JPS62147384A - Laser distance measuring instrument - Google Patents

Laser distance measuring instrument

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JPS62147384A
JPS62147384A JP60289598A JP28959885A JPS62147384A JP S62147384 A JPS62147384 A JP S62147384A JP 60289598 A JP60289598 A JP 60289598A JP 28959885 A JP28959885 A JP 28959885A JP S62147384 A JPS62147384 A JP S62147384A
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JP
Japan
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measured
lens
wave
distance
photosensor
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JP60289598A
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Japanese (ja)
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Toru Terada
透 寺田
Yuuichi Oonogawa
雄一 大野川
Taiichi Nishi
泰一 西
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Shibuya Corp
Original Assignee
Shibuya Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable a distance to be measured with a high accuracy by inputting the output of first and second photosensors to an arithmetic control unit and slidingly controlling a condenser lens so that calculated values obtained from the output of the photosensors become prescribed values determined in advance. CONSTITUTION:A condenser lens 10 collects a laser beam from a semiconductor laser 1 and irradiates the beam onto an object 11 to be measured. On the other hand, a measuring optical system 20 overlaps reflected beam from the object 11 to be measured and that from a reference reflector 17 to generate a measuring beat wave and a reference optical system 21 overlaps laser beams reflected from reference reflectors 24 and 26 to generate a reference beat wave. An arithmetic sequence unit 15 calculates and measures a distance to the object 11 to be measured from the ratio between the numbers of the measuring waves and the reference waves generated by the optical systems 20 and 21, respectively, and the known distances to the reflectors. The output of a photosensor 50 disposed inside the focus of a lens 46 and the output of another photosensor 51 disposed outside the focus of a lens 47 are inputted to the unit 15 and the condenser lens 10 is controlled by driving means 55 so that a calculated value obtained from the output of the photosensors has a prescribed one.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、レーザ光線を利用したレーザ4111距装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a laser 4111 distance device using a laser beam.

「従来の技術」 従来、レーザ光線を利用したレーザXll距装置は既に
種々の方法が提案されており、レーザ光線を被計測物へ
照射することによって得た反射光と、上記レーザ光線を
所定距離だけ離隔した基準反射器に照射することによっ
て得た反射光とを重畳させるとともに、上記レーザ光線
の周波数を変調させて上記重畳した反射光に計Δ]1ビ
ート波を発生させ、その計測ビート波を計測して上記被
計測物までの距離を測定するようにしたものが知られて
いる。
"Prior Art" Conventionally, various methods have already been proposed for laser Xll distance devices that use laser beams. At the same time, the frequency of the laser beam is modulated to generate a total of Δ]1 beat wave in the superimposed reflected light, and the measured beat wave is A device is known in which the distance to the object to be measured is measured by measuring the distance.

しかしながら、上記計測ビート波を計測して被計測物ま
での距離を演算する場合には、温度変化等に対しての不
安定要素を有する周波数偏移量を既知数として使用する
必要があることから、大きな計測誤差が生じることがあ
った。
However, when calculating the distance to the measured object by measuring the above-mentioned beat wave, it is necessary to use the amount of frequency deviation as a known quantity, which has unstable factors due to temperature changes, etc. , large measurement errors could occur.

そこで本出願人は、上述した計測ビート波を得る計測光
学系に、参照用としての参照ビート波を得る参照光学系
を設けることにより、上記周波数偏移量の値に影響され
ずに上記被計測物までの距離を演算計測することができ
るようにしたレーザ測距装置を提案している(特願昭8
0−64311号)。
Therefore, the present applicant has proposed that by providing a reference optical system for obtaining a reference beat wave for reference in the measurement optical system for obtaining the above-mentioned measurement beat wave, the above-mentioned measured object can be measured without being influenced by the value of the frequency deviation amount. We have proposed a laser distance measuring device that can calculate and measure the distance to objects (patent application filed in 1983).
No. 0-64311).

本出願人の提案した測距装置によれば、上記周波数偏移
量の値に影響されずに被計測物までの距離を演算計′A
IIIすることができるので、大きな計測誤差を生じさ
せることなく確実なM1距を行なうことができる。しか
も、波計71111物ヘレーザ光線を照射する際に、被
計測物が集光レンズの焦点位置からずれていても、信号
のS/N比は低下するものの基本的にはビート波が得ら
れる限りは演算計測値に悪影響を与えることはなく、集
光レンズの焦点にさほどの注意を払う必要がないという
利点がある。
According to the distance measuring device proposed by the present applicant, the distance to the object to be measured can be calculated using the calculation method 'A' without being influenced by the value of the frequency deviation amount.
Therefore, the M1 distance can be reliably measured without causing a large measurement error. Furthermore, when irradiating a laser beam onto a wavemeter 71111 object, even if the object to be measured is shifted from the focus position of the condensing lens, the S/N ratio of the signal will decrease, but basically as long as a beat wave can be obtained. has the advantage that it does not adversely affect the calculated measurement value and does not require much attention to the focus of the condenser lens.

