JPH0271187A

JPH0271187A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH0271187A
Application number: JP63224301A
Authority: JP
Inventors: Masato Iwakawa; 岩川　正人; Jiyunshirou Motoyama; 本山　純四郎; Motoo Shimizu; 清水　基夫; Nagamitsu Oki; 大木　永光
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-09-06
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1990-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JP2733990B2

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〕本発明はレーザ光を用いて非接触で被測定物との間の距
離を測定する距離測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の距離測定装置として、参照光の光路と、
測定対象物までの光路との光の位相差により生ずるドツ
プラビート信号を用いて測定対象物までの距離とその移
動速度とを測定する装置があり、第９図のブロック図の
よう・に示される。図において、三角波発生部２１によ
って駆動され周波数変調された半導体レーザ１からのレ
ーザ光がマイケルソン干渉計型の光学系に導かれる。こ
のレーザ光をビームスプリッタ３により２分割した後、
一方は距Ｎ々ｌだけ離れた測定対象物４に照射し、他方
は距離！２２だけ離れた固定ミラー６に照射する。測定
対象物４からの散乱光は固定焦点レンズ３５で集光され
、ビームスプリッタ３を透過後、固定ミラー６からの反
射光と共に光電変換素子８上に重畳されて集光される。

この光電変換素子８の出力は、カウンタ２３へ入力され
、このカウンタ２３でビート信号の周期１／ｆｂ　　（
ｆｂはビート周波数）が測定される。このとき周波数ｆ
ｂと、光路差（Ｊｌ＋　　ｆｆ１ｚ）との間には次式の
様な関係がある。

４ν、Δν ｆｂ＝　　　　　　　（ｆｆｌｌ　　Ｊ２２）・・・・
・・（１）にこで、ν、はレーザ光の変調周波数、△νはレーザ光の
変調幅、Ｃは光速とする。

この（１）式より、シ１．Δν、々２を一定にし、距ｒ
ａＪｌ＋とビート周波数ｆｂとの関係を予め求めておけ
ば、ビート周波数ｆｂから距Ｈ１１を求めることが出来
る。詳しくは例えば、加藤他による論文「半導体レーザ
による距離・速度のＦＭへテロダイン計測法」、（Ｍ　
Ｗ　８４−２５．７３頁以降参照）に述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の距離計測器は、測定対象物４上の散乱光
を集光する固定レンズ３５が固定焦点であるため、距離
測定範囲がそのレンズ固有の焦点深度の範囲内に限定さ
れるので、測距の可能範囲（ダイナミックレンジ）が少
なくなるという欠点があった。

本発明の目的は、このような欠点を除き、距離測定のダ
イナミックレンジを広げた距離測定装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の距離測定装置の構成は、コヒーレント光を発生
するコヒーレント光発生器と、このコヒーレント光発生
器から出射する光の周波数を変調する信号発生器と、前
記コヒーレント光発生器から出射した光を２つに分割す
る光分割手段と、この光分割手段によって分割された一
方の光を反射させるビーム反射手段と、前記分割光のう
ち他方の光を被測定物に照射しこの被測定物から生じる
散乱光を集光する焦点可変レンズと、この焦点可変レン
ズで集光された散乱光と前記ビーム反射手段による反射
光とが重畳した光を光電変換する光電変換手段と、この
光電変換手段により検出されるドツプラビート信号から
前記被測定物の移動方向を算出する移動方向算出手段及
び前記被測定物の移動速度を算出する移動速度算出手段
と、この移動速度算出手段から得る移動速度を積分して
移動距離を算出する移動量算出手段と、前記移動方向算
出手段と前記移動量算出手段から算出された前記被測定
物の移動方法及び移動量に従い前記焦点可変レンズの焦
点距離の変化方向及び変化量を決定し、その結果前記焦
点距離を変化せしめる自動焦点制御手段と、前記ドツプ
ラビート信号から距離を算出する距離算出手段とを有し
、前記自動焦点制御手段が前記移動方向算出手段から得
る被測定物の移動方向と前記移動量算出手段から得る被
測定物の移動方向と移動量のみを用いて前記焦点可変レ
ンズの焦点距離を制御することにより、距離測定の可能
範囲（ダイナミックレンジ）を広げたことを特徴とする
。

〔実施例〕次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す模式的ブロツク図で
ある。図において、半導体レーザ１から三角波発生部２
１により、周波数変調されたレーザ光がマイケルソン干
渉計型の光学系に導かれる。このレーザ光は、コリメー
タレンズ２で平行光となり、ビームスプリッタ３により
２分割された後、一方は距Ｎｅ１だけ離れた移動、又は
静止している測定対象物４へ照射され、他方は距離！２
２でだけ離れた固定ミラー６へ入射される。測定対象物
４からの散乱光はズームレンズ５で集光され、ビームス
プリッタ３を通過後固定ミラー６からの反射光と共に、
レンズ７により光電変換素子８の受光面上に重畳され集
光される。

