JP2006003098A

JP2006003098A - 光波距離測定方法及び光波距離測定装置

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Publication number: JP2006003098A
Application number: JP2004176798A
Authority: JP
Inventors: Fumio Otomo; 文夫大友; Kaoru Kumagai; 薫熊谷
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: US7307699B2; US20050275825A1; CN100510777C; CN1712989A; EP1607766B1; EP1607766A1; JP4996043B2

Abstract

【課題】
測定途中及び背景に、測定に影響を及ぼし易いガラス、金網等の非測定対象物が介在した場合でも、確実に測定対象物迄の距離を測定できる様にする。
【解決手段】
合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、合焦レンズ２６の位置を検出する合焦位置検出部３５と、光波距離測距部２９と、予め求められた合焦レンズの位置と測定対象物７迄の距離との対比関係を記憶する記憶部４３と、合焦レンズの位置と対比関係から参照距離を求めると共に前記光波距離測距部で得られる測距距離とを比較して該測距距離が前記参照距離と略等しい場合に測定距離と判定する制御演算部３３とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノンプリズム方式の光波距離測定方法及び光波距離測定装置に関するものである。

光波を用いる距離測定装置は、測定対象物に向けて測距光を照射し、測定対象物で反射された反射光を受光することにより測定位置から測定対象物迄の距離を測定する装置である。一般に、測定対象物として反射プリズム（コーナーキューブ）を必要とする光波距離測定装置と、反射プリズム無しで建物等に直接測距光を照射して測定対象物からの反射光で測距を行うノンプリズム方式の光波距離測定装置とに分けられるが、発光から受光迄の概略の構成、距離測定の原理については同様である。

図４に於いて距離測定装置の要部について説明する。

距離測定装置は、測距光を照射・受光する為の光学部分１と、発光源２を駆動する駆動回路３、受光した測距光を電気信号に変換する受光回路４及び該受光回路４からの信号を基に距離を演算する距離演算回路５とから構成され、測距光を照射・受光する為の前記光学部分１は、測距光６を発光する前記発光源２と、該発光源２からの前記測距光６を建物等の測定対象物７に照射する照射光学系８と、前記測定対象物７からの反射測距光６′を導く受光光学系９と、該受光光学系９により導かれた前記反射測距光６′を受光する受光部１０、クロック信号を前記距離演算回路５に送出するタイミング回路１１とから構成されている。

前記測距光６の光路と参照光１８（後述）の光路途中には光路切換チョッパ（図示せず）が設けられ、択一的に光路を遮断する様になっている。

光路切換チョッパにより参照光１８の光路が遮断された状態で、前記発光源（例えば半導体レーザ）２から射出された前記測距光（パルスレーザ光又は変調レーザ光）６は、投光側ハーフミラー１２、光ファイバ１３を経て反射ミラー１４で偏向され、照射光学系８である対物レンズ１５に向かう。該対物レンズ１５によって略平行光束とされた前記測距光６は前記対物レンズ１５を介して前記測定対象物７に向けて投射される。該測定対象物７で反射された前記反射測距光６′は再び前記対物レンズ１５へと向かう。該対物レンズ１５へと向かった前記反射測距光６′は、前記対物レンズ１５によって集光され、前記反射ミラー１４で偏向され、光ファイバ１６、受光側ハーフミラー１７を透過して前記受光部１０に結像され、受光される。

又、光路切換チョッパにより測距光６の光路が遮断された状態で、前記発光源２から射出された前記測距光６は前記投光側ハーフミラー１２で分割反射され参照光１８として前記受光側ハーフミラー１７により反射偏向され、前記受光部１０に入射される。

前記受光部１０には前記反射測距光６′又は前記参照光１８が受光され、電気部分（図示せず）は受光した前記反射測距光６′、参照光１８を電気信号に変換し、前記距離演算回路５は両電気信号から前記測定対象物７迄の距離を演算する。

図５を参照して、前記反射測距光６′の受光信号と前記参照光１８の受光信号とを基に距離を演算する場合の作用について説明する。

前記光路切換チョッパにより参照光１８の光路を遮断した状態で、前記駆動回路３により前記発光源２を駆動して測距光をパルス発光させる。発光に同期されたパルス信号が発光パルスＰ1 として前記距離演算回路５に入力される。前記対物レンズ１５を経て照射された測距光６は前記測定対象物７で反射され、反射測距光６′となり、該反射測距光６′は前記受光光学系９を経て前記受光部１０に入射する。該受光部１０からの受光信号は前記受光回路４で増幅等所要の信号処理がなされ、該受光回路４より前記距離演算回路５に受光パルスＲ1 として入力する。

