JP2009229192A - 測量機、測量システム、測定対象の検出方法、および測定対象の検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象に設けられた反射体を追尾して測距・測角を行う測量機において、測定対象の探索時間を短縮する。
【解決手段】測定対象の三次元位置を測定するための測量機１は、少なくとも１つが傾斜した２以上の扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを回転照射することにより測定対象２の存在する方向を検出する検出部（扇状レーザ光受光体６、制御演算部６２、水平角エンコーダ１６、制御演算部６０）と、追尾光４を照射する追尾光照射部４２及び測距光を照射する測距光照射部５０を含む光学系（追尾光学系３１および測距光学系３２）と、測定対象２で反射した追尾光４を受光する追尾光受光部４３と、検出部の出力及び追尾光受光部４３の出力に基づいて追尾光学系３１および測距光学系３２を駆動して測定対象２に対して視準させる駆動部（鉛直回転モータ１８および水平回転モータ１５）とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、測定対象に設けられた反射体を追尾して測距・測角を行う測量機に係り、測定対象の探索時間を短縮した測量機に関する。

従来、測量作業は、基準点に設置された測量機と、測量機が視準する測定対象に設けられた反射体（コーナーキューブなど）を用いて行われている。測量機は、視準方向を検出する水平角検出部および鉛直角検出部と、視準目標までの距離を測定する光波測距装置とを備えている。近年では、測量機は、測定対象の反射体（視準目標）を追尾する追尾機能を備えており、作業者は一人で測量することが可能となっている。

このような測量機において、作業者は、視準目標側におり、作業工程に応じて測量すべき視準目標を移動させる。作業者が視準目標を移動させると、測量機は視準目標を追尾し、自動的に視準目標を視準するように構成されている。

測量機の追尾機能は、視準方向を水平回りと鉛直回りに回転駆動させる駆動部と、視準目標である反射体に対して略平行光である追尾光を照射する追尾光照射部と、反射体で反射した追尾光を受光する追尾光受光部とから構成される。反射した追尾光が、追尾光受光部の受光素子の中心に位置するように駆動部を制御することにより、測量機は、視準目標を追尾することができる。

追尾可能な範囲は、測量機の望遠鏡部の視準範囲に限られている。したがって、作業者が移動させる視準目標の移動速度が測量機の追尾可能な速度より大きい場合や、視準目標が視準範囲外となった場合等では、測量機が視準目標を失い、追尾することができなくなる。このような場合、測量機は水平回りと鉛直回りに回転駆動して、視準目標を探索する。このような測量機に関する発明としては、例えば、特許文献１が開示されている。

また、測量機と測定対象が、ＧＰＳ受信機によって自身の位置情報を受信し、測量機は、測定対象の位置情報を無線により受信することで、自身の位置情報と測定対象の位置情報から視準目標の探索を行う発明も開示されている（例えば、特許文献２）。
特開２０００−３５６５１８号公報 特開平８−１７８６５２号公報

ところで、特許文献１に記載の測量機においては、測定対象を探索する場合に、測量機の視準範囲の制約により視準方向を水平回りおよび鉛直回りに全周回転させる必要がある。視準範囲は、探索領域に比べて狭いため、測定対象の存在する方向が分かっている場合であっても、測定対象を捕捉するまでに時間を要するため、作業効率が低下する。

また、特許文献２に記載のとおり、測定対象の位置を捕捉するためにＧＰＳ受信機を利用するシステムも提案されているが、このシステムは、例えば、トンネル内、地下、森林などのような屋内作業には不向きであるため、迅速な測定対象の探索が期待できるものではない。

このような背景において、本発明は、測定対象に設けられた反射体を追尾して測距・測角を行う測量機において、測定対象の探索時間を短縮する技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、測定対象の三次元位置を測定するための測量機であって、少なくとも１つが傾斜した２以上の扇状レーザ光を回転照射することにより測定対象の存在する方向を検出する検出部と、追尾光を照射する追尾光照射部及び測距光を照射する測距光照射部を含む光学系と、測定対象で反射した追尾光を受光する追尾光受光部と、前記検出部の出力及び前記追尾光受光部の出力に基づいて前記光学系を駆動して測定対象に対して視準させる駆動部と、を備えることを特徴とする測量機である。

請求項１に記載の発明によれば、扇状レーザ光は、測定対象の探索領域が広いため、測定対象の探索時間を短縮することができる。この扇状レーザ光により、測量機は概略の視準を行い、略平行光である追尾光により、精密な視準を行う。

