(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の後方の光軸上に位置する反射部材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のうち上記反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する光波距離計；
ラインセンサ、セパレータレンズ及びマスクを有し、該ラインセンサ、該セパレータレンズ及び該マスクによって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；及び
上記一対の瞳範囲に干渉しない位置に設けられ、上記測定対象物からの反射光を上記光波距離計の受光系の光軸側に屈曲させる、反射、屈折または回折の一以上の作用を有する光学部材；
を備えたことを特徴とするＡＦ機能を有する光波測距儀。
【請求項２】
請求項１記載のＡＦ機能を有する光波測距儀において、上記反射、屈折または回折の一以上の作用を有する光学部材は、上記一対の瞳範囲の間に位置するＡＦ機能を有する光波測距儀。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のＡＦ機能を有する光波測距儀において、対物レンズの後方に、測距光の測定対象物からの反射光を反射する波長選択ミラーが設けられており、この波長選択ミラー上の瞳範囲の間に上記反射、屈折または回折の一以上の作用を有する光学部材が設けられているＡＦ機能を有する光波測距儀。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、視準望遠鏡のＡＦ機能を有する光波測距儀に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
各種測量機における距離の測定は、一般に測定対象物に投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光波距離計によって行われている。
【０００３】
この光波距離計は一般に、視準望遠鏡の対物レンズの後方に光軸中心上に位置する送光ミラーを配置して、対物レンズの瞳中心から測距光を送光している。測定対象物からの反射光は、送光ミラーの周辺部を透過した反射光が波長選択フィルタ及び受光ミラーを介して捕捉される。
【０００４】
この光波距離計では、測定対象物が近距離になるにつれて、該測定対象物からの反射光が送光ミラーによってけられる現象が生じ、受光素子への入射光量が低下するという問題がある。入射光量が低下すると、測距精度が低下する。従来、この近距離測定における受光素子への入射光量の低下及びそれに伴う測距精度の低下を防止するために、各種の提案がなされている。
【０００５】
一方、測量機においても視準望遠鏡の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。
【０００６】
ところが、この位相差方式のＡＦ装置を光波距離計に組み込むと、近距離測定における受光素子への入射光量の低下及びそれに伴う測距精度の低下の問題の解決が困難になる。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、光波距離計を有する測量機をＡＦ化するについての以上の問題意識に基づき、近距離測定における受光素子への入射光量及び測距精度の低下の問題を解決できるＡＦ機能を有する光波測距儀を得ることを目的とする。
【０００８】
【発明の概要】
本発明によるＡＦ機能を有する光波測距儀は、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の後方の光軸上に位置する反射部材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のうち反射部材でけられない反射光を受光する受光系とを有する光波距離計；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；及び測定対象物からの反射光を上記光波距離計の受光系の光軸側に屈曲させる、対物レンズ上の一対の瞳範囲以外に位置させた反射、屈折または回折の一以上の作用を有する光学部材；を備えたことを特徴としている。
【０００９】
反射、屈折または回折の一以上の作用を有する光学部材は、対物レンズ上の一対の瞳範囲の間に配置することができる。
【００１０】
光波測距儀では、対物レンズの後方に、測距光の測定対象物からの反射光を反射する波長選択ミラーを設けるのが普通に行われており、反射、屈折または回折の一以上の作用を有する光学部材は、例えばこの波長選択ミラー上の瞳範囲の間に設けることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１ないし図６は、本発明によるＡＦ機能を有する光波測距儀を測量機に適用した一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、焦点調節レンズ１８、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。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。
【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（反射部材）２１と、測距光を反射し可視光を透過する波長選択ミラー（波長選択フィルター）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の光軸上に斜め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、波長選択ミラー２２側の面が受光ミラー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】
波長選択ミラー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、波長選択ミラー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で反射して受光ファイバ２６の入射端面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、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。なお、図１ないし図４におけるハッチングは、この一対の瞳範囲に対応する部分（光路）を概念的に示している。
