JP4236326B2

JP4236326B2 - 自動測量機

Info

Publication number: JP4236326B2
Application number: JP08343599A
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: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000275042A

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に関し、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、前記望遠鏡部４が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】
上記した従来の自動測量機では、反射ミラー１１を介して追尾光を射出し、目標対象物で反射され前記対物レンズ５を通して入射した前記追尾光は前記第１ダイクロイックミラー面１５で反射され追尾受光部（図示せず）で検出される様になっている。ところが、追尾光の投光光学系、追尾受光部等追尾系の光軸等が、経時的にずれる可能性があり、ずれた場合、水平、垂直方向の角度測定に誤差が生じる。更にずれがある場合には、測距もできないことがある。
【００１５】
又、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。
【００１６】
更に、前記ダイクロイックプリズム１０の第１ダイクロイックミラー面１５では赤外光、可視光の内一部の赤外光のみ分割するものである為、第１ダイクロイックミラー面１５に生成される光学膜は複雑で高価なものとなる。
【００１７】
本発明は斯かる実情に鑑み、視準光学系の経時的なずれを検出できる様にし、視準の信頼性を向上させると共に測量精度の向上を図るものであり、又、視準光学系を含み光学手段の小型化を図り、又光学手段の反射面に生成する光学膜を簡略化し、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ものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、追尾光学系を有する自動測量機に於いて、前記追尾光学系が発光部と、受光部と、前記発光部から発せられた追尾光の位置を示す光学部材とを有し、該光学部材により前記受光部に形成された追尾光の像位置に基づき前記追尾光学系の誤差を検出する自動測量機に係り、又追尾光を追尾光学系に向け反射する光束分離手段の追尾光軸上に孔明ミラーを配設し、該孔明ミラーの透過光軸上に追尾光源を配設し、前記孔明ミラーの反射光軸上に受光素子を配設し、前記孔明ミラーと前記光学手段との間に追尾光の位置を示す光学部材を挿脱可能に配設した自動測量機に係り、又前記光学部材は、追尾光を拡散反射することで位置を示す拡散部材である自動測量機に係り、更に又検出した誤差に基づき、追尾目標の像の位置を補正する自動測量機に係るものであり、初期設定として、前記光学部材での拡散反射光は前記受光部の基準位置に合致する様調整しておき、所定時間経過後、前記受光部に投影された反射光の位置が基準位置とずれていた場合は、このずれが追尾光学系に発生した経時的な光誤差となる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。前記第２ダイクロイックミラー面２５は、６５０〜７２０nmの追尾光を反射し、７２０〜８５０nmの測距光を透過する。
【００２６】
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。
【００２７】
前記追尾光学系３１について説明する。
【００２８】
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、前記リレーレンズ３５は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。
【００２９】
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。該受光素子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、該受光素子４０の受光位置を検出することができる。又前記受光素子４０がＰＳＤ等の位置センサである場合には、受光中心である基準位置からの受光位置を検出することで、視準中心である光軸Ｏとのずれ量が得られる。
【００３０】
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との間にはリファレンス板４２が配設され、該リファレンス板４２は挿入手段４３により前記追尾光軸３０に対して挿脱可能となっている。前記リファレンス板４２は前記追尾光源３６に対峙する面が、拡散面となっており、前記ペンタ型プリズム２１に対峙する面には遮光塗料が塗布されている。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、拡散反射し、追尾光源３６から発せられた追尾光の位置を示す光学部材である前記リファレンス板４２の設けられる位置は前記リレーレンズ４１と前記孔明ミラー３３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、測定光は前記ペンタ型プリズム２１に反射されて、前記対物レンズ５を通して目標対象物（図示せず）に投射され、前記追尾光は前記孔明ミラー３３を通過し、前記ペンタ型プリズム２１で反射され、前記対物レンズ５を通して目標対象物に投射される。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、目標対象物が近い場合は、前記リレーレンズ３５を前記追尾光源３６に近づけて広がりを大きくし、目標対象物の検出を容易にし、目標対象物の距離が遠い場合は前記リレーレンズ３５を前記追尾光源３６から遠ざけて広がりを小さくし、追尾レーザ光線の到達距離を長くする。
【００３３】
目標対象物で反射された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。
【００３４】
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はいずれも波長を所定の波長で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、光線が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。
【００３５】
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。
【００３６】
通常の状態では前記リファレンス板４２は前記追尾光軸３０より外れている。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で反射され、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。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。正確に視準されていると、前記受光素子４０に投影された追尾反射光は前記受光素子４０の中心、又は基準位置と合致している。視準がずれていると、該受光素子４０の受光位置は基準位置よりずれている。前述したと同様該受光素子４０で受光された結果に基づき、測量機の視準中心に目標対象物が位置する様自動測量機の姿勢が自動調整される。
【００３７】
次に、前記追尾光学系３１の経時的な光軸のずれ検出について説明する。
【００３８】
前記挿入手段４３により前記リファレンス板４２を前記追尾光軸３０に挿入する。
【００３９】
前記リファレンス板４２のペンタ型プリズム２１側の面には遮光塗料が塗布されているので、ペンタ型プリズム２１側からの光線は遮断される。
【００４０】
前記追尾光源３６から追尾光を発すると、前記リファレンス板４２の拡散面で拡散され像を形成する。拡散面で形成された像が新たな光源となって、前記孔明ミラー３３で反射され、前記リレーレンズ３８を通して前記受光素子４０に投影される。
【００４１】
初期設定として、前記リファレンス板４２での反射光は前記受光素子４０の基準位置に合致する様調整しておく。従って、所定時間経過後、前記リファレンス板４２を挿入し、前記受光素子４０に投影された反射光の位置が基準位置とずれていた場合は、追尾光学系３１に経時的な光軸のずれが発生したことになる。ずれることにより、目標対象物が視準中心より常に外れた追尾となり、正確な視準が行えない。
【００４２】
前記受光素子４０で検出された光軸のずれは、図示しない測量機の制御部に入力記憶され、以後の目標対象物からの反射光の位置が補正されることになる。補正により、目標対象物は視準中心となることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、追尾光学系の経時的に発生する誤差を検出できるので、検出した誤差に基づき追尾光学系の光軸の誤差を修正でき、精度の高い測量が維持でき、測量の信頼性が向上す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
７正立プリズム
８焦点鏡
９接眼レンズ
２０ダイクロイックプリズム
２１ペンタ型プリズム
２２楔型プリズム
２３楔型プリズム
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

Claims

測距光学系と、該測距光学系から分割された光軸上に設けられた追尾光学系と、目標を自動的に追尾する様制御する制御部とを有する自動測量機に於いて、前記追尾光学系が前記測距光学系を介して目標対象物に追尾光を発する発光部と、前記目標対象物から反射された追尾光を受光する受光部と、前記追尾光学系の光軸に対して挿脱可能であり、挿入状態で前記発光部から発せられた追尾光が照射され、照射された追尾光が前記受光部の基準位置に受光される様初期設定された光学部材とを有し、該光学部材の挿入状態で該光学部材に照射された追尾光により前記受光部に追尾光像が形成され、前記制御部は前記追尾光像と受光部基準位置との偏差に基づき前記追尾光学系の経時的に生じた光軸のずれを検出し、検出結果に基づき前記目標対象物からの反射光の位置を補正することを特徴とする自動測量機。
前記光学部材は、追尾光を拡散反射することで位置を示す拡散部材である請求項１の自動測量機。