JPH01320489A - Method and instrument for measuring distance - Google Patents
Method and instrument for measuring distanceInfo
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- JPH01320489A JPH01320489A JP63155876A JP15587688A JPH01320489A JP H01320489 A JPH01320489 A JP H01320489A JP 63155876 A JP63155876 A JP 63155876A JP 15587688 A JP15587688 A JP 15587688A JP H01320489 A JPH01320489 A JP H01320489A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は距離測定方法およびその装置に関し、さらに
詳細にいえば、三角波状に周波数変調が施されたレーザ
光に基づいて互に直交する偏光成分のみを有する偏光を
得、両偏光の光路長を異ならせておいて、各偏光毎に得
られる干渉信号に基づいて測定対象物までの距離を測定
する新規な距離測定方法およびその装置に関する。[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a distance measuring method and an apparatus thereof, and more specifically, the present invention relates to a distance measuring method and an apparatus thereof, and more specifically, the present invention relates to a distance measuring method and an apparatus thereof, and more specifically, to a distance measuring method and an apparatus thereof. The present invention relates to a novel distance measuring method and apparatus for obtaining polarized light having only two components, making the optical path lengths of both polarized lights different, and measuring the distance to a measurement target based on the interference signal obtained for each polarized light.
〈従来の技術〉
従来から被測定対象物までの距離を測定する装置として
種々の構成のものが提供されている。具体的には、三角
711H1の原理を適用したもの、光、超音波等の干渉
が距離の差に基づいて変化する原理を適用したもの等が
あるが、測定精度を高めることが要求される用途におい
ては、外部条件の影響等を受けにくいレーザ光を測定光
として使用することが好ましい。<Prior Art> Conventionally, devices with various configurations have been provided for measuring the distance to an object to be measured. Specifically, there are those that apply the principle of triangle 711H1 and those that apply the principle that the interference of light, ultrasonic waves, etc. changes based on the difference in distance, but there are applications that require high measurement accuracy. In this case, it is preferable to use a laser beam as the measurement light, which is not easily affected by external conditions.
上記レーザ光を測定光として使用する距離測定装置とし
て、従来から、レーザ光を2分して、−方をall定対
象物に照射するととももに、他方を距離が既知の基準反
射体に照射し、測定対象物からの反射光および基準反射
体からの反射光を干渉させることによりビート信号を得
、ビート信号の周波数に基づいて測定対象物までの距離
を算出することが知られている。Conventionally, as a distance measuring device that uses the above laser beam as a measuring beam, the laser beam is divided into two parts, the - side is irradiated on all fixed objects, and the other side is irradiated on a reference reflector whose distance is known. However, it is known to obtain a beat signal by interfering the reflected light from the measuring object and the reflected light from the reference reflector, and calculate the distance to the measuring object based on the frequency of the beat signal.
具体的には、測定対象物側の光路長をL1基準反射体側
の光路長をLO1光速を01半導体レーザ(以下、LD
と略称する)の変調周波数をfI111ビート信号の周
波数をfbSLDの変調による最大発振周波数偏移をδ
とすれば、
L−LD −C−fb /4書f+a ・δの関係があ
り、LO1C% fn+Sfb、およびδが既知である
から、Lを算出することができ、ひいては測定対象物ま
での距離を算出することができる。Specifically, the optical path length on the measurement target side is L1, the optical path length on the reference reflector side is LO1, the speed of light is 01, and the semiconductor laser (hereinafter referred to as LD) is
fI111 The frequency of the beat signal is fb The maximum oscillation frequency deviation due to SLD modulation is δ
Then, there is a relationship of L-LD-C-fb/4 f+a ・δ, and since LO1C% fn+Sfb and δ are known, L can be calculated, and the distance to the object to be measured can be calculated. It can be calculated.
しかし、LDの最大発振周波数偏移δは、LDの駆動電
流、温度に依存して大きく変化しく例えば、駆動電流が
1a+A変化すれば3〜8GH2程度変化し)、また、
LDが異なればかなり異なるのであるから、最大発振周
波数偏移δの値を正確に固定することとが著しく困難に
なり、ひいては距離測定の精度、再現性が著しく低下し
てしまうことになるという問題を有している。However, the maximum oscillation frequency deviation δ of the LD varies greatly depending on the LD drive current and temperature (for example, if the drive current changes by 1a+A, it changes by about 3 to 8GH2), and
Since the LD differs considerably between different LDs, it becomes extremely difficult to accurately fix the value of the maximum oscillation frequency deviation δ, and as a result, the accuracy and reproducibility of distance measurement are significantly reduced. have.
このような問題点を考慮して、基準反射体のはかに、光
路長が既知で、かつ互に異なる2つの参照反射体を準備
しておき、測定対象物からの反射光を、各基準反射体か
ら反射される光と干渉させるとともに、2つの参照反射
体から反射される光を干渉させることにより28類のビ
ート信号を得、LDの最大発振周波数偏移δの影響を排
除して正確な距離測定を行なうようにした距離’DI定
装置が提供されている(特開昭61−223577号公
報参照)。In consideration of these problems, two reference reflectors with known optical path lengths and different lengths are prepared in addition to the reference reflector, and the reflected light from the measurement object is reflected from each reference reflector. By interfering with the light reflected from the reflector and by interfering with the light reflected from two reference reflectors, 28 types of beat signals are obtained, eliminating the influence of the maximum oscillation frequency deviation δ of the LD, and achieving accuracy. A distance 'DI determination device has been provided which performs accurate distance measurement (see Japanese Patent Laid-Open No. 61-223577).
さらに詳細に説明すると、第7図に示すように、L D
(31)から出力されるレーザ光をビームスプリッタ
ク32)で2分し、一方の光をビームスプリッタ(33
)によりさらに2分してそれぞれ互に光路長が異なる参
照反射体(34) (35)に照射し、各反射光を干渉
させ、干渉光を受光素子(36)により受光してビート
信号を得るようにしている。そして、他方の光をビーム
スプリッタ(37)によりさらに2分して基準反射体(
38)および測定対象物(39)にそれぞれ照射し、各
反射光をビームスプリッタ(37)により干渉させ、干
渉光を受光素子(30)により受光してビート信号を得
るようにしている。さらに、上記受光素子(3B) (
30)により得られたビート信号を入力として所定の演
算を行ない、測定対象物(39)までの距離を算出する
演算部(41)を有している。To explain in more detail, as shown in FIG.
The laser beam output from (31) is split into two by the beam splitter (32), and one of the beams is sent to the beam splitter (33).
), the light is further divided into two and irradiated onto reference reflectors (34) and (35) each having a different optical path length, the reflected lights are interfered with each other, and the interference light is received by a light receiving element (36) to obtain a beat signal. That's what I do. Then, the other light is further split into two by a beam splitter (37) and the reference reflector (
38) and the object to be measured (39), the reflected lights are caused to interfere with each other by a beam splitter (37), and the interference light is received by a light receiving element (30) to obtain a beat signal. Furthermore, the light receiving element (3B) (
It has a calculation section (41) that receives the beat signal obtained by step 30) and performs a predetermined calculation to calculate the distance to the object to be measured (39).
尚、(42)は直流電源であり、(43)は駆動電流を
制御するためのモジュレータである。Note that (42) is a DC power supply, and (43) is a modulator for controlling the drive current.
即ち、上記の構成を採用すれば、両参照反射体(34)
(35)の光路長が既知であるから、これらからの反射
光に基づくビート信号の周波数を測定することにより、
LDの最大発振周波数偏移δを算出することができる。That is, if the above configuration is adopted, both reference reflectors (34)
Since the optical path lengths of (35) are known, by measuring the frequency of the beat signal based on the reflected light from these,
The maximum oscillation frequency deviation δ of the LD can be calculated.
したがって、算出された最大発振周波数偏移δと、基準
反射体く38)および測定対象物(39)からの反射光
に基づくビート信号の周波数とにより測定対象物(39
)までの距離を正確に算出することができる。Therefore, based on the calculated maximum oscillation frequency deviation δ and the frequency of the beat signal based on the reflected light from the reference reflector 38) and the measurement object (39),
) can be accurately calculated.
