JP3782702B2

JP3782702B2 - Ghosting and flare prevention device for surveying instruments

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Publication number: JP3782702B2
Application number: JP2001316640A
Authority: JP
Inventors: 雅実白井; 俊一郎若宮; 抱夢高山; 健治金子
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2021-10-15
Also published as: JP2002195830A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、視準望遠鏡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。光波距離計は、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。
【０００３】
このような光波距離計を備えた測量機において、光波距離計の特定波長の測距光を分離する波長選択手段である分岐光学系としてダイクロイックプリズムを用いた測量機が知られている。ダイクロイックプリズムは、視準望遠鏡の対物レンズと接眼レンズの間に配置されていて、発光素子からの特定波長の測距光は、このダイクロイックプリズムの波長選択コート面で反射され、対物レンズから送光される。そして測定対象物で反射した測距光は、ダイクロイックプリズムの波長選択コート面で選択的に反射され、受光素子に導かれる。
【０００４】
一方、測量機においても視準望遠鏡のＡＦ化が進行している。ＡＦ装置として広く用いられている位相差方式のＡＦ装置は、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（位相差）からピント位置を検出し、この検出結果に基づき視準望遠鏡を合焦させるものである。
【０００５】
又、ＡＦの一対の瞳範囲と視準望遠鏡光路を分割するため、本出願人は、ポロプリズムのいずれかの反射面を半透過面とする装置を提案した（特開平１０‐７３７７２号公報）。そのポロプリズムの反射面でも、第一反射面で分割するのが効果的である。これについては、本出願人が特願２０００‐１３８３１３号で述べている。
【０００６】
しかし、これらの視準望遠鏡を備えた測量機、特にポロプリズムを備えた測量機では、視野外光束が接眼レンズを介して観察者の目に入るゴ−ストやフレアを生じることがあった。これらのゴーストやフレアの原因となる視野外光束は、半透過面を介して焦点検出装置に入射すると、焦点検出性能（ＡＦ性能）を落としてしまう。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、視準望遠鏡の性能及び焦点検出性能をともに十分発揮できる測量機のゴースト・フレア防止装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、焦点検出手段の有無を問題としない態様では、測定対象物を視準する視準望遠鏡；及びこの視準望遠鏡の対物レンズと接眼レンズとの間に位置し、対物レンズによる物体像の上下左右を反転する正立光学系；を有する測量機において、正立光学系の入射面から出射面に至る光路中に、該正立光学系に入射する視野外光束が接眼レンズに達するのを防止する遮光手段を設けたこと；遮光手段は、正立光学系の入射面に形成したマスクであること；及びマスクの透光部形状は、正立光学系の入射面への入射光軸に関し非対称であって、該入射面と第一反射面との間の光路長を考えたとき、入射光軸から同光路長が短い側への透光部長さが同光路長が長い側への透光部長さより短い形状をしていること；を特徴としている。
【０００９】
また本発明は、別の態様によれば、測定対象物を視準する視準望遠鏡；及びこの視準望遠鏡の対物レンズと接眼レンズとの間に位置し、対物レンズによる物体像の上下左右を反転する正立光学系；を有する測量機において、正立光学系の入射面から第一反射面に至る光路中に、該正立光学系に入射する視野外光束が接眼レンズに達するのを防止する遮光手段を設けたこと；正立光学系の第一反射面には、該反射面に入射した光束を分割して、視準望遠鏡の焦点状態を検出する焦点検出手段に与える半透過面が形成されていること；を特徴としている。この態様において、遮光手段は正立光学系の入射面に形成したマスクであり、該マスクの透光部形状は、正立光学系の入射面への入射光軸に関し非対称であって、該入射面と第一反射面との間の光路長を考えたとき、入射光軸から同光路長が短い側への透光部長さが同光路長が長い側への透光部長さより短い形状をしていることが好ましい。
【００１０】
あるいは、正立光学系を形成する複数の接合プリズムの接合面の隅部に、切欠、面取りまたはテーパ面を形成して遮光手段とすることもできる。また、正立光学系の入射面を対物レンズ側に延長した変形正立光学系として構成し、第一反射面で反射した視野外光束が第二反射面に入射することなく、該延長部分から外部に出射する、又は反射・拡散・吸収するようにすることで遮光手段とすることもできる。
【００１１】
以上は、焦点検出手段の有無を問題としない態様であるが、焦点検出手段を設ける場合、正立光学系の第一反射面には、該反射面に入射した光束を分割して、視準望遠鏡の焦点状態を検出する焦点検出手段に与える半透過面を形成することができる。
【００１２】
本発明は、さらに別の態様では、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と接眼レンズとの間に配置した半透過面；及びこの半透過面を透過した光束を受けて上記視準望遠鏡の焦点状態を検出する焦点検出手段；を有する測量機において、視準望遠鏡の対物レンズと接眼レンズとの間には、対物レンズによる物体像の上下左右を反転する正立光学系が配置されていること；正立光学系の第一反射面と第二反射面のいずれかに光束分割プリズムが接着されていること；半透過面は、正立光学系のいずれかの反射面または光束分割プリズムに設けられていること；及び光束分割プリズムの出射面に、半透過面に入射する視野外光束が焦点検出手段に達するのを防止する遮光手段を設けたこと；を特徴としている。
【００１４】
遮光手段はマスクから構成することができる。
【００１６】
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及び上記半透過面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、あるいは、半透過面を通過した光束により結像された像のコントラストからピント位置を検出するコントラスト方式の焦点検出手段のいずれを用いてもよい。位相差方式、コントラスト方式ともに、具体的な構成はよく知られている。
【００１７】
正立光学系としては、例えば、ポロプリズムまたはシュミットプリズム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について、本発明の対象とする視準望遠鏡１０を有する測量機（トータルステーション）の一例を説明する。本測量機は、ＡＦ機能を有するタイプである。視準望遠鏡１０は、図１及び図２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１２、正立光学系（ポロプリズム）１３、焦点板１４、及び接眼レンズ１５を備えている。焦点板１４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）１６（図５、図７参照）が描かれている。焦点調節レンズ１２は光軸方向に可動であり、測定対象物（測定点に置いたコーナーキューブ）１７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１４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１４上の像を接眼レンズ１５を介して拡大観察する。
【００１９】
視準望遠鏡１０の対物レンズ１１と焦点調節レンズ１２との間には、図示しない固定手段によって、光波距離計２０の構成要素であるダイクロイックプリズム２１が固定されて配置されている。ダイクロイックプリズム２１は、視準望遠鏡１０の光軸Ｘと直交する面に対して傾斜して位置する、特定の波長領域の光のみを選択的に反射する波長選択コート面２１ａを有している。図１に示す波長選択コート面２１ａは、光軸Ｘに対して４５゜をなすように形成されている。
【００２０】
ダイクロイックプリズム２１の図１の上方には、光波距離計２０の発光素子（ＬＤ）２３が位置している。この発光素子２３は、ダイクロイックプリズム２１の波長選択コート面２１ａによる選択波長領域内の特定波長の測距光を発する。この測距光は、波長選択コート面２１ａで反射し対物レンズ１１を介して測定対象物１７に投光される。測定対象物１７で反射し対物レンズ１１を透過した測距光は再び波長選択コート面２１ａで反射する。このとき、波長選択コート面２１ａで反射しなかった光束（測距光以外の光束）はダイクロイックプリズム２１を透過する。
【００２１】
発光素子２３とダイクロイックプリズム２１の間の測距光路上には、測距光中心に直交する面Ｆで分割した片側のみに位置させて、反射面２２ａを有する直角プリズム２２が配置されている。従って、発光素子２３が発した光束のうち、直角プリズム２２と干渉しない光束はそのままダイクロイックプリズム２１の波長選択コート面２１ａに入射する。そして該波長選択コート面２１ａに入射し反射した光束は、測定対象物１７で反射して戻り、波長選択コート面２１ａで反射した後、直角プリズム２２の反射面２２ａで反射する。この直角プリズム２２の反射面２２ａで反射した光束は受光素子３１に入射する。
【００２２】
発光素子２３と直角プリズム２２の間の測距光路上には、切換プリズム２８と送光用ＮＤフィルタ２９が配置されている。切換プリズム２８は、図３に示すように、軸２８ａを中心に発光素子２３の光路内に進出する状態と退避する状態との間を回動可能であり、進出状態では発光素子２３からの光を反射ミラー２４ａに与え、退避状態では発光素子２３からの測距光を直角プリズム２２方向に与え、該プリズム２２で遮られない略半分の光束をダイクロイックプリズム２１に与える。反射ミラー２４ａに与えられた測距光は、反射ミラー２４ｂを介して受光素子３１に導かれる。送光用ＮＤフィルタ２９は、測定対象物１７に投光する測距光の光量調節用である。
【００２３】
受光素子３１と直角プリズム２２との間の測距光路上には、受光用ＮＤフィルタ３２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、切換プリズム２８のアクチュエータ４１と演算結果表示器４２に接続されている。
【００２４】
