JPH07333412A - リトロリフレクター - Google Patents

リトロリフレクター

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Publication number
JPH07333412A
JPH07333412A JP12544594A JP12544594A JPH07333412A JP H07333412 A JPH07333412 A JP H07333412A JP 12544594 A JP12544594 A JP 12544594A JP 12544594 A JP12544594 A JP 12544594A JP H07333412 A JPH07333412 A JP H07333412A
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JP
Japan
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light
retroreflector
true sphere
incident
light source
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Pending
Application number
JP12544594A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuo Goto
充夫 後藤
Osamu Nakamura
収 中村
Koji Toyoda
幸司 豊田
Yoshihisa Tanimura
吉久 谷村
Toru Nakamata
透 中俣
Toshiro Kurosawa
俊郎 黒沢
Nozomi Takai
望 高井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Seimitsu Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Tokyo Seimitsu Co Ltd filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ほぼ全方向から入射する光線に対応でき、且つ
高精度な全方向型のリトロリフレクターを提供する。 【構成】光源から発射される光線での屈折率が2.0で
ある光学部材製の真球12の一部に、真球12を保持の
ための保持アーム14の先端部を取り付けて形成され
る。又は、球面収差を考慮して、光源から発射した光線
での屈折率が2.0より僅かに小さい光学部材製の真球
12の一部に、真球12を保持のための保持アーム14
の先端部を取り付けて形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の利用分野】本発明はリトロリフレクターに係
り、特に、レーザ追尾式三次元測定システムにおけるレ
ーザ光の反射体として用いるリトロリフレクターに関す
る。
【0002】
【従来の技術】レーザ干渉式測長機で測定対象物の変位
を測定する場合、測距儀で測定対象物までの距離を測定
する場合等において、これらの測定機から発射した光線
を正確に、且つ効率よく反射させて、光線の発射光路と
平行に測定機側に戻すためにリトロリフレクターが使用
される。
【0003】従来のリトロリフレクターとしては、立方
体の一部を平面で切り出して1頂点で交わる3平面を反
射面とするコーナーキューブ型リトロリフレクター、互
いに直交する3平面における表面反射を利用する直角三
面鏡型リトロリフレクター1(図2参照)、2つの半球
をその球面の中心が一致するように平面部分で接合した
キャッツアイ型、及び屈折率が2である光学部材(ガラ
ス)製の真球2Aの後側の半球面(光の入射側球面の反
対側の球面)に反射膜2Bをコーティングした真球キャ
ッツアイ型リトロリフレクター2(図3参照)がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コーナ
ーキューブ型及び直角三面鏡型1のリトロリフレクター
の場合は、リトロリフレクターに入射可能な角度範囲、
所謂、有効角度範囲Aが90度以下であり、 キャッツ
アイ型及び真球キャッツアイ型2のリトロリフレクター
の場合は、有効角度範囲Aが180度以下である。従っ
て、例えばロボットの位置や姿勢を測定する場合に、測
定機から発射される光の発射方向、即ち、リトロリフレ
クターに入射される入射方向がリトロリフレクターの有
効角度範囲Aで制限されるため、広範囲の位置や姿勢の
測定に対応できないという欠点がある。
【0005】このような背景から、全方向から入射する
