図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2001年11月16日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (15)

目的

光波距離計を有する測量機において、受光素子入射する測距光波長域狭帯域にできる測量機を得ること。

構成

光波距離計の受光系の受光素子の前方に、第一の特定波長より長い波長だけを透過させる第一のフィルタと、第一の特定波長よりも長い第二の特定波長より短い波長だけを透過させる第二のフィルタとを有する波長選択フィルタを設けるとともに、この波長選択フィルタを有するフィルタ基板光路に対する傾斜角度を調節する傾斜角度調節機構を設けた光波距離計を有する測量機。

概要

背景

概要

光波距離計を有する測量機において、受光素子入射する測距光波長域狭帯域にできる測量機を得ること。

光波距離計の受光系の受光素子の前方に、第一の特定波長より長い波長だけを透過させる第一のフィルタと、第一の特定波長よりも長い第二の特定波長より短い波長だけを透過させる第二のフィルタとを有する波長選択フィルタを設けるとともに、この波長選択フィルタを有するフィルタ基板光路に対する傾斜角度を調節する傾斜角度調節機構を設けた光波距離計を有する測量機。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

距光を送光する送光系と、測定対象物からの反射光受光する受光系とを有する光波距離計;上記受光系は、受光素子の前方に、測定対象物で反射した測距光から特定波長領域の光を選択して該受光素子に入射させる波長選択フィルタを有すること;この波長選択フィルタは、入射光波長領域内の第一の特定波長より長い波長だけを透過させる第一のフィルタと、第一の特定波長より長い第二の特定波長より短い波長だけを透過させる第二のフィルタとを備えること;およびこの波長選択フィルタを有するフィルタ基板光路に対する傾斜角度を調節する傾斜角度調節機構を有すること;を特徴とする光波距離計を有する測量機

請求項2

請求項1記載の測量機において、上記送光系と上記受光系による測距光の送光及び受光は、測定対象物を視準する視準望遠鏡対物レンズを介して行われ、上記受光系は、視準望遠鏡の対物レンズを透過した測距光の波長領域のうち一部を反射し、それ以外を透過するメインフィルタと、このメインフィルタで反射した光を反射させて受光素子に導く反射部材とを有し、上記波長選択フィルタにより選択される特定波長領域は、上記メインフィルタにより反射される光の波長領域より狭領域である光波距離計を有する測量機。

請求項3

請求項1または2記載の測量機において、第一のフィルタと第二のフィルタは別々のフィルタ基板に備えられていて、この一対のフィルタ基板にそれぞれ、傾斜角度調節機構が備えられている光波距離計を有する測量機。

請求項4

請求項1または2記載の測量機において、第一のフィルタと第二のフィルタは単一のフィルタ基板の表裏に備えられていて、この単一のフィルタ基板に、傾斜角度調節機構が備えられている光波距離計を有する測量機。

請求項5

請求項1ないし4のいずれか1項記載の測量機において、測距光を発するLDと、このLDの温度を検知する温度センサと、この温度センサ出力に応じて傾斜角度調節機構を制御して一対のフィルタ基板または単一のフィルタ基板の傾斜角度を調節する制御手段とが備えられている光波距離計を有する測量機。

請求項6

請求項1ないし5のいずれか1項記載の測量機において、測距光は、可視光領域内の特定波長の光である光波距離計を有する測量機。

技術分野

0001

本発明は、光波距離計(EDM)を有する測量機に関する。

0002

トータルステーション等の測量機は、距離と角度の測定機能を有し、距離計は一般に光波距離計(EDM)が採用されている。

0003

光波距離計は、この視準望遠鏡を介して測距光を送光する送光系と、測定対象物からの反射光受光する受光系とを有し、この受光系によって受光される送光と反射光の位相差及び内部参照光での初期位相、又は送光と反射光の時間差から距離を演算する。より具体的には、受光系は、測定対象物で反射し視準望遠鏡の対物レンズを透過した測距光を該視準望遠鏡の光軸方向前方に向けて反射する波長選択フィルタメインフィルタ)と、この波長選択フィルタで反射した測距光を光軸外に反射させて受光素子入射させる反射ミラーとを有し、この受光素子には、測距光と内部参照光とが交互に入射する。

