JP2901741B2 - 測量機 - Google Patents

測量機

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JP2901741B2 JP2294140A JP29414090A JP2901741B2 JP 2901741 B2 JP2901741 B2 JP 2901741B2 JP 2294140 A JP2294140 A JP 2294140A JP 29414090 A JP29414090 A JP 29414090A JP 2901741 B2 JP2901741 B2 JP 2901741B2
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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、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
置の反射部材(測定対象物)として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
内蔵する測量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10図に示すように、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、測定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11図に示すように測定光束を垂直方向に走
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の水平方向位置Vを求める構造であったので、探
索走査に時間がかかっていた。
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、測定対象物を迅速に探索できる測
量機を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明に係わる測定機は、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を有することを特徴
とする。
(作用) 本発明によれば、走査光学系により測定対象物を探索
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測定対象物の存在方向を
追尾データとして演算し、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、測量機は測定対象物を
自動追尾する。
(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には測量
機本体としての測距装置本体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。光源
13は赤外レーザー光波を出射する。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
に収束され、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
フィルタ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通過させる機能
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、
探索走査に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、43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)スキャンコントローラ
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38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はそのカウント値ちCT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はその階段波電圧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Hn-1、Hn、Hn+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′、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Hn-1は、 Hn-1=(Hn-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
る水平方向のコーナーキューブ2の水平方向位置Hn、Hn
+1は、それぞれ、 Hn=(Hn+H′n)/2 Hn+1=(Hn+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の追尾データとして用いられ、マイクロコンピ
ュータ36はこの追尾データに基づいて、ドライバ44を制
御する。すなわち、モータ45が駆動されて、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。
なお、垂直方向探索走査範囲は第1図において矢印C
で示され、水平方向探索走査範囲は第2図において矢印
Dで示されている。
(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
せなくとも測定対象物を短時間に探索できる効果があ
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、第11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
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95

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、を有
    することを特徴とする測量機。
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