JP3723721B2 - 光波測距儀及びａｆ機能を有する光波測距儀 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、視準望遠鏡を有する光波測距儀に関する。
【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儀によって行われている。
【０００３】
この光波測距儀は一般に、視準望遠鏡の対物レンズの後方に光軸中心上に位置する反射部材すなわち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】
この光波測距儀では、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。さらには、測定対象物からの反射光が受光素子にまったく入射せず、測距不能になることがある。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、光波測距儀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化された光波測距儀を有する測量機において、同じ問題をより簡単に解決できるＡＦ機能を有する光波測距儀を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】 本発明は、光波測距儀の態様によると、測定対象物を視準する視準望遠鏡；この視準望遠鏡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、反射部材の周辺部を透過することにより、反射部材にけられない反射光を受光する受光系とを有する光波距離計；この光波距離計の送光系に設けた発光光束径の変更手段；光波距離計の測定対象物が近距離にあるとき、発光光束径変更手段により、発光光束径を大きく切り替える制御手段；及び視準望遠鏡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；を備え、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の位置情報に基づいて、発光光束径変更手段を動作させて発光光束径を変えることを特徴としている。
【０００７】
本発明は、ＡＦ機能を有する光波測距儀の態様によると、測定対象物を視準する視準望遠鏡；この視準望遠鏡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、反射部材の周辺部を透過することにより、反射部材にけられない反射光を受光する受光系とを有する光波距離計；この光波距離計の送光系を構成する発光素子の前方に設けた発光光束径の変更手段；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；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の焦点調節レンズを合焦位置に駆動する合焦機構；及びこの合焦機構による焦点調節レンズの位置情報に基づき、該測定対象物が近距離にあるとき、発光光束径変更手段により、発光光束径を大きく切り替える制御手段；を備えたことを特徴としている。
【０００８】
いずれの態様でも、発光光束径変更手段は、凹レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構とし、制御手段によりこの進退機構を動作させて、測定対象物が近距離のとき該凹レンズを発光素子前方に位置させ、遠距離のとき該凹レンズを発光素子前方から退避させる構成とすることができる。
【０００９】
あるいは、発光光束径変更手段は、凸レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構とし、制御手段によりこの進退機構を動作させて、測定対象物が遠距離のとき該凸レンズを発光素子前方に位置させ、近距離のとき該凸レンズを発光素子前方から退避させる構成とすることができる。
【００１０】
さらに、発光光束径変更手段は、発光素子を光軸方向に移動させる移動手段とすることができる。
【００１１】
また、制御手段は近距離と遠距離の切り替えを５ｍで行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１ないし図１０は、本発明によるＡＦ機能を有する光波測距儀を測量機に適用した一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、正立光学系（ポロプリズム）１２、焦点調節レンズ１８、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。
【００１３】
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に支持されていて、ラック１９ａは測量機本体に支持されたモータ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、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。この焦点調節レンズ１８を測定対象物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。また、モータ６０には、図２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、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、モータ６０の回転量（角）を検知する。
【００１４】
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（反射部材）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。
【００１５】
