CN115900555A - 测量装置 - Google Patents

Abstract

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测距光的发光部和使所述测距光沿一维方向扩散的一维扩散光学构件；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，基于针对所述受光元件的所述反射测距光的受光结果运算到所述测定对象物为止的距离，所述发光部具有沿一个方向层叠的至少两个发光元件，所述一维扩散光学构件以使所述测距光沿所述发光元件的层叠方向扩散的方式构成。

Description

测量装置

技术领域

本发明涉及一种能够取得测定对象物的三维坐标的测量装置。

背景技术

激光扫描仪或全站仪等测量装置具有：利用作为测定对象物而使用了具有逆反射性的反射棱镜的棱镜测距、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的光波距离测定装置。

作为测量装置的光源，存在使用多堆叠激光器的光源，该多堆叠激光器使多个发光元件例如激光二极管层叠（堆叠）并同时发光。多堆叠激光器将对多个发光元件的光进行合计，从而增大测距光的光量，谋求能够进行测距的距离的增大。

但是，即使以各发光元件同时发光的方式进行控制，也存在因制作误差等而在发光的定时上产生偏差的情况。此外，起因于该偏差，有时按照各发光元件中的每个在测距值上产生例如±10mm左右的差异。

另一方面，在将具有逆反射性的反射棱镜等作为测定对象物的棱镜测距的情况下，在维持测距光的光束分布（强度分布）的状态下测距光被反射。因此，在将多堆叠激光器作为光源来进行棱镜测定的情况下，根据对测距光的哪个部分进行反射即对哪个发光元件的光进行反射，有可能在测距结果上产生误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使测距光的光束分布均匀化以谋求测距结果的误差的减小的测量装置。

为了达成上述目的，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测距光的发光部和使所述测距光沿一维方向扩散的一维扩散光学构件；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，基于针对所述受光元件的所述反射测距光的受光结果运算到所述测定对象物为止的距离，所述发光部具有沿一个方向层叠的至少两个发光元件，所述一维扩散光学构件以使所述测距光沿所述发光元件的层叠方向扩散的方式构成。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述一维扩散光学构件是一维扩散光学元件。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述一维扩散光学构件是具有沿与所述发光元件的层叠方向正交的方向延伸的狭缝的狭缝板。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述测量装置以如下方式构成：所述测定对象物是具有逆反射性的角隅棱镜，由所述一维扩散光学构件扩散的所述测距光形成从各发光元件发出的光全部重复的重复部分，由该重复部分对所述角隅棱镜进行测距。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述测量装置还具备：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；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，将所述测距光照射到所述角隅棱镜，并且，对来自该角隅棱镜的所述反射测距光进行受光；水平角编码器，检测所述托架部的水平角；以及铅直角编码器，检测所述扫描镜的铅直角，所述运算控制部以如下方式构成：基于由所述测距光扫描所述角隅棱镜时的所述反射测距光的受光光量、水平角和铅直角运算所述角隅棱镜的重心位置，基于该重心位置进行所述角隅棱镜的测角。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述运算控制部以如下方式构成：基于所述反射测距光的受光光量，判断所述角隅棱镜是否由所述重复部分测距，将判断为未由该重复部分测距的测距结果废弃。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述运算控制部以如下方式构成：基于由所述测距光扫描所述角隅棱镜时得到的光量分布，运算所述角隅棱镜的重心位置，根据是否位于距该重心位置预先设定的阈值的范围内判断所述角隅棱镜是否由所述重复部分测距，将判断为未由该重复部分测距的测距结果废弃。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述测距光射出部还具备驱动机构，该驱动机构以相对于所述测距光的光轴拆卸所述一维扩散光学构件的方式构成。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述测距光受光部还具有在使所述反射测距光进行多次内部反射之后由所述受光元件受光的受光棱镜。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述狭缝板具有一个狭缝孔。

此外，在优选实施例的测量装置中，所述狭缝板具有多个狭缝孔。

进而，此外，在优选实施例的测量装置中，所述狭缝孔能够在所述发光元件的层叠方向上变更开口宽度，所述运算控制部以如下方式构成：能够在所述发光元件的层叠方向上变更所述狭缝孔的开口宽度。

根据本发明，具备：测距光射出部，具有向测定对象物射出测距光的发光部和使所述测距光沿一维方向扩散的一维扩散光学构件；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，基于针对所述受光元件的所述反射测距光的受光结果运算到所述测定对象物为止的距离，所述发光部具有沿一个方向层叠的至少两个发光元件，所述一维扩散光学构件以使所述测距光沿所述发光元件的层叠方向扩散的方式构成，因此，能够使各测距光彼此相互重叠，使该测距光的光束分布均匀化，无论所述发光元件的层叠个数如何，都能够得到均匀的测距结果。

