CN115685140A - 测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量装置，所述测量装置具备：测距光射出部，具有向测定对象物射出规定波长的激光光线作为测距光的发光部；测距光受光部，具有对来自所述测定对象物的反射测距光进行受光的受光元件；以及运算控制部，控制所述发光部，基于所述反射测距光针对所述受光元件的受光结果来运算到所述测定对象物为止的距离，所述发光部具有至少两个发光元件，该发光元件的至少一个射出所述测距光，各发光元件以所述激光光线大致同轴地射出的方式构成。

Description

测量装置
技术领域
本发明涉及可取得测定对象物的三维坐标的测量装置。
背景技术
激光扫描仪、全站仪等测量装置具有光波距离测定装置，该光波距离测定装置通过将反射棱镜用作测定对象物的棱镜测距或者不使用反射棱镜的非棱镜测距来检测到测定对象物为止的距离。
此外，还存在能够用一个装置执行测距、追踪、照射位置的确认等多个功能的测量装置。
然而，在测距、追踪等中分别需要发光元件、受光元件以及光学系统。此外，为了不使各元件、光学系统彼此干扰，需要分别隔开所需的间隔。因此，难以使从各发光元件射出的激光光线成为同轴或大致同轴，并且，有可能导致测量装置的大型化、与部件个数的增加相伴的重量的增加。
此外，为了使由各发光元件射出的激光光线成为旋转对称的高斯光束，需要使用变形棱镜、柱面透镜等复杂的结构的光学构件，导致了制作成本的增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够以简易的结构大致同轴地射出多个激光光线的测量装置。
为了实现所述目的，本发明的测量装置具备：测距光射出部，具有向测定对象物射出规定波长的激光光线作为测距光的发光部；测距光受光部，具有对来自所述测定对象物的反射测距光进行受光的受光元件；以及运算控制部，控制所述发光部，基于所述反射测距光针对所述受光元件的受光结果来运算到所述测定对象物为止的距离，所述发光部具有至少两个发光元件，该发光元件的至少一个射出所述测距光，各发光元件以所述激光光线大致同轴地射出的方式构成。
此外，在优选实施例的测量装置中，所述发光部具有射出具有同一扩展角的所述测距光的至少两个所述发光元件，所述运算控制部以使所述发光元件依次重复射出所述测距光的方式构成。
此外，在优选实施例的测量装置中，所述发光部具有射出具有同一扩展角的所述测距光的至少两个所述发光元件，所述运算控制部以使所述发光元件同时射出所述测距光的方式构成。
此外，在优选实施例的测量装置中，所述发光部具有射出具有不同扩展角的所述测距光的至少两个所述发光元件，所述运算控制部以基于所述测定对象物或到该测定对象物为止的距离来选择所驱动的所述发光元件的方式构成。
此外，在优选实施例的测量装置中，还具备：至少两个所述发光部；以及偏转构件，将从各发光部射出的所述激光光线偏转为大致同轴。
此外，在优选实施例的测量装置中，还具有追踪光受光部，所述追踪光受光部具有对来自所述测定对象物的反射追踪光进行受光的追踪受光元件，所述发光部具有射出波长与所述测距光不同的激光光线作为追踪光的追踪发光元件，所述发光元件和所述追踪发光元件以所述测距光和所述追踪光大致同轴地射出的方式构成。
此外，在优选实施例的测量装置中，所述发光部还具有射出可见光的激光光线作为激光指示器光的发光元件。
此外，在优选实施例的测量装置中，所述测距光受光部和所述追踪光受光部具有受光棱镜，所述受光棱镜使所述反射测距光和所述反射追踪光分别多次内部反射之后，将所述反射测距光和所述反射追踪光分离。
进而，此外，在优选实施例的测量装置中，还具备：托架部，利用水平旋转电机以水平旋转轴为中心进行水平旋转；以及扫描镜，设置于该托架部，利用铅直旋转电机以铅直旋转轴为中心进行铅直旋转，向所述测定对象物照射所述测距光和所述追踪光，并且，对来自该测定对象物的所述反射测距光和所述反射追踪光进行受光，所述运算控制部以如下的方式构成：基于所述反射追踪光针对所述追踪受光元件的受光位置，控制所述水平旋转电机和所述铅直旋转电机以追踪所述测定对象物。
根据本发明，具备：测距光射出部，具有向测定对象物射出规定波长的激光光线作为测距光的发光部；测距光受光部，具有对来自所述测定对象物的反射测距光进行受光的受光元件；以及运算控制部，控制所述发光部，基于所述反射测距光针对所述受光元件的受光结果来运算到所述测定对象物为止的距离，所述发光部具有至少两个发光元件，该发光元件的至少一个射出所述测距光，各发光元件以所述激光光线大致同轴地射出的方式构成，因此，不需要按每个所述发光元件设置光投射光学系统，能够谋求部件个数的减少以及所述发光部的小型化。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施例的测量装置的正截面图。
图2的（A）、图2的（B）是示出本发明的第一实施例的距离测定部的结构图。
图3是示出本发明的第一实施例的发光部的说明图。
图4是示出本发明的第二实施例的距离测定部的结构图。
