JP3111333B2

JP3111333B2 - 光源手段

Info

Publication number: JP3111333B2
Application number: JP04356757A
Authority: JP
Inventors: 政裕大石; 文夫大友; 和昭木村; 雅明矢部; 康隆片山; 和重越川; 武重斉藤; 博文菅; 寿夫内藤
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK; Topcon Corp
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK; Topcon Corp
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 2000-11-20
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JPH06186324A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光源部が複数の空間的な
発光領域で発光される様に構成された光源手段であり、
各発光領域の中心波長間隔を不均一にすることにより、
干渉性の低下させることができ、光波距離計に最適な光
源手段に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光波距離計は発光ダイオードを使
用し、被測定物であるコーナーキューブから反射してき
たエコーパルスを受信して、光パルスの受信時間から距
離を測定していた。従って光波距離計の最大測長可能距
離は、光源部の輝度により決定され、発光ダイオードを
使用した光波距離計の最大測長可能距離は、２〜３Ｋｍ
程度となっていた。

【０００３】この最大測長可能距離を延ばすためには、
輝度の高い半導体レーザーを採用することが考えられ
る。連続発光の半導体レーザーは、その大きさ及び消費
電力が従来の発光ダイオードと同程度であり、駆動電流
による直接変調も可能であり、発光ダイオードとの置き
換えも容易となっている。更に連続発光の半導体レーザ
ーは、発光応答速度も発光ダイオードに比較して速いた
め、変調周波数をより高くした高精度の光波距離計を実
現することができる可能性がある。

【０００４】更に半導体パルスレーザーは、従来の連続
発振半導体レーザーを採用した光波距離計と測距方式は
異なるが、大きなピークパワーを有するので最大測長可
能距離の増大と、コーナーキューブを使用しないノンプ
リズム測定を行うことができるという特徴がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の光波距離計は、連続発振半導体レーザー及び半導体
パルスレーザーの何れを使用した方式であっても、発光
ダイオードを使用した光波距離計と比較して発光スペク
トルが狭く、可干渉性が高いという問題点がある。

【０００６】ここで光波距離計は、光源部の変調周波数
もしくは発光パルス幅に対して、測定距離の要求分解能
は１ｍｍ以下と高くなっている。距離１ｍｍは光波距離
計の時間差に換算すると、

【０００７】１ｍｍ／Ｃ＊２＝６.６ｐｓｅｃ・・・・・（１）

【０００８】但しＣは、光速である。

【０００９】となる。一方光源部の発光パルス幅は、発
振周波数が１５ＭＨｚであり連続変調デューティが５０
％である場合には、

【００１０】１／１５ＭＨｚ＊０.５＝３３ｎｓｅｃ・・・・・（２）

【００１１】となる。

【００１２】そして半導体パルスレーザーを採用したパ
ルス駆動方式の場合には、ドライブ回路、素子特性等の
制限から、実用レベルとして２０ｎｓｅｃ程度となって
いる。

【００１３】以上の様な理由から従来の光波距離計は、
変調光の基本波成分もしくは発光パルスの重心位置を求
める等の内挿を行う必要があった。

【００１４】また光源部の可干渉性が高いと、不要な干
渉が各所に発生するという問題点がある。例えば、マル
チモード光ファイバー内におけるスペックル、マルチモ
ード光ファイバー射出端におけるスペックルによるニア
・フィールド・パターン及びファー・フィールド・パタ
ーンのムラ、そして発光波長のモードジャンプによるス
ペックルの変動、更に強度変調を行った場合の変調波形
の変動等である。

【００１５】特に光波距離計では、発光側光学系のスペ
ックルによる波形ムラが発生したり、光源部のモードジ
ャンプ等によるスペックルの変動や、更に射出された光
の干渉状態が大気の揺らぎにより変動して空間的な波形
ムラを発生するという問題点がある。そして、これらの
波形ムラが発生すると、変調波形の重心位置が変動して
測定精度の劣化を招くという問題点があった。