附图说明

图1是示出本发明的实施例的测量装置的正截面图。

图2（A）、图2（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（A）是不使用一维扩散光学元件时的测距光的光束分布，图3（B）是使用了一维扩散光学元件时的测距光的光束分布，图3（C）是线A处的各测距光的分布截面强度。

图4（A）是示出不使用一维扩散光学元件时的测距光与角隅棱镜（corner cube）的关系的说明图，图4（B）是示出使用了一维扩散光学元件时的测距光与角隅棱镜的关系的说明图。

图5（A）是示出用不使用一维扩散光学元件时的测距光扫描了角隅棱镜的情况的说明图，图5（B）是示出此时的角度与受光光量的关系的分布图。

图6（A）是示出用使用了一维扩散光学元件时的测距光扫描了角隅棱镜的情况的说明图，图6（B）是示出此时的角度与受光光量的关系的分布图。

图7是示出本发明的第一实施例的变形例的距离测定部的结构图。

图8是本发明的第一实施例的变形例的各测距光的分布截面强度。

图9（A）是示出本发明的第二实施例的距离测定部的结构图，图9（B）是图9（A）的A箭头视图。

图10（A）、图10（B）、图10（C）是示出本发明的第二实施例的一维扩散光学构件的变形例的说明图。

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）上的调平部2和安装在该调平部2上的测量装置主体3构成。

所述调平部2具有调平螺钉10，利用该调平螺钉10进行所述测量装置主体3的调平。

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，使用本装置专用的CPU或通用CPU。

所述水平旋转轴承7固定于所述固定部4。所述水平旋转轴6具有铅直的轴心6a，所述水平旋转轴6旋转自由地被支承于所述水平旋转轴承7。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为中心旋转。

所述托架部5的相对于所述固定部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与所述轴心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。所述扫描镜15固定于所述一端部，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可装卸。或者，所述存储部18也可以能够经由未图示的通信单元向外部存储装置或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、控制测距工作的顺序程序、利用测距工作来运算距离的运算程序、基于水平角数据和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所期望的测定点的三维坐标的运算程序、用于基于测定结果来运算测定对象物的重心的运算程序、用于基于反射测距光的受光光量来废弃具有误差的测距结果的控制程序等各种程序。此外，利用所述运算控制部17来执行储存在所述存储部18中的各种程序，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兼用作进行测距的指示、测定条件例如测定点间隔的变更等的操作部和显示测距结果、图像等的显示部。

接下来，参照图2（A）、图2（B）来说明所述距离测定部19。

该距离测定部19具有测距光射出部23和测距光受光部24。再有，由所述测距光射出部23和所述测距光受光部24构成测距部。

所述测距光射出部23具有测距光轴38。此外，所述测距光射出部23具有：设置在所述测距光轴38上的发光部25、准直透镜26、所述光束成形光学元件27、设置在该光束成形光学元件27的反射光轴上的作为一维扩散光学构件的一维扩散光学元件28、作为偏转构件的反射棱镜29、用于固定该反射棱镜29的固定构件31。此外，在由所述反射棱镜29反射的所述测距光轴38上设置有所述扫描镜15。所述固定构件31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32。

再有，所述准直透镜26、所述光束成形光学元件27、所述一维扩散光学元件28、所述反射棱镜29等构成投射光学系统33。此外，在第一实施例中，将所述测距光轴38、由所述光束成形光学元件27反射的所述测距光轴38、由所述反射棱镜29反射的所述测距光轴38统称为该测距光轴38。

此外，测距光受光部24具有受光光轴39。所述测距光受光部24具有设置在受光光轴39上的受光元件34和受光棱镜35，并且，具有设置在由该受光棱镜35反射的受光光轴39轴上并且具有规定的NA的受光透镜36。再有，由所述受光棱镜35和所述受光透镜36构成受光光学系统37。此外，在第一实施例中，将所述受光光轴39和由所述受光棱镜35反射的反射光轴统称为受光光轴39。

所述发光部25成为层叠了多个发光元件例如激光二极管（LD）的多堆叠激光光源。所述发光部25例如由层叠（堆叠）的3个发光元件构成，以从各发光元件同时脉冲发光出激光光线并且将合成的脉冲光作为测距光41（后述）射出的方式被控制。3个发光元件同时发光而发出合成后的所述测距光41，由此，确保从所述发光部25发出的所述测距光41的光量，能够实现利用所述测量装置1的远距离测定。

