特開 2023-127742 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】P2023127742

(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 2022031615

(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】測距光の光量を調整可能な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４５を受光する受光素子３６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、前記測距光の光軸２５に対して挿脱可能なピンホール板２８を有し、該ピンホール板には所定の径のピンホール３３が形成され、前記ピンホール板の挿脱により前記測距光の光量と広がり角を変更可能とする様構成された。
【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、前記測距光の光軸に対して挿脱可能なピンホール板を有し、該ピンホール板には所定の径のピンホールが形成され、前記ピンホール板の挿脱により前記測距光の光量と広がり角を変更可能とする様構成された測量装置。

【請求項2】

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請求項１に記載の測量装置。

【請求項3】

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２～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】

測量装置の中には、プリズム測距をノンプリズム測距の両方が可能なものがある。一方で、ノンプリズム測距は測定対象物の反射率が低い場合がある為、充分な光量の反射測距光を得る為に光量の大きい測距光を用いる必要がある。然し乍ら、光量の大きい測距光を用いてプリズム測距を行った場合、反射測距光の光量が過剰となり、受光系が飽和して測定不能となる虞れがあった。

【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、測距光の光量を調整可能な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、前記測距光の光軸に対して挿脱可能なピンホール板を有し、該ピンホール板には所定の径のピンホールが形成され、前記ピンホール板の挿脱により前記測距光の光量と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。

【0008】

又本発明は、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。

【0009】

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。

【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、前記測距光の光軸に対して挿脱可能なピンホール板を有し、該ピンホール板には所定の径のピンホールが形成され、前記ピンホール板の挿脱により前記測距光の光量と広がり角を変更可能とする様構成されたので、光量の大きい前記測距光を用いた場合の前記受光素子の飽和を防止す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、コリメータレンズ２７と、広がり角調整部材としてのピンホール板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が設けられているが、該窓部３１はなくてもよい。

【0034】

尚、前記コリメータレンズ２７、前記ピンホール板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】

前記発光素子２６は、所定波長のレーザ光線を測距光３２として射出し、前記コリメータレンズ２７は、前記測距光３２を平行光束とする様構成される。

【0036】

前記ピンホール板２８は、中心部にピンホール３３が穿設された例えば黒色の板材となっている。前記ピンホール板２８は、駆動機構３４、例えばソレノイドを介して前記測距光軸２５に対して挿脱可能となっている。前記ピンホール板２８が前記測距光軸２５上に挿入された状態では、前記ピンホール３３の中心が前記測距光軸２５上に位置する。尚、前記ピンホール３３の径は、例えばφ＝０．５ｍｍ～２ｍｍの範囲で適宜設定される。

【0037】

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、前記ピンホール板２８が前記測距光軸２５上に挿入され、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、前記ピンホール板２８が前記測距光軸２５上から取除かれる。

【0038】

前記ピンホール板２８が前記測距光軸２５上へと挿入された際には、前記ピンホール板２８に入射した前記測距光３２は、前記ピンホール３３に入射した前記測距光３２のみが前記ピンホール板２８を通過し、前記ピンホール３３以外に入射した前記測距光３２は前記ピンホール板２８によって遮断される。従って、前記測距光３２は、前記ピンホール板２８により減光されると共に、回折効果により所定の広がり角で発散しつつ前記ピンホール３３から射出される。尚、回折により拡大される広がり角φは、例えば６分であり、２～２０分の範囲で適宜設定される様、前記ピンホール３３の径が設定される。

【0039】

又、本実施例では、前記ピンホール板２８は、前記コリメータレンズ２７と前記反射プリズム２９との間に設けられているが、前記ピンホール板２８を前記発光素子２６と前記コリメータレンズ２７に設けてもよい。

【0040】

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３５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３５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３６（後述）に受光されるのを防止している。尚、前記接合面３５の傾斜角は、前記測距光軸２５が受光光軸３７（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３５の傾斜角を４５°とし、前記測距光軸２５が前記受光光軸３７及び前記軸心１１ａと合致する様、前記反射プリズム２９の入射面に対して傾けて前記測距光３２を入射させてもよい。

