JP2023050683A - Survey instrument - Google Patents

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JP2023050683A JP2021160912A JP2021160912A JP2023050683A JP 2023050683 A JP2023050683 A JP 2023050683A JP 2021160912 A JP2021160912 A JP 2021160912A JP 2021160912 A JP2021160912 A JP 2021160912A JP 2023050683 A JP2023050683 A JP 2023050683A
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太一 湯浅
Taichi Yuasa
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Abstract

To provide a survey instrument which offers reduced errors in ranging results by making a ranging light beam profile uniform.SOLUTION: A survey instrument is provided, comprising a ranging light emission unit having a light-emitting unit for emitting ranging light toward a survey target object and a one-dimensional diffusion optical element for diffusing the ranging light in a one-dimensional direction, a ranging light receiving unit having a light receiving element for receiving reflected ranging light from the survey target object, and an arithmetic control unit 17 configured to control the light-emitting unit and compute the distance to the survey target object based on a result of reception of the reflected ranging light by the light receiving element. The light-emitting unit has at least two light-emitting elements that are stacked in one direction, and the one-dimensional diffusion optical element is configured to diffuse the ranging light in the lamination direction of the light-emitting elements.SELECTED DRAWING: Figure 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。 The present invention relates to a surveying instrument capable of acquiring three-dimensional coordinates of an object to be measured.

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、測定対象物として再帰反射性を有する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。 Surveying devices such as laser scanners and total stations are light wave distance measuring devices that detect the distance to an object by prism distance measurement using a retroreflective prism as the object to be measured, or by non-prism distance measurement that does not use a reflecting prism. have.

測量装置の光源として、複数の発光素子、例えばレーザダイオードを積層(スタック)させて同時に発光させるマルチスタックレーザを用いるものがある。マルチスタックレーザは、複数の発光素子の光を合算することで測距光の光量を増大させ、測距を可能とする距離の増大を図っている。 2. Description of the Related Art As a light source for a surveying instrument, there is a multi-stack laser in which a plurality of light emitting elements, such as laser diodes, are stacked to emit light simultaneously. A multi-stack laser increases the amount of light emitted from a plurality of light-emitting elements to increase the distance that can be measured.

然し乍ら、各発光素子が同時に発光する様制御したとしても、製作誤差等により発光のタイミングにズレが生じる場合がある。又、このズレに起因して、各発光素子毎に例えば±10mm程度測距値に差異が生じる場合がある。 However, even if each light-emitting element is controlled to emit light at the same time, the timing of light emission may be shifted due to manufacturing errors or the like. In addition, due to this deviation, a difference of about ±10 mm, for example, may occur in the distance measurement value for each light emitting element.

一方で、再帰反射性を有する反射プリズム等を測定対象物とするプリズム測距の場合、測距光のビームプロファイル(強度分布)を維持した状態で測距光が反射されることとなる。従って、マルチスタックレーザを光源としてプリズム測定を行う場合、測距光のどの部分を反射するか、即ちどの発光素子の光を反射するかによって、測距結果に誤差を生じる虞があった。 On the other hand, in the case of prism ranging using a measuring object such as a reflecting prism having retroreflectivity, the ranging light is reflected while maintaining the beam profile (intensity distribution) of the ranging light. Therefore, when performing prism measurement using a multi-stack laser as a light source, there is a risk that an error will occur in the distance measurement result depending on which part of the distance measurement light is reflected, that is, the light of which light emitting element is reflected.

特開2021-25993号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-25993 特開2018-91764号公報JP 2018-91764 A

本発明は、測距光のビームプロファイルを均一化し、測距結果の誤差の低減を図る測量装置を提供するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a surveying apparatus that uniformizes the beam profile of distance measuring light and reduces errors in distance measurement results.

本発明は、測定対象物に測距光を射出する発光部と、前記測距光を1次元方向に拡散させる1次元拡散光学素子とを有する測距光射出部と、前記測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子を有する測距光受光部と、前記発光部を制御し、前記受光素子に対する前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記発光部は1方向に積層された少なくとも2つの発光素子を有し、前記1次元拡散光学素子は前記発光素子の積層方向に前記測距光を拡散する様構成された測量装置に係るものである。 The present invention comprises a distance measuring light emitting part having a light emitting part for emitting distance measuring light to an object to be measured, a one-dimensional diffusion optical element for diffusing the distance measuring light in one dimension, and a distance measuring light from the object to be measured. A distance measuring light receiving unit having a light receiving element for receiving reflected distance measuring light, and an operation for controlling the light emitting unit and calculating the distance to the object to be measured based on the result of receiving the reflected distance measuring light with respect to the light receiving element. a control unit, wherein the light emitting unit has at least two light emitting elements stacked in one direction, and the one-dimensional diffusion optical element is configured to diffuse the distance measuring light in the stacking direction of the light emitting elements. It relates to a surveying instrument.

又本発明は、前記測定対象物は、再帰反射性を有するコーナキューブであり、前記1次元拡散光学素子により拡散された前記測距光は、各発光素子から発せられた光が全て重複する重複部分が形成され、該重複部分で前記コーナキューブを測距する様に構成された測量装置に係るものである。 In the present invention, the object to be measured is a corner cube having retroreflectivity, and the distance measuring light diffused by the one-dimensional diffusion optical element is an overlapping light emitted from each light emitting element. A surveying instrument configured to measure the corner cube at the overlapped portion.

又本発明は、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、前記測距光を前記コーナキューブに照射すると共に、該コーナキューブからの前記反射測距光を受光する走査ミラーと、前記托架部の水平角を検出する水平角エンコーダと、前記走査ミラーの鉛直角を検出する鉛直角エンコーダを更に具備し、前記演算制御部は、前記コーナキューブを前記測距光で走査した際の前記反射測距光の受光光量と水平角と鉛直角とに基づき、前記コーナキューブの重心位置を演算し、該重心位置に基づき前記コーナキューブの測角を行う様構成された測量装置に係るものである。 Further, the present invention includes a mounting portion which is rotated horizontally about a horizontal rotation axis by a horizontal rotation motor, and a vertical rotation motor provided in the mounting portion which is vertically rotated about the vertical rotation axis. A scanning mirror that irradiates a corner cube and receives the reflected ranging light from the corner cube, a horizontal angle encoder that detects the horizontal angle of the mounting portion, and a vertical angle that detects the vertical angle of the scanning mirror. An encoder is further provided, and the arithmetic control unit determines the center-of-gravity position of the corner cube based on the amount of received light of the reflected distance measuring light, the horizontal angle, and the vertical angle when the corner cube is scanned with the distance measuring light. The present invention relates to a surveying instrument configured to calculate and measure the angle of the corner cube based on the position of the center of gravity.

又本発明は、前記演算制御部は、前記反射測距光の受光光量に基づき、前記コーナキューブが前記重複部分で測距されたかどうかを判断し、該重複部分で測距されなかったと判断された測距結果を破棄する様に構成された測量装置に係るものである。 Further, in the present invention, the arithmetic control unit determines whether or not the corner cube has been measured in the overlapping portion based on the amount of received light of the reflected distance measuring light, and it is determined that the distance has not been measured in the overlapping portion. The present invention relates to a surveying instrument configured to discard the results of distance measurement.

又本発明は、前記演算制御部は、前記コーナキューブを前記測距光で走査した際に得られた光量分布に基づき前記コーナキューブの重心位置を演算し、該重心位置から予め設定した閾値の範囲内に位置するかどうかで前記コーナキューブが前記重複部分で測距されたかどうかを判断し、該重複部分で測距されなかったと判断された測距結果を破棄する様に構成された測量装置に係るものである。 Further, according to the present invention, the arithmetic control unit calculates the center-of-gravity position of the corner cube based on the light amount distribution obtained when the corner-cube is scanned with the distance-measuring light, and calculates a preset threshold value from the center-of-gravity position. A surveying device configured to determine whether or not the corner cube has been measured in the overlapping portion based on whether or not it is positioned within the range, and to discard distance measurement results determined not to have been measured in the overlapping portion. It is related to

又本発明は、前記測距光射出部は駆動機構を更に具備し、該駆動機構は前記1次元拡散光学素子を前記測距光の光軸に対して挿脱する様構成された測量装置に係るものである。 In the surveying apparatus according to the present invention, the distance measuring light emitting section further comprises a driving mechanism, and the driving mechanism inserts and removes the one-dimensional diffusion optical element with respect to the optical axis of the distance measuring light. It is related.

