JP3198585B2 - Transmission optical system of lightwave distance measuring device - Google Patents

Transmission optical system of lightwave distance measuring device

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JP3198585B2
JP3198585B2 JP05764792A JP5764792A JP3198585B2 JP 3198585 B2 JP3198585 B2 JP 3198585B2 JP 05764792 A JP05764792 A JP 05764792A JP 5764792 A JP5764792 A JP 5764792A JP 3198585 B2 JP3198585 B2 JP 3198585B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光波測距装置の送信光
学系に関するものである。さらに詳しくは、輪帯上の送
信光を送信する光波測距装置の送信光学系に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmission optical system of a lightwave distance measuring device. More specifically, the present invention relates to a transmission optical system of a lightwave distance measuring device for transmitting transmission light on an annular zone.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光波測距装置において、送信光を
輪帯状にして投射するものが知られている。例えば、特
開昭51−20866号公報には、輪帯状の送信光を目
標物に向けて投射して、目標物で反射された受信光を輪
帯状の送信光の中抜け領域の光を通過させて受信するも
のが開示されている。
2. Description of the Related Art As a conventional lightwave distance measuring device, there is known a lightwave distance measuring device which projects transmission light in a ring shape. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-20866 discloses that a ring-shaped transmission light is projected toward a target, and reception light reflected by the target passes through light in a hollow region of the ring-shaped transmission light. What is received and received is disclosed.

【0003】また、従来光源として用いられているLE
Dよりも輝度が高い近赤外のレーザーを光源として用い
ている光波測距装置が知られている。そして、この近赤
外レーザーは、ガウス分布状の強度分布のレーザー光を
供給するものであった。
[0003] In addition, LEs conventionally used as light sources
A lightwave distance measuring device using a near-infrared laser having a higher luminance than D as a light source is known. The near-infrared laser supplies a laser beam having a Gaussian intensity distribution.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の光波測距装置においては、対物系の射出端
の開口径と、対物系の射出端でのガウスビームの径(ガ
ウス分布状の強度が1/e2 となる位置からガウス分布
状の強度が最大強度となる位置までの送信光の光束断面
方向の距離)とに関する最適化について何ら考慮されて
いなかったために、送信光の伝達効率が悪くなる場合が
あった。そして、送信光の伝達効率が悪い場合には、目
標点における送信光の強度が低くなるため、測距精度の
低下を招く恐れがあった。
However, in the conventional optical distance measuring apparatus as described above, the diameter of the opening at the exit end of the objective system and the diameter of the Gaussian beam at the exit end of the objective system (Gaussian distribution shape). The transmission efficiency of the transmitted light was not considered because no optimization was performed with respect to the distance from the position where the intensity was 1 / e 2 to the position where the intensity of the Gaussian distribution became the maximum intensity. Was sometimes worse. When the transmission efficiency of the transmission light is low, the intensity of the transmission light at the target point is reduced, and there is a possibility that the distance measurement accuracy may be reduced.

【0005】そこで、本発明は、上述の問題点に鑑み、
高い伝達効率のもとで送信光を目標点に到達させること
が可能な光波測距装置の送信光学系を提供することを目
的とする。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a transmission optical system of a lightwave distance measuring device capable of causing transmission light to reach a target point with high transmission efficiency.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明によるガウス分布状の強度分布の送信光を
供給する光源と、光源からの送信光を目標物に向けて投
射する対物系とを有する光波測距装置の送信光学系は、
対物系の射出端でのガウス分布状の強度が1/e2 とな
る位置からガウス分布状の強度が最大強度となる位置ま
での送信光の光束断面方向の距離をωとし、対物系の射
出端での開口径をD、対物系の射出端での送信光の中抜
け領域の径をdとするとき、 0.76+0.63d/D-0.19(d/D)2< 2ω/D<0.96+1.15d/D-0.47(d/D)2 を満足する。
In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, a light source for supplying transmission light having a Gaussian intensity distribution and an object for projecting the transmission light from the light source toward a target. The transmission optical system of the lightwave distance measuring device having the system
The distance in the light beam cross-sectional direction from the position where the intensity of the Gaussian distribution at the exit end of the objective system becomes 1 / e 2 to the position where the intensity of the Gaussian distribution becomes the maximum intensity is ω, and the objective system emits light. Assuming that the aperture diameter at the end is D and the diameter of the hollow area of the transmitted light at the exit end of the objective system is d, 0.76 + 0.63d / D-0.19 (d / D) 2 <2ω / D <0.96+ 1.15d / D-0.47 (d / D) 2 is satisfied.

