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WO2010119561A1 - レーザ測距方法及びレーザ測距装置 - Google Patents

レーザ測距方法及びレーザ測距装置 Download PDF

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WO2010119561A1
WO2010119561A1 PCT/JP2009/057744 JP2009057744W WO2010119561A1 WO 2010119561 A1 WO2010119561 A1 WO 2010119561A1 JP 2009057744 W JP2009057744 W JP 2009057744W WO 2010119561 A1 WO2010119561 A1 WO 2010119561A1
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WO
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peak
light
laser
fringe order
measurement point
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Application number
PCT/JP2009/057744
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French (fr)
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直行 古山
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/34—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal

Definitions

  • the present invention relates to a laser distance measuring method and a laser distance measuring apparatus that perform distance measurement between measurement points of an object to be measured using interference of laser light.
  • the laser light is divided into reference light and measurement light, and the optical path difference between the reference light and measurement light reflected by the object to be measured is obtained. Measure the distance to the object to be measured.
  • the distance measurement accuracy is far from the wavelength level of the laser light, that is, the order of nm (nanometer).
  • Patent Document 1 the inventor of the present application uses a plurality of laser beams having different wavelengths, and further changes the optical path difference so as to utilize the coherence characteristic of the laser beams.
  • inventions related to a laser distance measuring method and a laser distance measuring apparatus for performing the laser distance measuring method have been made.
  • the distance to the object to be measured can be measured with high accuracy, but the object to be measured is more practical than the distance to the object to be measured in practical use. It is often useful to measure the distance between these two measurement points, and further improvements are desired in this regard. Further, the invention disclosed in [Patent Document 1] requires a mechanism for mechanically changing the optical path difference of the reference light or the measurement light, and the apparatus scale is relatively large. desired.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a laser distance measuring method and a laser distance measuring apparatus capable of measuring a distance between a plurality of measurement points with high accuracy without using a mechanical movement mechanism with respect to an optical path system.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention (1) The laser beam is divided into two by the dividing unit 12, and one is reflected by the reference mirror 14 to be used as reference light, and the other is reflected from the measurement point of the object 6 to be measured and used as measurement light.
  • a laser beam is irradiated while continuously changing the wavelength, and an arbitrary peak in the interference fringes of the interference light generated by the first measurement light and the reference light reflected at the first measurement point S1 of the object to be measured 6 is a fringe order m1.
  • a first acquisition step of acquiring A first calculation step of calculating a distance L1 to the first measurement point S1 based on the value of n and the respective wavelengths or frequencies when taking the fringe order m1 peak and the fringe order (m1 + n) peak;
  • a laser beam is irradiated while continuously changing the wavelength, and an arbitrary peak in the interference fringes of the interference light generated by the second measurement light and the reference light reflected at the second measurement point S2 of the object 6 to be measured is a fringe order m2.
  • the above-mentioned problem is solved by providing a laser distance measuring method characterized by calculating the distance L up to.
  • Laser irradiation means 10 having a wavelength variable function, laser light information acquisition means 26 that acquires the wavelength or frequency of the laser light emitted from the laser irradiation means 10 and outputs it to the computing unit 20, and the laser irradiation means
  • a splitting unit 12 that divides the laser light emitted from 10 into reference light and measurement light, a reference mirror 14 that reflects the reference light, reference light reflected by the reference mirror 14 and measurement light reflected by a measurement point
  • a light receiving unit 18 that outputs a signal corresponding to the intensity of the received light, a wavelength or frequency of the laser light from the laser light information obtaining unit 26, and a signal input from the signal from the light receiving unit 18 Part 20, and
  • the arithmetic unit 20 receives the signal obtained from the first measurement light and the reference light reflected at the first measurement point S1 when the laser irradiation means 10 irradiates while continuously changing the wavelength of the laser light.
  • An arbitrary peak of interference fringes obtained from the unit 18 and generated in the interference light between the first measurement light and the reference light is set as the fringe order m1 peak, and the peak generated n-th from the fringe order m1 peak is the fringe order (m1 + n
  • a signal obtained from the second measurement light and the reference light reflected at the second measurement point S2 when the laser irradiation means 10 irradiates while continuously changing the wavelength of the laser light is acquired from the light receiving unit 18,
  • An arbitrary peak of interference fringes generated in the interference light between the second measurement light and the reference light is set
  • the above problem is solved by providing a laser distance measuring device 50 characterized by calculating a distance L from S1 to the second measurement point S2.
  • the laser distance measuring method and the laser distance measuring apparatus of the present invention it is possible to measure the distance between a plurality of measurement points with high accuracy without using a mechanical movement mechanism with respect to the optical path system.
  • a laser distance measuring device 50 according to the present invention shown in FIG. 1 includes a known laser irradiation means 10 capable of changing the wavelength of emitted laser light within a predetermined range, and laser light emitted from the laser irradiation means 10.
