JP2008249375A - ３次元位置測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定部が回転する３次元位置測定装置において、測定部と本体との間の信号の送受信を非接触で行う。
【解決手段】本体２に対して回転し、鉛直偏向角を制御可能な回転反射ミラー３０２を備えた回転光学部３を備えている。本体２と回転光学部３との間のデータ信号のやり取り、および本体２から回転光学部３への電力供給は、データ伝送装置４００および電力伝送装置５００で行われる。これら伝送装置は、回転中心を軸とするコイルを本体２側と回転光学部３側に備え、僅かに離間している。回転光学部３の回転に関係なく、コイル間の相互誘導によりデータ信号および電力の電送が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、３次元位置測定装置の回転部におけるデータの伝送を行う仕組みに関する。

レーザー光線を用いた３次元位置測定装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この３次元位置測定装置は、レーザー光を用いた測距装置を３次元的に走査しつつ３次元空間の位置測定を行うものである。３次元位置測定装置は、レーザー光を３次元的に走査しつつ周囲に照射する必要があるので、特許文献１に記載されているように、本体に対して回転可能なレーザー光の照射部兼受光部となる測定部を備えた構造とされている。

上述のように、この測定部は、本体に対して回転する必要があるが、他方で本体からの電源供給および本体との間の各種信号の送受信を行う必要がある。このため、本体側と測定部側とにおいて、回転軸に対しての同円周位置に電極を配置し、測定部が本体に対して回転した際に、対応する電極同士間に電気的な接触が確保されるようにしている。

特表２０００−５０９１５０号

しかしながら、上述した機械的な接点によって、本体と、この本体に対して回転する測定部との間の電気的な接触を確保する構造は、接点の磨耗が発生するので、耐久性の点で問題がある。特に測定部の回転速度が速くなるとこの問題が顕在化する。また、この問題は、装置の高コスト化、メンテナンスコストが高くなる等の要因ともなる。

そこで本発明は、測定部が回転する構造を有する３次元位置測定装置において、測定部と本体との間の信号の送受信を非接触で行うことができる構成を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、本体と、前記本体に対して回転可能で、鉛直方向への偏向制御を行う回転光学部と、前記本体に配置され、前記回転光学部の回転軸を軸とする第１コイルを備えた本体側データ送受信部と、前記回転光学部に配置され、前記第１コイルと軸を共有し、前記第１コイルと磁気的に結合する第２コイルを備えた回転光学部側データ送受信部とを備えていることを特徴とする３次元位置測定装置である。

請求項１に記載の発明によれば、本体と回転する回転光学部との間において、非接触のデータ伝送を行うことができる。すなわち、第１コイルと第２コイルとは同軸状に配置されているので、第１コイルに高周波信号を流すと、相互誘導により第２コイルにその高周波信号が誘導される。逆に第２コイルに高周波信号を流すと、相互誘導により第１コイルにその高周波信号が誘導される。この現象を利用することで、非接触状態での第１／第２コイル間におけるデータの伝送を行うことができる。このため、電極の接触が必要とされない。なお、同軸状というのは、２つのコイルが同じ軸を共有している状態のことをいう。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、円環形状の磁性材料で構成され、一部が開放された収容形状の断面を有する第１円環部と、円環形状の磁性材料で構成され、一部が開放された収容形状の断面を有する第２円環部とを備え、前記第１コイルは、前記第１円環部の前記収容形状の内部に収められ、前記第２コイルは、前記第２円環部の前記収容形状の内部に収められ、前記第１円環部と前記第２円環部とは、前記それぞれの収容形状の開放された部分を対向させる位置関係で同軸状に配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、第１コイルと第２コイルの相互誘導時に、第１および第２の円環部に閉じた磁路が形成され、両コイル間の磁気的な結合の効率を高くすることができる。そのため、低損失でデータの伝送を行うことができ、低消費電力化を追究することができる。請求項２に記載の発明において、一部が開放された収容形状の断面というのは、凹型、Ｕ字型、Ｌ字型、くの字型、Ｖ字型等のある方向が開放され、且つ、コイルを収めることができる形状のことをいう。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、本体に配置され、回転光学部の回転軸を軸とする第３コイルを備えた電力供給部と、前記回転光学部に配置され、前記第３コイルと軸を共有し、前記第３コイルと磁気的に結合する第４コイルを備えた電力入力部とを更に備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、回転光学部で必要とされる電力を第３コイルから第４コイルに伝送することができる。この電力伝送の原理も第１コイル／第２コイル間におけるデータ伝送と同じ相互誘導の原理を利用している。この電力伝送も、コイル間の相互誘導を利用するので、非接触な状態で行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、本体側データ送受信部と回転光学部側データ送受信部との間では、互いに異なる複数の周波数によるデータの伝送が行われることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、コイルの数を増やすことなしに複数のデータ信号を同時に伝送することができる。これにより、回転光学部の動作を制御する制御信号として本体より回転光学部に複数の信号を伝送することができ、より複雑な制御を可能とすることができる。また、コイルの数を増やすことなしに回転光学部から本体に複数のデータ信号を伝送することができる。

