JP4301863B2 - 測距装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光線を用いて対象物迄の距離を測定する測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、測距用のレーザ光線を測定対象物に直接照射して、測定対象物迄の距離を測定するノンプリズム測距装置が普及している。
【０００３】
ノンプリズム測距装置では、ビーム径の小さいレーザ光線が用いられる。ビーム径の小さなレーザ光線を用いることで測定対象物に点で照射でき、対象物の測定位置を明確にでき、測定対象物の稜線或は特定点の測定が可能となる。
【０００４】
又、照射されるレーザ光線の強度は安全性等の理由から制限されるので、測定対象物からの高い反射が望めないノンプリズム測距装置では、プリズム（コーナキューブ）を用いた測距装置に比べ測定距離が短くなっている。
【０００５】
この為、長距離測定では、測定対象物としてプリズムが用いられる。又、視準の容易性と高精度な測定の為、比較的大きなビーム広がりを有するレーザ光線が用いられている。
【０００６】
上記した様に、ノンプリズム測距装置ではレーザ光線のビーム径が小さいので、レーザ光線をプリズムに照射させることが困難であることからプリズムを用いた長距離測定は適当ではない。
【０００７】
然し乍ら、プリズムを用いた長距離用の測距装置とノンプリズム測距装置とを設備するのは不経済であるので、一台の測距装置でプリズムを用いた距離測定と、ノンプリズムの距離測定が行える測距装置が提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１（図１、段落［００２９］〜段落［００３５］）に示される様に、１台の測距装置でプリズムを用いた距離測定、或はノンプリズムの距離測定が行える測距装置が提案されている。
【０００９】
図６により、簡単に説明する。
【００１０】
可視レーザ光線１を発する第１光源２と赤外レーザ光線３を発する第２光源４とを有し、前記可視レーザ光線１と前記赤外レーザ光線３とは個別に発せられる様になっている。又、前記可視レーザ光線１はビーム径の小さい、平行光束のレーザ光線であり、前記赤外レーザ光線３は発散性のレーザ光線となっている。
【００１１】
測定対象物に応じて、前記可視レーザ光線１、赤外レーザ光線３の選択がなされ、例えば測定対象物５がコーナキューブ等の反射体の場合は、発散性の前記赤外レーザ光線３が照射され、前記測定対象物５が建物等の壁面である場合はビーム径の小さい前記可視レーザ光線１が照射される。前記測定対象物５からの反射光１１は、対物レンズ６、フィルタ７を通して検出器８で受光され、該検出器８からの信号に基づき演算部１２で前記測定対象物５迄の距離が測定できる様になっている。
【００１２】
前記フィルタ７は、前記可視レーザ光線１、赤外レーザ光線３の波長帯域のみを透過する様になっており、不要な太陽光等をカットして前記検出器８の前記反射光１１の検出精度を向上させている。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−８８５６６号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した様に従来の測距装置では、光源を２つ使用しているので、光源の制御等発光部が複雑となる。又、前記可視レーザ光線１と前記赤外レーザ光線３を使用しているので、前記フィルタ７は両レーザ光線の波長帯域に対応したものとなっており、コスト高となっている。
【００１５】
本発明は斯かる実情に鑑み、プリズムを用いた距離測定、或はノンプリズムの距離測定が行える様にし、装置の簡略化を図るものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測距光を発する光源部と、受光光軸を有する受光光学系と、投光光軸を有し、前記光源部からの測距光を測定対象物に投光し、該測定対象物からの反射測距光を前記受光光学系に導く投光光学系と、前記光源部からの測距光を内部参照光として前記受光光学系に導く内部参照光学系とを具備し、前記光源部は広がり角の異なる２つの測距光を射出可能であり、前記光源部、前記投光光学系のいずれか一方は測距光を投光光軸に対して偏心させる偏心用部材を有する測距装置に係り、又前記受光光学系は、投光測距光に対して反対の方向に偏心した反射測距光を受光可能とした測距装置に係り、又前記投光光学系は、前記測距光を前記測定対象物の方向に偏向し、前記投光光軸に対して偏心する様に設けられた光路偏向部材を有し、投光測距光に対して反対の方向に偏心して入射する前記反射測距光を前記受光光学系に導く測距装置に係り、又前記偏心用部材は、光軸に対して偏心した孔を有するマスクであり、該孔を測距光を通過させることで測距光を光軸から偏心させる測距装置に係り、又前記マスクは、広がり角の大きい測距光路に設けられた測距装置に係り、又前記マスクは、２つの測距光の共通光路に設けられた測距装置に係り、又前記光源部は第１光路、第２光路を有し、該第１光路、第２光路を介して測距光が投光され、測距光は前記第１光路を介して広がり角が小さく投光され、測距光は前記第２光路を介して広がり角が大きく投光される測距装置に係り、又前記光源部が光路切替え手段を有し、該光路切替え手段は１つの光源から発せられる測距光を前記第１光路、第２光路のいずれか一方に択一的に導く様にした測距装置に係り、又前記光源部は測距光をそれぞれ発する２つの光源を有し、一方の光源から発せられる測距光は前記第１光路を介して投光され、他方の光源から発せられる測距光は前記第２光路を介して投光される測距装置に係り、又前記第２光路には光ファイバが設けられ、該光ファイバの端面が光源となっている測距装置に係り、又前記光路切替え手段は、前記第１光路、第２光路に掛渡って設けられた菱形プリズムであり、該菱形プリズムを前記第１光路、第２光路に対して挿脱することで光路が切替えられる測距装置に係り、又前記２つの光源は択一的に点灯される測距装置に係り、更に又前記受光光学系は、受光光軸から離れた反射測距光を受光光軸に集光させるドーナツレンズを有する測距装置に係るものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は本発明に係る第１の実施の形態の骨子を示すものであり、図中、１５は光源部、１６は投光光学系、１７は内部参照光学系、１８は受光光学系、１９は接眼光学系（望遠鏡）を示している。
【００１９】
先ず、前記光源部１５について説明する。
【００２０】
レーザ光源２１は、例えば７８０nmの赤外光の測距光を射出する。前記レーザ光源２１の光軸２０上に、第１コリメートレンズ２２、ミキシング手段２３、光路切替え手段２４が配設されている。
【００２１】
尚、前記ミキシング手段２３としては例えば、本出願人により提案されている特開２００２−１９６０７６号に示されたもの等が使用される。
【００２２】
特開２００２−１９６０７６号に示される該ミキシング手段２３では、光軸上に設けられた一対のセルホックレンズと該セルホックレンズの間に光路を遮る様に挿入された位相板を有し、該位相板を回転させる様になっている。該位相板は碁盤目上に凹凸が形成され、該凹凸はレーザ光線の波長のπ／２の位相差が生じる様になっている。
【００２３】
前記光路切替え手段２４は第１光路２５、第２光路２６とを選択可能となっており、前記第１光路２５、前記第２光路２６は前記光路切替え手段２４により投光光軸２７に合致する様になっている。
【００２４】
前記光路切替え手段２４は例えば菱形プリズム２８が回転可能に支持され、前記第１光路２５が選択されている状態では、前記レーザ光源２１からの測距光は前記ミキシング手段２３を経て前記菱形プリズム２８に入射し、該菱形プリズム２８で２回反射され、前記光軸２０と平行な状態で前記投光光軸２７に合致する。
