JP3609901B2

JP3609901B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP3609901B2
Application number: JP17112296A
Authority: JP
Inventors: 信一鈴木; 浩二津田; 良太小川
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2016-07-01
Also published as: JPH1019561A

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、光波によって距離を測定する測距装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
光波測距儀、トータルステーションなどの測距機能を有する測量機は、例えば発光ダイオード、レーザダイオードなどの光源が発した測距光を被測定物（目標物）に対して射出し、被測定物で反射した測距光を受光して、射出測距光と受光測距光の位相差、時間差などを検出する位相差検出方法などの方法によって被測定物までの距離を測定している。従来の光波測距儀には、測距光を被測定物に対して正確に照射するために、視準望遠鏡が備えられている。
【０００３】
しかし、従来の測距用ビームは、近距離から、たとえば１Ｋｍ以上の遠距離測定を可能にするために、測距光の拡がりを抑えていた。そのため、被測定物を視準望遠鏡の視野中心付近でとらえていても少しずれている場合には、測距光がその被測定物体に全く当たらないか一部しか当たらずに、測距できないか誤測距してしまう虞れがあった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、光波測距装置および視準望遠鏡を備えた測量機において、測距光を目標点に当てることを容易にすることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
この目的を達成する本発明は、被測定物側から対物光学系、自然光を透過する分岐光学系、焦点調節光学系、正立光学系、焦点板および接眼光学系を備えた視準望遠鏡と、送光部から射出された測距光を、前記分岐光学系で反射し、前記対物光学系から前記視準望遠鏡により視準されている被測定物に向かって射出し、被測定物で反射して前記対物光学系から入射し、前記分岐光学系で反射した測距光を受光部で受光して距離を演算する光波測距部と、該光波測距部が演算した距離に合焦するように、前記焦点光学系を移動する焦点調節手段とを備え、光波測距部はさらに、前記対物レンズから射出される測距光の拡がりを調整する測距光拡がり角調整手段、および、外部操作を受けて測距光拡がり角調整手段を作動させ、前記測距光の拡がり角を調整する操作手段を備え、前記測距光拡がり角調整手段はさらに、前記光波測距部により適切な距離が演算できなかったときに作動して、測距光の拡がり角を大きくする方に調整することに特徴を有する。
本発明において、上記測距光の拡がりを調整すると、測距光の光束の径が変化する。要するに本発明は、被測定物までの距離を求めることがでなかった場合は、被測定物を照射する測距光の照射面積を広狭変化させることに特徴を有する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明を説明する。図１は、本発明を適用した光波測距儀の一実施の形態の要部をブロックで示す図である。
【０００７】
この光波測距儀は、光波測距部として、測距光を送出する送光部１１、測距光を反射し、自然光を透過する分岐光学系としてのダイクロイックプリズム１３、ダイクロイックプリズム１３で反射した測距光を目標物（被測定物）に対して収束させるように射出する投光レンズ、および目標物で反射した測距光を受光する受光レンズとしても機能する対物レンズ１５、この対物レンズ１５から入射し、ダイクロイックプリズム１３で反射した測距光を反射するミラー１７およびミラー１７で反射した測距光を受光する受光部１９と、送光部１１および受光部１９を制御すると共に測距値を演算する測距部２１を備えている。送光部１１は測距光発光手段として発光ダイオードあるいはレーザダイオードや、これらの素子を組み込んだ光学系を含む送光ユニットなどで構成できる。ダイクロイックプリズム１３は、測距光は反射するが、自然光（可視光）は透過するように形成されている。そのため測距光としては通常、可視光領域から外れた、例えば赤外光領域の光が使用される。なお、目標物として、コーナーキューブやミラーなどが使用される場合もあるが、ノンプリズムの光波測距儀であれば、被測定物体の表面の反射を利用する。