〈発明が解決しようとする課題〉
上記特開昭81−223577号公報に記載された距離
DI定装置においては、L D (31)から出力され
るレーザ光が、ビームスプリッタ(32)で2分された
後、それぞれの光がさらにビームスプリッタ(33)(
37)で2分されるのであるから、各レーザ光は互に異
なる雰囲気中を通過することになる。この結果、各レー
ザ光が大気のゆらぎ等の外乱の影響を受け、各干渉信号
周波数が、外乱の影響を受けない場合と比較して大きく
影響を受けてしまうのであるがら、L D (31)の
最大発振周波数偏移δの影響を排除することができても
、余り高精度に測定対象物(39)までの距離を算出す
ることが不可能になってしまうという問題がある。<Problems to be Solved by the Invention> In the distance DI determination device described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 81-223577, the laser beam output from the LD (31) is divided into two parts by the beam splitter (32). After that, each light is further transmitted to a beam splitter (33) (
37), each laser beam passes through a different atmosphere. As a result, each laser beam is affected by disturbances such as atmospheric fluctuations, and each interference signal frequency is significantly affected compared to the case where it is not affected by disturbances. Even if the influence of the maximum oscillation frequency deviation δ can be eliminated, there is a problem in that it becomes impossible to calculate the distance to the measurement object (39) with very high accuracy.
さらに、上記の問題点を考慮して、互に異なる波長のレ
ーザ光を出射する1対のLDを使用し、両LDから出射
されるレーザ光を同一光路に導き、各波長のレーザ光毎
に干渉信号を得、両干渉信号に基づいて外乱の影響を排
除し、測定対象物までの距離を高精度に測定することが
考えられるが、LDの数が増加するのみならず、両レー
ザ光を同一光路に導くための手段が必要になり、全体と
して構成が著しく複雑化するという問題がある。Furthermore, in consideration of the above problems, a pair of LDs that emit laser beams of different wavelengths are used, and the laser beams emitted from both LDs are guided to the same optical path, so that each laser beam of each wavelength is It is conceivable to obtain an interference signal, eliminate the influence of disturbance based on both interference signals, and measure the distance to the measurement target with high precision, but this would not only increase the number of LDs but also require the use of both laser beams. There is a problem in that a means for guiding the light to the same optical path is required, and the overall configuration becomes extremely complicated.
〈発明の目的〉
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
LDを増加させることなく外乱の影響を排除し、測定対
象物までの距離を高精度に測定することができる距離測
定方法およびその装置を提供することを目的としている
。<Object of the invention> This invention was made in view of the above problems,
It is an object of the present invention to provide a distance measuring method and a device thereof that can eliminate the influence of disturbance without increasing LD and measure the distance to a measurement target with high precision.
〈課題を解決するための手段〉
上記の目的を達成するための、この発明の距離測定方法
は、半導体レーザを三角波変調することにより三角波状
に周波数変調されたレーザ光を得、得られたレーザ光に
基づいて互に直交する偏光成分のみを有する偏光を得、
両偏光をほぼ同一の光路に導くとともに、光路の途中に
おいて各偏光の光路長を互に変化させ、三角波の立上り
部分および立下り部分において偏光方向が等しい偏光に
基づく干渉信号周波数に対応する信号を得、両干渉信号
周波数に対応する信号に基づいて光路長差に対応するビ
ート信号周波数を得る方法である。<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the distance measuring method of the present invention obtains a laser beam whose frequency is modulated in a triangular wave form by triangular wave modulating a semiconductor laser. Obtain polarized light having only mutually orthogonal polarized components based on the light,
While guiding both polarized lights to almost the same optical path, the optical path length of each polarized light is mutually changed in the middle of the optical path, and a signal corresponding to the interference signal frequency based on the polarized light with the same polarization direction in the rising and falling parts of the triangular wave is generated. In this method, the beat signal frequency corresponding to the optical path length difference is obtained based on the signals corresponding to both interference signal frequencies.
上記の目的を達成するための、この発明の距離測定装置
は、半導体レーザを≦角波変調する変調手段と、三角波
状に周波数変調されたレーザ光に基いて互に直交する偏
光成分のみを有する偏光を得る偏光生成手段と、両偏光
をほぼ同一の光路に導く光干渉系と、光路の途中におい
て各偏光の光路長を互に変化させる光路長調整手段と、
三角波の立上り部分および立下り部分において偏光方向
が等しい偏光に基づく干渉信号周波数に対応する信号を
得る1対の干渉信号抽出手段と、両干渉信号周波数に対
応する信号に基づいて光路長差に対応するビート信号周
波数を得るビート周波数算出手段とを有している。To achieve the above object, the distance measuring device of the present invention has a modulation means for modulating a semiconductor laser with ≦angular waves, and only mutually orthogonal polarization components based on a triangular wave frequency modulated laser beam. A polarized light generating means for obtaining polarized light, an optical interference system that guides both polarized lights to substantially the same optical path, and an optical path length adjusting means for mutually changing the optical path length of each polarized light in the middle of the optical path.
A pair of interference signal extraction means for obtaining a signal corresponding to an interference signal frequency based on polarization having the same polarization direction in the rising and falling portions of a triangular wave, and a pair of interference signal extraction means for obtaining a signal corresponding to an interference signal frequency based on polarization having the same polarization direction in the rising and falling portions of the triangular wave, and corresponding to the optical path length difference based on the signal corresponding to both interference signal frequencies. and a beat frequency calculation means for obtaining a beat signal frequency.
但し、上記偏光生成手段が偏光ビームスプリッタであり
、上記光干渉系が、偏光ビームスプリッタにより生成さ
れた各偏光をそれぞれ2分して、互に直交する偏光成分
のみを有する偏光を、互に異なる2つの光路に導く無偏
光ビームスプリッタを有していることが好ましい。However, the polarized light generation means is a polarized beam splitter, and the optical interference system divides each polarized light generated by the polarized beam splitter into two, and divides the polarized light having only mutually orthogonal polarized components into different polarized lights. Preferably, it has a non-polarizing beam splitter that leads to two optical paths.
また、上記測定対象物が直線偏光を楕円偏光として反射
させるものである場合には、上記偏光生成手段が測定対
象物に向かうレーザ光から分岐させられたレーザ光の光
路に配置されていることが好ましい。Further, when the measurement object reflects linearly polarized light as elliptically polarized light, the polarization generating means may be disposed in the optical path of the laser beam branched from the laser beam directed toward the measurement object. preferable.
さらに、上記光路長調整手段が偏光の種類に対応して互
に異なる光路を選択させるものであるとともに、測定対
象物からの反射光光路、基準光路の一方に配置されてい
ることが好ましい。Further, it is preferable that the optical path length adjusting means selects different optical paths depending on the type of polarized light, and is disposed on one of the optical path of the reflected light from the object to be measured and the reference optical path.
く作用〉
以上の距離測定方法であれば、三角波変調される半導体
レーザから出力されるレーザ光を2分して、一方を測定
対象物に照射するとともに、他方を光路長が既知の基準
光路に導き、測定対象物からの反射光および基準光路に
導かれた光を干渉させて干渉信号を得、干渉信号に基づ
いて距離データを得る場合において、レーザ光に基いて
互に直交する偏光成分のみを有する偏光を得るようにし
ているので、同一の偏光成分を有する偏光同士の間にお
いてのみ干渉信号が得られる。In the distance measurement method described above, the laser beam output from the triangular wave modulated semiconductor laser is divided into two parts, one of which is irradiated onto the object to be measured, and the other is placed on a reference optical path with a known optical path length. When the reflected light from the object to be measured and the light guided to the reference optical path are interfered to obtain an interference signal and distance data is obtained based on the interference signal, only mutually orthogonal polarization components based on the laser beam are used. Since polarized light having the same polarization component is obtained, interference signals can be obtained only between polarized light having the same polarization component.
そして、各偏光の光路長が、光路の途中において変化さ
せられているので、各偏光に基く干渉信号は、各偏光の
光路長差、最大発振周波数偏移、外乱に対応する周波数
を有することになる。また、上記最大発振周波数偏移は
、三角波の立上り部分と立下り部分とでは絶対値が等し
く、符号が逆になる。Since the optical path length of each polarized light is changed in the middle of the optical path, the interference signal based on each polarized light has a frequency corresponding to the optical path length difference of each polarized light, the maximum oscillation frequency shift, and the disturbance. Become. Furthermore, the maximum oscillation frequency shift has the same absolute value and opposite signs in the rising and falling parts of the triangular wave.
したがって、上記各偏光に基づく干渉信号周波数に対応
する信号に基づいて、測定対象物を含む光路長と基準光
路長との差に対応するビート信号周波数を得ることがで
き、ビート信号周波数に基づいて測定対象物までの距離
を高精度に測定することができる。Therefore, the beat signal frequency corresponding to the difference between the optical path length including the measurement target and the reference optical path length can be obtained based on the signal corresponding to the interference signal frequency based on each of the polarizations, and based on the beat signal frequency. The distance to the object to be measured can be measured with high precision.
