JPS63225121A - 自動視準式光波距離計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動視準式光波距離計に関し、特に陸上局に光
波距離計を備えて沿岸作業船台の位置を測定し、高精度
の位置決めを行う海洋作業システムに用いて好適なもの
である。

〔発明の概要〕

視準サーボ光を反射器に向けて投光して、反射光のレベ
ルが最大になるように受光出力に基いて光軸を水平及び
垂直方向に交互に振ることによって視準させ、視準状態
にて光波距離計を動作させるようにした自動視準式光波
距離計である。

〔従来の技術〕

土木工事、港湾工事、沿岸工事等において、ブルドーザ
−１浚渫船、作業船台等の移動体の位置又は距離を固定
位置から計測するシステムが求められている。

従来、固定位置及び移動体の一方に光波距離計、他方に
反射器（コーナキューブプリズム等）を設け、これらの
光軸をお互いに一致させる自動視準式にして、船台等の
移動体が揺動しても支障無く位置計測ができるようにし
たシステムが知られている（例えば実公昭５９−８２２
１号公報）。

公知の自動視準式光波距離計は、距離計と平行な視準サ
ーボ用光軸を有し、測定目標点からの視準サーボ光を４
分割受光素子（受光面を水平、垂直の４象限に分割した
ホトダイオード等）で受けて、その出力を水平、垂直の
首振りモータにフィードバックして、受光素子の原点に
サーボ光を結像させるようなサーボ系を備えている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の自動視準式光波距離計は、反射器側から発信され
る視準サーボ光を受信して対物レンズの光軸を相手局の
サーボ光軸と一致させる構成であるので、相手局に視準
サーボ用光源を設ける必要があった。

そこで視準サーボ光を自局から発信し、反射器で反射し
て戻ってきたサーボ光を受信して対物レンズの光軸を反
射器に視準させるようにすることが考えられる。しかし
反射器としてコーナーキューブプリズムを用いる場合、
視準光軸が幾分ずれていても、発信光が平行に戻って来
るため、４分割フォトダイオードでは光軸のずれを検出
することができないので、サーボ系を構成することがで
きない。

本発明は、反射器で反射して戻ってきたサーボ光により
光軸のずれを検出して自動視準を行えるようにすること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の自動視準式光波距離計は、測定目標点における
反射器４に視準サーボ光１８を送光する発光素子１６と
、上記反射器からの反射光を受光する受光素子１９と、
上記受光素子１９の出力レベルが最大となるように対物
レンズ（送光レンズ１３、受光レンズ１４）の光軸を水
平及び垂直方向に交互に振るサーボ機構（サーボ回路２
ａ、Ｘ軸及びＹ軸ギヤモータ１１．１２）と、上記対物
レンズの視準方向に向けられ・た光波距離計３とを備え
る。

〔作用〕

光軸のずれが受光レベルの変化となって表れるのを利用
して、距離計からのサーボ光の反射光に基いて光軸を測
定目標の反射器に視準させる。水平方向と垂直方向の視
準動作を交互に行うので、光軸の上下、左右方向のずれ
を検出する４象限受光素子を使用することなく、−個の
受光素子で水平、垂直のサーボ検出部を構成できる。水
平方向及び垂直方向の各視準を同時に行えないので、光
軸の変化に対し応答遅れが生じるが、視準を達成した直
後に距離計測を行えば応答遅れは問題にならない。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す海洋作業船台用の自動
視準測距システムの全体のブロック図で、第２図及び第
３図は光波距離計及び反射器の正面図である。陸上側の
光波距離計は基台１上に設けられた視準装置２内に配置
されている。船台側には、コーナーキューブプリズムを
備える反射器４が配置される。

視準装置２は、水平面内で回動自在の水平架腕８及び垂
直面内で回動自在の垂直架腕９を備え、夫々Ｘ軸ギヤモ
ータ１１及びＹ軸ギヤモータ１２によって駆動される。

垂直梁腕９上には、送光レンズ１３及び受光レンズ１４
を備える送受光ユニット１５が取付けられている。送光
レンズ１３の焦点にはＬＥＤ等の発光素子１６が配置さ
れ、受光レンズ１４の焦点にはフォトダイオード等の受
光素子１９が配置されている。