再有，构成所述发光部25的发光元件可以是两个，也可以是4个或5个。所述发光元件的个数根据到设想的测定对象物为止的距离来适当设定。

所述光束成形光学元件27例如是反射型或透射型的变形棱镜。所述测距光41从所述发光部25射出，利用所述准直透镜26被作成平行光束。此时，所述测距光41的光束形状为椭圆形，所述光束成形光学元件27以将椭圆形状的所述测距光41校正为圆形状并且以直角进行偏转的方式构成。

所述一维扩散光学元件28以使由所述光束成形光学元件27偏转后的所述测距光41沿规定的方向（一维方向）扩散的方式构成。在第一实施例中，所述一维扩散光学元件28对所述测距光41的扩散方向为所述发光部25的各发光元件的层叠方向（堆叠方向）。

再有，作为所述一维扩散光学元件28，能够使用柱面透镜、柱状透镜、微柱面透镜阵列、椭圆扩散膜、二元光学元件、衍射光学元件等各种透镜或光学元件。微柱面透镜阵列是将微小的柱面透镜配置为阵列状的透镜阵列。此外，在以下的说明中，作为所述一维扩散光学元件28，使用椭圆扩散膜、二元光学元件、衍射光学元件中的任一种。

所述距离测定部19由所述运算控制部17控制。当从发光部25向所述测距光轴38上射出脉冲状的所述测距光41时，该测距光41由所述准直透镜26作成平行光束，由所述光束成形光学元件27校正光束形状并以直角偏转。由该光束成形光学元件27反射的所述测距光41被所述一维扩散光学元件28沿一维方向扩散，被所述反射棱镜29以直角反射。从该反射棱镜29经由所述固定构件31射出的所述测距光41的所述测距光轴38与所述轴心11a一致，所述测距光41被所述扫描镜15以直角偏转，经由所述窗部32照射到测定对象物。所述扫描镜15以所述轴心11a为中心旋转，由此，所述测距光41在与所述轴心11a正交并且包括所述轴心6a的平面内旋转（扫描）。

再有，所述窗部32以相对于所述测距光轴38倾斜规定角度的方式设置，使得由该窗部32反射的所述测距光41不入射到所述受光元件34。

被测定对象物反射的所述测距光41（以下，反射测距光42）被所述扫描镜15以直角反射，经过所述受光光学系统37由所述受光元件34受光。该受光元件34例如为雪崩光电二极管（APD）或同等的光电变换元件。

所述运算控制部17基于所述发光部25的发光定时与所述受光元件34的受光定时的时间差（即，脉冲光的往返时间）和光速，按照所述测距光41的每一脉冲执行测距（TimeOf Flight，飞行时间）。再有，所述操作面板16能够变更所述发光部25的发光定时即脉冲间隔。

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来进行测距，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41。此外，利用每个脉冲光的测距得到测距数据（斜距），所述铅直角编码器14、所述水平角编码器9按照各脉冲光中的每个来检测铅直角、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，对所述受光光学系统37进行说明。再有，在图2（A）、图2（B）中仅记载了所述测距光41的主光线（所述测距光轴38）以及所述反射测距光42的主光线（所述受光光轴39）。

所述受光棱镜35是具有规定的折射率的四边形的棱镜。该受光棱镜35具有：透射了所述受光透镜36的所述反射测距光42所入射的第一面35a、透射了该第一面35a的表面的所述反射测距光42进行反射的第二面35b、由该第二面35b和所述第一面35a反射的所述反射测距光42所入射的第三面35c、作为由该第三面35c反射的所述反射测距光42透射的透射面的第四面35d。透射了该第四面35d的所述反射测距光42入射到所述受光元件34。再有，所述第三面35c以与入射到所述第一面35a的所述反射测距光42交叉的方式反射该反射测距光42。

此外，在所述扫描镜15的下方设置有具有逆反射性的参考棱镜43。在经由所述扫描镜15旋转照射所述测距光41的过程中，该测距光41的一部分入射到所述参考棱镜43。由该参考棱镜43逆反射的所述测距光41被构成为经由所述扫描镜15入射到所述受光光学系统37并且被所述受光元件34受光。

在此，从所述发光部25到所述参考棱镜43为止的光路长度、从该参考棱镜43到所述受光元件34为止的光路长度是已知的。因此，能够将由所述参考棱镜43反射的所述测距光41作为内部参照光44来利用。由所述扫描镜15和所述参考棱镜43构成内部参照光光学系统45。

