JPH10332816A - 測距装置 - Google Patents

測距装置

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JPH10332816A
JPH10332816A JP9159224A JP15922497A JPH10332816A JP H10332816 A JPH10332816 A JP H10332816A JP 9159224 A JP9159224 A JP 9159224A JP 15922497 A JP15922497 A JP 15922497A JP H10332816 A JPH10332816 A JP H10332816A
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JP
Japan
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transmission
optical system
light
relay optical
magnification
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JP9159224A
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Inventor
Tadahiko Hoshi
忠彦 星
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 送信光量の損失を小さく抑えることのできる
効率的な測距装置。 【解決手段】 送光系は、半導体レーザ光源の発光部
(1)の像を所定位置に形成するための送信リレー光学
系(2)と、所定位置の近傍に位置決めされた一端を介
して入射した送信レーザ光を他端まで伝搬するための送
信ファイバ(4)とを有する。そして、送信リレー光学
系は、発光部(1)の長手方向軸線と送信リレー光学系
の光軸(AX)とを含む第1の面において第1の倍率を
有し、発光部の短手方向軸線と送信リレー光学系の光軸
とを含む第2の面において第1の倍率とは異なる第2の
倍率を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は測距装置に関し、特
にレーザダイオードのような半導体レーザ光源からのパ
ルスレーザ光を利用して目標物までの距離を測定するタ
イプの測距装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来の測距装置の構成の一部を
概略的に示す斜視図である。また、図4は、図3のレー
ザダイオードのレーザ拡がり角を説明する図である。図
3に示すように、従来のこの種の測距装置では、レーザ
ダイオードの発光部1からのパルスレーザ光を送信リレ
ー光学系2を介して送信ファイバ4の入射端4aに導
く。そして、送信ファイバ4の射出端を二次光源とし、
この二次光源からの光を送信光学系(不図示)を介して
目標物に照射する。
【0003】図3に示すように、送信リレー光学系2
は、たとえば一対の回転対称非球面レンズ2aおよび2
bから構成されている。そして、この送信リレー光学系
2の作用により、送信ファイバ4の入射端4aには、レ
ーザダイオードの発光部1の像1aとして、たとえば等
倍像が形成される。この場合、送信ファイバ4への送信
効率を高めるために、送信リレー光学系2に2倍弱程度
の倍率を付与することもある。
【0004】一般に、パルスレーザダイオードの発光部
は、数μm×数十〜数百μmの矩形形状を有する。そし
て、発光部の長手方向におけるビーム拡がり角(全角)
は10°程度であり、発光部の短手方向におけるビーム
拡がり角(全角)は30°程度である。図4を参照して
具体的に説明すると、レーザダイオードの発光部1の長
手方向軸線41と送信リレー光学系の光軸AXとを含む
面におけるビーム43の拡がり角(全角)は10°程度
である。一方、発光部1の短手方向軸線42と送信リレ
ー光学系の光軸AXとを含む面におけるビーム44の拡
がり角(全角)は30°程度である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般に、上述のタイプ
の測距装置では、レーザダイオードの短手方向の開口数
が送信光学系の開口数よりもかなり大きい。このため、
等倍の送信リレー光学系を用いた場合には、送信光学系
