JP2017072709A - 結像光学部材及び測量機の光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】受光光学系の結像光学部材の小型化を図り、更に測量機に於ける光学系の小型化を可能とする。【解決手段】レンズの入射面に対向する面が凹曲面であり、凹曲面の中央部を除き反射膜が形成され、入射光６を反射する凹反射面Ｒ２と、凹反射面に対向して配置され、反射膜が形成された凸反射面Ｒ３とを有し、凹反射面は入射光を凸反射面に集光させる様反射し、凸反射面は入射光を結像させる様反射する様構成された結像光学部材。【選択図】図３

Description

本発明は、結像光学部材及び測量機の光学系と、特に受光部の光学系に関するものである。

測量機に用いられる光学系は、遠距離での受光光量確保の為、大口径のレンズを使用している。この為、光学系は大きく、又重量も蒿むものとなっていた。

図１（Ｃ）は、従来より用いられている受光部の光学系１を示している。

複数のレンズからなるレンズ群２により結像光学部材が構成され、入射光がレンズの屈折作用によって受光面３上に結像されている。

前記レンズ群２は、焦点距離ｆ１を有し、光学系１の全長はｌ１となっている。この焦点距離は、測量機の光学系が求められる性能によって決定される。

従って、受光部はこのレンズ群２を収納する大きさとなり、更に光軸方向の長さは前記焦点距離ｆ１に依存することになる。

又、近年では、測量機の小型化、軽量化が図られているが、光学系については、レンズ群２の大きさ、焦点距離ｆ１の制約により、小型化が難しいものとなっていた。

特開２００４−６９６１１号公報

本発明は受光光学系の結像光学部材の小型化を図り、更に測量機に於ける光学系の小型化を可能とするものである。

本発明は、入射光を反射する凹反射面と、該凹反射面に対向配置された凸反射面とを有し、前記凹反射面は前記入射光を前記凸反射面に集光させる様反射し、該凸反射面は前記入射光を結像させる様反射する様構成された結像光学部材に係るものである。

又本発明は、前記結像光学部材はレンズであり、該レンズの入射面に対向する面が凹曲面であり、該凹曲面の中央部を除き反射膜が形成され、前記入射面の中央部に凹部を形成し、該凹部に反射膜が形成されて凸反射面とされ、該凸反射面で反射された前記入射光が前記凹曲面の中央部を透過し、前記レンズの外側で結像される結像光学部材に係るものである。

又本発明は、前記結像光学部材は複数のレンズが接合されて構成される結像光学部材に係るものである。

又本発明は、前記結像光学部材は主レンズ、小レンズから構成され、前記主レンズの入射面に対向する面が凹曲面であり、該凹曲面の中央部を除き反射膜が形成され、前記主レンズの入射面の中央部に前記小レンズが接合され、該小レンズの反接合面には凹部が形成され、該凹部で形成される凹曲面に反射膜が形成されて前記凹曲面に向って突出する凸反射面が形成され、該凸反射面で反射された前記入射光が前記凹曲面の中央部を透過し、前記主レンズの外側で結像される結像光学部材に係るものである。

又本発明は、レンズ及び反射鏡で構成され、前記レンズの入射面に対向する面が凹曲面であり、該凹曲面に反射膜が形成され、前記入射面の中央部に凹部が形成され、前記反射鏡は前記凹部に対峙する様設けられ、前記凹曲面で前記凹部に集光される様反射された入射光が前記凹部を透過し、前記反射鏡で反射され前記レンズの外側で結像される結像光学部材に係るものである。

又本発明は、凹反射面と、該凹反射面と離間して反射屈折レンズが配設され、該反射屈折レンズの前記凹反射面とは反対の面は副反射面とされ、前記凹反射面は入射光を前記反射屈折レンズに入射させる様に反射し、該反射屈折レンズの前記凹反射面に対向する面は、前記副反射面で反射された前記入射光が、前記凹反射面と前記反射屈折レンズの間で結像する様に構成された結像光学部材に係るものである。

又本発明は、測距光を投光する投光光学系と、測定対象から反射された反射測距光が入射光として受光される測距用受光光学系とを具備し、該測距用受光光学系が前記入射光を受光面に結像させる結像光学部材を有し、該結像光学部材は上記した結像光学部材のいずれかである測量機の光学系に係るものである。

