JPH0712985U - 光波測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 調整時間が短く、連続的に距離が変化する目
標物の観測が可能な光波測距装置を提供する。 【構成】 集光レンズ１５の像点近傍に入射端を有する
光ファイバ１６があり、光ファイバ１６の入射端を光路
中で移動させて、光ファイバ１６に入射端から入射する
光量を調整するアクチュエータ１７を具備する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光波測距装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の光波測距装置では、光を出射し、目標物で反射した光を受光して測距し ているが、受光光量が変動した場合に電気回路の特性等により生ずる測定値に誤 差を避けるためにアッテネータを設けていた。 従来例の一つは図５に示すような構造を有していた。光源１から出射した光は 、リレーレンズ２を介して送光用の光ファイバ３の１端に入射し、送光用の光フ ァイバ３の他端から出射した光はハーフミラー４で２方向の光路に分割される。 セクタ５は図中に示すａ位置又はｂ位置に動き、何れか一方の方向の光路を塞ぐ 。たとえばセクタ５がａ位置にあるとき、直進した光が対物レンズ６の方向の光 路に沿って進行して装置の外部に出射される。そして目標物で反射した光の一部 が対物レンズ７に入射する。対物レンズ７を通過した光は濃度可変フィルタ等の アッテネータ８、ハーフミラー９、受光用の光ファイバ１０、波長選択フィルタ １１、リレーレンズ１２を介して、受光器１３に入射する。これが外部光路によ る光の進行である。

【０００３】 セクタ５がｂ位置にあるときは、ハーフミラー４で反射した光がリレーレンズ １４の方向へ進行してハーフミラー９に入射する。ハーフミラー９で反射して、 受光用の光ファイバ１０に入射し、波長選択フィルタ１１、リレーレンズ１２を 介して、ホトディテクタの受光器１３に入射する。

【０００４】 そして内外の２光路を経由する光によりそれぞれ求めた距離の差を求め、電気 系において生ずる遅延時間を相殺している。

【０００５】 距離測定の原理は大別して次の２通りがあり、一方は連続波で発光する光源を 数十ＭＨｚで正弦波変調し、受信信号の位相の遅れ分を検出する位相差測定方式 であり、他方は光源をパルス点灯し、光パルスの往復時間を測定するパルス走行 時間測定方式である。何れの方式においても、受信光量が変動した場合電気回路 の特性等により生ずる測定値に誤差を避けるためにアッテネータを設けている。 このアッテネータを回転操作することにより外部光路の受信光量を変更するこ とができる。外部光路の受信光量を内部光路の受信光量と等しくなるように調整 し、光量変動による測距値誤差を相殺する構成となっている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかし上記の従来の技術では、アッテネータを回転して調整しているために、 調整時間が長く、連続的に距離が変化するような目標物の測距をこの調整をしな がら行うことができないという問題があった。 本考案は上記の課題に鑑み、調整時間が短く、連続的に距離が変化する目標物 の測距が可能な光波測距装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、光源と、前記光源の放射する光を目標物に向かって発信する送光光 学系と、前記目標物から反射した光を受信する受光光学系と、前記受光光学系が 受信した光を検出する受光検出手段と、前記受光検出手段の検出する検出光量を 調整する光量調整手段とを具備する光波測距装置において、前記送光光学系は、 集光レンズと前記集光レンズの像点近傍に入射端を有する送光光ファイバとを具 備し、前記光量調整手段は、前記送光光ファイバの入射端を前記送光光学系の光 路中で移動させて、前記入射端から前記送光光ファイバに入射する光量を調整す るアクチュエータを具備するものである。

【０００８】 前記アクチュエータは、前記送光光ファイバの入射端の近傍に一端を固設した 電歪部材と、該電歪部材に電圧を印加する電圧印加手段とを有することが望まし い。

