JP3713185B2 - Af測量機 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、AF機能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において視準望遠鏡のAF化が進行している。AF装置として広く用いられている位相差方式のAF装置(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(位相差)からピント位置を検出し、この検出結果に基づき視準望遠鏡を合焦させるものである。
【0003】
一般に視準望遠鏡を有する測量機では、対物レンズによって形成された倒立像を正立像にする正立光学系としてポロプリズムが一般に用いられており、位相差方式のAF装置は、このポロプリズムの4面の反射面のうちのいずれか1面を光路分割面として、対物レンズからの光束をAF装置方向と接眼レンズ方向に分割させて構成されている。ポロプリズムの4面の反射面は、いずれも光路分割面とすることが可能であるが、従来、どの反射面が最も好ましいかの考察はなされていない。また、ポロプリズムのいずれかの反射面を光路分割面とするとき、従来は、接眼レンズに至る光束を反射する有効エリア全体を半透過面とし、この半透過面全面に光路分割プリズムを接着していたため、光路分割プリズムがポロプリズムから突出し小型化を達成することができなかった。また、視準望遠鏡の視野範囲全体を半透過面としてAF装置に導くため、観察時に視野が暗くなるという問題があった。
【0004】
【発明の目的】
本発明は、位相差方式の焦点検出手段及び、この焦点検出手段への光路を分割する光路分割面を有するポロプリズムを備えたAF測量機であって、小型で、明るく観察できるAF測量機を得ることを目的とする。
【0005】
【発明の概要】
本発明のAF測量機は、測定対象物を視準する視準望遠鏡;この視準望遠鏡の対物レンズと接眼レンズとの間に位置する、正立光学系を構成するポロプリズム;このポロプリズムの反射面に形成した半透過面;この半透過面に接着された光路分割プリズム;およびこの半透過面と光路分割プリズムを透過した光路上に設けられた、視準望遠鏡の焦点状態を検出する焦点検出手段; を備え、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で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、ポロプリズムの半透過面に接着した光路分割プリズムは、反射面の有効エリアの一部のみに対応する大きさであり、かつ、一対の瞳範囲を通過した光束が同じ入射角で該半透過面に入射する位置に設けられていることを特徴としている。
【0006】
ポロプリズムの半透過面は第1反射面に形成することが好ましく、この第1反射面の半透過面に接着した光路分割プリズムは、具体的には、矩形をなす第1反射面の縦横の一方についてはほぼその全長に渡る長さを有し、他方についてはその一部のみに位置する横長形状とし、かつこの横長形状は上記一対の瞳範囲を通過した光束が同じ入射角で第1反射面に入射する方向とすることができる。
【0007】
ポロプリズムの第1反射面が光路分割面として好ましい理由は次の通りである。第2反射面または第3反射面は、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一対の光束の該反射面への入射角が異なり、入射角が異なると透過光量に差が生じて、AF装置内の一対のラインセンサ上で光量レベル差が発生するため好ましくない。また第4反射面は、対物レンズの像面位置に近いため、該像面位置と透過な焦点検出面での焦点状態を検出するAF装置を配置するスペースを確保することが困難となる。第1反射面には以上のような問題がない。
【0008】
第1反射面内における光路分割プリズムの接着部分以外の部分には、反射する光の位相角変化が半透過面で反射する光の位相角変化と略同一となるようにコートを施すことができる。あるいは、ポロプリズムの半透過面を、第1反射面の有効エリア全面に形成することができる。
【0009】
光路分割プリズムは、該光路分割プリズムを含むポロプリズムの視準望遠鏡の光軸方向の厚さが、同ポロプリズムの同光軸方向の最大厚さ内にほぼ収まる大きさとすることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1ないし図6は、本発明によるAF測量機の第一の実施形態を示している。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、焦点調節レンズ18、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。焦点調節レンズ18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。
【0011】
