JPH10246782A - Laser distance meter - Google Patents

Laser distance meter

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Publication number
JPH10246782A
JPH10246782A JP9062221A JP6222197A JPH10246782A JP H10246782 A JPH10246782 A JP H10246782A JP 9062221 A JP9062221 A JP 9062221A JP 6222197 A JP6222197 A JP 6222197A JP H10246782 A JPH10246782 A JP H10246782A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
distance
measured
frequency
modulation
Prior art date
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Pending
Application number
JP9062221A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akiyoshi Ono
晃義 大野
Junji Watanabe
淳治 渡辺
Masao Sumi
正雄 角
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPH10246782A publication Critical patent/JPH10246782A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the distance from a stationary object to be measured without being affected by surrounding environment of the object to be measured. SOLUTION: Provided are a laser element 2 emitting laser light to an object to be measured, a laser drive circuit 6 driving the laser element 2 based on a specific modulation drive signal, a detection means 4 receiving the laser light reflected on the object to be measured and detecting the distance to the object based on the saw-tee wave self-mixed with the modulated laser light. Also, the detection means 4 is provided with an A/D converter converting the laser light reflected by the object to be measured to digital signal and a frequency analyzer analyzing the digital signal for a certain time converted with this A/D converter.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ距離計に係
り、特に、静止した対象物までの距離を自己混合型レー
ザを用いて計測するレーザ距離計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser range finder, and more particularly to a laser range finder for measuring a distance to a stationary object using a self-mixing laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、試験管内の液面高を計測するな
ど、静止した対象物までの距離の測定の手法として、図
6に示すように、超音波を利用したものがある。この超
音波距離計54では、超音波の伝搬速度に基づいて、試
験管50内の液面52までの距離Lを計測する。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of measuring a distance to a stationary object, such as measuring a liquid level in a test tube, there is a method using an ultrasonic wave as shown in FIG. The ultrasonic distance meter 54 measures the distance L to the liquid surface 52 in the test tube 50 based on the propagation speed of the ultrasonic wave.

【0003】このような超音波を利用した非接触の手法
のほかに、接触式の手法がある。図7は電極の通電や水
圧を利用した接触式の液面高計測の例を示す図である。
図7及び図8に示すように、この従来例では、電極56
や圧力センサ58を移動させ、液面に接触するまでの移
動距離Lを算出する。
In addition to the non-contact method using ultrasonic waves, there is a contact method. FIG. 7 is a diagram showing an example of a contact-type liquid level measurement using energization of electrodes and water pressure.
As shown in FIG. 7 and FIG.
And the pressure sensor 58 are moved to calculate a moving distance L until the liquid sensor comes into contact with the liquid surface.

【0004】一方、レーザを利用した距離計測では、三
角測量の原理に基づく手法がある。図9に示すように、
この従来例では、レーザ60と、液面52で反射したレ
ーザ光を受光する62とを備え、受光素子とレーザがそ
れぞれ液面に対して有する角度に基づいて三角測量の原
理により距離Lを算出する。
On the other hand, in distance measurement using a laser, there is a method based on the principle of triangulation. As shown in FIG.
This conventional example includes a laser 60 and a laser beam 62 that receives the laser beam reflected by the liquid surface 52, and calculates the distance L based on the principle of triangulation based on the angles of the light receiving element and the laser with respect to the liquid surface. I do.

【0005】レーザの自己混合効果を用いた距離計測
は、例えば、特開平2−112784号公報に開示され
ている。図10に示すように、この従来例では、レーザ
光を発光すると共に測定対象物からの反射光を自己混合
させて受光するレーザ素子72と、このレーザ素子から
のレーザ光を所定の周期で変調させる変調駆動電流発生
回路80と、レーザ素子70から出力される出力電流を
増幅するアンプ82と、このアンプ82で増幅された出
力信号をそのモードホッピング毎にパルス化すると共に
当該パルス数をカウントするカウンタ等測定回路76
と、この測定回路76で測定されたカウント値等に基づ
いて測定対象物51までの距離Lを算出するパソコン7
8とを備えている。
[0005] Distance measurement using the self-mixing effect of a laser is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-112784. As shown in FIG. 10, in this conventional example, a laser element 72 that emits a laser beam and receives self-mixed reflected light from an object to be measured is received, and the laser beam from the laser element is modulated at a predetermined cycle. A modulation drive current generating circuit 80 for amplifying the output current output from the laser element 70, and pulsating the output signal amplified by the amplifier 82 for each mode hopping and counting the number of pulses. Counter and other measurement circuits 76
And a personal computer 7 that calculates a distance L to the measurement target 51 based on the count value and the like measured by the measurement circuit 76.
8 is provided.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、それぞれ以下の不都合を生ずる。
However, the above-described conventional examples have the following disadvantages.