【0007】[0007]

【作用】本発明による光波測距装置の送信光学系では、
送信光学系の射出端の開口径Dと、輪帯状の送信光束の
中抜け領域の径dと、ガウスビームの径ω(送信光学系
の射出端でのガウス分布状の強度が1/e2 となる位置
からガウス分布状の強度が最大強度となる位置までの送
信光の光束断面方向の距離)とが上述の条件式を満足す
るように構成した。この条件式は、目標点における光強
度が最大強度の95%以上になるように規定するもので
ある。
In the transmission optical system of the lightwave distance measuring device according to the present invention,
The aperture diameter D at the exit end of the transmission optical system, the diameter d of the hollow region of the transmission light flux in the annular zone, and the diameter ω of the Gaussian beam (the intensity of the Gaussian distribution at the exit end of the transmission optical system is 1 / e 2 (The distance in the light beam cross-sectional direction from the position where the intensity becomes the maximum intensity of the Gaussian distribution) to satisfy the above-mentioned conditional expression. This conditional expression specifies that the light intensity at the target point is 95% or more of the maximum intensity.

【0008】そして、送信光学系の射出端の開口径Dの
影響で、送信光は、目標点に到達したときに、回折広が
りを起こす。ここで、上記の条件式は、送信光のビーム
中心、及びビーム中心からある程度外れた位置(目標点
における強度分布のエアリーディスク径の4.5割の位
置)でも、光強度がその位置の最大強度の95%以上に
なるように規定しているため、目標点が送信光学系の光
軸の延長線上から多少外れても、強い光強度の送信光を
目標点に到達させることができる。
[0008] Under the influence of the aperture diameter D at the exit end of the transmission optical system, the transmission light causes diffraction spread when it reaches the target point. Here, the above conditional expression is such that even at the beam center of the transmission light and at a position deviated to some extent from the beam center (4.5% of the Airy disk diameter of the intensity distribution at the target point), the light intensity has the maximum value at that position. Since the intensity is defined to be 95% or more of the intensity, even if the target point deviates slightly from the extension of the optical axis of the transmission optical system, it is possible to make the transmission light of high light intensity reach the target point.

【0009】ここで、この条件式の上限を超えると、エ
アリーディスクの径の4.5割の位置での送信光の光強
度が弱まるので好ましくない。そして、この条件式の下
限を超えると、送信光のビーム中心位置での光強度が弱
まるので望ましくない。
Here, exceeding the upper limit of the conditional expression is not preferable because the light intensity of the transmission light at the position of 4.5% of the diameter of the Airy disk is weakened. If the lower limit of the conditional expression is exceeded, the light intensity at the beam center position of the transmitted light is weakened, which is not desirable.

【0010】[0010]

【実施例】以下に本発明の実施例について、本発明によ
る光波測距装置の光軸を通る断面図を示す図1を参照し
ながら説明する。図1において、本発明による光波測距
装置の送信光学系は、対物レンズ1と、対物レンズ1の
後方に配設され赤外光のみを反射し、可視光を透過させ
る光路分割器5と、赤外光の送信光を射出するための赤
外レーザーを有する光源部8と、光源部8からの光束を
光路分割器5へ向けて反射させる送受信光分割器6とで
構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 which shows a cross-sectional view passing through the optical axis of a lightwave distance measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the transmission optical system of the lightwave distance measuring apparatus according to the present invention includes an objective lens 1, an optical path splitter 5 disposed behind the objective lens 1, which reflects only infrared light and transmits visible light, It comprises a light source section 8 having an infrared laser for emitting infrared transmission light, and a transmission / reception light splitter 6 for reflecting a light beam from the light source section 8 toward an optical path splitter 5.

【0011】そして、受信光学系は、対物レンズ1と、
赤外光である受信光を反射分割する光路分割器5と、受
信光を光電変換する受光部10と、光路分割器5で反射
された受信光を受光部10に導く送受信光分割器6とで
構成される。ここで、送受信光分割器6は、中心部に透
過域が形成されると共に、その周辺には輪帯状の反射膜
6aが形成されている。このため、送受信光分割器は、
反射膜6aに達する光源部8からの送信光を光路分割器
5に向けて反射させて輪帯状の送信光に変換すると共
に、光路分割器5から受光部10に向かう目標物からの
受信光を透過させる。
The receiving optical system includes an objective lens 1 and
An optical path splitter 5 that reflects and splits received light that is infrared light, a light receiving unit 10 that photoelectrically converts the received light, and a transmission / reception light splitter 6 that guides the received light reflected by the optical path splitter 5 to the light receiving unit 10. It consists of. Here, the transmission / reception light splitter 6 has a transmission area formed at the center and an annular reflection film 6a formed around the transmission area. For this reason, the transmission / reception optical splitter
The transmission light from the light source unit 8 reaching the reflection film 6a is reflected toward the optical path splitter 5 to be converted into a ring-shaped transmission light, and the reception light from the target traveling from the optical path splitter 5 to the light receiving unit 10 is reflected. Let through.

