JPH07139907A - Method for measuring distance by laser, and circuit for processing signal - Google Patents

Method for measuring distance by laser, and circuit for processing signal

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JPH07139907A
JPH07139907A JP5283740A JP28374093A JPH07139907A JP H07139907 A JPH07139907 A JP H07139907A JP 5283740 A JP5283740 A JP 5283740A JP 28374093 A JP28374093 A JP 28374093A JP H07139907 A JPH07139907 A JP H07139907A
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laser
distance measuring
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秀典 河西
Atsushi Shimonaka
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Abstract

PURPOSE:To continuously output measuring values by turning a frequency of a beat signal to a high frequency and relatively reducing influences of phase noises. CONSTITUTION:A detected beat signal is input to a delay detection circuit 1 and a reset terminal of a flip flop 2. The delay detection circuit 1 outputs a delay signal obtained by delaying the beat signal to the flip flop 2. The flip flop 2 feeds an output signal of a pulse string having a duty ratio corresponding to a frequency of the input signal to a low pass filter 3. The low pass filter 3 cuts high frequency components of not smaller than a predetermined level. Accordingly, an analog output showing a distance corresponding to the frequency of the beat signal is obtained and input to a distance-operating means. A semiconductor laser 5 is controlled and driven by a driving circuit 4 to set a frequency of a triangular wave from the relationship between the frequency of the beat signal and a modulating frequency of the triangular wave. Accordingly, outputs of distance values are continuously generated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、カメラのAF(オート
・フォーカス)、FA(ファクトリー・オートメーショ
ン)等の分野で使用されるレーザ測距装置を用いたレー
ザ測距方法およびその実施に使用する信号処理回路に関
し、特に測距対象物が振動している(搖れている)場合
にも高精度の測定が可能になるレーザ測距方法およびそ
の実施に使用する信号処理回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for a laser distance measuring method using a laser distance measuring device used in fields such as AF (auto focus) and FA (factory automation) of cameras, and its implementation. The present invention relates to a signal processing circuit, and more particularly to a laser distance measuring method that enables highly accurate measurement even when an object to be measured vibrates (swings), and a signal processing circuit used for the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ測距方法として、半導体レーザか
ら出射されるレーザ光を時間的に周波数変調して干渉光
学系に入射し、続いて入射光を2つの光に分割し、一方
の光(測定系の光)を測距対象物に投射すると共に、他
方の光(参照系の光)を反射ミラーからなる反射体に投
射し、それぞれからの反射光を合成して、コヒーレント
ヘテロダイン検波することにより、2つの光の距離差、
即ち光路差に応じた周波数差からビート信号を検出し、
このビート信号に基づき測距対象物までの距離を測定
(算出)する方法が知られている。
2. Description of the Related Art As a laser distance measuring method, a laser beam emitted from a semiconductor laser is temporally frequency-modulated and is incident on an interference optical system, and then the incident light is split into two beams, one of which ( The light of the measurement system) is projected onto the object to be measured, and the other light (the light of the reference system) is projected onto the reflector consisting of a reflection mirror, and the reflected light from each is combined to perform coherent heterodyne detection. Therefore, the difference in distance between the two lights,
That is, the beat signal is detected from the frequency difference according to the optical path difference,
A method of measuring (calculating) the distance to the object to be measured based on this beat signal is known.

【0003】また、このようなレーザ測距方法の一従来
例として、特開昭61−223577号公報に記載され
たものや、文献「半導体レーザによるFMヘテロダイン
測長法 小林喬朗 他,電子情報通信学会技術研究報告
会 OQE87-153」に記載されたものがある。この測距方
法は、測定距離のダイナミックレンジが大きくとれ、ま
た、高精度の測長が可能であるという利点を有する。
As a conventional example of such a laser distance measuring method, the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 61-223577 and the document "FM heterodyne length measuring method using a semiconductor laser" Takao Kobayashi et al., Electronic Information The Institute of Communication Engineers Technical Research Report Meeting OQE87-153 ”is available. This distance measuring method has the advantages that the dynamic range of the measuring distance can be wide and highly accurate length measurement is possible.

【0004】図8はこのようなレーザ測距方法の実施に
使用されるレーザ測距装置の構成を示す。この測距方法
では、光源となる半導体レーザ201の注入電流を図9
に示すような、三角波に変調させ、この注入電流による
熱効果により、光周波数が三角波変調されたレーザ光
を、コリメータレンズ202によって平行光化した後、
ビーム・スプリッター203によって分光する。なお、
図9は、レーザ光の周波数変調量とビート信号の波形を
示している。
FIG. 8 shows the structure of a laser distance measuring device used for implementing such a laser distance measuring method. In this distance measuring method, the injection current of the semiconductor laser 201, which serves as a light source,
After being modulated into a triangular wave, the laser light whose optical frequency is modulated by the triangular wave is collimated by the collimator lens 202 by the thermal effect of this injection current,
The light is split by the beam splitter 203. In addition,
FIG. 9 shows the frequency modulation amount of the laser light and the waveform of the beat signal.

【0005】分光された一方の光は、安定であって測定
の基準となる光路差を有する光学系(基準光学系)に入
射する。この基準光学系は、ビーム・スプリッター20
4、2つの反射体205、205および検波器207で
構成されており、以下に示す動作をする。
One of the split beams of light enters an optical system (reference optical system) which is stable and has an optical path difference which serves as a reference for measurement. This reference optical system includes a beam splitter 20.
It is composed of four and two reflectors 205, 205 and a detector 207, and operates as follows.

【0006】まず、ビーム・スプリッター204は入射
光を参照光学系と測定光学系に分割し、各々の反射体2
05、205で反射された光をビーム・スプリッター2
04で再び合成し、続いて検波器207でコヒーレント
ヘテロダイン検波する。この検波によりビート信号が得
られる。
First, the beam splitter 204 splits the incident light into a reference optical system and a measurement optical system, and the respective reflectors 2
Beam splitter 2 for the light reflected by 05 and 205
The signal is combined again at 04, and then the detector 207 performs coherent heterodyne detection. A beat signal is obtained by this detection.

【0007】一方、ビーム・スプリッター203で分割
された他方の光は、測距光学系に入射される。測距光学
系の構成は、基準光学系の構成と略同様になっている。
すなわち、測定光を反射体に導く代わりに、測距対象物
216に導く以外は、基準光学系の構成と同様になって
おり、ビーム・スプリッター214、反射体215、検
波器217を同様に備えている。この測距光学系の検波
器217も同様にしてコヒーレントヘテロダイン検波を
行ってビート信号を得る。
On the other hand, the other light split by the beam splitter 203 is incident on the distance measuring optical system. The structure of the distance measuring optical system is substantially the same as the structure of the reference optical system.
That is, the configuration is the same as that of the reference optical system except that the measurement light is guided to the object to be measured 216 instead of being guided to the reflector, and the beam splitter 214, the reflector 215, and the detector 217 are similarly provided. ing. Similarly, the detector 217 of this distance measuring optical system also performs coherent heterodyne detection to obtain a beat signal.

【0008】なお、図9中のRrは基準光学系の参照光
の光路長を示し、Lrは基準光学系の測定光の光路長を
示している。
In FIG. 9, R r represents the optical path length of the reference light of the standard optical system, and L r represents the optical path length of the measurement light of the standard optical system.

【0009】ここで、ビート信号の周波数fbは下記
(1)式で表わされる。
Here, the frequency f b of the beat signal is expressed by the following equation (1).

【0010】 fb=(dν/dt)・τ=4fm・Δν・(R−L)/c …(1) 但し、 ν:レーザ光の周波数 τ:測定光と参照光の時間遅れ fm:変調周波数 Δν(GHz/mA):レーザ光の周波数変調量 R:測距光学系の参照光の距離(参照光の光路長) L:測定光の距離(測距対象物までの距離) c:光速 である。F b = (dν / dt) · τ = 4f m · Δν · (R−L) / c (1) where ν: frequency of laser light τ: time delay between measurement light and reference light f m : Modulation frequency Δν (GHz / mA): Frequency modulation amount of laser light R: Distance of reference light of the distance measurement optical system (optical path length of reference light) L: Distance of measurement light (distance to distance measurement target) c : It is the speed of light.

【0011】この光学系において、測距対象物216ま
での距離Lは下記(2)式で表される。
In this optical system, the distance L to the object 216 to be measured is expressed by the following equation (2).

