JPH08292258A

JPH08292258A - 測距装置

Info

Publication number: JPH08292258A
Application number: JP7120860A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kadomatsu; 雄次門松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】目標物の傾斜面と測距光の光束内の光量勾配
とに起因する測距誤差の発生しない、高精度な測距装置
を提供すること。【構成】本発明では、目標物に測距光を送光するため
の送光手段と、前記目標物から反射された前記測距光を
受光するための受光手段と、前記受光手段における前記
測距光の光量を調整するための光量調整手段とを備え、
前記受光手段における前記測距光情報と前記基準光情報
とに基づいて前記目標物までの距離を測定する測距装置
において、前記光量調整手段は、所定方向に沿って連続
的に変化する光学濃度を有し、前記所定方向に移動させ
ることにより前記測距光の通過光量を連続的に変化させ
るための可変濃度フィルタ手段を備え、前記測距装置
は、前記目標物から入射した前記測距光を混合して射出
するための光束混合手段をさらに備え、前記受光手段
は、前記光束混合手段から射出された前記測距光を、前
記可変濃度フィルタ手段を介して光量調整した後に受光
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は測距装置に関し、特に測
定距離間を往復して受光される測距光の時間差または位
相差と、装置内部の基準光路を介して受光される基準光
の時間差または位相差との比較に基づいて距離測定を行
う測距装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の測距装置では、装置と目標物と
の間の測距光路を測距光（送信光および受信光）が往復
して受光される。一方、目標物には依存しない一定距離
を有する装置内部の基準光路を介して基準光が受光され
る。そして、測距光の時間差または位相差と基準光の時
間差または位相差との比較により、目標物までの距離が
測定される。

【０００３】このように、目標物の位置に依存して距離
が可変である測距光路を介して測距光は受光され、目標
物の位置に依存することなく一定距離を有する基準光路
を介して基準光は受光される。したがって、受光される
測距光の光量は目標物までの距離に応じて変化し、受光
される基準光の光量は目標物までの距離に依存すること
なく一定である。

【０００４】そこで、従来の測距装置では、所定方向に
連続的に変化する光学濃度を有する１枚の可変濃度フィ
ルタを光路中に備えている。そして、この可変濃度フィ
ルタを所定方向に適宜移動させることにより、受光され
る測距光の光量と基準光の光量とがほぼ同等レベルにな
るように光量調整している。

【０００５】なお、基準光を使用することなく測距光の
みに基づいて目標物までの距離を測定する測距装置にお
いても、受光される測距光の光量が目標物までの距離に
依存して変化する。すなわち、測距距離が短くなると受
信光量が多くなりすぎて検出器の許容量をオーバーし、
信号処理系において受信光を距離に変換することができ
なくなる。したがって、可変濃度フィルタを使用して、
受光される測距光の光量が測距距離にかかわらず一定、
または検出器の許容量内となるように光量調整してい
る。

【０００６】通常のコーナーキューブリフレクタを使用
しないで傾斜面を有する物体までの距離を測定する場
合、測距光束は物体の傾斜面上において有限の大きさを
有する。このため、物体までの距離が光束内の各位置に
応じて異なってしまう。この場合、光束中心における物
体までの距離をもって測定距離としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、測距光束内の
光量が均一であれば、受光した測距光の光情報の平均値
に基づいて物体までの距離を求めれば、得られた距離は
光束中心における物体位置までの距離となり、測距誤差
は発生しない。また、測距光束が一定の光量勾配を有す
る場合であっても目標物の反射面が傾斜していなけれ
ば、受光した測距光の光情報の平均値に基づいて物体ま
での距離を求めることにより、測距誤差は発生しない。

【０００８】しかしながら、特に測距光の光量勾配の方
向と目標物の傾斜方向とがほぼ一致したような場合に
は、目標物の傾斜による影響と光量勾配の影響とにより
測距光の光情報が重み付けられる。したがって、受光し
た測距光の光情報の平均値に基づいて物体までの距離を
求めても、得られた距離は光束中心からずれた位置にお
ける物体位置までの距離となり、測距誤差が発生してし
まう。

