JP2509301B2 - 光波測距装置 - Google Patents
光波測距装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光波を用いて目標物までの距離を測定する光
波測距装置に関するものである。
波測距装置に関するものである。
光を利用して距離を測定する方法として、従来から次
の２つ方法がある。すなわち、光パルスを射出し目的物
から反射させてその往復時間を直接測定し、その往復時
間を距離に換算する方法と、光を正弦波で変調した連続
波を送出し、反射受信波を検波した後、変調波との位相
を比較する方法（光変調位相比較法）とがある。前者の
方法は、その測距精度が通常cmの程度であるが、装置が
大きく高価格であるため、あまり一般的に利用されてい
ない。これに対して後者の方法は、その測距精度が通常
10-6の程度で、短距離には十分の精度を有するが長距離
には不足であり、測定距離範囲が限られ長距離の測距に
は適当でない。しかし、装置が小型にでき比較的安価で
あるという理由から一般に広く用いられている。
の２つ方法がある。すなわち、光パルスを射出し目的物
から反射させてその往復時間を直接測定し、その往復時
間を距離に換算する方法と、光を正弦波で変調した連続
波を送出し、反射受信波を検波した後、変調波との位相
を比較する方法（光変調位相比較法）とがある。前者の
方法は、その測距精度が通常cmの程度であるが、装置が
大きく高価格であるため、あまり一般的に利用されてい
ない。これに対して後者の方法は、その測距精度が通常
10-6の程度で、短距離には十分の精度を有するが長距離
には不足であり、測定距離範囲が限られ長距離の測距に
は適当でない。しかし、装置が小型にでき比較的安価で
あるという理由から一般に広く用いられている。
そこで、光変調位相比較法についてさらに説明を加え
る。光変調位相比較法では、送信時の変調基本波の位相
と反射受信波を検波した位相とを比較し、その位相差を
φとすれば、被測定距離Ｄが半波長（λ/2）以下のとき
は、 Ｄ＝（λ/2）・（φ/2π） …（１） の関係にある。なお、被測定距離Ｄが半波長以上のとき
にはある整数倍だけ加える必要がある。この整数を決定
するにはいろいろな方法があるが、通常は変調周波数を
変化させ、２種以上の周波数について同様の位相測定を
行い、これらの結果から連立方程式を解いて整数を決定
する。
る。光変調位相比較法では、送信時の変調基本波の位相
と反射受信波を検波した位相とを比較し、その位相差を
φとすれば、被測定距離Ｄが半波長（λ/2）以下のとき
は、 Ｄ＝（λ/2）・（φ/2π） …（１） の関係にある。なお、被測定距離Ｄが半波長以上のとき
にはある整数倍だけ加える必要がある。この整数を決定
するにはいろいろな方法があるが、通常は変調周波数を
変化させ、２種以上の周波数について同様の位相測定を
行い、これらの結果から連立方程式を解いて整数を決定
する。
ところで、現実の野外測定においては多くの誤差が発
生する。特に、目的物からの反射波以外に、経路途中に
おけるエアロゾル、霧、粉塵などからの散乱波や地上物
件からの散乱波が混入し、本来の反射波と重畳してその
波形を著しく歪ませるため、位相差決定に大きな誤差を
生ずる。実際、野外1km以上の距離では、よほどの快晴
でないかぎり目標からの反射波は大気中の散乱減衰によ
り著しく弱まり、僅かの大気中散乱があっても、それら
より小さな振幅となってしまう。また、工事現場等では
粉塵の影響が大きいので極めて短距離しか測定精度を維
持できないのが実情である。
生する。特に、目的物からの反射波以外に、経路途中に
おけるエアロゾル、霧、粉塵などからの散乱波や地上物
件からの散乱波が混入し、本来の反射波と重畳してその
波形を著しく歪ませるため、位相差決定に大きな誤差を
生ずる。実際、野外1km以上の距離では、よほどの快晴
でないかぎり目標からの反射波は大気中の散乱減衰によ
り著しく弱まり、僅かの大気中散乱があっても、それら
より小さな振幅となってしまう。また、工事現場等では
粉塵の影響が大きいので極めて短距離しか測定精度を維
持できないのが実情である。
本発明の課題は、このような問題点を解消することに
ある。
ある。
上記課題を解決するために、本発明の光波測距装置
は、送出する光をパルスまたは正弦波状のバーストの繰
り返しとし、特定時刻またはその付近のバーストが受信
されるような時間タイミングのみ受信部が動作するよう
にし、受信バースト信号から基本パルスまたは正弦波周
期を再生することによって受信基本周期の位相を確定す
る手段と、受信バースト信号から再生した位相と送信基
本周期の位相との位相差を比較することにより目的物ま
での距離を演算する手段とを有し、受信バースト信号か
ら再生したタイミング再生波をビートダウンした後、位
相比較するものである。
