JPH07181425A

JPH07181425A - 視準光学装置

Info

Publication number: JPH07181425A
Application number: JP5323720A
Authority: JP
Inventors: Mikio Yamagata; 幹夫山形
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-07-21

Abstract

(57)【要約】【目的】光偏向手段の小型化を図り、かつ高いポイン
ティング精度のもとで視準できる視準光学装置を提供す
ること。【構成】平行光束を供給する送光光学系(1,2) と送光
光学系からの平行光束の光束径を拡大させて目標物に光
を投射するアフォーカル光学系(10)と、アフォーカル光
学系を介した目標物からの反射光を集光する受光光学系
(31)とを有する視準光学装置は、アフォーカル光学系と
送光光学系との間の光路中に配置された光偏向手段(20)
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、目標物の視準を行う視
準光学装置に関する。さらに詳しくは、光を走査して目
標物を捕捉する視準光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の視準光学装置としては、例えば図
１０に示す如き構成のものが知られている。図１０にお
いて、光源101 からの発散光は、コリメータレンズ102
を介して平行光束となり、ハーフミラー103 にて光路が
90°偏向される。ハーフミラー103 の反射側には、接眼
レンズ111 、副鏡112 、主鏡113 及び開口絞り114 から
構成されるアフォーカル系110 が設けられており、ハー
フミラー103 からの平行光束は、このアフォーカル系11
0 によって光束径が拡大された状態で射出される。ここ
で、アフォーカル系110 からの射出光束を走査するため
に、図１０に示す視準光学装置においては、アフォーカ
ル系110 の射出側にポインティングミラー120 が配置さ
れている。

【０００３】そして、視準を行なう際には、紙面垂直方
向及び紙面左右方向を軸として、ポインティングミラー
120 を揺動させ、アフォーカル系110 からの平行光束を
走査する。ここで、アフォーカル系110 からの平行光束
がコーナーキューブ等からなる目標物に照射されると、
この目標物からの反射光は、再びポインティングミラー
120 に入射する。ポインティングミラー120 を介した目
標物からの反射光は、アフォーカル系110 を経た後、ハ
ーフミラー103 を透過する。ハーフミラー103を透過し
た光は、その透過方向に配置されたコンデンサレンズ13
1 によって集光され、コンデンサレンズ131 の実質的な
後側焦点位置に配置された光電変換素子132 上に達す
る。この光電変換素子132 は、光電変換素子132 上に集
光される光スポットの光量重心の位置を検出する。

【０００４】光電変換素子132 にて検出された光スポッ
トの光量重心の位置は、図示なき制御部へ伝達され、こ
の制御部は、光電変換素子132 上の光スポットがその中
心位置に集光するように、ポインティングミラー120 の
制御を行なう。これにより、アフォーカル系110 の光軸
上に目標物を位置させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示す視準光学系においては、ポインティングミラー12
0 がアフォーカル系110 よりも目標物側に設けられてい
るため、ポインティングミラー120 の径をアフォーカル
系110 の口径よりも大きくする必要がある。このとき、
ポインティングミラー120 が大きく重いものとなるた
め、視準光学系を備えた装置全体が大型化、大重量化を
招く。また、ポインティングミラー120 の慣性モーメン
トも大きくなるため、ポインティングミラー120 を駆動
するアクチュエータに多大な負担が掛かる。さらに、大
口径のミラーは、その製造が困難であるため、ポインテ
ィングミラー120 の高コスト化に繋がる。

【０００６】そして、大型のポインティングミラー120
では、機械的な制約があるため、ポインティング精度
（目標物に光を照射する際、或いは目標物からの光を受
光する際の位置決め精度）の向上を図ることが困難であ
った。そこで、本発明は、光偏向手段の小型化を図ると
共に、高いポインティング精度のもとで視準を行なうこ
とのできる視準光学装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による視準光学装置は、以下の構成を有す
る。例えば図１に示す如く、実質的な平行光束を供給す
る送光光学系（１，２）と、送光光学系からの平行光束
の光束径を拡大させて目標物に光を投射するアフォーカ
ル光学系（１０）と、アフォーカル光学系を介した目標
物からの反射光を集光する受光光学系（３１）とを有す
る視準光学装置であって、アフォーカル光学系と送光光
学系との間の光路中には、目標物を捕捉するための光偏
向手段（２０）が配置されるように構成される。

【０００８】

【作用】上述の構成の如き本発明においては、アフォー
カル光学系が送光光学系側からみて拡大倍率を持つた
め、光偏向手段のサイズを小さくでき、光偏向手段の機
械的な精度・分解能を超えた精度でポインティングを行
なうことができる。以下図２〜３を参照して、この原理
を説明する。

