JP2010091289A - 光波距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広がり角の低下を招くことなく、反射光の取得のための集光光学部材を小さくすることができるとともにその集光光学部材のＮＡを小さくすることを容易なものとし、全体の小型化を容易なものとすることができる光波距離測定装置を提供する。
【解決手段】光源１５からの出射光Ｅを目標物へ向けて出射するとともに目標物からの反射光Ｒを受光部２２で受光して距離測定を行う光波距離測定装置１０である。出射光Ｅで対物レンズ２６を介して目標物を照射する出射光学系と、反射光Ｒを対物レンズ２６を介して受光部２２へと導く受光光学系とを備え、受光光学系または出射光学系には、その光路上に、透過偏角を生じさせることなく光束の断面形状を変更するコーンプリズム３４が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光を用いて距離を測定する光波距離測定装置に関し、特に、対物レンズを経た出射光で出射光軸上の目標物を照射するとともに対物レンズを経た出射光軸上の反射光を取得する光波距離測定装置に関する。

例えば、土木工事等に伴う測量では、目標物へ向けて光を出射し、その目標物で反射されて戻った光を受光部で受光して、その出射光と反射光とに基づいて距離を測る光波距離測定方法が知られている。このような光波距離測定方法を実行する光波距離測定装置では、目標物への出射光路と目標物からの反射光路とで同一の対物レンズを利用するものがある（例えば、特許文献１参照）。この光波距離測定装置では、目標物に臨む対物レンズを通過する光路のうち、光軸を含む中心領域を出射光路として利用し、その周辺領域を反射光路として利用している。
特開２００４−６９６１１号公報

ところが、上記した光波距離測定装置では、反射光路が周辺領域とされていることから、反射光路を経た反射光が中抜け状態とされている。光波距離測定装置では、反射光を受光部で受光するために集光レンズ（集光光学部材）が用いられているが、光束の存在しない内方位置を含む大きな外径の反射光に対応する大きなレンズ径（有効径）の集光レンズを用いる必要があり、小型化する際の障害となってしまう。また、光波距離測定装置では、小型化すべく集光レンズと受光部との間隔を小さくするために、当該集光レンズとして大きなＮＡ（開口数）のものを用いる必要があるが、大きなレンズ径（有効径）の集光レンズでは、小さな外径寸法（有効径）のレンズに比較して大きなＮＡ（開口数）とすることが困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、広がり角の低下を招くことなく、反射光の取得のための集光光学部材を小さくすることができるとともにその集光光学部材のＮＡを小さくすることを容易なものとし、全体の小型化を容易なものとすることができる光波距離測定装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、光源からの出射光を目標物へ向けて出射するとともに該目標物からの反射光を受光部で受光して距離測定を行う光波距離測定装置であって、前記出射光で対物レンズを介して前記目標物を照射する出射光学系と、前記反射光を前記対物レンズを介して前記受光部へと導く受光光学系とを備え、該受光光学系または前記出射光学系には、その光路上に、透過偏角を生じさせることなく光束の断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、光源からの出射光を対物レンズを介して目標物へ向けて出射するとともに該目標物からの反射光を前記対物レンズを介して受光部で受光して距離測定を行う光波距離測定装置であって、前記対物レンズから前記受光部に至る光路には、前記反射光を略平行光束とする反射光コリメータ光学部材と、該反射光コリメータ光学部材を経た前記反射光を集光する集光光学部材とが設けられ、前記反射光コリメータ光学部材と前記集光光学部材との間には、透過偏角を生じさせることなく光束の外径を縮小しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、光源からの出射光を目標物へ向けた照射光軸上で対物レンズを経て出射するとともに前記出射光を環状に取り囲むように前記対物レンズに入射した前記目標物からの反射光を受光部で受光し、前記出射光と前記反射光とに基づいて距離測定を行う光波距離測定装置であって、前記対物レンズから前記受光部に至る光路には、前記反射光を平行光束とする反射光コリメータ光学部材と、該反射光コリメータ光学部材を経た平行光束である前記反射光を集光する集光光学部材とが設けられ、前記反射光コリメータ光学部材と前記集光光学部材との間には、前記反射光コリメータ光学部材を経て中抜け状態の平行光束とされた前記反射光の中空箇所をなくすべく透過偏角を生じさせることなく光束の外径を縮小しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、光源から光を出射させるとともに受光部にて光を受光する受発光機構と、該受発光機構からの出射光を目標物へ向けた照射光軸上で対物レンズから出射する出射光路を形成するとともに前記出射光を取り囲むように前記対物レンズに入射した前記目標物からの反射光を前記受発光機構へと導くための反射光路を形成する光路形成光学系と、前記受発光機構から出射された前記出射光を前記光路形成光学系の前記出射光路へと導光すべく前記受発光機構および前記光路形成光学系を接続する出射用光ファイバと、前記光路形成光学系の前記反射光路を経た前記反射光を前記受発光機構の前記受光部へと導光すべく前記受発光機構および前記光路形成光学系を接続する受光用光ファイバと、を備え、前記目標物までの距離測定を行う光波距離測定装置であって、前記反射光路には、前記反射光を略平行光束とする反射光コリメータ光学部材と、該反射光コリメータ光学部材を経た略平行光束である前記反射光を前記受光用光ファイバの入射端面に入射させるべく集光する集光光学部材とが設けられ、前記反射光コリメータ光学部材と前記集光光学部材との間には、透過偏角を生じさせることなく光束の外径を縮小しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光波距離測定装置であって、前記コーンプリズムは、前記反射光コリメータ光学部材を経て中抜け状態の平行光束とされた前記反射光を、その中空箇所をなくすように半径方向で光軸側へと平行移動させて中抜けではない平行光束とすることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の光波距離測定装置であって、前記コーンプリズムは、前記反射光コリメータ光学部材から前記集光光学部材に至る光軸を対称軸とする回転対称な円柱形状を呈し、前記反射光コリメータ光学部材側に位置する端面が前記反射光コリメータ光学部材へ向けて突出する円錐形状とされ、前記集光光学部材側に位置する端面が前記集光光学部材に対して凹んだ円錐形状とされ、前記両端面が前記対称軸に沿う方向で見て互いに平行とされていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、光源からの出射光を目標物へ向けた照射光軸を環状に取り囲むように対物レンズを経て出射するとともに前記出射光に取り囲まれるように照射光軸上で前記対物レンズに入射した前記目標物からの反射光を受光部で取得し、前記出射光と前記反射光とに基づいて距離測定を行う光波距離測定装置であって、前記光源から前記対物レンズに至る光路には、前記出射光を略平行光束とする出射光コリメータ光学部材が設けられ、前記出射光コリメータ光学部材と前記対物レンズとの間には、前記出射光コリメータ光学部材を経た中抜けではない平行光束である前記出射光を、光軸周りに空間を有する中抜け状態の平行光束とすべく、透過偏角を生じさせることなく光束の外径を拡大しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、光源から光を出射させるとともに受光部にて光を受光する受発光機構と、該受発光機構からの出射光を目標物へ向けた照射光軸を取り囲むように対物レンズを経て出射する出射光路を形成するとともに前記出射光に取り囲まれるように前記照射光軸上で前記対物レンズに入射した前記目標物からの反射光を前記受発光機構へと導くための反射光路を形成する光路形成光学系と、前記受発光機構から出射された前記出射光を前記光路形成光学系の前記出射光路へと導光すべく前記受発光機構と前記光路形成光学系を接続する出射用光ファイバと、前記光路形成光学系の前記反射光路を経た前記反射光を前記受発光機構の前記受光部へと導光すべく前記受発光機構と前記光路形成光学系を接続する受光用光ファイバと、を備え、前記目標物までの距離測定を行う光波距離測定装置であって、前記出射光路には、前記出射光を平行光束とする出射光コリメータ光学部材が設けられ、前記出射光コリメータ光学部材と前記対物レンズとの間には、前記出射光コリメータ光学部材を経た中抜けではない平行光束である前記出射光を、光軸周りに空間を有する中抜け状態の平行光束とすべく、透過偏角を生じさせることなく光束の外径を拡大しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７または請求項８に記載の光波距離測定装置であって、前記コーンプリズムは、前記出射光コリメータ光学部材から前記対物レンズに至る光軸を対称軸とする回転対称な円柱形状を呈し、前記出射光コリメータ光学部材側に位置する端面が前記出射光コリメータ光学部材に対して凹んだ円錐形状とされ、前記対物レンズ側に位置する端面が前記対物レンズへ向けて突出する円錐形状とされ、前記両端面が前記対称軸に沿う方向で見て互いに平行とされていることを特徴とする。