以上の構成の距離測定装置であれば、変調手段により半
導体レーザを三角波変調することにより、三角波状に周
波数変調が施されたレーザ光を出射させることができる
。そして、レーザ光を、2分される前または後において
偏光生成手段に導くことにより互に直交する偏光成分の
みを有する偏光を得ることができ、両偏光が光干渉系に
おいてほぼ同一の光路に導かれる。したがって、測定対
象物から反射された光および基準光路に導かれた光は、
共に、偏光方向が互に直交する偏光を有していることに
なり、最終的に同一の偏光方向の偏光同士が干渉し合う
ことにより2つの干渉信号が得られる。With the distance measuring device having the above configuration, by triangular wave modulating the semiconductor laser using the modulation means, it is possible to emit a laser beam frequency modulated in a triangular wave shape. By guiding the laser beam to the polarization generating means before or after it is split into two, polarized light having only mutually orthogonal polarization components can be obtained, and both polarized lights are guided to almost the same optical path in the optical interference system. It will be destroyed. Therefore, the light reflected from the measurement object and the light guided to the reference optical path are
Both of them have polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other, and two interference signals are obtained when the polarized lights of the same polarization direction finally interfere with each other.
しかし、何れかの光路に導かれる光は光路長調整手段に
導かれるのであるから、互に偏光方向が異なる偏光同士
についてみれば光路長が互に異なり、上記2つの干渉信
号は、互に異なる光路長差に対応するものとなる。However, since the light guided to either optical path is guided to the optical path length adjustment means, the optical path lengths of the polarized lights with different polarization directions are different, and the two interference signals mentioned above are different from each other. This corresponds to the difference in optical path length.
そして、1対の干渉信号抽出手段により、三角波の立上
り部分および立下り部分において偏光方向が等しい偏光
に基づく干渉信号周波数に対応する信号を得ることがで
き、得られた両干渉信号周波数に対応する信号をビート
周波数算出手段に供給することにより、最大発振周波数
偏移の影響、外乱の影響を排除して、光路長差に対応す
るビート信号周波数を得ることができる。Then, by the pair of interference signal extraction means, it is possible to obtain a signal corresponding to the interference signal frequency based on the polarization having the same polarization direction in the rising and falling parts of the triangular wave, and the signal corresponding to the interference signal frequency corresponding to both obtained interference signal frequencies can be obtained. By supplying the signal to the beat frequency calculation means, it is possible to eliminate the influence of the maximum oscillation frequency shift and the influence of disturbance, and obtain the beat signal frequency corresponding to the optical path length difference.
したがって、得られたビート信号周波数および光路長差
に基づいて測定対象物までの距離を高精度に算出するこ
とができる。Therefore, the distance to the object to be measured can be calculated with high accuracy based on the obtained beat signal frequency and optical path length difference.
そして、偏光生成手段が偏光ビームスプリッタであり、
光干渉系が、偏光ビームスプリッタにより生成された各
偏光をそれぞれ2分して、互に直交する偏光成分のみを
有する偏光を、互に異なる2つの光路に導く無偏光ビー
ムスプリッタを有している場合には、偏光ビームスプリ
ッタにより偏光方向が互に直交する偏光を得ることがで
き、これらの偏光を無偏光ビームスプリッタに供給する
ことにより、各偏光をそれぞれ2分し、それぞれ他方の
偏光が2分された光と同一の光路に導くことができる。And the polarization generating means is a polarization beam splitter,
The optical interference system has a non-polarizing beam splitter that divides each polarized light generated by the polarizing beam splitter into two and guides the polarized light having only mutually orthogonal polarized components to two mutually different optical paths. In some cases, it is possible to obtain polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other by a polarizing beam splitter, and by supplying these polarized lights to a non-polarizing beam splitter, each polarized light is divided into two, and each polarized light is divided into two. It can be guided to the same optical path as the separated light.
したがって、両偏光を含む光をそれぞれ別の光路に導き
、上記と同様にして高精度に測定対象物までの距離を算
出することができる。Therefore, the distance to the object to be measured can be calculated with high accuracy in the same manner as described above by guiding the light including both polarized lights to separate optical paths.
また、測定対象物が直線偏光を楕円偏光として反射させ
るものであり、偏光生成手段が測定対象物に向かうレー
ザ光から分岐させられたレーザ光の光路に配置されてい
る場合には、半導体レーザから測定対象物までの間にお
いて単にレーザ光を導くだけでよく、レーザ光の光路を
揃えるための構成が不要になるので、構成を簡素化する
ことができるとともに、高精度の距離測定を行なうこと
ができる。In addition, if the object to be measured reflects linearly polarized light as elliptically polarized light and the polarization generating means is placed in the optical path of the laser beam branched from the laser beam directed toward the object to be measured, It is sufficient to simply guide the laser beam to the object to be measured, and no configuration is required to align the optical path of the laser beam, so the configuration can be simplified and distance measurement can be performed with high precision. can.
さらに、光路長調整手段が偏光の種類に対応して互に異
なる光路を選択させるものであるとともに、測定対象物
からの反射光光路、基準光路の一方に配置されている場
合には、光路長調整手段の構成を簡素化することができ
るとともに、両偏光を揃えるための余分な光学部材を設
ける必要がなく、光学系を全体として簡素化することが
できる。Furthermore, when the optical path length adjustment means selects different optical paths depending on the type of polarized light, and is arranged on one of the optical path of the reflected light from the measurement object and the reference optical path, the optical path length adjustment means The configuration of the adjusting means can be simplified, and there is no need to provide an extra optical member for aligning both polarized lights, and the optical system as a whole can be simplified.
さらに詳細に説明すると、大気のゆらぎ等の外乱による
ノイズNω(1)は乗法性雑音であり、この雑音を考慮
した干渉信号I ac (t )は、Iac(t) =
A cos (ωb t+Nω(t)+φ)・・・■
(但し、I ac (t )は三角波変調によるヘテロ
ダイン干渉信号の交流分、Aは振幅強度、ωbはビート
周波数、φは位相)
となる。即ち、干渉信号周波数は外乱により影響を受け
、本来のビート周波数ωbとは異なる値になっている。To explain in more detail, the noise Nω(1) due to disturbances such as atmospheric fluctuations is multiplicative noise, and the interference signal I ac (t) considering this noise is Iac(t) =
A cos (ωb t+Nω(t)+φ)...■ (where I ac (t) is the alternating current component of the heterodyne interference signal by triangular wave modulation, A is the amplitude intensity, ωb is the beat frequency, and φ is the phase). That is, the interference signal frequency is affected by the disturbance and has a value different from the original beat frequency ωb.
この外乱の周波数成分を知ることは従来から不可能であ
ることが知られており、このため、従来は、外乱の影響
を受けたままの干渉信号周波数に基づいて測定対象物ま
での距離を算出していた。It has long been known that it is impossible to know the frequency components of this disturbance, and for this reason, conventional methods have been to calculate the distance to the measurement target based on the interference signal frequency that is still affected by the disturbance. Was.
本件発明者は、鋭意研究を行なった結果、外乱の周波数
を知ることは不可能であるけれども、特別な悪環境下で
ない限り外乱の周波数が数10I(Z以下であり、通常
はlOH2以下の低周波成分であることを見出し、この
ような低周波成分のみである場合には、2系統の干渉系
を用いて干渉信号周波数を得ることにより、外乱の影響
を著しく排除し、高精度のビート周波数を算出す′るこ
とができることを見出した。As a result of intensive research, the inventor of the present invention found that although it is impossible to know the frequency of disturbance, unless under a particularly bad environment, the frequency of disturbance is below several 10I (Z), and is usually as low as 1OH2 or below. If the frequency component is found to be a high frequency component, and if there is only such a low frequency component, by obtaining the interference signal frequency using two interference systems, the influence of disturbance can be significantly eliminated, and a highly accurate beat frequency can be obtained. We found that it is possible to calculate
詳細に説明すると、干渉周波数の測定は変調波である三
角波の半周期以内に行なわなければならず、通常の測定
時間は数m5ec以下に設定される。To explain in detail, the interference frequency must be measured within half a period of the triangular wave that is the modulated wave, and the normal measurement time is set to several m5ec or less.
