JP2840951B2 - Automatic collimation device - Google Patents

Automatic collimation device

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JP2840951B2
JP2840951B2 JP63264899A JP26489988A JP2840951B2 JP 2840951 B2 JP2840951 B2 JP 2840951B2 JP 63264899 A JP63264899 A JP 63264899A JP 26489988 A JP26489988 A JP 26489988A JP 2840951 B2 JP2840951 B2 JP 2840951B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動視準装置に関し、特に陸上局に光波距離
計を備えて沿岸作業船台の位置を測定し、高精度の位置
決めを行う海洋作業システムに用いて好適なものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic collimation device, and more particularly, to a marine operation for measuring the position of a coastal work pedestal equipped with a lightwave distance meter in a land station and performing high-precision positioning. It is suitable for use in systems.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

目標点のコーナーキューブプリズムに送光する視準サ
ーボ光を発散させることにより、上記反射器で反射され
た上記視準サーボ光の戻り光の入射角度と視準光軸のず
れとを対応させ、上記戻り光が入射する角度でもって、
視準光軸のずれの量及び方向を検知して、光軸ずれを修
正するようにした自動視準装置である。
By diverging the collimating servo light to be transmitted to the corner cube prism of the target point, the incident angle of the return light of the collimating servo light reflected by the reflector and the shift of the collimating optical axis, With the angle at which the return light is incident,
This is an automatic collimation device that detects the amount and direction of the displacement of the collimating optical axis and corrects the displacement of the optical axis.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

土木工事、港湾工事、沿岸工事等において、ブルドー
ザー、浚渫船、作業船台等の移動体の位置又は距離を固
定位置から計測するシステムが求められている。
In civil engineering work, harbor work, coastal work, and the like, there is a need for a system that measures the position or distance of a moving object such as a bulldozer, a dredger, a work cradle from a fixed position.

従来、固定位置及び移動体の一方に光波距離計、他方
に反射器(コーナキューブプリズム等)を設け、これら
の光軸をお互いに一致させる自動視準式にして、船台等
の移動体が揺動しても支障無く位置計測ができるように
したシステムが知られている(例えば実公昭59−8221号
公報)。
Conventionally, a light wave distance meter is provided at one of a fixed position and a moving body, and a reflector (corner cube prism or the like) is provided at the other, and an automatic collimation type is used in which these optical axes coincide with each other, so that a moving body such as a gantry is shaken. There has been known a system capable of performing position measurement without any trouble even if moved (for example, Japanese Utility Model Publication No. 59-8221).

公知の自動視準式光波距離計は、距離計と平行な視準
サーボ用光軸を有し、測定目標点からの視準サーボ光を
4分割受光素子(受光面を水平、垂直の4象限に分割し
たホトダイオード等)で受けて、上下左右の入射角度の
ずれを検出し、その検出出力を水平、垂直の首振りモー
タにフィードバックして、受光素子の原点にサーボ光を
結像させるようなサーボ系を備えている。
A known automatic collimating lightwave distance meter has a collimating servo optical axis parallel to the distance meter, and divides collimating servo light from a measurement target point into four light-receiving elements (the light-receiving surface is divided into four horizontal and vertical quadrants). ), And detects the deviation of the incident angle in the up, down, left, and right directions, feeds back the detected output to the horizontal and vertical oscillating motors, and focuses the servo light at the origin of the light receiving element. It has a servo system.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来の自動視準式光波距離計に設けられている自動視
準装置は、反射器側から発信される視準サーボ光を受信
して対物レンズの光軸を相手局のサーボ光軸と一致させ
る構成であるので、相手局に視準サーボ光用光源を設け
る必要があった。
An automatic collimating device provided in a conventional automatic collimating type optical wave distance meter receives collimating servo light transmitted from the reflector side and matches the optical axis of the objective lens with the servo optical axis of the partner station. Because of this configuration, it was necessary to provide a light source for collimating servo light at the partner station.

そこで視準サーボ光を自局から発信し、反射器で反射
して戻ってきたサーボ光を受信して対物レンズの光軸を
反射器に視準させるようにすることが考えられる。この
場合発信したサーボ光を自局に確実に戻すために、反射
器にコーナーキューブプリズムを用いる必要がある。コ
ーナーキューブプリズムは入射光と平行な反射光を相手
局に反射させる。一方、コーナーキューブプリズムに向
けて発信される視準サーボ光は、送光レンズによって視
準光軸と平行に収束されている。したがって、視準光軸
が幾分ずれていても、コーナーキューブプリズムからの
反射光は視準光軸と平行なので、戻り光は視準光軸の角
度ずれに関する情報を含まない。したがって、コーナー
キューブプリズムからの戻り光を4分割受光素子で受け
ても視準光軸のずれを検出することができないので、視
準サーボ光を自局から発信して自動視準を行なうための
サーボ系を構成することができなかった。
Therefore, it is conceivable to transmit the collimated servo light from its own station, receive the servo light reflected by the reflector and returned, and collimate the optical axis of the objective lens with the reflector. In this case, it is necessary to use a corner cube prism for the reflector in order to reliably return the transmitted servo light to its own station. The corner cube prism reflects reflected light parallel to the incident light to the partner station. On the other hand, the collimating servo light transmitted toward the corner cube prism is converged by the light transmitting lens in parallel with the collimating optical axis. Therefore, even if the collimating optical axis is slightly displaced, the reflected light from the corner cube prism is parallel to the collimating optical axis, and the return light does not include information on the angular displacement of the collimating optical axis. Therefore, even if the return light from the corner cube prism is received by the four-divided light receiving element, the displacement of the collimating optical axis cannot be detected, so that the collimating servo light is transmitted from the own station to perform automatic collimation. The servo system could not be configured.

