JP2006078415A

JP2006078415A - トータルステーション

Info

Publication number: JP2006078415A
Application number: JP2004264914A
Authority: JP
Inventors: Kunitoshi Ogawa; 邦利小川
Original assignee: Sokkia Co Ltd
Current assignee: Sokkia Co Ltd
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】他の反射ターゲットを誤認識することなく、指定の反射ターゲットを自動的に視準できる自動視準機能を備えたトータルステーションを提供。
【解決手段】計測制御機２００に入力されたコマンドにより自動視準範囲１４０を縮小自動視準範囲１４１に変更する設定が行われた後、トータルステーション１１０から反射ターゲット９０ａ１を視準点として自動視準する過程で、２つの反射ターゲット９０ａ１、９０ｂ１が自動視準範囲１４０に入った場合でも、自動視準範囲が自動視準範囲１４０から縮小自動視準範囲１４１に変更されているので、反射ターゲット９０ａ１のみが縮小自動視準範囲１４１に入り、自動視準範囲１４１外の反射ターゲット９０ｂ１を誤認識することがないので、目的とする反射ターゲット９０ａ１だけを視準点として自動視準できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、測距・測角手段を備えた測距・測角儀であるモータドライブ駆動のトータルステーションに係り、特に、望遠鏡でターゲットを視準するときに、ターゲットを自動的に視準する自動視準機能を備えたトータルステーションに関する。

従来、トンネルを掘削するに際しては、レーザ光照射手段であるレーザポインタを備えたモータドライブ駆動のトータルステーションを用いて、被掘削面や切羽面にトンネル穴の輪郭に沿って間欠的にレーザ光をスポット照射し、レーザ光照射点にペイントなどでマーキングを施した後、トンネル穴の輪郭に対応するこのマーキングに沿って掘削することが行われている。即ち、トータルステーションは、路線に沿った工事計画物に関する計画情報（工事計画物の線形データと路線位置に対応する工事計画物の鉛直断面データ）および所定の駆動プログラムが記憶部に記憶された外部パソコンなどの遠隔制御装置からの制御信号によって駆動し、例えば、予め所定の駆動プログラムにおいて設定されている所定の路線位置におけるトンネル穴設計値に沿ってレーザ照射光が間欠的にスポット照射されるようになっている（特許文献１参照）。

また、トンネルの掘削現場において、レーザポインタ付きトータルステーションは、このようなマーキング作業のために使用される他、トンネルの切羽面やトンネル穴内周面の所定位置を計測（測距・測角）したり、切羽面やトンネル穴内周面の所定位置にマーキングをするためにも使用され、トータルステーションの視準軸やレーザ光照射軸を任意位置に向けて動かすには、外部パソコンやリモコンなどの遠隔操作によってトータルステーションを任意の位置に向けることが行われている（特許文献２参照）。

さらに、トンネルの掘削現場においては、地盤沈下などにより崩落事故につながらないように、トンネル穴長手方向所定間隔でトンネル穴周方向所定位置に反射ターゲット（または反射プリズム）を設置し、複数の反射ターゲット全体を視準できるトンネル内所定位置に設置したトータルステーションによって、反射ターゲットを順次自動視準して計測（測距、測角）し、トンネル穴内周面の圧力による変化などを監視することが行われている。各反射ターゲットをトータルステーションで視準するに際しては、各反射ターゲットを自動的に視準するために、例えば、自動視準の受光部である十字ラインセンサの中心と反射ターゲットからの反射光とを自動的に一致させる自動視準機能（自動視準装置）を備えたものが用いられている（特許文献３参照）。

特開２００１−１３３２６４号公報（第３頁から第５頁、図１から図４）特開２００１−１２９５０号公報（第３頁から第６頁、図１から図３）特開平１１−１４３５７号公報（第３頁から第６頁、図１から図５）

従来技術においては、トンネルの路線の所定位置毎に設置された複数の反射ターゲットを順次視準するに際して、自動視準機能を備えたトータルステーションを用いているので、各反射ターゲットを即座に視準することができる。

しかし、反射ターゲットは、路線の所定位置毎に設置されているとともに、トンネルの内周面に沿って分散して配置されているので、例えば、図７（ａ）に示すように、ある所定位置に配置された反射ターゲット９０ａ１を視準するときに、この反射ターゲット９０ａ１よりも遠方の反射ターゲット９０ｂ１も望遠鏡の視野内に入るため、２つの反射ターゲット９０ａ１，９０ｂ１が自動視準装置の自動視準範囲内に入ることによるトラブルが発生する。即ち、このような場合、自動視準装置には、各反射ターゲット９０ａ１，９０ｂ１双方からの反射光が入射されるので、反射ターゲット９０ａ１，９０ｂ１の中間点を自動視準してしまう等、自動視準装置が反射ターゲットを誤認識し、反射ターゲット９０ａ１の位置を正確に自動視準できず、監視システムが停止するとか、監視のための正確な計測ができないという問題があった。

本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、視準望遠鏡の視野内に複数の反射ターゲットが接近して入るときであっても誤認識することなく指定の反射ターゲットを正確に視準できる自動視準機能を備えたトータルステーションを提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係るトータルステーションにおいては、視準望遠鏡から視準点に向けて出射した測距光とその戻り光により器械点から視準点までの距離を測距する測距手段と、視準望遠鏡の視準軸に対する前記視準点の水平角と鉛直角を測角する測角手段と、前記望遠鏡に入射した光の入射位置を認識するための領域であって、その領域の中心が前記望遠鏡の視準軸に対応した認識領域を有し、前記望遠鏡に入射した光に応答して前記認識領域における光の入射位置を示す入射位置信号を出力する入射位置センサと、前記望遠鏡から視準点の反射ターゲットに向けて出射した照明光による反射光の入射位置を示す入射位置信号を前記入射位置センサから取り込み、前記反射光の入射位置と前記認識領域の中心との水平方向偏差と垂直方向偏差を求め、前記両偏差をそれぞれ０にするための制御信号を生成する演算制御手段と、前記演算制御手段の演算による制御信号にしたがって視準望遠鏡の水平軸および鉛直軸を回転駆動制御する回転制御手段と、を備えたトータルステーションにおいて、
前記入射位置センサの認識領域のうち一部の領域を縮小自動視準範囲として可変に設定する自動視準範囲設定手段を備えた構成とした。

（作用）視準点に反射ターゲットを設置して、トータルステーションから反射ターゲットの方向を照明し、反射ターゲットでの反射光が視準望遠鏡から入射位置センサに入射した場合に、このスポット反射光の入射位置センサ上における入射位置と入射位置センサの中心とのズレを求め、このズレをなくすように視準望遠鏡の水平軸および鉛直軸を回転駆動制御することで、視準軸を反射ターゲットの中心に一致させる自動視準が行われるが、所定の視準点（測定点）を視準する際に複数の反射ターゲットが同時に望遠鏡の視野に入る場合のように、例えば遠近複数の反射ターゲットでの反射光が接近した形態で入射位置センサの認識領域に同時に入射する場合がある。しかし、このような場合は、自動視準範囲設定手段により、入射位置センサの認識領域のうち指定の反射ターゲットの反射光だけに対応する一部の領域を縮小自動視準範囲として設定することで、指定の反射ターゲットからの反射光のみが縮小自動視準範囲内に入り、他の反射ターゲットからの反射光は縮小自動視準範囲外となる。このため、縮小自動視準範囲に入った反射光による入射位置信号と入射位置センサの認識領域の中心との水平方向偏差および垂直方向偏差を求め、両偏差を０にするための制御信号を生成し、この制御信号に従って視準望遠鏡の水平軸と鉛直軸を回転駆動することで、指定の視準点以外に設置された反射ターゲットを誤認識することなく、指定の反射ターゲットを自動的に視準することができる。

