JP5374800B2 - レーザー距離計 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー距離計に関するものであり、さらに詳しくは線状の発光部を有する半導体レーザーを使用したレーザー距離計に関するものである。

従来から、送光レンズ系と受光レンズ系が完全に独立したタイプのレーザー距離計が知られている。これらのレーザー距離計では、送光レンズ系と受光レンズ系の各光軸がほぼ平行に、特定の間隔をおいて配置されるのが一般的であった。

発明が解決しようとする課題

しかしながら、これらのレーザー距離計では、送光レンズ系と受光レンズ系の各光軸が特定の間隔をおいて配置されるため、これらの光軸間に距離があることに起因して、送光レンズ系と受光レンズ系の間にパララックスを生じ、遠距離から近距離にわたる測定範囲で、目標物体からの反射光を効率的に受光することができず、半導体レーザーの比較的小さな出力で、広範な測定範囲をカバーすることが困難であった。

この原因を図１、図２により説明する。図１において、半導体レーザーの光源１より発射されたパルス光は、送光レンズ２によってほぼ平行光束となって、目標物体３に投射される。目標物体３で反射し拡散された光束は、その一部が受光レンズ４を経て、受光素子５に入射する。パルス光の発射から受光までの時間を測定すると、光の速さから距離を求めることができる。

図１は、目標物体３が十分遠距離にある場合を示すもので、この場合、送光レンズ系と受光レンズ系の間のパララックスは非常に小さく、目標物体３からの反射光は、ほぼ受光レンズ４の光軸上に集光される。図２は、目標物体３が近距離にある場合を示したものである。この場合は、送光レンズ系と受光レンズ系の間のパララックスによって、目標物体３からの反射光は、図に示すように、受光レンズ４の光軸から図の下方にずれた位置に集光される。

よって、パララックスが大きくなると、目標物体３からの反射光は、その大部分が受光素子５の受光面からずれた位置に結像してしまい、受光素子５で受光されなくなる。したがって、このような場合には、受光素子５から十分な出力が得られず、距離測定が不可能となる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、半導体レーザーの比較的小さな出力でも、広範な測定範囲をカバーすることが可能なレーザー距離計を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

【課題を解決するための手段】
前記課題は、線状の発光部を有する半導体レーザーから射出された光束を、前記発光部から見た形状が円形の送光レンズ系を介して目標物体に投射し、前記目標物体で反射された反射光を、受光レンズ系を介して受光素子で受光し、前記受光素子で発生した電気信号を処理することにより、前記目標物体までの距離を測定するレーザー距離計であって、前記半導体レーザーを、その線状の発光部の長手方向が、前記送光レンズ系の光軸と前記受光レンズ系の光軸とを結ぶ面に対して、ほぼ平行となるように設け、前記送光レンズ系は、パララックスに起因する受光位置の位置ずれが起こっても、前記長手方向に伸びた線状の照射領域からの反射光が前記受光素子に受光されるように、前記長手方向に平行な面内において発散する光束を射出するように構成されたことを特徴とするレーザー距離計（請求項１）により解決される。

後に発明の実施の形態の欄で詳しく例示するように、本手段においては、半導体レーザーを、その線状の発光部の長手方向が、送光レンズ系の光軸と受光レンズ系の光軸とを結ぶ面に対して、ほぼ平行となるように設けているので、パララックスのために受光位置が変化しても、その受光位置は、半導体レーザーの発光部の長手方向にずれることになる。よって、受光される反射光が受光素子の受光面から外れてしまうことがなくなる。従って、本手段によれば、半導体レーザーの比較的小さな出力でも、広範な測定範囲をカバーすることが可能となる。

なお、「ほぼ平行」となるというのは、厳密に平行でなくても、製作誤差の範囲内で平行であればよいという意味である。また、半導体レーザーの線状の発光部は、ほぼ送光レンズ系の光軸と受光レンズ系の光軸とを結ぶ面内にあるようにすることが好ましい。

以下、本発明の実施の形態の１例であるレーザー距離計と、その比較例について図面を参照して説明する。

図３は、半導体レーザーが発射する光束を示したものである。半導体レーザー１の発光部は非常に小さいが、厳密には点ではなく、近視野像といわれる長さと幅を有した線状の領域６を形成している。その長さは幅の数倍から数十倍あり、半導体レーザーの種類により異なる。特に、高出力のものでは数百倍に及ぶものがある。このように、発光部は点ではなく、むしろ線（以下「発光部の線」という）に近いため、これをレンズの焦点に置くと、レンズを通過した後の光束は、発光部の線に平行な面内と垂直な面内では異なってくる。

図４及び図５は、本発明の実施の形態の１例であるレーザー距離計の送光レンズ系の光路を示す図である。図４は、半導体レーザーの発光部の線に平行な面内の光路を示す図であって、線の長さに対応した量だけ発散した光束となる。図５は、半導体レーザーの発光部の線に垂直な面内の光路を示す図であって、この面内では発光部は点に近くなるため、ほとんど平行な光束となる。

図６は、本発明の実施の形態の１例であるレーザー距離計において、目標物体３に投射された光束７の形状を示す図である。上述のように、半導体レーザーの発光部の線に平行な面内では光束が広がるため、目標物体が遠くなると、照射領域が拡大する。他方、垂直な面内では、ほとんど平行な光束であるために、目標物体が遠くにあっても、光束は広がらず、ほとんど同じ照射領域となる。このため、照射領域は、半導体レーザーの発光部の線と同じ方向に延びた線状の照射領域となる。

