JPH08166453A

JPH08166453A - 自動視準光波距離計

Info

Publication number: JPH08166453A
Application number: JP33200394A
Authority: JP
Inventors: Yoshiisa Narutaki; 能功鳴瀧
Original assignee: Opt KK
Current assignee: Opt KK
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】目標物を追尾しながら目標物までの距離を測
定する。【構成】対物レンズ１１を通して目標物１３を追尾し
ながら距離を測定する光が所定の広がりで放射される発
光素子１４と、目標物１３で反射した反射光を別の対物
レンズ１２で集光した後に２分割して第１及び第２焦平
面に各々合焦させるビームスプリッタ１５と、第１焦平
面に配置される方向センサ１６と、第２焦平面に配置さ
れる受光素子１７と、方向センサ１６からの２組の差動
信号に基づいて目標物１３を追尾するようにＹ軸及びＸ
軸パルスモータ３及び４を制御する制御回路１８を備え
る。ビームスプリッタ１５を通過した光は、一部が通過
して第１焦平面によって合焦させられ、残りが例えば９
０度反射した後第２焦平面に合焦させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上下左右に移動し得る
目標物を自動的に追尾しながら目標物までの距離を順次
測定する自動視準光波距離計に関する。

【０００２】

【従来の技術】変調光の位相差で目標物までの距離を測
定する光波距離計は、米国特許第３，６１９，０５８
号、特開昭４７−３２８５２号、特開昭５５−１１９０
８２号、特開昭５７−３０６３号、特開昭６０−２１１
３８０〜２１１３８２号及び特願平２−３０５５７１号
に提案されている。これらの光波距離計は、内部に所定
長の校正光路を形成して、この校正値で目標物までの外
部測定値を校正している。また、光パルスを用いて距離
を測定するタイムドパルス測定方法は特開昭５０−９９
３６１号（小松製作所）、特開昭５２−４５９５７号
（三菱電機）及び特開昭５５−４８６８３号に示すよう
に公知である。

【０００３】しかし、目標物は、視野の中央に十字のマ
ーク或はＸＹ目盛を持つ視準望遠鏡を覗いて使用者が特
定しなければならない。従って、移動中の目標物までの
距離を順次測定することが困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は、
特開昭６３−７３１７８号において、陸上局としての光
波距離計が海洋に浮かぶ船台局即ち目標物を自動的に追
尾し、船台局も陸上局を自動的に追尾する双方向型の自
動視準光波距離計装置を提案している。この装置は、陸
上局及び船台局に略同じ構成の追尾装置を設けなければ
ならなず、従ってコストが上昇する。また、追尾用に用
いられる２つの変調光の周波数も異ならせなければなら
ない。

【０００５】この自動視準光波距離計装置は、光波測距
部分の光学系と自動視準部分の光学系とが別々に構成さ
れている。従って、通常ガラス製の重たい大口径対物レ
ンズを少なくとも３個用いなければならず、本体が相当
重くなり、小型化も困難である。この本体は、目標物の
追尾のために上下左右に首を振り、従って重量の増加が
駆動モータの馬力の増加又は追尾の応答速度の減少に繋
がる。従って、この型の自動視準光波距離計装置は、受
光感度を高めれば高める程、より大口径対物レンズが必
要となり、大型化して持ち運びが次第に不便になる。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑み、自動追尾及び
測距用の光学系を兼用した自動視準光波距離計を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による自動視準光
波距離計は、距離測定用に目標物に投射され、この目標
物で反射した反射光を集光する対物レンズと、この対物
レンズを通過した光を２分割して、第１及び第２焦平面
に各々合焦させるビームスプリッタと、前記第１焦平面
に配置されて、前記対物レンズの受光軸及び前記反射光
の入射角間のズレを検出する方向センサと、前記第２焦
平面に配置される距離測定用受光素子とを本体内に備え
ている。

【０００８】前記本体は、上下左右に振れるように基台
に支持され、この基台には、前記本体を左右に振るＹ軸
モータと、前記本体を上下に振るＸ軸モータと、前記目
標物を追尾するように前記方向センサの信号に基づいて
前記Ｙ軸及びＸ軸モータを制御する制御手段とが取付ら
れる。

【０００９】前記方向センサは、中心が前記対物レンズ
の受光軸に位置合わせされると共に受光面が同受光軸と
直交する平面上に配置され、素子を４分割する２つの直
交線が４５度及び１３５度に配置される４分割受光素子
である。