該距離演算回路５は、前記発光パルスＰ1 と受光パルスＲ1 間のクロック数をカウントし、即ち時間を演算し、クロック数と光速とを掛合わせることで距離が演算される。

又、前記光路切換チョッパにより測距光６の光路を遮断した状態で、前記駆動回路３により前記発光源２を駆動してパルス発光させる。パルス光は、参照光１８として前記投光側ハーフミラー１２、受光側ハーフミラー１７を経て前記受光部１０に入力される。

上記測距光６の場合と同様にして発光パルスＰ1 と受光パルスＲ1 間のクロック数がカウントされ、該クロック数で内部参照光路の光路長が演算される。

前記測距光６による測定対象物７迄の距離から前記参照光１８による内部参照光路の光路長を引いたものが、光波距離測定装置から前記測定対象物７迄の粗測定距離となる。更に、前記参照光１８と反射測距光６′との１クロック内の位相のずれを検出し、位相のずれに対応する距離を粗測定距離に加算することで、精密測定距離が得られる。

次に、測距を行う状況として、例えばガラス越しに測定対象物迄の距離を測距する場合、或は測定対象物との間に金網がある場合等が考えられる。この場合、ガラス、或は金網等非測定対象物からの反射光も存在し、前記受光部１０は図６に示される様に前記反射測距光６′に基づく受光パルスＲ1 と共に非測定対象物からの前記反射光に基づく受光パルスＲ2 も出力する。この為、前記距離演算回路５がクロック数をカウントする場合、受光パルスＲ1 、受光パルスＲ2 のいずれのクロック数をカウントするかが判断できず、受光パルスＲ2 のクロック数をカウントすると誤測定となり、或は２つの測定値が発生して誤作動を起こす。

尚、光波距離計については、特許文献１、特許文献２に示されるものがある。

特開平５−２３２２３０号公報

特開２００１−１５３６５５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、測定途中及び背景に、測定に影響を及ぼし易いガラス、金網等の非測定対象物が介在した場合でも、確実に測定対象物迄の距離を測定できる様にしたものである。

本発明は、合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、合焦した合焦レンズの位置から得られる測定対象物迄の参照距離と光波距離測定で得られる測定距離とを比較し、前記参照距離に略等しい測定距離を測定結果とする光波距離測定方法に係り、又合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、測定対象物に合焦した合焦レンズの位置から参照距離を求め、該参照距離に基づく範囲内を測定する光波距離測定方法に係るものである。

又本発明は、合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、合焦レンズの位置を検出する合焦位置検出部と、光波距離測距部と、予め求められた合焦レンズの位置と測定対象物迄の距離との対比関係を記憶する記憶部と、合焦レンズの位置と対比関係から参照距離を求めると共に前記光波距離測距部で得られる測距距離とを比較して該測距距離が前記参照距離と略等しい場合に測定距離と判定する制御演算部とを具備する光波距離測定装置に係り、又測定対象物の像が結像される画像受光部と、該画像受光部からの受光信号を基にコントラストを求めコントラストが最大となる様前記合焦レンズの位置を調整する合焦駆動機構とを具備し、コントラストが最大での合焦レンズの位置を基に参照距離が求められる光波距離測定装置に係り、又参照距離と光波距離測定で得た測定結果に差がある場合に、警告を表示する又は発する光波距離測定装置に係るものである。

更に又本発明は、合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、合焦レンズの位置を検出する合焦位置検出部と、予め求められた合焦レンズの位置と測定対象物点迄の距離との対比関係と前記測定対象物点迄の距離に応じ設定された測定範囲を記憶する記憶部と、合焦レンズの位置と対比関係から参照距離を求め、該参照距離に応じた範囲内の測定を行う制御演算部とを具備する光波距離測定装置に係るものである。

