(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光束を測定対象物に向けて照射するための投影系と、測定対象物によって反射された反射光束を受光変換手段に受光させるための受光系とを備え、前記受光変換手段に受光された反射光束に基づいて測定位置から測定対象物までの距離を測定する距離測定装置において、前記受光変換手段に入射する光束の光量を回転して調整するための減衰フィルタを有しており、この減衰フィルタの円周方向の少なくとも一部に偏向手段を備え、前記偏向手段は、光束を前記受光変換手段に向けて偏向し、かつ、前記測定光束が通過する位置により偏向の大きさを変化させることで、前記受光変換手段に入射する光束の光量を調整することを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記偏向手段は、フレネルレンズである請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記偏向手段は、回折手段から構成されている請求項１記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記偏向手段は、減衰フィルターの円周方向の一方に向かって偏向が大きくなっている請求項１から請求項３の何れか１項記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、受光変換手段に入射する光束の光量を調整するための減衰フィルタを有した距離測定装置に係わり、特に、減衰フィルタの少なくとも一部に偏向手段を備えた距離測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、可視光又は不可視光、或は変調光又はパルス光を測定光として測定対象物に向けて照射し、測定対象物で反射された反射光束を受光して測定位置から測定対象物までの距離を測定する距離測定装置が知られている。
【０００３】
一般に、この様な距離測定装置を大別すると、測定光を照射・受光するための光学部分と、受光した測定光を電気信号に変換して距離を演算する電気部分とから構成されている。
【０００４】
測定光を照射・受光するための光学部分は、光源から測定光を発光する発光部と、発光部からの測定光を測定対象物に照射するための照射光学系と、測定対象物からの反射光を導くための受光光学系と、受光部により導かれた反射光を受光するための受光部とから構成されている。
【０００５】
図１は、この様な距離測定装置の光学配置図である。
【０００６】
一般的な光波測距装置は、図１に示す様に、光源１００から放射されたパルス光束又は変調光束を、回転遮光デスク１０２、直角プリズム１０４、対物レンズ１０６を介して測距対象物１０８に向けて投射する。
【０００７】
回転遮光デスク１０２は、ハーフミラー１３０で分割された参照光束と、測距光束とを、交互に受光素子１２０に入射させるためのものである。回転遮光デスク１０２はモータにより回転駆動され、参照光束と測距光束とを、選択的に遮光し、交互に受光素子１２０に入射する様に構成されている。
【０００８】
内部光束は、光波測距装置の内部誤差を補正するために使用されている。測距対象物１０８又は反射鏡１１０によって反射された測距光束は、直角プリズム１０４及び対物レンズ１０６、光量減衰フィルター１１２を介して受光素子１２０に入射される。受光光量による受光特性の影響を受けない様に、受光素子１２０に入射される測距光束は、光量減衰フィルター１１２によって受光光量が一定となる様に光量調節される。
【０００９】
ハーフミラー１３０によって分割された参照光束は、ミラー１３２、回転遮光デスク１０２、一対のリレーレンズ１３４、１３６、ミラー１３８、そして光量減衰フィルター１１２と受光素子１２０との間に配置されたハーフミラー１４０を介して受光素子１２０に入射される。
【００１０】
なお反射鏡１１０は、通常の反射鏡を使用することができるが、パルス光束を使用する時は、反射物体を測距対象物１０８それ自身としてもよく、測距対象物１０８に反射鏡１１０を設置してもよい。
【００１１】
また図９に示す様に光景減衰フィルター１１２は、外周が測距光束減衰フィルター１１２１となっており、内側が参照光束減衰フィルター１１２２となっている。そして測距距離が長い場合には、測距光束が減衰されない様に、フィルターなしの素通し孔１１２３となっており、測距光束が少ない場合には、参照光束は減衰される様に構成されている。
【００１２】
光量減衰フィルター１１２の制御は、図３に示す様に、受光素子１２０と光検出部１５０とからなる受光部１５４によって、測距光束の光量である測距光量を検出してＣＰＵ１５６へ出力する様になっている。ＣＰＵ１５６は、測距光量に基づいて駆動回路部１５８の光量制御信号を演算し、参照光束の光量制御信号を駆動回路部１５８に出力する様になっている。
【００１３】
駆動回路部１５８は、入力された光量制御信号に基づいて光量減衰フィルター１１２の駆動モータ１６４を駆動制御する様に構成されている。
【００１４】
