JP5071751B2

JP5071751B2 - 発光素子の指向性調整装置

Info

Publication number: JP5071751B2
Application number: JP2001001105A
Authority: JP
Inventors: 俊一芳賀; 靖彰石川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: JP2002207076A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は発光素子の指向性調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
距離測定装置は、発光ダイオード等の発光素子から出射したレーザ光を測定対象物に照射し、測定対象物からの反射光を受光素子で受光し、レーザ光を出射してから受光素子で受光されるまでの時間を測定することによって測定対象物までの距離測定を行なう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発光素子には指向性のバラツキが存在する。この指向性のバラツキが許容限度を超えた場合にはケラレ等を生じ光出力が減少し、距離測定装置の性能を高めることができないという問題が発生する。
【０００４】
この問題に対して、従来においてはバラツキが許容限度内にある発光素子を選別して使用していたが、選別された発光素子であっても光軸中心と完全に一致する指向性を有するものを選択することは困難である。
【０００５】
そのため、従来装置では性能を向上させることが困難なだけでなく、使用できない発光素子を大量に出してしまうことになり、製造コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は発光素子の指向性のバラツキをなくして性能を高めることができるとともに、製造コストの低減を図ることができる発光素子の指向性調整装置を提供することである。
【０００７】
前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、対物レンズを通して発光素子からの出射光を測定対象物に照射し、前記測定対象物からの反射光を受光することにより前記測定対象物までの距離を測定する距離測定装置、に組み込まれる前記発光素子の指向性を調整する発光素子の指向性調整装置において、前記発光素子を保持する第１の固定手段と、前記第１の固定手段を前記発光素子を中心に転動可能に保持し、前記発光素子からの出射光の方向を調整する第２の固定手段と、この第２の固定手段と係合し、前記第１の固定手段を前記第２の固定手段に押し付けて前記第１の固定手段の転動を阻止する第３の固定手段と、前記第３の固定手段と係合し、発光レンズを保持する発光レンズ鏡筒とを備え、前記発光レンズの光軸に対して前記発光素子の指向性を調整することを特徴とする。
【０００８】
発光素子の指向性が光軸中心からズレているとき、発光素子を保持する第１の固定手段を転動させて発光素子の出射方向を光軸中心に合わせることができる。その後、第３の固定手段によって第１の固定手段を第２の固定手段に係合させて第１の固定手段が回転しないように固定する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発光素子の指向性調整装置において、前記第１の固定手段の形状は、一部がくりぬかれた球面形状を有し、当該第１の固定手段はくりぬかれた部分でかつ前記球面形状のほぼ中心部に前記発光素子を配置しており、外周面に球面凸部が形成され、前記第２の固定手段の内周面に前記第１の固定手段の外周面と摺動可能に嵌合する球面部が形成され、前記第３の固定手段の内周面に前記発光レンズを保持する発光レンズ鏡筒の外周面と螺合するねじが形成されていることを特徴とする。
【００１０】
球面凹部の第２の固定手段に対して球面凸部の第１の固定手段を任意の方向へ回転させることができる。
【００１２】
発光素子の指向性のバラツキがない距離測定装置を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１はこの発明の一実施例に係る距離測定装置の正面図、図２はその上面図、図３はその側面図である。
【００１５】
距離測定装置１の正面及び背面にはそれぞれ側板１１がねじ１２によってボディ１３に取り付けられている。
【００１６】
距離測定装置１の一方の側面には対物レンズ１４と受光レンズ１５とが配置されている。また、距離測定装置１の他方の側面の接眼部には目当てゴム１６が取り付けられている。
【００１７】
距離測定装置１の上面には電源・測定スイッチ１７とモードスイッチ１８とが配置されている。
【００１８】
モードスイッチ１８を押す毎に、測定距離単位（メートル（ｍ）とヤード（ＹＤ））、間隔測定モード（測定距離＞１００）が順番に切り替わる（図７参照）。
【００１９】
図４は図２のIV−IV線に沿う断面図である。
【００２０】
距離測定装置１は、レーザ発光部２０と、光路変換ミラー２１と、プリズム２２と、対物レンズ１４と、ＬＣＤ表示部２３と、接眼レンズ２４と、受光レンズ１５と、受光部２５と、電源部２６とを備える。
【００２１】
レーザ発光部２０には例えばレーザダイオードが用いられる。このレーザ発光部２０は指向性調整装置３０を備えている。
【００２２】
光路変換ミラー２１は発光部２０から出射され、発光レンズ３１を通過した出射光をプリズム２２、対物レンズ１４を介してターゲット５へ向けるように導く。
【００２３】
ＬＣＤ表示部２３は対物レンズ１４と接眼レンズ２４とを結ぶ光軸Ｌ上に配置されている。
【００２４】
受光部２５は例えばフォトダイオードが用いられる。受光部２５の受光電流は演算・制御回路４０（図５参照）へ出力される。
【００２５】
図５は演算・制御回路を説明するブロック構成図である。
【００２６】
演算・制御回路４０は、ＣＰＵ４１と、ＬＣＤドライバ４２と、カウンタ４３と、タイミングコントローラ４４と、ＬＤドライバ４５と、増幅回路４６と、コンパレータ４７とを備えている。
【００２７】
タイミングコントローラ４４はクロック発生回路４４Ａとスタート信号回路４４Ｂとを備える。
【００２８】
クロック発生回路４４Ａは、水晶発振子やセラミック発振子を用いて発生したマスタクロックを、例えばフリップフロップで分周して基準クロックとなるクロック信号４４ａを発生させる。このクロック信号４４ａは、トリガ信号４１ａが入力したとき、カウンタ４３へ出力される。
【００２９】
スタート信号回路４４Ｂはクロック信号４４ａの入力に同期してスタート信号４４ｂを出力する。
【００３０】
ＬＤドライバ４５は、スタート信号４４ｂを入力したとき、投光信号４５ａを発生する。
【００３１】
このＬＤドライバ４５は、ｎｐｎトランジスタと、エミッタ抵抗を備え、スタート信号に基づいてレーザ発光部２０を定電流駆動して一定時間点灯させる構成とする。
【００３２】
増幅回路４６は受光素子２５の受光電流を光パワーに応じた電圧信号に変換して増幅する。
【００３３】
コンパレータ４７は増幅回路４６の出力と閾値となる基準電圧とを入力し、増幅回路４６の出力が閾値レベルを越えたとき、例えばＨレベルのストップ信号４７ａを出力する。