  • the laser light information acquisition means 26 that acquires the wavelength or frequency of the laser light and outputs it to the calculation unit 20, the splitting part 12 that divides the laser light emitted from the laser irradiation means 10 into reference light and measurement light, and reflects the reference light
  • a reference mirror 14 that receives the reference light reflected by the reference mirror 14 and the measurement light reflected by the DUT 6, and outputs a signal corresponding to the intensity of the received light to the arithmetic unit 20.
  • a After having calculated the distance L2 between the first measuring point S1 and the calculation unit 20 for calculating the distance L between the second measuring point S2, a has.
  • the broken line in FIG. 1 shows the optical path of a laser beam.
  • the DUT 6 is placed at a predetermined position. At this time, the measurement light emitted from the laser distance measuring device 50 is applied to the first measurement surface of the object 6 to be measured.
  • the laser irradiation means 10 emits laser light.
  • the laser irradiation means 10 can change the wavelength of the emitted laser light within a predetermined range. At this time, the wavelength of the laser light changes continuously within the predetermined range.
  • the laser light emitted from the laser irradiation means 10 is divided into two by the beam splitter 4 provided on the optical path of the laser light, one is irradiated to the laser light information acquisition means 26, and the other is irradiated to the dividing section 12 side. .
  • the laser beam information acquisition means 26 when acquiring the wavelength of the laser beam, a known precision wavelength measuring device can be used. When acquiring the frequency of the laser beam, a known frequency counter that acquires the frequency of the laser beam by causing the laser beam incident on the laser beam information acquiring unit 26 to interfere with the optical comb laser can be used.
  • the laser beam information acquisition unit 26 acquires the wavelength or frequency of the laser beam emitted from the laser irradiation unit 10 and outputs it to the calculation unit 20.
  • the wavelength control controller that controls the wavelength of the laser light emitted from the laser irradiation means 10 is the laser light information acquisition means 26, and the laser irradiation is performed based on the wavelength control signal output from the wavelength control controller. You may make it acquire the wavelength of the laser beam radiate
  • the laser light irradiated to the dividing unit 12 side is divided into two by the dividing unit 12, one of which is directed to the reference mirror 14 as reference light and the other is directed to the object 6 to be measured as measurement light.
  • a known half mirror, beam splitter, or the like can be used as the dividing unit 12.
  • the reference light divided by the dividing unit 12 is reflected by the reference mirror 14 and then passes through the dividing unit 12 to reach the light receiving unit 18. Further, the measurement light divided by the dividing unit 12 is reflected at the first measurement point S1 of the object 6 to be measured, then reaches the dividing unit 12, is reflected again by the dividing unit 12, and is on the same optical path as the reference light. And reaches the light receiving unit 18. Therefore, the light received by the light receiving unit 18 becomes interference light in which the reference light reflected by the reference mirror 14 interferes with the measurement light reflected by the first measurement point S1. The light receiving unit 18 converts the intensity of the interference light into an electric signal and outputs the electric signal to the calculation unit 20.
  • the frequency (wavelength) of the laser light emitted from the laser irradiation means 10 is continuously changed, the intensity of the interference light received by the light receiving unit 18 is periodically changed with the change of the frequency of the laser light. Increase or decrease to form interference fringes.
  • the calculation unit 20 sets an arbitrary peak of interference fringes in the acquired interference light as a fringe order m1 peak, and acquires the wavelength or frequency of the laser light at this time from the laser light information acquisition unit 26. Record. Further, the calculation unit 20 sets the peak that occurs nth from the fringe order m1 peak in the interference fringes of the interference light as the fringe order (m1 + n) peak, and the laser light when taking the value of n and the fringe order (m1 + n) peak. Are acquired from the laser beam information acquisition means 26 and recorded. Note that the peak of the interference fringe set by the calculation unit 20 may be a bright part peak having the highest intensity or a dark part peak having the lowest intensity. However, when a bright part peak is used for the fringe order m1 peak, the bright part peak must also be used for the fringe order (m1 + n) peak.
  • the calculation unit 20 performs the calculation on the optical path of the laser distance measuring device 50 based on the value of n, the wavelength or frequency at the peak of the fringe order m1 and the wavelength or frequency at the peak of the fringe order (m1 + n)
  • a distance L1 from the origin O to the first measurement point S1 is calculated.
  • the origin O on the optical path is the light of the measurement light whose distance from the division point of the division unit 12 is equal to the distance Lr when the distance from the division point of the division unit 12 to the reflection point of the reference mirror 14 is the distance Lr. Located on the street. However, the value of the position of the origin O does not need to be obtained in particular.
  • the calculation method of the distance L1 is performed as follows when the laser beam information acquisition unit 26 measures the wavelength of the laser beam.
