JP2003536061A - 光学測距装置 - Google Patents
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Abstract
Description
装置に関する。
用される、光源としてレーザダイオードを有する送信器の照射密度は、一般的に
、目の保護の観点で許容される程度よりも小さくされる。さらに、個別レーザダ
イオードから放射された光ビームは、通常、不利にも、非常に長い横断面を有し
ており、その結果、不十分な濃度でしか目標に達せず、不十分な光流となって測
定誤差を生じることがある。この理由から、冒頭に記載したような測距装置の到
達範囲並びに測定精度及び確実度は、所望の基本的に可能である値よりも小さい
。
と目標での高い光流を達成することができる、冒頭に挙げた光学測距装置を提供
することである。
り、即ち、極めて長い測定距離を達成することができ、又は、所定の到達範囲で
、測定精度を高めることができる点にある。この利点は、比較的小さなセンサ光
学系で達成され、その結果、装置全体を小さく保持することができるようになる
。
ビーム横断面を示す図 である。
信器は、例えば、公知のように、光学系及びアバランシェフォトダイオード、並
びに、同様に公知の構成の電子制御及び評価ユニットを用いて構成することがで
き、電子制御及び評価ユニットは、送信器による光パルスの送信を制御し、反射
された光パルスを受信する受信器の出力信号を評価する。測距は、伝搬時間測定
又は位相比較方法により行うことができる。ここで、「光」とは、スペクトルの
可視領域に限定されず、少なくとも赤外領域も含むものとする。
いる。しかし、どんな場合でも、本発明の測距装置の送信器は(図1−5)、コ
リメータ1を有しており、コリメータの前に設けられた、各々少なくとも2つの
部分光源から構成された光源、並びに、ビーム路内で光源とコリメータとの間に
設けられたビーム収束光学系2を有している。各部分光源は、レーザダイオード
を有しており、このレーザダイオードは、通常のように、端面放射器であり、又
は、放射端面の方向に順次連続して配設された前述のような複数個のレーザダイ
オードである。レーザダイオード全てに共通の波長は、赤外領域、有利には、8
50nm〜980nm又は1550nmである。レーザダイオードから放射され
る光ビームの横断面は、その都度、放射端面の極めて近傍に設けられる、光の回
折又は屈折に基づくビーム形成光学系を用いて、放射端面に対して平行に位置移
動することによって小さくなり、そのために、放射端面に対して横方向に拡大さ
れ、それにより、光ビームが一層強く集中される。
き、その結果、高い横方向分解能で距離走査することができる。1550nmの
波長も、非常に有利である。その理由は、目の安全性の観点で設定された、約8
mJの許容範囲の個別パルスエネルギの上側限界値は、波長630nm〜980
nmの波長の場合よりも約16000の係数だけ高いからである。この係数を少
なくとも部分的に利用すると(本発明により可能である)、到達範囲を極めて著
しく長くするか、又は、所与の到達範囲で測定精度を高めることができる。
分光源3a,bから構成されている。ビーム収束光学系2は、両部分光源に共通
の収束光学系4として構成されており、この収束光学系4は、両部分光源から放
射された部分ビーム5a,bをコリメータ1の物体平面6に収束する。各部分ビ
ーム5a,bは各個別に開口いっぱいに拡がり、従って、各部分ビーム5a,b
の各横断面は、開口でほぼ重畳する。コリメータ1に続いて、各部分ビーム5a
,bは、再度相互に並ぶが、但し、幅が拡がって、目標にビームの横断面が直接
相互に隣接して照射される(図1b)。送信器から放射された光ビームは、個別
レーザダイオードから放射された光ビームのほぼ2倍の大きさの光流で目標に照
射される。
れている。各部分光源が各々、固有の収束光学系4a;bに配属されており、各
収束光学系4a;bは、各部分光源から放射された部分ビーム5a乃至5bを、
コリメータ1の物体平面6に収束する。各部分ビーム5a,bは、相互に並んで
コリメータ1の開口に入射し、その際、各部分ビーム5a,bは、ほぼ完全に開
口いっぱいに拡がり、コリメータ1に続いて平行に、横断面が丸い光ビームを形
成する(図2b)。この光ビームは、個別レーザダイオードから放射された光ビ
ームのほぼ2倍の高さの光流のみならず、横断面がもっと有利な光流で目標に入
射される。
されており、ビーム収束光学系2は、各部分光源3a,bと同様に配設された各
収束光学系4a;b、並びに、各収束光学系4a;b間に配設されたプリズム7
を偏向要素として有している。プリズム7は、2つの反射面8a,bを有してお
り、この反射面8a,bは、各部分光源3a,bから放射された部分光ビーム5
a,bを、共通の別の収束光学系9に偏向し、この収束光学系9は、第1の構成
図の光源の場合と同様に、コリメータ1の物体平面6に収束し、コリメータ1の
開口に導き、コリメータ1の開口で、各部分光ビーム5a,bはほぼ重畳する。
ビームの横断面は、図1bに相応する。偏向要素を用いることにより、各部分光
源3a,bを比較的広く相互に離隔して配設することができるようになり、その
結果、レーザダイオードを容易に冷却することができるようになる。
、各収束光学系4a,b,9が第3の構成図の場合とは別様に調整される点にあ
る。つまり、第2の構成図による光源の場合と同様に、実際上、各部分光ビーム
5a,bは重畳せず、相互に並んで開口に入射した各部分光ビーム5a,bは、
コリメータ1の開口いっぱいに拡がり、コリメータ1に続いてほぼ平行に、図2
bのビーム横断面に相応するようにして伝搬する。