【００２５】
前記第２光路２６は前記光軸２０の延長に合致しており、前記第２光路２６には第２コリメートレンズ２９、光ファイバ３１、該光ファイバ３１の射出端には第３コリメートレンズ３２が設けられ、該第３コリメートレンズ３２の光軸は前記投光光軸２７と合致している。又、該投光光軸２７の前記菱形プリズム２８と前記第３コリメートレンズ３２との間にマスク３０が設けられる。
【００２６】
図２に見られる様に、該マスク３０は前記投光光軸２７に対して偏心した透過孔３０′が穿設されており、前記光ファイバ３１より射出される測距光の一部を遮断する様になっている。尚、図２では、前記透過孔３０′の形状は円であるが、矩形であっても或は楕円、或は一部が欠切された円等であってもよく、透過孔３０′の図形重心が前記投光光軸２７に対して偏心し、該投光光軸２７上の測距光の光束は透過する形状であればよい。
【００２７】
前記光路切替え手段２４が前記第２光路２６を選択している状態では、前記菱形プリズム２８が前記光軸２０から外れた状態となっている。前記ミキシング手段２３からの測距光は前記第２コリメートレンズ２９で集光されて前記光ファイバ３１の入射端から該光ファイバ３１に入射し、該光ファイバ３１から射出された測距光は前記第３コリメートレンズ３２で平行にされ、前記投光光軸２７に射出される。
【００２８】
又、前記光源部１５はポインタ用光源３３を有し、該ポインタ用光源３３にはＬＤが用いられ、可視光のポインタ用レーザ光線を発し、該ポインタ用レーザ光線は第４コリメートレンズ３４により平行光束とされ、前記投光光学系１６より測定対象物（図示せず）に投光される。
【００２９】
該投光光学系１６について説明する。
【００３０】
前記投光光軸２７上にはビームスプリッタ３５、凹レンズ３６、第１光路偏向部材３７、第２光路偏向部材３８、対物レンズ３９が配設され、前記ビームスプリッタ３５と前記凹レンズ３６間には投光光量調整手段４１が設けられている。前記第２光路偏向部材３８は前記投光光軸２７に対して図形の重心が偏心して設けられており、前記マスク３０を経て入射する測距光を反射する充分な大きさの形状となっている。
【００３１】
又、前記第２光路偏向部材３８の偏心の状態は、例えば図１では投光光軸２７に対して上側に偏心しており、前記第２光路偏向部材３８により反射される測距光の光束も前記投光光軸２７に対して上側に偏心した状態となっている。
【００３２】
前記投光光量調整手段４１はステッピングモータ等の位置決め機能を有する光量調整モータ４２によって回転され、透過光量が円周方向で連続的に変化する光量調整板４３を具備し、該光量調整板４３は前記投光光軸２７を遮る様に設けられている。
【００３３】
前記凹レンズ３６は、該凹レンズ３６の焦点位置と前記対物レンズ３９の焦点位置とを合致させて配設されてあり、該対物レンズ３９と共にビームエキスパンダを構成しており、前記凹レンズ３６迄導かれた平行光束を拡大し投光できる様になっている。この為、前記ビームスプリッタ３５、光量調整板４３等の光学部材による影響を最小限に抑えることができる。又、前記レーザ光源２１を前記対物レンズ３９の焦点位置に配置する構造と比較し、投光効率が向上する。
【００３４】
前記ビームスプリッタ３５は前記レーザ光源２１からの測距光（赤外光）を略全透過すると共に一部を反射し、前記ポインタ用光源３３からのポインタ用レーザ光線（可視光）を全反射するものである。前記第１光路偏向部材３７はミラー、前記第２光路偏向部材３８はミラー又は測距光を反射するダイクロイックミラー等であり、該第２光路偏向部材３８は測距光を全反射し、前記ポインタ用レーザ光線（可視光）を一部反射し、一部透過するものである。
【００３５】
前記内部参照光学系１７について説明する。
【００３６】
該内部参照光学系１７は前記光源部１５と後述する前記受光光学系１８間に設けられ、前記内部参照光学系１７は前記ビームスプリッタ３５の透過光軸に合致する内部参照用光軸４４を有し、該内部参照用光軸４４上にコンデンサレンズ４５、濃度フィルタ４６、ダイクロイックプリズム４７が配設されている。
【００３７】
前記投光光軸２７と前記内部参照用光軸４４間にチョッパ手段４８が掛渡って設けられている。該チョッパ手段４８は前記投光光軸２７と前記内部参照用光軸４４とを遮るチョッパ板４９及び該チョッパ板４９を回転させ、位置決め可能なチョッパモータ５１を具備している。前記チョッパ板４９が前記投光光軸２７を遮っている状態では前記内部参照用光軸４４が通過状態であり、前記チョッパ板４９が前記内部参照用光軸４４を遮っている状態では前記投光光軸２７が通過状態となっている。
【００３８】
而して、前記チョッパ板４９を回転させることで、前記光源部１５からの測距光が前記投光光軸２７に照射されるか、或は前記内部参照用光軸４４に内部参照光として照射されるか、択一的に選択される様になっている。
【００３９】
前記濃度フィルタ４６は、測定対象物からの反射測距光と内部参照光との光強度が略等しくなる様に、内部参照光の光強度を調整するものである。
【００４０】
前記受光光学系１８について説明する。
【００４１】
該受光光学系１８は前記内部参照用光軸４４の延長に合致する受光光軸５２を具備し、該受光光軸５２には前記ダイクロイックプリズム４７、ドーナツレンズ５３、受光ファイバ５４、第５コリメートレンズ５５、干渉フィルタ５６、集光レンズ５７、受光素子５８が配設される。該受光素子５８としては、例えばアバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）が用いられ、前記干渉フィルタ５６は狭帯域、例えば８００nm近傍の波長帯を透過する様な特性を有している。前記受光素子５８が反射測距光を受光すると、受光信号は演算部６５に送出され、該演算部６５で受光信号に基づき測定対象物迄の距離が演算される。
【００４２】
前記接眼光学系１９について説明する。
【００４３】
該接眼光学系１９は接眼光軸６０を有し、該接眼光軸６０は前記ダイクロイックプリズム４７を透過する前記対物レンズ３９の光軸延長に合致している。前記接眼光軸６０上に、該接眼光軸６０に沿って移動可能に設けられた合焦レンズ６１、正立像に像を変換する正立プリズム６２、十字等の視準線が設けられた視準板６３、接眼レンズ６４が設けられている。
【００４４】
以下、作動について説明する。
【００４５】
先ず、前記ポインタ用光源３３を点灯して、ポインタ用レーザ光線を発する。該ポインタ用レーザ光線は前記ビームスプリッタ３５で反射され、前記第１光路偏向部材３７、第２光路偏向部材３８を経て前記対物レンズ３９より測定対象物に照射される。前記ポインタ用レーザ光線は前記投光光軸２７と同軸に投光されるので、測定点を正確に照射する。前記接眼光学系１９により前記ポインタ用レーザ光線の照射点を観察し、測定点を決定する。測定点が決定されると前記ポインタ用光源３３が消灯される。
【００４６】
前記ポインタ用光源３３は、必要な場合のみ点灯するので、作業場で作業者や、通行人の目をレーザ光線で照射することが大幅に減少し、作業者や、通行人に嫌悪感を与え、或は眩しく感じさせることが無くなる。
【００４７】
建物の壁面等を測定対象物としたノンプリズム距離測定を行う場合は、ノンプリズム測定を選択する。
【００４８】
ノンプリズム測定を選択した場合、前記菱形プリズム２８が前記第２光路２６、投光光軸２７を遮る様に位置決めされる。前記レーザ光源２１で発せられた測距光は、前記ミキシング手段２３でミキシングされる。ミキシングされることで光量斑が解消され、測定精度が向上する。前記菱形プリズム２８により光路が前記第１光路２５に偏向され、前記ビームスプリッタ３５を透過し、前記投光光学系１６により測定対象物に投光される。
