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JPH0915334A - レーザ測距装置 - Google Patents

レーザ測距装置

Info

Publication number
JPH0915334A
JPH0915334A JP7162029A JP16202995A JPH0915334A JP H0915334 A JPH0915334 A JP H0915334A JP 7162029 A JP7162029 A JP 7162029A JP 16202995 A JP16202995 A JP 16202995A JP H0915334 A JPH0915334 A JP H0915334A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
distance
photodetector
filters
laser
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.)
Withdrawn
Application number
JP7162029A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuyuki Nagasawa
泰之 長沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP7162029A priority Critical patent/JPH0915334A/ja
Publication of JPH0915334A publication Critical patent/JPH0915334A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 その距離が長い場合にも標定ターゲットまで
の距離を1回のレーザ計測により測距が可能な装置を実
現する。 【構成】 レーザ光源1が出射するレーザ光を変調する
光変調器2に接続された冪正弦波発振器3、上記光変調
器2が出射した参照光を入射する第1の光検出器7aよ
り電流信号を入力する複数の第1のフィルタ9a,10
a、上記光変調器2が出射した計測光を入射する第2の
光検出器7bより電流信号を入力する複数の第2のフィ
ルタ9b,10b、複数の第1と第2のフィルタ9a,
9b、10a,10bより電流信号を入力して参照光と
計測光の周波数成分毎の位相差を出力する複数の位相検
出器11a,11b、および複数の位相検出器11a,
11bより位相差を入力して標定ターゲット5までの距
離を求める演算装置12を備えたことによって、標定タ
ーゲットまでの距離が長い場合にも、1回のレーザ計測
によりその距離を高精度で計測することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位相の把握等のための
距離の計測に適用されるレーザ測距装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の正弦波変調レーザ光を用いたレー
ザ測距装置について、図4により説明する。
【0003】図4において、レーザ光源1より出射され
たレーザ光は、光変調器2において正弦波発振器15a
の出力信号により変調され、周波数f1 の強度変調光と
なる。この強度変調光はハーフミラー4により2つの変
調光に分割され、一方の変調光は参照光として光検出器
7aに入射する。他方の変調光は、計測光として標定タ
ーゲット5に照射されて反射し、反射した計測光は光検
出器7bに入射する。
【0004】光検出器7a,7bに取り込まれた計測光
と参照光は、電流信号Im ,Ir に変換されて位相検出
器11に入力され、位相検出器11がこの電流信号
m ,I r の位相差を計測することにより計測光と参照
光の光路長差Lが求められ、光路長差Lより標定ターゲ
ット5までの距離を求めることができる。
【0005】しかしながら、この2つの変調波は同期関
数であるため、光路長差Lが変調波の波長を越える場合
は、位置の絶対計測ができない。そのような場合は、波
長が数倍の正弦波発振器15bに切り換えて同様の測定
を行っていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】変調レーザ光を用いた
測距装置においては、測定のダイナミックレンジが変調
波長で制限を受ける。
【0007】従来の装置においては、前記のようにダイ
ナミックレンジの拡大を図って絶対計測を行うため、複
数の正弦波発振器を用いて複数回の計測を行っていた。
そのため、構成装置の数が増加し、また、1点の測距に
複数回の計測が必要であり、高速測定が難しいという課
題があった。本発明は上記の課題を解決しようとするも
のである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ測距装置
は、レーザ光源よりレーザ光を入射して強度変調された
変調光を出射する光変調器、この変調光の一部を参照光
として入射して電流信号を出力する第1の光検出器、お
よび上記変調光の残部を標定ターゲットを介して計測光
として入射して電流信号を出力する第2の光検出器を備
えたレーザ測距装置において、上記光変調器に入力する
冪正弦波信号を出力する冪正弦波発振器、上記第1の光
検出器より電流信号を入力してそれぞれが互いに異なる
周波数の電流信号を出力する複数の第1のフィルタ、上