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。
【００１６】
波長選択ミラー２２は、測定対象物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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、測定対象物に投光する測距光の光量調節用である。
【００１９】
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を検出し、測定対象物迄の距離を演算して、測距結果表示器４２に表示する。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による測距演算は周知である。
【００２０】
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３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、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、モータ６０を介して、焦点調節レンズ１８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。
【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、発光素子２３の前方に、光路内外に進退可能な凹レンズ７２を設けたものである。すなわち、図４に示すように、一端部に凹レンズ７２を支持した支持部材（アーム）７１の他端部は、測量機本体に支持された切換モータ７３の回転軸に結合されており、切換モータ７３の往復回動により支持部材７１に支持された凹レンズ７２が光路内の使用位置Ｐと、光路外の退避位置Ｑの間を移動する。また、切換モータ７３は制御回路（制御手段）８０に接続されている。切換モータ７３には角度センサが内蔵されていて、凹レンズ７３（支持部材７１）が使用位置Ｐと退避位置Ｑのどちらに位置しているかを検知することができる。
【００２２】
この凹レンズ７２は、光波距離計による測定対象物の距離が近距離か遠距離かに応じて、光路内に進退する。例えば、測定距離が５ｍ程度以下の近距離のときに、凹レンズ７２が使用位置Ｐ、すなわち発光素子２３の前方に位置する。このとき、発光素子２３から射出された測距光は凹レンズ７２によって発散し光束径が大きくなって光路上を進む。そして、測定対象物で反射した測距光は、さらに光束径が大きくなって対物レンズ１１から入射するため、送受光ミラー２１でけられずに通過し（けられない光束が増加し）、波長選択フィルタ２２と受光ミラー２１ｂで反射し、受光ファイバ２６の入射端面２６ａに入射する。そのため、測定対象物で反射した測距光は十分な光量で受光素子３１に入射し測距精度は低下しない。図５は、この凹レンズ７２によって光束径が大きくなった測距光（ハッチング部分）が受光ファイバ２６の入射端面２６ａに入射する状態を示し、図６は、図５のファイバフォルダ２７近傍を拡大して示している。仮に、凹レンズ７２が存在しない場合、送受光ミラー２１でけられ、図７に示すように、受光ファイバ２６の入射端面２６ａに反射光が入射せず、あるいは入射する光量が不十分となり測距精度の低下を招く。
【００２３】
図８は、制御回路８０が司る制御系のブロック図であり、制御回路８０は、エンコーダ６２の検知信号に基づいて切換モータ７３を制御する。また、制御回路８０は記憶手段を有し、この記憶手段には、エンコーダ６２によって検知されるモータ６０の回転量（角）に対応する焦点調節レンズ１８の位置が近距離位置（近距離合焦位置）の範囲と遠距離位置（遠距離合焦位置）の範囲のどちらに属するかの情報が記憶される。近距離とは、発光素子２３の前方に凹レンズ７２が存在しない状態において、測定対象物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２６の入射端面２６ａに入射する光量が不十分となる距離である。この限界近距離は、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。
【００２４】
上記構成の本ＡＦ機能を有する光波測距儀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を覗き、視準望遠鏡１０の光軸を概ね測定対象物に合致させる。
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。
【００２５】
図９は、この測距スイッチ４５がオンされたときの凹レンズ７２（支持部材７１）の動作を示している。以下の処理は制御回路８０によって実行される。まず、エンコーダ６２を介して焦点調節レンズ１８の位置が近距離位置か遠距離位置かを検出する（S101）。次に、記憶手段を参照し、検出した焦点調節レンズ１８の位置が近距離位置か遠距離位置かをチェックする（S102）。近距離位置なら（S102:Yes）、続いて、切換モータ７３に内蔵された角度センサを介して凹レンズ７２が使用位置Ｐに位置しているかをチェックする（S103）。凹レンズ７２が使用位置Ｐに位置していない場合には（S103:No）、同レンズを使用位置Ｐに移動させる（S104）。また、焦点調節レンズ１８が近距離位置でないなら（S102:No）、続いて、切換モータ７３に内蔵された角度センサを介して凹レンズ７２が退避位置Ｑにあるかをチェックし（S105）、凹レンズ７２が退避位置Ｑに位置していない場合には（S105:No）、退避位置Ｑに移動させる（S106）。
【００２６】
