JP3590565B2 - 光波距離計を有する測量機 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、光波距離計(EDM)を有する測量機に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】
トータルステーション等の測量機は、距離と角度の測定機能を有し、距離計は一般に光波距離計(EDM)が採用されている。
【0003】
光波距離計は、この視準望遠鏡を介して測距光を送光する送光系と、測定対象物からの反射光を受光する受光系とを有し、この受光系によって受光される送光と反射光の位相差及び内部参照光での初期位相、又は送光と反射光の時間差から距離を演算する。より具体的には、受光系は、測定対象物で反射し視準望遠鏡の対物レンズを透過した測距光を該視準望遠鏡の光軸方向前方に向けて反射する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタで反射した測距光を光軸外に反射させて受光素子に入射させる反射ミラーとを有し、この受光素子には、測距光と内部参照光とが交互に入射する。
【0004】
この光波距離計では、受光信号のSN比を高め測距精度を向上させるために、受光素子には、ノイズのない測距光と内部参照光だけが入射することが好ましい。しかし、従来の測量機では、視準望遠鏡の接眼レンズからの逆入射光が受光素子に入射することがあり、これが測距精度を悪化させる原因となっていた。
【0005】
【発明の目的】
本発明は、光波距離計を有する測量機についての以上の問題意識に基づき、視準望遠鏡の接眼レンズからの逆入射光が測距精度に悪影響を与えることのない測量機を得ることを目的とする。
【0006】
【発明の概要】
本発明による測量機は、測定対象物を視準する視準望遠鏡;この視準望遠鏡を介して測距光を送光する送光系と、測定対象物からの反射光を受光する受光系とを有する光波距離計;及び視準望遠鏡の接眼レンズと受光素子の間の光路内に、該接眼レンズから受光素子に至る光軸上に位置させて、光束を遮るマスクが形成されていること;を特徴としている。
【0007】
受光系には、例えば、視準望遠鏡の対物レンズを透過した測距光を該視準望遠鏡の光軸方向前方に向けて反射する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタで反射した測距光を光軸外に反射させて受光素子に入射させる反射ミラーとを設けることができる。この場合、マスクは、例えば、波長選択フィルタ、または反射ミラーに設けることができる。
【0008】
本発明による測量機は、視準望遠鏡を介してその焦点状態を検出する焦点検出手段;及びこの焦点検出手段によって検出した焦点状態に基づいて視準望遠鏡を自動焦点調節する制御手段;を設けることにより、AF化することができる。
【0009】
焦点検出手段を、視準望遠鏡の対物レンズ上に設定された異なる一対の瞳範囲を通過した光束により結像された一対の像の相関関係からピント位置を検出する位相差方式の焦点検出手段とした場合、マスクは、一対の瞳範囲に干渉しない位置に設けることが好ましい。
【0010】
視準望遠鏡に、対物レンズの他に、負のパワーの焦点調節レンズを設け、焦点検出手段によって検出した焦点状態に基づいてこの負のパワーの焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる構成とすることができ、この場合、マスクは、上述のように波長選択フィルタや反射ミラーに設ける他、負のパワーの焦点調節レンズ上に設けることも可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1〜4は、本発明による測量機の第一の実施形態を示している。この実施形態のEDMを有する測量機はAF機能を有するもので、最初に全体構造を説明する。視準望遠鏡10は、図1に示すように、物体側(前方)から順に、対物レンズ11、正立光学系(ポロプリズム)12、焦点板13、及び接眼レンズ14を備えている。焦点板13上には、その中心に、視準の際の目印となる十字線ヘアライン(視準線)15が描かれている。対物レンズ11は光軸方向に可動であり、測定対象物16の距離に応じて位置調節することにより、その像を正しく焦点板13の対物レンズ11側の表面に結像させる。観察者は、この焦点板13上の像を接眼レンズ14を介して拡大観察する。
【0012】
