JPH06307855A - 自動追尾式測量機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化に拘りなく常に正確に自動追尾する
ことのできる自動追尾式測量機を提供する。 【構成】 レーザダイオード２３から発光される光を水
平偏向素子２５および垂直偏向素子２６で偏向させて走
査光にするとともに、この走査光を対象物２に照射し、
該対象物２により反射された走査光を受光して前記対象
物の位置を検出し、その検出結果に基づき演算を行うこ
とにより追尾データを求めて前記対象物に測量機本体を
自動追尾させる自動追尾式測量機において、水平偏向素
子２５,垂直偏向素子２およびレーザダイオード２３の
温度を検出する温度センサ６１と、この温度センサ６１
が検出する検出信号に基づいて水平偏向素子２５および
垂直偏向素子２６による光の偏向角を補正する補正回路
５３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光偏向素子で偏向さ
せて走査光にした該走査光を対象物に照射し、該対象物
により反射された走査光を受光して前記対象物に測量機
本体を自動追尾させる自動追尾式測量機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、プリズム等の対象物のある空
間に向けて走査光を照射し、この対象物により反射され
た走査光を受光してその対象物の位置を検出し、その検
出結果に基づき演算を行うことにより追尾データを求め
てその対象物に測量機本体を自動追尾させる自動追尾式
測量機が知られている。

【０００３】この自動追尾式測量機は、レーザーダイオ
ードから発光されるレーザー光を音響光学素子で偏向さ
せて走査光を得ている。音響光学素子は超音波を入射し
てその超音波の周波数に応じてレーザー光を偏向させる
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この音響光学素子によ
るレーザー光の偏向角ｄθは次式で決定される。

【０００５】ｄθ＝λ×ｆ/Ｖ ここで、λはレーザー光の波長、ｆは超音波の周波数、
Ｖは音響光学素子の結晶内における音速である。

【０００６】この音速Ｖは結晶内の温度によって変化し
（例えば、ＴeＯ₂の単結晶の場合、２１１×１０^-6m/度
Ｃ）、レーザー光の波長λも図１０に示すようにレーザ
ダイオードの温度によって変化する（図１０ではレーザ
ーダイオードのケース温度と発振波長との関係を示して
ある）。このため、温度変化によって偏向角ｄθは異な
ることになる。

【０００７】対象物の位置検出は、図１１に示すよう
に、走査光によって対象物のある走査領域Ｋを上から順
に走査していき、その対象物Ｍからの反射光を受光する
までの走査線Ｓの数Ｎと、反射光を受光した時点におけ
る走査線Ｓnの走査開始時から受光するまでの時間ｔと
に基づいてＰ1点を基準にした対象物Ｍの位置を求め、
さらにこの求めた位置から光軸となる走査領域Ｋの中心
Ｐ0から対象物Ｍまでの水平方向および垂直方向の角度
を求める。そして、測量機本体をその求めた角度だけ水
平方向および垂直方向に回転させて中心Ｐ0と対象物Ｍ
とを一致させる。

【０００８】ところで、レーザー光は音響光学素子にオ
フセットして入力しているため、高温度変化によってレ
ーザー光の偏向角ｄθが変化すると、走査領域Ｋの範囲
が変化することになる。例えば、レーザー光の偏向角ｄ
θが大きくなると、図１１の鎖線で示すように位置のず
れた走査領域Ｋ´となる。このため、反射光を受光する
までの走査線Ｓ´の数Ｎ´がＮと異なる。また、反射光
を受光した時点における走査線Ｓn´の走査開始時から
受光するまでの時間ｔ´もｔと異なることになる。

【０００９】すなわち、Ｐ1を基準にした対象物Ｍの位
置と、Ｐ1´を基準にしたＭの位置が異なることにな
る。この結果、中心Ｐ0から対象物Ｍまでの水平方向お
よび垂直方向の角度が、Ｐ1を基準にした求めた場合と
Ｐ1´を基準にして求めた場合とで異なってしまう。

【００１０】したがって、測量機本体をその求めた角度
だけ水平方向および垂直方向に回転させても、レーザー
ダイオードおよび音響光学素子の温度によっては中心Ｐ
0と対象物Ｍとが一致しなくなる場合が生じる。つま
り、常温から大きくずれるような環境の場所で測量機を
使用すると正確に自動追尾することができなくなるとい
う問題があった。