本発明は、反射器で反射して戻ってきたサーボ光によ
り光軸のずれを検出して自動視準を行えるようにするこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to enable automatic collimation by detecting a deviation of an optical axis by servo light reflected and returned by a reflector.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の自動視準装置は、送光レンズ12の焦点位置に
配置された発光素子(発光ダイオード20)を備え、送光
方向に向って放射状に発散する微小発散角を有する準平
行光線の視準サーボ光14を目標点に送光する送光光学系
と、上記目標点のコーナキューブプリズム7で反射され
た上記視準サーボ光の戻り光を受光して、上記戻り光の
結像点と受光面上における結像原点とのずれを検出する
位置センサ23を備えた受光光学系と、上記位置センサの
出力に基づいて光軸角度を修正する機構とを具備してい
る。
The automatic collimating device of the present invention includes a light-emitting element (light-emitting diode 20) arranged at the focal position of the light-sending lens 12, and is adapted to collimate quasi-parallel rays having a small divergence angle radially diverging in the light-sending direction. A light transmitting optical system for transmitting the quasi-servo light 14 to the target point, and a return light of the collimation servo light reflected by the corner cube prism 7 at the target point, and an imaging point of the return light; The optical system includes a light receiving optical system including a position sensor 23 for detecting a deviation from the image forming origin on the light receiving surface, and a mechanism for correcting an optical axis angle based on an output of the position sensor.

〔作用〕[Action]

視準サーボ光14を発散させているので、視準位置で反
射された戻り光は視準光軸と平行に入射するが、視準位
置からずれた位置で反射された戻り光はずれ量及びずれ
方向に応じた入射角度をもって受光系に入射する。この
ため、ずれた位置からの戻り光の結像点は、位置センサ
23の受光面上における結像原点からずれた位置に形成さ
れる。このずれが無くなる方向に光軸角度を修正して上
記入射角度を零にする。これにより、戻り光が視準光軸
と平行になり、視準光軸が目標点を視準する。
Since the collimating servo light 14 is diverging, the return light reflected at the collimation position is incident parallel to the collimation optical axis, but the return light reflected at the position deviated from the collimation position has a deviation amount and deviation. The light enters the light receiving system at an incident angle corresponding to the direction. Therefore, the imaging point of the return light from the shifted position is determined by the position sensor.
It is formed at a position shifted from the image forming origin on the light receiving surface of the light receiving surface 23. The angle of the optical axis is corrected in a direction in which the deviation is eliminated, and the incident angle is reduced to zero. Thereby, the return light becomes parallel to the collimating optical axis, and the collimating optical axis collimates the target point.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例を自動視準式光波距離計の
ブロック図で、第2図及び第3図は光波距離計及び反射
器の正面図である。陸上側の光波距離計3は基台1上に
設けられた視準装置2内に配置されている。船台側に
は、コーナーキューブプリズム7を備える反射器4が配
置される。
FIG. 1 is a block diagram of an automatic collimation type optical distance meter according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are front views of the optical distance meter and a reflector. The land-based lightwave distance meter 3 is disposed in a collimation device 2 provided on the base 1. The reflector 4 including the corner cube prism 7 is arranged on the side of the boat.

視準装置2は、水平面内で回動自在の水平架腕8a及び
垂直面内で回動自在の垂直架腕8bを備え、夫々X軸ギヤ
モータ9及びY軸ギヤモータ10によって駆動される。垂
直架腕8b上には、互いに平行光軸の送光レンズ12及び受
光レンズ13を備える送受光ユニット11が取付けられてい
る。
The collimating device 2 includes a horizontal arm 8a rotatable in a horizontal plane and a vertical arm 8b rotatable in a vertical plane, and is driven by an X-axis gear motor 9 and a Y-axis gear motor 10, respectively. On the vertical arm 8b, a light transmitting / receiving unit 11 including a light transmitting lens 12 and a light receiving lens 13 having optical axes parallel to each other is mounted.

第1図には、自動視準装置2の視準光学系2a(陸上
局)に連なる視準サーボ回路が示してある。視準光学系
2aの送光レンズ12の焦点には送光用発光ダイオード20が
配置され、発振器21の正弦波出力(5kHz)がLEDドライ
ブ回路22を経て供給される。これにより、AM変調された
視準サーボ光14が送光レンズ12を通って船台側コーナー
キューブプリズム7に向けて発信される。
FIG. 1 shows a collimating servo circuit connected to a collimating optical system 2a (land station) of the automatic collimating device 2. Collimating optics
A light-emitting diode 20 for light transmission is arranged at the focal point of the light-sending lens 12a, and a sine wave output (5 kHz) of an oscillator 21 is supplied through an LED drive circuit 22. Thus, the AM-modulated collimating servo light 14 is transmitted through the light transmission lens 12 to the pedestal side corner cube prism 7.

この視準サーボ光14はコーナーキューブプリズム7に
よって反射され、入射方向と平行な方向に戻される。し
たがって、陸上局側から発信した視準サーボ光14の戻り
光15が陸上局の受光系に戻され、受光レンズ13を介して
位置センサ23で受光される。
The collimating servo light 14 is reflected by the corner cube prism 7 and returned in a direction parallel to the incident direction. Therefore, the return light 15 of the collimated servo light 14 transmitted from the land station is returned to the light receiving system of the land station, and is received by the position sensor 23 via the light receiving lens 13.

