JPH01119785A - 半導体レーザ測距装置 - Google Patents
半導体レーザ測距装置Info
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- JPH01119785A JPH01119785A JP62277631A JP27763187A JPH01119785A JP H01119785 A JPH01119785 A JP H01119785A JP 62277631 A JP62277631 A JP 62277631A JP 27763187 A JP27763187 A JP 27763187A JP H01119785 A JPH01119785 A JP H01119785A
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- Japan
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- semiconductor laser
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- photodiode
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- Pending
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 7
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
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- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
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- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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!!
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)
- (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)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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62277631A JPH01119785A (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 半導体レーザ測距装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62277631A JPH01119785A (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 半導体レーザ測距装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01119785A true JPH01119785A (ja) | 1989-05-11 |
Family
ID=17586121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62277631A Pending JPH01119785A (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 半導体レーザ測距装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01119785A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016502073A (ja) * | 2012-11-12 | 2016-01-21 | テヒニッシェ ウニヴェルズィテート ハンブルク−ハーブルクTechnische Universitaet Hamburg−Harburg | ライダ測定システム及びライダ測定方法 |
JP7026857B1 (ja) * | 2021-02-26 | 2022-02-28 | 三菱電機株式会社 | ライダ装置 |
-
1987
- 1987-11-02 JP JP62277631A patent/JPH01119785A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016502073A (ja) * | 2012-11-12 | 2016-01-21 | テヒニッシェ ウニヴェルズィテート ハンブルク−ハーブルクTechnische Universitaet Hamburg−Harburg | ライダ測定システム及びライダ測定方法 |
JP7026857B1 (ja) * | 2021-02-26 | 2022-02-28 | 三菱電機株式会社 | ライダ装置 |
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