特開 2023-127741 測量装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127741

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】測量装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20230907BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103A

G01C15/00 103D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022031614

(22)【出願日】2022-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100083563

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 祥二

(72)【発明者】

【氏名】湯浅 太一

(57)【要約】      （修正有）

【課題】反射測距光の受光量が充分に得られる測量装置を提供する。
【解決手段】測定対象物に測距光３２を射出する測距光射出部２３と、前記測定対象物からの反射測距光４３を受光する受光素子３７を有する測距光受光部２４と、前記測距光射出部を制御し、前記受光素子に対する前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記測距光射出部は、２つのプリズムを接合させた反射プリズム２９を有し、該反射プリズムの接合面に所定の反射率及び透過率を有するビームスプリッタ膜３５が形成され、前記反射プリズムは前記ビームスプリッタ膜を介して前記測距光の光軸を前記反射測距光の光軸と合致する様偏向する様構成された。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物に測距光を射出する測距光射出部と、前記測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子を有する測距光受光部と、前記測距光射出部を制御し、前記受光素子に対する前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記測距光射出部は、２つのプリズムを接合させた反射プリズムを有し、該反射プリズムの接合面に所定の反射率及び透過率を有するビームスプリッタ膜が形成され、前記反射プリズムは前記ビームスプリッタ膜を介して前記測距光の光軸を前記反射測距光の光軸と合致する様偏向する様構成された測量装置。

【請求項2】

前記反射プリズムは、前記反射測距光の光軸に対して傾斜しており、前記測距光は前記反射プリズムの射出面に対して僅かに傾斜して入射する様構成された請求項１に記載の測量装置。

【請求項3】

前記測距光射出部は、前記測距光の光軸に対して挿脱可能な平行平面板を有し、該平行平面板の挿脱により前記測距光の広がり角を変更可能とする様構成された請求項１又は請求項２に記載の測量装置。

【請求項4】

前記測距光受光部は、前記反射測距光の光軸上に設けられた光量調整板を有し、該光量調整板には前記反射測距光の入射位置での透過率を変更可能な光量調整面を形成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。

【請求項5】

前記測定対象物に前記測距光と同軸で追尾光を射出する追尾光射出部と、前記測定対象物から前記反射測距光と同軸で反射された反射追尾光を受光する追尾受光素子を有する追尾光受光部を更に具備し、前記測距光と前記追尾光の共通光路上に前記測距光の光軸と前記追尾光の光軸とを合致させるダイクロイックミラーを設け、前記反射測距光と前記反射追尾光の共通光路上に前記測距光の光軸と前記反射測距光の光軸とを分離させる分離面が設けられる様構成された請求項１～請求項４のうちのいずれか１項に記載の測量装置。

【請求項6】

前記測距光が射出される前記反射プリズムの射出面に可視光を反射するロングパスフィルタを設け、該ロングパスフィルタの反射光軸上に撮像部を設ける様構成された請求項１～請求項５のうちのいずれか１項に記載の測量装置。

【請求項7】

レーザポインタ光を前記測距光と同軸に射出するレーザポインタ光射出部と、前記反射測距光と可視光を分離させる撮像部とを更に具備する請求項１～請求項５のうちのいずれか１項に記載の測量装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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、測定対象物として再帰反射性を有する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。

【0003】

従来の測量装置では、測定対象物に向けて射出される測距光と、測定対象物から反射される反射測距光の光軸とを合致させる為に、測距光や反射測距光の光軸がミラー等により偏向される。又、測量装置の光学系を小型化する為、測距光や反射測距光の光軸を複数回偏向させる場合もある。

【0004】

光軸の偏向の為にミラーを用いる場合、ミラーを測距光や反射測距光の光束に対応した大きさとする必要がある為、大型のミラーを使用する必要があり、光学系の大型化、装置重量の増加を招いていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０２１／０１８１４９４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、反射測距光の受光量が充分に得られる測量装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、測定対象物に測距光を射出する測距光射出部と、前記測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子を有する測距光受光部と、前記測距光射出部を制御し、前記受光素子に対する前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記測距光射出部は、２つのプリズムを接合させた反射プリズムを有し、該反射プリズムの接合面に所定の反射率及び透過率を有するビームスプリッタ膜が形成され、前記反射プリズムは前記ビームスプリッタ膜を介して前記測距光の光軸を前記反射測距光の光軸と合致する様偏向する様構成された測量装置に係るものである。

【0008】

又本発明は、前記反射プリズムは、前記反射測距光の光軸に対して傾斜しており、前記測距光は前記反射プリズムの射出面に対して僅かに傾斜して入射する様構成された測量装置に係るものである。