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、波計at++物が集光レンズの焦点位置
から大きくずれてレーザ光線の照射面積が大きくなり、
かつ被計測物が傾斜しているような場合には、その照射
面積のいずれの点が計測されたのか不明となるという問
題がある。
"Problems to be Solved by the Invention" However, the wavemeter at++ object deviates greatly from the focal position of the condensing lens, and the irradiation area of the laser beam becomes large.
In addition, when the object to be measured is tilted, there is a problem that it is unclear which point of the irradiation area was measured.

「問題点を解決するための手段」 本発明はそのような事情に鑑み、上記レーザ測距装置に
おいて、すなわち1発振周波数が変調可能なレーザ発振
器と、このレーザ発振器から放射されたレーザ光線を集
光して被計測物に照射する集光レンズと、上記被計測物
から反射された反射光と予め所定距離だけ離隔して設け
た基準反射器から反射された反射光とを重畳させて計測
ビート波を生成させる計測光学系と、上記レーザ発振器
からのレーザ光線をそれぞれ予め所定距離だけ離隔して
設けた第1参照反射器と第2参照反射器とで反射させる
とともにそれらを重畳させて参照ビート波を生成させる
参照光学系と、上記計測光学系と参照光学系とで生成さ
れた計測ビート波と参照ビート波とからそれらの波数比
を計測し、両波数の比と上記反射器までの既知の距離と
から上記被計測物までの距離を演算計測する演算制OI
l装置とを備えたレーザ測距装置において、上記集光レ
ンズをレーザ光線の光軸に沿って進退動させる駆動手段
と、上記被計測物から反射されて分岐された反射光をそ
れぞれ集光する第1レンズと第2レンズと、上記第1レ
ンズの焦点の内側に配置した第1フォトセンサと、さら
に上記第2レンズの焦点の外側に配置した第2フォトセ
ンサとを設け、上記第1フォトセンサの出力と第2フォ
トセンサの出力とを上記餞算制御装置に入力して各出力
から得られる演算値が予め定めた所定値となるように上
記集光レンズを進退制御するようにしたものである。
"Means for Solving the Problems" In view of such circumstances, the present invention provides the above-mentioned laser distance measuring device, which includes a laser oscillator capable of modulating one oscillation frequency and a laser beam emitted from the laser oscillator. A measurement beat is created by superimposing the condensing lens that emits light onto the object to be measured, the reflected light reflected from the object to be measured, and the reflected light reflected from a reference reflector placed a predetermined distance apart. A measurement optical system that generates waves and a laser beam from the laser oscillator are reflected by a first reference reflector and a second reference reflector, which are respectively provided at a predetermined distance apart, and are superimposed to generate a reference beat. A reference optical system that generates a wave, and a measurement beat wave and a reference beat wave generated by the measurement optical system and the reference optical system, measure the wave number ratio thereof, and calculate the ratio of both wave numbers and the known value up to the reflector. A calculation system OI that calculates the distance from the distance to the object to be measured.
a driving means for moving the condensing lens forward and backward along the optical axis of the laser beam, and condensing the reflected light reflected and branched from the object to be measured, respectively. A first lens, a second lens, a first photosensor placed inside the focal point of the first lens, and a second photosensor placed outside the focal point of the second lens, The output of the sensor and the output of the second photosensor are input to the calculation control device, and the condenser lens is controlled to advance or retreat so that the calculated value obtained from each output becomes a predetermined value. It is.

「作用」 そのような構成によれば、上記集光レンズを進退制御し
て上記被計測物をその集光レンズの焦点位置に位置させ
ることが可能となるので、レーザ光線の被計測物への照
射面積を小さく維持して光軸と直角方向の分解能を高め
ることができるようになる。
"Operation" According to such a configuration, it is possible to position the object to be measured at the focal position of the focusing lens by controlling the movement of the focusing lens. The irradiation area can be kept small and the resolution in the direction perpendicular to the optical axis can be increased.

「実施例」 以下図示実施例について本発明を説明すると、第1図に
おいて、半導体レーザlは変調回路2を介して直流の駆
動TL、流を受けて単一モードのレーザ光線を発振し、
かつその変調回路2によって制御される駆動電流の大き
さに対応して発振周波数を変調することができるように
なっている。
Embodiment The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiment. In FIG. 1, a semiconductor laser l receives a DC drive TL and current through a modulation circuit 2 and oscillates a single mode laser beam.
Moreover, the oscillation frequency can be modulated in accordance with the magnitude of the drive current controlled by the modulation circuit 2.

