JP7391650B2

JP7391650B2 - 測量装置

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Publication number: JP7391650B2
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Inventors: 太一湯浅
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Description

本発明は、測定対象物の３次元座標を取得可能な測量装置に関するものである。

レーザスキャナやトータルステーション等の測量装置は、測定対象物として反射プリズムを用いたプリズム測距、反射プリズムを用いないノンプリズム測距により測定対象物迄の距離を検出する光波距離測定装置を有している。

光波距離測定装置の受光部はレンズを含む光学系を有し、入射光がレンズの屈折作用によって受光面上に結像される様になっている。該光学系の対物レンズは焦点距離ｆを有し、この焦点距離ｆは光波距離測定装置が求められる性能によって決定される。

この為、光波距離測定装置の受光部は、光学系を収納可能な大きさと、焦点距離ｆを確保可能な光軸方向の長さを必要とする。従って、光学系の大きさ、焦点距離の制約により、受光部の小型化が困難となっていた。

特開平１０－２００３５号公報

本発明は、光学系を小型化し、装置全体の小型化を図る測量装置を提供するものである。

本発明は、測距光を測定対象物に照射し、該測定対象物からの反射測距光に基づき前記測定対象物迄の距離を測定する距離測定部を具備し、該距離測定部は前記測距光を射出する投光光学系と、前記反射測距光を受光する受光光学系とを有し、該受光光学系は４角形のプリズム及び受光素子を有し、前記プリズムは第１面と第２面と第３面と第４面とを有し、前記反射測距光は前記第１面より入射し、前記プリズム内で少なくとも３回内部反射され、前記第１面と前記第２面と前記第４面の内のいずれかの透過面を透過して射出する様構成され、前記プリズムから射出された前記反射測距光が前記受光素子に受光される様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光の前記第１面に対する主光線入射角θ1 と、前記反射測距光の前記透過面に対する主光線入射角とがそれぞれ０°となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３０°の範囲内となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第４面で順次反射され、前記第２面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３０°の範囲内となり、前記第４面に対する主光線入射角θ4 が１．５θ2 ＋θ3 となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第４面で順次反射され、前記第１面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３０°の範囲内となり、前記第４面に対する主光線入射角θ4 が９０°－θ2 －θ3 となる様に構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムの前記第４面には前記反射測距光を任意の方向に偏向する三角プリズムが接着された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第２面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３５°の範囲内となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となる様に構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第２面、前記第１面で順次反射され、前記第２面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が９０°－２．５θ2 となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が１８０°－４θ2 －２θ3 となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第２面、前記第１面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３５°の範囲内となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が１８０°－４θ2 －２θ3 となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第２面、前記第１面、前記第２面で順次反射され、前記第１面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～２８°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が９０°－３θ2 となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が１８０°－４θ2 －２θ3 となり、前記第２面に対する３度目の主光線入射角θ2 ′′が９０°－２θ2 －θ3 となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、構造面取りされた四角プリズムと三角プリズムとを組合わせて一体化させた四角形のプリズムであり、前記四角プリズムと前記三角プリズムとの境界面にはロングパスフィルタが蒸着され、前記反射測距光は前記境界面、前記第１面、前記第３面で順次反射され、前記境界面及び前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記境界面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３５°となり、前記境界面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第１面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～２８°の範囲内となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が２θ2 ＋２θ3 となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第１面、前記第２面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～２８°の範囲内となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が２θ2 ＋２θ3 となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′がθ2 ＋２θ3 となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記受光光学系は、前記反射測距光を集光する受光レンズを有し、該受光レンズのＮＡが０．０５～０．５５の範囲内となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記第２面と前記第３面とで形成される稜線部分に対して、構造面取り処理を施す様構成された測量装置に係るものである。

更に又本発明は、前記プリズムの前記第１面にショートパスフィルタが蒸着された測量装置に係るものである。

本発明によれば、測距光を測定対象物に照射し、該測定対象物からの反射測距光に基づき前記測定対象物迄の距離を測定する距離測定部を具備し、該距離測定部は前記測距光を射出する投光光学系と、前記反射測距光を受光する受光光学系とを有し、該受光光学系は４角形のプリズム及び受光素子を有し、前記プリズムは第１面と第２面と第３面と第４面とを有し、前記反射測距光は前記第１面より入射し、前記プリズム内で少なくとも３回内部反射され、前記第１面と前記第２面と前記第４面の内のいずれかの透過面を透過して射出する様構成され、前記プリズムから射出された前記反射測距光が前記受光素子に受光される様構成されたので、光軸方向の長さを短くすることができ、光学系の小型化及び装置全体の小型化を図ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る測量装置を示す正断面図である。本発明の第１の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第１の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施例に係る受光光学系を適用した距離測定部の一例を示す構成図である。本発明の第２の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第２の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。（Ａ）は本発明の第１の実施例に係る受光光学系の変形例を示す構成図であり、（Ｂ）は本発明の第２の実施例に係る受光光学系の変形例を示す構成図である。（Ａ）～（Ｄ）は、本発明の第１の実施例に係る受光光学系の変形例に於ける光軸方向の長さと、他の構成に於ける光軸方向の長さとの比較を示す説明図である。本発明の第３の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第３の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。本発明の第４の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。本発明の第５の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第５の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。本発明の第６の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第６の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。本発明の第７の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第７の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。本発明の第８の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第８の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。本発明の第９の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第９の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。本発明の第１０の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第１０の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。本発明の第１１の実施例に係る測量装置の受光光学系を示す構成図である。第１１の実施例に係る受光プリズムの屈折率、受光レンズのＮＡ、受光プリズムの各面に対する主光線入射角の関係の具体例を示す表である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る測量装置について説明する。測量装置１は、例えばレーザスキャナであり、三脚（図示せず）に取付けられる整準部２と、該整準部２に取付けられた測量装置本体３とから構成される。尚、測定はノンプリズム測定が行われる。

前記整準部２は整準ネジ１０を有し、該整準ネジ１０により前記測量装置本体３の整準を行う。

該測量装置本体３は、固定部４と、托架部５と、水平回転軸６と、水平回転軸受７と、水平回転駆動部としての水平回転モータ８と、水平角検出部としての水平角エンコーダ９と、鉛直回転軸１１と、鉛直回転軸受１２と、鉛直回転駆動部としての鉛直回転モータ１３と、鉛直角検出部としての鉛直角エンコーダ１４と、鉛直回転部である走査鏡１５と、操作部と表示部とを兼用する操作パネル１６と、演算制御部１７と、記憶部１８と、距離測定部１９等を具備している。尚、前記演算制御部１７としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵが用いられる。

前記水平回転軸受７は前記固定部４に固定される。前記水平回転軸６は鉛直な軸心６ａを有し、前記水平回転軸６は前記水平回転軸受７に回転自在に支持される。又、前記托架部５は前記水平回転軸６に支持され、前記托架部５は水平方向に前記水平回転軸６と一体に回転する様になっている。

前記水平回転軸受７と前記托架部５との間には前記水平回転モータ８が設けられ、該水平回転モータ８は前記演算制御部１７により制御される。該演算制御部１７は、前記水平回転モータ８により、前記托架部５を前記軸心６ａを中心に回転させる。