【００４９】
投光される測距光のビーム径、広がり角は、発光源の大きさに依存する。前記レーザ光源２１の発光点は、半導体レーザ（ＬＤ）の場合、直径で３μｍ程度であり、細い径の測距光が照射される。
【００５０】
前記投光光学系１６より測定対象物に測距光が投光され、測定対象物で反射された反射測距光は反射面が一般に鏡面又は鏡面状ではないので、拡散されたものとなる。反射測距光は前記投光光軸２７を通して対物レンズ３９に入射し、該対物レンズ３９で集光され、前記ダイクロイックプリズム４７に入射し更に該ダイクロイックプリズム４７で反射される。尚、該ダイクロイックプリズム４７に入射される反射測距光の光束は前記第２光路偏向部材３８より充分大きいものとなっている。
【００５１】
前記第２光路偏向部材３８が前記投光光軸２７上に配置される等、前記投光光学系１６の構成上、前記受光光学系１８に導かれる反射測距光は、中心部が欠けた光束となる。この為、測定対象物が近距離の場合、反射測距光の光束が欠けた部分が前記受光ファイバ５４の入射端面に一致し、反射測距光が前記受光光学系１８に入射しない状態が発生することがある。前記ドーナツレンズ５３は反射測距光の周辺の光束を屈折させ、前記受光ファイバ５４に入射させるものである。この結果、測距距離の遠近に拘らず、反射測距光が前記受光光学系１８に導かれる。
【００５２】
反射測距光が前記受光ファイバ５４に入射し、該受光ファイバ５４により前記第５コリメートレンズ５５迄反射測距光が導かれると、該第５コリメートレンズ５５で平行光束にされる。前記干渉フィルタ５６で外乱光がカットされ、前記集光レンズ５７により前記受光素子５８に集光される。該受光素子５８は、Ｓ／Ｎ比の大きい測距光を受光する。
【００５３】
前記光量調整モータ４２は距離測定に応じて前記光量調整板４３を回転させ、該光量調整板４３により射出される測距光の強度を調整し、測定対象物迄の距離に拘らず、前記受光素子５８が受光する反射測距光の強度が一定となる様にする。又、前記チョッパ手段４８は測距光が測定対象物に投光されるか、或は内部参照光として前記受光光学系１８に入射されるかを切替え、前記濃度フィルタ４６は内部参照光と反射測距光との光強度が略同一となる様に内部参照光の光強度を調整する。
【００５４】
前記受光素子５８は前記反射測距光と内部参照光の受光信号を前記演算部６５に送信し、該演算部６５は前記受光素子５８からの受光信号で測定対象物迄の距離を演算する。上記した様に、前記干渉フィルタ５６で反射測距光の波長帯を除く外乱光が除去されるので、前記受光素子５８が受光する反射測距光はＳ／Ｎ比が大きく精度の高い測距が可能となる。
【００５５】
プリズム測定では、望遠鏡の視軸と測距光軸の偏差による誤差を低減する為、広がり角の大きな光束を射出する。
【００５６】
プリズム測定を選択した場合、前記菱形プリズム２８が前記第２光路２６、投光光軸２７から外れた状態に位置決めされる。前記レーザ光源２１で発せられた測距光は、前記ミキシング手段２３でミキシングされる。ミキシングにより、光量斑が解消され、測定精度が向上する。
【００５７】
測距光は前記第２コリメートレンズ２９で前記光ファイバ３１の入射端面に集光され、入射される。該光ファイバ３１の射出端面は前記投光光軸２７上に位置しており、前記光ファイバ３１から射出する測距光は、前記第３コリメートレンズ３２により集光された後、前記マスク３０、前記ビームスプリッタ３５を透過し、前記投光光学系１６により測定対象物（コーナキューブ等の再帰反射プリズム）に投光される。前記マスク３０を透過することで、測距光の一部が遮断され、測距光の光束は前記投光光軸２７に対して偏心（図１中上側に偏心）したものとなる。
【００５８】
上記した様に、投光される測距光のビーム径、広がり角は、発光源の大きさに依存し、プリズム測定では前記光ファイバ３１の射出端面が２次光源として作用し、該光ファイバ３１の端面は直径で３００μｍであり、上記したノンプリズム測定に於ける半導体レーザ（ＬＤ）の直径３μｍに比べ充分大きく、広がり角の大きい測距光が投光される。
【００５９】
プリズム測定では、広がり角が大きく且つ均一な測距光が高精度な測距を行う為の条件となるが、投光される測距光は前記ミキシング手段２３でミキシングされ、更に前記光ファイバ３１を透過することで多反射によりマルチモード化されるので、レーザ光線の可干渉性から生じるスペックルが防止され、光量斑の発生が抑止される。
【００６０】
測定対象物から反射された測距光は、その光束が図１中下側に偏心したものとなり、前記投光光軸２７上を経て前記対物レンズ３９より入射する。該対物レンズ３９により集光される。
【００６１】
該対物レンズ３９を透過した反射測距光の一部は、前記第２光路偏向部材３８により遮られるが、前記測距光の光束が下側に偏心し、更に前記第２光路偏向部材３８が上側に偏心しているので、前記反射測距光の該第２光路偏向部材３８に遮られない部分が前記ダイクロイックプリズム４７に入射する。
【００６２】
該ダイクロイックプリズム４７により反射された反射測距光は、前記受光ファイバ５４に入射する。該受光ファイバ５４により前記第５コリメートレンズ５５迄反射測距光が導かれ、前記第５コリメートレンズ５５で平行光束にされ、前記干渉フィルタ５６で外乱光がカットされ、前記集光レンズ５７により集光され、前記受光素子５８に受光される。
【００６３】
尚、プリズム測定での測距でも、前記干渉フィルタ５６により外乱光がカットされることでＳ／Ｎ比が向上する。又前記第５コリメートレンズ５５が前記干渉フィルタ５６に入射する反射測距光を垂直入射の状態とし、反射測距光が前記干渉フィルタ５６により光量が減少されることがない様にする等については、ノンプリズム測定と同様である。
【００６４】
図３により前記光路切替え手段２４について説明する。
【００６５】
前記菱形プリズム２８はプリズムホルダ６６により保持され、該プリズムホルダ６６からは回転軸６７が突出され、該回転軸６７を介して前記菱形プリズム２８が回転自在に支持されている。又、前記回転軸６７にはモータ（図示せず）、ソレノイド等のアクチュエータ（図示せず）が連結され、該アクチュエータにより前記菱形プリズム２８が前記第２光路２６、投光光軸２７に挿脱できる様所要角で回転される様になっている。
【００６６】
図４は、他の光路切替え手段２４を示している。
【００６７】
図４中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００６８】
前記第２光路２６上にビームスプリッタとして第１ハーフミラー６８が配設され、前記投光光軸２７上にビームスプリッタとして第２ハーフミラー６９が配設され、前記第１ハーフミラー６８と前記第２ハーフミラー６９とは平行に対峙し、測距装置の筐体等に機械的に固定されている。而して、前記第２光路２６と前記投光光軸２７とを平行に設定することで、前記第１ハーフミラー６８と前記第２ハーフミラー６９間に前記第１光路２５が形成され、前記第１ハーフミラー６８で反射され、前記第１光路２５を通り前記第２ハーフミラー６９で反射された測距光が前記投光光軸２７を通って前記投光光学系１６より投光される。又、光束切替え機７１が前記第２光路２６と前記第１光路２５間に掛渡って設けられている。前記光束切替え機７１は透過孔（図示せず）を具備する光束切替え板７２、該光束切替え板７２を回転させるモータ７３を具備している。前記光束切替え板７２は前記第２光路２６が開通する状態では、前記第１光路２５を遮断し、該第１光路２５が開通する状態では前記第２光路２６を遮断する様になっている。
【００６９】