【００３４】
カウンタ４３は、スタート信号４４ｂを入力したとき、カウントを開始し、ストップ信号４７ａを入力したとき、カウントを終了し、カウント値をＣＰＵ４１に出力する。
【００３５】
ＣＰＵ４１は距離計算部（測定手段）４１Ａを備えている。
【００３６】
距離計算部４１Ａは基準クロックの周波数とカウント値とから得られたターゲット５までの往復時間と光速とからターゲット５までの距離ｄを計算し、表示信号４１ｂを出力する。
【００３７】
ＣＰＵ４１は、電源・測定スイッチ１７が押されて測定スタート信号１７ａが入力したとき、タイミングコントローラ４４へトリガ信号４１ａを出力する。
【００３８】
なお、電源・測定スイッチ１７が一定時間（例えば８秒）操作されないとき、ＣＰＵ４１はＬＣＤ表示部２３等への電力の供給を止める。
【００３９】
ＬＣＤドライバ４２は表示信号４１ｂを入力したとき、点灯信号４２ａを出力してＬＣＤ表示部２３を点灯させる。
【００４０】
次に、この距離測定装置を用いて直線距離を測定する方法を説明する。
【００４１】
図６は距離測定装置とターゲットとの関係を説明する図、図７は図６におけるＬＣＤ表示部の拡大図である。
【００４２】
図６では木（ターゲット５）までの距離をｄとしている。
【００４３】
まず、電源・測定スイッチ１７を押して、このＬＣＤ表示部２３にレチクル２３Ａ、単位２３Ｂ、電池残量２３Ｃ、モード２３Ｄ等を表示させる。これらの表示はターゲット５の像と重ね合せて接眼レンズ２４を通して見ることができる（図７参照）。
【００４４】
次に、ターゲット５にレチクル２３Ａの位置を合わせ、電源・測定スイッチ１７を再度押してターゲット５に向けてレーザ光を照射する。
【００４５】
ターゲット５からの反射光が受光部２５で受光され、距離計算部４１Ａでターゲット５までの距離ｄが計算され、ＬＣＤ表示部２３に距離ｄが表示される。
【００４６】
図８は図４の部分拡大図である。
【００４７】
指向性調整装置３０は、発光素子２０を保持する第１の固定部材（第１の固定手段）３２と、第１の固定部材３２をＹＺ方向へ転動可能に保持し、発光素子２０からの出射光の方向を調整する第２の固定部材（第２の固定手段）３３と、この第２の固定部材３３と係合し、第１の固定部材３２の回転を阻止する第３の固定部材（第３の固定手段）３４とを備えている。
【００４８】
第１の固定部材３２の外周面の形状は球面であり、球の中間部をくり抜き、球のほぼ中心部に発光素子を設置した状態になっている。
【００４９】
この第２の固定部材３３の内周面には第１の固定部材３２の外周面と摺動可能に嵌合する球面凹部が形成されている。
【００５０】
したがって、第１の固定部材３２は第２の固定部材３３中で発光素子２０を中心に全ての方向へ位置設定できるようになっている。そのため、発光素子２０から出射されるレーザ光の光軸を上下左右の全ての方向へ自由に設定することができる。
【００５１】
第２の固定部材３３はボディ１３に支持されている。第２の固定部材３３の内周面には雌ねじ３３ａが形成されている。
【００５２】
第３の固定部材３４の外周面には雌ねじ３３ａと螺合する雄ねじ３４ａが形成されている。そのため、第３の固定部材３４を第２の固定部材３３に対して締め込んで第１の固定部材３２を第２の固定部材３３に押し付けることができる。
【００５３】
第３の固定部材３４の内周面には発光レンズ鏡筒３５の外周面に形成された雄ねじ３５ａと螺合する雌ねじ３４ｂが形成されている。そのため、発光レンズ鏡筒３５を第３の固定部材３４に対して光軸Ｌ方向（Ｘ方向）へ矢印のように移動させて発光素子２０とミラー２１との間隔Ｄを調整することができる。
【００５４】
また、この第３の固定部材３４には光軸Ｌに直交する方向へ延びる雌ねじ３４ｃが形成されている。この雌ねじ３４ｃには発光レンズ鏡筒３５の移動を阻止するための雄ねじ３６が螺合している。
【００５５】
次に、発光素子の指向性の調整方法を説明する。
【００５６】
図９は発光素子の指向性を調整する前の状態を示す指向性調整装置の断面図、図１０は発光素子の指向性を調整した後の状態を示す指向性調整装置の断面図である。
【００５７】
発光素子２０の指向性が光軸Ｌに対してズレているとき（図９参照）、第１の固定部材３２を転動させ、発光素子２０の指向性を光軸Ｌに一致させ（図１０参照）、光軸Ｌ方向に対する発光素子２０からの出射光のズレをゼロにする。
【００５８】
その後、第３の固定部材３４を締め込んで第１の固定部材３２の球面凸部を第２の固定部材３３の球面凹部に押し付け、第１の固定部材３２が回転しないように固定する。
【００５９】
光軸Ｌに一致させる方法としては、テレビコリメータを用いた方法がある。この方法では、まずテレビコリメータの測定部に設けられた指標と距離測定装置のＬＣＤ表示部のレチクルとを合わせ、レーザ光を出射する。出射されたレーザ光のスポットはテレビコリメータの測定部に表示される。このレーザ光のスポットとテレビコリメータの指標とが一致するように発光素子２０の向きを調整する。
【００６０】
なお、距離測定装置１は、発光素子２０の指向性を調整する以外に、発光出力を最大にして対物レンズ１４の光軸Ｌとレチクル２３Ａの中心から投射させるための光軸との調整をしたり、ピント調整（間隔Ｄを調整する）をしたりする。
【００６１】
この実施形態によれば、光軸Ｌに対する発光素子２０の指向性のバラツキをなくすことができるので、高性能な距離測定装置１を得ることができる。
【００６２】
また、従来のように多くの発光素子２０の中から許容限度内のものを選別する必要がないので、製造コストを低減することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明の指向性調整装置によれば、光軸に対する発光素子の指向性のバラツキをなくすことができるとともに、従来のようにバラツキの少ない発光素子を選択するための作業を省略でき、製造コストを低減することができる。
【００６４】
請求項２記載の発明の指向性調整装置によれば、第１の固定手段を転動させるだけで発光素子の出射方向を変えて光軸中心に対する発光素子の指向性のバラツキをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の一実施例に係る距離測定装置の正面図である。
【図２】図２はこの発明の一実施例に係る距離測定装置の上面図である。
【図３】図３はこの発明の一実施例に係る距離測定装置の側面図である。
【図４】図４は図２のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】図５は演算・制御回路を説明するブロック構成図である。
【図６】図６は距離測定装置とターゲットとの関係を説明する図である。
【図７】図７は図６におけるＬＣＤ表示部の拡大図である。
【図８】図８は図４の部分拡大図である。
【図９】図９は発光素子の指向性を調整する前の状態を示す指向性調整装置の断面図である。
【図１０】図１０は発光素子の指向性を調整した後の状態を示す指向性調整装置の断面図である。
【符号の説明】
１距離測定装置
２０発光素子
３０指向性調整装置
３２第１の固定部材（第１の固定手段）
３３第２の固定部材（第２の固定手段）
３４第３の固定部材（第３の固定手段）

