JPH07159534A - レーザ測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、投受光軸の調整を容易にできるとと
もに高精度に調整できて測距の精度を高くでき、そのう
え簡単な構成としてコスト低減を実現する。 【構成】レーザ発振器(16)から出力されたパルスレーザ
を、レーザ出力光学系(20)により受光望遠鏡(10)内に導
くとともに受光望遠鏡(10)の光軸(Q) に対して平行な向
きで目標物(3) に向かって照射する。このうち受光望遠
鏡(10)内に導いたパルスレーザを受光素子(15a) に照射
してスタートパルスに変換し、一方、目標物(3) から反
射レーザを受光望遠鏡(10)に入射して受光素子(15a) に
照射してストップパルスに変換し、これらスタートパル
スからストップパルスまでの時間に基づいて目標物(3)
までの距離を測距する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスレーザを用いて
遠方の目標物までの距離を測距するレーザ測距装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】測距に用いるレーザとしては、ジャイア
ントパルス発振の固体レーザ（ＧＰレーザ）や横方向励
起大気圧ＣＯ₂ レーザ（Ｔ−ＣＯ₂ レーザ）等のＭＷ級
のピークパワーが得られるものが用いられている。そし
て、測距にあたっては、これらレーザを用いタイムオブ
フライト法を適用することにより数十Ｋｍの距離の測距
が可能である。

【０００３】図６はかかるレーザ測距装置の構成図であ
る。レーザ発振器１から出力されたパルスレーザは、投
光光学系２を通過することにより遠方にある目標物３に
向かって伝播する。そして、この目標物３に到達し、そ
の反射レーザは、受光望遠鏡４に入射する。

【０００４】ここで、レーザ発振器１のパルスレーザは
投光光学系２に入射しているが、これと同時にパルスレ
ーザの一部は光検出器５に分岐され、この光検出器５で
スタートパルスに変換されてカウンタ回路６に送られて
いる。

【０００５】一方、受光望遠鏡４に入射した反射レーザ
は、光検出器７に送られ、ここでストップパルスに変換
されてカウンタ回路６に送られる。これにより、カウン
タ回路６は、スタートパルスの入力時からカウントを開
始してストップパルスの入力時のそのカウントを停止
し、パルスレーザに出射から反射レーザ光の入射までの
時間に対応したカウント値を求める。そして、このカウ
ント値に基づいて目標物３までの距離が求められる。

【０００６】このようなレーザ測距装置では、パルスレ
ーザの広がり角度がミリ・ラジアン・オーダ［ｍ・rad
］でほぼ平行に伝播するので、数１０Ｋｍの測距が可
能であるが、反射レーザと受光望遠鏡４の光軸との平行
度は、これより高い精度、例えば０．１［ｍ・rad ］程
度で調整する必要がある。

【０００７】ここで、反射レーザと受光望遠鏡４の光軸
とを平行に調整する方法を説明すると、受光望遠鏡４の
光軸は直接測定できないので、図７に示すように光検出
器７を取り外し、これに代わって小型レーザ発振器８を
設ける。又、遠方位置にコリメータ９（９ａ，９ｂ）を
配置する。なお、このコリメータ９は、平行移動が可能
であり、９ａ，９ｂはその移動先を示している。

【０００８】この状態で、小型レーザ発振器８からレー
ザ光を出力すると、このレーザ光は、受光望遠鏡４から
出射してコリメータ９ｂに入射し、このときの受光望遠
鏡４の向きから光軸の角度を求める。

【０００９】一方、投光光学系２からのパルスレーザの
角度を合わせるには、コリメータ９を平行移動させ、投
光光学系２から出射するパルスレーザをコリメータ９
（９ａ）に入射するようにする。

【００１０】次に受光望遠鏡４からのレーザ光と一致す
るように、レーザ発振器１の角度を調整する。しかる
後、小型レーザ発振器８を取り外し、光検出器７を取り
付ける。

【００１１】このようにして投受光の光軸の調整が行わ
れるが、この調整には、平行移動可能なコリメータ９が
必要であり、かつ光検出器７を取り外し、取り付ける作
業を行う必要がある。