又本発明は、トラッキング用照明光源を更に有し、該トラッキング用照明光源は前記入射面の凹部に対向して設けられ、前記トラッキング用照明光源から発せられた照明光は、前記凹部で反射された後射出される測量機の光学系に係るものである。

更に又本発明は、前記結像光学部材を有し、前記凹曲面の中央部を通過する光軸を、ダイクロイックミラーによって分岐し、分岐した一方の光軸上にトラッキング用照明光源を配設し、他方の光軸上に受光面を配置し、前記ダイクロイックミラーは、照明光と測距光とを分離する様構成された測量機の光学系に係るものである。

本発明によれば、入射光を反射する凹反射面と、該凹反射面に対向配置された凸反射面とを有し、前記凹反射面は前記入射光を前記凸反射面に集光させる様反射し、該凸反射面は前記入射光を結像させる様反射する様構成されたので、光軸長が短くなり、光学系の小型化が実現する。

又本発明によれば、前記結像光学部材はレンズであり、該レンズの入射面に対向する面が凹曲面であり、該凹曲面の中央部を除き反射膜が形成され、前記入射面の中央部に凹部を形成し、該凹部に反射膜が形成されて凸反射面とされ、該凸反射面で反射された前記入射光が前記凹曲面の中央部を透過し、前記レンズの外側で結像されるので、光軸長が短くなり、光学系の小型化が実現する。

又本発明によれば、凹反射面と、該凹反射面と離間して反射屈折レンズが配設され、該反射屈折レンズの前記凹反射面とは反対の面は副反射面とされ、前記凹反射面は入射光を前記反射屈折レンズに入射させる様に反射し、該反射屈折レンズの前記凹反射面に対向する面は、前記副反射面で反射された前記入射光が、前記凹反射面と前記反射屈折レンズの間で結像する様に構成されたので、光軸長が短くなり、光学系の小型化が実現する。

更に又本発明によれば、測距光を投光する投光光学系と、測定対象から反射された反射測距光が入射光として受光される測距用受光光学系とを具備し、該測距用受光光学系が前記入射光を受光面に結像させる結像光学部材を有し、該結像光学部材は上記した結像光学部材の１つであるので、測距用受光光学系が小型化し、更に測量機の光学系が小型化するという優れた効果を発揮する。

（Ａ）（Ｂ）は本実施例に係る結像光学部材を示す図、（Ｃ）は従来の結像光学部材を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ本実施例に係る結像光学部材を示す図である。 本実施例に係る他の結像光学部材を示す図である。 本実施例に係る他の結像光学部材を示す図である。 本実施例に係る他の結像光学部材を示す図である。 本実施例に係る他の結像光学部材を示す図である。 本実施例に係る他の結像光学部材を示す図である。 本実施例に係る他の結像光学部材を示す図である。 本発明の第１の実施例を示す光学配置図である。 第２の実施例を示す光学配置図である。 第３の実施例を示す光学配置図である。 （Ａ）は第４の実施例を示す光学配置図、（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＡ矢視図である。 （Ａ）は第５の実施例を示す光学配置図、（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＡ矢視図である。 （Ａ）は第６の実施例を示す光学配置図、（Ｂ）は照明光源を示す部分図である。 （Ａ）は第７の実施例を示す光学配置図、（Ｂ）は照明光源、トラッキング受光用兼撮像用受光光学系を示す部分図である。 第８の実施例を示す光学配置図である。 トラッキング受光用兼撮像用受光光学系に設けられる光学フィルタの透過特性図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１（Ａ）は、本実施例の受光部に用いられる結像光学部材の一例を示している。

該結像光学部材は１枚のレンズ５ａによって構成され、該レンズ５ａは、屈折作用と反射作用を具備する。

該レンズ５ａは、入射面である物側の面Ｒ１、反射面である結像側の面Ｒ２、前記面Ｒ１の中央部に、且つ面Ｒ１と同心に形成された面Ｒ３、前記面Ｒ２の中央部に、且つ面Ｒ２と同心に形成された面Ｒ４を有している。

前記面Ｒ１は平面であり、前記面Ｒ２は前記面Ｒ１に向って凹面となっており、前記面Ｒ３は所定の直径を有し、前記面Ｒ２に向って凸面となっている。前記面Ｒ４は、前記面Ｒ２の延長であってもよく、或は平面であってもよい。又或は、独立する曲面であってもよい。