請求項２に記載の発明は、測定対象の三次元位置を測定するための測量機を含む測量システムであって、少なくとも１つが傾斜した２以上の扇状レーザ光を回転照射することにより測定対象の存在する方向を検出する検出部と、追尾光を照射する追尾光照射部及び測距光を照射する測距光照射部を含む光学系と、測定対象で反射した追尾光を受光する追尾光受光部と、前記検出部の出力及び前記追尾光受光部の出力に基づいて前記光学系を駆動して測定対象に対して視準させる駆動部と、を備えることを特徴とする測量システムである。請求項２に記載の発明によれば、測量機と測定対象とが連携する測量システムの構成により上述の効果を奏することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記測定対象が反射体を含むターゲットであって、前記検出部は、前記反射体で反射した扇状レーザ光を受光する扇状レーザ光受光部を有し、前記回転照射による回転の位置および前記扇状レーザ光受光部の受光信号に基づいて前記測定対象の存在する方向を検出することを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、測定対象は反射体のみを備える構成にすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記測定対象が前記扇状レーザ光を受光する扇状レーザ光受光体を含むターゲットであって、前記測定対象と測量機の間で無線通信する無線通信部と、前記検出部は、水平面内での扇状レーザ光の回転照射の方向を検出するとともに、前記回転照射の方向および前記無線通信部を介して得られた前記扇状レーザ光受光体の受光信号に基づいて前記測定対象の存在する方向を演算する演算部を有することを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、測定対象側で扇状レーザ光を受光する構成にすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記演算部が測定対象側に設けられていることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、測定対象側で測定対象の存在する方向を演算する構成にすることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記演算部が測量機側に設けられていることを特徴とする。請求項６に記載の発明によれば、測量機側で測定対象の存在する方向を演算する構成にすることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、扇状レーザ光の回転照射は扇状レーザ光照射部により行われ、前記扇状レーザ光照射部と前記光学系は略同一の回転軸を中心として水平面内で回転駆動することを特徴とする。請求項７に記載の発明によれば、扇状レーザ光照射部の水平角の方向と前記光学系の水平角の方向は、略同一の回転軸で検出される。

請求項８に記載の発明は、請求項１または７に記載の発明において、前記扇状レーザ光照射部が鉛直面内で回動駆動可能とされ、前記検出部によりターゲットの方向が検出されない場合に、鉛直面内における照射方向を変更することを特徴とする。請求項８に記載の発明によれば、扇状レーザ光の探索領域に測定対象がない場合であっても、測定対象を探索することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記検出部による出力に基づいて前記駆動部を駆動した際に、前記追尾光受光部の出力により視準できなかった場合に、鉛直方向に駆動部を制御することを特徴とする。請求項９に記載の発明によれば、扇状レーザ光で測定対象を探索できたが、追尾光の視準範囲内に測定対象がない場合であっても、測定対象を視準することができる。

請求項１０に記載の発明は、測定対象の三次元位置を測定するための測量機による測定対象の検出方法であって、少なくとも１つが傾斜した２以上の扇状レーザ光を扇状レーザ光照射部により回転照射することにより測定対象の方向を検出する第１ステップと、前記第１ステップの出力に基づいて、追尾光を照射する追尾光照射部及び測距光を照射する測距光照射部を含む光学系を駆動部により測定対象の存在する方向へ駆動する第２ステップと、前記測定対象の存在する方向へ追尾光を照射し、前記測定対象で反射した追尾光を追尾光受光部で受光できなかった際に、前記扇状レーザ光照射部の光軸と前記光学系の光軸との相対的位置関係に基づいて前記駆動部を駆動する第３ステップと、追尾光を測定対象の存在する方向へ向けて照射し、前記測定対象で反射した追尾光を追尾光受光部で受光して前記駆動部を駆動する第４ステップと、からなることを特徴とする測量機による測定対象の検出方法である。請求項１０に記載の発明によれば、扇状レーザ光で測定対象を探索できたが、追尾光の視準範囲内に測定対象がない場合には、扇状レーザ光照射部の光軸と光学系の光軸との相対的位置関係に基づいて駆動部を駆動することにより、測定対象を視準することができる。

請求項１１に記載の発明は、測定対象の三次元位置を測定するための測量機による測定対象の検出プログラムであって、少なくとも１つが傾斜した２以上の扇状レーザ光を扇状レーザ光照射部により回転照射することにより測定対象の方向を検出する第１ステップと、前記第１ステップの出力に基づいて、追尾光を照射する追尾光照射部及び測距光を照射する測距光照射部を含む光学系を駆動部により測定対象の存在する方向へ駆動する第２ステップと、前記測定対象の存在する方向へ追尾光を照射し、前記測定対象で反射した追尾光を追尾光受光部で受光できなかった際に、前記扇状レーザ光照射部の光軸と前記光学系の光軸との相対的位置関係に基づいて前記駆動部を駆動する第３ステップと、追尾光を測定対象の存在する方向へ向けて照射し、前記測定対象で反射した追尾光を追尾光受光部で受光して前記駆動部を駆動する第４ステップと、を測量機に実行させるための測定対象の検出プログラムである。請求項１１に記載の発明によれば、扇状レーザ光で測定対象を探索できたが、追尾光の視準範囲内に測定対象がない場合には、扇状レーザ光照射部の光軸と光学系の光軸との相対的位置関係に基づいて駆動部を駆動することにより、測定対象を視準することができる。

