特開 2023-50684 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】P2023050684

(43)【公開日】2023-04-11

(54)【発明の名称】測量装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20230404BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103A

G01C15/00 103D

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021160913

(22)【出願日】2021-09-30

(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】測距光のビームプロファイルを均一化し、測距結果の誤差の低減を図る測量装置を提供する。
【解決手段】測定対象物に測距光を射出する発光部と、前記測距光を１次元方向に拡散させる１次元拡散光学部材とを有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、前記発光部を制御し、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１７とを具備し、前記発光部は１方向に積層された少なくとも２つの発光素子を有し、前記１次元拡散光学部材は前記発光素子の積層方向と直交する方向に延出するスリットを有する様構成された。
【選択図】図１

【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発光部と、前記測距光を１次元方向に拡散させる１次元拡散光学部材とを有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、前記発光部を制御し、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、前記発光部は１方向に積層された少なくとも２つの発光素子を有し、前記１次元拡散光学部材は前記発光素子の積層方向と直交する方向に延出するスリットを有する様構成された測量装置。

【請求項2】

前記測定対象物は、再帰反射性を有するコーナキューブであり、前記１次元拡散光学部材により拡散された前記測距光は、各発光素子から発せられた光が全て重複する重複部分が形成され、該重複部分で前記コーナキューブを測距する様に構成された請求項１に記載の測量装置。

【請求項3】

水平回転モータにより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モータにより鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記測距光を前記コーナキューブに照射すると共に、該コーナキューブからの前記反射測距光を受光する走査ミラーと、前記托架部の水平角を検出する水平角エンコーダと、前記走査ミラーの鉛直角を検出する鉛直角エンコーダを更に具備し、前記演算制御部は、前記コーナキューブを前記測距光で走査した際の前記反射測距光の受光光量と水平角と鉛直角とに基づき、前記コーナキューブの重心位置を演算し、該重心位置に基づき前記コーナキューブの測角を行う様構成された請求項２に記載の測量装置。

【請求項4】

前記演算制御部は、前記反射測距光の受光光量に基づき、前記コーナキューブが前記重複部分で測距されたかどうかを判断し、該重複部分で測距されなかったと判断された測距結果を破棄する様に構成された請求項２又は請求項３に記載の測量装置。

【請求項5】

前記演算制御部は、前記コーナキューブを前記測距光で走査した際に得られた光量分布に基づき前記コーナキューブの重心位置を演算し、該重心位置から予め設定した閾値の範囲内に位置するかどうかで前記コーナキューブが前記重複部分で測距されたかどうかを判断し、該重複部分で測距されなかったと判断された測距結果を破棄する様に構成された請求項３に記載の測量装置。

【請求項6】

前記測距光射出部は駆動機構を更に具備し、該駆動機構は前記１次元拡散光学素子を前記測距光の光軸に対して挿脱す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】

前記１次元拡散光学部材は、１つのスリット孔を有するスリット板である請求項１～請求項６のうちのいずれか１項に記載の測量装置。

【請求項8】

前記１次元拡散光学部材は、複数のスリット孔を有するスリット板である請求項１～請求項６のうちのいずれか１項に記載の測量装置。

【請求項9】

前記スリット孔は、前記発光素子の積層方向に開口幅を変更可能であり、前記演算制御部は、前記発光素子の積層方向に前記スリット孔の開口幅を変更可能に構成された請求項７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】

測量装置の光源として、複数の発光素子、例えばレーザダイオードを積層（スタック）させて同時に発光させるマルチスタックレーザを用いるものがある。マルチスタックレーザは、複数の発光素子の光を合算することで測距光の光量を増大させ、測距を可能とする距離の増大を図っている。

【0004】

然し乍ら、各発光素子が同時に発光する様制御したとしても、製作誤差等により発光のタイミングにズレが生じる場合がある。又、このズレに起因して、各発光素子毎に例えば±１０ｍｍ程度測距値に差異が生じる場合がある。

【0005】

一方で、再帰反射性を有する反射プリズム等を測定対象物とするプリズム測距の場合、測距光のビームプロファイル（強度分布）を維持した状態で測距光が反射されることとなる。従って、マルチスタックレーザを光源としてプリズム測定を行う場合、測距光のどの部分を反射するか、即ちどの発光素子の光を反射するかによって、測距結果に誤差を生じる虞があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２１－２５９９３号公報

