JPH0778536B2 - 測距装置 - Google Patents
測距装置Info
- Publication number
- JPH0778536B2 JPH0778536B2 JP62293324A JP29332487A JPH0778536B2 JP H0778536 B2 JPH0778536 B2 JP H0778536B2 JP 62293324 A JP62293324 A JP 62293324A JP 29332487 A JP29332487 A JP 29332487A JP H0778536 B2 JPH0778536 B2 JP H0778536B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- polarization
- laser
- reflected
- interference
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は測距装置に関し、特に基準光路と被測定物体ま
での光路との光の位相差を使って被測定物体までの距離
を測定する光ホモダイン計測法による測距装置に関す
る。
での光路との光の位相差を使って被測定物体までの距離
を測定する光ホモダイン計測法による測距装置に関す
る。
従来、光を用いて物体までの距離を測定する手段として
光ディスクの焦点位置検出機構を用いる方法や、基準光
路との光路差を光の位相差として検出する光ホモダイン
計測法がある。光ディスクの焦点位置検出機構にはいく
つかの方法があるが、例えば、非点収差法による検出機
構は対物レンズの移動によって物体面に光を集光させ、
反射して戻ってきた光を収束する光路中に円筒レンズを
配置したものである。対物レンズと物体の距離が基準の
長さにある時、ビーム形状が真円となる位置に４分割光
検出器を配置する距離が変化することによってビーム形
状が変化し、これを検出することによって相対距離を測
定できる。詳しくは、例えば雑誌「アイイーイーイー・
トランザクションズ・オン・コンシューマ・エレクトロ
ニクス（IEEE Transactions on Consumer Electronic
s）,22巻,1976年,304〜308ページに記載の論文「ビデオ
ディスクの光学的出力（Optical Readout of Videodis
c）」に述べられている。しかし、この方法では測定範
囲が限られており汎用的でない。一方、光ホモダイン計
測法は物体に光を照射して戻ってきた反射光と基準光路
の光を干渉させるものである。この時の基準光の位相の
変調や光の波長の変調によって干渉光にビート信号を発
生させ、その周波数から距離を測定する。光の波長を変
調する方法についての詳細は、例えば雑誌「アプライド
・オプティックス（Applied Optics）,20巻,1981年,400
〜ページに記載の論文「波長可変干渉計による絶対距離
測定（Absolute Distance Measurements by Variable W
avelength Interferometry）」に述べられている。この
方法は数10m以上の距離を数μｍ以下の精度で測定する
ことができ、高精度でしかも汎用性のある計測法であ
る。
光ディスクの焦点位置検出機構を用いる方法や、基準光
路との光路差を光の位相差として検出する光ホモダイン
計測法がある。光ディスクの焦点位置検出機構にはいく
つかの方法があるが、例えば、非点収差法による検出機
構は対物レンズの移動によって物体面に光を集光させ、
反射して戻ってきた光を収束する光路中に円筒レンズを
配置したものである。対物レンズと物体の距離が基準の
長さにある時、ビーム形状が真円となる位置に４分割光
検出器を配置する距離が変化することによってビーム形
状が変化し、これを検出することによって相対距離を測
定できる。詳しくは、例えば雑誌「アイイーイーイー・
トランザクションズ・オン・コンシューマ・エレクトロ
ニクス（IEEE Transactions on Consumer Electronic
s）,22巻,1976年,304〜308ページに記載の論文「ビデオ
ディスクの光学的出力（Optical Readout of Videodis
c）」に述べられている。しかし、この方法では測定範
囲が限られており汎用的でない。一方、光ホモダイン計
測法は物体に光を照射して戻ってきた反射光と基準光路
の光を干渉させるものである。この時の基準光の位相の
変調や光の波長の変調によって干渉光にビート信号を発
生させ、その周波数から距離を測定する。光の波長を変
調する方法についての詳細は、例えば雑誌「アプライド
・オプティックス（Applied Optics）,20巻,1981年,400
〜ページに記載の論文「波長可変干渉計による絶対距離
測定（Absolute Distance Measurements by Variable W
avelength Interferometry）」に述べられている。この
