JP3634772B2 - 測量機及びａｆ機能を有する測量機 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、測量機及びＡＦ機能を有する測量機に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
各種測量機における距離の測定は、一般に測定対象物に投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光波測距計によって行われている。
【０００３】
この光波測距計は一般に、測距光学系の対物レンズの後方に光軸中心上に位置する送光ミラーを配置して、対物レンズの瞳中心から測距光を送光している。測定対象物からの反射光は、送光ミラーの周辺部を透過した反射光が波長選択フィルタ及び受光ミラーを介して捕捉される。
【０００４】
この光波測距計では、測定対象物が近距離になるにつれて、該測定対象物からの反射光が送光ミラーによってけられる現象が生じ、受光素子への入射光量が低下するという問題がある。入射光量が低下すると、測距精度が低下する、または測定自体ができない。従来、この近距離測定における受光素子への入射光量の低下及びそれに伴う測距精度の低下を防止するために、各種の提案がなされている。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、測量機の近距離測定における入射光量の低下及びそれに伴う測距精度の低下、及び最短可能測定距離が長くなるという問題点を最長測定距離での測距性能を損なわずにより簡単に解決することを目的とする。また本発明は、ＡＦ化された測量機において、同じ問題をより簡単に解決できるＡＦ機能を有する測量機を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、測量機の態様によると、測定対象物までの距離を測定する測距光学系の対物レンズの後方に位置する反射部材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のうち反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する位相差又は時間差検出方式の光波測距計；を備えた測量機において、受光系に、測定対象物の距離に応じて選択的に測距光反射光が入射する、各々の入射端面位置を異ならせた複数の導光光学系、たとえば受光ファイバを設けたことを特徴としている。
【０００７】
複数の導光光学系の径は、遠距離の測定対象物からの反射光が入射する導光光学系ほど、大径に設定することが好ましい。
【０００８】
測定対象物の距離に応じて、複数の導光光学系に選択的に反射光を入射させる開口部を有するマスクを設けることができ、この場合、マスクの開口部の大きさは、導光光学系の径に対応させて設けることが好ましい。また、マスクの開口部の大きさは、遠距離の測定対象物からの反射光が入射するマスクほど小径に設定することができ、この場合には、複数の導光光学系の径を同一とすることができる。
【０００９】
さらに、複数の導光光学系に選択的に反射光を入射させるようにマスクを移動させるマスク移動手段を設けることができ、この場合、測距光学系の焦点調節レンズの位置を検出するレンズ位置検出機構を設け、このレンズ位置検出機構によって検出される焦点調節レンズ位置情報によって、マスク移動手段を動作させることができる。
【００１０】
また、上記レンズ位置検出情報の有無にかかわらず、受光系の受光状態に応じてマスク移動手段を動作させる制御手段を設けることも可能である。この場合には、受光系の受光量が最大となるマスク位置を検出するマスク位置検出手段を設け、このマスク位置検出手段が検出したマスク位置情報によってマスク移動手段を動作させるとよい。
若しくは、所定時間内における受光系の受光量が規定値に達していない場合に、マスク移動手段を動作させ、測距光反射光を入射させる導光光学系を切り換えるようにしてもよい。
【００１１】
本発明は、測量機の別の態様によると、測定対象物までの距離を測定する測距光学系の対物レンズの後方に位置する反射部材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のうち反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する光波測距計を備えた測量機において、受光系は、測定距離によらず、測距光反射光が受光可能な径を有する導光光学系を有し、この導光光学系の入射端面に、この入射端面の少なくとも中心部を露出させる第１の開口部と、この第１の開口部よりも小さく、該入射端面の周辺部を露出させる少なくとも１つの第２の開口部を有するマスクが設けられていることを特徴としている。
【００１２】
第２の開口部は複数設ける場合、この複数の第２の開口部を、導光光学系の入射端面の中心部から遠いものほど小さく設定することが好ましい。また、第１の開口部と第２の開口部とをつなげて設けることができる。
【００１３】