【００１２】このため、投受光軸の調整には、これら作
業を行うために時間的及びコスト的に大きな負担が掛
り、レーザ測距装置のコスト増の大きな原因となってい
る。そのうえ、投受光軸の調整を行った後の光軸の確認
が容易でないという問題もある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように投受光軸
の調整には、平行移動可能なコリメータ９が必要であっ
たり、又、光検出器７を取り外し、取り付ける作業を行
わなければならず、これがコスト増の大きな原因となっ
ている。

【００１４】そこで本発明は、投受光軸の調整を容易に
できるとともに高精度に調整できて測距の精度を高くで
き、そのうえ簡単な構成としてコスト低減を実現できる
レーザ測距装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、レー
ザ発振器から出力されたパルスレーザを遠方の目標物に
照射し、その反射レーザを受光するまでの時間から目標
物までの距離を測距するレーザ測距装置において、目標
物を望む方向に配置される望遠鏡と、レーザ発振器から
出力されたパルスレーザを望遠鏡の光軸に対して平行な
向きで目標物に照射するとともにパルスレーザの一部を
望遠鏡内に導くレーザ出力光学系と、望遠鏡の焦点位置
に配置され、レーザ発振器からのパルスレーザと目標物
からの反射レーザを受光する受光素子とを備えて上記目
的を達成しようとするレーザ測距装置である。

【００１６】

【作用】請求項１によれば、レーザ発振器から出力され
たパルスレーザは、レーザ出力光学系により望遠鏡内に
導かれるとともに望遠鏡の光軸に対して平行な向きで目
標物に向かって伝播する。

【００１７】このうち望遠鏡内に導かれたパルスレーザ
は受光素子に照射され、ここでスタートパルスに変換さ
れる。一方、目標物に向かったパルスレーザは、目標物
から反射レーザとして望遠鏡に入射して受光素子に照射
され、ここでストップパルスに変換される。

【００１８】しかして、スタートパルスからストップパ
ルスまでの時間、つまりパルスレーザが出射しその反射
レーザを受光するまでの時間に基づいて目標物までの距
離が測距される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１はレーザ測距装置の構成図である。
カセグレン式の受光望遠鏡１０は、円筒状の筐体１１の
後側に主鏡１２が設けられるとともに、前側に光透過性
でかつ平板のウインドウ１３が設けられ、このウインド
ウ１３の中央部に副鏡１４が主鏡１２に対向して支持さ
れている。

【００２０】又、主鏡１２の中央部の光軸Ｑ上には、光
検出器１５が設けられている。なお、１５ａは受光素子
である。一方、筐体１１の側面側には、レーザ発振器１
６が設けられている。このレーザ発振器１６は、パルス
レーザを出力するものであり、そのレーザ出力光路上に
は投光光学系１７が配置されている。

【００２１】又、レーザ出力光学系２０は、レーザ発振
器１６から出力されたパルスレーザを受光望遠鏡１０の
光軸Ｑに対して平行な向きで目標物３に照射するととも
にパルスレーザの一部を受光望遠鏡１０内に導くもので
ある。具体的な構成は次の通りである。

【００２２】すなわち、投光光学系１７のレーザ出射側
には、高反射鏡２１が設けられている。この高反射鏡２
１は、投光光学系１７の光軸に対して４５度に傾斜さ
れ、投光光学系１７から出射されたパルスレーザを受光
望遠鏡１０の光軸側に反射させている。

【００２３】又、ウインドウ１３の副鏡１４が設けられ
ている反対面には、４５度の傾斜を有する保持材２３が
設けられ、この保持材２３の傾斜面に高反射鏡２４が設
けられている。この高反射鏡２４は、誘電体コーティン
グを施して形成されたもので、高反射鏡２１の面に対し
て平行面上に配置され、高反射鏡２１で反射したパルス
レーザを受光望遠鏡１０の光軸Ｑ上に反射させるものと
なっている。

【００２４】又、保持材２３における高反射鏡２１から
の反射光軸上には、レーザ通過孔２５が形成され、その
開口端部にプリズム２６が配置されている。このプリズ
ム２６は、高反射鏡２１からのパルスレーザを受光望遠
鏡１０の光軸Ｑに対して平行な向きで受光望遠鏡１０内
に入射させるものとなっている。

