JP2011027709A

JP2011027709A - レーザー距離計

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Publication number: JP2011027709A
Application number: JP2010007799A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamada; 健司山田
Original assignee: Nikon Vision Co Ltd
Current assignee: Nikon Vision Co Ltd
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2030-01-18
Also published as: US20100321669A1; JP4927182B2; US8605259B2; US8477290B2; US20130114063A1

Abstract

【課題】小型化と測定距離の長大化を両立させたレーザー距離計を提供する。
【解決手段】レーザー距離計１００は、線状の発光部１０ａから当該発光部１０ａの長手方向の発散角より短手方向の発散角が大きい光を放射する光源１０と、この光を目標物体に投射し、当該目標物体で反射した反射光を集光する対物レンズ３０と、光源１０と対物レンズ３０との間に配置され、光源１０から放射された光を透過する送光領域２１ａ、及び、目標物体で反射して対物レンズ３０で集光された反射光を反射する受光領域２１ｂからなる部分反射面２１を有する部分反射部材２０と、この部分反射面２１の受光領域２１ｂで反射した反射光を受光する受光素子４０と、を有し、光軸方向から見たときに、光源１０に対して部分反射部材２０を、発光部１０ａの長手方向に対して送光領域２０ａの長手方向が略直交するように配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー距離計に関する。

従来のレーザー距離計としては、送光レンズ系と受光レンズ系とが完全に独立して配置されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３５０５４３号公報

しかしながら、送光レンズ系と受光レンズ系とを完全に独立した配置とする従来のレーザー距離計では、小型化に不利であった。これらの送光レンズ系と受光レンズ系とを共通化して小型化することは技術的に可能であったが、十分な測定光量を確保することができず、測定距離を遠方まで長く取ることが困難であるという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、従来に比して小型化と測定距離の長大化とを両立させたレーザー距離計を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、第１の本発明に係るレーザー距離計は、線状の発光部から当該発光部の長手方向の発散角より短手方向の発散角が大きい光を放射する光源と、この光を目標物体に投射し、当該目標物体で反射した反射光を集光する対物レンズと、光源と対物レンズとの間に配置され、光源から放射された光を透過する送光領域、及び、目標物体で反射して対物レンズで集光された反射光を反射する受光領域からなる部分反射面を有する部分反射部材と、この部分反射面の受光領域で反射した反射光を受光する受光素子と、を有し、光軸方向から見たときに、光源に対して部分反射部材を、発光部の長手方向に対して送光領域の長手方向が略直交するように配置する。

また、第２の本発明に係るレーザー距離計は、線状の発光部から当該発光部の長手方向の発散角より短手方向の発散角が大きい光を放射する光源と、この光を目標物体に投射し、当該目標物体で反射した反射光を集光する対物レンズと、光源と対物レンズとの間に配置され、光源から放射された光を反射する送光領域、及び、目標物体で反射して対物レンズで集光された反射光を透過する受光領域からなる部分反射面を有する部分反射部材と、この部分反射面の受光領域を透過した反射光を受光する受光素子と、を有し、光軸方向から見たときに、光源に対して部分反射部材を、発光部の長手方向に対して送光領域の長手方向が略直交するように配置する。

このようなレーザー距離計は、対物レンズと部分反射部材との間に配置され、可視光を反射し、前記光を透過する波長分離面を有する波長分離部材と、対物レンズで結像され、波長分離面で反射して形成された可視光による目標物体の一次像を観察する接眼レンズと、を有することが好ましい。