【0012】また、本実施例の光波測距装置は、目標点
からの可視光によって目標物を目視観察するために、光
路分割器5の後方には、合焦レンズ2、焦点板3、接眼
レンズ4が設けられている。そして、目標点からの可視
光は、対物レンズ1を通過して、合焦のために光軸方向
に移動可能な合焦レンズ2を通過して、対物レンズ1と
合焦レンズ2との合成焦点位置に配置された焦点板3上
に結像する。そして、この焦点板3上の像は、接眼レン
ズ4を通して拡大観察される。なお、視準光学系は、対
物レンズ1と、合焦レンズ2と、焦点板3と、接眼レン
ズ4とで構成されている。
Further, in the lightwave distance measuring apparatus of this embodiment, the focusing lens 2, the focusing screen 3, and the eyepiece are provided behind the optical path splitter 5 in order to visually observe the target with visible light from the target point. A lens 4 is provided. Then, the visible light from the target point passes through the objective lens 1, passes through the focusing lens 2 that can move in the optical axis direction for focusing, and combines the objective lens 1 and the focusing lens 2. An image is formed on the reticle 3 arranged at the focal position. The image on the reticle 3 is magnified and observed through the eyepiece 4. The collimating optical system includes an objective lens 1, a focusing lens 2, a reticle 3, and an eyepiece 4.

【0013】次に、本実施例による光波測距装置の測距
時においての機能を説明する。まず、視準光学系を用い
て、光波測距装置が目標点としてのコーナーキューブの
方向に向くように調節する。その後、送信光を不図示の
コーナーキューブに向けて送信する。このとき、光源部
8からの送信光(赤外光)は、送受信光分割器6、光路
分割器5、輪帯状の光束状態で対物レンズ1から射出し
てコーナーキューブに向かう。そして、コーナーキュー
ブで反射された反射光は、対物レンズ1の中心部から入
射し、その後、光路分割器5、送受信光分割器6を経
て、受光部10に入射する。そして、受光部10に入射
した受信光が光電変換される。また、不図示の参照光も
光電変換される。そして、この受信光と不図示の参照光
との位相差を測定して、光波測距装置内の基準点からコ
ーナーキューブまでの距離を算出する。
Next, the function of the lightwave distance measuring apparatus according to this embodiment at the time of distance measurement will be described. First, the collimating optical system is used to adjust the lightwave distance measuring device so as to face the corner cube as the target point. Thereafter, the transmitting light is transmitted toward a corner cube (not shown). At this time, the transmission light (infrared light) from the light source unit 8 is emitted from the objective lens 1 in the state of a transmission / reception light splitter 6, an optical path splitter 5, and an annular light flux, and travels toward a corner cube. Then, the reflected light reflected by the corner cube enters from the center of the objective lens 1, and then enters the light receiving unit 10 via the optical path splitter 5 and the transmission / reception light splitter 6. Then, the received light incident on the light receiving unit 10 is photoelectrically converted. Further, reference light (not shown) is also photoelectrically converted. Then, the phase difference between the received light and a reference light (not shown) is measured, and the distance from the reference point in the lightwave distance measuring device to the corner cube is calculated.

【0014】なお、上記の測距時においては、目標点に
コーナーキューブを配置したが、強度の強い光を目標点
に到達させることができれば、このコーナーキューブを
不要とし測距を行うことができる。次に、送信光の最適
化について説明する。図2(a)は、対物レンズ1(送
信光学系20)の射出端近傍での光強度分布の様子を示
しており、図2(b)は、目標点での強度分布を示して
いる。そして、図2(a)において、Dは、対物レンズ
1(送信光学径20)の射出端の開口径を示し、dは、
輪帯状の送信光束の中抜け領域の径を示している。
In the above distance measurement, the corner cube is arranged at the target point. However, if the strong light can reach the target point, the corner cube becomes unnecessary and the distance can be measured. . Next, optimization of transmission light will be described. FIG. 2A shows a state of light intensity distribution near the exit end of the objective lens 1 (the transmission optical system 20), and FIG. 2B shows an intensity distribution at a target point. Then, in FIG. 2A, D indicates the opening diameter of the exit end of the objective lens 1 (transmission optical diameter 20), and d indicates
It shows the diameter of the hollow area of the orbicular transmission light flux.

