专利名称：光波距离计的制作方法
技术领域：
本发明涉及光波距离计，更详细地讲，涉及省去了将从发光元件射出的光切换为测距光路(外部光路)和参照光路(内部光路)的开闭器的光波距离计。
背景技术：
在以往的光波距离计中，将从发光元件射出的光通过使开闭器(shutter)移动而交替地切换为与目标反射物(标靶、反射片或免棱镜的物体)之间往复的测距光路、和从光源直接朝向受光元件的参照光路来进行距离测量，由此修正了光波距离计的固有的误差。 但是，由于伴随着开闭器的移动，所以在距离测量中花费时间，而且有在低温下动作变慢的缺点。所以，希望有不使用切换为测距光路和参照光路的开闭器的光波距离计。作为这样的不使用开闭器的光波距离计，已知有下述专利文献1中公开的结构。 在图9中表示该光波距离计的模块图。该光波距离计具备两个发光元件1P、2P。从发光元件IP射出的光30P由分束器 (beam splitter) 3P分为两部分，一方作为测距光32P而经过与目标反射物60P之间往复的测距光路入射到受光元件5P，另一方作为参照光33P而经过光波距离计内部的参照光路入射到受光元件4P。从发光元件2P射出的光31P成为参照光，由分束器6P分为两部分，一方 34P入射到受光元件4P，另一方35P入射到受光元件5P。另外，在受光元件4P的紧前配置有使光扩散的扩散器51P，在受光元件5P的紧前配置有使光散射的散射器IIP。发光元件IP经由放大器23P与合成器(synthesizer) 21P连接，射出以频率4调制的光。发光元件2P经由放大器24P与合成器22P连接，射出以频率f2调制的光。两个合成器21P、22P与共用的振荡器20P连接。受光元件4P经由放大器9P与频率变换器7P连接，受光元件5P经由放大器IOP 与频率变换器8P连接。两个频率变换器7P、8P中由局部振荡器12P施加频率的局部振荡信号。两个频率变换器7P、8P变换为与来自受光元件4P、5P的输出信号和局部振荡信号之差相等的频率的中间频率信号fZF1、fZF2。与频率变换器7P连接的滤波器13P仅使频率与&之差的频率fZF1通过，仅甄别出有关以频率调制的参照光33P的中间频率信号、即有关参照距离D1的中间频率信号。与频率变换器8P连接的滤波器14P仅使f2与‘之差的频率fZF2通过，仅甄别出有关以频率f2调制的参照光35P的中间频率信号、即有关参照距离D2+D3的中间频率信号。接着，变更各自的调制频率，以从发光元件IP射出以频率f2调制的光，从发光元件2P射出以频率调制的光。于是，与频率变换器7P连接的滤波器13P仅使频率与之差的频率fZF1通过，所以仅甄别出有关以频率调制的参照光34P的中间频率信号、即有关参照距离A的中间频率信号。与频率变换器8P连接的滤波器14P仅使频率f2与4。之差的频率fZF2通过，仅甄别出有关以频率f2调制的测距光32P的中间频率信号、即有关测距距离Dtl的中间频率信号。这样，通过交替地改变从两个发光元件1P、2P射出的光的调制频率f” f2，能够得到有关测距距离Dtl的中间频率信号、有关参照距离DpD2、D2+D3的各中间频率信号共计4个中间频率信号。滤波器13P经由放大器15P与A/D变换器17P连接。滤波器14P经由放大器16P 与A/D变换器18P连接。两个A/D变换器17P、18P与数字傅里叶变换器19P连接。这样， 通过求出4个中间频率信号的初始相位，能够对光波距离计所固有的误差量进行修正，并求出到测量对象60P的精确的距离。现有专利文献专利文献专利文献1 日本特开2001-255369号公报发明概要发明要解决的问题在上述专利文献1所公开的光波距离计中，由于需要将从两个发光元件1P、2P射出的光的调制频率f\、f2交替地切换，所以不能一次得到4个中间频率信号，另外在距离测量中花费时间，而且由于得到各中间频率信号的时刻不同，因此存在通过发光元件1P、2P 或受光元件4P、5P等的电气部件的温度相位漂移也会出现误差的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，目的是提供一种缩短距离测量所需要的时间、 并且减小了电气部件的温度相位漂移的光波距离计。