JPH0267986A - Optical heterodyne detector - Google Patents

Optical heterodyne detector

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JPH0267986A
JPH0267986A JP22007888A JP22007888A JPH0267986A JP H0267986 A JPH0267986 A JP H0267986A JP 22007888 A JP22007888 A JP 22007888A JP 22007888 A JP22007888 A JP 22007888A JP H0267986 A JPH0267986 A JP H0267986A
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JP
Japan
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light
laser
laser beam
photodetector
frequency
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JP22007888A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Ichinose
祐治 一ノ瀬
Satoshi Ogura
聰 小倉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To measure two-dimensional distributions of highly sensitive frequencies, phases and amplitudes by providing a laser beam input means, a laser- diameter converting means, a second input mans for reference light and a detecting means of an output signal. CONSTITUTION:A photodetector 3 receives detected light 1 which has passed through a beam splitter 2. A laser generator 4 generates laser light whose frequency is different from that of the detected light 1. A beam-diameter converter 6 receives the laser light generated in the generator 4. The diameter of the beam is converted into the beam diameter smaller than the beam diameter of the detected light 1, and reference light 5 is formed. A beam scanning part 7 receives the reference light 5 generated in the converter 6 and performs scanning. The direction of the reference light 2 is changed with the beam splitter 2. The reference light 5 is inputted to an arbitrary point (x, y) on the light receiving surface of the photodetector 3 in the same direction as the detected light 1. The output signal from the photodetector 3 is detected by a detecting circuit 8. Thus, amplitude U0 (x, y), frequency omega0 (x, y) and phase phi (x, y) of the detected light 1 are obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ヘテロダイン検出装置に係わり、特に光の振
幅、位相及び周波数の2次元的な分布を計測するのに好
適な光ヘテロダイン検出装置、その光ヘテロダイン検出
装置に用いて好適なレーザ投影装置、並びに光ヘテロダ
イン検出装置を利用した表面形状測定装置及びコヒーレ
ントレーザレーダに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical heterodyne detection device, and particularly an optical heterodyne detection device suitable for measuring the two-dimensional distribution of the amplitude, phase, and frequency of light. The present invention relates to a laser projection device suitable for use in the optical heterodyne detection device, as well as a surface shape measuring device and a coherent laser radar using the optical heterodyne detection device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の光ヘテロダイン検出装置は、検出光の振幅、位相
及び周波数の2次元的な分布を測定することは考えてい
ない0例えば、特開昭62−298789号にはレーザ
レーダ用ヘテロダイン受信機が開示されているが、この
ヘテロダイン受信機は検出光全体を光検出器に入れ、検
出光内の各部の振幅あるいは周波数の異りによるS/N
比の低下を抑制しようとしているに過ぎない、従って、
従来の装置で検出光内の分布を測定するには、光検出器
を検出光より小さくして、光検出器を機械的走査するか
、アレイ状の光検出器を使用せざるを得なかっな。
Conventional optical heterodyne detection devices do not consider measuring the two-dimensional distribution of amplitude, phase, and frequency of detected light. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-298789 discloses a heterodyne receiver for laser radar. However, this heterodyne receiver inputs the entire detected light into a photodetector, and the S/N is reduced due to differences in amplitude or frequency of each part of the detected light.
It is only an attempt to suppress the decline in the ratio, therefore,
In order to measure the distribution within the detected light using conventional equipment, it is necessary to make the photodetector smaller than the detected light and either mechanically scan the photodetector or use an array of photodetectors. .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、光検出器を検出光より小さくして、光検
出器を機械的走査する場合には、機械的走査のために走
査時間を要し、高速の走査は不可能であり、アレイ状の
光検出器を使用する場合には、近接するアレイ状検出器
のクロストークの問題があった。
However, when the photodetector is made smaller than the detection light and the photodetector is mechanically scanned, scanning time is required for mechanical scanning, and high-speed scanning is impossible. When using detectors, there was a problem of crosstalk between adjacent arrayed detectors.

本発明の目的は、検出光の振幅、位相及び周波数の少な
くとも1つの2次元的な分布を測定することのできる光
ヘテロダイン検出装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an optical heterodyne detection device that can measure at least one two-dimensional distribution of amplitude, phase, and frequency of detection light.

本発明の他の目的は、上記光ヘテロダイン検出装置に用
いて好適なレーザ投影装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a laser projection device suitable for use in the optical heterodyne detection device.

本発明のさらに池の目的は、上記光ヘテロダイン検出装
置を用いた表面形状測定装置及びレーザレーダを提供す
ることである。
A further object of the present invention is to provide a surface profile measuring device and a laser radar using the optical heterodyne detection device.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、レーザビームを受信し、その振幅、位相及
び周波数の少なくとも1つを測定する光ヘテロダイン検
出装置において、前記レーザビームを検出光として光検
出器の受光面上に入力する第1の入力手段と、この検出
光としてのレーザビームと周波数の異なるレーザビーム
を発生するレーザ発生手段と、このレーザ発生手段によ
り得られるレーザビームのビーム径を変換するビーム、
径変換手段と、このビーム径変換手段によりビーム径が
変換されたレーザビームを光検出器の受光面上の任意の
点に前記検出光としてのレーザビームと同一方向より同
時に参照光として入力する第2の入力手段と、前記光検
出器の出力信号の振幅、位相及び周波数の少なくとも1
つを検出する検出手段とを有することを特徴とする光ヘ
テロダイン検出装置によって達成される。
The above object is an optical heterodyne detection device that receives a laser beam and measures at least one of its amplitude, phase, and frequency. means, a laser generating means for generating a laser beam having a frequency different from that of the laser beam as the detection light, and a beam for converting the beam diameter of the laser beam obtained by the laser generating means;
a diameter converting means; and a laser beam whose beam diameter has been converted by the beam diameter converting means is simultaneously input as a reference beam to an arbitrary point on the light receiving surface of the photodetector from the same direction as the laser beam serving as the detection light. at least one of the amplitude, phase and frequency of the output signal of the photodetector;
This is achieved by an optical heterodyne detection device characterized by having a detection means for detecting one.

また上記目的は、レーザビームを平面上に投影するレー
ザ投影装置において、レーザ発生器と、前記レーザ発生
器から出力されたレーザビームを反射するポリゴンミラ
ーと、前記レーザ発生器とポリゴンミラーの少なくとも
一方の傾きを変える手段とを有することを特徴とするレ
ーザ投影装置によって達成される。
The above object also provides a laser projection device for projecting a laser beam onto a flat surface, which includes a laser generator, a polygon mirror that reflects the laser beam output from the laser generator, and at least one of the laser generator and the polygon mirror. This is achieved by a laser projection device characterized in that it has means for changing the inclination of the image.