本発明によれば、合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、合焦した合焦レンズの位置から得られる測定対象物迄の参照距離と光波距離測定で得られる測定距離とを比較し、前記参照距離に略等しい測定距離を測定結果とするので、非測定対象物からの反射光が入射した場合の誤作動、誤測定を防止でき、作業性の向上、測定の信頼性の向上が図れる。又、測定範囲を限定することにより、測定対象物を選択的に測定可能となる。

又本発明によれば、合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、合焦レンズの位置を検出する合焦位置検出部と、光波距離測距部と、予め求められた合焦レンズの位置と測定対象物迄の距離との対比関係を記憶する記憶部と、合焦レンズの位置と対比関係から参照距離を求めると共に前記光波距離測距部で得られる測距距離とを比較して該測距距離が前記参照距離と略等しい場合に測定距離と判定する制御演算部とを具備するので、非測定対象物からの反射光が入射した場合の誤作動、誤測定を防止でき、作業性の向上、測定の信頼性の向上が図れる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は、本実施の形態に係る光波距離測定装置の概略を示しており、図中２０は光学系、２１は制御系を示している。

先ず、前記光学系２０について説明する。

光軸２２上に対物レンズ２３、反射ミラー２４、ダイクロイックミラー２５、合焦レンズ２６、正立正像プリズム２７が配設されている。

前記反射ミラー２４の反射光軸上に発光部２８が配設され、該発光部２８は測距部２９によって駆動発光され、測距光６、好ましくは自然光とは波長の異なる例えば赤外光を射出する。該測距光６はコリメートレンズ３１で平行光束とされ前記反射ミラー２４に入射される。該反射ミラー２４で反射された前記測距光６は前記光軸２２方向に偏向され、前記対物レンズ２３を介して測定対象物７に向けて照射される。

前記ダイクロイックミラー２５は、反射測距光６′を反射し、自然光を透過する光学部材であり、前記ダイクロイックミラー２５の反射光軸上に測距光受光部３２が配設される。前記測定対象物７で反射され、前記対物レンズ２３で集光された前記反射測距光６′は、前記ダイクロイックミラー２５で反射され、前記測距光受光部３２で受光される。該測距光受光部３２は受光信号を前記測距部２９に送出する。

該測距部２９では、前記測距光受光部３２による前記反射測距光６′の受光結果、及び内部参照光（図示せず）の受光結果を基に前記測定対象物７迄の距離を測定し、測定結果を制御演算部３３に送出する。尚、測距部２９の構成については図４で示したと同様である。

前記正立正像プリズム２７は、複数の反射面を有し、入射された倒立像を正立像として射出するものであり、反射面の少なくとも１つがハーフミラーとなっている。前記測定対象物７からの自然光は、前記ダイクロイックミラー２５を透過して前記正立正像プリズム２７に入射する。該正立正像プリズム２７は、前記測定対象物７の像を正立像として射出し、又入射光の一部を分割分離して射出する。

前記合焦レンズ２６は、合焦モータ（図示せず）を具備する合焦駆動機構３４によって前記光軸２２に沿って位置調整され、前記合焦レンズ２６の位置はリニアエンコーダ、或は前記合焦モータの回転数を検出するロータリエンコーダ等の合焦位置検出部３５によって検出される。

前記合焦レンズ２６が位置調整され、前記正立正像プリズム２７を透過して正立像がレチクル３６上に結像され、該レチクル３６上の像は接眼レンズ３７を介して測定者によって視認できる様になっている。又、前記正立正像プリズム２７で分割された入射光の一部は前記レチクル３６と共役な位置にある画像受光部３８上に結像され、該画像受光部３８は受光結果を画像信号として画像処理部３９に出力する。

次に、制御系２１について説明する。

該制御系２１は、主に前記測距部２９、前記合焦位置検出部３５、前記画像処理部３９、前記制御演算部３３、鉛直角測角部４１、水平角測角部４２、記憶部４３、操作部４４、表示部４５等から構成されている。

前記画像受光部３８に測定対象物７の像が結像される場合の、前記合焦レンズ２６の位置と前記測定対象物７の距離との対比関係が実験、実測等により予め求められ、対比関係のデータは前記記憶部４３に格納されている。対比関係のデータ及び対比関係から求めた参照距離に応じた測定範囲のデータは予め前記記憶部４３に記憶させられていてもよく、或はメモリカード等の記憶手段に書込み該記憶手段を前記光波距離測定装置に装着する様にしてもよい。

