JP3843028B2 - 光波距離計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測点に向けて測距光を送光する光波距離計、トータルステーション（電子式測距測角儀）等の測量機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に、従来の位相差方式の光波距離計における光学系を示す。光波距離計は、視準軸（光軸）Ｏ上に、対物レンズ１０、合焦レンズ１２、対物レンズで倒立した像を正立させるための正立プリズム１４、視準軸Ｏを示す十字線が描かれた焦点板１６、接眼レンズ１８を配置した視準望遠鏡Ｔを備えている。
また、光波距離計は、次に述べるように、測点に設置されたターゲットまでの距離を測定するために、測点に設置されたターゲットに向けて測距光Ｌを送光する送光光学系と、ターゲットから反射してきた測距光Ｌを受光するための受光光学系とを備えている。
【０００３】
送光光学系は、赤外線レーザ光の測距光Ｌ１を発するレーザダイオード等のレーザ光源２と、レーザ光源２から発した測距光Ｌ１を平行光線にするコリメータレンズ３と、測距光Ｌ１をさらに測距光Ｌ１を視準軸Ｏに向けて反射する反射鏡４と、さらに測距光Ｌ１を視準軸Ｏの沿ってターゲットに向けて反射する反射プリズム５とからなる。反射プリズム５は、対物レンズ１０の前方に配置された保護ガラス３８に固定される。
【０００４】
受光光学系は、ターゲットで反射してきた測距光Ｌ１を集光する対物レンズ１０と、視準軸Ｏ上に配置されていて、対物レンズ１０を透過した測距光Ｌ１を受光素子６に向けて反射するダイクロイックプリズム７と、受光した測距光Ｌ１を電気信号に変換する受光素子６とからなる。ダイクロイックプリズム７は、２つのプリズムの接合面に誘電体を真空蒸着して反射面７０を形成したもので、この反射面７０によって、赤外線は反射するが、可視光は透過するようになっている。このように、ダイクロイックプリズム７の反射面７０は赤外線を反射するので、赤外線の測距光Ｌ１は反射面７０で大部分が反射され、レーザ光である測距光Ｌ１が作業者の目に入ることがなく安全でありながら、反射面７０は可視光を透過させるので、作業者が視準望遠鏡Ｔでターゲットを確実に視準することができる。
【０００５】
さて、レーザ光源２から発した測距光Ｌ１は、ターゲットまで往復して受光素子６に入射し、電気信号に変換される。ここで、受光素子６で変換された電気信号と、レーザ光源２へ供給している基準電気信号との位相差から、ターゲットまでの距離を測定することができる。
【０００６】
また、レーザ光源２から発した測距光Ｌ１は、ビームスプリッタ６０により参照光６６として取り出され、光ファイバ６８を経て受光素子６へ入射するようにもなっている。測距光Ｌ１をターゲットに向けて送光するか、参照光６６として取り出すかは、切換シャッター６２、６４によって切換えられる。そして、この参照光６６を用いた測定と、ターゲットで反射してきた測距光Ｌ１による測定とにより測定値を求めている。
【０００７】
測量に際しては、作業者は、視準望遠鏡Ｔを覗きながら、視準望遠鏡Ｔを水平方向と高度方向に回転させて、ターゲットと焦点板１６に描かれた十字線とを一致させることにより、ターゲットを視準軸Ｏ上に一致させる視準作業が必要である。そこで、視準望遠鏡Ｔには、暗所でも十字線を見易くするために、光源８と、光源８から発した照明光を焦点板１６に向けて反射する反射鏡９からなる十字線照明装置が備えられることもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の光波距離計等の測量機では、測量に際しては、測点に設置されたターゲットを視準することが必要なため、視準望遠鏡Ｔは必要不可欠なものである。しかし、この視準望遠鏡Ｔは、精密に距離測定を行なうため、かなりの大きさがあり、重くて高価であり、測量機の小型軽量化とコストダウンを阻んでいるといるという問題があった。また、測量に際しては、作業者が視準望遠鏡Ｔを覗き易いように、測量機の高さを作業者の身長に合わせて設置しなければならず、この測量機を適切な高さに設置するという作業も煩わしいという問題もあった。
【０００９】