また上記目的は、レーザビームを空間に送信し、空間中
に存在する物体からの反射波を受信することにより物体
の位置等を検出するレーザレーダにおいて、上記光ヘテ
ロダイン検出装置と、前記光ヘテロダイン検出装置によ
り受信された物体からの反射波における光学系の光軸の
方向と前記参照光としてのレーザビームの光検出器受光
面上の位置とより物体の位置を算出する第1の演算手段
と、前記光ヘテロダイン検出装置から得られる反射波の
周波数より物体の移動速度を演算する第2の演算手段と
を有することを特徴とするレーザレーダによって達成さ
れる。
The above object also provides a laser radar that detects the position of an object by transmitting a laser beam into space and receiving a reflected wave from an object existing in space. a first calculating means for calculating the position of the object from the direction of the optical axis of the optical system in the reflected wave from the object received by the device and the position of the laser beam as the reference light on the light-receiving surface of the photodetector; This is achieved by a laser radar characterized in that it has a second calculation means for calculating the moving speed of the object from the frequency of the reflected wave obtained from the optical heterodyne detection device.

さらに上記目的は、試験体表面にレーザビームを照射し
、その反射波により試験体表面形状を測定する表面形状
測定装置において、前記試験体表面に照射するレーザビ
ームを平行ビームとする光学手段と、前記試験体表面か
らの反射波を前記検出光として受光する上記光ヘテロダ
イン検出装置と、前記光ヘテロダイン検出装置により検
出された試験体表面からの反射波の位相分布に基づき試
験体表面形状を算出する演算手段とを有することを特徴
とする表面形状測定装置によって達成される。
Furthermore, the above-mentioned object is a surface shape measuring device that irradiates a laser beam onto the surface of a test object and measures the surface shape of the test object using the reflected wave thereof; The optical heterodyne detection device receives the reflected wave from the surface of the specimen as the detection light, and the shape of the surface of the specimen is calculated based on the phase distribution of the reflected wave from the surface of the specimen detected by the optical heterodyne detection device. This is achieved by a surface profile measuring device characterized by having a calculation means.

〔作用〕[Effect]

一般に光ヘテロダイン検出装置においては、光検出器の
受光面上に検出光と参照光とが重なって入力されること
により、光検出器からはビート信号が検出される0本願
発明者は、このような光ヘテロダイン検出装置において
検出光の特定の場所のみに参照光を重ねれば、得られる
ビート信号はその場所に存在する検出光のみが影響し、
よって参照光を走査すれば、検出光の振幅、位相及び周
波数の2次元的な分布を測定できることに着目した。
Generally, in an optical heterodyne detection device, a beat signal is detected from the photodetector by inputting detection light and reference light in an overlapping manner onto the light-receiving surface of the photodetector. In an optical heterodyne detection device, if the reference light is superimposed only on a specific location of the detection light, the resulting beat signal will be affected only by the detection light present at that location.
Therefore, we focused on the fact that by scanning the reference light, it is possible to measure the two-dimensional distribution of the amplitude, phase, and frequency of the detection light.

本発明の光ヘテロダイン検出装置は以上の知見に基づく
ものである。即ち、光検出器の受光面上に第1及び第2
の入力手段により検出光としてのレーザビームと参照光
としてのレーザビームとが重なって入力され、両者の重
なりにより生じるビート信号が光検出器の出力信号とし
て検出される2従って、ビーム径変換手段により、参照
光としてのレーザビームのビーム径を検出光としてのレ
ーザビームのビーム径よりも小さなビーム径となるよう
に変換し、第2の入力手段により、参照光としてのレー
ザビームを所定の周期で光検出器の受光面上を走査する
ことにより、当該検出光としてのレーザビームの振幅、
位相及び周波数の少なくとも1つの2次元的な分布を測
定できる。
The optical heterodyne detection device of the present invention is based on the above findings. That is, the first and second
The laser beam serving as the detection light and the laser beam serving as the reference light are input in an overlapping manner by the input means, and the beat signal generated by the overlap of both is detected as the output signal of the photodetector.2 Therefore, the beam diameter converting means , the beam diameter of the laser beam as the reference light is converted to a beam diameter smaller than the beam diameter of the laser beam as the detection light, and the second input means converts the laser beam as the reference light at a predetermined period. By scanning the light receiving surface of the photodetector, the amplitude of the laser beam as the detection light,
A two-dimensional distribution of at least one of phase and frequency can be measured.

また本発明のレーザ投影装置においては、ポリゴンミラ
ーを用いることにより高速で上記参照光としてのレーザ
ビームの走査が行える。
Further, in the laser projection apparatus of the present invention, by using a polygon mirror, the laser beam serving as the reference light can be scanned at high speed.

また本発明のレーザレーダにおいては、上記光ヘテロダ
イン検出装置を利用することにより、物体の位置、移動
速度を検出することができ、また参照光を検出器受光面
上の物体の位置に追従して移動させることにより、移動
する物体の追尾も可能である。
Furthermore, in the laser radar of the present invention, by using the optical heterodyne detection device, the position and moving speed of the object can be detected, and the reference light can be tracked to the position of the object on the light receiving surface of the detector. By moving it, it is also possible to track a moving object.

更に本発明の表面形状測定装置においては、上記光ヘテ
ロダイン検出装置を利用して反射波の位相の2次元的な
分布を測定することにより、−度の測定で広い面積の試
験体表面形状を測定することができる。
Furthermore, in the surface shape measuring device of the present invention, by measuring the two-dimensional distribution of the phase of the reflected wave using the optical heterodyne detection device, it is possible to measure the surface shape of a wide area of the specimen by measuring -degrees. can do.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図と第2図を用いて説明
する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図において、本実施例の光へテロタイン検出装置は
、検出光1が通過するビームスプリッタ−2と、ビーム
スプリッタ−2を通過した検出光1が入射される光検出
器3と、検出光1と周波数の異なるレーザ光を発生する
レーザ発生器4と、レーザ発生器4より発生したレーザ
光を入力し、そのビーム径を検出光1のビーム径より小
さなビーム径に変換し、参照光5を作るビーム径変換器
6と、ビーム径変換機6で作られた参照光5を入力し走
査するビーム走査部7とを有し、ビーム走査部7で走査
された参照光5はビームスプリッタ−2で方向を変えら
れ、検出光1と同方向より光検出器3の受光面−Eの任
意の点(x、y)に入射される。第2図に光検出器3の
受光面に入射される検出光1と参照光4の位置関係を示
す、参照光5はビーム走査部7により検出光1に対して
ビーム走査経路9の如く走査される。光検出器3からの
出力信号は検波回路8に入力される。光検出器3からの
出力信号は後述するごとくビート信号を含んでおり、こ
れを検波回路8により検波することにより検出光1の振
幅U o(x、 y)、周波数ωofx、y)、位相φ
O(X、Z)が得られる。
In FIG. 1, the optical heterotine detection device of this embodiment includes a beam splitter 2 through which the detection light 1 passes, a photodetector 3 into which the detection light 1 that has passed through the beam splitter 2 is incident, and a detection light A laser generator 4 that generates a laser beam with a frequency different from 1 and the laser beam generated by the laser generator 4 are input, and the beam diameter is converted to a beam diameter smaller than that of the detection beam 1, and the reference beam 5 is It has a beam diameter converter 6 that produces a beam diameter converter 6, and a beam scanning section 7 that inputs and scans the reference light 5 produced by the beam diameter converter 6.The reference light 5 scanned by the beam scanning section 7 is sent to a beam splitter. 2, the direction of the detection light 1 is changed and the light is incident on an arbitrary point (x, y) on the light receiving surface -E of the photodetector 3 from the same direction as the detection light 1. FIG. 2 shows the positional relationship between the detection light 1 and the reference light 4 that are incident on the light receiving surface of the photodetector 3. The reference light 5 is scanned by the beam scanning section 7 with respect to the detection light 1 along a beam scanning path 9. be done. The output signal from the photodetector 3 is input to the detection circuit 8. The output signal from the photodetector 3 includes a beat signal as described later, and by detecting this with the detection circuit 8, the amplitude U o (x, y), frequency ωofx, y), and phase φ of the detected light 1 are determined.
O(X, Z) is obtained.

