JP2937397B2 - 光波距離計 - Google Patents
光波距離計Info
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- JP2937397B2 JP2937397B2 JP2083352A JP8335290A JP2937397B2 JP 2937397 B2 JP2937397 B2 JP 2937397B2 JP 2083352 A JP2083352 A JP 2083352A JP 8335290 A JP8335290 A JP 8335290A JP 2937397 B2 JP2937397 B2 JP 2937397B2
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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、被測定点に送出された変調光と、被測定点
から反射されてきた変調光との位相差から、被測定点ま
での距離を精密に測定する光波距離計に関し、特にその
光波形ムラミキシング装置に関するものである。
から反射されてきた変調光との位相差から、被測定点ま
での距離を精密に測定する光波距離計に関し、特にその
光波形ムラミキシング装置に関するものである。
（従来の技術） 従来光波距離計の発光源としては、発光ダイオードが
用いられてきた。しかし、光波距離計の最大測長可能距
離は光源の輝度により決定されてしまうため、発光ダイ
オードを用いた光波距離計の最大測長可能距離は２〜3k
m程度であった。
用いられてきた。しかし、光波距離計の最大測長可能距
離は光源の輝度により決定されてしまうため、発光ダイ
オードを用いた光波距離計の最大測長可能距離は２〜3k
m程度であった。
最大測長可能距離を延ばすための発光源として、輝度
の高い半導体レーザが考えられている。半導体レーザー
は、その大きさ及び消費電力が従来の発光ダイオードと
同程度で駆動電流による直接変調も可能であり、発光ダ
イオードとの置き換えが容易である。更に、発光応答速
度が発光ダイオードに比べて速いため、変調周波数より
高くした高精度の光波距離計の可能性も秘めている。
の高い半導体レーザが考えられている。半導体レーザー
は、その大きさ及び消費電力が従来の発光ダイオードと
同程度で駆動電流による直接変調も可能であり、発光ダ
イオードとの置き換えが容易である。更に、発光応答速
度が発光ダイオードに比べて速いため、変調周波数より
高くした高精度の光波距離計の可能性も秘めている。
しかし、半導体レーザーを光波距離計の発光源として
使用する場合、その変調光の波形が射出する角度により
異なるため、その波形ムラをミキシングするための装置
が必要となる。従来のミキシング装置として、例えば
「特公平１−26516号公報」及び「特開昭63−216003号
公報」に示す種々の機構のものが知られている。
使用する場合、その変調光の波形が射出する角度により
異なるため、その波形ムラをミキシングするための装置
が必要となる。従来のミキシング装置として、例えば
「特公平１−26516号公報」及び「特開昭63−216003号
公報」に示す種々の機構のものが知られている。
（発明が解決しようとする課題） しかし、従来の種々のミキシング装置は、耐久性、ミ
キシングの効率等に問題があった。例えば、「特開昭63
−216003号公報」に開示されたミキシング装置を第１図
に例示しファイバーを振動させる機構について説明す
る。第１図では半導体レーザー１から射出された光は、
コンデンサレンズ２によって、ステップインデックス型
光ファイバー３に結合される。光ファイバー３は、モー
タ４、アーム５及びローラ６で構成された光ファイバー
振動装置に巻きつけられている。光ファイバーを通過し
た光は、射出端3bから射出される。モータ４が回転する
と、ローラ６と光ファイバー３との当接位置が変化して
光ファイバー３に振動が生じる。光ファイバー３の歪位
置が振動により変化し、光ファイバー３内部の全反射状
態が変化するため、射出端3bでは光波形ムラがミキシン
グされることになる。
キシングの効率等に問題があった。例えば、「特開昭63
−216003号公報」に開示されたミキシング装置を第１図
に例示しファイバーを振動させる機構について説明す
る。第１図では半導体レーザー１から射出された光は、
コンデンサレンズ２によって、ステップインデックス型
光ファイバー３に結合される。光ファイバー３は、モー
タ４、アーム５及びローラ６で構成された光ファイバー
振動装置に巻きつけられている。光ファイバーを通過し
た光は、射出端3bから射出される。モータ４が回転する
と、ローラ６と光ファイバー３との当接位置が変化して
光ファイバー３に振動が生じる。光ファイバー３の歪位
置が振動により変化し、光ファイバー３内部の全反射状
態が変化するため、射出端3bでは光波形ムラがミキシン
グされることになる。
上記方式のミキシングの場合、次のような問題があ
る。即ち、まずモータ４の回転によるローラ６の当接位
置の変化により、光ファイバー３が常時繰り返して曲げ
伸ばされるため、光ファイバー３の耐久性に問題があ
る。また、ローラ６を駆動するモータ４に光ファイバー
