JPS6348488A - Laser distance measuring instrument - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To relax a condition to the stability of a laser by making laser light of one frequency from one laser light source incident on an acoustooptic modulating element AOM and obtaining laser beams of two frequencies, and taking a measurement of distance by using the differences frequency between the two laser beams. CONSTITUTION:The output light from the laser 1 is made incident on the AOM 14 which is driven by an oscillator 15 of frequency nu0. Denoting the frequency of the laser light as nu, diffracted light of frequency nu+nu0 is generated. The frequency of the transmitted light of the AOM 14, on the other hand, is still nu. The transmitted light and diffracted light of the AOM 14 are superposed one over the other by using a reflecting mirror 11 and a partial reflecting mirror 12 and projected on an object 3 by a reflecting mirror 16. A beat signal is generated with reflected light from the object 3 to obtain a reference signal and a phase difference signal 10. The relation between a measured phase difference phi and the distance L to the object is represented as phi/2pi=2Lnu0/C and the distance L to the object is found from the phase difference phi.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、レーザー光を用いて対象物までの距離を測
定するレーザー測距装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a laser distance measuring device that measures the distance to an object using laser light.

従来の技術 対象物までの絶対距離をレーザーを用いて測定すること
は多種の用途に対して使用されているが、最近ではロボ
ットの遠隔操作のための視覚情報源きして注目されてい
る。このようなレーザー測距装置の中に２波長のレーザ
ーを用いて差周波成分によって測距を行なう方式がある
。レーザーが単一周波数で発振する場合、従来は２台の
レーザーを用いて測距を行なっている。以下、第２図を
参照して、従来の２波長方式レーザー測距について説明
する。BACKGROUND OF THE INVENTION Measuring the absolute distance to an object using a laser is used for a variety of applications, but recently it has attracted attention as a visual information source for remote control of robots. Among such laser distance measuring devices, there is a method of measuring distance using a difference frequency component using lasers of two wavelengths. When a laser oscillates at a single frequency, conventionally two lasers are used to measure distance. The conventional two-wavelength laser distance measurement will be described below with reference to FIG.

２台のレーザー１，２からのわずかに周波数の異なる２
つのレーザー光を反射鏡１１ならびに部分反射鏡１２を
用いて重畳する。重畳された光の一部を部分反射鏡１２
によって取り出し、検出器４で検出すると２つのレーザ
ー光のビート信号が発生する。このビート信号は距離測
定のための参照信号となるもので、周波数と強度が安定
となるように、２台のレーザー１，２はサーボ機構６に
よって安定化されている。他方、部分反射鏡１２を透過
した２つの光は、対象物３によって反射されるが、反射
光を反射鏡１３によって検出器５に導くと、ビート信号
が発生する。参照信号である検出器４からのビート信号
ならびに検出器５からのビート信号はそれぞれ増幅器７
および増幅器８によって適度に増幅された後、位相検出
器９によって位相を比較され、位相差信号１０が求まる
。Slightly different frequencies 2 from two lasers 1 and 2
Two laser beams are superimposed using a reflecting mirror 11 and a partial reflecting mirror 12. Partially reflecting mirror 12 reflects a part of the superimposed light.
When extracted by the detector 4 and detected by the detector 4, two laser beam beat signals are generated. This beat signal serves as a reference signal for distance measurement, and the two lasers 1 and 2 are stabilized by a servo mechanism 6 so that the frequency and intensity are stable. On the other hand, the two lights transmitted through the partial reflecting mirror 12 are reflected by the object 3, and when the reflected lights are guided to the detector 5 by the reflecting mirror 13, a beat signal is generated. The beat signal from the detector 4 and the beat signal from the detector 5, which are reference signals, are each sent to an amplifier 7.
After being appropriately amplified by an amplifier 8, the phases are compared by a phase detector 9, and a phase difference signal 10 is obtained.

測定された位相差φは対象物までの距離をＬとすると という関係があり、位相差φから距離りが求まる。If the distance to the object is L, the measured phase difference φ is There is this relationship, and the distance can be found from the phase difference φ.