【０００８】
測距部２１は、送光部１１が射出した測距光（内部参照光）および受光部１９が受光した測距光に基づいて、位相差測定法、光レーダ法などによる公知のアルゴリズムによって目標物までの距離を算出する。算出した距離は、図示しないが、表示パネルなどに表示する。
【０００９】
また、光波測距儀は、測距する目標物を視準するための視準望遠光学系として目標物側から順に、対物レンズ１５、ダイクロイックプリズム１３、焦点レンズ３１、正立プリズム３３、焦点板３５および接眼レンズ３７を備えている。これらの視準望遠鏡および光波測距部は、図示しないが一体に本体に組み付けられていて、この本体は、鉛直軸および水平軸を軸として方位、俯仰角調節自在に基盤に装着されている。
【００１０】
対物レンズ１５から入射した目標物光束（可視光）は、ダイクロイックプリズム１３を透過し、焦点調節光学系としての焦点レンズ３１、正立光学系としての正立プリズム３３を介して、正立実像として焦点板３５上あるいはその前後近傍に目標物の像を形成する。作業者は、この像を、接眼光学系としての接眼レンズ３７を介して拡大観察する。焦点板３５には、測距光を照射する目標となる測距マークおよびその他測量に必要な十字線などが設けられていて、作業者は、目標物の像を測距マークなどと重なった状態で観察し、目標物が測距マーク内に入るように、つまり測距光が視準物に当たるように視準望遠鏡の方位、俯仰角を調節する。
【００１１】
以上の構成は、従来の光波測距装置と同様の構成であるが、本実施の形態の特徴である構成について説明する。
本発明は、対物レンズ１５から射出される測距光の拡がりを調整する、測距光拡がり角調整装置４１を備えている。この測距光拡がり角調整装置４１は、作業者が操作する操作手段４３を備えていて、この操作手段４３が操作されたときに、送光部１１から射出する測距光の光拡がり角を変更する。送光部１１から射出される測距光の光拡がり角が大きくなれば、対物レンズ１５から射出される測距光も拡がる（図１の一点鎖線参照）。このようにして測距光の拡がりを調整することで、すなわち、目標物を照射する測距光の面積あるいは測距光の径を拡大できるので、測距光を容易に目標物に当てることが可能になる。
【００１２】
そうして本実施の形態では、測距部２１が演算した距離に基づいて、その距離にある物体（目標物）の像を焦点板３５上に形成する焦点レンズ３１の位置を、焦点レンズ位置演算部２３が演算する。そして、焦点レンズ位置演算部２３が演算したレンズ位置データと、焦点レンズ位置検知装置２９が検知した焦点レンズ３１のレンズ位置データとに基づいて、焦点レンズ位置制御部２５が、モータなどを駆動源とする焦点レンズ駆動装置２７を動作させて焦点レンズ３１を合焦位置に移動させる。この実施の形態では、焦点レンズ位置演算部２３、焦点レンズ位置制御部２５および焦点レンズ位置検知装置２９が、測距部２１が演算した距離に合焦するように焦点レンズ３１を移動させる焦点調節手段を構成している。
【００１３】
ここで、視準望遠鏡が目標物に正確に合焦しない場合には、測距光が目標物に正確に当たっていないことがある。このような場合には、作業者は操作手段４３を操作して、測距光拡がり角調整装置４１によって測距光が拡がるように調整する。これによって、測距光が目標物に当たるようになり、測距および自動焦点調節がなされて、視準望遠鏡が目標物に正確に合焦する。目標物の像が鮮明になれば、視準望遠鏡の向き調整をより正確に実施できるので、測距光の光拡がり角を狭める方向に操作手段４３を操作する。測距光の拡がりが狭まれば測距光の光束密度が高くなり強度が高くなるので、より正確な測距が可能になる。なお、測距光拡がり角調整装置４１は、初期状態では測距光の光拡がり角が最も狭い状態とし、適切な目標物の距離が得られないときに自動的に測距光拡がり角を大きくする方向に調整する構成も可能である。
【００１４】
測距光の拡がりは、視準望遠鏡の全視野をカバーできる程度にする。一般の視準望遠鏡のピントは、１００ｍ以上では殆ど動かないから、１００ｍまで自動合焦できれば、それ以上の距離は１００ｍ以上無限遠までの間のある距離まで焦点調節できるようにしておく。この構成により、実用上、視準望遠鏡は、最短距離から無限遠までピントが合うことになる。
