WO2006132060A1 - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

測距光(22)を測定対象物に照射する投光部と、照射される測距光に対して横断する様に相対移動可能に設けられ既知の位置にある基準反射部(55)と、前記測定対象物からの反射光を反射測距光(22')とし、前記基準反射部からの反射光を内部参照光(22'')として受光する受光部(7)と、前記反射測距光に関する受光信号と前記内部参照光に関する受光信号を基に測定対象物迄の距離を演算する制御演算部(15)とを具備した。

Description

距離測定装置 技術分野

本発明は、 レーザ光線を測定対象物に照射し、 測定対象物からの反射光を受光して距離 測定を行う距離測定装置に関するものである。

明

背景技術

距離測定装置として、 レーザ光線を測定対象物書に照射し、 測定対象物からの反射光を用 レ、て測定対象物迄の距離を測定する光波距離測定装置がある。

従来、 光波距離測定装置では、 レーザ光線を一定周波数で強度変調し、 測距光として射 出し、 測定対象物で反射された反射測距光を受光し、 受光された反射測距光の強度変調の 位相と距離測定装置内部に形成した参照用光路で得られた内部参照光の強度変調の位相と を比較し、 位相差から測定対象物迄の距離を測定している。

上記距離測定装置に於ける距離測定では、 測距距離に応じて前記位相差が変化すること を利用したものであり、 内部参照光と反射測距光間の位相差を Δ φ、 測距距離を D、 変調 周波数を f、 光速を Cとすれば、 位相差 Δ φは下記式 1で表される。

A φ = 4 π f D/C (式 1 )

測距距離 Dは位相差 Δ φを測定することで求めることができ、 更に参照用光路長は既知で あるので、 求められた測定距離を内部参照光路で補正することで正確な測定距離が得られ る。

又、 距離測定に於いて、 距離測定装置内部の検出回路等のドリフトが測定誤差として影 響するが、 内部参照光と反射測距光との位相を比較することで、 検出回路等のドリフトの 影響が相殺され、 正確な距離の演算が可能となる。

次に、 従来の距離測定装置の概略を図 7に於いて説明する。

レーザダイォード等の発光素子 1は発光駆動回路 1 2によって所定周波数に強度変調さ れ レーザ光線を射出する。 該レーザ光線はハーフミ 一 2によって測距光 3と内部参照 光 4とに分割され、 前記ハーフミラー 2を透過した前記測距光 3は対物レンズ 5を通して 測定対象物 6、 例えばコーナキューブ等の反射鏡に照射され、 該測定対象物 6で反射され た反射測距光 3 ' は前記対物レンズ 5、 ハーフミラー 8を通してフォトダイォード等の受 光素子 7により受光される。

前記ハーフミラー 2で反射された前記内部参照光 4は、 前記反射測距光 3 ' の光路上の 前記ノヽーフミラー 8で反射され、 前記受光素子 7に受光される。 該受光素子 7の受光信号 は、 受光回路 1 3に入力され、 該受光回路 1 3は測距演算の為に前記受光素子 7から入力 される信号を処理する。

前記測距光 3の光路と前記内部参照光 4の光路に掛渡り光路切換え器 9が設けられ、 又 前記反射測距光 3 ' の光路には光量調整器 1 1が設けられている。 前記光路切換え器 9は 前記測距光 3の光路と前記内部参照光 4の光路とを一方を択一的に遮断し、 他方を透過す るものであり、 前記受光素子 7には前記反射測距光 3 ' と前記内部参照光 4とが交互に受 光される。

上記した様に、 光強度変調された測距光 3が使用され、 該測距光 3から得られる内部参 照光 4と反射測距光 3 ' との位相差を求めて距離を演算しているので、 該反射測距光 3 ' と前記内部参照光 4との受光光量の相違は距離測定の精度に影響する。 従って、 前記光量 調整器 1 1が設けられている。 該光量調整器 1 1は、 連続的に濃度が変化する振幅フィル タを有し、 該振幅フィルタを回転させることで前記反射測距光 3 ' の受光光量を一定に調 整するものである。 前記光量調整器 1 1により、 前記測定対象物 6の距離によって反射光 量が変化しても前記受光素子 7が受光する前記内部参照光 4の受光光量と前記反射測距光 3 ' の受光光量が等しくなる様にしている。

前記光路切換え器 9による光路切換え、 及び前記光量調整器 1 1による光量調整は駆動 回路 1 4によって制 ί卸される。

制御演算部 1 5は前記発光駆動回路 1 2を、 前記発光素子 1から射出されるレーザ光線 が所定周波数の光強度変調となる様に制御し、 又前記駆動回路 1 4による前記光路切換え 器 9の光路切換えのタイミングを制御している。 更に、 前記制御演算部 1 5は前記受光素 子 7の受光信号から、 前記反射測距光 3 , の光量を前記内部参照光 4の光量と等しくする 制御信号を前記駆動回路 1 4に送出する。

