JP6732442B2 - 光波距離測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物からの反射光を受光して測距を行う光波距離測定装置に関するものである。

レーザスキャナやトータルステーション等の測量装置は、反射プリズムを用いたプリズム測距、反射プリズムを用いないノンプリズム測距により測定対象物迄の距離を検出する光波距離測定装置を有している。

光波距離測定装置に用いられる光学系は、高倍率で且つ高解像度で視準できることが要求される。この為、光学系を構成するレンズ（或はレンズ群）の口径は大径となり、焦点距離も長くなっている。この為、光学系は大きく、又重量も蒿むものとなっていた。

光波距離測定装置は、複数のレンズからなるレンズ群を有し、入射光がレンズの屈折作用によって受光面上に結像される様になっている。該レンズ群は焦点距離を有し、この焦点距離は光波距離測定装置の光学系が求められる性能によって決定される。

従って、光波距離測定装置の受光部は、レンズ群を収納可能な大きさが必要であり、光軸方向の長さは焦点距離に依存することとなる。又、近年では、光波距離測定装置の小型化、軽量化が図られているが、光学系については、レンズ群の大きさ、焦点距離の制約により、小型化が難しいものとなっていた。

特開２００４−６９６１１号公報 米国特許出願公開第２０１２／０２６２７００号明細書

本発明は、光学系の小型化を図る光波距離測定装置を提供するものである。

本発明は、測距光源から発せられる測距光を投光光軸を経て測距光軸上へ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し、受光素子へと導く受光光学系とを具備し、前記投光光学系は前記投光光軸が受光光軸と交差する様配置され、前記投光光軸と前記受光光軸との交差位置に前記投光光軸を前記受光光軸と合致する様偏向させる投光光軸偏向部を有し、前記受光光学系は中心部に孔が穿設された受光光軸偏向部と、該受光光軸偏向部で偏向された光軸上に設けられた集光反射部とを有し、前記受光光軸偏向部は前記受光光軸を前記集光反射部に向って偏向させ、該集光反射部は前記反射測距光を前記孔を通して前記受光素子に受光させる様構成された光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、前記集光反射部は、少なくとも１つの反射屈折レンズであり、前記投光光軸が含まれる平面と異なる平面上に前記受光光軸を偏向させる様、前記受光光軸偏向部と前記集光反射部とが設けられる光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、前記集光反射部は、集光部と反射部とで構成され、前記投光光軸が含まれる平面と同一平面内に前記受光光軸を偏向させる様、前記受光光軸偏向部と前記集光反射部とが設けられる光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、前記受光光軸上に設けられた結像リレーレンズを更に具備し、前記集光反射部で集光反射された前記反射測距光が、前記結像リレーレンズを介して前記受光素子に受光される光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、前記測距光軸上に設けられた走査ミラーを更に具備し、前記測距光は前記走査ミラーを介して回転照射される光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、前記走査ミラーの測定対象物側に窓部が設けられ、該窓部は前記走査ミラーと一体に回転する光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、撮像光軸と撮像光軸偏向部を有する撮像部を更に具備し、前記撮像光軸偏向部は前記撮像光軸を前記投光光軸及び前記受光光軸と同軸になる様偏向させる光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、レーザポインタ光軸とレーザポインタ光軸偏向部を有するレーザポインタ照射部を更に具備し、前記レーザポインタ光軸偏向部は前記レーザポインタ光軸を前記投光光軸と同軸になる様偏向させる光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、前記測距光軸と平行な光軸上にトラッキング光を発するトラッキング光照明系を更に具備し、該トラッキング光照明系は前記受光光軸偏向部よりも反測定対象物側に設けられ、前記受光光軸偏向部をトラッキング光のみを透過させるダイクロイックミラーとした光波距離測定装置に係るものである。

又本発明は、トラッキング光軸とトラッキング光軸偏向部を有するトラッキング光照明系を更に具備し、前記トラッキング光軸偏向部は前記トラッキング光軸を前記投光光軸と同軸となる様偏向させる光波距離測定装置に係るものである。