【０００９】 又は、光源と、前記光源の放射する光を目標物に向かって発信する送光光学系 と、前記目標物から反射した光を受信する受光光学系と、前記受光光学系が受信 した光を検出する受光検出手段と、前記受光検出手段の検出する検出光量を調整 する光量調整手段とを具備する光波測距装置において、前記受光光学系は、集光 レンズと前記集光レンズの像点近傍に入射端を有する受光光ファイバとを具備し 、前記光量調整手段は、前記受光光ファイバの入射端を前記受光光学系の光路中 で移動させて、前記入射端から前記受光光ファイバに入射する光量を調整するア クチュエータを具備するものである。

【００１０】 前記アクチュエータは、前記受光光ファイバの入射端の近傍に一端を固設した 電歪部材と、該電歪部材に電圧を印加する電圧印加手段とを有することが望まし い。

【００１１】

【作用】

アクチュエータが送光用の光ファイバの入射端を送光光学系の光路中で移動さ せて、集光レンズから送光光ファイバに入射する光量を調整する。 又は、アクチュエータが受光用の光ファイバの入射端を受光光学系の光路中で 移動させて、送光光ファイバから集光レンズに入射する光量を調整する。

【００１２】

【実施例】

本考案の第１の実施例を図１乃至図３により説明する。 図１は第１の実施例の光学図である。光源１はレーザダイオードでありレーザ 光を出射する。リレーレンズ２は出射した光を集光し、その像点近傍に送光用の 光ファイバ３の入射端が配置されている。光ファイバ３の出射端にはハーフミラ ー４が対峙している。ハーフミラー４は入射した光を直進方向と偏角方向に二分 割する。

【００１３】 ハーフミラー４の出射側にはセクタ５が可動的に配置されている。セクタ５は ハーフミラー４の反射方向のａ位置と、直進方向のｂ位置とを択一的に選択して 移動する。

【００１４】 セクタ５がａ位置にある場合、反射した光はａ位置にあるセクタ５に遮られる から、直進した光がハーフミラー４を直進方向に透過し、外部光路に入る。ハー フミラー４の直進方向にはリレーレンズ１５が配置されている。リレーレンズ１ ５の焦点近傍には光量調整用のファイバ１６の入射端が配置され、光の最大の結 合効率が得られよう調整されている。ファイバ１６の入射端にはピエゾ素子１７ が固設されている。ピエゾ素子１７は可変電圧発生器１８からの印加電圧により 伸縮する電歪素子で、アクチュエータを形成している。対物レンズ６はファイバ １６の出射端から出射した光を収束し、外部に投射する光学系である。

【００１５】 対物レンズ６から外部に出射された光は、目標物で反射し、反射光の一部は対 物レンズ７に入射する。対物レンズ７を通った入射光は、光路上に配置されたハ ーフミラー９を透過して、受光用光ファイバ１０の入射端近傍に集光する。受光 用光ファイバ１０の出射端に対向して、波長選択フィルタ１１及びリレーレンズ １２が配置されている。リレーレンズ１２が光を収束する位置に受光器１３が配 置され、光が受光されて受光信号が発生する。

【００１６】 他方、セクタ５がｂ位置にある場合、直進した光はｂ位置にあるセクタ５に遮 られるから、ハーフミラー４によって反射した光が内部光路に入る。ハーフミラ ー４の反射方向にはリレーレンズ１４が配置されていて、リレーレンズ１４を通 った光はハーフミラー９で反射し、ハーフミラー９を直進する光と同様に受光用 光ファイバ１０の入射端近傍に集光し、受光器１３に入射し受光信号が発生する 。

【００１７】 次に、アクチュエータについて説明する。 図２に示すように、ピエゾ素子１７は光ファイバ１６の入射端の側方と筐体１９ の間に、光軸と垂直方向に挟まれて固設されている。ピエゾ素子１７には可変電 圧発生器１８が接続していて、印加電圧の変化に応じて伸縮して光ファイバ１６ を光軸の垂直方向に変位させる。

