JPS6064284A - レ−ザ測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、距離開側等に用いられるレーザ測距装置に関
するものである。

（従来例の構成とその問題点） レーザが発明されて、種々の応用が考えられている。中
でも、レーザ光は、その優れたコヒーレンス、集束性、
高いエネルギー密度などの特徴のため、測長・測距分野
に広く利用されており、高精度測長・測距と言えば、ま
ず第一にレージが連想されるまでになっている。レーザ
を′１１Ｌ波技術の一環として応用した代表例がレーザ
測距装置である。以下、図面を参照しながら、従来のレ
ー→ノー１１１１ｊ距装置の例として、連続波周波数変
調測距装置について説明する。

第１図は従来の連続波周波数変調６１１１距装置の構成
を、また第２図は連続波周波数変調されだ送波と受波の
時間的関係を示したものである。まず、第２図を参照し
ながら連続波周波数変調ｉ１＋１１距方法の原理を説明
する。実線で示されるような三角波状の周波数変調信号
（中心周波数ｆ。、周波数偏移幅Δｆ１変調周期Ｔ　＝
　１／２ｆｍ％　ｆｍは変調周波数）で変調されだ送波
と距離Ｒだけ離れた１−１標がらの送波の反射波即ち受
波（破線で示されている）の−周期での周波数は各々 送波の周波数　ｆｌ、（ｔｌ　＝　ｆｏ−Δｆ／２＋Δ
ｆ　・ｔ／ＴＲ 受波の周波数　ｆＲ（ｔ）　−ｆ。−Δｆ／２＋Δｆ（
を−τ）／Ｔとなる。同時刻での送受波の周波数差即ち
ビート周波数部は ｆｂ二’Ｔ（ｔ）　’ｆ（（ｔｌ二Δｆ・２Ｒ／Ｃ’ｌ
’となり、これからビート周波数ｒｂを知れば、目標ま
での距離Ｒをめることができる。以上が連続波周波数変
調測距方法の原理である。

次に第１図を参照しながら、従来の連続波周波数変調測
距装置について説明する。第１図において、１はレー→
ｆ、２はレー−リー光り。を変調する変調器、３はコー
ナーキューブ１５で反射され、・−一フミラー１３で分
離されたレーザ光ＬＲを受光する受光素子、４は周波数
変調信号発生器、５は受光素子３からの出力信号工、と
周波数変調信号発生器４からの参照信号Ｉ。とを混合す
るだめのミキサ回路、６はミキサ回路５からの混合ｆｇ
号Ｉｓ　がらビート信号ｌＢを取り出すだめのフィルタ
回路、７はビート信号ＩＢの周波数ｆｂを測定する周波
数カウンタ、１１および１２はレーザ光り。を変調器２
に導くだめの全反射ミラー、１３はハーフミラ−１］４
は光学系、１５は距離Ｒ離れた目標に設置されたコーナ
ーキューブ、譜は周波数変調信号、ＬＴは周波数変調信
号■□で振幅変調さノ［たレーザ光である。

以上のように構成された従来の連続波周波数変調測距装
置について以下その動作を説明する。レーザ１から放射
されたレーザ光り。は、全反射ミラー１１および１２に
よって変調器２に導かれ、周波数変調信号発生器４から
の周波数変調信＋′ｆＸｍによって振幅変調される。周
波数変調信号Ｉ　によって振幅変調されたレーザ光ＬＴ
（第２図の送波に対応）は、ハーフミラ−１３、光学系
１４ｔｌ−透過した後、目標に設置されたコーナーキュ
ーブ１５で反射され戻って来るが、光学系１４を透過後
、ハーフミラ−で分離され、分離された反射レーザ光Ｔ
、Ｒ（第２図の受波に対応）は、受光素子３で受光され
る。受光素子３からの出力信号工Ｒと周波数変調信号発
生器４からの参照信号■。をミキサ回路５によって混合
することにょシ混合信号ｒＢを得る。この混合信号１８
を透過周波数ＤＣ〜Δｆのフィルタ回路６に人力するこ
とによってビート信号■Ｂを得、周波数カウンタ７によ
って、そのビート周波数ｆｂを測定し、目標までの距離
Ｒをめる。