【００１６】従って光源部の干渉性を低下させる必要が
あるが、半導体レーザーはその構造から発光スペクトル
幅がほぼ決定されてしまうため、光源の干渉性を単純に
低下させることができないという問題点があった。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、独立した発光領域でレーザー光を発
光させる複数の半導体レーザー光源からなる光源部と、
この光源部により発光されたレーザー光を導き混合する
ための混合部とからなり、前記複数の半導体レーザー光
源の中心波長がずれており、ずれの間隔は不均一になっ
ていることを特徴としている。本発明の複数の半導体レ
ーザー光源は、空間的に独立した発光領域となっていて
もよく、積み重ねたスタック構造となっていてもよい。
更に、本発明の混合部は、ファイバーから構成してもよ
い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以上の様に構成された本発明は、
複数の半導体レーザー光源からなる光源部が、独立した
発光領域でレーザー光を発光させ、混合部が、光源部に
より発光されたレーザー光を導き混合し、複数の半導体
レーザー光源の中心波長がずれており、ずれの間隔は不
均一になっている。

【００１９】

【実施例】

【００２０】本発明の光源手段を光波距離計に適用した
場合を図面に基づいて説明する。

【００２１】第１図に示す様に本実施例の光波距離計
は、光源部１と、第１のコンデンサレンズ２と、第２の
コンデンサレンズ３と、一対の分割プリズム４１、４２
と、光路切り替えチョッパ５と、内部光路６と、ＡＰＤ
７１と、光源側光ファイバー８１と、発光側光ファイバ
ー８２と、受光側光ファイバー８３と、プリズム９と、
対物レンズ１０から構成されている。そして、コーナキ
ューブ１１は、光波距離計本体から離れた位置に配置さ
れる測定対象物に該当するものであり、光を反射する機
能を有している。

【００２２】光源部１は複数の半導体レーザーから構成
されており、本実施例では、第１の半導体レーザー１０
１と第２の半導体レーザー１０２と第３の半導体レーザ
ー１０３とから構成されている。第１の半導体レーザー
１０１は中心波長λ₁で発光する様になっており、第２
の半導体レーザー１０２は中心波長λ₂で発光し、第３
の半導体レーザー１０３は中心波長λ₃で発光する様に
なっている。そして、これらの第１の半導体レーザー１
０１と第２の半導体レーザー１０２と第３の半導体レー
ザー１０３とは、同一の駆動手段により同一の駆動を受
ける様になっており、それぞれ基準変調光を射出する様
になっている。なお本実施例の光源部１は３個の半導体
レーザーから構成されているが、３個に限定されるもの
ではなく、適宜の個数を採用することができる。

【００２３】また第１の半導体レーザー１０１には、光
源用コンデンサレンズ１０１１が設けられており、第１
の半導体レーザー１０１から射出された変調光を、光源
側光ファイバー８１１の端部に結合させる様になってい
る。同様に第２の半導体レーザー１０２には、光源用コ
ンデンサレンズ１０２１が設けられており、第２の半導
体レーザー１０２から射出された変調光を、光源側光フ
ァイバー８１２の端部に結合させる様になっている。そ
して第３の半導体レーザー１０３には、光源用コンデン
サレンズ１０３１が設けられており、第３の半導体レー
ザー１０３から射出された変調光を、光源側光ファイバ
ー８１３の端部に結合させる様になっている。

【００２４】光源側光ファイバー８１は、光源側光ファ
イバー８１１と光源側光ファイバー８１２と光源側光フ
ァイバー８１３のそれぞれの射出端を束ねる様に構成さ
れており、光源部１の３個の半導体レーザーから射出さ
れた変調光を混合した低干渉性の２次光源を、第１のコ
ンデンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバー８
２の受光端８２ａに結合する様になっている。光源側光
ファイバー８１はオプチカル・ガイドに該当するもので
ある。

【００２５】なお光源部１と光源用コンデンサレンズ１
０１１、１０２１、１０２２と光源側光ファイバー８１
１、８１２、８１３とコンデンサレンズ２１、２２と発
光側光ファイバー８２と分割プリズム４１とプリズム９
と対物レンズ１０とが光学手段に該当する。更に光源部
１は光源手段に該当するものであり、光源側光ファイバ
ー８１は混合部に該当するものである。

【００２６】光源部１は、３個の半導体レーザーから構
成されており、発光スペクトル幅は発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）に比較して狭く、干渉性が高くなっている。光路
切り替えチョッパ５は光束を切り替えるものである。Ａ
ＰＤ７１は受光手段に該当するものであり、光源部１か
ら発射された光線を受光できる受光素子７であれば足り
る。

