JP2003536061A - 光学測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 目標照射の改善のために、送信器は複数個の部分光源（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）を有しており、該部分光源の部分ビーム（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）は、ビーム収束光学系（２）によって収束され、コリメータ（１）の開口に偏向される。ビーム収束光学系（２）は、半分が鏡面化された２つの板（１２ａ，１２ｂ）を有しており、該板は、各々同じように偏光された２つの部分ビーム（５ａ，ｂ；５ｃ，ｄ）を相互に立方体偏光器（１３）に偏向し、この立方体偏光器で、相互に垂直方向且つ直交方向に偏光された各部分ビーム対が重畳される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、例えば、土地及び建造物の測定の際に使用されるような、光学測距
装置に関する。

【０００２】 前述のような光学測距装置は、ずっと以前から知られている。しかし、通常使
用される、光源としてレーザダイオードを有する送信器の照射密度は、一般的に
、目の保護の観点で許容される程度よりも小さくされる。さらに、個別レーザダ
イオードから放射された光ビームは、通常、不利にも、非常に長い横断面を有し
ており、その結果、不十分な濃度でしか目標に達せず、不十分な光流となって測
定誤差を生じることがある。この理由から、冒頭に記載したような測距装置の到
達範囲並びに測定精度及び確実度は、所望の基本的に可能である値よりも小さい
。

【０００３】 発明の説明 本発明が基づく課題は、送信器が高い照射密度を有していて、良好な目標照射
と目標での高い光流を達成することができる、冒頭に挙げた光学測距装置を提供
することである。

【０００４】 本発明により達成される利点は、特に、到達範囲が決定的に改善される点にあ
り、即ち、極めて長い測定距離を達成することができ、又は、所定の到達範囲で
、測定精度を高めることができる点にある。この利点は、比較的小さなセンサ光
学系で達成され、その結果、装置全体を小さく保持することができるようになる
。

【０００５】 図面の簡単な説明 以下、本発明について図示の実施例を用いて詳細に説明する。

【０００６】 その際、 図１ａは、本発明の測距装置の第１の実施例の送信器を示す図、 図１ｂは、第１の実施例の送信器の、目標でのビーム横断面を示す図、 図２ａは、本発明の測距装置の第２の実施例の送信器を示す図、 図２ｂは、第２の実施例の送信器のビーム横断面を示す図、 図３は、本発明の測距装置の第３の実施例の送信器を示す図、 図４は、本発明の測距装置の第４の実施例の送信器を示す図、 図５は、本発明の測距装置の第５の実施例の送信器を示す図、 図６は、本発明の測距装置の第５の実施例のコリメータの開口及び当該開口での
ビーム横断面を示す図 である。

【０００７】 発明の実施例 本発明の光学測距装置は、送信器並びに受信器を有しており、送信器並びに受
信器は、例えば、公知のように、光学系及びアバランシェフォトダイオード、並
びに、同様に公知の構成の電子制御及び評価ユニットを用いて構成することがで
き、電子制御及び評価ユニットは、送信器による光パルスの送信を制御し、反射
された光パルスを受信する受信器の出力信号を評価する。測距は、伝搬時間測定
又は位相比較方法により行うことができる。ここで、「光」とは、スペクトルの
可視領域に限定されず、少なくとも赤外領域も含むものとする。

【０００８】 本発明の測距装置の送信器は、その基本的な構造の点で大きな相違点を有して
いる。しかし、どんな場合でも、本発明の測距装置の送信器は（図１−５）、コ
リメータ１を有しており、コリメータの前に設けられた、各々少なくとも２つの
部分光源から構成された光源、並びに、ビーム路内で光源とコリメータとの間に
設けられたビーム収束光学系２を有している。各部分光源は、レーザダイオード
を有しており、このレーザダイオードは、通常のように、端面放射器であり、又
は、放射端面の方向に順次連続して配設された前述のような複数個のレーザダイ
オードである。レーザダイオード全てに共通の波長は、赤外領域、有利には、８
５０ｎｍ〜９８０ｎｍ又は１５５０ｎｍである。レーザダイオードから放射され
る光ビームの横断面は、その都度、放射端面の極めて近傍に設けられる、光の回
折又は屈折に基づくビーム形成光学系を用いて、放射端面に対して平行に位置移
動することによって小さくなり、そのために、放射端面に対して横方向に拡大さ
れ、それにより、光ビームが一層強く集中される。