３の曲げ伸ばしのためのトルクが常時かかることから、
モータ４の消費電力も大きい。更に、本方式は装置の振
動も大きいため、光波距離計内部に設けるには振動対策
が必要となる。
る。即ち、まずモータ４の回転によるローラ６の当接位
置の変化により、光ファイバー３が常時繰り返して曲げ
伸ばされるため、光ファイバー３の耐久性に問題があ
る。また、ローラ６を駆動するモータ４に光ファイバー
３の曲げ伸ばしのためのトルクが常時かかることから、
モータ４の消費電力も大きい。更に、本方式は装置の振
動も大きいため、光波距離計内部に設けるには振動対策
が必要となる。
また、ミキシング効果を高める方法としては、 ローラ６を小さくし、光ファイバー３の曲げ半径を
小さくする、 モータ４の回転を速くして、ミキシングに要する時
間を短くする、 ことが考えられるが、いずれも消費電力、ファイバーの
耐久性が問題となる。
小さくする、 モータ４の回転を速くして、ミキシングに要する時
間を短くする、 ことが考えられるが、いずれも消費電力、ファイバーの
耐久性が問題となる。
本発明は、このような従来のミキシング装置の問題点
を解決するためになされたものであり、 ミキシングの効率が良い 耐久性がある 振動が少ない 消費電力が少ない という特徴をもつ光波距離計の光波形ムラミキシング装
置を提供することを目的とする。
を解決するためになされたものであり、 ミキシングの効率が良い 耐久性がある 振動が少ない 消費電力が少ない という特徴をもつ光波距離計の光波形ムラミキシング装
置を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明は、予め定めた変調周波数で変調された測距用
光線を発光させる発光手段と、前記測距用光線を被測定
点に向けて送出する光学手段と、前記被測定点から反射
してきた前記測距用光線による反射光線を受光する受光
手段と、前記反射光線と前記測距用光線との位相差を測
定する位相差測定手段と、前記位相差によって前記被測
定点までの距離を計算する計算手段と、前記計算手段に
よって得られた距離を表示する表示手段とから成る光波
距離計において、前記測距用光線及び前記反射光線で形
成される測距光路内にパターンをランダムに配置した位
相変調格子を設けるとともに、前記位相変調格子を駆動
させる手段を備えたことを特徴とする光波距離計であ
る。
光線を発光させる発光手段と、前記測距用光線を被測定
点に向けて送出する光学手段と、前記被測定点から反射
してきた前記測距用光線による反射光線を受光する受光
手段と、前記反射光線と前記測距用光線との位相差を測
定する位相差測定手段と、前記位相差によって前記被測
定点までの距離を計算する計算手段と、前記計算手段に
よって得られた距離を表示する表示手段とから成る光波
距離計において、前記測距用光線及び前記反射光線で形
成される測距光路内にパターンをランダムに配置した位
相変調格子を設けるとともに、前記位相変調格子を駆動
させる手段を備えたことを特徴とする光波距離計であ
る。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第２図は本発明の構成をブロック図で示したものであ
る。分周器10は、発振器11からの15MHzの信号を分周し
て、75KHzと3KHzの２つの信号を発生する。合成器13
は、発振器11からの信号の15MHzと分周器10からの信号
の3KHzとの差の14.997MHzの信号と、分周器10からの信
号の3KHzの24倍の72KHzの信号とを発生する。第１切換
器14は、処理制御回路15からの信号16によって、15MHz
又は75KHzのいずれか一方の信号を出力する。ミキサー
部17内に配置された半導体レーザー18は、第１切換器14
の出力信号で駆動され、変調された光を放出する。この
放出された光は、レンズ19とレンズ20で構成された光学
エキスパンダー21により光ファイバー24に入射される。
る。分周器10は、発振器11からの15MHzの信号を分周し
て、75KHzと3KHzの２つの信号を発生する。合成器13
は、発振器11からの信号の15MHzと分周器10からの信号
の3KHzとの差の14.997MHzの信号と、分周器10からの信
号の3KHzの24倍の72KHzの信号とを発生する。第１切換
器14は、処理制御回路15からの信号16によって、15MHz
又は75KHzのいずれか一方の信号を出力する。ミキサー
部17内に配置された半導体レーザー18は、第１切換器14
の出力信号で駆動され、変調された光を放出する。この
放出された光は、レンズ19とレンズ20で構成された光学
エキスパンダー21により光ファイバー24に入射される。
上記２つのレンズ19、20の間には円板型の後述するラ
ンダム位相板22が挿入されており、ランダム位相板22
は、モータ23により回転するようになっている。光ファ
イバー24から射出された光は、セルホックレンズ25、26
で構成された光の位置角度変換器27によって位置角度変
換された後、第２の発光ファイバー28に入射する。
ンダム位相板22が挿入されており、ランダム位相板22
は、モータ23により回転するようになっている。光ファ
イバー24から射出された光は、セルホックレンズ25、26
