JP2823112B2 - Rangefinder - Google Patents

Rangefinder

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JP2823112B2
JP2823112B2 JP6125442A JP12544294A JP2823112B2 JP 2823112 B2 JP2823112 B2 JP 2823112B2 JP 6125442 A JP6125442 A JP 6125442A JP 12544294 A JP12544294 A JP 12544294A JP 2823112 B2 JP2823112 B2 JP 2823112B2
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retroreflector
light
axis
reflected
light beam
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収 中村
幸司 豊田
吉久 谷村
透 中俣
俊郎 黒沢
望 高井
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は測距儀に係り、特にパル
ス状の光ビームを発振してから測定物で反射して戻って
くるまでの時間に基づいて測定物の距離を測定する測距
儀に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring instrument, and more particularly to a distance measuring instrument for measuring the distance of a measured object based on the time from when a pulsed light beam oscillates to when it is reflected back by the object. Regarding rangefinder.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、任意の位置にある測定物にレーザ
ビームを照射して測定物の変位や位置等を測定する装置
として、図3に示すのもがある(U.S.P.No.4,790,651)
。同図に示すように、この装置は、最終段の反射ミラ
ー10がX軸及びY軸の回りにそれぞれ回動できるよう
に構成され、これにより測定物に設けらている逆反射体
(図示せず)にレーザビームを照射できるようになって
いる。即ち、反射ミラー10を支持する回転体14は、
回転体16に対して軸受け14、14を介してX軸の回
りに回動自在に支持され、回転体16は固定台18に対
して軸受け20、20を介してY軸の回りに回動自在に
支持れている。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a conventional apparatus for irradiating a measurement object at an arbitrary position with a laser beam to measure the displacement and position of the measurement object (US Pat. No. 4,790,651).
. As shown in the figure, this apparatus is configured such that the final-stage reflecting mirror 10 can rotate around the X axis and the Y axis, respectively, whereby a retroreflector (shown in FIG. Laser beam). That is, the rotating body 14 supporting the reflection mirror 10 is
The rotating body 16 is supported rotatably about the X axis via bearings 14, 14, and the rotating body 16 is rotatable about the Y axis via bearings 20, 20 with respect to the fixed base 18. It is supported by.

【0003】そして、図示しないレーザ光源から発振さ
れたレーザビームは、固定台18に固定された偏光ビー
ムスプリッタ22によって分割され、分割された一方の
レーザビームはコーナー・キューブ24に入射し、その
反射光は参照光として偏光ビームスプリッタ22を介し
て検出部26に入射する。一方、分割された他方のレー
ザビームは、プリズム28によってY軸と同軸上に折り
曲げられ、その後、回転体16に支持されたプリズム3
0、32を介してX軸と同軸上に折り曲げられ、最終段
の反射ミラー10に入射される。
A laser beam oscillated from a laser light source (not shown) is split by a polarizing beam splitter 22 fixed to a fixed base 18, and one of the split laser beams is incident on a corner cube 24 and reflected therefrom. The light enters the detection unit 26 via the polarization beam splitter 22 as reference light. On the other hand, the other split laser beam is bent coaxially with the Y axis by the prism 28, and then the prism 3 supported by the rotating body 16
It is bent coaxially with the X axis via 0 and 32, and is incident on the reflection mirror 10 at the final stage.

【0004】従って、反射ミラー10から出射されるレ
ーザビームは、回転体16がY軸の回りに回動すると旋
回し、回転体14がX軸の回りに回動すると上下方向に
移動するため、回転体14及び16の回動をそれぞれ制
御することにより測定物に設けらている逆反射体に向け
てレーザビームを出射することができる。測定物に設け
らている逆反射体からの反射光は、物体光として前記反
射ミラー10、プリズム32、30、28及び偏光ビー
ムスプリッタ22を介して検出部26に入射する。
Accordingly, the laser beam emitted from the reflection mirror 10 rotates when the rotating body 16 rotates around the Y axis, and moves vertically when the rotating body 14 rotates around the X axis. By controlling the rotation of the rotating bodies 14 and 16, respectively, a laser beam can be emitted toward the retroreflector provided on the object to be measured. The reflected light from the retroreflector provided on the measurement object enters the detection unit 26 via the reflection mirror 10, the prisms 32, 30, and 28, and the polarization beam splitter 22 as object light.