また、このようなレーザー距離計は、対物レンズの少なくとも一部を、光軸に対して直交する方向の成分を持つように移動させることが好ましい。

また、このようなレーザー距離計は、合焦に際し、対物レンズの少なくとも一部を、光軸に沿って移動させることが好ましい。

本発明に係るレーザー距離計を以上のように構成すると、小型化と測定距離の長大化とを両立させることができる。

第１の実施形態に係るレーザー距離計の構成を示す説明図である。光源から放射されたレーザー光と部分反射面との関係を説明するための説明図であって、（ａ）は光源から放射された光束の広がりを示し、（ｂ）は部分反射面における対物レンズの瞳と光源から放射された光束との関係を示し、（ｃ）及び（ｄ）は部分反射面の変形例を示す。第２の実施形態に係るレーザー距離計の構成を示す説明図である。第３の実施形態に係るレーザー距離計の構成を示す説明図である。第４の実施形態に係るレーザー距離計の構成を示す説明図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、第１の実施形態に係るレーザー距離計１００の構成について説明する。このレーザー距離計１００は、半導体レーザーである光源１０と、部分反射部材２０と、対物レンズ３０と、受光素子４０と、を有して構成される。光源１０は、対物レンズ３０の焦点若しくはその近傍に配置されている。また、部分反射部材２０は、光軸に対して斜めに傾けて配置される部分反射面２１を有し、光源１０と対物レンズ３０との間に配置されている。この部分反射面２１は、３つの領域に分割されており、光軸を含むように位置する略矩形状の送光領域２１ａと、その上下に配置された略矩形状の２つの受光領域２１ｂと、から構成されている。また、この第１の実施形態においては、送光領域２１ａは光源１０からの光を透過する光透過面（Ｔ）として構成され、受光領域２１ｂは、対物レンズ３０側から入射してきた反射光をさらに反射する光反射面（Ｒ）として構成されている。そしてこの受光領域２１ｂで反射した光が集光する位置（対物レンズ３０の焦点若しくはその近傍）に受光素子４０が配置されている。

このような構成のレーザー距離計１００において、光源１０からパルス状に発射されたレーザー光（以下、「測定光」とも呼ぶ）は、部分反射面２１の略中央部に形成された送光領域２１ａを透過して対物レンズ３０に入射し、この対物レンズ３０で略平行光に変換されて図示しない目標物体に投射される。そして、この目標物体で反射し拡散された測定光（以下、「反射光」とも呼ぶ）は、その一部が対物レンズ３０に入射して集光され、部分反射面２１に形成された受光領域２１ｂで反射されて受光素子４０に集光する。そのため、受光した反射光に応じてこの受光素子４０から出力される電気信号を図示しない距離算出部により処理し、測定光の発射から反射光の受光までの時間を測定することにより、この時間と光の速さを用いてレーザー距離計１００から目標物体までの距離を算出することができる。このように、測定光の送光と反射光の受光とを、共通の部分反射部材２０及び対物レンズ３０を用いて構成すると、このレーザー距離計１００を小型化することができる。

ところで、このような測定光（レーザー光）を放射する光源１０の発光部１０ａは、非常に小さいが厳密には点ではなく、長さと幅を有した線状の領域を形成している。その長さは幅の数倍から数十倍あり、半導体レーザーの種類により異なる。特に、高出力のものでは数百倍に及ぶものがある。このように発光部１０ａは点ではなく、むしろ線に近いため、この発光部１０ａから射出されたレーザー光の光束Ｌの断面形状（遠視野像）は、図２（ａ）に示すように、その発光部１０ａの長さ方向が短軸で、幅方向が長軸の楕円形状となる。ここで、発光部１０ａの法線方向（レーザー光が放射される方向であって、レーザー距離計１００の光軸方向）をｚ軸とし、幅方向をｘ軸とし、長さ方向をｙ軸として定義すると、図２（ｂ）に示すように、光源１０から放射されたレーザー光（測定光）は、対物レンズ３０の瞳ＰＩ内において、ｘ軸方向は中心（光軸）から周辺まで広く、ｙ軸方向は中心（光軸）付近の狭い領域に広がる楕円状の領域を通過することになる。

