JP2017015730A - 光波距離計 - Google Patents

Abstract

【課題】内部に配置された各種光学部材の調整作業や交換作業を容易に行えるものとする。【解決手段】被測定物で反射された測定光を受光する受光反射光学系２５０と、濃度勾配フィルターを含むサーキュラー２２２で透過させて光源２３０からの光を測定光として照射する射出光学系２２０と、光源２３０からの光を調整して内部参照光を生成する濃度フィルター３１０とを備え、測定光と内部参照光とに基づいて被測定物までの距離を測定する光波距離計１００である。濃度フィルター３１０、内部参照光の絞り２２４、及び、サーキュラー２２２、射出光学系２２０を構成するミラー部材２４１を含む光学部材を１つのベース部１３０上に配置した。【選択図】図４

Description

本発明は、被測定物で反射された測定光を受光する受光光学系と被測定物に測定光を照射する射出光学系とを備え、目標までの距離を測定する光波距離計に関する。

上述の光波距離計は、変調した所定波長領域の測定光を被測定物に照射し、被測定物からの反射光を受光して、内部参照光と、受光された測定光の位相差から被測定物までの距離を測定する。

特許文献１および特許文献２には、測定光を被測定物に照射し、被測定物で反射された測定光を受光し、この受光した測定光と、濃度フィルターで光量を調整した内部参照光とを比較して被測定物までの距離を測定する光波距離計が記載されている。

このような光波距離計として、対物レンズを透過した測距光を受光ファイバの入射端面に入射させ、別の光路を経由した内部参照光との位相差、時間差を検出し、測定対象物までの距離を演算する。

そして、光波距離計では、内部参照光の光量を調整する濃度フィルター、絞り、測定光の出射光量を調整用に円周上に濃度勾配が付いた濃度フィルターを備えたサーキュラー、射出反射光学系のミラー部材等の光学部材は、個々に取り付けられ、それぞれに取付け調整を行う。

特開２００４−１４４６８１公報参照 特開２００８−７６２１２公報参照

しかし、従来の光波距離計にあっては、内部参照光の光量を調整する濃度フィルター、絞り、測定光の出射光量調整用の濃度フィルターを備えたサーキュラー、射出反射光学系のミラー部材等の個々の光学部材を取付け調整すると、作業効率が上がらず、また個々の部品が破損した場合の交換作業が煩雑で手間や時間がかかってしまうという問題があった。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、内部に配置された各種光学部材の調整作業や交換作業を容易に行うことができる光波距離計を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被測定物で反射された測定光を受光する受光光学系と、濃度勾配フィルターを備えたサーキュラーを透過させて光源からの光を前記測定光として照射する射出光学系と、前記光源からの光を調整して内部参照光とする濃度フィルターと、を備え、前記測定光と前記内部参照光とに基づいて被測定物までの距離を測定する光波距離計において、前記濃度フィルター、前記内部参照光の絞り、及び、前記サーキュラー、を含む光学部材を１つのベース部上に配置したことを特徴とする。

同じく請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光波距離計において、前記射出光学系を構成するミラー部材の光学部材を前記ベース部上に配置したことを特徴とする。

本発明に係る光波距離計によれば、光学部材が配置された新品のベース部のみ交換するだけで、各種光学部材の調整や交換を容易に行うことができ、作業効率を上げることができる。

本発明の実施形態に係る光波距離計を示す正面図である。 同じく光波距離計を示す断面図である。 同じく光波距離計の光学系を示すものであり、（ａ）は測定光射出の状態を示す模式図、（ｂ）は内部参照光射出の状態を示す模式図である。 同じく光波距離計内部構造を示す斜視図である。 同じく光波距離計の濃度フィルターの構造を示す分解斜視図である。 同じく光波距離計の濃度フィルターの構造を示す分解斜視図である。

本発明を実施するための形態に係る光波距離計について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る光波距離計を示す正面図、図２は同じく光波距離計を示す断面図、図３は同じく光波距離計の光学系を示すものであり、（ａ）は測定光射出の状態を示す模式図、（ｂ）は内部参照光射出の状態を示す模式図である。

実施形態に係る光波距離計１００は、図１に示すように、三脚（図示せず）に取り付けられる基台部１０１に架台１０２が設けられ、この架台１０２には光学系を含む望遠鏡部１０３が支持されている。前記基台部１０１は整準ねじ１０４を有し、架台１０２が水平となる様に整準可能となっている。架台１０２は鉛直軸心を中心に回転可能であり、望遠鏡部１０３は水平軸心を中心に回転可能となっている。また、架台１０２には表示部１０６を有する操作入力部１０７が設けられ、前記表示部１０６には測定対象物までの距離の測定値等が表示される。

