JP6424364B2 - Laser range finder, three-dimensional scanner and laser beam deflection apparatus - Google Patents

Laser range finder, three-dimensional scanner and laser beam deflection apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP6424364B2
JP6424364B2 JP2015006570A JP2015006570A JP6424364B2 JP 6424364 B2 JP6424364 B2 JP 6424364B2 JP 2015006570 A JP2015006570 A JP 2015006570A JP 2015006570 A JP2015006570 A JP 2015006570A JP 6424364 B2 JP6424364 B2 JP 6424364B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
laser beam
polarization
light
laser light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015006570A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016133334A (en
Inventor
敦志 渡辺
敦志 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Original Assignee
ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ATR Advanced Telecommunications Research Institute International filed Critical ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority to JP2015006570A priority Critical patent/JP6424364B2/en
Publication of JP2016133334A publication Critical patent/JP2016133334A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6424364B2 publication Critical patent/JP6424364B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

この発明は、レーザレンジファインダ、3次元スキャナおよびレーザ光偏向装置に関し、特にたとえば、レーザ光を利用する、レーザレンジファインダ、3次元スキャナおよびレーザ光偏向装置に関する。   The present invention relates to a laser range finder, a three-dimensional scanner and a laser beam deflection apparatus, and more particularly to a laser range finder, a three-dimensional scanner and a laser beam deflection apparatus using, for example, a laser beam.

背景技術の一例が特許文献1に開示されている。この特許文献における走査式測距装置では、内部の発光部から出力された測定光は、回転体と一体回転する偏向ミラーによって反射される。たとえば、走査式測距装置が自動搬送車両に取り付けられた場合、走行方向前方に走行方向と垂直な軌跡に沿って、走査されることになる。   An example of the background art is disclosed in Patent Document 1. In the scanning type distance measuring device in this patent document, the measurement light output from the light emitting unit inside is reflected by the deflecting mirror that rotates integrally with the rotating body. For example, when the scanning type distance measuring device is attached to the automatic conveyance vehicle, it is scanned along a locus perpendicular to the traveling direction forward in the traveling direction.

特開2010-256179号公報[G01S 17/93, G01C 3/06, G05D 1/02, B65G 1/00, G01S 17/42]Patent documents 1: Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-256179 [G01S 17/93, G01C 3/06, G05D 1/02, B65G 1/00, G01S 17/42]

ところが、特許文献1の走査式測距装置では、走査範囲を広く、かつ走査周期を短くすると振動や騒音が大きくなり、電力を多く消費する。特に、たとえば3次元の走査を行うときの騒音および消費電力を考慮した場合、領域全体の距離データを取得するために時間がかかってしまう問題がある。   However, in the scanning type distance measuring apparatus of Patent Document 1, when the scanning range is wide and the scanning period is short, vibration and noise become large, and a large amount of power is consumed. In particular, in consideration of noise and power consumption when, for example, three-dimensional scanning is performed, there is a problem that it takes time to acquire distance data of the entire area.

また、高速に3次元の走査を実現するために、レーザ距離計測ユニットを多数搭載したセンサも開発されているが、このセンサはコストが高い。そのため、たとえば走査式測距装置を用いた自律移動ロボットの分野では、広い範囲のデータを短時間で取得でき、かつコストが低いセンサが求められている。   Also, in order to realize three-dimensional scanning at high speed, a sensor equipped with a large number of laser distance measuring units has been developed, but this sensor is expensive. Therefore, for example, in the field of an autonomous mobile robot using a scanning distance measuring apparatus, a sensor that can acquire a wide range of data in a short time and is low in cost is required.

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、レーザレンジファインダ、3次元スキャナおよびレーザ光偏向装置を提供することである。   Therefore, the main object of the present invention is to provide a novel laser range finder, a three-dimensional scanner and a laser beam deflection apparatus.

この発明の他の目的は、機械的な動作部を用いずにレーザ光を走査することが出来る、レーザレンジファインダ、3次元スキャナおよびレーザ光偏向装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a laser range finder, a three-dimensional scanner, and a laser beam deflection apparatus capable of scanning a laser beam without using a mechanical operation unit.

この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明等は、この発明の理解を助けるために記述する実施形態との対応関係を示したものであって、この発明を何ら限定するものではない。   The present invention adopts the following configuration in order to solve the above-mentioned problems. The reference numerals in the parentheses, the supplementary explanation, and the like indicate correspondences with the embodiments described to help the understanding of the present invention, and the present invention is not limited at all.

第1の発明は、各々が異方性光学結晶から成り、垂直な第1面および傾斜した第2面を有し、第1面から入射したレーザ光の偏光方向に応じて、第2面から第1レーザ光または第1レーザ光の光路とは異なる第2レーザ光を出射する、少なくとも1つのプリズム、プリズムを挟んで設置され、それぞれが入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させるか、回転させないかを制御できる、少なくとも1対の偏光回転素子、最も外側の偏光回転素子の外側にそれぞれ設けられ、それぞれが所定の偏光方向成分のレーザ光を通過させる、1対の偏光フィルタ、およびプリズムの第1面側の偏光フィルタにレーザ光を投光し、プリズムの第2面側の偏光フィルタを経た反射レーザ光を受光する投受光部を備える、レーザレンジファインダである。   According to a first aspect of the present invention, each of the first and second surfaces is made of an anisotropic optical crystal, has a vertical first surface and a tilted second surface, and from the second surface according to the polarization direction of the laser light incident from the first surface. At least one prism, which emits a second laser beam different from the optical path of the first laser beam or the first laser beam, is disposed sandwiching the prism, and rotates the polarization direction of the incident laser beam by 90 degrees, At least one pair of polarization-rotating elements that can be controlled not to rotate, a pair of polarization filters provided respectively on the outside of the outermost polarization-rotating element and passing laser light of a predetermined polarization direction component, and a prism The laser range finder includes a light emitting and receiving unit that emits a laser beam to the polarizing filter on the first surface side and receives the reflected laser light that has passed through the polarizing filter on the second surface side of the prism.

第1の発明では、レーザレンジファインダ(10:実施例において対応する部分を例示する参照符号。以下、同じ。)における少なくとも1つのプリズム(18)は、たとえば各々が方解石などの異方性光学結晶から成り、垂直な第1面および傾斜した第2面を有する。また、このようなプリズムは複屈折するため、第1面から入射したレーザ光の偏光方向に応じて、たとえば通常光線とも呼ばれる第1レーザ光または異常光線とも呼ばれる第2レーザ光を、第2面から出射する。少なくとも1対の偏光回転素子(20)は、たとえばプリズムが2個である場合は、2つのプリズムが3つの偏光回転素子で挟まれるように設置される。また、各偏光回転素子は、入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させるか、回転させないかを制御できる。1対の偏光フィルタ(22)は、最も外側の偏光回転素子の外側にそれぞれ設けられる。たとえば、投受光部側に設けられる一方の偏光フィルタ(22a)は、所定の偏光成分のレーザ光、つまり一定方向に偏光したレーザ光を通過させる。また、他方の偏光フィルタ(22b)は、外部に出射されたレーザ光と同じ方向に偏光した反射レーザ光を通過させる。投受光部(14)は、たとえば略同軸上で、プリズムの第1面側の偏光フィルタにレーザ光を投光し、プリズムの第2面側の偏光フィルタを経た反射レーザ光を受光する。   In the first invention, at least one of the prisms (18) in the laser range finder (10: a reference symbol exemplifying the corresponding part in the embodiment, hereinafter the same) is, for example, an anisotropic optical crystal such as calcite. And has a vertical first surface and an inclined second surface. In addition, since such a prism is birefringent, depending on the polarization direction of the laser beam incident from the first surface, for example, the first laser beam also called an ordinary ray or the second laser beam also called an extraordinary ray is Emit from. At least one pair of polarization rotation elements (20) is installed such that, for example, when there are two prisms, the two prisms are sandwiched between the three polarization rotation elements. Further, each polarization rotation element can control whether the polarization direction of the incident laser light is rotated 90 degrees or not. A pair of polarizing filters (22) are respectively provided on the outside of the outermost polarization rotation element. For example, one polarizing filter (22a) provided on the light emitting and receiving unit side transmits laser light of a predetermined polarization component, that is, laser light polarized in a certain direction. The other polarizing filter (22b) passes the reflected laser light polarized in the same direction as the laser light emitted to the outside. The light emitting and receiving unit (14) projects the laser light to the polarizing filter on the first surface side of the prism, for example, substantially coaxially, and receives the reflected laser light having passed through the polarizing filter on the second surface side of the prism.

第1の発明によれば、機械的な動作部を用いずに、複数の角度でレーザ光を走査することが出来る。   According to the first invention, it is possible to scan laser light at a plurality of angles without using a mechanical operation unit.