【0007】従来の超音波による距離測定では、その波
長が0.8mmと大きく、測定には波長の数倍を必要と
するため、精度を上げるにも限界がある、という不都合
があった。また、超音波自体の伝搬速度が温度の影響を
受けやすいため、この点からも、測定対象物によって
は、計測精度の向上に一定の限界があった。
[0007] In the conventional distance measurement using ultrasonic waves, the wavelength is as large as 0.8 mm, and the measurement requires several times the wavelength. Therefore, there is an inconvenience that there is a limit in improving the accuracy. Further, since the propagation speed of the ultrasonic wave itself is easily affected by the temperature, there is a certain limit in improving the measurement accuracy depending on the measurement target also from this point.

【0008】さらに、超音波による測定では、測定対象
物の近傍に壁面などが存在すると、超音波の乱反射が起
こり、計測精度が向上しない、という不都合があった。
特に、試験管の液面検出では、試験管の傾きによって壁
面が近くなり、すると、反射状態が変化してしまう。
Further, in the measurement using ultrasonic waves, if a wall or the like is present in the vicinity of the object to be measured, irregular reflection of the ultrasonic waves occurs, and the measurement accuracy is not improved.
In particular, in detecting the liquid level of a test tube, the wall surface becomes closer due to the inclination of the test tube, and the reflection state changes.

【0009】レーザによる三角測量を用いた手法では、
測定対象物までの距離を十分にとれないときに、精度が
低下する、という不都合があった。特に、試験管内の距
離測定などの場合には、この影響が大きい。
In the method using triangulation by laser,
When the distance to the object to be measured cannot be sufficiently set, there is a disadvantage that accuracy is reduced. In particular, in the case of distance measurement in a test tube, this effect is large.

【0010】さらに、FM変調半導体レーザの自己混合
効果を用い、フォトダイオード出力に現れるモードホッ
プの周期により距離を求める手法では、モードホップ発
生周期への依存度が大きいことから、さらに、レーザ光
の発光時の変調の上昇区間又は下降区間毎に距離を算出
しなければならないことから、分解能の面で不利であ
る、という不都合があった。
Further, in the method of obtaining the distance by the mode hop period appearing in the photodiode output using the self-mixing effect of the FM-modulated semiconductor laser, the dependence on the mode hop generation period is large. Since the distance has to be calculated for each of the ascending section and the descending section of the modulation at the time of light emission, there is a disadvantage that it is disadvantageous in terms of resolution.

【0011】このように、従来例では、超音波を用いた
距離計測よりも精度良く静止した測定対象物との距離を
計測することができない、という不都合があった。
As described above, in the conventional example, there is a disadvantage that the distance to the stationary measurement object cannot be measured more accurately than the distance measurement using ultrasonic waves.

【0012】[0012]

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、静止している測定対象物との距離を測定
対象物の周囲の環境による影響を受けずに精度良く測定
することのできるレーザ距離計を提供することを、その
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the disadvantages of the prior art, and in particular, to accurately measure the distance to a stationary measuring object without being affected by the surrounding environment of the measuring object. It is an object of the present invention to provide a laser range finder that can be used.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、測
定対象物にレーザ光を照射するレーザ素子と、このレー
ザ素子を所定の変調駆動信号に基づいて駆動するレーザ
駆動回路と、測定対象物で反射したレーザ光を受光する
と共に変調駆動信号に応じたレーザ光の変調と自己混合
した鋸歯状波に基づいて測定対象物までの距離を検出す
る検出手段とを備えている。しかも、検出手段が、測定
対象物で反射したレーザ光をデジタル信号に変換するA
/D変換部と、このA/D変換部によって変換された一
定時間のデジタル信号を周波数分析する周波数分析部と
を備えた、という構成を採っている。これにより前述し
た目的を達成しようとするものである。
Therefore, according to the present invention, there is provided a laser element for irradiating a laser beam to an object to be measured, a laser drive circuit for driving the laser element based on a predetermined modulation drive signal, and Detecting means for receiving the laser light reflected by the laser beam and detecting the distance to the object to be measured based on the sawtooth wave self-mixed with the modulation of the laser light according to the modulation drive signal. Moreover, the detecting means converts the laser light reflected by the object to be measured into a digital signal.
An A / D conversion section and a frequency analysis section for frequency-analyzing the digital signal for a predetermined time converted by the A / D conversion section are employed. This aims to achieve the above-mentioned object.