【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）は比較的自由に設定することができる。また、一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂは、送光ミラー２１ａを反射した測距光の光路と干渉しない位置に設けられている。別言すると、図３に示すように、一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂに干渉しない位置に送受光ミラー２１が配設されている。
【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、測定対象物１６で反射した測距光、特に近距離の測定対象物１６で反射した測距光を受光ファイバ２６の入射端面２６ａに十分な光量で入射させるため、波長選択ミラー２２に、測距光を光軸方向に反射屈曲させるフレネルミラー１９を設けたものである。そして、このフレネルミラー１９は、ＡＦ検出ユニット５０によるＡＦ精度に悪影響を及ぼさないように、図４に示すように、一対の瞳範囲１１Ａ’、１１Ｂ’の間に位置させて、両瞳範囲に干渉しないように、光軸を挟んで２カ所設けられている。
【００２２】
図５、図６は、このフレネルミラー１９によって屈曲された測距光の進路を示している。図５では、測定対象物１６で反射した測距光の受光ファイバ２６への入射の様子を示すため、図１における波長選択ミラー２２（フレネルレンズ１９）及び受光ミラー２１ｂを省略し（反射光路を直進光路として示し）、それらの位置だけをそれぞれ符号２２’と１９’で示している。また、図５、図６におけるハッチングは測定対象物１６で反射した反射光の光路を示しており、波長選択ミラー２２にフレネルレンズ１９が存在しない場合の測距光の上光線をｘで示している。この図から明らかなように、フレネルレンズ１９が存在することにより、同測距光は光軸側に偏角θ°だけ屈曲され、その結果、測距光は、受光ファイバ２６の入射端面２６ａに確実に入射する。
【００２３】
フレネルミラー１９の大きさとパワーは、一対の瞳範囲１１Ａ’、１１Ｂ’に干渉しない範囲で、受光ファイバ２６の入射端面２６ａに十分な光量で入射するように大きさを決定することが好ましい。
【００２４】
上記構成の本ＡＦ機能を有する光波測距儀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。
【００２５】
このような測距動作において、測定距離が近距離の場合であっても、測定対象物１６で反射した測距光は、波長選択ミラー２２で反射する際、フレネルミラー１９によって受光ファイバ２６の入射端面２６ａに入射するように光軸側に屈曲されるため受光素子３１へ十分な光量で入射する。そのため測距精度の低下がない。なお測定距離が遠距離になるにつれて、測定対象物１６での反射光はより緩い角度で対物レンズ１１に入射するため、フレネルミラー１９の有無に拘わらず、十分受光ファイバ２６に入射するため、測距精度の低下の問題は生じない。また、フレネルミラー１９は、一対の瞳範囲１１Ａ’、１１Ｂ’の間に配設されているため、対応する一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂを通過した光束を利用するＡＦ検出ユニット５０に悪影響を及ぼすことはなく、ＡＦ動作に支障をきたさない。また、送受光ミラー２１は、前述の通り、一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂに干渉しない位置に設けられているため、ＡＦ機能の性能を低下させることがない。
【００２６】
図７、図８は本実施形態の比較例を示している。図７は、図５と同様に、波長選択ミラー２２を省略し、その位置だけを２２’で示している。本比較例では、対物レンズ１１と波長選択ミラー２２の間に補正プリズム６０を配置して、近距離測定時における測定対象物１６で反射した測距光の一部を該補正プリズム６０によって光軸側に屈曲させている。この比較例では、該測距光を受光ファイバ２６に確実に入射させることができるが、この光波測距儀に位相差方式のＡＦ装置を組み込んだ場合、補正プリズム６０は一対の瞳範囲１１Ａ、１１Ｂと干渉してしまい、ＡＦ動作に支障をきたす。従って、この補正プリズムを用いた光波測距儀をＡＦ化することは困難である。
【００２７】
以上の実施形態では、波長選択ミラー２２に設ける光学部材としてフレネルミラーを使用したが、他の反射部材でもよい。また、受光系の光軸方向への屈曲作用を有する光学部材であれば、反射以外の屈折または回折作用を有する光学部材を使用することができる。反射部材に代えて透光部材を用いることもできる。
【００２８】
なお、正立光学系としてのポロプリズム１２あるいはＡＦ検出ユニット５０への分岐光学系は、種々の変形例が知られており、本発明は以上の実施例に限定されない。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、光波距離計を有する測量機をＡＦ化するにつき、近距離測定における受光素子への入射光量及び測距精度の低下の問題を解決できるＡＦ機能を有する光波測距儀を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＡＦ機能を有する光波測距儀を測量機に適用した一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、波長選択フィルタ上の一対の瞳範囲とフレネルミラーとの位置関係を示す図である。
【図５】光波距離計の光学系の展開図である。
【図６】図５の受光ファイバの入射端面近傍を拡大して示す図である。
【図７】比較例を示す図５に対応する図である。
【図８】比較例における対物レンズ上の一対の瞳範囲と、補正プリズム、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。
【符号の説明】
１０  視準望遠鏡
１１Ａ  １１Ｂ  瞳範囲
１１Ｃ  ＡＦ不感帯
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
１９  フレネルミラー（光学部材）
２０  光波距離計
２１  送受光ミラー（反射部材）
２１ａ  送光ミラー
２１ｂ  受光ミラー
２２  波長選択ミラー（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
【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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