(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光束を発光させるための測定用発光素子と、この測定光束を測定対象物に向けるための発光側導光部材を含む送光光学系と、この送光光学系において前記発光側導光部材の入射端に可視光を導入させるためのポインター用発光素子と、該測定対象物からの反射測定光束を受光するための受光側導光部材を含む受光光学系と、反射測定光束を受光して受光信号を形成するための受光素子と、この受光信号に基づいて測定対象物までの距離を演算するための制御演算部とからなり、前記送光光学系と、前記受光光学系とは、対物レンズ系を有し、前記発光側導光部材の出力端と前記受光側導光部材の入射端とが、前記対物レンズ系に対して共役であることを特徴とする光波距離計。
【請求項２】
測定光束を発光させるための測定用発光素子と、この測定光束を測定対象物に向けるための発光側導光部材を含む送光光学系と、この送光光学系において前記発光側導光部材の入射端に可視光を導入させるためのポインター用発光素子と、該測定対象物からの反射測定光束を受光するための受光側導光部材を含む受光光学系と、この該測定対象物の測定点を視準するための視準光学系と、前記反射測定光束を受光して受光信号を形成するための受光素子と、この受光信号に基づいて測定対象物までの距離を演算するための制御演算部とからなり、前記送光光学系と、前記受光光学系とは、対物レンズ系を有し、前記発光側導光部材の出力端と前記受光側導光部材の入射端とが、前記対物レンズ系に対して共役であることを特徴とする光波距離計。
【請求項３】
対物レンズ系から射出されるレーザーポインター光の開口形状を、発光側導光部材の出力端形状と異なる形状とする請求項１又は請求項２記載の光波距離計。
【請求項４】
前記対物レンズ系は、合焦光学系によるポインター像合焦機構を更に有し、前記発光側導光部材の出力端と前記受光側導光部材の入射端とが、前記対物レンズ系に対して共役であり、前記ポインター用発光素子によるレーザ−ポインター像が、前記測定対象物に合焦された時に、前記測定光束も合焦されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の光波距離計。
【請求項５】
ポインター用発光素子の発光は、前記受光素子において前記反射測定光束と時間的に分離する様に発光されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光波距離計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プリズムを使用せず測定対象物からの反射光によって測定対象物までの距離を測定するための光波距離計に係わり、特に、測定範囲及び位置を視認する為のポインター光を送光する光波距離計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリズム等を使用することなく対象物までの距離を測定（以下ノンプリズム測定）が可能な光波距離計９０００が開発されている。このノンプリズム測定が可能な光波距離計は、対象物からの微弱な反射光を受光し距離測定を行なうものや、高いピークパワーのパルス光を射出し、測定対象物までの光の往復時間を測定し距離を求めるもの等であった。
【０００３】
図９に示す様に、従来の光波距離計９０００は、別体のレーザーポインター９９００を備えている。光波距離計９０００は、発光素子９１００と、発光素子駆動部９１１０と、コンデンサレンズ９１２０と、コンデンサレンズ９１３０と、発光側ファーバー９１４０と、ミラー９１５０と、対物レンズ９１６０と、受光側ファーバー９１７０と、コンデンサレンズ９１８０と、コンデンサレンズ９１９０と、受光素子９２００と、アンプ９２１０と、制御演算部９３００とから構成されている。別体のレーザーポインター９９００は、ポインター用発光素子９９１０と、ポインター用発光素子駆動部９９２０と、ポインター用コンデンサレンズ９９３０とから構成されている。受光面、発光面は有限の大きさを持つので、対物レンズ９１６０からの発光光束ａは僅かな広がりを有し、また、受光が可能となる受光光束範囲ｂも発光光束ａ側と同様の理由により僅かな広がりを持っている。
【０００４】
ノンプリズム測定の測定範囲は、発光光束ａと受光光束ｂとが重なるノンプリズム測定範囲ｃの部分となる。測定用光源９２００に不可視の波長の光源を使用した場合、使用者は測定している位置を認識することができないため、補助機能として上記の様なレーザーポインター９９００を付加して使用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレーザーポインターが付加された光波距離計は、測定範囲とレーザーポインターの照射範囲とが一致せず、正確な測定範囲の把握ができないという問題点があった。ノンプリズム測定の測定範囲は、前述の様に広がりを持っているが、レーザーポインターの光束ｄは、ほぼ平行光束で出力されるからである。この事は、使用者がレーザーポインターで目視により認識する測定範囲と、実際に距離測定が行われる範囲とが異なる事を意味する。つまり、使用者はレーザーポインターにより照射された測定対象物の概略の測定部位を確認する事はできるが、測定用光束が照射され距離測定に寄与している部位ｃを認識しているわけではないのである。
【０００６】
