JP2021063678A - 測量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系を小型化し、装置全体の小型化を図る測量装置を提供する。【解決手段】測距光源から発せられる測距光を投光光軸上へ射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、受光素子へと導く受光光学系と、水平回転モータ８により水平回転軸６を中心に水平回転する托架部５と、托架部５に設けられ鉛直回転モータ１３により鉛直回転軸１１を中心に鉛直回転し、投光光学系からの測距光を測定対象物に照射すると共に、測定対象物からの反射測距光を受光光学系へと入射させる走査鏡１５と、托架部５の水平角を検出する水平角検出部９と、走査鏡１５の鉛直角を検出する鉛直角検出部１４と、反射測距光の受光結果と水平角検出部９の検出結果と鉛直角検出部１４の検出結果に基づき測定対象物の３次元座標を演算する演算制御部１７とを具備し、走査鏡１５は軸外し放物面又は軸外し自由曲面の反射面を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の３次元座標を取得可能な測量装置に関するものである。

レーザスキャナやトータルステーション等の測量装置は、測定対象物として反射プリズムを用いたプリズム測距、反射プリズムを用いないノンプリズム測距により測定対象物迄の距離を検出する光波距離測定装置を有している。

光波距離測定装置の受光部はレンズを含む光学系を有し、入射光がレンズの屈折作用によって受光面上に結像される様になっている。該光学系の対物レンズは焦点距離ｆを有し、この焦点距離ｆは光波距離測定装置が求められる性能によって決定される。例えば、鉛直測定をする場合、受光光量を確保する為、レンズの口径は大きくなり、レンズの大径化に伴い焦点距離も長くなる。

この為、光波距離測定装置の受光部は、光学系を収納可能な大きさと、焦点距離ｆを確保可能な光軸方向の長さを必要とする。従って、光学系の大きさ、焦点距離の制約により、受光部の小型化が困難となっていた。

特開２０１８−１７９５８８号公報

本発明は、光学系を小型化し、装置全体の小型化を図る測量装置を提供するものである。

本発明は、測距光源から発せられる測距光を投光光軸上へ射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、受光素子へと導く受光光学系と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、該托架部に設けられ鉛直回転モータにより鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記投光光学系からの前記測距光を前記測定対象物に照射すると共に、該測定対象物からの前記反射測距光を前記受光光学系へと入射させる走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記反射測距光の受光結果と前記水平角検出部の検出結果と前記鉛直角検出部の検出結果に基づき前記測定対象物の３次元座標を演算する演算制御部とを具備し、前記走査鏡は軸外し放物面又は軸外し自由曲面の反射面を有する測量装置に係るものである。

又本発明は、参照光受光素子と、前記測距光源からの光の一部を内部参照光として分離し、前記参照光受光素子へと導く内部参照光光学系を更に具備し、前記演算制御部は、反射測距光の受光タイミングと内部参照光の受光タイミングとの時間差に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記受光光学系は、前記測距光を透過させ、前記反射測距光を反射させるビームスプリッタを有し、該ビームスプリッタの入射面のうち、第２の入射面の前記測距光の入射位置にビームスプリッタ膜が形成され、該ビームスプリッタ膜以外の位置には反射防止膜が形成された測量装置に係るものである。

又本発明は、追尾光源から発せられる追尾光を前記測距光と同軸に偏向する追尾投光光学系と、測定点からの反射追尾光を受光し、撮像素子へと導く追尾受光光学系とを更に具備し、前記演算制御部は、前記反射追尾光の前記撮像素子上での受光位置に基づき、前記測定対象物を追尾する様前記水平回転モータ及び前記鉛直回転モータを制御する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記測距光は近赤外光であり、前記追尾光は可視光であり、前記測距光と前記追尾光の共通光軸上に近赤外光を反射し可視光を透過するダイクロイックミラーを設けた測量装置に係るものである。

又本発明は、前記追尾投光光学系は、前記追尾光の広がり角を調整可能な広がり角調整部を有し、該広がり角調整部により、所定の広がり角を有する追尾光を平行光束であるレーザポインタ光に切替え可能とした測量装置に係るものである。

又本発明は、前記走査鏡で反射された外光が前記追尾受光光学系を介して前記撮像素子に入射し、該撮像素子に入射した外光に基づき測距光の光軸を中心とした画像を取得する測量装置に係るものである。

