JP2001013245A - 光波距離計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光波による距離測定技術を提供する。 【構成】 パルスの時間幅が狭いモードロック短パ
ルスレーザ光源より出射する高速に変調された光の基本
波と第２高調波を、送信光学系により送信し、この送信
された光が目標物体に当たり、この目標物体から反射さ
れた光を、当該送信光学系と等価な受信光学系で受信
し、この受信された光を光検出器によって検出し、その
受信信号の位相を位相系によって求め、大気等の周囲環
境の影響を受けないで距離を精密に測定する光波距離計
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を用いて距離を
測定する距離計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光を出射する光源と、この光源か
ら出射された光を変調する光変調器と、この変調器によ
って変調された光を送信する送信光学系と、この送信光
学系から送信された光が目標物体に当たり、この目標物
体から反射された光を受信する受信光学系と、この受信
光学系によって受信された光を復調する光変調器と、こ
の変調器によって復調された光を検出する光検出器とを
備えた距離測定装置が知られていた。

【０００３】このような従来の距離測定装置において
は、電気信号によって光源の電源を直接変調したり、光
源から出射される光を変調器によって変調する方法は知
られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の距離計は、
電気信号が空間中、電気系中、及び機械系中を伝搬した
り、目標とする物体以外から反射する変調光が存在する
ので、復調用変調器や受信用検出器に混入するために、
サイクリック誤差が大きくなってしまうという問題点が
あった。

【０００５】また、光源のスペクトル幅が狭いため、測
定環境における水蒸気や微粒子の吸収線と一致した場合
に、その寄与が大きくなってしまうために、測定環境の
屈折率の補正量を精密に決定することが困難であり、高
信頼性の高い距離を得ることが困難であった。

【０００６】また、大気の屈折率の補正が気温や気圧等
の気象条件の測定値を利用した計算によって行われてい
たので、その補正精度が悪かった。

【０００７】また、光源の電源の直接変調では高周波数
化が不可能であり、外部に設けた変調器は測定環境に起
因する光強度ゆらぎが信号の位相ゆらぎを誘発させ、高
精度化を妨げる要因となる問題点もあった。

【０００８】さらに、変調光のピーク強度が低いため
に、コーナキューブ反射鏡等の高反射率の反射鏡を使用
する必要があり、実際的応用面で制限があった。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたもので、光波距離計固有のサイクリ
ック誤差を小さく抑え、測定環境に影響を受けにくい光
波距離計を提供するとともに、コーナキューブ反射鏡等
の高反射率の反射鏡を不要とすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、パルス時間幅の狭いモードロック短パル
スレーザ光源より出射する高速に変調された光を、送信
光学系により送信し、この送信された光が目標物体に当
たり、この目標物体から反射された光を、上記送信光学
系と等価な受信光学系で受信し、この受信された光を光
検出器によって検出し、その受信信号の位相を位相計に
よって求め、距離を精密に測定することを特徴とする光
波距離計を提供する。

【００１１】前記光源において、第２高調波を発生さ
せ、異なる波長によって、前記距離計と同様の測定を行
い、送信光学系と目標物体の間の媒質（大気とか水）の
分散特性を測定し、測定環境に影響されないで、媒質の
屈折率を自動補正し距離を精密に測定することを特徴と
する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光波距離計の
実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の基幹となるフェムト秒モードロッ
クパルスレーザの発振周波数特性を示す。図１に示すよ
うに、周波数差が精密に数十ＭＨｚとなっている縦モー
ドが１万本以上発振しているので、この光を光電検出す
ることによって、数十ＭＨｚから数ＴＨｚにわたる任意
の高精度な変調周波数（ビート信号）を形成することが
可能であり、目的に応じた高周波の変調信号を得ること
ができる。このようなレーザーの光源としては、例え
ば、実施例のチタンサファイア・フェムト秒モードロッ
クパルスレーザや光ファイバー・フェムト秒モードロッ
クパルスレーザ等を利用する。

【００１３】上記レーザは、波長領域でみると、図２で
示されるように、フェムト秒光パルスレーザにおいては
スペクトルは数ｎｍ以上にわたる広い幅を持っている。
一方、大気中に存在する水蒸気や微粒子による吸収線の
幅は、大きくても０．０１ｎｍ以下であるので、吸収線
の異常分散による影響は無視できるほど小さい。