【００１５】
測距距離と、その測距距離の目標物に合焦する（その距離の目標物の像が焦点板３５上に形成される）焦点レンズ３１のレンズ位置との関係は、例えば予め光学系設計値から計算により求め、あるいは目標物の実測により求めておいて、これらの関係を多数のゾーンに分割してテーブルデータ化してＲＯＭなどのメモリ手段に格納しておく。そして、測距部２１が演算した距離データでテーブルデータを参照してレンズ位置を求める。また、測距距離とその距離の目標物に合焦する焦点レンズ３１のレンズ位置との関係を演算式化して演算式をＲＯＭなどにメモリしておき、測距時にその演算式を使用して演算により求めることもできる。
【００１６】
焦点レンズ３１の位置を検出する焦点レンズ位置検知装置２９は、焦点レンズ３１の移動方向に沿って延びるコード板およびこのコード板上に形成された位置コードを読取手段で読みとる絶対位置検知手段、または焦点レンズ３１の基準位置からの移動量を焦点レンズ駆動装置２７のモータの回転数をカウントして検知する相対位置検知手段によって検知できる。また、焦点レンズ３１の位置を、絶対位置検知手段で粗検知し、相対位置検知手段で精密検知する構成も可能である。
【００１７】
以上の図示実施の形態の光学系、制御系など光波測距儀の構成は一例であって図示実施の形態に限定されないことはいうまでもない。また、図示実施の形態では本発明を光波測距儀に適用したが、本発明は、測距装置および視準光学系を備えた測量機、例えばトータルステーションにも適用できる。
【００１８】
本実施の形態では、測距光拡がり角調整装置４１によって測距光の拡がりを調整したが、測距光拡がり角調整装置４１としては、送出部１１の図示しない発光部材と対物レンズ１５との光学距離を変更する構成、または発光部材の前面にレンズを進出、退避させる構成、あるいは発光部材の前面にレンズを配置してこのレンズと発光部材とを接離移動させる構成などがある。測距光としてレーザ光を使用する場合には、ビームウエストを調整する光学系を利用してレーザ光の拡がり角を調整することもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り本発明は、視準光学系で視準された被測定物に向かって測距光を射出し、その被測定物で反射した測距光を受光してその被測定物体までの距離を測定する測量機に、射出する測距光の拡がりを調整する測距光拡がり調整手段を備えたので、測距光が被測定物からずれていても、測距光拡がり調整手段によって測距光を拡げることにより、測距光を被測定物に当てて、測距することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光波測距儀の一実施の形態の要部をブロックで示す図である。
【符号の説明】
１１送光部
１３ダイクロイックプリズム
１５対物レンズ
１７ミラー
１９受光部
２１測距部
２３焦点レンズ位置演算部
２５合焦レンズ位置制御部
２７焦点レンズ駆動装置
２９焦点レンズ位置検知装置
３１焦点レンズ
３３正立プリズム
３５焦点板
３７接眼レンズ
４１測距光拡がり角調整装置

Claims

被測定物側から対物光学系、自然光を透過する分岐光学系、焦点調節光学系、正立光学系、焦点板および接眼光学系を備えた視準望遠鏡と、
送光部から射出された測距光を、前記分岐光学系で反射し、前記対物光学系から前記視準望遠鏡により視準されている被測定物に向かって射出し、被測定物で反射して前記対物光学系から入射し、前記分岐光学系で反射した測距光を受光部で受光して距離を演算する光波測距部と、
該光波測距部が演算した距離に合焦するように、前記焦点光学系を移動する焦点調節手段とを備え、
光波測距部はさらに、前記対物レンズから射出される測距光の拡がりを調整する測距光拡がり角調整手段、および、
外部操作を受けて測距光拡がり角調整手段を作動させ、前記測距光の拡がり角を調整する操作手段を備え、
前記測距光拡がり角調整手段はさらに、前記光波測距部により適切な距離が演算できなかったときに作動して、測距光の拡がり角を大きくする方に調整することを特徴とする測距装置。
請求項１に記載の測距装置において、前記測距光拡がり角調整手段は、少なくとも、前記視準望遠鏡の画角にほぼ対応する拡がり角からこれよりも狭い拡がり角の範囲で測距光の拡がり角を調整可能であること、を特徴とする測距装置。