CN116697886A - 测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量装置，被构成为具备：测距光射出部，向测定对象物射出测距光；测距光受光部，具有接收来自所述测定对象物的反射测距光(45)的受光元件；以及运算控制部，控制所述测距光射出部，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，所述测距光射出部具有相对于所述测距光的光轴可插拔的针孔板，在该针孔板上形成有规定的直径的针孔，通过所述针孔板的插拔能够变更所述测距光的光量和扩展角。

Description

测量装置

技术领域

本发明涉及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光波距离测定装置，该光波距离测定装置通过使用了具有逆反射性的反射棱镜作为测定对象物的棱镜测距、或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。

在以往的测量装置中，为了使朝向测定对象物射出的测距光与从测定对象物反射的反射测距光的光轴一致，利用反射镜等来偏转测距光或反射测距光的光轴。此外，为了使测量装置的光学系统小型化，有时也使测距光或反射测距光的光轴多次偏转。

在测量装置之中，存在能够进行棱镜测距和非棱镜测距这两者的测量装置。另一方面，由于非棱镜测距中存在测定对象物的反射率低的情况，所以，为了得到充分的光量的反射测距光，需要使用光量大的测距光。然而，在使用光量大的测距光进行棱镜测距的情况下，存在如下的担忧：反射测距光的光量过剩，受光系统饱和而不能测定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够调整测距光的光量的测量装置。

为了达到上述目的，本发明的测量装置被构成为具备：测距光射出部，向测定对象物射出测距光；测距光受光部，具有接收来自所述测定对象物的反射测距光的受光元件；以及运算控制部，控制所述测距光射出部，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，所述测距光射出部具有相对于所述测距光的光轴可插拔的针孔板，在该针孔板上形成有规定的直径的针孔，通过所述针孔板的插拔能够变更所述测距光的光量和扩展角。

此外，在优选实施例的测量装置中，被构成为：所述测距光射出部具有将两个棱镜接合了的反射棱镜，在该反射棱镜的接合面形成有具有规定的反射率和透射率的分束膜，所述反射棱镜经由所述分束膜使所述测距光的光轴偏转成与所述反射测距光的光轴一致。

此外，在优选实施例的测量装置中，被构成为：所述反射棱镜相对于所述反射测距光的光轴倾斜，所述测距光相对于所述反射棱镜的射出面稍微倾斜地入射。

此外，在优选实施例的测量装置中，被构成为：所述测距光受光部具有设置在所述反射测距光的光轴上的光量调整板，在该光量调整板上形成能够变更所述反射测距光的在入射位置处的透射率的光量调整面。

此外，在优选实施例的测量装置中，被构成为还具备：追踪光射出部，与所述测距光同轴地向所述测定对象物射出追踪光；以及追踪光受光部，具有接收从所述测定对象物与所述反射测距光同轴地反射的反射追踪光的追踪受光元件，在所述测距光和所述追踪光的共同光路上设置使所述测距光的光轴和所述追踪光的光轴一致的分色镜，在所述反射测距光和所述反射追踪光的共同光路上设置有使所述反射测距光的光轴和所述反射追踪光的光轴分离的分离面。

此外，在优选实施例的测量装置中，被构成为：在射出所述测距光的所述反射棱镜的射出面形成反射可见光的长通滤光器面，在该长通滤光器面的反射光轴上设置拍摄部。

进而，此外，在优选实施例的测量装置中，还具备：激光指示器光射出部，与所述测距光同轴地射出激光指示器光；以及拍摄部，使所述反射测距光和可见光分离。

根据本发明，被构成为具备：测距光射出部，向测定对象物射出测距光；测距光受光部，具有接收来自所述测定对象物的反射测距光的受光元件；以及运算控制部，控制所述测距光射出部，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，所述测距光射出部具有相对于所述测距光的光轴可插拔的针孔板，在该针孔板上形成有规定的直径的针孔，通过所述针孔板的插拔能够变更所述测距光的光量和扩展角，因此，能够防止使用了光量大的所述测距光的情况下的所述受光元件的饱和。

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剖面图。

图2A是示出本发明的第一实施例的距离测定部的结构图，图2B是反射棱镜的侧面图。

图3是示出本发明的第一实施例的距离测定部的结构图。

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是示出本发明的第三实施例的距离测定部的结构图。

图6是示出本发明的第四实施例的距离测定部的结构图。

图7是示出本发明的第五实施例的距离测定部的结构图。

图8是示出本发明的第六实施例的距离测定部的结构图。

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。

上述调平部2具有调平螺钉10，利用该调平螺钉10进行上述测量装置主体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、以及距离测定部19等。再有，作为上述运算控制部17，使用本装置专用的CPU或通用CPU。

上述水平旋转轴承7固定在上述固定部4上。上述水平旋转轴6具有铅直的轴心6a，上述水平旋转轴6旋转自由地支承在上述水平旋转轴承7上。此外，上述托架部5被上述水平旋转轴6支承，上述托架部5在水平方向上与上述水平旋转轴6一体地旋转。