実施形態に係る光波距離計１００の光学系について説明する。図２は同じく光波距離計を示す断面図、図３は同じく光波距離計の光学系を示すものであり、（ａ）は測定光射出の状態を示す模式図、（ｂ）は内部参照光射出の状態を示す模式図である。光波距離計１００は、筐体１１０内に、鏡筒１２０と、ベース部１３０が形成されている。また、図２に示すように、光波距離計１００は、光学系２００として、受光光学系である対物レンズ系２１０と、測定光を射出する射出光学系２２０と、対物レンズ系２１０からの測定光を光ファイバ２６０に導く射出反射光学系２４０とを備える。また光学系２００は、受光反射光学系２５０と、視準光学系２７０とを備える。光ファイバ２６０は、光センサー２６１（図３参照）に測定光を導く。視準光学系２７０は対物レンズ系２１０からの被測定物像を目視できるようにして、光波距離計１００の方向を決定したり補正したりするために使用される。

対物レンズ系２１０は、鏡筒１２０に配置され、被測定物であるプリズム２８０に向かう第１光軸Ｏ１を備え、被測定物からの光を集光する。対物レンズ系２１０は、３枚のレンズを備えており、各種収差が補正され全体で正のパワーを備える。射出光学系２２０は、ベース部１３０に配置され、第１光軸Ｏ１と平行な第２光軸Ｏ２を備え、光源２３０からの光を平行光である測定光として射出する。光源２３０は、例えば赤外線を発生するレーザーダイオードである。射出光学系２２０は、コリメータレンズ２２１と、射出光を断続的に遮断し射出光を内部参照光として取り出す台形プリズム２２５を備えたチョッパ２２６と、マイコンなどにより制御されて外光束光量を調整するサーキュラー２２２と手動で回転位置を設定することにより内部参照光の光量を調整する濃度フィルター３１０、と絞り２２４とを備える。濃度フィルター３１０は、円周上に濃度勾配を備えた円板状の部材である。また、サーキュラー２２２は、測定光出射光量の調整用に円周上に濃度勾配が付いている濃度フィルターを備え、サーキュラー駆動モータ２２３で回転駆動される円板状の部材である。

さらに、チョッパ２２６はチョッパ駆動モータ２２７で回転駆動され、所定のタイミングで、第２光軸Ｏ２上のコリメータレンズ２２１の前側に出没するように駆動される。ここで、チョッパ２２６には、コリメータレンズ２２１を覆う板部２２６ａが形成されている。また、台形プリズム２２５は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように２つの反射面２２５ａ、２２５ｂを備え、内部参照光を内部参照光センサー２９０に導く。

測定光の射出時には、図３（ａ）に示すように、チョッパ２２６は、コリメータレンズ２２１の射出口から外れ、光源２３０からの光は、サーキュラー２２２で断続的に遮られながらミラー部材２４１に向け、射出される。なお、図３（ａ）において、内部参照光の光軸を一点鎖線で示し、測定光の光路を矢印付の実線で示している。３（ａ）示した状態では、内部参照光は生成されてない。

内部参照光の射出時には、図３（ｂ）に示すように、チョッパ２２６はコリメータレンズ２２１の射出口に台形プリズム２２５の反射面２２５ａが配置される状態となる。この状態で、光源２３０からの光は、コリメータレンズ２２１を経て、台形プリズム２２５の反射面２２５ａ、２２５ｂで反射されて濃度フィルター３１０に向け射出される。濃度フィルター３１０で濃度調整された内部参照光は、光ファイバ２６３に入射する。このとき、コリメータレンズ２２１の開口は、板部２２６ａで完全に覆われるので、対物レンズ系２１０側には光は入射しない。光ファイバ２６３は、光ファイバ２６０と合流し、光ファイバ２６３からの内部参照光と、光ファイバ２６０からの測定光は同一の光センサー２６１で検出される。なお、図３（ｂ）において、内部参照光の光路を矢印付の実線で示し、測定光の光軸を一点鎖線で示している。３（ｂ）示した状態では、測定光は生成されてない。

射出反射光学系２４０は、第２光軸Ｏ２上に斜めに反射面を形成した第１反射手段であるミラー部材２４１と、対物レンズ系２１０の入射側（外側）に配置される第２反射手段である送光反射プリズム２４２とを備える。送光反射プリズム２４２は第１光軸Ｏ１上に傾斜した反射面２４２ａを備える。この例では対物レンズ系２１０の外側には、平行平面ガラスであるカバーガラス２８１が配置され、送光反射プリズム２４２は、このカバーガラス２８１の内側に接着されて配置されている。

受光反射光学系２５０は、ダイクロイックミラー２５１と、このダイクロイックミラー２５１からの光を直角方向に反射する受光反射部材である受光反射プリズム２５２とから構成される。ダイクロイックミラー２５１は、鏡筒１２０に配置され、対物レンズ系２１０から第１光軸Ｏ１に沿って入射する光のうち、所定波長帯域の光である測定光を反射する。他の帯域の光は透過して、鏡筒１２０に配置された視準光学系２７０に入射する。光波距離計１００のオペレーターは、視準光学系２７０を用いて、視準を行うことができる。受光反射プリズム２５２は、第１光軸Ｏ１に４５度の角度で形成された反射面２５２ａを有し、ダイクロイックミラー２５１からの光を光ファイバ２６０に向け反射する。

このような光波距離計１００では、光センサー２６１で検出した被測定物であるプリズム２８０からの測定光と、光ファイバ２６３からの内部参照光とに基づいて被測定物であるプリズム２８０までの距離を演算する。

