JPH01119785A - 半導体レーザ測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザを用いた光学的距離測定装置に
関するものである。

従来の技術 近年、数ｍの領域の寸法や距離の測定を短時間に精度良
く行きたいという要求が高まっている。

光波干渉を用いた光学的な測距装置は、分解能が高いの
で最近よく使用されるようになっている。

従来は、内部鏡ヘリウムネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザの
１本の発振線内の２本のモードから得られるビートの波
長を利用した測距装置が提案されている。Ｈｅ−Ｎｅｖ
−ザの場合は、可視レーザ（６３２，８ｎｍ）では１５
〜３０α、赤外レーザ（１１５３ｎｍ）では２５〜３６
α程度の共振器長の場合に２モ一ド発振する。そして２
モードで発振しているレーザは、モード間の周波数差に
よりビート変調されたビームを放射する。この時のビー
ト周波数ｆはレーザ管波長りによって決定され、上述の
レーザ管を用いた場合にはｆは数百ＭＨ２となる。２モ
ードで発振している内部鏡Ｖ−ザの場合、そのモードの
偏光方向は互いに直交しているため、ビート信号を得る
には偏光子を、第３図に示すように、その軸が各モード
の偏光方向から４５°傾いた状態で挿入する。この変調
波を高速フォトダイオードで検出すると、数百ＭＨ２の
正弦波信号が得られる。

このような変調波を利用して距離を測定する方法の概略
を第４図を用いて説明する。第４図において、４０は２
モードレーザ、４１は偏光子、４２はビームスプリッタ
（ＢＳ）、４３は送・受光用望遠鏡、４４は被測定点に
おかれた反射鏡、４５はフォトダイオード（ＰＤｌ）、
４６はフォトダイオード（ＰＤ２）、４７．４７は増幅
器、４８は周波数カウンタ、４９は位相差計である。２
モードレーザ４０から出た光束は偏光子４１を経てビー
ムスプリッタ４２に入射する。ここで２分割されたビー
ムの一方はただちにフォトダイオード（ＰＤＩ）４５へ
入射し、他方は測距の対象となる反射鏡との間を往復し
た後にフォトダイオード（ＰＤ２）４６に入射し、検出
される。この２つのビームの光路差は、フォトダイオー
ド（、ＰＩｈ）４５からの信号とフォトダイオード（Ｐ
Ｄ２）４６で検出される信号との位相差となって表われ
るので、両信号の位相差から距離を求めることができる
。

発明が解決しようとする問題点 前述した２モードレーザのビートを測距に使用する場合
、そのビート周波数ｆは十分に正確であることが望まれ
る。ところがＨｅ−Ｈｅレーザはビート波長安定化を行
なってもＩＫＨｚ（±２　Ｘ　１０−６）程度しか安定
せず、精密測距で要求される変調周波数の安定度（１×
１Ｏ−８）には及ばないため、周波数による実測が不可
欠であった。またＨｅ−Ｎｏレーザ等のガスレーザを用
いると装置が大型化してしまうという欠点があった。

問題点を解決するだめの手段 すなわち本発明は、発振周波数安定化した単一縦モード
半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光の一部を周
波数変換する手段と、前記半導体レーザの出力光と前記
周波数変換した半導体レーザの出力光を合成する手段と
、前記合成した半導体レーザの２つの出力光の一部のビ
ートを検出する第１の検出手段と、前記合成した半導体
レーザの２つの出力光を被測距物に照射しその反射光の
ビートを検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手
段と前記第２の検出手段とのビート信号の位相差を検出
する手段を有することによるもので、特に半導体レーザ
の出力光の一部を周波数変換する手段として音響光学素
子を用いることにより、前述したような問題点を解決す
るものである。

作用 本発明の作用は、従来２モ一ド発振するガスレーザを、
単一縦モード発振する半導体レーザに音響光学素子等に
よる周波数変換素子を用いることによって置き換えるも
のである。音響光学素子による光の周波数変換を第２図
を用いて説明する。

