JP7360298B2

JP7360298B2 - 測量装置

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Inventors: 太一湯浅
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Description

本発明は、測定対象物の３次元座標を取得可能な測量装置に関するものである。

レーザスキャナやトータルステーション等の測量装置は、測定対象物として反射プリズムを用いたプリズム測距、反射プリズムを用いないノンプリズム測距により測定対象物迄の距離を検出する光波距離測定装置を有している。

光波距離測定装置の受光部はレンズを含む光学系を有し、入射光がレンズの屈折作用によって受光面上に結像される様になっている。該光学系の対物レンズは焦点距離ｆを有し、この焦点距離ｆは光波距離測定装置が求められる性能によって決定される。例えば、鉛直測定をする場合、受光光量を確保する為、レンズの口径は大きくなり、レンズの大径化に伴い焦点距離も長くなる。

この為、光波距離測定装置の受光部は、光学系を収納可能な大きさと、焦点距離ｆを確保可能な光軸方向の長さを必要とする。従って、光学系の大きさ、焦点距離の制約により、受光部の小型化が困難となっていた。

特開２０１８－１７９５８８号公報

本発明は、光学系を小型化し、装置全体の小型化を図る測量装置を提供するものである。

本発明は、測距光源から発せられる測距光を射出光軸上へ射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、受光部へと導く受光光学系と、水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、該托架部に設けられ鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記投光光学系からの前記測距光を前記測定対象物に照射すると共に、該測定対象物からの反射測距光を前記受光光学系へと入射させる走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記反射測距光の受光結果と前記水平角検出部の検出結果と前記鉛直角検出部の検出結果に基づき前記測定対象物の３次元座標を演算する演算制御部とを具備し、前記受光光学系は軸外し放物面又は軸外し自由曲面の反射面を有する反射鏡を有し、該反射鏡により前記反射測距光を受光部へと集光させつつ導く様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、所定の板厚を有する多層膜光学素子が前記射出光軸上に設けられ、前記多層膜光学素子は前記測距光源から近接した位置にある第１の入射面と、前記測距光源から離れた位置にある第２の入射面を有し、該第２の入射面の前記測距光の入射部分に前記測距光の一部を反射し残部を透過するビームスプリッタ膜が形成され、該ビームスプリッタ膜を除く部分には反射防止膜が形成され、前記測距光は前記ビームスプリッタ膜により反射され、前記反射測距光は前記ビームスプリッタ膜と前記反射防止膜とを透過する様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、参照光受光部と、前記測距光源からの光の一部を内部参照光として分離し、前記参照光受光部へと導く内部参照光光学系を更に具備し、該内部参照光光学系は、前記射出光軸上に設けられたビームスプリッタにより前記内部参照光を分離し、前記演算制御部は、前記反射測距光の受光タイミングと前記内部参照光の受光タイミングとの時間差に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、参照光受光部と、前記測距光源からの光の一部を内部参照光として分離し、前記参照光受光部へと導く内部参照光光学系を更に具備し、該内部参照光光学系は、前記ビームスプリッタ膜により前記内部参照光を分離し、前記演算制御部は、前記反射測距光の受光タイミングと前記内部参照光の受光タイミングとの時間差に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、追尾光源から発せられる追尾光を前記測距光と同軸に偏向する追尾投光光学系と、前記測定対象物からの反射追尾光を受光し、撮像素子へと導く追尾受光光学系とを更に具備し、前記演算制御部は、前記反射追尾光の前記撮像素子上での受光位置に基づき、前記測定対象物を追尾する様前記托架部と前記走査鏡とを制御する様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記第１の入射面には赤外光又は近赤外光を反射し可視光を透過するロングパスフィルタが設けられ、前記測距光は赤外光又は近赤外光であり、前記追尾光は可視光であり、前記測距光と前記追尾光の共通光軸上に前記第２の入射面が位置する様前記多層膜光学素子が配置された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記追尾投光光学系は、前記追尾光の広がり角を調整可能な広がり角調整部を有し、該広がり角調整部により、所定の広がり角を有する追尾光と平行光束であるレーザポインタ光とが切替え可能となる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記走査鏡で反射された外光が前記追尾受光光学系を介して前記撮像素子に入射し、該撮像素子に入射した外光に基づき測距光の光軸を中心とした画像を取得する様構成された測量装置に係るものである。