次に濃度フィルター３１０について説明する。図４は本発明の実施形態に係る光波距離計内部構造を示す斜視図、図５は同じく光波距離計の濃度フィルターの構造を示す分解斜視図、図６は同じく光波距離計の濃度フィルターの構造を示す分解斜視図である。図４および図５に示すように、濃度勾配フィルターである濃度フィルター３１０は、濃度勾配を形成した濃度勾配フィルム３１１と、濃度が一定、例えば透明な保護フィルム３１２とを重ねて、固定ねじ３１３を望遠鏡部１０３に配置されたベース部１３０の濃度フィルター取付部１３１に配置したものである。濃度勾配フィルム３１１および保護フィルム３１２は合成樹脂フィルムで構成される。そして、保護フィルム３１２が回転しても、濃度勾配フィルム３１１は保護フィルム３１２につれて回転することがないよう、接合せずに取り付けられる。なお、図４にはチョッパ２２６は記載されておらず、図５、図６にはサーキュラー２２２およびチョッパ２２６は記載していない。

内部参照光の光量を調整するときには、濃度勾配フィルム３１１と保護フィルム３１２と重ねた状態で濃度フィルター３１０全体を回転させる。そして、適当な位置で止めて光量を決定する。そして、濃度フィルター３１０の位置を固定するとき、固定ねじ３１３を締める方向に回転して固定する。このとき、固定ねじ３１３の回転によって保護フィルム３１２が回転しても、濃度勾配フィルム３１１は回転しない。このため、濃度フィルター３１０の固定時に、内部参照光の信号強度が変化することがない。また、固定ねじ３１３を回すのに用いる工具、例えばドライバーの先端が、濃度勾配フィルム３１１に直接接触することを防止できる。このため、濃度フィルター３１０の表面を損傷することがない。この調整は、従来例と同様に製造工場での調整時に行う。調整作業は、筐体１１０の上側カバーを外しておこない、上側カバーを外すと、固定ねじ３１３は露出してドライバー等の工具で操作できるようになる。

さらに、何らかの理由で、保護フィルム３１２を損傷しても、保護フィルム３１２を交換するだけでよく、コストがかからず、交換作業も容易である。

このように、保護フィルム３１２は、印刷工程で製作した濃度勾配フィルム３１１の乳剤面を覆うことになるので、濃度勾配フィルム３１１の乳剤面の凹凸における不要散乱を避けることができる。このため、受光光学系内部に不要な迷光をつくることがなく、測定誤差の低減にも寄与する。

また、保護フィルム３１２の表面に、乱反射防止加工が施しておくと、入射光が乱反射せず、内部参照光の散乱を防止することができ、測定精度の向上が図れる。乱反射防止加工としては、保護フィルム表面の鏡面処理、ＡＲコート等を行う。

さらに、上記実施形態では、保護フィルム３１２を回転させても、濃度勾配フィルム３１１が回転しないように構成したが、濃度勾配フィルム３１１に保護フィルム３１２を接合しておいてもよい。この場合濃度勾配フィルム３１１の表面の保護を図ることができる。

１００：光波距離計
１０１：基台部
１０２：架台
１０３：望遠鏡部
１０４：整準ねじ
１０６：表示部
１０７：操作入力部
１１０：筐体
１２０：鏡筒
１３０：ベース部
１３１：濃度フィルター取付部
２００：光学系
２１０：対物レンズ系
２１１：レーザー光源
２２０：射出光学系
２２１：コリメータレンズ
２２２：サーキュラー
２２３：サーキュラー駆動モータ
２２４：絞り
２２５：台形プリズム
２２５ａ、２２５ｂ：反射面
２２６：チョッパ
２２７：チョッパ駆動モータ
２３０：光源
２４０：射出反射光学系
２４１：ミラー部材
２４２：送光反射プリズム
２４２ａ：反射面
２５０：受光反射光学系
２５１：ダイクロイックミラー
２５２：受光反射プリズム
２５２ａ：反射面
２６０：光ファイバ（射出（外）光路用）
２６１：光センサー
２６３：光ファイバ（内部参照光路用）
２７０：視準光学系
２８０：プリズム
２８１：カバーガラス
２９０：内部参照光センサー
３１０：濃度フィルター
３１１：濃度勾配フィルム
３１２：保護フィルム
３１３：固定ねじ
Ｏ１：第１光軸
Ｏ２：第２光軸

Claims (2)

1. 被測定物で反射された測定光を受光する受光光学系と、
   濃度勾配フィルターを備えたサーキュラーを透過させて光源からの光を前記測定光として照射する射出光学系と、
   前記光源からの光を調整して内部参照光とする濃度フィルターと、
   を備え、前記測定光と前記内部参照光とに基づいて被測定物までの距離を測定する光波距離計において、
   前記濃度フィルター、前記内部参照光の絞り、及び、前記サーキュラー、を含む光学部材を１つのベース部上に配置したことを特徴とする光波距離計。
2. 前記射出光学系を構成するミラー部材の光学部材を前記ベース部上に配置したことを特徴とする請求項１に記載の光波距離計。