JP2509246B2 - Lightwave rangefinder - Google Patents

Lightwave rangefinder

Info

Publication number
JP2509246B2
JP2509246B2 JP23338887A JP23338887A JP2509246B2 JP 2509246 B2 JP2509246 B2 JP 2509246B2 JP 23338887 A JP23338887 A JP 23338887A JP 23338887 A JP23338887 A JP 23338887A JP 2509246 B2 JP2509246 B2 JP 2509246B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical path
distance measuring
optical
intensity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP23338887A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6474484A (en
Inventor
隆 横倉
信男 堀
裕明 下薗
悟 新村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Topcon Corp
Original Assignee
Topcon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Topcon Corp filed Critical Topcon Corp
Priority to JP23338887A priority Critical patent/JP2509246B2/en
Priority to US07/228,649 priority patent/US4986653A/en
Publication of JPS6474484A publication Critical patent/JPS6474484A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2509246B2 publication Critical patent/JP2509246B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 (産業上の利用分野) 本発明は、測距光学系の光集積回路化を図った光波測
距儀に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a lightwave distance measuring device in which a distance measuring optical system is integrated into an optical integrated circuit.

(従来の技術) 従来から、光波測距儀には、第11図に示すようなバル
ク形式の測距光学系を備えたものが知られている。この
第11図において、LDは半導体、100はチョッパ、101は外
部測距光路Iの一部を構成する反射プリズム、102は対
物レンズ、103、104は内部参照光路IIの一部を構成する
全反射ミラー、105はその全反射ミラー103、104間に設
置されたレンズ、106はハーフミラー、107は受光素子で
ある。半導体レーザーLDは強度変調されたコヒーレント
光束を出射するものである。チョッパ100はその強度変
調されたコヒーレント光束を外部測距光路Iと内部参照
光路IIとの間で切り換える機能を有し、光波測距儀には
そのチョッパ100を駆動するチョッピングモータが設け
られている。
(Prior Art) Conventionally, an optical wave rangefinder is known to be equipped with a bulk type rangefinder optical system as shown in FIG. In FIG. 11, LD is a semiconductor, 100 is a chopper, 101 is a reflecting prism forming a part of the external distance measuring optical path I, 102 is an objective lens, and 103 and 104 are all forming a part of the internal reference optical path II. A reflection mirror, 105 is a lens installed between the total reflection mirrors 103 and 104, 106 is a half mirror, and 107 is a light receiving element. The semiconductor laser LD emits a coherent light beam whose intensity is modulated. The chopper 100 has a function of switching the intensity-modulated coherent light beam between the external distance measuring optical path I and the internal reference optical path II, and the light wave distance measuring device is provided with a chopping motor for driving the chopper 100. .

強度変調されたコヒーレント光束は、チョッパ100に
より選択され、外部測距光路Iと内部参照光路IIとのい
ずれか一方に導かれる。外部測距光路Iに導かれたコヒ
ーレント光束は、反射プリズム101により反射され、対
物レンズ102を介して測点に配置されたコーナキューブ
(図示を略す)に導かれかつこれにより反射されて対物
レンズ102が存在する方向に戻り、反射プリズム101、ハ
ーフミラー106を介して受光素子107に導かれる。内部参
照光路IIに導かれたコヒーレント光束は、全反射ミラー
103、レンズ105、全反射ミラー104、ハーフミラー106を
介して受光素子107に導かれる。
The intensity-modulated coherent light flux is selected by the chopper 100 and guided to either the external distance measurement optical path I or the internal reference optical path II. The coherent light flux guided to the external distance measuring optical path I is reflected by the reflection prism 101, guided through the objective lens 102 to a corner cube (not shown) arranged at the measuring point, and reflected by the corner cube. It returns to the direction in which 102 exists, and is guided to the light receiving element 107 via the reflection prism 101 and the half mirror 106. The coherent light beam guided to the internal reference optical path II is a total reflection mirror.
The light is guided to the light receiving element 107 via the lens 103, the lens 105, the total reflection mirror 104, and the half mirror 106.

測点までの距離は、外部測距光路Iを経由して受光素
子107に到達するコヒーレント光束の位相の遅れをデジ
タル的にカウントすると共に、内部参照光路IIを経由し
て受光素子107に到達するコヒーレント光束の位相の遅
れをデジタル的にカウントし、内部参照光路II、電子回
路の時間遅れに起因する誤差を除去することにより求め
られる。
The distance to the measuring point digitally counts the phase delay of the coherent light flux reaching the light receiving element 107 via the external distance measuring optical path I, and reaches the light receiving element 107 via the internal reference optical path II. It is obtained by digitally counting the delay of the phase of the coherent light beam and removing the error caused by the time delay of the internal reference optical path II and the electronic circuit.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、この従来のバルク形式の光波測距儀で
は、内部参照光路IIと外部測距光路Iとの切り換えにチ
ョッピングモータを必要とする、光量調整のために濃度
が可変のNDフィルターを必要とする等、機械的稼動部が
多くて安定性、高信頼性に欠ける不具合があり、また、
光波測距儀それ自体が大型化する、光学部品が多くて調
整が面倒である、これらに伴ってコストが高くなる等の
不具合もある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in this conventional bulk type optical distance measuring device, a chopping motor is required for switching between the internal reference optical path II and the external distance measuring optical path I. There are problems such as lack of stability and high reliability due to the large number of mechanical operating parts, such as the need for a variable density ND filter.
There are also problems such as an increase in the size of the optical distance measuring instrument itself, complicated adjustment due to the large number of optical components, and a corresponding increase in cost.