本発明によれば、測定対象に設けられた反射体を追尾して測距・測角を行う測量機において、測定対象の探索時間を短縮することができる。

１．第１の実施形態
以下、扇状レーザ光照射部を備える測量機および測量システムの一例について説明する。

（測量システムの構成）
図１は、測量システムの構成例を示す図である。測量システムは、測量機１、測定対象２で構成する。測量機１は、図１に示すように、少なくとも一つが傾斜した２以上の扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃ（Ｎ字光）を全方位に回転照射することにより測定対象２の存在する方向を検出する。また、測量機１は、測定対象２を検出した後、略平行光である追尾光４を照射することにより測定対象２を捕捉して追跡する。測定対象２が視準中心になったとき、測量機１は、測距光５を照射することにより測距し、エンコーダ等の角度検出部により測角を行う。

測定対象２は、測量機１が照射した扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを扇状レーザ光受光部６で受光して、測量機１の扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの出射位置と測定対象２の扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの受光位置とがなす高低角を算出し、高低角と受光時刻を測量機１に送信する。測量機１は、高低角と受光時刻から測定対象２の存在する方向を検出する。また、測定対象２は、追尾光４、測距光５を反射する反射体であるコーナーキューブ７を備えている。

なお、上述の場合は、測量機１と測定対象２との時刻が同期しているが、同期していない場合には、測定対象２は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを受光した際にまず受光通知のみを測量機１に送信し、測量機１は、受信した際の水平角を検出する。その後、測定対象２は高低角を演算して、高低角を測量機１に送信してもよい。さらに、本出願人による特願２００７−１５２８４２号に記載の方法を用いてもよい。

（測量機および測定対象の構成）
図２は、測量機の一例を示す図である。測量機１は、三脚に取り付けられた基板部８と、基板部８に鉛直軸９を中心に回転可能に軸支された測量機本体１０と、測量機本体１０に設けられた水平軸１１を中心に回転可能に軸支された鏡筒部１２と、鏡筒部１２上に設けられた扇状レーザ光照射部１３とを備えている。

測量機本体１０には、鏡筒部１２、扇状レーザ光照射部１３を鉛直軸９回りに水平回転させる水平回転機構が設けられる。測量機本体１０は、水平回転駆動ギア１４を介して水平回転モータ１５により回転駆動する。また、鉛直軸９には水平角エンコーダ１６が設けられ、水平角エンコーダ１６は水平角を検出する。

鏡筒部１２には、鏡筒部１２を水平軸１１回りに鉛直回転させる鉛直回転機構が設けられる。鏡筒部１２は、鉛直回転駆動ギア１７を介して鉛直回転モータ１８により回転駆動する。また、水平軸１１には鉛直角エンコーダ１９が設けられ、鉛直角エンコーダ１９は鉛直角を検出する。測量機１が測定対象２を追尾して視準中心となった時の水平角エンコーダ１６が検出した水平角、鉛直角エンコーダ１９が検出した鉛直角により測定対象２の測角を行う。

次に、扇状レーザ光照射部１３の光学系と鏡筒部１２内の光学系について説明する。図３は、扇状レーザ光照射部の光学系の配置図（Ａ）と鏡筒部内の光学系の配置図（Ｂ）である。

扇状レーザ光照射部１３は、扇状レーザ光源２０と、リレーレンズ２１と、分割プリズム２２、２３、２４と、シリンドリカルレンズ２５、２６、２７とを備えている。扇状レーザ光源２０から射出されたレーザ光は、リレーレンズ２１により平行光とされ、分割プリズム２２、２３、２４で３つに分割される。分割された３つのレーザ光のうち両側から出射される２つのレーザ光３ａ、３ｃは、シリンドリカルレンズ２５、２７で略鉛直方向に拡大される。また、分割された３つのレーザ光３ａ、３ｂ、３ｃのうち中央から出射されるレーザ光３ｂは、シリンドリカルレンズ２６で略鉛直方向に対して傾斜した方向に拡大される。扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃは、測定対象２の扇状レーザ光受光体６で受光する。

鏡筒部１２内の光学系は、視準用の望遠鏡部３０、追尾光学系３１、測距光学系３２を備えている。望遠鏡部３０の光軸上には、対物レンズ３３、ダイクロイックプリズム３４、合焦点レンズ３５、正立プリズム３６、焦点鏡３７、接眼レンズ３８を順次配設する。ダイクロイックプリズム３４は、プリズム３９、プリズム４０、プリズム４１とから構成され、ダイクロイックミラー面である第１面、第２面を形成する。

第１面は、対物レンズ３３からの入射光の内、可視光を透過し、赤外光を反射する。一方、第２面は、測距光５（赤外光）を透過し、追尾光４（赤外光）を反射する。例えば、第１面は、４００〜６５０ｎｍの可視光を透過し、６５０〜８５０ｎｍの赤外光を反射する。また、例えば第２面は、６５０〜７２０ｎｍの赤外光（追尾光４）を反射し、７２０〜８５０ｎｍの赤外光（測距光５）を透過する。対物レンズ３３から入射して第１面を透過した可視光は、合焦点レンズ３５により焦点鏡３７に結像し視準される。また、第１面で反射した反射光軸上に測距光学系３２を設け、第２面で反射した反射光軸上に追尾光学系３１を設ける。