本発明の光波距離測定装置によれば、集光光学部材は、コーンプリズムにより縮径された反射光を集光できればよいことから、小さな外径寸法（有効径）とすることができ、ＮＡを小さくすることが容易である。

また、従来の構成の光波距離測定装置に比較して、小さな外径寸法（有効径）の集光光学部材を用いることができ、ＮＡを小さくすることが容易であることから、広がり角の縮小を容易に抑制することができる。

このため、本発明の光波距離測定装置によれば、容易に小型化することが可能である。

以下に、本発明に係る光波距離測定装置の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明に係る光波距離測定装置１０の光学系の概略構成を示す説明図である。図２は、光波距離測定装置１０に用いられるコーンプリズム３４を説明するために模式的に示す斜視図であり、図３は、コーンプリズム３４における作用を説明するために光軸（反射光軸Ｌｒ´）を含む断面で示す説明図である。

光波距離測定装置（ＥＤＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅｔｅｒ））１０は、図示は略すが、測定する対象とする目標物へ向けて光（出射光）を出射し、その目標物により反射されて戻ってきた反射光を受光し、出射光と反射光との時間差および／または位相差を計測することで距離測定を行う。光波距離測定装置１０は、本実施例では、図１に示すように、受発光機構１１に光路形成光学系１２が、出射用光ファイバ１３および受光用光ファイバ１４を介して光学的に接続されて構成されている。

受発光機構１１は、出射光Ｅと反射光Ｒとの時間差および／または位相差を計測するために光源１５から出射光Ｅを出射させるとともに受光素子２２（受光部）にて反射光Ｒを受光するものである。そこに接続された光路形成光学系１２は、照射光軸Ｌｉに沿う出射光Ｅを目標物（図示せず）へ向けて対物レンズ群２６から出射する出射光路を形成するとともに、その目標物から対物レンズ群２６を経る照射光軸Ｌｉに沿う反射光Ｒを取得するための反射光路を形成するものである。

受発光機構１１は、光源１５と第１コリメータレンズ１６と第１ハーフミラー１７と第１集光レンズ１８と第１ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ装置１９とを備える。光源１５は、図示を略す制御部の制御下で位相および強度が適宜調整された光を出射するものであり、本実施例では、パルスレーザダイオードが用いられている。この光源１５の出射光軸Ｌｅ上に、第１コリメータレンズ１６、第１ハーフミラー１７、第１集光レンズ１８および第１ＮＤフィルタ装置１９が配置されている。

第１コリメータレンズ１６は、光源１５から出射された出射光Ｅを出射光軸Ｌｅに平行な光束とする。第１ハーフミラー１７は、この平行光束の一部を透過させるとともに、残部を後述する受光素子２２が配置された受光光軸Ｌｇ上へと反射する。

この第１ハーフミラー１７を透過した出射光Ｅを集光するために第１集光レンズ１８が設けられている。第１集光レンズ１８は、第１ハーフミラー１７を透過した出射光Ｅを集光して、出射光軸Ｌｅ上に配置された出射用光ファイバ１３の入射端面１３ａに入射させる。この入射端面１３ａと第１集光レンズ１８との間に、第１ＮＤフィルタ装置１９が設けられている。

第１ＮＤフィルタ装置１９は、円板状を呈するＮＤフィルタ部１９ａと、それを回転させるモータ１９ｂとを有する。ＮＤフィルタ部１９ａは、基準点からの角度位置に従って透過量が漸次的に変化するフィルタ部材である。第１ＮＤフィルタ装置１９は、ＮＤフィルタ部１９ａの一部が出射光軸Ｌｅ上に位置するように設けられており、図示を略す制御部の制御下でモータ１９ｂが駆動されることにより、出射用光ファイバ１３の入射端面１３ａに入射する光量を調節する。この入射端面１３ａに入射された出射光Ｅは、出射用光ファイバ１３を介して光路形成光学系１２に導光され、後述するように、目標物（図示せず）を照射すべく照射光軸Ｌｉ上に導かれる。

また、受発光機構１１は、第１ハーフミラー１７による反射方向（反射光軸Ｌｒ上）に、第２ハーフミラー２０と第２集光レンズ２１と受光素子２２とを備える。さらに、反射光軸Ｌｒに対して、受光素子２２側から見た第２ハーフミラー２０の反射方向に、第２コリメータレンズ２３とノイズ除去フィルタ２４と受光用光ファイバ１４の出射端面１４ａとが設けられている。

受光用光ファイバ１４は、後述するように、目標物（図示せず）からの反射光Ｒが光路形成光学系１２により導かれるものであり、その出射端面１４ａからは反射光Ｒが出射されることとなる。この反射光Ｒを受光するために、第２コリメータレンズ２３、ノイズ除去フィルタ２４、第２ハーフミラー２０、第２集光レンズ２１および受光素子２２が設けられており、出射端面１４ａから第２ハーフミラー２０に反射されて受光素子２２に至る軸線が受光光軸Ｌｇとなる。

第２コリメータレンズ２３は、出射端面１４ａから出射された反射光Ｒを受光光軸Ｌｇに平行な光束とする。第２ハーフミラー２０は、この平行光束を第２集光レンズ２１へ向けて反射するとともに、第１ハーフミラー１７により反射された出射光Ｅの残部を透過させる。