次に、このように構成された本実施例の動作を説明する
。ます、ヘテロダイン検出装置の理論的背景であるヘテ
ロダイン検出法について、第3図を用いて説明する。図
中第1図に示す部材と同等の部材には同じ符号を付しで
ある。光検出器3の受光面上の点fx、y)における時
刻[での検出光1をUo(x、y、t)とし、参照光5
をU r(t)とすると、検出光Uo(x、y、t)及
び参照光Ur(t)はそれぞれ次式で表わされる。
Next, the operation of this embodiment configured as described above will be explained. First, the heterodyne detection method, which is the theoretical background of the heterodyne detection device, will be explained using FIG. In the figure, members equivalent to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals. The detected light 1 at the time [at the point fx, y) on the light receiving surface of the photodetector 3 is defined as Uo (x, y, t), and the reference light 5
Let U r (t) be the detection light Uo (x, y, t) and the reference light Ur (t), respectively, expressed by the following equations.

U o(x、y、 t)= U o(x、y) −ex
p(jfωo(x、y)を呼φo(x、y)])  ・
・・(1)Ur(t)=  Urexp(j[ωrt+
 φrl)        −(2)ここで UO(X、V)、φo(x、y)、 ωo(x、y):
検出光1の点(x、y)における振幅、位相及 び周波数 Ur、φ「、ω「:参照光5の振幅、位相及び周波数 上式より参照光5と検出光1が重り合う領域Aに対する
光検出器3の出力は次のようになる。
U o (x, y, t) = U o (x, y) −ex
p(jfωo(x, y) is called φo(x, y)]) ・
...(1) Ur(t) = Urexp(j[ωrt+
φrl) − (2) where UO(X, V), φo(x, y), ωo(x, y):
Amplitude, phase and frequency of detection light 1 at point (x, y) Ur, φ", ω": Amplitude, phase and frequency of reference light 5 From the above formula, light for area A where reference light 5 and detection light 1 overlap The output of detector 3 is as follows.

=  Ur  2 +  Uo  2 (x、y)+2
Ur  tJo(x、y)−cos([ωr−ωo(x
、y)It+ φ「−φo(x、y))・・・]3) 上式から分かるように、光検出器3からは周波数[ωr
−ωO(X、V)]のビート信号が得られる。参照光5
の振幅Ur、周波数ωr、位相φrは既知であるので、
上記ビート信号を検波することにより、検出光1の振@
Uo(x、y)、位相φo(x、y)、周波数ωo(x
、y)を検出することができる。
= Ur 2 + Uo 2 (x, y) + 2
Ur tJo(x,y)-cos([ωr-ωo(x
, y)It+φ"-φo(x,y))...]3) As can be seen from the above equation, the photodetector 3 outputs the frequency [ωr
−ωO(X, V)] is obtained. Reference light 5
Since the amplitude Ur, frequency ωr, and phase φr are known,
By detecting the above beat signal, the vibration of detection light 1 @
Uo(x,y), phase φo(x,y), frequency ωo(x
, y) can be detected.

これに対し、検出光1のみの領域Bに対する光検出器3
の出力は次式で表わされる。
On the other hand, the photodetector 3 for area B where only the detection light 1
The output of is expressed by the following equation.

I B(x、’/、t)=lUo(x、y、t) 12
= Uo ’ (x、y、t)     −(4)上式
から分かるように、検出光1の振幅UO[X。
I B (x, '/, t) = lUo (x, y, t) 12
= Uo' (x, y, t) - (4) As can be seen from the above equation, the amplitude of detection light 1 is UO[X.

y、tlのみ検出可能である。(3)式で表わされるビ
ート信号を検出するのが、ヘテロダイン検出法であり、
(4)式で表わされる直接検出法に比べ、周波数及び位
相が検出可能である。さらにヘテロダイン検出法では参
照光5の振幅Uoを大きくすれば、と−ト信号の振幅を
大きくできるため、直接検出法に比べ感度を102〜1
04倍高約10とが可能である。
Only y and tl can be detected. Heterodyne detection method detects the beat signal expressed by equation (3),
Compared to the direct detection method expressed by equation (4), frequency and phase can be detected. Furthermore, in the heterodyne detection method, by increasing the amplitude Uo of the reference beam 5, the amplitude of the target signal can be increased, so compared to the direct detection method, the sensitivity is 102 to 1
04 times as high as about 10 is possible.

本実施例の光ヘテロダイン検出装置は以上の原理に基つ
き、光検出器3の出力信号に含まれるビート信号を検波
口#I8により検波することにより検出光1の振幅Uo
(x、y)、周波数ωofX、V)、位相φO(X、Z
)を得るものである。
The optical heterodyne detection device of this embodiment is based on the above principle, and detects the beat signal included in the output signal of the photodetector 3 using the detection port #I8, thereby increasing the amplitude Uo of the detected light 1.
(x, y), frequency ωofX, V), phase φO(X, Z
).

そして本実施例においては、さらにビーム走査部7にお
いて参照光5を、第2図に示すように経路9に沿って走
査することにより、検出光1の2次元的な信号分布を測
定することができる。即ち、参照光5がビーム走査部7
から出力され、ビームスプリッタ−2により参照光5と
検出光1が光検出器3の受光面面上で重り合う点(x、
y)を、ビーム走査部7から位置信号として出力し、そ
のときの検波回路8の出力を測定すれは、位置(X、V
)における検出光1の振幅Uofx、y)、周波数ωo
(x、y)、位相φo(:x、y)が得られる。ここで
検波回路8で上記情報を検出するには、振幅Uo(x、
y)の検出に対しては、入力信号(ビート信号)を2乗
検波し、参照光の振幅U「で除せば、UO(X、V)に
比例しな出力が得られ、周波数ωo(x、y)の検出に
対しては、周波数検波によりビート信号の周波数〔ω「
−ωO(X、V)]が検出され、ωrが既知であるため
ω0(x。
In this embodiment, the two-dimensional signal distribution of the detection light 1 can be measured by further scanning the reference light 5 along the path 9 as shown in FIG. 2 in the beam scanning section 7. can. That is, the reference light 5 is transmitted to the beam scanning section 7.
The point (x,
y) from the beam scanning unit 7 as a position signal and measure the output of the detection circuit 8 at that time, the position (X, V
), the amplitude Uofx, y) and the frequency ωo of the detection light 1 at
(x, y) and phase φo(:x, y) are obtained. Here, in order to detect the above information with the detection circuit 8, the amplitude Uo(x,
y), by square-law detection of the input signal (beat signal) and dividing by the amplitude U of the reference light, an output proportional to UO(X, V) is obtained, and the frequency ωo( x, y), the beat signal frequency [ω'' is detected by frequency detection.
-ωO(X, V)] is detected, and since ωr is known, ω0(x.

y)が検出でき、位相φo(x、y)の検出に対しては
、位相検波でビート信号と周波数が同一で位相φrの信
号を検出することによりφo(x、y)が得られる。
y) can be detected, and to detect the phase φo(x, y), φo(x, y) can be obtained by detecting a signal having the same frequency as the beat signal and a phase φr using phase detection.