【００１０】または、方向センサが正方形の受光面の中
心が前記対物レンズの受光軸に位置合わせされると共
に、同受光面が同受光軸と直交する平面上に配置される
半導体位置検出素子である。

【００１１】前記発光手段の前側には光線を僅かに反射
するガラス板が配置されて前記受光素子への校正光路を
形成し、前記制御手段は、前記発光素子にパルス光を発
光させて、前記受光素子によって前記校正光路を経て受
光したパルス光と前記目標物を反射したパルス光との間
の時間を測定する測定手段を備える。この測定手段は、
前記校正光路を経て受光したパルス光で充電が開始さ
れ、前記目標物を反射したパルス光で前記充電が終了し
て、前記時間を電荷量に変換する積分回路を備え、或は
前記校正光路を経て受光したパルス光でカウントイネー
ブルとなり、前記目標物を反射したパルス光で前記カウ
ントが終了する超高速カウンタを備える。

【００１２】また、前記発光手段の前側には光線を僅か
に反射するガラス板が配置されて前記受光素子への校正
光路を形成し、前記制御手段は前記発光素子に出力した
変調光と、前記外部測定路を経由して前記受光素子で受
信した変調光との位相差から前記目標物までの距離を求
め、この距離を前記校正光路による距離分で校正し、前
記外部距離がｎ回測定される毎に１回校正測定を実施
し、前記ｎ回の外部距離測定値が加算平均される。但
し、ｎは正の整数である。この受光素子の前側には、前
記外部測定路と前記校正光路を所定の比率で切換えるＣ
字状のスロット及び孔を有する回転円盤が配置され、或
は前記外部測定路と前記校正光路を各々横切る液晶板が
配置されている。

【００１３】また、別の実施態様において、目標物まで
の光パルスの往復時間を計測することにより距離を計測
する自動追尾光波距離計は、投射した光パルス信号が前
記目標物により戻ってきた光パルス信号を集光するレン
ズの受光軸上に光を２分割するビームスプリッタを配置
して、一方を距離測定用の信号に用い、他方を位置検出
用の信号に用いることを特徴とする。

【００１４】

【実施例】以下に本発明による自動視準光波距離計の実
施例を図面を参照して説明する。

【００１５】図１は、本発明による自動視準光波距離計
の実施例を一部断面した概略正面図である。この図にお
いて、自動視準光波距離計の基台１には、本体２がＹ及
びＸ軸モータ３及び４によって上下左右に振れるように
支持されている。

【００１６】即ち、基台１は、上面を水平に保つ高さ調
整機構（図示略）が例えば３隅近傍に設けられている。
この基台１の上面には、内周面に歯車の内歯が形成され
た円盤５が軸支されている。この内歯がＹ軸パルスモー
タ３の直立出力軸に固定された歯車６と噛合するよう
に、Ｙ軸パルスモータ３が基台１内に取付られる。

【００１７】また、Ｙ軸パルスモータ３に印加された正
極性のパルス数が例えば１００の場合には、基台１に対
して円盤５が例えば１度時計方向（右）に回動し、負極
性のパルス数が１００の場合に基台に対して円盤５が１
度反時計方向（左）に回動するように予め設定されてい
る。従って、パルスモータ３に印加されるパルス数及び
極性によって、円盤５が対応の角度分左右に振ることが
できる。

【００１８】通常、基台１と円盤５との間には、円盤５
が３６０度以上回転しないようにストッパ及び２つのリ
ミットスイッチが設けられる。しかしながら、何周も回
る目標物１３を追尾するためには、ストッパ及びリミッ
トスイッチの代りに回転の開始点を設定する磁石等の水
平インデックスが用いられ、この磁石の通過をホール素
子で検出している。この場合、基台１の上面と円盤５の
下面との間には、本体２の制御回路に電力を供給し、Ｙ
軸パルスモータ３へのパルスを供給し、種々の信号を授
受させる少なくとも４組の同心円状のスリップリングが
取付られる。

【００１９】更に、円盤５の対角線上の外周辺には、２
つの直立アーム７が取付或は一体形成されている。これ
ら直立アーム７は、本体２が上下に揺れるように本体２
の側面から突出した水平軸８を軸支している。一方の直
立アーム７には、本体２を上下に振ると共に本体２の仰
角を設定する減速機構付きのＸ軸パルスモータ４が取付
られる。従って、減速機構の出力軸が水平軸８を兼用し
ている。