【0014】レーザ駆動回路が、変調駆動信号に基づい
てレーザ素子を駆動するため、レーザ素子は、変調した
レーザ光を測定対象物に照射する。レーザ光を変調させ
て照射すると、照射したレーザ光と測定対象物で反射し
たレーザ光が自己混同を起こし、測定対象物までの距離
に応じた鋸歯状波が現れる。検出手段は、この自己混合
が生じたレーザ光を受光し、デジタル信号に変換する。
さらに、周波数分析部は、一定時間のデジタル信号を周
波数分析する。この周波数分析を行うと、自己混合が生
じた鋸歯状波の周波数成分が多数現れるため、測定対象
物までの距離に比例するこの鋸歯状波の周波数成分の値
から、非接触で距離を求める。周波数の値と距離との比
例関係により測定周波数から距離を求めるため、予め基
準距離とその周波数の関係を求めておくと、周波数分析
した後の算出が容易となる。
Since the laser drive circuit drives the laser element based on the modulation drive signal, the laser element irradiates a modulated laser beam to the object to be measured. When the laser light is modulated and irradiated, the irradiated laser light and the laser light reflected by the measurement object cause self-conflict, and a sawtooth wave appears according to the distance to the measurement object. The detection means receives the laser light in which the self-mixing has occurred and converts it into a digital signal.
Further, the frequency analysis unit analyzes the frequency of the digital signal for a predetermined time. When this frequency analysis is performed, a large number of frequency components of the sawtooth wave in which self-mixing has occurred appear. Therefore, the distance is obtained in a non-contact manner from the value of the frequency component of the sawtooth wave proportional to the distance to the object to be measured. Since the distance is obtained from the measured frequency based on the proportional relationship between the frequency value and the distance, if the relation between the reference distance and the frequency is obtained in advance, the calculation after the frequency analysis becomes easy.

【0015】また、一般に自己混合型での測定の場合、
測定対象物が移動するときは、移動方向が変化したと
き、測定対象物が静止しているときには、駆動電流の反
転のときに鋸歯状波波形が乱れるという課題がある。本
発明では、同一対象物(同一距離)を示す鋸歯状波を複
数計測し、最大周波数成分に基づいて距離を測定するた
め、駆動電流の反転時の波形は最大周波数成分に入ら
ず、特別なノイズ処理を行うことなく、また、駆動電流
の反転のタイミングを考慮することなく、距離の測定を
行う。
In general, in the case of a self-mixing type measurement,
There is a problem that when the measuring object moves, the moving direction changes, and when the measuring object is stationary, the sawtooth waveform is disturbed when the driving current is reversed. In the present invention, a plurality of sawtooth waves indicating the same object (same distance) are measured, and the distance is measured based on the maximum frequency component. The distance is measured without performing noise processing and without considering the inversion timing of the drive current.

【0016】また、周波数分析によると、液面高の変化
が鋸歯状波の波長(周波数)として現れるため、測定対
象物の変化を線形に捕捉することができる。
According to the frequency analysis, the change in the liquid level appears as the wavelength (frequency) of the sawtooth wave, so that the change in the object to be measured can be captured linearly.

【0017】周波数分析として代表的なものは、高速フ
ーリエ変換(FFT)であり、実施の形態によっては、
検出手段として、FFTアナライザーを採用する。しか
し、これに限らず、検出手段は、デジタル信号の周波数
成分を分析するものであれば良い。また、周波数分析す
ると、レーザ駆動回路による変調の周波数成分が含まれ
るが、この変調の周波数帯域は鋸歯状波の周波数帯域と
重ならない。しかし、発光時の変調の周波数は予め定ま
るため、実施の形態によっては、この発光時の周波数成
分を除去するフィルタを設けるようにしてもよい。
A typical frequency analysis is a fast Fourier transform (FFT), and in some embodiments,
An FFT analyzer is employed as the detection means. However, the present invention is not limited to this, and the detecting unit may be any unit that analyzes the frequency component of the digital signal. Further, the frequency analysis includes a frequency component of the modulation by the laser driving circuit, but the frequency band of this modulation does not overlap with the frequency band of the sawtooth wave. However, since the frequency of the modulation at the time of light emission is predetermined, a filter for removing the frequency component at the time of light emission may be provided in some embodiments.