  • the optical path difference between the reference light and the measurement light corresponds to twice the distance L1 from the origin O to the first measurement point S1 (because the measurement light reciprocates the distance L1).
  • the interference fringe has a fringe order m1 peak
  • there are m1 peaks in the optical path difference (L1 ⁇ 2). Therefore, if the wavelength of the laser beam at the fringe order m1 peak is ⁇ m1 , the distance L1 from the origin O to the first measurement point S1 can be expressed by the following equation. 2 ⁇ L1 (m1) ⁇ ⁇ m1 (1) However, the number of m1 is unknown at present.
  • the distance L1 can be expressed by the following equation.
  • L1 (n ⁇ ⁇ m1 ⁇ ⁇ (m1 + n) ) / (2 ⁇
  • the laser beam information acquisition unit 26 measures the frequency of the laser beam, it is performed as follows.
  • the distance L1 to the measurement point S1 can be expressed by the following formula.
  • c is the speed of light of 3 ⁇ 10 8 m / s. 2
  • L1 (m1) ⁇ (c / f m1 ) (3)
  • the optical path difference (L1 ⁇ 2) has (m1 + n) peaks.
  • L1 (n ⁇ c) / (2 ⁇
  • the arithmetic unit 20 performs the first measurement from the origin O according to the above formula from the value of n, the frequency f m1 of the laser beam at the fringe order m1 peak, and the wavelength f (m1 + n) of the laser beam at the fringe order (m1 + n) peak.
  • a distance L1 to the point S1 is calculated.
  • the laser distance measuring device 50 or the measurement object 6 is translated in a direction perpendicular to the measurement light, and is measured on the optical path of the measurement light.
  • the second measurement surface of the measurement object 6 is positioned.
  • the laser irradiation means 10 emits laser light.
  • the laser beam irradiation at this time is also performed so that the wavelength continuously changes within a predetermined range.
  • the laser beam information acquisition unit 26 measures the wavelength or frequency of the laser beam and outputs it to the calculation unit 20.
  • the laser light emitted from the laser irradiation means 10 reaches the light receiving unit 18 through the same optical path as described above.
  • the interference light received by the light receiving unit 18 is interference light obtained by interference between the reference light and the measurement light reflected at the second measurement point S2 on the second measurement surface.
  • the light receiving unit 18 converts the intensity of the interference light into an electric signal and outputs the electric signal to the calculation unit 20. Note that interference fringes are also formed in the interference light at this time as the frequency of the laser light changes.
  • the arithmetic unit 20 sets an arbitrary peak of interference fringes in the acquired interference light as the fringe order m2 peak, and acquires the wavelength or frequency of the laser light at this time from the laser light information acquisition means 26. Record.
  • the calculation unit 20 sets the n′th peak from the fringe order m2 peak in the interference fringes of the interference light as the fringe order (m2 + n ′) peak, and takes the value of n ′ and the fringe order (m2 + n ′) peak.
  • the wavelength or frequency of the laser beam is acquired from the laser beam information acquisition unit 26 and recorded.
  • the arithmetic unit 20 takes the value of n ′, the fringe order m2 peak, and the fringe order (m2 + n ′) peak as the second calculation step.
  • L2 (n ′ ⁇ ⁇ m2 ⁇ ⁇ (m2 + n ′) ) / (2 ⁇
  • the calculation unit 20 takes a value (f m2 , n ′, a fringe order m2 peak, and a fringe order (m2 + n ′) peak.
  • f (m2 + n ′) ) and L2 (n ′ ⁇ c) / (2 ⁇
  • the distance L2 from the origin O to the second measurement point S2 is calculated by the following formula.
  • the calculation unit 20 calculates the difference between the distance L1 from the origin O calculated at the first calculation step to the first measurement point S1 and the distance L2 from the origin O calculated at the second calculation step to the second measurement point S2.
  • the distance L from the first measurement point S1 to the second measurement point S2 is calculated by taking the absolute value of. Therefore, even if the value of the position of the origin O is not acquired, the distance L between the first measurement point S1 and the second measurement point S2 can be calculated with high accuracy.
  • the laser light is emitted from the laser irradiation means 10 while changing the wavelength within a predetermined range, and the reference light at that time
  • the distance L1 to the first measurement point S1 and the distance L2 to the second measurement point S2 are measured using the fringe order generated in the interference light with the measurement light, and the first measurement point S1 is determined from the distance L1 and the distance L2.
  • a distance L from the second measurement point S2 is calculated. Accordingly, the distance L between the first measurement point S1 and the second measurement point S2 can be measured with high accuracy without using a mechanical movement mechanism for the optical path system.
  • the scale of the laser distance measuring device 50 can be made relatively small, and the first measurement point is more practical than the distance L1 to the first measurement point S1 or the distance L2 to the second measurement point S2.
