JP3596680B2

JP3596680B2 - 光波測距儀

Info

Publication number: JP3596680B2
Application number: JP2002192303A
Authority: JP
Inventors: 能功鳴瀧
Original assignee: 株式会社オプテック
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2022-07-01
Also published as: JP2004037162A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その表面に於いて光を反射する目標反射物体（３０）（固体、液体、プリズム等）、あるいは光を屈折させて反射する目標反射物体（３０）迄の距離を計測する光波距離計（Ｄ）を備えた光波測距儀に関する。
【０００２】
【従来の技術】
目標反射物体（３０）に可視光を照射して測点位置を定め、その測点位置迄の距離を赤外光で計測する光波距離計の技術は、特願平６−６０２０３号等により公知の技術である。これら公知の技術は２個の発光素子を使用し、１個を可視光照射用、他の１個を距離計測用に使用し、対物レンズから可視光および赤外光の二波長の光波を射出している。従って光学部品の数が多く、また二軸の光学調整が必要となり、更に部品数が多いために小形化するにも限界がある。
【０００３】
また、一般に測量器に分類される、セオドライト、光波測距儀等の測量器には、その測量器の鉛直軸中心を測点に設置する目的で、求心望遠鏡が備えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、１個の可視光発光素子の射出光（２０）で目標反射物体（３０）を照射して、目標反射物体（３０）迄の距離計測が行える小形、安価で、多機能を有する光波測距儀を提供するものである。
【０００５】
また、本発明は、求心望遠鏡を備えていなくても、光波測距儀の鉛直軸中心を目標反射物体の測点に容易に設置する事ができる光波測距儀を提供するものである。
【０００６】
さらに、本発明は、垂直器として使用できる光波測距儀を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明の光波距離計（Ｄ）を備える光波測距儀は、１個の可視光半導体レーザ光源（１）を用い、その射出光（２０）を集光して目標反射物体（３０）に照射する事により、目標反射物体（３０）迄の距離計測、水平角測定、高度角測定が行う事ができるように構成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明に係る光波測距儀について説明する。先ず図２により光波距離計（Ｄ）について説明する。光波距離計（Ｄ）による距離計測時には、可視光半導体レーザ光源（１）の射出光（２０）は、レンズ（２）により平行光となり、プリズム（３）、（４）で屈折され、レンズ（５）で集光され、変形三角プリズム（７）で屈折され、正立プリズム（６）を通過してから合焦レンズ（８）により集光調整され、ダイクロイックプリズム（１２）の貫通穴（ロ）に配置された遮光筒（９）通過してから対物レンズ（１１）より射出され、目標反射物体（３０）で反射されて反射光（２１）となり、対物レンズ（１１）に入射する。対物レンズ（１１）により集光される反射光（２１）は、ダイクロイックプリズム（１２）、反射プリズム（１３）により屈折され、虹彩絞り（１６）を通過してから光ファイバー（１４）に入射し、受光素子（１５）に導かれ、この受光素子（１５）により光電変換されて電気信号となる。射出光（２０）はレンズ（２）とレンズ（５）の間は平行光であり、この間にシャッター（１０）、アイソレータ（５）等を配置して、光学調整を行う。
【０００９】
反射光（２１）を光電変換することにより得られた電気信号は、電気回路、マイクロコンピュータ（２５）により、増幅、波形変換され、マイクロコンピュータにより処理され、距離計測値として表示、出力されるが、この点は公知の光波距離計と同じである。
【００１０】
目標反射物体（３０）を視準望遠鏡で視準した時、可視光半導体レーザ光源（１）の射出光（２０）は、視準望遠鏡の焦点調整用の合焦レンズ（８）によって、視準望遠鏡の焦点と同一の光学調整作用により目標反射物体（３０）に焦点を結んで照射される。
【００１１】
本発明の特徴は、従来のレーザセオドライト等で目標反射物体（３０）を照射する可視光半導体レーザ光源が射出する可視光レーザ光線（１）を、パルス駆動または位相変調する事により、距離を計測する光波とする事である。
【００１２】