【００２０】この場合もＹ軸パルスモータと同様に、Ｘ
軸パルスモータ４に印加された正極性のパルス数が１０
０の場合には、本体２が例えば１度上方に回動し、負極
性のパルス数が１００の場合に本体２が１度下方に回動
するように予め設定されている。従って、パルスモータ
４に印加されるパルス数及び極性によって、本体２が対
応の角度分上下に振ることができる。

【００２１】通常、直立アーム７と本体２との間には、
本体２が１８０度以上回転しないようにストッパが設け
られる。また、本体２の前側に取付られた対物レンズ１
１及び１２の光軸が水平になった（Ｚ軸と一致した）時
の中間点を設定する磁石等の垂直インデックスが用いら
れ、この磁石の通過をホール素子で検出している。

【００２２】また、本体２内には、図２に示すように、
対物レンズ１１を通して目標物１３を追尾しながら距離
を測定する光が所定の広がりで放射される発光素子１４
と、目標物１３で反射した反射光を別の対物レンズ１２
で集光した後に２分割して第１及び第２焦平面に各々合
焦させるビームスプリッタ１５と、第１焦平面に配置さ
れる方向センサ１６と、第２焦平面に配置される受光素
子１７と、方向センサ１６からの２組の差動信号に基づ
いて目標物１３を追尾するようにＹ軸及びＸ軸パルスモ
ータ３及び４を制御する制御回路１８とが内蔵される。

【００２３】従って、ビームスプリッタ１５を通過した
光は、一部が通過して第１焦平面によって合焦させら
れ、残りが例えば９０度反射した後第２焦平面に合焦さ
せられる。また、方向センサ１６が対物レンズ１２の受
光軸及び反射光の入射角間のズレを検出する。

【００２４】この目標物１３には、光軸２０に対して所
定の入射角（例えば４５度）の範囲内の入射光線の方向
と同じ方向に反射光線を反射させるプリズム反射鏡（コ
ーナキューブ）、球面反射鏡又はガラスビーズが用いら
れる。この反射鏡は、例えば移動中の物体又は車両に光
軸２０が水平になるように取付られる。この場合、物体
が４５度傾いても入射光線の方向と同じ方向に反射光線
を反射させることができる。

【００２５】垂直方向の指向性は、水平面を基準にして
±４５度で略十分であるが、水平方向の指向性が無指向
性即ち３６０度必要である場合がある。この場合、各光
軸２０が共通の水平面に含まれて、互いに９０度づつず
れた４個のプリズム反射鏡が用いられる。

【００２６】発光素子１４は、例えばパルス幅が５から
１５ナノ秒、周期が１０ｋＨｚである６４０、７８０、
８５０又は１５５０nm波長のパルスレーザ光を放射する
半導体レーザを備える。また、この発光素子１４は、半
導体レーザに比べ発光度が安定し、半導体レーザ及びＬ
ＥＤの両者の利点を持つ超高輝度のＳＬＤ（スーパール
ミネッセントダイオード）であってもよい。

【００２７】この半導体レーザ１４の前側には、発光軸
２１と位置合わせて対物レンズ１１が配置されている。
この対物レンズ１１は、簡略化のために１枚の凸レンズ
で示されているが、例えば２群３枚構成の組合レンズ又
はズームレンズを用いてもよい。また、対物レンズ１２
は、受光軸が対物レンズ１１の受光軸２１と平行になる
ように配置されている。これら対物レンズ１１及び１２
は、反射防止膜を１層或は多層に塗布或は蒸着してもよ
い。

【００２８】この対物レンズ１１と半導体レーザ１４と
の間の距離は、発光軸２１を中心とする円錐形の照射領
域を例えば０．１〜１度の望遠角範囲内に多段階或は無
段階に調整するように、焦点距離近傍で調整してもよ
い。この場合、計測した距離と連動してズーム比即ち照
射領域を狭くしたり広げたりしてもよい。

【００２９】今、本体２は、レーザ光の発光軸２１が水
平で真っ正面の前方に向き、真っ正面の例えば１キロメ
ートル先に目標物１３があると仮定する。この場合、発
光素子１４のパルス光は、光軸２０と一致する光成分が
目標物１３で反射し、この反射光が対物レンズ１２及び
ビームスプリッタ１５を通過して、図３の（ａ）に示す
ように方向センサ１６の中央に所定の半径を持つ円形の
スポット２３即ち焦点を結ぶ。この場合、発光軸と受光
軸との間の距離は例えば１０センチメートルで無視でき
る。