【0009】

又本発明は、前記測距光射出部は、前記測距光の光軸に対して挿脱可能な平行平面板を有し、該平行平面板の挿脱により前記測距光の広がり角を変更可能とする様構成された測量装置に係るものである。

【0010】

又本発明は、前記測距光受光部は、前記反射測距光の光軸上に設けられた光量調整板を有し、該光量調整板には前記反射測距光の入射位置での透過率を変更可能な光量調整面を形成する様構成された測量装置に係るものである。

【0011】

又本発明は、前記測定対象物に前記測距光と同軸で追尾光を射出する追尾光射出部と、前記測定対象物から前記反射測距光と同軸で反射された反射追尾光を受光する追尾受光素子を有する追尾光受光部を更に具備し、前記測距光と前記追尾光の共通光路上に前記測距光の光軸と前記追尾光の光軸とを合致させるダイクロイックミラーを設け、前記反射測距光と前記反射追尾光の共通光路上に前記測距光の光軸と前記反射測距光の光軸とを分離させる分離面が設けられる様構成された測量装置に係るものである。

【0012】

又本発明は、前記測距光が射出される前記反射プリズムの射出面に可視光を反射するロングパスフィルタを設け、該ロングパスフィルタの反射光軸上に撮像部を設ける様構成された測量装置に係るものである。

【0013】

更に又本発明は、レーザポインタ光を前記測距光と同軸に射出するレーザポインタ光射出部と、前記反射測距光と可視光を分離させる撮像部とを更に具備する測量装置に係るものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、測定対象物に測距光を射出する測距光射出部と、前記測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子を有する測距光受光部と、前記測距光射出部を制御し、前記受光素子に対する前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記測距光射出部は、２つのプリズムを接合させた反射プリズムを有し、該反射プリズムの接合面に所定の反射率及び透過率を有するビームスプリッタ膜が形成され、前記反射プリズムは前記ビームスプリッタ膜を介して前記測距光の光軸を前記反射測距光の光軸と合致する様偏向する様構成されたので、前記ビームスプリッタ膜に入射した前記反射測距光の一部を透過させることができ、近距離測定又は前記測定対象物が小さい場合であっても充分な受光量を得ることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施例に係る測量装置を示す正断面図である。

【図2】（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る距離測定部を示す構成図であり、（Ｂ）は反射プリズムの側面図である。

【図3】本発明の第１の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。

【図4】本発明の第２の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。

【図5】本発明の第３の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。

【図6】本発明の第４の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。

【図7】本発明の第５の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。

【図8】本発明の第６の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0017】

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る測量装置について説明する。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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ミラー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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

前記托架部５には、凹部２２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２２内に延出し、前記一端部に前記走査ミラー１５が固着され、該走査ミラー１５は前記凹部２２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。

【0026】

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、前記走査ミラー１５は前記軸心１１ａを中心に回転される。

【0027】

前記走査ミラー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ミラー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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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、例えば測定点間隔の変更等を行う操作部と、測距結果や画像等を表示する表示部とを兼用している。

【0031】

次に、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３を参照して、前記距離測定部１９について説明する。

【0032】

該距離測定部１９は、測距光射出部２３と測距光受光部２４とを有している。尚、前記測距光射出部２３と前記測距光受光部２４とにより測距部が構成される。

【0033】

前記測距光射出部２３は、測距光軸２５を有している。又、前記測距光射出部２３は、発光側から順に、前記測距光軸２５上に設けられた発光素子２６、例えばレーザダイオード（ＬＤ）と、平行平面板２７と、コリメータレンズ２８と、反射プリズム２９とを有している。又、該反射プリズム２９の反射光軸上には前記走査ミラー１５が設けられている。更に、該走査ミラー１５の反射光軸上には、透明材料で形成され、前記走査ミラー１５と一体に回転する窓部３１が設けられている。尚、図２中では該窓部３１を設けているが、該窓部３１はなくてもよい。

【0034】

尚、前記平行平面板２７、前記コリメータレンズ２８、前記反射プリズム２９等は投光光学系３０を構成する。又、本実施例では、前記測距光軸２５と、前記反射プリズム２９で反射された前記測距光軸２５とを総称して、該測距光軸２５としている。

【0035】

前記平行平面板２７は、例えば所定の板厚を有するガラス板であり、入射面及び射出面が前記測距光軸２５と直交する様に配置される。又、前記平行平面板２７は、図示しないソレノイド等の駆動機構により、前記測距光軸２５に対して挿脱可能となっており、測定対象物に応じて適宜前記平行平面板２７が挿脱される。即ち、測定対象物が再帰反射性を有するプリズム等であるプリズム測定を実行する場合は、前記平行平面板２７を前記測距光軸２５上に挿入し、測定対象物がプリズム以外のノンプリズム測定を実行する場合は、前記平行平面板２７を前記測距光軸２５上から取除く様構成される。

