JP4785116B2 - 光波距離計 - Google Patents

Description

本発明は、自動視準装置を備えた光波距離計において測定に要する時間を短縮させたものに関する。

光波距離計としては、下記特許文献１に開示されたようなものが知られている。図３に、この光波距離計を示す。

この光波距離計では、レーザダイオード等の光源３から出射された測距光Ｌは、プリズム１０、１２、ミラー４、対物レンズ５等の送光光学系を経て、測点上に置かれたターゲット（プリズム等）６に向けて出射される。この光源３は変調器２に接続されており、変調器２は発振器１に接続されており、測距光Ｌは発振器１で発生された基準信号Ｋによって変調される。

ターゲット６で反射された測距光Ｌは、対物レンズ５とミラー４からなる受光光学系を経て、ホトダイオード等の検出器（受光素子）７に入射する。すると、検出器７によって、測距光Ｌが測距信号Ｍなる電気信号に変換される。この測距信号Ｍと、変調器２から送られてくる基準信号Ｋとは、位相計９によって互いの位相差が測定され、この位相差からターゲット６までの距離が求まる。

一方、光源３から出射された測距光Ｌは、シャッター８の位置を切り換えることにより、測距光Ｌがターゲット６まで往復する外部光路の他に、プリズム１０、１１、１２からなる内部光路により参照光Ｒが検出器７に入射するようにもなっている。この参照光Ｒを用いて、測距光Ｌと同様に距離測定すると、この光波距離計に固有な誤差を知ることができる。こうして、測距光Ｌによる測定と参照光Ｒによる距離測定とを交互に行うことによって、測距光Ｌを用いて測定した距離から光波距離計に固有な誤差を補正して、ターゲット６までの精確な距離を求めることができる。

また、近年では、エレクトリックの目として、ターゲットに向けて視準光を出射し、この視準光を受光素子で受光して、ターゲット方向を求めることによって、視準望遠鏡を自動的にターゲットへ向ける自動視準装置を備えた光波距離計も出ている（下記特許文献２参照）。
特許第３２３６９４１号公報 特開平１１−１４３５７号公報

正確な測距値を得るためには、前記特許文献１に開示された光波距離計のように、光源３から出射された測距光Ｌをシャッター８で外部光路と内部光路との間で切り換えて、測距光Ｌと参照光Ｒによる測定を交互に行うことが必須である。自動視準装置を備えた光波距離計を用いると、視準に要する作業員の労力を軽減できるものの、自動視準を完了するまでは、測距光Ｌと参照光Ｒによる測定をしないため、測定に要する時間が長くなってしまうという問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、自動視準装置を備えた光波距離計において、測定に要する時間を短縮することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、測点に置かれた目標物に向けて測距光を出射する光源と、前記目標物で反射して戻ってきた測距光を受光して測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号から距離を演算する演算処理部と、前記測距光を前記目標物まで往復する外部光路又は前記光源から前記受光素子に至る内部光路に切り換えるシャッターと、前記目標物を自動的に視準する自動視準装置とを備え、前記外部光路を経た測距光による測定と、前記内部光路を経た参照光による測定とを交互に行う光波距離計において、前記自動視準装置が働き前記目標物方向と視準軸方向のずれが所定角度以下になったときに前記参照光による測定を開始し、前記自動視準装置による視準と前記参照光による測定がともに完了後直ちに前記測距光による測定を行い、その後、前記参照光による測定と前記測距光による測定とを交互に行うことを特徴とする。

請求項１に係る発明の光波距離計によれば、自動視準装置が働き目標物方向と視準軸方向のずれが所定角度以下になったときに内部光路を経た参照光による測定を開始し、自動視準装置による視準と参照光による測定がともに完了後直ちに外部光路を経た測距光による測定を行い、その後、参照光による測定と測距光による測定とを交互に行うから、自動視準を行っている間に最初の参照光による測定を完了して、従来のものよりも最初の参照光による測定に要する時間分だけ、測定に要する時間を短縮できる。

また、最初の参照光による測定を開始するときの目標物方向と視準軸方向のずれの角度を適切に決定することにより、自動視準の完了と参照光による測定とを略同時に完了できる。これにより、最初の参照光による測定完了に続いて直ちに測距光による測定が可能になり、両者の時間間隔をできるだけ小さくでき、その間における大気状態の変化や電気回路の経時的変化等による誤差の発生を極力防止できる。

