JPH0378948B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光波を用いて距離を測定する光波測距
装置に関するものである。

光波測距装置は周知のように、ある規定の周波
数で変調された発光ダイオード等の発光素子から
の光を送光光学系を用いて測点に置かれたコーナ
ーキユーブ等の反射器に向けて放射し、該反射器
よつて反射した光を受光光学系を用いて受光素子
に結像させ、電気信号に変換し、基準変調光に対
する反射変調光の位相遅れを検出することによつ
て距離を測定する装置である。この様な光波測距
装置の場合、距離の測定誤差は重要な性能上の問
題であり、その誤差に起因するものに光学的原因
や電気的原因が種々存在する。

本発明は前記の光学的原因のうち発光部の位相
むらによる影響を除去し、測定誤差を小さくする
光学的構造に関するものである。

通常、光波測距装置においては、装置内の光路
長及び電子回路部の位相ずれに基く測定誤差を補
正するために、測定光とは別に補正光を設けてい
るが、この補正光のとらえ方として発光部の光軸
付近の放射光を利用する測定光とは異なり、光軸
より大きくはなれた放射角度範囲の光を使用する
方法が機構上よくとられる。しかしこの場合放射
角度の違いにより位相むらがあると、測定光と補
正光の位相差が光路の機械的な設定位置の経時変
化又は発光素子の温度特性により変化することに
よつて、距離の測定誤差が大きくなるという問題
がある。そして、この位相むらは、光波側距装置
からの出射光が大きくとれることで非常に有効な
高指向性形の発光素子においては、光軸付近での
位相むらは小さく許容できる範囲であるが、光軸
より大きくはなれた放射角度においては、角度に
対する位相むらが非常に大きい傾向にある。

前記放射角度に対する位相むらの影響を減少さ
せるための従来の装置としては、発光素子とオプ
テイカルフアイバーを結合し、このオプテイカル
フアイバーを屈曲させて光路内に配置する構成、
発光素子として放射角度に対する位相むらの少な
いものを用いる構成、発光素子からの送光光路内
にハーフミラーを固定して補正光として光軸付近
の光を利用する構成などがある。

しかし、オプテイカルフアイバーを屈曲させる
構成は極端に曲げてやらないと目的を達成するこ
とは困難であり、その屈曲がオプテイカルフアイ
バーの破断につながり光波測距装置の経時的信頼
性を損ない、また、放射角に対する位相むらの少
ない受光素子を用いる構成は、発光素子として光
の放射特性が無指向性に近いものを選択する必要
があり、このような発光素子は無指向性であるが
ゆえに実際に使用する狭い放射角度範囲での光出
力が小さく、さらにオプテイカルフアイバー等と
光結合して使用する場合は、それらとの結合効率
が非常に悪く、その結合損失を補うためにより多
くの電力を発光素子に供給して放射光量を増さな
ければならないという欠点がある。さらに、ハー
フミラーを用いて補正光を取り出す構成は、光波
測距装置からの出射光量がその分減少してしま
い、飛距離が短くなつてしまう欠点があつた。

そこで本出願人は、送光部と送光光学系の間に
設けたシヤツターと光学系により補正光を取り出
す構成を先に提案した。しかしながらこの構成に
おいて、送受光光学系等で混雑した場所にシヤツ
ター及びシヤツター駆動装置等を配置しなければ
ならず、補正光やシヤツターの調整の点、装置の
小型化の点において、構造上不利になることがあ
る。

本発明は、送光部からの放射変調光を送光光学
系を用いて測点においた反射器に向けて放射し、
該反射器からの反射変調光を受光光学系を用いて
受光部に結像させ、上記反射変調光と反射変調光
の位相差により上記反射器迄の距離を測定する光
波測距装置において、送光部に、放射変調光を発
する発光素子と、の発光素子からの光を略平行光
にする第一の集光レンズと、の平行な光を集光さ
せる第二の集光レンズと、この第二の集光レンズ
により集光された光を上記送光光学系に導く導光
部材とを設け、この送光部の第一、第二の集光レ
ンズの間に、測定光と補正光に応じて出し入れさ
れ、測定光は上記導光部材に、補正光は上記受光
部に、それぞれ導く反射部材を設けたことを特徴
としている。

以下図示実施例について本発明を説明する。第
１図は本発明の実施例を示すもので、送光部１
は、測距光（放射変調光）を発する発光素子２
と、この発光素子２からの光をほぼ平行光とする
第一の集光レンズ１８と、この第一の集光レンズ
１８で平行にされた光束を再び結像させる第二の
集光レンズ１９と、この第二の集光レンズ１９の
焦点位置（集光位置）に入射端面４ａを位置させ
た第一オプテイカルフアイバ４とを備えている。
そして、測距光が平行光束となる第一、第二の集
光レンズ１８，１９の間には、円板状のシヤツタ
ー５が設けられている。このシヤツター５は、光
軸に対して約45°の角度をなす反射部材６と、透
孔７とを所定の角度間隔で有するもので、駆動軸
８をモーター９を介して回動させると、反射部材
６または透孔７が測距光光路上に交互に位置す
る。