前記面Ｒ１は入射光６を全透過させるものであり、反射防止膜（以下、ＡＲ膜）が形成されている。又、前記面Ｒ２、前記面Ｒ３には前記入射光６を全反射させる為の反射膜が形成されている。前記面Ｒ４は円形であり、該面Ｒ４の直径は、前記面Ｒ３の直径以下となっている。前記面Ｒ４には、前記入射光６を全透過させる為のＡＲ膜が形成されている。

前記面Ｒ２は、前記面Ｒ１を通って入射した前記入射光６を、前記面Ｒ３の範囲に集光する様に反射する。前記面Ｒ２は、前記入射光６を前記面Ｒ３の範囲に集光させる為に、球面、非球面等適宜な曲面で形成されている。

前記面Ｒ３は前記入射光６を反射し、反射した該入射光６を前記面Ｒ４を透過した位置、即ち前記レンズ５ａの外側で集光させる。従って、前記面Ｒ３は、前記入射光６を前記面Ｒ４を透過した位置で結像させる為に、球面、非球面等適宜な曲面で形成されている。尚、受光素子が前記面Ｒ２に接して設けられる等、受光面が前記面Ｒ４と一致する場合は、前記レンズ５ａの結像位置は前記面Ｒ２上であってもよい。

尚、受光面３は、受光素子の受光面であってもよく、或は光ファイバの受光端面であってもよい。

本実施例の前記レンズ５ａの光学系全長ｌ２と図１（Ｃ）で示した従来のレンズ群２の光学系全長ｌ１とを比較すると、ｌ２はｌ１の１／３程度となっており、大幅な小型化となっている。

次に、図１（Ｂ）で示すレンズ５ｂは、図１（Ａ）で示した前記レンズ５ａの変形を示している。

前記レンズ５ｂは、前記レンズ５ａと同様、面Ｒ１の中央に面Ｒ３が形成され、面Ｒ２の中央に面Ｒ４が形成されている。

前記レンズ５ｂでは、前記面Ｒ２、前記面Ｒ３の曲率を大きくし、光学系全長ｌ３を更に短くしている。従って、前記レンズ５ｂでは、ｌ３はｌ１の１／５以下となっており、更なる小型化となっている。

尚、曲率を大きくすることで、面間偏心感度が大きくなり、製造難易度は高くなるので、光学系が要求される特性を考慮して、曲率が選択される。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に於いて、前記レンズ５ａの更に変形例を説明する。

尚、図２（Ａ）に示すレンズ５ａは、図１（Ａ）で示したレンズ５ａと同一である。

又、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示されるレンズは、単一のレンズで構成される場合を示している。

図２（Ｂ）に示されるレンズ５ｃは、面Ｒ１を凹曲面とし、該面Ｒ１から入射する入射光６に対してレンズ効果を作用させる様にしたものであり、前記面Ｒ１から入射した前記入射光６は拡散して、面Ｒ２に入射する。

又、図２（Ｃ）に示されるレンズ５ｄは面Ｒ１を凸曲面とし、該面Ｒ１から入射する前記入射光６に対して、前記レンズ５ｃとは逆のレンズ効果を作用させる様にしたものであり、該面Ｒ１から入射した前記入射光６は集光して、前記面Ｒ２に入射する。

前記面Ｒ１を平面にするか、凹曲面にするか、或は凸曲面にするかは、光学系に要求される性能に対応して適宜選択する。

図３は、結像光学部材としてのレンズ７を示しており、該レンズ７は図２（Ａ）で示されるレンズ５ａを２つのレンズ７′，７′′に分割し、更に２つの該レンズ７′，７′′を接合させて構成したものである。図３では、前記レンズ５ａを分割した場合を示しているが、前記レンズ５ｃ、前記レンズ５ｄに対しても同様に実施可能である。尚、２分割に限らず３分割以上としてもよい。

結像光学部材を複数枚のレンズで構成することで、設計の自由度が増し、色収差の補正が可能になる。

色収差補正の利点として、製造時に調整で使う波長を可視光に設定し、調整を容易に行える利点がある。

図４に示される結像光学部材としてのレンズ８は、図１（Ａ）で示されるレンズ５ａの面Ｒ３を別の小レンズ８′′によって形成したものである。

面Ｒ１、面Ｒ２、面Ｒ４を有するレンズ８′の面Ｒ１の中央部に前記小レンズ８′′を接合する。該小レンズ８′′には凹曲面（前記面Ｒ２に向って凸面）が形成され、該凹曲面に全反射膜が形成されている。

