JP2006119089A - 光波距離計 - Google Patents

Abstract

【課題】 光波距離計において、測距光をシャッターで外部光路と内部光路との間で切り換えた際に、切換完了した時点を検出すると直ちに距離測定を開始して、距離測定に要する時間を短縮する。
【解決手段】 測点に置かれたターゲット（６）に向けて測距光（Ｌ）を出射する光源（３）と、ターゲットで反射して戻ってきた測距光を受光して測距信号（Ｍ）に変換する受光素子（７）と、測距信号から距離を演算するＣＰＵ（２４）と、測距光をターゲットまで往復する外部光路（Ｐｏ）又は光源から受光素子に至る内部光路（Ｐｉ）に切り換えるシャッター（２０）とを備えた光波距離計において、シャッターには外部光路と内部光路との切換中に測距光が通過する通過孔（２２）が開けられており、ＣＰＵは、受光素子が通過孔を通過した測距光の受光後に、一定レベルの測距光を所定時間受光してから通常の距離測定を開始する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光波距離計に関し、さらに詳細には、光波距離計の光源から出射した測距光を目標物（ターゲット、反射シート又はノンプリズムの物体）まで往復する外部光路と、前記測距光を光源から直ちに受光素子へ向かわせる内部光路に切り換えるシャッターに関する。

光波距離計としては、下記特許文献１に開示されたようなものが知られている。図４に、この光波距離計のブロック図を示す。

この光波距離計では、レーザダイオ−ド等の光源３から出射された測距光Ｌは、プリズム１０、１２、ミラー４、対物レンズ５等の送光光学系を経て、測点上に置かれたターゲット（プリズム等）６に向けて出射される。この光源３は変調器２に接続されており、変調器２は基準信号発振器１に接続されており、測距光Ｌは基準信号発振器１で発生された基準信号Ｋによって変調される。

ターゲット２２で反射された測距光Ｌは、対物レンズ５とミラー４からなる受光光学系を経て、ホトダイオード等の検出器（受光素子）７に入射する。すると、検出器７によって、測距光Ｌが測距信号Ｍなる電気信号に変換される。この測距信号Ｍと、変調器２から送られてくる基準信号Ｋとは、位相計９によって互いの位相差が測定され、この位相差からターゲット６までの距離が求まる。

一方、光源３から出射された測距光Ｌは、シャッター８の位置を切り換えることにより、測距光Ｌがターゲット６まで往復する外部光路Ｐｏと、プリズム１０、１１、１２からなる内部光路Ｐｉを経て参照光Ｒとして直ちに検出器７に入射するようになっている。この内部光路Ｐｉを経た参照光Ｒを用いて、外部光路Ｐｏを経た測距光Ｌと同様に距離測定すると、この光波距離計に固有な誤差を知ることができる。こうして、測距光Ｌによる測定と参照光Ｒによる距離測定を交互に行うことによって、測距光Ｌを用いて測定した距離から光波距離計に固有な誤差を補正して、ターゲット６までの精確な距離を求めることができる。
特許第３２３６９４１号公報

前記特許文献1に開示された光波距離計では、光源３から出射された測距光Ｌをシャッター８で外部光路Ｐｏと内部光路Ｐｉとの間で切り換えたときは、この切換えに要する充分な時間を想定して、この切換えに想定された時間中は距離測定を行っていなかった。このため、距離測定に必要以上の時間がかかるという問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、光波距離計において、光源から出射された測距光をシャッターで外部光路と内部光路との間で切り換える際に、切換完了した時点を検出すると直ちに距離測定を開始することによって、距離測定に要する時間を短縮することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、測点に置かれた目標物に向けて測距光を出射する光源と、目標物で反射して戻ってきた測距光を受光して測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号から距離を演算する演算処理部と、前記光源が発した測距光を前記目標物まで往復する外部光路又は前記光源から前記受光素子に至る内部光路に切り換えるシャッターとを備えた光波距離計において、前記シャッターには前記外部光路と前記内部光路との切換中に測距光が通過する通過孔が開けられており、前記演算処理部は、前記受光素子が前記通過孔を通過した測距光の受光後に、一定レベルの測距光を所定時間受光してから通常の距離測定を開始することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記シャッターが前記外部光路を遮断する位置にあるとき、前記シャッターの前記内部光路側の側部に前記通過孔が設けられたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記通過孔が複数あって、前記通過孔を通過した測距光によって、前記シャッターによる光路切換実行中を表すコード信号を生じることを特徴とする。

請求項１に係る発明の光波距離計によれば、光源が発した測距光を目標物まで往復する外部光路又は光源から受光素子に至る内部光路に切り換えるシャッターには、外部光路と内部光路との切換中に測距光が通過する通過孔が開けられているから、受光素子が前記通過孔を通過した測距光の受光することにより、シャッターの切換動作の実行中であることが判る。これで、次に一定レベルの測距光を受光したときは、極めて短時間でも、シャッターの切換動作が完了したと判断することができ、シャッターの切換完了を極めて短時間で検出できる。こうして、本発明によれば、従来のものより距離測定に要する時間を大幅に短縮できる。

