JP2733990B2 - 距離測定装置 - Google Patents
距離測定装置Info
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- JP2733990B2 JP2733990B2 JP63224301A JP22430188A JP2733990B2 JP 2733990 B2 JP2733990 B2 JP 2733990B2 JP 63224301 A JP63224301 A JP 63224301A JP 22430188 A JP22430188 A JP 22430188A JP 2733990 B2 JP2733990 B2 JP 2733990B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光を用いて非接触で被測定物との間の
距離を測定する距離測定装置に関する。
距離を測定する距離測定装置に関する。
従来、この種の距離測定装置として、参照光の光路
と、測定対象淵までの光路との光の位相差により生ずる
ドップラビート信号を用いて測定対象物までの距離とそ
の移動速度とを測定する装置があり、第９図のブロック
図のように示される。図において、三角波発生部21によ
って駆動され周波数変調された半導体レーザ１からのレ
ーザ光がマイケルソン干渉計型の光学系が導かれる。こ
のレーザ光をビームスプリッタ３により２分割した後、
一方は距離l1だけ離れた測定対象物４に照射し、他方は
距離l2だけ離れた固定ミラー６に照射する。測定対象物
４からの散乱光は固定焦点レンズ35で集光され、ビーム
スプリッタ３を透過後、固定ミラー６からの反射光と共
に光電変換素子８上に重畳されて集光される。この光電
変換素子８の出力は、カウンタ23へ入力され、このカウ
ンタ23でビート信号の周期1/fb（fbはビート周波数）が
測定される。このとき周波数fbと、光路差（l1−l2）と
の間には次式の様な関係がある。
と、測定対象淵までの光路との光の位相差により生ずる
ドップラビート信号を用いて測定対象物までの距離とそ
の移動速度とを測定する装置があり、第９図のブロック
図のように示される。図において、三角波発生部21によ
って駆動され周波数変調された半導体レーザ１からのレ
ーザ光がマイケルソン干渉計型の光学系が導かれる。こ
のレーザ光をビームスプリッタ３により２分割した後、
一方は距離l1だけ離れた測定対象物４に照射し、他方は
距離l2だけ離れた固定ミラー６に照射する。測定対象物
４からの散乱光は固定焦点レンズ35で集光され、ビーム
スプリッタ３を透過後、固定ミラー６からの反射光と共
に光電変換素子８上に重畳されて集光される。この光電
変換素子８の出力は、カウンタ23へ入力され、このカウ
ンタ23でビート信号の周期1/fb（fbはビート周波数）が
測定される。このとき周波数fbと、光路差（l1−l2）と
の間には次式の様な関係がある。
ここで、νｍはレーザ光の変調周波数、△νはレーザ
光の変調幅、Ｃは光速とする。
光の変調幅、Ｃは光速とする。
この（１）式より、νm,△ν,l2を一定にし、距離l1
とビート周波数fbとの関係を予め求めておけば、ビート
周波数fbから距離l1を求めることが出来る。詳しくは例
えば、加藤他による論文「半導体レーザによる距離・速
度のFMヘテロダイン計測法」、（MW84−25,73頁以降参
照）に述べられている。
とビート周波数fbとの関係を予め求めておけば、ビート
周波数fbから距離l1を求めることが出来る。詳しくは例
えば、加藤他による論文「半導体レーザによる距離・速
度のFMヘテロダイン計測法」、（MW84−25,73頁以降参
照）に述べられている。
上述した従来の距離計測器は、測定対象物４上の散乱
光を集光する固定レンズ35が固定焦点であるため、距離
測定範囲がそのレンズ固有の焦点深度の範囲内に限定さ
れるので、測距可能範囲（ダイナミックレンジ）が少な
くなるという欠点があった。
光を集光する固定レンズ35が固定焦点であるため、距離
測定範囲がそのレンズ固有の焦点深度の範囲内に限定さ
れるので、測距可能範囲（ダイナミックレンジ）が少な
くなるという欠点があった。
本発明の目的は、このような欠点を除き、距離測定の
ダイナミックレンジを広げた距離測定装置を提供するこ
とにある。
ダイナミックレンジを広げた距離測定装置を提供するこ
