WO2025022967A1

WO2025022967A1 - 測量装置

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Publication number: WO2025022967A1
Application number: PCT/JP2024/024173
Authority: WO
Inventors: 太一湯浅
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2023-07-21
Filing date: 2024-07-04
Publication date: 2025-01-30
Anticipated expiration: 2026-01-21
Also published as: JP2025015890A

Abstract

測距光を発する発光素子（２８）と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子とを有する測距部と、前記測距光を照射する回転偏向部（１５，２３，２４）と、該回転偏向部を中空の鉛直回転軸（１１）を介して鉛直方向に回転させる鉛直回転駆動部（１３）と、前記回転偏向部が設けられる托架部（５）と、該托架部を水平方向に回転させる水平回転駆動部（８）と、前記受光素子への前記反射測距光の受光結果に基づき測定対象物迄の距離を演算する演算制御部（１７）とを具備し、前記回転偏向部は、中心部に形成され、前記測距光を直角に偏向する投光偏向部と、中心部以外に形成され、前記反射測距光を直角に偏向する受光偏向部とを有し、前記測距光は前記鉛直回転軸内を通過して前記投光偏向部に入射し、前記反射測距光は前記受光偏向部に入射し、前記発光素子と逆向きに偏向される様構成された。

Description

測量装置

　本発明は、測定対象物の３次元座標を取得可能な測量装置に関するものである。

　レーザスキャナやトータルステーション等の測量装置は、測定対象物として再帰反射性を有するプリズムを用いたプリズム測距、反射プリズムを用いないノンプリズム測距により測定対象物迄の距離を検出する光波距離測定装置を有している。

　従来の光波距離測定装置では、測距光を照射する測距光射出部と、反射測距光を受光する測距光受光部とが１つの光学系に組込まれており、又測距光の光軸と反射測距光の光軸とを同軸とする為の偏向光学部材を必要とする為、光学系の大型化、測量装置全体の大型化を招いていた。

米国特許出願公開第２０２２／０３７３６８５号明細書

　本発明は、光学系及び装置全体の小型化を図る測量装置を提供するものである。

　本発明は、測距光を発する発光素子と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子とを有する測距部と、前記測距光を照射する回転偏向部と、該回転偏向部を中空の鉛直回転軸を介して鉛直方向に回転させる鉛直回転駆動部と、前記回転偏向部が設けられる托架部と、該托架部を水平方向に回転させる水平回転駆動部と、前記受光素子への前記反射測距光の受光結果に基づき測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記回転偏向部は、中心部に形成され、前記測距光を直角に偏向する投光偏向部と、中心部以外に形成され、前記反射測距光を直角に偏向する受光偏向部とを有し、前記測距光は前記鉛直回転軸内を通過して前記投光偏向部に入射し、前記反射測距光は前記受光偏向部に入射し、前記発光素子と逆向きに偏向される様構成された測量装置に係るものである。

　又本発明は、前記受光偏向部は端部に前記反射測距光の光軸を直角に偏向する反射面が形成された筒体であり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に設けられた投光ミラーであり、該投光ミラーは前記測距光の光軸を直角に偏向する様構成された測量装置に係るものである。

　又本発明は、前記受光偏向部は端部に前記反射測距光の光軸を直角に偏向する反射面が形成された筒体であり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に挿入された筒部と、該筒部の端部に設けられた投光ミラーと、前記筒部の前記投光ミラーの反射光軸上に形成された開口部であり、前記投光ミラーは前記測距光の光軸を直角に偏向する様構成された測量装置に係るものである。

　又本発明は、前記受光偏向部は端部に前記反射測距光の光軸を直角に偏向する反射面が形成された筒体であり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記測距光の光軸と平行な前記受光偏向部に形成された貫通孔と、該貫通孔に設けられたメタマテリアルである測量装置に係るものである。

　又本発明は、前記受光偏向部は端部に前記反射測距光の光軸を直角に偏向する反射面が形成された筒体であり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記測距光の光軸と平行な前記受光偏向部に形成された貫通孔と、該貫通孔に設けられた回折格子である測量装置に係るものである。

　又本発明は、前記受光偏向部は、軸外し放物面鏡の反射面を有する測量装置に係るものである。

　又本発明は、前記受光偏向部は板状のミラーであり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に設けられた投光ミラーであり、該投光ミラーは前記測距光の光軸を直角に偏向する様構成された測量装置に係るものである。

　又本発明は、前記受光偏向部は板状のミラーであり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に挿入された筒部と、該筒部の端部に設けられた投光ミラーと、前記筒部の前記投光ミラーの反射光軸上に形成された開口部であり、前記投光ミラーは前記測距光の光軸を直角に偏向する様構成された測量装置に係るものである。

　又本発明は、前記受光偏向部は板状のミラーであり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に挿入された筒部と、該筒部の端部に設けられた板状のミラーと、前記筒部の前記ミラーの反射光軸上に形成された開口部である測量装置に係るものである。

　又本発明は、前記回転偏向部は板状のメタマテリアルを有し、該メタマテリアルの中心部は透過膜が蒸着された前記投光偏向部を形成し、前記メタマテリアルの中心部以外は反射膜が蒸着された前記受光偏向部を形成する測量装置に係るものである。

　更に又本発明は、前記回転偏向部は板状の回折格子を有し、該回折格子の中心部は透過膜が蒸着された前記投光偏向部を形成し、前記回折格子の中心部以外は反射膜が蒸着された前記受光偏向部を形成する測量装置に係るものである。