【0012】 L=(fs/fr)・(Rr−Lr)+R …(2) 但し、 fs:測距光学系のビート信号の周波数 fr:基準光学系のビート信号の周波数 である。L = (f s / f r ) · (R r −L r ) + R (2) where f s is the frequency of the beat signal of the ranging optical system f r is the frequency of the beat signal of the reference optical system Is.

【0013】なお、この距離計算は、パーソナルコンピ
ータ等からなるコンピュータ211によって計算され
る。今少し具体的に説明すると、上記のようにして各々
の検波器207、217によって得られたビート信号は
それぞれに接続されたアンプ208、218によって所
定レベルまで増幅され、続いて、波形整形器209、2
19によって波形整形された後、カウンター210によ
って周波数がカウントされる。そして、このカウント値
に基づきコンピュータ211が距離Lを算出(測定)す
る。
The distance calculation is performed by the computer 211 including a personal computer or the like. More specifically, the beat signals obtained by the detectors 207 and 217 as described above are amplified to a predetermined level by the amplifiers 208 and 218 connected to the detectors 207 and 217, respectively, and then the waveform shaper 209. Two
After the waveform is shaped by 19, the frequency is counted by the counter 210. Then, the computer 211 calculates (measures) the distance L based on this count value.

【0014】しかしながら、上記の方法では、基準光学
系のビート信号の位相部分をクロック発生器から発せら
れたクロック・パルスに基づいて測定していたため、測
定精度はクロック精度によって決定されることになる。
今少し説明すると、その信号処理回路では、基準光学系
のビート信号の1周期以内の波数、すなわち小数点以下
の波数に対応した位相角の算出を、1周期分のクロック
・パルス数と位相角をカウントする位相カウンターによ
る波数の小数点部分の比により行っている。
However, in the above method, since the phase portion of the beat signal of the reference optical system is measured based on the clock pulse emitted from the clock generator, the measurement accuracy is determined by the clock accuracy. .
Explaining a little now, the signal processing circuit calculates the phase angle corresponding to the wave number within one cycle of the beat signal of the reference optical system, that is, the wave number below the decimal point, by calculating the number of clock pulses and phase angle for one cycle. It is performed by the ratio of the decimal part of the wave number by the counting phase counter.

【0015】ここで、通常使用されるクロック発生器の
周波数安定度は±50ppm程度である。それ故、この
誤差に起因して測定周波数誤差のレベルが10-4程度の
比較的大きなものになるため、高精度の測定を行う上で
限界があった。
Here, the frequency stability of a clock generator which is usually used is about ± 50 ppm. Therefore, the level of the measurement frequency error is about 10 −4, which is relatively large due to this error, and there is a limit in performing highly accurate measurement.

【0016】そこで、このような問題点を解決するもの
として、本願出願人が特願平5−181739号で先に
提案した信号処理回路がある。図10はこの信号処理回
路のカウンター210を示す。以下にその回路構成を動
作と共に説明する。
In order to solve such a problem, there is a signal processing circuit previously proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 5-181739. FIG. 10 shows a counter 210 of this signal processing circuit. The circuit configuration will be described below together with the operation.

【0017】基準光学系のビート信号は、アンプ208
によって所定レベルまで増幅された後、波形整形器10
9に入力され、ここで波形整形が行われて、図11
(a)に示す矩形波に変換される。同様に、測距光学系
のビート信号は、波形整形器119によって波形整形さ
れて、図11(e)に示す矩形波に変換される。
The beat signal of the reference optical system is supplied to the amplifier 208.
After being amplified to a predetermined level by the waveform shaper 10
9 is input, waveform shaping is performed here, and FIG.
It is converted into the rectangular wave shown in (a). Similarly, the beat signal of the distance measuring optical system is waveform-shaped by the waveform shaper 119 and converted into a rectangular wave shown in FIG.

【0018】波形整形器109によって矩形波に変換さ
れた信号は、基準系の波数カウンター124に入力され
る。波数カウンター124には、これに接続された波数
設定器126より整数の設定値が予め設定されるように
なっている。波数カウンター124は、波形整形器10
9からの入力信号の波数をカウントし、カウント値が設
定値になるまでの間、ゲートを開く構成になっている。
より具体的には、この間に、波数カウンター124から
基準系の時間測定カウンター130に、図11(b)に
示すようなタイミングの”H”レベルのゲート開信号
(基準系ゲート信号)が出力されるようになっている。
The signal converted into the rectangular wave by the waveform shaper 109 is input to the wave number counter 124 of the reference system. An integer set value is preset in the wave number counter 124 by the wave number setting device 126 connected thereto. The wave number counter 124 is used for the waveform shaper 10.
The number of waves of the input signal from 9 is counted, and the gate is opened until the count value reaches the set value.
More specifically, during this period, the wave number counter 124 outputs the "H" level gate open signal (reference system gate signal) to the reference system time measurement counter 130 at the timing shown in FIG. 11B. It has become so.

【0019】時間測定カウンター130には、クロック
発生器122から、図11(c)に示す波形のクロック
・パルスが入力されるようになっている。時間測定カウ
ンター130は、波数カウンター124からの基準系ゲ
ート信号がゲート開の状態になっている間、クロック発
生器122からのクロック・パルスの数をカウントして
時間計測を行う(図11(d)参照)。
The clock pulse of the waveform shown in FIG. 11C is input from the clock generator 122 to the time measuring counter 130. The time measurement counter 130 counts the number of clock pulses from the clock generator 122 and measures the time while the reference system gate signal from the wave number counter 124 is in the gate open state (FIG. 11 (d. )reference).

【0020】また、この基準系ゲート信号は同期回路1
31に入力される。同期回路131は基準系ゲート信号
に基づき、基準ビート信号に同期した測距系ゲート信号
(図11(f)参照)を生成して、測距系の波数カウン
ター123および時間測定カウンター132に与える。
なお、同期回路131には、波形整形器119の出力が
入力される。この出力は時間測定カウンター132にも
入力される。
Further, the reference system gate signal is the synchronizing circuit 1
It is input to 31. The synchronizing circuit 131 generates a distance measuring system gate signal (see FIG. 11 (f)) synchronized with the reference beat signal based on the reference system gate signal and supplies it to the wave number counter 123 and the time measuring counter 132 of the distance measuring system.
The output of the waveform shaper 119 is input to the synchronization circuit 131. This output is also input to the time measurement counter 132.

【0021】波数カウンター123は、測距系ゲート信
号が”H”レベルのゲート開の状態である間、測距ビー
ト信号の波数(図11(g)参照)をカウントする。ま
た、時間測定カウンター132には、同一のクロック発
生器122からクロック・パルス(図11(h)参照)
が入力されるようになっており、測距系ゲート信号が”
H”レベルのゲート開の状態である間、このクロック・
パルスをカウントして時間計測を行う。
The wave number counter 123 counts the wave number (see FIG. 11 (g)) of the distance measurement beat signal while the distance measurement system gate signal is in the "H" level gate open state. Further, the time measurement counter 132 has clock pulses from the same clock generator 122 (see FIG. 11 (h)).
Is input, and the distance measurement system gate signal is
While the gate is open at H ”level, this clock
Pulses are counted and time is measured.

【0022】以上のカウント値により、測距光学系およ
び基準光学系のビート信号のビート周波数が計測され、
上記従来方法同様にして、コンピュータ111が下記
(2)’式の演算を行って測定対象物までの距離Lを算
出する。
With the above count values, the beat frequencies of the beat signals of the distance measuring optical system and the reference optical system are measured,
In the same manner as the above-mentioned conventional method, the computer 111 calculates the distance L to the measurement object by performing the calculation of the following expression (2) ′.