可視光半導体レーザ光源（１）または発光素子を位相変調する方式の光波距離計については、特願平６−６０２０３号、特願２００１−１３７７２７号、特願２００１−３５７６７４号、特許第２１１７５１７号等により公知である。
【００１３】
また、パルスレーザダイオードを発光素子とする、パルス駆動方式の光波距離計については、特公昭５８−２６５５８号公報、特公昭６０−１５９０号公報等により公知である。
【００１４】
パルスレーザダイオードは、その構造的原理から光を射出する発光領域が大きいので、その射出光を光学系で集光しても、光の集光点を小さくする事が困難であり、また近赤外光のため目視が難しく目標反射物体の測点を照射する事は困難である。
【００１５】
それに対し、ＣＷ（連続波）用途の半導体レーザは、発光領域が数ミクロンと小さいため、光学系において発光素子の射出光の集光点を容易に小さくする事が可能であるので、目標反射物体に高い点輝度で照射する事が可能となり、このために、目標反射物体の測点を照射して確認する事が容易である。
【００１６】
図３は〔請求項２〕を説明するものであり、段落番号〔００１０〕項で説明した様に目標反射物体（３０）に視準望遠鏡で焦点を合わせる事により、可視光半導体レーザ光源（１）の射出光（２０）は集光されて目標反射物体（３０）に照射される。よって光波距離計（Ｄ）を回転して、高度角表示が１８０度の位置に光波距離計（Ｄ）を固定する事により、光波測距儀の真下の測点を照射する事になり、求心望遠鏡と同等な作用をなす求心器として使用できるので、求心望遠鏡が不要となり、また同時に高度角軸中心（３１）迄の距離計測が行えるので、光波測距儀の機器高さを計測する事ができる。
【００１７】
図４は〔請求項３〕を説明するものであり、光波距離計（Ｄ）を回転させて、高度角表示が０度（天頂）の位置に光波距離計（Ｄ）を固定する事により、光波測距儀の真上（天頂）の測点を照射して、測点までの距離計測を行うことができる。
【００１８】
段落番号〔００１６〕、〔００１７〕は、測量機器の垂直器として、本発明の光波測距儀を用いた場合について説明したものである。
【００１９】
視準望遠鏡を構成する視準望遠鏡接眼部（１８）は、本出願人が先に出願した特願２００１−３５７６７４号に記載（〔請求項２〕、〔請求項３〕、〔請求項４〕、〔請求項５〕、〔請求項６〕を参照。）のように、ＣＣＤカメラ、液晶表示器等を備えていても良い。
【００２０】
〔請求項４〕について図２により説明する。目標反射物体（３０）よりの反射光（２１）の光量が著しく大きい場合、１個の虹彩絞りでは、虹彩絞り（１６）の制御範囲を超えていて、安定な距離計測が行えない場合があるので、虹彩絞り（１６）の制御電圧をマイクロコンピュータ（２５）により常に監視し、虹彩絞り（１６）の制御電圧がマイクロコンピュータ（２５）のプログラムにより定められた制御電圧の規定値を超えた時、第１の光学レンズ（２）と第２の光学レンズ（５）との間に配置した、ＮＤフイルター、光学部品を備えるシャッター（１０）を駆動して、虹彩絞り（１６）と共に、受光素子（１５）に入射する反射光量を制御するようにしている。
【００２１】
図２により〔請求項５〕について説明する。ダイクロイックプリズム（１２）は、反射面の蒸着膜（イ）により特定の光波長を反射する。この場合は、６７０ｎｍ以下の短波長を反射し、それ以上の波長を透過する蒸着膜（イ）にしてある。
【００２２】
従って、光波長６５０ｎｍの可視光半導体レーザ光源（１）を採用した時、ダイクロイックプリズム（１２）の蒸着膜（イ）により射出光（２０）が全部反射されてしまうので、貫通穴（ロ）を設けて射出光（２０）を通過させるように構成している。
【００２３】
本発明に用いるダイクロイックプリズム（１２）は、２ブロックのガラスを研磨し、一方のガラスブロックに蒸着膜（イ）を蒸着したあと接着し、特殊な工具を用いて貫通穴（ロ）を設け、貫通穴（ロ）に遮光筒（９）を配置したものであって、射出光（２０）が迷光となって受光素子（１５）に入射して、距離計測値に悪影響をおよぼす事を防止している。
【００２４】
つぎに、〔請求項６〕について説明する。ＣＷ（連続波）で駆動する可視光発光素子（１）の射出光（２０）により目標反射物体（３０）を照射する時は、射出光（２０）の光出力を目に安全な光出力の範囲内とする事が一般的である。しかし、安全な光出力の範囲においては、目標反射物体（３０）の反射率が低い場合、射出光（２０）を照射するのと同時に距離を計測する事が困難な場合が多々ある。この様な状況においては、可視光半導体レーザ光源（１）をパルスデューティ比が数十倍以上のパルス電流で駆動する事により、瞬時光出力が大きな射出光（２０）となり、目に安全で広い範囲の目標反射物体（３０）を計測する事が可能となる。赤外光を発光波長とする半導体レーザについても、上述のパルス駆動方法を同等に用いる事ができる。
