JPH06186336A - 光波距離計と光源手段 - Google Patents
光波距離計と光源手段Info
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- JPH06186336A JPH06186336A JP4356756A JP35675692A JPH06186336A JP H06186336 A JPH06186336 A JP H06186336A JP 4356756 A JP4356756 A JP 4356756A JP 35675692 A JP35675692 A JP 35675692A JP H06186336 A JPH06186336 A JP H06186336A
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- Electromagnetism (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
［目的］ 本発明は光波距離計と光源手段に係わり、特
に、光源部が複数の空間的な発光領域で発光される様に
構成されており、干渉性の低い高出力光源により、最大
測長可能距離を増大させることができる光波距離計を提
供することを目的とする。 ［構成］ 本発明は光源部が、複数の空間的な発光領域
で基準変調光を発光し、光学手段が光源部からの光を測
定対象物に対して送出し、受光手段が、この測定対象物
からの反射光を受光し、電気信号の受信パルスに変換す
る様になっている。また距離測定手段が、光源部からの
発光から受光手段の受信パルスの受信までの時間差から
測定対象物までの距離を測定する様になっている。そし
て本発明は光源部が、複数の空間的な発光領域で発光す
る様になっている。
に、光源部が複数の空間的な発光領域で発光される様に
構成されており、干渉性の低い高出力光源により、最大
測長可能距離を増大させることができる光波距離計を提
供することを目的とする。 ［構成］ 本発明は光源部が、複数の空間的な発光領域
で基準変調光を発光し、光学手段が光源部からの光を測
定対象物に対して送出し、受光手段が、この測定対象物
からの反射光を受光し、電気信号の受信パルスに変換す
る様になっている。また距離測定手段が、光源部からの
発光から受光手段の受信パルスの受信までの時間差から
測定対象物までの距離を測定する様になっている。そし
て本発明は光源部が、複数の空間的な発光領域で発光す
る様になっている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光波距離計に係わり、特
に、光源部が複数の空間的な発光領域で発光される様に
構成されており、干渉性の低い高出力光源により、最大
測長可能距離を増大させることができる光波距離計に関
するものである。更に光波距離計に最適な光源手段に関
するものである。
に、光源部が複数の空間的な発光領域で発光される様に
構成されており、干渉性の低い高出力光源により、最大
測長可能距離を増大させることができる光波距離計に関
するものである。更に光波距離計に最適な光源手段に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の光波距離計は発光ダイオードを使
用し、被測定物であるコーナーキューブから反射してき
たエコーパルスを受信して、光パルスの受信時間から距
離を測定していた。従って光波距離計の最大測長可能距
離は、光源部の輝度により決定され、発光ダイオードを
使用した光波距離計の最大測長可能距離は、２〜３Ｋｍ
程度となっていた。
用し、被測定物であるコーナーキューブから反射してき
たエコーパルスを受信して、光パルスの受信時間から距
離を測定していた。従って光波距離計の最大測長可能距
離は、光源部の輝度により決定され、発光ダイオードを
使用した光波距離計の最大測長可能距離は、２〜３Ｋｍ
程度となっていた。
【０００３】この最大測長可能距離を延ばすためには、
輝度の高い半導体レーザーを採用することが考えられ
る。連続発光の半導体レーザーは、その大きさ及び消費
電力が従来の発光ダイオードと同程度であり、駆動電流
による直接変調も可能であり、発光ダイオードとの置き
換えも容易となっている。更に連続発光の半導体レーザ
ーは、発光応答速度も発光ダイオードに比較して速いた
め、変調周波数をより高くした高精度の光波距離計を実
現することができる可能性がある。
輝度の高い半導体レーザーを採用することが考えられ
る。連続発光の半導体レーザーは、その大きさ及び消費
電力が従来の発光ダイオードと同程度であり、駆動電流
による直接変調も可能であり、発光ダイオードとの置き
換えも容易となっている。更に連続発光の半導体レーザ
ーは、発光応答速度も発光ダイオードに比較して速いた
め、変調周波数をより高くした高精度の光波距離計を実
現することができる可能性がある。
【０００４】更に半導体パルスレーザーは、従来の連続
発振半導体レーザーを採用した光波距離計と測距方式は
異なるが、大きなピークパワーを有するので最大測長可
能距離の増大と、コーナーキューブを使用しないノンプ
リズム測定を行うことができるという特徴がある。
発振半導体レーザーを採用した光波距離計と測距方式は
異なるが、大きなピークパワーを有するので最大測長可
能距離の増大と、コーナーキューブを使用しないノンプ
リズム測定を行うことができるという特徴がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の光波距離計は、連続発振半導体レーザー及び半導体
パルスレーザーの何れを使用した方式であっても、発光
ダイオードを使用した光波距離計と比較して発光スペク
トルが狭く、可干渉性が高いという問題点がある。
来の光波距離計は、連続発振半導体レーザー及び半導体
パルスレーザーの何れを使用した方式であっても、発光
ダイオードを使用した光波距離計と比較して発光スペク
トルが狭く、可干渉性が高いという問題点がある。
【０００６】ここで光波距離計は、光源部の変調周波数
もしくは発光パルス幅に対して、測定距離の要求分解能
は１ｍｍ以下と高くなっている。距離１ｍｍは光波距離
計の時間差に換算すると、
もしくは発光パルス幅に対して、測定距離の要求分解能
は１ｍｍ以下と高くなっている。距離１ｍｍは光波距離
計の時間差に換算すると、
【０００７】 １ｍｍ／Ｃ＊２＝６.６ｐｓｅｃ ・・・・・（１）
【０００８】但しＣは、光速である。
【０００９】となる。一方光源部の発光パルス幅は、発
振周波数が１５ＭＨｚであり連続変調デューティが５０
％である場合には、
振周波数が１５ＭＨｚであり連続変調デューティが５０
％である場合には、
【００１０】 １／１５ＭＨｚ＊０.５＝３３ｎｓｅｃ ・・・・・（２）
【００１１】となる。
【００１２】そして半導体パルスレーザーを採用したパ
ルス駆動方式の場合には、ドライブ回路、素子特性等の
制限から、実用レベルとして２０ｎｓｅｃ程度となって
いる。
ルス駆動方式の場合には、ドライブ回路、素子特性等の
制限から、実用レベルとして２０ｎｓｅｃ程度となって
いる。
【００１３】以上の様な理由から従来の光波距離計は、
変調光の基本波成分もしくは発光パルスの重心位置を求
める等の内挿を行う必要があった。
変調光の基本波成分もしくは発光パルスの重心位置を求
める等の内挿を行う必要があった。
【００１４】また光源部の可干渉性が高いと、不要な干
渉が各所に発生するという問題点がある。例えば、マル
チモード光ファイバー内におけるスペックル、マルチモ
ード光ファイバー射出端におけるスペックルによるニア
・フィールド・パターン及びファー・フィールド・パタ
ーンのムラ、そして発光波長のモードジャンプによるス
ペックルの変動、更に強度変調を行った場合の変調波形
の変動等である。
渉が各所に発生するという問題点がある。例えば、マル
チモード光ファイバー内におけるスペックル、マルチモ
ード光ファイバー射出端におけるスペックルによるニア
・フィールド・パターン及びファー・フィールド・パタ
ーンのムラ、そして発光波長のモードジャンプによるス
ペックルの変動、更に強度変調を行った場合の変調波形
の変動等である。
【００１５】特に光波距離計では、発光側光学系のスペ
ックルによる波形ムラが発生したり、光源部のモードジ
ャンプ等によるスペックルの変動や、更に射出された光
の干渉状態が大気の揺らぎにより変動して空間的な波形
ムラを発生するという問題点がある。そして、これらの
波形ムラが発生すると、変調波形の重心位置が変動して
測定精度の劣化を招くという問題点があった。
ックルによる波形ムラが発生したり、光源部のモードジ
ャンプ等によるスペックルの変動や、更に射出された光
の干渉状態が大気の揺らぎにより変動して空間的な波形
ムラを発生するという問題点がある。そして、これらの
波形ムラが発生すると、変調波形の重心位置が変動して
測定精度の劣化を招くという問題点があった。
【００１６】従って光源部の干渉性を低下させる必要が
あるが、半導体レーザーはその構造から発光スペクトル
幅がほぼ決定されてしまうため、光源の干渉性を単純に