更に、半導体レーザーの駆動電流を変調して光強度変
調を行なう構成であるため、発振波長が変動して測距精
度が低下する不具合も考えられ、かつ、応答速度の面か
ら変調周波数の上限が1GHz程度であり、高速変調を望み
難い。
Further, since the configuration is such that the driving current of the semiconductor laser is modulated to modulate the light intensity, it is possible that the oscillation wavelength fluctuates and the ranging accuracy deteriorates, and the upper limit of the modulation frequency is set in terms of response speed. It is about 1GHz, and it is difficult to expect high-speed modulation.

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その
目的とするところは、小型で、かつ、機械的稼動部のな
い測距光学系を有する光波測距儀を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a lightwave distance measuring device having a distance measuring optical system that is small in size and has no mechanical operating portion. .

発明の構成 (問題点を解決するための手段) 本発明に係る光波測距儀特徴は、測距光学系の光集積
回路化を図ったところにあり、 その測距光学系は、コヒーレント光束を強度変調する
光強度変調部と、この光強度変調部によって強度変調さ
れたコヒーレント光束を外部測距光路と参照光路との間
で切り換える光路切換部と、この光路切換部で外部測距
光路に切り換えたコヒーレント光束を前記対象物に向か
って送出する送出系と、その対象物によって反射された
反射光束を受けとる受光系と、その光路切換部と前記送
出系との間の外部測距光路又はその光路切換部と受光系
との間の参照光路を通過するコヒーレント光束の光量を
調整する光量調節部とが形成された光学基板を有すると
ころにある。
Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems) The feature of the light wave distance measuring device according to the present invention is that the distance measuring optical system is integrated into an optical integrated circuit, and the distance measuring optical system generates a coherent light beam. A light intensity modulation unit for intensity modulation, an optical path switching unit for switching the coherent light flux intensity-modulated by the light intensity modulation unit between the external distance measuring optical path and the reference optical path, and this optical path switching unit for switching to the external distance measuring optical path. And a light receiving system for receiving a reflected light beam reflected by the object, and an external distance measuring optical path between the optical path switching unit and the sending system or the optical path thereof. It is provided with an optical substrate on which a light amount adjusting unit for adjusting the light amount of the coherent light flux passing through the reference optical path between the switching unit and the light receiving system is formed.

(実施例) 第1図において、1は光波測距義の測距光学系の一部
を構成するレンズ鏡筒である。この鏡筒1には、前部に
対物レンズ2が設けられ、後部に接眼レンズ3が設けら
れている。その対物レンズ2と接眼レンズ3との間に
は、ビームスプリッタ4が配設されている。そのビーム
スプリッタ4と接眼レンジ3との間には凹レンズ5が設
けられている。
(Embodiment) In FIG. 1, reference numeral 1 is a lens barrel which constitutes a part of a distance measuring optical system in the light wave distance measuring sense. The lens barrel 1 is provided with an objective lens 2 at the front part and an eyepiece lens 3 at the rear part. A beam splitter 4 is arranged between the objective lens 2 and the eyepiece lens 3. A concave lens 5 is provided between the beam splitter 4 and the eyepiece range 3.

レンズ鏡筒1は、光学基板6を有する。この光学基板
6の材料には、ここでは、LiNbO3結晶が用いられてい
る。光学基板6には、第2図に示すように光強度変調部
7、光路切換部8、第1光量調整部9、第2光量調整部
10、集光グレーティングカップラ(FGC)11、12が形成
されている。
The lens barrel 1 has an optical substrate 6. As the material of the optical substrate 6, LiNbO 3 crystal is used here. As shown in FIG. 2, the optical substrate 6 includes a light intensity modulator 7, an optical path switching unit 8, a first light amount adjusting unit 9, and a second light amount adjusting unit.
10. Focusing grating couplers (FGC) 11 and 12 are formed.

光強度変調部7は、入射光導波路13を有する。この入
射光導波路13にはコヒーレト光源としての半導体レーザ
ーLD(第6図参照)から出射されたコヒーレント光Pi
入射される。その光強度変調部7は入射光導波路13から
分岐された分岐導波路14、15を有する。その分岐導波路
14、15は再び合流導波路16により合流される。その分岐
導波路14の近傍には一対の電極17、18が設けられてい
る。その電極17には電圧V1が印加され、その電極18はア
ースされている。
The light intensity modulator 7 has an incident optical waveguide 13. Coherent light P i emitted from a semiconductor laser LD (see FIG. 6) as a coherent light source is incident on the incident optical waveguide 13. The light intensity modulator 7 has branch waveguides 14 and 15 branched from the incident optical waveguide 13. The branch waveguide
14 and 15 are merged again by the merge waveguide 16. A pair of electrodes 17 and 18 are provided near the branch waveguide 14. A voltage V 1 is applied to the electrode 17, and the electrode 18 is grounded.

電圧V1は第3図、第5図に示すような所定周期(所定
周波数)の三角波であり、その電圧V1は、第6図に示す
三角波発生回路19によって生成される。ここでは、この
三角波の周波数fは、15MHz又は75KHzである。コヒーレ
ント光Piは、その光強度変調部7によって強度変調され
るもので、合流導波路16からは第3図に示すような変調
光P0が出射される。
The voltage V 1 is a triangular wave having a predetermined cycle (predetermined frequency) as shown in FIGS. 3 and 5, and the voltage V 1 is generated by the triangular wave generating circuit 19 shown in FIG. Here, the frequency f of this triangular wave is 15 MHz or 75 KHz. The coherent light P i is intensity-modulated by the light intensity modulator 7, and modulated light P 0 as shown in FIG. 3 is emitted from the merging waveguide 16.