測定時には、測定局側に設けられている視準望遠鏡４１
で反射器に設けられているターゲット４２を見ながら垂
直微調ツマミ４３及び水平微調ツマミ４４を調整して対
物レンズ１３．１４の光軸をコーナーキューブプリズム
７に視準させる。

上記のようにして対物レンズ１３．１４の光軸をコーナ
ーキューブプリズム７に視準させた後に図示しない電源
スィッチを投入すると、視準装置２及び光波距離計３は
動作状態となる。

視準サーボ回路２ａの発光素子１６には、発振変調回路
１７から５ＫＨｚのＡＭ変調された正弦波のサーボ信号
が供給される。これにより発光素子１６から視準サーボ
光１８が送光レンズ１３を通して船台側に投光される。

サーボ光１８はほぼ平行光線であるが、発光素子の面積
等により幾分発敗し、その中心部の光量が大で周辺に行
くに従って減衰する。

反射器４のコーナキューブプリズム７で反射されて戻っ
て来たサーボ光１８は受光レンズ１４を通ってその焦点
に収束し、受光素子１９で受光される。受光出力は、プ
リアンプ２１、フィルターアンプ２２によって規定の電
圧レベルに増幅される。

増幅された受光電圧はコンパレータ２３の入力端子に導
入され、コンパレータ２３の比較端子に導入されている
基準電圧Ｅと比較される。比較の結果、受光電圧レベル
が基準電圧Ｅよりも低い場合には、発振変調回路１７の
変調度を上げて、発光素子１６から送光する視準サーボ
光１８の強度を増し、受光電圧レベルを規定値迄上昇さ
せる。

反対に受光電圧レベルが基準電圧よりも高い場合には変
調度を減少させる。

なお受光電圧レベルを規定のレベルに合わせるために変
調度を大幅に加減しなければならない場合には、ＡＧＣ
回路を設け、例えばコンパレータ２３の出力でプリアン
プ２１、フィルターアンプ２２の利得を自動制御するよ
うにしてもよい。このようにして一定のレベルに調整さ
れた受光電圧レベルはピークホールド回路２５に保持さ
れる（この保持電圧を例えば４〔ｖ〕とする）。

以上により、視準サーボ系の予備設定が終了する。この
状態で発振変調回路１７における変調度を固定する。ま
た上述のようにプリアンプ２１又はフィルターアンプ２
２にＡＧＣ回路を設けた場合には、その利得も固定する
。なお、この予備設定は、マニュアルスイッチ４５をオ
ンにして行う。

次にマニュアルスイッチ４５をオフにすると、自動視準
モードになる。このモードでは上記プリアンプ２１、フ
ィルターアンプ２２で増幅された受光電圧が、コンパレ
ータ２６に供給される。コンパレータ２６の他の入力端
子にはピークホールド回路２５の出力が供給されている
。受光電圧レベルがピークホールド回路２５にホールド
されている電圧に対して、予かしめ定めた一定の許容範
囲（健えば０．ＩＶ）を越えて低下した時には、コンパ
レータ２６の出力を監視している位置制御用ＣＰＵ２７
がこの受光電圧レベルの低下を検出し、上記ピークホー
ルド回路２５をリセットすると共に、その時の受光電圧
をピークホールド回路２５にホールドする。このときサ
ーボ光学系の光軸は第４図のａ点のように整準点Ｃから
ずれていて、ピークホールド回路２５のホールド電圧は
約３ｖに低下している。

次いでＣＰＵ２７からモータ駆動回路２８に駆動スター
ト信号を発信してＸ軸ギヤモータ１１を回転させる。Ｘ
軸ギヤモータ１１により光軸が第４図のａ点で示した位
置からｂ点で示した方向、即ち時計方向に移動した時に
、受光電圧レベルが更に低下すると、コンパレータ２６
の出力に基いてＣＰＵ２７がこれを弁別して、モータ駆
動回路２８に反転信号を発信してＸ軸ギヤモータ１１を
反時計方向に回転させる。これによって光軸が第４図の
ｂ点から反時計方向に回転し、その結果受光電圧レベル
は第４図に示したように上昇する。