前記レンズ８に於いて、前記面Ｒ１から入射した入射光６は、前記面Ｒ２によって反射され、前記面Ｒ１を透過し、前記面Ｒ３によって反射され、受光面３で結像される。前記レンズ８に於いて、前記入射光６が前記小レンズ８′′に入射し、該小レンズ８′′から前記レンズ８′に入射する過程でレンズ効果が作用する。前記レンズ８を２つの前記レンズ８′、前記レンズ８′′によって構成することで、設計の自由度が増し、色収差の補正が可能になる。

図５に示す結像光学部材９は、反射屈折レンズ９′と反射鏡９′′とから構成されている。

前記反射屈折レンズ９′は入射面（面Ｒ１）が凸曲面となっており、該面Ｒ１の中央部には凹曲面（面Ｒ３）が形成されている。前記反射鏡９′′は前記面Ｒ３に対向して配設されている。前記面Ｒ１、前記面Ｒ３は透過面であり、面Ｒ２は反射面となっている。

前記結像光学部材９に入射した入射光６は、前記面Ｒ１でレンズ作用を受け、光軸側に屈折され、前記面Ｒ２で光軸側に向くよう反射され、更に前記面Ｒ３を通過する過程でレンズ作用を受け、光軸から離反する方向に屈折される。

而して、前記入射光６は、前記面Ｒ１を透過し、前記面Ｒ２で反射され、前記面Ｒ３を透過し、前記反射鏡９′′で反射され、前記入射光６の入射光路外で結像される。

図６に示す結像光学部材１1は、上記したレンズと同等の機能を有するものであり、凹面反射鏡１２と反射屈折レンズ１３とから構成されている。

前記凹面反射鏡１２の光軸上に、反射面と対向させ前記反射屈折レンズ１３が配設される。

該反射屈折レンズ１３の前記凹面反射鏡１２側の面Ｒ５は非球面のレンズ面となっており、前記反射屈折レンズ１３の物側は面Ｒ６となっている。該面Ｒ６は前記凹面反射鏡１２と対向し、入射光６を全反射する副反射面となっている。

前記凹面反射鏡１２で反射された前記入射光６は、前記反射屈折レンズ１３に入射し、前記面Ｒ５を通過する過程でレンズ作用を受け、光軸から離反する方向に屈折され、更に前記面Ｒ６で反射される。前記面Ｒ５のレンズ作用と前記面Ｒ６の反射作用によって、前記入射光６は受光面３上に結像される。

前記面Ｒ６は、平面であってもよく、或は球面、或は非球面の曲面であってもよい。

尚、前記凹面反射鏡１２と前記反射屈折レンズ１３との間には空間が形成されるので、結像位置は、前記凹面反射鏡１２と前記反射屈折レンズ１３との間であってもよい。

結像位置を、前記凹面反射鏡１２と前記反射屈折レンズ１３との間とすることで、前記結像光学部材１１の光軸方向の長さを更に短くできる。

該結像光学部材１１では、前記凹面反射鏡１２の反射面を球面とすることができ、大口径の非球面レンズが不要となるので、製作コストが低減する。

図７で示される結像光学部材１４は、反射屈折レンズ１５と反射鏡１６によって構成される。

前記反射屈折レンズ１５はメニスカスレンズとなっており、該反射屈折レンズ１５の物側は面Ｒ１であり、該面Ｒ１は入射光６の透過面となっており、前記面Ｒ１にはＡＲ膜が形成されている。又、前記反射屈折レンズ１５の反対面は反射膜が形成された面Ｒ２となっている。

前記反射屈折レンズ１５の光軸上に位置し、前記面Ｒ１と対向して前記反射鏡１６が設けられる。

前記入射光６が前記面Ｒ１を透過して前記面Ｒ２によって反射され、面Ｒ３に集光される。該面Ｒ３で反射された前記入射光６は、光軸上に結像される。

前記結像光学部材１４では、結像位置が前記面Ｒ３と前記面Ｒ１との間となっている。

前記反射屈折レンズ１５の中央部に、孔１７が形成され、該孔１７を通過して光ファイバ１８が配置され、該光ファイバ１８の受光端面が前記結像位置と合致する様になっている。

図８で示される、結像光学部材２０は凹面反射鏡２１と凸面反射鏡２２によって構成される。

前記凹面反射鏡２１は、入射光６を前記凸面反射鏡２２に向けて集光する面Ｒ２を有し、前記凸面反射鏡２２は、前記入射光６を光軸上で且つ前記凹面反射鏡２１と前記凸面反射鏡２２との間に結像する様に反射する。