この事は、ノンプリズム測定範囲Ｃよりも微細な部分を距離測定する時に、特に問題となる。使用者がレーザーポインターを、希望する測定部位のみに照射される様に視準しても、それよりも広い範囲を測定している事になり、使用者に誤解を与えやすいと共に、誤った距離値を与えてしまう事になる。
【０００７】
これを回避する為には、測定範囲ｃとレーザーポインターの照射範囲ｄとを一致させる必要がある。しかし、これを実現する為には、測定範囲の広がりと、レーザーポインターの広がりとを一致させ、同軸に配置し、なおかつ、照射方向を一致させる事が必要となり、機構上のコスト及び調整上のコストが大幅に増加するという問題点があった。
【０００８】
次に、レーザーポインターの光が距離測定装置の受光系に入射する事により、ＳＮ比が劣化するという問題点がある。ノンプリズム測定絶囲ｃとレーザーポインターの光束ｄとを同軸に配置した従来例では、レーザーポインターの光が測定対象物により反射され、距離測定装置の受光系に入射される。この結果、受光素子に測定光以外の光が入射し、受光素子のショットノイズを増加させてＳＮ比を劣化させる。レーザーポインターの視認性を高める為に、レーザーポインターの出力を増加させれば、更にＳＮ比の劣化が顕著となるという問題点があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、測定光束を発光させるための測定用発光素子と、この測定光束を測定対象物に向けるための発光側導光部材を含む送光光学系と、この送光光学系において前記発光側導光部材の入射端に可視光を導入させるためのポインター用発光素子と、該測定対象物からの反射測定光束を受光するための受光側導光部材を含む受光光学系と、反射測定光束を受光して受光信号を形成するための受光素子と、この受光信号に基づいて測定対象物までの距離を演算するための制御演算部とからなり、前記送光光学系と、前記受光光学系とは、対物レンズ系を有し、前記発光側導光部材の出力端と前記受光側導光部材の入射端とが、前記対物レンズ系に対して共役であることを特徴としている。
【００１０】
また本発明の光波距離計には、測定対象物の測定点を視準するための視準光学系が備えられている。
【００１１】
そして本発明の光波距離計は、対物レンズ系から射出されるレーザーポインター光の開口形状を、発光側導光部材の出力端形状と異なる形状とする構成にすることもできる。
【００１２】
更に本発明の対物レンズ系は、合焦光学系によるポインター像合焦機構を更に有し、前記発光側導光部材の出力端と前記受光側導光部材の入射端とが、前記対物レンズ系に対して共役であり、前記ポインター用発光素子によるレーザ−ポインター像が、前記測定対象物に合焦された時に、前記測定光束も合焦される構成にすることもできる。
【００１３】
また本発明のポインター用発光素子の発光は、前記受光素子において前記反射測定光束と時間的に分離する様に発光される構成にすることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、測定用発光素子が測定光束を発光させ、発光側導光部材を含む送光光学系が、測定光束を測定対象物に向け、送光光学系においてポインター用発光素子が、発光側導光部材の入射端に可視光を導入させ、受光側導光部材を含む受光光学系が、測定対象物からの反射測定光束を受光し、受光素子が、反射測定光束を受光して受光信号を形成し、制御演算部が、受光信号に基づいて測定対象物までの距離を演算し、送光光学系と、受光光学系とは、対物レンズ系を有し、発光側導光部材の出力端と受光側導光部材の入射端とが、対物レンズ系に対して共役となっている。
【００１５】
また本発明の光波距離計の視準光学系が、測定対象物の測定点を視準することができる。
【００１６】
そして本発明の光波距離計は、対物レンズ系から射出されるレーザーポインター光の開口形状を、発光側導光部材の出力端形状と異なる形状とすることもできる。
【００１７】
更に本発明の対物レンズ系は、合焦光学系によるポインター像合焦機構を更に有し、発光側導光部材の出力端と受光側導光部材の入射端とが、対物レンズ系に対して共役であり、ポインター用発光素子によるレーザ−ポインター像が、測定対象物に合焦された時に、測定光束も合焦することもできる。
【００１８】
また本発明のポインター用発光素子の発光は、受光素子において反射測定光束と時間的に分離する様に発光することもできる。
【００１９】
【実施例】
【００２０】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２１】
「第１実施例」
【００２２】
図１に基づいて、本発明の第１実施例である光波距離計１００００を説明する。
【００２３】
光波距離計１００００は、測定用発光素子１０００と、測定用発光素子駆動部１１００と、測定用コンデンサレンズ１２００と、ポインター用発光素子２０００と、ポインター用発光素子駆動部２１００と、ポインター用コンデンサレンズ２２００と、プリズム３０００と、第１のコンデンサレンズ４１００と、発光側ファーバー４２００と、ミラー４３００と、対物レンズ４４００と、受光側ファーバー４５００と、第２のコンデンサレンズ４６００と、第３のコンデンサレンズ４７００と、受光素子４８００と、アンプ４９００と、制御演算部５０００とから構成されている。なお、発光側ファーバー４２００は発光側導光部材に該当し、受光側ファーバー４５００は受光側導光部材に該当するものである。
【００２４】
測定用発光素子１０００は、パルスレーザダイオードであって、比較的大きなピークパワーを持ち、デューティ比が０.０１％ 程度のパルス波を発生することができる。