在上述水平旋转轴承7和上述托架部5之间设置有上述水平旋转电机8，该水平旋转电机8由上述运算控制部17控制。该运算控制部17利用上述水平旋转电机8使上述托架部5以上述轴心6a为中心旋转。

上述托架部5的相对于上述固定部4的相对旋转角由上述水平角编码器9检测。来自该水平角编码器9的检测信号被输入到上述运算控制部17，由该运算控制部17运算水平角数据。该运算控制部17基于上述水平角数据，进行针对上述水平旋转电机8的反馈控制。

此外，在上述托架部5上设置有具有水平的轴心11a的上述铅直旋转轴11。该铅直旋转轴11经由上述铅直旋转轴承12旋转自由。再有，上述轴心6a与上述轴心11a的交点是测距光的射出位置，成为上述测量装置主体3的坐标系的原点。

在上述托架部5上形成有凹部22。上述铅直旋转轴11的一端部延伸到上述凹部22内。上述扫描镜15固定到上述一端部，该扫描镜15收纳在上述凹部22中。此外，在上述铅直旋转轴11的另一端部设置有上述铅直角编码器14。

在上述铅直旋转轴11上设置有上述铅直旋转电机13，该铅直旋转电机13由上述运算控制部17控制。该运算控制部17利用上述铅直旋转电机13使上述铅直旋转轴11旋转。上述扫描镜15以上述轴心11a为中心旋转。

上述扫描镜15的旋转角由上述铅直角编码器14检测，检测信号被输入到上述运算控制部17。该运算控制部17基于检测信号来运算上述扫描镜15的铅直角数据，基于该铅直角数据来进行针对上述铅直旋转电机13的反馈控制。

此外，由上述运算控制部17运算出的水平角数据、铅直角数据、测定结果被保存在上述存储部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也可以相对于上述托架部5可装卸。或者，上述存储部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。

上述存储部18中储存：控制测距动作的顺序程序、通过测距动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程序等各种程序。此外，由上述运算控制部17执行储存在上述存储部18中的各种程序，由此，执行各种处理。

上述操作面板16例如是触摸面板。该操作面板16兼用作进行测距的指示或测定条件例如测定点间隔的变更等的操作部、和显示测距结果或图像等的显示部。

接着，参照图2A、图2B和图3来说明上述距离测定部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，由上述测距光射出部23和上述测距光受光部24构成测距部。

上述测距光射出部23具有测距光轴25。此外，上述测距光射出部23具有从发光侧起按顺序设置在上述测距光轴25上的发光元件26例如激光二极管(LD)、准直透镜27、作为扩展角调整构件的针孔板28、以及反射棱镜29。此外，在该反射棱镜29的反射光轴上设置有上述扫描镜15。进而，在该扫描镜15的反射光轴上设置有由透明材料形成并与上述扫描镜15一体地旋转的窗部31。再有，在图2中设置有该窗部31，但也可以没有该窗部31。

再有，上述准直透镜27、上述针孔板28、上述反射棱镜29等构成投射光学系统30。此外，在本实施例中，将上述测距光轴25和由上述反射棱镜29反射的上述测距光轴25总称为该测距光轴25。

上述发光元件26将规定波长的激光光线作为测距光32射出，上述准直透镜27构成为使上述测距光32成为平行光束。

上述针孔板28为在中心部穿设有针孔33的例如黑色的板材。上述针孔板28能够经由驱动机构34例如螺线管相对于上述测距光轴25插拔。在上述针孔板28插入到上述测距光轴25上的状态下，上述针孔33的中心位于上述测距光轴25上。再有，上述针孔33的直径例如在φ＝0.5mm～2mm的范围内适当设定。

在执行测定对象物是具有逆反射性的棱镜等的棱镜测定的情况下，上述针孔板28插入到上述测距光轴25上。此外，在执行测定对象物是棱镜之外的非棱镜测定的情况下，从上述测距光轴25上去除上述针孔板28。

当上述针孔板28插入到上述测距光轴25上时，在入射到上述针孔板28的上述测距光32中，仅入射到上述针孔33的上述测距光32通过上述针孔板28，入射到上述针孔33之外的上述测距光32被上述针孔板28遮挡。因此，上述测距光32被上述针孔板28减光，并且，在由于衍射效果以规定的扩展角发散(扩径)的同时从上述针孔33射出。再有，上述针孔33的直径被设定成使得由于衍射而扩大的扩展角φ在2～20分的范围内适当设定，例如为6分。