追尾光学系３１は、追尾光照射部４２、追尾光受光部４３を備えている。追尾光照射部４２は、追尾光軸４４上に配置された孔明ミラー４５と、孔明ミラー４５の透過光軸上に配設されたリレーレンズ４６と、追尾用レーザ光源４７とで構成している。追尾光受光部４３は、孔明ミラー４５の反射光軸上に配設されたリレーレンズ４８と、受光素子４９とで構成している。追尾光レーザ光源４７から出射された追尾光４は、孔明ミラー４５を透過して、第２面、第１面で反射して対物レンズ３３から出射する。出射した追尾光４が測定対象２のコーナーキューブ７で反射すると、対物レンズ３３に入射して、第１面、第２面、および孔明ミラー４５で反射して追尾光受光部４３に受光する。

測距光学系３２は、測距光照射部５０、測距光受光部５１を備えている。測距光照射部５０は、測距光軸５２上に配置された孔明ミラー５３と、孔明ミラー５３の透過光軸上に配設されたリレーレンズ５４と、測距用レーザ光源５５とで構成している。測距光受光部５１は、孔明ミラー５３の反射光軸上に配設されたリレーレンズ５６と、受光素子５７とで構成している。側距光レーザ光源５５から出射された側距光５は、孔明ミラー５３、第２面を透過して、第１面で反射して対物レンズ３３から出射する。出射した側距光５は、測定対象２のコーナーキューブ７で反射すると、対物レンズ３３に入射して、第１面で反射し、第２面を透過して測距光受光部５１に受光する。

なお、追尾光の光路と測距光の光路は別となる態様でもよい。また、扇状レーザ光照射部１３の光学系と、追尾光光学系３１および測距光学系３２とを含む鏡筒部１２内の光学系は、同一の筐体内に構成し、水平角エンコーダ、鉛直角エンコーダを兼用する態様でもよい。

以下、測量機１および測定対象２のブロック図について説明する。図４は、第１の実施形態に係る測量機および測定対象のブロック図である。測量機１は、操作部６５により操作される。そして、測量機１の制御演算部６０は、水平回転モータ１５を駆動させ、測量機本体１０を水平回転し、扇状レーザ光照射部１３から扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを回転照射する。この際、測量機１は、水平角エンコーダ１６によって所定の時間間隔で水平角を検出し、これを記憶部６１に記憶する。また、この際、電力消費を抑えるため、測量機１は、追尾光４、測距光５は出射しない。

なお、測量機１は、扇状レーザ光照射部１３を水平面内で回転しながら高低角方向に駆動することにより、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの照射範囲外に測定対象２が存在する場合も検出することができる。この場合、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃは探索範囲が広いため、これを適用しない場合と比べて、測量機１は、迅速に測定対象２を視準することができる。

測定対象２は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを扇状レーザ光受光体６で受光する。なお、測定対象２の扇状レーザ光受光体６とコーナーキューブ７は、同一の鉛直線上に配置されており、測量機１の扇状レーザ光照射部１３と望遠鏡部３０の視準位置も、同一の鉛直軸９上に配置されている。このため、測定対象２の扇状レーザ光受光体６２とコーナーキューブ７との位置オフセットは、測量機１の扇状レーザ光照射部１３と望遠鏡部３０の視準位置との位置オフセットと一致している。したがって、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより検出した高低角と実際の視準位置での鉛直角との間に角度オフセットがない。

一方、扇状レーザ光照射部１３と、追尾光学系３１および測距光学系３２を含む光学系は、同一の鉛直軸９を中心として水平面内で回転駆動する。また、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの照射方向と追尾光４および測距光５の出射方向も同一である。したがって、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより検出した水平角と実際の視準位置での水平角との間にも角度オフセットはない。

測定対象２の制御演算部６２は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの受光信号から測量機１と測定対象２との間の高低角を算出する。高低角と受光時刻は、記憶部６６に記憶される。算出した高低角と受光信号の受光時刻は、無線通信部６３により測量機１に送信される。測量機１は、無線通信部６４により高低角と受光時刻を受信する。なお、測定対象２側で高低角を算出せず、受光信号ａ、ｂ、ｃの受光時刻のみを測量機１に送信し、測量機１側で高低角、水平角を算出してもよいし、測定対象２は、受光通知のみを測量機１に送信し、その後高低角を算出して測量機１に送信してもよい。

図５は、扇状レーザ光による高低角の算出方法の説明図である。図５（Ａ）は、扇状レーザ光の正面図であり、図５（Ｂ）は、扇状レーザ光の側面図であり、図５（Ｃ）は、扇状レーザ光受光体がＢ点の位置にある場合の受光信号の図であり、図５（Ｄ）は、扇状レーザ光受光体がＡ点の位置にある場合の受光信号の図である。

図５（Ａ）に示すように、扇状レーザ光受光体６がＢ点の位置にある場合、すなわち、扇状レーザ光受光体６が扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの中心からずれている場合、図５（Ｃ）に示すように、受光信号７０ａ、７０ｂと受光信号７０ｂ、７０ｃの時間間隔は異なる。図５（Ａ）に示すように、扇状レーザ光受光体６がＡ点の位置にある場合、すなわち、扇状レーザ光受光体６が扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの中心にある場合、受光信号７０ａ、７０ｂと受光信号７０ｂ、７０ｃの時間間隔は等しくなる。したがって、受光信号７０ａ、７０ｂと受光信号７０ｂ、７０ｃの時間間隔比、扇状レーザ光３ｂの傾斜角θ、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの広がり角δから、高低角γを算出できる。