用于解决问题的手段为了解决上述问题，有关技术方案1的发明的光波距离计构成为，具备第1发光元件，射出以多个主调制频率(例如,FpF2)调制的光；第2发光元件，射出以分别接近于各上述主调制频率的多个邻近调制频率(例如，F1-Af^F2-Af2)调制的光；第1受光元件及第2受光元件，接收从两个发光元件射出的光；第1频率变换器组，与第1受光元件连接；以及第2频率变换器组，与第2受光元件连接；从第1发光元件射出的光分为两部分，一方作为测距光而经过与目标反射物之间往复的测距光路入射到第1受光元件，另一方作为参照光而经过第1参照光路入射到第2受光元件，从第2发光元件射出的光分为两部分，一方作为参照光而经过第2参照光路入射到第2受光元件，另一方作为参照光而经过第3参照光路入射到第1受光元件；上述第1频率变换器组及上述第2频率变换器组分别由与上述主调制频率相同数量的频率变换器构成，在各频率变换器中输入各不相同的频率的局部振荡信号，该局部振荡信号的频率分别为与各主调制频率和接近于各主调制频率的各邻近调制频率双方接近的频率(例如，F1+Δ ^,F2+Af2)；使用由上述各频率变换器产生的中间频率信号计算到目标反射物的距离。有关技术方案2的发明构成为，在有关技术方案1的发明的光波距离计中，上述各中间频率信号的频率为最低频率的整数倍，上述各中间频率信号由数字带通滤波器分离。发明效果根据有关技术方案1的发明的光波距离计，不需要为了切换测距光和参照光而使用开闭器、也不用切换调制频率，而同时求出有关测距光路和参照光路的各中间频率信号的初始相位，所以能够比以往更高速地进行距离测量。此外，能够实现因省去开闭器带来的成本降低。进而，根据本发明，由于能够同时测量测距距离和参照距离，所以温度相位漂移相互抵消，能够减少电气部件的温度相位漂移。因此，以往为了减少电气部件的温度相位漂移而将连续测距中的发光元件保持为电源接通，但在本发明中能够在每次测距时将发光元件的电源接通/断开，能够实现节电。根据有关技术方案2的发明，各中间频率信号的频率为最低比率的整数倍，上述各中间频率信号由数字带通滤波器分离，所以能够将4个频率可靠地分离，提高测量精度。
图1是有关本发明的一实施例的光波距离计的主要部分的模块图。图2是上述光波距离计的详细的模块图。图3是表示上述光波距离计的主调制频率、邻近调制频率、局部振荡频率及中间频率的例子的表。图4是有关本发明的第2实施例的光波距离计的模块图。图5是有关本发明的第3实施例的光波距离计的模块图。图6是有关本发明的第4实施例的光波距离计的模块图。图7是说明能够通过有关上述第4实施例的光波距离计进行远距离测量的理由的图。图8是有关本发明的第5实施例的光波距离计的模块图。图9是以往的光波距离计的模块图。
具体实施例方式以下，基于图1 图3对本发明的光波距离计的一实施例进行详细的说明。首先，基于图1对该光波距离计的主要部分进行说明。该光波距离计具备两个激光二极管等的发光元件13、14，从第1发光元件13射出以频率F1及F2 (以下称作主调制频率)调制的光，从第2发光元件14射出以分别接近于主调制频率F1及F2的频率F1- Δ 及 F2-Af2(以下称作邻近调制频率)调制的光。从第1发光元件13射出的光分为两个部分， 一方作为测距光而经过与目标反射物22之间往复的测距光路23入射到第1受光元件40， 另一方作为参照光而经过第1参照光路26入射到第2受光元件48。从第2发光元件14射出的光分为两个部分，一方作为参照光而经过第2参照光路31入射到第2受光元件48，另一方作为参照光而经过第3参照光路四入射到第1受光元件40。第1受光元件40与第1频率变换群42、44连接，第2受光元件48与第2频率变换群50、52连接。S卩，第1受光元件40的输出分为与主调制频率F1及F2的个数相同数量的两部分，一方被输入到第1频率变换器42中，另一方被输入到第2频率变换器44中。