接下来，参照图3～图6来说明由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。所述距离测定部19的各种动作是所述运算控制部17执行各种程序来进行的。再有，以下说明进行棱镜测定的情况。

从所述发光部25的各发光元件发出的所述测距光41经由所述准直透镜26、所述光束成形光学元件27、所述一维扩散光学元件28、所述反射棱镜29、所述固定构件31、所述扫描镜15照射到测定对象物例如角隅棱镜46。被该角隅棱镜46反射并经由所述扫描镜15入射到所述受光光学系统37的所述反射测距光42在透射所述受光透镜36和所述第一面35a的过程中被折射。此外，所述反射测距光42在所述受光棱镜35的内部由所述第二面35b、所述第一面35a依次反射，入射到所述第三面35c。进而，所述反射测距光42被所述第三面35c以与入射到所述第一面35a的所述反射测距光42交叉的方式反射后，透射所述第四面35d，被所述受光元件34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，运算所述角隅棱镜46的三维坐标。

再有，在所述角隅棱镜46的测定中，也可以用所述测距光41对整周或该角隅棱镜46的周边进行扫描，测定对所述反射测距光42进行了受光的位置来作为所述角隅棱镜46的位置。

在此，图3（A）示出不使用所述一维扩散光学元件28时的所述测距光41的光束分布，图3（B）示出使用了所述一维扩散光学元件28时的所述测距光41的光束分布。此外，图3（C）比较了线A的位置处的各测距光41的光束分布截面强度，实线示出使用了所述一维扩散光学元件28的情况，波状线示出不使用所述一维扩散光学元件28的情况。

如图3（A）～图3（C）所示那样，在不使用所述一维扩散光学元件28的情况下，各发光元件的所述测距光41在维持形状的状态下独立地射出。此外，此时的光束分布截面强度也按照各发光元件的每个所述测距光41在独立的状态下被检测，因此，该测距光41的光束截面的光束强度较大地产生偏差。

另一方面，在使用了所述一维扩散光学元件28的情况下，各发光元件的所述测距光41沿一维方向例如发光元件的层叠方向（堆叠方向）扩大，各发光元件的所述测距光41相互重叠并平均化地射出。此外，此时的分布截面强度也在各发光元件的所述测距光41相互重叠并被平均化的状态下被检测，因此，该测距光41的光束截面的光束强度大致恒定。

此外，图4（A）、图4（B）示出使用了所述一维扩散光学元件28的情况下和不使用所述一维扩散光学元件28的情况下的、所述测距光41的光束分布与所述角隅棱镜46的位置的关系。再有，在图4（A）、图4（B）中，47表示所述受光元件34的受光范围。

如图4（A）所示那样，所述测距光41由从3个发光元件脉冲发光的测距光41a～41c构成。另一方面，起因于基于制作误差等的各发光元件的发光定时的误差等，基于测距光41a～41c的测距结果产生误差。

因此，在所述角隅棱镜46反射了所述测距光41a的情况（角隅棱镜46a）和所述角隅棱镜46反射了所述测距光41c的情况（角隅棱镜46c）下，相对于所述角隅棱镜46反射了所述测距光41b的情况（角隅棱镜46b），产生±5mm左右的误差。

另一方面，如图4（B）所示那样，由所述一维扩散光学元件28仅沿发光元件的层叠方向（一个方向）扩散的所述测距光41a～41c彼此相互重叠而合成并被均匀化。此外，所述测距光41a～41c全部相互重叠而重复的重复部分41d在所述受光范围47内被受光。

如果反射所述重复部分41d的所述测距光41，那么无论被哪个位置的所述角隅棱镜46（角隅棱镜46d～46i）反射，都如图3（C）所示那样所述测距光41的光束分布被大致均匀化，因此，测距结果不产生误差。

另一方面，在通过所述托架部5和所述扫描镜15的协作，一边扫描所述测距光41一边测定所述角隅棱镜46的情况下，如角隅棱镜46k、46j那样，存在所述角隅棱镜46反射所述测距光41a～41c中的任意一个或者所述测距光41a～41c中的任意两个相互重叠的部分的所述测距光41的情况。

在该情况下，与所述角隅棱镜46反射所述重复部分46d的所述测距光41的情况相比，测距结果产生误差。另一方面，所述受光元件34受光了所述反射测距光42时的受光光量产生差异。因此，所述运算控制部17能够基于所述反射测距光42的受光光量的差异，判断所述重复部分41d的所述测距光41是否被所述角隅棱镜46反射。此外，所述运算控制部17能够将判断为由所述重复部分41d之外的所述测距光41测距的测距结果作为错误的测距结果而废弃。