すなわち、第１コイルと第２コイルとの間で行われるデータ信号の伝送は、コイル間の相互誘導を利用して行われるので、信号が異なる周波数の複数であっても、問題はない。異なる周波数の信号は、急峻なバンドパス特性を有する水晶フィルタやセラミックスフィルタ等を用いれば個別に分離することができる。したがって、第１コイルと第２コイルとの間で伝送されるデータ信号の多重化を行うことができ、さらに双方向通信を行うことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、回転光学部は、回転光学部が備えた反射板の鉛直偏向角の角度を計測する計測手段を備え、本体側データ送受信部から回転光学部側データ送受信部に前記鉛直偏向角の値を決める制御データが送信され、回転光学部側データ送受信部から本体側データ送受信部に前記計測手段の出力が送信されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、反射板の鉛直方偏向角に関する角度データが回転光学部から本体に送られ、この角度データに基づいて回転光学部の反射板の鉛直偏向角の制御が行われる。回転光学部が、水平回転しつつ反射板の鉛直偏向角を可変することで、３次元的な距離と角度の測定を行うことができる。

本発明によれば、距離測定を行う光の軸を任意の方向に向ける測定部が回転する構造を有する３次元位置測定装置において、測定部と本体との間の信号の送受信を非接触で行うことができる。このため、電極の接触の問題がなくなり、耐久性を向上させ、且つ、部品コストやメンテナンスコストを低減することができる。

（１） 第１の実施形態
（概要）
図１は、本発明を利用した３次元位置測定装置の概要を示す概念図である。図１には、３次元位置測定装置１が示されている。３次元位置測定装置１は、本体２と、この本体２に対して回転可能な回転光学部３とを備えている。回転光学部３は、回転ベアリング４１および４２を介して本体２に対して回転自在な状態で固定されている。

すなわち、回転光学部３は、鉛直偏向角を制御可能な回転反射ミラー３０２を備え、本体２に対して回転する。本体２と回転光学部３との間のデータ信号のやり取り、および本体２から回転光学部３への電力供給は、データ伝送装置４００および電力伝送装置５００で行われる。これら伝送装置は、回転中心を軸とするコイルを本体２側と回転光学部３側に備え、両コイルは、僅かに離間している。回転光学部３の回転に関係なく、コイル間の相互誘導によりデータ信号および電力の電送が行われる。

（回転機構）
本体２には、ステータ２０１が配置されている。このステータ２０１は、コイルが巻かれた複数の磁極を円周上に配置した構造を備えている。ステータ２０１に対向する回転光学部３の部分には、ロータ３０１が配置されている。ロータ３０１は永久磁石を円周上に複数備えた構造を有している。ステータ２０１の複数の磁極への通電が、図示しない制御回路によってスイッチングされることで、ステータ２０１に対してロータ３０１が回転しようとする力が生じ、本体２に対して回転光学部３が回転する。ステータ２０１とロータ３０１とは、ＤＣブラシレスモータの原理を利用したＤＤ（ダイレクト・ドライブ）モータを構成している。

（本体２の構成）
以下、本体２の構成について説明する。本体２は、主レンズ系２０２を備えている。主レンズ系２０２は、所定の光学特性を得るために複数のレンズを組み合わせた構造とされている。主レンズ系２０２の後ろ（図の下方）には、第１の副反射ミラー２０３が配置されている。第１の副反射ミラー２０３は、両面が反射面とされている。図１において、第１の副反射ミラー２０３の右側には、第２の副反射ミラー２０４が配置され、左側には、第３の副反射ミラー２０５が配置されている。