で構成された光の位置角度変換器27によって位置角度変
換された後、第２の発光ファイバー28に入射する。
発光ファイバー28から射出した光は、分割プリズム29
で２つの光路に分割される。即ち、その一方の光路は、
分割プリズム29の分割部29aを透過し、チョッパー30を
通過してプリズム32の反射面32aで反射され、対物レン
ズ33により平行光束にされて装置外部へ射出される。そ
して被測定点にあるコーナーキューブ34により反射され
て対物レンズ33を再び通過し、プリズム32の反射面32b
で反射されて濃度フィルタ31を通過し、次いで分割プリ
ズム35の分割部35aを透過して受光側光ファイバー36へ
入射する外部測距光路37を形成する。
で２つの光路に分割される。即ち、その一方の光路は、
分割プリズム29の分割部29aを透過し、チョッパー30を
通過してプリズム32の反射面32aで反射され、対物レン
ズ33により平行光束にされて装置外部へ射出される。そ
して被測定点にあるコーナーキューブ34により反射され
て対物レンズ33を再び通過し、プリズム32の反射面32b
で反射されて濃度フィルタ31を通過し、次いで分割プリ
ズム35の分割部35aを透過して受光側光ファイバー36へ
入射する外部測距光路37を形成する。
前記光路の他方は、分割プリズム29の分割部29aと29b
で反射され、チョッパー30を通過してレンズ38で平行光
束にされ、レンズ39で集光されて濃度フィルター31を通
過し、次いで分割プリズム35の分割部35b、35aで反射さ
れて受光側光ファイバー36へ入射する内部参照光路40を
形成する。
で反射され、チョッパー30を通過してレンズ38で平行光
束にされ、レンズ39で集光されて濃度フィルター31を通
過し、次いで分割プリズム35の分割部35b、35aで反射さ
れて受光側光ファイバー36へ入射する内部参照光路40を
形成する。
上記チョッパー30は、内部参照光路40と外部測距光路
37を交互に選択し、濃度フィルタ31は、内部参照光路40
及び外部測距光路37の光量レベルの調整を行なうもので
ある。受光側光ファイバー36へ入射した光は、レンズ4
1、42により受光素子43で受光される。
37を交互に選択し、濃度フィルタ31は、内部参照光路40
及び外部測距光路37の光量レベルの調整を行なうもので
ある。受光側光ファイバー36へ入射した光は、レンズ4
1、42により受光素子43で受光される。
内部参照光路40は、光波距離計を構成する電気回路の
温度ドリフト等に起因する位相変化により測定データに
誤差が生じないようにするためのものであり、内部参照
光路40による測定値を外部測距光路37による測定値から
減ずることにより正確な側路データを得る。
温度ドリフト等に起因する位相変化により測定データに
誤差が生じないようにするためのものであり、内部参照
光路40による測定値を外部測距光路37による測定値から
減ずることにより正確な側路データを得る。
第２切換器44は、処理制御回路15からの信号16によっ
て、14.997MHz又は72KHzのいずれか一方の信号を出力す
る。受光素子43からの出力は、コンデンサー45を介して
増幅器46で増幅され混合器47に入力される。混合器47
は、増幅器46からの信号と、第２切換器44からの信号と
を混合することにより、ビート信号を作り、それを検出
して3KHzの正弦波を出力する。波形整形器48は、3KHzの
正弦波を矩形波に整形してその信号（以下、これを「ビ
ートダウン信号」という）を出力する。
て、14.997MHz又は72KHzのいずれか一方の信号を出力す
る。受光素子43からの出力は、コンデンサー45を介して
増幅器46で増幅され混合器47に入力される。混合器47
は、増幅器46からの信号と、第２切換器44からの信号と
を混合することにより、ビート信号を作り、それを検出
して3KHzの正弦波を出力する。波形整形器48は、3KHzの
正弦波を矩形波に整形してその信号（以下、これを「ビ
ートダウン信号」という）を出力する。
ゲート回路49は、分周器10からの3KHzの信号をスター
ト信号とし波形整形器48からの信号をストップ信号とし
て、その間に発振器11からの15MHzの信号を計数器50へ
出力する。この信号を計数器50で計数することにより、
位相差を測定する。計数器50で得られる計数値はＮ回測
定の合計数である。このＮ回の回数を知るために、分周
器10からの3KHzの信号が処理制御回路15へ供給される。
Ｎ回の計数が終了すると、処理制御回路15から計数器50
へリセット信号52が供給されて計数器50はリセット状態
となる。Ｎ回の計数値は処理制御回路15で1/Nにして平
均値とされ、距離に換算され測定距離値として表示器51
に表示される。
ト信号とし波形整形器48からの信号をストップ信号とし
て、その間に発振器11からの15MHzの信号を計数器50へ
出力する。この信号を計数器50で計数することにより、
位相差を測定する。計数器50で得られる計数値はＮ回測
定の合計数である。このＮ回の回数を知るために、分周
器10からの3KHzの信号が処理制御回路15へ供給される。
Ｎ回の計数が終了すると、処理制御回路15から計数器50
へリセット信号52が供給されて計数器50はリセット状態
となる。Ｎ回の計数値は処理制御回路15で1/Nにして平