【００３０】この方向センサ１６は、４分割フォトダイ
オード２４〜２７が集積された例えばＲＣＡ社製のＣ３
０９２Ｅが用いられ、スポット２３が図３の（ａ）に示
すように、上下左右に配置されたフォトダイオード２４
〜２７の各角近傍が均等に露光されるように、対物レン
ズ１２の焦点位置に予め配置されている。

【００３１】従って、上下に配置されたフォトダイオー
ド２４、２５は、本体を上下に振るＸ軸パルスモータ４
用の差動信号を出力し、左右に配置されたフォトダイオ
ード２６、２７は本体を左右に振るＹ軸パルスモータ３
用の差動信号を出力する。この場合、４つのフォトダイ
オード２４〜２７は略同じ光電流を各々出力するが、製
造時または経年変化による出力電流のバラツキが後段の
Ｉ＼Ｖ増幅器の増幅率を調整し、或は後述する校正手段
によって校正される。

【００３２】次に、目標物１３が右に移動して、入射軸
が受光軸から右に０．５度ずれた光成分を受光したとす
る。移動した目標物１３は、右に０．５度ずれた反射光
成分を対物レンズ１２に返し、方向センサ１６には、図
３の（ｂ）に示すように中心が０．５度左にずれたスポ
ット２８が露光される（図では対物レンズ１２側から見
ているので右にずれている）。これによって、左側のフ
ォトダイオード２７の光電流が右側のそれより大きくな
り、その差動信号が本体の向きを０．５度右に振らせる
ように、Ｙ軸パルスモータ３を制御する。

【００３３】同様に、目標物１３が上に移動して、受光
軸から上に０．１度ずれた光成分を受光した時には、目
標物１３が上に０．１度ずれた反射光成分を対物レンズ
１２に返して、中心が０．１度下にずれたスポットが方
向センサ１６に露光される。これによって、下側のフォ
トダイオード２７の光電流が上側のそれより大きくな
り、その差動信号が本体の向きを０．１度上に振らせる
よに、Ｘ軸パルスモータ４を制御する。従って、目標物
１３が上下左右に移動しても、方向センサからの垂直及
び水平成分の差動信号によって、目標物１３を自動的に
追尾するようにＸ軸及びＹ軸パルスモータを各々制御す
る。

【００３４】この対物レンズ１２を通過したパルス光
は、図２に示すようにビームスプリッタ１５を経て、第
２焦平面に配置された距離測定用受光素子１７に合焦さ
せられる。従って、目標物１３までの外部測定路が形成
される。また、ビームスプリッタ１５と受光素子１７と
の間には、反射光の光量を調整する複数のＮＤフィルタ
を保持する円盤１９が配置されている。

【００３５】一方、発光素子１４及び対物レンズ１１間
には、光線の例えば１〜４％を反射させるガラス板３０
が配置されて、例えば発光素子１４からの光がガラス板
３０及びミラー３１で各々反射して、受光素子１７に受
光されるまでの所定長の校正光路を形成して、目標物１
３までの外部測定値を校正している。

【００３６】従来では、外部測定路と校正光路とを切換
えるシャッタを発光素子１４の前側に配置していたが、
発光素子１４からのパルス光は目標物１３の追尾用に連
続的に投射するのが望ましい。従って、図２の点線で示
すように、外部測定路と校正光路とを所定の比率で切換
え得るシャッタ３２を距離測定用の受光素子の前側に設
けている。

【００３７】この場合、制御回路１８は発光素子１４に
出力した振幅変調光と、前記外部測定路を経由して受光
素子１７で受信した変調光との位相差から目標物１３ま
での距離をｎ回算出している。但し、ｎは正の整数であ
る。ｎ回の外部距離測定値は加算平均されて、平均距離
が求められ、この平均距離は、通常大気圧又は温度によ
る誤差及び制御回路の測定系による遅延誤差が含まれて
いる。従って、目標物までの距離をｎ回測定する毎に、
外部測定路を校正光路に切換えて、平均距離を誤差成分
即ち距離分で校正して、高精度の外部距離が算出してい
る。

