JP4127579B2

JP4127579B2 - 光波距離計

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Publication number: JP4127579B2
Application number: JP36485398A
Authority: JP
Inventors: 繁坂本; 重幸中村; 重樹仲瀬; 登文富田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: JP2000186928A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光とその反射を用いて被測定物体の有無及び被測定物体までの距離を検出する光波距離計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば無人搬送車に搭載する距離センサシステムとして、外部に出射される照射光を発生させるレーザや発光ダイオードなどを用いた投光器と、被測定物体からの反射光を検出するフォトダイオードなどを用いた受光器とを有して構成されて、受光の有無によって検出方向における被測定物体の有無を、また、照射光と反射光との時間差・位相差などから被測定物体までの距離を検出する光波距離計が知られている。
【０００３】
このとき、照射光は所定の検出光軸に沿って出射されるのに対し、反射光は検出光軸上にある被測定物体の検出点からある程度の角度範囲に対して広がって反射されるので、反射光を受光器に効率良く取り込むために受光レンズが設置される。このような光波距離計としては、例えば特開平１０−１０２３３号に示されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
距離計においては、例えば数十ｃｍから１００ｍ以上までの広い測定距離の範囲に対してその距離検出の精度を一定以上に保つことが、実用上重要である。
【０００５】
しかしながら、上記したような光学式の距離計においては、受光器によって検出される反射光の光量（受光光量）は、被測定物体までの距離によって大きく変化する。この変化は、通常のレンズ系においては、被測定物体がある検出点からみた受光レンズの立体角等に主に依存する。したがって、受光光量はおよそ被測定物体までの距離の二乗に反比例し、例えば、測定距離が１００ｍの場合、測定距離が１ｍの場合と比較して受光光量は１／１００００程度となる。この場合、検出可能な測定距離範囲を充分に広くして、上記のように広い光量レンジで変化する受光光量範囲の全体について距離検出を行おうとすると、測定距離が大きくなるとともに受光光量が急激に減少して、その距離検出の精度が低下する。
【０００６】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、広い測定距離範囲について安定した距離検出精度を有する光波距離計を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光波距離計は、ハウジング内部に投光器と受光器とを備え、投光器からの照射光をハウジング外部に所定の検出光軸に沿って出射し、検出光軸上の被測定物体からの反射光を受光レンズを通して受光器に入射して、被測定物体の有無及び被測定物体までの測定距離を検出する光波距離計において、投光器、受光器及び受光レンズは、それぞれ検出光軸を中心軸として同軸に配置され、受光レンズのそれぞれのレンズ部位が、検出光軸側から外側に向かって順次、検出光軸上にある照射光の投光される領域、測定距離に関する近距離検出用レンズ部位、及び遠距離検出用レンズ部位となるように受光レンズが形成され配置され、領域と近距離検出用レンズ部位との間、及び近距離検出用レンズ部位と遠距離検出用レンズ部位との間におけるハウジングの内側の面が、連続的な曲面として形成され、近距離検出用レンズ部位及び遠距離検出用レンズ部位は、共に反射光を受光器に集光させるように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この光波距離計においては、光学系は、各光学要素が検出光軸上に配置された同軸系としている。光波距離計としては、例えば上記した特開平１０−１０２３３号に示された装置のように反射光の受光光学系の光軸を投光光学系の光軸とは異なるものとして、投光光学系と受光光学系とを別個に設置するものがある。しかし、そのような装置においては、特に受光光学系について、集光された反射光のスポットが大きくなるとともに、測定距離によって反射光の入射条件が変化するためにスポットの中心位置が受光器の受光面上を移動してしまう。そのため、測定距離範囲を広くするためには、フォトダイオードなどの受光素子として大面積のものを用いる必要がある。しかしながら、受光素子を大面積化した場合には素子の高速応答が困難となり、また受光の時間分解能が低下し、それによって距離分解能が低下してしまう。