第２の副反射ミラー２０４の下方には、追尾光発光部２０６と測距光発光部２０７が配置されている。追尾光発光部２０６は、コーナーキューブと称される反射装置を追尾（探索）するための光（追尾光）を発生する機能を有する。測距光発光部２０７は、先のコーナーキューブに照射される距離測定用の光（測距光）を発生する機能を有する。追尾光発光部２０６は、ハーフミラーを備え、測距光発光部２０７からの測距光を第２の副反射ミラー２０４に導くことができるようにされている。なお、追尾光と測距光とは、異なる波長が選択されている。

第３の副反射ミラー２０５の下方には、測距光を受光する測距光受光部２０８が配置されている。第１の副反射ミラー２０３の下方には、選択反射ミラー２０９が配置されている。選択反射ミラー２０９は、測距光を上方に反射し、追尾光を図の左方向に反射し、その他の光（追尾光と測距光以外の波長の光）を下方に透過させる機能を有している。選択反射ミラー２０９の下方には、回転反射ミラー３０２に映し出された画像を撮像する撮像用ＣＣＤ２１０が配置され、左側には、追尾光を検出する追尾光用ＣＣＤ２１１が配置されている。

本体２は、回転光学部３の指向している方向（水平測角（方位角））を検出するためのロータリエンコーダの角度読み取り部２１２を備えている。この角度読み取り部２１２は、コの字形状の部材の一方の壁部に発光ダイオードを、他方の壁部にフォトトランジスタを備え、その間を通過する後述の角度読み取られ部３１０のスリットを通過するパルス光をフォトトランジスタが検出することで、角度情報の信号を出力する。角度読み取られ部３１０と角度読み取り部２１２は、通常のロータリエンコーダと同じ原理により角度を検出する角度検出装置を構成している。

また、以上説明した構成の他に本体２は、図示省略した電源、制御系および後述する図４に示す回路系を備えている。なお、図示省略した制御系は、ＣＰＵ、メモリ、および各種インターフェース回路を備え、後述する動作制御および距離算出の演算を行う。また、制御系のメモリには、各種計測データや画像データ等が記憶される。

（回転光学部３の構成）
次に回転光学部３の構成について説明する。回転光学部３は、本体２のステータ２０１に対向する位置に、ロータ３０１を備えている。ロータ３０１は永久磁石を円周上に複数備えた構造を有している。また、回転光学部３は、回転反射ミラー３０２を備えている。回転反射ミラー３０２は、鉛直偏向角制御用回転軸３０３によって回転光学部３に鉛直偏向角変化が可能な状態で固定されている。鉛直偏向角制御用回転軸３０３は、回転ベアリング３０４および３０５によって回転光学部３に支持されている。また、図示されていないが、回転反射ミラー３０２の正面には、開口が設けられ、外部に光を照射し、また外部からの光を採り入れることができる構成とされている。この構造によれば、回転反射ミラー３０２により、鉛直方向への偏向制御が可能となる。鉛直方向への偏向制御というのは、本体２側から出力される追尾光や測距光を鉛直面内の任意の方向（つまり上下の方向）に照射できる光軸制御のことをいう。なお、鉛直偏向角は、鉛直偏向角制御用回転軸３０３を軸とした回転反射ミラー３０２の回転角として定義される。

回転光学部３には、ステータ３０６が配置されている。このステータ３０６は、コイルが巻かれた複数の磁極を円周上に配置した構造を備えている。ステータ３０６に対向する回転反射ミラー３０２側には、ロータ３０７が配置されている。ロータ３０７は永久磁石を円周上に複数備えた構造を有している。ステータ３０６とロータ３０７とは、ＤＣブラシレスモータの原理を利用したＤＤ（ダイレクト・ドライブ）モータを構成している。ステータ３０６の複数の磁極への通電が、図示しない制御回路によってスイッチングされることで、ステータ３０６に対してロータ３０７が回転しようとする力が生じる。これにより、回転反射ミラー３０２の鉛直偏向角制御を行うことができる。

