JPH07198381A - 三次元座標測定装置 - Google Patents
三次元座標測定装置Info
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- JPH07198381A JPH07198381A JP35288293A JP35288293A JPH07198381A JP H07198381 A JPH07198381 A JP H07198381A JP 35288293 A JP35288293 A JP 35288293A JP 35288293 A JP35288293 A JP 35288293A JP H07198381 A JPH07198381 A JP H07198381A
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- staff
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- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長距離の測定を行うことができる三次元座標
測定装置を提供する。 【構成】 装置本体とスタッフとから成り、装置本体の
回転部が回動し、第１、第２送光手段から平面状の光を
出射する。スタッフには少なくとも３個のコーナープリ
ズムが取り付けられ、これらに光が照射されると反射光
が受光部に返光される。受光部に光が夫々入力した瞬間
の水平角を検出して、幾何学的な処理を施せばスタッフ
が配置された測定点の三次元座標を算出することができ
る。そして特に遠距離を測定する場合には、受光手段に
集光手段である凸レンズ１０１、又はシリンドリカルレ
ンズ１０５、１０９を設けておき、前記コーナープリズ
ムで反射された平面光１０２、１０６、１１０をそれぞ
れ集光するようにすれば、受光光量が増加し、また、受
光時間を長くすることができる。
測定装置を提供する。 【構成】 装置本体とスタッフとから成り、装置本体の
回転部が回動し、第１、第２送光手段から平面状の光を
出射する。スタッフには少なくとも３個のコーナープリ
ズムが取り付けられ、これらに光が照射されると反射光
が受光部に返光される。受光部に光が夫々入力した瞬間
の水平角を検出して、幾何学的な処理を施せばスタッフ
が配置された測定点の三次元座標を算出することができ
る。そして特に遠距離を測定する場合には、受光手段に
集光手段である凸レンズ１０１、又はシリンドリカルレ
ンズ１０５、１０９を設けておき、前記コーナープリズ
ムで反射された平面光１０２、１０６、１１０をそれぞ
れ集光するようにすれば、受光光量が増加し、また、受
光時間を長くすることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ある地点の三次元の位
置を測定する三次元座標測定装置に関する。
置を測定する三次元座標測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ある地点（目標点）Ｐの三次元の
位置を測定するために、その目標点Ｐに対して基準にな
る位置０からの距離Ｄと基準の方向からの方向角θｈお
よび水平面からの高度角θｖを測定することにより算出
する方法が実用化されている。概念図を示す図１０によ
り更に詳細に説明すると、基準の位置０にトータルステ
ーションを設置し、目標点の鉛直線上のＰ（ｘ，ｙ，
ｚ）点にコーナープリズムを置き、トータルステーショ
ンに組み込まれている光波距離計によって基準の位置０
とコーナープリズム間の距離を求め、トータルステーシ
ョンの視準望遠鏡によってコーナープリズムを視準し
て、トータルステーションに組み込まれているロータリ
ーエンコーダによって基準の方向からの方向角θｈおよ
び水平面からの高度角θｖを計ることにより、目標点Ｐ
の三次元座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）が算出される。
位置を測定するために、その目標点Ｐに対して基準にな
る位置０からの距離Ｄと基準の方向からの方向角θｈお
よび水平面からの高度角θｖを測定することにより算出
する方法が実用化されている。概念図を示す図１０によ
り更に詳細に説明すると、基準の位置０にトータルステ
ーションを設置し、目標点の鉛直線上のＰ（ｘ，ｙ，
ｚ）点にコーナープリズムを置き、トータルステーショ
ンに組み込まれている光波距離計によって基準の位置０
とコーナープリズム間の距離を求め、トータルステーシ
ョンの視準望遠鏡によってコーナープリズムを視準し
て、トータルステーションに組み込まれているロータリ
ーエンコーダによって基準の方向からの方向角θｈおよ
び水平面からの高度角θｖを計ることにより、目標点Ｐ
の三次元座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）が算出される。
【０００３】しかしながら、このような方法では、目標
点にスタッフを垂直に立て、トータルステーションの視
準望遠鏡でコーナープリズムを視準しなければならず、
最低２人の作業者が必要である不都合や、トータルステ
ーションで直接視準できないような物陰を測定する必要
から、出願人は図１に記載する三次元座標測定装置の発
明の提案を行った。
点にスタッフを垂直に立て、トータルステーションの視
準望遠鏡でコーナープリズムを視準しなければならず、
最低２人の作業者が必要である不都合や、トータルステ
ーションで直接視準できないような物陰を測定する必要
から、出願人は図１に記載する三次元座標測定装置の発
明の提案を行った。
【０００４】この原理を簡単に説明すると、図１におい
て装置本体１の回転部４が回転すると、第１及び第２の
送光手段から出射された一対の平面状の出射光５ａ，５
ｂは図＊１に示すように、スタッフ２の反射手段例えば
各コーナープリズム１５1、１５2、１５3で順次反射さ
れ、第１の出射光５ａに対しては、コーナープリズムの
個数分の回数の反射光が第１の受光手段の受光部に受光
される。同様に第２の出射光５ｂに対しては第１の出射
光５ａとは逆の順に各コーナープリズム，１５1、１
５2、１５3で反射され第２の受光手段の受光部に受光さ
れ、各反射光が受光された瞬間の水平角が水平角検出手
段て検出され、処理装置に入力される。処理装置は、検
出された水平角、装置本体の位置、第１及び第２の出射
光の配置の定数及びスタッフのコーナープリズムの配置
の定数よりスタッフの測定端の位置（三次元座標）を計
算する。
て装置本体１の回転部４が回転すると、第１及び第２の
送光手段から出射された一対の平面状の出射光５ａ，５
ｂは図＊１に示すように、スタッフ２の反射手段例えば
各コーナープリズム１５1、１５2、１５3で順次反射さ
れ、第１の出射光５ａに対しては、コーナープリズムの
個数分の回数の反射光が第１の受光手段の受光部に受光
される。同様に第２の出射光５ｂに対しては第１の出射
光５ａとは逆の順に各コーナープリズム，１５1、１
５2、１５3で反射され第２の受光手段の受光部に受光さ
れ、各反射光が受光された瞬間の水平角が水平角検出手
段て検出され、処理装置に入力される。処理装置は、検
出された水平角、装置本体の位置、第１及び第２の出射
光の配置の定数及びスタッフのコーナープリズムの配置
の定数よりスタッフの測定端の位置（三次元座標）を計
算する。
【０００５】前記処理装置により行なわれる目標点の三
次元座標の計算は、以下のような理論に基づいて行なわ
れる。地図等を作成するための基準となる三次元直交座
標系を測量座標系と呼ぶことにし、目標点の座標はこの
座標で求めるものとする。
