特許 7416647 測量装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】測量装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20240110BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20240110BHJP

   G01S 17/88 20060101ALI20240110BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103A

G01S7/481 A

G01S17/88

G01C3/06 120Q

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020043017

(22)【出願日】2020-03-12

(65)【公開番号】P2021143949

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-02-22

(73)【特許権者】

【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

【審査官】飯村 悠斗

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１０７８６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２３０７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０３９０５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０７２４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０７７５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５０８１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３７０７８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １５／００

Ｇ０１Ｓ ７／４８１

Ｇ０１Ｓ １７／８８

Ｇ０１Ｃ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測距光を測定対象物に照射し、該測定対象物からの反射測距光に基づき前記測定対象物迄の距離を測定する距離測定部を具備し、該距離測定部は前記測距光の発光繰返し周波数及びパルスのピークパワーを少なくとも２つに変更可能な発光素子と、前記測距光を射出する投光光学系と、前記反射測距光を受光素子に受光させる受光光学系とを有し、該受光光学系は、前記反射測距光の光軸に対して挿脱可能な光量調整部材を有し、該光量調整部材は前記発光繰返し周波数及びパルスのピークパワーに対応して前記反射測距光の受光量を調整する様構成され、
前記受光光学系は、光軸がなす面が角形の受光プリズムを更に有し、該受光プリズムは前記反射測距光を前記受光プリズムの内部で少なくとも３回内部反射させる様構成され、前記反射測距光は、３度目の内部反射の際に前記受光プリズム内に入射した前記反射測距光の光軸及び１度目に内部反射された前記反射測距光の光軸と交差する様構成された測量装置。

【請求項2】

前記受光光学系は、前記測距光を前記反射測距光と同軸に偏向する偏向光学部材を更に有し、該偏向光学部材は前記測距光の入射位置に該測距光の光束と同径又は略同径のビームスプリッタ面が形成された請求項１に記載の測量装置。

【請求項3】

前記光量調整部材は、中心部に所定の透過率を有する膜が形成された光量調整面が形成され、該光量調整面以外の部分に反射防止膜が形成された全透過面が形成され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】

前記光量調整部材は、中心部に反射防止膜が形成された全透過面が形成され、該全透過面以外の部分に所定の透過率を有する膜が形成された光量調整面が形成され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5】

前記受光光学系は、前記反射測距光を集光する受光レンズを更に有し、該受光レンズは中心部の曲率を大きくした多焦点レンズである請求項３に記載の測量装置。

【請求項6】

前記受光光学系は、前記反射測距光を受光する受光レンズを更に有し、該受光レンズは外周部の曲率を大きくした多焦点レンズである請求項４に記載の測量装置。

【請求項7】

前記光量調整部材は、回転軸を介して回転可能な円板状であり、前記光量調整部材は前記反射測距光の光軸に対して合致可能な少なくとも３つの光量調整部を有し、前記光量調整部材の回転により前記光量調整部のうちの１つを前記反射測距光の光軸上に選択的に配置可能に構成された請求項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】

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、前記測距光を前記測定対象物に照射すると共に、該測定対象物からの前記反射測距光を前記受光光学系へと入射させる走査鏡と、前記水平回転モータと前記鉛直回転モータと前記距離測定部の駆動を制御する演算制御部とを更に具備し、前記距離測定部は、前記測距光と同軸で追尾光を前記測定対象物に照射する追尾投光光学系と、前記測定対象物からの反射追尾光を追尾受光素子へと導く追尾受光光学系とを更に有し、前記演算制御部は、前記追尾受光素子に対する前記反射追尾光の受光位置に基づき、前記測定対象物を追尾する様前記水平回転モータと前記鉛直回転モータを制御する様構成された請求項１～請求項７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、測定対象物として反射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測定する光波距離測定装置を有している。

【0003】

例えばレーザスキャナで使用されるパルスレーザ光線は、測定対象物の点群測定密度やレーザ安全クラスの制限等に対応してパルスの繰返し周波数を変化させることが求められる。一方で、パルスの繰返し周波数を変化させると、繰返し周波数の変化に対応して、パルスのピークパワーも変化することがある。

