(57)【要約】      （修正有）【課題】受光光学系の小型化を図り、更に測量機に於ける光学系の小型化を可能とする。【解決手段】測距光を射出する投光光学系２と、測定対象物からの反射測距光３０を受光する受光光学系３とを具備する測量装置の光学系１であって、前記投光光学系は、投光光軸５、測距光を発する測距光光源１５、及び前記投光光軸上に設けられた光路偏向部材１１を有し、前記投光光軸は前記光路偏向部材により偏向され、前記測距光は前記投光光軸を介して前記測定対象物に向けて射出され、前記受光光学系は、前記光路偏向部材を透過する受光光軸２１を有し、該受光光軸上に結像レンズ２２が設けられ、該結像レンズの透過光軸上にミラー２４が設けられ、該ミラーで偏向された光軸上に測距受光部２６が設けられ、前記測定対象物からの前記反射測距光が前記結像レンズ、前記ミラーを経て前記測距受光部に結像される様に構成された。【選択図】図１
2017072465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距光を射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光光学系とを具備する測量装置の光学系であって、前記投光光学系は、投光光軸、測距光を発する測距光光源、及び前記投光光軸上に設けられた光路偏向部材を有し、前記投光光軸は前記光路偏向部材により偏向され、前記測距光は前記投光光軸を介して前記測定対象物に向けて射出され、前記受光光学系は、前記光路偏向部材を透過する受光光軸を有し、該受光光軸上に結像レンズが設けられ、該結像レンズの透過光軸上にミラーが設けられ、該ミラーで偏向された光軸上に測距受光部が設けられ、前記測定対象物からの前記反射測距光が前記結像レンズ、前記ミラーを経て前記測距受光部に結像される様に構成された測量機の光学系。
【請求項２】
前記投光光学系は、照明光を発する照明光源を有し、前記結像レンズは孔明きレンズであり、前記受光光軸上に光路分割部材が設けられ、該光路分割部材の透過光軸上に撮像部が設けられ、該撮像部の全部又は一部が前記結像レンズの孔に収納され、前記測距光、前記照明光は前記光路分割部材を介して前記測定対象物に向けて射出され、前記撮像部は前記光路分割部材を透過した反射照明光を受光する様構成された請求項１に記載の測量機の光学系。
【請求項３】
前記投光光学系は、照明光を発する照明光源を有し、前記結像レンズは孔明きレンズであり、前記受光光軸上に、前記結像レンズを挾んで物側に光路分割部材が設けられ、結像側に投光部ミラーが設けられ、前記光路分割部材の反射光軸上に反射照明光を受光する撮像部が設けられ、前記投光部ミラーの反射光軸上に前記投光光学系が設けられた請求項１に記載の測量機の光学系。
【請求項４】
前記受光光軸上にビームスプリッタが設けられ、該ビームスプリッタの透過光軸上に前記投光光学系が設けられ、前記ビームスプリッタの反射光軸上に前記結像レンズ、前記ミラー、前記測距受光部が設けられた請求項１に記載の測量機の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測量機の光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測量機に用いられる光学系は、遠距離での受光光量確保の為、大口径のレンズを使用している。この為、光学系は大きく、又重量も蒿むものとなっていた。
【０００３】
図７は、従来より用いられている受光部の光学系４１を示している。
【０００４】
単一又は複数のレンズからなるレンズ群４２により結像光学部材が構成され、入射光がレンズの屈折作用によって受光面４３上に結像されている。
【０００５】
前記レンズ群４２は、焦点距離ｆ１を有し、この焦点距離は、測量機の光学系が求められる性能によって決定される。
【０００６】
従って、受光部はこのレンズ群４２を収納する大きさとなり、更に光軸方向の長さは前記焦点距離ｆ１に依存することになる。
【０００７】