  • the distance L between S1 and the second measurement point S2 can be measured with high accuracy.
  • the laser distance measuring device 50 is a preferred example of the present invention
  • the configuration of each part of the laser light information acquisition means 26 and the laser distance measuring device 50, each optical path in the laser distance measuring device 50, and the like are as follows. Modifications can be made without departing from the scope of the invention.

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Abstract

【課題】光路系に対する機械的な移動機構を用いずに複数の測定点間の距離を高精度に測距可能なレーザ測距方法及びレーザ測距装置を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明に係るレーザ測距方法及びレーザ測距装置５０によれば、レーザ照射手段１０から波長を所定の範囲内で変化させながらレーザ光を出射し、そのときの参照光と測定光との干渉光に生じる縞次数を用いて第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１と第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２とを測距し、距離Ｌ１と距離Ｌ２とから第１測定点Ｓ１から第２測定点Ｓ２までの距離Ｌを算出する。これにより、光路系に対する機械的な移動機構を用いることなく第１測定点Ｓ１、第２測定点Ｓ２間の距離Ｌを高精度に測距することができる。

Description

レーザ測距方法及びレーザ測距装置
　本発明は、レーザ光の干渉を用いて被測定物の測定点間の測距を行うレーザ測距方法及びレーザ測距装置に関するものである。
　従来のレーザ光を用いたレーザ測距方法は、例えばレーザ光を参照光と測定光とに分割し、その参照光と被測定物で反射された測定光との時間差から両者の光路差を求めることで被測定物までの距離を測定する。このような参照光と測定光との時間差から測距を行う従来のレーザ測距方法では、その測距精度はレーザ光の波長レベル、即ちｎｍ（ナノメートル）オーダーには遠く及ばない。
　そこで本願発明者は下記［特許文献１］に示すように、波長の異なる複数のレーザ光を用い、さらにその光路差を変化させることでレーザ光の特徴である可干渉性を利用した高精度のレーザ測距方法及びそのレーザ測距方法を行うレーザ測距装置に関する発明を行った。
国際公報第２００８／０９９７８８号パンフレット
　［特許文献１］に開示された発明により被測定物までの距離を高精度に測距することが可能となったが、実用に際しては被測定物までの距離を測距するよりも被測定物の２つの測定点間の距離を測距する方が有用である場合が多く、この点に関して更なる改善が望まれる。また、［特許文献１］に開示された発明は、参照光もしくは測定光の光路差を機械的に変化させる機構が必要であり装置規模が比較的大きいことから、この点に関しても更なる改善が望まれる。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光路系に対する機械的な移動機構を用いずに複数の測定点間の距離を高精度に測距可能なレーザ測距方法及びレーザ測距装置を提供することを目的とする。
　本発明は、
（１）レーザ光を分割部１２にて２分割し、一方を参照ミラー１４にて反射させて参照光とするとともに他方を被測定物６の測定点で反射させて測定光とし、参照光と測定光との干渉光に基づいて測定点の距離を測距するレーザ測距方法において、
波長を連続的に変化させながらレーザ光を照射し、被測定物６の第１測定点Ｓ１で反射した第１測定光と参照光とにより生じる干渉光の干渉縞における任意のピークを縞次数ｍ１ピークと設定し、当該縞次数ｍ１ピークからｎ番目に生じるピークを縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークと設定した上で、縞次数ｍ１ピーク及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をそれぞれ取得する第１取得ステップと、
前記ｎの値と縞次数ｍ１ピーク及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるときのそれぞれの波長もしくは周波数とに基づいて第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１を算出する第１算出ステップと、
波長を連続的に変化させながらレーザ光を照射し、被測定物６の第２測定点Ｓ２で反射した第２測定光と参照光とにより生じる干渉光の干渉縞における任意のピークを縞次数ｍ２ピークと設定し、当該縞次数ｍ２ピークからｎ’番目に生じるピークを縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークと設定した上で、縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をそれぞれ取得する第２取得ステップと、
前記ｎ’の値と縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのそれぞれの波長もしくは周波数とに基づいて第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２を算出する第２算出ステップと、を有し、