次元座標の計算は、以下のような理論に基づいて行なわ
れる。地図等を作成するための基準となる三次元直交座
標系を測量座標系と呼ぶことにし、目標点の座標はこの
座標で求めるものとする。
【０００６】その前提として以下の事項が既知であると
する。 a) 測量座標系での装置本体の基準となる点の三次元座
標。装置本体の基準となる点を、一対の出射光の平面と
装置本体の回転軸（鉛直軸）との交点、すなわち、測量
座標系の原点（０，０，０）とする。測量座標系のＸ軸
は原点を通る東西方向の直線であり、東方向を正とし、
Ｙ軸は原点を通る南北方向の直線であり、北方向を正と
し、Ｚ軸は原点を通る鉛直線であり、上方を正とする。
する。 a) 測量座標系での装置本体の基準となる点の三次元座
標。装置本体の基準となる点を、一対の出射光の平面と
装置本体の回転軸（鉛直軸）との交点、すなわち、測量
座標系の原点（０，０，０）とする。測量座標系のＸ軸
は原点を通る東西方向の直線であり、東方向を正とし、
Ｙ軸は原点を通る南北方向の直線であり、北方向を正と
し、Ｚ軸は原点を通る鉛直線であり、上方を正とする。
【０００７】b) 水平角を示すエンコーダの出力が０の
瞬間での前記一対の出射光が形成する２平面の方程式
は、 ａ0Ｘ＋ｂ0Ｙ＋ｃ0Ｚ＝０ (1) ｄ0Ｘ＋ｅ0Ｙ＋ｆ0Ｚ＝０ (2) (1)式は第１の送光手段の出射光の平面の方程式であ
り、ａ0、ｂ0、ｃ0はその係数である。また(2)式は第２
の送光手段の出射光の平面の方程式であり、ｄ0、ｅ0、
ｆ0はその係数である。
瞬間での前記一対の出射光が形成する２平面の方程式
は、 ａ0Ｘ＋ｂ0Ｙ＋ｃ0Ｚ＝０ (1) ｄ0Ｘ＋ｅ0Ｙ＋ｆ0Ｚ＝０ (2) (1)式は第１の送光手段の出射光の平面の方程式であ
り、ａ0、ｂ0、ｃ0はその係数である。また(2)式は第２
の送光手段の出射光の平面の方程式であり、ｄ0、ｅ0、
ｆ0はその係数である。
【０００８】c) スタッフ固有の座標系での座標として
与えられた例えば３個のコーナープリズムと測定端の相
対的位置関係。スタッフ固有の座標系は、スタッフ先端
の測定端を原点［座標値（０，０，０）］とし、この原
点と少なくとも３個のコーナープリズムのうち原点とも
っとも離れているコーナープリズムを結ぶ直線をｚ軸と
し、原点より当該コーナープリズムに向う方向を正とす
る。原点を通りｚ軸に直角でスタッフの前後方向の直線
をｙ軸とし、後方向を正とするものである。スタッフは
目標点に測定端が押し当てられて固定されているものと
する。装置本体の回転部が回転し、第１及び第２の送光
手段から出射する一対の光がスタッフのコーナープリズ
ムで反射して第１及び第２受光手段の受光部で夫々受光
された瞬間の水平角が水平角検出手段で検出されるの
で、その瞬間の夫々の光の平面の方程式が水平角を示す
エンコーダの出力が０の時の夫々の平面を夫々の水平角
だけ回転した平面の方程式として得ることができる。す
なわち、第１及び第２の出射光の平面が第ｊ番目のコー
ナープリズム上にある瞬間の平面の方程式は、 ａjＸ＋ｂjＹ＋ｃjＺ＝０ (3) ｄjＸ＋ｅjＹ＋ｆjＺ＝０ (4) 第１番目の出射光が第ｊ番目のコーナープリズム上にあ
る瞬間のエンコーダの出力をαjとすると、(3)式中の係
数ａj，ｂj，ｃjは(1)式中の係数より下記のように計算
される。 ａj＝ａ0cos αj＋ｂ0sin αj (5) ｂj＝−ａ0sin αj＋ｂ0cos αj (6) ｃj＝ｃ0 (7) 同様に、第２番目の出射光が第ｊ番目のコーナープリズ
ム上にある瞬間のエンコーダの出力をβjとすると、(4)
式中の係数ｄj，ｅj，ｆjは(2)式中の係数より下記のよ
うに計算される。 ｄj＝ｄ0cosβj＋ｅ0sinβj (8) ｅj＝−ｄ0sinβj＋ｅ0cosβj (9) ｆj＝ｆ0 (10) (3)(4)式の方程式で表される２つの光の平面は、測量座
標系の空間で交差し、その交線は装置本体の基準となる
点（測量座標系の原点０（０，０，０））と該１個のコ
ーナープリズムの光学的な中心を結ぶ直線であり、その
方程式は(3)(4)式で表わされる２つの平面の方程式から
求めることができる。
与えられた例えば３個のコーナープリズムと測定端の相
対的位置関係。スタッフ固有の座標系は、スタッフ先端
の測定端を原点［座標値（０，０，０）］とし、この原
点と少なくとも３個のコーナープリズムのうち原点とも
っとも離れているコーナープリズムを結ぶ直線をｚ軸と
し、原点より当該コーナープリズムに向う方向を正とす
る。原点を通りｚ軸に直角でスタッフの前後方向の直線
をｙ軸とし、後方向を正とするものである。スタッフは
目標点に測定端が押し当てられて固定されているものと
する。装置本体の回転部が回転し、第１及び第２の送光
手段から出射する一対の光がスタッフのコーナープリズ
ムで反射して第１及び第２受光手段の受光部で夫々受光
された瞬間の水平角が水平角検出手段で検出されるの
で、その瞬間の夫々の光の平面の方程式が水平角を示す
エンコーダの出力が０の時の夫々の平面を夫々の水平角
だけ回転した平面の方程式として得ることができる。す
なわち、第１及び第２の出射光の平面が第ｊ番目のコー
ナープリズム上にある瞬間の平面の方程式は、 ａjＸ＋ｂjＹ＋ｃjＺ＝０ (3) ｄjＸ＋ｅjＹ＋ｆjＺ＝０ (4) 第１番目の出射光が第ｊ番目のコーナープリズム上にあ
る瞬間のエンコーダの出力をαjとすると、(3)式中の係
数ａj，ｂj，ｃjは(1)式中の係数より下記のように計算
される。 ａj＝ａ0cos αj＋ｂ0sin αj (5) ｂj＝−ａ0sin αj＋ｂ0cos αj (6) ｃj＝ｃ0 (7) 同様に、第２番目の出射光が第ｊ番目のコーナープリズ
ム上にある瞬間のエンコーダの出力をβjとすると、(4)
式中の係数ｄj，ｅj，ｆjは(2)式中の係数より下記のよ
うに計算される。 ｄj＝ｄ0cosβj＋ｅ0sinβj (8) ｅj＝−ｄ0sinβj＋ｅ0cosβj (9) ｆj＝ｆ0 (10) (3)(4)式の方程式で表される２つの光の平面は、測量座
標系の空間で交差し、その交線は装置本体の基準となる
点（測量座標系の原点０（０，０，０））と該１個のコ
ーナープリズムの光学的な中心を結ぶ直線であり、その
方程式は(3)(4)式で表わされる２つの平面の方程式から
求めることができる。
【０００９】
【数１】
【００１０】上記交線の方程式は 上式において、ｌj，ｍjおよびｎjは直線の方向余弦で
あり、(5)〜(10)式で表される係数により下記のように
計算される。
あり、(5)〜(10)式で表される係数により下記のように
計算される。
【００１１】
【数２】
【００１２】(3)〜(15)式を３個のコーナープリズムに
適用することにより装置本体の基準となる点と３個のコ
ーナープリズムとを結ぶ直線の方程式(16)(17)(18)を得
る。
適用することにより装置本体の基準となる点と３個のコ
ーナープリズムとを結ぶ直線の方程式(16)(17)(18)を得
る。
【００１３】
【数３】
【００１４】(16)(17)(18)は第１番目、第２番目及び第
３番目のコーナープリズムの測量座標系における三次元
座標を満足するので、下記の条件式をたてることができ
る。
３番目のコーナープリズムの測量座標系における三次元
座標を満足するので、下記の条件式をたてることができ
る。
【００１５】
【数４】
【００１６】上式中（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）（Ｘ2，Ｙ2，
Ｚ2）（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）は、夫々第１番目、第２番目及