は、送出する光をパルスまたは正弦波状のバーストの繰
り返しとし、特定時刻またはその付近のバーストが受信
されるような時間タイミングのみ受信部が動作するよう
にし、受信バースト信号から基本パルスまたは正弦波周
期を再生することによって受信基本周期の位相を確定す
る手段と、受信バースト信号から再生した位相と送信基
本周期の位相との位相差を比較することにより目的物ま
での距離を演算する手段とを有し、受信バースト信号か
ら再生したタイミング再生波をビートダウンした後、位
相比較するものである。
受信側において予め予定したバーストの到来時刻のみ
動作させることにより、経路途中で散乱して引き返して
くる妨害成分を遮断することができる。しかも、受信バ
ースト信号から再生したタイミング再生波をビートダウ
ンさせるので、歪み波形や雑音を除去することができ、
その後の位相比較の精度が上がる。
動作させることにより、経路途中で散乱して引き返して
くる妨害成分を遮断することができる。しかも、受信バ
ースト信号から再生したタイミング再生波をビートダウ
ンさせるので、歪み波形や雑音を除去することができ、
その後の位相比較の精度が上がる。
図は本発明の一実施例を示すブロック図である。ま
ず、送信側について説明する。YAGレーザ発振器１には
モードロック装置２が付加されている。モードロック装
置２は、YAGレーザ１に対して所要の共振器長になるよ
うに反射鏡を置き、さらに電気光学的スイッチを設けて
強制的に位相同期をかけるものであり、いわゆる能動的
モードロック法を実現する手段である。このようにモー
ドロックをかけることによりYAGレーザ１の出力レーザ
光をパルス列にすること、すなわち変調をかけることが
できる。原変調波は好ましくはUHF帯のような高い周波
数が良いわけだが、モードロック法によれば、これを容
易に実現することができる。実験においては、YAGレー
ザ１を300MHzでモードロックすることにより高い距離分
解能を得ることができた。なお、モードロック装置２で
用いられている電気光学的スイッチは、主発振器である
高精度水晶発振器12の出力信号を逓倍することによって
正確な変調周波数を保つことができる。
ず、送信側について説明する。YAGレーザ発振器１には
モードロック装置２が付加されている。モードロック装
置２は、YAGレーザ１に対して所要の共振器長になるよ
うに反射鏡を置き、さらに電気光学的スイッチを設けて
強制的に位相同期をかけるものであり、いわゆる能動的
モードロック法を実現する手段である。このようにモー
ドロックをかけることによりYAGレーザ１の出力レーザ
光をパルス列にすること、すなわち変調をかけることが
できる。原変調波は好ましくはUHF帯のような高い周波
数が良いわけだが、モードロック法によれば、これを容
易に実現することができる。実験においては、YAGレー
ザ１を300MHzでモードロックすることにより高い距離分
解能を得ることができた。なお、モードロック装置２で
用いられている電気光学的スイッチは、主発振器である
高精度水晶発振器12の出力信号を逓倍することによって
正確な変調周波数を保つことができる。
電気光学スイッチ３はモードロックされたレーザ出力
から光パルスバーストを作るためのスイッチである。バ
ースト時間長さと間隔は、測定すべき距離などによって
それぞれ適当に選択される。すなわち、一般的にはバー
スト間隔は光が目標物の反射鏡との間を往復する時間よ
りも長く選ばれ、たとえば、10kmの測定距離に対して10
0μｓ程度とするのが良い。しかしこれに限られるもの
でなく、受信側のタイミングゲート（後述）を用いれば
これよりも短いバースト間隔でもよい。バースト時間長
はタイミング再生精度によって選ばれ、たとえば、10μ
ｓ程度が良い。この電気光学スイッチ３も、モードロッ
ク装置２内の電気光学的スイッチと同様に水晶発振器12
の出力信号を逓倍することによって正確なバースト時間
長さと間隔を保つことができる。光高調波発生部４は電
気光学スイッチ３から得られた光パルスバーストを入力
して、その高調波たとえば第２高調波である波長532nm
の光パルスバーストを出力するものである。光高調波発
生部４を経た光パルスバーストは、送信望遠鏡５によっ
て図示省略した被測定物（目標物）へ射出される。
から光パルスバーストを作るためのスイッチである。バ
ースト時間長さと間隔は、測定すべき距離などによって
それぞれ適当に選択される。すなわち、一般的にはバー
スト間隔は光が目標物の反射鏡との間を往復する時間よ
りも長く選ばれ、たとえば、10kmの測定距離に対して10
0μｓ程度とするのが良い。しかしこれに限られるもの
でなく、受信側のタイミングゲート（後述）を用いれば
これよりも短いバースト間隔でもよい。バースト時間長
はタイミング再生精度によって選ばれ、たとえば、10μ