　本発明によれば、測距光を発する発光素子と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子とを有する測距部と、前記測距光を照射する回転偏向部と、該回転偏向部を中空の鉛直回転軸を介して鉛直方向に回転させる鉛直回転駆動部と、前記回転偏向部が設けられる托架部と、該托架部を水平方向に回転させる水平回転駆動部と、前記受光素子への前記反射測距光の受光結果に基づき測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記回転偏向部は、中心部に形成され、前記測距光を直角に偏向する投光偏向部と、中心部以外に形成され、前記反射測距光を直角に偏向する受光偏向部とを有し、前記測距光は前記鉛直回転軸内を通過して前記投光偏向部に入射し、前記反射測距光は前記受光偏向部に入射し、前記発光素子と逆向きに偏向される様構成されたので、前記発光素子と前記受光素子とを１つの光学系に組込む必要がなく、光学系の小型化及び装置全体の小型化を図ることができる。

図１は第１の実施例に係る測量装置を示す正断面図である。図２は第１の実施例に係る投光部と受光部を示す要部拡大図である。図３（Ａ）は第１の変形例を示す説明図であり、図３（Ｂ）は第２の変形例を示す説明図であり、図３（Ｃ）は第３の変形例を示す説明図である。図４は第２の実施例に係る投光部と受光部を示す要部拡大図である。図５（Ａ）は第１の変形例を示す説明図であり、図５（Ｂ）は第２の変形例を示す説明図である。図６（Ａ）は第３の変形例を示す説明図であり、図６（Ｂ）は第４の変形例を示す説明図である。図７（Ａ）は第５の変形例を示す説明図であり、図７（Ｂ）は第６の変形例を示す説明図である。

　以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

　先ず、図１、図２に於いて、本発明の第１の実施例に係る測量装置について説明する。

　測量装置１は、例えばレーザスキャナであり、三脚（図示せず）に取付けられる整準部２と、該整準部２に取付けられた測量装置本体３とから構成される。

　前記整準部２は整準ネジ１０を有し、該整準ネジ１０により前記測量装置本体３を水平に整準する。

　該測量装置本体３は、固定部４と、托架部５と、水平回転軸６と、水平回転軸受７と、水平回転駆動部としての水平回転モータ８と、水平角検出部としての水平角エンコーダ９と、鉛直回転軸１１と、鉛直回転軸受１２と、鉛直回転駆動部としての鉛直回転モータ１３と、鉛直角検出部としての鉛直角エンコーダ１４と、受光ミラー１５と、操作部と表示部とを兼用する操作パネル１６と、演算制御部１７と、記憶部１８と、投光部１９と、受光部２１等を具備（収納）している。尚、前記演算制御部１７としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵが用いられる。

　前記水平回転軸受７は前記固定部４に固定される。前記水平回転軸６は鉛直な軸心６ａを有し、前記水平回転軸６は前記水平回転軸受７に回転自在に支持される。又、前記托架部５は前記水平回転軸６に支持され、前記托架部５は水平方向に前記水平回転軸６と一体に回転する様になっている。

　前記水平回転軸受７と前記托架部５との間には前記水平回転モータ８が設けられ、該水平回転モータ８は前記演算制御部１７により制御される。該演算制御部１７は、前記水平回転モータ８により、前記托架部５を前記軸心６ａを中心に回転させる。

　前記托架部５の前記固定部４に対する相対回転角は、前記水平角エンコーダ９によって検出される。該水平角エンコーダ９からの検出信号は前記演算制御部１７に入力され、該演算制御部１７により水平角データが演算される。該演算制御部１７は、前記水平角データに基づき、前記水平回転モータ８に対するフィードバック制御を行う。

　又、前記托架部５には、水平な軸心１１ａを有する前記鉛直回転軸１１が設けられている。該鉛直回転軸１１は、前記鉛直回転軸受１２を介して回転自在となっている。尚、前記軸心６ａと前記軸心１１ａの交点が、測距光の射出位置であり、前記測量装置本体３の座標系の原点となっている。

　前記托架部５には、凹部２２が形成されている。前記鉛直回転軸１１は中空であり、一端部は前記凹部２２内に延出している。又、前記鉛直回転軸１１の前記一端部に前記受光ミラー１５が固着されており、該受光ミラー１５は前記凹部２２に収納されている。

　前記受光ミラー１５は、円筒状のガラス又はアルミニウム等の金属材の端部を切断し、端部に反射面を形成した筒体である。又、前記反射面は軸外し放物面であり、入射した受光光軸４１（後述）を直角に偏向する様に構成されている。例えば、前記受光ミラー１５は、前記受光光軸４１を直角に偏向するロッドミラーとなっている。又、前記受光ミラー１５の中心部には、前記鉛直回転軸１１の中空部と連通し、該鉛直回転軸１１と同心である円筒状の貫通孔２３が形成されている。該貫通孔２３の一端部は、前記受光ミラー１５の反射面を介して前記凹部２２内に開口しており、開口端の下端は開口端の上端よりも横方向に所定距離だけ突出している。又、前記貫通孔２３の開口端部には、前記受光ミラー１５の鏡面部より上方に突出する偏向光学部材としての投光ミラー２４が設けられている。尚、前記受光ミラー１５は、自由曲面の反射面を有していてもよいし、輪帯自由曲面の反射面を有していてもよい。

