JPH07103714A - レーザ距離計測方法 - Google Patents
レーザ距離計測方法Info
- Publication number
- JPH07103714A JPH07103714A JP5273093A JP27309393A JPH07103714A JP H07103714 A JPH07103714 A JP H07103714A JP 5273093 A JP5273093 A JP 5273093A JP 27309393 A JP27309393 A JP 27309393A JP H07103714 A JPH07103714 A JP H07103714A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- frequency
- laser
- laser light
- distance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 小形かつ高精度でしかも安価なレーザ距離計
測方法を提供すること。 【構成】 半導体レーザ２を用いた距離計測方法におい
て、前記半導体レーザ２から射出されるレーザ光の波長
を一定の割合で増減をくり返すように連続的に周波数変
調し、前記レーザ光を平行にするコリメータレンズ３を
通した後、ビームスプリッタ４で前記レーザ光を２方向
に分岐し、一方のレーザ光を基準光路端に設けたミラー
５へ導き、他方のレーザ光を測定視野内で走査するスキ
ャナ８を介して、被測定物１３に照射し、前記ミラー５
から反射される基準レーザ光と前記被測定物１３からの
反射レーザ光とを前記ビームスプリッタ４でミキシング
してビート信号を生成し、前記ビート信号の周波数又は
周期から前記被測定物１３の距離を演算する。
測方法を提供すること。 【構成】 半導体レーザ２を用いた距離計測方法におい
て、前記半導体レーザ２から射出されるレーザ光の波長
を一定の割合で増減をくり返すように連続的に周波数変
調し、前記レーザ光を平行にするコリメータレンズ３を
通した後、ビームスプリッタ４で前記レーザ光を２方向
に分岐し、一方のレーザ光を基準光路端に設けたミラー
５へ導き、他方のレーザ光を測定視野内で走査するスキ
ャナ８を介して、被測定物１３に照射し、前記ミラー５
から反射される基準レーザ光と前記被測定物１３からの
反射レーザ光とを前記ビームスプリッタ４でミキシング
してビート信号を生成し、前記ビート信号の周波数又は
周期から前記被測定物１３の距離を演算する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はロボット等に搭載し、被
測定物、又は障害物までの距離を計測するレーザ距離計
測方法に関する。
測定物、又は障害物までの距離を計測するレーザ距離計
測方法に関する。
【０００２】
【従来技術】被測定物までの距離を測定する方法として
は光、超音波等の媒体を利用した方式が数多く提案され
ている。超音波方式はパルス発信により超音波の伝搬遅
れ時間から距離を求める方法や、光方式では３角測量の
原理に基づく方法などがある。
は光、超音波等の媒体を利用した方式が数多く提案され
ている。超音波方式はパルス発信により超音波の伝搬遅
れ時間から距離を求める方法や、光方式では３角測量の
原理に基づく方法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の方法で
はたとえば超音波方式では媒体となる超音波は、その伝
搬速度が温度や風等の影響を受け、高精度の計測が難し
い。又３角測量の原理に基づく光方式では、被測定物ま
での距離をＬ、投光器（半導体レーザ）と検出器間の距
離をＤ、検出器と受光レンズの距離をＦ、検出器での決
像位置をＸとおけば求める測定距離Ｌは次式で表され
る。 Ｌ＝Ｄ・Ｆ／Ｘ 今、広い測定範囲の距離Ｌを測定するには投光器と検出
器間の距離Ｄを大きくする必要があり装置が大型になる
という欠点があり、又高精度に計測するには高い結像位
置分解能の検出器を使う必要があり高価になるという問
題があった（例えば、特開平１−３０８９０５号公
報）。そこで本発明は小型かつ高精度でしかも安価で構
成できるレーザ距離計を提供する事を目的とする。
はたとえば超音波方式では媒体となる超音波は、その伝
搬速度が温度や風等の影響を受け、高精度の計測が難し
い。又３角測量の原理に基づく光方式では、被測定物ま
での距離をＬ、投光器（半導体レーザ）と検出器間の距
離をＤ、検出器と受光レンズの距離をＦ、検出器での決
像位置をＸとおけば求める測定距離Ｌは次式で表され
る。 Ｌ＝Ｄ・Ｆ／Ｘ 今、広い測定範囲の距離Ｌを測定するには投光器と検出
器間の距離Ｄを大きくする必要があり装置が大型になる
という欠点があり、又高精度に計測するには高い結像位
置分解能の検出器を使う必要があり高価になるという問
題があった（例えば、特開平１−３０８９０５号公
報）。そこで本発明は小型かつ高精度でしかも安価で構