【0018】本発明は、特に、試験管内の液面高の計測
に用いられるとよい。しかし、これに限らず、測定対象
物が静止していて、さらに、測定対象物が壁面に囲まれ
たり、予測不能な汚れがある場合や、また、極めて近い
距離から遠い距離まで測定する場合などに好適である。
The present invention is particularly preferably used for measuring the liquid level in a test tube. However, the present invention is not limited to this.When the measurement target is stationary, and the measurement target is surrounded by a wall surface or has unpredictable dirt, or when measuring from a very short distance to a far distance. It is suitable for.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1は、本発明によるレーザ距離計の構成
を示すブロック図である。レーザ距離計は、測定対象物
51にレーザ光を発光するレーザ素子2と、このレーザ
素子2を変調駆動信号に基づいて駆動するレーザ駆動回
路6と、前記測定対象物51で反射したレーザ光を受光
すると共に当該レーザ光の鋸歯状波に基づいて測定対象
物までの距離を検出する検出手段4とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser distance meter according to the present invention. The laser rangefinder includes a laser element 2 that emits a laser beam to a measurement target 51, a laser driving circuit 6 that drives the laser element 2 based on a modulation drive signal, and a laser beam reflected by the measurement target 51. Detecting means 4 for receiving the light and detecting the distance to the object to be measured based on the sawtooth wave of the laser light;

【0021】しかも、検出手段4は、鋸歯状波をデジタ
ル信号に変換するA/D変換部16と、このA/D変換
部16によって変換された一定時間のデジタル信号を周
波数分析する周波数分析部18とを備えている。この周
波数分析部18は、高速フーリエ変換を行うFFTアナ
ライザーで構成するとよい。
In addition, the detecting means 4 includes an A / D converter 16 for converting the sawtooth wave into a digital signal, and a frequency analyzer for frequency-analyzing the digital signal for a predetermined time converted by the A / D converter 16. 18 is provided. The frequency analysis unit 18 may be constituted by an FFT analyzer that performs a fast Fourier transform.

【0022】また、レーザ素子2は、レーザ駆動回路6
から出力されるレーザ駆動信号に基づいてレーザ光を測
定対象物に照射するレーザダイオード12と、測定対象
物から反射したレーザ光をレーザダイオード12を介し
て受光するフォトダイオード10とを備えている。この
フォトダイオード10は、レーザダイオード12で自己
混合を起こしたレーザ光を電気信号に変換して出力す
る。そして、本実施形態では、検出手段4への入力の前
段に、このフォトダイオード10から出力される電気信
号を増幅するアンプ14を設けている。
The laser element 2 includes a laser driving circuit 6
A laser diode 12 for irradiating the object to be measured with a laser beam based on a laser drive signal output from the device, and a photodiode 10 for receiving the laser beam reflected from the object to be measured via the laser diode 12. The photodiode 10 converts the laser light that has undergone self-mixing by the laser diode 12 into an electric signal and outputs the electric signal. In the present embodiment, an amplifier 14 that amplifies the electric signal output from the photodiode 10 is provided at a stage before the input to the detection unit 4.

【0023】図2は試験管50内の液面高52を計測す
る例を示す説明図である。ここでは、レーザ距離計は、
試験管内液面高計測装置として動作する。レーザ光は、
超音波と比較して波長も短く、直進性が高いため、試験
管50内の液面高52のような壁面に囲まれた測定対象
物であっても、精度を悪化させることなく距離測定を行
うことができる。
FIG. 2 is an explanatory view showing an example in which the liquid level 52 in the test tube 50 is measured. Here, the laser rangefinder is
It operates as a liquid level measuring device in a test tube. Laser light is
Since the wavelength is shorter and the straightness is higher than that of ultrasonic waves, distance measurement can be performed without deteriorating accuracy even for a measurement object surrounded by a wall such as the liquid level 52 in the test tube 50. It can be carried out.