【0015】ここで、対物レンズ1の射出端近傍の送信
光の光束断面方向での中心からの距離xの点においての
送信光の強度Iは、図2(a)に示すように、送信光の
強度が最大強度の1/e2 となる位置から最大強度とな
る位置までの距離をωとすると、 I∝exp〔−2x2 ・ω-2〕 ‥‥(1) となる。
Here, as shown in FIG. 2A, the intensity I of the transmitted light at a point at a distance x from the center of the transmitted light near the exit end of the objective lens 1 in the light beam cross-sectional direction is, as shown in FIG. Assuming that the distance from the position where the intensity of the maximum intensity is 1 / e 2 of the maximum intensity to the position where the intensity is the maximum is ω, I∝exp [ −2 × 2 · ω −2 ]〕 (1)

【0016】そして、図2(b)に示されるように、送
信光学系20の射出端の開口径Dの影響で、送信光は、
目標点に到達するまでに回折広がりを起こす。この回折
広がりを起こした送信光の強度分布を考えたときに、目
標点は、この強度分布のエアリーディスクの3割〜5割
の位置にあることが好ましい。もちろん、目標物が十分
に大きければ、上述のことを考慮する必要はないが、十
分に大きい目標物としてのコーナーキューブを製造する
ことは難しい。また、コーナーキューブを多数組み合わ
せることで反射光量を増しても良いが、本実施例による
光波測距装置の送信光学系は、コヒーレンシーの高い送
信光束を用いているため、異なるコーナーキューブで反
射される受信光は、それぞれ位相ずれを生じる。このた
め、受信光学系で受信するときに、異なるコーナーキュ
ーブで反射された受信光同士が干渉を起こし、必ずしも
正確な測距を行うことができるとは限らない。
As shown in FIG. 2B, the transmitted light is affected by the aperture diameter D at the exit end of the transmission optical system 20.
Diffraction spread occurs before reaching the target point. When considering the intensity distribution of the transmitted light that has caused this diffraction spread, it is preferable that the target point be located at 30% to 50% of the Airy disk having this intensity distribution. Of course, if the target is sufficiently large, there is no need to consider the above, but it is difficult to manufacture a corner cube as a sufficiently large target. Further, the amount of reflected light may be increased by combining a large number of corner cubes. However, since the transmission optical system of the lightwave distance measuring apparatus according to the present embodiment uses a transmission light beam with high coherency, it is reflected by different corner cubes. The received light has a phase shift. For this reason, when receiving by the receiving optical system, the received lights reflected by different corner cubes cause interference, and it is not always possible to perform accurate ranging.

【0017】ここで、このエアリーディスクに対応する
送信光の広がり角θは、 θ=1.22λ/D ‥‥(2) と表される。ここで、λは、送信光の波長である。そし
て、送信光学系20の射出端面における直交座標(x,
y)を考えると、θ方向への送信光の強度I(θX ,θ
y )は、 I(θx ,θy )=C|∬dxdyω-1・exp〔(x2 +y2 )ω-2〕 exp〔−i・2π・λ-1(θx ・x+θy ・y)〕|2 ‥‥(3) で与えられる。 但し、θX :X方向における光の広がり方向の角度、 θy :Y方向における光の広がり方向の角度、 C:比例定数、 である。
Here, the spread angle θ of the transmitted light corresponding to this Airy disk is expressed as follows: θ = 1.22λ / D ‥‥ (2) Here, λ is the wavelength of the transmitted light. Then, the rectangular coordinates (x,
y), the intensity of the transmitted light in the θ direction I (θ X , θ
y) is, I (θ x, θ y ) = C | ∬dxdyω -1 · exp [(x 2 + y 2) ω -2 ] exp [-i · 2π · λ -1 (θ x · x + θ y · y )] | 2 ‥‥ (3). Here, θ X : the angle of the light spreading direction in the X direction, θ y : the angle of the light spreading direction in the Y direction, and C: the proportionality constant.

【0018】ここで、光源部8から射出する光束の全エ
ネルギーが一定であるので、ωが変化したときに、中心
のエネルギー密度は、ω-2に比例する。従って、(3)
式のω-1は、ωが変化したときに、(3)式の振幅を表
す部分がω-1に比例することを示している。次に、上述
の(3)式に基づいて、本実施例による送信光学系から
射出した光束が目標点に到達したときの強度分布につい
て、計算した結果を示す。
Here, since the total energy of the light beam emitted from the light source section 8 is constant, when ω changes, the energy density at the center is proportional to ω -2 . Therefore, (3)
Ω −1 in the equation indicates that when ω changes, the portion representing the amplitude in equation (3) is proportional to ω −1 . Next, based on the above equation (3), a calculation result is shown for the intensity distribution when the light beam emitted from the transmission optical system according to the present embodiment reaches the target point.