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を介して切換プリズム２８を駆動し、発光素子２３からの測距光を直角プリズム２２（ダイクロイックプリズム２１）に与える状態と、反射ミラー２４ａに与える状態とを作り出す。ダイクロイックプリズム２１に与えられた測距光は、上述のように、ダイクロイックプリズム２１の波長選択コート面２１ａ、対物レンズ１１を介して測定対象物１７に投光され、その反射光が対物レンズ１１、ダイクロイックプリズム２１の波長選択コート面２１ａ、直角プリズム２２の反射面２２ａを介して受光素子３１に入射する。そして、演算制御回路４０が、この測定対象物１７で反射して受光素子３１に入射する測距光と、切換プリズム２８を介して反射ミラー２４ａ、２４ｂを介して受光素子３１に与えられた内部参照光との位相差または時間差を検出し、測定対象物１７迄の距離を演算して、演算結果表示器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。
【００２５】
以上の本測量機は、ポロプリズム１３の反射面に関連させて、ＡＦ検出ユニット（焦点検出手段）５０を備えている。ポロプリズム１３は、図５に示すように、光束の進行方向に順に、入射光軸１３Ｘと直交する入射面１３ａ、入射面１３ａから入射した光束を直角に下方に曲げる第一反射面１３ｂ、第一反射面１３ｂで反射した光束を第三反射面１３ｄの方向に曲げる第二反射面１３ｃ、第二反射面１３ｃで反射した光束を再び上方に直角に曲げる第三反射面１３ｄ、第三反射面１３ｄで反射した光束を直角に曲げ入射光軸１３Ｘと平行な出射光軸１３Ｙ上に出射する第四反射面１３ｅ、及び第四反射面１３ｅで反射した光束を出射する、出射光軸１３Ｙと直交する出射面１３ｆを備えている。接眼レンズ１５は、出射光軸１３Ｙ上に位置している。
【００２６】
そして、図示例では、ポロプリズム１３から焦点検出のための光路を分割するために、第一反射面（半透過面）１３ｂに、半透過コートが施され、その半透過コート上に光路分割直角プリズム１８が接着されている。光路分割直角プリズム１８は、第一反射面１３ｂと接着される入射面１８ａ、この入射面１８ａと直交し、入射面１８ａから入射した光束を上方に向けて反射する反射面１８ｂ、及び反射面１８ｂで反射した光束を出射する出射面１８ｃを備えている。第一反射面１３ｂと入射面１８ａを透過した光束が、反射面１８ｂ、出射面１８ｃを介してＡＦ検出ユニット５０に与えられ、該第一反射面１３ｂで反射した光束が上記第二反射面１３ｃ〜出射面１３ｆを経て接眼レンズ１５に与えられる。
【００２７】
このＡＦ検出ユニット５０は、焦点板１４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４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、モータ１９を介して、焦点調節レンズ１２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。
【００２８】
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を通過した光束１１Ａ、１１Ｂ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。
【００２９】
図６、図７は、例えば以上の構成を有する測量機における視野外光束の問題点を説明する図である。すなわち、対物レンズ１１の最大有効径の近傍から視野外光束６０が図６のように入射し、ポロプリズム１３の入射面１３ａの隅部に特定の角度で入射すると、同視野外光束６０がポロプリズム１３の半透過面(第一反射面１３ｂ)で反射して、入射面１３ａに戻り、同入射面１３ａで全反射して焦点板１４の中心付近に像を結ぶ状態が生じうる。この像は、接眼レンズ１５による対象物の観察視野内に観察とは関係のないゴーストとして表れ、観察されてしまう。特に視野外光束６０が強い光であると、ゴーストとして観察されやすい。なお、図５には、比較のため、対物レンズ１１の光軸上を通過する中心光６３がポロプリズム１３に入射する様子を描いている。
【００３０】
第一反射面１３ｂでの光束分割が無い状態（第一反射面１３ｂに半透過コートを形成しない状態）では、同反射面での反射率は、全反射角以下の入射角度であるため５％程度であり、一般的に観察に与える悪影響は少ない。すなわち、第一反射面１３ｂに半透過コートを施さない場合、視野内光は第一反射面１３ｂに臨界角（ＢＫ７の臨界角は約４１度）以上で入射するため全反射するが、視野外光束は臨界角以下で入射するためほとんど透過してしまい視野内への影響は比較的小さい。しかし、半透過コートを施すと、臨界角以下でも反射率は高くなってしまう。有効径に対してかなり余裕のあるサイズのポロプリズムであれば、視野外光束は側面で反射しても視野内に入ることはないが、測量機には運搬性が求められており、そのため小形軽量は装置として必須条件となっている。よってポロプリズムのサイズは小さくなる傾向にあり、そうした場合視野外光束のうち、ある方向の光は第一反射面で反射後、第１入射面で全反射して視野内に結像する。結果として２つの像が重なることにより視準望遠鏡の性能（分解能等）を低下させてしまう。さらに、視野外光束６０は、第一反射面１３ｂで一部が透過してＡＦ検出ユニット５０にも達するため、ＡＦの検出精度にも悪影響を与えてしまう。
【００３１】
図８は、別方向の視野外光束６１の影響を説明する図である。図５とは、上下対称方向から入射する視野外光束６１は、ポロプリズム１３の側壁１３ｇで反射を繰り返すため、視野内への影響は比較的小さいが、存在しないことが好ましい。ポロプリズム１３の側壁１３ｇ（入射面１３ａないし出射面１３ｆ以外の面）は、摺り面として形成されている。
【００３２】
以上は、ポロプリズム１３の第一反射面１３ｂを焦点検出用の半透過面とした場合の具体的な問題点であるが、半透過面を形成しない場合（測量機にＡＦ機能を与えない場合）にも、視野外光束がゴーストの原因となることがある。また、第一反射面１３ｂ以外の反射面に光束分割コ−トを設けた場合においても、視野外に強い光を放つ物体があった場合は観察視野に悪影響を及ぼす。
【００３３】
本実施形態は、以上のようなゴーストを除く装置を提案するもので、基本的には、ポロプリズム１３の入射面１３ａから出射面１３ｆに至る光路中に、該ポロプリズム１３に入射する視野外光束が接眼レンズ１５に達するのを防止する遮光手段、あるいは、第一反射面１３ｂからＡＦ検出ユニット５０に至る光路中に、該第一反射面１３ｂに入射する視野外光束がＡＦ検出ユニット５０に達するのを防止する遮光手段を設けている。
【００３４】
図９ないし図２１は、ポロプリズム１３の第一反射面１３ｂに半透過面を形成する場合（第一反射面１３ｂに光路分割直角プリズム１８を接着する場合）の実施形態である。まず、図９、図１０は、ポロプリズム１３の入射面１３ａ（の前）に、マスク（絞）７０を配置して、視野外光束６０が入射しないようにした実施形態を示している。マスク７０は、透光部（開口部）７０ａ以外から光の入射を許さない。入射面１３ａの隅部に入射する視野外光束６０は、入射面１３ａから第一反射面１３ｂまでの光路長が短いほど、観察に大きい悪影響を与える。そこで、この実施形態では、透光部７０ａの形状を入射光軸１３Ｘに関して非対称とし、基本的に円形をなす透光部７０ａの上方に、透光部７０ａを非円形とする遮光部７０ｂを設けている。この遮光部７０ｂは、入射面１３ａと第一反射面１３ｂとの間の光路長を考えたとき、入射光軸１３Ｘから同光路長が短い側への透光部７０ａの径方向長さＲ１を、同光路長が長い側への透光部７０ａの径方向長さＲ２より短くしている。つまり、入射光軸１３Ｘを通る図１０の水平線の上方部分の透光部７０ａの面積は、同下方の透光部７０ａの面積より小さい。
【００３５】
図１１及び図１２は、第二の実施形態を示している。この実施形態では、ポロプリズム１３を、入射面１３ａと第一反射面１３ｂを有する第一プリズム１３‐１、第二反射面１３ｃと第三反射面１３ｄを有する第二プリズム１３‐２、及び第四反射面１３ｅと出射面１３ｆを有する第三プリズム１３‐３の３つの接合プリズムに分割し、この第一プリズム１３‐１と第二プリズム１３‐２の接合面の隅部に、視野外光束６０の光路に位置させて、切欠８１を形成している。この切欠８１は、図１１、図１２に示すように、第一プリズム１３‐１に形成しても、図１３に示すように、第二プリズム１３‐２に形成してもよい。勿論、両方に形成することもできる。
【００３６】
図１４及び図１５は、第三の実施形態を示している。この実施形態は、図１１ないし図１３の実施形態の切欠８１に代えて、面取り８２を施したものである。この面取り８２は、図１４、図１５に示すように、第一プリズム１３‐１に形成しても、図１６に示すように、第二プリズム１３‐２に形成してもよい。勿論、両方に形成することもできる。
【００３７】
これらの実施形態によれば、切欠８１または面取り８２に達した視野外光束６０は、それ以後、ポロプリズム１３内を進行することがなく、従って、接眼レンズ１５あるいはＡＦ検出ユニット５０へ到達することがない。切欠８１及び面取り８２には、無反射塗装を施すことが好ましい。
【００３８】
図１７、図１８は、第四の実施形態を示している。この実施形態では、上述の実施形態の第一プリズム１３‐１を、その入射面１３ａが焦点調節レンズ１２側に延長された変形タイプとし、第一反射面１３ｂで反射した視野外光束６０が第二反射面１３ｃに入射することなく、該延長部分から外部に出射するように形成している。また、延長部分をスリ面、無反射塗装として反射・拡散・吸収してもよい。すなわち、第一プリズム１３‐１は、その入射面１３ａと第一反射面１３ｂとが接続せず、両者の間に距離ｄが確保された分だけ、焦点調節レンズ１２側に延長されている。
【００３９】
以上の各実施形態は、単独でも複合してもよい。またいずれの実施形態でも、第一ないし第三プリズム１３‐１、１３‐２、１３‐３の接合面には、視野外光束６０を遮光する絞り（マスク）を介在させることができる。
【００４０】
以上の各実施形態はいずれも、ポロプリズム１３に入射する視野外光束６０が接眼レンズ１５に到達しないようにした実施形態である。これに対し、図１９ないし図２７は、ポロプリズム１３の反射面を透過した視野外光束６０がＡＦ検出ユニット５０に到達しないようにした実施形態である。まず、図１９ないし図２１の実施形態では、第一反射面１３ｂを半透過面とし、この第一反射面１３ｂに（第一反射面１３ｂと光路分割直角プリズム１８の入射面１８ａとの間に）、横長の開口９０ａを有するマスク（絞）９０（図２０）を介在させている。さらに、光路分割直角プリズム１８の出射面１８ｃにも同様のマスク９０（図２１）を設けている。第一反射面１３ｂに設けるマスク９０は、視野外光束６０を反射、吸収または拡散する性質とする。開口９０ａの形状は、ＡＦ検出ユニット５０の左右瞳範囲の光束１１Ａ、１１Ｂのみを通過させるサイズにしておけば、他のノイズ光も除去できるため、精度のよいＡＦを行うためにさらに有利である。なお図２０及び図２１では、マスク９０の開口９０ａ以外の部分にハッチングを付してある。
【００４１】
図２２ないし図２５は、ポロプリズム１３の第二反射面１３ｃを半透過面として、この第二反射面１３ｃに光路分割直角プリズム１８’を接着し、この第二反射面１３ｃと光路分割直角プリズム１８’の入射面１８ｄとの間、及び光路分割直角プリズム１８’の出射面１８ｅに、それぞれ、開口９０ａを有するマスク９０を介在させた実施形態を示している。このように、ポロプリズム１３のどの反射面を半透過面とするかは自由度があり、マスク９０は、その半透過面の位置及び（又は）該半透過面に接着する光路分割直角プリズム１８または１８’の出射面位置に対応させて設けることができる。開口９０ａの形状は、図２０ないし図２１の実施形態と同様とする。