【０００９】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、目標物の傾斜面と測距光の光束内の光量勾配
とに起因する測距誤差の発生しない、高精度な測距装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、目標物に測距光を送光するため
の送光手段と、前記目標物から反射された前記測距光を
受光するための受光手段と、前記受光手段における前記
測距光の光量を調整するための光量調整手段とを備え、
前記受光手段における前記測距光情報と前記基準光情報
とに基づいて前記目標物までの距離を測定する測距装置
において、前記光量調整手段は、所定方向に沿って連続
的に変化する光学濃度を有し、前記所定方向に移動させ
ることにより前記測距光の通過光量を連続的に変化させ
るための可変濃度フィルタ手段を備え、前記測距装置
は、前記目標物から入射した前記測距光を混合して射出
するための光束混合手段をさらに備え、前記受光手段
は、前記光束混合手段から射出された前記測距光を、前
記可変濃度フィルタ手段を介して光量調整した後に受光
することを特徴とする測距装置を提供する。

【００１１】また、本発明の別の局面によれば、目標物
に測距光を送光するための送光手段と、前記目標物から
反射された前記測距光を受光するための受光手段と、前
記受光手段における前記測距光の光量を調整するための
光量調整手段とを備え、前記受光手段における前記測距
光情報と前記基準光情報とに基づいて前記目標物までの
距離を測定する測距装置において、前記光量調整手段
は、所定方向に沿って連続的に変化する光学濃度を有
し、前記所定方向に移動させることにより前記測距光の
通過光量を連続的に変化させるための可変濃度フィルタ
手段を備え、前記測距装置は、前記可変濃度フィルタ手
段を介して入射した前記測距光を混合して射出するため
の光束混合手段とをさらに備え、前記送光手段は、前記
可変濃度フィルタ手段を通過した前記測距光を、前記光
束混合手段を介して光量勾配補正した後に前記目標物に
向かって送光することを特徴とする測距装置を提供す
る。

【００１２】

【作用】本発明では、目標物から入射した測距光を混合
して射出するための光束混合手段として、たとえばオプ
チカルファイバーを備えている。したがって、目標物の
傾斜面に応じて光束内において勾配をもった光情報を有
する測距光が、このオプチカルファイバーを介してその
周方向に混合されることにより、目標物の傾斜面の影響
が取り除かれて平均化され、光束内において均一な光情
報を有する測距光となって射出される。このオプチカル
ファイバーを介した測距光は、可変濃度フィルタ手段に
より光量調整された後に受光される。

【００１３】こうして、受光した測距光は可変濃度フィ
ルタ手段により発生した光量勾配を有するが、オプチカ
ルファイバーの作用により目標物の傾斜面の影響が取り
除かれて平均化された後に光量勾配が付与されているの
で、受光した測距光の光情報の平均値に基づいて物体ま
での距離を測距誤差なく求めることができる。

【００１４】また、本発明の別の局面によれば、たとえ
ば光源からの測距光を可変濃度フィルタ手段により光量
調整する。そして、可変濃度フィルタ手段により発生し
た測距光束内の光量勾配を補正するために、オプチカル
ファイバーのような光束混合手段を備えている。すなわ
ち、光束内において光量勾配を有する測距光が、このオ
プチカルファイバーを介してその周方向に混合されるこ
とにより、光束内において均一な光量を有する測距光と
なり目標物に向かって射出される。このように、可変濃
度フィルタ手段とオプチカルファイバーとの作用によ
り、均一に光量調整された測距光を傾斜面を有する目標
物に送光することができる。その結果、受光した測距光
の光情報の平均値に基づいて、物体までの距離を測距誤
差なく求めることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づい
て説明する。図１は、本発明の実施例にかかる測距装置
の構成を概略的に示す図である。図示の装置は、測距光
を供給するための光源８を備えている。光源８は、たと
えば赤外光を射出するＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ
（レーザーダイオード）等からなる。光源８から射出さ
れた光は、集光レンズ１４を介してライトガイド手段で
あるオプチカルファイバー１５の入射端１５ａに集光さ
れる。入射端１５ａに入射した光は、射出端１５ｂまで
導かれた後に射出される。射出端１５ｂから射出された
光は、光路切換器９を介して、たとえばプリズムのよう
な送光用反射部材６で図中下方に反射される。