位置センサ23は、例えば光スポットの原点からの位置
を検出する二次元(X−Y平面)の半導体位置検出素子
であってよい。この素子は方形受光面を持つフォトダイ
オードの四辺に4つの電極(X、Y二対)を設けた構造
を有し、光スポットが当たった位置に生成された電荷
が、光電流として各電極までの距離に反比例して受光面
の抵抗層によって電圧分割されて各電極から取出される
ように成されている。
The position sensor 23 may be, for example, a two-dimensional (XY plane) semiconductor position detecting element that detects the position of the light spot from the origin. This element has a structure in which four electrodes (two pairs of X and Y) are provided on the four sides of a photodiode having a rectangular light receiving surface, and the charge generated at the position where the light spot hits is transmitted as a photocurrent to each electrode. The voltage is divided by the resistance layer on the light receiving surface in inverse proportion to the distance between the electrodes, and the voltage is extracted from each electrode.

第1図において、位置センサ23の各電極の出力は、電
流−電圧変換アンプ24a〜d、バンドパスフィルタ25a〜
dを通り、検波器26a〜dで同期検波されて、受光位置
に対応したレベル値のDCレベル信号に変換される。4極
の検波出力は、上下(U、D)及び左右(L、R)の位
置検出信号として、A/D変換器27でディジタル値に変換
されてから、システムコントローラ28内のマイクロプロ
セッサに取込まれる。
In FIG. 1, the output of each electrode of the position sensor 23 is a current-voltage conversion amplifier 24a-d, a band-pass filter 25a-
The signal passes through d, is synchronously detected by the detectors 26a to 26d, and is converted into a DC level signal having a level value corresponding to the light receiving position. The detection outputs of the four poles are converted into digital values by an A / D converter 27 as upper and lower (U, D) and left and right (L, R) position detection signals, and then input to a microprocessor in a system controller 28. Be included.

マイクロプロセッサ内では、U、D、L、Rの位置検
出データから位置センサ23の受光面における受光スポッ
トのX−Y座標位置が演算される。システムコントロー
ラ28はこの座標位置データに基づいて各軸のモータドラ
イブ回路30X、30Yに駆動パルスを導出し、これによりX
軸、Y軸のギヤモータ9、10が夫々駆動される。位置セ
ンサ23からモータ9、10に至るサーボループは、センサ
23の受光スポットが受光面のX−Y座標の原点に位置す
るように動作する。サーボが利いている状態では、陸上
局の光波距離計3の光軸が船台局の反射器4に正しく向
けられて、測距が可能となる。
In the microprocessor, the XY coordinate position of the light receiving spot on the light receiving surface of the position sensor 23 is calculated from the U, D, L, and R position detection data. The system controller 28 derives drive pulses to the motor drive circuits 30X and 30Y for each axis based on the coordinate position data,
The shaft and Y-axis gear motors 9 and 10 are driven, respectively. The servo loop from the position sensor 23 to the motors 9 and 10 is a sensor
The operation is performed so that the 23 light receiving spots are located at the origin of the XY coordinates of the light receiving surface. In the state where the servo is working, the optical axis of the lightwave distance meter 3 of the land station is correctly directed to the reflector 4 of the shore station, and the distance can be measured.

視準装置2の光軸の向きを微調整する手段が設けられ
ている。第1図ではこの微調整手段はジヨイスティック
31であるが、各X−Y軸のモータ9、10のギヤ系に微調
整つまみを設けてもよい。ジヨイスティック31のX方向
及びY方向の操作に対応した電圧出力がA/D変換器32を
介してシステムコントローラ28に送られ、コントローラ
28からモータドライブ回路30X、30Yに微調用駆動パルス
が導出されて各モータ9、10が微動される。従ってオペ
レータは例えば光波距離計3の視準望遠鏡49を覗きなが
らジヨイスティック31を操作して船台側の反射器4のタ
ーゲット50を視準する。視準が完了した時点でサーボの
スタート釦を押すと、上述の視準サーボが始動し、その
後は船台のゆれや移動に追従した自動視準が行われる。
Means for finely adjusting the direction of the optical axis of the collimating device 2 is provided. In Figure 1, this fine adjustment means is a joystick
Although it is 31, a fine adjustment knob may be provided in the gear system of the motors 9 and 10 of each XY axis. A voltage output corresponding to the operation of the joystick 31 in the X and Y directions is sent to the system controller 28 via the A / D converter 32,
The fine adjustment drive pulse is derived from 28 to the motor drive circuits 30X and 30Y, and the motors 9 and 10 are finely moved. Accordingly, the operator operates the joystick 31 while looking into the collimating telescope 49 of the optical distance meter 3 to collimate the target 50 of the reflector 4 on the side of the boat. When the start button of the servo is pressed at the time when the collimation is completed, the above-mentioned collimation servo starts, and thereafter, the automatic collimation following the shake or movement of the gantry is performed.

位置センサ23によって検出された光軸のずれ等は、シ
ステムコントローラ28に連なる表示器33A〜Cによって
表示される。表示器33A、33Bの各指針がX軸(水平方
向)及びY軸(垂直方向)の原点からずれを示す。表示
器33Cの指針は位置センサ23の総合受光レベル(受光強
度)を示す。
The deviation of the optical axis and the like detected by the position sensor 23 are displayed by the display devices 33A to 33C connected to the system controller 28. The hands of the indicators 33A and 33B indicate deviations from the origins of the X axis (horizontal direction) and the Y axis (vertical direction). The pointer of the display 33C indicates the total light receiving level (light receiving intensity) of the position sensor 23.