均値とされ、距離に換算され測定距離値として表示器51
に表示される。
混合器47の出力を3KHzにするために、第１切換器14の
出力信号と第２切換器44の出力信号は、前者が15MHzの
ときに後者が14.997MHzに、75KHzのときに72KHzになる
ように、処理制御回路15からの信号16によって制御され
る。半導体レーザー18を15MHzと75KHzの２種類の周波数
で変調するのは、波長20mに相当する15MHzを精測定に使
用し、波長4,000mに相当する75KHzを粗測定に使用する
ためである。また、15MHz及び75KHzの周波数を混合器47
によりそれぞれ3KHzの周波数にするのは、15MHzあるい
は75KHzでの位相を3KHzの位相として測定することによ
り、位相測定の分解能を高くするためである。
出力信号と第２切換器44の出力信号は、前者が15MHzの
ときに後者が14.997MHzに、75KHzのときに72KHzになる
ように、処理制御回路15からの信号16によって制御され
る。半導体レーザー18を15MHzと75KHzの２種類の周波数
で変調するのは、波長20mに相当する15MHzを精測定に使
用し、波長4,000mに相当する75KHzを粗測定に使用する
ためである。また、15MHz及び75KHzの周波数を混合器47
によりそれぞれ3KHzの周波数にするのは、15MHzあるい
は75KHzでの位相を3KHzの位相として測定することによ
り、位相測定の分解能を高くするためである。
ここで、本発明の光波形ムラミキシング装置17を説明
する前に、本例において光源として用いられる半導体レ
ーザー18の発光波形ムラの原因及び光波形ムラミキシン
グ装置17の原理について説明する。
する前に、本例において光源として用いられる半導体レ
ーザー18の発光波形ムラの原因及び光波形ムラミキシン
グ装置17の原理について説明する。
一般に、半導体レーザーの発光波形ムラについては２
つの要因があり、その一つは光の射出角による応答の違
いによるもの、もう一つはスペックルパターンの時間的
な変化によるものである。
つの要因があり、その一つは光の射出角による応答の違
いによるもの、もう一つはスペックルパターンの時間的
な変化によるものである。
まず、スペックルパターンの時間的な変化について説
明する。半導体レーザーは、一般にその発光波長が温度
により変化することが知られており、その様子を第４図
（１）に示す。即ち、レーザーの発光波長λは、そのチ
ップ温度Tcが上昇するにつれて長くなるとともに、チッ
プ温度Tcに対して連続的に変化する。これは、半導体レ
ーザーの発振波長λが次式 ｌ・ｎ＝（λ/2）ｑ … l:レーザーのチップの共振器長 n:活性層の屈折率 λ：波長 q:整数 によって決定されることから、活性層の屈折率ｎが温度
により変化すると、それにつれて波長が変化するためで
ある。また、このときの温度変化による活性層の屈折率
の変化をΔｎとすると、活性層の光学的長さの変化Δnl
がレーザーの発振波長λの1/2より小さい場合には発振
波長が連続的に変化するが、Δnlが発振波長λの1/2よ
り大きくなった場合には、モードジャンプと呼ばれる波
長変化の不連続現象が起こるためである。このモードジ
ャンプは、レーザーの共振器長を共振器の長さ方向の光
の定在波（縦モード）の半波長以上に変えた際に、それ
までの発振モードと異なる縦モードに跳び移る現象であ
る。
明する。半導体レーザーは、一般にその発光波長が温度
により変化することが知られており、その様子を第４図
（１）に示す。即ち、レーザーの発光波長λは、そのチ
ップ温度Tcが上昇するにつれて長くなるとともに、チッ
プ温度Tcに対して連続的に変化する。これは、半導体レ
ーザーの発振波長λが次式 ｌ・ｎ＝（λ/2）ｑ … l:レーザーのチップの共振器長 n:活性層の屈折率 λ：波長 q:整数 によって決定されることから、活性層の屈折率ｎが温度
により変化すると、それにつれて波長が変化するためで
ある。また、このときの温度変化による活性層の屈折率
の変化をΔｎとすると、活性層の光学的長さの変化Δnl
がレーザーの発振波長λの1/2より小さい場合には発振
波長が連続的に変化するが、Δnlが発振波長λの1/2よ
り大きくなった場合には、モードジャンプと呼ばれる波
長変化の不連続現象が起こるためである。このモードジ
ャンプは、レーザーの共振器長を共振器の長さ方向の光
の定在波（縦モード）の半波長以上に変えた際に、それ
までの発振モードと異なる縦モードに跳び移る現象であ
る。
いま半導体レーザーに矩形の変調電流を流したときに
様子を第４図（２）で考える。
様子を第４図（２）で考える。
半導体レーザーに時刻t0からt1まで同図（２）の様
な矩形波の電流を流したと仮定する。半導体レーザーは
その可干渉性により第３図のようなスペックルパターン
を生ずる。一方、半導体レーザーのチップは、駆動電流
が流れることにより発熱し、この発熱量と、半導体レー
ザーが取り付けられている銅のベース又は空気中への放
熱量とが釣り合うある温度まで、温度が上昇することに
なる。第４図（２）は、そのようなチップの温度上昇
を表したものである。
な矩形波の電流を流したと仮定する。半導体レーザーは