更に又本発明は、前記撮像部は、トラッキング光の受光光学系を兼ねる様構成された光波距離測定装置に係るものである。

本発明によれば、測距光源から発せられる測距光を投光光軸を経て測距光軸上へ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し、受光素子へと導く受光光学系とを具備し、前記投光光学系は前記投光光軸が受光光軸と交差する様配置され、前記投光光軸と前記受光光軸との交差位置に前記投光光軸を前記受光光軸と合致する様偏向させる投光光軸偏向部を有し、前記受光光学系は中心部に孔が穿設された受光光軸偏向部と、該受光光軸偏向部で偏向された光軸上に設けられた集光反射部とを有し、前記受光光軸偏向部は前記受光光軸を前記集光反射部に向って偏向させ、該集光反射部は前記反射測距光を前記孔を通して前記受光素子に受光させる様構成されたので、前記受光光学系の前記受光光軸方向の長さを前記集光反射部の焦点距離の長さよりも小さくでき、前記受光光学系の小型化を図ることができるという優れた効果を発揮する。

（Ａ）は本発明の第１の実施例に係る光波距離測定装置の光学系の正面図を示し、（Ｂ）は該光学系の平断面図を示している。 （Ａ）は本発明の第２の実施例に係る光波距離測定装置の光学系の正面図を示し、（Ｂ）は該光学系の平断面図を示している。 本発明の第３の実施例に係る光波距離測定装置の光学系の正面図を示している。 本発明の第３の実施例の変形例に係る光波距離測定装置の光学系の正面図を示している。 本発明の第４の実施例に係る光波距離測定装置の光学系の正面図を示している。 本発明の第４の実施例に係る光波距離測定装置の光学系の側面図を示している。 本発明の第５の実施例に係る光波距離測定装置の光学系の側面図を示している。 （Ａ）は本発明の第６の実施例に係る光波距離測定装置の光学系の正面図を示し、（Ｂ）は該光学系の平断面図を示している。 本発明の第７の実施例に係る光波距離測定装置の光学系の側面図を示している。 本発明の第８の実施例に係る光波距離測定装置の光学系の正面図を示している。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。尚、以下の実施例に於いて、同軸と称した場合には、同軸の場合に加えて略同軸の場合も含むものとする。

先ず、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に於いて、本発明の第１の実施例に係る光波距離測定装置１について説明する。

該光波距離測定装置１は、例えばレーザスキャナやトータルステーション等の測量装置に適用される。該光波距離測定装置１は、投光光軸２を有する投光光学系３と、受光光軸４を有する受光光学系５とを有している。

前記投光光軸２上に測距光源６、コリメータレンズ７が設けられている。前記投光光軸２と前記受光光軸４とは交差し、交差点に投光光軸偏向部である投光偏向ミラー８が設けられている。又、前記受光光学系５は前記投光偏向ミラー８を通過した前記受光光軸４上に設けられている。前記投光偏向ミラー８は、測距光が測定対象物（図示せず）を照射する様、前記投光光軸２を測距光軸９へと偏向する。該測距光軸９は前記受光光軸４と合致している。

前記測距光源６は、例えば半導体レーザ等であり、測距光として前記投光光軸２上に不可視光である赤外光のレーザ光線又は可視光のレーザ光線を発する。又、前記測距光源６は、所要の光強度、所要のパルス間隔（周波数）等、所要の状態でレーザ光線が射出される様、制御部１０により制御される様になっている。

前記コリメータレンズ７は、測距光を平行光束とする様になっている。又、前記投光偏向ミラー８は、平行光束とされた測距光を反射可能な大きさを有している。

前記受光光軸４上には、前記投光偏向ミラー８、受光光軸偏向部である受光偏向ミラー１１が設けられている。

該受光偏向ミラー１１は平面鏡であり、中心部に孔１４が穿設されている。該孔１４の径は、前記投光偏向ミラー８の投影された形状の直径と略同じ大きさとなっている。

又、前記受光偏向ミラー１１は、前記受光光軸４に対して傾斜して設けられ、該受光光軸４を、図１（Ａ）中紙面に対して垂直な面内で、θ1 例えば６０°〜９０°偏向する（図１（Ｂ）参照）。偏向された光軸４ａ上に、集光反射部である反射屈折レンズ１２、受光ファイバやフォトダイオード等の受光素子１３が設けられている。