方法は数10m以上の距離を数μｍ以下の精度で測定する
ことができ、高精度でしかも汎用性のある計測法であ
る。
上述した光ホモダイン計測法においては、物体光と基準
光の強度を干渉面で等しくすることが必要であるが、従
来の方法では、単色光源から出射した光をハーフミラー
で分割し、物体光と基準光の強度をそろえるために基準
光路中にNDフィルタを置く場合が一般的で、光の出力を
著しく損失していた。
光の強度を干渉面で等しくすることが必要であるが、従
来の方法では、単色光源から出射した光をハーフミラー
で分割し、物体光と基準光の強度をそろえるために基準
光路中にNDフィルタを置く場合が一般的で、光の出力を
著しく損失していた。
本発明の測距装置は、半導体レーザと、前記レーザの波
長を変化せしめる信号発生手段と、前記レーザから出射
されたビームを整形する光学系と、前記光学系から出射
されたビームの直線偏光成分を透過して第１のビームと
し前記直線偏光成分と直交する偏光成分を反射して第２
のビームとするビームスプリッタと、前記ビームスプリ
ッタによって分離された前記第１のビームを反射するビ
ーム反射手段と、前記第１のビームの偏光状態を直線偏
光から円偏光に変化せしめる第１の移相子と、前記第２
のビームの偏光状態を直線偏光から円偏光に変化せしめ
る第２の移相子と、前記第２のビームを被測定物体に照
射して散乱する散乱光および前記第１のビームを干渉せ
しめて生じる干渉パターンを検出する光検出器と、前記
光検出器からの信号を処理する演算装置とを備えること
を特徴とする。
長を変化せしめる信号発生手段と、前記レーザから出射
されたビームを整形する光学系と、前記光学系から出射
されたビームの直線偏光成分を透過して第１のビームと
し前記直線偏光成分と直交する偏光成分を反射して第２
のビームとするビームスプリッタと、前記ビームスプリ
ッタによって分離された前記第１のビームを反射するビ
ーム反射手段と、前記第１のビームの偏光状態を直線偏
光から円偏光に変化せしめる第１の移相子と、前記第２
のビームの偏光状態を直線偏光から円偏光に変化せしめ
る第２の移相子と、前記第２のビームを被測定物体に照
射して散乱する散乱光および前記第１のビームを干渉せ
しめて生じる干渉パターンを検出する光検出器と、前記
光検出器からの信号を処理する演算装置とを備えること
を特徴とする。
第２図は本発明の原理を示す概念図、第３図はレーザ光
の発振周波数の時間的変化を示すグラフである。
の発振周波数の時間的変化を示すグラフである。
第２図に示すような干渉計を構成し、周波数変調された
半導体レーザ101の光を偏光ビームスプリッタ102で２分
し、物体106からの反射光とミラー104で反射された基準
光路からの反射光との干渉のビート周波数を測定して、
物体106と基準光路の光路差を求める。周波数変調され
たレーザ光は次式で表わされる。
半導体レーザ101の光を偏光ビームスプリッタ102で２分
し、物体106からの反射光とミラー104で反射された基準
光路からの反射光との干渉のビート周波数を測定して、
物体106と基準光路の光路差を求める。周波数変調され
たレーザ光は次式で表わされる。
Ｅ（ｔ）＝A0exp［ｉ｛２π（V0＋ΔＶ（ｔ）｝］ ……
（１） ここで、A0は振幅，V0は中心周波数，ΔＶ（ｔ）は周波
数ずれ量である。この時の瞬間周波数は Ｖ（ｔ）＝V0＋ΔＶ（ｔ） ……（２） である。ここで、レーザ光の周波数を第３図に示すよう
な三角波状に変調させると、半周期の時間Ｔ＝1/2fにお
ける周波数変化量は一定である。この量をδとする。一
方、信号光の時間差は、物体面までの光路長をl2，基準
光路長をl1として ｒ＝２（l2-l1）/C ……（３） である。ただし、Ｃは光速度である。この時の光検出器
107の面における２つの光路の位相差は である。従って、２光束の干渉稿強度の半周期の時間に
おける位相変化量は となる。従って、ビート成分の位相偏移ΔΦを測定する
ことによりｒを求め、l2が得らえる。
（１） ここで、A0は振幅，V0は中心周波数，ΔＶ（ｔ）は周波
数ずれ量である。この時の瞬間周波数は Ｖ（ｔ）＝V0＋ΔＶ（ｔ） ……（２） である。ここで、レーザ光の周波数を第３図に示すよう
な三角波状に変調させると、半周期の時間Ｔ＝1/2fにお
ける周波数変化量は一定である。この量をδとする。一
方、信号光の時間差は、物体面までの光路長をl2，基準
光路長をl1として ｒ＝２（l2-l1）/C ……（３） である。ただし、Ｃは光速度である。この時の光検出器
107の面における２つの光路の位相差は である。従って、２光束の干渉稿強度の半周期の時間に
おける位相変化量は となる。従って、ビート成分の位相偏移ΔΦを測定する
ことによりｒを求め、l2が得らえる。
この際、干渉縞のコントラストを大きくし、ビート信号
の振幅を大きくするために、干渉面において物体からの
反射港と基準光路からの反射光の強度を等しくする必要
