JP3825701B2 - 測量機の光軸自動調整装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トータルステーション等の測量機の光軸自動調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２点間に光を往復させて距離を測定するトータルステーションにおいて、測距目標の視準と、測距目標への測距光の送光、反射光の受光が行われるものが知られている。トータルステーションでは、視準光学系の光軸と、測距目標に測距光を送光する送光光学系の光軸が一致するように設定（同軸設定）されることにより、視準光学系で視準された位置と同じ位置に測距光が送光され、測距目標までの距離を測定することが出来る。
【０００３】
しかし、気温や湿度の環境の変化等により、同軸設定が崩れる場合がある。この場合、視準した測距目標と実際に測距光が送光されて測距される位置とがずれてしまい、正確な距離測定ができない。同軸設定からのずれを修正（同軸調整）するには、トータルステーション内部の送光光学系内に配置された反射ミラー等の位置の調整を行う必要があるが、反射ミラーを固定するビス類を手動で調整する作業は著しく煩雑であり、特にユーザが自ら行うことは困難だった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題を解決するものであり、視準光学系の光軸と送光光学系の光軸とのずれを自動的に調整することができる測量機の光軸自動調整装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の測量機の光軸自動調整装置は、測定目標を観察するための視準光学系と、発光素子からのビームを測定目標に送光するための送光光学系と、視準光学系の光軸と、送光光学系の光軸とのずれを検出する光軸ずれ検出手段と、光軸ずれ検出手段の検出結果に応じて、視準光学系の光軸と送光光学系の光軸とのずれを補正するように、視準光学系と送光光学系の少なくとも一方の光軸を自動調整する光軸調整手段とを備えることを特徴とする。本発明により煩雑な同軸調整が自動的に実行される。
【０００６】
ビームは例えば測距光であるが、測量機が水準儀または測角儀である場合、ビームは照準用光束（例えばレーザ光）である。
【０００７】
たとえば、送光光学系が、発光素子からのビームを反射または屈折させることにより測定目標にビームを送光する送光光学部材を少なくとも１つ有する場合には、光軸調整手段は送光光学部材を移動させる移動手段を有する。この移動手段により送光光学部材を移動させて同軸調整する。
【０００８】
好ましくは、測定目標からの反射光を受光して、光波測距を行う測距手段と、反射光を受光する特定域反射ミラーとを備える。特定域反射ミラーは、受光した反射光のうち少なくともビームの波長域の光を反射して測定手段に導く反射領域と、受光した反射光を透過させ光軸ずれ検出手段に導く透過領域とによって構成される。特定域反射ミラーにおいて、反射領域と透過領域は単一の光学部材に形成されてもよく、あるいは異なる光学部材に形成されてもよい。
【０００９】
ビームは照準用光束であってもよく、この場合、光軸自動調整装置は、測定目標からの反射光のうちビームの波長域の光を反射して光軸ずれ検出手段に導く手段を備えることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態が適用されたトータルステーション鏡筒部のブロック図である。トータルステーション鏡筒部１０はレンズ１１を有し、レンズ１１を用いて測距目標（あるいは測定目標）が視準され、レンズ１１を介して測距光が送光される。トータルステーション鏡筒部１０は保持部材（図示せず）により、水平軸と鉛直軸周りに回動自在に保持される。
【００１１】
トータルステーション鏡筒部１０は、測距目標を視準するための視準光学系を有する。視準光学系は、レンズ１１、特定域反射ミラー１２、焦点調整レンズ１３、正立光学系１４、焦点鏡１５、接眼レンズ１６から構成される。
【００１２】
レンズ１１に入射した光は、特定域反射ミラー１２に導かれる。特定域反射ミラー１２では、後述する特定の光のみが反射され、その他の光は透過して焦点調整レンズ１３に導かれる。焦点調整レンズ１３は光軸に沿って移動し、視準光学系の焦点調整を行う。焦点調整レンズ１３を透過した光は、正立光学系１４を介して焦点鏡１５上で像を形成する。焦点鏡１５上の測距目標の像は、接眼レンズ１６により観察可能である。
【００１３】
焦点鏡１５には、接眼レンズ１６から観察したときに十字状を呈する十字線（図示せず）が設けられる。十字線の十字の交点は、焦点鏡の略中央位置に対応し、この交点とレンズ１１の中心を通る直線は、視準光学系の光軸と一致する。
【００１４】