【0024】これを詳細に説明する。本実施形態では、
測定対象物は、水などの液体であっても良好に計測する
ことができる。レーザダイオード12から出力されたレ
ーザ光は、空気を媒介として液面52に到達する。空気
と液体とでは屈折率に差があるため、レーザ光は透過す
ると共に、反射する。液面での反射光をレーザダイオー
ド12を介してフォトダイオード10で受光すること
で、自己混合効果を得ている。
This will be described in detail. In this embodiment,
Even if the measurement target is a liquid such as water, it can be measured favorably. The laser light output from the laser diode 12 reaches the liquid surface 52 via air. Since there is a difference in the refractive index between air and liquid, the laser light is transmitted and reflected. The self-mixing effect is obtained by receiving the light reflected on the liquid surface by the photodiode 10 via the laser diode 12.

【0025】ここでは、レーザ駆動回路6は、図3
(A)に示すように、距離測定用の半導体レーザの駆動
電流を三角波電流とし、レーザの発信周波数を変調させ
ている。自己混合効果を用いた距離測定方法では、フォ
トダイオード10に現れる鋸歯状波の周波数fが、レー
ザダイオード12と測定対象物との距離Lに比例して大
きくなる。測定対象物が移動するのであれば、当該変位
の量に応じて鋸歯状波が発生するところ、本実施形態で
は、測定対象物は静止しているため、レーザの発信周波
数自体を変調させ、距離に応じた波長の鋸歯状波を自己
混合効果により受光する。このため、駆動変調電流は、
三角波電流に限らず、鋸歯状波が自己混合するような周
波数成分となる変調であればよい。
In this case, the laser driving circuit 6
As shown in (A), the drive current of the semiconductor laser for distance measurement is a triangular wave current, and the oscillation frequency of the laser is modulated. In the distance measuring method using the self-mixing effect, the frequency f of the sawtooth wave appearing in the photodiode 10 increases in proportion to the distance L between the laser diode 12 and the object to be measured. If the measuring object moves, a saw-tooth wave is generated according to the amount of the displacement.In this embodiment, however, the measuring object is stationary. Is received by the self-mixing effect. Therefore, the drive modulation current is
The modulation is not limited to the triangular wave current, and may be any modulation that has a frequency component such that the sawtooth wave self-mixes.

【0026】自己混合方式では、半導体レーザからの発
振光と測定対象物からの反射戻り光とを、半導体レーザ
素子内で干渉させ、鋸歯状波信号を発生させる。図3
(B)及び(C)は、変調成分に鋸歯状波が混合した波
形の例を示す図である。ここでは、レーザの駆動電流に
周波数変調をかけ、戻り光と発振光の周波数に差を作り
出し、その差により自己混合効果を得ている。
In the self-mixing method, the oscillation light from the semiconductor laser and the reflected return light from the object to be measured interfere with each other in the semiconductor laser element to generate a sawtooth signal. FIG.
(B) and (C) are diagrams showing examples of waveforms in which a sawtooth wave is mixed with a modulation component. Here, a frequency modulation is performed on the drive current of the laser to create a difference between the frequencies of the return light and the oscillation light, and the self-mixing effect is obtained by the difference.

【0027】鋸歯状波の0Hz以外でのFFT最大点で
の周波数をfとすると、次式(1)の関係が成り立つ。
この比例関係を利用して、次式(2)のように、基準距
離L0とそのときの鋸歯状波周波数f0とから、距離Lを
求めることができる。
If the frequency at the maximum FFT point other than 0 Hz of the sawtooth wave is f, the following equation (1) holds.
Using this proportional relationship, the distance L can be obtained from the reference distance L0 and the sawtooth wave frequency f0 at that time, as in the following equation (2).

【0028】[0028]

【数1】 (Equation 1)

【0029】ここで、cは光速、imは変調駆動電流、
fmは変調周波数、df/diは周波数変調効率である。
Where c is the speed of light, im is the modulation drive current,
fm is the modulation frequency, and df / di is the frequency modulation efficiency.