【００１６】プリズム６で反射された光は、赤外光を反
射し且つ可視光を透過する特性を有するダイクロイック
プリズムのような光路分割器５に入射する。ダイクロイ
ックプリズム５で図中左側に反射された測距光は、送光
レンズである対物レンズ１を介して目標物（不図示）を
照射する。なお、オプチカルファイバー１５の射出端１
５ｂは、対物レンズ１の焦点面に位置決めされている。

【００１７】光路切換器９は、たとえば不図示のモータ
ーで回転駆動されるようになった円板状部材からなる。
そして、異なる２つの半径位置にすなわち２つの同心円
に沿ってたとえば９０°毎に交互に形成された円弧状ス
リットを有する。そして、外側のスリットを通過した射
出端１５ｂからの光がプリズム６に入射し、内側のスリ
ットを通過した射出端１５ｂからの光が後述のオプチカ
ルファイバー１３の入射端１３ａに入射する。すなわ
ち、光路切換器９を回転駆動することにより、射出端１
５ｂからの光を、ひいては光源８からの光をプリズム６
への測距光路とオプチカルファイバー１３の入射端１３
ａへの基準光路との間で交互に切り換えるようになって
いる。

【００１８】こうして、光路切換器９を通過した測距光
はプリズム６で図中下方に反射され、対物レンズ１の光
軸ＡＸから分割された光軸ＡＸ’の図中右側の光路を介
してダイクロイックプリズム５に入射する。したがっ
て、ダイクロイックプリズム５で反射された光は、対物
レンズ１の光軸ＡＸの図中上半分の光路を介してほぼ平
行光となって目標物を照射する。このように、光源８、
集光レンズ１４、オプチカルファイバー１５、光路切換
器９、送光用反射部材６、ダイクロイックプリズム５お
よび対物レンズ１は、目標物に測距光を送光するための
送光手段を構成している。

【００１９】目標物から反射された測距光は、受光レン
ズである対物レンズ１を介して、ダイクロイックプリズ
ム５に入射する。ダイクロイックプリズム５で図中上方
へ反射された光は、たとえばプリズムのような受光用反
射部材７で図中左側に反射される。なお、受光用反射部
材７は、対物レンズ１の光軸ＡＸの図中下半分の光路を
介した光（すなわち分割された光軸ＡＸ’の図中左側の
光路を介した光）のみを反射するように構成されてい
る。

【００２０】プリズム７で反射された光は、後述するよ
うに光束混合手段であるオプチカルファイバー１６の入
射端１６ａに集光する。入射端１６ａに入射した光は、
射出端１６ｂまで導かれた後に射出される。射出端１６
ｂから射出された光は、集光レンズ１７および後述する
濃度フィルタ１１を介して、たとえばフォトダイオード
のような受光素子１０の受光面に集光される。

【００２１】なお、対物レンズ１を介した目標物からの
光のうち可視光だけが、ダイクロイックプリズム５を透
過する。ダイクロイックプリズム５を透過した可視光
は、光軸ＡＸに沿って移動可能な合焦レンズ２を介して
焦点板３の位置に中間像を形成する。形成された中間像
は、焦点板３に形成された視準情報とともに、接眼レン
ズ４を介して肉眼で観察される。このように、対物レン
ズ１、ダイクロイックプリズム５、合焦レンズ２、焦点
板３および接眼レンズ４は、視準光学系を構成してい
る。

【００２２】一方、オプチカルファイバー１５の射出端
１５ｂ（ひいては光源８）からの光は、光路切換器９の
内側スリットを介してライトガイド手段であるオプチカ
ルファイバー１３の入射端１３ａに入射する。入射端１
３ａに入射した光は射出端１３ｂまで導かれた後に射出
される。射出端１３ｂから射出された光は、濃度フィル
タ１１を介して受光素子１０に達する。