更に又本発明は、前記測距光受光部は、前記反射測距光を複数回内部反射させた後、前記受光素子に受光させる受光プリズムを更に有する測量装置に係るものである。 Further, the present invention relates to a surveying instrument, wherein the distance measuring light receiving section further includes a light receiving prism that causes the light receiving element to receive the reflected distance measuring light after internally reflecting the reflected distance measuring light a plurality of times.

本発明によれば、測定対象物に測距光を射出する発光部と、前記測距光を1次元方向に拡散させる1次元拡散光学素子とを有する測距光射出部と、前記測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子を有する測距光受光部と、前記発光部を制御し、前記受光素子に対する前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記発光部は1方向に積層された少なくとも2つの発光素子を有し、前記1次元拡散光学素子は前記発光素子の積層方向に前記測距光を拡散する様構成されたので、各測距光を互いに重ね合せ、該測距光のビームプロファイルを均一化することができ、前記発光素子の積層個数に拘らず均一な測距結果を得ることができるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a distance measuring light emitting unit having a light emitting unit that emits distance measuring light to an object to be measured and a one-dimensional diffusion optical element that diffuses the distance measuring light in a one-dimensional direction; A distance measuring light receiving unit having a light receiving element for receiving the reflected distance measuring light from the distance measuring light, and the light emitting unit is controlled to calculate the distance to the object to be measured based on the result of receiving the reflected distance measuring light with respect to the light receiving element. The light emitting unit has at least two light emitting elements stacked in one direction, and the one-dimensional diffusion optical element diffuses the distance measuring light in the stacking direction of the light emitting elements. Since each distance measuring light is superimposed on each other, the beam profile of the distance measuring light can be made uniform, and a uniform distance measurement result can be obtained regardless of the number of laminated light emitting elements. effective.

本発明の実施例に係る測量装置を示す正断面図である。1 is a front sectional view showing a surveying instrument according to an embodiment of the present invention; FIG. (A)(B)は、本発明の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。3A and 3B are configuration diagrams showing a distance measuring unit according to an embodiment of the present invention; FIG. (A)は1次元拡散光学素子を用いない場合の測距光のビームプロファイルであり、(B)は1次元拡散光学素子を用いた場合の測距光のビームプロファイルであり、(C)は線Aに於ける各測距光のプロファイル断面強度である。(A) is the beam profile of the ranging light when the one-dimensional diffusion optical element is not used, (B) is the beam profile of the ranging light when the one-dimensional diffusion optical element is used, and (C) is Profile cross-sectional intensity of each range-finding light at line A. (A)は1次元拡散光学素子を用いない場合の測距光とコーナキューブとの関係を示す説明図であり、(B)は1次元拡散光学素子を用いた場合の測距光とコーナキューブとの関係を示す説明図である。(A) is an explanatory diagram showing the relationship between the distance measuring light and the corner cube when the one-dimensional diffusing optical element is not used, and (B) is an explanatory view showing the distance measuring light and the corner cube when the one-dimensional diffusing optical element is used. It is an explanatory diagram showing the relationship between. (A)は1次元拡散光学素子を用いない場合の測距光でコーナキューブを走査した場合を示す説明図であり、(B)はこの時の角度と受光光量との関係を示す分布図である。(A) is an explanatory diagram showing the case where a corner cube is scanned with distance measuring light when a one-dimensional diffusing optical element is not used, and (B) is a distribution diagram showing the relationship between the angle and the amount of received light at this time. be. (A)は1次元拡散光学素子を用いた場合の測距光でコーナキューブを走査した場合を示す説明図であり、(B)はこの時の角度と受光光量との関係を示す分布図である。(A) is an explanatory diagram showing the case where a corner cube is scanned with distance measuring light when a one-dimensional diffusion optical element is used, and (B) is a distribution diagram showing the relationship between the angle and the amount of received light at this time. be. 本発明の実施例の変形例に係る距離測定部を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a distance measuring section according to a modification of the embodiment of the present invention; 本発明の実施例の変形例に係る各測距光のプロファイル断面強度である。It is the profile cross-sectional intensity of each range-finding light according to the modified example of the embodiment of the present invention.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。 First, referring to FIG. 1, a surveying instrument according to a first embodiment of the present invention will be described.

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。 The surveying instrument 1 is, for example, a laser scanner, and comprises a leveling section 2 attached to a tripod (not shown) and a surveying instrument main body 3 attached to the leveling section 2 .

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。 The leveling section 2 has a leveling screw 10, and the leveling of the surveying instrument main body 3 is performed by the leveling screw 10. As shown in FIG.

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ミラー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が用いられる。 The surveying instrument main body 3 includes a fixed portion 4, a frame portion 5, a horizontal rotary shaft 6, a horizontal rotary bearing 7, a horizontal rotary motor 8 as a horizontal rotary drive portion, and a horizontal angle detector as a horizontal angle detector. An encoder 9, a vertical rotary shaft 11, a vertical rotary bearing 12, a vertical rotary motor 13 as a vertical rotation driving section, a vertical angle encoder 14 as a vertical angle detection section, a scanning mirror 15 as a vertical rotation section, It has an operation panel 16 that serves as both an operation unit and a display unit, an arithmetic control unit 17, a storage unit 18, a distance measurement unit 19, and the like. As the arithmetic control section 17, a CPU specialized for this apparatus or a general-purpose CPU is used.

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。 The horizontal rotation bearing 7 is fixed to the fixed part 4 . The horizontal rotary shaft 6 has a vertical axis 6a, and is rotatably supported by the horizontal rotary bearing 7. As shown in FIG. Further, the frame portion 5 is supported by the horizontal rotation shaft 6 so that the frame portion 5 rotates integrally with the horizontal rotation shaft 6 in the horizontal direction.

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。 The horizontal rotation motor 8 is provided between the horizontal rotation bearing 7 and the frame portion 5 , and the horizontal rotation motor 8 is controlled by the arithmetic control portion 17 . The calculation control unit 17 causes the horizontal rotation motor 8 to rotate the support unit 5 around the axis 6a.

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。 A relative rotation angle of the mounting portion 5 with respect to the fixed portion 4 is detected by the horizontal angle encoder 9 . A detection signal from the horizontal angle encoder 9 is input to the arithmetic control unit 17, and the arithmetic control unit 17 calculates horizontal angle data. The arithmetic control unit 17 performs feedback control for the horizontal rotary motor 8 based on the horizontal angle data.

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。 Further, the mounting portion 5 is provided with the vertical rotary shaft 11 having a horizontal axis 11a. The vertical rotary shaft 11 is rotatable via the vertical rotary bearing 12 . The intersection of the axis 6a and the axis 11a is the emission position of the distance measuring light, and is the origin of the coordinate system of the surveying instrument main body 3.

前記托架部5には、凹部22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22内に延出し、前記一端部に前記走査ミラー15が固着され、該走査ミラー15は前記凹部22に収納されている。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。 A concave portion 22 is formed in the support portion 5 . One end of the vertical rotary shaft 11 extends into the recess 22 , and the scanning mirror 15 is fixed to the one end, and the scanning mirror 15 is accommodated in the recess 22 . Also, the vertical angle encoder 14 is provided at the other end of the vertical rotary shaft 11 .

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、前記走査ミラー15は前記軸心11aを中心に回転される。 The vertical rotary shaft 11 is provided with the vertical rotary motor 13 , and the vertical rotary motor 13 is controlled by the arithmetic control section 17 . The arithmetic control unit 17 rotates the vertical rotation shaft 11 by the vertical rotation motor 13, and the scanning mirror 15 is rotated around the axis 11a.