【0041】

前記接合面３５の中心部にはビームスプリッタ膜３８が形成され、前記反射プリズム２９の表裏全体に反射防止膜３９が形成される。前記ビームスプリッタ膜３８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３８の大きさは、前記ピンホール３３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３８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。

【0042】

尚、前記ビームスプリッタ膜３８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３８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３８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。

【0043】

前記測距光受光部２４は、前記受光光軸３７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３７上に設けられた前記受光素子３６と、光量調整板４１と、受光プリズム４２を有すると共に、該受光プリズム４２で反射された前記受光光軸３７上に設けられた所定のＮＡを有する受光レンズ４３を有している。

【0044】

尚、前記光量調整板４１、前記受光プリズム４２、前記受光レンズ４３、前記反射プリズム２９等で受光光学系４４が構成される。又、本実施例では、前記受光光軸３７と、前記受光プリズム４２で反射された前記受光光軸３７とを総称して、該受光光軸３７としている。

【0045】

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２７により平行光束とされる。又、前記測距光軸２５上に前記ピンホール板２８が存在している場合には、前記ピンホール３３を通過する前記測距光３２以外は前記ピンホール板２８によって遮断される為、前記測距光３２の総光量が低減されると共に、前記ピンホール３３を通過する際の回折効果により前記測距光３２が所定の広がり角で射出される。

【0046】

前記ピンホール３３を通過した前記測距光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３５（ビームスプリッタ膜３８）で前記受光光軸３７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。

【0047】

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３６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。

【0048】

測定対象物で反射された前記測距光３２（以下、反射測距光４５）は、前記走査ミラー１５で直角に反射され、前記受光光学系４４を経て前記受光素子３６で受光される。該受光素子３６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。

【0049】

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３６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。

【0050】

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４５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。

【0051】

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。

【0052】

次に、前記受光光学系４４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４５の主光線（前記受光光軸３７）のみを記載している。

【0053】

前記受光プリズム４２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４３を透過した前記反射測距光４５が入射する第１面４２ａ、該第１面４２ａの表面を透過した前記反射測距光４５が反射する第２面４２ｂ、該第２面４２ｂと前記第１面４２ａで反射された前記反射測距光４５が入射する第３面４２ｃ、前記第１面４２ａに入射した前記反射測距光４５と交差する方向に前記第３面４２ｃで反射された前記反射測距光４５が透過する透過面としての第４面４２ｄとを有している。該第４面４２ｄを透過した前記反射測距光４５は、前記受光素子３６に入射する様になっている。

【0054】

前記光量調整板４１は、例えばプラスチック製の円板である。該光量調整板４１の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３７と直交する様に配置される。又、前記光量調整板４１は、回転軸４６を中心にモータ４７により回転可能であり、前記光量調整板４１の回転により、該光量調整板４１に対する前記反射測距光４５の入射位置が変化する様に構成される。

【0055】

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４７を駆動させ、前記反射測距光４５の前記光量調整板４１に対する入射位置を制御することで、前記反射測距光４５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４１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。

【0056】

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４８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４８に入射する。該リファレンスプリズム４８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４４に入射し、前記受光素子３６に受光される様に構成される。

【0057】

ここで、前記発光素子２６から前記リファレンスプリズム４８迄の光路長、該リファレンスプリズム４８から前記受光素子３６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４８で反射された前記測距光３２を内部参照光４９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４８とにより内部参照光光学系５１が構成される。

【0058】

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。

【0059】

前記発光素子２６から発せられた前記測距光３２は、前記コリメータレンズ２７により平行光束とされた後、前記ピンホール板２８の前記ピンホール３３を介して減光及び所定の広がり角で広がりつつ前記反射プリズム２９に直角に入射する。

【0060】

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３５の前記ビームスプリッタ膜３８で前記受光光軸３７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３８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３８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３６に受光されることがない。