更に又本発明は、前記走査鏡と一体に回転する窓ガラスを更に具備し、該窓ガラスは前記測距光の光軸に対して傾斜している測量装置に係るものである。

本発明によれば、測距光源から発せられる測距光を射出光軸上へ射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、受光部へと導く受光光学系と、水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、該托架部に設けられ鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記投光光学系からの前記測距光を前記測定対象物に照射すると共に、該測定対象物からの反射測距光を前記受光光学系へと入射させる走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記反射測距光の受光結果と前記水平角検出部の検出結果と前記鉛直角検出部の検出結果に基づき前記測定対象物の３次元座標を演算する演算制御部とを具備し、前記受光光学系は軸外し放物面又は軸外し自由曲面の反射面を有する反射鏡を有し、該反射鏡により前記反射測距光を受光部へと集光させつつ導く様構成されたので、前記受光光学系の光軸方向の長さを短くすることができ、光学系の小型化及び装置全体の小型化を図ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る測量装置を示す正断面図である。本発明の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。前記距離測定部の多層膜光学素子の第２の入射面を示す側面図である。（Ａ）（Ｂ）は、測距光射出部と内部参照光受光部の変形例を示す構成図である。測距光射出部と内部参照光受光部の変形例を示す構成図である。

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、本発明の実施例に係る測量装置について説明する。

測量装置１は、例えばレーザスキャナであり、三脚（図示せず）に取付けられる整準部２と、該整準部２に取付けられた測量装置本体３とから構成される。尚、測定はノンプリズム測定が行われる。

前記整準部２は整準ネジ１０を有し、該整準ネジ１０により前記測量装置本体３の整準を行う。

該測量装置本体３は、固定部４と、托架部５と、水平回転軸６と、水平回転軸受７と、水平回転駆動部としての水平回転モータ８と、水平角検出部としての水平角エンコーダ９と、鉛直回転軸１１と、鉛直回転軸受１２と、鉛直回転駆動部としての鉛直回転モータ１３と、鉛直角検出部としての鉛直角エンコーダ１４と、鉛直回転部である走査鏡１５と、操作部と表示部とを兼用する操作パネル１６と、演算制御部１７と、記憶部１８と、距離測定部１９等を具備している。尚、前記演算制御部１７としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵが用いられる。

前記水平回転軸受７は前記固定部４に固定される。前記水平回転軸６は鉛直な軸心６ａを有し、前記水平回転軸６は前記水平回転軸受７に回転自在に支持される。又、前記托架部５は前記水平回転軸６に支持され、前記托架部５は水平方向に前記水平回転軸６と一体に回転する様になっている。

前記水平回転軸受７と前記托架部５との間には前記水平回転モータ８が設けられ、該水平回転モータ８は前記演算制御部１７により制御される。該演算制御部１７は、前記水平回転モータ８により、前記托架部５を前記軸心６ａを中心に回転させる。

前記托架部５の前記固定部４に対する相対回転角は、前記水平角エンコーダ９によって検出される。該水平角エンコーダ９からの検出信号は前記演算制御部１７に入力され、該演算制御部１７により水平角データが演算される。該演算制御部１７は、前記水平角データに基づき、前記水平回転モータ８に対するフィードバック制御を行う。

又、前記托架部５には、水平な軸心１１ａを有する前記鉛直回転軸１１が設けられている。該鉛直回転軸１１は、前記鉛直回転軸受１２を介して回転自在となっている。尚、前記軸心６ａと前記軸心１１ａの交点が、測距光の射出位置であり、前記測量装置本体３の座標系の原点となっている。

