JPH04166790A

JPH04166790A - 走査光学系

Info

Publication number: JPH04166790A
Application number: JP29340590A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Musashi; 武蔵　良二; Ikuo Ishinabe; 郁夫石鍋
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1992-06-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、反射対象物を垂直方向、水平方向に走査して
、反射対象物に光波測距装置本体を自動追尾させる自動
追尾型光波測距装置に用いるのに好適の走査光学系に関
する。

（従来の技術）従来から、走査光学系には、その投光系から走査光束を
出射させて反射対象物を走査し、その反射対象物による
反射光束を受光系により受光する構成のものが知られて
いる。この従来の走査光学系の投光系と受光系とは別々
に構成されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、反射対象物としてのコーナーキューブを
垂直方向、水平方向に走査して、反射対象物に測距装置
本体を自動追尾させる自動追尾型光波測距装置等に走査
光学系を搭載する場合には、走査光学系の投光系と受光
系とが別々に構成されていると、その反射対象物により
反射された反射光束が必ずしも受光系に戻ってくるとは
限らず、反射対象物により反射された反射光束を効率的
に受光できないおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目
的とするところは、その反射対象物からの反射光束を確
実にかつ効率よく受光することのできる走査光学系を提
供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明に係わる走査光学系は、上記の課題を解決するた
め、反射対象物に向けて平行光束を出射して該反射対象
物を走査する投光系と、前記反射対象物からの反射光束
を受光する受光系とを備え、該受光系には集光レンズが
設けられ、該集光レンズにはその先軸と同軸の貫通孔が
形成され、前記受光系には前記投光系の光軸を前記集光
レンズの光軸と同軸にするための反射部材が設けられ、
前記平行光束は前記貫通孔を通って前記反射対象物に向
けて出射されることを特徴とする。

（作用）本発明に係わる走査光学系によれば、投光系から出射さ
れる平行光束は反射部材により受光系の集光レンズの光
軸と同軸にされる。そして、その集光レンズに形成され
た貫通孔を通って反射対象物に導かれ、その反射対象物
が走査される。その反射対象物からの反射光束は受光系
に受光される。

（実施例）以下に、本発明に係わる走査光学系を自動追尾屋光波測
距装置に適用した実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図において、１は測量台、２は濁点に設置の反射対
象物としてのコーナーキューブである。

測量台１はたとえば船舶の甲板などに設置されている。

この測量台１には光波測距装置が据え付けられている。

この光波測距装置３は固定台４と水平回動部５とを有す
る。水平回動部５は、第２図に示すように固定台４に対
して矢印Ａ方向に回転され、支持部６を有する。支持部
６には垂直方向回動軸７が設けられ、垂直方向回動軸７
には測距装置本体８が設けられている。測距装置本体８
は、水平回動部５の回転により水平方向に回動されると
共に、垂直方向回動軸７の回転により第１図に矢印Ｂで
示すように垂直方向に回転される。

その測距装置本体８には、測距光学系９と走査光学系１
０とが設けられている。この測距光学系９は第３図に概
略示すように投光系１１と受光系１２とを有する。投光
系１１はレーザー光源１３を有する。受光系１２は受光
素子１４を有する。

レーザー光源１３は赤外レーザー光波を出射する。

その赤外レーザー光波はビームスプリッタ１５のダイク
ロイックミラー１６により対物レンズ１７に向けて反射
され、カバーガラス１８を介して測距装置本体８から平
面波として出射される。

赤外レーザー光波はコーナーキューブ２により反射され
、カバーガラス１８を介して対物レンズ１７に戻り、ビ
ームスプリッタ１５のダイクロイックミラー１９により
反射され、受光素子１４に収束される。その受光索子１
４の受光出力は、図示を略す公知の計測回路に入力され
、コーナーキューブ２までの距離が測距される。この測
距光学系９は結像レンズ２０、レチクル板２１を有して
おり、可視光は対物レンズ１７、ダイクロイックミラー
１６．１９を通過して、結像レンズ２０に至り、レチク
ル板２１に収束され、測定者は接眼レンズ２２を介して
コーナーキューブ２を含めて測点箇所を視認できる。