而して、前記光束切替え機７１は前記第１ハーフミラー６８を透過した測距光を前記光ファイバ３１に導き、前記第１ハーフミラー６８で反射された測距光を前記第２ハーフミラー６９を経て前記投光光学系１６に導く様になっている。
【００７０】
尚、前記マスク３０は前記投光光軸２７に設けてもよい。この場合、プリズム測定だけでなく、ノンプリズム測定の場合も測距光の一部が遮られることとなるが、ノンプリズム測定の場合、反射測距光は拡散光であるので一部が遮られたとしても充分な光量が得られ、測定に支障はない。
【００７１】
図５は第２の実施の形態を示している。
【００７２】
該第２の実施の形態では、プリズム測定用の光源とノンプリズム測定用の光源とを別々に設けた場合を示している。尚、図５は光源部１５を示しており、他の構成については図１で示したものと同様であるので、図示を省略してある。
【００７３】
光軸２０上にノンプリズム用の光源としてレーザ光源２１、及び第１コリメートレンズ２２、ミキシング手段２３及びビームスプリッタ７４を配設する。又該ビームスプリッタ７４に於いて前記光軸２０と直交する第２光路２６には副レーザ光源７５、副第１コリメートレンズ７６、副ミキシング手段７７、第２コリメートレンズ２９、光ファイバ３１、第３コリメートレンズ３２が配設され、前記副レーザ光源７５で射出された副測距光が前記ビームスプリッタ７４に入射する様になっている。
【００７４】
第２の実施の形態では、第２光路２６の第３コリメートレンズ３２とビームスプリッタ７４との間にマスク３０が設けられる。尚、前記副レーザ光源７５には前記レーザ光源２１と同一仕様のＬＤが用いられる。又、前記マスク３０は投光光軸２７に設けられてもよい。
【００７５】
又、前記レーザ光源２１、前記副レーザ光源７５は光源制御部７８により発光、点滅等の制御が為される様になっている。
【００７６】
ノンプリズム測定が行われる場合は、前記レーザ光源２１が点灯され、前記副レーザ光源７５は消灯される。該レーザ光源２１からの測距光は前記第１コリメートレンズ２２で集光され、前記ミキシング手段２３でミキシングされ、前記ビームスプリッタ７４を透過して前記投光光軸２７を経て投光され、或はチョッパ手段４８で光路が切替えられ、内部参照用光軸４４を経て図示しない受光光学系１８（図１参照）に導かれる。上記した様に、前記レーザ光源２１の発光点の径は小さく、ノンプリズム測定に適した測距光が得られる。
【００７７】
又、プリズム測定が行われる場合は、前記副レーザ光源７５が点灯され、前記レーザ光源２１が消灯される。副測距光は前記副第１コリメートレンズ７６で集光され、前記副ミキシング手段７７でミキシングされ、前記第２コリメートレンズ２９で前記光ファイバ３１の入射端面に集光される。該光ファイバ３１を透過した副測距光は前記第３コリメートレンズ３２で平行光束とされ、前記ビームスプリッタ７４で反射され、前記投光光軸２７を経て投光され、或は前記チョッパ手段４８で光路が切替えられ、前記内部参照用光軸４４を経て図示しない前記受光光学系１８（図１参照）に導かれる。
【００７８】
プリズム測定の場合、前記光ファイバ３１の射出端面が２次光源となり、該光ファイバ３１の射出端面は３００μｍの直径を有するので、プリズム測定に適した大きな広がり角を有する副測距光が得られる。又、前記光ファイバ３１で副測距光がマルチモード化されるので、光量斑のない均一な副測距光が投光される。前記マスク３０の作用については第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
尚、前記ビームスプリッタ７４の反射率、透過率については、プリズム測定ではノンプリズム測定より光量が少なくてもよいことから、測距光の透過率を高く、副測距光の反射率を低く設定してもよい。
【００８０】
本第２の実施の形態では、前記副レーザ光源７５と前記レーザ光源２１とを前記光源制御部７８により切替えて行うので、第１の実施の形態で示した光路切替え手段２４を省略できる。又、前記レーザ光源２１と前記副レーザ光源７５とでは製作上の個体差があり、完全に同一な波長の測距光を発することはできないが、前記干渉フィルタ５６（図１参照）の透過波長帯に含まれる程度の誤差であり、実用上支障なく、実質的に同一波長の測距光が発せられ、第１の実施の形態と同様高いＳ／Ｎ比が得られ、測定精度を高く維持することができる。
【００８１】
尚、第２の実施の形態に於いて、前記ミキシング手段２３は省略することが可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、測距光を発する光源部と、受光光学系と、前記光源部からの測距光を測定対象物に投光し、該測定対象物からの反射測距光を前記受光光学系に導く投光光学系と、前記光源部からの測距光を内部参照光として前記受光光学系に導く内部参照光学系とを具備し、前記投光光学系は前記測距光を前記測定対象物の方向に偏向する投光光軸に対して偏心した光路偏向部材を有し、前記光源部は広がり角の異なる２つの測距光を射出可能であり、前記光源部、前記投光光学系のいずれか一方は測距光を偏心させる遮蔽マスクを有するので、測定対象物が近距離、遠距離であっても、或はノンプリズム測定、プリズム測定のいずれであっても距離測定が可能であり、装置の簡略化が図れるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す骨子図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】第１の実施の形態で使用される光路切替え手段の要部説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図４】他の光路切替え手段を示す説明図である。
【図５】第２の実施の形態を示す光源部の骨子図である。
【図６】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１５ 光源部
１６ 投光光学系
１７ 内部参照光学系
１８ 受光光学系
１９ 接眼光学系
２１ レーザ光源
２４ 光路切替え手段
２５ 第１光路
２６ 第２光路
２７ 投光光軸
２８ 菱形プリズム
３０ マスク
３０′ 透過孔
３１ 光ファイバ
３３ ポインタ用光源
３５ ビームスプリッタ
３７ 第１光路偏向部材
３８ 第２光路偏向部材
３９ 対物レンズ
４８ チョッパ手段
６８ 第１ハーフミラー
６９ 第２ハーフミラー
７１ 光束切替え機
７２ 光束切替え板
７４ ビームスプリッタ
７５ 副レーザ光源
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光線を用いて対象物迄の距離を測定する測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、測距用のレーザ光線を測定対象物に直接照射して、測定対象物迄の距離を測定するノンプリズム測距装置が普及している。
【０００３】
ノンプリズム測距装置では、ビーム径の小さいレーザ光線が用いられる。ビーム径の小さなレーザ光線を用いることで測定対象物に点で照射でき、対象物の測定位置を明確にでき、測定対象物の稜線或は特定点の測定が可能となる。
【０００４】
又、照射されるレーザ光線の強度は安全性等の理由から制限されるので、測定対象物からの高い反射が望めないノンプリズム測距装置では、プリズム（コーナキューブ）を用いた測距装置に比べ測定距離が短くなっている。
【０００５】
この為、長距離測定では、測定対象物としてプリズムが用いられる。又、視準の容易性と高精度な測定の為、比較的大きなビーム広がりを有するレーザ光線が用いられている。
【０００６】
上記した様に、ノンプリズム測距装置ではレーザ光線のビーム径が小さいので、レーザ光線をプリズムに照射させることが困難であることからプリズムを用いた長距離測定は適当ではない。