この第２ハーフミラー２０により反射された反射光Ｒおよび透過した出射光Ｅを集光するために、第２集光レンズ２１が設けられている。この第２集光レンズ２１は、受光素子２２の受光面２２ａに入射するように、反射光Ｒおよび出射光Ｅを集光する。

その第２ハーフミラー２０と第１ハーフミラー１７との間に、第２ＮＤフィルタ装置２５が設けられている。この第２ＮＤフィルタ装置２５は、第１ＮＤフィルタ装置１９と同様の構成とされており、図示を略す制御部の制御下でのモータ２５ｂの駆動に応じてＮＤフィルタ部２５ａの回転姿勢が調節されることにより、第１ハーフミラー１７により反射された出射光Ｅが受光素子２２の受光面２２ａに入射する光量を調節する。この第２ＮＤフィルタ装置２５は、第１ＮＤフィルタ装置１９における調整量に応じて、適宜調整量が制御されている。

この光量が調節された出射光Ｅおよび反射光Ｒが受光面２２ａに導かれる受光素子２２は、受光面２２ａに光が入射すると、その光量に応じた電気信号を出力するものであり、本実施例では、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）が用いられている。

光波距離測定装置１０は、光源１５から出射され第１ハーフミラー１７により反射されて受光素子２２で受光した出射光Ｅと、光路形成光学系１２を経て受光素子２２で受光した反射光Ｒと、の位相差及びその出射光Ｅでの初期位相、または出射光Ｅと反射光Ｒとの時間差を検出することで、図示を略す演算部が当該光波距離測定装置１０から目標物（図示せず）までの距離を演算し、距離測定を行う。

この受発光機構１１には、上述したように、出射用光ファイバ１３および受光用光ファイバ１４を介して、光路形成光学系１２が光学的に接続されている。

この光路形成光学系１２は、出射用光ファイバ１３により導かれた出射光Ｅを照射光軸Ｌｉに沿って出射させるものであり、その照射光軸Ｌｉ上に対物レンズ群２６が設けられている。光路形成光学系１２では、出射用光ファイバ１３の出射端面１３ｂの出射光軸Ｌｅ´上に、第３コリメータレンズ２７とエキスパンダレンズ２８と第１ミラー２９とが設けられ、第１ミラー２９における出射光軸Ｌｅ´に対する反射方向に両面ミラー３０が設けられている。この両面ミラー３０は、表裏の両面が反射面（第１反射面３０ａおよび第２反射面３０ｂとする）とされた板状を呈しており、本実施例では、円板状とされている。両面ミラー３０は、第１ミラー２９側に第１反射面３０ａを位置させるとともに、出射光軸Ｌｅ´を通り第１ミラー２９により反射される方向に対する第１反射面３０ａの反射方向が照射光軸Ｌｉに一致するように、設けられている。

第３コリメータレンズ２７は、出射用光ファイバ１３の出射端面１３ｂから出射された出射光Ｅを、出射光軸Ｌｅ´に平行な光束とする。エキスパンダレンズ２８は、第３コリメータレンズ２７により平行光束とされた出射光Ｅを、ビーム径が拡大していく拡大光束とする。第１ミラー２９は、エキスパンダレンズ２８により拡大光束とされた出射光Ｅを、両面ミラー３０の第１反射面３０ａへ向けて反射し、この第１反射面３０ａが当該出射光Ｅを対物レンズ群２６へ向けて反射する。この対物レンズ群２６は、拡大光束とされた出射光Ｅを照射光軸Ｌｉに平行な光束として、その出射光Ｅを照射光軸Ｌｉ上で出射させる。ここで、対物レンズ群２６は、径寸法が出射する出射光Ｅの径寸法よりも大きくされている。

また、光路形成光学系１２では、照射した目標物により反射された反射光Ｒを取得するために、第２ミラー３１と第３ミラー３２と第４コリメータレンズ３３とコーンプリズム３４と第３集光レンズ３５とを有する。

第２ミラー３１は、照射光軸Ｌｉ上であって、対物レンズ群２６の後方（両面ミラー３０が位置する側）に設けられている。この第２ミラー３１は、平坦な反射面３１ａが照射光軸Ｌｉに対して直交するように設けられており、対物レンズ群２６を経ることによりビーム径が縮小していく縮小光束とされた反射光Ｒを、両面ミラー３０の第２反射面３０ｂへ向けて反射する。このため、第２ミラー３１は、対物レンズ群２６よりも小さな径寸法とされるとともに、両面ミラー３０よりも大きな径寸法とされている。なお、本実施例では、第２ミラー３１は、後述する視準光学系の形成のためにハーフミラーが用いられている。この第２反射面３０ｂにより反射された反射光Ｒは、第３ミラー３２に至る。本実施例では、第２反射面３０ｂと第３ミラー３２との間に、対物レンズ群２６の（後側）焦点が位置されており、第４コリメータレンズ３３が凸レンズとされている。

第３ミラー３２は、両面ミラー３０の第２反射面３０ｂにより反射された反射光Ｒを、第４コリメータレンズ３３へ向けて反射する。この反射光Ｒが、第２反射面３０ｂにより反射された後に進行する方向および第４コリメータレンズ３３が設けられた軸線を反射光軸Ｌｒ´とする。この反射光軸Ｌｒ´上に、コーンプリズム３４と第３集光レンズ３５とが設けられ、その延長位置に受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂが位置されている。

この第４コリメータレンズ３３は、入射された反射光Ｒを反射光軸Ｌｒ´に平行な光束とする。このため、第４コリメータレンズ３３は、光路形成光学系１２における反射光コリメータ光学部材として機能する。この平行光束とされた反射光Ｒは、コーンプリズム３４の凸側端面３４ａに入射し、その凹側端面３４ｂから縮径された平行光束として反射光軸Ｌｒ´に沿って出射される（図２参照）。コーンプリズム３４は、図２に示すように、全体に反射光軸Ｌｒ´を対称軸とする回転対称な円柱形状を呈し、第４コリメータレンズ３３側に位置する凸側端面３４ａが、その第４コリメータレンズ３３側へと突出する円錐形状とされており、第３集光レンズ３５側に位置する凹側端面３４ｂが、その第３集光レンズ３５側を凹とする円錐形状とされている（図１参照）。また、コーンプリズム３４は、反射光軸Ｌｒ´（対称軸）を含む断面で見ると、凸側端面３４ａと凹側端面３４ｂとが、反射光軸Ｌｒ´に沿う方向で対向する箇所において平行となるように、設定されている。このコーンプリズム３４における作用については後述する。

第３集光レンズ３５は、図１に示すように、（後側）焦点位置が受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂ上となるように設けられており、コーンプリズム３４の凹側端面３４ｂから出射された平行光束である反射光Ｒを集光して、受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂに入射させる。このため、第３集光レンズ３５は、光路形成光学系１２における集光光学部材として機能する。このように、第３集光レンズ３５は、凹側端面３４ｂから出射された反射光Ｒを集光できるものであればよいことから、第４コリメータレンズ３３に比較して、小さなレンズ径（有効径）とされている。受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂに入射した反射光Ｒは、上述したように、受光用光ファイバ１４によって受発光機構１１へと導かれる。