【0023】 L=〔(Nclr/Nr)/(Ncls/Ns)〕…(2)’ 但し、 Ns:測距光学系のビート信号の周波数 Nr:基準光学系のビート信号の周波数 Nclr:時間測定用の基準光学系のクロック発生器のパ
ルス数 Ncls:時間測定用の測距光学系のクロック発生器のパ
ルス数 である。
L = [(N clr / N r ) / (N cls / N s )] (2) ′ where N s is the frequency of the beat signal of the distance measuring optical system N r is the beat signal of the reference optical system Frequency N clr : number of pulses of clock generator of reference optical system for time measurement N cls : number of pulses of clock generator of distance measurement optical system for time measurement

【0024】このような信号処理方式によれば、同一の
クロック発生器122から発生するクロック・パルスに
従い、基準光学系および測距光学系によってそれぞれ生
成されるビート信号の時間測定をほぼ同時に行うので、
クロック発生器122から発せられるクロック・パルス
が温度等の環境変化に起因して変化、すなわち時間的に
搖らいだとしても、その影響が両光学系に同等に現れ
る。従って、各光学系の測定値に対する誤差が相殺され
てキャンセルされるので、高精度の測定が可能になり、
レーザ測距装置の信頼性を格段に向上できる,といった
効果を奏する。
According to such a signal processing system, the time measurement of the beat signals respectively generated by the reference optical system and the distance measuring optical system is performed almost simultaneously according to the clock pulse generated from the same clock generator 122. ,
Even if the clock pulse generated from the clock generator 122 changes due to environmental changes such as temperature, that is, it fluctuates with time, the influence appears equally in both optical systems. Therefore, the error with respect to the measurement value of each optical system is canceled and canceled, which enables highly accurate measurement,
This has the effect of significantly improving the reliability of the laser range finder.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばAF
用に用いられるレンズの焦点合わせ方法は、レンズのウ
ォーブリング動作を行い、結像の空間周波数の高調波成
分の大きさが最大になるようにレンズを移動させて焦点
位置を合せている。即ち、空間周波数の高調波成分の大
きい場合にフォーカスが最も合っている状態だからであ
る。
By the way, for example, AF
The focusing method of the lens used for this purpose is to perform the wobbling operation of the lens and move the lens so that the magnitude of the harmonic component of the spatial frequency of the image is maximized to adjust the focus position. That is, when the harmonic component of the spatial frequency is large, the state is in the best focus.

【0026】このようなレンズの焦点合わせを行う装置
に、上記のような信号処理方式をとるレーザ測距装置を
適用する場合は、レンズのウォーブリング動作に起因す
る位相ノイズのために、測定に大きな誤差が発生すると
いう問題点がある。即ち、上記のレーザ測距装置は、静
止状態にある測距対象物までの距離を高精度に測定する
ことを前提としているからである。
When a laser range finder using the above signal processing method is applied to such a device for focusing a lens, phase noise caused by wobbling operation of the lens causes a measurement error. There is a problem that a large error occurs. That is, the above laser distance measuring device is premised on measuring the distance to the distance measuring object in a stationary state with high accuracy.

【0027】それ故、上記のレーザ測距装置をFAに適
用する場合も、測距対象物が振動する場合は、同様に測
定に大きな誤差を発生するという問題点がある。
Therefore, even when the above laser distance measuring device is applied to an FA, there is a problem that a large error similarly occurs in the measurement when the object to be measured vibrates.

【0028】以下にこの問題点の発生原因を詳細に説明
する。ウォーブリング動作により測距対象物が微小距離
変化すると、2つの光の距離差に応じたビート信号の初
期位相が変化するため、実際に観測されるビート信号の
出力は、下記(3)式に示されるように、fb+△fb
表される実際の距離の変化量に対応したビート信号に、
(3)式中の第2項に相当する、測距対象物の振動に起
因する位相変化分の周波数がFM変調された出力Iとな
る。
The cause of this problem will be described in detail below. When the object to be measured changes a minute distance by the wobbling operation, the initial phase of the beat signal changes according to the distance difference between the two lights. Therefore, the output of the beat signal actually observed is expressed by the following equation (3). As shown, the beat signal corresponding to the amount of change in the actual distance represented by f b + Δf b is
The frequency corresponding to the second term in the equation (3), which corresponds to the phase change due to the vibration of the object to be measured, is the output I that is FM-modulated.

【0029】 I=2abcos[2π(fb+△fb)t+2πν0(α/c)cos2πf・t+ 2πν0τ0]…(3) 但し、 fb:ビート周波数(ビート信号の周波数) △fb:振動の距離に応じたビート周波数の変化量 α:測距対象物の振動幅 f:測距対象物の振動の周波数 ν0:半導体レーザの光周波数 τ0:距離差 c:光速 である。I = 2ab cos [2π (f b + Δf b ) t + 2πν 0 (α / c) cos 2πf · t + 2πν 0 τ 0 ] (3) where f b : beat frequency (frequency of beat signal) Δf b : Amount of change in beat frequency depending on vibration distance α: Vibration width of distance measuring object f: Frequency of vibration of distance measuring object ν 0 : Optical frequency of semiconductor laser τ 0 : Distance difference c: Light speed .

【0030】図12は上式(3)の影響を示している。
測距対象物が振動していない場合、即ち測距対象物に搖
れがない場合は、ビート周波数は図12(a)に示すよ
うに時間的に安定した波形になっている。一方、測距対
象物が振動している場合は、測距対象物の振動の影響に
よりFM変調されるため、その波形は、同図(b)に示
すように大きく変化している。
FIG. 12 shows the influence of the above equation (3).
When the object to be measured is not vibrating, that is, when the object to be measured is not vibrated, the beat frequency has a temporally stable waveform as shown in FIG. On the other hand, when the object to be measured vibrates, it is FM-modulated due to the influence of the vibration of the object to be measured, so that its waveform changes greatly as shown in FIG.

【0031】それ故、測距対象物が振動している場合
は、実際の測距対象物の振動量の距離に応じたビート周
波数の変化量以上にビート周波数が変化することになる
ため、上記の信号処理方式のレーザ測距方法において
は、大きな測定誤差を生じる。このため、実用化を図る
上で限界があった。
Therefore, when the object to be measured is vibrating, the beat frequency changes more than the amount of change in the beat frequency according to the distance of the vibration amount of the object to be actually measured. In the laser distance measuring method of the signal processing method, the large measurement error occurs. Therefore, there is a limit to the practical application.

【0032】本願出願人が先に提案した上記のレーザ測
距装置において、このような問題点は、測距対象物の振
動を抑制すれば解消される。しかし、かかるレーザ測距
装置をFAに応用する場合は、装置等の振動があるた
め、振動を10μm以下に低減することは不可能であ
る。それ故、上記のレーザ測距装置をFAに応用するこ
とは困難である。このため、応用の用途が限定されてい
た。
In the above laser distance measuring apparatus proposed by the applicant of the present application, such a problem can be solved by suppressing the vibration of the distance measuring object. However, when such a laser distance measuring device is applied to FA, it is impossible to reduce the vibration to 10 μm or less because of vibration of the device and the like. Therefore, it is difficult to apply the above laser range finder to FA. For this reason, the usage of the application was limited.

【0033】また、測距対象物の振動周波数(f)より
十分に速い測定レートでビート信号を多数点測定し、時
間平均すれば、即ち長いウィンドウにて計測すれば、測
距対象物の振動の影響を低減することも可能である。し
かし、このような計測方式によれば、測定時間が長くな
るため実用的でない。
Also, if a large number of beat signals are measured at a measurement rate sufficiently faster than the vibration frequency (f) of the object to be measured, and if time averaged, that is, if measured in a long window, the object to be measured will vibrate. It is also possible to reduce the influence of. However, such a measuring method is not practical because the measuring time becomes long.

【0034】更には、上記のレーザ測距装置において
は、以下に示す理由により、測定された距離値の出力方
式に問題点があるため、カメラのAF等のような制御系
への応用が困難である。周波数カウンターによる周波数
測定方法では、一定のゲート時間のクロック・パルスお
よびビート信号の波数をカウントし、これらのカウント
値によりビート周波数を算出する。この方法では、クロ
ック・パルスのカウント数を多く測定する程、つまりゲ
ート時間を長く開ける程、測定精度を向上できる。しか
し、任意のゲート時間のクロック・パルスをカウントす
るために、距離出力値を連続的に出力することは不可能
である。従って、カメラのAF等のように距離値の連続
出力が要求される制御系への応用は困難になる。
Further, in the above laser distance measuring device, there is a problem in the output method of the measured distance value for the following reason, so that it is difficult to apply it to a control system such as AF of a camera. Is. In the frequency measurement method using the frequency counter, the number of clock pulses and the number of beat signals having a constant gate time are counted, and the beat frequency is calculated from these count values. In this method, the higher the number of clock pulse counts is measured, that is, the longer the gate time is, the more the measurement accuracy can be improved. However, it is impossible to continuously output the distance output value in order to count the clock pulses of arbitrary gate times. Therefore, it is difficult to apply it to a control system that requires continuous output of distance values such as AF of a camera.