　前記投光ミラー２４は、円筒状のガラス又は金属材の端部を切断し、反射面を形成した筒体であり、前記反射面は水平に入射した測距光軸２７（後述）を直角に偏向する様構成されている。例えば、前記投光ミラー２４は、前記測距光軸２７を直角に偏向する４５°ロッドミラーとなっている。又、前記反射面上に、前記軸心６ａと前記軸心１１ａの交点、即ち前記測量装置本体３の機械中心（座標の原点）が位置している。又、前記投光ミラー２４の周面は、前記貫通孔２３の形状に合わせた円筒形状となっており、前記投光ミラー２４は前記貫通孔２３に嵌合する様に接着されている。更に、前記投光ミラー２４の前記鉛直回転軸１１と反対側の端面は、前記軸心６ａと平行な垂直面であり、前記端面の下端が前記貫通孔２３の開口端の下端と合致又は略合致する様に前記投光ミラー２４が配置されている。即ち、前記貫通孔２３の開口端の上端と前記投光ミラー２４の端面の上端との間には、所定の寸法の間隙３０が形成されている。該間隙３０は、測距光２９（後述）及び追尾光３３（後述）の光束径よりも大きくなっている。

　尚、上記では、前記貫通孔２３を円筒状としているが、前記貫通孔２３は円筒状に限られるものではなく、例えば断面矩形の孔であってもよい。又、前記投光ミラー２４は、前記貫通孔２３の形状に合わせて矩形等に適宜設計される。

　前記鉛直回転軸１１の他端部には、前記鉛直角エンコーダ１４が設けられている。又、前記鉛直回転軸１１の他端部から離反した位置には、前記投光部１９が設けられている。該投光部１９は、測距光射出部２５と追尾光射出部２６とから構成されている。

　前記測距光射出部２５は、前記測距光軸２７を有している。又、前記測距光射出部２５は、発光側から順に、前記測距光軸２７上に設けられた発光素子２８、例えば所定の波長の近赤外光を前記測距光２９として射出するレーザダイオード（ＬＤ）と、投光レンズ３１と、ダイクロイックミラー３２と、該ダイクロイックミラー３２の透過光軸上に設けられた前記投光ミラー２４とを有している。

　前記ダイクロイックミラー３２は、前記測距光２９を透過し、前記追尾光３３を反射する光学特性を有している。又、前記ダイクロイックミラー３２は、前記測距光２９と前記追尾光３３の共通光路上（前記測距光軸２７と追尾光軸３４（後述）の交差位置）に設けられている。前記ダイクロイックミラー３２は、該追尾光軸３４が前記ダイクロイックミラー３２を透過した前記測距光軸２７と合致する様に前記追尾光軸３４を偏向（反射）する。従って、前記測距光２９と前記追尾光３３とは、同軸で前記投光ミラー２４に入射し、該投光ミラー２４で直角に反射される。

　尚、前記測距光軸２７は、前記ダイクロイックミラー３２を透過する過程で偏向され、偏向された前記測距光軸２７が前記軸心１１ａと合致する。従って、前記ダイクロイックミラー３２で反射された前記追尾光軸３４も前記軸心１１ａと合致する。

　前記追尾光射出部２６は、前記追尾光軸３４を有している。又、前記追尾光射出部２６は、発光側から順に、前記追尾光軸３４上に設けられた追尾発光素子３５、例えば前記測距光２９とは異なる波長の近赤外光を前記追尾光３３として射出するレーザダイオード（ＬＤ）と、追尾投光レンズ３６と、前記ダイクロイックミラー３２と、該ダイクロイックミラー３２の反射光軸上に設けられた前記投光ミラー２４とを有している。

　又、前記軸心６ａ上であり、前記受光ミラー１５と対向する位置には、ガラス等の透明材料で形成され、該受光ミラー１５と一体に回転する窓部３７が設けられている。該窓部３７は、前記軸心６ａに対して所定角度傾斜している。尚、前記受光ミラー１５は受光偏向部を構成し、前記貫通孔２３及び前記投光ミラー２４は投光偏向部を構成する。更に、前記受光偏向部と前記投光偏向部とで、前記鉛直回転モータ１３により前記鉛直回転軸１１を介して一体に鉛直方向に回転される回転偏向部が構成される。

　前記鉛直回転軸１１に前記鉛直回転モータ１３が設けられ、該鉛直回転モータ１３は前記演算制御部１７に制御される。該演算制御部１７は、前記鉛直回転モータ１３により前記鉛直回転軸１１を回転させ、前記受光ミラー１５及び前記投光ミラー２４は前記軸心１１ａを中心に回転される。

　前記受光ミラー１５の回転角は、前記鉛直角エンコーダ１４によって検出され、検出信号は前記演算制御部１７に入力される。該演算制御部１７は、前記検出信号に基づき前記受光ミラー１５の鉛直角データを演算し、該鉛直角データに基づき前記鉛直回転モータ１３に対するフィードバック制御を行う。

　又、前記演算制御部１７で演算された水平角データ、鉛直角データや測定結果は、前記記憶部１８に保存される。該記憶部１８としては、磁気記憶装置としてのＨＤＤ、光記憶装置としてのＣＤ、ＤＶＤ、半導体記憶装置としてのメモリカード、ＵＳＢメモリ等種々の記憶手段が用いられる。該記憶部１８は、前記托架部５に対して着脱可能であってもよく、或は図示しない通信手段を介して外部記憶装置や外部データ処理装置にデータを送出可能としてもよい。

　前記記憶部１８には、測距作動を制御するシーケンスプログラム、測距作動により距離を演算する演算プログラム、水平角データ及び鉛直角データに基づき角度を演算する演算プログラム、距離と角度に基づき所望の測定点の３次元座標を演算するプログラム、ターゲットを追尾する為の追尾プログラム等の各種プログラムが格納される。又、前記演算制御部１７により各種プログラムが実行されることで、各種処理が実行される。

