(57)【要約】【課題】測距用の変調光が多重反射することによる誤測距を防止するようにした光波測距装置を得る。【解決手段】光波測距装置は、測距用および視準用の光学系１とポイント設定光学系１０とを有する。キューブリフレクタ１３は、近赤外光源８からの測定光Ａを反射する。この反射光Ｂは、ポイント設定光学系１０の対物レンズ１１、減光部材１２を介して可視光源１４に入射され、可視光源１４において反射される。この反射光Ｃは、減光部材１２を介して対物レンズ１１からキューブリフレクタ１３に向けて再び射出される。キューブリフレクタ１３は反射光Ｃを反射する。この反射光Ｄは、対物レンズ２を介してダイクロイックプリズム３に入射される。反射光Ｄはダイクロイックプリズム３内で反射され、分割プリズム４で反射されて受光素子９に入射される。反射光Ｄの光パワーレベルは、減光部材１２によって最低受光レベル以下に抑えられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距用光源からの測定光を測定対象に向けて射出する送光光学系と、
前記測定対象によって反射された反射光を受光する受光光学系と、
前記送光光学系および前記受光光学系と異なる副光学系と、
前記副光学系に入射する前記反射光を前記測定対象に向けて再反射する光を低減する減光部材と、
前記測定光および前記反射光の位相差に基づいて距離を演算する演算手段とを備えることを特徴とする光波測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光波測距装置において、
前記副光学系は、前記測定対象を視準するためのガイド光を射出することを特徴とする光波測距装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光波測距装置において、
前記減光部材は、光の透過率Ｔが１０％≦Ｔ≦６０％のＮＤフィルタであることを特徴とする光波測距装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の光波測距装置において、
前記減光部材は、前記測定光の波長領域の光の透過率ＴがＴ≦１０％の光学フィルタであることを特徴とする光波測距装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の光波測距装置において、
前記減光部材は、前記測定光の波長領域の光の透過率ＴがＴ≦１０％のダイクロイックミラーもしくはダイクロイックプリズムであることを特徴とする光波測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波による距離測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光波を利用した距離測定装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、レーザダイオードで発光された光を振幅変調して測定光（変調光）を生成し、この測定光をキューブリフレクタ（測定対象）に向けて送出し、当該キューブリフレクタ（測定対象）で反射される反射光を受信して距離測定を行う技術が開示されている。この技術によれば、測定光と反射光との間で変調信号の位相差を検出することにより、キューブリフレクタ（測定対象）までの距離が求められる。
【０００３】
上述した光波測距装置を用いて測設作業などを行う場合に、キューブリフレクタをあらかじめ定めた点に素早く設置することが求められる。キューブリフレクタの設置をガイドする装置として、たとえば、特許文献２に記載のポイント設定用コリメータ装置がある。この装置は、２つの発光素子を備え、一方を連続光、他方を点滅光でそれぞれ発光させ、２つのガイド光をキューブリフレクタ側へ射出する。キューブリフレクタを設置する作業者は、ガイド光の連続光と点滅光とが両方見える位置にキューブリフレクタを移動させる。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭６３−３２６９号公報
【特許文献２】
実公平３−２８１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
