JPH03225220A - 光波測距儀用反射光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、光波測距儀用反射光学装置に関し、特に被測
量点に置かれた反射光学装置から光波測距儀に対して照
準する必要なしに測距精度を保証した光波測距儀用反射
光学装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えば実公昭６３−１２５７号公報によって知ら
れている光波測距儀用反射光学装置を第６図に示す。第
６図（Ａ）は、プリズム反射器（コーナーキューブ）ｌ
の仮想反射面Ｒが、被測固点Ｐを通る鉛直線りと一敗し
ている場合、すなわち、いわゆるプリズム定数０（ゼロ
）の場合を示す、第６図（Ｂ）は、仮想反射面Ｒに対し
て、被測量点Ｐを通る鉛直線りがＣだけ変位している場
合、すなわちプリズム定数がＣの場合を示す。

第６図（Ａ）の場合も（Ｂ）の場合も、いろいろな方向
からの測距に対応できるようにプリズム反射器ｌは鉛直
線りのまわりに回転できるようになっている。

測距儀からの光波が最初に入射するプリズム反射器の面
（以下、これをプリズム反射器の基底面という）の法線
に対して、測距儀がらの光波がαだけ傾いている場合、
すなわち光波の入射角がαの場合、傾き角のおよびプリ
ズム反射器の回転中心の位置に応じて、測距誤差が生し
る。したがって、従来は、プリズム反射器の基底面が測
距儀がらの光波に対して正対する（垂直になる）ように
、プリズム反射器側に照星照門を設けて、プリズム反射
器側から測距儀側へ照準をするようにしていた。また、
実公昭６３−１２５８号公報において示すように、プリ
ズム反射器側に照準用突出部を設けて、測距儀側からプ
リズム反射器の傾きを識別できるようにしていた。しか
し、何れにしても、測距の度に、プリズム反射器の向き
を変えなければならず、作業能率が悪いという問題があ
った。

一方、特開昭４７−５８９１号公報（対応米国特許公報
第３，７４８．０２６号）には、測距の度に、プリズム
反射器の向きを変えなくて済む光波測距儀用反射光学装
置が示されている。ここでは、測距誤差がＯ１入射角が
限りなく０に近い場合のプリズム反射器のプリズム定数
を求め、この状態で入射角がある値（４０°）のときま
では、測距誤差がある値（０，１ｍｍ）以下になること
が示されている。しかし、この装置においては、入射角
が大きくなると測距誤差が増大するのみならず、入射角
が大きい場合において測距誤差を小さく保持したいとき
に、プリズム定数をどのように設定するかが判らないと
いう問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記問題点を解決しようとするものであって
、測距の度に、光波測距儀に対して、プリズム反射器の
向きを変えなくても、必要な測距精度を保証した光波測
距儀用反射光学装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明においては、プリズム
反射器を有する光学系組込体と、該光学系組込体を保持
するための保持手段と、当該光学系組込体を当該保持手
段に対して移動可能に調整し得る調整手段とを有する。

光波測距儀用反射光学装置において、前記調整手段によ
って、プリズム反射器のプリズム定数（プリズム反射器
の仮想反射面から、被測量点を通る鉛直線上にあるプリ
ズム反射器の回転中心までの距離）を所望の値に設定し
得る構成とした。すなわち、プリズム反射器のプリズム
定数０８が次式 ％式％ を満たすように、前記調整手段によって、前記光学系組
込体を前記保持手段に対して調整し得る構成とした。こ
こで、ｌはプリズム反射器の大きさ（頂点から基底面ま
での距＃）、ｎはプリズム反射器の媒質の屈折率、α、
は入射角の最大値、Δ。は測距誤差の許容値を表わす。

〔作用〕

先ず、測距儀からの光波が、プリズム反射器に対して入
射角αで入射した場合の測距誤差を第４図および第５図
を用いて求める。

第４図において、Ｒはプリズム反射器１の仮想反射面、
Ｅはプリズム反射器の頂点、０はプリズム反射器１の回
転中心（被測量点を通る鉛直線り上にある）、ＯＸは光
波軸、ＯＮはαだけ傾いたプリズム反射器ｌ゛の基底面
Ｆの法線であって、回転中心０、したがって頂点Ｅを通
る法線である。