本発明は、ＡＦ機能を有する測量機の態様によると、測定対象物までの距離を測定する測距光学系の対物レンズの後方に位置する反射部材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のうち反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する光波測距計；及び測距光学系を介してその焦点状態を検出する焦点検出手段；を備えたＡＦ機能を有する測量機において、受光系に、複数の導光光学系と；測定対象物の距離に応じて、これら複数のファイバに選択的に反射光を入射させる開口部を有するマスクと；このマスクを移動させるマスク移動手段と；焦点検出手段による検出情報に基づき、測定対象物の距離に応じ、マスク移動手段により測定対象物までの距離に対応する導光光学系に測距光を入射させるようにマスクを移動させる制御手段と；を設けたことを特徴としている。
【００１４】
ＡＦ機能を有する測量機の別の態様によると、測定対象物までの距離を測定する測距光学系の対物レンズの後方に位置する反射部材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のうち反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する光波測距計；測距光学系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測距光学系の焦点調節レンズを合焦位置に駆動する合焦機構；を備えたＡＦ機能を有する測量機において、受光系に、複数の導光光学系と、測定対象物の距離に応じて、これら複数の導光光学系に選択的に上記反射光を入射させる開口部を有するマスクと；このマスクを移動させるマスク移動手段と；上記合焦機構による焦点調節レンズの位置情報に基づき、測定対象物の距離に応じ、マスク移動手段により測定対象物までの距離に対応する導光光学系に測距光を入射させるようにマスクを移動させる制御手段と；を設けたことを特徴としている。
【００１５】
上記測距光学系には視準望遠鏡を使用することができる。この場合には、焦点検出手段として、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でピント位置を検出する位相差方式の焦点検出手段を用いることができ、光波測距計の構成要素は、この位相差方式焦点検出手段の一対の瞳範囲と干渉しない位置になることが好ましい。
【００１６】
複数の導光光学系は、受光素子側の端部を同一直線上に配置することができる。また、複数の導光光学系は受光素子側の端部を同心円上に配置することができる。さらに、受光系の受光素子は、複数の導光光学系に対応する複数とすることができる。
【００１７】
上記導光光学系には受光ファイバを用いることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１ないし図５は、本発明を適用したＡＦ機能を有する測量機（光波測距儀）の第一の実施形態を示している。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、焦点調節レンズ１８、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。焦点調節レンズ１８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。
【００１９】
視準望遠鏡１０の対物レンズ１１の後方には、光波測距計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ミラー（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（反射部材）２１は、対物レンズ１１の光軸上に斜め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、波長選択ミラー２２側の面が受光ミラー２１ｂを構成している。
【００２０】
光波測距計２０の発光素子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。
【００２１】
波長選択ミラー２２は、測定対象物１６で反射し対物レンズ１１を透過した、送受光ミラー２１でけられない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、その反射光を導光光学系、例えば光ファイバでできた受光ファイバ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。
【００２２】
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なうものである。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。
【００２３】
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。
【００２４】
以上の光波測距計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、波長選択ミラー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で反射して受光ファイバ２６の入射端面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。
【００２５】
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、後ピンなど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。