此外，在本实施例中，上述针孔板28设置在上述准直透镜27和上述反射棱镜29之间。另一方面，也可以在上述发光元件26和上述准直透镜27之间设置上述针孔板28。

上述反射棱镜29是使两个梯形的棱镜接合而形成的，在两个棱镜接合的状态下，上述反射棱镜29为长方体形状。上述测距光32的入射面与上述测距光轴25正交，上述反射棱镜29的接合面35相对于上述测距光轴25倾斜规定角度。进而，上述反射棱镜29的射出面构成为使得由上述接合面35反射的上述测距光轴25稍微倾斜例如2.5°左右而入射。即，上述测距光32相对于上述反射棱镜29的射出面稍微倾斜而入射到上述反射棱镜29。因此，防止由上述反射棱镜29的射出面内部反射的上述测距光32被受光元件36(后述)接收。再有，上述接合面35的倾斜角为如下的角度：以上述测距光轴25与受光光轴37(后述)以及上述轴心11a一致的方式使上述测距光轴25偏转(反射)。或者，也可以将上述接合面35的倾斜角设为45°，在以上述测距光轴25与上述受光光轴37以及上述轴心11a一致的方式相对于上述反射棱镜29的入射面倾斜上述测距光轴25的状态下，使上述测距光32入射到上述反射棱镜29。

在上述接合面35的中心部形成有分束膜38，在上述反射棱镜29的表面背面整体形成有反射防止膜39。上述分束膜38配合上述测距光32的光束而成为椭圆形状。此外，上述分束膜38的大小与由上述针孔33发散的上述测距光32的光束直径相等或稍大。进而，上述分束膜38例如具有反射80％的光、透射20％的光的光学特性。

再有，上述分束膜38中的反射率和透射率的比例根据用途、到测定对象物为止的距离来适当设定。例如，在到测定对象物为止的距离近的情况下，优选从例如反射率50％～70％、透射率30％～50％的范围内选择上述分束膜38。此外，在到测定对象物为止的距离远的情况下，优选从例如反射率70％～90％、透射率10～30％的范围内选择上述分束膜38。

上述测距光受光部24具有上述受光光轴37。此外，上述测距光受光部24具有从受光侧起按顺序设置在上述受光光轴37上的上述受光元件36、光量调整板41、以及受光棱镜42，并且具有在由该受光棱镜42反射的上述受光光轴37上设置的具有规定的NA(NumericalAperture，数值孔径)的受光透镜43。

再有，由上述光量调整板41、上述受光棱镜42、上述受光透镜43、上述反射棱镜29等构成受光光学系统44。此外，在本实施例中，将上述受光光轴37和由上述受光棱镜42反射的上述受光光轴37总称为该受光光轴37。

上述距离测定部19由上述运算控制部17控制。在上述测距光轴25上不存在上述针孔板28的情况下，当从上述发光元件26向上述测距光轴25射出脉冲状的上述测距光32时，该测距光32利用上述准直透镜27成为平行光束。此外，在上述测距光轴25上存在上述针孔板28的情况下，通过上述针孔33的上述测距光32之外的光被上述针孔板28遮挡，因此，上述测距光32的总光量降低，并且，由于通过上述针孔33时的衍射效果，以规定的扩展角射出上述测距光32。

通过了上述针孔33的上述测距光32相对于上述反射棱镜29的入射面以直角入射，透射该反射棱镜29内部，上述测距光轴25由上述接合面35(分束膜38)反射成与上述受光光轴37以及上述轴心11a同轴。从上述反射棱镜29射出的上述测距光32被上述扫描镜15以直角偏转，经由上述窗部31照射到测定对象物。上述扫描镜15以上述轴心11a为中心旋转，由此，上述测距光32在与上述轴心11a正交并且包含上述轴心6a的平面内旋转(扫描)。

再有，上述窗部31以由该窗部31反射的上述测距光32不入射到上述受光元件36的方式相对于上述测距光轴25倾斜规定角度而设置。

由测定对象物反射的上述测距光32(以下，反射测距光45)被上述扫描镜15以直角反射，经由上述受光光学系统44由上述受光元件36接收。该受光元件36例如为雪崩光电二极管(APD)或同等的光电变换元件。

上述运算控制部17基于上述发光元件26的发光定时与上述受光元件36的受光定时的时间差(即，脉冲光的往返时间)和光速，按上述测距光32的每一个脉冲来执行测距(Time Of Flight，飞行时间)。再有，上述操作面板16能够变更上述发光元件26的发光的定时即脉冲间隔。

再有，在上述距离测定部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接收到的内部参照光(后述)的受光定时与上述反射测距光45的受光定时的时间差和光速来进行测距，由此，上述距离测定部19能够进行更高精度的测距。

上述托架部5和上述扫描镜15分别以恒速旋转。通过该扫描镜15的铅直方向的旋转与上述托架部5的水平方向的旋转的协作，上述测距光32被二维地扫描。此外，通过每个脉冲光的测距来得到测距数据(斜距)，利用上述铅直角编码器14、上述水平角编码器9按各脉冲光中的每个脉冲光来检测铅直角、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。

接着，对上述受光光学系统44进行说明。再有，在图2A、图3中，仅记载了上述测距光32的主光线(上述测距光轴25)和上述反射测距光45的主光线(上述受光光轴37)。