【００３８】このシャッタ３２には、受光素子１７の前
側で一定速度で回転し得る円盤が用いられる。この円盤
の外部測定路の光線が通過し得る部分には、回転軸と同
軸配置された２つの同心円間に形成されるＣ字状のスロ
ットと、このスロット以外の同心円部分で外部測定路の
光線を遮断している時に、校正光路の光線が通過し得る
穴とが形成されている。また、スロットの開始点を指示
するインデックスも設けられる。

【００３９】これの代りに、シャッタ３２には、受光素
子１７の前側で外部測定路と校正光路とを各々横切る２
つの液晶板が用いられる。これらの液晶板は、逆のレベ
ルの電圧が印加されて、一方が光線を透過させてる間に
他方が別の光線を遮断するように、制御される。即ち、
機械的シャッタでは、外部測定から校正に、校正から外
部測定に移行する時にかなりのタイムラグが生じるが、
液晶板を用いた場合にはこのタイムラグが殆ど生じな
い。

【００４０】図４は、別の実施例の方向センサ１６を示
している。この方向センサ１６は、例えばＮ型基板上に
Ｉ層及びＰ層を形成したＰＩＮ層からなる略正方形の半
導体位置検出素子ＰＳＤである。この素子のＰ層には、
受光面が形成されると共に４辺に入射光で発生し得る光
電流を取り出す４つの電極３５〜３８が形成されてい
る。またＮ型基板の裏面には背面電極が形成されて、適
宜バイアスされる。

【００４１】従って、スポットが素子の中央を露光した
時には４つの電極３５〜３８から等しい光電流が出力さ
れる。例えばスポットが上にずれた時には電極３５から
の光電流が電極３７のそれより多くなり、その差がスポ
ットを中央に戻させるＸ軸モータ４の起動力となる。

【００４２】図５は、制御回路１８の実施例の概略ブロ
ック図である。図において、図２に示す部材と対応する
部材には同一の符号が付してある。まず、制御回路１８
は、６〜２.４ボルトの動作電圧（通常５ボルト）で４.
９ＭＨｚのクロックで動作し得る８ビットＣＰＵを備え
た例えばセイコー電子工業製のＳ−１８Ｐ５１ＡＦの８
ビット単一チップマイコン４０を備える。

【００４３】このマイコン４０は、１６ｋバイトのＯＴ
Ｐ（１回のみ書込が可能な）ＲＯＭと、５１２バイトの
ＲＡＭと、４本のタイマと、シリアルＩ／Ｏと、外部ア
ドレス及びデータバスの外に種々の制御信号を授受する
端子に用い得る５２本のポートと、８チャンネルのＡ／
Ｄ変換器とを備えている。マイコン４０の第１ポートに
よりバースト制御される発振回路４１は、ＬＥＤドライ
バ４２を経由して、パルス巾５〜１５ナノ秒、繰り返し
周期１０ＫＨｚでレーザーダイオード１４を駆動して発
光させる。

【００４４】発光軸２１を中心として所定の広がり例え
ば１度で投射されたバースト即ちパルス光は目標物１３
で反射し、この目標物１３が例えば発光軸２１から０.
５度右にずれた光を受光した場合に、目標物１３が例え
ば発光軸２１から０.５度右にずれた反射光を対物レン
ズ１２に送り返す。

【００４５】対物レンズ１２は、０.５度右にずれた反
射光をビームスプリッタ１５を通過して、方向センサ１
６の４つの受光素子２４〜２７に０.５度左にずれて合
焦させる。これらの受光素子２４〜２７は、Ｉ／Ｖ増幅
器４３〜４６に接続されて、スポット２８で生じた４つ
の光電流が電圧値に各々増幅される。このスポットが自
然光と干渉する恐れがある。

【００４６】この干渉を防止するために、対物レンズ１
２の前又は後には、発光光線の波長のみを通す光学フィ
ルタが取付けられる。或は、スポットがパルス的に点滅
し一方自然光がゆっくりと照度が変化するので、受光素
子２４〜２７と対応の増幅器との間にハイパスフィル
タ、検波器及び平滑回路を接続している。

【００４７】これらのＩ／Ｖ増幅器４３〜４６の出力
は、４つのサンプルホールド回路４７〜５０に各々入力
（サンプル）されて共通の制御信号によってホールドさ
れる。この共通の制御信号はマイコン４０の第２ポート
から出力される。サンプルホールド回路４７〜５０の出
力電圧はマイコン４０の４チャンネルの端子に入力され
る。