【００２７】分割プリズム４１は、第１のハーフミラー
４１１と第２のハーフミラー４１２とから構成されてお
り、分割プリズム４２は、第１のハーフミラー４２１と
第２のハーフミラー４２２とからなっている。光源部１
側と分割プリズム４１の間は、発光側光ファイバー８２
で結ばれている。更に分割プリズム４２と受光素子７側
との間は、受光側光ファイバー８３で結ばれている。

【００２８】光源部１の複数の半導体レーザーから射出
された変調光は、光源側光ファイバー８１を介して第１
のコンデンサレンズ２１、２２に送られ、第１のコンデ
ンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバー８２の
受光端８２ａに結合される様になっている。そして発光
側光ファイバー８２の射出端８２ｂから射出された変調
光は、分割プリズム４１に送られる。分割プリズム４１
の第１のハーフミラー４１１を透過した変調光は、光路
切り替えチョッパ５を介して、外部測距光路に射出可能
となっている。分割プリズム４１の第１のハーフミラー
４１１で反射され、更に第２のハーフミラー４１２で反
射されたパルスは、光路切り替えチョッパ５を介して、
内部測距光路６に射出可能となっている。光路切り替え
チョッパ５は、内部測距光路６と外部測距光路を切り替
えるためのものである。従って、光路切り替えチョッパ
５が外部測距光路を選択した場合には、変調光はプリズ
ム９で反射された後、対物レンズ１０により外部に射出
される。

【００２９】対物レンズ１０から射出された変調光は、
コーナキューブ１１で反射され、再び対物レンズ１０で
受光されプリズム９に送られる。受光された変調光は、
プリズム９で反射されて分割プリズム４２に送られ、分
割プリズム４２の第１のハーフミラー４２１を透過した
受信パルス光は、受光側光ファイバー８３の受光端８３
ａに結合される。

【００３０】なお光路切り替えチョッパ５が内部測距光
路６を選択した場合には、変調光は、内部測距光路６を
通って分割プリズム４２に送られる。そして変調光は、
分割プリズム４２に内蔵された第１のハーフミラー４２
１と第２のハーフミラー４２２で反射され、受光側光フ
ァイバー８３の受光端８３ａに結合される様になってい
る。

【００３１】そして受光側光ファイバー８３の射出端８
３ｂから射出された変調光は、第２のコンデンサレンズ
３１、３２によりＡＰＤ７１に結合する様になってお
り、受光素子７で電流パルスに変換される様になってい
る。

【００３２】なお第１のハーフミラー４１１と、プリズ
ム９と、対物レンズ１０と、コーナーキューブ１１と、
対物レンズ１０と、プリズム９と、第１のハーフミラー
４２１とから構成される光路が、外部測距光路に該当す
る。また第１のハーフミラー４１１と、第２のハーフミ
ラー４１２と、コンデンサレンズ４３、４４と、第２の
ハーフミラー４２２と、第１のハーフミラー４２１とか
ら構成される光路が、内部測距光路６に該当する。

【００３３】次に本実施例の電気回路の構成を詳細に説
明する。

【００３４】図２に示す実施例は、水晶発信器１００と
第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０と第２の分
周器１３０と光源部１と半導体レーザードライバー１５
０とＡＰＤ７１とアンプ１６０と波形整形回路１７０と
カウンタ１８０とピークホールド回路１９０とレベル判
定回路２００と、バンドパスフィルタ２１０とサンプル
ホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とＡＤコンバータ３００とメ
モリ４００とＣＰＵ５００とから構成されている。