【0005】検出部26では、コーナー・キューブ24
によって反射された参照光と、測定物に設けらている逆
反射体によって反射された物体光との干渉に基づい測定
物の移動を測定する。即ち、測定物の移動に伴って物体
光の光路長が変化すると、物体光と参照光との間で干渉
縞が発生するが、この干渉縞をカウントすることによ
り、測定物の変位を測定することができる。
[0005] In the detector 26, the corner cube 24
The movement of the object is measured based on the interference between the reference light reflected by the object and the object light reflected by the retroreflector provided on the object. That is, when the optical path length of the object light changes with the movement of the measurement object, interference fringes are generated between the object light and the reference light, and the displacement of the measurement object is measured by counting the interference fringes. be able to.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の装置は、測定物
の移動に伴うレーザビームの干渉を利用するため、測定
物の変位しか測定できず、例えば静止した測定物の基準
点からの距離を測定することができない。一方、レーザ
光源からパルス状のレーザビームを発振し、コーナー・
キューブ24からの反射光と測定物に設けらている逆反
射体からの反射光とを受光して、これらの反射光の時間
差を測定し、その時間差と光速とを乗算することによ
り、又はこの乗算値に測定の基準点に対応した初期値を
加算することにより、測定物の絶対距離を測定すること
ができる。
Since the above-mentioned apparatus utilizes the interference of the laser beam accompanying the movement of the measurement object, it can measure only the displacement of the measurement object. For example, the distance of the stationary measurement object from the reference point can be measured. Cannot be measured. On the other hand, a pulsed laser beam is oscillated from the laser
By receiving the reflected light from the cube 24 and the reflected light from the retroreflector provided on the measurement object, measuring the time difference between these reflected lights, and multiplying the time difference by the speed of light, or By adding the initial value corresponding to the measurement reference point to the multiplied value, the absolute distance of the measured object can be measured.

【0007】しかしながら、上記装置は、軸受け12、
20の精度等が測定精度に影響し、高精度の測定ができ
ないという問題がある。即ち、測定物にレーザビームを
照射する場合には、回転体14は軸受け12、12を介
して回動され、回転体16は軸受け20、20を介して
回動されるが、これらの回転体14、16の回動中心の
ブレが測定物までの光路長の変化として現れる。また、
回転体14、16等の熱膨張によっても測定物までの光
路長が変化し、測定精度に影響する。
[0007] However, the above-mentioned device comprises a bearing 12,
There is a problem in that the accuracy of 20 or the like affects the measurement accuracy and high-precision measurement cannot be performed. That is, when the measurement object is irradiated with the laser beam, the rotating body 14 is rotated via the bearings 12 and 12, and the rotating body 16 is rotated via the bearings 20 and 20. Blurring of the rotation centers of 14, 16 appears as a change in the optical path length to the object to be measured. Also,
The optical path length to the object to be measured also changes due to thermal expansion of the rotators 14 and 16 and the like, which affects measurement accuracy.

【0008】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、回転体の回動中心がブレても測定誤差が生じな
いように構成し、これにより任意の位置にある測定物の
距離を高精度に測定することができる測距儀を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and is configured so that a measurement error does not occur even if the center of rotation of the rotating body is deflected, thereby making it possible to reduce the distance of the measured object at an arbitrary position. An object of the present invention is to provide a distance measuring instrument capable of measuring with high accuracy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、固定位置に配設された第1の逆反射体と、
測定物に配設された第2の逆反射体と、前記第1の逆反
射体を中心に直交するX軸及びY軸の回りにそれぞれ回
動自在な回転部と、前記回転部に固定配設され、測距時
にパルス状の光ビームを発光する光源と、前記光源から
発光された光ビームを前記回転部の回動にかかわらず該
回転部に導く手段と、前記回転部に固定配設された複数
の光学部品からなる光学系であって、前記光源から発光
されたパルス状の光ビームを受入して該光ビームを分割
し、分割した一方の光ビームを前記X軸と直交する光路
を経由して前記第1の逆反射体に入射させるとともに、
他方の光ビームを前記光路の延長上に出射して前記第2
の逆反射体に入射させ、前記第1及び第2の逆反射体か
らの反射光をそれぞれ得る光学系と、前記第1及び第2
の逆反射体からの反射光をそれぞれ受光して電気信号に
変換する光電変換手段と、前記光電変換手段からの電気
信号に基づいて第1の逆反射体からの反射光の受光時点
から前記第2の逆反射体からの反射光の受光時点までの
時間差を測定し、その測定した時間差から前記測定物ま
での距離を算出する演算部とを備えたことを特徴として
いる。
According to the present invention, there is provided a first retroreflector disposed at a fixed position, comprising:
A second retroreflector disposed on the object to be measured, a rotating portion rotatable about an X axis and a Y axis orthogonal to the first retroreflector, and fixedly disposed on the rotating portion. A light source that emits a pulsed light beam at the time of distance measurement, means for guiding the light beam emitted from the light source to the rotating unit regardless of the rotation of the rotating unit, and fixedly disposed on the rotating unit. An optical system comprising a plurality of optical components, wherein the optical system receives a pulsed light beam emitted from the light source, divides the light beam, and divides one of the divided light beams into an optical path orthogonal to the X axis. And incident on the first retroreflector via
The other light beam is emitted on the extension of the optical path, and
An optical system for making the light reflected by the first and second retroreflectors, and obtaining the reflected light from the first and second retroreflectors, respectively;
Photoelectric conversion means for respectively receiving the reflected light from the retroreflector and converting the reflected light into an electric signal, based on the electric signal from the photoelectric conversion means, And a calculating unit that measures a time difference between the time point of receiving the reflected light from the second retroreflector and a time point to the object from the measured time difference.