【００２５】
ポインター用発光素子２０００は、可視光を発光するための半導体レーザーである。
【００２６】
プリズム３０００の反射面は、例えば偏光反射面となっており、直線偏光のポインター用発光素子２０００からの光束の偏光方向を調整し、反射面に対してＳ偏光として反射させる様に構成されている。またＰ偏光に対しては、透過する様に構成されている。
【００２７】
なお、測定用コンデンサレンズ１２００とプリズム３０００と第１のコンデンサレンズ４１００と発光側ファーバー４２００とミラー４３００と対物レンズ４４００とが、送光光学系に該当する。また、対物レンズ４４００とミラー４３００と受光側ファーバー４５００と第２のコンデンサレンズ４６００と第３のコンデンサレンズ４７００とが、受光光学系に該当する。
【００２８】
制御演算部５０００は、受光素子４８００で受光した受光パルスに基づいて、測定対象物５００００までの距離の演算を行う他、光波距離計１００００の全体の制御を司るものである。
【００２９】
制御演算部５０００は、測定用発光素子駆動部１１００に対して発光制御信号を送出し、測定用発光素子駆動部１１００は、測定用発光素子１０００を駆動して発光させる。発光された光パルスの測定光束Ｓは、測定用コンデンサレンズ１２００で平行光束とされ、プリズム３０００を透過して第１のコンデンサレンズ４１００に入射される。
【００３０】
第１のコンデンサレンズ４１００に入射された測定光束Ｓは、発光側ファーバー４２００を介してミラー４３００に送出され、ミラー４３００で反射された後、対物レンズ４４００を通して、測定対象物５００００に向けて射出される。測定対象物５００００に向けて射出された測定光束Ｓは、測定対象物５００００上にスポットＳＰを形成する。
【００３１】
測定対象物５００００で拡散反射された反射測定光束Ｌは、対物レンズ４４００を介してミラー４３００に送出され、ミラー４３００で反射された後、受光側ファーバー４５００を通して、第２のコンデンサレンズ４６００に送られる。第２のコンデンサレンズ４６００で平行光束とされた反射測定光束Ｌは、第３のコンデンサレンズ４７００に入射され、第３のコンデンサレンズ４７００により受光素子４８００上に集光される。
【００３２】
受光素子４８００により反射測定光束Ｌは、受光パルス信号に変換され、アンプ４９００で増幅された後、制御演算部５０００に入力される。制御演算部５０００では、受光パルス信号に基づいて測定対象物５００００までの距離を演算することができる。
【００３３】
また制御演算部５０００は、ポインター用発光素子駆動部２１００に対して発光タイミング信号を出力し、ポインター用発光素子駆動部２１００はポインター用発光素子２０００を駆動して、可視光を発光させる。ポインター用発光素子２０００から出力された可視レーザー光は、ポインター用コンデンサレンズ２２００で平行光束とされた後、プリズム３０００に入射されて偏向され、第１のコンデンサレンズ４１００を介して発光側ファーバー４２００に送られる。そしてポインター用可視光は、測定光束と共に、ミラー４３００で反射された後、対物レンズ４４００を通して測定対象物５００００に向けて射出される。この結果、測定対象物５００００には、レーザーポインター像Ｐを形成することができる。即ち、発光側ファーバー４２００の入射端に、ポインター用発光素子２０００からの可視光を導入させる様に構成されている。本第１実施例では、ポインター用発光素子２０００から出力された可視レーザー光を、発光側ファーバー４２００に送る構成となっているが、受光側ファーバー４５００から発光させる構成にすることも可能である。
【００３４】
なお、対物レンズ４４００を適宜の移動機構により光軸方向に移動させることにより、レーザーポインター像Ｐを測定対象物５００００上に合焦させることができる（ポインター合焦機構）。
【００３５】
発光側ファーバー４２００の出力端と受光側ファーバー４５００の入力端とは、共に対物レンズ４４００に対して共役な位置に配置され、更に対物レンズ４４００は、適宜の移動機能により、光軸方向に微動可能となっている。従って、対物レンズ４４００を微動させ、レーザーポインター像Ｐが測定対象物５００００に合焦された時、測定光束Ｓも同時に測定対象物５００００に合焦される。
【００３６】
そして、受光側ファーバー４５００の入射端の像も、測定対象物５００００に合焦される。これにより、３つの光束範囲が完全に一致する事になる。
【００３７】
これにより、レーザーポインター像Ｐにより視認する範囲と、測定範囲（スポットＳＰ）とが一致するので、使用者は、測定範囲を目視にて確認する事ができると言う卓越した効果がある。
【００３８】
図２は、測定光束Ｓとレーザーポインター光との発光タイミングを説明した図である。測定用発光素子１００からは、図２（ａ）に示される様なパルス状の光が発光される。この発光のパルス幅は数ｎｓｅｃであり、繰り返し周期は光源の特性上数百μｓｅｃである。
【００３９】
測定対象物５００００から拡散反射された反射測定光束Ｌは、受光素子４８００により電気信号に変換される。この様子が図２（ｃ）の（ｃ−１）の部分の信号として示されている。
【００４０】
ノンプリズムで測定が可能な距離は、発光素子の出力パワーや測定対象物５００００の反射率等によって左右されるが、概ね数百ｍの範囲であり、（ｃ−１）の部分は発光から数μｓｅｃの範囲となる。
【００４１】