【００３５】水晶発振器１００は、基準信号発生手段の
１つであり、１５ＭＨｚの基準信号を発生させている。
この基準信号は、第１の分周器１１０とシンセサイザー
１２０とバンドパスフィルタ２１０とカウンタ１８０と
に供給されている。第１の分周器１１０に供給された基
準信号は、第１の分周器１１０で１／１００に分周され
て１５０ＫＨｚとなりシンセサイザー１２０に送られ
る。シンセサイザー１３０は、第１の分周器１１０から
供給された１５０ＫＨｚと水晶発振器１００から供給さ
れた１５ＭＨｚで１５.１５ＭＨｚを作り、第２の分周
器１３０に送出する様になっている。第２の分周器１３
０は、シンセサイザー１２０から供給された１５.１５
ＭＨｚを１／５０００に分周して３０３０ＫＨｚを作
り、ドライバ回路１４０に送る様になっている。なお、
第１の分周器１１０、第２の分周器１３０、シンセサイ
ザ１２０の出力信号は、２値化の信号である。

【００３６】そして半導体レーザードライバー１５０
は、第１の半導体レーザー１０１と第２の半導体レーザ
ー１０２と第３の半導体レーザー１０３とを同一に駆動
させるためのものである。

【００３７】半導体レーザー１０１、１０２、１０３か
ら発射された変調光は、光学系を通過しＡＰＤ７１で受
光される。このＡＰＤ７１は受光素子７の１つであり、
ｐｎ接合に深いバイアスを加えてナダレ増倍を誘起さ
せ、利得を得ることのできるダイオードである。ＡＰＤ
７１は、内部参照光路を通った変調光と、外部測距光路
を通った変調光を受光する。ＡＰＤ７１により変調光は
電気信号に変換され、増幅アンプ１６０に送られる。

【００３８】アンプ１６０は、ＡＰＤ７１から入力され
た電気信号を増幅するものであり、増幅された検出信号
は、波形整形回路１７０とピークポールド回路１９０と
に供給される。

【００３９】波形整形回路１７０は、受信信号をサンプ
ルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とカウンタ１８０に供給す
る様になっている。カウンタ１８０は、変調光が受信さ
れるまでの時間を、水晶発振器１００からの１５ＭＨｚ
によりカウントする様になっている。

【００４０】水晶発振器１００からバンドパスフィルタ
２１０に送られた１５ＭＨｚは正弦波となり、サンプル
ホールド回路２２０に送出される。このサンプルホール
ド回路２２０は、波形整形回路１７０から出力された受
信信号によりサンプルホールドし、更にＡＤコンバータ
３００でＡＤ変換された後、変換されたデジタルデータ
は予め定められたメモリ４００に記憶される様になって
いる。なおＡＤ変換が終了すると、ＣＰＵ５００に対し
て変換終了信号を出力する様になっている。

【００４１】以上の様に実行される光源部１の発光か
ら、ＡＤ変換されたデータのメモリ４００への格納まで
の処理を、外部測距光路と内部参照光路について行う。
即ち、内部参照光路によるＡＤ変換データと外部測距光
路のＡＤ変換データの波形の位相差φが光路差に相当す
ることになる。各波形にフーリエ変換を施し、基本成分
波の位相情報を求め、その位相差から１０ｍ単位以下の
精密測定距離を求めることができる。なお、粗測定距離
についても、外部測距光路と内部参照光路におけるカウ
ンタ１８０のカウンター差から１０ｍの精度で求めるこ
とができる。そして粗測定距離と精密測定距離を組み合
わせることにより、光波距離計から測定対象物までの実
際の距離を求めることができる。これらの動作を行う構
成が距離測定手段に該当するものである。

【００４２】次に本実施例の光源部１を詳細に説明す
る。光源部１は３個の半導体レーザーから構成されてお
り、発光スペクトル幅は発光ダイオード（ＬＥＤ）に比
較して狭く、干渉性が高くなっているので、光学系の各
部分で干渉によるスペックルが発生するという問題があ
る。

【００４３】図３は、発光側光ファイバー８２の射出端
８２ｂにおけるスペックルの強度分布の様子を示したも
のである。ここでスペックルとは、レーザービームをプ
ラスチック、金属などの表面に投射した場合に現れる斑
点状の模様のことである。即ち、表面のいろいろな場所
で反射されたレーザー光が干渉し合うために生じるもの
である。光ファイバーのスペックルは、光ファイバーの
直径方向における光の定在波であり、ファイバー径、フ
ァイバーの開口数ＮＡ、光の波長等により、その大きさ
が変化する。ここで開口数ＮＡとは、軸上の物点から出
る光線の内、最大の開きを有する光線の光軸となる角を
θとした時、開口数ＮＡ＝ｎｓｉｎθで表したものであ
る。ここで、ｎは物点のある物質の屈折率である。なお
ファイバーの開口数ＮＡは、光ファイバに最も能率よく
光を入射させる対物レンズを決定するために用いられる
ものである。