このようなレーザー距離計１００の測定距離を長くするためには、光源１０から放射されるレーザー光の利用効率を高くすることが必要である。そのため、この第１の実施形態に係るレーザー距離計１００では、図２（ｂ）に示すように、部分反射面２１の送光領域２１ａ及び受光領域２１ｂを略矩形状に形成してｙ軸方向に並べて配置し、光軸（ｚ軸）方向から見たときに、光源１０に対して部分反射面２１を構成する送光領域２１ａの長手方向を、光源１０の発光部１０ａの長手方向に対して略直交するように（楕円形状の光束Ｌの長軸方向と略矩形状の送光領域２０ａの長手方向とを一致させるように）配置している。光源１０（発光部１０ａ）及び部分反射面２１（送光領域２１ａ及び受光領域２１ｂ）をこのように配置すると、断面が楕円形状のレーザ光の放射領域に対して、最も効率的に射出光量を確保することができ、これにより測定距離を長大化できる。また、目標物体から反射し対物レンズ３０に入射したレーザー光（反射光）は、光源１０からの測定光が通過しない領域（ｘ軸に対して線対称に位置するｙ軸方向の周辺領域）に配置された受光領域２１ｂで受けて、受光素子４０に導くことができるので、反射光に対しても十分な領域を確保することができる。

［第２の実施形態］
図３に示す第２の実施形態に係るレーザー距離系２００のように、部分反射部材２０に形成された部分反射面２１は、送光領域２１ａを光反射面（Ｒ）とし、２つの受光領域２１ｂを光透過面（Ｔ）として構成することもできる。この場合、光源１０から発射された測定光は、部分反射面２１の中央部に形成された送光領域２１ａで反射されて対物レンズ３０に入射し、この対物レンズ３０で略平行光に変換されて図示しない目標物体に投射され、この目標物体で反射し拡散された反射光は、その一部が対物レンズ３０に入射して集光され、部分反射面２１に形成された受光領域２１ｂを透過して受光素子４０に結像するように構成される。なお、このような構成においても、光源１０（発光部１０ａ）及び部分反射面２１（送光領域２１ａ及び受光領域２１ｂ）の配置については上述の通りである。

なお、以上の第１及び第２の実施形態に係るレーザー距離計１００，２００においては、部分反射面２１の送光領域２１ａ及び受光領域２１ｂを略矩形状に形成した場合について説明したが、この形状に限定されることはなく、例えば、図２（ｃ）に示すように、略矩形状の部分反射面２１に対して、送光領域２１ａを楕円形状に形成し、それ以外の部分を受光領域２１ｂとすることもできるし、図２（ｄ）に示すように、円形状の部分反射面２１の略中央部に楕円形状の送光領域２１ａを形成し、それ以外の部分を受光領域２１ｂとすることもできる。いずれの場合も、上述のように、送光領域２１ａの長軸（長手方向）が発光部１０ａの長手方向に対して略直交するように配置される。

［第３の実施形態］
それでは、図４を用いて第３の実施形態として、上述の第１の実施形態に係るレーザー距離計１００を基本構成として有するレーザー距離計３００について説明する。このレーザー距離計３００は、物体側から順に、対物レンズ３０と、プリズム部材５０と、保護フィルター６０と、液晶表示素子７０と、接眼レンズ８０と、を有し、また、プリズム部材５０で分離された光路上に、部分反射面２１と、コンデンサレンズ１１及び光源１０と、背景光遮断フィルター４１及び受光素子４０と、が配置されている。また、プリズム部材５０は、対物レンズ３０で形成される被写体（目標物体）の倒立像を正立像に変換する正立プリズムを構成する第１プリズム５１及び第２プリズム５２と、第１プリズム５１に接合されて、その接合面に物体を観察するための可視光を反射し、測定光（レーザー光）を透過することによりこれらの光を分離する波長分離面５５ａが形成された第３プリズム５３と、第３プリズム５３に接合されて、その接合面に上述の部分反射面２１が形成された第４プリズム５４と、から構成されている。このように、第１プリズム５１及び第３プリズム５３で、波長分離部材であるダイクロイックプリズム５５を形成している。また、第３プリズム５３及び第４プリズム５４で、上述の部分反射部材２０を構成しており、光反射面である受光領域２１ｂには、例えば、アルミニウムの反射膜が蒸着されている。