また、第1の発明のレーザレンジファインダは、機械的な回転部および振動部を有しているレーザ光偏向装置に対して低騒音/低振動、低消費電力および高耐久性/耐候性などの効果を奏する。   Further, the laser range finder according to the first aspect of the present invention has low noise / low vibration, low power consumption and high durability / weatherability etc. with respect to a laser beam deflection apparatus having a mechanical rotating part and a vibrating part. Play an effect.

第2の発明は、第1の発明に従属し、偏光回転素子のオン/オフを制御する制御部をさらに備え、偏光回転素子は、制御部によってオンにされたときに入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させ、制御部によってオフにされたときには入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させない。   A second invention is according to the first invention, further comprising a control unit for controlling on / off of the polarization rotation element, and the polarization rotation element is a polarization of the laser light incident when it is turned on by the control unit. The direction is rotated 90 degrees, and when it is turned off by the control unit, the polarization direction of the incident laser light is not rotated 90 degrees.

第2の発明では、制御部(12,24)は、たとえば全体を制御するプロセッサ(12)と、各偏光回転素子と対応する制御部とを含み、偏光回転素子のオン/オフを制御する。偏光回転素子は、制御部によってオンにされたときに入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させる。一方、偏光回転素子は、制御部によってオフにされたときには入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させない。   In the second invention, the control unit (12, 24) includes, for example, a processor (12) for controlling the entire system, and a control unit corresponding to each polarization rotation element, and controls on / off of the polarization rotation element. The polarization rotation element rotates the polarization direction of the incident laser light by 90 degrees when it is turned on by the control unit. On the other hand, the polarization rotation element does not rotate the polarization direction of the incident laser light by 90 degrees when it is turned off by the control unit.

第3の発明は、第1の発明のレーザレンジファインダ、レーザレンジファインダからレーザ光が投光されるミラー、およびミラーを回転させるモータを備える、3次元スキャナである。   A third invention is a three-dimensional scanner including the laser range finder of the first invention, a mirror to which laser light is projected from the laser range finder, and a motor for rotating the mirror.

第3の発明では、レーザレンジファインダ(10)は、たとえばn個のプリズムが用いられている場合は、2個の角度にレーザ光を投光することが可能である。ミラー(62)には、たとえば2個の角度にレーザ光が照射される。モータ(64)は、たとえばミラーの回転を制御する。たとえば、投光されたレーザ光を反射したミラーが一回転すると、1つの面(スキャン平面)をスキャンすることが出来る。たとえば、2個の位置にレーザ光を投光することが可能なレーザレンジファインダを用いた場合、2個のスキャン平面を得ることができる。そして、3次元スキャナは2個のスキャン平面に基づいて、3次元空間のスキャン結果を得る。 In the third invention, the laser range finder (10) can project laser light at 2 n angles when, for example, n prisms are used. The mirror (62) is irradiated with laser light at, for example, 2 n angles. A motor (64) controls, for example, the rotation of the mirror. For example, when the mirror that reflected the projected laser light makes one rotation, it is possible to scan one plane (scan plane). For example, if a laser range finder capable of projecting laser light to 2 n positions is used, 2 n scan planes can be obtained. The three-dimensional scanner then obtains scan results in three-dimensional space based on the 2 n scan planes.

第3の発明によれば、機械的な回転部および振動部を有しているレーザレンジファインダを利用する3次元スキャナに対して、低コストで、広い範囲の領域全体のデータを、短時間で取得することが可能となる。   According to the third aspect of the present invention, it is possible to reduce the data of the entire area over a wide range in a short time at a low cost for a three-dimensional scanner using a laser range finder having a mechanical rotating portion and a vibrating portion. It becomes possible to acquire.

第4の発明は、各々が異方性光学結晶から成り、垂直な第1面および傾斜した第2面を有し、第1面から入射したレーザ光の偏光方向に応じて、第2面から第1レーザ光または第1レーザ光の光路とは異なる第2レーザ光を出射する、少なくとも1つのプリズム、プリズムを挟んで設置され、それぞれが入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させるか、回転させないかを制御できる、少なくとも1対の偏光回転素子、および最も外側の偏光回転素子の外側にそれぞれ設けられ、それぞれが所定の偏光方向成分のレーザ光を通過させる、1対の偏光フィルタを備える、レーザ光偏向装置である。   A fourth aspect of the invention is an optical crystal according to an embodiment of the present invention, each of which is made of an anisotropic optical crystal, having a perpendicular first surface and a tilted second surface, and from the second surface according to the polarization direction of laser light incident from the first surface. At least one prism, which emits a second laser beam different from the optical path of the first laser beam or the first laser beam, is disposed sandwiching the prism, and rotates the polarization direction of the incident laser beam by 90 degrees, At least one pair of polarization-rotating elements that can be controlled not to rotate, and a pair of polarization filters provided respectively on the outside of the outermost polarization-rotating elements, each transmitting laser light of a predetermined polarization direction component , Laser beam deflection apparatus.

第4の発明では、レーザ光偏向装置(10)は、第1の発明のプリズム(18)、偏光回転素子(20)および偏光フィルタ(22)を含むレーザ光偏向装置(16)を備える。   In the fourth invention, the laser beam deflection apparatus (10) includes the laser beam deflection apparatus (16) including the prism (18), the polarization rotation element (20), and the polarization filter (22) of the first invention.

第4の発明によれば、機械的な回転部および振動部を用いずに、レーザ光を偏向させることが出来る。   According to the fourth invention, it is possible to deflect the laser light without using a mechanical rotation unit and a vibration unit.

この発明によれば、機械的な動作部を用いずに、複数の角度でレーザ光を走査することが出来る。   According to the present invention, laser light can be scanned at a plurality of angles without using a mechanical operation unit.

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。   The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the embodiments with reference to the drawings.

図1はこの発明の一実施例のレーザレンジファインダの構成の一例を示す図解図である。FIG. 1 is an illustrative view showing one example of a configuration of a laser range finder according to an embodiment of the present invention. 図2は図1に示すレーザレンジファインダにおけるレーザ光および反射レーザ光の投受光の経路の一例を示す図解図であり、図2(A)はレーザ光の投光経路の一例を示し、図2(B)は反射レーザ光の受光経路の一例を示す。FIG. 2 is an illustrative view showing one example of a path of light emission and reception of laser light and reflected laser light in the laser range finder shown in FIG. 1, and FIG. 2 (A) shows one example of a light projection path of laser light. (B) shows an example of the light reception path of reflected laser light. 図3は図1に示すプロセッサおよび制御部によって制御される偏光回転素子の一例を示す図解図である。FIG. 3 is an illustrative view showing one example of a polarization rotation element controlled by a processor and a control unit shown in FIG. 図4は図1に示すレーザレンジファインダを用いた動作実験の実験環境の一例を示す図解図である。FIG. 4 is an illustrative view showing one example of an experiment environment of an operation experiment using the laser range finder shown in FIG. 図5は図1に示すレーザレンジファインダから投光されたレーザ光の投光位置の一例を示す図解図である。FIG. 5 is an illustrative view showing one example of a projection position of laser light projected from the laser range finder shown in FIG. 図6は図1に示すレーザレンジファインダを用いた動作実験の実験結果の一例を示す図解図である。FIG. 6 is an illustrative view showing one example of an experimental result of an operation test using the laser range finder shown in FIG. 図7は他の実施例のレーザレンジファインダの構成の一例を示す図解図である。FIG. 7 is an illustrative view showing one example of a configuration of a laser range finder according to another embodiment. 図8はその他の実施例のレーザレンジファインダから投光されたレーザ光の投光位置の一例を示す図解図である。FIG. 8 is an illustrative view showing one example of a projection position of laser light projected from a laser range finder of another embodiment. 図9は図1に示すレーザレンジファインダが用いられた3次元スキャナの構成の一例を示す図解図である。FIG. 9 is an illustrative view showing one example of a configuration of a three-dimensional scanner using the laser range finder shown in FIG. 図10は図10に示す3次元スキャナによってスキャンされるスキャン平面の一例を示す図解図である。FIG. 10 is an illustrative view showing one example of a scan plane scanned by the three-dimensional scanner shown in FIG.

<第1実施例>
図1を参照して、実施例のレーザレンジファインダ10は、プロセッサ12、レーザ光源とも言われる投受光部14およびレーザ光偏向装置16などを備える。そして、レーザレンジファインダ10は、測定光の出射時期と反射光の受光時期の時差を求めることで、レーザレンジファインダ10から物体までの距離を算出する。
First Embodiment
Referring to FIG. 1, the laser range finder 10 of the embodiment includes a processor 12, a light emitting / receiving unit 14 also referred to as a laser light source, a laser light deflection device 16, and the like. Then, the laser range finder 10 calculates the distance from the laser range finder 10 to the object by obtaining the time difference between the emission time of the measurement light and the light reception time of the reflected light.