【００２６】
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。なお、図１ないし図３におけるハッチングは、この一対の瞳範囲に対応する部分（光路）を概念的に示している。
【００２７】
図３は、対物レンズ１１上のこの瞳範囲１１Ａと１１Ｂの位置関係、及び光波測距計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）は比較的自由に設定することができる。また、一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂは、送光ミラー２１ａを反射した測距光の光路と干渉しない位置に設けられている。別言すると、図３に示すように、一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂに干渉しない位置に送受光ミラー２１が配設されている。
なお本実施例では、光波測距計２０の測距光学系として、視準望遠鏡１０を用いているが、これに限らず、例えば、別光学系である２眼光学系を用いる構成としてもよい。
【００２８】
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、測定距離が近距離か遠距離かを問わず、測定対象物１６で反射した測距光を受光ファイバ２６の入射端面２６ａに十分な光量で入射させるため、受光ファイバ２６を、図４に示すように、遠距離用ファイバ２６ｆ、第１近距離用ファイバ２６ｍ、及び第２近距離用ファイバ２６ｎの３個の受光ファイバから構成して一直線上に配置し、例えば、２．５ｍ程度の距離（第１近距離）の測定時では第１近距離用受光ファイバ２６ｍで、１ｍ程度の距離（第２近距離）の測定時では第２近距離用受光ファイバ２６ｎで、それ以上の遠距離の測定時には遠距離ファイバ２６ｆで測距光の受光をするように設定したものである。すなわち、測定対象物１６で反射し対物レンズ１１を透過した、送受光ミラー２１でけられない測距光は、測定距離によって受光ファイバ２６の入射端面２６ａへの入射位置が異なるため、測定距離に応じて測距光を入射させる受光ファイバを異ならせたものである。遠距離用受光ファイバ２６ｆは、測距光の光軸Ｏを含む位置にあり、第１近距離用受光ファイバ２６ｍ、第２近距離用受光ファイバ２６ｎは、測距光の光軸Ｏから順に離れた偏心位置にある。
【００２９】
図４の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）はそれぞれ、遠距離測定時、第１近距離測定時、第２近距離測定時における測距光（斜線）が各距離用受光ファイバ２６ｆ、２６ｍ、２６ｎに入射する状態を示している。遠距離測定時において、第１近距離用受光ファイバ２６ｍ、第２近距離用受光ファイバ２６ｎには測距光は入射しないが、太陽光などのノイズは入射し、特に遠距離においては測距光が弱いためノイズの影響が大きい。そのため、第１近距離用受光ファイバ２６ｍ、第２近距離用受光ファイバ２６ｎの径は遠距離用受光ファイバ２６ｆよりも小さくしている。近距離時においては、測距光の反射光量が多いため受光ファイバの径を小さくしても問題はない。
【００３０】
これらの遠距離用受光ファイバ２６ｆ、第１近距離用受光ファイバ２６ｍ及び第２近距離用受光ファイバ２６ｎは、受光素子３１側の出射端面２６ｂでは、図５に示すように互いに密着するように直線状に並べられていて、各受光ファイバを透過した光束は、集光レンズ３２、受光用ＮＤフィルタ３３、バンドパスフィルタ３４を介して共通の受光素子３１に入射する。
【００３１】
上記構成の本ＡＦ機能を有する測量機の動作例を説明すると次の通りである。
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、焦点調節レンズ１８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、光波測距計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を押して光波測距計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。
【００３２】
このような測距動作において、測定対象物１６で反射した測距光は、測定距離に応じて該測定距離に対応する受光ファイバ２６ｆ、２６ｍ、２６ｎに入射することにより、測定距離が近距離か遠距離かを問わず、入射光量が不足することがないため、測距精度が低下することがない。また、送受光ミラー２１と各受光ファイバ（ファイバフォルダ２７）（及びこれらの支持部材）は、一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂの間に配設されているため、対応する一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂを通過した光束を利用するＡＦユニット５０に悪影響を及ぼすことはなく、ＡＦ動作に支障をきたすことはない。なお以上では、本発明の第１の実施形態を、ＡＦ機能を有する測量機に適用しているが、ＡＦ機能を有しない測量機に対しても適用可能である。
【００３３】