0004

この光波距離計では、受光信号SN比を高め測距精度を向上させるために、受光素子には、ノイズのない測距光と内部参照光だけが入射することが好ましい。このため一般に、波長選択フィルタの波長選択特性を狭くする試みがなされているが、測距光の波長のみを反射する狭帯域フィルタは技術的に難しく、狭帯域位置も量産時の加工誤差バラツキが生じ、量産した場合コスト高となる、のみならず、測距光の光源として利用されるLD(レーザーダイオード)は、個体差があるうえ温度変化により発振波長が変化するため、あまり狭帯域にすると、温度変化に対応できないという問題が生じる。

0005

本発明は、光波距離計を有する測量機についての以上の問題意識に基づき、光波距離計の受光素子に入射する測距光の波長域を狭帯域にできる測量機を得ることを目的とする。本発明はまた、測距光を発するLDの温度変化の影響を受けない測量機を得ることを目的とする。

発明の概要

0006

本発明による測量機は、測距光を送光する送光系と、測定対象物からの反射光を受光する受光系とを有する光波距離計;受光系は、受光素子の前方に、測定対象物で反射した測距光から特定波長領域の光を選択して該受光素子に入射させる波長選択フィルタを有すること;この波長選択フィルタは、入射光波長領域内の第一の特定波長より長い波長だけを透過させる第一のフィルタと、第一の特定波長より長い第二の特定波長より短い波長だけを透過させる第二のフィルタとを備えること;およびこの波長選択フィルタを有するフィルタ基板光路に対する傾斜角度を調節する傾斜角度調節機構を有すること;を特徴としている。

0007

送光系と受光系による測距光の送光及び受光は、測定対象物を視準する視準望遠鏡の対物レンズを介して行う場合、受光系に、視準望遠鏡の対物レンズを透過した測距光の波長領域のうち一部を反射し、それ以外を透過するメインフィルタと、このメインフィルタで反射した光を反射させて受光素子に導く反射部材とを配置し、波長選択フィルタにより選択される特定波長領域をメインフィルタにより反射される光の波長領域より狭領域とすることが好ましい。

0008

第一のフィルタと第二のフィルタは、別々のフィルタ基板に設け、この一対のフィルタ基板それぞれに傾斜角度調節機構を設けても、単一のフィルタ基板の表裏に設け、この単一のフィルタ基板に傾斜角度調節機構を設けてもよい。

0009

本発明の測量機は、より好ましい実施態様としては、測距光を発するLDと、このLDの温度を検知する温度センサと、この温度センサ出力に応じて傾斜角度調節機構を制御して一対のフィルタ基板または単一のフィルタ基板の傾斜角度を調節する制御手段とを設けることが好ましい。この構成によると、発光素子の温度によって変化する発振波長に応じて、波長選択フィルタ基板を所定の傾斜角度に自動的に設定することができる。なお、測距光は、可視光領域外の光でも可視光領域内の特定波長の光でも用いることができる。

発明を実施するための最良の形態

0010

図1図9は、本発明によるEDMを有する測量機の第一の実施形態を示している。この実施形態の測量機はAF機能を有するもので、最初に全体構造を説明する。視準望遠鏡10は、図1に示すように、物体側(前方)から順に、対物レンズ11、焦点調節レンズ18、正立光学系ポロプリズム)12、焦点板13、及び接眼レンズ14を備えている。焦点板13上には、その中心に、視準の際の目印となる十字線ヘアライン視準線)15が描かれている。焦点調節レンズ18は光軸方向に可動であり、測定対象物16の距離に応じて位置調節することにより、その像を正しく焦点板13の対物レンズ11側の表面に結像させる。観察者は、この焦点板13上の像を接眼レンズ14を介して拡大観察する。