前記托架部５の前記固定部４に対する相対回転角は、前記水平角エンコーダ９によって検出される。該水平角エンコーダ９からの検出信号は前記演算制御部１７に入力され、該演算制御部１７により水平角データが演算される。該演算制御部１７は、前記水平角データに基づき、前記水平回転モータ８に対するフィードバック制御を行う。

又、前記托架部５には、水平な軸心１１ａを有する前記鉛直回転軸１１が設けられている。該鉛直回転軸１１は、前記鉛直回転軸受１２を介して回転自在となっている。尚、前記軸心６ａと前記軸心１１ａの交点が、測距光の射出位置であり、前記測量装置本体３の座標系の原点となっている。

前記托架部５には、凹部２１が形成されている。前記鉛直回転軸１１は、一端部が前記凹部２１内に延出し、前記一端部に前記走査鏡１５が固着され、該走査鏡１５は前記凹部２１に収納されている。又、前記鉛直回転軸１１の他端部には、前記鉛直角エンコーダ１４が設けられている。

前記鉛直回転軸１１に前記鉛直回転モータ１３が設けられ、該鉛直回転モータ１３は前記演算制御部１７に制御される。該演算制御部１７は、前記鉛直回転モータ１３により前記鉛直回転軸１１を回転させ、前記走査鏡１５は前記軸心１１ａを中心に回転される。

前記走査鏡１５の回転角は、前記鉛直角エンコーダ１４によって検出され、検出信号は前記演算制御部１７に入力される。該演算制御部１７は、検出信号に基づき前記走査鏡１５の鉛直角データを演算し、該鉛直角データに基づき前記鉛直回転モータ１３に対するフィードバック制御を行う。

又、前記演算制御部１７で演算された水平角データ、鉛直角データや測定結果は、前記記憶部１８に保存される。該記憶部１８としては、磁気記憶装置としてのＨＤＤ、光記憶装置としてのＣＤ、ＤＶＤ、半導体記憶装置としてのメモリカード、ＵＳＢメモリ等種々の記憶手段が用いられる。該記憶部１８は、前記托架部５に対して着脱可能であってもよく、或は図示しない通信手段を介して外部記憶装置や外部データ処理装置にデータを送出可能としてもよい。

前記記憶部１８には、測距作動を制御するシーケンスプログラム、測距作動により距離を演算する演算プログラム、水平角データ及び鉛直角データに基づき角度を演算する演算プログラム、距離と角度に基づき所望の測定点の３次元座標を演算するプログラム等の各種プログラムが格納される。又、前記演算制御部１７により各種プログラムが実行されることで、各種処理が実行される。

前記操作パネル１６は、例えばタッチパネルであり、測距の指示や測定条件、例えば測定点間隔の変更等を行う操作部と、測距結果等を表示する表示部とを兼用している。

次に、前記距離測定部１９について説明する。

発光素子２２からパルス光の測距光が射出される。測距光は、投光光学系２３、反射プリズム２４を介して射出される。該反射プリズム２４から射出される測距光の光軸は、前記軸心１１ａと合致しており、測距光は前記走査鏡１５によって直角に偏向される。該走査鏡１５が前記軸心１１ａを中心に回転することで、測距光は前記軸心１１ａと直交し、且つ前記軸心６ａを含む平面内で回転（走査）される。

測定対象物で反射された測距光（以下反射測距光）は、前記走査鏡１５に入射し、該走査鏡１５で偏向される。該走査鏡１５で偏向された反射測距光は、受光光学系２５を経て受光素子２６で受光される。

前記距離測定部１９は、前記発光素子２２の発光タイミングと、前記受光素子２６の受光タイミングの時間差（即ち、パルス光の往復時間）と光速に基づき、測距光の１パルス毎に測距を実行する（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）。前記発光素子２２は、発光のタイミング、即ちパルス間隔が変更可能となっている。

尚、前記距離測定部１９には内部参照光光学系（後述）が設けられ、該内部参照光光学系から受光した内部参照光（後述）と反射測距光の受光タイミングの時間差と光速に基づき測距を行うことで、より高精度な測距が可能となる。

前記托架部５と前記走査鏡１５とがそれぞれ定速で回転し、該走査鏡１５の鉛直方向の回転と、前記托架部５の水平方向の回転との協働により、測距光が２次元に走査される。又、パルス光毎の測距により測距データ（斜距離）が得られ、各パルス光毎に前記鉛直角エンコーダ１４、前記水平角エンコーダ９により鉛直角、水平角を検出することで、鉛直角データ、水平角データが取得できる。鉛直角データ、水平角データ、測距データとにより、測定対象物に対応する３次元の点群データが取得できる。

次に、図２に於いて、前記受光光学系２５の詳細について説明する。尚、図２中では、反射測距光（入射光）のうち、主光線（光軸）２７のみを記載している。

前記受光光学系２５は、受光レンズ２８と受光プリズム２９とを有している。前記受光レンズ２８は、所定のＮＡ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ）を有するレンズである。該受光レンズ２８としては、例えばＮＡ＝０．０５～０．５５の範囲のレンズが用いられる。

前記受光プリズム２９は所定の屈折率を有する４角形のプリズムである。該受光プリズム２９は、前記受光レンズ２８を透過した前記主光線２７が入射する第１面３１、該第１面３１の表面を透過した前記主光線２７が反射する第２面３２、該第２面３２と前記第１面３１で反射された前記主光線２７が入射する第３面３３、該第３面３３で反射された前記主光線２７が透過する透過面としての第４面３４とを有している。該第４面３４を透過した前記主光線２７は、前記受光素子２６に入射する。

前記第１面３１の表面（入射面）は反射防止膜が設けられた全透過面であり、前記第１面３１で内部反射する様、該第１面３１への主光線入射角が設定されている。又、前記主光線２７の光軸は前記第１面３１と直交しており、前記第１面３１の表面に対する主光線入射角θ1 は０°となる。

前記第２面３２は、反射膜が設けられ、前記第１面３１を透過した前記主光線２７を反射する様に構成されている。又、前記第２面３２は、前記主光線２７が所定の主光線入射角θ2 、例えば１５°～３０°の範囲で入射する様、前記主光線２７に対して傾斜している。

尚、前記第２面３２で反射された前記主光線２７は、主光線入射角θ1 ′で前記第１面３１に入射し、内部反射される。この時、主光線入射角θ1 ′＝２θ2 となる。

この時、θ1 ′は、前記第１面３１に対して臨界角より大きくなる様設定され、前記主光線２７は前記第１面３１に全反射される様に構成されている。又、前記第３面３３は、前記主光線２７が所定の主光線入射角θ3 、例えば１０°～３０°の範囲で入射する様、前記主光線２７に対して傾斜している。

前記第４面３４の表面には反射防止膜が設けられ、全透過面となっている。又、該第４面３４は透過する前記主光線２７の光軸に対して直交しており、前記第４面３４に対する主光線入射角θ4 は０°となる。