【0010】また、前記回転部に固定配設され、前記第
2の逆反射体からの反射光の一部が入射され、前記第2
の逆反射体に入射する光ビームのずれ量に応じた位置信
号を出力する位置検出手段と、前記位置検出手段からの
位置信号に基づいて前記ずれ量がゼロになるように前記
回転部のX軸及びY軸回りの回動位置を制御する制御手
段とを備えたことを特徴としている。
Also, a part of the reflected light from the second retroreflector is fixedly disposed on the rotating section, and
Position detecting means for outputting a position signal in accordance with the amount of deviation of the light beam incident on the retroreflector, and X of the rotating portion so that the amount of deviation becomes zero based on the position signal from the position detecting means. Control means for controlling the rotation position about the axis and the Y axis.

【0011】[0011]

【作用】本発明によれば、X軸とY軸とが交差する位置
に第1の逆反射体を固定配設し、この第1の逆反射体を
中心にX軸及びY軸の回りにそれぞれ回動自在な回転部
を設ける。この回転部には、複数の光学部品からなる光
学系が固定されており、この光学系は、光源から出射さ
れた光ビームを分割し、分割した一方の光ビームを前記
X軸と直交する光路を経由して前記第1の逆反射体に入
射させるとともに、他方の光ビームを前記光路の延長上
に出射し、測定物に配設される第2の逆反射体に入射さ
せる。そして、前記第1及び第2の逆反射体からの反射
光の時間差に基づいて第2の逆反射体の距離を算出する
ようにしている。上記測定物の測距に際し、回転部と第
1の逆反射体との間に相対的な位置ずれが生じた場合で
も、第1の逆反射体に入射する光ビームと、第2の逆反
射体に入射する光ビームとは同一直線上にあるため、測
定誤差として現れなることがない。
According to the present invention, the first retroreflector is fixedly disposed at the position where the X axis and the Y axis intersect, and the first retroreflector is centered around the X axis and the Y axis. Each is provided with a rotatable rotating part. An optical system composed of a plurality of optical components is fixed to the rotating unit. The optical system divides a light beam emitted from a light source and transmits one of the divided light beams to an optical path orthogonal to the X axis. And the other light beam is emitted along an extension of the optical path, and is incident on the second retroreflector provided on the measurement object. Then, the distance between the second retroreflector is calculated based on the time difference between the reflected light from the first and second retroreflectors. Even when a relative displacement occurs between the rotating part and the first retroreflector during the distance measurement of the object to be measured, the light beam incident on the first retroreflector and the second retroreflector Since it is collinear with the light beam incident on the body, it does not appear as a measurement error.

【0012】また、回転部には、第2の逆反射体からの
反射光の一部が入射する位置検出手段が設けられてお
り、この位置検出手段は第2の逆反射体に入射する光ビ
ームのずれ量に応じた位置信号を出力する。従って、こ
の位置検出手段からの位置信号に基づいて前記ずれ量が
ゼロになるように回転部のX軸及びY軸回りの回動位置
を制御すれば、測定物が移動しても常時光ビームを測定
物に照射することができる。
Further, the rotating section is provided with position detecting means on which a part of the reflected light from the second retroreflector is incident, and the position detecting means is provided with light incident on the second retroreflector. A position signal is output according to the beam shift amount. Therefore, if the rotation position of the rotating unit about the X-axis and the Y-axis is controlled based on the position signal from the position detecting means so that the displacement amount becomes zero, the light beam is always emitted even if the object moves. Can be applied to the measurement object.

【0013】[0013]

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る測距儀の
好ましい実施例を詳述する。図1は本発明に係る測距儀
の一実施例を示す斜視図である。同図に示すように、こ
の測距儀は、主として固定台100に配設されたキャッ
ツアイ106と、回転部108と、測定物に配設される
キャッツアイ110と、前記キャッツアイ106、11
0からの反射光の時間差に基づいて測定物の距離を演算
する演算部(図示せず)と、4分割のフォトダイオード
112、モータMX , Y 及び制御装置114からなる
追尾制御部とから構成されている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a distance finder according to the present invention; FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a distance measuring instrument according to the present invention. As shown in the figure, the range finder mainly includes a cat's eye 106 provided on a fixed base 100, a rotating unit 108, a cat's eye 110 provided on an object to be measured, and the cat's eyes 106, 11
An arithmetic unit (not shown) for calculating the distance of the object to be measured based on the time difference of the reflected light from zero, and a tracking control unit including the four-division photodiode 112, the motors MX , MY, and the control device 114 It is configured.