【００４４】図３（ａ）は発光側ファイバー８２の射出
端８２ｂを拡大したものであり、図３（ｂ）は、第１の
半導体レーザー１０１から射出された中心波長λ₁の変
調光のみに注目したものであり、そのスペックルを示し
ている。なお横軸は光の強度Ｉ、縦軸はファイバーの直
径方向の位置である。同様に図３（ｃ）は、第２の半導
体レーザー１０２から射出された中心波長λ₂の変調光
のみに注目したものであり、図３（ｄ）は、第３の半導
体レーザー１０３から射出された中心波長λ₃の変調光
のみに注目したものであり、それぞれのスペックルを示
している。

【００４５】図３（ｂ）から図３（ｄ）に示す様に、各
半導体レーザーの個々のスペックルは、各半導体レーザ
ーの発光スペクトルが狭いため、強度パターン（コント
ラスト）が強く現れている。

【００４６】しかしながら発光側ファイバー８２の射出
端８２ｂにおけるスペックルは、それぞれの半導体レー
ザーによって作られるスペックルパターンの和となる。
そして本実施例では、第１の半導体レーザー１０１と第
２の半導体レーザー１０２と第３の半導体レーザー１０
３とは、それぞれ中心波長が異なっており、強度パター
ンの強弱のピッチが異なるので、図３（ｅ）に示す様
に、全体としてスペックルのコントラストを低下させる
ことができる。

【００４７】なお光源である半導体レーザーは、それぞ
れ空間的に独立した発光領域であるため、各光源の発光
波長を変化させなくともスペックルのコントラストが低
下する可能性もあるが、各半導体レーザーの発光波長を
意図的にずらすことにより、確実にスペックルのコント
ラストを低下させることができる。

【００４８】また半導体レーザーは、発振モードが他の
モードに瞬間的にホップするモードジャンプ（モードホ
ップとも言う）が発生することがあるが、３個の半導体
レーザーの内、何れか１つにモードジャンプが発生した
場合でも、その半導体レーザーのスペックルパターンの
変化が、全体のスペックルパターンに与える影響を小さ
くすることができる。

【００４９】また本実施例の光波距離計では、発光側フ
ァイバー８２の射出端８２ｂに限らず、対物レンズ１０
からコーナーキューブ１１に向けて射出される光束にも
スペックルが観察される。図４（ａ）は発光光学系を拡
大した図であり、図４（ｂ）は、第１の半導体レーザー
１０１から射出された中心波長λ₁の変調光のみに注目
した図であり、そのスペックルを示している。同様に図
４（ｃ）は、第２の半導体レーザー１０２から射出され
た中心波長λ₂の変調光のみに注目したものであり、図
４（ｄ）は、第３の半導体レーザー１０３から射出され
た中心波長λ₃の変調光のみに注目したものであり、そ
れぞれのスペックルを示している。発光側ファイバー８
２の射出端８２ｂと同様に、発光光学系でも全体のスペ
ックルは、それぞれの半導体レーザーによって形成され
るスペックルパターンの和と考えられ、複数の半導体レ
ーザーからなる光源部１を採用することにより、図４
（ｅ）に示す様にスペックルのコントラストを低下させ
ることができる。

【００５０】図５は、光波距離計から射出される光束の
大気伝播時の影響を示したものである。大気は温度、気
圧、湿度等により屈折率が変化する。特に日中は太陽光
の影響により、大気に屈折率のムラが生じ、屈折率が時
間的に変動して陽炎が発生している。この大気の屈折率
の変化は、光速に影響を与えるため、発光波長に対する
光学的距離の変化として現れる。コーナーキューブ１１
が遠方に配置されている長距離測定の場合には影響が大
きくなるという問題点がある。