尚、結像位置に受光素子を配設してもよいし、前記結像光学部材１４と同様、前記凹面反射鏡２１に前記孔１７を設け、該孔１７を通過させた光ファイバ１８を配置してもよい。

尚、上記した様に、本実施例に係る結像光学部材は、少なくとも大径の反射面Ｒ２と該反射面Ｒ２と対向する小径の反射面Ｒ３を有し、大径の反射面は入射光を小径の反射面に入射させ、更に小径の反射面は入射光を反射し、光軸上に結像させる。

而して、斯かる光学作用を有する光学的構成は、種々考えられ得ることは言う迄もない。

次に、上記した結像光学部材を有する、測量機の光学系について説明する。

図９は、本発明に係る結像光学部材を有する第１の実施例として、レーザスキャナの光学系２５を示しており、該光学系２５には上記した結像光学部材の内、図１（Ｂ）で示したレンズ５ｂが用いられている。

図９中、２６は測距用受光光学系、２７は投光光学系、２８は撮像用受光光学系、２９は測距光を回転照射する為の回転ミラーを示している。

前記レンズ５ｂの光軸３１の前記回転ミラー２９の中心に向い、前記光軸３１上に、前記レンズ５ｂ側からミラー３２、第１ダイクロイックミラー３３が配設される。前記ミラー３２は、測距光、レーザポインタ光、照明光を反射し、前記第１ダイクロイックミラー３３は測距光を透過し、可視光を反射する様になっている。

又、前記光軸３１は、前記回転ミラー２９によって偏向され、測定方向に向けられる。

前記投光光学系２７は、測距光光源３４からの測距光、レーザポインタ用光源３５からのレーザポインタ光、照明光源３６からの照明光を前記光軸３１を経てそれぞれ射出する様になっている。ここで、前記測距光、前記レーザポインタ光、前記照明光は、ダイクロイックミラーにより分離できる様に、それぞれ異なる波長となっている。

又、前記投光光学系２７は、第２ダイクロイックミラー３７、第３ダイクロイックミラー３８を有する。前記第２ダイクロイックミラー３７は測距光を透過し、レーザポインタ光、照明光を反射する様になっている。又、前記第３ダイクロイックミラー３８は、照明光は透過するが、レーザポインタ光を反射する特性を有している。尚、前記第３ダイクロイックミラー３８はハーフミラーとしてもよい。

前記測距光光源３４から発せられた測距光は、前記第２ダイクロイックミラー３７を透過し、前記ミラー３２で反射され、前記第１ダイクロイックミラー３３を透過し、前記回転ミラー２９で偏向され、測定方向に照射される。

前記レーザポインタ用光源３５から発せられたレーザポインタ光は、前記第３ダイクロイックミラー３８、前記第２ダイクロイックミラー３７によって反射され、前記ミラー３２で前記光軸３１上に反射され、前記第１ダイクロイックミラー３３を透過し、更に前記回転ミラー２９で偏向されて測定方向に照射される。レーザポインタ光は、測距光の光軸（即ち前記光軸３１）と同一上に照射され、測定点を示す。

又、前記照明光源３６から発せられた照明光は、前記第３ダイクロイックミラー３８を透過し、前記第２ダイクロイックミラー３７、前記ミラー３２で前記光軸３１上に反射され、前記第１ダイクロイックミラー３３を透過し、更に前記回転ミラー２９で偏向されて測定方向に照射される。

測定対象から反射された反射測距光は、前記光軸３１を経て前記回転ミラー２９に入射し、該回転ミラー２９で反射され、前記第１ダイクロイックミラー３３、前記ミラー３２を透過し、前記レンズ５ｂにより受光面３に結像される。

結像された測距光は、受光素子（図示せず）によって受光され、該受光素子から出力される受光信号に基づき測距が行われる。

測定対象から反射された照明光は、前記回転ミラー２９、前記第１ダイクロイックミラー３３で反射され、前記撮像用受光光学系２８を経て撮像素子３９によって受光される。該撮像素子３９としては、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤ等が用いられ、受光面内での受光位置が分る様になっている。