【0014】上記回転部108は、支持枠120との間
に設けられた軸受け122、124を介してX軸の回り
に回動自在に支持され、支持枠120は、固定台100
との間に設けられた軸受け126を介してY軸の回りに
回動自在に支持されている。従って、回転部108は固
定台100に対してX軸及びY軸の回りにそれぞれ回動
自在に支持される。
The rotating portion 108 is supported rotatably around the X axis via bearings 122 and 124 provided between the rotating frame 108 and the support frame 120.
Are supported rotatably about the Y axis via a bearing 126 provided between the first and second members. Therefore, the rotating unit 108 is supported on the fixed base 100 so as to be rotatable around the X axis and the Y axis, respectively.

【0015】制御装置114は、4分割のフォトダイオ
ード112からの出力信号(この信号の詳細については
後述する)に基づいて、レーザビームが物体光用のキャ
ッツアイ110に入射するように回転部108を回動さ
せるモータMX 及び支持枠120を回動させるモータM
Y を駆動制御する。前記回転部108には、レーザダイ
オード102、フォトダイオード205及び各種の光学
部材が配置されている。レーザダイオード102は、測
定物を測定する毎にパルス状のレーザビームを出射し、
このレーザビームは、レンズ201によって平行光にさ
れる。
The control unit 114 controls the rotating unit 108 based on the output signal from the four-division photodiode 112 (the details of this signal will be described later) so that the laser beam enters the cat's eye 110 for object light. motor M for rotating the motor M X and the supporting frame 120 to rotate the
Drive control of Y. The laser unit 102, the photodiode 205, and various optical members are arranged in the rotating unit 108. The laser diode 102 emits a pulsed laser beam every time an object to be measured is measured,
This laser beam is collimated by the lens 201.

【0016】上記平行光にされたレーザビームは、プリ
ズム152を介して偏光ビームスプリッタ154に入射
し、互いに垂直な2本の直線偏光に分割される。偏光ビ
ームスプリッタ154を透過するレーザビームは、プリ
ズム172、1/4波長板202、レンズ156を介し
てキャッツアイ106に入射される。キャッツアイ10
6は、例えば屈折率2の真球で、その半球面に反射鏡が
形成されて成り、所定の入射範囲で入射するレーザビー
ムを入射方向と同方向に反射することができる。尚、レ
ンズ群156によってレーザビームを収束させるように
すれば、キャッツアイ106の屈折率を2よりも小さく
することができる。
The collimated laser beam enters the polarization beam splitter 154 via the prism 152 and is split into two mutually perpendicular linearly polarized light beams. The laser beam transmitted through the polarizing beam splitter 154 is incident on the cat's eye 106 via the prism 172, the quarter-wave plate 202, and the lens 156. Cat's Eye 10
Reference numeral 6 denotes, for example, a true sphere having a refractive index of 2 and a reflecting mirror formed on a hemispherical surface, and can reflect a laser beam incident in a predetermined incident range in the same direction as the incident direction. When the laser beam is converged by the lens group 156, the refractive index of the cat's eye 106 can be made smaller than 2.

【0017】上記キャッツアイ106によって反射した
反射光は、参照光としてその入射光路と逆方向に戻され
る。この反射光は、1/4波長板202を往復すること
によって、偏光方向が90°変化する。このため、偏光
プリズム154に入射したレーザビームは、偏光プリズ
ム154によって反射され、集光レンズ206を介して
フォトダイオード207によって検出される。
The light reflected by the cat's eye 106 is returned as reference light in the direction opposite to the incident light path. The reflected light changes its polarization direction by 90 ° by reciprocating through the quarter-wave plate 202. Therefore, the laser beam incident on the polarizing prism 154 is reflected by the polarizing prism 154 and detected by the photodiode 207 via the condenser lens 206.

【0018】一方、偏光ビームスプリッタ154で反射
された直線偏光は、無偏光ビームスプリッタ208、プ
リズム160、162、1/4波長板164を介して、
測定物に配設されたキャッツアイ110に出射される。
キャッツアイ110によって反射した反射光は、物体光
としてその入射光路と逆方向に戻される。この反射光
は、まず無偏光ビームスプリッタ208によって分割さ
れる。
On the other hand, the linearly polarized light reflected by the polarization beam splitter 154 passes through the non-polarization beam splitter 208, the prisms 160 and 162, and the quarter-wave plate 164.
The light is emitted to the cat's eye 110 provided on the measurement object.
The light reflected by the cat's eye 110 is returned as object light in the direction opposite to the incident light path. This reflected light is first split by the non-polarizing beam splitter 208.