【００４２】
図２６、図２７は、ポロプリズム１３とは別に、ポロプリズム１３の前方に位置させて光束分割プリズム９５を位置させ、この光束分割プリズム９５に、ＡＦ検出ユニット５０に分割光束を導く半透過面９５ａを形成した実施形態である。図２６では、この光束分割プリズム９５の出射面９５ｂに、中心透光部９５ｃと周辺非透光部（摺り面、無反射塗装等）９５ｄとを設け、図２７では、開口９０ａを有するマスク９０（図２８）を設けている。中心透光部９５ｃの形状は例えば開口９０ａと対応させることができる。これらの実施形態においても、ＡＦ検出ユニット５０に視野外光束６０が入射するのを防止し、高精度の焦点検出が可能となる。本実施例では、第２ポロプリズムで説明したが、第１ポロプリズムでもかまわない。
【００４３】
以上の各実施形態はいずれも、正立光学系としてポロプリズム１３を用いた実施形態である。これに対し、図２９ないし図３３は、ポロプリズム１３の代わりにダハプリズムを用いた正立光学系（シュミットプリズム）１３０を用いた実施形態である。
【００４４】
シュミットプリズム１３０は、図２９及び図３０に示すように、入射光軸１３Ｘと直交する入射面１３０ａ、入射面１３０ａから入射した光束を直角に上方に曲げる第一反射面１３０ｂ、第一反射面１３０ｂで反射した光束を図２９の右斜め下方に曲げる第二反射面１３０ｃ、第二反射面１３０ｃで反射した光束を直角に斜め下方に曲げる第三反射面１３０ｄ、第三反射面１３０ｄで反射した光束を入射光軸１３Ｘと直交する方向に曲げるダハ面である第四反射面１３０ｅ、第四反射面１３０ｅで反射した光束を直角に曲げ入射光軸１３Ｘと平行な出射光軸１３Ｙ₂上に出射する第五反射面１３０ｆ、及び第五反射面１３０ｆで反射した光束を射出する、出射光軸１３Ｙ₂と直交する出射面１３０ｇを備えている。第三反射面１３０ｄと出射面１３０ｇは同一平面である。さらに図示例では、シュミットプリズム１３０から焦点検出用の光路を分割するため、第二反射面（半透過面）１３０ｃに半透過コートが施され、その半透過コート上に光路分割直角プリズム１８が接着されている。すなわち、第一反射面１３０ｂで反射した光束の一部は、第二反射面１３０ｃを透過して、光路分割直角プリズム１８から入射光軸１３Ｘと直交する出射光軸１３Ｙ₁上に射出される。
【００４５】
図３０は、シュミットプリズム１３０の入射面１３０ａ（の前）に、マスク（絞）７０を配置して、視野外光束６０が入射しないようにした実施形態を示し、図３１は、シュミットプリズム１３０（第二反射面１３０ｃ）と光路分割直角プリズム１８の接合面の隅部に、視野外光束６０の光路に位置させて、切欠１８１を形成した実施形態を示している。また図３２は、シュミットプリズム１３０の第二反射面１３０ｃを半透過面とし、この第二反射面１３０ｃに（第二反射面１３０ｃと光路分割直角プリズム１８の入射面１８ａとの間に）、横長の開口９０ａを有するマスク（絞）９０（図３３）を介在させた実施形態を示している。いずれの実施形態においても、シュミットプリズム１３０に入射した視野外光束６０が接眼レンズ１４あるいはＡＦ検出ユニット５０に到達することがない。
【００４６】
以上の各実施形態では、ＡＦ検出ユニット５０が位相差方式であるとして説明したが、コントラスト方式等、他の方式の焦点検出装置を用いることもできる。また本発明は、ト−タルステ−ションに限らず、セオドライト等の他の視準望遠鏡を有する測量機に適用できる。さらに、実施形態の正立光学系に限らず他の正立光学系にも適用できる。
【００４７】
なお、上記構成の本ＡＦ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に付属した視準器（図示せず）から測定対象物１７を覗き、視準望遠鏡１０の光軸を概ね測定対象物１７に合致させる。
弟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１２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１５を覗き、焦点板１４の十字線ヘアライン１６を正確に測定対象物１７に一致させる。このように十字線ヘアライン１６を正確に測定対象物１７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１７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、演算結果表示器４２に測距結果を表示する。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明の測量機によると、視準望遠鏡のゴーストの発生を防ぎ、焦点検出手段を有する場合には、高精度の焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象とする測量機としてのトータルステーションの一例を示す、側面図を含む系統接続図である。
【図２】図１のII‐II線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII矢視図である。
【図４】図１のIV矢視図であって、焦点検出手段（ＡＦ検出ユニット、位相差方式焦点検出手段）の概念図である。
【図５】図１のポロプリズム回りの斜視図である。
【図６】図１のＡＦ測量機における視野外光束による問題点を説明するための光線を描いた側面図である。
【図７】図６の視野外光束がポロプリズムを通る際の光路を示す斜視図である。
【図８】図１のＡＦ測量機における別の方向の視野外光束を説明するための光線を描いた図である。
【図９】本発明によるゴースト・フレア防止装置の第一の実施形態を示す側面図である。
【図１０】図９のＸ矢視図である。
【図１１】本発明によるゴースト・フレア防止装置の第二の実施形態を示す側面図である。
【図１２】図１１の実施形態のポロプリズム部分の斜視図である。
【図１３】図１１、図１２の実施形態の変形例を示す要部の側面図である。
【図１４】本発明によるゴースト・フレア防止装置の第三の実施形態を示す側面図である。
【図１５】図１４の実施形態のポロプリズム部分の斜視図である。
【図１６】図１４、図１５の実施形態の変形例を示す要部の側面図である。
【図１７】本発明によるゴースト・フレア防止装置の第四の実施形態を示す側面図である。
【図１８】図１７の実施形態のポロプリズム部分の斜視図である。
【図１９】本発明によるゴースト・フレア防止装置の第五の実施形態を示す側面図である。
【図２０】図１９のＸ‐Ｘ線から見たマスクを示す平面図である。
【図２１】図１９のＹ‐Ｙ線から見たマスクを示す平面図である。
【図２２】本発明によるゴースト・フレア防止装置の第六の実施形態を示す側面図である。
【図２３】図２２のＰ矢視図である。
【図２４】図２２のＱ‐Ｑ線から見たマスクを示す平面図である。
【図２５】図２３のＲ‐Ｒ線から見たマスクを示す平面図である。
【図２６】本発明によるゴースト・フレア防止装置の第六の実施形態を示す側面図である。
【図２７】本発明によるゴースト・フレア防止装置の第七の実施形態を示す側面図である。
【図２８】図２７のＳ矢視図である。
【図２９】正立光学系として使用するシュミットプリズムを示す図である。
【図３０】図９の実施形態において、正立光学系をシュミットプリズムとした側面図である。
【図３１】図１１の実施形態において、正立光学系をシュミットプリズムとした側面図である。
【図３２】図１９の実施形態において、正立光学系をシュミットプリズムとした側面図である。
【図３３】図３２のＴ矢視図である。
【符号の説明】
１０視準望遠鏡
１１Ａ１１Ｂ瞳範囲を通過した光束
１２焦点調節レンズ
１３正立光学系（ポロプリズム）
１３Ｘ入射光軸
１３ａ入射面
１３ｂ第一反射面
１３ｃ第二反射面
１３ｄ第三反射面
１３ｅ第四反射面
１３ｆ出射面
１３ｇ側壁
１３‐１第一プリズム
１３‐２第二プリズム
１３‐３第三プリズム
１４焦点板
１５接眼レンズ
１６十字線ヘアライン（視準線）
１７測定対象物（コーナーキューブ）
１８１８’ 光路分割直角プリズム
１９モータ
２０光波距離計
２１ダイクロイックプリズム
２１ａ波長選択コート面
２２直角プリズム
２２ａ反射面
２３発光素子
２８切換プリズム
２９送光用ＮＤフィルタ
３１受光素子
３２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演算結果表示器
４３レンズ駆動手段
４４ＡＦ開始スイッチ
４５測距開始スイッチ
５０ＡＦ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
５４ＣＣＤラインセンサ
５５マスク
６０６１視野外光束
７０マスク
７０ａ透光部（開口部）
８１切欠
８２面取り
９０マスク
９０ａ開口
９５光束分割プリズム
９５ａ半透過面
９５ｂ出射面
１３０シュミットプリズム
１３０ａ入射面
１３０ｂ第一反射面
１３０ｃ第二反射面
１３０ｄ第三反射面
１３０ｅ第四反射面（ダハ面）
１３０ｆ第五反射面
１３０ｇ出射面
１８１切欠[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a surveying instrument having a collimating telescope.
[0002]
[Prior art and its problems]
A surveying instrument such as a total station has a function of measuring distance and angle, and an optical distance meter (EDM) is generally used as the distance meter. The lightwave distance meter has a light transmission system that transmits distance measuring light via a collimating telescope, and a light receiving system that receives reflected light from the measurement object. The distance is calculated from the phase difference of the reflected light and the initial phase of the internal reference light, or the time difference between the transmitted light and the reflected light.
[0003]