前記受光回路 1 3は、 前記受光素子 7からの信号を増幅、 AZD変換する等の信号処理 を行うと共に前記内部参照光 4の変調周波数と、 .前記反射測距光 3 ' の変調周波数の位相 差を求める等の処理を行い、 前記制御演算部 1 5に送出する。 該制御演算部 1 5は前記受 光回路 1 3から送出された位相差を基に上記式 1により前記測定対象物 6迄の距離を演算 する。

上記した従来の距離測定装置では、 前記内部参照光 4と前記反射測距光 3 ' との切換え を前記光路切換え器 9によって機械的に切換えている。

光路の切換え、 光量調整のいずれも機械的に行っているので、 高速な光路切換え、 高速 な光量調整が難しく、 高速の距離測定が難しい。 この為、 建築物等の測定対象物について 距離測定を行う場合は問題がないが、 1つの測定装置により複数の移動体、 例えばブノレド- ーザ等の建設機械につレヽて連続的に距離測定を行う場合等、 高速の距離測定が要求される 場合は測定が困難となる場合がある。 又、 トータルステーション等により建築物等につい て 3次元測定する場合は、 自動測量により多数点について測量する必要があり、 測定速度 の高速ィヒが要求される。 又、 移動体等についての測量を行う場合は、 光路切換え速度、 光 量調整速度が、 移動体の移動速度に追従できず、 距離測定を行えない場合が生ずる等の問 題があった。

尚、 測距光を回転させ、 多方向、 多数点の距離測定を行う距離測定装置としては、 日本 国特許公報第 2 6 9 4 6 4 7号公報、 日本国特開平 4 - 3 1 3 0 1 3号公報に示されるも のがある。

本発明は斯かる実情に鑑み、 距離測定装置に於ける光路切換え、 光量調整の高速化を図 り、 距離測定の高速ィ匕を実現する距離測定装置を提供することを目的としている。 発明の開示

本発明は、 測距光を測定対象物に照射する投光部と、 照射される測距光に対して横断す る様に相対移動可能に設けられ既知の位置にある基準反射部と、 前記測定対象物からの反 射光を反射測距光とし、 前記基準反射部からの反射光を内部参照光として受光する受光部 と、 前記反射測距光に関する受光信号と前記内部参照光に関する受光信号を基に測定対象 物迄の距離を演算する制御演算部とを具備した距離測定装置に係り、 又前記基準反射部が 設けられる光路上に、 前記内部参照光の光量を変化させる光量調整手段が設けられた距離 測定装置に係り、 又前記光量調整手段は、 測距光が横断する方向に漸次濃度が変ィヒする光 学フィルタである距離測定装置に係り、 又前記光量調整手段は前記基準反射部と一体に設 けられた距離測定装置に係り、 又前記測距光は少なくとも、 測定対象物が含まれる測定ェ リアを走査し、 前記基準反射部は走査範囲に位置され、 又測定対象物からの反射光と干渉 しない位置に配置される距離測定装置に係り、 又前記制御演算部は、 受光光量が変化する 受光信号を基に複数の受光光量レベルに対応した複数の内部参照基準を生成し、 反射測距 光の光量に対応した内部参照基準を選択し、 選択した前記内部参照基準と反射測距光の受 光信号を基に測定対象物迄の距離を演算する距離測定装置に係り、 又受光光量の変化は、 測距光が光学フィルタを横断することで得られる距離測定装置に係り、 又前記基準反射部 は前記測距光に対して前記基準反射部を相対移動させる移動機構部により支持され、 該移 動機構部は前記基準反射部を測定方向から外れた位置に移動保持する距離測定装置に係り、 又前記移動機構部は前記基準反射部の位置を検出する位置検出手段を有し、 前記制御演算 部は前記基準反射部の位置に対応する誤差データを有し、 前記受光部が内部参照光を受光 した時の前記基準反射部の位置に対応した誤差に基づき測定結果を補正する距離測定装置 に係り、 更に又前記投光部は測距光を測定方向に偏向照射する偏向光学部材と、 該偏向光 学部材を保持し回転する回動部と、 該回動部の回転中心と同心に回転自在に設けられた基 準反射プリズムと、 該基準反射プリズムを前記偏向光学部材とは独立して回転する回転駆 動部とを有する距離測定装置に係るものである。 図面の簡単な説明

