JPS60149985A

JPS60149985A - 光波測距装置

Info

Publication number: JPS60149985A
Application number: JP59005469A
Authority: JP
Inventors: Koji Tsuda; 浩二津田; Shinichi Suzuki; 新一鈴木; Atsumi Kaneko; 敦美金子
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1984-01-14
Filing date: 1984-01-14
Publication date: 1985-08-07
Also published as: JPH0378948B2

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】本発明は光波を用いて距離を測定する光波測距装置の光
学的構造に関するものである。光波測距装置は周知のよ
うに、ある規定の周波数で変調された発光ダイオード等
の発光素子からの光を送光光学系を用いて測点に置かれ
たコーナーキューブ等の反射器に向けて放射し、該反射
器より返された光を受光光学系を用いて受光素子に結像
させ、電気信号に変換し、基準変調光に列する反ｆｌ＝
１変調光の位相遅れを検出することによって距離を測定
する装置である。この様な光波測距装置の場合、距離の
測定誤差は重要な性能ヒの問題であり、その誤差に起因
するものに光学的原因や電気的原因が種々存在する。

本発明は前記の光学的原因のうち発光部の位相むらによ
る影響を除去し、測定誤差を小さくする光学的構造に関
するものである。

通常、光波測距装置においては、装置内の光路長及び電
子回路部の位相ずれに基く測定誤差を補正するために、
測定光とは別に補正光を設けているが、この補正光のと
らえ方として発光部の光軸付近の放射光を利用する測定
光とは異なり、光軸より大きくはなれた放射角度範囲の
光を使用する方法が機構上よくとられる。しかしこの場
合放射角度のちがいにより位相むらがあると、測定光と
補正光の位相差が光路の機械的な設定位置の経ＩＩ庁変
化又は発光素子の温度特性により変化することによって
、距離の測定誤差が大きくなるとし１う問題がある。そ
して、この位相むらは、光波測距装置からの出射光が大
きくとれることで非常に有効な高指向性形の発光素子に
おいては、光軸付近での位相むらは小さく許容できる範
囲であるが、光軸より大きくはなれた放射角度に椙）て
は、角度に対する位相むらが非常に大きい傾向にある。

前記放射角度に対する位相むらの影響を減少させろため
の従来の装置としては、発光素子とオプティカルファイ
バーを結合し、このオプティカルファイバーを屈曲させ
て光路内に配置する構成、発光素子として放射角度に対
する位相むらの少ないものを用いる構成、発光素子から
の逆光光路内にハーフミラ−を固定して補正光として５
光軸イ１近の光を利用する構成、送光部と送光光学系の
間に設けたシャッターと光学系により光軸付近の光を利
用する構成などがある。

しかし、オプティカルファイバーを屈曲させる構成は極
端に曲げてやらないと目的を達成することは困難であり
、その屈曲がオプティカルファイバーの破断につながり
光波測距装置の経時的信頼性を損ない、また、放射角に
対する位相むらの少ない発光素子を用いる構成は、発光
素子として光の放射特性が無指向性に近いものを選択す
る必要があり、このような発光素子は無視向性であるが
ゆえに実際に使用する狭い放射角度範囲での光出力が小
さく、さらにオプティカルファイバー等と光結合して使
用する場合は、それらとの結合効率が非常に悪く、その
結合損失を補うためにより多くの電力を発光素子に供給
して放射光１４を増さなければならないという欠点があ
る。さらに、ノ１−フミラーを用いて補正光を取り出す
構成は、光波測距装置からの出射光量がその分減少して
しまし）、飛距離が短くなってしまう欠点があり、送光
部と送光光学系の間に設けたシャッターと光学系により
補正光を取り出す構成は、送受光光学系等で混雑した場
所にシャッター及びシャッター駆動装置等を配置しなけ
ればならず、構造−］−不利になることがある。