【０００９】図２において、アフォーカル光学系は、送
光光学系側（紙面右方向）から順に、正屈折力の接眼光
学系Ｌ_Eと、正屈折力の対物光学系Ｌ_Tとから構成され
る所謂ケプラー型の光学系であるとする。このとき、送
光光学系側から入射する入射光束径をφ_E、この入射光
束がアフォーカル光学系を介した後に射出される射出光
束径をφ_T、送光光学系側の入射角をθ_E、この入射角
θ_Eで入射した光束が射出されるときの射出角をθ_Tと
すると、アフォーカル光学系の倍率Ｍは、

【００１０】

【数１】Ｍ＝φ_T／φ_E＝θ_E／θ_T …（１）で表される。ここで、光偏向手段としてのポインティン
グミラーＭ_Pは、図３(a),(b) に示す如く、アフォーカ
ル光学系の入射側、射出側の何れに配置した場合でも、
送光光学系からの平行光束を図示なき目標物に対して走
査することができる。

【００１１】ここで、上記（１）式を変形して、

【００１２】

【数２】 φ_E＝ φ_T／Ｍ …（２）であり、本発明の如きアフォーカル光学系が拡大倍率を
有する場合、即ち｜Ｍ｜＞１の場合には、入射側の光束
径φ_Eを射出側の光束径φ_Tの１／Ｍとすることができ
る。よって、本発明においては、光偏向手段としてのポ
インティングミラー２０の径をほぼ１／Ｍとすることが
できる。即ち、光偏向手段の小型化が図れるため、その
製造が簡単となる。また、その慣性モーメントも小さく
なるため、光偏向手段を駆動するアクチュエータへの負
荷も少なくなる利点がある。

【００１３】ここで、（１）式を変形すると、

【００１４】

【数３】 θ_E＝Ｍ・θ_T …（３）となる。この（３）式より、本発明の構成においては、
アフォーカル光学系の射出角θ_Tを入射角θ_EのＭ倍と
することが可能であることが分かる。従って、光偏向手
段としてのポインティングミラーを駆動する駆動機構に
おいてその精度・分解能が限界に達している場合には、
光束の角度変化がＭ倍となる送光光学系側に光偏向手段
を配置すれば、Ｍ倍の機械的分解能を得ることができ、
より高い精度で視準を行なうことが可能となる。

【００１５】本発明による視準光学装置においては、光
偏向手段をアフォーカル光学系の実質的な射出瞳位置に
配置することが望ましい。この理由につき受光光学系と
光偏向手段との配置関係を示す図４を参照して説明す
る。ここで、図４(a) は、光偏向手段としてのポインテ
ィングミラーＭ_Pが図示なきアフォーカル光学系の射出
瞳位置から外れている状態を示し、図４(b) は、ポイン
ティングミラーＭ_Pがアフォーカル光学系の射出瞳位置
に合致している状態を示す。なお、アフォーカル光学系
の射出瞳位置とは、アフォーカル光学系を送光光学系側
（受光光学系側）からみたときの瞳位置を指すものとす
る。

【００１６】まず、図４(a) に示す如く、ポインティン
グミラーＭ_Pがアフォーカル光学系の射出瞳位置から外
れている場合を考える。ここで、アフォーカル光学系の
光軸に沿ってポインティングミラーＭ_Pに達する光束
は、図中実線で示す如く、ポインティングミラーＭ_Pを
介して反射された後、集光光学系Ｌ_Cを介して、集光光
学系Ｌ_Cの後側焦点位置に光スポットを形成する。ま
た、アフォーカル光学系から所定の角度でもってポイン
ティングミラーＭ_Pに達する光束は、図中破線で示す如
く、ポインティングミラーＭ_Pにて反射されるが、この
とき、反射された光束の主光線と光軸とは一致しない。
この光束は、集光光学系Ｌ_Cによって、集光光学系Ｌ_C
の後側焦点位置上に光スポットを形成する。

【００１７】ここで、一般的には、受光素子の面積に対
して有効なスポットサイズとするために、受光素子上の
光スポットをディフォーカス状態とすることが多い。こ
のときには、線分Deで示される位置に受光素子を配置す
ることになり、図示の如く、光スポットの光量重心位置
は、光軸に対してシフトすることとなり、ポインティン
グミラーの移動量（角度）と視準における受光位置との
関係が非線形となり、ポインティングミラーの制御が複
雑となる。