このような構成のレーザー距離計３００において、被写体（目標物体）から射出された光（可視光）は、対物レンズ３０で集光され、第１プリズム５１に入射し、この第１プリズム５１の反射面５１ａ及び波長分離面５５ａで反射して第２プリズム５２に入射する。そして、この光は第２プリズム５２で３回反射されて射出し、保護フィルター６０を透過した後、被写体の一次像（正立像）として結像される。この一次像と略同一位置には、液晶表示素子７０が配置されており、測定者は、接眼レンズ８０を介して、被写体の一次像と液晶表示素子７０に表示された画像とを重ね合わせて拡大観察することができる。すなわち、対物レンズ３０、正立プリズム（第１及び第２プリズム）５１，５２、保護フィルター６０、液晶表示素子７０及び接眼レンズ８０で望遠鏡光学系を形成し、測定者は目標物体の視準を行うことができる。

一方、光源１０から発射された測定光（レーザー光）は、コンデンサレンズ１１で集光されて第４プリズム５４に入射し、部分反射面２１の送光領域２１ａを透過して第３プリズム５３に入射し、さらに、波長分離面５５ａに入射する。上述のように波長分離面５５ａは、レーザー光を透過するものであるため、この測定光は波長分離面５５ａを透過して第１プリズム５１に入射し、第１の反射面５１ａで反射されてこの第１プリズム５１を射出し、対物レンズ３０で略平行光に変換されて目標物体に投射される。また、目標物体で反射し拡散された測定光の一部（反射光）は、対物レンズ３０に入射して集光され、第１プリズム５１に入射し、第１の反射面５１ａで反射され、波長分離面５５ａを透過して第３プリズム５３に入射する。そして、この反射光は、部分反射部材２０の受光領域２１ｂで反射された後、第３プリズム５３で１回反射し、背景光遮断フィルター４１を透過して受光素子４０に結像する。なお、このような反射光（目標物体で反射された測定光）には、この測定光以外の光が含まれているため、受光素子４０で受光されたときにノイズとなってＳＮ比を低下させてしまう。そのため、背景光遮断フィルター４１を用いて、測定光以外の光を極力遮断し、ＳＮ比を向上させている。また、反射光（レーザー光）は、上述のように波長分離面５５ａで可視光から分離されるが、この波長分離面５５ａで分離されずに残ったレーザー光が測定者の眼に届かないように、保護フィルター６０でこのようなレーザー光を除去している。

レーザー距離計３００を以上のように構成すると、測定者は、接眼レンズ８０を介して目標物体を視準した状態でこの目標物体に測定光を照射することができるため、目標物体を正確に補足してこの目標物体までの距離を測定することができる。また、測定された距離は液晶表示素子７０に画像として表示することにより、測定者の観測視野内に表示されるため、この測定者は、目標物体と共にその目標物体までの距離を確認することができる。

［第４の実施形態］
第３の実施形態に示すような手持ちの携帯式のレーザー距離計３００では、手ブレによって視準している目標物体の像がブレるため、測定位置を定めにくいという課題があった。そこで、第４の実施形態として、対物レンズの少なくとも一部を防振レンズとし、この防振レンズを光軸に対して直交する方向の成分を持つように移動させることにより、像のブレを抑えるように構成したレーザー距離計４００について説明する。なお、第３の実施形態に示したレーザー距離計３００と同一の部材については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示すレーザー距離計４００は、第３の実施形態に係るレーザー距離計３００の対物レンズ３０を、防振を行うために適したレンズ系（対物レンズ４３０）に置き換えている。すなわち、この対物レンズ４３０は、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、から構成され、第２レンズ群Ｇ２を光軸に対して直交する方向の成分を持つように移動させて防振を行うように構成されている。物体側に配置された第１レンズ群Ｇ１が正の屈折力を有することにより、この第１レンズ群Ｇ１で光束を絞ることができ、第２レンズ群Ｇ２の径を小さくすることができる。そのため、第２レンズ群Ｇ２は、防振のために移動させるのが容易になる。なお、この場合、手ブレを検出するためのジャイロセンサー（角速度センサーなど）を設け、検出されたブレを打ち消す方向に防振レンズを移動させるように構成する。