【特許文献2】特開２０１８－９１７６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、測距光のビームプロファイルを均一化し、測距結果の誤差の低減を図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】

【0008】

本発明は、測定対象物に測距光を射出する発光部と、前記測距光を１次元方向に拡散させる１次元拡散光学部材とを有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、前記発光部を制御し、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、前記発光部は１方向に積層された少なくとも２つの発光素子を有し、前記１次元拡散光学部材は前記発光素子の積層方向と直交する方向に延出するスリットを有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、前記測定対象物は、再帰反射性を有するコーナキューブであり、前記１次元拡散光学部材により拡散された前記測距光は、各発光素子から発せられた光が全て重複する重複部分が形成され、該重複部分で前記コーナキューブを測距する様に構成された測量装置に係るものである。

【0010】

又本発明は、水平回転モータにより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モータにより鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記測距光を前記コーナキューブに照射すると共に、該コーナキューブからの前記反射測距光を受光する走査ミラーと、前記托架部の水平角を検出する水平角エンコーダと、前記走査ミラーの鉛直角を検出する鉛直角エンコーダを更に具備し、前記演算制御部は、前記コーナキューブを前記測距光で走査した際の前記反射測距光の受光光量と水平角と鉛直角とに基づき、前記コーナキューブの重心位置を演算し、該重心位置に基づき前記コーナキューブの測角を行う様構成された測量装置に係るものである。

【0011】

又本発明は、前記演算制御部は、前記反射測距光の受光光量に基づき、前記コーナキューブが前記重複部分で測距されたかどうかを判断し、該重複部分で測距されなかったと判断された測距結果を破棄する様に構成された測量装置に係るものである。

【0012】

又本発明は、前記演算制御部は、前記コーナキューブを前記測距光で走査した際に得られた光量分布に基づき前記コーナキューブの重心位置を演算し、該重心位置から予め設定した閾値の範囲内に位置するかどうかで前記コーナキューブが前記重複部分で測距されたかどうかを判断し、該重複部分で測距されなかったと判断された測距結果を破棄する様に構成された測量装置に係るものである。

【0013】

又本発明は、前記測距光射出部は駆動機構を更に具備し、該駆動機構は前記１次元拡散光学素子を前記測距光の光軸に対して挿脱する様構成された測量装置に係るものである。

【0014】

又本発明は、前記１次元拡散光学部材は、１つのスリット孔を有するスリット板である測量装置に係るものである。

【0015】

又本発明は、前記１次元拡散光学部材は、複数のスリット孔を有するスリット板である測量装置に係るものである。

【0016】

更に又本発明は、前記スリット孔は、前記発光素子の積層方向に開口幅を変更可能であり、前記演算制御部は、前記発光素子の積層方向に前記スリット孔の開口幅を変更可能に構成された測量装置に係るものである。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、測定対象物に測距光を射出する発光部と、前記測距光を１次元方向に拡散させる１次元拡散光学部材とを有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、前記発光部を制御し、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、前記発光部は１方向に積層された少なくとも２つの発光素子を有し、前記１次元拡散光学部材は前記発光素子の積層方向と直交する方向に延出するスリットを有する様構成されたので、各測距光を互いに重ね合せ、該測距光のビームプロファイルを均一化することができ、前記発光素子の積層個数に拘らず均一な測距結果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】

【0018】

【図1】本発明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、本発明の実施例に係る距離測定部を示す構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ矢視図である。

【図3】本発明の実施例に係る距離測定部を示す構成図である。

【図4】（Ａ）は１次元拡散光学素子を用いない場合の測距光のビームプロファイルであり、（Ｂ）は１次元拡散光学素子を用いた場合の測距光のビームプロファイルであり、（Ｃ）は線Ｂに於ける各測距光のプロファイル断面強度である。

【図5】（Ａ）は１次元拡散光学素子を用いない場合の測距光とコーナキューブとの関係を示す説明図であり、（Ｂ）は１次元拡散光学素子を用いた場合の測距光とコーナキューブとの関係を示す説明図である。

【図6】（Ａ）は１次元拡散光学素子を用いない場合の測距光でコーナキューブを走査した場合を示す説明図であり、（Ｂ）はこの時の角度と受光光量との関係を示す分布図である。