【0004】

一般に、測量装置は、測量可能な受光量が決まっており、該受光量を超えると電気系が飽和する。この為、所定のピークパワーを想定して設計した光学系に於いて、パルスの繰返し周波数を小さくし、ピークパワーが想定値よりも大きくなった場合には、受光量が増大する。特に近距離での受光光量が増大し、電気系が飽和するという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１７９５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、近距離を測定した際の電気系の飽和を抑制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、測距光を測定対象物に照射し、該測定対象物からの反射測距光に基づき前記測定対象物迄の距離を測定する距離測定部を具備し、該距離測定部は前記測距光の発光繰返し周波数及びパルスのピークパワーを少なくとも２つに変更可能な発光素子と、前記測距光を射出する投光光学系と、前記反射測距光を受光素子に受光させる受光光学系とを有し、該受光光学系は、前記反射測距光の光軸に対して挿脱可能な光量調整部材を有し、該光量調整部材は前記発光繰返し周波数及びパルスのピークパワーに対応して前記反射測距光の受光量を調整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、前記受光光学系は、前記測距光を前記反射測距光と同軸に偏向する偏向光学部材を更に有し、該偏向光学部材は前記測距光の入射位置に該測距光の光束と同径又は略同径のビームスプリッタ面が形成された測量装置に係るものである。

【0009】

又本発明は、前記光量調整部材は、中心部に所定の透過率を有する膜が形成された光量調整面が形成され、該光量調整面以外の部分に反射防止膜が形成された全透過面が形成され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、前記光量調整部材は、中心部に反射防止膜が形成された全透過面が形成され、該全透過面以外の部分に所定の透過率を有する膜が形成された光量調整面が形成され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、前記受光光学系は、前記反射測距光を集光する受光レンズを更に有し、該受光レンズは中心部の曲率を大きくした多焦点レンズである測量装置に係るものである。

【0012】

又本発明は、前記受光光学系は、前記反射測距光を受光する受光レンズを更に有し、該受光レンズは外周部の曲率を大きくした多焦点レンズである測量装置に係るものである。

【0013】

又本発明は、前記受光光学系は、光軸がなす面が４角形の受光プリズムを更に有し、該受光プリズムは前記反射測距光を前記受光プリズムの内部で少なくとも３回内部反射させ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、前記光量調整部材は、回転軸を介して回転可能な円板状であり、前記光量調整部材は前記反射測距光の光軸に対して合致可能な少なくとも３つの光量調整部を有し、前記光量調整部材の回転により前記光量調整部のうちの１つを前記反射測距光の光軸上に選択的に配置可能な構成された測量装置に係るものである。

【0015】

更に又本発明は、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、前記測距光を前記測定対象物に照射すると共に、該測定対象物からの前記反射測距光を前記受光光学系へと入射させる走査鏡と、前記水平回転モータと前記鉛直回転モータと前記距離測定部の駆動を制御する演算制御部とを更に具備し、前記距離測定部は、前記測距光と同軸で追尾光を前記測定対象物に照射する追尾投光光学系と、前記測定対象物からの反射追尾光を追尾受光素子へと導く追尾受光光学系とを更に有し、前記演算制御部は、前記追尾受光素子に対する前記反射追尾光の受光位置に基づき、前記測定対象物を追尾する様前記水平回転モータと前記鉛直回転モータを制御する様構成された測量装置に係るものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、測距光を測定対象物に照射し、該測定対象物からの反射測距光に基づき前記測定対象物迄の距離を測定する距離測定部を具備し、該距離測定部は前記測距光の発光繰返し周波数及びパルスのピークパワーを少なくとも２つに変更可能な発光素子と、前記測距光を射出する投光光学系と、前記反射測距光を受光素子に受光させる受光光学系とを有し、該受光光学系は、前記反射測距光の光軸に対して挿脱可能な光量調整部材を有し、該光量調整部材は前記発光繰返し周波数及びパルスのピークパワーに対応して前記反射測距光の受光量を調整する様構成されたので、近距離を測定した際に電気系が飽和するのを抑制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】

【0017】

【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】本発明の第１の実施例に係る測量装置の投光光学系及び受光光学系を示す構成図である。

【図3】（Ａ）は前記受光光学系の偏向光学部材を示す側面図であり、（Ｂ）は前記受光光学系の光量調整部材を示す側面図である。

【図4】光量調整部材を挿脱した際の受光量と距離との関係を示すグラフである。

【図5】（Ａ）は本発明の第２の実施例に係る測量装置の投光光学系及び受光光学系を示す構成図であり、（Ｂ）は前記受光光学系の光量調整部材を示す側面図である。

【図6】本発明の第３の実施例に係る測量装置の投光光学系及び受光光学系を示す構成図である。

【図7】本発明の第４の実施例に係る測量装置の投光光学系及び受光光学系を示す構成図である。

【図8】本発明の第５の実施例に係る測量装置の投光光学系及び受光光学系を示す構成図である。

【図9】（Ａ）は本発明の第６の実施例に係る測量装置の投光光学系及び受光光学系を示す構成図であり、（Ｂ）は前記受光光学系の光量調整部材を示す下面図である。

【図10】本発明の第７の実施例に係る測量装置の投光光学系及び受光光学系を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0019】

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。

【0020】

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。尚、測定はノンプリズム測定が行われる。

【0021】

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。

【0022】

該測量装置本体３は、固定部４と、水平回転部である托架部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鏡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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