さらに、光路形成光学系１２では、目標物（図示せず）の観察のために、結像レンズ３６と撮像素子３７と画像処理部３８とモニタ３９とを有する。結像レンズ３６および撮像素子３７は、照射光軸Ｌｉ上であって、第２ミラー３１の後方（対物レンズ群２６が位置する側とは反対側）に設けられている。結像レンズ３６は、ハーフミラーである第２ミラー３１を透過した光（目標物からの反射光Ｒを含む）を撮像素子３７上に結像させる。この撮像素子３７は、その受光面に光が入射すると、その光量に応じた電気信号を画像処理部３８へ出力する。画像処理部３８は、撮像素子３７から出力された電気信号を適宜画像処理して画像信号を生成し、この画像信号をモニタ３９へと出力する。モニタ３９は、画像処理部３８からの画像信号に応じた画像を表示する。これにより、光波距離測定装置１０の使用者は、モニタ３９の表示画面を目視することで、照射光軸Ｌｉを目標物（図示せず）に向けることを容易なものとすることができるとともに、照射光軸Ｌｉ上にある目標物（図示せず）を観察することができる。このため、対物レンズ群２６および結像レンズ３６が視準光学系として機能するとともに、その視準光学系と撮像素子３７と画像処理部３８とモニタ３９とが視準装置として機能することとなる。

このため、光波距離測定装置１０は、受発光機構１１の光源１５から出射させた出射光Ｅを、出射用光ファイバ１３により光路形成光学系１２に導光し、そこで第３コリメータレンズ２７、エキスパンダレンズ２８、第１ミラー２９、両面ミラー３０の第１反射面３０ａおよび対物レンズ群２６を経て、照射光軸Ｌｉ上の平行な光束として出射することにより、この照射光軸Ｌｉ上に位置する測定対象とする目標物（図示せず）を照射することができる。このため、光路形成光学系１２では、第３コリメータレンズ２７、エキスパンダレンズ２８、第１ミラー２９および両面ミラー３０により出射光路（出射光学系）が形成されている。

ここで、目標物（図示せず）からの反射光Ｒは、照射光軸Ｌｉに対して略平行な光束として対物レンズ群２６に入射する。光波距離測定装置１０は、対物レンズ群２６に入射した反射光Ｒを、第２ミラー３１、両面ミラー３０の第２反射面３０ｂ、第３ミラー３２、第４コリメータレンズ３３、コーンプリズム３４および第３集光レンズ３５を経て、受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂに入射させる。このため、光路形成光学系１２では、第２ミラー３１、両面ミラー３０、第３ミラー３２、第４コリメータレンズ３３、コーンプリズム３４および第３集光レンズ３５により反射光路（受光光学系）が形成されている。

このとき、光波距離測定装置１０では、対物レンズ群２６の径寸法が出射する出射光Ｅの径寸法よりも大きくされており、照射光軸Ｌｉ上であって対物レンズ群２６の後方に両面ミラー３０が設けられていることから、対物レンズ群２６に入射した反射光Ｒのうち、両面ミラー３０が設けられた照射光軸Ｌｉの中心箇所に相当する部分が、第２ミラー３１には到達しないこととなる。換言すると、第２ミラー３１に至る反射光Ｒは、照射光軸Ｌｉを中心とした中抜け状態とされていることとなる。この中抜け状態の反射光Ｒが、第２ミラー３１、両面ミラー３０の第２反射面３０ｂおよび第３ミラー３２により反射されて第４コリメータレンズ３３に至り、この第４コリメータレンズ３３により反射光軸Ｌｒ´に沿う平行光束とされることから、コーンプリズム３４の凸側端面３４ａに入射する反射光Ｒは、反射光軸Ｌｒ´を中心とした中抜け状態の平行光束（図２の符号Ｌｕ１参照）とされている。この中抜け状態の平行光束である反射光Ｒは、後述するようにコーンプリズム３４を通過することより中抜けのない平行光束（図２の符号Ｌｕ２参照）とされて第３集光レンズ３５に至る。

次に、従来の光波距離測定装置における問題点を説明する。図４は、従来の構成の光波距離測定装置１０´の光路形成光学系１２´の一例を示す図１と同様の説明図である。

この光波距離測定装置１０´の光路形成光学系１２´は、第４コリメータレンズ３３と第３集光レンズ３５との間にコーンプリズム３４が設けられていないことを除くと、本発明に係る光波距離測定装置１０の光路形成光学系１２と基本的に等しい構成である。このため、図４の光路形成光学系１２´では、同一機能部分には図１の光路形成光学系１２と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

光路形成光学系１２´では、第４コリメータレンズ３３を経て反射光軸Ｌｒ´に沿う平行光束とされた反射光Ｒが、そのまま第３集光レンズ３５´に至り、この第３集光レンズ３５´により集光されて受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂに入射される。このため、第３集光レンズ３５´は、第４コリメータレンズ３３を経た平行光束である反射光Ｒを集光する必要があることから、第４コリメータレンズ３３に比較して、略等しいレンズ径（有効径）とされている。

このため、光路形成光学系１２´では、本発明に係る光波距離測定装置１０の光路形成光学系１２の第３集光レンズ３５に比較して、大きな外径寸法（有効径）の第３集光レンズ３５´を用いる必要がある。このことは、光波距離測定装置１０´の大型化を招くとともに、コストの上昇を招いてしまう。

また、第３集光レンズ３５´は、第４コリメータレンズ３３を経た反射光Ｒを受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂに入射するように集光するものであることから、第３集光レンズ３５´から受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂまでの間隔を小さくしようとすると、焦点距離の短いものすなわち大きなＮＡ（開口数）のものを用いる必要がある。ところが、大きな外径寸法（有効径）のレンズでは、焦点距離を短くすることすなわち大きなＮＡ（開口数）とすることが困難である。このため、光路形成光学系１２´では、本発明に係る光波距離測定装置１０の光路形成光学系１２の第３集光レンズ３５に比較して、第３集光レンズ３５´から受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂまでの間隔が大きなものとなってしまう。

次に、本発明に係る光波距離測定装置１０のコーンプリズム３４における作用を、図２および図３を用いて説明する。

コーンプリズム３４は、反射光軸Ｌｒ´を中心とした中抜け状態の平行光束Ｌｕ１を、その中空箇所をなくすように半径方向（反射光軸Ｌｒ´を含みそこに直交する方向）で反射光軸Ｌｒ´側へと平行移動させて、反射光軸Ｌｒ´を中心とした中抜けではない平行光束Ｌｕ２とする。このことから、反射光Ｒでは、コーンプリズム３４へと至る平行光束Ｌｕ１よりも、コーンプリズム３４から出射される平行光束Ｌｕ２の方が小さな外径寸法であるとともに、コーンプリズム３４を経る前後での光量が略等しいものとされている。