【０００９】 ８５０ｎｍ〜９８０ｎｍの波長では、ビームは非常に狭幅に収束することがで
き、その結果、高い横方向分解能で距離走査することができる。１５５０ｎｍの
波長も、非常に有利である。その理由は、目の安全性の観点で設定された、約８
ｍＪの許容範囲の個別パルスエネルギの上側限界値は、波長６３０ｎｍ〜９８０
ｎｍの波長の場合よりも約１６０００の係数だけ高いからである。この係数を少
なくとも部分的に利用すると（本発明により可能である）、到達範囲を極めて著
しく長くするか、又は、所与の到達範囲で測定精度を高めることができる。

【００１０】 第１の構成図（図１）によると、光源は、直接隣り合って設けられた２つの部
分光源３ａ，ｂから構成されている。ビーム収束光学系２は、両部分光源に共通
の収束光学系４として構成されており、この収束光学系４は、両部分光源から放
射された部分ビーム５ａ，ｂをコリメータ１の物体平面６に収束する。各部分ビ
ーム５ａ，ｂは各個別に開口いっぱいに拡がり、従って、各部分ビーム５ａ，ｂ
の各横断面は、開口でほぼ重畳する。コリメータ１に続いて、各部分ビーム５ａ
，ｂは、再度相互に並ぶが、但し、幅が拡がって、目標にビームの横断面が直接
相互に隣接して照射される（図１ｂ）。送信器から放射された光ビームは、個別
レーザダイオードから放射された光ビームのほぼ２倍の大きさの光流で目標に照
射される。

【００１１】 第２の構成図（図２ａ）によると、各部分光源３ａ，ｂは、相互に広く離隔さ
れている。各部分光源が各々、固有の収束光学系４ａ；ｂに配属されており、各
収束光学系４ａ；ｂは、各部分光源から放射された部分ビーム５ａ乃至５ｂを、
コリメータ１の物体平面６に収束する。各部分ビーム５ａ，ｂは、相互に並んで
コリメータ１の開口に入射し、その際、各部分ビーム５ａ，ｂは、ほぼ完全に開
口いっぱいに拡がり、コリメータ１に続いて平行に、横断面が丸い光ビームを形
成する（図２ｂ）。この光ビームは、個別レーザダイオードから放射された光ビ
ームのほぼ２倍の高さの光流のみならず、横断面がもっと有利な光流で目標に入
射される。

【００１２】 第３の構成図（図３）によると、各部分光源３ａ，ｂは、相互に対向して配設
されており、ビーム収束光学系２は、各部分光源３ａ，ｂと同様に配設された各
収束光学系４ａ；ｂ、並びに、各収束光学系４ａ；ｂ間に配設されたプリズム７
を偏向要素として有している。プリズム７は、２つの反射面８ａ，ｂを有してお
り、この反射面８ａ，ｂは、各部分光源３ａ，ｂから放射された部分光ビーム５
ａ，ｂを、共通の別の収束光学系９に偏向し、この収束光学系９は、第１の構成
図の光源の場合と同様に、コリメータ１の物体平面６に収束し、コリメータ１の
開口に導き、コリメータ１の開口で、各部分光ビーム５ａ，ｂはほぼ重畳する。
ビームの横断面は、図１ｂに相応する。偏向要素を用いることにより、各部分光
源３ａ，ｂを比較的広く相互に離隔して配設することができるようになり、その
結果、レーザダイオードを容易に冷却することができるようになる。

【００１３】 第４の構成図（図４）は、第３の構成図にほぼ相応している。相違点は、特に
、各収束光学系４ａ，ｂ，９が第３の構成図の場合とは別様に調整される点にあ
る。つまり、第２の構成図による光源の場合と同様に、実際上、各部分光ビーム
５ａ，ｂは重畳せず、相互に並んで開口に入射した各部分光ビーム５ａ，ｂは、
コリメータ１の開口いっぱいに拡がり、コリメータ１に続いてほぼ平行に、図２
ｂのビーム横断面に相応するようにして伝搬する。