その可干渉性により第３図のようなスペックルパターン
を生ずる。一方、半導体レーザーのチップは、駆動電流
が流れることにより発熱し、この発熱量と、半導体レー
ザーが取り付けられている銅のベース又は空気中への放
熱量とが釣り合うある温度まで、温度が上昇することに
なる。第４図（２）は、そのようなチップの温度上昇
を表したものである。
半導体レーザーのチップの温度が上昇すると発光波長
λは前述した原因で変化し、発光波長λが変化すると、
干渉のパターンとして生じていた第３図のスペックルパ
ターンがこれに伴って変化することになる。同図のＡ、
Ｂ各点の光強度波形をそれぞれ第４図の、に示す。
即ち、第３図のＡ点では、時刻t0でスペックルパターン
の光の強い位置にあり、発光波長λの変化によって次第
に光が弱くなる一方（第４図）、第３図のＢ点では、
時刻t0においてスペックルパターンの光の弱い位置にあ
ったものが発光波長λの変化につれて次第に光が強くな
ってゆく（第４図）という現象が起こることになる。
λは前述した原因で変化し、発光波長λが変化すると、
干渉のパターンとして生じていた第３図のスペックルパ
ターンがこれに伴って変化することになる。同図のＡ、
Ｂ各点の光強度波形をそれぞれ第４図の、に示す。
即ち、第３図のＡ点では、時刻t0でスペックルパターン
の光の強い位置にあり、発光波長λの変化によって次第
に光が弱くなる一方（第４図）、第３図のＢ点では、
時刻t0においてスペックルパターンの光の弱い位置にあ
ったものが発光波長λの変化につれて次第に光が強くな
ってゆく（第４図）という現象が起こることになる。
この結果、Ａ点の波形とＢ点の波形を比べてみると、
波形の基本波成分の位相がずれており、前者のが後者よ
り位相が進んでいることが解る。このように半導体レー
ザーを変調すると、その可干渉性と波長の温度依存性に
より発光波形にムラが生じることになる。
波形の基本波成分の位相がずれており、前者のが後者よ
り位相が進んでいることが解る。このように半導体レー
ザーを変調すると、その可干渉性と波長の温度依存性に
より発光波形にムラが生じることになる。
もう一つの発光波形ムラである光の射出角による応答
の違いによるものは、発光の可干渉性とは関係のない単
なる応答ムラと考えられる。
の違いによるものは、発光の可干渉性とは関係のない単
なる応答ムラと考えられる。
次に、ミキシング装置17について説明する。ミキシン
グ装置17は２つのミキシング装置から構成されており、
その一つはランダム位相板22、もう一つは位置角度変換
器27である。位置角度変換器27は、半導体レーザーの射
出角による応答の違いに起因する波形ムラをミキシング
するための装置であり、その原理、作動については「特
開昭63−216003号公報」に詳細に述べられている。
グ装置17は２つのミキシング装置から構成されており、
その一つはランダム位相板22、もう一つは位置角度変換
器27である。位置角度変換器27は、半導体レーザーの射
出角による応答の違いに起因する波形ムラをミキシング
するための装置であり、その原理、作動については「特
開昭63−216003号公報」に詳細に述べられている。
ランダム位相板の原理は次のとおりである。
まず、一般的な位相変調格子の一例を第５図に示す。
この位相変調格子は、平行平板ガラスにピッチｄの間隔
で深さｔの凹凸を設けたものであり、波長λの光がこの
位相変調格子に入射すると回折が起こる。
この位相変調格子は、平行平板ガラスにピッチｄの間隔
で深さｔの凹凸を設けたものであり、波長λの光がこの
位相変調格子に入射すると回折が起こる。
このときのｍ次の回折角θm、ｍ次の回折光の強度ηm
は、それぞれ次式、で与えられる。
は、それぞれ次式、で与えられる。
θm＝ｍ・（λ/d） … ただし、 Ｍ＝ｔ（n1−n0）（2/λ） … S:凸部の幅 n1：格子の屈折率 n0：空気の屈折率 第６図は、S/d＝0.5のときのＭとηmの関係を示した
ものであり、Ｍ＝１（凹部と凸部を通った光の光路長差
がλ/2）のときに回折光の光が最も強く、＋１次、−１
次の光で全体の81％の光量となる。
ものであり、Ｍ＝１（凹部と凸部を通った光の光路長差
がλ/2）のときに回折光の光が最も強く、＋１次、−１
次の光で全体の81％の光量となる。
そこで第７図に示すようなパターンを考える。即ち、
一辺の長さがd/2のパターンをランダムに配置した構造
とし、斜線部分を凹部、白抜き部分を凸部として、凹部
と凸部の位相差をπ/2とする。この位相変調格子に光を
入射させると、様々なピッチにより様々な角度のｍ次回
折光が発生するが、その最小ピッチがｄであるため、得
られる回折光には、θ＝ｍ・（λ/d）より大きなｍ次回
折角は存在しない。この回折光はランダムなパターンの
格子方向にしか回折しないので、ランダム性を更に高め
るため、第８図に示すように、ランダムパターンを平行
平板ガラスの第１面と第２面に互いに45度傾けた形で設
けるのがよい（以下、これを「ランダム位相板」とい
う）。
一辺の長さがd/2のパターンをランダムに配置した構造
とし、斜線部分を凹部、白抜き部分を凸部として、凹部
と凸部の位相差をπ/2とする。この位相変調格子に光を
入射させると、様々なピッチにより様々な角度のｍ次回
折光が発生するが、その最小ピッチがｄであるため、得