In a surveying instrument equipped with such a lightwave distance meter, a surveying instrument using a dichroic prism is known as a branching optical system which is a wavelength selection means for separating distance measuring light of a specific wavelength of the lightwave distance meter. The dichroic prism is arranged between the objective lens and eyepiece of the collimating telescope, and the distance measuring light of a specific wavelength from the light emitting element is reflected by the wavelength selection coat surface of the dichroic prism and transmitted from the objective lens. Is done. The distance measuring light reflected by the measurement object is selectively reflected by the wavelength selection coat surface of the dichroic prism and guided to the light receiving element.
[0004]
On the other hand, the use of AF for collimating telescopes is also progressing in surveying instruments. A phase difference type AF device widely used as an AF device is a correlation (phase difference) between a pair of images formed by light beams that have passed through a pair of different pupil ranges set on an objective lens of a collimating telescope. ), And the collimating telescope is focused based on the detection result.
[0005]
Further, in order to divide the pair of AF pupil ranges and the collimating telescope optical path, the present applicant has proposed an apparatus in which any reflecting surface of the Porro prism is a semi-transmissive surface (Japanese Patent Laid-Open No. 10-73772). . It is effective to divide the reflecting surface of the Porro prism by the first reflecting surface. This is described in Japanese Patent Application No. 2000-138313 by the present applicant.
[0006]
However, in surveying instruments equipped with these collimating telescopes, particularly surveying instruments equipped with Porro prisms, out-of-field luminous fluxes sometimes cause ghosts and flares that enter the viewer's eyes via eyepieces. When these out-of-field light fluxes that cause ghosts and flares enter the focus detection device via the semi-transmissive surface, the focus detection performance (AF performance) is degraded.
[0007]
OBJECT OF THE INVENTION
An object of the present invention is to provide a ghost / flare prevention device for a surveying instrument that can sufficiently exhibit both the performance and the focus detection performance of a collimating telescope.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION
  In an aspect in which the presence or absence of focus detection means is not a problem, the present invention is a collimating telescope that collimates a measurement object; and an object image that is located between an objective lens and an eyepiece of the collimating telescope, In a surveying instrument having an upright, left, and right upside-down optical system, an out-of-field light beam entering the upright optical system reaches the eyepiece in the optical path from the entrance surface to the exit surface of the upright optical system. Provided with light shielding means to preventThe light shielding means is a mask formed on the entrance surface of the erecting optical system; and the translucent shape of the mask is asymmetric with respect to the optical axis of incidence on the entrance surface of the erecting optical system; When considering the optical path length to the first reflecting surface, the light transmitting part length from the incident optical axis to the side with the shorter optical path length is shorter than the light transmitting part length to the side with the longer optical path length. thing;It is characterized by.
[0009]
  According to another aspect of the present invention, there is provided a collimating telescope for collimating a measurement target; and an objective lens and an eyepiece of the collimating telescope; In a surveying instrument having an erecting optical system that is inverted; preventing an out-of-field light beam incident on the erecting optical system from reaching the eyepiece in the optical path from the incident surface of the erecting optical system to the first reflecting surface The first reflecting surface of the erecting optical system has a semi-transmissive surface that divides the light beam incident on the reflecting surface and gives it to the focus detecting unit that detects the focus state of the collimating telescope. It is characterized by being formed. In this aspect, the light shielding means is a mask formed on the incident surface of the erecting optical system, and the shape of the light transmitting portion of the mask is asymmetric with respect to the incident optical axis to the incident surface of the erecting optical system. When considering the optical path length between the surface and the first reflecting surface, the translucent part length from the incident optical axis to the side with the short optical path length is shorter than the translucent part length to the side with the long optical path length. It is preferable.