この処理により、凹レンズ７２は、焦点調節レンズ１８が近距離位置では使用位置Ｐに位置し、遠距離位置では退避位置Ｑ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凹レンズ７２は位置し、測距光の光束径の大小を距離に応じて切り替えることができる。なお、測定対象物が遠距離のときには、凹レンズ７２が存在しなくても、測距光は拡径して測距対象物に入射し、その反射光が対物レンズ１１に入射するため、受光ファイバ２６の入射端面２６ａには測距に十分な光量が入射する。逆に、遠距離の場合に凹レンズ７２を挿入すると、測距光が広がりすぎて、入射端面２６ａへの光強度が低下するため、凹レンズ７２は、近距離測定のときだけ、発光素子２３の前に挿入する。
【００２７】
図１０は、近距離にある測定位置にコーナーキューブプリズム９０を配置した場合における測距光の光路を示している。コーナーキューブ９０は、反射光の広がりが少ない。この場合においても、射出される測距光は光束径が大きいため、反射光には送受光ミラー２１にけられることのない光束が存在し（斜線部）、この光束が受光素子３１に入射する。
【００２８】
以上はＡＦ機能を有する光波測距儀を示したが、マニュアルフォーカスによる光波測距儀の場合、凹レンズ７２を手動で進退させることも原理的に可能である。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が近距離か遠距離かによって、凹レンズ７２の位置を決定するように制御すればよい。
【００２９】
本実施形態では 発光素子２３の発光光束径を変更する手段として凹レンズ７２を使用したが、他に発光光束径変更手段として、凸レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構を用いてもよい。この場合、制御回路によって、測定対象物が遠距離のとき該凸レンズを発光素子前方に位置させ、近距離のとき該凸レンズを発光素子前方から退避させるように制御すればよい。
【００３０】
さらに、発光光束径変更手段の別の例として、図示しないが、発光素子２３を例えばピエゾ素子（圧電素子）により光軸方向に移動させてもよい。遠距離時を基準として近距離時は発光素子２３を前方に移動させるか、近距離時を基準として遠距離時に後方に移動させればよい。
【００３１】
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。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、光波測距儀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光波測距儀を得ることができる。また、ＡＦ化された光波測距儀を有する測量機においても、同じ問題をより簡単に解決できるＡＦ機能を有する光波測距儀を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＡＦ機能を有する光波測距儀を測量機に適用した一実施形態を示す系統接続図である。
【図２】図１のI矢視図であって、焦点調節レンズの駆動機構を示す図である。
【図３】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４】（Ａ）図１のIII矢視図であって、凹レンズの進退機構を示す図である。
（Ｂ）（Ａ）図の上方からの断面図である。
【図５】図１の測量機における測距光の光路を示す図である。
【図６】図５の受光ファイバ近傍の拡大図である。
【図７】発光素子の前方に凹レンズがなかった場合の図６に対応する拡大図である。
【図８】制御系の要部を示すブロック図である。
【図９】制御回路による凹レンズの進退のフローをフローチャートをもって示す図である。
【図１０】測定位置にコーナーキューブプリズムを配置した場合における測距光の光路を示す図である。
【符号の説明】
１０ 視準望遠鏡
１２ ポロプリズム（正立光学系）
１３ 焦点板
１４ 接眼レンズ
１８ 負のパワーの焦点調節レンズ
１９ レンズ枠
２０ 光波距離計
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
６２ エンコーダ
７２ 凹レンズ
７３ 切換モータ
８０ 制御回路
【技術分野】
本発明は、視準望遠鏡を有する光波測距儀に関する。
【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儀によって行われている。
【０００３】
この光波測距儀は一般に、視準望遠鏡の対物レンズの後方に光軸中心上に位置する反射部材すなわち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】
この光波測距儀では、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。さらには、測定対象物からの反射光が受光素子にまったく入射せず、測距不能になることがある。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、光波測距儀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化された光波測距儀を有する測量機において、同じ問題をより簡単に解決できるＡＦ機能を有する光波測距儀を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】 本発明は、光波測距儀の態様によると、測定対象物を視準する視準望遠鏡；この視準望遠鏡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、反射部材の周辺部を透過することにより、反射部材にけられない反射光を受光する受光系とを有する光波距離計；この光波距離計の送光系に設けた発光光束径の変更手段；光波距離計の測定対象物が近距離にあるとき、発光光束径変更手段により、発光光束径を大きく切り替える制御手段；及び視準望遠鏡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；を備え、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の位置情報に基づいて、発光光束径変更手段を動作させて発光光束径を変えることを特徴としている。