図６〜図１２は、第二の実施形態を示している。本実施形態は、受光ミラー２１ｂと受光ファイバ２６の入射端面２６ａの間に、透過穴（開口部）を有する扇型形状のマスク７０を配置し、このマスク７０を動作制御する点において第一の実施形態と異なる。以下、第一の実施形態と異なる点のみを説明し、同一要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
マスク７０は、図９に示すように、軸７３ａを中心とする略扇形をなし、小径透過穴７０ａ、中径透過穴７０ｂ、大径透過穴７０ｃが穿設されている。軸７３ａは駆動モータ７３の回転軸であって、駆動モータ７３の往復回動により、図８に示すように、マスク７０の小径透過穴７０ａ、中径透過穴７０ｂ、及び大径透過穴７０ｃはそれぞれ、遠距離用受光ファイバ２６ｆ、第１近距離用受光ファイバ２６ｍ、第２近距離用受光ファイバ２６ｎの直下に位置する。駆動モータ７３にはセンサが内蔵されていて、マスク７０の小径透過穴７０ａ、中径透過穴７０ｂ、大径透過穴７０ｃが、遠距離用受光ファイバ２６ｆ、第１近距離用受光ファイバ２６ｍ、第２近距離用受光ファイバ２６ｎのうちのどの受光ファイバの直下に位置しているかを検知することができる。なお第二の実施形態では、遠距離用受光ファイバ２６ｆ、第１近距離用受光ファイバ２６ｍ、及び第２近距離用受光ファイバ２６ｎは、第一の実施形態とは異なり、同一径である。
【００３５】
マスク７０は、測定距離が遠距離か、第１近距離か、第２近距離かに応じて、それぞれ、図８、図９に示すように、遠距離位置Ａ、第１近距離位置Ｂ、及び第２近距離位置Ｃのいずれかに位置する。マスク７０が遠距離位置Ａに位置するとき、小径透過穴７０ａが遠距離用受光ファイバ２６ｆの直下に位置し測距光を遠距離用受光ファイバ２６ｆのみに入射させ、第１近距離位置Ｂに位置するとき、中径透過穴７０ｂが第１近距離用受光ファイバ２６ｍの直下に位置し測距光を第１近距離用受光ファイバ２６ｍのみに入射させ、第２近距離位置Ｃに位置するとき、大径透過穴７０ｃが第２近距離用受光ファイバ２６ｎの直下に位置し測距光を第２近距離用受光ファイバ２６ｎのみに入射させる。このように、マスク７０の位置を測定距離に応じて切り換えることにより、測距光以外のノイズ光の受光ファイバへの入射を遮断することができる。このように、受光ファイバへの有害なノイズ光の入射は測定距離に応じてマスク７０によって遮断されるので、各受光ファイバの径が同一でも問題はなく、近距離でも稀に存在する極めて反射率の低い測定対象物の場合には有効となる。
【００３６】
また、本実施形態では、遠距離用受光ファイバ２６ｆ、第１近距離用受光ファイバ２６ｍ及び第２近距離用受光ファイバ２６ｎの受光素子３１側の端面が、図１２（Ｂ）に示すように、受光素子の光軸を中心とした同一円ｇ上に位置するように束ねられて配置されている。受光素子は受光位置によって感度が異なることが知られているが、このように配置することにより、受光素子３１に入射する測距光はどの受光ファイバを透過しても受光素子３１の光軸から等距離の位置に入射するため、受光素子３１内における受光位置による感度の違いに起因する誤差を低減することができる。
【００３７】
図６に示すように、焦点調節レンズ１８は、光軸方向に延びるラック１９ａを有し、光軸方向に進退可能に設けられたレンズ枠１９に支持されている。ラック１９ａは、測量機本体に支持されたＡＦモータ６０の回転軸に固定されたピニオン６１に噛合している。従って、ＡＦモータ６０を回転させるとレンズ枠１９に支持された焦点調節レンズ１８が光軸方向に移動する。ＡＦモータ６０には、図７に示すように、エンコーダ６２が付設されている。このエンコーダ６２は例えば、ＡＦモータ６０の回転軸に一体に設けた多数の径方向のスリットを有するスリット板６２ａと、フォトインタラプタ６２ｂよって構成され、ＡＦモータ６０の回転量（角）に対応するパルス信号を制御回路８０へ出力する。
【００３８】
図１０は、制御回路８０が司る制御系のブロック図である。制御回路８０は、演算制御回路４０から駆動開始信号を入力すると、エンコーダ６２から入力したパルス信号に基づいてＡＦモータ６０を駆動する。すなわち、エンコーダ６２の出力パルス数が演算制御回路４０の求めたデフォーカス量に対応するパルス数に達したとき、ＡＦモータ６０は停止される。このエンコーダ６２の出力パルス数は、制御回路８０内の記憶部８０ａにメモリされる。また制御回路８０は、例えばＥＥＰＲＯＭなどの外部記憶手段８１を有している。この外部記憶手段８１には、エンコーダ６２の出力パルス数（エンコーダ６２によって検知される焦点調節レンズ駆動用モータ６０の回転量（角））に対応する焦点調節レンズ１８の位置が、第１近距離位置（第１近距離合焦位置）の範囲、第２近距離位置（第２近距離合焦位置）の範囲、及び遠距離位置（遠距離合焦位置）の範囲のいずれに属するかの情報が記憶されている。第１近距離、第２近距離とは、マスク７０が遠距離位置Ａにあるとき、測定対象物１６で反射した測距光が送受光ミラー２１でけられて受光ファイバ２６ｆに入射する光量が不十分となる距離である。この第１近距離位置と第２近距離位置との境界は、例えば送受光ミラー２１の大きさや受光ファイバ２６の径などによって設定することが可能である。また制御回路８０には、マスク７０を移動する駆動モータ７３が接続されている。
【００３９】