び第３番目のコーナープリズムの測量座標系における三
次元座標であり、未知数である。上記３式中には６個の
条件式と９個の未知数が含まれ、このままでは解くこと
ができない。そこで既知である３個のコーナープリズム
間の距離を未知数で表わす下記の３個の条件式を加える
ことにより、未知数で３個のコーナープリズムの測量座
標系における三次元座標を求めることができる。
Ｚ2）（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）は、夫々第１番目、第２番目及
び第３番目のコーナープリズムの測量座標系における三
次元座標であり、未知数である。上記３式中には６個の
条件式と９個の未知数が含まれ、このままでは解くこと
ができない。そこで既知である３個のコーナープリズム
間の距離を未知数で表わす下記の３個の条件式を加える
ことにより、未知数で３個のコーナープリズムの測量座
標系における三次元座標を求めることができる。
【００１７】
【数５】
【００１８】(22)(23)(24)式中の（ｘ1，ｙ1，ｚ1）
（ｘ2，ｙ2，ｚ2）（ｘ3，ｙ3，ｚ3）は夫々第１番目，
第２番目及び第３番目のコーナープリズムのスタッフ固
有の座標系における三次元座標であり、既知である。
（ｘ2，ｙ2，ｚ2）（ｘ3，ｙ3，ｚ3）は夫々第１番目，
第２番目及び第３番目のコーナープリズムのスタッフ固
有の座標系における三次元座標であり、既知である。
【００１９】次にスタッフの測定端の測量座標系におけ
る三次元座標を求める。それにはスタッフ固有の座標系
から測量座標系への座標変換の変換係数を求めることが
必要である。変換係数は、３個の回転要素と３個のシフ
ト量とから成り、すでに求まっている３個のコーナープ
リズムの測量座標系での座標と対応するスタッフ固有の
座標系における座標を使って求められる。
る三次元座標を求める。それにはスタッフ固有の座標系
から測量座標系への座標変換の変換係数を求めることが
必要である。変換係数は、３個の回転要素と３個のシフ
ト量とから成り、すでに求まっている３個のコーナープ
リズムの測量座標系での座標と対応するスタッフ固有の
座標系における座標を使って求められる。
【００２０】測量座標とスタッフ座標との関係は、行列
式を使って下記のように表わすことができる。
式を使って下記のように表わすことができる。
【００２１】
【数６】
【００２２】(25)式において（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および
（ｘ，ｙ，ｚ）はそれぞれ同一点の測量座標系及びスタ
ッフ固有の座標系の座標であり、Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0はシフ
ト量，κ，ψ，ωは回転角である。コーナープリズムの
スタッフ固有の座標系の座標は既知であり、また測量座
標系の座標も前段階で求まっているから、未知数はシフ
ト量と回転角の６個のパラメータである。
（ｘ，ｙ，ｚ）はそれぞれ同一点の測量座標系及びスタ
ッフ固有の座標系の座標であり、Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0はシフ
ト量，κ，ψ，ωは回転角である。コーナープリズムの
スタッフ固有の座標系の座標は既知であり、また測量座
標系の座標も前段階で求まっているから、未知数はシフ
ト量と回転角の６個のパラメータである。
【００２３】第１番目，第２番目及び第３番目の３個の
コーナープリズムに対して(25)式をたてることにより６
個の未知数を含む９個の条件式ができるので、最小二乗
法等を利用して６個の未知数（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0，κ，
ψ，ω）の最適値を求める。
コーナープリズムに対して(25)式をたてることにより６
個の未知数を含む９個の条件式ができるので、最小二乗
法等を利用して６個の未知数（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0，κ，
ψ，ω）の最適値を求める。
【００２４】スタッフ先端の測定端のスタッフ固有の座
標系の座標は既知であり、(25)式で表わされる座標変換
式の未知数（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0，κ，ψ，ω）はすでに求
まっているので、これを(25)式に代入することによりス
タッフ先端の測定端の測量座標系の座標を計算する。ス
タッフの測定端のスタッフ固有の座標系の座標は前述の
ように（０，０，０）と定義しているので、結果的には
スタッフの測定端の測量座標系の座標はシフト量
（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）と一致する。
標系の座標は既知であり、(25)式で表わされる座標変換
式の未知数（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0，κ，ψ，ω）はすでに求
まっているので、これを(25)式に代入することによりス
タッフ先端の測定端の測量座標系の座標を計算する。ス
タッフの測定端のスタッフ固有の座標系の座標は前述の
ように（０，０，０）と定義しているので、結果的には
スタッフの測定端の測量座標系の座標はシフト量
（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）と一致する。
【００２５】このような原理によると、測点の座標測定
の操作は従来の方法のように望遠鏡で目標点を視準する
必要がなく、また測定端を目標点に押し当てるだけでス
タッフはどちらに傾いてもよいので、取り扱いが簡単で
あると共に、目標点が物陰にある場合、天井、壁など従
来の方法では非常に測定するのが面倒な場合でも簡単に
測定を行なうことができ、特に多数の地点の測定には測
定作業が効率よく行なえる効果がある。
の操作は従来の方法のように望遠鏡で目標点を視準する
必要がなく、また測定端を目標点に押し当てるだけでス
タッフはどちらに傾いてもよいので、取り扱いが簡単で
あると共に、目標点が物陰にある場合、天井、壁など従
来の方法では非常に測定するのが面倒な場合でも簡単に
測定を行なうことができ、特に多数の地点の測定には測
定作業が効率よく行なえる効果がある。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記発明
では、射出光がプリズム等で反射されて成る平面状の光
を単に受光手段で受光するだけなので、長距離の測定を
行う場合に次のような問題があった。
では、射出光がプリズム等で反射されて成る平面状の光
を単に受光手段で受光するだけなので、長距離の測定を
行う場合に次のような問題があった。
【００２７】第１に、射出光は発散角を有しているため
次第に広がって、距離が長くなるにつれて受光素子の受
光する光量が低下してしまうという不都合がある。
次第に広がって、距離が長くなるにつれて受光素子の受
光する光量が低下してしまうという不都合がある。
【００２８】第２に、射出光が回転する角速度を一定に
した場合には反射光が受光素子上を通過する時間が短く
なってしまうという不都合がある。
した場合には反射光が受光素子上を通過する時間が短く
なってしまうという不都合がある。
【００２９】一方、これら不都合を回避するために、射
出光量を増加させたり、受光素子の面積や幅を大きくす
ることが考えられる。
出光量を増加させたり、受光素子の面積や幅を大きくす
ることが考えられる。
【００３０】しかしながら射出光量を増加させる場合に