なお、測定対象２の制御演算部６２は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの受光信号の時間間隔が異常な場合（例えば、扇状レーザ光３ａと３ｃとの受光時間が一定でない場合）や、一定期間内の受光信号数が異常な場合には不要な反射物の存在であると判断し、この受光信号を除外する。また、測定対象２の制御演算部は、扇状レーザ光受光体６の受光感度を調整して受光信号の強度により不要な反射物の存在を除外する。

図４において、測量機１の無線通信部６４が、測定対象２の無線通信部６３から高低角と受光時刻を受信すると、測量機１の制御演算部６０は、受光時刻と水平角エンコーダが所定の時間間隔で検出する水平角とに基づいて、時間的内挿処理により測定対象２に対する水平角を算出する。測量機１の制御演算部６０は、受信した高低角分だけ鉛直回転モータ１８を駆動させ、算出した水平角分だけ水平回転モータ１５を駆動させて、視準位置を測定対象２の存在する方向に合わせ込む。

視準が完了すると、測量機１の制御演算部６０は、追尾光照射部４２から追尾光４を照射して、測定対象２を捕捉する。追尾光４は追尾光受光部４３で受光し、視準中心になった時に測距光照射部５０から測距光５を照射して、測距・測角を行う。測量機１の制御演算部６０は、測距光５の出射時から測定対象２のコーナーキューブ７で反射して受光した時までの時間と光速に基づいて、測量機１から測定対象２までの距離を算出する。また、測量機１の制御演算部６０は、測距光５の出射時に水平角エンコーダ１６および鉛直角エンコーダ１９により水平角および鉛直角を算出する。なお、例えば、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの広がりは、±１０°の幅を持ち、追尾光４は±１°の領域に照射される。すなわち、照射領域は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃ＞追尾光４≧測距光５となる（追尾光４と測距光５は兼用してもよい）。

（測量機および測定対象の動作）
以下、測量機１および測定対象２の動作について説明する。図６は、第１の実施形態に係るフローチャートである。図６のフローチャートを実行する制御プログラムは、測量機１の記憶部６１に記憶され、制御演算部６０によって実行される。この制御プログラムは、ＣＤＲＯＭ等の記憶媒体に格納して提供可能である。

まず、測量機１は、測定対象２の方向を探索する探索モードとなる。測量機１は、水平回転モータ１５を駆動させて測量機本体１０を水平回転し（ステップＳ１）、扇状レーザ光照射部１３から扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを回転照射する（ステップＳ２）。この際、測量機１は、水平角エンコーダ１６によって所定の時間間隔で水平角を検出し、これを記憶部６１に記憶する。

測定対象２は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを扇状レーザ光受光体６で受光する（ステップＳ３）。この際、測量機１は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの本数に対し、受光信号の数が少なければ光量不足であるとして、受光感度を上げる制御を行い、受光信号の数が多ければ不要な反射物が存在するとして、受光強度を下げる制御を行う。次に、測定対象２の制御演算部６２は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの受光信号７０ａ、７０ｂ、７０ｃから測量機１と測定対象２との間の高低角を演算する（ステップＳ４）。高低角と受信信号７０ａ、７０ｂ、７０ｃの受光時刻は、無線通信部６３により測量機１に送信される（ステップＳ５）。なお、上述のとおり、測定対象２は、高低角を演算せず、受光信号７０ａ、７０ｂ、７０ｃの受光時刻のみを測量機１に送信してもよいし、測定対象２は、受光通知のみを測量機１に送信し、その後高低角を算出して測量機１に送信してもよい。

測量機１は、測定対象２から高低角と受光時刻を受信できない場合、すなわち、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより測定対象２を検出できない場合には、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの照射方向を鉛直回りに変更する。一方、測量機１は、高低角と受光時刻を受信すると（ステップＳ６）、受光時刻から水平角を算出する（ステップＳ７）。

そして、測量機１は、鉛直回転モータ１８および水平回転モータ１５を駆動させて視準の位置合わせを行う（ステップＳ８）。視準が完了すると、測量機１は、測定対象２を追尾する追尾モードに移行する。測量機１は、追尾光照射部４２から追尾光４を照射する（ステップＳ９）。測定対象２のコーナーキューブ７で反射した追尾光４が受光したか否かを判定し（ステップＳ１０）、追尾光受光部４３が追尾光４を受光できない場合（ステップＳ１０のＮＯ）、すなわち視準範囲外であった場合には、測量機１は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃと追尾光４・測距光５の水平面における出射方向は同一であることから、鉛直方向に回転して視準の位置合わせを再度行い（ステップＳ８）、追尾光４を再度照射する（ステップＳ９）。

