JPS633269B2

JPS633269B2 -

Info

Publication number: JPS633269B2
Application number: JP52139406A
Authority: JP
Inventors: Sutefuan Epusutein Jeemuzu
Original assignee: Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Priority date: 1976-11-18
Filing date: 1977-11-18
Publication date: 1988-01-22
Also published as: JPS5364056A; US4113381A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は測量器械に関する。

タキオメータは、角度および距離を測定できる
測量器械であり、セオドライトおよび距離測定装
置に代わる多項目の測定万能な測量器械である。
先ず器械を整準し、ジンバルで水平にされた望遠
鏡で遠方の目標を光学的に指準し、しかる後一度
指準された観測されるべき角度を測定すると共に
本器械と前記目標との間の距離を測定する。従来
のタキオメータの主な欠点は、小さく、軽量且つ
高精度なものを得ることができなかつたことであ
る。本願発明は、高精度な距離測定器を提供する
ことを目的とする。本発明の一実施例の距離測定
部は距離を移相量信号として符号化し、それによ
り距離測定値が位相検出器および累算器によつて
復号化されるようになつている。プロセツサおよ
びキーボードにより所望の測定シーケンスおよび
計算が行える。この場合、２軸レベルセンサによ
つて検出されるオフレベル状態の補正は勿論のこ
と、気象補正、球差補正、光速変化補正が行われ
る。

以下図面を用いて本発明を詳述する。

(1) 装置構成第１図は本発明の一実施例による測量器械とし
てのタキオメータの斜視図である。図において、
タキオメータは三脚１０上に装着されており、そ
して整準ねじ１５によつて整準される。これを扱
うには先ず副望遠鏡２０を介して測標（キユーブ
リフレクタ）をみた後、主望遠鏡２５の接眼鏡３
０を介して前記測標を観測する。垂直バーニヤね
じ３５および水平バーニヤねじ４０にてバーニヤ
が形成され、そして垂直ロツクねじ４５および水
平ロツクねじ５０によつて位置的な固定が図られ
る。本器械を動作させるには、副キーボード５５
中の電源スイツチをオンとして、その主キーボー
ド６０によつて所望のシーケンスを選択する。そ
して、測定結果は表示器６５に表示される。

第２図は、第１図に示したタキオメータの電気
的なブロツク図である。第１図および第２図を参
照する。距離測定部７５は変調された光ビームを
光軸に沿つてキユーブリフレクタに伝達し、そし
て該リフレクタは前記ビームを反射して器械に戻
す。ここで送信ビームと受信ビームとの間の位相
差は、リフレクタと器械との間の距離に比例して
いる。この位相差は位相検出器８０および累算器
８５によつて測定される。水平角および垂直角は
セオドライト部９０によつて測定される。両角度
はそれぞれ移相量に符号化され、そして前記位相
検出器８０および累算器８５によつて測定され
る。入出力部９５が接続されているプロセツサ１
００によつて、論理フラグは判定され、測定シー
ケンスが制御される。キーボード５５，６０とプ
ロセツサ１００とによつて制御信号が発生され、
そして該プロセツサ１００によつて各種測定シー
ケンスおよび処理計算が選択される。出力は表示
器６５によつて表示される。これらプロセツサ１
１００および表示器６５は、ヒユーレツト・パツ
カード社製携帯用計算機HP35およびHP80に利
用されているのと基本的に動作が同じである。ま
た、これらについては特開昭49−76443「ビジネス
用カルキユレータ」に詳述されている。入出力部
９５については、特開昭49−89454「アダプタブル
カルキユレータ」に詳述されている。デジタル出
力モジユール１０５は、測定データを外部デジタ
ル機器に供給するためのものである。

(2) 距離測定部本発明の距離測定部７５（第２図参照）には、
周知の位相比較技術が用いられており、該技術に
ついては実公昭52−34999「電気光学的距離計」お
よびヒユーレツト・パツカード・ジヤーナルの
1976年４月号にも詳述されている。この距離測定
部には、トランスミツタ、局部発振器、光学系平
衡およびビーム中断回路および受信機が含まれて
いる。

