JP4209029B2

JP4209029B2 - 自動測量機の追尾装置

Info

Publication number: JP4209029B2
Application number: JP08343699A
Authority: JP
Inventors: 明夫木村; 良二武蔵; 郁夫石鍋
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: EP1041361A2; JP2000275043A; EP1041361A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は目標を自動的に追尾する自動測量機、特に反射光を追尾光、測距光、可視光に分割する望遠光学系を有する自動測量機の追尾装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は自動測量機の要部を示しており、自動測量機は一般の測量機と同様に三脚に取付けられる整準部１、該整準部１に設けられた基盤部２、該基盤部２に鉛直軸心を中心に回転可能に設けられた托架部３、該托架部３に水平軸心を中心に回転可能に設けられた望遠鏡部４から構成される。更に、自動測量機では前記托架部３、望遠鏡部４は図示しない内蔵のモータにより回転駆動される様になっており、遠隔で又は自動で操作が可能となっている。
【０００３】
前記望遠鏡部４は視準光学系の他に測距光、追尾光を含む測定光を照射し、更に目標対象物からの反射を受光する測距光学系、追尾光学系を有しており、受光した反射光に基づき目標対象物を視準する視準手段、目標対象物を検出し追尾する追尾手段、及び目標対象物迄の距離を測定する測距手段を具備している。
【０００４】
而して、前記望遠鏡部４から照射された測定光が目標対象物に設けられたミラーで反射され、反射光を受光することで測量者が測量機を目標対象物に対して視準を行い、或は距離測定を行い、或は目標対象物の自動追尾が行われる。
【０００５】
自動測量機は近地点での測定で、視準誤差を生じない様、測距光学系、追尾光学系、視準光学系を一体に構成している。
【０００６】
前述した目標を自動的に追尾する測量機では、照射する測定光には追尾用、測距用の異なる波長帯が含まれ、目標対象物で反射され受光した反射光を追尾用、測距用、視準用と目的毎に波長分割し、分割された測距光、追尾光を用いて距離測定、自動追尾を行っている。斯かる波長分割は前記望遠鏡部４の光学系の光路上に配置される光学手段により行われる。複数の波長帯に分割する光学手段としてはダイクロイックプリズムが多く使用される。
【０００７】
図３により波長を３分割する光学手段を有する従来の自動測量機の光学系について説明する。
【０００８】
該光学系は対物レンズ５、合焦レンズ６、正立プリズム７、焦点鏡８、接眼レンズ９から成り、前記対物レンズ５と合焦レンズ６との間に光学手段であるダイクロイックプリズム１０が配設され、更に追尾光射出用の反射ミラー１１が前記対物レンズ５とダイクロイックプリズム１０の間に配設されている。
【０００９】
前記合焦レンズ６は光軸Ｏ上を移動可能に設けられ、前記対物レンズ５を経て入光したレーザ光線を前記焦点鏡８上に結像し、前記正立プリズム７は前記焦点鏡８に結像される像を正立像とし、前記焦点鏡８は目標対象物を視準中心に捉えるスケールを有し、前記接眼レンズ９は前記焦点鏡８に結像された目標対象物の像を前記スケールと共に測量者の網膜上に結像する。前記反射ミラー１１の反射光軸上には図示しない追尾光学系が配設され、追尾光のレーザ光線を前記反射ミラー１１を介して目標対象物に対して照射する様になっている。
【００１０】
前記ダイクロイックプリズム１０は光路を横断する２つの第１ダイクロイックミラー面１５、第２ダイクロイックミラー面１６を有し、前記第１ダイクロイックミラー面１５に対向して追尾受光部（図示せず）が配設され、該第２ダイクロイックミラー面１６に対向して測距光学系の受発光分割ミラー１７が配置されている。該測距光学系は前記受発光分割ミラー１７を介して測距用レーザ光線を目標対象物に対して照射し、又該受発光分割ミラー１７を介して測距用反射レーザ光線を受光する様になっている。
【００１１】
上記した様に、照射する測定光には視準用、追尾用、測距用の異なる波長帯が含まれる。波長帯としては例えば視準用には４００〜６５０nmの可視光線、追尾用としては６５０nmの赤外光、測距用としては８００nmの赤外光が使用される。
【００１２】
前記対物レンズ５より入射した反射光は前記第１ダイクロイックミラー面１５により追尾反射光が反射され、追尾光が他の測距光、可視光から分離される。前記追尾受光部は追尾反射光を受光し、受光結果により自動測量機本体の制御部（図示せず）はモータを駆動して測量機の視準中心に目標対象物が位置する様に姿勢を自動調整する。
