JP6876511B2

JP6876511B2 - 偏向装置及び測量機

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Publication number: JP6876511B2
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Inventors: 秀之松本; 大友　文夫; 文夫大友; 熊谷　薫; 薫熊谷
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Description

本発明は、光軸を２次元に偏向可能な偏向装置及び測量機に関するものである。

従来、測量機、例えば、トータルステーションでは、水平方向に回転可能な托架部と、該托架部に鉛直方向に回転可能な望遠鏡部とを有し、該望遠鏡部には、測距部と視準望遠鏡が内蔵され、該視準望遠鏡と同軸に測距光が測定対象物に照射される様になっている。

従って、トータルステーションでは、測距光軸を水平、鉛直の２方向に偏向する場合、托架部の水平回転と、望遠鏡部の鉛直回転の協働で行っている。

托架部、望遠鏡部は大きな質量を有し、高速での回転、停止が困難であり、而も要求される角精度は極めて高い為、機構自体に要求される加工精度、組立て精度も高くなり、製作コストが高価であるという問題があった。

特開２０００−３４６６４５号公報特開２００８−７６３０３号公報特開２０１６−１５１４２２号公報特開２０１６−１５１４２３号公報

本発明は、測距光軸を水平、鉛直の２方向に高速で偏向可能であり、而も安価な偏向装置及び測量機を提供するものである。

本発明は、リング状の保持部材と、該保持部材を挾み両側に該保持部材と同心に配設されたリングギアと、前記保持部材の両側に該保持部材と前記リングギアとの間に前記保持部材と同心に配設されたベアリングと、前記リングギアの中央部に該リングギアと一体に設けられた偏向光学部材と、前記リングギアそれぞれに対応して設けられた偏向モータと、該偏向モータの回転力を前記リングギアに伝達する駆動伝達手段とを具備し、前記ベアリングの外輪が前記保持部材、前記リングギアのいずれか一方に形成された外輪嵌合部と嵌合固定され、前記ベアリングの内輪が前記保持部材、前記リングギアのいずれか他方に形成された内輪嵌合部と嵌合固定され、両側の前記リングギアがそれぞれ独立して回転可能に前記保持部材に支持され、前記各偏向モータにより前記リングギアと一体に前記偏向光学部材を独立して回転可能とした偏向装置に係るものである。

又本発明は、前記リングギアの前記保持部材に対向した面にリング状の溝が形成され、該溝の内縁部が前記保持部材側に突出し、前記内輪嵌合部を形成し、前記保持部材外縁が前記リングギア側に突出し、前記外輪嵌合部を形成した偏向装置に係るものである。

又本発明は、前記リングギアの前記保持部材に対向した面にリング状の溝が形成され、該溝の外縁部が前記保持部材側に突出し、前記外輪嵌合部を形成し、前記保持部材内縁が前記リングギア側に突出し、前記内輪嵌合部を形成した偏向装置に係るものである。

又本発明は、前記偏向光学部材は、複数のプリズムが平行に配列されて構成される偏向装置に係るものである。

又本発明は、前記リングギアがタイミングプーリであり、前記偏向モータの出力軸に駆動タイミングプーリが設けられ、前記リングギアと前記駆動タイミングプーリ間にタイミングベルトが設けられ、前記リングギアは前記タイミングベルトを介し前記偏向モータによって回転される偏向装置に係るものである。

又本発明は、前記外輪嵌合部と前記ベアリングの外輪が接着され、前記内輪嵌合部と前記ベアリングの内輪とが接着された偏向装置に係るものである。

更に又本発明は、測距光を発する発光素子と、前記測距光を射出する測距光射出部と、反射測距光を受光する受光部と、前記反射測距光を受光し、受光信号を発生する受光素子とを有し、該受光素子からの前記受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、測距光軸上に設けられ、該測距光軸を偏向する光軸偏向部と、前記測距光軸の偏角を検出する射出方向検出部と、前記光軸偏向部の偏向作用及び前記測距部の測距作用を制御する演算制御部とを具備し、前記光軸偏向部は、上記偏向装置のいずれか１つであり、前記演算制御部は、前記射出方向検出部が検出した偏角に基づき前記測定対象物の水平角、鉛直角を測定し、前記測距部からの距離値及び前記水平角、鉛直角から、前記測定対象物の３次元座標を求める様構成した測量機に係るものである。