光路切換部8は、ここでは、Y分岐導波路から構成さ
れており、そのY分岐導波路の一方は第1光量調整部9
に通じる第1導波路20となっており、その他方は第2光
量調整部10に通じる第2導波路21となっている。その第
1導波路20の光学距離とその第2導波路21の光学距離と
はここでは等しい。Y分岐導波路には対称線を境に対称
の一対の電極22、23が設けられている。その電極22に
は、電圧V2が印加され、電極23はアースされている。こ
の電圧V2は第6図に示す光路切換信号発生器24によって
生成される。電極22、23に基づく電界の方向は2方向で
あり、この構成の光路切換部8は公知である(光集積回
路;発行部 オーム社;発行日 昭和60年2月25日 第
310頁〜第312頁参照)。
The optical path switching unit 8 is composed of a Y-branch waveguide here, and one of the Y-branch waveguides has a first light amount adjusting unit 9
Is the first waveguide 20 leading to the second light quantity adjusting unit 10 and the other is the second waveguide 21 leading to the second light quantity adjusting unit 10. The optical distance of the first waveguide 20 and the optical distance of the second waveguide 21 are equal here. The Y branch waveguide is provided with a pair of electrodes 22 and 23 which are symmetrical with respect to the line of symmetry. A voltage V 2 is applied to the electrode 22, and the electrode 23 is grounded. This voltage V 2 is generated by the optical path switching signal generator 24 shown in FIG. The direction of the electric field based on the electrodes 22 and 23 is two directions, and the optical path switching unit 8 having this configuration is known (optical integrated circuit; issue unit Ohmsha; issue date: February 25, 1985).
See pages 310 to 312).

光路切換部8はその電圧V2によって合流導波路16に導
かれた変調光P0を第1導波路20と第2導波路21との間で
切り換える機能を有する。第2図、第3図において、Pr
は第1導波路20に導かれた変調光P0を示し、Pmは第2導
波路21に導かれた変調光P0を示している。なお、その電
圧V2の発生タイミングについては後述する。
The optical path switching unit 8 has a function of switching the modulated light P 0 guided to the merging waveguide 16 by the voltage V 2 between the first waveguide 20 and the second waveguide 21. 2 and 3, Pr
Represents the modulated light P 0 guided to the first waveguide 20, Pm denotes a modulated light P 0 which is guided to the second waveguide 21. The generation timing of the voltage V 2 will be described later.

第1光量調整部9は分岐導波路25、26を有する。分岐
導波路25、26の近傍には一対の電極27、28が設けられて
いる。第2光量調整部10は分岐導波路29、30を有する。
その分岐導波路29、30の近傍には一対の電極31、32が設
けられている。一対の電極27、28には、電圧V3が印加さ
れ、一対の電極31、32には電圧V4が印加される。その電
圧V3、電圧V4は第6図に示す制御演算部33によって生成
される。この電圧V3、電圧V4は時間に関して一定の値を
有する電圧である。
The first light amount adjusting unit 9 has branch waveguides 25 and 26. A pair of electrodes 27, 28 are provided near the branch waveguides 25, 26. The second light amount adjusting unit 10 has branch waveguides 29 and 30.
A pair of electrodes 31, 32 are provided near the branch waveguides 29, 30. The pair of electrodes 27 and 28, a voltage is V 3 applied to the pair of electrodes 31 and 32 a voltage V 4 is applied. The voltage V 3 and the voltage V 4 are generated by the control calculation unit 33 shown in FIG. The voltage V 3 and the voltage V 4 are voltages having constant values with respect to time.

第1光量調整部9は、外部測距光路Iの一部を構成す
る導波路34を有し、第2光量調整部10は内部参照光路II
の一部を構成する導波路35を有する。変調光P0はその導
波路34を経由して集光グレーティングカップラ(FGC)1
1に導かれる。集光グレーティングカップラ(FGC)11の
構成については、後述することにし、次に、強度変調、
光量調整の原理を第4図、第5図を参照しつつ説明す
る。
The first light amount adjusting unit 9 has a waveguide 34 that constitutes a part of the external distance measuring optical path I, and the second light amount adjusting unit 10 has an internal reference optical path II.
Has a waveguide 35 forming a part of the. The modulated light P 0 passes through the waveguide 34 and the focusing grating coupler (FGC) 1
Guided to 1. The configuration of the condensing grating coupler (FGC) 11 will be described later, and then the intensity modulation,
The principle of light amount adjustment will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

第4図は、その光強度変調部7と第1光量変調部9と
の関係(光強度変調部7と第2光量調整部10との関係と
考えても同じ)を模式図として示したもので、分岐導波
路14、15に導かれるコヒーレント光PiをP1、P2とし、分
岐導波路25、26に導かれる変調光をP3、P4とする。ま
た、分岐導波路15、分岐導波路26の光路長をX、分岐導
波路14の光路長をX1、分岐導波路25の光路長をX2とし、
分岐導波路15の光路長Xに対する分岐導波路14の光路長
差をδ、分岐導波路26に対する分岐導波路25の光路長
差をδとすると、以下に示す式が得られる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the light intensity modulator 7 and the first light intensity modulator 9 (the same can be considered as the relationship between the light intensity modulator 7 and the second light intensity adjuster 10). Then, coherent light P i guided to the branch waveguides 14 and 15 is P 1 and P 2, and modulated light guided to the branch waveguides 25 and 26 is P 3 and P 4 . Further, the optical path length of the branch waveguide 15 and the branch waveguide 26 is X, the optical path length of the branch waveguide 14 is X 1 , and the optical path length of the branch waveguide 25 is X 2 .
When the optical path length difference of the branch waveguide 14 with respect to the optical path length X of the branch waveguide 15 is δ 1 , and the optical path length difference of the branch waveguide 25 with respect to the branch waveguide 26 is δ 2 , the following equation is obtained.