そして、このように外乱の周波数変化に比べて著しく短
い時間内においては
Nω(t)′、ωNt
(但し、ωNは低周波の寄せ集め)
となるから、上20式は
Iac(t) ′、A cos ((ωb +(LIN
) t+φ)・・・■
で近似することができる。In this way, in a time that is significantly shorter than the frequency change of the disturbance, Nω(t)' and ωNt (however, ωN is a collection of low frequencies), so the above equation 20 becomes Iac(t)', A cos ((ωb +(LIN
) t+φ)...■ It can be approximated as follows.
また、ビート周波数は周波数偏移量δに比例するので、
三角波の立上り部分と立下り部分とでは、周波数偏移の
絶対値が等しく、符号のみが逆になる。したがって、上
記画部分に対応する干渉信号の交流分は、
I ac (立上り) :A cos ((ωb +ω
N ) t+φ)・・・■
Iac(立下り) ′、A cos ((ωb −CL
)N ) t+φ)・・・■
となる。この結果、上記(10式からそれぞれ干渉信号
周波数(ωb+ωN)および(ωb−ωN)が得られ、
画周波数に基づいて外乱の影響が排除されたビート周波
数ωbを算出すること力(できる。Also, since the beat frequency is proportional to the frequency deviation amount δ,
The absolute value of the frequency shift is the same in the rising and falling parts of the triangular wave, and only the signs are opposite. Therefore, the alternating current component of the interference signal corresponding to the above image part is I ac (rise) : A cos ((ωb + ω
N ) t+φ)...■ Iac (falling) ′, A cos ((ωb −CL
)N ) t+φ)...■. As a result, the interference signal frequencies (ωb + ωN) and (ωb - ωN) are obtained from Equation 10 above, respectively,
It is possible to calculate the beat frequency ωb from which the influence of disturbance has been removed based on the image frequency.
しかし、上記のようにして算出されたビート周波数ωb
に基づいて直ちに測定対象物までの距離を算出すると、
ビート周波数が周波数偏移量の影響を受けているので、
算出距離が不正確になってしまう。However, the beat frequency ωb calculated as above
Immediately calculate the distance to the object based on
Since the beat frequency is affected by the amount of frequency deviation,
The calculated distance becomes inaccurate.
この点に着目して、互に干渉し合わないレーザ光LIS
L2をほぼ同一の光路に導き、しがも両光路長JOを予
め所定値に設定しておけば、各レーザ光L1、L2の周
波数ω11ω2は、ω1−ωb1+ωN (立上り)
・・・■または
ωl−ωbl−ωN (立下り) ・・・■
ω2■ωb2+ωN (立上り) ・・・■
または
ω2−ωb2−ωN (立下り) ・・・■
(但し、ωbl、ωb2はそれぞれレーザ光Ll。Focusing on this point, laser beam LIS that does not interfere with each other
If L2 is guided to almost the same optical path and both optical path lengths JO are set to predetermined values in advance, the frequency ω11ω2 of each laser beam L1 and L2 will be ω1−ωb1+ωN (rising)
...■ or ωl-ωbl-ωN (falling) ...■
ω2■ωb2+ωN (rising) ・・・■
Or ω2-ωb2-ωN (falling)...■
(However, ωbl and ωb2 are laser beams Ll, respectively.
L2のビート周波数) となる。L2 beat frequency) becomes.
したがって、レーザ光Llの光路長が長いか否かに対応
させて上記(10式または(10式を選択して演算を行
なえば、測定対象物までの距離Jは、ノー((ωb1+
ωb2) / (ωbl−ωb2)−11JO/2+J
L
(但し、JLはレーザ光を2分する分離器と基準反射体
との間の距離)
となり、外乱の影響のみならず周波数偏移量の影響が排
除されて、’DI定対象物までの距離を正確に算出する
ことができることになる。Therefore, if the above equation (10 or (10) is selected and calculated depending on whether the optical path length of the laser beam Ll is long or not, the distance J to the object to be measured can be calculated as follows:
ωb2) / (ωbl-ωb2)-11JO/2+J
L (where JL is the distance between the separator that divides the laser beam into two and the reference reflector), and not only the influence of disturbance but also the influence of frequency deviation are eliminated, and the distance to the 'DI constant target is This means that the distance can be calculated accurately.
〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Example> Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings showing examples.
第1図はこの発明の距離測定装置の一実施例を示す概略
図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the distance measuring device of the present invention.
測定用のレーザ光を出力するt、 o (1)に対して
、直流電源(りからの出力信号およびモジュレータ(3
)からの出力信号を加算器(4)により加算した状態で
供給している。そして、上記モジュレータ(3)からの
出力信号を三角波状に周期的に変化させることにより、
L D (1)から三角波状に周波数が変化するレーザ
光を出力するようにしている。For t, o (1) that outputs the laser beam for measurement, the output signal from the DC power supply and the modulator (3
) are added together by an adder (4) and then supplied. Then, by periodically changing the output signal from the modulator (3) in the form of a triangular wave,
L D (1) outputs a laser beam whose frequency changes in a triangular wave pattern.
上記L D (1)から出射されるレーザ光の光路上に
コリメータレンズ(5)および偏光ビームスプリッタ(
6)がこの順に配置されているとともに、偏光ビームス
プリッタ(6)の光分岐面の延長上に光分岐面が位置す
るように無偏光ビームスプリッタ(7)が配置されてい
る。そして、偏光ビームスプリッタ(6)により2分さ
れる光の双方を無偏光ビームスプリッタσ)に導くプリ
ズム(8a) (6b)が配置されている。A collimator lens (5) and a polarizing beam splitter (
6) are arranged in this order, and the non-polarizing beam splitter (7) is arranged so that the light branching surface is located on an extension of the light branching surface of the polarizing beam splitter (6). Prisms (8a) and (6b) are arranged to guide both of the lights split into two by the polarizing beam splitter (6) to the non-polarizing beam splitter σ).
そして、無偏光ビームスプリッタ(7)の一方の出射面
と測定対象物(9)との間に集光レンズ系(8)が配置
されている。さらに、測定対象物(9)により反射され
、集光レンズ系(8)を通過した光の光路上に、光路上
に位置する2個の偏光ビームスプリッタ(10a)(f
ob)および一方の偏光ビームスプリッタ(10a)に
より分岐された光を他方の偏光ビームスプリッタ(10
b)に導く2個の偏光ビームスプリッタ(10c)(l
od)から構成される偏光素子群(10)が配置されて
いるとともに、上記無偏光ビームスプリッタ(7)の他
方の出射光と上記偏光ビームスプリッタ(10b)から
の出射光との交差位置に無偏光ビームスプリッタ(11
)が配置されている。そして、無偏光ビームスプリッタ
(11)から出射される1対の光の光路上に、偏光板(
12a) (12b)および受光素子(18a)(13
b)がそれぞれ配置されている。さらに、上記両受光素
子(13a) (13b)から出力される干渉信号は信
号処理部(14)に供給されている。A condensing lens system (8) is arranged between one exit surface of the non-polarizing beam splitter (7) and the object to be measured (9). Furthermore, two polarizing beam splitters (10a) (f
ob) and one polarizing beam splitter (10a) to the other polarizing beam splitter (10a).
b) Two polarizing beam splitters (10c) (l
A polarizing element group (10) consisting of a polarizing element group (10) is arranged, and a polarizing element group (10) consisting of a polarizing element group (10) is arranged, and a polarizing element group (10) consisting of Polarizing beam splitter (11
) are placed. A polarizing plate (
12a) (12b) and light receiving elements (18a) (13
b) are arranged respectively. Further, the interference signals output from both the light receiving elements (13a) and (13b) are supplied to a signal processing section (14).
尚、上記n1定対象物(9)としては、偏光特性を変化
させることなく光を反射させる材質であればよく、例え
ば金属に適用できる。Note that the n1 constant object (9) may be any material as long as it reflects light without changing its polarization characteristics, such as metal.
上記の構成の距離Δ−1定装置の動作は次のとおりであ
る。The operation of the distance Δ-1 constant device having the above configuration is as follows.