反射部材６が測距光光路上に位置しているとき
には、発光素子２からの光は、補正光として該反
射部材６で反射し、集光レンズ２０により集光さ
れて、第２オプテイカルフアイバー１０の入射端
面１０ａに結像する。

第一オプテイカルフアイバー４の出射端面４ｂ
は、ビームスプリツター１１の一方の反射面１１
ａに臨み、第二オプテイカルフアイバー１０の出
射端面１０ｂは、集光レンズ１５を介して受光部
１４に臨んでいる。受光部１４の前面には、駆動
軸１７によつて回転駆動されるNDフイルタ１６
が設けられている。ビームスプリツター１１の一
方の反射面１１ａで反射した光は、対物レンズ１
２から、測点においたコーナーキユーブ１３に至
つて反射する測距光光路を進み、ビームスプリツ
タ１１の他方の反射面１１ｂで反射して、受光部
１４に至る。

第１図において、今シヤツター５を無視して考
えると、発光素子２からの変調光は、放射角度に
対する位相むらが小さく許容範囲内である角度の
光が、集光レンズ１８によつて平行光とされた後
集光レンズ１９により集光され、第１オプテイカ
ルフアイバー４の入射端面４ａ結像し、この変調
光は第１オプテイカルフアイバー４により伝達さ
れ、出射端面４ｂより放射される。これが送光部
１からの放射光つまり測定光となる。集光レンズ
１８と１９の間に配置されたシヤツター５は、測
定光の時のシヤツター位置には測定光が通過する
ように送光光路用の透孔７を有し、補正光の時の
シヤツター位置には反射部材６が取り付けてあ
る。

このシヤツター５はモーター９の駆動軸８に固
定されていて、測定光と補正光に応じてモーター
９により回転され、測定光が選択される時は集光
レンズ１８を通過した光はそのシヤツター位置に
反射部材６がないためにそのままシヤツター５を
通過し、集光レンズ１９で集光された後、第１オ
プテイカルフアイバー４の入射端面４ａに入射す
る。一方、補正光が選択される時は、発光素子２
からの光は、反射部材６により反射され集光レン
ズ２０を介して補正光伝達用の第２オプテイカル
フアイバー１０に入射する。すなわち測定光が選
択される時は反射部材６が送光光路内にセツトさ
れないために、第２オプテイカルフアイバー１０
には光は入射せず、補正光は存在しない。一方、
補正光が選択される時は、反射部材が送光光路内
にセツトされて測定光光路が遮断されるため、第
１オプテイカルフアイバー４には光は入射せず測
定光は存在しない。つまり、選択された光路に対
して他方の光路は遮断されるようにしてある。

したがつて、まず測定光が選択された場合を考
えると、発光素子２からの放射光は集光レンズ１
８により平行光とされ、シヤツター５の送光光路
透孔７を通過した後、集光レンズ１９により集光
されて第１オプテイカルフアイバー４の入射端面
４ａに結像する。ここで入射部において発光素子
２の光軸と第１オプテイカルフアイバー４の光軸
は一致するようにしてあり、入射端面４ａへの入
射角度は光軸に対して片側θ₁度とする。そして第
１オプテイカルフアイバー４で伝達された測定光
は出射端面４ｂからほぼ光軸に対して片側θ₁度の
角度で放射される。

次にこの測定光はビームスプリツター１１の第
１反射面１１ａにより反射され、対物レンズ１２
を通り、平行光束となつて外部へ放射される。さ
らにこの放射光は距離測定点に設置されたコーナ
ーキユーブ１３により反射されその反射光は再び
対物レンズ１２を通過し、光ビーム分割器１１の
第２反射面１１ｂにより反射され、受光部１４に
入射して距離測定情報となる。

ここで出射端面４ｂ及び受光部１４は対物レン
ズ１２の焦点位置にあり、第１オプテイカルフア
イバー４の光軸に対して片側θ₁度の角度の光が対
物レンズ１２より放射及び入射するようにしてあ
る。