【図7】（Ａ）は１次元拡散光学素子を用いた場合の測距光でコーナキューブを走査した場合を示す説明図であり、（Ｂ）はこの時の角度と受光光量との関係を示す分布図である。

【図8】本発明の実施例の変形例に係る距離測定部を示す構成図である。

【図9】（Ａ）～（Ｃ）は、本発明の実施例に係る１次元拡散光学部材の変形例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

前記記憶部１８には、後述する発光部の発光素子の駆動を制御する制御プログラム、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、測定結果に基づき測定対象物の重心を演算する為の演算プログラム、反射測距光の受光光量に基づき誤差を有する測距結果を破棄する為の制御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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

前記測距光射出部２３は測距光軸３８を有している。又、前記測距光射出部２３は、前記測距光軸３８上に設けられた発光部２５と、コリメータレンズ２６と、前記ビーム成形光学素子２７と、該ビーム成形光学素子２７の反射光軸上に設けられた１次元拡散光学部材としてのスリット板２８と、偏向部材としての反射プリズム２９と、該反射プリズム２９を固定する為の固定部材３１とを有している。又、前記反射プリズム２９で反射された前記測距光軸３８上に前記走査ミラー１５が設けられている。前記固定部材３１は、例えばガラス板等の透明材料により形成されている。又、前記走査ミラー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３２が設けられている。

【0037】

尚、前記コリメータレンズ２６、前記ビーム成形光学素子２７、前記スリット板２８、前記反射プリズム２９等は、投光光学系３３を構成する。又、本実施例では、前記測距光軸３８と、前記ビーム成形光学素子２７で反射された前記測距光軸３８と、前記反射プリズム２９で反射された前記測距光軸３８とを総称して該測距光軸３８としている。

【0038】

又、測距光受光部２４は、受光光軸３９を有している。前記測距光受光部２４は、受光光軸３９上に設けられた受光素子３４と、受光プリズム３５を有すると共に、該受光プリズム３５で反射された受光光軸３９軸上に設けられ所定のＮＡを有する受光レンズ３６を有している。尚、前記受光プリズム３５と前記受光レンズ３６とで受光光学系３７を構成する。又、本実施例では、前記受光光軸３９と、前記受光プリズム３５で反射された反射光軸とを総称して受光光軸３９としている。

【0039】

前記発光部２５は、複数の発光素子、例えばレーザダイオード（ＬＤ）を積層させたマルチスタックレーザ光源となっている。前記発光部２５は、例えば積層（スタック）された３つの発光素子から構成されており、各発光素子からレーザ光線が同時にパルス発光され、合成されたパルス光を測距光４１（後述）として射出する様に制御されている。３つの発光素子が同時に発光され、合成された前記測距光４１を発することで、前記発光部２５から発せられる前記測距光４１の光量を確保し、前記測量装置１による遠距離測定を可能としている。

【0040】

尚、前記発光部２５を構成する発光素子は、２つであってもよいし、４つ或いは５つであってもよい。前記発光素子迄の距離は、想定される測定対象物迄の距離に応じて適宜設定される。

【0041】

前記ビーム成形光学素子２７は、例えば反射型、或いは透過型のアナモルフィックプリズムである。前記発光部２５より射出され、前記コリメータレンズ２６により平行光束とされた前記測距光４１は、ビーム形状が楕円形となっており、前記ビーム成形光学素子２７は楕円形状の測距光を円形状へと補正しつつ、直角に偏向する様に構成されている。

【0042】

前記スリット板２８は、図２（Ｂ）に示される様に、例えば中央にスリット孔４３が形成された円板である。前記ビーム成形光学素子２７で偏向された前記測距光４１が前記スリット孔４３を通過することで、前記測距光４１が回折し、該測距光４１が所定の方向（１次元方向）に拡散する様に構成されている。本実施例では、前記スリット孔４３は前記発光部２５の各発光素子の積層方向（スタック方向）に対して直交する方向に延出するスリットとなっており、前記測距光４１の拡散方向は各発光素子の積層方向となっている。

【0043】

尚、前記スリット孔４３の開口サイズは、０．０５×５ｍｍ～１×２０ｍｍの間から、測定対象物迄の距離等に応じて適宜設定されるものであり、例えば０．４×１０ｍｍに設定される。