【００１８】一方、図４(b) に示す如く、ポインティン
グミラーＭ_Pがアフォーカル光学系の射出瞳位置と合致
している場合を考える。このときには、図中破線で示す
如くアフォーカル光学系から所定の角度で射出された光
束は、ポインティングミラーＭ_Pで反射された後、主光
線が光軸と一致した状態で集光光学系Ｌ_Cに入射する。
これにより、図中Deで示すディフォーカス位置に受光素
子を配置した場合においても、光スポットの光量重心は
光軸と一致する。よって、ポインティングミラーの移動
量（角度）と視準における受光位置との線形性が維持さ
れる。

【００１９】また、アフォーカル光学系は、正の屈折力
を持つ第１群と、正の屈折力を持つ第２群とを有するよ
うに構成されることが望ましい。以下、図５(a),(b) を
参照して説明する。まず、図５(b) の如く、アフォーカ
ル光学系が、正屈折力の対物光学系Ｌ_Tと負屈折力のＬ
_Eとから構成されるガリレオ型光学系である場合を考え
る、ここで、図５(b) に示すように対物光学系Ｌ_Tによ
って入射する光束を制限したとき、すなわち対物光学系
Ｌ_Tが入射瞳となるとき、ガリレオ型光学系の射出瞳Ｅ
xpは、対物光学系Ｌ_Tと接眼光学系Ｌ_Eとの間の光路中
に位置する。このとき、ポインティングミラーＭ_Pを射
出瞳位置に配置するのが困難である。また、接眼光学系
Ｌ_Eの射出側（送光・受光光学系側）に射出瞳Ｅxpを位
置させ、この位置にポインティングミラーＭ_Pを配置す
る構成も考えられるが、対物光学系Ｌ_Tへの入射角の変
化に伴う光束のケラレが無いようにするためには、対物
光学系Ｌ_Tの口径を極めて大きくする必要が生じ、現実
的ではない。

【００２０】一方、図５(a) に示す如く、アフォーカル
光学系を正屈折力の対物光学系Ｌ_Tと正屈折力の接眼光
学系Ｌ_Eとから構成した場合には、対物光学系Ｌ_Tと接
眼光学系Ｌ_Eとの間の光路中に実像焦点ｆ_iが形成され
る。このとき、対物光学系Ｌ _Tを入射瞳とした場合に
は、図中破線で示す如く、アフォーカル光学系に所定の
入射角で入射した光束の主光線は、接眼光学系Ｌ_Eの射
出側にて光軸と交わる。即ち、対物光学系Ｌ_Tを入射瞳
としても、接眼光学系Ｌ_Eの射出側に射出瞳Ｅxpが形成
される。この構成により、対物光学系Ｌ_Tの大口径化を
伴わずに、ポインティングミラーＭ_Pを容易に配置する
ことができる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による実施例を
説明する。図１は、本発明の第１実施例による視準光学
装置の構成を示す図である。尚、図１においては、図中
紙面左右方向をＸ軸、紙面垂直方向をＹ軸、紙面上下方
向をＺ軸とする座標系を採用している。

【００２２】図１において、光源１は、例えば半導体レ
ーザから構成され、所定の発散角の光束をコリメータレ
ンズ２に向けて投射する。コリメータレンズ２は、その
後側焦点が光源１上に位置するように配置され、光源１
からの発散光束を平行光束に変換する。ここで、光源１
とコリメータレンズ２とが送光光学系を構成している。
なお、光源１としては、ＬＥＤ等の適用も可能である。

【００２３】送光光学系からの平行光束は、ハーフミラ
ー３を透過して、ハーフミラー３の透過方向側に配置さ
れたポインティングミラー２０により偏向され、アフォ
ーカル光学系１０へ入射する。アフォーカル光学系１０
は、光に入射側（送光光学系側）から順に、正屈折力を
持つ接眼レンズ１１と、副鏡１２と主鏡１３とからなり
正屈折力を持つ対物光学系とから構成される。そして、
ポインティングミラー２０からの平行光束は、接眼レン
ズ１１によって集光され、アフォーカル光学系１０の光
軸Ax上の点Ａに光源像を形成する。この光源像形成位置
には、視野絞り１５が配置されている。次に、光源像か
らの光は、副鏡１２及び主鏡１３を順に介して、接眼レ
ンズ１１に入射する光束径よりも拡大された光束径の平
行光束に変換され、例えばコーナーキューブ等からなる
図示なき目標物に向けて投射される。

