JP3987844B2 - 発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子に関し、特に、測量用の光波距離計などの光源として好適な発光素子に関するものである。

距離の測定装置の一種として、高精度の測定が可能な光波距離計が知られている。この種の光波距離計は、従来、図５に示すように構成されていた。同図に示す光波距離計は、変調器Ａに接続された発光素子Ｂと、演算器Ｃに接続された受光素子Ｄとを有している。発光素子Ｂからは測定光が発せられ、この測定光の光路中には、第１の対物レンズＥが設けられ、この対物レンズＥを透過した測定光が目標点に設置された反射鏡Ｆを照射するようになっている。

そして、反射鏡Ｆで反射した測定光は、第２の対物レンズＧを介して、受光素子Ｄに入射する。図５において符号Ｈで示したものは、光路切換シャッタであって、その前面側には、プリズムＩが配置されている。この光路切換シャッタＨは、制御部Ｊにより上下移動され、上方に上昇した際には、発光素子Ｂから発せられる測定光の光路中に位置し、プリズムＩで反射した参照光がミラーＫを介して、受光素子Ｄに入射するようになっている。

このように構成された光波距離計では、反射鏡Ｆで反射した測定光を受光素子Ｄで電気信号に変換した測定信号と、参照光を受光素子Ｄで電気信号に変換した参照信号との位相差を演算器Ｃで演算することにより、反射鏡Ｆまでの距離が測定される。ところが、このような構成の光波距離計では、光路切換シャッタＨに機械的可動部分が必要になるので、その寿命や応答速度に問題があった。

そこで、本出願人は、このような問題が解決できる発光素子を開発し、特開平６−２３０１１１号公報で提案している。この公報に開示されている発光素子は、位相を揃えた一対の発光ダイオードを有していて、一方の発光ダイオードを測定光とし、他方の発光ダイオードを参照光とし、これらを電気的に切り替えるようにしている。

しかしながら、このような発光素子においても、特に、測定距離が長く、かつ、高精度の測距を行う際に、以下に説明する技術的な課題があった。

すなわち、上述したような光波距離計においては、空気中を伝播する測定光の速度が、気温や気圧などの環境条件によって影響を受け、測定値に影響を与える。この場合、測定距離が短距離であったり、高い測定精度を要求されなければ、この種の問題は顕在化しない。

ところが、測定距離が長く、かつ高精度の測距を行うためには、気温や気圧などの環境条件を同時に測定し、環境条件の変化に基づいて測定値を補正しなければならない。このような補正を実施するための手段としては、気圧計や温度計などの環境条件を測定すること以外に、環境条件の変化が与える影響は、測定光の波長によって異なるので、波長の異なる測定光で同一個所を測距して、それぞれの測定結果から補正値を導くこともできる。

しかしながら、上記公開公報に開示されている発光素子を含めて、これまでに提供されている発光素子には、個別に構成されて、異なった波長の光を発射する素子はあるが、１つの発光素子で異なった波長の光を発射するものはなく、後者のような補正手段を採用することは、非常に困難な状況にあった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために案出されたものであって、その目的とするところは、一つの発光素子から複数の波長の光を出射することができる発光素子を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の光波距離計用の発光素子は、１つのパッケージ内に、発光波長が異なる複数の発光ダイオードを有し、前記発光ダイオードの各発光面が同一方向を指向するとともに光ファイバーの入光端に対向し、かつ、色収差による焦点距離の違いを補正するように、前記入光端から青色発光ダイオード、赤色発光ダイオード、赤外発光ダイオードの順に積層配置したことを特徴とする。

本発明にかかる発光素子によれば、１つのパッケージ内に配置された発光波長が異なる複数の発光ダイオードを有し、発光ダイオードの各発光面が同一方向を指向するように配置されているので、同一発光素子から波長の異なる光を同一方向に出射させることができる。この発光素子を光波距離計などのように気温、気圧などにより速度が変動し、測定結果に影響を与える測定器に組み込むことによって、測定値の自動補正を行うことができ、測定精度を向上できる。また、光ファイバーの入光端から青色発光ダイオード、赤色発光ダイオード、赤外発光ダイオードの順に積層配置し、色収差による焦点距離の違いを補正している。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかる発光素子１０の第一実施例を示している。同図において、パッケージ（図示省略）内に収納されるベース１上には、円盤状に形成された赤外線領域（例えば、波長：９６０nm）の出射光を送出する赤外発光ダイオード２のペレットが配置されている。

赤外発光ダイオード２の上面には、これよりも直径の小さい円盤状の赤色発光ダイオード３のペレットが同心状に積層配置されている。この赤色発光ダイオード３からは、例えば、波長が６３０nmの赤色光を出射する。また、赤色発光ダイオード３の上面には、これよりも直径の小さい円盤状の青色発光ダイオード４のペレットが同心状に積層配置されている。この青色発光ダイオード４からは、例えば、波長が４４０nmの青色光を出射する。

このように構成された発光素子１０の各発光ダイオード２，３，４の配置は、それぞれの発光効率および色収差を勘案してなされたもので、最も発光効率が悪い青色発光ダイオード４を頂部に位置させること、および短波長が焦点距離が短く、長波長が焦点距離が長いという色収差による焦点距離の違いを、上述したように物理的な積層形状とすることで補正している。

