JP2875624B2 - 測量機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は反射部材としての測定対象物を垂直方向及び
水平方向に走査して、測定対象物に測量機本体を自動追
尾させる測量機に関する。

（従来の技術） 従来から、測量機の一つとして光波測距装置が知られ
ているが、この光波測距装置には船舶の甲板等に設置し
て用いられる場合がある。その光波測距装置は測距光学
系を有しており、この光波測距装置から遠く離れた測点
に設置のコーナーキューブに向かって光波を出射し、そ
のコーナーキューブからの反射光波を受光し、測点まで
の距離を測定するようになっている。

ところで、光波測距装置を船舶の甲板などに設置して
測距を行う場合、船舶の揺れ等によって測定対象物とし
てのコーナキューブを見失うことがある。そこで、近時
は、そのコーナキューブを自動追尾できるようにした光
波測距装置が開発されつつある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の光波測距装置は、測距光学系を
内蔵する測料機本体としての光波測距装置本体そのもの
を水平方向、垂直方向に回動させてコーナーキューブを
探索走査し、そのコーナキューブに光波測距装置を自動
追尾させる構成であり、機械的に探索する構造であるの
で探索走査に時間がかかるという不具合があった。

また、第12図に示すように、光波測距装置本体から出
射する測定光束を水平方向に走査させて水平方向の探索
走査を行い、反射部材としての測距対象物から反射され
る測定光束を受光するまでの走査回数から測定対象物Ｔ
の垂直方向位置Ｈを求め、次に、第13図に示すように測
定光束をを垂直方向に走査させて測定光束を受光するま
での走査回数から測定対象物Ｔの水平方向応位置Ｖを求
める構造であったので、探索検査に時間がかかってい
た。さらに、その光波測距装置の探索走査範囲にコーナ
キューブがない場合には自動追尾をしようにも自動追尾
ができない不具合もある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その
目的とするところは、測定対象物を短時間に探索でき、
かつ、測定対象物を見失った場合でも容易にその測定対
象物を捕捉できる測量機を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明に係わる測量機は、上記の課題を解決するた
め、 測定光束を第一方向に走査するのを一走査として、そ
の方向と直角な第二方向に測定光束を偏向させながら前
記走査を所定回数行うことにより、測定光束を二次元的
に走査する走査光学系と、該走査光学系により投影され
た測定光束のうち測定点に設けられた反射部材により反
射された測定光束を受光するための受光系と、該受光系
に前記反射光束が入射するまでの走査回数により前記第
二方向の測定点の位置を検出するとともに、前記第一方
向の走査開始位置から第一方向に沿っての走査により前
記受光系に入射する反射光束が得られるまでの走査時間
により前記第一方向の測定点の位置を検出する演算部
と、該演算部からの信号により測量機本体を前記測定点
に向けて自動追尾させる制御手段と、走査結果に基づい
て前記第一走査方向での走査範囲を拡大すると共に前記
第二方向での走査回数を増加させて走査範囲を変更する
走査範囲変更手段と、を備えていることを特徴とする。

（作 用） 本発明によれば、走査光学系により反射部材を探索走
査するとその走査結果が制御手段に入力される。制御手
段は、その走査結果に基づき反射部材の存在方向を演算
し、測量機本体の光軸が測定対象物に向けられるように
測量機本体を水平方向、垂直方向に回動制御する。これ
によって、測量機は反射部材を自動追尾する。

その探索走査範囲に反射部材がない場合には、制御手
段は探索走査範囲が拡大されるように走査光学系を制御
する。走査光学系は、たとえば、反射部材を粗く探索走
査する。反射部材がその拡大探索走査範囲で捕捉された
場合には、その探索走査結果に基づいて測量機本体の光
軸が反射部材に向けられるように測量機本体を水平方
向、垂直方向に回動制御する。そして、その後は、制御
手段は、拡大前の探索走査範囲で反射部材を走査するよ
うに走査光学系を制御する。

（実施例） 以下、本発明に係わる測量機を光波測距装置に適用し
た実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図において、１は測量台、２は測点に設置された
測定対象物としてのコーナキューブである。測量台１は
たとえば船舶の甲板などに設置されている。この測量台
１には光波測距装置３が据え付けられている。この光波
測距装置３は固定台４と水平回動部５とを有する。水平
回動部５は、第２図に示すように固定台４に対して矢印
Ａ方向に回転され、支持部６を有する。支持部６には垂
直方向回動軸７が設けられ、垂直方向回動軸７には測距
装置本体８が設けられている。測距装置本体８は、水平
回動部５の回転により水平方向に回動されると共に垂直
方向回動軸７の回転により第１図に矢印Ｂで示すように
垂直方向に回転される。