詳細には、コーンプリズム３４において、図３に示すように、反射光軸Ｌｒ´に平行な光束ｌｕａが凸側端面３４ａを経てコーンプリズム３４内に入射し、このコーンプリズム３４内を光束ｌｕｂで進行したものとする。このとき、凸側端面３４ａは、第４コリメータレンズ３３側へと突出する円錐形状とされていることから、光束ｌｕｂは、凸側端面３４ａを経ることにより、光束ｌｕａに対して反射光軸Ｌｒ´へと向かうように屈折することとなる。ここで、この光束ｌｕａが、凸側端面３４ａに直交する垂線ｐ１と為す角（入射角）をαとし、光束ｌｕｂが垂線ｐ１と為す角（屈折角）をβとすると、コーンプリズム３４が空気中に存在するものであることから、入射角α＞屈折角βとなる。

この光束ｌｕｂは、コーンプリズム３４内を進行して凹側端面３４ｂに至る。コーンプリズム３４では、反射光軸Ｌｒ´を含む断面で見ると、上述したように凸側端面３４ａと凹側端面３４ｂとが反射光軸Ｌｒ´に沿う方向で対向する箇所において平行とされていることから、垂線ｐ１と垂線ｐ２とが互いに平行となる。このため、光束ｌｕｂは、凸側端面３４ａでの屈折角βと等しい角度で凹側端面３４ｂへと入射することとなる。コーンプリズム３４からその外方へと向かう光束では、内方へと入射した際と同様の屈折が生じることから、コーンプリズム３４内側から入射角βで凹側端面３４ｂへと入射した光束ｌｕｂは、屈折角αで凹側端面３４ｂからコーンプリズム３４の外方へと出射される光束ｌｕｃとなる。このとき、凹側端面３４ｂは、第３集光レンズ３５側を凹とする円錐形状とされていることから、光束ｌｕｂは、凹側端面３４ｂを経ることにより、光束ｌｕａに対して反射光軸Ｌｒ´から離間するように屈折することとなるので、屈折角αで凹側端面３４ｂから出射される光束ｌｕｃは、反射光軸Ｌｒ´と平行に進行することとなる。

このコーンプリズム３４への入射と出射との関係性は、凸側端面３４ａへの入射位置に寄らず一定のものであることから、コーンプリズム３４において、反射光軸Ｌｒ´に沿う方向で凸側端面３４ａへと入射した光束は、反射光軸Ｌｒ´に近寄るように平行移動されて凹側端面３４ｂから反射光軸Ｌｒ´に沿う方向で出射されることとなる。

また、コーンプリズム３４では、対物レンズ群２６に入射し、第２ミラー３１、両面ミラー３０の第２反射面３０ｂおよび第３ミラー３２により反射されて第４コリメータレンズ３３により平行光束とされた中抜け状態の反射光Ｒ（平行光束Ｌｕ１参照）における内端位置ｉ１、ｉ２の光束を、略反射光軸Ｌｒ´に一致させて出射するように、その材質（屈折率）を勘案しつつ凸側端面３４ａおよび凹側端面３４ｂの傾斜角度が設定されている。

このため、第４コリメータレンズ３３により反射光軸Ｌｒ´に沿う平行光束とされた中抜け状態の平行光束（図２の符号Ｌｕ１参照）は、コーンプリズム３４を通過することにより、反射光軸Ｌｒ´を中心として中抜けではない小さな外径寸法の平行光束（図２の符号Ｌｕ２参照）とされる。このことから、コーンプリズム３４は、入射する光速の進行方向に対して出射する光束の進行方向が為す角である偏角（透過偏角）が０度すなわち透過偏角を生じさせることなく、光束の断面形状（進行方向に直交する方向で見た断面）を変更していることとなる。

本発明に係る光波距離測定装置１０では、以下の（１）〜（５）の効果を得ることができる。
（１）コーンプリズム３４により、第４コリメータレンズ３３から出射された平行光束（図２の符号Ｌｕ１参照）が、小さな外径寸法の平行光束（図２の符号Ｌｕ２参照）とされた後に、第３集光レンズ３５に入射する構成であることから、この第３集光レンズ３５を小さな外径寸法（有効径）とすることができる。このため、従来の構成の光波距離測定装置（図４の符号１０´参照）に比較して、小型化することができ、コストを低減することができる。
（２）コーンプリズム３４により、第４コリメータレンズ３３から出射された平行光束（図２の符号Ｌｕ１参照）が、小さな外径寸法の平行光束（図２の符号Ｌｕ２参照）とされた後に、第３集光レンズ３５に入射する構成であることから、図５に示すように、従来の構成の光波距離測定装置（図４の符号１０´参照）の第３集光レンズ（図４の符号３５´参照）に等しいＮＡ（開口数）であり小さな外径寸法（有効径）の第３集光レンズ３５´´を用いると、その第３集光レンズ３５´´から受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂまでの間隔を従来の構成の光波距離測定装置（図４の符号１０´参照）よりも短くすることができる。このため、従来の構成の光波距離測定装置（図４の符号１０´参照）に比較して、容易に小型化することができる。
（３）コーンプリズム３４により、第４コリメータレンズ３３から出射された平行光束（図２の符号Ｌｕ１参照）が、小さな外径寸法の平行光束（図２の符号Ｌｕ２参照）とされた後に、第３集光レンズ３５に入射する構成であることから、第３集光レンズ３５から受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂまでの間隔を従来の構成の光波距離測定装置（図４の符号１０´参照）と同様のものとすると、第３集光レンズ３５を小さな外径寸法（有効径）でありながら焦点距離の長いものすなわち小さなＮＡ（開口数）のものを用いることができる。このため、従来の構成の光波距離測定装置（図４の符号１０´参照）に比較して、小型化すること（第３集光レンズ３５が小さくなる分だけ）ができ、コストを大幅に低減することができる。
（４）従来の構成の光波距離測定装置（図４の符号１０´参照）に比較して、小さな外径寸法（有効径）の第３集光レンズ３５を用いることができるので、広がり角の縮小を招くことなく受光用光ファイバ１４の直径寸法を低減することができる。このことについて以下で図６を用いて説明する。図６は、第３集光レンズ３５と受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂとの関係に光路図を付して示す説明図であり、（ａ）は第３集光レンズ３５の（後側）焦点距離がｆであり受光用光ファイバ１４の直径寸法がｄである例を示し、（ｂ）は焦点距離がｆであり直径寸法がｄ／２である例を示し、（ｃ）は焦点距離がｆ／２であり直径寸法がｄ／２である例を示している。