視準望遠鏡10の対物レンズ11の後方には、光波距離計20の構成要素である送受光ミラー21と、測距光を反射し可視光を透過する波長選択フィルタ22とが順に配置されている。送受光ミラー21は、対物レンズ11の光軸上に位置する平行平面ミラーからなり、その対物レンズ11側の面が送光ミラー21a、波長選択フィルタ22側の面が受光ミラー(反射ミラー)21bを構成している。
【0013】
光波距離計20の発光素子(LD)23は、特定波長の測距光を発し、この測距光は、コリメータレンズ24及び固定ミラー25を介して、送光ミラー21aに入射する。送光ミラー21aに入射した測距光は、対物レンズ11の光軸上を進む。
【0014】
波長選択フィルタ22は、測定対象物16で反射し対物レンズ11を透過した測距光をさらに反射させて受光ミラー21bに戻す作用をし、受光ミラー21bは、その反射光を受光ファイバ26の入射端面26aに入射させる。27は、受光ファイバ26を保持するホルダであり、送受光ミラー21とともに、図示しない固定手段によって、対物レンズ11の後方の空間に固定されている。
【0015】
発光素子23と固定ミラー25の間の測距光路上には、切換ミラー28と送光用NDフィルタ29が配置されている。切換ミラー28は、発光素子23からの測距光を固定ミラー25に与えるか、直接受光ファイバ26の入射端面26aに与えるかの切換を行うものである。送光用NDフィルタ29は、測定対象物16に投光する測距光の光量調節用である。
【0016】
受光ファイバ26の出射端面26bと受光素子31との間には、集光レンズ32、受光用NDフィルタ33及びバンドパスフィルタ34が順に配置されている。受光素子31は、演算制御回路40に接続され、演算制御回路40は、切換ミラー28のアクチュエータ41と測距結果表示器42に接続されている。
【0017】
以上の光波距離計20は、周知のように、演算制御回路40がアクチュエータ41を介して切換ミラー28を駆動し、発光素子23からの測距光を固定ミラー25に与える状態と、受光ファイバ26の入射端面26aに直接与える状態とを作り出す。固定ミラー25に与えられた測距光は、上述のように、送光ミラー21aと対物レンズ11を介して測定対象物16に投光され、その反射光が対物レンズ11、波長選択フィルタ22及び受光ミラー21bを介して入射端面26aに入射する。そして、この測定対象物16で反射して入射端面26aに入射する測距光と、切換ミラー28を介して入射端面26aに直接与えられた内部参照光とが受光素子31によって受光され、演算制御回路40が測距光と内部参照光の位相差または時間差を検出し、測定対象物16迄の距離を演算して、測距結果表示器42に表示する。測距光と内部参照光の位相差または時間差による測距演算は周知である。
【0018】
ポロプリズム12には、光路分割面が形成されていて、その分割光路上に、位相差方式のAF検出ユニット(焦点検出手段)50が配置されている。このAF検出ユニット50は、焦点板13と光学的に等価な焦点検出面51の焦点状態、すなわち、前ピン、後ピン等のデフォーカス量を検出するもので、図2にその概念図を示す。焦点検出面51上に結像する対物レンズ11による物体像は、集光レンズ52及び基線長だけ離して配置した一対のセパレータレンズ(結像レンズ)53によって分割され、この分割された一対の像は一対のCCDラインセンサ54上に再結像する。ラインセンサ54は多数の光電変換素子を有し、各光電変換素子が、受光した物体像を光電変換して光電変換した電荷を積分(蓄積)し、積分した電荷をAFセンサデータとして出力し、演算制御回路40に入力する。演算制御回路40は、一対のAFセンサデータに基づいて、所定のデフォーカス演算によってデフォーカス量を算出し、レンズ駆動手段43を介して、対物レンズ11を合焦位置に移動させる。このようなデフォーカス演算は当業者周知である。演算制御回路40には、AF開始スイッチ44と測距開始スイッチ45が接続されている。
【0019】
以上のAF検出ユニット50は、各ラインセンサ54に結像する一対の像を基準に考えると、対物レンズ11上において異なる一対の瞳範囲11A、11Bを通過した光束によりラインセンサ54上に結像された一対の像でピント位置を検出することになる。瞳範囲11Aと11Bの瞳範囲の形状は、各セパレータレンズ53の近傍にそれぞれ配置するマスク55によって設定することができる。
【0020】
図3は、対物レンズ11上のこの瞳範囲11Aと11Bの位置関係、及び光波距離計20の送受光ミラー21と受光ファイバ26(ファイバフォルダ27)の位置関係を示している。瞳範囲11Aと11Bの位置、形状及び方向は、AF検出ユニット50の集光レンズ52、セパレータレンズ53、マスク55、ラインセンサ54の多数の光電変換素子より、AF性能を満足する値に定められているが、方向(対物レンズ11の中心に対する瞳範囲の方向)は、測定対象物16に最も自動合焦しやすい方向に設定する。