前記走査ミラー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ミラー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。 The rotation angle of the scanning mirror 15 is detected by the vertical angle encoder 14 and the detection signal is input to the arithmetic control section 17 . The arithmetic control unit 17 calculates vertical angle data of the scanning mirror 15 based on the detection signal, and performs feedback control for the vertical rotation motor 13 based on the vertical angle data.

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。 Further, the horizontal angle data, vertical angle data and measurement results calculated by the arithmetic control unit 17 are stored in the storage unit 18 . As the storage section 18, various storage means such as an HDD as a magnetic storage device, a CD and a DVD as an optical storage device, a memory card as a semiconductor storage device, and a USB memory are used. The storage unit 18 may be detachable from the mounting unit 5, or may transmit data to an external storage device or an external data processing device via communication means (not shown).

前記記憶部18には、後述する発光部の発光素子の駆動を制御する制御プログラム、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、測定結果に基づき測定対象物の重心を演算する為の演算プログラム、反射測距光の受光光量に基づき誤差を有する測距結果を破棄する為の制御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。 The storage unit 18 stores a control program for controlling the driving of the light emitting elements of the light emitting unit, a sequence program for controlling the distance measurement operation, a calculation program for calculating the distance by the distance measurement operation, horizontal angle data and vertical angle data. Calculation program for calculating angle based on distance, program for calculating 3D coordinates of desired measurement point based on distance and angle, calculation program for calculating center of gravity of measurement object based on measurement result, received light intensity of reflected ranging light Various programs such as a control program for discarding distance measurement results having errors are stored. Further, various processes are executed by executing various programs by the arithmetic control unit 17 .

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、例えば測定点間隔の変更等を行う操作部と、測距結果や画像等を表示する表示部とを兼用している。 The operation panel 16 is, for example, a touch panel, and serves both as an operation unit for instructing distance measurement and for changing measurement conditions, such as measurement point intervals, and as a display unit for displaying distance measurement results, images, and the like.

次に、図2(A)、図2(B)を参照して、前記距離測定部19について説明する。 Next, the distance measuring section 19 will be described with reference to FIGS. 2(A) and 2(B).

該距離測定部19は、測距光射出部23と測距光受光部24とを有している。尚、前記測距光射出部23と前記測距光受光部24とにより測距部が構成される。 The distance measuring section 19 has a distance measuring light emitting section 23 and a distance measuring light receiving section 24 . The distance measuring light emitting portion 23 and the distance measuring light receiving portion 24 constitute a distance measuring portion.

前記測距光射出部23は測距光軸38を有している。又、前記測距光射出部23は、前記測距光軸38上に設けられた発光部25と、コリメータレンズ26と、前記ビーム成形光学素子27と、該ビーム成形光学素子27の反射光軸上に設けられた1次元拡散光学素子28と、偏向部材としての反射プリズム29と、該反射プリズム29を固定する為の固定部材31とを有している。又、前記反射プリズム29で反射された前記測距光軸38上に前記走査ミラー15が設けられている。前記固定部材31は、例えばガラス板等の透明材料により形成されている。又、前記走査ミラー15の反射光軸上には、透明材料で形成され、前記走査ミラー15と一体に回転する窓部32が設けられている。 The distance measuring light emitting section 23 has a distance measuring optical axis 38 . The distance measuring light emitting portion 23 includes a light emitting portion 25 provided on the distance measuring optical axis 38, a collimator lens 26, the beam shaping optical element 27, and the reflected optical axis of the beam shaping optical element 27. It has a one-dimensional diffusion optical element 28 provided thereon, a reflecting prism 29 as a deflecting member, and a fixing member 31 for fixing the reflecting prism 29 . Also, the scanning mirror 15 is provided on the distance measuring optical axis 38 reflected by the reflecting prism 29 . The fixing member 31 is made of a transparent material such as a glass plate. A window portion 32 made of a transparent material and rotating integrally with the scanning mirror 15 is provided on the reflecting optical axis of the scanning mirror 15 .

尚、前記コリメータレンズ26、前記ビーム成形光学素子27、前記1次元拡散光学素子28、前記反射プリズム29等は、投光光学系33を構成する。又、本実施例では、前記測距光軸38と、前記ビーム成形光学素子27で反射された前記測距光軸38と、前記反射プリズム29で反射された前記測距光軸38とを総称して該測距光軸38としている。 The collimator lens 26 , the beam shaping optical element 27 , the one-dimensional diffusion optical element 28 , the reflecting prism 29 and the like constitute a projection optical system 33 . In this embodiment, the distance measuring optical axis 38, the distance measuring optical axis 38 reflected by the beam shaping optical element 27, and the distance measuring optical axis 38 reflected by the reflecting prism 29 are collectively referred to. is defined as the distance measuring optical axis 38 .

又、測距光受光部24は、受光光軸39を有している。前記測距光受光部24は、受光光軸39上に設けられた受光素子34と、受光プリズム35を有すると共に、該受光プリズム35で反射された受光光軸39軸上に設けられ所定のNAを有する受光レンズ36を有している。尚、前記受光プリズム35と前記受光レンズ36とで受光光学系37を構成する。又、本実施例では、前記受光光軸39と、前記受光プリズム35で反射された反射光軸とを総称して受光光軸39としている。 Also, the distance measuring light receiving section 24 has a light receiving optical axis 39 . The distance measuring light receiving section 24 has a light receiving element 34 provided on the light receiving optical axis 39 and a light receiving prism 35, and is provided on the light receiving optical axis 39 reflected by the light receiving prism 35 and has a predetermined NA. has a light receiving lens 36 having a The light receiving prism 35 and the light receiving lens 36 constitute a light receiving optical system 37 . In this embodiment, the light receiving optical axis 39 and the reflected light axis reflected by the light receiving prism 35 are collectively referred to as the light receiving optical axis 39 .

前記発光部25は、複数の発光素子、例えばレーザダイオード(LD)を積層させたマルチスタックレーザ光源となっている。前記発光部25は、例えば積層(スタック)された3つの発光素子から構成されており、各発光素子からレーザ光線が同時にパルス発光され、合成されたパルス光を測距光41(後述)として射出する様に制御されている。3つの発光素子が同時に発光され、合成された前記測距光41を発することで、前記発光部25から発せられる前記測距光41の光量を確保し、前記測量装置1による遠距離測定を可能としている。 The light emitting section 25 is a multi-stack laser light source in which a plurality of light emitting elements, such as laser diodes (LD) are stacked. The light-emitting unit 25 is composed of, for example, three stacked light-emitting elements. Laser beams are simultaneously emitted from each light-emitting element, and the synthesized pulsed light is emitted as distance measuring light 41 (described later). controlled to do so. The three light emitting elements simultaneously emit light to emit the synthesized distance measuring light 41, thereby securing the amount of light of the distance measuring light 41 emitted from the light emitting unit 25 and enabling long-distance measurement by the surveying device 1. and

尚、前記発光部25を構成する発光素子は、2つであってもよいし、4つ或いは5つであってもよい。前記発光素子迄の距離は、想定される測定対象物迄の距離に応じて適宜設定される。 The number of light emitting elements constituting the light emitting section 25 may be two, four or five. The distance to the light emitting element is appropriately set according to the assumed distance to the object to be measured.

前記ビーム成形光学素子27は、例えば反射型、或いは透過型のアナモルフィックプリズムである。前記発光部25より射出され、前記コリメータレンズ26により平行光束とされた前記測距光41は、ビーム形状が楕円形となっており、前記ビーム成形光学素子27は楕円形状の測距光を円形状へと補正しつつ、直角に偏向する様に構成されている。 The beam-shaping optical element 27 is, for example, a reflective or transmissive anamorphic prism. The distance measuring light 41 emitted from the light emitting unit 25 and collimated by the collimator lens 26 has an elliptical beam shape. It is configured to deflect at right angles while correcting to shape.

