JP2011232127A - Surveying instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光を用いて測量を行う測量装置に関する。 The present invention relates to a surveying apparatus that performs surveying using light.
従来より、土木及び建築などの分野では、レーザ光を用いて距離及び方向を測定する測量装置が使用されている。この測量装置は、測定点から測定対象物に対してレーザ光を出射し、測定対象物からの戻り光を受光検出することにより、測量を行うものである。したがって、測量装置においては、測定対象物からの反射光が測定点に戻ってくるように光軸を調整する必要が生じる。 Conventionally, surveying apparatuses that measure distance and direction using laser light have been used in the fields of civil engineering and architecture. This surveying instrument performs surveying by emitting laser light from a measurement point to a measurement object and detecting and detecting return light from the measurement object. Therefore, in the surveying instrument, it is necessary to adjust the optical axis so that the reflected light from the measurement object returns to the measurement point.
この点、特許文献1には、測量目標点に配置された測量目標手段から測定点に配置された測量手段にレーザ光を出射する測量装置において、測量目標手段に二次元走査装置を設けることにより、測量手段を測量目標手段に自動照準する技術が開示されている。
In this regard,
しかしながら、上記特許文献1の測量装置においては、機械的及び電気的な駆動機構である二次元走査装置を測量目標手段に組み込む必要があるため、測量装置のコストアップとなるとともに装置が大型化するという問題がある。そのため、機械的及び電気的な探索機構を必要としない構成、つまり、より簡単な構成で光軸合わせを容易とする測量装置が求められていた。
However, in the surveying device of
また、上記特許文献1では、測量手段から測量目標手段に向けて出射された光の戻り光を検出して位置を測定するようになっているが、この戻り光には外乱によるノイズ成分も含まれてしまうという問題もある。
Further, in
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その課題の一例としては、簡単な構成にて光軸調整を容易とするとともに、外乱の影響を受けない測量装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an example of the problem is to provide a surveying device that facilitates optical axis adjustment with a simple configuration and is not affected by disturbance. is there.
上記の課題を達成するため、本発明の一態様は、測量部と測量対象部を備えた測量装置であって、前記測量部は、第1の波長帯の光を出射するとともに、外部からの戻り光によりレーザ発振する光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメート素子と、光の波長に応じて回折角が異なり、前記コリメート素子からの平行光を、第1の平面内において前記第1の波長帯に相当する所定の角度の範囲内に分散させる分散光学素子と、を備え、前記測量対象部は、前記第1の平面内の前記所定の角度の範囲内に配置され、前記分散光学素子を介して到達した光を元の方向に反射させ、前記光源に戻す再帰性反射材を備え、前記測量部は、前記光源がレーザ発振した光の一部を取り出す光学素子と、前記光学素子が取りだした光のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、前記スペクトル測定部で測定された光のスペクトルに基づいて、前記測量対象部の位置を算出する位置検出部と、をさらに備えている。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is a surveying apparatus including a surveying unit and a surveying target unit, and the surveying unit emits light in the first wavelength band and is externally transmitted. A light source that oscillates by return light, a collimator element that collimates the light emitted from the light source, a diffraction angle varies depending on the wavelength of the light, and the collimated light from the collimator element is converted