JPH01134285A - 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〕 本発明は測距装置に関し、特に基準光路と被測定物体ま
での光路との光の位相差を使って被測定物体までの距離
を測定する光ホモダイン計測法による測距装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、光を用いて物体までの距離を測定する手段として
光ディスクの焦点位置検出機構を用いる方法や、基準光
路との光路差を光の位相差として検出する光ホモダイン
計測法がある。光ディスクの焦点位置検出機構にはいく
つかの方法があるが、例えば、非点収差法による検出機
構は対物レンズの移動によって物体面に光を集光させ、
反射して戻ってきた光を収−束する光路中に円筒レンズ
を配置したものである。対物レンズと物体の距離が基準
の長さにある時、ビーム形状が真円となる位置に４分割
光検出器を配置する距離が変化することによってビーム
形状が変化し、これを検出することによって相対距離を
測定できる。詳しくは、例えば雑誌「アイイーイーイー
・トランザクションズ・オン・コンシューマ・エレクト
ロニクス（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ
　Ｃｏｎｓｕｍｅｒ　１ｉｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＞、２
２巻、１９７６年、３０４〜３０８ページに記載の論文
「ビデオディスクの光学的出力（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｒｅ
ａｄｏｕｔ　ｏｆ　Ｖｉｄｅｏｄｉｓｃ）　」に述べら
れている。しかし、この方法では測定範囲が限られてお
り汎用的でない、一方、光ホモダイン計測法は物体に光
を照射して戻ってきた反射光と基準光路の光を干渉させ
るものである。この時の基準光の位相の変調や光の波長
の変調によって干渉光にビート信号を発生させ、その周
波数から距離を測定する。光の波長を変調する方法につ
いての詳細は、例えば雑誌「アプライド・オプティック
ス（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ）　、　２０巻、１
９８１年、４００〜ページに記載の論文「波長可変干渉
計による絶対距離測定（Ａｂｓｏｌｕｔｅ　Ｄｉｓｔａ
ｎｃｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｂｙ　Ｖａｒｉａｂ
ｌｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅ
ｔｒｙ　）　Ｊに述べられている。この方法は数１０ｍ
以上の距離を数μｍ以下の精度で測定することができ、
高精度でしかも汎用性のある計測法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した光ホモダイン計測法においては、物体光と基準
光の強度を干渉面で等しくすることが必要であるが、従
来の方法では、単色光源から出射した光をハーフミラ−
で分割し、物体光と基準光の強度をそろえるために基準
光路中にＮＤフィルタを置く場合が一般的で、光の出力
を著しく損失していた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の測距装置は、半導体レーザと、前記レーザの波
長を変化せしめる信号発生手段と、前記レーザから出射
されたビームを整形する光学系と、前記光学系から出射
されたビームを前記ビームと同一形態の第１および第２
のビームに分離するビームスビリツタと、前記ビームス
プリッタによって分離された前記第１のビームを反射す
るビーム反射手段と、前記第２のビームを被測定物体に
照射して散乱する散乱光の光軸を前記第１のビームの光
軸と一致させるための前記第１および第２のビームがけ
られない程度の大きさの穴を有する反射光学系と、前記
散乱光および前記第１のビームを干渉せしめて生じる干
渉パターンを検出する光検出器と、前記光検出器からの
信号を処理する演算装置とを備えることを特徴とする。

〔作用・原理〕

第２図は本発明の原理を示す概念図、第３図はレーザ光
の発振周波数の時間的変化を示すグラフである。

第２図に示すような干渉計を構成し、周波数変調された
半導体レーザ１０１の光をビームスプリッタ１０３で２
分し、物体１０５からの反射光とプリズム１０４で反射
された基準光路からの反射光との干渉のビート周波数を
測定して、物体１０５と基準光路の光路差を求める０周
波数変調されたレーザ光は次式で表わされる。

Ｅ（ｔ）□Ａｏｅｘｐ［ｉ　（２ｙｔ　（ＶＯ＋ΔＶ（
ｔ））　］−・・・−（１）ここで、Ａ、は振幅、ｖｏ
は中心周波数、ΔＶ（ｔ）は周波数ずれ量である。この
時の瞬間周波数はＶ（ｔ）＝Ｖｏ十ΔＶ（ｔ）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（２）であ
る、ここで、レーザ光の周波数を第３図に示すような三
角波状に変調させると、半周期の時間Ｔ＝１／２ｆにお
ける周波数変化量は一定である。この量をδとする。一
方、信号光の時間差は、物体面までの光路長をｅ２＋基
準光路長を１；！１としてｒ□２（１！２−１！　１）
／Ｃ・・・−（３）である、ただし、Ｃは光速度である
。この時の光検出器１０７の面における２つの光路の位
相差はΔψ（ｔ）＝　２π翳ｒ　　　　　・・・・・・
（４）である。従って、２光束の干渉稿強度の半周期の
時間における位相変化量は ΔΦ＝ＳｏΔψ（ｔ）ｄｔ　＝　２πδｒ　　−−−−
−−（５）となる、従って、ビート成分の位相偏移ΔΦ
を測定することにより「を求め、１２が得らえる。