レーザーポインター光の発光は、図２（ｂ）に示される様に、（ｃ−１）の時間範囲を回避する様に発光させている。これにより図２（ｃ）に示される様に、受光素子４８００上では、反射測定光束Ｌとレーザーポインター光とが時間的に分離される事になる。これにより、レーザーポインター光により受光素子４８００に発生するショットノイズと反射測定光束Ｌによる受光信号とを、時間的に分離する事ができ、受光信号のＳＮ比を劣化させる事無く、レーザーポインター光を照射することができる。
【００４２】
「第２実施例」
【００４３】
図３に基づいて、本発明の第２実施例である光波距離計２００００を説明する。
第２実施例の光波距離計２００００は、第１実施例の光波距離計１００００に視準光学系６０００を組み合わせたものである。
【００４４】
第２実施例の光波距離計２００００は、測定用発光素子１０００と、測定用発光素子駆動部１１００と、測定用コンデンサレンズ１２００と、ポインター用発光素子２０００と、ポインター用発光素子駆動部２１００と、ポインター用コンデンサレンズ２２００と、偏光ビームスプリッタ３０１０と、第１のコンデンサレンズ４１００と、発光側ファーバー４２００と、ミラー４３００と、ダイクロイックミラー６１００と、合焦レンズ６２００と、対物レンズ群６３００と、正立プリズム６４００と、焦点板６５００と、接眼レンズ６６００と、受光側ファーバー４５００と、第２のコンデンサレンズ４６００と、第３のコンデンサレンズ４７００と、受光素子４８００と、アンプ４９００と、制御演算部５０００とから構成されている
【００４５】
ダイクロイックミラー６１００と、合焦レンズ６２００と、対物レンズ群６３００と、正立プリズム６４００と、焦点板６５００と、接眼レンズ６６００とは、視準光学系６０００に該当するものである。合焦レンズ６２００は、光軸方向に移動させることにより、視準点の像を焦点板６５００に結像させるものである。
【００４６】
なお、測定用コンデンサレンズ１２００と偏光ビームスプリッタ３０１０と第１のコンデンサレンズ４１００と発光側ファーバー４２００とミラー４３００とダイクロイックミラー６１００と合焦レンズ６２００と対物レンズ群６３００とが、送光光学系に該当する。また、対物レンズ群６３００と合焦レンズ６２００とダイクロイックミラー６１００とミラー４３００と受光側ファーバー４５００と第２のコンデンサレンズ４６００と第３のコンデンサレンズ４７００とが、受光光学系に該当する。
【００４７】
制御演算部５０００は、測定用発光素子駆動部１１００に対して発光制御信号を送出し、測定用発光素子駆動部１１００は、測定用発光素子１０００を駆動して発光させる。発光された光パルスの測定光束Ｓは、測定用コンデンサレンズ１２００で平行光束とされ、偏光ビームスプリッタ３０１０を透過して第１のコンデンサレンズ４１００に入射される。
【００４８】
第１のコンデンサレンズ４１００に入射された測定光束Ｓは、発光側ファーバー４２００を介してミラー４３００に送られ、ミラー４３００で反射された後、ダイクロイックミラー６１００に入射される。ダイクロイックミラー６１００で反射された測定光束Ｓは、合焦レンズ６２００及び対物レンズ群６３００を介して、測定対象物５００００に向けて送光される。
【００４９】
測定対象物５００００で拡散反射された反射測定光束Ｌは、対物レンズ群６３００及び合焦レンズ６２００を介してダイクロイックミラー６１００に送られ、ダイクロイックミラー６１００で反射された後、ミラー４３００に入射される。ミラー４３００で反射された反射測定光束Ｌは、受光側ファーバー４５００を通して、第２のコンデンサレンズ４６００に送られる。第２のコンデンサレンズ４６００で平行光束とされた反射測定光束Ｌは、第３のコンデンサレンズ４７００に入射され、第３のコンデンサレンズ４７００により受光素子４８００上に集光される。
【００５０】
また制御演算部５０００は、ポインター用発光素子駆動部２１００に対して発光タイミング信号を出力し、ポインター用発光素子駆動部２１００はポインター用発光素子２０００を駆動して、直線偏光の可視光を発光させる。ポインター用発光素子２０００から出力された可視レーザー光は、ポインター用コンデンサレンズ２２００で平行光束とされた後、偏光ビームスプリッタ３０１０に入射されて偏向され、第１のコンデンサレンズ４１００を介して発光側ファーバー４２００に送られる。
【００５１】
そしてポインター用可視光は、測定光束Ｓと共に、ミラー４３００で反射された後、ダイクロイックミラー６１００に入射され、ダイクロイックミラー６１００で反射されたポインター用可視光は、合焦レンズ６２００及び対物レンズ群６３００を介して、測定対象物５００００に向けて送光される。この結果、測定対象物５００００には、レーザーポインター像Ｐを形成することができる。
【００５２】
視準光学系６０００の、正立プリズム６４００と焦点板６５００と接眼レンズ６６００とは、ダイクロイックミラー６１００により、測定光学系と同軸に構成されている。視準光学系６０００は、測定対象物５００００の測定点を視準するためのものである。
【００５３】
合焦レンズ６２００は、適宜の移動機構により光軸方向に移動可能に構成されており、合焦レンズ６２００を移動させる事により、視準光学系６０００と測定光学系とを同時にピント調整することができる。
【００５４】
