JP6198400B2 - 光波距離計 - Google Patents

Description

本発明は、測定物で反射された測定光を受光する受光光学系と測定物に測定光を照射する射出光学系とを備え、目標までの距離を測定する光波距離計に関する。

上述の光波距離計は、変調した所定波長領域の測定光を被測定物に照射し、被測定物からの反射光を受光して、照射した測定光と、反射された測定光の位相差から測定物までの距離を測定する。

このような光波距離計として次のようなものがある。図３は従来の光波距離計の光学系を示す断面図である。この光波距離計３００は、対物レンズ３１０と、２つの反射面を備えるプリズム３２０と、光源３３０と、射出光学系３４０と、反射鏡３５０と、ダイクロイックミラー３６０と、視準光学系３７０と、受光素子３８０とを備える。

対物レンズ３１０は、光軸Ｏａに配置した３枚のレンズで構成される。プリズム３２０は、対物レンズ３１０の後方の光軸Ｏａ上に配置され、光軸Ｏａに対して４５度の角度をなす平行２つの反射面、すなわち測定光を射出する方向に反射する射出用反射面３２１と、入射した測定光を受光素子３８０に向け反射する受光用反射面３２２とを備える。

光源３３０は所定波長領域の光を発生する。射出光学系３４０は、光軸Ｏａと平行な光軸Ｏｂに配置され、光源３３０からの光を平行光にするコリメータ３４１と、測定光を断続的に遮断する光チョッパ３４２とを備える。反射鏡３５０は、光軸Ｏｂに４５度の角度で配置され射出光学系３４０からの測定光の方向を９０度変更して、プリズム３２０の射出用反射面３２１に向け、光軸Ｏｃに沿って測定光を反射する。この射出用反射面３２１で反射された測定光は、対物レンズ３１０を経て測定物に射出される。

測定物からの反射光は、対物レンズ３１０を経てダイクロイックミラー３６０に至る。ダイクロイックミラー３６０は、入射した光から、所定波長帯域の測定光を反射し、他の光を透過させ視準光学系３７０に射出する。ダイクロイックミラー３６０で反射された測定光は、プリズム３２０の受光用反射面３２２で反射され、受光素子３８０に入射する。

このような、光波距離計３００では、射出光学系３４０からの測定光を測定物に向け射出し、測定物で反射した測定光を受光素子３８０に入射するため、２つの反射面を必要とする。従来、この光波距離計では部品点数の削減のため、２つの反射面を備えるプリズムを配置し、これを対物レンズ３１０の裏側に配置するものとしている。同様の構成を備えた光波距離計は、特許文献１および特許文献２に記載されている。

特開平４−３１９６８７公報参照 特表２００２−５２５５８２公報参照

しかしながら、従来の光波距離計３００のように、射出用反射面３２１および受光用反射面３２２を備えるプリズム３２０を対物レンズユニットの裏面に配置すると、測定光を射出するときには、対物レンズ３１０の裏面の曲率等によっては、受光側（ダイクロイックミラー３６０側）に測定光の一部が反射されて、受光素子３８０に検出され、ノイズとなることがある。これは、光波距離計の測定精度を著しく阻害し、測定範囲さえも狭める結果を招く。

さらに１つのプリズム３２０に２つの反射面を形成すると、光軸調整時にプリズム３２０を調整すると、送光側、受光側の両側で光軸が移動することになるため、プリズム３２０の公差を極めて小さくしなければならず、プリズム３２０の製造が難しく、また価格も上昇することとなる。

本発明は上述した課題にかんがみてなされたものであり、測定光自身の発光による迷光に起因する測定ノイズを減少させると共に、製造が難しく高価なプリズムを使用する必要のない光波距離計を提供することを目的とする。

前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、被測定物に向かう第１光軸を備え、前記被測定物からの光を受ける対物レンズ系と、前記第１光軸と平行な第２光軸を備え、所定の波長領域の光を発生する光源からの光を平行光である測定光として射出する射出光学系と、前記射出光学系からの測定光を反射して前記第１光軸に沿って前記被測定物に向け射出する射出反射光学系と、前記被測定物で反射され、前記対物レンズ系で受光された前記測定光を、前記第１光軸から離れた位置に配置された受光手段に向け反射する受光反射光学系と、を備える光波距離計において、前記射出反射光学系は、前記測定光を前記第１光軸の前記対物レンズ系の入射側位置まで導く第１反射手段、および前記対物レンズ系の入射側に配置され、前記測定光を前記第１光軸に沿って前記被測定物に向け反射する第２反射手段を備え、前記受光反射光学系は、前記対物レンズ系の射出側に配置され、前記対物レンズ系で集光した前記被測定物からの前記測定光の反射光を前記第１光軸から前記受光手段に向け反射する受光反射手段を備え、前記受光反射光学系は、ダイクロイックミラーと受光反射手段とを備え、前記ダイクロイックミラーは前記第１光軸に対して垂直に配置され、前記受光反射手段は前記対物レンズ系に近接して前記対物レンズ系を挟んで、且つ前記第２反射手段に対向して配置され前記ダイクロイックミラーからの反射光を受光手段に向け反射するものであり、前記対物レンズ系の入射側に平行平板の透明体を配置し、前記第２反射手段は、前記透明体の両面のうち前記対物レンズ系に隣接する面に接合され、前記第２反射手段を接合した平行平板の調整により前記測定光の光軸調整を前記受光反射部材の光軸調整から独立して可能である、ことを特徴とする光波距離計である。
。