0011

視準望遠鏡10の対物レンズ11の後方には、光波距離計20の構成要素である送受光ミラー21と、測距光を反射し可視光を透過する波長選択メインフィルタ(メインフィルタ)22とが順に配置されている。送受光ミラー21は、対物レンズ11の光軸上に位置する平行平面ミラーからなり、その対物レンズ11側の面が送光ミラー21a、波長選択メインフィルタ22側の面が受光ミラー21bを構成している。

0012

光波距離計20の発光素子23は、特定波長の測距光を発し、この測距光は、コリメータレンズ24及び固定ミラー25を介して、送光ミラー21aに入射する。送光ミラー21aに入射した測距光は、対物レンズ11の光軸上を進む。

0013

波長選択メインフィルタ22は、可視光を透過させる一方、測定対象物16で反射し対物レンズ11を透過した測距光をさらに反射させて受光ミラー21bに戻す作用をし、受光ミラー21bは、その反射光を受光ファイバ26の入射端面26aに入射させる。27は、受光ファイバ26を保持するホルダであり、送受光ミラー21とともに、図示しない固定手段によって、対物レンズ11の後方の空間に固定されている。図9は、波長選択メインフィルタ22の反射曲線の例を示しており、波長λ0を中心としてその前後の実線で示す波長の光線を反射する。すなわち、この実施形態では、発光素子23は、設計上、可視光領域中の波長λ0の光を測距光として発する。

0014

発光素子23と固定ミラー25の間の測距光路上には、切換ミラー28と送光用NDフィルタ29が配置されている。切換ミラー28は、発光素子23からの測距光を固定ミラー25に与えるか、直接受光ファイバ26の入射端面26aに与えるかの切換を行うものである。送光用NDフィルタ29は、測定対象物16に投光する測距光の光量調節用である。

0015

受光ファイバ26の出射端面26bと受光素子31との間には、受光用NDフィルタ32、コリメートレンズ33、波長選択フィルタであるハイパスフィルタ(基板)(第一のフィルタ)34とローパスフィルタ(基板)(第二のフィルタ)35、及び集光レンズ36が順に配置されている。コリメートレンズ33と集光レンズ36の間は測距光が平行光束となる。コリメータレンズ33から受光素子31までの各部材は支持部材38(図2図3)に支持されている。受光素子31は、演算制御回路40に接続され、演算制御回路40は、切換ミラー28のアクチュエータ41と測距結果表示器42に接続されている。

0016

ハイパスフィルタ(基板)34とローパスフィルタ(基板)35はそれぞれ、図2図4に示すように、コリメートレンズ33から集光レンズ36に至る光軸33xに直交する軸34a、軸35aが一体に形成されていて、この軸34a、軸35aを介して支持部材38に回動(傾斜)可能に軸着されている。支持部材38には、軸34a、軸35aのぞれぞれと直交する位置に、固定ねじ61、62が螺合していて、固定ねじ61、62を締めると、軸34a、軸35aの回転が拘束される。ハイパスフィルタ34とローパスフィルタ35は標準状態では光軸33xに対して45゜の位置をなすように固定されているが、固定ねじ61、62を緩めるとその角度を調節することができる。図5は、ハイパスフィルタ34を図1とは逆方向に傾斜させた状態を示している。

0017

ハイパスフィルタ34とローパスフィルタ35は、波長選択メインフィルタ22で反射した測距光の波長域をさらにλ0に近い波長域だけに狭める作用をする。すなわち、図8はハイパスフィルタ34とローパスフィルタ35の透過波長領域の例を示すもので、ハイパスフィルタ34は、破線で示すように、波長選択メインフィルタ22による反射波長領域の中心波長(λ0)よりaだけ短い特定波長(第一の特定波長)以上の長波長の光を透過する性質を有し、ローパスフィルタ35は、実線で示すように、波長選択メインフィルタ22による反射波長領域の中心波長(λ0)よりbだけ長い特定波長(第二の特定波長)以下の短波長の光を透過する性質を有する。このa+bの波長領域は、波長選択メインフィルタ22で反射する波長領域より狭い。図9にこのa+bの波長領域を破線で合わせて描いた。

