(57)【要約】【課題】測定物で反射されて光波距離計に戻ってくる光量が大きい場合、受光器の受光量を適正光量にするための光量減衰率調節ディスク（調節絞り）の減衰率の範囲が、受光器の受光量が大きくない場合と比べて狭くなり、光量減衰率調節ディスクの回転を精確に制御する必要があるので、制御が複雑になり該制御に要する時間が長くなるか、又は制御不可能になることがある。【解決手段】送光光路上又は受光光路上に対して開閉自在な所定減衰率のＮＤフィルタ１６を設け、これにより光量減衰率調節ディスク１３による受光器１０の受光量変化率を調節する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光器からの光を送光レンズにより測定物に向けて送光する送光手段と、測定物での反射光を該送光レンズを介して受光器で受光する受光手段と、送光光路上又は受光光路上に設けられ、透過する光の減衰率を連続的に調節可能な減衰率調節手段と、上記受光器の受光量を検出する光量検出手段と、該光量検出手段で検出された受光量に応じて受光器の受光量が所定範囲の光量となるように上記減衰率調節手段を制御する制御手段と、発光器から送光した光の位相と受光器で受光した光の位相との位相差又は発光器から送光した光が受光器で受光されるまでの時間に基づいて測定物までの距離を演算する距離演算手段とを備えた光波距離計において、送光光路上又は受光光路上に対して開閉自在な所定減衰率のＮＤフィルタを備え、上記制御手段は、上記光量検出手段で検出された光量に応じて該ＮＤフィルタの開閉を制御することを特徴とする光波距離計。
【請求項２】
上記減衰率調節手段は、透過する光の減衰率を、０％から、１００％よりも小さい所定の上限減衰率までの間で調節可能に構成され、上記ＮＤフィルタの減衰率は、減衰率調節手段の上限透過率以下の減衰率であることを特徴とする請求項１に記載の光波距離計。
【請求項３】
上記減衰率調節手段は、光を減衰する光減衰部材と、該光減衰部材を変位可能な変位手段とを備え、上記光減衰部材は上記変位手段による変位方向に光の減衰率が連続的に変化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。
【請求項４】
上記送光光路上又は受光光路上に対して開閉自在なＮＤフィルタを複数設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光波距離計。
【請求項５】
上記ＮＤフィルタは、電気ソレノイド又はモータによって開閉動作することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光波距離計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光器から送光した光の位相と受光器で受光した光の位相との位相差又は発光器から送光した光が受光器で受光されるまでの時間に基づいて測定物までの距離を演算する光波距離計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光波距離計として、発光器（発光素子）２から測定物に向けて出射する光を減衰させる光量減衰率調節手段（調節絞り）１が発光光路上に備えられ、該減衰率調節手段１は、回転軸３に軸支されて回転可能であり、該回転方向に減衰率が徐変するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、発光器２からの光の減衰率を連続的に調節し、受光器（受光素子）が受光する光量が測距に適した所定範囲の適正光量になったときに測距を行うようにしている。この測距に適した受光量の所定範囲の適正光量は、受光した光の周波数信号を増幅する増幅器の性能等に基づいて設定される。すなわち、受光器で受光した光の周波数信号はその後の処理が可能な大きさに増幅する必要があるが、増幅器による信号の増幅度が過大すぎると信号波形がひずんでしまい、位相ひずみを引き起こして測距値に誤差が生じる。そのため、波形がひずまない増幅器の増幅度でその後の処理が可能な大きさに信号を増幅できるように、受光量の所定範囲の適正光量が設定される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３５０５８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の光波距離計で、測定物までの距離が長い場合等、測定物で反射されて光波距離計に戻ってくる光量が大きくない場合には、調節絞り１の減衰率と最終的に受光器で受光される光量との関係は図７（ａ）に示すグラフのようになり、受光器の受光量を測距に適した所定範囲の適正光量にするための調節絞り１の減衰率の範囲ａはある程度広い。