は、装置全体の消費電力が増大するという欠点があり、
また、送光装置の能力上も一定の限界がある。更にま
た、受光素子の面積や幅を大きくする場合には、価格が
上昇するばかりでなく、受光素子の応答速度が低下して
しまうという欠点があった。
は、装置全体の消費電力が増大するという欠点があり、
また、送光装置の能力上も一定の限界がある。更にま
た、受光素子の面積や幅を大きくする場合には、価格が
上昇するばかりでなく、受光素子の応答速度が低下して
しまうという欠点があった。
【００３１】本発明はこれらの不都合を解決するために
成されたものであり、長距離でも測定が行える三次元座
標測定装置を提供することにある。
成されたものであり、長距離でも測定が行える三次元座
標測定装置を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、装置本体とスタッフと処理装置とから成
り、該装置本体は、鉛直軸回りに回転する回転部に鉛直
軸回りに互いに適当な角度離されて配置され、第１及び
第２の出射光を夫々鉛直軸に対して互いに反対方向に適
当な角度傾けた平面内で且つ適当な発散角を持たせて出
射させる第１及び第２の送光手段と、該第１及び第２の
送光手段から出射されかつ前記スタッフで反射された第
１及び第２の出射光を夫々受光し電気信号に変換する第
１及び第２の受光手段と、該第１及び第２の受光手段が
前記第１及び第２の出射光を夫々受光した瞬間の水平角
を検出する水平角検出手段とを具備し、前記スタッフ
は、測定地点に押しあてる測定端とそれから所定の間隔
をおいて配置された３個以上の反射手段とを具備し、前
記処理装置は、前記装置本体とスタッフのどちらか一方
に配設され、前記水平角検出手段で検出した水平角から
測定地点に押しあてたスタッフの測定端の三次元座標を
算出する三次元座標測定装置において、前記第１及び第
２の受光手段は、前記反射手段で反射された前記第１射
出光と前記第２射出光を集光する第１受光手段と第２集
光手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする。
に本発明は、装置本体とスタッフと処理装置とから成
り、該装置本体は、鉛直軸回りに回転する回転部に鉛直
軸回りに互いに適当な角度離されて配置され、第１及び
第２の出射光を夫々鉛直軸に対して互いに反対方向に適
当な角度傾けた平面内で且つ適当な発散角を持たせて出
射させる第１及び第２の送光手段と、該第１及び第２の
送光手段から出射されかつ前記スタッフで反射された第
１及び第２の出射光を夫々受光し電気信号に変換する第
１及び第２の受光手段と、該第１及び第２の受光手段が
前記第１及び第２の出射光を夫々受光した瞬間の水平角
を検出する水平角検出手段とを具備し、前記スタッフ
は、測定地点に押しあてる測定端とそれから所定の間隔
をおいて配置された３個以上の反射手段とを具備し、前
記処理装置は、前記装置本体とスタッフのどちらか一方
に配設され、前記水平角検出手段で検出した水平角から
測定地点に押しあてたスタッフの測定端の三次元座標を
算出する三次元座標測定装置において、前記第１及び第
２の受光手段は、前記反射手段で反射された前記第１射
出光と前記第２射出光を集光する第１受光手段と第２集
光手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする。
【００３３】
【作用】各受光手段が集光手段を備えており、反射手段
で反射された平面光を集光することができるので、受光
光量が落ちず、また受光時間を長くすることができるの
で、遠距離の測定を行うことができる。
で反射された平面光を集光することができるので、受光
光量が落ちず、また受光時間を長くすることができるの
で、遠距離の測定を行うことができる。
【００３４】この集光手段に凸レンズを用いれば拡散し
た反射光を理想的には一点に集中できるので高い集光能
力が得られる。
た反射光を理想的には一点に集中できるので高い集光能
力が得られる。
【００３５】また、集光手段に凸のシリンドリカルレン
ズを用いれば同様に受光光量を増加させ、または受光時
間を長くしながら受光手段を小型化することができる。
ズを用いれば同様に受光光量を増加させ、または受光時
間を長くしながら受光手段を小型化することができる。
【００３６】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１及び２において、１は装置本体，２はスタッフ
である。装置本体１には、図２に示すように鉛直に配置
された回転軸３の回りに回転可能な回転部４が設けら
れ、回転部４には、第１及び第２の出射光５ａ，５ｂを
出射する第１及び第２の送光手段６ａ，６ｂと第１及び
第２の受光手段７ａ，７ｂ（図７）と回転軸３の回転角
を検出するエンコーダ、水平角検出回路、処理装置及び
通信装置（図８，図９）と通信手段として電波を使用す
る場合にはアンテナ８が搭載されており、回転部４は適
当な速度で一方向に回転する。
る。図１及び２において、１は装置本体，２はスタッフ
である。装置本体１には、図２に示すように鉛直に配置
された回転軸３の回りに回転可能な回転部４が設けら
れ、回転部４には、第１及び第２の出射光５ａ，５ｂを
出射する第１及び第２の送光手段６ａ，６ｂと第１及び
第２の受光手段７ａ，７ｂ（図７）と回転軸３の回転角
を検出するエンコーダ、水平角検出回路、処理装置及び
通信装置（図８，図９）と通信手段として電波を使用す
る場合にはアンテナ８が搭載されており、回転部４は適
当な速度で一方向に回転する。
【００３７】第１及び第２の送光手段６ａ，６ｂは、図
３に明示するように、夫々光源９ａ，９ｂ、コリメータ
レンズ１０ａ，１０ｂ及び送光側シリンドリカルリンズ
１１ａ，１１ｂとから成り、光源９ａ，９ｂからでた適
当な周波数で強度変調された光がコリメータレンズ１
０，１０ｂによって平行光にされ、送光側シリンドリカ
ルレンズ１１ａ，１１ｂによって平面状に約９０°に発
散されて夫々第１の出射光５ａ及び第２の出射光５ｂを
出射する。第１の送光手段６ａのコリメータレンズ１０
ａの光軸１２ａは略水平に配置され、送光側シリンドリ
カルレンズ１１ａの円筒面の軸はコリメータレンズ１０
ａの光軸１２ａに直交しかつ水平に対し約４５°傾けら
れているため、第１の出射光５ａが作る平面は水平に対
し約４５°だけ逆に傾き、発散の中央の方向は略水平に
なる。第２の送光手段６ｂのコリメータレンズ１０ｂの
光軸１２ａはコリメータレンズ１０ａの光軸１２ａに対
して水平面内で約９０°離れ、かつ送光側シリンドリカ
ルレンズ１１ｂの軸は送光側シリンドリカルレンズ１１
ａと反対の方向に水平に対して約４５°傾けられている
ため、第１の出射光５ａ及び第２の出射光５ｂが作る平
面は２つのコリメータレンズ１０ａ，１０ｂの光軸１２
ａ，１２ｂの中央の方向に対して対称の位置関係を呈
し、逆ハの字型を呈している。第１及び第２の出射光５
ａ，５ｂの発散角及びアライメントの角度は４５°，９
０°に限定する必要はなく、これらの光が交差しないよ
うに角度を決める。第１及び第２の受光手段７ａ，７ｂ
の受光部１３ａ，１３ｂは、図４に示すように、夫々第
１及び第２の送光側シリンドリカルレンズ１１ａ，１１
ｂの中心からコーナープリズム（後述）の有効径以内の
距離Ｌで、第１及び第２の出射光５ａ，５ｂが形成する
平面内に配置される。かくして第１及び第２の出射光５
ａ，５ｂが形成する面がコーナープリズムの光学的中心
を通過した時、第１送光手段６ａ，コーナープリズム及
び第１の受光手段７ａの受光部１３ａと第２送光手段６
ｂ，コーナープリズム及び第２の受光手段７ｂの受光部