がある。ところが、一般には基準光路からの反射光が物
体からの反射光に比べて著しく大きく、従来は基準光路
にNDフィルタを置いて反射光の強度を低減していた。そ
こで、光を有効に利用するため、偏光ビームスプリッタ
102によって基準光と物体光を分離する。この時、レー
ザの偏光面をわずかに傾け、物体からの散乱光と基準光
の強度が干渉面上で等しくなるように調整する。例えば
レーザ101から出射した光の偏光面がほとんど紙面に平
行である場合、ほとんどの光が偏光ビームスプリッタ10
2を透過し、紙面に垂直なわずかの成分が反射される。
反射した光は1/4波長板103によって円偏光になり、ミラ
ー104で反射された後、再び1/4波長板103を透過して紙
面に平行な偏光となって偏光ビームスプリッタ102を透
過する。一方、偏光ビームスプリッタ102を透過したレ
ーザ出射光は1/4波長板105によって円偏光になり、物体
106を照射する。物体106からの散乱光は1/4波長板105に
よって紙面に垂直な偏光に変換され、偏光ビームスプリ
ッタ102で反射して光検出器107上に集光され基準光と干
渉する。
の振幅を大きくするために、干渉面において物体からの
反射港と基準光路からの反射光の強度を等しくする必要
がある。ところが、一般には基準光路からの反射光が物
体からの反射光に比べて著しく大きく、従来は基準光路
にNDフィルタを置いて反射光の強度を低減していた。そ
こで、光を有効に利用するため、偏光ビームスプリッタ
102によって基準光と物体光を分離する。この時、レー
ザの偏光面をわずかに傾け、物体からの散乱光と基準光
の強度が干渉面上で等しくなるように調整する。例えば
レーザ101から出射した光の偏光面がほとんど紙面に平
行である場合、ほとんどの光が偏光ビームスプリッタ10
2を透過し、紙面に垂直なわずかの成分が反射される。
反射した光は1/4波長板103によって円偏光になり、ミラ
ー104で反射された後、再び1/4波長板103を透過して紙
面に平行な偏光となって偏光ビームスプリッタ102を透
過する。一方、偏光ビームスプリッタ102を透過したレ
ーザ出射光は1/4波長板105によって円偏光になり、物体
106を照射する。物体106からの散乱光は1/4波長板105に
よって紙面に垂直な偏光に変換され、偏光ビームスプリ
ッタ102で反射して光検出器107上に集光され基準光と干
渉する。
物体からの反射光は基準光の1/100以下であるため、従
来の方法ではレーザの光量の99％以上を無駄に捨ててい
た。しかし、本発明の方法での光の損失は数％以下であ
り、90％以上の光量を有効に利用できる。
来の方法ではレーザの光量の99％以上を無駄に捨ててい
た。しかし、本発明の方法での光の損失は数％以下であ
り、90％以上の光量を有効に利用できる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の測距装置の一実施例の構成図である。
レーザ１から出射した光はレンズ２によりコリメートさ
れ、偏光ビームスプリッタ３に入射する。偏光ビームス
プリッタ３によって分けられた反射光はミラー５により
基準光となる。この時、1/4波長板４を２回透過するこ
とによって直線偏光の方向が90°回転し、基準光は偏光
ビームスプリッタ３を透過する。偏光ビームスプリッタ
３を透過したもう一方の光はレンズ７によって物体８に
集光する。物体８からの散乱光は1/4波長板６を２回透
過することによって直線偏光の方向が90°回転し、偏光
ビームスプリッタ３で反射され、レンズ９によって集光
されて光検出器10でミラー５からの基準光と干渉する。
レーザ１から出射した光はレンズ２によりコリメートさ
れ、偏光ビームスプリッタ３に入射する。偏光ビームス
プリッタ３によって分けられた反射光はミラー５により
基準光となる。この時、1/4波長板４を２回透過するこ
とによって直線偏光の方向が90°回転し、基準光は偏光
ビームスプリッタ３を透過する。偏光ビームスプリッタ
３を透過したもう一方の光はレンズ７によって物体８に
集光する。物体８からの散乱光は1/4波長板６を２回透
過することによって直線偏光の方向が90°回転し、偏光
ビームスプリッタ３で反射され、レンズ９によって集光
されて光検出器10でミラー５からの基準光と干渉する。
レーザ１は、GP−IBインターフェイスの付いたパソコン
などの演算装置12に制御される例えばGP−IBインターフ
ェイスの付いたファンクションジェネレータなどのレー
ザ駆動装置13により、第３図に示したように周波数変調
される。ミラー５からの基準光と物体８からの反射光の
干渉パターンは光路差に比例してうねりを生じる。この
うねりの周波数を例えばGP−IBの付いた周波数カウンタ
11によって測定し、演算装置12によって光路差を求める
ことができる。
などの演算装置12に制御される例えばGP−IBインターフ
ェイスの付いたファンクションジェネレータなどのレー
ザ駆動装置13により、第３図に示したように周波数変調