【００４８】従って、これらの出力電圧は、ホールドさ
れた後、ＣＭＯＳ型のトランスミッションゲートによる
切換器ＭＵＸによって１つが順次選択されて、Ａ／Ｄ変
換器によって、順次８ビットのデジタル信号に変換され
て、８ビット幅のＲＡＭ即ちレジスタ５３〜５６に各々
記憶される。これらのレジスタ領域は、後述の校正用レ
ジスタ領域を含めて５１２バイトのＲＡＭ内に割当てら
れる。

【００４９】従って、上部受光素子２４に由来するアナ
ログ値は、図６に示すように、マイコン４０内のＲＡＭ
内のＵレジスタ５３に記憶され、下部受光素子２５に由
来するアナログ値はＤレジスタ５４に記憶され、左側受
光素子２６に由来するアナログ値はＬレジスタ５５に記
憶され、右側受光素子２７に由来するアナログ値はＲレ
ジスタ５６に記憶される。

【００５０】この結果、本体２の上下縦振れサーボに対
応する組のＵレジスタ５３の値は、Ｄレジスタ５４の値
を引算して差を求め、この差を所定倍したパルス数をＸ
軸パルスモータ４に印加して、対物レンズの発光軸２１
の上下成分を目標物１３からの入射軸に追従させてい
る。また、本体２の左右横振れサーボに対応する組のＬ
＆Ｒレジスタ５５及び５６は値が引算されて別の差が得
られ、この差を所定倍したパルス数がＹ軸パルスモータ
３に印加されて、対物レンズの発光軸２１の左右成分を
目標物１３からの入射軸に追従させている。

【００５１】通常、発光軸２１と反射光の入射軸が一致
した時に即ち本体２が目標物１３を視準した時には、Ｕ
レジスタ５３の値がＤレジスタ５４の値に等しく、Ｌレ
ジスタ５５の値がＲレジスタ５６の値に等しい。しかし
ながら、４つの受光素子２４〜７或は４つの電極３５〜
３８を持つ位置検出素子を含む電子部品には、生成又は
製造時のバラツキ又は径年変化があり、これを予め調整
又は例えば１年毎に定期的に校正する必要がある。

【００５２】本発明によれば、これらのバラツキ又は径
年変化を補償するため或は校正し易くするために、校正
ボタンと図６に示す２つの校正レジスタ５７及び５８が
設けられる。この校正レジスタ５７には、使用者が本体
２に取付けられた望遠鏡（図示略）を覗いて目標物１３
を捕捉して校正ボタンを押した時に、その時のＵレジス
タ５３の値からＤレジスタ５４の値を引算した値が記憶
される。同時に、校正レジスタ５８にはＬレジスタ５５
の値からＲレジスタ５６の値を引算した値も記憶され
る。

【００５３】従って、本体２の上下のサーボに対応した
Ｘ軸パルスモータ４には、Ｕレジスタ５３の値からＤレ
ジスタ５４の値を引算し、その差から校正レジスタ５７
の値を更に引算した値の所定倍したパルス数がバッファ
５９を経由して印加される。同時に、Ｙ軸パルスモータ
３にはＬレジスタ５５の値からＲ＆校正レジスタ５６及
び５８の値をそれぞれ引算した値の所定倍パルス数がバ
ッファ６０を経由して印加される。

【００５４】ここで、これら上下及び左右成分の各引算
値は、校正時即ち視準した時の方角及び仰角が予め解っ
ていれば、目標物１３の追尾時の距離データと共に方角
及び仰角データが順次記憶することができる。従って、
基台１を水平に保ち、基台１の基準点を北の方角に合わ
せて、追尾時或は前後に２つの上下及び左右インデック
スを通過させれば、視準した時の方角及び仰角が解り、
これらがＲＡＭ内の方角及び仰角基準レジスタに記憶さ
れる。

【００５５】使用者が望遠鏡で目標物１３を確認し、校
正ボタンを押した後、自動追尾ボタンを押した時には、
対物レンズの発光軸２１が目標物１３からの入射軸に一
致するように、単一チップマイコン４０がパルスモータ
３及び４を制御する。同時に、マイコン４０は、目標物
１３までの距離を一定時間毎に測定している。

【００５６】図７は、本体２から目標物１３を往復する
パルス光の伝播時間を電荷量に変換して測定し易くした
距離測定回路を示す。まず、発光素子１４からのパルス
光は、目標物１３に向けて投射されて、入射軸が受光軸
と一致するように制御される。このパルス光の例えば４
％は内部校正用ガラス板３０で反射して、校正用ミラー
３１を介して受光素子１７に入射される。この受光素子
１７で光電変換されたパルス信号は、コンデンサを経て
増幅器６１に入力され、パルスの微分値が所定レベルに
増幅されてＴ型フリップフロップ６２のトリガ端子Ｔに
入力される。