又、近年では、測量機の小型化、軽量化が図られているが、光学系については、レンズ群４２の大きさ、焦点距離ｆ１の制約により、小型化が難しいものとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２６２７００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は受光光学系の小型化を図り、更に測量機に於ける光学系の小型化を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、測距光を射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光光学系とを具備する測量装置の光学系であって、前記投光光学系は、投光光軸、測距光を発する測距光光源、及び前記投光光軸上に設けられた光路偏向部材を有し、前記投光光軸は前記光路偏向部材により偏向され、前記測距光は前記投光光軸を介して前記測定対象物に向けて射出され、前記受光光学系は、前記光路偏向部材を透過する受光光軸を有し、該受光光軸上に結像レンズが設けられ、該結像レンズの透過光軸上にミラーが設けられ、該ミラーで偏向された光軸上に測距受光部が設けられ、前記測定対象物からの前記反射測距光が前記結像レンズ、前記ミラーを経て前記測距受光部に結像される様に構成された測量機の光学系に係るものである。
【００１１】
又本発明は、前記投光光学系は、照明光を発する照明光源を有し、前記結像レンズは孔明きレンズであり、前記受光光軸上に光路分割部材が設けられ、該光路分割部材の透過光軸上に撮像部が設けられ、該撮像部の全部又は一部が前記結像レンズの孔に収納され、前記測距光、前記照明光は前記光路分割部材を介して前記測定対象物に向けて射出され、前記撮像部は前記光路分割部材を透過した反射照明光を受光する様構成された測量機の光学系に係るものである。
【００１２】
又本発明は、前記投光光学系は、照明光を発する照明光源を有し、前記結像レンズは孔明きレンズであり、前記受光光軸上に、前記結像レンズを挾んで物側に光路分割部材が設けられ、結像側に投光部ミラーが設けられ、前記光路分割部材の反射光軸上に反射照明光を受光する撮像部が設けられ、前記投光部ミラーの反射光軸上に前記投光光学系が設けられた測量機の光学系に係るものである。
【００１３】
更に又本発明は、前記受光光軸上にビームスプリッタが設けられ、該ビームスプリッタの透過光軸上に前記投光光学系が設けられ、前記ビームスプリッタの反射光軸上に前記結像レンズ、前記ミラー、前記測距受光部が設けられた測量機の光学系に係るものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、測距光を射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光光学系とを具備する測量装置の光学系であって、前記投光光学系は、投光光軸、測距光を発する測距光光源、及び前記投光光軸上に設けられた光路偏向部材を有し、前記投光光軸は前記光路偏向部材により偏向され、前記測距光は前記投光光軸を介して前記測定対象物に向けて射出され、前記受光光学系は、前記光路偏向部材を透過する受光光軸を有し、該受光光軸上に結像レンズが設けられ、該結像レンズの透過光軸上にミラーが設けられ、該ミラーで偏向された光軸上に測距受光部が設けられ、前記測定対象物からの前記反射測距光が前記結像レンズ、前記ミラーを経て前記測距受光部に結像される様に構成されたので、前記受光光軸の直線長さが短くなり、光学系の小型化が可能となるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施例に係る光学系の概略構成図である。
【図２】第２の実施例に係る光学系の概略構成図である。
【図３】（Ａ）は、第３の実施例に係る光学系の概略構成図、（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ矢視図である。
【図４】第４の実施例に係る光学系の概略構成図である。
【図５】第５の実施例に係る光学系の概略構成図である。
【図６】第６の実施例に係る光学系の概略構成図である。
【図７】従来例の受光光学系の概略図である。
【図８】トラッキング受光用兼撮像用受光光学系に設けられる光学フィルタの透過特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１７】
