特開 2024-48705 測定装置

(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】P2024048705

(43)【公開日】2024-04-09

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20240402BHJP

【ＦＩ】

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 2022154773

(22)【出願日】2022-09-28

(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】外光の受光を抑制し、測定精度の向上を図る測定装置を提供する。
【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３９を受光する受光素子３４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、前記測距光受光部は、前記反射測距光の光軸上に設けられた波長選択部３５を有し、該波長選択部は、前記波長選択部に対する前記反射測距光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる波長選択膜を有する様構成された。
【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、前記測距光受光部は、前記反射測距光の光軸上に設けられた波長選択部を有し、該波長選択部は、前記波長選択部に対する前記反射測距光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる波長選択膜を有する様構成された測定装置。

【請求項2】

前記波長選択膜の膜厚は、該波長選択膜に対する前記反射測距光の入射角に拘らず透過波長が一定又は略一定となる様に設定された請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記波長選択部は、前記反射測距光の光軸と直交する様に配置され、前記波長選択膜は前記波長選択部の入射面又は射出面に形成され、前記反射測距光は入射角が回転対称となった状態で前記波長選択膜に入射する様に構成された請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記波長選択部は、前記反射測距光が回転対称となった状態で入射する面に形成された波長選択膜である請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項5】

前記波長選択膜の勾配は、前記反射測距光の入射角が１５°以下の時に１次の多項式で近似可能に構成された請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項6】

前記波長選択膜の勾配は、前記反射測距光の入射角が３０°以下の時に２次以下の多項式で近似可能に構成された請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項7】

前記波長選択膜の勾配は、前記反射測距光の入射角が７５°以下の時に３次以下の多項式で近似可能に構成された請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【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定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定装置は、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】

測定装置では、測定対象物に測距光を射出し、測定対象物で反射された反射測距光に基づき測定対象物までの距離を測定している。然し乍ら、従来の測定装置では、反射測距光と共に外光が受光される場合があり、測定精度の低下の原因となっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－２５９９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、外光の受光を抑制し、測定精度の向上を図る測定装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、前記測距光受光部は、前記反射測距光の光軸上に設けられた波長選択部を有し、該波長選択部は、前記波長選択部に対する前記反射測距光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる波長選択膜を有する様構成された測定装置に係るものである。

【0007】

又本発明は、前記波長選択膜の膜厚は、該波長選択膜に対する前記反射測距光の入射角に拘らず透過波長が一定又は略一定となる様に設定された測定装置に係るものである。

【0008】

又本発明は、前記波長選択部は、前記反射測距光の光軸と直交する様に配置され、前記波長選択膜は前記波長選択部の入射面又は射出面に形成され、前記反射測距光は入射角が回転対称となった状態で前記波長選択膜に入射する様に構成された測定装置に係るものである。

【0009】

又本発明は、前記波長選択部は、前記反射測距光が回転対称となった状態で入射する面に形成された波長選択膜である測定装置に係るものである。

【0010】

又本発明は、前記波長選択膜の勾配は、前記反射測距光の入射角が１５°以下の時に１次の多項式で近似可能に構成された測定装置に係るものである。

【0011】

又本発明は、前記波長選択膜の勾配は、前記反射測距光の入射角が３０°以下の時に２次以下の多項式で近似可能に構成された測定装置に係るものである。

【0012】

更に又本発明は、前記波長選択膜の勾配は、前記反射測距光の入射角が７５°以下の時に３次以下の多項式で近似可能に構成された測定装置に係るものである。

【発明の効果】

【0013】

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、前記測距光受光部は、前記反射測距光の光軸上に設けられた波長選択部を有し、該波長選択部は、前記波長選択部に対する前記反射測距光の入射角の増加に対応して膜厚を増加させる波長選択膜を有する様構成されたので、前記反射測距光のみが選択して透過され、外光の受光を抑制でき、測定精度の向上を図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】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施例に係る測定装置を示す正断面図である。

【図2】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】（Ａ）は本発明の第１の実施例に係る波長選択部材に於ける入射角毎の透過波長を説明するグラフであり、（Ｂ）は膜厚を一定とした波長選択部材に於ける入射角毎の透過波長を説明するグラフである。