この様な構成の場合、通常の現況測量等では、視準光学系６０００の望遠鏡により視準・合焦させることができる。しかし、トンネル内での壁面測定等の暗い場所での測定では、視準望遠鏡で測定対象物５００００に合焦する事は非常に困難となる。またトンネルの断面等を測定する場合には、たとえトンネル内を明るく照明したとしても、天頂部付近を測定する時の視準作業は、測定者に無理な姿勢を強いる事となるという問題点があった。更に、大きな壁面、岩等を近距離で視準する場合には、望遠鏡の倍率が高すぎ、測定物全体に対する現在の測定位置を把握する事は非常に困難となる。
【００５５】
この様な場合でも、測定位置を目視しながらレーザーポインター光を合焦状態にする事により、レーザーポインター光の照射範囲と測定光束Ｓの照射範囲と受光側ファーバー４５００の入射端像との３つの光束範囲を完全に一致させる事ができる。
【００５６】
近距離の測定対象物５００００に対しても、測定物全体に対する現在の測定位置把握が非常に確実となり、周囲が暗い場合でも合焦作業が容易であり、トンネル内の測定の場合でも、天頂付近の測定が極めて容易となるという卓越した効果がある。
【００５７】
本発明の第２実施例である光波距離計２００００のその他の構成、作用等は、第１実施例の光波距離計２００００と同様であるから説明を省略する。
【００５８】
次に図４は、対物レンズ４４００から射出されるレーザーポインター光の開口形状を、円形の発光側ファーバー４２００の出力端形状と異なる形状とするものである。
【００５９】
この場合には、合焦時に、レーザーポインター光の照射形状が円形となり、合焦状態を確認することができるという効果がある。発光側ファーバー４２００の出力端形状の円形と同じ形状とすると、合焦状態でも、非合焦状態でも円形のままであり、合焦の確認が困難となる。
【００６０】
即ち、図４に明かな様に、合焦状態Ｉの場合にはファイバー像が得られて円形となり、非合焦状態Ｏの場合には、対物開口形状である半円が現れる。
【００６１】
なお、ポインター用の光源は、半導体レーザーに限られたものではなく、ガスレーザー等の他の光源を使用しても同等の効果を得ることができる。
【００６１】
「パルス方式の光波距離計の原理」
【００６２】
図５及び図６に基づいて、本発明のパルス光を利用した光波距離計の原理を説明する。
【００６３】
第５図に示す様に本実施例の光波距離計は、レーザダイオード１と、コンデンサレンズ２と、コンデンサレンズ３と、一対の分割プリズム４１、４２と、光路切り替えチョッパ５と、内部光路６と、ＡＰＤ７１と、遅延用光ファイバー８と、プリズム９と、対物レンズ１０から構成されている。そして、コーナキューブ１１は、光波距離計本体から離れた位置に配置される測定対象物に該当するものであり、光パルスを反射する機能を有している。
【００６４】
レーザダイオード１とコンデンサレンズ２１、２２と発光側光ファイバー８１と分割プリズム４１とプリズム９と対物レンズ１０とが光学手段に該当する。
【００６５】
レーザダイオード１は光源部に該当するもので、本実施例のレーザダイオード１はパルスレーザダイオードが採用されており、比較的大きなピークパワーを持ち、デューティ比が０.０１％程度のパルス波を発生させることができる。光路 切り替えチョッパ５は光束を切り替えるものである。受光素子７は受光手段に該当するものであり、レーザダイオード１から発射されたパルス光線を受光できる素子であれば足りる。
【００６６】
遅延用光ファイバー８は光学的遅延手段の１つであり、遅延用光ファイバー８には、モード分散を防止するためにＧＩファイバを採用することが望ましい。
【００６７】
分割プリズム４１は、第１のハーフミラー４１１と第２のハーフミラー４１２とから構成されており、分割プリズム４２は、第１のハーフミラー４２１と第２のハーフミラー４２２とからなっている。レーザダイオード１側と分割プリズム４１の間は、発光側光ファイバー８１と遅延用光ファイバー８で結ばれている。更に分割プリズム４２と受光素子７側との間は、受光側光ファイバー８２で結ばれている。なお本実施例では、発光側光ファイバー８１の一部が、遅延用光ファイバー８を兼ねる様な構成となっている。
【００６８】
発光パルスがレーザダイオード１から発射されると、コンデンサレンズ２１、２２により発光側光ファイバー８１の入力端８１ａに結合される。発光側光ファイバー８１は、遅延用光ファイバー８と連設されているので、光パルスは、遅延用光ファイバー８内を進行し、分割プリズム４１に送られる。分割プリズム４１の第１のハーフミラー４１１を透過したパルス列は、光路切り替えチョッパ５を介して、外部測距光路に射出可能となっている。分割プリズム４１の第１のハーフミラー４１１で反射され、更に第２のハーフミラー４１２で反射されたパルスは、光路切り替えチョッパ５を介して、内部測距光路６に射出可能となっている。光路切り替えチョッパ５は、内部測距光路６と外部測距光路を切り替えるためのものである。従って、光路切り替えチョッパ５が外部測距光路を選択した場合には、光パルスはプリズム９で反射された後、対物レンズ１０により外部に射出される。
【００６９】
対物レンズ１０から射出されたパルスは、コーナキューブ１１で反射され、再び対物レンズ１０で受光されプリズム９に送られる。受光されたパルス列は、プリズム９で反射されて分割プリズム４２に送られ、分割プリズム４２の第１のハーフミラー４２１を透過した受信パルス光は、受光側光ファイバー８２の受光端８２ａに結合される。
【００７０】
なお光路切り替えチョッパ５が内部測距光路６を選択した場合には、発光パルスは、内部測距光路６を通って分割プリズム４２に送られる。そして光パルスは、分割プリズム４２に内蔵された第１のハーフミラー４２１と第２のハーフミラー４２２で反射され、受光側光ファイバー８２の受光端８２ａに結合される様になっている。
