JPH06138231A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強度変調された照射レーザ光とその反射レー
ザ光との位相差を用いて物体までの距離を測定する距離
測定装置に関し、反射レーザ光の強度がリミッタ増幅回
路の応答性に与える影響を除去して高精度で距離を測定
することを目的とする。 【構成】 強度変調されたレーザ光を空間へ照射し、物
体で反射したレーザ光を受光する光学手段と、照射レー
ザ光と反射レーザ光の位相差を検出し、その位相差情報
を物体までの距離情報として出力する位相検出手段とを
備えた距離測定装置において、位相検出手段は、反射レ
ーザ光の強度を測定する強度検出手段と、その検出強度
に応じて位相差情報を補正する補正手段とを含む構成で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体までの距離をレー
ザ光を用いて測定する距離測定装置に関する。特に、強
度変調された照射レーザ光とその反射レーザ光との位相
差を用いて、物体までの距離を測定する距離測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の距離測定装置の構成例を
示すブロック図である。図において、距離測定装置は、
発振部１０と、レーザ光源部２０と、光学系３０と光／
電気変換部４０と、位相検出部５０とにより構成され
る。

【０００３】発振部１０は、レーザ光の強度変調に用い
る正弦波信号を発生する水晶発振器１１と、その正弦波
信号を２分岐し一方をレーザ光源部２０へ、他方を位相
検出部５０へ出力する分配器１２とにより構成される。

【０００４】レーザ光源部２０は、入力される正弦波信
号を増幅する増幅回路２１と、増幅された正弦波信号に
応じて半導体レーザ（ＬＤ）の駆動信号を出力するＬＤ
駆動回路２２と、駆動信号に応じて強度変調したレーザ
光を出射する半導体レーザ（ＬＤ）２３と、半導体レー
ザ２３の発振動作を安定化するＡＰＣ／ＡＴＣ回路２４
とにより構成される。

【０００５】光学系３０は、レーザ光源部２０で強度変
調して出射されたレーザ光を計測点方向に照射するとと
もに、その照射レーザ光が計測点で反射して戻ってきた
反射レーザ光を取り込み、光／電気変換部４０へ出射す
る構成である。光／電気変換部４０は、光学系３０を介
して得られた反射レーザ光を受光し、その強度に対応し
た正弦波の強度電気信号を位相検出部５０へ出力する。

【０００６】位相検出部５０は、発振部１０から入力さ
れる正弦波信号を増幅する増幅回路５１と、増幅された
正弦波信号を波形整形して出力する波形整形微分回路５
２と、光／電気変換部４０から入力される強度電気信号
を増幅するリミッタ増幅回路５３と、増幅された強度電
気信号を波形整形して出力する波形整形微分回路５４
と、各波形整形微分回路５２，５４の出力信号の位相差
を検出する位相検出器５５と、その位相差信号を増幅す
る増幅回路５６と、増幅された位相差信号の高周波成分
を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）５７と、低周波
成分となった位相差信号を増幅して出力端子５９へ出力
する低周波増幅回路５８とにより構成される。

【０００７】波形整形微分回路５２，５４では、照射レ
ーザ光の強度変調に用いた正弦波信号と、反射レーザ光
に対応する強度電気信号の各位相情報が取り出されるの
で、位相検出器５５ではそれらを比較することにより、
照射レーザ光と反射レーザ光の位相差を検出することが
できる。この位相差情報は、照射レーザ光が反射される
計測点までの距離に対応しており、増幅した後に電圧と
して取り出せば容易に距離を割り出すことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、反射レーザ
光より得られる強度電気信号の振幅電圧は、照射レーザ
光の飛行距離によって異なるために一定ではない。すな
わち、強度電気信号の振幅電圧は計測点までの距離に応
じて変動するために、リミッタ増幅回路５３を用いて波
形整形微分回路５４への入力の最大振幅電圧を一定に
し、波形整形微分回路５４で反射レーザ光の正確な位相
情報が得られるようにしている。

【０００９】しかし、実際問題として、例えば 0.1ｍｍ
のオーダで高精度の距離測定を行う場合には、通常の使
用においては応答性が高いとされるリミッタ増幅回路で
すら、入力信号の振幅値に依存する応答性が問題とな
る。すなわち、反射レーザ光より得られた強度電気信号
の振幅電圧が大きな場合には高速に応答するが、小さな
振幅電圧であれば応答が遅くなり、リミッタ増幅回路の
部分で時間遅れを生ずることになる。