　前記操作パネル１６は、例えばタッチパネルであり、測距の指示や測定条件、例えば測定点間隔の変更等を行う操作部と、測距結果や画像等を表示する表示部とを兼用している。

　次に、図２を参照して、前記受光部２１について説明する。尚、本実施例では、測定対象物として、再帰反射性を有するターゲット、例えばプリズムが用いられる。

　前記受光部２１は、測距光受光部３８と追尾光受光部３９とを有している。尚、前記測距光射出部２５と前記測距光受光部３８とで測距部が構成され、前記追尾光射出部２６と前記追尾光受光部３９とで追尾部が形成される。

　前記測距光受光部３８は、受光光軸４１を有している。又、前記測距光受光部３８は、受光側から順に、前記受光光軸４１上に設けられた受光素子４２と、受光プリズム４３とを有している。

　前記受光プリズム４３は、分離面としてのダイクロイック膜４４を有している。前記受光プリズム４３は、測定対象物で反射された前記測距光２９（反射測距光４５）と該反射測距光４５と同軸で入射した前記追尾光３３（反射追尾光４６）とを少なくとも１回内部反射させる様に構成されている。又、前記ダイクロイック膜４４は、前記反射測距光４５を反射し、前記反射追尾光４６を透過する光学特性を有している。

　尚、本実施例では、前記受光光軸４１と、前記受光プリズム４３及び前記ダイクロイック膜４４で反射された前記受光光軸４１とを総称して、該受光光軸４１としている。

　前記追尾光受光部３９は、追尾受光光軸４７を有している。又、前記追尾光受光部３９は、受光側から順に、前記追尾受光光軸４７上に設けられた追尾受光素子４８、前記受光プリズム４３を有している。尚、本実施例では、前記追尾受光光軸４７と、前記受光プリズム４３で反射された前記追尾受光光軸４７とを総称して、該追尾受光光軸４７としている。

　前記追尾受光素子４８は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は前記追尾受光素子４８上での位置が特定できる様になっている。例えば、各画素は、前記追尾受光素子４８の中心を原点とした画素座標を有し、該画素座標によって前記追尾受光素子４８上での位置が特定される。

　前記投光部１９及び前記受光部２１は、前記演算制御部１７によって制御される。前記発光素子２８から前記測距光軸２７上にパルス状の前記測距光２９が射出されると、前記投光レンズ３１、前記ダイクロイックミラー３２を透過し、前記鉛直回転軸１１の内部及び前記貫通孔２３を通り、前記投光ミラー２４の反射面に入射する。前記測距光２９は、前記投光ミラー２４で直角に偏向され、前記間隙３０を通過し、前記窓部３７を透過して測定対象物に照射される。前記投光ミラー２４が前記受光ミラー１５と一体に前記軸心１１ａを中心に回転することで、前記測距光２９は前記軸心１１ａと直交し、且つ前記軸心６ａを含む平面内で回転（走査）される。

　測定対象物で反射された前記反射測距光４５は、前記窓部３７を透過し、前記測距光２９と同軸で前記受光ミラー１５に入射する。又、前記反射測距光４５は、前記受光ミラー１５で直角に且つ集光される様に反射され、前記受光プリズム４３を通過する過程で前記ダイクロイック膜４４に反射され、前記受光素子４２で受光される。

　尚、前記受光ミラー１５で反射された前記反射測距光４５の前記受光光軸４１は、前記ダイクロイックミラー３２を透過した前記測距光軸２７と同軸となっている。即ち、前記測距光軸２７と前記受光光軸４１は、前記軸心１１ａと合致する。

　又、前記窓部３７は、前記測距光軸２７に対して所定角度傾斜しているので、前記窓部３７で反射された前記測距光２９が前記受光ミラー１５で反射され、前記受光素子４２に受光されるのが防止される。

　前記演算制御部１７は、前記発光素子２８の発光タイミングと、前記受光素子４２の受光タイミングの時間差（即ち、パルス光の往復時間）と光速に基づき、前記測距光２９の１パルス毎に測距を実行し（Ｔｉｍｅ　Ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）、測定対象物迄の距離を演算する。尚、前記発光素子２８の発光のタイミング、即ちパルス間隔は、前記操作パネル１６を介して変更可能となっている。又、測距結果と前記水平角エンコーダ９及び前記鉛直角エンコーダ１４で得られた水平角データ及び鉛直角データに基づき、測定対象物の３次元座標を演算できる。

　又、前記測距光２９を所定のパルス間隔で射出しつつ、前記托架部５と前記受光ミラー１５（前記投光ミラー２４）とをそれぞれ定速で回転させることで、該受光ミラー１５の鉛直方向の回転と、前記托架部５の水平方向の回転との協動により、前記測距光２９が２次元に走査される。又、各パルス光毎に前記鉛直角エンコーダ１４、前記水平角エンコーダ９により鉛直角、水平角を検出することで、鉛直角データ、水平角データが取得できる。鉛直角データ、水平角データ、測距データとにより、測定対象物の３次元座標及び測定対象物に対応する３次元の点群データが取得できる。

　又、測距作動と並行して、前記追尾発光素子３５から発せられた前記測距光２９とは異なる波長の近赤外光である前記追尾光３３は、前記追尾投光レンズ３６で僅かに発散された後、前記ダイクロイックミラー３２により前記測距光２９と同軸となる様に偏向される。更に前記追尾光３３は、前記鉛直回転軸１１内部と前記貫通孔２３を通過し、前記投光ミラー２４で直角に反射され、前記間隙３０と前記窓部３７を透過して測定対象物に照射される。