【００２５】
図２により〔請求項７〕について説明する。この光波距離計には、２個の半導体レーザ光源が用いられ、１個は上述した目的の可視光半導体レーザ光源（１）であり、あと１個の半導体レーザ光源（１−２）は、光波距離計の内部校正光として用い、射出光は光ファイバー（２３）により受光素子（１５）に入射されて、光波距離計（Ｄ）の内部校正を行う。距離測定時には、２個の半導体レーザは、距離測定、内部校正と交互に切り替えられる。
【００２６】
光波測距儀で測量を開始する時、目標反射物体（３０）を視準望遠鏡により視準する手順の方法と、光波距離計（Ｄ）の射出光（２０）を目標反射物体（３０）に照射する方法とは、順序は別にしてほぼ同時に行う場合もある。可視光半導体レーザ光源（１）の射出光（２０）は目標反射物体（３０）を照射する事も一つの重要な目的であるが、長い時間照射状態を続けると、半導体レーザ（１−２）との熱バランスがくずれて、光波距離計（Ｄ）の測定精度に影響を及ぼす可能性がある。熱バランスを均等に保つには２個の半導体レーザの駆動を交互に行えばよく、交互に駆動する周期はマイクロコンピュータのプログラムにより行える。点滅を繰り返す照射、あるいは、見かけ上、連続で照射している様に見える早い周期にする事などを選択する事ができる。
【００２７】
これまでの説明では、可視光半導体レーザ光源（１）及び半導体レーザ（１−２）により距離を計測する場合、パルス駆動方式として説明したが、位相変調方式により距離計測する場合に於いても、光学系構成および２個の半導体レーザの配置は同等であり、変更する部分は複雑になる電気回路構成およびマイクロコンピュータ（２５）のソフトウェアプログラム等である。
【００２８】
段落番号〔００２５〕、〔００２６〕、〔００２７〕で説明した内容は、光波距離計の光学構成方式が対物レンズ２眼方式、単眼同軸方式等の場合にも適用できる。
【００２９】
さらに、〔請求項８〕について説明する。光波測距儀を測量に使用する場合、測点への高度角、水平角の合わせは手動により行われるのが一般的である。用途によっては、高度角軸、及び鉛直軸に動力駆動機構を結合し、ソフトウェアのプログラムにより高度角、水平角測点をプログラムし、その測点に、光波距離計（Ｄ）の射出光（２０）を照射して目標反射物体（３０）迄の距離を計測する光波測距儀を構成する。また外部制御信号により高度角、水平角を制御する事で、垂直器、墨出器の機能と同時に、測点までの距離を計測する光波距離計（Ｄ）を併せ持つ多機能な測量器となる。動力駆動機構を結合した構成は用途により採用すればよい。
【００３０】
図２により説明する。可視光半導体レーザ光源（１）の射出光（２０）が視準望遠鏡の接眼部に入射する事を防止するために、焦点鏡（１７）または接眼レンズ（１８）のいずれかに、可視光半導体レーザ光源（１）の波長に合わせ蒸着膜を施す。
【００３１】
【発明の効果】
本発明による光波測距儀によれば、光波距離計（Ｄ）に用いる発光源が１個の可視光半導体レーザ光源（１）による１光学光軸であるから、発光源を２個用いた２光学光軸に比べ、光学部品の点数、電気部品の点数が削減される上、光学光軸調整の時間は１／３以下に削減される。また、光波距離計（Ｄ）を小形軽量、安価に構成できるので、装置全体として光波測距儀を小形軽量、安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光波測距儀の外観図である。
【図２】本発明による光波測距儀に用いられる光波距離計のブロック図である。
【図３】本発明による光波測距儀の一実施例を示す断面図であり、光波距離計で真下の測点を計測する状態を示す図である。
【図４】本発明による光波測距儀の一実施例を示す断面図であり、光波距離計で天頂の測点を計測する状態を示す図である。
【図５】本発明による光波測距儀の一実施例を示す図であり、図４を天頂側より見た図である。
【符号の説明】
１可視光半導体レーザ光源
２光学レンズ（第１の光学レンズ）
３三角プリズム
４三角プリズム
５光学レンズ（第２の光学レンズ）
６正立プリズム
７変形三角プリズム
８合焦レンズ
９遮光筒
１０シャッター
１１対物レンズ
１２ダイクロイックプリズム
１３反射プリズム
１４光ファイバー
１５受光素子
１６虹彩絞り
１７焦点鏡
１８視準望遠鏡接眼部（接眼レンズ）
１９アイソレータ
２０射出光
２１反射光
２２蒸着膜
２３内部校正光
２５マイクロコンピュータ（電気回路）
３０目標反射物体
３１高度角軸中心
３３鉛直軸の貫通穴
３４鉛直軸
イダイクロイックプリズムの蒸着膜
ロダイクロイックプリズムの貫通穴