において入射光束の一部がけられてしまう。一方、送信
光学系への入射光束の開口数を小さくして送信光学系に
おける光束のケラレを抑えるために送信リレー光学系に
たとえば2倍弱程度の倍率を付与すると、送信ファイバ
の入射端に形成される発光部像の長手方向寸法がファイ
バ径(直径)よりも大きくなり、送信ファイバにおいて
入射光束の一部がけられてしまう。
【0006】このように、従来の測距装置では、等倍の
送信リレー光学系を用いた場合には送信光学系において
入射光束の一部がけられ、送信リレー光学系にたとえば
2倍弱程度の倍率を付与した場合には送信ファイバにお
いて入射光束の一部がけられ、いずれの場合にも送信光
量の損失が起こる。その結果、送信光量が不足するか、
あるいは送信光量の不足を回避するために出力の高いレ
ーザダイオードを用いなければならないという不都合が
あった。
【0007】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、送信光量の損失を小さく抑えることのできる
効率的な測距装置を提供することを目的とする。
【0008】
【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、目標物に光を照射するための送
光系と、該送光系によって光照射された前記目標物から
の反射光を受光するための受光系とを備えた測距装置に
おいて、前記送光系は、送信レーザ光を供給するための
半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源の発光部の像
を所定位置に形成するための送信リレー光学系と、前記
所定位置の近傍に位置決めされた一端を介して入射した
送信レーザ光を他端まで伝搬するための送信ファイバ
と、該送信ファイバの他端から射出された送信レーザ光
を前記目標物へ送光するための送信光学系とを有し、前
記送信リレー光学系は、前記半導体レーザ光源の発光部
の長手方向軸線と前記送信リレー光学系の光軸とを含む
第1の面において第1の倍率を有し、前記半導体レーザ
光源の発光部の短手方向軸線と前記送信リレー光学系の
光軸とを含む第2の面において前記第1の倍率とは異な
る第2の倍率を有することを特徴とする測距装置を提供
する。
【0009】本発明の好ましい態様によれば、前記第2
の倍率の大きさは、前記第1の倍率の大きさよりも大き
い。具体的には、前記送信リレー光学系は、一対の回転
対称レンズと、該一対の回転対称レンズの間に配置され
た一対のシリンドリカルレンズとを有し、前記一対のシ
リンドリカルレンズは、前記第1の面においてともに無
屈折力であり、前記第2の面においてそれぞれ所定の屈
折力を有することが好ましい。また、前記送信光学系
は、対物レンズと該対物レンズの光軸に沿って移動可能
な合焦レンズとを有し、前記送光系は、前記送信光学系
を介して前記目標物上に送信レーザ光を集光させること
が好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】上述のように、本発明の測距装置
では、送信リレー光学系が、半導体レーザ光源の発光部
の長手方向と短手方向とで異なる倍率を有する。したが
って、この送信リレー光学系の作用により、たとえば送
信ファイバへの入射レーザ光の長手方向における開口数
を変化させることなく、送信ファイバへの入射レーザ光
の短手方向における開口数を送信光学系の開口数に応じ
て小さくすることができる。この場合、送信ファイバの
入射端に形成される発光部像の長手方向寸法は発光部の
長手方向寸法と等しく、発光部像の短手方向寸法は発光
部の短手方向寸法よりも大きくなる。そして、発光部像
の短手方向寸法も長手方向寸法もファイバ径よりも小さ
い。その結果、半導体レーザ光源から供給された送信レ
ーザ光が送信ファイバまたは送信光学系においてけられ
る現象を有効に抑えることができ、送信光量の損失を実
質的に回避することができる。
【0011】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全
体構成を概略的に示す図である。また、図2は、図1の
送信リレー光学系の構成および作用を詳細に説明するた
めの拡大斜視図である。図1の測距装置において、レー
ザダイオードのような半導体レーザ光源5から射出され
たパルスレーザ光すなわち送信レーザ光は、送信リレー
光学系2を介して、送信ファイバ4の入射端の近傍にレ
ーザダイオード5の発光部の像を形成する。なお、送信
