JP5137104B2 - 光波距離計 - Google Patents

Description

本発明は、光波距離計に関し、さらに詳細には、光波距離計の光源から出射した測距光を目標物（プリズム、反射シート、壁等）まで往復させる外部光路と、前記測距光を光源から直ちに受光素子へ向かわせる内部光路に切り換えるシャッターに関する。

光波距離計としては、下記特許文献１に開示されたようなものが知られている。図４に、下記特許文献１に開示された光波距離計の光路図を示す。

この光波距離計では、レーザダイオード等の光源１から出射された測距光（発光パルス）Ｌは、コンデンサレンズ２、光ファイバー８、プリズム９、対物レンズ１０等の送光光学系を経て、測点上に置かれたコーナーキューブ（プリズム）１１に向けて出射される。この光源１は図示しない変調器に接続されており、この変調器は図示しない基準信号発振器に接続されており、測距光Ｌは基準信号発振器で発生された基準信号によって変調されている。

コーナーキューブ１１で反射された測距光Ｌは、対物レンズ１０、プリズム９、光ファイバー８Ａ、コンデンサレンズ３等からなる受光光学系を経て、ＡＰＤ（アバランシホトダイオード）等の受光素子７に入射する。すると、受光素子７によって、測距光が測距信号（電気信号）に変換される。この測距信号と変調器から送られてくる基準信号とは、図示しない位相計によって位相差が測定され、この位相差からコーナーキュービック１１までの距離が求まる。

ところで、光ファイバー８と出射端とプリズム９との間には分割プリズム４Ａと光路切替装置５が挿入されており、プリズム９と光ファイバー８Ａと入射端との間には分割プリズム４Ｂが挿入されている。測距光Ｌは、分割プリズム４Ａ、４Ｂによって、コーナーキュービック１１へ向かう外部光路Ｐｏと、送光光学系から光波距離計内部を通って受光光学系に入る内部光路Ｐｉに分かれる。

光路切替装置５は、図５に示したように、透明な円板上５Ａに遮蔽板５Ｂを貼った光路切換板５Ｃを回転させて、内部光路Ｐｉと外部光路Ｐｏへ向かう測距光Ｌを遮断又は透過させることによって、内部光路Ｐｉと外部光路Ｐｏとを切り換えるものである。光路切換板５Ａは、図示しないパルスモーターによって回転させられる。遮蔽板５Ｂが外部光路Ｐｏ又は内部光路Ｐｉのいずれの位置にあるか、すなわちシャッター位置は、光路検出器５Ｄで検出される。

この内部光路Ｐｉを経た測距光（以下、参照光Ｒという。）を用いて、外部光路Ｐｏを経た測距光Ｌと同様に位相差による距離測定をすると、この光波距離計に固有の誤差を知ることができる。こうして、外部光路Ｐｏを経た測距光Ｌによる測定と、内部光路Ｐｉを経た参照光Ｒによる距離測定を交互に多数回行うことによって、外部光路Ｐｏを経た測距光Ｌを用いて測定した距離から光波距離計に固有な誤差を補正して、コーナーキュービック１１までの精確な距離を求めることができる。

特開平８−２２６９６９号公報

光波距離計は、前述したように、プリズム等の高反射率ターゲットで反射してきた測距光Ｌから距離測定をするだけではなく、壁等の低反射率ターゲット（目標物）で反射してきた測距光Ｌから距離測定を行うこともある。低反射率ターゲットを用いた場合でも高精度の測定値を得るに充分な測距光Ｌが戻ってくるように光源１の出力を高めると、高反射率ターゲットを使った場合には、測距光Ｌが強過ぎることになる。測距光Ｌが強過ぎる場合、プリズムの中心を外れた位置を照射すると、誤差（サイクリックエラー）を生じることが知られている。このような誤差を避けるため、従来の光波距離計では、高反射率ターゲットを用いる場合は、光源１の出力を下げて使用している。

しかし、内部光路Ｐｉは低反射率ターゲットを使用の場合でも高反射率ターゲットを使用の場合でも共通であるから、高反射率ターゲットを使用の場合に光源１の出力を大幅に減じると、低反射率ターゲットを使用の場合に比べて、内部光路Ｐｉを経て受光素子７へ入射する参照光Ｒの入力レベルが小さくなり過ぎて、正確な距離測定ができなくなるという問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、光波距離計において、低反射率ターゲットを使用した場合でも高反射率ターゲットを使用した場合でも、内部光路を経て受光素子へ入射する参照光の入力レベルを同程度にすることを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る光波距離計は、測点に置かれた目標物に向けて測距光を出射する光源と、前記目標物で反射して戻ってきた測距光を受光する受光素子と、前記光源が発した測距光を前記目標物まで往復する外部光路と前記光源から前記受光素子に至る内部光路に分ける分割手段と、前記外部光路と前記内部光路とを切り換えるシャッターとを備えた光波距離計において、前記分割手段は、前記測距光を前記外部光路と前記内部光路とに分割するとともに平行光として前記シャッターを通過させるように構成され、前記シャッターが、回転軸と、該回転軸に対して対称位置の２箇所に配置されて、前記外部光路と前記内部光路に入射する各測距光を交互に遮断する遮蔽板と、該遮蔽板を配置しなかった２箇所の一方で前記２つの遮蔽板の間に配置されて、低反射率の目標物のときに内部光路へ入射する測距光を減衰させる減衰板とを備え、前記遮蔽板の頂点を前記回転軸に固定し、該遮蔽板に前記減衰板の両側を接着固定して、前記遮蔽板と前記減衰板が中心角９０°の扇形で配置され、前記減衰板の周縁にシャッター位置検出部が設けられたことを特徴とする。