なお、以下の説明では、光波の振動に関することに対して「偏光」という言葉を用い、レーザ光の進行方向の角度を変えることに関して「偏向」という言葉を用いていることに注意されたい。   In the following description, it should be noted that the term "polarization" is used to refer to the vibration of the light wave, and the term "deflection" is used to change the angle of the traveling direction of the laser light.

投受光部14はレーザ光を投光し、投光したレーザ光が物体に当たって反射したレーザ光を受光する。なお、レーザ光は「測定光」と言われることもあり、反射したレーザ光は、「反射光」または「反射レーザ光」と言われることもある。   The light emitting and receiving unit 14 emits a laser beam, and the emitted laser beam strikes an object and receives the reflected laser beam. The laser light may be referred to as "measurement light", and the reflected laser light may be referred to as "reflected light" or "reflected laser light".

レーザ光偏向装置16は、レーザスキャナと言われることもあり、垂直な第1面および傾斜した第2面を有する2つの偏光プリズム18、各偏光プリズム18を挟むように設置される3つの偏光回転素子20および最も外側の偏光回転素子20の外側にそれぞれ設けられる一対の偏光フィルタ22を含む。また、各偏光回転素子20には制御部24が接続され、制御部24は、プロセッサ12の指示に従って、偏光回転素子20のオン/オフを制御する。そのため、プロセッサ12および制御部24は、まとめて「制御部」と言われることもある。   The laser beam deflector 16 is sometimes referred to as a laser scanner, and includes two polarizing prisms 18 having a vertical first surface and an inclined second surface, and three polarization rotations installed so as to sandwich each polarizing prism 18. It includes a pair of polarization filters 22 provided outside the element 20 and the outermost polarization rotation element 20, respectively. Further, a control unit 24 is connected to each polarization rotation element 20, and the control unit 24 controls on / off of the polarization rotation element 20 according to an instruction of the processor 12. Therefore, the processor 12 and the control unit 24 may be collectively referred to as a "control unit".

3つの偏光回転素子20は、たとえば制御部24によってオンにされた状態では、偏光回転素子20の内部を通過するレーザ光の偏光方向を回転させる。また、偏光回転素子20のそれぞれには、電気的にリターダンスを制御可能な液晶可変リターダが採用される。   The three polarization rotation elements 20 rotate, for example, the polarization direction of the laser light passing through the inside of the polarization rotation element 20 in a state in which the three polarization rotation elements 20 are turned on by the control unit 24. In each of the polarization rotation elements 20, a liquid crystal variable retarder capable of electrically controlling the retardance is employed.

なお、他の実施例の偏光回転素子20には、液晶可変リターダよりも応答性がよいポッケルスセル可変リターダや、電気的に偏光方向の回転を制御可能なTN液晶などが採用されてもよい。   A Pockels cell variable retarder, which has better responsiveness than a liquid crystal variable retarder, a TN liquid crystal capable of electrically controlling the rotation of the polarization direction, or the like may be adopted as the polarization rotation element 20 of another embodiment.

2つの偏光プリズム18は、方解石などの異方性光学結晶から成る。異方性光学結晶は、その結晶の光学軸に対して平行な偏光の光線(通常光線)と、光学軸に対して垂直な偏光の光線(異常光線)とで屈折率が異なる。つまり、異方性光学結晶の向き対する偏光方向および入射方向で、屈折率が変わる。たとえば、方解石から成る偏光プリズム18では、通常光線の屈折率nは、異常光線の屈折率nよりも大きいため、通常光線は異常光線よりも大きく屈折する。 The two polarizing prisms 18 consist of anisotropic optical crystals such as calcite. An anisotropic optical crystal differs in refractive index between a light beam (normal light) of polarized light parallel to the optical axis of the crystal and a light beam (abnormal light) of polarized light perpendicular to the optical axis. That is, the refractive index changes in the polarization direction and the incident direction with respect to the direction of the anisotropic optical crystal. For example, the polarizing prism 18 made of calcite, the refractive index n 0 of ordinary light is larger than the refractive index n e of the extraordinary ray, usually the light rays refracted larger than the extraordinary ray.

そして、投受光部14は、偏光プリズム18の第1面側の第1偏光フィルタ22aにレーザ光を投光し、偏光プリズム18の第2面側の第2偏光フィルタ22bを経た反射レーザ光を受光する。   Then, the light emitting and receiving unit 14 projects the laser light to the first polarizing filter 22a on the first surface side of the polarizing prism 18, and the reflected laser light that has passed through the second polarizing filter 22b on the second surface side of the polarizing prism 18 Receive light.

このように、レーザレンジファインダ10は、非機械的なレーザスキャン方式を採用しており、機械的な回転部および振動部を有していない。そのため、レーザレンジファインダ10は、機械的な回転部および振動部を有しているレーザレンジファインダに対して低騒音/低振動、低消費電力および高耐久性/耐候性などの効果を奏する。   As described above, the laser range finder 10 employs the non-mechanical laser scanning method, and does not have a mechanical rotating unit and a vibrating unit. Therefore, the laser range finder 10 exerts effects such as low noise / low vibration, low power consumption and high durability / weatherability to the laser range finder having the mechanical rotating portion and the vibrating portion.

ここで、たとえば投受光部14は、光源または投光部とも言われるレーザダイオードと、受光部とも言われるフォトダイオードとを含む。レーザダイオードには、投受光部14の外部にレーザ光を出力するため導光部材が設けられている。また、導光部材内にはコリメータレンズが設けられている。そのため、レーザダイオードが出力したレーザ光は、導光部材によってコリメータレンズに導かれ、コリメータレンズで平行状態に調整される。そして、平行状態に調整されたレーザ光が、投受光部14の外部に出射される。なお、平行状態に調整されたレーザ光(ビーム光)は、コリメート光と言われることもある。   Here, for example, the light emitting and receiving unit 14 includes a laser diode also referred to as a light source or a light emitting unit, and a photodiode referred to as a light receiving unit. The laser diode is provided with a light guide member for outputting laser light to the outside of the light emitting and receiving unit 14. Further, a collimator lens is provided in the light guide member. Therefore, the laser light output from the laser diode is guided to the collimator lens by the light guide member, and is adjusted in parallel by the collimator lens. Then, the laser beam adjusted to the parallel state is emitted to the outside of the light emitting and receiving unit 14. In addition, the laser beam (beam light) adjusted to the parallel state may be called collimated light.

導光部材の出射側では、この導光部材の周囲を囲むように集光レンズ設置されている。つまり、導光部材の一方端は集光レンズの略中心を貫いた状態となる。たとえば、反射レーザ光は集光レンズによって受光される。集光レンズの焦点には、レーザダイオードの光軸と略一致するように配置されたフォトダイオードが設けられている。そのため、集光レンズによって集光された反射レーザ光は、集光レンズの焦点に配置されたフォトダイオードに入力される。   At the exit side of the light guide member, a condenser lens is provided so as to surround the periphery of the light guide member. That is, one end of the light guide member penetrates the approximate center of the condensing lens. For example, the reflected laser light is received by the condenser lens. At the focal point of the condenser lens, a photodiode is provided which is disposed to substantially coincide with the optical axis of the laser diode. Therefore, the reflected laser light collected by the collecting lens is input to the photodiode disposed at the focal point of the collecting lens.

このように、本実施例の投受光部14は、投光したレーザ光と略同じ光軸上で、反射レーザ光を受光することができる。   As described above, the light emitting and receiving unit 14 of the present embodiment can receive the reflected laser light on substantially the same optical axis as the projected laser light.

なお、投受光部14の具体的な構成などについては、特開2014−109686号公報を参照されたい。また、他の実施例では、たとえば特開2002−246636号公報などに記載されている技術が利用された投受光部14が採用されてもよい。   For a specific configuration of the light emitting and receiving unit 14, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-109686. Further, in another embodiment, the light emitting and receiving unit 14 may be employed in which the technology described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-246636 and the like is used.