以上、本実方飽例によれば、参照光5を走査するのみで
、光検出器3をアレイ状に配置したり光検出器3を機械
的に走査することなしに、検出光1の2次元的分布を測
定できる。また参照光5のビーム径を小さくすることに
より、位置分解能も向上させることができる。
As described above, according to this practical example, only by scanning the reference light 5, without arranging the photodetectors 3 in an array or mechanically scanning the photodetectors 3, two of the detection lights 1 can be used. Can measure dimensional distribution. Further, by reducing the beam diameter of the reference light 5, the positional resolution can also be improved.

ところで上述の実施例において、検波回路8には、2乗
検波、周波数検波、位相検波の3種の検波手段が必要で
あるが、検出光1の振幅、周波数、位相の特定の情報の
み検出が必要な場合には、それぞれに対応する検波手段
のみを用いた検波回路を構成すれば良い。
By the way, in the above-mentioned embodiment, the detection circuit 8 requires three types of detection means: square-law detection, frequency detection, and phase detection, but only specific information on the amplitude, frequency, and phase of the detection light 1 can be detected. If necessary, a detection circuit using only the corresponding detection means may be configured.

次にビーム径変換器6の一実施例について、第4図を用
いて説明する。第4図に示すようにビーム変換器6は、
平行な入力ビームを拡げるためのレンズ6aと、拡げた
ビームを平行にするレンズ6bとの組合せにより出力ビ
ーム径を変えるように構成されている。入力ビームに対
する出力ビーム径は、レンズ6a、6bの屈折率とレン
ズ6a6bの距Wxにより変えることができる0通常、
出力ビームの波面収差を抑えるためにレンズ6a。
Next, one embodiment of the beam diameter converter 6 will be described using FIG. 4. As shown in FIG. 4, the beam converter 6 is
The output beam diameter is changed by a combination of a lens 6a for expanding a parallel input beam and a lens 6b for making the expanded beam parallel. The output beam diameter with respect to the input beam can be changed by the refractive index of the lenses 6a and 6b and the distance Wx of the lenses 6a and 6b.
Lens 6a to suppress wavefront aberration of the output beam.

6bの間にレンズを挿入することが好ましい。It is preferable to insert a lens between 6b and 6b.

またビーム径変換器は第5図に示す構成でも実現できる
。即ち第5図において、ビーム径変換器6Aは、2枚の
凸レンズ6c、6dを光軸上の2点に置き、凸レンズ6
cの焦点に絞り6eを置くことにより構成される。入力
ビームは凸レンズ゛6Cにより焦点に結1!Aシ、凸レ
ンズ6dに入射され、凸レンズ6dよりビーム径が入力
ビームと異なる平行ビームを出力する。この実施例にお
いても、レンズ6c、6dの屈折率及び絞り6eと凸レ
ンズ6dとの距離xを変えることにより、出力ビーム径
を変えることができる。
The beam diameter converter can also be realized with the configuration shown in FIG. That is, in FIG. 5, the beam diameter converter 6A has two convex lenses 6c and 6d placed at two points on the optical axis.
It is constructed by placing an aperture 6e at the focal point of point c. The input beam is focused by a convex lens 6C! A, the beam enters the convex lens 6d, and the convex lens 6d outputs a parallel beam having a beam diameter different from that of the input beam. In this embodiment as well, the output beam diameter can be changed by changing the refractive index of the lenses 6c and 6d and the distance x between the aperture 6e and the convex lens 6d.

次にビーム走査部6の実施例について、第6図を用いて
説明する。ビーム走査部7は、入力された参照光5を光
検出器3の受光面上の平面に2次元的に走査するもので
ある。従って第6図に示すように平面の軸をx、yとす
ると、ビーム操作部7は、X軸方向にビームを移動させ
るためのミラー 7 aとモータ7b及びy軸方向にビ
ームを移動させるためのミラー7c、モータ7d″C″
構成し、これらミラー及びモータを入力ビームの光軸に
合せ配置すれば、入力ビーム即ち参照光5を2次元的に
走査することができる。
Next, an embodiment of the beam scanning section 6 will be described using FIG. 6. The beam scanning section 7 two-dimensionally scans the input reference light 5 onto a plane on the light-receiving surface of the photodetector 3. Therefore, as shown in FIG. 6, if the axes of the plane are x and y, the beam operating unit 7 includes a mirror 7a and a motor 7b for moving the beam in the X-axis direction, and a motor 7b for moving the beam in the y-axis direction. mirror 7c, motor 7d"C"
By arranging these mirrors and motors along the optical axis of the input beam, the input beam, that is, the reference light 5, can be scanned two-dimensionally.

またビーム操作部は第7図に示すようにポリゴンミラー
7eを用いても構成することができる。
Further, the beam operating section can also be constructed using a polygon mirror 7e as shown in FIG.

即ちポリゴンミラー7eは、これを角速度ωで回転させ
ると2倍の角速度で入力ビームを偏向させることができ
る。そこでビーム操作部7Aはこの偏向方向が走査面上
のX軸方向に一致するようにポリゴンミラー7e及びモ
ータ7fを配置する。
That is, when the polygon mirror 7e is rotated at an angular velocity ω, the input beam can be deflected at twice the angular velocity. Therefore, the beam operating section 7A arranges the polygon mirror 7e and the motor 7f so that this deflection direction coincides with the X-axis direction on the scanning plane.

またy軸方向の走査は入力ビームに対するボリンボンミ
ラー7eの角度を変えることにより可能となる。このた
め、ポリゴンミラー7eの下端を球面軸受7gにて架台
71に支持し、他端をピエゾ素子7hに電圧を印加し変
位させるようにする。
Further, scanning in the y-axis direction is made possible by changing the angle of the Bolinbon mirror 7e with respect to the input beam. For this purpose, the lower end of the polygon mirror 7e is supported on a pedestal 71 by a spherical bearing 7g, and the other end is adapted to be displaced by applying a voltage to the piezo element 7h.

本実施例では、X軸方向の走査にポリゴンミラー7eを
用いたが、x、y軸を逆にしても問題はない、また上記
実施例において、入力ビームとポリゴンミラーの角度を
変えるために、ポリゴンミラーの傾きを変えたが、入力
ビームの入射角を変えることによっても実現できること
はいうまでもない。
In this embodiment, the polygon mirror 7e was used for scanning in the X-axis direction, but there is no problem even if the x and y axes are reversed.In addition, in the above embodiment, in order to change the angle between the input beam and the polygon mirror, Although the inclination of the polygon mirror was changed, it goes without saying that this can also be achieved by changing the incident angle of the input beam.

次に上述した光ヘテロダイン検出装置において参照光5
のビーム径を変化させて測定する検出方法の一実施例に
ついて説明する。
Next, in the optical heterodyne detection device described above, the reference light 5
An example of a detection method in which measurement is performed by changing the beam diameter will be described.