視準状態で光波距離計3の回路部34が作動すると、対
物レンズ5の焦点位置に置かれた送受光ユニット35によ
り、約15MHz(AM)の測距光の発信及び測定点からの反
射光の受信が行われる。これらの発信光と受信光との位
相差が回路部34で測定されて、それに基づいて局間距離
が算出される。距離データは、インターフェース36を通
じてシステムコントローラ28に転送される。
When the circuit section 34 of the optical distance meter 3 is operated in the collimated state, the transmission / reception unit 35 located at the focal position of the objective lens 5 transmits the distance measuring light of about 15 MHz (AM) and reflects the light from the measuring point. Is received. The phase difference between the transmitted light and the received light is measured by the circuit unit 34, and the inter-station distance is calculated based on the measured phase difference. The distance data is transferred to the system controller 28 through the interface 36.

上述のような自動視準を行なうために実施例では、第
4図の視準サーボ光説明図に示すように、焦点距離が短
い送光レンズ12を使用すると共に、逆光用発光ダイオー
ド20の発光面積を大きくすることにより、視準サーボ光
14を発散させている。
In order to perform the automatic collimation as described above, in the embodiment, as shown in the collimation servo light explanatory diagram of FIG. By increasing the area, collimated servo light
14 are diverging.

第4図において、送光レンズ12の焦点距離をF1、送光
用発光ダイオードの発光面の幅をaとすると、第5図の
発散角説明図に示すように送光レンズ12の焦点位置に置
かれた発光ダイオード20から放射する光の発散角αは、 となる。したがって、例えばF=80mm、a=0.4mmとす
れば、発散角αは約17分11秒となる。
In FIG. 4, assuming that the focal length of the light-sending lens 12 is F 1 and the width of the light-emitting surface of the light-sending light-emitting diode is a, the focal position of the light-sending lens 12 is as shown in FIG. The divergence angle α of the light emitted from the light emitting diode 20 placed at Becomes Therefore, for example, if F = 80 mm and a = 0.4 mm, the divergence angle α is about 17 minutes and 11 seconds.

17分11秒の発散角を有する送光光学系で視準サーボ光
14を発信すると、1km離れた位置では光線束の直径Dが
約5mに拡がる。したがって、第6図の照射エリア説明図
に示すように、A点を視準している場合の視準サーボ光
14は、A点を中心として直径D=5mの円内を照射する。
なお、発散角度が1秒広がると1km先では光線束が5mm拡
がり、10秒広がると200m先で10mm広がる。
Collimated servo light with a transmitting optical system with a divergence angle of 17 minutes 11 seconds
When 14 is transmitted, the diameter D of the light beam expands to about 5 m at a position 1 km away. Therefore, as shown in the irradiation area explanatory diagram of FIG. 6, the collimated servo light when collimating the point A is used.
14 irradiates a circle having a diameter D = 5 m around the point A.
If the divergence angle spreads for 1 second, the light beam will spread 5 mm at 1 km, and if it spreads for 10 seconds, it will spread 10 mm at 200 m.

視準サーボ光14を広い範囲にわたって照射するので、
A点にあるときに視準している船台が、矢印R及びLで
示すようにB点やC点に水平移動しても、船台上に配置
されているコーナーキューブプリズム7に視準サーボ光
14が入射する。したがって、船台がB点に移動した場合
はB点からの戻り光が得られ、C点に移動した場合はC
点からの戻り光が得られる。
Since the collimating servo light 14 is irradiated over a wide range,
Even if the stage being collimated at the point A moves horizontally to the points B and C as shown by arrows R and L, the collimated servo light is applied to the corner cube prism 7 disposed on the stage.
14 enters. Therefore, when the gantry moves to the point B, return light from the point B is obtained, and when the gantry moves to the point C, the light returns to the point C.
Return light from the point is obtained.

上記したように、コーナーキューブプリズム7からの
戻り光15が受光系で受光され、位置センサ23上に受光ス
ポットが形成される。実施例の場合、視準サーボ光14を
発散させているので、位置センサ23上における受光スポ
ットは船台の位置に対応して形成される。
As described above, the return light 15 from the corner cube prism 7 is received by the light receiving system, and a light receiving spot is formed on the position sensor 23. In the case of the embodiment, since the collimating servo light 14 is diverged, the light receiving spot on the position sensor 23 is formed corresponding to the position of the gantry.

即ち、視準サーボ光14が発散光なので、視準位置から
ずれた位置にあるコーナーキューブプリズム7に入射す
る視準サーボ光14は、視準光軸14nに対して平行ではな
い。例えば、第6図におけるA点、B点及びC点のそれ
ぞれにコーナーキューブプリズム7A、7B、7Cがある場合
について説明する。
That is, since the collimating servo light 14 is divergent light, the collimating servo light 14 incident on the corner cube prism 7 at a position shifted from the collimating position is not parallel to the collimating optical axis 14n. For example, a case where there are corner cube prisms 7A, 7B, and 7C at points A, B, and C in FIG. 6 will be described.