into the first plane. And a dispersion optical element that disperses within a predetermined angle range corresponding to the first wavelength band, and the survey target part is disposed within the predetermined angle range in the first plane. A retroreflecting material that reflects the light that has reached through the dispersion optical element in the original direction and returns the light to the light source, and the surveying unit is an optical element that extracts a part of the light that is laser-oscillated by the light source; Spectra of light extracted by the optical element A spectrum measuring section for measuring the Le, on the basis of the spectrum of light measured by the spectrum measuring section, and further comprising a position detection unit for calculating the position of the surveying object part.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る測量装置1の概略構成図である。図1に示す測量装置1は、測量部10と測量対象部20を備えており、測量部10から出射されたレーザ光を測量対象部20が反射し、反射した光を測量部10が受光することにより測量対象部20の位置を検出するようになっている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
測量部10の光源11としては、例えば、通常の半導体レーザ(以下、LDと表記する)よりスペクトル線幅が広いスーパールミネッセントダイオード(super-luminescent diode;以下、SLDと表記する)が好適である。SLD11は、光源駆動部12の制御に基づいて、幅広いスペクトル(レーザ媒質により決定される。例えば、中心波長が950nmで線幅が60nmなど)を有する光を発する。SLD11は、LDのレーザ媒質の片側端面に、反射率を限りなくゼロに近づける反射防止コーティングを施すことによって作製される。つまり、SLD11のレーザ光の出射側の一方の端面には反射防止コーティングが施されており、他方の端面には反射防止コーティングが施されていない。そのため、SLD11は単独ではレーザ発振しない。本実施の形態では、後述するように、SLD11を外部共振器型レーザとして使用している。
As the
SLD11から出射された光は、コリメート素子であるコリメータレンズ13により平行光に変換され、平行光は、分散光学素子である回折格子14により回折される。
The light emitted from the SLD 11 is converted into parallel light by a
ここで、図2を用いて、回折格子14を通過する光の回折方向(強め合う方向)について説明する。図2は、格子ピッチがN(単位長さあたりの格子数。格子間隔は1/N)の回折格子14に入射する光の回折方向を示す図である。入射光の波長をλ、入射角をα、回折角をβ、回折次数をmとすると、
sinα + sinβ = Nmλ (1)
の関係が成り立つので、回折角βは波長ごとに異なることになる。
Here, the diffraction direction (strengthening direction) of the light passing through the diffraction grating 14 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the diffraction direction of light incident on the diffraction grating 14 having a grating pitch of N (the number of gratings per unit length. The grating interval is 1 / N). When the wavelength of incident light is λ, the incident angle is α, the diffraction angle is β, and the diffraction order is m,
sin α + sin β = Nmλ (1)
Therefore, the diffraction angle β differs for each wavelength.
つまり、幅広いスペクトルを有する光が回折格子14に入射すると、回折光は、図3に示すように、拡散して伝搬する。なお、図3は、SLD11から出射された光の拡散方向を示す図である。より詳しくは、上記(1)式より、波長が長いほど回折角βは大きくなるので、入射光の波長λをλ1≦λ≦λ2とすると、波長λ1の光はA方向、波長λ2の光はB方向に進行し、A方向とB方向に囲まれるS領域が回折光の進行方向となる。なお、本実施の形態では、図1及び図3に示すように、SLD11から出射された光は、XY平面と平行な方向(紙面方向)に分散するものとして説明する。
