振幅検出回路７６４
は、乗積信号Ｅ４’からその振幅の信号である位相信号
Ｆ’を生成するものである。位相信号Ｆ’も、低周波数
ω₁ 以下の準静的な信号となっている。

【００４２】なお、位相信号Ｆと位相信号Ｆ’とを受け
て算出距離Ｇを演算する演算回路７７０は、乗算回路７
２，７５のオフセットＶ72，Ｖ75が存在しないときにお
ける既述の演算を行って、位相信号Ｆと位相信号Ｆ’と
の位相差に基づく算出距離Ｇを出すようになっている。
これにより、演算回路７７０は、従来より簡易なものと
なっている。

【００４３】この実施例の測距装置について、図３の信
号波形例を参照しながら、その動作を説明する。

【００４４】従来と同様に受光ゲインによる振幅をａと
おき乗算回路７２，７５のオフセットをそれぞれＶ72，
Ｖ75とおき乗算回路７３１，７６１のオフセットをそれ
ぞれＶ31，Ｖ61とおいて、発振信号Ａと検出信号Ｄとの
位相差θが求められる様子を中心に説明する（図３
（ａ），（ｂ）参照）。先ず、発振信号Ａ＝ｃｏｓ（ω
_M×ｔ）に対して（図３（ｃ）参照）、移相発振信号
Ａ’＝ｓｉｎ（ω_M ×ｔ）、さらに検出信号Ｄ＝ａ×ｃ
ｏｓ（ω_M ×ｔ−θ）が得られる。

【００４５】次に、発振回路７１０によって周波数ω_K
で正負反転の発振信号Ｈ＝±１が供給され（図３（ｄ）
参照）、乗算回路７３１によって周波数ω_K で正負交互
の乗積信号Ｅ１＝±ｃｏｓ（ω_M ×ｔ）＋Ｖ31が生成さ
れる（図３（ｅ）参照）。そして、ハイパスフィルタ７
３２によって、Ｖ31が除去されて、周波数ω_K で正負交
互の乗積信号Ｅ２＝±ｃｏｓ（ω_M ×ｔ）が得られ、こ
れと検出信号Ｄとから乗算回路７２によって周波数ω_K
で正負交互の乗積信号Ｅ３＝±ａ×ｃｏｓ（ω_M ×ｔ）
×ｃｏｓ（ω_M ×ｔ−θ）＋Ｖ72＝±ａ×（ｃｏｓ（２
×ω_M ×ｔ）＋ｃｏｓ（θ））＋Ｖ72が得られる（図３
（ｆ）参照）。

【００４６】そして、バンドパスフィルタ７３３を経る
と、直流分や低周波数成分が落ち、さらに周波数ω_M 以
上の成分も落ちて、乗積信号Ｅ４には周波数ω_K の成分
だけが残る。そこで、乗積信号Ｅ４＝ａ×ｃｏｓ（ω_K
×ｔ）×ｃｏｓ（θ）が得られる。この乗積信号Ｅ４に
は、もはや乗算回路７２のオフセットＶ72は含まれてい
ない。この乗積信号Ｅ４から振幅検出回路７３４により
位相信号Ｆ＝ａ×ｃｏｓ（θ）が得られる。

【００４７】繰り返しとなる説明は割愛するが、同様に
して、移相発振信号Ａ’と検出信号Ｄとから乗算回路７
５等により位相信号Ｆ’＝ａ×ｓｉｎ（θ）が得られ
る。これにも乗算回路７５のオフセットＶ75は含まれて
いない。こうして、乗算回路７２，７５のオフセット成
分を含まない位相信号Ｆ，Ｆ’が常時生成される。

【００４８】そして、オフセット成分除去のための特別
な較正処理を行うもまでもなく、位相差θ＝ａｒｃｔａ
ｎ^-1（Ｆ’／Ｆ）の演算によって正確な位相差θが求め
られ、その後、既知の基本長をｂとおきｃを光速度とし
た算出距離Ｇ＝θ×ｃ／ω_M＋ｂの演算、及びその表示
がなされる。

【００４９】これにより、光学系に依らずに、しかも高
周波数では良い分離特性を得難い切換回路も用いずに、
一般的な高周波帯域用の乗算回路やフィルタ回路を用い
た演算処理で簡便に、しかも連続して、正確な位相差を
得ることができた。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第１の解決手段の測距装置にあっては、基準信号を増
やして乗積時のオフセット成分を演算だけで連続して除
去するようにしたことにより、光学系に依らずに、高精
度で連続測定可能な測距装置を実現することができたと
いう有利な効果が有る。

【００５１】また、本発明の第２の解決手段の測距装置
にあっては、位相差の成分を中間周波数の成分に残して
準静的な乗算時のオフセットを分離除去するようにした
ことにより、光学系に依らずに演算処理で簡便に、高精
度で連続測定可能な測距装置を実現することができたと
いう有利な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測距装置の第１実施例についてのブ
ロック図である。

【図２】本発明の測距装置の第２実施例についてのブ
ロック図である。

【図３】その信号波形の例である。

【図４】従来の測距装置の模式図兼ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ベース板２本体３レーザ４変調部５被測定物６受光部７距離算出部８表示部１１反射鏡１２較正制御回路１３回転鏡７０距離算出部７１発振回路７２乗算回路７３ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７４ π／２移相回路７５乗算回路７３ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７７演算回路７４ａ π移相回路７５ａ切換回路７５ｂ切換制御回路７７ａ演算回路７１０発振回路７３１乗算回路７３２ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）７３３バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７６４振幅検出回路７６１乗算回路７６２ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）７６３バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７６４振幅検出回路７７０演算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照射レーザ光を変調した高周波数の発振信
号と反射レーザ光の検出信号とを乗積してから静的な又
は低周波数の成分を抽出して得た位相差に基づいて測定
距離を算出する測距装置において、前記乗積に際して前
記発振信号およびこれと位相のみ異なる２つの移相発振
信号のそれぞれについて前記検出信号との乗積を同一乗
算回路によって中間周波数で時分割的に繰り返し行う手
段と、前記位相差を得る際にこれら３種の乗積値を用い
て前記乗積時のオフセット成分を独立変数とする演算を
行う手段とを備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項２】照射レーザ光を変調した高周波数の発振信
号と反射レーザ光の検出信号とを乗積してから静的な又
は低周波数の成分を抽出して得た位相差に基づいて測定
距離を算出する測距装置において、前記乗積に先だって
前記検出信号の乗積相手の信号についてその位相を中間
周波数で反転させてから前記静的な成分又は前記低周波
数以下の成分を除去する手段と、前記乗積の後に前記静
的な又は前記低周波数の成分に代えて前記中間周波数の
成分を抽出してから前記位相差を得る手段とを備えたこ
とを特徴とする測距装置。