【００１０】たとえば、図５に示すように、同じ位相で
あるが振幅電圧が異なる正弦波信号ａ₁ ，ｂ₁ がリミッ
タ増幅回路５３を通過すると、、それぞれ正弦波信号ａ
₂ ，ｂ₂ となって時間差ｔが生ずる。この応答性の相違
による時間差ｔは、波形整形微分回路５４で得られる位
相情報の一部となり、位相検出器５５で検出される相対
的な位相差に加わり、最終的には測定距離の誤差として
現れることになる。この時間差ｔが10ｐｓ程度であった
としても、距離誤差としては３ｍｍ程度になる。すなわ
ち、リミッタ増幅回路の応答性の相違によってもたらさ
れた位相差の変動分以上には、測定精度を上げることは
不可能であった。

【００１１】なお、反射レーザ光より得られる強度電気
信号の振幅電圧は、上述したように計測点までの距離に
応じて低下するので、一般に計測距離が遠くなるほど測
定誤差が増す。また、図５に示す例のように、同じ計測
点に対しても反射レーザ光に別な要因で強度変動が生ず
れば誤差となって現れていた。

【００１２】本発明は、反射レーザ光の強度がリミッタ
増幅回路の応答性に与える影響を除去して高精度で距離
を測定することができる距離測定装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、強度変調され
たレーザ光を空間へ照射し、物体で反射したレーザ光を
受光する光学手段と、照射レーザ光と反射レーザ光の位
相差を検出し、その位相差情報を前記物体までの距離情
報として出力する位相検出手段とを備えた距離測定装置
において、前記位相検出手段は、前記反射レーザ光の強
度を測定する強度検出手段と、その検出強度に応じて前
記位相差情報を補正する補正手段とを含む構成である。

【００１４】

【作用】反射レーザ光の強度が低下すれば、位相検出手
段のリミッタ増幅回路の応答も遅くなり、照射レーザ光
と反射レーザ光の位相差情報も測定距離が長くなる方向
に変化する。位相検出手段に設けられる強度検出手段
は、反射レーザ光の強度を測定することにより、このリ
ミッタ増幅回路の応答性に応じた位相差情報に含まれる
誤差分を割り出す。補正手段は強度検出手段で得られた
検出強度に応じて位相差情報を補正することにより、反
射レーザ光の強度の違いが位相差情報に与える影響を除
去することができる。したがって、位相検出手段から
は、物体までの距離に比例した位相差情報のみを距離情
報として出力させることができる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の一実施例構成を示すブロッ
ク図である。なお、本実施例の距離測定装置は、図４に
示す従来の距離測定装置における位相検出部５０の構成
を変更して位相検出部６０としており、他の発振部１
０，レーザ光源部２０，光学系３０，光／電気変換部４
０は、従来と同様の構成である。また、位相検出部６０
における増幅回路５１、波形整形微分回路５２，５４、
リミッタ増幅回路５３、位相検出器５５、増幅回路５
６、ローパスフィルタ５７、低周波増幅回路５８は、従
来の位相検出部５０と同様の構成である。

【００１６】図において、光／電気変換部４０から位相
検出部６０に入力される強度電気信号は、その振幅電圧
を測定する振幅電圧検出回路６１を介してリミッタ増幅
回路５３に与えられる。振幅電圧検出回路６１で測定さ
れた強度電気信号の振幅電圧は補正回路６２に送出さ
れ、補正回路６２が低周波増幅回路５８の出力電圧を補
正して出力端子５９に出力する。

【００１７】リミッタ増幅回路５３に入力される強度電
気信号の振幅電圧が低下すると、上述したようにリミッ
タ増幅回路５３の応答が遅くなり、位相検出器５５から
出力される位相差信号に誤差となって現れる。すなわ
ち、リミッタ増幅回路５３に入力される強度電気信号の
振幅電圧と、低周波増幅回路５８の出力電圧との間には
１対１の関係がある。したがって、既知の強度電気信号
の振幅電圧（反射レーザ光の強度）に対する低周波増幅
回路５８の出力電圧を測定しておき、補正回路６２が振
幅電圧検出回路６１で得られた振幅電圧に応じて低周波
増幅回路５８の出力電圧を補正することにより、リミッ
タ増幅回路５３の応答性が原因となって生じた誤差を除
去することができる。

