JP7033875B2 - Surveying device - Google Patents
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Description
本発明は、測距光を測定対象物に照射し、該測定対象物からの反射光を受光して、測定対象物までの距離を測定する、測量装置に関する。 The present invention relates to a measuring device that irradiates a measurement object with ranging light, receives reflected light from the measurement object, and measures the distance to the measurement object.
近年、一台の装置で、測距光をプリズムに反射させて測定対象物を測距するプリズムモードでの測定機能と、測距光を測定対象物に直接照射して測定対象物を測距するノンプリズムモードでの測定機能とを併せ持ち、測定の目的に応じて測距方式を選択できるようにした測量装置が知られている(特許文献1)。 In recent years, a single device has a measurement function in prism mode that reflects the distance measurement light on a prism to measure the distance to the object to be measured, and the distance measurement light is directly applied to the object to be measured to measure the object. There is known a surveying device that has a measurement function in a non-prism mode and can select a distance measuring method according to the purpose of measurement (Patent Document 1).
このような装置において、ノンプリズムモードの測定では、高出力な測距光を必要とするため、光源から出射する光束をなるべく多く取り込み、光利用効率を高めた光学系を用いている。一方、プリズムモードの測定では、ノンプリズムモードほどの出力の測距光は必要とされないため、減衰フィルタなどにより出射出力が下げられている。 In such a device, since the measurement in the non-prism mode requires high-output ranging light, an optical system is used in which the light flux emitted from the light source is taken in as much as possible to improve the light utilization efficiency. On the other hand, in the measurement in the prism mode, the distance measuring light with the output as in the non-prism mode is not required, so that the output output is lowered by an attenuation filter or the like.
ところが、ノンプリズムモードにあわせて光の利用効率を高めた光学系を用いて、プリズムモードの測定を行うと、照射する測距光の強度中心から僅かにプリズムが外れることに起因する測距値のずれ(以下、「ミスポインティングエラー」という。)が大きくなるという問題があった。 However, when the prism mode is measured using an optical system whose light utilization efficiency is improved in accordance with the non-prism mode, the distance measurement value is caused by the prism being slightly deviated from the center of the intensity of the distance measurement light to be irradiated. There was a problem that the deviation (hereinafter referred to as "mispointing error") became large.
ミスポインティングエラーの原因を、図8を参照して説明する。まず、ノンプリズムモード用ビームBnは、高出力が求められるので、高NA(開口数)のコリメートレンズ13を用いて発光素子12からの周辺光をも高効率で取り込み、ノンプリズム測距用開口絞り14により回折限界光となる大きなビーム径Dに制限されて出射される。このノンプリズムモード用ビームBnの強度は、図中央のグラフに示すような、ビームの中心が高く周辺になるほど低くなる、所謂ガウス分布を示す。
The cause of the mispointing error will be described with reference to FIG. First, since the beam Bn for the non-prism mode is required to have a high output, the peripheral light from the
このノンプリズムモード用ビームBnを用いてプリズムを測距すると、図左のグラフに示すように、ビーム強度と距離値との間には、ビーム強度中心に対して強度が低下するほど距離値の誤差が大きくなるというという相関関係がある。また、プリズムを測定するような遠距離では、プリズムの大きさは、測距光のビームの大きさに対して相対的に小さくなるので、強度中心から反射プリズムがずれると、強度の低い周辺領域で測定することになる。 When the prism is measured using this non-prism mode beam Bn, as shown in the graph on the left side of the figure, the distance value between the beam intensity and the distance value decreases as the intensity decreases with respect to the center of the beam intensity. There is a correlation that the error becomes large. Further, at a long distance such as when measuring a prism, the size of the prism becomes relatively small with respect to the size of the beam of the distance measuring light. Will be measured at.
この結果、ビーム内で、参照光に基づく内部基準信号に対する光源の発光タイミングのずれが起こり、ビーム内のどの部分の光が測定対象物に照射され反射してくるかによって内部基準信号との時間差が変化することで、測定される距離値がビーム内で変化し、ミスポインティングエラーが起こる。 As a result, the emission timing of the light source deviates from the internal reference signal based on the reference light in the beam, and the time difference from the internal reference signal depends on which part of the beam the light is irradiated and reflected on the object to be measured. As a result of the change in, the measured distance value changes within the beam, causing a mispointing error.
これに対し出願人は、プリズムモード測定の際、送光部の測距光路中に開口絞りを挿入し、ビームを部分的に遮蔽してビームの強度中心付近の光のみを使用して、利用されるビーム内の強度を一様とすれば、プリズムモード測定時のミスポインティングエラーを低減できることを見出し、係る発明について特許出願を行った(特願2017-035922参照)。 On the other hand, when measuring the prism mode, the applicant inserts an aperture diaphragm in the distance-finding optical path of the light transmission unit, partially shields the beam, and uses only the light near the center of the intensity of the beam. We have found that mispointing errors during prism mode measurement can be reduced by making the intensity in the beam uniform, and filed a patent application for such an invention (see Japanese Patent Application No. 2017-035922).