That is, when light having a wide spectrum is incident on the diffraction grating 14, the diffracted light is diffused and propagated as shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating the diffusion direction of the light emitted from the
一般に、SLD11から出射された光を、SLD11の外部に配置された反射部材(リフレクタ)に反射させて、SLD11に戻すと、外部共振器型のLD光源となり、SLD11がレーザ発振することが知られている。そして、この特性と回折格子を用いた応用例としては、波長可変の外部共振器型レーザがある。波長可変の外部共振器型レーザでは、波長を選択するために回折格子で光を分散させ、特定波長の光だけをLD光源に戻すことにより、選択的に狭帯域なスペクトルのレーザ発振を実現している。この波長可変の外部共振器型レーザの原理に基づくと、回折格子14で光分散された拡散光の進行領域(以下、拡散領域という。具体的には、図3のS領域)の中に、ミラーなどの反射部材21を配置し、反射部材21に反射された光をSLD11に帰還させることにより、レーザ発振を起こさせることができる。すなわち、反射部材21を備えた測量対象部20を、拡散領域(図3のS領域)のいずれかに配置すれば、測量部10と測量対象部20とで自動的にレーザ共振器が構築され、測量部10からは、測量対象部20の位置に応じた特定の波長のレーザ光が出射されることとなる。なお、レーザ発振が起こると、SLD11から出射される光のスペクトルは狭帯域になるため、回折格子14で光分散した光の拡散角は狭くなる。
In general, when light emitted from the SLD 11 is reflected by a reflecting member (reflector) disposed outside the SLD 11 and returned to the
測量対象部20の反射部材21としては、再帰性反射材、例えば、コーナーキューブプリズム(以下、CCPと表記する)が好適である。CCP21は、入射した光を元の方向(入射した光と同一方向)に反射させる再帰性を有している。本実施の形態では、このCCP21の特性を利用することにより、回折格子14から入射した光を同一方向に反射し、反射した光を、回折格子14を介してSLD11に戻すようになっている。
As the reflecting
ここで、図4及び図5を用いて、レーザ発振したSLD11の光のスペクトルについて説明する。図4は、拡散領域上に配置された測量対象部20の位置を示す図であり、図5は、図4に示す各位置に測量対象部20を配置した場合のラインセンサ153上の光スポット及び光のスペクトルを示す図である。ラインセンサ153は、後述するスペクトル測定部15の構成要素の一つであり、本実施の形態のスペクトル測定部15は、ラインセンサ153上の光スポットの位置及び大きさから、光のスペクトルを測定するようになっている。
Here, the spectrum of the light of the laser-oscillated
レーザ発振したSLD11の光のスペクトルは、図4及び図5に示すように、測量対象部20の位置に応じて異なってくる。これは、回折格子14で光分散した光のうち、ある特定の波長の光だけが測量対象部20(CCP21)によってSLD11に戻されるからである。図5(a)は、測量部10からの距離が同一で、方向が異なる地点C、D、及びEに測量対象部20を配置した場合のラインセンサ153上の光スポット及び光のスペクトルを示している。測量対象部20を地点C、D及びEに配置したときのSLD11の中心波長をそれぞれλC、λD、λEとすると、上述したようにA方向からB方向に進むに従って、レーザ発振するSLD11の光の波長は長くなるから、地点C、D、及びEで測定される光のスペクトルの中心波長は、図5(a)に示すように、λD<λC<λEとなる。つまり、光のスペクトルのピーク位置(ラインセンサ153上の光スポットの位置)に基づいて、測量部10から測量対象部20の方向を特定することができる。また、測量対象部20が移動する場合、例えば、地点Cから地点Dに移動した場合には、スペクトルの中心波長がλCからλDに変化するので、この中心波長の移動量から測量対象部20の光分散方向(XY平面と平行な方向)に対する移動角度を求めることができる。
The spectrum of the light of the laser-oscillated
図5(b)は、測量部10からの方向が同一で、距離が異なる地点F、C、及びGに測量対象部20を配置した場合のラインセンサ上の光スポット及び光のスペクトルを示している。測量対象部20を地点F、C、及びGに配置したときのSLD11のスペクトル幅をそれぞれΔλF、ΔλC、ΔλGとすると、測量部10から遠くになるに従って、SLD11に戻る波長幅が狭くなるので、図5(b)に示すように、ΔλF>ΔλC>ΔλGとなる。つまり、光のスペクトルのピーク幅(ラインセンサ上の光スポットの大きさ)に基づいて、測量部10から測量対象部20までの距離を特定することができる。また、測量対象部20が移動する場合、例えば、地点Cから地点Gに移動した場合には、スペクトル幅がΔλCからΔλGに変化するので、このスペクトル幅の変化量から測量対象部20の移動距離を求めることができる。
FIG. 5B shows a light spot and a light spectrum on the line sensor when the
以上から本実施の形態では、レーザ発振するSLD11の光のスペクトルを測定し、スペクトルの中心波長及びスペクトル幅を求めることにより、測量対象部20の位置を算出することができる。