本発明によれば、リング状の保持部材と、該保持部材を挾み両側に該保持部材と同心に配設されたリングギアと、前記保持部材の両側に該保持部材と前記リングギアとの間に前記保持部材と同心に配設されたベアリングと、前記リングギアの中央部に該リングギアと一体に設けられた偏向光学部材と、前記リングギアそれぞれに対応して設けられた偏向モータと、該偏向モータの回転力を前記リングギアに伝達する駆動伝達手段とを具備し、前記ベアリングの外輪が前記保持部材、前記リングギアのいずれか一方に形成された外輪嵌合部と嵌合固定され、前記ベアリングの内輪が前記保持部材、前記リングギアのいずれか他方に形成された内輪嵌合部と嵌合固定され、両側の前記リングギアがそれぞれ独立して回転可能に前記保持部材に支持され、前記各偏向モータにより前記リングギアと一体に前記偏向光学部材を独立して回転可能としたので、簡単な構成で２軸に偏向でき、偏向光学部材の回転部分の質量が小さく高速で回転可能であり、部品点数が少なく安価に製作でき、更に回転誤差が偏向に与える影響が少なく、高精度の偏向が可能である。

又本発明によれば、測距光を発する発光素子と、前記測距光を射出する測距光射出部と、反射測距光を受光する受光部と、前記反射測距光を受光し、受光信号を発生する受光素子とを有し、該受光素子からの前記受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、測距光軸上に設けられ、該測距光軸を偏向する光軸偏向部と、前記測距光軸の偏角を検出する射出方向検出部と、前記光軸偏向部の偏向作用及び前記測距部の測距作用を制御する演算制御部とを具備し、前記光軸偏向部は、上記偏向装置のいずれか１つであり、前記演算制御部は、前記射出方向検出部が検出した偏角に基づき前記測定対象物の水平角、鉛直角を測定し、前記測距部からの距離値及び前記水平角、鉛直角から、前記測定対象物の３次元座標を求める様構成したので、視準が容易に且つ迅速に行えると共にトータルステーションとして、又レーザスキャナとして測定することが可能であるという優れた効果を発揮する。

本発明が実施される測量機の概略外観図である。測量機の概略構成図である。本発明の実施例に係る偏向装置の正面図である。図３のＡ−Ａ矢視図である。図４下部の部分拡大図である。（Ａ）〜（Ｃ）は本実施例の偏向装置の作用説明図である。本発明の他の実施例に係り、図３のＡ−Ａ矢視相当図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明に係る偏向装置を具備する測量機１について説明する。

前記測量機１は、支持装置としての三脚２を介して設置される。図中、Ｏは前記測量機１の光軸を示しており、更に光軸が偏向されていない状態（基準光軸）を示している。又、図１中、７はターゲット又は測定対象物としてのプリズムを示し、該プリズム７はポール８の所定位置（例えば、下端から既知の距離）に設けられている。

前記測量機１は、回転台５を介して前記三脚２に取付けられている。前記回転台５は、レバー６を有し、該レバー６の操作により、前記測量機１を上下方向（鉛直方向）、又は横方向（水平方向）に回転させることができ、又所要の姿勢で固定することも可能となっている。

図２により前記測量機１について説明する。

前記測量機１は、測距光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３、撮像部１４、射出方向検出部１５、モータドライバ１６、姿勢検出部１７、通信部１８、演算制御部１９、記憶部２０、撮像制御部２１、画像処理部２２、表示部２５を具備し、これらは筐体９に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部１１、前記受光部１２、前記測距演算部１３等は測距部３０を構成する。

前記測距光射出部１１は射出光軸２６を有し、該射出光軸２６上に発光素子２７、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、前記射出光軸２６上に投光レンズ２８が設けられている。更に、前記射出光軸２６上に偏向光学部材としての第１反射鏡２９が設けられ、受光光軸３１上に偏向光学部材としての第２反射鏡３２が設けられ、前記第１反射鏡２９、前記第２反射鏡３２とによって、前記射出光軸２６は、前記受光光軸３１と合致する様に偏向される。前記第１反射鏡２９と前記第２反射鏡３２とで射出光軸偏向部が構成される。