走査光学系１０は第４図に示すようにレーザーダイオー
ド２３、コリメータレンズ２４、水平方向偏向素子２５
、垂直方向偏向素子２６、反射プリズム２７．２８．２
９、集光レンズ３０．　　カバーガラス３１、反射プリ
ズム３２、ノイズ光除去用フィルタ３３、受光素子３４
を有する。レーザーダイオード２３、コリメータレンズ
２４、水平方向偏向素子２５、垂直方向偏向素子２６、
反射プリズム２７．２８．２９は投光系１０Ａを大略構
成している。また、集光レンズ３０、反射プリズム３２
、ノイズ光除去用フィルタ３３、受光素子３４は受光系
１０Ｅを大略構成している。水平方向偏向素子２５、垂
直方向偏向素子２６は例えば音響光学素子から構成され
ている。

レーザーダイオード２３は測距光学系９の測距光波とは
異なる波長の赤外レーザー光を出射する。

その赤外レーザー光は、コリメータレンズ２４により平
行光束にされ、水平方向偏向素子２５に導かれる。この
水平方向偏向素子２５は第５図に示すように赤外レーザ
ー光を水平方向Ｈに偏向させる機能を有する。垂直方向
偏向素子２６は赤外レーザー光を垂直方向■に偏向させ
る機能を有する。

その赤外レーザー光は水平方向偏向素子２５、垂直方向
偏向素子２６により水平方向Ｈ１垂直方向Ｖに偏向され
て反射プリズム２７に導かれ、この反射プリズム２７に
より反射され、反射プリズム２８を経由して反射プリズ
ム２９に導かれる。

反射プリズム２９は、投光系１０Ａの光軸を集光レンズ
３０の光軸と同軸にするための反射部材として機能し、
赤外レーザー光はその反射プリズム２９により反射され
て集光レンズ３０に導かれる。

集光レンズ３０には貫通孔３５がその集光レンズ３ｏの
光軸○と同軸に形成されている０反射プリズム２９によ
り反射された赤外レーザー光Ｐはその貫通孔３５を通っ
て測距装置本体８の外部に出射され、コーナーキューブ
２の走査が行われる。

コーナーキューブ２の走査は、第６図に示すように水平
方向Ｈにまず走査を行い、次に、垂直方向■に偏向させ
ながら水平方向Ｈに走査するという手順によって行われ
る。この第６図において、符号３６はその赤外レーザー
光Ｐのコーナーキューブ２を含む面内でのビームスポッ
トである。このビームスポット３６は第７図に示すよう
にその強度分布Ｉ（３６）がガウシアン分布となってい
るため、コーナーキューブ２が第６図に示すように走査
線りと走査線り一との間に位置するような場合には、そ
の反射光束がほとんど得られないおそれがあり、そこで
、この実施例では、第８図に示すように、ビームスポッ
ト３６が垂直方向■の偏向に対して互いに重なり合うよ
うに垂直方向偏向素子２６を制御するものとなっている
。

今、第７図に示すように、ビームスポット３６の直径を
２ω、垂直方向Ｖの走査線りの間隔（垂直方向のスキャ
ニングステップ）をＳとすると、ビームスポット３６に
よる強度Ｉ　（３８Ｌ　　ビームスポット３７による強
度Ｉ　（３７Ｌ　　ビームスポット３６とビームスポッ
ト３７との重なり合い部３８の強度Ｉ（３８）は、それ
ぞれ、Ｉ　（３６）＝Ｉ＠ＥＸＰ　（−２ρ２／ω２）
Ｉ　（３７）　−Ｉｔ＋ＥＸＰ　（−２（ρ−８）２／
ω２）Ｉ　（３８）＝ＩｓＥＸＰ　（−８２／２ω２）
で表される。