特に、トータルステーションの駆動制御部（ＣＰＵ）の記憶部（メモリ）、またはトータルステーションの遠隔制御機に内蔵されたパソコン（ＣＰＵ）の記憶部（メモリ）には、トンネル掘削用の計画情報（工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ）と、「トンネルの所定の路線位置におけるトンネル鉛直断面外形上の複数の指定位置（例えば、図８における符号Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３１〜Ｐ３４，…）を順次自動視準して計測（測距・測角）するようにトータルステーションの駆動を制御する」という所定の駆動プログラムとが記憶されており、トンネルの掘削現場において、前記プログラムに設定されているトンネル穴長手方向所定間隔でトンネル穴周方向所定位置（図８における符号Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３１〜Ｐ３４，…）に反射ターゲット（または反射プリズム）を設置し、視準望遠鏡を水平方向または／および鉛直方向に回動することで各反射ターゲットを視準できるトンネル内所定位置に設置したトータルステーションを前記駆動プログラムに従って動作させることで、視準望遠鏡が反射ターゲットを順次自動視準し計測（測距、測角）して、トンネル穴内周面の圧力による変化などを監視する監視システムを構築した場合に、有効である。

即ち、前記駆動プログラムには、各指定位置（例えば、図８における符号Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３１〜Ｐ３４，…）の座標データとともに、視準望遠鏡の視準軸が各指定位置に概略一致した時に、入射位置センサを介して複数の反射ターゲットの反射光の入射位置信号が同時に取り込まれることなく指定位置に対応する反射ターゲットの反射光の入射位置信号だけが演算制御部に取り込まれるように、各指定位置に最適な縮小自動視準範囲（自動視準範囲設定手段による縮小自動視準範囲）が各指定位置の座標データに関連付けて設定されている。このため、この駆動プログラムに基づいて視準望遠鏡の視準軸が各指定位置（Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３１〜Ｐ３４，…）に概略一致するように移動すると、指定位置に対応する反射ターゲットでの反射光による入射位置信号だけが演算制御部に取り込まれるので、自動視準装置が指定位置に対応する反射ターゲットだけを正確に認識し、視準望遠鏡の視準軸が指定位置に対応する反射ターゲットの中心に一致する。即ち、各指定位置において正確な自動視準と計測（測距・測角）が行われる。

請求項２においては、請求項１に記載のトータルステーションにおいて、前記自動視準範囲設定手段は、前記望遠鏡の視準軸を中心として水平方向および鉛直方向にそれぞれ所定角度をもつ前記縮小自動視準範囲を設定できるように構成した。

（作用）入射位置センサの認識領域が視準望遠鏡の視準軸に一致し、しかも望遠鏡の視準軸に一致する入射位置センサの中心に対し左右方向（水平方向）および上下方向（鉛直方向）にそれぞれ所定角度で縮小自動視準範囲を設定できるので、指定位置（反射ターゲット）に対する縮小自動視準範囲の設定が容易である。

請求項３においては、請求項１または２に記載のトータルステーションにおいて、前記自動視準範囲設定手段を、前記演算制御手段に出力される自動視準範囲設定コマンドで構成し、前記演算制御手段は、前記コマンドを受けると、前記入射位置センサの認識領域における前記コマンドに対応する特定の領域における入射位置信号だけを入力させるように構成した。

（作用）演算制御手段は、認識領域の中心を含む特定の領域に入射した光に基づく入射位置信号のみを入力させることで、縮小自動視準範囲に入った反射光による入射位置信号と入射位置センサの認識領域の中心との水平方向偏差と垂直方向偏差を正確に求めることができ、指定の視準点以外に設置された反射ターゲットを誤認識することなく、指定の反射ターゲットを自動的に視準することができる。

請求項４においては、請求項１または２に記載のトータルステーションにおいて、前記自動視準範囲設定手段を、前記演算制御手段に出力される自動視準範囲設定コマンドで構成し、前記演算制御手段は、前記コマンドを受けると、前記入射位置センサの認識領域の特定の領域以外の領域を機械的シャッターで覆うか、特定の領域以外の領域の出力を電気的シャッターで停止させることで、前記入射位置センサの認識領域における前記コマンドに対応する特定の領域だけが入射位置信号を出力するように構成した。

（作用）入射位置センサが、認識領域の中心を含む特定の領域に入射した光に基づく入射位置信号のみを演算手段に出力することで、縮小自動視準範囲に入った反射光による入射位置信号と入射位置センサの認識領域の中心との水平方向偏差と垂直方向偏差を正確に求めることができ、指定の視準点以外に設置された反射ターゲットを誤認識することなく、指定の反射ターゲットを自動的に視準することができる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係るトータルステーションによれば、指定の視準点以外に設置された反射ターゲットを誤認識することなく、指定の反射ターゲットを自動的に視準することができる。

請求項２によれば、指定位置（の反射ターゲット）に対し適正な縮小自動視準範囲を簡単に設定できるので、指定の反射ターゲットを正確に自動視準できる。

請求項３によれば、入射位置信号が出力される演算制御手段側において、また請求項４によれば、入射位置信号を出力する入射位置センサ側において、それぞれ縮小自動視準範囲を設定できるように構成されて、指定の視準点以外に設置された反射ターゲットを誤認識することなく、指定の反射ターゲットを自動的に視準することができる。特に、請求項３によれば、ソフトウェア処理だけで縮小自動視準範囲を設定できるので、装置構成が簡潔である。

以下、本発明の好ましい実施の形態に付き、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示すレーザポインタ付きトータルステーションの全体構成を説明するためのブロック図であり、図２はこのトータルステーションの光学系と自動視準装置を説明するブロック図であり、図３（ａ）はこのトータルステーションの正面図であり、図３（ｂ）は同じくこのトータルステーションの背面図であり、図４はこのトータルステーションの自動視準装置に用いられる十字形ラインセンサを説明する図、図５は計測制御機に用いられるディスプレイの構成を説明する図、図６はトンネル掘削断面を示す図、図７（ａ）は複数の反射ターゲットが自動視準範囲１４０内に入ったときの作用を説明するための図、図７（ｂ）は縮小自動視準範囲１４１を設定したときの作用を説明するための図、図７（ｃ）は縮小自動視準範囲１４２を設定したときの作用を説明するための図、図７（ｄ）縮小自動視準範囲１４３を設定したときの作用を説明するための図、図７（ｅ）は、縮小自動視準範囲１４４を設定したときの作用を説明するための図、図８はトータルステーションを用いて複数の反射ターゲットを視準点として自動視準するときの作用を説明するための図、図９はトータルステーション設置点から監視しようとするトンネル穴全体を見た遠近投影図である。