第8図において、光検出器3から散乱体10を見た立体
角をΩSとしレーザ波長をスすると、光の面@ A C
セA 2/ Q Sの範囲では波面(位相)は−様と見
なせる。この面積ACをコヒーレンスエリアといい、光
ヘテロダイン検出の際に考慮を必要とする。即ち、光検
出器3の有効受光面積Aeが、ACより大きい場合には
、波面(位相)の異なる散乱光が入射される恐れがあり
、ヘテロダイン検波したときの検波信号のS/Nが低下
する。
In FIG. 8, if the solid angle when looking at the scatterer 10 from the photodetector 3 is ΩS, and the laser wavelength is S, then the plane of light @ A C
In the range of A2/QS, the wavefront (phase) can be considered to be -like. This area AC is called a coherence area, and needs to be taken into consideration during optical heterodyne detection. That is, if the effective light receiving area Ae of the photodetector 3 is larger than AC, there is a risk that scattered light with a different wavefront (phase) will be incident, and the S/N of the detected signal when performing heterodyne detection will decrease. .

従って、光検出器3の有効受光面積Aeは面積ACより
小さくする必要がある。しかしながら−船釣に、検出時
には散乱体10の大きさは不明なのでコヒーレンスエリ
アAcは既知ではない、この問題は本発明の方法によっ
て解決できる。以下これを第9図を用いて説明する。ま
ず第9図(A)に示すように、参照光5のビーム径aを
a=a1に設定して光検出3上を走査し、信号を検出す
る。
Therefore, the effective light receiving area Ae of the photodetector 3 needs to be smaller than the area AC. However - in boat fishing, the size of the scatterer 10 is unknown at the time of detection, so the coherence area Ac is not known; this problem can be solved by the method of the invention. This will be explained below using FIG. 9. First, as shown in FIG. 9(A), the beam diameter a of the reference beam 5 is set to a=a1, and the photodetector 3 is scanned to detect a signal.

次に第8図(B)に示すように、ビーム径aをalより
小さなa2に変え、同様な走査を行う、さらに第9図(
C)に示すように、ビーム径a=a3(a2<a3)で
走査し信号を検出する6以上の走査を繰返し、光検出器
3上の点(X、V)において信号が変化しなくなるまで
ビーム径aを小さくする。
Next, as shown in FIG. 8(B), the beam diameter a is changed to a2 smaller than al, and the same scanning is performed.
As shown in C), repeat scanning with beam diameter a=a3 (a2<a3) and detecting the signal six or more times until the signal does not change at the point (X, V) on the photodetector 3. Reduce the beam diameter a.

これにより、散乱体10の大きさにかかわらずS/Nの
高い光検出が可能となる。
This allows light detection with a high S/N ratio regardless of the size of the scatterer 10.

上述の実施例においては、光検出器3上の全ての領域に
おいて、ビーム径aを小さくしてゆき走査する方法につ
いて述べたが、光検出器3の全面を照射する大きさのビ
ーム径aから検出信号か変化するまで次第にビーム径a
を小さくしてゆき、検出信号が変化する領域のみ、さら
にビーム径aを小さくして走査しても同様効果が得られ
る。
In the above embodiment, a method was described in which the beam diameter a is gradually reduced and scanned in all areas on the photodetector 3. The beam diameter a gradually increases until the detection signal changes.
The same effect can be obtained by decreasing the beam diameter a and scanning only the area where the detection signal changes by further decreasing the beam diameter a.

次に本発明の光ヘテロダイン検出装置を利用した適用装
置の一実施例であるレーザレーダについて第10図を用
いて説明する9図中第1図と同等の部材には同じ符号を
付している。第10図においてレーザレーダ15は、レ
ーダ用レーザ送信用のレーザ発生器4a、ビームスプリ
ッタ−2a、送信用光学系レンズlla、llb、ヘテ
ロダイン検出用レーザ発生器4、ビームスプリッタ−2
b、2c、光検出器3a、検波回路8a、ミラー14、
ビーム径変換器6、ビーム走査部7、受光用レンズll
c、ビームスプリッタ−2、光検出器3、検波回路8、
データ処理装置12、表示装置13からなっている。
Next, a laser radar, which is an example of an application device using the optical heterodyne detection device of the present invention, will be explained with reference to FIG. . In FIG. 10, the laser radar 15 includes a laser generator 4a for radar laser transmission, a beam splitter 2a, transmission optical system lenses lla and llb, a heterodyne detection laser generator 4, and a beam splitter 2.
b, 2c, photodetector 3a, detection circuit 8a, mirror 14,
Beam diameter converter 6, beam scanning unit 7, light receiving lens ll
c, beam splitter 2, photodetector 3, detection circuit 8,
It consists of a data processing device 12 and a display device 13.

次に以上のレーザレーダの動作を時系列的に説明する。Next, the operation of the above laser radar will be explained in chronological order.

送信用レーザ発生器4aから出力されたレーザビームは
ビームスプリッタ−2aで分岐され、一方は送信用光学
系のレンズlla、llbを通り、空間中にレーダ用の
レーザビームが送信される。ビームスプリッタ−2aで
分岐された他方のレーザビームは、ヘテロデイン検出用
レーザ4から出力されビームスプリッタ−2Cを通過し
たレーザビームとビームスブリ・ツタ−2bを介して光
検出器3a上で重ね合せられ、光検出器3aから出力さ
れるビート信号を検波回路8aで検波し、周波数を検出
する。ここで送信用レーザ発生器4aから出力されたレ
ーザビームの周波数をω■、ヘテロダイン検出用レーザ
発生器4から出力されたレーザビームの周波数をω、O
とすると、検波回路8aで検出される周波数ωSは、ω
S=ω〇−ω■ となる。
The laser beam output from the transmitting laser generator 4a is split by a beam splitter 2a, one of which passes through lenses lla and llb of the transmitting optical system, and a laser beam for radar is transmitted into space. The other laser beam split by the beam splitter 2a is superimposed on the photodetector 3a via the beam splitter 2b with the laser beam output from the heterogeneous detection laser 4 and passed through the beam splitter 2C. The beat signal output from the photodetector 3a is detected by the detection circuit 8a to detect the frequency. Here, the frequency of the laser beam output from the transmission laser generator 4a is ω■, the frequency of the laser beam output from the heterodyne detection laser generator 4 is ω, O
Then, the frequency ωS detected by the detection circuit 8a is ω
S=ω〇−ω■.

