JP2000329517A

JP2000329517A - 距離測定装置

Info

Publication number: JP2000329517A
Application number: JP11142327A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Oishi; 政裕大石
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-11-30
Also published as: EP1054232A2; EP1054232A3; US6333783B1

Abstract

(57)【要約】【課題】一つの装置で長距離と近距離の測定を可能と
し、補正用の別部品のコストを削減すると共に装置の小
型化や軽量化を実現し而も、操作性を向上させる。【解決手段】距離測定部の受光部７へ向かう測定対象物
からの反射光光路中に通常光路に対して傾斜する反射光
を受光部に向ける偏向部５０を設け、測定対象物がプリ
ズムでない場合の拡散した反射光は、通常光路に対して
傾斜して入光するが、前記偏向部は反射光路の光路を受
光部に向け偏向する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光波を用いて距離測
定を行う距離測定装置、特に測定対象物に反射プリズム
が設けられる場合、又は設けられない場合のいずれでも
距離測定が可能な距離測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光波を用いる距離測定装置は、測定対象
物に向けて測距光を照射し、測定対象物で反射された反
射光を受光することにより測定位置から測定対象物迄の
距離を測定する装置である。一般に、測定対象物に反射
プリズム（コーナーキューブ）を必要とする距離測定装
置と、反射プリズム無しでも測定可能なノンプリズム距
離測定装置とに分けられるが、発光から受光迄概略の構
成は同様である。

【０００３】図６に於いて距離測定装置の要部について
説明する。

【０００４】距離測定装置は、測距光を照射・受光する
為の光学部分１と、受光した測距光を電気信号に変換し
て距離を演算する電気部分（図示せず）とから構成さ
れ、測距光を照射・受光する為の前記光学部分１は、光
源２から測距光３を発光する発光部と、発光部からの前
記測距光３を測定対象物４に照射する照射光学系５と、
前記測定対象物４からの反射光３′を導く受光光学系６
と、該受光光学系６により導かれた前記反射光３′を受
光する受光部７とから構成されている。

【０００５】前記光源（例えば半導体レーザ）２から射
出された前記測距光（パルスレーザ光又は変調レーザ
光）３は、投光側ハーフミラー１０、回転遮光ディスク
１１、反射ミラー１２で偏向され、照射光学系である対
物レンズ１３に向かう。該対物レンズ１３によって略平
行光束とされた前記測距光３は前記対物レンズ１３を介
して前記測定対象物（反射プリズム）４に向けて投射す
る。該測定対象物４で反射された前記反射光３′は再び
前記対物レンズ１３へと向かう。該対物レンズ１３へと
向かった前記反射光３′は、この対物レンズ１３によっ
て合焦され、前記反射ミラー１２で偏向され、光量減衰
フィルタ１４、受光側ハーフミラー１５を透過して前記
受光部７に結像され、受光される。前記光量減衰フィル
タ１４は、外周が測距レーザ光束減衰フィルタ、内側が
参照レーザ光束減衰フィルタとなっており、円周方向に
漸次濃度が変化する様になっている。

【０００６】又、前記光源２から射出されたレーザ光線
は前記投光側ハーフミラー１０で分割反射され参照光１
６として反射ミラー１７により偏向され、前記回転遮光
ディスク１１、一対のリレーレンズ１８，１９、前記光
量減衰フィルタ１４を透過した後、偏向ミラー２１で反
射され、前記受光部７に入射される。

【０００７】前記回転遮光ディスク１１はモータ２３に
より回転駆動され、前記投光側ハーフミラー１０で分割
された前記参照光１６と測距光３が交互に前記受光部７
に入射する様に選択的に遮光する。参照光は測距装置の
内部誤差を補正する為に使用される。

【０００８】前記測定対象物４によって反射された前記
反射光３′は、前記対物レンズ１３及び前記反射ミラー
１２、前記光量減衰フィルタ１４を介して前記受光部７
に達し受光される。受光光量による受光特性の影響を受
けない様に、前記受光部７に入射する前記反射光３′
は、前記光量減衰フィルタ１４をモータ２４によって回
転させ、前記光量減衰フィルタ１４に対する測距光３、
反射光３′の透過位置を変えることで受光光量が一定に
なる様に光量調節される。