更に又本発明は、前記走査鏡と一体に回転する窓ガラスを更に具備し、該窓ガラスは前記測距光の光軸に対して傾斜している測量装置に係るものである。

本発明によれば、測距光源から発せられる測距光を投光光軸上へ射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、受光素子へと導く受光光学系と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、該托架部に設けられ鉛直回転モータにより鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記投光光学系からの前記測距光を前記測定対象物に照射すると共に、該測定対象物からの前記反射測距光を前記受光光学系へと入射させる走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記反射測距光の受光結果と前記水平角検出部の検出結果と前記鉛直角検出部の検出結果に基づき前記測定対象物の３次元座標を演算する演算制御部とを具備し、前記走査鏡は軸外し放物面又は軸外し自由曲面の反射面を有するので、前記測距光を拡散させた状態で前記走査鏡に入射させ、光軸方向の長さを短くすることができ光学系の小型化を図ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る測量装置を示す正断面図である。 本発明の第１の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。 前記距離測定部の第２ビームスプリッタを示す側面図である。 （Ａ）（Ｂ）は、測距光射出部と内部参照光受光部の変形例を示す構成図である。 本発明の第２の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る測量装置について説明する。

測量装置１は、例えばレーザスキャナであり、三脚（図示せず）に取付けられる整準部２と、該整準部２に取付けられた測量装置本体３とから構成される。尚、測定はノンプリズム測定が行われる。

前記整準部２は整準ネジ１０を有し、該整準ネジ１０により前記測量装置本体３の整準を行う。

該測量装置本体３は、固定部４と、托架部５と、水平回転軸６と、水平回転軸受７と、水平回転駆動部としての水平回転モータ８と、水平角検出部としての水平角エンコーダ９と、鉛直回転軸１１と、鉛直回転軸受１２と、鉛直回転駆動部としての鉛直回転モータ１３と、鉛直角検出部としての鉛直角エンコーダ１４と、鉛直回転部である走査鏡１５と、操作部と表示部とを兼用する操作パネル１６と、演算制御部１７と、記憶部１８と、距離測定部１９等を具備している。尚、前記演算制御部１７としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵ、埋込みＣＰＵ、マイクロプロセッサ等が用いられる。

前記水平回転軸受７は前記固定部４に固定される。前記水平回転軸６は鉛直な軸心６ａを有し、前記水平回転軸６は前記水平回転軸受７に回転自在に支持される。又、前記托架部５は前記水平回転軸６に支持され、前記托架部５は水平方向に前記水平回転軸６と一体に回転する様になっている。

前記水平回転軸受７と前記托架部５との間には前記水平回転モータ８が設けられ、該水平回転モータ８は前記演算制御部１７により制御される。該演算制御部１７は、前記水平回転モータ８により、前記托架部５を前記軸心６ａを中心に回転させる。

前記托架部５の前記固定部４に対する相対回転角は、前記水平角エンコーダ９によって検出される。該水平角エンコーダ９からの検出信号は前記演算制御部１７に入力され、該演算制御部１７により水平角データが演算される。該演算制御部１７は、前記水平角データに基づき、前記水平回転モータ８に対するフィードバック制御を行う。

又、前記托架部５には、水平な軸心１１ａを有する前記鉛直回転軸１１が設けられている。該鉛直回転軸１１は、前記鉛直回転軸受１２を介して回転自在となっている。尚、前記軸心６ａと前記軸心１１ａの交点が、測距光の射出位置であり、前記測量装置本体３の座標系の原点となっている。

前記托架部５には、凹部２１が形成されている。前記鉛直回転軸１１は、一端部が前記凹部２１内に延出し、前記一端部に前記走査鏡１５が固着され、該走査鏡１５は前記凹部２１に収納されている。尚、前記走査鏡１５は、９０°の軸外し放物面の反射面を有する９０°軸外し放物面鏡となっている。

又、前記鉛直回転軸１１の他端部には、前記鉛直角エンコーダ１４が設けられている。前記鉛直回転軸１１に前記鉛直回転モータ１３が設けられ、該鉛直回転モータ１３は前記演算制御部１７に制御される。該演算制御部１７は、前記鉛直回転モータ１３により前記鉛直回転軸１１を回転させ、前記走査鏡１５は前記軸心１１ａを中心に回転される。

