JP2012202857A - 距離測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】距離測定装置は、測定対象物に対し測定光を投光する光投光部と、等速で回転移動して対象物で反射された反射光を複数方向に反射可能に構成された可動鏡と、可動鏡で反射された反射光を集光する集光素子と、集光素子の焦点面に配置された予め定めた面積の受光領域を備え、受光領域で受光された光を検出する光検出部と、測定範囲の上限距離に在る対象物からの反射光を受光した場合には受光領域への結合効率が最大となる位置に可動鏡を移動させ、測定範囲の下限距離に在る対象物からの反射光を受光した場合には受光領域への結合効率が小さくなる位置に可動鏡を移動させる駆動制御部と、計測時間から測定対象物までの距離を演算する演算部と、を備える。
【選択図】図1
Description
まず、受光光学系の感度補正の原理について説明する。図1は本発明の実施の形態に係る距離測定装置における受光光学系の感度補正の原理を説明する概略図である。ここでは、測定対象物(以下、「対象物」という。)で反射された反射光を受光する「受光光学系」の構成だけを図示している。
受光パワー=戻り光パワー×結合効率
上記では「受光光学系」の例について説明したが、「投受光光学系」においても同様の原理で感度補正を行うことができる。「投受光光学系」は、対象物に対し測定光を投光する投光光学系と、反射された反射光を受光する受光光学系とを兼用する光学系である。図2は本発明の原理を投受光光学系に適用した場合の投光時の動作を表す図であり、図3は本発明の原理を投受光光学系に適用した場合の受光時の動作を表す図である。
次に、上記の「投受光光学系」の具体的な設計例について説明する。図4は焦点位置の時間変化を結合効率の時間変換に変換する機構を説明するための図である。「投受光光学系」の構成は、図2及び図3に示す「投受光光学系」と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。また、可動鏡12の図示も省略する。
次に、上記の「投受光光学系」を備えた距離測定装置の構成の一例について説明する。ここでは、距離測定装置を、レーザ光の直進性を利用して、広い範囲で対象物までの距離を測定できるレーザレーダ装置として構成した例について説明する。図7は本発明の第1の実施の形態に係る距離測定装置の構成の一例を示す概略図である。図8(A)は可動鏡の構成を示す斜視図であり、図8(B)は光導波路の入射端面を示す平面図であり、図8(C)はV字溝による光ファイバとの結合機構を示す斜視図である。また、図9は図7に示す距離測定装置の電気的構成の一例を示すブロック図である。
次に、上記の「投受光光学系」を備えた距離測定装置の構成の他の例について説明する。第1の実施の形態と同様に、ここでは、距離測定装置をレーザレーダ装置として構成した例について説明する。図11は本発明の第2の実施の形態に係る距離測定装置の構成の一例を示す概略図である。図12(A)は投受光モジュールの外観を示す斜視図であり、図12(B)は投受光モジュールの構成を示す模式図であり、図12(C)は反射鏡の構成を示す平面図である。図13(A)〜(C)は投受光モジュールの製造方法を示す工程図である。図15(A)は光検出器の受光開口部を示す概略図であり、図15(B)は受光開口部に対する焦点の位置ずれと結合効率との関係を示す模式図である。
10A 投受光光学系
12 可動鏡
14 集光素子
16 受光用光導波路
16A 入射端面
18 焦点面
20 投光用光導波路
20A 出射端面
30 距離測定装置
32 筐体
34 窓部
40 可動鏡デバイス
42 可動鏡
44 保持台
46 駆動部
50 集光素子
52 焦点面
60 光導波路素子
60A 端面
60B 端面
62 受光用光導波路
62A 入射端面
62B 出射端面
64 投光用光導波路
64A 出射端面
64B 入射端面
65 光結合部
66 V字溝
68 V字溝
70 光出力部
72 レーザ光源
74 駆動部
76 光ファイバ
76A 入射端面
76B 出射端面
80 光検出部
82 光検出器
84 回路部
86 光ファイバ
86A 入射端面
86B 出射端面
90 制御部
92 表示部
100 距離測定装置
102 筐体
104 窓部
110 可動鏡デバイス
112 反射面
114 回転多面鏡
116 駆動部
120 投受光モジュール
122 集光部
124 反射鏡
126 保持部
130 光出力部
132 レーザ光源
134 駆動部
140 光検出部
142 光検出器
144 回路部
150 制御部
Claims (9)
- 測定対象物に対し測定光を投光する光投光部と、
予め定めた回転軸の周りに等速で回転移動して、前記測定対象物で反射された反射光を複数の方向に反射可能に構成された可動鏡と、
前記可動鏡で反射された反射光を集光する集光素子と、