第３図は第２図に示した距離測定部７５の詳細
ブロツク図である。図においてトランスミツタ２
８０には、15MHzの水晶発振器２８５およびそれ
に接続された一連の分周器が含まれており、15M
Hz、375kHz、3.75kHzおよび375Hzの基準周波数信
号が発生される。３つの高い周波数のうちの１つ
は、プロセツサ１００に接続されている周波数選
択回路２９０へのL5、L6制御信号に基づき該プ
ロセツサによつて選択される。15MHz、375KHz
及び3.75KHzに対するレーザビームの波長はそれ
ぞれ20ｍ、800ｍ及び80000ｍであり、それぞれの
位相推移360゜は10ｍ、400ｍ及び40000ｍに対応す
る。

従つて、変調周波数を3.75KHz、375KHz、15M
Hzと順次変えて測定することにより、位相に対す
る距離の不確定さを生ずることなく、広い距離範
囲に渉り高分解能で測定を行うことができる。選
択された変調周波数信号は、ガリウムヒ素のレー
ザーダイオード３００の出力光を変調するために
レーザー制御回路２９５に入力されている。レー
ザーダイオード３００は２つの方向でビームを発
生する。１つのビームはトランスミツタ２８０か
らチヨツパ３１０に送り出され、他方のビームは
ダイオードセンサ３０５によつて検出される。こ
こで該センサ３０５はレーザーの動作電力レベル
を制御するための帰還制御ループを形成してい
る。外部および内部パスに沿つてビームを交互に
送るチヨツパ３１０を介して出力ビームが発生さ
れる。外部パスにより、キユーブコーナ３１５に
ビームが送られそして反射され、しかる後選択さ
れた赤外線信号のみを通過させる干渉フイルタ３
２０を介して受信機３２５に送られる。内部パス
により、可変減衰器３３０を介して受信機３２５
にビームが送られる。受信機３２５の受信ダイオ
ード３３５はフオトアバランシエダイオードであ
る。受信ダイオード３３５の利得は、該ダイオー
ドに供給される逆バイアス電圧の関数で与えられ
る。

第４図は前記受信ダイオード３３５の伝達特性
である。受信ダイオード３３５は、低い逆バイア
ス電圧にて約１の利得を有する。バイアス電圧を
増大せしめると、ダイオードがブレークダウンと
なる前に利得が約1000となる。受信ダイオード３
３５はここで３つの機能を発揮する。先ず第１
に、赤外線ビームを復調している。第２に、局部
発振器３４０によつて発生される局部発振信号に
受信信号を混合する。第３に、導入信号を平均約
75倍増幅する。局部発振周波数信号は局部発振器
３４０から導入され、そして受信ダイオード３３
５からの出力が絶えず3.75KHz単一となるように
選択される。レーザーがトランスミツタ２８０に
よつて15MHzで変調されるとき、局部発振器３４
０は15MHzレーザー変調よりも3.75KHz高い周波
数で駆動される。レーザーが375KHzで変調され
るとき、局部発振器３４０はレーザー変調よりも
3.75KHz高い周波数で再び駆動される。レーザー
が3.75KHzで駆動されるときは混合の必要はな
く、受信ダイオード３３５から3.75KHz出力が発
生される。局部発振器３４０は、２つの位相ロツ
クループによつて２つの必要とされる局部発振周
波数信号を発生する。第１の位相ロツクループは
電圧制御形発振器３４５を含み、該発振器３４５
は15MHz基準信号よりも3.75KHz高い周波数で発
振するように制御される。電圧制御形発振器３４
５からの出力は混合器３５０によりトランスミツ
タ２８０からの15MHz基準信号と混合され、そし
てその差の周波数の信号が位相検出器３５５にお
いて、トランスミツタ２８０からの3.75KHz周波
数信号と比較される。位相検出器３５５の出力は
低減濾波器３５６によつて濾波されて、電圧制御
形発振器３４５に入力されて所定の周波数で正確
に該電圧制御形発振器３４５の出力をロツクす
る。第２の位相ロツクループは、375KHzより
3.75KHz高い周波数にてロツクされる電圧制御形
発振器３６０を含む。これは、101：１分周器３
６５によつて電圧制御形発振器３６０の出力を分
周することによつて行われる。この分周周波数信
号は、位相検出器３７０においてトランスミツタ
２８０からの3.75KHz信号にロツクされる。位相
検出器３７０の出力は低域濾波器３７１によつて
濾波されて、電圧制御形発振器３６０を制御す
る。そのため、電圧制御形発振器３６０の出力
は、3.75KHz基準の101倍の周波数にロツクされ
る。局部発振周波数選択器３７０はプロセツサに
よつて制御されて、15MHz＋3.75KHzの周波数信
号あるいは375KHz＋3.75KHzの周波数信号のいず
れかを、受信機３２５のの局部発振駆動器３７５
に供給する。