図 1は本発明の実施の形態の概略を示す説明図であり、 図 2は本発明の実施の形態に係 る距離測定装置のレーザ光線投光部を示す断面図であり、 図 3は該距離測定装置の測距部 を示す概略図であり、 図 4 (A) は受光素子の受光状態を示す図、 図 4 (B ) は受光信号 の拡大図であり、 図 5は前記距離測定装置に於ける基準反射プリズムが回転した場合の誤 差を示す説明図であり、 図 6は該反射基準プリズムが回転した場合の誤差と回転角につい てのテーブルデータを示す図であり、 図 7は従来の距離測定装置を示す概略図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、 図 1により本発明の実施の形態に於ける測定の概要を説明する。

図 1に示される距離測定装置 1 7では、 水平基準面を形成すると共に測定対象物 1 6迄 の距離測定が可能である。

前記距離測定装置 1 7は、 基準面形成部 （図示せず） と測距部 1 9 (後述） とを具備し ている。 前記距離測定装置 1 7は、 基準面形成用レーザ光線 2 1を回転照射すると共に、 測距光 2 2を回転照射可能であり、 測距光により複数箇所の前記測定対象物 1 6迄の距離 を測定可能としている。

前記基準面形成部は、 前記基準面形成用レーザ光 #泉 2 1を回転照射して水平基準面 2 3 を形成する。 前記基準面形成用レーザ光線 2 1は、 少なくとも 1つが傾斜した複数の扇状 レーザ光線から成る。 尚、 1つが傾斜した 3以上の扇状レーザ光線を回転照射するレーザ 装置としては、 日本国特開 2 0 0 4— 2 1 2 0 5 8号公報に於いて回転レーザ装置が提案 されている。

前記基準面形成用レーザ光線 2 1を回転照射し、 測定対象物が受光器 (図示せず) を具 備し、 該受光器が 2以上の扇状レーザ光線を受光した場合の時間差を求めることで、 該時 間差と前記扇状レーザ光線の傾斜角より前記距離測定装置 1 7を中心とした前記水平基準 面 2 3に対する仰角を求めることができる。 又、 仰角を基に傾斜基準面の設定が可能であ る。

図 2、 図 3は本発明の実施の形態に係る距離測定装置の概略を示しており、 図 2は、 前 記距離測定装置 1 7のレーザ光線投光部 2 4を示し、 図 3は前記距離測定装置 1 7の前記 測距部 1 9の概略構成を示している。 前記レーザ光線投光部 2 4は、 基準面形成用投光部 2 5、 及び測距用投光部 2 6とから構成され、 前記基準面形成用投光部 2 5は前記基準面 形成用レーザ光線 2 1を、 又前記測距用投光部 2 6は前記測距光 2 2をそれぞれ独立して 照射可能となっている。 尚、 本実施の形態では前記基準面形成用レーザ光線 2 1と前記測 距光 2 2の照射方向は同一となっている力 必ずしも同一でなくてもよく、 例えば、 1 8 0 ° 反対でもよい。

図 2中、 2 7は距離測定装置 1 7の筐体の天井部を示しており、 筐体の内部には基準面 形成用のレーザ光源部 （図示せず） が収納されている。 前記天井部 2 7の上側には円筒状 の投光窓 2 8が配置され、 該投光窓 2 8は透明ガラス等の材質で前記基準面形成用投光部 2 5の光軸と同心に設けられている。 前記投光窓 2 8の上端には上基板 2 9が設けられ、 前記投光窓 2 8の内部には中間基板 3 1が設けられている。

前記基準面形成用投光部 2 5の光軸と同心に、円筒状のプリズムホルダ 3 2が配置され、 該プリズムホルダ 3 2は軸受 3 3， 3 4を介して前記天井部 2 7、 前記中間基板 3 1に回 転自在に支持されている。

前記プリズムホルダ 3 2の内部には偏向光学部材としてペンタプリズム 4 2が設けられ、 前記プリズムホルダ 3 2の前記ペンタブリズム 4 2に対峙する部分には第 1投光孔 4 3が 穿設され、 前記基準面形成用のレーザ光源部から射出された基準面形成用レーザ光線 2 1 は前記ペンタブリズム 4 2で水平方向に偏向され、 前記第 1投光孔 4 3を通して照射され る様になつている。