前記走査鏡１５の回転角は、前記鉛直角エンコーダ１４によって検出され、検出信号は前記演算制御部１７に入力される。該演算制御部１７は、検出信号に基づき前記走査鏡１５の鉛直角データを演算し、該鉛直角データに基づき前記鉛直回転モータ１３に対するフィードバック制御を行う。

又、前記演算制御部１７で演算された水平角データ、鉛直角データや測定結果、測定点間隔（後述）、測定角度間隔（後述）は、前記記憶部１８に保存される。該記憶部１８としては、磁気記憶装置としてのＨＤＤ、光記憶装置としてのＣＤ、ＤＶＤ、半導体記憶装置としてのＲＡＭ、ＲＯＭ、ＤＲＡＭ、メモリカード、ＵＳＢメモリ等種々の記憶手段が用いられる。該記憶部１８は、前記托架部５に対して着脱可能であってもよく、或は図示しない通信手段を介して外部記憶装置や外部データ処理装置にデータを送出可能としてもよい。

前記記憶部１８には、測距作動を制御するシーケンスプログラム、測距作動により距離を演算する演算プログラム、水平角データ及び鉛直角データに基づき角度を演算する演算プログラム、距離と角度に基づき所望の測定点の３次元座標を演算するプログラム、測定対象物の追尾を行う為の追尾プログラム、測距光や追尾光（後述）の広がり角を調整する為の広がり角調整プログラム等の各種プログラムが格納される。又、前記演算制御部１７により各種プログラムが実行されることで、各種処理が実行される。

前記操作パネル１６は、例えばタッチパネルであり、測距の指示や測定条件、例えば測定点間隔や測定角度間隔の変更等を行う操作部と、測距結果等を表示する表示部とを兼用している。

次に、図２を参照して前記距離測定部１９について説明する。

該距離測定部１９は、主に測距光射出部２２、測距光受光部２３、内部参照光受光部２４を有している。尚、前記測距光射出部２２と前記測距光受光部２３とにより測距部が構成される。

前記測距光射出部２２は、射出光軸２５を有し、該射出光軸２５上に測距光源である発光素子２６、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、前記射出光軸２５上に投光レンズ２７、第１ビームスプリッタ２８、第２ビームスプリッタ２９、前記走査鏡１５が設けられている。尚、前記投光レンズ２７、前記第１ビームスプリッタ２８により投光光学系が構成される。前記投光レンズ２７と前記走査鏡１５とで、測距光を平行光束とする為のコリメータ光学系が構成される。

又、前記測距光受光部２３は、受光光軸３１を有し、該受光光軸３１上に前記第２ビームスプリッタ２９及び受光ファイバである受光素子３２が設けられている。尚、前記第２ビームスプリッタ２９は受光光学系を構成する。

又、前記内部参照光受光部２４は、内部参照光軸３３を有し、該内部参照光軸３３上にミラー３４、受光レンズ３５、受光ファイバである参照光受光素子３６が設けられている。尚、前記第１ビームスプリッタ２８、前記ミラー３４、前記受光レンズ３５は内部参照光光学系を構成する。

前記第１ビームスプリッタ２８は、１％程度の光を反射し、９９％程度の光を透過する光学特性を有している。前記第１ビームスプリッタ２８は、測距光の一部を内部参照光として前記内部参照光軸３３上へと偏向する。

前記第２ビームスプリッタ２９は、所定の厚みを有している。従って、該第２ビームスプリッタ２９を測距光が透過する際には、入射面に入射する際に偏向され、射出面から射出される際に再度偏向される。即ち、測距光は、前記第２ビームスプリッタ２９を透過する際に、２つの面に対してそれぞれ入射する。尚、以下の説明では、前記第２ビームスプリッタの入射面のうち、測距光が１度目に入射する入射側の面を第１の入射面と称し、測距光が２度目に入射する射出側の面を第２の入射面と称す。

図３に示される様に、前記第２ビームスプリッタ２９の第２の入射面には、測距光が透過する部分にのみ、ビームスプリッタ膜３７が形成されている。即ち、前記第２ビームスプリッタ２９の第２の入射面に、前記測距光の光束と略同等の楕円状の前記ビームスプリッタ膜３７が形成される。又、第２の入射面のうち、該ビームスプリッタ膜３７以外の入射面には反射防止膜３８が形成される。前記ビームスプリッタ膜３７は、２０％程度の光を反射し、８０％程度の光を透過する光学特性を有している。