受信ダイオード３３５の3.75KHz出力信号は低
雑音増幅器３８０を通過し、低域通過形波器３
８５にて波されて自動利得制御形増幅器３８７
に導入される。ここで増幅器３８７は、受信機３
２５の出力電圧が約2Vp−ｐに絶えずなるように
設定される。２つの狭帯域増幅器３９０および３
９５により、3.75KHz単一周波数のみが受信機３
２５から出力されるようにする。

第３図から明らかなように、自動利得制御形増
幅器３８７の利得はAGCDISQ信号によりスイツ
チAGCHOLDが閉成されるたときに設定され、
該スイツチが開放されると設定された値を保持す
るように構成されるている。

低雑音増幅器３８０の出力信号のピーク値は、
２つの比較器３８１および３８３によつてサンプ
ルされる。例えば器械の直前にキユーブレフレク
タ３１５を置いた場合のようにオーバーロード信
号が検出されれば、比較器３８１により受信ダイ
オード３３５における直流バイアスを減らし、そ
れにより公称利得を約20に減らす。もし減衰され
た受信機利得にもかかわらずオーバーロードがま
だ存在するならば、比較器３８３がGOODFLG
を禁止する。これにより表示器６５のDISTラン
プを消灯して、ビームパスに減衰が必要であるこ
とを示す。

プロセツサは距離測定をし、そのサンプル値を
受信し、サンプル値を平均化して、該サンプル平
均値から分散値を計算する。もし分散値が限度内
であれば、プロセツサはサンプル平均値を表示す
る。また限度内でなければプロセツサはもつと多
くのサンプルを必要とする。もし最低周波数にお
ける160サンプルの後、分散値がいまだに限度外
であればその読みは阻止され、そして表示は零が
点滅する。同一の試験が中間および高い周波数の
サンプルでなされるが、高周波のサンプルは320
サンプルが分散の限度内に入るようになされる。

レーザー制御回路２９５は第３Ｂ図に更に詳し
く示されている。水晶発振器２８５の出力は、バ
ツフア段を介して一方は分周器へ、他方はスイツ
チ論理回路を径てダイオードセンサ３０５に導入
される。上記分周器から375KHz信号及び3.75KHz
信号が出力され、スイツチ論理回路で選択された
一方が変調電流源を断続する。

変調周波数が375KHzあるいは3.75KHzに選ばれ
たときは、15MHz信号をダイオードセンサ３０５
に導入する論理回路は開放されており、ダイオー
ドセンサ３０５に対する15MHz信号の影響は何も
ない。一方変調周波数が15MHzに選ばれると、変
調電流源の出力電流は一定の正の値をとり、ダイ
オードセンサ３０５が15MHzの繰り返しで短絡、
開放される。

ダイオードセンサ３０５の端子間電圧は増幅さ
れレーザドライバを介してレーザダイオード３０
０を付勢する。レーザダイオードの出力が増加す
ると、ダイオードセンサ３０５の端子間電圧は減
少する。