前記反射屈折レンズ１２は凹レンズと凹面鏡の２つの機能を有している。該反射屈折レンズ１２の表面に屈折面１５が形成され、前記反射屈折レンズ１２の裏面には反射面１６が形成されている。前記屈折面１５と前記反射面１６とは、曲率半径と曲率中心とがそれぞれ異なっている。前記反射屈折レンズ１２の光軸は、前記光軸４ａと合致している。又、前記反射屈折レンズ１２は、前記受光偏向ミラー１１で偏向される反射測距光が全て入射可能な大きさを有し、前記反射屈折レンズ１２に入射された反射測距光は、前記屈折面１５による屈折作用と前記反射面１６による反射作用により、前記受光素子１３に向けて反射され、該受光素子１３上に結像される。尚、前記屈折面１５が集光反射部の集光部を構成し、前記反射面１６が集光反射部の反射部を構成する。

前記光軸４ａは前記孔１４を通過し、通過した部分（光軸４ｂ）に前記受光素子１３が設けられている。又、該受光素子１３は、前記反射屈折レンズ１２の焦点に位置し、前記孔１４を挾んで前記反射屈折レンズ１２の反対側（背面側）に設けられている。即ち、反射測距光は前記孔１４を通過した位置で結像され、前記受光素子１３は前記受光偏向ミラー１１の背面側のデッドスペースに設けられるので、光学系が専有する空間が有効に利用される。

従って、前記受光偏向ミラー１１、前記反射屈折レンズ１２、受光素子１３（受光面）は同一平面内に設けられる。即ち、それらの中心が同一平面（図１（Ａ）中では紙面に対して垂直な平面、図１（Ｂ）中では紙面）内に含まれる様に配設される。

前記測距光源６、前記コリメータレンズ７、前記投光偏向ミラー８によって前記投光光学系３が構成される。又、前記受光偏向ミラー１１、前記反射屈折レンズ１２、前記受光素子１３により前記受光光学系５が構成される。

前記測距光源６より射出された測距光は、前記コリメータレンズ７にて平行光束とされ、前記投光偏向ミラー８に入射する。測距光は、該投光偏向ミラー８により前記測距光軸９上に反射され、測定対象物（図示せず）に照射される。

該測定対象物により反射された反射測距光は、前記投光偏向ミラー８の周囲を通過し、前記受光偏向ミラー１１で反射され、前記反射屈折レンズ１２に入射する。該反射屈折レンズ１２で反射された反射測距光は、反射、集光され、前記孔１４を通過し、前記受光素子１３に結像される。

反射測距光が該受光素子１３に受光されると、前記制御部１０は前記受光素子１３から発せられる受光信号に基づき測定対象物迄の距離を演算する。

上述の様に、第１の実施例では、前記投光光軸２が含まれる平面と、前記光軸４ａ，４ｂが含まれる平面とが異なった平面（直交する平面）となっている。即ち、前記受光光学系５が前記投光光学系３に対して３次元に配置され、前記受光光軸４は３次元に屈曲されるので、光学系が専有する空間が有効に利用される。

従って、前記受光光学系５の前記受光光軸４の方向の長さ（前記受光光学系５の収納空間の奥行き）が、前記反射屈折レンズ１２の焦点距離に制約を受けることがないので、前記受光光学系５の前記受光光軸４の方向の長さを前記反射屈折レンズ１２の焦点距離の長さよりも小さくでき、前記光波距離測定装置１の小型化を図ることができる。

又、前記受光偏向ミラー１１に穿設された前記孔１４の径が、前記投光偏向ミラー８の投影された形状の直径と略同じ大きさとなっているので、該投光偏向ミラー８の周囲を通過した反射測距光を前記受光偏向ミラー１１により略全て反射させることができ、前記孔１４による反射測距光の受光光量の減少を防止することができる。

又、前記反射屈折レンズ１２の前記孔１４を通過した前記光軸４ｂ上に前記受光素子１３を設けているので、前記受光偏向ミラー１１の光学作用に影響のない部分（デッドスペース）を活用でき、前記光波距離測定装置１をより小型化させることができる。

又、前記反射屈折レンズ１２は非球面レンズとする必要がなく、前記屈折面１５と前記反射面１６を共に通常の球面とすることができるので、低コストでの製作が可能となり、前記光波距離測定装置１の製作コストの低減を図ることができる。

尚、前記反射屈折レンズ１２に替えて、反射鏡と複数のレンズを組合わせたものを用いてもよい。又、少なくとも１面に非球面が含まれていてもよい。

次に、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に於いて、本発明の第２の実施例に係る光波距離測定装置１について説明する。尚、図２（Ａ）、図２（Ｂ）中、図１（Ａ）、図１（Ｂ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例は、第１の実施例の光波距離測定装置１に於ける光軸４ｂ上に、結像リレーレンズ１７を追加した構成となっている。