ｓ程度が良い。この電気光学スイッチ３も、モードロッ
ク装置２内の電気光学的スイッチと同様に水晶発振器12
の出力信号を逓倍することによって正確なバースト時間
長さと間隔を保つことができる。光高調波発生部４は電
気光学スイッチ３から得られた光パルスバーストを入力
して、その高調波たとえば第２高調波である波長532nm
の光パルスバーストを出力するものである。光高調波発
生部４を経た光パルスバーストは、送信望遠鏡５によっ
て図示省略した被測定物（目標物）へ射出される。
つぎに、受信側について説明する。受信望遠鏡７は、
送信望遠鏡５に対して同軸あるいは同架されており、被
測定物の反射鏡で反射した光パルスバーストを受信す
る。ブロック８は光検出器および狭帯域増幅器で構成さ
れており、このブロック８では、受信した光パルスバー
ストが光検波されて復調電気波に変換され、さらに狭帯
域増幅される。
送信望遠鏡５に対して同軸あるいは同架されており、被
測定物の反射鏡で反射した光パルスバーストを受信す
る。ブロック８は光検出器および狭帯域増幅器で構成さ
れており、このブロック８では、受信した光パルスバー
ストが光検波されて復調電気波に変換され、さらに狭帯
域増幅される。
注入同期信号装置９は、自励発振を起こしている発振
器に、その発振周波数に近い周波数信号を注入波として
入力すると、発振周波数が注入波に位相同期されるとい
う現像を利用した一種の増幅器である。本実施例では、
受信光パルスバーストから得た復調電気波を注入波とし
て入力し、復調電気波と同位相の基準波を再生する。こ
のように、復調基準波を作ることにより、つぎに説明す
る位相比較装置10において、基本変調波と定常的に位相
を比較することが可能となる。
器に、その発振周波数に近い周波数信号を注入波として
入力すると、発振周波数が注入波に位相同期されるとい
う現像を利用した一種の増幅器である。本実施例では、
受信光パルスバーストから得た復調電気波を注入波とし
て入力し、復調電気波と同位相の基準波を再生する。こ
のように、復調基準波を作ることにより、つぎに説明す
る位相比較装置10において、基本変調波と定常的に位相
を比較することが可能となる。
位相比較装置10は、復調基準波をビートダウンにより
LF帯において変調基準波形と位相比較を行う装置であ
る。位相比較のためには、復調基準波をそのまま比較す
るよりも、これを低周波にビートダウンしてから行った
方が高い精度を得ることができるので、本実施例ではこ
の方式を採用している。実験によれば、20KHz程度のLF
帯に変換することによって、超高精度の位相比較を行う
ことができ、LF帯においても原光パルスバーストの位相
が正確に保存されていることが確かめられた。なお、ビ
ートダウンに必要な周波数は局部発振器13から供給され
ている。
LF帯において変調基準波形と位相比較を行う装置であ
る。位相比較のためには、復調基準波をそのまま比較す
るよりも、これを低周波にビートダウンしてから行った
方が高い精度を得ることができるので、本実施例ではこ
の方式を採用している。実験によれば、20KHz程度のLF
帯に変換することによって、超高精度の位相比較を行う
ことができ、LF帯においても原光パルスバーストの位相
が正確に保存されていることが確かめられた。なお、ビ
ートダウンに必要な周波数は局部発振器13から供給され
ている。
演算手段11は、位相比較装置10で得られた位相差から
目的物までの距離を上述の（１）式に基づいて計算する
手段であり、実際にはマイクロコンピュータなどで構成
されている。計算結果は、表示手段14に表示される。
目的物までの距離を上述の（１）式に基づいて計算する
手段であり、実際にはマイクロコンピュータなどで構成
されている。計算結果は、表示手段14に表示される。
つぎに、このように構成された本実施例の一連動作を
説明する。、送出光波は、モードロック装置２によって
パルス状に変調され、電気光学スイッチ３によって一定
時間に区切られ、光高調波発生部４で高調波に変換され
て送信望遠鏡５から送出される。このときの区切りの一
単位が光パルスバースト状をなし、この光パルスバース
トが、予定された目標物反射鏡により反射されて受信望
遠鏡７に受信される。光パルスバーストが受信機に到達
する時刻は、予め予定できるので、その時刻にのみ受信
側を動作させる。これは電気的にタイミングを測定しゲ
ートを開くことによって行うことができる。この方法に
よって経路途中で散乱して引き返してくる妨害成分を遮
断し、目標物からの特定時刻またはその附近の反射パル
スバースト（複数）のみを取り出すことができる。この
ようにして得られた妨害成分を含まない受信光パルスバ
ーストは、光検波及び狭帯域増幅された後、注入同期装
置９によって受信基準波として再生され、位相比較装置
10において基本変調波と定常的に位相比較が行われる。