まず、視準サーボ光14の光線束の中心光を14Aとし、
この中心光14Aと平行な光軸を視準光軸14nとする。上記
なようにA点を視準している場合には、第4図に示すよ
うにA点のコーナーキューブプリズム7Aには中心光14A
が入射する。このため、コーナーキューブプリズム7Aか
らの戻り光15Aは中心光14Aと平行、即ち視準光軸14nと
平行な光となる。したがって、戻り光15Aによる受光ス
ポットは、位置センサ23の受光面におけるX−Y座標の
原点に形成される。
First, the center light of the light beam of the collimating servo light 14 is set to 14A,
An optical axis parallel to the center light 14A is defined as a collimating optical axis 14n. When the point A is collimated as described above, the center light 14A is applied to the corner cube prism 7A at the point A as shown in FIG.
Is incident. Therefore, the return light 15A from the corner cube prism 7A is parallel to the center light 14A, that is, parallel to the collimating optical axis 14n. Therefore, the light receiving spot by the return light 15A is formed at the origin of the XY coordinates on the light receiving surface of the position sensor 23.

次にB点のコーナーチューブプリズム7Bで反射された
戻り光による受光スポットについて説明する。B点は視
準位置A点よりも右側の方向にずれているので、コーナ
ーキューブプリズム7Bに入射する視準サーボ光14Bは視
準光軸14nに対して角度θだけ右側に傾いている。こ
の場合、コーナーキューブプリズム7Bからの戻り光15B
は視準サーボ光14Bと平行なので、視準光軸14nに対して
角度θだけ傾いている。したがって、B点らの戻り光
15Bは第7図の受光光学系の説明図に示すように、視準
光軸14nに対して角度θだけ右側の方向から受光レン
ズ13に入射する。このため、戻り光15Bによる光スポッ
トは受光レンズ13の焦点f、即ち位置センサ23の受光面
におけるX−Y座標の原点に形成されず、入射角度θ
に対応する距離だけX方向にずれて形成される。したが
って、原点からのずれ量を検出し、これが零になるよう
な光軸制御を行なえば、視準光軸をB点に向けることが
できる。即ち、A点で視準していた船台がB点に移動し
たら、これを自動的に追尾することができる。
Next, a light receiving spot due to the return light reflected by the corner tube prism 7B at the point B will be described. Since point B is displaced to the right in the direction from the reference position point A visual, it is inclined to the right by an angle theta R junior servo beam 14B is collimated optical axis 14n vision entering the corner cube prism 7B. In this case, the return light 15B from the corner cube prism 7B
Since parallel and collimated servo beam 14B is inclined by an angle theta R junior optical axis 14n visual. Therefore, return light from point B
15B, as shown in the explanatory view of the light receiving optical system of FIG. 7, incident angle theta R from the right direction with respect to the quasi-optical axis 14n viewed in the light receiving lens 13. Therefore, the light spot formed by the return light 15B is not formed at the focal point f of the light receiving lens 13, that is, at the origin of the XY coordinates on the light receiving surface of the position sensor 23, and the incident angle θ R
Are formed shifted in the X direction by a distance corresponding to. Therefore, if the amount of deviation from the origin is detected and the optical axis is controlled so that it becomes zero, the collimating optical axis can be directed to point B. That is, when the gantry that has been collimated at point A moves to point B, it can be tracked automatically.

C点のコーナーキューブプリズム7Cに入射する視準サ
ーボ光14Cは、B点に入射する視準サーボ光14Bとは反対
に左側方向に角度θだけ傾いている。したがって、コ
ーナーキューブプリズム7Cからの戻り光15Cは角度θ
だけ左側の方向から受光レンズ13に入射する。このた
め、戻り光15Cによる光スポットは角度θに対応する
距離だけX−Y座標の原点からずれると共に、そのずれ
方向は上記B点からの戻り光15Bによる光スポットのず
れ方向と逆になる。したがって、位置センサ23の受光面
上における原点からのずれ方向及びずれ量を検出するこ
とにより、船台が上下左右の何れの方向に移動しても、
その移動方向及び移動距離(角度)の検出を行うことが
でき、コーナーキューブプリズム7からの戻り光15を受
光して自動視準が可能になる。
The collimating servo light 14C incident on the corner cube prism 7C at the point C is inclined leftward by an angle θ L opposite to the collimating servo light 14B incident on the point B. Therefore, the return light 15C from the corner cube prism 7C has the angle θ L
Only from the left side. Therefore, the light spot due to the return light. 15C with shifts from the origin of only X-Y coordinate distance corresponding to the angle theta L, the shift direction is deviated direction opposite to the light spot due to the return light 15B from the point B . Therefore, by detecting the direction and amount of deviation from the origin on the light receiving surface of the position sensor 23, even if the gantry moves in any of the up, down, left, and right directions,
The moving direction and the moving distance (angle) can be detected, and the return light 15 from the corner cube prism 7 is received to enable automatic collimation.

なお、視準サーボ光14をコーナーキューブプリズム7
で反射させているので、反射によって発散角が広がるこ
とがない。したがって、反射による測定誤差や、発散角
が広がり過ぎることによる光量不足等が生じない。また
視準が保たれている状態では、船台のゆれ等によってコ
ーナーキューブプリズム7の光軸が傾いても、位置セン
サ23上の光スポットは原点からずれることはない。
In addition, the collimating servo light 14 is transmitted to the corner cube prism 7.
The divergence angle does not spread due to reflection. Therefore, a measurement error due to reflection, a light quantity shortage due to an excessively wide divergence angle, and the like do not occur. Further, in the state where the collimation is maintained, the light spot on the position sensor 23 does not deviate from the origin even if the optical axis of the corner cube prism 7 is tilted due to the shaking of the slide.