【０００７】
然し乍ら、プリズムを用いた長距離用の測距装置とノンプリズム測距装置とを設備するのは不経済であるので、一台の測距装置でプリズムを用いた距離測定と、ノンプリズムの距離測定が行える測距装置が提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１（図１、段落［００２９］〜段落［００３５］）に示される様に、１台の測距装置でプリズムを用いた距離測定、或はノンプリズムの距離測定が行える測距装置が提案されている。
【０００９】
図６により、簡単に説明する。
【００１０】
可視レーザ光線１を発する第１光源２と赤外レーザ光線３を発する第２光源４とを有し、前記可視レーザ光線１と前記赤外レーザ光線３とは個別に発せられる様になっている。又、前記可視レーザ光線１はビーム径の小さい、平行光束のレーザ光線であり、前記赤外レーザ光線３は発散性のレーザ光線となっている。
【００１１】
測定対象物に応じて、前記可視レーザ光線１、赤外レーザ光線３の選択がなされ、例えば測定対象物５がコーナキューブ等の反射体の場合は、発散性の前記赤外レーザ光線３が照射され、前記測定対象物５が建物等の壁面である場合はビーム径の小さい前記可視レーザ光線１が照射される。前記測定対象物５からの反射光１１は、対物レンズ６、フィルタ７を通して検出器８で受光され、該検出器８からの信号に基づき演算部１２で前記測定対象物５迄の距離が測定できる様になっている。
【００１２】
前記フィルタ７は、前記可視レーザ光線１、赤外レーザ光線３の波長帯域のみを透過する様になっており、不要な太陽光等をカットして前記検出器８の前記反射光１１の検出精度を向上させている。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−８８５６６号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した様に従来の測距装置では、光源を２つ使用しているので、光源の制御等発光部が複雑となる。又、前記可視レーザ光線１と前記赤外レーザ光線３を使用しているので、前記フィルタ７は両レーザ光線の波長帯域に対応したものとなっており、コスト高となっている。
【００１５】
本発明は斯かる実情に鑑み、プリズムを用いた距離測定、或はノンプリズムの距離測定が行える様にし、装置の簡略化を図るものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測距光を発する光源部と、受光光軸を有する受光光学系と、投光光軸を有し、前記光源部からの測距光を測定対象物に投光し、該測定対象物からの反射測距光を前記受光光学系に導く投光光学系と、前記光源部からの測距光を内部参照光として前記受光光学系に導く内部参照光学系とを具備し、前記光源部は広がり角の異なる２つの測距光を射出可能であり、前記光源部、前記投光光学系のいずれか一方は測距光を投光光軸に対して偏心させる偏心用部材を有する測距装置に係り、又前記受光光学系は、投光測距光に対して反対の方向に偏心した反射測距光を受光可能とした測距装置に係り、又前記投光光学系は、前記測距光を前記測定対象物の方向に偏向し、前記投光光軸に対して偏心する様に設けられた光路偏向部材を有し、投光測距光に対して反対の方向に偏心して入射する前記反射測距光を前記受光光学系に導く測距装置に係り、又前記偏心用部材は、光軸に対して偏心した孔を有するマスクであり、該孔を測距光を通過させることで測距光を光軸から偏心させる測距装置に係り、又前記マスクは、広がり角の大きい測距光路に設けられた測距装置に係り、又前記マスクは、２つの測距光の共通光路に設けられた測距装置に係り、又前記光源部は第１光路、第２光路を有し、該第１光路、第２光路を介して測距光が投光され、測距光は前記第１光路を介して広がり角が小さく投光され、測距光は前記第２光路を介して広がり角が大きく投光される測距装置に係り、又前記光源部が光路切替え手段を有し、該光路切替え手段は１つの光源から発せられる測距光を前記第１光路、第２光路のいずれか一方に択一的に導く様にした測距装置に係り、又前記光源部は測距光をそれぞれ発する２つの光源を有し、一方の光源から発せられる測距光は前記第１光路を介して投光され、他方の光源から発せられる測距光は前記第２光路を介して投光される測距装置に係り、又前記第２光路には光ファイバが設けられ、該光ファイバの端面が光源となっている測距装置に係り、又前記光路切替え手段は、前記第１光路、第２光路に掛渡って設けられた菱形プリズムであり、該菱形プリズムを前記第１光路、第２光路に対して挿脱することで光路が切替えられる測距装置に係り、又前記２つの光源は択一的に点灯される測距装置に係り、更に又前記受光光学系は、受光光軸から離れた反射測距光を受光光軸に集光させるドーナツレンズを有する測距装置に係るものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は本発明に係る第１の実施の形態の骨子を示すものであり、図中、１５は光源部、１６は投光光学系、１７は内部参照光学系、１８は受光光学系、１９は接眼光学系（望遠鏡）を示している。
【００１９】
先ず、前記光源部１５について説明する。
【００２０】
レーザ光源２１は、例えば７８０nmの赤外光の測距光を射出する。前記レーザ光源２１の光軸２０上に、第１コリメートレンズ２２、ミキシング手段２３、光路切替え手段２４が配設されている。
【００２１】
尚、前記ミキシング手段２３としては例えば、本出願人により提案されている特開２００２−１９６０７６号に示されたもの等が使用される。
【００２２】
特開２００２−１９６０７６号に示される該ミキシング手段２３では、光軸上に設けられた一対のセルホックレンズと該セルホックレンズの間に光路を遮る様に挿入された位相板を有し、該位相板を回転させる様になっている。該位相板は碁盤目上に凹凸が形成され、該凹凸はレーザ光線の波長のπ／２の位相差が生じる様になっている。
【００２３】
前記光路切替え手段２４は第１光路２５、第２光路２６とを選択可能となっており、前記第１光路２５、前記第２光路２６は前記光路切替え手段２４により投光光軸２７に合致する様になっている。
【００２４】
前記光路切替え手段２４は例えば菱形プリズム２８が回転可能に支持され、前記第１光路２５が選択されている状態では、前記レーザ光源２１からの測距光は前記ミキシング手段２３を経て前記菱形プリズム２８に入射し、該菱形プリズム２８で２回反射され、前記光軸２０と平行な状態で前記投光光軸２７に合致する。
【００２５】
前記第２光路２６は前記光軸２０の延長に合致しており、前記第２光路２６には第２コリメートレンズ２９、光ファイバ３１、該光ファイバ３１の射出端には第３コリメートレンズ３２が設けられ、該第３コリメートレンズ３２の光軸は前記投光光軸２７と合致している。又、該投光光軸２７の前記菱形プリズム２８と前記第３コリメートレンズ３２との間にマスク３０が設けられる。
【００２６】
図２に見られる様に、該マスク３０は前記投光光軸２７に対して偏心した透過孔３０′が穿設されており、前記光ファイバ３１より射出される測距光の一部を遮断する様になっている。尚、図２では、前記透過孔３０′の形状は円であるが、矩形であっても或は楕円、或は一部が欠切された円等であってもよく、透過孔３０′の図形重心が前記投光光軸２７に対して偏心し、該投光光軸２７上の測距光の光束は透過する形状であればよい。
【００２７】
前記光路切替え手段２４が前記第２光路２６を選択している状態では、前記菱形プリズム２８が前記光軸２０から外れた状態となっている。前記ミキシング手段２３からの測距光は前記第２コリメートレンズ２９で集光されて前記光ファイバ３１の入射端から該光ファイバ３１に入射し、該光ファイバ３１から射出された測距光は前記第３コリメートレンズ３２で平行にされ、前記投光光軸２７に射出される。