α、βはプリズム反射器ｌ°における光波の入射角およ
び屈折角をそれぞれ表わす。ここでブリズム定数は、Ｒ
からＬまでの距ＭＣであり、入射光波の方向に測って正
とする。第４図の場合はＣは負の値となるので、ＲＬ間
の距離は〜Ｃで表わされている。

入射角α＝０の場合のプリズム反射器１内の光路長の半
分１０・は、１０・＝ｎｌとなる。光波がプリズム反射
器に対してαだけ傾いて入射する場合、すなわち、光波
に対してプリズム反射器ｌがα傾いてプリズム反射器１
°のような状態になったときのプリズム反射器１°内の
光路長の半分ｌ　は、第５図をも参照して、 １　　＝ｎＡ、　Ｅ十Ｂｏ　Ａ４ ｃｏｓａ １Ｌａｎβｓｉｎα−（ｎｌ＋ｃ）（１）ＣＯ３α しかるに、ｓｉｎα＝ｎ ｓｉｎβであるから、 １’　−１ｎ”　−５ｉｎ”ｃｒ＋（ｎｌ＋Ｃ）（１−
ｃｏｓａ）となる。

よって、入射角αの場合の測距誤差Δは次のようになる
。

Δ−ｌ″　−１０゜ ＝ｐ（ＧＥコｎ”ａ　　−ｎ　ｃｏｓａ）　十Ｃ（ｌｃ
ｏｓ　α）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（１）（１）弐から明らかなように、所定の屈折率ｎ
、大きさ２を有するプリズム反射器を用いる場合、プリ
ズム定数Ｃの値を適切に選ぶことにより、入射角のαの
光波に対する測距誤差Δを小さくすることができる。逆
に、測距誤差の許容値の絶対値をΔ。とすると、（１）
式より次式が導かれる。

・・・・・　（２） よって、プリズム定数Ｃｘが次式を満たすようにプリズ
ム反射器を配置すれば測距誤差Δはその許容値Δ。以内
となる。

Ｃ−≦Ｃ１ｌ≦Ｃ０ すなわち、 １（）ｎ”　　Ｓｌｎ”αｍ　　ｎ　Ｃ０５（Ｘ１１）
−Ａ０１−ｃｏｓａ。

≦Ｃｘ　≦ ｆ（ｖｌ；’＝＝ＳＩｎ”（ｒ、　　ｎ　ｃｏｓａｍ　
）　十Δ。

ｌ　−ｃｏｓ　　Ｃ０ （３） ここで、第１図からもわかるように、αが大きくなる程
１Δ１の値は大きくなるので、αには最大値α、を用い
た。

このように、プリズム反射器のプリズム定数０８が（３
）式の範囲内で可変となるように、プリズム反射器を有
する光学系組込体を調整手段によって調整することによ
り、光波の入射角が大きくても、測距誤差を所望の許容
値以下にすることができる。

〔実施例〕

本発明に係わる光波測距儀用反射光学装置の実施例を第
１図から第３図までを用いて説明する。

プリズム反射器の大きさｌを１．　＝　４９．７　ｗａ
、屈折率ｎをｎ＝１．５１０４’２とし、いろいろなプ
リズム定数０８となるようにプリズム反射器を配置した
ときの、入射角αに対する測距誤差Δを（１）式を用い
て計算し、その結果を第１図に示す。

入射角α−０°〜２０°の範囲で測距誤差ｌΔを０．１
　ｓ以下にしたいときは、（３）弐にｊ２４９゜７、ｎ
＝１．５１０４２、Δ。−０，１、α、−２０゜を代入
して、 ４４．３９４（ＩＩＩ）≦０８≦−４１，０７７（ｍｆ
ｆｌ）・・・・・・・・・（４） を得るので、プリズム定数Ｃｘがこの範囲となるように
プリズム反射器を配置すれば、入射角α−〇°〜２０°
の範囲で測距誤差１Δ１は０．１ｍ以下となる。この様
子を第１図および第２図に示す。

