JPS5912146B2 - 距離検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、正弦波変調光を移動体へ向は放射し、その
反射信号光と送信信号光の一部を取り出した参照信号光
との合成信号光を受光し、その受信振幅の変化から移動
体までの距離を測定する距離検知装置に関するものであ
る。

従来、正弦波変調光を用いて距離を測定する装置では、
反射物体へ向は変調光を送信するとともにこの反射物体
から反射されて戻ってくる変調光の一部を受光し、その
送信、受信信号間の位相差を検出し反射物体までの距離
を求めていたが位相差を求める際に信号位相の基準とな
る参照信号と上記受信信号とを別々の電子回路で処理し
位相を比較していたため、各々の電子回路部分で発生す
る位相ドリフトなどの位相変動の影響があり、測定精度
が悪かった。

このような欠点は、反射物体が静止状態または移動状態
のいかんにかかわらず測定原理によるものである。

これらの欠点を除去した方式として、参照信号光と反射
物体からの反射信号光との合成信号光を受信する方式の
距離検知装置がある。

第１図は、この方式による移動体の距離を測定する従来
装置の構成を示すブロック図である。

第１図において、ビームスプリッタ１をはさんで、発光
素子２、受光素子８、移動体４、および反射鏡５を互い
に９０°の角度をなす位置に設置しである。

このように光学系を構成すると、正弦波発振器６からの
信号により駆動回路７を用いて強度変調した発光素子２
からの放射光の一部は、受光素子３に対向して設けた反
射鏡５によって反射され、信号位相の基準となる参照信
号光として、受光素子３へ入射するようになる。

また、上記の光学系では受光素子３は、上記参照信号光
と移動体４からの反射信号光との合成信号光を受光する
ようになっており、受光された合成信号は、増幅器８で
増幅された後検波器９で検波され、レベル計１０でその
信号レベルを読みとる。

この場合、上記合成受信信号光Ｒ８は、参照信号光ｆｉ
と移動体４からの反射信号光量とのベクトル和となり、
その合成受信信号光の振幅Ｒ８は第２ａ図に示すように
、移動体までの距離変化に応じて図の円周α上を動く。

また受信回路部分で発生する位相変動はＲｉとＲｒの両
方に等しく寄与するため、Ｒ８は図の円周β上を動くだ
けで振幅の変動は生じない。

すなわち、電子回路部分で発生する位相変動の影響を自
動的に除去できることを示しており、このとき、移動体
４までの距離ｌと合成受信信号光の振幅Ｒ８との関係は
、第２ｂ図に示すようになり、較正した基準振幅からの
変化量△Ｒ８を測定することにより距離の変化量△ｌを
求めることができる。

しかし、上記の距離検知装置では、参照信号光の光量を
一定としているため特に、移動体の場合には反射信号光
の光量が変動することはさけられず、合成信号光の受信
振幅が真値からずれ従って原理的に測定精度を高くでき
ないという欠点があった。

すなわち、第２ｃ図に示すように、距離の変化に伴って
反射信号光Ｒｒは円周α上を点Ｐから点Ｑへ移動するが
このとき受光素子で受光される反射信号光の光量が変化
すると、反射信号光はＲｉか１ｐＲｒ“に変化する。

そのため、合成信号光の受信振幅Ｒ８／／は真値Ｒ８／
からずれる。

このような反射信号光の光量の変化は、移動体の反射率
の変化や信号光を伝搬させる空間の状態、例えば霧、雨
とか大気のゆらぎなどによる光の透過率の変化によって
常に発生するものであり、この方式による従来装置では
測定精度が悪かった。

この発明は、これらの欠点を除去するため移動体からの
反射信号光の光量を検出し、その検出信号に基づき、ビ
ームスプリッタ（ｂｅａｍｓｐｌ ｉ ｔ ｔｅｒ）を
介し受光素子に対向させて設置しているリング状の反射
鏡の位置を変化させ、受光素子へ入射する参照信号光の
光量を制御したものであり、以下図面に従って詳細に説
明する。

第３図は、この発明の測定原理を示すベクトル図である
。

第３図において、円周α上の点Ｐを距離の基準とし、そ
の位置から移動体が移動して点Ｑへ移り、反射信号光が
ＲｒからＲｉに変化するとする。

このとき、反射信号光の光量の変化に伴って、反射信号
光がＲｉからＲｒ“に変化するものとする。

この場合、参照信号光の光量を、反射信号光のＲｒ“ 光量の変化分（肝、）だけ変化させＲｉ’からＲｉ〃に
すると、そのときの合成信号光Ｒ８〃の位相は、反射信
号光の光量変化が無いときの合成信号光ＲＳｌの位相と
一致するため、反射信号光の光量変動の影響を除去でき
る。

このとき、合成信号光のＲｒ’ 受信振幅Ｒ８／／の（Ｒｉ、）倍するとＲ８′となりそ
の受信振幅Ｒ８／を直読することと等価になる。

距離の変化量は、距離の基準にとった合成信号光の振幅
Ｒ８との差から求めることができる。

第４図は、この発明における反射信号光量の検出原理を
説明するための概念図である。

第４図においては説明を簡単にするため、距離を一定と
し、反射信号光の振幅Ｒｒが第４ａ図のように変化する
ものとする。

このとき、第４ｂ図に示すように参照信号光を（１，〜
ｔ２）間でＯＦＦ状態、（ｔ２〜ｔ ３）間でＯＮ状態
になるように繰り返し断続させると、受光素子は、第４
ｃ図に示すように、ＯＮ状態で参照信号光と反射信号光
との合成信号光を、また、ＯＦＦ状態では、反射信号光
のみをそれぞれ受光することになる。