【0019】無偏光ビ─ムスプリッタ208によって反
射されたレーザビームは、追尾制御用として用いられ
る。この反射されたレ─ザビームは、レンズ166をに
よって集光され、4分割のフォトダイオ─ド112に結
像される。尚、レーザビームがキャッツアイ110の球
心に向かって入射している場合には、その反射光はフォ
トダイオード112の受光面の中心に入射するようにな
っている。
The laser beam reflected by the non-polarizing beam splitter 208 is used for tracking control. The reflected laser beam is condensed by the lens 166 and is imaged on the photodiode 112 divided into four. When the laser beam is incident on the spherical center of the cat's eye 110, the reflected light is incident on the center of the light receiving surface of the photodiode 112.

【0020】ここで、測定物の移動に伴ってレーザビー
ムがキャッツアイ110の球心からずれてキャッツアイ
110に入射すると、その反射光はそのずれ方向及びず
れ量に応じてフォトダイオード112の受光面の中心か
らずれて入射することになる。4分割のフォトダイオー
ド112は、その受光面が上下左右に4分割されてお
り、各分割面に入射するレーザビームの光量に応じた4
つの電気信号を制御装置114に出力する。制御装置1
14は、入力する4つの電気信号のうち、上下の分割面
に対応する電気信号のレベルが一致するようにモータM
X を駆動するとともに、左右の分割面に対応する電気信
号のレベルが一致するようにモータMY を駆動する。こ
れにより回転部108は、X軸及びY軸の回りに回動制
御され、その結果、レーザビームは常時キャッツアイ1
10に入射するようにその出射方向が制御される。尚、
この追尾制御部による測定物の追尾を行うためには、測
定物の移動速度に対して測定物の測定周期(レーザビー
ムのパルスの周期)を短くする必要がある。
Here, when the laser beam deviates from the center of the cat's eye 110 and enters the cat's eye 110 with the movement of the object to be measured, the reflected light is reflected on the light receiving surface of the photodiode 112 in accordance with the direction and amount of the deviation. Is incident off the center. The light receiving surface of the four-division photodiode 112 is divided into four parts in the upper, lower, left, and right directions.
The two electrical signals are output to the controller 114. Control device 1
Reference numeral 14 designates a motor M so that the levels of the electric signals corresponding to the upper and lower division planes of the four electric signals to be input are the same.
X is driven, and the motor MY is driven so that the levels of electric signals corresponding to the left and right division planes match. As a result, the rotation of the rotation unit 108 is controlled around the X axis and the Y axis.
The outgoing direction is controlled so as to be incident on. still,
In order to track the measured object by the tracking control unit, it is necessary to shorten the measurement period (the laser beam pulse period) of the measured object with respect to the moving speed of the measured object.

【0021】一方、無偏光ビームスプリッタ208を透
過したレーザビームは、偏光ビームスプリッタ154に
入射する。このレーザビームは、1/4波長板164に
よって、偏光方向が変化されているため、偏光ビームス
プリッタを透過する。さらに透過したレーザビームは、
偏光ビームスプリッタ203を透過し、集光レンズ20
6を介してフォトダイオード205によって検出され
る。
On the other hand, the laser beam transmitted through the non-polarizing beam splitter 208 enters the polarizing beam splitter 154. Since the polarization direction of this laser beam has been changed by the 波長 wavelength plate 164, it passes through the polarization beam splitter. Further transmitted laser beam,
The light passes through the polarizing beam splitter 203 and is focused on the condenser lens 20.
6 and is detected by the photodiode 205.

【0022】上記手順の後フォトダイオード205と2
07によって検出されたレーザビームは、光電変換され
たのち、電気信号として図示しない演算部に伝送され
る。演算部では、周知のように参照光を示す電気信号と
物体光を示す各電気信号の入射時刻の時間差に光速を乗
算し、この乗算値に既知の光路差や、フォトダイオード
205、207の応答性の違い等を加味した初期値を加
算することにより、測定物の基準点からの距離を算出す
る。
After the above procedure, the photodiodes 205 and 2
The laser beam detected by 07 is photoelectrically converted and then transmitted as an electric signal to an arithmetic unit (not shown). The calculation unit multiplies the time difference between the incident time of the electric signal indicating the reference light and the time of incidence of each electric signal indicating the object light by the speed of light, as is well known, and calculates a known optical path difference and the response of the photodiodes 205 and 207. The distance from the reference point of the measured object is calculated by adding an initial value that takes into account gender differences and the like.