【０００９】
これに対して、本距離計のように投光光学系及び受光光学系を同軸光学系とすることによって、集光後の反射光のスポットをより小さくするとともに測定距離によるスポットの中心位置の移動を無くすことができる。したがって、同軸光学系を用いた本距離計においては、受光器の受光面積を小さくすることによって高速応答を実現し、かつ距離分解能を向上させることができる。
【００１０】
ここで、光波距離計から検出点Ｐにある被測定物体までの距離である測定距離をｄとし、一方、受光レンズの各部位について、レンズの中心軸である検出光軸からの位置（検出光軸からの距離）がｘであるレンズ部位をＱとしたとき、検出点Ｐからレンズ部位Ｑに入射する反射光の入射角度は測定距離ｄによって変化する。したがって、受光器による受光光量の変化については、同軸光学系を採用した場合、上記した受光器における受光面積等の設定と、受光レンズにおける各レンズ部位Ｑの形状・焦点距離等の設定によって、測定距離ｄのそれぞれの検出点Ｐからの反射光に対して、受光器による受光光量に寄与するレンズ部位Ｑの位置ｘの範囲をそれぞれ調整・設定し、これによって各検出点Ｐに対する受光光量、及び受光光量の測定距離ｄによる変化を制御することが可能となる。
【００１１】
本発明による光波距離計においては、この受光レンズに関して、検出点Ｐまでの測定距離ｄが大きくなるにしたがって、検出点Ｐからの反射光を受光器の受光面内に集光させるレンズ部位Ｑの検出光軸からの位置ｘが大きくなるように受光レンズを形成・配置する。このようにそれぞれの検出点Ｐとレンズ部位Ｑとを対応させた構成とすることによって、受光器に集光されて距離検出に用いられる受光光量を調整・設定し、特に、受光光量の測定距離による変化を抑制して、広い測定距離範囲に対して安定した距離検出精度を有する光波距離計とすることができる。
【００１２】
上記した受光レンズの形状としては、例えば、一方の面を平面とし、他方の面を検出光軸に対して回転対称な所定の曲面として形成された非球面レンズから形成されたものを用いることができる。また、検出光軸を中心軸とした回転対称な曲面を有し、曲面は、検出光軸側から外側に向かって曲率が連続的に変化するように形成されたものを用いることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による光波距離計の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１４】
図１は、本発明に係る光波距離計の一実施形態を、そのハウジングについて一部破断して示す斜視図である。本実施形態における光波距離計は、直方体形のハウジング３０内に各光学要素等が配置されて構成されている。また、この光波距離計は投光光学系と受光光学系とを同軸光学系としたものであり、すべての光学要素は、所定の検出光軸を中心軸として設置されている。以下、検出光軸に対して垂直で、検出対象である被測定物体と対面するハウジング３０の面をハウジング前面３１、反対側の面をハウジング後面３２とする。なお、ハウジング３０内の制御回路系や配線、各光学要素の支持機構、などについては、図示を省略する。
【００１５】
ハウジング３０内にある検出光軸上の所定の位置には、ハウジング前面３１側に向かって照射光を出射するように設置された、例えば半導体レーザなどの発光素子を含む投光器１０が、検出光軸と一致した光路１ａを投光光路として配置されている。投光器１０の前方には投光レンズ１１が設けられている。また、ハウジング前面３１には外部に向けて開放された矩形の開口部３１ａが形成されており、これによって、投光器１０から出射された照射光は、投光レンズ１１及び開口部３１ａを介して、投光光路１ａに沿った所定の検出方向に向けて投光される。
【００１６】