一方、（１）式をαで微分すると、次式となる。

・・・・・・・・・　（５） ｄΔ ｄ　α α−〇 （５ ）式より、 ・・・・・・　（６） 又は、 となる。

（７）式にα＝０゜ ２０°を代入すると、 となる。

（８）式の意味するところは、 第２図 において、入射角のα−００〜２０°の範囲においては
、Ｃ＞　Ｃｏ　＝　　４２．１６３　（ａｍ）又は、Ｃ
＜　Ｃｚｏ＝　　４３．３２３　（ｍｍ）を満たすＣの
値を有する函数Δ（（１）式のこと）は単調増加函数ま
たは単調減少函数であることを示している。したがって
、（８）式の００およびＣ２゜が（４）式の範囲の中に
入っているので、Δ。≦０．１の場合には、（４）式が
そのまま使える。しかし、Δ。の値をもっと小さくした
いときは、（３）弐の中に所望のΔ。を代入しただけで
はＣ１ｌは求まらない。

ｄα （ＣＺ。−−４３，３２３）のとき（１）式よりΔ＝０
．０３５ＣＭ）であるから、Δ。をこの値（０゜０３５
ｍｍ）以下にしたい場合には、（３）式の上限式はその
まま使えるが、下限式はそのまま使えない。この場合、
使用する入射角度の範囲内（ここではα−０６〜２０”
）で１Δ１≦Δ。となるＣＭを求める必要がある。

いま、例えばΔ。−０，０１５（ａｍ）の場合を考える
。第２図において、Δ＝０．０１５　（ｓ）なる直線を
引き、これにΔの曲線が接する場合を（２）弐と、（６
）弐または（７）式より計算すると、第２図において図
示するように、Ｃ８の下限はα−２０＠より小さいａｃ
＝１６．１１４＠でΔ−−０．０１５なる極小値を持つ
（、−Ｃ，＝−４２゜９１４と求まる。一方、Ｃ０は（
３）弐の右辺より求まり、Δ。−０，０１５［圓］、α
＝２０’を代入して、Ｃ，＝−４２，４８７（胴〕とな
る。よって、Δ。≦０．０１５（ａ）の場合 −４２，９４１（ｉａ＋）≦Ｃ０≦−４２．４８７ＣＭ
）となる。

参考までにα、＝２０’でΔ＝０になるのは、（２）、
（３）式より、Ｃ，＝−４２，７３５のときであるが、
そのときαＣ＝１４．１４９°では、Δ！　（α）が最
少になるようなＣｘを求めたりすると、取扱いが複雑と
なってしまう。仮に最適値を求めたとしても、プリズム
反射器を正確に設置することは困難なことである。

通常の測距では傾きαによる測距誤差Δ。は０゜１１Ｉ
ＩＩ１１以下であれば充分であるから、プリズム定数Ｃ
ｘはαの最大値をα１を（３）式に代入して求めればよ
く、（４）式の範囲で充分である。

また、誤差Δ。に余裕がある場合、例えば、Δ＝１ｍの
ときは（３）弐より ５９．３１７　（１１１１１１）　＜Ｃｘ　＜　　２６
．１５４　（ｍｍ）となり、許容範囲をより広くできる
（第２図参照）。

入射角αの値についてもプリズム反射器の性質上αを大
きくしすぎると、反射有効面積が急激に減少するので、
通常は２０°位以下で使用されており、実施例もα＝０
゛から２０°で示した。しかし、（３）式で示した条件
式はαが２０°以上の角度でも厳密に成り立つ。

また（３）式では、プリズム定数Ｃｘの範囲を示したが
、ＣＩ＋の値を区切りのいい値にしたり、ある値に特定
したい場合には（１）式により許容誤差Δ。に応じて最
適なＱ、ｎの組合せで対応することもできる。

以上のプリズム定数Ｃ１１を可変とするように、プリズ
ム反射器を設置するための装置の実施例を第３図に示す
。

第３図（Ａ）は本発明に係わる光波測距儀用反射光学装
置の正面図、第３図（Ｂ）は側面図、第３図（Ｃ）は第
３図（Ａ）におけるＢＢ’部の縦断面図、第３図（Ｄ）
は第３図（Ａ）を上方から見たＡＡ’矢視断面図である
。架台２は、その底板３に軸受部４が形成されており、
この軸受部４には被測量点に設置される三脚上部の図示
しない保持部に配置された軸５が回転自在に嵌挿される
。