ただし、λｌ、λ２は２つのレーザー光の波長、ν１゜
ν２　は２つのレーザー光の周波数、Ｃは光の速度であ
る。２つのレーザー光の周波数差（シ１−シ２）は測定
する距離範囲の設定によって異なるが、例えば、シ１−
シ２が１０■ｈである場合、対象物までの距離りが１５
ｍ変化するごとに位相差φは一周期するので、１５　ｍ
までの距離は一義的に求めることができる。However, λl and λ2 are the wavelengths of the two laser beams, ν1°ν2 are the frequencies of the two laser beams, and C is the speed of light. The frequency difference between the two laser beams (Shi 1-Shi 2) differs depending on the setting of the distance range to be measured, but for example,
If shi2 is 10 h, the distance to the object is 15 h.
The phase difference φ completes one cycle every time m changes, so 15 m
The distance to can be determined uniquely.

発明が解決しようとする問題点 以上のような構成においては、光源として２台のレーザ
ーを用いて、異なるレーザーからの出力光の間のビート
信号を測定しているため、光学系のズレに対して影響を
受けやすいなど微調整の必要な装置である。また、２台
のレーザーを同時に精度よく安定に発振させる必要があ
り、そのための装置も犬がかりで複雑なものとなってし
まう等の難点がある。本発明は、上記問題を解決するも
ので、簡便なレーザー測距装置を提供することを目的と
している。Problems to be Solved by the Invention In the above configuration, two lasers are used as light sources and the beat signal between the output lights from different lasers is measured, so it is difficult to avoid misalignment in the optical system. This is a device that requires fine adjustment as it is easily affected by In addition, it is necessary to oscillate two lasers simultaneously with high precision and stability, and the equipment required for this purpose is complicated. The present invention solves the above problem, and aims to provide a simple laser distance measuring device.

問題点を解決するだめの手段 本発明は、１台のレーザーから音響光変調素子（以下Ａ
ＯＭと略す）を用いて周波数がシフトした回折光を得、
これと周波数シフトしていないＡＯＭの透過光とを重畳
して対象物に照射することにより上記目的を達成するも
のである。Means for Solving the Problems The present invention provides an acousto-optic modulator (hereinafter referred to as A) from one laser.
(abbreviated as OM) to obtain diffracted light with a shifted frequency,
The above object is achieved by irradiating the target object with this and the transmitted light of the AOM, which is not frequency shifted.

作　　　　用 本発明は上記の構成により１台のレーザーから２つの周
波数の光を発生させ、２つの光の差周波成分によって対
象物までの距離を測定するため、構成が容易になり、ま
た、レーザーの安定性に対する条件も緩和される。Function The present invention generates light of two frequencies from one laser with the above configuration, and measures the distance to an object using the difference frequency component of the two lights, so the configuration is easy and the laser The conditions for the stability of are also relaxed.

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図にもとづいて説明する
。第２図と同じ部位には同一番号を付しである。EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described based on FIG. The same parts as in FIG. 2 are given the same numbers.

レーザー１からの出力光を周波数ν０の発振器１５　に
よって駆動されたＡＯＭ１４に入射する。このときレー
ザー光の周波数をνとすると周波数がシ＋シ０（あるい
はシーシロ）の回折光が発生する。The output light from the laser 1 is incident on an AOM 14 driven by an oscillator 15 with a frequency ν0. At this time, when the frequency of the laser beam is ν, a diffracted light having a frequency of C+C0 (or C/C) is generated.

他方、ＡＯＭ１４の透過光の周波数はνのままである。On the other hand, the frequency of the light transmitted through the AOM 14 remains ν.

ＡＯＭ１４の透過光と回折光を反射鏡１１ならびに部分
反射鏡１２を用いて重畳し、反射鏡１６によって対象物
３に照射する。対象物３からの反射光によってビート信
号を発生させ、参照信号との位相差信号１０を得るのは
第２図の説明と同じである。ただし、本発明では、位相
検出のための参照信号は参照光からではなく、ＡＯＭ１
４の駆動用の発振器１５から直接得ることができる。The transmitted light and the diffracted light of the AOM 14 are superimposed using the reflecting mirror 11 and the partial reflecting mirror 12, and are irradiated onto the object 3 by the reflecting mirror 16. The process of generating a beat signal by the reflected light from the object 3 and obtaining the phase difference signal 10 with respect to the reference signal is the same as the explanation in FIG. 2. However, in the present invention, the reference signal for phase detection is not from the reference light but from the AOM1.
It can be obtained directly from the driving oscillator 15 of No. 4.