投光された照射光は、投光光路１ａ上にある被測定物体によって反射される。検出光軸上の、投光器１０に対してハウジング後面３２側にある所定の位置には、被測定物体からの反射光を検出するように設置された、例えばＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどの受光素子を含む受光器２０が配置されている。反射光は、被測定物体のある検出点から検出光軸を含む角度範囲に広がって反射され、そのうちハウジング前面３１に形成された開口部３１ａの範囲内に到達した反射光がハウジング３０の内部に入射される。なお、受光器２０の投光器１０からの配置の距離については、同軸光学系の場合には投光器１０の範囲が受光器２０による反射光の受光に寄与できない領域となることを考慮して、必要な測定距離範囲などから設定される。
【００１７】
ハウジング３０の開口部３１ａには、開口部３１ａの範囲を覆うように受光レンズ２１が設置されている。この受光レンズ２１は、後述するように所定の条件によって被測定物体からの反射光を受光器２０に集光するものであり、例えば、ハウジング３０に対して外側の面を平面とし、内側の面を検出光軸が対称軸である曲面とした非球面レンズを開口部３１ａの形状、図１においては矩形状、に切り出したものが用いられる。これによって、被測定物体によって反射された反射光は、図１中に受光光路１ｃによって例示されているように、開口部３１ａに設置された受光レンズ２１を介して受光器２０の受光面上に集光・入射されて検出される。
【００１８】
以上によって、投光器１０と受光器２０が同軸の検出光軸上に配置され、投光光学系と受光光学系とが同軸光学系である光波距離計が構成される。
【００１９】
また、投光器１０及び受光器２０の間には、ハウジング後面３２側に光を出射するように設置された発光素子を含む補助投光器１２が、検出光軸と一致した光路１ｂを補助投光光路として配置されている。この補助投光器１２は、投光器１０と同期して補助光を出射する。この補助光は受光器２０に直接入射し、これによって、投光器１０の投光タイミングまたは照射光の位相等が受光器２０によって検出され、距離検出に利用される。このように、受光器２０によって照射光に対応した補助光と反射光とを検出し、その時間差・位相差などを測定することによって被測定物体までの距離が求められる。
【００２０】
なお、投光器１０、補助投光器１２及び受光器２０の駆動制御、受光器２０からの受光信号の処理と距離の演算、等は、ハウジング３０内に設置された信号処理回路（図示していない）によって行われる。また、必要があれば、例えばハウジング後面３２などの所定の面に、信号処理回路と接続されたスイッチまたはコネクタ等を設けて、外部からの制御または外部へのデータの読み出し等を行う構成としても良い。
【００２１】
また、照射光についてのタイミングまたは位相等の検出については、上記の補助投光器１２を用いた方法以外によって行っても良い。例えば、投光器１０に半導体レーザを用いて、その照射光とは反対方向に出射される光成分を、補助投光器１２の位置に設置した補助受光器によって検出しても良い。また、信号処理回路からの投光器１０を駆動制御するための信号などを直接投光タイミング等として用いても良い。
【００２２】
本実施形態における受光レンズ２１の各レンズ部位の構成方法及びその機能について説明する。
【００２３】
従来の光波距離計においては、例えば平行光を一点に集光させるように球面収差が補正された非球面レンズを用いるような場合など、反射光のうち受光器の受光面内に集光されて検出される受光光量が、被測定物体がある検出点までの測定距離によって、例えば測定距離の二乗に反比例するなど大きく変化してしまうという問題があった。これに対して本発明に係る光波距離計においては、上記したように投光光学系と受光光学系とを同軸光学系として、集光される反射光のスポットサイズ及びその中心位置の移動を低減させるとともに、広い測定距離範囲にわたって受光光量の変化が抑制されるようにその受光レンズの各レンズ部位の形状・焦点距離等を構成して、安定した距離検出精度が得られる光波距離計を実現している。
【００２４】
なお、受光光量の変化による距離検出精度の変動・低下に対応する方法としては、受光信号を処理する回路系に設けられた信号増幅回路において、受光信号の増幅率を切り換えることも考えられる。しかし、例えば受光光量が１００００倍程度まで大きく変化する場合に広い測定距離範囲に対して安定した距離検出精度を確保するためには、その増幅率を複数段に切り換える必要があり、信号増幅回路、及びその切り換え制御用の回路など、回路系が複雑化するなどの問題を生じ、距離検出精度の劣化の原因ともなる。また、特に受光光量が小さい範囲においてその増幅率を非常に大きくしなくてはならない。これに対して、受光レンズの構成によって受光光量の変化を低減させる構成とすることによって、装置を複雑化せずに、距離検出精度の改善を実現することが可能となる。