或者，也可以基于用所述测距光41扫描所述角隅棱镜46时的光量分布，判断所述角隅棱镜46是否由所述重复部分41d的所述测距光41测距。在该情况下，能够基于得到光量分布的各点的各水平角和铅直角来运算所述角隅棱镜46的重心位置的水平角和铅直角，根据是否位于以该重心位置为中心的规定角度范围内（预先设定的阈值的范围内）来判断是否用所述重复部分41d的所述测距光41对所述角隅棱镜46进行了测距。

所述运算控制部17能够基于得到光量分布的各点的水平角和铅直角来运算所述角隅棱镜46的重心位置，基于预先设定的角度的阈值来判断各测距结果是否位于距所述角隅棱镜46的重心位置阈值的范围内，将判断为阈值的范围外的测距结果作为错误的测距结果而废弃。

图5（A）、5（B）是示出不使用所述一维扩散光学元件28且一边扫描所述测距光41一边测定所述角隅棱镜46时的、所述托架部5的水平角、所述扫描镜15的铅直角与所述反射测距光42的受光光量的关系的图形。此外，图6（A）、图6（B）是示出设置所述一维扩散光学元件28且一边扫描所述测距光41一边测定所述角隅棱镜46时的、所述托架部5的水平角、所述扫描镜15的铅直角与所述反射测距光42的受光光量的关系的图形。

再有，在图5（B）、图6（B）中，三角形的绘图48表示V轴方向（铅直方向）上的受光光量，叉形的绘图49表示H轴方向（水平方向）上的受光光量。

如图5（B）所示，在不设置所述一维扩散光学元件28的情况下，当对受光信号进行离散采样时，H轴方向的受光光量成为连续的分布，但V轴方向的受光光量即发光元件的层叠方向的受光光量成为非连续的分布。因此，运算所述角隅棱镜46的重心位置时的误差变大，所述角隅棱镜46的测角结果也产生误差。

另一方面，如图6（B）所示，在设置了所述一维扩散光学元件28的情况下，当对受光信号进行离散采样时，V轴方向、H轴方向的受光光量都成为连续的分布。因此，能够防止运算所述角隅棱镜46的重心位置时的误差，也能够防止所述角隅棱镜46的测角结果的误差。

如上述那样，在第一实施例中，作为所述发光部25，使用使多个发光元件沿一个方向层叠并使各发光元件同时发光的多堆叠激光光源。因此，通过将从各发光元件射出并由所述受光元件34对各反射测距光42进行受光时的受光信号合计，从而能够实质上使受光光量增加到发光元件的个数倍左右。由此，能够延长所述测距光41的到达距离，能够延长可测距的距离。

此外，由于在所述投射光学系统33中使用了使所述测距光41仅沿所述发光元件的层叠方向（一个方向）扩散的所述一维扩散光学元件28，所以，从各发光元件发出的所述测距光41a～41c全部相互重叠，能够形成光束分布均匀化的所述重复部分46d。

因此，如果是该重复部分46d的所述测距光41，则无论由哪个部分测定所述角隅棱镜46，都能够得到与发光元件的层叠个数无关而均匀的测距结果，能够提高测距精度。

此外，即使在扫描所述测距光41来测定所述角隅棱镜46的情况下，也能够得到V轴方向、H轴方向都连续的受光光量的分布，因此，能够运算所述角隅棱镜46的准确的重心位置，能够提高该角隅棱镜46的测角精度。而且，由于利用所述一维扩散光学元件28能够提高测距精度、测角精度，所以，能够提高所述测量装置1的测定精度。

此外，在由所述重复部分46d之外的所述测距光41测定所述角隅棱镜46的情况下，与由所述重复部分46d的所述测距光41测定所述角隅棱镜46的情况相比，所述反射测距光42的受光光量产生差异。

因此，基于所述反射测距光42的受光光量的差异，废弃由所述重复部分46d之外的所述测距光41测定的所述角隅棱镜46的测定结果，由此，能够去除具有误差的测定结果，能够谋求测定精度的提高。

此外，所述一维扩散光学元件28是使所述测距光41仅沿一个方向扩散的一维扩散光学元件，与使所述测距光41沿两个方向扩散的二维扩散光学元件相比，能够减小所述测距光41的光束直径。

