JPH10246782A - レーザ距離計 - Google Patents
レーザ距離計Info
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- 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
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- laser
- distance
- frequency
- measured
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 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。
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。 【解決手段】 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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
来例では、それぞれ以下の不都合を生ずる。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
を参照して説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
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。
【００２８】
【数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。
ｆmは変調周波数、ｄf／ｄiは周波数変調効率である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ある。
【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。
明図である。
【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。
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。
【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。
析したパワースペクトルの一例を示す説明図である。
【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。
析したパワースペクトルの他の例を示す説明図である。
【図６】従来の超音波距離計の概略を示す説明図であ
る。
る。
【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。
である。
【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。
説明図である。
【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。
量の原理による距離計の一例を示す説明図である。
【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。
説明図である。
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）
Claims (1)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9062221A JPH10246782A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | レーザ距離計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9062221A JPH10246782A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | レーザ距離計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10246782A true JPH10246782A (ja) | 1998-09-14 |
Family
ID=13193888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9062221A Pending JPH10246782A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | レーザ距離計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10246782A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006313080A (ja) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Yamatake Corp | 距離・速度計および距離・速度計測方法 |
| JP2006322910A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-11-30 | Yamatake Corp | 反射形レーザ測長器 |
| JP2008111847A (ja) * | 2007-12-12 | 2008-05-15 | Yamatake Corp | 距離・速度計および距離・速度計測方法 |
| JP2009506449A (ja) * | 2005-08-30 | 2009-02-12 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 単一の自己混合レーザを用いて対象と光入力装置の二次元での相対移動を測定する方法 |
| EP2081003A1 (de) * | 2008-01-21 | 2009-07-22 | Sidacon Systemtechnik GmbH | Detektor für von Flammen ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung, insbesondere zum Einsatz in Werkzeugmaschinen |
| JP2009222674A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Yamatake Corp | 反射型光電スイッチおよび物体検出方法 |
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| JP2010117145A (ja) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | Yamatake Corp | 物理量センサおよび物理量計測方法 |
| JP2011523700A (ja) * | 2008-05-16 | 2011-08-18 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 自己混合レーザセンサを有する安全システム及びそのような安全システムを駆動する方法 |
| WO2013067711A1 (zh) * | 2011-11-11 | 2013-05-16 | 深圳市迈测科技有限公司 | 一种测距方法及系统 |
| JP2013528798A (ja) * | 2010-05-11 | 2013-07-11 | アンスティテュ．ナショナル．ポリテクニーク．デ．トゥールーズ | 物理的パラメータの光学測定デバイス |
| CN110672011A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-10 | 苏州赛腾精密电子股份有限公司 | 一种基于激光自混合干涉的校准装置和自动化系统 |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP9062221A patent/JPH10246782A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040127 |