鉛直偏向角制御用回転軸３０３の他端には、円周方向にスリットが形成された角度読み取られ部３０８が取り付けられている。また、回転光学部３は、角度読み取り部３０９を備えている。角度読み取り部３０９は、コの字形状の部材の一方の壁部に発光ダイオードを、他方の壁部にフォトトランジスタを備え、その間を通過する角度読み取られ部３０８のスリットを通過するパルス光をフォトトランジスタが検出することで、角度情報の信号を出力する。角度読み取られ部３０８と角度読み取り部３０９は、通常のロータリエンコーダと同じ原理により角度を検出する角度検出装置を構成している。また、回転光学部３は、後述する図４に示す回路系を備えている。

（非接触伝送系の構成）
次に、本体２と回転光学部３との間における非接触なデータ伝送および非接触な電力伝送を行うための構成について説明する。図１に示す３次元位置測定装置１は、データ伝送装置４００と電力伝送装置５００を備えている。図２は、データ伝送装置４００と電力伝送装置５００の外観を示す斜視図である。

まず、データ伝送装置４００について説明する。データ伝送装置４００は、本体２側に配置された本体側データ送受信部４０１と、回転光学部３側に配置された回転光学部側データ送受信部４０２を備えている。本体側データ送受信部４０１と回転光学部側データ送受信部４０２は、共に磁性体（フェライト）で構成され、断面が凹型の円環形状を有している。図１および図２では、省略されているが、凹型断面の内側にコイルが配置されている。

図３は、データ伝送装置４００と電力伝送装置５００の外観および断面構造を示す斜視断面図である。図３に示すように、本体側データ送受信部４０１の凹型断面の内側には、コイル４０３が収容（収められ）され、回転光学部側データ送受信部４０２の凹型断面の内側には、コイル４０４が収容されている。そして、本体側データ送受信部４０１の凹型断面の開口部と回転光学部側データ送受信部４０２の凹型断面の開口部とを対向させ、且つ両者間に所定の隙間（数十μｍ〜数百μｍ）を設けた状態で、本体側データ送受信部４０１と回転光学部側データ送受信部４０２とが位置している。ここで、コイル１とコイル２とは、その軸が、共に回転光学部３の回転軸に一致するように位置関係が調整されている。

この構成によれば、コイル４０３とコイル４０４とが磁気的に結合するので、一方のコイルに高周波電流を流すと、他方のコイルに相互誘導により同じ周波数の高周波電流が流れる。この原理を利用して、非接触のデータ伝送を行うことができる。またこの相互誘導の際、磁性材料で構成される本体側データ送受信部４０１と回転光学部側データ送受信部４０２の内部を貫く閉じた磁路が形成されるので、伝送損失を低く抑えることができる。

次に、電力伝送装置５００について説明する。電力伝送装置５００は、本体２側に配置された本体側電力送信部５０１と、回転光学部３側に配置された回転光学部側電力受信部５０２を備えている。本体側電力送信部５０１と回転光学部側電力受信部５０２は、共に磁性体（フェライト）で構成され、断面が凹型の円環形状を有している。

図３に示すように、本体側電力送信部５０１の凹型断面の内側には、コイル５０３が収容され、回転光学部側電力受信部５０２の凹型断面の内側には、コイル５０４が収容されている。そして、本体側電力送信部５０１の凹型断面の開口部と回転光学部側電力受信部５０２の凹型断面の開口部とを対向させ、且つ両者間に所定の隙間（数十μｍ〜数百μｍ）を設けた状態で、本体側電力送信部５０１と回転光学部側電力受信部５０２とが位置している。

この構成によれば、一方のコイルに高周波電流を流すと、他方のコイルに相互誘導により同じ周波数の高周波電流が流れる。この原理を利用して、非接触の電力伝送を行うことができる。またこの相互誘導の際、磁性材料で構成される本体側電力送信部５０１と回転光学部側電力受信部５０２の内部を貫く閉じた磁路が形成されるので、伝送損失を低く抑えることができる。

（回路構成）
次に、本体２と回転光学部３との間における非接触なデータ伝送および非接触な電力伝送を行うための回路構成について説明する。図４は、図１に示す３次元位置測定装置１の電気回路構成の一部を示すブロック図である。図４には、非接触なデータ伝送および非接触な電力伝送を行うための回路構成の一例が記載されている。

この例では、本体１から２種類のデータ信号（この場合は、２種類の制御信号）と電源電力（回転光学部３の電源電力）が、回転光学部３に伝送される。また、回転光学部３から本体１に１種類のデータ信号が本体２に伝送される。