これらの図において、本実施例のレーザポインタ付きトータルステーション１１０は、図３にその外観全体を示すが、例えば暗い工事現場などで工事計画物であるトンネルを掘削する場合のトンネル切羽面に掘削基準となるマーキングを施す際のマーキング位置をレーザ照射光で照射するために使用されるもので、トータルステーション１１０に備わっている視準望遠鏡４６は、図３（ａ）に示したように、視準望遠鏡４６の光学系の中心に視準軸Ｏが設定されており、この視準軸Ｏからオフセットした位置（δｘ，δｙ）には、レーザ光照射手段であるレーザポインタのレーザ光照射軸Ｏ１が視準軸Ｏと平行に設定されている。また図３（ａ），（ｂ）に示したように、整準台４０上に水平回転可能な水平回転軸（鉛直軸）４３Ａを取り付け、この水平回転軸（鉛直軸）４３Ａに一体化したトータルステーション本体部（以下、本体部という）４２の一対の柱部４４間に、鉛直回転軸（水平軸）４３Ｂにより視準望遠鏡４６が鉛直回転可能に取り付けられている。即ち、望遠鏡４６は、整準台４０に対し、水平回転軸（鉛直軸）４３Ａにより水平回転でき、鉛直回転軸（水平軸）４３Ｂにより鉛直回転できる。

また、整準台４０は、自動整準台として下盤３４、定盤３５、３本の整準ねじ部３６を備えており、３本の整準ねじ３６のうち２本の整準ねじ３６は回転駆動軸として、駆動モータ（図示省略）に連結されている。定盤３５上部には本体部４２が固定され、下盤３４は三脚またはベース盤（図示省略）に固定されるようになっている。また本体部４６内には、制御回路が内蔵されたＸ−Ｙ座標傾斜センサ（図示省略）が固定されている。この傾斜センサは、本体部４２の傾斜量（θｘ，θｙ）を検出し、この検出出力を、２本の整準ねじ３６に設けられた駆動モータに供給するようになっている。各駆動モータは、傾斜量（θｘ，θｙ）を０にする方向に整準ねじ３６を回転駆動して、本体部４２を自動的に水平状態に維持するように構成されている。即ち、トータルステーション１１０を設置した際に、トータルステーション１１０が振動などで傾いた状態のときでも常に水平状態を保つことができるように構成されている。この自動整準装置については、例えば特許第２６５５２７６号，特許第２６８８９３３号において詳しく開示されている。

本実施例のトータルステーション１１０は、視準望遠鏡４６で捕らえた測定対象、例えば、トンネルの切羽面に設置した反射ターゲット９０に向けて照明光を照射する照明装置を有する自動視準型トータルステーションとして構成されている。具体的には、図１，図３に示したように、視準望遠鏡４６を介しての視準により、器械点から測定点までの距離を測定する測距手段としての測距部（光波距離計）４８と、視準望遠鏡４６（視準軸Ｏ）の水平角を測定する水平測角部（水平エンコーダ）５０と、視準望遠鏡４６（視準軸Ｏ）の垂直角（鉛直角）を測定する垂直測角部（垂直エンコーダ）５２と、視準望遠鏡４６の水平角を制御する水平制御部（水平サーボモータ）５４と、視準望遠鏡４６の垂直角（鉛直角）を制御する垂直制御部（垂直サーボモータ）５６と、これら各部を制御するとともに、測定結果を算定するためのＣＰＵ（演算制御部）５８とを備えている。もちろん、視準望遠鏡４６は、手動で容易に回転させることもできる構成としている。

さらに、本実施例のトータルステーション１１０は、反射ターゲット（反射プリズム）９０を用いた自動視準のためにタッチペン６８または指などの測定点指定手段で触れることにより測定点を指定したり、各種データやコマンドなどを入力することができるタッチパネルディスプレイ６４と、トータルステーション１１０とは別体の遠隔操作器としての計測制御機（パーソナルコンピュータ）２００などの外部機器と無線または有線で情報の授受（データの入出力）を行うための入出力装置６６とを備えている。

タッチパネルディスプレイ６４は、図３（ｂ）に示すように、本体部４２の下部背面に取り付けられており、ここには、視準カメラ光学系の視準軸（光軸）Ｏの方向を示すレチクル線（十字線）９２、各種のコマンドを入力するためのアイコン、データを入力するためのテンキー、測距部４８や測角部（測角手段）５０、５２で得た測定結果などを表示できるようになっている。レチクル線９２は視準望遠鏡４６の焦点板の十字線に対応してタッチパネルディスプレイ６４に設定された十字線で、視準望遠鏡４６を上下左右に移動しても、ディスプレイ６４上のレチクル線（十字線）９２は移動しない。なお、測定点に設置された反射ターゲット９０を視準した状態では、タッチパネルディスプレイ６４上には、後述する視準カメラ光学系４７によって撮像された反射ターゲット９０の画像（反射ターゲット）９０_１が表示される。図３（ｂ）のディスプレイ６４には、反射ターゲット像９０_１がレチクル線（十字線）９２に対しずれた状態で表示されている。

もちろん、タッチパネルディスプレイ６４の代わりに、液晶ディスプレイなどの表示装置と、種々のコマンドやデータ入力のためのキーボードとを別体にして備えたものを用いたり、測定点指定手段としては、カーソル移動キー、マウス、トラックボール、ジョイスティックなどを用いてもよい。

視準カメラ光学系４７は、その視準軸Ｏ上に、対物レンズ１１、反射プリズム７０、ダイクロイックミラー７２、ビームスプリッタ１２０、合焦レンズ１９、視準ＣＣＤカメラ素子４５が設置されて構成されている。また、視準カメラ光学系４７は、測距光を出射する赤外線ＬＥＤなどの発光素子７４と、この測距光を集光する集光レンズ７６と、集光された測距光を反射プリズム７０に向けて反射するダイクロイックミラー７８とで構成される測距部光学系を有し、この測距部光学系の光軸Ｏ２は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸測距部光学系とされ、対物レンズ１１から略平行光が出射される。なお、レンズ７６から拡散光を送光するようにしてもよい。

さらに、視準カメラ光学系４７は、可視光で照明するＬＥＤなどの光源８０と、この照射光を集光する集光レンズ８２と、集光された照明光を反射プリズム７０に向けて反射するミラー８４とで構成される照明装置を有している。この照明装置の光軸Ｏ３は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸照明光学系とされ、対物レンズ１１からは略平行光が出射される。

さらに、視準カメラ光学系４７は、測定点に設置した反射ターゲット９０で反射され拡散された測距光がダイクロイックミラー７２で反射してフォトダイオードなどの受光素子８６に入射し、ＣＰＵ５８において距離計測される。また、反射ターゲット９０の像はビームスプリッタ１２０を通過し合焦レンズ１９を経て、デジタル画像に変換する視準ＣＣＤカメラ素子４５上に結像し、タッチパネルディスプレ６４上に反射ターゲット像９０_１として表示される。光源８０が点滅する場合には、ディスプレイ６４上に現れる反射ターゲット像９０_１も点滅する。なお、反射ターゲット９０で反射された光源８０の光の一部は、ビームスプリッタ１２０を介して十字形ラインセンサ１２２上において受光スポット１３０として結像する（図４参照）。なお、光源８０の結像（受光スポット）１３０がラインセンサ１２２（１２３，１２４）のピクセル上に来ない場合もあるので、視準望遠鏡４６を鉛直方向および水平方向に回動して、光源８０の結像（受光スポット）１３０の少なくとも一部がラインセンサ１２３，１２４のピクセル上に来るようにすることで、光源８０の結像中心１３１位置を認識できる。そして、光源８０の結像中心１３１がラインセンサ１２２の中心１２５に一致するように、視準望遠鏡４６が鉛直方向，水平方向に回動される（自動視準される）ことになる。なお、視準カメラ光学系４７において、視準ＣＣＤカメラ素子４５の代わりに、その他の適当な撮像素子を用いてもよく、十字形ラインセンサ１２２の代わりに４分割センサなどのセンサを適宜用いてもよい。