前記托架部５には、凹部２１が形成されている。前記鉛直回転軸１１は、一端部が前記凹部２１内に延出し、前記一端部に前記走査鏡１５が固着され、該走査鏡１５は前記凹部２１に収納されている。

又、前記鉛直回転軸１１の他端部には、前記鉛直角エンコーダ１４が設けられている。前記鉛直回転軸１１に前記鉛直回転モータ１３が設けられ、該鉛直回転モータ１３は前記演算制御部１７に制御される。該演算制御部１７は、前記鉛直回転モータ１３により前記鉛直回転軸１１を回転させ、前記走査鏡１５は前記軸心１１ａを中心に回転される。

前記走査鏡１５の回転角は、前記鉛直角エンコーダ１４によって検出され、検出信号は前記演算制御部１７に入力される。該演算制御部１７は、検出信号に基づき前記走査鏡１５の鉛直角データを演算し、該鉛直角データに基づき前記鉛直回転モータ１３に対するフィードバック制御を行う。

又、前記演算制御部１７で演算された水平角データ、鉛直角データや測定結果、測定点間隔（後述）、測定角度間隔（後述）は、前記記憶部１８に保存される。該記憶部１８としては、磁気記憶装置としてのＨＤＤ、光記憶装置としてのＣＤ、ＤＶＤ、半導体記憶装置としてのＲＡＭ、ＲＯＭ、ＤＲＡＭ、メモリカード、ＵＳＢメモリ等種々の記憶手段が用いられる。該記憶部１８は、前記托架部５に対して着脱可能であってもよく、或は図示しない通信手段を介して外部記憶装置や外部データ処理装置にデータを送出可能としてもよい。

前記記憶部１８には、測距作動を制御するシーケンスプログラム、測距作動により距離を演算する演算プログラム、水平角データ及び鉛直角データに基づき角度を演算する演算プログラム、距離と角度に基づき所望の測定点の３次元座標を演算する演算プログラム、測定対象物を追尾する為の追尾プログラム、測定点の間隔や測定角度の間隔を設定する為の設定プログラム、測距光や追尾光（後述）の広がり角を調整する為の広がり角調整プログラム等の各種プログラムが格納される。又、前記演算制御部１７により各種プログラムが実行されることで、各種処理が実行される。

前記操作パネル１６は、例えばタッチパネルであり、測距の指示や測定条件、例えば測定点間隔や測定角度間隔の変更等を行う操作部と、測距結果等を表示する表示部とを兼用している。

次に、図２を参照して前記距離測定部１９について説明する。

該距離測定部１９は、主に測距光射出部２２、測距光受光部２３、内部参照光受光部２４、追尾光射出部２５、追尾光受光部２６を有している。

前記測距光射出部２２は、射出光軸２７を有し、該射出光軸２７上に測距光源である発光素子２８、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２７上に第１平行平面板２９、投光レンズ３１、第１ビームスプリッタ３２、偏向光学部材としての多層膜光学素子３３が設けられている。尚、前記第１平行平面板２９、前記投光レンズ３１、前記第１ビームスプリッタ３２、前記多層膜光学素子３３は投光光学系を構成する。

前記発光素子２８は、赤外又は近赤外波長のレーザ光線をパルス発光し、或はレーザ光線をバースト発光する。

前記第１平行平面板２９は、例えば所定の厚みを有する板状のガラスであり、図示しない駆動機構により前記射出光軸２７に対して挿脱可能となっている。前記第１平行平面板２９を前記射出光軸２７上に挿入した際には、測距光の広がり角が大きくなり、前記第１平行平面板２９を前記射出光軸２７上から抜脱した際には、測距光の広がり角が小さくなる様に構成されている。従って、ノンプリズム測距を行なう際には、前記第１平行平面板２９を前記射出光軸２７上から抜脱し、ビーム径の小さい測距光が用いられる。又、プリズム測距を行なう際には、前記第１平行平面板２９を前記射出光軸２７上に挿入し、ビーム径の大きい測距光が用いられる。