前記1次元拡散光学素子28は、前記ビーム成形光学素子27で偏向された前記測距光41を所定の方向(1次元方向)に拡散する様構成されている。本実施例では、前記1次元拡散光学素子28による前記測距光41の拡散方向は、前記発光部25の各発光素子の積層方向(スタック方向)となっている。 The one-dimensional diffusion optical element 28 is configured to diffuse the distance measuring light 41 deflected by the beam shaping optical element 27 in a predetermined direction (one-dimensional direction). In this embodiment, the direction in which the distance measuring light 41 is diffused by the one-dimensional diffusion optical element 28 is the lamination direction (stacking direction) of the light emitting elements of the light emitting section 25 .

尚、前記1次元拡散光学素子28としては、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、マイクロシリンドリカルレンズアレイ、楕円拡散フィルム、バイナリー光学素子、回折光学素子等、種々のレンズや光学素子を用いることができる。マイクロシリンドリカルレンズアレイとは、微小なシリンドリカルレンズをアレイ状に配置したものとなっている。又、以下の説明では、前記1次元拡散光学素子28として、楕円拡散フィルム、バイナリー光学素子、回折光学素子のいずれかが用いられる。 As the one-dimensional diffusion optical element 28, various lenses and optical elements such as cylindrical lenses, lenticular lenses, micro-cylindrical lens arrays, elliptical diffusion films, binary optical elements, and diffractive optical elements can be used. A micro-cylindrical lens array is an array of micro-cylindrical lenses. Further, in the following description, as the one-dimensional diffusion optical element 28, any one of an ellipsoidal diffusion film, a binary optical element, and a diffractive optical element is used.

前記距離測定部19は、前記演算制御部17により制御される。発光部25から前記測距光軸38上にパルス状の前記測距光41が射出されると、該測距光41は前記コリメータレンズ26で平行光束とされ、前記ビーム成形光学素子27によりビーム形状を補正されつつ直角に偏向される。該ビーム成形光学素子27で反射された前記測距光41は、前記1次元拡散光学素子28により1次元方向に拡散され、前記反射プリズム29で直角に反射される。該反射プリズム29から前記固定部材31を介して射出される前記測距光41の前記測距光軸38は、前記軸心11aと合致しており、前記測距光41は前記走査ミラー15によって直角に偏向され、前記窓部32を介して測定対象物に照射される。前記走査ミラー15が前記軸心11aを中心に回転することで、前記測距光41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。 The distance measuring section 19 is controlled by the arithmetic control section 17 . When the pulsed distance measuring light 41 is emitted from the light emitting unit 25 onto the distance measuring optical axis 38 , the distance measuring light 41 is collimated by the collimator lens 26 and converted into a beam by the beam shaping optical element 27 . It is deflected at right angles while its shape is corrected. The distance measuring light 41 reflected by the beam shaping optical element 27 is diffused one-dimensionally by the one-dimensional diffusion optical element 28 and reflected by the reflecting prism 29 at right angles. The distance measuring optical axis 38 of the distance measuring light 41 emitted from the reflecting prism 29 through the fixing member 31 coincides with the axis 11a, and the distance measuring light 41 is transmitted by the scanning mirror 15. It is deflected at a right angle and illuminates the object to be measured through the window portion 32 . As the scanning mirror 15 rotates about the axis 11a, the distance measuring light 41 rotates (scans) within a plane that is orthogonal to the axis 11a and includes the axis 6a.

尚、前記窓部32は、該窓部32で反射された前記測距光41が前記受光素子34に入射しない様、前記測距光軸38の光軸に対して所定角度傾斜して設けられている。 The window portion 32 is provided at a predetermined angle with respect to the optical axis of the distance measuring optical axis 38 so that the distance measuring light 41 reflected by the window portion 32 does not enter the light receiving element 34. ing.

測定対象物で反射された前記測距光41(以下、反射測距光42)は、前記走査ミラー15で直角に反射され、前記受光光学系37を経て前記受光素子34で受光される。該受光素子34は、例えばアバランシェフォトダイオード(APD)、或は同等の光電変換素子となっている。 The distance measuring light 41 (hereinafter referred to as reflected distance measuring light 42 ) reflected by the object to be measured is reflected at right angles by the scanning mirror 15 , passes through the light receiving optical system 37 and is received by the light receiving element 34 . The light receiving element 34 is, for example, an avalanche photodiode (APD) or an equivalent photoelectric conversion element.

前記演算制御部17は、前記発光部25の発光タイミングと、前記受光素子34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、前記測距光41の1パルス毎に測距を実行する(Time Of Flight)。尚、前記発光部25の発光のタイミング、即ちパルス間隔は、前記操作パネル16を介して変更可能となっている。 The arithmetic control unit 17 measures each pulse of the distance measuring light 41 based on the time difference between the light emission timing of the light emitting unit 25 and the light reception timing of the light receiving element 34 (that is, the round trip time of the pulsed light) and the speed of light. Execute distance (Time Of Flight). The light emission timing of the light emitting unit 25, that is, the pulse interval can be changed via the operation panel 16. FIG.

尚、前記距離測定部19には内部参照光光学系(後述)が設けられ、該内部参照光光学系から受光した内部参照光(後述)と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。 The distance measuring unit 19 is provided with an internal reference light optical system (described later), and based on the time difference between the light receiving timings of the internal reference light (described later) received from the internal reference light optical system and the reflected distance measuring light and the speed of light, By performing distance measurement, more accurate distance measurement becomes possible.

前記托架部5と前記走査ミラー15とがそれぞれ定速で回転し、該走査ミラー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動により、前記測距光41が2次元に走査される。又、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、測定対象物の3次元座標及び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。 The mounting portion 5 and the scanning mirror 15 rotate at a constant speed, respectively. 41 is scanned in two dimensions. By detecting the vertical angle and horizontal angle with the vertical angle encoder 14 and the horizontal angle encoder 9 for each pulsed light, vertical angle data and horizontal angle data can be obtained. From the vertical angle data, horizontal angle data, and distance measurement data, the three-dimensional coordinates of the object to be measured and the three-dimensional point cloud data corresponding to the object to be measured can be acquired.

次に、前記受光光学系37について説明する。尚、図2(A)、図2(B)中では、前記測距光41の主光線(前記測距光軸38)及び前記反射測距光42の主光線(前記受光光軸39)のみを記載している。 Next, the light receiving optical system 37 will be described. 2A and 2B, only the principal ray of the distance measuring light 41 (the distance measuring optical axis 38) and the principal ray of the reflected distance measuring light 42 (the light receiving optical axis 39) are shown. is described.

前記受光プリズム35は、所定の屈折率を有する4角形のプリズムであり、前記受光レンズ36を透過した前記反射測距光42が入射する第1面35a、該第1面35aの表面を透過した前記反射測距光42が反射する第2面35b、該第2面35bと前記第1面35aで反射された前記反射測距光42が入射する第3面35c、該第3面35cで反射された前記反射測距光42が透過する透過面としての第4面35dとを有している。該第4面35dを透過した前記反射測距光42は、前記受光素子34に入射する。 The light-receiving prism 35 is a quadrilateral prism having a predetermined refractive index. A second surface 35b on which the reflected ranging light 42 is reflected, a third surface 35c on which the reflected ranging light 42 reflected by the second surface 35b and the first surface 35a is incident, and reflected by the third surface 35c. and a fourth surface 35d as a transmission surface through which the reflected distance measuring light 42 is transmitted. The reflected distance measuring light 42 transmitted through the fourth surface 35 d enters the light receiving element 34 .

又、前記走査ミラー15の下方には、再帰反射性を有するリファレンスプリズム43が設けられている。前記走査ミラー15を介して前記測距光41を回転照射する過程で、該測距光41の一部が前記リファレンスプリズム43に入射する。該リファレンスプリズム43により再帰反射された前記測距光41は、前記走査ミラー15を介して前記受光光学系37に入射し、前記受光素子34に受光される様に構成される。 A retroreflective reference prism 43 is provided below the scanning mirror 15 . Part of the distance measuring light 41 is incident on the reference prism 43 in the process of rotating the distance measuring light 41 through the scanning mirror 15 . The distance measuring light 41 retroreflected by the reference prism 43 enters the light receiving optical system 37 via the scanning mirror 15 and is received by the light receiving element 34 .