Ａ整準台
Ｂ柱
Ｃ取っ手
Ｄ光波距離計
Ｅ取っ手の穴

Claims

測量基準地点と測量対象地点との間の水平角、高度角および距離を求めるために用いられ、光波距離計（Ｄ）を備えた光波測距儀において、
上記光波距離計（Ｄ）が、
測距用の１個の可視光半導体レーザ光源（１）と、
この可視光半導体レーザ光源（１）よりの射出光（２０）を平行光となす第１の光学レンズ（２）と、
上記射出光（２０）が入射される第２の光学レンズ（５）と、
望遠鏡の接眼部分を構成し、上記第２の光学レンズ（５）により屈折された上記射出光（２０）をその屋根型の反射面で屈折させるように配置される正立プリズム（６）および変形三角形プリズム（７）と、
上記屋根型の反射面で屈折された射出光（２０）を集光調整する合焦レンズ（８）と、
この合焦レンズ（８）により集光調整される入射光（２１）を反射するために配置され貫通穴（ロ）が形成されたダイクロイックプリズム（１２）と、
上記貫通穴（ロ）に配置された遮光筒（９）と、
この遮光筒（９）を通過した上記可視光半導体レーザ光源（１）の射出光（２０）を集光する対物レンズ（１１）とを含み、
上記射出光（２０）を距離測定用光波として目標反射物体（３０）に照射するように構成されている光波測距儀。
請求項１に記載の光波測距儀において、
この光波測距儀の整準台（Ａ）に配置される柱部（Ｂ）を上記整準台（Ａ）に対して水平方向に回転できるように軸支する鉛直軸（３４）と、
この鉛直軸（３４）、上記整準台（Ａ）及び上記柱部（Ｂ）をそれぞれ貫通するように上記回転中心に沿って設けられた貫通穴（３３）とを備え、
上記光波距離計（Ｄ）は、上記射出光（２０）と、この射出光（２０）が目標反射物体（３０）で反射されて戻る反射光（２１）とが上記貫通穴（３３）を通過するように構成されている事を特徴とする光波測距儀。
請求項１に記載の光波測距儀において、
この光波測距儀を運搬するための取っ手（Ｃ）をこの光波測距儀の左右の柱（Ｂ）に備え、
この取っ手（Ｃ）に、上記光波距離計（Ｄ）の射出光（２０）と、この射出光（２０）が目標反射物体（３０）で反射されて戻る反射光（２１）とが通過できる貫通穴（Ｅ）が形成されている事を特徴とする光波測距儀。
請求項１、２または３に記載の光波測距儀において、
上記光波距離計（Ｄ）が、上記可視光半導体レーザ光源（１）の射出光（２０）の光軸に配置された第１の光学レンズ（２）と第２の光学レンズ（５）との間に配置されＮＤフイルター及び光学部品を有するシャッター（１０）と、
上記光波距離計（Ｄ）の受光素子（１５）に入射する反射光（２１）の光量を制御電圧の印加によって調整する虹彩絞り（１６）と、
この虹彩絞り（１６）の制御電圧を読み取るマイクロコンピュータ（２５）とを備え、
上記反射光（２１）の光量を上記虹彩絞り（１６）の制御電圧に基づいて上記マイクロコンピュータ（２５）で検出し、その反射光（２１）の光量が過大であるときに上記シャッター（１０）を制御して上記受光素子（１５）に入射する反射光（２１）の光量を減ずるようにした事を特徴とする光波測距儀。
請求項１に記載の光波測距儀において、
上記光波距離計（Ｄ）は、ダイクロイックプリズム（１２）の反射面に形成した蒸着膜（イ）によって特定の光波長を反射するように構成されている事を特徴とする光波測距儀。
請求項１、２、３、４または５に記載の光波測距儀において、
上記光波距離計（Ｄ）は、発光素子にＣＷ（連続波）で使用する可視光半導体レーザ光源（１）を用い、射出光（２０）を目標反射物体（３０）に照射する時には、上記可視光半導体レーザ光源（１）をＣＷ（連続波）駆動とし、距離計測時には、上記可視光半導体レーザ光源（１）をパルス駆動とする事を特徴とする光波測距儀。
請求項６に記載の光波測距儀において、
上記光波距離計（Ｄ）は、上記可視光半導体レーザ光源（１）の上記射出光（２０）を目標反射物体（３０）に向け照射した状態において、上記マイクロコンピュータ（２５）で利用されるプログラムにより、測距用の可視光半導体レーザ光源（１）と内部校正用の半導体レーザ光源（１−２）とを交互にパルス駆動する事を特徴とする光波測距儀。
請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の光波測距儀において、
上記光波距離計（Ｄ）は、この光波距離計（Ｄ）の高度角の基準となる高度角軸（３１）と、整準台（Ａ）に配置される鉛直軸（３４）とのそれぞれの回転機構に選択的に駆動力を伝達できる駆動源を結合しており、ソフトウェアのプログラム指示により、高度角及び水平角の測点、地上の測点、天頂等を可視光で照射すると同時に距離計測が行えるように構成され、垂直器及び墨出器の機能を有する事を特徴とする光波測距儀。