【００２５】
図２は、本発明に係る光波距離計に用いられる受光レンズの構成及び機能について、その一例によって示す説明図である。受光レンズとしては、例えば、一方の面を検出光軸を対称軸（中心軸）とした回転対称な曲面とし、他方の面を平面として形成された非球面レンズが用いられる。その各部の曲率等は、以下に述べるように、各レンズ部位が検出光軸側から外側に向かって近距離検出用から遠距離検出用へと順次変化していくように形成・配置されて、これによって、測定距離による受光光量の変化が抑制された構成が実現される。
【００２６】
異なる測定距離ｄ₁〜ｄ₃に位置する検出点Ｐ₁〜Ｐ₃からの反射光について、例として検出光軸１に対してほぼ一定の角度によって反射された光を考える。このとき、それぞれの検出点Ｐ₁〜Ｐ₃からの反射光が受光レンズ２に入射されるレンズ部位Ｑ₁〜Ｑ₃の検出光軸１からの距離をｘ₁〜ｘ₃とすると、図２に示すように測定距離ｄが大きくなるにしたがって（ｄ₃＞ｄ₂＞ｄ₁）、距離ｘも大きくなる（ｘ₃＞ｘ₂＞ｘ₁）。
【００２７】
このとき、この受光レンズ２上の各レンズ部位Ｑ₁〜Ｑ₃におけるレンズ形状（レンズ面の曲率）及び焦点距離を、それぞれ図２に示した光路によって検出点Ｐ₁〜Ｐ₃からの反射光を受光器３に入射・集光させるように形成する。また、レンズ部位Ｑ₁〜Ｑ₃の間などの各部位についても、同様に検出点Ｐ₁〜Ｐ₃の間などの各検出点からの反射光が受光器３に入射・集光されるように、その曲率を連続的に変化させて受光レンズ２を形成する。このように構成することによって、各測定距離ｄに対して受光器に集光されて検出される受光光量を調整・設定し、特に、受光光量の測定距離ｄによる変化を抑制して、広い測定距離範囲に対して安定した距離検出精度を有する光波距離計を実現することができる。
【００２８】
図２に示したような、各検出点Ｐからの一定の入射角度を有する反射光成分を受光器３に集光する受光レンズ２の構成は、受光光量の測定距離による変化を抑制する構成の一例であって、各レンズ部位Ｑが検出光軸側から外側に向かって近距離検出用から遠距離検出用へと変化していく条件下において、様々な構成とすることが可能である。例えば、各検出点Ｐに対応して集光に用いられるレンズ部位Ｑの領域の実効的な面積などの変化をも考慮して受光レンズを設計することによって、さらに受光光量の変化を抑制する構成とすることが可能である。
【００２９】
また、例えば上記した条件の受光レンズを、連続的に形成された曲面を有する非球面レンズではなく、検出光軸側から外側に向かって段階的に近距離検出用から遠距離検出用へと変化するように同心円状に形成されたフレネルレンズを用いても良い。また、受光レンズの片面ではなく両面を曲面状に加工したレンズを用いても良い。
【００３０】
また、実際に光波距離計に適用する場合には、図１に示した装置のように、非球面レンズの所定の部分を例えば矩形状に切り出して用いられるので、このようなレンズの切り出し形状の効果をも考慮しつつ、受光レンズの各レンズ部位を設定することも可能である。
【００３１】
なお、特開平９−２１８７４号に、受光レンズにフレネルレンズを使用した光学式の距離計が示されている。このフレネルレンズは、それぞれ異なる焦点距離を有する円環状の短焦点部、中焦点部、長焦点部、を繰り返し循環して刃状に配置した循環焦点フレネルレンズであり、それら各部によってそれぞれ異なる入射角度の反射光を受光部に集光するものである。
【００３２】
しかしながら、上記の距離計は受光光学系が投光光学系と同軸ではなく、そのために、上記のような焦点が循環する構成としたものである。また、このような循環焦点型の受光レンズでは、連続的に焦点距離が変化するような曲面を形成することができないので、その構成がフレネルレンズに限定される。さらに、例えば上記のように３つの焦点に対応する部分の繰り返し構造とした場合、その３焦点に対応する入射角度の間の領域において充分な受光光量を確保しようとした場合、例えば受光器の受光面積を大きくする必要があり、高速応答ができないという問題を生じる。
【００３３】