同じく請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光波距離計において、前記受光手段は、前記第１光軸に向け、受光面を配置した光ケーブルであることを特徴とする。

同じく請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光波距離計において、前記受光反射光学系のダイクロイックミラーは、前記所定の波長領域だけを、前記受光反射手段に反射することを特徴とする。

同じく請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光波距離計において、前記対物レンズ系からの像を拡大して目視可能に表示する視準光学系を備えることを特徴とする。

同じく請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光波距離計において、前記測定光を変調する変調手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る光波距離計によれば、射出光学系の第２反射手段を対物レンズの入射側（外側）に配置したので、対物レンズによる反射が装置内部に入り込むことがなく、ノイズとして検出されることがなくなる。また、測定光を被測定物に向け反射する射出反射光学系の第２反射手段を対物レンズの入射側に配置し、対物反射手段を、前記第２反射手段と別個に対物レンズの射出側に配置したので、光軸の調整を独立して行え、各部材の製造にそれほど高い精度を必要とせず、安価に製造できる。さらに、各部の光軸調整が行いやすくなり、調整作業に要する時間の短縮の他、調整上の不具合が発生しにくくなる。そして、メンテナンスにおいて、必要な部分だけの交換で済み、作業時間の短縮を図り、修理費用を低減することができる。

本発明の実施形態に係る光波距離計の全体構造を示す断面斜視図である。 同じく光波距離計を示す断面図である。 従来の光波距離計の光学系を示す断面図である。

本発明を実施するための形態に係る光波距離計について説明する。図１は本発明の実施形態に係る光波距離計の全体構造を示す断面斜視図、図２は本発明の実施形態に係る光波距離計を示す断面図である。

図１に示すように、光波距離計１００は、筐体１０１内に、鏡筒１０３と、ベース部１０２が形成されている。また、図２に示すように、光波距離計１００は、受光光学系である対物レンズ系１１０と、測定光を射出する射出光学系１２０と、対物レンズ系１１０からの測定光を光ファイバ１６０に導く射出反射光学系１４０とを備える。また光波距離計１００は、受光反射光学系１５０と、視準光学系１７０とを備える。光ファイバ１６０は、図示していない光センサーに測定光を導く。視準光学系１７０は対物レンズ系１１０からの被測定物像を目視できるようにして、光波距離計１００の方向を決定したり補正したりするために使用される。

対物レンズ系１１０は、鏡筒１０３に配置され、被測定物に向かう第１光軸Ｏ１を備え、被測定物からの光を集光する。対物レンズ系１１０は、３枚のレンズを備えており、各種収差が補正され全体で正のパワーを備える。射出光学系１２０は、ベース部１０２に配置され、第１光軸Ｏ１と平行な第２光軸Ｏ２を備え、光源１３０およびこの光源１３０からの光を平行光である測定光を射出する。光源１３０は、例えば赤外線を発生するレーザーダイオードである。射出光学系１２０は、コリメータレンズ１２１と、射出光を変調する変調手段である光チョッパ１２２と、濃度フィルター１２３と絞り１２４とを備える。濃度フィルター１２３は、光源１３０から、図示していない台形プリズムで取り出した参照光を、減衰するものであり、円周上に濃度勾配を備えた円板状の部材である。また、光チョッパ１２２は、測定光透過用の切欠部を備え、回転駆動される円板状の不透明な部材である。

射出反射光学系１４０は、第２光軸Ｏ２上に斜めに反射面を形成した第１反射手段であるミラー部材１４１と、対物レンズ系１１０の入射側（外側）に配置される第２反射手段である送光反射プリズム１４２とを備える。送光反射プリズム１４２は第１光軸Ｏ１上に傾斜した反射面１４２ａを備える。この例では対物レンズ系１１０の外側には、平行平面ガラスであるカバーガラス１８１が配置され、送光反射プリズム１４２は、このカバーガラス１８１の内側に接着されて配置されている。

