CN116699625A - 测量装置 - Google Patents

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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以及透射率的分束膜，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。

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。
在为了光轴的偏转而使用反射镜的情况下，由于需要使反射镜为与测距光或反射测距光的光束对应的大小，所以需要使用大型的反射镜。因此，导致了光学系统的大型化、装置重量的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能充分得到反射测距光的受光量的测量装置。
为了达到上述目的，本实施例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以及透射率的分束膜，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：所述测距光射出部具有相对于所述测距光的光轴可插拔的平行平面板，能够通过该平行平面板的插拔变更所述测距光的扩展角。
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。
根据本实施例，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以及透射率的分束膜，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，因此，能够使入射到所述分束膜的所述反射测距光的一部分透射，即使在近距离测定或所述测定对象物小的情况下，也能够得到充分的受光量。
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。
在上述存储部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运算程序等各种程序。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)、平行平面板27、准直透镜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，上述平行平面板27、上述准直透镜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。
上述平行平面板27例如是具有规定的板厚的玻璃板，以入射面以及射出面与上述测距光轴25正交的方式配置。此外，上述平行平面板27能够通过未图示的螺线管等驱动机构相对于上述测距光轴25插拔，根据测定对象物适当地插拔上述平行平面板27。即，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，将上述平行平面板27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，构成为从上述测距光轴25上去除上述平行平面板27。
通过将上述平行平面板27插入到上述测距光轴25上，从而构成为从上述发光元件26发出的测距光32的扩展角经由上述平行平面板27扩大。由该平行平面板27扩大的上述测距光32的扩展角φ在2～20分之间适当设定。在本实施例中，由上述平行平面板27所得的上述测距光32的扩展角φ为6分。
在上述平行平面板27未插入到上述测距光轴25上的状态下，上述准直透镜28使上述测距光32成为平行光束。此外，在上述平行平面板27插入到上述测距光轴25上的状态下，上述准直透镜28使上述测距光32稍微发散(扩径)。
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33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33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37(后述)接收。再有，上述接合面33的倾斜角为如下的角度：以上述测距光轴25与受光光轴34(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33的倾斜角设为45°，在以上述测距光轴25与上述受光光轴34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33的中心部形成有分束膜35，在上述反射棱镜29的表面背面整体形成有反射防止膜36。上述分束膜35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35的大小与由上述平行平面板27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35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35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35。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35。
上述测距光受光部24具有上述受光光轴34。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34上的上述受光元件37、光量调整板38、以及受光棱镜39，并且具有在由该受光棱镜39反射的上述受光光轴34上设置的具有规定的NA(NumericalAperture，数值孔径)的受光透镜41。
再有，由上述光量调整板38、上述受光棱镜39、上述受光透镜41、上述反射棱镜29等构成受光光学系统42。此外，在本实施例中，将上述受光光轴34和由上述受光棱镜39反射的上述受光光轴34总称为该受光光轴34。
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上不存在上述平行平面板27的情况下，当从上述发光元件26向上述测距光轴25上射出脉冲状的上述测距光32时，该测距光32入射到上述准直透镜28。此外，在上述测距光轴25上存在上述平行平面板27的情况下，上述测距光32经由上述平行平面板27在扩展角稍微扩大的同时入射到上述准直透镜28。
该准直透镜28在从上述发光元件26发出的上述测距光32直接入射到上述准直透镜28的情况下，使该测距光32成为平行光束。此外，上述准直透镜28在从上述发光元件26发出的上述测距光32经由上述平行平面板27入射到上述准直透镜28的情况下，使该测距光32稍微发散。
透射了上述准直透镜28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，由上述接合面33(分束膜35)反射成与上述受光光轴34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37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43)被上述扫描镜15以直角反射，经由上述受光光学系统42由上述受光元件37接收。该受光元件37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37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43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)，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42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43的主光线(上述受光光轴34)。
上述受光棱镜39是具有规定的折射率的四边的形棱镜。该受光棱镜39具有：透射了上述受光透镜41的上述反射测距光43所入射的第一面39a、透射了该第一面39a的表面的上述反射测距光43反射的第二面39b、由该第二面39b和上述第一面39a反射的上述反射测距光43所入射的第三面39c、以及作为由上述第三面39c反射的上述反射测距光43所透射的透射面的第四面39d。透射了该第四面39d的上述反射测距光43入射到上述受光元件37。再有，上述第三面39c在与入射到上述第一面39a的上述反射测距光43交叉的方向上反射该反射测距光43。