因此，能够增大所述反射测距光42的受光光量，能够延长可测距距离。

此外，作为所述受光光学系统37，使用所述受光棱镜35，在所述受光棱镜35内多次内部反射所述反射测距光42。由此，使所述反射测距光42的光路弯曲，确保了所述受光透镜36的焦距的量的光路长度。

因此，由于能够缩短所述受光光学系统37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，作为所述发光部25，采用层叠了3个发光元件的多堆叠激光光源。另一方面，所述发光部25可以是层叠了两个发光元件的多堆叠激光光源，也可以是层叠了4个或5个发光元件的多堆叠激光光源。

此外，在第一实施例中，所述一维扩散光学元件28设置在所述测距光轴38上，但也可以利用螺线管等驱动机构，使所述一维扩散光学元件28相对于所述测距光轴38可拆卸。使所述一维扩散光学元件28可拆卸，由此，能够在进行棱镜测定的情况下将所述一维扩散光学元件28插入到所述测距光轴38上并且在进行非棱镜测定的情况下从所述测距光轴38上移除所述一维扩散光学元件28等根据测定对象物来区分使用所述测距光41，能够提高作业性。

此外，在第一实施例中，使所述测量装置1为激光扫描仪，但是，当然即使在全站仪的情况下也能够应用第一实施例的结构。

在第一实施例中，所述一维扩散光学元件28配置在所述光束成形光学元件27和所述反射棱镜29之间，但是，也可以将所述一维扩散光学元件28设置在其他的位置上。例如，如图7所示那样，也可以在所述准直透镜26和所述光束成形光学元件27之间配置所述一维扩散光学元件28。

此外，只要将所述测量装置1的用途仅限定于棱镜测定，即，只要将所述一维扩散光学元件28固定于所述测距光轴38，则所述一维扩散光学元件28可以配置在所述固定构件31与所述扫描镜15之间，也可以配置在该扫描镜15和所述窗部32之间。进而，也可以代替所述一维扩散光学元件28，在所述反射棱镜29上、所述固定构件31上、所述扫描镜15上、所述窗部32上形成具有使光沿一维方向扩散的光学作用的薄膜。

此外，在第一实施例中，作为所述一维扩散光学元件28，使用了椭圆扩散膜、二元光学元件、衍射光学元件，但是，也可以使用柱面透镜、柱状透镜、微柱面透镜阵列来作为所述一维扩散光学元件28。

在使用柱面透镜、柱状透镜、微柱面透镜阵列进而将它们非球面化而最优化了的情况下，如图8所示的各测距光的分布截面强度那样，能够使所述测距光41的光束分布在整个区域上均匀化，因此，能够进一步提高测定精度。

接下来，参照图9（A）、图9（B）来说明本发明的第二实施例。再有，在图9（A）中，对与图2（A）、图2（B）中同等的部分标注相同的附图标记，省略其说明。

在第二实施例中，作为一维扩散光学构件，使用了狭缝板51。该狭缝板51与第一实施例中的一维扩散光学元件28（参照图2）同样地设置在光束成形光学元件27和反射棱镜29之间。

此外，如图9（B）所示那样，所述狭缝板51例如是在中央形成有狭缝孔52的圆板。以如下的方式构成：使由所述光束成形光学元件27偏转的测距光41通过所述狭缝孔52，由此，所述测距光41衍射，该测距光41沿规定的方向（一维方向）扩散。在第二实施例中，所述狭缝孔52为沿与发光部25的层叠方向（堆叠方向）正交的方向延伸的狭缝，所述测距光41的扩散方向为各发光元件的层叠方向。

再有，所述狭缝孔52的开口尺寸从0.05×5mm～1×20mm之间根据到测定对象物为止的距离等来适当设定，例如设定为0.4×10mm。

距离测定部19由运算控制部17（参照图1）控制。当从所述发光部25向测距光轴38上射出脉冲状的所述测距光41时，该测距光41由准直透镜26作成平行光束，由所述光束成形光学元件27校正光束形状并以直角偏转。由该光束成形光学元件27反射的所述测距光41在由所述狭缝板51的所述狭缝孔52沿发光元件的层叠方向扩散之后，被反射棱镜29以直角反射。从该反射棱镜29射出的所述测距光41被扫描镜15以直角偏转，经由窗部32照射到测定对象物例如角隅棱镜46。

由该角隅棱镜46反射的反射测距光42经过所述扫描镜15和受光光学系统37而由受光元件34受光，执行所述角隅棱镜46的测距。

在第二实施例中，使用了具有狭缝孔52的狭缝板51，所述狭缝孔52沿与发光元件的层叠方向（堆叠方向）正交的方向延伸。因此，各发光元件的所述测距光41仅沿一维方向即发光元件的层叠方向（堆叠方向）扩散，各发光元件的所述测距光41相互重叠并平均化地射出。此外，此时的分布截面强度在各发光元件的所述测距光41相互重叠而合成且被均匀化的状态下被检测，因此，该测距光41的光束截面的光束强度大致恒定。