【００２３】このように、光源８、集光レンズ１４、オ
プチカルファイバー１５、光路切換器９、オプチカルフ
ァイバー１３および受光素子１０は、目標物に依存する
ことなく一定距離を有する内部基準光路を形成してい
る。そして、基準光路を介した光源８からの光は、基準
光として受光素子１０で受光される。なお、図１のオプ
チカルファイバー１３に代えて、ミラーやレンズ等を用
いて内部基準光路を形成しても良い。

【００２４】図２は、図１の矢印Ａの方向に沿って濃度
フィルタ１１の構成を概略的に示す図である。図示の濃
度フィルタ１１は、全体的に円形のガラス板からなり、
その表面には金属の蒸着膜が形成されている。そして、
外周部１１ａでは、この蒸着膜の厚さが図中時計回りに
円周方向に沿って連続的に増大するように形成されてい
る。一方、内周部１１ｂでは、蒸着膜の厚さが図中反時
計回りに円周方向に沿って連続的に増大するように形成
されている。

【００２５】このように、濃度フィルタ１１は、円周方
向に沿って互いに反対方向に光学濃度が連続的に変化す
る２つの領域１１ａおよび１１ｂを有する。そして、濃
度フィルタ１１は、その中心軸１１ｃを中心としてたと
えばモーターのような手段により回転駆動されるように
なっている。したがって、各領域を通過する光の光量
は、濃度フィルタ１１の回転すなわち光通過領域の円周
方向移動に伴って連続的に変化する。なお、上述のよう
なガラス板からなる濃度フィルタを原盤として、写真撮
影によりフィルムに転写したポジフィルタを濃度フィル
タとして用いることもできる。

【００２６】図１に示すように、本実施例では、測距光
が濃度フィルタ１１の外周部１１ａを、基準光が濃度フ
ィルタ１１の内周部１１ｂをそれぞれ通過するように構
成されている。したがって、基準光の光量と測距光の光
量とが異なる場合には、回転軸１１ｃを中心として濃度
フィルタ１１を適宜回転駆動することにより、基準光の
光量と測距光の光量とをほぼ一致させることができる。
具体的には、たとえば、基準光の光量が測距光の光量よ
りも大きい場合、濃度フィルタ１１を図２中時計回りに
回転させる。濃度フィルタ１１の回転に伴って、基準光
の光量が連続的に減少するとともに、測距光の光量が連
続的に増大する。こうして、濃度フィルタ１１を所定角
度だけ回転させた状態で、基準光の光量と測距光の光量
とがほぼ一致する。

【００２７】このように、濃度フィルタ１１は、所定方
向（本実施例では円周方向）に沿って連続的に変化する
光学濃度を有し、所定方向に移動（本実施例では回転移
動）することにより測距光の通過光量を連続的に変化さ
せるための可変濃度フィルタ手段を構成している。しか
しながら、上述したように、濃度フィルタ１１は濃度勾
配を有するため、外周部１１ａを通過した測距光は光束
内において所定方向に光量勾配を有することになる。

【００２８】図３は、目標物の傾斜面と測距光の光量勾
配とに起因して測距誤差が発生する様子を説明する図で
ある。通常のコーナーキューブリフレクタを使用しない
で、傾斜面を有する物体までの距離を測定する場合、物
体の傾斜面上において測距光束は有限の大きさを有す
る。なお、光源８から射出される光束の径（直径）φF
と、目標物の傾斜面における光束径φS と、対物レンズ
１の焦点距離ｆと、光束中心に対応する傾斜面上の点Ｃ
（目標点）までの距離Ｄとの間には、次の式（１）に示
す関係が成立する。 φS ＝Ｄ（φF ／ｆ）（１）

【００２９】ところで、対物レンズ１の光軸ＡＸに対し
て垂直な面から傾斜面が角度Ｔだけ傾いている場合、光
束の図中上端点Ａと図中下端点Ｂとでは光軸ＡＸに沿っ
て距離ｄの差が生じる。ここで、距離ｄは、次の式
（２）で表される。ｄ＝φS ・tan Ｔ＝Ｄ（φF ／ｆ）tan Ｔ（２）なお、測距光の光束内の光量が均一であれば、受光した
測距光の光情報の平均値に基づいて物体までの距離を求
めれば、得られた距離は光束中心における物体位置すな
わち目標点Ｃまでの距離となり、測距誤差は発生しな
い。