【0023】次に、上記測距儀による測定精度について
説明する。図2は図1の回転部108の内部構成を示す
要部平面図である。同図に示すように、レーザダイオー
ド102から出射されたレーザビームは、レンズ20
1、プリズム152を介して偏光ビームスプリッタ15
4に入射する。この偏光ビームスプリッタ154を透過
するレーザビームは、プリズム172、1/4波長板2
02、集光レンズ156を介してキャッツアイ106の
球心に向かって入射する。一方、偏光ビームスプリッタ
154によって反射されるレーザビームは、無偏光ビー
ムスプリッタ208、プリズム160、162、及び1
/4波長板164を介して測定物に配設されるキャッツ
アイ110に入射する。このとき1/4波長板164か
らキャッツアイ110に出射されるレーザビームは、キ
ャッツアイ106に出射されるレーザビームの光路の延
長上に出射される。
Next, the measurement accuracy of the rangefinder will be described. FIG. 2 is a main part plan view showing the internal configuration of the rotating unit 108 in FIG. As shown in the figure, the laser beam emitted from the laser diode 102 is
1. Polarizing beam splitter 15 through prism 152
4 is incident. The laser beam transmitted through the polarizing beam splitter 154 is applied to the prism 172 and the 波長 wavelength plate 2.
02, the light is incident toward the spherical center of the cat's eye 106 via the condenser lens 156. On the other hand, the laser beam reflected by the polarization beam splitter 154 includes the non-polarization beam splitter 208, the prisms 160, 162, and 1
The light enters the cat's eye 110 provided on the object to be measured via the wavelength plate 164. At this time, the laser beam emitted from the quarter-wave plate 164 to the cat's eye 110 is emitted on the extension of the optical path of the laser beam emitted to the cat's eye 106.

【0024】さて、測定物の測距に関連する光路は、偏
光ビームスプリッタ154によって分離される位置から
各キャッツアイ106、110までの距離の差であり、
他の光路は共通している。しかしながら、上記構成の測
距儀によれば、回転部108は固定配置されているキャ
ッツアイ106を中心にしてX軸及びY軸(図2上で
は、キャッツアイ106の中心を通る紙面に直交する
軸)の回りに回動するため、この回動時にキャッツアイ
106の中心と、X軸とY軸の交点とが一致しなくなる
場合でも、上記偏光ビームスプリッタ154によって分
離される位置から各キャッツアイ106、110までの
距離の差は変化しない。即ち、上記構成の測距儀によれ
ば、回転部108の回動中心にブレが生じてもそのブレ
が測定精度に影響せず、高精度な測定ができる。また、
回転部108が熱膨張しても、偏光ビームスプリッタ1
54によって分離される位置から各キャッツアイ10
6、110までの距離の差は変化せず、デッドパスエラ
ーがない。
The optical path related to the distance measurement of the object to be measured is the difference in the distance from the position separated by the polarizing beam splitter 154 to each of the cat's eyes 106, 110,
Other optical paths are common. However, according to the rangefinder having the above-described configuration, the rotating unit 108 has the X-axis and the Y-axis centered on the fixedly arranged cat's eye 106 (in FIG. Therefore, even if the center of the cat's eye 106 does not coincide with the intersection of the X-axis and the Y-axis during this rotation, each cat's eye is separated from the position separated by the polarizing beam splitter 154. The difference between the distances to 106 and 110 does not change. That is, according to the ranging finder having the above-described configuration, even if a shake occurs at the rotation center of the rotating unit 108, the shake does not affect the measurement accuracy, and high-precision measurement can be performed. Also,
Even if the rotation unit 108 thermally expands, the polarization beam splitter 1
Each cat's eye 10 from the position separated by 54
The difference in distance to 6,110 does not change and there is no dead path error.

【0025】尚、本実施例ではパルス状のレーザビーム
を発振するようにしているため、反射光を光電変換して
得られる各電気信号もパルス状となる。これらの電気信
号の立ち上がり時点を比較する場合には、波形整形する
段階で誤差が生じるおそれがる。そこで、高精度の測距
を行うためには、前記パルス状のレーザビームを変調さ
せるのが好ましい。また、本実施例の測距儀は、測定物
を追尾する追尾制御部を有しているが、測定物を測距す
る上では追尾制御部は必須のものではない。
In this embodiment, since a pulsed laser beam is oscillated, each electric signal obtained by photoelectrically converting the reflected light is also pulsed. When comparing the rising points of these electric signals, errors may occur at the stage of waveform shaping. Therefore, in order to perform distance measurement with high accuracy, it is preferable to modulate the pulsed laser beam. Further, the ranging finder of the present embodiment has a tracking control unit for tracking the measured object, but the tracking control unit is not essential for measuring the distance of the measured object.

【0026】また、本実施例では、光源にレーザダイオ
ードを使用したが、他の種類のレーザや発光ダイオード
等を適用することができる。更に、本実施例のようなパ
ルス状の光ビームに限らず、強度変調された光ビームを
使用することもできる。但し、この場合には、演算部で
キャッツアイ106と110からの反射光の位相差を測
定し、その測定した位相差から測定物までの距離を算出
する。
Although a laser diode is used as a light source in this embodiment, other types of lasers, light emitting diodes, and the like can be used. Further, not limited to the pulsed light beam as in the present embodiment, an intensity-modulated light beam can also be used. However, in this case, the arithmetic unit measures the phase difference between the reflected lights from the cat's eyes 106 and 110, and calculates the distance to the object from the measured phase difference.