そして、発光素子１０の上面側には、赤外発光ダイオード２の直径とほぼ同じ直径のコアを有する光ファイバ５の入光端５ａが対向するように配置されている。発光素子１０の上面側にこのようにして光ファイバ５を配置し、発光素子に通電すると、中心の青色発光ダイオード４から青色光が発射され、その外側に赤色発光ダイオード３から同心状に赤色光が発射されるとともに、赤色光の外側に赤外発光ダイオード２から赤外光が同心状に発射され、これらの各光が、共に上方を指向するように配置されているので、発射された光は、光ファイバ５の入光端５ａから入射して、光ファイバ５中を伝播していく。

なお、各発光ダイオード２，３，４の具体的実装構造については省略するが、これらの正負極は、図示しないリード線を介してベース１の下端に突出する外部接続用のリード端子にそれぞれ接続される。

また、これらの発光を制御する回路としては、例えば、図２に示すように、それぞれの発光ダイオード２，３，４をスイッチＳＷ1，ＳＷ2，ＳＷ3を介して
駆動電源Ａに接続すれば、これらのオンオフ操作により、各発光ダイオード２，３，４を個別あるいは同時に点灯することができる。

図３は、上記構成の発光素子１０の使用例を示している。同図に示す使用例では、本発明の発光素子１０を光波距離計に使用した場合を示しており、光波距離計は、上述した赤外，赤色，青色の異なった波長の光を出射する発光素子１０が内蔵された発光部５１と、演算器５２に接続された受光部５３とを有し、発光部５１には、発光素子１０と電気的に接続される変調器５０が接続されている。

発光部５１には、発光素子１０に対向するように配置された光ファイバ５の一端側が支持されていて、光ファイバ５の他端側には、プリズム５５が配置されていて、発光素子１０から出射した測定光は、光ファイバ５を介して、プリズム５５および対物レンズ５６を透過して目標地点に設置された反射ターゲットプリズム５７で反射され、第二の対物レンズ５８を透過して受光部５３に受光される一方、プリズム５５で分光された発光素子１０からの出射光は、受光部５３に参照光として直接受光される。

演算器５２は、このような測定光および参照光を電気信号に変換し、それぞれの測定信号の位相差を比較演算することによって反射ターゲットプリズム５７までの距離が測定される。

ここで、同図に示す光波距離計では、例えば、発光部５１に内蔵されている複数の波長の異なる発光ダイオード２，３，４を順次切り替えて測定作業を行い、その結果により演算器５２に内蔵されたプログラムに従って測定値を補正するようにすれば、測距地点における気温、気圧による測定誤差を解消できることになる。

図４は、本発明にかかる発光素子の第二実施例を示している。なお、以下の説明では、前記第一実施例と同一箇所には同一符号を付し、異なる部分についてのみ異なる符号を用いて説明する。同図に示す発光素子１０ａでは、ベース１上に、円盤状に形成された赤外発光ダイオード２ａが配置されている。この赤外発光ダイオード２ａの上面には、これと同一外径であって、リング状の赤色発光ダイオード３ａが同心状に積層配置され、更に赤色発光ダイオード３ａの上面には、これと同一外径であって、更に内径の大きな青色発光ダイオード４ａが同心状に積層配置されている。

これらの発光ダイオード２ａ，３ａ，４ａは、それぞれの上面側が出射面となっていて、ともに上方に向けて同一方向に出射光が送出される。そして、この出射方向の上方には、光ファイバー５の入光端５ａが対向配置されていて、発光素子１０ａから出射した光がファイバー５に入射するようになっている。

この実施例においても前記第一実施例と同様に、同一パッケージ内に設けられた赤外発光ダイオード２ａ，赤色発光ダイオード３ａ，青色発光ダイオード４ａから波長の異なる光を同心状に、かつ、同方向に出射させることができる。

なお、前記第一、第二実施例において、必ずしも 光ファイバー５をパッケージ内に配置する必要はなく、パッケージのケース上面に透明窓を開口し、ここから外方に向けて直接出光させることもできる。

なお、以上の発光素子の用途は、図３に示した光波距離計のみに限定適用されるものでなく、波長の異なる複数の発光素子を必要とする機器一般に適用することができる。

本発明の第一実施例による発光素子の側面および平面図である。 同発光素子を用いた駆動回路例を示す説明図である。 同発光素子を組み込んだ光波距離計を示すブロック説明図である。 本発明の第二実施例による発光素子の側面および平面図である。 従来の光波距離計の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ ベース
２，２ａ 赤外発光ダイオード
３，３ａ 赤色発光ダイオード
４，４ａ 青色発光ダイオード
５ 光ファイバ
５ａ 入光端

Claims (1)

1. １つのパッケージ内に、発光波長が異なる複数の発光ダイオードを有し、前記発光ダイオードの各発光面が同一方向を指向するとともに光ファイバーの入光端に対向し、かつ、色収差による焦点距離の違いを補正するように、前記入光端から青色発光ダイオード、赤色発光ダイオード、赤外発光ダイオードの順に積層配置したことを特徴とする光波距離計用の発光素子。

Images