【0036】

前記平行平面板２７を前記測距光軸２５上へと挿入することで、前記発光素子２６より発せられた測距光３２の広がり角が前記平行平面板２７を介して拡大する様構成される。該平行平面板２７により拡大される広がり角φは、２～２０分の間で適宜設定される。本実施例では、前記平行平面板２７による前記測距光３２の広がり角φは、６分となっている。

【0037】

前記コリメータレンズ２８は、前記測距光軸２５上に前記平行平面板２７が挿入されていない状態では、前記測距光３２を平行光束とする。又、前記測距光軸２５上に前記平行平面板２７が挿入された状態では、前記測距光３２を僅かに発散させる。

【0038】

前記反射プリズム２９は、２つの台形状のプリズムを接合させて形成され、２つのプリズムが接合された状態では、前記反射プリズム２９は直方体形状となっている。前記測距光３２の入射面は前記測距光軸２５に対して直交し、前記反射プリズム２９の接合面３３は前記測距光軸２５に対して所定角度傾斜している。更に、前記反射プリズム２９の射出面は、前記接合面３３で反射された前記測距光軸２５が僅かに、例えば２．５°程度傾斜して入射する様構成されている。従って、前記反射プリズム２９の射出面で内部反射された前記測距光３２が受光素子３７（後述）に受光されるのを防止している。尚、前記接合面３３の傾斜角は、前記測距光軸２５が受光光軸３４（後述）及び前記軸心１１ａと合致する様、前記測距光軸２５を偏向（反射）させる角度となっている。又は、前記接合面３３の傾斜角を４５°とし、前記測距光軸２５が前記受光光軸３４及び前記軸心１１ａと合致する様、前記反射プリズム２９の入射面に対して角度を傾けて前記測距光３２を入射させてもよい。

【0039】

前記接合面３３の中心部にはビームスプリッタ膜３５が形成され、前記反射プリズム２９の表裏面全体に反射防止膜３６が形成される。前記ビームスプリッタ膜３５は、前記測距光３２の光束に合わせて楕円形状となっている。又、前記ビームスプリッタ膜３５の大きさは、前記平行平面板２７により発散された前記測距光３２の光束径と同等又は僅かに大きくなっている。更に、前記ビームスプリッタ膜３５は、例えば８０％の光を反射し、２０％の光を透過する光学特性を有している。

【0040】

尚、前記ビームスプリッタ膜３５に於ける反射率と透過率の割合は、用途や測定対象物迄の距離に応じて適宜設定される。例えば、測定対象物迄の距離が近い場合には、前記ビームスプリッタ膜３５を例えば反射率５０％～７０％、透過率３０％～５０％の範囲から選択し、測定対象物迄の距離が遠い場合には、前記ビームスプリッタ膜３５を例えば反射率７０％～９０％、透過率１０～３０％の範囲から選択するのが望ましい。

【0041】

前記測距光受光部２４は、前記受光光軸３４を有している。又、前記測距光受光部２４は、受光側から順に前記受光光軸３４上に設けられた受光素子３７と、光量調整板３８と、受光プリズム３９を有すると共に、該受光プリズム３９で反射された前記受光光軸３４上に設けられた所定のＮＡを有する受光レンズ４１を有している。

【0042】

尚、前記光量調整板３８、前記受光プリズム３９、前記受光レンズ４１、前記反射プリズム２９等で受光光学系４２が構成される。又、本実施例では、前記受光光軸３４と、前記受光プリズム３９で反射された前記受光光軸３４とを総称して、該受光光軸３４としている。

【0043】

前記距離測定部１９は、前記演算制御部１７により制御される。前記発光素子２６から前記測距光軸２５上にパルス状の前記測距光３２が射出されると、該測距光３２は前記コリメータレンズ２８に入射する。又、前記測距光軸２５上に前記平行平面板２７が存在している場合には、前記測距光３２は前記平行平面板２７を介して広がり角が僅かに広がりながら前記コリメータレンズ２８に入射する。

【0044】

該コリメータレンズ２８は、前記発光素子２６から直接前記測距光３２が入射した場合には、該測距光３２を平行光束とする。又、前記コリメータレンズ２８は、前記平行平面板２７を介して前記測距光３２が入射した場合には、該測距光３２を僅かに発散させる。