　前記測距光２９と同軸で測定対象物に照射され、測定対象物で反射された前記反射追尾光４６は、前記窓部３７を透過し、前記受光ミラー１５で直角に且つ集光される様に反射され、前記受光プリズム４３に入射する。該受光プリズム４３に入射した前記反射追尾光４６は、前記受光プリズム４３を通過する過程で、前記ダイクロイック膜４４で前記反射測距光４５と分離され、前記ダイクロイック膜４４を透過して前記追尾受光素子４８で受光される。又、該追尾受光素子４８への前記反射追尾光４６の受光により、追尾像（図示せず）を得ることができる。

　前記演算制御部１７は、前記追尾受光素子４８の中心と、該追尾受光素子４８に対する前記反射追尾光４６の受光位置との位置偏差を演算し、該位置偏差に基づき、前記水平回転モータ８と前記鉛直回転モータ１３を駆動させ、測定対象物を追尾する様に構成される。

　上述の様に、第１の実施例では、前記投光部１９と前記受光部２１を前記受光ミラー１５を挟んで反対側に配置している。従って、前記投光部１９と前記受光部２１を１つの光学系に組込む必要がないと共に、前記測距光２９と前記反射測距光４５とが同軸になる様に偏向する為の偏向光学部材が不要となり、部品点数の低減が図れると共に、光学系及び前記測量装置１全体の小型化を図ることができる。

　又、前記鉛直回転軸１１を中空とし、前記受光ミラー１５に前記鉛直回転軸１１と同心で中空部と連通する前記貫通孔２３を形成し、該貫通孔２３に前記受光ミラー１５と一体に回転し前記測距光２９を直角に偏向する前記投光ミラー２４を設けている。

　従って、前記測距光軸２７と前記受光光軸４１とを同軸とすることができ、測定精度を向上させることができる。

　又、前記受光ミラー１５に前記貫通孔２３を形成し、該貫通孔２３に前記投光ミラー２４を設けるだけでよいので、製作が容易であり、製作コストも低減することができる。

　又、前記受光ミラー１５を軸外し放物面鏡としているので、前記反射測距光４５を集光させる為の受光レンズを設ける必要がなく、部品点数の低減が図れると共に、前記受光部２１の焦点距離を短くすることができるので、該受光部２１を小型化することができる。

　尚、第１の実施例では、前記投光部１９と前記受光部２１にそれぞれ前記追尾光射出部２６と前記追尾光受光部３９を設けているが、前記追尾光射出部２６と前記追尾光受光部３９は省略してもよい。

　この場合、前記ダイクロイックミラー３２が不要であり、前記投光部１９が前記発光素子２８と前記投光レンズ３１だけとなるので、前記投光部１９を前記鉛直回転軸１１内に配置することができ、光学系及び前記測量装置１を更に小型化することができる。

　図３（Ａ）～図３（Ｃ）は、それぞれ第１の実施例の変形例を示している。

　図３（Ａ）は、第１の実施例の第１の変形例を示している。第１の変形例では、前記貫通孔２３に略同径の円筒状の筒部５１が挿入され、接着されている。

　該筒部５１は非透明材料で形成され、前記筒部５１の前記受光部２１側の端部は、前記貫通孔２３の前記受光部２１側端部の上端より前記受光部２１側に位置し、下端よりも前記投光部１９側に位置している。

　又、前記筒部５１の前記受光部２１側の端部には、前記投光ミラー２４が設けられ、前記筒部５１の該投光ミラー２４で偏向される前記測距光軸２７上に開口部５２が形成されている。該開口部５２の大きさは、前記測距光２９及び前記追尾光３３の光束よりも大きくなっている。第１の変形例では、前記受光ミラー１５が受光偏向部を構成し、前記貫通孔２３と前記筒部５１と前記開口部５２と前記投光ミラー２４とが投光偏向部を構成する。

　第１の変形例では、前記筒部５１と該筒部５１に設けられた前記投光ミラー２４とをユニット化することができるので、予め前記投光ミラー２４が設けられた前記筒部５１を前記貫通孔２３に挿入するだけでよく、作業性を向上させることができる。

　又、前記投光部１９と前記受光部２１とを１つの光学系に組込む必要がないので、測距部の光学系を小型化でき、前記測量装置１全体の小型化を図ることができる。

　図３（Ｂ）は第１の実施例の第２の変形例を示している。第２の変形例では、前記貫通孔２３の前記受光部２１側端部に、前記投光ミラー２４に代えて偏向光学部材としてのメタマテリアル５３が設けられている。

　該メタマテリアル５３は、屈折角が９０°であり、且つ負の屈折率を有する様に構成されている。従って、前記メタマテリアル５３に入射した前記測距光２９は、前記メタマテリアル５３内を透過する過程で、９０°（直角に）偏向され、測定対象物に照射される。第２の変形例では、前記受光ミラー１５が受光偏向部を構成し、前記貫通孔２３と前記メタマテリアル５３が投光偏向部を構成する。

　尚、前記測距光２９は、前記メタマテリアル５３によって偏向されるので、該メタマテリアル５３に入射する前記測距光２９の前記測距光軸２７と、前記受光ミラー１５で反射された前記反射測距光４５の前記受光光軸４１とは合致せず、所定のズレが生じている。然し乍ら、前記測距光軸２７と前記受光光軸４１のズレ量は既知となっているので、既知のズレ量に基づき、測距の実行後に前記演算制御部１７が演算にて測距結果を補正することができる。

　第２の変形例に於いても、前記投光部１９と前記受光部２１とを１つの光学系に組込む必要がないので、測距部の光学系を小型化でき、前記測量装置１全体の小型化を図ることができる。

　図３（Ｃ）は第１の実施例の第３の変形例を示している。第３の変形例では、前記貫通孔２３の開口端部に、前記投光ミラー２４に代えて偏向光学部材としての回折格子５４が設けられている。