具体的には、開口絞りの水平幅及び垂直幅が、0よりも大きく、ノンプリズムモード用ビームの水平方向及び垂直方向それぞれの断面における強度分布の半値全幅の0.5倍以下、または、開口絞りが反射プリズムモード用ビームをノンプリズムモード用ビームの中心強度の84%以上の範囲に制限することでミスポインティングエラーが低減した。 Specifically, the horizontal and vertical widths of the aperture aperture are greater than 0, and are 0.5 times or less of the half-value full width of the intensity distribution in each of the horizontal and vertical cross sections of the non-prism mode beam, or the aperture. The mispointing error was reduced by limiting the beam for the reflected prism mode to a range of 84% or more of the center intensity of the beam for the non-prism mode.
しかしながら、発明者のさらなる検討により、ミスポインティングエラーの低減を目的として送光部の測距光路中に開口絞りを挿入した場合、プリズムモードでの測定において、近距離での誤差が大きくなることがわかった。 However, according to the further study by the inventor, when an aperture diaphragm is inserted in the distance measuring optical path of the light transmitting unit for the purpose of reducing mispointing error, the error at a short distance may become large in the measurement in the prism mode. all right.
近距離での誤差が大きくなる原因を、図9,図10を参照して説明する。図9は、プリズム102からの反射光を受光する受光素子104を、図10は、測距光を発光する発光素子107を模式的に図示したものである。発光素子107から出射された測距光はコリメートレンズ(図示せず)によりコリメートされて平行光になるように制御され、プリズム102に照射される。受光素子104は、通常、図9(a)に示すように、プリズム102からの反射光の光軸(反射光軸)101が、受光素子104の受光面104aの中心になるように設計されている。
The cause of the large error at a short distance will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 schematically shows a
しかし、実際には、プリズム102が遠距離にある場合には、図9(a)に示すように、反射光は反射光軸101が受光面104aの中心になるように照射されるが、プリズム102が近距離にある場合には、図9(b)に示すように、反射光は反射光軸101および軸105,106上を通るように広がり、受光素子104の受光面104aの中心から離れた位置に照射される。
However, in reality, when the
受光素子104は、製造上、受光面104aの全面に亘って均一な感度や応答性を有しているわけではなく、受光面104a上の部位によって感度や応答性が異なる。このため、反射光軸101がずれていた場合、受光面104aの受光位置によって前記受光素子104からの受光信号の応答性が異なる場合がある。受光信号の応答性が異なると、距離を測定する際にその測距誤差として現れる。
The light receiving
開口絞りを配置せず反射光が、中心が高く周辺が低くなる強度分布をもつ面状のビームとして受光面104aに照射されるようにした場合、反射光軸101のずれによってビームが広がっても、強度の高い中心の光が周辺に広がり、全体としては反射光のビーム強度のムラが均一化される。この結果、受光面104aの受光位置による応答性のばらつきは比較的小さくなる。
When the
一方、開口絞りを配置した場合、比較的狭い領域に一定以上の強度を持った状態で照射されるため、反射光軸101のずれによる広がりの影響が大きく、受光面104aの受光位置による応答性のばらつきの影響が顕著に現れる。従って、開口絞りを配置した装置では、近距離で測定した場合の測距誤差が大きくなる。
On the other hand, when the aperture diaphragm is arranged, since the irradiation is performed in a relatively narrow area with a certain intensity or more, the influence of the spread due to the deviation of the reflected
また、発光素子107においても、図10に示す発光面107aの中心位置からの位相109と、中心から離れた位置からの位相108,110とは、均一な発光を有しているわけではない。発光面107a上の位置によって、発光パワーや特性のばらつきがある。
Further, also in the
このため、図9(b)のように、近距離のプリズムを測定し、反射光軸101がずれた場合には、発光信号の位相109が無くなり、受光面104aの受光位置によって前記発光素子107からの発光信号の位相108,110のみとなり距離を測定する際の測距誤差として現れる。
Therefore, as shown in FIG. 9B, when the prism at a short distance is measured and the
このように、近距離のプリズムを測定する場合、開口絞りを配置した装置においては、反射光軸のずれに起因する誤差(以下、プリズムモード測定する場合の近距離において現れる反射光軸のずれに起因する誤差を「近距離誤差」と言う。)が大きくなる。 In this way, when measuring a prism at a short distance, in a device with an aperture aperture, an error due to the deviation of the reflected optical axis (hereinafter, the deviation of the reflected optical axis that appears at a short distance when measuring in prism mode) The error caused by this is called "short-range error").
近距離誤差は、受光素子及び発光素子に高品質の部品、すなわち、応答感度の均一な素子を用いることにより低減できるが、高品質の部品はコストが高い。 Short-range error can be reduced by using high-quality components for the light-receiving element and the light-emitting element, that is, elements having uniform response sensitivity, but high-quality components are expensive.
そこで、発明者は、受光素子のバイアス電圧(感度)および発光素子の発光出力を調整することにより、近距離誤差を低減できることを見出して本発明を提案するものである。 Therefore, the inventor has found that the short-distance error can be reduced by adjusting the bias voltage (sensitivity) of the light receiving element and the light emitting output of the light emitting element, and proposes the present invention.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コストを抑えた簡便な方法で、ミスポインティングエラーを低減しつつ、近距離誤差を低減することができる測量装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a surveying apparatus capable of reducing short-distance errors while reducing mispointing errors by a simple method that suppresses costs. The purpose.