前記発光素子２７はパルスレーザ光線を発し、前記測距光射出部１１は、前記発光素子２７から発せられたパルスレーザ光線を測距光２３として射出する。

前記受光部１２について説明する。該受光部１２には、測定対象物（即ち、プリズム７）からの反射測距光２４が入射する。前記受光部１２は、前記受光光軸３１を有し、該受光光軸３１には、上記した様に、前記第１反射鏡２９、前記第２反射鏡３２によって偏向された前記射出光軸２６が合致する。尚、該射出光軸２６と前記受光光軸３１とが合致した状態を測距光軸４０とする（図１参照）。

偏向された前記射出光軸２６上に、即ち前記受光光軸３１上に光軸偏向部３５が配設される。該光軸偏向部３５の中心を透過する真直な光軸は、前記基準光軸Ｏとなっている。該基準光軸Ｏは、前記光軸偏向部３５によって偏向されなかった時の前記射出光軸２６又は前記受光光軸３１と合致する。

前記光軸偏向部３５を透過し、入射した前記受光光軸３１上に結像レンズ３４が配設され、又受光素子３３、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられている。前記結像レンズ３４は、前記反射測距光２４を前記受光素子３３に結像する。

前記測距光射出部１１より発せられた前記測距光２３は、前記光軸偏向部３５によって測定対象物に向って偏向され、前記プリズム７に照射される。

該プリズム７で反射された反射測距光２４は前記光軸偏向部３５により前記受光光軸３１と合致する様に偏向され、前記受光部１２に入射する。

前記反射測距光２４は前記結像レンズ３４によって、前記受光素子３３に結像する。該受光素子３３は前記反射測距光２４を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、前記測距演算部１３に入力される。該測距演算部１３は、受光信号に基づき測定点迄の測距を行う。

前記撮像部１４は、前記測量機１の前記基準光軸Ｏと平行な撮像光軸３８を有し、前記光軸偏向部３５による最大偏角（例えば±２０゜）より大きい画角、例えば５０°の画角を有するカメラであり、前記測量機１の測定範囲を含む画像データを取得する。前記撮像光軸３８と前記射出光軸２６及び前記基準光軸Ｏとの位置関係は既知となっている。又、前記撮像部１４は、動画像、又は連続画像が取得可能である。

前記撮像部１４の撮像素子３９は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は画像素子上での位置が特定できる様になっている。例えば、各画素は、前記撮像光軸３８を原点とした座標系での画素座標を有し、該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。

前記射出方向検出部１５は、前記光軸偏向部３５による前記測距光軸４０の偏向角、偏向方向を検出し、検出結果は前記演算制御部１９に入力する。

前記モータドライバ１６は、前記演算制御部１９からの制御信号に基づき、前記光軸偏向部３５の偏向動作を行うモータ（後述）の駆動を行う。

前記姿勢検出部１７は、前記測量機１（前記筐体９）の水平に対する傾斜を検出し、検出信号を前記演算制御部１９に入力する。尚、該姿勢検出部１７としては、特許文献４に開示された姿勢検出部を使用することができる。

前記通信部１８は、リモートコントローラ（図示せず）により遠隔操作を行う場合は、リモートコントローラとのデータ通信を可能とするものである。

前記記憶部２０には、前記撮像部１４で取得した画像、前記測距演算部１３からの測距データ、前記射出方向検出部１５で取得される射出方向のデータ、偏向角のデータ、前記姿勢検出部１７で検出される傾斜データ等のデータ類が格納される。

又、前記記憶部２０には、測定を実行する為の測定シーケンスプログラム、前記光軸偏向部３５の射出方向を演算する為のプログラム、前記姿勢検出部１７からの傾斜検出結果に基づき測距データを補正する為の補正プログラム等の各種プログラムが格納されている。

前記演算制御部１９は、前記撮像部１４、前記測距部３０、前記光軸偏向部３５等の作動を制御すると共に前記記憶部２０に格納されているプログラムに基づき測距を実行し、画像処理を行い、射出方向の偏角を演算し、測距結果の補正を行う。

前記撮像制御部２１は、前記撮像部１４の撮像を制御する。前記撮像制御部２１は、前記撮像部１４が前記動画像、又は連続画像を撮像する場合に、該動画像、又は連続画像を構成するフレーム画像を取得するタイミングと前記測量機１で測定するタイミングとの同期を取っている。前記演算制御部１９は画像と測距データとの関連付けも実行する。

