JPH10332816A - 測距装置 - Google Patents

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。