この際、干渉縞のコントラストを大きくし、と−ト信号
の振幅を大きくするために、干渉面において物体からの
反射港と基準光路からの反射光の強度を等しくする必要
がある。ところが、一般には基準光路からの反射光が物
体からの反射光に比べて著しく大きく、従来は基準光、
路にＮＤフィルタを置いて反射光の強度を低減していた
。そこで、光を有効に利用するため、まずブームスプリ
ッタ１０３の光分割比を物体１０５からの反射光が基準
光路からの反射光と等しくなるように透過光量を大きく
する。物体１０５に照射する光は往の光がけられない程
度に小さく開けられた穴開きミラー１０６の穴を通って
物体１０５に照射される。基準光はプリズム１０４によ
って光路を変えられ、穴開きミラー１０６の穴を通って
光検出器１０７に集光される。また、物体１０５からの
散乱光は穴開きミラー１０６によって光路を変えられ、
光検出器１０７上に集光されて基準光と干渉する。

物体からの反射光は基準光の１／１００以下であるため
、従来の方法ではレーザの光量の９９％以上を無駄に捨
てていた。しかし、本発明の方法での光の損失は数１０
％以下であり、７０〜８０％以上の光量を有効に利用で
きる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の測距装置の一実施例の構成図である。

レーザ１から出射した光はレンズ２によりコリメートさ
れ、ビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ
３によって分けられた光の一方はプリズム４により反射
されて基準光路となる。もう一方の光は中央に穴の開い
た穴開きミラー５を通過し、レンズ６によって物体７に
集光する。物体７からの散乱光は穴開きミラー５で反射
され、レンズ８によって集光されて光検出器９でプリズ
ム４からの基準光と干渉する。

レーザ１は、ＧＰ−ＩＢインターフェイスの付いたパソ
コンなどの演算装置１１に制御される例えばＧＰ−ＩＢ
インターフェイスの付いたファンクションジェネレータ
などのレーザ駆動装置１２により、第３図に示したよう
に周波数変調される。プリズム４からの基準光と物体７
からの反射光の干渉パターンは光路差に比例してうねり
を生じる。このうねりの周波数を例えばＧＰ−ＩＢの付
いた周波数カウンタ１１によって測定し、演算装置１２
によって光路差を求めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ビームスプリッタ、プリ
ズム、穴開きミラーを用いて基準光と物体からの反射光
の強度を等しくすることによって、光源の光パワーを有
効に利用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の測距装置の一実施例の構成図、第２図
は本発明の原理を示す概念図、第３図はレーザ光の発振
周波数の時間的変化を示すグラフである。 １．１０１・・・レーザ、２，６．８・・・レンズ、３
．１０３・・・ビームスプリッタ、４．１０４・・・プ
リズム、５，１０６・・・穴開きミラー、７，１０５・
・・物体、９，１０７・・・光検出器、１０・・・周波
数カウンタ、１１・・・演算装置、１２・・・レーザ駆
動装置。 代理人　弁理士　　内　原　　冒 茅　１　圀 ブソス゛ム 第　２　閏 序　３　ＴＭ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザと、前記レーザの波長を変化せしめる信号
   発生手段と、前記レーザから出射されたビームを整形す
   る光学系と、前記光学系から出射されたビームを前記ビ
   ームと同一形態の第１および第２のビームに分離するビ
   ームスピリッタと、前記ビームスプリッタによって分離
   された前記第１のビームを反射するビーム反射手段と、
   前記第２のビームを被測定物体に照射して散乱する散乱
   光の光軸を前記第１のビームの光軸と一致させるための
   前記第１および第２のビームがけられない程度の大きさ
   の穴を有する反射光学系と、前記散乱光および前記第１
   のビームを干渉せしめて生じる干渉パターンを検出する
   光検出器と、前記光検出器からの信号を処理する演算装
   置とを備えることを特徴とする測距装置。