そこで、本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、測点に向けて測距光を送光する光波距離計等の測量機において、視準望遠鏡を備えないことにより、小型軽量化とコストダウンを図るとともに、任意高さに設置しても視準作業が容易にできるようにすることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、測距光を発する光源と、前記測距光を視準軸に沿って測点に向けて反射する反射体と、前記測点で反射して戻って来た前記測距光を集光する対物レンズと、該対物レンズの焦点位置に設置された受光素子とを備えた光波距離計であって、前記光源と前記反射体と前記対物レンズと前記受光素子とを固定するハウジングと、縦断面が「＜」の形をした片持ち梁と、前記測距光を通過させる孔が開けられた水平軸とを備え、前記片持ち梁の細くなったほうの先端部は前記水平軸に固定され、前記片持ち梁の太くなったほうの先端部は前記ハウジングの前端部に固定され、前記測距光は可視光のレーザ光で視準軸を兼用しており、前記反射体は前記視準軸上で前記対物レンズの前方に設置されたことを特徴とする。これによって、測距光の照射点すなわちレーザスポットを肉眼で見て、レーザスポットが測点と一致するように光波距離計の向きを調節することによって、従来望遠鏡を覗いて視準軸である十字線の交点と測点とを一致させていた視準作業が、視準望遠鏡なしにできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施例である位相差方式の光波距離計について詳細に説明する。図１は、この光波距離計の縦断面図である。
【００１４】
この光波距離計は、後述するように、測点に設置されたターゲット５０までの距離を測定するために、測点に設置されたターゲット５０に向けて測距光Ｌを送光する送光光学系と、ターゲット５０から反射してきた測距光Ｌを受光するための受光光学系とを備えている。
【００１５】
送光光学系は、視準光を兼ね備えた赤色レーザ光の測距光Ｌを発するレーザダイオード等のレーザ光源２０と、レーザ光源２０から発した測距光Ｌを平行光線にするコリメータレンズ２２と、測距光Ｌを視準軸Ｏ（光軸）方向へ反射する反射鏡２８と、反射鏡２８で反射させた測距光Ｌを視準軸Ｏに沿ってターゲット５０に向けて反射するとともに、視準軸Ｏを送光の視準軸と受光の視準軸とに分ける反射プリズム３０又は反射鏡等の反射体とからなる。この反射プリズム３０は、受光の視準軸Ｏ上で対物レンズ１０の前方に配置された保護ガラス３８に固定されている。また、送光光学系には、光量絞り２４も配置されている。光量絞り２４は、周方向に沿って濃淡が変化している円板を回転させることによって、測距光Ｌが円板を透過する際に、フィードバック回路により自動的に光量を調節するものである。
【００１６】
受光光学系としては、ターゲット５０で反射された測距光Ｌを集光する対物レンズ１０と、対物レンズ１０の焦点位置に設置され、集光された測距光Ｌを受光して電気信号に変換する受光素子４０とを備える。受光素子４０は、電気信号を処理する基板４２上に固定されており、受光した測距光Ｌから距離を測定する方法は、前述した従来の位相差方式の光波距離計と同じである。
【００１７】
また、参照光のための光学系として、ビームスプリッタ６０と切換シャッター６２、６４と光ファイバー６８とを備える。そして、切換シャッター６２、６４により、レーザ光源２から発した測距光Ｌを、ターゲット５０に向けて送光するか、参照光６６として光ファイバ６８を経て受光素子４０へ導くかを切換えて、ターゲット５０で反射してきた測距光Ｌによる測定と、参照光６６による測定とが交互にできるようになっている。
【００１８】
前述の送光光学系及び受光光学系の各部品は、ハウジング３２内に固定されている。このハウジング３２は、片持ち梁３６を介して水平軸３４に固定されていて、水平軸３４とともに垂直回転できるようになっている。この片持ち梁３６は、ハウジング３２内に配置され、縦断面が略「＜」の形をしていて、細くなった方の先端部には水平軸３４が固定されるとともに、拡がった方の先端部にはハウジング３２の前端部と対物レンズ１０が固定されている。水平軸３４には測距光Ｌを通過させる孔が開けられている。ハウジング３２を片持ち梁３６で支持した理由は、従来必要であった視準望遠鏡Ｔが不要になったことにより、視準望遠鏡Ｔの部品である合焦レンズ１２、正立プリズム１４、焦点板１６、接眼レンズ１８等を支持するための部材をハウジング３２の後端部まで延長する必要がなくなったからである。このように、ハウジング３２を片持ち梁３６で支持したことにより、視準望遠鏡Ｔを単に省いた以上に、光波距離計の小型軽量化を可能にしている。
【００１９】
図示を省略するが、この水平軸３４を支持する柱部を立設した台盤は、垂直軸回りに水平回転可能に支持されており、ハウジング３２は任意の方向へ回転できるようになっている。したがって、光波距離計から測点までの距離は、前記水平軸３４と垂直軸の交点までの距離として、図示しない表示器に表示される。受光素子４０と前記交点までの距離は、機械定数として距離測定時に計算処理されて、前記ターゲット５０までの距離が算出さられる。
【００２０】
さらに、対物レンズ１０で集光された測距光Ｌの進路をじゃまする水平軸３４には、受光素子４０を頂点とし、対物レンズ１０を底面とする円錐の側面と交わる部分の内側が刳り貫かれて、対物レンズ１０へ入射した測距光Ｌが無駄なく受光素子４０へ入射するようになっている。