前記プリズムホルダ 3 2の上端には第 1回転ギア 3 5が設けられ、 前記中間基板 3 1に は第 1回転モータ 3 6が取付けられ、 該第 1回転モータ 3 6の出力軸に嵌着した第 1駆動 ギア 3 7が前記第 1回転ギア 3 5に嚙合している。 前記第 1回転モータ 3 6を駆動するこ とで、 前記第 1駆動ギア 3 7、 前記第 1回転ギア 3 5を介して前記ペンタプリズム 4 2が 回転され、 前記基準面形成用レーザ光線 2 1が水平面内を回転される様になつている。 又、 前記中間基板 3 1には第 1エンコーダ 3 8が取付けられ、 該第 1エンコーダ 3 8の 入力軸に嵌着された第 1従動ギア 3 9が前記第 1回転ギア 3 5に噴合し、 該第 1回転ギア 3 5の回転角が前記第 1従動ギア 3 9を介して前記第 1エンコーダ 3 8によって検出され ることで前記基準面形成用レーザ光線 2 1の照射方向が検出される。

前記プリズムホルダ 3 2と同心に該プリズムホルダ 3 2上側にミラーホルダ 4 4が設け られ、 該ミラーホルダ 4 4に偏向光学部材として反射鏡 4 5が保持され、 該反射鏡 4 5の 反射面に対向した部分に第 2投光孔 4 6が設けられている。 前記ミラーホルダ 4 4と前記 プリズムホルダ 3 2とは一体化されており、 前記ぺンタプリズム 4 2と前記反射鏡 4 5と は光軸を同じく一体に回転する。 尚、 光軸を同じくして回転する場合は、 必ずしも一体で なくてもよい。

前記上基板 2 9には鏡筒 4 7力 S設けられ、 該鏡筒 4 7の中心は前記ミラーホルダ 4 4の 中心と合致しており、 又前記鏡筒 4 7には集光レンズ 4 8が保持されている。 前記鏡筒 4 7には軸受 4 9を介して回転リング 5 0が回転自在に設けられ、 該回転リング 5 0には第 2回転ギア 5 1が嵌着されている。

前記上基板 2 9には第 2回転モータ 5 2が設けられ、 該第 2回転モータ 5 2の出力軸に 第 2駆動ギア 5 3が嵌着され、 該第 2駆動ギア 5 3は前記第 2回転ギア 5 1に嚙合してい る。 又、 前記回転リング 5 0には反射プリズム保持部材 ⁵ 4が固着され、 該反射プリズム保 持部材 5 4には基準反射部として内部光路用の基準反射プリズム 5 5が固着されている。 内部光路上、 例えば該基準反射プリズム 5 5の反射面に振幅フィルタ 5 6が設けられてい る。 該振幅フィルタ 5 6は水平方向に連続的に濃度が変ィヒし、 レーザ光線の透過光量が連 続的に減少、 若しくは連続的に増加する様になつている。 尚、 前記振幅フィルタ 5 6は濃 度が段階的に変化してもよく、 実質的に回転走査方向に漸次濃度が変化していればよレ、。 具体的には、 前記基準反射プリズム 5 5をコーナキューブとし、 中心付近の透過率が高 く、 周辺に行く程透過率が低くなる様にしたフィルタをコーナキューブに貼設する。 前記上基板 2 9に第 2エンコーダ 5 8が取付けられ、 該第 2エンコーダ 5 8の入力軸に 第 2従動ギア 5 7が嵌着され、 該第 2従動ギア 5 7は前記第 2回転ギア 5 1と嚙合してい る。

前記第 2回転モータ 5 2が駆動されることで、 前記第 2駆動ギア 5 3、 前記第 2回転ギ ァ 5 1、 前記回転リング 5 0を介して前記基準反射プリズム 5 5が前記振幅フィルタ 5 6 と一体に回転され、 又前記回転リング 5 0の回転角は、 前記第 2回転ギア 5 1、 前記第 2 従動ギア 5 7を介して前記第 2エンコーダ 5 8により検出される様になつている。

前記集光レンズ 4 8の光軸上に偏向ミラー 6 2が配設され、 該偏向ミラー 6 2の反射面 に対向する様に射出用光ファイバ 6 1の射出端が位置決めされている。 又、 前記集光レン ズ 4 8の光軸上、 集光位置には受光用光ファイバ 6 3の入射端が位置決めされている。 前記射出用光ファイバ 6 1は発光素子 1が射出する前記測距光 2 2を前記偏向ミラー 6 2に導き、 前記受光用光ファイバ 6 3は反射測距光 2 2 ' 、 内部参照光 2 2 ' ' を受光素 子 7に導く。

図 3を参照して、 測距部 1 9について説明する。

図 3中、 図 7中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

前記発光素子 1の射出光軸上に集光レンズ 5 9が配設され、 該集光レンズ 5 9の集光位 置に前記射出用光ファイバ 6 1の入射端が配置される。 該射出用光ファイバ 6 1は前述し た様に前記偏向ミラー 6 2に前記測距光 2 2を導く。