[0010]
Alternatively, the light shielding means may be formed by forming notches, chamfers, or tapered surfaces at the corners of the cemented surfaces of the plurality of cemented prisms forming the erecting optical system. In addition, the erecting optical system is configured as a modified erecting optical system in which the incident surface is extended to the objective lens side, and the out-of-field light beam reflected by the first reflecting surface is not incident on the second reflecting surface from the extended portion. It can also be used as a light shielding means by emitting to the outside or reflecting / diffusing / absorbing.
[0011]
The above is a mode in which the presence or absence of the focus detection unit is not a problem. However, when the focus detection unit is provided, the light beam incident on the reflection surface is divided on the first reflection surface of the erecting optical system, and collimation is performed. It is possible to form a semi-transmissive surface to be given to a focus detection means for detecting the focus state of the telescope.
[0012]
  The present inventionfurtherIn another aspect, a collimating telescope for collimating a measurement object; a semi-transmissive surface disposed between an objective lens and an eyepiece of the collimating telescope; A focus detection means for detecting a focus state of the quasi-telescope;Between the objective lens and the eyepiece of the collimating telescope, an erecting optical system for inverting the top, bottom, left and right of the object image by the objective lens is disposed; the first reflecting surface and the second reflecting surface of the erecting optical system A light beam splitting prism is bonded to one of the surfaces; the semi-transmissive surface is provided on any reflecting surface or light beam splitting prism of the erecting optical system; and Providing a light shielding means for preventing the out-of-view light beam incident on the semi-transmissive surface from reaching the focus detection means;It is characterized by.
[0014]
The light shielding means can be composed of a mask.
[0016]
The focus detection means detects the focus position from the correlation between a pair of different pupil ranges set on the objective lens of the collimating telescope and a pair of images formed by the light beam that has passed through the semi-transmissive surface. Any of these focus detection means or contrast-type focus detection means for detecting the focus position from the contrast of the image formed by the light beam that has passed through the semi-transmissive surface may be used. The specific configurations of both the phase difference method and the contrast method are well known.
[0017]
As the erecting optical system, for example, a Porro prism or a Schmitt prism can be used.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of a surveying instrument (total station) having a collimating telescope 10 as an object of the present invention will be described with reference to FIGS. This surveying instrument is a type having an AF function. As shown in FIGS. 1 and 2, the collimating telescope 10 includes an objective lens 11, a focus adjustment lens 12, an erecting optical system (polo prism) 13, a focusing screen 14, and an eyepiece in order from the object side (front). 15 is provided. On the focusing screen 14, a cross hairline (collimation line) 16 (see FIGS. 5 and 7) is drawn at the center of the focusing plate 14 as a mark for collimation. The focus adjustment lens 12 is movable in the direction of the optical axis, and by adjusting the position according to the distance of the measurement object (corner cube placed at the measurement point) 17, the image is correctly aligned on the objective lens 11 side of the focusing screen 14. Image on the surface. The observer magnifies and observes the image on the focusing screen 14 through the eyepiece 15.
[0019]
Between the objective lens 11 and the focus adjustment lens 12 of the collimating telescope 10, a dichroic prism 21 that is a component of the lightwave distance meter 20 is fixed and arranged by a fixing means (not shown). The dichroic prism 21 has a wavelength selection coat surface 21 a that is selectively tilted with respect to a plane orthogonal to the optical axis X of the collimating telescope 10 and selectively reflects only light in a specific wavelength region. The wavelength selection coat surface 21a shown in FIG. 1 is formed so as to form 45 ° with respect to the optical axis X.
[0020]
A light emitting element (LD) 23 of the optical distance meter 20 is located above the dichroic prism 21 in FIG. The light emitting element 23 emits distance measuring light having a specific wavelength within a selection wavelength region by the wavelength selection coat surface 21 a of the dichroic prism 21. The distance measuring light is reflected by the wavelength selection coat surface 21 a and projected onto the measurement object 17 through the objective lens 11. The distance measuring light reflected by the measurement object 17 and transmitted through the objective lens 11 is reflected again by the wavelength selection coat surface 21a. At this time, the light beam (light beam other than the distance measuring light) that has not been reflected by the wavelength selection coat surface 21 a passes through the dichroic prism 21.
[0021]
On the distance measuring optical path between the light emitting element 23 and the dichroic prism 21, a right angle prism 22 having a reflecting surface 22a is disposed only on one side divided by a surface F orthogonal to the distance measuring light center. Accordingly, of the light beams emitted from the light emitting element 23, the light beam that does not interfere with the right-angle prism 22 is directly incident on the wavelength selection coat surface 21 a of the dichroic prism 21. The light beam incident on and reflected by the wavelength selection coat surface 21 a is reflected by the measurement object 17, reflected by the wavelength selection coat surface 21 a, and then reflected by the reflection surface 22 a of the right-angle prism 22. The light beam reflected by the reflecting surface 22 a of the right-angle prism 22 enters the light receiving element 31.
[0022]
On the distance measuring optical path between the light emitting element 23 and the right-angle prism 22, a switching prism 28 and a light transmission ND filter 29 are disposed. As shown in FIG. 3, the switching prism 28 can rotate between a state where it advances into the optical path of the light emitting element 23 and a state where it retracts around the shaft 28a. In the advanced state, the light from the light emitting element 23 can be rotated. Is applied to the reflecting mirror 24 a, and in the retracted state, the distance measuring light from the light emitting element 23 is applied in the direction of the right-angle prism 22, and a substantially half light beam that is not blocked by the prism 22 is applied to the dichroic prism 21. The distance measuring light given to the reflection mirror 24a is guided to the light receiving element 31 via the reflection mirror 24b. The ND filter 29 for light transmission is used for adjusting the amount of distance measuring light projected onto the measurement object 17.
[0023]
On the distance measuring optical path between the light receiving element 31 and the right-angle prism 22, a light receiving ND filter 32 and a band pass filter 34 are sequentially arranged. The light receiving element 31 is connected to the calculation control circuit 40, and the calculation control circuit 40 is connected to the actuator 41 of the switching prism 28 and the calculation result display 42.
[0024]
In the above lightwave distance meter 20, as is well known, the calculation control circuit 40 drives the switching prism 28 via the actuator 41, and provides the distance measuring light from the light emitting element 23 to the right angle prism 22 (dichroic prism 21). And a state to be given to the reflection mirror 24a. The distance measuring light given to the dichroic prism 21 is projected onto the measurement object 17 via the wavelength selection coat surface 21a of the dichroic prism 21 and the objective lens 11 as described above, and the reflected light is reflected on the objective lens 11, The light enters the light receiving element 31 through the wavelength selection coat surface 21 a of the dichroic prism 21 and the reflection surface 22 a of the right-angle prism 22. Then, the arithmetic control circuit 40 receives the distance measuring light reflected by the measurement object 17 and incident on the light receiving element 31, and the inside given to the light receiving element 31 via the switching prism 28 and the reflecting mirrors 24 a and 24 b. The phase difference or time difference from the reference light is detected, the distance to the measuring object 17 is calculated, and displayed on the calculation result display 42. Distance calculation based on the phase difference between the transmitted light and the reflected light and the initial phase of the internal reference light, or the time difference between the transmitted light and the reflected light is well known.
[0025]
The surveying instrument described above includes an AF detection unit (focus detection means) 50 in association with the reflection surface of the Porro prism 13. As shown in FIG. 5, the Porro prism 13 includes an incident surface 13a orthogonal to the incident optical axis 13X, a first reflecting surface 13b that bends the light beam incident from the incident surface 13a downward at right angles, A second reflecting surface 13c that bends the light beam reflected by one reflecting surface 13b in the direction of the third reflecting surface 13d, a third reflecting surface 13d that bends the light beam reflected by the second reflecting surface 13c again at a right angle, and a third reflecting surface. The light beam reflected by 13d is bent at a right angle and emitted onto the outgoing optical axis 13Y parallel to the incident optical axis 13X, and the luminous flux reflected by the fourth reflective surface 13e is emitted and orthogonal to the outgoing optical axis 13Y. 13f is provided. The eyepiece lens 15 is located on the outgoing optical axis 13Y.