図１１は、制御回路８０によるマスク移動制御動作を示している。この制御動作は、測距開始スイッチ４５がオンされたときに開始される。まず、記憶部８０ａにメモリされている出力パルス数に基づき、焦点調節レンズ１８の位置を検出する（Ｓ１０１）。次に、外部記憶手段８１を参照し、検出した焦点調節レンズ１８の位置が近距離位置であるか否かをチェックする（Ｓ１０２）。近距離位置であれば（Ｓ１０２；Ｙ）、第１近距離位置と第２近距離位置のいずれかの位置にあるかをチェックする（Ｓ１０３）。焦点調節レンズ１８が第１近距離位置にある場合は（Ｓ１０３；Ｙ）、マスク７０が第１近距離位置Ｂにあるか否かをチェックする（Ｓ１０４）。このマスク７０の位置検知は、駆動モータ７３の内蔵センサを介して行なわれる。マスク７０が第１近距離位置Ｂにない場合には駆動モータ７３を動作させ、マスク７０を第１近距離位置Ｂに移動させる（Ｓ１０５）。焦点調節レンズ１８が第２近距離位置にある場合は（Ｓ１０３；Ｎ）、マスク７０が第２近距離位置Ｃにあるか否かをチェックし（Ｓ１０６）、第２近距離位置Ｃになければ駆動モータ７３を動作させ、マスク７０を第２近距離位置Ｃに移動させる（１０６；Ｎ、Ｓ１０７）。焦点調節レンズ１８が近距離位置にない場合、すなわち遠距離位置にある場合は（Ｓ１０２；Ｎ）、マスク７０が遠距離位置Ａにあるかをチェックし（Ｓ１０８）、マスク７０が遠距離位置Ａになければ駆動モータ７３を動作させ、マスク７０を遠距離位置Ａに移動させる（Ｓ１０８；Ｎ、Ｓ１０９）。
【００４０】
以上の処理により、マスク７０は、焦点調節レンズ１８が第１近距離位置では第１近距離位置Ｂに位置し、第２近距離位置では第２近距離位置Ｃに位置し、遠距離位置では遠距離位置Ａに位置する。従って、視準望遠鏡１０が合焦状態にあるときの焦点調節レンズ１８の位置、つまり測定距離に応じた位置にマスク７０は位置し、測距光を入射させる受光ファイバを距離に応じて切り換えることができる。
【００４１】
この第二の実施形態では、受光素子３１内の受光位置の差異に起因する誤差をなくす手段として、受光ファイバを同心円上に配置したが、図１３に示すように、各受光ファイバ２６ｆ、２６ｍ、２６ｎ毎に、集光レンズ３２’ｆ、３２’ｍ、３２’ｎ、バンドパスフィルタ３４’ｆ、３４’ｍ、３４’ｎ、及び受光素子３１’ｆ、３１’ｍ、３１’ｎを設けてもよい。
【００４２】
また第二の実施形態では、遠距離用受光ファイバ２６ｆ、第１近距離用受光ファイバ２６ｍ、及び第２近距離用受光ファイバ２６ｎの径を同一としたが、第一の実施形態と同様に異ならせることも可能である。各受光ファイバの径を異ならせた場合には、各受光ファイバの径に対応させてマスク７０の開口部を形成するとよい。
【００４３】
また、第一および第二の実施形態では、受光ファイバを３本としたがその本数は問わず、２本あるいは４本以上としてもよい。
【００４４】
さらに、第二の実施形態では、焦点調節レンズ１８の位置に応じて受光ファイバ２６ｆ、２６ｍ、２６ｎを切り換えているが、これに限らず、種々の変形が可能である。例えば、図１４に示すように、最大受光量が得られる受光ファイバを選択する構成としてもよく、また図１５に示すように、受光素子３１の受光量に応じて受光ファイバを選択する構成とすることもできる。
【００４５】
図１４に示す実施例において制御回路８０は、測距開始スイッチ４５が押されると先ず、マスク７０を遠距離位置Ａに移動させ（Ｓ２０１）、測光素子２３から測距光を発光させて（Ｓ２０２）、このときの受光素子３１の受光量Ａを記憶する（Ｓ２０３）。次に、マスク７０を第１近距離位置Ｂに移動させ（Ｓ２０４）、測光素子２３を発光させ、このときの受光素子３１の受光量Ｂを記憶する（Ｓ２０５、Ｓ２０６）。続いて、マスク７０を第２近距離位置Ｃに移動させ（Ｓ２０７）、測光素子２３を発光させ、このときの受光素子３１の受光量Ｃを記憶する（Ｓ２０８、Ｓ２０９）。そして、メモリした各受光量Ａ、Ｂ、Ｃが規定量を超えているか否かをそれぞれチェックする（Ｓ２１０）。受光量Ａ、Ｂ、Ｃのいずれもが規定量を超えていない場合には（Ｓ２１０；Ｎ）、測距結果表示器４２に測定ＮＧ標示を行ない、最大測定距離外であることを報知する（Ｓ２１１）。一方、受光量Ａ、Ｂ、Ｃのうち規定量を超えているものがあった場合には（Ｓ２１０；Ｙ）、受光量Ａ、Ｂ、Ｃを比較して最大受光量を求め（Ｓ２１２）、この最大受光量が得られるマスク位置へマスク７０を移動させ（Ｓ２１３）、測距動作を行なう（Ｓ２１４）。例えば、受光量Ａ、Ｂ、Ｃのうち受光量Ａが最大であった場合には、マスク７０は遠距離位置Ａに移動され、遠距離用受光ファイバ２６ｆを用いて測距動作が行なわれる。
【００４６】
図１５に示す実施例において制御回路８０は、測距開始スイッチ４５が押されると先ず、マスク７０を第２近距離位置Ｃに移動させ（Ｓ３０１）、測光素子２３を発光させてタイマーＡをスタートさせ（Ｓ３０２、Ｓ３０３）、タイマーＡが経過するまで待機する（Ｓ３０４；Ｎ）。タイマーＡが経過したら、受光素子３１の受光量が規定量を超えているか否かをチェックする（Ｓ３０４；Ｙ、Ｓ３０５）。受光素子３１の受光量が規定量を超えていれば、そのまま測距動作を開始する（Ｓ３０５；Ｙ、Ｓ３０６）。この場合には、第２近距離用受光ファイバ２６ｎを用いて測距動作が行なわれる。一方、受光素子３１の受光量が規定量を超えていなければ（Ｓ３０５；Ｎ）、マスク７０を第１近距離位置Ｂに移動させ（Ｓ３０７）、受光素子３１の受光量をクリアする（Ｓ３０８）。続いて、測光素子２３を発光させてタイマーＡを再スタートさせ（Ｓ３０９、Ｓ３１０）、タイマーＡが経過したら（Ｓ３１１；Ｙ）、受光素子３１の受光量が規定量を超えているか否かをチェックし（Ｓ３１２）、超えていれば測距動作を開始する（Ｓ３１２；Ｙ、Ｓ３１３）。この場合には、第１近距離用受光ファイバ２６ｍを用いて測距動作が行なわれる。