【0061】

該ビームスプリッタ膜３８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。

【0062】

該プリズムで反射された前記反射測距光４５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４４に入射する。ここで、前記反射測距光４５のうち、中心部の光は前記接合面３５の前記ビームスプリッタ膜３８を通過する。又、該ビームスプリッタ膜３８以外の箇所については、前記反射防止膜３９を介して前記反射測距光４５が全透過する。一方で、前記ビームスプリッタ膜３８が設けられた箇所については、前記反射測距光４５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３８は２０％の透過率を有するので、前記ビームスプリッタ膜３８に入射した前記反射測距光４５のうちの２０％が前記ビームスプリッタ膜３８を透過する。

【0063】

前記反射プリズム２９を透過し、前記受光光学系４４に入射した前記反射測距光４５は、前記受光レンズ４３及び前記第１面４２ａを透過する過程で屈折される。前記反射測距光４５は、前記受光プリズム４２の内部で前記第２面４２ｂ、前記第１面４２ａで順次反射され、前記第３面４２ｃに入射する。又、前記反射測距光４５は、前記第３面４２ｃで前記第４面４２ｄに向って、即ち前記第１面４２ａから入射した前記反射測距光４５と交差する方向に反射される。前記第４面４２ｄを透過した前記反射測距光４５は、前記光量調整板４１を透過する過程で減光されつつ前記受光素子３６に受光される。

【0064】

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。

【0065】

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４５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。

【0066】

上述の様に、第１の実施例では、前記測距光軸２５に対して挿脱可能な前記ピンホール板２８を設け、該ピンホール板２８の前記ピンホール３３を介して前記測距光３２の減光と広がり角の拡大を可能とする。

【0067】

ここで、ノンプリズム測定では、測定対象物の反射率が低い場合でも充分な前記反射測距光４５の受光量が得られる様、光量の大きい前記測距光３２が用いられる。一方で、光量が大きい前記測距光３２を用いてプリズム測定を行う場合、前記反射測距光４５の受光量が過剰となり、前記受光素子３６が飽和する。

【0068】

従って、プリズム測定を行う場合には、前記ピンホール板２８を前記測距光軸２５上に挿入し、前記測距光３２を減光させることで、前記受光素子３６が飽和するのを防止することができる。即ち、前記ピンホール板２８の挿脱により、前記測距光３２の光量及び広がり角を変更することができる。

【0069】

又、前記測距光３２が前記ピンホール３３を通過する際に、回折効果により前記測距光３２が所定の広がり角で発散するので、該測距光３２を容易にプリズムに照射することができ、作業性を向上させることができる。

【0070】

又、前記ピンホール３３は孔であり、前記測距光３２が前記ピンホール３３を通過する際に屈折を生じない。従って、前記ピンホール板２８を前記測距光軸２５と直交する様正確に配置する必要がなく、前記ピンホール板２８の表面を正確な平面とする必要がないので、製作コストの低減が図れると共に、作業性を向上させることができる。

【0071】

又、第１の実施例では、前記測距光軸２５を前記受光光軸３７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３５に形成された前記ビームスプリッタ膜３８で前記測距光３２を偏向させている。

【0072】

ここで、測定対象物迄の距離が短い場合、前記反射測距光４５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４５の周辺部の光量が大きくなる。

【0073】

従って、前記ビームスプリッタ膜３８に入射した前記反射測距光４５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３８を透過するので、該ビームスプリッタ膜３８による前記反射測距光４５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。

【0074】

又、前記ビームスプリッタ膜３８を通過する前記反射測距光４５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４５のビーム径が小さい場合でも、測定が可能となる。

【0075】

又、前記受光プリズム４２と前記受光素子３６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４１を設け、該光量調整板４１の回転により前記受光素子３６に受光される前記反射測距光４５の光量を調整可能となっている。

【0076】

従って、前記受光素子３６が飽和する程前記反射測距光４５の光量が大きい場合であっても、前記光量調整板４１によって前記反射測距光４５の光量を適正光量迄減衰させることができる。

【0077】

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３８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３６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。