上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る測量装置は、測距光を発光する発光部と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光部と、前記測距光のビーム強度がビーム内で一様になるようにビームの形状を制限する開口絞りを備え、前記測距光を前記測定対象物に経由させて前記受光部に導くための測距光学系と、前記受光部の受光感度をバイアス電圧(V)の調整により電気的に調整する受光感度調整部と、前記反射測距光の受光信号に基いて距離を演算する演算制御部とを備え、プリズムモード測定およびノンプリズムモード測定を選択して測距可能な測量装置であって、プリズムモード測定を選択した場合に、前記開口絞りは、測距光路内に配置され、前記受光感度調整部は、測定誤差が所定値以下となるように、前記バイアス電圧(V)を減ずることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the measuring device according to one aspect of the present invention includes a light emitting unit that emits distance measuring light, a light receiving unit that receives reflected distance measuring light from a measurement object, and the distance measuring light. A range-finding optical system that has an aperture throttle that limits the shape of the beam so that the beam intensity of the beam is uniform within the beam, and guides the range-finding light through the measurement object to the light-receiving part. A prism mode is provided with a light receiving sensitivity adjusting unit that electrically adjusts the light receiving sensitivity of the light receiving unit by adjusting a bias voltage (V), and an arithmetic control unit that calculates a distance based on the light receiving signal of the reflected distance measurement light. It is a measuring device capable of measuring a distance by selecting measurement and non-prism mode measurement, and when prism mode measurement is selected, the aperture throttle is arranged in a distance measuring optical path, and the light receiving sensitivity adjusting unit measures. It is characterized in that the bias voltage (V) is reduced so that the error becomes equal to or less than a predetermined value.
また、本発明の別の態様に係る測量装置は、測距光を発光する発光部と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光部と、前記測距光のビーム強度がビーム内で一様になるようにビームの形状を制限する開口絞りを備え、前記測距光を前記測定対象物に経由させて前記受光部に導くための測距光学系と前記発光部の発光出力を調整する発光調整部と、前記反射測距光の受光信号に基いて距離を演算する演算制御部とを備え、プリズムモード測定およびノンプリズムモード測定を選択して測距可能な測量装置であって、プリズムモード測定を選択した場合に、前記開口絞りは、測距光路内に配置され、前記発光調整部は、測定誤差が所定値以下となるように前記発光部の発光出力を減ずることを特徴とする。 Further, in the measuring device according to another aspect of the present invention, the light emitting unit that emits the distance measuring light, the light receiving unit that receives the reflected distance measuring light from the measurement object, and the beam intensity of the distance measuring light are within the beam. It is equipped with an aperture throttle that limits the shape of the beam so that it becomes uniform, and the distance measuring optical system for guiding the distance measuring light through the measuring object to the light receiving part and the light emitting output of the light emitting part. It is a measuring device that has a light emission adjusting unit for adjustment and an arithmetic control unit that calculates a distance based on the received signal of the reflected distance measuring light, and can select distance measurement by selecting prism mode measurement or non-prism mode measurement. When prism mode measurement is selected, the aperture throttle is arranged in the distance measuring light path, and the light emitting adjusting unit reduces the light emitting output of the light emitting unit so that the measurement error becomes a predetermined value or less. And.
また、本発明のさらに別の態様に測距光を発光する発光部と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光部と、前記測距光のビーム強度がビーム内で一様になるようにビームの形状を制限する開口絞りを備え、前記測距光を前記測定対象物に経由させて前記受光部に導くための測距光学系と、前記受光部の受光感度をバイアス電圧(V)の調整により電気的に調整する受光感度調整部と、前記発光部の発光出力を調整する発光調整部と、前記反射測距光の受光信号に基いて距離を演算する演算制御部とを備え、プリズムモード測定およびノンプリズムモード測定を選択して測距可能な測量装置であって、プリズムモード測定を選択した場合に、前記開口絞りは、測距光路内に配置され、前記受光感度調整部は、測定誤差が所定値以下となるように、前記バイアス電圧(V)を減じ、前記発光調整部は、測定誤差が所定値以下となるように前記発光部の発光出力を減ずることを特徴とする。 Further, in still another aspect of the present invention, the light emitting unit that emits the distance measuring light, the light receiving unit that receives the reflected distance measuring light from the measurement object, and the beam intensity of the distance measuring light are uniformly in the beam. It is provided with an aperture throttle that limits the shape of the beam so that the distance measuring optical system for guiding the distance measuring light through the measuring object to the light receiving portion, and a bias voltage (bias voltage) for the light receiving sensitivity of the light receiving portion. A light receiving sensitivity adjusting unit that electrically adjusts by adjusting V), a light emitting adjusting unit that adjusts the light emitting output of the light emitting unit, and an arithmetic control unit that calculates a distance based on the light receiving signal of the reflected distance measurement light. It is a measuring device capable of measuring a distance by selecting prism mode measurement and non-prism mode measurement, and when prism mode measurement is selected, the aperture throttle is arranged in a distance measuring optical path and the light receiving sensitivity is adjusted. The unit is characterized in that the bias voltage (V) is reduced so that the measurement error is equal to or less than a predetermined value, and the light emission adjusting unit reduces the light emission output of the light emitting unit so that the measurement error is equal to or less than a predetermined value. And.