前記光軸４ｂ上に、前記結像リレーレンズ１７が設けられることで、受光素子１３の配置箇所が反射屈折レンズ１２の焦点位置に限定されず、製作の自由度を高めることができる。又、受光系の焦点距離を変えずに該反射屈折レンズ１２の焦点距離を短くすることが可能となり、光学系をより小型化できる。

又、前記結像リレーレンズ１７を設けて多重非球面レンズとすることで、特に測定対象物が近距離にある場合に於ける受光光量を増大させることができ、測定の安定性を向上させることができる。

次に、図３に於いて、本発明の第３の実施例に係る光波距離測定装置１について説明する。尚、図３中、図２（Ａ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例に於ける前記光波距離測定装置１では、第２の実施例に於ける光波距離測定装置１の測距光軸９上に走査ミラー１８を設けている。該走査ミラー１８は、回転軸１９を中心に鉛直方向に回転可能となっており、制御部１０に前記走査ミラー１８が所定角度回転する様制御され、或は所定の回転速度で回転される様制御される。又、前記光波距離測定装置１、前記回転軸１９は、一体に水平方向に定速で回転可能となっている。

又、前記走査ミラー１８は、前記測距光軸９を偏向し、測距光を前記光波距離測定装置１の外部へと照射する。前記走査ミラー１８の回転によって、測距光が測定対象物（図示せず）を走査する。該測定対象物で反射された測距光は、反射測距光として前記走査ミラー１８に入射し、該走査ミラー１８によって受光光軸４上に反射される様になっている。

前記走査ミラー１８を設けたことで、前記測定対象物を走査することができ、該測定対象物の点群データを取得することができる。

尚、前記走査ミラー１８は前記回転軸１９を中心として前記投光光学系３や前記受光光学系５とは独立して回転する様に構成されてもよく、或は前記走査ミラー１８と前記光波距離測定装置１とが一体に回転する様に構成されてもよい。

図４は第３の実施例の変形例を示している。該変形例では、前記走査ミラー１８の測定対象物側に窓部２１が設けられる。該窓部２１は、例えばガラス板であり、前記走査ミラー１８により偏向された前記測距光軸９に対して傾斜して設けられている。前記窓部２１を傾斜させることで、該窓部２１での反射光の影響を除外することができる。

又、前記窓部２１は、前記走査ミラー１８に反射される測距光と、該走査ミラー１８に入射する反射測距光とが透過可能な大きさを有しており、前記走査ミラー１８と一体に回転する様になっている。

次に、図５、図６に於いて、本発明の第４の実施例に係る光波距離測定装置１について説明する。尚、図５、図６中、図４中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第４の実施例に於ける前記光波距離測定装置１は、図４に示される第３の実施例の変形例に、撮像部２２を追加した構成となっている。

該撮像部２２は、撮像光軸２３上に設けられたＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の受光素子２４と、カメラレンズ群２５と、ダイクロイックミラー２６等から構成される。

該ダイクロイックミラー２６は投光光軸２上に設けられ、前記ダイクロイックミラー２６の反射光軸が前記投光光軸２となっており、前記ダイクロイックミラー２６の透過光軸が前記撮像光軸２３となっている。前記投光光軸２は、前記ダイクロイックミラー２６で偏向され、更に投光偏向ミラー８で偏向されて、測距光軸９に合致する。尚、前記投光光軸２、前記撮像光軸２３は、前記測距光軸９に対して垂直な平面に含まれる様に配置される。

前記ダイクロイックミラー２６は、測距光を反射し、背景光等、測距光以外の波長の光を透過する光学特性を有する。測距光源６から射出された測距光が、前記ダイクロイックミラー２６に入射する様構成され、該ダイクロイックミラー２６は測距光を前記投光偏向ミラー８に向って反射させる様構成される。尚、前記投光偏向ミラー８と前記ダイクロイックミラー２６とで投光光軸偏向部が構成され、前記投光偏向ミラー８により撮像光軸偏向部が構成される。