ここで、前記受光プリズム２９の各面に対する主光線入射角を、ケラレ等が生じない角度とする為には、前記受光プリズム２９の屈折率と、前記受光レンズ２８のＮＡとを所定の範囲内とする必要がある。図３に示される表は、前記受光プリズム２９の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、前記受光プリズム２９に対する主光線入射角の関係の具体例を表している。

図３に示される様に、第１の実施例では、前記受光プリズム２９の屈折率が１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡが０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、θ3 が１０°～３０°の範囲内となるので、充分な受光量を確保でき、又反射の際に生じるケラレ等を抑制できる。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、第１の実施例の前記受光光学系２５が適用された前記距離測定部１９及びその周辺部の一例を示している。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）中、３７は前記托架部５に設けられた窓部を示しており、該窓部３７は透明材料で形成されている。前記距離測定部１９は、前記窓部３７より測距光３５を射出し、反射測距光３６は前記窓部３７を透して受光される。前記反射プリズム２４は前記窓部３７に貼付けられている。尚、前記反射プリズム２４は、前記受光レンズ２８に貼付けられていてもよい。

又、前記走査鏡１５の下方には、再帰反射性を有するリファレンスプリズム３８が設けられ、前記走査鏡１５を介して前記測距光３５を回転照射する過程で、該測距光３５が前記リファレンスプリズム３８に入射する。該リファレンスプリズム３８により再帰反射された前記測距光３５は、前記走査鏡１５を介して前記受光光学系２５に入射し、前記受光素子２６に受光される。

ここで、前記発光素子２２から前記リファレンスプリズム３８迄の光路長、該リファレンスプリズム３８から前記受光素子２６迄の光路長は既知である。従って、前記リファレンスプリズム３８で反射された前記測距光３５を、内部参照光３９として利用することができる。前記走査鏡１５と前記リファレンスプリズム３８とにより内部参照光光学系４１が構成される。

前記発光素子２２から発せられた前記測距光３５は、前記投光光学系２３、前記走査鏡１５を介して測定対象物に照射される。測定対象物で反射され、前記走査鏡１５を介して前記受光光学系２５に入射した前記反射測距光３６は、前記受光レンズ２８及び前記第１面３１を透過する過程で屈折される。又、前記反射測距光３６は、前記受光プリズム２９の内部で前記第２面３２、前記第１面３１、前記第３面３３に順次反射され、前記第４面３４を透過し射出される。

上述の様に、第１の実施例では、内部に反射面を有する前記受光プリズム２９を用い、該受光プリズム２９の内部で前記反射測距光３６を３回反射させ、該反射測距光３６の光路を屈曲させることで、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。

従って、前記距離測定部１９の光軸方向の長さを短くすることができるので、前記距離測定部１９の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

又、第１の実施例では、前記反射測距光３６の光路を屈曲させる為の光学部材として、平面板のミラーではなくプリズムを使用している。従って、前記測量装置本体３に対する温度変化に基づく光軸のズレ（偏角誤差）が抑制され、測定精度の向上を図ることができる。

尚、前記第１面３１にショートパスフィルタを蒸着してもよい。ショートパスフィルタは、入射角が小さい場合（例えばおよそ０°）に透過率が高くなり、入射角が大きい場合（例えばおよそ３０°～６０°以上）に反射率が高くなる光学特性を有している。ショートパスフィルタを蒸着することで、前記第１面３１の全反射条件を緩和でき、θ1 ′を小さくすることができる。従って、前記主光線２７に対する前記第２面３２の傾斜を小さくすることができるので、前記受光プリズム２９の光軸方向の長さを小さくでき、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

次に、図５に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図５中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図５中では、反射測距光３６（図４参照）の主光線２７のみを図示している。

第２の実施例に於ける受光プリズム４５は、第１の実施例の受光プリズム２９と同等の屈折率を有する４角形のプリズムである。前記受光プリズム４５は、受光レンズ２８を透過した前記主光線２７が入射する第１面４６と、該第１面４６の表面を透過した前記主光線２７が入射する第２面４７の反射面４７ａと、該反射面４７ａと前記第１面４６で反射された前記主光線２７が入射する第３面４８と、該第３面４８で反射された前記主光線２７が入射する第４面４９と、該第４面４９で反射された前記主光線２７が入射する前記第２面４７の透過面４７ｂとを有している。該透過面４７ｂを透過した前記主光線２７は、受光素子２６に入射する。

尚、上記した様に、前記第２面４７は、前記主光線２７を反射する前記反射面４７ａと、前記主光線２７を全透過する前記透過面４７ｂとから構成されている。前記反射面４７ａは前記第１面４６の透過光路上に位置し、前記透過面４７ｂは前記第４面４９の反射光路上に位置している。

即ち、前記第１面４６に対する主光線入射角θ1 は０°であり、前記反射面４７ａに対する主光線入射角θ2 は１５°～３０°であり、前記第３面４８に対する主光線入射角θ3 は１０°～３０°となる。更に、前記反射面４７ａで反射された前記主光線２７の前記第１面４６に対する主光線入射角θ1 ′は２θ2 となる。

前記第４面４９は、反射膜が設けられ、前記第３面４８で反射された前記主光線２７を反射する様に構成されている。又、前記第４面４９は、主光線入射角θ4 ＝１．５θ2 ＋θ3 となる様前記主光線２７に対して傾斜している。尚、主光線入射角θ4 が臨界角よりも大きい場合には、前記第４面４９の反射膜は省略できる。

前記透過面４７ｂには反射防止膜が設けられ、全透過となっている。又、該透過面４７ｂは前記主光線２７に対して直交しており、前記透過面４７ｂに対する主光線入射角θ2 ′は０°となる。

図６に示される表は、前記受光プリズム４５の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、前記受光プリズム４５に対する主光線入射角の関係の具体例を示している。

図６に示される様に、第２の実施例でも、前記受光プリズム４５の屈折率を１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡを０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、θ3 が１０°～３０°の範囲内となるので、充分な受光量を確保でき、又反射の際に生じるケラレ等を抑制できる。

又、第２の実施例では、前記受光プリズム４５の内部で前記反射測距光３６を４回反射させ、該反射測距光３６の光路を屈曲させることで、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。

従って、距離測定部１９（図１参照）の光軸方向の長さを短くすることができるので、前記距離測定部１９の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

又、前記反射測距光３６の光路を屈曲させる為の光学部材として平面板のミラーではなくプリズムを使用しているので、温度変化に基づく光軸のズレ（偏角誤差）が抑制され、測定精度の向上を図ることができる。

尚、第第２の実施例に於いても、前記第１面４６にショートパスフィルタを蒸着してもよい。ショートパスフィルタを蒸着することで、前記受光プリズム４５を小型化することができ、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

図７（Ａ）は、第１の実施例の変形例を示している。該変形例では、前記反射測距光３６の光路から外れた部分、即ち前記第２面３２と前記第３面３３とで形成される稜線部分に対して構造面取り処理を行い、面取り部４２を形成している。

前記第２面３２と前記第３面３３との稜線部分に前記面取り部４２を形成することで、前記距離測定部１９の光軸方向の長さを更に短くすることができ、前記距離測定部１９の光学系を更に小型化することができる。

