(57)【要約】【課題】近距離から遠距離迄充分な受光光量が得られ、安定した測距が行える光波距離測定装置を提供する。【解決手段】往路光軸３を有し、測定光を投光する為の投光光学系と、復路光軸８を有し、反射光を受光する為の受光光学系とを具備し、該受光光学系が反射光を受光し集光させる為の受光レンズ９と、反射光が入射する受光面１２と、該受光面と前記受光レンズとの間に配置されたリング状の孔明き多焦点光学部材１１とを有し、前記往路光は前記受光レンズの孔を通って投光される様にした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
往路光軸を有し、測定光を投光する為の投光光学系と、復路光軸を有し、反射光を受光する為の受光光学系とを具備し、該受光光学系が反射光を受光し集光させる為の受光レンズと、反射光が入射する受光面と、該受光面と前記受光レンズとの間に配置されたリング状の孔明き多焦点光学部材とを有することを特徴とする光波距離測定装置。
【請求項２】
前記受光レンズは孔明きレンズである請求項１の光波距離測定装置。
【請求項３】
前記孔明き多焦点光学部材が、少なくとも２点の焦点位置を有するトーリックレンズである請求項１の光波距離測定装置。
【請求項４】
前記孔明き多焦点光学部材が非球面レンズである請求項１の光波距離測定装置。
【請求項５】
前記孔明き多焦点光学部材の断面がコーンプリズム形状である請求項１の光波距離測定装置。
【請求項６】
前記孔明き多焦点光学部材が少なくとも２種類以上の頂角を有するコーンプリズムである請求項５の光波距離測定装置。
【請求項７】
前記コーンプリズムが連続して変化する頂角を有する請求項５の光波距離測定装置。
【請求項８】
前記往路光軸の光軸が受光レンズ中心から偏心している請求項１の光波距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハンディタイプの携帯用光波距離測定装置、特に壁等の一般部材からの再帰反射拡散光を受光して近距離迄の測距を行う光波距離測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、反射プリズムを使用しないノンプリズムタイプの光波測距機能を備えた携帯型測距装置が製品化されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示す様な携帯型測距装置である。トータルステーションタイプの測量機の様に視準するのではなく、可視光の測定光をポインタとして、任意の測定ポイントを特定し距離を測定する。測定光を射出する投光光学系と、入射する反射測定光を受光する受光光学系が並列に設けられている。
【０００４】
測定対象物が数メートル以上離れている場合、投光光学系の光軸と受光光学系の光軸との間隔が短い為、測定対象物で拡散反射された反射測定光は受光光学系に略平行光として入射され受光される。
【０００５】
同様な測距装置として光学系の配置が異なる測距装置がある。投光光学系と受光光学系が同軸に配置され、光学系を部分的に共有する構成である。測定光は光軸上に配置される反射ミラーに導かれ射出される。測定光は反射ミラーに遮られない光学系の部分より入射して受光される。
【０００６】
【特許文献】
特許文献１（特開２０００−１８７０７６号公報）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
投光光学系の光軸と受光光学系の光軸とが並列に構成される測距装置で近距離の測定を行うとすると、測定対象物との測定距離が短いことから結像位置が後方にずれると共に、結像位置は受光光学系の光軸から外れることになる。測定距離が短い場合には反射光も強く、合焦位置が後方にずれても測定可能である。然し乍ら光軸から外れると受光はできなくなり、測定できない。特許文献１ではこの対策として、受光部を受光可能位置に移動できる構造としたり、光学的補助部材を設け、近距離の反射測定光を受光部に導く構成としている。受光部を移動可能とする場合には機械的に精度の高い構造を必要とし、装置の製作コストが高くなるという問題がある。又光学的補助部材を設けた場合は受光光量が十分でなく測定範囲が固定的となるという問題がある。
【０００８】
投光光学系と受光光学系が同軸に構成される場合には、近距離に於いても入射光軸から外れることはないが、光軸に合致する部分の反射光が反射ミラーに遮られると共に、結像位置が後方にずれることから受光部に受光されず、測定ができないという問題がある。又、同軸の場合も並列と同様の対策が適用できるが、同様に測定範囲が固定的となる。