とにある。
本発明の距離測定装置の構成は、コヒーレント光を発
生するコヒーレント光発生器と、このコヒーレント光発
生器から出射する光の周波数を変調する信号発生器と、
前記コヒーレント光発生器から出射した光を２つに分割
する光分割手段と、この光分割手段により分割された一
方の光を反射させるビーム反射手段と、前記分割された
光のうち他方の光を被測定物に照射しこの被測定物から
生じる散乱光を集光する焦点可変レンズと、この焦点可
変レンズで集光された散乱光と前記ビーム反射手段によ
る反射光とが重畳した光を光電変換する光電変換手段
と、この光電変換手段により検出されるドップラビート
信号から前記被測定物の移動方向を算出する移動方向算
出手段及び前記被測定物の移動速度を算出する移動速度
算出手段と、この移動速度算出手段から得る移動速度を
積分して移動量を算出する移動量算出手段と、前記移動
方向算出手段および前記移動量算出手段から算出された
前記被測定物の移動方向および移動量に従い前記焦点可
変レンズの焦点距離の変化方向及び変化量を決定し、そ
の結果前記焦点距離を変化させる自動焦点制御手段と、
前記ドップラビート信号から距離を算出する距離算出手
段とを有し、前記自動焦点制御手段が前記焦点距離を制
御することにより、距離測定の可能範囲（ダイナミック
レンジ）を広げたことを特徴とする。
生するコヒーレント光発生器と、このコヒーレント光発
生器から出射する光の周波数を変調する信号発生器と、
前記コヒーレント光発生器から出射した光を２つに分割
する光分割手段と、この光分割手段により分割された一
方の光を反射させるビーム反射手段と、前記分割された
光のうち他方の光を被測定物に照射しこの被測定物から
生じる散乱光を集光する焦点可変レンズと、この焦点可
変レンズで集光された散乱光と前記ビーム反射手段によ
る反射光とが重畳した光を光電変換する光電変換手段
と、この光電変換手段により検出されるドップラビート
信号から前記被測定物の移動方向を算出する移動方向算
出手段及び前記被測定物の移動速度を算出する移動速度
算出手段と、この移動速度算出手段から得る移動速度を
積分して移動量を算出する移動量算出手段と、前記移動
方向算出手段および前記移動量算出手段から算出された
前記被測定物の移動方向および移動量に従い前記焦点可
変レンズの焦点距離の変化方向及び変化量を決定し、そ
の結果前記焦点距離を変化させる自動焦点制御手段と、
前記ドップラビート信号から距離を算出する距離算出手
段とを有し、前記自動焦点制御手段が前記焦点距離を制
御することにより、距離測定の可能範囲（ダイナミック
レンジ）を広げたことを特徴とする。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す模式的ブロック図
である。図において、半導体レーザ１から三角波発生部
21により、周波性変調されたレーザ光がマイケルソン干
渉計型の光学系に導かれる。このレーザ光は、コリメー
タレンズ２で平行光となり、ビームスプリッタ３により
２分割された後、一方は距離l1だけ離れた移動，又は静
止している測定対象物４へ照射され、他方は距離l2でだ
け離れた固定ミラー６へ入射される。測定対象物４から
の散乱光はズームレンズ５で集光され、ビームスプリッ
タ３を透過後固定ミラー６からの反射光と共に、レンズ
７により光電変換素子８の受光面上に重畳され集光され
る。
である。図において、半導体レーザ１から三角波発生部
21により、周波性変調されたレーザ光がマイケルソン干
渉計型の光学系に導かれる。このレーザ光は、コリメー
タレンズ２で平行光となり、ビームスプリッタ３により
２分割された後、一方は距離l1だけ離れた移動，又は静
止している測定対象物４へ照射され、他方は距離l2でだ
け離れた固定ミラー６へ入射される。測定対象物４から
の散乱光はズームレンズ５で集光され、ビームスプリッ
タ３を透過後固定ミラー６からの反射光と共に、レンズ
７により光電変換素子８の受光面上に重畳され集光され
る。
この時、光電変換素子８の出力には、第２図の波形図
に示す様なドップラ・ビート信号が表われる。第２図に
示す様に、変調信号である三角波の傾きの大きさが正の
区間T1にて生じるドップラビート信号周波数fd1と負の
区間T2にて生じるドップラビート信号周波数fd2は、測
定対象物の移動方向に応じて異なり、次の各式のように
なる。