図2(A)は投受光部14から投光されたレーザ光の投光経路の一例を示す。図2(A)を参照して、投受光部14が投光したレーザ光は第1偏光フィルタ22aを通過する。このとき、第1偏光フィルタ22aでは、所定の偏光成分のレーザ光、つまり一定方向に偏光したレーザ光が通過する。この第1偏光フィルタ22a通過したレーザ光は、第1偏光回転素子20aを通過する。第1偏光回転素子20aでは、内部を通過するレーザ光の偏光方向を90度回転させるか、回転させないかが制御される。たとえば、第1偏光回転素子20aがオンであれば、レーザ光の偏光方向は90度回転する。一方、第2偏光回転素子20bがオフであれば、レーザ光の偏光方向は90度回転しない。   FIG. 2A shows an example of a light projection path of the laser light emitted from the light emitting and receiving unit 14. Referring to FIG. 2A, the laser light emitted by the light emitting and receiving unit 14 passes through the first polarizing filter 22a. At this time, in the first polarization filter 22a, laser light of a predetermined polarization component, that is, laser light polarized in a predetermined direction passes. The laser beam that has passed through the first polarization filter 22a passes through the first polarization rotation element 20a. In the first polarization rotation element 20a, it is controlled whether the polarization direction of the laser light passing through the inside is rotated 90 degrees or not. For example, if the first polarization rotation element 20a is on, the polarization direction of the laser light is rotated by 90 degrees. On the other hand, if the second polarization rotation element 20b is off, the polarization direction of the laser light is not rotated by 90 degrees.

第1偏光回転素子20aで偏光方向が制御されたレーザ光は、第1偏光プリズム18aの垂直な第1面に入射する。入射したレーザ光は、偏光方向に応じて、通常光線のレーザ光または異常光線のレーザ光を第2面から出射する。   The laser beam whose polarization direction is controlled by the first polarization rotation element 20a is incident on the vertical first surface of the first polarization prism 18a. The incident laser beam emits a laser beam of a normal ray or a laser beam of an extraordinary ray from the second surface according to the polarization direction.

第1偏光プリズム18aから出射されたレーザ光は、第2偏光回転素子20bで偏光方向を90度回転させるか否かが再び制御され、第2偏光プリズム18bに入射する。第2偏光プリズム18bの第1面から入射したレーザ光は、再び偏光方向に応じて、通常光線のレーザ光または異常光線のレーザ光を第2面から出射する。   The laser light emitted from the first polarizing prism 18a is again controlled by the second polarization rotating element 20b to determine whether or not the polarization direction is rotated by 90 degrees, and enters the second polarizing prism 18b. The laser beam incident from the first surface of the second polarizing prism 18b emits the laser beam of the ordinary ray or the laser beam of the extraordinary ray from the second plane again according to the polarization direction.

たとえば、図3を参照して、1つ目の偏光プリズム18にレーザ光Lが入射した場合、レーザ光Lの偏光方向に応じて、第1レーザ光Lまたは第2レーザ光Lが出射される。第1レーザ光Lまたは第2レーザ光Lは偏光回転素子20を通過して、2つ目の偏光プリズム18の第1面に入射する。このとき、偏光回転素子20がオフであれば第1レーザ光Lに対応する第3レーザ光L11が第2面から出射され、偏光回転素子20がオンであれば第1レーザ光Lに対応する第4レーザ光L12が第2面から出射される。また、偏光回転素子20がオンであれば第2レーザ光Lに対応する第5レーザ光L21が第2面から出射され、偏光回転素子20がオフであれば第2レーザ光Lに対応する第6レーザ光L22が第2面から出射される。 For example, with reference to FIG. 3, one case of eye laser beam L 0 to the polarization prism 18 is incident, according to the polarization direction of the laser beam L 0, the first laser beam L 1 and the second laser beam L 2 Is emitted. The first laser light L 1 or the second laser light L 2 passes through the polarization rotation element 20 and is incident on the first surface of the second polarizing prism 18. In this case, the polarization rotation element 20 and the third laser light L 11 that corresponds to the first laser beam L 1 if off is emitted from the second surface, the first laser light L 1 when the polarization rotating element 20 is ON the fourth laser light L 12 is emitted from the second surface corresponding to. The fifth laser beam L 21 is emitted from the second surface of the polarization rotating element 20 corresponds to the second laser beam L 2 If on, the second laser beam L 2 polarization rotator 20 is off corresponding sixth laser beam L 22 is emitted from the second surface.

このように、本実施例では、レーザ光が2個の偏光プリズム18を透過するため、レーザ光の角度を4(=2)つの分解能で偏向することが可能である。 As described above, in this embodiment, since the laser light passes through the two polarizing prisms 18, it is possible to deflect the laser light with four (= 2 2 ) resolutions.

なお、レーザ光が1個の偏光プリズム18を透過する場合は、レーザ光の角度は2(=2)つの分解能で偏向する。また、レーザ光が3個の偏光プリズム18を透過する場合は、レーザ光の角度は8(=2)つの分解能で偏向する。つまり、レーザ光偏向装置16で利用されるn個の偏光プリズムに応じて、レーザ光の角度は2つの分解能で偏向する。 When the laser beam passes through one polarizing prism 18, the angle of the laser beam is deflected with two (= 2 1 ) resolutions. When the laser light passes through the three polarizing prisms 18, the laser light is deflected at a resolution of 8 (= 2 3 ). That is, in accordance with the n polarizing prisms used in the laser beam deflecting device 16, the angle of the laser beam is deflected with a resolution of 2 n .

また、たとえば上述の第3−第6レーザ光は、最終段の偏光回転素子20で、偏光方向を90度回転させるかが制御され、第2偏光フィルタ22bを介して外部に投光される。   In addition, for example, the third to sixth laser beams described above are controlled by the polarization rotation element 20 at the final stage to control whether the polarization direction is rotated 90 degrees, and are projected to the outside through the second polarization filter 22 b.

図2(A),(B)を参照して、最終段の偏光回転素子20、つまり実施例では3段目の第3偏光回転素子20cと、最終段の偏光回転素子20に設けられる第2偏光フィルタ22bとは、レーザ光の偏向角度の分解能の偏光には寄与していない。ただし、最終段の偏光回転素子20は、全ての偏光回転素子20のうち、オンにされる偏光回転素子20が偶数個となるように用いられる。そして、オンの偏光回転素子20を偶数個にすることで、第2偏光フィルタ22bから外部に出射されたレーザ光の偏向方向と、そのレーザ光の反射レーザ光の偏向方向とを等しくすることが出来る。   Referring to FIGS. 2A and 2B, the polarization rotation element 20 of the final stage, that is, the third polarization rotation element 20c of the third stage in the embodiment, and the second provided in the polarization rotation element 20 of the final stage The polarization filter 22 b does not contribute to the polarization of the resolution of the deflection angle of the laser light. However, the polarization rotation element 20 of the final stage is used so that the number of polarization rotation elements 20 to be turned on among all the polarization rotation elements 20 is an even number. Then, the number of polarization rotation elements 20 that are turned on is an even number, so that the polarization direction of the laser light emitted to the outside from the second polarization filter 22 b and the polarization direction of the reflected laser light of the laser light are equal. It can.

また、外部に投光され物体に当たったレーザ光は拡散する。そのため、反射レーザ光は様々な偏光方向成分を含む。そして、外部に投光されたレーザ光と同じ方向に偏光した反射レーザ光を通過させるために、第2偏光フィルタ22bが設けられている。   Further, the laser light emitted to the outside and striking the object is diffused. Therefore, the reflected laser light contains various polarization direction components. A second polarizing filter 22b is provided to pass the reflected laser beam polarized in the same direction as the laser beam projected to the outside.

このように、最終段の偏光回転素子20および第2偏光フィルタ22bを設けることで、図2(B)に示すように、レーザ光と反射レーザ光との経路が同じになる。つまり、反射レーザ光は投光経路と略同じ経路をたどって投受光部14で受光される。   Thus, by providing the polarization rotation element 20 and the second polarization filter 22b at the final stage, as shown in FIG. 2B, the paths of the laser light and the reflected laser light become the same. That is, the reflected laser light follows the path substantially the same as the light projection path and is received by the light emitting and receiving unit 14.

したがって、レーザレンジファインダ10から投光されるレーザ光の偏向方向によらず、反射レーザ光は投受光部14に戻るため、物体に対するレーザ光の投光位置によらず、正確な測距を実現することが可能となる。   Therefore, regardless of the deflection direction of the laser beam emitted from the laser range finder 10, the reflected laser beam returns to the light emitting and receiving unit 14, so that accurate distance measurement is realized regardless of the projection position of the laser beam on the object. It is possible to

図3を参照して、偏光回転素子20の制御について具体的に説明する。偏光回転素子20には、上述したように偏光回転素子20に印加する電圧を制御する制御部24が接続されている。各制御部24には、プロセッサ12から偏光方向のオン/オフを指示する制御信号と、前段までの偏向角度とが入力される。制御部24は、制御信号に基づいて偏光回転素子20のオン/オフを制御する。また、制御部24は、前段までの偏向角度に基づいて、光路長に応じて1/2波長のリターダンス、つまり偏光方向を90度回転させるように、印加する電圧(以下、単に「印加電圧」と言う。)を制御する。   Control of the polarization rotation element 20 will be specifically described with reference to FIG. The polarization rotation element 20 is connected to the control unit 24 that controls the voltage applied to the polarization rotation element 20 as described above. A control signal for instructing on / off of the polarization direction from the processor 12 and a deflection angle up to the previous stage are input to each control unit 24. The control unit 24 controls on / off of the polarization rotation element 20 based on the control signal. In addition, the control unit 24 applies a voltage (hereinafter referred to simply as “applied voltage” so as to rotate the 1⁄2 wavelength retardance according to the optical path length, that is, rotate the polarization direction by 90 degrees based on the deflection angle up to the previous stage. Control).