前記表示部２５は、前記撮像部１４により取得した画像を表示し、測定状況、測距データ等を表示する。尚、該表示部２５はタッチパネルとされ、操作部としても機能する。

前記光軸偏向部３５について説明する。

前記光軸偏向部３５は、１対のプリズム偏向盤３６ａ，３６ｂ及び該プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂを個別に回転する偏向モータ３７ａ，３７ｂを有する。

前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂは平行であり、該プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂの軸心は、前記基準光軸Ｏと合致し、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂは前記基準光軸Ｏを中心に回転する。

前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂそれぞれは偏向光学部材（後述）として、平行に配列された複数の棒状の光学プリズムを有している。全ての光学プリズムは断面が３角形（楔形状）のガラスの光学部材であり、同一の屈折特性を有している。

前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂそれぞれの回転位置、該プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂ間の相対回転角によって、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂを透過する前記測距光軸４０の偏向方向、偏向角が決定される。従って、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂそれぞれの回転位置を制御することで、前記測距光軸４０を任意の位置にある測定対象物に向けることができ、測定対象物の測距、測角を行うことができる。

更に、前記測距光２３を射出しつつ、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂを個別に回転すれば、前記測距光２３を任意のパターンでスキャンさせることができ、パルス毎に測距を行えば、スキャン軌跡に沿って点群データを取得することができ、レーザスキャナとして測定を行うこともできる。

図３〜図６を参照して、前記光軸偏向部３５を具体的に説明する。

リング形状の保持部材４１の左右両側に前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂが設けられる。

先ず、前記プリズム偏向盤３６ａについて説明する。

前記保持部材４１には、両側からベアリング嵌合孔４２が穿設され、内周の中央に断面矩形のベアリング受け凸部４３が形成され、外輪嵌合部が形成される。又、前記保持部材４１の外周には、取付け用フランジ４４が形成されている。

前記ベアリング嵌合孔４２にベアリング４５が嵌合され、該ベアリング４５の外輪が前記ベアリング受け凸部４３に当接する。該外輪の外周面は前記ベアリング嵌合孔４２の内周面と接着され、該外輪の側面は、前記ベアリング受け凸部４３の側面と接着され、前記ベアリング４５の外輪は前記保持部材４１に固定される。

リングギア４６が前記保持部材４１と同心に、且つ該保持部材４１と対向して配設される。前記リングギア４６は、外周面にギア歯が刻設されたタイミングプーリとなっている。前記リングギア４６の前記保持部材４１側の側面（内側面）には、前記リングギア４６と同心の円環溝が刻設され、該円環溝の内縁は、内輪嵌合部を形成する。更に、該内輪嵌合部は、前記ベアリング４５の内輪と嵌合する軸部４７となっている。又、前記ベアリング４５の外輪の周囲には、隙間４８が形成され、前記リングギア４６は前記ベアリング４５の外輪とは非接触となっている。

前記軸部４７は前記ベアリング４５の内輪に接着され、該内輪と前記リングギア４６とは固定され、一体に回転する様になっている。

前記リングギア４６に円環溝を刻設することで、前記リングギア４６の内縁がリング状に突出する。更に、内縁を前記軸部４７とすることで、前記リングギア４６に別途軸部を形成することなく、即ち、前記リングギア４６の軸長（厚み）を増すことなく、前記リングギア４６をベアリング４５によって回転自在に支持することができる。更に、前記ベアリング４５の一部が前記円環溝に収納されるので、前記プリズム偏向盤３６ａの軸長（厚み）を極めて短くすることができる。

前記ベアリング４５の内輪の内部に、偏向光学部材が設けられる。該偏向光学部材は、奇数の複数本（図示では３本）の光学プリズム５０，５１，５２から構成される。該光学プリズム５０，５１，５２は、紙面に対して垂直方向に延出する棒状の光学部材であり、３本の光学プリズム５０，５１，５２は平行に配設される。又、前記光学プリズム５０，５１，５２の材質は一般的に光学ガラスが用いられる。

