光波距离测定装置的制作方法

本发明涉及对来自测定对象物的反射光进行光接收来进行测距的光波距离测定装置。

背景技术：

激光扫描仪或全站仪等测量装置具有利用使用了反射棱镜的棱镜测距、未使用反射棱镜的无棱镜测距来检测到测定对象物的距离的光波距离测定装置。

在光波距离测定装置中，在投射光轴上配设有光路分割构件。通过该光路分割构件对测距光进行反射而射出，此外，使来自测定对象物的反射测距光透射，光接收光学系统对反射测距光进行光接收来进行测距。

在以往的光波距离测定装置中，在光路分割构件的中心部形成有部分透射膜，中心部成为分束器。此外，在中心部以外的部分施行反射防止膜（ar膜），中心部以外的部分成为全透射部。在这样的光波距离测定装置中，反射测距光透射全透射部而被光接收光学系统光接收来进行测距。此外，反射测距光的中心部的一部分也透射前述分束器而被光接收光学系统光接收。

如上述那样，光路分割构件的中心部为分束器，反射测距光的中心部的一部分透射分束器而入射到光接收光学系统。因此，即使在近距离测定中也能够对在测定中没有障碍的光量的反射测距光进行光接收。

然而，在使用了在中心部设置有分束器的光路分割构件的光波距离测定装置的情况下，需要入射到光接收光学系统的聚光透镜的反射测距光全部透射光路分割构件。因此，该光路分割构件变大，无法避免光学系统的大型化。进而，伴随着光学系统的大型化，重量也增大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在不使光接收量减少的情况下谋求光学系统的小型化的光波距离测定装置。

为了达成上述目的，本发明的光波距离测定装置具备：将从测距光源发出的测距光向测距光轴上射出的投射光学系统、以及对来自测定对象物的反射测距光进行光接收并向光接收元件引导的光接收光学系统，所述投射光学系统和所述光接收光学系统被配设为投射光轴与光接收光轴交叉，在所述投射光轴与所述光接收光轴的交叉位置设置有对所述测距光进行反射并且对所述反射测距光进行透射的光路分割构件，在所述反射测距光的光路上配设有对该反射测距光的光路长度进行校正的光路长度调整构件。

此外，在本发明的光波距离测定装置中，所述光路长度调整构件为在中心部贯穿设置有孔的透明光学构件，该孔为只有透射所述光路分割构件的所述反射测距光通过的大小，设定所述光路长度调整构件的板厚使得透射所述光路分割构件而延长的所述反射测距光的光路长度与透射所述光路长度调整构件而延长的所述反射测距光的光路长度相等。

此外，在本发明的光波距离测定装置中，所述光接收光学系统具有聚光透镜，所述光路长度调整构件被设置在所述聚光透镜的入射侧和射出侧的任一个。

此外，在本发明的光波距离测定装置中，所述光接收光学系统具有在中心部贯穿设置有孔的聚光透镜、以及设置于所述孔的所述光路长度调整构件，设定所述光路长度调整构件的板厚使得透射了所述光路分割构件和所述光路长度调整构件的所述反射测距光的光路长度与未透射所述光路分割构件的所述反射测距光的光路长度相等。

此外，本发明的光波距离测定装置构成为来自所述测定对象物的所述反射测距光经由窗部入射到所述光接收光学系统，在所述窗部粘贴设置有所述光路长度调整构件。

此外，本发明的光波距离测定装置构成为具有旋转照射所述测距光的扫描反射镜，经由所述扫描反射镜对所述反射测距光进行光接收，所述光路长度调整构件为在所述扫描反射镜的中心部设置的反射镜，设定所述光路长度调整构件的大小使得只有被所述光路长度调整构件反射的所述反射测距光透射所述光路分割构件，设定所述光路长度调整构件的板厚使得被该光路长度调整构件缩短的所述测距光的光路长度和所述反射测距光的光路长度的总和与透射所述光路分割构件而延长的所述反射测距光的光路长度相等。