前記第１ビームスプリッタ３２は、１％程度の光を反射し、９９％程度の光を透過する光学特性を有している。前記第１ビームスプリッタ３２は、前記発光素子２８から発せられたレーザ光線の一部を内部参照光として内部参照光軸３４（後述）上へと偏向し、前記光の残りの大部分を測距光として透過させる。

前記多層膜光学素子３３は、例えば所定の板厚を有する板状のガラスであり、前記射出光軸２７に対して例えば４５°傾斜している。前記多層膜光学素子３３の厚みは、例えば４０φの時１５ｍｍ程度となる。又、前記多層膜光学素子３３の前記発光素子２８に近接した位置にある一方の面（第１の入射面）は、赤外光又は近赤外光を透過し可視光を反射するロングパスフィルタ膜が設けられたロングパスフィルタ面３５となっている。

前記多層膜光学素子３３の前記発光素子２８から離れた位置にある他方の面（第２の入射面）は、ビームスプリッタ膜５３が設けられたビームスプリッタ面３６となっている。図３に示される様に、前記ビームスプリッタ膜５３は、前記ビームスプリッタ面３６のうち、測距光が入射する部分にのみ形成されている。即ち、前記ビームスプリッタ面３６に、前記測距光の光束と略同等の楕円状の前記ビームスプリッタ膜５３が形成され、該ビームスプリッタ膜５３を除く部分には反射防止膜５４が形成される。前記ビームスプリッタ膜５３は、８０％程度の光を反射し、２０％程度の光を透過する光学特性を有している。更に、前記多層膜光学素子３３は、角部が面取りされた面取り部３７が形成されている。

又、前記測距光受光部２３は、受光光軸３８を有し、該受光光軸３８上に前記多層膜光学素子３３と反射鏡３９が設けられている。又、該反射鏡３９の反射光軸３８′上には受光部４１、例えば受光ファイバが設けられている。該受光部４１は受光した光を受光素子へと導く。尚、前記受光部４１の受光位置に受光素子を設けてもよい。又、前記多層膜光学素子３３、前記反射鏡３９は受光光学系を構成する。

前記反射鏡３９は、軸外し放物面の反射面を有する軸外し放物面鏡であり、反射測距光を集光しつつ、前記受光光軸３８を３０°～６０°程度、例えば４５°の軸外し量で偏向する様になっている。

前記内部参照光受光部２４は、前記内部参照光軸３４を有し、該内部参照光軸３４上に参照光受光部４２、例えば受光ファイバが設けられている。又、前記内部参照光軸３４上に、受光レンズ４３及び前記第１ビームスプリッタ３２が設けられている。尚、該第１ビームスプリッタ３２、前記受光レンズ４３は内部参照光光学系を構成する。

前記追尾光射出部２５は追尾射出光軸４４を有し、該追尾射出光軸４４上に追尾光源である追尾発光素子４５、例えば可視光を発光するレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、前記追尾射出光軸４４上には、第２平行平面板４６、投光レンズ４７、第２ビームスプリッタ４８が設けられ、更に該第２ビームスプリッタ４８の反射光軸上に前記多層膜光学素子３３が設けられている。尚、前記第２平行平面板４６、前記投光レンズ４７、前記第２ビームスプリッタ４８、前記多層膜光学素子３３は追尾投光光学系を構成する。

前記第２平行平面板４６は、例えば所定の厚みを有する板状のガラスであり、図示しない駆動機構により前記追尾射出光軸４４に対して挿脱可能となっている。前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上に挿入した際には、前記追尾発光素子４５から発せられた光が所定の広がり角を有する追尾光となる様広がり角が調整される。又前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上から抜脱した際には、前記追尾発光素子４５から発せられた光は、広がり角を有さない平行光束のレーザポインタ光として射出される。

又、前記第２ビームスプリッタ４８は、５０％程度の光を透過し、５０％程度の光を反射する光学特性を有している。又、前記第２ビームスプリッタ４８を透過した追尾光（レーザポインタ光）は、前記多層膜光学素子３３の前記ロングパスフィルタ面３５により測距光と同軸に（前記射出光軸２７上に）偏向する。即ち、前記ロングパスフィルタ面３５は、測距光と追尾光の共通光路上に位置する。