【００５７】このフリップフロップ６２は、予めリセッ
トされているので、出力がＨに立上がり、これによって
積分器６３のコンデンサ６４に一定の電流が抵抗６５を
介して充電されて、反転増幅器６６の出力電圧が下降し
始まる。次に、目標物１３で反射した反射パルス光は対
物レンズ１２及びビームスプリッタ１５を経由して受光
素子１７に露光される。従って、フリップフロップ６２
は、目標物１３までを往復したパルス光に依存したパル
ス信号が受光素子１７及び増幅器６１を経てトリガ端子
に入力され、出力がＬに立ち下がり、コンデンサ６４へ
の一定電流の供給が遮断される。

【００５８】一方、反転増幅器６６は、ハイインピーダ
ンスの反転入力端を有し、コンデンサ６４が自己放電を
しない例えばテフロン製の誘電体を持つコンデンサが用
いられるので、コンデンサ６４を例えばトランスミッシ
ョンゲート６７で短絡しない限り、校正光路を通ったパ
ルス光で開始し、外部測定路を経由したパルス光で終了
した時間に比例した出力電圧（この場合負電圧）を維持
している。

【００５９】この出力電圧は、マイコン４０の第５チャ
ンネルを経由してＡ／Ｄ変換器で８ビットのデジタル値
に変換されてＲＡＭ内の別のレジスタに記憶される。こ
の別のレジスタの値は所定の係数が乗算されて距離に換
算された表示器に表示されると共にシリアルＩ／Ｏから
外部に出力される。

【００６０】上記実施例においては、校正光路を経由し
たパルス光で充電が開始され、目標物１３を経由したパ
ルス光で充電を終了して、充電量から目標物１３までの
距離を求めている。別の実施例においては、積分器６３
の代りに例えば１ＧＨｚのクロックで計数される例えば
８ビットの超高速２進カウンタが用いられる。この２進
カウンタは、Ｔ型フリップフロップ６２の出力を受信す
るカウントイネーブル端子を持ち、８ビット幅の出力が
マイコン４０の８つのポートに各々接続されている。

【００６１】従って、マイコン４０は、まずカウンタ及
びフリップフロップ６２をリセットする。校正光路を経
たパルス光でフリップフロップがトグルしてカウンタが
カウントイネーブルとなり計数し始める。目標物１３を
反射したパルス光でフリップフロップが元にトグルして
カウンタを停止させると共に割込信号をマイコン４０に
送る。マイコン４０はカウンタの８ビットデータをメモ
リに書込むと共に所定の処理例えば計数を乗算して距離
に換算する。

【００６２】自動追尾回路をアナログで構成してもよ
い。この場合、例えば図５に示す増幅器４３及び４４の
出力は、差動増幅回路又は一方の出力を反転して加算回
路に入力し、この加算回路の出力を電力増幅して通常の
交流又は直流モータ４を制御して、目標物１３の上下成
分の移動に追従させている。この加算回路の別の加算入
力には、使用者が望遠鏡を覗いて目標物１３を捕捉し校
正ボタンを押した時に、加算回路の出力電圧（この場
合、種々の電子部品によるバラツキ或は温度特性に起因
するオフセット成分）を補償即ちサンプルホールドする
Ｓ／Ｈ回路が設けられる。

【００６３】本発明によれば、各パルスモータに供給さ
れるパルス数によって目標物１３の追従中の本体２の仰
角又は方角が解るようになっているが、本体２と別の直
立アーム７との間に仰角用ロータリエンコーダを設け、
円盤５と基台１との間に方角用ロータリエンコーダを設
けて、目標物１３の方位を順次検出するようにしてもよ
い。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による自動
視準光波距離計は、距離計と追尾機能とを別々に製作し
て一体とした従来の自動追尾光波距離計が多い中で、小
形軽量が容易に達成できる。近年、発光素子の発光出力
即ち光パワーが大きくなっているので、受光光量をビー
ムスプリッタで２分割しても、充分な受光感度が得られ
ている。このことにより電気回路の簡素化がおこなえ、
さらに機器又は本体の大きさを小さくすることができ
る。