この時、光電変換素子８の出力には、第２図の波形図に
示す様なドツプラ・ビート信号が表われる。第２図に示
す様に、変調信号である三角波の傾きの大きさが正の区
間Ｔ１にて生じるドツプラビート信号周波数ｆｄ、と負
の区間Ｔ２にて生じるドツプラビート信号周波数ｆｄ２
は、測定対象物の移動方向に応じて異なり、次の各式の
ようになる。

ｉ）Ｚ方向に移動している場合ｉｉ）　−Ｚ方向に移動している場合、ｉｉｉ　）静止
している場合ｆ　ｄｌ＝　ｆ　ｄｚ＝　ｆ　ｂ　　　　　　　　　・
・・・・・（６）ここで、ν０はレーザ光の中心周波数
、Δνはレーザ光の変調幅、ν、はレーザ光の変調周波
数、■は測定対象物の移動速度、θはＺ軸と測定対象物
の移動方向の角度とする。

このドツプラビート信号はアンプ９へ入力して増幅され
、その出力はバイパスフィルタ１０へ入力され、その変
調波成分を除去した後、周波数測定部１１へ入力される
。

この周波数測定部１１は、例えば第３図のブロック図の
ような構成とする。第３図において、バイパスフィルタ
１０から出力されたドツプラビート信号はカウンタ２３
へ入力され、その周期を計数した後、演算部２４にて逆
数演算しその周波数に換算する。切換スイッチ２５は同
期部２２から出力される同期信号に従かいバッファ２６
゜２７を選択するが、区間Ｔ１のときバッファ２６（ａ
）側に接続され、区間Ｔ２のときバッファ２７（ｂ）側
に接続される。従って、バッファ２６には区間Ｔｌのド
ツプラビート信号ｆｄ、が格納され、バツア２７には区
間Ｔ２のドツプラビート信号ｆｄ２が格納されている。

周波数測定部１１にて測定したドツプラビート周波数は
距離算出部１２、移動速度算出部１３、移動方向算出部
１４へ出力される。

距離算出部１２は、例えば第４図の様な構成とする。第
４図において、バッファ２６にはドツプラビート周波数
ｆｄｌ、バッファ２７にはドツプラビート周波数ｆｄ２
が格納され、ビート周波数算出部２８では、これらビー
ト周波数ｆｄ１とｆｄ２の平均値ｆｂを次式から算出す
る。

距離換算部２９では予め関数記憶部３０内に記憶しであ
る周波数ｆｂと距離１１との関係を表わす関数Ｆ　（ｆ
ｂ　）にｆｂを代入して、距Ｎｉ１１を算出し、バッフ
ァ３１へ格納する。

移動速度算出部１３は、例えば第５図の様な構成とする
。速度算出部３２では次式にバッファ２６．２７に格納
されたビート周波数ｆｄｌ＋ｆｄ２の大小関係を比較し
、その結果から次の様なフラグをフラグバッファ３４へ
格納する。

１）ｆｄｌ＞ｆａｚの時：フラグ１、ｉｔ）　ｆ　ｄｌ＜　ｆ　ａｚの時：フラグ−１ｉｉｉ
）ｆ　ｄｌ＝　ｆ　ｄ２の時：フラグＯ移動量算出部３
６は、例えば第７図の様な構成とする。第７図において
、積分器３７は速度算出部１４のバッファ３１に格納さ
れている速度Ｖを一定時間、例えば第８図に示す区間２
Ｔを積分範囲として積分を行ない、その演算結果、すな
わち区間２Ｔの間の移動量Δｊをバッファ３１へ出力す
る。この際、バッファ３１に格納された値は、第８図に
示す制御信号の立上りに同期して更新される。

自動焦点制御部１５は、ズームレンズ５の焦点距離の変
化方向及びその変化量Δｆを以下の様にして定め、その
結果に従い、ズームレンズを変化させる。まず、変化方
向は移動方向算出部１４のフラグバッファの内容に応じ
、次の如く定める。

ｉ〉フラグ１の時：レンズの焦点距離を長くするｉｉ）
フラグ−１の時：レンズの焦点距離を短かくする。

１ｉｉ）フラグ０の時：変化させない。

次に、変化量Δでは、移動量算出部３６のバッファに格
納された移動量Δ々の大きさに応じて定める。その際、
例えば、Δｉと△ｆの変換テーブルを自動焦点制御部１
５内に設け、それを参照して決定してもよい。

なお、測定開始時等、距離が可能な適当な焦点距離が不
明な時は、ズームレンズ５の焦点距離を最大から最小ま
で変化させながら、測定対象物４からの信号光パワーＰ
　ｓｌｇをモニタし、この光パワーＰ３１８が最大にな
る様に焦点距離の粗調を行なってもよい。