【0078】

更に、前記受光プリズム４２を設け、該受光プリズム４２内で前記反射測距光４５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。

【0079】

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。

【0080】

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３７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、ピンホール板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５２を設けている。

【0081】

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５２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。

【0082】

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５２を設けているので、軸心６ａ方向（紙面に対して上下方向、図１参照）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】

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。

【0084】

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３７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５３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。

【0085】

前記反射プリズム５３は、該反射プリズム５３に対して直角に入射した測距光３２を接合面３５に向って反射（偏向）する反射面５４を有している。該反射面５４で反射された前記測距光３２は、前記接合面３５のビームスプリッタ膜３８で受光光軸３７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３８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。

【0086】

第３の実施例では、前記反射プリズム５３が測距光軸２５を前記ビームスプリッタ膜３８に向って偏向させる前記反射面５４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。

【0087】

又、前記測距光軸２５を前記ビームスプリッタ膜３８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。

【0088】

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。

【0089】

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５５と追尾光受光部５６とを有している。

【0090】

前記追尾光射出部５５は、追尾光軸５７を有している。又、前記追尾光射出部５５は、発光側から順に前記追尾光軸５７上に設けられた追尾発光素子５８、コリメータレンズ５９、ダイクロイックミラー６１、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５７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５７を総称して該追尾光軸５７としている。更に、該ダイクロイックミラー６１の反射側に測距光射出部２３、即ち発光素子２６、コリメータレンズ２７及びピンホール板２８が設けられている。

【0091】

前記追尾発光素子５８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６２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６１は、前記追尾光６２を透過し、前記測距光３２を反射する様に構成されている。

【0092】

即ち、前記ダイクロイックミラー６１は、前記測距光３２と前記追尾光６２の共通光路上（測距光軸２５と前記追尾光軸５７の交差位置）に設けられ、前記測距光軸２５が前記追尾光軸５７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６２とは同軸で測定対象物に向って照射される。

【0093】

前記追尾光受光部５６は、追尾受光光軸６３を有している。又、前記追尾光受光部５６は、受光側から順に前記追尾受光光軸６３上に設けられた追尾受光素子６４、受光プリズム６５及び受光レンズ４３を有している。

【0094】

前記受光プリズム６５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６６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６７とを接合し、一体化されて構成されている。前記第１プリズム６６と前記第２プリズム６７の接合面６８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６８は反射測距光４５を透過し、測定対象物で反射された前記追尾光６２（反射追尾光６９）を反射する様構成されている。即ち、前記接合面６８は、前記反射測距光４５と前記反射追尾光６９を分離する為の分離面となっている。尚、前記受光プリズム６５に於ける第１面、第２面、第３面については、第１の実施例に於ける受光プリズム４２の第１面４２ａ、第２面４２ｂ、第３面４２ｃと同様の構成となっている。

【0095】

又、前記接合面６８の透過側に光量調整板４１と受光素子３６とが設けられ、前記接合面６８の反射側に前記追尾受光素子６４が設けられている。即ち、前記接合面６８は、前記反射測距光４５と前記反射追尾光６９の共通光路上（受光光軸３７と追尾受光光軸６３に交差位置）に位置し、前記受光プリズム６５に同軸で入射した前記反射測距光４５と前記反射追尾光６９とを分離する。

【0096】

前記追尾受光素子６４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６４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６４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６４上での位置が特定される。

【0097】

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６２を照射し、測定対象物で反射された前記反射追尾光６９の前記追尾受光素子６４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６９の入射位置が前記追尾受光素子６４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。

【0098】

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６２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。

【0099】

尚、前記ダイクロイックミラー６１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５５としてもよいし、前記接合面６８の透過側を前記追尾光受光部５６とし、反射側を測距光受光部２４としてもよい。

【0100】

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。

【0101】

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５５、追尾光受光部５６に加えて、レーザポインタ光射出部７１と撮像部７２とを同軸に設けている。