【0021】
本実施形態は、例えば以上の構成を有する測量機において、太陽または太陽光を反射する物体などによる接眼レンズ14からの逆入射光(図8の斜線部分)が受光素子31に入射するのを防止するため、図4に示すように、波長選択フィルタ22の中心部に遮光マスク60を設けたものである。すなわち、遮光マスク60は、接眼レンズ14から受光素子31に至る光軸上に位置していて、接眼レンズ14からの逆入射光は遮光マスク60によって遮られ、受光素子31に入射することがない。遮光マスク60は、接眼レンズ14からの逆入射光を遮ることができ、瞳範囲11Aと11Bに干渉しない大きさであればよい。また、遮光マスク60は、完全非透光性素材(コート・塗装)とするのが好ましいが、光量減衰素材でも一定の効果がある。あるいは受光素子31に対する感度を持つ波長を透過しないフィルタでもよい。
【0022】
上記構成の測量機は、例えば次のように測距動作を実行する。
第1ステップ
視準望遠鏡10に付属した不図示の視準器から測定対象物16を覗き、視準望遠鏡10の光軸を概ね測定対象物16に合致させる。
第2ステップ
AF開始スイッチ44を押して上述のAF動作を実行し、対物レンズ11を合焦位置に移動させる。
第3ステップ
合焦状態で、接眼レンズ14を覗き、焦点板13の十字線ヘアライン15を正確に測定対象物16に一致させる。このように十字線ヘアライン15を正確に測定対象物16に一致させることにより、光波距離計20の測距光を正しく測定対象物16に投光することができる。
第4ステップ
測距開始スイッチ45を押して光波距離計20による上述の測距動作を実行し、測距結果表示器42に測距結果を表示する。
【0023】
この測距動作において、仮に接眼レンズ14から視準望遠鏡10内に逆入射光が生じたとしても、該逆入射光は波長選択フィルタ22の中心部に設けられた遮光マスク60によって遮られ、受光素子31に入射することがない。そのため、光波距離計20の測距精度に悪影響を及ぼさない。また、測定対象物16で反射し対物レンズ11を透過した測距光は送受光ミラー21にけられ、波長選択フィルタ22の中心から外れた位置で反射するため、中心部に設けられた遮光マスク60と干渉することがない。また、遮光マスク60は、瞳範囲11A、11Bに干渉しないように設けられているため、AF検出ユニット50のAF機能に支障をきたさない。さらに、遮光マスク60は光軸上の小面積に設けられるから接眼レンズ14を介しての視準望遠鏡10の視認性に悪影響を及ぼすことはない。以上のことから、遮光マスク60を波長選択フィルタ22の中心部に設けることにより、AF機能や視準望遠鏡に悪影響を及ぼすことなく、接眼レンズ14からの逆入射光の受光素子31への入射を防止することができる。
【0024】
図5は、本発明による測量機の第二の実施形態を示している。この実施形態は、対物レンズ11とポロプリズム12(AF検出ユニット50)との間に、負のパワーの焦点調節レンズ18を配設している。このように負のパワーの焦点調節レンズ18を配設すると、対物レンズ11の焦点距離を短くし、光波距離計20から送光される測距光の測定対象物16での反射光の集光効率を上げることができる。
【0025】
この実施形態では、図6に示すように、負のパワーの焦点調節レンズ18の物体側の面の中心部に遮光マスク60を設けている。
【0026】
この第二の実施形態の測距動作は、視準望遠鏡10の焦点調節が負の焦点調節レンズ18で行われることを除き、基本的に第一の実施形態と同様であり、焦点調節レンズ18の物体側の面に設けられた遮光マスク60により、接眼レンズ14からの逆入射光が受光素子31に入射するのを防止することができる。
【0027】