【００２８】
又、前記光源部１５はポインタ用光源３３を有し、該ポインタ用光源３３にはＬＤが用いられ、可視光のポインタ用レーザ光線を発し、該ポインタ用レーザ光線は第４コリメートレンズ３４により平行光束とされ、前記投光光学系１６より測定対象物（図示せず）に投光される。
【００２９】
該投光光学系１６について説明する。
【００３０】
前記投光光軸２７上にはビームスプリッタ３５、凹レンズ３６、第１光路偏向部材３７、第２光路偏向部材３８、対物レンズ３９が配設され、前記ビームスプリッタ３５と前記凹レンズ３６間には投光光量調整手段４１が設けられている。前記第２光路偏向部材３８は前記投光光軸２７に対して図形の重心が偏心して設けられており、前記マスク３０を経て入射する測距光を反射する充分な大きさの形状となっている。
【００３１】
又、前記第２光路偏向部材３８の偏心の状態は、例えば図１では投光光軸２７に対して上側に偏心しており、前記第２光路偏向部材３８により反射される測距光の光束も前記投光光軸２７に対して上側に偏心した状態となっている。
【００３２】
前記投光光量調整手段４１はステッピングモータ等の位置決め機能を有する光量調整モータ４２によって回転され、透過光量が円周方向で連続的に変化する光量調整板４３を具備し、該光量調整板４３は前記投光光軸２７を遮る様に設けられている。
【００３３】
前記凹レンズ３６は、該凹レンズ３６の焦点位置と前記対物レンズ３９の焦点位置とを合致させて配設されてあり、該対物レンズ３９と共にビームエキスパンダを構成しており、前記凹レンズ３６迄導かれた平行光束を拡大し投光できる様になっている。この為、前記ビームスプリッタ３５、光量調整板４３等の光学部材による影響を最小限に抑えることができる。又、前記レーザ光源２１を前記対物レンズ３９の焦点位置に配置する構造と比較し、投光効率が向上する。
【００３４】
前記ビームスプリッタ３５は前記レーザ光源２１からの測距光（赤外光）を略全透過すると共に一部を反射し、前記ポインタ用光源３３からのポインタ用レーザ光線（可視光）を全反射するものである。前記第１光路偏向部材３７はミラー、前記第２光路偏向部材３８はミラー又は測距光を反射するダイクロイックミラー等であり、該第２光路偏向部材３８は測距光を全反射し、前記ポインタ用レーザ光線（可視光）を一部反射し、一部透過するものである。
【００３５】
前記内部参照光学系１７について説明する。
【００３６】
該内部参照光学系１７は前記光源部１５と後述する前記受光光学系１８間に設けられ、前記内部参照光学系１７は前記ビームスプリッタ３５の透過光軸に合致する内部参照用光軸４４を有し、該内部参照用光軸４４上にコンデンサレンズ４５、濃度フィルタ４６、ダイクロイックプリズム４７が配設されている。
【００３７】
前記投光光軸２７と前記内部参照用光軸４４間にチョッパ手段４８が掛渡って設けられている。該チョッパ手段４８は前記投光光軸２７と前記内部参照用光軸４４とを遮るチョッパ板４９及び該チョッパ板４９を回転させ、位置決め可能なチョッパモータ５１を具備している。前記チョッパ板４９が前記投光光軸２７を遮っている状態では前記内部参照用光軸４４が通過状態であり、前記チョッパ板４９が前記内部参照用光軸４４を遮っている状態では前記投光光軸２７が通過状態となっている。
【００３８】
而して、前記チョッパ板４９を回転させることで、前記光源部１５からの測距光が前記投光光軸２７に照射されるか、或は前記内部参照用光軸４４に内部参照光として照射されるか、択一的に選択される様になっている。
【００３９】
前記濃度フィルタ４６は、測定対象物からの反射測距光と内部参照光との光強度が略等しくなる様に、内部参照光の光強度を調整するものである。
【００４０】
前記受光光学系１８について説明する。
【００４１】
該受光光学系１８は前記内部参照用光軸４４の延長に合致する受光光軸５２を具備し、該受光光軸５２には前記ダイクロイックプリズム４７、ドーナツレンズ５３、受光ファイバ５４、第５コリメートレンズ５５、干渉フィルタ５６、集光レンズ５７、受光素子５８が配設される。該受光素子５８としては、例えばアバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）が用いられ、前記干渉フィルタ５６は狭帯域、例えば８００nm近傍の波長帯を透過する様な特性を有している。前記受光素子５８が反射測距光を受光すると、受光信号は演算部６５に送出され、該演算部６５で受光信号に基づき測定対象物迄の距離が演算される。
【００４２】
前記接眼光学系１９について説明する。
【００４３】
該接眼光学系１９は接眼光軸６０を有し、該接眼光軸６０は前記ダイクロイックプリズム４７を透過する前記対物レンズ３９の光軸延長に合致している。前記接眼光軸６０上に、該接眼光軸６０に沿って移動可能に設けられた合焦レンズ６１、正立像に像を変換する正立プリズム６２、十字等の視準線が設けられた視準板６３、接眼レンズ６４が設けられている。
【００４４】
以下、作動について説明する。
【００４５】
先ず、前記ポインタ用光源３３を点灯して、ポインタ用レーザ光線を発する。該ポインタ用レーザ光線は前記ビームスプリッタ３５で反射され、前記第１光路偏向部材３７、第２光路偏向部材３８を経て前記対物レンズ３９より測定対象物に照射される。前記ポインタ用レーザ光線は前記投光光軸２７と同軸に投光されるので、測定点を正確に照射する。前記接眼光学系１９により前記ポインタ用レーザ光線の照射点を観察し、測定点を決定する。測定点が決定されると前記ポインタ用光源３３が消灯される。
【００４６】
前記ポインタ用光源３３は、必要な場合のみ点灯するので、作業場で作業者や、通行人の目をレーザ光線で照射することが大幅に減少し、作業者や、通行人に嫌悪感を与え、或は眩しく感じさせることが無くなる。
【００４７】
建物の壁面等を測定対象物としたノンプリズム距離測定を行う場合は、ノンプリズム測定を選択する。
【００４８】
ノンプリズム測定を選択した場合、前記菱形プリズム２８が前記第２光路２６、投光光軸２７を遮る様に位置決めされる。前記レーザ光源２１で発せられた測距光は、前記ミキシング手段２３でミキシングされる。ミキシングされることで光量斑が解消され、測定精度が向上する。前記菱形プリズム２８により光路が前記第１光路２５に偏向され、前記ビームスプリッタ３５を透過し、前記投光光学系１６により測定対象物に投光される。
【００４９】
投光される測距光のビーム径、広がり角は、発光源の大きさに依存する。前記レーザ光源２１の発光点は、半導体レーザ（ＬＤ）の場合、直径で３μｍ程度であり、細い径の測距光が照射される。
【００５０】
前記投光光学系１６より測定対象物に測距光が投光され、測定対象物で反射された反射測距光は反射面が一般に鏡面又は鏡面状ではないので、拡散されたものとなる。反射測距光は前記投光光軸２７を通して対物レンズ３９に入射し、該対物レンズ３９で集光され、前記ダイクロイックプリズム４７に入射し更に該ダイクロイックプリズム４７で反射される。尚、該ダイクロイックプリズム４７に入射される反射測距光の光束は前記第２光路偏向部材３８より充分大きいものとなっている。
【００５１】
前記第２光路偏向部材３８が前記投光光軸２７上に配置される等、前記投光光学系１６の構成上、前記受光光学系１８に導かれる反射測距光は、中心部が欠けた光束となる。この為、測定対象物が近距離の場合、反射測距光の光束が欠けた部分が前記受光ファイバ５４の入射端面に一致し、反射測距光が前記受光光学系１８に入射しない状態が発生することがある。前記ドーナツレンズ５３は反射測距光の周辺の光束を屈折させ、前記受光ファイバ５４に入射させるものである。この結果、測距距離の遠近に拘らず、反射測距光が前記受光光学系１８に導かれる。