【００５１】光波距離計から射出される光束の内、図５
に示す様な、コーナーキューブ１１で反射される部分の
光束１１００を検討する。大気の揺らぎにより、光束１
１００の一部の光束の光学的距離が変化したとすると、
この光束１１００は、光波距離計本体で受信される段階
で干渉状態を起こすことになる。大気の揺らぎは、時間
的に変動しているため、受光段階での干渉も時間的に変
動することとなり、これが変調波形の変動として測距精
度に影響を与えることになる。

【００５２】しかしながら本実施例では、第１の半導体
レーザー１０１と第２の半導体レーザー１０２と第３の
半導体レーザー１０３とが、それぞれ中心波長が異なっ
ている。従って陽炎等による光学的距離の変化が干渉パ
ターンに与える影響も、各半導体レーザーで異なってい
るので、受光段階での全体的な波形変動を低下させるこ
とができる。

【００５３】なお本実施例では図１に示す様に、第１の
半導体レーザー１０１と第２の半導体レーザー１０２と
第３の半導体レーザー１０３とを独立に配置し、これら
に対応する光源用コンデンサレンズ１０１１、１０２
１、１０３１を設置し、光源側光ファイバー８１１、８
１２、８１３を介して結合されて１つに束ねられ、第１
のコンデンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバ
ー８２の受光端８２ａに結合する様に構成されている。
これに対して図６（ａ）に示す様に、光源部１を各半導
体レーザーを積み重ねたスタック構造とし、一対の第１
のコンデンサレンズ２１、２２を用いて直接、発光側光
ファイバー８２の受光端８２ａに結合する様に構成して
もよい。

【００５４】更に図６（ｂ）に示す様に、１つのウェハ
ー内に複数の発光領域を有する半導体レーザーを組み込
んだ構成としてもよい。

【００５５】以上の様に図６に示す光源部１の構成は、
駆動電気回路や光学部品を省略することができ、光源の
輝度を向上させることができるという効果がある。

【００５６】次に、第１の半導体レーザー１０１と第２
の半導体レーザー１０２と第３の半導体レーザー１０３
の中心波長λ₁、λ₂、λ₃と、発光側光ファイバー８２
の射出端８２ｂにおける２次光源の干渉性との関連を考
察することとする。光波距離計の光源としてＬＥＤが適
しているのは、その発光スペクトル幅が非常に広く、干
渉性が低いからである。従って発光側ファイバー８２内
及び光波距離計外部での大気の揺らぎによる波形変動の
発生が、光波距離計の精度上無視できる程に小さくな
る。

【００５７】一般にスペクトルの広さによる可干渉性の
指標として、フーリエ分光法によるインターフェログラ
ムの観測が行われる。これらの測定には図７に示すマイ
ケルソン干渉計２０００が使用され、マイケルソン干渉
計２０００は、ビームスプリッタ２００１と、可動平面
鏡２００２と、検出器２００３と、固定平面鏡２００４
と、測定光源２００５とから構成されている。

【００５８】測定光源２００５からの光は、ビームスプ
リッタ２００１により光路ａと光路ｂに分割される。光
路ａの光は固定平面鏡２００４で反射され、ビームスプ
リッタ２００１を透過して検出器２００３に入射する。
また光路ｂの光は可動平面鏡２００２で反射され、ビー
ムスプリッタ２００１を反射して検出器２００３に入射
する様になっている。そして可動平面鏡２００２を移動
させた時の検出器２００３で検出される光の強度は、イ
ンターフェログラムと呼ばれ、図７（ｂ）の様な形とな
る。なお図７（ｂ）の横軸は、可動平面鏡２００２の移
動による光路長の変化であり、縦軸は検出器２００３で
検出される光の強度である。そして図７（ｂ）の波形を
フーリエ変換することにより、図７（ｃ）に示される測
定光源２００５のスペクトルを得ることができる。これ
らの方法により、スペクトルの広さによる可干渉性の指
標を得るのが、フーリエ分光法である。

【００５９】従って光源のスペクトルの広がりとインタ
ーフェログラムの関係を示すのが、図７（ｂ）及び図７
（ｃ）となる。なお、測定光源２００５が単色光の場合
には、インターフェログラムは余弦関数の形となり、白
色光に近づくに従いｓｉｎｃ関数の形となる。

【００６０】以上の様に光源の発光スペクトルとインタ
ーフェログラムとは、明確な関係があり、インターフェ
ログラムは光源の可干渉性を表しているので、インター
フェログラムから光源の可干渉性を評価することができ
る。