【００７１】
そして受光側光ファイバー８２の射出端８２ｂから射出された光パルスは、コンデンサレンズ３１、３２によりＡＰＤ７１に結合する様になっており、受光素子７で電流パルスに変換される様になっている。
【００７２】
次に本実施例の電気回路の構成を詳細に説明する。
【００７３】
図６に示す第１実施例は、水晶発信器１００と第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０と第２の分周器１３０とレーザダイオード１とレーザダイオードドライバー１５０とＡＰＤ７１とアンプ１６０と波形整形回路１７０とカウンタ１８０とピークホールド回路１９０とレベル判定回路２００と、バンドパスフィルタ２１０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０と位相測定装置９００００とから構成されている。また位相測定装置９００００は、ＡＤコンバータ３００とメモリ４００とＣＰＵ５００とから構成されている。
【００７４】
水晶発振器１００は基準信号発生手段の１つであり、基準信号ｆＳを発生させている。この基準信号は、第１の分周器１１０とシンセサイザー１２０とバンドパスフィルタ２１０とカウンタ１８０とに供給されている。第１の分周器１１０に供給された基準信号は、第１の分周器１１０で１／（ｎ−１）に分周されてシンセサイザー１２０に送られる。シンセサイザー１２０は、第１の分周器１１０から供給された信号をｎ倍し、第２の分周器１３０に送出する様になっている。第２の分周器１３０は、シンセサイザー１２０から供給された信号を１／ｍに分周して測定信号ｆＭ を作っている。なお、第１の分周器１１０、第２の分周器１３０、シンセサイザ１２０の出力信号は、２値化の信号である。
【００７５】
そしてレーザダイオードドライバー１５０は、第２の分周器１３０の出力信号である測定信号ｆＭ に従って、レーザダイオード１をパルス的に駆動するものである。
【００７６】
なお第２の分周器１３０の出力信号である測定信号ｆＭ は、ＣＰＵ５００とカウンタ１８０とピークホールド１９０にも供給されている。測定信号ｆＭ は、ＣＰＵ５００に対して発光確認信号となり、カウンタ１８０及びピークホールド１９０に対してはリセット信号となる。
【００７７】
レーザーダイオード１から発射された光パルスは、光学系を通過しＡＰＤ７１で受光される。このＡＰＤ７１は受光素子７の１つであり、ｐｎ接合に深いバイアスを加えてナダレ増倍を誘起させ、利得を得ることのできるダイオードである。ＡＰＤ７１は、内部参照光路を通った光パルスと、外部測距光路を通った光パルスを受光する。ＡＰＤ７１により光パルスは、電流パルス列の電気信号に変換され、アンプ１６０に送られる。
【００７８】
アンプ１６０は、ＡＰＤ７１から入力された信号を増幅するものであり、アンプ１６０の出力信号は、波形整形回路１７０により二値化のディジタルデータに変換され、カウンタ１８０とサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０とＡＤコンバータ３００とに送られる。
【００７９】
水晶発振器１００からバンドパスフィルタ２１０に送られたｆＳ は正弦波となり、サンプルホールド回路２２０に送られる。サンプルホールド回路２２０は、この正弦波を波形整形回路１７０の信号によりサンプルホールドする。そしてホールドされた値は、ＡＤコンバータ３００に送出されＡＤ変換され、変換されたデジタルデータは予め定められたメモリ４００に記憶される様になっている。
【００８０】
またアンプ１６０からピークホールド回路１９０に送られた信号は、ピークホールド回路１９０にピークホールドされ、パルス光の波高値に応じたＤＣレベル信号となり、レベル判定回路２００に送られる。レベル判定回路２００はピークホールド回路１９０からの信号を受け、受光パルス列の光量がＡＰＤ７１、アンプ１６０が適正に動作する範囲であるか否かを判定し、その結果をＣＰＵ５００に送る様になっている。ＣＰＵ５００は、レベル判定回路２００からの信号を受け、受光パルス列の光量が適正値である場合のみ、ＡＤコンバータ３００からのデータを採用する様になっている。
【００８１】
次に、ｆＳ ＝ １５ＭＨｚ、ｎ＝１０１、ｍ＝５０００  とした場合の位相関係を説明することにする。
【００８２】
ｍダッシュ、ｆＭ 、ｆＬ の値及びその位相関係は、（ｎ−１）について求めれば、
【数２】
0004491661.tif 000002
により、
【００８３】
【数５】
0004491661.tif 000003
【００８４】
となる。
【００８５】
さらにパルス列の周波数ｆＭ は、
【数１】
0004491661.tif 000004
より、
【００８６】
【数６】
0004491661.tif 000005
【００８７】
となり、この時、受信されるパルス列の周波数ｆＭ と、バンドパスフィルタ２１０からの正弦波の周波数ｆＳ の位相関係は、
【数３】
0004491661.tif 000006
より、
【００８８】
【数７】
0004491661.tif 000007
【００８９】
となり、「数７」の値づつずれて、発光パルスが１０１回で再び同一の位相関係となる。この周波数は、
【数４】
0004491661.tif 000008
より、
【００９０】
【数８】
0004491661.tif 000009
【００９１】
となる。
【００９２】