１３ｂが夫々同一平面内に位置され、その時の希望する
水平角を検出することができる。
３に明示するように、夫々光源９ａ，９ｂ、コリメータ
レンズ１０ａ，１０ｂ及び送光側シリンドリカルリンズ
１１ａ，１１ｂとから成り、光源９ａ，９ｂからでた適
当な周波数で強度変調された光がコリメータレンズ１
０，１０ｂによって平行光にされ、送光側シリンドリカ
ルレンズ１１ａ，１１ｂによって平面状に約９０°に発
散されて夫々第１の出射光５ａ及び第２の出射光５ｂを
出射する。第１の送光手段６ａのコリメータレンズ１０
ａの光軸１２ａは略水平に配置され、送光側シリンドリ
カルレンズ１１ａの円筒面の軸はコリメータレンズ１０
ａの光軸１２ａに直交しかつ水平に対し約４５°傾けら
れているため、第１の出射光５ａが作る平面は水平に対
し約４５°だけ逆に傾き、発散の中央の方向は略水平に
なる。第２の送光手段６ｂのコリメータレンズ１０ｂの
光軸１２ａはコリメータレンズ１０ａの光軸１２ａに対
して水平面内で約９０°離れ、かつ送光側シリンドリカ
ルレンズ１１ｂの軸は送光側シリンドリカルレンズ１１
ａと反対の方向に水平に対して約４５°傾けられている
ため、第１の出射光５ａ及び第２の出射光５ｂが作る平
面は２つのコリメータレンズ１０ａ，１０ｂの光軸１２
ａ，１２ｂの中央の方向に対して対称の位置関係を呈
し、逆ハの字型を呈している。第１及び第２の出射光５
ａ，５ｂの発散角及びアライメントの角度は４５°，９
０°に限定する必要はなく、これらの光が交差しないよ
うに角度を決める。第１及び第２の受光手段７ａ，７ｂ
の受光部１３ａ，１３ｂは、図４に示すように、夫々第
１及び第２の送光側シリンドリカルレンズ１１ａ，１１
ｂの中心からコーナープリズム（後述）の有効径以内の
距離Ｌで、第１及び第２の出射光５ａ，５ｂが形成する
平面内に配置される。かくして第１及び第２の出射光５
ａ，５ｂが形成する面がコーナープリズムの光学的中心
を通過した時、第１送光手段６ａ，コーナープリズム及
び第１の受光手段７ａの受光部１３ａと第２送光手段６
ｂ，コーナープリズム及び第２の受光手段７ｂの受光部
１３ｂが夫々同一平面内に位置され、その時の希望する
水平角を検出することができる。
【００３８】この第１受光手段と第２受光手段は、図５
(ａ)に示すように凸レンズ１０１から成る集光手段を備
えており、前記第１及び第２の射出光５ａ、５ｂがコー
ナープリズムで反射された反射光１０２を集光して受光
素子１０３に１０３に受光させるので、前記反射光１０
２が発散するものである場合にも前記受光素子１０３を
大きくしたり、射出光５ａ、５ｂの出力を上げることな
く受光光量を増加させることができる。
(ａ)に示すように凸レンズ１０１から成る集光手段を備
えており、前記第１及び第２の射出光５ａ、５ｂがコー
ナープリズムで反射された反射光１０２を集光して受光
素子１０３に１０３に受光させるので、前記反射光１０
２が発散するものである場合にも前記受光素子１０３を
大きくしたり、射出光５ａ、５ｂの出力を上げることな
く受光光量を増加させることができる。
【００３９】図５(ｂ)は前記集光手段に凸のシリンドリ
カルレンズ１０５を用い、その円筒面の中心軸（図示せ
ず）が反射光１０６の張る平面に直交するように配置し
たものである。前記反射光１０６は、装置本体の回転に
より矢印の方向に移動するが、有効レンズ径Ｓを有する
前記シリンドリカルレンズ１０５により集光され、幅Ｌ
の受光素子１０７に入射するので、シリンドリカルレン
ズを配置しないときに比べて受光光量はＳ／Ｌ倍にな
る。
カルレンズ１０５を用い、その円筒面の中心軸（図示せ
ず）が反射光１０６の張る平面に直交するように配置し
たものである。前記反射光１０６は、装置本体の回転に
より矢印の方向に移動するが、有効レンズ径Ｓを有する
前記シリンドリカルレンズ１０５により集光され、幅Ｌ
の受光素子１０７に入射するので、シリンドリカルレン
ズを配置しないときに比べて受光光量はＳ／Ｌ倍にな
る。
【００４０】図５(ｃ)は前記集光手段に凸のシリンドリ
カルレンズ１０９を用い、その円筒面の中心軸（図示せ
ず）が反射光１１０の張る平面に直交するように配置し
たものであり、前記反射光１１０は、装置本体の回転に
より矢印の方向に移動するものとする。該反射光１１０
は理想的には平面であるが、実際には厚みＣを有してお
り、特に長距離を測定する場合、反射光１１０の移動速
度が速くなり、高速の受光素子や広帯域の電子回路が必
要になる。ここで、前記反射光が受光手段中で作る輝線
の移動速度をｒとすると、シリンドリカルレンズ等の集
光手段を備えないときの受光時間は前記厚みＣと受光素
子１１１の幅Ｂにより（Ｂ＋Ｃ）／ｒとなるが、有効レ
ンズ径Ａを有する前記シリンドリカルレンズ１０９で前
記反射光１１０を集光したときは、受光時間は（Ａ＋
Ｃ）／ｒとなるので、受光時間を（Ａ＋Ｃ）／（Ｂ＋
Ｃ）倍にすることができる。
カルレンズ１０９を用い、その円筒面の中心軸（図示せ
ず）が反射光１１０の張る平面に直交するように配置し
たものであり、前記反射光１１０は、装置本体の回転に
より矢印の方向に移動するものとする。該反射光１１０
は理想的には平面であるが、実際には厚みＣを有してお
り、特に長距離を測定する場合、反射光１１０の移動速
度が速くなり、高速の受光素子や広帯域の電子回路が必
要になる。ここで、前記反射光が受光手段中で作る輝線
の移動速度をｒとすると、シリンドリカルレンズ等の集
光手段を備えないときの受光時間は前記厚みＣと受光素
子１１１の幅Ｂにより（Ｂ＋Ｃ）／ｒとなるが、有効レ
ンズ径Ａを有する前記シリンドリカルレンズ１０９で前
記反射光１１０を集光したときは、受光時間は（Ａ＋
Ｃ）／ｒとなるので、受光時間を（Ａ＋Ｃ）／（Ｂ＋
Ｃ）倍にすることができる。
【００４１】更に、スタッフ２は、図６に示すように適
当な長さを有し、一端（測定端）１４で目標点を指示で
きるように尖った形状になっている。スタッフ２には、
例えば３個のコーナープリズム１５1，１５2，１５3が
固設され、コーナープリズム１５2はコーナープリズム
１５1と１５2を結ぶ直線から僅か偏位されている。この
ようにコーナープリズム１５2を僅かに偏位させると、
スタッフ２の前記直線回りの回転に起因する測定誤差を
消去することができ、また端部が曲がっているスタッフ
の一端（測定端）の座標を計測する場合に都合がよい。
また、コーナープリズム１５1と１５2間と、コーナープ
リズム１５2と１５3間の距離が異なるように配置されて
いる。コーナープリズム１５1，１５2，１５3を不等間
隔に配置すると、検出された水平角からスタッフ２の一
端が上方にあるのかあるいは下方にあるのかを判別する
ことができる。測定端１４からコーナープリズム１５3
までの長さは使用し易い適当な長さにする。スタッフ２
の上部には、通信手段として例えば電波を使用した場
合、アンテナ１６が取付けられ、スタッフ２のコーナー
プリズム１５1，１５2，１５3の設置面とは反対面には
表示器（図８，図９）を装着し、通信装置（図８，図
９）を内蔵するケース１８が取付けられる。
当な長さを有し、一端（測定端）１４で目標点を指示で
きるように尖った形状になっている。スタッフ２には、
例えば３個のコーナープリズム１５1，１５2，１５3が
固設され、コーナープリズム１５2はコーナープリズム
１５1と１５2を結ぶ直線から僅か偏位されている。この
ようにコーナープリズム１５2を僅かに偏位させると、
スタッフ２の前記直線回りの回転に起因する測定誤差を
消去することができ、また端部が曲がっているスタッフ
の一端（測定端）の座標を計測する場合に都合がよい。
また、コーナープリズム１５1と１５2間と、コーナープ
リズム１５2と１５3間の距離が異なるように配置されて