される。ミラー５からの基準光と物体８からの反射光の
干渉パターンは光路差に比例してうねりを生じる。この
うねりの周波数を例えばGP−IBの付いた周波数カウンタ
11によって測定し、演算装置12によって光路差を求める
ことができる。
以上説明したように本発明は、偏光ビームスプリッタと
1/4波長板を用いて基準光と物体からの反射光の強度を
等しくすることによって、光源の光パワーを有効に利用
できる効果がある。
1/4波長板を用いて基準光と物体からの反射光の強度を
等しくすることによって、光源の光パワーを有効に利用
できる効果がある。
第１図は本発明の測距装置の一実施例の構成図、第２図
は本発明の原理を示す概念図、第３図はレーザ光の発振
周波数の時間的変化を示すグラフである。 1,101…レーザ、2,7,9…レンズ、3,102…偏光ビームス
プリッタ、4,6,103,105…1/4波長板、５…ミラー、8,10
6…物体、10,107…光検出器、11…周波数カウンタ、12
…演算装置、13…レーザ駆動装置。
は本発明の原理を示す概念図、第３図はレーザ光の発振
周波数の時間的変化を示すグラフである。 1,101…レーザ、2,7,9…レンズ、3,102…偏光ビームス
プリッタ、4,6,103,105…1/4波長板、５…ミラー、8,10
6…物体、10,107…光検出器、11…周波数カウンタ、12
…演算装置、13…レーザ駆動装置。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体レーザと、前記レーザに波長を変化
せしめる信号発生手段と、前記レーザから出射されたビ
ームを整形する光学系と、前記光学系から出射されたビ
ームを分離する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビー
ムスプリッタで反射されたビームを第１のビーム、透過
したビームを第２のビームとしたとき、前記第１のビー
ムの偏光状態を直線偏光から円偏光に変化せしめる第１
の移相子と、前記第１の移相子を透過した第１のビーム
を反射するビーム反射手段と、前記第２のビームの偏光
状態を直線偏光から円変偏光に変化せしめる第２の移相
子と、前記反射手段で反射し前記第１の移相子を透過し
てきた第１のビームと前記第２のビームを被測定物体に
照射して散乱する散乱光とを干渉せしめて生じる干渉パ
ターンを光検出器に導く光学系と、前記光検出器からの
信号を処理し前記信号発生手段を制御する演算装置とを
備える測距装置であって、前記半導体レーザは物体から
の反射光と第１の移相子を通過してきた第１のビームと
の強度が干渉面上で等しくなるようにレーザの偏光面を
変えられることを特徴とする測距装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62293324A JPH0778536B2 (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 測距装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62293324A JPH0778536B2 (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 測距装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01136088A JPH01136088A (ja) | 1989-05-29 |
| JPH0778536B2 true JPH0778536B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=17793354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62293324A Expired - Lifetime JPH0778536B2 (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 測距装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778536B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62147384A (ja) * | 1985-12-23 | 1987-07-01 | Shibuya Kogyo Co Ltd | レ−ザ測距装置 |
-
1987
- 1987-11-20 JP JP62293324A patent/JPH0778536B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01136088A (ja) | 1989-05-29 |
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