レーザスキャナで、所要の測定範囲を測定する場合、測定範囲内で基準点を必要とする場合がある。この時は、コーナキューブ等、再帰反射性を有する測定対象を基準点に設置し、前記照明光で測定対象を照射し、測定対象からの反射光を受光し、測定対象の位置を測定し、基準位置を設定する。

上記の通り、前記測距用受光光学系２６に前記レンズ５ｂが用いられることで、前記測距用受光光学系２６の光軸長が、大幅に短くなり、測定装置の小型化が図れる。

図１０は、図９で示した実施例の変形例である第２の実施例を示している。尚、第２の実施例には、結像光学部材として前記レンズ５ｂが用いられている。又、図１０中、図９中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

図９で示した実施例では、前記撮像用受光光学系２８が、測距光の受光光路中に配設されているので、受光光量の一部が、前記撮像用受光光学系２８によって遮断されることになるが、図１０で示す第２の実施例では、前記撮像用受光光学系２８を受光光路の外に配設している。

従って、第２の実施例では受光光量を有効に利用できる。

図１１により、第３の実施例を説明する。

第３の実施例では、測距光光源３４からの測距光、レーザポインタ用光源３５からのレーザポインタ光、照明光源３６からの照明光を光軸３１上に導く為の第１ダイクロイックミラー３３が撮像用受光光学系２８の光軸上に設けられている。

前記測距光光源３４から発せられた測距光は、第２ダイクロイックミラー３７、前記第１ダイクロイックミラー３３、ミラー３２によって順次反射され、前記光軸３１に射出される。

又、前記レーザポインタ用光源３５から発せられたレーザポインタ光は、第３ダイクロイックミラー３８で反射され、前記第２ダイクロイックミラー３７を透過し、前記第１ダイクロイックミラー３３、前記ミラー３２で反射され、前記光軸３１に射出される。

又、前記照明光源３６から発せられた照明光は、前記第３ダイクロイックミラー３８、前記第２ダイクロイックミラー３７を透過し、前記第１ダイクロイックミラー３３、前記ミラー３２で反射され、前記光軸３１に射出される。

この場合、前記第３ダイクロイックミラー３８は照明光を透過し、レーザポインタ光を反射し、前記第２ダイクロイックミラー３７は測距光を反射し、照明光、レーザポインタ光を透過する。前記第１ダイクロイックミラー３３は、測距光、レーザポインタ光を反射し、照明光の一部を反射し、照明光の一部を透過する様になっている。

前記第１ダイクロイックミラー３３が、前記光軸３１から外れた位置に設けられたので、その分、該光軸３１の長さが短縮される。従って、更に、前記測距用受光光学系２６が小型化できる。

図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、第４の実施例を示している。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）中、図１１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例では、第２ダイクロイックミラー３７による光軸の分岐方向が紙面に対して平行（光軸３１と平行）な方向であったが、第４の実施例では、前記第２ダイクロイックミラー３７により紙面に対して垂直な方向に分岐している。

第４の実施例では、投光光学系２７が撮像用受光光学系２８の側方に設けられるので、光軸３１方向の長さが更に短くなり、光学系の更なる小型化が図れる。

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、第５の実施例を示している。第５の実施例では、図５に示される結像光学部材９が用いられている。尚、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）中、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。尚、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）中、回転ミラー２９は図示を省略している。

反射鏡９′′は、反射屈折レンズ９′と対峙する面と物側の両面が反射面となっている。

投光光学系２７の光軸、及び撮像用受光光学系２８の光軸は、前記反射鏡９′′の物側の反射面で、光軸３１と合致する様に偏向される。又、前記反射屈折レンズ９′から射出される入射光６は、前記反射鏡９′′の前記反射屈折レンズ９′側の反射面で反射され、結像される。

従って、前記反射鏡９′′を挾み一方の側に、前記投光光学系２７、前記撮像用受光光学系２８が配設され、他方の側に受光面３等、測距光検出部（図示せず）が配設される。

第５の実施例では、前記反射屈折レンズ９′の反物側に配設されるものが無く、又前記反射鏡９′′の両側の空間が有効に利用されるので、受光系を小型化することができる。

図１４（Ａ）は、第６の実施例を示している。第６の実施例では、図１（Ｂ）に示されるレンズ５ｂが結像光学部材として用いられている。

第６の実施例は、図１１で示す第３の実施例の変形である。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）中、図１１中で示すものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

前記レンズ５ｂを用いた場合、面Ｒ３とミラー３２との間にデッドスペース４１が生じる。第６の実施例では、該デッドスペース４１を有効利用し、光学系の小型化を図っている。