即ち、水晶発振器１００から送出された１５ＭＨｚを、バンドパスフィルタ２１０に通して得られた正弦波と、レーザダイオード１の発光周波数３０３０Ｈｚとは、少しずつずれている。このため、受信タイミング信号とバンドパスフィルタ２１０に通して得られた正弦波との位相関係も同様に少しずつずれている。
【００９３】
各発光パルス列と、バンドパスフィルタ２１０に通して得られた正弦波正弦波信号との位相関係は、１０１回で１周期となる位相関係になっており、１０２回目の発光パルス列は、１回目と同じ位相関係となる様になっている。このため、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０の出力信号は、
【００９４】
ｆ＝３０３０Ｈｚ／１０１
＝３０Ｈｚ
【００９５】
で１周期となる。
【００９６】
この様子を図７に基づいて詳細に説明することとする。図７（ａ）は、バンドパスフィルタ２１０からの正弦波信号の周波数ｆＳ に対して、周波数ｆＭ のパルス列の位相ずれの順序を示したものである。図７（ｂ）は、バンドパスフィルタ２１０からの正弦波信号の周波数ｆＳ と、受信されるパルス列の周波数ｆＭ との関係を示し、更に、サンプルホールド回路２２０から出力される周波数ｆＬの段階状波形を示すものである。
【００９７】
以上の様に、サンプルホールド回路２２０から出力される波形は、周波数ｆＬで繰り返し、ｎ個のホールド値から構成される。従ってメモリ４００は、ｎ個以上の記憶容量が必要となる。このメモリ４００は各発光パルス毎に、ＣＰＵ５００によりアドレスがインクリメントされる様に構成されており、ＡＤ変換されたデータが、ＣＰＵ５００を介して順次メモリ４００上に記憶される。
【００９８】
メモリ４００とＣＰＵ５００は、加算手段の機能も伴っており、記憶されたメモリ４００上の任意のアドレスのデータとＡＤ変換されたデータを加算し、再びメモリ４００上に記憶させることができる。そしてｎ＋１回目以降のデータは１周期目と同じ位相関係になるので、レベル判定回路２００の判断が適正であれば、前回の周期のデータと加算し、後に平均化処理を施すことにより、ＡＤ変換データの精度を向上させることができる。
【００９９】
即ち、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）２２０の出力信号は、３０Ｈｚで１周期となり正弦波とならないが、ＡＤ変換後にメモリ４００に記憶する段階で並べ替えを実行することにより、正弦波状となるＡＤ変換データを作ることができる。換言すれば、受信信号の周期の１／ｎでない場合には、前記メモリ手段の各アドレスのデータを並びかえることにより、受信信号の相似のデータを再現することができる。
【０１００】
更に１０２回目以降の以降の発光パルス列によるサンプルホールド及びＡＤ変換されたデータは、３０Ｈｚの２周期目以降のデータとなるため、レベル判定回路２００の判定結果が適正であれば前回までの周期のデータと加算し、後にデータの平均化処理を行ってＡＤ変換データの精度を高めることができる。
【０１０１】
次にメモリ４００に記憶されたデータから、位相を計算する方法を説明する。メモリ４００に記憶されているデータは、図７（ｂ）のｆＬ の波形の横軸がメモリ４００のアドレスに相当しており、ｆＬ の波形の縦軸が、そのアドレス上のデータ値が相当する様になっている。
【０１０２】
図７（ｂ）のｆＬ の波形は、バンドパスフィルタ２１０からの正弦波から得られたものであり、この正弦波ｆＳ に対する周波数ｆＭ  のパルス列の位相ずれ順 序も既知であるから、メモリ４００のアドレスを並べ変えることにより、正弦波を復元することができる。この復元された正弦波は、図８に示す様になっており
、正弦波波形の位相θ０ は、正弦波波形の各データをＤ０（ｉ） とした時、
【０１０３】
【数９】
0004491661.tif 000010
【０１０４】
【数１０】
0004491661.tif 000011
【０１０５】
【数１１】
0004491661.tif 000012
【０１０６】
として、求めることができる。（但し、ｉ＝１〜ｎ）
【０１０７】
この演算は、サンプルホールド回路２２０から出力される周波数ｆＬ の波形から、フーリエ変換の手法により、ｆＬ の波形の基本波成分の位相を求めたことに相当する。
【０１０８】
以上の演算をメモリ４００とＣＰＵ５００により実行することができる。従って位相測定装置９００００は、ＡＤコンバータ３００とメモリ４００とＣＰＵ５００とから構成されていることになる。
【０１０９】
以上の様に実行されるレーザダイオード１の発光から、ＡＤ変換されたデータのメモリ４００への格納までの処理を、外部測距光路と内部参照光路について行う。そして内部参照光路によるＡＤ変換データと、外部測距光路のＡＤ変換データとの、２つの波形の位相差φが光路差に相当することになる。
【０１１０】
即ち、外部測距光路の位相をθ０ とし、内部参照光路の位相をθ１ とすれば、光波距離計から被測定物であるコーナーキューブまでの距離は、
【０１１１】
【式１２】
0004491661.tif 000013
【０１１２】
となる。但し、Ｃは光速である。
【０１１３】
この様にして求めた精密測定距離Ｌは、水晶発振器１００の基準周波数ｆＳ の時間軸を拡大して、その位相をフーリエ変換により求めたものである。従って
、
【０１１４】
（Ｃ／ｆＳ）＊（１／２）
【０１１５】
を１周期とする距離を内挿したものである。従って、ｆＳ が１５ＭＨｚとすると
、１周期が１０ｍとなる。
【０１１６】