【００２４】ここで、アフォーカル光学系１０の対物光
学系においては、対物光学系の焦点距離（主鏡１３と副
鏡１２との合成焦点距離）を主鏡１３と副鏡１２との間
隔よりも長くなるように構成されており、屈折型の対物
光学系よりも小型化されている。なお、本実施例におい
て、入射瞳及び射出瞳は、目標物側から見たときを基準
としている。すなわち、主鏡１３上に設けられる開口絞
り１４の位置がアフォーカル光学系１０の入射瞳とな
り、図示なき目標物側から所定の入射角にて入射する光
束の主光線が接眼光学系の射出側（ポインティングミラ
ー２０側）にてアフォーカル光学系の光軸Axと交わる位
置が射出瞳Ｅxpとなる。

【００２５】次に、光偏向手段としてのポインティング
ミラー２０の構成につき、図６を参照して説明する。図
６において、ポインティングミラー２０は、軸２１によ
ってＹ軸を中心として回動可能に支持されている。この
軸２１は、ステッピングモータ２２の回転軸と連結され
ており、ステッピングモータ２０の駆動により、ポイン
ティングミラー２０は、によって図中矢印Ｋ₁方向に揺
動する。また、軸２１は、コの字形状のアーム２３によ
り回転可能に支持される。アーム２３は、Ｘ軸方向に延
びた軸２４と固設されており、この軸２４は、ステッピ
ングモータ２５の回転軸と一体となっている。ステッピ
ングモータ２５の駆動により、アーム２３は、図中矢印
Ｋ₂方向に回動され、これより、ポインティングミラー
２０は、矢印Ｋ₂方向に揺動する。ここで、軸２４の延
長線上に軸２１が位置するように構成されており、この
交点がポインティングミラー２０の揺動中心となる。な
お、ポインティングミラー２０の揺動中心は、アフォー
カル光学系１０の射出瞳Ｅxpと合致するように配置され
ている。

【００２６】図１に戻って、ポインティングミラー２０
が揺動すると、接眼レンズ１１により形成される光源像
は、点Ａの位置から点Ｂの位置へ移動する。そして、点
Ｂの位置の光源像からの光は、副鏡１２及び主鏡１３を
順に介して、開口絞り１４の位置にて主光線と光軸Axと
が一致するような平行光束ＬＢとなる。これにより、ア
フォーカル光学系１０からの平行光束が走査される。

【００２７】さて、図示なき目標物にて反射された光
は、アフォーカル光学系１０に入射する。アフォーカル
光学系１０に入射した光は、主鏡１３、副鏡１２を順に
介して視野絞り１５の位置で目標物の実像を形成する。
この実像からの光は、接眼レンズ１１により平行光束に
変換され、ポインティングミラー２０に達する。ポイン
ティングミラー２０で反射された光は、ハーフミラー３
にて反射され、受光光学系としてのコンデンサレンズ３
１によって集光される。コンデンサレンズ３１の集光位
置近傍には、例えば４分割受光素子３２が配置されてお
り、コンデンサレンズ３１が形成する光スポット位置に
応じた光電変換信号を制御部４０へ出力する。なお、４
分割受光素子３２上には、ディフォーカスされた光スポ
ットが形成される。

【００２８】ここで、４分割受光素子３２は、４分割さ
れた各々の素子から独立に光電変換信号を出力するもの
であって、制御部４０は、４つの光電変換信号に基づい
て、４分割受光素子３２上の光スポットがどの位置に形
成されているかを判断する。このとき、４つの光電変換
信号が等しい場合には、光スポットは、４分割受光素子
３２の中心部に形成されていることになる。

【００２９】なお、４分割受光素子３２の中心部は、コ
ンデンサレンズ３１の光軸上に配置されており、ポイン
ティングミラー２０が初期位置（送光光学系１，２の光
軸とアフォーカル光学系１０の光軸Axとが一致する場合
の位置）にあるときには、アフォーカル光学系１０の光
軸Axとコンデンサレンズ３１の光軸とが一致し、その光
軸上に４分割受光素子３２の中心部が位置する。

【００３０】また、制御部４０は、図６に示すステッピ
ングモータ２２，２５の駆動を制御する。具体的には、
制御部４０は、ステッピングモータ２２，２５に対して
所定のパルス信号を伝達する。ステッピングモータ２
２，２５は、このパルス信号を受けて、軸２１，２４を
ステップ的に回転させる。これより、ポインティングミ
ラー２０が揺動し、アフォーカル光学系１０からの光束
が走査される。このとき、制御部４０は、ステッピング
モータ２２，２５に伝達するパルス信号をカウントし、
そのパルス数に基づいて、現在ポインティングミラー２
０がどの方向に向いているのか、すなわち初期位置に対
するポインティングミラー２０の偏角量を算出する。