【０００７】
本発明は、ＡＦ機能を有する光波測距儀の態様によると、測定対象物を視準する視準望遠鏡；この視準望遠鏡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、反射部材の周辺部を透過することにより、反射部材にけられない反射光を受光する受光系とを有する光波距離計；この光波距離計の送光系を構成する発光素子の前方に設けた発光光束径の変更手段；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；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の焦点調節レンズを合焦位置に駆動する合焦機構；及びこの合焦機構による焦点調節レンズの位置情報に基づき、該測定対象物が近距離にあるとき、発光光束径変更手段により、発光光束径を大きく切り替える制御手段；を備えたことを特徴としている。
【０００８】
いずれの態様でも、発光光束径変更手段は、凹レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構とし、制御手段によりこの進退機構を動作させて、測定対象物が近距離のとき該凹レンズを発光素子前方に位置させ、遠距離のとき該凹レンズを発光素子前方から退避させる構成とすることができる。
【０００９】
あるいは、発光光束径変更手段は、凸レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構とし、制御手段によりこの進退機構を動作させて、測定対象物が遠距離のとき該凸レンズを発光素子前方に位置させ、近距離のとき該凸レンズを発光素子前方から退避させる構成とすることができる。
【００１０】
さらに、発光光束径変更手段は、発光素子を光軸方向に移動させる移動手段とすることができる。
【００１１】
また、制御手段は近距離と遠距離の切り替えを５ｍで行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１ないし図１０は、本発明によるＡＦ機能を有する光波測距儀を測量機に適用した一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、正立光学系（ポロプリズム）１２、焦点調節レンズ１８、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。
【００１３】
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に支持されていて、ラック１９ａは測量機本体に支持されたモータ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、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。この焦点調節レンズ１８を測定対象物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。また、モータ６０には、図２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、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、モータ６０の回転量（角）を検知する。
【００１４】
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（反射部材）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。
【００１５】
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。
【００１６】
波長選択ミラー２２は、測定対象物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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、測定対象物に投光する測距光の光量調節用である。
【００１９】
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を検出し、測定対象物迄の距離を演算して、測距結果表示器４２に表示する。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による測距演算は周知である。
【００２０】
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３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、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、モータ６０を介して、焦点調節レンズ１８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。
【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、発光素子２３の前方に、光路内外に進退可能な凹レンズ７２を設けたものである。すなわち、図４に示すように、一端部に凹レンズ７２を支持した支持部材（アーム）７１の他端部は、測量機本体に支持された切換モータ７３の回転軸に結合されており、切換モータ７３の往復回動により支持部材７１に支持された凹レンズ７２が光路内の使用位置Ｐと、光路外の退避位置Ｑの間を移動する。また、切換モータ７３は制御回路（制御手段）８０に接続されている。切換モータ７３には角度センサが内蔵されていて、凹レンズ７３（支持部材７１）が使用位置Ｐと退避位置Ｑのどちらに位置しているかを検知することができる。