进而，此外，本发明的光波距离测定装置构成为具有旋转照射所述测距光的扫描反射镜，经由所述扫描反射镜对所述反射测距光进行光接收，该扫描反射镜为能够透射所述反射测距光的透明光学构件，所述光路长度调整构件由在所述透明光学构件的表面的中心部设置的第一反射膜和在所述透明光学构件的背面的中心部以外的部分设置的第二反射膜构成，设定所述透明光学构件的板厚使得被所述第一反射膜反射并透射所述光路分割构件的所述反射测距光的光路长度与透射所述透明光学构件并被所述第二反射膜反射的所述反射测距光的光路长度相等。

根据本发明，具备：将从测距光源发出的测距光向测距光轴上射出的投射光学系统、以及对来自测定对象物的反射测距光进行光接收并向光接收元件引导的光接收光学系统，所述投射光学系统和所述光接收光学系统被配设为投射光轴与光接收光轴交叉，在所述投射光轴与所述光接收光轴的交叉位置设置有对所述测距光进行反射并且对所述反射测距光进行透射的光路分割构件，在所述反射测距光的光路上配设有对该反射测距光的光路长度进行校正的光路长度调整构件，因此，不需要使前述光路分割构件为前述反射测距光能全部透射的大小，谋求光学系统的小型化、轻量化，并且，能够防止由于使前述光路分割构件小型化而在前述反射测距光的光路长度中产生差，能够提高测定精度。

附图说明

图1是示出第一实施例的光波距离测定装置的光学系统的结构图。

图2是示出第二实施例的光波距离测定装置的光学系统的结构图。

图3（a）是示出第一实施例的光波距离测定装置的光学系统的变形例的结构图，图3（b）是示出第二实施例的光波距离测定装置的光学系统的变形例的结构图。

图4是示出第三实施例的光波距离测定装置的光学系统的结构图。

图5是示出第四实施例的光波距离测定装置的光学系统的结构图。

图6是示出第五实施例的光波距离测定装置的光学系统的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图并说明本发明的实施例。

首先，在图1中，对第一实施例的光波距离测定装置1进行说明。

将该光波距离测定装置1应用于例如激光扫描仪或全站仪等测量装置。再有，图1示出了将本实施例的前述光波距离测定装置1应用于激光扫描器的情况。该光波距离测定装置1具有将测距光2射出到投射光轴3上的投射光学系统4、对反射测距光5进行光接收的光接收光学系统6。

前述投射光学系统4具有前述投射光轴3，在该投射光轴3上设置有测距光源7、准直透镜（collimatorlens）8、作为光路分割构件的分束器（beamsplitter）9。该分束器9以使前述投射光轴3向扫描反射镜11入射的方式偏向。该扫描反射镜11使前述投射光轴3向测距光轴12偏向。

前述光接收光学系统6具有光接收光轴13，该光接收光轴13与前述投射光轴3交叉，前述分束器9被设置于该交叉位置。通过前述扫描反射镜11将沿着前述测距光轴12入射的前述反射测距光5向前述光接收光轴13偏向。该光接收光轴13与前述投射光轴3大致一致，进而，透射前述分束器9。

前述测距光源7例如为半导体激光器等，向前述投射光轴3上发出作为不可见光的红外光或可见光的激光光线来作为前述测距光2。此外，前述测距光源7被未图示的控制部控制，使得以需要的光强度、需要的脉冲间隔（频率）等需要的状态射出激光光线。

前述准直透镜8使前述测距光2为平行光束。前述分束器9具有对做成平行光束的前述测距光2进行反射的大小。此外，前述分束器9为对该测距光2的一部分进行反射的反射率，例如，反射率为50%~95%左右。此外，前述分束器9作为使前述投射光轴3向前述扫描反射镜11偏向的偏向光学构件发挥作用。进而，前述分束器9使前述反射测距光5的一部分透射。

此外，在前述光接收光轴13上设置有前述分束器9、光路长度调整构件14、聚光透镜15、光接收元件16。前述分束器9位于前述聚光透镜15的测定对象物侧，为向与前述光接收光轴13正交的平面投影的形状为圆那样的椭圆形状。或者，前述分束器9也可以为矩形。

前述扫描反射镜11能够以旋转轴心17为中心进行旋转。在前述控制部中前述扫描反射镜11的旋转被控制为旋转规定角度或者被控制为以规定的旋转速度旋转。再有，前述旋转轴心17与前述光接收光轴13为大致同轴。