空間中に送信されたレーダ用のレーザビームは物体16
により反射され、受信用レンズllcにより集光される
。この光は上述した実施例における検出光1に相当する
。レーザ発生器4からのヘテロダイン検出用レーザビー
ムは、ビームスプリッタ−20、ミラー14を介しビー
ム径変換器6へ入力され、参照光5が作られる。ビーム
径変換器6、ビーム操作部7、ビームスグリ・yター2
、光検出器3及び検波回路8により、前述実施例で述べ
たように、ビーム走査部6で走査される参照光5の位置
(x、y)に対応した検出光の振幅、周波数を検波し、
これらの情報と検波回路8aで検出した上記周波数ωS
をデータ処理装置12へ入力する。
The radar laser beam transmitted into space is the object 16
The light is reflected by the receiving lens llc and condensed by the receiving lens llc. This light corresponds to the detection light 1 in the embodiment described above. A laser beam for heterodyne detection from a laser generator 4 is inputted to a beam diameter converter 6 via a beam splitter 20 and a mirror 14, and a reference beam 5 is produced. Beam diameter converter 6, beam operation unit 7, beam currant Yter 2
, the photodetector 3 and the detection circuit 8 detect the amplitude and frequency of the detection light corresponding to the position (x, y) of the reference light 5 scanned by the beam scanning unit 6, as described in the above embodiment. ,
This information and the frequency ωS detected by the detection circuit 8a
is input to the data processing device 12.

データ処理装置12では以下の考えに基づく処理を行う
、まず物体16の位置は、受光用レンズticの光軸方
向と、位置信号(x、y)より検出できる。また、物体
が移動する場合には、ドツプラー周波数シフトにより、
検波回路8aで検波した周波数ωSと異なる周波数が検
波回路8では検出されその周波数差より物体の速度が求
められる。
The data processing device 12 performs processing based on the following idea. First, the position of the object 16 can be detected from the optical axis direction of the light receiving lens tic and the position signal (x, y). Also, when an object moves, due to Doppler frequency shift,
The detection circuit 8 detects a frequency different from the frequency ωS detected by the detection circuit 8a, and the speed of the object is determined from the frequency difference.

また物体か方位方向に移動する場合に、受光レンズll
cの視野内での移動であれば、ビーム走査部6で参照光
5を、物体16からの反射波が光検出器3へ結像される
点を追従するよう移動させることにより、物体の追尾が
行える。
Also, when the object moves in the azimuth direction, the light receiving lens
If the movement is within the field of view c, the object can be tracked by moving the reference light 5 in the beam scanning unit 6 so as to follow the point where the reflected wave from the object 16 is imaged on the photodetector 3. can be done.

以上本実施例のレーザレーダによれば、移動物体の位置
、速度が検出でき、参照光の走査による物体の追尾が可
能となる。
As described above, according to the laser radar of this embodiment, the position and speed of a moving object can be detected, and the object can be tracked by scanning the reference light.

なお以上の実施例では、送信用レーザ光に連続波を用い
た場合について述べたが、これをパルス波にして物体と
の距離を計測できることは言うまでもない。
In the above embodiments, a case has been described in which a continuous wave is used as the transmitting laser beam, but it goes without saying that the distance to an object can be measured using a pulse wave.

次に本発明適用装置の他の実施例である表面形状測定装
置について第11図及び第12図を用いて説明する0図
中第1図及び第10図に示す部材と同等の部材には同じ
符号を付している。第11図において、表面形状測定装
置17は、レーザ発生器8、ビームスプリッタ−2d、
2e、2f。
Next, a surface profile measuring device which is another embodiment of the device to which the present invention is applied will be explained with reference to FIGS. 11 and 12. In FIG. A symbol is attached. In FIG. 11, the surface shape measuring device 17 includes a laser generator 8, a beam splitter 2d,
2e, 2f.

2g、2h、周波数シフタ18、凹レンズlid、凸レ
ンズlie、光検出器3.3b、ミラー14a、14b
、ビーム径変換器6、ビーム走査部7、検波回路8、デ
ータ処理装置12、表示装置13からなっている。
2g, 2h, frequency shifter 18, concave lens lid, convex lens lie, photodetector 3.3b, mirrors 14a, 14b
, a beam diameter converter 6, a beam scanning section 7, a detection circuit 8, a data processing device 12, and a display device 13.

今レーザ発生器4から出力されるレーザの波長をλ、周
波数をωとする。試験#:19表面の点(X、y)の凹
凸形状を測定するには、試験体19に反射させなレーザ
光の光路を測定すれば良い0表面の各点における凹凸の
差異は、各点から反射されるレーザビームの位相差とし
て表われる0表面形状測定装置17はこの原理を用いて
試験体表面の形状を測定するものである。
Let us now assume that the wavelength of the laser output from the laser generator 4 is λ, and the frequency is ω. Test #: 19 To measure the uneven shape of the point (X, y) on the surface, it is sufficient to measure the optical path of the laser beam without reflecting it on the test object 19.0 The difference in the unevenness at each point on the surface is The surface shape measurement device 17 uses this principle to measure the shape of the surface of the specimen.

以下、第11図及び第12図を用いて表面形状測定装置
17の動作を説明する。試験体表面の形状を正確に測定
するには、試験体表面からの反射波の光路差(位相)を
測定する前に、装置内のレンズ、ビームスプリッタ−に
よる光路差の分布を測定し、試験体から得られた光路差
の分布から上記分布を差引くことにより試験体の正確な
形状を知ることができる。そこでまず、試験体1つを測
定する前に、形状が既知の物体を置き、各点における位
相差を測定する。その手順を以下に述べる。
The operation of the surface shape measuring device 17 will be described below with reference to FIGS. 11 and 12. In order to accurately measure the shape of the surface of a test piece, before measuring the optical path difference (phase) of the reflected wave from the surface of the test piece, measure the distribution of the optical path difference due to the lens and beam splitter in the equipment, and perform the test. By subtracting the above distribution from the distribution of optical path differences obtained from the body, the exact shape of the specimen can be determined. Therefore, first, before measuring a single test object, an object with a known shape is placed and the phase difference at each point is measured. The procedure is described below.