【図5】本発明の第１の実施例に係る波長選択部材を説明する側断面図である。

【図6】前記波長選択部材の凹部の中心から外周への膜厚の勾配を示す曲線を説明するグラフである。

【図7】入射角と相対膜厚との関係を３次の多項式で示したグラフの一例である。

【図8】有効径と相対膜厚との関係を６次の多項式で示したグラフの一例である。

【図9】１次、２次、３次の多項式で近似させた凹部の勾配に於ける入射角とシフト誤差との関係を説明するグラフである。

【図10】１次、２次、６次の多項式で近似させた凹部の勾配に於ける有効径とシフト誤差との関係を説明するグラフである。

【図11】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。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0016】

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る測定装置について説明する。

【0017】

測定装置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に取付けられた測定装置本体３とから構成される。

【0018】

前記整準部２は整準ネジ１０を有し、該整準ネジ１０により前記測定装置本体３の整準を行う。

【0019】

該測定装置本体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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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、前記測定装置本体３の座標系の原点となっている。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

次に、図２、図３を参照して、前記距離測定部１９について説明する。

【0031】

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。

【0032】

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、窓部２８に取付けられた反射プリズム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、前記窓部２８と前記走査ミラー１５が設けられている。

【0033】

尚、前記コリメータレンズ２７、前記反射プリズム２９等は投光光学系３１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。

【0034】

前記発光素子２６は、所定波長、例えば８７０ｎｍ付近（８７０ｎｍを中心とした所定範囲の波長）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。

【0035】

前記反射プリズム２９は、三角形のプリズムであり、該反射プリズム２９に入射した前記測距光３２（前記測距光軸２５）を直角に偏向する様に構成されている。前記反射プリズム２９に反射された前記測距光３２は、前記窓部２８を透過して前記走査ミラー１５に入射する。尚、前記反射プリズム２９と前記窓部２８との接合面に、反射防止膜を設けてもよい。

【0036】

前記測距光受光部２４は、前記受光光軸３３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３３上に設けられた前記受光素子３４と、波長選択部としての波長選択部材３５と、反射ミラー３６を有すると共に、該反射ミラー３６で反射された前記受光光軸３３上に設けられた所定のＮＡを有する受光レンズ３７を有している。

【0037】

尚、前記波長選択部材３５、前記反射ミラー３６、前記受光レンズ３７等で受光光学系３８が構成される。又、本実施例では、前記受光光軸３３と、前記反射ミラー３６で反射された前記受光光軸３３とを総称して、該受光光軸３３としている。

【0038】

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、前記反射プリズム２９で前記受光光軸３３及び前記軸心１１ａと同軸になる様反射される。

【0039】

前記反射プリズム２９で反射された前記測距光３２は、前記窓部２８を介して前記走査ミラー１５に入射し、該走査ミラー１５によって直角に偏向され、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。

【0040】

測定対象物で反射された前記測距光３２（以下、反射測距光３９）は、前記走査ミラー１５で直角に反射され、前記受光光学系３８、を経て前記受光素子３４で受光される。即ち、前記受光レンズ３７で集光され、前記反射ミラー３６で反射され、前記波長選択部材３５を透過する過程で所定の波長が抽出された後、前記受光素子３４に受光される。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。

【0041】

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。

【0042】

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３９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。

【0043】

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４１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４１に入射する。該リファレンスプリズム４１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３８に入射し、前記受光素子３４に受光される様に構成される。

【0044】

ここで、前記発光素子２６から前記リファレンスプリズム４１迄の光路長、該リファレンスプリズム４１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４１で反射された前記測距光３２を内部参照光４２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４１とにより内部参照光光学系４３が構成される。

【0045】

次に、図４、図５に於いて、前記波長選択部材３５について説明する。

【0046】

該波長選択部材３５は、円盤状のガラス板４４と、該ガラス板４４の入射面と射出面の両面に形成された波長選択膜４５とを有している。前記波長選択部材３５は、例えば半径１５ｍｍであり、該波長選択部材３５に最大入射角が２５°で前記反射測距光３９が入射した際の、該反射測距光３９のビーム径（有効径）が１３ｍｍとなる様に前記波長選択部材３５が配置されている。

【0047】

図４（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る前記波長選択膜４５の光学特性を示すグラフである。該波長選択膜４５は、例えば８７０ｎｍ付近の波長を選択して透過させるバンドパスフィルタとなっている。

