JP7115738B2 - Rangefinder, distance measuring method, and optical three-dimensional shape measuring machine - Google Patents

Rangefinder, distance measuring method, and optical three-dimensional shape measuring machine Download PDF

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Description

本発明は、基準光の干渉信号と測定光の干渉信号の時間差から距離を測定する距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機に関する。 The present invention relates to a rangefinder, a distance measuring method, and an optical three-dimensional shape measuring machine for measuring distance from the time difference between an interference signal of reference light and an interference signal of measurement light.

従来より、精密なポイントの距離計測が可能なアクティブ式距離計測方法として、レーザ光を利用する光学原理による距離計測が知られている。レーザ光を用いて対象物体までの距離を測定するレーザ距離計ではレーザ光の発射時刻と、測定対象に当たり反射してきたレーザ光を受光素子にて検出した時刻との差に基づいて、測定対象物までの距離が算出される(たとえば特許文献1参照)。また、例えば、半導体レーザの駆動電流に三角波等の変調をかけ、対象物での反射光を半導体レーザ素子の中に埋め込まれたフォトダイオードを使用して受光し、フォトダイオード出力電流に現れた鋸歯状波の主波数から距離情報を得ている。 2. Description of the Related Art Conventionally, distance measurement based on optical principles using laser light has been known as an active distance measurement method capable of precise point distance measurement. A laser rangefinder, which measures the distance to an object using a laser beam, detects the distance to the object based on the difference between the time when the laser beam is emitted and the time when the light receiving element detects the laser beam that hits and is reflected from the object to be measured. is calculated (see Patent Document 1, for example). In addition, for example, the driving current of the semiconductor laser is modulated with a triangular wave or the like, and the reflected light from the object is received using a photodiode embedded in the semiconductor laser element, and the sawtooth that appears in the photodiode output current is obtained. Distance information is obtained from the dominant wave number of the square wave.

ある点から測定点までの絶対距離を高精度で測定する装置としてレーザ距離計が知られている。たとえば、特許文献1には、基準光の干渉信号と測定光の干渉信号の時間差から距離を測定する距離計が記載されている。 A laser rangefinder is known as a device that measures the absolute distance from a certain point to a measurement point with high accuracy. For example, Patent Literature 1 describes a rangefinder that measures a distance from a time difference between an interference signal of reference light and an interference signal of measurement light.

従来の絶対距離計では、長い距離を高精度で測れる実用的な絶対距離計を実現することが難しく、高い分解能を得るためにはレーザ変位計のように原点復帰が必要なため絶対距離測定に適さない方法しか手段がなかった。 With conventional absolute distance meters, it is difficult to achieve a practical absolute distance meter that can measure long distances with high accuracy. I had no choice but to use an unsuitable method.

本件発明者等は、基準面に照射される基準光と測定面に照射される測定光との干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記基準面により反射された基準光と上記測定面により反射された測定光との干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる2つ干渉信号の時間差から、上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めることにより、高精度で、しかも短時間に行うことの可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を先に提案している(例えば、特許文献2参照。) The inventors of the present invention detect the interference light between the reference light irradiated on the reference surface and the measurement light irradiated on the measurement surface with a reference light detector, and detect the reference light reflected by the reference surface and the measurement surface. Interference light with the measurement light reflected by the measurement light detector is detected by the measurement photodetector, and the distance to the reference plane and the measurement We have previously proposed a rangefinder, a distance measuring method, and an optical three-dimensional shape measuring machine that can be performed with high precision and in a short time by obtaining the difference in distance to the surface (see, for example, Patent Document 2.)

特開2001-343234号公報JP-A-2001-343234 特許第5231883号公報Japanese Patent No. 5231883

ところで、光学的形状測定において粗材面のように反射率の低い材料の形状を見る場合には、高利得の受光系を用意して、微小な反射光でも適正な信号振幅の範囲に入るように受光から信号処理までのシステム設計がなされる。 By the way, when looking at the shape of a material with low reflectance, such as a rough material surface, in optical shape measurement, a high-gain light receiving system is prepared so that even minute reflected light falls within the proper signal amplitude range. system design from light reception to signal processing.

その設定は、反射率の高い清浄な加工面や鏡面に対しては利得が過大となり、A/D変換器の入力範囲を超える、信号波形が飽和するなどの現象が発生する結果、計測誤差の増大を引き起こす。 With this setting, the gain becomes excessive for clean processed surfaces or mirror surfaces with high reflectivity, and phenomena such as exceeding the input range of the A/D converter and signal waveform saturation occur, resulting in measurement errors. cause growth.

逆に鏡面のように反射率の高い面を前提とした利得設定にすると、粗材面での感度が不足する結果、計測精度の悪化を招くという問題がある。 Conversely, if the gain is set on the assumption that a surface with a high reflectivity such as a mirror surface is used, the sensitivity on the rough material surface will be insufficient, resulting in a problem of degraded measurement accuracy.

測定対象の反射率がどちらかに偏っていれば利得を切り替えて測定すれば良いが、高反射部と低反射部が混在する場合にはどちらか一方を選択することになり、他方を犠牲にせざるを得ない。 If the reflectance of the object to be measured is biased towards one or the other, it is possible to switch the gain for measurement. I can't help it.

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い計測を行うことが可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the conventional circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a rangefinder and a distance measuring method capable of continuously measuring a reflected light level over a wide dynamic range from a low-reflecting material to a high-reflecting material. An object of the present invention is to provide an optical three-dimensional shape measuring machine.

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。 Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become clearer from the description of the embodiments described below.

本発明は、基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離計であって、上記基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光を生成する光コム干渉計と、上記光コム干渉計により生成された第1の干渉光から第1の干渉信号を生成する第1の干渉信号生成手段と、上記光コム干渉計により生成された第2の干渉光から低利得の第2の干渉信号と高利得の第2の干渉信号を生成する第2の干渉信号生成手段と、上記第1の干渉信号生成手段により生成された第1の干渉信号と上記第2の干渉信号生成手段により生成された低利得の第2の干渉信号とを位相比較する第1の位相比較手段と、上記第1の干渉信号生成手段により生成された第1の干渉信号と上記第2の干渉信号生成手段により生成された高利得の第2の干渉信号とを位相比較する第2の位相比較手段とを備え、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、上記第1の位相比較手段により得られる第1の位相差情報と上記 第2の位相比較手段により得られる第2の位相差情報を出力することを特徴とする。 The present invention is based on the phase difference between the first interference light obtained by combining the reference light and the measurement light and the second interference light obtained by combining the reflected light of the measurement light from the measurement object and the reference light. , a rangefinder for calculating a distance to the object to be measured, the first interference light obtained by combining the reference light and the measurement light, reflected light of the measurement light from the object to be measured, and the reference light. a first interference signal generating means for generating a first interference signal from the first interference light generated by the optical comb interferometer, a first interference signal generated by the optical comb interferometer; second interference signal generating means for generating a low-gain second interference signal and a high-gain second interference signal from the second interference light generated by the optical comb interferometer; and the first interference signal. first phase comparison means for comparing the phases of the first interference signal generated by the generation means and the low-gain second interference signal generated by the second interference signal generation means; and the first interference. a second phase comparison means for comparing the phases of the first interference signal generated by the signal generation means and the high-gain second interference signal generated by the second interference signal generation means; The first phase difference information obtained by the first phase comparison means and the second phase difference information obtained by the second phase comparison means are output as distance information indicating the distance to the object. and

本発明に係る距離計において、上記第1の干渉信号生成手段は、例えば、上記第1の干渉光が入射される基準光検出器と、入射された上記第1の干渉光を上記基準光検出器により得られる第1の干渉信号が入力される増幅回路からなり、上記第2の干渉信号生成手段は、上記第2の干渉光が入射される測定光検出器と、入射された上記第2の干渉光を上記測定光検出器で検出することにより得られる第1の干渉信号が入力される低利得増幅回路と高利得増幅回路からなるものとすることができる。 In the rangefinder according to the present invention, the first interference signal generating means includes, for example, a reference photodetector to which the first interference light is incident, and a reference light detector for detecting the incident first interference light. The second interference signal generating means comprises a measuring photodetector to which the second interference light is incident, and the second interference signal to which the second interference light is incident. can be composed of a low gain amplifier circuit and a high gain amplifier circuit to which a first interference signal obtained by detecting the interference light from the measuring photodetector is inputted.

また、本発明に係る距離計において、上記第2の干渉信号生成手段は、例えば、上記測定光検出器として上記第2の干渉光が所定の分配比を有する測定光分配器を介して入射される第1の測定光検出器と第2の測定光検出器を備え、上記低利得増幅回路には上記第1の測定光検出器により得られる第2の干渉信号が入射され、上記高利得増幅回路には上記第2の測定光検出器により得られる第2の干渉信号が入射されるものとすることができる。 Further, in the rangefinder according to the present invention, the second interference signal generating means is, for example, the measurement light detector, in which the second interference light is incident via a measurement light distributor having a predetermined distribution ratio. A second interference signal obtained by the first measurement photodetector is incident on the low-gain amplifier circuit, and the high-gain amplification circuit is provided. A second interference signal obtained by the second measurement photodetector may be incident on the circuit.

また、本発明に係る距離計において、上記測定光分配器の分配比は、例えば、1:1とすることができる。 Also, in the rangefinder according to the present invention, the distribution ratio of the measurement light distributor can be set to, for example, 1:1.

また、本発明に係る距離計において、例えば、上記測定光分配器の分配比が1:N(Nは1よりも大きい任意の正数)であり、上記低利得増幅回路と高利得増幅回路は、互いに利得が等しいものとすることができる。 Further, in the rangefinder according to the present invention, for example, the distribution ratio of the measuring optical distributor is 1:N (N is any positive number greater than 1), and the low gain amplifier circuit and the high gain amplifier circuit are , may be equal in gain to each other.

また、本発明に係る距離計は、例えば、上記低利得増幅回路により増幅された第2の干渉信号と上記高利得増幅回路により増幅された第2の干渉信号との遅延時間差又は位相差を調整する遅延調整手段を備えるものとすることができる。 Further, the rangefinder according to the present invention adjusts, for example, the delay time difference or phase difference between the second interference signal amplified by the low gain amplifier circuit and the second interference signal amplified by the high gain amplifier circuit. It may be provided with a delay adjusting means for

また、本発明に係る距離計は、例えば、上記第1の位相比較手段により得られる第1の位相差情報と上記 第2の位相比較手段により得られる第2の位相差情報を上記測定対象物までの距離を示す距離情報として選択するための付加情報を出力する付加情報生成手段を備えるものとすることができる。 Further, the distance meter according to the present invention, for example, compares the first phase difference information obtained by the first phase comparison means and the second phase difference information obtained by the second phase comparison means to the measurement object. Additional information generating means for outputting additional information for selection as distance information indicating the distance to the destination may be provided.

さらに、本発明に係る距離計は、例えば、上記付加情報生成手段により生成された付加情報に基づいて、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として上記第1の位相比較手段により得られる第1の位相差情報と上記第2の位相比較手段により得られる第2の位相差情報を選択的に出力する距離情報選択手段を備えるものとすることができる。 Further, in the rangefinder according to the present invention, for example, based on the additional information generated by the additional information generation means, the distance information indicating the distance to the measurement object is obtained by the first phase comparison means. A distance information selection means for selectively outputting one phase difference information and the second phase difference information obtained by the second phase comparison means may be provided.

また、本発明は、光コム干渉計により、基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光を生成し、上記第1の干渉光と上記第2の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離測定方法であって、上記第1の干渉光から第1の干渉信号を生成するとともに、上記第2の干渉光から低利得の第2の干渉信号と高利得の第2の干渉信号を生成し、上記第1の干渉信号と上記低利得の第2の干渉信号とを位相比較するとともに、上記第1の干渉信号と上記高利得の第2の干渉信号とを位相比較し、上記第1の干渉信号と上記低利得の第2の干渉信号との位相比較出力として得られる第1の位相差情報と、上記第1の干渉信号と上記高利得の第2の干渉信号との位相比較出力として得られる第2の位相差情報を、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、出力することを特徴とする。 Further, the present invention provides a first interference light obtained by combining a reference light and a measurement light by an optical comb interferometer, and a second interference light obtained by combining the reflected light of the measurement light from a measurement object and the reference light. and calculating the distance to the measurement object from the phase difference between the first interference light and the second interference light, the distance measurement method comprising: generating a first interference signal, generating a low-gain second interference signal and a high-gain second interference signal from the second interference light, and generating the first interference signal and the low-gain second interference signal; and comparing the phases of the first interference signal and the second interference signal of the high gain, and comparing the phases of the first interference signal and the second interference signal of the low gain. The first phase difference information obtained as the phase comparison output of and the second phase difference information obtained as the phase comparison output of the first interference signal and the high-gain second interference signal of the measurement object It is characterized by outputting as distance information indicating the distance to an object.

さらに、本発明に係る光学的三次元形状測定機は、基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離計であって、上記基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光を生成する光コム干渉計と、上記光コム干渉計により生成された第1の干渉光から第1の干渉信号を生成する第1の干渉信号生成手段と、上記光コム干渉計により生成された第2の干渉光から低利得の第2の干渉信号と高利得の第2の干渉信号を生成する第2の干渉信号生成手段と、上記第1の干渉信号生成手段により生成された第1の干渉信号と上記第2の干渉信号生成手段により生成された低利得の第2の干渉信号とを位相比較する第1の位相比較手段と、上記第1の干渉信号生成手段により生成された第1の干渉信号と上記第2の干渉信号生成手段により生成された高利得の第2の干渉信号とを位相比較する第2の位相比較手段とを備え、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、上記第1の位相比較手段により得られる第1の位相差情報と上記 第2の位相比較手段により得られる第2の位相差情報を出力する距離計と、上記距離計から出射される測定光で対象物体を走査し、上記対象物体により反射された上記測定光を上記距離計に戻す光学スキャン装置と、上記光学スキャン装置を制御してレーザービームを走査すると同時に上記距離計が計測する上記第1の位相差情報又は第2の位相差情報に基づく絶対距離情報を取得して、ビーム照射位置とその場所まで絶対距離を複数の点について蓄積することにより非接触で物体の三次元形状を測定する信号処理装置とを備えることを特徴とする。 Furthermore, the optical three-dimensional shape measuring machine according to the present invention combines the first interference light obtained by combining the reference light and the measurement light, and the reflected light of the measurement light from the measurement object and the reference light. A distance meter for calculating the distance to the measurement object from the phase difference between the second interference light and the measurement object, wherein the first interference light obtained by combining the reference light and the measurement light and the measurement object an optical comb interferometer that generates second interference light by combining the reflected light of the measurement light and the reference light; and a first interference signal that is generated from the first interference light generated by the optical comb interferometer. and a second interference signal generating means for generating a low-gain second interference signal and a high-gain second interference signal from the second interference light generated by the optical comb interferometer. a signal generating means for phase-comparing a first interference signal generated by the first interference signal generating means and a second low-gain interference signal generated by the second interference signal generating means; and a phase comparison means for comparing the phases of the first interference signal generated by the first interference signal generation means and the high-gain second interference signal generated by the second interference signal generation means. 2 phase comparison means, wherein the first phase difference information obtained by the first phase comparison means and the second phase difference information obtained by the second phase comparison means are used as the distance information indicating the distance to the object to be measured. an optical scanning device that scans a target object with measurement light emitted from the rangefinder and returns the measurement light reflected by the target object to the rangefinder; The optical scanning device is controlled to scan the laser beam, and at the same time, the absolute distance information based on the first phase difference information or the second phase difference information measured by the rangefinder is acquired, and the beam irradiation position and the place are obtained. and a signal processing device for measuring the three-dimensional shape of an object without contact by accumulating absolute distances for a plurality of points.