Ｓ３１２のチェックでも受光素子３１の受光量が規定値を超えていなかった場合は（Ｓ３１２；Ｎ）、マスク７０を遠距離位置Ａに移動させ（Ｓ３１４）、受光素子３１の受光量をクリアして発光素子２３を発光させ（Ｓ３１５、Ｓ３１６）、タイマーＡを再スタートさせる（Ｓ３１７）。そしてタイマーＡが経過したら（Ｓ３１８；Ｙ）、受光素子３１の受光量が規定量を超えているか否かをチェックし（Ｓ３１９）、超えていれば測距動作を開始する（Ｓ３１９；Ｙ、Ｓ３２０）。この場合には、遠距離用受光ファイバ２６ｆを用いて測距動作が行なわれる。一方、Ｓ３１９のチェックでも受光素子３１の受光量が規定量を超えていなかった場合には、測距結果表示器４２に測定ＮＧ表示を行ない、最大測定距離外であることを報知する（Ｓ３１９；Ｎ、Ｓ３２１）。
【００４７】
以上では、ＡＦ機能を有する測量機に本発明の第二の実施形態を適用した例を示したが、マニュアルフォーカスによる測量機の場合にはマスク７０を手動で進退させることも原理的に可能である。すなわち、本発明の第二の実施形態は、ＡＦ機能の有無に関係なく適用可能である。さらに、手動で調節された焦点調節レンズ１８の位置を検知し、焦点調節レンズ１８の位置に対応する測定距離に応じてマスク７０の位置を決定するように制御することもできる。
【００４８】
図１６〜図２０は、第三の実施形態を示している。本実施形態では、導光光学系として単一の受光ファイバ２６０を備えた点、及び、この受光ファイバ２６０の入射端面２６０ａの中心部よりも離れた位置に入射する近距離測定時の測距光を受光できるように受光ファイバ２６０の径を大きくするとともに、入射端面２６０ａに対向する遠距離用透過穴（第１の開口部）７２ａと近距離用透過穴（第２の開口部）７２ｂを有するマスク７２を設けた点において第一の実施形態とは異なる。以下、第一の実施形態と異なる点のみを説明し、同一要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
図１６の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）はそれぞれ、遠距離測定時、第１近距離測定時、第２近距離測定時における測距光（斜線）が受光ファイバ２６０に入射する状態を示している。本実施形態では、前述の通り受光ファイバ２６０の径を大きくしているため、図に示す通り、いずれの距離測定時でも測距光を受光ファイバ２６０の入射端面２６０ａに入射させることができる。そして、各測定距離における受光ファイバ２６０への測距光の入射光量を調節するための透過穴を有する円形のマスク７２を受光ファイバ２６０の入射端面２６０ａの全面を覆うように設けている。
【００５０】
マスク７２は、図１７に示すように、受光ファイバ２６０の入射端面２６０ａの中心部を露出させる遠距離用透過穴７２ａと、この遠距離用透過穴７２ａを挟んで両側にそれぞれ大小２つの近距離用透過穴７２ｂを有し、遠距離測定時には測距光は遠距離用透過穴７２ａを透過し、近距離測定時には測距光は近距離用透過穴７２ｂを透過する。近距離用透過穴７２ｂは遠距離用透過穴７２ａよりも小さく穿設されていて、近距離測定時における有害なノイズ光の入射を少なくしている。近距離測定時には測距光の光量が十分なため、このような大きさでも問題はない。なお、大小２つの近距離用透過穴７２ｂは、マスク７２の中心部側よりも外側の方が小さい。また、図１８に示すように、大小２つの近距離用透過穴７２ｂを、例えば９０°間隔で４カ所に設けると、近距離測定時における測距光をより多く入射させることができる。
【００５１】
図１９、図２０は、マスク７２の別の実施例を示す。図１９では、近距離用透過穴１７２ｂをスリット状とし遠距離用透過穴７２ａとつなげて設けていて、（Ａ）では２カ所に、（Ｂ）は４カ所に設けている。また、図２０では、近距離用透過穴２７２ｂを楔形とし遠距離用透過穴７２ａとつなげて設けていて、同様に、（Ａ）では２カ所に、（Ｂ）は４カ所に設けている。この楔形の近距離用透過穴２７２ｂは、受光ファイバ２６０の入射端面２６０ａの中心部から遠ざかるほど細くなっている。
【００５２】
上述した第三の実施形態も、ＡＦ機能の有無に関係なく適用可能である。
【００５３】
なお、正立光学系としてのポロプリズム１２あるいはＡＦユニット５０への分岐光学系は、種々の変形例が知られており、本発明は以上の実施例に限定されない。
【００５４】
また、以上の本実施例においては、導光光学系として受光ファイバ２６を用いているが、これに限定されないのは勿論である。例えば、図２１に示すようにセルフォックレンズ９１を用いてもよく、また図２２に示すようにリレーレンズ９２を用いることもできる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、測量機の近距離測定における入射光量の低下及びそれに伴う測距精度の低下、及び最短可能測定距離が長くなるという問題点を、最長測定距離での測距性能を損なわずにより簡単に解決できる。また、ＡＦ化された測量機においては、同じ問題をより簡単に解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したＡＦ機能を有する測量機（光波測距儀）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】受光ファイバに測距光が入射する様子を（Ａ）遠距離、（Ｂ）第１近距離、（Ｃ）第２近距離の各測定距離別に示す拡大図である。