[0026]
In the illustrated example, in order to divide the optical path for focus detection from the Porro prism 13, a semi-transmissive coating is applied to the first reflecting surface (semi-transmissive surface) 13b, and the optical path dividing right angle is formed on the semi-transmissive coating. The prism 18 is bonded. The optical path splitting right angle prism 18 includes an incident surface 18a bonded to the first reflecting surface 13b, a reflecting surface 18b that is orthogonal to the incident surface 18a and reflects the light beam incident from the incident surface 18a upward, and a reflecting surface 18b. Is provided with an exit surface 18c that emits the light beam reflected by. The light beam that has passed through the first reflecting surface 13b and the incident surface 18a is given to the AF detection unit 50 via the reflecting surface 18b and the emitting surface 18c, and the light beam reflected by the first reflecting surface 13b is the second reflecting surface 13c. To the eyepiece 15 through the exit surface 13f.
[0027]
The AF detection unit 50 detects a focus state of a focus detection surface 51 optically equivalent to the focusing screen 14, that is, a defocus amount such as a front pin and a rear pin. FIG. 4 shows a conceptual diagram thereof. . An object image formed by the objective lens 11 that forms an image on the focus detection surface 51 is divided by a condenser lens 52 and a pair of separator lenses (imaging lenses) 53 that are arranged apart from each other by a base line length, and this pair of divided images. Re-images on the pair of CCD line sensors 54. The line sensor 54 has a large number of photoelectric conversion elements, and each photoelectric conversion element photoelectrically converts the received object image and integrates (accumulates) the photoelectrically converted charges, and outputs the integrated charges as AF sensor data. Input to the arithmetic control circuit 40. The arithmetic control circuit 40 calculates a defocus amount by a predetermined defocus calculation based on the pair of AF sensor data, and moves the focus adjustment lens 12 to the in-focus position via the motor 19. Such a defocus operation is well known to those skilled in the art. An AF start switch 44 and a distance measurement start switch 45 are connected to the arithmetic control circuit 40.
[0028]
The above AF detection unit 50 forms an image on the line sensor 54 by the light beams 11A and 11B that have passed through a different pair of pupil ranges on the objective lens 11 when considering a pair of images formed on each line sensor 54 as a reference. The focus position is detected by the paired images. The shape of the pupil range can be set by a mask 55 disposed in the vicinity of each separator lens 53.
[0029]
6 and 7 are diagrams for explaining the problem of the out-of-field light flux in the surveying instrument having the above-described configuration, for example. That is, when the out-of-field light beam 60 enters from the vicinity of the maximum effective diameter of the objective lens 11 as shown in FIG. 6 and enters the corner of the incident surface 13a of the Porro prism 13 at a specific angle, the out-of-field light beam 60 is 13 is reflected by the semi-transmissive surface (first reflective surface 13 b), returns to the incident surface 13 a, and is totally reflected by the incident surface 13 a, so that an image is formed near the center of the focusing screen 14. This image appears as a ghost unrelated to the observation in the observation field of the object by the eyepiece 15 and is observed. In particular, when the out-of-field light beam 60 is strong light, it is easily observed as a ghost. For comparison, FIG. 5 illustrates a state in which the central light 63 passing on the optical axis of the objective lens 11 is incident on the Porro prism 13.
[0030]
In a state where there is no light beam splitting on the first reflecting surface 13b (a state where a semi-transparent coating is not formed on the first reflecting surface 13b), the reflectance on the reflecting surface is an incident angle equal to or smaller than the total reflection angle, and is 5%. And generally has little adverse effect on observation. That is, in the case where the first reflecting surface 13b is not subjected to a semi-transparent coating, the in-field light is totally reflected because it is incident on the first reflecting surface 13b at a critical angle (the critical angle of BK7 is about 41 degrees) or more. Since the light beam is incident below the critical angle, it is almost transmitted and the influence on the field of view is relatively small. However, when a semi-transparent coating is applied, the reflectance increases even below the critical angle. If it is a Porro prism of a size that has a considerable margin with respect to the effective diameter, the out-of-field light flux will not enter the field of view even if it is reflected from the side, but the surveying instrument is required to be transportable, so it is small Light weight is an essential condition for the device. Accordingly, the size of the Porro prism tends to be small. In such a case, light in a certain direction out of the luminous flux outside the field of view is reflected by the first reflecting surface and then totally reflected by the first incident surface and forms an image in the field of view. As a result, the performance (resolution, etc.) of the collimating telescope is deteriorated by overlapping the two images. Further, since the out-of-field light beam 60 partially transmits through the first reflecting surface 13b and reaches the AF detection unit 50, the AF detection accuracy is also adversely affected.
[0031]
FIG. 8 is a diagram for explaining the influence of the out-of-field light beam 61 in another direction. Since the out-of-field light beam 61 incident from the vertically symmetrical direction is repeatedly reflected by the side wall 13g of the Porro prism 13, the influence on the inside of the field of view is relatively small, but it is preferably not present. A side wall 13g of the Porro prism 13 (a surface other than the incident surface 13a or the emitting surface 13f) is formed as a sliding surface.
[0032]
The above is a specific problem when the first reflecting surface 13b of the Porro prism 13 is a semi-transmissive surface for focus detection, but when the semi-transmissive surface is not formed (when the AF function is not given to the surveying instrument). ), Out-of-view light flux may cause ghosting. Even when a light beam splitting coat is provided on a reflecting surface other than the first reflecting surface 13b, if there is an object emitting strong light outside the field of view, the observation field of view is adversely affected.
[0033]
The present embodiment proposes an apparatus that eliminates the ghost as described above. Basically, in the optical path from the entrance surface 13a to the exit surface 13f of the Porro prism 13, it is out of the field that enters the Porro prism 13. A light blocking means for preventing the light beam from reaching the eyepiece lens 15 or an out-of-field light beam incident on the first reflection surface 13b in the AF detection unit 50 in the optical path from the first reflection surface 13b to the AF detection unit 50. A light blocking means is provided to prevent it from reaching.
[0034]
9 to 21 show an embodiment in which a semi-transmissive surface is formed on the first reflecting surface 13b of the Porro prism 13 (when the optical path dividing right-angle prism 18 is bonded to the first reflecting surface 13b). First, FIG. 9 and FIG. 10 show an embodiment in which a mask (diaphragm) 70 is arranged on the entrance surface 13a of the Porro prism 13 so that the out-of-field light beam 60 does not enter. The mask 70 does not allow light to enter from other than the translucent part (opening part) 70a. The out-of-field light beam 60 incident on the corner of the incident surface 13a has a greater adverse effect on observation as the optical path length from the incident surface 13a to the first reflecting surface 13b is shorter. Therefore, in this embodiment, the shape of the light transmitting portion 70a is asymmetric with respect to the incident optical axis 13X, and the light shielding portion 70b in which the light transmitting portion 70a is non-circular is provided above the light transmitting portion 70a that is basically circular. ing. When considering the optical path length between the incident surface 13a and the first reflecting surface 13b, the light shielding portion 70b has a radial length R1 of the translucent portion 70a from the incident optical axis 13X to the side having the shorter optical path length. The light transmission portion 70a toward the longer optical path length is shorter than the radial length R2. That is, the area of the translucent part 70a in the upper part of the horizontal line in FIG. 10 passing through the incident optical axis 13X is smaller than the area of the translucent part 70a in the lower part thereof.
[0035]
11 and 12 show a second embodiment. In this embodiment, the Porro prism 13 includes a first prism 13-1 having an incident surface 13a and a first reflecting surface 13b, a second prism 13-2 having a second reflecting surface 13c and a third reflecting surface 13d, and a first prism 13-2. The light beam is divided into three cemented prisms, ie, a third prism 13-3 having four reflecting surfaces 13e and an exit surface 13f, and an out-of-field light beam is formed at the corner of the cemented surface of the first prism 13-1 and the second prism 13-2. A notch 81 is formed in the optical path 60. The notches 81 may be formed in the first prism 13-1 as shown in FIGS. 11 and 12, or may be formed in the second prism 13-2 as shown in FIG. Of course, it can be formed in both.
[0036]
14 and 15 show a third embodiment. In this embodiment, a chamfer 82 is provided instead of the notch 81 in the embodiment of FIGS. The chamfer 82 may be formed on the first prism 13-1 as shown in FIGS. 14 and 15, or may be formed on the second prism 13-2 as shown in FIG. Of course, it can be formed in both.
[0037]
According to these embodiments, the out-of-field light beam 60 that reaches the notch 81 or the chamfer 82 does not travel in the Porro prism 13 thereafter, and therefore reaches the eyepiece 15 or the AF detection unit 50. There is no. The notches 81 and the chamfers 82 are preferably subjected to non-reflective coating.