　該回折格子５４は、透過型の回折格子であり、回折角が９０°となっている。従って、前記回折格子５４に入射した前記測距光２９は、前記回折格子５４内を透過する過程で９０°（直角に）偏向され、測定対象物に照射される。第３の変形例では、前記受光ミラー１５が受光偏向部を構成し、前記貫通孔２３と前記回折格子５４が投光偏向部を構成する。

　尚、前記回折格子５４を用いる場合も、第２の変形例と同様、該回折格子５４に入射する前記測距光２９の前記測距光軸２７と、前記受光ミラー１５で反射された前記反射測距光４５の前記受光光軸４１との間には所定のズレが生じている。第３の変形例に於いても、前記測距光軸２７と前記受光光軸４１のズレ量は既知であるので、既知のズレ量に基づき前記演算制御部１７が測距結果を補正することができる。

　第３の変形例に於いても、前記投光部１９と前記受光部２１とを１つの光学系に組込む必要がないので、測距部の光学系を小型化でき、前記測量装置１全体の小型化を図ることができる。

　次に、図４に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図４中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

　第２の実施例では、受光ミラー５５として、平面の反射面を有する板状のミラーが用いられる。該受光ミラー５５の中心部には、測距光軸２７と平行な貫通孔５６が形成されている。

　該貫通孔５６は、測距光２９及び追尾光３３の光束径よりも大きくなっており、前記貫通孔５６の下面には投光ミラー２４が接着されている。又、前記貫通孔５６の上端と前記投光ミラー２４の上端との間には、所定の大きさの間隙５７が形成され、該間隙５７は前記測距光２９及び前記追尾光３３の光束径よりも大きくなっている。尚、第２の実施例では、前記受光ミラー５５が受光偏向部を構成し、前記貫通孔５６と前記投光ミラー２４が投光偏向部を構成する。

　前記受光ミラー５５と受光プリズム４３との間には、受光レンズ５８が配設されている。該受光レンズ５８は、前記受光ミラー５５で反射された反射測距光４５及び反射追尾光４６を所定の焦点距離で集光させる様に構成されている。

　発光素子２８から射出された前記測距光２９は、投光レンズ３１及びダイクロイックミラー３２を透過し、前記貫通孔５６を介して前記投光ミラー２４に直角に反射され、前記間隙５７及び窓部３７を通って測定対象物に照射される。又、測定対象物で反射された前記反射測距光４５は、前記測距光軸２７と同軸となる様に前記受光ミラー５５で直角に反射され、前記受光レンズ５８で集光されつつ前記受光プリズム４３を透過し、受光素子４２に受光される。

　同様に、追尾発光素子３５から射出された前記追尾光３３は、追尾投光レンズ３６を透過し、前記ダイクロイックミラー３２及び前記投光ミラー２４で順次反射され、測定対象物に照射される。測定対象物で反射された前記反射追尾光４６は、前記追尾光軸３４と同軸となる様に前記受光ミラー５５で直角に反射され、前記受光レンズ５８で集光されつつ前記受光プリズム４３を透過し、追尾受光素子４８に受光される。

　第２の実施例では、前記受光ミラー５５が板状のミラーであり、反射面が平面となっているので、前記反射測距光４５と前記反射追尾光４６は、集光されることなく前記受光ミラー５５によって直角に反射される。従って、前記反射測距光４５と前記反射追尾光４６を前記受光素子４２及び前記追尾受光素子４８に受光させる為には、前記受光ミラー５５と前記受光プリズム４３との間に前記受光レンズ５８を設ける必要がある。

　一方で、第２の実施例に於いても、前記投光部１９と前記受光部２１が前記受光ミラー５５を挟んで反対側に配置されている。従って、前記投光部１９と前記受光部２１を１つの光学系に組込む必要がないと共に、前記測距光２９と前記反射測距光４５とを同軸に偏向する為の偏向光学部材が不要となるので、部品点数の低減が図れると共に、光学系及び測量装置１全体の小型化を図ることができる。

　又、前記測距光２９及び前記追尾光３３の光路上に設けた前記貫通孔５６に前記投光ミラー２４を設けているので、前記測距光軸２７と前記受光光軸４１、前記追尾光軸３４と前記追尾受光光軸４７とをそれぞれ同軸とすることができるので、測定精度及び追尾精度を向上させることができる。

　図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、それぞれ第２の実施例の変形例を示している。

　図５（Ａ）は、第２の実施例の第１の変形例を示している。第１の変形例では、前記貫通孔５６に略同径の円筒状の筒部５９が挿入され、接着されている。

　該筒部５９は、非透明材料で形成され、前記筒部５９の受光部２１側の端部は前記貫通孔５６の上端より前記受光部２１側に位置している。又、前記筒部５９は所定の長さ、例えば前記貫通孔５６の前記投光部１９側の上端から、前記貫通孔５６の前記受光部２１側の下端迄の水平距離と略同程度の長さを有している。

　前記筒部５９の前記受光部２１側の端部には、前記投光ミラー２４が設けられている。又、前記筒部５９の周面には、前記投光ミラー２４で偏向される前記測距光軸２７上に開口部６１が形成されている。該開口部６１の大きさは、前記測距光２９及び前記追尾光３３の光束よりも大きくなっている。第１の変形例では、前記受光ミラー５５が受光偏向部を構成し、前記貫通孔５６と前記筒部５９と前記開口部６１と前記投光ミラー２４とが投光偏向部を構成する。

　第１の変形例では、前記筒部５９と該筒部５９に設けられた前記投光ミラー２４とをユニット化することができるので、予め前記投光ミラー２４が設けられた前記筒部５９を前記貫通孔２３に挿入するだけでよく、作業性を向上させることができる。