【００２１】
この光波距離計で距離測定を行なうときは、レーザ光源２０から赤色レーザ光の測距光Ｌを発し、この測距光Ｌを反射鏡２８と反射プリズム３０で反射させて、測点に設置されたターゲット５０に向けて送光する。ここで、作業者は、測距光Ｌの照射点すなわちレーザスポット５２を肉眼で見て、レーザスポット５２がターゲット５０の中心５４と一致するようにハウジング３２の向きを調節する。そして、レーザスポット５２が正確にターゲット５０の中心５４と一致したときに、距離測定するようにしている。もちろん、測点にターゲット５０を設置せず、直接測点に測距光Ｌを照射しても距離測定は可能である。
【００２２】
このように、この光波距離計では、従来のものに対して、レーザ光源２０を赤色光を発するものに変更するだけで、従来必要であった視準望遠鏡Ｔを備えないので、視準望遠鏡Ｔの接眼レンズ１８、焦点板１６、光源８と反射鏡９とからなる十字線照明装置、ダイクロイックプリズム７が不要となり、しかも新たな部品は必要なく、小型軽量化及びコストダウンが可能となる。
【００２３】
また、送光光学系は、視準軸Ｏ上で対物レンズ１０の前方に反射プリズム３０を設置したので、測距光Ｌを対物レンズ１０を通さずにターゲット５０に向けて送光でき、測距光Ｌが対物レンズ１０で光波距離計の内部へ反射することがなく、この反射光による測定誤差が発生することを防止できる。また、反射プリズム３０を対物レンズ１０の前方に設置したことによって、ターゲット５０で反射して来た測距光Ｌが収束される対物レンズ１０の後方に設置した場合よりも、測距光Ｌに対する反射プリズム３０の影の影響を小さくでき、これによっても測定誤差が発生することを防止できる。
【００２４】
ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、光波距離計以外にも、トータルステーション等、測距光を測点に向けて送光する測量機の全てに適用可能である。また、測距光Ｌとしては、前記実施例では、視認し易い赤色を用いたが、測点付近の壁面等の色によっては、その他の色を用いることも可能である。さらに、レーザ光源２０、コリメータレンズ２２、光量絞り２４を反射プリズム３０の真上に配置して、反射鏡２８を省くことも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、次のような効果を奏する。（１）可視光のレーザ光の測距光を発する光源と、この測距光を視準軸に沿って測点に向けて反射する反射体とを備えたから、この測距光の照射点すなわちレーザスポットを肉眼で見て、レーザスポットが測点と一致するように光波距離計の向きを調節することによって、視準望遠鏡がなくても容易に視準作業ができる。（２）従来必要であった視準望遠鏡が不要となるうえ、距離測定のためには、測点で反射して戻って来たレーザ光を集光する対物レンズと、この対物レンズの焦点位置に受光素子を設置するとともに、従来の光源を可視光のレーザ光を発するものに変更することが必要なだけで、新たな部品は必要なく、光波距離計の小型軽量化及びコストダウンが可能となる。（３）視準作業時に視準望遠鏡を覗く必要がなく、光波距離計を任意の高さに設置しても視準作業が容易であるので、作業者の負担が少なく、能率的に測量を行なうことができる。（４）視準望遠鏡が不要になったことにより、視準望遠鏡の部品を支持するための部材をハウジングの後端部まで延長する必要がなくなり、ハウジングを片持ち梁で支持でき、光波距離計のいっそうの小型軽量化を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である光波距離計の縦断面図である。
【図２】従来の光波距離計の光学系を示す図である。
【符号の説明】
１０ 対物レンズ
２０ レーザ光源（光源）
３０ 反射プリズム（反射体）
４０ 受光素子
Ｌ 測距光
Ｏ 視準軸

Claims (1)

1. 測距光を発する光源と、前記測距光を視準軸に沿って測点に向けて反射する反射体と、前記測点で反射して戻って来た前記測距光を集光する対物レンズと、該対物レンズの焦点位置に設置された受光素子とを備えた光波距離計であって、
   前記光源と前記反射体と前記対物レンズと前記受光素子とを固定するハウジングと、縦断面が「＜」の形をした片持ち梁と、前記測距光を通過させる孔が開けられた水平軸とを備え、
   前記片持ち梁の細くなったほうの先端部は前記水平軸に固定され、前記片持ち梁の太くなったほうの先端部は前記ハウジングの前端部に固定され、前記測距光は可視光のレーザ光で視準軸を兼用しており、前記反射体は前記視準軸上で前記対物レンズの前方に設置されたことを特徴とする光波距離計。

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