上述光量调整板38例如是塑料制的圆板。在该光量调整板38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34正交。此外，上述光量调整板38能够以旋转轴45为中心利用电机46进行旋转。以如下方式构成：通过上述光量调整板38的旋转，针对该光量调整板38(光量调整面)的上述反射测距光43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46，控制上述反射测距光43的针对上述光量调整板38(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43的透射率。关于上述光量调整板38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47。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47。被构成为：由该参考棱镜47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42，被上述受光元件37接收。
在此，从上述发光元件26到上述参考棱镜47为止的光路长度和从该参考棱镜47到上述受光元件37为止的光路长度是已知的。因此，能够将由上述参考棱镜47反射的上述测距光32用作内部参照光48。由上述扫描镜15和上述参考棱镜47构成内部参照光光学系统49。
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经由上述平行平面板27、上述准直透镜28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28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33的上述分束膜35偏转(反射)成与上述受光光轴34和上述轴心11a同轴。此时，由于该分束膜35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35。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37接收。
由该分束膜35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43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42。在此，上述反射测距光43中的中心部的光入射到上述接合面33的上述分束膜35。此外，对于该分束膜35之外的部位，上述反射测距光43经由上述反射防止膜36全透射。另一方面，对于设置有上述分束膜35的部位，所入射的上述反射测距光43的一部分透射。在本实施例中，由于上述分束膜35具有20％的透射率，所以入射到上述分束膜35的上述反射测距光43中的20％透射上述分束膜35。
透射上述反射棱镜29并入射到上述受光光学系统42的上述反射测距光43在透射上述受光透镜41和上述第一面39a的过程中被折射。上述反射测距光43在上述受光棱镜39的内部由上述第二面39b、上述第一面39a依次反射，入射到上述第三面39c。此外，上述反射测距光43由上述第三面39c朝向上述第四面39d即在与从上述第一面39a入射的上述反射测距光43交叉的方向上反射。透射了上述第四面39d的上述反射测距光43在透射上述光量调整板38的过程中被减光并被上述受光元件37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43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，作为用于使上述测距光轴25与上述受光光轴34一致的光学构件，使用组合了两个棱镜的上述反射棱镜29，利用形成于该反射棱镜29的上述接合面33上的上述分束膜35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43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43的周边部的光量变大。
因此，由于入射到上述分束膜35的上述反射测距光43中的一部分透射具有规定的透射率的上述分束膜35，所以能够降低由该分束膜35引起的上述反射测距光43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35的上述反射测距光43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43的光束直径较小的情况下，也能够实施测定。
此外，能够设置相对于上述测距光轴25可插拔的上述平行平面板27，利用该平行平面板27调整上述测距光32的扩展角。因此，能够区分使用使用了光束直径小、光强度强的上述测距光32的非棱镜测定、使用了光束直径大的上述测距光32的棱镜测定。
此外，在上述受光棱镜39和上述受光元件37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38，通过该光量调整板38的旋转，能够调整由上述受光元件37接收的上述反射测距光43的光量。
因此，即使在上述反射测距光43的光量大到上述受光元件37饱和的程度的情况下，也能够利用上述光量调整板38使上述反射测距光43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35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37接收，能够降低测定误差。
进而，设置上述受光棱镜39，在该受光棱镜39内多次内部反射上述反射测距光43，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。
再有，在仅利用上述光量调整板38上述反射测距光43的衰减不充分的情况下，也可以在上述平行平面板27上形成衰减膜。通常，在进行棱镜测定的情况下，与进行非棱镜测定的情况相比，上述反射测距光43的光量更大。即，上述反射测距光43的光量增大到上述受光元件37饱和的程度是在棱镜测定的情况下。因此，通过在上述平行平面板27上形成衰减膜，从而能够降低棱镜测定时的上述反射测距光43的受光量。
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34以及轴心11a一致的结构。即，在第二实施例中，在准直透镜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51。
从发光元件26发出的上述测距光32在由上述反射镜51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进行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51，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34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52成为接合了两个棱镜的梯形的棱镜。
上述反射棱镜52具有反射面53，该反射面53将相对于该反射棱镜52以直角入射的测距光32朝向接合面33反射(偏转)。被该反射面53反射的上述测距光32被上述接合面33的分束膜35偏转成与受光光轴34以及轴心11a一致。入射到上述分束膜35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52具有使测距光轴25朝向上述分束膜35偏转的上述反射面53。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35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54和追踪光受光部55。
上述追踪光射出部54具有追踪光轴56。此外，上述追踪光射出部54具有从发光侧起按顺序设置在上述追踪光轴56上的追踪发光元件57、准直透镜58、分色镜59、反射棱镜29。再有，在本实施例中，将上述追踪光轴56和由上述反射棱镜29反射的上述追踪光轴56总称为该追踪光轴56。进而，在该分色镜59的反射侧设置有测距光射出部23、即发光元件26、平行平面板27和准直透镜28。
上述追踪发光元件57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61。此外，上述分色镜59构成为透射上述追踪光61并反射上述测距光32。
