(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段と、この発光手段からの射出光を目標対象物に送光するための送光手段と、目標対象物からの反射光を受光し、電荷に変換するための２次元受光手段と、この２次元受光手段からの受光信号に基づき、目標対象物の位置を求めるための演算処理手段とからなり、測距光を射出するための測距光発光手段と、前記演算処理手段に対して測距用発光素子ドライバの駆動のためのタイミング信号を与えるための測距用タイミング発生回路とを有し、前記２次元受光手段は、受光光量を調整するための蓄積電荷を排出する電子シャッタの機能を備え、前記演算処理手段は、前記測距用タイミング発生回路のタイミング信号に基づき、前記測距光発光手段を発光させ、かつ、前記電子シャッタを停止させることで、蓄積電荷を掃き出している時間内で、目標対象物までの測距を行う位置検出装置。
【請求項２】
電荷を蓄積している時間内で、発光手段の発光回数を変化させることにより、受光光量を制御する請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
更に前記位置検出装置は、通信用発光素子と、前記演算処理手段から通信を行うための通信データが供給されることで、通信データに相当する光を前記通信用発光素子で発光させるための通信用発光素子ドライバとを有し、前記演算処理手段は前記通信用発光素子ドライバを駆動して、電子シャッタを動作させ、蓄積電荷を掃き出している時間内で、通信を行う請求項１又は２記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記発光手段の光源と、前記通信用発光素子の光源とが同一である請求項３記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記発光手段の光源と、前記測距光発光手段の光源とが同一である請求項３記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置検出装置に係わり、特に、２次元受光手段は受光光量を調整するための蓄積電荷を排出させる電子シャッタの機能を備え、この電子シャッタを停止させ、２次元受光手段が電荷を蓄積している時間内に、発光させる位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
目標に向けて光を発し、その反射光を受光することにより目標の位置を検出するための位置検出装置がある。この位置検出装置は、例えば、目標の位置を測定する測量機等の追尾装置である。目標位置は、測量機等の追尾装置からの追尾光を反射するプリズムによって間接的に示される様になっている。
【０００３】
測量機等の追尾装置から射出された追尾光は、目標位置にあるプリズムで反射され、追尾装置に備えられた受光部で受光される様になっている。この受光部は、受光センサと、反射光を受光センサに導くための受光光学系とから構成される。受光された光を受光センサの特定の位置に結像するさせることにより、追尾装置の視準が目標に一致していることを検出することができる。
【０００４】
代表的な受光センサとして４分割センサがあり、このセンサは、受光センサ中心から４つの受光エリアに分割されたセンサである。中心位置は、４エリアの受光量の出力比較から検出することができる。この出力信号に基づいて追尾装置の視準方向を制御すればよいが、中心を外れて、１つのエリアで受光される場合には、そのエリア内にあることしか分からない
【０００５】
例えば、実公平７−６５４７号公報には、４分割センサを使用した追尾装置が開示されている。この追尾装置は、４分割受光素子の水平方向に相対する一対の分割エレメントの出力、及び垂直方向に相対する一対の分割エレメントの出力を、それぞれ差動増幅する増幅器と、この増幅器の水平方向出力信号及び垂直方向出力信号を、それぞれ平均化する水平方向積分回路と垂直方向積分回路等を備え、これらの制御信号に基づいてモータを制御することにより、追尾を行うものである。
【０００６】
また、上記４分割センサより高価であるが、どの位置で受光しているかを検出することのできるエリアセンサがある。このエリアセンサは、２次元的に細かく分割されたセンサ部分から構成され、センサエリア内であれば、どの位置にあるかを検出することができるセンサである。このセンサは、４分割センサより、より高精度な視準制御が可能となる。例えば、特開昭６０−１２３７８８号に、エリアセンサを使用した追尾装置が開示されている。このエリアセンサは、センサ表面が、小面素に区分されており、光の入射位置を２次元的に識別できる様に構成されている。そして演算処理手段が、入射光が、エリアセンサの中心に来る様に、垂直方向駆動装置及び水平方向駆動装置を制御駆動させることにより、追尾を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様な４分割センサ、エリアセンサにしても反射光を受光するセンサである。このため、反射光を受光できる範囲が追尾範囲となる。追尾範囲を伸ばすには、射出する追尾光の強度を強くする必要があるが、射出光の強度は人間の目に損傷を与えない様に出力限界が定められており、無制限に射出光の強度を高めることはできない。