たとえば、入射角をθ、偏光回転素子20の厚さ(光路長)をd、レーザ光の波長をλ、リターダ特性をk、印加電圧をvとする。そして、光路長dおよび印加電圧vに比例して発生するリターダンスを1/2波長(90度)にする場合は、数1に示す数式が成立する。   For example, the incident angle is θ, the thickness (optical path length) of the polarization rotation element 20 is d, the wavelength of the laser light is λ, the retarder characteristic is k, and the applied voltage is v. Then, when the retardance generated in proportion to the optical path length d and the applied voltage v is 1⁄2 wavelength (90 degrees), the equation shown in Equation 1 holds.

[数1]

[Equation 1]

また、数1に示す数式を印加電圧vについて解くと数2に示す数式となる。そして、制御部24は、入射角θ、つまり前段までの偏向角度を数2の数式に代入することで、偏光回転素子20に印加する電圧を決める。すなわち、偏光回転素子20への印加電圧vは、数2に示す数式を用いて制御される。   Further, when the equation shown in the equation 1 is solved for the applied voltage v, the equation shown in the equation 2 is obtained. Then, the control unit 24 determines the voltage to be applied to the polarization rotation element 20 by substituting the incident angle θ, that is, the deflection angle up to the previous stage into the equation of Formula 2. That is, the applied voltage v to the polarization rotation element 20 is controlled using the equation shown in Equation 2.

[数2]

[Equation 2]

このようにして印加電圧vを算出することで、偏光回転を高精度に制御することが可能となる。   By calculating the applied voltage v in this manner, it is possible to control polarization rotation with high accuracy.

なお、1段目の第1偏光回転素子20aと接続される制御部24では、前段が存在しないため前段までの偏向角度としては、「0度」がその制御部24に入力される。   In the control unit 24 connected to the first polarization rotation element 20 a of the first stage, “0 degree” is input to the control unit 24 as the deflection angle up to the previous stage because there is no former stage.

また、他の実施例では、数1および数2の数式に対して周囲温度tが加えられてもよい。つまり、他の実施例では、周囲温度tが考慮された印加電圧vによって、より高精度に偏光回転素子20が制御されてもよい。   Also, in another embodiment, the ambient temperature t may be added to Equations 1 and 2. That is, in another embodiment, the polarization rotation element 20 may be controlled more accurately by the applied voltage v in which the ambient temperature t is taken into consideration.

続いて、実施例のレーザレンジファインダ10を用いた動作実験の実験結果について説明する。まず、図4を参照して、動作実験の実験環境としては、レーザレンジファインダ10および方眼紙を用意し、レーザレンジファインダ10の投受光部14から出射されたレーザ光がレーザ光偏向装置16を透過した後に方眼紙に照射されるようにする。また、方眼紙は、レーザ光偏向装置16にレーザ光が投光される側の位置を基準として、前方2.0mの位置に配置される。   Subsequently, experimental results of an operation experiment using the laser range finder 10 of the embodiment will be described. First, referring to FIG. 4, a laser range finder 10 and a grid sheet are prepared as an experiment environment of the operation experiment, and the laser beam emitted from the light emitting and receiving unit 14 of the laser range finder 10 After being transmitted, it is made to be irradiated to the grid paper. Further, the grid paper is disposed at a position 2.0 m forward with reference to the position on the side where the laser light is projected to the laser light deflection device 16.

次に、図5を参照して、まず、投受光部14から投光されたレーザ光がレーザ光偏向装置16を介さずに照射される位置を方眼紙に記録する。そして、3つの偏光回転素子20において、オンとなる偏光回転素子20が偶数となるように、3つの偏光回転素子20のオン/オフのパターンを試し、各パターンにおけるレーザ光の投光位置を記録する。   Next, referring to FIG. 5, first, the position where the laser beam projected from the light emitting and receiving unit 14 is irradiated without passing through the laser beam deflecting device 16 is recorded on the grid paper. Then, on the three polarization rotation elements 20, try the on / off patterns of the three polarization rotation elements 20 so that the number of the polarization rotation elements 20 to be turned on becomes even, and record the projection position of the laser light in each pattern Do.

図6に示す実験結果を参照して、1段目の第1偏光回転素子20aをオンにし、2段目の第2偏光回転素子20bをオフにしたうえで、3段目の第3偏光回転素子20cをオンにした場合、レーザ光が照射される位置は投光位置Aとなった。   Referring to the experimental result shown in FIG. 6, the first polarization rotating element 20a in the first stage is turned on, and the second polarization rotation element 20b in the second stage is turned off, and then the third polarization rotation in the third stage When the element 20 c was turned on, the position irradiated with the laser beam was the light emitting position A.

1段目の第1偏光回転素子20aをオフにし、2段目の第2偏光回転素子20bをオンにしたうえで、3段目の第3偏光回転素子20cをオンにした場合、レーザ光が照射される位置は投光位置Bとなった。   When the first polarization rotation element 20a in the first stage is turned off and the second polarization rotation element 20b in the second stage is turned on, then the third polarization rotation element 20c in the third stage is turned on. The irradiation position was the light projection position B.

1段目の第1偏光回転素子20aと2段目の第2偏光回転素子20bとをオフにし、3段目の第3偏光回転素子20cをオフにした場合、レーザ光が照射される位置は投光位置Cとなった。   When the first polarization rotation element 20a in the first stage and the second polarization rotation element 20b in the second stage are turned off and the third polarization rotation element 20c in the third stage is turned off, the position where the laser light is irradiated is It became the floodlight position C.

そして、1段目の第1偏光回転素子20aと2段目の第2偏光回転素子20bとをオンにし、3段目の第3偏光回転素子20cをオフにした場合、レーザ光が照射される位置は投光位置Dとなった。   When the first polarization rotation element 20a in the first stage and the second polarization rotation element 20b in the second stage are turned on and the third polarization rotation element 20c in the third stage is turned off, laser light is emitted. The position became the light emitting position D.

このように、レーザ光偏向装置16は2個の偏光プリズム18を利用しているため、レーザ光の角度が4(=2)つの分解能で偏向している、つまりレーザ光の投光位置が4個であることを確認できた。 As described above, since the laser beam deflecting device 16 uses two polarizing prisms 18, the angle of the laser beam is deflected by 4 (= 2 2 ) resolutions, that is, the projection position of the laser beam is It was confirmed that there were four.

次に、レーザ光の振り角、つまりレーザ光が照射される位置が適切であるかを検証する。まず、4つの投光位置A−Dのそれぞれに対して、横方向の振り角および縦方向の振り角を、スネルの法則を用いた数3、数4に示す数式に基づいて偏光プリズム18からの出射角を算出する。   Next, it is verified whether the swing angle of the laser light, that is, the position where the laser light is irradiated is appropriate. First, for each of the four projection positions A-D, from the polarizing prism 18 based on the equations shown in Equations 3 and 4 using Snell's law, the horizontal swing angle and the vertical swing angle are Calculate the emission angle of

以下の数式では、出射角をθoutとし、偏光プリズム18の通常光線の屈折率をnとし、異常光線の屈折率をnとし、偏光プリズム18のプリズム角度をφとし、偏光プリズム18への入射角をφとする。また、数4においては、複屈折を起こす結晶、つまり異方性光学結晶の結晶軸に対する入射角度をΨとし、入射角(入射方向)がΨのときの屈折率をnea(Ψ)とする。そして、数3は通常光線の出射角θoutを示し、数4は異常光線の出射角θoutを示す。 In the following equation, the outgoing angle is θ out , the refractive index of the ordinary ray of the polarizing prism 18 is n 0 , the refractive index of the extraordinary ray is n e, and the prism angle of the polarizing prism 18 is φ, to the polarizing prism 18 the angle of incidence of the φ a. In the number 4, crystals causing birefringence, i.e. the angle of incidence with respect to the crystal axes of the anisotropic optical crystal and [psi a, the refractive index when the incident angle (incident direction) Ψ a n ea (Ψ a And). The number 3 usually indicates the emission angle theta out of the light beam, the number 4 indicates the outgoing angle theta out of the extraordinary ray.