次に、戻り光の入射角度θ及び受光レンズF2と、光
スポットの移動距離rとの関係について具体的に説明す
る。受光レンズ13の焦点距離がF2の場合、光スポットの
移動距離Rは、 tanθ=r/F2 ……(2) なので、 r=F2・tanθ ……(3) となる。(3)式より、移動距離rは入射角度θの正
接に比例して大きくなることが判る。また、移動距離r
は焦点距離F2に比例するので、焦点距離F2の長い受光レ
ンズを使用すると、入射角の変化に対する移動距離rを
大きくすることができ、検出感度を向上できる。
Then, the incident angle theta R and the light receiving lens F 2 of the returned light will be specifically described relationship between the moving distance r of the light spot. If the focal length of the light receiving lens 13 is F 2, the moving distance R of the light spot, tanθ R = r / F 2 ...... since (2), and r = F 2 · tanθ R ...... (3). (3) than the movement distance r it can be seen that increases in proportion to the tangent of the incident angle theta R. Also, the moving distance r
Is proportional to the focal length F 2, by using the long-receiving lens focal length F 2, it is possible to increase the moving distance r with respect to the change of the incident angle, can improve the detection sensitivity.

ところで、移動距離rの最大値は位置センサ23の受光
面の幅Wによって制限される。例えば、位置センサ23の
受光幅Wが縦方向及び横方向(X方向及びY方向)とも
に5mmの場合は、移動距離rが、r<5mmに制限される。
このように、移動距離rの最大値が制限されている場合
には、焦点距離F2を長くして検出感度を向上させると、
受光光学系の入射許容角が小さくなり、検出可能範囲が
せばまる。例えば、焦点距離F2が50mm、80mm、130mmの
各受光光学系における入射許容角α、α、αは、 となる。また各受光光学系において、入射角度が10秒変
化したときに光スポットが移動する距離を検出感度
β、β、βとすると、近似的には、 β=5÷20558/10 =2.43μm β=5÷12840/10 =3.89μm β=5÷7929/10 =6.3μm となる。したがって、焦点距離F2が長い受光レンズは、
入射許容角は小さくなるが検出感度は向上することが判
る。
By the way, the maximum value of the moving distance r is limited by the width W of the light receiving surface of the position sensor 23. For example, when the light receiving width W of the position sensor 23 is 5 mm in both the vertical direction and the horizontal direction (X direction and Y direction), the moving distance r is limited to r <5 mm.
Thus, when the maximum value of the moving distance r is limited, when improving the detection sensitivity by increasing the focal length F 2,
The allowable angle of incidence of the light receiving optical system is reduced, and the detectable range is reduced. For example, the permissible incidence angles α 1 , α 2 , α 3 in each of the light receiving optical systems having a focal length F 2 of 50 mm, 80 mm, and 130 mm are: Becomes Also, in each light receiving optical system, if the distance that the light spot moves when the incident angle changes for 10 seconds is the detection sensitivity β 1 , β 2 , β 3 , approximately, β 1 = 5 ÷ 20558/10 = 2.43 μm β 2 = 5 ÷ 12840/10 = 3.89 μm β 3 = 5 ÷ 7929/10 = 6.3 μm. Therefore, the long light receiving lens focal length F 2 is
It is understood that the detection sensitivity is improved although the allowable angle of incidence is reduced.

X軸及びY軸には第2図に示すようにロータリーエン
コーダ39、40が夫々設けられていて、トランシット(セ
オドライト)として使用することができる。例えば第8
図において実線で示した船台41が或る時間経過後に点線
で示した位置に移動したとする。この場合、船台41を自
動視準しているので、実線で示した位置を原点として移
動後の角度θを自動的に測定でき、測定した角度θ
を読み込むことにより移動後の角度位置を即座に検出す
ることができる。
As shown in FIG. 2, rotary encoders 39 and 40 are provided on the X axis and the Y axis, respectively, and can be used as transits (theodolites). For example, the eighth
It is assumed that the gantry 41 shown by the solid line in the figure has moved to the position shown by the dotted line after a certain time has elapsed. In this case, since the gantry 41 is automatically collimated, the angle θ 1 after the movement can be automatically measured with the position indicated by the solid line as the origin, and the measured angle θ 1
, The angular position after the movement can be immediately detected.

なおこの測距システムは距離及び角度の両方を測定で
きるようにしてあるので、移動前の絶対位置が判ってい
れば、移動後の角度及び距離データの両方を読み込むこ
とにより、演算によって絶対位置を検出することができ
る。
Since this distance measuring system can measure both the distance and the angle, if the absolute position before the movement is known, the absolute position can be calculated by reading both the angle and the distance data after the movement. Can be detected.

またY軸に設けたロータリーエンコーダ40により、第
9図に示すように水平面に対する傾斜角度θを検出す
ることができ、斜距離を水平距離に変換することができ
る。
Also by a rotary encoder 40 provided on the Y axis, it is possible to detect the inclination angle theta 2 with respect to the horizontal plane as shown in FIG. 9, it is possible to convert the slope distance to horizontal distance.

このように自動視準装置2とロータリーエンコーダ3
9、40とを組合せると、移動体を自動追尾して原点から
の角度を自動的に測定することができるので動くものに
対するトランシットを構成できる。また距離及び原点か
らの角度を検出できるので移動体の軌跡をリアルタイム
で得ることができる。
Thus, the automatic collimating device 2 and the rotary encoder 3
Combining with 9 and 40 makes it possible to configure a transit for a moving object because it can automatically track the moving object and automatically measure the angle from the origin. Further, since the distance and the angle from the origin can be detected, the trajectory of the moving object can be obtained in real time.