又、上記した様に、前記面取り部４２が形成される部分は、前記反射測距光３６の光路から外れた部分である。従って、前記面取り部４２を形成したとしても、前記受光プリズム２９の作用に影響を及ぼすことがない。

図７（Ｂ）は、第２の実施例の変形例を示している。該変形例では、第１の実施例と同様、前記第２面４７（前記反射面４７ａ）と前記第３面４８とで形成される稜線部分に対して構造面取り処理を行い、面取り部５１を形成している。

該面取り部５１を形成することで、前記距離測定部１９の光軸方向の長さを更に短くすることができ、前記受光プリズム４５の作用に影響を与えることなく前記距離測定部１９の光学系を更に小型化することができる。

尚、図８（Ａ）～図８（Ｄ）は第１の実施例の変形例に於ける前記受光光学系２５の光軸方向の長さＬ0 と、他の構成の受光光学系の光軸方向の長さとを比較したものである。

図８（Ａ）は、第１の実施例の変形例の前記受光光学系２５を示している。又、図８（Ｂ）は前記反射測距光３６を屈曲させない場合の受光光学系２５′を示している。又、図８（Ｃ）は、前記反射測距光３６を屈曲させる光学部材として、ペンタプリズム４３を用いた場合の受光光学系２５′′を示している。更に、図８（Ｄ）は、前記反射測距光３６を屈曲させる光学部材として、ミラー４４を用いた場合の受光光学系２５′′′を示している。

図８（Ａ）～図８（Ｄ）に示される様に、前記受光光学系２５の光軸方向の長さＬ0 は、図８（Ｂ）～図８（Ｄ）のいずれの場合と比べても、光軸方向の長さが短くなっているのがわかる。特に、前記受光光学系２５は、図８（Ｃ）の前記ペンタプリズム４３を用いた場合の受光光学系２５′′と比べて、３割程度光軸方向の長さを短くすることができる。

次に、図９に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図９中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図９中では、反射測距光３６（図４参照）の主光線のみを図示している。

第３の実施例に於ける受光プリズム５２は、第１の実施例及び第２の実施例の受光プリズムと同等の屈折率を有する４角形のプリズムである。前記受光プリズム５２は、受光レンズ２８を介して前記主光線２７が入射する透過面としての第１面５３と、該第１面５３の表面を透過した前記主光線２７が入射する第２面５４と、該第２面５４と前記第１面５３で反射された前記主光線２７が入射する第３面５５と、該第３面５５で反射された前記主光線２７を更に反射する第４面５６とを有している。該第４面５６で反射された前記主光線２７は、前記第１面５３を透過し、受光素子２６に入射する。

尚、該受光素子２６に入射する際の前記第１面５３に対する前記主光線２７の透過位置は、前記受光レンズ２８よりも外側である。即ち、前記受光素子２６に入射する前記主光線２７と前記受光レンズ２８を介して入射する前記主光線２７とが干渉しない様になっている。

本実施例では、受光レンズ２８を介して前記第１面５３に入射する前記主光線２７の主光線入射角θ1 は０°であり、前記第４面５６で反射された前記主光線２７の前記第１面５３に対する主光線入射角θ1 ′′も０°となる様構成されている。更に、前記第２面５４で反射された前記主光線２７の前記第１面４３に対する主光線入射角θ1 ′は２θ2 となり、臨界角よりも大きくなる。

前記第２面５４と前記第３面５５は、第１の実施例に於ける第２面３２と第３面３３と同様の構成である。即ち、前記第２面５４と前記第３面５５にはそれぞれ反射膜が設けられ、前記第２面５４に対する主光線入射角θ2 は１５°～３０°であり、前記第３面５５に対する主光線入射角θ3 は１０°～３０°となる。

前記第４面５６は、前記第３面５５で反射された前記主光線２７を全反射する様に構成されている。前記第４面５６は、主光線入射角θ4 ＝９０°－θ2 －θ3 となる様前記主光線２７に対して傾斜している。尚、主光線入射角θ4 が臨界角よりも小さい場合には、前記第４面５６に反射膜が蒸着される。

図１０に示される表は、前記受光プリズム５２の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、前記受光プリズム５２に対する主光線入射角の関係の具体例を示している。

図１０に示される様に、第３の実施例でも、ケラレを生じない様前記受光プリズム５２の屈折率を１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡを０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、θ3 が１０°～３０°の範囲内となるので、充分な受光量を確保できる。

又、第３の実施例では、前記受光プリズム５２の内部で前記反射測距光３６を４回反射させ、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。従って、距離測定部１９（図１参照）の光軸方向の長さを短くすることができるので、前記距離測定部１９の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

更に、第３の実施例では、前記第４面５６により前記主光線２７を前記第１面５３に向って反射し、該第１面５３を透過した位置に前記受光素子２６を設けている。従って、該受光素子２６を前記距離測定部１９の光学系のデッドスペースに配置することができるので、前記距離測定部１９の更なる小型化を図ることができる。

尚、第３の実施例に於いても、前記第１面５３にショートパスフィルタを蒸着してもよい。ショートパスフィルタの蒸着により、前記受光プリズム５２を小型化することができ、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

次に、図１１に於いて、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図１１中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図１１中では、反射測距光３６（図４参照）の主光線のみを図示している。

第４の実施例に於ける受光プリズム５７は、第１の実施例に於ける受光プリズム２９と同等のものとなっている。即ち、第１面５８に対する主光線入射角θ1 ＝０°であり、第２面５９に対する主光線入射角θ2 ＝１５°～３０°であり、前記第１面５８に対する主光線入射角θ1 ′＝２θ2 であり、第３面６１に対する主光線入射角θ3 ＝１０°～３０°であり、透過面としての第４面６２に対する主光線入射角θ4 ＝０°となっている。

又、第４の実施例では、前記第４面６２に三角プリズム６３が接着されている。該三角プリズム６３は、前記第４面６２を透過した前記主光線２７を反射する第５面６４と、該第５面６４で反射された前記主光線２７を全透過させる透過面としての第６面６５を有している。

前記第５面６４は、前記第６面６５に対する主光線入射角θ6 が０°となる様、前記主光線２７に対して傾斜している。主光線入射角θ6 が０°となるならば、前記第５面６４に対する主光線入射角θ5 は任意でよい。又、主光線入射角θ5 が臨界角よりも小さい場合には、前記第５面６４に前記主光線２７を反射させる為の反射膜が蒸着されている。

第４の実施例では、前記受光プリズム５７及び前記三角プリズム６３の内部で前記反射測距光３６を４回反射させ、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。従って、距離測定部１９（図１参照）の光軸方向の長さを短くすることができるので、前記距離測定部１９の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

又、第４の実施例では、前記三角プリズム６３により、前記第４面６２を透過した前記主光線２７を任意の方向に反射できる。従って、前記距離測定部１９の光学系のデッドスペースに前記受光素子２６を配置することができるので、前記距離測定部１９の更なる小型化を図ることができる。

尚、第４の実施例に於いても、前記第１面５８にショートパスフィルタを蒸着してもよい。ショートパスフィルタの蒸着により、前記受光プリズム５７を小型化することができ、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