即，上述分色镜59设置在上述测距光32和上述追踪光61的共同光路上(测距光轴25和上述追踪光轴56的交叉位置)，以使上述测距光轴25与上述追踪光轴56一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61同轴地朝向测定对象物照射。
上述追踪光受光部55具有追踪受光光轴62。此外，上述追踪光受光部55具有从受光侧起按顺序设置在上述追踪受光光轴62上的追踪受光元件63、受光棱镜64和受光透镜41。
上述受光棱镜64将具有规定的折射率的作为四角棱镜的第一棱镜65和具有规定的折射率的作为三角棱镜的第二棱镜66接合并一体化而构成。在一体化的状态下，上述受光棱镜64成为与第一实施例中的受光棱镜39相同的外形形状。在上述第一棱镜65和上述第二棱镜66的接合面67设置有分色滤光膜，该接合面67构成为透射反射测距光43并反射被测定对象物反射的上述追踪光61(反射追踪光68)。即，上述接合面67成为用于分离上述反射测距光43(受光光轴34)和上述反射追踪光68(追踪受光光轴62)的分离面。再有，上述受光棱镜64中的第一面65a、第二面65b、第三面65c成为与第一实施例中的受光棱镜39的第一面39a、第二面39b、第三面39c相同的结构。
此外，在上述接合面67的透射侧设置有光量调整板38和受光元件37，在上述接合面67的反射侧设置有上述追踪受光元件63。即，上述接合面67位于上述反射测距光43和上述反射追踪光68的共同光路上(受光光轴34和追踪受光光轴62的交叉位置)，将同轴地入射到上述受光棱镜64的上述反射测距光43和上述反射追踪光68分离。
上述追踪受光元件63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63上的位置。例如，各像素具有以上述追踪受光元件63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63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61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68的对于上述追踪受光元件63的入射位置，运算该入射位置与上述追踪受光元件63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68的入射位置成为上述追踪受光元件63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61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59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54。此外，也可以将上述接合面67的透射侧作为上述追踪光受光部55，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54、追踪光受光部55之外，还同轴地设置有激光指示器光射出部69和拍摄部71。
上述激光指示器光射出部69具有：激光指示器发光元件72、设置在从该激光指示器发光元件72射出的激光指示器光的光轴(激光指示器光轴73)上的投射透镜74、分束器75、设置在该分束器75的反射光轴上的反射镜76、和设置在该反射镜76的反射光轴上的短通滤光板77。再有，在本实施例中，将上述激光指示器光轴73、和由上述反射镜76和上述短通滤光板77反射的激光指示器光轴73总称为该激光指示器光轴73。
上述激光指示器发光元件72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75使上述激光指示器光轴73与拍摄光轴78(后述)同轴地偏转。即，上述分束器75配置在上述激光指示器光轴73与上述拍摄光轴78的交叉位置。此外，上述反射镜76将上述激光指示器光轴73朝向上述短通滤光板77反射。
该短通滤光板77具有透射可见光并且将测距光32(反射测距光43)和追踪光61(反射追踪光68)反射的光学特性。此外，上述短通滤光板77以与透射了该短通滤光板77的激光指示器光轴73成为同轴的方式使测距光轴25和追踪光轴56偏转。进而，短通滤光板77使上述拍摄光轴78与上述受光光轴34以及追踪受光光轴62分离。即，上述短通滤光板77配置在上述测距光32(上述追踪光61)和激光指示器光的共同光路上。
上述拍摄部71具有拍摄元件79、设置在由该拍摄元件79接收的背景光的光轴(上述拍摄光轴78)上的受光透镜组81、上述分束器75、上述反射镜76和上述短通滤光板77。
上述拍摄元件79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79上的位置。例如，各像素具有以上述拍摄元件79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79上的位置。
同轴地照射并且同轴地反射的上述反射测距光43、上述反射追踪光68、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77，由此，被分离。
进而，透射了该短通滤光板77的反射激光指示器光和背景光被上述反射镜76反射，经由上述分束器75和上述受光透镜组81在上述拍摄元件79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56成为同轴的方式设置上述激光指示器光射出部69和上述拍摄部71。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54、追踪光受光部55之外，还追加了拍摄部71。
此外，在第六实施例中，反射棱镜82相对于轴心11a倾斜35°左右，形成有在上述反射棱镜82的射出面(相对于纸面为左侧的面)设置有长通滤光器的长通滤光器面83。此外，在上述反射棱镜82的下部实施了倒角加工。
上述长通滤光器面83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83成为反射同轴地入射的背景光并透射反射测距光43和反射追踪光68的分离面。
由上述长通滤光器面83分离反射的背景光的光轴为上述拍摄光轴78，在该拍摄光轴78上设置有受光透镜组81和拍摄元件79。因此，入射到上述反射棱镜82的背景光被上述长通滤光器面83反射，入射到拍摄元件79。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82的射出面设置的上述长通滤光器面83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。

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以及透射率的分束膜，
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。
2.根据权利要求1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。
3.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相对于所述测距光的光轴可插拔的平行平面板，能够通过该平行平面板的插拔变更所述测距光的扩展角。
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1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：
所述测距光射出部具有相对于所述测距光的光轴可插拔的平行平面板，能够通过该平行平面板的插拔变更所述测距光的扩展角。
9.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。
10.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。
11.根据权利要求8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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.根据权利要求2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。
20.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。
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