本体２から回転光学部３に送られるデータ信号は、回転反射ミラー３０２の鉛直偏向角制御を行うための制御信号（データ信号１）と、任意のタイミングで鉛直偏向角のデータの測定を行うための制御信号（データ信号２）である。また、回転光学部３から本体２に送られるデータ信号は、回転反射ミラー３０２の鉛直偏向角データの信号（データ信号３）である。なお、この例では、データ信号２は、タイミングを送るパルス波形であり、その他のデータ信号は、デジタルデータである。よって、前記データ以外の制御データを伝送可能である。

まず、本体２側におけるデータ伝送を行うための回路構成を説明する。図４に示すように、本体２は、搬送波発振装置（Ｏｓｃ１)６０１、変調装置６０２、搬送波発振装置（Ｏｓｃ２）６０３、変調装置６０４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ３）６０５および復調装置６０６を備えている。搬送波発振装置（Ｏｓｃ１)６０１は、データ信号１を変調する搬送波を生成する。搬送波の周波数は、例えば５ＭＨｚ付近の周波数が選択される。搬送波発振装置の発振回路は、公知の水晶素子やセラミックス素子を用いた発振回路、ＰＬＬ発振回路等が利用される。

変調装置６０２は、データ信号１を振幅変調する。変調装置の回路としては、ＡＮＤゲートや各種ミキサー回路等が利用される。搬送波発振装置６０３（Ｏｓｃ２)は 、データ信号２を変調する搬送波を生成する。搬送波発振装置６０３（Ｏｓｃ２)が生成する搬送波の周波数は、搬送波発振装置６０１（Ｏｓｃ１)が生成する搬送波の周波数と異なる周波数（フィルタで分離できる周波数差の周波数）が選択される。具体的には、搬送波発振装置６０３（Ｏｓｃ２)が生成する搬送波の周波数は、搬送波発振装置６０１（Ｏｓｃ１)が生成する搬送波の周波数と数十〜数百ｋＨｚ異なる周波数が選択される。変調装置６０４は、データ信号１を振幅変調する。ここでは、変調装置６０４として、変調装置６０２と同じものが採用されている。

バンドパスフィルタ（ＢＰＦ３）６０５は、回転光学部３から送られてくる変調されたデータ信号３を分離する周波数選択フィルタである。バンドパスフィルタ６０５としては、セラミックスフィルタや水晶フィルタが利用される。復調装置６０６は、バンドパスフィルタ６０５で選択された信号（回転光学部３から送られてくる変調されたデータ信号３）に基づいて、元のデータ信号３を復調する。図示省略するが、復調回路６０６として、ダイオード検波等ＡＭ復調を行う回路構成を採用することができる。

次に本体２側における電力伝送を行うための回路構成を説明する。本体２は、電力発生装置６０７を備えている。電力発生装置６０７は、直流電源を利用して２０ｋＨｚ程度の交流電流を生成する。電力発生装置は、そのための発振回路とＨブリッジ回路および駆動回路を備えている。

次に回転光学部３側におけるデータ伝送を行うための回路構成を説明する。回転光学部３は、搬送波発振装置（Ｏｓｃ３）７０１、変調装置７０２、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ３）７０３、復調装置７０４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）７０５、および復調装置７０６を備えている。

搬送波発振装置（Ｏｓｃ３）７０１は、データ信号３を変調するための搬送波を生成する。搬送波発振装置（Ｏｓｃ３）７０１で生成される搬送波の周波数は、搬送波発振装置６０１（Ｏｓｃ１)および搬送波発振装置６０３（Ｏｓｃ２)が生成する周波数と同様な５ＭＨｚ付近の周波数が選択されるが、それらの周波数と数十〜数百ｋＨｚ異なる周波数が選択される。

変調装置７０２は、データ信号３を搬送波発振装置（Ｏｓｃ３）７０１が生成する搬送波で変調する。変調装置７０２は、変調装置６０２や６０４と同じ回路を利用することができる。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）７０３は、変調装置６０２から出力される変調されたデータ信号１の周波数を選択的に通過させる。復調装置７０４は、変調されたデータ信号１を復調する。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）７０５は、変調装置６０４から出力される変調されたデータ信号２の周波数を選択的に通過させる。復調装置７０６は、変調装置６０４において変調されたデータ信号２を復調する。

