JPS6159278A - 距離測定装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、レーザ光を用いた距離測定装置に係わり、特
に、ＭＭレーザ光の拡散によって形成されるスペックル
の粒径から距離を算出する装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、レーザを応用した距離測定装置には、大別して２
ｍ類ある。そのひとつは、レーザ光を変調して放射し、
放射光と物標からの反射光の位相差を求めるものである
。もうひとつの方法は、三角測距の原理に基づく、基線
の一端からレーザ光を放射し、物標上の光点を基線の他
端からｍ’ｔｙｓシてその形成する角度から物標までの
距離を求めるものである。これらの公知例には１例えば
、島津備愛著の「レーザーとその応用」第２部２．１ｆ
Ｒに記述されているものがある。

前者の方法における問題点は、装置が大型化することで
ある。とくに、数ｍ程度の距離測定では、レーザ光の変
調周波数を数十から数百ＭＨｚにまで上げなけ九ばなら
ず、大型の装置となる。一方、後者は基線の長さで精度
が決定され、基線を十分に長ぐしないと精度低下につな
がる。また、検出器、あるいは、レーザを回転させる必
要があるため、測定時間が前者の方法に比較して長い問
題点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するために
考案されたもので、物標にあてたレーザ光が拡散の過程
で干渉し合って生ずるスペックルを応用する。スペック
ルの信号処理によって、物標までの距離の測定装置を、
小型で、かつ、測定時間の短いものとすることが本発明
の本質的な目的である。

〔発明の概要〕

ここで、本発明の原理の概要を述べる。レーザ光を粗面
に照射すると、照射光が粗面から拡散して互に干渉し合
い、空間的に光強度の強い所と弱い所が複雑に入りくん
だパターンができる。これは、スペックルパターンと呼
ばれるもので１本発明は、このパターンの強弱の平均的
な大きさに着目する。まず、レーザ光がガウス形状の強
度分布を有するビームについて、スペックルパターンの
性質を屏明する。レーザ光の強度分布は、Ｉ（ｒ）＝Ｉ
。・ｅｘｐ（−２・ｒｌ　／　、　、２　）・・・（１
）ここで、工。；中心軸上の強度 ｒ、；Ｉ。から１／ｅ２に強度が低 下する点 で示される。（１）式に対し、平均的なスペックルの強
弱の大きさ、つまり、平均粒径を求めるため、自己相関
関数を演算する。結果は、（２）式となる。

π　ｒｌ ・・・（２） ここで、Δｒ；距離ラグ λ；レーザ光波長 Ｌｏ　；距離 （２）式かられかる様に、自互相関関数の分布は。

既知の値であるλ、ｒ、のほか、求める対象であるＬｏ
によっても変化する。このため、相関関数の分布を調べ
ることによってＬｏを逆算でき、これが本発明の基本的
な原理となっている。

上記したように、スペックルの強度分布を調べることに
よって距離を求めることがわかった０次のａ題は、強度
分布の処理の方法である。上述のような相関演算もひと
つの方法であるが、現状では処理時間大である６本発明
では、以下の実施例で述べる方法によって粒径の演算を
しており、このため演算時間が短かく、また、装置の小
型化が達成できる。

〔発明の実施例〕

以下１本発明を実施例によって詳細に説明する。

第１図は、本発明の基本的な溝成図を示している。

第１図において、１は被測定対象となる物標であり、１
までの距離を測定するのが本発明の目的である。１に対
し、レーザ２からレーザ光３を照射する。１の表面が拡
散するレーザ光は、スペックルパターンを形成するが、
これを１次元の光検出センサ１０１で受光する。１０２
は、１０１の駆動回路である。１０１は、多数の光検出
素子が１次元状に配置されたもので、受光時、光電効果
による光強度に比例した電荷量を容積しておく。

１０２から信号により、容積した電荷を１０１の端から
順次読み出して行くと、光強度分布に対応する電気信号
が１０２から出力される。この光強度信号を処理して、
距離を求めることになる。

１０３は１ｍヶの微分器を直列に接続したものである。

１０４は、実効値演算器、１０５は微分器、１０６は実
効値演算器、１０７は割算器である。

１０３から１０７の携成で、スペックルの平均粒径を求
めることができる。以下、１．０３から１０７の演算内
容を述べる。１０２からの出力信号を、ｖ（ｔ）とする
、ｖ（ｔ）のｔは時間を示し、１０１の各検出器間のピ
ッチＰ、各検出器をスキャンする周波数Ｆ、および、空
間的な距離又と下記の関係がある。