【0048】

ここで、バンドパスフィルタは、バンドパスフィルタに対する入射角によって、透過する波長がシフトすることがわかっている。例えば、図４（Ｂ）に示される様に、前記波長選択膜４５の膜厚が中心から外周に亘って一定の場合、入射角０°で前記反射測距光３９が入射した場合と、入射角２５°で前記反射測距光３９が入射した場合とでは、透過する波長が異なっている。即ち、前記波長選択膜４５は、入射角２５°の場合（図４（Ｂ）中の波線）、入射角０°の場合（図４（Ｂ）中の実線）よりも、透過波長が短波長側に１７ｎｍ程度シフトする。

【0049】

一方で、前記波長選択膜４５の膜厚を増加させると、透過する波長が長波長側にシフトすることもわかっている。

【0050】

そこで、第１の実施例では、前記反射測距光３９の入射角の増加に対応して、前記波長選択膜４５の膜厚を増加させ、前記反射測距光３９の入射角に拘らず、透過する波長が一定又は略一定となる様、前記波長選択膜４５の膜厚を設定している。尚、図４（Ａ）中では、便宜上実線（入射角０°の場合）に対して波線（入射角２５°の場合）が僅かに短波長側にシフトしているが、実際には実線と波線とは合致又は略合致している。

【0051】

図５に示される様に、前記波長選択膜４５は、前記受光光軸３３を中心とし、中心側では膜厚が小さく、外周側に向って同心円状に膜厚が大きくなるボウル状の凹曲面からなる凹部４６が形成されている。該凹部４６の外径は、前記反射測距光３９が前記波長選択膜４５に入射する際、及び該波長選択膜４５から射出される際の光束径と合致するか、僅かに大きくなっている。即ち、入射側の前記波長選択膜４５の前記凹部４６は、射出側の前記波長選択膜４５の前記凹部４６よりも外径が大きくなっている。

【0052】

図６に示される様に、最大入射角２５°で入射する前記反射測距光３９の光束径を有効径とし、有効径ｒ＝１に規格化し、前記凹部４６の中心（ｒ＝０）、即ち前記受光光軸３３上の前記凹部４６（前記波長選択膜４５）の膜厚ｔ＝１に規格化した場合、前記凹部４６は有効径ｒ＝０の時、膜厚ｔ＝１であり、有効径ｒ＝１の時、膜厚ｔ＝１．０２５となる様構成されている。即ち、前記凹部４６は、外周の膜厚が中心の膜厚よりも２．５％厚くなる様に構成されている。

【0053】

図６は、前記凹部４６の径方向の位置と膜厚との関係を示したグラフである。図６の曲線４７は、前記凹部４６の膜厚の勾配を示す曲線となっており、中心から外周に向って同心円状に漸次膜厚が増加し、且つ下に凸の曲線を描く様に構成される。

【0054】

尚、前記曲線４７の形状は、前記反射測距光３９の広がり角や、前記波長選択膜４６に対する最大入射角や有効径によって変化する。一方で、前記曲線４７の形状は、前記波長選択膜４５の中心と外周とを結ぶ直線に対して必ず下に凸の曲線となる。

【0055】

又、前記波長選択膜４５の入射面と射出面では、前記反射測距光３９の有効径が異なるので、前記曲線４７の形状は入射側の前記凹部４６と射出側の前記凹部４６とで異なる。

【0056】

尚、前記波長選択膜４５に対する入射角θが０≦θ≦θ_max の範囲内であり、以下の条件１及び条件２を満たす場合、入射角θと相対膜厚ｆ（θ）（前記凹部４６の中心の膜厚を１とした時の膜厚）との関係は、例えば以下の３次の多項式で表すことができる。

【0057】

条件１：ｆ（θ_max ）＞１

【0058】

条件２：ｆ′′（０）＞０

【0059】

ｆ（θ）＝１＋Ａ₁ θ＋Ａ₂ θ² ＋Ａ₃ θ³

【0060】

図７は、上記の式から得られたグラフの一例であり、該グラフで得られる曲線４８に基づき、前記凹部４６の勾配を設定することで、前記反射測距光３９の入射角に拘らず、同一又は略同一の波長のみを選択して透過させることができる。

【0061】

或は、前記凹部４６の有効径ｒが０≦ｒ≦１の範囲内であり、以下の条件１及び条件２を満たす場合、有効径ｒと相対膜厚ｆ（ｒ）との関係は、例えば以下の６次の多項式で表すことができる。