【００２５】カウンタ回路２７は、光検出器１５からの
電気信号をスタートパルス、ストップパルスとして入力
してカウントの開始、停止を行ってパルスレーザの出射
から反射レーザ光の入射までの時間に対応したカウント
値を求め、このカウント値に基づいて目標物３までの距
離を求めるものとなっている。

【００２６】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。 (1) 先ず、レーザ測距装置としての調整方法について説
明する。この調整は、受光望遠鏡１０の光軸Ｑとパルス
レーザ光軸Ｐとがほぼ平行となるように設定するが、こ
れには高反射鏡２１の配置角度を変化させて行う。この
場合、高反射鏡２４とプリズム２６の各反射面の垂直度
を必要な光軸Ｑの精度以下にキープすれば、投光望遠鏡
１０の光軸Ｑとプリズム２６の反射光軸Ｐとの平行度も
必要精度が保たれる。よって、投光望遠鏡１０の光軸Ｑ
とプリズム２６の反射光軸Ｐとが平行となるように調整
すればよい。

【００２７】従って、調整は、パルスレーザを出力した
際、受光素子１５ａから出力信号が得られるようにすれ
ばよい。これには、高反射鏡２１の配置角度だけでな
く、受光素子１５ａの位置を受光望遠鏡１０の焦点面上
で移動させればよい。 (2) 次に測距動作について説明する。

【００２８】レーザ発振器１６からパルスレーザが出力
されると、このパルスレーザは、投光光学系１７内を通
り、各高反射鏡２１、２４で反射して受光望遠鏡１０の
光軸Ｑに対して平行に目標物３に向かって照射される。

【００２９】これと共にパルスレーザの一部は、高反射
鏡２４を透過してプリズム２６に達し、このプリズム２
６で反射して受光望遠鏡１０の光軸Ｑに平行に受光望遠
鏡１０内に入射する。

【００３０】この状態に、先ず、受光望遠鏡１０内に入
射したパルスレーザは、主鏡１２及び副鏡１４で反射し
てその焦点に配置された受光素子１５ａに入射する。こ
の受光素子１５ａは、パルスレーザを受光して電気信号
に変換し、これをスタートパルスとしてカウンタ２７に
送る。これによりカウンタ２７は、スタートパルスの入
力時からカウントを開始する。

【００３１】一方、目標物３に向かったパルスレーザ
は、目標物３で反射し、その反射レーザＲとして受光望
遠鏡１０に入射する。この受光望遠鏡１０内に入射した
反射レーザＲは、主鏡１２及び副鏡１４で反射してその
焦点に配置された受光素子１５ａに入射する。この受光
素子１５ａは、反射レーザＲを受光して電気信号に変換
し、これをストップパルスとしてカウンタ２７に送る。
これによりカウンタ２７は、ストップパルスの入力時に
カウントを停止する。

【００３２】これによりカウンタ２７は、パルスレーザ
の出射から反射レーザ光の入射までの時間に対応したカ
ウント値を求め、このカウント値に基づいて目標物３ま
での距離が求められる。

【００３３】このように上記一実施例においては、レー
ザ発振器１６から出力されたパルスレーザを受光望遠鏡
１０内に導くとともに受光望遠鏡１０の光軸Ｑに対して
平行な向きで目標物３に向かって照射し、このうち受光
望遠鏡１０内に導いたパルスレーザによりカウンタ２７
をカウント開始し、一方、目標物３からの反射レーザを
受光望遠鏡１０に入射してカウンタ２７のカウントを停
止し、このときのカウント値に基づいて目標物３までの
距離を測距するようにしたので、レーザ測距装置として
の調整は、受光素子１５ａの位置を受光望遠鏡１０の焦
点面上で移動させるだけでよく、受光望遠鏡１０がパル
スレーザの光軸確認のためのコリメータとしての機能を
兼ねたものとなり、投受光軸調整のために別のコリメー
タ装置等が不要となり、しかもコリメータ光軸は受光光
軸そのものとなり従来のように小型レーザ装置を用いな
くても、直接受光望遠鏡１０の光軸Ｑとパルスレーザの
光軸Ｐとを平行に合わせることができ、その調整精度を
向上できる。