本発明では、光コム干渉計の測定光検出器の出力を低利得側と高利得側に分離して並列に位相比較を実行することにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い計測を行うこと可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を提供することができる。 In the present invention, the output of the measurement photodetector of the optical comb interferometer is separated into the low-gain side and the high-gain side, and phase comparison is performed in parallel, thereby continuously reflecting light from low-reflecting materials to high-reflecting materials. It is possible to provide a distance meter, a distance measuring method, and an optical three-dimensional shape measuring machine capable of performing measurement with a wide dynamic range of levels.

本発明に係るレーザ距離計の基本的な構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the basic configuration of a laser range finder according to the present invention; FIG. 上記レーザ距離計における反射光レベルと測定光レベルの関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the reflected light level and the measurement light level in the laser rangefinder. 本発明を適用したレーザ距離計の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of a laser range finder to which the present invention is applied; FIG. 測定距離に比例する基準光パルスと測定光パルスの時間の測定を、互いに変調周期の異なる干渉性のある2台のパルス光源の干渉によって行う場合の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a case in which the time of a reference light pulse and a measurement light pulse, which are proportional to the distance to be measured, are measured by interference between two coherent pulse light sources having different modulation periods. 光スペクトル及びビート信号スペクトルの模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an optical spectrum and a beat signal spectrum; 上記レーザ距離計における光源として使用される光周波数コム発生器の構造を模式的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an optical frequency comb generator used as a light source in the laser range finder; 上記光周波数コム発生器の出力を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the output of the said optical frequency comb generator. 上記レーザ距離計において2台の光周波数コム発生器を用いた光源の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram schematically showing a configuration of a light source using two optical frequency comb generators in the laser rangefinder; 上記光源を構成している2台の光周波数コム発生器の出力を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the output of two optical frequency comb generators which comprise the said light source. 上記レーザ距離計における測定距離が付近の干渉波形の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an interference waveform when the distance measured by the laser rangefinder is near; 本発明に係るレーザ距離計の他の構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing another configuration example of the laser range finder according to the present invention; 本発明に係るレーザ距離計における低利得の第2の干渉信号と高利得の干渉信号との遅延時間の誤差を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing delay time errors between a low-gain second interference signal and a high-gain interference signal in the laser rangefinder according to the present invention; 本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing another configuration example of the essential part of the laser range finder according to the present invention; 本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing another configuration example of the essential part of the laser range finder according to the present invention; 本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing another configuration example of the essential part of the laser range finder according to the present invention; 本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing another configuration example of the essential part of the laser range finder according to the present invention; 本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing another configuration example of the essential part of the laser range finder according to the present invention; 本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing another configuration example of the essential part of the laser range finder according to the present invention; 図18に示したレーザ距離計における出力情報選択部による第1の距離情報と第2の距離情報の切り替え特性に持たせるヒテリシスを示す特性図である。FIG. 19 is a characteristic diagram showing hysteresis given to the switching characteristic between the first distance information and the second distance information by the output information selection unit in the laser rangefinder shown in FIG. 18; 本発明に係るレーザ距離計を用いた光学的三次元形状測定機の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of an optical three-dimensional shape measuring machine using a laser rangefinder according to the present invention; FIG.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that common constituent elements will be described by attaching common reference numerals in the drawings. Further, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention.

図1は、本発明に係るレーザ距離計10の基本的な構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of a laser rangefinder 10 according to the present invention.

このレーザ距離計10は、光コム干渉計50と、光コム干渉計50により得られる第1の干渉光Sが入射される基準光検出器3と、光コム干渉計50により得られる第2の干渉光Sが入射される測定光検出器6と、基準光検出器3により得られる第1の干渉信号fb1と測定光検出器6により得られる第2の干渉信号fb2が入力される信号処理部7からなり、例えば、図3に示すような構成のレーザ距離計に適用される。 This laser rangefinder 10 includes an optical comb interferometer 50, a reference photodetector 3 into which a first interference light S3 obtained by the optical comb interferometer 50 is incident, and a second detector 3 obtained by the optical comb interferometer 50. A first interference signal fb1 obtained by the reference photodetector 3 and a second interference signal fb2 obtained by the measurement photodetector 6 are inputted. It is applied to a laser rangefinder configured as shown in FIG. 3, for example.

基準光検出器3は、光コム干渉計50から出射された第1の干渉光Sを受光して光電変換することにより、第1の干渉光Sから第1の干渉信号fb1を生成する。 The reference photodetector 3 receives the first interference light S3 emitted from the optical comb interferometer 50 and photoelectrically converts it to generate a first interference signal fb1 from the first interference light S3 . do.

また、測定光検出器6は、光コム干渉計50から出射された第2の干渉光Sを受光して光電変換することにより、第2の干渉光Sから第2の干渉信号fb2を生成する。 Further, the measurement light detector 6 receives the second interference light S4 emitted from the optical comb interferometer 50 and photoelectrically converts it into a second interference signal fb2 from the second interference light S4 . to generate

信号処理部7は、基準光検出器3により得られる第1の干渉信号fb1が入力される増幅回路31Aと、測定光検出器6により得られる第2の干渉信号fb2が入力される低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cを備えている。 The signal processing unit 7 includes an amplifier circuit 31A to which the first interference signal fb1 obtained by the reference photodetector 3 is input, and a low frequency signal to which the second interference signal fb2 obtained by the measurement photodetector 6 is input. It has a gain amplifier circuit 31B and a high gain amplifier circuit 31C.

増幅回路31Aは、基準光検出器3により生成された第1の干渉信号fb1を所定の利得Aで増幅する。この増幅回路31Aにより増幅された第1の干渉信号fb1Aは、A/D変換器32に供給される。 The amplifier circuit 31A amplifies the first interference signal fb1 generated by the reference photodetector 3 with a predetermined gain A1. The first interference signal fb1A amplified by this amplifier circuit 31A is supplied to the A/D converter 32. FIG.

このレーザ距離計10において、基準光検出器3と増幅回路31Aは、上記光コム干渉計50により生成された第1の干渉光Sから第1の干渉信号fb1Aを生成する第1の干渉信号生成手段として機能する。 In this laser rangefinder 10, the reference photodetector 3 and the amplifier circuit 31A form a first interference signal fb1A from the first interference light S3 generated by the optical comb interferometer 50. It functions as signal generation means.

低利得増幅回路31Bは、測定光検出器6により生成された第2の干渉信号fb2を所定の利得Aで増幅する。この増幅回路31Bにより増幅された第2の干渉信号fb2Lは、A/D変換器32に供給される。また、高利得増幅回路31Cは、測定光検出器6により生成された第2の干渉信号fb2を、所定の利得Aで増幅する。この増幅回路31Cにより増幅された第2の干渉信号fb2Hは、A/D変換器32に供給される。 A low gain amplifier circuit 31B amplifies the second interference signal fb2 generated by the measurement photodetector 6 with a predetermined gain A2. The second interference signal fb2L amplified by the amplifier circuit 31B is supplied to the A/D converter 32. FIG. Also, the high-gain amplifier circuit 31C amplifies the second interference signal fb2 generated by the measurement photodetector 6 with a predetermined gain A3. The second interference signal fb2H amplified by this amplifier circuit 31C is supplied to the A/D converter 32. FIG.

このレーザ距離計10において、測定光検出器6、低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cは、上記光コム干渉計50により生成された第2の干渉光Sから低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hを生成する第2の干渉信号生成手段として機能する。 In this laser rangefinder 10, the measurement photodetector 6, the low gain amplifier circuit 31B and the high gain amplifier circuit 31C convert the second interference light S4 generated by the optical comb interferometer 50 into a low gain second It functions as second interference signal generating means for generating an interference signal f b2L and a high gain second interference signal f b2H .

さらに、このレーザ距離計10における信号処理部7は、基準光検出器3から増幅回路31Aを介して出力される第1の干渉信号fb1Aと測定光検出器6から低利得増幅回路31Bを介して出力される低利得の第2の干渉信号fb2Lとを位相比較する第1の位相比較器33Aと、測定光検出器6から高利得増幅回路31Cを介して出力される高利得の第2の干渉信号fb2Hとを位相比較する第2の位相比較器33Bを備える。 Further, the signal processing unit 7 in the laser rangefinder 10 outputs the first interference signal fb1A output from the reference photodetector 3 through the amplifier circuit 31A and the measurement photodetector 6 through the low gain amplifier circuit 31B. a first phase comparator 33A for phase-comparing the low-gain second interference signal fb2L output from the measuring photodetector 6 via a high-gain amplifier circuit 31C; and a second phase comparator 33B for phase-comparing the interference signal fb2H .

このレーザ距離計10において、第1の位相比較器33A及び第2の位相比較器33Bは、A/D変換器32によりデジタル化された第1の干渉信号fb1Aと低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hの位相比較をデジタル信号処理により行う。 In this laser range finder 10, the first phase comparator 33A and the second phase comparator 33B combine the first interference signal f b1A digitized by the A/D converter 32 with the low-gain second interference signal. A phase comparison between the signal fb2L and the high-gain second interference signal fb2H is performed by digital signal processing.

第1の位相比較器33Aは、増幅回路31Aにより増幅された第1の干渉信号fb1と低利得の第2の干渉信号fb2Lとを位相比較することにより位相差情報を生成する第1の位相比較手段として機能する。この第1の位相比較器33Aにより得られる位相差情報は、第1の位相・距離情報出力部34Aを介して測定対象物5までの距離を示す第1の距離情報Dp1として出力される。 The first phase comparator 33A generates phase difference information by comparing the phases of the first interference signal f b1 amplified by the amplifier circuit 31A and the low-gain second interference signal f b2L . It functions as phase comparison means. The phase difference information obtained by the first phase comparator 33A is output as first distance information Dp1 indicating the distance to the measurement object 5 via the first phase/distance information output section 34A.

第2の位相比較器33Bは、第1の干渉信号fb1A と高利得の第2の干渉信号fb2Hとを位相比較することにより位相差情報を生成する第2の位相比較手段として機能する。この第2の位相比較器33Bにより得られる位相差情報は、第2の位相・距離情報出力部34Bを介して測定対象物5までの距離を示す第2の距離情報Dp2として出力される。 The second phase comparator 33B functions as second phase comparison means for generating phase difference information by comparing the phases of the first interference signal fb1A and the high-gain second interference signal fb2H . The phase difference information obtained by the second phase comparator 33B is output as second distance information Dp2 indicating the distance to the measurement object 5 via the second phase/distance information output section 34B.

このレーザ距離計10において、光コム干渉計50から測定対象物5に測定光Sを照射して、測定光Sが測定対象物5により反射されて光コム干渉計50に入射される反射光S’と光パワーレベル(反射光レベル)と、この反射光S’が入射された光コム干渉計50から出射される第2の干渉光S4を検出する測定光検出器6により得られる第2の干渉信号fb2が低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cを介して出力される低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hの信号強度(測定信号レベル)の関係を図2に示す。 In this laser rangefinder 10 , the measurement light S2 is irradiated from the optical comb interferometer 50 to the measurement object 5, and the measurement light S2 is reflected by the measurement object 5 and enters the optical comb interferometer 50. The measurement photodetector 6 detects the light S 2 ′, the light power level (reflected light level), and the second interference light S 4 emitted from the optical comb interferometer 50 into which the reflected light S 2 ′ is incident. The signal strength of the low-gain second interference signal fb2L and the high-gain second interference signal fb2H output via the low-gain amplifier circuit 31B and the high-gain amplifier circuit 31C (Measurement signal level) relationship is shown in FIG.

図2は、このレーザ距離計10における反射光レベルと測定信号レベルの関係を両対数表示した特性図である。 FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the reflected light level and the measurement signal level in this laser rangefinder 10 in double-logarithmic representation.

このレーザ距離計10では、測定光検出器6により得られる第2の干渉信号fb2を低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cにより利得の異なる2チャンネルの第2の干渉信号fb2すなわち低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hとすることにより、反射光レベルの低い領域では高い利得Aの高利得増幅回路31Cにより第2の干渉信号fb2を増幅して高利得の第2の干渉信号fb2Hを得ることができ、また、反射光レベルの高い領域では低い利得Aの低利得増幅回路31Aにより第2の干渉信号fb2を増幅して低利得の第2の干渉信号fb2Lを得ることができるので、反射光レベルに対する有効範囲拡大することができ、図2に示す高利得増幅回路31Cによる高利得回路有効範囲と低利得増幅回路31Bによる低利得回路有効範囲の両方を反射光レベルに対する有効範囲とすることができる。 In this laser range finder 10, the second interference signal fb2 obtained by the measuring photodetector 6 is converted into two-channel second interference signals fb2 having different gains by means of a low gain amplifier circuit 31B and a high gain amplifier circuit 31C. By setting the second interference signal fb2L with a high gain and the second interference signal fb2H with a high gain , the high gain amplifier circuit 31C with a high gain A3 generates the second interference signal fb2 in a region where the reflected light level is low. can be amplified to obtain a high-gain second interference signal fb2H , and in a region where the reflected light level is high, the second interference signal fb2 is amplified by the low-gain amplifier circuit 31A with a low gain A2 . can obtain the second interference signal f b2L with a low gain, the effective range for the reflected light level can be expanded, and the high gain circuit effective range and the low gain amplifier circuit by the high gain amplifier circuit 31C shown in FIG. Both low-gain circuit coverages according to 31B can be coverages for reflected light levels.

なお、図2の縦軸に示す測定信号レベルは、信号周期の1波形分のデータの二乗和の積算により得られる信号の平均パワーであってもよい。 The measurement signal level shown on the vertical axis in FIG. 2 may be the average power of the signal obtained by integrating the sum of squares of the data for one waveform of the signal period.

このように、レーザ距離計10では、光コム干渉計50により、基準光Sと測定光Sとを合波した第1の干渉光Sと、測定対象物5による上記測定光Sの反射光S'と上記基準光Sとを合波した第2の干渉光S4を生成し、上記第1の干渉光S3と上記第2の干渉光S4との位相差から、上記測定対象物5までの距離を算出するにあたり、第1の干渉光Sから第1の干渉信号fb1Aを生成するとともに、上記第2の干渉光S4から低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hとを生成し、上記第1の干渉信号fb1Aと上記低利得の第2の干渉信号fb2Lとを位相比較するとともに、上記第1の干渉信号fb1Aと上記高利得の第2の干渉信号fb2Hとを位相比較し、上記第1の干渉信号fb1と上記低利得の第2の干渉信号fb2Lとの位相比較出力として得られる第1の位相差情報Dp1と、上記第1の干渉信号fb1と上記高利得の第2の干渉信号fb2Hとの位相比較出力として得られる第2の位相差情報Dp2を、上記測定対象物5までの距離を示す距離情報とすることにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行うことができる。 Thus, in the laser rangefinder 10 , the optical comb interferometer 50 generates the first interference light S3 obtained by combining the reference light S1 and the measurement light S2 , and the measurement light S2 from the measurement object 5 . and the reference light S1 to generate a second interference light S4 , and from the phase difference between the first interference light S3 and the second interference light S4, , in calculating the distance to the measurement object 5, a first interference signal fb1A is generated from the first interference light S3 , and a second interference signal fb1A with a low gain is generated from the second interference light S4. generating a signal f b2L and a high-gain second interference signal f b2H ; comparing the phases of the first interference signal f b1A and the low-gain second interference signal f b2L ; The interference signal fb1A and the high-gain second interference signal fb2H are phase-compared to obtain a phase-comparison output between the first interference signal fb1 and the low-gain second interference signal fb2L . The first phase difference information D p1 and the second phase difference information D p2 obtained as a phase comparison output between the first interference signal f b1 and the high-gain second interference signal f b2H are used for the measurement. By using the distance information indicating the distance to the object 5, distance measurement with a wide dynamic range of reflected light levels can be continuously performed from a low-reflection material to a high-reflection material.