光線を反射して、入射光線と平行に戻すことができる全
方向型で、且つ高精度なリトロリフレクターの開発が望
まれていた。本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、ほぼ全方向から入射する光線に対応でき、且
つ高精度な全方向型のリトロリフレクターを提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
する為に、光源から発射した光線を反射して、前記光線
の発射光路と平行に前記光源側に戻すリトロリフレクタ
ーに於いて、前記光線での屈折率が2.0である光学部
材製の真球のみから成ることを特徴とする。また、本発
明は、前記目的を達成する為に、光源から発射した光線
を反射して、前記光線の発射光路と平行に前記光源側
に戻すリトロリフレクターに於いて、球面収差の影響を
考慮して前記光線での屈折率が2.0より僅かに小さい
光学部材製の真球から成ることを特徴とする。
【0007】
【作用】第1の発明のリトロリフレクターは、光源から
発射した光線での屈折率が2.0である光学部材製の真
球のみから構成されるようにした。これにより、全方向
からリトロリフレクターに入射する光線を前記光線の発
射光路と平行に前記光源側に戻すことができる。即ち、
真球の光軸に平行に入射する光線は、真球の前側球面
(光線の入射側面)で一部が反射して失われるが、残り
の光線はレンズ効果により屈折しての真球の中を進み、
光軸と交わる後側球面上の一点に集光される。次に、こ
の後側球面で一部の光線は透過して失われるが、残りの
光線は光軸に対して対称に反射して前側球面に戻ってく
る。次に、前側球面で一部の光線は反射して失われる
が、残りの光線は再び屈折して入射光と平行な戻り光と
して光源側に戻される。そして、前記入射光と戻り光の
関係は、真球の全方向に適用される。
【0008】また、第2の発明のリトロリフレクター
は、球面収差の影響を考慮して光源から発射した光線で
の屈折率が2.0より僅かに小さい光学部材製の真球か
ら構成されるようにした。これにより、全方向からリト
ロリフレクターに入射する光線を前記光線の発射光路と
平行に前記光源側に戻すことができると共に、光軸から
の距離(入射高さ)が大きな光線、所謂、近軸光線以外
の光線も、光軸と交わる後側球面上の一点に集光される
ので、入射光と平行に光源側に戻される。従って、近軸
光線以外の光線も前記戻り光として有効に反射させるこ
とができる。
【0009】また、前記真球の表面に減反射膜または増
反射膜を被覆すれば、入射光と平行に光源側に戻される
光線の反射率を変えることができる。また、真球の表面
に真球を保護する保護膜を被覆すれば、真球の表面を外
部の衝撃等から保護することができる。
【0010】
【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るリトロリ
フレクターの好ましい実施例について詳説する。図1
は、本発明のリトロリフレクターを説明する説明図であ
る。図1に示すように、第1実施例による本発明のリト
ロリフレクター10は、図示しない光源から発射される
光線での屈折率が2.0である光学部材製の真球12の
一部に、真球12を保持のための保持アーム14の先端
部を取り付けて形成される。この場合、リトロリフレク
ター10を使用する使用環境の媒質が空気の場合には、
空気(屈折率=1)に対する比が2.0になる光学部材
を選択すると共に、光源から発射する光線の種類が可視
光から近赤外光の場合には、光学部材としては一般に光
学ガラスを使用することができる。そして、例えばレー
ザ追尾式三次元測定システムによってロボット等の位置
や姿勢を測定する場合、本発明のリトロリフレクター1
0は保持アーム14を介してロボット等に取り付けられ
る。
【0011】また、リトロリフレクター10の真球12
の表面の状態は、光学的欠陥、例えばディグ、スクラッ
チ等が充分小さいように形成されている。また、必要に
応じて真球12の表面を保護する保護膜(図示せず)を
被覆するようにしてもよい。また、真球12の表面に減
反射膜(図示せず)または増反射膜(図示せず)を被覆
して、真球12の反射率を変えるようにしてもよい。
【0012】次に、上記の如く構成された本発明のリト
ロリフレクター10の作用を説明する。図1に従って一
本の入射光(I)の例で説明すると、真球12の中心を
通る光軸の近くで光軸に平行に真球12に入射する入射
光(I)は、真球12の前側球面(光線の入射側面)で
光線の一部が反射光(r1 )として反射し、残りの光線
は真球12のレンズ効果により屈折しての真球12の中
を進み、光軸と交わる後側球面上の一点16に集光され
