JPH02154188A - 距離測定装置 - 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】 〔１既　　要〕 距離測定装置から測定対象物までの距離を測定する距離
測定装置に関し、 測定対象物あるいは距離測定装置が運動している場合で
も、リアルタイムで且つ容易に距離を７ｊ１１定できる
ことを目的とし、 連続波のレーザ光を測定対象物に対して出力するレーザ
光出力手段と、レーザ光を周波数変調する周波数変調手
段と、レーザ光と測定対象物の表面から反射されてくる
反射レーザ光とを入力し、うなり周波数を検出する検出
手段と、うなり周波数の検出を所望の期間にわたって行
なうように制御する制御手段と、検出手段が検出するう
なり周波数に基づいて、測定対象物までの距離を求める
演算手段とを具えるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、距離測定装置に関し、特に、距離測定装置か
ら測定対象物までの距離を測定するようにした距離測定
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図（ａ）は、ある物体までの距離を測定する方式を
示す。図において、測定対象物３１１と測定装置３１３
の間の距離Ｒを測定する。測定装置３１３は図示しない
レーザ光源を搭載し、モノパルスレーザ光を発射する。

発射されたレーザ光は測定対象物３１１の表面で反射し
、測定装置３１３で受光される。測定装置３１３はレー
ザ光を発射した直後から反射光を受光するまでの時間Δ
Ｌを計測する。使用するモノパルスレーザ光の速度は既
知であるので計測した時間から測定対象物３１１と測定
装置３１３の距ＭＲを求めることができる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述した従来の測定装置３１３にあっては、
発射するモノパルスレーザ光の出力が大きいため連続し
てモノパルスレーザ光を発射できずリアルタイムで距離
情報を人手できない。また、測定対象物３１１あるいは
測定装置３１３が移動する等、時間的に距離Ｒが変化す
る場合には測定対象物３１１あるいは測定装置３１３の
運動速度を考慮して補正を行なって距離Ｒを計算しなけ
ればならず、この演算が煩わしいという問題点があった
。

本発明は、このような点にかんがみて創作されたもので
あり、測定対象物あるいは測定装置が運動している場合
でも、リアルタイムで且つ容易に距離を測定できるよう
にした距離測定装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段］ 第１図は、本発明の距離測定装置の原理１１３７２図で
ある。

図において、レーザ光出力手段１１１は、連続波のレー
ザ光を測定対象物１０１に対して出力する。

周波数変調手段１１３は、レーザ光を周波数変調する。

検出手段１１５は、レーザ光と測定対象物１０１の表面
から反射されてくる反射レーザ光とを入力し、うなり周
波数を検出する。

制御手段１１６は、うなり周波数の検出を所望の期間に
わたって行なうように制御する。

演算手段１１７は、検出手段１１５が検出するうなり周
波数に基づいて、測定対象物１０１までの距離を求める
。

従って、全体として、出力されたレーザ光と反射レーザ
光のうなり周波数から距離を求めるように構成される。

〔作　用］ レーザ光出力手段１１１は周波数変調手段１１３によっ
て周波数変調された連続波のレーザ光を出力する。この
レーザ光の一部は直接検出手段１１５に供給され、他は
測定対象物１０１に出力される。測定対象物１０１にお
いて反射された反射レーザ光は検出手段１１５に受光さ
れる。出力されたレーザ光は周波数変調されているので
、検出手段１１５は、出力されたレーザ光と反射レーザ
光とのうなり周波数を検出し、演算手段１１７に供給す
る。このうなり周波数の検出動作は制御手段１１６の制
御に基づいて、所望の期間にわたって行なわれる。演算
手段１１７はうなり周波数に基づいて距離を求める。

本発明にあっては、連続波のレーザ光を周波数変調し、
出力されるレーザ光と測定対象物１０１からの反射レー
ザ光とのうなり周波数によって距離を求めているので、
測定対象物あるいは測定装置が運動している場合でも、
リアルタイムで且つ容易に距離を求めることができる。

〔実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第２図は、本発明の一実施例における距離測定装置の構
成を示す。