に示す様なドップラ・ビート信号が表われる。第２図に
示す様に、変調信号である三角波の傾きの大きさが正の
区間T1にて生じるドップラビート信号周波数fd1と負の
区間T2にて生じるドップラビート信号周波数fd2は、測
定対象物の移動方向に応じて異なり、次の各式のように
なる。
ｉ）Ｚ方向に移動している場合 ii）−Ｚ方向に移動している場合、 iii）静止している場合 fd1＝fd2＝fb ……（６） ここで、ν０はレーザ光の中心周波数、△νはレーザ
光の変調幅、νｍはレーザ光の変調周波数、ｖは測定対
象物の移動速度、θはＺ軸と測定対象物の移動方向の角
度とする。
光の変調幅、νｍはレーザ光の変調周波数、ｖは測定対
象物の移動速度、θはＺ軸と測定対象物の移動方向の角
度とする。
このドップラビート信号はアンプ９へ入力して増幅さ
れ、その出力はハイパスフィルタ10へ入力され、その変
調波成分を除去した後、周波数測定部11へ入力される。
れ、その出力はハイパスフィルタ10へ入力され、その変
調波成分を除去した後、周波数測定部11へ入力される。
この周波数測定部11は、例えば第３図のブロック図の
ような構成とする。第３図において、ハイパスフィルタ
10から出力されたドップラビート信号はカウンタ23へ入
力され、その周期を計数した後、演算部24にて逆数演算
しその周波数に換算する。切換スイッチ25は同期部22か
ら出力される同期信号に従がいバッファ26,27を選択す
るが、区間T1のときバッファ26（ａ）側に接続され、区
間T2のときバッファ27（ｂ）側に接続される。従って、
バッファ26には区間T1のドップラビート信号fd1が格納
され、バッァ27には区間T2のドップラビート信号fd2が
格納されている。
ような構成とする。第３図において、ハイパスフィルタ
10から出力されたドップラビート信号はカウンタ23へ入
力され、その周期を計数した後、演算部24にて逆数演算
しその周波数に換算する。切換スイッチ25は同期部22か
ら出力される同期信号に従がいバッファ26,27を選択す
るが、区間T1のときバッファ26（ａ）側に接続され、区
間T2のときバッファ27（ｂ）側に接続される。従って、
バッファ26には区間T1のドップラビート信号fd1が格納
され、バッァ27には区間T2のドップラビート信号fd2が
格納されている。
周波数測定部11にて測定したドップラビート周波数は
距離算出部12、移動速度算出部13、移動方向算出部14へ
出力される。
距離算出部12、移動速度算出部13、移動方向算出部14へ
出力される。
距離算出部12は、例えば第４図の様な構成とする。第
４図において、バッファ26にはドップラビート周波数f
d1、バッファ27にはドップラビート周波数fd2が格納さ
れ、ビート周波数算出部28では、これらビート周波数f
d1とfd2の平均値fbを次式から算出する。
４図において、バッファ26にはドップラビート周波数f
d1、バッファ27にはドップラビート周波数fd2が格納さ
れ、ビート周波数算出部28では、これらビート周波数f
d1とfd2の平均値fbを次式から算出する。
距離換算部29では予め関数記憶部30内に記憶してある
周波数fbと距離l1との関係を表わす関数Ｆ（fb）にfbを
代入して、距離l1を算出し、バッファ31へ格納する。
周波数fbと距離l1との関係を表わす関数Ｆ（fb）にfbを
代入して、距離l1を算出し、バッファ31へ格納する。
移動速度算出部13は、例えば第５図の様な構成とす
る。速度算出部32では次式にバッファ26,27に格納され
たビート周波数fd1,fd2の大小関係を比較し、その結果
から次の様なフラグをフラグバッファ34へ格納する。
る。速度算出部32では次式にバッファ26,27に格納され
たビート周波数fd1,fd2の大小関係を比較し、その結果
から次の様なフラグをフラグバッファ34へ格納する。
ｉ）fd1＞fd2の時：フラグ１、 ii）fd1＜fd2の時：フラグ−１ iii）fd1＝fd2の時：フラグ０ 移動量算出部36は、例えば第７図の様な構成とする。
第７図において、積分器37は速度算出部14のバッファ31
に格納されている速度ｖを一定時間、例えば第８図に示
す区間2Tを積分範囲として積分を行ない、その演算結
果、すなわち区間2Tの間の移動量△ｌをバッファ31へ出
力する。この際、バッファ31に格納された値は、第８図
に示す制御信号の立上りに同期して更新される。