【０００８】
そのため、パルス光を使い追尾距離を伸ばす技術や、受光データをデジタル化し蓄積することで、ノイズ光を除去する技術も採用する努力はなされているが、射出光に出力限界があるため、飛躍的に追尾距離を伸ばすことができないという問題点があった。
【０００９】
【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、発光手段と、この発光手段からの射出光を目標対象物に送光するための送光手段と、目標対象物からの反射光を受光し、電荷に変換するための２次元受光手段と、この２次元受光手段からの受光信号に基づき、目標対象物の位置を求めるための演算処理手段とからなり、測距光を射出するための測距光発光手段と、前記演算処理手段に対して測距用発光素子ドライバの駆動のためのタイミング信号を与えるための測距用タイミング発生回路とを有し、前記２次元受光手段は、受光光量を調整するための蓄積電荷を排出する電子シャッタの機能を備え、前記演算処理手段は、前記測距用タイミング発生回路のタイミング信号に基づき、前記測距光発光手段を発光させ、かつ、前記電子シャッタを停止させることで、蓄積電荷を掃き出している時間内で、目標対象物までの測距を行う構成となっている。
【００１０】
また本発明は、電荷を蓄積している時間内で、発光手段の発光回数を変化させることにより、受光光量を制御する構成にすることもできる。
【００１１】
更に本発明の位置検出装置は、通信用発光素子と、前記演算処理手段から通信を行うための通信データが供給されることで、通信データに相当する光を前記通信用発光素子で発光させるための通信用発光素子ドライバとを有し、前記演算処理手段は前記通信用発光素子ドライバを駆動して、電子シャッタを動作させ、蓄積電荷を掃き出している時間内で、通信を行う構成にすることもできる。
【００１２】
また本発明は、前記発光手段の光源と、前記通信用発光素子の光源とが同一である構成にすることもできる。更に、前記発光手段の光源と、前記測距光発光手段の光源とが同一である構成にすることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、送光手段が、発光手段からの射出光を目標対象物に送光し、２次元受光手段が、目標対象物からの反射光を受光して電荷に変換し、演算処理手段が、２次元受光手段からの受光信号に基づき、目標対象物の位置を求める様になっており、演算処理手段は、測距用タイミング発生回路のタイミング信号に基づき、測距光発光手段を発光させ、かつ、電子シャッタを停止させ、蓄積電荷を掃き出している時間内で、目標対象物までの測距を行うことができる。
【００１７】
また本発明は、電荷を蓄積している時間内で、発光手段の発光回数を変化させることにより、受光光量を制御することもできる。
【００１８】
更に本発明は、通信用発光素子と、前記演算処理手段から通信を行うための通信データが供給されることで、通信データに相当する光を前記通信用発光素子で発光させるための通信用発光素子ドライバとを有し、前記演算処理手段は前記通信用発光素子ドライバを駆動して、電子シャッタを動作させ、蓄積電荷を掃き出している時間内で、通信を行う請電子シャッタを動作させ、電荷を掃き出している時間内で、通信又は測距を行うこともできる。
【００１９】
また本発明は、発光手段の光源と、通信用発光素子の光源とが同一である構成にすることもでき、更に、発光手段の光源と、測距光発光手段の光源とが同一である構成にすることもできる。
【００２２】
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
【００２４】
「第１実施例」
【００２５】
図１は第１実施例の位置検出装置１０００の光学的構成を示すもので、発光素子１００と、第１のコンデンサレンズ１１０と、第１のミラー２００と、対物レンズ３００と、エリアセンサ４００とから構成されている。
【００２６】
発光素子１００は発光手段に該当するもので、目標位置に設置された反射体、例えば、コーナーキューブ（プリズム）に向けて射出するための光を発光させるためのものである。パルスレーザーダイオード（ＰＬＤ）等、適宜の発光素子が使用できる。なお、コーナーキューブ（プリズム）は、目標対象物に該当するものである。
【００２７】
第１のコンデンサレンズ１１０は、発光素子１００からの光を第１のミラー２００を介して、対物レンズ３００に送光するためのものである。
【００２８】
第１のミラー２００は、発光素子１００からの光を反射させ、対物レンズ３００を介して、射出光を、コーナーキューブ（プリズム）に向けさせるものである。
【００２９】