上記態様において、前記受光感度調整部が、前記バイアス電力(V)をブレイクダウン電圧(RV)に対して、91%RV>V≧85%RVの範囲に減ずることも好ましい。 In the above embodiment, it is also preferable that the light receiving sensitivity adjusting unit reduces the bias power (V) to the range of 91% RV> V ≧ 85% RV with respect to the breakdown voltage (RV).
また、上記態様において、前記発光調整部が、前記発光出力(LD)を、4.5mW>LD≧1.5mWの範囲に減ずることも好ましい。 Further, in the above embodiment, it is also preferable that the light emission adjusting unit reduces the light emission output (LD) to the range of 4.5 mW> LD ≧ 1.5 mW.
また、前記開口絞りの開口部の水平幅および垂直幅が、0よりも大きく、ノンプリズムモード用ビームの水平方向および垂直方向それぞれの断面における前記強度分布の半値全幅の0.5倍以下であることも好ましい。 Further, the horizontal width and the vertical width of the opening of the aperture diaphragm are larger than 0 and 0.5 times or less of the half-value full width of the intensity distribution in each of the horizontal and vertical cross sections of the beam for non-prism mode. It is also preferable.
また、前記開口絞りが、プリズムモード用ビームを、ノンプリズムモード用ビームの中心強度の84%以上の範囲に制限することも好ましい。 It is also preferable that the aperture stop limits the prism mode beam to a range of 84% or more of the center intensity of the non-prism mode beam.
上記態様によれば、高コストの部品を用いずに、ミスポインティングエラーを低減しつつ、近距離誤差を低減することができる測量装置を提供することができる。 According to the above aspect, it is possible to provide a surveying device capable of reducing short-distance error while reducing mispointing error without using high-cost parts.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る測量装置1の光学系を示す図であり、図2は、同実施の形態の動作を説明するブロック図である。測量装置1は、トータルステーションであり、発光部10、測距光学系20、参照光学系30、受光部40、接眼光学系(望遠鏡)50および図2に示す演算制御部60を備える。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an optical system of a
発光部10は、発光光軸11を有し、発光光軸11上に、光軸が合致するように、発光素子12、コリメートレンズ13、ノンプリズムモード用開口絞り14およびシャッタ部15が配置されている。発光素子12は、例えば、690nmの可視光を測距光として射出する、レーザ発光素子である。コリメートレンズ13は、発光素子12からの光をコリメートし、平行光にしてシャッタ部15へと導くレンズである。
The
ノンプリズムモード用開口絞り14は、黒色板に矩形や円形の開口を有する絞りであり、測距光のビーム径を、ノンプリズム測距に適応するように制限している。シャッタ部15は、固定されたビームスプリッタ16と、アクチュエータ28(図2)により矢印Xで示すように可動する遮蔽板17とを備え、遮蔽板17により、測距光学系20を通過する測距光路OP20および参照光学系30を通過する参照光路OP30のいずれか一方を遮蔽することで光路を切り替える。
The
発光素子12には、図2に示すように、発光調整部としての発光調整部18が接続されている。発光調整部18は、例えばデジタルポテンショメータである。発光調整部18は発光素子12の発光、すなわち発光部10の発光を制御している。
As shown in FIG. 2, the
測距光学系20は、発光光軸11の延長と合致する測距光軸21を有し、測距光軸21上にプリズムモード用開口絞り(以下、単に「開口絞り」という。)22、減光部材23、第1の偏向ミラー24が配置され、第1の偏向ミラー24の反射光軸25上に第2の偏向ミラー26が合致するように配置されている。
The distance measuring
開口絞り22は、例えば、長方形の開口を有する黒色の板である。図3は、長方形の開口絞り22の正面図である。図4(a),(b)は、発光部10および開口絞り22周辺の光束を示す図であり、図4(a)は平面図であり、図4(b)は側面図である。開口絞り22の開口部22Aは、水平幅Ahおよび垂直幅Avを有する長方形である。
The
図4(a)に示すように、ノンプリズムモード用ビームBnは、その水平断面において、中心が高く周辺が低くなる強度分布を示すが、開口部22Aの水平幅Ahは、0よりも大きく、ノンプリズムモード用ビームBnの水平断面における強度分布の半値全幅FWHMhの0.5倍以下となるように設定されている。
As shown in FIG. 4A, the non-prism mode beam Bn shows an intensity distribution in which the center is high and the periphery is low in its horizontal cross section, but the horizontal width Ah of the
また、図4(b)に示すように、ノンプリズムモード用ビームBnは、その垂直断面において、中心が高く周辺が低くなる強度分布を示すが、開口部22Aの垂直幅Avは、0よりも大きく、ノンプリズムモード用ビームBnの垂直断面における強度分布の半値全幅FWHMvの0.5倍以下となるように設定されている。
Further, as shown in FIG. 4B, the non-prism mode beam Bn shows an intensity distribution in which the center is high and the periphery is low in its vertical cross section, but the vertical width Av of the
この開口部22Aによって、プリズムモード用ビームBpは、図4(a),図4(b)に示す通り、開口部22Aの大きさ(水平幅Ah,垂直幅Av)に制限されることになる。このように構成することにより、コリメートレンズ13の開口数(NA)が制限され、測距光の強度分布をほぼ一様にする作用をもたらす。この結果、光源の測距光ビーム内の光線の発光タイミングのずれが小さくなり、ミスポインティングエラーを低減することができる。