【００６５】目標物の捕捉直前に自動追尾の校正を行っ
ているので、自動追尾が高精度で行われ、移動中の目標
物までの距離測定が順次高精度でおこなえる。また、小
型軽量で移動体の位置検出を行う距離計船、自動車、建
設機材等の移動位置の検出、地殻変動の検出等の変動が
測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動視準光波距離計の実施例を示
す概略部分断面図である。

【図２】図１に示す自動視準光波距離計の光学系の概略
ブロック図である。

【図３】図２に示す方向センサの概略正面図である。

【図４】方向センサの別の実施例の概略正面図である。

【図５】本発明による制御回路の概略回路図である。

【図６】自動追尾回路の校正部の概略回路図である。

【図７】本発明による距離測定部の概略回路図である。

【符号の説明】

２本体１２対物レンズ１３目標物１４発光素子１５ビームスプリッタ１６方向センサ１７受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】距離測定用に目標物に投射されてこの目標
物で反射した光を集光する対物レンズと、この対物レンズを通過した光を２分割して、第１及び第
２焦平面に各々合焦させるビームスプリッタと、前記第１焦平面に配置されて、前記対物レンズの受光軸
及び前記光の入射角間のズレを検出する方向センサと、前記第２焦平面に配置される距離測定用受光素子とを本
体内に備えた自動視準光波距離計。
【請求項２】前記本体は、上下左右に振れるように基台
に支持され、この基台には、前記本体を左右に振るＹ軸
モータと、前記本体を上下に振るＸ軸モータと、前記目
標物を追尾するように前記方向センサの信号に基づいて
前記Ｙ軸及びＸ軸モータを制御する制御手段とが取付ら
れる請求項１に記載の光波距離計。
【請求項３】前記方向センサは、中心が前記対物レンズ
の受光軸に位置合わせされると共に受光面が同受光軸と
直交する平面上に配置され、素子を４分割する２つの直
交線が４５度及び１３５度に配置される４分割受光素子
である請求項１に記載の光波距離計。
【請求項４】前記方向センサは、正方形の受光面の中心
が前記対物レンズの受光軸に位置合わせされると共に、
同受光面が同受光軸と直交する平面上に配置される半導
体位置検出素子である請求項１に記載の光波距離計。
【請求項５】前記発光手段の前側には光線を僅かに反射
するガラス板が配置されて前記受光素子への校正光路を
形成し、前記制御手段は、前記発光素子にパルス光を発
光させて、前記受光素子によって前記校正光路を経て受
光したパルス光と前記目標物を反射したパルス光との間
の時間を測定する測定手段を備えた請求項１に記載の光
波距離計。
【請求項６】前記測定手段は、前記校正光路を経て受光
したパルス光で充電が開始され、前記目標物を反射した
パルス光で前記充電が終了する積分回路を備えて、前記
時間を電荷量に変換する請求項５に記載の光波距離計。
【請求項７】前記測定手段は、前記校正光路を経て受光
したパルス光でカウントイネーブルとなり、前記目標物
を反射したパルス光で前記カウントが終了する超高速カ
ウンタを備えた請求項５に記載の光波距離計。
【請求項８】前記発光手段の前側には光線を僅かに反射
するガラス板が配置されて前記受光素子への校正光路を
形成し、前記制御手段は前記発光素子に出力した変調光
と、前記外部測定路を経由して前記受光素子で受信した
変調光との位相差から前記目標物までの距離を求め、こ
の距離を前記校正光路による距離分で校正し、前記外部
距離がｎ回測定される毎に１回校正測定を実施し、前記
ｎ回の外部距離測定値が加算平均される請求項１に記載
の光波距離計。
【請求項９】前記受光素子の前側には、前記外部測定路
と前記校正光路を所定の比率で切換えるＣ字状のスロッ
ト及び孔を有する回転円盤が配置される請求項８に記載
の光波距離計。
【請求項１０】前記受光素子の前側には、前記外部測定
路と前記校正光路を各々横切る液晶板が配置される請求
項８に記載の光波距離計。
【請求項１１】目標物までの光パルスの往復時間を計測
することにより距離を計測する距離計において、投射し
た光パルス信号が前記目標物により戻ってきた光パルス
信号を集光するレンズの受光軸上に光を２分割するビー
ムスプリッタを配置して、一方を距離測定用の信号に用
い、他方を位置検出用の信号に用いることを特徴とする
自動視準光波距離計。