又、前記托架部５には、水平な軸心１１ａを有する中空の前記鉛直回転軸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。

【0027】

前記托架部５には、凹部２１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２１内に延出し、前記一端部に前記走査鏡１５が固着され、該走査鏡１５は前記凹部２１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。

【0028】

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、前記走査鏡１５は前記軸心１１ａを中心に回転される。

【0029】

前記走査鏡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鏡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。

【0030】

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。

【0031】

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、光量調整部材（後述）の駆動を制御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。

【0032】

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、測距結果等を表示する表示部とを兼用している。

【0033】

次に、前記距離測定部１９について説明する。

【0034】

該距離測定部１９は、前記演算制御部１７により制御される。発光素子２２からパルス光の測距光２３（図２参照）が射出されると、該測距光２３は投光光学系２４、偏向光学部材２５を介して射出される。該偏向光学部材２５から射出される前記測距光２３の光軸は、前記軸心１１ａと合致しており、測距光は前記走査鏡１５によって直角に偏向される。該走査鏡１５が前記軸心１１ａを中心に回転することで、前記測距光２３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。

【0035】

測定対象物で反射された前記測距光２３（以下反射測距光２６（図２参照））は、前記走査鏡１５に入射し、該走査鏡１５で偏向される。該走査鏡１５で偏向された前記反射測距光２６は、前記偏向光学部材２５、受光光学系２７を経て受光素子２８で受光される。

【0036】

前記距離測定部１９は、前記発光素子２２の発光タイミングと、前記受光素子２８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、測距光の１パルス毎に測距を実行する（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）。前記発光素子２２は、前記演算制御部により、発光のタイミング、即ちパルス間隔が変更可能となっている。

【0037】

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２６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。

【0038】

前記托架部５と前記走査鏡１５とがそれぞれ定速で回転し、該走査鏡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働により、前記測距光２３が２次元に走査される。又、パルス光毎の測距により測距データ（斜距離）が得られ、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、測定対象物に対応する３次元の点群データが取得できる。

【0039】

次に、図２に於いて、前記投光光学系２４及び前記受光光学系２７の詳細について説明する。

【0040】

前記投光光学系２４は、前記測距光２３の光軸（投光光軸２９）上に設けられた投光レンズ３１、反射鏡３２を有している。又、該反射鏡３２の反射光軸２９ａ上に前記偏向光学部材２５が設けられている。尚、前記投光光学系２４は、前記偏向光学部材２５を含んでいてもよい。

【0041】

測距光源としての前記発光素子２２は、赤外又は近赤外波長のレーザ光線を前記測距光２３としてパルス発光する。或は、前記発光素子２２は、レーザ光線を前記測距光２３としてバースト発光する。前記反射鏡３２は、前記測距光２３（前記投光光軸２９）を前記偏向光学部材２５に向って所定の角度で偏向する様構成されている。

【0042】

該偏向光学部材２５は、例えば所定の板厚を有する板状のガラスであり、前記反射光軸２９ａを測距光軸３３へと偏向する様構成されている。尚、該測距光軸３３は、後述する受光光軸３４と同軸となっている。即ち、前記偏向光学部材２５は、前記測距光２３と前記反射測距光２６の共通光路上に設けられ、前記反射光軸２９ａを前記受光光軸３４と同軸に偏向する。

【0043】

図３（Ａ）に示される様に、前記偏向光学部材２５の前記測距光２３の入射面のうち、中心部にはビームスプリッタ膜が蒸着されたビームスプリッタ面３５が形成され、該ビームスプリッタ面３５以外の部分には反射防止膜が蒸着された反射防止面３６が形成される。尚、前記ビームスプリッタ面３５は、前記測距光２３が入射する部分にのみ形成されている。即ち、該測距光２３の光束は円形状であるが、前記偏向光学部材２５は前記反射光軸２９ａに対して傾斜しているので、前記ビームスプリッタ面３５は前記測距光２３のビーム径と同等又は僅かに大きい楕円形状となる。更に、前記ビームスプリッタ面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。

【0044】

前記受光光学系２７は、前記受光光軸３４上に設けられた前記偏向光学部材２５、所定のＮＡを有する受光レンズ３７、光量調整部材３８を有している。

【0045】

該光量調整部材３８は、例えば既知の板厚を有する平行平面板のガラスであり、前記受光光軸３４と直交する様配置される。又、前記光量調整部材３８は、ソレノイド等の駆動機構４０により前記反射測距光２６の光路（前記受光光軸３４）に対して挿脱可能となっている。更に、前記光量調整部材３８の直径は、例えば６ｍｍ程度であり、該光量調整部材３８を挿入した位置での前記反射測距光２６のビーム径よりも大きくなっている。