対物レンズ３００は、射出光をある程度拡がりを持った光束として、コーナーキューブ（プリズム）に向けて送光させるためのものである。
【００３０】
エリアセンサ４００は、２次元のＣＣＤセンサであり、コーナーキューブ（プリズム）で反射された反射光を受光して、目標位置を検出するためのものである。
エリアセンサ４００は、ＣＣＤに限らず、電子シャッタ機能を内蔵した２次元の画像等を受光できるセンサであれば、何れのセンサを使用することができる。
【００３１】
なお、第１のコンデンサレンズ１１０と、第１のミラー２００と、対物レンズ３００とは、送光手段に該当するものである。
【００３２】
図２は、本第１実施例の位置検出装置１０００の電気的構成を示すもので、発光素子１００と、発光素子ドライバー１２０と、エリアセンサ４００と、エリアセンサドライバ４１０と、タイミング発生回路４２０と、サンプルホールド５１０と、第１のアンプ５２０と、Ａ／Ｄコンバータ５３０と、フレームメモリ５４０と、ＣＰＵ６００とから構成されている。
【００３３】
発光素子ドライバー１２０は、タイミング発生回路４２０のタイミング信号に基づき、発光素子１００を駆動するためのものである。エリアセンサドライバ４１０は、エリアセンサ４００が受光信号を形成するために必要な垂直同期信号、水平同期信号等を供給し、電子シャッタ等の動作を行うためのものである。
【００３４】
サンプルホールド５１０は、エリアセンサ４００からの受光信号を、タイミング発生回路４２０のタイミング信号に基づき、サンプルホールドするためのものである。
【００３５】
第１のアンプ５２０は、サンプルホールド５１０でサンプルホールドされた信号を増幅するためのものであり、増幅された信号は、Ａ／Ｄコンバータ５３０でデジタル信号に変換された後、フレームメモリ５４０に記憶される様になっている。
【００３６】
ＣＰＵ６００は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含くむ演算処理手段に該当するものであり、各種演算処理を行うと共に、位置検出装置１０００全体の制御を司っている。
【００３７】
次に図３に基づいて、電子信号を詳細に説明する。
【００３８】
エリアセンサ４００は、２次元の受光センサであって、入射光を電荷に変換するものである。このエリアセンサ４００は、一般の代表的なインターレス方式の画像センサと同様に、１画面（１フレーム）を、奇数と偶数の２フィールドにて構成する。エリアセンサ４００で受光された電荷を、垂直同期信号（ＶＤ）と水平同期信号（ＨＤ）により転送する。垂直同期信号（ＶＤ）は、画面の１フィールドを定めるものである。水平同期信号（ＨＤ）は、１行の水平ライン分の転送を決定するための信号である。ここでは説明上、インターレース方式を採用したが、エリアセンサ４００は、その他の全画素読みだし方式、フレームトランスファ方式等を採用することも可能である。
【００３９】
電子シャッタは、エリアセンサ４００の蓄積した電荷を転出、掃き出させる機能を有する。例えば、１フィールド内の所定時間作動させることにより、電荷を掃き出させる。電子シャッタの動作を停止する時間が、入射光の蓄積時間となる。
【００４０】
エリアセンサ４００が反射光以外の外光を受光し、１フイールド内の受光時間はノイズ光となる。ノイズ光を掃き出すことにより、反射光の検出は容易となる
。
【００４１】
そしてＣＰＵ６００は、タイミング発生回路４２０を介して、エリアセンサドライバ４１０を制御し、エリアセンサ４００の受光信号を調整する電子シャッタを制御することができる。即ち、電子シャッタパルスが供給されている間は、エリアセンサ４００の蓄積電荷を排出することができる。この電子シャッタは必要に応じて、転送ゲートパルス以降、任意の時間一定間隔でパルスを入力する様に構成されている。
【００４２】
この結果、電子シャッタパルスを入力している時には、２次元のＣＣＤセンサは電荷掃き出し時間となり、電子シャッタを停止した以降、次の転送ゲートパルスが来るまでの間は、２次元のＣＣＤセンサは蓄積可能となる。そしてＣＰＵ６００は、２次元のＣＣＤセンサの受光位置から、コーナーキューブ（プリズム）の位置を検出することができる。
【００４３】
ＣＰＵ６００は、電子シャッタパルスを停止している時に、タイミング発生回路４２０を介して発光素子ドライバー１２０を制御し、発光素子１００を駆動することができる。即ちＣＰＵ６００は、電子シャッタパルスが停止して、２次元のＣＣＤセンサが蓄積時間となっているタイミングで、発光素子発光タイミングを供給し、発光素子１００を発光させることができる。この結果、電子シャッタパルスを停止している時間（蓄積時間）を短くすることができるので、外光の蓄積量を減らすことができ、信号光とのＳ／Ｎ比を向上させることができ、目標位置までの実用距離を拡大することができるという効果がある。
【００４４】
なおＣＰＵ６００は上述の機能の他、発光素子１００のＯＮ、ＯＦＦや、発光素子１００のパルス数の設定や、電子シャッタの時間設定等を行うことができる。