上記半導体レーザ1から発振されたレーザ光線は、コリ
メートレンズ3によって平行光線となり、さらに偏光ビ
ームスプリッタ4、%波長板5、ビームスプリッタ6、
偏光ビームスプリッタ7、ビームスプリッタ8.電波長
板9および凹レンズや凸レンズからなる集光レンズ10
を透過して粗面を有する被計測物11に照射される。
The laser beam emitted from the semiconductor laser 1 is turned into a parallel beam by the collimating lens 3, and further includes a polarizing beam splitter 4, a wavelength plate 5, a beam splitter 6,
Polarizing beam splitter 7, beam splitter 8. A radio wave plate 9 and a condensing lens 10 consisting of a concave lens or a convex lens
The light passes through and is irradiated onto the object to be measured 11 having a rough surface.

そして上記被計測物11で反射された反射光は、上記偏
光ビームスプリフタ7で反射された後、検光子12およ
び凸レンズ13を透過してフォトダイオード等のフォト
センサ14で受光され、このフォトセンサ14の信号が
マイクロコンピュータを含む演算制御装置15に入力さ
れる。
The light reflected by the object to be measured 11 is reflected by the polarizing beam splitter 7, passes through the analyzer 12 and the convex lens 13, and is received by a photosensor 14 such as a photodiode. 14 signals are input to an arithmetic and control unit 15 including a microcomputer.

これと同時に、上記半導体レーザlから発振されたレー
ザ光線の一部は上記偏光ビームスプリッタ7で反射され
て電波長板IBを透過した後、上記偏光ビームスプリッ
タ7から予め所定の距離L1だけ離隔して設けたミラー
又はプリズム等の基準反射器17に照射され、この基準
反射器17で反射された反射光は上記偏光ビームスプリ
ッタ7を透過して被計測物11からの反射光に重畳され
、上記検光子12および凸レンズ13を透過してフォト
センサ14で受光されて演算制御装置15に入力される
At the same time, a part of the laser beam emitted from the semiconductor laser l is reflected by the polarizing beam splitter 7 and transmitted through the electromagnetic wave plate IB, and then separated from the polarizing beam splitter 7 by a predetermined distance L1. The reflected light reflected by the reference reflector 17 passes through the polarizing beam splitter 7 and is superimposed on the reflected light from the object to be measured 11. The light passes through the analyzer 12 and the convex lens 13, is received by the photosensor 14, and is input to the arithmetic and control unit 15.

したがって、上記演算制御装置15に導入される2つの
反射光の信号は両者の光路差による時間dれのため、具
体的には偏光ビームスプリッタ7と基準反射器17どの
間の距#L1と、偏光ビームスプリッタ7と被計測物1
1との間の距離L2との差の2倍の距離に対応した時間
遅れのため、位相差が生じている。
Therefore, since the two reflected light signals introduced to the arithmetic and control device 15 have a time d difference due to the optical path difference between the two, specifically, the distance #L1 between the polarizing beam splitter 7 and the reference reflector 17, Polarizing beam splitter 7 and object to be measured 1
A phase difference occurs due to a time delay corresponding to a distance twice as large as the distance L2 between L2 and L2.

そしてこの状態で、上記変調回路2により半導体レーザ
lへ供給する駆動電流の大きさを制御し、第2図に示す
ように、直線的な波形を有する変調電流を半導体レーザ
lに加えてその発振周波数を変調電流と同様に直線的に
変調させると、レーザ光線の周波数の変化に対応して上
記位相差が変化して計測ビート波が発生するようになり
、その計測ビート波の波数が上記演算制御装置15によ
って計測される。
In this state, the modulation circuit 2 controls the magnitude of the driving current supplied to the semiconductor laser l, and as shown in FIG. 2, a modulation current having a linear waveform is applied to the semiconductor laser l to oscillate the When the frequency is linearly modulated in the same way as the modulation current, the above phase difference changes in response to changes in the frequency of the laser beam, generating a measurement beat wave, and the wave number of the measurement beat wave is determined by the above calculation. Measured by the control device 15.

次に、上記計測ビート波を得る計測光学系20の他に、
さらに参照用としての参照ビート波を得る参照光学系2
1を設けてあり、この参照光学系21においては、上記
半導体レーザ1からのレーザ光線を上記ビームスプリッ
タ6によって分岐させている。
Next, in addition to the measurement optical system 20 that obtains the measurement beat wave,
Reference optical system 2 to obtain a reference beat wave for further reference
In this reference optical system 21, the laser beam from the semiconductor laser 1 is split by the beam splitter 6.