先ず、図６（ａ）に示すように、第３集光レンズ３５１の（後側）焦点距離がｆとされ、その（後側）焦点位置に直径寸法ｄの受光用光ファイバ１４１の入射端面１４１ｂの中心が位置するように、第３集光レンズ３５１と受光用光ファイバ１４１とが設けられているものとする。ここで、受光用光ファイバ１４１は、直径寸法がｄであることから、その入射端面１４１ｂの上端位置ｅ１では、反射光軸Ｌｒ´に対して所定の角度−θ_１（図６を正面視して上側を正とする）を為して第３集光レンズ３５１に入射した平行光束が集光されることとなり、同じく下端位置ｅ２では、反射光軸Ｌｒ´に対して所定の角度θ_１を為して第３集光レンズ３５１に入射した平行光束が集光されることとなる。このため、受光用光ファイバ１４１の入射端面１４１ｂには、反射光軸Ｌｒ´に対して上下のそれぞれに角度θ_１だけの広がりをもつ方向で進行する平行光束が入射することとなる。この上下の角度を合わせたものを、広がり角といい、この図６（ａ）の例では、広がり角が２θ_１とされていることとなる。

ここで、図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）と同様の第３集光レンズ３５２を用いるとともに、直径寸法ｄ／２の受光用光ファイバ１４２を用いることとすると、その入射端面１４２ｂの直径寸法が小さくなることから、その上端位置ｅ３および下端位置ｅ４へと入射する角度θ_２は（ａ）の角度θ_１よりも小さなものとなる。このため、図６（ｂ）の例では、広がり角が２θ_２とされていることとなり、図６（ａ）の例よりも広がり角が小さくされていることとなる。

そこで、図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）と同様の直径寸法ｄ／２の受光用光ファイバ１４３を用いるとともに、（後側）焦点距離がｆ／２とされた第３集光レンズ３５３を用いることとすると、その上端位置ｅ５および下端位置ｅ６へと入射する角度θ_３を（ａ）の角度θ_１と等しいものとすることができる。このため、図６（ｃ）の例では、広がり角が２θ_１とされていることとなり、図６（ａ）の例に等しい広がり角とされていることとなる。

ここで、上述したように、小さな外径寸法（有効径）のレンズでは、大きな外径寸法（有効径）のレンズに比較して、焦点距離を短くすることが容易である。このため、光波距離測定装置１０では、従来の構成の光波距離測定装置（図４の符号１０´参照）に比較して、小さな外径寸法（有効径）の第３集光レンズ３５を用いることができるので、広がり角の縮小を招くことなく受光用光ファイバ１４の直径寸法を低減することができることとなる。

また、直径寸法の小さい受光用光ファイバ１４では、直径寸法の大きなものと比較して、容量を小さくすることができることから占有領域を小さくすることができるとともに、湾曲させた際の曲率を大きくすることができることから取り回し性を格段に向上させることができる。このため、小さな外径寸法（有効径）の第３集光レンズ３５を用いることに加えて、受光用光ファイバ１４の占有領域を小さくするとともに受光用光ファイバ１４の取り回し性を格段に向上させることができるので、従来の構成の光波距離測定装置（図４の符号１０´参照）に比較して、大幅に小型化することができる。
（５）第４コリメータレンズ３３により反射光軸Ｌｒ´に沿う平行光束とされた中抜け状態の平行光束（図２の符号Ｌｕ１参照）は、コーンプリズム３４を通過することにより、反射光軸Ｌｒ´を中心として中抜けではない小さな外径寸法の平行光束（図２の符号Ｌｕ２参照）とされることから、受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂすなわち受発光機構１１の受光素子２２に中抜けのない反射光Ｒを受光させることができる。

（６）中抜け状態の平行光束とされた反射光をその中空箇所をなくすように半径方向で光軸側へと平行移動させて中抜けではない平行光束とするコーンプリズム３４が、全体に反射光軸Ｌｒ´を対称軸とする回転対称な円柱形状を呈し、第４コリメータレンズ３３側に位置する凸側端面３４ａが、その第４コリメータレンズ３３側へと突出する円錐形状とされ、第３集光レンズ３５側に位置する凹側端面３４ｂが、その第３集光レンズ３５側を凹とする円錐形状とされ、反射光軸Ｌｒ´（対称軸）に沿う方向で見て、凸側端面３４ａと凹側端面３４ｂとが互いに平行とされた単一の光学部材で構成されていることから、容易に形成することができるとともに、小さなものとすることができる。また、コーンプリズム３４の前後の光束が平行光束（図２の符号Ｌｕ１およびＬｕ２参照）とされていることから、反射光軸Ｌｒ´上において、第４コリメータレンズ３３や第３集光レンズ３５との間隔を小さくして配置することができるので、光路形成光学系１２ひいては装置全体の小型化を容易なものとすることができる。

したがって、本発明に係る光波距離測定装置１０では、広がり角の低下を招くことなく、反射光Ｒの取得のための第３集光レンズ３５を小さくすることができるとともにその第３集光レンズ３５のＮＡ（開口数）を小さくすることを容易なものとし、全体の小型化を容易なものとすることができる。

＜変形例＞
上記した実施例では、光路形成光学系１２において、受発光機構１１に接続された出射用光ファイバ１３の出射端面１３ｂが第３コリメータレンズ２７に対向されるとともに、受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂが第３集光レンズ３５に対向されて構成されていた、すなわち第３コリメータレンズ２７側が出射側とされかつ第３集光レンズ３５側が受光側とされていたが、双方を入れ替える構成とすることができる。

この変形例では、出射用光ファイバ１３の出射端面１３ｂを第３集光レンズ３５に対向させるとともに、受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂを第３コリメータレンズ２７に対向させる構成とし、第３集光レンズ３５側を出射側としかつ第３コリメータレンズ２７側を受光側とした光波距離測定装置１００（図１に破線で示す出射用光ファイバ１３および受光用光ファイバ１４参照）について説明する。

この光波距離測定装置１００では、上記したように出射用光ファイバ１３および受光用光ファイバ１４の接続関係が異なる以外は、上記した実施例の光波距離測定装置１０と同様であることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、光波距離測定装置１００においては、出射用光ファイバ１３および受光用光ファイバ１４の接続関係が異なる以外は、上記した実施例の光波距離測定装置１０と同様であることから、受発光機構１１での動作は光波距離測定装置１０と同様であり、光路形成光学系１２での動作は光の逆進性により光の進行方向が逆となるだけで光波距離測定装置１０と同様の光路図を描くこととなる。このため、光波距離測定装置１００では、図１における符号Ｒが出射光に相当し、かつ符号Ｅが反射光に相当するので、以下では、出射光（Ｒ）および反射光（Ｅ）と記載する。また、光波距離測定装置１００では、第３集光レンズ３５が光路形成光学系１２において、出射光（Ｒ）を平行光束とする出射光コリメータ光学部材として機能することとなる。

光波距離測定装置１００では、受発光機構１１の光源１５から出射させた出射光（Ｒ）を、出射用光ファイバ１３により光路形成光学系１２に導光し、そこで第３集光レンズ３５、コーンプリズム３４、第４コリメータレンズ３３、第３ミラー３２、両面ミラー３０の第２反射面３０ｂおよび第２ミラー３１を経て、対物レンズ群２６から照射光軸Ｌｉ上の平行な光束として出射する。このため、光波距離測定装置１００の光路形成光学系１２では、第３集光レンズ３５、コーンプリズム３４、第４コリメータレンズ３３、第３ミラー３２、両面ミラー３０および第２ミラー３１により出射光路が形成されている。