請求項１に係る発明の光波距離計では、測距光を外部光路又は内部光路に切り換えるシャッターが、回転軸と、該回転軸に対して対称位置の２箇所に配置されて、前記外部光路と前記内部光路に入射する各測距光を交互に遮断する遮蔽板と、該遮蔽板を配置しなかった２箇所の一方で前記２つの遮蔽板の間に配置されて、低反射率の目標物のときに内部光路へ入射する測距光を減衰させる減衰板とを備える。これにより、低反射率ターゲットを用いたときは、測距光を減衰板を透過させて大幅に減衰させてから内部光路へ入射させることができる。一方、高反射率ターゲットを用いたときは、遮蔽板も減衰板も無い個所を使って、測距光を減衰させずに内部光路へ入射させることができる。こうして、低反射率ターゲットを用いて光源が最大出力の場合と、高反射率ターゲットを用いて光源からの出力を大幅に低下させた場合とで、内部光路を経て受光素子に入射する参照光の強さを略同じ程度にすることができる。したがって、本発明によれば、低反射率ターゲットを用いた場合でも充分な測距光が戻ってくるように光源の出力を高めることができるとともに、高反射率ターゲットを用いる場合には光源の出力を大幅に弱くでき、常に誤差の少ない測定ができる。

また、遮蔽板と減衰板が中心角９０°の扇形をしているから、遮蔽板の頂点を回転軸に固定し、減衰板の両側を遮蔽板に接着することによってシャッターを製造でき、シャッターの製造が容易である。

さらに、減衰板の周縁にシャッター位置検出部が設けられたから、減衰板を遮蔽板と誤って判断することなくなり、減衰板と遮蔽板を確実に区別できるようになって、測定ミスがおき難くなる。

以下、図面に基づいて、本発明の光波距離計の実施例を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る光波距離計の主要部の光路図である。図２は、この光波距離計のシャッターの動作を説明する図である。

この光波距離計は、図１に示したように、測距光Ｌを出射するレーザダイオ−ド等の光源１を備える。測距光Ｌは、ハーフミラー４１を透過して図示しないプリズム等のターゲットに向かう外部光路Ｐｏと、ハーフミラー４１と全反射ミラー４２で反射して光波距離計内部を経て図示しない受光素子に至る内部光路Ｐｉに分割される。外部光路Ｐｏと内部光路Ｐｉとを切り換えるために、ステッピングモータ５１と、このステッピングモータ５１によって駆動される光路切換板５２とからなるシャッター（光路切替装置）５０が用いられる。

シャッター５０の光路切換板５２は、図２に示したように、円を４等分して、対称位置の２箇所には黒く塗装された金属製で中心角９０°の扇形の遮蔽板５６を配置してステッピングモータ５１の回転軸５５に固定し、遮蔽板５６を配置しなかった２箇所のうちの一方に内部光路Ｐｉに入射する測距光Ｌを減衰させる減衰板５７を配置するものである。もちろん、減衰板５７を配置しなかった２箇所のうちの他方には何も配置しない。減衰板５７は、均一な灰色に着色した中心角９０°の扇形のプラスチックフィルムの両側縁を２つの遮蔽板５６に接着によって固定したもので、測距光Ｌを１／５０程度まで減衰させることができる。

遮蔽板５６及び減衰板５７の外部光路Ｐｏ及び内部光路Ｐｉに対する位置、すなわちシャッター位置は、一対のフォトインターラプタ５３等の光路検出器によって検出される。

測定モードで測距光Ｌを外部光路Ｐｏに入射させる場合は、高反射率ターゲットを用いる場合も低反射率ターゲットを用いる場合も共通で、光路切換板５２は図２の（Ａ）に示した初期位置（回転角０°）の位置になる。これで、内部光路Ｐｉへの光路を遮蔽板５６で遮断し、測距光Ｌの一部を外部光路Ｐｏへ入射させる。もちろん、光源の出力については、従来のものと同じく、高反射率ターゲットを使用する場合は、低反射率ターゲットを使用する場合に比べて光源１に供給する電圧を低下させて、光源１の出力を低下させる。

キャリブレーションモードで測距光Ｌを内部光路Ｐｉに入射させる場合は、高反射率ターゲットを用いる場合と低反射率ターゲットを用いる場合では、次に述べるように、光路切換板５２の回転角が異なる。