低下させることができないという問題点があった。
あるが、半導体レーザーはその構造から発光スペクトル
幅がほぼ決定されてしまうため、光源の干渉性を単純に
低下させることができないという問題点があった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、基準変調光を発光するための光源部
と、この光源部からの光を測定対象物に対して送出する
ための光学手段と、この測定対象物からの反射光を受光
し、電気信号の受信パルスに変換するための受光手段
と、前記光源部の発光から該受光手段の受信パルスの受
信までの時間差から測定対象物までの距離を測定するた
めの距離測定手段とからなり、前記光源部が、複数の空
間的な発光領域で発光される様に構成されている。
案出されたもので、基準変調光を発光するための光源部
と、この光源部からの光を測定対象物に対して送出する
ための光学手段と、この測定対象物からの反射光を受光
し、電気信号の受信パルスに変換するための受光手段
と、前記光源部の発光から該受光手段の受信パルスの受
信までの時間差から測定対象物までの距離を測定するた
めの距離測定手段とからなり、前記光源部が、複数の空
間的な発光領域で発光される様に構成されている。
【００１８】また本発明は、光源部から発光された基準
変調光をオプチカル・ガイドにより混合させる構成にす
ることもできる。
変調光をオプチカル・ガイドにより混合させる構成にす
ることもできる。
【００１９】更に本発明は、オプチカル・ガイドに光フ
ァイバーを採用することもできる。
ァイバーを採用することもできる。
【００２０】そして本発明は、光源部が発光する基準変
調光の各発光領域の中心波長を、少なくとも各発光領域
の発光波長幅の１／２以上離す様に構成することもでき
る。
調光の各発光領域の中心波長を、少なくとも各発光領域
の発光波長幅の１／２以上離す様に構成することもでき
る。
【００２１】また本発明の光源手段は、複数の空間的な
発光領域で発光される光源部と、この光源部により発光
された光を混合するための混合部とからなり、前記光源
部が発光する光は、各発光領域の中心波長の間隔が、少
なくとも各発光領域の発光波長幅の１／２程度離れてい
る様に構成することもできる。
発光領域で発光される光源部と、この光源部により発光
された光を混合するための混合部とからなり、前記光源
部が発光する光は、各発光領域の中心波長の間隔が、少
なくとも各発光領域の発光波長幅の１／２程度離れてい
る様に構成することもできる。
【００２２】更に本発明の光源手段は、複数の空間的な
発光領域で発光される光源部と、この光源部により発光
された光を混合するための混合部とからなり、前記光源
部が発光する光は、スペクトル上に配置された何れか１
つの中心波長から、前記スペクトル上で該中心波長と隣
接する波長との間隔の整数倍程度離れている構成にする
こともできる。
発光領域で発光される光源部と、この光源部により発光
された光を混合するための混合部とからなり、前記光源
部が発光する光は、スペクトル上に配置された何れか１
つの中心波長から、前記スペクトル上で該中心波長と隣
接する波長との間隔の整数倍程度離れている構成にする
こともできる。
【００２３】また本発明は光源部が発光する基準変調光
を、複数のパルス半導体レーザーにより発生させる様に
構成することもできる。
を、複数のパルス半導体レーザーにより発生させる様に
構成することもできる。
【００２４】更に本発明は光源部を、複数のパルス半導
体レーザーを積み重ねたスタック構造にすることもでき
る。
体レーザーを積み重ねたスタック構造にすることもでき
る。
【００２５】
【作用】以上の様に構成された本発明は、光源部が基準
変調光を発光し、光学手段が、光源部からの光を測定対
象物に対して送出し、受光手段が、この測定対象物から
の反射光を受光し、電気信号の受信パルスに変換する様
になっている。また距離測定手段が、光源部からの発光
から受光手段の受信パルスの受信までの時間差から測定
対象物までの距離を測定する様になっている。そして光
源部が、複数の空間的な発光領域で発光する様になって
いる。
変調光を発光し、光学手段が、光源部からの光を測定対
象物に対して送出し、受光手段が、この測定対象物から
の反射光を受光し、電気信号の受信パルスに変換する様
になっている。また距離測定手段が、光源部からの発光
から受光手段の受信パルスの受信までの時間差から測定
対象物までの距離を測定する様になっている。そして光
源部が、複数の空間的な発光領域で発光する様になって
いる。
【００２６】また本発明は、光源部から発光された基準
変調光をオプチカル・ガイドにより混合させる様にする
こともできる。
変調光をオプチカル・ガイドにより混合させる様にする
こともできる。
【００２７】更に本発明は、オプチカル・ガイドを光フ
ァイバーにすることもできる。
ァイバーにすることもできる。
【００２８】そして本発明は、光源部が発光する基準変
調光の各発光領域の中心波長を、少なくとも各発光領域
の発光波長幅の１／２以上離すこともできる。
調光の各発光領域の中心波長を、少なくとも各発光領域
の発光波長幅の１／２以上離すこともできる。
【００２９】また本発明の光源手段は、光源部が、複数
の空間的な発光領域で発光し、混合部が光源部により発
光された光を混合する様になっており、光源部が発光す
る光は、各発光領域の中心波長の間隔が、少なくとも各
発光領域の発光波長幅の１／２程度離れる様になってい
る。
の空間的な発光領域で発光し、混合部が光源部により発
光された光を混合する様になっており、光源部が発光す
る光は、各発光領域の中心波長の間隔が、少なくとも各
発光領域の発光波長幅の１／２程度離れる様になってい
る。
【００３０】更に本発明の光源手段は、各発光領域の中
心波長の配置が、スペクトル上に配置された何れか１つ
の中心波長から、スペクトル上で中心波長と隣接する波
長との間隔の整数倍程度離れる様にすることもできる。
心波長の配置が、スペクトル上に配置された何れか１つ
の中心波長から、スペクトル上で中心波長と隣接する波
長との間隔の整数倍程度離れる様にすることもできる。
【００３１】また本発明は光源部が発光する基準変調光
を、複数のパルス半導体レーザーにより発生させること
もできる。
を、複数のパルス半導体レーザーにより発生させること
もできる。
【００３２】更に本発明は光源部を、複数のパルス半導
体レーザーを積み重ねたスタック構造にすることもでき
る。
体レーザーを積み重ねたスタック構造にすることもでき
る。
【００３３】
【００３４】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
る。
【００３５】第１図に示す様に本実施例の光波距離計
は、光源部１と、第１のコンデンサレンズ２と、第２の
コンデンサレンズ３と、一対の分割プリズム４１、４２
と、光路切り替えチョッパ５と、内部光路６と、ＡＰＤ
７１と、光源側光ファイバー８１と、発光側光ファイバ
ー８２と、受光側光ファイバー８３と、プリズム９と、
対物レンズ１０から構成されている。そして、コーナキ
ューブ１１は、光波距離計本体から離れた位置に配置さ
れる測定対象物に該当するものであり、光を反射する機
能を有している。
は、光源部１と、第１のコンデンサレンズ２と、第２の
コンデンサレンズ３と、一対の分割プリズム４１、４２
と、光路切り替えチョッパ５と、内部光路６と、ＡＰＤ
７１と、光源側光ファイバー８１と、発光側光ファイバ
ー８２と、受光側光ファイバー８３と、プリズム９と、
対物レンズ１０から構成されている。そして、コーナキ
ューブ１１は、光波距離計本体から離れた位置に配置さ
れる測定対象物に該当するものであり、光を反射する機
能を有している。
【００３６】光源部１は複数の半導体レーザーから構成
されており、本実施例では、第１の半導体レーザー１０
１と第２の半導体レーザー１０２と第３の半導体レーザ
ー１０３とから構成されている。第１の半導体レーザー
１０１は中心波長λ1で発光する様になっており、第２
の半導体レーザー１０２は中心波長λ2で発光し、第３
の半導体レーザー１０３は中心波長λ3で発光する様に
なっている。そして、これらの第１の半導体レーザー１
０１と第２の半導体レーザー１０２と第３の半導体レー
ザー１０３とは、同一の駆動手段により同一の駆動を受
ける様になっており、それぞれ基準変調光を射出する様
になっている。なお本実施例の光源部１は３個の半導体
レーザーから構成されているが、３個に限定されるもの
ではなく、適宜の個数を採用することができる。
されており、本実施例では、第１の半導体レーザー１０
１と第２の半導体レーザー１０２と第３の半導体レーザ
ー１０３とから構成されている。第１の半導体レーザー
１０１は中心波長λ1で発光する様になっており、第２
の半導体レーザー１０２は中心波長λ2で発光し、第３
の半導体レーザー１０３は中心波長λ3で発光する様に
なっている。そして、これらの第１の半導体レーザー１
０１と第２の半導体レーザー１０２と第３の半導体レー
ザー１０３とは、同一の駆動手段により同一の駆動を受
ける様になっており、それぞれ基準変調光を射出する様