図７及び図８は、本発明の実施の形態の１例であるレーザー距離計において、受光素子５上に投影された目標物体３からの反射光８を示す。図７は、目標物体３が十分遠距離にあるときのもので、パララックスがほとんど無視できるため、目標物体３からの反射光８は、受光素子のほぼ中央部に位置する。図８は、目標物体３が近距離にあるときのもので、パララックスが生じて、受光素子５の端の方にずれている。

しかしながら、本実施の形態においては、線状の発光部が、送光レンズ系の光軸と受光レンズ系の光軸とを結ぶ面内に含まれるようにしている。すなわち、発光部の線が、送光レンズ系の光軸と受光レンズ系の光軸とを結ぶ面内にあるようにしている。このため、図８に示すようにパララックスに起因する受光位置のずれが起こっても、反射光８はその長手方向にずれるだけなので、かなりの量の反射光が受光素子５に受光されることになる。図８の場合、目標物体３からの反射光８の約半分が受光素子５に入射する。

図９及び図１０は、本発明の比較例であるレーザー距離計における、受光素子５上に投影された目標物体３からの反射光８を示すものである。この比較例においては、半導体レーザーの線状の発光部の長手方向が、送光レンズ系の光軸と受光レンズ系の光軸を含む平面に垂直になるように、半導体レーザーを配置している。

図９は、目標物体が十分遠距離にあるときのもので、パララックスがほとんど無視できるため、反射光８は受光素子５のほぼ中央部に位置する。他方、図１０は目標物体が近距離にあるときのもので、パララックスが生じて、反射光８が受光素子５の端の部分にずれて集光されている。この場合、図１０に示されるように目標物体３からの反射光８のごくわずかな光束しか受光素子５に入射しないため、測定が不安定になる。目標物体３の位置がさらに近距離になると、反射光８の位置がさらにずれるため、反射光８は受光素子５入射しなくなって、測定が不能となる。

なお、以上に示した実施の形態においては、線状の発光部が、送光レンズ系の光軸と受光レンズ系の光軸とを結ぶ面内に含まれるようにしている。しかし、十分な受光量が得られる限り、図８における反射光８の位置が多少横にずれていても同様の効果が得られることは明らかである。すなわち、半導体レーザーを、その線状の発光部の長手方向が、前記送光レンズ系の光軸と前記受光レンズ系の光軸とを結ぶ面に対して、ほぼ平行となるように設けるようにすれば、同様の効果が得られる。

このように、本発明によるレーザー距離計においては、半導体レーザーを、その線状の発光部の長手方向が、送光レンズ系の光軸と受光レンズ系の光軸とを結ぶ面に対して、ほぼ平行となるように設けているので、遠距離から近距離にわたる測定範囲で、目標物体からの反射光を効率的に受光することができる。

発明の効果

以上説明したように、本発明によれば、近距離側においても光束を効率的に受光することが可能であり、遠距離から近距離まで広範な測定範囲を有するレーザー距離計を提供することが可能である。

レーザー距離計の測定原理の概略を示す図であり、目標物体が遠距離にある場合を表わす図である。 レーザー距離計の測定原理の概略を示す図であり、目標物体が近距離にある場合を表わす図である。 半導体レーザーの発光部と発射された光束を示した図である。 レーザー距離計の送光レンズ系の光路を示す図であって、半導体レーザーの発光部の線に平行な面内の光路を示す図である。 レーザー距離計の送光レンズ系の光路を示す図であって、半導体レーザーの発光部の線に垂直な面内の光路を示す図である。 本発明の実施の形態であるレーザー距離計において、目標物体に投射された光束の形状を示す図である。 本発明の実施の形態であるレーザー距離計において、受光素子上に投影された目標物体からの反射光を示す図であって、目標物体が遠距離にあるときのものである。 本発明の実施の形態であるレーザー距離計において、受光素子上に投影された目標物体からの反射光を示す図であって、目標物体が近距離にあるときのものである。 本発明の比較例であるレーザー距離計において、受光素子上に投影された目標物体からの反射光を示す図であって、目標物体が近距離にあるときのものである。 本発明の比較例であるレーザー距離計において、受光素子上に投影された目標物体からの反射光を示す図であって、目標物体が近距離にあるときのものである。

１…光源
２…送光レンズ系
３…目標物体
４…受光レンズ系
５…受光素子
６…半導体レーザーの発光部
７…目標物体に投射された光束
８…目標物体からの反射光

Claims (1)

1. 線状の発光部を有する半導体レーザーから射出された光束を、前記発光部から見た形状が円形の送光レンズ系を介して目標物体に投射し、前記目標物体で反射された反射光を、受光レンズ系を介して受光素子で受光し、前記受光素子で発生した電気信号を処理することにより、前記目標物体までの距離を測定するレーザー距離計であって、前記半導体レーザーを、その線状の発光部の長手方向が、前記送光レンズ系の光軸と前記受光レンズ系の光軸とを結ぶ面に対して、ほぼ平行となるように設け、前記送光レンズ系は、パララックスに起因する受光位置の位置ずれが起こっても、前記長手方向に伸びた線状の照射領域からの反射光が前記受光素子に受光されるように、前記長手方向に平行な面内において発散する光束を射出するように構成されたことを特徴とするレーザー距離計。
   

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