追尾光受光部４３が追尾光４を受光できた場合には（ステップＳ１０のＹＥＳ）、追尾の位置合わせを行う（ステップＳ１１）。追尾の位置合わせでは、受光した追尾光４の重心位置が追尾光受光部４３の受光素子の中心位置（視準中心）となるように位置を合わせる（ステップＳ１２）。そして、視準中心になった時（ステップＳ１２のＹＥＳ）、測量機１は測距・測角を行う（ステップＳ１３）。視準中心でない場合には（ステップＳ１２のＮＯ）、ステップＳ１０に戻る。

（第１の実施形態の優位性）
第１の実施形態によれば、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃは、測定対象２の探索領域が広いため、測定対象２の探索時間を短縮することができる。この扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより、測量機１は概略の視準を行い、略平行光である追尾光４により、精密な視準を行う。

また、第１の実施形態によれば、測定対象２側で扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを受光するとともに、測定対象２側で測定対象２の存在する方向を演算する構成にすることができる。

さらに、鉛直面内に照射方向を変更することにより、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの探索領域に測定対象２がない場合であっても、測定対象２を迅速に探索することができる。また、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃで測定対象２を探索できたが、追尾光４の視準範囲内に測定対象７２がない場合であっても、鉛直方向に駆動することにより、測定対象２を視準することができる。

２．第２の実施形態
以下、扇状レーザ光照射部および扇状レーザ光受光部を備える測量機および測量システムの一例について説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については省略する。

（測量機および測定対象の構成）
図７は、第２の実施形態に係る測量機および測定対象のブロック図であり、図８は、扇状レーザ照射部と扇状レーザ受光部の光学系を示す図である。測量機７１は、図７に示すように扇状レーザ光受光部７３を備え、測定対象７２は、コーナーキューブ７のみを備える。扇状レーザ光受光部７３は、図８に示すように、扇状レーザ光源２０とリレーレンズ２１との間に孔明ミラー７４と、受光素子７５とをさらに備える。

測量機７１の制御演算部６０は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを扇状レーザ光受光部７３で受光すると、制御演算部６０は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの受光時刻と水平角エンコーダ１６の検出値に基づいて、水平角を算出する。また、測量機７１の制御演算部６０は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの受光信号７０ａ、７０ｂ、７０ｃの時間間隔比に基づいて、高低角を算出する。なお、算出した高低角は、特に測量機７１と測定対象７２とが近距離の場合に、以下の位置オフセットによりズレが生じる。

以下、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃと追尾光４・測距光５との間における位置オフセットについて説明する。図９は、扇状レーザ光と追尾光４・測距光５との位置オフセットの説明図である。Ｏは望遠鏡部の視準位置、Ｏ’は扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの出射位置、Ｐは測定対象７２のコーナーキューブ７の位置である。測量機７１における扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの光路と追尾光４・測距光５の光路は異なっており、位置オフセットＨが存在する。

図９の場合、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより検出する高低角θ’と実際の視準位置での鉛直角θの関係は、θ＞θ’となる。測量機７１と測定対象７２との距離が近距離になると、角度オフセットの影響が大きくなるため、許容範囲内での使用が好ましい。例えば、位置オフセットＨが３００ｍｍであった場合に、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより検出する高低角θ’と実際の視準位置での鉛直角θとの差（角度オフセット）が１度程度生じる距離は約２０ｍである。この程度の距離であれば、作業者がその影響度を判別し易い。この角度オフセットは、以下の手順で予め測量機７１に設定することにより補正することができる。なお、角度オフセットは、予め定数として測量機７１の記憶部６１に記憶することもできる。

（１）適当な距離に測定対象７２を設置する。
（２）測定対象７２のコーナーキューブ７を望遠鏡部３０で視準し、鉛直角、水平角の測角を行う。
（３）扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより測定対象７２の高低角、水平角を検出する。
（４）相互の角度オフセットを記憶し、実際に扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより検出した高低角を角度オフセットで補正する。

一方、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃと追尾光４・測距光５の出射方向は同一であり、扇状レーザ光照射部１３と追尾光４・測距光５を照射する鏡筒部１２は、同一の鉛直軸を中心として水平回転し、同一の水平角エンコーダ１６によって水平角が検出される。このため、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃと追尾光４・測距光５との間に水平角における角度オフセットはない。したがって、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃで測定対象７２の存在する方向を検出した場合に視準範囲外であっても、測定対象７２の存在する方向は鉛直方向に限定する。よって、鉛直角と水平角の２つの角度オフセットがある場合と比べて、測量機７１は短時間に測定対象７２の存在する方向を検出することができる。

ただし、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃと追尾光４・測距光５との間に水平角における角度オフセットがある場合、例えば、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの出射方向と追尾光４・測距光５の出射方向が正反対である場合であっても、その角度オフセットを予め記憶部６１に記憶し、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより検出した水平角を補正してもよい。また、上述の手順で水平角の角度オフセットを求めてもよい。

（測量機および測定対象の動作）
以下、測量機７１および測定対象７２の動作について説明する。図１０は、第２の実施形態に係るフローチャートである。図１０のフローチャートを実行する制御プログラムは、測量機７１の記憶部６１に記憶され、制御演算部６０によって実行される。この制御プログラムは、ＣＤＲＯＭ等の記憶媒体に格納して提供可能である。

