JPH027035B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は送出光と反射光とを用いて光学的に距
離を測定する光波距離計に関する。

背景技術とその問題点 一般にこの種の光波距離計は、小型化のために
送光光学系と受光光学系とを同軸配置したものが
多い。送光量よりも反射光量が大巾に少ないの
で、大口径受光レンズ（対物レンズ）を必要と
し、従つて、送光光学系は対物レンズ鏡筒内に同
軸配置されるのが常である。

ところが光波距離計として、より長い測距性能
や測点に反射器を置かない直接測距性能力が要求
される場合、送光系の光源出力を大きくし、また
受光素子の感度を大にする必要が生ずる。

このような場合、受光光源の出力を強化する
と、対物レンズ内側面や鏡筒内面などを経てわず
かな機械内反射光が受光素子に迷光として受光さ
れ、測定値に大きな誤差が生ずる。また受光素子
の感度を上げると、受光素子が発光源からの電気
的誘導を受け易くなり、測定誤差の原因となる。

更に、光波距離計の測距性能を増強するには、
上述の誤差要因に対処する外に校正光学系による
校正（キヤリブレーシヨン）をより正確にしなけ
ればならない。校正光学系は、測定点からの反射
を介在させずに発光源の光を鏡筒内において受光
素子に直接導入する光学系であつて、この校正光
により、装置内の光路長及び電気回路の位相変化
に基く測距誤差を除去する修正演算を行うことが
できる。

校正光学系は、測定用光学系と物理条件が近似
しているのが望ましいが、現実には、鏡筒内にお
いて発光源の送出光の一部をプリズムやミラー等
の反射器又はオプテイカルフアイバー等を使つて
受光素子に導入するようにしているので、正確な
校正が期待出来ない。

発明の目的 本発明は上述の問題にかんがみ、送光光学系と
受光光学系との光学的及び電気的分離を確実に
し、あわせて校正光学系の物理条件を測定光学系
に近づけることにより、より高性能で測距誤差が
少ない光波距離計を得ることを目的とする。

実施例 以下本発明の構成を実施例に基いて説明する。

第１図は本発明を適用した光波距離計の縦断面
図である。

第１図において、外筒１（本体鏡筒）内には大
口径の受光レンズ２が取付けられ、その後方光軸
上の焦点には受光素子３及び検出回路４が設けら
れている。受光レンズ２の前方における外筒１の
開口端には平行ガラス板５が嵌め込まれている。
この平行ガラス板５の内側面における光軸中心に
は、光軸に対して45度を成す斜面８を有する直角
プリズム６が貼付けられている。そして外筒１の
外側に設けられた送光部７からの送出光９が平行
ガラス板５と平行に直角プリズム６の斜面８に入
射され、全反射又は鏡面反射によつて直角に折り
曲げられて、平行ガラス板５を通して測定点に向
かつて導出される。

送光部７は外筒１の側部に取付けられたハウジ
ング１０内に収容されていて、送出光９の発光源
である発光素子１１、その駆動回路１２及びコリ
メータレンズ１３を備えている。発光素子１１か
らの光はコリメータレンズ１３で平行光束に直さ
れ、外筒１に形成された孔１４を介して前記の直
角プリズム６の斜面８に入射される。

平行ガラス板５を通して測定点に向かつて導出
された送出光８は、測定点上の反射物に当たつて
反射される。反射光１５は、平行ガラス板５を通
つて受光レンズ２に入射され、受光素子３に集光
される。受光素子３の光電変換出力は検出回路４
に入力され、位相検出によつて測定点までの距離
が算出される。

なお送光光路には絞り１７が介在され、絞り調
整モータ１８によつて駆動ギヤ１９を介して絞り
１７が回動されることにより、送出光の光量調整
が行われる。

以上の構成によれば、送光光学系と受光光学系
とが直交し、また受光レンズの前方に送光光学系
が位置するので、相互の光学的干渉を著しく減小
させることができる。つまり従来の受光レンズ２
の後方に送光光学系を配置した構成のように受光
レンズ２の内側面や外筒１の内側面からの反射光
が迷光（漏れ光）として受光素子３に入射するこ
とが無くなり、発光素子１１の出力を増強する
か、或いは受光素子３の感度を上げることによ
り、測距限界を延長し、又分解能を高めることが
できる。

また受光部と送光部７とは夫々外筒１及びハウ
ジング１０によつて電気的にも分離し得る。この
ため駆動回路１２内のキヤリア発振器などからの
放射電界を遮へいすることができ、従つて受光素
子３及び検出回路４への電気的誘導を排除して、
より高出力の受光又はより高感度の受光が可能と
なる。