本発明の目的は、前記した従来の欠点を解決し、位相む
らによる不都合を除去した光波測距装置を提供すること
にあり、その特徴は次のようである。

一般に放射角度に対する位相むらとは別に、発光素子の
発光面の場所による位相むらが距離ｄ１す定誤差を増大
させるという問題があり、オプティカルファイバー又は
棒状の透光物質（以後、オプティカルロッドという。）
を使用して光を混合することによって発光面の場所によ
る位相むらは混合均一され、この問題は解決されること
がすでに知られており、本発明においても、送光部とし
ては、発光素子と、オプティカルファイバー又はオプテ
ィカルロッド等の透光部材と、この発光素子と透光部材
の光結合をなす光学系とを組み合わせたものとしている
。そして本発明では、この送光部において前記発光素子
と透光部材の間の送光光路１−に受光部に入射する光が
測定光と補正光で’＝７Ｊり換えられるように反射部材
を出し入れし、発光素子の光軸を含む測定光として用い
る光とほぼ同一の放射角度範囲の光、又は光軸部分の光
を補正光として用いるようにしており、こうすることに
よって送光部の光軸に対して大きな角度の光を補正光と
して用いる場合と異なり、測定誤差に結びつく放射角度
に対する位相むらの影響を受けずに済み、測定誤差が小
さく押さえられ、正確な測距ができるようになる。そし
て、前記した高指向性形発光素子を使用することも同時
に可能となる。従って、前述したように、オプティカル
ファイバーを屈曲させたり、放射角に対する位相むらは
小さいが、光波測距装置としては効率が悪い無指向性形
の発光素子を使用して大電力を供給しなければならない
という不都合は生じなくなる。又、ハーフミラ−を固定
して使用せず、測定光が選択される時は送光光路上に反
射部材が位置しないようにしているため、補正光を取り
出すために光波測距装置からの出射光叩゛が減少し飛距
離が犠牲になるということもない。さらに測定光と補正
光の切り換えのための反射部材及びその駆動装置を送光
部の発光素子イ１近に配置でき、送受光光学系等で混雑
した場所に配置する必要がなくなり、構造−１鑞何利で
ある。

以下図面に基いて本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例である光波測距ＪＡ置の送光
部を示す光学系の配置図である。

ｌの符号で示したものは送光部の光学系を示した配置図
であり、測距光を発光する発光素子２の光束トに集光レ
ンズ３が配されており、この集光レンズ３の結像点にオ
プティカルファイバー４を設置しである。

この測距光光路上で集光レンズ３と第１オプテイカルフ
アイバー４の間に円板状のシャッター５を設けその一部
は略４５°の角度に反射部材６、又他の一部は透孔７部
が穿設されていてシャッター５の回動により反射部材６
と透孔７は測距光光路」ニに出入可能に切替えられる。

この切替えには駆動軸８を介してモーター９により駆動
される。

測距光光路上に反射部材６が切替えられている時には発
光素子２から集光レンズ３を経て反射部材６により反射
された光束は補正光として結像されるが、その結像点に
別の補正光伝達用の第２オプテイカルフアイバー１０を
設けである。

以上が光波測距計の送光部１であり、第２図ではその全
体構成図を光学系を主体に簡略に示した図である。

この第２図では従来から公知のビームスプリッタ−１１
，対物しンズ１２．コーナーキューブ１３及び受光部１
４で構成される測距光光路の光学的構造を示したもので
あり、他方補正光光路上には前記第２オプテイカルフア
イバーの出射端面側には集光レンズ１５．ＮＤフィルタ
ー１６．駆動軸１７の配置した状況を示したものである
。

次に第１図と第２図を使ってこれらの作用を説明する。

第１図において、今シャッター５を無視して考えると、
発光素子２からの変調光は、放射角度に対する位相むら
が小さく許容範囲内である角度の光が、集光レンズ３に
より集光され、第１オプテイカルフアイバー４の入射端
面４ａに結像し、この変調光は第１オプテイカルフアイ
バー４により伝達され、出射端面４ｂより放射される。

こＩｌが送光部１からの放射光つまり測定光となる。こ
の送光部にシャッター５等の周辺機構を加えたものが第
１図の状態であり、シャッター５は受光部１４に入射す
る光を測定光と補正光のいずれかに切り換える切り換え
シャッターであり、測定光の時のシャッター位置には測
定光が通過するように送光光路用の透孔７を有し、補正
光の時のシャッター位置には反射部材６が取り付けであ
る。そしてこのシャッター５はモーター９の駆動軸８に
固定されていて、測定光と補正光に応じてモーター９に
より回転され、測定光が選択される時は集光レンズ３を
通過した光はそのシャッター位置に反射部材６がないた
めにそのままシャッター５を通過して第１オプテイカル
フアイバー４の入射端面４ａに入射するが、補正光が選
択される時は反射部材６により反射され補正光伝達用の
第２オプテイカルフアイバー１０に入射するようにしで
ある。