図１は、本実施例の第１の実施例の光学系１の概略構成図を示しており、該光学系１が、測量機、例えばレーザスキャナに適用された場合を示している。
【００１８】
該光学系１は、投光光学系２、受光光学系３を具備している。
【００１９】
前記投光光学系２は、投光光軸５を有し、該投光光軸５上に照明光源６、集光レンズ７、第１ダイクロイックミラー８、第２ダイクロイックミラー９、第３ダイクロイックミラー１１が設けられている。前記投光光軸５は、前記第１ダイクロイックミラー８を透過し、前記第２ダイクロイックミラー９、前記第３ダイクロイックミラー１１で偏向されている。
【００２０】
前記第１ダイクロイックミラー８、前記第２ダイクロイックミラー９、前記第３ダイクロイックミラー１１はそれぞれ、光路を分割する光路分割部材として機能すると共に光路を偏向する光路偏向部材としても機能する。
【００２１】
前記第１ダイクロイックミラー８の反射光軸上にはレーザポインタ用光源１３、集光レンズ１４が設けられ、前記第２ダイクロイックミラー９の透過光軸上には測距光光源１５、集光レンズ１６が設けられている。
【００２２】
前記第１ダイクロイックミラー８は、前記照明光源６が発する照明光を透過し、前記レーザポインタ用光源１３が発するレーザポインタ光を反射する光学特性を有する。
【００２３】
又、前記第２ダイクロイックミラー９は、前記照明光、前記レーザポインタ光を反射し、前記測距光光源１５が発する測距光を透過する光学特性を有する。
【００２４】
前記第３ダイクロイックミラー１１は、前記レーザポインタ光、前記測距光を反射し、前記照明光に対してはハーフミラーである光学特性を有する。
【００２５】
前記第３ダイクロイックミラー１１で偏向された前記投光光軸５は、更に回転ミラー１８によって偏向され、偏向された光軸は測定対象物に向って測距光軸１９として延出する。
【００２６】
又、前記回転ミラー１８は、前記投光光軸５を回転中心として回転する。
【００２７】
前記受光光学系３は、受光光軸２１を有する。該受光光軸２１は前記測距光軸１９と共通となっていると共に、前記回転ミラー１８から前記第３ダイクロイックミラー１１迄が前記投光光軸５と共通である。
【００２８】
前記受光光軸２１上に第１結像レンズ２２、レンズ２３、偏向部材としてのミラー２４が設けられる。該ミラー２４で偏向された光軸上に第２結像レンズ２５、測距受光部２６が設けられる。
【００２９】
前記第１結像レンズ２２、前記レンズ２３、前記第２結像レンズ２５の協働により、入射する光束が前記測距受光部２６に結像される様になっている。尚、前記第１結像レンズ２２、前記レンズ２３により、光束が前記測距受光部２６に結像される様にすれば、前記第２結像レンズ２５は省略することができる。
【００３０】
前記第１結像レンズ２２の中心部には孔２２ａが設けられており、前記第１結像レンズ２２は孔明きレンズとなっている。前記孔２２ａの大きさは、前記第３ダイクロイックミラー１１によって遮られる光束部分と同等となっている。
【００３１】
該第３ダイクロイックミラー１１を透過した前記受光光軸２１上に撮像部２７が設けられる。該撮像部２７は、結像レンズ２８、撮像素子２９を有する。前記撮像部２７の全て、或は一部が前記孔２２ａに収納される。
【００３２】
上記、第１の実施例の作動について説明する。
【００３３】
前記測距光光源１５は、測距光として可視光、或は不可視光のレーザ光を発し、前記測距光は前記第２ダイクロイックミラー９を透過し、前記第３ダイクロイックミラー１１で反射され、更に前記回転ミラー１８で反射されて、測定対象物に射出される。
【００３４】
該回転ミラー１８が、鉛直方向に回転し、前記光学系１全体が水平方向に回転することで、測距光が所要範囲で走査される。
【００３５】
測定対象物で反射された測距光（以下、反射測距光３０）は、前記回転ミラー１８を介して入射し、該回転ミラー１８で反射されて前記第１結像レンズ２２に入射する。該第１結像レンズ２２及び前記レンズ２３を透過した前記反射測距光３０は、前記ミラー２４で反射され、前記第２結像レンズ２５を経て前記測距受光部２６に結像される。この時、前記反射測距光３０は前記第３ダイクロイックミラー１１、前記撮像部２７等で遮蔽されるが、遮蔽は中心部に限定されるので、測定には影響ない。