【0027】更に、本実施例では、逆反射体としてキャ
ッツアイを使用するようにしたが、これに限らず、例え
ば、コーナー・キューブ、直角三面鏡、表面が鏡面とな
っている球体等を使用するようにしてもよい。また、回
転部はジンバル機構によってX軸及びY軸の回りに回動
自在になっているが、これに限らず、例えばL字ブラケ
ットをモータによって回動させるとともに、L字ブラケ
ットに固定したモータに回転部を固定して回転部を回動
させるようにしてもよい。
Further, in this embodiment, the cat's eye is used as the retroreflector. However, the present invention is not limited to this. For example, a corner cube, a right-angled three-sided mirror, a sphere having a mirror surface, or the like may be used. You may make it. The rotating part is rotatable around the X axis and the Y axis by a gimbal mechanism. However, the present invention is not limited to this. For example, the L-shaped bracket is rotated by a motor and the motor fixed to the L-shaped bracket is used. The rotating unit may be fixed and the rotating unit may be rotated.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る測距儀
によれば、回転体の回動中心がブレても、ビームスプリ
ッタから参照用の逆反射体までの距離と、測定用の逆反
射体までの距離との差が変化しないように構成したた
め、測定物までの距離を高精度に測定することができ
る。
As described above, according to the range finder of the present invention, even if the center of rotation of the rotating body is deviated, the distance from the beam splitter to the retroreflector for reference and the reverse distance for measurement are reduced. Since the difference from the distance to the reflector does not change, the distance to the object can be measured with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は本発明に係る測距儀の一実施例を示す斜
視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a distance measuring instrument according to the present invention.

【図2】図2は図1の回転部の内部構成を含む要部平面
図である。
FIG. 2 is a plan view of a main part including an internal configuration of a rotating unit of FIG. 1;

【図3】図3は従来の測定物にレーザビームを照射する
装置の一例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a conventional apparatus for irradiating a measurement object with a laser beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…固定台 102…レーザダイオード 106、110…キャッツアイ 108…回転部 112…4分割フォトダイオード 114…制御装置 120…支持枠 122、124、126…軸受け 154、203…偏光ビームスプリッタ 205、207…フォトダイオード MX , Y …モータREFERENCE SIGNS LIST 100 fixed base 102 laser diode 106, 110 cat's eye 108 rotating part 112 four-segment photodiode 114 control device 120 support frame 122, 124, 126 bearing 154, 203 polarizing beam splitter 205, 207 Photodiodes M X, M Y … Motor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 幸司 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 計量研究所内 (72)発明者 谷村 吉久 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 計量研究所内 (72)発明者 中俣 透 東京都三鷹市下連雀9丁目7番1号 株 式会社東京精密内 (72)発明者 黒沢 俊郎 東京都三鷹市下連雀9丁目7番1号 株 式会社東京精密内 (72)発明者 高井 望 東京都三鷹市下連雀9丁目7番1号 株 式会社東京精密内 審査官 有家 秀郎 (56)参考文献 特開 昭59−95404(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30 G01C 1/02 G01S 7/00 - 7/66 G01S 17/00 - 17/95──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Koji Toyoda, 1-4-1 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref., National Institute of Metrology (72) Inventor Yoshihisa Tanimura 1-1-4 Umezono, Tsukuba, Ibaraki, Japan Inside the Metrology Laboratory (72) Inventor Toru Nakamata 9-7-1 Shimorenjaku, Mitaka City, Tokyo Co., Ltd.Tokyo Seimitsu Co., Ltd. (72) Inventor Nozomi Takai 9-7-1, Shimorenjaku, Mitaka-shi, Tokyo Examiner, Tokyo Seimitsu Co., Ltd.Hideo Ariya (56) References JP-A-59-95404 (JP, A) Field (Int.Cl. 6 , DB name) G01C 3/00-3/32 G01B 11/00-11/30 G01C 1/02 G01S 7/00-7/66 G01S 17/00-17/95