【0035】加えて、上記のように光源として半導体レ
ーザを用いた光学系では、戻り光による可干渉性の低下
に起因する測定精度の劣化という問題点がある。この問
題点を図13に従って、今少し説明する。今、同図
(a)に示すように、三角波の周波数変調量が小さい場
合、例えば、周波数変調量が100GHz、変調周波数が
50KHz、測距対象物までの距離が50cmの場合を
仮定する。この場合において、半導体レーザからの出射
光と戻り光の発振周波数の差は、同図(a)に示すよう
に、戻り光の光周波数をfaとすると、この時のレーザ
出射光の光周波数は距離差に対応する時間τを経た後の
周波数、つまりfbとなるので、上記の測距条件下で
は、高々30KHzしか変化しないことになる。従っ
て、この場合の、出射光と戻り光の発振周波数の差は、
通常のレーザ光のスペクトル線幅において10MHz以
下の大きさしか離れていないことになる。このため、出
射光と戻り光が結合し、可干渉性の低下が生じる結果、
ビート信号の強度が弱くなりS/N比が低下する(図1
4(b)参照)。従って、ノイズが取り込まれるため、
ビート信号の周波数の測定誤差が大きくなる。即ち、弱
い信号成分に対して強いノイズ成分が大きくなるため、
測定誤差が大きくなるという問題点を引き起こしてい
た。本発明は、このような従来技術の問題点を解決する
ものであり、測距対象物が振動している場合にも、その
距離を高精度に測定でき、FAやカメラのAFに応用す
ることが可能になるレーザ測距方法を提供することにあ
る。
In addition, in the optical system using the semiconductor laser as the light source as described above, there is a problem that the measurement accuracy is deteriorated due to the deterioration of the coherence due to the returning light. This problem will be explained a little now with reference to FIG. Now, as shown in FIG. 7A, it is assumed that the frequency modulation amount of the triangular wave is small, for example, the frequency modulation amount is 100 GHz, the modulation frequency is 50 KHz, and the distance to the object to be measured is 50 cm. In this case, the difference between the oscillation frequencies of the light emitted from the semiconductor laser and the return light is the optical frequency of the laser emission light at this time, where f a is the optical frequency of the return light, as shown in FIG. Is the frequency after a time τ corresponding to the distance difference, that is, f b, and therefore changes only at most 30 KHz under the above distance measuring conditions. Therefore, in this case, the difference between the oscillation frequencies of the emitted light and the returned light is
This means that the normal laser light has a spectral line width separated by no more than 10 MHz. For this reason, the emitted light and the returned light are combined, resulting in a decrease in coherence.
The strength of the beat signal weakens and the S / N ratio decreases (Fig. 1
4 (b)). Therefore, since noise is captured,
The measurement error of the frequency of the beat signal becomes large. That is, since the strong noise component becomes larger than the weak signal component,
This caused a problem that the measurement error was large. The present invention solves such a problem of the prior art, and can measure the distance with high accuracy even when the object to be measured vibrates, and can be applied to FA and AF of a camera. It is to provide a laser distance measuring method that enables

【0036】本発明の他の目的は、測定値を連続的に出
力することができ、カメラのAFやFAへの応用に好適
な信号処理回路を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a signal processing circuit capable of continuously outputting measured values and suitable for application to AF and FA of a camera.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ測距方法
は、レーザ光源を時間的に光周波数変調し、変調された
光を干渉光学系に入射し、続いて光分割手段で分割した
2つの光の内の一方を測距対象物に投射すると共に、他
方の光を反射体に投射し、該測距対象物および該反射体
からの反射光をヘテロダイン検波することにより2つの
光の光路差に応じた光周波数差によるビート信号を検出
し、該ビート信号に基づき該測距対象物までの距離又は
該測距対象物までの変位を測定するレーザ測距方法であ
って、該測距対象物が振動している場合に、ビート信号
の周波数が、下記の条件を満たすように、 (4π/レーザ光源の発振波長)×測距対象物の振動幅
×測距対象物の振動周波数≦ビート信号周波数×相対精
度 該レーザ光源の光変調周波数又は注入電流量を調整して
測定を行うようにしており、そのことにより上記目的が
達成される。
According to a laser distance measuring method of the present invention, a laser light source is temporally frequency-modulated, the modulated light is incident on an interference optical system, and then the light is split by a light splitting means. One of the two lights is projected onto the object to be measured, the other light is projected onto the reflector, and the reflected light from the object to be measured and the reflected light from the reflector are heterodyne-detected to thereby obtain two optical paths. A laser distance measuring method for detecting a beat signal due to an optical frequency difference according to a difference and measuring a distance to the distance measuring object or a displacement to the distance measuring object based on the beat signal. When the object vibrates, the frequency of the beat signal satisfies the following condition: (4π / laser light source oscillation wavelength) × vibration width of the distance measurement object × vibration frequency of the distance measurement object ≦ Beat signal frequency x relative accuracy Optical modulation frequency of the laser light source or Adjusts the amount of injected current to perform the measurement, which achieves the above object.

【0038】好ましくは、三角波駆動周波数又はFM変
調量を増加させて、前記ビート信号の周波数を前記の条
件を満たすように設定する。
Preferably, the triangular wave drive frequency or the FM modulation amount is increased and the frequency of the beat signal is set so as to satisfy the above condition.

【0039】また、好ましくは、前記レーザ光源とし
て、3電極のDBRレーザを用いる。また、本発明の信
号処理回路は、ビート信号を自己遅延検波する自己遅延
検波回路を備え、該自己遅延検波回路の出力により該ビ
ート信号の周波数に応じたアナログの距離値出力を得る
ようにしており、そのことにより上記目的が達成され
る。
Preferably, a DBR laser with three electrodes is used as the laser light source. Further, the signal processing circuit of the present invention is provided with a self-delay detection circuit that performs self-delay detection of a beat signal, and an analog distance value output corresponding to the frequency of the beat signal is obtained by the output of the self-delay detection circuit. Therefore, the above object is achieved.

【0040】好ましくは、前記自己遅延検波回路が、光
学系から入力されるビート信号に任意の遅延量を設定す
る遅延検波回路と、該光学系からのビート信号および該
遅延回路からの遅延ビート信号が入力され、出力端子よ
り前記アナログの距離値出力に対応するパルス列の出力
を出力するフリップフロップ回路とを備えている。
Preferably, the self-delay detecting circuit sets a delay amount to a beat signal input from an optical system, a beat detecting circuit from the optical system, and a delay beat signal from the delay circuit. And a flip-flop circuit that outputs an output of a pulse train corresponding to the analog distance value output from an output terminal.

【0041】また、本発明の信号処理回路は、位相比較
器およびアナログ周波数弁別回路を備え、該アナログ周
波数弁別回路によってビート信号の周波数の周波数同期
を行い、周波数が一致した状態で位相同期を行って、距
離値に対応する出力信号を出力するようにしており、そ
のことにより上記目的が達成される。
Further, the signal processing circuit of the present invention comprises a phase comparator and an analog frequency discriminating circuit, the analog frequency discriminating circuit performs frequency synchronization of the frequency of the beat signal, and performs phase synchronization in a state where the frequencies match. Then, an output signal corresponding to the distance value is output, whereby the above object is achieved.

【0042】好ましくは、前記アナログ周波数弁別回路
としてPLL回路を用いる。
Preferably, a PLL circuit is used as the analog frequency discriminating circuit.

【0043】また、本発明の信号処理回路は、基準光学
系および測距光学系からのビート信号をそれぞれ分周す
る分周器を備えており、そのことにより上記目的が達成
される。
Further, the signal processing circuit of the present invention is provided with a frequency divider that divides the beat signals from the reference optical system and the distance measuring optical system, respectively, thereby achieving the above object.

【0044】[0044]

【作用】このように、本発明方法では、ビート信号の周
波数を、所望の相対精度が得られるように高周波化し、
これにより位相ノイズの影響を相対的に小さくして、上
記従来技術が有する問題点の解決を図っている。即ち、
具体的には、下記(4)式の条件で測定している。
As described above, according to the method of the present invention, the frequency of the beat signal is increased so as to obtain a desired relative accuracy,
As a result, the influence of the phase noise is made relatively small, and the problems of the above-mentioned conventional technique are solved. That is,
Specifically, it is measured under the condition of the following formula (4).