X1=X+δ X2=X+δ ここで、導波路34から出射される変調光P′は、4通
りの道筋イ〜ニを通ってきた光が合成されたもので、そ
の各道筋イ〜ニに対応する波動関数をそれぞれ とすると、変調光P′の振幅強度Iは以下の式に基づい
て与えられる。なお、kは波数で、2π/λである。
X 1 = X + δ 1 X 2 = X + δ 2 Here, the modulated light P ′ emitted from the waveguide 34 is a combination of the lights that have passed through the four routes a to d, and each of the routes a to b. The wave function corresponding to Then, the amplitude intensity I of the modulated light P ′ is given based on the following equation. Note that k is the wave number and is 2π / λ.

この式は以下に示すように変形できる。 This equation can be modified as shown below.

この式の4(1+cosK δ)は、第1光路長差δ
が周期的に変化されるので、その周期毎に光振幅強度
を変化させる項であり、変調周波数を含む項である。こ
れに対し、式の(1+cosK δ)は、第2光路長差
δを調整すると、その光振幅強度I0の最大振幅値が変
化する。すなわち、(1+cosK δ)は変調光の最大
振幅値を与える項である。
4 (1 + cosK δ 1 ) in this equation is the first optical path length difference δ
Since 1 is periodically changed, it is a term that changes the optical amplitude intensity for each cycle, and is a term that includes the modulation frequency. On the other hand, in the expression (1 + cosK δ 2 ), when the second optical path length difference δ 2 is adjusted, the maximum amplitude value of the optical amplitude intensity I 0 changes. That is, (1 + cosK δ 2 ) is a term that gives the maximum amplitude value of the modulated light.

たとえば、電圧V3を調整して第2光路長差δをn1λ
に設定すると、第5図に示すように変調光P′の最大振
幅値がI0となり、第2光路長差δをn1λ+λ/4に設定
すると、変調光P′の最大振幅値がI0/2となる。第2光
量調整部10についても同様である。
For example, the voltage V 3 is adjusted so that the second optical path length difference δ 2 becomes n 1 λ
5, the maximum amplitude value of the modulated light P ′ becomes I 0 , and when the second optical path length difference δ 2 is set to n 1 λ + λ / 4, the maximum amplitude value of the modulated light P ′ becomes It becomes I 0/2 . The same applies to the second light amount adjusting unit 10.

集光グレーティングカップラ(FGC)11は、コヒーレ
ント光束を対象物に向かって送出する送出系として機能
するもので、第7図に示すように、直線グレーティング
36と曲線チャープグレーティング37と有し、導波路34に
導かれた変調光P′はその直線グレーティング36によっ
て平行光束とされて曲線チャープグレーティング37に導
かれ、その曲線チャープグレーティング37により、自由
空間の点Fに集光するようにして出射され、ビームスプ
リッタ4により対物レンズ2の存在する方向に反射さ
れ、その対物レンズ2により平行光束Pxとして測点に向
かって出射される。
The condensing grating coupler (FGC) 11 functions as a transmission system that transmits a coherent light beam toward an object, and as shown in FIG.
36 and a curved chirp grating 37, the modulated light P ′ guided to the waveguide 34 is collimated by the linear grating 36 and guided to the curved chirp grating 37. The light is emitted so as to be converged at a point F, reflected by the beam splitter 4 in the direction in which the objective lens 2 exists, and emitted as a parallel light flux Px toward the measurement point by the objective lens 2.

集光グレーティングカップラ(FGC)12は、対象物に
よって反射された反射光束を受け取る機能を有するもの
で、溝38を境に逆方向の曲線チャープグレーティング39
と直線グレーティング40とを有する。測点には、たとえ
ば、コーナキューブ41が設けられ、そのコーナキューブ
41(第6図参照)により反射された平行光束Pxは、反射
光束Px′として対物レンズ2に戻り、これを通過してビ
ームスプリッタ4により点Fに集光するように反射され
る。その反射光束Px′は、その後曲線チャープグレーテ
ィング39により集光され、平行光束として直線グレーテ
ィング40に導かれ、その直線グレーティング40によって
外部測距導波路42に集光される。
The condensing grating coupler (FGC) 12 has a function of receiving the reflected light flux reflected by the object, and the curved chirp grating 39 in the opposite direction with the groove 38 as a boundary.
And a linear grating 40. For example, a corner cube 41 is provided at the measuring point.
The parallel light flux Px reflected by 41 (see FIG. 6) returns to the objective lens 2 as a reflected light flux Px ′, passes through this, and is reflected by the beam splitter 4 so as to be condensed at a point F. The reflected light beam Px ′ is then condensed by the curved chirp grating 39, guided as a parallel light beam to the linear grating 40, and condensed by the linear grating 40 on the external distance measuring waveguide 42.

上記の集光クレーティングカップラ(FGC)11、12は
溝38を境に直線グレーティング36、40、曲線チャープグ
レーティング37、39を線対称的に構成して直線グレーテ
ィング36、40と曲線チャープグレーティング37、39との
間で平行光束となるようにしたが、第8図に示すよう
に、直線グレーティング36、40を設けない構成とするこ
ともできる。
The above-mentioned condensing grating couplers (FGC) 11 and 12 are composed of linear gratings 36 and 40 and curved chirp gratings 37 and 39 that are line-symmetrical with respect to the groove 38, and are formed linearly symmetrically. While the parallel light flux is formed between the linear gratings 39 and 39, the linear gratings 36 and 40 may be omitted as shown in FIG.