【0044】

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。発光部２５から前記測距光軸３８上にパルス状の前記測距光４１が射出されると、該測距光４１は前記コリメータレンズ２６で平行光束とされ、前記ビーム成形光学素子２７によりビーム形状を補正されつつ直角に偏向される。該ビーム成形光学素子２７で反射された前記測距光４１は、前記スリット板２８の前記スリット孔４３により発光素子の積層方向に拡散された後、前記反射プリズム２９で直角に反射される。該反射プリズム２９から前記固定部材３１を介して射出される前記測距光４１の前記測距光軸３８は、前記軸心１１ａと合致しており、前記測距光４１は前記走査ミラー１５によって直角に偏向され、前記窓部３２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４１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。

【0045】

尚、前記窓部３２は、該窓部３２で反射された前記測距光４１が前記受光素子３４に入射しない様、前記測距光軸３８の光軸に対して所定角度傾斜して設けられている。

【0046】

測定対象物で反射された前記測距光４１（以下、反射測距光４２）は、前記走査ミラー１５で直角に反射され、前記受光光学系３７を経て前記受光素子３４で受光される。該受光素子３４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。

【0047】

前記演算制御部１７は、前記発光部２５の発光タイミングと、前記受光素子３４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４１の１パルス毎に測距を実行する（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）。尚、前記発光部２５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。

【0048】

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。

【0049】

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４１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。

【0050】

次に、前記受光光学系３７について説明する。尚、図２（Ａ）、図３中では、前記測距光４１の主光線（前記測距光軸３８）及び前記反射測距光４２の主光線（前記受光光軸３９）のみを記載している。

【0051】

前記受光プリズム３５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３６を透過した前記反射測距光４２が入射する第１面３５ａ、該第１面３５ａの表面を透過した前記反射測距光４２が反射する第２面３５ｂ、該第２面３５ｂと前記第１面３５ａで反射された前記反射測距光４２が入射する第３面３５ｃ、該第３面３５ｃで反射された前記反射測距光４２が透過する透過面としての第４面３５ｄとを有している。該第４面３５ｄを透過した前記反射測距光４２は、前記受光素子３４に入射する。

【0052】

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４４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４１を回転照射する過程で、該測距光４１の一部が前記リファレンスプリズム４４に入射する。該リファレンスプリズム４４により再帰反射された前記測距光４１は、前記走査ミラー１５を介して前記受光光学系３７に入射し、前記受光素子３４に受光される様に構成される。

【0053】

ここで、前記発光部２５から前記リファレンスプリズム４４迄の光路長、該リファレンスプリズム４４から前記受光素子３４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４４で反射された前記測距光４１を内部参照光４５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４４とにより内部参照光光学系４６が構成される。

【0054】

次に、図４～図７を参照し、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。

【0055】

前記発光部２５の各発光素子から発せられた前記測距光４１は、前記コリメータレンズ２６、前記ビーム成形光学素子２７、前記スリット板２８、前記反射プリズム２９、前記固定部材３１前記走査ミラー１５を介して測定対象物、例えばコーナキューブ４７に照射される。該コーナキューブ４７で反射され、前記走査ミラー１５を介して前記受光光学系３７に入射した前記反射測距光４２は、前記受光レンズ３６及び前記第１面３５ａを透過する過程で屈折される。又、前記反射測距光４２は、前記受光プリズム３５の内部で前記第２面３５ｂ、前記第１面３５ａ、前記第３面３５ｃで順次反射され、前記第４面３５ｄを透過し、前記受光素子３４に受光される。

【0056】

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、前記コーナキューブ４７の３次元座標を演算する。

【0057】

尚、前記コーナキューブ４７の測定は、全周或は該コーナキューブ４７の周辺を前記測距光４１で走査し、前記反射測距光４２を受光した位置を前記コーナキューブ４７の位置として測定してもよい。

【0058】

ここで、図４（Ａ）は、前記スリット板２８を用いなかった場合の前記測距光４１のビームプロファイルを示し、図４（Ｂ）は、前記スリット板２８を用いた場合の前記測距光４１のビームプロファイルを示している。又、図４（Ｃ）は、線Ｂの位置に於ける各測距光４１のビームプロファイル断面強度を比較したものであり、実線が前記スリット板２８を用いた場合、波線が前記スリット板２８を用いなかった場合を示している。