成できるレーザ距離計を提供する事を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に半導体レーザを用いた距離計測方法において、前記半
導体レーザから射出されるレーザ光の波長を一定の割合
で増減をくり返すように連続的に周波数変調し、前記レ
ーザ光を平行にするコリメータレンズを通した後、ビー
ムスプリッタで前記レーザ光を２方向に分岐し、一方の
レーザ光を基準光路端に設けたミラーへ導き、他方のレ
ーザ光を測定視野内で走査するスキャナを介して、被測
定物に照射し、前記ミラーから反射される基準レーザ光
と前記被測定物からの反射レーザ光とを前記ビームスプ
リッタでミキシングしてビート信号を生成し、前記ビー
ト信号の周波数又は周期から前記被測定物の距離を演算
する。
に半導体レーザを用いた距離計測方法において、前記半
導体レーザから射出されるレーザ光の波長を一定の割合
で増減をくり返すように連続的に周波数変調し、前記レ
ーザ光を平行にするコリメータレンズを通した後、ビー
ムスプリッタで前記レーザ光を２方向に分岐し、一方の
レーザ光を基準光路端に設けたミラーへ導き、他方のレ
ーザ光を測定視野内で走査するスキャナを介して、被測
定物に照射し、前記ミラーから反射される基準レーザ光
と前記被測定物からの反射レーザ光とを前記ビームスプ
リッタでミキシングしてビート信号を生成し、前記ビー
ト信号の周波数又は周期から前記被測定物の距離を演算
する。
【０００５】
【作用】上記手段により半導体レーザや検出器を含む光
学系が測定距離に関係なく小型かつ安価に構成でき、又
検出ビート信号の周波数又は周期から距離を求めるため
測定距離に関係なく高精度の計測が出来る。
学系が測定距離に関係なく小型かつ安価に構成でき、又
検出ビート信号の周波数又は周期から距離を求めるため
測定距離に関係なく高精度の計測が出来る。
【０００６】
【実施例】以下に本発明を実施例によって詳細に説明す
る。図１は本発明のレーザ距離計構成の一施例を示す。
１は周波数変調回路で、半導体レーザ２から射出される
レーザ光の波長を一定の割合で連続的に変調させる。こ
のために半導体レーザ２への注入電流を一定の割合で連
続的に変化させる。３は半導体レーザからの射出光を平
行にするコリメータレンズ、４はレーザ光を参照ビーム
としてミラー５へ、又測定ビームとして集光レンズ７を
通過し、スキャナ８に伝搬する２光束に分配し、かつそ
れぞれの反射光をミキシングするためのビームスプリッ
タ。スキャナ８は測定ビームを視野範囲で光ビームを走
査するための走査回路。被測定物１３で反射した散乱光
はスキャナ８、散乱光を集光するためのレンズ７及びビ
ームスプリッタ４を経由して、フォトディテクタ等を用
いた光検出器６に達し、ここで上記参照ビームとミキシ
ングされビート信号が検出される。１０はビート信号の
周波数又は周期を計測する周期／周波数計測回路、１１
は周期又は周波数から被測定物の照射スポット点までの
距離を演算する距離演算回路。１２は障害物検知回路
る。図１は本発明のレーザ距離計構成の一施例を示す。
１は周波数変調回路で、半導体レーザ２から射出される
レーザ光の波長を一定の割合で連続的に変調させる。こ
のために半導体レーザ２への注入電流を一定の割合で連
続的に変化させる。３は半導体レーザからの射出光を平
行にするコリメータレンズ、４はレーザ光を参照ビーム
としてミラー５へ、又測定ビームとして集光レンズ７を
通過し、スキャナ８に伝搬する２光束に分配し、かつそ
れぞれの反射光をミキシングするためのビームスプリッ
タ。スキャナ８は測定ビームを視野範囲で光ビームを走
査するための走査回路。被測定物１３で反射した散乱光
はスキャナ８、散乱光を集光するためのレンズ７及びビ
ームスプリッタ４を経由して、フォトディテクタ等を用
いた光検出器６に達し、ここで上記参照ビームとミキシ
ングされビート信号が検出される。１０はビート信号の
周波数又は周期を計測する周期／周波数計測回路、１１
は周期又は周波数から被測定物の照射スポット点までの
距離を演算する距離演算回路。１２は障害物検知回路
【０００７】以下その動作について説明する。半導体レ
ーザ２からレーザ光を射出させ、周波数変調回路１から
注入電流を半導体レーザ光の周波数が急激に変化するモ
ードホップを起こさない周波数範囲内で直線的たとえば
三角波状に変化させると、注入電流に比例して半導体レ
ーザ光の周波数が変化し、次式（１）で示される周波数
ｆで周波数変調される。 ｆ＝ｆ0 ＋ｆ’ｔ （１） ただし、ｆ0 は変調開始点の周波数、ｆ’は周波数変化
率、ｔは時間この半導体レーザ光はコリメータレンズ３
を通りビームスプリッタ４で２分され、方向が９０度曲
げられた一方の光ビームは基準光路のミラー５に当たっ
て反射され、ビームスプリッタ４を通り光検出器６に入
射する。この基準光Ａは次式（２）で表される。 Ａ＝Ａ1 ｅｘｐ｛−２πｊ（ｆ0 ＋ｆ’ｔ）ｔ｝ （２） ただしＡ1 は基準光強度
ーザ２からレーザ光を射出させ、周波数変調回路１から
注入電流を半導体レーザ光の周波数が急激に変化するモ
ードホップを起こさない周波数範囲内で直線的たとえば
三角波状に変化させると、注入電流に比例して半導体レ