【００３１】なお、図１においては不図示であるが、制
御部４０は、アフォーカル光学系１０、送光光学系１，
２及び受光光学系３１を一体に支持する鏡筒を駆動する
駆動部を制御する。これにより、図示なき鏡筒およびア
フォーカル光学系の光軸Axは、Ｙ軸及びＺ軸を中心とし
て回転される。次に、具体的な自動視準動作について説
明する。なお、本実施例でいう視準とは、光学系の視野
内にある目標物を正確に視野中央に導く動作のことを指
す。

【００３２】まず、視準を行なう操作者は、アフォーカ
ル光学系１０の光軸Axと同軸に設けられているファイン
ダーにより、アフォーカル光学系１０がおおむね目標物
の方へ向くように操作し、自動視準を開始させるスター
トスイッチ（不図示）をＯＮにする。このスタートスイ
ッチがＯＮされると、制御部４０は、光源１を点灯させ
る。このとき、ポインティングミラー２０は、初期位置
となるように制御される。これにより、アフォーカル光
学系１０からの平行光束は、アフォーカル光学系１０の
光軸Axに沿って射出される。

【００３３】そして、制御部４０は、４分割受光素子３
２からの光電変換出力に基づいて、この光電変換出力が
０または所定のしきい値以下である場合には、目標物か
らの反射光が入射されないと判断し、ステッピングモー
タ２２，２５を駆動させ、ポインティングミラー２０を
揺動させる。ここで、４分割受光素子３２からの光電変
換出力が所定のしきい値以上である場合には、制御部４
０は、４分割受光素子３２上に形成される光スポットが
中心部に位置するように（４分割受光素子３２からの４
つの光電変換出力が共に等しくなるように）ステッピン
グモータ２２，２５を駆動させ、ポインティングミラー
２０の位置を調節する。

【００３４】次に、制御部４０は、ステッピングモータ
２２，２５へのパルス信号のカウントに基づいて、ポイ
ンティングミラー２０の偏角量を算出する。制御部４０
は、この算出結果に基づき、ポインティングミラー２０
が初期位置に戻ったときに４分割受光素子３２の中心部
に光スポットが位置するように、即ちアフォーカル光学
系１０の光軸Ax上に目標物が位置するように図示なき駆
動部を制御して、不図示の鏡筒を回動させる。

【００３５】なお、鏡筒を回動させる動作については、
ポインティングミラー２０の偏角量に基づいて、予め鏡
筒の回転角を演算しても良く、また、ポインティングミ
ラー２０を初期位置に戻しつつ４分割受光素子３２上の
光スポットが中心部に位置するように鏡筒を駆動しても
良い。ここで、予め鏡筒の回転角を演算する場合には、
鏡筒の回転後に４分割受光素子３２上の光スポット位置
を再度検出しなおすことが望ましい。

【００３６】上述の動作により、自動視準が完了する。
その後、図示なき光波測距部にて目標物との距離を測定
し、鏡筒または鏡筒を支持する経緯台に取り付けられた
エンコーダにより、角度を測定する。なお、自動視準を
開始させるためのスタートスイッチは、リモートコント
ロールであっても良い。また、上述の実施例における４
分割受光素子３２の代わりに、４分割以上の受光素子や
ＣＣＤ等の適用も可能である。また、ステッピングモー
タ２２，２５の代わりに、通常のモータの適用も可能で
あり、このときには、モータの回転軸にエンコーダ等を
設け、クローズドループで制御を行なう。

【００３７】尚、ポインティングミラー２０をさらに高
精度のもとで偏向させるには、ソレノイド等を用いた電
磁的方法や圧電素子（ピエゾ素子）によりポインティン
グミラー２０を押し引きする構成が望ましい。このよう
に第１実施例によれば、ポインティングミラー２０がア
フォーカル光学系１０の射出瞳位置に配置されているた
め、ポインティングミラー２０の小型化が達成されると
共に、ポインティングミラー２０の移動と４分割受光素
子上の光スポットの移動量との関係の線形性が高めるこ
とができる。これにより、ポインティングミラー２０を
駆動するステッピングモータ２２，２５の負荷を低減で
き、さらには、ポインティングミラー２０の制御が簡単
となる利点がある。また、アフォーカル光学系１０が送
光光学系１，２側から見て拡大倍率（目標物側から見て
縮小倍率）を有しているため、高精度・高分解能のもと
で視準を行なうことが可能となる。