すなわち、例えば、図3に示すレーザ距離計10のように、本件発明者等が先に提案した特許文献2に記載されているレーザ距離計に本発明を適用することにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行うことができる。 That is, for example, like the laser range finder 10 shown in FIG. Distance measurement with a wide dynamic range of the reflected light level can be continuously performed up to the reflecting material.

上記第1及び第2の光源1,2は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Sと測定光Sを出射するものであって、それぞれ周期的に強度又は位相を変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Sと測定光Sを出射するための光変調器を備える2台の光源、光周波数コムモード間隔が異なる2台の光周波数コム発生器、或いは、光パルス繰り返し周波数が異なる2台のパルス源からなる。 The first and second light sources 1 and 2 are periodically modulated in intensity or phase, respectively, and emit coherent reference light S 1 and measurement light S 2 having mutually different modulation periods, Two light sources equipped with optical modulators for emitting coherent reference light S1 and measurement light S2, each of which is periodically modulated in intensity or phase and whose modulation periods are different from each other. It consists of two different optical frequency comb generators or two pulse sources with different optical pulse repetition frequencies.

上記第1及び第2の光源1,2は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Sと測定光Sを出射するものであって、それぞれ周期的に強度又は位相を変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Sと測定光Sを出射するための光変調器を備える2台の光源、光周波数コムモード間隔が異なる2台の光周波数コム発生器、或いは、光パルス繰り返し周波数が異なる2台のパルス光源からなる。 The first and second light sources 1 and 2 are periodically modulated in intensity or phase, respectively, and emit coherent reference light S 1 and measurement light S 2 having mutually different modulation periods, Two light sources equipped with optical modulators for emitting coherent reference light S1 and measurement light S2, each of which is periodically modulated in intensity or phase and whose modulation periods are different from each other. It consists of two different optical frequency comb generators or two pulse light sources with different optical pulse repetition frequencies.

上記第1及び第2の光源1,2から出射された基準光Sと測定光Sは、半透鏡又は偏光ビームスプリッタからなる光混合素子11により混合されて重ね合わされ、半透鏡からなる光分離素子12により、上記基準光検出器3に向かう光と測定対象に向かう光に分離される。 The reference light S1 and the measurement light S2 emitted from the first and second light sources 1 and 2 are mixed and superimposed by a light mixing element 11 consisting of a semitransparent mirror or a polarizing beam splitter. The separation element 12 separates the light directed toward the reference photodetector 3 and the light directed toward the object to be measured.

ここでは、上記第1及び第2の光源1,2から出射された基準光S1と測定光Sは、互いに偏光面が直交してものとし、半透鏡からなる光混合素子11により混合され、その混合光が光分離素子12により反射されて偏光子13を介して上記基準光検出器3に入射されるとともに、上記光分離素子12を通過した混合光が偏光ビームスプリッタ14により偏光に応じて基準光Sと測定光Sに分離されて、上記基準光Sが基準面4に入射され、また、上記測定光Sが測定面5に入射されるようになっている。 Here, the reference light S1 and the measurement light S2 emitted from the first and second light sources 1 and 2 are assumed to have orthogonal planes of polarization, and are mixed by a light mixing element 11 made up of a semitransparent mirror. The mixed light is reflected by the light separation element 12 and enters the reference photodetector 3 via the polarizer 13, and the mixed light that has passed through the light separation element 12 is polarized by the polarization beam splitter 14 according to the polarization. The reference light S 1 and the measurement light S 2 are separated into the reference light S 1 and the measurement light S 2 to enter the reference surface 4 and the measurement light S 2 to the measurement surface 5 , respectively.

なお、ここでは、上記第1及び第2の光源1,2から出射された基準光S1と測定光S2は、互いに偏光面が直交したものとしたが、上記光混合素子11として偏光ビームスプリッタを用いて、基準光S1と測定光Sの互いに偏光面が直交する成分を混合するようにしてもよい。 Here, the planes of polarization of the reference light S1 and the measurement light S2 emitted from the first and second light sources 1 and 2 are assumed to be perpendicular to each other. may be used to mix the components of the reference light S1 and the measurement light S2 whose planes of polarization are orthogonal to each other.

さらに、上記基準面4により反射された基準光S’と、上記測定面5により反射された測定光S’は、上記偏光ビームスプリッタ14により混合され、その混合光が上記光分離素子12により反射されて偏光子15を介して上記測定光検出器6に入射されるようになっている。 Further, the reference light S 1 ′ reflected by the reference surface 4 and the measurement light S 2 ′ reflected by the measurement surface 5 are mixed by the polarization beam splitter 14 , and the mixed light is the light separation element 12 . , and enters the measuring photodetector 6 via the polarizer 15 .

そして、上記基準光検出器3は、上記偏光子13を介して入射される上記基準光Sと測定光S2との混合光を受光することより、上記第1及び第2の光源1,2から出射された基準光Sと測定光Sの干渉光Sを検出するようになっている。 The reference photodetector 3 receives the mixed light of the reference light S1 and the measurement light S2 incident through the polarizer 13, thereby detecting the first and second light sources 1 and 2. Interference light S3 between the reference light S1 and the measurement light S2 emitted from the .

また、上記測定光検出器6は、上記偏光子15を介して入射される上記基準光S’と上記測定光S’の混合光を受光することにより、上記基準面4により反射された基準光S’と上記測定面5により反射された測定光S’の干渉光Sを検出するようになっている。 Further, the measurement light detector 6 receives the mixed light of the reference light S 1 ′ and the measurement light S 2 ′ incident through the polarizer 15 and reflected by the reference surface 4 . Interference light S 4 between the reference light S 1 ′ and the measurement light S 2 ′ reflected by the measurement surface 5 is detected.

このレーザ距離計10では、図3中に太線で示す上記光混合素子11から偏光ビームスプリッタ14までの光路では、基準光Sと測定光Sが干渉しないように偏光を直交させてあり、上記偏光ビームスプリッタ14により上記基準光Sと測定光Sを偏光に応じて分離して上記基準面4と上記測定面5に入射させる。そして、上記基準面4と上記測定面5で反射された上記基準光S’と測定光S’を上記偏光ビームスプリッタ14により混合し、その混合光を上記光分離素子12により反射して上記測定光検出器6に入射させ、上記基準面4により反射された基準光S1’と上記測定面5により反射された測定光S’の干渉光Sを上記測定光検出器6により検出する。 In this laser rangefinder 10 , in the optical path from the light mixing element 11 to the polarizing beam splitter 14 indicated by the thick line in FIG. The polarizing beam splitter 14 splits the reference light S 1 and the measurement light S 2 according to the polarization and makes them incident on the reference plane 4 and the measurement plane 5 . Then, the reference light S 1 ′ and the measurement light S 2 ′ reflected by the reference surface 4 and the measurement surface 5 are mixed by the polarization beam splitter 14, and the mixed light is reflected by the light separation element 12. The measurement light detector 6 detects the interference light S 4 of the reference light S 1 ′ reflected by the reference surface 4 and the measurement light S 2 ′ reflected by the measurement surface 5 . do.

ここで、上記光混合素子11から偏光ビームスプリッタ14までの光路中に設けられた光分離素子12を介して基準光検出器3に導かれる混合光に含まれる基準光Sと測定光Sは偏光が直交しているため、そのまま上記基準検出器3に入射しても干渉信号が得られないので、偏光子13を挿入し、上記基準光S1と測定光S2の偏光に対して斜めになるように上記偏光子13の向きを調整しておくことにより、上記偏光子13の透過成分として上記基準光Sと測定光Sの成分が混合された干渉光Sが基準検出器3に入射されるようにして、上記基準検出器3により干渉信号を得るようにしている。同様に、上記光分離素子12を介して測定光検出器6に導かれる混合光に含まれる基準光S’と測定光S’は偏光が直交しているため、そのまま上記測定検出器6に入射しても干渉信号が得られないので、偏光子15を挿入し、上記基準光S’と測定光S’の偏光に対して斜めになるように上記偏光子15の向きを調整しておくことにより、上記偏光子15の透過成分として上記基準光S’と測定光S’の成分が混合された干渉光S4が測定光検出器6に入射されるようにして、上記測定検出器6により干渉信号を得るようにしている。なお、偏光子に替えて半波長板と偏光ビームスプリッタを用いてもよい。 Here, the reference light S1 and the measurement light S2 included in the mixed light guided to the reference photodetector 3 via the light separation element 12 provided in the optical path from the light mixing element 11 to the polarization beam splitter 14 , the polarization is orthogonal to each other, and no interference signal can be obtained even if the light enters the reference detector 3 as it is. By adjusting the direction of the polarizer 13 so that the reference detector 3 is , and the reference detector 3 obtains an interference signal. Similarly, since the reference light S 1 ′ and the measurement light S 2 ′ contained in the mixed light guided to the measurement light detector 6 via the light separation element 12 have orthogonal polarizations, Therefore, a polarizer 15 is inserted and the orientation of the polarizer 15 is adjusted so that it is oblique to the polarization of the reference light S 1 ′ and the measurement light S 2 ′. By doing so, interference light S4, which is a mixture of the components of the reference light S1' and the measurement light S2' as the transmission component of the polarizer 15, is incident on the measurement light detector 6 . An interference signal is obtained by a measurement detector 6 . A half-wave plate and a polarizing beam splitter may be used instead of the polarizer.

上記基準光検出器3によって得られる干渉信号は、キャリア周波数が上記第1及び第2の光源1,2から出射された基準光Sと測定光Sのキャリア光周波数の差であり、上記基準光Sと測定光Sの光パルス繰り返し周波数の差の周波数で同じ干渉波形が繰り返される。 The interference signal obtained by the reference photodetector 3 has a carrier frequency which is the difference between the carrier optical frequencies of the reference light S1 and the measurement light S2 emitted from the first and second light sources 1 and 2. The same interference waveform is repeated at a frequency that is the difference between the optical pulse repetition frequencies of the reference light S1 and the measurement light S2.

このレーザ距離計10において、上記基準光検出器3の役割は、遅延時間計測の基準を生成することである。上記第1及び第2の光源1,2から出射された基準光Sと測定光Sは、繰り返し周波数が等しくないので、光源が動作を開始した時にタイミングがずれていても、少しずつタイミングがずれていき、必ずどこかで基準光Sの光パルスと測定光Sの光パルスが重なる瞬間が現れる。また、その重なる瞬間は基準光Sと測定光Sの繰り返し周波数の差の繰り返し周波数で周期的に現れる。この光パルスと光パルスの重なる瞬間が、遅延時間計測の基準となる。 In this laser range finder 10, the role of the reference photodetector 3 is to generate a reference for delay time measurement. The reference light S1 and the measurement light S2 emitted from the first and second light sources 1 and 2 have unequal repetition frequencies. , and there will always be an instant where the light pulse of the reference light S1 and the light pulse of the measurement light S2 overlap . Moreover, the overlapping instants appear periodically at the repetition frequency of the difference between the repetition frequencies of the reference light S1 and the measurement light S2. The moment when the optical pulses overlap with each other is the reference for delay time measurement.

また、測定光検出器6によって得られる干渉信号は、上記基準光検出器3によって得られる干渉信号と同じくキャリア周波数が基準光S’と測定光S’のキャリア光周波数の差であり、上記基準光S1と測定光S2の光パルス繰り返し周波数の差と同じ繰り返し周波数を持つ。しかし、上記測定光検出器6に入力される光パルスは、基準反射鏡4までの距離Lと測定反射鏡5までの距離Lの距離差の絶対値(L-L)の分だけ、光パルスのタイミングが遅れるため、光パルスと光パルスの重なる瞬間が上記基準光検出器3によって得られる干渉信号と比較して遅れる。この遅れ時間が上記距離差の絶対値(L-L)の2倍の距離を光パルスが伝搬することによる遅延時間であり、真空中の光速Cをかけて屈折率nで割ることにより距離が得られる。 The interference signal obtained by the measurement photodetector 6 has the same carrier frequency as that of the interference signal obtained by the reference photodetector 3, which is the difference between the carrier frequencies of the reference light S 1 ' and the measurement light S 2 '. It has the same repetition frequency as the difference between the optical pulse repetition frequencies of the reference light S1 and the measurement light S2. However, the light pulse input to the measurement light detector 6 is equal to the absolute value of the distance difference (L 2 −L 1 ) between the distance L 1 to the reference reflector 4 and the distance L 2 to the measurement reflector 5. Since the timing of the light pulse is delayed by the amount, the moment when the light pulses overlap is delayed compared to the interference signal obtained by the reference photodetector 3 . This delay time is the delay time due to the light pulse propagating through a distance that is twice the absolute value of the distance difference (L 2 −L 1 ). gives the distance.

このように、周期の異なる2台のパルス光源の干渉によって距離計測を行う場合、時間基準を与える干渉信号の基準光検出器3が不可欠であり、基準光検出器3と測定光検出器6により得られる各干渉信号の時間差を比較することによって初めて距離測定が可能となる。 In this way, when distance measurement is performed by interference between two pulsed light sources with different periods, the reference photodetector 3 for the interference signal that provides the time reference is indispensable. Distance measurement becomes possible only by comparing the time difference of each interference signal obtained.

そこで、レーザ距離計10において、上記信号処理部7は、上記基準光検出器3により上記干渉光Sを検出して得られる干渉信号と上記測定光検出器6により上記干渉光S4を検出して得られる干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面4までの距離Lと上記測定面5までの距離Lの距離差の絶対値(L-L)を求める処理を行う。 Therefore, in the laser rangefinder 10, the signal processing unit 7 detects an interference signal obtained by detecting the interference light S3 with the reference photodetector 3 and the interference light S4 with the measurement light detector 6. From the time difference of the interference signal obtained by , the absolute value of the distance difference between the distance L 1 from the speed of light and the refractive index at the measurement wavelength to the reference surface 4 and the distance L 2 to the measurement surface 5 (L 2 - L 1 ) Perform the requested processing.

すなわち、このレーザ距離計10では、第1及び第2の光源1,2から出射されるそれぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Sと測定光Sを基準面4と測定面5に照射し、上記基準面4と測定面5に照射する基準光Sと測定光Sとの干渉光Sを基準光検出器3により検出するとともに、上記基準面4により反射された基準光S’と上記測定面5により反射された測定光S’との干渉光S4を測定光検出器6により検出し、上記信号処理部7により、上記基準光検出器3により干渉光S3を検出した干渉信号と上記測定光検出器6により干渉光S4を検出した干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面4までの距離と上記測定面5までの距離の差を求める。 That is, in this laser range finder 10, the reference light S1 and the measurement light emitted from the first and second light sources 1 and 2 are periodically modulated in intensity or phase, and have coherence with mutually different modulation periods. S2 is applied to the reference surface 4 and the measurement surface 5 , and interference light S3 between the reference light S1 and the measurement light S2 applied to the reference surface 4 and the measurement surface 5 is detected by the reference photodetector 3 . , the interference light S4 between the reference light S 1 ′ reflected by the reference surface 4 and the measurement light S 2 ′ reflected by the measurement surface 5 is detected by the measurement light detector 6, and the signal processing unit 7 The distance from the speed of light and the refractive index at the measurement wavelength to the reference plane 4 is obtained from the time difference between the interference signal obtained by detecting the interference light S3 by the reference photodetector 3 and the interference signal obtained by detecting the interference light S4 by the measurement photodetector 6. and the distance to the measurement surface 5 is obtained.