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21bを構成している。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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、又は送光と測距光と反射光の時間差を検出し、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。
【0017】
ポロプリズム12は、その光束入射側から順に、それぞれ矩形の第1反射面12a、第2反射面12b、第3反射面12c及び第4反射面12dの合計4面の反射面を有する。図示例では1つのブロック(プリズム)に4面の反射面が形成されているが、4面の反射面を複数(通常2つ)に分割するタイプでもよい。これらの反射面のうち、第1反射面12aの一部には半透過面12hが形成されていて、この半透過面12hに光路分割プリズム(プリズム)19が接着されている。この半透過面12h及びこの半透過面12hに接着した光路分割プリズム19の形状は、図4、図6に示すように横長形状であり、その長手方向は第1反射面12aの幅と略同一の長さであり、短手方向は、第1反射面12aの斜面方向の長さよりも短い。別言すると、半透過面12h及び光路分割プリズム19の短手方向が第1反射面12aの斜面方向を向いている。すなわち、半透過面12h及び光路分割プリズム19は、第1反射面12aの有効エリアよりも小さく、半透過面12hの大きさは、例えば、第1反射面12aの有効エリアの50%以下とすることができる。なお、光路分割プリズム19が接着された部分(半透過面12h)を除く第1反射面12aにおいては、対物レンズ11からの光束は全反射する。
【0018】
また、光路分割プリズム19は、図5に示すように、該プリズム19とポロプリズム12の合計厚さが、視準望遠鏡10の光軸方向のポロプリズム12の厚さT内に収まるように設定されており、光路分割プリズム19は同光軸方向にポロプリズム12から突出しない。
【0019】
対物レンズ11からの光束は、半透過面12hで透過光束と反射光束に分割され、透過光束は光路分割プリズム19の反射面19aで反射し、その反射光路上に配置されたAF検出ユニット(焦点検出手段)50に導かれる。半透過面12hでの反射光束は、ポロプリズム12の続く3つの反射面12b、12c及び12dで反射し焦点板13に導かれる。
【0020】
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、後ピンなど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、焦点調節レンズ18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。
【0021】
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。
【0022】
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)は比較的自由に設定することができる。ポロプリズム12の半透過面12h及び光路分割プリズム19は、図2に示す半透過面12h上の瞳範囲11A’と11B’を透過した一対の光束が第1反射面12aに同じ入射角で入射する方向に設けられている。また、瞳範囲11A’と11B’は、光路分割プリズム19の射出面19bの範囲内にある。
【0023】
上記構成の本AF測量機の動作例を説明すると次の通りである。
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、焦点調節レンズ18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。
【0024】
以上のAF測量機の動作において、本実施形態のAF測量機はポロプリズム12の第1反射面12aの有効エリアの一部を光路分割面とし、他の部分を全反射面としてるため、接眼レンズ14を介して観察する際、第1反射面12aの有効エリア全体を光路分割面とした場合よりも明るく観察することができる。
【0025】
以上の実施形態では、ポロプリズム12の第1反射面12aにおける光路分割プリズム19を接着する部分(半透過面12h)以外は全反射面として構成したが、半透過面としてもよい。ガラスの全反射面における光の反射と半透過面における光の反射とでは、反射前後の位相角変化が各波長で異なる。従って、第1反射面12aの有効エリア全体を略均一な半透過面とすると位相角変化による光の干渉がなくなり、より高いコントラストで観察可能となる。図7、図8は、このように第1反射面12aの有効エリア全体を反射する光の位相角変化が略均一となるように設定したポロプリズム12を示している。
【0026】
図7では、第1反射面12aの半透過面12hの隣接部分である反射面12i、12jにも半透過コートを施している。この反射面12i、12jに施す半透過コートは、反射する光の位相角変化が半透過面12hで反射する光の位相角変化と同程度になるように設定する。
【0027】
図8では、第1反射面12aの有効エリア全体を半透過面12h’としている。第1反射面12a有効エリア全体は、この半透過面12h’によって、反射する光の位相角変化が均一となる。図8に示すポロプリズム12は、第1反射面12a全体に半透過面12h’を形成後、光路分割プリズム19を接着することによって得られる。