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 固定位置に配設された第1の逆反射体
と、 測定物に配設された第2の逆反射体と、 前記第1の逆反射体を中心に直交するX軸及びY軸の回
りにそれぞれ回動自在な回転部と、 前記回転部に固定配設され,測距時にパルス状の光ビー
ムを発光する光源と、 前記回転部に固定配設された複数の光学部品からなる光
学系であって、前記光源から発光されたパルス状の光ビ
ームを受入して該光ビームを分割し、分割した一方の光
ビームを前記X軸と直交する光路を経由して前記第1の
逆反射体に入射させるとともに、他方の光ビームを前記
光路の延長上に出射して前記第2の逆反射体に入射さ
せ、前記第1及び第2の逆反射体からの反射光をそれぞ
れ得る光学系と、 前記第1及び第2の逆反射体からの反射光をそれぞれ受
光して電気信号に変換する光電変換手段と、 前記光電変換手段からの電気信号に基づいて前記第1の
逆反射体からの反射光の受光時点から前記第2の逆反射
体からの反射光の受光時点までの時間差を測定し、その
測定した時間差から前記測定物までの距離を算出する演
算部と、 を備えたことを特徴とする測距儀。
1. A first retroreflector disposed at a fixed position, a second retroreflector disposed on an object to be measured, an X axis orthogonal to the first retroreflector, A rotating unit that is rotatable around the Y axis, a light source that is fixed to the rotating unit and emits a pulsed light beam during distance measurement, and a plurality of optical components that are fixed to the rotating unit An optical system consisting of: receiving a pulsed light beam emitted from the light source, splitting the light beam, and passing one of the split light beams through an optical path orthogonal to the X axis. And the other light beam is emitted on the extension of the optical path and made incident on the second retroreflector, and the reflected light from the first and second retroreflectors is reflected by the first and second retroreflectors. An optical system for obtaining each of them, and receiving light reflected from the first and second retroreflectors, respectively, Photoelectric conversion means for converting the reflected light from the first retroreflector to a light reception time of the reflected light from the second retroreflector based on the electric signal from the photoelectric conversion means. A distance measuring instrument comprising: a calculating unit that measures a time difference between the two and calculates a distance to the object from the measured time difference.
【請求項2】 前期回転部に固定配設され、周期的にパ
ルス状の光ビームを発光する光源と、 前記回転部に固定配設され、前記第2の逆反射体からの
反射光の一部が入射され、前記第2の逆反射体に入射す
る光ビームのずれ量に応じた位置信号を出力する位置検
出手段と、 前記位置検出手段からの位置信号に基づいて前記ずれ量
がゼロになるように前記回転部のX軸及びY軸回りの回
動位置を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする請求項1の測距儀。
2. A light source fixedly disposed on the rotating section and periodically emitting a pulsed light beam, and a light source fixedly disposed on the rotating section and reflected from the second retroreflector. A position detector that outputs a position signal corresponding to the amount of deviation of the light beam incident on the second retroreflector, wherein the amount of deviation becomes zero based on the position signal from the position detector. 2. A distance measuring instrument according to claim 1, further comprising: control means for controlling a rotation position of the rotating section about the X axis and the Y axis.
【請求項3】 固定位置に配設された第1の逆反射体
と、 測定物に配設された第2の逆反射体と、 前記第1の逆反射体を中心に直交するX軸及びY軸の回
りにそれぞれ回動自在な回転部と、 前記回転部に固定配設され、強度変調された光ビームを
発光する光源と、 前記回転部に固定配設された複数の光学部品からなる光
学系であって、前記光源から発振され強度変調された光
ビームを受入して該光ビームを分割し、分割した一方の
光ビームを前記X軸と直交する光路を経由して前記第1
の逆反射体に入射させるとともに、他方の光ビームを前
記光路の延長上に出射して前記第2の逆反射体に入射さ
せ、前記第1及び第2の逆反射体からの反射光をそれぞ
れ得る光学系と、 前記光電変換手段からの電気信号に基づいて第1の逆反
射体からの反射光と前記第2の逆反射体からの反射光の
位相差を測定し、その測定した位相差から前記測定物ま
での距離を算出する演算部と、 を備えたことを特徴とする測距儀。
3. A first retroreflector disposed at a fixed position, a second retroreflector disposed on an object to be measured, an X-axis orthogonal to the first retroreflector as a center, and A rotating unit rotatable around the Y axis, a light source fixedly disposed on the rotating unit and emitting an intensity-modulated light beam, and a plurality of optical components fixedly disposed on the rotating unit. An optical system that receives an intensity-modulated light beam oscillated from the light source, splits the light beam, and splits one of the split light beams via an optical path orthogonal to the X axis into the first light beam.
And the other light beam is emitted on the extension of the optical path and made incident on the second retroreflector, and the reflected light from the first and second retroreflectors is respectively reflected. An optical system to obtain, a phase difference between the reflected light from the first retroreflector and the reflected light from the second retroreflector based on the electric signal from the photoelectric conversion means, and the measured phase difference A calculating unit for calculating a distance from the object to the object to be measured.
【請求項4】 前記回転部に固定配設され、前記第2の
逆反射体からの反射光の一部が入射され、前記第2の逆
反射体に入射する光ビームのずれ量に応じた位置信号を
出力する位置検出手段と、 前記位置検出手段からの位置信号に基づいて前記ずれ量
がゼロになるように前記回転部のX軸及びY軸回りの回
動位置を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする請求項3の測距儀。
4. A part of the light reflected from the second retroreflector, which is fixedly disposed on the rotating section, and corresponds to a shift amount of a light beam incident on the second retroreflector. Position detecting means for outputting a position signal, and control means for controlling a rotational position of the rotating portion about the X-axis and the Y-axis based on the position signal from the position detecting means so that the displacement amount becomes zero. The rangefinder according to claim 3, further comprising:
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