請求項２に係る発明の光波距離計によれば、さらに、シャッターが外部光路を遮断する位置にあるとき、シャッターの内部光路側の側部に通過孔が設けられたから、シャッターの切換時において、通過孔を通過した測距光は内部光路を経て受光素子に入射する。このため、通過孔を通過した測距光はほとんど減衰することなく充分なレベルで受光素子に入射するので、通過孔を通過した測距光を確実に検出することができ、ノイズ等による誤動作が起き難くなる。

請求項３に係る発明の光波距離計によれば、さらに、前記通過孔が複数あって、前記通過孔を通過する測距光によって、前記シャッターによる光路切換実行中を表すコード信号を生じるから、演算処理部はいっそう確実に通過孔を通過した測距光を検出することができ、ノイズ等による誤動作がさらに起き難くなる。

以下、図面に基づいて、本発明の光波距離計の一実施例を説明する。図１は、この光波距離計のブロック図である。図２は、この光波距離計のシャッターの斜視図である。図３は、シャッターの光路切換動作を検出する原理を説明する図である。

この光波距離計は、図１に示したように、測距光Ｌを出射するレーザダイオ−ド等の光源３を備え、光源３は変調器２に接続され、変調器２は基準信号発振器に接続され、測距光Ｌは基準信号発振器１で発生された基準信号Ｋによって変調されている。このように変調された測距光Ｌは、ハーフミラー１４、反射プリズム１６、ミラー４、対物レンズ５からなる送光光学系を経て、測点上に置かれたターゲット（プリズム等）６等の目標物に向けてから送光される。ターゲット６で反射された測距光Ｌは、対物レンズ５、ミラー４からなる受光光学系を経て、ホトダイオード等の受光素子７に入射し、受光素子７で測距信号Ｍなる電気信号に変換されて位相計９に入力される。位相計９には、変調器２から送られてくる基準信号Ｋも入力され、位相計９によって測距信号Ｍと基準信号Ｋとの位相差が測定される。ＣＰＵ２４は、この位相差からターゲット６までの距離を算出して、図示しない表示部に表示する。また、ＣＰＵ２４には、後述するシャッター２０の切換えを検出するため、受光素子７からの測距信号Ｍも入力される。

一方、光源３から出射された測距光Ｌは、ハーフミラー１４によって、直進してターゲット６まで往復する外部光路Ｐｏと、これと直交方向に反射し、参照光Ｒとして光源３から受光素子７まで光ファイバー１８で導かれる内部光路Ｐｉとに分けられる。そして、測距光Ｌは、シャッター２０によって、外部光路Ｐｏと内部光路Ｐｉのいずれかに進むように切り換えられる。この参照光Ｒを用いて外部光路Ｐｏを往復する測距光Ｌと同様に距離測定をすると、この光波距離計に固有な誤差を知ることができる。そこで、ＣＰＵ２４は、シャッター２０へ外部光路Ｐｏと内部光路Ｐｉの切換信号をシャッター駆動回路２６に送り、サーボモータ２８を回転させて、シャッター２０の位置を外部光路Ｐｏ（測距光Ｌ）遮断位置（図１の破線位置）と、内部光路Ｐｉ（参照光Ｒ）遮断位置（図１の実線位置）とに交互に切り換えている。こうして、測距光Ｌによる測定と参照光Ｒによる測定を交互に行い、測距光Ｌを用いて測定した距離から光波距離計に固有な誤差を補正して、ターゲット６までの精確な距離を算出している。

ところで、シャッター２０は、図２に示すように、ハーフミラー１４を固定した枠３０に対して回動可能に取り付けられたアーム３４の先端に取り付けられ、外部光路Ｐｏの遮断位置と、内部光路Ｐｉの遮断位置との間をサーボモータ２８によって移動可能になっている。また、シャッター２０は、測距光Ｌが光波距離計内部に反射しないように、黒色にされるとともに、アーム３４に固着される中央部２０ａの両側に、枠３０の中心方向に折れ曲がった側部２０ｂ、２０ｃを設けている。こうして、シャッター２０は、測距光Ｌを外部光路Ｐｏと内部光路Ｐｉのうちの一方のみを選択して出射する。さらに、シャッター２０は、外部光路Ｐｏの遮断位置にあるとき、内部光路Ｐｉ側に位置する側部２０ｃに、内部光路Ｐｉに向かう測距光Ｌ（参照光Ｒ）が通過するスリット状の複数の通過孔３２が開けられている。通過孔３２をスリット状にするのは、通過孔３２の位置がいくらか狂っても確実に測距光Ｌを通過させるためである。