ここで測定光が選択される時は反射部材６が送光光路内
にセットされないために、第２オプテイカルフアイバー
１０には光は入射せず、補正光は存在しないし補正光が
選択される時は、反射部材が送光光路内にセットされて
測定光光路が遮断されるため、第１オプテイカルフアイ
バー４には光は入射せず測定光は存在しない。つまり、
選択された光路に対して他方の光路は遮断されるように
しである。

以上のことを含め、さらに詳述すると、まず測定光が選
択された場合を考えると、発光素子２からの放射光は集
光レンズ３により集光され、シャッター５の送光光路透
孔７を通過した後、第１オプテイカルフアイバー４の入
射端面４ａに結像する。ここで入射部において発光素子
２の光軸と第１オプテイカルフアイバー４の光軸は一致
するようにしてあり、入射端面４ａへの入射角度は光軸
に対して片側０１度とする。そして第１オプテイカルフ
アイバー４で伝達された測定光は出射端面４ｂからほぼ
光軸に刺して片側０１度の角度で放射される。次にこの
測定光はビームズブリッター１１の第１反射面？１ａに
より反射され５対物レンズ】２を通り、平行光束となっ
て外部へ放射される。さらにこの放射光は距離測定点に
設置されたコーナーキューブ１３により反射されその反
射光は再び対物レンズ１２を通過し、光ビーム分割器１
１の第２反射面］　１　ｂにより反射され、受光部■４
に入射して距Ｎ１測定情報となる。

ここで出射端面４ｂ及び受光部１４は対物レンズ１２の
焦点位置にあり、第１オプテイカルフアイバー４の光軸
に対して片側０１度の角度の光が対物レンズ１２より放
射及び入射するようにしである。又、補正光が選択され
た場合には、発光素子２からの放射光は集光レンズ３に
より集光され、シャッター５に取り伺けられた反射部材
６により反射され、第、２オプテイカルフアイバー１０
の入射端面１０ａに結像する。ここで発光素子２の光軸
と第２オプテイカルフアイバー１０の光軸は一致するよ
うにしてあり、入射端面１０ａへの入射角度は測定光の
時の角度範囲と同じく光軸に対して片側０１度としであ
る。さＪ）に第２オプテイカルフアイバー１０により伝
達された補正光は出射端面ｔｏｂからほぼ光軸に対して
Ｌ１側。１度の角度で放射され、その角度範囲の光が集
光レンズ１５により集光されて受光部１４に入射し、装
置内の光路長及び電子回路部の位相ずれに基く測定誤差
の補正情報となる。

さらに、受光部１４の前面には回転角に応じて濃度が変
化するＮＤフィルター１６が設けられており、モーター
等（図示せず）の駆動軸Ｉ７により回転されて測定光の
コーナーキューブ１３がらの反射入射光量と集光レンズ
１５により集光された補正光量の調整を行なうようにし
ている。

本実施例においては、反射部材６をシャッター５に取り
付け、このシャッター５をモーター９により回転してい
るが、シャッターを用いずに直接反射部材を測定光と補
正光に応じて光路に出し入れする構造でもなんらさし・
つかえない。第３図はその一例であり１反射部材６はモ
ーター９の駆動軸８により測定光、補正光に応じて回転
され、光路に出し入れされる。このように反射部材６の
駆動手段は、測定光と補正光が切換えられればいかなる
手段でもさしつかえない。さらに本実施例では、反射部
材６による反射光を第２オブテ、イカルファイバー１０
により伝達しているが、オプティカルファイバーを用い
ず、集光レンズ、ミラー等の光学部品を用いる構成でも
かまわない。又、本実施例では、測定光及び補正光とし
て発光素子の光軸に対して同じ角度範囲の光を利用して
いるが。

放射角度に対する位相むらはこの角度範囲では小さく許
容できるので、反射部材６の寸法を小さくし光軸部分の
光のみを反射して補正光として使用してもさしつかえな
い。ただしこの補正光選択時には、光軸部分以外の光は
測定光路にゆかないように遮光さｔＬることが必要であ
る。