細にではあるが同様に略示されている。この構成では、コリメータ1とビーム収
束光学系2の他に部分光源3a,b及び別の2つの部分光源,3c,dが設けら
れており、部分光源3a,bは、相互に垂直方向に配向された同一偏光の各部分
ビーム5a,bを放射し、別の2つの部分光源,3c,dは、同様に相互に垂直
方向に配向された各部分ビーム5c,dを放射し、各部分ビーム5c,dの偏光
は、各部分ビーム5a,bの偏光方向に対して垂直方向に偏光されている。部分
光源3a,b,c,dは、各々レーザダイオード10及び当該レーザダイオード
10の後ろに僅かな間隔で配設された円柱レンズ11から構成されている。各部
分光源3a,b,c,dの各々の後ろ側には、収束光学系4a;b;c;dが設
けられている。
半分が透過性である板12aが設けられており、その結果、この板12aは、部
分ビーム5aを透過するが、しかし、部分ビーム5bは、部分ビーム5aに対し
て平行な方向に偏向される。収束光学系4c,dの後ろ側に設けられた第2の偏
向要素は、第1の偏向要素と同様に、半分が鏡面状であって、半分が透過性の板
12bとして構成されており、この板12bは、部分ビーム5cを透過し、他方
、部分ビーム5dを、部分ビーム5cに対して平行な方向に偏向する。部分ビー
ム5a,b及び部分ビーム5c,dは、各々直接相互に並んで立方体偏光器13
に達し、この立方体偏光器に、部分ビーム対は相互に直角に入射する。その際、
各部分ビーム5a,bは、各々部分的に、この各部分ビーム5a,bに対して直
角方向に偏光された各部分ビーム5c,dが重畳し、この各部分ビーム5c,d
は、別の収束光学系9によって、コリメータ1の物体平面6で収束し、コリメー
タの開口に偏向され、このようにして、開口のほぼいっぱいにビームが拡げられ
る(図6)。その際、円形光スポットの真ん中に、2倍の照射濃度の、ほぼ矩形
状のスポットが形成され、このスポットで、各々直交偏光の2つの部分ビームが
重畳される。
、図示の2つの部分光源より多くの部分光源を用いることができる。各部分光源
の個数を増やして、偏向要素による部分ビームの集束をカスケードに形成する、
等である。結局、殊に、前述の範囲外である、波長が600nm〜1000nm
、特に、630nm〜980nmのレーザダイオードを用いてもよい。
す図
横断面を示す図
Claims (13)
- 【請求項1】 送信器、受信器、制御及び評価ユニットを有する光学測距装
置であって、前記送信器は、コリメータ(1)と、当該コリメータ(1)の前に
設けられた光源とを有している光学測距装置において、 光源は、各々1つのレーザダイオード付きの複数の部分光源(3a,3b,3c
,3d)を有しており、前記レーザダイオードは全て、同じ波長のビームを送信
し、並びに、前記レーザダイオードの後ろ側に設けられたビーム収束光学系(2
)を有しており、前記ビーム収束光学系(2)は、前記部分光源(3a,3b,
3c,3d)から放射された部分ビーム(5a,5b,5c,5d)を収束して
、コリメータ(1)の開口に導く ことを特徴とする光学測距装置。 - 【請求項2】 波長は、850nm〜980nmである請求項1記載の光学
測距装置。 - 【請求項3】 波長は、約1550nmである請求項1記載の光学測距装置
。 - 【請求項4】 ビーム収束光学系(2)は、ビーム路内に、部分光源(3a
,3b,3c,3d)又は複数の部分光源(3a,3b,3c,3d)と、コリ
メータとの間に設けられた、少なくとも1つの収束光学系(4a,4b,4c,
4d,9)を有している請求項1から3迄の何れか1記載の光学測距装置。 - 【請求項5】 各々複数の部分光源(3a,3b)の直ぐ後ろ側に収束光学
系(4)が設けられている請求項4記載の光学測距装置。 - 【請求項6】 各部分光源(3a,3b,3c,3d)の直ぐ後ろ側に収束
光学系(4a;4b;4c;4d)が設けられている請求項5記載の光学測距装
置。 - 【請求項7】 ビーム収束光学系(2)は、少なくとも1つの偏向要素を有
しており、該偏向要素は、各々、部分光源(3a,3b,3c,3d)から放射
された部分ビーム(5a;5b;5c;5d)の少なくとも1つの部分ビームを
偏光する請求項1から6迄の何れか1記載の光学測距装置。 - 【請求項8】 少なくとも1つの偏向要素が、複数反射面(8a,8b)を
有するプリズム(7)として構成されている請求項7記載の光学測距装置。 - 【請求項9】 少なくとも1つの偏向要素は、少なくとも部分的に鏡面化さ
れた板(12a,12b)として構成されている請求項7又は8記載の光学測距
装置。 - 【請求項10】 ビーム収束光学系(2)は、種々異なる、有利には、相互
に直交方向の偏光の各部分ビーム(5a,5b,5c,5d)を重畳するために
、少なくとも1つの重畳要素を有している請求項1から9迄の何れか1記載の光
学測距装置。 - 【請求項11】 少なくとも1つの重畳要素は、立方体偏光器(13)とし
て構成されている請求項10記載の光学測距装置。 - 【請求項12】 ビーム収束光学系(2)は、各部分ビーム(5a,5b)
をコリメータ(1)の開口に導いて、該開口で、大部分重畳するように構成され
ている請求項1から11迄の何れか1記載の光学測距装置。 - 【請求項13】 ビーム収束光学系(2)は、各部分ビーム(5a,5b)
をコリメータ(1)の開口に導いて、該開口で、高々僅かしか重畳しないように
して、前記開口に続いてほぼ平行に伝搬するように構成されている請求項1から
11迄の何れか1記載の光学測距装置。
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