そしてその分岐したレーザ光線の一部を偏光ビームスプ
リッタ22および電波長板23を透過させた後、その偏
光ビームスプリッタ22から予め所定の距離立1だけ離
隔したミラー又はプリズム等の第1参照反射器24に照
射させ、またレーザ光線の残部は上記偏光ビームスプリ
ッタ22で反射させて電波長板25を透過させた後、上
記偏光ビームスプリッタ22から予め所定の距離見2だ
け離隔したミラー又はプリズム等の第2参照反射器26
に照射させている。なお、上記偏光ビームスプリッタ2
2に対する第1参照反射器24と第2参照反射器26と
の各距gI見1、見2は異ならせである。
After a part of the branched laser beam is transmitted through the polarizing beam splitter 22 and the radio wave plate 23, a first reference reflector such as a mirror or prism is spaced a predetermined distance from the polarizing beam splitter 22. 24, and the remainder of the laser beam is reflected by the polarizing beam splitter 22 and transmitted through the electromagnetic wave plate 25, after which it is irradiated with a mirror or prism or the like spaced a predetermined distance 2 from the polarizing beam splitter 22. Second reference reflector 26
is irradiated. Note that the polarizing beam splitter 2
The respective distances gI of the first reference reflector 24 and the second reference reflector 26 with respect to 2 are different.

上記第1参照反射器24で反射された反射光は上記偏光
ビームスプリッタ22で反射され、検光子27および凸
レンズ28を透過してフォトセンサ29で受光され、ま
た第2参照反射器26で反射された反射光は上記偏光ビ
ームスプリッタ22を透過して第1参照反射器24から
の反射光に重畳され、上記凸レンズ28を透過してフォ
トセンサ28で受光される。
The reflected light reflected by the first reference reflector 24 is reflected by the polarizing beam splitter 22, transmitted through the analyzer 27 and the convex lens 28, received by the photosensor 29, and reflected by the second reference reflector 26. The reflected light passes through the polarizing beam splitter 22, is superimposed on the reflected light from the first reference reflector 24, passes through the convex lens 28, and is received by the photosensor 28.

そしてこのフォトセンサ28の信号が上記演算制御装置
15に導入されて参照ビート波の波数が計Jlllされ
る。
The signal from the photosensor 28 is then introduced into the arithmetic and control unit 15, and the wave number of the reference beat wave is calculated.

したがって、上記変調回路2により直線的な波形を有す
る変調電流を半導体レーザ1に加えた際には、演算制御
装置15には、計測光学系20から計測ビート波が、ま
た参照光学系21から参照ビート波がそれぞれ入力され
るようになる。
Therefore, when a modulated current having a linear waveform is applied to the semiconductor laser 1 by the modulation circuit 2, the arithmetic and control unit 15 receives the measurement beat wave from the measurement optical system 20, and the reference optical system 21 receives the measurement beat wave. Each beat wave will be input.

然して本実施例では、上記演算制御装置15は」二記変
調回路2を介してレーザ光線の周波数を所定時間だけ、
具体的には計測ビート信号の整数波を所定数カウントす
るのに要する時間だけ変調させるようになっており、し
たがって被計測物11までの距離L2が異なれば計測ビ
ート信号の周波数が異なるので上記所定時間はその距f
liI L 2に対応して異なるが、いずれにしても未
知の所定時間に対する計Jlllビート波の波数は予め
一定に定めている。
However, in this embodiment, the arithmetic and control unit 15 modulates the frequency of the laser beam for a predetermined period of time via the modulation circuit 2.
Specifically, the integer wave of the measurement beat signal is modulated by the time required to count a predetermined number. Therefore, if the distance L2 to the object 11 to be measured differs, the frequency of the measurement beat signal differs, so the frequency of the measurement beat signal differs. Time is the distance f
Although it differs depending on liI L 2, in any case, the wave number of the total Jllll beat waves for an unknown predetermined time is predetermined to be constant.

他方、上記演算制御装置ξ15は計測ビート信号の波数
のカウントを開始するのと同時に参照ビート信号の波数
のカウントを開始し、上記計測ビート信号の整数波を所
定数カウントしたら、すなわち未知の所定時間が経過し
たら、参照ビート波の波数のカウントを停止する。この
参照ビート信号の波数は整数とならないのが普通である
ので、上記演算制御装置15は参照ビート信号の波数を
小数点以下まで計測できるようにしている。
On the other hand, the arithmetic and control unit ξ15 starts counting the wave number of the reference beat signal at the same time as it starts counting the wave number of the measurement beat signal, and after counting a predetermined number of integer waves of the measurement beat signal, that is, for an unknown predetermined time. After , stop counting the number of reference beat waves. Since the wave number of this reference beat signal is usually not an integer, the arithmetic and control unit 15 is designed to be able to measure the wave number of the reference beat signal down to the decimal point.

このようにして未知の所定時間に対する計測ビート信号
の波数と参照ビート信号の波数とが、したがって両波数
の比が得られれば、上記所定時間が未知であっても被計
測物11までの距離L2を演算することができる。
In this way, if the wave number of the measurement beat signal and the wave number of the reference beat signal for the unknown predetermined time, and therefore the ratio of both wave numbers, can be obtained, even if the predetermined time is unknown, the distance L2 to the object to be measured 11 can be obtained. can be calculated.