前記発光素子２６は近赤外波長のレーザ光線をパルス発光し、或はレーザ光線をバースト発光する。前記第１ビームスプリッタ２８に入射したレーザ光線のうち、一部は前記第１ビームスプリッタ２８により前記内部参照光軸３３上へと反射され、前記ミラー３４及び前記受光レンズ３５を介して前記参照光受光素子３６に受光される。

又、前記第１ビームスプリッタ２８に入射したレーザ光線の残部は、測距光として前記第２ビームスプリッタ２９の前記ビームスプリッタ膜３７に入射する。前記第２ビームスプリッタ２９を透過した測距光の光軸（前記射出光軸２５）は、前記軸心１１ａと合致しており、測距光は前記走査鏡１５によって平行光束となる様直角に偏向される。該走査鏡１５が前記軸心１１ａを中心に回転することで、測距光は前記軸心１１ａと直交し、且つ前記軸心６ａを含む平面内で回転（走査）される。

測定対象物で反射された測距光（以下反射測距光）は、前記走査鏡１５に入射し、該走査鏡１５で偏向される。該走査鏡１５で偏向された反射測距光は、前記第２ビームスプリッタ２９で反射され、前記受光素子３２で受光される。

尚、前記走査鏡１５に入射する反射測距光の光軸上には、前記走査鏡１５と一体に回転する窓ガラス３９が設けられている。該窓ガラス３９は、測距光の光軸に対して所定角度傾斜しており、前記窓ガラス３９で反射した測距光（迷光）が前記受光素子３２へと入射するのを防止している。

前記距離測定部１９は、前記発光素子２６の発光タイミングと、前記受光素子３２の受光タイミングの時間差（即ち、パルス光の往復時間）と光速に基づき、測距光の１パルス毎に測距を実行する（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）。前記発光素子２６は、発光のタイミング、即ちパルス間隔が変更可能となっている。

又、前記距離測定部１９は前記内部参照光受光部２４を有している。従って、前記参照光受光素子３６が受光した内部参照光の受光タイミングと、前記受光素子３２が受光した反射測距光の受光タイミングの時間差と光速に基づき測距を行うことで、より高精度な測距が可能となる。

前記托架部５と前記走査鏡１５とがそれぞれ定速で回転し、該走査鏡１５の鉛直方向の回転と、前記托架部５の水平方向の回転との協働により、測距光が２次元に走査される。又、パルス光毎の測距により測距データ（斜距離）が得られ、各パルス光毎に前記鉛直角エンコーダ１４、前記水平角エンコーダ９により鉛直角、水平角を検出することで、鉛直角データ、水平角データが取得できる。鉛直角データ、水平角データ、測距データとにより、測定対象物に対応する３次元の点群データが取得できる。

上述の様に、第１の実施例では、前記走査鏡１５として９０°軸外し放物面鏡を用い、測距光は前記走査鏡１５に反射されることで平行光束又は略平行光束とされる。従って、前記第２ビームスプリッタ２９を透過した測距光を平行光束とする為の投光レンズが不要となり、部品点数の削減を図ることができる。

又、放物面鏡を用いることで、測距光を拡散させた状態で前記走査鏡１５に入射させることができる。又、平行光束又は略平行光束として測定対象物に反射された反射測距光は、前記走査鏡１５に９０°偏向されつつ集光され、前記第２ビームスプリッタ２９により更に９０°偏向されつつ集光され、前記受光素子３２に受光される。

従って、前記距離測定部１９の光軸方向の長さを短くすることができるので、前記距離測定部１９の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

又、前記走査鏡１５と一体に回転される前記窓ガラス３９は、測距光の光軸に対して傾斜しているので、該窓ガラス３９で反射した測距光が前記受光素子３２に受光されることによる測定誤差を防止することができ、測定精度を向上させることができる。

尚、第１の実施例では、前記走査鏡１５として、軸外し放物面鏡を用いているが、軸外し自由曲面の反射面を有する軸外し自由曲面鏡を用いてもよい。

又、前記測距光射出部２２と前記内部参照光受光部２４として、他の構成も適用可能である。例えば、図４（Ａ）に示される様に、前記ミラー３４を省略し、前記第１ビームスプリッタ２８の反射光軸上に直接前記受光レンズ３５及び前記参照光受光素子３６を設けてもよい。或は、図４（Ｂ）に示される様に、前記第１ビームスプリッタ２８を１％程度の光を透過し、９９％程度の光を反射する光学特性とし、前記第１ビームスプリッタ２８の透過光軸上に前記受光レンズ３５及び前記参照光受光素子３６を設けてもよい。