【0062】

条件１：ｆ（１）＞１

【0063】

条件２：ｆ′′（０）＞０

【0064】

ｆ（ｒ）＝１＋Ａ₁ ｒ＋Ａ₂ ｒ² ＋Ａ₃ ｒ³ ＋Ａ₄ ｒ⁴ ＋Ａ₅ ｒ⁵ ＋Ａ₆ ｒ⁶

【0065】

尚、上記した２つの式の係数（Ａ₁ ～Ａ₆ ）の値は、例えば波長のシフトが発生しない入射角θと相対膜厚ｆ（θ）との関係を予め複数個求め、求めた複数の入射角θの有効径ｒ上での位置を複数点求め、最小二乗法により、該複数点に対して関数フィッティング（回帰分析）することで、各係数を求めることができる。

【0066】

図８は、上記の式から得られたグラフの一例であり、該グラフで得られる曲線４９に基づき、前記凹部４６の勾配を設定することで、前記反射測距光３９の入射角に拘らず、同一又は略同一の波長のみを選択して透過させることができる。

【0067】

次に、前記距離測定部１９を有する前記測定装置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。

【0068】

前記発光素子２６から所定の波長、例えば８７０ｎｍ付近の波長からなる前記測距光３２が発せられる。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た後、前記反射プリズム２９に直角に入射する。該反射プリズム２９に入射した前記測距光３２は、前記受光光軸３３及び前記軸心１１ａと同軸となる様偏向（反射）される。

【0069】

前記反射プリズム２９で反射された前記測距光３２は、前記窓部２８を透過し、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。尚、前記窓部２８と前記反射プリズム２９との接合面に反射防止膜が設けられている場合には、前記窓部２８で反射された前記測距光３２が前記受光素子３４に受光されるのを防止することができる。

【0070】

前記反射プリズム２９で反射された前記反射測距光３９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の周囲を通過して前記受光光学系３８に入射する。

【0071】

該受光光学系３８に入射した前記反射測距光３９は、前記受光レンズ３７で集光され、前記反射ミラー３６で反射された後、前記波長選択部材３５に入射する。即ち、前記反射測距光３９は、前記凹部４６に入射角が回転対称となった状態で入射する。更に、前記反射測距光３９は、前記凹部４６を透過する過程で、所定の波長、例えば８７０ｎｍ付近の波長の光のみが透過され、前記受光素子３４に受光される。

【0072】

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。

【0073】

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３９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。

【0074】

上述の様に、第１の実施例では、前記受光素子３４と前記反射ミラー３６との間に前記波長選択部材３５を設け、該波長選択部材３５には前記反射測距光３９の入射角の増加に対応して前記波長選択膜４５の膜厚が増加する前記凹部４６が形成されている。

【0075】

従って、前記波長選択部材３５に対する前記反射測距光３９の入射角の変化に起因する透過波長のシフトが抑制され、入射角に拘らず前記反射測距光３９のみを選択して、透過させることができる。

【0076】

又、前記波長選択部材３５は特定の波長のみを透過させる光学特性であり、前記反射測距光３９とは異なる波長の外光が前記受光素子３４に受光されるのを防止することができるので、外光に起因する測定精度の低下を抑制でき、ＳＮ比の向上及び測定精度を向上させることができる。

【0077】

又、前記反射測距光３９を前記凹部４６に透過させることで、前記反射測距光３９の入射角に拘らず同一又は略同一波長の光のみが前記波長選択部材３５を透過する様になっている。

【0078】

従って、前記波長選択膜４５として、透過可能な波長帯域の狭いバンドパスフィルタを使用可能となるので、外光の受光抑制効果を更に高めることができ、測定精度を更に向上させることができる。更に、透過可能な波長帯域の狭いバンドパスフィルタを用いた場合であっても、充分な受光量を得ることができる。

【0079】

尚、前記波長選択膜４５の透過波長は、温度によっても変化する。従って、前記発光素子２６の温度を調節可能としてもよい。該発光素子２６の温度を調節することで、波長シフトを低減できるので、より狭帯域のバンドパスフィルタを使用することができる。

【0080】

又、第１の実施例では、前記ガラス板４４と、該ガラス板４４の入射面と射出面の両方に設けられた前記波長選択膜４５により前記波長選択部材３５が形成されている。一方で、該波長選択部材３５は、前記ガラス板４４と、該ガラス板４４の入射面と射出面のいずれか一方に設けられた前記波長選択膜４５により形成してもよい。