前記測距光は、前記ダイクロイックミラー２６により反射され、更に測距光は前記投光偏向ミラー８、走査ミラー１８により反射され、測定対象物（図示せず）へと照射される。

該測定対象物からの反射測距光及び背景光は、前記測距光軸９に沿って前記走査ミラー１８に入射し、該走査ミラー１８により受光光軸４上に偏向される。

反射測距光のうち、前記投光偏向ミラー８の周囲を通過した反射測距光は、受光偏向ミラー１１に反射され、反射屈折レンズ１２に反射され、受光素子１３に受光される。該受光素子１３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。

又、背景光のうち、前記投光偏向ミラー８に反射された背景光は、前記ダイクロイックミラー２６を透過し、前記カメラレンズ群２５を透して前記受光素子２４に受光される。
該受光素子２４からの信号に基づき、前記測定対象物の画像が取得される。

第４の実施例では、測距光が前記ダイクロイックミラー２６で反射された後、前記投光偏向ミラー８で前記測距光軸９上に偏向される様になっている。即ち、前記投光光軸２及び受光光軸４と同軸となる様に、前記ダイクロイックミラー２６が前記撮像光軸２３を偏向している。又、前記撮像部２２を受光光学系５の収納空間内に配置しているので、光学系を小型化することができ、前記光波距離測定装置１の小型化を図ることができる。

次に、図７に於いて、本発明の第５の実施例に係る光波距離測定装置１について説明する。尚、図７中、図６中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第５の実施例に於ける前記光波距離測定装置１は、図５、図６に示される第４の実施例に、レーザポインタ照射部２７を追加した構成となっている。

該レーザポインタ照射部２７は、レーザポインタ光軸２８上に設けられたレーザポインタ光源２９と、レーザポインタ投光レンズ３１と、レーザポインタ光軸偏向部であるダイクロイックミラー３２とから構成されている。

投光光軸２上に前記ダイクロイックミラー３２が設けられている。又、該ダイクロイックミラー３２の分岐光軸が前記レーザポインタ光軸２８となっている。尚、前記投光光軸２、前記レーザポインタ光軸２８、撮像光軸２３は、好ましくは同一平面内に含まれる様に配置される。

前記レーザポインタ光源２９は、可視光であるレーザポインタ光を射出可能となっている。前記ダイクロイックミラー３２は、レーザポインタ光のみを反射し、測距光を透過する光学特性を有し、前記レーザポインタ光軸２８を前記投光光軸２へと偏向する様になっている。更に、前記撮像光軸２３上に設けられるダイクロイックミラー３３は、測距光を全反射し、レーザポインタ光、背景光については一部透過、一部反射し、好ましくは背景光については全透過する光学特性を有している。

レーザポインタ光の照射位置は、前記撮像部２２により取得された画像上から確認でき、測定点の位置を容易に確認することができる。

第５の実施例では、前記レーザポインタ光軸２８が前記ダイクロイックミラー３２により前記投光光軸２へと偏向される。即ち、該投光光軸２と同軸となる様に、前記ダイクロイックミラー３２が前記レーザポインタ光軸２８を偏向するので、光学系を小型化することができ、前記光波距離測定装置１の小型化を図ることができる。

次に、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に於いて、本発明の第６の実施例に係る光波距離測定装置１について説明する。尚、図８（Ａ）、図８（Ｂ）中、図５中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第６の実施例に於ける前記光波距離測定装置１は、図５、図６に示される第４の実施例に、トラッキング光照明系３４を追加した構成となっている。

第６の実施例では、第４の実施例に於ける受光光軸偏向部である受光偏向ミラー１１が、トラッキング光のみを透過させ、トラッキング光以外の波長の光（測距光）を反射させる光学特性を有するダイクロイックミラー３５となっている。

前記トラッキング光照明系３４は、前記ダイクロイックミラー３５の反測定対象物側であって、受光光軸４に関して対称に設けられた第１トラッキング光照明系３６と第２トラッキング光照明系３７とを有している。

前記第１トラッキング光照明系３６は、第１トラッキング光軸３８上に設けられた第１トラッキング光源３９と、第１トラッキング光照明レンズ４１とから構成される。又、前記第２トラッキング光照明系３７は、第２トラッキング光軸４２上に設けられた第２トラッキング光源４３と、第２トラッキング光照明レンズ４４とから構成される。尚、前記第１トラッキング光軸３８と前記第２トラッキング光軸４２は、前記受光光軸４に関して対称であり、該受光光軸４と平行となっている。