記第2の光検出器より電流信号を入力してそれぞれが互
いに異なる周波数の電流信号を出力する複数の第2のフ
ィルタ、同第1と第2のフィルタよりそれぞれが同一周
波数の電流信号を入力して同一周波数の電流信号間の位
相差を出力する複数の位相検出器、および同複数の位相
検出器が出力するそれぞれの位相差を入力して標定ター
ゲットまでの距離を求める演算装置を備えたことを特徴
としている。
【0009】
【作用】上記において、冪正弦波発振器が出力して光変
調器に入力する冪正弦波信号は、異なる周波数の複数の
正弦波信号が合成されたものである。そのため、レーザ
光源が出射したレーザ光は、光変調器により強度変調さ
れると、異なる周波数の複数の正弦波が合成された強度
変調光となる。
【0010】この強度変調光はその一部が参照光、残部
が計測光となり、参照光は第1の光検出器に入射して電
流信号に変換され、計測光は標定ターゲットにより反射
された後に第2の光検出器に入射して電流信号に変換さ
れるが、これらの電流信号はいずれも異なる周波数の複
数の正弦波電流により合成されたものである。
【0011】上記第1の光検出器が出力した電流信号は
複数の第1のフィルタに入力され、複数の第1のフィル
タは互いに異なる周波数の電流信号を出力する。同様
に、第2の光検出器が出力した電流信号は複数の第2の
フィルタに入力され、複数の第2のフィルタは互いに異
なる周波数の電流信号を出力する。
【0012】複数の第1と第2のフィルタが出力した電
流信号は複数の位相検出器に入力されるが、同一周波数
の電流信号同士が1つの位相検出器に入力されてその間
の位相差が求められるため、複数の位相検出器はそれぞ
れ互いに異なる周波数の電流信号についての位相差、即
ち、計測光と参照光の周波数成分毎の位相差を求め、こ
れを演算装置に入力する。
【0013】レーザ光により測距を行う場合、変調周波
数が高いほど高分解能が得られるが、標定ターゲットま
での距離が長い場合には計測光と参照光の高周波成分の
位相差がその波長より大きくなり、この高周波成分によ
っては距離の測定が不可能となる場合がある。
【0014】そのため、上記位相差を入力した演算装置
は、低周波成分の位相差を基に高周波成分の位相差の周
期を求め、この周期と高周波成分の位相差を用いて標定
ターゲットまでの距離を求めることとし、その距離が長
い場合にも、標定ターゲットまでの高精度の測距を可能
とする。
【0015】
【実施例】本発明の一実施例に係るレーザ測距装置を図
1に示す。なお、本実施例は、レーザ光源1が出射した
レーザ光を強度変調して出射する光変調器2、同光変調
器2が出射した変調光を入射し一部を反射して参照光と
し残部を透過して計測光とするハーフミラー4、同ハー
フミラー4が反射した参照光を入射する光検出器7a、
上記ハーフミラー4が透過した計測光を入射した標定タ
ーゲット5による反射光を入射して反射するハーフミラ
ー6、および同ハーフミラー6により反射された計測光
を入射する光検出器7bを備えたレーザ測距装置に適用
されたものである。
【0016】図1に示す本実施例のレーザ測距装置にお
いては、上記光変調器2に冪正弦波信号sin n fを入力
する冪正弦波発振器3、上記光検出器7aが出力する電
流信号Ir を入力して2分割するデバイダ8a、同デバ
イダ8aにより2分割されたそれぞれの電流信号Ir
入力するローパスフィルタ(LPF)9aとハイパスフ
ィルタ(HPF)10a、上記光検出器7bが出力する
電流信号Im を入力して2分割するデバイダ8b、同デ
バイダ8bにより2分割されたそれぞれの電流信号Im
を入力するローパスフィルタ(LPF)9bとハイパス
フィルタ(HPF)10b、上記LPF9a,9bを通
過した電流信号を入力する位相検出器11a、上記HP
F10a,10bを通過した電流信号を入力する位相検
出器11b、および上記位相検出器11a,11bより
それぞれ電流信号Im ,Ir の位相差を入力して標定タ
ーゲット5までの距離を算出する演算装置12を備えて
いる。
【0017】上記において、レーザ光源1より出射され
たレーザ光は、光変調器2において、冪正弦波発振器3
が出力する冪正弦波信号sin n fにより変調されて冪正
弦波強度変調光となる。なお、冪正弦波は、次式で表わ
されるものであり、冪正弦波強度変調光には異なる周波
数の複数の正弦波が成分として含まれている。
【0018】
【数1】
【0019】上記冪正弦波強度変調光は、ハーフミラー
4において2分割され、一方は参照光となり、他方は計
測光として標定ターゲット5に照射される。上記参照光
は光検出器7aに直接入射し、計測光は標定ターゲット
5により反射された後、ハーフミラー6を経て光検出器
7bに入射し、それぞれ光検出器7a,7bにおいて電
流信号Ir ,Im に変換される。
【0020】次に、この電流信号Ir ,Im の処理につ
いて説明するが、これは2n+1=3の場合について行
うものとする。この場合、計測光及び参照光より変換さ
れたの電流信号Im ,Ir は、次式で表わされる。
【0021】 Im =−Asin (2π×3ft+θm1)+3Asin (2πft+θm2) Ir =−Asin (2π×3ft+θr1)+3Asin (2πft+θr2) ここで、θm1=2π×3fLm /C、 θm2=2πfLm /C θr1=2π×3fLr /C、 θr2=2πfLr /C また、Lm は計測光の光路長、Lr は参照光の光路長、