しかしながら、従来の連続波周波数変調測距装置では、
レー→ノーとして気体レーザ等を用いると変調器が必要
となる土、形状が大きくなり、又レーザとして半導体レ
ーザを用いても、ハーフミラ−１受光素イ、ミキサ回路
は依然として必要であシ、ハーフミラ−の使用は、送波
および受波として利用し得るレー→ノ冗を半減してしま
う等の問題点を有していた。

（発明の目的） 本発明は、前記欠点に鑑み、レーザとして半導体レーザ
を用いることにより変調器を必要とせず、さらに目標か
らの反射レーザ光を半導体レーザに帰還することによっ
て生じる自己結合効果を検出することにより、ハーフミ
ラ−１受光素子、ミキサ回路も必要とせず、従って送波
および受波として利用し得るレーザ光を半減することが
なく、又形状も非常に小型にすることのできるレーザ測
距装置を提供するものである。

（発明の構成） この目的を達成するために本発明のレーザ測距装置は、
変調された半導体レーザとｆｉｉｌ記半導体レーザ光軸
上に設けられた入出射共通のＬ！！！系と前記光軸上に
存在する目標に設けた反射鏡とフィルタ回路と演算回路
とで構成されている。この構成によって、反射鏡から反
射された半導体レーザ尤を半導体レーザ自身に帰還して
生じた自己結合効果を検出した後フィルタ回路を通して
得られた信号を前記演算回路によって演算することによ
り、目標までの距離を測定し得ることとなる。

（実施例の説明） 第３図は、本発明の一実施例を示したもので、自己結合
効果として光出力の変化を検出する場合の自己結合半導
体レーザを用いた連続波周波数変調測距装置の構成を示
している。第３図において、第１図と同一のものには同
一の番月および記号を付しており、まだ、１Ｇは半導体
レーザ、１７は半導体レーザＩ６の駆動回路、１８は半
導体レーザ１６の後方出力Ｐｍの受光素子、１９および
２０は入出射共通の光学系、２１は目標に設ｉべされた
反射鏡、１）Ｔは周波数変調信号Ｉｍで振幅変調された
レーザ光、Ｐｌえは反射鏡２１で反射されたレーザ光、
Ｉｐは半導体レーザの駆動電流、ＩＰは受光素子１８か
らの出力信号である。

す」二のように構成された、自己結合効果として光出力
の変化を検出する場合の自己結合半導体レーザを用いた
連続波周波数変調測距装置について、１フ下その動作を
説明する。周波数変調信号発生器、１からの周波数変調
１．；号’ｎｌを半導体レーザ１６の駆動回路１７に加
えることＶＣより半導体レーザ１６の駆動電流ｘＤｉで
周波数変調信号Ｉｍを重畳し、半導体レーザ１６の出力
を振幅変調する。周波数変調信号−によって振幅変調さ
れたレーザ光ＰＴ（第２図の送波に対応する）は、光学
系１９によってコリメートされ、伝搬して行き、光学系
２゜によって目標に設置された反射鏡２１の而」二に結
像さ、れる。反射鏡２】で反射されだレーザ光Ｐ１え（
第２図の受゛波に対応する）は、変調されたレーザ光Ｐ
Ｔと全く逆の光路を通って半導体レー→Ｊ−１６に戻っ
てくる。この時、半導体レーザ１（）の自己結合効果に
よって、半導体レーザの出力及び端子電圧にビート周波
数ｆｂの変化が生じる。本実施例では、半導体レーザの
キャップに内蔵されている受光素子１８を用い、半導体
レーザの後方出力Ｐｍの変化を検出している。受光素子
１８の出力信号Ｉｐを透過周波数ＤＣ〜Δｆのフィルタ
回路６に通してビート周波数信号ＩＢを得、周波数カラ
ンタフによって、そのビート周波数ｆｂｔ　ｄｉｌｌ　
５ｉＬし、目標までの距離Ｒをめる。