[数3]

[Equation 3]

[数4]

[Equation 4]

上述したように、異方性光学結晶の異常光線に対する屈折率は、3次元空間の結晶軸に対する入射方向で変化する。そして、3次元の入射方向に対する屈折率は、楕円体(屈折率楕円体)となる性質を持っている。   As described above, the refractive index to the extraordinary ray of the anisotropic optical crystal changes in the incident direction to the crystal axis of the three-dimensional space. The refractive index with respect to the three-dimensional incident direction has a property of becoming an ellipsoid (refractive index ellipsoid).

また、第1実施例で利用する異方性光学結晶は方解石であり、方解石は1軸性結晶である。そのため、屈折率楕円体を利用した場合、異常光線に対する屈折率の変化は屈折率楕円体の中心(結晶軸)に対する入射方向で決まる。そして、1軸性結晶のnea(Ψ)は、屈折率楕円体を2次元で捉えた場合に、2次元の楕円の中心からの距離で表される。そのため、nea、nおよびnの関係は、数5に示す数式で表すことが出来る。 The anisotropic optical crystal used in the first embodiment is calcite, and calcite is a uniaxial crystal. Therefore, when a refractive index ellipsoid is used, the change of the refractive index with respect to an extraordinary ray is determined by the incident direction with respect to the center (crystal axis) of the refractive index ellipsoid. And n eaa ) of a uniaxial crystal is represented by a distance from the center of a two-dimensional ellipse when the refractive index ellipsoid is captured in two dimensions. Therefore, the relationship between n ea , n 0 and n e can be expressed by the equation shown in equation 5.

[数5]

[Equation 5]

また、数5の数式をnea(Ψ)について解くと数6に示す数式となる。そして、数6によって得られるnea(Ψ)の値を、数4におけるnea(Ψ)に代入することで、数2における出射角θoutを算出すことが可能となる。 Further, when the equation of the equation 5 is solved for n eaa ), the equation shown in the equation 6 is obtained. Then, the resulting value of the number 6 n eaa), by substituting the n ea in number 4 ([psi a), it is possible to calculate the output angle theta out in Equation 2.

[数6]

[Equation 6]

なお、異方性光学結晶における、屈折率nea(Ψ)、1軸性結晶および屈折率楕円体などについては、広く一般的に知られているため、それぞれの用語についての詳細な説明は省略する。 The refractive index n eaa ), uniaxial crystal, refractive index ellipsoid and the like in the anisotropic optical crystal are widely and generally known, and therefore, the detailed description of each term will be given. I omit it.

また、Ψは前段の偏光プリズム18からの出射角θoutによって決まるため、正確な出射角θoutを算出する場合には、各段の制御部24で出射角θoutを算出する必要がある。 Further, since a a is determined by the emission angle θ out from the polarizing prism 18 in the previous stage, when calculating the accurate emission angle θ out , it is necessary to calculate the emission angle θ out in the control unit 24 of each stage. .

なお、他の実施例では、実施際の偏光プリズム18では、光線が複屈折特有のスネルの法則で表せない経路を通るため、より正確な出射角θoutの計算のために、O.N.Stavroudisの論文(“Ray−Tracing Foumulas for Uniaxial Crystals”, J.of Optical Society of America, vol52(2),pp.187−191,1962)に記載されているベクトル算法を用いてもよい。 In another embodiment, the polarizing prism 18 during implementation, since through the path the ray can not be represented by the law of specific birefringence Snell, for more accurate output angle theta out calculations, O. N. The vector algorithm described in Stavroudis's article ("Ray-Tracing Foumulas for Uniaxial Crystals", J. of Optical Society of America, vol 52 (2), pp. 187-191, 1962) may be used.

図6を再び参照して、投受光部14の光軸に対する振り角[mrad]を、実験結果における実測および計算の列に示す。たとえば、投光位置Aの振り角の計算結果は、横が「97」であり、縦が「116」である。これに対して、図5に示す投光位置Aから求めた振り角の値は、「96」となり、縦が「118」となった。   Referring back to FIG. 6, the swing angle [mrad] of the light emitting and receiving unit 14 with respect to the optical axis is shown in the column of actual measurement and calculation in the experimental result. For example, the calculation result of the swing angle of the light emitting position A is “97” in the horizontal direction and “116” in the vertical direction. On the other hand, the value of the swing angle obtained from the light projection position A shown in FIG. 5 is “96”, and the length is “118”.

また、投光位置Bの振り角の計算結果は、横が「83」であり、縦が「116」であるのに対して、図5に示す投光位置Bから求めた振り角の値は「82」となり、縦が「118」となった。さらに、投光位置Cの振り角の計算結果は、横が「83」であり、縦が「116」であるのに対して、図5に示す投光位置Cから求めた振り角の値は「82」となり、縦が「99」となった。そして、投光位置Dの振り角の計算結果は、横が「97」であり、縦が「100」であるのに対して、図5に示す投光位置Dから求めた振り角の値は「97」となり、縦が「100」となった。   In addition, while the calculation result of the swing angle of the light projection position B is “83” in the horizontal direction and “116” in the vertical direction, the value of the swing angle obtained from the light emission position B shown in FIG. It became "82" and the vertical became "118". Furthermore, while the calculation result of the swing angle of the light emitting position C is “83” in the horizontal direction and “116” in the vertical direction, the value of the swing angle obtained from the light emitting position C shown in FIG. It became "82" and the vertical became "99". Then, while the calculation result of the swing angle of the light projection position D is “97” in the horizontal direction and “100” in the vertical direction, the value of the swing angle obtained from the light emission position D shown in FIG. It became "97" and the vertical became "100".

いずれの投光位置においても、図4示した投光位置から求めた振り角(偏向角度)と、計算で求めた振り角(偏向角度)とが略一致していることが確認できた。   At any light projection position, it was confirmed that the swing angle (deflection angle) obtained from the light projection position shown in FIG. 4 and the swing angle (deflection angle) obtained by calculation substantially coincide with each other.

このように、第1実施例のレーザレンジファインダ10は、機械的な動作部を用いずに、複数の角度でレーザ光を走査することが出来る。   As described above, the laser range finder 10 according to the first embodiment can scan laser light at a plurality of angles without using a mechanical operation unit.

また、レーザ光偏向装置16は、機械的な回転部および振動部を用いずに、レーザ光を偏向させることが出来る。   Further, the laser beam deflection apparatus 16 can deflect the laser beam without using a mechanical rotation unit and a vibration unit.

なお、2段目以降の偏光プリズム18での偏向角度は、その偏光プリズム18よりも前にある全ての偏光回転素子20での偏光方向の回転の合計で変化する。そのため、たとえば2段目の第2偏光プリズム18bの偏向角度は、1段目の第1偏光回転素子20aおよび2段目の第2偏光回転素子20bのオン/オフの排他的論理和(XOR)で変化する。   The deflection angle of the polarizing prism 18 in the second and subsequent stages changes as the sum of the rotations of the polarization directions of all the polarization rotating elements 20 preceding the polarizing prism 18. Therefore, for example, the deflection angle of the second polarizing prism 18b in the second stage is the exclusive OR (XOR) of on / off of the first polarization rotating element 20a in the first stage and the second polarization rotating element 20b in the second stage. To change.

また、第1実施例では、照射されたレーザ光の位置はマトリクス状であったが、レーザ光の振り方向は縦または横に振ることが出来る。そのため、他の実施例では、照射されたレーザ光の位置が直線状となるようにしてもよい。   In the first embodiment, the position of the irradiated laser light is in the form of a matrix, but the oscillation direction of the laser light can be swung vertically or horizontally. Therefore, in another embodiment, the position of the irradiated laser beam may be linear.