前記集光レンズ 4 8の集光位置に前記受光用光ファイバ 6 3の入射端が配置され、 該受 光用光ファイバ 6 3の射出端は集光レンズ 6 4の光軸上に配置され、 前記受光用光フアイ バ 6 3から射出された前記反射測距光 2 2 ' 、 前記内部参照光 2 2 ' ' は前記集光レンズ 6 4によつて前記受光素子 7に集光される。

発光駆動回路 1 2は制御演算部 1 5からの制御信号に基づき前記発光素子 1の駆動発光 を制御し、 又受光回路 1 3は前記受光素子 7からの受光信号を増幅、 AZD変換する等の 所要の処理を行い、 処理された信号は前記制御演算部 1 5に送出される。

該制御演算部 1 5は記憶部 6 5を具備しており、 該記憶部 6 5には、 距離測定に伴う演 算を行う測距演算プログラム及び測定を実行する為のシーケンスプログラム等のプロダラ ムを格納し、 又前記記憶部 6 5は前記受光素子 7からの受光信号の経時的な光量変化、 測 定中データ等を記憶する。

前記制御演算部 1 5は前記シーケンスプログラムに基づき、 前記第 1回転モータ 3 6用 の第 1モータ制御部 6 6、 前記第 2回転モータ 5 2用の第 2モータ制御部 6 7に制御信号 を発し、 前記第 1モータ制御部 6 6が前記第 1回転モータ 3 6の回転及び停止を制御し、 前記第 2モータ制御部 6 7が前記第 2回転モータ 5 2の回転及び停止を制御する。

前記第 1エンコーダ 3 8は前記ミラーホルダ 4 4の回転角を検出して前記制御演算部 1 5に送出し、 又前記第 2エンコーダ 5 8は前記基準反射プリズム 5 5の回転角を検出して 前記制御演算部 1 5に入力する。

以下、 測定の作動について説明する。

前記発光素子 1は前記発光駆動回路 1 2によつて一定周波数で強度変調されて発光し、 測距用のレーザ光線を射出する。 前記発光素子 1からのレーザ光線は前記集光レンズ 5 9 で前記射出用光ファイバ 6 1の入射端に集光される。 該射出用光ファイバ 6 1に導かれた レーザ光線は、 射出端から前記測距光 2 2として射出され、 該測距光 2 2は前記偏向ミラ 一 6 2により前記集光レンズ 4 8の光軸上に反射され、 更に該集光レンズ 4 8で集光され て前記反射鏡 4 5に入射し、 該反射鏡 4 5により偏向され前記投光窓 2 8より所要の広が り角を有して水平方向に照射される。

前記測距光 2 2が射出され、 前記基準面形成用レーザ光線 2 1が射出された状態で、 前 記第 1回転モータ 3 6が駆動され、 前記第 1駆動ギア 3 7、 前記第 1回転ギア 3 5を介し て前記ペンタブリズム 4 2、 前記反射鏡 4 5が回転され、 前記投光窓 2 8より前記基準面 形成用レーザ光線 2 1、 前記測距光 2 2が回転照射され、 或は前記基準面形成用レーザ光 線 2 1、前記測距光 2 2は少なくとも測定対象物が存在する測定エリアを回転走査される。 尚、 距離測定が行われる状態、 即ち前記測距光 2 2が照射される状態では、 前記第 2回 転モータ 5 2により前記基準反射プリズム 5 5が回転され、 該基準反射プリズム 5 5は測 定対象物の方向、 即ち測距方向から外れた状態となっており、 又前記第 2回転モータ 5 2 は停止され、 前記基準反射プリズム 5 5は測定に影響しない所定位置で保持されている。 尚、 測定対象物が複数あり、 前記基準反射プリズム 5 5が所定位置に保持されると測定 に支障がある場合 ίま、 前記反射鏡 4 5の回転に呼応して前記基準反射プリズム 5 5が回転 され、 測定方向と該基準反射プリズム 5 5の位置とが重複することを避ける様にしてもよ い。 即ち、 前記測定対象物が存在する方向は、 前記第 1エンコーダ 3 8によって検出する ことができるので、 予め回転走查を行い測定対象物の位置を求めておき、 前記第 2ェンコ ーダ 5 8からの検出結果を基に前記基準反射プリズム 5 5を測定方向から外れた位置に移 動させる様にできる。

前記測距光 2 2が回転照射され、 該測距光 2 2が測定対象物を通過することで、 測定対 象物で前記測距光 2 2が反射される。 測定対象物で反射された反射測距光 2 2 ' は前記反 射鏡 4 5に入射し、 該反射鏡 4 5で反射され、 前記集光レンズ 4 8で集光されて前記受光 用光ファイバ 6 3に入射端面から入射する。 該受光用光ファイバ 6 3から射出した前記反 射測距光 2 2 ' は前記集光レンズ 6 4で集光され、 前記受光素子 7に受光される。 該受光 素子 7からの受光信号は、増幅、 A/D変換される等して前記制御演算部 1 5に送出され、 該制御演算部 1 5を介して前記記憶部 6 5に記憶される。