图5的（A）是示出本发明的第二实施例的第一变形例的距离测定部的结构图，图5的（B）是示出本发明的第二实施例的第二变形例的距离测定部的结构图。
图6是示出本发明的第三实施例的距离测定部的结构图。
图7是示出本发明的第三实施例的发光部的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施例。
首先，在图1中，对本发明的第一实施例的测量装置进行说明。
测量装置1例如是激光扫描仪。该测量装置1由安装在三脚架（未图示）上的校平部2和安装在该校平部2上的测量装置主体3构成。
所述校平部2具有校平螺钉10，利用该校平螺钉10进行所述测量装置主体3的校平。
该测量装置主体3具备：固定部4、托架部5、水平旋转轴6、水平旋转轴承7、作为水平旋转驱动部的水平旋转电机8、作为水平角检测部的水平角编码器9、铅直旋转轴11、铅直旋转轴承12、作为铅直旋转驱动部的铅直旋转电机13、作为铅直角检测部的铅直角编码器14、作为铅直旋转部的扫描镜15、兼用作操作部和显示部的操作面板16、运算控制部17、存储部18、距离测定部19等。再有，作为所述运算控制部17，使用专用于本装置的CPU或通用CPU。
所述水平旋转轴承7固定在所述固定部4上。所述水平旋转轴6具有铅直的轴心6a，所述水平旋转轴6旋转自由地被所述水平旋转轴承7支承。此外，所述托架部5被所述水平旋转轴6支承，所述托架部5在水平方向上与所述水平旋转轴6一体地旋转。
在所述水平旋转轴承7和所述托架部5之间设置有所述水平旋转电机8，该水平旋转电机8由所述运算控制部17控制。该运算控制部17利用所述水平旋转电机8使所述托架部5以所述轴心6a为中心进行旋转。
所述托架部5相对于所述固定部4的相对旋转角由所述水平角编码器9检测。来自该水平角编码器9的检测信号被输入到所述运算控制部17，由该运算控制部17运算水平角数据。该运算控制部17基于所述水平角数据，进行针对所述水平旋转电机8的反馈控制。
此外，在所述托架部5上设置有具有水平的轴心11a的所述铅直旋转轴11。该铅直旋转轴11经由所述铅直旋转轴承12而旋转自由。再有，所述轴心6a和所述轴心11a的交点是测距光的射出位置，成为所述测量装置主体3的坐标系的原点。
在所述托架部5上形成有凹部22。所述铅直旋转轴11的一端部延伸到所述凹部22内。在所述一端部固定有所述扫描镜15，该扫描镜15被收纳在所述凹部22中。此外，在所述铅直旋转轴11的另一端部设置有所述铅直角编码器14。
在所述铅直旋转轴11上设置有所述铅直旋转电机13，该铅直旋转电机13由所述运算控制部17控制。该运算控制部17利用所述铅直旋转电机13使所述铅直旋转轴11旋转。所述扫描镜15以所述轴心11a为中心旋转。
所述扫描镜15的旋转角由所述铅直角编码器14检测，检测信号被输入到所述运算控制部17。该运算控制部17基于检测信号来运算所述扫描镜15的铅直角数据，基于该铅直角数据来进行针对所述铅直旋转电机13的反馈控制。
此外，由所述运算控制部17运算出的水平角数据、铅直角数据、测定结果被保存在所述存储部18中。作为该存储部18，使用作为磁存储装置的HDD、作为光存储装置的CD、DVD、作为半导体存储装置的存储卡、USB存储器等各种存储单元。该存储部18也可以相对于所述托架部5可拆卸。或者，所述存储部18也可以经由未图示的通信单元向外部存储装置、外部数据处理装置送出数据。
在所述存储部18中储存有：对后述的发光部的发光元件的驱动进行控制的控制程序、对测距工作进行控制的顺序程序、利用测距工作来运算距离的运算程序、基于水平角数据以及铅直角数据来运算角度的运算程序、基于距离和角度来运算期望的测定点的三维坐标的运算程序等各种程序。此外，利用所述运算控制部17执行所述存储部18中储存的各种程序，由此，执行各种处理。
所述操作面板16例如是触摸面板。该操作面板16兼用作操作部和显示部，所述操作部进行测距的指示、测定条件例如测定点间隔的变更等，所述显示部显示测距结果、图像等。
接下来，参照图2的（A）、图2的（B）和图3，对所述距离测定部19进行说明。
该距离测定部19具有作为测距光射出部的射出部20和作为测距光受光部的受光部21。再有，由所述射出部20和所述受光部21构成测距部。
所述射出部20具有射出光轴。此外，所述射出部20具有设置在所述射出光轴上的发光部23、作为偏转构件的反射棱镜24、用于固定该反射棱镜24的固定构件25。此外，在被所述反射棱镜24反射的所述射出光轴上设置有所述扫描镜15。所述固定构件25例如由玻璃板等透明材料形成。此外，在所述扫描镜15的反射光轴上设置有由透明材料形成并且与所述扫描镜15一体地旋转的窗部31。
此外，所述受光部21具有受光光轴。此外，所述受光部21具有设置在所述受光光轴上的受光元件27和受光棱镜36，并且，具有在被该受光棱镜36反射的受光光轴上设置的具有规定的NA的受光透镜35。再有，由所述受光棱镜36和所述受光透镜35构成受光光学系统26。此外，在本实施例中，将所述受光光轴和被所述受光棱镜36反射的受光光轴统称为受光光轴。