照明光としては、赤外線レーザ光でもよいが、本実施例では、視野全体に照明光が広がりやすいように、ＬＥＤなどの光源８０による可視光の照明光を出射する照明装置を備えた。

また、本実施例では、光源８０をＣＰＵ５８からのオン／オフ切替指令により点滅可能にしている。もちろん、適当な変調回路により光源８０を点滅可能にしてもよい。光源８０を点滅させると、暗所で直接見る反射ターゲット９０も、タッチパネルディスプレイ６４上の反射ターゲット像９０_１も点滅するので、一層反射ターゲット９０を視認し易く測定点の指定が容易になる。

また発光素子７４から出射された測距光（ＬＥＤまた赤外線レーザ光）は、集光レンズ７６、ダイクロイックミラー７８、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象のターゲット９０に向けて送光される。そして、反射ターゲット９０で反射された測距光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ１１を透過して、ダイクロイックミラー７２で直角方向に反射され、受光素子８６に入射する。反射ターゲット９０までの距離は、従来と同様に、発光素子７４から図示しない光ファイバにより直接受光素子８６へ入射する参照光と、反射ターゲット９０で反射してから受光素子８６に入射する測距光と基準信号とのそれぞれの位相差から算出される。

一方、光源８０から出射された照明光は、集光レンズ８２、ミラー８４、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象の測定点に設置された反射ターゲット９０に向けて送光される。そして、反射ターゲット９０で反射された拡散照明光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ１１とダイクロイックミラー７２とを透過してビームスプリッタ１２０により２つに分けられ、分割された光の一方は合焦レンズ１９を経て、照明されたターゲット像を結像するべく視準ＣＣＤカメラ素子４５に入射して、この結像がデジタル画像に変換され、分割された光の他方は十字形ラインセンサ１２２に集光される。視準ＣＣＤカメラ素子４５で得られたデジタル画像はタッチパネルディスプレイ６４に表示されるので、ディスプレイ６４におけるレチクル線（十字線）９２と反射ターゲット像９０_１の中心を示す十字線との合致によって視準を確認することができる。

また、本実施例の視準望遠鏡４６には、視準軸Ｏと平行なレーザ光視準軸Ｏ１をもち、レンズ８８と赤色レーザ光源８９で構成されレーザ光照射手段であるレーザポインタ８７が内蔵されており、レーザ光視準軸Ｏ１に沿って赤色レーザ光を照射できるように構成されている。

また本実施例では、十字形ラインセンサ１２２、ＣＰＵ５８、水平制御部５４、垂直制御部５６からなる自動視準装置６９を備えて構成されており、この十字形ラインセンサ１２２を有する自動視準装置について、図２および図４に基づいて説明する。

十字形ラインセンサ１２２は、図４に示したように、２本のラインセンサ１２３、１２４を十字形に組み合わせたもので、その中心１２５と視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏに沿う光線が入射する位置とが一致するようになっており、両ラインセンサ１２３、１２４からの出力信号は、光線の入射位置を示す入射位置信号として、増幅器、波形整形器、Ａ／Ｄ変換器などで構成した信号処理部９１を経て、ＣＰＵ５８に入力される。すなわち、十字形ラインセンサ１２２は、入射位置センサとして、視準望遠鏡４６の視準カメラ光学系４７に入射した光の入射位置を認識するための領域であって、その領域の中心が視準望遠鏡４６の視準軸Ｏの中心に対応した認識領域を有し、視準望遠鏡４６の視準カメラ光学系４７に入射した光に応答して認識領域における光の入射位置を示す入射位置信号を出力するようになっている。この認識領域は、鉛直方向として、ラインセンサ１２４の長さに相当する９０’（±４５’）の長さが割り当てられており、水平方向として、ラインセンサ１２３の長さに相当する９０’（±４５’）の長さに割り当てられている。また、認識領域は、図７（ｂ）に示すように、ラインセンサ１２３、１２４で囲まれる円形の領域を最大の領域とする自動視準範囲１４０として設定されている。

ＣＰＵ５８は、図４に示すように、照射スポット１３０に感応した両ラインセンサ１２３、１２４の光電変換素子群の出力による入射位置信号を取り込み、両ラインセンサ１２３、１２４の各受光部分１２６、１２７それぞれの中点１２８、１２９を求めることにより、十字形ラインセンサ１２２の中心１２５と光源８０の照明光による反射ターゲット９０からの反射光の受光スポット１３０の中心１３１との水平方向偏差ｈ１および垂直方向偏差ｖ１を求める。両偏差ｈ１、ｖ１は、視準軸Ｏと反射ターゲット９０（視準点）とのなす角に対応するので、ＣＰＵ５８は、両偏差ｈ１、ｖ１に応じた制御信号をそれぞれ水平制御部５４，垂直制御部５６に送り、両偏差ｈ１、ｖ１を共に０とするようにモータ駆動により鉛直軸４３Ａおよび水平軸４３Ｂを回転させることにより、本体部４２の視準望遠鏡４６（視準軸Ｏ）を反射ターゲット９０の中心に向かせる、即ち反射ターゲット９０を自動視準する。

また、本実施例では、入射位置センサであるラインセンサ１２３、１２４による認識領域のうち一部の領域は、図７（ｂ）、（ｃ）に示すような縮小自動視準範囲１４１、１４２として設定できるようになっている。縮小自動視準範囲１４１、１４２は、ラインセンサ１２３、１２４の中心１２５を含む特定の領域であって、いずれも最大自動視準範囲１４０よりも狭い円形領域であり、トータルステーション１１０から視準点までの距離が短いときには、例えば図７（ｂ）に示すような幾分大きめの縮小自動視準範囲１４１を設定し、トータルステーションから視準点までの距離が長いときには、縮小自動視準範囲１４１よりも狭い範囲として、例えば図７（ｃ）に示すような縮小自動視準範囲１４２を設定する。また、図７（ｄ）に示すように、複数の反射ターゲット９０ａ_１、９０ｂ_１、９０ｃ_１、９０ｄ_１、９０ｅ_１が鉛直方向に接近して配置されている場合は、ラインセンサ１２３、１２４の中心１２５を含む特定の領域であって、ラインセンサ１２３に沿った一部の領域を最大自動視準範囲１４０よりも狭い縮小自動視準範囲１４３として設定したり、図７（ｅ）に示すように、複数の反射ターゲット９０ａ_１、９０ｂ_１、９０ｃ_１、９０ｄ_１、９０ｅ_１が水平方向に接近して配置されている場合は、ラインセンサ１２３、１２４の中心１２５を含む特定の領域であって、ラインセンサ１２４に沿った一部の領域を自動視準範囲１４０よりも狭い縮小自動視準範囲１４４として設定することもできる。