その測距装置本体８には測距離光学系９と走査光学系
10とが設けられている。この測距光学系９は第３図に概
略示すように投光部11と受光部12とを有する。投光部11
は光源13を有する。受光部12は受光素子14を有する。光
学13は赤外レーザー光束を出射する。その赤外レーザー
光束はビームスプリッタ15のダイクロイックミラー16に
より対物レンズ17に向けて反射され、カバーガラス18を
介して測距装置本体８から平行光束として出射される。

赤外レーザー光束はコーナキューブ２により反射さ
れ、カバーガラス18を介して対物レンズ17に戻り、ビー
ムスプリッタ15のダイクロイックミラー19により反射さ
れ、受光素子14に収束される。その受光素子14の受光出
力は、図示を略す公知の計測回路に入力され、コーナキ
ューブ２までの距離が測距される。

測距光学系９は結像レンズ20、レチクル板21を有して
おり、可視光は対物レンズ17、ダイクロイックミラー1
6、19を通過して、結像レンズ20に至り、レチクル板21
を収束され、測定者は接眼レンズ22を介してコーナキュ
ーブ２を含めて測定箇所を視認できる。

走査光学系10は第４図に示すようにレーザーダイオー
ド23、コリメータレンズ24、水平方向偏向素子25、垂直
方向偏向素子26、反射プリズム27、28、29、対物レンズ
30、カバーガラス31、反射プリズム32、ノイズ光除去用
フィルム33、受光素子34を有する。レーザーダイオード
23、コリメータレンズ24、水平方向偏向素子25、垂直方
向偏向素子26、反射プリズム27、28、29は投光部を大略
構成している。対物レンズ30、反射プリズム32、ノイズ
光除去用フィルタ33、受光素子34は受光部を大略構成し
ている。水平方向偏向素子25、垂直方向偏向素子26はた
とえば音響光学素子から構成されている。

レーザーダイオード23は測距光学系９の測距光学波の
波長とは異なる波長の赤外レーザー光を出射する。その
赤外レーザー光はコリメーターレンズ24によって平行光
束にされ、水平方向偏向素子25に導かれる。この水平方
向偏向素子25は第５図に示すように赤外レーザー光を水
平方向Ｈに偏向させる機能を有する。垂直方向偏向素子
26は赤外レーザー光を垂直方向Ｖに偏向させる機能を有
する。その水平方向偏向素子25、垂直方向偏向素子26の
制御については後述する。

その赤外レーザー光はその水平方向偏向素子25、垂直
方向偏向素子26により水平方向、垂直方向に偏向されて
反射プリズム27に導かれ、この反射プリズム27により反
射され、反射プリズム28、29を経由して対物レンズ30に
導かれる。対物レンズ30には貫通孔35が対物レンズ30の
光軸と同軸に形成されている。その反射プリズム29によ
り反射された赤外レーザービームはその貫通孔35を通っ
て測距装置本体８の外部に出射され、この赤外レーザー
ビームによってコーナーキューブ２の探索走査が行われ
る。探索走査範囲内にコーナキューブ２があると、赤外
レーザービームがコーナーキューブ２により反射されて
対物レンズ30に戻る。その赤外レーザービームはその対
物レンズ30により収束され、反射プリズム32により反射
され、ノイズ光除去用フィルター33を通過して受光素子
34に結像される。ノイズ光除去用フィルター33は赤外レ
ーザービームの波長と同一の波長の光を透過させる機能
を有する。

この走査光学系10によれば、投光部と受光部とが同軸
であるので、コーナキューブ２により反射された赤外レ
ーザービームを確実に受光できるメリットがある。ま
た、ノイズ光除去用フィルター33を設けてあるので、赤
外レーザービームの波長以外の波長の光をカットでき、
探索走査を確実に行うことができる。

第６図は制御手段のブロック回路図を示すもので、こ
の第６図において、36は制御手段の一部を構成するマイ
クロコンピュータ、37は水平方向・垂直方向（Ｈ−Ｖ）
スキャンコントローラ、38は基準パルス発生器、39はＨ
方向D/Aコンバータ、40はＶ方向D/Aコンバータ、41、42
はスイープオスシレータ、47は加算器、44はドライバ、
45はモータである。モータ45の回転は歯車列などからな
る減速機構（図示を略す）を介して、水平回動部５又は
垂直回動軸７に伝達されるものである。