【０００９】又、前記受光部７には前記光量減衰フィル
タ１４で受光光量が調整された前記参照光１６が受光さ
れ、電気部分（図示せず）は受光した前記測距光３と参
照光１６を電気信号に変換し、両電気信号から前記測定
対象物４迄の距離を演算する。

【００１０】図７（Ａ）は前記測定対象物４がプリズム
である場合（又は測定対象物にプリズムが取付けられて
いる場合）の前記測距光３と反射光３′の光路の状態を
示している。

【００１１】受光する反射光は照射される測距光と基本
的に同じであることから、前記反射ミラー１２により照
射光学系５と受光光学系６に分けられている。該照射光
学系５と受光光学系６とで１つの前記対物レンズ１３を
共用する一般的なタイプの場合には、該対物レンズ１３
を上下、左右、又は中心部と外周部で照射光学系と受光
光学系とに分けて配置している。これは距離測定装置を
内蔵する電子式経緯儀に於いても同様の構成である。と
ころで、上記の構成から成る距離測定装置で近距離に位
置するコーナーキューブを測定する場合、図７（Ａ）に
示す様に、照射する前記測距光３と反射光３′とにズレ
が生じる為に前記光源２を含む照射光学系５と受光部７
を含む受光光学系６とが同軸上に位置していなくとも距
離測定が可能となっている。

【００１２】一方、図７（Ｂ）は測定対象物４′が低再
帰反射シート（微小な球状のガラスから構成されたも
の）や自然物（ある程度の反射特性を有するもの）等で
ある場合を示している。

【００１３】前記反射シートや自然物を測定対象物４′
とした場合、該測定対象物４′に照射された測距光３
は、その照射された位置Ｊ１を中心として拡散された反
射光３′となる。その為、前記受光光学系６に入射する
測定対象物４′からの拡散された反射光３′は、前記対
物レンズ１３の光軸に対して傾くことになり、前記受光
部７から外れ結像し難い状態となる。該受光部７から離
れた位置に結像すると、実際に該受光部７上に受光され
る光量が非常に少なくなり距離測定が困難となる。この
様な反射シートや自然物を測定対象物４′として用い、
測定対象を選ばないというノンプリズム距離測定では、
特に問題が大きい。尚、ノンプリズム距離測定を遠距離
に対して行う場合、反射光３′は略平行に入射する為問
題は起きないが、実質的には反射光量自体が低下する為
測定できなくなる。従って、ノンプリズム距離測定は近
距離の測定に於いて採用され、近距離の場合は上述した
反射光の傾きが問題となる。

【００１４】この為、従来では図８（Ａ）、図８（Ｂ）
に示す対策が講じられている。

【００１５】即ち、前記対物レンズ１３と測定対象物
４′との間の光路内に補正用のプリズム２６や補正レン
ズ２７を設け、これら補正光学手段をノンプリズム距離
測定の場合に光学系に追加し、前記測定対象物４′で拡
散された反射光の一部を受光部７に結像させることが考
えられている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、近距離測定
毎に前記プリズム２６や補正レンズ２７を取付けること
は作業の効率化を低下させると共に、補正用の別部品を
別途設けなければならず、製作コストの増加を招くとい
う問題ある。更に、視準像が二重になるという問題もあ
る。

【００１７】本発明は斯かる実情に鑑みなされたもので
あって、一つの装置で長距離と近距離の測定を可能と
し、補正用の別部品のコストを削減すると共に装置の小
型化や軽量化を実現し得て、而も、操作性を向上させる
ことができる距離測定装置を提供するものである。

【００１８】

【課題を解決する為の手段】本発明は、距離測定部の受
光部へ向かう測定対象物からの反射光光路中に設けられ
た光学部材の面に、通常光路に対して傾斜する反射光を
受光部に向ける偏向部を設けた距離測定装置に係り、又
前記偏向部が反射光を受光部に向け反射する反射面に設
けられた距離測定装置に係り、又前記偏向部が反射光を
透過する透過面に設けられた距離測定装置に係り、又前
記偏向部が通常光路より離れるに従い偏向が大きくなる
距離測定装置に係り、又前記偏向部が通常光路より離れ
るに従い幅が小さくなる距離測定装置に係り、又前記偏
向部が反射面である距離測定装置に係り、又偏向部が回
折手段である距離測定装置に係り、又偏向部がフレネル
レンズである距離測定装置に係り、更に又前記偏向部
が、光源からの測距光を測定対象物に向け反射し、測定
対象物からの反射光を受光部に向け反射する反射ミラー
の反射光反射面に設けられた距離測定装置に係るもので
ある。