[0038]
17 and 18 show a fourth embodiment. In this embodiment, the first prism 13-1 of the above-described embodiment is a modified type in which the incident surface 13a is extended to the focus adjusting lens 12 side, and the out-of-field light beam 60 reflected by the first reflecting surface 13b is the first. The second reflection surface 13c is formed so as to be emitted to the outside without entering the second reflection surface 13c. Further, the extended portion may be reflected, diffused, or absorbed as a frayed surface or a non-reflective coating. That is, the first prism 13-1 is not connected to the incident surface 13a and the first reflecting surface 13b, and is extended toward the focus adjustment lens 12 by the distance d secured between them.
[0039]
Each of the above embodiments may be used alone or in combination. In any of the embodiments, a diaphragm (mask) that shields the out-of-field light beam 60 can be interposed between the joint surfaces of the first to third prisms 13-1, 13-2, and 13-3.
[0040]
Each of the above embodiments is an embodiment in which the out-of-field light beam 60 incident on the Porro prism 13 does not reach the eyepiece lens 15. On the other hand, FIGS. 19 to 27 show an embodiment in which the out-of-field light beam 60 transmitted through the reflecting surface of the Porro prism 13 does not reach the AF detection unit 50. First, in the embodiment of FIGS. 19 to 21, the first reflecting surface 13 b is a semi-transmissive surface, and the first reflecting surface 13 b (between the first reflecting surface 13 b and the incident surface 18 a of the optical path splitting right-angle prism 18). ), A mask (diaphragm) 90 (FIG. 20) having a horizontally long opening 90a is interposed. Further, a similar mask 90 (FIG. 21) is provided on the exit surface 18 c of the optical path dividing right-angle prism 18. The mask 90 provided on the first reflecting surface 13b reflects, absorbs, or diffuses the out-of-field light beam 60. If the aperture 90a has a size that allows only the light beams 11A and 11B in the left and right pupil range of the AF detection unit 50 to pass, other noise light can be removed, which is further advantageous for performing accurate AF. . 20 and 21, the portion other than the opening 90 a of the mask 90 is hatched.
[0041]
22 to 25, the second reflecting surface 13c of the Porro prism 13 is used as a semi-transmissive surface, and an optical path dividing right angle prism 18 'is bonded to the second reflecting surface 13c, and the second reflecting surface 13c and the optical path dividing right angle prism are bonded. An embodiment is shown in which a mask 90 having an opening 90a is interposed between the entrance surface 18d of 18 'and the exit surface 18e of the optical path dividing rectangular prism 18'. In this way, there is a degree of freedom as to which reflecting surface of the Porro prism 13 is a semi-transmissive surface, and the mask 90 is positioned at the semi-transmissive surface and / or the optical path dividing right-angle prism 18 bonded to the semi-transmissive surface. Or it can provide corresponding to the output surface position of 18 '. The shape of the opening 90a is the same as that of the embodiment of FIGS.
[0042]
26 and 27 show a semi-transparent surface that separates the Porro prism 13 from the Porro prism 13 and positions the light beam splitting prism 95 and guides the split light beam to the AF detection unit 50. This is an embodiment in which 95a is formed. In FIG. 26, a central light transmitting portion 95c and a peripheral non-light transmitting portion (sliding surface, non-reflective coating, etc.) 95d are provided on the exit surface 95b of the light beam splitting prism 95. In FIG. 27, a mask 90 having an opening 90a. (FIG. 28) is provided. The shape of the central light transmitting portion 95c can correspond to, for example, the opening 90a. Also in these embodiments, it is possible to prevent the out-of-field light beam 60 from entering the AF detection unit 50 and to perform focus detection with high accuracy. In the present embodiment, the second Porro prism has been described, but the first Porro prism may be used.
[0043]
Each of the above embodiments is an embodiment using the Porro prism 13 as an erecting optical system. On the other hand, FIGS. 29 to 33 show an embodiment in which an erecting optical system (Schmidt prism) 130 using a roof prism instead of the Porro prism 13 is used.
[0044]
As shown in FIGS. 29 and 30, the Schmitt prism 130 includes an incident surface 130a orthogonal to the incident optical axis 13X, a first reflecting surface 130b that bends the light beam incident from the incident surface 130a upward at a right angle, and a first reflecting surface 130b. The second reflecting surface 130c that bends the light beam reflected in FIG. 29 diagonally downward to the right, the third reflective surface 130d that bends the light beam reflected by the second reflective surface 130c diagonally downward, and the light beam reflected by the third reflective surface 130d. The fourth reflecting surface 130e, which is a roof surface that bends the light beam in a direction perpendicular to the incident optical axis 13X, and the outgoing light axis 13Y parallel to the incident optical axis 13X is obtained by bending the light beam reflected by the fourth reflecting surface 130e at a right angle.₂The fifth reflecting surface 130f that exits upward, and the outgoing optical axis 13Y that emits the light beam reflected by the fifth reflecting surface 130f.₂The output surface 130g orthogonal to the above is provided. The third reflecting surface 130d and the emitting surface 130g are the same plane. Further, in the illustrated example, in order to divide the optical path for focus detection from the Schmitt prism 130, a semi-transmissive coating is applied to the second reflective surface (semi-transmissive surface) 130c, and the optical path dividing right-angle prism 18 is bonded on the semi-transmissive coating. Has been. That is, a part of the light beam reflected by the first reflecting surface 130b is transmitted through the second reflecting surface 130c and emitted from the optical path splitting right-angle prism 18 to the outgoing optical axis 13Y orthogonal to the incident optical axis 13X.₁Injected up.
[0045]
FIG. 30 shows an embodiment in which a mask (aperture) 70 is disposed on (in front of) the entrance surface 130a of the Schmitt prism 130 so that the out-of-field light beam 60 does not enter. FIG. An embodiment is shown in which a notch 181 is formed at the corner of the joint surface between the second reflecting surface 130c) and the optical path dividing right-angle prism 18 so as to be positioned in the optical path of the out-of-field light beam 60. In FIG. 32, the second reflecting surface 130c of the Schmitt prism 130 is a semi-transmissive surface, and the second reflecting surface 130c (between the second reflecting surface 130c and the incident surface 18a of the optical path splitting right angle prism 18) is horizontally long. An embodiment in which a mask (diaphragm) 90 (FIG. 33) having an opening 90a is interposed is shown. In any of the embodiments, the out-of-field light beam 60 incident on the Schmitt prism 130 does not reach the eyepiece 14 or the AF detection unit 50.
[0046]
In each of the embodiments described above, the AF detection unit 50 has been described as being a phase difference method, but other types of focus detection devices such as a contrast method may be used. The present invention is not limited to the total station but can be applied to a surveying instrument having other collimating telescopes such as theodolite. Furthermore, the present invention can be applied not only to the erecting optical system of the embodiment but also to other erecting optical systems.
[0047]
An example of the operation of the AF surveying instrument configured as described above will be described as follows.
First step
The object to be measured 17 is viewed from a collimator (not shown) attached to the collimating telescope 10, and the optical axis of the collimating telescope 10 is substantially matched with the object 17 to be measured.
Brother 2 steps
The AF start switch 44 is pressed to execute the above-described AF operation, and the focus adjustment lens 12 is moved to the in-focus position.
Third step
In the focused state, the eyepiece lens 15 is looked at and the cross hair line 16 of the focusing screen 14 is made to coincide with the measurement object 17 accurately. As described above, by accurately matching the cross hairline 16 with the measurement object 17, the distance measuring light of the light wave rangefinder 20 can be correctly projected onto the measurement object 17.
4th step
The distance measurement start switch 45 is pressed to execute the above-described distance measurement operation by the light wave distance meter 20, and the distance measurement result is displayed on the calculation result display 42.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the surveying instrument of the present invention, it is possible to prevent the ghost of the collimating telescope and to perform highly accurate focus detection when the focus detection means is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system connection diagram including a side view showing an example of a total station as a surveying instrument which is a subject of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a view taken in the direction of arrow III in FIG.
4 is a conceptual diagram of a focus detection unit (an AF detection unit, a phase difference type focus detection unit), as viewed in the direction of an arrow IV in FIG. 1;
5 is a perspective view around the Porro prism in FIG. 1. FIG.
6 is a side view depicting light rays for explaining a problem caused by an out-of-field light flux in the AF surveying instrument of FIG. 1. FIG.