ーザ光の周波数が変化し、次式（１）で示される周波数
ｆで周波数変調される。 ｆ＝ｆ0 ＋ｆ’ｔ （１） ただし、ｆ0 は変調開始点の周波数、ｆ’は周波数変化
率、ｔは時間この半導体レーザ光はコリメータレンズ３
を通りビームスプリッタ４で２分され、方向が９０度曲
げられた一方の光ビームは基準光路のミラー５に当たっ
て反射され、ビームスプリッタ４を通り光検出器６に入
射する。この基準光Ａは次式（２）で表される。 Ａ＝Ａ1 ｅｘｐ｛−２πｊ（ｆ0 ＋ｆ’ｔ）ｔ｝ （２） ただしＡ1 は基準光強度
【０００８】またビームスプリッタ４を通過した他方の
光ビームは集光レンズ７、スキャナ８を通り被測定物１
３に向けて放射され、その反射波はスキャナ８、集光レ
ンズ７を通りビームスプリッタ４で方向が９０度曲げら
れ光検出器６に入射される。この測定光Ｂは基準光Ａに
対する時間遅れをτ、光路差をＲとすれば次式（３）で
表される。 Ｂ＝Ｂ1 ｅｘｐ｛−２πｊ（ｆ0 ＋ｆ’（ｔ−τ））（ｔ−τ）｝ （３） ただし、Ｂ1 は測定光強度、τ＝２Ｒ／Ｃ、Ｃは光速 光検出器６では基準光Ａと測定光Ｂがミキシングされ、
次式（４）で表される電気信号Ｖ1 が得られる。文字Ｘ
の絶対値をＡＢＳ（Ｘ）として表わすと Ｖ1 ＝｛ＡＢＳ（Ａ＋Ｂ）｝2 ＝Ａ1 2＋Ｂ1 2＋２Ａ1 Ｂ1 ｃｏｓ｛２π（ｆ0 τ＋２ｆ’τｔ−ｆ’τ2 ）｝ （４） ただし、ｆ’τ2 ＜＜ｆ0 τで無視でき、又（４）式の
交流分のみを取り出すとその出力信号Ｖ2 は次式（５）
で表される。 Ｖ2 ＝２Ａ1 Ｂ1 ｃｏｓ｛２π（ｆ0 τ＋２ｆ’τｔ）｝ （５） （５）式の第２項目がビート信号の周波数ｆｂとなり次
式（６）で表される。 ｆｂ＝２ｆ’τ＝２ｆ’・２Ｒ／Ｃ （６） （６）式からわかるようにビート周波数は光路差Ｒに比
例しＲ＝ｆｂ・Ｃ／４ｆ’で表される。又周波数計測の
変わりにビート信号の周期Ｔｂ（＝１／ｆｂ）を求めれ
ば更に高精度の計測が可能になる。上記のようにして求
めた光路差Ｒに対して光学系内部の固定の光路差をｒと
すれば求める被測定物までの距離はＲｘ＝Ｒ−ｒで表さ
れる。又障害物検知回路１２において設定しきい値距離
と比較することによって障害物の有無を判定する。
光ビームは集光レンズ７、スキャナ８を通り被測定物１
３に向けて放射され、その反射波はスキャナ８、集光レ
ンズ７を通りビームスプリッタ４で方向が９０度曲げら
れ光検出器６に入射される。この測定光Ｂは基準光Ａに
対する時間遅れをτ、光路差をＲとすれば次式（３）で
表される。 Ｂ＝Ｂ1 ｅｘｐ｛−２πｊ（ｆ0 ＋ｆ’（ｔ−τ））（ｔ−τ）｝ （３） ただし、Ｂ1 は測定光強度、τ＝２Ｒ／Ｃ、Ｃは光速 光検出器６では基準光Ａと測定光Ｂがミキシングされ、
次式（４）で表される電気信号Ｖ1 が得られる。文字Ｘ
の絶対値をＡＢＳ（Ｘ）として表わすと Ｖ1 ＝｛ＡＢＳ（Ａ＋Ｂ）｝2 ＝Ａ1 2＋Ｂ1 2＋２Ａ1 Ｂ1 ｃｏｓ｛２π（ｆ0 τ＋２ｆ’τｔ−ｆ’τ2 ）｝ （４） ただし、ｆ’τ2 ＜＜ｆ0 τで無視でき、又（４）式の
交流分のみを取り出すとその出力信号Ｖ2 は次式（５）
で表される。 Ｖ2 ＝２Ａ1 Ｂ1 ｃｏｓ｛２π（ｆ0 τ＋２ｆ’τｔ）｝ （５） （５）式の第２項目がビート信号の周波数ｆｂとなり次
式（６）で表される。 ｆｂ＝２ｆ’τ＝２ｆ’・２Ｒ／Ｃ （６） （６）式からわかるようにビート周波数は光路差Ｒに比
例しＲ＝ｆｂ・Ｃ／４ｆ’で表される。又周波数計測の
変わりにビート信号の周期Ｔｂ（＝１／ｆｂ）を求めれ
ば更に高精度の計測が可能になる。上記のようにして求
めた光路差Ｒに対して光学系内部の固定の光路差をｒと
すれば求める被測定物までの距離はＲｘ＝Ｒ−ｒで表さ
れる。又障害物検知回路１２において設定しきい値距離
と比較することによって障害物の有無を判定する。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば半導体
レーザの周波数変調特性を用いたレーザ光をスキャンし
このときの基準光と測定光のミキシングによって生じる
ビート信号から被測定物までの距離を求めることによ
り、小型かつ安価でしかも高精度の距離測定が出来ると
いう効果がある。
レーザの周波数変調特性を用いたレーザ光をスキャンし
このときの基準光と測定光のミキシングによって生じる
ビート信号から被測定物までの距離を求めることによ
り、小型かつ安価でしかも高精度の距離測定が出来ると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例
１ 変調回路 ２ 半導体レーザ ３ コリメータレンズ ４ ビームスプリッタ ５ ミラー ６ 光検出器 ７ 集光レンズ ８ スキャナ ９ モータ １０ 周期／周波数計測回路 １１ 距離演算回路 １２ 障害物検知回路 １３ 被測定物
フロントページの続き (72)発明者 長谷川 秀法 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体レーザを用いた距離計測方法にお