前記ミラー３２を通過した光軸３１（前記レンズ５ｂの光軸）上に、且つ前記面Ｒ３に対向させて照明光源３６を設ける。該照明光源３６から発せられた照明光は前記面Ｒ３を透過し、面Ｒ２で反射された後射出される。この場合、前記面Ｒ３、前記面Ｒ２は照明光を平行光とする作用を有する。尚、図１４（Ｂ）に示される様に、前記照明光源３６と前記面Ｒ３との間に集光レンズ４０を設けてもよい。

尚、照明光が前記ミラー３２に向けて直接射出される様に、前記照明光源３６を配置してもよい。

斯かる配置とすることで、投光光学系２７に於いて（図１１参照）、第２ダイクロイックミラー３７等が省略できる。

図１５（Ａ）は、第７の実施例を示している。第７の実施例には、図１（Ｂ）に示されるレンズ５ｂが結像光学部材として用いられている。

尚、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）中、図９中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

光軸３１上にダイクロイックミラー４３を設け、前記光軸３１を反射光軸３１ａと透過光軸３１ｂに分岐する。

前記反射光軸３１ａ上に、ミラー３２、前記レンズ５ｂが設けられ、前記ミラー３２で反射された光軸上に投光光学系２７が設けられる。又、前記透過光軸３１ｂ上に撮像用受光光学系２８が設けられる。

前記ダイクロイックミラー４３は、測距光を反射し、照明光の一部、レーザポインタ光を反射し、可視光と照明光の一部を透過する。

前記撮像用受光光学系２８は、前記ダイクロイックミラー４３を透過した照明光を受光し、画像を取得し、或は測定対象としてのコーナキューブからの反射光を受光した結果に基づきトラッキングを実行する。

図１５（Ｂ）は、照明光投光部４４と前記撮像用受光光学系２８との関係を示している。前記照明光投光部４４は、前記撮像用受光光学系２８を挾んで対称に２組設けられている。

照明光源が対称な位置に２つあることで、コーナキューブ等からの反射光を受光した場合、２つの受光点の中心が、コーナキューブに向う前記光軸３１の位置となり、トラッキングを正確に行える。従って、トラッキング用の照明光を、測距光軸上に射出できない場合、有効な配置となる。

図１６は、第８の実施例を示している。第８の実施例には、図１（Ａ）に示されるレンズ５ａが結像光学部材として用いられている。尚、図１６中、図９中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、結像光学部材は、レンズ５ｂ〜レンズ５ｄ、レンズ７、レンズ８のいずれかであってもよい。

第８の実施例では、レンズ５ａの面Ｒ４を透過した光軸４５上に照明用光源投光部２７′が設けられている。前記光軸４５上には、ダイクロイックミラー４６が設けられている。

該ダイクロイックミラー４６は、可視光を透過し、不可視光を反射する光学特性を有しており、照明光源３６から発せられる照明光は透過され、前記レンズ５ａにより平行光束とされ、射出される様になっている。

又、前記ダイクロイックミラー４６は前記光軸４５を分岐し、分岐した光軸を受光面３へと偏向する。分岐した光軸上にはリレーレンズ４７が設けられている。前記レンズ５ａに入射した入射光６は、前記面Ｒ４を透過した位置で結像され、更に前記ダイクロイックミラー４６で反射された後、前記リレーレンズ４７により受光面３上に結像される。

尚、透過した光軸に前記受光面３を配置し、分岐した光軸に前記照明用光源投光部２７′を設けてもよい。

撮像用受光光学系２８には、以下の光学フィルタが設けられてもよい。

一般に使用されるカメラに設けられる受光センサのＲＧＢ感度は図１７に示される通りである。

可視光の波長は４００ｎｍ〜７００ｎｍであるが、受光センサは赤外の領域にも感度を持っており、特に波長が８１０ｎｍ〜８４０ｎｍでは、感度は低くなるもののＲＧＢ共に同等の感度となっている。

この特性を利用し、トラッキング用の照明光として例えば、８１０ｎｍ〜８４０ｎｍの波長の赤外光を用いた場合、図１７中、曲線４９で示す透過特性、即ち可視領域の波長を透過すると共に８１０ｎｍ〜８４０ｎｍの範囲の波長を透過するフィルタを作成し、該フィルタを前記撮像用受光光学系２８の所要の位置に設ける。