第１算出ステップで得られた第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１と第２算出ステップで得られた第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２との差から第１測定点Ｓ１から第２測定点Ｓ２までの距離Ｌを算出することを特徴とするレーザ測距方法を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）波長可変機能を備えたレーザ照射手段１０と、当該レーザ照射手段１０から出射したレーザ光の波長もしくは周波数を取得し演算部２０に出力するレーザ光情報取得手段２６と、前記レーザ照射手段１０から出射したレーザ光を参照光と測定光とに２分割する分割部１２と、前記参照光を反射する参照ミラー１４と、当該参照ミラー１４で反射した参照光と測定点で反射した測定光とを受光して受光した光の強度に応じた信号を出力する受光部１８と、前記レーザ光情報取得手段２６からのレーザ光の波長もしくは周波数と前記受光部１８からの信号とが入力する演算部２０と、を備え、
当該演算部２０が、前記レーザ照射手段１０がレーザ光の波長を連続的に変化させながら照射したときに第１測定点Ｓ１で反射した第１測定光と参照光とから得られる信号を前記受光部１８から取得し、第１測定光と参照光との干渉光に生じる干渉縞の任意のピークを縞次数ｍ１ピークと設定し、当該縞次数ｍ１ピークからｎ番目に生じるピークを縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークと設定した上で、縞次数ｍ１ピーク及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をレーザ光情報取得手段２６からそれぞれ取得する第１取得ステップと、
前記ｎの値と縞次数ｍ１ピーク及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるときのそれぞれの波長もしくは周波数とに基づいて第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１を算出する第１算出ステップと、
前記レーザ照射手段１０がレーザ光の波長を連続的に変化させながら照射したときに第２測定点Ｓ２で反射した第２測定光と参照光とから得られる信号を前記受光部１８から取得し、第２測定光と参照光との干渉光に生じる干渉縞の任意のピークを縞次数ｍ２ピークと設定し、当該縞次数ｍ２ピークからｎ’番目に生じるピークを縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークと設定した上で、縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をレーザ光情報取得手段２６からそれぞれ取得する第２取得ステップと、
前記ｎ’の値と縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのそれぞれの波長もしくは周波数とに基づいて第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２を算出する第２算出ステップと、を行い、
さらに、前記演算部２０が第１算出ステップで得られた第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１と第２算出ステップで得られた第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２との差から第１測定点Ｓ１から第２測定点Ｓ２までの距離Ｌを算出することを特徴とするレーザ測距装置５０を提供することにより、上記課題を解決する。
　本発明に係るレーザ測距方法及びレーザ測距装置によれば、光路系に対する機械的な移動機構を用いることなく複数の測定点間の距離を高精度に測距することができる。
本発明に係るレーザ測距装置の概略構成を示す図である。 本発明に係るレーザ測距装置の変形例の概略構成を示す図である。
　本発明に係るレーザ測距方法及びレーザ測距装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
　図１に示す本発明に係るレーザ測距装置５０は、出射するレーザ光の波長を所定の範囲内で変化させることが可能な周知のレーザ照射手段１０と、レーザ照射手段１０から出射したレーザ光の波長もしくは周波数を取得し演算部２０に出力するレーザ光情報取得手段２６と、レーザ照射手段１０から出射したレーザ光を参照光と測定光とに２分割する分割部１２と、参照光を反射する参照ミラー１４と、参照ミラー１４で反射した参照光と被測定物６で反射した測定光とを受光して受光した光の強度に応じた信号を演算部２０に出力する受光部１８と、レーザ光情報取得手段２６からのレーザ光の波長もしくは周波数と受光部１８からの信号に基づいて後述の被測定物６の第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１と被測定物６の第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２を算出した上で第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の距離Ｌを算出する演算部２０と、を有している。尚、図１中の破線はレーザ光の光路を示す。
　次に、図１を用いて本発明に係るレーザ測距方法及びレーザ測距装置５０の動作を説明する。
　先ず、被測定物６を所定の位置に配置する。このとき、レーザ測距装置５０から出射する測定光が被測定物６の第１測定面に照射されるようにする。
　次に、レーザ照射手段１０はレーザ光を出射する。前述のようにレーザ照射手段１０は出射するレーザ光の波長を所定の範囲内で変化させることが可能であり、このときのレーザ光の照射はその波長が所定の範囲内を連続的に変化するように行う。レーザ照射手段１０から出射したレーザ光は、レーザ光の光路上に設けられたビームスプリッタ４で２分割され、一方はレーザ光情報取得手段２６に照射され、他方は分割部１２側に照射される。