【００１８】 図３に示すものは、他の実施の態様で、ピエゾ素子１７は光ファイバ１６の入 射端の側方に設けられた支持部材２０と筐体１９の間に、光軸方向に挟まれて固 設されている。ピエゾ素子１７には可変電圧発生器１８が接続していて、印加電 圧の変化に応じて伸縮して光ファイバ１６を光軸方向に変位させる。

【００１９】 次に、動作について説明する。 光源１から出射した光は、セクタ５がａ位置にある場合、ハーフミラー４を直 進し外部に出射される。光は目標物で反射し対物レンズ７に入射する。対物レン ズ７に入射した光は受光器１３に入射し受光信号が発生する。他方、セクタ５が ｂ位置にある場合、ハーフミラー４で反射された光はリレーレンズ１４、ハーフ ミラー９を介し受光器１３に入射し受光信号が発生する。両受光信号から得られ る測距値の差から目標物までの測距値を得る。

【００２０】 最初の外部光路の測距において、目標物が仕様の距離内にある場合、光ファイ バ１６の入射端は、リレーレンズ１５の像点近傍の最も入射効率の良い位置に配 置されるように予め調整されているので、出射光量は最大となっており、受光器 １３から出力される受信信号は、飽和状態となっている。

【００２１】 アクチュエータは、電圧器１８からピエゾ素子１７に電圧が印加されると、電 圧の大きさ及び素子の特性に応じ、光ファイバ１６を変位させる。ピエゾ素子１ ７がファイバ１６と筐体１９の間に、光軸と垂直方向に挟まれて固設されている 図２に示す態様では、印加電圧の変化に応じて伸縮して光ファイバ１６を光軸の 垂直方向に変位させる。通常は電圧が大きくなると素子は膨張し、電圧Ｖ₁ の印 加で変位量Δｄ₁ だけ膨張する。すると光ファイバ１６の入射端は、リレーレン ズ１４の像点近傍の最も入射効率の良い位置からずれて、入射効率が低下する。

【００２２】 ピエゾ素子１７がファイバ１６に固設された支持部材２０と筐体１９の間に、 光軸方向に挟まれて固設されている図３に示す態様では、印加電圧の変化に応じ て伸縮して光ファイバ１６を光軸方向に変位させる。通常は電圧が大きくなると 素子は膨張し、電圧Ｖ₂ の印加で変位量Δｄ₂ だけ膨張する。すると光ファイバ １６の入射端は、リレーレンズ１４の像点近傍の最も入射効率の良い位置からず れて、入射効率が低下する。

【００２３】 最初の外部光路の測距において、出射光量が最大値に調整された外部光路の受 信信号のレベルと、既に最適光量に調整された内部光路の受信信号のレベルとを モニタしながら、電圧Ｖを上げて調節し、外部光路の受信信号のレベルが内部光 路の受信信号のレベルに合致するよう最適な出射光量に調整する。以上の光量調 整動作の後に、実際の測距動作を実行する。

【００２４】 目標が移動物体の場合、例えば移動速度が１０ｍ／ｓ、測距精度１ｍとすると 、測距時間は１００ｍｓ以下にする必要がある。ピエゾ素子１７の応答速度は通 常数１０ｍｓ以下と速いから、迅速に光量調整を行うことが可能であり、移動物 体の測距にも対応できる。 尚本実施例において、光ファイバ１６及びピエゾ素子１７を、対物レンズ７と ハーフミラー９との間に挿入して、受光側の光量を調整する構成とすることも可 能である。

【００２５】 本考案の第２の実施例を図４により説明する。第１の実施例と同一又は類似の 点は説明を省略する。 光源１から出射した光はリレーレンズ２を介して送光用光のファイバ３に入射 する。ピエゾ素子１７が光ファイバ３に固設されている。送光側の対物レンズ６ から光が目標物に投光される。目標物で反射した光は受光側の対物レンズ７に入 射する。対物レンズ７は入射した光を波長選択フィルタ１２を介して受光素子１ ３上に結像させ、受光信号が出力される。