従つてレーザダイオード３００の出力が減少
し、負帰還作用が生じてレーザダイオード３００
の出力は実質的に一定に保たれる。

チヨツパ３１０はレーザダイオード３００の出
力を10Hzレートで内部、外部に振り分けるので、
例えば外部ビーム出力波形は図示のようになる。

(3) 平衡および遮断回路第３Ｃ図および第３Ｄ図は、第３図に示したチ
ヨツパ３１０および、平衡およびビーム遮断回路
６００の詳細回路図である。これらの図を参照す
るに、平衡およびビーム遮断回路６００は内部ビ
ームの強度、データの累計を制御し、そして間接
的に自動利得制御を制御する。受信機３２５から
の出力信号は第３Ａ図に示されている。包絡線検
出器６０５は、第３Ａ図に示されるような受信機
出力の最大振幅（包絡線）を出力する。

第３Ｃ図に示すように、チヨツパ３１０に同期
した互いに逆極性の信号10Hzと信号10Hzが内部ビ
ームのプロセス期間と外部ビームのプロセス期間
を示している。ゲート６１０の出力は、信号10
Hz、10Hzに従つて同期検波器６１５により、第３
Ｄ図の「バランスループ（内部ビーム平衡ルー
プ）」を構成する積分増幅器の反転あるいは非反
転入力端子に入力される。ゲート６１０が動作し
てるとき内部ビーム平衡回路が付勢される。同期
検出器６１５は、ビームスイツチングに同期され
る時点で包絡線検出器６０５の出力をサンプルす
る。次いで検出器６０５の出力に応じてメータ６
２０が駆動され内部および外部ビームの包絡線を
平衡化すべく可変減衰器３３０が周知のように調
整される。

限界値検出器６２５は、内部および外部ビーム
が所定限界値内にあるか否かを決定する。内部ビ
ームおよび外部ビームの限界値の設定は第３Ｄ図
においては10Hz信号によつてスイツチSWを開閉
して第３Ａ図に示すごとくおこなわれる。スイツ
チSWが閉成すると内部ビームの限界値を設定
し、スイツチSWが開放すると外部ビームの限界
値をを与える。限界値外状態の検出により、その
信号は論理回路６３０に伝達される。論理回路６
３０はゲート６１０を制御し（“GOODFLG”）、
そしてプロセツサに相互作用して以下のとおり
AGCDISQフラグを制御する。その結果第３図の
受信機３２５のAGC利得が制御される。

ビーム遮断には３つの形式がある。第１は、速
い車がビームを瞬間的に遮断するような“速い”
ビーム遮断、第２は牛がビーム中においてゆつく
り草をはむような“永い”ビーム遮断、そして第
３は霧がゆつくりと外部ビームを減衰させるよう
な“ゆるやかな”ビーム遮断である。“速い”ビ
ーム遮断の場合において、外部ビームはその限界
値をはずれ、そして“GOODFLG”によりゲー
ト６１０を開放し測定回数を無視するようにプロ
セツサに信号を供給して駆動するのみである。し
かしながら“永い”ビーム遮断の場合において平
衡が保持されるように、可変減衰器３３０がその
ままの設定であり、内部ビームがその限界内にて
中心となるようにAGCが調整される。“速い”ビ
ーム遮断から“永い”ビーム遮断への移行は
AGCDISQによりAGC調整が実行されることで
特徴づけられる。ビーム遮断が終了するとき外部
ビームは再び限度内に納まり、そして
“GOODFLG”によりゲート６１０は閉成しAGC
調整は停止しプロセツサが測定を開始するように
駆動される。“ゆるやかな”ビーム遮断の場合に
おいて、平衡回路は内部および外部ビーム強度を
平衡化できる。第３Ａ図に示すように内部ビーム
限界値は外部ビームよりも小さい許容誤差であつ
て、ビーム遮断が続行されて信号を減衰し続けれ
ば内部ビームは先にトリガされる。これにより第
３図のAGCDISQがAGCHOLDを閉成しAGC利
得の補正が行われて測定が再開される。プロセツ
サが10秒間（トラツキング時は３秒間）に
“GOODFLG”を受信しなけば、本器械はスタン
バイモードになる。これにより、レーザー３００
において10％のレーザーデユーテイサイクルとな
り、電力およびレーザーのライフタイムが維持さ
れる。内部および外部ビーム上の異なる限界値、
内部および外部ビームの連続的な平衡動作、“永
い”ビーム遮断間の平衡保持およびAGC更新、
および“ゆつくりした”ビーム遮断のAGC更新
により、改良された測定およびトラツキング能力
が具わる。