レーザ発生器4から出力されたレーザビームは、ビーム
スプリッタ−2d、2eで分岐され、一つは試験体に平
行ビームを照射するための光学系、即ち凹レンズ11d
、凸レンズlieを通り試験体19(形状が既知の物体
)に向は平行レーザビームが照射される。その反射波は
ビームスプリッタ−2hを介し、ビームスプリッタ−2
を通過して光検出器3に入力される。一方、ビームスプ
リッタ−2d、2eで分岐されたレーザビームは、一つ
は周波数シフタ14人力され、周波数がωからω+ω0
にシフトされる。そしてその周波数のシフトされたレー
ザビームはビームスプリッタ−2fで更に分岐され、一
つはミラー14a、14bを介しビーム径変換器6に入
力され、参照光5が作られる。ビーム径変換器6以降の
ビーム走査部7、光検出器3及び検波回路8は、第1図
に示したものと同様の動性をし、ビームスプリッタ−2
より入力された反射波(検出光1)の各点の信号を検出
する。この実施例では、検波回路8では位相のみを検出
すれば良い、また、ビームスプリッタ−2fで分岐され
た周波数ω+ω0のレーザビームのもう一つは、ビーム
スプリッタ−2eより分岐された周波数ωのレーザビー
ムと共にビームスプリッタ−2g″C″重ね合わされ、
光検出器3bに入力される2その出力信号は、両方のレ
ーザビームの周波数差ω0の周波数を持つビート信号と
なる。この信号を検波回路8に入力し、位相基準信号と
して用いる0以上説明した動作により第12図(^)に
示す既知の形状の位相分布φ八が得られる6次に試験体
19を同様な要領で測定して第12図(B)に示す位相
分布φBを得る。そしてデータ処理装置12でφB−φ
への演算をし、第12図(C)に示す位相分布を得る。
The laser beam output from the laser generator 4 is split by beam splitters 2d and 2e, one of which is an optical system for irradiating a parallel beam onto the specimen, that is, a concave lens 11d.
A parallel laser beam is irradiated onto the test object 19 (an object whose shape is known) through a convex lens ie. The reflected wave passes through beam splitter 2h and beam splitter 2h.
The light passes through and is input to the photodetector 3. On the other hand, one of the laser beams split by the beam splitters 2d and 2e is inputted to the frequency shifter 14, and the frequency changes from ω to ω+ω0.
will be shifted to The frequency-shifted laser beam is further split by a beam splitter 2f, one of which is input to a beam diameter converter 6 via mirrors 14a and 14b, and a reference beam 5 is produced. The beam scanning unit 7, the photodetector 3, and the detection circuit 8 after the beam diameter converter 6 have the same behavior as shown in FIG.
The signal at each point of the reflected wave (detection light 1) inputted from the detector is detected. In this embodiment, the detection circuit 8 only needs to detect the phase, and the other of the laser beams of frequency ω+ω0 split by beam splitter 2f is the laser beam of frequency ω split by beam splitter 2e. Beam splitter 2g"C" is superimposed with the beam,
The output signal inputted to the photodetector 3b becomes a beat signal having a frequency equal to the frequency difference ω0 between both laser beams. This signal is input to the detection circuit 8 and used as a phase reference signal.The above-described operation yields a phase distribution φ8 with a known shape as shown in FIG. 12(^). The phase distribution φB shown in FIG. 12(B) is obtained. Then, in the data processing device 12, φB−φ
The phase distribution shown in FIG. 12(C) is obtained.

これを表示装置13に出力することにより、試1倹体1
つの形状結果が得られる。
By outputting this to the display device 13, trial 1
Two shape results are obtained.

以上本実施例の表面形状測定装置によれば、試験体に照
射するビームの幅を拡げることが可能であるため、−度
の測定で広い領域が測定可能となり、検査時間を短縮で
きる。
As described above, according to the surface shape measuring apparatus of this embodiment, it is possible to widen the width of the beam irradiated to the test object, so a wide area can be measured by -degree measurement, and the inspection time can be shortened.

なお上述の実施例では、周波数シフタ18を用いて周波
数の異なるレーザ光を生成したが、池のレーザ発生器を
代りに用いても実現できることは言うまでもない。
In the above-described embodiment, the frequency shifter 18 was used to generate laser beams with different frequencies, but it goes without saying that the present invention can also be realized by using an Ike's laser generator instead.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の光ヘテロダイン検出装置
によれば、感度良くレーザ光の周波数、位相、振幅の分
布か2次元的に測定できる。
As explained above, according to the optical heterodyne detection device of the present invention, it is possible to two-dimensionally measure the frequency, phase, and amplitude distribution of laser light with high sensitivity.

また本発明のレーザ投影装置によれば、ポリゴンミラー
を用い高速でレーザビームの走査が行える。
Further, according to the laser projection device of the present invention, the laser beam can be scanned at high speed using a polygon mirror.

また本発明のレーザレーダによれば、物体の位置、移動
速度を検出することかでき、かつ移動する物体を追尾す
ることかできる。
Further, according to the laser radar of the present invention, the position and moving speed of an object can be detected, and the moving object can be tracked.