また、第1実施例のレーザレンジファインダ10の最小構成として、図7に示す構成とすることが出来る。最小構成のレーザレンジファインダ10は、偏光プリズム18とその偏光プリズム18を挟んで設置される1対の偏光回転素子20、最も外側の偏光回転素子20の外側にそれぞれ設けられる1対の偏光フィルタ22および第1偏光フィルタ22aにレーザ光を投光し、第2偏光フィルタ22bを経た反射レーザ光を受光する投受光部14などを含む。つまり、最小構成のレーザレンジファインダ10では、レーザ光偏向装置16の構成が最小構成となる。そして、レーザ光偏向装置16に含まれる偏光プリズム18を1つにした場合、そのレーザ光偏向装置16におけるレーザ光の角度は2(=2)つの分解能で偏向するため、レーザ光の投光位置は2個になる。 Further, as a minimum configuration of the laser range finder 10 of the first embodiment, the configuration shown in FIG. 7 can be employed. The laser range finder 10 of the minimum configuration has a polarizing prism 18 and a pair of polarization rotating elements 20 installed with the polarizing prism 18 interposed therebetween, and a pair of polarizing filters 22 provided on the outer side of the outermost polarization rotating element 20 respectively. And a light emitting and receiving unit 14 that emits a laser beam to the first polarizing filter 22a and receives the reflected laser light that has passed through the second polarizing filter 22b. That is, in the laser range finder 10 of the minimum configuration, the configuration of the laser light deflection device 16 is the minimum. When the number of polarizing prisms 18 included in the laser beam deflector 16 is one, the angle of the laser beam in the laser beam deflector 16 is deflected with two (= 2 1 ) resolutions so that the laser beam is projected. There will be two positions.

また、レーザ光偏向装置16の詳細な構成の図示は省略するが、偏光プリズム18を8個とした場合、レーザ光偏向装置16におけるレーザ光の角度は256(=2)つの分解能で偏向する。そのため、レーザレンジファインダ10は、図8に示すように、レーザ光の投光位置を256個にすることも可能である。 Although detailed illustration of the configuration of the laser beam deflection device 16 is omitted, when the number of polarizing prisms is eight, the angle of the laser beam in the laser beam deflection device 16 is deflected with 256 (= 2 8 ) resolutions . Therefore, as shown in FIG. 8, the laser range finder 10 can also project 256 laser light projection positions.

また、その他の実施例では、偏光プリズム18を同じ性能を有するマイクロプリズムに置き換えてもよい。この場合、マイクロプリズムは偏光プリズム18よりも厚さが薄いため、レーザレンジファインダ10(レーザ光偏向装置16)を小型化することができる。   In other embodiments, the polarizing prism 18 may be replaced with a microprism having the same performance. In this case, since the thickness of the microprism is smaller than that of the polarization prism 18, the laser range finder 10 (laser light deflector 16) can be miniaturized.

また、さらにその他の実施例では、投光経路と受光経路とが異なっていてもよい。たとえば、さらにその他の実施例では、最終段の偏光回転素子20と第2偏光フィルタ22bとの間にハーフミラーを設ける。この場合、投受光部14に代えて、投受光部と同じ位置に投光部を設ける。また、反射レーザ光がハーフミラーによって反射したときの経路上に受光部を設ける。この場合、反射レーザ光は、偏光回転素子20、偏光プリズム18および第1偏光フィルタ22aを通過せずに、受光部によって受光される。つまり、投光経路と受光経路とが異なった状態となる。   Furthermore, in still other embodiments, the light projection path and the light reception path may be different. For example, in still another embodiment, a half mirror is provided between the polarization rotation element 20 of the final stage and the second polarization filter 22b. In this case, instead of the light emitting and receiving unit 14, a light emitting unit is provided at the same position as the light emitting and receiving unit. In addition, a light receiving unit is provided on the path when the reflected laser light is reflected by the half mirror. In this case, the reflected laser light is received by the light receiving unit without passing through the polarization rotation element 20, the polarization prism 18, and the first polarization filter 22a. That is, the light projection path and the light reception path are in different states.

なお、最終段の偏光回転素子20は、オンになっている偏光回転素子20の数が常に偶数になるように制御する例を示したが、オンになっている偏光回転素子20の数は、偶数または奇数で、常に一定であればよい。たとえば、他の実施例では、オンになっている偏光回転素子20の数が常に奇数となるように、最終段の偏光回転素子20が制御されてもよい。そして、オンになっている偏光回転素子20の数が奇数となるように制御した場合は、各偏光フィルタ22が透過させる偏光方向が、偏光回転素子20の数が偶数となるように制御した場合に対して90度回転するように、各偏光フィルタ22を取り付ければよい。   Although an example is shown in which the number of polarization rotation elements 20 that are turned on is controlled to be an even number at all, the number of polarization rotation elements 20 that are turned on is: It may be even or odd and always constant. For example, in another embodiment, the polarization rotation element 20 of the final stage may be controlled such that the number of polarization rotation elements 20 that are turned on is always an odd number. When the number of polarization rotating elements 20 that are turned on is controlled to be an odd number, and the polarization direction transmitted by each polarizing filter 22 is controlled such that the number of polarization rotating elements 20 is an even number. Each polarizing filter 22 may be attached so as to rotate by 90 degrees with respect to.

<第2実施例>
図9を参照して、3次元スキャナ60は、第1実施例のレーザレンジファインダ10、ミラー62およびモータ64などを備える。レーザレンジファインダ10が投光したレーザ光は、モータ64によって回転が制御されているミラー62に照射される。また、ミラー62で反射したレーザ光は3次元空間に投光される。このとき、ミラー62は回転しているため、反射したレーザ光は、3次元空間を平面でスキャンすることが可能である。
Second Embodiment
Referring to FIG. 9, a three-dimensional scanner 60 includes the laser range finder 10 of the first embodiment, a mirror 62, a motor 64, and the like. The laser beam projected by the laser range finder 10 is emitted to the mirror 62 whose rotation is controlled by the motor 64. The laser beam reflected by the mirror 62 is projected to a three-dimensional space. At this time, since the mirror 62 is rotating, the reflected laser beam can scan a three-dimensional space in a plane.

また、レーザレンジファインダ10が投光したレーザ光の投光位置は、第1実施例で示したように変化する。そのため、ミラー62で反射したレーザ光によって1つの面(以下、スキャン面)がスキャンされたときにレーザ光の投光位置を変化させると、ミラー62で反射したレーザ光は、投光位置が変化する前のレーザ光とは異なる面をスキャンすることになる。つまり、レーザ光の投光位置を変化させる毎に、異なるスキャン平面が得られる。   Further, the projection position of the laser beam projected by the laser range finder 10 changes as shown in the first embodiment. Therefore, when the light projection position of the laser light is changed when one surface (hereinafter, scan surface) is scanned by the laser light reflected by the mirror 62, the light projection position of the laser light reflected by the mirror 62 changes. The laser beam is scanned in a different plane from that before the laser beam. That is, each time the projection position of the laser beam is changed, different scan planes are obtained.

図10を参照して、たとえば、第1実施例のレーザレンジファインダ10が投光するレーザ光の投光位置は4個である。そのため、第1実施例のレーザレンジファインダ10を有する3次元スキャナ60は、4個のスキャン平面をスキャンすることが可能となる。   Referring to FIG. 10, for example, the number of laser light projection positions projected by the laser range finder 10 according to the first embodiment is four. Therefore, the three-dimensional scanner 60 having the laser range finder 10 of the first embodiment can scan four scan planes.

たとえば、従来型のレーザレンジファインダを利用した3次元スキャナでは、4個のスキャン平面を得るために従来型のレーザレンジファインダを4台用意しなければならなかった。これに対して、本実施例の3次元スキャナ60であれば、4個のスキャン平面を得るためのレーザレンジファインダ10は1台でよく、そのレーザレンジファインダ10(レーザ光偏向装置16)に利用される偏光プリズム18を2(=log4)個にすればよい。 For example, in a three-dimensional scanner using a conventional laser range finder, four conventional laser range finders have to be prepared to obtain four scan planes. On the other hand, in the case of the three-dimensional scanner 60 of this embodiment, only one laser range finder 10 for obtaining four scan planes may be used, and the laser range finder 10 (laser light deflection apparatus 16) is used. The number of polarizing prisms 18 to be used may be two (= log 2 4).

つまり、本実施例の3次元スキャナ60で、n個のスキャン平面を得る場合は、「logn」個の偏光プリズム18が利用される1台のレーザレンジファインダ10を用意すればよい。そして、3次元スキャナ60は、複数のスキャン平面に基づいて、3次元空間のスキャン結果を得ることができる。 That is, in the case of obtaining n scan planes in the three-dimensional scanner 60 of this embodiment, one laser range finder 10 may be prepared in which “log 2 n” polarizing prisms 18 are used. Then, the three-dimensional scanner 60 can obtain the scan result of the three-dimensional space based on the plurality of scan planes.

このように、第2実施例の3次元スキャナ60は、機械的な回転部および振動部を有しているレーザレンジファインダを利用する3次元スキャナに対して、比較的低コストで、広い範囲の領域全体のデータを、短時間で取得することが可能となる。   As described above, the three-dimensional scanner 60 of the second embodiment is relatively inexpensive and has a wide range compared to a three-dimensional scanner using a laser range finder having a mechanical rotation unit and a vibration unit. It becomes possible to acquire data of the entire area in a short time.