第４図は本発明の他の実施例であって、発光素子２は集
光レンズ１８の焦点位置に、又入射端面４ａは集光レン
ズ１９の焦点位置に、入射端面］Ｏａは集光レンズ２０
の焦点位置にあり、発光素子２からの放射光は集光レン
ズ１８により平行光束となり、この平行光束は測定光の
時は送光光路用の透孔７を通過して焦光レンズ１９によ
り集光され第１オプテイカルフアイバー４の入射端面４
ａに結像し、補正光の時は反射部材６で反射した後、集
光レンズ２０により集光して、第２オプテイカルフアイ
バー１０の入射端面］、　Ｏａに結像する。この実施例
では、平行光束部分で光の結合。

切り換えが行なえるので発光素子２と集光レンズ１８、
第１オプテイカルフアイバー４と集光レンズ１９、第２
オプテイカルフアイバー１０と集光レンズ２０、シャッ
タ一部分等がユニツ１−化できるようになり、調整もや
りやすくなる。

以上説明したように本発明によれは、送光部の発光素子
と透光部材の間の送光光路上に測定光と補正光に応じて
反射部材を出し入れし、測定光として用いる光とほぼ同
一の放射角度範囲の光、又は光軸部分の光を補正光とし
て用いることによって、透光部光軸とは大きくはなれた
角度の光を補正光として利用する場合と異り、放射角度
に対する位相むらによる影響が除去できる。従って、透
光物質を屈曲する必要もなく、又放射光量が大きくとれ
ることで光波測距儀への応用として非常に有効な高指向
性形の発光素子を使用することが可能となり、放射角度
に対する位相むらが小さい発光素子を選択し、その発光
素子に大電力を供給してその出射効率の悪さを補うこと
によって必要な放射光量を確保するという不都合がなく
なり、その種の発光素子に比べ、数分の−の供給電力で
それ以上の放射光量を得ることが可能となる。従って、
光波測距装置の低消費電力化及び電気的誤差の減少をＨ
する上でも非常に有効である。さらに、送光光路上に反
射部材を出し入れする構成であるので、測定光が選択さ
れる時、その光量が減衰するという不都合もなく、光路
上にハーフミラ−を固定して用いる場合に比べ飛距離も
大きくとれるようになる。又、送光部のオプティカルフ
ァイバー出射端面ば対物レンズの焦点に位置し、測定光
。

補正光切り換えシャッター及びその駆動装置等は、オプ
ティカルファー−バーで光結合されている発光素子イ］
近へ位置しているので、送受光光学系で混雑した場所に
配置する場合に比べ構造上有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は送光部及びその周辺機構に関する本発明の一実
施例を示す図であり、第２図は第１図に示す送光部及び
その周辺機構を含む光波測距装置の光学系に関する本発
明の一実施例を示す図であり、第３図は反射部材の駆動
部の別実施例を示す図であり、第４図は第１図の送光部
及びその周辺機構に関する本発明の他の実施例を示す図
である。 ■・・・送光部　２・・・発光素子　３　・集光レンズ
４・・・第１オプティカルファイバー５・・シャッター　６・・反射部材　７・・透孔８・・
駆動軸　９・・・モーター１０・・・第２オプティカルファイバー１１　ビー１１
スプリツター１２　・対物レンズ　１３　・コーナーキューブ１４・
受光部　１５　・集光レンズ１６・・ＮＤフィルター　１７　・駆動軸１８．１９．
２０・・・集光レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

送光部からの放射変調光を送光光学系を用いて反射器に
向けて放射し、該反射器からの反射変調光を受光光学系
を用いて受光部に結像させ、前記放射変調光と反射変調
光との位相差により距離を測定する光波測距装置におい
て、前記送光部を発光素子と透光部材とそれらの間の光
結合をなすｖ１６学系とし、該発光素子と透光部材の間
の送光光路上に測定光と補正光に応じて出し入れされる
反射部材を設け、発光素子の光軸部分の光、又は、光軸
を含み、測定光として用いる光とほぼ同一の放射角度範
囲の光を、補正光として用いることによって、前記放射
変調光の放射角度に対する位相むらの影響を除去したこ
とを特徴とする光波測距装置。