ここで、前記発光部25から前記リファレンスプリズム43迄の光路長、該リファレンスプリズム43から前記受光素子34迄の光路長は既知である。従って、前記リファレンスプリズム43で反射された前記測距光41を内部参照光44として利用することができる。前記走査ミラー15と前記リファレンスプリズム43とにより内部参照光光学系45が構成される。 Here, the optical path length from the light emitting section 25 to the reference prism 43 and the optical path length from the reference prism 43 to the light receiving element 34 are known. Therefore, the distance measuring light 41 reflected by the reference prism 43 can be used as the internal reference light 44 . An internal reference beam optical system 45 is composed of the scanning mirror 15 and the reference prism 43 .

次に、図3~図6を参照し、前記距離測定部19を有する前記測量装置1により測定を行う場合について説明する。前記距離測定部19の各種動作は、前記演算制御部17が各種プログラムを実行することでなされる。尚、以下では、プリズム測定が行われる場合について説明している。 Next, with reference to FIGS. 3 to 6, the case where the surveying device 1 having the distance measuring section 19 performs measurement will be described. Various operations of the distance measuring unit 19 are performed by the arithmetic control unit 17 executing various programs. In addition, below, the case where a prism measurement is performed is demonstrated.

前記発光部25の各発光素子から発せられた前記測距光41は、前記コリメータレンズ26、前記ビーム成形光学素子27、前記1次元拡散光学素子28、前記反射プリズム29、前記固定部材31前記走査ミラー15を介して測定対象物、例えばコーナキューブ46に照射される。該コーナキューブ46で反射され、前記走査ミラー15を介して前記受光光学系37に入射した前記反射測距光42は、前記受光レンズ36及び前記第1面35aを透過する過程で屈折される。又、前記反射測距光42は、前記受光プリズム35の内部で前記第2面35b、前記第1面35a、前記第3面35cで順次反射され、前記第4面35dを透過し、前記受光素子34に受光される。 The distance measuring light 41 emitted from each light emitting element of the light emitting section 25 is applied to the collimator lens 26, the beam shaping optical element 27, the one-dimensional diffusion optical element 28, the reflecting prism 29, the fixed member 31, and the scanning light. An object to be measured, for example, a corner cube 46 is irradiated via the mirror 15 . The reflected distance measuring light 42 reflected by the corner cube 46 and incident on the light receiving optical system 37 via the scanning mirror 15 is refracted while passing through the light receiving lens 36 and the first surface 35a. The reflected distance measuring light 42 is sequentially reflected by the second surface 35b, the first surface 35a, and the third surface 35c inside the light receiving prism 35, passes through the fourth surface 35d, and is received by the light receiving prism 35. Light is received by element 34 .

前記演算制御部17は、前記距離測定部19の測距結果、前記水平角エンコーダ9及び前記鉛直角エンコーダ14の検出結果に基づき、前記コーナキューブ46の3次元座標を演算する。 The arithmetic control unit 17 calculates the three-dimensional coordinates of the corner cube 46 based on the distance measurement result of the distance measurement unit 19 and the detection results of the horizontal angle encoder 9 and the vertical angle encoder 14 .

尚、前記コーナキューブ46の測定は、全周或は該コーナキューブ46の周辺を前記測距光41で走査し、前記反射測距光42を受光した位置を前記コーナキューブ46の位置として測定してもよい。 The corner cube 46 is measured by scanning the entire circumference or the periphery of the corner cube 46 with the distance measuring light 41, and measuring the position where the reflected distance measuring light 42 is received as the position of the corner cube 46. may

ここで、図3(A)は、前記1次元拡散光学素子28を用いなかった場合の前記測距光41のビームプロファイルを示し、図3(B)は、前記1次元拡散光学素子28を用いた場合の前記測距光41のビームプロファイルを示している。又、図3(C)は、線Aの位置に於ける各測距光41のビームプロファイル断面強度を比較したものであり、実線が前記1次元拡散光学素子28を用いた場合、波線が前記1次元拡散光学素子28を用いなかった場合を示している。 Here, FIG. 3A shows the beam profile of the distance measuring light 41 when the one-dimensional diffusion optical element 28 is not used, and FIG. 4 shows the beam profile of the distance measuring light 41 in the case of FIG. 3C shows a comparison of beam profile cross-sectional intensities of each distance measuring light 41 at the position of line A. The case where the one-dimensional diffusion optical element 28 is not used is shown.

図3(A)~図3(C)に示される様に、前記1次元拡散光学素子28を用いなかった場合には、各発光素子の前記測距光41が形状を維持した状態で独立して射出されている。又、この時のビームプロファイル断面強度も各発光素子の前記測距光41毎に独立した状態で検出されるので、該測距光41のビーム断面のビーム強度は大きくばらついている。 As shown in FIGS. 3A to 3C, when the one-dimensional diffusion optical element 28 is not used, the distance measuring light 41 of each light emitting element is independent while maintaining its shape. is ejected. Further, since the beam profile cross-sectional intensity at this time is also detected independently for each distance measuring light 41 of each light emitting element, the beam intensity of the beam cross section of the distance measuring light 41 varies greatly.

一方で、前記1次元拡散光学素子28を用いた場合には、各発光素子の前記測距光41が1次元方向、例えば発光素子の積層方向(スタック方向)に拡大され、各発光素子の前記測距光41が重なり合い平均化されて射出される。又、この時のプロファイル断面強度も各発光素子の前記測距光41が重なり合い平均化された状態で検出されるので、該測距光41のビーム断面のビーム強度は略一定となる。 On the other hand, when the one-dimensional diffusion optical element 28 is used, the distance measuring light 41 of each light-emitting element is expanded in one-dimensional direction, for example, the stacking direction of the light-emitting elements. The distance measuring light 41 is superimposed, averaged, and emitted. In addition, since the profile cross-sectional intensity at this time is also detected in a state in which the distance measuring light 41 of each light emitting element overlaps and is averaged, the beam intensity of the beam cross section of the distance measuring light 41 becomes substantially constant.

又、図4(A)、図4(B)は、前記1次元拡散光学素子28を用いた場合と用いなかった場合に於ける、前記測距光41のビームプロファイルと前記コーナキューブ46の位置の関係を示している。尚、図4(A)、図4(B)中、47は前記受光素子34の受光範囲を示している。 4A and 4B show the beam profile of the distance measuring light 41 and the position of the corner cube 46 when the one-dimensional diffusion optical element 28 is used and when it is not used. shows the relationship between 4(A) and 4(B), 47 indicates the light receiving range of the light receiving element 34. As shown in FIG.

図4(A)に示される様に、前記測距光41は3つの発光素子からパルス発光された測距光41a~41cからなる。一方で、製作誤差等に基づく各発光素子の発光タイミングの誤差等に起因して、測距光41a~41cに基づく測距結果は誤差を生じる。 As shown in FIG. 4A, the distance measuring light 41 consists of distance measuring lights 41a to 41c pulsed from three light emitting elements. On the other hand, an error occurs in the results of distance measurement based on the distance measurement lights 41a to 41c due to an error in light emission timing of each light emitting element due to a manufacturing error or the like.

従って、前記コーナキューブ46が前記測距光41aを反射した場合(コーナキューブ46a)と、前記コーナキューブ46が前記測距光41cを反射した場合(コーナキューブ46c)とでは、前記コーナキューブ46が前記測距光41bを反射した場合(コーナキューブ46b)に対して±5mm程度の誤差を生じる。 Therefore, when the corner cube 46 reflects the distance measuring light 41a (corner cube 46a) and when the corner cube 46 reflects the distance measuring light 41c (corner cube 46c), the corner cube 46 is When the distance measuring light 41b is reflected (corner cube 46b), an error of about ±5 mm is produced.