これに対し、測定物までの距離が短い場合等、測定物で反射されて光波距離計に戻ってくる光量が大きい場合には、調節絞り１の減衰率と最終的に受光器で受光される光量との関係は図７（ｂ）に示すグラフのようになり、受光器の受光量を測距に適した所定範囲の適正光量にするための調節絞り１の減衰率の範囲ｂは、受光器の受光量が大きくない場合と比べて狭くなってしまう。そのため、光波距離計に戻ってくる光量が大きい場合には、受光器の受光量を測距に適した所定範囲の適正光量にするために調節絞り１の回転を精確に制御する必要があるので、制御が複雑になり、該制御に要する時間が、光波距離計に戻ってくる光量が大きくない場合と比べて長くなるといった問題があった。また、パルスモータ等を用いて調節絞り１の回転制御を行えば制御に要する時間は短縮できるがコストが高くなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、受光器の受光量が大きい場合でも、受光器の受光量を測距に適した所定範囲の適正光量にするための制御が簡単で、該制御に要する時間が長くならず、且つ、コストが高くならない光波距離計を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、発光器からの光を送光レンズから測定物に向けて送光する送光手段と、測定物での反射光を受光器で受光する受光手段と、送光光路上又は受光光路上に設けられ、透過する光の減衰率を連続的に調節可能な減衰率調節手段と、上記受光器の受光量を検出する光量検出手段と、該光量検出手段で検出された受光量に応じて受光器の受光量が所定範囲の光量となるように上記減衰率調節手段を制御する制御手段と、発光器から送光した光の位相と受光器で受光した光の位相との位相差又は発光器から送光した光が受光器で受光されるまでの時間に基づいて測定物までの距離を演算する距離演算手段とを備えた光波距離計において、送光光路上又は受光光路上に対して開閉自在な所定減衰率のＮＤフィルタを備え、上記制御手段は、上記光量検出手段で検出された光量に応じて該ＮＤフィルタの開閉を制御することを特徴とする。
【０００７】
これによれば、測定物で反射されて光波距離計に戻ってくる光量が大きい場合であっても、ＮＤフィルタを閉じることにより、減衰率調節手段による受光量変化率を小さくすることができる。そのため、受光器の受光量を測距に適した所定範囲の適正光量にするための、減衰率調節手段の減衰率の範囲が広くなる。したがって、減衰率調節手段の制御が簡単となり、該制御に要する時間が長くならない。
【０００８】
また、上記減衰率調節手段で調節可能な減衰率を０％〜上限透過率Ｘ％とし、上記ＮＤフィルタの減衰率を、減衰率調節手段の上限減衰率Ｘ％以下の減衰率Ｙ％（＜Ｘ％）とすれば、ＮＤフィルタを開いた状態での光量減衰率は、減衰率調節手段による減衰率０％〜Ｘ％となり、ＮＤフィルタを閉じた状態での光量減衰率は、ＮＤフィルタの減衰率Ｙ％と減衰率調節手段によってＹ％〜（Ｘ＋（１００−Ｘ）×Ｙ／１００）％となる。そのため、調節したい光量減衰率の範囲を広げることができ、減衰率調節手段のみで同じ光量減衰率の範囲を調節する場合に比べて受光量変化率が小さくなるので有利である。
【０００９】
また、上記減衰率調節手段は、光を減衰する光減衰部材と、該光減衰部材を変位可能な変位手段とを備え、上記光減衰部材は上記変位手段による変位方向に光の減衰率が連続的に変化するようにするのが好ましい。また、上記ＮＤフィルタは１個である必要はなく、複数個それぞれを上記送光光路上又は受光光路上に対して開閉自在に設けても良い。また、上記ＮＤフィルタは、電気ソレノイド又はモータによって開閉動作するようにすればコストが高くならない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、１は光波距離計であり、発光器２からの光を、反射鏡３及び送光レンズ４の光軸上に設けられた反射プリズム５で反射して送光レンズ４により測定物（図示しない）に向けて送光する（送光手段）。測定物で反射された光は、上記送光レンズ４を通過し、該送光レンズ４の光軸上且つ上記反射プリズム５の後方に設けられた反射鏡６で反射プリズム５に付設された付属プリズム７の方向に反射される。光は付属プリズム７表面でさらに反射されて受光筒８の受光口８ａに照射され、該受光筒８に接続された受光ファイバ９を介して受光器１０で受光される（受光手段）。受光器１０で受光された光は電気信号に変換されて増幅器１１ａに出力される。電気信号は増幅器１１ａで増幅された後、波形整形器１１ｂに出力され、波形整形器１１ｂは電気信号の波形を整形してＣＰＵ１２に送信する。ＣＰＵ１２は受信した電気信号の大きさに基づいて、受光器１０で受光した光量を検出する（光量検出手段）。