Ｉ　　　　と　１　との ここで、本発明の実施例と第１図との対応関係を示して
おく。

測定対象物１０１は、測定対象物２０１に相当する。

レーザ光出力手段１１１は、連続波（ＣＷ）レーザ装置
２１３に相当する。

周波数変調手段１１３は、周波数変調器２１１に相当す
る。

検出手段１１５は、変換器２１５．増幅器２１７、ゲー
ト２２１．窓関数設定部２１９．サンプリング部２２５
．スペクトルアナライザ２２７に相当する。

制御手段１１６は、タイミングパルス生成部２２３に相
当する。

演算手段１１７は、格納部２２９．計算部２３１、距離
変換演算部２３３に相当する。

以上のような対応関係があるものとして、以下本発明の
実施例について説明する。

■、　　　　の　　および 第２図において、本発明実施例の測定装置２０２を用い
て、測定対象物２０１と測定装置２０２の間の距離を測
定する。第３図（ｂ）および（ｃ）は出力レーザ光と反
射レーザ光の関係を示す。以下第２図および第３図を参
照する。

ＣＯ２によるＣＷレーザ装置２１３は例えば約１０．０
６　（μｍ〕の連続波のレーザ光を出力する。

このレーザ光は周波数変調器２１１によって約３０〜４
０（ＭＨｚ）に変調される。変調されたレーザ光の一部
はミラー２０５で反射された後ミラー２０９で反射され
、変換器２１５に入光する。

また、変調されたレーザ光の一部がミラー２０５を透過
し、更にミラー２０３をも透過して測定対象物２０１に
照射される。

測定対象物２０１に照射されたレーザ光はその表面で反
射する。反射レーザ光はミラー２０３で反射された後、
ミラー２０７で反射され、ミラー２０９を透過して変換
器２１５に入光する。

変換器２１５はＣＷレーザ装置２１３から供給されるレ
ーザ光（ローカル光）と測定対象物２０１からの反射レ
ーザ光を入力とし、それらを電気信号に変換し、うなり
による信号（うなり周波数信号）を生成して出力する。

。この信号は増幅器２１７によって増幅され、ゲート２
２１に供給される。

出力レーザ光と反射レーザ光は出力直後から受光される
までに要する時間Δｔだけ位相がずれている（第３図（
ｂ）および（Ｃ）参照）。

測定対象物２０１からの反射レーザ光は測定対象物２０
１の表面の状態によっても位相がずれ、うなり周波数信
号は周波数方向にすそ（サイドローブ）の広い分布を持
つ。表面の状態によって生ずる信号成分を除去する必要
があり、このサイドローブの抑圧範囲は窓関数設定部２
１９に設定される窓関数によって制御されている。窓関
数設定部２１９はゲート２２１を制御し、ゲート２２１
を通過するうなり周波数信号はサイドローブを抑圧され
て出力される。

タイミングパルス生成部２２３の制御に基づいてサンプ
リング部２２５は、ゲート２２１から出力されるうなり
周波数信号からサンプリングする。

このサンプリングは位相がずれることによって生じる例
えば時間Ｌ１における出力レーザ光および反射レーザ光
のうなり周波数Δｆ１を抽出するものである。

ゲート２２１から出力されるうなり周波数信号は分布を
もっている。スペクトルアナライザ２２７において周波
数分析を行なって、出力最大の周波数を時間１．におけ
る出力レーザ光と反射レーザ光とのうなり周波数Δ「１
として検出する。この結果は格納部２２９に格納される
。

例えば測定対象物２０１は運動していないが、測定装置
２０２が測定対象物２０１に接近する方向で運動する場
合、ドツプラ効果として知られるように測定装置２０２
が受信する反射レーザ光の周波数は出力レーザ光の周波
数より高くなる（第３図（Ｃ）参照）。このような場合
、出力レーザ光および反射レーザ光は連続して供給され
ており、ゲート２２１から供給されるうなり周波数信号
は時間的に変化している。そのため、うなり周波数Δｆ
ｔは時間Ｌ＋　とは別な時間Ｌ２におけるうなり周波数
Δｆ２によって補正される必要がある。

サンプリング部２２５はタイミングパルス生成部２２３
の制御に基づいて、時間ｔ１とは別な時間Ｌ２における
うなり周波数Δｆ２の検出を同様の手順で行なう。時間
１．およびｔ２では、異なった値のうなり周波数Δｆ、
およびΔｒ２がサンプリングされる。