　レーザ光情報取得手段２６としては、レーザ光の波長を取得する場合、周知の精密波長測定器を用いることができる。また、レーザ光の周波数を取得する場合、レーザ光情報取得手段２６に入射したレーザ光と光コムレーザとを干渉させレーザ光の周波数を取得する周知の周波数カウンタを用いることができる。そして、レーザ光情報取得手段２６はレーザ照射手段１０から出射したレーザ光の波長もしくは周波数を取得し演算部２０に出力する。
　尚、図２に示すように、レーザ照射手段１０から出射するレーザ光の波長を制御する波長制御コントローラをレーザ光情報取得手段２６とし、波長制御コントローラから出力する波長制御信号に基づいて、レーザ照射手段１０から出射したレーザ光の波長を取得するようにしても良い。
　分割部１２側に照射されたレーザ光は、分割部１２で２分割され一方は参照光として参照ミラー１４に向かい、もう一方は測定光として被測定物６に向かう。尚、分割部１２としては周知のハーフミラーやビームスプリッタ等を用いることができる。
　分割部１２で分割された参照光は、参照ミラー１４にて反射された後に分割部１２を通過して受光部１８に到達する。また、分割部１２で分割された測定光は、被測定物６の第１測定点Ｓ１にて反射された後に分割部１２に到達し、分割部１２にて再度反射され参照光と同一光路上を通って受光部１８に到達する。よって、受光部１８が受光する光は参照ミラー１４にて反射された参照光と第１測定点Ｓ１にて反射された測定光とが干渉した干渉光となる。そして、受光部１８はこの干渉光の強度を電気信号に変換して演算部２０に出力する。
　ここで、レーザ照射手段１０が出射するレーザ光はその周波数（波長）が連続的に変化するものであるから、受光部１８が受光する干渉光の強度はレーザ光の周波数の変化に伴い周期的に増減し干渉縞を形成する。
　演算部２０は第１取得ステップとして、取得した干渉光における干渉縞の任意のピークを縞次数ｍ１ピークと設定し、このときのレーザ光の波長もしくは周波数をレーザ光情報取得手段２６から取得して記録する。また、演算部２０は干渉光の干渉縞における縞次数ｍ１ピークからｎ番目に生じるピークを縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークと設定し、このｎの値と縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をレーザ光情報取得手段２６から取得して記録する。尚、演算部２０が設定する干渉縞のピークは、強度が最高となる明部のピークを用いても良いし、強度が最低となる暗部のピークを用いても良い。ただし、縞次数ｍ１ピークに明部のピークを用いた場合には、縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークも明部のピークを用いなければならない。
　次に、演算部２０は第１算出ステップとして、ｎの値と縞次数ｍ１ピーク時の波長もしくは周波数及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピーク時の波長もしくは周波数とに基づき、レーザ測距装置５０の光路上の原点Ｏから第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１を算出する。尚、光路上の原点Ｏは分割部１２の分割点から参照ミラー１４の反射点までの距離を距離Ｌｒとしたときに、分割部１２の分割点からの距離が距離Ｌｒに等しい測定光の光路上に位置する。ただし、原点Ｏの位置の値は特に求める必要はない。
　距離Ｌ１の計算方法は、レーザ光情報取得手段２６がレーザ光の波長を計測する場合には以下のようにして行う。
　先ず、参照光と測定光との光路差は、原点Ｏから第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１の２倍に相当する（測定光は距離Ｌ１を往復するため）。そして、干渉縞が縞次数ｍ１ピークをとるとき、光路差（Ｌ１×２）にはｍ１個のピークが存在する。よって、縞次数ｍ１ピーク時のレーザ光の波長をλｍ１とすると、原点Ｏから第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１は以下の式で表すことができる。
２×Ｌ１＝（ｍ１）×λｍ１・・・（１）
ただし、現時点ではｍ１の個数は不明である。
　また、干渉縞が縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるとき、光路差（Ｌ１×２）には（ｍ１＋ｎ）個のピークが存在する。よって、縞次数（ｍ１＋ｎ）ピーク時のレーザ光の波長をλ（ｍ１＋ｎ）とすると、原点Ｏから第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１は以下の式で表すことができる。
２×Ｌ１＝（ｍ１＋ｎ）×λ（ｍ１＋ｎ）・・・（２）
よって、（１）、（２）から、ｍ１は以下の式で表すことができる。
ｍ１＝（ｎ×λ（ｍ１＋ｎ））/（｜λｍ１－λ（ｍ１＋ｎ）｜）
従って、距離Ｌ１は以下の式で表すことができる。
Ｌ１＝（ｎ×λｍ１×λ（ｍ１＋ｎ））/（２×｜λｍ１－λ（ｍ１＋ｎ）｜）
演算部２０は上記の式に従って、ｎの値と縞次数ｍ１ピーク時のレーザ光の波長λｍ１及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピーク時のレーザ光の波長λ（ｍ１＋ｎ）とから原点Ｏから第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１を算出する。
　また、レーザ光情報取得手段２６がレーザ光の周波数を計測する場合には以下のようにして行う。
　干渉縞が縞次数ｍ１ピークをとるとき、縞次数ｍ１ピーク時のレーザ光の周波数をｆｍ１とすると、光路差（Ｌ１×２）にはｍ１個のピークが存在するから、原点Ｏから第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１は以下の式で表すことができる。尚、ここでのｃは光の速度３×１０８ｍ／ｓである。