距離測定装置が測距用光学系と、ポイント設定用コリメータ装置の光学系とを有する場合、測距用の光学系がキューブリフレクタを正確に視準しないと、距離測定装置から射出された測距用の測定光が距離測定装置およびキューブリフレクタ間で多重反射することがある。この場合には、距離測定装置から射出された測定光がキューブリフレクタで反射され、距離測定装置側に戻った反射光がポイント設定用コリメータ装置の光学系で反射されて再びキューブリフレクタへ進み、キューブリフレクタによる２回目の反射光が距離測定装置で受信される。この結果、距離測定装置およびキューブリフレクタ間を２往復した信号光が受信されるため、本来の２倍の距離が測定されてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、測距用の測定光の多重反射による誤測距を防止するようにした光波測距装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明による光波測距装置は、測距用光源からの測定光を測定対象に向けて射出する送光光学系と、測定対象によって反射された反射光を受光する受光光学系と、送光光学系および受光光学系と異なる副光学系と、副光学系に入射する反射光を測定対象に向けて再反射する光を低減する減光部材と、測定光および反射光の位相差に基づいて距離を演算する演算手段とを備えることにより、上述した目的を達成する。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光波測距装置において、測定対象を視準するためのガイド光を射出するように副光学系を構成したものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光波測距装置において、光の透過率Ｔが１０％≦Ｔ≦６０％のＮＤフィルタで減光部材を構成したものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の光波測距装置において、測定光の波長領域の光の透過率ＴがＴ≦１０％の光学フィルタで減光部材を構成したものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の光波測距装置において、測定光の波長領域の光の透過率ＴがＴ≦１０％のダイクロイックミラーもしくはダイクロイックプリズムで減光部材を構成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第一の実施の形態）
図１は、本発明の第一の実施の形態による光波測距装置の光学系の基本構成を説明する図である。図１において、光波測距装置は、測距用および視準用の光学系１と、ポイント設定光学系１０とを有する。ポイント設定光学系１０は、キューブリフレクタと呼ばれる測定対象１３の設置作業をガイドするものである。測距用光学系は、分割プリズム４と、ダイクロイックプリズム３と、対物レンズ２とによって構成される。測距用光学系は、近赤外光源８による光をキューブリフレクタ１３へ向けて送出し、キューブリフレクタ１３による反射光を受光素子９へ導く。視準用光学系は、接眼レンズ７と、正立プリズム６と、合焦レンズ５と、ダイクロイックプリズム３と、対物レンズ２とによって構成される。ダイクロイックプリズム３および対物レンズ２は、それぞれ測距用光学系と視準用光学系とに共用される。ポイント設定光学系１０は、減光部材１２と、対物レンズ１１とによって構成される。ポイント設定光学系１０は、可視光源１４による光を送出する。
【０００９】
光波測距装置による標準的な測定手順は、たとえば、以下のように行われる。
▲１▼可視光源１４（たとえば、波長約６６０ｎｍの赤色光を発するＬＥＤ）を発光させ、ポイント設定光学系１０によって可視光（ガイド光）が照射される位置にキューブリフレクタ１３を設置する。
▲２▼視準用光学系を用いてキューブリフレクタ１３を視準する。
▲３▼近赤外光源８（たとえば、波長約８５０ｎｍの赤外光を発するレーザ）を変調発光させ、測距用光学系によって送信光の一部とキューブリフレクタで反射される受信光とを受信して距離測定を行う。
【００１０】
−キューブリフレクタの設置−