前記光学プリズム５０，５１，５２が集合した外形形状は、前記ベアリング４５の内輪に嵌合する円形状となっている。又前記光学プリズム５０，５１，５２のそれぞれは、前記軸部４７の端面、又は前記ベアリング４５の内輪に接着され又は、前記軸部４７の端面と前記ベアリング４５の内輪の両方に接着され、前記光学プリズム５０，５１，５２は前記リングギア４６と一体化される。

前記光学プリズム５０，５１，５２を前記ベアリング４５の内輪に直接嵌合する構造であるので、前記光学プリズム５０，５１，５２の厚みの一部が、前記ベアリング４５の厚みに吸収される。従って、前記光学プリズム５０，５１，５２を含む前記プリズム偏向盤３６ａの軸長を極めて短くすることができる。

前記光学プリズム５０，５１，５２の数、大きさについては、特に制限はないが、前記プリズム偏向盤３６ａの軸心、即ち基準光軸Ｏが通過する中央の光学プリズム５１については、前記測距光２３の光束が分割されない様、前記光学プリズム５１の幅（図６（Ａ）に於いて高さ）が前記測距光２３の光束の直径より大きいことが好ましい。

又、前記リングギア４６の内径については、充分な光量の前記反射測距光２４が得られる様に設定される。

尚、上記説明では、光学プリズムの材質を光学ガラスとしたが、前記測距光２３が透過する中央部分のみを光学ガラスとし、前記反射測距光２４が入射する他の部分は合成樹脂材料のフレネルレンズで構成してもよい。

前記取付け用フランジ４４の前記プリズム偏向盤３６ａ側の側面（図中、左側面）にはモータ基板５５が固着され、該モータ基板５５に前記偏向モータ３７ａが取付けられる。

該偏向モータ３７ａの出力軸５６に駆動タイミングプーリ５７が固着される。該駆動タイミングプーリ５７と前記リングギア４６とにタイミングベルト５８が掛回される。前記駆動タイミングプーリ５７は前記リングギア４６に対して小径となっている。

前記取付け用フランジ４４は、前記光軸偏向部３５を支持する為の構造部材に固定される。例えば、前記筐体９に固定される。従って、前記保持部材４１は構造部材に支持され、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂはそれぞれ前記ベアリング４５，４５を介して前記保持部材４１に回転自在に支持される。

前記偏向モータ３７ａを駆動すると、前記出力軸５６を介して前記駆動タイミングプーリ５７が回転され、該駆動タイミングプーリ５７の回転は、前記リングギア４６に伝達される。更に、前記駆動タイミングプーリ５７は前記リングギア４６に対して小径であり、回転は減速して伝達される。

前記プリズム偏向盤３６ｂの構成は、前記プリズム偏向盤３６ａと対称の構成であるので、以下、説明を省略する。更に、図３、図４では、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂ、前記駆動タイミングプーリ５７は、光軸偏向部の軸心に対して１８０°の位置に設けられているが、他の部材に干渉しない位置であればよく、９０°の位置でも６０°の位置でもよい。

以上述べた如く、前記プリズム偏向盤３６ａは前記取付け用フランジ４４に対して回転自在に支持され、同様に前記プリズム偏向盤３６ｂも前記取付け用フランジ４４に回転自在に支持される。従って、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂは相互に干渉されることなく、自在に回転し得る。

前記偏向モータ３７ａ，３７ｂとしては、回転角度の制御が行えるモータが使用される。例えば、パルスモータが用いられ、駆動パルス数を制御することで回転を制御し、又回転角をパルス数によって検出する。或は、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂにエンコーダを取付け、エンコーダからの検出信号に基づき回転角、回転速度等を制御してもよい。

前記偏向モータ３７ａ，３７ｂを個別に制御することで、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂを個別に任意の方向に、任意の回転速度で回転することができ、前記測距光軸４０を任意の方向に、任意の速さで偏向することができる。

前記タイミングベルト５８による回転の伝達は、ギア同士を直接噛合させた場合に比べバックラッシが少なく、更に前記駆動タイミングプーリ５７と前記リングギア４６間は減速されているので、前記偏向モータ３７ａによる回転駆動の分解能、回転精度は高められる。

更に、上記した様に前記光軸偏向部３５による最大偏角を±１０゜と設定した場合、１つのプリズム偏向盤３６ａでは１８０゜の回転で最大の偏角量は２０゜となる。従って、前記プリズム偏向盤３６ａの回転誤差は、偏角の誤差にすると１／９となる。従って、高精度で偏角の制御が行える。