Claims

対物レンズを通して発光素子からの出射光を測定対象物に照射し、前記測定対象物からの反射光を受光することにより前記測定対象物までの距離を測定する距離測定装置、に組み込まれる前記発光素子の指向性を調整する発光素子の指向性調整装置において、
前記発光素子を保持する第１の固定手段と、
前記第１の固定手段を前記発光素子を中心に転動可能に保持し、前記発光素子からの出射光の方向を調整する第２の固定手段と、
この第２の固定手段と係合し、前記第１の固定手段を前記第２の固定手段に押し付けて前記第１の固定手段の転動を阻止する第３の固定手段と、
前記第３の固定手段と係合し、発光レンズを保持する発光レンズ鏡筒とを備え、
前記発光レンズの光軸に対して前記発光素子の指向性を調整することを特徴とする発光素子の指向性調整装置。
前記第１の固定手段の形状は、一部がくりぬかれた球面形状を有し、当該第１の固定手段はくりぬかれた部分でかつ前記球面形状のほぼ中心部に前記発光素子を配置しており、外周面に球面凸部が形成され、前記第２の固定手段の内周面に前記第１の固定手段の外周面と摺動可能に嵌合する球面部が形成され、前記第３の固定手段の内周面に前記発光レンズを保持する発光レンズ鏡筒の外周面と螺合するねじが形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子の指向性調整装置。