fは冪正弦波の周波数、Cは光速である。
【0022】上記電流信号Im ,Ir はデバイダ8a,
8bにより2分割され、それぞれローパスフィルタ(L
PF)9a,9b、ハイパスフィルタ(HPF)10
a,10bに至る。それぞれの電流信号Im ,Ir の第
2項の成分はLPF9a,9bを通過し、第1項はHP
F10a,10bを通過し、それぞれ位相計測器11
a,11bで位相θm1,θr1,θm2,θr2の計測が行わ
れ、位相差θm1−θr1,θ m2−θr2が求められる。
【0023】上記位相計測器11a,11bにより求め
られた位相差θm1−θr1,θm2−θ r2は演算装置12に
入力され、同演算装置12により標定ターゲット5まで
の距離が求められるが、以下その要領について図2によ
り説明する。
【0024】図2(a)に示すように、計測光と参照光
には光路長差がL1 +2L2 +L3だけある。L1 ,L
3 は既知で、L2 が求めるべき標定ターゲット5までの
距離である。計測光と参照光の間には時間遅れΔTが生
じている。計測光の周期Tとすると、次式が成り立つ。
【0025】 θm −θr =(ΔT/T)×360〔deg〕 よって、計測光と参照光の光路長差ΔLは次式により示
される。
【0026】 ΔL=ΔT×C=T(θm −θr )C/360 また、光路長差ΔLは図2より次式で示される。こゝ
で、L1 ,L3 は既知である。
【0027】ΔL=L1 +2L2 +L3 そのため、L2 は次式で表わすことができ、この式より
2 を求めることができる。
【0028】L2 =〔T(θm −θr )/360−(L
1 +L3 )〕/2 レーザ光による測距においては、変調周波数が高いほど
分解能が上昇するため、計測には図3に示す高周波成分
の位相θm1,θr1を用いる。しかし、変調波長に対して
測定距離が大きい場合、変調信号は同期信号であるた
め、θm1,θr1のみでは光路長差ΔLを求めることはで
きない。このような場合、本実施例では低周波成分の位
相差θm2−θr2を基に高周波成分の周期Nを求め、次式
より標定ターゲット5までの距離を求める。
【0029】L2 ={T〔(θm1−θr1)/360+
N〕−(L1 +L3 )}/2 そのため、本実施例においては、標定ターゲットまでの
距離が長い場合にも、1回のレーザ計測により精度よく
その距離を測定することができるようになった。
【0030】
【発明の効果】本発明のレーザ測距装置は、レーザ光源
が出射するレーザ光を変調する光変調器に接続された冪
正弦波発振器、上記光変調器が出射した参照光を入射す
る第1の光検出器より電流信号を入力する複数の第1の
フィルタ、上記光変調器が出射した計測光を入射する第
2の光検出器より電流信号を入力する複数の第2のフィ
ルタ、複数の第1と第2のフィルタより電流信号を入力
した参照光と計測光の周波数成分毎の位相差を出力する
複数の位相検出器、および複数の位相検出器より位相差
を入力して標定ターゲットまでの距離を求める演算装置
を備えたことによって、標定ターゲットまでの距離が長
い場合にも、1回のレーザ計測によりその距離を高精度
で計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るレーザ測距装置の説明
図である。
【図2】上記一実施例に係る作用説明図で、(a)は計
測光と参照光の光路長差、(b)は計測光と参照光の位
相差の説明図である。
【図3】上記一実施例に係る計測光と参照光の変調周波
数が異なる周波数成分についての説明図である。
【図4】従来の装置の説明図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 2 光変調器 3 冪正弦波発振器 4 ハーフミラー 5 標定ターゲット 6 ハーフミラー 7a,7b 光検出器 8a,8b デバイダ 9a,9b ローパスフィルタ 10a,10b ハイパスフィルタ 11a,11b 位相検出器 12 演算装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源よりレーザ光を入射して強度
    変調された変調光を出射する光変調器、この変調光の一
    部を参照光として入射して電流信号を出力する第1の光
    検出器、および上記変調光の残部を標定ターゲットを介
    して計測光として入射して電流信号を出力する第2の光
    検出器を備えたレーザ測距装置において、上記光変調器
    に入力する冪正弦波信号を出力する冪正弦波発振器、上
    記第1の光検出器より電流信号を入力してそれぞれが互
    いに異なる周波数の電流信号を出力する複数の第1のフ
    ィルタ、上記第2の光検出器より電流信号を入力してそ
    れぞれが互いに異なる周波数の電流信号を出力する複数
    の第2のフィルタ、同第1と第2のフィルタよりそれぞ
    れが同一周波数の電流信号を入力して同一周波数の電流
    信号間の位相差を出力する複数の位相検出器、および同
    複数の位相検出器が出力するそれぞれの位相差を入力し
    て標定ターゲットまでの距離を求める演算装置を備えた
    ことを特徴とするレーザ測距装置。
JP7162029A 1995-06-28 1995-06-28 レーザ測距装置 Withdrawn JPH0915334A (ja)

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