L D (1)から出力されるレーザ光LAIはコリメ
ータレンズ(5)により平行光束化された状態で偏光ビ
ームスプリッタ(6)に入射されることにより、互に直
交する方向の直線偏光LA2 、LA3が生成され、直
線偏光LA2はレーザ光LAIの延長方向に出射される
とともに、直線偏光LA3は直線偏光LA2と直角な方
向に出射される。そして、両直線偏光LA2 、LA3
はそれぞれプリズム(Ba) (6b)により反射させ
られて無偏光ビームスプリッタ(7)に導かれるので、
各直線偏光LA2、LA3がそれぞれ2分されて直線偏
光LA21、L A 22、LA31、LA32となり
、偏光方向が互に直交する直線偏光LA21、LA31
がレーザ光LA1と平行な方向に出射させられるととも
に、偏光方向が互に直交する直線偏光LA22、LA3
2がレーザ光LAIと直角な方向に出射させられる。The laser beam LAI output from the LD (1) is collimated by the collimator lens (5) and then enters the polarizing beam splitter (6), thereby forming linearly polarized beams LA2 and LA3 in mutually orthogonal directions. is generated, and the linearly polarized light LA2 is emitted in the extension direction of the laser beam LAI, and the linearly polarized light LA3 is emitted in the direction perpendicular to the linearly polarized light LA2. And both linearly polarized lights LA2, LA3
are reflected by the prism (Ba) (6b) and guided to the non-polarizing beam splitter (7), so
Each of the linearly polarized lights LA2 and LA3 is divided into two to become linearly polarized lights LA21, LA22, LA31, and LA32, and the linearly polarized lights LA21 and LA31 whose polarization directions are orthogonal to each other
is emitted in a direction parallel to the laser beam LA1, and linearly polarized lights LA22 and LA3 whose polarization directions are orthogonal to each other are emitted.
2 is emitted in a direction perpendicular to the laser beam LAI.
上記直線偏光LA21、LA31は集光レンズ系(8)
を通して測定対象物(9)の表面に導かれ、反射された
後、再び集光レンズ系(8)を通して偏光素子群(10
)に導かれる。偏光素子群(10)においては、偏光ビ
ームスプリッタ(10a)において直線偏光LA21が
直進させられるとともに、直線偏光LA31が直交方向
に分岐させられる。そして、直線偏光LA31は偏光ビ
ームスプリッタ(10e) (10d)により進行方向
がそれぞれ90″ずつ変化させられることにより偏光ビ
ームスプリッタ(10b)に導かれ、直線偏光LA21
はそのまま直進して偏光ビームスプリッタ(tab)に
導かれるので、再び同一方向に出射される。但し、上記
の説明から明らかなように、直線偏光LA31の光路長
が直線偏光LA21の光路長よりも長くなっている。The linearly polarized lights LA21 and LA31 are condensing lens systems (8)
After being guided to the surface of the object to be measured (9) and reflected, the polarizing element group (10
). In the polarizing element group (10), the linearly polarized light LA21 is made to travel straight in the polarizing beam splitter (10a), and the linearly polarized light LA31 is split in orthogonal directions. The linearly polarized light LA31 is guided to the polarized beam splitter (10b) by changing its traveling direction by 90'' by the polarizing beam splitters (10e) and (10d), and the linearly polarized light LA21
The light continues straight and is guided to the polarizing beam splitter (TAB), so it is emitted in the same direction again. However, as is clear from the above description, the optical path length of the linearly polarized light LA31 is longer than the optical path length of the linearly polarized light LA21.
以上のようにして光路長に差が持たされた直線偏光LA
21、LA31が無偏光ビームスプリッタ(11)に導
かれるとともに、上記直線偏光LA22、LA32も無
偏光ビームスプリッタ(1’1)に導がれるのであるか
ら、直線偏光LA21SLA22が干渉させられるとと
もに、直線偏光LA31、LA32が干渉させられ、両
干渉光が2分された状態で互に直交する方向に出射され
る。そして、一方の出射光LA4が偏光板(12a)に
導かれることにより、直線偏光LA21. LA22に
よる干渉光LA41のみが抽出され、受光素子(13a
)により電気信号に変換される。また、他方の出射光L
A5が偏光板(12b)に導かれることにより、直線偏
光LA31. LA32による干渉光LA51のみが抽
出され、受光素子(13b)により電気信号に変換され
る。Linearly polarized light LA with a difference in optical path length as described above
21. Since LA31 is guided to the non-polarized beam splitter (11), and the linearly polarized lights LA22 and LA32 are also guided to the non-polarized beam splitter (1'1), the linearly polarized lights LA21 and SLA22 are caused to interfere, and the linear The polarized lights LA31 and LA32 are caused to interfere, and both interference lights are emitted in two halves in directions perpendicular to each other. Then, one of the emitted lights LA4 is guided to the polarizing plate (12a), so that the linearly polarized lights LA21. Only the interference light LA41 caused by LA22 is extracted, and the light receiving element (13a
) is converted into an electrical signal by Also, the other output light L
By guiding A5 to the polarizing plate (12b), linearly polarized light LA31. Only the interference light LA51 caused by LA32 is extracted and converted into an electrical signal by the light receiving element (13b).
その後は、両受光素子(13a) (rab)から出力
される電気信号を信号処理部(14)に供給することに
より、外乱による影響、周波数偏移量による影響を排除
して測定対象物までの正確な距離を算出することができ
る。Thereafter, by supplying the electrical signals output from both light receiving elements (13a) (RAB) to the signal processing unit (14), the influence of disturbance and the influence of frequency deviation can be eliminated and the signal to be measured can be detected. Accurate distance can be calculated.
第2図は信号処理部の電気的構成の一例を示すブロック
図であり、上記受光素子(13a) (13b)から出
力される電気信号をそれぞれ入力とする波形整形器(1
5a) (15b)と、両波形整形器(15a) (1
5b)からの出力信号を入力とする乗算器(16)と、
乗算器(16)からの出力信号を入力とするバンドパス
フィルタ(17a) (17b)と、各バンドパスフィ
ルタ(17a)(17b)からの出力信号を入力とする
増幅器(18a)(16b)と、各増幅器(18a)
(16b)からの出力信号を比較入力信号とする比較器
(19a) (tab)と、互にレベルが異なる1対の
ゲートパルスGl 、G2を生成するゲートパルス発生
器(20)と、上記ゲートパルスGlにより動作が制御
されるとともに、各比較器(19a) (19b)から
の比較結果信号を入力とするカウンタ(21a) (2
lb)と、上記ゲートパルスG2により動作が制御され
るとともに、比較器(19a)がらの比較結果信号を入
力とするカウンタ(21c)と、上記カウンタ(21a
) (21b) (21c)からのカウント信号を入力
とする演算器(22)と、演算器(22)がらの出力信
号を入力とする表示器(23)とを有している。FIG. 2 is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the signal processing section, in which the waveform shaper (1
5a) (15b) and both waveform shapers (15a) (1
a multiplier (16) inputting the output signal from 5b);
Bandpass filters (17a) (17b) that receive the output signal from the multiplier (16) as inputs, and amplifiers (18a) (16b) that receive the output signals from each of the bandpass filters (17a) (17b) as inputs. , each amplifier (18a)
a comparator (19a) (tab) which uses the output signal from (16b) as a comparison input signal; a gate pulse generator (20) which generates a pair of gate pulses Gl and G2 having mutually different levels; A counter (21a) (2) whose operation is controlled by the pulse Gl and which inputs the comparison result signal from each comparator (19a) (19b).
lb), a counter (21c) whose operation is controlled by the gate pulse G2 and receives the comparison result signal from the comparator (19a), and the counter (21a).
) (21b) It has an arithmetic unit (22) which inputs the count signal from (21c), and a display device (23) which inputs the output signal from the arithmetic unit (22).
尚、上記ゲートパルスGl 、G2のレベルは上記三角
波の立上り部分と立下り部分とに対応して変化させられ
る。The levels of the gate pulses Gl and G2 are changed in accordance with the rising and falling portions of the triangular wave.
上記の横、成の信号処理部の動作は次のとおりである。The operation of the horizontal and vertical signal processing sections described above is as follows.
受光素子(13a)からは干渉光LA41に対応する電
気信号が出力されるので、波形整形器(15a)におい
て強度変調による影響を排除するための除算等が行なわ
れることにより COS (ωbs+ωN)tの周波数
成分を有する信号を得ることができ、また受光素子(1
3b)からは干渉光LA51に対応する電気信号が出力
されるので、波形整形器(15b)において強度変調に
よる影響を排除するための除算等が行なわれることによ
り COS (ωbp+ωN)tの周波数成分を有する
信号を得ることができる。Since the light-receiving element (13a) outputs an electrical signal corresponding to the interference light LA41, the waveform shaper (15a) performs division to eliminate the influence of intensity modulation, thereby changing the COS (ωbs+ωN)t. A signal having frequency components can be obtained, and the light receiving element (1
Since the electrical signal corresponding to the interference light LA51 is output from 3b), the waveform shaper (15b) performs division to eliminate the influence of intensity modulation, thereby converting the frequency component of COS (ωbp+ωN)t. You can get a signal with
但し、ωbsは干渉光LA41のビート周波数、ωbp
は干渉光LA51のビート周波数、ωNは外乱に起因す
るノイズである。However, ωbs is the beat frequency of interference light LA41, ωbp
is the beat frequency of the interference light LA51, and ωN is the noise caused by disturbance.