具体的には、これらの自動視準範囲１４０〜１４４は、ラインセンサ１２２の中心１２５に対し光電変換素子群の範囲を左右方向（水平方向）および上下方向（鉛直方向）にそれぞれ最大認識領域９０’（±４５’）内で自由に設定できるもので、後述する計測制御機２００からの通信コマンドを受けたＣＰＵ５８が、信号処理部９１からの出力のうち、コマンドに対応する光電変換素子群の範囲の出力のみを読みとって、複数の反射ターゲットの反射スポット光の影響を受けることがないように構成されている。この場合、計測制御機２００は、ラインセンサ１２３、１２４の認識領域の一部の領域であって、認識領域の中心１２５を含む特定の領域１４１〜１４４を縮小自動視準範囲として設定する自動視準範囲設定手段の一要素を構成することになる。

したがって、所定の指定位置を視準した場合に、同時に複数の反射ターゲットが自動視準範囲１４０内に入る場合には、適切な縮小自動視準範囲１４１〜１４４を設定して、指定の反射ターゲットだけが自動視準範囲（縮小自動視準範囲）に入るようにすることで、視準対象を誤認識することなく確実に自動視準装置が動作できる。

即ち、トータルステーション１１０の自動視準機能として、図７（ａ）に示すように、ラインセンサ１２３、１２４の認識領域の最大領域をそのまま自動視準範囲１４０として用いると、前後方向に離間する遠近２つの反射ターゲット９０ａ１，９０ｂ１が接近した形態で自動視準範囲１４０に入る場合があり、反射ターゲット９０ａ１の位置を視準点（測定点）として自動視準するときに、反射ターゲット９０ｂ１を反射ターゲット９０ａ１と誤認識したり、双方９０ａ１，９０ｂ１を視準点（測定点）として認識してしまう等、反射ターゲット９０ａ１，９０ｂ１については視準点として自動視準できない場合があるので、本実施例では、計測制御機２００においてコマンドを入力することで、例えば図７（ｂ）〜（ｅ）の符号１４１〜１４４に示すように、自動視準範囲１４０より狭い所定の大きさの縮小自動視準範囲を設定することで、確実に指定の反射ターゲットだけを自動視準できるようになっている。

また本実施例における計測制御機２００は、トータルステーション本体と入出力装置６６を介して情報の授受を行いながらトータルステーション１１０を遠隔操作するためのパーソナルコンピュータ（ＣＰＵ）２０２を内蔵するとともに、タッチパネルディスプレイ６４と同様な機能を備え、図５に示したように、表示手段としてのディスプレイパネル２１０を備えている。

ＣＰＵ２０２の記憶手段である記憶部（メモリ）２０３には、トンネル掘削用の計画情報（工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ）と、「トンネルＴの切羽面Ａに対応する所定の路線位置におけるトンネル鉛直断面外形上の複数の指定位置（図６における符号Ｐ１〜Ｐ７参照）に順次レーザ照射光を向けるようにトータルステーション１１０の駆動を制御する」という所定の駆動プログラムとが記憶されている。このため、図６に示すように、トンネルＴの切羽面Ａに正対するように設置したトータルステーション１１０を使って、切羽面Ａにトンネル穴掘削用のマーキングを施す場合には、ＣＰＵ２０２は、この駆動プログラムにしたがって、トータルステーション１１０のレーザ光照射装置（レーザポインタ）８７から赤色レーザ光を照射しつつ水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａを所定角度ずつ間欠回転駆動させるための制御信号をトータルステーション１１０の入出力装置６６に無線で送信する。この制御信号が入出力装置６６からＣＰＵ５８に転送されると、ＣＰＵ５８は、レーザ光源８９を起動させるための信号を出力するとともに、水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａを間欠回転駆動するための制御信号を垂直制御部５６および水平制御部５４に出力する。これにより、トンネルの切羽面Ａ上では、図６における符号Ｐ１→Ｐ２→…Ｐ６→Ｐ７に示すように、レーザ照射光がこれから掘削しようとするトンネル掘削断面の外形に沿って所定間隔でスポット的に順次移動することになるので、作業員がレーザ照射光のスポット照射位置（Ｐ１，Ｐ２，…Ｐ６，Ｐ７）に順次ペイントでマーキングを施せば、切羽面Ａにトンネル掘削断面外形に対応したペイントマークが施された状態となる。マーキング作業終了後は、トータルステーション１１０の駆動を停止するとともに、トンネル鉛直断面外形に対応したペイントマークを基準として、掘削を継続する。

そして、所定長さにわたる掘削が終了すると、再び、トータルステーション１１０を新たな切羽面と正対する所定位置に設置するとともに、トータルステーション１１０の器械点位置を後方の基準点から後方交会法により求め、計測制御機２００にこの器械点位置をセットした後、再び計測制御機２００の駆動プログラムに基づいてトータルステーション１１０の駆動を制御する。前記したと同様、切羽面上では、レーザ照射光がトンネル掘削断面の外形に沿って所定間隔でスポット的に順次移動するので、作業員がレーザ照射光のスポット照射位置にマーキングを施した上で、ペイントマークを基準として切羽面の掘削を継続する。このような作業を繰り返すことで、工事計画物であるトンネルが完成する。

また、計測制御機２００のディスプレイパネル２１０には、図５に示すように、器械点から路線Ｌ上の任意の位置までの距離を入力する距離入力手段としての路線上位置指定エリア２２０と、距離入力手段（路線上位置指定エリア２２０）で入力した路線Ｌ上の任意の位置におけるトンネルの掘削断面に関する画像を表示する表示手段である掘削断面上位置指定エリア２３０とが設けられている。

路線上位置指定エリア２２０には、トータルステーション１１０の器械点位置２２２から路線Ｌ上の任意の位置までの距離（ｍ）が目盛り付けされており、作業者が入力手段であるタッチペンなどを用いて器械点２２２から路線Ｌ上の任意の位置までの距離として、例えば、８０メートルの目盛りをタッチすると、路線上位置表示線２２４がペンタッチした８０メートルの目盛り位置２２４ａまで移動するとともに、演算手段であるＣＰＵ２０２には、器械点位置から路線Ｌ上の任意の位置までの距離として８０メートルの距離情報が入力されるようになっている。この場合、器械点２２２から路線Ｌ上の任意の位置までの距離を指定したあと、距離増減エリアキー２２６を操作することで、器械点２２２から任意の位置までの距離を１ｍ，０．１ｍ，０．０１ｍの所定単位に切替設定して増減（調整）できる。

器械点２２２から路線Ｌ上の任意の位置までの距離が入力されたときには、記憶部（メモリ）２０３に記憶されているトンネル掘削用の計画情報（工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ）に基づいて、画面上のエリア２３０には、器械点２２２から入力距離相当位置（例えば、８０メートルの位置）におけるトンネルの掘削断面画像（計画掘削断面画像）２３２が表示される。この計画掘削断面画像２３２は画面上の直交座標軸ｘ’ｙ’に沿って表示されるとともに、計画掘削断面画像２３２には計画高としてのフォーメーションラインＦＬとスプリングラインＳＬも併せて表示される。

符号２３４は、レーザ光照射モードと自動視準モードとを択一的に切替えるモード切替エリアキーであり、作業員がタッチペンなどを用いてディスプレイパネル２１０の画面上の計画掘削断面画像２３２内の所定点２３３ａを、視準望遠鏡４６を移動した後の視準点またはレーザ光照射点として指定するとともに、モード切替エリアキー２３４をクリックして自動視準モードを選択すると、ＣＰＵ２０２は、演算手段として、画面上のｘ’ｙ’座標（図５参照）と計画掘削断面（鉛直断面）のｘｙ座標（図６参照）との対応づけを行うとともに、画面上の指定点座標（ｘ’_１，ｙ’_１）に対するトンネルの計画掘削断面上の座標（ｘ_１，ｙ_１）と、視準望遠鏡４６の視準軸Ｏとのずれ量として鉛直角（θａ）と水平角（θｂ）とを演算し、計画掘削断面上の座標値（ｘ_１，ｙ_１）をモード切替エリアキー２３４に隣接して設けられた座標表示エリア２３５ａ、２３５ｂにおいて表示する。