また送光部７を受光系外筒１外に配置している
ので、受光レンズ２の有効面積が送光部７の駆動
回路１２等によつて妨害されて減少することが無
く、従つて従来と同じ光量の送出光を用いて受光
感度をより高めることが可能である。

しかも第１図のように送出光８の光束径を受光
レンズ径に対して十分に小さく絞り込むことが可
能である。これは測定点に反射プリズムを置かな
いような所謂ダイレクト測距の場合に有効であ
る。即ち、測定点に反射プリズムを置く場合に
は、反射光は送出光とほぼ同じ径の平行光束であ
るが、ダイレクト測距の場合には、第２図に示す
ように、被測定物２０に当たつた平行送出光９
は、反射後に発散（乱反射）して反射光１５とし
て受光レンズ２に入射する。従つて送出光８の光
束径を小さくして、被測定物２０に当てる光エネ
ルギーの分散をより少なくすると共に、有効面積
の大きい受光レンズ２によつて発散した反射光１
５を効率良く集めることにより、高分解能のダイ
レクト測距が可能となる。

反射光１５が平行光束でないようなダイレクト
測距を行う場合、受光レンズ２と受光素子３との
間に介在させた補正レンズ２１を調整することに
より、受光素子３の入射光量を最大にすることが
でき、よりＳ／Ｎの高い測距情報を得ることがで
きる。これは特に数ｍ〜十数ｍの至近距離を測定
する場合に有効であつて、反射光１５を受光レン
ズ２で収束させ、更に補正レンズ２１の光軸方向
位置を調整することにより、受光素子３の光電変
換面において合焦させることができる。補正レン
ズ２１は外筒１の外から位置調整可能になつてい
て、例えば受光レベルの表示器を見ながら調整操
作することにより、或いは予め機械的に距離目盛
を刻んだ位置に合わせることにより、合焦状態を
得ることができる。

補正レンズ２１は、視準望遠鏡の合焦調整部に
機械的に連動関係になつているのが望ましい。視
準望遠鏡は外筒１に沿つて外側に取付けられた鏡
筒２３内に収容されている。この望遠鏡に外光を
導入するために、送受光系の平行ガラス板５の内
側面中心に貼付けられた直角プリズム６の斜面８
には、更にもう一つの直角プリズム２４が貼付け
られている。この直角プリズム２４を貼付けた場
合には、直角プリズム６の斜面８における全反射
性能が失われるので、この場合には、プリズム６
及び２４の接合面である一方側の斜面８にコーテ
イングを施して斜面８を半透鏡として使用してい
る。コーテイング材としては、外部からの可視光
は通過するが、発光素子１１（発光ダイオードや
半導体レーザなど）から放出される特定の波長の
光に対しては斜面８において95％以上の鏡面反射
が生ずるような材料が選ばれている。

従つて測定点からの外光２５は、平行ガラス板
５、プリズム６を通り、その斜面８のコーテイン
グ膜を透過し、更に直角プリズム２４の反対側の
斜面２６にて全反射され、外筒１に形成された孔
２７を通して望遠鏡筒２３の前端部に配設された
直角プリズム２８に入射される。この直角プリズ
ム２８で更に90度折り曲げられた外光は、望遠鏡
の対物レンズ２９、正立レンズ３０，３１を通
り、接眼レンズ系３２に導びかれる。

接眼レンズ系３２の一部のレンズ３３は通常の
望遠鏡のように光軸方向に位置調整可能であり、
その調整により合焦状態を得て、光波距離計の光
軸を被測定物の測定中心点に正しく合わせること
ができる。

既述の如くにこの接眼レンズ系３２のレンズ３
３の調整操作機構と受光系の補正レンズ２１の調
整機構とを第１図の点線３４で示すように機械的
に連動させることにより、非常に使い勝手のよい
距離計を得ることができる。即ち、視準望遠鏡の
接眼レンズ調整により被測定物に正しく視準させ
れば、受光光学系補正レンズ２１も自動的にほぼ
合焦位置に移動され、受光素子３において最大感
度の受光を行うことができる。

第１図の実施例に示す視準光学系によれば、視
準光学系の光軸と測定光学系の光軸とを一致させ
ることができるので、正確な視準が可能である。
また受光レンズ２の前方に視準光学系のためのプ
リズム２４が置かれているから、受光光学系を妨
害することが少ない。つまり受光レンズ２の後方
に視準光学系のためのプリズムを置けば、入射外
光が受光レンズ２で収束された分だけ受光素子３
への妨害度は増えることになる。また視準光学系
に受光レンズ２（対物レンズ）が介在されないか
ら、視準像が歪むことが少ない。

更に、第１図の実施例では、上述の視準光学系
の直角プリズム２４を利用して校正光路を構成し
ている。校正光学系は、測定点からの反射を介在
させずに発光源の光を鏡筒内において受光素子に
直接導入する光学系であつて、この校正光によ
り、装置内の光路長及び電気回路の位相変化に基
く測定誤差を除去する修正演算を行うことができ
る。