【0019】まず、中抜け領域がない送信光、即ち、中
抜け率αがα≡d/D=0である通常の円形断面を持つ
送信光を目標物に投射する場合、ω=D/2のときの強
度分布を計算した結果を図3(a)に示し、ω=0.9
・D/2のときの強度分布を計算した結果を図3(b)
に示す。この図3(a),(b)において、縦軸が強度I
であり、横軸がθである。ここで、横軸上において、O
は、中心を示しており、A,B,Cは、各々エアリーデ
ィスクの径の3割、4.5割、10割だけ中心Oから離
れた位置を示している。また、ω=D/2のときに、中
心の強度が1になるように、(3)式の定数Cを規格化
して、図3(a),(b)の強度分布を示してある。
First, when projecting a transmission light having no hollow area, that is, a transmission light having a normal circular cross section where the hollow rate α is α≡d / D = 0, ω = D / 2 FIG. 3 (a) shows the result of calculating the intensity distribution at the time of ω = 0.9
FIG. 3B shows the result of calculating the intensity distribution at D / 2.
Shown in 3A and 3B, the vertical axis represents the intensity I.
And the horizontal axis is θ. Here, on the horizontal axis, O
Indicates the center, and A, B, and C indicate the positions distant from the center O by 30%, 4.5%, and 100% of the diameter of the Airy disk, respectively. Further, when ω = D / 2, the constant C in Expression (3) is normalized so that the intensity at the center becomes 1, and the intensity distributions in FIGS. 3A and 3B are shown.

【0020】ここで、図3(a),(b)を比較すると、
送信光学系の射出端の口径Dに対するωの値によって、
強度分布が変化することがわかる。そして、図4は、送
信光学系の射出端の口径Dに対するωの値が変化したと
きのビーム中心Oでの強度分布IO1、エアリーディスク
の3割の位置Aでの強度分布IA1、及びエアリーディス
クの4.5割の位置Bでの強度分布IB1を夫々示したも
のである。ここで、各位置での強度が最大強度に対して
95%以上になる範囲までを許容範囲とみなして、強度
分布IO1、IA1、IB1中で強度の最大値の95%以上と
なる夫々の範囲の共通部分を選択する。
Here, comparing FIGS. 3 (a) and 3 (b),
According to the value of ω with respect to the aperture D of the exit end of the transmission optical system,
It can be seen that the intensity distribution changes. FIG. 4 shows the intensity distribution I O1 at the beam center O when the value of ω with respect to the diameter D of the exit end of the transmission optical system changes, the intensity distribution I A1 at the 30% position A of the Airy disk, and The intensity distribution I B1 at the position B of 4.5% of the Airy disk is shown. Here, the range in which the intensity at each position becomes 95% or more of the maximum intensity is regarded as an allowable range, and becomes 95% or more of the maximum value of the intensity in the intensity distributions I O1 , I A1 , and I B1. Select the intersection of each range.

【0021】このときの共通部分は、 0.76<2ω/D<0.96 ‥‥(4) である。本実施例では、送信光学系の倍率等を適切に設
定して、送信光学系の射出端におけるωの値を変化させ
ている。そして、ωの値が上述の(4)式を満足したと
きに、光強度の強い送信光がビーム中心O、エアリーデ
ィスクの3割の位置A、エアリーディスクの4.5割の
位置Bにある目標点に到達する。
The common part at this time is 0.76 <2ω / D <0.96 (4). In this embodiment, the value of ω at the exit end of the transmission optical system is changed by appropriately setting the magnification and the like of the transmission optical system. When the value of ω satisfies the above expression (4), the transmitted light with high light intensity is at the beam center O, at the position A of 30% of the Airy disk, and at the position B of 4.5% of the Airy disk. Reach the target point.