【0028】
また、以上の実施形態では、瞳範囲11A’、11B’が光路分割プリズム19の射出面19bの範囲内にある場合を示したが、瞳範囲11A’、11B’の一部が半透過面12hの範囲外となるようにしてもよい。この場合、瞳範囲11A’、11B’を通過した光束が一対のラインセンサ54で均一に入射するように、図9に示すように、マスク60を射出面19bとAF検出ユニット50との間に配置することが好ましい。瞳範囲11A’、11B’を通過した光束は、このマスク60でけられてAF検出ユニット50に均一に入射する。また、乱反射を防止するため、マスク60は無反射処理することが好ましい。
【0029】
また、本実施形態のAF測量機は、AF動作に際し、対物レンズ11上において異なる一対の瞳範囲11A、11Bを通過した光束が、半透過面12hに同一の入射角で入射するため、入射角の差に起因する透過光量の差が発生せず、従ってAF検出ユニット50内の一対のラインセンサ54で光量レベル差が発生しない。このため、第1反射面12aの有効エリアよりも小さい半透過面12h及び光路分割プリズムとしても、AF動作に支障はない。
【0030】
以上は、本発明を光波距離計を有する測量機に適用した場合であるが、レベル(水準儀)など他の測量機に適用してもよい。
【0031】
【発明の効果】
以上のように本発明は、位相差方式の焦点検出手段及び、この焦点検出手段への光路を分割する光路分割面を有するポロプリズムを備えたAF測量機であって、小型で明るく観察できるAF測量機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるAF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検出ユニット、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矢視図である。
【図5】図4のV矢視図である。
【図6】ポロプリズムの斜視図である。
【図7】ポロプリズムの変形例を示す分解斜視図である。
【図8】ポロプリズムの変形例を示す分解斜視図である。
【図9】ポロプリズムとAF検出ユニットの間にマスクを配置した状態を示す図である。
【符号の説明】
10 視準望遠鏡
11A 11B 瞳範囲
12 ポロプリズム(正立光学系)
12a 第1反射面
12h 半透過面
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 焦点調節レンズ
19 光路分割プリズム
19a 反射面
19b 射出面
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
44 AF開始スイッチ
45 測距開始スイッチ
50 AF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 マスク
Claims (5)
- 測定対象物を視準する視準望遠鏡;
この視準望遠鏡の対物レンズと接眼レンズとの間に位置する、正立光学系を構成するポロプリズム;
このポロプリズムの反射面に形成した半透過面;
この半透過面に接着された光路分割プリズム;および
この半透過面と光路分割プリズムを透過した光路上に設けられた、上記視準望遠鏡の焦点状態を検出する焦点検出手段;
を備え、
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で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、
上記ポロプリズムの半透過面に接着した光路分割プリズムは、上記反射面の有効エリアの一部のみに対応する大きさであり、
かつ、上記一対の瞳範囲を通過した光束が同じ入射角で該半透過面に入射する位置に設けられていることを特徴とするAF測量機。 - 請求項1記載のAF測量機において、上記ポロプリズムの半透過面は第1反射面に形成されていて、この第1反射面の半透過面に接着した光路分割プリズムは、矩形をなす第1反射面の縦横の一方についてはほぼその全長に渡る長さを有し、他方についてはその一部のみに位置する横長形状であり、かつこの横長形状は上記一対の瞳範囲を通過した光束が同じ入射角で第1反射面に入射する方向であるAF測量機。
- 請求項2記載のAF測量機において、上記第1反射面内における光路分割プリズムの接着部分以外の部分には、反射する光の位相角変化が上記半透過面で反射する光の位相角変化と略同一となるようにコートが施されているAF測量機。
- 請求項2記載のAF測量機において、上記ポロプリズムの半透過面は、上記第1反射面の有効エリア全面に形成されているAF測量機。
- 請求項1ないし4のいずれか1項記載のAF測量機において、上記光路分割プリズムを含むポロプリズムの視準望遠鏡の光軸方向の厚さは、同ポロプリズムの同光軸方向の最大厚さ内にほぼ収まるように設定されているAF測量機。
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