そして第４図中Ｃ点迄回転すると、受光電圧レベル３１
はピーク電圧Ｐ　（Ｖ）に戻り、更に０点を過ぎると低
下して行く、受光電圧がピーク電圧から下がり始めると
、上記コンパレータ２６の出力に基いてＣＰＵ２７がこ
れを判定し、第４図のｄ点からＸ軸ギヤモータ１１を時
計方向へ逆転させる。そして受光電圧レベルがピークホ
ールド回路２５のピーク値４■と略−敗した所でモータ
１１を停止させる。これにより水平方向の視準が達成さ
れる。

次にモータ駆動回路２９に信号を発信してＹ軸ギヤモー
タ１２を上記と同じように駆動制御して、垂直方向の受
信レベルの最大位置に光軸を設定する。

更に正確な視準を行う場合には次のようにすればよい。

即ち、受信電圧レベルが低下した時にはピークホールド
回路２５をリセットし、その時の受光電圧を第５図に示
すようにＶｏとしてピークホールド回路２５にホールド
する。そしてＸ軸ギヤモータ１１を、受光電圧レベルが
上昇するような方向、即ち第５図に示した例ではｅの位
置から反時計方向に回転させる。受光電圧レベルはＸ軸
ギヤモータ１１が反時計方向に回転して行くに従って上
昇し、第５図Ｃの位置で最大となり、更にｇの位置でホ
ールド電圧Ｖｏと一致する。この間、位置ｅから位置ｇ
までＸ軸ギヤモータ１１を回転させるのに要したパルス
数をカウントしておき、その合計のパルス数の１／２の
パルスでＸ軸ギヤモータ１１を時計方向に反転させれば
、対物レンズ１３．１４の光軸を反射器４に正確に視準
させることができる。

上記のようにして送受光レンズ１３．１４の光軸を反射
器４に視準させた後、ＣＰＵ２７がら光波距離計３に動
作信号ｓｉを与えて、距離測定を実行する。またこれと
同時に、コンパレータ２３のゲートを開いて、受光電圧
レベルが基準電圧Ｅと一致するように送出光の強度を再
調整する。

光波距離計３は、この実施例ではサーボ系の送光レンズ
１３及び受光レンズ１４と光軸を共用しているが、サー
ボ光学系と測距光学系とを別々に設けてもよい。

送光レンズ１３の光軸には半透鏡５１が４５″の角度で
挿入されている。測距光は、距離計回路３３の出力（１
５ＭＨｚＦＭ）に基いてＬＥＤのような測距用発光素子
５から半透鏡５１で反射され、送光レンズ１３を通して
反射器４側に投光される。

反射器４のコーナーキューブプリズム７がらの反射光は
、受光レンズ１４を通してその先軸に４５°の角度で挿
入された半透鏡５２で反射され、フォトダイオードのよ
うな測距用受光素子６に集光される。距離計回路３３は
、発光素子５に与える発信信号と受光素子６からの受信
信号の位相差を検出して距離を計算する。

なお距離測定時には、位置制御用ＣＰＵ２７から測距動
作信号Ｓ１がアンドゲート３５に与えられて、このゲー
ト３５が開き、距離計回路３３がらの制御信号Ｓ２でも
ってモータ４８が駆動され、受光素子６の受光レベルが
規定値になるように光学絞り３８が回転される。またマ
ニュアルスイッチ４５をオンにして手動測距モードにし
たときには、高レベルのモード信号Ｓ３でもってアンド
ゲート３４が開いて光学絞り３８が駆動されると共に、
インバータ３６の低レベル出力でアンドゲート３５が閉
じられる。

受光素子６の前面にあるシャッター４７が、モータ４６
によって駆動されて、測定に先立って測距光路が校正光
路に切換えられる。校正光路は、光波距離計３の電気定
数や機械定数を測定時の温度等の条件にあわせて校正す
るために設けられているものであり、校正時には発光素
子５の出力光がオプティカルファイバ３９を通じて受光
素子６に直接入射する。この状態で距離を示す表示が零
点を示すように測定値を校正する。