By this
また、図5に示すように、開口部22Aの水平幅Ahを、ノンプリズムモード用ビームBnの水平断面における強度分布の半値全幅FWHMhの0.5倍に設定すると、プリズムモード用ビームBpの水平幅Whはノンプリズムモード用ビームBnの水平断面における強度分布の半値全幅FWHMhの0.5倍となるが、この時、ピーク強度Bnmaxの84%以上の強度の光のみがプリズムモード用ビームBpとして出射されることになる。このことは、ビームの垂直方向についても同様である。
Further, as shown in FIG. 5, when the horizontal width Ah of the
したがって、開口部22Aの水平幅Ahおよび垂直幅Avを、水平方向および垂直方向それぞれのノンプリズム測距ビームBnmaxのピーク強度の84%以上になるように設定すれば、コリメートレンズ13の開口数を制限することになり、測距光の強度分布をほぼ一様にする作用をもたらす。したがって、測距ビーム内光線の発光タイミングのズレが小さくなり、ミスポインティングエラーが低減される。
Therefore, if the horizontal width Ah and the vertical width Av of the
なお、開口絞り22は、上記のような、板に開口を設けた構成に限られず、測距光のビーム径を開口部22Aの大きさに制限して、ビーム強度の分布をビーム内で一様にして、プリズムモード測定に適合したものとする、任意の形式の絞りを用いることができる。例えば、素子により、光の透過性を変化させることにより、光を部分的に遮蔽してビームの形状を制限するようなものでもよい。また、開口部の形状は、上記の例に限らず、楕円形、円形、正方形、多角形等任意の形状に設計することができる。
The
図1に戻って、減光部材23は、所謂ND(中性濃度)フィルタであり、測距光の光量を、プリズムモード測定に適した光量に減衰する。開口絞り22および減光部材23は、共に、図2に示すアクチュエータ28に接続され、ノンプリズム測距を行う場合には測距光路OP20から待避し、反射プリズム測距を行う場合には測距光路OP20に挿入されるようになっている。第1の偏向ミラー24および第2の偏向ミラー26は、光を反射するものであればよく、光を全反射するミラーやダイクロイックミラーを用いることができる。
Returning to FIG. 1, the dimming
参照光学系30は、発光部10と後述する受光部40との間に設けられ、ビームスプリッタ16の分岐光の光軸と合致する参照光軸31を有し、参照光軸31上に集光レンズ32および光ファイバ33の一端33aが設けられている。光ファイバ33の他端33bは、受光部40の近傍に配置され、出射光の光軸上に受光素子45が配置されるようになっており、伝達された参照光を、集光レンズ34を介して受光素子45に照射する。
The reference
受光部40は、測距光が、測定対象物により反射された反射光の光軸と合致する受光光軸41を有する。受光光軸41上には、対物レンズ42及びダイクロイックプリズム43が配置され、ダイクロイックプリズム43の反射光軸44上に、受光素子45が配置されている。
The
受光素子45としては、例えばアバランシェホトダイオード(APD)などが用いられるが、これに限定されない。
As the
受光素子45には、受光感度調整部としてのバイアス設定部46が電気的に接続されている。バイアス設定部46は、例えば受光素子がAPDの場合には逆電圧回路であり、受光素子45が所要の受光感度となるように、バイアス電圧を印加する。
A
受光素子45は、印加されるバイアス電圧に対応して、出力する受光信号が変化し、バイアス電圧が増大することで受光信号の強度が増大する。すなわち、バイアス電圧の増大に伴い、受光部40の感度が高くなるようになっている。一方、前記受光部40から出力される受光信号に含まれるノイズは、受光素子45に印加するバイアス電圧が、ブレイクダウン電圧(RV)に近づくにつれて急激に増大する性質を持っている。なお、本明細書において、ブレイクダウン電圧(RV)とは、受光素子45が飽和状態になる電圧を言う。
The
前述の通り、受光素子45はバイアス電圧によって感度や応答性が変化する。受光素子の受光面45aは、所定の面積、すなわち有限の面積を有し、受光面の微小部分について考慮すると、受光面の全域に亘って同一の受光感度や応答性を有していない。
As described above, the sensitivity and responsiveness of the
接眼光学系50は、受光光軸41の延長と合致する接眼光軸51を有し、接眼光軸51上に、合焦レンズ52、正立プリズム53、視準板54、接眼レンズ55が配置されている、所謂望遠鏡である。合焦レンズ52は、接眼光軸51上を前後に移動可能に取り付けられて焦点を調整する。正立プリズム53は、例えばポロプリズム等の、正立像に変換するプリズムである。視準板54は、十字等の視準線(レチクル)を設けた透明な板である。ユーザは、接眼レンズ55により、目視により視準することができる。
The eyepiece
演算制御部60は、CPU61および記憶部62を備える。演算制御部60は、発光調整部18を制御し、発光調整部18を介して発光素子12の発光出力を制御する。演算制御部60は、信号処理部71を介して受け取った受光部40が受光した反射測距光と内部参照光との受光信号に基いて測定対象物までの距離を測定する。
The
また、演算制御部60は、バイアス設定部46に制御信号を発し、バイアス設定部46から受光素子45に印加するバイアス電圧を制御し、受光素子45の感度を設定あるいは調整する。また、演算制御部60は、操作部73から入力されて操作にもとづいて、測量装置の測定モードを設定する。また、演算制御部60は、測定結果を出力し、表示部72に表示する。
Further, the
以下、図2を参照して、測量装置1の動作について説明する。測量装置1は、ノンプリズムモード測定とプリズムモード測定との2種類の測定が可能である。ノンプリズムモード測定では、測定対象物80は、任意の測定点であるが、プリズムモード測定では、測定対象物80はプリズムである。
Hereinafter, the operation of the
ノンプリズムモード測定
ノンプリズムモード測定について説明する。まず、操作部73より、測定モードをノンプリズムモード測定と設定する。
Non-prism mode measurement Non-prism mode measurement will be described. First, the
ノンプリズムモード測定が選択されると、演算制御部60は、バイアス設定部46に対して、受光素子45に測定最大バイアス電圧を印加するよう指令する。ここで、測定最大バイアス電圧とは、測定に使用されるバイアス電圧の最大値を意味する。測定最大バイアス電圧は、例えば、ブレイクダウン電圧(RV)の91%の電圧である。
When the non-prism mode measurement is selected, the
また、演算制御部60は、開口絞り22が、測距光路OP20に配置されている場合には、アクチュエータ28を駆動して、開口絞り22を測距光路OP20から退避させる。
Further, when the
次に、演算制御部60からの指令により発光調整部18が駆動され、発光調整部18の駆動により、発光素子12から光が出射され、コリメートレンズ13でコリメートされ、シャッタ部15へと導かれる。この時、発光調整部の出力(発光出力(LD))は、例えば、4.5mWである。