これに対して、本発明による光波距離計は、集光される反射光のスポットの大きさ及び中心位置の移動を低減するために同軸光学系を採用し、さらに距離検出精度の低下を防ぐため、受光光量の変化を抑制するように受光レンズを形成し、配置する。このような構成においては、循環焦点型の受光レンズによっては受光光量の変化低減の効果を充分に得ることはできず、上記したように各レンズ部位が検出光軸側から外側に向かって近距離検出用から遠距離検出用へと変化するように形成・配置した受光レンズを採用することによって、受光光量の変化の低減を効果的に実現することができる。さらに、このような構成とすることによって、フレネルレンズのみでなく、連続的な曲面によって構成された非球面レンズなど、様々な形状のレンズを用いることが可能となる。
【００３４】
以下、具体的な非球面レンズのレンズ形状の実施例を示すとともに、本発明による光波距離計の効果を説明する。なお、非球面レンズの曲面の形状については、曲面の頂点（中心軸との交点）を含む平面からのずれであるサグｚによって指定する。サグｚは、各レンズ部位の検出光軸からの位置ｘを用いて、次の式、
【００３５】
【数１】

によって表される。ここで右辺の各項のうち第１項が球面項、第２項〜第５項が球面からのずれを示す非球面項である。また、ｃは頂点における曲率であって、曲率半径をｒとするとｃ＝１／ｒである。また、ｋは円錐定数（ｋ＝０が円に対応する）、ｃ₄〜ｃ₁₀は非球面係数である。
【００３６】
図３は、本発明による光波距離計に用いられる受光レンズの第１の実施例である。本実施例による受光レンズ２ａは、図３中の左側の面が平面、右側の面が非球面の曲面として形成されており、曲面については、曲率半径ｒ＝５０ｍｍの球面（したがって、ｋ＝０）に対して、ｃ₄＝−０．４８０×１０^-5／ｍｍ³、ｃ₆＝０．１０９×１０^-7／ｍｍ⁵、ｃ₈＝ｃ₁₀＝０、によって非球面項を与えて形成されている。また、例示されている光路については、受光レンズ２ａに対して左側に被測定物体の検出点、右側に検出点からの反射光が集光・検出される受光器３を配置して示してある。
【００３７】
この受光レンズ２ａに対して、受光器３の受光面を受光レンズ２ａの頂点を含む平面４（点線によって示してある）から１２０ｍｍの位置に配置し、受光される反射光の範囲を、平面４内においてφ２０ｍｍの範囲内（検出光軸１から距離１０ｍｍの範囲、図３中の外側の光路によって示されている）として設定した。この範囲に対して、平面４における各光路の検出光軸１からの位置ｘと検出点の測定距離ｄとの関係は、ｘ＝１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍに対して、それぞれおよそｄ＝３ｍ、３．５ｍ、４ｍ、４．５ｍ、５ｍ、１０ｍである。
【００３８】
図４は、本発明による光波距離計に用いられる受光レンズの第２の実施例である。本実施例による受光レンズ２ｂは、第１の実施例と同様に図４中の左側の面が平面、右側の面が非球面の曲面として形成されており、曲面については、曲率半径ｒ＝５０ｍｍの球面（したがって、ｋ＝０）に対して、ｃ₄＝−０．１３０６×１０^-5／ｍｍ³、ｃ₆＝−０．６１×１０^-9／ｍｍ⁵、ｃ₈＝ｃ₁₀＝０、によって非球面項を与えて形成されている。
【００３９】
これに対して、受光器３の受光面を受光レンズ２ｂの頂点を含む平面４から１２０ｍｍの位置に配置し、受光される反射光の範囲を、平面４内においてφ６０ｍｍの範囲内（検出光軸１から距離３０ｍｍの範囲、図４中の外側の光路によって示されている）として設定した。この範囲に対して、平面４における各光路の検出光軸１からの距離ｘと検出点の測定距離ｄとの関係は、ｘ＝１５ｍｍ、３０ｍｍに対して、それぞれおよそｄ＝２ｍ、４ｍである。
【００４０】
図５は、本発明による光波距離計に用いられる受光レンズの第３の実施例である。レンズを実際に光波距離計に適用する場合には、例えば上記した第１、第２の実施例に示したような特性を有する非球面レンズ、もしくは受光レンズを検出光軸からの距離などによって複数の領域に分割してそれぞれの領域を所定の非球面形状によって形成した非球面レンズなどを、矩形状または円形状などの所定の形状に切り出して用いる。図５に示された受光レンズは、図１に示した光波距離計に受光レンズ２１として適用される矩形状に切り出されたものであって、前面図、及び検出光軸１を含む平面でのＩ−Ｉ矢印断面図を示してある。
【００４１】