位相比較装置10で検出された位相差は、演算手段11に与
えられて距離に換算され、表示手段14に表示される。
説明する。、送出光波は、モードロック装置２によって
パルス状に変調され、電気光学スイッチ３によって一定
時間に区切られ、光高調波発生部４で高調波に変換され
て送信望遠鏡５から送出される。このときの区切りの一
単位が光パルスバースト状をなし、この光パルスバース
トが、予定された目標物反射鏡により反射されて受信望
遠鏡７に受信される。光パルスバーストが受信機に到達
する時刻は、予め予定できるので、その時刻にのみ受信
側を動作させる。これは電気的にタイミングを測定しゲ
ートを開くことによって行うことができる。この方法に
よって経路途中で散乱して引き返してくる妨害成分を遮
断し、目標物からの特定時刻またはその附近の反射パル
スバースト（複数）のみを取り出すことができる。この
ようにして得られた妨害成分を含まない受信光パルスバ
ーストは、光検波及び狭帯域増幅された後、注入同期装
置９によって受信基準波として再生され、位相比較装置
10において基本変調波と定常的に位相比較が行われる。
位相比較装置10で検出された位相差は、演算手段11に与
えられて距離に換算され、表示手段14に表示される。
なお、本実施例では送信波として１種類の波長を有す
るものを用いたが、２種類以上の波長を使用して、大気
の温度、圧力等を補正することを防げるものではない。
るものを用いたが、２種類以上の波長を使用して、大気
の温度、圧力等を補正することを防げるものではない。
また、本実施例では、光をパルス状に変調している
が、これに限定されるものではなく、たとえば、正弦波
状に変調してもよい。さらに、本実施例では、高い周波
数で変調を行うために能動的モードロック法を用いてい
るが、変調方式はこれに限定されるものではなく、受動
的モードロック法やその他の変調方式を用いてもよい。
YAGレーザの代わりに半導体レーザを用いた場合には駆
動電流を直接変調することも可能である。
が、これに限定されるものではなく、たとえば、正弦波
状に変調してもよい。さらに、本実施例では、高い周波
数で変調を行うために能動的モードロック法を用いてい
るが、変調方式はこれに限定されるものではなく、受動
的モードロック法やその他の変調方式を用いてもよい。
YAGレーザの代わりに半導体レーザを用いた場合には駆
動電流を直接変調することも可能である。
以上説明したように、本発明の光波測距装置によれ
ば、送信波を光バースト状にしているので、途中経路か
らの散乱光の影響を従来の光変調位相比較法の少なくと
も1/10以下にすることができ、復調波形の乱れを最小限
にすることができる。したがって、その測定距離範囲を
大幅に増大させることができる。しかも、バーストが受
信されるような時間タイミングのみ受信部が動作するよ
うにし、さらに、受信バースト信号から再生したタイミ
ング再生波をビートダウンさせてから位相比較するの
で、高い測定精度を得ることができる。
ば、送信波を光バースト状にしているので、途中経路か
らの散乱光の影響を従来の光変調位相比較法の少なくと
も1/10以下にすることができ、復調波形の乱れを最小限
にすることができる。したがって、その測定距離範囲を
大幅に増大させることができる。しかも、バーストが受
信されるような時間タイミングのみ受信部が動作するよ
うにし、さらに、受信バースト信号から再生したタイミ
ング再生波をビートダウンさせてから位相比較するの
で、高い測定精度を得ることができる。
図は本発明の一実施例を示すブロック図である。 １……YAGレーザ、２……モードロック装置、３……電
気光学スイッチ、４……光高調波発生部、５……送信望
遠鏡、７……受信望遠鏡、８……光検波および狭帯域増
幅器、９……注入同期装置、10……位相比較装置、11…
…演算手段、12……水晶発振器、13……局部発振器、14
……表示手段。
気光学スイッチ、４……光高調波発生部、５……送信望
遠鏡、７……受信望遠鏡、８……光検波および狭帯域増
幅器、９……注入同期装置、10……位相比較装置、11…
…演算手段、12……水晶発振器、13……局部発振器、14
……表示手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武市 盛生 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 藁科 禎久 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松 ホトニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−139089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−283888（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−139518（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−32880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−17362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−19854（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】光を搬送波として利用し、送受信光の変調