前記第１トラッキング光軸３８と前記第２トラッキング光軸４２から射出された２つのトラッキング光は、前記ダイクロイックミラー３５を透過し、走査ミラー１８に反射され、前記光波距離測定装置の外部へと反射される。

測定対象物等により反射された２つの反射トラッキング光は、それぞれ前記走査ミラー１８に入射し、該走査ミラー１８、投光偏向ミラー８に順次反射され、ダイクロイックミラー２６を透過して撮像部２２に受光される。

従って、該撮像部２２には背景光と共に２つの反射トラッキング光が受光されることとなり、該撮像部２２により画像が取得されると共に、２つのトラッキング光が検出される。即ち、前記撮像部２２はトラッキング光の受光光学系を兼ねるので、トラッキング光の受光光学系を別途設ける必要がなく、前記光波距離測定装置１の小型化を図ることができる。

又、前記トラッキング光照明系３４として、前記第１トラッキング光照明系３６と前記第２トラッキング光照明系３７とを設けている。従って、前記撮像部２２によって２つのトラッキング光が検出されるので、該２つのトラッキング光の重心位置を計算することで、高精度にトラッキング光を検出することができる。

尚、高精度なトラッキング光の検出が不要である場合には、前記トラッキング光照明系３４は１つでもよい。又、該トラッキング光照明系３４を３つ以上のトラッキング光照明系を有する構成とすることで、トラッキング光の検出精度をより向上させることができる。

次に、図９に於いて、本発明の第７の実施例に係る光波距離測定装置１について説明する。尚、図９中、図７中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第７の実施例に於ける前記光波距離測定装置１は、図７に示される第５の実施例にトラッキング光照明系４５を追加した構成となっている。

該トラッキング光照明系４５は、トラッキング光軸４６上に設けられたトラッキング光源４７と、トラッキング光照明レンズ４８と、トラッキング光軸偏向部であるダイクロイックミラー４９とから構成される。前記トラッキング光照明系４５はレーザポインタ照射部２７よりも測定対象物側に設けられる。又、投光光軸２上に前記ダイクロイックミラー４９が設けられ、該ダイクロイックミラー４９の分岐光軸が前記トラッキング光軸４６となっている。

前記トラッキング光源４７は、可視光であるトラッキング光を射出可能となっている。
又、前記ダイクロイックミラー４９はトラッキング光のみを反射し、測距光やレーザポインタ光等を透過させる光学特性を有し、前記トラッキング光軸４６を前記投光光軸２上へと偏向する様になっている。

前記トラッキング光源４７から射出されたトラッキング光は、前記ダイクロイックミラー４９に反射され、ダイクロイックミラー３３に反射され、投光偏向ミラー８に反射され、走査ミラー１８（図５参照）に反射されて前記光波距離測定装置１の外部へと照射される。前記ダイクロイックミラー３３は、測距光を全反射し、レーザポインタ光、トラッキング光等の可視光については一部透過、一部反射し、好ましくは背景光については全透過する光学特性を有している。

測定対象物等に反射された反射トラッキング光は前記走査ミラー１８に入射し、該走査ミラー１８、前記投光偏向ミラー８に順次反射され、前記ダイクロイックミラー３３を透過して撮像部２２に受光される。

従って、該撮像部２２には背景光と共に反射トラッキング光が受光されることとなり、前記撮像部２２により画像が取得されると共に、トラッキング光が検出される。即ち、該撮像部２２はトラッキング光の受光光学系を兼ねるので、トラッキング光の受光光学系を別途設ける必要がなく、前記光波距離測定装置１の小型化を図ることができる。

又、前記撮像部２２にはレーザポインタ光も受光されるので、該レーザポインタ光を画像上から確認でき、測定点の位置を容易に確認することができる。尚、トラッキング光、レーザポインタ光を独立して点滅可能としてもよい。トラッキング光、レーザポインタ光を消点して背景光のみの背景画像を取得し、次にトラッキング光を照射した画像、又レーザポインタ光を照射した画像を取得し、両画像から背景画像を減算する。これにより、トラッキング光のみの画像、レーザポインタ光のみの画像をそれぞれ取得することができる。

更に、前記トラッキング光軸４６は、前記ダイクロイックミラー４９により前記投光光軸２へと偏向される。即ち、該投光光軸２と同軸となる様に、前記ダイクロイックミラー４９により前記トラッキング光軸４６が偏向されるので、光学系を小型化することができ、前記光波距離測定装置１の小型化を図ることができる。