られる回折光には、θ＝ｍ・（λ/d）より大きなｍ次回
折角は存在しない。この回折光はランダムなパターンの
格子方向にしか回折しないので、ランダム性を更に高め
るため、第８図に示すように、ランダムパターンを平行
平板ガラスの第１面と第２面に互いに45度傾けた形で設
けるのがよい（以下、これを「ランダム位相板」とい
う）。
次に、ランダム位相板22をレンズ19、20の間に挿入し
たときの作動を、第９図を参照して説明する。
たときの作動を、第９図を参照して説明する。
半導体レーザー18から射出された光は、レンズ19によ
って平行光束とない、ランダム位相板22で様々な角度に
回折される。０次光の光及び回折された光は、レンズ20
により集光され光ファイバー24の端面上に像を結ぶ。光
ファイバー24の端面上の像は、０次回折光による像及び
回折光による像が重なり合った像である。
って平行光束とない、ランダム位相板22で様々な角度に
回折される。０次光の光及び回折された光は、レンズ20
により集光され光ファイバー24の端面上に像を結ぶ。光
ファイバー24の端面上の像は、０次回折光による像及び
回折光による像が重なり合った像である。
次に、ランダム位相板22をモータ23により回転させ
る。するとレンズ19と20の間の平行光束上のランダム位
相板パターンが変化する。それに伴い光の回折パターン
も変化し光ファイバー24の端面上に結像する結像パター
ンも時間的に変化する。結像パターンが変化することに
より光ファイバー24内部での光の干渉状態が変化し、光
ファイバー24の射出端におけるスペックルパターンも時
間的に変化する。これにより、第３図及び第４図で述べ
た波形ムラが時間的に変化し、波形を時間的に平均する
ことによって波形ムラを取り除くことができる。このと
き、ランダム位相板のピッチの最小幅はｄであり、また
θm＝ｍ・（λ/d）より大きなｍ次回折角は存在しな
い。この結果、光ファイバー24の端面上のｍ次回折像
も、ある一定の範囲で結像しランダム位相板22が回転す
ることによってある一定の範囲内でさまざまな結像パタ
ーンができることになり、効率の良いミキシングが行う
ことができる。
る。するとレンズ19と20の間の平行光束上のランダム位
相板パターンが変化する。それに伴い光の回折パターン
も変化し光ファイバー24の端面上に結像する結像パター
ンも時間的に変化する。結像パターンが変化することに
より光ファイバー24内部での光の干渉状態が変化し、光
ファイバー24の射出端におけるスペックルパターンも時
間的に変化する。これにより、第３図及び第４図で述べ
た波形ムラが時間的に変化し、波形を時間的に平均する
ことによって波形ムラを取り除くことができる。このと
き、ランダム位相板のピッチの最小幅はｄであり、また
θm＝ｍ・（λ/d）より大きなｍ次回折角は存在しな
い。この結果、光ファイバー24の端面上のｍ次回折像
も、ある一定の範囲で結像しランダム位相板22が回転す
ることによってある一定の範囲内でさまざまな結像パタ
ーンができることになり、効率の良いミキシングが行う
ことができる。
第10図は、位相変調格子が上記と異なる他の実施例を
示すものであり、この位相変調格子ではその位相差がラ
ンダムに配置されている。第10図では位相変調格子が片
面のみの構造であるが、ランダム性を高めるため、第８
図と同様に２つの面を互いに45度傾けてランダムパター
ンを設ける。本実施例の場合、ピッチが一定のため、ｍ
次の回折光の角度はθm＝ｍ・（λ/d）で一定となる
が、位相差がランダムであることにより、０次光と回折
光との光量比率が変化する。このため、第９図の光ファ
イバー24の端面上の０次回折光による像とｍ次回折像に
よる像の光量比率も変化し、それに応じて光ファイバー
24の射出端におけるスペックルパターンも時間的に変化
するので、これを時間的に平均することによって波形ム
ラを取り除くことができる。
示すものであり、この位相変調格子ではその位相差がラ
ンダムに配置されている。第10図では位相変調格子が片
面のみの構造であるが、ランダム性を高めるため、第８
図と同様に２つの面を互いに45度傾けてランダムパター
ンを設ける。本実施例の場合、ピッチが一定のため、ｍ
次の回折光の角度はθm＝ｍ・（λ/d）で一定となる
が、位相差がランダムであることにより、０次光と回折
光との光量比率が変化する。このため、第９図の光ファ
イバー24の端面上の０次回折光による像とｍ次回折像に
よる像の光量比率も変化し、それに応じて光ファイバー
24の射出端におけるスペックルパターンも時間的に変化
するので、これを時間的に平均することによって波形ム
ラを取り除くことができる。
第11図はランダム位相板として音響光学素子を用いた
実施例である。即ち、トランスデューサ101に発振器102
によって周波数ｆの電圧を加えると、音響光学素子100
には音速ｖ、波長ｄ（＝v/f）の超音波が発生する。こ
の波面を同図に点線で示す。この超音波は疎密波であ
り、音響光学素子100は間隔ｄの周期的な屈折率変化を
もつ回折格子となる。これを第９図のランダム位相板22
の位置に配置し、発振器102の周波数ｆを時間的にラン
ダムに変化させることにより、光ファイバー24の端面上
の回折光結像位置が変化し、０次光と回折光によって得