0018

このハイパスフィルタ34とローパスフィルタ35による透過波長領域は、該フィルタに対する光線の入射角が変化すると光路長が変化するため変化し、しかもその入射角の単位変化量に対する透過波長シフト量は、入射角が大きくなる程、大きいという性質がある。図7はその波長領域のシフトを示すグラフであり、入射角が0゜の場合(フィルタが光軸と直交する場合に相当)では入射角が±15°変化しても透過波長領域は5nmしかシフトしないのに対し、入射角が45゜の場合(フィルタが光軸に対して45゜をなす場合に相当)では入射角が±15°変化すると、透過波長領域は30nmシフトする。

0019

本実施形態は、波長選択フィルタのこの性質を利用して、ハイパスフィルタ34、ローパスフィルタ35を標準状態では光軸に対して45゜をなすように設置し、さらに発光素子23の発振波長の変化に対応するため、その角度を調整可能としている。図8に矢印で示すように、ハイパスフィルタ34、ローパスフィルタ35の角度を変化させると、透過波長の限界波長(第一、第二の特定波長)が変化する。

0020

以上の光波距離計20は、周知のように、演算制御回路40がアクチュエータ41を介して切換ミラー28を駆動し、発光素子23からの測距光を固定ミラー25に与える状態と、受光ファイバ26の入射端面26aに直接与える状態とを作り出す。固定ミラー25に与えられた測距光は、上述のように、送光ミラー21aと対物レンズ11を介して測定対象物16に投光され、その反射光が対物レンズ11、波長選択メインフィルタ22及び受光ミラー21bを介して入射端面26aに入射する。そして、この測定対象物16で反射して入射端面26aに入射する測距光と、切換ミラー28を介して入射端面26aに直接与えられた内部参照光とが受光素子31によって受光され、演算制御回路40が送光と反射光の位相差及び内部参照光での初期位相、又は送光と反射光の時間差を検出し、測定対象物16迄の距離を演算して、測距結果表示器42に表示する。測距光と内部参照光の位相差または時間差による測距演算は周知である。

0021

ポロプリズム12には、光路分割面が形成されていて、その分割光路上に、位相差方式のAF検出ユニット焦点検出手段)50が配置されている。このAF検出ユニット50は、焦点板13と光学的に等価な焦点検出面51の焦点状態、すなわち、前ピン、後ピンなどのデフォーカス量を検出するもので、図6にその概念図を示す。焦点検出面51上に結像する対物レンズ11による物体像は、集光レンズ52及び基線長だけ離して配置した一対のセパレータレンズ結像レンズ)53によって分割され、この分割された一対の像は一対のCCDラインセンサ54上に再結像する。ラインセンサ54は多数の光電変換素子を有し、各光電変換素子が、受光した物体像を光電変換して光電変換した電荷を積分(蓄積)し、積分した電荷をAFセンサデータとして出力し、演算制御回路40に入力する。演算制御回路40は、一対のAFセンサデータに基づいて、所定のデフォーカス演算によってデフォーカス量を算出し、レンズ駆動手段43を介して、焦点調節レンズ18を合焦位置に移動させる。このようなデフォーカス演算は当業者周知である。演算制御回路40には、AF開始スイッチ44と測距開始スイッチ45が接続されている。