　図５（Ｂ）は、第２の実施例の第２の変形例を示している。第２の変形例では、第１の変形例に於ける前記測距光軸２７を直角に偏向する反射面を有する筒体である前記投光ミラー２４に代えて、板状の投光ミラー６２を設けている。その他の構成については、第１の変形例と同様である。第２の変形例では、前記受光ミラー５５が受光偏向部を構成し、前記貫通孔５６と前記筒部５９と前記開口部６１と前記投光ミラー６２とが投光偏向部を構成する。

　図６（Ａ）は、第２の実施例の第３の変形例を示している。第３の変形例では、板状の前記受光ミラー５５に代えて、前記受光光軸４１を直角に偏向する平面の反射面を有する筒体の受光ミラー６３が用いられている。

　該受光ミラー６３は、鉛直回転軸１１（図１参照）の中空部と連通し、該鉛直回転軸１１と同心である円筒状の貫通孔６４が形成されており、該貫通孔６４の前記受光部２１側の端部には、前記投光ミラー２４が設けられている。又、該投光ミラー２４の上端と前記貫通孔６４の前記受光部２１側の上端との間には、前記測距光２９と前記追尾光３３の光束径よりも大きい間隙６５が形成されている。

　第３の変形例に於いては、前記測距光２９と前記追尾光３３は、前記鉛直回転軸１１及び前記貫通孔６４を通過し、前記投光ミラー２４で反射され、前記間隙６５及び前記窓部３７を介して測定対象物に照射される。第３の変形例では、前記受光ミラー６３が受光偏向部を構成し、前記貫通孔６４と前記投光ミラー２４とが投光偏向部を構成する。

　第３の変形例に於いても、前記投光部１９と前記受光部２１が前記受光ミラー６３を挟んで反対側に配置されているので、光学系及び測量装置１全体の小型化を図ることができる。

　図６（Ｂ）は、第２の実施例の第４の変形例を示している。第４の変形例では、前記貫通孔６４に略同径の円筒状の筒部６６が挿入され、接着されている。

　該筒部６６は、前記受光部２１側の端部が前記貫通孔６４の前記受光部２１側の上端よりも該受光部２１側に突出しており、前記貫通孔６４の前記受光部２１側の端部には、端部に４５°の反射面が形成された前記投光ミラー２４が設けられている。又、前記筒部６６の周面には、前記投光ミラー２４で偏向される前記測距光軸２７上に開口部６７が形成されている。該開口部６７の大きさは、前記測距光２９及び前記追尾光３３の光束よりも大きくなっている。第４の変形例では、前記受光ミラー６３が受光偏向部を構成し、前記貫通孔６４と前記筒部６６と前記開口部６７と前記投光ミラー２４とが投光偏向部を構成する。

　第４の変形例では、第１の変形例と同様に、前記筒部６６と該筒部６６に設けられた前記投光ミラー２４とをユニット化することができるので、予め前記投光ミラー２４が設けられた前記筒部６６を前記貫通孔６４に挿入するだけでよく、作業性を向上させることができる。

　図７（Ａ）は、第２の実施例の第５の変形例を示している。第５の変形例では、回転偏向部として、板状のメタマテリアル６８が設けられている。

　該メタマテリアル６８は、第１の実施例の第２の変形例と同様、屈折率が９０°であり、且つ負の屈折率を有する様に構成されている。又、前記メタマテリアル６８の中心部には透過膜が蒸着されて投光偏向部６８ａが形成され、中心部以外の部分には反射膜が蒸着されて受光偏向部６８ｂが形成されている。

　従って、前記投光偏向部６８ａに入射した前記測距光２９と前記追尾光３３は、前記投光偏向部６８ａを透過すると共に、透過の過程で９０°（直角に）偏向され、測定対象物に照射される。又、測定対象物で反射された前記反射測距光４５及び前記反射追尾光４６は、前記受光偏向部６８ｂに入射し、前記受光部２１に向って直角に反射される。

　即ち、前記メタマテリアル６８は、前記測距光２９と前記追尾光３３を測定対象物に向って直角に偏向する前記投光偏向部６８ａと、前記反射測距光４５と前記反射追尾光４６を前記受光部２１に向って直角に反射する前記受光偏向部６８ｂとを兼用している。

　第５の変形例では、前記測距光軸２７と前記受光光軸４１とは合致せず、所定のズレが生じている。然し乍ら、前記測距光軸２７と前記受光光軸４１のズレ量は既知となっているので、既知のズレ量に基づき、測距の実行後に前記演算制御部１７が演算にて測距結果を補正することができる。

　又、第５の変形例に於いても、前記投光部１９と前記受光部２１とを１つの光学系に組込む必要がないので、測距部の光学系を小型化でき、前記測量装置１全体の小型化を図ることができる。

　図７（Ｂ）は、第２の実施例の第６の変形例を示している。第６の変形例では、回転偏向部として、回折格子６９が設けられている。

　該回折格子６９は、第１の実施例の第３の変形例と同様、透過型の回折格子であり、回折角が９０°となっている。又、前記回折格子６９の中心部には透過膜が蒸着されて投光偏向部６９ａが形成され、中心部以外の部分には反射膜が蒸着されて受光偏向部６９ｂが形成されている。

　従って、前記投光偏向部６９ａに入射した前記測距光２９と前記追尾光３３は、前記投光偏向部６９ａを透過すると共に、透過の過程で９０°（直角に）偏向され、測定対象物に照射される。又、測定対象物で反射された前記反射測距光４５及び前記反射追尾光４６は、前記受光偏向部６９ｂに入射し、前記受光部２１に向って直角に反射される。