From the above, in the present embodiment, the position of the
詳しくは、本実施の形態では、スペクトル測定部15がレーザ発振するSLD11の光のスペクトルを測定する機能を有し、また、位置検出部18がスペクトル測定部15の測定結果から測量対象部20の位置を算出する機能を有している。
Specifically, in the present embodiment, the
スペクトル測定部15は、具体的には、回折格子151、集光レンズ152、及びラインセンサ153で構成されるが、光のスペクトルを測定可能な装置であればこれ以外の構成でもよく、例えば、分光器や光スペクトルアナライザを用いてもよい。本実施の形態では、回折格子151、集光レンズ152、及びラインセンサ153の構成を採用することにより、スペクトル測定部15に入射される光は、光の波長帯に応じてラインセンサ153上の異なる位置に集光される。すなわち、図5に示すように、測量対象部20の位置に応じてラインセンサ153上の光強度分布は異なってくる。
Specifically, the
位置検出部18は、スペクトル測定部15で測定されたスペクトル情報を、測量対象部20の位置座標に変換する演算を行う。具体的には、光のスペクトルの中心波長から、測量対象部20の方向、光のスペクトルのピーク幅から、測量部10と測量対象部20の距離を算出し、光分散面(XY平面に平行な面)における測量対象部20の位置座標(2次元位置座標)を算出する。
The
従来においては、測量部から測量対象部に対してレーザ光を送信し、測量対象部からの戻り光を検出するためには、測量部側に二次元走査装置などの探索機構を組み込んで、精密な光軸合わせをする必要があった。しかしながら、本実施の形態においては、所定角度の広がりある拡散領域(図3のS領域)のどこかに測量対象部20(CCP21)を配置すれば、測量部10と測量対象部20とで自動的にレーザ共振器が構築され、戻り光のスペクトルをスペクトル測定部15で測定することができるので、精密な光軸合わせをする必要はない。すなわち、測量装置1は、測量部10側に分散光学素子、測量対象部20側に再帰性反射材を備えるという簡単な構成にて光軸調整を容易とすることができ、測量対象部20の光分散方向(XY平面に平行な方向)に対する位置ずれの許容度を拡大することができる。
Conventionally, in order to transmit a laser beam from a surveying unit to a surveying target unit and detect a return light from the surveying target unit, a search mechanism such as a two-dimensional scanning device is incorporated on the surveying unit side. It was necessary to align the optical axis. However, in the present embodiment, if the surveying target unit 20 (CCP21) is placed somewhere in the diffusion region (S region in FIG. 3) having a predetermined angle, the surveying
測量部10のコリメータレンズ13と回折格子14の間には、レーザ発振したSLD11の光の一部をスペクトル測定部15に取り込むための光学素子である1/2波長板16及びPBS(偏光ビームスプリッタ)17が配置されている。詳しくは、SLD11から出射された光は、コリメータレンズ13により平行光に変換され、平行光の一部は、1/2波長板16及びPBS17を介して、スペクトル測定部15に取り込まれ、残りは、1/2波長板16及びPBS17を介して、回折格子14に入射するようになっている。なお、スペクトル測定部15に取り込む光量は、1/2波長板16の回転を制御することにより、調整可能となっている。
Between the
ここで、スペクトル測定部15が高いSN比で測定を行うためには、少しでも多くの光をスペクトル測定部15に取り込む必要がある。スペクトル測定部15が取り出す光出力の大きさは、測量部10と測量対象部20で構築されたレーザ共振器が出射する光の中から、光を取り出す割合η(=スペクトル測定部15に取り出す光量/レーザ共振器内部の全光量。以下、光取り出し効率ともいう)により、異なってくる。図6は、実験により得られた、光取り出し効率ηとスペクトル測定部15に取り込まれた光出力の関係を示すグラフである。なお、スペクトル測定部15に取り込まれた光出力は規格化されており、光取り出し効率η=0.8のときの光出力を1としている。
Here, in order for the
図6に示すように、光取り出し効率ηが小さすぎると、取り出す光量自体が少ないので、スペクトル測定部15に取り込まれる光出力の大きさも小さくなる。一方、光取り出し効率ηが大きすぎると、SLD11に戻る光量が減るので、レーザ発振が弱くなり、ペクトル測定部15に取り込まれる光出力の大きさも小さくなる。よって、適切な光取り出し効率ηを選択することにより、スペクトル測定部15は最大の光出力を得ることができる(図6においてはη=0.8)。本実施の形態においては、スペクトル測定部15が最大の光出力を得ることができるように光取り出し効率ηが予め設定されている。具体的には、1/2波長板16が制御されて、スペクトル測定部15が最大の光出力を得ることができるようになっている。
As shown in FIG. 6, if the light extraction efficiency η is too small, the amount of light to be extracted is small, and the magnitude of the light output taken into the