る。次に、この後側球面で一部の光線は真球12を透過
して透過光(P)として失われるが、残りの光線は光軸
に対して対称に反射して前側球面に戻ってくる。次に、
前側球面で一部の光は反射光(r2 )として反射して失
われるが、残りの光線は再び屈折して入射光(I)と平
行な戻り光(R)として光源側に戻される。そして、前
記入射光(I)と戻り光(R)の関係は、真球12の全
方向に適用される。
【0013】このように、本発明のリトロリフレクター
10は、入射光(I)に対する戻り光(R)の率である
有効反射率は小さくなるものの、保持アーム14の方向
を除いた全方向から入射する入射光(I)を戻すことが
できる、高精度な全方向型のリトロリフレクターとして
使用することができる。そして、本発明のリトロリフレ
クターの場合には、保持アーム14の方向を除いても2
70度以上の有効角度範囲Aを得ることができる。従っ
て、例えばレーザ追尾式三次元測定システムによってロ
ボット等の位置や姿勢を測定する場合、本発明のリトロ
リフレクター10をロボットに取り付けることにより、
広範囲の位置や姿勢の測定に対応させることができる。
また、その他の計測に本発明のリトロリフレクター10
を適用する場合、例えば、測量、土木建築、工場の自動
化、航海等において、特に、障害物等により光線を発射
する測定機の設置位置を変える必要がある場合には、略
全方位からの光源を反射できる本発明のリトロリフレク
ター10は極めて有用である。
【0014】ところで、前記した入射光(I)に対する
戻り光(R)の率である有効反射率Rは以下のように算
出される。即ち、空気(屈折率=1)から屈折率nの媒
質に0度の入射角で入射された光の反射率rは、フレネ
ルの公式から、 r=(n−1)2 /(n+1)2 の式で表される。
【0015】従って、屈折率が2.0の真球に減反射膜
または増反射膜を被覆しない場合には、r=0.111
となる。そして、真球12に入射する入射光(I)は、
上記したように2回の反射と1回の透過を経て戻り光
(R)として光源側に戻るので、その有効反射率Rは、
R=r×(1−r)2 の式で表され、r=0.111を
代入すると、R=0.088となる。この式で入射光
(I)を1とする。
【0016】即ち、真球12に入射する入射光(I)の
8.8%は、戻り光(R)として入射光(I)と平行に
光源側に戻される。また、真球12に増反射膜を被覆し
てr=0.3とした場合には、R=0.147となり入
射光(I)の14.7%は戻り光(R)として光源側に
戻される。しかし、この場合には、入射光(I)に対す
る戻り光(R)の比率が大きくなる反面、最初の入射面
(前側の球面)で反射する有害な反射光(r1 )も大き
くなるので、戻り光(R)と反射光(r1 )のバランス
を考えて最適な増反射膜を選択する必要がある。また、
真球に減反射膜を被覆する場合も同様である。
【0017】また、第2実施例による本発明のリトロリ
フレクター10は、球面収差を考慮して、光源から発射
した光線での屈折率が2.0より僅かに小さい光学部材
製の真球12の一部に、真球12を保持のための保持ア
ーム14の先端部を取り付けて形成される。これによ
り、第1実施例と同様の効果を得ることができると共
に、光軸からの距離(入射高さ)が大きな入射光線、所
謂、近軸光線以外の光線も、光軸と交わる後側球面上の
一点16に集光されるので、戻り光(R)として入射光
(I)と平行に光源側に戻される。従って、近軸光線以
外の光線も有効に反射させることができる。即ち、相対
屈折率が2.0の場合には、光軸に平行に入射する入射
光(I)であっても、光軸からの距離(入射高さ)が大
きくなるに従って球面収差の影響で光軸と交わる方向へ
傾いて反射されるが、球面収差を考慮した分だけ屈折率
を僅かに小さくすることにより、近軸光線以外の入射光
(I)も戻り光(R)として有効に反射させることがで
きる。
【0018】尚、第2実施例の場合には、真球12の後
側の半球面に反射膜をコーティングすれば、従来の真球
キャッツアイ型のリトロリフレクターの精度を上げるこ
とができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、第1の発明のリト
ロリフレクターは、光源から発射した光線での屈折率が
2.0である光学部材製の真球のみから構成されている
ので、全方向から入射する光線を前記光線の発射光路と
平行に前記光源側に戻すことができる、高精度な全方向
型のリトロリフレクターとして使用することができ
る。。
【0020】また、第2の発明のリトロリフレクター
は、球面収差の影響を考慮して光源から発射した光線で
の屈折率が2.0より僅かに小さい光学部材製の真球か