更に前記測距光射出部２２と前記内部参照光受光部２４の構成は、上記した図４（Ａ）、図４（Ｂ）のものに限られるものではなく、前記第２ビームスプリッタ２９の入射面の反射光軸上に前記内部参照光受光部２４を設ける等、種々の配置や構成が適用可能であることは言う迄もない。

次に、図５に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図５中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、距離測定部１９が第１の実施例の光学系に加え、更に追尾光射出部４１、追尾光受光部４２を有している。又、測距光射出部２２は、発光素子２６と投光レンズ２７との間に設けられた第１平行平面板４３を更に有している。

該第１平行平面板４３は、例えば所定の厚みを有する板状のガラスであり、図示しない駆動機構により、射出光軸２５に対して挿脱可能となっている。前記第１平行平面板４３を前記射出光軸２５上に挿入した際には、測距光の広がり角が大きくなり、前記第１平行平面板４３を前記射出光軸２５上から抜脱した際には、測距光の広がり角が小さくなる様になっている。従って、ノンプリズム測距を行う際には、前記第１平行平面板４３を前記射出光軸２５上から抜脱し、ビーム径の小さい測距光が用いられる。又、プリズム測距を行う際には、前記第１平行平面板４３を前記射出光軸２５上に挿入し、ビーム径の大きい測距光が用いられる。

尚、第２の実施例に於いては、射出光軸２５上に設けられた前記第１平行平面板４３、前記投光レンズ２７、第１ビームスプリッタ２８、ダイクロイックミラー５１（後述）が投光光学系を構成し、該ダイクロイックミラー５１、第２ビームスプリッタ２９が受光光学系を構成する。

前記追尾光射出部４１は追尾射出光軸４４を有し、該追尾射出光軸４４上に追尾光源である追尾発光素子４５、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、前記追尾射出光軸４４には、第２平行平面板４６、投光レンズ４７、第３ビームスプリッタ４８が設けられている。又、該第３ビームスプリッタ４８の反射光軸上に前記ダイクロイックミラー５１が設けられている。尚、前記第２平行平面板４６、前記投光レンズ４７、前記第３ビームスプリッタ４８は追尾投光光学系を構成する。

前記第２平行平面板４６は、例えば所定の厚みを有する板状のガラスであり、図示しない駆動機構により、前記追尾射出光軸４４に対して挿脱可能となっている。前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上に挿入した際には、前記追尾発光素子４５から発せられた光が所定の広がり角を有する追尾光となる様広がり角が調整される。又前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上から抜脱した際には、前記追尾発光素子４５から発せられた光は、広がり角を有さない平行光束であるレーザポインタ光として射出される。

又、前記第３ビームスプリッタ４８は、５０％程度の光を透過し、５０％程度の光を反射する光学特性を有している。又、前記第３ビームスプリッタ４８は、前記追尾発光素子４５から射出された追尾光（レーザポインタ光）を測距光と同軸に（前記射出光軸２５上に）偏向すると共に、測定対象物で反射された追尾光（反射追尾光）を透過する。

又、前記追尾光受光部４２は、追尾受光光軸４９を有し、該追尾受光光軸４９上に前記ダイクロイックミラー５１、前記第３ビームスプリッタ４８、受光レンズ５２、撮像素子５３が設けられている。尚、前記第３ビームスプリッタ４８、前記受光レンズ５２は追尾受光光学系を構成する。

前記ダイクロイックミラー５１は、近赤外光を反射し、可視光を透過する光学特性を有し、測距光を追尾光と同軸に偏向する。即ち、前記ダイクロイックミラー５１は前記射出光軸２５と前記追尾射出光軸４４の共通光軸上に位置する。

又、前記撮像素子５３は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は画像素子上での位置が特定できる様になっている。例えば、各画素は、前記撮像素子５３の中心を原点とした画素座標を有し、該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。

前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上に挿入した状態では、前記追尾光射出部４１と前記追尾光受光部４２は追尾部を構成する。前記撮像素子５３上での反射追尾光の受光位置と該撮像素子５３の中心との偏差に基づき、前記演算制御部１７が水平回転モータ８（図１参照）、鉛直回転モータ１３（図１参照）を駆動することで、測定対象物の追尾が行える様になっている。