【0030】従って、鋸歯状波の周波数が得られれば、
液面までの距離を知ることができる。本実施形態では、
図3(D)に示すように、図3(C)に示すPD出力電
流をフィルタ処理して発光時の変調周波数成分を除去
し、鋸歯状波のみを抽出する。さらに、このフィルタ後
の鋸歯状波を周波数分析すると図3(E)に示す如くと
なる。パワースペクトルのピークとなる周波数成分が鋸
歯状波の主要な周波数であるため、この周波数の値から
測定対象物までの距離を求める。
Therefore, if the frequency of the sawtooth wave is obtained,
The distance to the liquid level can be known. In this embodiment,
As shown in FIG. 3D, the PD output current shown in FIG. 3C is filtered to remove the modulation frequency component at the time of light emission, and only the sawtooth wave is extracted. Further, a frequency analysis of the sawtooth wave after the filtering is as shown in FIG. Since the frequency component that becomes the peak of the power spectrum is the main frequency of the sawtooth wave, the distance to the object to be measured is determined from the value of this frequency.

【0031】図4及び図5は変調による周波数成分を除
去せずにPD出力電流をそのまま周波数分析した場合の
例を示す図である。図4に示す例では、ピーク30は1
9.250kHzであり、この場合、レーザ素子2から
液面高52までの距離は上述した式(1)及(2)によ
り、約80mmと算出される。図4中符号31で示す周
波数成分は、変調した三角波の周波数成分である。この
図4に示す例では、加算平均を30回行っている。
FIGS. 4 and 5 are diagrams showing an example in which the frequency analysis of the PD output current is performed without removing the frequency component due to the modulation. In the example shown in FIG.
9.250 kHz, and in this case, the distance from the laser element 2 to the liquid level 52 is calculated to be about 80 mm by the above-described equations (1) and (2). The frequency component indicated by reference numeral 31 in FIG. 4 is the frequency component of the modulated triangular wave. In the example shown in FIG. 4, the averaging is performed 30 times.

【0032】図5に示す例では、加算平均を100回行
い、そのピーク32の周波数は17.8125kHzと
なっている。この場合、レーザ素子2から液面高52ま
での距離は、約91mmと算出される。
In the example shown in FIG. 5, the averaging is performed 100 times, and the frequency of the peak 32 is 17.8125 kHz. In this case, the distance from the laser element 2 to the liquid level 52 is calculated to be about 91 mm.

【0033】上述したように本実施形態によると、レー
ザ光により距離を測定するため、試験管等の壁面の汚れ
の影響を受けずに距離を測定することができる。また、
超音波計測と比較して、レーザ波長が小さいため、原理
的精度が高く、しかも、距離の変化によってFFT波形
が線形に変化するため、分解能がモードホップに依存す
ることがなく、これによっても、精度良く距離を測定す
ることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the distance is measured by the laser beam, the distance can be measured without being affected by contamination on the wall surface of the test tube or the like. Also,
Compared to ultrasonic measurement, the laser wavelength is small, so the accuracy in principle is high, and the FFT waveform changes linearly with the change in distance, so the resolution does not depend on mode hop. The distance can be measured accurately.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、レーザ駆動回路が、変調駆動信号
に基づいてレーザ素子を駆動するため、測定対象物で反
射したレーザ光と測定対象物までの距離に応じた鋸歯状
波とが自己混合を起こし、さらに、周波数分析部が、一
定時間のデジタル信号を周波数分析するため、自己混合
が生じた鋸歯状波の周波数成分が多数現れれ、測定対象
物までの距離に比例するこの鋸歯状波の周波数成分の値
から、非接触で距離を求めることができ、しかも、周波
数分析により距離を求めるため、レーザ駆動回路による
変調の周期にかかわらず連続して計測することができ、
しかも、周波数のピークから距離を求めると、多数測定
した平均の値となるため、ノイズに強く、安定して、精
度良く距離を求めることができる従来にない優れたレー
ザ距離計を提供することができる。
According to the present invention, the laser drive circuit drives the laser element based on the modulation drive signal, and the laser light reflected from the object to be measured is measured. The sawtooth wave according to the distance to the object causes self-mixing, and the frequency analysis unit analyzes the frequency of the digital signal for a certain period of time.Therefore, many frequency components of the sawtooth wave in which self-mixing occurs appear. The distance can be obtained in a non-contact manner from the value of the frequency component of the sawtooth wave, which is proportional to the distance to the object to be measured, and the distance is obtained by frequency analysis. Continuous measurement without
Moreover, when the distance is obtained from the peak of the frequency, the average value is obtained from a large number of measurements. Therefore, it is possible to provide an unprecedented excellent laser range finder that is resistant to noise, stable, and can accurately obtain the distance. it can.