　即ち、前記回折格子６９は、前記測距光２９と前記追尾光３３を測定対象物に向って直角に偏向する前記投光偏向部６９ａと、前記反射測距光４５と前記反射追尾光４６を前記受光部２１に向って直角に反射する前記受光偏向部６９ｂとを兼用している。

　尚、前記回折格子６９を用いる場合も、第５の変形例と同様、該回折格子６９に入射する前記測距光２９の前記測距光軸２７と、前記回折格子６９で反射された前記反射測距光４５の前記受光光軸４１との間には所定のズレが生じている。第６の変形例に於いても、前記測距光軸２７と前記受光光軸４１のズレ量は既知であるので、既知のズレ量に基づき前記演算制御部１７が測距結果を補正することができる。

　第６の変形例に於いても、前記投光部１９と前記受光部２１とを１つの光学系に組込む必要がないので、測距部の光学系を小型化でき、前記測量装置１全体の小型化を図ることができる。

　尚、第１の実施例及びその変形例、第２の実施例及びその変形例では、前記投光部１９が前記測距光射出部２５と前記追尾光射出部２６を有し、前記受光部２１が前記測距光受光部３８と前記追尾光受光部３９を有しているが、測定対象物の追尾が不要である場合には、前記追尾光射出部２６と前記追尾光受光部３９は省略してもよい。前記追尾光射出部２６を省略することで、前記測距光射出部２５を前記鉛直回転軸１１の内部に設けることができるので、測距部の光学系を更に小型化することができる。

　　　　１　　　　　　　測量装置
　　　　３　　　　　　　測量装置本体
　　　　５　　　　　　　托架部
　　　　１１　　　　　　鉛直回転軸
　　　　１５　　　　　　受光ミラー
　　　　１７　　　　　　演算制御部
　　　　１９　　　　　　投光部
　　　　２１　　　　　　受光部
　　　　２３　　　　　　貫通孔
　　　　２４　　　　　　投光ミラー
　　　　２５　　　　　　測距光射出部
　　　　２９　　　　　　測距光
　　　　３８　　　　　　測距光受光部
　　　　４５　　　　　　反射測距光

Claims

　測距光を発する発光素子と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光素子とを有する測距部と、前記測距光を照射する回転偏向部と、該回転偏向部を中空の鉛直回転軸を介して鉛直方向に回転させる鉛直回転駆動部と、前記回転偏向部が設けられる托架部と、該托架部を水平方向に回転させる水平回転駆動部と、前記受光素子への前記反射測距光の受光結果に基づき測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備し、前記回転偏向部は、中心部に形成され、前記測距光を直角に偏向する投光偏向部と、中心部以外に形成され、前記反射測距光を直角に偏向する受光偏向部とを有し、前記測距光は前記鉛直回転軸内を通過して前記投光偏向部に入射し、前記反射測距光は前記受光偏向部に入射し、前記発光素子と逆向きに偏向される様構成された測量装置。
　前記受光偏向部は端部に前記反射測距光の光軸を直角に偏向する反射面が形成された筒体であり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に設けられた投光ミラーであり、該投光ミラーは前記測距光の光軸を直角に偏向する様構成された請求項１の測量装置。
　前記受光偏向部は端部に前記反射測距光の光軸を直角に偏向する反射面が形成された筒体であり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に挿入された筒部と、該筒部の端部に設けられた投光ミラーと、前記筒部の前記投光ミラーの反射光軸上に形成された開口部であり、前記投光ミラーは前記測距光の光軸を直角に偏向する様構成された請求項１の測量装置。
　前記受光偏向部は端部に前記反射測距光の光軸を直角に偏向する反射面が形成された筒体であり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記測距光の光軸と平行な前記受光偏向部に形成された貫通孔と、該貫通孔に設けられたメタマテリアルである請求項１の測量装置。
　前記受光偏向部は端部に前記反射測距光の光軸を直角に偏向する反射面が形成された筒体であり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記測距光の光軸と平行な前記受光偏向部に形成された貫通孔と、該貫通孔に設けられた回折格子である請求項１の測量装置。
　前記受光偏向部は、軸外し放物面鏡の反射面を有する請求項２～請求項５のうちいずれか１項の測量装置。
　前記受光偏向部は板状のミラーであり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に設けられた投光ミラーであり、該投光ミラーは前記測距光の光軸を直角に偏向する様構成された請求項１の測量装置。
　前記受光偏向部は板状のミラーであり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に挿入された筒部と、該筒部の端部に設けられた投光ミラーと、前記筒部の前記投光ミラーの反射光軸上に形成された開口部であり、前記投光ミラーは前記測距光の光軸を直角に偏向する様構成された請求項１の測量装置。
　前記受光偏向部は板状のミラーであり、前記投光偏向部は前記鉛直回転軸の中空部と連通し、前記受光偏向部に形成された前記測距光の光軸と平行な貫通孔と、該貫通孔に挿入された筒部と、該筒部の端部に設けられた板状のミラーと、前記筒部の前記ミラーの反射光軸上に形成された開口部である請求項１の測量装置。
　前記回転偏向部は板状のメタマテリアルを有し、該メタマテリアルの中心部は透過膜が蒸着された前記投光偏向部を形成し、前記メタマテリアルの中心部以外は反射膜が蒸着された前記受光偏向部を形成する請求項１の測量装置。
　前記回転偏向部は板状の回折格子を有し、該回折格子の中心部は透過膜が蒸着された前記投光偏向部を形成し、前記回折格子の中心部以外は反射膜が蒸着された前記受光偏向部を形成する請求項１の測量装置。