【００１９】測定対象物がプリズムでない場合は、測定
対象物で反射された反射光は拡散され、通常光路に対し
て傾斜して入光するが、前記偏向部は反射光路の光路を
受光部に向け偏向する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００２１】尚、以下の説明は上記したと同様の問題が
生じている自動測量機及び測量機に組込まれた距離測定
装置について説明する。

【００２２】図５は自動測量機の要部を示しており、自
動測量機は一般の測量機と同様に三脚に取付けられる整
準部３１、該整準部３１に設けられた基盤部３２、該基
盤部３２に鉛直軸心を中心に回転可能に設けられた托架
部３３、該托架部３３に水平軸心を中心に回転可能に設
けられた望遠鏡部３４から構成される。更に、自動測量
機では前記托架部３３，望遠鏡部３４は図示しない内蔵
のモータにより回転駆動される様になっており、遠隔で
又は自動で操作が可能となっている。

【００２３】前記望遠鏡部３４には視準光学系の他に、
距離を測定する測距光学系、目標対象物を視準し追尾を
する為の追尾光学系が一体に構成されている。

【００２４】一体に構成された光学系より測距光及び追
尾光が照射され、更に作業者が視準を行う。追尾と測定
で混同しない様測距光と追尾光は異なる波長帯から成
る。その為前記望遠鏡部３４に入射した光は、測距光、
追尾光、視準光と目的毎に波長分割し、距離の測定、自
動追尾を行っている。斯かる波長分割は前記望遠鏡部３
４の光学系の光路上に配置される光学手段により行われ
る。複数の波長帯に分割する分割手段としてはダイクロ
イックプリズムが多く使用される。波長を３分割した自
動測量機の光学配置を図１で説明する。

【００２５】該光学系は対物レンズ４１、合焦レンズ４
２、正立プリズム４３、焦点鏡４４、接眼レンズ４５か
ら成り、前記対物レンズ４１と合焦レンズ４２との間に
分割手段であるダイクロイックプリズム４６が配設さ
れ、更に追尾光射出用の反射ミラー４７が前記対物レン
ズ４１とダイクロイックプリズム４６の間に配設されて
いる。

【００２６】前記合焦レンズ４２は光軸Ｏ上を移動可能
に設けられ、入射光を前記焦点鏡４４上に結像し、前記
正立プリズム４３は像を正立像とし、前記焦点鏡４４は
目標対象物を視準中心に捉えるスケールを有し、前記接
眼レンズ４５は前記焦点鏡４４に結像された像を前記ス
ケールと共に測量者の網膜上に結像する。前記反射ミラ
ー４７の反射光軸上には図示しない追尾光学系が配設さ
れ、追尾光は前記反射ミラー４７を介して目標対象物に
照射する様になっている。前記ダイクロイックプリズム
４６は追尾光を反射する第１ダイクロイックミラー面４
８と、測距光を反射する第２ダイクロイックミラー面４
９を有している。前記第１ダイクロイックミラー面４８
に対向して追尾受光部（図示せず）が配設され、該第２
ダイクロイックミラー面４９に対向して距離測定部が配
置されている。

【００２７】該距離測定部は前記第２ダイクロイックミ
ラー面４９に対向して配設された反射ミラー１２、該反
射ミラー１２を挾み配設された光源２、受光部７を有し
ている。尚、距離測定部は図６で示したと同様の光学系
を具備しているが、図１では省略している。

【００２８】上記反射ミラー１２の通常受光光路（測定
対象物４がプリズムである場合の反射光路）に引っ掛か
る程度の位置（前記受光部７の光軸から外れた位置）か
ら反射ミラー１２の端迄（図示では反射ミラー１２の底
面迄）に亘り偏向部５０が形成される。該偏向部５０は
入射される反射光が前記受光部７の光軸に対して傾斜し
ている場合に、反射光を前記受光部７に向ける作用を有
する。

