(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射光を受光するための対物レンズと、この対物レンズを通じて目標を視準するための視準光学系と、追尾光を目標に照射するための発光手段とを備え、前記視準光学系は、入射光を可視光と前記追尾光とに分割し、この分割された追尾光を、第１の受光素子と第２の受光素子とに分離させるための分割光学手段を有し、この第１の受光素子と該分割光学手段との間の光軸上に設けられ、第１の方向に向けて集光させるための第１の集光素子と、この第２の受光素子と該分割光学手段との間の光軸上に設けられ、第２の方向に向けて集光させるための第２の集光素子とからなり、前記第１の方向と該第２の方向とが直交する様に構成されている測量機の受光装置。
【請求項２】
前記分割光学手段は、更に、測距光を分割する様に構成されている請求項１記載の測量機の受光装置。
【請求項３】
発光手段が、パルス的に発光する請求項２記載の測量機の受光装置。
【請求項４】
第１の受光素子と第２の受光素子とはリニアセンサであり、前記第１の受光素子は、第１の方向に集光する入射光を受光するために、該第１の方向と平行に配置され、前記第２の受光素子は、第２の方向に集光する入射光を受光するために第２の方向と平行に配置されている請求項１〜３の何れか１項記載の測量機の受光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動追尾装置を備えた測量機の受光装置に係わり、特に、簡便な受光手段で、自動測量機の視準方向制御を行うことのできる測量機の受光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自動追尾装置を備えた測量機が存在しており、例えば、平成５年特許公開公報第３２２５６９号に記載されている様に、自動測量装置は、自動追尾するための自動測量装置と、追尾される目標対象物とから構成されている。この自動測量装置は、目標対象物を追尾し、その位置を測定する様になっており、水平及び高度角を電気的に検出するためのエンコーダと、視準望遠鏡に設けられた測距装置及び追尾装置とからなっている。そしてモータを利用して、本体の水平回転、及び望遠鏡の垂直回転が行われている。
【０００３】
望遠鏡からは、目標対象物までの距離を測定するための測距光と、目標対象物を追尾するための追尾光が射出されている。また目標対象物には、測距光と追尾光とを反射するための反射プリズムが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自動測量装置は、測距光に限らず追尾光も、装置全体の大きさや、安全性の観点から光線の出力は、制限されており、遠方の目標対象物を追尾検出するためには、略平行な照射光を視準範囲で高速に走査しなければならなかった。
【０００５】
この高速走査を実現するためには、音響光学素子やガルバノミラー等の高速走査手段を必要とし、構造が複雑化すると共に、本体の大型化、消費電力の増大等を避けることができないという深刻な問題点があった。即ち、ガルバノミラー等の高速走査手段によりレーザー光を垂直及び水平に高速走査させなければならず、極めて複雑な構成を有し、高価で不経済であった。
【０００６】
また高速走査に代えて、画像処理による追跡方法が考えられる。この画像処理による走査方法は、望遠鏡部にテレビカメラを取付け、その画像を処理して反射プリズム位置を抽出し、測量機を視準中心に向けるものである。しかしながら画像処理による追跡方法は、テレビカメラ自体を取り付けることは、構造的に困難ではないが、画像処理を行うための電気回路が複雑かつ大きくなり、測量機に内蔵することが困難であり、消費電力も大きいので外部電源を必要とするという問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、反射光を受光するための対物レンズと、この対物レンズを通じて目標を視準するための視準光学系と、追尾光を目標に照射するための発光手段とを備え、前記視準光学系は、入射光を可視光と前記追尾光とに分割し、この分割された追尾光を、第１の受光素子と第２の受光素子とに分離させるための分割光学手段を有し、この第１の受光素子と該分割光学手段との間の光軸上に設けられ、第１の方向に向けて集光させるための第１の集光素子と、この第２の受光素子と該分割光学手段との間の光軸上に設けられ、第２の方向に向けて集光させるための第２の集光素子とからなり、前記第１の方向と該第２の方向とが直交する様に構成されている。