Next, the light
演算制御部60は、シャッタ部15を制御して、測距光路OP20と内部測距光路OP30を択一的に切替える。測距光路OP20が選択されている場合、シャッタ部15を通過した光は、測距光として、測距光路OP20に導かれ、破線で示す測定対象物80に照射され、測定対象物80で反射された後、受光素子45へと導かれる。
The
一方、参照光路OP30が選択されている場合は、シャッタ部15で分岐された光が、参照光として集光レンズ32により集光され、光ファイバ33の一端33aに入射して、光ファイバ33の他端33bから出射されて、集光レンズ34で集光され、受光素子45へと導かれる。
On the other hand, when the reference optical path OP 30 is selected, the light branched by the
受光素子45は測距光と参照光を択一的に入射する。参照光は、図示しない光量調整手段により、光量調整される。
The
受光部40は、演算制御部60に接続されており、測距光および参照光の受光信号に基づいて測定対象物80までの距離が演算される。演算によって得られた結果は、表示部72に表示される。参照光は、発光素子12の温度変化等による測距値の変動を補正するために利用される。
The
プリズムモード測定
次に、プリズムモード測定について説明する。操作部73よりプリズムモード測定が選択されると、演算制御部60は、バイアス設定部46に対して、受光素子45にバイアス電圧を印加するよう指令する。ここで、バイアス電圧(V)は、測距距離に関わらず一定であるが、測定最大バイアス電圧よりも減じられており、かつブレイクダウン電圧(RV)に対して91%RV>V≧85%RVの関係を満たすことが好ましい。バイアス電圧の値は、求められる感度に応じてこの範囲で適宜設定することができる。
Prism mode measurement Next, prism mode measurement will be described. When the prism mode measurement is selected from the
また、演算制御部60は、アクチュエータ28を駆動して、開口絞り22を測距光路OP20に挿入する。
Further, the
次に、演算制御部60からの指令により発光調整部18が駆動され、発光調整部18の駆動により、発光素子12から光が出射され、コリメートレンズ13でコリメートされ、シャッタ部15へと導かれる。この時、発光調整部の出力(発光出力(LD))は、ノンプリズムモード測定での発光出力よりも減じられており、4.5mW>LD≧1.5mWであると好ましい。
Next, the light
発光素子12から出射された光は、ノンプリズムモード測定と同様の経路を経て測定対象物80であるプリズムに反射され、同様に受光素子45へと導かれる。
The light emitted from the
(実施例1~3,比較例1)
図6は、実施の形態に係る測量装置1を用いて、プリズムモード測定を行った場合の測距誤差を示すグラフである。測量装置1は、発光素子に、レーザダイオードを用い、受光素子45にAPDを用いたものを用い、開口絞り22として水平幅2.0mm,垂直幅0.3mmのものを用いた。これは、ノンプリズムモード測定用ビームの強度分布の水平方向、垂直方向それぞれの半値全幅の0.5倍以下に対応する値である。
(Examples 1 to 3, Comparative Example 1)
FIG. 6 is a graph showing a distance measurement error when prism mode measurement is performed using the
図6(a)、図6(b)、図6(c)、図6(d)は、それぞれ比較例1,実施例1,実施例2,実施例3の結果を示す。各例の測定条件は、表1に示す通りである。図6の各図において、横軸は、プリズムまでの距離(m)を示し、縦軸は、基線との誤差(mm)を示す。また、横軸と平行な、縦軸中央の破線が、基線からの誤差が0mmであることを示し、その上下に引かれた、横軸と平行な2本の破線は、測量装置1の当該装置において所定の測定精度(規格値)に対して許容される誤差(以下、「要求誤差」という。)(mm)を示す。なお、この装置では、ミスポインティングエラーが低減されていることは既に確認されている。
6 (a), 6 (b), 6 (c), and 6 (d) show the results of Comparative Example 1, Example 1, Example 2, and Example 3, respectively. The measurement conditions of each example are as shown in Table 1. In each figure of FIG. 6, the horizontal axis indicates the distance (m) to the prism, and the vertical axis indicates the error (mm) from the baseline. Further, the broken line in the center of the vertical axis, which is parallel to the horizontal axis, indicates that the error from the baseline is 0 mm, and the two broken lines parallel to the horizontal axis, drawn above and below the baseline, are the relevant ones of the
図6(a)を参照すると、ノンプリズムモード測定時と同じ発光出力(LD)および同じバイアス電圧(V)の条件で測定した比較例では、全体として値がばらついており、0m~20mでは誤差が大きくなり、特に、1m~4mの近距離では、誤差が要求誤差を逸脱する大きさとなっていることがわかる。これは、前述した通り、プリズムが近距離にあることによる光軸のずれおよび開口絞りを挿入したことにより、近距離誤差が顕著に現れることを示している。 With reference to FIG. 6A, in the comparative example measured under the same emission output (LD) and same bias voltage (V) conditions as in the non-prism mode measurement, the values vary as a whole, and an error occurs from 0 m to 20 m. It can be seen that the error deviates from the required error, especially at a short distance of 1 m to 4 m. This indicates that, as described above, the short-distance error appears remarkably due to the deviation of the optical axis due to the prism being at a short distance and the insertion of the aperture stop.
