JP3590565B2

JP3590565B2 - 光波距離計を有する測量機

Info

Publication number: JP3590565B2
Application number: JP2000138312A
Authority: JP
Inventors: 雅実白井; 俊一郎若宮
Original assignee: ペンタックス株式会社; ペンタックスプレシジョン株式会社
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: JP2001317939A; US6501540B2; DE10122935A1; US20020008865A1; DE10122935B4

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、光波距離計（ＥＤＭ）を有する測量機に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
トータルステーション等の測量機は、距離と角度の測定機能を有し、距離計は一般に光波距離計（ＥＤＭ）が採用されている。
【０００３】
光波距離計は、この視準望遠鏡を介して測距光を送光する送光系と、測定対象物からの反射光を受光する受光系とを有し、この受光系によって受光される送光と反射光の位相差及び内部参照光での初期位相、又は送光と反射光の時間差から距離を演算する。より具体的には、受光系は、測定対象物で反射し視準望遠鏡の対物レンズを透過した測距光を該視準望遠鏡の光軸方向前方に向けて反射する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタで反射した測距光を光軸外に反射させて受光素子に入射させる反射ミラーとを有し、この受光素子には、測距光と内部参照光とが交互に入射する。
【０００４】
この光波距離計では、受光信号のＳＮ比を高め測距精度を向上させるために、受光素子には、ノイズのない測距光と内部参照光だけが入射することが好ましい。しかし、従来の測量機では、視準望遠鏡の接眼レンズからの逆入射光が受光素子に入射することがあり、これが測距精度を悪化させる原因となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、光波距離計を有する測量機についての以上の問題意識に基づき、視準望遠鏡の接眼レンズからの逆入射光が測距精度に悪影響を与えることのない測量機を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明による測量機は、測定対象物を視準する視準望遠鏡；この視準望遠鏡を介して測距光を送光する送光系と、測定対象物からの反射光を受光する受光系とを有する光波距離計；及び視準望遠鏡の接眼レンズと受光素子の間の光路内に、該接眼レンズから受光素子に至る光軸上に位置させて、光束を遮るマスクが形成されていること；を特徴としている。
【０００７】
受光系には、例えば、視準望遠鏡の対物レンズを透過した測距光を該視準望遠鏡の光軸方向前方に向けて反射する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタで反射した測距光を光軸外に反射させて受光素子に入射させる反射ミラーとを設けることができる。この場合、マスクは、例えば、波長選択フィルタ、または反射ミラーに設けることができる。
【０００８】
本発明による測量機は、視準望遠鏡を介してその焦点状態を検出する焦点検出手段；及びこの焦点検出手段によって検出した焦点状態に基づいて視準望遠鏡を自動焦点調節する制御手段；を設けることにより、ＡＦ化することができる。
【０００９】
焦点検出手段を、視準望遠鏡の対物レンズ上に設定された異なる一対の瞳範囲を通過した光束により結像された一対の像の相関関係からピント位置を検出する位相差方式の焦点検出手段とした場合、マスクは、一対の瞳範囲に干渉しない位置に設けることが好ましい。
【００１０】
視準望遠鏡に、対物レンズの他に、負のパワーの焦点調節レンズを設け、焦点検出手段によって検出した焦点状態に基づいてこの負のパワーの焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる構成とすることができ、この場合、マスクは、上述のように波長選択フィルタや反射ミラーに設ける他、負のパワーの焦点調節レンズ上に設けることも可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、本発明による測量機の第一の実施形態を示している。この実施形態のＥＤＭを有する測量機はＡＦ機能を有するもので、最初に全体構造を説明する。視準望遠鏡１０は、図１に示すように、物体側（前方）から順に、対物レンズ１１、正立光学系（ポロプリズム）１２、焦点板１３、及び接眼レンズ１４を備えている。焦点板１３上には、その中心に、視準の際の目印となる十字線ヘアライン（視準線）１５が描かれている。対物レンズ１１は光軸方向に可動であり、測定対象物１６の距離に応じて位置調節することにより、その像を正しく焦点板１３の対物レンズ１１側の表面に結像させる。観察者は、この焦点板１３上の像を接眼レンズ１４を介して拡大観察する。