になっている。なお本実施例の光源部１は３個の半導体
レーザーから構成されているが、３個に限定されるもの
ではなく、適宜の個数を採用することができる。
【００３７】また第１の半導体レーザー１０１には、光
源用コンデンサレンズ１０１１が設けられており、第１
の半導体レーザー１０１から射出された変調光を、光源
側光ファイバー８１１の端部に結合させる様になってい
る。同様に第２の半導体レーザー１０２には、光源用コ
ンデンサレンズ１０２１が設けられており、第２の半導
体レーザー１０２から射出された変調光を、光源側光フ
ァイバー８１２の端部に結合させる様になっている。そ
して第３の半導体レーザー１０３には、光源用コンデン
サレンズ１０３１が設けられており、第３の半導体レー
ザー１０３から射出された変調光を、光源側光ファイバ
ー８１３の端部に結合させる様になっている。
源用コンデンサレンズ１０１１が設けられており、第１
の半導体レーザー１０１から射出された変調光を、光源
側光ファイバー８１１の端部に結合させる様になってい
る。同様に第２の半導体レーザー１０２には、光源用コ
ンデンサレンズ１０２１が設けられており、第２の半導
体レーザー１０２から射出された変調光を、光源側光フ
ァイバー８１２の端部に結合させる様になっている。そ
して第３の半導体レーザー１０３には、光源用コンデン
サレンズ１０３１が設けられており、第３の半導体レー
ザー１０３から射出された変調光を、光源側光ファイバ
ー８１３の端部に結合させる様になっている。
【００３８】光源側光ファイバー８１は、光源側光ファ
イバー８１１と光源側光ファイバー８１２と光源側光フ
ァイバー８１３のそれぞれの射出端を束ねる様に構成さ
れており、光源部１の３個の半導体レーザーから射出さ
れた変調光を混合した低干渉性の２次光源を、第１のコ
ンデンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバー８
２の受光端８２ａに結合する様になっている。光源側光
ファイバー８１はオプチカル・ガイドに該当するもので
ある。
イバー８１１と光源側光ファイバー８１２と光源側光フ
ァイバー８１３のそれぞれの射出端を束ねる様に構成さ
れており、光源部１の３個の半導体レーザーから射出さ
れた変調光を混合した低干渉性の２次光源を、第１のコ
ンデンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバー８
２の受光端８２ａに結合する様になっている。光源側光
ファイバー８１はオプチカル・ガイドに該当するもので
ある。
【００３９】なお光源部１と光源用コンデンサレンズ１
０１１、１０２１、１０２２と光源側光ファイバー８１
１、８１２、８１３とコンデンサレンズ２１、２２と発
光側光ファイバー８２と分割プリズム４１とプリズム９
と対物レンズ１０とが光学手段に該当する。更に光源部
１は光源手段に該当するものであり、光源側光ファイバ
ー８１は混合部に該当するものである。
０１１、１０２１、１０２２と光源側光ファイバー８１
１、８１２、８１３とコンデンサレンズ２１、２２と発
光側光ファイバー８２と分割プリズム４１とプリズム９
と対物レンズ１０とが光学手段に該当する。更に光源部
１は光源手段に該当するものであり、光源側光ファイバ
ー８１は混合部に該当するものである。
【００４０】光源部１は、３個の半導体レーザーから構
成されており、発光スペクトル幅は発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）に比較して狭く、干渉性が高くなっている。光路
切り替えチョッパ５は光束を切り替えるものである。Ａ
ＰＤ７１は受光手段に該当するものであり、光源部１か
ら発射された光線を受光できる受光素子７であれば足り
る。
成されており、発光スペクトル幅は発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）に比較して狭く、干渉性が高くなっている。光路
切り替えチョッパ５は光束を切り替えるものである。Ａ
ＰＤ７１は受光手段に該当するものであり、光源部１か
ら発射された光線を受光できる受光素子７であれば足り
る。
【００４１】分割プリズム４１は、第１のハーフミラー
４１１と第２のハーフミラー４１２とから構成されてお
り、分割プリズム４２は、第１のハーフミラー４２１と
第２のハーフミラー４２２とからなっている。光源部１
側と分割プリズム４１の間は、発光側光ファイバー８２
で結ばれている。更に分割プリズム４２と受光素子７側
との間は、受光側光ファイバー８３で結ばれている。
４１１と第２のハーフミラー４１２とから構成されてお
り、分割プリズム４２は、第１のハーフミラー４２１と
第２のハーフミラー４２２とからなっている。光源部１
側と分割プリズム４１の間は、発光側光ファイバー８２
で結ばれている。更に分割プリズム４２と受光素子７側
との間は、受光側光ファイバー８３で結ばれている。
【００４２】光源部１の複数の半導体レーザーから射出
された変調光は、光源側光ファイバー８１を介して第１
のコンデンサレンズ２１、２２に送られ、第１のコンデ
ンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバー８２の
受光端８２ａに結合される様になっている。そして発光
側光ファイバー８２の射出端８２ｂから射出された変調
光は、分割プリズム４１に送られる。分割プリズム４１
の第１のハーフミラー４１１を透過した変調光は、光路
切り替えチョッパ５を介して、外部測距光路に射出可能
となっている。分割プリズム４１の第１のハーフミラー
４１１で反射され、更に第２のハーフミラー４１２で反
射されたパルスは、光路切り替えチョッパ５を介して、
内部測距光路６に射出可能となっている。光路切り替え
チョッパ５は、内部測距光路６と外部測距光路を切り替
えるためのものである。従って、光路切り替えチョッパ
５が外部測距光路を選択した場合には、変調光はプリズ
ム９で反射された後、対物レンズ１０により外部に射出
される。
された変調光は、光源側光ファイバー８１を介して第１
のコンデンサレンズ２１、２２に送られ、第１のコンデ
ンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバー８２の
受光端８２ａに結合される様になっている。そして発光
側光ファイバー８２の射出端８２ｂから射出された変調
光は、分割プリズム４１に送られる。分割プリズム４１
の第１のハーフミラー４１１を透過した変調光は、光路
切り替えチョッパ５を介して、外部測距光路に射出可能
となっている。分割プリズム４１の第１のハーフミラー
４１１で反射され、更に第２のハーフミラー４１２で反
射されたパルスは、光路切り替えチョッパ５を介して、
内部測距光路６に射出可能となっている。光路切り替え
チョッパ５は、内部測距光路６と外部測距光路を切り替
えるためのものである。従って、光路切り替えチョッパ
５が外部測距光路を選択した場合には、変調光はプリズ
ム９で反射された後、対物レンズ１０により外部に射出
される。
【００４３】対物レンズ１０から射出された変調光は、
コーナキューブ１１で反射され、再び対物レンズ１０で
受光されプリズム９に送られる。受光された変調光は、
プリズム９で反射されて分割プリズム４２に送られ、分
割プリズム４２の第１のハーフミラー４２１を透過した
受信パルス光は、受光側光ファイバー８３の受光端８３
ａに結合される。
コーナキューブ１１で反射され、再び対物レンズ１０で
受光されプリズム９に送られる。受光された変調光は、
プリズム９で反射されて分割プリズム４２に送られ、分
割プリズム４２の第１のハーフミラー４２１を透過した
受信パルス光は、受光側光ファイバー８３の受光端８３
ａに結合される。
【００４４】なお光路切り替えチョッパ５が内部測距光
路６を選択した場合には、変調光は、内部測距光路６を
通って分割プリズム４２に送られる。そして変調光は、
分割プリズム４２に内蔵された第１のハーフミラー４２
１と第２のハーフミラー４２２で反射され、受光側光フ
ァイバー８３の受光端８３ａに結合される様になってい
る。
路６を選択した場合には、変調光は、内部測距光路６を
通って分割プリズム４２に送られる。そして変調光は、
分割プリズム４２に内蔵された第１のハーフミラー４２
１と第２のハーフミラー４２２で反射され、受光側光フ
ァイバー８３の受光端８３ａに結合される様になってい
る。
【００４５】そして受光側光ファイバー８３の射出端８
３ｂから射出された変調光は、第２のコンデンサレンズ
３１、３２によりＡＰＤ７１に結合する様になってお
り、受光素子７で電流パルスに変換される様になってい
る。
３ｂから射出された変調光は、第２のコンデンサレンズ
３１、３２によりＡＰＤ７１に結合する様になってお
り、受光素子７で電流パルスに変換される様になってい
る。
【００４６】なお第１のハーフミラー４１１と、プリズ
ム９と、対物レンズ１０と、コーナーキューブ１１と、
対物レンズ１０と、プリズム９と、第１のハーフミラー
４２１とから構成される光路が、外部測距光路に該当す
る。また第１のハーフミラー４１１と、第２のハーフミ