一方で、図4(B)に示される様に、前記1次元拡散光学素子28で発光素子の積層方向(1方向)のみに拡散された前記測距光41a~41cは、互いに重なり合って合成され、均一化される。又、前記測距光41a~41cが全て重なり合い重複する重複部分41dが前記受光範囲47内に受光される様になっている。 On the other hand, as shown in FIG. 4B, the distance measuring lights 41a to 41c diffused only in the lamination direction (one direction) of the light emitting elements by the one-dimensional diffusion optical element 28 overlap each other and are synthesized. , is homogenized. Further, an overlapping portion 41d where all of the distance measuring lights 41a to 41c are overlapped is received within the light receiving range 47. As shown in FIG.

前記重複部分41dの前記測距光41を反射するのであれば、どの位置の前記コーナキューブ46(コーナキューブ46d~46i)で反射されたとしても、図3(C)に示される様に、前記測距光41のビームプロファイルが略均一化されている為、測距結果に誤差を生じない。 As long as the distance measuring light 41 of the overlapping portion 41d is reflected, regardless of the position of the corner cube 46 (corner cubes 46d to 46i) where the light is reflected, as shown in FIG. Since the beam profile of the distance measuring light 41 is substantially uniform, no error occurs in the distance measurement result.

一方で、前記托架部5及び前記走査ミラー15の協動により、前記測距光41を走査しつつ前記コーナキューブ46を測定する場合、コーナキューブ46k,46jの様に、前記測距光41a~41cのうちのいずれか1つ、或は前記測距光41a~41cのうちのいずれか2つが重なり合った部分の前記測距光41を前記コーナキューブ46が反射する場合がある。 On the other hand, when the corner cube 46 is measured while the distance measuring light 41 is scanned by the cooperation of the mounting portion 5 and the scanning mirror 15, the distance measuring light 41a is measured like the corner cubes 46k and 46j. . . 41c or any two of the distance measuring lights 41a to 41c are overlapped.

この場合、前記コーナキューブ46が前記重複部分46dの前記測距光41を反射した場合と比べて測距結果に誤差を生じる。一方で、前記受光素子34が前記反射測距光42を受光した際の受光光量に差異を生じる。従って、前記演算制御部17は、前記反射測距光42の受光光量の差異に基づき、前記コーナキューブ46により前記重複部分41dの前記測距光41が反射されたかどうかを判断することができる。又、前記演算制御部17は、前記重複部分41d以外の前記測距光41で測距されたと判断した測距結果を、誤った測距結果として破棄することができる。 In this case, compared with the case where the corner cube 46 reflects the distance measuring light 41 of the overlapping portion 46d, an error occurs in the distance measurement result. On the other hand, when the light-receiving element 34 receives the reflected distance measuring light 42, the amount of received light varies. Therefore, the arithmetic control unit 17 can determine whether the corner cube 46 reflects the distance measuring light 41 of the overlapping portion 41 d based on the difference in the amount of received light of the reflected distance measuring light 42 . Further, the calculation control section 17 can discard the distance measurement result determined to have been measured by the distance measurement light 41 other than the overlapping portion 41d as an erroneous distance measurement result.

或は、前記測距光41で前記コーナキューブ46を走査した際の光量分布に基づき、前記コーナキューブ46が前記重複部分41dの前記測距光41により測距されたかどうかを判断してもよい。この場合、光量分布が得られた各点の各水平角及び鉛直角に基づき前記コーナキューブ46の重心位置の水平角及び鉛直角を演算し、該重心位置を中心とした所定角度範囲内(予め設定された閾値の範囲内)に位置するかどうかで、前記重複部分41dの前記測距光41で前記コーナキューブ46を測距したかどうかを判断することができる。 Alternatively, it may be determined whether or not the corner cube 46 has been measured by the distance measuring light 41 of the overlapping portion 41d based on the light amount distribution when the corner cube 46 is scanned with the distance measuring light 41. . In this case, the horizontal angle and vertical angle of the center of gravity of the corner cube 46 are calculated based on the horizontal and vertical angles of each point from which the light intensity distribution is obtained, and within a predetermined angle range centered on the center of gravity (previously It can be determined whether or not the corner cube 46 has been measured by the distance measuring light 41 of the overlapped portion 41d, depending on whether the corner cube 46 is located within the set threshold range).

前記演算制御部17は、光量分布が得られた各点の水平角及び鉛直角に基づき前記コーナキューブ46の重心位置を演算し、予め設定された角度の閾値に基づき、各測距結果が前記コーナキューブ46の重心位置から閾値の範囲に位置するかどうかを判断し、閾値の範囲外と判断された測距結果を誤った測距結果として破棄することができる。 The calculation control unit 17 calculates the position of the center of gravity of the corner cube 46 based on the horizontal angle and vertical angle of each point from which the light intensity distribution is obtained, and based on a preset angle threshold value, each distance measurement result is the above-mentioned It is possible to determine whether or not the center of gravity of the corner cube 46 is within a threshold range, and to discard the distance measurement results determined to be outside the threshold range as erroneous distance measurement results.

図5(A)、図5(B)は、前記1次元拡散光学素子28を用いずに前記測距光41を走査しつつ前記コーナキューブ46を測定する場合の、前記托架部5の水平角、前記走査ミラー15の鉛直角と前記反射測距光42の受光光量との関係を示したグラフである。又、図6(A)、図6(B)は、前記1次元拡散光学素子28を設けて前記測距光41を走査しつつ前記コーナキューブ46を測定する場合の、前記托架部5の水平角、前記走査ミラー15の鉛直角と前記反射測距光42の受光光量との関係を示したグラフである。 5(A) and 5(B) show the horizontal position of the support portion 5 when the corner cube 46 is measured while scanning the distance measuring light 41 without using the one-dimensional diffusion optical element 28. 4 is a graph showing the relationship between the vertical angle of the scanning mirror 15 and the received light amount of the reflected distance measuring light 42. FIG. 6A and 6B show the mounting portion 5 when the one-dimensional diffusion optical element 28 is provided and the corner cube 46 is measured while scanning the distance measuring light 41. 4 is a graph showing the relationship between the horizontal angle, the vertical angle of the scanning mirror 15, and the received light quantity of the reflected distance measuring light 42;

尚、図5(B)、図6(B)中、三角のプロット48はV軸方向(鉛直方向)に於ける受光光量を示し、バツのプロット49はH軸方向(水平方向)に於ける受光光量を示している。 5(B) and 6(B), the triangular plot 48 indicates the amount of light received in the V-axis direction (vertical direction), and the cross plot 49 indicates the amount of received light in the H-axis direction (horizontal direction). It shows the amount of received light.

図5(B)に示される様に、前記1次元拡散光学素子28を設けない場合、受光信号を離散サンプリングすると、H軸方向の受光光量は連続的な分布となるが、V軸方向の受光光量、即ち発光素子の積層方向の受光光量は、非連続な分布となる。従って、前記コーナキューブ46の重心位置を演算する際の誤差が大きくなり、前記コーナキューブ46の測角結果にも誤差を生じる。 As shown in FIG. 5B, when the one-dimensional diffusing optical element 28 is not provided and the received light signal is discretely sampled, the received light amount in the H-axis direction becomes a continuous distribution, but the received light amount in the V-axis direction becomes a continuous distribution. The amount of light, that is, the amount of received light in the stacking direction of the light emitting elements has a discontinuous distribution. Therefore, the error in calculating the position of the center of gravity of the corner cube 46 becomes large, and the angle measurement result of the corner cube 46 also has an error.

一方、図6(B)に示される様に、前記1次元拡散光学素子28を設けた場合、受光信号を離散サンプリングすると、V軸方向、H軸方向の受光光量は共に連続した分布となる。従って、前記コーナキューブ46の重心位置を演算する際の誤差を防止することができ、前記コーナキューブ46の測角結果の誤差も防止することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the one-dimensional diffusing optical element 28 is provided, if the received light signal is discretely sampled, the amount of received light in both the V-axis direction and the H-axis direction becomes a continuous distribution. Therefore, it is possible to prevent an error in calculating the center of gravity position of the corner cube 46, and an error in the angle measurement result of the corner cube 46 can also be prevented.