【００１２】
視準望遠鏡１０の対物レンズ１１の後方には、光波距離計２０の構成要素である送受光ミラー２１と、測距光を反射し可視光を透過する波長選択フィルタ２２とが順に配置されている。送受光ミラー２１は、対物レンズ１１の光軸上に位置する平行平面ミラーからなり、その対物レンズ１１側の面が送光ミラー２１ａ、波長選択フィルタ２２側の面が受光ミラー（反射ミラー）２１ｂを構成している。
【００１３】
光波距離計２０の発光素子（ＬＤ）２３は、特定波長の測距光を発し、この測距光は、コリメータレンズ２４及び固定ミラー２５を介して、送光ミラー２１ａに入射する。送光ミラー２１ａに入射した測距光は、対物レンズ１１の光軸上を進む。
【００１４】
波長選択フィルタ２２は、測定対象物１６で反射し対物レンズ１１を透過した測距光をさらに反射させて受光ミラー２１ｂに戻す作用をし、受光ミラー２１ｂは、その反射光を受光ファイバ２６の入射端面２６ａに入射させる。２７は、受光ファイバ２６を保持するホルダであり、送受光ミラー２１とともに、図示しない固定手段によって、対物レンズ１１の後方の空間に固定されている。
【００１５】
発光素子２３と固定ミラー２５の間の測距光路上には、切換ミラー２８と送光用ＮＤフィルタ２９が配置されている。切換ミラー２８は、発光素子２３からの測距光を固定ミラー２５に与えるか、直接受光ファイバ２６の入射端面２６ａに与えるかの切換を行うものである。送光用ＮＤフィルタ２９は、測定対象物１６に投光する測距光の光量調節用である。
【００１６】
受光ファイバ２６の出射端面２６ｂと受光素子３１との間には、集光レンズ３２、受光用ＮＤフィルタ３３及びバンドパスフィルタ３４が順に配置されている。受光素子３１は、演算制御回路４０に接続され、演算制御回路４０は、切換ミラー２８のアクチュエータ４１と測距結果表示器４２に接続されている。
【００１７】
以上の光波距離計２０は、周知のように、演算制御回路４０がアクチュエータ４１を介して切換ミラー２８を駆動し、発光素子２３からの測距光を固定ミラー２５に与える状態と、受光ファイバ２６の入射端面２６ａに直接与える状態とを作り出す。固定ミラー２５に与えられた測距光は、上述のように、送光ミラー２１ａと対物レンズ１１を介して測定対象物１６に投光され、その反射光が対物レンズ１１、波長選択フィルタ２２及び受光ミラー２１ｂを介して入射端面２６ａに入射する。そして、この測定対象物１６で反射して入射端面２６ａに入射する測距光と、切換ミラー２８を介して入射端面２６ａに直接与えられた内部参照光とが受光素子３１によって受光され、演算制御回路４０が測距光と内部参照光の位相差または時間差を検出し、測定対象物１６迄の距離を演算して、測距結果表示器４２に表示する。測距光と内部参照光の位相差または時間差による測距演算は周知である。
【００１８】
ポロプリズム１２には、光路分割面が形成されていて、その分割光路上に、位相差方式のＡＦ検出ユニット（焦点検出手段）５０が配置されている。このＡＦ検出ユニット５０は、焦点板１３と光学的に等価な焦点検出面５１の焦点状態、すなわち、前ピン、後ピン等のデフォーカス量を検出するもので、図２にその概念図を示す。焦点検出面５１上に結像する対物レンズ１１による物体像は、集光レンズ５２及び基線長だけ離して配置した一対のセパレータレンズ（結像レンズ）５３によって分割され、この分割された一対の像は一対のＣＣＤラインセンサ５４上に再結像する。ラインセンサ５４は多数の光電変換素子を有し、各光電変換素子が、受光した物体像を光電変換して光電変換した電荷を積分（蓄積）し、積分した電荷をＡＦセンサデータとして出力し、演算制御回路４０に入力する。演算制御回路４０は、一対のＡＦセンサデータに基づいて、所定のデフォーカス演算によってデフォーカス量を算出し、レンズ駆動手段４３を介して、対物レンズ１１を合焦位置に移動させる。このようなデフォーカス演算は当業者周知である。演算制御回路４０には、ＡＦ開始スイッチ４４と測距開始スイッチ４５が接続されている。
【００１９】
以上のＡＦ検出ユニット５０は、各ラインセンサ５４に結像する一対の像を基準に考えると、対物レンズ１１上において異なる一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂを通過した光束によりラインセンサ５４上に結像された一対の像でピント位置を検出することになる。瞳範囲１１Ａと１１Ｂの瞳範囲の形状は、各セパレータレンズ５３の近傍にそれぞれ配置するマスク５５によって設定することができる。