0022

上記構成の測量機は、例えば次のような測距動作を実行する。
第1ステップ
視準望遠鏡10に付属した不図示の視準器から測定対象物16を覗き、視準望遠鏡10の光軸を概ね測定対象物16に合致させる。
第2ステップ
AF開始スイッチ44を押して上述のAF動作を実行し、焦点調節レンズ18を合焦位置に移動させる。
第3ステップ
合焦状態で、接眼レンズ14を覗き、焦点板13の十字線ヘアライン15を正確に測定対象物16に一致させる。このように十字線ヘアライン15を正確に測定対象物16に一致させることにより、光波距離計20の測距光を正しく測定対象物16に投光することができる。
第4ステップ
測距開始スイッチ45を押して光波距離計20による上述の測距動作を実行し、測距結果表示器42に測距結果を表示する。

0023

以上の測距動作において、測定対象物16で反射し、対物レンズ11を透過し、波長選択メインフィルタ22で反射した測距光は、さらにハイパスフィルタ34とローパスフィルタ35を透過するため、受光素子31に入射する波長領域は、波長λ0に近い狭い領域の光だけとなる。すなわち、受光素子31には太陽光等のノイズ光が入射することがなく、正確な測距が可能となる。

0024

さらに、温度変化その他の要因で発光素子23の発振波長が変化した場合にはハイパスフィルタ(基板)34、ローパスフィルタ(基板)35の角度を変化させることによって、受光素子23に入射する光線の波長を変化後の波長に対応させることができる。すなわち、軸34aまたは(および)軸35aを回転させてハイパスフィルタ34または(および)ローパスフィルタ35の傾斜角度を調節することにより、図8のa+bの波長幅を変化させることができるから、発光素子23の発振波長の変化に応じて、その発振波長だけを受光素子23に入射させる調節を行うことができる。

0025

図10図11は、本発明による測量機の第二の実施形態を示している。本実施形態では、第一の実施形態におけるハイパスフィルタ34とローパスフィルタ35の2枚の波長選択フィルタを、表裏にそれぞれハイパスフィルタ37a及びローパスフィルタ37bを形成した1枚のフィルタ基板(波長選択フィルタ)37に置き換えた形態であり、第一の実施形態と同様に、フィルタ基板37の傾斜角度を可変としている。本実施形態では、図11に示すグラフのように、フィルタ基板37の角度を変化させることによって、透過する光束の波長領域(第一、第二の特定波長)がシフトし、波長領域の幅は一定である。その他の構成は第一の実施形態と同様である。

0026

図12図14は第三の実施形態を示している。本実施形態の測量機は、第二の実施形態と同様に、表裏にハイパスフィルタ37a、ローパスフィルタ37bが形成された1枚のフィルタ基板37を受光素子31の前方に備えている。本実施形態は、発光素子23の温度を測定し、その温度において発光素子が射出する測距光の波長に応じてフィルタ基板37の傾斜角度を自動的に変化させるようにした形態である。

0027

フィルタ基板37と一体に形成された軸37cは、角度センサエンコーダ)を有するモータ70の回転軸に結合していて、モータ70の回転によってフィルタ基板37が回転する。このモータ70は制御回路(制御手段)71に接続されている。また、発光素子23内には温度センサが内蔵されていて、温度センサ72は制御回路71に接続されている。

0028

図13は、制御回路71が司る制御系ブロック図であり、制御回路71は、モータ70と温度センサとを制御する。また、制御回路71は記憶手段を有し、発光素子23の温度と、その温度において発光素子23が射出する測距光の波長に対するフィルタ基板37の傾斜角度との対応関係が予め設定され、この対応関係をテーブルとして記憶している。

0029

以上のように構成された本実施形態の測量機は、図14に示すフローに従って、次のように動作する。以下の処理は制御回路71によって実行される。まず、温度センサを介して発光素子23の温度を検出する(S101)。次に、モータ70に内蔵された角度センサを介してフィルタ基板37の傾斜角度を測定する(S102)。続いて、発光素子23の温度とフィルタ基板37の傾斜角度の対応関係が記憶されたテーブルを参照して、検出した発光素子23の温度に対応するフィルタ基板37の設定傾斜角度と、検出したフィルタ基板37の傾斜角度とにずれがあるかをチェックする(S103)。ずれがあるなら(S103:有り)、モータ70を回転させて設定傾斜角度に設定する(S104)。ずれがないなら(S103:無し)、S101に戻る。以降処理を繰り返す。