図７（ａ）は、距離測定装置の発光から受光までの概略の光路図である。この図７（ａ）において、光源（１）を有する発光部からの測定光は、反射鏡（２）によって反射されて照射光学系である対物レンズ（３）に向かう。対物レンズ（３）によって略平行光束とされた測定光は測定対象物（４）に出射され、この測定対象物（４）で反射された反射光は再び対物レンズ（３）へと向かう。なお、測定対象物（４）は対物レンズ（３）の光軸方向に沿って設けられている。
【００１５】
測定対象物（４）は、測定する対象物に設けられた再帰反射プリズムであるコーナキューブの他、同様に測定する対象物に設けられた反射シートや測定の対象となる物自体等が有る。
【００１６】
対物レンズ（３）へ向かった反射光は、この対物レンズ（３）によって合焦され、反射鏡（２）の反射を経て受光部の受光手段（５）に結像される。
【００１７】
一般的な測量器では、図７（ａ）の光学配置図で例示した照射光学系と受光光学系とで１つの対物レンズ（３）を共用（１眼レンズタイプ）した場合には、対物レンズは上下、左右、中心部と外周部で照射光学系と受光光学系とを分けて配置している。また、照射光学系と受光光学系とが独立した対物レンズを有する（２眼レンズタイプ）ものも知られている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の如く構成された距離測定装置にあっては、測定対象物（４）をコーナーキューブとした場合、図７（ａ）に示す様に、照射平行光と反射平行光とにズレが生じるために、光源（１）を含む照射光学系と受光センサ（５）を含む受光光学系とが同軸上に位置していなくとも、その距離に拘らず距離測定が可能となっている。即ち、遠距離でも近距離でも測定が可能である。
【００１９】
一方、図７（ｂ）に示す様に、反射シート（表面に再帰反射の微小な球状のガラスや微小なプリズムを形成したもの）や自然物（ある程度の反射特性を有するもの）などを実質の測定対象物（６）とした場合、測定対象物（６）に照射された測定光束は、その照射された位置Ｊ１を中心として拡散された反射光となる。
【００２０】
距離測定装置と測定対象物との距離が比較的遠い場合、測定対象物に照射される測定光及び反射光は拡散するため、対物レンズ（３）の光軸に対して平行に近い反射光が受光光学系に入射する。そのため、照射光学系と受光光学系とが分かれて配置されていても、受光部は距離測定に必要な反射光を得ることができる。
【００２１】
他方、距離測定装置と測定対象物との距離が近い場合、受光光学系に入射する測定対象物から反射された反射光は、対物レンズ（３）の光軸に対して傾きが大きい。そのため、受光センサ（５）に結像し難い状態となってしまう。
【００２２】
従って、この様な測定対象物（６）に反射された反射光束は、その一部が斜めに対物レンズ（３）に入射され、受光センサ（５）とは離れた位置に結像してしまい、実際に受光センサ（５）上に受光される光量が非常に少なく距離測定が困難となる。
【００２３】
ところが、この様な反射シートや自然物を測定対象物（６）として用いる測定方法は、上述した様なレーザー光を測定光束として用いた光波距離計において、測定対象を選ばないという汎用性向上の観点から要望が高まっている。
【００２４】
そこで、図８（ａ）、図８（ｂ）に示す様に、反射シートや自然物を測定対象物（６）として近距離測定を行う場合、対物レンズ（３）と測定対象物（６）側の光路内に補正用のプリズム（７）（図８（ａ））やレンズ（８）（図８（ｂ））を設け、これらにより測定対象物（６）で拡大された反射光束の一部を受光素子（５）に結像させることが考えられた。
【００２５】
しかしながら、プリズム（７）やレンズ（８）を用いた場合、長距離測定時にはプリズム（７）やレンズ（８）を光路から離脱させ、近距離測定時にはプリズム（７）やレンズ（８）を光路内に挿入するため、補正用の別部品としてコストが大幅に高騰し、しかも、装置本体の大型化や重量化を招くという新たな問題が生じていた。
【００２６】
また・プリズム（７）やレンズ（８）の挿脱操作を測定操作とは別に必要とするばかりでなく、例えば・測定対象物としてコーナーキューブ（４）を使用しているにも拘らずプリズム（７）やレンズ（８）を挿入した状態で判定を行なったり、反射シートや自然物を測定対象物（６）としているにも拘らずプリズム（７）やレンズ（８）を離脱した状態で測定を行うという誤操作が発生するなど、操作が煩雑であるという問題も生じていた。
【００２７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、測定対象物が反射シート、自然物である場合の近距離の測定を可能としたものでありながら、補正用の別部品のコストを削減することができるばかりでなく、装置本体の小型化や軽量を実現し得て、しかも、操作性を向上させることができる距離測定装置を提供することを目的とする。
【００２８】
【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、測定光束を測定対象物に向けて照射するための投影系と、測定対象物によって反射された反射光束を受光変換手段に受光させるための受光系とを備え、前記受光変換手段に受光された反射光束に基づいて測定位置から測定対象物までの距離を測定する距離測定装置において、前記受光変換手段に入射する光束の光量を回転して調整するための減衰フィルタを有しており、この減衰フィルタの円周方向の少なくとも一部に偏向手段を備え、前記偏向手段は、光束を前記受光変換手段に向けて偏向し、かつ、前記測定光束が通過する位置により偏向の大きさを変化させることで、前記受光変換手段に入射する光束の光量を調整することを特徴としている。