すなわち、上記計測光学系20において重畳された反射
光の時間差をτ、上記圧fa L 2とLlどの差をR
1光の速度をCとすると、時間差では次式%式% また、上記半導体レーザlに変調を与えた際の周波数偏
移量をδとすると、上記計測ビート波の波数Nbは次式
で表わされる。
That is, the time difference between the reflected lights superimposed in the measurement optical system 20 is τ, and the difference between the pressures fa L2 and Ll is R.
1 If the speed of light is C, then the time difference is expressed by the following formula: It will be done.

Nb=δ・τ        ・・・・・・・・・(2
)したがって、(1)式、(2)式より次式が得られる
Nb=δ・τ ・・・・・・・・・(2
) Therefore, the following equation is obtained from equations (1) and (2).

R=clINb/(2δ)   ・・・・・・・・・(
3)また同様にして、上記参照ビート波の波数Nrは次
式で表わされる。
R=clINb/(2δ) ・・・・・・・・・(
3) Similarly, the wave number Nr of the reference beat wave is expressed by the following equation.

Rr=c*Nr/(2δ)  ・・・・・・・・・(4
)但し、Rrは参照光学系21の第1参照反射器24と
第2参照反射器26とにおける距離交1と文2との差で
、この差は勿論既知である。
Rr=c*Nr/(2δ) ・・・・・・・・・(4
) However, Rr is the difference between the distance intersection 1 and the distance intersection 2 between the first reference reflector 24 and the second reference reflector 26 of the reference optical system 21, and this difference is of course known.

そして上記(3)式と(4)式とから、R=Rr・Nb
/Nr     −(5)が得られ、この式より、計測
ビート信号の波数Nbと参照ビート信号の波数Nrとの
比が得られれば、上述したように温度変化等に対して不
安定要素を有する周波数偏移量δの値を用いることなく
、被計測物11までの距離L2を演算することがでごる
ことは明らかである。
From the above equations (3) and (4), R=Rr・Nb
/Nr - (5) is obtained, and from this equation, if the ratio between the wave number Nb of the measured beat signal and the wave number Nr of the reference beat signal is obtained, as mentioned above, there is an unstable element due to temperature changes etc. It is clear that the distance L2 to the object to be measured 11 can be calculated without using the value of the frequency deviation amount δ.

次に第3図は1.上記演算制御装置15における計測ビ
ート信号の波数Nbと参照ビート信号の波数Nrとの比
を計測する回路の具体的な構成を示したブロック図で、
この回路では、各フォ゛トセンサ14.29からの計測
ビート信号と参照ビート信号とをそれぞれ波形整形回路
30.31に入力して波形整形し、さらに波形整形した
信号を、各ビート波における整数波の数をカウントする
整数波カウンタ32.33にそれぞれ入力している。
Next, Figure 3 shows 1. This is a block diagram showing a specific configuration of a circuit that measures the ratio between the wave number Nb of the measurement beat signal and the wave number Nr of the reference beat signal in the arithmetic and control device 15.
In this circuit, the measurement beat signal and the reference beat signal from each photo sensor 14.29 are respectively input to the waveform shaping circuit 30.31 and waveform-shaped, and the waveform-shaped signal is converted into an integer waveform in each beat wave. are respectively input to integer wave counters 32 and 33 that count the number of .

計測ビート信号が入力される整数波カウンタ32には整
数波設定器34を接続してあり、上記整数波カウンタ3
2がカウントした計測ビート信号の整数波の数すなわち
計測ビート波の波数が上記整数波設定器34で予め設定
した設定値となると、この整数波カウンタ32は参照系
の整数波カウンタ33にカウント停止指令信号35を出
力し、これにより整数波カウンタ33による参照ビート
信号の整数波の数のカウントが停止される。
An integer wave setter 34 is connected to the integer wave counter 32 to which the measurement beat signal is input.
When the number of integer waves of the measurement beat signal counted by 2, that is, the wave number of the measurement beat wave, reaches the setting value preset by the integer wave setter 34, this integer wave counter 32 causes the integer wave counter 33 of the reference system to stop counting. A command signal 35 is output, whereby the integer wave counter 33 stops counting the number of integer waves of the reference beat signal.

このとき、上記整数波カウンタ33では参照ビート波の
整数回の波数しかカウントできないので、小数点以下の
波数を計測するために、クロック発生器36を設けてい
る。このクロック発生器36は参照ビート波の周波数に
対して通かに高い周波数でクロックを発生し、クロック
カウンタ37はそのクロックをカウントできるようにな
っている。
At this time, since the integer wave counter 33 can only count the wave number of the reference beat wave an integer number of times, a clock generator 36 is provided to measure the wave number below the decimal point. This clock generator 36 generates a clock at a frequency much higher than the frequency of the reference beat wave, and the clock counter 37 is configured to be able to count the clock.