上述の様に、本実施例では、前記発光部25として複数の発光素子を1方向に積層させ、各発光素子を同時に発光させるマルチスタックレーザ光源を用いている。従って、各発光素子から射出され、前記受光素子34に各反射測距光42が受光された際の受光信号を合算することで、実質的に発光素子の個数倍程度に受光光量を増加させることができる。これにより、前記測距光41の到達距離を伸すことができ、測距可能な距離を伸すことができる。 As described above, in this embodiment, as the light emitting section 25, a multi-stack laser light source is used in which a plurality of light emitting elements are stacked in one direction and each light emitting element emits light at the same time. Therefore, by summing the received light signals emitted from each light emitting element and received by the light receiving element 34, the amount of received light can be substantially increased by approximately the number of light emitting elements. can be done. As a result, the reachable distance of the range-finding light 41 can be extended, and the range-measurable distance can be extended.

又、前記投光光学系33に前記測距光41を前記発光素子の積層方向(1方向)にのみ拡散させる前記1次元拡散光学素子28を用いているので、各発光素子から発せられた前記測距光41a~41cが全て重ね合され、ビームプロファイルが均一化された前記重複部分46dを形成することができる。 Further, since the one-dimensional diffusion optical element 28 for diffusing the distance measuring light 41 only in the lamination direction (one direction) of the light emitting elements is used in the light projecting optical system 33, the light emitted from each light emitting element All the distance measuring lights 41a to 41c are superimposed to form the overlapping portion 46d with a uniform beam profile.

従って、該重複部分46dの前記測距光41であれば、いずれの部分で前記コーナキューブ46を測定したとしても、発光素子の積層個数に拘らず均一な測距結果を得ることができ、測距精度を向上させることができる。 Therefore, if the distance measuring light 41 of the overlapping portion 46d is used, even if the corner cube 46 is measured at any portion, a uniform distance measuring result can be obtained regardless of the number of laminated light emitting elements. Distance accuracy can be improved.

又、前記測距光41を走査して前記コーナキューブ46を測定する場合であっても、V軸方向、H軸方向共に連続した受光光量の分布を得ることができるので、前記コーナキューブ46の正確な重心位置を演算することができ、該コーナキューブ46の測角精度を向上させることができる。而して、前記1次元拡散光学素子28により測距精度、測角精度を向上させることができるので、前記測量装置1の測定精度を向上させることができる。 Further, even when the corner cube 46 is measured by scanning the distance measuring light 41, a distribution of the amount of light received continuously in both the V-axis direction and the H-axis direction can be obtained. An accurate center-of-gravity position can be calculated, and angle measurement accuracy of the corner cube 46 can be improved. Since the one-dimensional diffusion optical element 28 can improve the accuracy of distance measurement and the accuracy of angle measurement, the measurement accuracy of the surveying instrument 1 can be improved.

又、前記重複部分46d以外の前記測距光41により前記コーナキューブ46を測定した場合には、前記重複部分46dの前記測距光41により前記コーナキューブ46を測定した場合と比べて前記反射測距光42の受光光量に差異が生じる。 Further, when the corner cube 46 is measured by the distance measuring light 41 other than the overlapping portion 46d, the reflection measurement is more effective than when the corner cube 46 is measured by the distance measuring light 41 of the overlapping portion 46d. A difference occurs in the received light amount of the distance light 42 .

従って、前記反射測距光42の受光光量の差異に基づき、前記重複部分46d以外の前記測距光41で測定された前記コーナキューブ46の測定結果を破棄することで、誤差を有する測定結果を除去することができ、測定精度の向上を図ることができる。 Therefore, by discarding the measurement results of the corner cube 46 measured by the distance measuring light 41 other than the overlapping portion 46d based on the difference in the amount of received light of the reflected distance measuring light 42, the measurement results having errors can be eliminated. It can be removed, and the measurement accuracy can be improved.

又、前記1次元拡散光学素子28は1方向のみに前記測距光41を拡散させる1次元拡散光学素子であり、前記測距光41を2方向に拡散させる2次元拡散光学素子よりも前記測距光41のビーム径を小さくすることができる。 Also, the one-dimensional diffusion optical element 28 is a one-dimensional diffusion optical element that diffuses the distance measuring light 41 only in one direction, and is more effective than a two-dimensional diffusion optical element that diffuses the distance measurement light 41 in two directions. The beam diameter of the distance light 41 can be reduced.

従って、前記反射測距光42の受光光量を大きくすることができ、測距可能距離を伸すことができる。 Therefore, the received light amount of the reflected distance measuring light 42 can be increased, and the range-measurable distance can be extended.

又、前記受光光学系37として前記受光プリズム35を用い、前記反射測距光42を前記受光プリズム35内で複数回内部反射させている。これにより、前記反射測距光42の光路を屈曲させ、前記受光レンズ36の焦点距離分の光路長を確保している。 The light receiving prism 35 is used as the light receiving optical system 37, and the reflected distance measuring light 42 is internally reflected within the light receiving prism 35 a plurality of times. Thereby, the optical path of the reflected distance measuring light 42 is bent, and the optical path length corresponding to the focal length of the light receiving lens 36 is secured.

従って、前記受光光学系37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。 Therefore, since the length of the light receiving optical system 37 in the optical axis direction can be shortened, the size of the optical system of the distance measuring unit 19 can be reduced, and the overall size of the surveying instrument can be reduced.

尚、本実施例では、前記発光部25として、3つの発光素子を積層させたマルチスタックレーザ光源としている。一方で、前記発光部25は、2つの発光素子を積層させたマルチスタックレーザ光源としてもよいし、4つ或は5つの発光素子を積層させたマルチスタックレーザ光源としてもよい。 In this embodiment, the light emitting section 25 is a multi-stack laser light source in which three light emitting elements are stacked. On the other hand, the light emitting section 25 may be a multi-stack laser light source in which two light emitting elements are stacked, or may be a multi-stack laser light source in which four or five light emitting elements are stacked.

又、本実施例では、前記1次元拡散光学素子28が前記測距光軸38上に設けられているが、ソレノイド等の駆動機構により、前記1次元拡散光学素子28を前記測距光軸38に対して挿脱可能としてもよい。前記1次元拡散光学素子28を挿脱可能とすることで、プリズム測定を行う場合は前記1次元拡散光学素子28を前記測距光軸38上に挿入し、ノンプリズム測定を行う場合は前記1次元拡散光学素子28を前記測距光軸38上から取除くことができる等、測定対象物に応じて前記測距光41を使い分けることができ、作業性を向上させることができる。 In this embodiment, the one-dimensional diffusing optical element 28 is provided on the distance measuring optical axis 38, but the one-dimensional diffusing optical element 28 is moved to the distance measuring optical axis 38 by a driving mechanism such as a solenoid. It may be made removable with respect to. By making the one-dimensional diffusion optical element 28 insertable and removable, the one-dimensional diffusion optical element 28 can be inserted onto the distance measuring optical axis 38 when performing prism measurement, and the one-dimensional diffusion optical element 28 can be inserted when performing non-prism measurement. The dimensional diffusion optical element 28 can be removed from the distance measuring optical axis 38, and the distance measuring light 41 can be selectively used according to the object to be measured, thereby improving workability.

又、本実施例では、前記測量装置1をレーザスキャナとしているが、トータルステーションの場合であっても、本実施例の構成が適用可能であることは言う迄もない。 In this embodiment, the surveying instrument 1 is a laser scanner, but it goes without saying that the construction of this embodiment can also be applied to a total station.

本実施例では、前記1次元拡散光学素子28が前記ビーム成形光学素子27と前記反射プリズム29との間に配置されているが、前記1次元拡散光学素子28を別の位置に設けてもよい。例えば、図7に示される様に、前記コリメータレンズ26と前記ビーム成形光学素子27との間に前記1次元拡散光学素子28を配置してもよい。 In this embodiment, the one-dimensional diffusing optical element 28 is arranged between the beam shaping optical element 27 and the reflecting prism 29, but the one-dimensional diffusing optical element 28 may be arranged at another position. . For example, the one-dimensional diffusing optical element 28 may be placed between the collimator lens 26 and the beam shaping optical element 27, as shown in FIG.