トータルステーション鏡筒部１０内の図中上側には、発光素子２０が設けられる。発光素子２０は、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）である。発光素子２０からは可視域の測距光が発せられる。
【００１５】
発光素子２０からの測距光は、送光光学系を介して測距目標に送光される。送光光学系は、コリメータレンズ２１、アフォーカルレンズ２２、第１の反射ミラー２３、第２の反射ミラー２４、レンズ１１から構成される。
【００１６】
測距光は、コリメータレンズ２１により平行光線束にされ、アフォーカルレンズ２２に導かれる。アフォーカルレンズ２２は平行光線束の幅を調整する。アフォーカルレンズ２２からの測距光は、第１の反射ミラー２３と第２の反射ミラー２４で全反射され、レンズ１１から送光される。
【００１７】
レンズ１１から送光された測距光は、測距目標に到達する。測距目標の反射物（壁面、反射シート、コーナキューブ等）では反射光が生じる。反射光は、レンズ１１に入射する。
【００１８】
反射光は測距光学系を介して、光電変換素子３２に受光される。測距光学系は、レンズ１１、特定域反射ミラー１２、受光ミラー３０、光ファイバ３１から構成される。
【００１９】
反射光は、レンズ１１に入射し、特定域反射ミラー１２に導かれる。特定域反射ミラー１２は図２に示すように、中心付近において反射領域Ｘを有し、縁部において透過領域Ｙを有する。反射領域Ｘは、入射した光のうち、測距光（反射光）の波長ピークを中心とする狭い波長域の光のみを反射する。透過領域Ｙは、入射した光を全透過させる。
【００２０】
特定域反射ミラー１２の反射領域Ｘで反射された光は、受光ミラー３０に導かれる。反射光は受光ミラー３０により反射され、光ファイバ３１の端面に入射する。反射光は光ファイバ３１内を伝わり、光電変換素子３２に到達する。光電変換素子３２では、反射光を受光し電気信号に変換する。電気信号は、システムコントロール回路４０に送られる。
【００２１】
システムコントロール回路４０は、トータルステーション鏡筒部１０全体を制御する回路であり、光波測距法に基づいて測距目標までの距離演算を行う。システムコントロール回路４０では、発光素子２０の発光タイミングを制御する基準信号が生成される。この基準信号に基づいて測距光が送光される。システムコントロール回路４０は、基準信号と光電変換素子３２において反射光から生成される電気信号の位相差を検出する。この位相差により、測距目標までの距離が演算され、図示しないモニタ画面上に、測距目標までの距離が表示される。
【００２２】
一方、反射光のうち透過領域Ｙを透過した光は、焦点調整レンズ１３を介して、正立光学系１４に導かれる。正立光学系１４は、第２の特定域透過／反射部材１４１を備える。第２の特定域透過／反射部材１４１は、特定域反射ミラー１２の透過領域Ｙと同様に、測距光（反射光）の波長ピークを中心とする狭い波長域の光のみを透過する。すなわち、特定域反射ミラー１２の透過領域Ｙを透過した反射光は、第２の特定域透過／反射部材１４１を透過する。第２の特定域透過／反射部材１４１を反射した光は位置検出センサ４１方向に導かれ、透過した光は接眼レンズ１６方向に導かれる。
【００２３】
位置検出センサ４１は、たとえばＣＣＤであり、特定の波長領域に対し受光感度が特に高くなるように設定されている。ＣＣＤの受光面には、２次元的に複数のフォトダイオードが配置される。反射光はＣＣＤの受光面に導かれる。位置検出センサ４１は、反射光を受光したフォトダイオードの位置を受光位置として検出する。
【００２４】
位置検出センサ４１は、第２の特定域透過／反射部材１４１に対して焦点鏡１５と光学的に等価な位置に設けられ、位置検出センサ４１上には、焦点鏡１５上の十字線の交点に対応する位置（視準位置）がある。位置検出センサ４１は、反射光を受光した受光位置と視準位置との間のずれを検出する。受光位置と視準位置のずれが検出された場合は、検出結果は検出信号としてシステムコントロール回路４０に送られる。
【００２５】
システムコントロール回路４０では、検出信号に基づいて第１の反射ミラー２３の位置を調整するための制御信号が生成される。制御信号はミラー回動機構４３に送られる。ミラー回動機構４３は、制御信号に基づいて第１の反射ミラー２３の位置を調整し、同軸調整する。すなわち、第１の反射ミラー２３の角度位置が調整されて、視準光学系の光軸と同軸になるように送光光学系の光軸が調整される。
【００２６】
図３は、第１の反射ミラー２３とミラー回動機構４３を示す模式図である。ミラー回動機構４３は、第１のアクチュエータ５１、第２のアクチュエータ５２を備え、第１の反射ミラー２３を直交する２軸に対して回動させる。第１のアクチュエータ５１、第２のアクチュエータ５２は、システムコントロール回路４０（図１参照）からの制御信号に応じて駆動するステッピングモータである。