次に、図１０に於いて、本発明の第８の実施例について説明する。尚、図１０中、図１（Ａ）、図１（Ｂ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第１の実施例〜第７の実施例では、反射測距光の集光反射部として、集光部としての屈折面１５（図１（Ｂ）参照）と、反射部としての反射面１６（図１（Ｂ）参照）とを兼ね備える反射屈折レンズ１２（図１（Ａ）参照）を用いている。第８の実施例では、集光部としての集光レンズ５１と、反射部としての第２受光偏向ミラー５２の２つの部材により集光反射部を構成している。

第８の実施例では、受光光軸４上に、投光偏向ミラー８、前記集光レンズ５１、受光光軸偏向部である第１受光偏向ミラー５３、前記第２受光偏向ミラー５２、受光素子１３が設けられている。

前記集光レンズ５１は、例えば無限共役レンズであり、平行光束として入射した反射測距光を前記第１受光偏向ミラー５３、前記第２受光偏向ミラー５２を経て前記受光素子１３に結像させる様になっている。尚、前記集光レンズ５１としては、近距離受光光量を増やす為、多重非球面レンズを用いてもよい。

前記第１受光偏向ミラー５３は、中心部に孔５４が穿設され、該孔５４の径は前記投光偏向ミラー８が前記集光レンズ５１を介して投影された形状の直径と略同じ大きさである。又、前記第１受光偏向ミラー５３は、前記受光光軸４を、図１０に於いて上方に例えば６０°〜８０°偏向し、偏向された前記受光光軸４上に前記第２受光偏向ミラー５２が設けられている。該第２受光偏向ミラー５２は、前記受光光軸４を１８０°偏向し、偏向された該受光光軸４上に前記孔５４が位置し、前記受光素子１３が設けられる。

即ち、前記受光光軸４が、前記投光光軸２が含まれる平面と同一平面内に偏向される様、前記第１受光偏向ミラー５３と前記第２受光偏向ミラー５２と前記受光素子１３とが配設される。

又、前記集光レンズ５１の焦点距離は、該集光レンズ５１の主点の位置から前記第１受光偏向ミラー５３迄の光路長と、該第１受光偏向ミラー５３から前記第２受光偏向ミラー５２迄の光路長と、該第２受光偏向ミラー５２から前記受光素子１３迄の光路長とを合計した長さとなっている。

測定対象物により反射された反射測距光は、前記投光偏向ミラー８の周囲を通過し、前記集光レンズ５１に入射する。該集光レンズ５１に集光された反射測距光は、前記第１受光偏向ミラー５３に反射され、前記第２受光偏向ミラー５２に反射され、前記受光素子１３に結像される。

第８の実施例では、前記第１受光偏向ミラー５３と前記第２受光偏向ミラー５２とで前記受光光軸４を偏向させた後、前記受光素子１３に受光させる様になっている。即ち屈曲された光軸上に前記第２受光偏向ミラー５２、前記受光素子１３が設けられているので、受光光学系５の前記受光光軸４方向の長さ（前記受光光学系５の収納空間の奥行き）を前記集光レンズ５１の焦点距離の長さよりも小さくすることができ、前記光波距離測定装置１の小型化を図ることができる。

尚、第８の実施例の前記光波距離測定装置１と、第２の実施例〜第７の実施例の光波距離測定装置を組合わせてもよいのは言う迄もない。

１ 光波距離測定装置
２ 投光光軸
３ 投光光学系
４ 受光光軸
５ 受光光学系
６ 測距光源
８ 投光偏向ミラー
９ 測距光軸
１１ 受光偏向ミラー
１２ 反射屈折レンズ
１３ 受光素子
１４ 孔
１５ 屈折面
１６ 反射面
１７ 結像リレーレンズ
１８ 走査ミラー
２１ 窓部
２２ 撮像部
２３ 撮像光軸
２７ レーザポインタ照射部
２８ レーザポインタ光軸
３２ ダイクロイックミラー
３４ トラッキング光照明系
３５ ダイクロイックミラー
３６ 第１トラッキング光照明系
３７ 第２トラッキング光照明系
４５ トラッキング光照明系
４６ トラッキング光軸
４９ ダイクロイックミラー
５１ 集光レンズ
５２ 第２受光偏向ミラー
５４ 孔

Claims (12)