【0059】

図４（Ａ）～図４（Ｃ）に示される様に、前記スリット板２８を用いなかった場合には、各発光素子の前記測距光４１が形状を維持した状態で独立して射出されている。又、この時のビームプロファイル断面強度も各発光素子の前記測距光４１毎に独立した状態で検出されるので、該測距光４１のビーム断面のビーム強度の分布は大きくばらついている。

【0060】

一方で、前記スリット板２８を用いた場合には、各発光素子の前記測距光４１が１次元方向、例えば発光素子の積層方向（スタック方向）に拡大され、各発光素子の前記測距光４１が重なり合い平均化されて射出される。又、この時のプロファイル断面強度も各発光素子の前記測距光４１が重なり合い平均化された状態で検出されるので、該測距光４１のビーム断面のビーム強度は略一定となる。

【0061】

又、図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、前記スリット板２８を用いた場合と用いなかった場合に於ける、前記測距光４１のビームプロファイルと前記コーナキューブ４７の位置の関係を示している。尚、図５（Ａ）、図５（Ｂ）中、４８は前記受光素子３４の受光範囲を示している。

【0062】

図５（Ａ）に示される様に、前記測距光４１は３つの発光素子からパルス発光された測距光４１ａ～４１ｃが合成されたものである。一方で、製作誤差等に基づく各発光素子の発光タイミングの誤差等に起因して、測距光４１ａ～４１ｃに基づく測距結果は誤差を生じる。

【0063】

従って、前記コーナキューブ４７が前記測距光４１ａを反射した場合（コーナキューブ４７ａ）と、前記コーナキューブ４７が前記測距光４１ｃを反射した場合（コーナキューブ４７ｃ）とでは、前記コーナキューブ４７が前記測距光４１ｂを反射した場合（コーナキューブ４７ｂ）に対して±５ｍｍ程度の誤差を生じる。

【0064】

一方で、図５（Ｂ）に示される様に、前記スリット板２８の前記スリット孔４３を介して発光素子の積層方向（１方向）のみに拡散された前記測距光４１ａ～４１ｃは、互いに重なり合って合成され、均一化される。又、前記測距光４１ａ～４１ｃが全て重なり合い重複する重複部分４１ｄが前記受光範囲４８内に受光される様になっている。

【0065】

前記重複部分４１ｄの前記測距光４１を反射するのであれば、どの位置の前記コーナキューブ４７（コーナキューブ４７ｄ～４７ｉ）で反射されたとしても、図４（Ｃ）に示される様に、前記測距光４１のビームプロファイルが略均一化されている為、測距結果に誤差を生じない。

【0066】

一方で、前記托架部５及び前記走査ミラー１５の協動により、前記測距光４１を走査しつつ前記コーナキューブ４７を測定する場合、コーナキューブ４７ｋ，４７ｊの様に、前記測距光４１ａ～４１ｃのうちのいずれか１つ、或は前記測距光４１ａ～４１ｃのうちのいずれか２つが重なり合った部分の前記測距光４１を前記コーナキューブ４７が反射する場合がある。

【0067】

この場合、前記コーナキューブ４７が前記重複部分４１ｄの前記測距光４１を反射した場合と比べて測距結果に誤差を生じる。一方で、前記受光素子３４が前記反射測距光４２を受光した際の受光光量に差異を生じる。従って、前記演算制御部１７は、前記反射測距光４２の受光光量の差異に基づき、前記コーナキューブ４７により前記重複部分４１ｄの前記測距光４１が反射されたかどうかを判断することができる。又、前記演算制御部１７は、前記重複部分４１ｄ以外の前記測距光４１で測距されたと判断した測距結果を、誤った測距結果として破棄することができる。

【0068】

或は、前記測距光４１で前記コーナキューブ４７を走査した際の光量分布に基づき、前記コーナキューブ４７が前記重複部分４１ｄの前記測距光４１により測距されたかどうかを判断してもよい。この場合、光量分布が得られた各点の各水平角及び鉛直角に基づき前記コーナキューブ４７の重心位置の水平角及び鉛直角を演算し、該重心位置を中心とした所定角度範囲内（予め設定された閾値の範囲内）に位置するかどうかで、前記重複部分４１ｄの前記測距光４１で前記コーナキューブ４７を測距したかどうかを判断することができる。