【００３６】
前記測距受光部２６からの受光信号に基づき、測定対象物迄の距離が測定される。
【００３７】
前記レーザポインタ用光源１３からは、レーザポインタ光が発せられる。該レーザポインタ光には、視認可能な様に、赤色、緑色等、視認が容易な波長の光が用いられる。
【００３８】
該レーザポインタ光は、前記第１ダイクロイックミラー８、前記第２ダイクロイックミラー９、前記第３ダイクロイックミラー１１で反射され、更に前記回転ミラー１８により前記測距光軸１９上に反射され、該測距光軸１９と同一光軸で、測定点に照射される。
【００３９】
前記レーザポインタ光が、前記測距光軸１９と同一光軸で照射されることで、測定点と前記レーザポインタ光の照射点が一致し、測定点、測定個所の認識が容易となる。
【００４０】
又、測定対象物としてコーナキューブが用いられ、トラッキングが行われる場合は、前記照明光源６から照明光が発せられる。該照明光は、前記第１ダイクロイックミラー８を透過し、前記第２ダイクロイックミラー９、前記第３ダイクロイックミラー１１で反射され、前記回転ミラー１８を経て前記測距光軸１９上に射出される。
【００４１】
コーナキューブにより反射された照明光は、前記測距光軸１９及び前記投光光軸５を経て、前記第３ダイクロイックミラー１１を透過し、前記結像レンズ２８により前記撮像素子２９に結像される。
【００４２】
該撮像素子２９は、反射光の受光位置を検出できる様になっている。該撮像素子２９は、例えば、画素の集合体であり、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサであり、各画素は受光位置を特定できる様になっている。更に、該撮像素子２９の中心を前記受光光軸２１が通過する様に設定し、該受光光軸２１と受光位置との偏差を検出し、該偏差を０にする様に、前記測距光軸１９をコーナキューブに追従させる様にすれば、トラッキングが実行できる。
【００４３】
上述した様に、第１の実施例の光学系１では、測距光の受光光学系の光学要素として、前記ミラー２４が用いられており、前記受光光軸２１が前記ミラー２４で偏向（図示では直角方向に偏向）された構成となっている。前記受光光軸２１が前記ミラー２４で偏向されることで、前記受光光軸２１の直線長さが短くなる。
【００４４】
従って、図７で示される従来の受光光学系と比較すると明らかな様に、受光光学系の奥行が、大幅に短くなり、光学系の小型化が図れる。
【００４５】
尚、ノンプリズムの近距離測定では、前記反射測距光３０がアウトフォーカスした光となり、前記測距受光部２６に集光する光量が減少するが、前記第１結像レンズ２２又は前記第２結像レンズ２５の周辺部の曲率を変更し、アウトフォーカスした光が前記測距受光部２６に集光する様にすることで、近距離に於いても測定に必要な前記反射測距光３０の光量を確保することができる。
【００４６】
尚、第１の実施例の光学系１が、レーザスキャナ以外の測量機、例えば、トータルステーションに設けられる場合は、前記回転ミラー１８が省略される。
【００４７】
図２は、第２の実施例を示している。尚、図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
第２の実施例では、撮像部２７の配置を変更している。測距光の受光光学系の光学要素として、ミラー２４が用いられ、受光光軸２１が前記ミラー２４で偏向される構成は、第１の実施例と同様である。
【００４９】
光路偏向部材としての投光部ミラー３１が前記受光光軸２１上で、且つ第１結像レンズ２２とレンズ２３との間に配設される。前記投光部ミラー３１によって、投光光軸５は直角方向に偏向され、偏向された該投光光軸５は前記受光光軸２１と合致し、回転ミラー１８に入射する。尚、前記投光光軸５に投光光学系２が設けられることは、第１の実施例と同様である。
【００５０】
又、前記投光光軸５（前記受光光軸２１）上で、前記回転ミラー１８と前記第１結像レンズ２２との間には、第３ダイクロイックミラー１１が設けられる。該第３ダイクロイックミラー１１で分岐された光軸上には前記撮像部２７が設けられる。尚、前記投光部ミラー３１は、全反射ミラーであり、前記第３ダイクロイックミラー１１は、測距光、レーザポインタ光を透過し、照明光に対してはハーフミラーとなっている。