更に本発明の表面形状測定装置によれば、−度の測定で
広い面積の試験体表面形状を測定することかできる。
Furthermore, according to the surface shape measuring device of the present invention, the surface shape of a test piece over a wide area can be measured by measuring -degrees.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例による光ヘテロダイン検出装
置の概略図であり、第2図はその光ヘテロダイン検出装
置における参照光の走査経路を示す図であり、第3図は
光ヘテロダイン検出法の理論的背景を示す原理図であり
、第4図は本発明の光ヘテロダイン検出装置に用いるビ
ーム径変換器の一実施例を示す概略図であり、第5図は
同ビーム径変換器の他の実施例を示す概略図であり、第
6図は本発明の光ヘテロダイン検出装置に用いるビーム
操作部の一実施例を示す概略図であり、第7図(^)及
び(B)は同ビーム操作部の他の実施例を示す概略図で
あり、第8図はコヒーレンスエリアを説明するための散
乱体の立体角を示す図であり、第9図(^) 、 (B
)及び(C)は本発明の光ヘテロダイン検出方法におけ
るビーム走査手111を示す図であり、第10図は本発
明の一実施例によるレーザレーダの概略図であり、第1
1図は本発明の一実施例による表面形状測定装置の概略
図であり、第12図(A) 、 (81及び(C)は同
表面形状測定装置の動作を説明するための位相分布を示
す図である。 符号の説明 1・・・検出光 2・・・ビームスプリッタ(第1及び第2の入力装置)
3・・・光検出器     4・・・レーザ発生器5・
・・参照光      6・・・ビーム径変換器7・・
・ビーム操作部(第2の入力手段)8・・・検波回路(
検出手段) 7e・・・ポリゴンミラー 7h・・・ピエゾ素子(傾きを変える手段)15・・・
レーザレーダ 12・・・データ処理装置(演算手段)第1図 6・−ビーム径変換器 7・ビーム操作部(第2の入力手段) 7e−・−ポリゴンミラー 7h−−ピエゾ素子(傾きを変える手段)8・検波Oi
l路(検出手段〉 12− データ処理装置(演算手段) 15−  レーザレーダ 出願人  株式会社 日立製作所 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第11 図 「。
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical heterodyne detection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a scanning path of a reference light in the optical heterodyne detection device, and FIG. 3 is a diagram showing an optical heterodyne detection method. FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of the beam diameter converter used in the optical heterodyne detection device of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing an embodiment of the beam operating section used in the optical heterodyne detection device of the present invention, and FIGS. FIG. 8 is a schematic diagram showing another embodiment of the operation unit, and FIG. 8 is a diagram showing the solid angle of the scatterer for explaining the coherence area, and FIG. 9 (^), (B
) and (C) are diagrams showing a beam scanning hand 111 in the optical heterodyne detection method of the present invention, and FIG. 10 is a schematic diagram of a laser radar according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a schematic diagram of a surface profile measuring device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 12(A), 12(81) and (C) show phase distributions for explaining the operation of the same surface profile measuring device. It is a diagram. Explanation of symbols 1...Detection light 2...Beam splitter (first and second input devices)
3... Photodetector 4... Laser generator 5.
...Reference light 6...Beam diameter converter 7...
・Beam operation unit (second input means) 8...detection circuit (
Detection means) 7e... Polygon mirror 7h... Piezo element (means for changing inclination) 15...
Laser radar 12...Data processing device (calculating means) Fig. 1 6--Beam diameter converter 7-Beam operation section (second input means) 7e--Polygon mirror 7h--Piezo element (changes inclination) Means) 8. Detection Oi
l path (detection means) 12- Data processing device (calculation means) 15- Laser radar applicant Hitachi, Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)レーザビームを受信し、その振幅、位相及び周波
数の少なくとも1つを測定する光ヘテロダイン検出装置
において、 前記レーザビームを検出光として光検出器の受光面上に
入力する第1の入力手段と、 この検出光としてのレーザビームと周波数の異なるレー
ザビームを発生するレーザ発生手段と、このレーザ発生
手段により得られるレーザビームのビーム径を変換する
ビーム径変換手段と、このビーム径変換手段によりビー
ム径が変換されたレーザビームを光検出器の受光面上の
任意の点に前記検出光としてのレーザビームと同一方向
より同時に参照光として入力する第2の入力手段と、 前記光検出器の出力信号の振幅、位相及び周波数の少な
くとも1つを検出する検出手段と を有することを特徴とする光ヘテロダイン検出装置。
(1) In an optical heterodyne detection device that receives a laser beam and measures at least one of its amplitude, phase, and frequency, the first input means inputs the laser beam as detection light onto the light receiving surface of the photodetector. A laser generating means for generating a laser beam having a frequency different from that of the laser beam as the detection light, a beam diameter converting means for converting the beam diameter of the laser beam obtained by the laser generating means, and a beam diameter converting means for converting the beam diameter of the laser beam obtained by the laser generating means. a second input means for simultaneously inputting a laser beam whose beam diameter has been converted to an arbitrary point on the light receiving surface of the photodetector as a reference light from the same direction as the laser beam serving as the detection light; 1. An optical heterodyne detection device comprising: detection means for detecting at least one of the amplitude, phase, and frequency of an output signal.
(2)前記ビーム径変換手段は、前記検出光としてのレ
ーザビームのビーム径よりも小さなビーム径となるよう
に前記参照光としてのレーザビームのビーム径を変換す
ることを特徴とする請求項1記載の光ヘテロダイン検出
装置。
(2) The beam diameter converting means converts the beam diameter of the laser beam serving as the reference light so that the beam diameter becomes smaller than the beam diameter of the laser beam serving as the detection light. The optical heterodyne detection device described.
(3)前記第2の入力手段は、前記参照光としてのレー
ザビームを所定の周期で光検出器の受光面上を走査する
ビーム走査手段を備え、前記検出手段は、該レーザビー
ムの光検出器受光面上の位置とこの位置での検出器の出
力信号の振幅、位相及び周波数の少なくとも1つとを同
時に検出することを特徴とする請求項1記載の光ヘテロ
ダイン検出装置。
(3) The second input means includes a beam scanning means for scanning the laser beam as the reference light on the light-receiving surface of the photodetector at a predetermined period, and the detection means optically detects the laser beam. 2. The optical heterodyne detection device according to claim 1, wherein the optical heterodyne detection device simultaneously detects a position on the light receiving surface of the detector and at least one of the amplitude, phase, and frequency of the output signal of the detector at this position.
(4)請求項1記載の光ヘテロダイン検出装置において
、前記参照光としてのレーザビームをビーム径を任意の
一定の大きさとして光検出器の受光面上を走査し、次い
でビーム径を前記ビーム径より小さくして走査し、以後
同様の走査を繰返し、光検出器受光面の特定領域におい
て、検出された振幅、位相及び周波数の少なくとも1つ
が変化しなくなるまで走査を繰返すことを特徴とする光
ヘテロダイン検出方法。
(4) In the optical heterodyne detection device according to claim 1, the laser beam as the reference light is scanned over the light-receiving surface of the photodetector with the beam diameter set to an arbitrary constant size, and then the beam diameter is changed to the beam diameter. An optical heterodyne characterized in that the scanning is performed with a smaller size, and the same scanning is repeated thereafter until at least one of the detected amplitude, phase, and frequency does not change in a specific area of the light receiving surface of the photodetector. Detection method.
(5)レーザビームを平面上に投影するレーザ投影装置
において、 レーザ発生器と、前記レーザ発生器から出力されたレー
ザビームを反射するポリゴンミラーと、前記レーザ発生
器とポリゴンミラーの少なくとも一方の傾きを変える手
段とを有することを特徴とするレーザ投影装置。
(5) A laser projection device that projects a laser beam onto a flat surface, including a laser generator, a polygon mirror that reflects the laser beam output from the laser generator, and an inclination of at least one of the laser generator and the polygon mirror. A laser projection device characterized in that it has a means for changing.
(6)レーザビームを空間に送信し、空間中に存在する
物体からの反射波を受信することにより物体の位置等を
検出するレーザレーダにおいて、請求項1記載の光ヘテ
ロダイン検出装置と、前記光ヘテロダイン検出装置によ
り受信された物体からの反射波における光学系の光軸の
方向と前記参照光としてのレーザビームの光検出器受光
面上の位置とより物体の位置を算出する第1の演算手段
と、前記光ヘテロダイン検出装置から得られる反射波の
周波数より物体の移動速度を演算する第2の演算手段と
を有することを特徴とするレーザレーダ。
(6) A laser radar that detects the position of an object by transmitting a laser beam into space and receiving a reflected wave from an object existing in space, comprising: the optical heterodyne detection device according to claim 1; A first calculating means for calculating the position of the object from the direction of the optical axis of the optical system in the reflected wave from the object received by the heterodyne detection device and the position of the laser beam as the reference light on the light-receiving surface of the photodetector. and second calculation means for calculating the moving speed of the object from the frequency of the reflected wave obtained from the optical heterodyne detection device.
(7)請求項6記載のレーザレーダにおいて、移動する
物体からの反射波が光検出器の受光面上に入力される範
囲で、前記参照光としてのレーザビームを前記受光面上
での反射波の位置に追従するよう移動させ、移動する物
体を追尾することを特徴とするレーザレーダの追尾方法
(7) In the laser radar according to claim 6, the laser beam as the reference light is transmitted to the light receiving surface of the photodetector within a range where the reflected wave from the moving object is input onto the light receiving surface of the photodetector. A laser radar tracking method characterized by tracking a moving object by moving it so as to follow the position of the laser radar.
(8)試験体表面にレーザビームを照射し、その反射波
により試験体表面形状を測定する表面形状測定装置にお
いて、 前記試験体表面に照射するレーザビームを平行ビームと
する光学手段と、前記試験体表面からの反射波を前記検
出光として受光する請求項1記載の光ヘテロダイン検出
装置と、前記光ヘテロダイン検出装置により検出された
試験体表面からの反射波の位相分布に基づき試験体表面
形状を算出する演算手段とを有することを特徴とする表
面形状測定装置。
(8) A surface shape measuring device that irradiates a laser beam onto the surface of a test object and measures the surface shape of the test object using its reflected wave, comprising: an optical means for converting the laser beam irradiated onto the surface of the test object into a parallel beam; The optical heterodyne detection device according to claim 1, which receives reflected waves from the body surface as the detection light, and detects the surface shape of the specimen based on the phase distribution of the reflected waves from the specimen surface detected by the optical heterodyne detection device. 1. A surface shape measuring device comprising: calculation means for calculating.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0431745A (en) * 1990-05-28 1992-02-03 Res Dev Corp Of Japan Apparatus for simultaneous detecting amplitude image and phase image using heterodyne-detecting light receiving device
JP2016105082A (en) * 2014-11-19 2016-06-09 株式会社豊田中央研究所 Laser radar device and light reception method of laser radar device

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