ら構成されるようにしたので、全方向から入射する光線
を前記光線の発射光路と平行に前記光源側に戻すことが
できると共に、近軸光線以外の入射光線も有効に反射さ
せることができる。
【0021】従って、例えば、レーザ追尾式三次元測定
システムによってロボット等の位置や姿勢を測定する場
合、本発明のリトロリフレクターの一部に保持アームを
取り付けて用いれば、有効角度範囲の制限が極めて小さ
くなるので、広範囲の位置や姿勢の測定に対応させるこ
とができる。また、その他の計測に本発明のリトロリフ
レクターを適用する場合、例えば、測量、土木建築、工
場の自動化、航海等において、特に、障害物等により光
線を発射する測定機の設置位置を変える必要がある場合
には、略全方位からの光源を反射できる本発明のリトロ
リフレクター10は極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明のリトロリフレクターの説明図
【図2】図2は、従来の直角三面鏡型のリトロリフレク
ターを説明する説明図
【図3】図3は、従来の真球キャッツアイ型のリトロリ
フレクターを説明する説明図
【符号の説明】
10…本発明のリトロリフレクター 12…真球 14…保持アーム 16…真球の光軸と交わる後側球面上の一点 A…有効角度範囲 I…入射光 R…戻り光 P…透過光 r1 …一回目の反射光 r2 …二回目の反射光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 収 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院 計量研究所内 (72)発明者 豊田 幸司 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院 計量研究所内 (72)発明者 谷村 吉久 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院 計量研究所内 (72)発明者 中俣 透 東京都三鷹市下連雀9丁目7番1号 株式 会社東京精密内 (72)発明者 黒沢 俊郎 東京都三鷹市下連雀9丁目7番1号 株式 会社東京精密内 (72)発明者 高井 望 東京都三鷹市下連雀9丁目7番1号 株式 会社東京精密内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源から発射した光線を反射して、前記光
    線の発射光路と平行に前記光源側に戻すリトロリフレク
    ターに於いて、 前記光線での屈折率が2.0である光学部材製の真球の
    みから成ることを特徴とするリトロリフレクター。
  2. 【請求項2】光源から発射した光線を反射して、前記光
    線の発射光路と平行に前記光源側に戻すリトロリフレク
    ターに於いて、 球面収差の影響を考慮して前記光線での屈折率が2.0
    より僅かに小さい光学部材製の真球から成ることを特徴
    とするリトロリフレクター。
  3. 【請求項3】前記真球の表面に減反射膜または増反射膜
    を被覆したことを特徴とする請求項1又は2のリトロリ
    フレクター。
  4. 【請求項4】前記真球の表面に真球を保護する保護膜を
    被覆したことを特徴とする請求項1又は2のリトロリフ
    レクター。
JP12544594A 1994-06-07 1994-06-07 リトロリフレクター Pending JPH07333412A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010002402A (ja) * 2008-06-23 2010-01-07 Mitsutoyo Corp 測定装置
JP2010066190A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Toshio Waki レーザ位置決め反射装置
JP2010249595A (ja) * 2009-04-14 2010-11-04 Mitsutoyo Corp 追尾式レーザ干渉測長計
JP2017049117A (ja) * 2015-09-02 2017-03-09 株式会社東京精密 寸法測定装置及び参照光路長走査装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52149086A (en) * 1976-06-05 1977-12-10 Tokyo Keiki Kk All direction reflector

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