作業者Ａは、キューブリフレクタ１３を設置すべき位置を示す方向にポイント設定光学系１０の光軸Ｌを向ける。作業者Ａが可視光源１４を点灯させるスイッチ（不図示）を点灯操作すると、不図示の駆動回路がポイント設定用の可視光源１４に所定の駆動電流を供給する。この駆動電流は、可視光源１４を所定の光量で発光するように調節されている。可視光源１４から射出された可視光は、減光部材１２を介して対物レンズ１１からキューブリフレクタ１３の方向に射出される。減光部材１２は、可視光源１４による発光波長、および測距用の近赤外光源８による発光波長のそれぞれにおいて、透過率が１０％〜６０％の範囲のＮＤフィルタによって構成されている。
【００１１】
作業者Ｂは、ポイント設定光学系１０から射出された可視光がキューブリフレクタ１３に照射されるようにキューブリフレクタ１３を持って移動し、キューブリフレクタ１３を設置する。なお、作業者Ａは、キューブリフレクタ１３を設置後に可視光源１４の発光を停止させるものとする。
【００１２】
−視準用光学系を用いてキューブリフレクタを視準−
キューブリフレクタ１３を照明する照明光（自然光など）によって生じるキューブリフレクタ１３からの反射光は、対物レンズ２を介してダイクロイックプリズム３に入射され、可視光成分がダイクロイックプリズム３、合焦レンズ５、および正立プリズム６を通過し、レチクル１９上にキューブリフレクタ１３の像を形成する。この正立像は、接眼レンズ７を通して作業者Ａによって観察される。
【００１３】
作業者Ｂは、キューブリフレクタ１３の中心が接眼レンズ７を通して観察できるようにキューブリフレクタ１３の位置を微調整し、キューブリフレクタ１３を正確な位置に設置する。また、作業者Ｂは、合焦レンズ５を光軸に沿って図１の左右方向に駆動し、キューブリフレクタ１３に合焦させる。
【００１４】
−距離測定−
作業者Ａが近赤外光源８を点灯させるスイッチ（不図示）を点灯操作すると、不図示の駆動回路が近赤外光源８に駆動電流を供給する。この駆動電流は、電流の大きさが所定の周波数で変化するように強度変調されている。これにより、近赤外光源８は発光強度が周期的に変化する変調光を発する。近赤外光源８から射出された変調光は、分割プリズム４で分割され、ダイクロイックプリズム３に入射される。分割された他方の変調光は、詳細な説明は省略するが測定用の参照光として受光素子９で受光される。参照光とは、電子回路に起因する測定誤差をキャンセルするために測距装置内の所定の光路で測距を行うための光である。ダイクロイックプリズム３は、近赤外光源８による赤外光を反射し、可視光領域の光を通過する特性を有する。ダイクロイックプリズム３に入射された測定光（変調光）Ａは、ダイクロイックプリズム３内で反射され、対物レンズ２からキューブリフレクタ１３に向けて射出される。
【００１５】
キューブリフレクタ１３は、近赤外光源８からの測定光Ａを反射する。キューブリフレクタ１３による反射光Ｂは、対物レンズ２を介してダイクロイックプリズム３に入射される。ダイクロイックプリズム３に入射された反射光Ｂは、ダイクロイックプリズム３内で反射され、分割プリズム４でさらに反射されて受光素子９に入射される。光波測距装置は、測定光Ａと反射光Ｂの位相差を不図示の位相差検出回路で検出し、検出位相差に基づいてキューブリフレクタ１３までの距離を演算する。
【００１６】
なお、図１において、近赤外光源８、受光素子９は共に対物レンズ２の焦点位置に置かれ光学的に共役に配設されている。したがって、合焦レンズ５を駆動して視準用の光学系をキューブリフレクタ１３に合焦させた状態では、近赤外光源８からの測定光束は平行光束として対物レンズ２から射出し、キューブリフレクタ１３からの反射光も平行光束として対物レンズ２に入射し、受光素子９に集光される。
【００１７】
図２は、視準用光学系によってキューブリフレクタ１３を正確に視準していない状態を説明する図である。図２において、図１の構成と同一の構成には、図１と同一の符号を記して説明を省略する。近赤外光源８から射出された変調光は、分割プリズム４で分割され、ダイクロイックプリズム３に入射される。ダイクロイックプリズム３に入射された測定光（変調光）Ａは、ダイクロイックプリズム３内で反射され、対物レンズ２からキューブリフレクタ１３に向けて射出される。