又、 前記測距光 2 2が回転照射されることで、 該測距光 2 2は前記基準反射プリズム 5 5も通過し、 通過する過程で該基準反射プリズム 5 5で反射され、 反射されたレーザ光線 は、 更に前記反射鏡 4 5で反射され、 前記集光レンズ 4 8、 前記受光用光ファイバ 6 3を 経て内部参照光 2 2 ' ' として前記受光素子 7に受光される。

この時、 前記射出用光ファイバ 6 1、 前記反射鏡 4 5、 前記基準反射プリズム 5 5、 前 記反射鏡 4 5、 前記受光用光ファイバ 6 3を経て前記受光素子 7に至る光路は、 内部参照 光路を形成する。 又、 この内部参照光路の長さは、 設計値、 或は実測により既知の値とな つている。

前記受光素子 7からの受光信号は前記受光回路 1 3に入力され、 該受光回路 1 3は前記 反射測距光 2 2 ' 、 前記内部参照光 2 2 ' ' についての受光信号を増幅、 AZD変換する 等の所要の処理を行い、 処理された信号は前記制御演算部 1 5に送出され、 該制御演算部 1 5を介して俞記記憶部 6 5に記憶される。 前記制御演算部 1 5は前記記憶部 6 5に格納 された測距演算プログラムにより、 該記憶部 65に記憶された受光信号に基づき前記反射 測距光 22' と前記内部参照光 22' 'の位相差を演算し、 演算した位相差と光速から測 定対象物迄の距離を演算する。

次に、 前記反射測距光 22' 、 前記内部参照光 22' ' について図 4 (A)、 図 4 (B) を参照して説明する。

上記した様に、 本発明では前記測距光 22を回転照射、 或は所定範囲を往復走査して距 離測定を行う。例えば、前記測距光 22を回転照射した場合、測定対象物が 1つの場合は、 前記反射鏡 45力 S 1回転することで、 即ち前記測距光 22が 1回転することで、 前記受光 素子 7は、 測定対象物からの 1つの前記反射測距光 22 ' と 1つの前記内部参照光 2 2' ' を受光する。

上記した様に、 前記基準反射プリズム 55の反射面には、 前記振幅フィルタ 56が設け られており、 前記測距光 22が前記基準反射プリズム 55を水平方向に横切る過程で、 前 記測距光 22は前記振幅フィルタ 56を同様に横切る。 該振幅フィルタ 56は水平方向に 漸次濃度が変ィ匕しており、 該振幅フィルタ 56を透過した前記内部参照光 22' ' の光量 は漸次変化する。 又、 該内部参照光 22' ' の光量変ィ匕量は、 近距離にある測定対象物か らの反射測距光 22' の光量と遠距離の測定対処物からの反射測距光 22' 光量の変化に 等しいか、 それ以上の大きさを有する様に設定している。 尚、 具体的には、 前記内部参照 光 22' 'の光量変化量は受光部のダイナミックレンジの範囲で最大、 若しくはダイナミ ックレンジの範囲内となる様に設定されればょレ、。

図 4 (A), 図 4 (B) は前記受光素子 7の受光信号について示し、 図中、 71は前記 内部参照光 22' ' を受光して得られる参照信号、 72は前記反射測距光 22' を受光し て得られる測距信号 （外部信号） を示している。

前記参照信号 71は所要段のレベルに分割される。例えば、 図 4 (B) に示される様に、 該参照信号 71は 5段階のレベル L l， L 2, L 3, L 4, L 5に分割され、 又レべノレ L 1, L 2, L 3, L 4, L 5に対応して 5つのゾーン Z 1 , Z 2, Z 3, Z 4, Z 5に分 割される。