また、本実施の形態では、SLD11から出射されている光をスペクトル測定部15に取り込んでいるため、測量対象部20からの戻り光に外乱(ノイズ成分)が含まれていても、スペクトル測定部15において外乱の光のスペクトルが測定されることはない。外乱の光は、レーザ発振に寄与しないため、SLD11から出射される光には含まれないからである。この意味においても、スペクトル測定部15は、高いSN比で測定を行うことができる。
Further, in the present embodiment, since the light emitted from the
以上から、本実施の形態の測量装置1によれば、測量部10は、第1の波長帯の光を出射するとともに、外部からの戻り光によりレーザ発振するSLD11と、SLD11から出射された光を平行光にするコリメータレンズ13と、光の波長に応じて回折角が異なり、コリメータレンズ13からの平行光を、第1の平面内において第1の波長帯に相当する所定の角度の範囲内に分散させる回折格子14と、を備え、測量対象部20は、第1の平面内の所定の角度の範囲内に配置され、回折格子14を介して到達した光を元の方向に反射させ、SLD11に戻すCCP21を備え、測量部10は、SLD11のレーザ発振した光の一部を取り出す1/2波長板16及びPBS17と、1/2波長板16及びPBS17により取り出された光のスペクトルを測定するスペクトル測定部15と、スペクトル測定部15で測定された光のスペクトルに基づいて、測量対象部20の位置を算出する位置検出部18と、をさらに備えているので、簡単な構成にて光軸調整を容易とし、測量対象部20の光分散する方向に対する位置ずれの許容度を拡大することができるとともに、外乱の影響を受けることもない。
As described above, according to the
また、位置検出部18は、スペクトル測定部15が測定した光のスペクトルのピーク位置に基づいて、測量対象部20の測量部10に対する方向を検出し、スペクトル測定部15が測定した光のスペクトルのスペクトル幅に基づいて、測量部10と測量対象部20の距離を算出するので、測量対象部20の二次元位置座標を求めることができる。
The
なお、拡散領域の大きさは、上記(1)式より、CCP21に入射する光の入射角α及び波長λ、並びに格子ピッチNの値をパラメータとして決定されるが、本実施の形態においては、測量装置1の用途に応じてこのパラメータの値を決め、好適な拡散領域の大きさが設定されている。
The size of the diffusion region is determined from the above equation (1) using the incident angle α and wavelength λ of light incident on the
なお、分散光学素子を回折格子14ではなくレンズとし、レンズを用いて拡散光を生成することも可能であるが、レンズを用いた場合には、全波長分の光の一部がSLD11に戻ることとなるので、エネルギー損失が大きくなってしまう。一方、本実施の形態のように、分散光学素子を回折格子14とした場合には、特定の波長の光はすべてSLD11に戻るようになっているので、エネルギー損失は少ないという効果がある。その結果、測量対象部20を拡散領域内に配置するのであれば、測量部10と測量対象部20の間隔が長距離であっても、測量は可能である。
It is possible to use a dispersion optical element as a lens instead of the
<第2の実施の形態>
第1の実施の形態においては、測量対象部20の光分散方向(XY平面に平行な方向)に対する位置ずれの許容度は大きかったが、光分散しない方向(XY平面に垂直な方向であるZ方向)に対しては、測量対象部20の位置ずれの許容度は小さかった。そのため、第2の実施の形態においては、再帰性反射材として、光分散しない方向(Z方向)にアレイ化されたCCPアレイ21Aを用いて、光分散しない方向(Z方向)にも受信部20の位置ずれの許容度を大きくしている。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, the tolerance of displacement of the
図7(a)は、CCPアレイ21Aの外観図である。CCPアレイ21Aは、図7(a)に示すように、回折格子14のZ方向の大きさに対して十分に小さな複数のCCP24を、Z方向にアレイ化することにより構成されている。
FIG. 7A is an external view of the
図8(a)は、第1の実施の形態において、CCP21が光分散しない方向(Z方向)に位置ずれを起こしている場合の光の進み方を示す図であり、図8(b)は、第2の実施の形態において、CCPアレイ21Aが光分散しない方向(Z方向)に位置ずれを起こしている場合の光の進み方を示す図である。図8(a)に示すように、再帰性反射材にCCP21を用いた場合には、光分散しない方向(Z方向)に光軸ずれを起こしているので、CCP21で反射された光は、復路において回折格子14を通過することができない。これに対して、CCPアレイ21Aを用いた場合には、光分散しない方向(Z方向)に光軸ずれを起こしていても、CCP24の大きさを小さくすることで復路の光軸ずれ量を小さくすることができるので、戻り光量の損失を減少させることができる。
FIG. 8A is a diagram illustrating how light travels when the
したがって、第2の実施の測量装置2によれば、再帰性反射材は、第1の平面(光分散する方向)と垂直な方向(光分散しない方向)にアレイ化されて配置されたCCPアレイ21Aであり、CCPアレイ21Aを構成するそれぞれのCCP24の大きさは、回折格子14の第1の平面に垂直な方向(光分散しない方向)の大きさに対して十分に小さいので、第1の実施の形態の効果に加えて、受信部20の光分散しない方向(Z方向)に対する位置ずれの許容度を拡大することができる。
