(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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