まず、測量機７１は、測定対象７２の方向を探索する探索モードとなる。測量機７１は、水平回転モータ１５を駆動させて測量機本体１０を水平回転し（ステップＳ２１）、扇状レーザ光照射部１３から扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを回転照射する（ステップＳ２２）。この際、測量機７１は、水平角エンコーダ１６によって所定の時間間隔で水平角を検出し、これを記憶部６１に記憶する。

その後、扇状レーザ光受光部７０は、測定対象７２のコーナーキューブ７で反射した扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを受光する（ステップＳ２３）。この際、測量機２は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの本数に対し、受光信号の数が少なければ光量不足であるとして、受光感度を上げる制御を行い、受光信号の数が多ければ不要な反射物が存在するとして、受光強度を下げる制御を行う。また、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃを受光できない場合は、位置オフセットがある鉛直方向に回転照射してもよい。

次に、測量機７１の制御演算部６０は、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの受光信号から測量機７１と測定対象７２との間の高低角を演算し、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃの受光時刻と水平角エンコーダ１６により水平角を演算する（ステップＳ２４）。そして、測量機７１は、鉛直回転モータ１８および水平回転モータ１５を駆動させて視準の位置合わせを行う（ステップＳ２５）。

視準が完了すると、測量機７１は、測定対象７２を追尾する追尾モードに移行する。測量機７１は、追尾光照射部４２から追尾光４を照射する（ステップＳ２６）。測定対象７２のコーナーキューブ７で反射した追尾光４が受光したか否かを判定し（ステップＳ２７）、追尾光受光部４３が追尾光４を受光できない場合、すなわち視準範囲外であった場合には（ステップＳ２７のＮＯ）、測量機７１は、位置オフセットがある鉛直方向に回転して視準の位置合わせを再度行い（ステップＳ２５）、追尾光４を再度照射する（ステップＳ２６）。なお、追尾光受光部４３が追尾光４を受光できない場合、測量機７１は、外乱光等の影響によって測定対象７２の概略方向が検出できなかったことが考えられるため、扇状レーザ光３ａ、３ｂ、３ｃにより測定対象７２を再探索してもよい。

追尾光受光部４３が追尾光４を受光できた場合には（ステップＳ２７のＹＥＳ）、追尾の位置合わせを行う（ステップＳ２８）。追尾の位置合わせでは、受光した追尾光４の重心位置が追尾光受光部４３の受光素子の中心位置（視準中心）となるように位置を合わせる（ステップＳ２９）。そして、視準中心になった時（ステップＳ２９のＹＥＳ）、測量機７１は測距・測角を行う（ステップＳ３０）。視準中心でない場合には（ステップＳ２９のＮＯ）、ステップＳ２７に戻る。

（第２の実施形態の優位性）
第２の実施形態によれば、測定対象７２は反射体（コーナーキューブ７）のみを備える構成にすることができる。測量機７１側で測定対象７２の存在する方向を演算する構成にすることができる。

本発明は、測定対象に設けられた反射体を追尾して測距・測角を行う測量機に利用することができる。

測量システムの構成例を示す図である。 測量機の一例を示す図である。 扇状レーザ光照射部の光学系の配置図（Ａ）と鏡筒部内の光学系の配置図（Ｂ）である。 第１の実施形態に係る測量機および測定対象のブロック図である。 扇状レーザ光による高低角の算出方法の説明図（Ａ）〜（Ｄ）である。 第１の実施形態に係るフローチャートである。 第２の実施形態に係る測量機および測定対象のブロック図である。 扇状レーザ照射部と扇状レーザ受光部の光学系を示す図である。 扇状レーザ光と追尾光・測距光との位置オフセットの説明図である。 第２の実施形態に係るフローチャートである。

符号の説明

１…測量機、２…測定対象、３ａ、３ｂ、３ｃ…扇状レーザ光、４…追尾光、５…測距光、６…扇状レーザ光受光体、７…コーナーキューブ、８…基板部、９…鉛直軸、１０…測量機本体、１１…水平軸、１２…鏡筒部、１３…扇状レーザ光照射部、１４…水平回転駆動ギア、１５…水平回転モータ、１６…水平角エンコーダ、１７…鉛直回転駆動ギア、１８…鉛直回転モータ、１９…鉛直回転エンコーダ、２０…扇状レーザ光源、２１…リレーレンズ、２２、２３、２４…分割プリズム、２５、２６、２７…シリンドリカルレンズ、３０…望遠鏡部、３１…追尾光光学系、３２…測距光光学系、３３…対物レンズ、３４…ダイクロイックプリズム、３５…合焦レンズ、３６…正立プリズム、３７…焦点鏡、３８…接眼レンズ、３９、４０、４１…プリズム、４２…追尾光照射部、４３…追尾光受光部、４４…追尾光軸、４５…孔明ミラー、４６…リレーレンズ、４７…追尾用レーザ光源、４８…リレーレンズ、４９…受光素子、５０…追尾光照射部、５１…測距光受光部、５２…測距光軸、５３…孔明ミラー、５４…リレーレンズ、５５…測距用レーザ光源、５６…リレーレンズ、５７…受光素子、６０…制御演算部、６１…記憶部、６２…制御演算部、６３、６４…無線通信部、６５…操作部、６６…記憶部、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ…受光信号、７１…測量機、７２…測定対象、７３…扇状レーザ光受光部、７４…孔明ミラー、７５…受光素子。