信号の位相差に基づいて距離を求める光測距装置におい
て、送出する光はパルスまたは正弦波状のバーストの繰
り返しであり、特定時刻またはその付近のバーストが受
信されるような時間タイミングのみ受信部が動作するよ
うになされ、受信バースト信号から基本パルスまたは正
弦波周期を再生することによって受信基本周期の位相を
確定する手段と、再生した位相と送信基本周期の位相と
の位相差を比較することにより目的物までの距離を演算
する手段とを有し、この際、受信バースト信号から再生
したタイミング再生波をビートダウンした後、位相比較
することを特徴とする光測距装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164253A JP2509301B2 (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | 光波測距装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164253A JP2509301B2 (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | 光波測距装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0213878A JPH0213878A (ja) | 1990-01-18 |
| JP2509301B2 true JP2509301B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=15789586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63164253A Expired - Fee Related JP2509301B2 (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | 光波測距装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2509301B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002016964A1 (de) * | 2000-08-25 | 2002-02-28 | Kurt Giger | Verfahren und vorrichtung zur entfernungsmessung |
| JP4793675B2 (ja) * | 2005-04-21 | 2011-10-12 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 距離測定装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58139089A (ja) * | 1982-02-15 | 1983-08-18 | Matsushita Electric Works Ltd | 距離探知機 |
| JPS5932880A (ja) * | 1982-08-17 | 1984-02-22 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ測距装置 |
| JPS59139518A (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-10 | 松下電工株式会社 | 光電スイツチ |
| JPS61283888A (ja) * | 1985-06-10 | 1986-12-13 | Hitachi Zosen Corp | 侵入物体探知方法 |
-
1988
- 1988-07-01 JP JP63164253A patent/JP2509301B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0213878A (ja) | 1990-01-18 |
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