第７図において、積分器37は速度算出部14のバッファ31
に格納されている速度ｖを一定時間、例えば第８図に示
す区間2Tを積分範囲として積分を行ない、その演算結
果、すなわち区間2Tの間の移動量△ｌをバッファ31へ出
力する。この際、バッファ31に格納された値は、第８図
に示す制御信号の立上りに同期して更新される。
自動焦点制御部15は、ズームレンズ５の焦点距離の変
化方向及びその変化量△ｆを以下の様にして定め、その
結果に従い、ズームレンズを変化させる。まず、変化方
向は移動方向算出部14のフラグバッファの内容に応じ、
次の如く定める。
化方向及びその変化量△ｆを以下の様にして定め、その
結果に従い、ズームレンズを変化させる。まず、変化方
向は移動方向算出部14のフラグバッファの内容に応じ、
次の如く定める。
ｉ）フラグ１の時：レンズの焦点距離を長くする ii）フラグ−１の時：レンズの焦点距離を短かくする。
iii）フラグ０の時：変化させない。
次に、変化量△ｆは、移動量算出部36のバッファに格
納された移動量△ｌの大きさに応じて定める。その際、
例えば、△ｌと△ｆの変換テーブルを自動焦点制御部15
内に設け、それを参照して決定してもよい。
納された移動量△ｌの大きさに応じて定める。その際、
例えば、△ｌと△ｆの変換テーブルを自動焦点制御部15
内に設け、それを参照して決定してもよい。
なお、測定開始時等、距離が可能な適当な焦点距離が
不明な時は、ズームレンズ５の焦点距離を最大から最小
まで変化させながら、測定対象物４からの信号光パワー
Psigをモニタし、この光パワーPsigが最大になる様に焦
点距離の粗調を行なってもよい。
不明な時は、ズームレンズ５の焦点距離を最大から最小
まで変化させながら、測定対象物４からの信号光パワー
Psigをモニタし、この光パワーPsigが最大になる様に焦
点距離の粗調を行なってもよい。
NDフィルタ制御部16は、しゃへい板18の切換により信
号光パワーPsig、参照光パワーPrefを各々モニタし、こ
れらのパワー比Psig/Prefが予め求めた最適値となる様
に、NDフィルタ17の透過率を制御する。この際NDフィル
タ17の表面，裏面における反射光、及び表面，裏面によ
る多重反射光が光電変換素子８の受光面に入射すると、
参照光の光路長が変化するため、正しいビート周波数が
測定できない。この影響を避けるため、NDフィルタ17
を、入射レーザ光に対し斜めに挿入してその反射光が光
電変換素子８の受光面に入射するのを防いでいる。また
表示部19は、測定対象までの距離、移動速度、移動方向
及び移動量などを表示し、又、これらの測定値をインタ
ーフェース部20を介して外部装置へ出力してもよい。
号光パワーPsig、参照光パワーPrefを各々モニタし、こ
れらのパワー比Psig/Prefが予め求めた最適値となる様
に、NDフィルタ17の透過率を制御する。この際NDフィル
タ17の表面，裏面における反射光、及び表面，裏面によ
る多重反射光が光電変換素子８の受光面に入射すると、
参照光の光路長が変化するため、正しいビート周波数が
測定できない。この影響を避けるため、NDフィルタ17
を、入射レーザ光に対し斜めに挿入してその反射光が光
電変換素子８の受光面に入射するのを防いでいる。また
表示部19は、測定対象までの距離、移動速度、移動方向
及び移動量などを表示し、又、これらの測定値をインタ
ーフェース部20を介して外部装置へ出力してもよい。
以上、測定対象物の移動方向と移動量を用いてズーム
レンズの焦点距離を変化させた場合の説明をしたが、移
動方向算出部14と移動量算出部36とを備えずに、距離算
出部13から得る距離のみを用いても同様の機能を得られ
る。
レンズの焦点距離を変化させた場合の説明をしたが、移
動方向算出部14と移動量算出部36とを備えずに、距離算
出部13から得る距離のみを用いても同様の機能を得られ
る。
以上説明したように本発明は、ドップラビート信号か
ら移動、又は静止している測定対象物の移動方向，移動
速度及び移動量を測定し、その結果に従ってズームレン
ズの焦点距離，変化方向，及び変化量を制御することに
より、距離測定のダイナミックレンジを広くとることが
出来るという効果がある。
ら移動、又は静止している測定対象物の移動方向，移動
速度及び移動量を測定し、その結果に従ってズームレン
ズの焦点距離，変化方向，及び変化量を制御することに