【0045】

前記コリメータレンズ２８を透過した前記測距光３２は、前記反射プリズム２９の入射面に対して直角に入射し、該反射プリズム２９内部を透過して前記接合面３３（ビームスプリッタ膜３５）で前記受光光軸３４及び前記軸心１１ａと同軸になる様反射される。前記反射プリズム２９から射出される前記測距光３２は、前記走査ミラー１５によって直角に偏向され、前記窓部３１を介して測定対象物に照射される。前記走査ミラー１５が前記軸心１１ａを中心に回転することで、前記測距光３２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。

【0046】

尚、前記窓部３１は、該窓部３１で反射された前記測距光３２が前記受光素子３７に入射しない様、前記測距光軸２５の光軸に対して所定角度傾斜して設けられている。

【0047】

測定対象物で反射された前記測距光３２（以下、反射測距光４３）は、前記走査ミラー１５で直角に反射され、前記受光光学系４２を経て前記受光素子３７で受光される。該受光素子３７は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、或は同等の光電変換素子となっている。

【0048】

前記演算制御部１７は、前記発光素子２６の発光タイミングと、前記受光素子３７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、前記測距光３２の１パルス毎に測距を実行する（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）。尚、前記発光素子２６の発光のタイミング、即ちパルス間隔は、前記操作パネル１６を介して変更可能となっている。

【0049】

尚、前記距離測定部１９には内部参照光光学系（後述）が設けられ、該内部参照光光学系から受光した内部参照光（後述）と前記反射測距光４３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。

【0050】

前記托架部５と前記走査ミラー１５とがそれぞれ定速で回転し、該走査ミラー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動により、前記測距光３２が２次元に走査される。又、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、測定対象物の３次元座標及び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。

【0051】

次に、前記受光光学系４２について説明する。尚、図２（Ａ）、図３中では、前記測距光３２の主光線（前記測距光軸２５）及び前記反射測距光４３の主光線（前記受光光軸３４）のみを記載している。

【0052】

前記受光プリズム３９は、所定の屈折率を有する４角形のプリズムであり、前記受光レンズ４１を透過した前記反射測距光４３が入射する第１面３９ａ、該第１面３９ａの表面を透過した前記反射測距光４３が反射する第２面３９ｂ、該第２面３９ｂと前記第１面３９ａで反射された前記反射測距光４３が入射する第３面３９ｃ、前記第１面３９ａに入射した前記反射測距光４３と交差する方向に前記第３面３９ｃで反射された前記反射測距光４３が透過する透過面としての第４面３９ｄとを有している。該第４面３９ｄを透過した前記反射測距光４３は、前記受光素子３７に入射する様になっている。

【0053】

前記光量調整板３８は、例えばプラスチック製の円板であり、表面には円形のグラデーションフィルム膜が形成され、該グラデーションフィルム膜の一部が前記受光光軸３４と直交する様に配置される。又、前記光量調整板３８は、回転軸４５を中心にモータ４６により回転可能であり、前記光量調整板３８の回転により、該光量調整板３８に対する前記反射測距光４３の入射位置が変化する様に構成される。

【0054】

前記グラデーションフィルム膜は、θ＝０°～３６０°の間で透過率が漸次増大（又は減少）する様に構成されている。従って、前記モータ４６を駆動させ、前記反射測距光４３の前記光量調整板３８に対する入射位置を制御することで、前記反射測距光４３の透過率を例えば０．０００１％～１００％の範囲で制御することができる。前記光量調整板３８の透過率については、測定対象物の種類や測定対象物迄の距離に応じて適宜設定される。

【0055】

又、前記走査ミラー１５の下方には、再帰反射性を有するリファレンスプリズム４７が設けられている。前記走査ミラー１５を介して前記測距光３２を回転照射する過程で、該測距光３２の一部が前記リファレンスプリズム４７に入射する。該リファレンスプリズム４７により再帰反射された前記測距光３２は、前記走査ミラー１５を介して前記受光光学系４２に入射し、前記受光素子３７に受光される様に構成される。

【0056】

ここで、前記発光素子２６から前記リファレンスプリズム４７迄の光路長、該リファレンスプリズム４７から前記受光素子３７迄の光路長は既知である。従って、前記リファレンスプリズム４７で反射された前記測距光３２を内部参照光４８として利用することができる。前記走査ミラー１５と前記リファレンスプリズム４７とにより内部参照光光学系４９が構成される。

【0057】

次に、前記距離測定部１９を有する前記測量装置１により測定を行う場合について説明する。前記距離測定部１９の各種動作は、前記演算制御部１７が各種プログラムを実行することでなされる。尚、以下では、プリズム測定が行われる場合について説明している。