【図５】図１の受光ファイバの出射端面近傍を拡大して示す図である。
【図６】本発明を適用したＡＦ機能を有する測量機（光波測距儀）の第二の実施形態を示す系統接続図である。
【図７】図６のＩＶ矢視図である。
【図８】受光ファイバに測距光が入射する様子を（Ａ）遠距離、（Ｂ）第１近距離、（Ｃ）第２近距離の各測定距離別に示す拡大図である。
【図９】図８の下方から見た図である。
【図１０】制御系の要部を示すブロック図である。
【図１１】制御回路によるマスク移動制御動作を示すフローチャートである。
【図１２】（Ａ）図６の受光ファイバの出射端面近傍を拡大して示す図である。
（Ｂ）（Ａ）図の受光ファイバ側から見た図である。
【図１３】受光ファイバ毎に受光素子を配置した構成を示す図である。
【図１４】制御回路によるマスク移動制御動作の別実施例を示すフローチャートである。
【図１５】制御回路によるマスク移動制御動作の別実施例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明を適用した第３レンズ群の実施形態における受光ファイバに測距光が入射する様子を（Ａ）遠距離、（Ｂ）第１近距離、（Ｃ）第２近距離の各測定距離別に示す拡大図である。
【図１７】第三の実施形態のマスクの下面図である。
【図１８】第三の実施形態のマスクの別の実施例を示す図である。
【図１９】第三の実施形態のマスクのさらに別の実施例を示す図である。
【図２０】第三の実施形態のマスクのさらに別の実施例を示す図である。
【図２１】導光光学系の別の実施例を示す図である。
【図２２】導光光学系のさらに別の実施例を示す図である。
【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 光波測距計
２１ 送受光ミラー（反射部材）
２１ａ 送光ミラー
２１ｂ 受光ミラー
２２ 波長選択ミラー（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（導光光学系）
２６ａ 入射端面
２６ｂ 出射端面
２６ｆ 遠距離用受光ファイバ
２６ｍ 第１近距離用受光ファイバ
２６ｎ 第２近距離用受光ファイバ
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
７０ マスク
７２ マスク
７２ａ 遠距離用透過穴（第１の開口部）
７２ｂ 近距離用透過穴（第２の開口部）
７３ 駆動モータ
８０ 制御回路
９１ セルフォックレンズ
９２ リレーレンズ

Claims (28)

1. 測定対象物までの距離を測定する測距光学系の対物レンズの後方に位置する反射部材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のうち上記反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する位相差又は時間差検出方式の光波測距計を備えた測量機であって、
   上記受光系に、測定対象物の距離に応じて測距光反射光が選択的に入射する、各々の入射端面位置を異ならせた複数の導光光学系を設けたことを特徴とする測量機。
2. 請求項１記載の測量機において、複数の導光光学系の径は、遠距離の測定対象物からの反射光が入射する導光光学系ほど、大径に設定されている測量機。
3. 請求項１記載の測量機において、さらに、測定対象物の距離に応じて、上記複数の導光光学系に選択的に上記反射光を入射させる開口部を有するマスクを設けた測量機。
4. 請求項３記載の測量機において、マスクの開口部の大きさは、導光光学系の径に対応している測量機。
5. 請求項３記載の測量機において、マスクの開口部の大きさは、遠距離の測定対象物からの反射光が入射するマスクほど小径に設定されている測量機。
6. 請求項５記載の測量機において、複数の導光光学系の径は、同一である測量機。
7. 請求項３ないし６のいずれか１項記載の測量機において、さらに、上記複数の導光光学系に選択的に上記反射光を入射させるように上記マスクを移動させるマスク移動手段を設けた測量機。
8. 請求項７記載の測量機において、さらに上記測距光学系の焦点調節レンズの位置を検出するレンズ位置検出機構が備えられ、このレンズ位置検出機構によって検出される焦点調節レンズ位置情報によって、マスク移動手段を動作させる測量機。
9. 請求項７記載の測量機において、上記受光系の受光状態に応じて、上記マスク移動手段を動作させる制御手段を設けた測量機。
10. 請求項９記載の測量機において、上記制御手段は、上記受光系の受光量が最大となるマスク位置を検出するマスク位置検出手段を備え、このマスク位置検出手段によって検出されるマスク位置情報に基づき、マスク移動手段を動作させる測量機。
11. 請求項９記載の測量機において、上記制御手段は、所定時間内における上記受光系の受光量が規定値に達していない場合は、上記マスク移動手段を動作させ、上記反射光を入射させる導光光学系を切り換える測量機。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項記載の測量機において、上記複数の導光光学系は、受光素子側の端部が同一直線上に配置されている測量機。
13. 請求項１ないし１１のいずれか１項記載の測量機において、上記複数の導光光学系は、受光素子側の端部が同一円上に配置されている測量機。