前記追尾光受光部２６は、追尾受光光軸４９を有し、該追尾受光光軸４９上に前記多層膜光学素子３３、前記第２ビームスプリッタ４８、複数のレンズからなる受光レンズ群５１、撮像素子５２が設けられている。

該撮像素子５２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、前記撮像素子５２の中心を原点とした画素座標を有し、該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。

前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上に挿入した状態では、前記追尾光射出部２５と前記追尾光受光部２６は追尾部を構成する。前記撮像素子５２上での反射追尾光の受光位置と、該撮像素子５２の中心との位置偏差に基づき、前記演算制御部１７が前記水平回転モータ８、前記鉛直回転モータ１３を駆動することで、測定対象物の追尾が行える様になっている。

又、前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上から抜脱した状態では、前記追尾光射出部２５はレーザポインタ照射部を構成し、前記追尾光受光部２６は撮像部を構成する。前記追尾発光素子４５から射出された追尾光（レーザポインタ光）は、前記ロングパスフィルタ面３５により測距光と同軸に偏向される。従って、レーザポインタ光により測距光の照射位置を確認することができる。又、前記走査鏡１５を介して入射した外光が前記撮像素子５２に受光されることで、測距光と同軸の画像（測距光の光軸を中心とした画像）を取得することができる。

次に、前記距離測定部１９を有する測量装置１により測定及び追尾を行う場合について説明する。尚、本実施例に於いては、再帰反射性を有するプリズムを測定対象物とするプリズム測定となっている。又、前記第１平行平面板２９は前記射出光軸２７上に挿入され、前記第２平行平面板４６は前記追尾射出光軸４４上に挿入されている。

前記発光素子２８は、赤外又は近赤外のレーザ光線をパルス発光又はバースト発光する。該レーザ光線は、前記第１平行平面板２９を透過する過程で所定の広がり角となる様拡径された後、前記投光レンズ３１で平行光束とされ、前記第１ビームスプリッタ３２に入射する。

該第１ビームスプリッタ３２に入射したレーザ光線のうち、一部は内部参照光として前記内部参照光軸３４上に反射され、前記受光レンズ４３を介して前記参照光受光部４２に受光される。

又、前記第１ビームスプリッタ３２に入射したレーザ光線の残部は、測距光として前記多層膜光学素子３３に入射する。測距光は、前記ロングパスフィルタ面３５を透過する際に偏向され、前記ビームスプリッタ面３６の前記ビームスプリッタ膜５３で反射される。該ビームスプリッタ膜５３で反射された測距光の光軸（前記射出光軸２７）は、前記ロングパスフィルタ面３５から射出される際に前記軸心１１ａと合致する様偏向され、前記走査鏡１５に入射する。該走査鏡１５が前記軸心１１ａを中心に回転することで、前記走査鏡１５で直角に反射された測距光は、前記軸心１１ａと直交し、且つ前記軸心６ａを含む平面内で回転（走査）される。

測定対象物で反射された測距光（以下反射測距光）は、前記走査鏡１５に入射し、該走査鏡１５で反射され直角に偏向される。該走査鏡１５で偏向された反射測距光は、前記ロングパスフィルタ面３５、前記ビームスプリッタ面３６を順次透過し、前記反射鏡３９で反射されると共に偏向され、更に集光され、前記受光部４１で受光される。

ここで、測距光は所定の広がり角を有しており、反射測距光も所定の広がり角を有している。従って、近距離測定をする場合には反射測距光の光束径が小さくなり、遠距離測定する場合には反射測距光の光束径が大きくなる。