【００３０】しかしながら、濃度勾配を有する濃度フィ
ルタ１１を介して光量調整をした測距光の光束内には光
量勾配が発生する。一方、目標物から反射された測距光
は、傾斜面の影響により光束内において勾配をもった光
情報を有する。このため、目標物と濃度フィルタ１１と
の間の光路中に特別の手段を講じない場合には、目標物
の傾斜による影響と光量勾配の影響とにより測距光の光
情報が重み付けられる。

【００３１】したがって、受光した測距光の光情報の平
均値に基づいて物体までの距離を求めても、得られた距
離は光束中心からずれた位置すなわち目標点Ｃからずれ
た位置における物体位置までの距離となり、測距誤差が
発生してしまう。特に、光束の光量勾配方向と目標物の
傾斜方向とが一致した極端な例として、光束中心からず
れた位置が上端点Ａまたは下端点Ｂになったような場
合、最大ｄ／２の測距誤差が発生してしまうことにな
る。

【００３２】そこで、本実施例では、目標物と濃度フィ
ルタ１１との間の光路中に、目標物から入射した測距光
を混合して射出するための光束混合手段として、たとえ
ばステップ型オプチカルファイバー１６を備えている。
図４は、ステップ型オプチカルファイバーに斜め方向か
ら入射した光が射出する様子を示す図である。オプチカ
ルファイバー１６の入射端１６ａに入射した光は、ファ
イバー内において全反射を繰り返しながら周方向に回転
しつつ射出端１６ｂに向かって伝搬される。したがっ
て、図示のように、入射角Ｃでオプチカルファイバー１
６に入射した光線は、入射角を維持しながら射出角Ｃの
リング状光束として射出される。

【００３３】すなわち、目標物から入射した測距光は、
光束混合手段であるオプチカルファイバー１６の作用に
より傾斜面の影響が取り除かれて平均化され、光束内に
おいて均一な光情報を有する測距光となって射出され
る。そして、このオプチカルファイバー１６を介して均
一な光情報を有する測距光は、濃度フィルタ１１で光量
調整された後に受光される。ここで、濃度フィルタ１１
により測距光に光量勾配が付与されるが、オプチカルフ
ァイバー１６の作用によりすでに傾斜面の影響が取り除
かれているので、受光した測距光の光情報の平均値に基
づいて物体までの距離を測距誤差なく求めることができ
る。

【００３４】なお、上述の実施例では、可変濃度フィル
タ手段である濃度フィルタ１１をオプチカルファイバー
１６と受光素子１０との間の光路中に設けている。しか
しながら、本発明によれば、図５中破線で示すように、
濃度フィルタ１１’を光束混合手段として機能するオプ
チカルファイバー１５と光源８との間の光路中に設ける
こともできる。この場合には、図５に示すように、光路
切換器９’は、受光用反射部材７とオプチカルファイバ
ー１６の入射端１６ａとの間に、基準光路用オプチカル
ファイバー１３’の入射端１３’ａは濃度フィルタ１
１’の直後に、その射出端１３’ｂは光路切換器９’の
直前に、外部光束を遮ることがないように配置される。

【００３５】このような構成によれば、光源８からの測
距光は、可変濃度フィルタ手段である濃度フィルタ１１
により光量調整される。そして、濃度フィルタ１１によ
り光量調整されるとともに光量勾配が付与された測距光
は、オプチカルファイバー１５の入射端１５ａに入射す
る。入射端１５ａに入射した光は、ファイバー内におい
て全反射を繰り返しながら周方向に回転しつつ射出端１
５ｂに向かって伝搬される。すなわち、光束内において
光量勾配を有する測距光が、オプチカルファイバー１５
を介してその周方向に混合されることにより、光束内に
おいて均一な光量を有する測距光となり目標物に向かっ
て射出される。