【0058】

前記発光素子２６から発せられた前記測距光３２は、前記平行平面板２７、前記コリメータレンズ２８を介して前記反射プリズム２９に直角に入射する。

【0059】

該反射プリズム２９に入射した前記測距光３２は、前記反射プリズム２９内を透過し、前記接合面３３の前記ビームスプリッタ膜３５で前記受光光軸３４及び前記軸心１１ａと同軸となる様偏向（反射）される。この時、該ビームスプリッタ膜３５の大きさは、前記測距光３２の光束径と同等又は僅かに大きくなっているので、前記測距光３２は全て前記ビームスプリッタ膜３５に入射する。又、前記測距光軸２５に対して前記反射プリズム２９の射出面が傾斜しているので、該射出面で内面反射された前記測距光３２が前記受光素子３７に受光されることがない。

【0060】

該ビームスプリッタ膜３５で反射された前記測距光３２は、前記反射プリズム２９の射出面に対して僅かに傾斜して透過し、前記走査ミラー１５を介して測定対象物、例えば再帰反射性を有するプリズムに照射される。

【0061】

該プリズムで反射された前記反射測距光４３は、前記走査ミラー１５で直角に反射され、前記反射プリズム２９を透過して前記受光光学系４２に入射する。ここで、前記反射測距光４３のうち、中心部の光は前記接合面３３を通過する。又、該接合面３３を通過する前記反射測距光４３のうち、前記反射防止膜３６が設けられた箇所については、前記反射測距光４３が全透過する。一方で、前記ビームスプリッタ膜３５が設けられた箇所については、前記反射測距光４３の一部が透過する。本実施例では、前記ビームスプリッタ膜３５は２０％の透過率を有するので、前記ビームスプリッタ膜３５に入射した前記反射測距光４３のうちの２０％が前記ビームスプリッタ膜３５を透過する。

【0062】

前記反射プリズム２９を透過し、前記受光光学系４２に入射した前記反射測距光４３は、前記受光レンズ４１及び前記第１面３９ａを透過する過程で屈折される。前記反射測距光４３は、前記受光プリズム３９の内部で前記第２面３９ｂ、前記第１面３９ａで順次反射され、前記第３面３９ｃに入射する。又、前記反射測距光４３は、前記第３面３９ｃで前記第４面３９ｄに向って、即ち前記第１面３９ａから入射した前記反射測距光４３と交差する方向に反射される。前記第４面３９ｄを透過した前記反射測距光４３は、前記光量調整板３８を透過する過程で減光されつつ前記受光素子３７に受光される。

【0063】

前記演算制御部１７は、前記距離測定部１９の測距結果、前記水平角エンコーダ９及び前記鉛直角エンコーダ１４の検出結果に基づき、前記プリズムの３次元座標を演算する。

【0064】

尚、プリズムの測定は、全周或は前記プリズムの周辺を前記測距光３２で走査し、前記反射測距光４３を受光した位置を前記プリズムの位置として測定してもよい。

【0065】

上述の様に、第１の実施例では、前記測距光軸２５を前記受光光軸３４に合致させる為の光学部材として、２つのプリズムを組合わせた前記反射プリズム２９を用い、該反射プリズム２９の前記接合面３３に形成された前記ビームスプリッタ膜３５で前記測距光３２を偏向させている。

【0066】

ここで、測定対象物迄の距離が短い場合、前記反射測距光４３の中心部の光量が大きくなり、測定対象物迄の距離が長い場合、前記反射測距光４３の周辺部の光量が大きくなる。

【0067】

従って、前記ビームスプリッタ膜３５に入射した前記反射測距光４３のうち、一部が所定の透過率を有する前記ビームスプリッタ膜３５を透過するので、該ビームスプリッタ膜３５による前記反射測距光４３のケラレを低減でき、近距離測定に於いても測距可能な充分な受光量を得ることができる。

【0068】

又、前記ビームスプリッタ膜３５を通過する前記反射測距光４３のケラレが低減できるので、測定対象物として小型のコーナキューブ等が用いられ、前記反射測距光４３のビーム径が小さい場合でも、測定が可能となる。

【0069】

又、前記測距光軸２５に対して挿脱可能な前記平行平面板２７を設け、該平行平面板２７により前記測距光３２の広がり角を調整することができる。従って、ビーム径が小さく、光強度の強い前記測距光３２を用いたノンプリズム測定、ビーム径が大きい前記測距光３２を用いたプリズム測定を使い分けることができる。