尚、前記リングギア４６を回転させる為の駆動伝達手段として、タイミングプーリ、タイミングベルトを用いたが、タイミングプーリ、タイミングベルトに代え、前記リングギア４６にピニオンギアを噛合させ、駆動伝達手段とし、ギア結合により、前記ピニオンギアにより直接前記リングギア４６を回転させる様にしてもよい。この場合も、バックラッシ等の誤差の影響が減少するので高精度の偏角精度が得られる。

前記光軸偏向部３５の作用について説明する。

前記演算制御部１９は、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂの回転方向、回転速度、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂ間の回転比を制御すること、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂを正逆回転すること等で、前記光軸偏向部３５による多様な偏向作用を制御することができる。

前記射出方向検出部１５は、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂに入力する駆動パルスをカウントすることで、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂの回転角を検出する。或は、エンコーダからの信号に基づき、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂの回転角を検出する。又、前記射出方向検出部１５は、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂの回転角に基づき、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂの回転位置を演算する。更に、前記射出方向検出部１５は、前記光学プリズム５０，５１，５２の屈折率と前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂの回転位置とに基づき、各パルス光毎の測距光の偏角、射出方向を演算し、演算結果は測距結果に関連付けられて前記演算制御部１９に入力される。

又、前記測距光２３の偏角、射出方向から測定点の水平角、鉛直角を演算し、測定点について、水平角、鉛直角を前記測距データに関連付けることで、測定対象物の３次元データを求めることができる。

更に、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂの駆動の制御で、回転速度を変えて回転すること、正逆回転すること等、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂを連続的に回転させつつ前記測距光２３を射出させることで多様なスキャン態様で、該測距光２３のスキャンを実行できる。

前記光軸偏向部３５の偏向作用、スキャン作用について、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）を参照して説明する。

尚、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に於いて、プリズム偏向盤３６ａの光学プリズムについては、符号を５０ａ，５１ａとし、プリズム偏向盤３６ｂの光学プリズムについては、符号を５０ｂ，５１ｂとする。

尚、図６（Ａ）では説明を簡略化する為、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂについて、前記光学プリズム５０，５２と前記光学プリズム５１とを分離して示している。又、図６（Ａ）は、前記プリズム偏向盤３６ａの光学プリズム５０ａ，５１ａと前記プリズム偏向盤３６ｂの光学プリズム５０ｂ，５１ｂが同方向に位置した状態を示しており、この状態では最大の偏角（例えば、±２０゜）が得られる。又、最小の偏角は、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂのいずれか一方が１８０゜回転した位置であり、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂ間で前記光学プリズム５０ａ，５１ａと５０ｂ，５１ｂの相互の光学作用が相殺され、偏角は０゜となる。従って、該プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂを経て射出、受光されるパルスレーザ光線の光軸（前記測距光軸４０）は前記基準光軸Ｏと合致する。

前記発光素子２７から前記測距光２３が発せられ、該測距光２３は前記投光レンズ２８で平行光束とされ、前記光学プリズム５１ａ，５１ｂを透過して前記プリズム７に向けて射出される。又、前記光学プリズム５１ａ，５１ｂによって所要の方向に偏向されて射出される（図６（Ａ））。

前記プリズム７で反射された前記反射測距光２４は、前記光学プリズム５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂを透過して入射され、前記結像レンズ３４により前記受光素子３３に集光される。

前記反射測距光２４が前記光学プリズム５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂを透過することで、前記反射測距光２４の光軸は、前記受光光軸３１と合致する様に偏向される（図６（Ａ））。

前記プリズム偏向盤３６ａと前記プリズム偏向盤３６ｂの回転位置の組合わせにより、射出する測距光の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。

又、前記プリズム偏向盤３６ａと前記プリズム偏向盤３６ｂとの位置関係を固定した状態で、前記偏向モータ３７ａ，３７ｂにより、前記プリズム偏向盤３６ａと前記プリズム偏向盤３６ｂとを一体に回転すると、前記光学プリズム５１ａ，５１ｂを透過した測距光が描く軌跡は前記測距光軸４０を中心とした円となる。