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、往路光軸と復路光軸が合致し、而も近距離から遠距離迄充分な受光光量が得られ、安定した測距が行える光波距離測定装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、往路光軸を有し、測定光を投光する為の投光光学系と、復路光軸を有し、反射光を受光する為の受光光学系とを具備し、該受光光学系が反射光を受光し集光させる為の受光レンズと、反射光が入射する受光面と、該受光面と前記受光レンズとの間に配置されたリング状の孔明き多焦点光学部材とを有する光波距離測定装置に係り、又前記受光レンズは孔明きレンズである光波距離測定装置に係り、又前記孔明き多焦点光学部材が、少なくとも２点の焦点位置を有するトーリックレンズである光波距離測定装置に係り、又前記孔明き多焦点光学部材が非球面レンズである光波距離測定装置に係り、又前記孔明き多焦点光学部材の断面がコーンプリズム形状である光波距離測定装置に係り、又前記孔明き多焦点光学部材が少なくとも２種類以上の頂角を有するコーンプリズムである光波距離測定装置に係り、又前記コーンプリズムが連続して変化する頂角を有する光波距離測定装置に係り、更に又前記往路光軸の光軸が受光レンズ中心から偏心している光波距離測定装置に係るものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明の第１の実施の形態を示しており、図中、１は測定対象となる壁等一般部材を示す対象反射体、２は光波距離測定装置を示している。
【００１３】
該光波距離測定装置２について説明する。
【００１４】
往路光軸３上に可視レーザ光線を発する光源４、コンデンサレンズ５、第１ミラー６が配設され、又該第１ミラー６に対向して第２ミラー７が配設され、前記光源４から発せられたレーザ光線は前記コンデンサレンズ５で平行光束とされ、前記第１ミラー６、第２ミラー７によりレーザ光線が受光レンズ９の孔１５を通り前記反射対象体１に向け射出される。前記コンデンサレンズ５、第１ミラー６、第２ミラー７等は投光光学系を構成する。
【００１５】
復路光軸８上に受光レンズ９、孔明き集光レンズ１１、光ファイバ１３の受光端面１２が配設され、該受光端面１２は前記受光レンズ９の焦点位置に設けられ、前記光ファイバ１３の射出端面に対峙して受光素子１４が配設されている。前記孔明き集光レンズ１１は前記受光レンズ９と前記受光端面１２との間に配設されている。前記受光レンズ９、孔明き集光レンズ１１、光ファイバ１３等は受光光学系を構成する。
【００１６】
前記光波距離測定装置２から前記対象反射体１に向う往路光軸３と前記対象反射体１から前記光波距離測定装置２に向う復路光軸８とは合致している。
【００１７】
先ず、前記対象反射体１が遠距離にある場合について説明する。
【００１８】
前記光源４から射出されたレーザ光線は前記第１ミラー６、第２ミラー７により偏向され、前記受光レンズ９の中央に穿設された孔１５を通って前記対象反射体１に向って投光される。レーザ光線は前記対象反射体１で拡散反射され、該対象反射体１の反射面を二次光源とした無限遠から反射光が前記光波距離測定装置２に入射する。反射光は光束が広がった平行光束として前記受光レンズ９に入射し、前記受光レンズ９により前記受光端面１２に集光される。尚、前記孔１５は屈折力を有さない透明部材によって塞いでもよい。
【００１９】
前記受光レンズ９に入射した反射光は前記孔明き集光レンズ１１に遮られることなく、略全部が該孔明き集光レンズ１１の中央に形成された孔１６を通過し、前記受光端面１２に集光される。従って、前記受光素子１４には測距に必要とされる充分な光量が受光部の前記光ファイバ１３に導かれて入射する。
【００２０】
次に、前記対象反射体１が近距離にある場合を図２により説明する。
【００２１】
該対象反射体１が近距離にある場合（対象反射体１が無限遠でない場合）は、前記受光レンズ９による反射光の集光位置１２′が前記受光端面１２より後方に移動する。
【００２２】
この為、反射光の内、前記孔１５に入射した反射光の光束は前記受光レンズ９に集光されず、又前記第２ミラー７に遮られる。前記孔明き集光レンズ１１がない状態での反射光の光束の状態を考察すると、反射光の前記孔１５、第２ミラー７により遮られた部分に前記受光端面１２が位置する。従って、前記受光レンズ９により集光された反射光は前記受光端面１２には入射しない。
【００２３】
次に、前記孔明き集光レンズ１１の作用について説明する。
【００２４】
該孔明き集光レンズ１１が組込まれた状態では、前記受光レンズ９で集光された反射光の周辺部分の光束が前記孔明き集光レンズ１１に入射し、該孔明き集光レンズ１１により前記受光端面１２に集光される。従って、図２中の斜線部分の光束が前記光ファイバ１３を介して前記受光素子１４に入射する。前記対象反射体１は近距離にあり、反射光束の光強度は高く、反射光の周辺部であっても測距には充分な光量が得られる。
【００２５】
尚、図１、図２で示される以外の中間の状態では、前記受光レンズ９により集光された光束の一部、前記孔明き集光レンズ１１により集光された光束の一部がそれぞれ前記受光端面１２に入射し、測距に必要な光量が得られる。又、前記光ファイバ１３を省略し、前記受光素子１４の受光面が前記受光端面１２の位置になる様に、前記受光素子１４を配設してもよい。
【００２６】