そして架台２の回動は底板３に取付けられた固定ねし６
を締付けることにより固定される。架台２の上部には、
水平方向に軸を有する軸受部７ａ、７ｂが形成されてい
る。この軸受部７ａ、７ｂには、保持部材８を回転自在
に支える軸９の両端がそれぞれ嵌挿されており、軸９の
一端は架台２に取付けられたビス１０により固定される
。

保持部材８には内壁に溝８ａ、８ｂが設けられており、
線溝Ｄａ、８ｂにプリズム反射器を有するプリズム反射
器ユニット１１を支持する支持部材１２が係合している
。支持部材１２には、ねじ部１３を介してプリズム反射
器ユニット１１が固定されており、上端にはギヤ１２ａ
が設けられている。保持部材８には軸支部８Ｃが設けら
れている。該軸支部８Ｃには、ノブ１４に連設された軸
８ｄが嵌挿されており、軸８ｄの先端に設けられたギヤ
１４ａが支持部材１２に設けられたギヤ１２ａと噛み合
っている。ノブ１４を回すことによって、支持部材１２
に固定されたプリズム反射器ユニット１１が第３図（Ｃ
）において左右方向に移動する。

なお、図示はしないが、ノブ１４の回転、すなわち、プ
リズム反射器ユニットｌｌの移動量を示す目盛を付ける
ことによって、任意のプリズム定数Ｃ１ｌとなるように
プリズム反射器ユニット１１を設定でき、固定ねじ１５
によってプリズム反射器ユニット１１を支持している支
持部材１２の移動が固定される。

なお、プリズム反射器ユニット１１および支持部材１２
は、光学系組込体を構成し、架台２および保持部材８は
保持手段を構成し、さらに軸８ｄ、ギア１２ａ、ノブ１
４、ギア１４ａ、および固定ねし１５は調整手段を構成
している。

なお、第４図、第５回は平面図で説明したが、原理的に
は立体的なコーナーキューブと同等である。従って斜入
射角αの方向についても、図示した祇面内での方向に限
らず、基底面の法線周りのどの方向でも成り立つ。

（発明の効果〕 本発明によれば、測距儀からの光波の入射角が大きくて
も、測距の都度プリズム反射器の基底面を測距儀の方へ
向ける必要なしに、高精度の測距が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１回および第２図は、種々のプリズム定数における入
射角に対する測距誤差の値をグラフで示した図、第３図
は、本発明に係る光波測距儀用反射光学装置の実施例を
示す図、第４図および第５図は、測距誤差を計算するた
めの説明図、ならびに第６図は、従来の光波測距儀用反
射光学装置の概略を示した図である。 ［主要部分の符号の説明］ ２・・・・・・架台、 ８・・・・・・保持部材、 ８ｄ・・・・・・軸、 １１・・・・・・プリズム反射器ユニ、ト、１２・・・
・・・支持部材、 １２ａ・・・・・・ギア、 １４・・・・・・ノブ、 １４ａ・・・・・・ギア、 １５・・・・・・固定ネジ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光波測距儀からの光波を反射するプリズム反射器
   を有する光学系組込体と、該光学系組込体を保持するた
   めの保持手段と、前記光学系組込体を前記保持手段に対
   して移動可能に調整し得る調整手段とを有する光波測距
   儀用反射光学装置において、 前記プリズム反射器の大きさをｌ、前記光波の波長に対
   する前記プリズム反射器の媒質の屈折率をｎ、前記プリ
   ズム反射器への前記光波の入射角の最大値をα＿ｍ、測
   距誤差の許容値をΔ＿０としたとき、前記調整手段によ
   って、前記プリズム反射器のプリズム定数Ｃ＿ｘが、次
   式 ▲数式、化学式、表等があります▼ ≦Ｃ＿ｘ≦ ▲数式、化学式、表等があります▼ を満足することを特徴とする光波測距儀用反射光学装置
   。
2. （２）前記調整手段は、前記光学系組込体を前記保持手
   段に対して連続的に調整し得ることを特徴とする請求項
   １に記載の光波測距儀用反射光学装置。