すなわち、ＣＰＵ２０２は、視準軸Ｏを計画掘削断面上の指定位置（ｘ_１，ｙ_１）に一致させるための鉛直角（θａ）と水平角（θｂ）を演算し、この演算結果を、入出力装置６６を介してＣＰＵ５８に転送するようになっている。ＣＰＵ５８は、ＣＰＵ２０２の演算結果によるずれ量を０にするための制御信号を生成して垂直制御部５６、水平制御部５４に出力するようになっている。

一方、作業員が画面上のモード切替エリアキー２３４をクリックしてレーザ光照射モードを選択したときには、画面上の指定点座標（ｘ’_１，ｙ’_１）に対するトンネルの計画掘削断面上の座標（ｘ_１，ｙ_１）と、視準望遠鏡４６のレーザ光照射軸Ｏ１とのずれ量として鉛直角（θ’Ｖ）と水平角（θ’Ｈ）とを演算し、座標（ｘ_１，ｙ_１）値およびずれ量（θ’Ｖ，θ’Ｈ）を座標表示エリア２３５ａ、２３５ｂにおいて表示する。すなわち、ＣＰＵ２０２は、レーザ光照射軸Ｏ１を掘削断面上の指定の位置（ｘ_１，ｙ_１）に一致させるための鉛直角（θ’Ｖ）と水平角（θ’Ｈ）とを演算する。

なお、視準軸Ｏとレーザ光照射軸Ｏ１は水平方向にδｘ，鉛直方向にδｙだけオフセットしているため、路線距離Ｌｚにおける視準軸Ｏとレーザ光照射軸Ｏ１間のズレは、水平方向にδｘ／Ｌｚ、鉛直方向にθｙ／Ｌｚであるから、計画掘削断面上の指定位置（ｘ_１，ｙ_１）とレーザ光照射軸Ｏ１のズレ量（鉛直角θ’Ｖ，水平角θ’Ｈ）は、計画掘削断面上の指定位置（ｘ_１，ｙ_１）と視準軸Ｏのズレ量（鉛直角θＶ，水平角θＨ）に対し、水平方向にδｘ／Ｌｚ、鉛直方向にθｙ／Ｌｚだけ補正してやればよい。即ち、計画掘削断面上の指定位置とレーザ光照射軸Ｏ１のズレ量（鉛直角θ’Ｖ，水平角θ’Ｈ）は、θ’Ｖ＝θＶ＋δｙ／Ｌｚ、θ’Ｈ＝θＨ＋δｘ／Ｌｚとして求める（補正する）ことができ、レーザ光照射モードが選択されたときには、演算手段であるＣＰＵ２０２は、指定位置とレーザ光照射軸Ｏ１のズレ量（鉛直角θ’Ｖ，水平角θ’Ｈ）を演算する。

また、作業員がディスプレイパネル２１０の画面上で視準点（またはレーザ光照射点）２３３ａをタッチペンなどを用いて指定したあと、画面左下の指定位置調整エリアキー２３６ａ、２３６ｂをそれぞれ操作することで、視準点（またはレーザ光照射点）２３３ａの位置を１ｍ，０．１ｍ，０．０１ｍの所定単位に切替設定して増減（調整）しｘ，ｙ方向にその位置を修正することができる。

このあと、ＣＰＵ２０２は、演算結果を無線でトータルステーション１１０の入出力装置６６に送信する。計測制御機２００のＣＰ２０２の演算結果がトータルステーション１１０のＣＰＵ５８に転送されると、計測制御機２００のＣＰＵ２０２とともに演算手段を構成するＣＰＵ５８により水平軸４３Ｂと鉛直軸４３Ａを回転駆動するための制御信号（制御指令）が生成される。すなわち、ＣＰＵ５８は、指定された点の座標（ｘ_１，ｙ_１）と視準望遠鏡４６の視準軸Ｏ（またはレーザ光照射軸Ｏ１）とのずれ量である鉛直角θＨ，水平角θＶ（または鉛直角θ’Ｈ，水平角θ’Ｖ）を０にするための制御信号を生成して、垂直制御部５６および水平制御部５４に出力する。垂直制御部５６および水平制御部５４は回転制御手段として、ＣＰＵ５８からの制御信号にしたがって水平軸４３Ｂと鉛直軸４３Ａを回転駆動する。

この結果、視準望遠鏡４６の視準軸Ｏ（またはレーザ光視準軸Ｏ１）は、トータルステーション１１０から目視距離８０メートルにあるトンネルの計画掘削断面上の所定位置（ｘｙ座標における（ｘ_１，ｙ_１）位置）に向けられる。

したがって、トンネル掘削現場において、図６に示すように、切羽面Ａにおける所定位置２３３ａ１の計測（三次元座標値の測定）を行いたい場合は、まず計測したい切羽面Ａの所定位置２３３ａ１に反射ターゲット９０を設置する。ついで、計測制御機２００において、トータルステーション１１０からトンネルの切羽面Ａまでの概略目視距離（例えば８０メートル）を入力し、画面上のエリア２３０に表示されたトンネル計画掘削断面画像２３２内で切羽面Ａの反射ターゲット設置点２３３ａ１（ｘ_１，ｙ_１）に概略相当する所定位置２３３ａ２（ｘ’_１，ｙ’_１）を視準点として指定し、さらに自動視準モードを選択することで、路線距離８０メートルのトンネル計画掘削断面上の指定点２３３ａ２（ｘ’_１，ｙ’_１）と視準軸Ｏとのずれ量（鉛直角θａと水平角θｂ）が求まる。ついで、計測制御機２００からトータルステーション１１０に、このずれ量（鉛直角θａと水平角θｂ）を送信することで、トータルステーション１１０では、このずれ量（鉛直角θａと水平角θｂ）を０にするように水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａが回転駆動し、視準望遠鏡４６の視準軸Ｏが概略反射ターゲット９０（反射ターゲット設置点２３３ａ１）の方を向く。

次に、ディスプレイパネル２１０の自動視準エリアキー２３７ａおよびプリズム使用キー２３７ｂをクリックして、トータルステーション１１０における自動視準装置６９を作動させると、光源８０からの照射光がトンネルＴの切羽面Ａの反射ターゲット９０に向けて照射され、その反射光の受光スポット１３０の中心１３１と十字型ラインセンサ１２２の中心１２５との水平方向偏差ｈ１および垂直方向偏差ｖ１が０になるように水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａが回転駆動され、視準望遠鏡４６の視準軸ＯをトンネルＴの切羽面Ａにおける反射ターゲット９０の中心位置に正確に向けることができる。そこで、ディスプレイパネル２１０の計測エリアキー２３８をクリックして、トータルステーション１１０における測距・測角手段を作動させて、反射ターゲット９０までの距離および角度（水平角及び鉛直角）を求める。