如图3所示，所述发光部23由多个发光元件28（图3中为发光元件28a～28c）构成。该发光元件28例如是PCSEL（Photonic Crystal Surface Emitting Laser：光子晶体表面发射激光器）光源。
该PCSEL光源是具有光子晶体结构的面发光型的半导体激光元件，能够确保激光光线的光束质量并且扩大发光面积，并且，能够射出高输出的激光光线作为平行光。此外，PCSEL光源能够通过控制光子晶体的孔形状、晶格点的相位来控制光束形状。
在本实施例中，以所述发光元件28的发光区域的大小为0.1mm～5mm、光束形状为旋转对称的高斯光束的方式设计各发光元件28a～28c。此外，各发光元件28a～28c为同一结构，能够射出同一光束直径（扩展角）且同一波长的激光光线。
再有，发光元件28a～28c也可以同时射出同一波长的激光光线作为测距光29（测距光29a～29c）。或者，发光元件28a～28c也可以以比脉冲的往返时间长的射出间隔依次重复射出所述测距光29a～29c。
此外，所述发光元件28a～28c例如以几mm间隔相邻地配置。各测距光29a～29c的测距光轴33a～33c分别平行，各测距光轴33a～33c之间的位置关系（距离）是已知的。再有，所述测距光轴33a～33c之间的距离例如为1mm～5mm左右，所述测距光轴33a～33c能够视为大致同轴。此外，将视为大致同轴的测距光轴33a～33c也统称为测距光轴33。
所述距离测定部19由所述运算控制部17控制。当从发光部23向所述测距光轴33上射出脉冲状的所述测距光29时，该测距光29经由所述反射棱镜24和所述固定构件25射出。从该反射棱镜24射出的所述测距光29的所述测距光轴33与所述轴心11a一致，所述测距光29被所述扫描镜15以直角偏转，经由所述窗部31照射到测定对象物。所述扫描镜15以所述轴心11a为中心进行旋转，由此，所述测距光29在与所述轴心11a正交且包含所述轴心6a的平面内旋转（扫描）。
再有，所述窗部31设置为相对于所述测距光轴33的光轴倾斜规定角度，以使由该窗部31反射的所述测距光29不入射到所述受光元件27。
被测定对象物反射的所述测距光29（以下称为反射测距光）被所述扫描镜15以直角反射，经过所述受光光学系统26由所述受光元件27受光。该受光元件27例如是雪崩光电二极管（APD）或同等的光电变换元件。
所述运算控制部17基于所述发光元件28的发光定时与所述受光元件27的受光定时的时间差（即，脉冲光的往返时间）和光速，按所述测距光29的每一个脉冲执行测距（TimeOf Flight：飞行时间）。再有，所述操作面板16能够变更所述发光元件28的发光的定时即脉冲间隔。
再有，在所述距离测定部19中设置有内部参照光光学系统（后述）。基于从该内部参照光光学系统受光的内部参照光（后述）的受光定时与反射测距光的受光定时的时间差和光速进行测距，由此，所述距离测定部19能够进行更高精度的测距。
所述托架部5和所述扫描镜15分别以恒定速度旋转。通过该扫描镜15的铅直方向的旋转与所述托架部5的水平方向的旋转的协作，二维地扫描所述测距光29。此外，通过每个脉冲光的测距，得到测距数据（斜距），按各脉冲光中的每个，所述铅直角编码器14、所述水平角编码器9检测铅直角、水平角，由此，能够取得铅直角数据、水平角数据。利用铅直角数据、水平角数据、测距数据，能够取得测定对象物的三维坐标以及与测定对象物对应的三维点云数据。
接下来，说明所述受光光学系统26。再有，在图2、图3中仅记载了所述测距光29的主光线（射出光轴）和反射测距光34的主光线（受光光轴）。
该受光棱镜36是具有规定的折射率的四边形的棱镜。此外，该受光棱镜36具有：透射了所述受光透镜35的所述反射测距光34入射的第一面36a、透射了该第一面36a的表面的所述反射测距光34反射的第二面36b、由该第二面36b和所述第一面36a反射的所述反射测距光34入射的第三面36c、作为被该第三面36c反射的所述反射测距光34透射的透射面的第四面36d。透射了该第四面36d的所述反射测距光34入射到所述受光元件27。再有，所述第三面36c以与入射到所述第一面36a的所述反射测距光34交叉的方式反射该反射测距光34。
此外，在所述扫描镜15的下方设置有具有逆反射性的参照棱镜37。在经由所述扫描镜15旋转照射所述测距光29的过程中，该测距光29的一部分入射到所述参照棱镜37。以被该参照棱镜37逆反射的所述测距光29经由所述扫描镜15入射到所述受光光学系统26并由所述受光元件27受光的方式构成。
在此，从各发光元件28a～28c到所述参照棱镜37为止的光路长度、从该参照棱镜37到所述受光元件27为止的光路长度是已知的。因此，能够将被所述参照棱镜37反射的所述测距光29作为内部参照光38进行利用。由所述扫描镜15和所述参照棱镜37构成内部参照光光学系统39。
接下来，对利用具有所述距离测定部19的所述测量装置1进行测定的情况进行说明。所述距离测定部19的各种工作是通过所述运算控制部17执行各种程序来进行的。再有，以下，对进行非棱镜测定的情况进行说明。