【0046】

図３（Ｂ）に示される様に、前記光量調整部材３８の前記反射測距光２６の入射面のうち、中心部には例えば反射膜が蒸着された光量調整面３９が形成され、該光量調整面３９以外の部分には反射防止膜が蒸着された全透過面４１が形成されている。前記光量調整面３９は、例えば前記受光光軸３４を中心とした直径１ｍｍ程度の円形状となっている。即ち、前記光量調整部材３８の前記反射測距光２６の入射面のうち、５～１０％程度が前記光量調整面となっている。

【0047】

測定対象物で反射された前記反射測距光２６は、近距離を測定した場合には中心部の光量が多く、遠距離を測定した場合には周辺部の光量が多くなる様になっている。従って、前記光量調整面３９による減光作用は、主に近距離を測定した場合の前記反射測距光２６に対して作用する。

【0048】

尚、上記では、前記光量調整面３９を反射面としているが、該光量調整面３９は、１０％～５０％の光を透過可能な光学特性を有していればよい。例えば、該光量調整面３９は、反射率が８０％、透過率が２０％の反射膜であってもよいし、吸収率が８０％、透過率が２０％の吸収膜であってもよい。或は、電圧により任意の透過率に変更可能なエレクトロクロミック素子であってもよい。前記光量調整面３９の面積や透過率は、前記測距光２３の発光繰返し周波数（出力）や前記受光レンズ３７、前記偏向光学部材２５の仕様に応じて適宜設定される。

【0049】

又、前記走査鏡１５の下方には、窓部４２及び再帰反射性を有するリファレンスプリズム４３が設けられている。前記窓部４２は、前記走査鏡１５で反射された前記測距光軸３３に対して僅かに傾斜すると共に、前記走査鏡１５と一体に回転する様構成されている。

【0050】

又、前記リファレンスプリズム４３は、前記走査鏡１５を介して前記測距光２３を回転照射する過程で、該測距光２３が入射する様に構成されている。前記リファレンスプリズム４３により再帰反射された前記測距光２３は、内部参照光４４として前記走査鏡１５を介して前記受光光学系２７に入射し、前記受光素子２８に受光される。

【0051】

ここで、前記発光素子２２から前記リファレンスプリズム４３迄の光路長、該リファレンスプリズム４３から前記受光素子２８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４３で反射された前記測距光２３を前記内部参照光４４として利用することができる。前記走査鏡１５と前記リファレンスプリズム４３とにより内部参照光光学系４５が構成される。

【0052】

前記発光素子２２から発せられた前記測距光２３は、前記投光光学系２４、前記偏向光学部材２５、前記走査鏡１５を介して測定対象物に照射される。測定対象物で反射され、前記走査鏡１５を介して前記受光光学系２７に入射した前記反射測距光２６は、前記受光レンズ３７を介して、或は該受光レンズ３７及び前記光量調整部材３８を介して前記受光素子２８に受光される。尚、前記光量調整部材３８の板厚は既知である。従って、該光量調整部材３８の挿入による生じる前記反射測距光２６の光路長の延長は、測定結果から板厚に基づくオフセット値を引くことで容易に補正することができる。

【0053】

前記測量装置１では、測定対象物の色等、測定対象物の性質に応じて前記発光素子２２が前記測距光２３の発光繰返し周波数及びパルスのピークパワーを変更可能となっている。尚、前記発光素子２２の種類によっては、前記測距光２３の発光繰返し周波数は、発光繰返し周波数が大きくなる程パルスのピークパワーが小さくなり、発光繰返し周波数が小さくなる程パルスのピークパワーが大きくなる性質を有している。例えば、本実施例では、前記測距光２３の発光繰返し周波数が１ＭＨｚであればピークパワーは２００Ｗであり、発光繰返し周波数が５００ｋＨｚであればピークパワーは３５０Ｗであり、発光繰返し周波数が１００ｋＨｚであればピークパワーは１０００Ｗとなる。

【0054】

本実施例では、例えば１００ｋＨｚと１ＭＨｚを切替え可能な前記測距光２３の発光繰返し周波数として予め設定している。又、前記受光素子２８の許容受光光量は、前記測距光２３の発光繰返し周波数が最も大きい時（１ＭＨｚ）、即ちピークパワーが最も小さい時（２００Ｗ）の近距離での受光光量で電気系が飽和しない値となる様設定されている。