次に、図１２に於いて、本発明の第５の実施例について説明する。尚、図１２中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図１２中では、反射測距光（図４参照）の主光線２７のみを図示している。

第５の実施例に於ける受光プリズム６６は、第１の実施例～第４の実施例の受光プリズムと同等の屈折率を有する４角形のプリズムである。前記受光プリズム６６は、受光レンズ２８を透過した前記主光線２７が入射する第１面６７、該第１面６７の表面を透過した前記主光線２７が反射する第２面６８、該第２面６８と前記第１面６７の内面で反射された前記主光線２７が入射する第３面６９、該第３面６９と前記第２面６８の内面で反射された前記主光線２７が透過する透過面としての第４面７１を有している。該第４面７１を透過した前記主光線２７は、受光素子２６に入射する。

前記第１面６７の表面（入射面）は反射防止膜が設けられた全透過面である。又、前記主光線２７の光軸は前記第１面６７と直交しており、該第１面６７の表面に対する主光線入射角θ1 は０°となる。

前記第２面６８には反射膜が設けられ、前記第１面６７を透過した前記主光線２７及び前記第３面６９で反射された前記主光線２７を反射する様に構成されている。又、前記第２面６８は、前記主光線２７が所定の主光線入射角θ2 、例えば１５°～３０°の範囲で入射する様、前記主光線２７に対して傾斜している。尚、前記第２面６８で反射された前記主光線２７は、主光線入射角θ1 ′で前記第１面６７に入射し、内部反射される。この時、主光線入射角θ1 ′＝２θ2 となる。この時、θ1 ′は、前記第１面６７に対して臨界角より大きくなる様設定され、前記主光線２７は前記第１面６７に全反射される様に構成されている。

前記第３面６９には反射膜が設けられ、前記主光線２７が所定の主光線入射角θ3 、例えば１０°～３５°の範囲で入射する様、前記主光線２７に対して傾斜している。尚、前記第３面６９で反射された前記主光線２７は、主光線入射角θ2 ′で前記第２面６８に入射し、内部反射される。この時、２度目の主光線入射角θ2 ′＝１８０°－３θ2 －２θ3 となる。この時、θ2 ′は、前記第２面６８に対して臨界角より大きくなる様に構成されている。

前記第４面７１の表面には反射防止膜が設けられ、全透過面となっている。又、該第４面７１は透過する前記主光線２７の光軸に対して直交しており、前記第４面７１に対する主光線入射角θ4 は０°となる。

図１３に示される表は、前記受光プリズム６６の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、前記受光プリズム６６に対する主光線入射角の関係の具体例を示している。

図１３に示される様に、第５の実施例でも、ケラレを生じない様前記受光プリズム６６の屈折率を１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡを０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、θ3 が１０°～３０°の範囲内となるので、充分な受光量を確保できる。

又、第５の実施例では、前記受光プリズム６６の内部で前記反射測距光３６を４回反射させ、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。従って、受光光学系２５の光軸方向の長さをみじかくすることができるので、距離測定部１９（図１参照）の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

尚、第５の実施例に於いても、前記第１面６７にショートパスフィルタを蒸着してもよい。ショートパスフィルタの蒸着により、主光線入射角θ1 ′、主光線入射角θ2 ′を臨界角よりも小さくできるので、前記受光プリズム６６を小型化することができ、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

次に、図１４に於いて、本発明の第６の実施例について説明する。尚、図１４中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図１４中では、反射測距光３６（図４参照）の主光線２７のみを図示している。

第６の実施例に於ける受光プリズム７２は、第１の実施例～第５の実施例の受光プリズムと同等の屈折率を有する４角形のプリズムである。前記受光プリズム７２は、受光レンズ２８に対向する第１面７３と、該第１面７３に対向する第２面７４と、図１４中紙面に対して下側に位置する第３面７５と、図１４中紙面に対して上側に位置する第４面７６とを有している。

尚、前記第２面７４は、一部が前記主光線２７が全透過する透過面７４ａであり、残部が反射膜が設けられた反射面７４ｂとなっている。又、前記第３面７５には反射膜が設けられ前記主光線２７を反射する様構成されている。

受光レンズ２８を介して前記第１面７３を透過した前記主光線２７は、前記反射面７４ｂ、前記第１面７３、前記第３面７５、前記反射面７４ｂ、前記第１面７３に順次反射され、前記透過面７４ａを透過して受光素子２６に入射する。

第６の実施例では、前記受光レンズ２８を介して前記第１面７３に入射する前記主光線２７の主光線入射角θ1 は０°である。又、前記第１面７３を透過した前記主光線２７の前記反射面７４ｂに対する主光線入射角θ2 は１５°～３０°である。又、前記反射面７４ｂで反射された前記主光線２７の前記第１面７３に対する主光線入射角θ1 ′は２θ2 である。又、前記第１面７３で全反射された前記主光線２７の前記第３面７５に対する主光線入射角θ3 は９０°－２．５θ2 である。又、前記第３面７５で反射された前記主光線２７の前記反射面７４ｂに対する２度目の主光線入射角θ2 ′は１８０°－３θ2 －２θ3 である。又、再度前記反射面７４ｂで反射された前記主光線２７の前記第１面７３に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′は１８０°－４θ2 －２θ3 である。更に、前記第１面７３で反射された前記主光線２７の前記透過面７４ａに対する主光線入射角θ2 ′′は０°となっている。

尚、主光線入射角θ1 ′は臨界角よりも大きくなっている。

図１５に示される表は、前記受光プリズム７２の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、前記受光プリズム７２に対する主光線入射角の関係の具体例を示している。

図１５に示される様に、第６の実施例でも、ケラレを生じない様前記受光プリズム７２の屈折率を１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡを０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、主光線入射角θ2 を１５°～３０°の範囲内とし、主光線入射角θ3 を１５°～５３°の範囲内とできる。

又、第６の実施例では、前記受光プリズム７２の内部で前記反射測距光３６を５回反射させ、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。従って、受光光学系２５の光軸方向の長さを短くすることができるので、距離測定部１９（図１参照）の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

尚、第６の実施例に於いては前記第１面７３にショートパスフィルタを蒸着する必要がある。

次に、図１６に於いて、本発明の第７の実施例について説明する。尚、図１６中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図１６中では、反射測距光３６（図４参照）の主光線２７のみを図示している。

第７の実施例に於ける受光プリズム７７は、第１の実施例～第６の実施例の受光プリズムと同等の屈折率を有する４角形のプリズムである。前記受光プリズム７７は、受光レンズ２８に対向する第１面７８と、該第１面７８に対向する第２面７９と、図１６中紙面に対して下側に位置する第３面８１と、図１６中紙面に対して上側に位置する透過面としての第４面８２とを有している。

前記第２面７９及び前記第３面８１には反射膜が設けられ、前記主光線２７を反射する様構成されている。前記受光レンズ２８を介して前記第１面７８を透過した前記主光線２７は、前記第２面７９、前記第１面７８、前記第３面８１、前記第２面７９、前記第１面７８で順次反射され、前記第４面８２を透過して受光素子２６に入射する。