从所述发光元件28（所述发光元件28a～28c）发出的所述测距光29（所述测距光29a～29c）经由所述反射棱镜24、所述固定构件25、所述扫描镜15照射到测定对象物。被测定对象物反射并经由所述扫描镜15入射到所述受光光学系统26的所述反射测距光34（所述反射测距光34a～34c）在透射所述受光透镜35和所述第一面36a的过程中被折射。此外，所述反射测距光34在所述受光棱镜36的内部被所述第二面36b、所述第一面36a依次反射，入射到所述第三面36c。进而，所述反射测距光34以与入射到所述第一面36a的所述反射测距光34交叉的方式被所述第三面36c反射后，透射所述第四面36d，由所述受光元件27受光。
所述运算控制部17基于所述距离测定部19的测距结果、所述水平角编码器9以及所述铅直角编码器14的检测结果，运算所述测距光29的照射点（测定点）的三维坐标。此外，所述运算控制部17通过所述托架部5的水平旋转与所述扫描镜15的铅直旋转的协作，取得全周的量（360°）的三维点云数据。
再有，从所述发光元件28a射出所述测距光29a而得到的测距结果、从所述发光元件28b射出所述测距光29b而得到的测距结果、从所述发光元件28c射出所述测距光29c而得到的测距结果以任一个的测距结果为基准，基于所述测距光轴33a～33c的已知的位置关系被校正。
此时，基于被所述参照棱镜37逆反射的所述内部参照光38的受光结果来校正测距结果，由此，能够提高测距精度。
如上述那样，在第一实施例中，由以各光轴平行的方式相邻地配置的三个所述发光元件28a～28c构成所述发光部23，所述发光元件28a～28c以射出同一波长的所述测距光29a～29c的方式被构成。
因此，使所述测距光29a～29c同时从所述发光元件28a～28c射出，合计所述反射测距光34a～34c（在图2中为反射测距光34）被所述受光元件27受光时的受光信号，由此，能够使受光量实质上增加到3倍左右。由此，能够延长所述测距光29的到达距离，能够延长可测距的距离。
此外，使从所述发光元件28a～28c射出的所述测距光29a～29c的射出定时错开，从所述发光元件28a～28c依次射出所述测距光29a～29c，由此，能够增大激光的重复频率。此外，通过选择使所述发光元件28a～28c中的哪个发光，从而能够调整重复频率，因此，能够调整所取得的点云数据的密度。
此外，由于将PCSEL光源用作所述发光元件28a～28c，所以不需要设置用于使测距光29a～29c成为平行光束的透镜等光学系统。因此，不需要考虑光学系统彼此的干扰，所以能够使所述发光元件28a～28c的设置间隔变窄，并且能够谋求部件个数的减少和制作成本的降低。
此外，由于将所述发光元件28a～28c以光轴间距离为1mm～5mm的方式相邻地配置，所以能够使所述测距光29a～29c大致同轴，谋求测定精度的提高。进而，由于不需要按每个所述发光元件28a～28c设置光投射光学系统，所以能够使所述发光部23小型化，能够使所述距离测定部19小型化。
将所述受光棱镜36用作所述受光光学系统26，使所述反射测距光34在所述受光棱镜36内多次内部反射。由此，使所述反射测距光34的光路弯曲，确保所述受光透镜35的焦距的量的光路长度。
因此，能够缩短所述受光光学系统26的光轴方向的长度，所以能够谋求所述距离测定部19的光学系统的小型化，并且能够谋求测量装置整体的小型化。
再有，在第一实施例中，所述发光部23由三个所述发光元件28构成。另一方面，所述发光部23也可以由两个发光元件28构成，还可以由四个以上的发光元件构成。
此外，在第一实施例中，记载了一个所述受光元件27。另一方面，也可以与所述发光元件28的数量对应地设置多个。
此外，在第一实施例中，将三个所述发光元件28a～28c以成为1列的方式相邻地配置。另一方面，也可以以各发光元件28的光轴之间的距离为几mm左右的方式规则地配置并组装而作为所述发光部23。
此外，所述发光元件28a～28c为同一结构，构成为射出同一直径的所述测距光29。另一方面，也可以使发光区域（扩展角）按各发光元件28a～28c中的每个而不同。
通过使所述运算控制部17以如下的方式进行选择，从而能够使针对到测定对象物的所述测距光29的光束直径最小，能够提高测定分辨率：在测定对象物位于近距离的情况下为发光区域小（扩展角大）的发光元件，在测定对象物位于远距离的情况下为发光区域大（扩展角小）的发光元件。
进而，作为发光元件，也可以使用发光能量不同的PCSEL光源。根据到测定对象物为止的距离来适当选择发光元件，由此，能够实现从近距离到远距离以不饱和的适当光量进行测距，能够谋求测定精度的提高以及可测定的动态范围的扩大。
接下来，在图4中对本发明的第二实施例进行说明。再有，在图4中，对与图2中同等的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。
在第一实施例中，将PCSEL光源用作发光元件28，以几mm间隔相邻地配置所述发光元件28，由此，使各发光元件28的光轴大致同轴。另一方面，当增加所述发光元件28的数量时，无论是将各发光元件28相邻地配置，还是组装成阵列状，都难以使各发光元件28的光轴大致同轴。