【００２９】図２（Ａ）（Ｂ）に於いて前記偏向部５０
について説明する。

【００３０】図１から明らかな様に前記第２ダイクロイ
ックミラー面４９から反射される前の入射光には測距光
の他に視準する為の可視光が含まれている為、偏向部分
を設けると視準する像がずれ、二重像等になってしま
う。ずれが生じない様にする為には、前記第２ダイクロ
イックミラー面４９で分離された後の測距光の光路に設
ける。

【００３１】反射面１２ａに偏向部材５１ａ，５１ｂ，
５１ｃ，…を貼付け、前記反射面１２ａと同様アルミニ
ウム等を蒸着して偏向用の反射面を形成する。前記偏向
部材５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，…は楔形をしており、通
常光路を外れる程反射面の傾斜がきつく、又反射面の面
積が小さくなっている。これは、前記測定対象物４′が
低再帰反射シート（微小な球状のガラスから構成された
もの）や自然物（ある程度の反射特性を有するもの）等
である場合に、近距離にある程反射光は前記受光部７の
光軸に対して傾斜し、更に光量が多いということによ
る。近距離では測距光の反射光光量は大きく、前記偏向
部５０の反射面積は小さくても測定には充分の光量とな
る。逆に反射光が通常光路に近い位置では、前記測定対
象物４′がある程度の距離になる為、反射面積が大きく
充分光量が獲れる様にしている。尚、近距離測定は約１
０メートル以下を言う。

【００３２】以下、作用を説明する。

【００３３】上記した様に、照射する前記測距光３には
視準用、追尾用、測距用の異なる波長帯が含まれる。波
長帯としては例えば視準用には４００〜６５０nmの可視
光線、追尾用としては６５０nmの赤外光、測距用として
は８００nmの赤外光が使用される。

【００３４】前記対物レンズ４１より入射した反射光は
前記第１ダイクロイックミラー面４８により追尾光が反
射され、該第１ダイクロイックミラー面４８を透過した
レーザ光線は、前記第２ダイクロイックミラー面４９に
より更に測距光が反射され、測距光と可視光とが分離さ
れる。分離された測距光は、前記測距光学系により受光
され、距離測定がなされる。又、前記第２ダイクロイッ
クミラー面４９を透過した可視光は前記接眼レンズ４５
を介して測量者に視認される。

【００３５】次に、反射光と前記受光部７の受光状態に
ついて説明する。

【００３６】先ず、前記測定対象物４がプリズムである
場合を説明する。図１で示す反射光の状態は該測定対象
物４がプリズムである場合を示しており、前記反射面１
２ａで反射された反射光の光軸は前記受光部７の光軸と
一致、若しくは略一致しており、受光部７は測定に必要
な充分な光量を受光することができる。尚、この場合、
反射光の一部は前記偏向部５０により反射され、前記受
光部７に到達しないが、前記偏向部５０で反射されるの
は周辺部であり、又プリズムを使用した場合の反射光量
は充分大きいので問題はない。

【００３７】次に、前記測定対象物４′が低再帰反射シ
ート（微小な球状のガラスから構成されたもの）や自然
物（ある程度の反射特性を有するもの）等である場合を
図４を参照して説明する。図４は距離測定部分と測定対
象物の関係を取出したものである。

【００３８】前記測定対象物４′で反射された前記反射
光３′は拡散し、更に光路が傾斜している。この為、前
記反射面１２ａで反射した前記反射光３′の光軸は前記
受光部７の光軸に対して傾斜しており、該受光部７には
殆ど入射しない。前記反射光３′の一部は前記偏向部５
０により前記受光部７に向かって反射され、該受光部７
に入光する。該受光部７は前記偏向部５０で反射された
反射光３′を電気信号に変換し、距離測定部により前記
測定対象物４′迄の距離測定が行われる。

【００３９】上記した様に、近距離にある程前記反射光
３′は前記受光部７の光軸に対して傾斜し、更に光量が
多く、遠距離程平行に近くなり光量が少なくなるが、通
常光路を外れる程反射面の傾斜がきつく、又反射面の面
積が小さくなっているので、前記受光部７は測量に必要
な充分な光量を受光することができる。