レーザーダイオード23はマイクロコンピュータ36によ
って駆動制御される。マイクロコンピュータ36は水平方
向（Ｈ）、垂直方向（Ｖ）の探索走査のためのスタート
パルスTSを水平方向・垂直方向（Ｈ−Ｖ）スキャンコン
トローラ37に向かって出力する。水平方向・垂直方向
（Ｈ−Ｖ）スキャンコントローラ37はそのスタートパル
スTSに基づいて基準パルス発生器38のクロックパルスCL
をカウントし、そのカウント値HCTをＨ方向D/Aコンバー
タ39に出力する。Ｈ方向D/Aコンバータ39はそのカウン
ト値HCTに基づき第７図に示すように周期的に三角波電
圧TRを発生する。この三角波電圧TRの一周期は一水平探
索走査に対応している。この三角波電圧TRはスイープオ
スシレータ41に入力される。スイープオスシレータ41は
三角波電圧TRを周波数変換して、水平方向偏向素子25を
駆動する。その水平方向偏向素子25は三角波電圧TRの電
圧値に対応した水平方向角度に赤外レーザービームを偏
向させる。

水平方向・垂直方向（Ｈ−Ｖ）スキャコントローラ37
は一水平走査が終了するたびにスキャン同期信号SCをマ
イクロコンピュータ36に向かって出力する。Ｈ−Ｖスキ
ャンコントローラ37はスキャン同期信号SCをカウント
し、カウント値VCTをＶ方向D/Aコンバータ40に出力す
る。Ｖ方向D/Aコンバータ40はその制御に基づき一水平
走査毎に電圧が高くなる階段波電圧WVを発生する。その
階段波電圧WVはスイープオスシレータ42に入力されてい
る。スイープオスシレータ42は階段波電圧WVを周波数変
換して、垂直方向偏向素子26を駆動する。その垂直方向
偏向素子26はこの階段波電圧WVに対応した垂直方向角度
に赤外レーザービームを偏向させる。

今、マイクロコンピュータ36によって指令された探索
走査範囲が第８図に符号Ｋで示すようなものであると
し、コーナーキューブ２が探索走査範囲内にあるものと
する。走査線番号１の水平走査から走査線番号ｎ−２ま
での走査では、コーナーキューブ２がその探索走査範囲
内にないので、赤外レーザービームはそのコーナーキュ
ーブ２により反射されず、従って、受光素子34にはその
赤外レーザービームの反射光束が戻らない。走査線番号
ｎ−１から走査線番号ｎ＋１までの走査では、その探索
走査範囲内にコーナーキューブ２が存在する。従って、
受光素子34には、その赤外レーザービームの反射光束が
戻る。従って、受光素子34走査線番号ｎ−１から走査線
番号ｎ＋１までの走査の間に第９図に示すような受光パ
ルスRPを発生する。

その受光パルスRPは加算器43に入力される。加算器43
には水平方向・垂直方向（Ｈ−Ｖ）スキャンコントロー
ラ37のクロックパルスCLが入力され、スタートパルスTs
を含めてスキャン同期信号SC発生時のカウント個数を
「０」として受光パルスRPの立ち上がり時のクロックパ
ルスCLのカウント個数と受光パルスRPの立ち下がり時の
クロックパルスCLのカウント個数とを一水平走査毎に加
算する。マイクロコンピュータ36はスキャン同期信号SC
が入力される都度、加算器43の出力値を読み取る。そし
て、一水平走査毎にその出力値を算術平均する。これに
よって、コーナーキューブ２の水平方向位置が求められ
る。

たとえば、走査線番号ｎ−１から走査線番号ｎ＋１ま
での走査において受光パルスRPの立ち上がり時のカウン
ト値HCTをH_n-1、H_n、H_n+1、受光パルスRPの立ち下がり
時のカウント値HCTをＨ′_n-1、Ｈ′_ｎ、Ｈ′_n+1とすれ
ば、走査線番号ｎ−１の走査によるコーナーキューブ２
の水平方向位置H_n-1は、 Hn_-1＝（H_n-1＋Ｈ′_n-1）/2 同様に、走査線番号ｎ、走査線番号ｎ＋１の走査によ
る水平方向コーナーキューブ２の水平方向位置Hn、Hn₊₁
は、それぞれ、 Hn＝（H_n＋Ｈ′_ｎ）/2 Hn₊₁＝（H_n+1＋Ｈ′_n+1）/2 として求められる。