第 2受光元件48的输出也分为与主调制频率F1及F2的个数相同数量的两部分，一方被输入到第3频率变换器50中，另一方被输入到第4频率变换器52中。第1频率变换器42将从被以主调制频率Fl调制并经过测距光路23的测距光得到的信号、和分别与上述主调制频率F1及邻近调制频率F1- Δ 接近的频率F1+ Δ 的局部振荡信号相乘而产生频率Af1的中间频率信号。此外，第1频率变换器42将从被以邻近调制频率F1- Δ 调制并经过第3参照光路四的参照光得到的信号、和频率F1+ Δ 的局部振荡信号相乘而产生频率2 Af1的中间频率信号。第2频率变换器44将从被以主调制频率F2调制并经过测距光路23的测距光得到的信号、和分别与上述主调制频率F2及邻近调制频率F2- Δ f2接近的频率F2+ Δ f2的局部振荡信号相乘而产生频率Af2的中间频率信号。此外，第2频率变换器44将从被以邻近调制频率F2- Δ f2调制并经过第3参照光路四的参照光得到的信号、和频率F2+ Δ f2的局部振荡信号相乘而产生频率2 Af2的中间频率信号。第3频率变换器50将从被以主调制频率F1调制并经过第1参照光路沈的参照光得到的信号、和频率FfAf1的局部振荡信号相乘而产生频率Af1的中间频率信号。此外， 第3频率变换器50将从被以邻近调制频率F1- Δ 调制并经过第2参照光路31的参照光得到的信号、和频率FJAf1的局部振荡信号相乘而产生频率2 Af1的中间频率信号。第4频率变换器52将从被以主调制频率F2调制并经过第1参照光路沈的参照光得到的信号、和频率F2+Af2的局部振荡信号相乘而产生频率Af2的中间频率信号。此外， 第4频率变换器52将从被以邻近调制频率F2- Δ f2调制并经过第2参照光路31的参照光得到的信号、和频率F2+Af2的局部振荡信号相乘而产生频率2 Af2的中间频率信号。这样，能够同时一次得到有关测距光路23的频率Δ 及Δ f2的中间频率信号、有关第1参照光路26的频率Δ 及Δ f2的中间频率信号、有关第2参照光路31的频率2 Δ 及2 Δ f2的中间频率信号、有关第3参照光路四的频率2 Δ 及2 Δ f2的中间频率信号共计8个中间频率信号。如果将8个中间频率信号通过滤波器或傅里叶变换器等适当的机构分离、并求出各中间频率信号的初始相位，则将在光波距离计内部发生的误差进行修正后计算出到标靶22的距离。基于图2的模块图对该光波距离计进行更详细的说明。首先，由振荡器1产生主调制频率F1的信号。该主调制频率F1的信号被输入到分频部2中，并且经由PLL9、10被输入到振荡器5、11中。PLL9、10用于使振荡器5、11以邻近调制频率F1- Δ 、局部振荡频率F1+ Δ 正确地振荡。分频部2对主调制频率F1的信号进行分频，产生主调制频率F2的信号。该主调制频率F2及F1的信号经过频率叠加电路3输入到驱动电路4。第1发光元件13由驱动电路 4驱动，射出以主调制频率F1及F2调制的光。振荡器5产生邻近调制频率F1-Af1的信号。该邻近调制频率F1-Af1的信号进一步由分频部6对频率进行分频，成为邻近调制频的信号。邻近调制频率F1-Af1 及F2-A f2的信号经过频率叠加电路7输入到驱动电路8。第2发光元件14由驱动电路8 驱动，射出以邻近调制频率F1- Δ 及F2- Δ f2调制的光。振荡器11产生频的局部振荡信号。从该频的局部振荡信号， 还由频率生成电路12生成频的局部振荡信号。这些频率&+八&、F2+Af2的局部振荡信号如后述那样输入到频率变换器42、44、50、52。从第1发光元件13射出的光由分束器20分为两部分，一方从未图示的送光光学系统作为测距光而射出、经过与目标反射物22之间往复的测距光路23入射到第1受光元件40中，另一方作为参照光而经过第1参照光路沈入射到第2受光元件48中。在测距光路23中，在受光元件40之前配置有光量调整用的浓度滤波器M和受光光学系统25。在第1参照光路26中，也在受光元件48之前配置有光量调整用的浓度滤波器27。