【００１１】この発明は、上記の事情に鑑みて為された
もので、その目的は、環境温度に拘りなく常に正確に自
動追尾することのできる自動追尾式測量機を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、発光素子から発光される光を光偏向素
子で偏向させて走査光にするとともに、この走査光を対
象物に照射し、該対象物により反射された走査光を受光
して前記対象物の位置を検出し、その検出結果に基づき
演算を行うことにより追尾データを求めて前記対象物に
測量機本体を自動追尾させる自動追尾式測量機におい
て、前記光偏向素子および発光素子の温度を検出する温
度検出手段と、この温度検出手段が検出する検出信号に
基づいて前記偏向素子による光の偏向角を補正する補正
手段とを備えていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】この発明によれば、温度検出手段が光偏向素子
および発光素子の温度を検出し、前記温度検出手段が検
出する検出信号に基づいて補正手段が偏向素子による光
の偏向角を補正する。

【００１４】

【実施例】以下に、この発明に係わる自動追尾式測量機
の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１５】図１ないし図３において、１は測量台、２
は測点に設置の対象物としてのコーナーキューブであ
る。この測量台１には自動追尾してコーナーキューブ２
までの距離を測定する自動追尾式測量機３が設置されて
いる。

【００１６】自動追尾式測量機３は、基盤４と架台部５
と托架部６とを有する。架台部５は基盤４に対して矢印
Ａで示す水平面方向に回転される。架台部５は托架部６
を有する。托架部６には水平方向に延びた回動軸７が設
けられ、回動軸７には測量機本体としての鏡筒部８が設
けられている。鏡筒部８は架台部５の回転により水平方
向に回動されると共に回動軸７の回転により矢印Ｂで示
す垂直方向に回転される。

【００１７】鏡筒部８には測距光学系９と走査光学系１
０とが設けられている。測距光学系９は図４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は赤外レーザー光束を出射する。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を介して鏡筒部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ーキューブ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。

【００１８】その受光素子１４の受光出力は、図５に示
す制御装置ＣＰＵの演算部に入力される。制御装置ＣＰ
Ｕはその受光素子１４の受光出力に基づきコーナーキュ
ーブ２までの距離を演算する。７０はレーザー光を発生
させるとともにこのレーザー光を偏向させて走査光にす
る発光偏向部である。

【００１９】測距光学系９は図４に示すように結像レン
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１６、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を介してコーナーキューブ２を
含めて測点箇所を視認できる。

【００２０】走査光学系１０は図６に示すようにレーザ
ーダイオード（発光素子）２３、コリメーターレンズ２
４、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１８、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２
３、コリメーターレンズ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。水平方向偏向素子（光偏
向素子）２５および垂直方向偏向素子（光偏向素子）２
６は音響光学素子からなる。

【００２１】レーザーダイオード２３は測距光学系９の
測距光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ーレンズ２４によ
って平行光束とされ、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、図７に示すように赤
外レーザー光を水平方向Ｈに偏向させ、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。

【００２２】この偏向は、図８に示すように、発光偏向
部７０の発振器５１,５２から出力される超音波を水平
方向偏向素子２５,垂直方向偏向素子２６の結晶内に入
射させるとともに超音波の周波数を変化させることによ
り行う。なお、発振器５１,５２およびレーザーダイオ
ードの制御は制御装置ＣＰＵが行う。

【００２３】水平方向偏向素子２５と垂直方向偏向素子
２６とレーザダイオード２３とは、図９に示すようにそ
れぞれの温度が同一になるように熱伝導の大ききい例え
ば金属からなる１つの基板６０に配置されている。そし
て、これら素子２３,２５,２６の温度を検出する例えば
サーミスタなどからなる温度センサ（温度検出手段）６
１が基板６０に設けられている。

【００２４】図８に示す補正回路５３は、温度センサ６
１から出力される温度信号に基づいて発信器５１,５２
が出力する超音波の周波数を補正する。この補正によ
り、水平方向偏向素子２５および垂直方向偏向素子２６
による偏向角を補正する。

【００２５】この補正により、レーザーダイオード２３
の温変化による波長の変動と、偏向素子２５,２６の温
度変化による結晶内の音速の変動とを相殺させ、温度変
化による偏向角ｄθの変動をなくすものである。

【００２６】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た赤外レーザ
ー光は反射プリズム２７に導かれ、この反射プリズム２
７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を通って測量機本体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。

【００２７】探索範囲内にコーナーキューブ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、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波長の光
を透過させる機能を有する。

