JPH01126582A - レーザ測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザを用いた測距装置に関する。

従来の技術 現在、物体の光計測法としては、（１）ノζルス時間差
法、（坤連続強度変調光による位相差法、（３）干渉計
法などがある。（１）の方法は、測定精度は数纂程度で
遠距離計測が可能であるが、装置自体が大型となる。（
２）および（３）の方法は、いずれも１ｏ−５〜１ｏ−
７の極めて高い精度の測定が可能であるが、コーナーキ
ューブ等の反射鏡を用いることが必要である。

これに対して、「昭和５８年度電子通信学会総合全国大
台９８７」に示されているＦＭ変調半導体レーザによる
距離のヘテロダイン計測法では、反射鏡を必要とせず、
粗面散乱体でも測定可能であり、装置も小型化できる。

第４図にＦＭヘテロダイン計測の基本的構成図で示す。

半導体レーザ１は電流変調によシ発振周波数を三角波に
掃引される。出力光はレンズ２で平行光として、ビーム
スプリッタ３で２分され、一方は反射鏡４で反射されて
局発光となる。他方は遠方のターゲット５に集束され、
後方散乱光は望遠ｍｅで集められて光検出器７でヘテロ
ゲイン検波される。ヘテロダインビート信号周波数は次
式で与えられる。

ここで、δはレーザの周波数偏移、ｆＸｎは変調周波数
、Ｒはターゲットの距離、Ｃは光速である。

すなわち、δとｆｍが既知の場合、ビート周波数１の測
定によシ距離Ｒが求められる。

発明が解決しようとする問題点 上記従来の技術で述べたように、半導体レーザにＦＭ変
調を加えるヘテロゲイン計測法では、精度が約５　Ｘ　
１　ｏ−ｓと中程度であり、測定可能距離も数ｍ程度に
制限されていた。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、高精度
に遠距離まで測定可能な測距装置を提供することを目的
としている。

問題点を解決するための手段 本発明のレーザ測距装置は、少なくとも半導体レーザと
ビームスプリッタ、反射鏡、光検出器を備え、前記反射
鏡とターゲット間でマイケルソン干渉計を構成し、前記
半導体レーザは外部に反射体を有する外部共振器構成で
あり、前記半導体レーザを前記外部共振器のラウンドト
リップタイムに対応する周波数近傍でＦＭ変調を施し、
ヘテロゲイン検波する構成である。

作　　用 本発明は上記した構成により、外部共振器型半導体レー
ザを光源としたＦＭヘテロゲイン計測法による測距装置
となっている。

ヘテロダイン検波におけるＳ／Ｎ比は次式で与えられる
。

ここで、Ｐｏは信号光パワー、ηは光検出器の量子効率
Ｂは検出系の帯域幅、Ｆは検出器の雑音指数、Ａは受信
望遠鏡断面積、βは散乱体の後方微分散乱係数、ｖｔは
レーザの時間的コヒーレンスによる光検出器面での鮮明
度、ｖｓは空間的コヒーレンスによる鮮明度である。ｖ
ｔはレーザのスペクトル幅をΔνとすれば、 ｖ０＝定数 と表わされ、Δνが小さくなるほどＳ／Ｎ比は改善され
る。

また、距離分解能ΔＲは、 と表わされる。ここで、ΔＩはビート信号のスペクトル
幅である。（１）と（６）式よシ、レーザの周波数−偏
移δが大きいほどΔＲは小さくなる０本発明は光源とな
る半導体レーザを外部共振器構成とすることによって、
スペクトル線幅Δνが狭窄化されるために、Ｓ／Ｎが改
善され、さらに、外部共振器のラウンドトリップタイム
τ８に対応する周波数１／τ８およびその高調周波数で
ＦＭ変調効果が増大するため、ｍ・１／τ、（ｍは整数
）近傍の周波数でＦＭ変調を行えば周波数偏移δが大き
くすることができ、距離分解能も向上する。