【００１８】
キューブリフレクタ１３は、近赤外光源８からの測定光Ａを反射する。キューブリフレクタ１３による反射光Ｂは、対物レンズ２に入射されずにポイント設定光学系１０の対物レンズ１１、減光部材１２を介して可視光源１４に入射される。可視光源１４は、その発光面（不図示）において入射光を反射する。可視光源１４による反射光Ｃは、減光部材１２を介して対物レンズ１１からキューブリフレクタ１３に向けて再び射出される。キューブリフレクタ１３は、反射光Ｃを反射する。キューブリフレクタ１３からの反射光Ｄは、対物レンズ２を介してダイクロイックプリズム３に入射される。ダイクロイックプリズム３に入射された反射光Ｄは、ダイクロイックプリズム３内で反射され、分割プリズム４で反射されて受光素子９に入射される。
【００１９】
反射光Ｄは、上述したように透過率が１０％〜６０％の範囲の減光部材１２がポイント設定光学系１０に含まれていることによって減衰され、その光パワーレベルは受光素子９の最低受光レベル以下にされる。この場合の最低受光レベルは、位相差検出に必要な反射光レベルのことをいう。この結果、光波測距装置は、測定光Ａと反射光Ｄとが有する位相差を検出することができず、測距不能状態になる。
【００２０】
もし、減光部材１２がポイント設定光学系１０に含まれていない場合には、反射光Ｄの光パワーレベルが受光素子９の最低受光レベルを超えることがある。この場合には、光波測距装置が測定光Ａと反射光Ｄとが有する位相差を検出し、この検出位相差に基づいてキューブリフレクタ１３までの距離を演算してしまう。この演算結果は、光波測距装置とキューブリフレクタ１３との間を多重反射によって２往復した光に基づいて演算されたものであるため、本来の距離の約２倍の距離となる。しかしながら、第一の実施の形態では、減光部材１２を設けることによって多重反射時の反射光Ｂおよび反射光Ｃをそれぞれ減衰させるようにしたので、反射光Ｄの光パワーレベルが受光素子９の最低受光レベル以下になり、多重反射時の測距が不能になるため誤測距を防止できる。
【００２１】
以上説明した第一の実施の形態についてまとめる。
（１）光波測距装置にポイント設定光学系１０を備えたので、キューブリフレクタ１３を正確な位置に設置しやすい。
（２）ポイント設定光学系１０に減光部材１２を備えるようにした。減光部材１２は、ポイント設定用の可視光源１４による発光波長、および測距用の近赤外光源８による発光波長のそれぞれにおいて、透過率が１０％〜６０％の範囲内でいずれかの値を有するＮＤフィルタによって構成する。これにより、図２のように多重反射による光が受光素子９に入射される場合でも、反射光Ｄの光パワーレベルを受光素子９の最低受光レベル以下に抑えられるので、誤測距を防止することができる。
【００２２】
ＮＤフィルタの代わりに赤外光遮断フィルタを用いて上記減光部材１２を構成してもよい。誤測距の要因になる多重反射は、測距に用いる近赤外光源８による赤外光の反射なので、少なくともこの波長領域の光を減衰させれば、誤測距を防止することができる。赤外光遮断フィルタ（熱線吸収フィルタ）の特性は、たとえば、波長が８００ｎｍ≦λ≦１０００ｎｍの範囲で、透過率１０％以下とする。
【００２３】
（第二の実施の形態）
ポイント設定光学系１０の代わりに、図３に示すようなポイント設定光学系１０Ａを配設してもよい。図３において、ポイント設定光学系１０Ａは、対物レンズ１１と、減光部材１５と、防塵部材１６とによって構成される。防塵部材１６は、ポイント設定光学系１０Ａの内部へ埃の侵入を防ぐものである。防塵部材１６は、たとえば、ガラスや樹脂などの平行平板部材で構成し、減光処理が施されていないものである。このような防塵部材１６を、ポイント設定光学系１０Ａの光軸ＬＡに垂直な面と非平行になるように、所定の角度に配設する。減光部材１５は、たとえば、近赤外光源８による赤外光を９０％以上通過し、可視光領域の光を９０％以上反射する特性を有するダイクロイックミラーによって構成する。
【００２４】