又、前記記憶部４３には光波距離測定装置を作動させる為のシーケンスプログラム、画像処理を行う為の画像処理プログラム等のプログラムが格納されている。

以下、作用について説明する。

測距が開始される前に、前記測定対象物７に対して焦点合せが行われる。焦点合せは、手動、自動のいずれでもよいが、以下は自動で焦点合せされる場合を説明する。

先ず、測定者が光学系２０より測定対象物７を視準して光学系２０の視準方向を決定する。前記操作部４４より測定開始を指示する。

自然光による前記測定対象物７の像が、前記画像受光部３８に結像される。

前記合焦駆動機構３４が駆動され、合焦が行われる。前記画像受光部３８からの画像信号は前記画像処理部３９に入力され、該画像処理部３９は画像のコントラストを演算する。前記合焦レンズ２６をスキャンして画像をサンプリングし、画像のコントラストを比較演算し、コントラストの大小を判断する。コントラストが最大となった位置が合焦位置であり、合焦位置での該合焦レンズ２６の位置が前記合焦位置検出部３５により読取り記憶され、前記合焦駆動機構３４はコントラストが最大となった位置に前記合焦レンズ２６を移動させる。

尚、コントラストによる合焦作用については、本出願人が先に提案した特許文献２に示されている。

前記合焦位置検出部３５から前記合焦レンズ２６の合焦位置が前記制御演算部３３に入力され、該制御演算部３３では前記記憶部４３に格納された前記合焦レンズ２６の位置と前記測定対象物７の距離との対比関係から、該測定対象物７迄の参照距離Ｄ0 を演算する。

図２に示される様に、前記合焦レンズ２６の合焦位置から求められる距離の測定精度は高くなく、例えば１００ｍの測定距離に対して数ｍの誤差ΔＤを含んでいる。

前記発光部２８を点灯して測距光６を発する。前記測定対象物７で反射された反射測距光６′は前記ダイクロイックミラー２５で反射され前記測距光受光部３２で受光される。該測距光受光部３２で受光された受光信号を基に受光パルスＲ1 が発生される。前記発光部２８の発光パルスＰ1 から前記受光パルスＲ1 迄のクロック数ｎ1 がカウントされ、該クロック数ｎ1 に基づき前記測距部２９により前記測定対象物７迄の粗測定が行われ、粗測定距離Ｄ1 が得られる。該粗測定距離Ｄ1 は前記制御演算部３３に入力される。

又、前記測定対象物７と光波距離測定装置との間にガラス、網等の非測定対象物が介在する場合、該非測定対象物からの反射光も前記測距光受光部３２に受光され、受光パルスＲ2 が発生する。前記測距部２９は発光パルスＰ1 から前記受光パルスＲ2 迄のクロック数ｎ2 から非測定対象物迄の距離Ｄ2 を演算する。

前記制御演算部３３に於いて、前記参照距離Ｄ0 と前記粗測定距離Ｄ1 、前記距離Ｄ2 とが比較され、前記参照距離Ｄ0 に略合致する前記粗測定距離Ｄ1 が選択される。尚、前記参照距離Ｄ0 は誤差ΔＤを含んでいるが、一般的に測定対象物７と非測定対象物とは距離が大きく異なっていることが多く、数ｍの誤差を含んでいたとしても、実用上差支えない。

前記粗測定距離Ｄ1 、即ち受光パルスＲ1 が選択されると、参照光との位相のずれが検出され、精密測定が行われ、最終的な測定対象物７迄の距離が測定される。尚、前記参照距離Ｄ0 と光波距離測定で得た粗測定距離Ｄ1 との間に誤差ΔＤ以上の差がある場合は、前記表示部４５に警告の表示、或はブザー等によって警告を発する様にしてもよい。

非測定対象物が、２以上介在した場合でも、同様に測定対象物との判別が可能であり、誤作動、誤測定を回避できる。

尚、前記受光パルスＲ1 、受光パルスＲ2 それぞれについて、精密測定迄行った後、前記合焦レンズ２６の位置から得られる参照距離Ｄ0 と対比して、測定対象物７迄の測定距離を選択する様にしてもよい。