ここで、このレーザ距離計10における距離測定の原理について説明する。 Here, the principle of distance measurement in this laser rangefinder 10 will be described.

距離測定の原理は、光パルスの時間遅延から距離を求める距離計に準ずる。すなわち、距離(L-L)を往復する際の時間遅延ΔT=2×n×(L-L)/cを計測して、光路の群屈折率n、真空中の光速cから(L-L)を計算する。 The principle of distance measurement conforms to a rangefinder that obtains the distance from the time delay of light pulses. That is, by measuring the time delay ΔT=2×n g ×(L 2 −L 1 )/c when reciprocating the distance (L 2 −L 1 ), the group refractive index n g of the optical path, the speed of light in vacuum Calculate (L 2 −L 1 ) from c.

包絡線波形f(t)、キャリア周波数ω=2πfの光パルスは、次のように表わすことができる。

Figure 0007115738000001
An optical pulse with envelope waveform f(t) and carrier frequency ω 0 =2πf 0 can be expressed as follows.
Figure 0007115738000001

この光パルスを基準パルスとすると、基準パルスのフーリエ変換は、包絡線パルスf(t)のフーリエ変換F(ω)を用いて、次の(1)式で表わされる。

Figure 0007115738000002
Assuming that this optical pulse is a reference pulse, the Fourier transform of the reference pulse is expressed by the following equation (1) using the Fourier transform F(ω) of the envelope pulse f(t).
Figure 0007115738000002

フーリエ変換の演算をFFT[ ]で表した。そして、基準パルスが、測定距離の伝搬による遅延の影響を受けたとすると、遅延パルスの波形とそのフーリエ変換は、次の(2)式の形で表わされる。

Figure 0007115738000003
The calculation of Fourier transform is represented by FFT[ ]. Assuming that the reference pulse is affected by the delay due to propagation over the measured distance, the waveform of the delayed pulse and its Fourier transform are expressed in the following equation (2).
Figure 0007115738000003

ここで、時間ΔTは遅延時間である。絶対距離を測るためには時間軸の包絡線の時間波形f(t-ΔT)からΔTを求めるか、(2)式の右辺のB項で示される周波数軸の位相特性e-jBを求めればよい。ωは角周波数でありfを周波数としてω=2πfの関係がある。(2)式の左辺のjA項は、キャリア成分の位相シフトを表す。この項は、光の半波長の距離で2πラジアン変化する感度の高い成分であり、変位測定に用いられる。 Here, the time ΔT is the delay time. To measure the absolute distance, find ΔT from the time waveform f(t−ΔT) of the envelope curve on the time axis, or find the phase characteristic e −jB on the frequency axis indicated by term B on the right side of equation (2). good. ω is an angular frequency, and there is a relationship of ω=2πf where f is the frequency. The jA term on the left side of equation (2) represents the phase shift of the carrier component. This term is a sensitive component that changes 2π radians at a distance of half the wavelength of light and is used for displacement measurements.

距離測定の分解能を1μmより高めるためには、包絡線の時間波形f(t-ΔT)又は周波数軸の位相特性e-jBから遅延時間ΔTを求めるための時間分解能をフェムト秒のオーダーに高めなければならない。電気回路の周波数帯域の上限が数十GHzであることを考えると困難である。そこで、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光S1と測定光S2を発生する2つの光源を用意して干渉させ、電気的に処理が可能な周波数に落として遅延時間ΔTを計測するのがレーザ距離計10による距離測定の方法である。 In order to increase the resolution of distance measurement from 1 μm, the time resolution for finding the delay time ΔT from the time waveform f(t−ΔT) of the envelope or the phase characteristic e −jB on the frequency axis must be increased to the order of femtoseconds. must. Considering that the upper limit of the frequency band of electric circuits is several tens of GHz, it is difficult. Therefore, it is preferable to prepare two light sources that generate coherent reference light S1 and measurement light S2 with mutually different modulation cycles and cause them to interfere with each other, reduce the frequency to a frequency that can be electrically processed, and measure the delay time ΔT. This is a method of distance measurement by the laser rangefinder 10. FIG.

測定距離(L-L)に比例する基準光パルスPと測定光パルスPの時間ΔTの測定を、互いに変調周期の異なる干渉性のある2台のパルス光源の干渉によって行う場合の模式図を図4の(A),(B)に示す。 When the time ΔT between the reference light pulse P 1 and the measurement light pulse P 2 , which is proportional to the measurement distance (L 2 −L 1 ), is measured by the interference of two coherent pulse light sources with different modulation periods. Schematic diagrams are shown in FIGS. 4A and 4B.

図4の(A)は基準光検出器3が受光する光パルス列を表す。S,Sは、それぞれ基準光パルスと測定光パルスの包絡線の時間波形である。繰り返し周波数は基準光パルスSがf+Δf、測定光パルスSがfであると仮定する。繰り返し周期はSがT’=1/(f+Δf)、SがT=1/fである。重なったパルスを基準に計測した時刻をそれぞれの繰り返し周期で規格化した値をNとすると、SとSのパルスはそれぞれのNが整数の時刻にN番目のパルスが検出器に到着することになる。SとSのN番目のパルスの到着時刻を比較すると、パルス列の周期の違い(T-T’)のN倍の時間だけ基準光パルスSが先に到着する。パルス到着時間のずれはNに比例して大きくなり、あるN番目のパルスでは、(T-T’)N=Tとなり、N番目の基準光パルスSがN-1番目の測定光パルスSに追い付いて同じ時刻に到着する。 FIG. 4A shows a light pulse train received by the reference photodetector 3. FIG. S 1 and S 2 are time waveforms of envelope curves of the reference light pulse and the measurement light pulse, respectively. Assume that the repetition frequency is f m +Δf m for the reference light pulse S 1 and f m for the measurement light pulse S 2 . The repetition period is T′=1/(f m +Δf m ) for S 1 and T=1/f m for S 2 . Let N be the value obtained by normalizing the time measured based on the overlapping pulses by each repetition period, and the N - th pulse of each pulse of S1 and S2 arrives at the detector at the time when N is an integer. It will be. Comparing the arrival times of the Nth pulses of S 1 and S 2 , the reference optical pulse S 1 arrives earlier by N times the period difference (TT′) of the pulse train. The deviation of the pulse arrival time increases in proportion to N, and for a certain Nth pulse, (T−T′)N=T, and the Nth reference optical pulse S 1 becomes the (N−1)th measurement optical pulse S It catches up with 2 and arrives at the same time.

、Sのタイミングが一致するまでのパルスの個数Nは、次の(3)式により求められる。

Figure 0007115738000004
The number N of pulses until the timings of S 1 and S 2 match is obtained by the following equation (3).
Figure 0007115738000004

とSの干渉信号は、互いのパルスが重なり合うタイミングで発生する。したがって、干渉信号の周期Tは、次の(4)式で表され、2つのパルス列の繰り返し周波数差Δfの逆数に等しい。

Figure 0007115738000005
The interference signals of S1 and S2 are generated at the timing when the pulses overlap each other. Therefore, the period Tb of the interference signal is represented by the following equation (4 ) and is equal to the reciprocal of the repetition frequency difference Δfm between the two pulse trains.
Figure 0007115738000005

また、S,Sはそれぞれ一定の繰り返し周波数を持つパルス列であるから、干渉信号も一定の周期Tで同じ波形を繰り返す。繰り返し周波数差Δfmが大きすぎると光パルスが重なり合う時間が短くなるため干渉信号がとりにくくなる。それを避けるためΔf<<fのように繰り返し周波数差を設定する。 Moreover, since S 1 and S 2 are pulse trains each having a constant repetition frequency, the interference signal also repeats the same waveform at a constant cycle T b . If the repetition frequency difference .DELTA.fm is too large, the overlapping time of the optical pulses will be shortened, making it difficult to obtain an interference signal. To avoid this, the repetition frequency difference is set such that Δf m <<f m .

また、図4の(B)は、測定光検出器6が受光するパルス列を表す。図4の(A)に示すパルスと比較して、測定光パルスSが光路長(L-L)を往復したことによる時間ΔTだけ遅れて到着している。この場合、SとSのパルスが重なる番号N’は、N’に比例して大きくなる周期のずれとΔTの和が測定光パルスの周期Tに一致した瞬間であり、次の(5)式で表わすことができる。

Figure 0007115738000006
4B represents a pulse train received by the measuring photodetector 6. FIG. Compared to the pulse shown in FIG. 4A, the measurement light pulse S 2 arrives with a delay of time ΔT due to the round trip of the optical path length (L 2 −L 1 ). In this case, the number N' at which the pulses of S1 and S2 overlap is the moment when the sum of the period deviation that increases in proportion to N' and ΔT coincides with the period T of the measurement light pulse. ) can be expressed as
Figure 0007115738000006

したがって、N’は、次の(6)式で与えられる。

Figure 0007115738000007
Therefore, N' is given by the following equation (6).
Figure 0007115738000007

ただし、δ=ΔTfである。ΔTが0から測定光パルスの繰り返し周期Tまで変化する間にδは0~1まで直線的に変化する。 However, δ=ΔTf m . δ varies linearly from 0 to 1 while ΔT varies from 0 to the repetition period T of the measurement light pulse.

測定光検出器の受光パルスS,Sが重なる時間を基準光検出器が受光するパルスが重なるN=0の時刻を基準に計測するとその時刻は次の(7)式で示されるN’T’で与えられる。

Figure 0007115738000008
When the time at which the pulses S 1 and S 2 of the measurement photodetector overlap is measured based on the time N=0 at which the pulse received by the reference photodetector overlaps, the time is N′ given by the following equation (7). is given by T'.
Figure 0007115738000008

δが測定光パルスの1周期の間で0から1まで変化するとN’T’はTb~0まで直線的に変化する。遅延時間ΔTがあっても、0~Tbまでの間に必ず1か所S1パルスがS2パルスを追い越していく時刻が存在するため、0~Tの間で必ず干渉信号が得られる。N=0の時刻で発生する基準光検出器の干渉信号と遅延時間ΔTのために遅れて発生する測定光検出器の干渉信号の時刻を比較することによって遅延時間ΔTが求められる。 When δ varies from 0 to 1 during one period of the measurement light pulse, N'T' varies linearly from Tb to 0. Even if there is a delay time .DELTA.T, an interference signal is always obtained between 0 and Tb because there is always one point in time between 0 and Tb where the S1 pulse overtakes the S2 pulse. The delay time .DELTA.T is obtained by comparing the time of the interference signal of the reference photodetector generated at the time of N=0 with the time of the interference signal of the measurement photodetector generated with a delay due to the delay time .DELTA.T.

例えば、基準光パルスの繰り返し周波数を25GHz+100kHz、測定光パルスの繰り返し周波数を25GHzとすると、ΔTが0~40psの範囲で変化すると、干渉信号の発生時刻は10μs~0の間で変化する。40psの時間内で起こる変化を10μsの時間幅に引き伸ばして計測できる。1フェムト秒の時間差であっても250psとして観測できるため、直接フェムト秒の分解能で時間計測を行うよりもはるかに低い周波数帯域の電気回路で取り扱うことができる。 For example, if the repetition frequency of the reference light pulse is 25 GHz+100 kHz and the repetition frequency of the measurement light pulse is 25 GHz, the generation time of the interference signal changes between 10 μs and 0 when ΔT changes in the range of 0-40 ps. A change that occurs within a time of 40 ps can be extended to a time width of 10 μs and measured. Since even a time difference of 1 femtosecond can be observed as 250 ps, it can be handled by an electrical circuit of a much lower frequency band than direct time measurement with femtosecond resolution.

測定光パルスに与えられる時間遅延の符号とビート信号の時間遅延の符号の関係は、SとSの繰り返し周波数とキャリア周波数の大小関係に依存する。 The relationship between the sign of the time delay given to the measurement light pulse and the sign of the time delay of the beat signal depends on the magnitude relationship between the repetition frequency of S1 and S2 and the carrier frequency.

図5の(A)は、光スペクトルの模式図である。Sは基準光のスペクトル、Sは測定光のスペクトルを表す。S、Sは光パルスの繰り返し周波数に一致したコム状のモードを持っており、モード間隔はそれぞれSがf+Δf、Sがfである。図5の(A)では、スペクトル中央のモードを中心にモード番号を付け、N=0のモード間の干渉信号の周波数をfと仮定している。SとSの干渉波形にはさまざまなモード間の差周波数が含まれるが、同じモード番号間の差周波数が最も低い周波数帯に現れるため、適当な周波数帯域の光検出器を使用すると高い差周波数成分は検出信号から除外される。この場合、同じモード番号の干渉波形だけがビート信号として光検出器から取り出される。 FIG. 5A is a schematic diagram of an optical spectrum. S 1 represents the spectrum of the reference light and S 2 represents the spectrum of the measurement light. S 1 and S 2 have comb-like modes that match the repetition frequency of the optical pulse, and the mode intervals are f m +Δf m for S 1 and f m for S 2 , respectively. In (A) of FIG. 5, mode numbers are assigned around the mode in the center of the spectrum, and it is assumed that the frequency of the interference signal between modes with N = 0 is fa. Although the interference waveforms of S1 and S2 contain the difference frequencies between various modes, the difference frequencies between the same mode numbers appear in the lowest frequency band. The difference frequency component is excluded from the detected signal. In this case, only interference waveforms with the same mode number are extracted from the photodetector as beat signals.

また、図5の(B)は、ビート信号スペクトルの模式図である。周波数fを中心にΔf間隔のコム状の電気信号スペクトルが得られる。ビート信号の時間波形は各周波数成分を重ね合わせたものである。周波数軸の位相特性e-jBを求めるためには、基準光検出器の出力ビート信号のスペクトルから基準となる位相特性を求め、同時に測定光検出器の出力ビート信号スペクトルから求められる位相特性を求め、それらを比較する。光分離素子12までの光路差に依存するビート信号スペクトルの位相特性は共通なので、比較によって得られる位相特性の違いは測定距離(L-L)の伝搬によるものである。測定光スペクトルと基準光スペクトルの各モードの位相差情報が、ビート信号スペクトルの各モード番号の位相に反映される。ビート信号スペクトルのモード番号と位相の関係を測定光スペクトルのモード番号と位相差の関係に置き換えて光周波数と位相差の関係ωΔTを求め、その直線をωで微分して得られる係数からΔTを求める。 FIG. 5B is a schematic diagram of the beat signal spectrum. A comb-shaped electrical signal spectrum is obtained centered on the frequency f a with an interval of Δf m . The time waveform of the beat signal is obtained by superimposing each frequency component. In order to obtain the phase characteristic e -jB on the frequency axis, the reference phase characteristic is obtained from the spectrum of the output beat signal of the reference photodetector, and at the same time, the phase characteristic obtained from the output beat signal spectrum of the measurement photodetector is obtained. , to compare them. Since the phase characteristics of the beat signal spectra, which depend on the optical path difference up to the optical separation element 12, are common, the difference in the phase characteristics obtained by comparison is due to propagation over the measured distance (L 2 -L 1 ). Phase difference information of each mode of the measurement light spectrum and the reference light spectrum is reflected in the phase of each mode number of the beat signal spectrum. Replacing the relationship between the mode number and the phase of the beat signal spectrum with the relationship between the mode number and the phase difference of the measured optical spectrum, the relationship ωΔT between the optical frequency and the phase difference is obtained, and ΔT is calculated from the coefficient obtained by differentiating the straight line with ω. Ask.