此外，前述扫描反射镜11对前述测距光2进行反射，经由窗部18向前述光波距离测定装置1的外部照射。通过前述扫描反射镜11的旋转，前述测距光2扫描测定对象物。被该测定对象物反射的前述测距光2作为前述反射测距光5入射到前述扫描反射镜11，通过该扫描反射镜11反射到前述光接收光轴13上。前述窗部18相对于前述测距光轴12倾斜地设置。

前述光路长度调整构件14为例如在中心部形成有孔19的玻璃板等透明光学构件，在整个表面形成有ar膜。该孔19的直径为与前述分束器9的投影的形状的直径大致相同的大小，为只有透射前述分束器9的前述反射测距光5通过前述孔19的大小。

此外，前述光路长度调整构件14的板厚为在前述反射测距光5透射前述分束器9时延长的光路长度与在前述反射测距光5透射前述光路长度调整构件14时延长的光路长度相等的厚度。即，前述光路长度调整构件14对未透射前述分束器9的前述反射测距光5的光路长度进行校正。

前述聚光透镜15例如为无限共轭透镜，使作为平行光束光接收的前述反射测距光5聚光到前述光接收元件16。再有，作为前述聚光透镜15，使用多重非球面透镜也可。

由前述测距光源7射出的前述测距光2被前述准直透镜8做成平行光束，入射到前述分束器9。前述测距光2被前述分束器9呈直角地反射，被前述扫描反射镜11呈直角地反射，透射前述窗部18而向测定对象物（未图示）照射。

此外，通过控制部（未图示）旋转前述扫描反射镜11，由此，旋转照射前述测距光2，利用该测距光2扫描测定对象物。

由该测定对象物漫射反射的前述测距光2在测定对象物处于比规定的距离远的位置的情况下作为光束变宽后的平行光束的前述反射测距光5透射前述窗部18，入射到前述扫描反射镜11。此外，前述测距光2在测定对象物处于比规定的距离近的位置的情况下作为光束变宽后的漫射光的前述反射测距光5透射前述窗部18，入射到前述扫描反射镜11。

由该扫描反射镜11反射的前述反射测距光5之中被前述扫描反射镜11的中心部反射的前述反射测距光5入射到前述分束器9。此外，被前述扫描反射镜11的中心部以外反射的前述反射测距光5通过前述分束器9的周围。

前述反射测距光5的一部分透射前述分束器9，通过前述孔19，利用前述聚光透镜15向前述光接收元件16成像。此外，通过了前述分束器9的周围的前述反射测距光5透射前述光路长度调整构件14，入射到前述聚光透镜15，进而，利用该聚光透镜15向前述光接收元件16成像。

在此，设定前述光路长度调整构件14的板厚，使得在前述反射测距光5透射前述分束器9时延长的光路长度与在前述反射测距光5透射前述光路长度调整构件14时延长的光路长度相等。因此，透射了该光路长度调整构件14的前述反射测距光5的光路长度与透射了前述分束器9的前述反射测距光5的光路长度相等。

前述反射测距光5被前述光接收元件16光接收。未图示的控制部基于从前述光接收元件16发出的光接收信号来运算到测定对象物的距离。

如上述那样，在第一实施例中，在前述光接收光轴13上设置有在中心部形成有前述孔19的前述光路长度调整构件14。该光路长度调整构件14对在未入射到前述分束器9的情况下通过周围的前述反射测距光5的光路长度进行校正，由此，使透射了前述分束器9的前述反射测距光5的光路长度与通过了前述分束器9的周围的前述反射测距光5的光路长度相等。

因此，能够防止由于透射了前述分束器9的前述反射测距光5与通过了前述分束器9的周围的前述反射测距光5的光路长度的差而在测定结果中产生误差，能够提高测定精度。

此外，不需要使作为光路分割构件的前述分束器9为入射到前述聚光透镜15的全部前述反射测距光5能透射的大小。因此，能够使前述光路分割构件小型化，能够谋求前述光波距离测定装置1的光学系统的小型化、轻量化。