以上の視準及び測距の動作を第６図のフローチャートに
示す。まずステップＳ１、Ｓ２にて受光レベルの変化に
より光軸のずれを検出し、ステップ８３〜Ｓ５で受光レ
ベルが最大となるように水平、垂直交互に視準サーボを
行う。次にステップＳ６、Ｓ７でサーボ光の送光量を調
整して受光レベルを規定値に合わせ、そのレベルを記憶
しておく。ここで距離測定（ステップＳ８）を行い、以
下同様にして視準と測距とを交互に行う。

視準サーボ系と測距系とで１つの光軸を共用する場合に
は、半透鏡５１．５２の挿入損失を軽減するために、測
距用の発光素子５の波長を例えば８１０ｎｍとし、サー
ボ用の発光素子１６の波長を１ｌ１００ｎのように異な
らせ、半透鏡５１．５２としてダイクロイックミラー又
はカントフィルタを用いるとよい。ダイクロイックミラ
ーは、８５０　ｎｍ以上の波長の光を効率よく通過させ
、それ以下の波長の光を効率よく反射する。

上記の例では送光レンズ１３と受光レンズ１４とを夫々
個別に設けた例を示したが、１つの対物レンズで送受光
させるようにするようにしてもよい。例えば、対物レン
ズの中央部分を送光用に使用し、外周部分を受光用に使
用するようにする。

或いは対物レンズの上側部分を送光用、下側部分を受光
用に使用するようにしてもよい。

また第７図の変形例で示すように、発光素子１６及び受
光素子１９を夫々サーボ系と距離計とで共用してもよい
。この場合にもサーボ期間と測距期間とを分け、サーボ
時には、切換スイッチ６１．６２を点線側にして発光素
子１６を発振変調回路１７の出力で駆動し、受光素子１
９の出力をサーボ回路２ａに供給する。また視準が達成
された後には、切換スイッチ６１．６２を切換えて、発
光、受光素子１６．１９と距離計回路３３とを結合する
。

〔発明の効果〕

本発明は上述の如く、測定基点から投射したサーボ光の
反射光のレベルにより光軸のずれを検出するようにした
から、反射器側にサーボ光源を置く必要が無くなり、測
距システムの樽成が簡略になる。視準光軸を水平方向及
び垂直方向に交互に振って視準させるので、一つの受光
素子でも、上下左右の４象限の光軸のずれを検出してこ
れを修正することができる。従って反射器にコーナーキ
ューブプリズムを使用することが可能となる。この場合
、投射光と反射光とが平行になって、４分割フォトダイ
オードのような４象限の結像位置検出素子では光軸のず
れを検出することが困難であるが、反射光のレベルに基
くことにより、光軸のずれを検出することが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す自動視準測距システム
の全体ブロック図、第２図及び第３図は光波距離計及び
反射器の正面図、第４図及び第５図は光軸のずれと受光
レベルとの関係を示すグラフ、第６図は視準サーボの動
作手順を示すフローチャート、第７図は光学系の変形例
を示す路線図である。 なお図面に用いた付号において、 ２・−−−−−−−−−−−・・視準装置２　ａ　−−
−−−・・−サーボ回路 ３−−−−−・−−一−−・・−光波距離計４・・・−
・−−−−−−一−−反射器５−・−・−・・〜・・・
・・発光素子６・・・・・−・・・−・・受光素子 ７−・−・−・−・・−・・コーナーキューブプリズム
８−・・・−−一−−−−・−・水平架腕９−・・−・
−・・−・垂直架腕 １１−・・−・・・−・−・・・Ｘ軸ギヤモータ１２・
−・−−−−一−−・Ｘ軸ギヤモータ１３・・・・・・
・・・・・−・・送光レンズ１４・−・−・・−・−・
−受光レンズ１５−・−・−・−・送受光ユニット １６・−・・−−−−−−・発光素子 １７・−・・・−・・−・・・−・発振変調回路１８−
・・・−・−・−・視準サーボ光１９−・−一−−−−
−・−・−・受光素子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定目標点における反射器に視準サーボ光を送光する発
   光素子と、上記反射器からの反射光を受光する受光素子
   と、上記受光素子の出力レベルが最大となるように対物
   レンズの光軸を水平及び垂直方向に交互に振るサーボ機
   構と、上記対物レンズの視準方向に向けられた光波距離
   計とを備える自動視準式光波距離計。