【0022】次に、輪帯状の光束状態である送信光を目
標物に投射するとき、中抜け率αが、α≡d/D=0.
2である場合、ω=D/2のときの強度分布を計算した
結果を図5(a)に示し、ω=1.05・D/2のとき
の強度分布を図5(b)に示す。そして、図5(a),
(b)において、縦軸が強度Iであり、横軸がθであ
る。ここで、横軸上において、Oは、ビーム中心を示
し、A,B,Cは、各々エアリーディスクの3割,4.
5割,10割だけ中心Oから離れた位置を示している。
そして、ω=D/2の中心Oの強度が1になるように、
(3)式の定数Cを規格化して、図5(a),(b)の強
度分布を示してある。
Next, when projecting the transmission light in a ring-shaped light beam state onto a target, the hollowing rate α is α 抜 け d / D = 0.
In the case of 2, the calculation result of the intensity distribution when ω = D / 2 is shown in FIG. 5A, and the intensity distribution when ω = 1.05 · D / 2 is shown in FIG. 5B. . Then, FIG. 5 (a),
In (b), the vertical axis is the intensity I and the horizontal axis is θ. Here, on the horizontal axis, O indicates the beam center, and A, B, and C indicate 30%, 4.
The positions that are distant from the center O by 50% and 100% are shown.
Then, so that the intensity of the center O of ω = D / 2 becomes 1,
The intensity distributions of FIGS. 5A and 5B are shown by normalizing the constant C of the equation (3).

【0023】この図5(a),(b)を比較すると、図3
(a),(b)のときと同様に、送信光学系の射出端の口
径Dに対するωの値によって、強度分布が変化すること
がわかる。図6は、送信光学系の射出端の口径Dに対す
るωの値を変えたときのビーム中心Oの強度分布IO2
エアリーディスクの3割の位置Aでの強度分布IA2、及
びエアリーディスクの4.5割の位置Bでの強度分布I
B2をそれぞれ示したものである。ここで、上述のよう
に、強度分布IO1中の最大強度の95%以上であるωの
範囲、強度分布IA2中の最大強度の95%以上であるω
の範囲、強度分布IB2中の最大強度の95%以上である
ωの範囲の共通部分を選択すると、 0.895<2ω/D<1.185 ‥‥(5) である。
5 (a) and 5 (b), FIG.
As in the cases (a) and (b), it can be seen that the intensity distribution changes depending on the value of ω with respect to the aperture D of the exit end of the transmission optical system. FIG. 6 shows the intensity distribution I O2 of the beam center O when the value of ω with respect to the diameter D of the exit end of the transmission optical system is changed.
The intensity distribution I A2 at the position A of 30% of the Airy disk and the intensity distribution I at the position B of 4.5% of the Airy disk
B2 is shown. Here, as described above, the range of ω that is 95% or more of the maximum intensity in the intensity distribution I O1 , and ω that is 95% or more of the maximum intensity in the intensity distribution I A2.
When a common part of the range of ω, which is 95% or more of the maximum intensity in the intensity distribution I B2 , is selected, 0.895 <2ω / D <1.185 (5)

【0024】さらに、中抜け率αがα≡d/D=0.3
である場合、ω=D/2のときの強度分布を図7(a)
に示し、ω=1.1・D/2のときの強度分布を図7
(b)に示す。この図7(a),(b)において、縦軸が
強度Iであり、横軸がθである。ここで、横軸上におい
て、Oは、ビーム中心位置を示しており、A,B,C
は、各々エアリーディスクの径の3割、4.5割、10
割だけ離れた位置を示している。そして、ω=D/2の
ときに、中心の強度が1になるように、(3)式の定数
Cを規格化して、図7(a),(b)の強度分布を示して
ある。
Further, when the hollow ratio α is α≡d / D = 0.3
, The intensity distribution when ω = D / 2 is shown in FIG.
FIG. 7 shows the intensity distribution when ω = 1.1 · D / 2.
(B). 7A and 7B, the vertical axis represents the intensity I and the horizontal axis represents θ. Here, on the horizontal axis, O indicates a beam center position, and A, B, C
Are 30%, 4.5%, and 10% of the diameter of the Airy disk, respectively.
It shows a position separated by a certain distance. Then, when ω = D / 2, the constant C in Expression (3) is normalized so that the intensity at the center becomes 1, and the intensity distributions in FIGS. 7A and 7B are shown.