【0070】

又、前記受光プリズム３９と前記受光素子３７との間に回転により透過率を変更可能な前記光量調整板３８を設け、該光量調整板３８の回転により前記受光素子３７に受光される前記反射測距光４３の光量を調整可能となっている。

【0071】

従って、前記受光素子３７が飽和する程前記反射測距光４３の光量が大きい場合であっても、前記光量調整板３８によって前記反射測距光４３の光量を適正光量迄減衰させることができる。

【0072】

又、前記反射プリズム２９の射出面は、前記ビームスプリッタ膜３５によって偏向された前記測距光軸２５に対して僅かに傾斜しているので、前記射出面で内部反射された前記測距光３２が前記受光素子３７に受光されるのを防止することができ、測定誤差を低減できる。

【0073】

更に、前記受光プリズム３９を設け、該受光プリズム３９内で前記反射測距光４３を複数回反射させているので、水平方向（紙面に対して左右方向）の光路長を短くすることができ、前記距離測定部１９の光学系の小型化を図ると共に、前記測量装置１の軽量化を図ることができる。

【0074】

尚、前記光量調整板３８だけでは前記反射測距光４３の減衰が不十分である場合には、前記平行平面板２７に減衰膜を形成してもよい。通常、プリズム測定を行う場合、ノンプリズム測定を行う場合よりも前記反射測距光４３の光量が大きくなる。即ち、前記受光素子３７が飽和する程前記反射測距光４３の光量が増大するのはプリズム測定の場合である為、前記平行平面板２７に減衰膜を形成することで、プリズム測定時の前記反射測距光４３の受光量を低減させることができる。

【0075】

次に、図４に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図４中、図２（Ａ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0076】

第２の実施例では、測距光軸２５が２回偏向されることで、該測距光軸２５が受光光軸３４及び軸心１１ａと合致する構成となっている。即ち、第２の実施例では、コリメータレンズ２８と反射プリズム２９との間に、前記測距光軸２５を直角に偏向（反射）する反射ミラー５１を設けている。

【0077】

発光素子２６から発せられた前記測距光３２は、前記反射ミラー５１で直角に偏向された後、反射プリズム２９に垂直に入射する。該反射プリズム２９に対して入射した後の工程については第１の実施例と同様である。

【0078】

第２の実施例では、前記測距光軸２５を直角に偏向させる前記反射ミラー５１を設けているので、軸心６ａ方向（紙面に対して上下方向）の光路長を短くすることができ、距離測定部１９の光学系を小型化することができる。

【0079】

次に、図５に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図５中、図２（Ａ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0080】

第３の実施例では、第２の実施例と同様、測距光軸２５が２回偏向され、受光光軸３４及び軸心１１ａと合致する構成となっている。一方で、第３の実施例では、反射プリズム５２が２つのプリズムが接合された台形のプリズムとなっている。

【0081】

前記反射プリズム５２は、該反射プリズム５２に対して直角に入射した測距光３２を接合面３３に向って反射（偏向）する反射面５３を有している。該反射面５３で反射された前記測距光３２は、前記接合面３３のビームスプリッタ膜３５で受光光軸３４及び軸心１１ａと合致する様に偏向される。前記ビームスプリッタ膜３５に入射した後の工程については第１の実施例と同様である。

【0082】

第３の実施例では、前記反射プリズム５２が測距光軸２５を前記ビームスプリッタ膜３５に向って偏向させる前記反射面５３を有している。従って、軸心６ａ方向（紙面に対して上下方向）の光路長を短くすることができ、距離測定部１９の光学系を小型化することができる。

【0083】

又、前記測距光軸２５を前記ビームスプリッタ膜３５に向って偏向させる為の光学部材として、ミラーではなくプリズムを使用しているので、測量装置本体３に対する温度変化に基づく光軸のズレ（偏角誤差）が抑制され、測定精度を向上させることができる。

【0084】

次に、図６に於いて、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図６中、図２（Ａ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0085】

第４の実施例は、第１の実施例の測量装置に追尾機能を追加した構成であり、距離測定部１９は追尾光射出部５４と追尾光受光部５５とを有している。

【0086】

前記追尾光射出部５４は、追尾光軸５６を有している。又、前記追尾光射出部５４は、発光側から順に前記追尾光軸５６上に設けられた追尾発光素子５７、コリメータレンズ５８、ダイクロイックミラー５９、反射プリズム２９を有している。尚、本実施例では、前記追尾光軸５６と前記反射プリズム２９によって反射された前記追尾光軸５６を総称して該追尾光軸５６としている。更に、該ダイクロイックミラー５９の反射側に測距光射出部２３、即ち発光素子２６、平行平面板２７及びコリメータレンズ２８が設けられている。