Claims (11)

1. 測定対象の三次元位置を測定するための測量機であって、
   少なくとも１つが傾斜した２以上の扇状レーザ光を回転照射することにより測定対象の存在する方向を検出する検出部と、
   追尾光を照射する追尾光照射部及び測距光を照射する測距光照射部を含む光学系と、
   測定対象で反射した追尾光を受光する追尾光受光部と、
   前記検出部の出力及び前記追尾光受光部の出力に基づいて前記光学系を駆動して測定対象に対して視準させる駆動部と、
   を備えることを特徴とする測量機。
2. 測定対象の三次元位置を測定するための測量機を含む測量システムであって、
   少なくとも１つが傾斜した２以上の扇状レーザ光を回転照射することにより測定対象の存在する方向を検出する検出部と、
   追尾光を照射する追尾光照射部及び測距光を照射する測距光照射部を含む光学系と、
   測定対象で反射した追尾光を受光する追尾光受光部と、
   前記検出部の出力及び前記追尾光受光部の出力に基づいて前記光学系を駆動して測定対象に対して視準させる駆動部と、
   を備えることを特徴とする測量システム。
3. 前記測定対象が反射体を含むターゲットであって、
   前記検出部は、
   前記反射体で反射した扇状レーザ光を受光する扇状レーザ光受光部を有し、
   前記回転照射による回転の位置および前記扇状レーザ光受光部の受光信号に基づいて前記測定対象の存在する方向を検出することを特徴とする請求項２に記載の測量システム。
4. 前記測定対象が前記扇状レーザ光を受光する扇状レーザ光受光体を含むターゲットであって、
   前記測定対象と測量機の間で無線通信する無線通信部と、
   前記検出部は、水平面内での扇状レーザ光の回転照射の方向を検出するとともに、
   前記回転照射の方向および前記無線通信部を介して得られた前記扇状レーザ光受光体の受光信号に基づいて前記測定対象の存在する方向を演算する演算部を有することを特徴とする請求項２に記載の測量システム。
5. 前記演算部が測定対象側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の測量システム。
6. 前記演算部が測量機側に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の測量システム。
7. 扇状レーザ光の回転照射は扇状レーザ光照射部により行われ、前記扇状レーザ光照射部と前記光学系は略同一の回転軸を中心として水平面内で回転駆動することを特徴とする請求項１に記載の測量機。
8. 前記扇状レーザ光照射部が鉛直面内で回動駆動可能とされ、前記検出部によりターゲットの方向が検出されない場合に、鉛直面内における照射方向を変更することを特徴とする請求項１または７に記載の測量機。
9. 前記検出部による出力に基づいて前記駆動部を駆動した際に、前記追尾光受光部の出力により視準できなかった場合に、鉛直方向に駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の測量機。
10. 測定対象の三次元位置を測定するための測量機による測定対象の検出方法であって、
    少なくとも１つが傾斜した２以上の扇状レーザ光を扇状レーザ光照射部により回転照射することにより測定対象の方向を検出する第１ステップと、
    前記第１ステップの出力に基づいて、追尾光を照射する追尾光照射部及び測距光を照射する測距光照射部を含む光学系を駆動部により測定対象の存在する方向へ駆動する第２ステップと、
    前記測定対象の存在する方向へ追尾光を照射し、前記測定対象で反射した追尾光を追尾光受光部で受光できなかった際に、前記扇状レーザ光照射部の光軸と前記光学系の光軸との相対的位置関係に基づいて前記駆動部を駆動する第３ステップと、
    追尾光を測定対象の存在する方向へ向けて照射し、前記測定対象で反射した追尾光を追尾光受光部で受光して前記駆動部を駆動する第４ステップと、
    からなることを特徴とする測量機による測定対象の検出方法。
11. 測定対象の三次元位置を測定するための測量機による測定対象の検出プログラムであって、
    少なくとも１つが傾斜した２以上の扇状レーザ光を扇状レーザ光照射部により回転照射することにより測定対象の方向を検出する第１ステップと、
    前記第１ステップの出力に基づいて、追尾光を照射する追尾光照射部及び測距光を照射する測距光照射部を含む光学系を駆動部により測定対象の存在する方向へ駆動する第２ステップと、
    前記測定対象の存在する方向へ追尾光を照射し、前記測定対象で反射した追尾光を追尾光受光部で受光できなかった際に、前記扇状レーザ光照射部の光軸と前記光学系の光軸との相対的位置関係に基づいて前記駆動部を駆動する第３ステップと、
    追尾光を測定対象の存在する方向へ向けて照射し、前記測定対象で反射した追尾光を追尾光受光部で受光して前記駆動部を駆動する第４ステップと、
    を測量機に実行させるための測定対象の検出プログラム。

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