Therefore, according to the surveying instrument 2 of the second embodiment, the retroreflecting material is arranged in an array in a direction perpendicular to the first plane (direction in which light is dispersed) (direction in which light is not dispersed). 21A, and the size of each
<第3の実施の形態>
図9は、第3の実施の形態に係る測量装置3の概略構成図である。第3の実施の形態においては、測量対象部30が、CCP21に加えて、受光素子22及び動作部23を備えている。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the surveying apparatus 3 according to the third embodiment. In the third embodiment, the
受光素子22は、CCP21の反射面に配置されている。受光素子22は、光を電気信号に変換する光電変換素子であり、CCP21の反射面に入射した光の一部を取り出し、光電変換を行う。光電変換素子としては、例えば、フォトダイオードや太陽電池が想定され、フォトダイオードの場合には、光変調信号を電気変調信号に変換し、また、太陽電池の場合には、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。なお、変換された電気変調信号または電気エネルギーは動作部23に送られる。
The
したがって、第3の実施の測量装置3によれば、CCP21は、回折格子14を介して到達した光の一部を元の方向に反射させて、SLD11に戻し、測量対象部30は、回折格子14を介して到達した光の残部を電気信号に変換する受光素子22をさらに備えているので、第1の実施の形態の効果に加えて、測量部10から測量対象部30に対して情報を送信することができる。また、この光通信を用いることで、測量対象部30に電力の供給を行うこともできる。
Therefore, according to the surveying apparatus 3 of the third embodiment, the
なお、第3の実施の形態においては、CCP21の反射面に受光素子22を配設したが、これとは異なる構成、例えば、図7(b)に示すように、CCP24と受光素子(光電変換素子)25をZ方向に混在させてアレイ化させてもよい。この場合には、CCP24と受光素子25の面積の割合により、光取り出し効率ηの値を制御することができる。なお、CCP24及び受光素子25の大きさは、CCPアレイ21Bに反射するレーザ光のビーム径に対して、十分に小さいものである。
In the third embodiment, the
<第4の実施の形態>
図10は、第4の実施の形態に係る測量装置4の概略構成図である。第4の実施の形態においては、測量部40に、光分散しない方向(Z方向)に光を走査する1次元スキャナ101、及び1次元スキャナ101の角度を制御するスキャナ制御部19が追加されている。
<Fourth embodiment>
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a
1次元スキャナ101としては、例えば、ガルバノスキャナが想定される。スキャナ制御部19は、1次元スキャナ101の光分散しない方向(Z方向)の角度を制御可能なので、SLD11から出射された光は光分散しない方向(Z方向)に走査される。そして、スペクトル測定部15においてSLD11のレーザ発振が確認されたときには、スキャナ制御部19は、1次元スキャナ101の走査を停止し、レーザ発振が確認されたときの角度(光分散しない方向の角度)を位置検出部18に出力する。この結果、位置検出部18は、スペクトル測定部15で測定されたスペクトル情報から、光分散する方向(XY平面に平行な面)における測量対象部20の位置を算出することができるとともに、スキャナ制御部19から出力された角度情報から、光分散しない方向(Z方向)における測量対象部20の位置を算出することができるので、測量対象部20の3次元位置座標を求めることができる。
As the one-
したがって、第4の実施の光無線伝送装置4によれば、測量部40は、SLD11から出射された光を、第1の平面と垂直な方向(光分散しない方向)に走査する一次元スキャナ101と、一次元スキャナ101の走査角度を制御するスキャナ制御部19と、をさらに備え、スペクトル測定部15の測定により、SLD11のレーザ発振が確認された場合には、スキャナ制御部19は、一次元スキャナ101の走査を停止するとともに、レーザ発振が確認されたときの角度を位置検出部18に出力し、位置検出部18は、レーザ発振が確認されたときの走査角度を加味して、測量対象部20の位置を算出するので、測量対象部20の三次元位置、つまり、測量部40から測量対象部20までの距離、水平角度及び垂直角度を測定することができる。
Therefore, according to the optical
なお、光を光分散しない方向(Z方向)に走査する機構は、上記1次元スキャナ101に限定されるものではなく、他の機構でもよい。例えば、測量部10全体を光分散しない方向(Z方向)に傾ける機構であってもよい。
Note that a mechanism for scanning light in a direction in which light is not dispersed (Z direction) is not limited to the one-