【００１８】図２は、振幅電圧検出回路６１の実施例構
成を示すブロック図である。図において、振幅電圧検出
回路６１は、その入出力端子間に挿入される抵抗器７１
と、抵抗器７１における消費電力を測定するパワーメー
タ７２と、パワーメータ７２の測定値を強度電気信号の
振幅電圧に変換する振幅電圧変換器７３とにより構成さ
れる。この振幅電圧変換器７３は、振幅電圧検出回路６
１に入力される強度電気信号（正弦波信号）の振幅電圧
に比例した直流電圧を補正回路６２に出力する。

【００１９】図３は、補正回路６２の実施例構成を示す
ブロック図である。図において、補正回路６２は、振幅
電圧検出回路６１から出力された直流電圧を入力し、そ
れを補正電圧に更正する更正回路８１と、この補正電圧
と低周波増幅回路５８の出力電圧（位相差信号電圧）と
を加算する加算回路８２とにより構成される。この更正
回路８１では、直流電圧（反射レーザ光の強度）と位相
差信号電圧が線形関係にあれば直流電圧に比例した補正
電圧を出力し、直流電圧（反射レーザ光の強度）と位相
差信号電圧が非線形関係にあれば内部に更正表を有し、
直流電圧に対応する補正電圧を更正表を参照して出力す
る。

【００２０】この補正電圧は、低周波増幅回路５８から
出力される位相差信号電圧に含まれるリミッタ増幅回路
５３の応答性の成分に対応し、加算回路８２で位相差信
号電圧と補正電圧とを加算することにより、反射レーザ
光の強度に左右されない距離情報を得ることができる。

【００２１】なお、本実施例では、振幅電圧検出回路６
１が反射レーザ光の強度を測定する強度検出手段に対応
し、光／電気変換部４０から出力される強度電気信号の
振幅電圧を測定して補正回路６２に与えているが、光／
電気変換部４０の入力側から直接反射レーザ光の強度に
対応する電圧を得て補正回路６２に与えるようにしても
よい。

【００２２】また、本実施例では、補正回路６２が照射
レーザ光と反射レーザ光の位相差情報を補正する補正手
段に対応し、低周波増幅回路５８の出力電圧を補正する
位置に配置されているが、低周波増幅回路５８の入力電
圧を補正する構成、あるいは低周波増幅器回路５８の増
幅率を制御する構成、その他位相検出器５５で得られた
位相差信号電圧を補正するものであればよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、反射レー
ザ光の強度に応じて位相差情報を補正することができる
ので、反射レーザ光の強度が測定精度に与えていた影響
を除去することができる。すなわち、リミッタ増幅回路
の応答性に影響されずに高精度で距離を測定することが
できる。特に、計測点が遠方になり反射レーザ光の強度
が低下しても、強度に対応した補正によって高精度で距
離を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例構成を示すブロック図。

【図２】振幅電圧検出回路６１の実施例構成を示すブロ
ック図。

【図３】補正回路６２の実施例構成を示すブロック図。

【図４】従来の距離測定装置の構成例を示すブロック
図。

【図５】リミッタ増幅回路の入力正弦波信号の振幅電圧
の大小によって応答性に相違がでる様子を説明する図。

【符号の説明】

１０ 発振部 １１ 水晶発振器 １２ 分配器 ２０ レーザ光源部 ２１ 増幅回路 ２２ ＬＤ駆動回路 ２３ 半導体レーザ（ＬＤ） ２４ ＡＰＣ／ＡＴＣ回路 ３０ 光学系 ４０ 光／電気変換部 ５０，６０ 位相検出部 ５１，５６ 増幅回路 ５２，５４ 波形整形微分回路 ５３ リミッタ増幅回路 ５５ 位相検出器 ５７ ローパスフィルタ（ＬＰＦ） ５８ 低周波増幅回路 ５９ 出力端子 ６１ 振幅電圧検出回路 ６２ 補正回路 ７１ 抵抗器 ７２ パワーメータ ７３ 振幅電圧変換器 ８１ 更正回路 ８２ 加算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強度変調されたレーザ光を空間へ照射
   し、物体で反射したレーザ光を受光する光学手段と、 照射レーザ光と反射レーザ光の位相差を検出し、その位
   相差情報を前記物体までの距離情報として出力する位相
   検出手段とを備えた距離測定装置において、 前記位相検出手段は、前記反射レーザ光の強度を測定す
   る強度検出手段と、その検出強度に応じて前記位相差情
   報を補正する補正手段とを含むことを特徴とする距離測
   定装置。