そして、各周波数成分cos (ωbs+ωN ) t
。Then, each frequency component cos (ωbs+ωN) t
.
cos (ωbp+ωN)tを有する信号が乗算器(1
6)に供給されることにより乗算が行なわれ、次いでバ
ンドパスフィルタ(17a) (17b)に供給される
ことにより互に異なる周波数成分COS (ωbs+ω
bp+2 ωN ) tSeO8(ωbs −ωbp)
tを有する2つの信号が得られる゛。次いで、上記両
信号をそれぞれ増幅器(18a) (16b)により増
幅し、比較器(19a)(19b)において所定の基準
値と比較されることにより、各信号の周波数に対応する
パルス信号が得られる。したがって、これらのパルス信
号数を計数することにより、上記各信号の周波数を得る
ことができる。さらに詳細に説明すると、上記ノイズに
起因する周波数成分を有していない信号については、三
角波の立上り部分に対応する時間内、即ち、ゲートパル
スGlにより規定される時間内において単にカウンタ(
21b)によりパルス信号数を計数するだけでよく、ω
3−ωbs−ωbpの周波数を得ることができる。また
、上記ノイズに起因する周波数成分を有している信号に
ついては、ゲートパルスGlにより規定される時間内に
おいてカウンタ(21a)によりパルス信号数を計数す
ることによりωl−ωbs+ωbp+ 2ωNの周波数
(第3図C参照)を得ることができ、ゲートパルスG2
により規定されている時間内においてカウンタ(21c
)によりパルス信号数を計数することにより(L)2
wa ωbs+ ωbp −2ωNの周波数(第3図C
参照)を得ることができる。そして、上記画周波数ω1
1ω2を加算すれば、ωNが完全に除去される(第3図
C参照)。The signal with cos (ωbp+ωN)t is sent to the multiplier (1
6) for multiplication, and then supplied to bandpass filters (17a) and (17b) to obtain mutually different frequency components COS (ωbs+ω
bp+2 ωN ) tSeO8(ωbs −ωbp)
Two signals with t are obtained. Next, both of the above signals are amplified by amplifiers (18a) and (16b), respectively, and compared with predetermined reference values in comparators (19a and 19b), thereby obtaining a pulse signal corresponding to the frequency of each signal. . Therefore, by counting the number of these pulse signals, the frequency of each of the above signals can be obtained. To explain in more detail, for a signal that does not have a frequency component caused by the above-mentioned noise, the counter (
21b), it is only necessary to count the number of pulse signals, and ω
A frequency of 3-ωbs-ωbp can be obtained. Furthermore, regarding the signal having a frequency component caused by the above-mentioned noise, the frequency of ωl-ωbs+ωbp+2ωN (third (see Figure C) can be obtained, and the gate pulse G2
The counter (21c
) by counting the number of pulse signals (L)2
Frequency of wa ωbs+ ωbp -2ωN (Fig. 3C
) can be obtained. Then, the image frequency ω1
By adding 1ω2, ωN is completely removed (see Figure 3C).
したがって、上記各カウンタ(21a) (21b)
(21c)により得られた周波数ω1、ω3、ω2を演
算器(22)に供給して
J−iL−+(ωl+ω2)/2ω3−1)ノ0/2
の演算を行なわせることにより、ノイズの影響を排除し
、しかも周波数偏移量の影響をも排除してn1定対象物
(9)までの距離を正確に算出することができる。その
後は、算出された距離を表示器(23)により可視的に
表示することができる。Therefore, each of the above counters (21a) (21b)
The frequencies ω1, ω3, and ω2 obtained by (21c) are supplied to the arithmetic unit (22) to calculate J−iL−+(ωl+ω2)/2ω3−1)ラ0/2, thereby reducing noise. It is possible to accurately calculate the distance to the n1 constant object (9) by eliminating the influence and also by eliminating the influence of the amount of frequency deviation. Thereafter, the calculated distance can be visually displayed on the display (23).
〈実施例2〉
第4図は距M測定装置の他の実施例の要部を示す概略図
であり、上記実施例と異なる点は、偏光素子群(10)
を集光レンズ系(8)と無偏光ビームスプリッタ(11
)との間に配置する代わりに、無偏光ビームスプリッタ
(7)(11)の間に配置した点のみであり、他の部分
の構成は同一である。<Example 2> Fig. 4 is a schematic diagram showing the main parts of another example of the distance M measuring device, and the difference from the above example is that the polarizing element group (10)
A condensing lens system (8) and a non-polarizing beam splitter (11)
), but instead of being placed between the non-polarizing beam splitters (7) and (11), the configuration of the other parts is the same.
したがって、この実施例の場合には、測定対象物(9)
に照射され、反射される光の光路長は各偏光について互
に等しいのであるが、無、偏光ビームスプリッタ(7)
からそのまま無偏光ビームスプリッタ(11)に導かれ
る光の光路中に偏光素子群(10)が配置されているの
であるから、この光路を通る間における各偏光の光路長
が互に異なる値となる。Therefore, in the case of this example, the measurement object (9)
The optical path length of the light irradiated to and reflected from the beam is equal for each polarization, but if there is no polarization beam splitter (7)
Since the polarizing element group (10) is arranged in the optical path of the light that is directly guided from the polarization beam to the non-polarizing beam splitter (11), the optical path length of each polarized light while passing through this optical path becomes a different value. .
この結果、各偏光毎に生じさせられる干渉は上記光路長
の差に対応して互に異なり、この結果、互に異なる干渉
の周波数に基づいてノイズに起因する周波数の影響を排
除し、測定対象物(9)までの距離を正確に算出するこ
とができる。As a result, the interference generated for each polarized light differs depending on the difference in optical path length, and as a result, the influence of the frequency caused by noise is eliminated based on the different interference frequencies, and the measurement target is The distance to object (9) can be calculated accurately.
〈実施例3〉
第5図は距離7111定装置のさらに他の実施例の要部
を示す概略図であり、第1図の実施例と異なる点は、コ
リメータレンズ(5)と集光レンズ系(8)との間に無
偏光ビームスプリッタ(24)を配置し、無偏光ビーム
スプリッタ(24)により分岐された光の光路に対して
上記偏光ビームスプリッタ(6)、無偏光ビームスプリ
ッタ(7)およびプリズム(Eia) (6b)が配置
されている点および測定対象物(9)として、上記実施
例1,2の如く変更特性を変化させることなく光を反射
させることができる材質のみならず、直線偏光が入射し
た場合に楕円偏光として反射させる材質、例えば紙、木
にも適用できる点のみであり、他の部分の構成は同一で
ある。<Embodiment 3> Fig. 5 is a schematic diagram showing the main parts of yet another embodiment of the distance 7111 fixing device. A non-polarizing beam splitter (24) is arranged between the polarizing beam splitter (6) and the non-polarizing beam splitter (7) for the optical path of the light split by the non-polarizing beam splitter (24). The point where the prism (Eia) (6b) is arranged and the measurement target (9) are not only made of a material that can reflect light without changing the modification characteristics as in Examples 1 and 2 above, but also The only difference is that it can be applied to materials that reflect elliptically polarized light when linearly polarized light is incident, such as paper and wood, and the configuration of other parts is the same.
したがって、この実施例の場合には、測定対象物(9)
に照射されるレーザ光がL D (1)から出射された
直線偏光のままであるが、測定対象物(9)から反射さ
れることにより楕円偏光となり、その後、偏光素子群(
10)により光路長が異なる2つの偏光が得られ、また
無偏光ビームスプリッタ(24)により分岐された直線
偏光のレーザ光に基づいて偏光ビームスプリッタ(6)
および無偏光ビームスプリッタ(7)により互に直交す
る方向の直線偏光が得られるのであるから、上記実施例
と同様に外乱の影響を排除して測定対象物(9)までの
正確な距離を算出することができる。Therefore, in the case of this example, the measurement object (9)
The laser beam irradiated on the laser beam remains the linearly polarized light emitted from the L D (1), but becomes elliptically polarized light by being reflected from the object to be measured (9), and then passes through the polarizing element group (
10) to obtain two polarized lights with different optical path lengths, and a polarizing beam splitter (6) based on the linearly polarized laser light split by the non-polarizing beam splitter (24).
