JPS6023739Y2 - 光波距離計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、光波の位相差より距離を測定するようにした
光波距離計に関するものである。

本考案の目的は、比較器を用いて一定範囲の振幅を取り
出し、その信号でデータ処理の可否を判定するようにし
たもので、高精度でかつ簡単な構成の光波距離計を提供
することにある。

以下、図面により本考案を説明する。

第１図は本考案の光波距離計の一実施例を示すブロック
図である。

図において、１００は本考案に係る測定器本体、２００
は測定器本体より距離ｌだけ隔てたところに配置された
反射プリズムである。

測定器本体１００において、１０は高周波（例えば１５
ＭＨｚ）発振器、１１は高周波増幅器、１２は発光ダイ
オード、１３は送光レンズ、２０は受光レンズ、２１は
アバランシェ・フォトダイオード、２２はバンドパス・
アンプ、３０はリミッタ３１およびバイ（ＨＩＧＨ）側
レベルカット回路３２とロウけΩＷ）側レベルカット回
路３３よりなるレベル判定回路で、回路３２．３３は比
較器より構成されている。

１４は分周回路、１５はヘテロゲイン検波用のローカル
（ＬＯＣＡＬ） 発振器、１６はアバランシェ・フォト
ダイオード２１の駆動回路である。

４０は位相検出回路、５０はカウンタ、６０はデータ処
理回路、７０は表示器、８０は内パス回路で、光ファイ
バー８１とシャッタ８２より構成されている。

このような各素子からなる本考案に係る光波距離計の動
作を説明すると次の如くなる。

発光ダイオード１２より出る光ビームは発振器１０の出
力により高周波変調される。

変調された光ビームはレンズ１３を介して反射プリズム
２００に投射されたのち反射される。

その反射光はレンズ２０を介してアバランシェ・フォト
ダイオード２１に与えられる（内パス回路８０における
シャッタ８２が図の実線の位置にあるとき）。

一方、ヘテロゲイン検波用のローカル発振器１５の出力
（発振周波数は例えば１５ＭＨｚ ＋ ７．５ＫＨｚ）
は駆動回路１６に加えられ、その出力によってアバラン
シェ・フォトダイオード２１が制御される。

そして、発振器１０の発振出力を基準周波数とし、これ
をローカル発振器１５の出力でヘテロゲイン検波（ヘテ
ロゲイン検波手段については図示せず）した点Ｐにおけ
る検波信号（周波数７．５ＫＨ２）ハバンドパス・アン
プ２２を介してレベル判定回路３０におけるリミッタ３
１に加えられる。

リミッタ３１に加えられたバンドパス・アンプ２２の出
力信号は所定のレベルカットされて矩形波となり、位相
検出回路４０に与えられる。

位相検出回路４０には位相角の基準として発振器１０の
出力が分周回路１４を介して与えられている。

一方、内パス回路８０のシャッタ８２はデータ処理回路
６０の出力によって駆動される。

その結果、図の点線位置になった場合に反射プリズム２
００からの反射ビームは遮られ、発光ダイオード１２か
らの光は光ファイバー８１を介して直接フォトダイオー
ド２１に投射される。

フォトダイオード２１の出力はバンドパス・アンプ２２
とリミッタ３１を介して位相検出回路４０に与えられる
。

ここで、位相検出回路４０に加えられる分周回路１４の
出力の位相角を基準の位相角としてこれのφ、とし、発
光ダイオード１２から内パス回路８０を介して位相検出
回路４０に与えられる波形の位相角φ６、又、発光ダイ
オード１２から反射プリズム２００を介して位相検出回
路４０に与えられる位相角φ８とすると、基準の位相角
に対してφ６、φ８の関係は第２図の如く示される。

ここで、φいφ８と反射プリズム２００までの距離ｌと
の関係は、 ≧ 査〔３ト１ ／＝、・ ２． ・２ ・・・（１） で表わされる。

（１）式において、Ｃ：空気中の光速 ｆ：変調周波数 ■ を：往復光路に対する片道分 よって、位相差（φ９−φＢ）を求めることによって、
距離ｌを測定することができる。

位相検出回路４０はその位相差を検出する回路である。

なお、φＢに対してφ６、φＢの位相が遅れているのは
バンドパス・アンプ２２等の位相遅れのためである。

ここで、この種の光波距離計においては、発光ダイオー
ド１２より出る光ビームは空気中の屈折率の変化等によ
ってゆらぎ（かげろう現象）、その振幅は第３図イに示
す如く変化する。

この振幅の変化は大気のゆらぎで大幅となり、例えば晴
天日中において５００ｍの空間を送光した場合、１：１
０にもなる。

振幅が大幅に変化すると、そのピーク時にバンドパス・
アンプ２２が飽和する。

ヘテロゲイン検波後に位相角を測定する場合、振幅のピ
ーク時にバンドパス・アンプ２２が飽和したり、或いは
位相角点のゼロ位に変化があれば（例えはオフセット分
）、正しい位相角測定は困難となる。

そこで、本考案においてはレベル判定回路３０において
、比較器で構成したバイ側レベルカット回路３２とロウ
側レベルカット回路３３を設け、一定入力レベルの時の
みの位相角をデータ・ゴー（ＤａｔａＧＯ） （可）と
し、振幅が大きすぎる時、或いは小さすぎる時にノーゴ
ー（ＮＯＧＯ）（否）とするようにしたものである。

このレベル判定回路３０の具体的回路図を第４図に示す
。

第４図において、３２はバイ側レベルカット回路、３３
はロウ側レベルカット回路である。

バイ側レベルカット回路３２は比較用アンプ３４とＲ８
−フリップ・フロップ３５とで構成され、ロウ側レベル
カット回路３３は比較用アンプ３６とＲ５−フリップ・
フロップ３７とで構成されている。