【００２８】制御装置ＣＰＵは、受光素子３４がコーナ
ーキューブ２からの反射光を受光すると、従来と同様に
して走査線の数や、反射光を受光した時点における走査
線の走査開始時から受光するまでの時間ｔ（図１１参
照）とに基づいて走査開始位置（図１１においてＰ1
点）からコーナーキューブ２までの位置を求める。そし
て、この位置により走査光学系１０の光軸１０a（図１
１においてＰ0点）からコーナーキューブ２までの水平
方向および垂直方向の角度をそれぞれ求めて、その角度
だけ測量機本体を水平および垂直方向に回転させて自動
追尾させることになるが、水平方向偏向素子２５,垂直
方向偏向素子２６による偏向角は補正回路５３によって
温度補正されている。

【００２９】このため、温度に拘りなく走査光による走
査領域の範囲は常に一定となり、光軸１０aからコーナ
ーキューブ２までの水平方向および垂直方向の角度は温
度に拘りなく常に正確に求めることができる。この結
果、レーザーダイオード２３や偏向素子２５,２６等の
温度、すなわち環境温度に拘りなく自動追尾を正確に行
うことができることとなる。

【００３０】また、レーザーダイオード２３や偏向素子
２５,２６を一つの基板６０に設けて温度が均等になる
ようにしたものであるから、温度を検出する温度センサ
は１つでよく、しかも、レーザーダイオード２３の温変
化による波長の変動と、偏向素子２５,２６の温度変化
による結晶内の音速の変動が互いに相殺されるように超
音波の周波数を補正しているので、その補正回路５３も
１つでよいこととなり、各素子２３,２５,２６毎に温度
センサや補正回路を設ける必要がない。このため、部品
点数の増加を極力抑えることができ、安価なものとな
る。

【００３１】

【発明の効果】この発明は、光偏向素子および発光素子
の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段が
検出する検出信号に基づいて前記偏向素子による光の偏
向角を補正する補正手段とを備えているものであるか
ら、環境温度に拘りなく常に正確に自動追尾することが
できる。

【００３２】また、光素子と光偏向素子とをその温度が
同一となるように配置したものであるから、各素子の温
度を検出する温度検出手段は１つでよく、しかも、光素
子の温度変化による波長変動と光偏向素子の温度変化に
よる偏向角の変動を互いに相殺するように光偏向素子の
偏向角を補正すれば１つの補正手段でよく、各素子毎に
温度センサや補正手段を設ける必要がない。このため、
部品点数の増加を極力抑えることができ、安価なものに
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係わる自動追尾式測量機の概略構成
を示す側面図である。

【図２】この発明に係わる自動追尾式測量機の概略構成
を示す平面図である。

【図３】この発明に係わる自動追尾式測量機の概略構成
を示す斜視図である。

【図４】図３に示す自動追尾式測量機の測距光学系の概
略構成を示す光学図である。

【図５】この発明に係わる測距光学系と走査光学系とＣ
ＰＵとの関係を示すブロック図である。

【図６】図５の走査光学系の概略構成を示す光学図であ
る。

【図７】レーザービームの偏向状態を示す図である。

【図８】図５の発光偏向部の構成を示したブロック図で
ある。

【図９】レーザーダイオードと水平偏向素子と垂直偏向
素子とを同一基板に配置した状態を示した側面図であ
る。

【図１０】レーザーダイオードのケース温度とレーザー
光の波長との関係を示したグラフである。

【図１１】走査領域における走査線と対象物と走査領域
中心との関係を示した説明図である。

【符号の説明】

２ コーナーキューブ（対象物） ２３ レーザーダイオード（発光素子） ２５ 水平偏向素子（光偏向素子） ２６ 垂直偏向素子（光偏向素子） ５３ 補正回路（補正手段） ６１ 温度センサ（温度検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 政宏 東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプ コン内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子から発光される光を光偏向素子
   で偏向させて走査光にするとともに、この走査光を対象
   物に照射し、該対象物により反射された走査光を受光し
   て前記対象物の位置を検出し、その検出結果に基づき演
   算を行うことにより追尾データを求めて前記対象物に測
   量機本体を自動追尾させる自動追尾式測量機において、 前記光偏向素子および発光素子の温度を検出する温度検
   出手段と、 この温度検出手段が検出する検出信号に基づいて前記偏
   向素子による光の偏向角を補正する補正手段とを備えて
   いることを特徴とする自動追尾式測量機。
2. 【請求項２】 前記発光素子の温度と光偏向素子の温度
   とが同一となるように前記発光素子と光偏向素子を熱導
   伝性の大きい同一基板に配置したことを特徴とする請求
   項１の自動追尾式測量機。