本実施例による受光レンズ２１は、図５中の断面図における下側の面がハウジング３０の外側に配置されて被測定物体からの反射光が入射される前面２２であって平面として形成され、一方、上側の面がハウジング３０の内側に配置される後面２３であって非球面の曲面として形成されている。
【００４２】
後面２３の曲面は、受光レンズ２１を検出光軸１からの距離ｘについてｘ＝０〜３．５ｍｍ（φ０〜７ｍｍ）までの第１領域２１１、ｘ＝３．５〜１０ｍｍ（φ７〜２０ｍｍ）までの第２領域２１２、ｘ＝１０ｍｍ〜（φ２０ｍｍ〜）の第３領域２１３に分割し、それぞれの領域２１１〜２１３を異なる係数等によって指定される曲面によって形成している。
【００４３】
これらの領域の境界面については、境界面２１ａ及び２１ｂによってそれぞれ示されているが、領域２１１〜２１３は、本実施例においては別個に形成されるのではなく、後面２３の曲面の形成条件のみを変えて一体に形成される。
【００４４】
領域２１１〜２１３のうち、第１領域２１１は、投光器１０の外径（φ７ｍｍ）に相当する領域であって、したがって受光に用いられない領域であり、また、照射光の投光のため平面に形成されている。
【００４５】
第２領域２１２の曲面については、曲率半径ｒ＝０．００００４、ｋ＝−２０３４６７８．６３７、ｃ₄＝０．５１２６８１×１０^-3／ｍｍ³、ｃ₆＝−０．１０９３５×１０^-4／ｍｍ⁵、ｃ₈＝０．１００３９５×１０^-6／ｍｍ⁷、ｃ₁₀＝−０．３３２４３３×１０^-9／ｍｍ⁹、によって曲面を与えて形成されている。また、第３領域２１３の曲面については、曲率半径ｒ＝５８．３２４２０、ｋ＝−２．２０５６７９、ｃ₄＝０．４３７４５８×１０^-3／ｍｍ³、ｃ₆＝ｃ₈＝ｃ₁₀＝０、によって曲面を与えて形成されている。
【００４６】
レンズを矩形に切り出す形状等については、図１に示したハウジング３０の開口部３１ａの形状が横９２ｍｍ、縦４１ｍｍであって、図５の前面図における受光レンズ２１の外周がこれに相当する。また、検出光軸１上の点である受光レンズ２１の中心位置Ｑ_cは、上記した矩形の中心位置から、右方に８ｍｍ、上方に１５ｍｍに位置されている。また、その厚さは、検出光軸１上においておよそ３０．３７ｍｍとして形成されている。
【００４７】
図５に示された、複数の領域を有する非球面レンズを矩形状に切り出して形成された受光レンズ２１を図１に示した光波距離計に適用し、その光波距離計によって受光光量の変化についての測定を行った。ここで、後面２３の頂点から受光器２０までの距離は１２０ｍｍに設定した。また、受光器の受光面の外径はφ０．４ｍｍである。
【００４８】
測定は、測定距離ｄが０．５ｍ〜２５ｍの範囲に対して行い、設定した測定距離ｄの検出点の位置に反射板を配置して、その反射板からの反射光を集光・検出した。得られた結果を図６に示す。ここで、横軸は測定距離、縦軸は受光器２０のフォトダイオード出力であって、受光光量に対応している。
【００４９】
測定を行った範囲のうちｄ＝１ｍが受光レンズ２１の位置ｘ＝１０ｍｍにほぼ対応し、ｄ＝０．５ｍ〜１ｍの範囲は受光レンズ２１の第２領域２１２が主に寄与している測定距離範囲、ｄ＝１ｍ〜２５ｍの範囲は第３領域２１３が主に寄与している測定距離範囲である。
【００５０】
得られた受光光量の測定結果のうち、測定距離ｄ＝６〜１０ｍの範囲において受光光量が最大となっている。この最大受光光量に対して、これよりも大きい測定距離範囲においては、受光光量はほとんど減少せず、安定した性能が実現されている。ｄ＝２５ｍ以上の範囲についても、測定結果は示されていないが、さらに距離検出に利用することが可能である。
【００５１】
一方、最大受光光量となる測定距離よりも小さい測定距離範囲においては、受光光量は少しずつ減少していくが、ほぼｄ＝０．５ｍ近くまで最大受光光量の１／１０程度以内の範囲で受光光量が得られている。なお、ｄ＝０．５ｍよりも小さい測定距離範囲においては、本実施例においては、投光器１０による受光できない領域の影響によって受光光量が減少する。
【００５２】
以上より、本実施例による光波距離計においては、測定が行われた測定距離ｄ＝０．５ｍ〜２５ｍの測定距離範囲、さらにはそれよりも大きい測定距離の範囲にわたって、受光光量の変化を１／１０以下に抑制して、安定した距離検出精度が得られる光波距離計が実現されている。
【００５３】