【0087】

前記追尾発光素子５７は、例えばレーザダイオード（ＬＤ）であり、測距光３２とは異なる近赤外波長の追尾光６１を射出する様構成されている。又、前記ダイクロイックミラー５９は、前記追尾光６１を透過し、前記測距光３２を反射する様に構成されている。

【0088】

即ち、前記ダイクロイックミラー５９は、前記測距光３２と前記追尾光６１の共通光路上（測距光軸２５と前記追尾光軸５６の交差位置）に設けられ、前記測距光軸２５が前記追尾光軸５６と合致する様に前記測距光軸２５を偏向（反射）する。従って、前記測距光３２と前記追尾光６１とは同軸で測定対象物に向って照射される。

【0089】

前記追尾光受光部５５は、追尾受光光軸６２を有している。又、前記追尾光受光部５５は、受光側から順に追尾受光素子６３、受光プリズム６４及び受光レンズ４１を有している。

【0090】

前記受光プリズム６４は、所定の屈折率を有する四角プリズムである第１プリズム６５と、所定の屈折率を有する三角プリズムである第２プリズム６６とを接合し、一体化されて構成されている。一体化された状態では、前記受光プリズム６４は第１の実施例に於ける受光プリズム３９と同一の外形形状となる。前記第１プリズム６５と前記第２プリズム６６の接合面６７には、ダイクロイックフィルタ膜が設けられており、該接合面６７は反射測距光４３を透過し、測定対象物で反射された前記追尾光６１（反射追尾光６８）を反射する様構成されている。即ち、前記接合面６７は、前記反射測距光４３と前記反射追尾光６８を分離する為の分離面となっている。尚、第１面６５ａ、第２面６５ｂ、第３面６５ｃについては第１の実施例に於ける受光プリズム３９の第１面３９ａ、第２面３９ｂ、第３面３９ｃと同様の構成となっている。

【0091】

又、前記接合面６７の透過側に光量調整板３８と受光素子３７とが設けられ、前記接合面６７の反射側に前記追尾受光素子６３が設けられている。即ち、前記接合面６７は、前記反射測距光４３と前記反射追尾光６８の共通光路上（受光光軸３４と追尾受光光軸６２に交差位置）に位置し、前記受光プリズム６４に同軸で入射した前記反射測距光４３と前記反射追尾光６８とを分離する。

【0092】

前記追尾受光素子６３は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は前記追尾受光素子６３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、前記追尾受光素子６３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前記追尾受光素子６３上での位置が特定される。

【0093】

測定対象物の追尾を行う際には、演算制御部１７が前記測距光３２と同軸で前記追尾光６１を照射し、測定対象物で反射された前記反射追尾光６８の前記追尾受光素子６３に対する入射位置を演算し、該偏差に基づき前記反射追尾光６８の入射位置が前記追尾受光素子６３の中心となる様に水平回転モータ８と前記鉛直回転モータ１３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。

【0094】

第４の実施例では、測距の為の光学部材と追尾の為の光学部材の一部を共用とし、前記測距光３２と前記追尾光６１とを同軸で照射する様に構成されている。従って、前記測量装置１に追尾機能を追加した場合であっても、前記距離測定部１９の光学系の小型化を図ることができる。

【0095】

尚、前記ダイクロイックミラー５９の透過側を測距光射出部２３とし、反射側を前記追尾光射出部５４としてもよいし、前記接合面６７の透過側を前記追尾光受光部５５とし、反射側を測距光受光部２４としてもよい。

【0096】

次に、図７に於いて、本発明の第５の実施例について説明する。尚、図７中、図６中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0097】

第５の実施例では、第４の実施例と同様の測距光射出部２３、測距光受光部２４、追尾光射出部５４、追尾光受光部５５に加えて、レーザポインタ光射出部６９と撮像部７１とを同軸に設けている。

【0098】

前記レーザポインタ光射出部６９は、レーザポインタ発光素子７２から射出されるレーザポインタ光（レーザポインタ光軸７３）上に設けられた投光レンズ７４と、ビームスプリッタ７５と、該ビームスプリッタ７５の反射光軸上に設けられたミラー７６と、該ミラー７６の反射光軸上に設けられたショートパスフィルタ板７７とを有している。尚、本実施例では、前記レーザポインタ光軸７３と、前記ミラー７６及び前記ショートパスフィルタ板７７で反射されたレーザポインタ光軸７３とを総称して該レーザポインタ光軸７３としている。