ラー４１２と、コンデンサレンズ４３、４４と、第２の
ハーフミラー４２２と、第１のハーフミラー４２１とか
ら構成される光路が、内部測距光路６に該当する。
ム９と、対物レンズ１０と、コーナーキューブ１１と、
対物レンズ１０と、プリズム９と、第１のハーフミラー
４２１とから構成される光路が、外部測距光路に該当す
る。また第１のハーフミラー４１１と、第２のハーフミ
ラー４１２と、コンデンサレンズ４３、４４と、第２の
ハーフミラー４２２と、第１のハーフミラー４２１とか
ら構成される光路が、内部測距光路６に該当する。
【００４７】次に本実施例の電気回路の構成を詳細に説
明する。
明する。
【００４８】図２に示す実施例は、水晶発信器１００と
第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０と第２の分
周器１３０と光源部１と半導体レーザードライバー１５
０とＡＰＤ７１とアンプ１６０と波形整形回路１７０と
カウンタ１８０とピークホールド回路１９０とレベル判
定回路２００と、バンドパスフィルタ２１０とサンプル
ホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とＡＤコンバータ３００とメ
モリ４００とＣＰＵ５００とから構成されている。
第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０と第２の分
周器１３０と光源部１と半導体レーザードライバー１５
０とＡＰＤ７１とアンプ１６０と波形整形回路１７０と
カウンタ１８０とピークホールド回路１９０とレベル判
定回路２００と、バンドパスフィルタ２１０とサンプル
ホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とＡＤコンバータ３００とメ
モリ４００とＣＰＵ５００とから構成されている。
【００４９】水晶発振器１００は、基準信号発生手段の
１つであり、１５ＭＨｚの基準信号を発生させている。
この基準信号は、第１の分周器１１０とシンセサイザー
１２０とバンドパスフィルタ２１０とカウンタ１８０と
に供給されている。第１の分周器１１０に供給された基
準信号は、第１の分周器１１０で１／１００に分周され
て１５０ＫＨｚとなりシンセサイザー１２０に送られ
る。シンセサイザー１２０は、第１の分周器１１０から
供給された１５０ＫＨｚと水晶発振器１００から供給さ
れた１５ＭＨｚで１５.１５ＭＨｚを作り、第２の分周
器１３０に送出する様になっている。第２の分周器１３
０は、シンセサイザー１２０から供給された１５.１５
ＭＨｚを１／５０００に分周して３０３０ＫＨｚを作
り、ドライバ回路１５０に送る様になっている。なお、
第１の分周器１１０、第２の分周器１３０、シンセサイ
ザ１２０の出力信号は、２値化の信号である。
１つであり、１５ＭＨｚの基準信号を発生させている。
この基準信号は、第１の分周器１１０とシンセサイザー
１２０とバンドパスフィルタ２１０とカウンタ１８０と
に供給されている。第１の分周器１１０に供給された基
準信号は、第１の分周器１１０で１／１００に分周され
て１５０ＫＨｚとなりシンセサイザー１２０に送られ
る。シンセサイザー１２０は、第１の分周器１１０から
供給された１５０ＫＨｚと水晶発振器１００から供給さ
れた１５ＭＨｚで１５.１５ＭＨｚを作り、第２の分周
器１３０に送出する様になっている。第２の分周器１３
０は、シンセサイザー１２０から供給された１５.１５
ＭＨｚを１／５０００に分周して３０３０ＫＨｚを作
り、ドライバ回路１５０に送る様になっている。なお、
第１の分周器１１０、第２の分周器１３０、シンセサイ
ザ１２０の出力信号は、２値化の信号である。
【００５０】そして半導体レーザードライバー１５０
は、第１の半導体レーザー１０１と第２の半導体レーザ
ー１０２と第３の半導体レーザー１０３とを同一に駆動
させるためのものである。
は、第１の半導体レーザー１０１と第２の半導体レーザ
ー１０２と第３の半導体レーザー１０３とを同一に駆動
させるためのものである。
【００５１】半導体レーザー１０１、１０２、１０３か
ら発射された変調光は、光学系を通過しＡＰＤ７１で受
光される。このＡＰＤ７１は受光素子７の１つであり、
ｐｎ接合に深いバイアスを加えてナダレ増倍を誘起さ
せ、利得を得ることのできるダイオードである。ＡＰＤ
７１は、内部参照光路を通った変調光と、外部測距光路
を通った変調光を受光する。ＡＰＤ７１により変調光は
電気信号に変換され、増幅アンプ１６０に送られる。
ら発射された変調光は、光学系を通過しＡＰＤ７１で受
光される。このＡＰＤ７１は受光素子７の１つであり、
ｐｎ接合に深いバイアスを加えてナダレ増倍を誘起さ
せ、利得を得ることのできるダイオードである。ＡＰＤ
７１は、内部参照光路を通った変調光と、外部測距光路
を通った変調光を受光する。ＡＰＤ７１により変調光は
電気信号に変換され、増幅アンプ１６０に送られる。
【００５２】アンプ１６０は、ＡＰＤ７１から入力され
た電気信号を増幅するものであり、増幅された検出信号
は、波形整形回路１７０とピークポールド回路１９０と
に供給される。
た電気信号を増幅するものであり、増幅された検出信号
は、波形整形回路１７０とピークポールド回路１９０と
に供給される。
【００５３】波形整形回路１７０は、受信信号をサンプ
ルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とカウンタ１８０に供給す
る様になっている。カウンタ１８０は、変調光が受信さ
れるまでの時間を、水晶発振器１００からの１５ＭＨｚ
によりカウントする様になっている。
ルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とカウンタ１８０に供給す
る様になっている。カウンタ１８０は、変調光が受信さ
れるまでの時間を、水晶発振器１００からの１５ＭＨｚ
によりカウントする様になっている。
【００５４】水晶発振器１００からバンドパスフィルタ
２１０に送られた１５ＭＨｚは正弦波となり、サンプル
ホールド回路２２０に送出される。このサンプルホール
ド回路２２０は、波形整形回路１７０から出力された受
信信号によりサンプルホールドし、更にＡＤコンバータ
３００でＡＤ変換された後、変換されたデジタルデータ
は予め定められたメモリ４００に記憶される様になって
いる。なおＡＤ変換が終了すると、ＣＰＵ５００に対し
て変換終了信号を出力する様になっている。
２１０に送られた１５ＭＨｚは正弦波となり、サンプル
ホールド回路２２０に送出される。このサンプルホール
ド回路２２０は、波形整形回路１７０から出力された受
信信号によりサンプルホールドし、更にＡＤコンバータ
３００でＡＤ変換された後、変換されたデジタルデータ
は予め定められたメモリ４００に記憶される様になって
いる。なおＡＤ変換が終了すると、ＣＰＵ５００に対し
て変換終了信号を出力する様になっている。
【００５５】以上の様に実行される光源部１の発光か
ら、ＡＤ変換されたデータのメモリ４００への格納まで
の処理を、外部測距光路と内部参照光路について行う。
即ち、内部参照光路によるＡＤ変換データと外部測距光
路のＡＤ変換データの波形の位相差φが光路差に相当す
ることになる。各波形にフーリエ変換を施し、基本成分
波の位相情報を求め、その位相差から１０ｍ単位以下の
精密測定距離を求めることができる。なお、粗測定距離
についても、外部測距光路と内部参照光路におけるカウ
ンタ１８０のカウンター差から１０ｍの精度で求めるこ
とができる。そして粗測定距離と精密測定距離を組み合
わせることにより、光波距離計から測定対象物までの実
際の距離を求めることができる。これらの動作を行う構
成が距離測定手段に該当するものである。
ら、ＡＤ変換されたデータのメモリ４００への格納まで
の処理を、外部測距光路と内部参照光路について行う。
即ち、内部参照光路によるＡＤ変換データと外部測距光
路のＡＤ変換データの波形の位相差φが光路差に相当す
ることになる。各波形にフーリエ変換を施し、基本成分
波の位相情報を求め、その位相差から１０ｍ単位以下の
精密測定距離を求めることができる。なお、粗測定距離
についても、外部測距光路と内部参照光路におけるカウ
ンタ１８０のカウンター差から１０ｍの精度で求めるこ
とができる。そして粗測定距離と精密測定距離を組み合
わせることにより、光波距離計から測定対象物までの実
際の距離を求めることができる。これらの動作を行う構
成が距離測定手段に該当するものである。
【００５６】次に本実施例の光源部１を詳細に説明す
る。光源部１は３個の半導体レーザーから構成されてお
り、発光スペクトル幅は発光ダイオード（ＬＥＤ）に比
較して狭く、干渉性が高くなっているので、光学系の各
部分で干渉によるスペックルが発生するという問題があ
る。
る。光源部１は３個の半導体レーザーから構成されてお
り、発光スペクトル幅は発光ダイオード（ＬＥＤ）に比
較して狭く、干渉性が高くなっているので、光学系の各
部分で干渉によるスペックルが発生するという問題があ
る。
【００５７】図３は、発光側光ファイバー８２の射出端