【００２６】 本実施例では、送光用の光ファイバと光量調整用のファイバがファイバ３で兼 用されている。光ファイバ３に固設されたピエゾ素子１７は、光ファイバ３の入 射端を移動させて入射光量を調整し、受光素子１３の受光光量を一定にする。本 実施例では、最初の光量調整の時、受信信号レベルがある最適な電圧になるよう にピエゾ素子１７の印加電圧を調整する。 この構成では、電気回路の遅延時間の温度変化に対する補正は行われないが、 電気回路の遅延時間の特性が温度に対してほぼリニアであることを利用して、出 力特性のリニアな温度センサ等により補正を行うことができる。

【００２７】 このように測距値の温度特性は第１の実施例の方式よりも少し劣るが、セクタ による光路切換えがないから測距スピードが速いという利点がある。

【００２８】 実施例では光量調整用の光ファイバの入射面は直進移動したが、角度を変えて ずらすことができることは言うまでもない。

【００２９】

【考案の効果】

本考案の光波測距装置はアクチュエータがファイバの入射端を光路中で移動さ せて、集光レンズとの位置関係を変化させて光量を調整するから、アクチュエー タの応答速度が速く又光ファイバが軽量でアクチュエータに迅速に追従するので 、調整時間が短く、連続的に距離が変化する目標物の観測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１の実施例の光学図。

【図２】本発明にかかるアクチュエータを示す断面図。

【図３】本発明にかかるアクチュエータを示す断面図。

【図４】本発明にかかる第２の実施例の光学図。

【図５】従来例の光学図。

【符号の説明】

１・・・・・光源 ２、１２、１４、１５・・・・・リレーレンズ ３、１０、１６・・・・・光ファイバ ４、９・・・・・ハーフミラー ５・・・・・セクタ ６、７・・・・・対物レンズ ８・・・・・アッテネータ １１・・・・・波長選択フィルタ １３・・・・・受光器 １７・・・・・ピエゾ素子 １８・・・・・可変電圧発生器 １９・・・・・筐体 ２０・・・・・支持部材

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、前記光源の放射する光を目標物に
   向かって発信する送光光学系と、前記目標物から反射し
   た光を受信する受光光学系と、前記受光光学系が受信し
   た光を検出する受光検出手段と、前記受光検出手段の検
   出する検出光量を調整する光量調整手段とを具備する光
   波測距装置において、前記送光光学系は、集光レンズと
   前記集光レンズの像点近傍に入射端を有する送光光ファ
   イバとを具備し、前記光量調整手段は、前記送光光ファ
   イバの入射端を前記送光光学系の光路中で移動させて、
   前記入射端から前記送光光ファイバに入射する光量を調
   整するアクチュエータを具備することを特徴とする光波
   測距装置。
2. 【請求項２】前記アクチュエータは、前記送光光ファイ
   バの入射端の近傍に一端を固設した電歪部材と、該電歪
   部材に電圧を印加する電圧印加手段とを有することを特
   徴とする請求項１に記載の光波測距装置。
3. 【請求項３】光源と、前記光源の放射する光を目標物に
   向かって発信する送光光学系と、前記目標物から反射し
   た光を受信する受光光学系と、前記受光光学系が受信し
   た光を検出する受光検出手段と、前記受光検出手段の検
   出する検出光量を調整する光量調整手段とを具備する光
   波測距装置において、前記受光光学系は、集光レンズと
   前記集光レンズの像点近傍に入射端を有する受光光ファ
   イバとを具備し、前記光量調整手段は、前記受光光ファ
   イバの入射端を前記受光光学系の光路中で移動させて、
   前記入射端から前記受光光ファイバに入射する光量を調
   整するアクチュエータを具備することを特徴とする光波
   測距装置。
4. 【請求項４】前記アクチュエータは、前記受光光ファイ
   バの入射端の近傍に一端を固設した電歪部材と、該電歪
   部材に電圧を印加する電圧印加手段とを有することを特
   徴とする請求項３に記載の光波測距装置。