【００５２】
反射測距光が前記受光ファイバ５４に入射し、該受光ファイバ５４により前記第５コリメートレンズ５５迄反射測距光が導かれると、該第５コリメートレンズ５５で平行光束にされる。前記干渉フィルタ５６で外乱光がカットされ、前記集光レンズ５７により前記受光素子５８に集光される。該受光素子５８は、Ｓ／Ｎ比の大きい測距光を受光する。
【００５３】
前記光量調整モータ４２は距離測定に応じて前記光量調整板４３を回転させ、該光量調整板４３により射出される測距光の強度を調整し、測定対象物迄の距離に拘らず、前記受光素子５８が受光する反射測距光の強度が一定となる様にする。又、前記チョッパ手段４８は測距光が測定対象物に投光されるか、或は内部参照光として前記受光光学系１８に入射されるかを切替え、前記濃度フィルタ４６は内部参照光と反射測距光との光強度が略同一となる様に内部参照光の光強度を調整する。
【００５４】
前記受光素子５８は前記反射測距光と内部参照光の受光信号を前記演算部６５に送信し、該演算部６５は前記受光素子５８からの受光信号で測定対象物迄の距離を演算する。上記した様に、前記干渉フィルタ５６で反射測距光の波長帯を除く外乱光が除去されるので、前記受光素子５８が受光する反射測距光はＳ／Ｎ比が大きく精度の高い測距が可能となる。
【００５５】
プリズム測定では、望遠鏡の視軸と測距光軸の偏差による誤差を低減する為、広がり角の大きな光束を射出する。
【００５６】
プリズム測定を選択した場合、前記菱形プリズム２８が前記第２光路２６、投光光軸２７から外れた状態に位置決めされる。前記レーザ光源２１で発せられた測距光は、前記ミキシング手段２３でミキシングされる。ミキシングにより、光量斑が解消され、測定精度が向上する。
【００５７】
測距光は前記第２コリメートレンズ２９で前記光ファイバ３１の入射端面に集光され、入射される。該光ファイバ３１の射出端面は前記投光光軸２７上に位置しており、前記光ファイバ３１から射出する測距光は、前記第３コリメートレンズ３２により集光された後、前記マスク３０、前記ビームスプリッタ３５を透過し、前記投光光学系１６により測定対象物（コーナキューブ等の再帰反射プリズム）に投光される。前記マスク３０を透過することで、測距光の一部が遮断され、測距光の光束は前記投光光軸２７に対して偏心（図１中上側に偏心）したものとなる。
【００５８】
上記した様に、投光される測距光のビーム径、広がり角は、発光源の大きさに依存し、プリズム測定では前記光ファイバ３１の射出端面が２次光源として作用し、該光ファイバ３１の端面は直径で３００μｍであり、上記したノンプリズム測定に於ける半導体レーザ（ＬＤ）の直径３μｍに比べ充分大きく、広がり角の大きい測距光が投光される。
【００５９】
プリズム測定では、広がり角が大きく且つ均一な測距光が高精度な測距を行う為の条件となるが、投光される測距光は前記ミキシング手段２３でミキシングされ、更に前記光ファイバ３１を透過することで多反射によりマルチモード化されるので、レーザ光線の可干渉性から生じるスペックルが防止され、光量斑の発生が抑止される。
【００６０】
測定対象物から反射された測距光は、その光束が図１中下側に偏心したものとなり、前記投光光軸２７上を経て前記対物レンズ３９より入射する。該対物レンズ３９により集光される。
【００６１】
該対物レンズ３９を透過した反射測距光の一部は、前記第２光路偏向部材３８により遮られるが、前記測距光の光束が下側に偏心し、更に前記第２光路偏向部材３８が上側に偏心しているので、前記反射測距光の該第２光路偏向部材３８に遮られない部分が前記ダイクロイックプリズム４７に入射する。
【００６２】
該ダイクロイックプリズム４７により反射された反射測距光は、前記受光ファイバ５４に入射する。該受光ファイバ５４により前記第５コリメートレンズ５５迄反射測距光が導かれ、前記第５コリメートレンズ５５で平行光束にされ、前記干渉フィルタ５６で外乱光がカットされ、前記集光レンズ５７により集光され、前記受光素子５８に受光される。
【００６３】
尚、プリズム測定での測距でも、前記干渉フィルタ５６により外乱光がカットされることでＳ／Ｎ比が向上する。又前記第５コリメートレンズ５５が前記干渉フィルタ５６に入射する反射測距光を垂直入射の状態とし、反射測距光が前記干渉フィルタ５６により光量が減少されることがない様にする等については、ノンプリズム測定と同様である。
【００６４】
図３により前記光路切替え手段２４について説明する。
【００６５】
前記菱形プリズム２８はプリズムホルダ６６により保持され、該プリズムホルダ６６からは回転軸６７が突出され、該回転軸６７を介して前記菱形プリズム２８が回転自在に支持されている。又、前記回転軸６７にはモータ（図示せず）、ソレノイド等のアクチュエータ（図示せず）が連結され、該アクチュエータにより前記菱形プリズム２８が前記第２光路２６、投光光軸２７に挿脱できる様所要角で回転される様になっている。
【００６６】
図４は、他の光路切替え手段２４を示している。
【００６７】
図４中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００６８】
前記第２光路２６上にビームスプリッタとして第１ハーフミラー６８が配設され、前記投光光軸２７上にビームスプリッタとして第２ハーフミラー６９が配設され、前記第１ハーフミラー６８と前記第２ハーフミラー６９とは平行に対峙し、測距装置の筐体等に機械的に固定されている。而して、前記第２光路２６と前記投光光軸２７とを平行に設定することで、前記第１ハーフミラー６８と前記第２ハーフミラー６９間に前記第１光路２５が形成され、前記第１ハーフミラー６８で反射され、前記第１光路２５を通り前記第２ハーフミラー６９で反射された測距光が前記投光光軸２７を通って前記投光光学系１６より投光される。又、光束切替え機７１が前記第２光路２６と前記第１光路２５間に掛渡って設けられている。前記光束切替え機７１は透過孔（図示せず）を具備する光束切替え板７２、該光束切替え板７２を回転させるモータ７３を具備している。前記光束切替え板７２は前記第２光路２６が開通する状態では、前記第１光路２５を遮断し、該第１光路２５が開通する状態では前記第２光路２６を遮断する様になっている。
【００６９】
而して、前記光束切替え機７１は前記第１ハーフミラー６８を透過した測距光を前記光ファイバ３１に導き、前記第１ハーフミラー６８で反射された測距光を前記第２ハーフミラー６９を経て前記投光光学系１６に導く様になっている。
【００７０】
尚、前記マスク３０は前記投光光軸２７に設けてもよい。この場合、プリズム測定だけでなく、ノンプリズム測定の場合も測距光の一部が遮られることとなるが、ノンプリズム測定の場合、反射測距光は拡散光であるので一部が遮られたとしても充分な光量が得られ、測定に支障はない。
【００７１】
図５は第２の実施の形態を示している。
【００７２】
該第２の実施の形態では、プリズム測定用の光源とノンプリズム測定用の光源とを別々に設けた場合を示している。尚、図５は光源部１５を示しており、他の構成については図１で示したものと同様であるので、図示を省略してある。
【００７３】
光軸２０上にノンプリズム用の光源としてレーザ光源２１、及び第１コリメートレンズ２２、ミキシング手段２３及びビームスプリッタ７４を配設する。又該ビームスプリッタ７４に於いて前記光軸２０と直交する第２光路２６には副レーザ光源７５、副第１コリメートレンズ７６、副ミキシング手段７７、第２コリメートレンズ２９、光ファイバ３１、第３コリメートレンズ３２が配設され、前記副レーザ光源７５で射出された副測距光が前記ビームスプリッタ７４に入射する様になっている。