【0081】

又、前記窓部２８を外光を吸収する材料、例えば可視領域の波長を吸収する色ガラスとしてもよいし、前記窓部２８に反射膜を蒸着させてもよい。これにより、前記受光光学系３８に対する外光の入射を抑制でき、測定精度を更に向上させることができる。

【0082】

尚、第１の実施例では、３次の多項式、或は６次の多項式により前記凹部４６の勾配を設定している。一方で、該凹部４６の勾配は３次又は６次の多項式のみにより設定されるものではない。

【0083】

例えば、図９は、縦軸にシフト誤差、即ち前記波長選択膜４５が本来透過すべき波長に対して実際に透過する波長がどの程度シフトしていたかの割合をとり、横軸に入射角θを取ったグラフである。

【0084】

図９中、ひし形のプロットに近似された曲線５１は、前記波長選択膜４５の膜厚を均一にした場合を示し、四角のプロットに近似された曲線５２は、前記凹部４６の勾配を１次の多項式に基づき決定した場合を示し、三角のプロットに近似された曲線５３は、前記凹部４６の勾配を２次以下の多項式に基づき決定した場合を示し、丸のプロットに近似された曲線５４は、前記凹部４６の勾配を３次以下の多項式に基づき決定した場合を示している。

【0085】

尚、前記曲線５２は、θ≦１５°で最適化された曲線であり、該曲線５２に基づき設定された前記凹部４６の勾配は直線状であり、該凹部４６は円錐形状となる。又、前記曲線５３は、θ≦３０°で最適化された曲線であり、前記曲線５４はθ≦７５°で最適化された曲線である。即ち、θ≦１５°であれば前記凹部４６の勾配は１次の多項式で近似でき、θ≦３０°であれば前記凹部４６の勾配は２次以下の多項式で近似でき、θ≦７５°であれば３次以下の多項式で近似することができる。

【0086】

一方で、図９に示される様に、前記曲線５２は前記曲線５１よりも概ねシフト誤差が小さく、前記曲線５３は前記曲線５２よりもシフト誤差が小さく、前記曲線５４は前記曲線５３よりもシフト誤差が小さくなっている。

【0087】

又、図１０は、縦軸にシフト誤差をとり、横軸に有効径ｒを取ったグラフである。図１０中、ひし形のプロットに近似された曲線５５は、前記波長選択膜４５の膜厚を均一にした場合を示し、四角のプロットに近似された曲線５６は、前記凹部４６の勾配を１次の多項式に基づき決定した場合を示し、三角のプロットに近似された曲線５７は、前記凹部４６の勾配を２次以下の多項式に基づき決定した場合を示し、丸のプロットに近似された曲線５８は、前記凹部４６の勾配を６次以下の多項式に基づき決定した場合を示している。

【0088】

又、図１０中、直線５９は入射角１５°に相当する有効径ｒの位置を示し、直線６０は入射角３０°に相当する有効径ｒの位置を示している。

【0089】

尚、前記曲線５６は、θ≦１５°で最適化された曲線であり、該曲線５６に基づき設定された前記凹部４６の勾配は直線状となり、該凹部４６は円錐形状となる。又、前記曲線５７は、θ≦３０°で最適化された曲線であり、前記曲線５８はθ≦７５°で最適化された曲線である。即ち、θ≦１５°であれば前記凹部４６の勾配は１次の多項式で近似でき、θ≦３０°であれば前記凹部４６の勾配は２次以下の多項式で近似でき、θ≦７５°であれば６次以下の多項式で近似することができる。

【0090】

一方で、図１０に示される様に、前記曲線５６は前記曲線５５よりも概ねシフト誤差が小さく、前記曲線５７は前記曲線５６よりもシフト誤差が小さく、前記曲線５８は前記曲線５７よりもシフト誤差が小さくなっている。

【0091】

上記した様に、図９と図１０のいずれも、１次の多項式に基づき設定された前記凹部４６は、膜厚を均一とした前記波長選択膜４５よりも波長のシフト量を低減でき、２次以下の多項式に基づき設定された前記凹部４６は、１次の多項式に基づき設定された前記凹部４６よりも波長のシフト量を低減でき、３次以上の多項式に基づき設定された前記凹部４６は、２次以下の多項式に基づき設定された前記凹部４６よりも波長のシフト量を低減できる。