此外，前述反射测距光5的一部分透射前述分束器9而入射到前述聚光透镜15的中心部，被前述光接收元件16光接收。因此，特别地，在近距离的棱镜测距中，即使在前述反射测距光5在未充分漫射的情况下保持宽度小的平行光束的状态入射而该反射测距光5被前述分束器9遮挡那样的状态下，也能够通过透射该分束器9的前述反射测距光5充分地确保该反射测距光5的光量，能实现极近距离下的棱镜测距。

此外，在近距离的无棱镜测距中，即使在由前述聚光透镜15聚光的前述反射测距光5在前述光接收元件16中较大地焦点失调（outfocus）的状态下，也能够通过透射前述分束器9的前述反射测距光5充分地确保该反射测距光5的光量，能实现极近距离下的无棱镜测距。

此外，能够使无棱镜测距时的近距离的光接收量的动态范围极小，能实现高精度的测距。

接着，在图2中，对第二实施例的光波距离测定装置1进行说明。再有，在图2中，对与图1中同等的部分标注相同附图标记，并省略其说明。

在第二实施例中，设置聚光透镜21来代替第一实施例中的光路长度调整构件14（参照图1）和聚光透镜15（参照图1）。

该聚光透镜21为例如在中心部贯穿设置有孔23的无限共轭透镜，在该孔23埋入地设置有光路长度调整构件22。再有，对通常的无限共轭透镜从表面或背面进行铸模（mold）加工，由此，制作前述光路长度调整构件22也可。此外，在该光路长度调整构件22的表面和背面以及前述孔23的周面形成ar膜。

设定前述光路长度调整构件22的板厚，使得透射分束器9和前述光路长度调整构件22时的反射测距光5的光路长度与通过前述分束器9的周围而入射到前述聚光透镜21时的前述反射测距光5的光路长度相等。

在第二实施例中，透射了前述分束器9的前述反射测距光5的光路长度与通过了前述分束器9的周围的前述反射测距光5的光路长度相等。因此，能够防止由于光路长度的差而在测定结果中产生误差。

此外，特别地，在近距离的测距中，前述反射测距光5透射前述分束器9而入射到光接收元件16，由此，能够确保对于测距充分的光接收量。

因此，即使在第二实施例中，也充分地确保近距离和远距离中的前述反射测距光5的光接收量并能实现作为光路分割构件的前述分束器9的小型化。因此，能够谋求前述光波距离测定装置1的光学系统的小型化、轻量化。

再有，在将第一实施例和第二实施例用于全站仪等测量装置的情况下，省略前述扫描反射镜11。在该情况下，被前述分束器9反射的前述测距光2直接被照射到测定对象物，来自该测定对象物的前述反射测距光5直接透射前述分束器9。

图3（a）示出了第一实施例的变形例，图3（b）示出了第二实施例的变形例。

在图3（a）中，光波距离测定装置1为粘贴设置有由在作为无限共轭透镜的聚光透镜24的平面（射出面）的中心部贯穿设置有孔25的玻璃板等透明光学构件构成的光路长度调整构件26并且将前述聚光透镜24和前述光路长度调整构件26整体化后的构造。

在第一实施例的变形例中，透射前述分束器9并通过前述孔25的前述反射测距光5的光路长度与通过前述分束器9的周围并透射前述光路长度调整构件26的前述反射测距光5的光路长度也相等。因此，能够在测距时确保充分的光接收量并谋求前述光波距离测定装置1的光学系统的小型化。

在图3（b）中，另外设置在前述聚光透镜24的同一光轴上且射出侧设置有光路长度调整构件27的第二聚光透镜28。通过在前述第二聚光透镜28中埋入凸透镜或者从表面或背面对前述第二聚光透镜28进行铸模加工来形成前述光路长度调整构件27。

在第二实施例的变形例中，透射了前述分束器9的前述反射测距光5也透射前述光路长度调整构件27，通过了前述分束器9的周围的前述反射测距光5也透射前述第二聚光透镜28。此时的两者的前述反射测距光5的光路长度相等。因此，能够在测距时确保充分的光接收量并谋求前述光波距离测定装置1的光学系统的小型化。