図３は本発明で適用される光波距離計の回路の一例を示すものである。該光波距離計はノンプリズム測距方式であり、ノンプリズム測距方式にはパルス方式と連続光の位相差方式等がある。可視の場合には後者が一般的である。以下位相差方式を説明する。
【００２７】
光波測距計は、発光側アナログ回路４０、受光側アナログ回路４１及びデジタル回路４２から構成される。前記発光側アナログ回路４０は、基準発振器４３、該基準発振器４３から入力し発光素子３９（図１中の光源４に該当する）に出力する第１分周器４４、該第１分周器４４を入力する第２分周器４５及び前記第１分周器４４と第２分周器４５とを入力する第１混合器４６から構成される。前記受光側アナログ回路４１は、受光素子３８（図１中の受光素子１４に該当する）から入力するプリアンプ４７、該プリアンプ４７と前記第１混合器４６とを入力する第２混合器４８及び該第２混合器４８を入力し前記デジタル回路４２に出力する波形整形器４９から構成される。
【００２８】
前記デジタル回路４２は、前記基準発振器４３と第２分周器４５と波形整形器４９とが入力するデジタル位相差計５０、該デジタル位相差計５０が入力するメモリ５２、前記デジタル位相差計５０及び前記メモリ５２を入力し表示器５３に出力する演算器５４から構成される。前記デジタル回路４２は更に制御回路５１を有する。以上の構成に於いて、前記受光側アナログ回路４１と発光側アナログ回路４０とはそれぞれ独立してシールドされることが望ましい。更に精度を上げることが要求されるときは、図３に示す全てのブロックをシールドすることが望ましい。
【００２９】
以上の電気回路に於いて、前記基準発振器４３からの基準周波数ｆ０　＝３０ＭＨｚは、前記第１分周器４４で１／２０に分周され、ｆ１　＝１．５ＭＨｚの信号を作る。この信号は前記発光素子３９に送られ、該発光素子３９は１．５ＭＨｚの赤外変調光を発光する。該発光素子３９からの変調光は対物レンズ３４等を介して目標点に配置された対象反射体１に送られ、ここで反射されて再び対物レンズ３４等を介して前記受光素子３８に到達する。該受光素子３８に入射した光束は１．５ＭＨｚの成分と、被測距離に応じた位相差の成分とを含んでいる。
【００３０】
一方、前記第１分周器４４からの周波数ｆ１　の信号は前記第２分周器４５にも供給され、ここで１／５００に分周されてｆ２　＝３ＫＨｚの信号が作られる。この信号は前記第１混合器４６に供給され、前記第１分周器４４からのｆ１　信号との差の周波数ｆ３　÷ｆ１　−ｆ２　＝１４９７ＭＨｚの信号が作られる。この周波数ｆ３　の信号は更に前記受光側アナログ回路４１の第２混合器４８に供給される。該第２混合器４８は、前記プリアンプ４７から供給される出力信号との間でｆ１　−ｆ３　＝ｆ２　からのビートダウン信号を作る。
【００３１】
前記受光素子３８からの信号は被測距離に応じた位相差成分を有しているから、前記第２混合器４８の出力信号はｆ２　＝３ＫＨｚの信号と距離に応じた位相差とを含むものとなる。この信号は前記波形整形器４９で波形整形した後、前記デジタル回路４２のデジタル位相差計５０に供給される。前記第２分周器４５からの周波数ｆ２　の信号は、前記デジタル位相差計５０に参照信号として供給され、被測距離に応じた位相差を検出し、この検出した位相差の大きさを前記基準発振器４３からの周波数ｆ０　の信号によってデジタル的に測定し、その値を測距データとして前記演算器５４に供給する。該演算器５４は測距データに基づき、対象反射体１迄の距離、２点の測距データに基づき、２点間の距離、所定範囲の面積等所要の演算を行う。尚、図３中、３０は往路光、５６は円部参照光を示す。
【００３２】
図４は第２の実施の形態を示している。該第２の実施の形態では、前記孔明き集光レンズ１１に代え、リング状のトーリックレンズ１７を用いたものである。該トーリックレンズ１７はＸ軸、Ｙ軸に垂直な断面で入射面の曲率が異なっている。
【００３３】
該トーリックレンズ１７を使用することで、前記対象反射体１が近距離にある場合に反射光を前記受光端面１２に集光させることができると共にＸ軸方向、Ｙ軸方向で反射光の集光位置が異なるので、前記対象反射体１が近距離で而も所要の範囲で効果的に反射光を前記受光端面１２に集光させることができる。
【００３４】
尚、前記トーリックレンズ１７の変更例として、該トーリックレンズ１７はＸ軸方向、Ｙ軸方向で異なる焦点距離を有するレンズであるが、Ｘ軸からＹ軸迄連続的に焦点距離が変化する様にしてもよく、或は３６０°で連続的に焦点距離を変化させてもよい。
【００３５】
図５は第３の実施の形態を示している。
【００３６】
該第３の実施の形態では、前記孔明き集光レンズ１１と同等の機能を有する集光光学部材としてドーナツ状のコーンプリズム１８を用いたものである。該コーンプリズム１８を用いた場合も同様に反射光を集光させることができる。前記コーンプリズム１８は断面がウェッジプリズム状に形成されているものを円状に連続させドーナツ状としたものである。
【００３７】