【００２２】
この凹レンズ７２は、光波距離計による測定対象物の距離が近距離か遠距離かに応じて、光路内に進退する。例えば、測定距離が５ｍ程度以下の近距離のときに、凹レンズ７２が使用位置Ｐ、すなわち発光素子２３の前方に位置する。このとき、発光素子２３から射出された測距光は凹レンズ７２によって発散し光束径が大きくなって光路上を進む。そして、測定対象物で反射した測距光は、さらに光束径が大きくなって対物レンズ１１から入射するため、送受光ミラー２１でけられずに通過し（けられない光束が増加し）、波長選択フィルタ２２と受光ミラー２１ｂで反射し、受光ファイバ２６の入射端面２６ａに入射する。そのため、測定対象物で反射した測距光は十分な光量で受光素子３１に入射し測距精度は低下しない。図５は、この凹レンズ７２によって光束径が大きくなった測距光（ハッチング部分）が受光ファイバ２６の入射端面２６ａに入射する状態を示し、図６は、図５のファイバフォルダ２７近傍を拡大して示している。仮に、凹レンズ７２が存在しない場合、送受光ミラー２１でけられ、図７に示すように、受光ファイバ２６の入射端面２６ａに反射光が入射せず、あるいは入射する光量が不十分となり測距精度の低下を招く。
【００２３】
図８は、制御回路８０が司る制御系のブロック図であり、制御回路８０は、エンコーダ６２の検知信号に基づいて切換モータ７３を制御する。また、制御回路８０は記憶手段を有し、この記憶手段には、エンコーダ６２によって検知されるモータ６０の回転量（角）に対応する焦点調節レンズ１８の位置が近距離位置（近距離合焦位置）の範囲と遠距離位置（遠距離合焦位置）の範囲のどちらに属するかの情報が記憶される。近距離とは、発光素子２３の前方に凹レンズ７２が存在しない状態において、測定対象物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２６の入射端面２６ａに入射する光量が不十分となる距離である。この限界近距離は、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。
【００２４】
上記構成の本ＡＦ機能を有する光波測距儀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を覗き、視準望遠鏡１０の光軸を概ね測定対象物に合致させる。
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。
【００２５】
図９は、この測距スイッチ４５がオンされたときの凹レンズ７２（支持部材７１）の動作を示している。以下の処理は制御回路８０によって実行される。まず、エンコーダ６２を介して焦点調節レンズ１８の位置が近距離位置か遠距離位置かを検出する（S101）。次に、記憶手段を参照し、検出した焦点調節レンズ１８の位置が近距離位置か遠距離位置かをチェックする（S102）。近距離位置なら（S102:Yes）、続いて、切換モータ７３に内蔵された角度センサを介して凹レンズ７２が使用位置Ｐに位置しているかをチェックする（S103）。凹レンズ７２が使用位置Ｐに位置していない場合には（S103:No）、同レンズを使用位置Ｐに移動させる（S104）。また、焦点調節レンズ１８が近距離位置でないなら（S102:No）、続いて、切換モータ７３に内蔵された角度センサを介して凹レンズ７２が退避位置Ｑにあるかをチェックし（S105）、凹レンズ７２が退避位置Ｑに位置していない場合には（S105:No）、退避位置Ｑに移動させる（S106）。
【００２６】
この処理により、凹レンズ７２は、焦点調節レンズ１８が近距離位置では使用位置Ｐに位置し、遠距離位置では退避位置Ｑ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凹レンズ７２は位置し、測距光の光束径の大小を距離に応じて切り替えることができる。なお、測定対象物が遠距離のときには、凹レンズ７２が存在しなくても、測距光は拡径して測距対象物に入射し、その反射光が対物レンズ１１に入射するため、受光ファイバ２６の入射端面２６ａには測距に十分な光量が入射する。逆に、遠距離の場合に凹レンズ７２を挿入すると、測距光が広がりすぎて、入射端面２６ａへの光強度が低下するため、凹レンズ７２は、近距離測定のときだけ、発光素子２３の前に挿入する。
【００２７】
図１０は、近距離にある測定位置にコーナーキューブプリズム９０を配置した場合における測距光の光路を示している。コーナーキューブ９０は、反射光の広がりが少ない。この場合においても、射出される測距光は光束径が大きいため、反射光には送受光ミラー２１にけられることのない光束が存在し（斜線部）、この光束が受光素子３１に入射する。
【００２８】
以上はＡＦ機能を有する光波測距儀を示したが、マニュアルフォーカスによる光波測距儀の場合、凹レンズ７２を手動で進退させることも原理的に可能である。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が近距離か遠距離かによって、凹レンズ７２の位置を決定するように制御すればよい。
【００２９】
本実施形態では 発光素子２３の発光光束径を変更する手段として凹レンズ７２を使用したが、他に発光光束径変更手段として、凸レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構を用いてもよい。この場合、制御回路によって、測定対象物が遠距離のとき該凸レンズを発光素子前方に位置させ、近距離のとき該凸レンズを発光素子前方から退避させるように制御すればよい。
【００３０】
さらに、発光光束径変更手段の別の例として、図示しないが、発光素子２３を例えばピエゾ素子（圧電素子）により光軸方向に移動させてもよい。遠距離時を基準として近距離時は発光素子２３を前方に移動させるか、近距離時を基準として遠距離時に後方に移動させればよい。
【００３１】