利用通过所述狭缝孔52时的衍射而相互重叠而重复的测距光41a～41c的重复部分41d（参照图3（B））在受光范围48（参照图4（B））内被受光。因此，在第二实施例中，也能够得到能够通过由所述角隅棱镜46反射所述重复部分41d来防止测距结果的误差等与第一实施例同样的效果。

再有，在第二实施例中，所述狭缝板51被设置在所述测距光轴38上，但是，也可以利用螺线管等驱动机构，使所述狭缝板51相对于所述测距光轴38可拆卸。使所述狭缝板51可拆卸，由此，能够在进行棱镜测定的情况下将所述狭缝板51插入到所述测距光轴38上并且在进行非棱镜测定的情况下从所述测距光轴38上移除所述狭缝板51等能够根据测定对象物来区分使用所述测距光41的光束分布，能够提高作业性。

此外，在第二实施例中，所述狭缝板51配置在所述光束成形光学元件27与所述反射棱镜29之间，但是，所述狭缝板51也可以设置在其他的位置上。例如，与第一实施例中的图7同样地，也可以在所述准直透镜26和所述光束成形光学元件27之间配置所述狭缝板51。

此外，只要将测量装置1的用途仅限定于棱镜测定，即，只要将所述狭缝板51固定于所述测距光轴38，则所述狭缝板51可以配置在固定构件31与所述扫描镜15之间，也可以配置在该扫描镜15与所述窗部32之间。进而，也可以代替所述狭缝板51而在所述反射棱镜29上、所述固定构件31上、所述窗部32上形成形成有狭缝部的薄膜。所述薄膜例如以所述测距光41不透射狭缝部之外的部分的方式形成。

此外，在第二实施例中，作为一维扩散光学构件，使用了形成有所述狭缝孔52的所述狭缝板51，但是，一维扩散光学构件并不限于所述狭缝板51。

例如，如图10（A）所示那样，也可以使用在圆板上形成了多个狭缝孔53的狭缝板54。通过使用该狭缝板54，从而从各发光元件发出的所述测距光41a～41c在通过所述狭缝孔53时衍射并被合成，能够成为包括所述重复部分41d的所述测距光41。再有，在图10（A）中，在所述狭缝板54上形成了5个所述狭缝孔53，但是，所述狭缝孔53的数量既可以为4个以下，也可以为6个以上。

此外，也可以不是如所述狭缝板51或所述狭缝板54那样在圆板上形成狭缝孔，而是使用利用蚀刻处理形成了狭缝的平行平面形状的玻璃板。

进而，如图10（B）、图10（C）所示那样，也可以使用能够在各发光元件的层叠方向上变更狭缝孔55的开口宽度的狭缝板56。所述狭缝孔55的开闭例如由所述运算控制部17进行电机控制。通过能够变更所述狭缝孔55的开口宽度，从而能够变更所述测距光41的扩散角，能够变更棱镜测定时的由所述角隅棱镜46可反射的所述测距光41的范围（所述重复部分41d的大小）。

Claims (20)

1.一种测量装置，其中，具备：

测距光射出部，具有向测定对象物射出测距光的发光部和使所述测距光沿一维方向扩散的一维扩散光学构件；

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，基于针对所述受光元件的所述反射测距光的受光结果运算到所述测定对象物为止的距离，

所述发光部具有沿一个方向层叠的至少两个发光元件，

所述一维扩散光学构件以使所述测距光沿所述发光元件的层叠方向扩散的方式构成。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，

所述一维扩散光学构件是一维扩散光学元件。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其中，

所述一维扩散光学构件是具有沿与所述发光元件的层叠方向正交的方向延伸的狭缝的狭缝板。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，

所述测量装置以如下方式构成：所述测定对象物是具有逆反射性的角隅棱镜，由所述一维扩散光学构件扩散的所述测距光形成从各发光元件发出的光全部重复的重复部分，由该重复部分对所述角隅棱镜进行测距。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其中，

所述测量装置还具备：

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；

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，将所述测距光照射到所述角隅棱镜，并且，对来自该角隅棱镜的所述反射测距光进行受光；