Since the non-polarizing beam splitter (7) and the non-polarizing beam splitter (7) can obtain linearly polarized light in mutually orthogonal directions, the accurate distance to the measurement target (9) can be calculated by eliminating the influence of disturbances in the same way as in the above embodiment. can do.
尚、第5図中(25)は無偏光ビームスプリッタ(7)
により得られる、互に直交する方向の偏光を受光する受
光素子であり、L D (1)から出射されるレーザ光
の強度を監視するため等に用いられる。In addition, (25) in Fig. 5 is a non-polarizing beam splitter (7).
This is a light-receiving element that receives polarized light in mutually orthogonal directions, and is used to monitor the intensity of laser light emitted from L D (1).
〈実施例4〉
第6図は距離測定装置のさらに他の実施例の要部を示す
概略図であり、第5図の実施例と異なる点は、偏光ビー
ムスプリッタ(6)、無偏光ビームスプリッタ(7)、
プリズム(6a) (6b)と偏光素子群(10)との
配置位置を入替えた点のみであり、他の部分の構成は同
一である。<Embodiment 4> Fig. 6 is a schematic diagram showing the main parts of yet another embodiment of the distance measuring device, and the difference from the embodiment shown in Fig. 5 is a polarizing beam splitter (6) and a non-polarizing beam splitter. (7),
The only difference is that the positions of the prisms (6a) and (6b) and the polarizing element group (10) are exchanged, and the configuration of other parts is the same.
したがって、この実施例の場合には、測定対象物(9)
に導かれないレーザ光に基づいて互に光路長が異なり、
かつ偏光方向が直交する直線偏光を得ることができると
ともに、測定対象物(9)に導かれるレーザ光に基づい
て互に光路長が等しく、かつ偏光方向が直交する直線偏
光を得ることができるのであるから、上記実施例と同様
に外乱の影響を排除して測定対象物(9)までの正確な
距離を算出することができる。Therefore, in the case of this example, the measurement object (9)
The optical path lengths are different based on the laser light that is not guided by the
In addition, it is possible to obtain linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other, and linearly polarized light whose optical path lengths are equal and whose polarization directions are orthogonal to each other based on the laser beam guided to the measurement object (9). Therefore, the accurate distance to the object to be measured (9) can be calculated by eliminating the influence of disturbances, as in the above embodiment.
尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、偏光素子群(10)を構成する偏光ビームス
プリッタ(10c) (10d)に代えて直角プリズム
、コーナーキューブを使用することが可能であるほか、
偏光ビームスプリッタ(6)に代えて無偏光ビームスプ
リッタおよび無偏光ビームスプリッタにより2分された
各光をそれぞれ互に偏光方向が直交する偏光にする偏光
素子を使用することが可能であり、その他、この発明の
要旨を変更しない範囲内において種々の設計変更を施す
ことが可能である。Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and for example, a right-angle prism or a corner cube may be used in place of the polarizing beam splitters (10c) (10d) constituting the polarizing element group (10). In addition to being possible,
In place of the polarizing beam splitter (6), it is possible to use a non-polarizing beam splitter and a polarizing element that polarizes each of the lights divided into two by the non-polarizing beam splitter into polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other. Various design changes can be made without departing from the gist of the invention.
〈発明の効果〉
以上のように第1の発明は、1つの半導体レーザから出
射されるレーザ光に基づいて互に偏光方向が直交する直
線偏光を得、両直線偏光の間に光路長の差を持たせ、か
つほぼ同一の光路に導くようにしているのであるから、
両直線偏光が同程度に受けた外乱の影響を、両直線偏光
により得られる干渉信号に基づいて排除することができ
、半導体レーザを2つ使用することに伴なう構成の複雑
化および各光学素子の配置精度の高精度化を排除して、
測定対象物までの正確な距離測定を行なうことができる
という特有の効果を奏する。<Effects of the Invention> As described above, the first invention obtains linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other based on laser light emitted from one semiconductor laser, and eliminates the difference in optical path length between the two linearly polarized lights. Because it is made to have a
The influence of disturbances to which both linearly polarized lights are affected to the same extent can be eliminated based on the interference signal obtained by both linearly polarized lights, and the complexity of the configuration due to the use of two semiconductor lasers and the need for each optical system can be eliminated. By eliminating the need for high precision element placement,
This has the unique effect of being able to accurately measure the distance to the object to be measured.
第2の発明は、1つの半導体レーザから出射されるレー
ザ光に基づいて互に偏光方向が直交する直線偏光を得、
両直線偏光の間に光路長の差を持たせ、かつほぼ同一の
光路に導くようにしているのであるから、両直線偏光が
同程度に受けた外乱の影響を、両直線偏光により得られ
る干渉信号に基づいて排除することができ、半導体レー
ザを2つ使用することに伴なう構成の複雑化および各光
学素子の配置精度の高精度化を排除して、測定対象物ま
での正確な距[11定を行なうことができるという特有
の効果を奏する。The second invention obtains linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other based on laser light emitted from one semiconductor laser,
Since both linearly polarized lights are made to have a difference in optical path length and are guided to almost the same optical path, the influence of disturbances that both linearly polarized lights receive to the same extent can be absorbed by the interference obtained by both linearly polarized lights. This eliminates the complexity of the configuration associated with the use of two semiconductor lasers and the high precision of the placement of each optical element, allowing accurate distance to the object to be measured. [It has the unique effect of being able to perform 11 constants.
第3の発明は、偏光ビームスプリッタと無偏光ビームス
プリッタとの相対位置関係を正確に設定するだけで、互
に偏光方向が直交する直線偏光を同一の光路に導出する
ことができるとともに、互に直交する方向に2分するこ
とができ、構成の複雑化を必要最少限にすることができ
るという特有の効果を奏する。The third invention is that by simply setting the relative positional relationship between a polarizing beam splitter and a non-polarizing beam splitter, linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other can be guided to the same optical path, and they can be mutually It can be divided into two parts in orthogonal directions, and has the unique effect of minimizing the complexity of the configuration.
第4の発明は、半導体レーザから測定対象物までの間に
おいて単にレーザ光を導くだけでよく、レーザ光の光路
を揃えるための構成が不要になるので、構成を簡素化す
ることができるとともに、高精度の距離測定を行なうこ
とができるという特有の効果を奏する。In the fourth invention, it is sufficient to simply guide the laser light between the semiconductor laser and the object to be measured, and there is no need for a configuration for aligning the optical path of the laser beam, so the configuration can be simplified, and This has the unique effect of being able to perform highly accurate distance measurements.
第5の発明は、光路長調整手段の構成を簡素化すること
ができるとともに、両偏光を揃えるための余分な光学部
材を設ける必要がなく、光学系の複雑化を必要最少限に
することができるという特有の効果を奏する。The fifth invention is capable of simplifying the configuration of the optical path length adjustment means, eliminating the need to provide an extra optical member for aligning both polarized lights, and minimizing the complexity of the optical system. It has the unique effect of being able to.
第1図はこの発明の距離測定装置の一実施例を示す概略
図、
第2図は信号処理部の電気的構成の一例を示すブロック
図、
第3図はノイズに起因する周波数成分除去動作を説明す
る波形図、
第4図は距離測定装置の他の実施例の要部を示す概略図
、
第5図および第゛6図は、それぞれ距離測定装置のさら
に他の実施例の要部を示す概略図、第7図は従来例を示
す概略図。
(1)・・・L D 、 (3)・・・モジュレータ、
(6)・・・偏光ビームスプリッタ、
(7)(11)・・・無偏光ビームスプリッタ、(9)
・・・測定対象物、
(10)・・・偏光素子群、
(12a)(12b)−・・偏光板、
(13a)(13b)−・・受光素子、(14)・・・
信号処理部、(19a)・・・比較器、(20)・・・
ゲートパルス発生器、
(21a)(21c)−・・カウンタ、(LAI )・
・・レーザ光、
(LA2 )(LA3 )(LA21)(LA22)(
L A 31) (L A 32)・・・直線偏光特
許出願人 ダイキン工業株式会社
代 理 人 弁理士 津 川 友 土
弟3図
(A)
時間
(B)
時間
(C)
n間Fig. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the distance measuring device of the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the signal processing section, and Fig. 3 shows the operation for removing frequency components caused by noise. A waveform diagram to be explained; FIG. 4 is a schematic diagram showing the main parts of another embodiment of the distance measuring device; FIGS. 5 and 6 each show the main parts of still other embodiments of the distance measuring device. Schematic diagram, FIG. 7 is a schematic diagram showing a conventional example. (1)...LD, (3)...Modulator,
(6)...Polarizing beam splitter, (7)(11)...Non-polarizing beam splitter, (9)
...Measurement object, (10)...Polarizing element group, (12a) (12b)--Polarizing plate, (13a) (13b)--Light receiving element, (14)...