14. 請求項１ないし１３のいずれか１項記載の測量機において、上記受光系の受光素子は、上記複数の導光光学系に対応する複数からなる測量機。
15. 測定対象物までの距離を測定する測距光学系の対物レンズの後方に位置する反射部材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のうち上記反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する光波測距計を備えた測量機であって、
    上記受光系は、測定距離によらず測距光反射光が受光可能な径を有する導光光学系を有し、
    この導光光学系の入射端面に、この入射端面の中心部を露出させる第１の開口部と、この第１の開口部よりも小さく、該入射端面の周辺部を露出させる少なくとも１つの第２の開口部を有するマスクが設けられていることを特徴とする測量機。
16. 請求項１５記載の測量機において、上記第２の開口部は複数設けられていて、この複数の第２の開口部は、上記導光光学系の入射端面の中心部から遠いものほど小さく設定されている測量機。
17. 請求項１５または１６記載の測量機において、上記第１の開口部と上記第２の開口部はつながって設けられている測量機。
18. 請求項１ないし１７のいずれか１項記載の測量機において、上記導光光学系は受光ファイバである測量機。
19. 測定対象物までの距離を測定する測距光学系の対物レンズの後方に位置する反射部材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のうち上記反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する光波測距計；及び
    上記測距光学系を介してその焦点状態を検出する焦点検出手段；
    を備えたＡＦ機能を有する測量機において、
    上記受光系に、複数の導光光学系と；測定対象物の距離に応じて、これら複数の導光光学系に選択的に上記反射光を入射させる開口部を有するマスクと；このマスクを移動させるマスク移動手段と；上記焦点検出手段による検出情報に基づき、測定対象物の距離に応じ、上記マスク移動手段により測定対象物までの距離に対応する導光光学系に測距光を入射させるようにマスクを移動させる制御手段と；を設けたことを特徴とするＡＦ機能を有する測量機。
20. 測定対象物までの距離を測定する測距光学系の対物レンズの後方に位置する反射部材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のうち上記反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する光波測距計；
    上記測距光学系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測距光学系の焦点調節レンズを合焦位置に駆動する合焦機構；
    を備えたＡＦ機能を有する測量機において、
    上記受光系に、複数の導光光学系と；測定対象物の距離に応じて、これら複数の導光光学系に選択的に上記反射光を入射させる開口部を有するマスクと；このマスクを移動させるマスク移動手段と；上記合焦機構による焦点調節レンズの位置情報に基づき、測定対象物の距離に応じ、上記マスク移動手段により測定対象物までの距離に対応する導光光学系に測距光を入射させるようにマスクを移動させる制御手段と；を設けたことを特徴とするＡＦ機能を有する測量機。
21. 請求項１９または２０記載のＡＦ機能を有する測量機において、マスクの開口部の大きさは、導光光学系の径に対応しているＡＦ機能を有する測量機。
22. 請求項１９または２０記載のＡＦ機能を有する測量機において、マスクの開口部の大きさは、遠距離の測定対象物からの反射光が入射するマスクほど小径に設定されているＡＦ機能を有する測量機。
23. 請求項２２記載のＡＦ機能を有する測量機において、複数の導光光学系の径は同一であるＡＦ機能を有する測量機。
24. 請求項１９ないし２３のいずれか１項記載のＡＦ機能を有する測量機において、上記測距光学系は視準望遠鏡であって、上記焦点検出手段は、該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で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、上記光波測距計の構成要素は、この位相差方式焦点検出手段の一対の瞳範囲と干渉しない位置に設けられているＡＦ機能を有する測量機。
25. 請求項１９ないし２４のいずれか１項記載のＡＦ機能を有する測量機において、上記複数の導光光学系は、受光素子側の端部が同一直線上に配置されているＡＦ機能を有する測量機。
26. 請求項１９ないし２４のいずれか１項記載のＡＦ機能を有する測量機において、上記複数の導光光学系は、受光素子側の端部が同一円上に配置されているＡＦ機能を有する測量機。
27. 請求項１９ないし２６のいずれか１項記載のＡＦ機能を有する測量機において、上記受光系の受光素子は、上記複数の導光光学系に対応する複数からなるＡＦ機能を有する測量機。
28. 請求項１９ないし２７のいずれか１項記載のＡＦ機能を有する測量機において、上記導光光学系は受光ファイバであるＡＦ機能を有する測量機。

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