前記参照信号 71の内、 レベル 1に合致する光量を有する部分の受光信号を R e f 1内 部参照光、 レベル 2に合致する光量を有する部分の受光信号を Re f 2内部参照光、 レべ ル 3に合致する光量を有する部分の受光信号を R e f 3内部参照光、 レベル 4に合致する 光量を有する部分の受光信号を R e f 4内部参照光、 レベル 5に合致する光量を有する部 分の受光信号を R e f 5内部参照光として抽出して生成し、 前記記憶部 6 5に格納する。 前記制御演算部 1 5は、 前記受光素子 7から送出される受光信号から前記反射測距光 2 2 ' の受光光量を演算し、 前記記憶部 6 5に格納された複数 （図 4では 5 ) の R e f 内部 参照光の中から前記反射測距光 2 2 ' の持つ光量に対応した R e f 内部参照光を選択する。 例えば、 前記反射測距光 2 2 ' の受光光量がレベル L 1より大きく、 レベル L 2より小 さくゾーン Z 2に属している場合は、 R e f 内部参照光として、 R e f 2内部参照光の受 光信号が選択され、 該 R e f 2内部参照光の受光信号と前記測距信号 7 2とに基づき、 位 相差を演算し、 更に位相差と光速とから距離が演算される。

R e f 2内部参照光の受光信号と前記測距信号 7 2とは受光光量が一致、 或は略一致し ているので、 参照光と、 測距光との受光光量の相違による測定誤差は生じない。

更に、 前記反射測距光 2 2 ' に対応した光量を有する R e f 内部参照光の選択は、 前記 記憶部 6 5に記録されたデータに対する信号処理で行われる。 従って、 内部参照光と測距 光との光路の切換え、 濃度フィルタによる光量調整等の機械作動を伴わないので、 距離測 定は極めて高速に行われる。

而して、 回転照射する測距光での距離測定等、 高速度の測定に対応が可能となる。 又、 前記第 1エンコーダ 3 8からの角度信号を基に測定対象物側では距離データと角度データ とを求め、 更に基準面形成用レーザ光線により仰角を求め、 位置検出が可能となる。

上記した様に、 本発明では前記内部参照光 2 2 ' ' を回転する前記基準反射プリズム 5 5での反射によって求めている。 この為、 前記基準反射プリズム 5 5を支持する回転機構 には部品精度、 組立て精度等を原因とする誤差を含む場合がある。

図 5は、前記基準反射プリズム 5 5の回転位置の変ィ匕による誤差を模式的に示している。 図中、 7 3は回転機構に誤差がないとした場合に前記基準反射プリズム 5 5が回転した 場合の該基準反射プリズム 5 5の反射面の基準軌跡を示し、 基準軌跡は真円となる。 又、 図中、 7 4は回転機構が誤差を有する場合の、 前記基準反射プリズム 5 5の反射面の軌跡 を示している。 前記基準軌跡 7 3と前記軌跡 7 4間の差が誤差 Rとなる。 尚、 前記軌跡 7 4は便宜的に楕円で示している。

前記誤差 Rは、 内部参照光路の長さの誤差となって現れ、 測定誤差となるので、 高精度 の測定を実施する場合は、 誤差 Rに基づき測定結果を捕正する。 又、 前記, 7 4の軌跡は、 所要の手段、 例えば実測により求められ、 前記基準反射プ リズム 5 5の回転位置 Θと該基準反射プリズム 5 5の反射面の誤差 Rを対応させてデータ を取得する。 前記回転位置 0は前記第 2エンコーダ 5 8によって測定され、 例えば 1 5 ° ステップ毎の誤差を測定し、 図 6に示す様なデータテーブルを作成し、 該データテーブル を前記記憶部 6 5に記憶させる。

而して、 前記参照信号 7 1 (図 4参照） を得たときの前記基準反射プリズム 5 5の回転 位置を前記第 2エンコーダ 5 8の角度信号から検出し、 検出した角度に対応する誤差 Rを 前記データテーブルより取得し、 演算した測定距離を前記誤差 Rを基に補正する。 尚、 取 得する誤差 Rは、 例えば 0 ° 〜1 5 ° 迄を R l、 1 5 ° 〜3 0 ° 迄を R 2とする等、 回 転位置をゾーンで判断して誤差 Rを求めてもよい。 又、 例えば 0 ° 〜1 5 ° の間の回転 位置の誤差 Rについて、 R 1と R 2を案分して誤差 Rを求めてもよレ、。

尚、 上記した実施の形態に於いて、 前記測距光 2 2の照射方向を固定し、 前記第 2回転 モータ 5 2を駆動して前記基準反射プリズム 5 5を前記測距光 2 2を横切る様に回転させ てもよい。

更に、 測定対象物が 1つの場合は、 前記測距光 2 2を回転照射する機能を省略し、 前記 基準反射プリズム 5 5のみを回転させる様にしてもよく、 或は該反射プリズム 5 5は前記 測距光 2 2を横切る様にスライ ドさせてもよい。 又、 距離測定方式は位相差方式でも時間 差方式でもよい。 産業上の利用可能性