図6(b)を参照すると、バイアス電圧(V)をブレイクダウン電圧(RV)の87%に下げることにより、比較例1と比較して、全体的に、特に2m~20mの距離で、誤差が減少していることがわかる。実施例1の条件では、測距誤差は、測量装置1の要求誤差の範囲に収まるようになっている。
Referring to FIG. 6 (b), by lowering the bias voltage (V) to 87% of the breakdown voltage (RV), there is an overall error, especially at a distance of 2 m to 20 m, as compared to Comparative Example 1. Can be seen to be decreasing. Under the conditions of the first embodiment, the distance measuring error is within the range of the required error of the
このように、プリズムモード測定時に、バイアス設定部46がバイアス電圧(V)を減ずることで近距離誤差を低減することができる。
In this way, the short-distance error can be reduced by reducing the bias voltage (V) by the
図6(c)を参照すると、発光素子12の発光出力(LD)を、4.5mWから2.6mWに下げることにより、比較例1と比較して、全体的に、特に1.3m~14mの距離で、誤差が低減し、発光出力(LD)を下げることが、近距離の誤差の低減に効果があることがわかる。実施例2の条件では、測量装置1の要求誤差の範囲に収まるようになっている。
Referring to FIG. 6 (c), by lowering the light emitting output (LD) of the
このように、プリズムモード測定時に、発光調整部が発光出力(LD)を減ずることで、近距離誤差を低減することができる。 In this way, when the prism mode measurement is performed, the light emission adjusting unit reduces the light emission output (LD), so that the short-distance error can be reduced.
図6(d)を参照すると、バイアス電圧(V)をブレイクダウン電圧(RV)の87%に下げ、発光出力(LD)を2.6mWに下げることにより、比較例1と比較して、全体的に、特に1.3m~20mの距離で、誤差が大幅に低減し、距離による誤差のばらつきが低減したことがわかる。 Referring to FIG. 6 (d), the bias voltage (V) is lowered to 87% of the breakdown voltage (RV), and the emission output (LD) is lowered to 2.6 mW. In particular, it can be seen that the error is significantly reduced at a distance of 1.3 m to 20 m, and the variation in the error due to the distance is reduced.
このように、プリズムモード測定時に、バイアス設定部がバイアス電圧(V)を減ずるとともに発光調整部が発光出力(LD)を減ずると、それぞれの効果が相乗的に作用して、近距離誤差を劇的に低減することができる。 In this way, when the bias setting unit reduces the bias voltage (V) and the light emission adjustment unit reduces the light emission output (LD) during prism mode measurement, the respective effects act synergistically to reduce the short-distance error. Can be reduced.
発明者は、バイアス電圧(V)および発光出力(LD)を種々変更して測定を行ったところ、バイアス電圧(V)が、ブレイクダウン電圧(RV)に対して91%RV>V≧85%RVの関係を満たし、発光出力(LD)が4.5mW>LD≧1.5mWとなる範囲で、近距離誤差が有意に低減し、測距誤差が測量装置1の要求誤差の範囲に抑えられることがわかった。
The inventor made measurements by changing the bias voltage (V) and the emission output (LD) in various ways, and found that the bias voltage (V) was 91% RV> V ≧ 85% with respect to the breakdown voltage (RV). In the range where the RV relationship is satisfied and the emission output (LD) is 4.5 mW> LD ≧ 1.5 mW, the short-range error is significantly reduced and the range-finding error is suppressed within the range of the required error of the measuring
バイアス電圧(V)をブレイクダウン電圧(RV)の85%未満に下げた場合にも、この傾向は変わらず、測距誤差を要求誤差の範囲に抑えることができる。しかし、バイアス電圧(V)を下げると、受光素子45の感度が低下し、測定できる距離が短くなるおそれがある。
Even when the bias voltage (V) is lowered to less than 85% of the breakdown voltage (RV), this tendency does not change, and the ranging error can be suppressed to the range of the required error. However, if the bias voltage (V) is lowered, the sensitivity of the
一方、発光出力(LD)を1.5mW未満に下げた場合にも、この傾向は変わらず、測距誤差を要求誤差の範囲に抑えることができる。しかし、発光出力(LD)を下げると光量が低下し、測定できる距離が短くなるおそれがある。 On the other hand, even when the light emission output (LD) is lowered to less than 1.5 mW, this tendency does not change, and the distance measurement error can be suppressed to the range of the required error. However, if the light emission output (LD) is lowered, the amount of light is reduced and the measurable distance may be shortened.