上述受光棱镜42是具有规定的折射率的四边形的棱镜。该受光棱镜42具有透射了上述受光透镜43的上述反射测距光45所入射的第一面42a、透射了该第一面42a的表面的上述反射测距光45反射的第二面42b、由该第二面42b和上述第一面42a反射的上述反射测距光45所入射的第三面42c、以及作为由上述第三面42c反射的上述反射测距光45所透射的透射面的第四面42d。透射了该第四面42d的上述反射测距光45入射到上述受光元件36。再有，上述第三面42c在与入射到上述第一面42a的上述反射测距光45交叉的方向上反射该反射测距光45。

上述光量调整板41例如是塑料制的圆板。在该光量调整板41的表面形成有作为光量调整面的圆形的渐变薄膜，该渐变薄膜的一部分被配置成与上述受光光轴37正交。此外，上述光量调整板41能够以旋转轴46为中心利用电机47进行旋转。以如下方式构成：通过上述光量调整板41的旋转，针对该光量调整板41(光量调整面)的上述反射测距光45的入射位置发生变化。

上述渐变薄膜被构成为在θ＝0°～360°之间透射率逐渐增大(或减小)。因此，上述运算控制部17驱动上述电机47，控制上述反射测距光45的针对上述光量调整板41(光量调整面)的入射位置，由此，能够在例如0.0001％～100％的范围内变更上述反射测距光45的透射率。关于上述光量调整板41的透射率，根据测定对象物的种类、到测定对象物为止的距离来适当设定。

此外，在上述扫描镜15的下方设置有具有逆反射性的参考棱镜48。在经由上述扫描镜15旋转照射上述测距光32的过程中，该测距光32的一部分入射到上述参考棱镜48。被构成为：由该参考棱镜48逆反射的上述测距光32经由上述扫描镜15入射到上述受光光学系统44，被上述受光元件36接收。

在此，从上述发光元件26到上述参考棱镜48为止的光路长度和从该参考棱镜48到上述受光元件36为止的光路长度是已知的。因此，能够将由上述参考棱镜48反射的上述测距光32用作内部参照光49。由上述扫描镜15和上述参考棱镜48构成内部参照光光学系统51。

接着，对由具有上述距离测定部19的上述测量装置1进行测定的情况进行说明。上述距离测定部19的各种动作是通过上述运算控制部17执行各种程序而完成的。再有，以下，说明进行棱镜测定的情况。

从上述发光元件26发出的上述测距光32在由上述准直透镜27做成平行光束后，经由上述针孔板28的上述针孔33被减光且以规定的扩展角扩展，并且以直角入射到上述反射棱镜29。或者，从上述发光元件26发出的上述测距光32经由上述准直透镜27直接以直角入射到上述反射棱镜29。

入射到该反射棱镜29的上述测距光32透射上述反射棱镜29内，由上述接合面35的上述分束膜38偏转(反射)成与上述受光光轴37以及上述轴心11a同轴。此时，由于该分束膜38的大小为与上述测距光32的光束直径相等或稍大的椭圆状，所以上述测距光32全部入射到上述分束膜38。此外，由于上述反射棱镜29的射出面相对于上述测距光轴25倾斜，所以由该射出面内面反射的上述测距光32不会被上述受光元件36接收。

由该分束膜38反射的上述测距光32相对于上述反射棱镜29的射出面稍微倾斜地透射，经由上述扫描镜15照射到测定对象物例如具有逆反射性的棱镜。

由该棱镜反射的上述反射测距光45被上述扫描镜15以直角反射，透射上述反射棱镜29，入射到上述受光光学系统44。在此，上述反射测距光45中的中心部的光入射到上述接合面35的上述分束膜38。此外，对于该分束膜38之外的部位，上述反射测距光45经由上述反射防止膜39全透射。另一方面，对于设置有上述分束膜38的部位，所入射的上述反射测距光45的一部分透射。在本实施例中，由于上述分束膜38具有20％的透射率，所以入射到上述分束膜38的上述反射测距光45中的20％透射上述分束膜38。

透射上述反射棱镜29并入射到上述受光光学系统44的上述反射测距光45在透射上述受光透镜43和上述第一面42a的过程中被折射。上述反射测距光45在上述受光棱镜42的内部由上述第二面42b、上述第一面42a依次反射，入射到上述第三面42c。此外，上述反射测距光45由上述第三面42c朝向上述第四面42d即在与从上述第一面42a入射的上述反射测距光45交叉的方向上反射。透射了上述第四面42d的上述反射测距光45在透射上述光量调整板41的过程中被减光并被上述受光元件36接收。

上述运算控制部17基于上述距离测定部19的测距结果、上述水平角编码器9和上述铅直角编码器14的检测结果，运算上述棱镜的三维坐标。

再有，关于棱镜的测定，也可以利用上述测距光32扫描整周或上述棱镜的周边，将接收到上述反射测距光45的位置作为上述棱镜的位置进行测定。

如上所述，在第一实施例中，设置相对于上述测距光轴25可插拔的上述针孔板28，能够经由该针孔板28的上述针孔33来实现上述测距光32的减光和扩展角的扩大。

在此，在非棱镜测定中，使用光量大的上述测距光32，使得即使在测定对象物的反射率低的情况下也能得到充分的上述反射测距光45的受光量。另一方面，在使用光量大的上述测距光32进行棱镜测定的情况下，上述反射测距光45的受光量过剩，上述受光元件36饱和。