第２図において、２１は入射光、２２は透過光、２３は
回折光、２４は音響光学素子、２５は発振器である。ｆ
、の周波数で駆動される音響光学素子に、周波数ｆの光
２１を入射すると、透過光２２は周波数ｆのままである
が、回折光２３は周波数がｆ−シフトしｆ＋ｆ２ＬＣあ
るいは向きによってｆ−ｆｌＬ）となる。この回折光２
３と透過光２２を再び合成してそのビートを検出すると
、２つの光の差周波数はｆ−となる。ところがこの周波
数は、電気的に発振器２５によって作り出されるもので
１×１０−８以下の高い安定度を有する。また、近年報
告されているＤＦＢ型半導体レーザは発振波長が安定で
かつ数１０ｍ程度のコヒーレンス長を持ち、数１０ｍ以
下の範囲の高精度な距離の測定に十分用いることができ
る。

実施例 本発明の実施例を第１図を用いて説明する。

第１図において、１は１．３μｍ発振波長のＤＦＢ型半
導体レーザ、２は光アイソレータ、３は音響光学素子、
４は発振器、５は２人力×２出力の光の合成器、６は送
・受光用望遠鏡、７は被測定点に置かれた反射鏡、８は
フォトダイオード（ＰＤ、）、９はフォトダイオード（
ＰＤ２）、１０゜１０’は増幅器、１１は位相差計、１
２は音響光学素子による回折光、１３は音響光学素子の
透過光、１４は鏡、１５は鏡である。

半導体レーザ１から出た光は、光アイソレータ２を経て
音響光学素子３に入射し、発振器４の周波数分だけ周波
数の異なる回折光１２と透過１３とに分けられる。この
２つの光を、方向性結合器のような合成器５を用いて合
成し、一方の出力をフォトダイオード８で出し、さらに
他方の出力を、送・受光用望遠鏡６を経て反射鏡７で反
射し再び送・受光用望遠鏡６を経てフォトダイオード９
で検出する。２つのフォトダイオードの信号はそれぞれ
増幅器１０　、１０’で増幅されて、位相差計１１によ
ってその位相差を検出する。この位相差が合成器５を出
た後のフォトダイオード８およびフォトダイオード９に
至る２つの光路の光路差に対応する。１００ＭＨ２の周
波数で音響光学素子を駆動した時には３ｍの光路差ごと
に２πの位相差が得られる。またスペクトル線幅が１０
ＭＨｚのＤＦＢ型半導体レーザを用いた場合には、ｓｏ
ｍ程度のコヒーレンス長が得られ、１ｏｍ程度の距離の
測定に用いることができる。

なお、実施例に用いた光アイソレータ２は半導体レーザ
１への光の帰還による不安定性を防ぐものでこれを用い
ることにより、より安定な測定が行なえる。また、用い
る半導体レーザの発掘波長は、１．３μｍ以外の波長で
も何ら本発明の効果を損なうものではない。

発明の効果 本発明は、前述した構成により、従来の問題点であった
安定度を改善し、さらに装置を小型化できるという効果
を有する。これは、高精度な測距装置を手軽に使えるよ
うになるという意義を有し、産業上大きな意味を持つも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体レーザ測距装置の構
成図、第２図は音響光学素子により周波数変換の説明図
、第３図は従来の測距装置に用いるガスレーザ特性の説
明図、第４図は従来の測距装置の構成図である。 １・・・・・・半導体レーザ、２・・・・・・光アイソ
レータ、３・・・・・・音響光学素子、４・・・・・・
発振器、５・・・・・・合成器、６・・・・・・送・受
光用望遠鏡、７・・・・・・反射鏡、８．９・・・・・
・フォトダイオード、１１・・・・・・位相差計、１２
・・・・・・回折光、１３・・・・・・透過光。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名？Ｉ
−人射九 ２２−　　透過光 ２３−一一目所光 ２４−　　音響光学素子 パー　発＠器 第　２１！！

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振周波数安定化した単一縦モード半導体レーザ
   と、前記半導体レーザの出力光の一部を周波数変換する
   手段と、前記半導体レーザの出力光と前記周波数変換し
   た半導体レーザの出力光を合成する手段と、前記合成し
   た半導体レーザの２つの出力光の一部のビートを検出す
   る第１の検出手段と、前記合成した半導体レーザの２つ
   の出力光を被測距物に照射しその反射光のビートを検出
   する第２の検出手段と、前記第１の検出手段と前記第２
   の検出手段とのビート信号の位相差を検出する手段を有
   する半導体レーザ測距装置。
2. （２）半導体レーザの出力光の一部を周波数変換する手
   段が音響光学素子を用いるものである特許請求の範囲第
   １項記載の半導体レーザ測距装置。