より、距離測定のダイナミックレンジを広くとることが
出来るという効果がある。
第１図は本発明の距離測定装置の一実施例の構成を示す
ブロック図、第２図は第１図における変調信号とビート
信号の波形図、第３図は第１図の周波数測定部11の一例
のブロック図、第４図は第１図の距離算出部12の一例の
ブロック図、第５図は第１図の移動速度算出部13の一例
のブロック図、第６図は第１図の移動方向算出部14の一
例のブロック図、第７図は第１図の移動量算出部36の一
例のブロック図、第８図は第１図の同期部22から出力す
る信号の波形図、第９図は従来の距離測定装置の一例の
ブロック図である。 １……半導体レーザ、２……コリメータレンズ、３……
ビームスプリッタ、４……測定対象物、５……ズームレ
ンズ、６……固定ミラー、７……結像レンズ、８……光
電変換素子、９……アンプ、10……ハイパスフィルタ、
11……周波数測定部、12……距離算出部、13……移動速
度算出部、14……移動方向算出部、15……自動焦点制御
部、16……NDフィルタ制御部、17……NDフィルタ、18…
…しゃへい板、19……表示部、20……インターフェー
ス、21……三角波発生部、22……同期部、23……カウン
タ、24……演算部、25……切換スイッチ、26,27,31……
バッファ、28……ビート周波数算出部、29……距離換算
部、30……関数記憶部、32……速度算出部、33……比較
部、34……フラグバッファ、35……固定焦点レンズ、36
……移動量算出部、37……積分器。
ブロック図、第２図は第１図における変調信号とビート
信号の波形図、第３図は第１図の周波数測定部11の一例
のブロック図、第４図は第１図の距離算出部12の一例の
ブロック図、第５図は第１図の移動速度算出部13の一例
のブロック図、第６図は第１図の移動方向算出部14の一
例のブロック図、第７図は第１図の移動量算出部36の一
例のブロック図、第８図は第１図の同期部22から出力す
る信号の波形図、第９図は従来の距離測定装置の一例の
ブロック図である。 １……半導体レーザ、２……コリメータレンズ、３……
ビームスプリッタ、４……測定対象物、５……ズームレ
ンズ、６……固定ミラー、７……結像レンズ、８……光
電変換素子、９……アンプ、10……ハイパスフィルタ、
11……周波数測定部、12……距離算出部、13……移動速
度算出部、14……移動方向算出部、15……自動焦点制御
部、16……NDフィルタ制御部、17……NDフィルタ、18…
…しゃへい板、19……表示部、20……インターフェー
ス、21……三角波発生部、22……同期部、23……カウン
タ、24……演算部、25……切換スイッチ、26,27,31……
バッファ、28……ビート周波数算出部、29……距離換算
部、30……関数記憶部、32……速度算出部、33……比較
部、34……フラグバッファ、35……固定焦点レンズ、36
……移動量算出部、37……積分器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 永光 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−89780（ＪＰ，Ａ) 「昭和63年電子情報通信学会春季全国 大会講演論文集分冊Ｃ−１］ （昭63− ３−15） 電子情報通信学会、Ｐ．309
Claims (2)
- 【請求項１】コヒーレント光を発生するコヒーレント光
発生器と、このコヒーレント光発生器から出射する光の
周波数を変調する信号発生器と、前記コヒーレント光発
生器から出射した光を２つに分割する光分割手段と、こ
の光分割手段により分割された一方の光を反射させるビ
ーム反射手段と、前記分割された光のうちの他方の光を
被測定物に照射しこの被測定物から生ずる散乱光を集光
する焦点可変レンズと、この焦点可変レンズで集光され
た散乱光と前記ビーム反射手段による反射光とが重畳し
た光を光電変換する光電変換手段と、この光電変換手段
により検出されるドップラビート信号から前記被測定物
の移動方向を算出する移動方向算出手段及び前記被測定
物の移動速度を算出する移動速度算出手段と、この移動
速度算出手段から得る移動速度を積分して移動量を算出
する移動量算出手段と、前記移動方向算出手段および前
記移動量算出手段から算出された前記被測定物の移動方
向および移動量に従い前記焦点可変レンズの焦点距離の