【００１１】
上記発光器２と反射鏡３との間には光量減衰率調節ディスク１３が設けられている。光量減衰率調節ディスク１３は、図２に発光器２側から見た場合を示すように、薄い円板状の透明体に光絞り領域１３１と開口部１３２とが形成され、発光器２からの光が光絞り領域１３１及び開口部１３２に入射するように設置されている。また、光量減衰率調節ディスク１３の中央には、挿入穴１３３が設けられており、該挿入穴１３３にモータ１４のモータ軸１４ａが挿入され、該モータ１４の駆動によって光量減衰率調節ディスク１３が回転する。光絞り領域１３１は、円周方向の一端１３１ａから円周方向の他端１３１ｂまで、連続的に光量減衰率が０％から５０％まで大きくなるように形成されている。これにより、円周方向の一端１３１ａから円周方向の他端１３１ｂまで漸次絞り効果が大きくなっており、光量減衰率調節ディスク１３を透過する光量が小さくなる（減衰率調節手段）。上記モータ１４はＣＰＵ１２によって制御されている（制御手段）。
【００１２】
上記光量減衰率調節ディスク１３にはフォトインタラプタ１５が設けられている。該フォトインタラプタ１５は、光を発する発光部１５１と該発光部１５１からの光を検出する検出部１５２とを備え、該発光部１５１と検出部１５２とが光量減衰率調節ディスク１３の周縁を挟むように、且つ、発光器２側から見て該発光器２からの光が入射する位置から反時計回りに９０°の位置に設置されている。発光部１５１からの光は光量減衰率調節ディスク１３を透過又は通過した後、検出部１５２で検出され、検出信号は上記ＣＰＵ１２に送られる。ＣＰＵ１２は該検出信号の大きさに基づいて光量減衰率調節ディスク１３の回転位置を検知し、その検知した回転位置と受光器１０の受光量とに基づいてモータ１４を制御する。
【００１３】
上記受光筒８の受光口８ａ近傍にはＮＤフィルタ１６が設けられている。該ＮＤフィルタ１６は所定濃度、ここでは光量減衰率５０％のＮＤフィルタであり、中間部分が軸支されたアーム１７の一端に固設されている。アーム１７の他端側はソレノイド１８の可動軸１８ａと接続されており、該ソレノイド１８の駆動により、上記付属プリズム７から受光筒８への光の照射経路に対してＮＤフィルタ１６が開閉動作するようになっている。ＮＤフィルタ１６を閉じた状態では、ＮＤフィルタ１６の作用により、付属プリズム７からの光は５０％の光量で受光筒８に入射するようになっている。ソレノイド１８は上記ＣＰＵ１２に接続され、該ＣＰＵ１２によって制御される（制御手段）。
【００１４】
上記発光器２と光量減衰率調節ディスク１３との間には発光器２からの光の光路に対して開閉自在のシャッタ１９が設けられており、該シャッタ１９が開いた状態では発光器２からの光は通過する。一方、シャッタ１９が閉じた状態では発光器２からの光は遮られ、内部参照光用光ファイバ２０の一端に向けて反射される。内部参照光用光ファイバ２０の一端に入射した光は、他端から受光器１０に導かれ、電子回路を構成する抵抗の温度変化および使用電源の電圧の変化等により生じる、測定物に照射して受光した光の正確な位相の差を得るための参照光として用いられる。
【００１５】
上記ＣＰＵ１２は、発光器２から送光した光の位相と受光器１０で受光した光の位相の位相差から測定物までの距離を計算し（距離演算手段）、その結果を距離表示部（図示しない）に表示する。
【００１６】
以下に、本実施の形態の光波距離計による測距について、図３及び図４に示したフローチャートを用いて説明する。
【００１７】
光波距離計１の測距ボタン（図示しない）を押すと測距が開始し、ＣＰＵ１２の制御によりソレノイド１８が駆動してＮＤフィルタ１６が開く（Ｓ１）。続いてＣＰＵ１２の制御により、発光器２からの光が開口部１３２を通過する初期位置（減衰率０％）にくるまで光量減衰率調節ディスク１３が回転する（Ｓ２）。
【００１８】