在第二实施例的距离测定部19中，设置多个由多个发光元件构成的发光部，并且，作为偏转构件，代替反射棱镜24（参照图2）而配置反射镜41。
在铅直旋转轴11的轴心11a，设置有以向扫描镜15侧突出的方式贴附于固定构件25的反射镜41。该反射镜41是具有两个反射面41a、41b的截面为三角形的镜，各反射面41a、41b分别相对于所述轴心11a倾斜例如45°。再有，作为偏转构件，也可以不使用三角形状的镜，而使用三角形状的棱镜。
在与所述轴心11a正交的方向上设置有第一发光部42。此外，在与该第一发光部42关于所述轴心11a对称的位置，设置有第二发光部43。由所述第一发光部42、所述反射镜41以及所述固定构件25构成第一测距光射出部，由所述第二发光部43、所述反射镜41以及所述固定构件25构成第二测距光射出部。
所述第一发光部42例如是与发光部23（参照图2）同等的结构，分别由三个发光元件44a～44c（图4中为发光元件44）构成。此外，所述第二发光部43也是例如与所述发光部23同等的结构，分别由三个发光元件45a～45c（图4中为发光元件45）构成。
再有，当然，所述第一发光部42和所述第二发光部43分别既可以由两个发光元件构成，也可以由四个以上的发光元件构成。
从所述发光元件44射出第一测距光46，入射到所述反射面41a。所述第一测距光46以与所述轴心11a大致同轴的方式被所述反射面41a以直角偏转，入射到所述扫描镜15。此外，从所述发光元件45射出第二测距光47，入射到所述反射面41b。所述第二测距光47以与所述轴心11a大致同轴的方式被所述反射面41b以直角偏转，入射到所述扫描镜15。
此时，各发光元件44的光轴之间的距离为几mm左右，各发光元件45的光轴之间的距离也为几mm左右。进而，所述反射镜41的大小被设定成使得由所述反射面41a反射的所述第一测距光46的各光轴与由所述反射面41b反射的所述第二测距光47的各光轴之间的距离以所述轴心11a为中心分别为几mm左右。
在第二实施例中，设置多个由多个发光元件构成的发光部，按各发光部中的每个，测距光以与所述轴心11a大致同轴的方式被所述反射镜41偏转。因此，即使在增加了发光元件的数量的情况下，也能够使从各发光元件射出的测距光的光轴与所述轴心11a大致同轴。由此，通过控制各发光元件的发光，从而能够进行受光量的调整、重复频率的调整，能够谋求测量精度的提高。
再有，在第二实施例中，使所述反射镜41为截面为三角形的镜并且设置两个发光部。另一方面，当然，也可以使所述反射镜41为三棱锥形状并且设置三个发光部，还可以使所述反射镜41为四棱锥形状并且设置4个发光部。
此外，设置多个发光部的结构不限于上述结构。图5的（A）、图5的（B）示出了第二实施例的变形例。
在图5的（A）所示的第一变形例中，第二发光部43以从发光元件45射出的第二测距光47与所述轴心11a大致同轴地射出的方式被配置。此外，将反射镜48用作偏转构件，该反射镜48被配置于在与轴心11a正交的方向上从该轴心11a稍微进行了位移的位置。再有，所述反射镜48以不遮挡从所述发光元件45发出的第二测距光47的方式被配置。
在第一变形例中以如下的方式构成：从第一发光部42的发光元件44射出的第一测距光46被所述反射镜48偏转成与所述轴心11a大致同轴，并且，所述第二测距光47从所述发光元件45与所述轴心11a大致同轴地射出。
因此，能够大致同轴地射出所述第一测距光46和所述第二测距光47，即使在增加了发光元件的数量的情况下，也能够使从各发光元件射出的测距光的光轴大致同轴。
在图5的（B）所示的第二变形例中以如下的方式构成：从所述发光元件44射出的所述第一测距光46的波长与从所述发光元件45射出的所述第二测距光47的波长不同。
此外，在第二变形例中，所述第二发光部43以从所述发光元件44射出的第二测距光47在所述轴心11a上（同轴地）射出的方式被配置。此外，也可以将分色镜49用作偏转构件。该分色镜49具有反射所述第一测距光46并且使所述第二测距光47透射的光学特性。
在第二变形例中以如下的方式构成：从所述发光元件44射出的第一测距光46被所述分色镜49偏转成与所述轴心11a同轴，并且，从所述发光元件45与所述轴心11a同轴地射出的所述第二测距光47透射所述分色镜49。
因此，能够同轴地射出所述第一测距光46和所述第二测距光47，即使在增加了发光元件的数量的情况下，也能够使从各发光元件射出的测距光的光轴变为同轴。
接下来，在图6、图7中对本发明的第三实施例进行说明。再有，在图6中，对与图2中同等的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。仅记载了测距光29、追踪光（后述）的主光线（测距光轴、追踪光轴）、反射测距光34、反射追踪光（后述）的主光线（测距受光光轴、追踪受光光轴）。
在第三实施例中，距离测定部19具有测距功能和追踪功能，发光部51构成为能够射出测距光29和追踪光52。即，在第三实施例中，射出部53兼用作测距光射出部和追踪光射出部。此外，在第三实施例中，受光部由测距光受光部54和追踪光受光部55构成。