計算部２３１は格納部２２９が格納するうなり周波数Δ
ｆ、とスペクトルアナライザ２２７から供給されるうな
り周波数Δｆ２を用い、次式に基づいて平均のうなり周
波数Δｆを求める。

測定対象物２０１および測定装置２０２が運動していな
い場合（第３図（ｂ）参照）、位相のずれだけが生じ反
射レーザ光の周波数は出力レーザ光の周波数に一敗する
。うなり周波数は一定であり、Δｆ、−Δｆ２が成り立
つ。この場合には、（１）弐の結果もΔｆ−Δｆ１−Δ
ｆ２となる。

距離変換演算部２３３は、計算部２３１で求められたう
なり周波数Δ「とレーザ光の変調周波数から測定装置２
０２と測定対象物２０１との間の距離を計算して出力す
る。

■　・　１の　とめ 測定装置２０２と測定対象物２０１との間の距離は、出
力レーザ光を周波数変調しておけば、出力レーザ光と反
射レーザ光の周波数の位相のずれ（うなり周波数）とし
て得ることができる。また、例えば測定装置２０２が測
定対象物２０１に接近する方向に運動する場合、反射レ
ーザ光の周波数はドツプラ効果によって出力レーザ光の
周波数より高くなる。このように反射レーザ光の周波数
には、測定装置２０２および測定対象物２０１の運動速
度情報が含まれている。

このようにして、連続波のレーザ光の周波数を用いて距
離を求めているので、測定装置２０２あるいは測定対象
物２０１が運動して時間と共に距離が変化する場合でも
、リアルタイムで且つ容易に距離を測定することができ
る。

Ｎ−虜！ｍ檄 なお、ｒｌ、実施例と第１図との対応関係」において、
本発明と実施例との対応関係を説明しておいたが、本発
明はこれに限られることはなく、各種の変形態様がある
ことは当業者であれば容易に推考できるであろう。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、連続波のレーザ光を
周波数変調し、出力されるレーザ光と測定対象物からの
反射レーザ光のうなり周波数によって距離を求めている
ので、測定対象物あるいは測定装置が運動している場合
でも、リアルタイム、且つ容易に距離を求めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の距離測定装置の原理ブロック図、第２
図は本発明の一実施例による距離測定装置の構成ブロッ
ク図、 第３図は出力レーザ光と反射レーザ光の説明図である。 図において、 １１１はレーザ光出力手段、 １１３は周波数変調手段、 １１５は検出手段、 １１７は演算手段、 ２０１は測定対象物、 ２０２は測定装置、 ２０３．２０５，２０７，２０９はミラー２１１は周波
数変調器、 ２１３はＣＷレーザ装置、 ２１５は変換器、 ２１７は増幅器、 ２１９は窓関数設定部、 ２２１はゲート、 ２２３はタイミングパルス生成部、 はサンプリング部、 はスペクトルアナライザ、 は格納部、 は計算部、 は距離変換演算部である。 ４、弛叩　の簾哩フ゛口２．７９喝 第１図 ；シ・」２のｉ９’ｕ！Ｉハ巴 （ａ＞ ：ＬＩ　Ｌ　ｎ　ＬＦ”ＩＩ　　ｔ　ｓｔＪ　：１ＪＬ
１　つ＼ｉｉｚ　ｌ、７　ｕる４名（Ｃ〕 巴力し一竹゛′礼　ビ０毛し一寸′孔のａａＡ目第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続波のレーザ光を測定対象物（１０１）に対し
   て出力するレーザ光出力手段（１１１）と、前記レーザ
   光を周波数変調する周波数変調手段（１１３）と、 前記レーザ光と前記測定対象物（１０１）の表面から反
   射されてくる反射レーザ光とを入力し、うなり周波数を
   検出する検出手段（１１５）と、前記うなり周波数の検
   出を所望の期間にわたって行なうように制御する制御手
   段（１１６）と、前記検出手段（１１５）が検出するう
   なり周波数に基づいて、前記測定対象物（１０１）まで
   の距離を求める演算手段（１１７）と、 を具えるように構成したことを特徴とする距離測定装置
   。