光コム干渉による距離測定をビート信号の周波数解析により行うと、光スペクトルが持つ広い帯域をΔf/fに圧縮して電気的に解析できるため、光パルスの往復時間を計測する距離計でありながら高い分解能を得ることができる。 If distance measurement using optical comb interference is performed by frequency analysis of beat signals, the wide band of the optical spectrum can be compressed to Δf m /f m and analyzed electrically. High resolution can be obtained.

計測に必要な時間は、干渉信号の1周期TであるΔfを100kHzとすると周期Tは10μsであり、短時間に距離を測定することができる。 Assuming that Δf , which is one period Tb of the interference signal, is 100 kHz, the period Tb is 10 μs, and the distance can be measured in a short period of time.

したがって、このような構成のレーザ距離計10では、第1及び第2の光源1,2から出射されるそれぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Sと測定光Sを基準面4と測定面5に照射し、上記基準面4と測定面5に照射する基準光Sと測定光Sとの干渉光Sを基準光検出器3により検出するとともに、上記基準面4により反射された基準光S’と上記測定面5により反射された測定光S’との干渉光Sを測定光検出器6により検出する光コム干渉計50を備え、上記信号処理部7により、上記基準光検出器3により干渉光Sを検出した干渉信号と上記測定光検出器6により干渉光Sを検出した干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面4までの距離と上記測定面5までの距離の差を求めることにより、長い距離を高い精度でしかも短時間に測定することができる。 Therefore, in the laser range finder 10 having such a configuration, the reference light beams S emitted from the first and second light sources 1 and 2 are periodically modulated in intensity or phase, and have coherence with different modulation periods. 1 and measurement light S2 are applied to the reference surface 4 and the measurement surface 5 , and the interference light S3 between the reference light S1 and the measurement light S2 applied to the reference surface 4 and the measurement surface 5 is detected by the reference photodetector 3 . and an interference light S 4 between the reference light S 1 ′ reflected by the reference surface 4 and the measurement light S 2 ′ reflected by the measurement surface 5 is detected by a measurement light detector 6. The signal processor 7 detects the interference light S3 from the reference photodetector 3 and the interference light S4 from the measurement photodetector 6, and the time difference between the interference signal detects the interference light S4. By obtaining the difference between the distance to the reference surface 4 and the distance to the measurement surface 5 from the refractive index at the measurement wavelength, a long distance can be measured with high accuracy and in a short time.

ここで、上記レーザ距離計10における第1及び第2の光源1,2としては、例えば、モード周波数間隔が異なる2台の光周波数コム発生器、あるいは、それぞれ周期的に強度又は位相が変調されかつキャリア周波数が安定化された2台の光源などを用いることができる。 Here, as the first and second light sources 1 and 2 in the laser range finder 10, for example, two optical frequency comb generators having different mode frequency intervals, or cyclically modulated intensity or phase. In addition, two light sources with stabilized carrier frequencies can be used.

距離計としての性能は、基準光Sと測定光Sほぼ出射する上記第1及び第2の光源1,2の性能で決定される。距離測定の分解能は光スペクトル幅または光パルス幅に依存しており、光スペクトルの幅が広い、または光パルスの幅が狭いほど距離測定の分解能を高くすることができる。また、絶対距離測定の確度は光コムモードの周波数間隔または光パルスの繰り返し周波数の確度に依存している。マイクロ波の絶対周波数確度が高いほど絶対距離測定の確度を高めることができる。さらに測定値のばらつきはfやf+Δfの安定度に依存する。 The performance as a rangefinder is determined by the performance of the first and second light sources 1 and 2 that emit substantially the reference light S1 and the measurement light S2. The resolution of distance measurement depends on the width of the optical spectrum or the width of the optical pulse, and the wider the width of the optical spectrum or the narrower the width of the optical pulse, the higher the resolution of distance measurement. Also, the accuracy of absolute distance measurement depends on the accuracy of the frequency interval of the optical comb mode or the repetition frequency of the optical pulse. The higher the absolute frequency accuracy of the microwave, the higher the accuracy of the absolute distance measurement. Furthermore, the dispersion of measured values depends on the stability of f m and f m +Δf m .

また、上記レーザ距離計10では、2台の光源1、2から出射される光の干渉を使って距離の測定を行うので、上記第1及び第2の光源1、2は、光コムモード間隔または光パルス繰り返し周波数または変調周期が異なりかつ干渉性の良いものでなければならない。 Further, in the laser rangefinder 10, the distance is measured using the interference of the light emitted from the two light sources 1 and 2. Alternatively, the optical pulse repetition frequency or modulation period should be different and the coherence should be good.

独立に発振するパルスレーザは、通常レーザ発振の中心周波数や繰り返し周波数がばらばらであり、その変動に相関がない。したがって2台の独立したパルスレーザを使用して距離計測を行う場合、精度を高めるためには、発振波長や光位相、パルスの繰り返し周波数を相対的に固定することが重要である。 Pulsed lasers that oscillate independently usually have different center frequencies and repetition frequencies of laser oscillation, and there is no correlation between the fluctuations. Therefore, when distance measurement is performed using two independent pulse lasers, it is important to relatively fix the oscillation wavelength, optical phase, and pulse repetition frequency in order to improve accuracy.

外部変調された2台の光源または2台の光周波数コム発生器を使用すると距離計の要求を満たす光源を比較適容易に実現できる。特に、2台の発振器の同期をとった光周波数コム発生器は、互いに干渉性が良い、繰り返し周波数が安定、スペクトルの広がりが大きくパルス幅が短い、といった特徴を持つため、このレーザ距離計10に最適な光源である。 Using two externally modulated light sources or two optical frequency comb generators is relatively easy to implement a light source that meets the rangefinder requirements. In particular, an optical frequency comb generator in which two oscillators are synchronized has characteristics such as good mutual interference, stable repetition frequency, wide spectrum spread and short pulse width. It is the best light source for

なお、光周波数コム発生器20は、例えば、図6に示すように、一対の反射鏡21A,21Bで構成される光共振器21の内部に光位相変調器22を挿入してなるもので、単一周波数の連続波(周波数:ν)の光を入力し、光共振器21の自由スペクトル域(FSR)の整数倍に一致した周波数で光位相変調器22を駆動すると、光共振器21内の多重往復の周期と変調信号周期の同期がとれるため共振器のない光位相変調器と比べて極めて効率の良い変調が行われ、サイドバンドの本数は数百から数千本に達し、数テラヘルツのスペクトル広がりを持つ光周波数コムを出力として得ることができる。光周波数コム発生器20では、時間的にも短いパルスを発生することが可能で、時間幅1ピコ秒以下の光パルスを発生することができる。光周波数コム発生器20の出力は、中心周波数が入力周波数と等しく周波数間隔が変調周波数に等しいコム(櫛)状の光であり、図7に示すように、時間軸では、繰り返し周波数がfであるパルス列である。変調指数を上げてスペクトルの広がりを大きくするほど時間幅の短いパルスを得ることができる。 The optical frequency comb generator 20, for example, as shown in FIG. When light of a single frequency continuous wave (frequency: ν) is input and the optical phase modulator 22 is driven at a frequency that is an integer multiple of the free spectral range (FSR) of the optical resonator 21, Since the cycle of multiple round trips and the modulation signal cycle can be synchronized, modulation is performed with extremely high efficiency compared to an optical phase modulator without a resonator. can be obtained as an output optical frequency comb with a spectral spread of . The optical frequency comb generator 20 can generate short pulses in terms of time, and can generate optical pulses with a time width of 1 picosecond or less. The output of the optical frequency comb generator 20 is comb-shaped light whose center frequency is equal to the input frequency and whose frequency interval is equal to the modulation frequency . is a pulse train. A pulse with a shorter time width can be obtained by increasing the modulation index to widen the spread of the spectrum.

ここで、上記レーザ距離計10における第1、第2の光源1,2として2台の光周波数コム発生器を使用する場合、例えば、図8に示すような構成の光源100とされる。 Here, when two optical frequency comb generators are used as the first and second light sources 1 and 2 in the laser range finder 10, the light source 100 is configured as shown in FIG. 8, for example.

すなわち、この光源100では、1台の単一周波数発振のレーザ光源101から出射されるレーザ光がビームスプリッタ102により分割されて2台の光周波数コム発生器(OFCG1、OFCG2)20A,20Bに入力されるようになっている。 That is, in this light source 100, laser light emitted from a single-frequency oscillation laser light source 101 is split by a beam splitter 102 and input to two optical frequency comb generators (OFCG1, OFCG2) 20A, 20B. It is designed to be

2台の光周波数コム発生器20A,20Bは、互いに異なる周波数f+Δfと周波数fで発振する発振器103A,103Bにより駆動される。それぞれの発振器103A,103Bは、共通の基準発振器104により位相同期されることにより、f+Δfとfの相対周波数が安定になる。光周波数コム発生器(OFCG1)20Aの前には、音響光学周波数シフタ(AOFS)のような周波数シフタ105を設けて、入力されたレーザ光にこの周波数シフタ105により周波数fの光周波数シフトを与えるようになっている。これにより、キャリア周波数間のビート周波数が直流信号ではなく周波数fの交流信号になる。その結果、キャリア周波数の高周波側サイドバンドのビート信号と低周波側サイドバンドのビート信号がビート信号のキャリア周波数間のビート周波数fを挟んで相対する周波数領域に発生するため位相比較に都合が良い。 The two optical frequency comb generators 20A and 20B are driven by oscillators 103A and 103B that oscillate at different frequencies fm+ Δfm and fm . The respective oscillators 103A and 103B are phase-locked by a common reference oscillator 104 to stabilize the relative frequencies of fm + Δfm and fm . A frequency shifter 105 such as an acousto-optical frequency shifter (AOFS) is provided in front of the optical frequency comb generator ( OFCG1 ) 20A, and an optical frequency shift of frequency fa is applied to the input laser light by this frequency shifter 105. It is designed to give As a result, the beat frequency between the carrier frequencies becomes an AC signal of frequency fa instead of a DC signal. As a result, the beat signal in the high-frequency side band of the carrier frequency and the beat signal in the low-frequency side band of the carrier frequency are generated in opposing frequency regions across the beat frequency fa between the carrier frequencies of the beat signal, which is inconvenient for phase comparison. good.

上記光源100を構成している2台の光周波数コム発生器(OFCG1、OFCG2)20A,20Bは、図9の(A),(B)に示すような周波数の光周波数コムを出力する。 Two optical frequency comb generators (OFCG1, OFCG2) 20A and 20B constituting the light source 100 output optical frequency combs having frequencies as shown in FIGS. 9A and 9B.

すなわち、光周波数コム発生器(OFCG2)20Bの出力は、図9の(A)に示すように、中心にfの周波数間隔でコム状のモードが並ぶ。光周波数コム発生器(OFCG1)20Aの出力は、図9の(B)に示すように、周波数ν+fを中心にf+Δfの周波数間隔でコム状のモードが並ぶ。 That is, in the output of the optical frequency comb generator ( OFCG2 ) 20B, as shown in FIG. 9A, comb-like modes are arranged in the center at frequency intervals of fm. As shown in FIG. 9B, the output of the optical frequency comb generator ( OFCG1 ) 20A has comb-like modes arranged at frequency intervals of fm+ Δfm around the frequency ν+fa.

このような構成の光源100を上記第1、第2の光源1,2として備えたレーザ距離計10において、基準光検出器3の入力前で重ね合わされたn次モードの電界の振幅e(t)は、次の(8)式で表される。

Figure 0007115738000009
In the laser rangefinder 10 having the light source 100 having such a configuration as the first and second light sources 1 and 2, the amplitude e n ( t) is represented by the following equation (8).
Figure 0007115738000009

ここで、ERは、光周波数コム発生器(OFCG1)20Aから出射される基準光S1の電界を表し、ETは、光周波数コム発生器(OFCG2)20Bから出射される測定光S2の電界を表す。次数の異なるモード間の干渉信号は、変調周波数fとその周辺に現れる。したがって、光検出器の帯域をfやΔfに比べて十分広いがfより小さくとるか、フィルタを使用して高周波成分を取り除くと、同じ次数のモード間のビート周波数だけが残る。θnはn次モードの位相差である。基準光n次モードの位相を基準にした測定光n次モードの相対位相を表している。 Here, ER n represents the electric field of the reference light S1 emitted from the optical frequency comb generator (OFCG1) 20A, and ET n represents the electric field of the measurement light S2 emitted from the optical frequency comb generator (OFCG2) 20B. represents Interference signals between modes of different orders appear at and around the modulation frequency fm . Therefore, if the bandwidth of the photodetector is set sufficiently broader than f a or Δf but smaller than f m or a filter is used to remove the high frequency components, only beat frequencies between modes of the same order remain. θn is the n-th mode phase difference. It represents the relative phase of the nth mode of the measurement light with respect to the phase of the nth mode of the reference light.

また、光検出器の出力電流i(t)は、aを係数として、次の(9)式にて表すことができる。

Figure 0007115738000010
Also, the output current i n (t) of the photodetector can be expressed by the following equation (9) using a as a coefficient.
Figure 0007115738000010

(9)式のθを与える時間遅延は、基準光検出器3の場合、ビームスプリッタ102で光を分離してから光混合素子11で重ね合わせられるまでの光路差や信号ケーブルの長さに依存する。この時間遅延は、基準光検出器3と測定光検出器6に共通であるため、測定光検出器6の出力のθから基準光検出器3の出力のθを差し引くことにより取り除かれる。光検出器からの出力電流の時間波形は、すべてのn次の電流を重ねた結果でありΣi(t)にて表すことができる。出力電流の波形は、キャリア周波数fの信号がΔfの周期で変調された波形であり、θは包絡線の時刻を決める。時間的には、基準光検出器3の出力のビート信号の発生時刻と測定光検出器6の出力のビート信号の発生時刻を比較することによってθnの影響を取り除くことができる。測定光検出器6の出力のθをθ’とすると、基準光検出器3と測定光検出器6による検出として得られる各干渉信号の時間差は、周波数軸では(θ’-θ)のnに対する変化率である。したがって、(θ’-θ)を各モードに対して求めると距離(L-L)を求めることができる。 In the case of the reference photodetector 3, the time delay that gives θn in the equation (9) depends on the optical path difference between the beam splitter 102 and the light mixing element 11, and the length of the signal cable. Dependent. Since this time delay is common to the reference photodetector 3 and the measurement photodetector 6, it is removed by subtracting the output θn of the reference photodetector 3 from the output θn of the measurement photodetector 6. FIG. The time waveform of the output current from the photodetector is the result of superimposing all n-order currents and can be represented by Σin (t). The waveform of the output current is a waveform obtained by modulating a signal of carrier frequency fa with a period of Δfm , and θn determines the time of the envelope curve. In terms of time, the influence of θn can be removed by comparing the generation time of the beat signal output from the reference photodetector 3 and the generation time of the beat signal output from the measurement photodetector 6 . Assuming that θ n of the output of the measurement photodetector 6 is θ n ', the time difference between each interference signal obtained as detection by the reference photodetector 3 and the measurement photodetector 6 is (θ n '-θ n ) with respect to n. Therefore, the distance (L 2 -L 1 ) can be obtained by obtaining (θ n '-θ n ) for each mode.