【０００８】
また本発明の前記分割光学手段は、更に、測距光を分割する様に構成することもできる。
【０００９】
更に本発明は、発光手段がパルス的に発光する構成にすることもできる。
【００１０】
また本発明は、第１の受光素子と第２の受光素子とはリニアセンサであり、前記第１の受光素子は、第１の方向に集光する入射光を受光するために、該第１の方向と平行に配置され、前記第２の受光素子は、第２の方向に集光する入射光を受光するために第２の方向と平行に配置する構成にすることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、対物レンズが反射光を受光し、視準光学系が、対物レンズを通じて目標を視準し、発光手段が追尾光を目標に照射し、視準光学系の分割光学手段が、入射光を可視光と追尾光とに分割し、分割された追尾光を、第１の受光素子と第２の受光素子とに分離させる様になっており、第１の受光素子と分割光学手段との間の光軸上に設けられた第１の集光素子が、第１の方向に向けて集光させ、第２の受光素子と分割光学手段との間の光軸上に設けられた第２の集光素子が、第２の方向に向けて集光させ、第１の方向と第２の方向とが直交する様になっている。
【００１２】
また本発明の分割光学手段は、更に、測距光を分割する様にすることもできる。
【００１３】
更に本発明は、発光手段がパルス的に発光することもできる。
【００１４】
また本発明は、第１の受光素子と第２の受光素子とがリニアセンサであり、第１の方向に集光する入射光を受光するために第１の受光素子を、第１の方向と平行に配置し、第２の方向に集光する入射光を受光するために第２の受光素子を、第２の方向と平行に配置することもできる。
【００１５】
【実施例】
【００１６】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１に基づいて、自動測量装置１００００の構成を説明する。自動測量装置１００００は、視準望遠鏡１０００と、この視準望遠鏡１０００に形成された鉛直回転軸１１００と、この鉛直回転軸１１００を回動自在に軸支するための架台１２００と、この架台１２００に形成された水平回転軸１３００と、この水平回転軸１３００を回動自在に軸支するための基台１４００とから構成されている。
【００１８】
そして鉛直回転軸１１００には、第１の従動歯車１１１０が形成されており、第１の駆動歯車１１２０と噛合されている。垂直駆動モータ１１３０には、第１の駆動歯車１１２０が取り付けられており、垂直駆動モータ１１３０の回転駆動力は、第１の従動歯車１１１０を介して鉛直回転軸１１００に伝達される様になっている。
【００１９】
垂直駆動モータ１１３０は、適宜の垂直回転制御手段により駆動される様に構成されている。垂直回転制御手段には、垂直方向回動制御スイッチ１１４０に接続されており、使用者が、垂直方向回動制御スイッチ１１４０を操作することにより、垂直駆動モータ１１３０を駆動させ、鉛直回転軸１１００を回転させることができる。この結果、視準望遠鏡１０００を架台１２００に対して、垂直方向に回転させることができる。
【００２０】
また水平回転軸１３００には、第２の従動歯車１３１０が形成されており、第２の駆動歯車１３２０と噛合されている。水平駆動モータ１３３０には、第２の駆動歯車１３２０が取り付けられており、水平駆動モータ１３３０の回転駆動力は、第２の従動歯車１３１０を介して水平回転軸１３００に伝達される様になっている。
【００２１】
水平駆動モータ１３３０は、適宜の水平回転制御手段により駆動される様に構成されている。水平回転制御手段には、水平方向回動制御スイッチ１３４０に接続されており、使用者が、水平方向回動制御スイッチ１３４０を操作することにより、水平駆動モータ１３３０を駆動させ、水平回転軸１３００を回転させることができる。この結果、架台１２００を基台１４００に対して、水平方向に回転させることができ、 視準望遠鏡１０００を水平方向に回転させることができる。