ポイント設定光学系１０Ａを収容する収容部材において、ダイクロイックミラー１５に対して対物レンズ１１と反対側に位置する面１７の内側は、ダイクロイックミラー１５を通過した赤外光を散乱もしくは吸収するように、表面処理を施しておく。これにより、ダイクロイックミラー１５を通過した赤外光が面１７で反射し、再びダイクロイックミラー１５に入射されることが防止される。
【００２５】
図３において、キューブリフレクタの設置時に、ポイント設定用の可視光源１４へ不図示の駆動回路から所定の駆動電流を供給する。この駆動電流は、可視光源１４を所定の光量で発光するように調節されている。可視光源１４から射出された可視光は、ダイクロイックミラー１５で反射され、対物レンズ１１、防塵部材１６を介してキューブリフレクタ１３の方向に射出される。
【００２６】
図２を参照してキューブリフレクタ１３を正確に視準していない状態を説明する。なお、ポイント設定光学系１０の代わりにポイント設定光学系１０Ａが備えられているものとする。キューブリフレクタ１３からの反射光Ｂは、対物レンズ２に入射されずにポイント設定光学系１０Ａの防塵部材１６、対物レンズ１１を介してダイクロイックミラー１５に入射される。反射光Ｂは赤外光なので、９０％以上がダイクロイックミラー１５を通過して収容部材の面１７で吸収される。これにより、ポイント設定光学系１０Ａからキューブリフレクタ１３に向けて再び射出される反射光Ｃが小さく抑えられるので、受光素子９に入射される反射光Ｄの光パワーレベルは最低受光レベル以下になる。この結果、光波測距装置は、測定光Ａ以外に受光する反射光がないので位相差を検出することができず、測距不能になる。また、防塵部材１６を傾けて配設したので、反射光Ｂが防塵部材１６の表面で反射したとしても、この反射光がキューブリフレクタ１３側へ進むことがない。
【００２７】
以上説明した第二の実施の形態についてまとめる。
（１）光波測距装置にポイント設定光学系１０Ａを備えたので、キューブリフレクタ１３を正確な位置に設置しやすい。
（２）ポイント設定光学系１０Ａにダイクロイックミラーによって構成される減光部材１５を備えるようにした。ダイクロイックミラー１５は、ポイント設定用の可視光源１４による波長の光を９０％以上反射し（透過率１０％以下）、測距用の近赤外光源８による波長の光を９０％以上通過させる。これにより、ポイント設定光学系１０と異なり、可視光源１４側に導かれる測距用の赤外光が１０％以下に抑えられるため、赤外光が可視光源１４の発光面で反射したとしてもその反射光量は小さいものになる。この結果、多重反射によって受光素子９に入射される反射光Ｄは最低受光レベル以下になり、誤測距を防止できる。
【００２８】
（３）ダイクロイックミラー１５を通過した赤外光（反射光Ｂ）を、収容部材の面１７で吸収するようにした。これにより、ポイント設定光学系１０Ａからキューブリフレクタ１３に向けて再び射出される反射光Ｃを小さく抑えられる結果、多重反射によって受光素子９に入射される反射光Ｄが最低受光レベル以下になり、誤測距を防止することができる。
（４）ポイント設定光学系１０Ａに防塵部材１６を設けたので、対物レンズ１１が汚れるのを防止できる。また、防塵部材１６をポイント設定光学系１０Ａの光軸ＬＡに垂直な面と非平行になるようにしたので、防塵部材１６自体が多重反射を生じさせ、この反射光がキューブリフレクタ１３へ進むことによる誤測距も防止できる。
【００２９】
上述した説明では、ポイント設定用の可視光源１４による波長の光を９０％以上反射し、測距用の近赤外光源８による波長の光を９０％以上通過させるダイクロイックミラーを使用した。この代わりに、ポイント設定用の可視光源１４による波長の光を９０％以上通過し、測距用の近赤外光源８による波長の光を９０％以上反射（透過率１０％以下以下）するダイクロイックミラーを使用してもよい。この場合には、可視光が通過する側に可視光源１４を配設し、赤外光が反射する側の収容部材の内側の面に赤外光吸収（もしくは散乱）処理を施せばよい。
【００３０】
ダイクロイックミラー１５の代わりに、同様の通過および反射機能を有するダイクロイックプリズムを用いてもよい。
【００３１】
（第三の実施の形態）