従って、前記発光素子２７よりレーザ光線を発光させつつ、前記光軸偏向部３５を回転させれば、前記測距光２３を円の軌跡でスキャンさせることができる。尚、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂは一体に回転していることは言う迄もない。

次に、図６（Ｂ）は前記プリズム偏向盤３６ａと前記プリズム偏向盤３６ｂとを相対回転させた場合を示している。前記プリズム偏向盤３６ａにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Ａとし、前記プリズム偏向盤３６ｂにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Ｂとすると、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂによる光軸の偏向は、該プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂ間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。

従って、前記プリズム偏向盤３６ａとプリズム偏向盤３６ｂとを逆向きに同期して等速度で往復回転させた場合、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂを透過した測距光は、直線状にスキャンされる。従って、前記プリズム偏向盤３６ａと前記プリズム偏向盤３６ｂとを逆向きに等速度で往復回転させることで、図６（Ｂ）に示される様に、測距光を合成偏向Ｃ方向に直線の軌跡で往復スキャンさせることができる。

更に、図６（Ｃ）に示される様に、前記プリズム偏向盤３６ａの回転速度に対して遅い回転速度で前記プリズム偏向盤３６ｂを回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ測距光が回転されるので、測距光のスキャン軌跡は、スパイラル状となる。

又、前記プリズム偏向盤３６ａ、前記プリズム偏向盤３６ｂの回転方向、回転速度を個々に制御することで、測距光のスキャン軌跡を前記基準光軸Ｏを中心とした照射方向（半径方向のスキャン）とし、或は水平、垂直方向とする等、種々のスキャンパターンが得られる。

前記測距光２３をスキャンさせる過程で、各パルス毎に測距データ、測角データを取得すれば、点群データが取得でき、本実施例の測量機１をレーザスキャナとして使用することができる。

図１に示す様に、前記光軸偏向部３５により光軸を偏向し、前記測距光軸４０を前記プリズム７に視準させ、視準した時の測距を行い、視準方向を前記射出方向検出部１５で測定すれば、前記測量機１をトータルステーションの機能で使用することができる。

更に、本実施例では、ポール８を移動し、別の測定点に設置した場合の前記プリズム７の視準については、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂの回転だけでよく、前記測量機１の回転は必要ない。従って、瞬時に他の測定点への視準が可能である。

又、本実施例では、測距光軸を水平、鉛直の２方向に高速で偏向可能であり、任意のパターンで高速で連続したスキャンが可能であり、更にスキャンパターンの変更により、スキャン密度の変更、スキャン中に特定の測定点へ光軸を固定すること等多様な測定が可能である。

前記光軸偏向部３５については種々変更が可能である。

図７は、該光軸偏向部３５の他の実施例を示している。

該他の実施例では、保持部材４１を挾み、プリズム偏向盤３６ａとプリズム偏向盤３６ｂが設けられる構造は同じであるが、他の実施例ではベアリング４５の内輪を保持部材４１に固定し、前記ベアリング４５の外輪をリングギア４６に固定している。

前記保持部材４１はリング状に形成され、孔の内縁がそれぞれ前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂ側に突出し、軸部６１を形成し、該軸部６１は前記ベアリング４５の内輪と嵌合する内輪嵌合部となっている。該内輪嵌合部は、前記内輪と接着され、該内輪に固定されている。

前記リングギア４６の内側面には、円環溝６２が刻設される。該円環溝６２の外縁はリング状の突条６３となっており、該突条６３は前記ベアリング４５の外輪と嵌合する外輪嵌合部となっている。該外輪嵌合部と前記ベアリング４５の外輪とは接着により固定されている。尚、前記円環溝６２は、内径側が深溝となっており、前記ベアリング４５の内輪とは接触しない様になっている。

前記円環溝６２の内縁６４は、内側に更に突出し、該内縁６４には、光学プリズム５０，５１，５２が接着等によって固定されている。

従って、前記リングギア４６は前記保持部材４１に対して自在に回転可能であり、更に、前記偏向モータ３７ａにより駆動タイミングプーリ５７、タイミングベルト５８を介して前記リングギア４６が回転され、前記光学プリズム５０，５１，５２は前記リングギア４６と一体に回転される。