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。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、光波測距儀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光波測距儀を得ることができる。また、ＡＦ化された光波測距儀を有する測量機においても、同じ問題をより簡単に解決できるＡＦ機能を有する光波測距儀を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＡＦ機能を有する光波測距儀を測量機に適用した一実施形態を示す系統接続図である。
【図２】図１のI矢視図であって、焦点調節レンズの駆動機構を示す図である。
【図３】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４】（Ａ）図１のIII矢視図であって、凹レンズの進退機構を示す図である。
（Ｂ）（Ａ）図の上方からの断面図である。
【図５】図１の測量機における測距光の光路を示す図である。
【図６】図５の受光ファイバ近傍の拡大図である。
【図７】発光素子の前方に凹レンズがなかった場合の図６に対応する拡大図である。
【図８】制御系の要部を示すブロック図である。
【図９】制御回路による凹レンズの進退のフローをフローチャートをもって示す図である。
【図１０】測定位置にコーナーキューブプリズムを配置した場合における測距光の光路を示す図である。
【符号の説明】
１０ 視準望遠鏡
１２ ポロプリズム（正立光学系）
１３ 焦点板
１４ 接眼レンズ
１８ 負のパワーの焦点調節レンズ
１９ レンズ枠
２０ 光波距離計
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
６２ エンコーダ
７２ 凹レンズ
７３ 切換モータ
８０ 制御回路
Claims (10)
- 測定対象物を視準する視準望遠鏡；
この視準望遠鏡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、上記反射部材の周辺部を透過することにより、上記反射部材にけられない反射光を受光する受光系とを有する光波距離計；
この光波距離計の送光系に設けた発光光束径の変更手段；
上記光波距離計の上記測定対象物が近距離にあるとき、上記発光光束径変更手段により、発光光束径を大きく切り替える制御手段；及び
上記視準望遠鏡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；
を備え、
上記レンズ位置検出機構によって検出される上記焦点調節レンズの位置情報に基づいて、上記発光光束径変更手段を動作させて発光光束径を変えることを特徴とする光波測距儀。 - 請求項１記載の光波測距儀において、発光光束径変更手段は、凹レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構であり、上記制御手段によりこの進退機構を動作させて、測定対象物が近距離のとき該凹レンズを発光素子前方に位置させ、遠距離のとき該凹レンズを発光素子前方から退避させる光波測距儀。
- 請求項１記載の光波測距儀において、発光光束径変更手段は、凸レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構であり、上記制御手段によりこの進退機構を動作させて、測定対象物が遠距離のとき該凸レンズを発光素子前方に位置させ、近距離のとき該凸レンズを発光素子前方から退避させる光波測距儀。
- 請求項１記載の光波測距儀において、発光光束径変更手段は、発光素子を光軸方向に移動させる移動手段である光波測距儀。
- 上記制御手段は近距離と遠距離の切り替えを５ｍで行う請求項１〜４のいずれか１項記載の光波測距儀。
- 測定対象物を視準する視準望遠鏡；
この視準望遠鏡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、上記反射部材の周辺部を透過することにより、上記反射部材にけられない反射光を受光する受光系とを有する光波距離計；
この光波距離計の送光系を構成する発光素子の前方に設けた発光光束径の変更手段；
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；
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の焦点調節レンズを合焦位置に駆動する合焦機構；及び
この合焦機構による焦点調節レンズの位置情報に基づき、該測定対象物が近距離にあるとき、上記発光光束径変更手段により、発光光束径を大きく切り替える制御手段；
を備えたことを特徴とするＡＦ機能を有する光波測距儀。 - 請求項６記載のＡＦ機能を有する光波測距儀において、発光光束径変更手段は、凹レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構であり、上記制御手段によりこの進退機構を動作させて、測定対象物が近距離のとき該凹レンズを発光素子前方に位置させ、遠距離のとき該凹レンズを発光素子前方から退避させるＡＦ機能を有する光波測距儀。
- 請求項６記載のＡＦ機能を有する光波測距儀において、発光光束径変更手段は、凸レンズを発光素子の前方に進退させる進退機構であり、上記制御手段によりこの進退機構を動作させて、測定対象物が遠距離のとき該凸レンズを発光素子前方に位置させ、近距離のとき該凸レンズを発光素子前方から退避させるＡＦ機能を有する光波測距儀。
- 請求項６記載のＡＦ機能を有する光波測距儀において、発光光束径変更手段は、発光素子を光軸方向に移動させる移動手段であるＡＦ機能を有する光波測距儀。
- 上記制御手段は近距離と遠距離の切り替えを５ｍで行う請求項６〜９のいずれか１項記載のＡＦ機能を有する光波測距儀。
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