バンドパスフィルタ７０３および７０５としては、選択すべき周波数のフィルタ特性を有した水晶フィルタやセラミックスフィルタが採用される。復調装置７０４および７０６は、復調に用いる基準信号の周波数が異なるだけで、復調装置６０６と同じ回路構成のものが利用される。

次に回転光学部２側における電力伝送を行うための回路構成を説明する。回転光学部３は、整流回路７０７を備えている。整流回路７０７は、電力発生回路６０７が出力した２０ｋＨｚ程度の交流電流を整流し、ＤＣ電圧を得る。

（動作例）
（電源電力供給動作の例）
以下、図１に示す３次元位置測定装置１の動作の一例を説明する。まず、本体２から回転光学部３に電源電力を供給する動作の一例を説明する。図１に示す３次元位置測定装置１の図示省略した主電源がＯＮにされると、図４に示す電力発生装置６０７が動作を開始し、２０ｋＨｚの交流電流を出力する。この交流電流は、コイル５０３（図３参照）に供給され、相互誘導によりコイル５０４に同じ周波数の交流電流を誘導する。コイル５０４に誘導された交流電流は、整流回路７０７で整流され、ＤＣ電圧とされ、このＤＣ電圧は、回転光学部３内の必要箇所に供給される。この本体２から回転光学部３への電力電送は、非接触で行われるので、回転光学部３の回転に関係なく回転光学部３への本体２からの電力供給が行われる。

（データ信号伝送の動作例）
図１の回転反射ミラー３０２の鉛直偏向角を制御するためのデータ信号１は、図４の変調装置６０２で変調され、変調後の信号は、抵抗を介してコイル４０３（図３参照）に供給される。この変調されたデータ信号１は、相互誘導によりコイル４０４に現れ、それがバンドパスフィルタ７０３（図４参照）で選択され、復調回路７０４に送られる。復調回路７０４は、変調されたデータ信号１からデータ信号１を復調し、図示省略したモータの制御回路に出力する。この図示省略された制御回路は、データ信号１に基づいて図１のステータ３０６に駆動電流を出力する。これにより、回転反射ミラー３０２の鉛直偏向角制御が行われる。

任意のタイミングで鉛直偏向角の測定をするためのデータ信号２は、図４の変調装置６０４で変調され、変調後の信号は、抵抗を介してコイル４０３（図３参照）に供給される。この変調されたデータ信号２は、相互誘導によりコイル４０４に現れ、それがバンドパスフィルタ７０５（図４参照）で選択され、復調回路７０６に送られる。復調回路７０６は、変調されたデータ信号２からデータ信号２を復調し、図示省略した鉛直偏向角の測定回路に出力する。

図１の回転反射ミラー３０２の鉛直偏向角は、角度読み取り部３０９で検出される。この検出データ（角度データ）は、データ信号３として、図４の変調装置７０２に送られる。変調装置７０２は、データ信号３を変調し、抵抗を介して変調後の信号をコイル４０４（図３参照）に供給する。変調されたデータ信号３は、相互誘導によりコイル４０３に現れ、それがバンドパスフィルタ６０５によって選択され、さらに復調装置６０６に送られる。復調装置６０６において、変調されたデータ信号３は復調され、復調されたデータ信号３は、図示省略されている図１の本体２内の制御系に送られる。

なお、この例において、各データ信号は、異なる周波数であり、それぞれはバンドパスフィルタによって選択されるので、各データ信号の送受信は、同時に行うことができる。

具体的には、コイルとして直径１０ｃｍ程度のものを採用し、図３に示すような構造とした場合、約７ＭＨｚの自己共振周波数を有する伝送装置（変成器）が得られている。この場合、搬送周波数として５ＭＨｚ付近の周波数を選択し、帯域幅が２００ｋＨｚ程度のセラミックスフィルタを利用することで、転送レートが１００〜２００ｋＢＰＳ（bit/sec）の双方向多重データ伝送を行うことができる。

（３次元位置測定の動作例）
次に図１に示す３次元位置測定装置１全体の動作の一例を説明する。なお、以下の動作は、本体２に内蔵された図示省略した制御系によって制御され実行される。

３次元位置測定動作が開始されると、まず目標とする対象付近に設置したコーナーキューブを探す動作が行われる。この際、追尾光が、追尾光発光部２０６から発光され、それが第２の副反射ミラー２０４および第１の副反射ミラー２０３で反射されて主レンズ系２０２に至る。主レンズ系２０２を透過した追尾光は、本体２から出て回転光学部３に至り、回転反射ミラー３０２で反射されて装置の外部に放射される。