从第2发光元件14射出的光由分束器观分为两部分，一方作为参照光而经过第 2参照光路31入射到第2受光元件48中，另一方作为参照光而经过第3参照光路四入射到第1受光元件40中。在第2参照光路31中，也在受光元件48之前配置有光量调整用的浓度滤波器32，在第3参照光路四中，也在受光元件40之前配置有光量调整用的浓度滤波器30 ο第1受光元件40的输出经过放大器41分为两部分，一方被输入到第1频率变换器 42中，另一方被输入到第2频率变换器44中。第2受光元件48的输出也经过放大器49被分为两部分，一方被输入到第3频率变换器50中，另一方被输入到第4频率变换器52中。从第1 第4频率变换器42、44、50、52得到合计8个中间频率信号的情况如上所述。从各频率变换器42、44、50、52输出的中间频率信号分别由低通滤波器43、45、51、53除去高频成分。低通滤波器43及低通滤波器45的输出由加法器46相加后输入到A/D变换器47 中。即，A/D变换器47中，被输入有关测距光路23的频率Af1及Af2的两个中间频率信号、和有关第3参照光路四的频率2 Δ f\、2 Δ f2的两个中间频率信号。这些中间频率信号被 A/D变换后，由未图示的数字带通滤波器分离，再求出各中间频率信号的初始相位及振幅。低通滤波器51及低通滤波器53的输出由加法器M相加后输入到A/D变换器55 中。即，在A/D变换器55中，输入有关第1参照光路沈的频率Δ。、Af2的两个中间频率信号、和有关第2参照光路31的频率2 Δ 、及2 Δ f2的两个中间频率信号。这些中间频率信号被A/D变换后，由未图示的数字带通滤波器分离，再求出各中间频率信号的初始相位及振幅。如果求出8个中间频率信号的初始相位，则对在光波距离计内部中发生的误差进行修正后计算出到目标反射物22的距离。此外，如果还求出各中间频率信号的振幅，则这些振幅利用于各浓度滤波器M、27、30、32的光量调节。关于中间频率信号，频率Δ f2的整数倍成为频率2 Δ f2、Af1JAfp由此，能够通过数字带通滤波器可靠地分离4个频率。此外，各中间频率信号在输入到A/D变换器47、55 中时，成为仅1个信号时的1/4的信号电平。这是为了在将4个信号合成时使得输入电平不饱和。当然，如果向A/D变换器47、55的输入电平不饱和，则也可以将各中间频率信号电平设为仅1个信号时的1/4以上的信号电平。根据本实施例，不需要切换测距光和参照光而使用开闭器、此外也不用切换频率， 而同时求出有关测距光路和参照光路的各中间频率信号的初始相位，所以能够比以往更高速地进行距离测量。此外，能够实现因省去开闭器带来的成本降低。进而，以往为了减少温度相位漂移而将连续测距中的发光元件保持为电源接通。但是，根据本实施例，由于能够进行测距光路和参照光路的同时测距，所以温度相位漂移相互抵消，因此能够在每次测距时将发光元件的电源接通/断开，能够实现节电。这里，说明温度相位漂移相互抵消的理由。温度相位漂移在频率F1及F2双方中发生，但因为是相同的理由，所以这里对频率F1进行说明。设对第1发光元件13施加的电信号的频率为F1= (HO)F1、设对第2发光元件14施加的电信号的频率SF1-Af1= (1+b) F1、设对与受光元件40、48连接的频率变换器42、50施加的局部振荡频率F1() = (l+a)Fi;并且在a>0 >b的条件下考虑。受光元件40的输出的波形yi如下式。Y1 = ypdlj ldlcos [2 Ji F^+ Ψ ldl (F1) + ￥pdl (F1) _2 Ji F1 (2D0/c)]+ypdl, ld2cos [2 (1+b) F^+ Ψ ld2 ((1+b) Fl) + ￥pdl ((1+b) F1) _2 π (1+b) F1 (2D3/c)] (1)受光元件48的输出的波形y2如下式。y2 = ypd2j ldlcos [2 Ji F^+ Ψ ldl (F1) + ￥pd2 (F1) _2 Ji F1 OD^c)]+ypd2, ld2cos [2 (1+b) F^+ Ψ ld2 ((1+b) F1) + Vpd2 ((1+b) F1) _2 π (1+b) F1 (2D2/c)] (2)其中，各符号如以下这样定义。