以上の実施形態では、波長選択フィルタ22または焦点調節レンズ18に遮光マスク60を設けたが、別の位置に設けてもよい。例えば、図7に示すように、受光ミラー21bに設けてもよい。受光ミラー21bに設けるマスクは、接眼レンズ14側に設ける場合よりも小さくすることができる。さらに、接眼レンズ14からの逆入射光で受光ファイバ26に入射する光束は、図8に示すように、受光ミラー21b方向に向けて収束するように描ける範囲であり、接眼レンズ14に近い要素程大きいマスクを要し、また、接眼レンズ14に近いづくにつれ、一対の瞳範囲11A、11Bを通過する光路の隙間は小さくなるため小さいマスクを要するが、そのデメリットを許容できれば、接眼レンズ14と受光素子31の間の要素のどれに遮光マスクを設けてもよい。あるいは、接眼レンズ14と受光素子31の間の光路内であれば、光学要素上でなくてもよい。例えば、図9に示すように、該光路内にマスク支持部材61によって遮光マスク60を支持させてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、視準望遠鏡の接眼レンズからの逆入射光が測距精度に悪影響を与えることがなく、受光素子の許容量を越える光量が入射して測定不能になることがない測量機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による測量機の第一の実施形態を示す系統接続図である。
【図2】図1のII矢視図であって、焦点検出手段(AFユニット、位相差方式焦点検出手段)の概念図である。
【図3】図1のIII‐III線から見た、焦点検出手段の対物レンズ上の一対の瞳範囲と、送受光ミラー及び受光ファイバとの位置関係を示す図である。
【図4】図1のIV−IV線から見た波長選択フィルタを示す図である。
【図5】本発明による測量機の第二の実施形態を示す系統接続図である。
【図6】図5のV−V線から見た焦点調節レンズを示す図である。
【図7】遮光マスクを設けた受光ミラーを示す図である。
【図8】視準望遠鏡内に生じた逆入射光を示す図である。
【図9】接眼レンズと受光素子の間の光路内に支持した遮光マスクを示す図である。
【符号の説明】
10 視準望遠鏡
11A 11B 瞳範囲
12 ポロプリズム(正立光学系)
13 焦点板
14 接眼レンズ
15 十字線ヘアライン(視準線)
16 測定対象物
18 負のパワーの焦点調節レンズ
20 光波距離計
21 送受光ミラー
21a 送光ミラー
21b 受光ミラー
22 波長選択フィルタ
23 発光素子
24 コリメータレンズ
25 固定ミラー
26 受光ファイバ
26a 入射端面
26b 出射端面
27 ファイバフォルダ
28 切換ミラー
29 送光用NDフィルタ
31 受光素子
32 集光レンズ
33 受光用NDフィルタ
34 バンドパスフィルタ
40 演算制御回路
41 アクチュエータ
42 測距結果表示器
43 レンズ駆動手段
44 AF開始スイッチ
45 測距開始スイッチ
50 AF検出ユニット(位相差方式焦点検出手段)
51 焦点検出面
52 集光レンズ
53 セパレータレンズ
54 ラインセンサ
55 マスク
60 遮光マスク
61 マスク支持部材
Claims (7)
- 測定対象物を視準する視準望遠鏡;及び
この視準望遠鏡を介して測距光を送光する送光系と、測定対象物からの反射光を受光する受光系と、を有する光波距離計;を備え、
上記視準望遠鏡の接眼レンズと受光素子の間の光路内に、該接眼レンズから受光素子に至る光軸上に位置させて、光束を遮るマスクが形成され、
上記受光系は、上記視準望遠鏡の対物レンズを透過した測距光をこの視準望遠鏡の光軸方向前方に向けて反射する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタで反射した測距光を光軸外に反射させて受光素子に入射させる反射ミラーと、を有する光波距離計を有することを特徴とする光波距離計を有する測量機。 - 上記マスクは、波長選択フィルタに設けられている請求項1記載の光波距離計を有する測量機。
- 上記マスクは、反射ミラーに設けられている請求項1記載の光波距離計を有する測量機。
- 上記視準望遠鏡を介してその焦点状態を検出する焦点検出手段;及び、この焦点検出手段によって検出した焦点状態に基づいて上記視準望遠鏡を自動焦点調節する制御手段;が備えられている請求項1から請求項3のいずれか1項記載の光波距離計を有する測量機。
- 上記焦点検出手段は、視準望遠鏡の対物レンズ上に設定された異なる一対の瞳範囲を通過した光束により結像された一対の像の相関関係からピント位置を検出する位相差方式の焦点検出手段であり、上記マスクは、上記一対の瞳範囲に干渉しない位置に設けられている請求項4記載の光波距離計を有する測量機。
- 上記視準望遠鏡は、対物レンズの他に、負のパワーの焦点調節レンズを備え、焦点検出手段によって検出した焦点状態に基づいてこの負のパワーの焦点調節レンズが光軸方向に駆動される請求項4または5記載の光波距離計を有する測量機。
- 上記マスクは負のパワーの焦点調節レンズ上に設けられてる請求項6記載の光波距離計を有する測量機。
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