フリップ・フロップ３５．３７は第１図で示した分周回
路１４から得たもので、かげろう等による変化は１ｏＯ
Ｈｚ位であり、最高のものでも３００〜５００Ｈｚが限
度である関係上、このクロックは実施例では１．８７５
ＫＨｚに選ばれている。

バイ側レベルカット回路３２のスレッショールドはＶＨ
に設定され、この■。

とバンドパス・アンプ２２の出力Ｖｓとがアンプ３４で
比較されＶ Ｈ＞ Ｖ ｓのときフリップ・フロップ３
５の出力は第３図の口に示す如く■のレベルとなり、Ｖ
Ｈ＜ＶＳのときフリップ・フロップ３５の出力はＮ０Ｇ
Ｏのレベルとなる。

一方、ロウ側レベルカット回路３３のスレッショールド
はｖＬに設定され、このＶＬとバンドパス・アンプ２２
の出力■、とが比較され、ＶＬ＜Ｖ８のとき第３図の八
に示す如く、フリップ・フロップ３７の出力は■のレベ
ルとなり、Ｖし＞ＶｓのときＮ０ＧＯレベルとなる。

両フリップ・フロップ回路３５．３７の出力はナントゲ
ート３８を経ることにより、第３図の二に示す信号が取
り出され、この信号が（１）、Ｎ０ＧＯ信号としてデー
タ処理回路６０の入力端子に加えられる。

一方、リミッタ回路３１を介して得られたバンドパス・
アンプ２２の出力■、はＴｒ″Ｌレベル変換回路３９を
介してＴＴＬレベルに変換されたのち、位相検出回路４
０に与えられる。

第１図に戻り、位相検出回路４０て検出されたφヶとφ
Ｂ信号はカウンタ５０に与えられる。

カウンタ５０は発振器１０の出力を基準位相角φ、とし
て、φ９とφ８の差（φ６−φ８）をこれに対応したパ
ルス列に変換する。

カウンタ５０の出力パルス列はデータ処理回路６０に与
えられる。

データ処理回路６０にはレベル判定回路３０で得た第３
図二で示すＤａｔａＧＯ／ Ｎｏ信号が与えられている
。

データ処理回路６０はＤａｔａＧＯ信号のときのカウン
タ５０の出力を第１式の基づいて演算し、その演算結果
を表示回路７０に送出する。

その結果、表示回路７０は（φ６−φＢ）、即ち、距離
ｌの値をテイジタル的に表示する。

このように、本考案においては、かげろう等によって光
ビームがゆらぎ、振幅が変化しても、比較器よりなるレ
ベル判定回路３０を用いて目的信号のみを取り出すよう
に構成したので、増幅器等が飽和しても極めて正確に距
離ｌを測定することができる。

なお、実施例ではアバランシェ・フォトダイオードを使
用した場合について説明したが、ＰＩＮダイオードであ
ってもよい。

従来、この光波距離計において、かげろうによる送光ビ
ームの振幅の変化はＡＧＣ回路 （ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ ）を用
いて補償するようにしたものが公知である。

しかし、このＡＧＣ回路は回路構成が複雑になるばかり
か、その初段アンプの入力抵抗に例えばｃｄｓを用いて
制御した場合にはｃｄｓの応答からＤＣ〜３０Ｈｚ程度
の周波数応答となり、１００Ｈ２以上になると、コント
ロールができず、高速応答にしようとすると、更に回路
が複雑化する欠点がある。

また制御時に位相ずれを生じ、正確な位相測定が困難と
なる。

これに対して、本考案においては比較器によるレベル判
定回路を用い、一定レベルの振幅のみをＤａｔａＧＯと
することにより、目的信号を取り出すように構成したの
で、従来のＡＧＣ回路を用いた場合より回路構成が簡単
となり、かつ周波数の応答特性の優れた光波距離計を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の距離計の一実施例を示すブ陥ツク図、
第２図及び第３図は第１図の動作を説明するための波形
図、第４図は第１図に用いられるレベル判定回路部分の
具体的回路図である。 １２・・・・・・発光素子、２１・・・・・・受光素子
、３０・・・・・・レベル判定回路、６０・・・・・・
データ処理回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 変調された発光素子の光ビームを反射物で反射させたの
   ち受光素子によって検出し、その受光信号の位相角と、
   内バス回路によって短絡して取り出される前記発光素子
   の光の位相角との差をデータ処理回路でデータ処理する
   ことにより前記光ビームの反射点までの距離を測定する
   ようにした距離計において、 前記受光素子の出力がバンドパスアンプを介して与えら
   れるバイ側比較用アンプとこの比較用アンプの出力によ
   ってその状態が反転するバイ側フリップ・フロップとよ
   りなり前記バンドパスアンプの出力がバイ側比較用アン
   プのスレッショールドより低いとき前記バイ側フリップ
   ・フリップよりデータ処理可の信号を出力するバイ側レ
   ベルカット回路、前記受光素子の出力が前記パッドパス
   アンプを介して与えられるロウ側比較用アンプとこの比
   較用アンプの出力によってその状態が反転するロウ側フ
   リップ・フロップとよりなり前記バンドパスアンプの出
   力がロウ側比較用アンプのスレッショールドより高いと
   き前記ロウ側フリップ・フロップよりデータ処理可の信
   号を出力するロウ側レベルカット回路、及び前記バイ側
   レベルカット回路とロウ側レベルカット回路が出力する
   データ処理可の信号を取り出すゲート回路よりなるレベ
   ル判定回路を設け、このレベル判定回路の出力を前記デ
   ータ処理回路に加えて前記データの処理を可とするよう
   にしたことを特徴とする光波距離計。