また粗測定距離についても、外部測距光路におけるカウンタ１８０のカウンター値から１０ｍの精度で求めることができる。即ち、水晶発振器１００の基準周波数ｆＳ をカウンタ１８０が、第２の分周器１３０の信号から波形整形回路１７０の信号までの間、カウントするものである。そしてカウント値はＣＰＵ５００に送られ、外部測距光路のカウント値と内部参照光路のカウント値の差から粗測定距離を求めることができる。
【０１１７】
そして粗測定距離と精密測定距離を組み合わせることにより、光波距離計から測定対象物までの実際の距離を求めることができる。これらの動作を行う構成が距離測定手段に該当するものである。
【０１１８】
なお精密測定距離は、ＡＤ変換されたデータ値に対してフーリエ変換を施して基本波成分の位相を求めているので、サンプルホールドされる波形は必ずしも正弦波である必要はなく、積分波や三角波等であってもよい。同様にバンドパスフィルタ２１０に代えて、ローパスフィルタを採用することもできる。
【０１１９】
そして本発明は、パルス方式の光波距離計のみならず、従来のＬＥＤを用いた連続変調方式の光波距離計の位相測定にも応用することができる。
【０１２０】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、測定光束を発光させるための測定用発光素子と、この測定光束を測定対象物に向けるための発光側導光部材を含む送光光学系と、この送光光学系において前記発光側導光部材の入射端に可視光を導入させるためのポインター用発光素子と、該測定対象物からの反射測定光束を受光するための受光側導光部材を含む受光光学系と、反射測定光束を受光して受光信号を形成するための受光素子と、この受光信号に基づいて測定対象物までの距離を演算するための制御演算部とからなり、前記送光光学系と、前記受光光学系とは、対物レンズ系を有し、前記発光側導光部材の出力端と前記受光側導光部材の入射端とが、前記対物レンズ系に対して共役となっているので、測定位置を目視しながらレーザーポインター光を合焦状態にする事により、レーザーポインター光の照射範囲と測定光束の照射範囲と受光側導光部材の入射端像との３つの光束範囲を完全に一致させる事ができるという効果がある。
【０１２１】
近距離の測定対象物に対しても、測定物全体に対する現在の測定位置把握が非常に確実となり、周囲が暗い場合でも合焦作業が容易であり、トンネル内の測定の場合でも、天頂付近の測定が極めて容易となるという卓越した効果がある。
【０１２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である光波距離計１００００の構成を説明する図である。
【図２】測定光束Ｓとレーザーポインター光との発光タイミングを説明した図である。
【図３】第２実施例である光波距離計２００００の構成を説明する図である。
【図４】変形例を説明する図である。
【図５】パルス方式の光波距離計の原理を説明する図である。
【図６】パルス方式の光波距離計の原理を説明する図である。
【図７】パルス方式の光波距離計の原理を説明する図である。
【図８】パルス方式の光波距離計の原理を説明する図である。
【図９】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１００００  第１実施例の光波距離計
２００００  第２実施例の光波距離計
５００００  測定対象物
９００００  位相測定装置
１  レーザダイオード
２  コンデンサレンズ
３  コンデンサレンズ
４１  分割プリズム
４２  分割プリズム
５    光路切り替えチョッパ
６    内部光路
７１  ＡＰＤ
８  遅延用光ファイバー８
９  プリズム
１０  対物レンズ
１１  コーナキューブ
１００  水晶発振器
１１０  第１の分周器
１２０  シンセサイザー
１３０  第２の分周器
１５０  レーザダイオードドライバー
１６０  アンプ
１７０  波形整形回路
１８０  カウンタ
１９０  ピークホールド回路
２００  レベル判定回路
２１０  バンドパスフィルタ
２２０  サンプルホールド
１０００  測定用発光素子
１１００  測定用発光素子駆動部
１２００  測定用コンデンサレンズ
２０００  ポインター用発光素子
２１００  ポインター用発光素子駆動部
２２００  ポインター用コンデンサレンズ
３０００  プリズム
３０１０  偏光ビームスプリッタ
４１００  第１のコンデンサレンズ
４２００  発光側ファーバー
４３００  ミラー
４４００  対物レンズ
４５００  受光側ファーバー
４６００  第２のコンデンサレンズ
４７００  第３のコンデンサレンズ
４８００  受光素子
４９００  アンプ
５０００  制御演算部
６０００  視準光学系
６１００  ダイクロイックミラー
６２００  合焦レンズ
６３００  対物レンズ群
６４００  正立プリズム
６５００  焦点板
６６００  接眼レンズ
【図１】
0004491661.tif 000014
【図２】
0004491661.tif 000015
【図３】
0004491661.tif 000016
【図４】
0004491661.tif 000017
【図５】
0004491661.tif 000018
【図６】
0004491661.tif 000019
【図７】
0004491661.tif 000020
【図８】
0004491661.tif 000021
【図９】
0004491661.tif 000022