因此，在进行棱镜测定的情况下，将上述针孔板28插入到上述测距光轴25，使上述测距光32减光，由此，能够防止上述受光元件36饱和。即，能够通过上述针孔板28的插拔，来变更上述测距光32的光量和扩展角。

此外，在上述测距光32通过上述针孔33时，由于衍射效果，上述测距光32以规定的扩展角发散，因此，能够容易地将该测距光32照射到棱镜，能够提高作业性。

此外，上述针孔33是孔，在上述测距光32通过上述针孔33时不产生折射。因此，不需要以与上述测距光轴25正交的方式准确地配置上述针孔板28，不需要使上述针孔板28的表面成为准确的平面，因此，能够谋求制作成本的降低，并且能够提高作业性。

此外，在第一实施例中，作为用于使上述测距光轴25与上述受光光轴37一致的光学构件，使用将两个棱镜组合了的上述反射棱镜29，利用形成于该反射棱镜29的上述接合面35上的上述分束膜38使上述测距光32偏转。

在此，在到测定对象物为止的距离短的情况下，上述反射测距光45的中心部的光量变大，在到测定对象物为止的距离长的情况下，上述反射测距光45的周边部的光量变大。

因此，由于入射到上述分束膜38的上述反射测距光45中的一部分透射具有规定的透射率的上述分束膜38，所以能够降低由该分束膜38引起的上述反射测距光45的渐晕(vignetting)，即使在近距离测定中，也能够得到能够测距的充分的受光量。

此外，由于能够降低通过上述分束膜38的上述反射测距光45的渐晕，所以将小型的角隅棱镜(corner cube)等用作测定对象物，即使在上述反射测距光45的光束直径小的情况下，也能够实施测定。

此外，在上述受光棱镜42和上述受光元件36之间设置具有通过旋转能够变更透射率的光量调整面的上述光量调整板41，通过该光量调整板41的旋转，能够调整由上述受光元件36接收的上述反射测距光45的光量。

因此，即使在上述反射测距光45的光量大到上述受光元件36饱和的程度的情况下，也能够利用上述光量调整板41使上述反射测距光45的光量衰减到适当光量。

此外，由于上述反射棱镜29的射出面相对于由上述分束膜38偏转了的上述测距光轴25稍微倾斜，所以能够防止由上述射出面内部反射的上述测距光32被上述受光元件36接收，能够降低测定误差。

进而，设置上述受光棱镜42，在该受光棱镜42内多次内部反射上述反射测距光45，所以能够缩短上述轴心11a方向(相对于纸面左右方向)的光路长度，能够谋求上述距离测定部19的光学系统的小型化并且谋求上述测量装置1的轻量化。

接着，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2A中相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。

在第二实施例中，测距光轴25被偏转2次，由此，成为该测距光轴25与受光光轴37和轴心11a一致的结构。即，在第二实施例中，在针孔板28和反射棱镜29之间，设置有将上述测距光轴25以直角偏转(反射)的反射镜52。

从发光元件26发出并通过了针孔33的上述测距光32在由上述反射镜52以直角偏转之后，相对于反射棱镜29垂直地入射。即，上述测距光32相对于上述反射棱镜29的入射面垂直地入射。对上述反射棱镜29入射之后的工序与第一实施例相同。

在第二实施例中，由于设置有使上述测距光轴25以直角偏转的上述反射镜52，所以能够缩短轴心6a方向(相对于纸面为上下方向，参照图1)的光路长度，能够使距离测定部19的光学系统小型化。

接着，在图5中，对本发明的第三实施例进行说明。再有，在图5中，对与图2A中相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。

在第三实施例中，与第二实施例同样地，测距光轴25被偏转2次，成为与受光光轴37以及轴心11a一致的结构。另一方面，在第三实施例中，反射棱镜53成为接合了两个棱镜的梯形的棱镜。

上述反射棱镜53具有反射面54，该反射面54将相对于该反射棱镜53以直角入射的测距光32朝向接合面35反射(偏转)。被该反射面54反射的上述测距光32被上述接合面35的分束膜38偏转成与受光光轴37以及轴心11a一致。入射到上述分束膜38之后的工序与第一实施例相同。

在第三实施例中，上述反射棱镜53具有使测距光轴25朝向上述分束膜38偏转的上述反射面54。因此，能够缩短轴心6a方向(相对于纸面为上下方向，参照图1)的光路长度，能够使距离测定部19的光学系统小型化。

此外，由于使用棱镜而不是反射镜来作为用于使上述测距光轴25朝向上述分束膜38偏转的光学构件，所以基于相对于测量装置主体3的温度变化的光轴的偏离(偏角误差)被够抑，制能够提高测定精度。

接着，在图6中，对本发明的第四实施例进行说明。再有，在图6中，对与图2A中相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。