られる光ファイバー24の端面上の結像パターンも変化す
る。その結果、光ファイバー24内部での光の干渉状態が
変化し、光ファイバー24の射出端でのスペックルパター
ンも時間的に変化する。これにより、第３図及び第４図
で述べた波形ムラが時間的に変化し、波形を時間的に平
均することによって波形ムラを取り除くことができる。
実施例である。即ち、トランスデューサ101に発振器102
によって周波数ｆの電圧を加えると、音響光学素子100
には音速ｖ、波長ｄ（＝v/f）の超音波が発生する。こ
の波面を同図に点線で示す。この超音波は疎密波であ
り、音響光学素子100は間隔ｄの周期的な屈折率変化を
もつ回折格子となる。これを第９図のランダム位相板22
の位置に配置し、発振器102の周波数ｆを時間的にラン
ダムに変化させることにより、光ファイバー24の端面上
の回折光結像位置が変化し、０次光と回折光によって得
られる光ファイバー24の端面上の結像パターンも変化す
る。その結果、光ファイバー24内部での光の干渉状態が
変化し、光ファイバー24の射出端でのスペックルパター
ンも時間的に変化する。これにより、第３図及び第４図
で述べた波形ムラが時間的に変化し、波形を時間的に平
均することによって波形ムラを取り除くことができる。
（発明の効果） 以上詳述したように、本発明のランダム位相板は、ス
ペックルパターンに起因する波形ムラのミキシングに大
きな効果が有り、またランダム位相板のピッチｄと回折
による像のパターンの関係が明確であり必要以上に光が
拡散しないために効率の良いミキシングができるととも
に、機械的可動部がランダ位相板の円板のみで、これを
一定角速度で回転させれば良いので、消費電流が少な
く、振動も最小であり、耐久性も全く問題がない等の効
果を奏する。
ペックルパターンに起因する波形ムラのミキシングに大
きな効果が有り、またランダム位相板のピッチｄと回折
による像のパターンの関係が明確であり必要以上に光が
拡散しないために効率の良いミキシングができるととも
に、機械的可動部がランダ位相板の円板のみで、これを
一定角速度で回転させれば良いので、消費電流が少な
く、振動も最小であり、耐久性も全く問題がない等の効
果を奏する。
第１図は、従来のミキシング装置の構成を概略的に示す
図、 第２図は、本発明を適用した光波距離計の全体構成を示
すブロック図、 第３図は、半導体レーザーのスペックルパターンを示す
図、 第４図は、半導体レーザーの作動状態を示す図、 第５図は、一般的な位相変調格子の一例を示す図、 第６図は、第５図の位相変調格子に光が入射したときの
回折光の強度ηを示す図、 第７図は、位相変調格子のランダムパターンの一例を示
す図、 第８図は、位相変調格子を両面に設けたときのランダム
パターン間の配置関係を説明する図、 第９図は、位相変調格子の作用を説明する図、 第10図は、位相変調格子の他の実施例を示す第７図と同
様の図、 第11図は、ランダム位相板として音響光学素子を用いた
実施例を示す図である。 15……処理制御回路、18……半導体レーザー、22……ラ
ンダム位相板、23……モータ、37……外部測距光路、40
……内部参照光路、43……受光素子、50……計数器、51
……表示器、100……音響光学素子、102……発振器。
図、 第２図は、本発明を適用した光波距離計の全体構成を示
すブロック図、 第３図は、半導体レーザーのスペックルパターンを示す
図、 第４図は、半導体レーザーの作動状態を示す図、 第５図は、一般的な位相変調格子の一例を示す図、 第６図は、第５図の位相変調格子に光が入射したときの
回折光の強度ηを示す図、 第７図は、位相変調格子のランダムパターンの一例を示
す図、 第８図は、位相変調格子を両面に設けたときのランダム
パターン間の配置関係を説明する図、 第９図は、位相変調格子の作用を説明する図、 第10図は、位相変調格子の他の実施例を示す第７図と同
様の図、 第11図は、ランダム位相板として音響光学素子を用いた
実施例を示す図である。 15……処理制御回路、18……半導体レーザー、22……ラ
ンダム位相板、23……モータ、37……外部測距光路、40
……内部参照光路、43……受光素子、50……計数器、51
……表示器、100……音響光学素子、102……発振器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−185403（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−103531（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−26516（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 17/00 - 17/88 G01S 7/48 - 7/50 G02F 1/33
Claims (6)
- 【請求項１】予め定めた変調周波数で変調された測距用
光線を発光させる発光手段と、前記測距用光線を被測定
点に向けて送出する光学手段と、前記被測定点から反射
してきた前記測距用光線による反射光線を受光する受光
手段と、前記反射光線と前記測距用光線との位相差を測
定する位相差測定手段と、前記位相差によって前記被測