リレー光学系2の詳細な作用については、図2を参照し
て後述する。こうして、送信リレー光学系2を介して、
送信ファイバ4の入射端に導かれた送信レーザ光は、送
信ファイバ4を伝搬した後、その射出端に二次光源を形
成する。
【0012】送信ファイバ4の射出端から射出された送
信レーザ光(図中斜線で示す)は、分割プリズム14で
図中右側に反射された後、ダイクロイックプリズム6に
入射する。ダイクロイックプリズム6の分割面6aに形
成されたダイクロイック膜は、レーザ光を反射し且つ可
視光を透過する特性を有する。したがって、ダイクロイ
ックプリズム6に入射した送信レーザ光は、ダイクロイ
ックプリズム内部で2度反射された後、分割面6aで図
中左側に反射される。ダイクロイックプリズム6から射
出された送信レーザ光は、合焦レンズ7bと対物レンズ
7aとからなる対物光学系7に入射する。なお、合焦レ
ンズ7bは、対物光学系7の光軸AXに沿って移動可能
に構成されている。こうして、対物光学系7を介した送
信レーザ光は、図示を省略した目標物に照射される。
【0013】送信レーザ光が照射された目標物からの反
射光すなわち受信レーザ光(図中白抜き部分で示す)
は、対物光学系7を介してダイクロイックプリズム6に
入射する。ダイクロイックプリズム6の分割面6aで反
射された受信レーザ光は、ダイクロイックプリズム内部
で2度反射された後、分割プリズム14に入射する。分
割プリズム14を透過した受信レーザ光は、受信ファイ
バ8の入射端上に集光する。こうして、受信ファイバ8
の入射端に導かれた受信レーザ光は、受信ファイバ8を
伝搬した後、その射出端から射出され、受信リレー光学
系9を介して、光検出器10に達する。光検出器10か
らの出力信号は、図示を省略した信号処理回路に供給さ
れる。
【0014】一方、目標物からの反射光のうちダイクロ
イックプリズム6の分割面6aを透過した可視光は、正
立プリズム(ポロプリズム)11を介して、焦点板12
上に目標物の像を形成する。焦点板12上に形成された
目標物の像は、接眼レンズ13によって拡大観察され
る。なお、送信ファイバ4の射出端と焦点板12とは、
対物光学系7によってほぼ共役に位置決めされている。
したがって、合焦レンズ7bを光軸AXに沿って移動さ
せながら接眼レンズ13を介して目標物を合焦状態で視
準した状態において、送信レーザ光は目標物上に集光す
る。
【0015】このように、レーザダイオード5、送信リ
レー光学系2、送信ファイバ4、分割プリズム14、ダ
イクロイックプリズム6、および対物光学系7は、送信
光学系としての対物光学系7を介して目標物に光を照射
するための送光系を構成している。また、対物光学系
7、ダイクロイックプリズム6、分割プリズム14、受
信ファイバ8、受信リレー光学系9、および光検出器1
0は、送光系によって光照射された目標物からの反射光
を受信光学系としての対物光学系7を介して受光するた
めの受光系を構成している。
【0016】さらに、対物光学系7、ダイクロイックプ
リズム6、正立プリズム11、焦点板12、および接眼
レンズ13は、目標物を視準するための視準系を構成し
ている。測距動作においては、まず合焦レンズ7bを光
軸AXに沿って移動させながら視準系を介して目標物を
合焦状態で視準する。そして、この状態において、送光
系を介して送信レーザ光を目標物に照射し、目標物から
の受信レーザ光を受光系を介して受光する。受光系の信
号処理回路(不図示)では、レーザダイオード5から射
出された送信レーザ光と光検出器10に入射した受信レ
ーザ光とのレーザパルスのタイミングに基づいて、目標
物までの距離を求める。
【0017】図2を参照すると、本実施例の送信リレー
光学系2は、レーザダイオード側から順に、回転対称非
球面レンズ2aと、シリンドリカルレンズ3aと、シリ
ンドリカルレンズ3bと、対称非球面レンズ2bとから
構成されている。ここで、一対のシリンドリカルレンズ
3aおよび3bは、レーザダイオードの発光部1の長手
方向軸線と送信リレー光学系2の光軸AXとを含む面に
おいてすなわち発光部1の長手方向においてともに無屈
折力である。また、シリンドリカルレンズ3aは発光部
1の短手方向軸線と光軸AXとを含む面においてすなわ
ち発光部1の短手方向において正屈折力を有し、シリン
ドリカルレンズ3bは発光部1の短手方向において負屈
折力を有する。そして、一対のシリンドリカルレンズ3
aおよび3bは、全体としてガリレオ型のアフォーカル