【００２２】
そして図２に示す様に、自動測量装置１００００の基台１４００を、三脚に取り付けるための整準台２００００の上面に固定することにより、使用することができる。
【００２３】
次に図３に基づいて、自動測量装置１００００の光学的構成を説明する。
【００２４】
自動測量装置１００００は、対物レンズ２１００と、追尾光を反射するための反射ミラー２２００と、追尾光と測距光とを分離するためのダイクロイックミラー２３００と、合焦レンズ２４００と、正立プリズム２５００と、焦点鏡２６００と、接眼レンズ２７００と、追尾光発光部３０００と、追尾用受光部４０００と、測距光学系５０００と、演算制御回路６０００とから構成されている。
【００２５】
ダイクロイックミラー２３００は分割光学素子に該当するもので、受光した追尾光を分離するための第１のダイクロイックミラー面２３１０と、測距光を分離するための第２のダイクロイックミラー面２３２０とを有している。本実施例のダイクロイックミラー２３００は、可視光を透過し、第１のダイクロイックミラー面２３１０は、少なくとも１つの赤外波長を透過する様に構成されている。
【００２６】
本実施例の第１のダイクロイックミラー面２３１０は、波長６５０ｎｍの赤外線（追尾光）を反射し、８００ｎｍの赤外光（測距光）を透過する様になっており、第２のダイクロイックミラー面２３２０は、８００ｎｍの赤外光（測距光）を反射する様に構成されている。
【００２７】
対物レンズ２１００から入射された視準光（可視光）は、反射ミラー２２００とダイクロイックミラー２３００とを透過し、望遠鏡の基本的構成である合焦レンズ２４００と正立プリズム２５００と焦点鏡２６００とを経て、接眼レンズ２７００から視準される。合焦レンズ２４００は、光軸上に設けられ、対物レンズ２１００から入射された視準光を焦点鏡２６００に結像させるためのものである。正立プリズム２５００は、焦点鏡２６００の像を正立像させるものである。焦点鏡２６００には、目標対象物を視準中心に据えるためのスケールが形成されており、接眼レンズ２７００が、このスケールと視準光の像とを、使用者の眼の網膜上に結像する様になっている。これらの光学系が、視準光学系に該当するものである。
【００２８】
追尾光発光部３０００は、発光素子３１００とコリメートレンズ３２００とから構成されており、本実施例では発光素子３１００により、波長６５０ｎｍの赤外線をパルス的に発光させている。なお、発光波長は適宜決定することができる。
【００２９】
発光素子３１００から射出された追尾光は、コリメートレンズ３２００で平行光束とされ、反射ミラー２２００に入射される。反射ミラー２２００で反射された追尾光は、対物レンズ２１００から目標対象物に向けて射出される。なお反射ミラー２２００は、波長６５０ｎｍの赤外線（追尾光）を反射し、可視光と８００ｎｍの赤外光（測距光）とを透過する様に構成されている。
【００３０】
この追尾光は、追尾視野内に射出される様になっており、目標対象物で反射された追尾光は、再び対物レンズ２１００から入射され、ダイクロイックミラー２３００の第１のダイクロイックミラー面２３１０で追尾用受光部４０００に向けて反射される。
【００３１】
追尾用受光部４０００は、リレーレンズ４１００と、ハーフミラー４２００と、第１のシリンドリカルレンズ４３１０と、第１の受光センサ４４１０と、第２のシリンドリカルレンズ４３２０と、第２の受光センサ４４２０とから構成されている。本実施例の第１の受光センサ４４１０と第２の受光センサ４４２０とは、リニアセンサが使用されている。なお、第１のシリンドリカルレンズ４３１０は第１の集光素子に該当し、第２のシリンドリカルレンズ４３２０は第２の集光素子に該当するものである。
【００３２】