又、前記鉛直角測角部４１、前記水平角測角部４２からの検出結果で、前記測定対象物７に関する鉛直角、水平角が測定できることは従来の光波距離測定装置と同様である。

尚、手動により合焦する場合も同様であり、目視により合焦状態が判断され、作業者が合焦と判断した場合、例えば合焦完了の釦を押すと、その状態での前記合焦レンズ２６の位置が前記制御演算部３３に入力される。

この場合、前記合焦駆動機構３４、画像受光部３８、画像処理部３９は省略でき、前記画像処理部３９からのフィードバック信号も必要ない。

更に本発明では合焦距離に応じた測定距離を設定し、選択的に測定対象物の距離を測定させることが可能である。例えば、手前にあるが反射率の低いもの、ガラスや金網を測定したいとき等である。

測定方法を説明する。

測距の前に、自動又は手動で焦点合わせが行われる。自然光によるガラス表面又は金網等の測定対象物７の像が、前記画像受光部３８に結像される。前記合焦位置検出部３５から前記合焦レンズ２６の合焦位置が前記制御演算部３３に入力され、該制御演算部３３では前記記憶部４３に格納された前記合焦レンズ２６の位置と前記測定対象物７迄の距離との対比関係から、該測定対象物７迄の参照距離Ｄ0 を演算する。参照距離Ｄ0 には、前述した様に測定距離に対してΔＤの誤差を含んでいる。合焦距離に応じた測定範囲として例えばΔＤを設定する。尚、測定範囲は測定状況に応じて適宜設定してもよい。

図３に示す様に、誤差ΔＤに相当する、時間、ｔ1 、ｔ2 を求め、その間に受光されるパルスＲ1 迄のクロックをカウントする。カウント数はｎ1 である。該クロック数ｎ1 に基づき前記測距部２９によりガラス又は金網迄の粗測定が行われ粗測定距離Ｄ1 が得られる。前記粗測定距離Ｄ1 は更に、参照光との位相のずれが検出され、精密測定が行われ、最終的な距離が測定される。

本発明の実施の形態を示す概略構成図である。本発明の実施の形態に於ける作用を示す説明図である。本発明の実施の形態に於ける作用を示す説明図である。従来例の距離測定装置の要部を示す概略図である。該従来例に於ける、信号の発生状態を示す説明図である。該従来例に於いて、非測定対象物が介在した場合の信号の発生状態を示す説明図である。

符号の説明

７測定対象物
２０光学系
２１制御系
２２光軸
２６合焦レンズ
２８発光部
３２測距光受光部
３３制御演算部
３４合焦駆動機構
３５合焦位置検出部
３８画像受光部
３９画像処理部
４３記憶部

Claims

合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、合焦した合焦レンズの位置から得られる測定対象物迄の参照距離と光波距離測定で得られる測定距離とを比較し、前記参照距離に略等しい測定距離を測定結果とすることを特徴とする光波距離測定方法。
合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、測定対象物に合焦した合焦レンズの位置から参照距離を求め、該参照距離に基づく範囲内を測定することを特徴とする光波距離測定方法。
合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、合焦レンズの位置を検出する合焦位置検出部と、光波距離測距部と、予め求められた合焦レンズの位置と測定対象物迄の距離との対比関係を記憶する記憶部と、合焦レンズの位置と対比関係から参照距離を求めると共に前記光波距離測距部で得られる測距距離とを比較して該測距距離が前記参照距離と略等しい場合に測定距離と判定する制御演算部とを具備することを特徴とする光波距離測定装置。
測定対象物の像が結像される画像受光部と、該画像受光部からの受光信号を基にコントラストを求めコントラストが最大となる様前記合焦レンズの位置を調整する合焦駆動機構とを具備し、コントラストが最大での合焦レンズの位置を基に参照距離が求められる請求項３の光波距離測定装置。
参照距離と光波距離測定で得た測定結果に差がある場合に、警告を表示する又は発する請求項３の光波距離測定装置。
合焦機能を有する光波距離測定装置に於いて、合焦レンズの位置を検出する合焦位置検出部と、予め求められた合焦レンズの位置と測定対象物点迄の距離との対比関係と前記測定対象物点迄の距離に応じ設定された測定範囲を記憶する記憶部と、合焦レンズの位置と対比関係から参照距離を求め、該参照距離に応じた範囲内の測定を行う制御演算部とを具備することを特徴とする光波距離測定装置。