【００３８】なお、上述の第１実施例では、アフォーカ
ル光学系１０の実像形成位置に視野絞り１５を配置して
いるため、４分割受光素子３２上に達する不要なノイズ
光を低減できる利点がある。次に、図７を参照して本発
明による第２実施例を説明する。図７は、本発明を光波
測距系を備えた測量機に適用した例を示す図である。な
お、説明を簡単にするために、図７においては、第１実
施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付し
てある。

【００３９】図７において、アフォーカル光学系１０
は、目標物側から順に、正屈折力を持つ対物レンズ１６
と、正屈折力を持つ接眼レンズ１１とから構成される、
所謂ケプラー型の屈折光学系であり、接眼レンズ１１側
から見て（送光光学系側から見て）拡大倍率を有するア
フォーカル光学系である。本実施例においても、目標物
に対して光束を走査するためのポインティングミラー２
０は、アフォーカル光学系１０の射出瞳Ｅxpの位置に配
置される。

【００４０】なお、これらアフォーカル光学系１０、送
光光学系１，２及び受光光学系３１の機能及びポインテ
ィングミラー２０の動作は、前述の第１実施例と同様で
あるため、ここでは説明を省略する。さて、本実施例に
おいては、目標物との距離を測定するための光波測距系
がアフォーカル光学系１０と同軸に設けられている。以
下、光波測距系について説明する。

【００４１】図７において、半導体レーザから構成され
る光源５１からの発散光束は、ビームスプリッタ５２を
透過して、アフォーカル光学系１０の光軸Ax上に配置さ
れたプリズムミラー５３に達する。このプリズムミラー
５３にて反射された発散光束は、アフォーカル光学系１
０の光軸Ax上に沿って進み、対物レンズ１６に入射す
る。ここで、光源５１が対物レンズ１６の後側焦点位置
に配置されているため、対物レンズ１６を介した光は、
平行光束となって目標物へ向けて投射される。

【００４２】目標物（例えばコーナーキューブプリズ
ム）にて反射された光は、再び対物レンズ１６に入射し
て、収斂光束となりプリズムミラー５３にて反射され
る。この収斂光束は、ビームスプリッタ５２にて反射さ
れ、受光素子５４にて光電変換される。ここで、光源５
１からの光は、所定の周波数で変調されており、光源５
１からの光の位相は、図示なき参照光検出部にて検出さ
れる。そして、受光素子５４上に達する目標物からの反
射光は、目標物までの距離に応じた位相を持つ。このと
き、参照光検出部にて検出される光の位相と、受光素子
５４で光電変換される光の位相との位相差を検出するこ
とにより、目標物までの距離を測定することができる。
なお、上述の如き光波測距系による目標物との距離測定
は、第１実施例に説明した視準動作の完了後に行なう。

【００４３】本実施例においても、第１実施例と同様
に、光偏向手段としてのポインティングミラー２０を小
型化することが可能であり、高いポインティング精度の
もとでポインティングを行なうことができる。次に、図
８を参照して、本発明による第３実施例につき説明す
る。図８は、第３実施例による視準光学装置の構成を模
式的に示す図である。なお、図８においては、説明を簡
単にするために、図１に示す第１実施例と同じ機能を有
する部材には、同一の符号を付してある。

【００４４】図８において、光源６１ａは、例えば半導
体レーザから構成され、所定の偏光方向を持つ直線偏光
を発散光束の状態で射出する。この発散光束は、複数の
レンズ群からなるコリメータレンズ６２ａを介して、光
束断面が楕円形状の平行光束となる。コリメータレンズ
６２ａからの平行光束は、所定の頂角を持つ２組のプリ
ズムからなるビーム整形プリズム６３ａを介して、光束
断面が略円形状の平行光束に変換され、光路折曲げミラ
ー６４にて反射される。

【００４５】また、光源６１ｂは、光源６１ａと同じく
半導体レーザから構成され、光源６１ａとは直交する偏
光方向の直線偏光を発散光束の状態で射出する。この発
散光束は、コリメータレンズ６２ｂ及びビーム整形プリ
ズム６３ｂを順に介して、光束断面が略円形状の平行光
束に変換され、偏光ビームスプリッタ６５に達する。こ
こで、光路折曲げミラー６４を介したビーム整形プリズ
ム６３ａからの直線偏光は、偏光ビームスプリッタ６５
にて反射され、ビーム整形プリズム６３ｂからの直線偏
光は、偏光ビームスプリッタ６５を透過する。すなわ
ち、偏光ビームスプリッタ６５からは、互いに直交する
偏光方向を持つ２つの直線偏光光が平行光束の状態で射
出されることとなる。