このように、光波距離測定装置１００では、照射光軸Ｌｉ上に位置する測定対象とする目標物（図示せず）を照射することができる。光波距離測定装置１００から目標物（図示せず）までの間隔が大きい（当該間隔が構成された光学系に対して十分に大きい）場合、この目標物からの反射光（Ｅ）は、照射光軸Ｌｉに対して略平行な光束として対物レンズ群２６に入射する。

光波距離測定装置１００では、対物レンズ群２６に入射した反射光（Ｅ）のうち両面ミラー３０の第１反射面３０ａに到達したものを第１ミラー２９へ向けて反射し、エキスパンダレンズ２８および第３コリメータレンズ２７を経て、受光用光ファイバ１４の入射端面１４ｂに入射させる。このため、光波距離測定装置１００の光路形成光学系１２では、両面ミラー３０、第１ミラー２９、エキスパンダレンズ２８および第３コリメータレンズ２７により反射光路が形成されている。

これにより、光波距離測定装置１００は、光源１５から出射されて受光素子２２で受光した出射光（Ｒ）と、光路形成光学系１２を経て受光素子２２で受光した反射光（Ｅ）と、の位相差及びその出射光（Ｒ）での初期位相、または出射光（Ｒ）と反射光（Ｅ）との時間差を検出することで、図示を略す演算部が当該光波距離測定装置１００から目標物（図示せず）までの距離を演算し、距離測定を行う。

光波距離測定装置１００においても、第３集光レンズ３５（出射光コリメータ光学部材）を小さな外径寸法（有効径）とすることができること（上記した効果（１））、コーンプリズム３４を用いない場合と同様のＮＡ（開口数）の第３集光レンズ３５を用いることでその第３集光レンズ３５と出射用光ファイバ１３の出射端面１３ｂとの間隔を短くできること（上記した効果（２））、第３集光レンズ３５と出射用光ファイバ１３の出射端面１３ｂとの間隔を、コーンプリズム３４を用いない場合と同様とすると、第３集光レンズ３５を小さな外径寸法（有効径）でありながら焦点距離の長いものすなわち小さなＮＡ（開口数）のものを用いることができること（上記した効果（３））、広がり角の縮小を招くことなく出射用光ファイバ１３の直径寸法を低減することができること（上記した効果（４））、コーンプリズム３４を容易に形成することができるとともに小さなものとすることができること（上記した効果（６））、は、光波距離測定装置１０と同様であり、それに付随する効果も同様に得ることができる。

これに加えて、光波距離測定装置１００では、出射用光ファイバ１３の出射端面１３ｂから出射した出射光（Ｒ）を、第３集光レンズ３５が出射光軸（符号Ｌｒ´参照）に沿う平行光束とした後、コーンプリズム３４が中抜け状態の平行光束（図２の符号Ｌｕ１参照）とし、この中抜け状態の出射光（Ｒ）を第４コリメータレンズ３３、第３ミラー３２、両面ミラー３０の第２反射面３０ｂおよび第２ミラー３１を経て、対物レンズ群２６へと導く。このため、第２ミラー３１から対物レンズ群２６へと至る間（光路）には、両面ミラー３０が存在することとなるが、この間を通過する際の出射光（Ｒ）が中抜け状態とされており、この中抜け部分に両面ミラー３０が位置されることとなる。これにより、光波距離測定装置１００では、光源１５から出射された出射光（Ｒ）が、両面ミラー３０により蹴られる（両面ミラー３０により対物レンズ群２６から出射することが遮られる）ことがないので、光源１５から出射された出射光（Ｒ）の光量を効率よく利用することができる。このことは、本実施例のように光源１５がパルスレーザダイオード（レーザ出射装置）で構成されている場合、出射光の光強度分布がガウス分布であることから、出射光における光軸回りの中心箇所が蹴られることをなくすことは、光量を効率よく利用する観点から特に効果的である。

なお、上記した実施例では、受発光機構１１は、図１に示すように構成されていたが、出射光Ｅと反射光Ｒとの時間差および／または位相差を計測するために光源１５から出射光Ｅを出射させるとともに受光素子２２（受光部）にて反射光Ｒを受光するものであればよく、上記した実施例に限定されるものではない。

また、上記した実施例では、光路形成光学系１２は、図１に示すように構成されていたが、出射光Ｅを目標物（図示せず）へ向けた照射光軸Ｌｉ上で対物レンズ群２６から出射する出射光路を形成するとともに、出射光Ｅを環状に取り囲むように対物レンズ群２６に入射した目標物からの反射光Ｒを取得するための反射光路を形成するものであればよく、上記した実施例に限定されるものではない。このことは、光路形成光学系１２において、出射側と反射側とを入れ替えて、光の進行方向が逆になった場合（出射光Ｅと反射光Ｒとが入れ替わる場合（変形例））でも同様である。

さらに、上記した実施例では、コーンプリズム３４が、全体に反射光軸Ｌｒ´を対称軸とする回転対称な円柱形状を呈し、第４コリメータレンズ３３側に位置する凸側端面３４ａが、その第４コリメータレンズ３３側へと突出する円錐形状とされ、第３集光レンズ３５側に位置する凹側端面３４ｂが、その第３集光レンズ３５側を凹とする円錐形状とされ、反射光軸Ｌｒ´（対称軸）に沿う方向で見て、凸側端面３４ａと凹側端面３４ｂとが互いに平行されていたが、透過偏角を生じさせることなく光束の断面形状（進行方向に直交する方向で見た断面）を変更するものであればよく、より好適には中抜け状態の平行光束とされた反射光をその中空箇所をなくすように半径方向で光軸側へと平行移動させて中抜けではない平行光束とするものであればよく、上記した実施例に限定されるものではない。

本発明に係る光波距離測定装置の光学系の概略構成を示す説明図である。 光波距離測定装置に用いられるコーンプリズムを説明するために模式的に示す斜視図である。 コーンプリズムにおける作用を説明するために光軸（入射光軸）を含む断面で示す説明図である。 従来の構成の光波距離測定装置の光路形成光学系の一例を示す図１と同様の説明図である。 本発明に係る光波距離測定装置において光路形成光学系の第３集光レンズの焦点距離を短くした例を示す図１と同様の説明図である。 第３集光レンズと受光用光ファイバの入射端面ｂとの関係に光路図を付して示す説明図であり、（ａ）は第３集光レンズの（後側）焦点距離がｆであり受光用光ファイバの直径寸法がｄである例を示し、（ｂ）は焦点距離がｆであり直径寸法がｄ／２である例を示し、（ｃ）は焦点距離がｆ／２であり直径寸法がｄ／２である例を示している。