実施にあたって、半導体レーザ１６として高出力赤外半
導体レーザ（発光中心波長５ｏｏｏ　Ｘ、出力２００ｍ
Ｗ）を用い、後方出カ貼の受光素子１８としてば、半導
体レーりのギヤノブに内蔵されているｐｉｎ−ホトダイ
オードを用いた。周波数変調信号発生器・１とし７て、
中２１周波数ｆ。−２０ＭＨ７，、周波数偏移幅Δｆ　
＝　２ＭＨｚ　、変調周波数ｆｍ−１ｋＨｚの周波数変
調信号■□を発生ずる周波数掃引器を用いた。フィルタ
回路６として透過周波数ＤＣ〜２ＭＨｚのフィルタ回路
を用いた。又、）シ学系２０と反射鏡２１は、光学系２
０にコリメートされたレーザ光が入射した時、反射鏡２
１面上に焦点を結ぶように調節し固定した。

け上のように、自己結合半導体レーザを連続波周波数変
調１１１１距装置に用いることにより、変調器を必安と
せず、かつ、半導体レー」ノーが受光素子およびミキサ
回路を兼ねることにより、ハーフミラ−１受光累−ｒ−
、ミキサ回路も必要とせず、ハーフミラ−を使用しない
ことにより、レーザ光を有効に使用することができる超
小型の連続波周波数変調測距装置を実現することができ
、５１Ｊ〜、５０ｍの測定距離で４１１１定精１．１５
　ｍｍが得られた。

なお、第３図の実施例では、自己結合効果として、光出
力の変化を検出しだが、☆；ＩＪ子電圧の変化を検出し
てもよい。この場合は第３図の受光素子１８は必要ない
。また、自己結合効果として、端子電圧の変化を検出す
る場合、半導体ｌ／−ザ光軸上にＶ４波長板を配し、半
導体レーザの出力光と偏波方向が直交する反射光を帰還
するようにすれば、検出さ八る端子電圧の変化に歪みが
なくなり精度が上がる。

（発明の効果〕 本発明のレーザ測距装置は、変調さ、れた半導体レーザ
と半導体レーザの光軸上に設けられた入出射共通の光学
系と前記光軸上に存在する■標ｅこ設けた反射鏡とフィ
ルタ回路と演算回路とを備え、反射鏡から反射された半
導体レーザ光を２１′心体レーザ自身に帰還して生じた
自己結合効果を検出した後、フィルタ回路を通して得ら
れた信号を演算回路によって演算することにより、目標
せでの距離を測定伊ることを特徴とし、レーザに一’ｌ
′ｍ体レーザを用いることにより変調器を必波とせず、
かつ半導体レーザ特有の自己結合効果を利用して半導体
レーザ自身が受光素子、ミキサ回路をも兼ね、従ってそ
れに付随する部品も必要としなくなるので、レーザ光を
有効に利用でき、しかも超小型の測距装置が可能となり
、その実用的効果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例の構成を示すブロック図、第２図は、
連続波周波数変調された送波と受波の時間的関係を示す
図、第３図は、本発明の一実施例の構成を示すブロック
図である。 ４−・・・・・・・周波数変調信号発生器、　６・・　
・フィルタ回路、　７　・・・−・・　周波数カウンタ
、】６　・　半導体レーザ、　】７・・−・駆動回路、
１８・・−・　後方出力受光素子、　１９．　２０−・
・・・・光学系、　２１　・・・・反射鏡。 特許出願人　松ト電器産業株式会社 、−ｍ− 代理人　星野　恒　司、 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）変調された’Ｆ導体レーザと、該半導体レーザの
   光軸上に設けられた入出射共通の光学系と、前記光軸」
   −に存在する目標に設けられた反射鏡と、フィルタ回路
   と、θ（９回路とを備え、前記半導体レーザから出射さ
   れ、１ｉｉＪ記反射鏡で反射されたレーザ光を前記半導
   体レーザに帰還して生じた自己結合効果を検出し、その
   検出信号を前記フィルタ回路を通して得らｊした信号を
   前記演算回路によりｉｉして、前記目標までの距離を６
   １１１定することを特徴とするレーザ測距装置。
2. （２）　前記光軸上に１／・１波長板を備えだことを特
   徴とする特πＦ請求の範囲第（１）項記載のレーザ測距
   装置。