ｔ＝Ω／Ｐ　−Ｆ　　　　　　　　・・・（３）ｖ（ｔ
）は、フーリエ成分の和として、ｖ（ｔ）＝Σ　Ａ、・
ｃｏｇ　（２πｆ、ｔ）−（４）として示されるから、
１０３の出力は ｖＣす（ｔ）＝ΣＡ、・（２ｔｃ　ｆ　ａ）”ｃｏｓ（
２ｘ　ｆ　、　ｔ　）となる、よって１０４の出力は。

（ｖ（−１（ｔ）の実効値〕 となる。同様に、１０６の出力は、 （Ｖ　（”１）（ｔ　）の実効値〕 である。また、Ａ　、ｚは、（２）式を参考にして求め
ると、 ここで、乍、；空間周波数 となる、ν、は、ｆ、と ｆ、；ν１　・Ｐ−Ｆ　　　　　　　　・・・（８）の
関係がある。（７）式を（５）、（６）式に代入し、１
０７の出力として求めると１０７の出力ｕ（ｔ）は、 になる、ｕ（ｔ）を求めることによって、未知の値であ
るＬｏを算出する１以上、１０３から１０７の構成で、
測定距離Ｌ０に比例する出力が得られることがわかる０
本発明では、さらに、１０８の振幅−周波数変換器と計
数器１０９を用いる。この必要性を第２図に用いて説明
する。第２図はｖ（ｔ）とｕ（ｔ）の波形例を示した図
である。スペックルの強度分布としてｖ（ｔ）なる信号
が得られるが、この平均粒径の演算結果ｕ（ｔ）は、ｖ
（ｔ）の統計的性質のため時間的にゆらぐ、つまり、第
２図に示すようにｕ（ｔ）は、破線で示す平均値で時間
的に変動することになる。（９）式かられかるように、
求める値はこの平均値であり、何らかの平均処理が必要
となる。この平均化を１０８゜１０９で実行している。

つまり、１０８は変動するｕ（ｔ）の大きさに比例した
周波数の信号を出力するから、１０９で１０８の出力を
計数した結果は、第２図のｕ（ｔ）の波形の実線で囲む
面積に比例した値となっている。波形の幅は、検出器の
素子数とＦで決まる時間であるから、１０９の出力から
平均的なｕ（ｔ）を求めることができ、これは、Ｌｏに
比例する値である。この様な操作によって。

変動するｕ（ｔ）からでもＬｏを求めることが出来る。

１１０は１表示器であって、求めたＬｏを表示するもの
である６以上に述べたように１本発明は、大部分を電子
回路で植成してＬｏを求める装置となっているため、装
置の小型化と、はぼ、実時間での距離測定を可能として
いることに特長を有する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スペックルの強度分布からその平均粒
径をほぼ実時間で測定できる。このため。

平均粒径から距離への換算が高速で実行できることにな
る。さらに、これら平均粒径演算部は、電子部品で構成
できるため、装置の小型化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の植成図、第２図は各部の波形図である
。 １・・・物標、２・・・レーザ、３・・・レーザ光、１
０１・・・光検出センサ、１０２・・・駆動回路、１ｏ
３・・・微分器（ｍヶ）、１０５・・・微分器、１０４
，１０６・・・実効値演算器、１０７・・・割算器、１
ｏ８・・・振幅・周波数変換器、１０９・・・計数器、
１１０・・・表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザスペツクルを応用した距離測定装置において
   、スペツクル強度分布に比例する電気信号を微分する手
   段と、微分信号をさらに微分して実効値を求める手段と
   、前記微分信号の実効値を求める手段と、上記実効値間
   で割算をする手段と、割算の結果からスペツクルの平均
   粒径を求めて距離に換算する手段を備えたことを特徴と
   する距離測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の距離測定装置において
   、実効値間の割算出力を電気信号とし、この信号を振幅
   ・周波数変換する手段と、変換された信号を計数する手
   段を備え、計数結果からスペツクルの平均粒径を算出す
   ることを特徴とする距離測定装置。