図４は、第三の実施の形態によるポイント設定光学系１０Ｂを説明する図である。ポイント設定光学系１０Ｂは、対物レンズ１１と、減光部材１８とによって構成される。減光部材１８は、ポイント設定光学系１０の減光部材１２と同様に、ポイント設定用の可視光源１４による発光波長、および測距用の近赤外光源８による発光波長のそれぞれにおいて、透過率が１０％〜６０％の範囲でいずれかの値を有するＮＤフィルタによって構成する。減光部材１８は、対物レンズ１１のキューブリフレクタ１３側において、ポイント設定光学系１０Ｂの光軸ＬＢに垂直な面と非平行になるように所定の角度に配設される。
【００３２】
第三の実施の形態によれば、第一の実施の形態による作用効果に加えて、減光部材１８をポイント設定光学系１０Ｂの光軸ＬＢに垂直な面と非平行になるようにしたので、減光部材１８の表面で反射した測距用の赤外光がキューブリフレクタ１３へ進むことがない。この結果、減光部材１８自体が多重反射を生じさせ、誤測距の要因となることを防止できる。
【００３３】
ＮＤフィルタの代わりに赤外光遮断フィルタを用いて上記減光部材１８を構成してもよい。赤外光遮断フィルタ（熱線吸収フィルタ）の特性は、たとえば、波長が８００ｎｍ≦λ≦１０００ｎｍの範囲で、透過率１０％以下とする。
【００３４】
なお、上述した光学系を構成する各レンズ、ミラー、プリズムなどは、それぞれ反射防止膜などを形成して反射防止処理を施しておくのが好ましい。
【００３５】
上述したポイント設定光学系１０，１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ可視光（ガイド光）を送光する側の光学系である。このような送光光学系の代わりに、キューブリフレクタ１３側から発した光を受光するための受光光学系を有する場合にも、この受光光学系に対して本発明を適用してよい。すなわち、測距用の赤外光を反射する光学系を有するものであれば、あらゆる測距装置に対して本発明を適用できる。
【００３６】
以上の説明では、測定対象としてキューブリフレクタ１３を使用する例を説明したが、測定対象にキューブリフレクタ１３のようなプリズムを使用しないノンプリズム方式の場合にも本発明を適用してよい。
【００３７】
また、説明した実施の形態では反射光Ｂがポイント設定光学系の可視光源１４の発光面で反射される場合を説明したが、ポイント設定光学系のレンズ、プリズム、金属部品等で反射される場合にも同様の効果を得ることができる。
【００３８】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明する。測距用光源は、たとえば、近赤外光源８によって構成される。測定対象は、たとえば、キューブリフレクタ１３が対応する。送光光学系および受光光学系は、たとえば、分割プリズム４、ダイクロイックプリズム３、および対物レンズ２によって構成される。副光学系は、たとえば、ポイント設定光学系１０（１０Ａ、１０Ｂ）が対応する。ガイド光は、たとえば、可視光が対応する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明による光波測距装置によれば、測距用の測定光の多重反射による誤測距を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態による光波測距装置の光学系の基本構成を説明する図である。
【図２】視準用光学系によってキューブリフレクタを正確に視準していない状態を説明する図である。
【図３】第二の実施の形態によるポイント設定光学系を説明する図である。
【図４】第三の実施の形態によるポイント設定光学系を説明する図である。
【符号の説明】
１…測距用および視準用の光学系、　２，１１…対物レンズ、
３…ダイクロイックプリズム、　　　　　　４…分割プリズム、
５…合焦レンズ、　　　　　　　　　６…正立プリズム、
７…接眼レンズ、　　　　　　　　　　　　　　　　　　８…近赤外光源、
９…受光素子、
１０，１０Ａ，１０Ｂ…ポイント設定光学系、
１２，１５，１８…減光部材、　　　１４…可視光源、
１６…防塵部材、　　　　　　　　　１９…レチクル
【図１】
2004101405.tif 000003
【図２】
2004101405.tif 000004
【図３】
2004101405.tif 000005
【図４】
2004101405.tif 000006