前記集光素子の焦点面に配置された予め定めた面積の受光領域を備え、前記受光領域で受光された光を検出する光検出部と、
測定範囲の上限距離に在る測定対象物からの反射光を受光した場合には、前記受光領域への結合効率が最大値となる第1の位置に前記可動鏡を移動させると共に、測定範囲の下限距離に在る測定対象物からの反射光を受光した場合には、前記受光領域への結合効率が前記最大値より小さくなる第2の位置に前記可動鏡を移動させるように、前記可動鏡を駆動制御する駆動制御部と、
前記測定光が投光されてから前記反射光が受光されるまでの時間を計測し、計測された時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する演算部と、
を備えた距離測定装置。 - 前記第2の位置に可動鏡が在る場合に、前記受光領域への結合効率を最小値とする、請求項1に記載の距離測定装置。
- 前記第1の位置に可動鏡が在る場合には、前記集光素子で集光された反射光が前記受光領域に焦点を結び、前記第2の位置に可動鏡が在る場合には、前記集光素子で集光された反射光が前記受光領域から予め定めた距離だけ離間した位置に焦点を結ぶ、請求項1又は請求項2に記載の距離測定装置。
- 前記駆動制御部は、前記測定範囲の下限距離が0mである場合には、前記測定光の投光時に前記第2の位置に前記可動鏡を移動させるように前記可動鏡を駆動制御する、請求項1から請求項3までの何れか1項に記載の距離測定装置。
- 前記光検出部は、前記受光領域として前記集光素子の焦点面に配置された入射端面を備え且つ前記入射端面から入射された光を出射端面まで伝搬する光導波路と、前記出射端面から射出された光を検出する光検出器と、を含んで構成された、請求項1から請求項4までの何れか1項に記載の距離測定装置。
- 測定対象物に投光する測定光を射出する光源と、
予め定めた回転軸の周りに等速で回転移動して、前記測定対象物に投光する測定光を複数の方向に反射可能に構成されると共に、前記測定対象物で反射された反射光を複数の方向に反射可能に構成された可動鏡と、
前記光源から射出された測定光を前記可動鏡に照射すると共に、前記可動鏡で反射された反射光を集光する集光素子と、
前記集光素子の焦点面に配置された予め定めた面積の受光領域を備え、前記受光領域で受光された光を検出する光検出部と、
測定範囲の上限距離に在る測定対象物からの反射光を受光した場合には、前記受光領域への結合効率が最大値となる第1の位置に前記可動鏡を移動させると共に、測定範囲の下限距離に在る測定対象物からの反射光を受光した場合には、前記受光領域への結合効率が前記最大値より小さくなる第2の位置に前記可動鏡を移動させるように、前記可動鏡を駆動制御する駆動制御部と、
前記測定光が投光されてから前記反射光が受光されるまでの時間を計測し、計測された時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する演算部と、
を備えた距離測定装置。 - 前記駆動制御部は、前記測定範囲の下限距離が0mである場合には、前記測定光の投光時に前記第2の位置に前記可動鏡を移動させ、前記測定範囲の下限距離が0mより大きい場合には、前記測定光の投光時に前記受光領域への結合効率が前記第2の位置より小さくなる第3の位置に前記可動鏡を移動させるように前記可動鏡を駆動制御する、請求項6に記載の距離測定装置。
- 前記集光素子は、前記可動鏡で反射された反射光を集光する機能を有する集光部と、前記集光部で集光された反射光を前記光検出部側に反射する反射鏡と、前記集光部との間に前記反射鏡を保持する保持部とを備え、前記反射鏡は前記光源から射出された測定光を通過させる開口部を有する、請求項6又は請求項7に記載の距離測定装置。
- 前記光検出部は、前記受光領域として前記集光素子の焦点面に配置された入射端面を備え且つ前記入射端面から入射された光を出射端面まで伝搬する受光用光導波路と、前記出射端面から射出された光を検出する光検出器と、を含んで構成され、
前記光源から射出された測定光を結合する入射端面と前記集光素子の焦点面に配置された出射端面とを備え、前記入射端面から入射された光を前記出射端面まで伝搬する投光用光導波路を更に備え、
前記第1の位置に可動鏡が在る場合には、前記集光素子で集光された反射光が前記受光用光導波路の入射端面に焦点を結び、前記測定範囲の下限距離が0mであり且つ前記第2の位置に可動鏡が在る場合には、前記集光素子で集光された反射光が前記投光用光導波路の出射端面に焦点を結び、前記測定範囲の下限距離が0mより大きく且つ前記第3の位置に可動鏡が在る場合には、前記集光素子で集光された反射光が前記投光用光導波路の出射端面に焦点を結ぶ、請求項6から請求項8までの何れか1項に記載の距離測定装置。
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