【００１３】
前記第１ダイクロイックミラー面１５を透過したレーザ光線は、前記第２ダイクロイックミラー面１６により更に測距光が反射され、測距光と可視光とが分離される。分離された測距光は、前記測距光学系により受光され、距離測定がなされる。又、前記第２ダイクロイックミラー面１６を透過した可視光は前記接眼レンズ９を介して測量者に視認され、自動測量機の設置時の視準、測定時の視準が行われる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した自動測量機では可視光、追尾光、測距光の波長帯に分割するダイクロイックプリズム１０が、望遠鏡部４の光軸上で入射した反射光を追尾反射光、測距反射光、可視光に順次分割する構成である。前記ダイクロイックプリズム１０には、前記対物レンズ５を透過した光束が入射するに必要とされる大きさと、追尾反射光、測距反射光をそれぞれ反射するに必要な長さの第１ダイクロイックミラー面１５、第２ダイクロイックミラー面１６とが要求される。この為、前記ダイクロイックプリズム１０は必然的にかなりの大きさになる。大きなダイクロイックプリズム１０は高価であり、望遠鏡部４を大型化する。望遠鏡部４が大型化すると電気系、測距系の電気回路の一部は托架部３側に設けられることになり、測量機自体が大きく、重くなってしまう問題があり、重量の増大に伴い駆動電力も増大し、別電源を用意しなければならない等の問題も生じていた。
【００１５】
更に、最近では探索追尾範囲を拡大する為、追尾光の光束の広がりを大きくすることが行われるが、追尾光の光束の広がりを大きくした場合、内部の光学部品表面での反射、内部反射が格段に増大する。又、光学系をコンパクトにし、自動測量機の小型化を図ると、光束が多くの光学部品を通過する可能性があり、内部反射はますます増加する傾向にある。
【００１６】
本発明は斯かる実情に鑑み、視準光学系、追尾光学系を含み光学手段の小型化を図り、光学手段のコストダウン或は自動測量機の小型化を図ると共に内部反射を減少させ、測定精度の向上を図るものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直線偏光の追尾光を発する発光部と、受光部と、前記発光部からの追尾光を射出すると共に入射光を前記受光部に導く追尾光学系と、前記発光部からの追尾光を通し入射光を前記受光部に向ける分割手段と、前記追尾光学系から射出された追尾光を円偏光とする第１偏光光学部材と、前記受光部に設けられる第２偏光光学部材とを有し、該第２偏光光学部材は入射光を選択的に透過する自動測量機の追尾装置に係り、又前記分割手段は孔明ミラーであり、前記追尾光は前記孔明ミラーの孔部を通る自動測量機の追尾装置に係り、又前記第１偏光光学部材はλ／４複屈折部材である自動測量機の追尾装置に係り、又前記第２偏光光学部材は、前記発光部が発する直線偏光の追尾光に対して透過偏光の方向が直交する様に配置される自動測量機の追尾装置に係り、又前記孔明ミラーの孔部は、追尾光を通すと共に、射出光軸上にある光学部材の平面からの反射光を通す自動測量機の追尾装置に係り、又前記発光部には射出する追尾光の広がりを可変するリレーレンズが設けられている自動測量機の追尾装置に係り、更に又対物レンズと、合焦レンズと、対物レンズと合焦レンズとの間の光軸上に位置し、少なくとも可視光を透過する第１の反射面と、少なくとも所定の波長を透過する第２の反射面を有し、前記第１の反射面からの反射光は前記第２の反射面に達し、第２の反射面からの反射光の反射光軸は前記光軸と交差する光学手段と、前記反射光軸上に設けられた追尾光学系とを具備し、前記追尾光学系は、前記反射光軸上に設けられ偏光レーザ光線を発する追尾光源と、光束分割手段と、該光束分割手段からの光束を偏光板を介して受光する受光部と、前記反射光軸上に配設された１／４λ複屈折部材とを有する自動測量機の追尾装置に係るものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１中、図３中で示したものと同様のものには同符号を付し、その説明は省略する。
【００２０】
光軸Ｏ上に対物レンズ５、合焦レンズ６、正立プリズム７、焦点鏡８、接眼レンズ９を順次配設し、前記対物レンズ５と合焦レンズ６との間に光学手段、好ましくはダイクロイックプリズム２０を配設する。
【００２１】
前記ダイクロイックプリズム２０はペンタ型プリズム２１の対向する面に楔型プリズム２２，２３を貼付け、第１ダイクロイックミラー面２４、第２ダイクロイックミラー面２５を形成したものである。