【0045】(4π/レーザ光の発振波長)×測距対象
物の振動幅×測距対象物の振動周波数≦ビート信号周波
数×相対精度 …(4) 今少し具体的に説明すると、例えば、半導体レーザの発
振波長が0.8μm、測距対象物の振動幅が0.1μ
m、測距対象物の振動周波数が10Hzの時に、相対精
度10-6を得るためには、上記(4)式より、ビート信
号の周波数が2×107Hz以上であればよいことがわ
かる。
(4π / laser light oscillation wavelength) × vibration width of the object to be measured × vibration frequency of the object to be measured ≦ beat signal frequency × relative accuracy (4) More concretely, for example, a semiconductor The oscillation wavelength of the laser is 0.8 μm, and the vibration width of the object to be measured is 0.1 μm.
m, in order to obtain the relative accuracy of 10 −6 when the vibration frequency of the object to be measured is 10 Hz, it can be seen from the above formula (4) that the frequency of the beat signal is 2 × 10 7 Hz or higher. .

【0046】本発明では、ビート信号の周波数が上記の
値以上になるように、三角波駆動周波数(図6参照)又
はFM変調量を増加させて、ビート信号の周波数を所望
の周波数に設定する。また、本発明方法を実施するため
の信号処理回路として、遅延検波回路およびPLL(P
hase Locked Loop)回路等のアナログ
周波数弁別回路を備えたものを用いると、ビート信号の
周波数を検知することにより、測定値を連続して、パソ
コン等のコンピュータからなる距離演算手段に出力する
ことができる。
In the present invention, the triangular wave drive frequency (see FIG. 6) or the FM modulation amount is increased so that the frequency of the beat signal becomes equal to or higher than the above value, and the frequency of the beat signal is set to a desired frequency. Further, as a signal processing circuit for implementing the method of the present invention, a delay detection circuit and a PLL (P
By using a circuit equipped with an analog frequency discriminating circuit such as a has Locked Loop circuit, by detecting the frequency of the beat signal, it is possible to continuously output measured values to a distance calculating means including a computer such as a personal computer. it can.

【0047】ところで、ビート信号の周波数を高周波化
する方法としては、 図6(a)に示すように、三角波駆動周波数を図12
(a)に示す状態から上げる方法、即ち三角波駆動周波
数自体を高周波化する方法 図6(b)に示すように、三角波駆動周波数を一定の
状態にしておき、半導体レーザのFM変調量を上げるこ
とにより、光周波数の三角波を急峻化する方法 等がある。
By the way, as a method for increasing the frequency of the beat signal, as shown in FIG.
Method of raising from the state shown in (a), that is, method of increasing the triangular wave driving frequency itself As shown in FIG. 6 (b), the triangular wave driving frequency is kept constant and the FM modulation amount of the semiconductor laser is increased. Therefore, there is a method of making the triangular wave of the optical frequency steep.

【0048】しかし、三角波駆動周波数自体を高周波化
する方法では、半導体レーザへの注入電流の熱による応
答は、高々数MHzであり、十分な変調量を得ることが
困難である。
However, with the method of increasing the triangular wave drive frequency itself, the response of the injection current to the semiconductor laser due to heat is at most several MHz, and it is difficult to obtain a sufficient modulation amount.

【0049】また、FM変調量を上げる方法では、半導
体レーザとして、通常のファブリペローレーザを用いた
場合に、注入電流を大きく変化させる必要があるが、最
大光光出力による制限があるため不可能である。
Further, in the method of increasing the FM modulation amount, it is necessary to greatly change the injection current when a normal Fabry-Perot laser is used as the semiconductor laser, but this is impossible because there is a limit due to the maximum light output. Is.

【0050】そこで、本発明では、3電極のDBRレー
ザを用いて注入電流によるキャリアのプラズマ効果によ
る屈折率の変化により解決を図っている。今少し説明す
ると、このキャリアのプラズマ効果による応答速度は数
GHz程度あるので、三角波駆動周波数を任意の周波数
に設定することが可能である。なお、キャリアのプラズ
マ効果による応答速度に関しては、例えば、93年 春
応用物理学会 30p−C−9 「AlGaAs/GaAs MQW-D
FBレーザのFM応答特性」 尾内 敏彦 他に詳細に記
載されているので、ここでは省略する。
Therefore, in the present invention, a solution is sought by using a three-electrode DBR laser and changing the refractive index due to the plasma effect of carriers due to the injection current. Explaining a little now, since the response speed due to the plasma effect of the carrier is about several GHz, the triangular wave driving frequency can be set to an arbitrary frequency. Regarding the response speed due to the plasma effect of carriers, see, for example, 1993 Spring Applied Physics Society 30p-C-9 “AlGaAs / GaAs MQW-D.
FM response characteristics of FB laser ”Toshihiko Onouchi Since it is described in detail elsewhere, it is omitted here.

【0051】次に、本発明方法をAF用のレンズのウォ
ーブリング動作に適用する場合について説明する。AF
用のレンズのウォーブリング動作においては、半導体レ
ーザの波長が0.8μm、測距対象物の振動幅が10μ
m程度、測距対象物の振動の周波数が50Hz程度であ
り、要求される相対精度が10-4であるので、上記
(4)式より、ビート信号の周波数は8×107Hz以
上に設定する必要がある。そして、ビート信号の周波数
が8×107Hz以上になるように、半導体レーザに対
する三角波駆動周波数又は注入電流を設定すれば、所望
の相対精度が得られる。
Next, the case where the method of the present invention is applied to the wobbling operation of an AF lens will be described. AF
In the wobbling operation of the lens for the laser, the wavelength of the semiconductor laser is 0.8 μm and the vibration width of the object to be measured is 10 μm.
m, the frequency of vibration of the object to be measured is about 50 Hz, and the required relative accuracy is 10 −4 , so the frequency of the beat signal is set to 8 × 10 7 Hz or more from the above formula (4). There is a need to. Then, by setting the triangular wave drive frequency or the injection current for the semiconductor laser so that the frequency of the beat signal becomes 8 × 10 7 Hz or more, desired relative accuracy can be obtained.

【0052】図7(a)〜(d)を参照しつつ今少し説
明すると、例えば、図7(a)に示すように、測距対象
物の振動幅が10μmである場合に、相対精度10-4
上を得るためには、測距対象物の振動周波数が10
1(=10)Hzの時に、ビート信号の周波数として2
×107Hz以上必要である。また、振動周波数が102
Hzの時には、ビート信号の周波数として2×108
z以上必要である。また、図7(b)に示すように、振
動幅1μm、相対精度10-4以上を得るためには、振動
周波数が102Hzの時に、ビート信号の周波数として
2×107Hz以上必要であり、振動周波数103の時に
は、ビート信号の周波数としては2×108以上が必要
である。
A little explanation will now be given with reference to FIGS. 7A to 7D. For example, when the vibration range of the object to be measured is 10 μm, the relative accuracy is 10 as shown in FIG. -To obtain -4 or more, the vibration frequency of the object is 10
When 1 (= 10) Hz, the beat signal frequency is 2
× 10 7 Hz or more is required. The vibration frequency is 10 2
When Hz, the beat signal frequency is 2 × 10 8 H
z or more is required. Further, as shown in FIG. 7B, in order to obtain a vibration width of 1 μm and a relative accuracy of 10 −4 or more, when the vibration frequency is 10 2 Hz, the frequency of the beat signal must be 2 × 10 7 Hz or more. There, when the vibration frequency 103, the frequency of the beat signal is required 2 × 10 8 or more.

【0053】この結果より、測距対象物の振動周波数が
低く、振動幅が大きい場合および振動周波数が高く、振
動幅が小さい場合は、相対精度を等しく劣化させること
がわかる。つまり、この2つの影響が均等であることを
示している。換言すれば、測距対象物の振動幅によるビ
ート信号の周波数の初期位相(干渉縞の明暗)の変化
と、振動周波数の高周波化によるビート信号の初期位相
の変化が均等であることを表している。
From this result, it is understood that the relative accuracy is deteriorated equally when the vibration frequency of the object to be measured is low and the vibration width is large and when the vibration frequency is high and the vibration width is small. That is, these two effects are equal. In other words, the change in the initial phase of the beat signal frequency (brightness and darkness of interference fringes) due to the vibration width of the object to be measured and the change in the initial phase of the beat signal due to the increase in the vibration frequency are equal. There is.