図６は第３の実施の形態の変更例を示しており、頂角の異なる２種のウェッジプリズム１９ａ，１９ｂで構成された孔明き集光光学部材１９を示している。該集光光学部材１９では円周を４等分し、相対向する部分を同一の頂角を有するウェッジプリズム１９ａ，１９ａとウェッジプリズム１９ｂ，１９ｂとしたものである。該３の実施の形態の変更例では、前記ウェッジプリズム１９ａとウェッジプリズム１９ｂが異なる集光位置を有するので、前記孔明き集光光学部材１９によって反射光が前記受光端面１２に入射される前記対象反射体１迄の距離幅が広がる。
【００３８】
尚、前記孔明き集光光学部材１９は円形状であったが、台形状のウェッジプリズムを組合わせて多角形形状としてもよい。又、前記孔明き集光光学部材１９で円周に沿って連続的に頂角が変化する様にしてもよい。
【００３９】
図７は第４の実施の形態を示すものであり、該第４の実施の形態では図１で示した第１の実施の形態に於いて、孔１５を受光レンズ９の中心から偏心した位置に穿設し、光源４からのレーザ光線を偏心した前記孔１５を通して投光する様にし、往路光軸３を復路光軸８から分離したものである。
【００４０】
図７は対象反射体１が近距離にある場合を示しており、該対象反射体１が近距離にある場合では、図２でも示した様に、反射光の受光レンズ９による集光位置１２′は受光端面１２の後方に移動する。又、前記孔１５が前記復路光軸８から偏心しているので、反射光の前記孔１５で欠けた部分も偏心する。従って、前記受光レンズ９の中心部分を透過した反射光の光束は、前記受光端面１２に入射する。又、前記孔明き集光レンズ１１に入射した反射光の周辺部の光束も前記受光端面１２に入射する。該第４の実施の形態では、第１の実施の形態より反射光中心部の光束が入射するので、受光光量が更に大きくなる。
【００４１】
又、前記受光レンズ９の中心部を通過する光束は、必ず前記受光端面１２に入射するので、遠近双方に於いて、受光光量の増大が図れる。
【００４２】
又、前記往路光軸３と復路光軸８間の距離は僅かであり、前記対象反射体１に対する対称性が大きく崩れることはない。
【００４３】
尚、前記孔明き集光レンズ１１については、図４〜図６で示した孔明き集光光学部材１７，１８，１９で、偏心した孔１６を有するものとしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、往路光軸を有し、測定光を投光する為の投光光学系と、復路光軸を有し、反射光を受光する為の受光光学系とを具備し、該受光光学系が反射光を受光し集光させる為の受光レンズと、反射光が入射する受光面と、該受光面と前記受光レンズとの間に配置されたリング状の孔明き多焦点光学部材とを有するので、対象反射体が遠距離の場合は反射光は前記受光レンズで集光され、前記孔明き集光光学部材の孔を通過して受光面に入射され、対象反射体が近距離の場合は反射光は前記孔明き集光光学部材で集光され前記受光面に入射され、遠距離から近距離迄必要とされる受光光量が得られるという優れた効果を発揮する。
【００４５】
又、前記孔明き多焦点光学部材が、少なくとも２点の焦点位置を有するトーリックレンズであり、又前記孔明き多焦点光学部材が少なくとも２種類以上の頂角を有するコーンプリズムであるので、近距離の対象反射体の位置が変っても反射光が有効に受光面に入射するという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す作用説明図である。
【図３】本発明に適用される光波距離計の回路の一例を示す回路図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態で使用される孔明き集光光学部材の説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側断面図、（Ｃ）は平断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態で使用される孔明き集光光学部材の説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側断面図である。
【図６】第３の実施の形態の変更例の孔明き集光光学部材の説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側断面図、（Ｃ）は平断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１　　　　　対象反射体
２　　　　　光波距離測定装置
３　　　　　往路光軸
４　　　　　光源
８　　　　　復路光軸
９　　　　　受光レンズ
１１　　　　孔明き集光レンズ
１２　　　　受光端面
１４　　　　受光素子
１５　　　　孔
１６　　　　孔
１７　　　　トーリックレンズ
１８　　　　コーンプリズム
１９　　　　孔明き集光光学部材
【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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