【0099】

前記レーザポインタ発光素子７２は、例えば可視光領域のレーザ光線を射出するレーザダイオードとなっている。前記ビームスプリッタ７５は、前記レーザポインタ光軸７３を撮像光軸７８（後述）と同軸に偏向する。即ち、前記ビームスプリッタ７５は、前記レーザポインタ光軸７３と前記撮像光軸７８の交差位置に配置される。又、前記ミラー７６は前記レーザポインタ光軸７３を前記ショートパスフィルタ板７７に向って反射する。

【0100】

該ショートパスフィルタ板７７は、可視光を透過し、測距光３２（反射測距光４３）と追尾光６１（反射追尾光６８）を反射する光学特性を有している。又、前記ショートパスフィルタ板７７は、該ショートパスフィルタ板７７を透過したレーザポインタ光軸７３と同軸となる様、測距光軸２５及び追尾光軸５６を偏向する。更にショートパスフィルタ板７７は、前記撮像光軸７８を前記受光光軸３４及び追尾受光素子６３から分離させる。即ち、前記ショートパスフィルタ板７７は、前記測距光３２（前記追尾光６１）とレーザポインタ光の共通光路上に配置される。

【0101】

前記撮像部７１は、撮像素子７９に受光される背景光の光軸（前記撮像光軸７８）上に設けられた受光レンズ群８１と、前記ビームスプリッタ７５と、前記ミラー７６と、前記ショートパスフィルタ板７７とを有している。

【0102】

前記撮像素子７９は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は前記撮像素子７９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７９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前記撮像素子７９上での位置が特定される。

【0103】

同軸で照射されると共に、同軸で反射された前記反射測距光４３、前記反射追尾光６８、反射レーザポインタ光は、背景光と共に前記距離測定部１９に入射し、反射レーザポインタ光及び背景光が前記ショートパスフィルタ板７７で分離される。

【0104】

更に該ショートパスフィルタ板７７を透過したレーザポインタ光及び背景光は、前記ミラー７６で反射され、前記ビームスプリッタ７５及び前記受光レンズ群８１を介して前記撮像素子７９に結像され、画像が取得される。

【0105】

第５の実施例では、前記測距光軸２５及び前記追尾光軸５６と同軸になる様前記レーザポインタ光射出部６９及び前記撮像部７１を設けている。従って、測距、追尾、撮像等で用いられる光学部材の一部を共用できるので、光学系の小型化が図れると共に、部品点数の削減を図ることができる。

【0106】

次に、図８に於いて、本発明の第６の実施例について説明する。尚、図８中、図６中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0107】

第６の実施例では、測距光射出部２３、測距光受光部２４、追尾光射出部５４、追尾光受光部５５に加えて、撮像部７１を追加している。

【0108】

又、第６の実施例では、反射プリズム８２は、軸心１１ａに対して３５°程度傾斜し、前記反射プリズム８２の射出面（紙面に対して左側の面）がロングパスフィルタを設けたロングパスフィルタ面８３となっている。又、前記反射プリズム８２の下部には面取り加工が施されている。

【0109】

前記ロングパスフィルタ面８３は、可視光を反射し、赤外光及び近赤外光を透過する光学特性を有している。即ち、前記ロングパスフィルタ面８３は、同軸で入射した背景光を反射し、反射測距光４３及び反射追尾光６８を透過する分離面となっている。

【0110】

前記ロングパスフィルタ面８３で分離反射された背景光の光軸が前記撮像光軸７８となっており、該撮像光軸７８上に受光レンズ群８１及び撮像素子７９が設けられる。従って、前記反射プリズム８２に入射した背景光は、前記ロングパスフィルタ面８３で反射され、撮像素子７９に入射する様になっている。その他の構成については第６の実施例と略同様である。

【0111】

第６の実施例では、前記反射プリズム８２の射出面に設けた前記ロングパスフィルタ面８３を背景光が分離する為の分離面としている。従って、背景光を分離する為にミラーやプリズムを別途設ける必要がないので、部品点数の削減が図れると共に、光学系の小型化を図ることができる。

【0112】

尚、本発明に於いて、第１の実施例～第６の実施例を適宜組合わせてもよいのは言う迄もない。

【符号の説明】

【0113】

１ 測量装置
３ 測量装置本体
６ 水平回転軸
１１ 鉛直回転軸
１５ 走査ミラー
１７ 演算制御部
１９ 距離測定部
２３ 測距光射出部
２４ 測距光受光部
２９ 反射プリズム
３２ 測距光
３３ 接合面
３５ ビームスプリッタ膜
３８ 光量調整板
４３ 反射測距光
５１ 反射ミラー
５２ 反射プリズム
５３ 反射面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】