而して、前記プリズム偏向盤３６ａは前記偏向モータ３７ａによって独立して回転され、前記プリズム偏向盤３６ｂは前記偏向モータ３７ｂによって独立して回転される。

他の実施例に於いても、前記プリズム偏向盤３６ａ，３６ｂを個別に回転制御することで、任意のパターンで高速で連続したスキャンが可能であり、更にスキャンパターンの変更により、スキャン密度の変更、スキャン中に特定の測定点へ光軸を固定すること等多様な測定が可能である。

如上の如く、本実施例に於ける前記光軸偏向部３５では、部品点数を少なくでき、安価に製造できる。更に小型、薄型であることから、ハンディタイプの測定機器への応用も可能である。

１測量機
９筐体
１１測距光射出部
１２受光部
１３測距演算部
１４撮像部
１５射出方向検出部
１６モータドライバ
１７姿勢検出部
１９演算制御部
２３測距光
２４反射測距光
２６射出光軸
２７発光素子
３０測距部
３１受光光軸
３３受光素子
３４結像レンズ
３５光軸偏向部
３６ａ，３６ｂプリズム偏向盤
３７ａ，３７ｂ偏向モータ
４０測距光軸
４１保持部材
４２ベアリング嵌合孔
４３ベアリング受け凸部
４５ベアリング
４６リングギア
４７軸部
４８隙間
５０光学プリズム
５１光学プリズム
５２光学プリズム
５６出力軸
５７駆動タイミングプーリ
５８タイミングベルト

Claims

リング状の保持部材と、該保持部材を挾み両側に該保持部材と同心に配設されたリングギアと、前記保持部材の両側に該保持部材と前記リングギアとの間に前記保持部材と同心に配設されたベアリングと、前記リングギアの中央部に該リングギアと一体に設けられた偏向光学部材と、前記リングギアそれぞれに対応して設けられた偏向モータと、該偏向モータの回転力を前記リングギアに伝達する駆動伝達手段とを具備し、前記ベアリングの外輪が前記保持部材、前記リングギアのいずれか一方に形成された外輪嵌合部と嵌合固定され、前記ベアリングの内輪が前記保持部材、前記リングギアのいずれか他方に形成された内輪嵌合部と嵌合固定され、両側の前記リングギアがそれぞれ独立して回転可能に前記保持部材に支持され、前記各偏向モータにより前記リングギアと一体に前記偏向光学部材を独立して回転可能とした偏向装置。
前記リングギアの前記保持部材に対向した面にリング状の溝が形成され、該溝の内縁部が前記保持部材側に突出し、前記内輪嵌合部を形成し、前記保持部材外縁が前記リングギア側に突出し、前記外輪嵌合部を形成した請求項１に記載の偏向装置。
前記リングギアの前記保持部材に対向した面にリング状の溝が形成され、該溝の外縁部が前記保持部材側に突出し、前記外輪嵌合部を形成し、前記保持部材内縁が前記リングギア側に突出し、前記内輪嵌合部を形成した請求項１に記載の偏向装置。
前記偏向光学部材は、複数のプリズムが平行に配列されて構成される請求項１〜請求項３に記載の偏向装置。
前記リングギアがタイミングプーリであり、前記偏向モータの出力軸に駆動タイミングプーリが設けられ、前記リングギアと前記駆動タイミングプーリ間にタイミングベルトが設けられ、前記リングギアは前記タイミングベルトを介し前記偏向モータによって回転される請求項１〜請求項３に記載の偏向装置。
前記外輪嵌合部と前記ベアリングの外輪が接着され、前記内輪嵌合部と前記ベアリングの内輪とが接着された請求項２又は請求項３に記載の偏向装置。
測距光を発する発光素子と、前記測距光を射出する測距光射出部と、反射測距光を受光する受光部と、前記反射測距光を受光し、受光信号を発生する受光素子とを有し、該受光素子からの前記受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、測距光軸上に設けられ、該測距光軸を偏向する光軸偏向部と、前記測距光軸の偏角を検出する射出方向検出部と、前記光軸偏向部の偏向作用及び前記測距部の測距作用を制御する演算制御部とを具備し、前記光軸偏向部は、請求項１〜請求項６のいずれか１つであり、前記演算制御部は、前記射出方向検出部が検出した偏角に基づき前記測定対象物の水平角、鉛直角を測定し、前記測距部からの距離値及び前記水平角、鉛直角から、前記測定対象物の３次元座標を求める様構成した測量機。