【００６１】そして可干渉距離Ｌｃと、発光中心波長λ
と、スペクトル幅（デルタλ）との関係は、スペクトル
の広がりがガウス分布である場合には、図７（ｂ）、図
７（ｃ）に示す様に、

【００６２】Ｌｃ＝（２＊λ²）／（π＊（デルタλ）²）・・・・・・（３）

【００６３】という関係式で表される。

【００６４】ここでＬＥＤの場合であって、中心波長λ
＝８５０ｎｍ、スペクトル幅（デルタλ）＝５０ｎｍと
すれば、第３式に代入して、

【００６５】Ｌｃ＝９μｍ・・・・・・・（４）

【００６６】となり、半導体レーザーの場合には、中心
波長λ＝８５０ｎｍ、スペクトル幅（デルタλ）＝５ｎ
ｍとすれば、第３式に代入して、

【００６７】Ｌｃ＝９０μｍ・・・・・・・（５）

【００６８】となる。

【００６９】更に図８を用いて、光源のスペクトルとイ
ンターフェログラムの関係を示すことにする。図８
（ａ）はＬＥＤ単体の場合の関係であり、図８（ｂ）は
半導体レーザーを複数採用し、各半導体レーザーの中心
波長が全て一致している場合の関係であり、図８（ｃ）
は半導体レーザーを複数採用し、各半導体レーザーの中
心波長が、各半導体レーザー（光源）の波長の広がり程
度に離れている場合の関係であり、図８（ｄ）半導体レ
ーザーを複数採用し、各半導体レーザーの中心波長が、
不均等に離れている場合の関係を示すものである。

【００７０】なおインターフェログラムは、その抱絡線
のみを描いている。

【００７１】以上の様に図８を参照すれば、ＬＥＤ単体
の場合（図８（ａ））に比較して、半導体レーザーを複
数採用し、各半導体レーザーの中心波長が全て一致して
いる場合（図８（ｂ））は、かなり広範囲に干渉するこ
とができる。

【００７２】また各半導体レーザーの中心波長が全て一
致している場合（図８（ｂ））に比較して、半導体レー
ザーを複数採用し、各半導体レーザーの中心波長が、各
半導体レーザー（光源）の波長の広がり程度に離れてい
る場合（図８（ｃ））には、２次的な干渉を生じるが、
第１次的な干渉の範囲は小さな範囲となり、その範囲は
各半導体レーザーの中心波長が全て一致している場合の
５分の１程度となっている。

【００７３】そして半導体レーザーを複数採用し、各半
導体レーザーの中心波長が、不均等に離れている場合
（図８（ｄ））には、更に干渉の範囲が小さくなり、１
次的な干渉の範囲は、各半導体レーザーの中心波長が全
て一致している場合と比較して１０分の１程度となって
いる。

【００７４】次に図９に基づいて、３個の光源からなる
２次光源を使用し、各光源の中心波長間隔が各光源の波
長の広がり以下となっている場合（スペクトルが一部重
なり合っている場合）を説明する。

【００７５】図９（ａ）は、図８（ｂ）と同様に、各光
源の中心波長が一致している場合を示す図である。図９
（ｂ）は各光源の中心波長間隔が、均等に各光源の波長
の広がりの１／２程度離れている場合である。そして図
９（ｃ）は各光源の中心波長が不均等に離れている場合
である。

【００７６】この結果、各光源の中心波長が一致してい
る場合に比較して、スペクトルが一部重なり合っている
場合には、部分的な干渉のピークはあるものの、干渉性
は低下している。更に中心波長の間隔が均等である図９
（ｂ）の場合に比較して、不均等である図９（ｃ）の場
合には、干渉性が一段と減少する。

【００７７】また各光源部は３個に限定されるものでな
く、例えば図１０に示す様に、５個の光源からの光を混
合することもできる。図１０（ａ）は、各光源の中心波
長間隔が、均等に各光源の波長の広がりの１／２程度離
れている場合を示す場合である。そして図１０（ｂ）
は、各光源の中心波長が不均等に離れている場合であ
る。