系を構成している。なお、送信リレー光学系2の光軸A
Xが折り曲げられた場合にも、発光部1の長手方向およ
び短手方向は展開光路図において上述のように定義され
るものとする。
【0018】こうして、本実施例では、送信リレー光学
系2は、レーザダイオードの発光部1の長手方向と短手
方向とで異なる倍率を有する。したがって、送信リレー
光学系2の作用により、たとえば送信ファイバ4への入
射レーザ光の長手方向における開口数を変化させること
なく、送信ファイバ4への入射レーザ光の短手方向にお
ける開口数を送信光学系である対物光学系7の開口数に
応じて1/n(n>1)に小さくすることができる。こ
の場合、送信ファイバ4の入射端4aに形成される発光
部像1aの長手方向寸法は発光部1の長手方向寸法と等
しく、発光部像1aの短手方向寸法は発光部1の短手方
向寸法のn倍に大きくなる。そして、発光部像1aの短
手方向寸法も長手方向寸法もファイバ径よりも小さい。
その結果、レーザダイオード5から供給された送信レー
ザ光が送信ファイバ4または対物光学系7においてけら
れる現象を有効に抑えることができ、送信光量の損失を
実質的に回避することができる。
【0019】以下、実際の設計に基づく具体的な数値例
にしたがって、本実施例の測距装置の送信光量損失につ
いて検証する。本数値例において、レーザダイオード5
の発光部1は、2μm×76μmの矩形形状を有するも
のとする。また、レーザダイオード5の長手方向におけ
るレーザ拡がり角(全角)θ1は10°であり、短手方
向におけるレーザ拡がり角(全角)θ2は30°である
ものとする。すなわち、レーザダイオード5の長手方向
におけるレーザ光の開口数は0.087(= sin5°)
であり、短手方向におけるレーザ光の開口数は0.26
(= sin15°)であるものとする。さらに、送信光学
系である対物光学系7の開口数が0.08であるものと
する。また、送信ファイバ4のファイバ径(直径)は1
00μmであるものとする。
【0020】上述したように、本実施例では、長手方向
と短手方向とで異なる倍率を送信リレー光学系2に付与
することができる。したがって、対物光学系7の開口数
0.08に応じて、送信ファイバ4への入射レーザ光の
短手方向における開口数を0.08程度まで小さくする
ために、送信リレー光学系2の短手方向における倍率を
3倍にする構成が考えられる。この場合、送信リレー光
学系2の長手方向における倍率を等倍にすると、送信フ
ァイバ4への入射レーザ光の開口数、ひいては対物光学
系7への入射レーザ光の開口数が短手方向および長手方
向においてともに0.087となる。したがって、対物
光学系7における送信レーザ光のケラレを有効に抑える
ことができる。
【0021】また、送信ファイバ4の入射端4aに形成
される発光部像1aの長手方向寸法は76μmと変化す
ることなく、発光部像1aの短手方向寸法は6μmとな
る。したがって、送信ファイバ4における送信レーザ光
のケラレを回避することができる。このように、本実施
例では、レーザダイオードの発光部1の長手方向と短手
方向とで異なる倍率を有する送信リレー光学系2の作用
により、対物光学系7および送信ファイバ4における送
信レーザ光のケラレを実質的に回避して、送信光量の損
失を有効に抑えることができる。
【0022】なお、上述の実施例では、送信リレー光学
系2中の一対のシリンドリカルレンズ3aおよび3bが
ガリレオ型のアフォーカル光学系を形成しているが、ケ
プラー型のアフォーカル光学系を形成するように構成し
てもよい。また、上述の実施例では、送信リレー光学系
2の長手方向の倍率が等倍である例を示しているが、送
信リレー光学系2の長手方向に必要に応じて所定の倍率
を付与する構成も可能である。
【0023】さらに、上述の実施例では、対物光学系7
が合焦レンズを含んだ合焦式測距装置を例にとって本発
明を説明しているが、ほぼ平行なレーザ光を目標物に照
射するように構成することもできる。この場合、合焦レ
ンズは対物光学系から取り外され、たとえば視準系のダ
イクロイックプリズムと焦点板との間の光路中に配置さ
れる。また、上述の実施例では、送信光学系と受信光学
系とが共通の対物光学系7で構成されているが、送信光
学系と受信光学系とを互いに別の光学系で構成すること
もできる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザ光源の発光部の長手方向と短手方向とで異