1. 測距光源から発せられる測距光を投光光軸を経て測距光軸上へ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し、受光素子へと導く受光光学系とを具備し、前記投光光学系は前記投光光軸が受光光軸と交差する様配置され、前記投光光軸と前記受光光軸との交差位置に前記投光光軸を前記受光光軸と合致する様偏向させる投光光軸偏向部を有し、前記受光光学系は中心部に孔が穿設された受光光軸偏向部と、該受光光軸偏向部で偏向された光軸上に設けられた集光反射部とを有し、前記偏向された光軸は前記投光光軸と前記受光光軸とを含む平面とは異なる平面上に位置し、前記受光光軸偏向部は前記受光光軸を前記集光反射部に向って偏向させ、該集光反射部は前記反射測距光を前記孔を通して前記受光素子に受光させる様構成された光波距離測定装置。
2. 前記集光反射部は、少なくとも１つの反射屈折レンズである請求項１に記載の光波距離測定装置。
3. 前記受光光軸上に設けられた結像リレーレンズを更に具備し、前記集光反射部で集光反射された前記反射測距光が、前記結像リレーレンズを介して前記受光素子に受光される請求項２に記載の光波距離測定装置。
4. 前記測距光軸上に設けられた走査ミラーを更に具備し、前記測距光は前記走査ミラーを介して回転照射される請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の光波距離測定装置。
5. 前記走査ミラーの測定対象物側に窓部が設けられ、該窓部は前記走査ミラーと一体に回転する請求項４に記載の光波距離測定装置。
6. 撮像光軸と撮像光軸偏向部を有する撮像部を更に具備し、前記撮像光軸偏向部は前記撮像光軸を前記投光光軸及び前記受光光軸と同軸になる様偏向させる請求項１〜請求項５のうちいずれか１項に記載の光波距離測定装置。
7. レーザポインタ光軸とレーザポインタ光軸偏向部を有するレーザポインタ照射部を更に具備し、前記レーザポインタ光軸偏向部は前記レーザポインタ光軸を前記投光光軸と同軸になる様偏向させる請求項６に記載の光波距離測定装置。
8. 前記測距光軸と平行な光軸上にトラッキング光を発するトラッキング光照明系を更に具備し、該トラッキング光照明系は前記受光光軸偏向部よりも反測定対象物側に設けられ、前記受光光軸偏向部をトラッキング光のみを透過させるダイクロイックミラーとした請求項６又は請求項７に記載の光波距離測定装置。
9. トラッキング光軸とトラッキング光軸偏向部を有するトラッキング光照明系を更に具備し、前記トラッキング光軸偏向部は前記トラッキング光軸を前記投光光軸と同軸となる様偏向させる請求項６又は請求項７に記載の光波距離測定装置。
10. 前記撮像部は、トラッキング光の受光光学系を兼ねる様構成された請求項８又は請求項９に記載の光波距離測定装置。
11. 測距光源から発せられる測距光を投光光軸を経て測距光軸上へ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し、受光素子へと導く受光光学系と、撮像光軸と撮像光軸偏向部を有する撮像部と、前記測距光軸と平行な光軸上にトラッキング光を発するトラッキング光照明系とを具備し、前記投光光学系は前記投光光軸が受光光軸と交差する様配置され、前記投光光軸と前記受光光軸との交差位置に前記投光光軸を前記受光光軸と合致する様偏向させる投光光軸偏向部を有し、前記受光光学系は中心部に孔が穿設された受光光軸偏向部と、該受光光軸偏向部で偏向された光軸上に設けられた集光反射部とを有し、前記受光光軸偏向部は前記受光光軸を前記集光反射部に向って偏向させ、該集光反射部は前記反射測距光を前記孔を通して前記受光素子に受光させ、前記撮像光軸偏向部は前記撮像光軸を前記投光光軸及び前記受光光軸と同軸となる様偏向させ、前記トラッキング光照明系は前記受光光軸偏向部よりも反測定対象物側に設けられ、前記受光光軸偏向部をトラッキング光のみを透過させるダイクロイックミラーとする様構成された光波距離測定装置。
12. 前記集光反射部は、集光部と反射部とで構成され、前記投光光軸が含まれる平面と同一平面内に前記受光光軸を偏向させる様、前記受光光軸偏向部と前記集光反射部とが設けられる請求項１１に記載の光波距離測定装置。

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