【0069】

前記演算制御部１７は、光量分布が得られた各点の水平角及び鉛直角に基づき前記コーナキューブ４７の重心位置を演算し、予め設定された角度の閾値に基づき、各測距結果が前記コーナキューブ４７の重心位置から閾値の範囲に位置するかどうかを判断し、閾値の範囲外と判断された測距結果を誤った測距結果として破棄することができる。

【0070】

図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、前記スリット板２８を用いずに前記測距光４１を走査しつつ前記コーナキューブ４７を測定する場合の、前記托架部５の水平角、前記走査ミラー１５の鉛直角と前記反射測距光４２の受光光量との関係を示したグラフである。又、図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、前記スリット板２８を設けて前記測距光４１を走査しつつ前記コーナキューブ４７を測定する場合の、前記托架部５の水平角、前記走査ミラー１５の鉛直角と前記反射測距光４２の受光光量との関係を示したグラフである。

【0071】

尚、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）中、三角のプロット４９はＶ軸方向（鉛直方向）に於ける受光光量を示し、バツのプロット５１はＨ軸方向（水平方向）に於ける受光光量を示している。

【0072】

図６（Ｂ）に示される様に、前記スリット板２８を設けない場合、受光信号を離散サンプリングすると、Ｈ軸方向の受光光量は連続的な分布となるが、Ｖ軸方向の受光光量、即ち発光素子の積層方向の受光光量は、非連続な分布となる。従って、前記コーナキューブ４７の重心位置を演算する際の誤差が大きくなり、前記コーナキューブ４７の測角結果にも誤差を生じる。

【0073】

一方、図７（Ｂ）に示される様に、前記スリット板２８を設けた場合、受光信号を離散サンプリングすると、Ｖ軸方向、Ｈ軸方向の受光光量は共に連続した分布となる。従って、前記コーナキューブ４７の重心位置を演算する際の誤差を防止することができ、前記コーナキューブ４７の測角結果の誤差も防止することができる。

【0074】

上述の様に、本実施例では、前記発光部２５として複数の発光素子を１方向に積層させ、各発光素子を同時に発光させるマルチスタックレーザ光源を用いている。従って、各発光素子から射出され、前記受光素子３４に各反射測距光４２が受光された際の受光信号を合算することで、実質的に発光素子の個数倍程度に受光光量を増加させることができる。これにより、前記測距光４１の到達距離を伸すことができ、測距可能な距離を伸すことができる。

【0075】

又、前記投光光学系３３に前記測距光４１を前記発光素子の積層方向（１方向）にのみ拡散させる前記スリット板２８を用いているので、各発光素子から発せられた前記測距光４１ａ～４１ｃが全て重ね合され、ビームプロファイルが均一化された前記重複部分４１ｄを形成することができる。

【0076】

従って、該重複部分４１ｄの前記測距光４１であれば、いずれの部分で前記コーナキューブ４７を測定したとしても、発光素子の積層個数に拘らず均一な測距結果を得ることができ、測距精度を向上させることができる。

【0077】

又、前記測距光４１を走査して前記コーナキューブ４７を測定する場合であっても、Ｖ軸方向、Ｈ軸方向共に連続した受光光量の分布を得ることができるので、前記コーナキューブ４７の正確な重心位置を演算することができ、該コーナキューブ４７の測角精度を向上させることができる。而して、前記スリット板２８の前記スリット孔４３により測距精度、測角精度を向上させることができるので、前記測量装置１の測定精度を向上させることができる。

【0078】

又、前記重複部分４１ｄ以外の前記測距光４１により前記コーナキューブ４７を測定した場合には、前記重複部分４１ｄの前記測距光４１により前記コーナキューブ４７を測定した場合と比べて前記反射測距光４２の受光光量に差異が生じる。

【0079】

従って、前記反射測距光４２の受光光量の差異に基づき、前記重複部分４１ｄ以外の前記測距光４１で測定された前記コーナキューブ４７の測定結果を破棄することで、誤差を有する測定結果を除去することができ、測定精度の向上を図ることができる。

【0080】

又、前記スリット板２８は１方向のみに前記測距光４１を拡散させる１次元拡散光学部材であり、前記測距光４１を２方向に拡散させる２次元拡散光学部材よりも前記測距光４１のビーム径を小さくすることができる。