【0055】

図４は、前記光量調整部材３８を前記反射測距光２６の光路から取除いた場合、前記測距光２３の発光繰返し周波数を変更した場合の、距離と受光量との関係を示している。

【0056】

図４中、曲線４６は前記測距光２３の発光繰返し周波数を１００ｋＨｚとし、前記光量調整部材３８を前記反射測距光２６の光路から取除いた場合の、受光光量と距離との関係を示している。又、図４中、曲線４７は前記測距光２３の発光繰返し周波数を１００ｋＨｚとし、前記光量調整部材３８を前記反射測距光２６の光路上に挿入した場合の、受光光量と距離との関係を示している。又、図４中、曲線４８は前記測距光２３の発光繰返し周波数を１ＭＨｚとし、前記光量調整部材３８を前記反射測距光２６の光路上から取除いた場合の、受光光量と距離との関係を示している。更に、図４中、破線４９は、前記測量装置１に於いて、電気系が飽和しない受光光量を示している。

【0057】

前記曲線４６で示される様に、前記測距光２３の発光繰返し周波数を１００ｋＨｚとした場合、前記反射測距光２６の光路上に前記光量調整部材３８が存在しない状態では、３０ｍ以内に近距離に於いて受光光量が前記破線４９を上回り、電気系が飽和する。一方で、前記曲線４７で示される様に、前記反射測距光２６の光路上に前記光量調整部材３８が存在している状態では、３０ｍ以内の近距離に於いても受光光量が前記破線４９を下回り、電気系は飽和しない。

【0058】

又、曲線４８で示される様に、前記測距光２３の発光繰返し周波数を１ＭＨｚとすると、前記反射測距光２６の光路上に前記光量調整部材３８が存在しない場合であっても、受光光量が前記破線４９を下回り、電気系は飽和しない。

【0059】

上述の様に、第１の実施例では、前記反射測距光２６の光路に対する前記光量調整部材３８の挿脱により、前記受光素子２８に対する前記反射測距光２６の受光量を調整できるので、前記測距光２３の発光繰返し周波数を１００ｋＨｚから１ＭＨｚ、或は１ＭＨｚから１００ｋＨｚに変化させた場合であっても、受光光量が前記破線４９を上回り、電気系が飽和するのを防止することができる。

【0060】

従って、近距離を測定する場合であっても、測定対象物の色等、測定対象物の性質に対応して前記測距光２３の発光繰返し周波数及びパルスのピークパワーを変更することができ、作業性を向上させることができる。

【0061】

又、第１の実施例では、前記測距光２３の発光繰返し周波数が最も大きい時の近距離測定により、前記測量装置１の電気系が飽和しない様前記受光素子２８の許容受光光量を設定し、前記測距光２３の発光繰返し周波数を小さくした時に前記反射測距光２６の光路上に前記光量調整部材３８を挿入する様に構成されている。

【0062】

従って、使用する発光繰返し周波数を変更する際には、変更した発光繰返し周波数に対応した前記光量調整部材３８を変更するだけでよいので、前記測量装置１自体の設計を変更する必要がない。

【0063】

又、第１の実施例では、前記光量調整部材３８の中心部のみを前記光量調整面３９としているので、近距離測定の際に増大する中心部の前記反射測距光２６のみを減光させることができる。

【0064】

従って、遠距離を測定する際の受光光量の低下を最小限に抑えることができるので、測定距離が短くなるのを抑制することができる。

【0065】

又、前記光量調整部材３８は既知の板厚を有する平行平面板であり、前記受光光軸３４に対して直交する様配置されているので、前記光量調整部材３８の挿入により前記受光光軸３４が偏向されることがない。

【0066】

更に、前記走査鏡１５と一体に回転する前記窓部４２は、前記測距光軸３３に対して僅かに傾斜しているので、前記窓部４２で反射された前記測距光２３が前記受光素子２８に入射するのを防止することができ、測定精度の向上を図ることができる。

【0067】

次に、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図５（Ａ）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。

【0068】

第１の実施例では、ソレノイド等の駆動機構を介して、光量調整部材３８を受光光軸３４に対して挿脱しているが、第２の実施例では、前記受光光軸３４上に円板状の光量調整部材５１を設けている。該光量調整部材５１は、回転軸５２を中心にモータ５３により回転可能に構成されている。

【0069】

前記光量調整部材５１は、所定の角度間隔で、例えば１２０°間隔で設けられた第１光量調整部５４、第２光量調整部５５、第３光量調整部５６を有している。前記第１光量調整部５４、前記第２光量調整部５５、前記第３光量調整部５６は、それぞれ円形の平行平面板であり、反射測距光２６のビーム径よりも大径となっている。更に、前記光量調整部材５１は、前記回転軸５２を中心とした回転により、前記第１光量調整部５４、前記第２光量調整部５５、前記第３光量調整部５６のいずれか１つを前記受光光軸３４上に選択的に配置できる様構成されている。