【００３０】
更に本発明の偏向手段は、フレネルレンズとすることもできる。
【００３１】
そして本発明の偏向手段は、回折手段から構成することもできる。
【００３３】
更に本発明の偏向手段は、減衰フィルターの円周方向の一方に向かって偏向が大きくなる構成にすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、投影系が、測定光束を測定対象物に向けて照射し、受光系が、測定対象物によって反射された反射光束を受光変換手段に受光させ、受光変換手段に受光された反射光束に基づいて測定位置から測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であり、減衰フィルタが、受光変換手段に入射する光束の光量を回転して調整し、偏向手段を減衰フィルタの円周方向の少なくとも一部に備え、偏向手段は、光束を受光変換手段に向けて偏向し、かつ、測定光束が通過する位置により偏向の大きさを変化させることで、受光変換手段に入射する光束の光量を調整することができる。
【００３７】
更に本発明の偏向手段は、フレネルレンズにすることもできる。
【００３８】
そして本発明の偏向手段は、回折手段にすることもできる。
【００４０】
更に本発明の偏向手段は、減衰フィルターの円周方向の一方に向かって偏向を大きくすることもできる。
【００４２】
【実施例】
【００４３】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００４４】
本実施例の光波測距装置１０００は、図１に示す様に、光源１００から放射されたパルス光束又は変調光束の測定光束を、回転遮光デスク１０２、直角プリズム１０４、対物レンズ１０６を介して測距対象物１０８に向けて投射する。これらの光路が投影系に該当するものであり、測距対象物１０８は測定対象物に該当するものである。
【００４５】
なお測距対象物１０８に反射鏡１１０を設置して測定することもできる。
【００４６】
回転遮光デスク１０２は、ハーフミラー１３０で分割された参照光束と、測距光束とを、交互に受光素子１２０に入射させるためのものである。回転遮光デスク１０２はモータにより回転駆動され、参照光束と測距光束とを、選択的に遮光し、交互に受光素子１２０に入射する様に構成されている。なお、測距対象物１０８によって反射された反射光束を受光素子１２０に受光させる光路が、受光系に該当する。受光素子１２０は受光変換手段に該当する。
【００４７】
内部光束は、光波測距装置の内部誤差を補正するために使用されている。
測距対象物１０８又は反射鏡１１０によって反射された測距光束は、直角プリズム１０４及び対物レンズ１０６、光量減衰フィルター１１２を介して受光素子１２０に入射される。受光光量による受光特性の影響を受けない様に、受光素子１２０に入射される測距光束は、光量減衰フィルター１１２によって受光光量が一定となる様に光量調節される。
【００４８】
ハーフミラー１３０によって分割された参照光束は、ミラー１３２、回転遮光デスク１０２、一対のリレーレンズ１３４、１３６、ミラー１３８、そして光量減衰フィルター１１２と受光素子１２０との間に配置されたハーフミラー１４０を介して受光素子１２０に入射される。
【００４９】
また図２に示す様に、光量減衰フィルター１１２は、フレネル部１１２０と、外周部に形成された測距光束減衰フィルター１１２１と、内側に形成された参照光束減衰フィルター１１２２と、測距距離が長い場合に測距光束が減衰されない様にするための、フィルターなしの素通し孔１１２３とからなり、測距光束が少ない場合には、参照光束は減衰される様に構成されている。光量減衰フィルター１１２は、減衰フィルタに該当するものである。
【００５０】
光量減衰フィルター１１２の制御は、図３に示す様に、受光素子１２０と光検出部１５０とからなる受光部１５４によって、測距光束の光量である測距光量を検出してＣＰＵ１５６へ出力する様になっている。ＣＰＵ１５６は、測距光量に基づいて駆動回路部１５８の光量制御信号を演算し、参照光束の光量制御信号を駆動回路部１５８に出力する様になっている。
【００５１】
受光部１５４からの検出信号がない場合、測定可能範囲でないか近距離であるため、ＣＰＵ１５６は駆動部１５８を介して光量減衰フィルター１１２のフレネル部１１２０となる様に制御する。また、それでも検出信号がない場合には、測定不可の表示をすることになる。
【００５２】
駆動回路部１５８は、入力された光量制御信号に基づいて光量減衰フィルター１１２の駆動モータ１６４を駆動制御する様に構成されている。
【００５３】
ここで、光量減衰フィルター１１２を詳細に説明する。
【００５４】
図２に示す様に、光量減衰フィルター１１２は、フレネル部１１２０と、このフレネル部１１２０以外の部分の外周部には、測距光束減衰フィルター１１２１が形成されている。  更に、このフレネル部１１２０以外の部分の内周部には、参照光束減衰フィルター１１２２が形成されている。