7 is a perspective view showing an optical path when the out-of-field light beam of FIG. 6 passes through the Porro prism.
8 is a diagram depicting light rays for explaining an out-of-view light flux in another direction in the AF surveying instrument of FIG. 1. FIG.
FIG. 9 is a side view showing a first embodiment of the ghost / flare preventing apparatus according to the present invention.
10 is a view taken in the direction of the arrow X in FIG. 9;
FIG. 11 is a side view showing a second embodiment of the ghost / flare preventing apparatus according to the present invention.
12 is a perspective view of a Porro prism portion of the embodiment of FIG. 11. FIG.
13 is a side view of an essential part showing a modification of the embodiment of FIGS. 11 and 12. FIG.
FIG. 14 is a side view showing a third embodiment of the ghost / flare preventing apparatus according to the present invention.
15 is a perspective view of a Porro prism portion of the embodiment of FIG.
16 is a side view of an essential part showing a modification of the embodiment of FIGS. 14 and 15. FIG.
FIG. 17 is a side view showing a fourth embodiment of the ghost / flare preventing apparatus according to the present invention.
18 is a perspective view of a Porro prism portion of the embodiment of FIG.
FIG. 19 is a side view showing a fifth embodiment of the ghost / flare preventing apparatus according to the present invention;
20 is a plan view showing the mask as seen from the line XX in FIG. 19;
FIG. 21 is a plan view showing the mask as seen from the YY line in FIG. 19;
FIG. 22 is a side view showing a sixth embodiment of the ghost / flare prevention device according to the present invention;
23 is a view on arrow P in FIG.
24 is a plan view showing the mask viewed from the line QQ in FIG. 22. FIG.
25 is a plan view showing the mask viewed from the line RR in FIG. 23. FIG.
FIG. 26 is a side view showing a sixth embodiment of the ghost / flare prevention device according to the present invention;
FIG. 27 is a side view showing a seventh embodiment of the ghost / flare preventing apparatus according to the present invention;
28 is a view on arrow S in FIG. 27. FIG.
FIG. 29 is a diagram showing a Schmitt prism used as an erecting optical system.
30 is a side view in which the erecting optical system is a Schmitt prism in the embodiment of FIG.
31 is a side view in which the erecting optical system is a Schmitt prism in the embodiment of FIG.
32 is a side view in which the erecting optical system is a Schmitt prism in the embodiment of FIG.
33 is a view on arrow T in FIG. 32. FIG.
[Explanation of symbols]
10 collimating telescope
11A 11B Light flux that has passed through the pupil range
12 Focusing lens
13 Erecting optical system (Porro prism)
13X Incident optical axis
13a Incident surface
13b First reflective surface
13c Second reflecting surface
13d Third reflective surface
13e Fourth reflective surface
13f Outgoing surface
13g side wall
13-1 First prism
13-2 Second prism
13-3 Third prism
14 Focus plate
15 Eyepiece
16 Crosshair (line of sight)
17 Measurement object (corner cube)
18 18 'Optical path splitting right angle prism
19 Motor
20 Lightwave distance meter
21 Dichroic Prism
21a Wavelength selection coat surface
22 Right angle prism
22a Reflective surface
23 Light Emitting Element
28 switching prism
29 ND filter for light transmission
31 Light receiving element
32 ND filter for light reception
34 Bandpass filter
40 Arithmetic control circuit
41 Actuator
42 Calculation result display
43 Lens drive means
44 AF start switch
45 Ranging start switch
50 AF detection unit (phase difference type focus detection means)
51 Focus detection surface
52 Condensing lens
53 Separator lens
54 CCD line sensor
55 Mask
60 61 Out-of-field luminous flux
70 mask
70a Translucent part (opening)
81 Notch
82 Chamfer
90 mask
90a opening
95 Light Splitting Prism
95a translucent surface
95b Outgoing surface
130 Schmidt Prism
130a Incident surface
130b First reflecting surface
130c Second reflecting surface
130d Third reflective surface
130e Fourth reflective surface (Dach surface)
130f Fifth reflecting surface
130g Outgoing surface
181 Notch

Claims

In a surveying instrument comprising: a collimating telescope that collimates a measurement object; and an erecting optical system that is positioned between an objective lens and an eyepiece lens of the collimating telescope and inverts the top, bottom, left, and right of an object image by the objective lens ,
Providing a light shielding means for preventing an out-of-field light beam incident on the erecting optical system from reaching the eyepiece in the optical path from the incident surface to the exit surface of the erecting optical system;
The light shielding means is a mask formed on an incident surface of an erecting optical system; and
The shape of the translucent portion of the mask is asymmetric with respect to the incident optical axis to the incident surface of the erecting optical system, and when considering the optical path length between the incident surface and the first reflecting surface, the incident optical axis The translucent part length from the side to the short side of the optical path length is shorter than the translucent part length to the side of the long optical path length;
A ghost and flare prevention device for surveying instruments.

In a surveying instrument comprising: a collimating telescope that collimates a measurement object; and an erecting optical system that is positioned between an objective lens and an eyepiece lens of the collimating telescope and inverts the top, bottom, left and right of an object image by the objective ,
Providing a light shielding means for preventing an out-of-field light beam incident on the erecting optical system from reaching the eyepiece in the optical path from the incident surface of the erecting optical system to the first reflecting surface;
The first reflecting surface of the erecting optical system is formed with a semi-transmissive surface that divides the light beam incident on the reflecting surface and gives it to a focus detection means for detecting the focus state of the collimating telescope;
A ghost and flare prevention device for surveying instruments.

3. The ghost / flare prevention apparatus according to claim 2, wherein the light shielding means is a mask formed on an incident surface of an erecting optical system, and a shape of a translucent portion of the mask is incident light on an incident surface of the erecting optical system. When the optical path length between the incident surface and the first reflecting surface is considered, the translucent portion length from the incident optical axis to the side with the shorter optical path length is the side with the longer optical path length. Ghost / flare prevention device that has a shape shorter than the length of the translucent part.

3. The ghost / flare prevention apparatus according to claim 2, wherein the light shielding means is a notch, chamfer, or tapered surface ghost formed at a corner of a cemented surface of a plurality of cemented prisms forming an erecting optical system.・ Flare prevention device.

3. The ghost / flare prevention apparatus according to claim 2, wherein the light shielding means is configured as a modified erecting optical system in which an incident surface of the erecting optical system is extended to the objective lens side, and is reflected from the first reflecting surface. A ghost / flare prevention device for a surveying instrument that is formed so as to exit from the extended portion without entering the second reflecting surface.

In ghost flare prevention apparatus according to any one of claims 1 to 5, the erecting optical system, ghost flare prevention device of the surveying instrument is Porro prism or a Schmidt prism.

A collimating telescope for collimating the object to be measured; a semi-transmissive surface disposed between the objective lens and the eyepiece of the collimating telescope; and a focus state of the collimating telescope upon receiving a light beam transmitted through the semi-transmissive surface A surveying instrument having focus detection means for detecting
Between the objective lens and the eyepiece of the collimating telescope, an erecting optical system for inverting the top / bottom / left / right of the object image by the objective lens is disposed;
A light beam splitting prism is bonded to either the first reflecting surface or the second reflecting surface of the erecting optical system;
The semi-transmission surface is provided on any reflection surface of the erecting optical system or the light beam splitting prism; and
A light shielding means for preventing an out-of-view light beam incident on the semi-transmissive surface from reaching the focus detection means on the exit surface of the light beam splitting prism;
A ghost and flare prevention device for surveying instruments.

8. The ghost / flare prevention apparatus according to claim 7, wherein the light shielding means is a mask.

9. The ghost / flare prevention apparatus for a surveying instrument according to claim 7 or 8, wherein the focus detection means is formed by a pair of different pupil ranges set on the objective lens of the collimating telescope and a light beam that has passed through the semi-transmissive surface. A ghost / flare prevention device for a surveying instrument, which is a phase difference type focus detection means for detecting a focus position from a correlation between a pair of images.

In ghost flare prevention apparatus according to any one of claims 7 to 9, the focus detecting means, the contrast method of detecting a focus position from the contrast of the image formed by the light beam that has passed through the semi-transmitting surface A ghost / flare prevention device for a surveying instrument that is a focus detection means.

In ghost flare prevention apparatus according to any one of claims 7 to 10, the erecting optical system, ghost flare prevention device of the surveying instrument is Porro prism or a Schmidt prism.