【0102】

前記レーザポインタ光射出部７１は、レーザポインタ発光素子７３から射出されるレーザポインタ光（レーザポインタ光軸７４）上に設けられた投光レンズ７５と、ビームスプリッタ７６と、該ビームスプリッタ７６の反射光軸上に設けられたミラー７７と、該ミラー７７の反射光軸上に設けられたショートパスフィルタ板７８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７４と、前記ミラー７７及び前記ショートパスフィルタ板７８で反射されたレーザポインタ光軸７４とを総称して該レーザポインタ光軸７４としている。

【0103】

前記レーザポインタ発光素子７３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７６は、前記レーザポインタ光軸７４を撮像光軸７９（後述）と同軸に偏向する。即ち、前記ビームスプリッタ７６は、前記レーザポインタ光軸７４と前記撮像光軸７９の交差位置に配置される。又、前記ミラー７７は前記レーザポインタ光軸７４を前記ショートパスフィルタ板７８に向って反射する。

【0104】

該ショートパスフィルタ板７８は、可視光を透過し、測距光３２（反射測距光４５）と追尾光６２（反射追尾光６９）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７８は、該ショートパスフィルタ板７８を透過したレーザポインタ光軸７４と同軸となる様、測距光軸２５及び追尾光軸５７を偏向する。更にショートパスフィルタ板７８は、前記撮像光軸７９を前記受光光軸３７及び追尾受光素子６４から分離させる。即ち、前記ショートパスフィルタ板７８は、前記測距光３２（前記追尾光６２）とレーザポインタ光の共通光路上に配置される。

【0105】

前記撮像部７２は、撮像素子８１に受光される背景光の光軸（前記撮像光軸７９）上に設けられた受光レンズ群８２と、前記ビームスプリッタ７６と、前記ミラー７７と、前記ショートパスフィルタ板７８とを有している。

【0106】

前記撮像素子８１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８１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８１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８１上での位置が特定される。

【0107】

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４５、前記反射追尾光６９、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７８で分離される。

【0108】

更に該ショートパスフィルタ板７８を透過したレーザポインタ光及び背景光は、前記ミラー７７で反射され、前記ビームスプリッタ７６及び前記受光レンズ群８２を介して前記撮像素子８１に結像され、画像が取得される。

【0109】

第５の実施例では、前記測距光軸２５及び前記追尾光軸５７と同軸になる様前記レーザポインタ光射出部７１及び前記撮像部７２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。

【0110】

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。

【0111】

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５５、追尾光受光部５６に加えて、撮像部７２を追加している。

【0112】

又、第６の実施例では、反射プリズム８３は、軸心１１ａに対して３５°程度傾斜し、前記反射プリズム８３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８４となっている。又、前記反射プリズム８３の下部には面取り加工が施されている。

【0113】

前記ロングパスフィルタ面８４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８４は、同軸で入射した背景光を反射し、反射測距光４５及び反射追尾光６９を透過する分離面となっている。

【0114】

前記ロングパスフィルタ面８４で分離反射された背景光の光軸が前記撮像光軸７９となっており、該撮像光軸７９上に受光レンズ群８２及び撮像素子８１が設けられる。従って、前記反射プリズム８３に入射した背景光は、前記ロングパスフィルタ面８４で反射され、撮像素子８１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。

【0115】

第６の実施例では、前記反射プリズム８３の射出面に設けた前記ロングパスフィルタ面８４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。

【0116】

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。

【0117】

又、第１の実施例～第６の実施例に於いて、前記ピンホール板２８に物理的に穿設した孔を前記ピンホール３３としているが、エレクトロウェッティングによるマスクや、ガラス板にクロム蒸着したマスクにより形成した開口部をピンホールとしてもよい。エレクトロウェッティングを用いると、印加する電圧によりピンホールの大きさを変更できるので、より細かな光量調整が可能となる。

【符号の説明】

【0118】

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
２８ ピンホール板
２９ 反射プリズム
３２ 測距光
３３ ピンホール
３５ 接合面
３８ ビームスプリッタ膜
４１ 光量調整板
４５ 反射測距光
５３ 反射プリズム
５４ 反射面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】