また、第9図、第10図に示すように、曲線チャープグ
レーティング37、39を回転対称形状に並設して設け、平
行光束を自由空間に対して入出射する構成とすることも
でき、43は点Fに集束させるためのレンズである。
Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the curved chirp gratings 37 and 39 may be arranged in parallel in a rotationally symmetrical shape so that a parallel light flux enters and leaves the free space. Is a lens for focusing on the point F.

このように、集光グレーティングカップラ(FGC)1
1、12を光学基板6に設けることにより、測点視準用の
対物レンズ2を測距用対物レンズに兼用させることがで
きる。また、ビームスプリッタ4として赤外光を反射し
かつ可視光を透過するダイクロイックミラーを用い、半
導体レーザーLDとして赤外光を発生するものを用いれ
ば、コーナキューブ41からの反射光束を確実に集光グレ
ーティングカップラ(FGC)12に導くことができる。
In this way, the focusing grating coupler (FGC) 1
By providing 1 and 12 on the optical substrate 6, the objective lens 2 for point collimation can be used also as the objective lens for distance measurement. If a dichroic mirror that reflects infrared light and transmits visible light is used as the beam splitter 4 and a semiconductor laser LD that generates infrared light is used, the reflected light flux from the corner cube 41 can be reliably collected. It can be guided to the grating coupler (FGC) 12.

外部測距導波路42と導波路35とは合流されて、後述の
測距回路の一部を構成する受光素子に光学的に接続され
ている。
The external distance measuring waveguide 42 and the waveguide 35 are merged and optically connected to a light receiving element forming a part of a distance measuring circuit described later.

次に、本発明に係る光波測距儀を用いての測距を、第
6図に示す測距回路を参照しながら説明する。
Next, distance measurement using the lightwave distance measuring device according to the present invention will be described with reference to the distance measuring circuit shown in FIG.

測距回路は、既述の三角波発生回路19、光路切り換え
信号発生器24、制御演算部33を有する他に、光源用電源
回路50、受光素子51、第1矩形波変換器52、第2矩形波
変換器53、光量レベル検出器54、クロック発振器55、ゲ
ート回路56、カウンタ57を有する。光源用電源回路50の
出力は、半導体レーザーLDに入力されている。半導体レ
ーザーLDは、その光源用電源回路50の出力に基づいて、
既述のコヒーレント光Piを出射する。
The distance measuring circuit has, in addition to the triangular wave generating circuit 19, the optical path switching signal generator 24, and the control calculating unit 33, the light source power supply circuit 50, the light receiving element 51, the first rectangular wave converter 52, and the second rectangular wave. It has a wave converter 53, a light level detector 54, a clock oscillator 55, a gate circuit 56, and a counter 57. The output of the light source power supply circuit 50 is input to the semiconductor laser LD. The semiconductor laser LD, based on the output of the light source power supply circuit 50,
The coherent light P i described above is emitted.

三角波発生回路19の電圧V1は、電極17に印加される
他、インバータを介して第2矩形波変換器53に入力さ
れ、第2矩形波変換器53からは、第3図に示す矩形波L1
が出力される。その矩形波L1は光路切り換え信号発生器
24とゲート回路56のセット端子Sとに入力される。ゲー
ト回路56のリセット端子Rには第1矩形波変換器52から
出力された矩形波L2(第3図参照)が入力される。第1
矩形波変換器52の矩形波L2は受光素子51に受光されたコ
ヒーレント光Px′、Pm′によって生成される。
The voltage V 1 of the triangular wave generation circuit 19 is applied to the electrode 17 and is also input to the second rectangular wave converter 53 via the inverter. From the second rectangular wave converter 53, the rectangular wave shown in FIG. L 1
Is output. The rectangular wave L 1 is an optical path switching signal generator
24 and the set terminal S of the gate circuit 56. The rectangular wave L 2 (see FIG. 3) output from the first rectangular wave converter 52 is input to the reset terminal R of the gate circuit 56. First
The rectangular wave L 2 of the rectangular wave converter 52 is generated by the coherent light beams Px ′ and Pm ′ received by the light receiving element 51.

ゲート回路56には、クロック発振器55のクロックKが
入力され、セット端子Sに入力された第1矩形波変換器
53の矩形波L1の立上りに基づいて、ゲート回路56は開と
なり、リセット端子Rに入力された第2矩形波変換器52
の矩形波L2の立上りに基づいてゲート回路56は閉とな
る。カウンタ57はゲート回路56に接続されており、ゲー
ト回路56を通過したクロックKの個数をカウントする。
そのカウンタ57は電圧V2の立上りと立下りとにそのカウ
ンタ値がクリアされるものである。
The clock K of the clock oscillator 55 is input to the gate circuit 56, and the first rectangular wave converter is input to the set terminal S.
The gate circuit 56 is opened based on the rising of the rectangular wave L 1 of 53, and the second rectangular wave converter 52 input to the reset terminal R is input.
The gate circuit 56 is closed based on the rising edge of the rectangular wave L 2 . The counter 57 is connected to the gate circuit 56 and counts the number of clocks K that have passed through the gate circuit 56.
The counter 57 has its counter value cleared at the rising and falling edges of the voltage V 2 .