この為、遠距離を測定する場合には、前記ビームスプリッタ膜５３に入射する反射測距光の割合は僅かであり、前記反射防止膜５４を透過した反射測距光のみで充分な光量を確保できる。一方で近距離を測定する場合には、前記ビームスプリッタ膜５３に入射する反射測距光の割合が増加するので、前記反射防止膜５４を透過した反射測距光のみでは充分な光量を確保できない。本実施例では、前記ビームスプリッタ膜５３に入射した反射測距光の一部が前記ビームスプリッタ膜５３を透過するので、近距離測定の場合でも充分な光量を確保できる。

尚、前記走査鏡１５に反射された測距光の光軸上には、前記走査鏡１５と一体に回転する窓ガラス５５が設けられている。該窓ガラス５５は、測距光の光軸に対して所定角度傾斜しており、前記窓ガラス５５で反射した測距光（迷光）が前記受光部４１へと入射するのを防止している。

前記距離測定部１９は、前記発光素子２８の発光タイミングと、前記受光部４１の受光タイミングの時間差（即ち、パルス光の往復時間）と光速に基づき、測距光の１パルス毎に測距を実行する（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）。前記発光素子２８は、発光のタイミング、即ちパルス間隔が変更可能となっている。

又、前記距離測定部１９は前記内部参照光受光部２４を有している。従って、前記参照光受光部４２が受光した内部参照光の受光タイミングと、前記受光部４１が受光した反射測距光の受光タイミングの時間差と光速に基づき測距を行うことで、より高精度な測距が可能となる。

前記托架部５と前記走査鏡１５とがそれぞれ定速で回転し、該走査鏡１５の鉛直方向の回転と、前記托架部５の水平方向の回転との協働により、測距光が２次元に走査される。又、パルス光毎の測距により測距データ（斜距離）が得られ、各パルス光毎に前記鉛直角エンコーダ１４、前記水平角エンコーダ９により鉛直角、水平角を検出することで、鉛直角データ、水平角データが取得できる。鉛直角データ、水平角データ、測距データとにより、測定対象物に対応する３次元の点群データが取得できる。

又、上記した測距作動と並行して、前記追尾発光素子４５から追尾光が射出される。追尾光は、前記第２平行平面板４６、前記投光レンズ４７を透過する過程で僅かに拡散され、前記第２ビームスプリッタ４８で反射された後に前記多層膜光学素子３３に入射する。該多層膜光学素子３３の前記ロングパスフィルタ面３５で反射された追尾光は、前記走査鏡１５で直角に反射され、拡散しながら測定対象物に照射される。

測定対象物で反射された反射追尾光は、前記走査鏡１５、前記ロングパスフィルタ面３５で順次反射され、前記第２ビームスプリッタ４８、前記受光レンズ群５１を順次透過し、前記撮像素子５２に入射する。前記演算制御部１７は、前記撮像素子５２の中心と反射追尾光の入射位置との偏差を演算し、該偏差に基づき、反射追尾光の入射位置が前記撮像素子５２の中心となる様前記水平回転モータ８と前記鉛直回転モータ１３の駆動を制御する。これにより、前記測量装置本体３が測定対象物を追尾する。

又、前記第２平行平面板４６を前記追尾射出光軸４４上から抜脱した際には、追尾光をレーザポインタ光として測定点に照射させ、前記追尾光受光部２６により測定点を中心とした画像を取得できる。

上述の様に本実施例では、受光光学系に設けられた反射鏡として、３０°～６０°程度の軸外し量を有する軸外し放物面鏡を用いている。この為、前記受光光軸３８を直角を超えて鋭角で反射させることができるので、前記受光部４１を前記多層膜光学素子３３と前記反射鏡３９との間に配置させることができる。

従って、前記距離測定部１９（受光光学系）の光軸方向の長さを短くすることができるので、前記距離測定部１９の光学系の小型化が図れると共に、測量装置全体の小型化を図ることができる。

又、前記走査鏡１５と一体に回転される前記窓ガラス５５は、測距光の光軸に対して傾斜しているので、該窓ガラス５５で反射した測距光が前記受光部４１に受光されることによる測定誤差を防止することができ、測定精度を向上させることができる。