ＮＤフィルタ制御部１６は、しゃへい板１８の切換によ
り信号光パワーＰｓ＋ｇ、参照光パワーｐ　、ｅ、を各
々モニタし、これらのパワー比ＰｓＩ□／Ｐｒｅｆが予
め求めた最適値となる様に、ＮＤフィルタ１７の透過率
を制御する。この際ＮＤフィルタ１７の表面、裏面にお
ける反射光、及び表面、裏面による多重反射光が光電変
換素子８の受光面に入射すると、参照先の光路長が変化
するため、正しいビート周波数が測定できない。この影
響を避けるため、ＮＤフィルタ１７を、入射レーザ光に
対し斜めに挿入してその反射光が光電変換素子８の受光
面に入射するのを防いでいる。また表示部１９は、測定
対象までの距離、移動速度、移動方向及び移動量などを
表示し、又、これらの測定値をインターフェース部２０
を介して外部装置へ出力してもよい。

以上、測定対象物の移動方向と移動量のみを用いてズー
ムレンズの焦点距離を変化させた場合の説明をしたが、
移動方向算出部１４と移動量算出部３６とを備えずに、
距離算出部１３から得る距離のみを用いても同様の機能
を得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ドツプラビート信号から
移動、又は静止している測定対象物の移動方向、移動速
度及び移動量を測定し、その結果に従ってズームレンズ
の焦点距離、変化方向、及び変化量を制御することによ
り、距離測定のダイナミックレンジを広くとることが出
来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の距離測定装置の一実施例の構成を示す
ブロック図、第２図は第１図における変調信号とビート
信号の波形図、第３図は第１図の周波数測定部１１の一
例のブロック図、第４図は第１図の距離算出部１２の一
例のブロック図、第５図は第１図の移動速度算出部１３
の一例のブロック図、第６図は第１図の移動方向算出部
１４の一例のブロック図、第７図は第１図の移動量算出
部３６の一例のブロック図、第８図は第１図の同期部２
２から出力する信号の波形図、第９図は従来の距離測定
装置の一例のブロック図である。１・・・半導体レーザ、２・・・コリメータレンズ、３
・・・ビームスプリッタ、４・・・測定対象物、５・・
・ズームレンズ、６・・・固定ミラー　７・・・結像レ
ンズ、８・・・光電変換素子、９・・・アンプ、ｌＯ・
・・バイパスフィルタ、１１・・・周波数測定部、１２
・・・距離算出部、１３・・・移動速度算出部、１４・
・・移動方向算出部、１５・・・自動焦点制御部、１６
・・・ＮＤフィルタ制御部、１７・・・ＮＤフィルタ、
１８・・・しゃへい板、１９・・・表示部、２０・・・
インターフェース、２１・・・三角波発生部、２２・・
・同期部、２３・・・カウンタ、２４・・・演算部、２
５・・・切換スイッチ、２６．２７．３１・・・バッフ
ァ、２８・・・ビート周波数算出部、２つ・・・距Ｍ換
算部、３０・・・関数記憶部、３２・・・速度算出部、
３３・・・比較部、３４・・・フラグバッファ、５・・・固定焦点レンズ、６・・・移動量算出部、７・・・積分器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コヒーレント光を発生するコヒーレント光発生器
と、このコヒーレント光発生器から出射する光の周波数
を変調する信号発生器と、前記コヒーレント光発生器か
ら出射した光を２つに分割する光分割手段と、この光分
割手段によって分割された一方の光を反射させるビーム
反射手段と、前記分割光のうち他方の光を被測定物に照
射しこの被測定物から生じる散乱光を集光する焦点可変
レンズと、この焦点可変レンズで集光された散乱光と前
記ビーム反射手段による反射光とが重畳した光を光電変
換する光電変換手段と、この光電変換手段により検出さ
れるドップラビート信号から前記被測定物の移動方向を
算出する移動方向算出手段及び前記被測定物の移動速度
を算出する移動速度算出手段と、この移動速度算出手段
から得る移動速度を積分して移動距離を算出する移動量
算出手段と、前記移動方向算出手段と前記移動量算出手
段から算出された前記被測定物の移動方法及び移動量に
従い前記焦点可変レンズの焦点距離の変化方向及び変化
量を決定し、その結果前記焦点距離を変化せしめる自動
焦点制御手段と、前記ドップラビート信号から距離を算
出する距離算出手段とを有し、前記自動焦点制御手段が
前記移動方向算出手段から得る被測定物の移動方向と前
記移動量算出手段から得る被測定物の移動方向と移動量
のみを用いて前記焦点可変レンズの焦点距離を制御する
ことにより、距離測定の可能範囲（ダイナミックレンジ
）を広げたことを特徴とする距離測定装置。
（２）自動焦点制御手段が、距離算出手段から得る距離
のみを用いて、焦点可変レンズの焦点距離を制御するも
のである請求項（１）記載の距離測定装置。