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

【図1】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】試験管の液面高を測定する場合の構成を示す説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration for measuring the liquid level of a test tube.

【図3】図1及び図2で用いる各種の信号波形を示す波
形図であり、図3(A)はレーザ素子の駆動電流の一例
を示す図で、図3(B)はフォトダイオードの出力電流
波形の一例を示す図で、図3(C)は図3(B)に示す
PD出力電流波形の拡大図で、図3(D)は図3(C)
に示す波形をフィルタ処理した例を示す図で、図3
(E)は図3(D)に示す鋸歯状波の周波数分析をした
鋸歯状波スペクトルの一例を示す図である。
FIGS. 3A and 3B are waveform diagrams showing various signal waveforms used in FIGS. 1 and 2; FIG. 3A is a diagram showing an example of a driving current of a laser element; FIG. 3 (C) is an enlarged view of the PD output current waveform shown in FIG. 3 (B), and FIG. 3 (D) is an enlarged view of the PD output current waveform shown in FIG. 3 (C).
FIG. 3 is a diagram showing an example in which the waveform shown in FIG.
FIG. 4E is a diagram showing an example of a sawtooth wave spectrum obtained by performing frequency analysis of the sawtooth wave shown in FIG.

【図4】PD出力電流をフィルタ処理をせずに周波数分
析したパワースペクトルの一例を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a power spectrum obtained by frequency-analyzing a PD output current without performing a filtering process.

【図5】PD出力電流をフィルタ処理をせずに周波数分
析したパワースペクトルの他の例を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing another example of a power spectrum obtained by frequency-analyzing a PD output current without performing a filtering process.

【図6】従来の超音波距離計の概略を示す説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory view schematically showing a conventional ultrasonic range finder.

【図7】従来の電極を用いた距離計の一例を示す説明図
である。
FIG. 7 is an explanatory view showing an example of a conventional distance meter using electrodes.

【図8】従来の圧力センサを用いた距離計の一例を示す
説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view showing an example of a distance meter using a conventional pressure sensor.

【図9】従来のレーザ光源と受光素子とを用いた三角測
量の原理による距離計の一例を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a conventional rangefinder based on the principle of triangulation using a laser light source and a light receiving element.

【図10】従来の自己混合型レーザ距離計の構成を示す
説明図である。
FIG. 10 is an explanatory view showing a configuration of a conventional self-mixing type laser distance meter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 レーザ素子 4 検出手段 6 レーザ駆動回路 8 レンズ 10 フォトダイオード(PD) 12 レーザダイオード(LD) 14 アンプ 16 A/D変換器 18 周波数分析部(FFTアナライザー) Reference Signs List 2 laser element 4 detecting means 6 laser driving circuit 8 lens 10 photodiode (PD) 12 laser diode (LD) 14 amplifier 16 A / D converter 18 frequency analysis unit (FFT analyzer)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象物にレーザ光を照射するレーザ
素子と、このレーザ素子を所定の変調駆動信号に基づい
て駆動するレーザ駆動回路と、前記測定対象物で反射し
たレーザ光を受光すると共に前記変調駆動信号に応じた
レーザ光の変調と自己混合した鋸歯状波に基づいて前記
測定対象物までの距離を検出する検出手段とを備えたレ
ーザ距離計において、 前記検出手段が、前記測定対象物で反射したレーザ光を
デジタル信号に変換するA/D変換部と、このA/D変
換部によって変換された一定時間のデジタル信号を周波
数分析する周波数分析部とを備えたことを特徴とするレ
ーザ距離計。
1. A laser device for irradiating a laser beam to an object to be measured, a laser drive circuit for driving the laser device based on a predetermined modulation drive signal, and a laser device for receiving the laser beam reflected by the object to be measured. A laser range finder comprising: a modulation unit that modulates the laser beam according to the modulation drive signal and a detection unit that detects a distance to the measurement target based on a self-mixed sawtooth wave. An A / D converter for converting a laser beam reflected by an object into a digital signal, and a frequency analyzer for frequency-analyzing the digital signal for a predetermined time converted by the A / D converter are provided. Laser rangefinder.
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