【００２０】
図３は、対物レンズ１１上のこの瞳範囲１１Ａと１１Ｂの位置関係、及び光波距離計２０の送受光ミラー２１と受光ファイバ２６（ファイバフォルダ２７）の位置関係を示している。瞳範囲１１Ａと１１Ｂの位置、形状及び方向は、ＡＦ検出ユニット５０の集光レンズ５２、セパレータレンズ５３、マスク５５、ラインセンサ５４の多数の光電変換素子より、ＡＦ性能を満足する値に定められているが、方向（対物レンズ１１の中心に対する瞳範囲の方向）は、測定対象物１６に最も自動合焦しやすい方向に設定する。
【００２１】
本実施形態は、例えば以上の構成を有する測量機において、太陽または太陽光を反射する物体などによる接眼レンズ１４からの逆入射光（図８の斜線部分）が受光素子３１に入射するのを防止するため、図４に示すように、波長選択フィルタ２２の中心部に遮光マスク６０を設けたものである。すなわち、遮光マスク６０は、接眼レンズ１４から受光素子３１に至る光軸上に位置していて、接眼レンズ１４からの逆入射光は遮光マスク６０によって遮られ、受光素子３１に入射することがない。遮光マスク６０は、接眼レンズ１４からの逆入射光を遮ることができ、瞳範囲１１Ａと１１Ｂに干渉しない大きさであればよい。また、遮光マスク６０は、完全非透光性素材（コート・塗装）とするのが好ましいが、光量減衰素材でも一定の効果がある。あるいは受光素子３１に対する感度を持つ波長を透過しないフィルタでもよい。
【００２２】
上記構成の測量機は、例えば次のように測距動作を実行する。
第１ステップ
視準望遠鏡１０に付属した不図示の視準器から測定対象物１６を覗き、視準望遠鏡１０の光軸を概ね測定対象物１６に合致させる。
第２ステップ
ＡＦ開始スイッチ４４を押して上述のＡＦ動作を実行し、対物レンズ１１を合焦位置に移動させる。
第３ステップ
合焦状態で、接眼レンズ１４を覗き、焦点板１３の十字線ヘアライン１５を正確に測定対象物１６に一致させる。このように十字線ヘアライン１５を正確に測定対象物１６に一致させることにより、光波距離計２０の測距光を正しく測定対象物１６に投光することができる。
第４ステップ
測距開始スイッチ４５を押して光波距離計２０による上述の測距動作を実行し、測距結果表示器４２に測距結果を表示する。
【００２３】
この測距動作において、仮に接眼レンズ１４から視準望遠鏡１０内に逆入射光が生じたとしても、該逆入射光は波長選択フィルタ２２の中心部に設けられた遮光マスク６０によって遮られ、受光素子３１に入射することがない。そのため、光波距離計２０の測距精度に悪影響を及ぼさない。また、測定対象物１６で反射し対物レンズ１１を透過した測距光は送受光ミラー２１にけられ、波長選択フィルタ２２の中心から外れた位置で反射するため、中心部に設けられた遮光マスク６０と干渉することがない。また、遮光マスク６０は、瞳範囲１１Ａ、１１Ｂに干渉しないように設けられているため、ＡＦ検出ユニット５０のＡＦ機能に支障をきたさない。さらに、遮光マスク６０は光軸上の小面積に設けられるから接眼レンズ１４を介しての視準望遠鏡１０の視認性に悪影響を及ぼすことはない。以上のことから、遮光マスク６０を波長選択フィルタ２２の中心部に設けることにより、ＡＦ機能や視準望遠鏡に悪影響を及ぼすことなく、接眼レンズ１４からの逆入射光の受光素子３１への入射を防止することができる。
【００２４】
図５は、本発明による測量機の第二の実施形態を示している。この実施形態は、対物レンズ１１とポロプリズム１２（ＡＦ検出ユニット５０）との間に、負のパワーの焦点調節レンズ１８を配設している。このように負のパワーの焦点調節レンズ１８を配設すると、対物レンズ１１の焦点距離を短くし、光波距離計２０から送光される測距光の測定対象物１６での反射光の集光効率を上げることができる。
【００２５】
この実施形態では、図６に示すように、負のパワーの焦点調節レンズ１８の物体側の面の中心部に遮光マスク６０を設けている。
【００２６】
この第二の実施形態の測距動作は、視準望遠鏡１０の焦点調節が負の焦点調節レンズ１８で行われることを除き、基本的に第一の実施形態と同様であり、焦点調節レンズ１８の物体側の面に設けられた遮光マスク６０により、接眼レンズ１４からの逆入射光が受光素子３１に入射するのを防止することができる。
【００２７】