次にＣＰＵ１２は、受光器１０から増幅器１１ａ及び波形整形器１１ｂを介して入力される電気信号の大きさに基づいて、受光器１０が受光している光量が測距に適した適正範囲に入っているか否かを判断し（Ｓ３）、入っている場合には測定物までの距離を計算して表示部に表示し（Ｓ４）、測距を終了する。受光器１０が受光している光量が測距に適した適正範囲に入っていない場合には、続いてＣＰＵ１２は該受光量が適正範囲よりも大きいのか小さいのかを判断する（Ｓ５）。受光量が適正範囲よりも大きい場合には、ＣＰＵ１２の制御によりモータ１４が駆動し、光量減衰率調節ディスク１３が発光器２側から見て反時計回りに回転する（Ｓ６）。これにより、発光器２からの光が光量減衰率調節ディスク１３に入射する位置の減衰率が徐々に大きくなっていき、該光量減衰率調節ディスク１３を透過する光量が小さくなるので、受光器１０が受光する光量が小さくなっていく。受光量が適正範囲に入った場合には（Ｓ７）、測定物までの距離を計算して表示部に表示し（Ｓ４）、測距を終了する。受光量が適正範囲に入らずに、発光器２からの光の入射位置が、光量減衰率調節ディスク１３の光絞り領域１３１の円周方向他端１３１ｂに達した場合には（Ｓ８）、ＣＰＵ１２の制御によりソレノイド１８が駆動してＮＤフィルタ１６が閉じる（Ｓ１１）。上記Ｓ５おいて、受光量が適正範囲よりも小さい場合には、ＣＰＵ１２は、受光量が、予め設定されている測定可能範囲に入っているか否かを判断する（Ｓ９）。該測定可能範囲には、上記適正範囲よりも広い範囲であって、測距を行うのに支障をきたさない範囲が設定されている。受光量が測定可能範囲に入っている場合には、測定物までの距離を計算して表示部に表示し（Ｓ４）、測距を終了する。受光量が測定可能範囲に入っていない場合には、ＣＰＵ１２は反射光量が小さすぎて測距不能と判定してその旨を表示部に表示し（Ｓ１０）、測距を終了する。
【００１９】
上記説明したＳ２〜Ｓ１０の制御では、ＮＤフィルタ１６が開いている。そのため、光量減衰率調節ディスク１３（減衰率０〜５０％）の作用により、図５のグラフのａに示すように、発光器２からの光をそのまま何も介さずに測定物に送光した場合の受光器１０の受光量に対して、１００〜５０％の光量が受光器１０で受光される。
【００２０】
上記Ｓ８に続いてＮＤフィルタ１６が閉じると（Ｓ１１）、ＣＰＵ１２の制御により、発光器２からの光が開口部１３２を通過する初期位置（減衰率０％）にくるまで光量減衰率調節ディスク１３が発光器２側から見て反時計回りに回転する（Ｓ１２）。この時点の受光器１０の受光量は、発光器２からの光をそのまま何も介さずに測定物に送光した場合における受光器１０の受光量に対して５０％の光量であり、これは、ＮＤフィルタ１６が開いた状態（減衰率０％）で且つ光量減衰率調節ディスク１３の光絞り領域１３１の円周方向他端１３１ｂ（減衰率５０％）に発光器２からの光が入射しているときと同じ光量である。
【００２１】
続いて、ＣＰＵ１２の制御によりモータ１４が駆動し、光量減衰率調節ディスク１３が発光器２側から見て反時計回りに回転する（Ｓ１３）。これにより、発光器２からの光が光量減衰率調節ディスク１３に入射する位置の減衰率が徐々に大きくなっていき、該光量減衰率調節ディスク１３を透過する光量が小さくなるので、受光器１０が受光する光量が小さくなっていく。
【００２２】
受光量が適正範囲に入った場合には（Ｓ１４）、測定物までの距離を計算して表示部に表示し（Ｓ４）、測距を終了する。受光量が適正範囲に入らずに、発光器２からの光の入射位置が、光量減衰率調節ディスク１３の光絞り領域１３１の円周方向他端１３１ｂに達した場合には（Ｓ１５）、ＣＰＵ１２は、受光量が、予め設定されている上記測定可能範囲に入っているか否かを判断する（Ｓ９）。受光量が測定可能範囲に入っている場合には、測定物までの距離を計算して表示部に表示し（Ｓ４）、測距を終了する。受光量が測定可能範囲に入っていない場合には、ＣＰＵ１２は反射光量が大きすぎて測距不能と判定してその旨を表示部に表示し（Ｓ１０）、測距を終了する。
【００２３】
上記説明したＳ１２〜Ｓ１５の制御では、ＮＤフィルタ１６が閉じている。そのため、光量減衰率調節ディスク１３（減衰率０〜５０％）とＮＤフィルタ１６（減衰率５０％）の作用により、全体としての光量減衰率が５０％〜７５％となり、図５のグラフのｂに示すように、発光器２からの光をそのまま何も介さずに測定物に送光した場合の受光器１０の受光量に対して、５０〜２５％の光量が受光器１０で受光される。
【００２４】
従って、測定物までの距離が短い場合等、測定物で反射されて光波距離計１に戻ってくる光量が大きい場合でも、受光器１０が受光する光量を測距に適した適正範囲にするための光量減衰率調節ディスク１３の減衰率の範囲が広くなる。