制御演算部33には、電圧V2とカウント57のカウント値
とが入力され、制御演算部33はそのカウント値に基づい
て、後述の演算を行なう機能と、光量調整器54の出力に
基づいて第1光量調整部9、第2光量調整部10の光量調
整を行なうための電圧V3、V4の値を設定する機能とを有
する。すなわち、制御演算部33は内部参照光路IIを経由
して受光素子51に入力されたコヒーレント光Pm′の光の
強度と外部測距光路Iを経由して受光素子51に入力され
たコヒーレント光Px′の光の強度とが略一致するように
第1光量調整部9、第2光量調整部10を制御する機能を
有する。
The voltage V 2 and the count value of the count 57 are input to the control calculation unit 33, and the control calculation unit 33 performs the calculation described later based on the count value and the output of the light quantity adjuster 54. It has a function of setting the values of the voltages V 3 and V 4 for adjusting the light amount of the first light amount adjusting unit 9 and the second light amount adjusting unit 10. That is, the control calculation unit 33 controls the light intensity of the coherent light Pm ′ input to the light receiving element 51 via the internal reference optical path II and the coherent light Px input to the light receiving element 51 via the external distance measuring optical path I. It has a function of controlling the first light amount adjusting unit 9 and the second light amount adjusting unit 10 so that the intensity of the light of ‘substantially matches.

光路切り換え信号発生器24は矩形波L1の立下りに基づ
いて電圧V2を一定期間発生するもので、既述のようにこ
の電圧V2が発生している間、外部測距光路Iを通って受
光素子51に入力されたコヒーレント光Px′に基づいて、
矩形波L1の立上りから矩形波L2の立下りまでの間にカウ
ントされたクロックKの個数N1、N1′、N1″が制御演算
部33に入力され、この電圧V2が発生していない間、内部
参照光路IIを通って受光素子51に入力されたコヒーレン
ト光Pm′に基づいて、矩形波L1の立上りから矩形波L2
立下りまでの間にカウントされたクロックKの個数N2
N2′、N2″が制御演算部33に入力される。
The optical path switching signal generator 24 generates the voltage V 2 for a certain period based on the falling edge of the rectangular wave L 1 , and as described above, while the voltage V 2 is being generated, the external distance measuring optical path I Based on the coherent light Px ′ that is input to the light receiving element 51 through
The number N 1 , N 1 ′, N 1 ″ of clocks K counted from the rising edge of the rectangular wave L 1 to the falling edge of the rectangular wave L 2 is input to the control calculation unit 33, and this voltage V 2 is generated. In the meantime, the clock K counted from the rising of the rectangular wave L 1 to the falling of the rectangular wave L 2 based on the coherent light Pm ′ input to the light receiving element 51 through the internal reference optical path II. The number of N 2 ,
N 2 ′ and N 2 ″ are input to the control calculation unit 33.

ここで、コヒーレント光Piが外部測距光路Iを経由し
て出射されてから測点において反射されて受光素子51に
より受光されるまでには測点までの距離lに基づく時間
遅れがある。そこで、コヒーレント光Piの出射時刻を基
準にカウントを開始し、コヒーレント光Px′の受光時刻
にそのカウントを終了するものとすると、そのクロック
Kの個数N1、N1′、N1″は位相差θ(距離に基づく時
間遅れ)に対応することになる。一方、コヒーレント光
Piが内部参照光路IIを経由して受光素子51により受光さ
れるまでには内部参照光路IIの光学距離に基づく時間遅
れがある。そこで、コヒーレント光Piの出射時刻を基準
にカウントを開始し、コヒーレント光Pm′の受光時刻に
そのカウントを終了するものとすると、そのクロックK
の個数N2、N2′、N2″は位相差θ(光学距離に基づく
時間遅れ)に対応する。なお、この位相差θには、回
路の時間遅れに基づく誤差も含まれている。
Here, there is a time delay based on the distance 1 to the measuring point from when the coherent light P i is emitted via the external distance measuring optical path I until it is reflected at the measuring point and received by the light receiving element 51. Therefore, assuming that the counting is started based on the emission time of the coherent light P i and the counting is ended at the light reception time of the coherent light Px ′, the numbers N 1 , N 1 ′, N 1 ″ of the clocks K are It corresponds to the phase difference θ 1 (time delay based on distance).
There is a time delay based on the optical distance of the internal reference optical path II until P i is received by the light receiving element 51 via the internal reference optical path II. Therefore, assuming that the counting is started based on the emission time of the coherent light P i and the counting is ended at the light reception time of the coherent light P m ′, the clock K
The number N 2 , N 2 ′, N 2 ″ corresponds to the phase difference θ 2 (time delay based on the optical distance). Note that this phase difference θ 2 also includes an error based on the time delay of the circuit. There is.

よって、位相差の差θ=θ−θは純粋に測点まで
の距離に対応する。
Therefore, the difference in phase difference θ = θ 1 −θ 2 purely corresponds to the distance to the measurement point.

ところで、その位相差の差θと、波長λ(=C/f)と
距離lとの間には、下記の関係がある。
By the way, there is the following relationship between the phase difference .theta., The wavelength .lamda. (= C / f) and the distance l.

l=(C/f)×(θ/2π) なお、上記の式において、Cは光速度を意味し、f=
15MHzとすると、波長λ=20m、f=75KHzとすると、波
長λ=4Kmである。
l = (C / f) × (θ / 2π) In the above equation, C means the speed of light, and f =
If the frequency is 15 MHz, the wavelength λ = 20 m, and if f = 75 KHz, the wavelength λ = 4 Km.

制御演算部33は、上記の式に基づいて距離lを演算
し、その演算結果を表示器58に表示する。
The control calculation unit 33 calculates the distance 1 based on the above formula and displays the calculation result on the display 58.