８２ｂにおけるスペックルの強度分布の様子を示したも
のである。ここでスペックルとは、レーザービームをプ
ラスチック、金属などの表面に投射した場合に現れる斑
点状の模様のことである。即ち、表面のいろいろな場所
で反射されたレーザー光が干渉し合うために生じるもの
である。光ファイバーのスペックルは、光ファイバーの
直径方向における光の定在波であり、ファイバー径、フ
ァイバーの開口数ＮＡ、光の波長等により、その大きさ
が変化する。ここで開口数ＮＡとは、軸上の物点から出
る光線の内、最大の開きを有する光線の光軸となる角を
θとした時、開口数ＮＡ＝ｎｓｉｎθで表したものであ
る。ここで、ｎは物点のある物質の屈折率である。なお
ファイバーの開口数ＮＡは、光ファイバに最も能率よく
光を入射させる対物レンズを決定するために用いられる
ものである。
８２ｂにおけるスペックルの強度分布の様子を示したも
のである。ここでスペックルとは、レーザービームをプ
ラスチック、金属などの表面に投射した場合に現れる斑
点状の模様のことである。即ち、表面のいろいろな場所
で反射されたレーザー光が干渉し合うために生じるもの
である。光ファイバーのスペックルは、光ファイバーの
直径方向における光の定在波であり、ファイバー径、フ
ァイバーの開口数ＮＡ、光の波長等により、その大きさ
が変化する。ここで開口数ＮＡとは、軸上の物点から出
る光線の内、最大の開きを有する光線の光軸となる角を
θとした時、開口数ＮＡ＝ｎｓｉｎθで表したものであ
る。ここで、ｎは物点のある物質の屈折率である。なお
ファイバーの開口数ＮＡは、光ファイバに最も能率よく
光を入射させる対物レンズを決定するために用いられる
ものである。
【００５８】図３（ａ）は発光側ファイバー８２の射出
端８２ｂを拡大したものであり、図３（ｂ）は、第１の
半導体レーザー１０１から射出された中心波長λ1の変
調光のみに注目したものであり、そのスペックルを示し
ている。なお横軸は光の強度Ｉ、縦軸はファイバーの直
径方向の位置である。同様に図３（ｃ）は、第２の半導
体レーザー１０２から射出された中心波長λ2の変調光
のみに注目したものであり、図３（ｄ）は、第３の半導
体レーザー１０３から射出された中心波長λ3の変調光
のみに注目したものであり、それぞれのスペックルを示
している。
端８２ｂを拡大したものであり、図３（ｂ）は、第１の
半導体レーザー１０１から射出された中心波長λ1の変
調光のみに注目したものであり、そのスペックルを示し
ている。なお横軸は光の強度Ｉ、縦軸はファイバーの直
径方向の位置である。同様に図３（ｃ）は、第２の半導
体レーザー１０２から射出された中心波長λ2の変調光
のみに注目したものであり、図３（ｄ）は、第３の半導
体レーザー１０３から射出された中心波長λ3の変調光
のみに注目したものであり、それぞれのスペックルを示
している。
【００５９】図３（ｂ）から図３（ｄ）に示す様に、各
半導体レーザーの個々のスペックルは、各半導体レーザ
ーの発光スペクトルが狭いため、強度パターン（コント
ラスト）が強く現れている。
半導体レーザーの個々のスペックルは、各半導体レーザ
ーの発光スペクトルが狭いため、強度パターン（コント
ラスト）が強く現れている。
【００６０】しかしながら発光側ファイバー８２の射出
端８２ｂにおけるスペックルは、それぞれの半導体レー
ザーによって作られるスペックルパターンの和となる。
そして本実施例では、第１の半導体レーザー１０１と第
２の半導体レーザー１０２と第３の半導体レーザー１０
３とは、それぞれ中心波長が異なっており、強度パター
ンの強弱のピッチが異なるので、図３（ｅ）に示す様
に、全体としてスペックルのコントラストを低下させる
ことができる。
端８２ｂにおけるスペックルは、それぞれの半導体レー
ザーによって作られるスペックルパターンの和となる。
そして本実施例では、第１の半導体レーザー１０１と第
２の半導体レーザー１０２と第３の半導体レーザー１０
３とは、それぞれ中心波長が異なっており、強度パター
ンの強弱のピッチが異なるので、図３（ｅ）に示す様
に、全体としてスペックルのコントラストを低下させる
ことができる。
【００６１】なお光源である半導体レーザーは、それぞ
れ空間的に独立した発光領域であるため、各光源の発光
波長を変化させなくともスペックルのコントラストが低
下する可能性もあるが、各半導体レーザーの発光波長を
意図的にずらすことにより、確実にスペックルのコント
ラストを低下させることができる。
れ空間的に独立した発光領域であるため、各光源の発光
波長を変化させなくともスペックルのコントラストが低
下する可能性もあるが、各半導体レーザーの発光波長を
意図的にずらすことにより、確実にスペックルのコント
ラストを低下させることができる。
【００６２】また半導体レーザーは、発振モードが他の
モードに瞬間的にホップするモードジャンプ（モードホ
ップとも言う）が発生することがあるが、３個の半導体
レーザーの内、何れか１つにモードジャンプが発生した
場合でも、その半導体レーザーのスペックルパターンの
変化が、全体のスペックルパターンに与える影響を小さ
くすることができる。
モードに瞬間的にホップするモードジャンプ（モードホ
ップとも言う）が発生することがあるが、３個の半導体
レーザーの内、何れか１つにモードジャンプが発生した
場合でも、その半導体レーザーのスペックルパターンの
変化が、全体のスペックルパターンに与える影響を小さ
くすることができる。
【００６３】また本実施例の光波距離計では、発光側フ
ァイバー８２の射出端８２ｂに限らず、対物レンズ１０
からコーナーキューブ１１に向けて射出される光束にも
スペックルが観察される。図４（ａ）は発光光学系を拡
大した図であり、図４（ｂ）は、第１の半導体レーザー
１０１から射出された中心波長λ1の変調光のみに注目
した図であり、そのスペックルを示している。同様に図
４（ｃ）は、第２の半導体レーザー１０２から射出され
た中心波長λ2の変調光のみに注目したものであり、図
４（ｄ）は、第３の半導体レーザー１０３から射出され
た中心波長λ3の変調光のみに注目したものであり、そ
れぞれのスペックルを示している。発光側ファイバー８
２の射出端８２ｂと同様に、発光光学系でも全体のスペ
ックルは、それぞれの半導体レーザーによって形成され
るスペックルパターンの和と考えられ、複数の半導体レ
ーザーからなる光源部１を採用することにより、図４
（ｅ）に示す様にスペックルのコントラストを低下させ
ることができる。
ァイバー８２の射出端８２ｂに限らず、対物レンズ１０
からコーナーキューブ１１に向けて射出される光束にも
スペックルが観察される。図４（ａ）は発光光学系を拡
大した図であり、図４（ｂ）は、第１の半導体レーザー
１０１から射出された中心波長λ1の変調光のみに注目
した図であり、そのスペックルを示している。同様に図
４（ｃ）は、第２の半導体レーザー１０２から射出され
た中心波長λ2の変調光のみに注目したものであり、図
４（ｄ）は、第３の半導体レーザー１０３から射出され
た中心波長λ3の変調光のみに注目したものであり、そ
れぞれのスペックルを示している。発光側ファイバー８
２の射出端８２ｂと同様に、発光光学系でも全体のスペ
ックルは、それぞれの半導体レーザーによって形成され
るスペックルパターンの和と考えられ、複数の半導体レ
ーザーからなる光源部１を採用することにより、図４
（ｅ）に示す様にスペックルのコントラストを低下させ
ることができる。
【００６４】図５は、光波距離計から射出される光束の
大気伝播時の影響を示したものである。大気は温度、気
圧、湿度等により屈折率が変化する。特に日中は太陽光
の影響により、大気に屈折率のムラが生じ、屈折率が時
間的に変動して陽炎が発生している。この大気の屈折率
の変化は、光速に影響を与えるため、発光波長に対する
光学的距離の変化として現れる。コーナーキューブ１１
が遠方に配置されている長距離測定の場合には影響が大
きくなるという問題点がある。
大気伝播時の影響を示したものである。大気は温度、気
圧、湿度等により屈折率が変化する。特に日中は太陽光
の影響により、大気に屈折率のムラが生じ、屈折率が時
間的に変動して陽炎が発生している。この大気の屈折率
の変化は、光速に影響を与えるため、発光波長に対する
光学的距離の変化として現れる。コーナーキューブ１１
が遠方に配置されている長距離測定の場合には影響が大
きくなるという問題点がある。
【００６５】光波距離計から射出される光束の内、図５
に示す様な、コーナーキューブ１１で反射される部分の
光束１１００を検討する。大気の揺らぎにより、光束１
１００の一部の光束の光学的距離が変化したとすると、
この光束１１００は、光波距離計本体で受信される段階
で干渉状態を起こすことになる。大気の揺らぎは、時間
的に変動しているため、受光段階での干渉も時間的に変
動することとなり、これが変調波形の変動として測距精
度に影響を与えることになる。
に示す様な、コーナーキューブ１１で反射される部分の
光束１１００を検討する。大気の揺らぎにより、光束１
１００の一部の光束の光学的距離が変化したとすると、
この光束１１００は、光波距離計本体で受信される段階