なお、ディスプレイパネル２１０において、自動視準モードを選択する際に、視準軸を中心とする水平方向（ｘ’方向）および鉛直方向（ｙ’方向）の可能最大範囲内で自動視準範囲を自由に入力設定することができ、これによって、複数の反射ターゲットが接近して設けられている場合であっても目的とする反射ターゲットを自動視準することができる。即ち、図６符号９０，９０’で示すように、複数の反射ターゲットが接近して設けられている場合には、一方の反射ターゲット９０を概略視準すると他方の反射ターゲット９０’も自動視準装置の視準範囲内に入って、自動視準装置が誤って認識し（反射ターゲット９０を正確に記載できず）、自動視準装置が正確に動作できないおそれがある。そこで、目的とする反射ターゲット９０を概略視準した場合に目的とする反射ターゲット９０だけが入り、他の反射ターゲット９０’が入らない所定の大きさの縮小自動視準範囲を設定することで、目的とする反射ターゲット９０だけを正確に自動視準できる。

また、トンネル掘削現場において、発破を仕掛けるためにトンネル切羽面Ａ上の所定点２３３ｂ１にマーキングしたい場合は、計測制御機２００において、トータルステーション１１０からトンネルの切羽面Ａまでの概略目視距離（例えば８０メートル）を入力し、画面上のエリア２３０に表示されたトンネル計画掘削断面画像２３２におけるトンネル切羽面Ａ上の所定点２３３ｂ１（ｘ_２，ｙ_２）に概略相当する位置をレーザ光照射点２３３ｂ２（ｘ’_２，ｙ’_２）として指定し、さらにレーザ光照射モードを選択することで、路線距離８０メートルのトンネル計画掘削断面上の指定点２３３ｂ１（ｘ_２，ｙ_２）とレーザ光照射軸Ｏ１とのずれ量（鉛直角θ’Ｖ２と水平角θ’Ｈ２）が求まる。ついで、計測制御機２００からトータルステーション１１０に、このずれ量（鉛直角θ’Ｖ２と水平角θ’Ｈ２）を送信することで、トータルステーション１１０では、このずれ量（鉛直角θ’Ｖ２と水平角θ’Ｈ２）を０にするように水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａが回転駆動し、レーザ光照射軸Ｏ１が指定点位置２３３ｂ１（ｘ_２，ｙ_２）の方を向く。次に、ディスプレイパネル２１０のレーザ光照射エリアキー２３９をクリックして、トータルステーション１１０におけるレーザ光照射手段（レーザポインタ）８７を作動させると、目的とするトンネル切羽面Ａ上の所定位置２３３ｂ１（ｘ_２，ｙ_２）にレーザ光が照射されるので、ここにペイントでマーキングを施す。

また、図６に示すように、掘削途中のトンネルＴ内後方のトンネル穴内周面所定位置２３３ｃ１にロックボルト等の補強材を配設したい場合には、計測制御機２００において、トータルステーション１１０から補強材配設予定位置２３３ｃ１までの概略目視距離（例えばマイナス２０メートル）を入力し、画面上のエリア２３０に表示されたトンネル計画掘削断面画像（路線距離マイナス２０メートル地点のトンネル計画掘削断面画像）２３２Ａ内における補強材配設予定位置２３３ｃ１に概略対応する位置２３３ｃ２をレーザ光照射点として指定し、さらにレーザ光照射モードを選択することで、路線距離マイナス２０メートル地点のトンネル計画掘削断面上の指定点２３３ｃ２とレーザ光照射軸Ｏ１とのずれ量（鉛直角θｅと水平角θｆ）を求めることができる。ついで、計測制御機２００からトータルステーション１１０に、このずれ量（鉛直角θｅと水平角θｆ）を送信することで、トータルステーション１１０では、このずれ量（鉛直角θｅと水平角θｆ）を０にするように水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａが回転駆動し、レーザ光照射軸Ｏ１が指定点位置２３３ｃ１の方を向く。次に、ディスプレイパネル２１０上のレーザ光照射エリアキー２３９をクリックして、トータルステーション１１０におけるレーザ光照射手段を作動させると、目的とするトンネル穴内周面所定位置２３３ｃ１にレーザ光が照射されるので、ここに補助材配設位置を示すペイントでマーキングを施す。

また、計測制御機２００のＣＰＵ２０２の記憶部（メモリ）２０３には、トンネル掘削用の計画情報（工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ）と、「トンネルの所定の路線位置におけるトンネル鉛直断面外形上の複数の指定位置（例えば、図８における符号Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３１〜Ｐ３４，…）を順次自動視準して計測（測距・測角）するようにトータルステーションの駆動を制御する」という所定の駆動プログラムとが記憶されており、トンネルの掘削現場において、前記プログラムにおいて設定されているトンネル穴長手方向所定間隔でトンネル穴周方向所定位置（図８における符号Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３１〜Ｐ３４，…）に反射プリズム（図８における符号９０ａ１〜９０ａ４，９０ｂ１〜９０ｂ４，９０ｃ１〜９０ｃ４，…）を設置するとともに、視準望遠鏡を水平方向または／および鉛直方向に回動することで各反射プリズムを視準できるトンネル内所定位置に設置したトータルステーション１１０を前記駆動プログラムに従って動作させることで、トータルステーション（視準望遠鏡）が反射プリズムを順次自動視準し計測（測距、測角）して、トンネル穴内周面の圧力による変化などを監視する監視システムが構築されている。

そして、この自動監視用駆動プログラムには、各指定位置（例えば、図８における符号Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３１〜Ｐ３４，…）における座標データとともに、視準望遠鏡の視準軸Ｏが各指定位置に概略一致した時に、ラインセンサ１２２を介して複数の反射プリズムの反射光の入射位置信号が同時に取り込まれることなく各指定位置に対応する反射プリズムの反射光の入射位置信号だけがＣＰＵ５８に読みとられるように、各指定位置に最適な自動視準範囲（図７（ａ）〜（ｅ）における符号１４０〜１４４参照）が各指定位置の座標データに関連付けてコマンドとして設定されている。このため、この駆動プログラムに基づいて視準望遠鏡の視準軸Ｏが各指定位置（Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３１〜Ｐ３４，…）に概略一致するように移動すると、指定位置に対応する反射プリズムでの反射光による入射位置信号だけがＣＰＵ５８に読みとられるので、自動視準装置が各指定位置に対応する反射プリズムだけを正確に認識し、視準望遠鏡の視準軸Ｏが各指定位置に対応する反射プリズムの中心に一致するように自動視準されて、各指定位置の正確な計測（測距・測角）を入手できる。

また、図９は、トータルステーション１１０設置位置からトンネル穴全体を眺めた図８に示す形態を示す図であるが、前記トンネル壁面自動監視用駆動プログラムを入力設定するには、壁面に設置した反射プリズム９０ａ１〜９０ａ４，９０ｂ１〜９０ｂ４，９０ｃ１〜９０ｃ４，…を順次視準してその座標データとともに、自動視準範囲を入力設定する方法が考えられる。そして、反射プリズムを視準する際に、前後方向には離間するが左右に接近する視準点Ｐ２４，Ｐ３４に設置した反射プリズム９０ｂ４，９０ｃ４のように、その一方を概略視準すると自動視準装置の自動視準範囲内に反射プリズム９０ｂ４，９０ｃ４の双方が入って、反射プリズム９０ｂ４，９０ｃ４のいずれについても自動視準できないおそれ（自動視準装置が誤動作するおそれ）があるものに対しては、指定位置Ｐ２４，Ｐ３４の座標とともに、指定の反射プリズム９０ｂ４または９０ｃ４だけが入る縮小自動視準範囲１４１（１４２）を入力設定（図７（ｂ），（ｃ）参照）する。