【００４６】尚、本実施例においては、光源６１ａ，６
１ｂ、コリメータレンズ６２ａ，６２ｂ、ビーム整形プ
リズム６３ａ，６３ｂ、光路折曲げミラー６４及び偏光
ビームスプリッタ６５が送光光学系を構成している。偏
光ビームスプリッタ６５から射出された平行光束は、図
中Ｙ軸及びＺ軸を中心として揺動可能に設けられたオフ
セットミラー２１にて反射される。このオフセットミラ
ー２１の反射方向には、２つの正レンズ群８１，８２か
ら構成されるリレーレンズ系が配置されており、このリ
レーレンズ系を介したオフセットミラー２１からの平行
光束は、ハーフミラー３を透過して、ハーフミラー３の
透過方向に配置されたλ／４板８３に達する。ここで、
λ／４板８３に達する平行光束は、互いに直交する２つ
の直線偏光光であるため、λ／４板８３からは、互いに
回転方向が異なる２つの円偏光が射出される。この円偏
光となった平行光束は、第１実施例と同様のポインティ
ングミラー２０を介して、アフォーカル光学系１０に入
射する。なお、λ／４板８３は、光軸を法線とする面に
対して若干量だけ傾けて配置されることが望ましい。こ
れにより、λ／４板の表面反射光が受光光学系３１に入
射することを防ぐことが可能となる。

【００４７】ここで、アフォーカル光学系１０は、図１
に示す第１実施例と同様の構成であるため、ここでは説
明を省略する。アフォーカル光学系１０を介した平行光
束は、その光束径が拡大された状態で図示なき目標物に
向けて投射される。本実施例においては、送光光学系が
互いに直交する２つの直線偏光光を供給し、それをλ／
４板８３によって円偏光に変換しているため、アフォー
カル光学系１０と目標物との間で偏光状態が変わる場合
においても、受光される光量の変動を最小限に抑えるこ
とができる。

【００４８】また、オフセットミラー２１は、リレーレ
ンズ系８１，８２により、ポインティングミラー２０と
共役となる。即ち、オフセットミラー２１は、アフォー
カル光学系１０の射出瞳Ｅxpの共役位置にある。これに
より、オフセットミラー２１の揺動によるアフォーカル
光学系１０から射出される光束の走査がポインティング
ミラー２０の揺動によるものと等価となる。従って、オ
フセットミラー２１による光束走査においても、オフセ
ットミラー２１を揺動させる機械的機構の精度以上を得
ることができる。なお、本実施例では、リレー光学系８
１，８２は、等倍のリレー光学系であるが、リレー光学
系としては、等倍に限られない。例えばリレー光学系が
オフセット光学系側から見て拡大倍率を持つ場合には、
オフセットミラー２１による走査の精度をポインティン
グミラー２０による精度よりも向上させることができ
る。

【００４９】また、リレー光学系８１，８２からの平行
光束のうち、ハーフミラー３にて反射される光は、ハー
フミラー３の反射方向側に配置された光路折曲げミラー
７１にて偏向され、コンデンサレンズ７２により集光さ
れる。コンデンサレンズ７１の集光位置には、例えば４
分割受光素子７３が配置される。このとき、４分割受光
素子７３上に形成される光スポットの位置を検出すれ
ば、オフセットミラー２１の偏角量（初期位置に対して
の角度）が分かる。本実施例では、オフセットミラー２
１が初期位置（光源６１ａ，６１ｂからの光の光軸とア
フォーカル光学系１０の光軸Axとが一致するようなオフ
セットミラー２１の位置）にあるときに、４分割受光素
子７３上の中心部に光スポットが形成される。

【００５０】さて、図示なき目標物（例えばコーナーキ
ューブプリズム）からの反射光は、再びアフォーカル光
学系１０に入射し、主鏡１３及び副鏡１２を介してた
後、視野絞り１５の位置にて実像を形成する。この視野
絞り１５により、アフォーカル光学系１０の視野外から
の光が遮光される。視野絞り１５を介した光は、接眼レ
ンズ１１にて平行光束に変換された後、アフォーカル光
学系１０の射出瞳Ｅxpに配置されたポインティングミラ
ー２０にて偏向され、コンデンサレンズ３１に達する。
そして、コンデンサレンズ３１を介した光は、例えばＣ
ＣＤからなる受光素子３２上に集光され、光スポットを
形成する。この光スポット形成位置を検出することで、
目標物とアフォーカル光学系の光軸とのずれ量を求める
ことができる。