で干渉状態を起こすことになる。大気の揺らぎは、時間
的に変動しているため、受光段階での干渉も時間的に変
動することとなり、これが変調波形の変動として測距精
度に影響を与えることになる。
【００６６】しかしながら本実施例では、第１の半導体
レーザー１０１と第２の半導体レーザー１０２と第３の
半導体レーザー１０３とが、それぞれ中心波長が異なっ
ている。従って陽炎等による光学的距離の変化が干渉パ
ターンに与える影響も、各半導体レーザーで異なってい
るので、受光段階での全体的な波形変動を低下させるこ
とができる。
レーザー１０１と第２の半導体レーザー１０２と第３の
半導体レーザー１０３とが、それぞれ中心波長が異なっ
ている。従って陽炎等による光学的距離の変化が干渉パ
ターンに与える影響も、各半導体レーザーで異なってい
るので、受光段階での全体的な波形変動を低下させるこ
とができる。
【００６７】なお本実施例では図１に示す様に、第１の
半導体レーザー１０１と第２の半導体レーザー１０２と
第３の半導体レーザー１０３とを独立に配置し、これら
に対応する光源用コンデンサレンズ１０１１、１０２
１、１０３１を設置し、光源側光ファイバー８１１、８
１２、８１３を介して結合されて１つに束ねられ、第１
のコンデンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバ
ー８２の受光端８２ａに結合する様に構成されている。
これに対して図６（ａ）に示す様に、光源部１を各半導
体レーザーを積み重ねたスタック構造とし、一対の第１
のコンデンサレンズ２１、２２を用いて直接、発光側光
ファイバー８２の受光端８２ａに結合する様に構成して
もよい。
半導体レーザー１０１と第２の半導体レーザー１０２と
第３の半導体レーザー１０３とを独立に配置し、これら
に対応する光源用コンデンサレンズ１０１１、１０２
１、１０３１を設置し、光源側光ファイバー８１１、８
１２、８１３を介して結合されて１つに束ねられ、第１
のコンデンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバ
ー８２の受光端８２ａに結合する様に構成されている。
これに対して図６（ａ）に示す様に、光源部１を各半導
体レーザーを積み重ねたスタック構造とし、一対の第１
のコンデンサレンズ２１、２２を用いて直接、発光側光
ファイバー８２の受光端８２ａに結合する様に構成して
もよい。
【００６８】更に図６（ｂ）に示す様に、１つのウェハ
ー内に複数の発光領域を有する半導体レーザーを組み込
んだ構成としてもよい。
ー内に複数の発光領域を有する半導体レーザーを組み込
んだ構成としてもよい。
【００６９】以上の様に図６に示す光源部１の構成は、
駆動電気回路や光学部品を省略することができ、光源の
輝度を向上させることができるという効果がある。
駆動電気回路や光学部品を省略することができ、光源の
輝度を向上させることができるという効果がある。
【００７０】次に、第１の半導体レーザー１０１と第２
の半導体レーザー１０２と第３の半導体レーザー１０３
の中心波長λ1、λ2、λ3と、発光側光ファイバー８２
の射出端８２ｂにおける２次光源の干渉性との関連を考
察することとする。光波距離計の光源としてＬＥＤが適
しているのは、その発光スペクトル幅が非常に広く、干
渉性が低いからである。従って発光側ファイバー８２内
及び光波距離計外部での大気の揺らぎによる波形変動の
発生が、光波距離計の精度上無視できる程に小さくな
る。
の半導体レーザー１０２と第３の半導体レーザー１０３
の中心波長λ1、λ2、λ3と、発光側光ファイバー８２
の射出端８２ｂにおける２次光源の干渉性との関連を考
察することとする。光波距離計の光源としてＬＥＤが適
しているのは、その発光スペクトル幅が非常に広く、干
渉性が低いからである。従って発光側ファイバー８２内
及び光波距離計外部での大気の揺らぎによる波形変動の
発生が、光波距離計の精度上無視できる程に小さくな
る。
【００７１】一般にスペクトルの広さによる可干渉性の
指標として、フーリエ分光法によるインターフェログラ
ムの観測が行われる。これらの測定には図７に示すマイ
ケルソン干渉計２０００が使用され、マイケルソン干渉
計２０００は、ビームスプリッタ２００１と、可動平面
鏡２００２と、検出器２００３と、固定平面鏡２００４
と、測定光源２００５とから構成されている。
指標として、フーリエ分光法によるインターフェログラ
ムの観測が行われる。これらの測定には図７に示すマイ
ケルソン干渉計２０００が使用され、マイケルソン干渉
計２０００は、ビームスプリッタ２００１と、可動平面
鏡２００２と、検出器２００３と、固定平面鏡２００４
と、測定光源２００５とから構成されている。
【００７２】測定光源２００５からの光は、ビームスプ
リッタ２００１により光路ａと光路ｂに分割される。光
路ａの光は固定平面鏡２００４で反射され、ビームスプ
リッタ２００１を透過して検出器２００３に入射する。
また光路ｂの光は可動平面鏡２００２で反射され、ビー
ムスプリッタ２００１を反射して検出器２００３に入射
する様になっている。そして可動平面鏡２００２を移動
させた時の検出器２００３で検出される光の強度は、イ
ンターフェログラムと呼ばれ、図７（ｂ）の様な形とな
る。なお図７（ｂ）の横軸は、可動平面鏡２００２の移
動による光路長の変化であり、縦軸は検出器２００３で
検出される光の強度である。そして図７（ｂ）の波形を
フーリエ変換することにより、図７（ｃ）に示される測
定光源２００５のスペクトルを得ることができる。これ
らの方法により、スペクトルの広さによる可干渉性の指
標を得るのが、フーリエ分光法である。
リッタ２００１により光路ａと光路ｂに分割される。光
路ａの光は固定平面鏡２００４で反射され、ビームスプ
リッタ２００１を透過して検出器２００３に入射する。
また光路ｂの光は可動平面鏡２００２で反射され、ビー
ムスプリッタ２００１を反射して検出器２００３に入射
する様になっている。そして可動平面鏡２００２を移動
させた時の検出器２００３で検出される光の強度は、イ
ンターフェログラムと呼ばれ、図７（ｂ）の様な形とな
る。なお図７（ｂ）の横軸は、可動平面鏡２００２の移
動による光路長の変化であり、縦軸は検出器２００３で
検出される光の強度である。そして図７（ｂ）の波形を
フーリエ変換することにより、図７（ｃ）に示される測
定光源２００５のスペクトルを得ることができる。これ
らの方法により、スペクトルの広さによる可干渉性の指
標を得るのが、フーリエ分光法である。
【００７３】従って光源のスペクトルの広がりとインタ
ーフェログラムの関係を示すのが、図７（ｂ）及び図７
（ｃ）となる。なお、測定光源２００５が単色光の場合
には、インターフェログラムは余弦関数の形となり、白
色光に近づくに従いｓｉｎｃ関数の形となる。
ーフェログラムの関係を示すのが、図７（ｂ）及び図７
（ｃ）となる。なお、測定光源２００５が単色光の場合
には、インターフェログラムは余弦関数の形となり、白
色光に近づくに従いｓｉｎｃ関数の形となる。
【００７４】以上の様に光源の発光スペクトルとインタ
ーフェログラムとは、明確な関係があり、インターフェ
ログラムは光源の可干渉性を表しているので、インター
フェログラムから光源の可干渉性を評価することができ
る。
ーフェログラムとは、明確な関係があり、インターフェ
ログラムは光源の可干渉性を表しているので、インター
フェログラムから光源の可干渉性を評価することができ
る。
【００７５】そして可干渉距離Ｌｃと、発光中心波長λ
と、スペクトル幅（デルタλ）との関係は、スペクトル
の広がりがガウス分布である場合には、図７（ｂ）、図
７（ｃ）に示す様に、
と、スペクトル幅（デルタλ）との関係は、スペクトル
の広がりがガウス分布である場合には、図７（ｂ）、図
７（ｃ）に示す様に、
【００７６】 Ｌｃ＝（２＊λ2）／（π＊（デルタλ）2） ・・・・・・（３）
【００７７】という関係式で表される。
【００７８】ここでＬＥＤの場合であって、中心波長λ
＝８５０ｎｍ、スペクトル幅（デルタλ）＝５０ｎｍと
すれば、第３式に代入して、
＝８５０ｎｍ、スペクトル幅（デルタλ）＝５０ｎｍと
すれば、第３式に代入して、
【００７９】 Ｌｃ＝９μｍ・・・・・・・（４）
【００８０】となり、半導体レーザーの場合には、中心
波長λ＝８５０ｎｍ、スペクトル幅（デルタλ）＝５ｎ
ｍとすれば、第３式に代入して、
波長λ＝８５０ｎｍ、スペクトル幅（デルタλ）＝５ｎ
ｍとすれば、第３式に代入して、
【００８１】 Ｌｃ＝９０μｍ・・・・・・・（５）
【００８２】となる。
【００８３】更に図８を用いて、光源のスペクトルとイ
ンターフェログラムの関係を示すことにする。光源に複
数の半導体レーザーを使用した場合において、各光源の
中心波長の配置によりインターフェログラムが如何に変
化するかを知るには、スペクトル分布を逆フーリエ変換
すればよい。図８（ａ）はＬＥＤ単体の場合の関係であ
り、図８（ｂ）は半導体レーザーを複数採用し、各半導
体レーザーの中心波長が全て一致している場合の関係で
あり、図８（ｃ）は半導体レーザーを複数採用し、各半
導体レーザーの中心波長が、各半導体レーザー（光源）