1個のコーナーキューブプリズム7で約30゜の範囲か
ら入光する光をその光源に向けて反射させることができ
る。しかし移動体は30゜の範囲を越えて連続的に移動す
ることがあり、また360゜方向に全回転することもあ
る。このような場合、コーナーキューブプリズム7を1
個設けただけでは反射器4の向きを測定局側に向ける作
業が必要となる。第10図はコーナーキューブプリズム7
を取り付ける支持体42を円筒状に形成し、その全周面に
わたってコーナーキューブプリズム7を設けた例を示し
ている。このようにする場合、コーナーキューブプリズ
ム7を30゜間隔で12個設けてもよいが、安全率を考慮し
て20゜間隔で18個程度設けるようにするのがよい。
One corner cube prism 7 can reflect light entering from a range of about 30 ° toward the light source. However, the moving object may move continuously over a range of 30 °, or may make a full 360 ° rotation. In such a case, the corner cube prism 7 is
The work of directing the direction of the reflector 4 to the measuring station side is required only by providing the reflectors. Figure 10 shows the corner cube prism 7
In this example, the support 42 to which is mounted is formed in a cylindrical shape, and the corner cube prism 7 is provided over the entire peripheral surface. In such a case, 12 corner cube prisms 7 may be provided at intervals of 30 °, but it is preferable to provide about 18 corner cube prisms at intervals of 20 ° in consideration of the safety factor.

なお、第11図の送受光レンズの配置図に示すように、
大きな受光レンズ13の周囲に複数の送光レンズ12a〜12d
を配置して、それぞれの送光レンズから視準サーボ光14
を発信するようにしてもよい。この場合、各視準サーボ
光の周波数を同一にする。
As shown in the arrangement diagram of the light transmitting and receiving lens in FIG. 11,
A plurality of light transmitting lenses 12a to 12d around a large light receiving lens 13.
And collimate servo light 14 from each light-sending lens.
May be transmitted. In this case, the frequency of each collimating servo light is set to be the same.

また、視準サーボ系と測距系で送光レンズ12、5a及び
受光レンズ13、5bをそれぞれ一対ずつ使う場合には、第
12図の対物レンズの配置図に示すように各対を45゜方向
の斜めに取付ける。この配置は、コーナーキューブプリ
ズム7が上下及び左右方向に移動したときに、視準サー
ボ光をコーナーキューブプリズム7に入射できなくなる
危険が小さい。
In addition, when a pair of light transmitting lenses 12, 5a and light receiving lenses 13, 5b are used in the collimating servo system and the distance measuring system, respectively,
Attach each pair at an angle of 45 ° as shown in the objective lens layout diagram in Figure 12. With this arrangement, when the corner cube prism 7 moves in the vertical and horizontal directions, there is little danger that collimated servo light cannot enter the corner cube prism 7.

第13図の自動視準式光波距離計のブロック図に示すよ
うに、視準装置2の送受光光路と光波距離計3の送受光
光路とを併用させてもよい。この装置では、送光レンズ
12と位置検出用の発光ダイオード20との間に、光軸に対
して約45゜の角度で挿入されたビームスプリッタ44によ
り、距離計用発光ダイーオード45から出力された測距光
46aが視準サーボ光14と同じ送光光路に乗せられ、船台
側のコーナーキューブプリズム7に送られる。
As shown in the block diagram of the automatic collimating lightwave distance meter in FIG. 13, the light transmitting and receiving light path of the collimating device 2 and the light transmitting and receiving light path of the light wave distance meter 3 may be used together. This device uses a light-sending lens
Distance measuring light output from a light emitting diode 45 for a distance meter by a beam splitter 44 inserted between the light emitting diode 12 and the position detecting light emitting diode 20 at an angle of about 45 ° with respect to the optical axis.
46a is put on the same light transmission optical path as the collimating servo light 14, and is sent to the corner cube prism 7 on the side of the boat.

また、視準サーボ系の戻り光15と同じ受光光路に乗っ
て戻ってきた測距光の戻り光46bは、受光レンズ13と位
置センサ23との間に挿入されたビームスプリッタ47によ
り、距離計用受光ダイオード48に分岐される。そして、
受光ダイオード48の受光出力は光波距離計回路部34に送
られ、上述のような距離検出が成される。なお、実施例
では、ビームスプリッタ44、47として、立方形のブロッ
クガラス内に反射面が形成されているものを使用して、
各光を合成するとき及び分けるときに歪みが生じないよ
うにしている。
The return light 46b of the distance measurement light that has returned on the same light receiving optical path as the return light 15 of the collimating servo system is transmitted to the distance meter by the beam splitter 47 inserted between the light receiving lens 13 and the position sensor 23. The light receiving diode 48 is branched. And
The light receiving output of the light receiving diode 48 is sent to the lightwave distance meter circuit section 34, and the above-described distance detection is performed. In the embodiment, as the beam splitters 44 and 47, those having a reflection surface formed in a cubic block glass are used.
Distortion does not occur when combining and splitting each light.

なお、このように1つの光路を共用する場合、測距光
とサーボ光とで波長を分離させると共に、カットフィル
タの分光特性を利用して各光の透過及び反射を行なうよ
うにすれば、光軸の分解及び合成の効率が高まる。
In the case where one optical path is shared in this way, if the wavelength is separated between the ranging light and the servo light, and the transmission and reflection of each light is performed by using the spectral characteristics of the cut filter, the light can be reduced. The efficiency of shaft disassembly and synthesis is increased.