２×Ｌ１＝（ｍ１）×（ｃ/ｆｍ１）・・・（３）
また、干渉縞が縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるとき、縞次数（ｍ１＋ｎ）ピーク時のレーザ光の周波数をｆ（ｍ１＋ｎ）とすると、光路差（Ｌ１×２）には（ｍ１＋ｎ）個のピークが存在するから、原点Ｏから第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１は以下の式で表すことができる。
２×Ｌ１＝（ｍ１＋ｎ）×（ｃ/ｆ（ｍ１＋ｎ））・・・（４）
よって、（３）、（４）から、ｍ１は以下の式で表すことができる。
ｍ１＝（ｎ×ｆｍ１）/（｜ｆｍ１－ｆ（ｍ１＋ｎ）｜）
従って、距離Ｌ１は以下の式で表すことができる。
Ｌ１＝（ｎ×ｃ）/（２×｜ｆｍ１－ｆ（ｍ１＋ｎ）｜）
演算部２０は上記の式に従って、ｎの値と縞次数ｍ１ピーク時のレーザ光の周波数ｆｍ１及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピーク時のレーザ光の波長ｆ（ｍ１＋ｎ）とから原点Ｏから第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１を算出する。
　次に、図１中の破線の被測定物６で示すように、レーザ測距装置５０もしくは被測定物６を測定光に対して垂直な方向に平行移動して、測定光の光路上に被測定物６の第２測定面を位置させる。
　次に、レーザ照射手段１０はレーザ光を出射する。このときのレーザ光の照射もその波長が所定の範囲内を連続的に変化するように行う。そして、レーザ光情報取得手段２６は、このレーザ光の波長もしくは周波数を計測して演算部２０に出力する。また、レーザ照射手段１０から出射したレーザ光は、上記と同様の光路を通って受光部１８に到達する。このとき、受光部１８が受光する干渉光は、参照光と第２測定面上の第２測定点Ｓ２にて反射された測定光とが干渉した干渉光となる。そして、受光部１８はこの干渉光の強度を電気信号に変換して演算部２０に出力する。尚、このときの干渉光にもレーザ光の周波数の変化に伴う干渉縞が形成される。
　演算部２０は第２取得ステップとして、取得した干渉光における干渉縞の任意のピークを縞次数ｍ２ピークと設定し、このときのレーザ光の波長もしくは周波数をレーザ光情報取得手段２６から取得して記録する。また、演算部２０は干渉光の干渉縞における縞次数ｍ２ピークからｎ’番目に生じるピークを縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークと設定し、このｎ’の値と縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をレーザ光情報取得手段２６から取得して記録する。
　次に、レーザ光情報取得手段２６がレーザ光の波長を計測する場合には、演算部２０は第２算出ステップとして、ｎ’の値と縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのそれぞれの波長（λｍ２、λ（ｍ２＋ｎ’））とに基づき、同様にして
Ｌ２＝（ｎ’×λｍ２×λ（ｍ２＋ｎ’））/（２×｜λｍ２－λ（ｍ２＋ｎ’）｜）
の計算式により、原点Ｏから第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２を算出する。
　また、レーザ光情報取得手段２６がレーザ光の周波数を計測する場合には、演算部２０はｎ’の値と縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときの周波数（ｆｍ２、ｆ（ｍ２＋ｎ’））とに基づき、同様にして
Ｌ２＝（ｎ’×ｃ）/（２×｜ｆｍ２－ｆ（ｍ２＋ｎ’）｜）
の計算式により、原点Ｏから第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２を算出する。
　次に、演算部２０は第１算出ステップで算出された原点Ｏから第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１と第２算出ステップで算出された原点Ｏから第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２の差の絶対値をとることで、第１測定点Ｓ１から第２測定点Ｓ２までの距離Ｌを算出する。従って、原点Ｏの位置の値が取得されなくとも、第１測定点Ｓ１、第２測定点Ｓ２間の距離Ｌを高精度に算出することができる。
　以上のように、本発明に係るレーザ測距方法及びレーザ測距装置５０によれば、レーザ照射手段１０から波長を所定の範囲内で変化させながらレーザ光を出射し、そのときの参照光と測定光との干渉光に生じる縞次数を用いて第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１と第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２とを測距し、距離Ｌ１と距離Ｌ２とから第１測定点Ｓ１から第２測定点Ｓ２までの距離Ｌを算出する。これにより、光路系に対する機械的な移動機構を用いることなく第１測定点Ｓ１、第２測定点Ｓ２間の距離Ｌを高精度に測距することができる。従って、レーザ測距装置５０の装置規模を比較的小規模とすることができるとともに、第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１もしくは第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２よりも実用的な第１測定点Ｓ１、第２測定点Ｓ２間の距離Ｌを高精度に測距することができる。
　尚、上記のレーザ測距装置５０は本発明に好適な例であるから、レーザ光情報取得手段２６やレーザ測距装置５０の各部の構成、レーザ測距装置５０内の各光路等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