【００２５】
また、受光器１０の受光率、すなわち、発光器２からの光をそのまま何も介さずに測定物に送光した場合における受光器１０の受光量に対する実際の受光器１０の光量の割合を、１００〜５０％（以下範囲Ａという）と５０〜２５％（以下範囲Ｂという）との、光量減衰率調節ディスク１３の２回転分に分けて制御することにより、光量減衰率調節ディスクの１回転で同じ減衰率の範囲（１００〜２５％）を調節する場合に比べて、光量減衰率調節ディスクによる受光量変化率が小さくなるので有利である。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、測定物までの距離が長い場合であっても、短い場合等であっても、上記範囲Ａ又はＢの減衰率制御を行うことにより、光量減衰率調節ディスク１３による受光量変化率を小さくすることができる。そのため、受光器１０の受光量を測距に適した所定範囲の適正光量にするための、光量減衰率調節ディスク１３の減衰率の範囲（ａ´、ｂ´）が大きくなる。したがって、光量減衰率調節ディスク１３の制御が簡単となり、該制御に要する時間が長くならない。また、受光器の受光量が適正光量となるため、増幅器によって波形がひずまない増幅度でその後の処理が可能な大きさに増幅でき、信号波形がひずまないので位相ひずみによる測距値の誤差が生じない。
【００２６】
なお、本実施の形態では、発光器２から送光した光の位相と受光器１０で受光した光の位相との位相差に基づいて測定物までの距離を演算する、いわゆる位相比較方式の光波距離計について説明したが、発光器２から送光した光が受光器１０で受光されるまでの時間に基づいて測定物までの距離を演算する、いわゆるパルス方式の光波距離計であっても良い。
【００２７】
また、本実施の形態では、ＮＤフィルタ１６を受光光路上に設けたが、これは送光光路上に設けても勿論良い。また、上記ＮＤフィルタ１６は１個である必要はなく、複数個それぞれを上記送光光路  上又は受光光路上に対して開閉自在に設けても良い。また、上記ＮＤフィルタ１６は、電気ソレノイド１８の代わりにモータによって開閉動作するようにしても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、測定物で反射されて光波距離計に戻ってくる光量が大きい場合であっても、受光量変化率調節手段を制御することにより、減衰率調節手段による受光量変化率を小さくすることができる。そのため、受光器の受光量を測距に適した所定範囲にするために減衰率調節手段で調節できる減衰率の範囲が広くなるので、受光器の受光量を測距に適した所定範囲にするための制御が簡単で、該制御に要する時間が長くならない。また、受光器の受光量が適正光量となるため、増幅器によって波形がひずまない増幅度でその後の処理が可能な大きさに増幅でき、信号波形がひずまないので位相ひずみによる測距値の誤差が生じない。
【００２９】
また、上記減衰率調節手段で調節可能な減衰率を０％〜上限透過率Ｘ％とし、上記ＮＤフィルタの減衰率を、減衰率調節手段の上限減衰率Ｘ％以下の減衰率Ｙ％（＜Ｘ％）とすれば、ＮＤフィルタを開いた状態での光量減衰率は、減衰率調節手段による減衰率０％〜Ｘ％となり、ＮＤフィルタを閉じた状態での光量減衰率は、ＮＤフィルタの減衰率Ｙ％と減衰率調節手段によってＹ％〜（Ｘ＋（１００−Ｘ）×Ｙ／１００）％となる。そのため、調節したい光量減衰率の範囲を広げることができ、減衰率調節手段のみで同じ光量減衰率の範囲を調節する場合に比べて受光量変化率が小さくなるので有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光波距離計の断面図
【図２】光量減衰率調節ディスクの斜視図
【図３】本発明の制御を示すフローチャート１
【図４】本発明の制御を示すフローチャート２
【図５】光量減衰率調節ディスクの減衰率と受光器受光率との関係を示す図
【図６】光量減衰率調節ディスクの減衰率と受光器受光量との関係を示す図
【図７】従来技術における調節絞りの減衰率と受光器受光量との関係を示す図
【符号の説明】
２    発光器
４    送光レンズ
１０  受光器
１３  光量減衰率調節ディスク（減衰率調節手段）
１６  ＮＤフィルタ
【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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