測定された位相差φと対象物までの距離りさの関係は従
来例と同じように φ／２π＝２Ｌνｏ／Ｃ で与えられ、位相差φから対象物までの距離りが求まる
わけである。The relationship between the measured phase difference φ and the distance to the object is given by φ/2π=2Lνo/C as in the conventional example, and the distance to the object is determined from the phase difference φ.

以上本実施例によれば、レーザー光源は１台しか必要な
く、複雑な安定化機構も必要さしない。As described above, according to this embodiment, only one laser light source is required, and no complicated stabilization mechanism is required.

また、ＡＯＭ１４の駆動用発振器１５から安定な参照信
号が得られるため、参照信号を発生させるための検出機
構も必要としない。本発明により装置は簡便になるとと
もに、より安定な測定が行なえるものである。Further, since a stable reference signal can be obtained from the driving oscillator 15 of the AOM 14, a detection mechanism for generating the reference signal is not required. According to the present invention, the apparatus becomes simpler and more stable measurements can be performed.

なお、前記実施例においてレーザー光の走査に関しては
述べなかったが、レーザー光を走査し、距離画像とする
ことも可能であり、この場合にも、本発明が有効である
ことは明らかである。Although scanning with laser light was not described in the above embodiments, it is also possible to scan with laser light to create a distance image, and it is clear that the present invention is effective in this case as well.

発明の効果 以上述べたように本発明は１台のレーザー光源からの１
周波数のレーザー光をＡＯＭに入射させて２つの周波数
のレーザー光を得、この２つのレ−チー光の差周波成分
によって測距を行なうことによって、簡便で安定なレー
ザー測距装置を提供するものである。Effects of the Invention As stated above, the present invention provides one
To provide a simple and stable laser distance measuring device by making a laser beam of a certain frequency enter an AOM to obtain a laser beam of two frequencies, and measuring a distance using the difference frequency component of the two laser beams. It is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の一実施例におけるレーザー測距装置の
概略図、第２図は従来のレーザー測距装置の概略図であ
る。 １．２・・・レーザー、３・・・対象物、４，５・・・
検出器、６　レーザー安定化サーボ機構、７，８・・・
増幅器、９・・・位相検出器、１０・・・位相差信号、
１１゜１３　、１６・・・反射鏡、１２・・・部分反射
鏡、１４・・・音響光変調器（ＡＯＭ）、１５・・・発
振器。FIG. 1 is a schematic diagram of a laser ranging device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional laser ranging device. 1.2...Laser, 3...Object, 4,5...
Detector, 6 Laser stabilization servo mechanism, 7, 8...
amplifier, 9... phase detector, 10... phase difference signal,
11°13, 16...Reflecting mirror, 12... Partial reflecting mirror, 14... Acoustic optical modulator (AOM), 15... Oscillator.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）レーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザ
光からわずかに周波数の異なる非回折光および回折光を
発生させる音響光変調器と、前記２つの光を重畳して被
測定物に照射する手段と、被測定物からの反射光のビー
ト成分の位相を検出する手段を具備したことを特徴とす
るレーザー測距装置。(1) A laser light source, an acousto-optic modulator that generates undiffracted light and diffracted light with slightly different frequencies from the laser light from the laser light source, and means for superimposing the two lights and irradiating the object to be measured. and a means for detecting the phase of the beat component of the reflected light from the object to be measured. （２）音響光変調器を駆動する発振器の出力を位相検出
のための参照信号とした特許請求の範囲第１項記載のレ
ーザー測距装置。(2) The laser distance measuring device according to claim 1, wherein the output of the oscillator that drives the acousto-optical modulator is used as a reference signal for phase detection.