第四实施例是向第一实施例的测量装置追加了追踪功能的结构，距离测定部19具有追踪光射出部55和追踪光受光部56。

上述追踪光射出部55具有追踪光轴57。此外，上述追踪光射出部55具有从发光侧起按顺序设置在上述追踪光轴57上的追踪发光元件58、准直透镜59、分色镜61、反射棱镜29。再有，在本实施例中，将上述追踪光轴57和由上述反射棱镜29反射的上述追踪光轴57总称为该追踪光轴57。进而，在该分色镜61的反射侧设置有测距光射出部23、即发光元件26、准直透镜27和针孔板28。

上述追踪发光元件58例如是激光二极管(LD)，构成为射出与测距光32不同的近红外波长的追踪光62。此外，上述分色镜61构成为透射上述追踪光62并反射上述测距光32。

即，上述分色镜61设置在上述测距光32和上述追踪光62的共同光路上(测距光轴25和上述追踪光轴57的交叉位置)，以上述测距光轴25与上述追踪光轴57一致的方式使上述测距光轴25偏转(反射)。因此，上述测距光32和上述追踪光62同轴地朝向测定对象物照射。

上述追踪光受光部56具有追踪受光光轴63。此外，上述追踪光受光部56具有从受光侧起按顺序设置在上述追踪受光光轴63上的追踪受光元件64、受光棱镜65和受光透镜43。

上述受光棱镜65将具有规定的折射率的作为四角棱镜的第一棱镜66和具有规定的折射率的作为三角棱镜的第二棱镜67接合并一体化而构成。在一体化的状态下，上述受光棱镜65成为与第一实施例中的受光棱镜42相同的外形形状。在上述第一棱镜66和上述第二棱镜67的接合面68设置有分色滤光膜，该接合面68构成为透射反射测距光45并反射被测定对象物反射的上述追踪光62(反射追踪光69)。即，上述接合面68成为用于分离上述反射测距光45(受光光轴37)和上述反射追踪光69(追踪受光光轴63)的分离面。再有，上述受光棱镜65中的第一面、第二面、第三面成为与第一实施例中的受光棱镜42的第一面42a、第二面42b、第三面42c相同的结构。

此外，在上述接合面68的透射侧设置有光量调整板41和受光元件36，在上述接合面68的反射侧设置有上述追踪受光元件64。即，上述接合面68位于上述反射测距光45和上述反射追踪光69的共同光路上(受光光轴37和追踪受光光轴63的交叉位置)，将同轴地入射到上述受光棱镜65的上述反射测距光45和上述反射追踪光69分离。

上述追踪受光元件64是作为像素的集合体的CCD或CMOS传感器，能够确定各像素在上述追踪受光元件64上的位置。例如，各像素具有以上述追踪受光元件64的中心为原点的像素坐标，通过该像素坐标来确定在上述追踪受光元件64上的位置。各像素将像素坐标与受光信号一起输出到上述运算控制部17。

在进行测定对象物的追踪时，运算控制部17将上述追踪光62与上述测距光32同轴地照射，运算被测定对象物反射的上述反射追踪光69的对于上述追踪受光元件64的入射位置，运算该入射位置与上述追踪受光元件64的中心的偏差。基于该偏差，上述运算控制部17对水平旋转电机8和上述铅直旋转电机13进行控制，以使得上述反射追踪光69的入射位置成为上述追踪受光元件64的中心。由此，上述测量装置主体3追踪测定对象物。

在第四实施例中，以如下方式构成：共用测距用的光学构件和追踪用的光学构件的一部分，将上述测距光32和上述追踪光62同轴地照射到测定对象物。因此，即使在向上述测量装置1追加了追踪功能的情况下，也能够谋求上述距离测定部19的光学系统的小型化。

再有，也可以将上述分色镜61的透射侧作为测距光射出部23，将反射侧作为上述追踪光射出部55。此外，也可以将上述接合面68的透射侧作为上述追踪光受光部56，将反射侧作为测距光受光部24。

接着，在图7中，对本发明的第五实施例进行说明。再有，在图7中，对与图6中相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。

在第五实施例中，除了与第四实施例同样的测距光射出部23、测距光受光部24、追踪光射出部55、追踪光受光部56之外，还同轴地设置有激光指示器光射出部71和拍摄部72。

上述激光指示器光射出部71具有：激光指示器发光元件73、设置在从该激光指示器发光元件73射出的激光指示器光的光轴(激光指示器光轴74)上的投射透镜75、分束器76、设置在该分束器76的反射光轴上的反射镜77、和设置在该反射镜77的反射光轴上的短通滤光板78。再有，在本实施例中，将上述激光指示器光轴74、和由上述反射镜77和上述短通滤光板78反射的激光指示器光轴74总称为该激光指示器光轴74。

上述激光指示器发光元件73例如为射出可见光区域的激光光线的激光二极管。上述分束器76使上述激光指示器光轴74与拍摄光轴79(后述)同轴地偏转。即，上述分束器76配置在上述激光指示器光轴74与上述拍摄光轴79的交叉位置。此外，上述反射镜77将上述激光指示器光轴74朝向上述短通滤光板78反射。