【0070】

前記第１光量調整部５４は、例えば全面に反射防止膜が設けられた全透過面５４ａとなっている。前記第２光量調整部５５の中心部には、所定の面積と所定の透過率を有する膜が設けられた光量調整面５５ａが形成され、該光量調整面５５ａ以外の部分には反射防止膜が設けられた全透過面５５ｂが形成されている。又、第３光量調整部５６の中心部には、前記光量調整面５５ａとは面積と透過率が異なる膜が設けられた光量調整面５６ａが形成され、該光量調整面５６ａ以外の部分には反射防止膜が設けられた全透過面５６ｂが形成されている。

【0071】

前記第１光量調整部５４は、全面に於いて減光作用を有さない。即ち、前記光量調整部材３８を前記反射測距光２６の光路上から取除いた場合と同様の効果を得られる。

【0072】

又、前記第２光量調整部５５（前記光量調整面５５ａ）は、例えば前記測距光２３の発光繰返し周波数を１００ｋＨｚとした場合に、近距離でも電気系が飽和しない様に減光する効果を得られる。

【0073】

又、前記第３光量調整部５６（前記光量調整面５６ａ）は、例えば前記測距光２３の発光繰返し周波数を５００ｋＨｚとした場合に、近距離でも電気系が飽和しない様に減光する効果を得られる。

【0074】

上述の様に、第２の実施例では、前記光量調整部材５１に設けられた前記第１光量調整部５４、前記第２光量調整部５５、前記第３光量調整部５６がそれぞれ異なる減光作用を有し、前記光量調整部材５１の回転により前記第１光量調整部５４、前記第２光量調整部５５、前記第３光量調整部５６を前記受光光軸３４上に選択的に配置可能に構成されている。

【0075】

従って、電気系を飽和させることなく前記測距光２３の３つの発光繰返し周波数を自在に選択することができ、作業性を向上させることができる。

【0076】

尚、第２の実施例では、前記光量調整部材５１に３つの光量調整部５４，５５，５６を形成しているが、該光量調整部は４つ以上であってもよいのは言う迄もない。

【0077】

次に、図６に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図６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。

【0078】

第３の実施例では、受光光学系２７が、受光レンズ３７と光量調整部材３８との間に設けられた受光プリズム５７を有している。該受光プリズム５７は、前記受光光軸３４がなす面が４角形のプリズムとなっている。

【0079】

前記受光プリズム５７は、前記受光レンズ３７を透過した反射測距光２６が入射する第１面５７ａと、該第１面５７ａの表面を透過した前記反射測距光２６が反射する第２面５７ｂと、該第２面５７ｂと前記第１面５７ａで反射された前記反射測距光２６が入射する第３面５７ｃと、該第３面５７ｃで反射された前記反射測距光２６が透過する透過面としての第４面５７ｄとを有している。該第４面５７ｄを透過した前記反射測距光２６は、受光素子２８に入射する。或は前記第４面５７ｄを透過した前記反射測距光２６は、前記光量調整部材３８を介して前記受光素子２８に入射する。

【0080】

第３の実施例に於いては、発光素子２２から発せられた測距光２３は、前記投光光学系２４、偏向光学部材２５、前記走査鏡１５を介して測定対象物に照射される。測定対象物で反射され、前記走査鏡１５を介して受光光学系２７に入射した前記反射測距光２６は、前記受光レンズ３７及び前記第１面５７ａを透過する過程で屈折される。又、前記反射測距光２６は、前記受光プリズム５７の内部で前記第２面５７ｂ、前記第１面５７ａ、前記第３面５７ｃに順次反射され、前記第４面５７ｄを透過し、前記受光素子２８に受光される。或は、前記反射測距光２６は、前記光量調整部材３８を介して前記受光素子２８に受光される。

【0081】

第３の実施例では、前記受光光学系２７が内部に反射面を有する前記受光プリズム５７を有し、該受光プリズム５７の内部で前記反射測距光２６を３回内部反射させ、該反射測距光２６の光路を屈曲させることで、前記受光レンズ３７の焦点距離分の光路長を確保している。

【0082】

従って、前記受光光学系２７の光軸方向の長さを短くすることができるので、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。

【0083】

尚、第２の実施例と第３の実施例とを組合わせ、前記光量調整部材３８を第２の実施例の光量調整部材５１に置換えてもよいのは言う迄もない。

【0084】

次に、図７に於いて、本発明の第４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。

【0085】

第４の実施例では、光量調整部材５８が受光プリズム５７と受光素子２８の間ではなく、偏向光学部材２５と受光レンズ３７との間に設けられている。

【0086】

前記光量調整部材５８は、光量調整部材３８（図３（Ｂ）参照）と同様に、中心部に光量調整面（図示せず）が形成されている。一方で、前記光量調整部材５８は、反射測距光２６の光束よりも大きい平行平面板である。従って、前記光量調整部材５８は、例えば前記受光レンズ３７と同程度の径を有している。