【0025】この図7(a),(b)を比較すると、図3
(a),(b)のときと同様に、送信光学系の射出端の口
径Dに対するωの値によって、強度分布が変化すること
がわかる。図8は、送信光学系の射出端の口径Dに対す
るωの値を変えたときのビーム中心位置Oでの強度分布
O3、エアリーディスクの3割の位置Aでの強度分布I
A3、及びエアリーディスクの4.5割の位置Cでの強度
分布IB3をそれぞれ示したものである。ここで、上述の
ように、強度分布IO3中の最大強度の95%であるωの
範囲、強度分布IA3中の最大強度の95%であるωの範
囲、強度分布I B3中の最大強度の95%であるωの範
囲、の共通部分を選択すると、 0.945<2ω/D<1.27 ‥‥(6) である。
When comparing FIGS. 7A and 7B, FIG.
As in the cases of (a) and (b), the port at the exit end of the transmission optical system
The intensity distribution changes depending on the value of ω with respect to the diameter D.
I understand. FIG. 8 shows the relationship between the diameter D of the exit end of the transmission optical system.
Intensity distribution at the beam center position O when the value of ω is changed
IO3, 30% of Airy disk intensity distribution I at position A
A3And 4.5% of Airy disk strength at position C
Distribution IB3Are respectively shown. Where
Thus, the intensity distribution IO3Ω which is 95% of the maximum intensity
Range, intensity distribution IA3Range of ω which is 95% of the maximum intensity
Enclosure, intensity distribution I B3Range of ω which is 95% of the maximum intensity
When the common part of the box and the box is selected, 0.945 <2ω / D <1.27 (6)

【0026】同様に、中抜け率がさらに増したときを考
える。中抜け率α=0.6である場合について、強度が
最適となる2ω/Dの範囲を求めると、 1.07<2ω/D<1.48 ‥‥(7) であり、さらに、中抜け率α=0.95の場合には、 1.2<2ω/D<1.64 ‥‥(8) である。
Similarly, consider the case where the hollowing rate further increases. When the hollow ratio α = 0.6, the range of 2ω / D at which the strength is optimal is found to be 1.07 <2ω / D <1.48 (7). When the ratio α is 0.95, 1.2 <2ω / D <1.64 ‥‥ (8).

【0027】上述の(4)式から(8)式に示した2ω
/Dの範囲からわかるように、光強度の高い送信光が目
標点に到達するための最適なωの値は、中抜け率αに依
存して変化する。次に、送信光学系の射出端の口径Dに
対してのωの値と中抜け率αとの関係を図9に示す。こ
の図9より、光波測距装置の送信光学系の性能、即ち送
信光の伝達効率が最も良くなる範囲の下限値は、 2ω/D=0.76+0.63d/D−0.19(d/D)2 ‥‥(9) であり、上限値は、 2ω/D=0.96+1.15d/D−0.47(d/D)2 ‥‥(10) であることがわかる。
From the above equations (4) to (8), 2ω
As can be seen from the range of / D, the optimum value of ω for the transmission light with high light intensity to reach the target point changes depending on the hollow ratio α. Next, FIG. 9 shows the relationship between the value of ω with respect to the diameter D of the exit end of the transmission optical system and the hollow ratio α. From FIG. 9, the lower limit of the performance of the transmission optical system of the lightwave distance measuring apparatus, that is, the lower limit of the range in which the transmission efficiency of the transmission light is the best is 2ω / D = 0.76 + 0.63d / D−0.19 (d / D) 2 ‥‥ (9), and the upper limit value is 2ω / D = 0.96 + 1.15d / D−0.47 (d / D) 2 ‥‥ (10).

【0028】従って、(9)式及び(10)式より、 0.76+0.63d/D-0.19(d/D)2< 2ω/D<0.96+1.15d/D-0.47(d/D)2 ‥(11) を満足するように送信光学系を構成すれば、光強度の高
い送信光を目標点に伝達させることができる。なお、凹
面鏡等の主鏡と凸面鏡等の副鏡とを有する反射型の対物
レンズを用いたときに、この副鏡にて対物レンズの射出
端に中心遮蔽(中抜け領域)が生ずる場合がある。この
とき、中心遮蔽率がd/Dであるので、上記(11)式
を満足するように反射型の対物レンズを構成すれば、高
い伝達効率のもとで送信光を目標物に供給することがで
きることは言うまでもない。
Therefore, from the equations (9) and (10), it is found that 0.76 + 0.63d / D-0.19 (d / D) 2 <2ω / D <0.96 + 1.15d / D-0.47 (d / D) 2 ‥ If the transmission optical system is configured so as to satisfy (11), transmission light with high light intensity can be transmitted to the target point. When a reflection type objective lens having a primary mirror such as a concave mirror and a secondary mirror such as a convex mirror is used, the secondary mirror may cause a center shield (hollow area) at the exit end of the objective lens. . At this time, since the center shielding ratio is d / D, if the reflection type objective lens is configured to satisfy the above equation (11), the transmission light can be supplied to the target with high transmission efficiency. It goes without saying that you can do it.