如图7所示，所述发光部51由例如作为PCSEL光源的三个发光元件56a～56c构成。在本实施例中以如下方式构成：发光元件56a将棱镜测距用的测距光29a在测距光轴33a上射出，发光元件56b将非棱镜测距用的测距光29b在测距光轴33b上射出，作为追踪发光元件的发光元件56c将追踪光52在追踪光轴50上射出。进而，所述测距光轴33a、所述测距光轴33b、所述追踪光轴50的位置关系（距离）是已知的。
从所述发光元件56a和所述发光元件56b射出的测距光29a、29b是具有红外或近红外波长的同一波长的激光光线（不可见光）。另一方面，发光元件56a的发光区域比所述发光元件56b小，所述测距光29a的扩展角比所述测距光29b大。
此外，所述发光元件56c的发光区域比所述发光元件56a、56b小。此外，所述发光元件56c被构成为射出波长与所述测距光29a、29b不同的红外或近红外波长的、并且扩展角比所述测距光29a、29b大的激光光线（不可见光）作为所述追踪光52。
所述测距光受光部54具有测距受光光轴。此外，所述测距光受光部54具有设置在测距受光光轴上的受光元件27和受光棱镜60，并且，具有在被该受光棱镜60反射的所述测距受光光轴的反射光轴上设置的受光透镜35。再有，所述受光棱镜60和所述受光透镜35构成测距受光光学系统。此外，在本实施例中，将所述测距受光光轴和被所述受光棱镜60反射的所述测距受光光轴的反射光轴统称为测距受光光轴。
所述追踪光受光部55具有追踪受光光轴。此外，所述追踪光受光部55具有设置在所述追踪受光光轴上的追踪受光元件57和所述受光棱镜60，并且，具有在被该受光棱镜反射的所述追踪受光光轴的反射光轴上设置的所述受光透镜35。再有，所述受光棱镜60和所述受光透镜35也构成追踪受光光学系统。此外，在本实施例中，将所述追踪受光光轴和被所述受光棱镜60反射的所述追踪受光光轴的反射光轴统称为追踪受光光轴。
所述追踪受光元件57被构成为将由测定对象物反射的所述追踪光52作为反射追踪光58进行受光的受光元件。所述追踪受光元件57是作为像素的集合体的CCD或CMOS传感器，能够确定各像素在所述追踪受光元件57上的位置。例如，各像素具有以所述追踪受光元件57的中心为原点的坐标系中的像素坐标，通过该像素坐标来确定在所述追踪受光元件57上的位置。各像素将像素坐标与受光信号一起输出到所述运算控制部17。
接下来，对所述受光棱镜60的细节进行说明。
所述受光棱镜60由具有规定的折射率的五边形的二向色棱镜即第一棱镜59和具有规定的折射率的矩形的二向色棱镜即第二棱镜61构成。此外，所述第一棱镜59和所述第二棱镜61被一体化。
所述第一棱镜59具有与所述受光透镜35相对的第一面62、与该第一面62相对的第二面63、在图6中相对于纸面位于下侧的第三面64、在图6中相对于纸面位于上侧的第四面65。
此外，所述第二棱镜61具有与所述第三面64接触的第五面66、与该第五面66相对的第六面67、在图6中相对于纸面位于右侧的第七面68、在图5中相对于纸面位于左侧的第八面69。
所述第一棱镜59和所述第二棱镜61经由所述第三面64和所述第五面66被一体化。此外，对由所述第二面63和所述第三面64形成的角部实施倒角加工，形成倒角部71。由于该倒角部71，所述第一棱镜59成为五边形的棱镜。此外，由于所述倒角部71，所述第三面64和所述第五面66的面积一致，由所述第一棱镜59和所述第二棱镜61形成齐平的所述受光棱镜60。进而，所述倒角部71形成在所述反射测距光34、所述反射追踪光58的光路外。
在所述第三面64与所述第五面66的边界面设置有二向色过滤膜。该二向色过滤膜被构成为对反射测距光34进行反射并透射所述反射追踪光58。即，所述第三面64和所述第五面66的边界面成为用于将所述反射测距光34和所述反射追踪光58分离的分离面。再有，所述二向色过滤膜也可以被构成为透射所述反射测距光34并反射所述反射追踪光58。
接下来，对利用具有所述距离测定部19的所述测量装置1进行测定和追踪的情况进行说明。再有，在以下的说明中，对棱镜等可移动的测定对象物进行测定（棱镜测定），仅从所述发光元件56a射出所述测距光29a。该测距光29a简称为测距光29。此外，所述距离测定部19的各种工作是通过所述运算控制部17（参照图1）执行各种程序来进行的。
从所述发光元件56a射出的所述测距光29被所述反射棱镜24以直角偏转，进而，被所述扫描镜15以直角偏转，经由窗部31照射到规定的测定对象物。由测定对象物反射的所述反射测距光34经由所述窗部31入射到所述扫描镜15，被该扫描镜15以直角偏转，被所述受光透镜35聚光并且入射到所述受光棱镜60。
透射了所述第一面62的所述反射测距光34被所述第二面63、所述第一面62、所述第三面64的二向色过滤膜依次（3次）内部反射。在所述第三面64，所述反射测距光34以与入射到所述第一面62的所述反射测距光34交叉的方式被反射，入射到所述第四面65。入射到该第四面65的所述反射测距光34透射所述第四面65，被所述受光元件27受光。