以上の実施形態では、波長選択フィルタ２２または焦点調節レンズ１８に遮光マスク６０を設けたが、別の位置に設けてもよい。例えば、図７に示すように、受光ミラー２１ｂに設けてもよい。受光ミラー２１ｂに設けるマスクは、接眼レンズ１４側に設ける場合よりも小さくすることができる。さらに、接眼レンズ１４からの逆入射光で受光ファイバ２６に入射する光束は、図８に示すように、受光ミラー２１ｂ方向に向けて収束するように描ける範囲であり、接眼レンズ１４に近い要素程大きいマスクを要し、また、接眼レンズ１４に近いづくにつれ、一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂを通過する光路の隙間は小さくなるため小さいマスクを要するが、そのデメリットを許容できれば、接眼レンズ１４と受光素子３１の間の要素のどれに遮光マスクを設けてもよい。あるいは、接眼レンズ１４と受光素子３１の間の光路内であれば、光学要素上でなくてもよい。例えば、図９に示すように、該光路内にマスク支持部材６１によって遮光マスク６０を支持させてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、視準望遠鏡の接眼レンズからの逆入射光が測距精度に悪影響を与えることがなく、受光素子の許容量を越える光量が入射して測定不能になることがない測量機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による測量機の第一の実施形態を示す系統接続図である。
【図２】図１のＩＩ矢視図であって、焦点検出手段（ＡＦユニット、位相差方式焦点検出手段）の概念図である。
【図３】図１のＩＩＩ‐ＩＩＩ線から見た、焦点検出手段の対物レンズ上の一対の瞳範囲と、送受光ミラー及び受光ファイバとの位置関係を示す図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線から見た波長選択フィルタを示す図である。
【図５】本発明による測量機の第二の実施形態を示す系統接続図である。
【図６】図５のＶ−Ｖ線から見た焦点調節レンズを示す図である。
【図７】遮光マスクを設けた受光ミラーを示す図である。
【図８】視準望遠鏡内に生じた逆入射光を示す図である。
【図９】接眼レンズと受光素子の間の光路内に支持した遮光マスクを示す図である。
【符号の説明】
１０視準望遠鏡
１１Ａ１１Ｂ瞳範囲
１２ポロプリズム（正立光学系）
１３焦点板
１４接眼レンズ
１５十字線ヘアライン（視準線）
１６測定対象物
１８負のパワーの焦点調節レンズ
２０光波距離計
２１送受光ミラー
２１ａ送光ミラー
２１ｂ受光ミラー
２２波長選択フィルタ
２３発光素子
２４コリメータレンズ
２５固定ミラー
２６受光ファイバ
２６ａ入射端面
２６ｂ出射端面
２７ファイバフォルダ
２８切換ミラー
２９送光用ＮＤフィルタ
３１受光素子
３２集光レンズ
３３受光用ＮＤフィルタ
３４バンドパスフィルタ
４０演算制御回路
４１アクチュエータ
４２測距結果表示器
４３レンズ駆動手段
４４ＡＦ開始スイッチ
４５測距開始スイッチ
５０ＡＦ検出ユニット（位相差方式焦点検出手段）
５１焦点検出面
５２集光レンズ
５３セパレータレンズ
５４ラインセンサ
５５マスク
６０遮光マスク
６１マスク支持部材

Claims

測定対象物を視準する視準望遠鏡；及び
この視準望遠鏡を介して測距光を送光する送光系と、測定対象物からの反射光を受光する受光系と、を有する光波距離計；を備え、
上記視準望遠鏡の接眼レンズと受光素子の間の光路内に、該接眼レンズから受光素子に至る光軸上に位置させて、光束を遮るマスクが形成され、
上記受光系は、上記視準望遠鏡の対物レンズを透過した測距光をこの視準望遠鏡の光軸方向前方に向けて反射する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタで反射した測距光を光軸外に反射させて受光素子に入射させる反射ミラーと、を有する光波距離計を有することを特徴とする光波距離計を有する測量機。
上記マスクは、波長選択フィルタに設けられている請求項１記載の光波距離計を有する測量機。
上記マスクは、反射ミラーに設けられている請求項１記載の光波距離計を有する測量機。
上記視準望遠鏡を介してその焦点状態を検出する焦点検出手段；及び、この焦点検出手段によって検出した焦点状態に基づいて上記視準望遠鏡を自動焦点調節する制御手段；が備えられている請求項１から請求項３のいずれか１項記載の光波距離計を有する測量機。
上記焦点検出手段は、視準望遠鏡の対物レンズ上に設定された異なる一対の瞳範囲を通過した光束により結像された一対の像の相関関係からピント位置を検出する位相差方式の焦点検出手段であり、上記マスクは、上記一対の瞳範囲に干渉しない位置に設けられている請求項４記載の光波距離計を有する測量機。
上記視準望遠鏡は、対物レンズの他に、負のパワーの焦点調節レンズを備え、焦点検出手段によって検出した焦点状態に基づいてこの負のパワーの焦点調節レンズが光軸方向に駆動される請求項４または５記載の光波距離計を有する測量機。
上記マスクは負のパワーの焦点調節レンズ上に設けられてる請求項６記載の光波距離計を有する測量機。