【００５５】
そして外周部の一部には、測距距離が長い場合に、測距光束が減衰されない様にするための素通し孔１１２３が形成されており、測距光束が少ない場合には、参照光束は減衰される様に構成されている。
【００５６】
なおフレネル部は、偏向手段に該当するもので、図４（ａ）に示す様に、フレネル部１１２０は、光量減衰フィルター１１２の中心に向かって偏向を大きくすることもできる。逆の配置の場合には、中心に向かって偏向が小さくなる様にしてもよい。更に円周方向の一方に向かって偏向の大きさを変化させることもできる。
【００５７】
図４（ｂ）の断面図に示す様に、測距光束は、中心に近い程偏向が大きく、測定距離が近い程入射光はズレて結像することから、この様に構成されている。
【００５８】
また中心と同様に円周方向に向かって偏向を大きくしてあるため、円周方向の位置を変化させることにより、受光素子１２０への入射光量を調整することができる。
【００５９】
また光学系の配置が異なる場合、図５（ａ）に示す様に、フレネル部１１２０は、光量減衰フィルター１１２の円周方向の一方に向かって偏向を大きくすることもできる。
【００６０】
この場合には、図５（ｂ）の矢視図に示す様に、測距光束は、図５（ｂ）のＢ地点に近い程、偏向が大きくなる様に構成され、円周方向の位置を変化させることにより、受光素子１２０への入射光量を調整することができる。
【００６１】
以上の様な構成された光量減衰フィルター１１２は、図６に示す様に、測拒対象物１０８が近地点であっても、測距光束をフレネル部１１２０で偏向させ、受光素子１２０に入射させることができるという効果がある。
【００６２】
なお、光量減衰フィルター１１２以外の構成は、従来技術の構成と同様であるから、説明を省略する。
【００６３】
更に、フレネル部１１２０に代えて、適宜の回折手段にすることもできる。
【００６４】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、投影系が、測定光束を測定対象物に向けて照射し、受光系が、測定対象物によって反射された反射光束を受光変換手段に受光させ、受光変換手段に受光された反射光束に基づいて測定位置から測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であり、減衰フィルタが、受光変換手段に入射する光束の光量を回転して調整し、偏向手段を減衰フィルタの円周方向の少なくとも一部に備え、偏向手段は、光束を受光変換手段に向けて偏向し、かつ、測定光束が通過する位置により偏向の大きさを変化させることで、受光変換手段に入射する光束の光量を調整することができるので、視準中心のズレを防止することができるという効果がある。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である光波測距装置１０００の光学的構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例である光量減衰フィルター１１２を説明する図である。
【図３】本発明の実施例である光波測距装置１０００の電気的構成を示す図である。
【図４（ａ）】本発明の実施例である光量減衰フィルター１１２を説明する図である。
【図４（ｂ）】本発明の実施例である光量減衰フィルター１１２を説明する図である。
【図５（ａ）】本発明の実施例である光量減衰フィルター１１２を説明する図である。
【図５（ｂ）】本発明の実施例である光量減衰フィルター１１２を説明する図である。
【図６】本発明の実施例である光量減衰フィルター１１２の効果を説明する図である。
【図７】従来技術を説明する図である。
【図８】従来技術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】
１０００  光波測距装置
１００  光源
１０２  回転遮光デスク
１０４  直角プリズム
１０６  対物レンズ
１０８  測距対象物
１１０  反射鏡
１１２  光量減衰フィルター
１１２０  フレネル部
１１２１  測距光束減衰フィルター
１１２２  参照光束減衰フィルター
１１２３  素通し孔
１２０  受光素子
１３０  ハーフミラー
１３２  ミラー
１３４  リレーレンズ
１３６  リレーレンズ
１３８  ミラー
１４０  ハーフミラー
１５０  光検出部
１５４  受光部
１５６  ＣＰＵ
１５８  駆動回路部
１６４  駆動モータ
【図１】
0004328918.tif 000002
【図２】
0004328918.tif 000003
【図３】
0004328918.tif 000004
【図４（ａ）】
0004328918.tif 000005
【図４（ｂ）】
0004328918.tif 000006
【図５（ａ）】
0004328918.tif 000007
【図５（ｂ）】
0004328918.tif 000008
【図６】
0004328918.tif 000009
【図７】
0004328918.tif 000010
【図８】
0004328918.tif 000011
【図９】
0004328918.tif 000012