この際、ステータ２０１に制御電流が流され、回転光学部３が本体２に対して回転する。また、本体２から、データ伝送装置４００を介して、回転光学部３に回転反射ミラー３０２の鉛直偏向角制御に関するデータが送られ、回転反射ミラー３０２の鉛直面内における向きの制御（つまり追尾光を上下どの方向に向けるかの偏向制御）が行われる。これらの制御は、図示しない本体２内の制御系によって行われる。またこの制御は、角度読み取り部２１２から得られる回転光学部３の水平角データ、および角度読み取り部３０９から得られる、回転反射ミラー３０２の鉛直偏向角データに基づいて行われる。

追尾光を水平角および鉛直偏向角を可変しながら走査することで、コーナーキューブからの反射光の探索が行われる。コーナーキューブからの反射光が回転反射ミラー３０２に入射すると、その光線は、主レンズ系２０２を介して、本体２内に取り込まれる。本体２内に取り込まれた追尾光の反射光は、選択反射ミラー２０９において、図の左方向に反射され、追尾光用ＣＣＤ２１１で検出される。追尾光用ＣＣＤ２１１が撮像した画像は、図示しない制御系内の画像処理装置で画像処理される。そして、図示しない制御系において、撮像画像の中央にコーナーキューブがくるようにステータ２０１および３０６に出力する制御電流が調整され、回転光学部３の水平角および回転反射ミラー３０２の鉛直偏向角が微調整される。

追尾光用ＣＣＤ２１１の撮像画像の中央に、コーナーキューブが位置したら、追尾光の発光を止め、測距光発光部２０７から測距光を発光させる。測距光は、第２の副反射ミラー２０４および第１の副反射ミラー２０３で反射され、主レンズ系２０２を介して、回転反射ミラー３０２に至り、そこで反射される。回転反射ミラー３０２で反射された測距光は、上記探索したコーナーキューブに照射される。

上記測距光は、当該コーナーキューブで反射され、回転反射ミラー３０２に入射する。回転反射ミラー３０２に入射したコーナーキューブからの測距光は、主レンズ系２０２から本体２内に取り込まれ、さらに選択反射ミラー２０９で上方に反射され、第１の副反射ミラー２０３で左方向に反射される。この測距光のコーナーキューブからの反射光は、第３の副反射ミラー２０５でさらに下方に反射され、測距光受光部２０８で受光される。

測距光発光部２０７は、所定の間隔でパルス発光を繰り返しているので、上記測距光用受光部２０８の出力とこのパルス発光の発光タイミングに基づいて、コーナーキューブまでの距離が算出される。この算出は、図示しない制御系によって行われる。

以上のようにしてコーナーキューブまでの距離の計測が行われる。また、このタイミングにおいて、距離測定位置の画像情報を取得するために、撮像用ＣＣＤ２１０によって、当該コーナーキューブが中心に位置する画像を撮像する。この画像データは、図示省略したメモリに記憶される。

次に他のコーナーキューブに対して、同じ動作が繰り返される。こうして、複数のコーナーキューブまでの距離を計測し、３次元的な位置計測が行われる。

この動作において、回転光学部３は適宜回転し、また回転反射ミラー３０２も適宜鉛直偏向角の制御が行われるが、その際にデータ伝送装置４００および電力伝送装置５００では、非接触状態でのデータ伝送および電力伝送が行われる。このため、摺動に起因する電極部材の摩耗等の問題が発生しない。そのため、高い耐久性および信頼性を得ることができる。また、メンテナンスコストや部品コストを抑えることができる。

（２）変形例
図１に示す構成において、データ伝送装置４００を用いて電力伝送を行うこともできる。この場合、変調されたデータ信号の出力を大きくし、その整流出力を利用する方法が採用できる。しかしながら、この方法は、データ伝送に電力が必要であるので、消費電力の点で第１の実施形態に示す構成に比較して不利となる。また、データ伝送装置４００を用いて電力伝送を行う他の方法として、データ信号に電力波（例えば２０ｋＨｚの高周波）を畳重し、ダイプレクサ等でそれを分離し、整流装置に導く方法を採用することもできる。