本発明による光波距離計は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、ハウジングの開口部を円形等の矩形以外の形状に形成して、対応した形状に切り出された受光レンズを設置する構成としても良い。また、上記した実施形態においては投光器の前面側に投光レンズを設置しているが、対面する受光レンズの領域、例えば図５に示した受光レンズ２１においては投光器１０に対面して平面として形成されている第１領域２１１、を小型のレンズ状に形成することによって、受光レンズ２１が投光レンズの機能をも有する構成としても良い。
【００５４】
また、図５に示した受光レンズでは、分割された複数のレンズ領域によるレンズを一体に成形しているが、これらの領域のレンズを別々に形成した後に一体化することによって受光レンズを形成しても良い。
【００５５】
【発明の効果】
本発明による光波距離計は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、投光光学系及び受光光学系を、同一の検出光軸をそれぞれ投光光軸及び受光光軸とした同軸光学系として構成することによって、受光レンズによって受光器に集光される反射光のスポットサイズ及びその中心位置の移動を低減する。これによって、受光器の受光面積を小さくして、高速応答を実現する。
【００５６】
さらに受光レンズを、その中心軸である検出光軸から外側に向かって順次、近距離検出用、すなわち測定距離が小さい検出点からの反射光を受光器に集光するレンズ部位、から遠距離検出用、すなわち測定距離が大きい検出点からの反射光を受光器に集光するレンズ部位、となるように各レンズ部位の形状を形成して配置する。このように、検出点までの測定距離と、レンズ部位の検出光軸からの距離とを対応させて形成することによって、受光器に集光されて距離検出に用いられる受光光量を、その測定距離による変化が例えば１／１０程度以下に抑制されるように調整・設定することができる。以上によって、例えば数十ｃｍから１００ｍ以上までの広い測定距離範囲に対して、距離検出精度を向上するとともに安定した距離検出精度を有する光波距離計を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光波距離計の一実施形態を一部破断して示す斜視図である。
【図２】本発明に係る光波距離計に用いられる受光レンズの構成及び機能を説明するための図である。
【図３】受光レンズの第１の実施例である。
【図４】受光レンズの第２の実施例である。
【図５】受光レンズの第３の実施例である。
【図６】本発明に係る光波距離計によって測定された受光光量の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…検出光軸、１ａ…投光光路、１ｂ…補助投光光路、１ｃ…受光光路、２…受光レンズ、３…受光器、
１０…投光器、１１…投光レンズ、１２…補助投光器、２０…受光器、２１…受光レンズ、２２…前面、２３…後面、３０…ハウジング、３１…ハウジング前面、３１ａ…開口部、３２…ハウジング後面。

Claims

ハウジング内部に投光器と受光器とを備え、
前記投光器からの照射光を前記ハウジング外部に所定の検出光軸に沿って出射し、前記検出光軸上の被測定物体からの反射光を受光レンズを通して前記受光器に入射して、前記被測定物体の有無及び前記被測定物体までの測定距離を検出する光波距離計において、
前記投光器、前記受光器及び前記受光レンズは、それぞれ前記検出光軸を中心軸として同軸に配置され、
前記受光レンズのそれぞれのレンズ部位が、前記検出光軸側から外側に向かって順次、前記検出光軸上にある照射光の投光される領域、前記測定距離に関する近距離検出用レンズ部位、及び遠距離検出用レンズ部位となるように前記受光レンズが形成され配置され、前記領域と前記近距離検出用レンズ部位との間、及び前記近距離検出用レンズ部位と前記遠距離検出用レンズ部位との間における前記ハウジングの内側の面が、連続的な曲面として形成され、前記近距離検出用レンズ部位及び前記遠距離検出用レンズ部位は、共に前記反射光を前記受光器に集光させるように形成されていることを特徴とする光波距離計。
前記受光レンズは、一方の面を平面とし、他方の面を前記検出光軸に対して回転対称な所定の曲面として形成された非球面レンズから形成されていることを特徴とする請求項１記載の光波距離計。
前記受光レンズは、前記検出光軸を中心軸とした回転対称な曲面を有し、前記曲面は、前記検出光軸側から外側に向かって曲率が連続的に変化するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の光波距離計。