符号の説明

１０、１００ 光波距離測定装置
１１ 受発光機構
１２ 光路形成光学系
１３ 出射用光ファイバ
１４ 受光用光ファイバ
１５ 光源
２２ （受光部としての）受光素子
２６ （対物レンズを構成する）対物レンズ群
３３ （反射光コリメータ光学部材としての）第４コリメータレンズ
３４ コーンプリズム
３５ （集光光学部材（変形例では出射光コリメータ光学部材）としての）第３集光レンズ
Ｅ 出射光
Ｒ 反射光

Claims (9)

1. 光源からの出射光を目標物へ向けて出射するとともに該目標物からの反射光を受光部で受光して距離測定を行う光波距離測定装置であって、
   前記出射光で対物レンズを介して前記目標物を照射する出射光学系と、前記反射光を前記対物レンズを介して前記受光部へと導く受光光学系とを備え、
   該受光光学系または前記出射光学系には、その光路上に、透過偏角を生じさせることなく光束の断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする光波距離測定装置。
2. 光源からの出射光を対物レンズを介して目標物へ向けて出射するとともに該目標物からの反射光を前記対物レンズを介して受光部で受光して距離測定を行う光波距離測定装置であって、
   前記対物レンズから前記受光部に至る光路には、前記反射光を略平行光束とする反射光コリメータ光学部材と、該反射光コリメータ光学部材を経た前記反射光を集光する集光光学部材とが設けられ、
   前記反射光コリメータ光学部材と前記集光光学部材との間には、透過偏角を生じさせることなく光束の外径を縮小しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする光波距離測定装置。
3. 光源からの出射光を目標物へ向けた照射光軸上で対物レンズを経て出射するとともに前記出射光を環状に取り囲むように前記対物レンズに入射した前記目標物からの反射光を受光部で受光し、前記出射光と前記反射光とに基づいて距離測定を行う光波距離測定装置であって、
   前記対物レンズから前記受光部に至る光路には、前記反射光を平行光束とする反射光コリメータ光学部材と、該反射光コリメータ光学部材を経た平行光束である前記反射光を集光する集光光学部材とが設けられ、
   前記反射光コリメータ光学部材と前記集光光学部材との間には、前記反射光コリメータ光学部材を経て中抜け状態の平行光束とされた前記反射光の中空箇所をなくすべく透過偏角を生じさせることなく光束の外径を縮小しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする光波距離測定装置。
4. 光源から光を出射させるとともに受光部にて光を受光する受発光機構と、該受発光機構からの出射光を目標物へ向けた照射光軸上で対物レンズから出射する出射光路を形成するとともに前記出射光を取り囲むように前記対物レンズに入射した前記目標物からの反射光を前記受発光機構へと導くための反射光路を形成する光路形成光学系と、前記受発光機構から出射された前記出射光を前記光路形成光学系の前記出射光路へと導光すべく前記受発光機構および前記光路形成光学系を接続する出射用光ファイバと、前記光路形成光学系の前記反射光路を経た前記反射光を前記受発光機構の前記受光部へと導光すべく前記受発光機構および前記光路形成光学系を接続する受光用光ファイバと、を備え、前記目標物までの距離測定を行う光波距離測定装置であって、
   前記反射光路には、前記反射光を略平行光束とする反射光コリメータ光学部材と、該反射光コリメータ光学部材を経た略平行光束である前記反射光を前記受光用光ファイバの入射端面に入射させるべく集光する集光光学部材とが設けられ、
   前記反射光コリメータ光学部材と前記集光光学部材との間には、透過偏角を生じさせることなく光束の外径を縮小しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする光波距離測定装置。
5. 前記コーンプリズムは、前記反射光コリメータ光学部材を経て中抜け状態の平行光束とされた前記反射光を、その中空箇所をなくすように半径方向で光軸側へと平行移動させて中抜けではない平行光束とすることを特徴とする請求項４に記載の光波距離測定装置。
6. 前記コーンプリズムは、前記反射光コリメータ光学部材から前記集光光学部材に至る光軸を対称軸とする回転対称な円柱形状を呈し、前記反射光コリメータ光学部材側に位置する端面が前記反射光コリメータ光学部材へ向けて突出する円錐形状とされ、前記集光光学部材側に位置する端面が前記集光光学部材に対して凹んだ円錐形状とされ、前記両端面が前記対称軸に沿う方向で見て互いに平行とされていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の光波距離測定装置。
7. 光源からの出射光を目標物へ向けた照射光軸を環状に取り囲むように対物レンズを経て出射するとともに前記出射光に取り囲まれるように照射光軸上で前記対物レンズに入射した前記目標物からの反射光を受光部で取得し、前記出射光と前記反射光とに基づいて距離測定を行う光波距離測定装置であって、
   前記光源から前記対物レンズに至る光路には、前記出射光を略平行光束とする出射光コリメータ光学部材が設けられ、
   前記出射光コリメータ光学部材と前記対物レンズとの間には、前記出射光コリメータ光学部材を経た中抜けではない平行光束である前記出射光を、光軸周りに空間を有する中抜け状態の平行光束とすべく、透過偏角を生じさせることなく光束の外径を拡大しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする光波距離測定装置。
8. 光源から光を出射させるとともに受光部にて光を受光する受発光機構と、該受発光機構からの出射光を目標物へ向けた照射光軸を取り囲むように対物レンズを経て出射する出射光路を形成するとともに前記出射光に取り囲まれるように前記照射光軸上で前記対物レンズに入射した前記目標物からの反射光を前記受発光機構へと導くための反射光路を形成する光路形成光学系と、前記受発光機構から出射された前記出射光を前記光路形成光学系の前記出射光路へと導光すべく前記受発光機構と前記光路形成光学系を接続する出射用光ファイバと、前記光路形成光学系の前記反射光路を経た前記反射光を前記受発光機構の前記受光部へと導光すべく前記受発光機構と前記光路形成光学系を接続する受光用光ファイバと、を備え、前記目標物までの距離測定を行う光波距離測定装置であって、
   前記出射光路には、前記出射光を平行光束とする出射光コリメータ光学部材が設けられ、
   前記出射光コリメータ光学部材と前記対物レンズとの間には、前記出射光コリメータ光学部材を経た中抜けではない平行光束である前記出射光を、光軸周りに空間を有する中抜け状態の平行光束とすべく、透過偏角を生じさせることなく光束の外径を拡大しつつ断面形状を変更するコーンプリズムが設けられていることを特徴とする光波距離測定装置。
9. 前記コーンプリズムは、前記出射光コリメータ光学部材から前記対物レンズに至る光軸を対称軸とする回転対称な円柱形状を呈し、前記出射光コリメータ光学部材側に位置する端面が前記出射光コリメータ光学部材に対して凹んだ円錐形状とされ、前記対物レンズ側に位置する端面が前記対物レンズへ向けて突出する円錐形状とされ、前記両端面が前記対称軸に沿う方向で見て互いに平行とされていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光波距離測定装置。
   

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