该短通滤光板78具有透射可见光并且将测距光32(反射测距光45)和追踪光62(反射追踪光69)反射的光学特性。此外，上述短通滤光板78以与透射了该短通滤光板78的激光指示器光轴74成为同轴的方式使测距光轴25和追踪光轴57偏转。进而，短通滤光板78使上述拍摄光轴79与上述受光光轴37以及追踪受光光轴63分离。即，上述短通滤光板78配置在上述测距光32(上述追踪光62)和激光指示器光的共同光路上。

上述拍摄部72具有拍摄元件81、设置在由该拍摄元件81接收的背景光的光轴(上述拍摄光轴79)上的受光透镜组82、上述分束器76、上述反射镜77和上述短通滤光板78。

上述拍摄元件81是作为像素的集合体的CCD或CMOS传感器，能够确定各像素在上述拍摄元件81上的位置。例如，各像素具有以上述拍摄元件81的中心为原点的像素坐标，通过该像素坐标来确定在上述拍摄元件81上的位置。

同轴地照射并且同轴地反射的上述反射测距光45、上述反射追踪光69、反射激光指示器光与背景光一起入射到上述距离测定部19，反射激光指示器光和背景光透射上述短通滤光板78，由此，被分离。

进而，透射了该短通滤光板78的反射激光指示器光和背景光被上述反射镜77反射，经由上述分束器76和上述受光透镜组82在上述拍摄元件81上成像，取得图像。

在第五实施例中，以与上述测距光轴25和上述追踪光轴57成为同轴的方式设置上述激光指示器光射出部71和上述拍摄部72。因此，能够共用在测距、追踪、拍摄等中使用的光学构件的一部分，因此能够谋求光学系统的小型化，并且能够谋求部件个数的削减。

接着，在图8中，对本发明的第六实施例进行说明。再有，在图8中，对与图6中相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。

在第六实施例中，除了测距光射出部23、测距光受光部24、追踪光射出部55、追踪光受光部56之外，还追加了拍摄部72。

此外，在第六实施例中，反射棱镜83相对于轴心11a倾斜35°左右，形成有在上述反射棱镜83的射出面(相对于纸面为左侧的面)上设置有长通滤光器的长通滤光器面84。此外，在上述反射棱镜83的下部实施了倒角加工。

上述长通滤光器面84具有反射可见光并透射红外光和近红外光的光学特性。即，上述长通滤光器面84成为反射同轴地入射的背景光并透射反射测距光45和反射追踪光69的分离面。

由上述长通滤光器面84分离反射的背景光的光轴为上述拍摄光轴79，在该拍摄光轴79上设置有受光透镜组82和拍摄元件81。因此，入射到上述反射棱镜83的背景光被上述长通滤光器面84反射，入射到拍摄元件81。关于其他的结构，与第四实施例大致相同。

在第六实施例中，将在上述反射棱镜83的射出面设置的上述长通滤光器面84作为用于背景光分离的分离面。因此，不需要为了分离背景光而另外设置反射镜或棱镜，因此能够谋求部件个数的削减，并且能够谋求光学系统的小型化。

再有，在本发明中，当然也可以适当组合第一实施例～第六实施例。

此外，在第一实施例～第六实施例中，将物理地穿设在上述针孔板28中的孔作为上述针孔33。另一方面，也可以将利用电润湿的掩模、或利用在玻璃板上蒸镀了铬的掩模形成的开口部作为针孔。当使用电润湿时，能够根据施加的电压来变更针孔的大小，因此能够进行更精细的光量调整。

Claims (20)

1.一种测量装置，其中，被构成为具备：

测距光射出部，向测定对象物射出测距光；

测距光受光部，具有接收来自所述测定对象物的反射测距光的受光元件；以及

运算控制部，控制所述测距光射出部，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，

所述测距光射出部具有相对于所述测距光的光轴可插拔的针孔板，在该针孔板上形成有规定的直径的针孔，通过所述针孔板的插拔能够变更所述测距光的光量和扩展角。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，被构成为：

所述测距光射出部具有将两个棱镜接合了的反射棱镜，在该反射棱镜的接合面形成有具有规定的反射率和透射率的分束膜，所述反射棱镜经由所述分束膜使所述测距光的光轴偏转成与所述反射测距光的光轴一致。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其中，被构成为：

所述反射棱镜相对于所述反射测距光的光轴倾斜，所述测距光相对于所述反射棱镜的射出面稍微倾斜地入射。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，被构成为：

所述测距光受光部具有设置在所述反射测距光的光轴上的光量调整板，在该光量调整板上形成能够变更所述反射测距光的在入射位置处的透射率的光量调整面。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其中，被构成为还具备：

追踪光射出部，与所述测距光同轴地向所述测定对象物射出追踪光；以及

追踪光受光部，具有接收从所述测定对象物与所述反射测距光同轴地反射的反射追踪光的追踪受光元件，

在所述测距光和所述追踪光的共同光路上设置使所述测距光的光轴和所述追踪光的光轴一致的分色镜，

在所述反射测距光和所述反射追踪光的共同光路上设置有使所述反射测距光的光轴和所述反射追踪光的光轴分离的分离面。

6.根据权利要求2所述的测量装置，其中，被构成为：

在射出所述测距光的所述反射棱镜的射出面形成反射可见光的长通滤光器面，在该长通滤光器面的反射光轴上设置拍摄部。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其中，还具备：