第１の実施形態では、コーナーキューブからの反射光を検出し、距離の計測を行う例を説明したが、コーナーキューブを用いずに、直接被照射物からの反射光を検出し、距離の測定を行う３次元位置測定装置に本発明を利用することもできる。

また、データ送受信部、電力送信部、および電力受信部の断面構造は、凹型に限定されず、凹型、Ｕ字型、Ｌ字型、くの字型、Ｖ字型等のある方向が開放され、且つ、コイルを収めることができる形状を採用することができる。

図５は、他の態様の断面構造を示す斜視断面図である。図５（Ａ）には、本体側データ送受信部４１１、回転光学部側データ送受信部４１２として、断面が略Ｌ字形状の磁性体を採用した場合の一例が示されている。また、同様な断面形状が、本体側電力送信部５１１および回転光学部側電力受信部５１２に採用されている状態が示されている。

また、図５（Ｂ）には、コイル巻き線の並び方向を図５（Ａ）の場合と変えた一例が示されている。図５（Ｂ）には、断面が略Ｌ字形状の本体側データ送受信部４１１に本体側のコイル４２３が収容され、同様な断面形状の回転光学部側データ送受信部４１２に回転光学部側のコイル４２４が収容され、両コイルが磁気的に結合した状態が示されている。また、断面が略Ｌ字形状の本体側電力送信部５１１に本体側のコイル５２３が収容され、同様な断面形状の回転光学部側電力受信部５１２に回転光学部側のコイル５２４が収容され、両コイルが磁気的に結合した状態が示されている。

本発明は、３次元位置測定装置内部におけるデータ伝送機構、およびそのようなデータ伝送機構を備えた３次元位置測定装置に利用することができる。

発明を利用した３次元位置測定装置を示す概念図である。 データ伝送装置と電力伝送装置の外観を示す斜視図である。 データ伝送装置と電力伝送装置の断面構造を示す斜視断面図である。 図１に示す３次元位置測定装置の電気回路構成の一部を示すブロック図である。 データ伝送装置と電力伝送装置の断面構造を示す斜視断面図である。

符号の説明

１…３次元位置測定装置、２…本体、３…回転光学部、４００…データ伝送装置、４０１…本体側データ送受信部、４０２…回転光学部側データ送受信部、４０３…コイル、４０４…コイル、５００…電力伝送装置、５０１…本体側電力送信部、５０２…回転光学部側電力受信部、５０３…コイル、５０４…コイル。

Claims (5)

1. 本体と、
   前記本体に対して水平方向に回転可能で、鉛直方向への偏向制御が可能な反射板を備えた回転光学部と、
   前記本体に配置され、前記回転光学部の回転軸を軸とする第１コイルを備えた本体側データ送受信部と、
   前記回転光学部に配置され、前記第１コイルと軸を共有し、前記第１コイルと磁気的に結合する第２コイルを備えた回転光学部側データ送受信部と
   を備えていることを特徴とする３次元位置測定装置。
2. 円環形状の磁性材料で構成され、一部が開放された収容形状の断面を有する第１円環部と、
   円環形状の磁性材料で構成され、一部が開放された収容形状の断面を有する第２円環部と
   を備え、
   前記第１コイルは、前記第１円環部の前記収容形状の内部に収められ、
   前記第２コイルは、前記第２円環部の前記収容形状の内部に収められ、
   前記第１円環部と前記第２円環部とは、前記それぞれの収容形状の開放された部分を対向させる位置関係で同軸状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元位置測定装置。
3. 前記本体に配置され、前記回転光学部の回転軸を軸とする第３コイルを備えた電力供給部と、
   前記回転光学部に配置され、前記第３コイルと軸を共有し、前記第３コイルと磁気的に結合する第４コイルを備えた電力入力部と
   を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元位置測定装置。
4. 前記本体側データ送受信部と前記回転光学部側データ送受信部との間では、互いに異なる複数の周波数によるデータ信号の伝送が行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の３次元位置測定装置。
5. 前記回転光学部は、前記反射板の鉛直偏向角の角度を計測する計測手段を備え、
   前記本体側データ送受信部から前記回転光学部側データ送受信部に前記鉛直偏向角を決める制御データが送信され、
   前記回転光学部側データ送受信部から前記本体側データ送受信部に前記計測手段の出力が送信されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の３次元位置測定装置。

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