【００２７】
第１の反射ミラー２３は、ミラー部２３１とミラー保持部２３２を有する。ミラー部２３１は、入射した光を全反射する板状ミラーであり、発光素子２０からの測距光を反射する。ミラー部２３１は、ミラー保持部２３２に固定される。ミラー保持部２３２はミラー支持部材５３に回動可能に支持される。
【００２８】
ミラー保持部２３２は第１のアクチュエータ５１の出力軸５１１に固定される。第１のアクチュエータ５１は、ミラー支持部材５３に固定され、第１の反射ミラー２３（ミラー部２３１、ミラー保持部２３２）を第１の軸Ａ周りに回動させる。第１のアクチュエータ５１が駆動すると、出力軸５１１が第１の軸Ａ周りに回動し、これと共に第１の反射ミラー２３が回動する。
【００２９】
ミラー支持部材５３は、第２のアクチュエータ５２の出力軸５２１に固定される。第２のアクチュエータ５２は、トータルステーション鏡筒部１０の内壁面に固定される。第２のアクチュエータ５２が駆動すると、ミラー支持部材５３は第２の軸Ｂ周りを回動し、同時に第１の反射ミラー２３が第２の軸Ｂ周りを回動する。
【００３０】
以上のように第１の反射ミラー２３は、トータルステーション鏡筒部１０に固定された第２の軸Ｂと、第２の軸Ｂに固定された第１の軸Ａ周りに回動することができる。第１の反射ミラー２３が回動すると、送光光学系の光軸は移動するので、第１の反射ミラー２３の回動量を調整することにより、送光光学系の光軸を視準光学系の光軸にあわせることができる。
【００３１】
以上のような第１の実施形態によれば、視準光学系の光軸と送光光学系の光軸のずれが検出された場合、自動的に第１の反射ミラー２３を回動させて、視準光学系の光軸と送光光学系の光軸を同軸に補正することが出来る。
【００３２】
図４は、第２の実施形態が適用されたトータルステーション鏡筒部１０のブロック図である。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付している。第２の実施形態では、第２の反射ミラー２４を回動させ、送光光学系の光軸を移動させる。
【００３３】
システムコントロール回路４０には、第２ミラー回動機構４４が接続される。システムコントロール回路４０では、位置検出センサ４１で検出された視準位置と受光位置とのずれに基づいて、第２の反射ミラー２４の位置を調節するための制御信号が生成される。制御信号は第２ミラー回動機構４４に送られる。第２ミラー回動機構４４は、制御信号に基づいて第２の反射ミラー２４の角度位置を調節する。
【００３４】
第２の反射ミラー２４は、図５に示すように第３の軸Ｃ、第４の軸Ｄ周りに回動可能である。第２ミラー回動機構４４は制御信号に基づき、第２の反射ミラー２４を第３の軸Ｃ、第４の軸Ｄ周りに回動させて送光光学系の光軸を移動させる。なお、第２ミラー回動機構４４の構成は、第１の実施形態のミラー回動機構４３（図２参照）と略同様である。
【００３５】
以上のように第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、視準光学系の光軸と送光光学系の光軸のずれを検出し、自動的に視準光学系の光軸と送光光学系の光軸が同軸になるように調整することができる。
【００３６】
図６は第３の実施形態が適用されたトータルステーション鏡筒部１０のブロック図である。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付している。第３の実施形態は、第１および第２の実施形態において送光光学系の光軸を移動させている構成と異なり、視準光軸調整機構４５によって、特定域反射ミラー１２を傾けるか、あるいは焦点鏡１５を例えば上下方向にずらすことによって、視準光学系の光軸をずらすように構成されている。
【００３７】
第３の実施形態によれば、第１および第２の実施形態と同様に、視準光学系の光軸と送光光学系の光軸のずれを検出し、視準光学系の光軸と送光光学系の光軸が同軸になるように自動調整することができる。
【００３８】
図７は第４の実施形態を示している。この実施形態は本発明を水準儀に適用した例であり、第１の実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付している。水準儀の鏡筒部６０内の構成において、トータルステーションと異なる主な点は、発光素子２０から出射されるビームが照準用光束（例えばレーザ光）であること、および位置検出センサ４１が受光ミラー３０の下方に設けられることである。すなわち受光ミラー３０は、特定域反射ミラー１２によって生じた反射光（すなわちビームの波長域の光）を位置検出センサ４１に導く。
【００３９】
第４の実施形態においても、位置検出センサ４１の検出信号に従って、第１の反射ミラー２３の角度位置がシステムコントロール回路４０によって調整され、視準光学系の光軸と送光光学系の光軸が同軸になるように補正される。