【００２２】
前記第１ダイクロイックミラー面２４は入射した反射光の内、可視光を透過し、赤外光を反射するものであり、前記第２ダイクロイックミラー面２５は測距光を透過し、追尾光を反射するものである。前記第１ダイクロイックミラー面２４で反射された反射光軸上に測距光学系（図示せず）を設け、前記第２ダイクロイックミラー面２５で反射される追尾光軸３０上に追尾光学系３１を設ける。
【００２３】
尚、図中２６は測距光学系の受発光分割ミラーであって光束を紙面に対して垂直な方向に分割する様横向きに配置されている。又、２７は目標対象物であり、本実施の形態ではコーナキューブを示している。
【００２４】
前記第１ダイクロイックミラー面２４は、例えば４００〜６５０nmの可視光を透過し、６５０〜８５０nmの赤外光を反射する。第２ダイクロイックミラー面２５は、６５０〜７２０nmの赤外光を反射し、７２０〜８５０nmの赤外光を透過する。
【００２５】
前記光軸Ｏ上に配置されるダイクロイックミラー面は前記第１ダイクロイックミラー面２４の一面でよく、他の第２ダイクロイックミラー面２５は光軸Ｏから外れた位置となる。この為、前記ダイクロイックプリズム２０の光軸方向の寸法が短くなる。従って、該ダイクロイックプリズム２０を前記合焦レンズ６に接近させた位置に配置させることで、前記ダイクロイックプリズム２０と対物レンズ５間の距離を大きくすることができる。このことで、前記ダイクロイックプリズム２０に入射するレーザ光線の光束径が小さくなり、該ダイクロイックプリズム２０も小型化できる。
【００２６】
前記追尾光学系３１について説明する。
【００２７】
前記追尾光軸３０上に孔明ミラー３３が配設され、該孔明ミラー３３の透過光軸３４上にリレーレンズ３５を介して追尾用レーザ光線を発する追尾光源３６が設けられている。該追尾光源３６には直線偏光のレーザ光線を発する半導体レーザが用いられる。前記リレーレンズ３５は図示ない光束調整手段に支持され、光軸に沿って移動可能となっており、追尾用レーザ光線の光束の広がりを調整できる様になっている。
【００２８】
前記孔明ミラー３３の反射光軸３７上にはリレーレンズ３８、バンドパスフィルタ３９、受光素子４０が配設されている。前記バンドパスフィルタ３９は追尾光の波長帯を透過するものであり、前記受光素子４０は、例えば４分割受光素子であり、分割受光素子の受光比の割合で、受光素子４０の受光位置を検出することができる。
【００２９】
前記ペンタ型プリズム２１と前記孔明ミラー３３との間にリレーレンズ４１が設けられ、該リレーレンズ４１と前記ペンタ型プリズム２１との間には１／４λ複屈折部材４２が配設され、前記リレーレンズ３８と前記バンドパスフィルタ３９との間には偏光板４３が配設されている。追尾光源３６である半導体レーザはほぼ直線偏光のレーザ光を発している。このレーザ光を例えば水平偏光とすれば、偏光板４３は垂直偏光を通す様に設けられている。水平偏光と垂直偏光は振動方向が９０°異なっている。
【００３０】
尚、前記孔明ミラー３３は他の反射部材、例えばハーフミラーであっても良い。又、前記１／４λ複屈折部材４２の設けられる位置は前記孔明ミラー３３と前記リレーレンズ４１との間であっても、対物レンズ５とペンタ型プリズム２１との間であっても良い。
【００３１】
以下、作用を説明する。
【００３２】
図示しない測距光学系より測定光が発せられると共に、前記追尾光源３６より追尾光が発せられる。該追尾光源３６から発せられるレーザ光線は直線偏光である。前記リレーレンズ３５により追尾レーザ光線は光束の広がりが可変調整され、前記孔明ミラー３３の孔を通過する。前記リレーレンズ４１を透過した追尾レーザ光線は前記１／４λ複屈折部材４２を透過し、円偏光に変換され、前記ペンタ型プリズム２１に反射され、前記対物レンズ５を通してコーナキューブ２７に投射される。
【００３３】
前述した様に、前記リレーレンズ３５は照射する追尾レーザ光線の光束の広がりを調整するものであり、前記コーナキューブ２７が近い場合は、前記リレーレンズ３５を追尾光源３６に近づけて広がりを大きく、コーナキューブ２７の検出を容易にし、コーナキューブ２７の距離が遠い場合は前記リレーレンズ３５を追尾光源３６より遠ざけて光束の広がりを小さくし、追尾レーザ光線の到達距離を長くする。
【００３４】
前記コーナキューブ２７で反射された追尾反射光を含む反射測定光が前記対物レンズ５より入射すると、前記第１ダイクロイックミラー面２４で赤外光、即ち追尾反射光と測距反射光が反射され、可視光は透過する。透過した可視光は前記合焦レンズ６により前記焦点鏡８で結像し、結像した像は該焦点鏡８のスケールと共に再び測量者の網膜上に結像され、視準が行われる。