なお、本明細書中で挙げた、具体的な数値は、いずれも単なる一例であり、製品の仕様変更などに応じて適宜変更可能である。   The specific numerical values mentioned in the present specification are merely examples, and can be appropriately changed in accordance with the change of the specification of the product.

10 …レーザレンジファインダ
12 …プロセッサ
14 …投受光部
16 …レーザ光偏向装置
18(18a,18b) …偏光プリズム(第1偏光プリズム、第2偏光プリズム)
20(20a,20b,20c) …偏光回転素子(第1偏光回転素子、第2偏光回転素子、第3偏光回転素子)
22(22a,22b) …偏光フィルタ(第1偏光フィルタ、第2偏光フィルタ)
24 …制御部
60 …3次元スキャナ
62 …ミラー
64 …モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser range finder 12 ... Processor 14 ... Light emission and reception part 16 ... Laser beam deflection apparatus 18 (18a, 18b) ... Polarization prism (1st polarization prism, 2nd polarization prism)
20 (20a, 20b, 20c) ... polarization rotation element (first polarization rotation element, second polarization rotation element, third polarization rotation element)
22 (22a, 22b) ... polarization filter (first polarization filter, second polarization filter)
24 ... control unit 60 ... 3D scanner 62 ... mirror 64 ... motor

Claims (4)

各々が異方性光学結晶から成り、垂直な第1面および傾斜した第2面を有し、第1面から入射したレーザ光の偏光方向に応じて、第2面から第1レーザ光または前記第1レーザ光の光路とは異なる第2レーザ光を出射する、少なくとも1つのプリズム、
前記プリズムを挟んで設置され、それぞれが入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させるか、回転させないかを制御できる、少なくとも1対の偏光回転素子、
最も外側の偏光回転素子の外側にそれぞれ設けられ、それぞれが所定の偏光方向成分のレーザ光を通過させる、1対の偏光フィルタ、および
前記プリズムの前記第1面側の偏光フィルタにレーザ光を投光し、前記プリズムの前記第2面側の偏光フィルタを経た反射レーザ光を受光する投受光部を備える、レーザレンジファインダ。
Each of the first and second laser beams is made of an anisotropic optical crystal and has a vertical first surface and a tilted second surface, and the second laser beam or the second laser beam according to the polarization direction of the laser beam incident from the first surface. At least one prism emitting a second laser beam different from an optical path of the first laser beam;
At least one pair of polarization rotating elements installed so as to sandwich the prism and capable of controlling whether or not the polarization direction of the laser light incident on each is rotated 90 degrees or not.
The laser light is emitted to a pair of polarizing filters provided on the outer side of the outermost polarization rotation element, each transmitting laser light of a predetermined polarization direction component, and the polarizing filter on the first surface side of the prism. A laser range finder comprising: a light emitting and receiving unit configured to emit light and receive a reflected laser beam that has passed through a polarizing filter on the second surface side of the prism.
前記偏光回転素子のオン/オフを制御する制御部をさらに備え、
前記偏光回転素子は、前記制御部によってオンにされたときに入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させ、前記制御部によってオフにされたときには入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させない、請求項1記載のレーザレンジファインダ。
It further comprises a control unit that controls on / off of the polarization rotation element,
The polarization rotation element rotates the polarization direction of the incident laser light by 90 degrees when turned on by the control unit, and does not rotate the polarization direction of the incident laser light by 90 degrees when turned off by the control unit. The laser range finder according to claim 1.
請求項1に記載のレーザレンジファインダ、
前記レーザレンジファインダからレーザ光が投光されるミラー、および
前記ミラーを回転させるモータを備える、3次元スキャナ。
The laser range finder according to claim 1,
A three-dimensional scanner comprising: a mirror to which laser light is projected from the laser range finder; and a motor that rotates the mirror.
各々が異方性光学結晶から成り、垂直な第1面および傾斜した第2面を有し、第1面から入射したレーザ光の偏光方向に応じて、第2面から第1レーザ光または前記第1レーザ光の光路とは異なる第2レーザ光を出射する、少なくとも1つのプリズム、
前記プリズムを挟んで設置され、それぞれが入射したレーザ光の偏光方向を90度回転させるか、回転させないかを制御できる、少なくとも1対の偏光回転素子、および
最も外側の偏光回転素子の外側にそれぞれ設けられ、それぞれが所定の偏光方向成分のレーザ光を通過させる、1対の偏光フィルタを備える、レーザ光偏向装置。
Each of the first and second laser beams is made of an anisotropic optical crystal and has a vertical first surface and a tilted second surface, and the second laser beam or the second laser beam according to the polarization direction of the laser beam incident from the first surface. At least one prism emitting a second laser beam different from an optical path of the first laser beam;
At least one pair of polarization rotating elements installed on both sides of the prism and capable of controlling whether or not the polarization direction of the laser beam incident thereon is rotated 90 degrees, and outside each, and outside the outermost polarization rotating elements. A laser light deflecting device comprising a pair of polarizing filters, each provided for transmitting laser light of a predetermined polarization direction component.
JP2015006570A 2015-01-16 2015-01-16 Laser range finder, three-dimensional scanner and laser beam deflection apparatus Active JP6424364B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015006570A JP6424364B2 (en) 2015-01-16 2015-01-16 Laser range finder, three-dimensional scanner and laser beam deflection apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015006570A JP6424364B2 (en) 2015-01-16 2015-01-16 Laser range finder, three-dimensional scanner and laser beam deflection apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016133334A JP2016133334A (en) 2016-07-25
JP6424364B2 true JP6424364B2 (en) 2018-11-21

Family

ID=56437865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015006570A Active JP6424364B2 (en) 2015-01-16 2015-01-16 Laser range finder, three-dimensional scanner and laser beam deflection apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6424364B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020176983A (en) * 2019-04-22 2020-10-29 パイオニア株式会社 Detector, distance measuring method, program, and recording medium
US11079546B2 (en) * 2019-04-22 2021-08-03 Blackmore Sensors & Analytics, LLC. Providing spatial displacement of transmit and receive modes in LIDAR system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06250239A (en) * 1993-02-22 1994-09-09 Ricoh Co Ltd Display
JP3379287B2 (en) * 1995-06-26 2003-02-24 松下電器産業株式会社 Birefringent layer gap thickness measurement method
WO2002016999A1 (en) * 2000-08-23 2002-02-28 Accelight Investments, Inc. Polarization-insensitive scanning system
US7499608B1 (en) * 2004-12-23 2009-03-03 Coadna Photonics, Inc. Apparatus and method for optical switching with liquid crystals and birefringent wedges
WO2007029260A2 (en) * 2005-09-08 2007-03-15 Xtellus Inc. Optical wavelength selective router
JP5061397B2 (en) * 2007-06-04 2012-10-31 株式会社リコー Optical scanning apparatus and image forming apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016133334A (en) 2016-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110646776B (en) Chip-scale LIDAR with a single MEMS scanner in a compact optical package
US10746603B2 (en) Optical device for obtaining 3D spatial information
CN109839079A (en) Optical sensing apparatus and structured light projector
JP2019124649A (en) Light radiation device, object information detector, method for adjusting optical path, method for detecting object information, and optical modulation unit
JP6293367B1 (en) Optical axis adjustment mechanism
EP2793042B1 (en) Positioning device comprising a light beam
JP6424364B2 (en) Laser range finder, three-dimensional scanner and laser beam deflection apparatus
JP2021067540A (en) Surveying device
US4976543A (en) Method and apparatus for optical distance measurement
US10447424B2 (en) Spatial multiplexing scheme
US20140111813A1 (en) Optical assembly and laser alignment apparatus
US11668567B2 (en) Surveying instrument
KR20130020773A (en) Method for accomplishing high-speed intensity variation of a polarized output laser beam
US20210041237A1 (en) Surveying Instrument
WO2019208306A1 (en) Light irradiation device and laser radar device
CN116626704A (en) TOF depth sensing module and image generation method
WO2022188687A1 (en) Detection apparatus, detector, laser radar, and terminal device
CN116046806A (en) Measurement system and measurement method
US11977182B2 (en) Optical imaging apparatus, robot hand, moving body, and LiDAR apparatus
JP6289353B2 (en) Wavefront aberration measuring device
US6822732B2 (en) Surveying instrument having an auto-collimating function and a distance measuring function
JP2006003184A (en) Surface normal measurement method and its apparatus
JP2018091630A (en) Measuring apparatus
JP2022166647A (en) Optical measuring device, mounting board assembly equipment, and mounting board assembly method
JPH10267624A (en) Measuring apparatus for three-dimensional shape

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171201

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180829

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180918

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181001

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6424364

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250