【００１４】 図５には、他の構成図に相応する、本発明の測距装置の送信器の構成が更に詳
細にではあるが同様に略示されている。この構成では、コリメータ１とビーム収
束光学系２の他に部分光源３ａ，ｂ及び別の２つの部分光源，３ｃ，ｄが設けら
れており、部分光源３ａ，ｂは、相互に垂直方向に配向された同一偏光の各部分
ビーム５ａ，ｂを放射し、別の２つの部分光源，３ｃ，ｄは、同様に相互に垂直
方向に配向された各部分ビーム５ｃ，ｄを放射し、各部分ビーム５ｃ，ｄの偏光
は、各部分ビーム５ａ，ｂの偏光方向に対して垂直方向に偏光されている。部分
光源３ａ，ｂ，ｃ，ｄは、各々レーザダイオード１０及び当該レーザダイオード
１０の後ろに僅かな間隔で配設された円柱レンズ１１から構成されている。各部
分光源３ａ，ｂ，ｃ，ｄの各々の後ろ側には、収束光学系４ａ；ｂ；ｃ；ｄが設
けられている。

【００１５】 収束光学系４ａ，ｂの後ろ側には、第１の偏向要素として、半分が鏡面状で、
半分が透過性である板１２ａが設けられており、その結果、この板１２ａは、部
分ビーム５ａを透過するが、しかし、部分ビーム５ｂは、部分ビーム５ａに対し
て平行な方向に偏向される。収束光学系４ｃ，ｄの後ろ側に設けられた第２の偏
向要素は、第１の偏向要素と同様に、半分が鏡面状であって、半分が透過性の板
１２ｂとして構成されており、この板１２ｂは、部分ビーム５ｃを透過し、他方
、部分ビーム５ｄを、部分ビーム５ｃに対して平行な方向に偏向する。部分ビー
ム５ａ，ｂ及び部分ビーム５ｃ，ｄは、各々直接相互に並んで立方体偏光器１３
に達し、この立方体偏光器に、部分ビーム対は相互に直角に入射する。その際、
各部分ビーム５ａ，ｂは、各々部分的に、この各部分ビーム５ａ，ｂに対して直
角方向に偏光された各部分ビーム５ｃ，ｄが重畳し、この各部分ビーム５ｃ，ｄ
は、別の収束光学系９によって、コリメータ１の物体平面６で収束し、コリメー
タの開口に偏向され、このようにして、開口のほぼいっぱいにビームが拡げられ
る（図６）。その際、円形光スポットの真ん中に、２倍の照射濃度の、ほぼ矩形
状のスポットが形成され、このスポットで、各々直交偏光の２つの部分ビームが
重畳される。

【００１６】 前述の実施例の種々異なる変形実施例が可能である。特に、構成図１〜４では
、図示の２つの部分光源より多くの部分光源を用いることができる。各部分光源
の個数を増やして、偏向要素による部分ビームの集束をカスケードに形成する、
等である。結局、殊に、前述の範囲外である、波長が６００ｎｍ〜１０００ｎｍ
、特に、６３０ｎｍ〜９８０ｎｍのレーザダイオードを用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の測距装置の第１の実施例の送信器、及び、目標でのビーム横断面を示
す図

【図２】 本発明の測距装置の第２の実施例の送信器、及び、ビーム横断面を示す図

【図３】 本発明の測距装置の第３の実施例の送信器を示す図

【図４】 本発明の測距装置の第４の実施例の送信器を示す図

【図５】 本発明の測距装置の第５の実施例の送信器を示す図

【図６】 本発明の測距装置の第５の実施例のコリメータの開口及び当該開口でのビーム
横断面を示す図

【符号の説明】

１ コリメータ ２ ビーム収束光学系 ３ａ，ｂ，ｃ，ｄ 部分光源 ４ａ，ｂ，ｃ，ｄ 収束光学系 ５ａ，ｂ，ｃ，ｄ 部分ビーム ６ １の物体表面 ７ プリズム ８ａ，ｂ 反射面 ９ 収束光学系 １０ レーザダイオード １１ 円柱レンズ １２ａ，ｂ 板 １３ 立方体偏光器