第７の実施例では、前記受光レンズ２８を介して前記第１面７８に入射する前記主光線２７の主光線入射角θ1 は０°である。又、前記第１面７８を透過した前記主光線２７の前記第２面７９に対する主光線入射角θ2 は１５°～３０°である。又、前記第２面７９で反射された前記主光線２７の前記第１面７８に対する主光線入射角θ1 ′は臨界角以上であり、２θ2 である。又、前記第１面７８で全反射された前記主光線２７の前記第３面８１に対する主光線入射角θ3 は１０°～３５°である。又、前記第３面８１で反射された前記主光線２７の前記第２面７９に対する２度目の主光線入射角θ2 ′は臨界角以上であり、１８０°－３θ2 －２θ3 である。又、再度前記第２面７９で反射された前記主光線２７の前記第１面７８に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′臨界角以上であり、は１８０°－４θ2 －２θ3 である。更に、前記第１面７８で全反射された前記主光線２７の前記第４面８２に対する主光線入射角θ4 は０°となっている。

図１７に示される表は、前記受光プリズム７７の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、前記受光プリズム７７に対する主光線入射角の関係の具体例を示している。

図１７に示される様に、第７の実施例でも、ケラレを生じない様前記受光プリズム７２の屈折率を１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡを０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、主光線入射角θ2 を１５°～３０°の範囲内とし、主光線入射角θ3 を１０°～３５°の範囲内とできる。

又、第７の実施例では、前記受光プリズム７７の内部で前記反射測距光３６を５回反射させ、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。従って、受光光学系２５の光軸方向の長さを短くすることができるので、距離測定部１９（図１参照）の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

尚、第７の実施例に於いても、前記第１面７８にショートパスフィルタを蒸着してもよい。ショートパスフィルタの蒸着により、主光線入射角θ1 ′、主光線入射角θ2 ′、主光線入射角θ1 ′′を臨界角よりも小さくすることができるので、前記受光プリズム７７を小型化することができ、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

次に、図１８に於いて、本発明の第８の実施例について説明する。尚、図１８中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図１８中では、反射測距光３６（図４参照）の主光線２７のみを図示している。

第８の実施例に於ける受光プリズム８３は、第１の実施例～第７の実施例の受光プリズムと同等の屈折率を有する４角形のプリズムである。前記受光プリズム８３は、受光レンズ２８に対向する透過面としての第１面８４と、該第１面８４に対向する第２面８５と、図１８中紙面に対して下側に位置する第３面８６と、図１８中紙面に対して上側に位置する第４面８７とを有している。

前記第２面８５及び前記第３面８６には反射膜が設けられ、前記主光線２７を反射する様構成されている。前記受光レンズ２８を介して前記第１面８４を透過した前記主光線２７は、前記第２面８５、前記第１面８４、前記第３面８６、前記第２面８５、前記第１面８４、前記第２面８５で順次反射され、前記第１面８４を透過して受光素子２６に入射する。

尚、該受光素子２６に入射する際の前記第１面８４に対する前記主光線２７の透過位置は、前記受光レンズ２８よりも外側である。即ち、前記受光素子２６に入射する前記主光線２７と前記受光レンズ２８を介して入射する前記主光線２７とが干渉しない様になっている。

第８の実施例では、受光レンズ２８を介して前記第１面８４に入射する前記主光線２７の主光線入射角θ1 は０°である。又、前記第１面８４を透過した前記主光線２７の前記第２面８５に対する主光線入射角θ2 は１５°～２８°である。又、前記第２面８５で反射された前記主光線２７の前記第１面８４に対する主光線入射角θ1 ′は臨界角以上であり、２θ2 である。又、前記第１面８４で全反射された前記主光線２７の前記第３面８６に対する主光線入射角θ3 は９０°－３θ2 である。又、前記第３面８６で反射された前記主光線２７の前記第２面８５に対する２度目の主光線入射角θ2 ′は臨界角以上であり、１８０°－３θ2 －２θ3 である。又、再度前記第２面８５で反射された前記主光線２７の前記第１面８４に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′臨界角以上であり、は１８０°－４θ2 －２θ3 である。又、再度前記第１面８４で反射された前記主光線２７の前記第２面８５に対する３度目の主光線入射角θ2 ′′は９０°－２θ2 －θ3 である。更に、前記第２面８５で三度反射された前記主光線２７の前記第１面８４に対する主光線入射角θ1 ′′′は０°となる。

図１９に示される表は、前記受光プリズム８３の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、前記受光プリズム８３に対する主光線入射角の関係の具体例を示している。

図１９に示される様に、第８の実施例でも、ケラレを生じない様前記受光プリズム８３の屈折率を１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡを０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、主光線入射角θ2 を１５°～２８°の範囲内とし、主光線入射角θ3 を６°～４５°の範囲内とできる。

第８の実施例では、前記受光プリズム８３の内部で前記反射測距光３６を６回反射させ、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。従って、受光光学系２５の光軸方向の長さをより短くすることができるので、距離測定部１９（図１参照）の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

更に、第８の実施例では、前記第２面８５によって前記主光線２７を前記第１面８４に向って反射し、該第１面８４を透過した位置に前記受光素子２６を設けている。従って、該受光素子２６を前記距離測定部１９の光学系のデッドスペースに配置することができるので、前記距離測定部１９の更なる小型化を図ることができる。

尚、第８の実施例に於いても。前記第１面８４にショートパスフィルタを設けてもよい。ショートパスフィルタの蒸着により、主光線入射角θ1 ′、主光線入射角θ2 ′、主光線入射角θ1 ′′を臨界角よりも小さくすることができるので、前記受光プリズム８３を小型化することができ、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

次に、図２０に於いて、本発明の第９の実施例について説明する。尚、図２０中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図２０中では、反射測距光３６（図４参照）の主光線２７のみを図示している。

第９の実施例に於ける受光プリズム８８は、第１の実施例～第８の実施例の受光プリズムと同等の屈折率を有する四角プリズム８８ａと三角プリズム８８ｂとを組合わせ、一体化させたプリズムとなっている。

前記四角プリズム８８ａは、受光レンズ２８に対向する第１面８９と、該第１面８９に対向する透過面としての第２面９１と、図２０中紙面に対して下側に位置する第３面９２と、図２０中紙面に対して上側に位置する第４面９３とを有している。又、前記第２面９１と前記第３面９２とで形成される稜線部分に対して構造面取り処理を行い、面取り部９０を形成している。

前記第２面９１にはロングパスフィルタが蒸着されている。ロングパスフィルタは、入射角が小さい場合（例えばおよそ１０°～３０°）に反射率が高くなり、入射角が大きい場合（例えばおよそ６５°～８１°）に透過率が高くなる光学特性を有している。更に、前記第３面９２には反射膜が設けられ、前記主光線２７を反射する様に構成されている。

前記三角プリズム８８ｂは、前記四角プリズム８８ａとの接触面である第１面９４と、図２０中紙面に対して右側に位置する第２面９５と、図２０中紙面に対して上側に位置する透過面としての第３面９６とを有している。