従って、コーナーキューブ２の平均的な水平方向位置
Ｈは、これらを平均して求めればよい。

コーナーキューブ２の垂直方向位置Ｖは、受光素子34
が赤外レーザー光束を受光したときの走査線番号の総和
をその受光回数で除算して求める。

たとえば、第８図に示す例の場合には、走査線番号の
総和は3nであり、受光回数は３回であるので、コーナー
キューブ２の垂直方向位置Ｖは、ｎとして求めることが
できる。その水平方向位置Ｈ、垂直方向位置Ｖは測距装
置本体８の駆動データとして用いられ、マイクロコンピ
ュータ36はこの駆動データに基づいて、ドライバ44を制
御する。すなわち、モータ45が駆動されれ、測距装置本
体８は測距光学系９の光軸がコーナーキューブ２の方向
を向くように水平方向、垂直方向に回動され、これによ
って、コーナーキューブ２に対する自動追尾が行われ
る。

マイクロコンピュータ36は第10図に示すようにその探
索走査範囲Ｋにコーナーキューブ２がないと判断した時
には、第11図に符号Ｋ′で示すように、探索走査範囲が
拡大されるように探索走査範囲を変更する。ここでは、
マイクロコンピュータ36は、垂直方向に粗く走査される
ものとなっている。これによって、コーナーキューブ２
がその探索走査範囲Ｋ′に捕捉される。そして、同様に
してマイクロコンピュータ36は駆動データを得て、ドラ
イバ44を制御し、コーナーキューブ２を自動追尾する。
そして、マイクロコンピュータ36はそのコーナーキュー
ブ２の捕捉が完了した後は、第８図に示す拡大前のの探
索走査範囲Ｋに探索走査範囲を変更する。

すなわち、第１図に示すように、垂直方向探索走査範
囲は矢印Ｃで示す範囲と矢印Ｄで示す範囲との間で変更
され、水平方向探索走査範囲は第２図に矢印Ｅで示す範
囲と矢印Ｆで示す範囲との間で変更される。

これによって、探索走査対象物を見失った場合でも、
迅速にかつ確実にその探索走査対象物を捕捉できる。

（効 果） 本発明に係わる測量機は、以上説明したように構成し
たので、探索走査のために測量機本体そのものを回動さ
せなくとも反射部材を短時間に探索でき、かつ、反射部
材を見失った場合でも容易にその測定対象物を捕捉でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる光波測距装置の概略構成を示す
側面図、 第２図は本発明に係わる光波測距装置の概略構成を示す
平面図、 第３図は第１図に示す測距光学系の概略構成を示す光学
図、 第４図は第１図に示す走査光学系の概略構成を示す光学
図、 第５図は第４図に示す走査光学系の偏向状態を模式的に
説明するための斜視図、 第６図は本発明に係わる光波測距装置の制御手段のブロ
ック図、 第７図は第６図に示す制御手段のタイミングチャート、 第８図は本発明に係わる光波測距装置による探索走査範
囲の一例を示す図、 第９図は第６図に示す受光素子の受光パルスの一例を示
す図、 第10図は探索走査範囲に測定対象物がない場合の説明
図、 第11図は拡大された探索走査範囲の説明図、 第12図、第13図は従来の自動追尾の探索走査の説明図 である。 ２……コーナーキューブ（測定対象物） ３……光波測距装置 ８……測距装置本体 ９……測距光学系 10……走査光学系 25……水平方向偏向素子 26……垂直方向偏向素子 36……マイクロコンピュータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定光束を第一方向に走査するのを一走査
   として、その方向と直角な第二方向に測定光束を偏向さ
   せながら前記走査を所定回数行うことにより、 測定光束を二次元的に走査する走査光学系と、該走査光
   学系により投影された測定光束のうち測定点に設けられ
   た反射部材により反射された測定光束を受光するための
   受光系と、該受光系に前記反射光束が入射するまでの走
   査回数により前記第二方向の測定点の位置を検出すると
   ともに、前記第一方向の走査開始位置から第一方向に沿
   っての走査により前記受光系により入射する反射光束が
   得られるまでの走査時間により前記第一方向の測定点の
   位置を検出する演算部と、該演算部からの信号により測
   量機本体を前記測定点に向けて自動追尾させる制御手段
   と、走査結果に基づいて前記第一走査方向での走査範囲
   を拡大すると共に前記第二方向での走査回数を増加させ
   て走査範囲を変更する走査範囲変更手段と、を備えてい
   ることを特徴とする測量機。