【0054】上記の条件式(4)は、測距対象物の振動
の影響により相対精度は劣化するものの、この精度が所
望の値になるようにビート信号の周波数を高周波化すれ
ば、精度の劣化を低減できることを示している。また、
このビート信号の周波数の高周波化により、空気の温度
による屈折率の揺らぎに起因する測定精度の劣化も低減
できる。なんとなれば、この屈折率の揺らぎによる効果
も測距対象物の搖れと同様の効果であり、ビート信号の
周波数をFM変調したものとして検出されるからであ
る。
In the above conditional expression (4), although the relative accuracy is deteriorated due to the influence of the vibration of the object to be measured, if the frequency of the beat signal is increased so that this accuracy becomes a desired value, the accuracy of the accuracy becomes higher. It shows that deterioration can be reduced. Also,
By increasing the frequency of the beat signal, it is possible to reduce deterioration in measurement accuracy due to fluctuations in the refractive index due to air temperature. This is because the effect of the fluctuation of the refractive index is the same as the swing of the object to be measured, and it is detected as the frequency of the beat signal FM-modulated.

【0055】また、本発明方法において、例えば変調量
が10THz、変調周波数が5KHz、測距対象物まで
の距離差が50cmの場合において、図6(b)に示す
ように、三角波駆動周波数のFM変調量が大きいと、光
周波数差として300MHz程度あるので、出射光と戻り
光の周波数差が通常のレーザ光の線幅以上になる。従っ
て、出射光と戻り光とが結合することがないので、可干
渉性によるS/N比の劣化を低減できる。
In the method of the present invention, when the modulation amount is 10 THz, the modulation frequency is 5 KHz, and the distance difference to the object to be measured is 50 cm, as shown in FIG. When the modulation amount is large, the optical frequency difference is about 300 MHz, and therefore the frequency difference between the emitted light and the return light becomes equal to or larger than the line width of normal laser light. Therefore, since the emitted light and the returned light are not combined, the deterioration of the S / N ratio due to the coherence can be reduced.

【0056】また、本発明の信号処理回路によれば、遅
延検波回路による自己遅延検波およびPLLによる周波
数弁別による周波数検出を行うことにより、測定値をア
ナログで連続出力することが可能になる。
Further, according to the signal processing circuit of the present invention, by performing the self-delay detection by the delay detection circuit and the frequency detection by the frequency discrimination by the PLL, it becomes possible to continuously output the measured value in analog.

【0057】[0057]

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0058】本発明のレーザ測距方法に使用する光学系
の構成は、上記した従来例のものと同様であるので、光
学系については説明および図面を省略する。但し、本発
明では、レーザ光源として、上記作用の項で説明した特
性を有する3電極のDBRレーザを使用している。
Since the structure of the optical system used in the laser distance measuring method of the present invention is the same as that of the conventional example described above, the description and drawings of the optical system are omitted. However, in the present invention, a three-electrode DBR laser having the characteristics described in the above section is used as the laser light source.

【0059】(実施例1)本実施例1では、上記作用の
項で説明したように、図7に示すように、測距対象物2
16(図8参照)の振動に対して所望の測定精度が得ら
れるビート信号の周波数となるように、半導体レーザの
三角波駆動周波数を変化させている。一例として、半導
体レーザの発振波長が0.8μmであり、測距対象物2
16が振動幅1μm、振動周波数10Hzで振動してい
る場合に、測距対象物216までの距離を相対精度10
-4で測定するためには、上記(4)式より、ビート信号
の周波数を2MHz以上に設定する必要がある。
(Embodiment 1) In the present embodiment 1, as described in the section of the above operation, as shown in FIG.
The triangular wave driving frequency of the semiconductor laser is changed so that the frequency of the beat signal can obtain a desired measurement accuracy with respect to 16 vibrations (see FIG. 8). As an example, the oscillation wavelength of the semiconductor laser is 0.8 μm,
When 16 is vibrating with a vibration width of 1 μm and a vibration frequency of 10 Hz, the distance to the object 216 is measured with a relative accuracy of 10
In order to measure at -4 , it is necessary to set the frequency of the beat signal to 2 MHz or higher according to the equation (4).

【0060】図1は本発明の実施例1に使用する信号処
理回路を示している。この信号処理回路は、遅延検波回
路1、フリップフロップ2、ローパスフィルタ3、レー
ザ三角波駆動回路4を備えており、所望の相対精度で測
定が行えるビート信号の周波数を設定すべく、半導体レ
ーザ5を駆動制御するシステム構成をとっている。
FIG. 1 shows a signal processing circuit used in the first embodiment of the present invention. This signal processing circuit includes a differential detection circuit 1, a flip-flop 2, a low-pass filter 3, and a laser triangular wave drive circuit 4, and a semiconductor laser 5 is used to set a frequency of a beat signal that allows measurement with desired relative accuracy. It has a system configuration for drive control.

【0061】今少し具体的に説明すると、所望のビート
信号の周波数になるように、上記(1)式のビート信号
の周波数と、三角波変調周波数との関係から三角波周波
数を設定すべく、レーザ三角波駆動回路4により半導体
レーザ5を駆動制御している。或は、三角波発振周波数
を一定にしておき、上記(1)式の△νを変化させてい
る。すなわち、半導体レーザ5への注入電流をレーザ三
角波駆動回路4にて増加させることによりFM変調量を
変化させ、これにより所望のビート信号の周波数となる
ように制御している。このような、駆動制御方式によれ
ば、上記の条件下において、振動している測距対象物2
16の距離を測定する場合の相対精度を10-4にできる
ことを確認できた。
Explaining a little more concretely, the laser triangular wave is set so as to set the triangular wave frequency from the relationship between the frequency of the beat signal of the above formula (1) and the triangular wave modulation frequency so that the frequency of the desired beat signal is obtained. The drive circuit 4 drives and controls the semiconductor laser 5. Alternatively, the triangular wave oscillation frequency is kept constant and Δν in the above equation (1) is changed. That is, the injection current to the semiconductor laser 5 is increased by the laser triangular wave drive circuit 4 to change the FM modulation amount, and thereby the frequency of the desired beat signal is controlled. According to such a drive control method, the distance measuring object 2 vibrating under the above conditions
It was confirmed that the relative accuracy when measuring 16 distances could be 10 −4 .

【0062】次に、この信号処理回路を用いたビート信
号の周波数に基づく距離値の出力方法について説明す
る。光学系により検出されたビート信号(図2(a)参
照)は遅延検波回路1およびフリップフロップ2のリセ
ット端子に入力される。遅延検波回路1は入力されたビ
ート信号の周波数に任意の遅延量(遅延時間)τを与
え、遅延化処理した遅延信号(図2(b)参照)をフリ
ップフロップ2のセット端子に出力する。
Next, a method of outputting the distance value based on the frequency of the beat signal using this signal processing circuit will be described. The beat signal (see FIG. 2A) detected by the optical system is input to the delay detection circuit 1 and the reset terminal of the flip-flop 2. The delay detection circuit 1 gives an arbitrary delay amount (delay time) τ to the frequency of the input beat signal, and outputs the delayed signal (see FIG. 2B) to the set terminal of the flip-flop 2.

【0063】フリップフロップ2は、このような入力信
号が与えられると、出力端子Qより入力信号の周波数に
応じたデューティ比を持ったパルス列の出力信号(図2
(c)参照)をローパスフィルタ3に与える。即ち、遅
延検波回路1およびフリップフロップ2の組み合せによ
り、ビート信号の自己遅延検波が行われる。ローパスフ
ィルタ3は所定レベル以上の高周波成分をカットする。
これにより、ビート信号の周波数に応じたアナログの距
離値出力(図2(d)参照)が得られる。この距離値出
力は、距離演算手段であるコンピュータに入力され、最
終的に測距対象物216までの距離又は測距対象物まで
の変位が計測される。
When such an input signal is applied, the flip-flop 2 outputs from the output terminal Q a pulse train output signal having a duty ratio corresponding to the frequency of the input signal (see FIG. 2).
(See (c)) is applied to the low-pass filter 3. That is, the combination of the delay detection circuit 1 and the flip-flop 2 performs the self-delay detection of the beat signal. The low-pass filter 3 cuts high-frequency components above a predetermined level.
As a result, an analog distance value output (see FIG. 2D) corresponding to the frequency of the beat signal is obtained. This distance value output is input to a computer which is a distance calculating means, and finally the distance to the distance measuring object 216 or the displacement to the distance measuring object is measured.