又、前記測量装置1の用途をプリズム測定のみに限定するならば、即ち前記1次元拡散光学素子28を前記測距光軸38に対して固定とするならば、前記1次元拡散光学素子28は前記固定部材31と前記走査ミラー15との間に配置してもよいし、該走査ミラー15と前記窓部32との間に配置してもよい。更に、前記1次元拡散光学素子28に代えて、1次元方向に光を拡散させる光学作用を有する薄膜を前記反射プリズム29上、前記固定部材31上、前記走査ミラー15上、前記窓部32上に形成してもよい。 Further, if the use of the surveying instrument 1 is limited to prism measurement only, that is, if the one-dimensional diffusion optical element 28 is fixed with respect to the distance measuring optical axis 38, the one-dimensional diffusion optical element 28 is It may be arranged between the fixed member 31 and the scanning mirror 15 , or may be arranged between the scanning mirror 15 and the window portion 32 . Further, instead of the one-dimensional diffusion optical element 28, a thin film having an optical action of diffusing light in one-dimensional direction is formed on the reflecting prism 29, the fixed member 31, the scanning mirror 15, and the window portion 32. can be formed to

又、本実施例では、前記1次元拡散光学素子28として、楕円拡散フィルム、バイナリー光学素子、回折光学素子を用いているが、前記1次元拡散光学素子28として、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、マイクロシリンドリカルレンズアレイを用いてもよい。 In this embodiment, the one-dimensional diffusion optical element 28 is an elliptical diffusion film, a binary optical element, or a diffraction optical element. A lens array may also be used.

シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、マイクロシリンドリカルレンズアレイを用い、更にこれらを非球面化して最適化した場合、図8に示される各測距光のプロファイル断面強度の様に、前記測距光41のビームプロファイルを全域に亘って均一化することができるので、測定精度をより向上させることができる。 When a cylindrical lens, a lenticular lens, and a micro-cylindrical lens array are used and these are further optimized by making them aspherical, the beam profile of the range-finding light 41 can be obtained like the profile cross-sectional intensity of each range-finding light shown in FIG. can be made uniform over the entire area, the measurement accuracy can be further improved.

1 測量装置
3 測量装置本体
5 托架部
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 走査ミラー
17 演算制御部
19 距離測定部
23 測距光射出部
24 測距光受光部
25 発光部
28 1次元拡散光学素子
41 測距光
42 反射測距光
46 コーナキューブ
1 Surveying Device 3 Surveying Device Main Body 5 Mounting Section 8 Horizontal Rotation Motor 9 Horizontal Angle Encoder 13 Vertical Rotation Motor 14 Vertical Angle Encoder 15 Scanning Mirror 17 Calculation Control Unit 19 Distance Measuring Unit 23 Distance Measuring Light Emitting Unit 24 Distance Measuring Light Receiving Unit 25 light emitting unit 28 one-dimensional diffusion optical element 41 ranging light 42 reflected ranging light 46 corner cube

Claims (7)

測定対象物に測距光を射出する発光部と、前記測距光を1次元方向に拡散させる1次元拡散光学素子とを有する測距光射出部と、前記測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子を有する測距光受光部と、前記発光部を制御し、前記受光素子に対する前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記発光部は1方向に積層された少なくとも2つの発光素子を有し、前記1次元拡散光学素子は前記発光素子の積層方向に前記測距光を拡散する様構成された測量装置。 A distance measuring light emitting part having a light emitting part for emitting distance measuring light to a measurement object, a one-dimensional diffusion optical element for diffusing the distance measuring light in a one-dimensional direction, and a distance measuring light reflected from the measurement object. and an arithmetic control unit that controls the light emitting unit and calculates the distance to the object to be measured based on the result of receiving the reflected distance measuring light with respect to the light receiving element. A surveying instrument according to claim 1, wherein the light emitting section has at least two light emitting elements stacked in one direction, and the one-dimensional diffusion optical element is configured to diffuse the distance measuring light in the stacking direction of the light emitting elements. 前記測定対象物は、再帰反射性を有するコーナキューブであり、前記1次元拡散光学素子により拡散された前記測距光は、各発光素子から発せられた光が全て重複する重複部分が形成され、該重複部分で前記コーナキューブを測距する様に構成された請求項1に記載の測量装置。 The measurement object is a corner cube having retroreflectivity, and the distance measuring light diffused by the one-dimensional diffusion optical element has an overlapping portion where all the lights emitted from the light emitting elements overlap, 2. A surveying instrument according to claim 1, configured to range said corner cube at said overlapping portion. 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、前記測距光を前記コーナキューブに照射すると共に、該コーナキューブからの前記反射測距光を受光する走査ミラーと、前記托架部の水平角を検出する水平角エンコーダと、前記走査ミラーの鉛直角を検出する鉛直角エンコーダを更に具備し、前記演算制御部は、前記コーナキューブを前記測距光で走査した際の前記反射測距光の受光光量と水平角と鉛直角とに基づき、前記コーナキューブの重心位置を演算し、該重心位置に基づき前記コーナキューブの測角を行う様構成された請求項2に記載の測量装置。 A mount horizontally rotated about a horizontal rotation axis by a horizontal rotation motor, and vertically rotated about a vertical rotation axis by a vertical rotation motor provided in the mount, and irradiates the corner cube with the distance measuring light. and a scanning mirror for receiving the reflected ranging light from the corner cube, a horizontal angle encoder for detecting the horizontal angle of the mounting portion, and a vertical angle encoder for detecting the vertical angle of the scanning mirror. The calculation control unit calculates the position of the center of gravity of the corner cube based on the amount of received light of the reflected distance measuring light, the horizontal angle and the vertical angle when the corner cube is scanned with the distance measuring light, and calculates the position of the center of gravity of the corner cube. 3. The surveying instrument of claim 2, wherein the surveying instrument is configured to measure the angle of the corner cube based on position. 前記演算制御部は、前記反射測距光の受光光量に基づき、前記コーナキューブが前記重複部分で測距されたかどうかを判断し、該重複部分で測距されなかったと判断された測距結果を破棄する様に構成された請求項2又は請求項3に記載の測量装置。 The arithmetic control unit determines whether or not the corner cube has been measured in the overlapping portion based on the amount of received light of the reflected distance measuring light, and outputs the distance measurement result determined that the distance was not measured in the overlapping portion. 4. A surveying instrument according to claim 2 or 3, adapted to be discarded. 前記演算制御部は、前記コーナキューブを前記測距光で走査した際に得られた光量分布に基づき前記コーナキューブの重心位置を演算し、該重心位置から予め設定した閾値の範囲内に位置するかどうかで前記コーナキューブが前記重複部分で測距されたかどうかを判断し、該重複部分で測距されなかったと判断された測距結果を破棄する様に構成された請求項3に記載の測量装置。 The arithmetic control unit calculates the position of the center of gravity of the corner cube based on the light amount distribution obtained when the corner cube is scanned with the distance measuring light, and the position of the center of gravity is within a preset threshold range from the position of the center of gravity. 4. The surveying according to claim 3, wherein it is determined whether or not the corner cube has been measured in the overlapping portion by whether Device. 前記測距光射出部は駆動機構を更に具備し、該駆動機構は前記1次元拡散光学素子を前記測距光の光軸に対して挿脱する様構成された請求項1~請求項5のうちのいずれか1項に記載の測量装置。 According to any one of claims 1 to 5, the distance measuring light emitting unit further comprises a driving mechanism, and the driving mechanism is configured to insert and remove the one-dimensional diffusion optical element with respect to the optical axis of the distance measuring light. The surveying instrument according to any one of the items. 前記測距光受光部は、前記反射測距光を複数回内部反射させた後、前記受光素子に受光させる受光プリズムを更に有する請求項1~請求項6のうちのいずれか1項に記載の測量装置。 7. The range-finding light receiver according to claim 1, further comprising a light-receiving prism that causes the light-receiving element to receive the reflected range-finding light after internally reflecting the reflected range-finding light multiple times. surveying equipment.
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