の波長の広がり程度に離れている場合の関係である。
ンターフェログラムの関係を示すことにする。光源に複
数の半導体レーザーを使用した場合において、各光源の
中心波長の配置によりインターフェログラムが如何に変
化するかを知るには、スペクトル分布を逆フーリエ変換
すればよい。図８（ａ）はＬＥＤ単体の場合の関係であ
り、図８（ｂ）は半導体レーザーを複数採用し、各半導
体レーザーの中心波長が全て一致している場合の関係で
あり、図８（ｃ）は半導体レーザーを複数採用し、各半
導体レーザーの中心波長が、各半導体レーザー（光源）
の波長の広がり程度に離れている場合の関係である。
【００８４】なおインターフェログラムは、その抱絡線
のみを描いている。
のみを描いている。
【００８５】以上の様に図８を参照すれば、ＬＥＤ単体
の場合（図８（ａ））に比較して、半導体レーザーを複
数採用し、各半導体レーザーの中心波長が全て一致して
いる場合（図８（ｂ））は、かなり広範囲に干渉するこ
とができる。
の場合（図８（ａ））に比較して、半導体レーザーを複
数採用し、各半導体レーザーの中心波長が全て一致して
いる場合（図８（ｂ））は、かなり広範囲に干渉するこ
とができる。
【００８６】また各半導体レーザーの中心波長が全て一
致している場合（図８（ｂ））に比較して、半導体レー
ザーを複数採用し、各半導体レーザーの中心波長が、各
半導体レーザー（光源）の波長の広がり程度に離れてい
る場合（図８（ｃ））には、２次的な干渉を生じるが、
第１次的な干渉の範囲は小さな範囲となり、その範囲は
各半導体レーザーの中心波長が全て一致している場合の
５分の１程度となっている。
致している場合（図８（ｂ））に比較して、半導体レー
ザーを複数採用し、各半導体レーザーの中心波長が、各
半導体レーザー（光源）の波長の広がり程度に離れてい
る場合（図８（ｃ））には、２次的な干渉を生じるが、
第１次的な干渉の範囲は小さな範囲となり、その範囲は
各半導体レーザーの中心波長が全て一致している場合の
５分の１程度となっている。
【００８７】次に図９に基づいて、３個の光源からなる
２次光源を使用し、各光源の中心波長間隔が各光源の発
光波長幅の１／２以下となっている場合（スペクトルが
一部重なり合っている場合）を説明する。
２次光源を使用し、各光源の中心波長間隔が各光源の発
光波長幅の１／２以下となっている場合（スペクトルが
一部重なり合っている場合）を説明する。
【００８８】図９（ａ）は、図８（ｂ）と同様に、各光
源の中心波長が一致している場合を示す図である。図９
（ｂ）は各光源の中心波長間隔が、均等に各光源の波長
の広がりの１／２程度離れている場合である。更に第９
図（ｃ）は、各光源の中心波長間隔が、均等になってい
ない場合の図である。
源の中心波長が一致している場合を示す図である。図９
（ｂ）は各光源の中心波長間隔が、均等に各光源の波長
の広がりの１／２程度離れている場合である。更に第９
図（ｃ）は、各光源の中心波長間隔が、均等になってい
ない場合の図である。
【００８９】この結果、各光源の中心波長が一致してい
る場合に比較して、スペクトルが一部重なり合っている
場合には、部分的な干渉のピークはあるものの、干渉性
は低下している。そして各光源の発光領域の中心波長の
配置が、スペクトル上に配置された何れか１つの中心波
長から、前記スペクトル上で該中心波長と隣接する波長
との間隔の整数倍程度離れている時には、干渉性の低下
が著しくなっている。
る場合に比較して、スペクトルが一部重なり合っている
場合には、部分的な干渉のピークはあるものの、干渉性
は低下している。そして各光源の発光領域の中心波長の
配置が、スペクトル上に配置された何れか１つの中心波
長から、前記スペクトル上で該中心波長と隣接する波長
との間隔の整数倍程度離れている時には、干渉性の低下
が著しくなっている。
【００９０】また各光源部は３個に限定されるものでな
く、例えば図１０に示す様に、５個の光源からの光を混
合することもできる。図１０（ａ）は、各光源の中心波
長間隔が、均等に各光源の波長の広がりの１／２程度離
れている場合を示す場合である。図１０と図９とを比較
して明かな様に、光源の個数を増加させることにより干
渉性を更に低下させることができる。更に図１０（ｂ）
は、各光源の中心波長間隔が、均等になっていない場合
の図である。
く、例えば図１０に示す様に、５個の光源からの光を混
合することもできる。図１０（ａ）は、各光源の中心波
長間隔が、均等に各光源の波長の広がりの１／２程度離
れている場合を示す場合である。図１０と図９とを比較
して明かな様に、光源の個数を増加させることにより干
渉性を更に低下させることができる。更に図１０（ｂ）
は、各光源の中心波長間隔が、均等になっていない場合
の図である。
【００９１】光波距離計においては、光ファイバーにお
ける同一モード内での光路差はほとんどなく、また、大
気伝播中における光路差は特定することができない。従
って第１次の可干渉範囲をできるだけ小さくした方が有
利となり、更に、第２次的な干渉が生じる様な光路差が
ある場合には、多数の光路差が存在することを意味する
ので、結果的に平均化させることが可能となる。
ける同一モード内での光路差はほとんどなく、また、大
気伝播中における光路差は特定することができない。従
って第１次の可干渉範囲をできるだけ小さくした方が有
利となり、更に、第２次的な干渉が生じる様な光路差が
ある場合には、多数の光路差が存在することを意味する
ので、結果的に平均化させることが可能となる。
【００９２】以上の様に構成された本実施例は、半導体
レーザーの様に発光スペクトルが狭い場合であっても、
複数の半導体レーザーの中心波長が、少なくとも各発光
領域の発光波長幅の１／２以上離間させることにより、
効果的に干渉性を下げることができ、光波距離計の光源
として使用可能とすることができる。
レーザーの様に発光スペクトルが狭い場合であっても、
複数の半導体レーザーの中心波長が、少なくとも各発光
領域の発光波長幅の１／２以上離間させることにより、
効果的に干渉性を下げることができ、光波距離計の光源
として使用可能とすることができる。
【００９３】なお本実施例の光源１は半導体レーザーに
ついて説明しているが、半導体レーザーに限られるもの
でなく、その他の発光原に適用することもできる。
ついて説明しているが、半導体レーザーに限られるもの
でなく、その他の発光原に適用することもできる。
【００９４】
【効果】以上の様に構成された本発明は、基準変調光を
発光するための光源部と、この光源部からの光を測定対
象物に対して送出するための光学手段と、この測定対象
物からの反射光を受光し、電気信号の受信パルスに変換
するための受光手段と、前記光源部の発光から該受光手
段の受信パルスの受信までの時間差から測定対象物まで
の距離を測定するための距離測定手段とからなり、前記
光源部が、複数の空間的な発光領域で発光される様に構
成されているので、スペクトル幅の狭い光源を使用しな
がら、干渉性の低い高出力の光源を得ることができ、最
大測長可能距離を増大させることができるという卓越し
た効果がある。
発光するための光源部と、この光源部からの光を測定対
象物に対して送出するための光学手段と、この測定対象
物からの反射光を受光し、電気信号の受信パルスに変換
するための受光手段と、前記光源部の発光から該受光手
段の受信パルスの受信までの時間差から測定対象物まで
の距離を測定するための距離測定手段とからなり、前記
光源部が、複数の空間的な発光領域で発光される様に構
成されているので、スペクトル幅の狭い光源を使用しな
がら、干渉性の低い高出力の光源を得ることができ、最
大測長可能距離を増大させることができるという卓越し
た効果がある。
【００９５】更に本発明は、光源部が発光する基準変調
光の各発光領域における中心波長が、少なくとも各発光
領域の発光波長幅の１／２以上離間されているので、干
渉性を下げることができ、光波距離計の光源として最適
であるという効果がある。
光の各発光領域における中心波長が、少なくとも各発光
領域の発光波長幅の１／２以上離間されているので、干
渉性を下げることができ、光波距離計の光源として最適
であるという効果がある。
【００９６】また本発明の光源は、複数の空間的な発光
領域で発光される光源部と、この光源部により発光され
た光を混合するための混合部とからなり、前記光源部が
発光する光は、各発光領域の中心波長の間隔が、少なく
とも各発光領域の発光波長幅の１／２程度離れているの
で、少ない光源数でも干渉性の低い光源を提供すること
ができるという効果がある。
領域で発光される光源部と、この光源部により発光され
た光を混合するための混合部とからなり、前記光源部が
発光する光は、各発光領域の中心波長の間隔が、少なく
とも各発光領域の発光波長幅の１／２程度離れているの
で、少ない光源数でも干渉性の低い光源を提供すること
ができるという効果がある。
【００９７】更に本発明の光源は、各発光領域の中心波
長の配置が、スペクトル上に配置された何れか１つの中
心波長から、前記スペクトル上で該中心波長と隣接する
波長との間隔の整数倍程度離れているので、低干渉性光