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年３月１１日（２００２．３．１１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2F112 AD01 CA06 DA06 DA10 DA26 EA05 2H051 BB27 CB11 CC03 5J084 AA05 AB16 AD01 AD02 BA04 BA05 BA12 BB04 BB10 BB11 DA01 EA01 EA07

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信器、受信器、制御及び評価ユニットを有する光学測距装
   置であって、前記送信器は、コリメータ（１）と、当該コリメータ（１）の前に
   設けられた光源とを有している光学測距装置において、 光源は、各々１つのレーザダイオード付きの複数の部分光源（３ａ，３ｂ，３ｃ
   ，３ｄ）を有しており、前記レーザダイオードは全て、同じ波長のビームを送信
   し、並びに、前記レーザダイオードの後ろ側に設けられたビーム収束光学系（２
   ）を有しており、前記ビーム収束光学系（２）は、前記部分光源（３ａ，３ｂ，
   ３ｃ，３ｄ）から放射された部分ビーム（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）を収束して
   、コリメータ（１）の開口に導く ことを特徴とする光学測距装置。
2. 【請求項２】 波長は、８５０ｎｍ〜９８０ｎｍである請求項１記載の光学
   測距装置。
3. 【請求項３】 波長は、約１５５０ｎｍである請求項１記載の光学測距装置
   。
4. 【請求項４】 ビーム収束光学系（２）は、ビーム路内に、部分光源（３ａ
   ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）又は複数の部分光源（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）と、コリ
   メータとの間に設けられた、少なくとも１つの収束光学系（４ａ，４ｂ，４ｃ，
   ４ｄ，９）を有している請求項１から３迄の何れか１記載の光学測距装置。
5. 【請求項５】 各々複数の部分光源（３ａ，３ｂ）の直ぐ後ろ側に収束光学
   系（４）が設けられている請求項４記載の光学測距装置。
6. 【請求項６】 各部分光源（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）の直ぐ後ろ側に収束
   光学系（４ａ；４ｂ；４ｃ；４ｄ）が設けられている請求項５記載の光学測距装
   置。
7. 【請求項７】 ビーム収束光学系（２）は、少なくとも１つの偏向要素を有
   しており、該偏向要素は、各々、部分光源（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）から放射
   された部分ビーム（５ａ；５ｂ；５ｃ；５ｄ）の少なくとも１つの部分ビームを
   偏光する請求項１から６迄の何れか１記載の光学測距装置。
8. 【請求項８】 少なくとも１つの偏向要素が、複数反射面（８ａ，８ｂ）を
   有するプリズム（７）として構成されている請求項７記載の光学測距装置。
9. 【請求項９】 少なくとも１つの偏向要素は、少なくとも部分的に鏡面化さ
   れた板（１２ａ，１２ｂ）として構成されている請求項７又は８記載の光学測距
   装置。
10. 【請求項１０】 ビーム収束光学系（２）は、種々異なる、有利には、相互
    に直交方向の偏光の各部分ビーム（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）を重畳するために
    、少なくとも１つの重畳要素を有している請求項１から９迄の何れか１記載の光
    学測距装置。
11. 【請求項１１】 少なくとも１つの重畳要素は、立方体偏光器（１３）とし
    て構成されている請求項１０記載の光学測距装置。
12. 【請求項１２】 ビーム収束光学系（２）は、各部分ビーム（５ａ，５ｂ）
    をコリメータ（１）の開口に導いて、該開口で、大部分重畳するように構成され
    ている請求項１から１１迄の何れか１記載の光学測距装置。
13. 【請求項１３】 ビーム収束光学系（２）は、各部分ビーム（５ａ，５ｂ）
    をコリメータ（１）の開口に導いて、該開口で、高々僅かしか重畳しないように
    して、前記開口に続いてほぼ平行に伝搬するように構成されている請求項１から
    １１迄の何れか１記載の光学測距装置。