所述运算控制部17基于所述发光元件56a的发光定时与所述受光元件27的受光定时的时间差（即，脉冲光的往返时间）和光速来运算测距数据（斜距）。此外，按各脉冲光中的每个，利用所述铅直角编码器14（参照图1）、所述水平角编码器9（参照图1）检测铅直角、水平角，由此，能够取得铅直角数据、水平角数据。能够利用铅直角数据、水平角数据、测距数据来运算与测定对象物对应的三维坐标。
此外，与上述的测距动作并行地，所述发光元件56c与所述测距光29大致同轴地射出所述追踪光52。该追踪光52被所述反射棱镜24以直角偏转，进而被所述扫描镜15以直角偏转，经由所述窗部31照射到规定的测定对象物。由测定对象物反射的所述反射追踪光58经由所述窗部31入射到所述扫描镜15，被该扫描镜15以直角偏转，被所述受光透镜35聚光并且入射到所述受光棱镜60。
透射了所述第一面62的所述反射追踪光58被所述第二面63、所述第一面62依次（2次）内部反射，之后，透射所述第三面64的二向色过滤膜。透射了该第三面64的所述反射追踪光58被所述第七面68内部反射，之后，透射所述第八面69，被所述追踪受光元件57受光。
所述运算控制部17运算所述追踪受光元件57的中心与所述反射追踪光58的入射位置的偏差，基于该偏差来控制所述水平旋转电机8和所述铅直旋转电机13，以使所述反射追踪光58的入射位置成为所述追踪受光元件57的中心。由此，所述测量装置主体3追踪测定对象物。再有，作为基准的所述受光元件27上的所述反射追踪光58的入射位置也可以是基于所述测距光轴33与所述追踪光轴50的已知的位置关系而从中心偏移的位置。
以上，对所述距离测定部19进行棱镜测距的情况进行了说明。另一方面，在进行非棱镜测距的情况下，仅从所述发光元件56b射出所述测距光29b，进行与上述同样的处理。所述运算控制部17基于测定对象物是否为棱镜来选择所驱动的发光元件。
此外，在取得全周的点云数据的情况下，使托架部5（参照图1）和所述扫描镜15分别以恒定速度旋转，利用该扫描镜15的铅直方向的旋转与所述托架部5的水平方向的旋转的协作，二维地扫描所述测距光29。此时，通过按各脉冲光中的每个来运算三维坐标，从而能够取得全周的三维的点云数据。
如上述那样，在第三实施例中，所述发光部51由射出所述测距光29的所述发光元件56a、56b和射出所述追踪光52的所述发光元件56c构成。即，所述发光部51兼用作测距光射出部和追踪光射出部。
因此，仅通过变更构成所述发光部51的发光元件的一部分，就能够使所述发光部51成为追踪光射出部。因此，不需要另外设置追踪光射出部，能够谋求部件个数的削减和所述距离测定部19的小型化。
此外，在第三实施例中，所述发光部51具有射出用于进行棱镜测距的所述测距光29a的所述发光元件56a以及射出用于进行非棱镜测距的所述测距光29b的所述发光元件56b。
因此，仅通过变更驱动的所述发光元件56，就能够选择棱镜测距和非棱镜测距，因此能够简化装置结构。
此外，在所述受光棱镜60的所述第三面64与所述第五面66的边界面设置有二向色过滤膜。因此，由于能够利用二向色过滤膜来分离所述反射测距光34和所述反射追踪光58，所以，能够将用于缩短所述反射测距光34和所述反射追踪光58的光路的受光棱镜共用，能够谋求部件个数的减少和光学系统的小型化。
再有，在第三实施例中，所述发光部51为使用射出所述测距光29和所述追踪光52的发光元件的结构。另一方面，也可以使用射出可见光的激光光线作为激光指示器光的发光元件。例如，可以使所述发光元件56a射出所述测距光29，使所述发光元件56c射出所述追踪光52，使所述发光元件56b射出激光指示器光。通过使用激光指示器光，作业者能够确认所述测距光29的照射位置，因此能够提高作业性。
此外，当然，也可以适当组合第一实施例～第三实施例以及第二实施例的变形例，还可以适当组合发光区域不同的发光元件。

Claims (20)

1.一种测量装置，具备：
测距光射出部，具有向测定对象物射出规定波长的激光光线作为测距光的发光部；
测距光受光部，具有对来自所述测定对象物的反射测距光进行受光的受光元件；以及
运算控制部，控制所述发光部，基于所述反射测距光针对所述受光元件的受光结果来运算到所述测定对象物为止的距离，
所述发光部具有至少两个发光元件，该发光元件的至少一个射出所述测距光，各发光元件以所述激光光线大致同轴地射出的方式构成。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，
所述发光部具有射出具有同一扩展角的所述测距光的至少两个所述发光元件，所述运算控制部以使所述发光元件依次重复射出所述测距光的方式构成。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其中，
所述发光部具有射出具有同一扩展角的所述测距光的至少两个所述发光元件，所述运算控制部以使所述发光元件同时射出所述测距光的方式构成。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，