なる倍率を有する送信リレー光学系の作用により、送信
光学系および送信ファイバにおける送信レーザ光のケラ
レを実質的に回避することができる。その結果、送信光
量の損失を有効に抑えることのできる効率的な測距装置
を実現することができる。また、送信光学系から射出さ
れる送信レーザ光の光量が多すぎる場合には、半導体レ
ーザ光源の電圧を下げて射出パワーを抑えることができ
るので、光源の寿命を延ばすことが可能となる。
【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全体構成を
概略的に示す図である。
【図2】図1の送信リレー光学系の構成および作用を詳
細に説明するための拡大斜視図である。
【図3】従来の測距装置の構成の一部を概略的に示す斜
視図である。
【図4】図3のレーザダイオードのレーザ拡がり角を説
明する図である。
【符号の説明】
1 レーザダイオードの発光部 2 送信リレー光学系 4 送信ファイバ 5 レーザダイオード(半導体レーザ光源) 6 ダイクロイックプリズム 7 対物光学系(送信光学系および受信光学系) 8 受信ファイバ 9 受信リレー光学系 10 光検出器 11 ポロプリズム 12 焦点板 13 接眼レンズ 14 分割プリズム

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目標物に光を照射するための送光系と、
    該送光系によって光照射された前記目標物からの反射光
    を受光するための受光系とを備えた測距装置において、 前記送光系は、送信レーザ光を供給するための半導体レ
    ーザ光源と、該半導体レーザ光源の発光部の像を所定位
    置に形成するための送信リレー光学系と、前記所定位置
    の近傍に位置決めされた一端を介して入射した送信レー
    ザ光を他端まで伝搬するための送信ファイバと、該送信
    ファイバの他端から射出された送信レーザ光を前記目標
    物へ送光するための送信光学系とを有し、 前記送信リレー光学系は、前記半導体レーザ光源の発光
    部の長手方向軸線と前記送信リレー光学系の光軸とを含
    む第1の面において第1の倍率を有し、前記半導体レー
    ザ光源の発光部の短手方向軸線と前記送信リレー光学系
    の光軸とを含む第2の面において前記第1の倍率とは異
    なる第2の倍率を有することを特徴とする測距装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の倍率の大きさは、前記第1の
    倍率の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項1に
    記載の測距装置。
  3. 【請求項3】 前記送信リレー光学系は、一対の回転対
    称レンズと、該一対の回転対称レンズの間に配置された
    一対のシリンドリカルレンズとを有し、 前記一対のシリンドリカルレンズは、前記第1の面にお
    いてともに無屈折力であり、前記第2の面においてそれ
    ぞれ所定の屈折力を有す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。
  4. 【請求項4】 前記送信光学系は、対物レンズと該対物
    レンズの光軸に沿って移動可能な合焦レンズとを有し、 前記送光系は、前記送信光学系を介して前記目標物上に
    送信レーザ光を集光させることを特徴とする請求項1乃
    至3のいずれか1項に記載の測距装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007218807A (ja) * 2006-02-17 2007-08-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザ監視装置
KR20210158597A (ko) 2020-06-24 2021-12-31 주식회사 오토닉스 광학 센서

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JP2007218807A (ja) * 2006-02-17 2007-08-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザ監視装置
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