【００１４】図３において、フェムト秒モードロックパ
ルスレーザ１（基本波と第２高調波）からの光は、基本
波のみが波長セレクター２を経た後、ビームスプリッタ
ー３に入射し、ここで反射光は参照光として利用され、
検出器１１によって光電検出され、電気的フィルター１
３を経て、参照信号として位相計１５に入力される。

【００１５】一方、ビームスプリッター３を透過した光
は、非球面反射鏡４、５より構成されるビーム拡大送信
光学系を経た後、目標物体の反射鏡６に向かう。この反
射鏡からの反射光は、元の光路を戻り、当該送信光学系
（受信光学系）を経て、ビームスプリッター３に入射
し、ここで反射されて、検出器１２に入射し、電気信号
となる。この電気信号は、電気増幅器１４を経て、プロ
ーブ信号として位相計１５に入力され、参照信号との位
相差が測定され、ビート信号の変調周波数を利用して目
標の距離が求められる。

【００１６】さらに、同等の配置において、波長セレク
ター２を用いて、光源として第２高調波を選択し、上記
過程を経て、目標物までの距離が求められる。これらの
基本波と第２高調波による測定値は、光学的距離である
ため、これらの測定値の差より媒質の屈折率を算出して
補正することによって、媒質の屈折率に依存しない幾何
学的な距離が精密に決定される。

【００１７】さらに、第２高調波が、波長セレクター２
の後、上記課程を経て、目標の距離が求められ、これら
の決定値から、大気の屈折率に依存しない絶対距離が決
定される。

【００１８】以上本発明の実施の形態を実施例に基づい
て説明したが、本発明の構成は、上記実施例に限定され
ることなく、特許請求の範囲の技術的事項の範囲でいろ
いろな形態があることは言うまでもない。

【００１９】

【発明の効果】上記構成の本発明の距離計によると、従
来の光波距離計のように変調・復調用の光変調器を利用
しないので、装置を小型軽量にでき、光学系の温度変化
が均一となり、振動に起因する光の強度ゆらぎの影響が
受けにくくなって信号の位相ゆらぎが小さくるととも
に、変調周波数（ビート信号）の高周波数化による高分
解能化が容易であるので、高精度に距離測定を行うこと
ができる。

【００２０】また、上記構成の本発明の距離計において
は、大気のゆらぎや屈折率の自動補正が可能であるの
で、悪い環境下においても高精度に距離測定を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基幹となるフェムト秒モードロックパ
ルスレーザ光源の発振周波数特性を示す模式図である。

【図２】本発明の基幹となるフェムト秒モードロックパ
ルスレーザ光源の発振波長特性と一般の分子の吸収線を
示す模式図である。

【図３】本発明に係る光波距離計の実施例の構成を説明
する図である。

【符号の説明】

１ フェムト秒モードロックパルスレーザ光
源 ２ 波長セレクター ３ ビームスプリッター ４，５ 非球面鏡 ６ 反射鏡 １１，１２ 光電検出器 １３ フィルター電気系 １４ 増幅電気系 １５ 位相計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA06 DD03 GG04 LL17 QQ33 5J084 AA05 AD02 BA03 BA32 BA51 BA57 BB14 CA03 CA26 DA09 EA04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スペクトル幅が広いモードロック短パル
   スレーザ光源より出射する高速に変調された光を、送信
   光学系により送信し、この送信された光が目標物体に当
   たり、この目標物体から反射された光を、上記送信光学
   系と等価な受信光学系で受信し、この受信された光を光
   検出器によって検出し、その受信信号の位相を位相計に
   よって求め、距離を精密に測定することを特徴とする光
   波距離計。
2. 【請求項２】 前記光源において、第２高調波を発生さ
   せ、異なる波長によって、前記距離計と同様の測定を行
   い、送信光学系と目標物体の間の媒質の分散特性を測定
   し、これによって媒質の屈折率を補正することにより、
   測定環境に影響されないで、距離を精密に測定すること
   を特徴とする請求項１記載の光波距離計。