また、このような構成のレーザー距離計４００は、近距離物体との距離を測定する場合に、対物レンズ４３０の少なくとも一部を合焦レンズとし、この合焦レンズを光軸に沿って移動させることにより、近距離物体に合焦を行いその像を鮮明に観察できるように構成することができる。図５に示す構成のレーザー距離計４００においては、第２レンズ群Ｇ２を合焦レンズとしている。

なお、対物レンズ４３０全体を防振レンズや合焦レンズとして用いることもできるし、この対物レンズ４３０を３群以上のレンズ群で構成し、その一部を防振レンズや合焦レンズとすることができる。このとき、防振と合焦のそれぞれを異なるレンズ群で行っても良い。

また、第３の実施形態に係るレーザー距離計３００において、背景光遮断フィルター４１は第３プリズム５３に接合されていたが、この第４の実施形態に係るレーザー距離計４００のように、背景光遮断フィルター４１を第３プリズム５３から離して配置することも可能である。

１０光源１０ａ発光部２０部分反射部材
２１部分反射面２１ａ送光領域２１ｂ受光領域
３０，４３０対物レンズ４０受光素子
５５ダイクロイックプリズム（波長分離部材）５５ａ波長分離面
８０接眼レンズ１００，２００，３００，４００レーザー距離計

Claims

線状の発光部から当該発光部の長手方向の発散角より短手方向の発散角が大きい光を放射する光源と、
前記光を目標物体に投射し、当該目標物体で反射した反射光を集光する対物レンズと、
前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、前記光源から放射された前記光を透過する送光領域、及び、前記目標物体で反射して前記対物レンズで集光された前記反射光を反射する受光領域からなる部分反射面を有する部分反射部材と、
前記部分反射面の前記受光領域で反射した前記反射光を受光する受光素子と、を有し、
光軸方向から見たときに、前記光源に対して前記部分反射部材を、前記発光部の長手方向に対して前記送光領域の長手方向が略直交するように配置したレーザー距離計。
線状の発光部から当該発光部の長手方向の発散角より短手方向の発散角が大きい光を放射する光源と、
前記光を目標物体に投射し、当該目標物体で反射した反射光を集光する対物レンズと、
前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、前記光源から放射された前記光を反射する送光領域、及び、前記目標物体で反射して前記対物レンズで集光された前記反射光を透過する受光領域からなる部分反射面を有する部分反射部材と、
前記部分反射面の前記受光領域を透過した前記反射光を受光する受光素子と、を有し、
光軸方向から見たときに、前記光源に対して前記部分反射部材を、前記発光部の長手方向に対して前記送光領域の長手方向が略直交するように配置したレーザー距離計。
前記対物レンズと前記部分反射部材との間に配置され、可視光を反射し、前記光を透過する波長分離面を有する波長分離部材と、
前記対物レンズで結像され、前記波長分離面で反射して形成された前記可視光による前記目標物体の一次像を観察する接眼レンズと、を有する請求項１または２に記載のレーザー距離計。
前記対物レンズの少なくとも一部を、光軸に対して直交する方向の成分を持つように移動させる請求項１〜３いずれか一項に記載のレーザー距離計。
合焦に際し、前記対物レンズの少なくとも一部を、光軸に沿って移動させる請求項１〜４いずれか一項に記載のレーザー距離計。