定点までの距離を計算する計算手段と、前記計算手段に
よって得られた距離を表示する表示手段とから成る光波
距離計において、前記測距用光線及び前記反射光線で形
成される測距光路内にパターンをランダムに配置した位
相変調格子を設けるとともに、前記位相変調格子を駆動
させる手段を備えたことを特徴とする光波距離計。 - 【請求項２】前記位相変調格子は、ピッチがランダムで
あることを特徴とする、請求項１に記載の光波距離計。 - 【請求項３】前記位相変調格子は、格子のS/dがランダ
ムとなるように配置されていることを特徴とする、請求
項１又は２のいずれかに記載の光波距離計。 d:ピッチ S:凸部の幅 - 【請求項４】前記位相変調格子は、位相差がランダムに
配置されていることを特徴とする、請求項１ないし３の
いずれかに記載の光波距離計。 - 【請求項５】前記位相変調格子は、互いに45度傾けて設
けられた第１位相変調格子と第２位相変調格子から成る
ことを特徴とする、請求項１に記載の光波距離計。 - 【請求項６】測距用光線を発光させる半導体レーザと、
前記測距用光線を被測定点に向けて送出する光学手段
と、前記光学手段の光路上にパターンをランダムに配置
した位相変調格子とを設けるとともに、前記位相変調格
子を駆動させる手段を備えたことを特徴とする光波距離
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2083352A JP2937397B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光波距離計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2083352A JP2937397B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光波距離計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03282392A JPH03282392A (ja) | 1991-12-12 |
| JP2937397B2 true JP2937397B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=13800046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2083352A Expired - Lifetime JP2937397B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光波距離計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2937397B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3387964B2 (ja) * | 1993-04-26 | 2003-03-17 | 株式会社トプコン | 自動追尾式測量機 |
| JP2001021354A (ja) * | 1999-07-09 | 2001-01-26 | Topcon Corp | 光学位置検出装置 |
| JP4828694B2 (ja) * | 2000-12-26 | 2011-11-30 | 株式会社トプコン | 測定装置 |
| JP2006184077A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Komatsu Ltd | 受光部のスペックル軽減機能を有する分光器 |
| JP2007085758A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Mitsubishi Electric Corp | ライダー装置 |
| JP4169027B2 (ja) | 2005-09-27 | 2008-10-22 | カシオ計算機株式会社 | 測距装置及び測距方法 |
| JP4169026B2 (ja) | 2005-09-27 | 2008-10-22 | カシオ計算機株式会社 | 測距装置及び測距方法 |
| TWI431252B (zh) * | 2010-07-14 | 2014-03-21 | Pixart Imaging Inc | 測距裝置及測距方法 |
| CN104792303B (zh) * | 2010-09-01 | 2017-04-26 | 原相科技股份有限公司 | 测距装置及测距方法 |
| JP5643172B2 (ja) * | 2011-10-17 | 2014-12-17 | 株式会社小松製作所 | 受光部のスペックル軽減機能を有する分光器 |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2083352A patent/JP2937397B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03282392A (ja) | 1991-12-12 |
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