そして上記整数波カウンタ33は参照ビート波の整数波
をカウントする度にクロックカウンタ37にリセット信
号38を出力してそのクロックカウンタ37をリセット
する。そして上記計測系の整数波カウンタ32がカウン
ト停止指令信号35を出力すると、上記クロックカウン
タ37はそれを入力してカウントを停止するようになっ
ており、この状IEではクロックカウンタ37は1周期
以内の波数つまり小数点以下の波数に対応したカウント
数をカウントしている。
The integer wave counter 33 outputs a reset signal 38 to the clock counter 37 to reset the clock counter 37 every time it counts an integer wave of the reference beat wave. When the integer wave counter 32 of the measurement system outputs a count stop command signal 35, the clock counter 37 inputs it and stops counting. It counts the number of waves corresponding to the wave number below the decimal point.

上記各参照反射器24.28までの距離は常に一定であ
り、したがってビート信号の周波数は変化することがな
いので予め参照ビート信号の1周期に対する上記クロッ
クカウンタ37のカウント数は一定となり、これにより
その1周期のカウント数と上記カウント停止指令信号3
5が出力された際にりロックカウンタ37がカウントし
たカウント数とから、参照ビート信号の波数を小数点以
下で得ることができる。
The distance to each of the reference reflectors 24 and 28 is always constant, and therefore the frequency of the beat signal does not change. Therefore, the count number of the clock counter 37 for one cycle of the reference beat signal is fixed in advance. The count number of one cycle and the above count stop command signal 3
The wave number of the reference beat signal can be obtained below the decimal point from the count counted by the lock counter 37 when 5 is output.

演算回路39はそのようにして小数点以下の波数を演算
するとともに、整数波カウンタ33および整数波設定器
34からの信号を入力して被計測物11までの距離L2
を演算し、それを表示器40に表示させる。このとき、
表示器40によって演算した参照ビート波の波数を小数
点以下まで表示させるようにしてもよい。
The arithmetic circuit 39 thus calculates the wave number below the decimal point, and inputs the signals from the integer wave counter 33 and the integer wave setter 34 to determine the distance L2 to the object to be measured 11.
is calculated and displayed on the display 40. At this time,
The wave number of the calculated reference beat wave may be displayed on the display 40 down to the decimal point.

然して、第1図において、上記被計測物11で反射され
た反射光は、上記ビームスプリッタ8で反射された後、
ビームスプリッタ45により2つに分岐され、それぞれ
レンズ48.47およびピンホール48.49を透過し
てフォトセンサ50.51で受光される。この一対のフ
ォトセンサ50.51は、上記被計測物11を所定の位
置に位置させた状態で、一方の第1フォトセンサ50を
一方の第1レンズ46の焦点の内側に、他方の第2フォ
トセンサ51を他方の第2レンズ47の焦点の外側にそ
れぞれ配置してあり、各フォトセンサ50.51からの
信号を上記演算制御装置15に入力するようにしている
However, in FIG. 1, after the reflected light from the object to be measured 11 is reflected by the beam splitter 8,
The light is split into two by the beam splitter 45, transmitted through a lens 48.47 and a pinhole 48.49, and received by a photosensor 50.51. The pair of photosensors 50 and 51 are configured such that one first photosensor 50 is placed inside the focal point of one first lens 46 and the other second The photosensors 51 are arranged outside the focal point of the other second lens 47, and signals from each photosensor 50, 51 are input to the arithmetic and control device 15.

上記ビームスプリッタ8、%波長板9、集光レンズ10
、ビームスプリッタ45、レンズ48.47、ピンホー
ル48.49およびフォトセンサ50.51は移動フレ
ーム52に設けてあり、この移動フレーム52に螺合し
たねじ軸53とこれを回転させるサーボモータ54とか
ら構成した駆動手段55によってその移動フレーム52
を進退動させることにより、上記集光レンズ10をレー
ザ光線の光軸に沿って進退動させることができるように
している。
The beam splitter 8, % wavelength plate 9, condenser lens 10
, beam splitter 45, lens 48.47, pinhole 48.49, and photosensor 50.51 are provided on a moving frame 52, and a screw shaft 53 screwed into this moving frame 52 and a servo motor 54 rotating it. The movable frame 52 is moved by a driving means 55 composed of
By moving forward and backward, the condenser lens 10 can be moved forward and backward along the optical axis of the laser beam.