いて、 前記半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を一定
の割合で増減をくり返すように連続的に周波数変調し、 前記レーザ光を平行にするコリメータレンズを通した
後、ビームスプリッタで前記レーザ光を２方向に分岐
し、 一方のレーザ光を基準光路端に設けたミラーへ導き、他
方のレーザ光を測定視野内で走査するスキャナを介して
被測定物に照射し、 前記ミラーから反射される基準レーザ光と前記被測定物
からの反射レーザ光とを前記ビームスプリッタでミキシ
ングしてビート信号を生成し、 前記ビート信号の周波数又は周期から前記被測定物の距
離を演算することを特徴とするレーザ距離計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5273093A JPH07103714A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | レーザ距離計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5273093A JPH07103714A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | レーザ距離計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07103714A true JPH07103714A (ja) | 1995-04-18 |
Family
ID=17523049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5273093A Pending JPH07103714A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | レーザ距離計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07103714A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150090777A (ko) * | 2014-01-29 | 2015-08-06 | 엘지이노텍 주식회사 | Ｔｏｆ 카메라 장치 |
| KR20200038227A (ko) * | 2020-04-02 | 2020-04-10 | 엘지이노텍 주식회사 | Tof 카메라 장치 |
| CN112965074A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-06-15 | 湖南国天电子科技有限公司 | 一种基于自混合半导体激光器的激光测距方法和装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS639877A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-16 | Nec Corp | ３次元計測方法 |
| JPS63255685A (ja) * | 1987-04-13 | 1988-10-21 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | レ−ザ測長装置 |
| JPH0449809U (ja) * | 1990-08-31 | 1992-04-27 |
-
1993
- 1993-10-04 JP JP5273093A patent/JPH07103714A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS639877A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-16 | Nec Corp | ３次元計測方法 |
| JPS63255685A (ja) * | 1987-04-13 | 1988-10-21 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | レ−ザ測長装置 |
| JPH0449809U (ja) * | 1990-08-31 | 1992-04-27 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150090777A (ko) * | 2014-01-29 | 2015-08-06 | 엘지이노텍 주식회사 | Ｔｏｆ 카메라 장치 |
| KR20200038227A (ko) * | 2020-04-02 | 2020-04-10 | 엘지이노텍 주식회사 | Tof 카메라 장치 |
| CN112965074A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-06-15 | 湖南国天电子科技有限公司 | 一种基于自混合半导体激光器的激光测距方法和装置 |
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