【0081】

従って、前記反射測距光４２の受光光量を大きくすることができ、測距可能距離を伸すことができる。

【0082】

又、前記受光光学系３７として前記受光プリズム３５を用い、前記反射測距光４２を前記受光プリズム３５内で複数回内部反射させている。これにより、前記反射測距光４２の光路を屈曲させ、前記受光レンズ３６の焦点距離分の光路長を確保している。

【0083】

従って、前記受光光学系３７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。

【0084】

尚、本実施例では、前記発光部２５として、３つの発光素子を積層させたマルチスタックレーザ光源としている。一方で、前記発光部２５は、２つの発光素子を積層させたマルチスタックレーザ光源としてもよいし、４つ或は５つの発光素子を積層させたマルチスタックレーザ光源としてもよい。

【0085】

又、本実施例では、前記スリット板２８が前記測距光軸３８上に設けられているが、ソレノイド等の駆動機構により、前記スリット板２８を前記測距光軸３８に対して挿脱可能としてもよい。前記スリット板２８を挿脱可能とすることで、プリズム測定を行う場合は前記スリット板２８を前記測距光軸３８上に挿入し、ノンプリズム測定を行う場合は前記スリット板２８を前記測距光軸３８上から乗り除くことができる等、測定対象物に応じて前記測距光４１のビームプロファイルを使い分けることができ、作業性を向上させることができる。

【0086】

又、本実施例では、前記測量装置１をレーザスキャナとしているが、トータルステーションの場合であっても、本実施例の構成が適用可能であることは言う迄もない。

【0087】

本実施例では、前記スリット板２８が前記ビーム成形光学素子２７と前記反射プリズム２９との間に配置されているが、前記スリット板２８は別の位置に設けてもよい。例えば、図８に示される様に、前記コリメータレンズ２６と前記ビーム成形光学素子２７との間に前記スリット板２８を配置してもよい。

【0088】

又、前記測量装置１の用途をプリズム測定のみに限定するならば、即ち前記スリット板２８を前記測距光軸３８に対して固定とするならば、前記スリット板２８は前記固定部材３１と前記走査ミラー１５との間に配置してもよいし、該走査ミラー１５と前記窓部３２との間に配置してもよい。更に、前記スリット板２８に代えて、スリット部が形成された薄膜を前記反射プリズム２９上、前記固定部材３１上、前記走査ミラー１５上、前記窓部３２上に形成してもよい。前記薄膜は、例えばスリット部以外の部分を前記測距光４１が透過しない様に形成される。

【0089】

又、本実施例では、１次元拡散光学部材として、前記スリット孔４３が形成された前記スリット板２８を使用しているが、１次元拡散光学部材は前記スリット板２８に限られるものではない。

【0090】

例えば、図９（Ａ）に示される様に、円板に複数のスリット孔５２を形成したスリット板５３を用いてもよい。該スリット板５３を用いることで、各発光素子から発せられた前記測距光４１ａ～４１ｃが前記スリット孔５２を通過する際に回折し、合成されて前記重複部分４１ｄを含む前記測距光４１とすることができる。尚、図９（Ａ）中では、５つの前記スリット孔５２が前記スリット板５３に形成されているが、前記スリット孔５２の数は５つに限られるものではない。

【0091】

又、前記スリット板２８や前記スリット板５３の様に、円板にスリット孔を形成するのではなく、エッチング処理によりスリットを形成した平行平面形状のガラス板を用いてもよい。

【0092】

更に、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）に示される様に、各発光素子の積層方向にスリット孔５４の開口幅を変更可能としたスリット板５５を用いてもよい。前記スリット孔５４の開閉は、例えば前記演算制御部１７によりモータ制御される。前記スリット孔５４の開口幅を変更可能とすることで、前記測距光４１の拡散角を変更することができ、プリズム測定の際の前記コーナキューブ４７で反射可能な前記測距光４１の範囲（前記重複部分４１ｄの大きさ）を変更することができる。

【符号の説明】

【0093】

１ 測量装置
３ 測量装置本体
５ 托架部
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
２５ 発光部
２８ スリット板
４１ 測距光
４２ 反射測距光
４３ スリット孔
４７ コーナキューブ
５２ スリット孔
５３ スリット板
５４ スリット孔
５５ スリット板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】