そして上述したように、第1フォトセンサ50を第1レ
ンズ46の焦点の内側に、第2フォトセンサ51を第2
レンズ47の焦点の外側にそれぞれ配置しているので、
集光レンズlOを移動フレーム52を介して一方向に、
例えば被計測物11に近接する方向に移動させれば、第
1フォトセンサ50に対しては焦点が外れる方向に、第
2フォトセンサ51に対しては焦点が一致する方向に移
動することになるので、第1フォトセンサ50では受光
量が減少し、第2フォトセンサ51では受光量が増大す
るようになる。
As described above, the first photosensor 50 is placed inside the focal point of the first lens 46, and the second photosensor 51 is placed inside the focal point of the first lens 46.
Since they are each placed outside the focal point of the lens 47,
The condensing lens lO is moved in one direction via the moving frame 52,
For example, if the object to be measured 11 is moved in a direction, the first photosensor 50 will be moved in a direction out of focus, and the second photosensor 51 will be moved in a direction in which it is in focus. Therefore, the amount of light received by the first photosensor 50 decreases, and the amount of light received by the second photosensor 51 increases.

その結果、各フォトセンサ50.51の出力は、第4図
に示すように、上記集光レンズ10と被計測物11どの
距81を変化させることに伴なって、相互に位相がずれ
た出力が得られるようになる。そして両フォトセンサ5
0.51の出力が一致した際に(第4図の点f)、被計
測物11が集光レンズ10の焦点位置に位置するように
設定している。
As a result, as shown in FIG. 4, the outputs of each photosensor 50, 51 are out of phase with each other as the distance 81 between the condenser lens 10 and the object to be measured 11 is changed. will be obtained. and both photosensors 5
It is set so that when the outputs of 0.51 and 0.51 match (point f in FIG. 4), the object to be measured 11 is located at the focal position of the condenser lens 10.

次に、第5図において、上記各フォトセンサ50.51
からの信号はそれぞれバイパスフィルタ80.81を介
して減算器62と加算器83とに入力し、それぞれによ
って各フォトセンサ50.51の出力A、Hの減算(A
−B)と加算(A+B)とを行なうようにしている。そ
して上記減算器62と加算器63とによって得られた出
力から除算器64によって(A−B)/ (A+B)の
値を演算算出させるようにしている。
Next, in FIG. 5, each of the above photosensors 50, 51
The signals are input to the subtracter 62 and adder 83 via bypass filters 80.81, respectively, and the outputs A and H of each photosensor 50.51 are subtracted (A
-B) and addition (A+B). Then, from the outputs obtained by the subtracter 62 and adder 63, a divider 64 calculates the value (AB)/(A+B).

上記除算器64によって得られる(A−B)/(A +
 B)の値は、第6図の曲線として得られ、その値が零
となれば集光レンズ10の焦点位置上に被計測物11が
位置することとなる。そして上記演算制御装置15はそ
の値が正であるか負であるかによって集光レンズ10の
移動方向を決定するとともに、その値が零となるように
上記駆動手段55を介して集光レンズ10の位置制御を
行なうようになっている。
(A-B)/(A +
The value of B) is obtained as the curve shown in FIG. 6, and when the value becomes zero, the object to be measured 11 is located on the focal position of the condenser lens 10. Then, the arithmetic and control unit 15 determines the moving direction of the condensing lens 10 depending on whether the value is positive or negative, and drives the condensing lens 10 via the driving means 55 so that the value becomes zero. It is designed to control the position of.

なお、上記実施例では直接的に計測ビート信号の波数と
参照ビート信号の波数とを計測して両者の比を求めるよ
うにしているが、計測ビート信号の周波数と参照ビート
信号の周波数とを適宜の周波数測定器で計測することに
より、画周波数の比から間接的に計ΔIIIビート信号
の波数と参照ビート信号の波数との比を求めるようにし
てもよい。
In addition, in the above embodiment, the wave number of the measured beat signal and the wave number of the reference beat signal are directly measured to find the ratio of the two, but the frequency of the measured beat signal and the frequency of the reference beat signal can be adjusted as appropriate. The ratio of the wave number of the total ΔIII beat signal and the wave number of the reference beat signal may be determined indirectly from the ratio of the image frequencies by measuring with a frequency measuring device.

「発明の効果」 以上のように、本発明によれば、波計all物を集光レ
ンズの焦点位置に位置させることができるので、レーザ
光線の被計測物への照射面積を小さく維持して光軸と直
角方向の分解能を高め、一層高精度の測距を行なうこと
ができるという効果が得られる。
"Effects of the Invention" As described above, according to the present invention, all wavemeter objects can be positioned at the focal position of the condensing lens, so the irradiation area of the laser beam on the object to be measured can be kept small. The effect is that the resolution in the direction perpendicular to the optical axis is increased and distance measurement can be performed with even higher accuracy.