【００３６】このように、濃度フィルタ１１とオプチカ
ルファイバー１５との作用により、均一に光量調整され
た測距光を目標物に送光することができる。その結果、
受光した測距光の光情報の平均値に基づいて、物体まで
の距離を測距誤差なく求めることができる。

【００３７】なお、上述の各実施例では、基準光を使用
する測距装置について本発明を説明したが、基準光を用
いない測距装置についても本発明が成立することは明ら
かである。また、上述の各実施例では、光束混合手段と
してオプチカルファイバーを用いた例を示しているが、
フライアイレンズ、変形プリズム、レモンスキン、摺り
ガラス、レンズおよびこれらの光学部品の組み合わせに
より光束混合手段を構成することもできる。さらに、上
述の各実施例では、回転方向に濃度勾配を有する濃度フ
ィルタを例にとって本発明を説明したが、直線方向に濃
度勾配を有する濃度フィルタの場合についても本発明が
成立することは明らかである。

【００３８】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、光束混
合手段の作用により測距光の光情報から目標物の傾斜面
の影響を取り除いて平均化した後に可変濃度フィルタに
より光量調整する。したがって、受光した測距光の光情
報の平均値に基づいて物体までの距離を測距誤差なく求
めることができる。また、本発明によれば、可変濃度フ
ィルタ手段により測距光を光量調整した後に、光束混合
手段により光量勾配を取り除くことができる。すなわ
ち、均一に光量調整された測距光を目標物に向かって送
光することができるので、受光した測距光の光情報の平
均値に基づいて物体までの距離を測距誤差なく求めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる測距装置の構成を概略
的に示す図である。

【図２】図１の矢印Ａの方向に沿って濃度フィルタ１１
の構成を概略的に示す図である。

【図３】目標物の傾斜面と測距光の光量勾配とに起因し
て測距誤差が発生する様子を説明する図である。

【図４】ステップ型オプチカルファイバーに斜め方向か
ら入射した光が射出する様子を示す図である。

【図５】図１に示す実施例の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１対物レンズ２合焦レンズ３焦点板４接眼レンズ５光路分割器６送光用反射部材７受光用反射部材８光源９光路切換器１０受光部材１１濃度フィルタ１３オプチカルファイバー１４集光レンズ１５オプチカルファイバー１６オプチカルファイバー１７集光レンズＡＸ光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標物に測距光を送光するための送光手
段と、前記目標物から反射された前記測距光を受光する
ための受光手段と、前記受光手段における前記測距光の
光量を調整するための光量調整手段とを備え、前記受光
手段における前記測距光情報と前記基準光情報とに基づ
いて前記目標物までの距離を測定する測距装置におい
て、前記光量調整手段は、所定方向に沿って連続的に変化す
る光学濃度を有し、前記所定方向に移動させることによ
り前記測距光の通過光量を連続的に変化させるための可
変濃度フィルタ手段を備え、前記測距装置は、前記目標物から入射した前記測距光を
混合して射出するための光束混合手段をさらに備え、前記受光手段は、前記光束混合手段から射出された前記
測距光を、前記可変濃度フィルタ手段を介して光量調整
した後に受光することを特徴とする測距装置。
【請求項２】目標物に測距光を送光するための送光手
段と、前記目標物から反射された前記測距光を受光する
ための受光手段と、前記受光手段における前記測距光の
光量を調整するための光量調整手段とを備え、前記受光
手段における前記測距光情報と前記基準光情報とに基づ
いて前記目標物までの距離を測定する測距装置におい
て、前記光量調整手段は、所定方向に沿って連続的に変化す
る光学濃度を有し、前記所定方向に移動させることによ
り前記測距光の通過光量を連続的に変化させるための可
変濃度フィルタ手段を備え、前記測距装置は、前記可変濃度フィルタ手段を介して入
射した前記測距光を混合して射出するための光束混合手
段とをさらに備え、前記送光手段は、前記可変濃度フィルタ手段を通過した
前記測距光を、前記光束混合手段を介して光量勾配補正
した後に前記目標物に向かって送光することを特徴とす
る測距装置。
【請求項３】前記光束混合手段は、オプチカルファイ
バーであることを特徴とする請求項１または２に記載の
測距装置。