【0087】

第４の実施例に於いても、受光光学系２７に前記受光プリズム５７を設け、該受光プリズム５７により前記受光レンズ３７の焦点距離分の光路長を確保している。従って、前記受光光学系２７の光軸方向の長さを短くすることができるので、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。

【0088】

次に、図８に於いて、本発明の第５の実施例について説明する。尚、図８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。

【0089】

第５の実施例では、偏向光学部材としての反射プリズム５９が、受光レンズ６１の中心部に貼付けられている。該受光レンズ６１は、中心部の曲率が大きい多焦点レンズとなっている。

【0090】

第５の実施例では、前記反射プリズム５９、前記受光レンズ６１、受光プリズム５７、光量調整部材３８により、受光光学系２７が構成される。

【0091】

又、投光光学系２４は、発光素子２２から発せられた測距光２３を、反射鏡３２が前記反射プリズム５９に向って直角に反射する様構成されている。

【0092】

該反射プリズム５９の反射面は、金属や誘電体が蒸着されたミラーとなっている。前記反射プリズム５９は、前記測距光２３と前記反射測距光２６の共通光路上に位置し、前記反射鏡３２で反射された反射光軸２９ａを、測距光軸３３として受光光軸３４と同軸となる様直角に偏向する様構成される。

【0093】

第５の実施例では、前記発光素子２２から発せられた前記測距光２３は、前記投光光学系２４を介して前記反射プリズム５９に反射され、測定対象物に照射される。測定対象物で反射された反射測距光２６は、前記反射プリズム５９の周囲を通過し、前記受光レンズ６１に入射する。

【0094】

該受光レンズ６１に入射した前記反射測距光２６は、前記受光レンズ６１、前記受光プリズム５７を順次透過し、受光素子２８に入射する。或は、前記受光レンズ６１に入射した前記反射測距光２６は、前記受光レンズ６１、前記受光プリズム５７、前記光量調整部材３８を順次透過し、受光素子２８に入射する。

【0095】

第５の実施例では、前記受光レンズ６１として、中心部の曲率が大きい多焦点レンズを用いている。従って、前記受光光軸３４近傍の中心部に於ける受光量を大きくすることができ、近距離を測定する場合の受光量を増大させることができる。

【0096】

又、偏向光学部材として、前記測距光２３のビーム径と略同径の反射面を有する前記反射プリズム５９が用いられ、該反射プリズム５９は前記受光レンズ６１に貼付けられている。従って、偏向光学部材を小型化できると共に、前記受光光学系２７の光軸方向の長さを短くすることができる。

【0097】

次に、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に於いて、本発明の第６の実施例について説明する。尚、図９（Ａ）、図９（Ｂ）中、図８中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0098】

第６の実施例では、受光レンズ６２は、外周部の曲率が大きくなった多焦点レンズとなっている。又、図９（Ｂ）に示される様に、光量調整部材６３の反射測距光２６の入射面のうち、中心部に反射防止膜が蒸着された全透過面６４が形成され、該全透過面６４以外の部分に反射膜が蒸着された光量調整面６５が形成されている。

【0099】

又、図９（Ｂ）に示される様に、前記全透過面６４は、例えば受光光軸３４を中心とした直径４ｍｍ程度の円形状となっている。即ち、前記光量調整部材６３の前記反射測距光２６の入射面のうち、５％～２０％程度が前記光量調整面６５となっている。

【0100】

尚、上記では、反射膜を蒸着して前記光量調整面６５としているが、吸収膜を蒸着して光量調整面としてもよく、或はエレクトロクロミック素子を光量調整面としてもよい。即ち、例えば１０％～５０％の範囲で反射測距光２６を透過可能な膜であればどの様な膜でもよい。その他の構成については第５の実施例と同様である。

【0101】

第６の実施例では、前記受光レンズ６２として、外周部の曲率が大きい多焦点レンズを用いている。従って、前記受光光軸３４近傍の中心部に於ける受光量を大きくすることができ、近距離を測定する場合の受光量を増大させることができる。

【0102】

又、前記受光レンズ６２は、外周部の曲率が大きくなっているので、前記光量調整部材６３に入射する前記反射測距光２６のうち、近距離測定時に増加する前記受光レンズ６２の外周部を透過する前記反射測距光２６が、前記光量調整部材６３の外周部に入射する。

【0103】

従って、前記光量調整部材６３のうち、中心部を前記全透過面６４とし、それ以外の部分を光量調整面６５とすることで、近距離を測定する際の電気系の飽和を防止することができる。

【0104】

次に、図１０に於いて、本発明の第７の実施例について説明する。尚、図１０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。