源を得ることができ、光波距離計に応用すれば高精度で
最大測長可能距離を飛躍的に延ばすことができるという
卓越した効果がある。
長の配置が、スペクトル上に配置された何れか１つの中
心波長から、前記スペクトル上で該中心波長と隣接する
波長との間隔の整数倍程度離れているので、低干渉性光
源を得ることができ、光波距離計に応用すれば高精度で
最大測長可能距離を飛躍的に延ばすことができるという
卓越した効果がある。
【００９８】
【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。
【図２】本実施例の電気的構成を示す図である。
【図３】発光側光ファイバー８２の射出端８２ｂにおけ
るスペックルの強度分布を示した図である。
るスペックルの強度分布を示した図である。
【図４】発光光学系におけるスペックルの強度分布を示
した図である。
した図である。
【図５】光波距離計から射出される光束の大気伝播時の
影響を説明する図である。
影響を説明する図である。
【図６】光源部１の変形例を説明する図である。
【図７】マイケルソン干渉計２０００を説明する図であ
る。
る。
【図８】光源のスペクトルとインターフェログラムの関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図９】３つの光源によるスペクトルとインターフェロ
グラムの関係を示す図である。
グラムの関係を示す図である。
【図１０】５つの光源によるスペクトルとインターフェ
ログラムの関係を示す図である。
ログラムの関係を示す図である。
１ 光源部 １０１ 第１の半導体レーザー １０２ 第２の半導体レーザー １０３ 第３の半導体レーザー ２ 第１のコンデンサレンズ ３ 第２のコンデンサレンズ ４１ 分割プリズム ４２ 分割プリズム ５ 光路切り替えチョッパ ７１ ＡＰＤ ８１ 光源側光ファイバー ８２ 発光側光ファイバー ８３ 受光側光ファイバー ９ プリズム １０ 対物レンズ １１ コーナーキューブ １００ 水晶発振器 １１０ 第１の分周器 １２０ シンセサイザー １３０ 第２の分周器 １５０ 半導体レーザードライバー １６０ アンプ １７０ 波形整形回路 １８０ カウンタ １９０ ピークホールド回路 ２００ レベル判定回路 ２１０ バンドパスフィルタ ２２０ サンプルホールド回路 ３００ ＡＤコンバータ ４００ メモリ ５００ ＣＰＵ １００００ 位相測定装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢部 雅明 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内 (72)発明者 片山 康隆 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内 (72)発明者 越川 和重 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内 (72)発明者 斉藤 武重 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内
Claims (9)
- 【請求項１】 基準変調光を発光するための光源部と、
この光源部からの光を測定対象物に対して送出するため
の光学手段と、この測定対象物からの反射光を受光し、
電気信号の受信パルスに変換するための受光手段と、前
記光源部の発光から該受光手段の受信パルスの受信まで
の時間差から測定対象物までの距離を測定するための距
離測定手段とからなり、前記光源部が、複数の空間的な
発光領域で発光される様に構成されていることを特徴と
する光波距離計。 - 【請求項２】 光源部から発光された基準変調光が、オ
プチカル・ガイドにより混合される請求項１記載の光波
距離計。 - 【請求項３】 オプチカル・ガイドが、光ファイバーで
ある請求項２記載の光波距離計。 - 【請求項４】 光源部が発光する基準変調光は、各発光
領域の中心波長が、少なくとも各発光領域の発光波長幅
の１／２以上離れている請求項１〜３記載の光波距離
計。 - 【請求項５】 複数の空間的な発光領域で発光される光
源部と、この光源部により発光された光を混合するため
の混合部とからなり、前記光源部が発光する光は、各発
光領域の中心波長の間隔が、少なくとも各発光領域の発
光波長幅の１／２以上離れている光源手段。 - 【請求項６】 複数の空間的な発光領域で発光される光
源部と、この光源部により発光された光を混合するため
の混合部とからなり、前記光源部が発光する光は、各発
光領域の中心波長の配置が、スペクトル上に配置された
何れか１つの中心波長から、前記スペクトル上で該中心
波長と隣接する波長との間隔の整数倍程度離れている光
源手段。 - 【請求項７】 光源部に、請求項５又は請求項６記載の
光源手段を使用した請求項１〜３記載の光波距離計。 - 【請求項８】 光源部が発光する基準変調光は、複数の
パルス半導体レーザーにより発生される請求項１〜４及
び請求項７記載の光波距離計。 - 【請求項９】 光源部が、複数のパルス半導体レーザー
を積み重ねたスタック構造である請求項８記載の光波距
離計。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35675692A JP3151581B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 光波距離計 |
| EP93120620A EP0603826B1 (en) | 1992-12-21 | 1993-12-21 | Optical distance meter |
| US08/171,277 US5532813A (en) | 1992-12-21 | 1993-12-21 | Optical distance meter and light source device used for the same |
| DE69309631T DE69309631T2 (de) | 1992-12-21 | 1993-12-21 | Optisches Entfernungsmessgerät |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35675692A JP3151581B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 光波距離計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06186336A true JPH06186336A (ja) | 1994-07-08 |
| JP3151581B2 JP3151581B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=18450618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35675692A Expired - Fee Related JP3151581B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 光波距離計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5532813A (ja) |
| EP (1) | EP0603826B1 (ja) |
| JP (1) | JP3151581B2 (ja) |
| DE (1) | DE69309631T2 (ja) |
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| JP2003536061A (ja) * | 2000-06-03 | 2003-12-02 | ライカ ジオシステムズ アクチエンゲゼルシャフト | 光学測距装置 |
| JP2004503923A (ja) * | 2000-07-10 | 2004-02-05 | コーポレーション フォー レーザー オプティックス リサーチ | 帯域幅強調によるスペックル低減のためのシステム及び方法 |
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| JP2017173173A (ja) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | 株式会社トプコン | 距離測定装置およびその校正方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US5812708A (en) * | 1996-12-31 | 1998-09-22 | Intel Corporation | Method and apparatus for distributing an optical clock in an integrated circuit |
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