実施例 第１図に本発明の実施例のレーザ測距装置の構成図を示
す。８は半導体レーザ素子、９はコリメートレンズ、１
ｏは外部共振器を構成する反射体、２はレンズ、３はビ
ームスプリッタ、４は反射鏡、５はターゲット、６は望
遠鏡である。半導体レーザ素子８、レンズ９および反射
体が外部共振器半導体レーザ１１を構成している。レー
ザ１１は電流変調によシ、発振周波数を三角波に掃引さ
れる。

出力光はレンズ２で平行光としてビームスプリッタ３で
２分され、一方は反射鏡４で反射されて局発光となる。

他方は遠方のターゲット６に集束され、後方散乱光は望
遠鏡６で集められて光検出器７でヘテロゲイン検波され
る０ビット周波数の測定によシタ−ゲラ）ｔでの距離Ｒ
が求められる。

外部共振器型半導体レーザ１１のスペクトル線幅Δνは
外部共振器長りに反比例して減少する。

第２図にΔνとＬの関係を示す。本実施例ではＬを３０
ｃｍとしたので、約１３０　ｋＨｚのスペクトル線幅が
得られた。第３図に、変調周波数／ｍとＦＭ変調効率の
関係を示す０縦輔ＯＦＭ変調効率は半導体レーザ素子８
の値で規格化しである。外部共振器のラウンドトリップ
タイムに対応する周波数／ｍ＝　５００　ＭＨｚ　では
、半導体レーザ素子８のみの場合の約３倍のＦＭ変調効
率すなわち周波数偏移δが得られた。

なお、本実施例では、外部共振器をレンズと反射体で構
成したが、光ファイバで外部共振器を構成すれば、外部
共振器長を長くとることができるため、スペクトル線幅
をさらに狭くすることができる変調周波数も低くてすむ
。また、光ファイバを用いれば、外部共振器を、長くし
ても装置を小型化することが可能である。

また、本実施例は、測距を目的としているが、同様の装
置で、ターゲットが運動している場合には、ドラグラビ
ートを測定することにより、速度の測定も可能である。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明はＦＭ変調半導体レーザ
を用いたヘテロダイン計測法による測距装置において、
半導体レーザを外部共振器構成とし、外部共振器のラウ
ンドトリップタイムに対応する周波数近傍でＦＭ変調す
ることによって、スペクトル線幅が狭窄化され、周波数
偏移が大きくなるため、Ｓ／Ｎ比の改善および距離分解
能の向上、すなわち測距可能な距離の延長および測定精
度の向上がなされるという効果を有するものである０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のレーザ測距装置の構成図、第
２図は同実施例に用いたレーザの外部共振器長とスペク
トル線幅の関係図、第３図は同レーザの変調周波数とＦ
Ｍ変調効率の関係図、第４図は従来例のレーザ測距装置
の構成図である。 ２・・・・・・レンズ、３・・・・・・ビームス７’ｌ
Ｊ、ツタ、４・・・・・・反射鏡、６・・・・・・ター
ゲ、ット、６・・・・・・望遠鏡、７・・・・・・光検
出器、８・・・・・・半導体レーザ素子、９００１．・
・コリメートレンズ、１ｏ・・・・・・反射体、１１・
・・・・・外部共振器型半導体レーザ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名？−
−レンス゛ ３−−−ヒ゛−ムスプリッタ ４−一−ス射槻 ｊ−一一ターゲヅト ６−−一望ｊし晩 ｑ−一一コワメートルンス゛ル レーザ 第１図 第２＠ ／　　　　　　　　　　　　　　　　　１０　　　　　
　　　　　　　　　　１００り））βス力艶】！畏　Ｌ
　（６穴）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも半導体レーザとビームスプリッタ、反射鏡
   、光検出器を備え、前記反射鏡とターゲット間でマイケ
   ルソン干渉計を構成し、前記半導体レーザは、外部に反
   射体を有する外部共振器構成であり、前記半導体レーザ
   を前記外部共振器のラウンドトリップタイムに対応する
   周波数近傍でＦＭ変調を施し、ヘテロダイン検波するよ
   うにしたレーザ測距装置。