この通過孔３２は、図３に示したように、ＣＰＵ２４がシャッター２０位置の切換信号を発してシャッター２０を移動させたとき、シャッター２０の切換動作実行中をＣＰＵ２４に知らせるコード信号３６を発するように配置される。ＣＰＵ２４は、測距光Ｌから参照光Ｒに切り換えるときは、図３の（Ａ）に示したように、受光素子７によってコード信号３６を検出した後に、一定レベルの参照光Ｒを所定時間後Δｔ１受光してから、通常の参照光Ｒを用いた距離測定を開始する。逆に参照光Ｒから測距光Ｒに切り換えるときは、図３の（Ｂ）に示したように、受光素子７によってコード信号３６を検出した後に、一定レベルの測距光Ｌを所定時間後Δｔ２受光してから、通常の測距光Ｒを用いた距離測定を開始する。この所定時間Δｔ１、Δｔ２は、同程度であるが、受光レベルが小さい測距光Ｌはノイズ等の影響を受け易いから安全性を考量し、時間Δｔ２をΔｔ１より若干長くしてもよい。

ここで、通過孔３２を図２に示したように、シャッター２０が外部光路Ｐｏを遮断する位置にあるとき、シャッター２０の内部光路Ｐｉ側の側部２０ｃに位置させるのは、通過孔３２を通過した測距光Ｌを光ファイバー１８で減衰させずに充分なレベルで受光素子７まで導き、ノイズ等による誤動作を避けるためである。また、通過孔３２を複数個としたのは、測距光Ｌが通過孔３２を通過してコード信号３６を生じるようにして、ノイズとコード信号を確実に区別することにより、誤動作を防止するためである。

本実施例によれば、シャッター２０で測距光Ｌを内部光路Ｐｉ又は外部光路Ｐｏに切り換える際には、通過孔３２を通過する測距光Ｌ（参照光Ｒ）によるコード信号３６を検出することにより、シャッター２０による光路切換動作が確実に行われていることを確認できるので、このコード信号３６の受光を確認後、測距光Ｌ又は参照光Ｒを受光したときは、極めて短時間に光路切換完了と判断して、直ちに距離測定を開始できる。したがって、シャッター２０によって測距光Ｌを外部光路Ｐｏ又は内部光路Ｐｉとに切換える際に、従来のように光路切換完了に要する充分な時間を待つことがなくなるので、距離測定に要する時間を短縮する。

ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、前記実施例では、光源３から出射された測距光Ｌを、ハーフミラー１４で互いに直交する外部光路Ｐｏと内部光路Ｐｉに分け、シャッター２０を外部光路Ｐｏと内部光路Ｐｉとの間に９０°回動させたが、図４に示した従来例と同じく、互いに平行な外部光路と内部光路に分け、シャッターを外部光路と内部光路との間を直線移動させる等、外部光路と内部光路との切換が自在にできれば、外部光路と内部光路の配置とシャッターの位置や形状は適宜変更可能である。また、シャッター２０に設ける通過孔３２は、必ずしも複数設ける必要はなく、内部光路Ｐｉを経た測距光は充分なレベルであって、ノイズと誤ることは少ないので１個でもよい。さらに、前記実施例では測点に置く目標物としてターゲットを用いたが、目標物として反射シートを用いてもよい。さらに、前記実施例では本発明をターゲットを用いる位相差方式の光波距離計に適用したが、本発明は、パルス走行時間方式の参照光と測距光とを切り換える光波距離計にも、ノンプリズム型の光波距離計にも適用できるものである。

本発明は、光波距離計だけでなく、光波距離計を内蔵した測量機、例えばトータルステーションや、その他の距離測定装置等にも広く利用できる。

本発明の１実施例に係る光波距離計のブロック図である。 前記光波距離計において、測距光Ｌを外部光路と内部光路とに切り換えるシャッターの斜視図である。 前記シャッターの光路切換動作を検出する原理を説明する図である。 従来の光波距離計のブロック図である。

符号の説明

３ 光源
６ ターゲット（目標物）
７ 受光素子
２０ シャッター
２４ ＣＰＵ（演算処理部）
３２ 通過孔
Ｌ 測距光
Ｒ 参照光
Ｐｏ 外部光路
Ｐｉ 内部光路

Claims (3)

1. 測点に置かれた目標物に向けて測距光を出射する光源と、前記目標物で反射して戻ってきた測距光を受光して測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号から距離を演算する演算処理部と、前記光源が発した測距光を前記目標物まで往復する外部光路又は前記光源から前記受光素子に至る内部光路に切り換えるシャッターとを備えた光波距離計において、
   前記シャッターには前記外部光路と前記内部光路との切換中に測距光が通過する通過孔が開けられており、前記演算処理部は、前記受光素子が前記通過孔を通過した測距光の受光後に、一定レベルの測距光を所定時間受光してから通常の距離測定を開始することを特徴とする光波距離計。
2. 前記シャッターが前記外部光路を遮断する位置にあるとき、前記シャッターの前記内部光路側の側部に前記通過孔が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光波距離計。
3. 前記通過孔が複数あって、前記通過孔を通過した測距光によって、前記シャッターによる光路切換実行中を表すコード信号を生じることを特徴とする請求項１又は２に記載の光波距離計。

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