【0064】ここで、半導体レーザ5の光周波数が三角
波駆動周波数の頂点部分において、周波数が0Hzへと
低周波化してしまう問題があるが、この時間に対応する
出力時間は高々10nsec程度であるので、この時間
の間を三角波駆動周波数に同期して出力値をピークホー
ルドすれば、出力値を連続して出力することができる。
従って、このような構成によれば、距離値の連続出力が
可能になる。
Here, there is a problem that the optical frequency of the semiconductor laser 5 lowers to 0 Hz at the apex of the triangular wave drive frequency, but the output time corresponding to this time is about 10 nsec at the most. If the output value is peak-held in synchronization with the triangular wave drive frequency during this time, the output value can be continuously output.
Therefore, such a configuration enables continuous output of distance values.

【0065】また、FM変調効率の違いは、図8に示す
距離差既知の基準光学系から得られたアナログの距離値
信号に基づき校正を行うことによりキャンセルできる。
The difference in FM modulation efficiency can be canceled by performing calibration based on the analog distance value signal obtained from the reference optical system with known distance difference shown in FIG.

【0066】(実施例2)図3は本発明の実施例2を示
す。本実施例2においては、三角波駆動周波数或はFM
変調量を変化させてビート信号が測距対象物216の振
動に対して所望の相対精度となるように、レーザ三角波
駆動回路4にて三角波駆動周波数、或はFM変調量を設
定して、半導体レーザ5を駆動制御する構成をとってい
る。また、距離値の出力は、ビート信号のアナログの出
力値をPLL検波することにより行っている。以下にP
LL検波を行うための回路構成を動作と共に簡単に説明
する。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the triangular wave drive frequency or FM
The triangular wave drive frequency or the FM modulation quantity is set by the laser triangular wave drive circuit 4 so that the beat signal has a desired relative accuracy with respect to the vibration of the object 216 by changing the modulation quantity. It is configured to drive and control the laser 5. The distance value is output by PLL detection of the analog output value of the beat signal. Below P
A circuit configuration for performing LL detection will be briefly described together with the operation.

【0067】光学系により検出されたビート信号は位相
比較器6に入力され、ここでビート信号の周波数の位相
が比較され、比較出力(差分出力)がループフィルタ7
を通して増幅器8に与えられる。ループフィルタ7は所
定のノイズ成分をカットする。増幅器8により所定レベ
ル迄増幅された出力信号である位相弁別出力信号V(t)
は電圧制御発振器(VCO)9に与えられ、ここで位相
弁別が行われる。このようにして、増幅された位相弁別
出力信号V(t)が最小になるような信号Vc(t)が電圧制
御発振器9に入力され、この信号Vc(t)が位相比較器6
に出力され、続いてループフィルタ7および増幅器8を
経て、距離値として出力される。
The beat signal detected by the optical system is input to the phase comparator 6, where the phase of the frequency of the beat signal is compared, and the comparison output (difference output) is obtained by the loop filter 7.
To the amplifier 8. The loop filter 7 cuts a predetermined noise component. Phase discrimination output signal V (t), which is the output signal amplified to a predetermined level by the amplifier 8.
Is applied to a voltage controlled oscillator (VCO) 9 where phase discrimination is performed. In this manner, the signal V c (t) that minimizes the amplified phase discrimination output signal V (t) is input to the voltage controlled oscillator 9, and this signal V c (t) is input to the phase comparator 6.
To a loop filter 7 and an amplifier 8 and then output as a distance value.

【0068】すなわち、このような回路構成により、ビ
ート信号の周波数同期を行い、次に周波数が一致した状
態で位相同期課程が行われ、この時の電圧制御発振器9
の出力電圧が距離値に対応する。
That is, with such a circuit configuration, the beat signal is frequency-synchronized, and then the phase-locking process is performed in the state where the frequencies match each other.
The output voltage of corresponds to the distance value.

【0069】(実施例3)図4および図5は本発明の実
施例3を示す。図3は本実施例3で使用する信号処理回
路の回路構成を示しているが、そのデバイスの多くは、
本願出願人が特願平5−181739号で先に提案した
信号処理回路と共通しているので、共通する部分につい
ては同一の番号を付して説明を省略し、以下に異なる部
分についてのみ説明する。また、図5に示す波形につい
ても共通する部分については説明を省略する。
(Embodiment 3) FIGS. 4 and 5 show Embodiment 3 of the present invention. FIG. 3 shows the circuit configuration of the signal processing circuit used in the third embodiment, but most of the devices are
Since the applicant of the present invention has common features with the signal processing circuit previously proposed in Japanese Patent Application No. 5-181739, common parts will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted, and only different parts will be described below. To do. Further, the description of the common parts to the waveforms shown in FIG. 5 will be omitted.

【0070】この信号処理回路は、基準系ビート信号が
入力される波形整形器109と、波数カウンター124
との間および測距系ビート信号が入力される波形整形器
119と波数カウンターとの間に1/N分周器140、1/N
分周器141がそれぞれ接続されている他は、上記の信
号処理回路と同一になっている。
This signal processing circuit includes a waveform shaper 109 to which a reference system beat signal is input and a wave number counter 124.
1 / N frequency divider 140, 1 / N between the waveform shaper 119 to which the beat signal of the distance measurement system is input and the wave number counter
The signal processing circuit is the same as the signal processing circuit described above except that the frequency dividers 141 are respectively connected.

【0071】本実施例3では、図7に示すように、測距
対象物216の振動に対して所望の測定精度が得られる
ビート信号の周波数となるように、例えばレーザ三角波
駆動回路にて半導体レーザの三角波駆動周波数を変化さ
せ、このビート信号の周波数を1/N分周器140、14
1に通すことにより1/Nに分周し(図4(d)、(e)
参照)、これにより波数カウンター(周波数カウンタ
ー)124、123にて測定可能な周波数に低周波化し
ている。従って、汎用タイプの周波数カウンターにて周
波数測定を行えるといった利点がある。
In the third embodiment, as shown in FIG. 7, a semiconductor is formed by, for example, a laser triangular wave drive circuit so that the beat signal frequency can obtain a desired measurement accuracy with respect to the vibration of the object 216 to be measured. By changing the triangular wave driving frequency of the laser, the frequency of this beat signal is divided by 1 / N frequency dividers 140, 14
Divide by 1 to 1 / N (Fig. 4 (d), (e)
As a result, the frequency is lowered to a frequency that can be measured by the wave number counters (frequency counters) 124 and 123. Therefore, there is an advantage that the frequency can be measured by a general-purpose type frequency counter.

【0072】加えて、この時、測距対象物216の振動
に起因したビート信号の揺らぎの成分も1/Nにされの
で、その分、相対精度の向上が図れる、といった効果を
奏する。
In addition, at this time, the fluctuation component of the beat signal caused by the vibration of the object 216 is also set to 1 / N, and the relative accuracy can be improved accordingly.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上の本発明レーザ測距方法によれば、
ビート信号の周波数が、以下の条件を満たすように、 (4π/レーザ光の発振波長)×測距対象物の振動幅×
測距対象物の振動周波数≦ビート信号周波数×相対精度 該レーザ光の光変調周波数又は注入電流量を調整するの
で、測距対象物の振動に比べて十分高いビート信号の周
波数を得ることができる。従って、測距対象物の振動に
起因する位相ノイズの影響を低減でき、高精度の測定が
可能になる。
According to the above laser distance measuring method of the present invention,
The frequency of the beat signal satisfies the following condition: (4π / laser light oscillation wavelength) × vibration width of the object to be measured ×
Vibration frequency of distance measuring object ≦ beat signal frequency × relative accuracy Since the optical modulation frequency of the laser light or the amount of injected current is adjusted, a beat signal frequency sufficiently higher than the vibration of the distance measuring object can be obtained. . Therefore, the influence of phase noise caused by the vibration of the object to be measured can be reduced, and highly accurate measurement can be performed.

【0074】また、上記の調整において、周波数変調量
を大きくする場合は、戻り光による可干渉性の低下も防
止できるので、より一層精度のよい測定が可能になる。
Further, in the above adjustment, when the frequency modulation amount is increased, it is possible to prevent the deterioration of the coherence due to the returning light, so that the measurement can be performed with higher accuracy.