第３Ｃ，Ｄ図において、内部あるいは外部ビー
ムのどちらが現実にプロセスされているかどうか
が10Hz信号によつて示され、また限界値検出器６
２５によつてそれに応じて適当なレンジが選択さ
れるようになつている。

以上詳細に述べたように、本願発明によれば、
測定中に光ビームが遮断されてもビームを平衡さ
せる光減衰器３３０はそのままの設定で止まり、
かつ内部ビームに対する電気信号の強度はAGC
によつて所定値に保たれるから、遮断が解除され
ればただちに測定状態に復帰することができる。

また、AGCにより光ビームに対する電気信号
は常に一定振幅となつて測定表示手段に供給され
るので高精度測定に好都合である。

また、本願発明によれば、装置を構成する電子
部品等が非線形性を有していたとしても、実質的
に同じ特性領域で測定が行なわれるので、高精度
測定が行なわれるので、高精度測定が可能という
効果が生じる。さらに、目標で反射した光が強す
ぎた場合でも、装置に異常が生じることを防止で
きる等の効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は
その電気的ブロツク図で、２５：主望遠鏡、５
５，６０：キーボード、６５，６６：表示器、７
５：距離測定部、８０：位相検出器、８５：累算
器、９０：セオドライト部、９５：入出力部、１
００：プロセツサである。第３図は距離測定部７
５の詳細ブロツク図で、２８０：トランスミツ
タ、３２５：受信機、３４０：局部発振器、６０
０：平衡およびビーム遮断回路である。第３Ａ図
は受信機３２５の出力信号波形図、第３Ｂ図はレ
ーザー制御回路の詳細説明図、第３Ｃ図、第３Ｄ
図は平衡およびビーム遮断回路の詳細回路図、第
４図は受信ダイオードの特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１所定の繰り返しレートでその強度が変化する
光ビームを発生する光ビーム発生手段２８０と、
前記光ビームを受信し目標３１５に伝送される第
１光ビームと内部基準経路に伝送される第２光ビ
ームを交互に発生するチヨツパ手段３１０、前記
目標３１５から反射した前記第１光ビームおよび
前記基準経路を通過した第２光ビームを受信し、
対応する第１、第２電気信号に変換し所定の振幅
に調整して出力する受信手段３２５と、該受信手
段の出力を整流出力する包絡線検出手段６０５
と、該包絡線検出手段の出力を入力するゲート手
段６１０と、該ゲート手段６１０の出力から、前
記第１、第２の電気信号の振幅差を検出し、該振
幅差が小さくなるように前記第２光ビームを調節
する調整手段６１５，６２０，３３０と、前記第
１、第２電気信号を入力して距離測定をおこなう
測定表示手段５５，６０，６５，８０，８５，９
５，１００と、第１所定範囲の外の前記第１電気
信号に対応する前記受信手段３２５の第１出力に
応答して第１レンジ信号を出力し、前記第１所定
範囲内に設定された第２所定範囲の外の前記第２
電気信号に対応する前記受信手段３２５の第２出
力に応答して第２レンジ信号を出力するレンジ設
定手段６２５と、前記第２レンジ信号に応答して
前記第２電気信号が前記所定の振幅となるように
前記受信手段を制御する制御手段６３０，１００
とから成り、前記第１レンジ信号に対応して前記
ゲート手段を非動作としてその出力を遮断し前記
調整手段調整状態を維持し、前記第２光ビーム強
度を固定することを特徴とする距離測定器。