此外，前述第二聚光透镜28和前述光路长度调整构件27被设置在与前述聚光透镜24同一光轴上且射出侧，因此，能够使构件小型化。

接着，在图4中，对第三实施例的光波距离测定装置1进行说明。再有，在图4中，对与图1中同等的部分标注相同附图标记，并省略其说明。

在第三实施例中，在窗部18粘贴设置有光路长度调整构件29。该光路长度调整构件29为例如玻璃板等透明光学构件，在规定之处例如中心部贯穿设置有孔31。

该孔31的大小被设定为只有被测定对象物（未图示）反射的反射测距光5之中的入射到分束器9的反射测距光能通过的大小。此外，设定前述光路长度调整构件29的板厚，使得前述反射测距光5透射前述分束器9时的光路长度与前述反射测距光5透射前述光路长度调整构件29时的光路长度相等。

在第三实施例中，透射前述分束器9的前述反射测距光5的光路长度也与通过前述分束器9的周围的前述反射测距光5的光路长度相等。因此，能够在测距时确保充分的光接收量并谋求前述光波距离测定装置1的光学系统的小型化。

接着，在图5中，对第四实施例的光波距离测定装置1进行说明。再有，在图5中，对与图1中同等的部分标注相同附图标记，并省略其说明。

在第四实施例中，在扫描反射镜11的反射面的中心部粘贴设置有光路长度调整构件32。该光路长度调整构件32例如为具有规定的厚度的反射镜。

该光路长度调整构件32对从测距光源7射出的测距光2进行反射，并且，对被测定对象物反射的反射测距光5进行反射。即，前述测距光2的光路长度和前述反射测距光5的光路长度分别被缩短前述光路长度调整构件32的板厚的量。

因此，设定前述光路长度调整构件32的板厚，使得由该光路长度调整构件32缩短的前述测距光2的光路长度和前述反射测距光5的光路长度的总和与在该反射测距光5透射分束器9时延长的光路长度相等。此外，前述光路长度调整构件32的大小被设定为只有被该光路长度调整构件32反射的前述反射测距光5透射前述分束器9。

在第四实施例中，透射前述分束器9的前述反射测距光5的光路长度也与通过前述分束器9的周围的前述反射测距光5的光路长度相等。因此，能够在测距时确保充分的光接收量并谋求前述光波距离测定装置1的光学系统的小型化。

接着，在图6中，对第五实施例的光波距离测定装置1进行说明。再有，在图6中，对与图1中同等的部分标注相同附图标记，并省略其说明。

在第五实施例中，扫描反射镜11将例如透明的玻璃板等透明光学构件33作为基体。在该透明光学构件33的表面（反射面）的中心部设置有作为反射膜的第一光路长度调整构件34，在前述透明光学构件33的背面（反射面的相反面）的中心部以外的部分设置有作为反射膜的第二光路长度调整构件35。

在第五实施例中，被分束器9反射的测距光2被前述第一光路长度调整构件34反射。来自测定对象物的反射测距光5在一部分的该反射测距光5被前述第一光路长度调整构件34反射之后透射前述分束器9。此外，前述反射测距光5的残余部分透射前述透明光学构件33，被前述第二光路长度调整构件35反射，之后，通过前述分束器9的周围。

再有，设定前述透明光学构件33的板厚、前述第一光路长度调整构件34和前述分束器9的板厚，使得在前述反射测距光5透射前述透明光学构件33时延长的光路长度与在前述反射测距光5被前述第一光路长度调整构件34缩短并透射前述分束器9时延长的光路长度相等。

因此，透射该分束器9的前述反射测距光5的光路长度和通过前述分束器9的周围的前述反射测距光5的光路长度相等，因此，能够在测距时确保充分的光接收量并谋求前述光波距离测定装置1的光学系统的小型化。

再有，在本发明的前述光波距离测定装置1中，根据用途，也可以将可视摄像机、激光指示器、瞄准望远镜、追踪用照明光学系统等作为与前述投射光学系统4、前述光接收光学系统6同轴或非同轴地设置的光学系统。

此外，显然能够针对激光扫描仪或全站仪等测量装置以外的测距计全体应用前述光波距离测定装置1。