ここで、基準光検出器3による検出として得られる干渉信号を波形観測して得られた波形例を図10に示す。fm=25GHz、Δf=100kHz、fa=40MHzの光コム発生器(OFCG1、OFCG2)20A、20Bを使用した場合である。周期Tが10μsecで40MHzのキャリアが強度変調された波形の干渉信号となっている。 Here, FIG. 10 shows an example of waveform obtained by waveform observation of the interference signal obtained as detection by the reference photodetector 3. In FIG. This is the case when optical comb generators (OFCG1, OFCG2) 20A and 20B with fm=25 GHz, Δf=100 kHz, and fa=40 MHz are used. The interference signal has a waveform in which the period Tb is 10 μsec and the carrier of 40 MHz is intensity-modulated.

このレーザ距離計10では、距離(L-L)が変化すると、測定光検出器6による検出出力として得られた信号のタイミングが変化するので、その時間差(位相差)を測れば距離(L-L)を求めることができる。 In this laser rangefinder 10, when the distance (L 2 -L 1 ) changes, the timing of the signal obtained as the detection output from the measuring photodetector 6 changes. L 2 -L 1 ) can be determined.

そして、このレーザ距離計10において、基準光Sと測定光Sとを合波した第1の干渉光Sと、測定対象物5による上記測定光Sの反射光S'と上記基準光S’とを合波した第2の干渉光S4との位相差から、上記測定対象物5までの距離を算出するにあたり、図1に示すような構成の信号処理部7が用いられる。 In the laser rangefinder 10 , the first interference light S3 obtained by combining the reference light S1 and the measurement light S2, the reflected light S2 ' of the measurement light S2 from the measurement object 5 , and the In calculating the distance to the measurement object 5 from the phase difference between the reference light S 1 ′ and the second interference light S 4 multiplexed with the reference light S 1 ′, the signal processing unit 7 configured as shown in FIG. be done.

信号処理部7では、第1の干渉光Sが入射される基準光検出器3による検出出力を増幅回路31Aにより利得Aで増幅した結果として第1の干渉信号fb1を得るとともに、第2の干渉光Sが入射される測定光検出器6による検出出力を低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cにより低利得Aと高利得Aで増幅した結果として低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hを得て、第1の干渉信号fb1と低利得の第2の干渉信号fb2Lとを第1の位相比較器33Aにより位相比較するとともに、第1の干渉信号fb1と高利得の第2の干渉信号fb2Hとを第2の位相比較器33Bにより位相比較して、第1の位相比較器33Aによる第1の干渉信号fb1と低利得の第2の干渉信号fb2Lとの位相比較出力として得られる第1の位相差情報と、第2の位相比較器33Bによる第1の干渉信号fb1と高利得の第2の干渉信号fb2Hとの位相比較出力として得られる第2の位相差情報を、測定対象物5までの距離を示す距離情報とすることにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行うことができる。 In the signal processing unit 7, the detection output of the reference photodetector 3 , into which the first interference light S3 is incident, is amplified with a gain A1 by the amplification circuit 31A to obtain a first interference signal fb1 as a result. A detection output from the measurement photodetector 6 into which the interfering light S4 of No. 2 is incident is amplified by the low gain amplifier circuit 31B and the high gain amplifier circuit 31C with the low gain A2 and the high gain A3. and a high-gain second interference signal fb2H are obtained, and the phases of the first interference signal fb1 and the low-gain second interference signal fb2L are compared by a first phase comparator 33A. At the same time, the phases of the first interference signal fb1 and the high-gain second interference signal fb2H are compared by the second phase comparator 33B, and the first interference signal f First phase difference information obtained as a phase comparison output between b1 and a low-gain second interference signal fb2L , the first interference signal fb1 and a high-gain second By using the second phase difference information obtained as the phase comparison output with the interference signal f b2H as the distance information indicating the distance to the measurement object 5, the reflected light level can be continuously adjusted from the low reflectance material to the high reflectance material. distance measurement with a wide dynamic range.

このレーザ距離計10における信号処理部7は、FPGA、DSPなどのハードウエアで構成することができ、また、PC上のソフトウエアにより実現することもできる。また、信号処理部7が備える第1,第2の位相比較器33A、33Bの機能は、フーリエ変換の演算機能や、位相差計算方法による演算でも良く、また、同等な効果が得られる相互相関法による演算であってもよい。 The signal processing unit 7 in this laser range finder 10 can be configured by hardware such as FPGA and DSP, and can also be realized by software on a PC. Further, the functions of the first and second phase comparators 33A and 33B provided in the signal processing unit 7 may be a calculation function of Fourier transform or a calculation by a phase difference calculation method, or a cross-correlation function which can obtain an equivalent effect. It may be a modulus calculation.

なお、本発明適用した図3のブロック図に示したレーザ距離計10では、信号処理部7により、基準光検出器3により干渉光Sを検出した干渉信号と測定光検出器6により干渉光Sを検出した干渉信号の時間差(位相差)から、光速と測定波長における屈折率から基準面4までの距離Lと測定面5までの距離Lの差を求めるようにしたが、基準面4までの距離Lに相当する光路長差を基準光Sと測定光Sとの間に与える基準光路を基準面4に代わりに備えるようにしても良い。 In the laser rangefinder 10 shown in the block diagram of FIG. From the time difference (phase difference) of the interference signal that detected S4, the difference between the distance L1 to the reference surface 4 and the distance L2 to the measurement surface 5 is obtained from the speed of light and the refractive index at the measurement wavelength. Alternatively, the reference surface 4 may be provided with a reference optical path that provides an optical path length difference corresponding to the distance L 1 to the surface 4 between the reference light S 1 and the measurement light S 2 .

ここで、図1のブロック図に示した本発明に係るレーザ距離計10の基本的の構成では、光コム干渉計50により得られる第1の干渉光Sと第2の干渉光Sが入射される信号処理部7において、第2の干渉光Sを検出する1つの測定光検出器6による検出出力を低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cにより低利得Aと高利得Aで増幅した結果として低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hを得るようにしているが、図11のブロック図に示すレーザ距離計10Aのように、光コム干渉計50により得られる第2の干渉光Sを測定光分配器35により所定の分配比で2つの測定光検出器6A、6Bに供給し、2つの測定光検出器6A、6Bにより得られる第2の第2の干渉信号fb2L,fb2Hを低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cにより増幅するように構成してもよい。 Here, in the basic configuration of the laser range finder 10 according to the present invention shown in the block diagram of FIG. 1, the first interference light S3 and the second interference light S4 obtained by the optical comb interferometer 50 are In the incident signal processing unit 7, the detection output from one measurement photodetector 6 that detects the second interference light S4 is converted to low gain A2 and high gain A by a low gain amplifier circuit 31B and a high gain amplifier circuit 31C. 3 to obtain a low-gain second interference signal fb2L and a high-gain second interference signal fb2H . The second interference light S4 obtained by the optical comb interferometer 50 is supplied to the two measurement light detectors 6A and 6B at a predetermined distribution ratio by the measurement light distributor 35, and the two measurement light detectors 6A and 6B The obtained second interference signals fb2L and fb2H may be amplified by the low gain amplifier circuit 31B and the high gain amplifier circuit 31C.

このレーザ距離計10Aにおける信号処理部7Aでは、例えば、1:1の分配比の測定光分配器35を備える場合、測定光分配器35により分配された互いに等しい信号レベルの第2の第2の干渉信号fbを低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cにより低利得Aと高利得Aで増幅した結果として低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hを得ることができ、また、1:N(Nは1よりも大きい正数)の分配比の測定光分配器35を備える場合には、互いに等しい利得の低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cにより、低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hを得ることができ、上記第1の干渉信号fb1と上記低利得の第2の干渉信号fb2Lとの位相比較出力として得られる第1の位相差情報Dp1と、上記第1の干渉信号fb1と上記高利得の第2の干渉信号fb2Hとの位相比較出力として得られる第2の位相差情報Dp2を、上記測定対象物5までの距離を示す距離情報とすることにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行うことができる。 In the signal processing section 7A of the laser rangefinder 10A, for example, when the measurement light distributor 35 with a distribution ratio of 1:1 is provided, the second signal levels distributed by the measurement light distributor 35 are equal to each other. The interference signal fb2 is amplified with the low gain A2 and the high gain A3 by the low gain amplifier circuit 31B and the high gain amplifier circuit 31C, resulting in a low gain second interference signal fb2L and a high gain second interference signal. f b2H can be obtained, and when the measurement optical splitter 35 with a split ratio of 1:N (N is a positive number greater than 1) is provided, the low gain amplifier circuit 31B and the high gain amplifier circuit 31B with equal gains The amplification circuit 31C can obtain a low-gain second interference signal fb2L and a high-gain second interference signal fb2H to obtain the first interference signal fb1 and the low-gain second interference signal. A first phase difference information D p1 obtained as a phase comparison output with f b2L , and a second phase difference information D p1 obtained as a phase comparison output between the first interference signal f b1 and the high-gain second interference signal f b2H . By using the phase difference information D p2 as distance information indicating the distance to the measurement object 5, distance measurement with a wide dynamic range of the reflected light level can be continuously performed from a low-reflection material to a high-reflection material. can.

このレーザ距離計10Aでは、基準光検出器3と増幅回路31Aが光コム干渉計50により生成された第1の干渉光Sから第1の干渉信号fb1Aを生成する第1の干渉信号生成手段として機能し、測定光分配器35、第1の測定光検出器6A、第2の測定光検出器6B、低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cが光コム干渉計50により生成された第2の干渉光Sから低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の第2の干渉信号fb2Hを生成する第2の干渉信号生成手段として機能する。 In this laser rangefinder 10A, the reference photodetector 3 and the amplifier circuit 31A generate the first interference signal fb1A from the first interference light S3 generated by the optical comb interferometer 50. A measurement light splitter 35, a first measurement photodetector 6A, a second measurement photodetector 6B, a low gain amplifier circuit 31B and a high gain amplifier circuit 31C were generated by an optical comb interferometer 50. It functions as second interference signal generation means for generating a low gain second interference signal fb2L and a high gain second interference signal fb2H from the second interference light S4 .

このレーザ距離計10Aにおける他の構成要素については、図1のブロック図に示したレーザ距離計10の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。 Other components of the laser rangefinder 10A are the same as those of the laser rangefinder 10 shown in the block diagram of FIG.

なお、本発明に係るレーザ距離計10,10Aでは、第1の位相比較器33Aと第2の位相比較器33Bにおいて、低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cにより得られる低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の干渉信号fb2Hを同時に第1の干渉信号fb1と位相比較するので、第1の位相比較器33Aと第2の位相比較器33Bに入力される第2の干渉信号fb2に時間的なずれが発生しないように、対策をとることが好ましい。 In addition, in the laser range finders 10 and 10A according to the present invention, the first phase comparator 33A and the second phase comparator 33B have a low-gain second phase detector obtained by the low-gain amplifier circuit 31B and the high-gain amplifier circuit 31C. and the high-gain interference signal fb2H are simultaneously phase-compared with the first interference signal fb1 . It is preferable to take measures so that the interference signal fb2 does not have a time lag.

すなわち、ここで、低利得増幅回路31Bと高利得増幅回路31Cにより得られる低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の干渉信号fb2Hとの遅延時間の誤差、すなわち、位相・距離のオフセットΔLは、図12に示すように、それぞれの回路の遅延時間の差、光ファイバの長さの違い、干渉信号を伝送する電線の長さの違いなどによって生ずる。 That is, here, the delay time error between the low-gain second interference signal fb2L and the high-gain interference signal fb2H obtained by the low-gain amplifier circuit 31B and the high-gain amplifier circuit 31C, that is, the phase/distance error As shown in FIG. 12, the offset .DELTA.L is caused by the difference in the delay time of each circuit, the difference in the length of the optical fiber, the difference in the length of the wire that transmits the interference signal, and the like.

低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得の干渉信号fb2Hとの遅延時間の誤差は、物理的な信号経路長の調整による方法、データのサンプリング時刻にオフセットを与える方法、位相比較器に入力する波形の位置をずらす方法、二つの位相比較器出力の位相にオフセットを与える方法などで補正できる。 The delay time error between the low-gain second interference signal f b2L and the high-gain interference signal f b2H can be reduced by adjusting the physical signal path length, offsetting the data sampling time, and using a phase comparator. can be corrected by shifting the positions of the waveforms input to , or by offsetting the phases of the two phase comparator outputs.

低利得の第2の干渉信号fb2L、高利得の干渉信号fb2Hがともに有効な入力レベルで同時に取得された位相・距離の値から両者のオフセットを求めることが望ましい。位相は、係数をかけることにより距離に変換することができる。 It is desirable to obtain the offset between the low-gain second interference signal f b2L and the high-gain interference signal f b2H from the phase/distance values obtained simultaneously at valid input levels. Phase can be converted to distance by multiplying by a factor.

例えば、図13のブロック図に示すレーザ距離計10Bや図14のブロック図に示すレーザ距離計10Cでは、このオフセット値がゼロになるようにハード的な経路長により遅延時間は遅延位相を調整する遅延調整器37A,37Bが設けられている。 For example, in the laser rangefinder 10B shown in the block diagram of FIG. 13 and the laser rangefinder 10C shown in the block diagram of FIG. Delay adjusters 37A and 37B are provided.

すなわち、図13のブロック図に示すレーザ距離計10Bのように、高利得増幅回路31Bにより増幅された高利得の第2の干渉信号fb2Hが遅延調整器37Aを介してA/D変換器32に入力させるように構成した信号処理部7Bを備えるものとすることにより、低利得増幅回路31Bにより増幅された低利得の第2の干渉信号fb2Lと高利得増幅回路31Bにより増幅された高利得の第2の干渉信号fb2Hとの遅延時間差又は位相差を調整する遅延調整手段としてアナログの遅延調整器37Aを機能させることで、第1の位相比較器33Aと第2の位相比較器33Bに入力される第2の干渉信号fb2に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。 That is, like the laser range finder 10B shown in the block diagram of FIG. 13, the high-gain second interference signal fb2H amplified by the high-gain amplifier circuit 31B is passed through the delay adjuster 37A to the A/D converter 32. The second interference signal fb2L of low gain amplified by the low gain amplifier circuit 31B and the high gain amplified by the high gain amplifier circuit 31B are provided. By making the analog delay adjuster 37A function as a delay adjusting means for adjusting the delay time difference or phase difference with the second interference signal fb2H , the first phase comparator 33A and the second phase comparator 33B It is possible to prevent a time lag from occurring in the second interference signal fb2 that is input, and to continuously measure the distance with a wide dynamic range of the reflected light level from a low-reflection material to a high-reflection material with high accuracy. It can be carried out.

アナログの遅延調整器37Aとしては、例えば、機械的に導波管の長さを変える位相調整器を利用できる。 As the analog delay adjuster 37A, for example, a phase adjuster that mechanically changes the length of the waveguide can be used.

遅延調整器37Aは、低利得増幅回路31Bの出力側に入れても良い。また、高利得増幅回路31Cの出力側と低利得増幅回路31Bの出力側の両方に入れても良い。 The delay adjuster 37A may be placed on the output side of the low gain amplifier circuit 31B. Moreover, it may be provided in both the output side of the high-gain amplifier circuit 31C and the output side of the low-gain amplifier circuit 31B.

このレーザ距離計10Bにおける他の構成要素については、図1のブロック図に示したレーザ距離計10の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。 Other components in this laser range finder 10B are the same as the components denoted by the same reference numerals in the laser range finder 10 shown in the block diagram of FIG.