ypdl,ldl 第1发光元件13与第1受光元件40间的信号的振幅ypdl,ld2 第2发光元件14与第1受光元件40间的信号的振幅ypd2,ldl 第1发光元件13与第2受光元件48间的信号的振幅ypd2,ld2 第2发光元件14与第2受光元件48间的信号的振幅Vldl 第1发光元件13的温度相位漂移Vld2 第2发光元件14的温度相位漂移Vpdl 第1受光元件40的温度相位漂移Vpd2 第2受光元件48的温度相位漂移2D0 从光波距离计到目标反射物的往复距离2Di 第1参照光路沈的光路长2D2 第2参照光路31的光路长2D3 第3参照光路四的光路长c 光速接着，如果设局部振荡信号的振幅为yi。、设局部振荡信号的初始相位为Φ，则输入到频率变换器42、50中的局部振荡信号的波形y3如下式。
y3=yi0cos[2n (1+a) Fit+φ](3)来自与频率变换器42、50连接的低通滤波器43、51的输出波形y4、y5分别对 71><73、72><73加上低通滤波器43、51的温度相位漂移Ψη、Vf2，成为如下式。
Υ4=(yPdi, wiyi0/2) cos[2naFit—ψΜ (F1) —ψρ(Π (F1) +ψπ CaFj) +InF1
ClO0Ic) +φ]
+ (yPdi, id2Yio/2) cos[2n (a—b) Fit—ψΜ2 ((1+b) F1) — ψρ(Π ((1+b)
F1) +ψπ ((a_b) F1) +2π (1+b) F1 (2D3/c) +φ](4)
权利要求
1.一种光波距离计，其特征在于，具备第1发光元件，射出以多个主调制频率调制的光；第2发光元件，射出以分别接近于各上述主调制频率的多个邻近调制频率调制的光；第1受光元件及第2受光元件，接收从两个发光元件射出的光；第1频率变换器组，与第1受光元件连接；以及第2频率变换器组，与第2受光元件连接；从第1发光元件射出的光分为两部分，一方作为测距光而经过与目标反射物之间往复的测距光路入射到第1受光元件，另一方作为参照光而经过第1参照光路入射到第2受光元件，从第2发光元件射出的光分为两部分，一方作为参照光而经过第2参照光路入射到第 2受光元件，另一方作为参照光而经过第3参照光路入射到第1受光元件；上述第1频率变换器组及上述第2频率变换器组分别由与上述主调制频率相同数量的频率变换器构成，各频率变换器中被输入各不相同的频率的局部振荡信号，该局部振荡信号的频率分别为与各主调制频率和接近于各主调制频率的各邻近调制频率双方接近的频率；使用由上述各频率变换器产生的中间频率信号计算到目标反射物的距离。
2.如权利要求1所述的光波距离计，其特征在于，上述各中间频率信号的频率为最低频率的整数倍，上述各中间频率信号由数字带通滤波器分离。
全文摘要
提供一种缩短测量时间、且减少电气部件的温度相位漂移的光波距离计。具备将以多个主调制频率(F1、F2)调制的光射出的第1发光元件(13)、将以分别接近于各主调制频率的邻近调制频率(F1-Δf1、F2-Δf2)调制的光射出的第2发光元件(14)、将从两发光元件射出的光受光的第1及第2受光元件(40、48)、连接在第1受光元件上的第1频率变换器组(42、44)、和连接在第2受光元件上的第2频率变换器组(50、52)。从第1发光元件射出的光被分为两部分，一方经过到目标反射物(22)往复的测距光路(23)入射到第1受光元件中，另一方经过第1参照光路(26)入射到第2受光元件中，从第2发光元件射出的光被分为两部分，一方经过第2参照光路(31)入射到第2受光元件，另一方经过第3参照光路(29)入射到第1受光元件。
文档编号G01C3/06GK102341726SQ20108001032
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月17日 优先权日2009年6月17日
发明者青木康俊 申请人:株式会社索佳拓普康