又、前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上から抜脱した状態では、前記追尾光射出部４１はレーザポインタ照射部を構成し、前記追尾光受光部４２は撮像部を構成する。前記追尾発光素子４５から射出された追尾光（レーザポインタ光）は、前記第３ビームスプリッタ４８により測距光と同軸に偏向される。従って、レーザポインタ光により測距光の照射位置を確認することができる。又、走査鏡１５を介して入射した外光が前記撮像素子５３に受光されることで、測距光と同軸の画像（測距光の光軸を中心とした画像）を取得することができる。

次に、前記距離測定部１９を有する測量装置１により測定及び追尾を行う場合について説明する。尚、第２の実施例に於いては、再帰反射性を有するプリズムを測定対象物とするプリズム測定となっている。又、前記第１平行平面板４３は前記射出光軸２５上に挿入されている。

前記第２ビームスプリッタ２９を透過した測距光は、前記ダイクロイックミラー５１で直角に反射され、前記走査鏡１５で更に直角に反射され、測定対象物に照射される。測定対象物で反射された反射測距光は、前記走査鏡１５、前記ダイクロイックミラー５１、前記第２ビームスプリッタ２９により順次反射され、受光素子３２で受光される。

前記演算制御部１７は、前記発光素子２６の射出タイミングと前記受光素子３２の受光タイミングとの時間差及び光速に基づき、或は前記受光素子３２の受光タイミングと参照光受光素子３６の受光タイミングとの時間差及び光速に基づき、測定対象物迄の距離を演算する。更に、前記演算制御部１７は、この時の水平角エンコーダ９（図１参照）と鉛直角エンコーダ１４（図１参照）の検出結果と、演算した距離に基づき、測距光が照射された点（測定点）の３次元座標を演算する。

又、上記した測距作動と並行して、前記追尾発光素子４５から追尾光が射出される。追尾光は前記第２平行平面板４６、前記投光レンズ４７を透過する過程で僅かに拡散され、前記第３ビームスプリッタ４８に入射する。該第３ビームスプリッタ４８で反射された追尾光は、前記ダイクロイックミラー５１を透過し、前記走査鏡１５で反射され、拡散しながら測定対象物に照射される。

測定対象物で反射された反射追尾光は、前記ダイクロイックミラー５１、前記第３ビームスプリッタ４８、前記受光レンズ５２を順次透過し、前記撮像素子５３に入射する。前記演算制御部１７は、前記撮像素子５３の中心と追尾光の入射位置の偏差を演算し、該偏差に基づき、追尾光の入射位置が前記撮像素子５３の中心となる様前記水平回転モータ８と前記鉛直回転モータ１３の駆動を制御する。これにより、前記測量装置本体３が測定対象物を追尾する。

又、前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上から抜脱した際には、追尾光をレーザポインタ光として測定点に照射させ、前記追尾光受光部４２により測定点を中心とした画像を取得できる。

上述の様に、第２の実施例では、前記追尾射出光軸４４が前記第３ビームスプリッタ４８により前記射出光軸２５と同軸に偏向される様になっている。従って、光学系の小型化が図れると共に、部品点数の削減を図ることができる。

又、前記第２平行平面板４６の挿脱により、前記追尾光射出部４１と前記追尾光受光部４２がレーザポインタ照射部と撮像部を兼用する構成となっているので、レーザポインタ照射部や撮像部を別途設ける必要がなく、部品点数の削減及び製作コストの低減を図ることができる。

又、再帰反射性を有するプリズム等を自動追尾可能となるので、１人作業にて追尾及び測定が可能となり、作業性を向上させることができる。

又、前記撮像素子５３は、前記走査鏡１５を介して外光を受光できるので、托架部５（図１参照）で遮られる下方を除き、全周の画像を取得することができる。

更に、第１の実施例と同様、前記走査鏡１５として９０°軸外し放物面鏡を用いることで、前記距離測定部１９の光軸方向の長さを短くすることができ、該距離測定部１９の光学系の小型化を図ることができる。

尚、第２の実施例では、板状のガラスである前記第１平行平面板４３、前記第２平行平面板４６の挿脱により測距光の広がり角の調整、追尾光とレーザポインタ光の切替えを行っている。一方で、前記第１平行平面板４３、前記第２平行平面板４６に代えて液体レンズを用いてもよい。該液体レンズの焦点距離を変化させることで、該液体レンズを挿脱することなく測距光の広がり角の調整、追尾光とレーザポインタ光の切替えを行うことができる。前記第１平行平面板４３、前記第２平行平面板４６、液体レンズは広がり角調整部として総称される。