前記四角プリズム８８ａと前記三角プリズム８８ｂとを組合わせ、一体化させた際には、前記第２面９１と前記第１面９４とが一体化されると共に、前記面取り部９０と前記第２面９５とが面一となり、前記第４面９３と前記第３面９６とが面一となる。而して、前記受光プリズム８８は四角形のプリズムを構成する。

この時、該受光プリズム８８の第１面は前記第１面８９であり、第２面は前記第２面９１及び前記面取り部９０であり、第３面は前記第３面９２であり、第４面は前記第４面９３及び前記第３面９６となる。又、前記第２面９１と前記第１面９１は前記受光プリズム８８の境界面となる。

前記受光レンズ２８を介して前記第１面８９を透過した前記主光線２７は、前記第２面９１、前記第１面８９、前記第３面９２で順次反射された後、前記第２面９１、前記第３面９６を透過して受光素子２６に入射する。

第９の実施例では、前記受光レンズ２８を介して前記第１面８９に入射する前記主光線２７の主光線入射角θ1 は０°である。又、前記第１面８９を透過した前記主光線２７の前記第２面９４に対する主光線入射角θ2 は１５°～３０°である。又、前記第２面９４で反射された前記主光線２７の前記第１面８９に対する主光線入射角θ1 ′は臨界角以上であり、２θ2 である。又、前記第１面８９で全反射された前記主光線２７の前記第３面９２に対する主光線入射角θ3 は１０°～３５°である。又、前記第３面９２で反射された前記主光線２７の前記第２面９２に対する２度目の主光線入射角θ2 ′は１８０°－３θ2 －２θ3 である。更に、前記第２面９２を透過した前記主光線２７の前記第３面９６に対する主光線入射角θ4 は０°となる。

図２１に示される表は、前記受光プリズム８８の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、該受光プリズム８８に対する主光線入射角の関係の具体例を示している。

図２１に示される様に、第９の実施例でも、ケラレを生じない様前記受光プリズム８８の屈折率を１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡを０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、主光線入射角θ2 を１５°～３０°の範囲内とし、主光線入射角θ3 を１０°～３０°の範囲内とできる。

第９の実施例では、前記受光プリズム８８の内部で前記反射測距光３６を３回反射させ、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。従って、受光光学系２５の光軸方向の長さをより短くすることができるので、距離測定部１９（図１参照）の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

尚、第９の実施例に於いても。前記第１面８９にショートパスフィルタを設けてもよい。ショートパスフィルタの蒸着により、主光線入射角θ1 ′を臨界角よりも小さくすることができるので、前記受光プリズム８３を小型化することができ、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

次に、図２２に於いて、本発明の第１０の実施例について説明する。尚、図２２中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図２２中では、反射測距光３６（図４参照）の主光線２７のみを図示している。

第１０の実施例に於ける受光プリズム９７は、第１の実施例～第９の実施例の受光プリズムと同等の屈折率を有する４角形のプリズムである。前記受光プリズム９７は、受光レンズ２８に対向する第１面９８と、該第１面９８に対向する第２面９９と、図２２中紙面に対して下側に位置する第３面１０１と、図２２中紙面に対して上側に位置する透過面としての第４面１０２とを有している。

前記第２面９９及び前記第３面１０１には反射膜が設けられ、前記主光線２７を反射する様構成されている。前記受光レンズ２８を介して前記第１面９８を透過した前記主光線２７は、前記第２面９９、前記第１面９８、前記第３面１０１、前記第１面９８で順次反射され、前記第４面１０２を透過して受光素子２６に入射する。

第１０の実施例では、受光レンズ２８を介して前記第１面９８に入射する前記主光線２７の主光線入射角θ1 は０°である。又、前記第１面９８を透過した前記主光線２７の前記第２面９９に対する主光線入射角θ2 は１５°～３０°である。又、前記第２面９９で反射された前記主光線２７の前記第１面９８に対する主光線入射角θ1 ′は臨界角以上であり、２θ2 である。又、前記第１面９８で全反射された前記主光線２７の前記第３面１０１に対する主光線入射角θ3 は１０°～２８°である。又、前記第３面１０１で反射された前記主光線２７の前記第１面９８に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′臨界角以上であり、は２θ2 ＋２θ3 である。更に、再度前記第１面９８で全反射された前記主光線２７の前記第４面１０２に対する主光線入射角θ4 は０°となる。

図２３に示される表は、前記受光プリズム９７の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、前記受光プリズム９７に対する主光線入射角の関係の具体例を示している。

図２３に示される様に、第１０の実施例でも、ケラレを生じない様前記受光プリズム９７の屈折率を１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡを０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、主光線入射角θ2 を１５°～３０°の範囲内とし、主光線入射角θ3 を１０°～２８°の範囲内とできる。

第１０の実施例では、前記受光プリズム９７の内部で前記反射測距光３６を４回反射させ、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。従って、受光光学系２５の光軸方向の長さをより短くすることができるので、距離測定部１９（図１参照）の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

尚、第１０の実施例に於いても。前記第１面９８にショートパスフィルタを設けてもよい。ショートパスフィルタの蒸着により、主光線入射角θ1 ′、主光線入射角θ1 ′′を臨界角よりも小さくすることができるので、前記受光プリズム９７を小型化することができ、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

次に、図２４に於いて、本発明の第１１の実施例について説明する。尚、図２４中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図２４中では、反射測距光３６（図４参照）の主光線２７のみを図示している。

第１１の実施例に於ける受光プリズム１０３は、第１の実施例～第１０の実施例の受光プリズムと同等の屈折率を有する４角形のプリズムである。前記受光プリズム１０３は、受光レンズ２８に対向する第１面１０４と、該第１面１０４に対向する第２面１０５と、図２２中紙面に対して下側に位置する第３面１０６と、図２２中紙面に対して上側に位置する透過面としての第４面１０７とを有している。

前記第２面１０５及び前記第３面１０６には反射膜が設けられ、前記主光線２７を反射する様構成されている。受光レンズ２８を介して前記第１面１０４を透過した前記主光線２７は、前記第２面１０５、前記第１面１０４、前記第３面１０６、前記第１面１０４、前記第２面１０５で順次反射され、前記第４面１０７を透過する。該第４面１０７を透過した前記主光線２７は、前記受光レンズ２８側に配置された受光素子２６に入射する。

尚、該受光素子２６に入射する際の前記第１面１０４に対する前記主光線２７の透過位置は、前記受光レンズ２８よりも外側である。即ち、前記受光素子２６に入射する前記主光線２７と前記受光レンズ２８を介して入射する前記主光線２７とが干渉しない様になっている。

第１１の実施例では、前記受光レンズ２８を介して前記第１面１０４に入射する前記主光線２７の主光線入射角θ1 は０°である。又、前記第１面１０４を透過した前記主光線２７の前記第２面１０５に対する主光線入射角θ2 は１５°～３０°である。又、前記第２面１０５で反射された前記主光線２７の前記第１面１０４に対する主光線入射角θ1 ′は臨界角以上であり、２θ2 である。又、前記第１面１０４で全反射された前記主光線２７の前記第３面１０６に対する主光線入射角θ3 は１０°～２８°である。又、前記第３面１０６で反射された前記主光線２７の前記第１面１０４に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′は臨界角以上であり、２θ2 －２θ3 である。又、再度前記第１面１０４で反射された前記主光線２７の前記第２面１０５に対する２度目の主光線入射角θ2 ′は臨界角以上であり、θ2 ＋２θ3 である。更に、前記第２面１０５に再度反射された前記主光線２７の前記第４面１０７に対する主光線入射角θ4 は０°となる。