発明の効果 本発明に係る光波測距儀は、以上説明したように、測
距光学系の光集積回路化を図り、機械的稼動部のない構
成であるで、小型かつ安定で、信頼性の高いものとなる
という効果を奏する。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, the optical distance measuring instrument according to the present invention has a structure in which the distance measuring optical system is integrated into an optical integrated circuit and has no mechanical operation part, and is small, stable, and reliable. It has the effect of becoming expensive.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る光波測距儀の測距光学系の配置
図、第2図はその測距光学系の光学基板のに設けられた
各光学要素の配置図、第3図はその光波測距儀の説明の
ためのタイミング図、第4図は第2図に示す光強度変調
部と第1光量調整部とに基づく光強度変調、光量調整の
原理を説明するための模式図、第5図はその光強度変
調、光量調整の原理を説明するためのグラフ、第6図は
その光波測距儀の測距回路の模式図、第7図〜第9図は
第2図に示す集光グレーティングカップラ(FGC)の構
成例を説明するための図、第10図は第9図に示す光学基
板と対物レンズとの配置関係を示す図、第11図は従来の
バルク形式の測距光学系の一例を示す図である。 2……対物レンズ、3……接眼レンズ 4……ビームスプリッタ、6……光学基板 7……光強度変調部、8……光路切換部 9……第1光量調整部、10……第2光量調整部 11、12……集光グレーティングカップラ(FGC) 17、18、22、23、27、28、30、31……電極 LD……半導体レーザー、Pi……コヒーレント光
FIG. 1 is a layout drawing of a distance measuring optical system of a light wave distance measuring device according to the present invention, FIG. 2 is a layout drawing of each optical element provided on an optical substrate of the distance measuring optical system, and FIG. FIG. 4 is a timing diagram for explaining the light distance measuring device, and FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the principle of light intensity modulation and light amount adjustment based on the light intensity modulator and the first light amount adjuster shown in FIG. FIG. 5 is a graph for explaining the principle of light intensity modulation and light amount adjustment, FIG. 6 is a schematic diagram of the distance measuring circuit of the light wave distance measuring device, and FIGS. 7 to 9 are shown in FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration example of a condensing grating coupler (FGC), FIG. 10 is a diagram showing the positional relationship between the optical substrate and the objective lens shown in FIG. 9, and FIG. 11 is a conventional bulk type distance measuring device. It is a figure which shows an example of an optical system. 2 ... Objective lens, 3 ... Eyepiece lens, 4 ... Beam splitter, 6 ... Optical substrate, 7 ... Light intensity modulator, 8 ... Optical path switching unit, 9 ... First light amount adjusting unit, 10 ... Second Light intensity adjuster 11, 12 …… Focusing grating coupler (FGC) 17, 18, 22, 23, 27, 28, 30, 31 …… Electrode LD …… Semiconductor laser, P i …… Coherent light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新村 悟 東京都板橋区蓮沼町75番1号 東京光学 機械株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−196171(JP,A) 特開 昭62−5104(JP,A) 特開 昭62−5105(JP,A) 特開 平1−124788(JP,A) 実開 昭57−82319(JP,U) 実開 平1−74581(JP,U) 特公 平6−84884(JP,B2) 特公 平6−52163(JP,B2) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Satoru Nimura 75-1 Hasunuma-cho, Itabashi-ku, Tokyo Within Tokyo Optical Machinery Co., Ltd. (56) Reference JP-A-57-196171 (JP, A) JP-A-62 -5104 (JP, A) JP 62-5105 (JP, A) JP 1-124788 (JP, A) Actually opened 57-82319 (JP, U) Actually opened 1-74581 (JP, U) ) Japanese Patent Publication 6-84884 (JP, B2) Japanese Patent Publication 6-52163 (JP, B2)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】コヒーレント光源から出射されたコヒーレ
ント光束を強度変調して対象物に向かって送出し、該対
象物によって反射された反射光束を受光素子により受光
する測距光学系を有し、前記反射光束の位相を検出する
ことに基づき、前記対象物までの距離を測定する光波測
距儀において、 前記測距光学系は、前記コヒーレント光束を強度変調す
る光強度変調部と、 該光強度変調部によって強度変調されたコヒーレント光
束を外部測距光路と参照光路との間で切り換える光路切
換部と、 光路切換部で外部測距光路に切り換えたコヒーレント光
束を前記対象物に向かって送出する送出系と、 前記対象物によって反射された反射光束を受けとる受光
系と、 前記光路切換部と前記送出系との間の外部測距光路又は
前記光路切換部と受光系との間の参照光路を通過するコ
ヒーレント光束の光量を調整する光量調節部とが形成さ
れた光学基板を有することを特徴とする光波測距儀。
1. A distance measuring optical system, wherein a coherent light beam emitted from a coherent light source is intensity-modulated and transmitted toward an object, and a reflected light beam reflected by the object is received by a light receiving element. In a lightwave distance measuring device for measuring a distance to an object based on detecting a phase of a reflected light beam, the distance measuring optical system includes a light intensity modulator for intensity-modulating the coherent light beam, and the light intensity modulator. An optical path switching unit for switching a coherent light beam whose intensity is modulated by a section between an external distance measuring optical path and a reference optical path, and a delivery system for sending the coherent light beam switched to the external distance measuring optical path by the optical path switching unit toward the object. A light receiving system for receiving a reflected light beam reflected by the object; and an external distance measuring optical path between the optical path switching unit and the sending system or the optical path switching unit and a light receiving system. Laser rangefinder, characterized in that it has an optical substrate and a light-quantity adjusting members are formed for adjusting the light quantity of the reference coherent light beam passing through the optical path between.
【請求項2】前記光量調節部は、前記光路切換部と前記
送出系との間の外部測距光路に設けられた第1光量調節
部と、前記光路切換部と受光系との間の参照光路に設け
られた第2光量調節部とで形成されていることを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の光波測距儀。
2. The light amount adjusting unit is a reference between the first light amount adjusting unit provided in an external distance measuring optical path between the optical path switching unit and the sending system, and between the optical path switching unit and the light receiving system. The lightwave rangefinder according to claim 1, wherein the lightwave rangefinder is formed by a second light amount adjusting portion provided in the optical path.
【請求項3】前記光学基板には、前記外部測距光路と前
記参照光路とを構成する光導波路が形成され、前記光強
度変調部と前記第1光量調整部と前記第2光量調整部と
は分岐導波路を有し、その各分岐導波路の少なくとも一
方には電極が設けられたマッハツェンダ型干渉計によっ
て構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第2
項に記載の光波測距儀。
3. An optical waveguide forming the external distance measuring optical path and the reference optical path is formed on the optical substrate, and the light intensity modulating section, the first light quantity adjusting section, and the second light quantity adjusting section are formed. Has a branch waveguide, and is configured by a Mach-Zehnder interferometer in which an electrode is provided on at least one of the branch waveguides.
Optical rangefinder according to paragraph.
【請求項4】前記第1光量調整部と前記第2光量調整部
の各電極には、前記外部測距光路を通って前記受光素子
に受光される光の強度と前記参照光路を通って前記受光
素子に受光される光の強度とが略一致するように電圧が
印加され、かつ、前記光強度変調部には少なくとも2つ
の周波数を有する信号が択一的に印加されることを特徴
とする特許請求の範囲第3項に記載の光波測距儀。
4. The intensity of light received by the light receiving element through the external distance measuring light path and the reference light path through the electrodes of the first light quantity adjusting section and the second light quantity adjusting section. A voltage is applied to the light receiving element so that the intensity of the received light is substantially equal to the intensity of the received light, and a signal having at least two frequencies is selectively applied to the light intensity modulator. The lightwave rangefinder according to claim 3.
【請求項5】前記光路切換部は、Y分岐光導波路を備
え、該Y分岐光導波路の対称線に沿って2個の電極が対
称に配置され、該2個の電極には2方向の電界で生じる
ように電圧が印加され、前記外部測距光路と前記参照光
路とに択一的に光が進むように構成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第2項に記載の光波測距儀。
5. The optical path switching unit includes a Y-branch optical waveguide, two electrodes are symmetrically arranged along a symmetry line of the Y-branch optical waveguide, and the two electrodes have electric fields in two directions. 3. The optical wave measurement according to claim 2, characterized in that a voltage is applied so that the light travels selectively to the external distance measuring optical path and the reference optical path. Rangefinder.
【請求項6】前記コヒーレント光束は赤外光であり、前
記対物光学系は対物レンズを備え、該対物光学系には前
記対象物からの赤外光を前記受光系に向かって反射しか
つ前記対象物からの可視光を接眼レンズ部に導くダイク
ロイックミラーが設けられていることを特徴とする特許
請求の範囲第2項に記載の光波測距儀。
6. The coherent light flux is infrared light, the objective optical system includes an objective lens, and the objective optical system reflects infrared light from the object toward the light receiving system and The light wave rangefinder according to claim 2, further comprising a dichroic mirror that guides visible light from the object to the eyepiece lens unit.
JP23338887A 1987-08-11 1987-09-17 Lightwave rangefinder Expired - Lifetime JP2509246B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23338887A JP2509246B2 (en) 1987-09-17 1987-09-17 Lightwave rangefinder
US07/228,649 US4986653A (en) 1987-08-11 1988-08-05 Light wave range finder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23338887A JP2509246B2 (en) 1987-09-17 1987-09-17 Lightwave rangefinder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6474484A JPS6474484A (en) 1989-03-20
JP2509246B2 true JP2509246B2 (en) 1996-06-19