例えば、電子シャッタパルスを停止して、２次元のＣＣＤセンサが蓄積時間（電荷を蓄積している時間内）となっている時に、発光手段１００の発光回数を変化させることにより、受光光量を制御することができる。
【００４５】
「第２実施例」
【００４６】
図４は第２実施例の位置検出装置２０００の光学的構成を示すもので、発光素子１００と、第１のコンデンサレンズ１１０と、通信用発光素子１３０と、第２のコンデンサレンズ１４０と、第２のハーフミラー１５０と、第１のミラー２００と、対物レンズ３００と、エリアセンサ４００とから構成されている。
【００４７】
通信用発光素子１３０は、光による通信を行うための光源であり、レーザーダイオード等、適宜の光源が使用される。第２のコンデンサレンズ１４０は、通信用発光素子１３０からの光を、第１のハーフミラー１５０と第１のミラー２００とを介して、対物レンズ３００に送光するためのものである。
【００４８】
第１のハーフミラー１５０は、発光素子１００からの光を透過させ、通信用発光素子１３０からの光を反射させるためのものである。
【００４９】
第２実施例のその他の構成は、第１実施例と同様であるから説明を省略する。
【００５０】
なお、発光素子１００と通信用発光素子１３０とに、レーザーダイオード（ＬＤ）を使用する場合には、第１のハーフミラー１５０の代わりに、偏光ミラーが使用でき、波長が異なる場合には、ダイクロイックミラーを使用することができる。
【００５１】
図５は、本第２実施例の位置検出装置２０００の電気的構成を示すもので、発光素子１００と、発光素子ドライバー１２０と、通信用発光素子１３０と、通信用発光素子ドライバ１６０と、エリアセンサ４００と、エリアセンサドライバ４１０と、タイミング発生回路４２０と、サンプルホールド５１０と、アンプ５２０と、Ａ／Ｄコンバータ５３０と、フレームメモリ５４０と、
ＣＰＵ６００とから構成されている。
【００５２】
ＣＰＵ６００は、通信を行うための通信データを通信発光素子ドライバー１６０に供給し、通信用発光素子１３０は通信データに相当する光を発光させ、光通信を行うことができる。
【００５３】
なおＣＰＵ６００が通信用発光素子ドライバを駆動して、光通信を行うタイミングは、図６に示す様に電子シャッタを動作させて、２次元のＣＣＤセンサが電荷掃き出し時間となっている時となっている。この結果、外光の蓄積量を減らすことができ、信号光とのＳ／Ｎ比を向上させることができ、目標位置までの実用距離を拡大することができる上、互いに影響を与えず通信を行うことができるという効果がある
【００５４】
なお、通信用発光素子１３０を発光素子１００と共用し、通信発光素子ドライバー１６０を発光素子ドライバー１２０と共用することもできる。なお、この場合には、第１のハーフミラー１５０は不要となる。
【００５５】
第２実施例のその他の構成、及び作用は、第１実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００５６】
「第３実施例」
【００５７】
図７は第３実施例の位置検出装置３０００の光学的構成を示すもので、発光素子１００と、第１のコンデンサレンズ１１０と、測距用発光素子７００と、第２のコンデンサレンズ１４０と、第１のハーフミラー１５０と、第１のミラー２００と、対物レンズ３００と、測距用受光素子８００と、第２のハーフミラー８２０と、エリアセンサ４００とから構成されている。
【００５８】
測距用発光素子７００と測距用受光素子８００とは、光により距離を測定するための光波距離計を構成する。測距用発光素子７００は、第２実施例の通信用発光素子１３０と置き換えて配置されている。本第３実施例は、光波距離計に相当する機能をＣＰＵ６００とパルス遅延時間測定手段９００等とにより実現している。
【００５９】
測距用受光素子８００は、測距用発光素子７００から射出され、目標位置等に設置されたコーナーキューブ（プリズム）で反射された反射光を受光するためのものである。
【００６０】
第２のハーフミラー８２０は、発光素子１００から発光された位置検出用パルスを透過させてエリアセンサ４００に導き、測距用発光素子７００から発光された測距用パルスを反射させ、測距用受光素子８００に導くためのものである。
【００６１】
追尾用と測距用で波長が異なる場合には、第２のハーフミラー８２０に代えて、ダイクロイックプリズムの使用が望ましい。
【００６２】
第３実施例のその他の構成は、第１実施例と第２実施例と同様であるから説明を省略する。
【００６３】
図８は、本第３実施例の位置検出装置３０００の電気的構成を示すもので、発光素子１００と、発光素子ドライバー１２０と、エリアセンサ４００と、エリアセンサドライバ４１０と、タイミング発生回路４２０と、サンプルホールド５１０と、アンプ５２０と、Ａ／Ｄコンバータ５３０と、フレームメモリ５４０と、ＣＰＵ６００と、測距用発光素子７００と、測距用発光素子ドライバ７１０と、測距用タイミング発生回路７２０と、測距用受光素子８００と、第２のアンプ８１０と、パルス遅延時間測定手段９００とから構成されている。