【００５１】
第２の実施例に於いても、前記受光光軸２１が前記ミラー２４で偏向され、前記受光光軸２１の直線長さが短くなる。
【００５２】
尚、トラッキング機能が必要ない場合は、前記第３ダイクロイックミラー１１、前記撮像部２７は、省略される。
【００５３】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、第３の実施例を示している。尚、図３（Ａ）、図３（Ｂ）中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
第３の実施例では、第１結像レンズ２２として、孔のない通常のレンズが用いられている。更に、投光光学系２、撮像部２７の配置が変更されている。
【００５５】
受光光軸２１上で、回転ミラー１８と前記第１結像レンズ２２との間に、投光部ミラー３１が設けられる。該投光部ミラー３１の反射光軸上に、光路分割部材としての第３ダイクロイックミラー１１が設けられる。
【００５６】
該第３ダイクロイックミラー１１は、測距光、レーザポインタ光を反射し、照明光に対しては、一部透過、一部反射する光学特性を有する。
【００５７】
該第３ダイクロイックミラー１１を透過する光軸上に、前記撮像部２７が設けられる。前記第３ダイクロイックミラー１１で分割され、図３（Ａ）に於いて、紙面に対して垂直な方向に偏向される光軸は、投光光軸５となっており、該投光光軸５上に投光光学系２が設けられる。
【００５８】
該投光光学系２は、反射測距光３０を遮らない様に、該反射測距光３０の光路外に配設される。
【００５９】
第３の実施例に於いても、前記受光光軸２１が前記ミラー２４で偏向され、前記受光光軸２１の直線長さが短くなる。
【００６０】
図４は、第４の実施例を示している。尚、図４中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、第４の実施例は、第３の実施例の変形例である。
【００６１】
回転ミラー１８と第１結像レンズ２２との間に、投光部ミラー３１を設け、該投光部ミラー３１の反射光軸上に第３ダイクロイックミラー１１を設ける。該第３ダイクロイックミラー１１は、照明光に対してはハーフミラーとなっており、レーザポインタ光、測距光に対しては全反射する様になっている。
【００６２】
投光光学系２の投光光軸５は、受光光軸２１と平行となっており、前記第３ダイクロイックミラー１１、前記投光部ミラー３１によって偏向され前記受光光軸２１と合致し、更に前記回転ミラー１８によって偏向され、測距光軸１９として測定方向に延出する。
【００６３】
前記第３ダイクロイックミラー１１を透過する光軸上には撮像部２７が設けられる。照明光の反射光は、前記第３ダイクロイックミラー１１を透過して前記撮像部２７で受光される。
【００６４】
該撮像部２７で受光された反射光に基づきトラッキングが行われる。
【００６５】
図５は、第５の実施例を示している。尚、図５中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、第５の実施例は、第４の実施例の更に変形例である。
【００６６】
第５の実施例では、受光光軸２１上に投光部ミラー３１が設けられ、該投光部ミラー３１と回転ミラー１８との間に第３ダイクロイックミラー１１が設けられている。
【００６７】
該第３ダイクロイックミラー１１で前記受光光軸２１に対して直角に分割された光軸上に撮像部２７が設けられている。前記投光部ミラー３１で偏向された光軸は、投光光軸５となっており、該投光光軸５上に投光光学系２が設けられる。
【００６８】
図６は、第６の実施例を示している。尚、図６中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００６９】
第６の実施例では、回転ミラー１８に対向してビームスプリッタ３５が配設される。尚、該ビームスプリッタ３５は中心部のみビームスプリッタとしての光学特性を有し、他の部分は、単なるガラス板となっている。
【００７０】