Signal processing unit, (19a)... Comparator, (20)...
Gate pulse generator, (21a) (21c)--Counter, (LAI)-
...Laser light, (LA2)(LA3)(LA21)(LA22)(
L A 31) (L A 32)...Linearly polarized light patent applicant Daikin Industries, Ltd. Representative Patent attorney Tomo Tsugawa 3 Figures (A) Time (B) Time (C) Between n
Claims (1)
1)を2分して、一方を測定対 象物(9)に照射するとともに、他方を光路長が既知の
基準光路に導き、測定対象物 からの反射光および基準光路に導かれた 光を干渉させて干渉信号を得、干渉信号 に基づいて距離データを得る距離測定方 法において、半導体レーザ(1)を三角波変調すること
により三角波状に周波数変調 されたレーザ光(LA1)を得、得られ たレーザ光(LA1)に基づいて互に直 交する偏光成分のみを有する偏光 (LA2)(LA3)を得、両偏光 (LA2)(LA3)をほぼ同一の光路 に導くとともに、光路の途中において各 偏光(LA2)(LA3)の光路長を互 に変化させ、三角波の立上り部分および 立下り部分において偏光方向が等しい偏 光に基づく干渉信号周波数に対応する信 号を得、両干渉信号周波数に対応する信 号に基づいて光路長差に対応するビート 信号周波数を得ることを特徴とする距離 測定方法。 2、半導体レーザ(1)から出力されるレーザ光(LA
1)を2分して、一方を測定対 象物(9)に照射するとともに、他方を光路長が既知の
基準光路に導き、測定対象物 からの反射光および基準光路に導かれた 光を干渉させて干渉信号を得、干渉信号 に基づいて距離データを得る距離測定装 置において、半導体レーザ(1)を三角波変調する変調
手段(2)と、三角波状に周波数変調されたレーザ光(
LA1)に基づい て互に直交する偏光成分のみを有する偏 光(LA2)(LA3)を得る偏光生成 手段(6)と、両偏光(LA2)(LA3)をほぼ同一
の光路に導く光干渉系(6a) (6b)(7)と、光路の途中において各偏光(LA2
)(LA3)の光路長を互に変 化させる光路長調整手段(10)と、三角波の立上り部
分および立下り部分において偏 光方向が等しい偏光に基く干渉信号周波 数に対応する信号を得る1対の干渉信号 抽出手段(14)(15a)(15b)(16)(17
a)(17b)(20)(21a)(21b)(21c
)と、両干渉信号周波数に対応する信号に基づいて光路
長差 に対応するビート信号周波数を得るビー ト周波数算出手段(14)(23)とを有していること
を特徴とする距離測定装置。 3、偏光生成手段が偏光ビームスプリッタ (6)であり、光干渉系が、偏光ビームスプリッタ(6
)により生成された各偏光 (LA2)(LA3)をそれぞれ2分し て、互に直交する偏光成分のみを有する 偏光(LA21)(LA22)(LA31)(LA32
)を、互に異なる2つの光路に 導く無偏光ビームスプリッタ(7)を有している上記特
許請求の範囲第2項記載の距 離測定装置。 4、測定対象物(9)が直線偏光を楕円偏光として反射
させるものであり、偏光生成手 段(6)が測定対象物(9)に向かうレーザ光(LA1
)から分岐させられたレーザ光 の光路に配置されている上記特許請求の 範囲第2項記載の距離測定装置。 5、光路長調整手段(10)が偏光の種類に対応して互
に異なる光路を選択させるもので あるとともに、測定対象物(9)からの反射光光路、基
準光路の一方に配置されてい る上記特許請求の範囲第2項から第4項 の何れかに記載の距離測定装置。[Claims] 1. Laser light (LA) output from a semiconductor laser (1)
1) is divided into two parts, one is irradiated onto the measurement target (9), and the other is guided to a reference optical path with a known optical path length, and the reflected light from the measurement target and the light guided to the reference optical path are interfered. In the distance measuring method of obtaining an interference signal and obtaining distance data based on the interference signal, a semiconductor laser (1) is triangularly modulated to obtain a triangularly frequency-modulated laser beam (LA1). Polarized light (LA2) (LA3) having only mutually orthogonal polarization components is obtained based on the laser light (LA1), both polarized lights (LA2) (LA3) are guided to almost the same optical path, and each polarized light is separated in the middle of the optical path. By mutually changing the optical path lengths of (LA2) and (LA3), we obtain a signal corresponding to the interference signal frequency based on the polarization with the same polarization direction in the rising and falling parts of the triangular wave, and obtain a signal corresponding to both interference signal frequencies. A distance measuring method characterized in that a beat signal frequency corresponding to an optical path length difference is obtained based on the optical path length difference. 2. Laser light (LA) output from the semiconductor laser (1)
1) is divided into two parts, one is irradiated onto the measurement target (9), and the other is guided to a reference optical path with a known optical path length, and the reflected light from the measurement target and the light guided to the reference optical path are interfered. A distance measuring device that obtains an interference signal and obtains distance data based on the interference signal includes a modulation means (2) for modulating a semiconductor laser (1) in a triangular wave, and a laser beam frequency-modulated in a triangular wave (
a polarized light generating means (6) that obtains polarized light (LA2) (LA3) having only mutually orthogonal polarized light components based on LA1), and an optical interference system (6) that guides both polarized light (LA2) (LA3) to substantially the same optical path. 6a) (6b) (7), each polarized light (LA2
) (LA3), and a pair of interferometers for obtaining a signal corresponding to an interference signal frequency based on polarized light having the same polarization direction in the rising and falling parts of the triangular wave. Signal extraction means (14) (15a) (15b) (16) (17
a) (17b) (20) (21a) (21b) (21c
) and beat frequency calculation means (14) and (23) for obtaining a beat signal frequency corresponding to an optical path length difference based on signals corresponding to both interference signal frequencies. 3. The polarization generating means is a polarization beam splitter (6), and the optical interference system is a polarization beam splitter (6).
), each of the polarized lights (LA2) (LA3) generated by
2. The distance measuring device according to claim 2, further comprising a non-polarizing beam splitter (7) that guides the light source (7) to two different optical paths. 4. The object to be measured (9) reflects linearly polarized light as elliptically polarized light, and the polarized light generating means (6) generates a laser beam (LA1) directed toward the object to be measured (9).
2. The distance measuring device according to claim 2, wherein the distance measuring device is disposed in the optical path of the laser beam branched from the distance measuring device. 5. The optical path length adjustment means (10) is for selecting different optical paths depending on the type of polarized light, and is arranged on one of the optical path of the reflected light from the measurement object (9) and the reference optical path. A distance measuring device according to any one of claims 2 to 4 above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63155876A JPH0795097B2 (en) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | Distance measuring method and device |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01320489A true JPH01320489A (en) | 1989-12-26 |
JPH0795097B2 JPH0795097B2 (en) | 1995-10-11 |
Family
ID=15615436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63155876A Expired - Lifetime JPH0795097B2 (en) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | Distance measuring method and device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0795097B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02122292A (en) * | 1988-10-31 | 1990-05-09 | Sharp Corp | Distance measuring instrument |
FR2684202A1 (en) * | 1991-11-27 | 1993-05-28 | Conoscope Sa | HOLOGRAPHIC PROCESS AND DEVICE IMPROVED IN INCOHERENT LIGHT. |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019239491A1 (en) | 2018-06-12 | 2019-12-19 | 三菱電機株式会社 | Optical distance measurement device and machining device |
-
1988
- 1988-06-22 JP JP63155876A patent/JPH0795097B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02122292A (en) * | 1988-10-31 | 1990-05-09 | Sharp Corp | Distance measuring instrument |
JPH0789147B2 (en) * | 1988-10-31 | 1995-09-27 | シャープ株式会社 | Distance measuring device |
FR2684202A1 (en) * | 1991-11-27 | 1993-05-28 | Conoscope Sa | HOLOGRAPHIC PROCESS AND DEVICE IMPROVED IN INCOHERENT LIGHT. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0795097B2 (en) | 1995-10-11 |
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