変化方向及び変化量を決定し、その結果前記焦点距離を
変化させる自動焦点制御手段と、前記ドップラビート信
号から距離を算出する距離算出手段とを有し、前記自動
焦点制御手段が前記焦点距離を可変することにより、距
離測定のダイナミックレンジを広げたことを特徴とする
距離測定装置。 - 【請求項２】コヒーレント光を発生するコヒーレント光
発生器と、このコヒーレント光発生器から出射する光の
周波数を変調する信号発生器と、前記コヒーレント光発
生器から出射した光を２つに分割する光分割手段と、こ
の光分割手段により分割された一方の光を反射させるビ
ーム反射手段と、前記分割された光のうちの他方の光を
被測定物に照射しこの被測定物から生ずる散乱光を集光
する焦点可変レンズと、この焦点可変レンズで集光され
た散乱光と前記ビーム反射手段による反射光とが重畳し
た光を光電変換する光電変換手段と、この光電変換手段
により検出されるドップラビート信号から前記被測定物
の移動方向を算出する移動方向算出手段及び前記被測定
物の移動速度を算出する移動速度算出手段と、この移動
速度算出手段から得る移動速度を積分して移動量を算出
する移動量算出手段と、前記ドップラビート信号から距
離を算出する距離算出手段と、この距離算出手段から算
出した距離を用いて前記焦点可変レンズの焦点距離を可
変制御する自動焦点制御手段とを有し、この自動焦点制
御手段が前記焦点距離を可変することにより、距離測定
のダイナミックレンジを広げたことを特徴とする距離測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224301A JP2733990B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | 距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224301A JP2733990B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | 距離測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0271187A JPH0271187A (ja) | 1990-03-09 |
| JP2733990B2 true JP2733990B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=16811627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63224301A Expired - Lifetime JP2733990B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | 距離測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2733990B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5172077B2 (ja) * | 2005-05-06 | 2013-03-27 | アズビル株式会社 | 距離・速度計および距離・速度計測方法 |
| JP5096123B2 (ja) * | 2007-12-12 | 2012-12-12 | アズビル株式会社 | 距離・速度計および距離・速度計測方法 |
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-
1988
- 1988-09-06 JP JP63224301A patent/JP2733990B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「昭和６３年電子情報通信学会春季全国大会講演論文集分冊Ｃ−１］ （昭６３−３−１５） 電子情報通信学会、Ｐ．３０９ |
Also Published As
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|---|---|
| JPH0271187A (ja) | 1990-03-09 |
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