　　　　　　６　　　被測定物
　　　　　　１０　　レーザ照射手段
　　　　　　１２　　分割部
　　　　　　１４　　参照ミラー
　　　　　　１８　　受光部
　　　　　　２０　　演算部
　　　　　　２６　　レーザ光情報取得手段
　　　　　　５０　　レーザ測距装置
　　　　　　Ｓ１　　第１測定点
　　　　　　Ｓ２　　第２測定点
　　　　　　Ｌ１　　（第１測定点までの）距離
　　　　　　Ｌ２　　（第２測定点までの）距離
　　　　　　Ｌ　　　（第１、第２測定点間の）距離

Claims (2)

  1. 　レーザ光を分割部にて２分割し、一方を参照ミラーにて反射させて参照光とするとともに他方を被測定物の測定点で反射させて測定光とし、参照光と測定光との干渉光に基づいて測定点の距離を測距するレーザ測距方法において、
    　波長を連続的に変化させながらレーザ光を照射し、被測定物の第１測定点で反射した第１測定光と参照光とにより生じる干渉光の干渉縞における任意のピークを縞次数ｍ１ピークと設定し、当該縞次数ｍ１ピークからｎ番目に生じるピークを縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークと設定した上で、縞次数ｍ１ピーク及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をそれぞれ取得する第１取得ステップと、
    　前記ｎの値と縞次数ｍ１ピーク及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるときのそれぞれの波長もしくは周波数とに基づいて第１測定点までの距離を算出する第１算出ステップと、
    　波長を連続的に変化させながらレーザ光を照射し、被測定物の第２測定点で反射した第２測定光と参照光とにより生じる干渉光の干渉縞における任意のピークを縞次数ｍ２ピークと設定し、当該縞次数ｍ２ピークからｎ’番目に生じるピークを縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークと設定した上で、縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をそれぞれ取得する第２取得ステップと、
    　前記ｎ’の値と縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのそれぞれの波長もしくは周波数とに基づいて第２測定点までの距離を算出する第２算出ステップと、を有し、
    　第１算出ステップで得られた第１測定点までの距離と第２算出ステップで得られた第２測定点までの距離との差から第１測定点から第２測定点までの距離を算出することを特徴とするレーザ測距方法。
  2. 　波長可変機能を備えたレーザ照射手段と、
    　当該レーザ照射手段から出射したレーザ光の波長もしくは周波数を取得し演算部に出力するレーザ光情報取得手段と、
    　前記レーザ照射手段から出射したレーザ光を参照光と測定光とに２分割する分割部と、
    　前記参照光を反射する参照ミラーと、
    　当該参照ミラーで反射した参照光と測定点で反射した測定光とを受光して受光した光の強度に応じた信号を出力する受光部と、
    　前記レーザ光情報取得手段からのレーザ光の波長もしくは周波数と前記受光部からの信号とが入力する演算部と、を備え、
    　当該演算部が、
    　前記レーザ照射手段がレーザ光の波長を連続的に変化させながら照射したときに第１測定点で反射した第１測定光と参照光とから得られる信号を前記受光部から取得し、第１測定光と参照光との干渉光に生じる干渉縞の任意のピークを縞次数ｍ１ピークと設定し、当該縞次数ｍ１ピークからｎ番目に生じるピークを縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークと設定した上で、縞次数ｍ１ピーク及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をレーザ光情報取得手段からそれぞれ取得する第１取得ステップと、
    　前記ｎの値と縞次数ｍ１ピーク及び縞次数（ｍ１＋ｎ）ピークをとるときのそれぞれの波長もしくは周波数とに基づいて第１測定点までの距離を算出する第１算出ステップと、
    　前記レーザ照射手段がレーザ光の波長を連続的に変化させながら照射したときに第２測定点で反射した第２測定光と参照光とから得られる信号を前記受光部から取得し、第２測定光と参照光との干渉光に生じる干渉縞の任意のピークを縞次数ｍ２ピークと設定し、当該縞次数ｍ２ピークからｎ’番目に生じるピークを縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークと設定した上で、縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのレーザ光の波長もしくは周波数をレーザ光情報取得手段からそれぞれ取得する第２取得ステップと、
    　前記ｎ’の値と縞次数ｍ２ピーク及び縞次数（ｍ２＋ｎ’）ピークをとるときのそれぞれの波長もしくは周波数とに基づいて第２測定点までの距離を算出する第２算出ステップと、を行い、
    　さらに、前記演算部が第１算出ステップで得られた第１測定点までの距離と第２算出ステップで得られた第２測定点までの距離との差から第１測定点から第２測定点までの距離を算出することを特徴とするレーザ測距装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116113803A (zh) * 2020-07-22 2023-05-12 三菱电机株式会社 距离计测装置、距离计测方法以及工作装置

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JPH0222502A (ja) * 1988-07-11 1990-01-25 Kowa Co 光干渉測定装置

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