いる。コーナープリズム１５1，１５2，１５3を不等間
隔に配置すると、検出された水平角からスタッフ２の一
端が上方にあるのかあるいは下方にあるのかを判別する
ことができる。測定端１４からコーナープリズム１５3
までの長さは使用し易い適当な長さにする。スタッフ２
の上部には、通信手段として例えば電波を使用した場
合、アンテナ１６が取付けられ、スタッフ２のコーナー
プリズム１５1，１５2，１５3の設置面とは反対面には
表示器（図８，図９）を装着し、通信装置（図８，図
９）を内蔵するケース１８が取付けられる。
【００４２】前記第１及び第２の受光手段７ａ，７ｂ
は、図７に示すように、受光素子から成る受光部１３
ａ，１３ｂが、増幅器１９，検波回路２０及びハイパス
フイルタ２１を介してコンパレータ２２に接続されて構
成されている。この構成によれば、受光された光から電
気信号パルスが得られる。ハイパスフイルタ２１のカッ
トオフ周波数は、コーナープリズム１５1，１５2，１５
3からの反射光のうちで最もパルス幅の大きい最短使用
距離での反射光による受信信号の持つ周波数帯域以上を
通過させるように設定され、その周波数より低い壁など
での反射による不要光の信号をカットするから、コンパ
レータ２２からコーナープリズムからの反射光による受
信信号のみ得られる。
は、図７に示すように、受光素子から成る受光部１３
ａ，１３ｂが、増幅器１９，検波回路２０及びハイパス
フイルタ２１を介してコンパレータ２２に接続されて構
成されている。この構成によれば、受光された光から電
気信号パルスが得られる。ハイパスフイルタ２１のカッ
トオフ周波数は、コーナープリズム１５1，１５2，１５
3からの反射光のうちで最もパルス幅の大きい最短使用
距離での反射光による受信信号の持つ周波数帯域以上を
通過させるように設定され、その周波数より低い壁など
での反射による不要光の信号をカットするから、コンパ
レータ２２からコーナープリズムからの反射光による受
信信号のみ得られる。
【００４３】スタッフ２は、測定時にコーナープリズム
１５1，１５2，１５3がおよそ装置本体１の方向に向い
ていれば、どのような傾きで目標点に接していてもよ
く、例としてスタッフ２が測定端１４を下にしておよそ
鉛直に立てられている場合について説明する。
１５1，１５2，１５3がおよそ装置本体１の方向に向い
ていれば、どのような傾きで目標点に接していてもよ
く、例としてスタッフ２が測定端１４を下にしておよそ
鉛直に立てられている場合について説明する。
【００４４】装置本体１の回転部４が回転し、第１の出
射光５ａがまずコーナープリズム１５1に入射し、第１
の受光部１３ａに反射光を返す。同様に第１の出射光５
ａは順次コーナープリズム１５2，１５3に入射し、第１
の受光部１３ａに反射光を返す。次に、第２の出射光５
ｂがコーナープリズム１５3，１５2，１５1の順に入射
し、第２の受光部１３ｂに反射光を返す。第１及び第２
の受光部１３ａ，１３ｂには夫々３回の反射光が入力
し、コンパレータ２３から夫々３個の電気信号パルス、
合計で６個の電気信号パルスが出力し、この電気信号パ
ルスが図８に示すように水平角検出回路２３に入力す
る。エンコーダ２４が接続された水平角検出回路２３
は、各電気信号パルスが入力した瞬間にエンコーダ２４
の出力を読み取って処理装置２５に入力する。処理装置
は２５は、予め、装置本体１の位置、出射光の配置の定
数およびスタッフ２の測定端１４に対するコーナープリ
ズム１５1，１５2，１５3の配置の定数が入力されてい
るので、これらと入力された６個の水平角の値からスタ
ッフ２の測定端１４の三次元座標を計算する。測定値
は、処理装置２５に接続された通信装置２６のアンテナ
８からスタッフ２に送出され、スタッフ２のアンテナ２
７、通信装置２８を経て表示器２９に表示される。
射光５ａがまずコーナープリズム１５1に入射し、第１
の受光部１３ａに反射光を返す。同様に第１の出射光５
ａは順次コーナープリズム１５2，１５3に入射し、第１
の受光部１３ａに反射光を返す。次に、第２の出射光５
ｂがコーナープリズム１５3，１５2，１５1の順に入射
し、第２の受光部１３ｂに反射光を返す。第１及び第２
の受光部１３ａ，１３ｂには夫々３回の反射光が入力
し、コンパレータ２３から夫々３個の電気信号パルス、
合計で６個の電気信号パルスが出力し、この電気信号パ
ルスが図８に示すように水平角検出回路２３に入力す
る。エンコーダ２４が接続された水平角検出回路２３
は、各電気信号パルスが入力した瞬間にエンコーダ２４
の出力を読み取って処理装置２５に入力する。処理装置
は２５は、予め、装置本体１の位置、出射光の配置の定
数およびスタッフ２の測定端１４に対するコーナープリ
ズム１５1，１５2，１５3の配置の定数が入力されてい
るので、これらと入力された６個の水平角の値からスタ
ッフ２の測定端１４の三次元座標を計算する。測定値
は、処理装置２５に接続された通信装置２６のアンテナ
８からスタッフ２に送出され、スタッフ２のアンテナ２
７、通信装置２８を経て表示器２９に表示される。
【００４５】前記通信装置２６，２８は搬送破に電波を
使用したが、光を使用したものでも差し支えない。前記
実施例では、処理装置２５は装置本体１に設けたが、図
９に示すようにスタッフ２側に設けてもよく、この場合
には、装置本体１に設けた水平角検出回路２３で検出し
た６個の水平角を装置本体１からスタッフ２側に転送し
て処理装置２５に入力させ、処理装置２５で測定端１４
の三次元座標を計算させ表示器２９に表示させる。
使用したが、光を使用したものでも差し支えない。前記
実施例では、処理装置２５は装置本体１に設けたが、図
９に示すようにスタッフ２側に設けてもよく、この場合
には、装置本体１に設けた水平角検出回路２３で検出し
た６個の水平角を装置本体１からスタッフ２側に転送し
て処理装置２５に入力させ、処理装置２５で測定端１４
の三次元座標を計算させ表示器２９に表示させる。
【００４６】この実施例では、処理装置２５は前記スタ
ッフ２のケース１８に内蔵されるが、処理装置２５を本
体との通信装置２８及び表示装置２９と一体に構成し、
携帯できるようにしてもよい。
ッフ２のケース１８に内蔵されるが、処理装置２５を本
体との通信装置２８及び表示装置２９と一体に構成し、
携帯できるようにしてもよい。
【００４７】又、この実施例において、図１１で示す様
に、第１の射出光５０ａ及び第２の射出光５０ｂは偏光
板４２を透過して直線偏光の光となり、受光手段７ａは
偏光板フィルター４３を透過した入射光を受光するもの
であってもよい。偏光素子４３の偏光軸を、偏光板４２
により直線偏光された射出光の偏光面の方向と等しく配
置しておけば、壁などで反射されたランダムな偏光面を
有している光が入射しても、そのような光の光量は前記
偏光素子４３で約半分に減衰され、Ｓ／Ｎ比の良い信号
を得ることができる。該偏光手段４２は、光源９ａとコ
リメーターレンズ４１の間、コリメーターレンズ４１と
シリンドリカルレンズ１１ａの間、又はシリンドリカル
レンズ１１ａとコーナープリズム１５1の間のいずれの
位置に置いてもよいが、偏光効率が最も高いのはコリメ
ーターレンズ４１とシリンドリカルレンズ１１ａの間に
置いた場合である。なお、該偏光手段４２には、偏光板
の他、光学薄膜による偏光ビームスプリッターやグラン
ティラープリズム、グラントムソンプリズムなどの各種
の偏光プリズムを用いることができ、いずれを用いた場
合にも該偏光手段４２が射出光の偏光軸の向きを決定す
ることとなる。
に、第１の射出光５０ａ及び第２の射出光５０ｂは偏光
板４２を透過して直線偏光の光となり、受光手段７ａは