また、図14のブロック図に示すレーザ距離計10Cのように、A/D変換器32の後段に遅延調整器37Bを設けて、第2の位相比較器33Bに入力される高利得の第2の干渉信号fb2Hの遅延量をデジタル処理により調整するように構成した信号処理部7Cを備えるものとしても良い。なお、このレーザ距離計10Cにおける他の構成要素については、図1のブロック図に示したレーザ距離計10の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。 Further, like the laser range finder 10C shown in the block diagram of FIG. 14, a delay adjuster 37B is provided after the A/D converter 32 to provide a high-gain second signal input to the second phase comparator 33B. A signal processing unit 7C configured to adjust the delay amount of the interference signal fb2H may be provided by digital processing. Other components of the laser range finder 10C are the same as those of the laser range finder 10 shown in the block diagram of FIG.

このレーザ距離計10Cにおいても、第1の位相比較器33Aと第2の位相比較器33Bに入力される第2の干渉信号fb2に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。 In this laser range finder 10C as well, the second interference signal fb2 input to the first phase comparator 33A and the second phase comparator 33B can be prevented from being time-shifted. Distance measurement with a wide dynamic range of reflected light levels can be performed with high accuracy continuously from reflective materials to highly reflective materials.

また、図15のブロック図に示すレーザ距離計10Dのように、信号処理部7Dにおいて、A/D変換器32にサンプリング位相調整器37Cを設けて、サンプリング周期は同一にしたままサンプリング位相調整器37Cによりサンプリング・クロックの位相にオフセットを与えてサンプリング時刻にずれを与えることにより、A/D変換器32における低利得の第2の干渉信号fb2Lのサンプリングと高利得の第2の干渉信号fb2Hのサンプリングの同期をとるように構成した信号処理部7Dを備えるものとしても良い。 Further, like the laser rangefinder 10D shown in the block diagram of FIG. 37C gives an offset to the phase of the sampling clock to give a lag to the sampling time, thereby sampling the low-gain second interference signal fb2L in the A/D converter 32 and the high-gain second interference signal f A signal processing unit 7D configured to synchronize b2H sampling may be provided.

サンプリング位相調整器37Cは、低利得の第2の干渉信号fb2Lのチャンネル側に入れてもよい。また、低利得の第2の干渉信号fb2Lのチャンネル側と高利得の第2の干渉信号fb2Hのチャンネル側の両方に入れてもよい。 A sampling phase adjuster 37C may be placed on the channel side of the low gain second interference signal f b2L . Also, it may be put in both the channel side of the low-gain second interference signal f b2L and the channel side of the high-gain second interference signal f b2H .

なお、このレーザ距離計10Dにおける他の構成要素については、図1のブロック図に示したレーザ距離計10の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。 Other components of the laser rangefinder 10D are the same as the components denoted by the same reference numerals as those of the laser rangefinder 10 shown in the block diagram of FIG. 1, so description thereof will be omitted.

このレーザ距離計10Dにおいても、第1の位相比較器33Aと第2の位相比較器33Bに入力される第2の干渉信号fb2に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。 In this laser range finder 10D as well, the second interference signal fb2 input to the first phase comparator 33A and the second phase comparator 33B can be prevented from being time-shifted. Distance measurement with a wide dynamic range of reflected light levels can be performed with high accuracy continuously from reflective materials to highly reflective materials.

さらに、図16のブロック図に示すレーザ距離計10Eのように、信号処理部7Eにおいて、第1の位相比較器33Aの出力側に位相調整器37Dを設けて、回路の特性の違いなど最後まで取り切れない誤差を位相・距離のオフセット補正により取り除くこともできる。位相調整器37Dは、第1の位相比較器33Aで得られる位相値にオフセット値を加減算することにより、位相調整を行う。 Furthermore, like the laser range finder 10E shown in the block diagram of FIG. 16, in the signal processing section 7E, a phase adjuster 37D is provided on the output side of the first phase comparator 33A, so that differences in circuit characteristics, etc. Unremovable errors can also be removed by phase/distance offset correction. The phase adjuster 37D adjusts the phase by adding or subtracting the offset value to the phase value obtained by the first phase comparator 33A.

位相調整器37Dは、第2の位相比較器33Bの出力側にて設けてもよい。また、第1の位相比較器33Aの出力側と第2の位相比較器33Bの出力側の両方に設けてもよい。 The phase adjuster 37D may be provided on the output side of the second phase comparator 33B. Also, it may be provided on both the output side of the first phase comparator 33A and the output side of the second phase comparator 33B.

また、このレーザ距離計10Eでは、得られたオフセット値を信号処理部7のROM等に記録しておくことで、位相調整器37Dによる位相調整を行うことができる。PCのソフトウエアで信号処理を行う場合はソフトウエアの初期値として読み込ませることも可能である。 Further, in the laser rangefinder 10E, by recording the obtained offset value in the ROM of the signal processing unit 7 or the like, phase adjustment can be performed by the phase adjuster 37D. When performing signal processing with PC software, it is also possible to load the initial values of the software.

なお、サンプリング周期が十分短ければデジタルデータの計算範囲をずらすことで遅延の調整を行うようにすることもできる。 If the sampling period is sufficiently short, the delay can be adjusted by shifting the calculation range of the digital data.

なお、このレーザ距離計10Eにおける他の構成要素については、図1のブロック図に示したレーザ距離計10の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。 Other components of the laser range finder 10E are the same as those of the laser range finder 10 shown in the block diagram of FIG.

このレーザ距離計10Eにおいても、第1の位相比較器33Aと第2の位相比較器33Bに入力される第2の干渉信号fb2に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。 In this laser range finder 10E as well, the second interference signal fb2 input to the first phase comparator 33A and the second phase comparator 33B can be prevented from being time-shifted. Distance measurement with a wide dynamic range of reflected light levels can be performed with high accuracy continuously from reflective materials to highly reflective materials.

本発明に係るレーザ距離計10,10A~10Eにおいて、第1の位相・距離情報出力部34Aと第2の位相・距離情報出力部34Bを介して出力される測定対象物5までの距離を示す第1の距離情報Dp1と第2の距離情報Dp2は、これらの情報を使用する後段の処理装置におけるソフトウエアにより判定、選択される。 In the laser rangefinders 10, 10A to 10E according to the present invention, the distance to the measurement object 5 output via the first phase/distance information output section 34A and the second phase/distance information output section 34B is shown. The first distance information D p1 and the second distance information D p2 are determined and selected by software in subsequent processing units that use these information.

使用する第1の距離情報Dp1と第2の距離情報Dp2の判定、選択には、以下の情報が単独または複数用いられる。
・信号強度(二乗和):信号強度が一定の範囲に入っていれば有効。
・信号振幅:信号振幅が一定の範囲に入っていれば有効。
・信号波形のパワー分布:信号波形のパワー分布が基準信号に類似(誤差が一定以内)していれば有効。
・基準信号波形との相関値:基準信号との相関値が高ければ有効。
The following information is used singly or in combination for determination and selection of the first distance information D p1 and the second distance information D p2 to be used.
・Signal strength (sum of squares): Valid if the signal strength is within a certain range.
・Signal amplitude: Valid if the signal amplitude is within a certain range.
・Power distribution of signal waveform: Effective if the power distribution of the signal waveform is similar to the reference signal (within a certain error).
・Correlation value with reference signal waveform: Effective if the correlation value with the reference signal is high.

また、図17のブロック図に示すレーザ距離計10Fのように、使用する第1の距離情報Dp1と第2の距離情報Dp2の判定、選択に必要な情報を付加情報Daddとして出力する付加情報生成部38を備える構成とすることもできる。 Further, like the laser rangefinder 10F shown in the block diagram of FIG. 17, information necessary for determination and selection of the first distance information D p1 and the second distance information D p2 to be used is output as additional information D add . A configuration including an additional information generation unit 38 is also possible.

付加情報生成部38では、信号強度を次のようにして求める。 The additional information generator 38 obtains the signal strength as follows.

すなわち、A/D変換器32の出力側において第1の位相比較器33Aに入力される低利得の第2の干渉信号fb2L、または第2の位相比較器33Bに入力される高利得の第2の干渉信号fb2Hの値の二乗を信号の一周期分積算することにより、信号強度に比例する値を得ることができる。 That is, the low-gain second interference signal f b2L input to the first phase comparator 33A on the output side of the A/D converter 32 or the high-gain second interference signal f b2L input to the second phase comparator 33B on the output side of the A/D converter 32 A value proportional to the signal strength can be obtained by accumulating the square of the value of the interference signal f b2H of 2 over one period of the signal.

第2の干渉信号fb2が交流信号として与えられる場合には、第1の位相比較器33Aに入力される低利得の第2の干渉信号fb2L、または第2の位相比較器33Bに入力される高利得の第2の干渉信号fb2HのDCオフセットを除去した値の二乗を信号の一周期分積算すると信号強度に比例する値が得られる。 また、交流信号の包絡線の強度最大値は、低利得の第2の干渉信号fb2L、または高利得の第2の干渉信号fb2Hの値のヒルベルト変換により元の波形の直交位相成分を求め、元の波形とヒルベルト変換波形の二乗和により得られる包絡線の二乗波形のピーク値から求められる。 When the second interference signal f b2 is given as an AC signal, the low-gain second interference signal f b2L input to the first phase comparator 33A or the second interference signal f b2L input to the second phase comparator 33B A value proportional to the signal strength is obtained by accumulating the square of the value of the high-gain second interference signal fb2H from which the DC offset is removed for one period of the signal. Further, the intensity maximum value of the envelope of the AC signal is obtained by obtaining the quadrature phase component of the original waveform by Hilbert transform of the value of the low gain second interference signal f b2L or the value of the high gain second interference signal f b2H . , is obtained from the peak value of the square waveform of the envelope obtained by summing the squares of the original waveform and the Hilbert transform waveform.

また、付加情報生成部38では、信号振幅を次のようにして求める。 Further, the additional information generator 38 obtains the signal amplitude as follows.

すなわち、第2の干渉信号fb2が交流信号として与えられる場合には、第1の位相比較器33Bに入力される低利得の第2の干渉信号fb2L、または第2の位相比較器33Cに入力される高利得の第2の干渉信号fb2Hの信号波形の最大ピーク値から最小ピーク値を引いた値を信号振幅とする。 That is, when the second interference signal f b2 is given as an AC signal, the low gain second interference signal f b2L input to the first phase comparator 33B or the second interference signal f b2L input to the second phase comparator 33C The value obtained by subtracting the minimum peak value from the maximum peak value of the signal waveform of the input high-gain second interference signal fb2H is taken as the signal amplitude.

また、交流信号の包絡線の振幅最大値は、低利得の第2の干渉信号fb2L、または高利得の第2の干渉信号fb2Hのヒルベルト変換により元の波形の直交位相成分を求め、元の信号とヒルベルト変換波形の二乗和により包絡線の二乗波形を求め、そのピーク値の平方根から求められる。 Further, the maximum amplitude value of the envelope of the AC signal is obtained by obtaining the quadrature phase component of the original waveform by Hilbert transform of the low-gain second interference signal f b2L or the high-gain second interference signal f b2H . The squared waveform of the envelope is obtained from the sum of the squares of the signal and the Hilbert transform waveform, and is obtained from the square root of the peak value.

また、付加情報生成部38では、信号波形のパワー分布を次のようにして求める。 Further, the additional information generator 38 obtains the power distribution of the signal waveform as follows.

すなわち、信号の一周期を有限の複数の区間に分けて各区間の信号強度を計算する。パワー分布を求めるためには区間の時間幅は想定される測定信号波形のメインローブの時間幅と同じ幅かやや狭い幅に設定することが望ましい。 That is, one period of the signal is divided into a plurality of finite intervals, and the signal intensity of each interval is calculated. In order to obtain the power distribution, it is desirable to set the time width of the section to the same width as or slightly narrower than the time width of the main lobe of the assumed measurement signal waveform.

基準信号と測定信号で信号振幅のピーク値が中央で一致するように波形の位置を合わせてからそれぞれパワー分布を計算する。 After aligning the positions of the waveforms so that the peak values of the signal amplitudes of the reference signal and the measurement signal match at the center, the power distribution is calculated for each.

さらに、付加情報生成部38では、基準信号波形との相関値を次のようにして求める。 Further, the additional information generator 38 obtains the correlation value with the reference signal waveform as follows.

すなわち、正規化した相互相関を計算する。 That is, the normalized cross-correlations are calculated.

測定信号の波形が基準信号の相似形ならば最大値1の鋭いピークが得られる。波形が雑音に埋もれている、波形が歪んでいる、など異常な領域にあるとピーク値が1より小さくなる。 If the waveform of the measurement signal is similar to that of the reference signal, a sharp peak with a maximum value of 1 will be obtained. The peak value becomes smaller than 1 when the waveform is buried in noise, distorted, or in an abnormal region.

このレーザ距離計10Fでは、このようにして付加情報生成部38により生成される付加情報Daddを出力するので、後段の処理装置において使用すべき第1の距離情報Dp1又は第2の距離情報Dp2を付加情報Daddに基づいて簡単に且つ適切に判定、選択することができる。 Since the laser range finder 10F outputs the additional information D add generated by the additional information generation unit 38 in this manner, the first distance information D p1 or the second distance information D p1 to be used in the subsequent processing device is output. Dp2 can be determined and selected easily and appropriately based on the additional information Dadd .

なお、このレーザ距離計10Fにおける他の構成要素については、図1のブロック図に示したレーザ距離計10の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。 Other components of the laser range finder 10F are the same as those of the laser range finder 10 shown in the block diagram of FIG.

このレーザ距離計10Fにおいても、第1の位相比較器33Aと第2の位相比較器33Bに入力される第2の干渉信号fb2に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。 In this laser range finder 10F as well, the second interference signal fb2 input to the first phase comparator 33A and the second phase comparator 33B can be prevented from being time-shifted. Distance measurement with a wide dynamic range of reflected light levels can be performed with high accuracy continuously from reflective materials to highly reflective materials.

さらに、図18のブロック図に示すレーザ距離計10Gのように、付加情報生成部38により生成される付加情報Daddに基づいて後段の処理装置において使用すべき第1の距離情報Dp1又は第2の距離情報Dp2を選択的に出力する出力情報選択部39が設けられた信号処理部7Gを備える構成とすることもできる。 Furthermore, like the laser range finder 10G shown in the block diagram of FIG. 2 distance information Dp2 may be provided.

レーザ距離計10Gにおいて、信号処理部7Gに設けられた出力報選択部39は、付加情報生成部38により生成される付加情報Daddに基づいて、第2の距離情報Dp2から第1の距離情報Dp1に切り換えるための第1の閾値shと第1の距離情報Dp1から第2の距離情報Dp2に切り換えるための第2の閾値shを決定して、第1の距離情報Dp1又は第2の距離情報Dp2を選択的に出力する距離情報選択手段として機能する。 In the laser rangefinder 10G, the output information selection unit 39 provided in the signal processing unit 7G selects the first distance from the second distance information D p2 based on the additional information D add generated by the additional information generation unit 38. A first threshold sh 1 for switching to the information D p1 and a second threshold sh 2 for switching from the first distance information D p1 to the second distance information D p2 are determined, and the first distance information D It functions as distance information selection means for selectively outputting p1 or second distance information Dp2 .

なお、このレーザ距離計10Gにおける他の構成要素については、図17のブロック図に示したレーザ距離計10Fの同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。 Other components of the laser range finder 10G are the same as those of the laser range finder 10F shown in the block diagram of FIG.