【００４０】又、前記反射ミラー１７は実質的に前記ダ
イクロイックプリズム４６と分離されている為位置の調
整が容易である。更に前記反射ミラー１７自体、光学部
材として簡単な形状及び大きさも小さい為加工が容易で
コストも安く、ミラーとして構成するには蒸着等により
容易にミラーを構成できる。

【００４１】図３（Ａ）（Ｂ）に於いて他の偏向部５０
について説明する。

【００４２】図３で示す偏向部５０は、前記受光部７の
光軸を外れる程反射面の傾斜が連続的に増大し、又反射
面幅が漸次小さくなっている偏向部材５２を貼設し、そ
の表面に金属を蒸着して反射面としたものである。該偏
向部材５２の形状も前記測定対象物４′迄の距離が変化
しても前記受光部７に入射する前記反射光３′の光量が
大きく変わらない様にしたものである。該他の偏向部５
０でも測定対象物４′迄の距離に拘らず測量に必要な充
分な光量を受光することができる。

【００４３】尚、偏向部５０を設ける場所としては、ダ
イクロイックプリズム４６の反射ミラー１２に対向する
面でもよい。この場合は透過光を偏向することになる。
更に、偏向手段は回折手段、フレネルレンズ、複数の楔
プリズム、等で構成しても良い。以上は自動測量機であ
るが、距離測定部を有する測量機に於いてもダイクロイ
ックプリズム４６が、視準光と測距光を分けるダイクロ
イックプリズムに代わるのみで、基本的に同様の解決手
段を必要とする。

【００４４】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、測定対
象物に反射プリズムがある場合、反射プリズムがない場
合のいずれの距離測定でも、距離測定装置の構成の変更
を行うことなく、直ちに測定を行え、作業性がよく、而
も、測距光学系に簡単な構成の偏向部を設けるだけでよ
いので、製作コストを低減できるという優れた効果を発
揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の光学系を示すブロック図
である。

【図２】（Ａ）（Ｂ）は同前本発明の実施の形態の要部
を示す説明図である。

【図３】（Ａ）（Ｂ）は本発明の実施の形態の要部の他
の例を示す説明図である。

【図４】距離測定部分と測定対象物の関係を示す説明図
である。

【図５】本発明が実施される自動測量機の要部を示す斜
視図である。

【図６】従来の測距光学系を示すブロック図である。

【図７】（Ａ）（Ｂ）は従来の距離測定部分と測定対象
物の関係を示す説明図である。

【図８】（Ａ）（Ｂ）は従来の距離測定部分と測定対象
物の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

２光源３測距光４測定対象物７受光部１２反射ミラー１２ａ反射面４６ダイクロイックプリズム５０偏向部５１偏向部材５２偏向部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA02 AA22 DD02 EE07 FF48 GG04 LL12 LL21 LL37 LL46 LL47 2F112 AD03 BA02 BA03 BA10 CA12 DA06 DA09 DA10 DA11 DA19 DA25 FA01 5J084 AA05 AD03 BA03 BB11 BB14 BB20 BB21 BB24 EA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】距離測定部の受光部へ向かう測定対象物
からの反射光光路中に設けられた光学部材の面に、通常
光路に対して傾斜する反射光を受光部に向ける偏向部を
設けたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】前記偏向部が反射光を受光部に向け反射
する反射面に設けられた請求項１の距離測定装置。
【請求項３】前記偏向部が反射光を透過する透過面に
設けられた請求項１の距離測定装置。
【請求項４】前記偏向部が通常光路より離れるに従い
偏向が大きくなる請求項１又は請求項２の距離測定装
置。
【請求項５】前記偏向部が通常光路より離れるに従い
幅が小さくなる請求項１又は請求項２の距離測定装置。
【請求項６】偏向部が反射面である請求項１、請求項
２、請求項４、請求項５の内いずれか一つの距離測定装
置。
【請求項７】偏向部が回折手段である請求項１、請求
項３のいずれか一つの距離測定装置。
【請求項８】偏向部がフレネルレンズである請求項
１、請求項３のいずれか一つの距離測定装置。
【請求項９】前記偏向部が、光源からの測距光を測定
対象物に向け反射し、測定対象物からの反射光を受光部
に向け反射する反射ミラーの反射光反射面に設けられた
請求項１の距離測定装置。