Family

ID=16954311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23338887A Expired - Lifetime JP2509246B2 (en) 1987-08-11 1987-09-17 Lightwave rangefinder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2509246B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0896883B1 (en) 1997-01-23 2003-03-19 Daicel Chemical Industries, Ltd. Recording sheets and process for the production thereof
JP7290571B2 (en) * 2017-03-31 2023-06-13 ベロダイン ライダー ユーエスエー,インコーポレイテッド Integrated LIDAR lighting output control
JP7136071B2 (en) * 2019-12-02 2022-09-13 株式会社豊田中央研究所 Light emitting/receiving optical system and optical device

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6474484A (en) 1989-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5640239A (en) Optical device and displacement information measurement apparatus using the same
EP2839334A1 (en) Electro-optic modulator and electro-optic distance-measuring device
US5815267A (en) Displacement information measuring apparatus in which a light-receiving condition on a photodetector is adjustable
EP0699925B1 (en) Optical type displacement detecting apparatus
JP4244358B2 (en) Light control device and distance measuring device using the same
JP2509246B2 (en) Lightwave rangefinder
WO1992004597A1 (en) Optical interference angular velocity meter
JPH08304430A (en) Frequency shifter and optical displacement measuring apparatus using it
US4986653A (en) Light wave range finder
US6034761A (en) Displacement information measuring apparatus
JP2509245B2 (en) Lightwave rangefinder
US6233370B1 (en) Interference measurement apparatus and probe used for interference measurement apparatus
US6064482A (en) Interferometric measuring device for form measurement on rough surfaces
JP4755650B2 (en) Mixing device and distance measuring device using the same
JP2000147122A (en) Light-wave distance meter
JPH03175333A (en) Light transmission line measuring device
JP3128029B2 (en) Optical IC displacement meter
JP2655647B2 (en) Optical integrated circuit interferometer
JP2568561B2 (en) Optical interferometer
JPH08146136A (en) Light wave distance measuring device
KR970003746B1 (en) Automatic system of laser density
JP3566392B2 (en) Displacement information measuring device
JPH0782036B2 (en) Optical fiber type voltage sensor
EP0096213B1 (en) Optical fiber gyroscope
JPS6235657B2 (en)