偏光板フィルター４３を透過した入射光を受光するもの
であってもよい。偏光素子４３の偏光軸を、偏光板４２
により直線偏光された射出光の偏光面の方向と等しく配
置しておけば、壁などで反射されたランダムな偏光面を
有している光が入射しても、そのような光の光量は前記
偏光素子４３で約半分に減衰され、Ｓ／Ｎ比の良い信号
を得ることができる。該偏光手段４２は、光源９ａとコ
リメーターレンズ４１の間、コリメーターレンズ４１と
シリンドリカルレンズ１１ａの間、又はシリンドリカル
レンズ１１ａとコーナープリズム１５1の間のいずれの
位置に置いてもよいが、偏光効率が最も高いのはコリメ
ーターレンズ４１とシリンドリカルレンズ１１ａの間に
置いた場合である。なお、該偏光手段４２には、偏光板
の他、光学薄膜による偏光ビームスプリッターやグラン
ティラープリズム、グラントムソンプリズムなどの各種
の偏光プリズムを用いることができ、いずれを用いた場
合にも該偏光手段４２が射出光の偏光軸の向きを決定す
ることとなる。
【００４８】更に、前記反射手段にコーナープリズムを
用い、前記射出光の偏光面に対して主軸が約４５度傾い
た１／４波長板５２を入射面及び射出面に配置しておけ
ば、図１１に示す様に、光源９ａから射出された光はコ
リメーターレンズ４１を介し、偏光手段４２で直線偏光
の光にされて送光側シリンドリカルレンズ１１ａにより
平面光である射出直線偏光光５１にされる。該射出直線
偏光光５１は、その偏光軸に対して主軸が約４５度傾い
た１／４波長板５２を透過して円偏光光５３となり、該
円偏光光５３はコーナープリズム１５1で反射されて再
度１／４波長板５２を透過して、前記射出直線偏光光５
１とは偏光軸が９０度傾いた入射直線偏光光５４とな
る。偏光板フィルター４３の偏光軸は前記射出直線偏光
光５１の偏光面と９０度傾いている。前記入射直線偏光
光５４は偏光板フィルター４３を透過して受光手段７ａ
に入射する。偏光板フィルター４３は射出直線偏光光５
１とは偏光軸が９０度傾いた光のみを透過するので、壁
で反射された反射光の様にランダムな偏光面を有する光
は偏光素子４３を透過する光量が減少する。又、ガラス
面やプリズムからの反射光は偏光素子４３を透過せず、
受光素子７ａの受光する信号のＳ／Ｎ比をいっそう向上
させることができる。
用い、前記射出光の偏光面に対して主軸が約４５度傾い
た１／４波長板５２を入射面及び射出面に配置しておけ
ば、図１１に示す様に、光源９ａから射出された光はコ
リメーターレンズ４１を介し、偏光手段４２で直線偏光
の光にされて送光側シリンドリカルレンズ１１ａにより
平面光である射出直線偏光光５１にされる。該射出直線
偏光光５１は、その偏光軸に対して主軸が約４５度傾い
た１／４波長板５２を透過して円偏光光５３となり、該
円偏光光５３はコーナープリズム１５1で反射されて再
度１／４波長板５２を透過して、前記射出直線偏光光５
１とは偏光軸が９０度傾いた入射直線偏光光５４とな
る。偏光板フィルター４３の偏光軸は前記射出直線偏光
光５１の偏光面と９０度傾いている。前記入射直線偏光
光５４は偏光板フィルター４３を透過して受光手段７ａ
に入射する。偏光板フィルター４３は射出直線偏光光５
１とは偏光軸が９０度傾いた光のみを透過するので、壁
で反射された反射光の様にランダムな偏光面を有する光
は偏光素子４３を透過する光量が減少する。又、ガラス
面やプリズムからの反射光は偏光素子４３を透過せず、
受光素子７ａの受光する信号のＳ／Ｎ比をいっそう向上
させることができる。
【００４９】図１２は本発明の他の実施例であり、第１
の射出光５０ａ及び第２の射出光５０ｂはコリメーター
レンズを透過後、偏光板４２と該偏光板４２の偏光軸と
は主軸が４５度又は−４５度傾いた送光１／４波長板６
１を透過して円偏光の光となり送光側シリンドリカルレ
ンズ１１ａ又は１１ｂにより、平面光である射出円偏光
光６２となる。該射出円偏光光６２は反射１／４波長板
５２を透過して直線偏光光６３となりコーナープリズム
１５で反射されて反射１／４波長板５２を前記射出円偏
光光６２が入射した面と反対の面から再度透過して反射
円偏光光６４になる。この様に射出円偏光光６２が同一
の１／４波長板を表と裏から２度透過する結果、反射円
偏光光６４の回転は射出円偏光光６２の回転とは逆向き
となる。
の射出光５０ａ及び第２の射出光５０ｂはコリメーター
レンズを透過後、偏光板４２と該偏光板４２の偏光軸と
は主軸が４５度又は−４５度傾いた送光１／４波長板６
１を透過して円偏光の光となり送光側シリンドリカルレ
ンズ１１ａ又は１１ｂにより、平面光である射出円偏光
光６２となる。該射出円偏光光６２は反射１／４波長板
５２を透過して直線偏光光６３となりコーナープリズム
１５で反射されて反射１／４波長板５２を前記射出円偏
光光６２が入射した面と反対の面から再度透過して反射
円偏光光６４になる。この様に射出円偏光光６２が同一
の１／４波長板を表と裏から２度透過する結果、反射円
偏光光６４の回転は射出円偏光光６２の回転とは逆向き
となる。
【００５０】反射円偏光光６４は受光１／４波長板６５
を透過して入射直線偏光光６６となる。偏光板フィルタ
ー４３の偏光軸は、該入射直線偏光光６６の偏光面と同
じ向きに配置されており、該入射直線偏光光６６は前記
偏光板フィルター４３を透過して受光手段７ａ又は７ｂ
に入射する。
を透過して入射直線偏光光６６となる。偏光板フィルタ
ー４３の偏光軸は、該入射直線偏光光６６の偏光面と同
じ向きに配置されており、該入射直線偏光光６６は前記
偏光板フィルター４３を透過して受光手段７ａ又は７ｂ
に入射する。
【００５１】この場合にも射出光が直線偏光光であった
場合と同様に、壁などで反射されたランダムな偏光面を
有している光が入射しても、そのような光の光量は前記
偏光素子４３で約半分に減衰される。又、ガラス面や鏡
などから反射された光の偏光面の回転は入射円偏光光６
２の回転が保存される結果、反射円偏光光６４とは逆向
きの回転であるため受光１／４波長板６５を透過した光
は前記入射直線偏光光６６の偏光面とは９０度傾いた偏
光面を有する直線偏光光となるため、偏光板フィルター
４３を透過することができない。従ってＳ／Ｎ比の良い
信号を得ることができる。
場合と同様に、壁などで反射されたランダムな偏光面を
有している光が入射しても、そのような光の光量は前記
偏光素子４３で約半分に減衰される。又、ガラス面や鏡
などから反射された光の偏光面の回転は入射円偏光光６
２の回転が保存される結果、反射円偏光光６４とは逆向
きの回転であるため受光１／４波長板６５を透過した光
は前記入射直線偏光光６６の偏光面とは９０度傾いた偏
光面を有する直線偏光光となるため、偏光板フィルター
４３を透過することができない。従ってＳ／Ｎ比の良い
信号を得ることができる。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、各受光手段が集光手段
を備えており、反射手段で反射された平面光を集光する
ことができるので、受光光量が落ちず、また受光時間を
長くすることができるので、遠距離の測定を行うことが
できる。
を備えており、反射手段で反射された平面光を集光する
ことができるので、受光光量が落ちず、また受光時間を
長くすることができるので、遠距離の測定を行うことが
できる。
【００５３】この集光手段に凸レンズ、または、凸のシ
リンドリカルレンズを用いれば受光光量を増加させ、ま
たは受光時間を長くしながら受光手段を小型化すること
ができる。
リンドリカルレンズを用いれば受光光量を増加させ、ま
たは受光時間を長くしながら受光手段を小型化すること
ができる。
【図１】 配置状態を示す本発明の一実施例の斜視図