水平角编码器，检测所述托架部的水平角；以及

铅直角编码器，检测所述扫描镜的铅直角，

所述运算控制部以如下方式构成：基于由所述测距光扫描所述角隅棱镜时的所述反射测距光的受光光量、水平角和铅直角运算所述角隅棱镜的重心位置，基于该重心位置进行所述角隅棱镜的测角。

6.根据权利要求4所述的测量装置，其中，

所述运算控制部以如下方式构成：基于所述反射测距光的受光光量，判断所述角隅棱镜是否由所述重复部分测距，将判断为未由该重复部分测距的测距结果废弃。

7.根据权利要求5所述的测量装置，其中，

所述运算控制部以如下方式构成：基于由所述测距光扫描所述角隅棱镜时得到的光量分布，运算所述角隅棱镜的重心位置，根据是否位于距该重心位置预先设定的阈值的范围内判断所述角隅棱镜是否由所述重复部分测距，将判断为未由该重复部分测距的测距结果废弃。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其中，

所述测距光射出部还具备驱动机构，该驱动机构以相对于所述测距光的光轴拆卸所述一维扩散光学构件的方式构成。

9.根据权利要求1所述的测量装置，其中，

所述测距光受光部还具有在使所述反射测距光进行多次内部反射之后由所述受光元件受光的受光棱镜。

10.根据权利要求3所述的测量装置，其中，

所述狭缝板具有一个狭缝孔。

11.根据权利要求3所述的测量装置，其中，

所述狭缝板具有多个狭缝孔。

12.根据权利要求10所述的测量装置，其中，

所述狭缝孔能够在所述发光元件的层叠方向上变更开口宽度，

所述运算控制部以如下方式构成：能够在所述发光元件的层叠方向上变更所述狭缝孔的开口宽度。

13.根据权利要求2所述的测量装置，其中，

所述测量装置以如下方式构成：所述测定对象物是具有逆反射性的角隅棱镜，由所述一维扩散光学构件扩散的所述测距光形成从各发光元件发出的光全部重复的重复部分，由该重复部分对所述角隅棱镜进行测距。

14.根据权利要求3所述的测量装置，其中，

所述测量装置以如下方式构成：所述测定对象物是具有逆反射性的角隅棱镜，由所述一维扩散光学构件扩散的所述测距光形成从各发光元件发出的光全部重复的重复部分，由该重复部分对所述角隅棱镜进行测距。

15.根据权利要求13所述的测量装置，其中，

所述测量装置还具备：

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；

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，将所述测距光照射到所述角隅棱镜，并且，对来自该角隅棱镜的所述反射测距光进行受光；

水平角编码器，检测所述托架部的水平角；以及

铅直角编码器，检测所述扫描镜的铅直角，

所述运算控制部以如下方式构成：基于由所述测距光扫描所述角隅棱镜时的所述反射测距光的受光光量、水平角和铅直角运算所述角隅棱镜的重心位置，基于该重心位置进行所述角隅棱镜的测角。

16.根据权利要求14所述的测量装置，其中，

所述测量装置还具备：

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；

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，将所述测距光照射到所述角隅棱镜，并且，对来自该角隅棱镜的所述反射测距光进行受光；

水平角编码器，检测所述托架部的水平角；以及

铅直角编码器，检测所述扫描镜的铅直角，

所述运算控制部以如下方式构成：基于由所述测距光扫描所述角隅棱镜时的所述反射测距光的受光光量、水平角和铅直角运算所述角隅棱镜的重心位置，基于该重心位置进行所述角隅棱镜的测角。

17.根据权利要求5所述的测量装置，其中，

所述运算控制部以如下方式构成：基于所述反射测距光的受光光量，判断所述角隅棱镜是否由所述重复部分测距，将判断为未由该重复部分测距的测距结果废弃。

18.根据权利要求13所述的测量装置，其中，

所述运算控制部以如下方式构成：基于所述反射测距光的受光光量，判断所述角隅棱镜是否由所述重复部分测距，将判断为未由该重复部分测距的测距结果废弃。

19.根据权利要求14所述的测量装置，其中，

所述运算控制部以如下方式构成：基于所述反射测距光的受光光量，判断所述角隅棱镜是否由所述重复部分测距，将判断为未由该重复部分测距的测距结果废弃。

20.根据权利要求15所述的测量装置，其中，

所述运算控制部以如下方式构成：基于由所述测距光扫描所述角隅棱镜时得到的光量分布，运算所述角隅棱镜的重心位置，根据是否位于距该重心位置预先设定的阈值的范围内判断所述角隅棱镜是否由所述重复部分测距，将判断为未由该重复部分测距的测距结果废弃。

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