受光反射光学系１５０は、ダイクロイックミラー１５１と、このダイクロイックミラー１５１からの光を直角方向に反射する受光反射部剤である受光反射プリズム１５２とから構成される。ダイクロイックミラー１５１は、鏡筒１０３に配置され、対物レンズ系１１０から第１光軸Ｏ１に沿って入射する光のうち、所定波長帯域の光である測定光を反射する。他の帯域の光は透過して、鏡筒１０３に配置された視準光学系１７０に入射する。光波距離計１００のオペレーターは、視準光学系１７０を用いて、視準を行うことができる。受光反射プリズム１５２は、第１光軸Ｏ１に４５度の角度で形成された反射面１５２ａを有し、ダイクロイックミラー１５１からの光を光ファイバ１６０に向け反射する。

この光波距離計１００では、測定光の光軸は、まず概略について送光反射プリズム１４２を取付けたカバーガラス１８１で調整し、その後、ミラー部材１４１で詳細に調整する。このとき、カバーガラス１８１は、平行平面ガラスであり、表裏面に曲率を持っていない。このため、測定光が、装置の内部に混入しにくく、迷光（光ノイズ）となることがない。従って、高精度の信号測定が可能となり、機械本体の測定精度向上に寄与する。

また、受光反射光学系１５０の光軸の調整は、ダイクロイックミラー１５１および受光反射プリズム１５２で行う。このように、射出反射光学系１４０と受光反射光学系１５０とは、独立して調整することができる。このため、測定中に測定光の光軸が何らかの原因で動いてしまったときにも、射出反射光学系１４０だけを独立して再調整できる。そのときには受光反射光学系１５０側の受光反射プリズム１５２の再調整は基本的に不要である。

本実施形態に係る光波距離計１００によれば、射出反射光学系１４０と、受光反射光学系１５０とが独立し対物レンズ系１１０を挟んで配置されているので、部品製作を容易とすることができる他、それぞれの光軸の調整が行いやすくなる。さらに、組み立て性やメンテナンス性、軸ズレが少ない等品質向上にも寄与することができる。

１００：光波距離計
１０１：筐体
１０２：ベース部
１０３：鏡筒
１１０：対物レンズ系
１２０：射出光学系
１２１：コリメータレンズ
１２２：光チョッパ
１２３：濃度フィルター
１２４：絞り
１３０：光源
１４０：射出反射光学系
１４１：ミラー部材
１４２：送光反射プリズム
１４２ａ：反射面
１５０：受光反射光学系
１５１：ダイクロイックミラー
１５２：受光反射プリズム
１５２ａ：反射面
１６０：光ファイバ
１７０：視準光学系
１８１：カバーガラス

Claims (5)

1. 被測定物に向かう第１光軸を備え、前記被測定物からの光を受ける対物レンズ系と、
   前記第１光軸と平行な第２光軸を備え、所定の波長領域の光を発生する光源からの光を平行光である測定光として射出する射出光学系と、
   前記射出光学系からの測定光を反射して前記第１光軸に沿って前記被測定物に向け射出する射出反射光学系と、
   前記被測定物で反射され、前記対物レンズ系で受光された前記測定光を、前記第１光軸から離れた位置に配置された受光手段に向け反射する受光反射光学系と、を備える光波距離計において、
   前記射出反射光学系は、前記測定光を前記第１光軸の前記対物レンズ系の入射側位置まで導く第１反射手段、および前記対物レンズ系の入射側に配置され、前記測定光を前記第１光軸に沿って前記被測定物に向け反射する第２反射手段を備え、
   前記受光反射光学系は、前記対物レンズ系の射出側に配置され、前記対物レンズ系で集光した前記被測定物からの前記測定光の反射光を前記第１光軸から前記受光手段に向け反射する受光反射手段を備え、
   前記受光反射光学系は、ダイクロイックミラーと受光反射手段とを備え、前記ダイクロイックミラーは前記第１光軸に対して垂直に配置され、
   前記受光反射手段は前記対物レンズ系に近接して前記対物レンズ系を挟んで、且つ前記第２反射手段に対向して配置され前記ダイクロイックミラーからの反射光を受光手段に向け反射するものであり、
   前記対物レンズ系の入射側に平行平板の透明体を配置し、
   前記第２反射手段は、前記透明体の両面のうち前記対物レンズ系に隣接する面に接合され、
   前記第２反射手段を接合した平行平板の調整により前記測定光の光軸調整を前記受光反射部材の光軸調整から独立して可能である、
   ことを特徴とする光波距離計。
2. 前記受光手段は、前記第１光軸に向け、受光面を配置した光ケーブルであることを特徴とする請求項１に記載の光波距離計。
3. 前記受光反射光学系のダイクロイックミラーは、前記所定の波長領域だけを、前記受光反射手段に反射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光波距離計。
4. 前記対物レンズ系からの像を拡大して目視可能に表示する視準光学系を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光波距離計。
5. 前記測定光を変調する変調手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光波距離計。