このレーザ距離計10Gでは、第1の距離情報Dp1又は第2の距離情報Dp2を選択的に出力するので、ユーザは、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行い1チャンネルの距離情報を出力する距離計として取り扱うことができる。 Since this laser range finder 10G selectively outputs the first distance information D p1 or the second distance information D p2 , the user can continuously adjust the dynamic range of the reflected light level from a low-reflection material to a high-reflection material. It can be treated as a rangefinder that measures a wide range of distances and outputs distance information of one channel.

また、出力情報選択部39は、図19に示すように、第1の距離情報Dp1又は第2の距離情報Dp2を選択的に出力するための閾値sh、shをずらして切り替え特性にヒステリシスを持たせることにより、境界領域で反射光レベルの微小変動によるデータ選択の切り替え頻度が少なくなり、データを安定にすることができる。 Further, as shown in FIG. 19, the output information selection unit 39 shifts the thresholds sh 1 and sh 2 for selectively outputting the first distance information D p1 or the second distance information D p2 to obtain a switching characteristic. By giving hysteresis to the boundary area, the frequency of data selection switching due to minute fluctuations in the reflected light level is reduced, and the data can be stabilized.

なお、出力情報選択部39は、外部から設定した閾値に基づいて出力すべき第1の距離情報Dp1又は第2の距離情報Dp2を判定して選択することも可能になっている。 The output information selection unit 39 can also determine and select the first distance information D p1 or the second distance information D p2 to be output based on an externally set threshold value.

また、本発明に係るレーザ距離計10(10A~10G)を使用して、例えば、図20に示すような光学的三次元形状測定機200を構成することができる。 Also, using the laser range finder 10 (10A to 10G) according to the present invention, for example, an optical three-dimensional shape measuring machine 200 as shown in FIG. 20 can be constructed.

この光学的三次元形状測定機200は、本発明に係るレーザ距離計10における測定光Sで対象物体250を走査する光学スキャン装置220と、レーザ距離計10の基準光検出器3と測定光検出器6の各検出出力に基づいて、対象物体250の複数の点までの絶対距離を計測して立体像を得る信号処理装置230を備える。 This optical three-dimensional shape measuring machine 200 includes an optical scanning device 220 that scans a target object 250 with the measurement light S2 in the laser rangefinder 10 according to the present invention, a reference photodetector 3 of the laser rangefinder 10 and the measurement light. A signal processing device 230 is provided for measuring absolute distances to a plurality of points on the target object 250 based on each detection output of the detector 6 to obtain a stereoscopic image.

この光学的三次元形状測定機200では、レーザ距離計10からの測定光S2が光学スキャン装置220から対象物体250に向けて照射され、対象物体250からの反射光がレーザ距離計10に戻り、物体表面までの絶対距離が信号処理装置230により計測される。信号処理装置230は、光学スキャン装置220を制御してレーザービームを走査すると同時にレーザ距離計10が広いダイナミックレンジで計測する絶対距離情報を取得して、ビーム照射位置とその場所まで絶対距離を複数の点について蓄積することにより非接触で物体の三次元形状を測定する。 In this optical three-dimensional shape measuring machine 200, the measurement light S2 from the laser rangefinder 10 is irradiated from the optical scanning device 220 toward the target object 250, the reflected light from the target object 250 returns to the laser rangefinder 10, The absolute distance to the object surface is measured by signal processor 230 . The signal processing device 230 controls the optical scanning device 220 to scan the laser beam, and at the same time obtains the absolute distance information measured by the laser rangefinder 10 in a wide dynamic range, and obtains a plurality of absolute distances to the beam irradiation position and its place. The three-dimensional shape of the object is measured without contact by accumulating the points.

なお、光学スキャン装置220により光ビームを走査する代わりに対象物体250を移動させてもよい。 Note that the target object 250 may be moved instead of scanning the light beam with the optical scanning device 220 .

1 第1の光源、2 第2の光源、3 基準光検出器、5 測定面、6,6A,6B 測定光検出器、7,7A~7G 信号処理部、11 光混合素子、14 偏光ビームスプリッタ、12 光分離素子、13 偏光子、10,10A~10G レーザ距離計、31A 増幅回路、31B 低利得増幅回路、31C 高利得増幅回路、32 A/D変換器、33A 第1の位相比較器、33B 第2の位相比較器、34A 第1の位相・距離情報出力部、34B 第2の位相・距離情報出力部、35 測定光分配器、37A,37B 遅延調整器、37C サンプリング位相調整器、37D 位相調整器、38 付加情報生成部、39 出力情報選択部、50 光コム干渉計 1 first light source, 2 second light source, 3 reference photodetector, 5 measurement surface, 6, 6A, 6B measurement photodetector, 7, 7A to 7G signal processing section, 11 light mixing element, 14 polarizing beam splitter , 12 optical separation element, 13 polarizer, 10, 10A to 10G laser rangefinder, 31A amplifier circuit, 31B low gain amplifier circuit, 31C high gain amplifier circuit, 32 A/D converter, 33A first phase comparator, 33B second phase comparator 34A first phase/distance information output section 34B second phase/distance information output section 35 measuring optical distributor 37A, 37B delay adjuster 37C sampling phase adjuster 37D phase adjuster 38 additional information generator 39 output information selector 50 optical comb interferometer

Claims (10)

基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離計であって、
上記基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光を生成する光コム干渉計と、
上記光コム干渉計により生成された第1の干渉光から第1の干渉信号を生成する第1の干渉信号生成手段と、
上記光コム干渉計により生成された第2の干渉光から低利得の第2の干渉信号と高利得の第2の干渉信号を生成する第2の干渉信号生成手段と、
上記第1の干渉信号生成手段により生成された第1の干渉信号と上記第2の干渉信号生成手段により生成された低利得の第2の干渉信号とを位相比較する第1の位相比較手段と、
上記第1の干渉信号生成手段により生成された第1の干渉信号と上記第2の干渉信号生成手段により生成された高利得の第2の干渉信号とを位相比較する第2の位相比較手段と
を備え、
上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、上記第1の位相比較手段により得られる第1の位相差情報と上記 第2の位相比較手段により得られる第2の位相差情報を出力することを特徴とする距離計。
The measurement target is determined from the phase difference between the first interference light obtained by combining the reference light and the measurement light and the second interference light obtained by combining the reflection light of the measurement light from the measurement target and the reference light. A rangefinder for calculating the distance to an object,
an optical comb interferometer that generates a first interference light obtained by combining the reference light and the measurement light, and a second interference light obtained by combining the reflection light of the measurement light from the measurement object and the reference light; ,
first interference signal generating means for generating a first interference signal from the first interference light generated by the optical comb interferometer;
second interference signal generating means for generating a second interference signal with a low gain and a second interference signal with a high gain from the second interference light generated by the optical comb interferometer;
a first phase comparison means for comparing the phases of the first interference signal generated by the first interference signal generation means and the second interference signal of low gain generated by the second interference signal generation means; ,
a second phase comparison means for comparing the phases of the first interference signal generated by the first interference signal generation means and the high-gain second interference signal generated by the second interference signal generation means; with
outputting first phase difference information obtained by the first phase comparison means and second phase difference information obtained by the second phase comparison means as distance information indicating the distance to the object to be measured; A rangefinder characterized by:
上記第1の干渉信号生成手段は、上記第1の干渉光が入射される基準光検出器と、入射された上記第1の干渉光を上記基準光検出器により得られる第1の干渉信号が入力される増幅回路からなり、
上記第2の干渉信号生成手段は、上記第2の干渉光が入射される測定光検出器と、入射された上記第2の干渉光を上記測定光検出器で検出することにより得られる第2の干渉信号が入力される低利得増幅回路と高利得増幅回路からなることを特徴とする請求項1に記載の距離計。
The first interference signal generating means includes a reference photodetector to which the first interference light is incident, and a first interference signal obtained by the reference photodetector from the incident first interference light. It consists of an input amplifier circuit,
The second interference signal generating means includes a measurement light detector into which the second interference light is incident, and a second interference signal obtained by detecting the incident second interference light with the measurement light detector. 2. The rangefinder according to claim 1, comprising a low gain amplifier circuit and a high gain amplifier circuit to which the interference signal is input.
上記第2の干渉信号生成手段は、上記測定光検出器として上記第2の干渉光が所定の分配比を有する測定光分配器を介して入射される第1の測定光検出器と第2の測定光検出器を備え、
上記低利得増幅回路には上記第1の測定光検出器により得られる第2の干渉信号が入射され、
上記高利得増幅回路には上記第2の測定光検出器により得られる第2の干渉信号が入射されることを特徴とする請求項2に記載の距離計。
The second interference signal generating means includes, as the measurement light detector, a first measurement light detector into which the second interference light is incident via a measurement light distributor having a predetermined distribution ratio, and a second measurement light detector. with a measuring photodetector,
A second interference signal obtained by the first measurement photodetector is incident on the low gain amplifier circuit,
3. The rangefinder according to claim 2, wherein a second interference signal obtained by said second measurement photodetector is incident on said high gain amplifier circuit.
上記測定光分配器の分配比は、1:1であることを特徴とする請求項3に記載の距離計。 4. The rangefinder according to claim 3, wherein the distribution ratio of said measuring light distributor is 1:1. 上記測定光分配器の分配比が1:N(Nは1よりも大きい任意の正数)であり、上記低利得増幅回路と高利得増幅回路は、互いに利得が等しいことを特徴とする請求項3に記載の距離計。 3. The measuring optical splitter has a distribution ratio of 1:N (N is any positive number greater than 1), and the low gain amplifier circuit and the high gain amplifier circuit have the same gain. 3. The rangefinder according to 3. 上記低利得増幅回路により増幅された第2の干渉信号と上記高利得増幅回路により増幅された第2の干渉信号との遅延時間差又は位相差を調整する遅延調整手段を備えることを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の距離計。 and delay adjusting means for adjusting a delay time difference or a phase difference between the second interference signal amplified by the low gain amplifier circuit and the second interference signal amplified by the high gain amplifier circuit. The rangefinder according to any one of claims 1 to 5, characterized by: 上記第1の位相比較手段により得られる第1の位相差情報と上記 第2の位相比較手段により得られる第2の位相差情報を上記測定対象物までの距離を示す距離情報として選択するための付加情報を出力する付加情報生成手段を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の距離計。 for selecting the first phase difference information obtained by the first phase comparison means and the second phase difference information obtained by the second phase comparison means as the distance information indicating the distance to the measurement object; 7. The rangefinder according to claim 1, further comprising additional information generating means for outputting additional information. 上記付加情報生成手段により生成された付加情報に基づいて、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として上記第1の位相比較手段により得られる第1の位相差情報と上記第2の位相比較手段により得られる第2の位相差情報を選択的に出力する距離情報選択手段を備えることを特徴とする請求項7に記載の距離計。 Based on the additional information generated by the additional information generation means, the first phase difference information obtained by the first phase comparison means as distance information indicating the distance to the measurement object and the second phase comparison. 8. A rangefinder according to claim 7, further comprising distance information selection means for selectively outputting the second phase difference information obtained by said means. 光コム干渉計により、基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光を生成し、上記第1の干渉光と上記第2の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離測定方法であって、
上記第1の干渉光から第1の干渉信号を生成するとともに、上記第2の干渉光から低利得の第2の干渉信号と高利得の第2の干渉信号を生成し、
上記第1の干渉信号と上記低利得の第2の干渉信号とを位相比較するとともに、上記第1の干渉信号と上記高利得の第2の干渉信号とを位相比較し、
上記第1の干渉信号と上記低利得の第2の干渉信号との位相比較出力として得られる第1の位相差情報と、上記第1の干渉信号と上記高利得の第2の干渉信号との位相比較出力として得られる第2の位相差情報を、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、出力することを特徴とする距離測定方法。
An optical comb interferometer generates a first interference light obtained by combining the reference light and the measurement light, and a second interference light obtained by combining the reflected light of the measurement light from the object to be measured and the reference light. , a distance measurement method for calculating a distance to the measurement object from the phase difference between the first interference light and the second interference light,
generating a first interference signal from the first interference light and generating a second interference signal with a low gain and a second interference signal with a high gain from the second interference light;
comparing the phases of the first interference signal and the second interference signal of low gain, and comparing the phases of the first interference signal and the second interference signal of high gain;
First phase difference information obtained as a phase comparison output between the first interference signal and the second interference signal with a low gain, and information between the first interference signal and the second interference signal with a high gain A distance measuring method, wherein second phase difference information obtained as a phase comparison output is output as distance information indicating a distance to the object to be measured.
基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離計であって、上記基準光と測定光とを合波した第1の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第2の干渉光を生成する光コム干渉計と、上記光コム干渉計により生成された第1の干渉光から第1の干渉信号を生成する第1の干渉信号生成手段と、上記光コム干渉計により生成された第2の干渉光から低利得の第2の干渉信号と高利得の第2の干渉信号を生成する第2の干渉信号生成手段と、上記第1の干渉信号生成手段により生成された第1の干渉信号と上記第2の干渉信号生成手段により生成された低利得の第2の干渉信号とを位相比較する第1の位相比較手段と、上記第1の干渉信号生成手段により生成された第1の干渉信号と上記第2の干渉信号生成手段により生成された高利得の第2の干渉信号とを位相比較する第2の位相比較手段とを備え、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、上記第1の位相比較手段により得られる第1の位相差情報と上記 第2の位相比較手段により得られる第2の位相差情報を出力する距離計と、
上記距離計から出射される測定光で対象物体を走査し、上記対象物体により反射された上記測定光を上記距離計に戻す光学スキャン装置と、
上記光学スキャン装置を制御してレーザービームを走査すると同時に上記距離計が計測する上記第1の位相差情報又は第2の位相差情報に基づく絶対距離情報を取得して、ビーム照射位置とその場所まで絶対距離を複数の点について蓄積することにより非接触で物体の三次元形状を測定する信号処理装置と
を備えることを特徴とする光学的三次元形状測定機。
The measurement target is determined from the phase difference between the first interference light obtained by combining the reference light and the measurement light and the second interference light obtained by combining the reflection light of the measurement light from the measurement target and the reference light. A rangefinder for calculating a distance to an object, wherein the first interference light is obtained by combining the reference light and the measurement light, and the reflected light of the measurement light from the measurement object and the reference light are combined. An optical comb interferometer that generates second interference light, a first interference signal generating means that generates a first interference signal from the first interference light generated by the optical comb interferometer, and the optical comb interference a second interference signal generating means for generating a low-gain second interference signal and a high-gain second interference signal from the second interference light generated by the meter; and the first interference signal generating means. a first phase comparison means for phase-comparing the first interference signal generated by the second interference signal generation means with a second interference signal of low gain generated by the second interference signal generation means; and the first interference signal generation means a second phase comparison means for comparing the phases of the generated first interference signal and the high-gain second interference signal generated by the second interference signal generation means; a rangefinder that outputs first phase difference information obtained by the first phase comparison means and second phase difference information obtained by the second phase comparison means as distance information indicating distance;
an optical scanning device that scans a target object with measurement light emitted from the rangefinder and returns the measurement light reflected by the target object to the rangefinder;
While controlling the optical scanning device to scan the laser beam, obtaining absolute distance information based on the first phase difference information or the second phase difference information measured by the rangefinder, and obtaining the beam irradiation position and its place and a signal processing device that measures the three-dimensional shape of an object in a non-contact manner by accumulating absolute distances to a plurality of points.
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