[发明专利]距离测定装置及距离测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及距离测定装置及方法，通过对测定对象物照射光脉冲并测定到该反射光返回为止的时间，从而测定与测定对象物之间的距离。尤其涉及如下的距离测定装置及方法，即，在采用了在参考光路中包括延迟元件的测定方式的距离测定装置中，能够消除该延迟元件的延迟时间的温度变动等的影响，能够进行高精度的测定。

背景技术

以往已知有这样一种技术，朝向测定对象物照射脉冲光，利用距离测定装置检测从该测定对象物反射来的脉冲光，根据该脉冲光的往返传播时间，测定与测定对象物之间的距离。

在这种距离测定装置中，为了尽可能提高精度，采用在光处理阶段确定传播时间的方式，以便不受距离测定装置内的电气变动的影响。例如，如图15所示，在距离测定装置100上设置脉冲光源101、从脉冲光源101分支出的参考光路Rc、光检测器104，以在参考光路Rc中的光脉冲到达时间为基准，利用光检测器104检测与到测定对象物160的测定光路Mc之间的传播时间差，由此测定距离L。在此，参考光路Rc和测定光路Mc被光路切换器103a、103b机械地切换，以时间上不同的定时独立地测定分别经由光路Rc、Mc的脉冲光的传播时间，根据测定结果计算传播时间差。但是，该方法难以进行快速动作，成为限制测定时间缩短的主要原因。

作为解决该问题的一个方法，也可以想到过这样的方法，即，不对经由参考光路Rc的光(参考光rc)和经由测定光路Mc的光(测定光mc)进行切换，而将参考光rc和测定光mc合成，利用一个光检测器进行检测。但是，该方法在测定对象物160与距离测定装置100之间的距离较短的情况下，参考光rc和测定光mc在时间轴上重合，难以正确地检测参考光rc与测定光mc之间的时间差(参见图15(b)的示例1)。于是，又提出了这样的方法，将预先准确地知道该延迟时间的光学延迟发生器插入到参考光路Rc或测定光路Mc中，使测定光mc和参考光rc在时间轴上分离，测定其时间差，然后对由光学延迟发生器的延迟时间值测定到的时间差进行修正(参见图15(b)的示例2，例如专利文献1)。

此外，在对脉冲光源101进行驱动时，由于发光的瞬间的较大电流变化而导致在光检测器104的电气输出侧发生电磁感应噪声。若参考光路Rc的通过时间较短，则该感应噪声与参考光rc在时间轴上重合，有时产生测定误差。为了避免该问题，在参考光路Rc上附加具有一定延迟时间的延迟元件，将参考光rc和测定光mc分离(例如，专利文献2)。

通常，脉冲光源101大多使用脉冲宽度为10n秒左右的光源，但是为了产生该10n秒的延迟，延迟元件(使用了折射率1.5的光纤的情况下)的长度至少要2米。实际上，设定延迟时间时还会留出富余，所以优选延迟时间为脉冲宽度的几倍以上。作为延迟时间，假设要得到个位数以上的100n秒，则在作为延迟元件使用了光纤的情况下，光纤的长度达到约20米。此外，在采用了后述的、通过衰减振荡波形进行零点检测而得到高精度的时间差测定方法的情况下，优选将噪声电平设在-58dB(1/800)以下，该情况下，作为延迟元件，经光学距离换算需要200米以上的长尺寸。

作为上述延迟元件，为了能够自由弯曲、且以较小的形状得到较大的延迟时间，适合使用光纤。但是，光纤具有传播延迟时间因温度而改变的特性。石英光纤的折射率的温度系数为10ppm/℃左右(例如，非专利文献1、非专利文献2)，作为光纤长度，使用能够得到与上述200米相当的延迟时间的130米，在将室外的温度变化量设为50℃的情况下，由延迟时间的变化引起的测定距离误差为10cm左右。该误差作为测定精度在1mm左右的精密距离测定装置的误差来说是不能够允许的。

专利文献

专利文献1：日本特开昭57-147800号公报

专利文献2：日本特开平5-232231号公报

非专利文献

非专利文献1：I.H.Malitson；″Interspecimen Comparisonof the Refractive Index of Fused Silica″，Journal of the Optical Societyof America，vol.55，no.10，pp.1205(oct.1965)

非专利文献2：Gorachaud Ghosh；″TemperatureDispersion of Refractive Indexes in some Silicate Fiber Glasses″，IEEEPHOTONICS TECHNOGY LETTERS，vol.6，no.3，pp.431(Mar.1994)