第１のダイクロイックミラー面２３１０で反射された追尾光は、リレーレンズ４１００を介してハーフミラー４２００に入射される。ハーフミラー４２００は、第１のシリンドリカルレンズ４３１０を介して第１の受光センサ４４１０に入射する光路と、第２のシリンドリカルレンズ４３２０を介して第２の受光センサ４４２０に入射する光路とに分離するためのものである。
【００３３】
第１のシリンドリカルレンズ４３１０は、追尾光を所定方向に集光させ、第１の受光センサ４４１０上に結合させるためのものである。第２のシリンドリカルレンズ４３２０は、追尾光を所定方向に集光させ、第２の受光センサ４４２０上に結合させるためのものである。第１の受光センサ４４１０と第２の受光センサ４４２０とは、互いに直交する様に配置されている。なお、第１の受光センサ４４１０は第１の受光素子に該当し、第２の受光センサ４４２０は第２の受光素子に該当するものである。
【００３４】
測距光学系５０００から射出された測距光は、ダイクロイックミラー２３００の第２のダイクロイックミラー面２３２０で光軸上の方向に反射され、第１のダイクロイックミラー面２３１０と反射ミラー２２００とを透過し、対物レンズ２１００から目標物対象物に向けて出射される。本実施例の測距光学系５０００は、８００ｎｍの赤外光が使用されている。
【００３５】
目標物対象物で反射された測距光は、対物レンズ２１００から入射され、反射ミラー２２００と第１のダイクロイックミラー面２３１０とを透過し、ダイクロイックミラー２３００の第２のダイクロイックミラー面２３２０で再び測距光学系５０００の方向に向けて反射され、距離の測定が行われる。
【００３６】
図４は、追尾の視野と受光センサの関係を概略的に表したものである。追尾視野の十字線の中心は、視準中心を表したものであり、追尾の場合には目標対象物（例えば、反射プリズム）が視準中心に来る様に使用者が操作或いは、自動測量装置１００００が制御する様になっている。
【００３７】
追尾視野を、第１のシリンドリカルレンズ４３１０で水平方向に集光させ、第２のシリンドリカルレンズ４３２０で垂直方向に集光させると、目標対象物の位置を水平方向と垂直方向に分離させることができる。従って、第１のシリンドリカルレンズ４３１０で水平方向に集光させ、この結合像を第１の受光センサ４４１０で受光すれば、水平方向誤差Ａを検出することができる。同様に、第２のシリンドリカルレンズ４３２０で垂直方向に集光させ、この結合像を第２の受光センサ４４２０で受光すれば、垂直方向誤差Ｂを検出することができる。なお、第１のシリンドリカルレンズ４３１０が集光させる水平方向は、第１の方向に該当し、第２のシリンドリカルレンズ４３１０が集光させる垂直方向は、第２の方向に該当するものである。
【００３８】
図５に示される様に、第１の受光センサ４４１０と第２の受光センサ４４２０とで得られた水平方向誤差Ａ及び垂直方向誤差Ｂに対応する受光信号を検出回路４５００が検出し、この検知信号から目標対象物の位置を検出することができる。即ち演算制御部６０００が、検出回路４５００からの検知信号に基づいて、視準位置との誤差量を算出することができる。
【００３９】
演算制御部６０００はモータ駆動部６１００を制御し、垂直駆動モータ１１３０と水平駆動モータ１３３０とを制御駆動して、自動測量装置１００００を視準中心に向けて方向制御することができる。従って制御演算部６０００は、視準位置との誤差量が認識した場合には、モータ駆動部６１００を介して、垂直駆動モータ１１３０と水平駆動モータ１３３０とを駆動させ、視準位置との誤差量が一定以下となった場合には、モータ駆動部６１００による駆動制御を停止させる様になっている。そして制御演算部６０００が、視準位置との誤差量を再び認識した場合には、モータ駆動部６１００を制御して垂直駆動モータ１１３０と水平駆動モータ１３３０とを駆動させる様に構成されている。
【００４０】
即ち、垂直駆動モータ１１３０と水平駆動モータ１３３０とを駆動させることにより、目標対象物を視準中心に一致させることができる。
【００４１】
以上の様に構成された本発明は、パルス発光される追尾光発光部３０００と、水平方向に集光させるための第１のシリンドリカルレンズ４３１０と、垂直方向に集光させるための第２のシリンドリカルレンズ４３１０とから追尾光を受光する様に構成されているので、比較的簡便な受光手段により追尾光を検出することができるという効果がある。