又、前記第１平行平面板２９の挿脱により、測距光の広がり角を調整することができるので、ビーム径の小さい測距光を用いたノンプリズム測距、ビーム径の大きい測距光を用いたプリズム測距を使い分けることができる。

又、前記第２平行平面板４６の挿脱により、前記追尾光射出部２５と前記追尾光受光部２６がレーザポインタ照射部と撮像部を兼用する構成となっているので、レーザポインタ照射部や撮像部を別途設ける必要がなく、部品点数の削減及び製作コストの低減を図ることができる。

又、再帰反射性を有するプリズム等を自動追尾可能となるので、１人作業にて追尾及び測定が可能となり、作業性を向上させることができる。

又、前記撮像素子５２は、前記走査鏡１５を介して外光を受光できるので、前記托架部５で遮られる下方を除き、全周の画像を取得することができる。

又、前記多層膜光学素子３３の前記ビームスプリッタ面３６に於いて、測距光が入射する箇所を前記ビームスプリッタ膜５３としているので、反射測距光が前記ビームスプリッタ膜５３を透過することができ、近距離測定時の受光量を確保することができる。

尚、本実施例では、板状のガラスである前記第１平行平面板２９、前記第２平行平面板４６の挿脱によりプリズム測距とノンプリズム測距の切替え、追尾光とレーザポインタ光の切替えを行っている。一方で、前記第１平行平面板２９、前記第２平行平面板４６に代えて液体レンズを用いてもよい。該液体レンズの焦点距離を変化させることで、該液体レンズを挿脱することなくプリズム測距とノンプリズム測距の切替え、追尾光とレーザポインタ光の切替えを行うことができる。前記第１平行平面板２９、前記第２平行平面板４６、液体レンズは広がり角調整部として総称される。

又、前記追尾光射出部２５と前記追尾光受光部２６とを入替えてもよい。即ち、前記第２ビームスプリッタ４８の反射光軸上に前記追尾光受光部２６を設け、前記第２ビームスプリッタ４８の透過光軸上に前記追尾光射出部２５を設けてもよい。

又、本実施例では、前記追尾光射出部２５がレーザポインタ照射部を兼用しているが、前記追尾光射出部２５に対してレーザポインタ照射部を別途設けてもよい。この場合、前記撮像素子５２に不可視光を受光可能なフィルタを設けることで、追尾光を不可視光とすることができる。又、前記第２平行平面板４６は省略することができる。

更に、本実施例では、前記反射鏡３９として軸外し放物面鏡を用いているが、軸外し自由曲面の反射面を有する軸外し自由曲面鏡を用いてもよい。

尚、前記測距光射出部２２と前記内部参照光受光部２４は、本実施例の構成に限られるものではない。例えば、図４（Ａ）に示される様に、前記第１ビームスプリッタ３２の反射光軸上にミラー５６を設け、該ミラー５６の反射光軸上に前記受光レンズ４３及び前記参照光受光部４２を設けてもよい。或は、図４（Ｂ）に示される様に、前記第１ビームスプリッタ３２を１％程度の光を透過し、９９％程度の光を反射する光学特性とし、前記第１ビームスプリッタ３２の透過光軸上に前記受光レンズ４３及び前記参照光受光部４２を設けてもよい。

更に、前記測距光射出部２２と前記測距光受光部２３は、図５に示される変形例の様に構成してもよい。

図５の変形例では、前記多層膜光学素子３３の前記ビームスプリッタ膜５３の透過光軸上に前記受光レンズ４３及び前記参照光受光部４２が設けられている。即ち、前記ビームスプリッタ膜５３に前記第１ビームスプリッタ３２の機能を兼用させている。