本発明によれば、 測距光を測定対象物に照射する投光部と、 照射される測距光に対して 横断する様に相対移動可能に設けられ既知の位置にある基準反射部と、 前記測定対象物か らの反射光を反射測距光とし、 前記基準反射部からの反射光を内部参照光として受光する 受光部と、 前記反射測距光に関する受光信号と前記内部参照光に関する受光信号を基に測 定対象物迄の距離を演算する制御演算部とを具備したので、 測距光と前記内部参照光の機 械的な光路切換えがないので、 高速での測距が可能となる。

又本発明によれば、 前記基準反射部が設けられる光路上に、 '前記内部参照光の光量を変 化.させる光量調整手段が設けられたので、 反射測距光の光量に応じた前記内部参照光を得 ることができ、 測定の信頼性が向上する。 · 又本発明によれば、 前記測距光は少なくとも、 測定対象物が含まれる測定エリアを走查 し、 前記基準反射部は走査範囲に位置され、 又測定対象物からの反射光と干渉しない位置 に配置されるので、 測距光の走査過程で測距が行え、 測定の高速ィ匕が図れる。

又本発明によれば、 前記制御演算部は、 受光光量が変化する受光信号を基に複数の受光 光量レベルに対応した複数の内部参照基準を生成し、 反射測距光の光量に対応した内部参 照基準を選択し、 選択した内部参照基準と前記反射測距光の受光信号を基に測定対象物迄 の距離を演算するので、受光光量の調整を機械的手段によらず、信号処理のみで対応でき、 測定の高速ィ匕が図れ、 測距光走査中にリアルタイムで測定対象物迄の測定が実施可能とな る。

又本発明によれば、 前記基準反射部は前記測距光に対して前記基準反射部を相対移動さ せる移動機構部により支持され、 該移動機構部は前記基準反射部を測定方向から外れた位 置に移動保持するので、 前記基準反射部の存在が測定作業の障害となることがない。

又本発明によれば、 前記移動機構部は前記基準反射部の位置を検出する位置検出手段を 有し、 前記制御演算部は前記基準反射部の位置に対応する誤差データを有し、 前記受光部 が内部参照光を受光した時の前記基準反射部の位置に対応した誤差に基づき測定結果を捕 正するので、 高精度の測定が可能となる。

Claims

1 . 測距光を測定対象物に照射する投光部と、'照射される測距光に対して横断する様に 相対移動可能に設けられ既知の位置にある基準反射部と、 前記測定対象物からの反射光を 反射測距光とし、 前記基準反射部からの反射光を内部参照光として受光する受光部と、 前 記反射測距光に関する受光信号と前記内部参照光に関する受光信号を基に測定対象物迄の 距離を演算する制御演算部とを具備育した距離測定装置。

2 . 前記基準反射部が設けられる光路上に、 前記内部参照光の光量を変化させる光量 調整手段が設けられた請求項 1の距離測定装 Hの置。

3 . 前記光量調整手段は、 測距光が横断する方向に漸次濃度が変ィヒする光学フィルタであ る請求項 2の距離測定装置。 囲

4 . 前記光量調整手段は前記基準反射部と一体に設けられた請求項 2又は請求項 3の距離 測定装置。

5 . 前記測距光は少なくとも、 測定対象物が含まれる測定エリアを走査し、 前記基準反射 部は走査範囲に位置され、 又測定対象物からの反射光と干渉しなレヽ位置に配置される請求 項 1の距離測定装置。

6 . 前記制御演算部は、 受光光量が変ィ匕する受光信号を基に複数の受光光量レベルに対応 した複数の内部参照基準を生成し、 反射測距光の光量に対応した内部参照基準を選択し、 選択した内部参照基準と前記反射測距光の受光信号を基に測定対象物迄の距離を演算する 請求項 2の距離測定装置。

7 . 受光光量の変化は、 測距光が光学フィルタを横断することで得られる請求項 3の距離 測定装置。

8 . 前記基準反射部は前記測距光に対して前記基準反射部を相対移動させる移動機構部に より支持され、 該移動機構部は前記基準反射部を測定方向から外れた位置に移動保持する 請求項 1の距離測定装置。

9 . 前記移動機構部は前記基準反射部の位置を検出する位置検出手段を有し、 前記制御演 算部は前記基準反射部の位置に対応する誤差データを有し、 前記受光部が内部参照光を受 光.した時の前記基準反射部の位置に対応した誤差に基 き測定結果を補正する請求項 8の 距離測定装置。

1 0 . 前記投光部は測距光を測定方向に偏向照射する偏向光学部材と、 該偏向光学部材を 保持し回転する回動部と、 該回動部の回転中心と同心に回転自在に設けられた基準反射プ リズムと、 該基準反射プリズムを前記偏向光学部材とは独立して回転する回転駆動部とを 有する請求項 1の距離測定装置。