また、前記したトンネル壁面自動監視用駆動プログラムを入力設定する作業をトンネル内の作業現場において行うことは、非常に困難であることから、ＣＡＤで作成した図９に示すようなトンネル内の三次元画像において、所定の位置にセットした各反射プリズム９０ａ１〜９０ａ４，９０ｂ１〜９０ｂ４，９０ｃ１〜９０ｃ４，…を視準した場合に自動視準装置の自動視準範囲が重なるか否か、そして重なる場合には重ならないようにするための所定の縮小自動視準範囲をシミュレーションすることで、望ましい監視用駆動プログラムを作成しておき、これを計測制御機２００のＣＰＵ２０２の記憶部２０３にインストールして使用する。

なお、前記実施例においては、通信コマンドを受けたＣＰＵ５８が、入射位置センサであるラインセンサ１２２全体の出力に対して読みとる光電変換素子群の範囲を設定（選択）することで、出力を読みとるＣＰＵ５８側において縮小自動視準範囲１４１〜１４４を設定できるように自動視準範囲設定手段が構成されていたが、通信コマンドを受けたＣＰＵ５８が、入射位置センサであるラインセンサ１２２の特定の領域以外の領域を機械的シャッターで覆うか、特定の領域以外の領域の出力を電気的シャッターで停止させることで、出力するラインセンサ１２２側において縮小自動視準範囲を設定できるように自動視準範囲設定手段を構成してもよい。

また、前記実施例においては、計測制御機２００から無線によってトータルステーション１１０を遠隔制御するように構成されているが、有線によって遠隔制御する構造であってもよい。

また、前記実施例においては、計測制御機２００のディスプレイパネル２１０上に路線上位置指定エリア２２０、掘削断面上位置指定エリア２３０および各種操作エリアキーを設定し、計測制御機２００によってトータルステーション１１０を遠隔制御する構成として説明したが、トータルステーション１１０のタッチパネルディスプレイ６４上に同様のエリア２２０、２３０および各種操作エリアキーを設定し、トータルステーション１１０単独で操作できる構造であってもよい。

本発明の一実施例であるトータルステーション全体のブロック図である。同トータルステーションの光学系および自動視準装置を説明するブロック図である。（ａ）は、同トータルステーションの正面図であり、（ｂ）は、同トータルステーションの背面図である。十字形ラインセンサを説明する図である。計測制御機に用いられるディスプレイの構成を説明する図である。トンネル掘削断面を示す図である。（ａ）は複数の反射ターゲットが自動視準範囲１４０内に入ったときの作用を説明するための図、（ｂ）は縮小自動視準範囲１４１を設定したときの作用を説明するための図、（ｃ）は縮小自動視準範囲１４２を設定したときの作用を説明するための図、（ｄ）は縮小自動視準範囲１４３を設定したときの作用を説明するための図、（ｅ）は縮小自動視準範囲１４４を設定したときの作用を説明するための図である。トータルステーションを用いて複数の反射ターゲットを視準点として自動視準するときの作用を説明するための図である。トータルステーション設置点から監視しようとするトンネル穴全体を見た遠近投影図である。

符号の説明

Ｔトンネル
Ａトンネルの切羽面
Ｏ視準軸
４６視準望遠鏡
４７視準カメラ光学系
４８測距部
５４水平制御部
５６垂直制御部
５８ＣＰＵ
６４トータルステーションのタッチパネルディスプレイ
６９自動視準装置
８０光源（照明装置）
８７レーザ光照射装置（レーザポインタ）
Ｏ１レー光照射軸
８９レーザ光源
９０、９０ａ１〜９０ａ４、９０ｂ１〜９０ｂ４、９０ｃ１〜９０ｃ４反射ターゲット
９０_１タッチパネルディスプレイ上の反射ターゲット像
９１信号処理部
１１０レーザポインタ付きトータルステーション
１２２入射位置センサである十字形ラインセンサ
１２５ラインセンサの中心
１３０十字形ラインセンサ上の受光スポット
１４０自動視準範囲
１４１，１４２，１４３，１４４縮小自動視準範囲
２００計測制御機
２０２演算手段であるＣＰＵ
２０３記憶手段である記憶部（メモリ）
２１０ディスプレイパネル
２２０路線上位置指定エリア
２３０掘削断面上位置指定エリア
２２２器械点
Ｌ路線
２３２、２３２Ａトンネルの計画掘削断面画像
ＦＬフォーメーションライン
ＳＬスプリングライン
２３３ａ１切羽面上の指定点（視準点）
２３３ｂ１切羽面上の指定点（レーザ照射点）
２３３ｃ１トンネル内周面上の指定点（レーザ照射点）
２３３ａ２、２３３ｂ２、２３３ｃ２トンネル計画掘削断面画像上の指定点

Claims

視準望遠鏡から視準点に向けて出射した測距光とその戻り光により器械点から視準点までの距離を測距する測距手段と、視準望遠鏡の視準軸に対する前記視準点の水平角と鉛直角を測角する測角手段と、前記望遠鏡に入射した光の入射位置を認識するための領域であって、その領域の中心が前記望遠鏡の視準軸に対応した認識領域を有し、前記望遠鏡に入射した光に応答して前記認識領域における光の入射位置を示す入射位置信号を出力する入射位置センサと、前記望遠鏡から視準点の反射ターゲットに向けて出射した照明光による反射光の入射位置を示す入射位置信号を前記入射位置センサから取り込み、前記反射光の入射位置と前記認識領域の中心との水平方向偏差と垂直方向偏差を求め、前記両偏差をそれぞれ０にするための制御信号を生成する演算制御手段と、前記演算制御手段の演算による制御信号にしたがって視準望遠鏡の水平軸および鉛直軸を回転駆動制御する回転制御手段と、を備えたトータルステーションにおいて、
前記入射位置センサの認識領域の一部の領域を縮小自動視準範囲として可変に設定する自動視準範囲設定手段を備えたことを特徴とするトータルステーション。
請求項１に記載のトータルステーションにおいて、前記自動視準範囲設定手段は、前記望遠鏡の視準軸を中心として水平方向および鉛直方向にそれぞれ所定角度をもつ前記縮小自動視準範囲を設定できるように構成されたことを特徴とするトータルステーション。
請求項１または２に記載のトータルステーションにおいて、前記自動視準範囲設定手段は、前記演算制御手段に出力される自動視準範囲設定コマンドで構成され、前記演算制御手段は、前記コマンドを受けると、前記入射位置センサの認識領域における前記コマンドに対応する特定の領域における入射位置信号だけを入力させるように構成されたことを特徴とするトータルステーション。
請求項１または２に記載のトータルステーションにおいて、前記自動視準範囲設定手段は、前記演算制御手段に出力される自動視準範囲設定コマンドで構成され、前記演算制御手段は、前記コマンドを受けると、前記入射位置センサの認識領域の特定の領域以外の領域を機械的シャッターで覆うか、外特定の領域以外の領域の出力を電気的シャッターで停止させることで、前記入射位置センサの認識領域における前記コマンドに対応する特定の領域における入射位置信号だけが出力されるように構成されたことを特徴とするトータルステーション。