【００４０】
なお本発明は、水準儀だけでなく、測角儀、光波測距儀にも適用可能である。
【００４１】
上記各実施形態において、送光光学系あるいは視準光学系の光軸調整は、所定の操作に対応して行われる。例えば、システムコントロール回路４０に同軸調整スイッチを接続して、この同軸調整スイッチがオン状態に定められたときのみ、光軸調整を実行してもよく、またトータルステーション鏡筒部１０あるいは水準儀の鏡筒部６０の作動に伴って常時実行してもよい。
【００４２】
上記各実施形態では位置検出センサ４１はＣＣＤを備えるが、位置検出センサ４１は、反射光の受光位置が検出できるものであればよい。たとえば、ＰＳＤ（position sensitive detector）を備える位置検出センサを用いてもよい。
【００４３】
また第１、第２の反射ミラー２３、２４を、反射面を備えたプリズムに置き換えてもよく、あるいは光を屈折させる光学部材を用いてもよい。
【００４４】
特定域反射ミラー１２は、第１実施形態では反射領域Ｘと透過領域Ｙが単一の光学部材に形成されたものであるが、例えば、反射領域Ｘと透過領域Ｙを異なる光学部材から構成するとともに透過領域Ｙの光学部材を固定し、反射領域Ｘの光学部材を透過領域Ｙの光学部材の前方に進退自在に設けてもよい。
【００４５】
また本発明は送光光学系の光軸と視準光学系の光軸を完全に一致させる必要はなく、２つの光軸のずれが減少するように構成されていてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、視準光学系の光軸と送光光学系の光軸を自動的に同軸調整することができる測量機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態が適用されたトータルステーション鏡筒部のブロック図である。
【図２】特定域反射ミラーの構成を示す模式図である。
【図３】第１の反射ミラーとミラー回動機構を示す模式図である。
【図４】第２の実施形態が適用されたトータルステーション鏡筒部のブロック図である。
【図５】第２の反射ミラーの回動を説明するための図である。
【図６】第３の実施形態が適用されたトータルステーション鏡筒部のブロック図である。
【図７】第４の実施形態が適用された水準儀の鏡筒部のブロック図である。
【符号の説明】
１０ トータルステーション鏡筒部
１２ 特定域反射ミラー
２０ 発光素子
２３ 第１の反射ミラー
２４ 第２の反射ミラー
４０ システムコントロール回路
４１ 位置検出センサ
４３ ミラー回動機構
４４ 第２ミラー回動機構
５１ 第１のアクチュエータ
５２ 第２のアクチュエータ
Ｘ 反射領域
Ｙ 透過領域

Claims (7)

1. 測定目標を観察するための視準光学系と、
   発光素子からのビームを前記測定目標に送光するための送光光学系と、
   前記視準光学系の光軸と前記送光光学系の光軸とのずれを視準光学系に入射する光を用いて検出する光軸ずれ検出手段と、
   前記光軸ずれ検出手段の検出結果に応じて、前記視準光学系の光軸と前記送光光学系の光軸とのずれを補正するように、前記視準光学系と前記送光光学系の少なくとも一方の光軸を自動調整する光軸調整手段とを備えることを特徴とする測量機の光軸自動調整装置。
2. 前記送光光学系が、前記発光素子からのビームを反射または屈折させることにより前記測定目標に前記ビームを送光する送光光学部材を少なくとも１つ有し、前記光軸調整手段が、前記送光光学部材を移動させる移動手段を有し、前記送光光学系の光軸が前記移動手段により調整されることを特徴とする請求項１に記載の測量機の光軸自動調整装置。
3. 前記測定目標からの反射光を受光して、光波測距を行う測距手段と、前記反射光のうち少なくとも前記ビームの波長域の光を選択的に反射して前記測距手段に導く反射領域と、前記反射光を透過させ前記光軸ずれ検出手段に導く透過領域とによって構成される特定域反射ミラーとを備えることを特徴とする請求項１に記載の測量機の光軸自動調整装置。
4. 前記反射領域と前記透過領域が単一の光学部材に形成されることを特徴とする請求項３に記載の測量機の光軸自動調整装置。
5. 前記反射領域と前記透過領域が異なる光学部材に形成されることを特徴とする請求項３に記載の測量機の光軸自動調整装置。
6. 前記ビームが照準用光束であることを特徴とする請求項１に記載の測量機の光軸自動調整装置。
7. 前記測定目標からの反射光のうち前記ビームの波長域の光を反射して前記光軸ずれ検出手段に導く手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の測量機の光軸自動調整装置。

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