0030

以上のように、本実施形態の測量機は、発光素子23の温度が変化し射出する測距光の波長が変化しても、波長変化後の測距光を受光素子31が受光するべくフィルタ基板37がその波長に対応する傾斜角度に自動的に設定される。

0031

本実施形態では、1枚構成の波長選択フィルタを回転制御したが、第一の実施形態のような2枚構成のフィルタをそれぞれ個別に制御してもよい。

0032

以上の第一ないし第三の実施形態は、光波距離計20の光路と視準望遠鏡10の光路とを一部共有した実施形態であるが、光波距離計20を視準望遠鏡10とは独立させる態様も知られており、本発明はこの態様にも適用可能である。つまり、波長選択メインフィルタ22は必須でない。また上記実施形態では、受光素子31の直前にハイパスフィルタ34、ローパスフィルタ35を設けたが、受光ファイバ26の直前に設けてもよい。また、ハイパスフィルタ34、ローパスフィルタ35の角度を変更して狭帯域のフィルタとしたが他の光学素子、例えば受光ミラー、波長選択メインフィルタ等の角度を変化させてもよい。

発明の効果

0033

以上のように本発明によると、光波距離計の受光素子に入射する測距光の波長域を狭帯域にできる測量機が得られる。また、測距光を発する発光素子の温度変化の影響を補償できる測量機が得られる。

図面の簡単な説明

0034

図1本発明による測量機の第一の実施形態を示す系統接続図である。
図2ハイパスフィルタとローパスフィルタの回転機構を示す図である。
図3図2のII矢視図である。
図4図2図3ハイパスローパス)フィルタを示す斜視図である。
図5図1のハイパスフィルタの角度を変化させた状態を示す図である。
図6図1のVI矢視図であって、焦点検出手段(AFユニット位相差方式焦点検出手段)の概念図である。
図7フィルタへの入射角による波長の変化をグラフで示す図である。
図8ハイパスフィルタとローパスフィルタ各々の透過する光束の波長と透過率の関係をグラフで示す図である。
図9波長選択メインフィルタに設定する選択波長領域を示したグラフ図である。
図10本発明による第二の実施形態の波長選択フィルタの近傍を示す図である。
図11第二の実施形態の波長選択フィルタを透過する光束の波長と透過率の関係を示す、図8に対応する図である。
図12本発明による測量機の第三の実施形態の系統接続図である。
図13第三の実施形態の測量機の制御系の要部を示すブロック図である。
図14波長選択フィルター角度制御のフローを示す図である。

--

0035

10視準望遠鏡
12ポロプリズム(正立光学系)
13焦点板
14接眼レンズ
15十字線ヘアライン(視準線)
16測定対象物
18 負のパワーの焦点調節レンズ
20光波距離計
21送受光ミラー
21a 送光ミラー
21b受光ミラー
22波長選択メインフィルタ
23発光素子
25固定ミラー
26受光ファイバ
26a入射端面
26b出射端面
27ファイバフォルダ
31受光素子
32受光用NDフィルタ
33コリメートレンズ
34ハイパスフィルタ(基板、波長選択フィルタ)
35ローパスフィルタ(基板、波長選択フィルタ)
37フィルタ基板
40演算制御回路
41アクチュエータ
42 測距結果表示器
43レンズ駆動手段
44AF開始スイッチ
45 測距開始スイッチ
50 AF検出ユニット(位相差方式焦点検出手段)
51焦点検出面
61 62固定ねじ
70モータ
71制御回路(制御手段)

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