従って、反射信号光の光量を検出するためには、第４ｄ
図に示すように、ＯＦＦ状態のときの受信光レベルを選
択的に抽出すればよい。

第５ａ図は、この発明における参照信号光の光量調節用
反射鏡としてリング状の反射鏡を示したものでありりこ
の反射鏡は、平面鏡に穴をあけただけの簡単なものであ
る。

このリング状の反射鏡を入射光の光軸に対して直角方向
に移動させると、反射される光量Ｒｉは、第５ｂ図に示
すように変化する。

従って、反射鏡の設置位置を移動させることにより、参
照信号光の光量調節が容易に行える。

第６図は、上記の測定原理に基づく、この発明による実
施例の装置構成のブロック図である。

第６図において、１〜１０は第１図と同じであり、正弦
波発振器６からの信号をもとに駆動回路７を用いて強度
変調した発光素子２から放射される変調光を、移動体４
へ向は送信し、この移動体４からの反射信号光とリング
状の反射鏡５′で反射される参照信号光との合成信号光
を受光素子３で受光する。

このとき、ビームスプリッタ１とリング状の反射鏡５′
間に挿入した光チョッパ（ｏｐｔｉｃａｌｃｈｏｐｐｒ
） １１で光ビームを繰り返し断続すると、受光素子
３は、光ビームが遮断されている間は、反射信号光のみ
を、また、光ビームが通過している間では、反射信号光
と参照信号光との合成信号光をそれぞれ繰り返し受光す
ることになる。

このようにして得られる受信信号をアナログ・スイッチ
回路１２に入力し、光チョッパ１１からの同期信号に基
づいて各成分毎に分離し、その各信号を検波器ｑ、９“
でそれぞれ検波する。

光ビームの遮断状態に同期させて取り出した検波器９′
からの検波出力信号を演算回路１３に入力させ、基準信
号発生回路１４で発生する基準信号との比較を行ないそ
の信号に基づき、サーボモータなどで構成した反射鏡移
動装置１５を用いて、リング状の反射鏡５１の位置を動
かし、参照信号光の光量を調節する。

それとともに上記演算回路１３からの比較信号に比例さ
せてＡＧＣ付増幅器１６の利得を制御し、光ビームが次
に通過状態になったときの検波器９“からの検波信号を
、上記のＡＧＣ付増幅器１６に入力し、その出力信号レ
ベルをレベル計１０を用いて読みとることによって、距
離の基準値に設定した信号レベルとの差から、距離の変
化量を容易に求めることができる。

このように、この発明によれば、移動体の反射率の変動
や空間伝搬に伴う受信効率の変動などによって生じる反
射信号光の光量変動の影響を除去できるため測定誤差が
低減し測定精度を高くすることができる。

また光学系が従来の装置のものに光チョッパを挿入した
だけの簡単な構成で、反射信号光の光量を同時に検出で
きるという利点がある。

なお、以上では、この発明による装置を静止させ、距離
を測定する場合について説明したが、この発明はこれに
限らず上記装置を車輛などの移動物に塔載し、移動しな
がら静止または移動している反射物体までの距離を測定
する場合にも適用できることはいうまでもない。

以上のように、この発明に係わる距離検知装置では、参
照信号光と反射信号光とを１個の受光素子で受光する光
学系の構成となっており、かつ、光チョッパを用いて送
信信号光の一部から取り出す参照信号光を断続させるこ
とにより移動体からの反射信号光の光量を検出し、その
検出信号に基づいて参照信号光の光量を変化させる装置
構成となっているので移動体の反射率の変化などに伴っ
て生じる反射信号光の光量変動の影響を取り除くことが
できるため測定精度が高く、しかも反射信号光の光量を
同時に検出できるため装置の運用や保守が容易に行なえ
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、参照信号光と移動体からの反射信号光との合
成受信信号の振幅変化から距離を測定する従来装置の構
成を示すブロック図、第２ａ図は合成受信信号光の距離
変化を示すベクトル図、第２ｂ図は、受信振幅と距離と
の関係を示す特性図、第２ｃ図は反射信号光の光量変動
の効果を示すベクトル図、第３図はこの発明・ノ）測定
原理を示すベクトル図、第４図は反射信号光の光量の検
出原理を説明するための概念図、第５ａ図はリング状反
射鏡の外形図、第５ｂ図はリング状反射鏡の移動距離と
反射光量との関係を示す特性図、第６図はこの発明装置
の一実施例の装置構成のブロック図である。 図中１はビームスプリッタ、２は発光素子、３は受光素
子、４は移動体、５は反射鏡、シはリング状反射鏡、６
は正弦波発振器、７は駆動回路、８は増幅器、９．γ、
９“は検波器、１０はレベル計、１１は光チョッパ、１
２はアナログ・スイッチ回路、１３は演算回路、１４は
基準信号発生回路、１５は反射鏡移動装置、１６はＡＧ
Ｃ付増幅器である。 なお図中同一あるいは相当部分には、同一符号を付して
示しである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発光素子から出射する正弦波変調された送信信号光
   を移動体へ向は放射し、その移動体から反射される信号
   光と、上記送信信号光の一部を取り出した参照信号光と
   の合成信号光を受光し、その受信倍幅の変化から移動体
   までの距離を測定する距離検知装置において、ビーム・
   スプリッタを介して発光素子、受光素子、移動体、およ
   びリング状の反射鏡とを互いに９０°の角度をなすよう
   に配置するとともに上記ビーム・スプリッタとリング状
   の反射鏡との間に光チョッパーを挿入することにより移
   動体からの反射信号光量を検出し、その検出信号を用い
   て上記リング状の反射鏡の設置位置を動かし、上記参照
   信号光の光量を変化させるように光学系を構成したこと
   を特徴とする距離検知装置。