【0029】また、ガウス分布状の強度分布を持つ光源
を投射する光学系であれば、図1に示した実施例のよう
な輪帯状の送信光を持つ光学系に限ることはない。そし
て、通常の円形断面を持つ送信光を投射する光学系で
は、上記の(4)式を満足することが望ましい。以上の
如く、送信光学系を上記の(11)式を満足するように
構成すれば、対物レンズのタイプに何ら制約を受けるこ
となく、格段に高い伝達効率のもとで送信光を目標物に
導けるため、実施例に示した光波測距装置の送信光学系
に限るものではなく、その他の送信光学系に対しても応
用可能である。
The optical system for projecting a light source having a Gaussian intensity distribution is not limited to the optical system having an annular transmission light as in the embodiment shown in FIG. In an optical system that projects transmission light having a normal circular cross section, it is desirable that the above expression (4) is satisfied. As described above, if the transmission optical system is configured so as to satisfy the above equation (11), the transmission light can be transmitted to the target object under extremely high transmission efficiency without being restricted by the type of the objective lens. Since it can be guided, the present invention is not limited to the transmission optical system of the lightwave distance measuring apparatus shown in the embodiment, but can be applied to other transmission optical systems.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように、本発明では、光波測距装
置の送信光学系の射出端の口径と、この射出端における
ガウスビームの径とを最適化しているため、高い伝達効
率のもとで、送信光を目標点に到達させることが可能に
なる。従って、光波測距装置の測距精度の向上を図るこ
とができる。
As described above, according to the present invention, the diameter of the exit end of the transmission optical system of the optical distance measuring apparatus and the diameter of the Gaussian beam at the exit end are optimized, so that high transmission efficiency can be achieved. Thus, the transmission light can reach the target point. Therefore, it is possible to improve the ranging accuracy of the lightwave distance measuring device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光波測距装置の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a lightwave distance measuring apparatus according to the present invention.

【図2】目標点における送信光の強度分布を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an intensity distribution of transmission light at a target point.

【図3】α=0のときの強度分布を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an intensity distribution when α = 0.

【図4】α=0のときの強度がω依存性を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the intensity at α = 0 on ω.

【図5】α=0.2のときの強度分布を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an intensity distribution when α = 0.2.

【図6】α=0.2のときの強度がω依存性を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the dependence of the intensity at α = 0.2 on ω.

【図7】α=0.3のときの強度分布を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an intensity distribution when α = 0.3.

【図8】α=0.3のときの強度がω依存性を示す図。FIG. 8 is a diagram showing the dependence of the intensity at ω = 0.3 on ω.

【図9】最適なωがα依存性を持つことを示す図。FIG. 9 is a diagram showing that an optimum ω has α dependency.

【主要部分の符号の説明】 1 ‥‥対物レンズ 5 ‥‥光路分割器 6 ‥‥送受信光分割器 8 ‥‥光源部 10‥‥受光部 20‥‥送信光学系[Description of Signs of Main Parts] 1 ‥‥ Objective lens 5 ‥‥ Optical path splitter 6 ‥‥ Transmit and receive light splitter 8 ‥‥ Light source unit 10 ‥‥ Light receiving unit 20 ‥‥ Transmission optical system

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01B 11/00 - 11/30 Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01S 7 /48-7/51 G01S 17/00-17/95 G01B 11/00-11/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ガウス分布状の強度分布の送信光を供給す
る光源と、該光源からの送信光を目標物に向けて投射す
る対物系とを有する光波測距装置の送信光学系におい
て、 前記対物系の射出端での前記ガウス分布状の強度が1/
2となる位置から前記ガウス分布状の強度が最大強度
となる位置までの前記送信光の光束断面方向の距離をω
とし、前記対物系の射出端での開口径をD、前記対物系
の射出端での送信光の中抜け領域の径をdとするとき、 0.76+0.63d/D-0.19(d/D) 2< 2ω/D<0.96+1.15d/D-0.4
7(d/D) 2 を満足することを特徴とする光波測距装置の送信光学
系。
1. A transmission optical system of a lightwave distance measuring device comprising: a light source for supplying transmission light having a Gaussian intensity distribution; and an objective system for projecting the transmission light from the light source toward a target. The intensity of the Gaussian distribution at the exit end of the objective system is 1 /
e is the distance in the light beam cross-sectional direction of the transmission light from the position where e 2 is the position where the intensity of the Gaussian distribution is the maximum intensity.
0.76 + 0.63d / D-0.19 (d / D), where D is the aperture diameter at the exit end of the objective system and d is the diameter of the hollow area of the transmitted light at the exit end of the objective system. 2 <2ω / D <0.96 + 1.15d / D-0.4
7 (d / D) 2. A transmission optical system of a lightwave distance measuring device, characterized by satisfying 2 (d / D) 2 .
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