なお、Ｉｌｌはビームスポットのピーク強度である。

従って、強度Ｉ（３８）を１例えば後述の意味を有する
係数Ｋを用いて、強度Ｉ　（３８）５強度（１／Ｋ）Ｘ
Ｉｓを満足するようにスキャニングステップＳを設計す
るときには、Ｉ　ｓＥ　Ｘ　Ｐ　（Ｓ　２／　２ω２）≧（１／Ｋ）
ＸＩｅの不等式を自然対数変換して、ｌｎ［：　Ｉ　ｓ　ＥＸＰ（−８２／　２　ω２）］≧
ｌｎ［（１／　Ｋ　）　Ｘ　Ｉ　＠］を計算する。

この式を変形すると、１ｎＩｓ＋（Ｓ２／　２　（１３２）≧ｉｎ　（１／　
Ｋ）　＋ｌｒ＋４　ｓよって、Ｓ２／２ω２≦１ｎＫ従って、（Ｓ−ωＸ　（２１ｎＫ）−”２）（Ｓ＋　ωＸ　（２
１ｎＫ）−１７２）≦０この式から、Ｓ≦ωＸ　（２１
ｎＫ）　−１７２という関係式が求められ、スキャニン
グステップＳを決定することができる。なお、係数には
、をピーク強度■０に対する重なり合い部３８のピーク
強度を決定するための定数で、Ｋ≦３以内であれば十分
である。これによって、ビームスポット３６とビームス
ポット３７との重なり合い部３８の強度■（３８）をピ
ーク強度ＩＯの１／３以上に確保できる。

コーナーキューブ２からの反射光束は、集光レンズ３０
に戻り、この集光レンズ３０により収束され、反射プリ
ズム３２により反射され、ノイズ光除去用フィルター３
３を通過して受光素子３４に結像される。ノイズ光除去
用フィルター３３は赤外レーザー光の波長と同一波長の
光を透過させる機能を有する。

この走査光学系１０によれば、投光系１０Ａと受光系１
０Ｂとの光軸が同軸であるので、コーナーキューブ２に
より反射された赤外レーザー光を効率よく確実に受光で
きるメリットがある。また、ノイズ光除去用フィルター
３３を設けであるので、赤外レーザー光の波長以外の波
長の光が受光素子３４に入射するのを防止できる。

（発明の効果）本発明に係わる走査光学系は、以上説明したように、走
査光学系の投光系と受光系とを同軸に形成したので、そ
の反射対象物からの反射光束を確実にかつ効率よく受光
することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる走査光学系を適用した自動追尾
型光波測距装置の概略構成を示す側面図、第２図は本発
明に係わる走査光学系を適用した自動追尾型光波測距装
置の概略構成を示す平面図第３図は第１図に示す測距光
学系の概略構成を示す光学図、第４図は第１図に示す走査光学系の詳細構成図、第５図
は第４図に示す走査光学系による偏向を模式的に説明す
るための説明図、第６図は本発明に係わる走査光学系の走査の一例を示す
模式図、第７図はビームスポットの垂直方向の重なりを説明する
ための模式図、第８図は垂直方向にビームスポットを重なり合わせて走
査を行う場合の説明図、である。２・・・コーナーキューブ（反射対象物）１０・・・走
査光学系、ＩＯＡ・・・投光系１０Ｂ・・・受光系、２
９・・・反射プリズム（反射部材）３０・・・集光レン
ズ、３５・・・貫通孔０・・・光軸、Ｐ・・・赤外レー
ザー光（平行光束）龜ム

Claims

【特許請求の範囲】

反射対象物に向けて平行光束を出射して該反射対象物を
走査する投光系と、前記反射対象物からの反射光束を受
光する受光系とを備え、該受光系には集光レンズが設け
られ、該集光レンズにはその光軸と同軸の貫通孔が形成
され、前記受光系には前記投光系の光軸を前記集光レン
ズの光軸と同軸にするための反射部材が設けられ、前記
平行光束は前記貫通孔を通つて前記反射対象物に向けて
出射されることを特徴とする走査光学系。