以下、図面に基づいて、本発明の光波距離計の一実施例を説明する。図１は、この光波距離計の光路図である。図２は、この光波距離計の動作を説明するフローチャートである。

この光波距離計は、図１に示したように、測距光Ｌ（波長６３０ｎｍ）を出射するレーザダイオ−ド等の測距光源２０を備え、測距光源２０は変調器５０に接続され、変調器５０は基準信号Ｋを発生する発振器５２に接続され、測距光Ｌは発振器５２で発生された基準信号Ｋによって変調されている。このように変調された測距光Ｌは、ハーフミラー２１を透過し、ハーフミラー２２とプリズム２３で反射し、対物レンズ２４を透過し、外部光路Ｐｏへ導かれ、測点上に置かれたターゲット（プリズム等）２５等の目標物に向けてから送光される。ターゲット２５で反射された測距光Ｌは、対物レンズ２４で集光され、ダイクロイックミラー２６とミラー２７で反射され、ホトダイオード等の受光素子２８に入射する。ダイクロイックミラー２６は、測距光Ｌの波長域の光のみを反射し、これ以外の波長域の光を透過するようになっている。

また、測距光源２０から出射された測距光Ｌの一部は、参照光Ｒとして、ハーフミラー２１とミラー３０で反射され、光ファイバー３２からなる内部光路を経て受光素子２８に導かれる。測距光Ｌと参照光Ｒとの切換えは、ＣＰＵ（演算制御部）５４からの指示でシャッター駆動モータ５６によりシャッター３４をハーフミラー２１に対して実線位置と破線位置の間で移動させることによって行う。測距光Ｌ又は参照光Ｒは、受光素子２８に入射すると、電気信号である測距信号Ｍに変換されて、位相計５８に入力される。この位相計５８には基準信号Ｋも入力されており、測距信号Ｍと基準信号Ｋとの位相差に基づいて、ＣＰＵ５４は距離を算出する。

さらに、この光波距離計は、視準光源３６、受光素子４０、ＣＰＵ５４、視準用モータ５７を備える自動視準装置も備える。視準光源３６から出射された視準光Ｃ（波長８００ｎｍ）は、ミラー３７で反射し、ハーフミラー２２を透過し、プリズム２３で反射し、対物レンズ２４で平行光線にされ、測点上に置かれたターゲット２５等の目標物に向けて送光される。ターゲット２５で反射された視準光Ｃは、対物レンズ２４で集光され、ダイクロイックミラー２６を透過し、ダイクロイックプリズム３８で反射されて、エリアＣＣＤ又は四分割センサ等の受光素子４０に入射する。ダイクロイックプリズム３８は、視準光Ｃの波長域の光のみを反射し、これ以外の波長域の光を透過するようになっている。ＣＰＵ５４は、受光素子４０への視準光Ｃの入射位置からターゲット２５の方向を求めて、視準用モータ５７を駆動してターゲット２５を視準する。

一方、ターゲット２５で反射してきた可視光の大部分は、ダイクロイックミラー２６、ダイクロイックプリズム３８、合焦レンズ４６、正立プリズム４１を透過して焦点板４２上に結像する。この際、ＣＰＵ４６は、ターゲット２５までの距離に応じて、合焦用モータ４８により合焦レンズ４６の位置を調整して、ターゲット２５を焦点板４２上に正確に結像させる。作業員は、接眼レンズ４４を覗いて手動でターゲット２５を視準することもできる。このときは、図示しないキー操作により、ＣＰＵ５４を介して合焦用モータ４８を駆動して合焦レンズ４６を移動させ、ターゲット２５のピント合わせをすることができる。

この他、この光波距離計においては、自動視準を終了する前に参照光Ｒを用いた測定を開始し、自動視準完了と同時に測距光Ｌを用いた測定ができるようにして、測定に要する時間を短縮している。