【００７８】図１０と図９とを比較して明かな様に、光
源の個数を増加させることにより干渉性を更に低下させ
ることができる。また中心波長間隔を不均等に離すこと
により、更に干渉性を低下させることができる。

【００７９】光波距離計においては、光ファイバーにお
ける同一モード内での光路差はほとんどなく、また、大
気伝播中における光路差は特定することができない。従
って第１次の可干渉範囲をできるだけ小さくした方が有
利となり、更に、第２次的な干渉が生じる様な光路差が
ある場合には、多数の光路差が存在することを意味する
ので、結果的に平均化させることが可能となる。

【００８０】以上の様に構成された本実施例は、半導体
レーザーの様に発光スペクトルが狭い場合であっても、
複数の半導体レーザーの中心波長を、各半導体レーザー
の光源波長の広がり程度離間させ、これらの中心波長間
隔を不均等にすることにより、効果的に干渉性を下げる
ことができ、光波距離計の光源として使用可能とするこ
とができる。

【００８１】なお本実施例の光源１は半導体レーザーに
ついて説明しているが、半導体レーザーに限られるもの
でなく、その他の発光原に適用することもできる。

【００８２】

【効果】以上の様に構成された本発明は、独立した発光
領域でレーザー光を発光させる複数の半導体レーザー光
源からなる光源部と、この光源部により発光されたレー
ザー光を導き混合するための混合部とからなり、前記複
数の半導体レーザー光源の中心波長がずれており、ずれ
の間隔は不均一になっているので、干渉性が低く光波距
離計に最適な光源手段を提供することができるという卓
越した効果がある。

【００８３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図２】本実施例の電気的構成を示す図である。

【図３】発光側光ファイバー８２の射出端８２ｂにおけ
るスペックルの強度分布を示した図である。

【図４】発光光学系におけるスペックルの強度分布を示
した図である。

【図５】光波距離計から射出される光束の大気伝播時の
影響を説明する図である。

【図６】光源部１の変形例を説明する図である。

【図７】マイケルソン干渉計２０００を説明する図であ
る。

【図８】光源のスペクトルとインターフェログラムの関
係を示す図である。

【図９】３つの光源によるスペクトルとインターフェロ
グラムの関係を示す図である。

【図１０】５つの光源によるスペクトルとインターフェ
ログラムの関係を示す図である。

【符号の説明】

１光源部１０１第１の半導体レーザー１０２第２の半導体レーザー１０３第３の半導体レーザー２第１のコンデンサレンズ３第２のコンデンサレンズ４１分割プリズム４２分割プリズム５光路切り替えチョッパ７１ＡＰＤ８１光源側光ファイバー８２発光側光ファイバー８３受光側光ファイバー９プリズム１０対物レンズ１１コーナーキューブ１００水晶発振器１１０第１の分周器１２０シンセサイザー１３０第２の分周器１５０半導体レーザードライバー１６０アンプ１７０波形整形回路１８０カウンタ１９０ピークホールド回路２００レベル判定回路２１０バンドパスフィルタ２２０サンプルホールド回路３００ＡＤコンバータ４００メモリ５００ＣＰＵ１００００位相測定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村和昭東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内 (72)発明者矢部雅明東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内 (72)発明者片山康隆東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内 (72)発明者越川和重東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内 (72)発明者斉藤武重東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内 (72)発明者菅博文静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者内藤寿夫静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (56)参考文献特開平２−29358（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−119225（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−229384（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−188583（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−76810（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/48 G01J 3/10 G01C 3/06 H01S 3/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】独立した発光領域でレーザー光を発光さ
せる複数の半導体レーザー光源からなる光源部と、この
光源部により発光されたレーザー光を導き混合するため
の混合部とからなり、前記複数の半導体レーザー光源の
中心波長がずれており、ずれの間隔は不均一になってい
ることを特徴とする距離測定の光源手段。
【請求項２】前記複数の半導体レーザー光源は、空間
的に独立した発光領域となっている請求項１記載の距離
測定の光源手段。
【請求項３】前記複数の半導体レーザー光源は、積み
重ねたスタック構造となっている請求項１記載の距離測
定の光源手段。
【請求項４】前記混合部は、ファイバーから構成され
ている請求項１〜３の何れか１項記載の距離測定の光源
手段。