【0092】

従って、前記凹部４６は、１次の多項式に基づき勾配を設定した場合でも波長のシフト量の低減を図ることができ、更に２次以上の多項式に基づき前記凹部４６の勾配を設定することで、更に波長のシフト量を低減でき、透過波長の均一化を図ることができる。

【0093】

次に、図１１に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図１１中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0094】

第２の実施例では、測距光受光部２４が、第１の実施例に於ける反射ミラー３６（図２参照）及び波長選択部材３５（図２参照）に代えて受光プリズム６１を有している。該受光プリズム６１は、受光光軸３３上に設けられ、受光レンズ３７で集光された反射測距光３９を反射し、受光素子３４に受光させる様構成されている。

【0095】

前記受光プリズム６１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３７を透過した前記反射測距光３９が入射する第１面６１ａ、該第１面６１ａの表面を透過した前記反射測距光３９が反射する第２面６１ｂ、該第２面６１ｂと前記第１面６１ａで反射された前記反射測距光３９が入射する第３面６１ｃ、前記第１面６１ａに入射した前記反射測距光３９と交差する方向に前記第３面６１ｃで反射された前記反射測距光３９が透過する透過面としての第４面６１ｄとを有している。該第４面６１ｄを透過した前記反射測距光３９は、前記受光素子３４に入射する様になっている。

【0096】

又、前記第４面６１ｄには、波長選択部としての波長選択膜６２が蒸着されている。該波長選択膜６２には、前記第４面６１ｄに入射する前記反射測距光３９の光束径と同等又は僅かに大きい径を有する凹部６３が形成され、入射角が回転対称となった状態で前記反射測距光３９が全て前記凹部６３に入射する様に構成されている。該凹部６３の形状や勾配等は第１の実施例の凹部４６と同様であるので説明を省略する。

【0097】

第２の実施例では、前記受光レンズ３７を介して前記受光プリズム６１の前記第１面６１ａに入射した前記反射測距光３９は、前記受光プリズム６１の内部で前記第２面６１ｂ、第１面６１ａで順次反射され、前記第３面６１ｃに入射する。又、前記反射測距光３９は、前記第３面６１ｃで前記第４面６１ｄに向って、即ち前記第１面６１ａから入射した前記反射測距光３９と交差する方向に反射される。前記第４面６１ｄに入射した前記反射測距光３９は、前記波長選択膜６２の前記凹部６３により所定の波長のみが抽出されて透過し、前記受光素子３４に受光される。

【0098】

第２の実施例に於いても、前記波長選択膜６２に前記反射測距光３９が全て入射する前記凹部６３を設け、前記反射測距光３９の入射角の増加に対応して前記凹部６３の膜厚を増加させる様構成している。従って、特定の波長のみを選択して前記受光素子３４に受光させることができるので、該受光素子３４に対する外光の入射を抑制することができ、測定精度の向上を図ることができる。

【0099】

又、前記受光光学系３８に前記受光プリズム６１を設け、該受光プリズム６１内で前記反射測距光３９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、距離測定部１９の光学系の小型化を図ると共に、装置全体の軽量化を図ることができる。

【0100】

尚、第２の実施例では、前記波長選択膜６２及び前記凹部６３を前記第４面６１ｄに形成しているが、前記波長選択膜６２を形成する位置は前記第４面６１ｄに限られるものではない。入射角が回転対称となった状態で前記反射測距光３９が入射する面であれば他の面であってもよい。例えば、前記第１面６１ａ、或は前記受光レンズ３７の入射面や射出面に波長選択膜を蒸着し、凹部を形成してもよい。

【0101】

又、第１の実施例及び第２の実施例では、レーザスキャナの前記受光光学系３８に波長選択部を設けているが、該波長選択部はトータルステーションの受光光学系に設けてもよいし、植物の生育状況を測定する為の植物センサに設けてもよい。植物センサに前記波長選択部を設ける場合には、２波長の測距光が用いられる。

【符号の説明】

【0102】

１ 測定装置
３ 測定装置本体
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
３２ 測距光
３３ 受光光軸
３４ 受光素子
３５ 波長選択部材
３９ 反射測距光
４５ 波長選択膜
４６ 凹部
６２ 波長選択膜
６３ 凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】