【0075】また、特に請求項4〜請求項8記載の信号
処理回路によれば、距離値に対応したアナログの連続し
た出力信号が得られるので、カメラのAFやFAへの応
用が可能になり、用途の拡大が図れる、といった効果を
奏する。
In particular, according to the signal processing circuits of claims 4 to 8, since an analog continuous output signal corresponding to the distance value can be obtained, it can be applied to AF and FA of the camera. The effect is that the application can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1で使用する信号処理回路を示
すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a signal processing circuit used in a first embodiment of the present invention.

【図2】そのときの信号波形を示す波形図。FIG. 2 is a waveform diagram showing a signal waveform at that time.

【図3】本発明の実施例2で使用する信号処理回路を示
すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a signal processing circuit used in a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例3で使用する信号処理回路を示
すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a signal processing circuit used in a third embodiment of the present invention.

【図5】そのときの信号波形を示す波形図。FIG. 5 is a waveform diagram showing a signal waveform at that time.

【図6】本発明方法の原理を示す信号波形図。FIG. 6 is a signal waveform diagram showing the principle of the method of the present invention.

【図7】本発明方法の原理を示す、ビート周波数(ビー
ト信号の周波数)と、測距対象物の振動周波数又は相対
精度との関係を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the beat frequency (the frequency of the beat signal) and the vibration frequency or relative accuracy of the object to be measured, showing the principle of the method of the present invention.

【図8】従来例および本発明で使用される光学系を示す
模式図。
FIG. 8 is a schematic view showing an optical system used in a conventional example and the present invention.

【図9】三角波駆動周波数およびビート信号を示すグラ
フ。
FIG. 9 is a graph showing a triangular wave drive frequency and a beat signal.

【図10】本願出願人が先に提案したレーザ測距装置で
使用される信号処理回路を示すブロック図。
FIG. 10 is a block diagram showing a signal processing circuit used in the laser distance measuring device previously proposed by the applicant of the present application.

【図11】その信号波形図。FIG. 11 is a signal waveform diagram thereof.

【図12】測距対象物の振動が測定精度に与える影響を
説明するためのグラフ。
FIG. 12 is a graph for explaining the influence of the vibration of the object to be measured on the measurement accuracy.

【図13】戻り光による可干渉性の低下に起因する測定
精度の劣化を説明するためのグラフ。
FIG. 13 is a graph for explaining deterioration of measurement accuracy due to a decrease in coherence due to returning light.

【図14】S/N比の良否を示すグラフ。FIG. 14 is a graph showing the quality of the S / N ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 遅延検波回路 2 フリップフロップ 3 ローパスフィルタ 4 レーザ三角波駆動回路 5 半導体レーザ 6 位相比較器 7 ループフィルタ 8 増幅器 9 電圧制御発振器 109、119 波形整形器 111、210 コンピュータ 122 クロック発生器 123、124 波数カウンター 130、132 時間測定カウンター 131 同期回路 140、141 1/N分周器 205、反射体 207 検出器 216 測距対象物 1 Delay Detection Circuit 2 Flip Flop 3 Low Pass Filter 4 Laser Triangular Wave Drive Circuit 5 Semiconductor Laser 6 Phase Comparator 7 Loop Filter 8 Amplifier 9 Voltage Controlled Oscillator 109, 119 Waveform Shaper 111, 210 Computer 122 Clock Generator 123, 124 Wave Count Counter 130, 132 Time measurement counter 131 Synchronous circuit 140, 141 1 / N frequency divider 205, reflector 207 Detector 216 Distance measurement object

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 7/32 G03B 13/36 (72)発明者 下中 淳 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location G02B 7/32 G03B 13/36 (72) Inventor Atsushi Shimonaka 22 No. 22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka No.22 Sharp Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光源を時間的に光周波数変調し、
変調された光を干渉光学系に入射し、続いて光分割手段
で分割した2つの光の内の一方を測距対象物に投射する
と共に、他方の光を反射体に投射し、該測距対象物およ
び該反射体からの反射光をヘテロダイン検波することに
より2つの光の光路差に応じた光周波数差によるビート
信号を検出し、該ビート信号に基づき該測距対象物まで
の距離又は該測距対象物までの変位を測定するレーザ測
距方法であって、 該測距対象物が振動している場合に、ビート信号の周波
数が、下記の条件を満たすように、 (4π/レーザ光源の発振波長)×測距対象物の振動幅
×測距対象物の振動周波数≦ビート信号周波数×相対精
度 該レーザ光源の光変調周波数又は注入電流量を調整して
測定を行うレーザ測距方法。
1. A laser light source is temporally optical frequency modulated,
The modulated light is made incident on the interference optical system, and subsequently, one of the two lights split by the light splitting means is projected on the object to be measured, and the other light is projected on the reflector to measure the distance. The beat signal due to the optical frequency difference corresponding to the optical path difference between the two lights is detected by performing heterodyne detection on the reflected light from the object and the reflector, and the distance to the object to be measured or the distance to the object to be measured based on the beat signal. A laser distance measuring method for measuring displacement to a distance measuring object, wherein when the distance measuring object vibrates, the frequency of the beat signal satisfies the following condition: (4π / laser light source Oscillation frequency) × vibration width of distance measuring object × vibration frequency of distance measuring object ≦ beat signal frequency × relative accuracy A laser distance measuring method for performing measurement by adjusting the optical modulation frequency of the laser light source or the injected current amount.
【請求項2】 三角波駆動周波数又はFM変調量を増加
させて、前記ビート信号の周波数を前記の条件を満たす
ように設定する請求項1記載のレーザ測距方法。
2. The laser distance measuring method according to claim 1, wherein the triangular wave driving frequency or the FM modulation amount is increased and the frequency of the beat signal is set so as to satisfy the above condition.
【請求項3】 前記レーザ光源として、3電極のDBR
レーザを用いる請求項1又は請求項2記載のレーザ測距
方法。
3. The DBR having three electrodes as the laser light source
The laser distance measuring method according to claim 1 or 2, wherein a laser is used.
【請求項4】 請求項1〜請求項3記載のレーザ測距方
法を実施するための信号処理回路であって、 ビート信号を自己遅延検波する自己遅延検波回路を備
え、該自己遅延検波回路の出力により該ビート信号の周
波数に応じたアナログの距離値出力を得る信号処理回
路。
4. A signal processing circuit for carrying out the laser distance measuring method according to claim 1, further comprising a self-delay detecting circuit for self-delay detecting a beat signal, the self-delay detecting circuit comprising: A signal processing circuit that obtains an analog distance value output according to the frequency of the beat signal by output.
【請求項5】 前記自己遅延検波回路が、 光学系から入力されるビート信号に任意の遅延量を設定
する遅延検波回路と、該光学系からのビート信号および
該遅延回路からの遅延ビート信号が入力され、出力端子
より前記アナログの距離値出力に対応するパルス列の出
力を出力するフリップフロップ回路とを備えている請求
項4記載の信号処理回路。
5. The delay detection circuit, wherein the self-delay detection circuit sets an arbitrary delay amount to a beat signal input from an optical system, the beat signal from the optical system, and the delayed beat signal from the delay circuit. 5. The signal processing circuit according to claim 4, further comprising a flip-flop circuit which is input and outputs an output of a pulse train corresponding to the analog distance value output from an output terminal.
【請求項6】 請求項1〜請求項3記載のレーザ測距方
法を実施するための信号処理回路であって、 位相比較器およびアナログ周波数弁別回路を備え、該ア
ナログ周波数弁別回路によってビート信号の周波数の周
波数同期を行い、周波数が一致した状態で位相同期を行
って、距離値に対応する出力信号を出力する信号処理回
路。
6. A signal processing circuit for carrying out the laser distance measuring method according to claim 1, comprising a phase comparator and an analog frequency discriminating circuit, wherein the beat signal is detected by the analog frequency discriminating circuit. A signal processing circuit that performs frequency synchronization of frequencies and performs phase synchronization when the frequencies match and outputs an output signal corresponding to the distance value.
【請求項7】 前記アナログ周波数弁別回路がPLL回
路である請求項6記載の信号処理回路。
7. The signal processing circuit according to claim 6, wherein the analog frequency discrimination circuit is a PLL circuit.
【請求項8】 請求項1〜請求項3記載のレーザ測距方
法を実施するための信号処理回路であって、 基準光学系および測距光学系からのビート信号をそれぞ
れ分周する分周器を備えた信号処理回路。
8. A signal processing circuit for carrying out the laser distance measuring method according to claim 1, wherein the frequency divider divides the beat signals from the reference optical system and the distance measuring optical system, respectively. Signal processing circuit provided with.
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