高反射率ターゲット用いた場合は、光路切換板５２は、図２の（Ｂ）に示したように、時計回り方向に９０°回転した位置にされる。これで、外部光路Ｐｏへの光路を遮蔽板５６で遮断し、全く減衰させない測距光Ｌを内部光路Ｐｉへ入射させる。低反射率ターゲットを用いた場合は、光路切換板５２は、図２の（Ｃ）に示したように、初期位置から反時計回りに９０°（時計回りに２７０°）回転した位置にされる。これで、外部光路Ｐｏへの光路を遮蔽板５６で遮断し、減衰板５７で大幅に減衰させた測距光Ｌの一部を内部光路Ｐｉへ入射させる。もちろん、光源１の出力については、測定モードと同じく、高反射率ターゲットを使用する場合は、低反射率ターゲットを使用する場合に比べて光源１の出力を低下させる。

すなわち、高反射率ターゲット用いたときは、図２の（Ａ）の状態と（Ｂ）の状態を交互に切り換えて、距離測定を行う。低反射率ターゲット用いたときは、図２の（Ａ）の状態と（Ｃ）の状態を交互に切り換えて、距離測定を行う。

前記したようなシャッター５０を用いると、内部光路Ｐｉを経て受光素子に入射する参照光Ｒの強さを、低反射率ターゲットを用いて光源１が最大出力で減衰板５７を介した場合と、高反射率ターゲットを用いて光源１の出力を大幅に低下させて減衰板５７を介さない場合とで、略同じ程度にすることができる。これにより、高反射率ターゲットを使用しても、低反射率ターゲットを使用しても、ともに誤差の少ない測定ができる。

次に、図３に基づいて、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例の光波距離計は、前記第１の実施例に係る光波距離計の光路切換板５２において、減衰板５７の周縁に、光路切換板５２の回転位置を検出するシャッター位置検出部５８を設けたものである。シャッター位置検出部５８は、光を減衰させるものの減衰板５７よりは光を透過し易くして、シャッター位置検出をフォトインターラプタ５３で行う際に、減衰板５７を遮蔽板５６と誤ることがないようにするものである。これにより、シャッター位置を確実に検出できるので、本実施例の光波距離計では誤作動を起こし難い。これ以外は、前記第１の実施例と同じである。

ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、遮蔽板５６及び減衰板５７を中心角９０°の扇形に限定する必要はなく、外部光路Ｐｏ及び内部光路Ｐｉの入射する測距光Ｌを遮断又は減衰できる形状であれば、遮蔽板５６及び減衰板５７については適宜形状を選択することが可能である。また、シャッター位置を検出するために必ずしもフォトインターラプタ５３を用いる必要はなく、ステッピングモータ５１へ送ったパルス数を記憶しておいて、パルス数からシャッター位置を決定する等、適宜な光路検出器の採用が可能である。さらに、シャッター位置検出部５８としては、必ずしも光を減衰させるものの減衰板５７よりは光を透過し易いものを用いる必要はなく、磁気センサにより検出可能な磁石を減衰板５７に貼り付けたようなものでもよい。

本発明の第１の実施例に係る光波距離計の光路図である。 前記光波距離計において、測距光を外部光路と内部光路とに切り換えるシャッターを説明する図である。 本発明の第２実施例に係る光波距離計のシャッターを説明する図である。 従来の光波距離計の光路図である。 従来の光波距離計において、測距光を外部光路と内部光路とに切り換えるシャッターを説明する図である。

符号の説明

１ 光源
５０ シャッター
５２ 光路切換板
５３ フォトインターラプタ（光路検出器）
５６ 遮蔽板
５７ 減衰板
５８ シャッター位置検出部
Ｌ 測距光
Ｒ 参照光
Ｐｏ 外部光路
Ｐｉ 内部光路

Claims (1)

1. 測点に置かれた目標物に向けて測距光を出射する光源と、前記目標物で反射して戻ってきた測距光を受光する受光素子と、前記光源が発した測距光を前記目標物まで往復する外部光路と前記光源から前記受光素子に至る内部光路に分ける分割手段と、前記外部光路と前記内部光路とを切り換えるシャッターとを備えた光波距離計において、
   前記分割手段は、前記測距光を前記外部光路と前記内部光路とに分割するとともに平行光として前記シャッターを通過させるように構成され、
   前記シャッターが、回転軸と、該回転軸に対して対称位置の２箇所に配置されて、前記外部光路と前記内部光路に入射する各測距光を交互に遮断する遮蔽板と、該遮蔽板を配置しなかった２箇所の一方で前記２つの遮蔽板の間に配置されて、低反射率の目標物のときに内部光路へ入射する測距光を減衰させる減衰板とを備え、
   前記遮蔽板の頂点を前記回転軸に固定し、該遮蔽板に前記減衰板の両側を接着固定して、前記遮蔽板と前記減衰板が中心角９０°の扇形で配置され、前記減衰板の周縁にシャッター位置検出部が設けられたことを特徴とする光波距離計。

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