図２５に示される表は、前記受光プリズム１０３の屈折率、前記受光レンズ２８のＮＡ、前記受光プリズム８３に対する主光線入射角の関係の具体例を示している。

図２５に示される様に、第１１の実施例でも、ケラレを生じない様前記受光プリズム８３の屈折率を１．４２～２．１１、前記受光レンズ２８のＮＡを０．０５～０．５５の範囲内としている。これにより、主光線入射角θ2 を１５°～３０°の範囲内とし、主光線入射角θ3 を１０°～２８°の範囲内とできる。

第１１の実施例では、前記受光プリズム１０３の内部で前記反射測距光３６を５回反射させ、前記受光レンズ２８の焦点距離分の光路長を確保している。従って、受光光学系２５の光軸方向の長さをより短くすることができるので、距離測定部１９（図１参照）の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

更に、第１１の実施例では、前記受光レンズ２８側に前記受光素子２６を設けている。従って、該受光素子２６を前記距離測定部１９の光学系のデッドスペースに配置することができるので、前記距離測定部１９の更なる小型化を図ることができる。

尚、第１１の実施例に於いても。前記第１面１０４にショートパスフィルタを設けてもよい。ショートパスフィルタの蒸着により、主光線入射角θ1 ′、主光線入射角θ2 ′、主光線入射角θ1 ′′を臨界角よりも小さくすることができるので、前記受光プリズム１０３を小型化することができ、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。

尚、第１の実施例～第１１の実施例では、集光光学系である前記受光光学系２５の光路長を短くする為、前記受光レンズ２８で集光される前記反射測距光３６の光路上に受光プリズムを設けている。一方で、受光プリズムを発散光学系である投光光学系２３（図１参照）に設け、受光プリズムにより発光素子２２（図１参照）から発せられた測距光３５（図４参照）が略平行光束となる様偏向させてもよい。或は、前記投光光学系２３と前記受光光学系２５の両方に、受光プリズムを設けてもよい。

又、第１の実施例～第１１の実施例では、単独の受光プリズムにより前記距離測定部１９の光軸方向の長さを短縮しているが、複数のプリズムやミラーを組合わせて前記距離測定部１９の光軸方向の長さの短縮を図ってもよい。

１測量装置
３測量装置本体
１９距離測定部
２３投光光学系
２５受光光学系
２６受光素子
２７主光線
２８受光レンズ
２９受光プリズム
３１第１面
３２第２面
３３第３面
３４第４面
３５測距光
３６反射測距光
４２面取り部
４５受光プリズム
４６第１面
４７第２面
４８第３面
４９第４面
５１面取り部
５２受光プリズム
５７受光プリズム
６３三角プリズム
６６受光プリズム
７２受光プリズム
７７受光プリズム
８３受光プリズム
８８受光プリズム
９７受光プリズム
１０３受光プリズム

Claims

測距光を測定対象物に照射し、該測定対象物からの反射測距光に基づき前記測定対象物迄の距離を測定する距離測定部を具備し、該距離測定部は前記測距光を射出する投光光学系と、前記反射測距光を受光する受光光学系とを有し、該受光光学系は４角形のプリズム及び受光素子を有し、前記プリズムは第１面と第２面と第３面と第４面とを有し、前記反射測距光は前記第１面より入射し、前記プリズム内でケラレが生じない入射角で少なくとも３回内部反射され、前記第１面と前記第２面と前記第４面の内のいずれかの透過面を透過して射出する様構成され、前記プリズムから射出された前記反射測距光が前記受光素子に受光される様構成された測量装置。
前記反射測距光は、３度目の内部反射の際に前記プリズム内に入射した前記反射測距光の光軸及び１度目に内部反射された前記反射測距光の光軸と交差する様構成された請求項１に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光の前記第１面に対する主光線入射角θ1 と、前記反射測距光の前記透過面に対する主光線入射角とがそれぞれ０°となる様構成された請求項１又は請求項２に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３０°の範囲内となる様構成された請求項３に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第４面で順次反射され、前記第２面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３０°の範囲内となり、前記第４面に対する主光線入射角θ4 が１．５θ2 ＋θ3 となる様構成された請求項３に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第４面で順次反射され、前記第１面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３０°の範囲内となり、前記第４面に対する主光線入射角θ4 が９０°－θ2 －θ3 となる様に構成された請求項３に記載の測量装置。
前記プリズムの前記第４面には前記反射測距光を任意の方向に偏向する三角プリズムが接着された請求項４に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第２面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３５°の範囲内となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となる様に構成された請求項３に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第２面、前記第１面で順次反射され、前記第２面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が９０°－２．５θ2 となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が１８０°－４θ2 －２θ3 となる様構成された請求項３に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第２面、前記第１面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３５°の範囲内となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が１８０°－４θ2 －２θ3 となる様構成された請求項３に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第２面、前記第１面、前記第２面で順次反射され、前記第１面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～２８°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が９０°－３θ2 となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が１８０°－４θ2 －２θ3 となり、前記第２面に対する３度目の主光線入射角θ2 ′′が９０°－２θ2 －θ3 となる様構成された請求項３に記載の測量装置。
前記プリズムは、四角プリズムの稜線部分に面取り部を形成した五角形のプリズムと三角プリズムとを、該三角プリズムの一面が前記面取り部と面一となる様に組合わせて一体化させた四角形のプリズムであり、前記四角プリズムと前記三角プリズムとの境界面にはロングパスフィルタが蒸着され、前記反射測距光は前記境界面、前記第１面、前記第３面で順次反射され、前記境界面及び前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記境界面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～３５°となり、前記境界面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′が１８０°－３θ2 －２θ3 となる様構成された請求項３に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第１面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～２８°の範囲内となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が２θ2 ＋２θ3 となる様構成された請求項３に記載の測量装置。
前記プリズムは、前記反射測距光が前記第２面、前記第１面、前記第３面、前記第１面、前記第２面で順次反射され、前記第４面を透過する様に構成され、前記反射測距光の前記第２面に対する主光線入射角θ2 が１５°～３０°の範囲内となり、前記第１面に対する主光線入射角θ1 ′が２θ2 となり、前記第３面に対する主光線入射角θ3 が１０°～２８°の範囲内となり、前記第１面に対する２度目の主光線入射角θ1 ′′が２θ2 ＋２θ3 となり、前記第２面に対する２度目の主光線入射角θ2 ′がθ2 ＋２θ3 となる様構成された請求項３に記載の測量装置。
前記受光光学系は、前記反射測距光を集光する受光レンズを有し、該受光レンズのＮＡが０．０５～０．５５の範囲内となる様構成された請求項１～請求項１４のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
前記プリズムの前記第１面にショートパスフィルタが蒸着された請求項１～請求項１５のうちのいずれか１項に記載の測量装置。