該ビームスプリッタ３５の反射光軸が、受光光軸２１となっており、該受光光軸２１は前記ビームスプリッタ３５によって直角方向に偏向される。前記ビームスプリッタ３５で偏向された前記受光光軸２１上に受光光学系３が設けられる。該受光光学系３の光学要素であるミラー２４は、前記受光光軸２１を更に９０゜偏向する。従って、前記受光光軸２１は、前記ビームスプリッタ３５、前記ミラー２４によって、１８０゜偏向される。
【００７１】
前記ビームスプリッタ３５を透過する光軸が、投光光軸５となっており、該投光光軸５に投光光学系２が設けられる。尚、第６の実施例ではレーザポインタ光の投光部が省略されて示されている。
【００７２】
前記投光光軸５上に第２ダイクロイックミラー９が設けられ、該第２ダイクロイックミラー９の透過光軸上に照明光源６、集光レンズ７が設けられ、前記第２ダイクロイックミラー９の反射光軸上に測距光光源１５、集光レンズ１６が設けられる。前記第２ダイクロイックミラー９は、照明光を透過し、測距光を反射する光学特性を有している。
【００７３】
前記回転ミラー１８と前記ビームスプリッタ３５間の前記受光光軸２１上に第３ダイクロイックミラー１１が設けられる。該第３ダイクロイックミラー１１は照明光に対してハーフミラーとなっており、該第３ダイクロイックミラー１１の反射光軸上に、撮像部２７が設けられる。
【００７４】
第６の実施例では、前記受光光軸２１が前記ビームスプリッタ３５とミラー２４によって、２度偏向されるので、前記受光光軸２１の直線長さは更に短くなる。
【００７５】
次に、第１の実施例〜第６の実施例に於いて、撮像部２７には、以下の光学フィルタが設けられてもよい。
【００７６】
一般に使用されるカメラに設けられる受光センサのＲＧＢ感度は図８に示される通りである。
【００７７】
可視光の波長は４００ｎｍ〜７００ｎｍであるが、受光センサは赤外の領域にも感度を持っており、特に波長が８１０ｎｍ〜８４０ｎｍでは、感度は低くなるもののＲＧＢ共に同等の感度となっている。
【００７８】
この特性を利用し、トラッキング用の照明光として例えば、８１０ｎｍ〜８４０ｎｍの波長の赤外光を用いた場合、図７中、曲線４９で示す透過特性、即ち可視領域の波長を透過すると共に８１０ｎｍ〜８４０ｎｍの範囲の波長を透過するフィルタを作成し、該フィルタを前記撮像部２７の所要の位置に設ける。
【００７９】
このフィルタを設けることで、撮像素子２９より自然な色味の画像が取得できると共に、トラッキングの反射光（赤外光）も受光できる様になる。従って、前記撮像素子２９からの信号に基づきトラッキングが行える。
【００８０】
ダイクロイックミラーは、ビームスプリッタでもよく、或は波長域の一部をダイクロイックミラーとし、一部はビームスプリッタの特性を持った光学素子でもよい。
【００８１】
受光光学系は、単一の非球面レンズを使用したものでもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１              光学系
２              投光光学系
３              受光光学系
５              投光光軸
６              照明光源
７              集光レンズ
１１            第３ダイクロイックミラー
１３            レーザポインタ用光源
１４            集光レンズ
１５            測距光光源
１６            集光レンズ
１８            回転ミラー
１９            測距光軸
２１            受光光軸
２２            第１結像レンズ
２４            ミラー
２６            測距受光部
２７            撮像部
２９            撮像素子
３０            反射測距光
３１            投光部ミラー
３５            ビームスプリッタ
【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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【図８】
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