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施の形態に対して種々の変形や変更を施すことができ、そのような変形や変更を伴うものもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made to the embodiments of the present invention without departing from the gist of the present invention. Such modifications and changes can be made, and those accompanying such modifications and changes are also included in the technical scope of the present invention.
1,2,3,4 測量装置
10,40 測量部
11 SLD(光源)
12 光源駆動部
13 コリメータレンズ(コリメート素子)
14 回折格子(分散光学素子)
15 スペクトル測定部
16 1/2波長板
17 PBS
18 位置検出部
19 スキャナ制御部
20,30 測量対象部
21,24 CCP(反射部材)
21A,21B CCPアレイ(反射部材)
22,25 光電変換素子(受光素子)
23 動作部
101 1次元スキャナ
151 回折格子
152 集光レンズ
153 ラインセンサ
1,2,3,4
12 Light source drive
14 Diffraction grating (dispersion optical element)
15
18
21A, 21B CCP array (reflective member)
22, 25 Photoelectric conversion element (light receiving element)
23
Claims (5)
前記測量部は、
第1の波長帯の光を出射するとともに、外部からの戻り光によりレーザ発振する光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメート素子と、
光の波長に応じて回折角が異なり、前記コリメート素子からの平行光を、第1の平面内において前記第1の波長帯に相当する所定の角度の範囲内に分散させる分散光学素子と、
を備え、
前記測量対象部は、
前記第1の平面内の前記所定の角度の範囲内に配置され、前記分散光学素子を介して到達した光を元の方向に反射させ、前記光源に戻す再帰性反射材を備え、
前記測量部は、
前記光源がレーザ発振した光の一部を取り出す光学素子と、
前記光学素子が取りだした光のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、
前記スペクトル測定部で測定された光のスペクトルに基づいて、前記測量対象部の位置を算出する位置検出部と、
をさらに備えることを特徴とする測量装置。 A surveying device having a surveying unit and a surveying target unit,
The surveying unit
A light source that emits light in the first wavelength band and that oscillates with return light from the outside;
A collimating element that collimates the light emitted from the light source;
A dispersion optical element having a diffraction angle different according to a wavelength of light, and dispersing the parallel light from the collimating element within a predetermined angle range corresponding to the first wavelength band in a first plane;
With
The survey target part is
A retroreflecting material that is disposed within the range of the predetermined angle in the first plane, reflects the light that has reached through the dispersion optical element in the original direction, and returns the light to the light source;
The surveying unit
An optical element for extracting a part of the laser light emitted from the light source;
A spectrum measuring unit for measuring a spectrum of light taken out by the optical element;
A position detection unit that calculates the position of the survey target unit based on the spectrum of light measured by the spectrum measurement unit;
A surveying apparatus, further comprising:
アレイ化された前記再帰性反射材のそれぞれの大きさは、前記分散光学素子の前記第1の平面に垂直な方向の大きさに対して十分に小さいことを特徴とする請求項1記載の測量装置。 The retroreflecting material is arranged in an array in a direction perpendicular to the first plane,
2. The surveying according to claim 1, wherein the size of each of the arrayed retroreflecting materials is sufficiently smaller than the size of the dispersion optical element in a direction perpendicular to the first plane. apparatus.
前記測量対象部は、
前記分散光学素子を介して到達した光の残部を電気信号に変換する受光素子をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2記載の測量装置。 The retroreflecting material reflects a part of the light that has reached through the dispersion optical element in the original direction and returns it to the light source,
The survey target part is
The surveying apparatus according to claim 1, further comprising a light receiving element that converts a remaining part of the light that has reached through the dispersion optical element into an electric signal.
前記光源から出射された光を、前記第1の平面と垂直な方向に走査する一次元走査部と、
前記一次元走査部の走査角度を制御する走査制御部と、
をさらに備え、
前記スペクトル測定部の測定により、前記光源のレーザ発振が確認された場合には、 前記走査制御部は、前記一次元走査部の走査を停止するとともに、レーザ発振が確認されたときの角度を前記位置検出部に出力し、
前記位置検出部は、レーザ発振が確認されたときの走査角度を加味して、前記測量対象部の位置を算出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の測量装置。 The surveying unit
A one-dimensional scanning unit that scans light emitted from the light source in a direction perpendicular to the first plane;
A scanning control unit for controlling a scanning angle of the one-dimensional scanning unit;
Further comprising
When the laser measurement of the light source is confirmed by the measurement of the spectrum measurement unit, the scanning control unit stops the scanning of the one-dimensional scanning unit and sets the angle when the laser oscillation is confirmed. Output to the position detector,
The surveying apparatus according to claim 1, wherein the position detection unit calculates a position of the surveying target unit in consideration of a scanning angle when laser oscillation is confirmed. .
前記スペクトル測定部が測定した光のスペクトルのピーク位置に基づいて、前記測量対象部の前記測量部に対する方向を検出し、前記スペクトル測定部が測定した光のスペクトルのスペクトル幅に基づいて、前記測量部と前記測量対象部の距離を算出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の測量装置。 The position detector is
Based on the peak position of the spectrum of the light measured by the spectrum measurement unit, the direction of the survey target unit with respect to the surveying unit is detected, and based on the spectrum width of the spectrum of the light measured by the spectrum measurement unit, the surveying The surveying device according to claim 1, wherein a distance between the surveying unit and the surveying target unit is calculated.
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