【００４２】
そして追尾光発光部３０００は、追尾視野に向けてパルス発光すれば足り、高価な音響光学素子等が不要で、複雑な回路を採用する必要がなく、低コストを実現することができる。
【００４３】
また第１の受光センサ４４１０と第２の受光センサ４４２０とは、ＣＣＤ等のリニアセンサを使用することができ、追尾視野全体をカバーする必要のある高価なエリアセンサと比較して極めて経済的であるという卓越した効果がある。
【００４４】
更に、画像処理の様に大規模な演算装置を必要とせず、消費電力も小さいので、自動測量装置１００００に内蔵した電源でも充分駆動が可能であるという効果がある。
【００４５】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、反射光を受光するための対物レンズと、この対物レンズを通じて目標を視準するための視準光学系と、追尾光を目標に照射するための発光手段とを備え、前記視準光学系は、入射光を可視光と前記追尾光とに分割し、この分割された追尾光を、第１の受光素子と第２の受光素子とに分離させるための分割光学手段を有し、この第１の受光素子と該分割光学手段との間の光軸上に設けられ、第１の方向に向けて集光させるための第１の集光素子と、この第２の受光素子と該分割光学手段との間の光軸上に設けられ、第２の方向に向けて集光させるための第２の集光素子とからなり、前記第１の方向と該第２の方向とが直交する様に構成されているので、比較的簡便な受光手段により追尾光を検出することができるという卓越した効果がある。
【００４６】
第１の受光素子と第２の受光素子とは、ＣＣＤ等のリニアセンサを使用することができ、追尾視野全体をカバーする必要のある高価なエリアセンサと比較して極めて経済的であるという卓越した効果がある。
【００４７】
更に、画像処理の様に大規模な演算装置を必要とせず、消費電力も小さいので、自動測量装置１００００に内蔵した電源でも充分駆動が可能であるという効果がある。
【００４８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である自動測量装置１００００の説明する図である。
【図２】本実施例である自動測量装置１００００の外観を説明する図である。
【図３】本実施例の自動測量装置１００００の光学的構成を説明する図である。
【図４】追尾の視野と受光センサの関係を概略的に表示した図である。
【図５】本実施例の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１００００  自動測量装置
２００００  整準台
１０００  視準望遠鏡
１１００  垂直回転軸
１１１０  第１の従動歯車
１１２０  第１の駆動歯車
１１３０  垂直駆動モータ
１１４０  垂直方向回動制御スイッチ
１２００  架台
１３００  水平回転軸
１３１０  第２の従動歯車
１３２０  第２の駆動歯車
１３３０  水平駆動モータ
１３４０  水平方向回動制御スイッチ
１４００  基台
２１００  対物レンズ
２２００  反射ミラー
２３００  ダイクロイックミラー
２３１０  第１のダイクロイックミラー面
２３２０  第２のダイクロイックミラー面
２４００  合焦レンズ
２５００  正立プリズム
２６００  焦点鏡
２７００  接眼レンズ
３０００  追尾光発光部
３１００  発光素子
３２００  コリメートレンズ
４０００  追尾用受光部
４１００  リレーレンズ
４２００  ハーフミラー
４３１０  第１のシリンドリカルレンズ
４３２０  第２のシリンドリカルレンズ
４４１０  第１の受光センサ
４４２０  第２の受光センサ
４５００  検出回路
５０００  測距光学系
６０００  演算制御回路
６１００  モータ駆動部
【図１】
0004088906.tif 000002
【図２】
0004088906.tif 000003
【図３】
0004088906.tif 000004
【図４】
0004088906.tif 000005
【図５】
0004088906.tif 000006