【００５１】次に、図８及び図９を参照して、本実施例
による視準動作を簡単に説明する。図９は、受光素子３
２における視野と、送光される光束と、目標物との関係
を示す平面図である。まず、図９(a) において、アフォ
ーカル光学系１０から送光される光束ＬＡは、オフセッ
トミラー２１により、図中矢印方向に沿って受光素子３
２の視野Ｆ内で走査される。このとき、ポインティング
ミラー２０は、初期位置の状態に固定される。

【００５２】次に、図９(b) に示す如く、光束ＬＡが目
標物Ｔarに照射されると、目標物Ｔarからの反射光は、
受光素子３２上で検出される。そして、図示なき制御部
は、ポインティングミラー２０とオフセットミラー２１
とを同時に駆動して、図９(c) に示す如く、目標物Ｔar
を受光素子３２の視野Ｆでの中心部に位置させる。ここ
で、受光素子３２の中心部に目標物Ｔarが位置すれば、
オフセットミラー２１は、初期位置に戻ることになる。

【００５３】最後に、図示なき制御部は、目標物Ｔarの
反射光が受光素子３２の視野Ｆでの中心部に位置する状
態を維持するように、ポインティングミラー２０を初期
位置に戻しつつアフォーカル光学系１０を支持する図示
なき鏡筒を回動させる。これにより、アフォーカル光学
系１０の光軸Ax上に目標物Ｔarが位置する。以上の動作
にて、視準動作が完了する。

【００５４】なお、本実施例においては、ハーフミラー
３とλ／４板８３との間の光路中に、コーナーキューブ
プリズムを挿脱可能に設けることが望ましい。ここで、
コーナーキューブプリズムがハーフミラー３とλ／４板
８３との間の光路中にある場合には、ハーフミラー３を
介した送光光学系からの平行光束は、このコーナーキュ
ーブプリズムにて反射された後、ハーフミラー３及びコ
ンデンサレンズ３１を順に介して受光素子３２上に光ス
ポットを形成する。このとき、オフセットミラー２１を
微動させることで、受光素子３２の中心部に光スポット
を位置させれば、送光光学系と受光光学系との光軸を合
致させることができる。尚、この場合では、微動された
オフセットミラー２１の位置が初期位置となる。

【００５５】また、上述の第１及び第２実施例において
も、第３実施例によるビーム整形プリズムが有効である
ことは言うまでもない。なお、本発明の要旨は、上述の
各実施例の態様に限定されず、例えば大気観測用の光学
系等の広範な分野に応用できる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光偏向手
段の小型化が達成されると共に、高いポインティング精
度のもとで視準を行なうことのできる視準光学装置が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例の構成を示す図であ
る。

【図２】アフォーカル光学系の作用を説明するための図
である。

【図３】ポインティングミラーの配置を説明するための
図である。

【図４】ポインティングミラーの配置を説明するための
図である。

【図５】アフォーカル光学系の構成を説明するための図
である。

【図６】ポインティングミラーの駆動部の構成を示す模
式図である。

【図７】本発明による第２実施例の構成を示す図であ
る。

【図８】本発明による第３実施例の構成を示す図であ
る。

【図９】第３実施例における視準の動作を説明するため
の図である。

【図１０】従来の視準光学装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ … 光源、２ … コリメータレンズ、３ … ハーフミラー、１０ … アフォーカル光学系、２０ … ポインティングミラー、３１ … コンデンサレンズ、３２ … ４分割受光素子、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的な平行光束を供給する送光光学系
と、該送光光学系からの平行光束の光束径を拡大させて
目標物に光を投射するアフォーカル光学系と、該アフォ
ーカル光学系を介した前記目標物からの反射光を集光す
る受光光学系とを有する視準光学装置において、前記アフォーカル光学系と前記送光光学系との間の光路
中には、前記目標物を捕捉するための光偏向手段が配置
されることを特徴とする視準光学装置。
【請求項２】前記受光光学系により集光された前記反射
光を受光する受光手段と、前記光偏向手段を駆動する駆
動手段と、前記受光手段からの出力に基づいて前記駆動
手段の駆動を制御する制御手段をさらに有することを特
徴とする請求項１に記載の視準光学装置。
【請求項３】前記光偏向手段は、前記アフォーカル光学
系の実質的な射出瞳位置に配置されることを特徴とする
請求項１または２に記載の視準光学装置。
【請求項４】前記アフォーカル光学系は、正の屈折力を
持つ第１群と、正の屈折力を持つ第２群とを有し、前記
第１群と前記第２群との間の光路中には、実像が形成さ
れることを特徴とする請求項１乃至３に記載の視準光学
装置。