【００３５】
前記第１ダイクロイックミラー面２４、第２ダイクロイックミラー面２５はいずれも所定の波長で２分割する構成であるので、形成する光学膜は簡単で、安価である。更に、ダイクロイックミラー面は波長を選択して透過しそれ以外を反射するものであるが、完全に透過するわけではない。従って、複数回ダイクロイックミラー面を透過した場合はその分減衰効果が大きく透過光線の光量が少なくなる。本発明では可視光は第１ダイクロイックミラー面２４を一度透過するだけであるので、透過の光量が多くなり、明瞭な視準を行える。
【００３６】
前記第２ダイクロイックミラー面２５では前記第１ダイクロイックミラー面２４で反射された赤外光の内、追尾光が反射され、測距光が透過される。前記第２ダイクロイックミラー面２５を透過した測距反射光は図示しない測距光学系に受光されて距離測定がなされる。
【００３７】
前記対物レンズ５より入光した前記追尾反射光は、前記光軸Ｏと交差する方向にペンタ型プリズム２１の第２ダイクロイックミラー面２５で反射され、前記１／４λ複屈折部材４２を透過する。該１／４λ複屈折部材４２を透過することで、追尾反射光は追尾光源３６が発するレーザ光線とは９０°異なる直線偏光に変換される。
【００３８】
追尾反射光は前記孔明ミラー３３で反射された後、前記リレーレンズ３８により、前記受光素子４０に集光される。該受光素子４０に集光する過程で、前記偏光板４３を透過し、前記バンドパスフィルタ３９を透過する。ここで、前記リレーレンズ４１の表面で反射した追尾光は前記追尾光源３６の発したレーザ光線と同じ方向の直線偏光である。前記偏光板４３は前記追尾光源３６の発したレーザ光線とは透過偏光の方向が９０°変えてあり、前記リレーレンズ４１表面での反射光は前記偏光板４３により遮断される。従って、前記リレーレンズ４１の表面で反射したレーザ光線は受光素子４０には到達しない。又、前記ペンタ型プリズム２１の前記リレーレンズ４１と対向する面での反射光もあるが、前記ペンタ型プリズム２１での反射光は前記孔明ミラー３３の孔を通過する様孔径が決定されており、前記孔明ミラー３３で反射されることを防止している。前記バンドパスフィルタ３９は追尾反射光以外の外乱光を遮断し、前記受光素子４０での追尾反射光の検出精度を向上する。
【００３９】
尚、前記光軸Ｏと前記第２ダイクロイックミラー面２５の反射光軸とは同一平面内に有っても、そうでなくともよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、追尾光学系での内部反射を除去できるので、追尾光の光束を広げることができ追尾範囲を拡大することができ、又光学系をコンパクトにでき装置を小型化できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す要部構成図である。
【図２】本発明が実施される自動測量機の要部外観図である。
【図３】従来例を示す要部構成図である。
【符号の説明】
１整準部
２基盤部
３托架部
４望遠鏡部
５対物レンズ
６合焦レンズ
２０ダイクロイックプリズム
２１ペンタ型プリズム
２４第１ダイクロイックミラー面
２５第２ダイクロイックミラー面
３０追尾光軸
３１追尾光学系
３３孔明ミラー
３５リレーレンズ
３６追尾光源
３７反射光軸
４２１／４λ複屈折部材
４３偏光板

Claims

対物レンズと、合焦レンズと、対物レンズと合焦レンズとの間の光軸上に位置し、前記対物レンズからの光を追尾光学系へ導く光学手段とを具備する自動測量機の追尾装置であって、前記光学手段は、少なくとも可視光を透過する第１の反射面と、少なくとも所定の波長を透過する第２の反射面を有し、前記第１の反射面からの反射光は前記第２の反射面に達し、第２の反射面からの反射光の反射光軸は前記光軸と交差して前記追尾光学系へ至り、該追尾光学系は、前記反射光軸上に設けられた光束分割手段を介して前記対物レンズ側へ偏光レーザ光線を発する追尾光源と、前記対物レンズから入射した追尾反射光を前記反射光軸上に配設された１／４λ複屈折部材と前記光束分割手段と偏光板とを介して受光する受光部とを有することを特徴とする自動測量機の追尾装置。
前記光束分割手段は孔明ミラーであり、前記追尾光は前記孔明ミラーの孔部を通る請求項１の自動測量機の追尾装置。
前記偏光板は、前記発光部が発する直線偏光の追尾光に対して透過偏光の方向が直交する様に配置される請求項１の自動測量機の追尾装置。
前記孔明ミラーの孔部は、追尾光を通すと共に、射出光軸上にある光学部材の平面からの反射光を通す請求項２の自動測量機の追尾装置。
前記追尾光学系には射出する追尾光の広がりを可変するリレーレンズが設けられている請求項１の自動測量機の追尾装置。