又、補正光が選択された場合には、集光レンズ
１８によつて平行光とされた発光素子２からの放
射光はシヤツター５に取り付けられた反射部材６
により反射され、集光レンズ２０により集光され
て第２オプテイカルフアイバー１０の入射端面１
０ａに結像する。ここで発光素子２の光軸と第２
オプテイカルフアイバー１０の光軸は一致するよ
うにしてあり、入射端面１０ａへの入射角度は測
定光の時の角度範囲と同じく光軸に対して片側θ₁
度としてある。さらに第２オプテイカルフアイバ
ー１０により伝達された補正光は出射端面１０ｂ
からほぼ光軸に対して片側θ₁度の角度で放射さ
れ、その角度範囲の光が集光レンズ１５により集
光されて受光部１４に入射し、装置内の光路長及
び電子回路部の位相ずれに基く測定誤差の補正情
報となる。

さらに、受光部１４の前面には回転角に応じて
濃度が変化するNDフイルター１６が設けられて
おり、モーター等（図示せず）の駆動軸１７によ
り回転されて測定光のコーナーキユーブ１３から
の反射入射光量と集光レンズ１５により集光され
た補正光量の調整を行うようにしている。

本実施例においては、反射部材６をシヤツター
５に取り付け、このシヤツター５をモーター９に
より回転しているが、シヤツターを用いずに直接
反射部材を測定光と補正光に応じて光路に出し入
れする構造でもなんらさしつかえない。第２図は
その一例であり、反射部材６はモーター９の駆動
軸８により測定光、補正光に応じて回転され、光
路に出し入れされる。このように反射部材６の駆
動手段は、測定光と補正光が切換えられればいか
なる手段でもさしつかえない。さらに本実施例で
は、反射部材６による反射光を第２オプテイカル
フアイバー１０により伝達しているが、オプテイ
カルフアイバーを用いず、集光レンズ、ミラー等
の光学部品を用いる構成でもかまわない。又、本
実施例では、測定光及び補正光として発光素子の
光軸に対して同じ角度範囲の光を利用している
が、放射角度に対する位相むらはこの角度範囲で
は小さく許容できるので、反射部材６の寸法を小
さくし光軸部分の光のみを反射して補正光として
使用してもさしつかえない。

以上説明したように本発明は、放射変調光を発
する発光素子からの光を第一の集光レンズにより
一旦略平行光とし、この平行光束部分の送光光路
上に、反射部材を出し入れすることにより、測定
光と補正光の切換を行なうものであるから、反射
部材の挿入位置に自由度が得られ、組立調整が容
易である。そして、発光部に送光部の発光素子と
透孔部材の間の送光光路上に測定光と補正光に応
じて反射部材を出し入れし、測定光として用いる
光とほぼ同一の放射角度範囲の光、又は光軸部分
の光を補正光として用いることができるので、送
光部光軸とは大きくはなれた角度の光を補正光と
して利用する場合と異なり、放射角度に対する位
相むらによる影響が除去できる。従つて、導光部
材を屈曲する必要もなく、又放射光量が大きくと
れることで光波測距儀への応用として非常に有効
な高指向性形の発光素子を使用することが可能と
なり、放射角度に対する位相むらが小さい発光素
子を選択し、その発光素子に大電力を供給してそ
の出射効率の悪さを補うことによつて必要な放射
光量を確保するという不都合がなくなり、その種
の発光素子に比べ、数分の一の供給電力でそれ以
上の放射光量を得ることが可能となる。従つて、
光波測距装置の低消費電力化及び電気的誤差の減
少を計る上でも非常に有効である。さらに、送光
光路上に反射部材を出し入れする構成であるの
で、測定光が選択される時、その光量が減衰する
という不都合もなく、光路上にハーフミラーを固
定して用いる場合に比べ飛距離も大きくとれるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光波測距装置の実施例を
示す光学構成図、第２図は反射部材の駆動部の別
実施例を示す図である。 １……送光部、２……発光素子、４……第１オ
プテイカルフアイバー、５……シヤツター、６…
…反射部材、７……透孔、８……駆動軸、９……
モーター、１０……第２オプテイカルフアイバ
ー、１１……ビームスプリツター、１２……対物
レンズ、１３……コーナーキユーブ、１４……受
光部、１５……集光レンズ、１６……NDフイル
ター、１７……駆動軸、１８，１９，２０……集
光レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 送光部からの放射変調光を送光光学系を用い
   て測点においた反射器に向けて放射し、該反射器
   からの反射変調光を受光光学系を用いて受光部に
   結像させ、上記放射変調光と反射変調光の位相差
   により上記反射器迄の距離を測定する光波測距装
   置において、 上記送光部に、放射変調光を発する発光素子
   と；この発光素子からの光を略平行光にする第一
   の集光レンズと；この平行な光を集光させる第二
   の集光レンズと；この第二の集光レンズにより集
   光された光を上記送光光学系に導く導光部材と； を設け、 この送光部の第一、第二の集光レンズの間に、
   測定光と補正光に応じて出し入れされ、測定光は
   上記導光部材に、補正光は上記受光部に、それぞ
   れ導く反射部材を設けたことを特徴とする光波測
   距装置。