激光指示器光射出部，与所述测距光同轴地射出激光指示器光；以及

拍摄部，使所述反射测距光和可见光分离。

8.根据权利要求2所述的测量装置，其中，被构成为：

所述测距光受光部具有设置在所述反射测距光的光轴上的光量调整板，在该光量调整板上形成能够变更所述反射测距光的在入射位置处的透射率的光量调整面。

9.根据权利要求3所述的测量装置，其中，被构成为：

所述测距光受光部具有设置在所述反射测距光的光轴上的光量调整板，在该光量调整板上形成能够变更所述反射测距光的在入射位置处的透射率的光量调整面。

10.根据权利要求2所述的测量装置，其中，被构成为还具备：

追踪光射出部，与所述测距光同轴地向所述测定对象物射出追踪光；以及

追踪光受光部，具有接收从所述测定对象物与所述反射测距光同轴地反射的反射追踪光的追踪受光元件，

在所述测距光和所述追踪光的共同光路上设置使所述测距光的光轴和所述追踪光的光轴一致的分色镜，

在所述反射测距光和所述反射追踪光的共同光路上设置有使所述反射测距光的光轴和所述反射追踪光的光轴分离的分离面。

11.根据权利要求3所述的测量装置，其中，被构成为还具备：

追踪光射出部，与所述测距光同轴地向所述测定对象物射出追踪光；以及

追踪光受光部，具有接收从所述测定对象物与所述反射测距光同轴地反射的反射追踪光的追踪受光元件，

在所述测距光和所述追踪光的共同光路上设置使所述测距光的光轴和所述追踪光的光轴一致的分色镜，

在所述反射测距光和所述反射追踪光的共同光路上设置有使所述反射测距光的光轴和所述反射追踪光的光轴分离的分离面。

12.根据权利要求4所述的测量装置，其中，被构成为还具备：

追踪光射出部，与所述测距光同轴地向所述测定对象物射出追踪光；以及

追踪光受光部，具有接收从所述测定对象物与所述反射测距光同轴地反射的反射追踪光的追踪受光元件，

在所述测距光和所述追踪光的共同光路上设置使所述测距光的光轴和所述追踪光的光轴一致的分色镜，

在所述反射测距光和所述反射追踪光的共同光路上设置有使所述反射测距光的光轴和所述反射追踪光的光轴分离的分离面。

13.根据权利要求8所述的测量装置，其中，被构成为还具备：

追踪光射出部，与所述测距光同轴地向所述测定对象物射出追踪光；以及

追踪光受光部，具有接收从所述测定对象物与所述反射测距光同轴地反射的反射追踪光的追踪受光元件，

在所述测距光和所述追踪光的共同光路上设置使所述测距光的光轴和所述追踪光的光轴一致的分色镜，

在所述反射测距光和所述反射追踪光的共同光路上设置有使所述反射测距光的光轴和所述反射追踪光的光轴分离的分离面。

14.根据权利要求9所述的测量装置，其中，被构成为还具备：

追踪光射出部，与所述测距光同轴地向所述测定对象物射出追踪光；以及

追踪光受光部，具有接收从所述测定对象物与所述反射测距光同轴地反射的反射追踪光的追踪受光元件，

在所述测距光和所述追踪光的共同光路上设置使所述测距光的光轴和所述追踪光的光轴一致的分色镜，

在所述反射测距光和所述反射追踪光的共同光路上设置有使所述反射测距光的光轴和所述反射追踪光的光轴分离的分离面。

15.根据权利要求3所述的测量装置，其中，被构成为：

在射出所述测距光的所述反射棱镜的射出面形成反射可见光的长通滤光器面，在该长通滤光器面的反射光轴上设置拍摄部。

16.根据权利要求4所述的测量装置，其中，被构成为：

在射出所述测距光的所述反射棱镜的射出面形成反射可见光的长通滤光器面，在该长通滤光器面的反射光轴上设置拍摄部。

17.根据权利要求5所述的测量装置，其中，被构成为：

在射出所述测距光的所述反射棱镜的射出面形成反射可见光的长通滤光器面，在该长通滤光器面的反射光轴上设置拍摄部。

18.根据权利要求3所述的测量装置，其中，还具备：

激光指示器光射出部，与所述测距光同轴地射出激光指示器光；以及

拍摄部，使所述反射测距光和可见光分离。

19.根据权利要求4所述的测量装置，其中，还具备：

激光指示器光射出部，与所述测距光同轴地射出激光指示器光；以及

拍摄部，使所述反射测距光和可见光分离。

20.根据权利要求5所述的测量装置，其中，还具备：

激光指示器光射出部，与所述测距光同轴地射出激光指示器光；以及

拍摄部，使所述反射测距光和可见光分离。