次に、図２のフローチャートに基づいて、この光波距離計の動作を説明する。距離測定を開始すると、まず自動視準を行う。すなわち、ＣＰＵ54は、視準光源３６から視準光Ｃを出射させ、ターゲット２５で反射してきた視準光Ｃを受光素子４０で受光して、視準軸Ｏとターゲット２５の中心方向のずれを求め、視準軸Ｏとターゲット２５の中心方向が一致するように視準用モータ５７を駆動する（ステップＳ１）。次に、ＣＰＵ５４は、視準軸Ｏとターゲット２５の中心方向のずれが所定角以内になったかどうか調べる（ステップＳ２）。

ここで、ＣＰＵ５４は、視準軸Ｏとターゲット２５の中心方向のずれが所定角以内になったと判断したときは、シャッター駆動モータ５６を駆動して、シャッター３４を移動させるとともに、測距光源２０を点灯して、参照光Ｒによる測定を行う（ステップＳ３）。もちろん、この間も、自動視準を続行して、視準軸Ｏとターゲット２５の中心方向が一致するように視準用モータ５７を駆動する（ステップＳ４）。続いて、参照光Ｒによる測定が完了するとともに、自動視準も完了したかどうか調べる（ステップＳ５）。両者がともに完了しだい、シャッター駆動モータ５６を駆動して、シャッター３４を移動させ、測距光Ｌの光量調節して、測距光Ｌによる測定を行う（ステップＳ６）。以下、従来どおり、参照光Ｒによる測定と測距光Ｌによる測定を交互に行い、正確な距離を算出する（ステップＳ７）。

本実施例によれば、自動視準を行っている間に最初の参照光Ｒによる測定を行ってしまうので、この分だけ距離測定を完了するまでの時間を短縮できる。しかも、従来の光波距離計のハードを変更することないので、コストが上昇することもない。

ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、前記実施例では、本発明をターゲットを用いる位相差方式の光波距離計に適用したが、本発明は、パルス走行時間方式の参照光と測距光とを切り換える光波距離計にも、ノンプリズム型の光波距離計にも適用できるものである。

また、前記実施例では、視準光Ｃと測距光Ｌを分離するために、両者の波長を変えるとともに、ダイクロイックミラー２６及びダイクロイックプリズム３８とを用いたが、両者の波長は、前記実施例のみでなく、例えば同一波長にして、両者の偏光面を９０°ずらすことにより、偏光板で両者を分離するようにしてもよい。あるいは、両者を異なる周波数で変調しておき、受光素子の出力をフィルタで電気的に分離することによって、両者を分離してもよい。

さらに、光波距離計の光学系は、前記実施例に限るものではなく、視準光Ｃと測距光Ｌを視準軸Ｏに沿って出射し、ターゲット２５で反射してきた視準光Ｃと測距光Ｌを分離して、それぞれを受光できるようにしてあれば、各光学要素をどのように組み合わせてもよい（光学系の例としては、特開２００４−１７０３５６号公報、特開２００４−１６３１６４号公報等参照）。

さらに、本発明は、光波距離計だけでなく、光波距離計を内蔵した測量機、例えばトータルステーションや、その他の距離測定装置等にも広く利用できる。

本発明の１実施例に係る光波距離計の光路図である。 前記光波距離計の動作を説明するフローチャートである。 従来の光波距離計を示す図である。

符号の説明

２０ 測距光源（光源）
２５ ターゲット（目標物）
２８ 受光素子
３４ シャッター
５４ ＣＰＵ（演算制御部）
Ｏ 視準軸
Ｌ 測距光
Ｒ 参照光

Claims (1)

1. 測点に置かれた目標物に向けて測距光を出射する光源と、前記目標物で反射して戻ってきた測距光を受光して測距信号に変換する受光素子と、前記測距信号から距離を演算する演算制御部と、前記測距光を前記目標物まで往復する外部光路又は前記光源から前記受光素子に至る内部光路に切り換えるシャッターと、前記目標物を自動的に視準する自動視準装置とを備え、前記外部光路を経た測距光による測定と、前記内部光路を経た参照光による測定とを交互に行う光波距離計において、
   前記自動視準装置が働き前記目標物方向と視準軸方向のずれが所定角度以下になったときに前記参照光による測定を開始し、前記自動視準装置による視準と前記参照光による測定がともに完了後直ちに前記測距光による測定を行い、その後、前記参照光による測定と前記測距光による測定とを交互に行うことを特徴とする光波距離計。

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