(実施例4)
また、別の実施例として、実施例1~3の実施の形態に係る測量装置1と同じ構成の別の機械を用い、開口絞り22として水平幅5.4mm,垂直幅0.3mmのものを用いてプリズムモード測定を行った。これは、ノンプリズムモード測定用ビームの強度分布の水平方向、垂直方向それぞれの半値全幅の0.5倍以下に対応する値である。結果を図7に示す。
(Example 4)
Further, as another embodiment, another machine having the same configuration as the
各例の測定条件は、表2に示す通りである。 The measurement conditions of each example are as shown in Table 2.
図7からわかる通り、開口絞り22の幅が異なる場合にも、実施例1と同様に、バイアス電圧を減じることで近距離誤差が低減した。また、図示しないが、発光出力(LD)を減じた場合にも、実施例2、実施例3と同様の結果を得た。
As can be seen from FIG. 7, even when the widths of the
以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態および実施例は本発明の一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments and examples are examples of the present invention, and these can be combined based on the knowledge of those skilled in the art, and such embodiments are possible. Is also included in the scope of the present invention.
1 測量装置
10 発光部
18 発光調整部
22 開口絞り
30 測距光学系
40 受光部
45 受光素子
46 バイアス設定部(受光感度調整部)
Ah 開口絞りの水平幅
Av 開口絞りの垂直幅
1 Surveying
Ah Horizontal width of aperture stop Av Vertical width of aperture stop
Claims (1)
測定対象物からの反射測距光を受光する受光部と、
前記測距光のノンプリズム測距用ビームの中心強度の84%以上の範囲となるようにビームの形状を制限する、または、開口部の水平幅および垂直幅が、0よりも大きく、前記ノンプリズム測距用ビームの水平方向および垂直方向それぞれの断面における前記強度分布の半値全幅の0.5倍以下である、開口絞りを備え、前記測距光を前記測定対象物に経由させて前記受光部に導くための測距光学系と
前記受光部の受光感度をバイアス電圧(V)の調整により電気的に調整する受光感度調整部と、
前記発光部の発光出力を調整する発光調整部と、
前記反射測距光の受光信号に基いて距離を演算する演算制御部とを備え
プリズムモード測定およびノンプリズムモード測定を選択して測距可能な測量装置であって、
プリズムモード測定を選択した場合に、
前記開口絞りは、測距光路内に配置され、
前記受光感度調整部は、前記バイアス電力(V)をブレイクダウン電圧(RV)に対して、91%RV>V≧85%RVの範囲に調整し、前記発光調整部は、前記発光出力(LD)を、4.5mW>LD≧1.5mWの範囲に調整して、測定距離値の誤差が所定の測定精度に対して許容される値以下となるようにすることを特徴とする測量装置。 A light emitting part that emits range-finding light with an intensity distribution in which the center is high and the periphery is low,
A light receiving part that receives reflected distance measurement light from the object to be measured,
The shape of the beam is limited so as to be in the range of 84% or more of the center intensity of the non-prism distance measuring beam of the distance measuring light, or the horizontal width and the vertical width of the opening are larger than 0 and the non. It is equipped with an aperture aperture that is 0.5 times or less of the half-value full width of the intensity distribution in each of the horizontal and vertical cross sections of the prism distance measuring beam, and the distance measuring light is passed through the measurement object to receive the light. A range-finding optical system for guiding to the unit, a light-receiving sensitivity adjustment unit that electrically adjusts the light-receiving sensitivity of the light-receiving unit by adjusting the bias voltage (V), and a light-receiving sensitivity adjustment unit.
A light emitting adjustment unit that adjusts the light emitting output of the light emitting unit,
It is a surveying device that is equipped with an arithmetic control unit that calculates a distance based on the received signal of the reflected distance measuring light and can measure a distance by selecting prism mode measurement and non-prism mode measurement.
If prism mode measurement is selected
The aperture diaphragm is arranged in the distance measuring optical path, and the aperture diaphragm is arranged in the distance measuring optical path.
The light receiving sensitivity adjusting unit adjusts the bias power (V) in the range of 91% RV> V ≧ 85% RV with respect to the breakdown voltage (RV), and the light emitting adjusting unit adjusts the light emitting output (LD). ) Is adjusted in the range of 4.5 mW> LD ≧ 1.5 mW so that the error of the measured distance value is equal to or less than the allowable value for a predetermined measurement accuracy.
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