従って、該第１ビームスプリッタ３２を省略することができ、部品点数を削減できるので、装置構成の簡略化及び製作コストの低減を図ることができる。

１測量装置
３測量装置本体
８水平回転モータ
９水平角エンコーダ
１３鉛直回転モータ
１４鉛直角エンコーダ
１５走査鏡
１７演算制御部
１９距離測定部
２２測距光射出部
２３測距光受光部
２４内部参照光受光部
２５追尾光射出部
２６追尾光受光部
２８発光素子
２９第１平行平面板
３２第１ビームスプリッタ
３３多層膜光学素子
３５ロングパスフィルタ面
３６ビームスプリッタ面
３９反射鏡
４１受光部
４２参照光受光部
４５追尾発光素子
４６第２平行平面板
５２撮像素子
５３ビームスプリッタ膜

Claims

測距光源から発せられる測距光を射出光軸上へ射出する投光光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光し、受光部へと導く受光光学系と、水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、該托架部に設けられ鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記投光光学系からの前記測距光を前記測定対象物に照射すると共に、該測定対象物からの反射測距光を前記受光光学系へと入射させる走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記反射測距光の受光結果と前記水平角検出部の検出結果と前記鉛直角検出部の検出結果に基づき前記測定対象物の３次元座標を演算する演算制御部と、前記射出光軸上に設けられた所定の板厚を有する多層膜光学素子とを具備し、前記受光光学系は軸外し放物面又は軸外し自由曲面の反射面を有する反射鏡を有し、該反射鏡により前記反射測距光を受光部へと集光させつつ導く様構成され、
前記多層膜光学素子は前記測距光源から近接した位置にある第１の入射面と、前記測距光源から離れた位置にある第２の入射面を有し、該第２の入射面の前記測距光の入射部分に前記測距光の一部を反射し残部を透過するビームスプリッタ膜が形成され、該ビームスプリッタ膜を除く部分には反射防止膜が形成され、前記測距光は前記ビームスプリッタ膜により反射され、前記反射測距光は前記ビームスプリッタ膜と前記反射防止膜とを透過する様構成された測量装置。
参照光受光部と、前記測距光源からの光の一部を内部参照光として分離し、前記参照光受光部へと導く内部参照光光学系を更に具備し、該内部参照光光学系は、前記射出光軸上に設けられたビームスプリッタにより前記内部参照光を分離し、前記演算制御部は、前記反射測距光の受光タイミングと前記内部参照光の受光タイミングとの時間差に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する様構成された請求項１に記載の測量装置。
参照光受光部と、前記測距光源からの光の一部を内部参照光として分離し、前記参照光受光部へと導く内部参照光光学系を更に具備し、該内部参照光光学系は、前記ビームスプリッタ膜により前記内部参照光を分離し、前記演算制御部は、前記反射測距光の受光タイミングと前記内部参照光の受光タイミングとの時間差に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する様構成された請求項１に記載の測量装置。
追尾光源から発せられる追尾光を前記測距光と同軸に偏向する追尾投光光学系と、前記測定対象物からの反射追尾光を受光し、撮像素子へと導く追尾受光光学系とを更に具備し、前記演算制御部は、前記反射追尾光の前記撮像素子上での受光位置に基づき、前記測定対象物を追尾する様前記托架部と前記走査鏡とを制御する様構成された請求項１～請求項３のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
前記第１の入射面には赤外光又は近赤外光を反射し可視光を透過するロングパスフィルタが設けられ、前記測距光は赤外光又は近赤外光であり、前記追尾光は可視光であり、前記測距光と前記追尾光の共通光軸上に前記第２の入射面が位置する様前記多層膜光学素子が配置された請求項４に記載の測量装置。
前記追尾投光光学系は、前記追尾光の広がり角を調整可能な広がり角調整部を有し、該広がり角調整部により、所定の広がり角を有する追尾光と平行光束であるレーザポインタ光とが切替え可能となる様構成された請求項５に記載の測量装置。
前記走査鏡で反射された外光が前記追尾受光光学系を介して前記撮像素子に入射し、該撮像素子に入射した外光に基づき測距光の光軸を中心とした画像を取得する様構成された請求項４～請求項６のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
前記走査鏡と一体に回転する窓ガラスを更に具備し、該窓ガラスは前記測距光の光軸に対して傾斜している請求項１～請求項７のうちのいずれか１項に記載の測量装置。