又、第２の実施例に於いても、第１の実施例と同様、前記測距光射出部２２と前記内部参照光受光部２４を種々の構成、配置とすることができる。

又、前記追尾光射出部４１と前記追尾光受光部４２とを入替えてもよい。即ち、前記第３ビームスプリッタ４８の反射光軸上に前記追尾光受光部４２を設け、前記第３ビームスプリッタ４８の透過光軸上に前記追尾光射出部４１を設けてもよい。

又、第２の実施例では、前記追尾光射出部４１がレーザポインタ照射部を兼用しているが、前記追尾光射出部４１に対してレーザポインタ照射部を別途設けてもよい。この場合、前記撮像素子５３に不可視光を受光可能なフィルタを設けることで、追尾光を不可視光とすることができる。又、前記第２平行平面板４６は省略することができる。

更に、第１の実施例と同様、前記走査鏡１５を軸外し自由曲面鏡としてもよいのは言う迄もない。

１ 測量装置
３ 測量装置本体
８ 水平回転モータ
９ 水平角エンコーダ
１３ 鉛直回転モータ
１４ 鉛直角エンコーダ
１５ 走査鏡
１７ 演算制御部
１９ 距離測定部
２２ 測距光射出部
２３ 測距光受光部
２４ 内部参照光受光部
２６ 発光素子
２８ 第１ビームスプリッタ
２９ 第２ビームスプリッタ
３２ 受光素子
３６ 参照光受光素子
３７ ビームスプリッタ膜
４１ 追尾光射出部
４２ 追尾光受光部
４５ 追尾発光素子
４６ 第２平行平面板
５１ ダイクロイックミラー
５３ 撮像素子

Claims (8)

1. 測距光源から発せられる測距光を投光光軸上へ射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、受光素子へと導く受光光学系と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、該托架部に設けられ鉛直回転モータにより鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記投光光学系からの前記測距光を前記測定対象物に照射すると共に、該測定対象物からの前記反射測距光を前記受光光学系へと入射させる走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記反射測距光の受光結果と前記水平角検出部の検出結果と前記鉛直角検出部の検出結果に基づき前記測定対象物の３次元座標を演算する演算制御部とを具備し、前記走査鏡は軸外し放物面又は軸外し自由曲面の反射面を有する測量装置。
2. 参照光受光素子と、前記測距光源からの光の一部を内部参照光として分離し、前記参照光受光素子へと導く内部参照光光学系を更に具備し、前記演算制御部は、反射測距光の受光タイミングと内部参照光の受光タイミングとの時間差に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する請求項１に記載の測量装置。
3. 前記受光光学系は、前記測距光を透過させ、前記反射測距光を反射させるビームスプリッタを有し、該ビームスプリッタの入射面のうち、第２の入射面の前記測距光の入射位置にビームスプリッタ膜が形成され、該ビームスプリッタ膜以外の位置には反射防止膜が形成された請求項１又は請求項２に記載の測量装置。
4. 追尾光源から発せられる追尾光を前記測距光と同軸に偏向する追尾投光光学系と、測定点からの反射追尾光を受光し、撮像素子へと導く追尾受光光学系とを更に具備し、前記演算制御部は、前記反射追尾光の前記撮像素子上での受光位置に基づき、前記測定対象物を追尾する様前記水平回転モータ及び前記鉛直回転モータを制御する請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
5. 前記測距光は近赤外光であり、前記追尾光は可視光であり、前記測距光と前記追尾光の共通光軸上に近赤外光を反射し可視光を透過するダイクロイックミラーを設けた請求項４に記載の測量装置。
6. 前記追尾投光光学系は、前記追尾光の広がり角を調整可能な広がり角調整部を有し、該広がり角調整部により、所定の広がり角を有する追尾光を平行光束であるレーザポインタ光に切替え可能とした請求項５に記載の測量装置。
7. 前記走査鏡で反射された外光が前記追尾受光光学系を介して前記撮像素子に入射し、該撮像素子に入射した外光に基づき測距光の光軸を中心とした画像を取得する請求項４〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
8. 前記走査鏡と一体に回転する窓ガラスを更に具備し、該窓ガラスは前記測距光の光軸に対して傾斜している請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の測量装置。

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