校正光路はハウジング１０内において送光光路
に２回反射形の菱形プリズム３６が介在されるこ
とによつて構成される。この菱形プリズム３６は
回転シヤツター板３７上に取付けられていて、測
距時には送出光９が回転シヤツター板３７の孔を
透過し、また校正時にはシヤツターモータ３８に
よつて回転シヤツター板３７が回転されて、菱形
プリズム３６が送光光路中に介在されるようにな
つている。

校正時には、送光素子１１からの光がコリメー
タレンズ８を経て菱形プリズム３６に入射され、
２回反射によつて送光光軸に対して光路が平行移
動される。菱形プリズム３６の出射光は、外筒１
に送光系の孔１４に隣接して形成された孔３９を
通して視準系の直角プリズム２４の斜面２６に入
射され、ここで90度折り曲げられてから受光レン
ズ２の光軸中心部を通して受光素子３に導びかれ
る。これにより装置内において発光素子１１から
受光素子３に至る直接の校正光路４０（点線）が
形成され、必要な校正演算を行うことができる。

なお視準系の直角プリズム２４の斜面２６を反
射面として利用するために、斜面２６にはコーテ
イングが施されている。視準光路では直角プリズ
ム２４の斜面２６を全反射面として利用している
から、斜面２６のコーテイングが視準系に影響を
与えることはない。直角プリズム２４の両斜面
８，２６のコーテイング材は同種のものであつて
よい。

この校正光路では、直角プリズム２４を視準光
路と兼用しているから、構成が簡単であり、また
製造組立時の光路調整作業も容易である。また送
光系のコリメータレンズ１３及び受光系の受光レ
ンズ２が共に校正光路に含まれるような構成であ
るから、校正光路が測定光学系の物理条件により
近くなり、従つて校正を正確にして測距精度を向
上させることができる。この結果、第１図の構成
において高出力発光素子１１及び高感度受光素子
３を用いて測長限界を延ばしても、高い測距精度
を得ることができる。

発明の効果 本発明は上述の如く、受光レンズの前方に平行
ガラス板を配置し、その内側面に光軸に対して45
度を成す外向き反射面及び内向き反射面を設け
て、この外向き反射面に向かつて測定光を導出し
て測定光を外に送出すると共に、光源の光が上記
内向き反射面に入射するように光路を変更して測
定光が受光レンズを介して直接に受光素子に導入
されるようにした校正光学系を設けたものであ
る。

この構成により、送光光学系と受光光学系とを
光学的及び電気的にほぼ完全に分離できるから、
迷光や電気的誘導によつて測長誤差が増えること
がなく、従つて高出力発光素子や高感度受光素子
を用いて、測長距離がより長くしかも測長精度が
より高い光波距離計が得られる。また受光光学系
の像空間が送光光学系によつて妨害される度合い
も少ないから、受光レンズの径を有効に使つてよ
り高感度の測距を行うことができる。

また校正光路中に受光レンズが介在されるの
で、校正光学系の物理条件が測定光学系に近づ
き、より精度を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光波距離計の
縦断面図、第２図は測定点における光路図であ
る。 なお図面に用いられた符号において、１……外
筒、２……受光レンズ、３……受光素子、４……
検出回路、５……平行ガラス板、６……直角プリ
ズム、７……送光部、８……斜面、９……送出
光、１０……ハウジング、１１……発光素子、１
３……コリメータレンズ、１４……孔、１５……
反射光、２０……被測定物、２１……補正レン
ズ、２４……直角プリズム、２５……外光、２６
……斜面、２９……対物レンズ、３６……菱形プ
リズム、３７……回転シヤツター板、４０……校
正光路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 受光レンズ及びその光軸焦点位置に置かれた
   受光部を鏡筒内に収容して成る受光光学系と、上
   記受光レンズの光軸前方において上記鏡筒の開口
   端部に嵌め込まれた平行ガラス板と、この平行ガ
   ラス板の内側の光軸中心において光軸に対して略
   45度を成すように光軸前方に向けて付設された外
   向き反射面と、上記外向き反射面の背後で光軸に
   対して略45度を成すように光軸後方に向けて付設
   された内向き反射面と、上記鏡筒外から上記外向
   き反射面に向けて送出光を導出して上記平行ガラ
   ス板を介して上記送出光を対象物に送出するよう
   にした送光光学系と、挿脱自在の光路変更手段を
   上記送光光学系に介在させることによつて送出光
   を上記内向き反射面に向けて導出させて上記受光
   レンズを介して上記受光素子に収束させるように
   した校正光学系とを具備することを特徴とする校
   正光路を備える光波距離計。