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

第1図は本発明の一実施例を示す系統図、第2図は半導
体レーザ1に加える電流波形を説明するための説明図、
第3図は第1図の演算制御装置15の一部を示すブロッ
ク図、第4図は第1フォトセンサ50と第2フォトセン
サ51との各出力を示す特性図、第5図は第1図の演算
制御装置15の他の一部を示す回路図、第6図は第4図
の出力から得られる計算結果を示す図である。 1・・・半導体レーザ   lO・・・集光レンズ11
・・・被計測物     14.28・・・フォトセン
サ15・・・演算制御装置   17・・・基準反射器
20・・・計測光学系    21・・・参照光学系2
4・・・第1参照反射器  26・・・第2参照反射器
46・・・第ルンス47・・・第2レンズ50・・・第
1フォトセンサ 51・・・vj2フォトセンサ55・
・・駆動手段     62・・・減算器63・・・加
算器      84・・・乗算器’12図
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the current waveform applied to the semiconductor laser 1,
3 is a block diagram showing a part of the arithmetic and control unit 15 shown in FIG. 1, FIG. 4 is a characteristic diagram showing each output of the first photosensor 50 and the second photosensor 51, and FIG. FIG. 6 is a circuit diagram showing another part of the arithmetic and control unit 15 shown in the figure, and FIG. 6 is a diagram showing calculation results obtained from the output of FIG. 4. 1... Semiconductor laser lO... Condensing lens 11
...Measurement object 14.28...Photo sensor 15...Arithmetic control device 17...Reference reflector 20...Measurement optical system 21...Reference optical system 2
4... First reference reflector 26... Second reference reflector 46... Second lens 50... First photosensor 51... vj2 photosensor 55...
... Drive means 62 ... Subtractor 63 ... Adder 84 ... Multiplier '12 diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 発振周波数が変調可能なレーザ発振器と、このレーザ発
振器から放射されたレーザ光線を集光して被計測物に照
射する集光レンズと、上記被計測物から反射された反射
光と予め所定距離だけ離隔して設けた基準反射器から反
射された反射光とを重畳させて計測ビート波を生成させ
る計測光学系と、上記レーザ発振器からのレーザ光線を
それぞれ予め所定距離だけ離隔して設けた第1参照反射
器と第2参照反射器とで反射させるとともにそれらを重
畳させて参照ビート波を生成させる参照光学系と、上記
計測光学系と参照光学系とで生成された計測ビート波と
参照ビート波とからそれらの波数比を計測し、両波数の
比と上記反射器までの既知の距離とから上記被計測物ま
での距離を演算計測する演算制御装置とを備えたレーザ
測距装置において、上記集光レンズをレーザ光線の光軸
に沿って進退動させる駆動手段と、上記被計測物から反
射されて分岐された反射光をそれぞれ集光する第1レン
ズと第2レンズと、上記第1レンズの焦点の内側に配置
した第1フォトセンサと、さらに上記第2レンズの焦点
の外側に配置した第2フォトセンサとを設け、上記第1
フォトセンサの出力と第2フォトセンサの出力とを上記
演算制御装置に入力して各出力から得られる演算値が予
め定めた所定値となるように上記集光レンズを進退制御
することを特徴とするレーザ測距装置。
A laser oscillator whose oscillation frequency can be modulated, a condensing lens that focuses the laser beam emitted from the laser oscillator and irradiates it onto an object to be measured, and a condensing lens that focuses the laser beam emitted from the laser oscillator and irradiates it onto the object to be measured, and a laser beam that is reflected from the object to be measured at a predetermined distance. a measurement optical system that generates a measurement beat wave by superimposing the reflected light reflected from a reference reflector provided at a distance; and a first laser beam provided at a predetermined distance apart from each other by a predetermined distance from the laser beam from the laser oscillator. a reference optical system that generates a reference beat wave by reflecting the waves with a reference reflector and a second reference reflector and superimposing them; and a measurement beat wave and a reference beat wave generated by the measurement optical system and the reference optical system. and an arithmetic and control device that measures the ratio of their wave numbers and calculates the distance to the object to be measured from the ratio of both wave numbers and the known distance to the reflector. a driving means for moving the condensing lens forward and backward along the optical axis of the laser beam; a first lens and a second lens that respectively condense reflected light reflected and branched from the object to be measured; and the first lens. a first photosensor placed inside the focal point of the second lens; and a second photosensor placed outside the focal point of the second lens;
The output of the photosensor and the output of the second photosensor are input to the arithmetic and control device, and the condensing lens is controlled to advance or retreat so that the calculated value obtained from each output becomes a predetermined value. Laser distance measuring device.
JP60289598A 1985-12-23 1985-12-23 Laser distance measuring instrument Granted JPS62147384A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01136088A (en) * 1987-11-20 1989-05-29 Nec Corp Range finder

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01136088A (en) * 1987-11-20 1989-05-29 Nec Corp Range finder
JPH0778536B2 (en) * 1987-11-20 1995-08-23 日本電気株式会社 Ranging device

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