所述发光部具有射出具有不同扩展角的所述测距光的至少两个所述发光元件，所述运算控制部以基于所述测定对象物或到该测定对象物为止的距离来选择所驱动的所述发光元件的方式构成。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其中，还具备：
至少两个所述发光部；以及
偏转构件，将从各发光部射出的所述激光光线偏转为大致同轴。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其中，
还具有追踪光受光部，所述追踪光受光部具有对来自所述测定对象物的反射追踪光进行受光的追踪受光元件，所述发光部具有射出波长与所述测距光不同的激光光线作为追踪光的追踪发光元件，所述发光元件和所述追踪发光元件以所述测距光和所述追踪光大致同轴地射出的方式构成。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其中，
所述发光部还具有射出可见光的激光光线作为激光指示器光的发光元件。
8.根据权利要求6所述的测量装置，其中，
所述测距光受光部和所述追踪光受光部具有受光棱镜，所述受光棱镜使所述反射测距光和所述反射追踪光分别多次内部反射之后，将所述反射测距光和所述反射追踪光分离。
9.根据权利要求6所述的测量装置，其中，还具备：
托架部，利用水平旋转电机以水平旋转轴为中心进行水平旋转；以及
扫描镜，设置于该托架部，利用铅直旋转电机以铅直旋转轴为中心进行铅直旋转，向所述测定对象物照射所述测距光和所述追踪光，并且，对来自该测定对象物的所述反射测距光和所述反射追踪光进行受光，
所述运算控制部以如下的方式构成：基于所述反射追踪光针对所述追踪受光元件的受光位置，控制所述水平旋转电机和所述铅直旋转电机以追踪所述测定对象物。
10.根据权利要求2所述的测量装置，其中，还具备：
至少两个所述发光部；以及
偏转构件，将从各发光部射出的所述激光光线偏转为大致同轴。
11.根据权利要求3所述的测量装置，其中，还具备：
至少两个所述发光部；以及
偏转构件，将从各发光部射出的所述激光光线偏转为大致同轴。
12.根据权利要求4所述的测量装置，其中，还具备：
至少两个所述发光部；以及
偏转构件，将从各发光部射出的所述激光光线偏转为大致同轴。
13.根据权利要求2所述的测量装置，其中，
还具有追踪光受光部，所述追踪光受光部具有对来自所述测定对象物的反射追踪光进行受光的追踪受光元件，所述发光部具有射出波长与所述测距光不同的激光光线作为追踪光的追踪发光元件，所述发光元件和所述追踪发光元件以所述测距光和所述追踪光大致同轴地射出的方式构成。
14.根据权利要求3所述的测量装置，其中，
还具有追踪光受光部，所述追踪光受光部具有对来自所述测定对象物的反射追踪光进行受光的追踪受光元件，所述发光部具有射出波长与所述测距光不同的激光光线作为追踪光的追踪发光元件，所述发光元件和所述追踪发光元件以所述测距光和所述追踪光大致同轴地射出的方式构成。
15.根据权利要求4所述的测量装置，其中，
还具有追踪光受光部，所述追踪光受光部具有对来自所述测定对象物的反射追踪光进行受光的追踪受光元件，所述发光部具有射出波长与所述测距光不同的激光光线作为追踪光的追踪发光元件，所述发光元件和所述追踪发光元件以所述测距光和所述追踪光大致同轴地射出的方式构成。
16.根据权利要求5所述的测量装置，其中，
还具有追踪光受光部，所述追踪光受光部具有对来自所述测定对象物的反射追踪光进行受光的追踪受光元件，所述发光部具有射出波长与所述测距光不同的激光光线作为追踪光的追踪发光元件，所述发光元件和所述追踪发光元件以所述测距光和所述追踪光大致同轴地射出的方式构成。
17.根据权利要求13所述的测量装置，其中，
所述测距光受光部和所述追踪光受光部具有受光棱镜，所述受光棱镜使所述反射测距光和所述反射追踪光分别多次内部反射之后，将所述反射测距光和所述反射追踪光分离。
18.根据权利要求14所述的测量装置，其中，
所述测距光受光部和所述追踪光受光部具有受光棱镜，所述受光棱镜使所述反射测距光和所述反射追踪光分别多次内部反射之后，将所述反射测距光和所述反射追踪光分离。
19.根据权利要求15所述的测量装置，其中，
所述测距光受光部和所述追踪光受光部具有受光棱镜，所述受光棱镜使所述反射测距光和所述反射追踪光分别多次内部反射之后，将所述反射测距光和所述反射追踪光分离。
20.根据权利要求8所述的测量装置，其中，还具备：
托架部，利用水平旋转电机以水平旋转轴为中心进行水平旋转；以及
扫描镜，设置于该托架部，利用铅直旋转电机以铅直旋转轴为中心进行铅直旋转，向所述测定对象物照射所述测距光和所述追踪光，并且，对来自该测定对象物的所述反射测距光和所述反射追踪光进行受光，
所述运算控制部以如下的方式构成：基于所述反射追踪光针对所述追踪受光元件的受光位置，控制所述水平旋转电机和所述铅直旋转电机以追踪所述测定对象物。
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