なお、この例では光軸のずれ及び受光量を表示するた
めに、パネル状の表示器37を用いている。この表示器37
は光軸の上下及び左右方向のずれを、Y軸方向及びX軸
方向に輝点表示すると共に、総合受光レベルはLEDを用
いたバーグラフ37aに表示する。
In this example, a panel-shaped display 37 is used to display the displacement of the optical axis and the amount of received light. This indicator 37
Indicates a bright spot in the Y-axis direction and the X-axis direction in the vertical and horizontal directions of the optical axis, and the total light receiving level is displayed on a bar graph 37a using LEDs.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本願発明は上述のように、送光レンズ12の焦点位置に
配置された発光素子(発光ダイオード20)から、送光方
向に向って放射状に発散する微小発散角を有する準平行
光線の視準サーボ光14を目標点に送光し、目標点のコー
ナキューブプリズム7で反射された上記視準サーボ光の
戻り光を受光して、戻り光の結像点と受光面上における
結像原点とのずれを位置センサ23で検出して、位置セン
サの出力に基づいて光軸角度を修正する構成により、極
遠方まで十分な強度で到達する準平行光線の視準サーボ
光を投光するようにしたので、コーナキューブプリズム
を設置した極遠方の目標に対して高感度で自己の光軸の
ずれを検出して自動修正することができる。
As described above, the present invention relates to the collimation servo of a quasi-parallel ray having a small divergence angle radially diverging from the light emitting element (light emitting diode 20) disposed at the focal position of the light transmitting lens 12 in the light transmitting direction. The light 14 is transmitted to the target point, the return light of the collimated servo light reflected by the corner cube prism 7 at the target point is received, and the image forming point of the return light and the image forming origin on the light receiving surface are determined. By detecting the displacement by the position sensor 23 and correcting the optical axis angle based on the output of the position sensor, the collimating servo light of the quasi-parallel ray reaching the far end with sufficient intensity is projected. Therefore, it is possible to detect the optical axis shift with high sensitivity and to automatically correct the optical axis shift with respect to an extremely distant target on which the corner cube prism is installed.

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

第1図は本発明の一実施例を示す自動視準式光波距離計
のブロック図、第2図及び第3図は光波距離計及び反射
器の正面図、第4図は視準サーボ光の発散方向を説明す
る線図、第5図は発散角を説明するための線図、第6図
は視準サーボ光の照射エリアを説明するための線図、第
7図は戻り光による結像を説明するための線図、第8図
は水平面内角度測定の一例を示す線図、第9図は水平面
に対する傾斜角度測定の一例を示す線図、第10図は反射
器の変形例を示す正面図、第11図及び第12図は対物レン
ズの配置態様の例を示す配置図、第13図は第1図と異な
る実施例を示す自動視準式光波距離計のブロック図であ
る。 なお図面に用いた符号において、 2……視準装置 3……光波距離計 4……反射器 7……コーナーキューブプリズム 8a……水平架腕 8b……垂直架腕 9……X軸ギヤモータ 10……Y軸ギヤモータ 12……送光レンズ 13……受光レンズ 14……視準サーボ光 15……戻り光 20……送光用発光ダイオード 23……位置センサ である。
FIG. 1 is a block diagram of an automatic collimating lightwave distance meter showing one embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are front views of a lightwave distance meter and a reflector, and FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a divergence angle, FIG. 6 is a diagram illustrating an irradiation area of collimating servo light, and FIG. 7 is an image formed by return light. 8 is a diagram illustrating an example of angle measurement in a horizontal plane, FIG. 9 is a diagram illustrating an example of tilt angle measurement with respect to a horizontal plane, and FIG. 10 is a modified example of a reflector. FIG. 11 is a front view, FIG. 11 and FIG. 12 are arrangement diagrams showing examples of the arrangement of the objective lens, and FIG. 13 is a block diagram of an automatic collimation type optical distance meter showing an embodiment different from FIG. In the reference numerals used in the drawings, 2 ... collimating device 3 ... light wave distance meter 4 ... reflector 7 ... corner cube prism 8a ... horizontal arm 8b ... vertical arm 9 ... X-axis gear motor 10 … Y-axis gear motor 12… Light transmitting lens 13… Light receiving lens 14… Collimating servo light 15… Return light 20… Light emitting diode 23… Position sensor.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】送光レンズの焦点位置に配置された発光素
子を備え、送光方向に向って放射状に発散する微小発散
角を有する準平行光線の視準サーボ光を目標点に送光す
る送光光学系と、 上記目標点のコーナキューブプリズムで反射された上記
視準サーボ光の戻り光を受光して、上記戻り光の結像点
と受光面上における結像原点とのずれを検出する位置セ
ンサを備えた受光光学系と、 上記位置センサの出力に基づいて光軸角度を修正する機
構とを具備する自動視準装置。
1. A light-emitting element disposed at a focal position of a light-sending lens, and transmits collimating servo light of a quasi-parallel ray having a small divergence angle radially diverging in a light-sending direction to a target point. Receiving the return light of the collimating servo light reflected by the light transmitting optical system and the corner cube prism at the target point, and detecting a shift between the image forming point of the return light and the image forming origin on the light receiving surface. An automatic collimating device, comprising: a light receiving optical system having a position sensor for performing the operation; and a mechanism for correcting an optical axis angle based on an output of the position sensor.
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