【００７４】
第２の実施の形態では、第２光路２６の第３コリメートレンズ３２とビームスプリッタ７４との間にマスク３０が設けられる。尚、前記副レーザ光源７５には前記レーザ光源２１と同一仕様のＬＤが用いられる。又、前記マスク３０は投光光軸２７に設けられてもよい。
【００７５】
又、前記レーザ光源２１、前記副レーザ光源７５は光源制御部７８により発光、点滅等の制御が為される様になっている。
【００７６】
ノンプリズム測定が行われる場合は、前記レーザ光源２１が点灯され、前記副レーザ光源７５は消灯される。該レーザ光源２１からの測距光は前記第１コリメートレンズ２２で集光され、前記ミキシング手段２３でミキシングされ、前記ビームスプリッタ７４を透過して前記投光光軸２７を経て投光され、或はチョッパ手段４８で光路が切替えられ、内部参照用光軸４４を経て図示しない受光光学系１８（図１参照）に導かれる。上記した様に、前記レーザ光源２１の発光点の径は小さく、ノンプリズム測定に適した測距光が得られる。
【００７７】
又、プリズム測定が行われる場合は、前記副レーザ光源７５が点灯され、前記レーザ光源２１が消灯される。副測距光は前記副第１コリメートレンズ７６で集光され、前記副ミキシング手段７７でミキシングされ、前記第２コリメートレンズ２９で前記光ファイバ３１の入射端面に集光される。該光ファイバ３１を透過した副測距光は前記第３コリメートレンズ３２で平行光束とされ、前記ビームスプリッタ７４で反射され、前記投光光軸２７を経て投光され、或は前記チョッパ手段４８で光路が切替えられ、前記内部参照用光軸４４を経て図示しない前記受光光学系１８（図１参照）に導かれる。
【００７８】
プリズム測定の場合、前記光ファイバ３１の射出端面が２次光源となり、該光ファイバ３１の射出端面は３００μｍの直径を有するので、プリズム測定に適した大きな広がり角を有する副測距光が得られる。又、前記光ファイバ３１で副測距光がマルチモード化されるので、光量斑のない均一な副測距光が投光される。前記マスク３０の作用については第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
尚、前記ビームスプリッタ７４の反射率、透過率については、プリズム測定ではノンプリズム測定より光量が少なくてもよいことから、測距光の透過率を高く、副測距光の反射率を低く設定してもよい。
【００８０】
本第２の実施の形態では、前記副レーザ光源７５と前記レーザ光源２１とを前記光源制御部７８により切替えて行うので、第１の実施の形態で示した光路切替え手段２４を省略できる。又、前記レーザ光源２１と前記副レーザ光源７５とでは製作上の個体差があり、完全に同一な波長の測距光を発することはできないが、前記干渉フィルタ５６（図１参照）の透過波長帯に含まれる程度の誤差であり、実用上支障なく、実質的に同一波長の測距光が発せられ、第１の実施の形態と同様高いＳ／Ｎ比が得られ、測定精度を高く維持することができる。
【００８１】
尚、第２の実施の形態に於いて、前記ミキシング手段２３は省略することが可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、測距光を発する光源部と、受光光学系と、前記光源部からの測距光を測定対象物に投光し、該測定対象物からの反射測距光を前記受光光学系に導く投光光学系と、前記光源部からの測距光を内部参照光として前記受光光学系に導く内部参照光学系とを具備し、前記投光光学系は前記測距光を前記測定対象物の方向に偏向する投光光軸に対して偏心した光路偏向部材を有し、前記光源部は広がり角の異なる２つの測距光を射出可能であり、前記光源部、前記投光光学系のいずれか一方は測距光を偏心させる遮蔽マスクを有するので、測定対象物が近距離、遠距離であっても、或はノンプリズム測定、プリズム測定のいずれであっても距離測定が可能であり、装置の簡略化が図れるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す骨子図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】第１の実施の形態で使用される光路切替え手段の要部説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図４】他の光路切替え手段を示す説明図である。
【図５】第２の実施の形態を示す光源部の骨子図である。
【図６】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１５ 光源部
１６ 投光光学系
１７ 内部参照光学系
１８ 受光光学系
１９ 接眼光学系
２１ レーザ光源
２４ 光路切替え手段
２５ 第１光路
２６ 第２光路
２７ 投光光軸
２８ 菱形プリズム
３０ マスク
３０′ 透過孔
３１ 光ファイバ
３３ ポインタ用光源
３５ ビームスプリッタ
３７ 第１光路偏向部材
３８ 第２光路偏向部材
３９ 対物レンズ
４８ チョッパ手段
６８ 第１ハーフミラー
６９ 第２ハーフミラー
７１ 光束切替え機
７２ 光束切替え板
７４ ビームスプリッタ
７５ 副レーザ光源
Claims (8)
- プリズム測定及びノンプリズム測定が可能な測距装置であって、測距光を発する光源部と、受光光学系と、前記光源部からの測距光を測定対象物に投光し、該測定対象物からの反射測距光を前記受光光学系に導く投光光学系と、前記光源部からの測距光を内部参照光として前記受光光学系に導く内部参照光学系とを具備し、前記投光光学系は前記測距光を前記測定対象物の方向に偏向する投光光軸に対して偏心した光路偏向部材を有し、前記光源部は１つの光源と光路切替え手段を有し、該光路切替え手段による光路の切替えにより広がり角の異なる２つの測距光を切替えて射出可能であり、前記光源部、前記投光光学系のいずれか一方は測距光を、該測距光の反射光が前記光路偏向部材とは逆の方向に偏心する様に、偏心させる遮蔽マスクを有し、プリズム測定では前記光路切替え手段により広がり角の大きな測距光が選択され、前記遮蔽マスクを通して射出され、ノンプリズム測定では前記光路切替え手段により広がり角の小さい測距光が選択され、前記遮蔽マスクを通さないで射出される様構成されたことを特徴とする測距装置。
- 前記受光光学系は、投光測距光に対して反対の方向に偏心した反射測距光を受光可能とした請求項１の測距装置。
- 前記投光光学系は、前記測距光を前記測定対象物の方向に偏向し、前記投光光軸に対して偏心する様に設けられた前記光路偏向部材を有し、投光測距光に対して反対の方向に偏心して入射する前記反射測距光を前記受光光学系に導く請求項２の測距装置。
- 前記遮蔽マスクは、前記投光光軸に対して偏心した孔を有し、該孔に測距光を通過させることで測距光を前記投光光軸から偏心させる請求項１の測距装置。
- 前記光源部は、広がり角の小さい測距光を射出する第１光路と、広がり角の大きい測距光を射出する前記第２光路とを有し、該第２光路には光ファイバが設けられ、該光ファイバの端面が光源となっている請求項１の測距装置。
- 前記光路切替え手段は、前記第１光路、第２光路に掛渡って設けられた菱形プリズムであり、該菱形プリズムを前記第１光路、第２光路に対して挿脱することで光路が切替えられる請求項５の測距装置。
- 前記受光光学系は、受光光軸から離れた反射測距光を受光光軸に集光させるドーナツレンズを有する請求項１の測距装置。
- 前記光源部と前記投光光学系との間に光束分割手段が設けられ、該光束分割手段により前記投光光学系と前記内部参照光学系へ光束を分割する請求項１の測距装置。
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