【００３４】又、小型レーザ装置の取り付け、取り外
し、コリメータのセッテングという作業がないので、調
整時間を大幅に短縮できる。これにより、本発明のレー
ザ測距装置をどの位置に設置しても、短時間で光軸調整
ができる。

【００３５】又、１つの受光素子１５ａによりスタート
パルス及びストップパルスを得るので、構成を単純化で
きてコストダウンを図れ、かつカウンタ２７に至るまで
のジッターの差を無くして測定精度を向上できる。

【００３６】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよ
い。例えば、上記一実施例ではカセグレン式の望遠鏡を
適用したが、これに限らず次の各望遠鏡を適用してもよ
い。

【００３７】図２はカセグレン式の望遠鏡１０に適用し
たもので、上記一実施例におけるプリズム２６の位置を
ウインドウ１３の外周にしたものである。又、図３は屈
折式望遠鏡に適用したもので、対物レンズ３０の焦点位
置に受光素子１４ａを配置し、かつ対物レンズ３０の中
央部に保持材２３を設け、この保持財２３の傾斜面に高
反射鏡２４が設けるとともにプリズム２６を設けるよう
にしてもよい。

【００３８】かかる構成であれば、パルスレーザは、高
反射鏡２４で反射して目標物３に照射され、これと共に
パルスレーザの一部がプリズム２６で反射し、対物レン
ズ３０で集光されて受光素子１５ａに入射する。

【００３９】又、図４はニュートン式反射望遠鏡４０に
適用したもので、放物面鏡４１と平面鏡４２との光軸を
調整して配置し、かつ平面鏡４２の位置に保持材２３を
設け、この保持財２３の傾斜面に高反射鏡２４を設ける
とともにプリズム２６を設けたものとなっている。

【００４０】かかる構成であれば、パルスレーザは、高
反射鏡２４で反射して目標物３に照射され、これと共に
パルスレーザの一部がプリズム２６で反射し、放物面鏡
４１、平面鏡４２で反射して受光素子１５ａに入射する
ものとなる。

【００４１】さらに、パルスレーザを望遠鏡の光軸に対
して平行な向きで目標物に照射するとともにパルスレー
ザの一部を望遠鏡内に導くレーザ出力光学系としては、
図５に示すように各プリズム５０、５１を組み合わせて
形成してもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、投
受光軸の調整を容易にできるとともに高精度に調整でき
て測距の精度を高くでき、そのうえ簡単な構成としてコ
スト低減を実現できるレーザ測距装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるレーザ測距装置の一実施例を示
す構成図。

【図２】同装置をカセグレン式望遠鏡に適用した場合の
変形例を示す構成図。

【図３】同装置を屈折式望遠鏡に適用した変形例を示す
構成図。

【図４】同装置をニュートン式望遠鏡に適用した変形例
を示す構成図。

【図５】同装置におけるレーザ出力光学系の変形例を示
す構成図。

【図６】従来装置の構成図。

【図７】同装置での光軸調整を説明するための図。

【符号の説明】

１０…受光望遠鏡、１１…筐体、１２…主鏡、１３…ウ
インドウ、１４…副鏡、１５…光検出器、１５ａ…受光
素子、１６…レーザ発振器、１７…投光光学系、２０…
レーザ出力光学系、２１，２４…高反射鏡、２５…レー
ザ通過孔、２６…プリズム、２７…カウンタ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器から出力されたパルスレー
   ザを遠方の目標物に照射し、その反射レーザを受光する
   までの時間から前記目標物までの距離を測距するレーザ
   測距装置において、 前記目標物を望む方向に配置される望遠鏡と、 前記レーザ発振器から出力されたパルスレーザを前記望
   遠鏡の光軸に対して平行な向きで前記目標物に照射する
   とともに前記パルスレーザの一部を前記望遠鏡内に導く
   レーザ出力光学系と、 前記望遠鏡の焦点位置に配置され、前記レーザ発振器か
   らのパルスレーザと前記目標物からの反射レーザを受光
   する受光素子と、を具備したことを特徴とするレーザ測
   距装置。