このフィルタを設けることで、撮像素子３９より自然な色味の画像が取得できると共に、トラッキングの反射光（赤外光）も受光できる様になる。従って、前記撮像素子３９からの信号に基づきトラッキングが行える。

ダイクロイックミラーは、ビームスプリッタでもよく、或は波長域の一部をダイクロイックミラーとし、一部はビームスプリッタの特性を持った光学素子でもよい。

更に上記した面Ｒ１〜面Ｒ４は、近距離の受光光量を確保する為、レンズの一部の形状を近距離に焦点が合う様な非球面形状にしてもよい。

１ 光学系
２ レンズ群
３ 受光面
５ａ〜５ｄ レンズ
６ 入射光
７ レンズ
８ レンズ
９ 結像光学部材
１１ 結像光学部材
１２ 凹面反射鏡
１３ 反射屈折レンズ
１４ 結像光学部材
１５ 反射屈折レンズ
１６ 反射鏡
１７ 孔
２０ 結像光学部材
２１ 凹面反射鏡
２２ 凸面反射鏡
２６ 測距用受光光学系
２７ 投光光学系
２８ 撮像用受光光学系
３４ 測距光光源
３５ レーザポインタ用光源
３６ 照明光源

Claims (9)

1. 入射光を反射する凹反射面と、該凹反射面に対向配置された凸反射面とを有し、前記凹反射面は前記入射光を前記凸反射面に集光させる様反射し、該凸反射面は前記入射光を結像させる様反射する様構成された結像光学部材。
2. 前記結像光学部材はレンズであり、該レンズの入射面に対向する面が凹曲面であり、該凹曲面の中央部を除き反射膜が形成され、前記入射面の中央部に凹部を形成し、該凹部に反射膜が形成されて凸反射面とされ、該凸反射面で反射された前記入射光が前記凹曲面の中央部を透過し、前記レンズの外側で結像される請求項１に記載の結像光学部材。
3. 前記結像光学部材は複数のレンズが接合されて構成される請求項２に記載の結像光学部材。
4. 前記結像光学部材は主レンズ、小レンズから構成され、前記主レンズの入射面に対向する面が凹曲面であり、該凹曲面の中央部を除き反射膜が形成され、前記主レンズの入射面の中央部に前記小レンズが接合され、該小レンズの反接合面には凹部が形成され、該凹部で形成される凹曲面に反射膜が形成されて前記凹曲面に向って突出する凸反射面が形成され、該凸反射面で反射された前記入射光が前記凹曲面の中央部を透過し、前記主レンズの外側で結像される請求項１に記載の結像光学部材。
5. レンズ及び反射鏡で構成され、前記レンズの入射面に対向する面が凹曲面であり、該凹曲面に反射膜が形成され、前記入射面の中央部に凹部が形成され、前記反射鏡は前記凹部に対峙する様設けられ、前記凹曲面で前記凹部に集光される様反射された入射光が前記凹部を透過し、前記反射鏡で反射され前記レンズの外側で結像される結像光学部材。
6. 凹反射面と、該凹反射面と離間して反射屈折レンズが配設され、該反射屈折レンズの前記凹反射面とは反対の面は副反射面とされ、前記凹反射面は入射光を前記反射屈折レンズに入射させる様に反射し、該反射屈折レンズの前記凹反射面に対向する面は、前記副反射面で反射された前記入射光が、前記凹反射面と前記反射屈折レンズの間で結像する様に構成された結像光学部材。
7. 測距光を投光する投光光学系と、測定対象から反射された反射測距光が入射光として受光される測距用受光光学系とを具備し、該測距用受光光学系が前記入射光を受光面に結像させる結像光学部材を有し、該結像光学部材は請求項１〜請求項６のうちいずれか１つに記載の測量機の光学系。
8. トラッキング用照明光源を更に有し、該トラッキング用照明光源は前記入射面の凹部に対向して設けられ、前記トラッキング用照明光源から発せられた照明光は、前記凹部で反射された後射出される請求項７に記載の測量機の光学系。
9. 請求項２の結像光学部材を有し、前記凹曲面の中央部を通過する光軸を、ダイクロイックミラーによって分岐し、分岐した一方の光軸上にトラッキング用照明光源を配設し、他方の光軸上に受光面を配置し、前記ダイクロイックミラーは、照明光と測距光とを分離する様構成された請求項７に記載の測量機の光学系。

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