【0105】

第７の実施例では、投光光学系２４、受光光学系２７に加えて他の光学系を同軸で設けている。例えば、図１０中では、距離測定部１９は、追尾光を測定対象物へと導く追尾投光光学系６６と、測定対象物で反射された反射追尾光を受光素子へと導く追尾受光光学系６７を有している。

【0106】

前記追尾投光光学系６６は、追尾発光素子６８から射出される追尾光の光軸（追尾投光光軸６９）上に設けられた投光レンズ７１と、ビームスプリッタ７２と、該ビームスプリッタ７２の反射光軸上に設けられたミラー７３と、該ミラー７３の反射光軸上に設けられたショートパスフィルタ板７４とを有している。

【0107】

前記追尾発光素子６８は、例えば測距光とは異なる波長のレーザ光線を追尾光として射出するレーザダイオード（ＬＤ）となっている。前記ビームスプリッタ７２は、前記追尾投光光軸６９を追尾受光光軸７５（後述）と同軸に偏向する。即ち、前記ビームスプリッタ７２は、追尾光と反射追尾光の共通光路上に配置される。又、前記ミラー７３は前記追尾投光光軸６９を前記ショートパスフィルタ板７４に向って反射する。

【0108】

該ショートパスフィルタ板７４は、追尾光及び反射追尾光を透過し、測距光２３及び反射測距光２６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７４は、該ショートパスフィルタ板７４を透過した追尾光の前記追尾投光光軸６９と同軸となる様、測距光軸３３を偏向する。更に、前記ショートパスフィルタ板７４は、受光光軸３４と前記追尾受光光軸７５とを分離する。即ち、前記ショートパスフィルタ板７４は、前記測距光２３と追尾光の共通光路上に配置される。

【0109】

前記追尾受光光学系６７は、追尾受光素子７６に受光される反射追尾光の光軸（前記追尾受光光軸７５）上に設けられた受光レンズ群７７と、前記ビームスプリッタ７２と、前記ミラー７３と、該ミラー７３の反射光軸上に設けられた前記ショートパスフィルタ板７４とを有している。

【0110】

前記追尾受光素子７６は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は画像素子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７６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画像素子上での位置が特定される。

【0111】

追尾を行なう際には、前記追尾発光素子６８から追尾光が射出され、前記ビームスプリッタ７２、前記ミラー７３に順次反射される。該ミラー７３で反射された追尾光は、前記ショートパスフィルタ板７４を透過し、走査鏡１５で反射されて測定対象物に照射される。

【0112】

測定対象物で反射された反射追尾光は、前記走査鏡１５で反射された後、前記ショートパスフィルタ板７４を透過する。該ショートパスフィルタ板７４を透過した反射追尾光は、前記ミラー７３で反射され、前記ビームスプリッタ７２及び前記受光レンズ群７７を透過して前記追尾受光素子７６に入射する。

【0113】

演算制御部１７（図１参照）は、前記追尾受光素子７６の中心と反射追尾光の偏差を演算し、該偏差に基づき、反射追尾光の入射位置が前記追尾受光素子７６の中心となる様に水平回転モータ８（図１参照）と鉛直回転モータ１３（図１参照）を制御する。これにより、測量装置本体３（図１参照）が測定対象物を追尾する。

【0114】

第７の実施例では、測距光軸３３と追尾投光光軸６９とが同軸となる様投光光学系２４及び追尾投光光学系６６を設けている。従って、前記測距光２３と同軸に追尾光が照射されるので、追尾精度を向上させることができる。又、測距と追尾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。

【0115】

尚、上記では、前記投光光学系２４と同軸に前記追尾投光光学系６６及び前記追尾受光光学系６７を設けている。一方で、前記追尾投光光学系６６及び前記追尾受光光学系６７に代えて、前記投光光学系２４と同軸で可視光を照射するレーザポインタ照射部を設けてもよい。或は、追尾光として可視光を用いてもよい。可視光を照射することで、前記測距光２３の照射位置を視認することができる。

【0116】

又、前記追尾投光光学系６６及び前記追尾受光光学系６７に代えて、撮像部を設けてもよい。或は、前記追尾投光光学系６６及び前記追尾受光光学系６７と、レーザポインタ照射部と、撮像部とを全て同軸に設けてもよい。

【0117】

尚、本発明に於いて、第１の実施例～第７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】

【0118】

１ 測量装置
３ 測量装置本体
１５ 走査鏡
１７ 演算制御部
１９ 距離測定部
２２ 発光素子
２３ 測距光
２４ 投光光学系
２５ 偏向光学部材
２６ 反射測距光
２７ 受光光学系
２８ 受光素子
３８ 光量調整部材
５１ 光量調整部材
５７ 受光プリズム
５８ 光量調整部材
６３ 光量調整部材
６６ 追尾投光光学系
６７ 追尾受光光学系
７６ 追尾受光素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】