【００６４】
ＣＰＵ６００は、測距用タイミング発生回路７２０のタイミング信号に基づき、測距用発光素子ドライバ７１０を駆動し、測距用発光素子７００を発光させる。目標位置等に設置されたコーナーキューブ（プリズム）で反射された反射光は、測距用受光素子８００で受光され、受光信号は、第２のアンプ８１０で増幅された後、パルス遅延時間測定手段９００で遅延時間が測定され、ＣＰＵ６００により、目標位置までの距離が算出される。
【００６５】
なおＣＰＵ６００が測距用発光素子ドライバを駆動して、測距を行うタイミングは、図９に示す様に電子シャッタを動作させて、２次元のＣＣＤセンサが電荷掃き出し時間となっている時となっている。この結果、外光の蓄積量を減らすことができ、信号光とのＳ／Ｎ比を向上させることができ、目標位置までの実用距離を拡大することができる上、互いに影響を与えず位置検出及び測距を行うことができるという効果がある
【００６６】
なお、測距用発光素子７００を発光素子１００と共用し、測距用発光素子ドライバを発光素子ドライバー１２０と共用することもできる。
【００６７】
第３実施例のその他の構成、及び作用は、第１実施例及び第２実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００６８】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、発光手段と、この発光手段からの射出光を目標対象物に送光するための送光手段と、目標対象物からの反射光を受光し、電荷に変換するための２次元受光手段と、この２次元受光手段からの受光信号に基づき、目標対象物の位置を求めるための演算処理手段とからなり、測距光を射出するための測距光発光手段と、前記演算処理手段に対して測距用発光素子ドライバの駆動のためのタイミング信号を与えるための測距用タイミング発生回路とを有し、前記２次元受光手段は、受光光量を調整するための蓄積電荷を排出する電子シャッタの機能を備え、前記演算処理手段は、前記測距用タイミング発生回路のタイミング信号に基づき、前記測距光発光手段を発光させ、かつ、前記電子シャッタを停止させることで、蓄積電荷を掃き出している時間内で、目標対象物までの測距を行う構成となっているので、効率的に、外光の蓄積量を減らすことができ、信号光とのＳ／Ｎ比を向上させることができるので、目標位置までの実用距離を拡大することができるという効果がある。
【００６９】
更に本発明は、電子シャッタを動作させている時間内に、通信及び測距を行うことができるという卓越した効果がある。
【００７０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の位置検出装置１０００の光学的構成を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施例の位置検出装置１０００の電気的構成を説明する図である。
【図３】本第１実施例の位置検出装置１０００の電子信号を説明を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施例の位置検出装置２０００の光学的構成を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施例の位置検出装置２０００の電気的構成を説明する図である。
【図６】本第２実施例の位置検出装置２０００の電子信号を説明を説明する図である。
【図７】本発明の第３実施例の位置検出装置３０００の光学的構成を説明する図である。
【図８】本発明の第３実施例の位置検出装置３０００の電気的構成を説明する図である。
【図９】本第３実施例の位置検出装置３０００の電子信号を説明を説明する図である。
【符号の説明】
１０００  第１実施例の位置検出装置
２０００  第２実施例の位置検出装置
３０００  第３実施例の位置検出装置
１００  発光素子
１１０  第１のコンデンサレンズ
１２０  発光素子ドライバー
１３０  通信用発光素子
１４０  第２のコンデンサレンズ
１５０  第１のハーフミラー
１６０  通信用発光素子ドライバ
２００  第１のミラー
３００  対物レンズ
４００  エリアセンサ
４１０  エリアセンサドライバ
４２０  タイミング発生回路
５１０  サンプルホールド
５２０  第１のアンプ
５３０  Ａ／Ｄコンバータ
５４０  フレームメモリ
６００  ＣＰＵ
７００  測距用発光素子
７１０  測距用発光素子ドライバ
８００  測距用受光素子
８１０  第２のアンプ
８２０  第２のハーフミラー
９００  パルス遅延時間測定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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