【図２】 上記実施例の装置本体の要部の構成を説明す
る斜視図
る斜視図
【図３】 (A),(B)は上記実施例の送光手段の平面図及
び側面図
び側面図
【図４】 上記実施例の受光部と送光側シリンドリカル
レンズとの関係を示す説明図
レンズとの関係を示す説明図
【図５】 受光手段に集光手段を設けた本発明の実施例
【図６】 上記実施例のスタッフの斜視図
【図７】 上記実施例の受光手段のブロック図
【図８】 上記実施例のブロック図
【図９】 他の実施例のブロック図
【図１０】 従来の三次元座標測量方法の説明図
【図１１】 他の実施例のブロック図
【図１２】 他の実施例のブロック図
１ 装置本体 ２ スタッフ ３ 回転軸 ４ 回転部 ５ａ，５ｂ 第１及び第２の出射光 ６ａ，６ｂ 第１及び第２の送光手段 ７ａ，７ｂ 第１及び第２の受光手段 ９ａ，９ｂ
光源 １１ａ，１１ｂ 送光側シリンドリカルレンズ １３ａ，１３ｂ 受光部 １４ 一端（測定端） １５1，１５2，１５3 コーナープリズム １７ 表示器 １８ 通信装
置 ２１ ハイパスフィルタ ２３ 水平角
検出回路 ２４ エンコーダ ２５ 処理装
置 ２６，２８ 通信装置 ２９
表示器 ５２ １／４波長板 ４３ 偏光板
フィルター ６２ 射出円偏光光 ６５ 受光１
／４波長板 １０１ 凸レンズ １０５，１０９ シリンド
リカルレンズ
光源 １１ａ，１１ｂ 送光側シリンドリカルレンズ １３ａ，１３ｂ 受光部 １４ 一端（測定端） １５1，１５2，１５3 コーナープリズム １７ 表示器 １８ 通信装
置 ２１ ハイパスフィルタ ２３ 水平角
検出回路 ２４ エンコーダ ２５ 処理装
置 ２６，２８ 通信装置 ２９
表示器 ５２ １／４波長板 ４３ 偏光板
フィルター ６２ 射出円偏光光 ６５ 受光１
／４波長板 １０１ 凸レンズ １０５，１０９ シリンド
リカルレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土金 裕幸 神奈川県厚木市長谷字柳町260−63 株式 会社ソキア厚木工場内
Claims (10)
- 【請求項１】 装置本体とスタッフと処理装置とから成
り、 該装置本体は、鉛直軸回りに回転する回転部に鉛直軸回
りに互いに適当な角度離されて配置され、 第１及び第２の出射光を夫々鉛直軸に対して互いに反対
方向に適当な角度傾けた平面内で且つ適当な発散角を持
たせて出射させる第１及び第２の送光手段と、 該第１及び第２の送光手段から出射されかつ前記スタッ
フで反射された第１及び第２の出射光を夫々受光し電気
信号に変換する第１及び第２の受光手段と、 該第１及び第２の受光手段が前記第１及び第２の出射光
を夫々受光した瞬間の水平角を検出する水平角検出手段
とを具備し、 前記スタッフは、測定地点に押しあてる測定端とそれか
ら所定の間隔をおいて配置された３個以上の反射手段と
を具備し、 前記処理装置は、前記装置本体とスタッフのどちらか一
方に配設され、 前記水平角検出手段で検出した水平角から測定地点に押
しあてたスタッフの測定端の三次元座標を算出する三次
元座標測定装置において、 前記第１及び第２の受光手段は、前記反射手段で反射さ
れた前記第１射出光と前記第２射出光を集光する第１集
光手段と第２集光手段とをそれぞれ備えたことを特徴と
する三次元座標測定装置。 - 【請求項２】 前記第１集光手段と第２集光手段は凸レ
ンズであることを特徴とする請求項１記載の三次元座標
測定装置。 - 【請求項３】 前記第１集光手段と第２集光手段はそれ
ぞれ凸のシリンドリカルレンズであることを特徴とする
請求項１記載の三次元座標測定装置。 - 【請求項４】 前記装置本体は、前記スタッフとの間の
通信を行なう通信手段を有し、前記スタッフは前記装置
本体との通信を行なう通信手段と、前記三次元座標等を
表示する表示装置とを有することを特徴とする請求項１
乃至請求項３記載の三次元座標測定装置。 - 【請求項５】 ３個以上の前記反射手段を直線上に配置
し、その内の少なくとも１個のコーナープリズムを該直
線上から偏位させて配置したことを特徴とする請求項１
乃至請求項４記載の三次元座標測定装置。 - 【請求項６】 ３個以上の前記反射手段のうち、少なく
とも１個の反射手段を不等間隔に配置したことを特徴と
する請求項１乃至請求項５記載の三次元座標測定装置。 - 【請求項７】 前記反射手段はコーナープリズムである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６記載の三次元座
標測定装置。 - 【請求項８】 前記受光手段の受光部を出射光が形成す
る平面内で且つ送光手段の近傍に配置したことを特徴と
する請求項１乃至請求項７記載の三次元座標測定装置。 - 【請求項９】 前記処理手段と、装置本体との通信手段
と、前記表示装置とを一体にして携帯自在としたことを
特徴とする請求項１乃至請求項８記載の三次元座標測定
装置。 - 【請求項１０】 前記受光手段の電気回路は不要な反射
光の信号を除去するためのハイパスフィルタを有するこ
とを特徴とする請求項１乃至９記載の三次元座標測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35288293A JP3492406B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 三次元座標測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35288293A JP3492406B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 三次元座標測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07198381A true JPH07198381A (ja) | 1995-08-01 |
| JP3492406B2 JP3492406B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=18427101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35288293A Expired - Fee Related JP3492406B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 三次元座標測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3492406B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000308636A (ja) * | 1999-04-28 | 2000-11-07 | Toshiba Corp | 信号伝送装置 |
| JP2011224252A (ja) * | 2010-04-22 | 2011-11-10 | Kyoraku Sangyo Kk | アウターレンズユニット、イルミネーションユニット、遊技盤ユニット及びパチンコ遊技機 |
-
1993
- 1993-12-29 JP JP35288293A patent/JP3492406B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000308636A (ja) * | 1999-04-28 | 2000-11-07 | Toshiba Corp | 信号伝送装置 |
| JP2011224252A (ja) * | 2010-04-22 | 2011-11-10 | Kyoraku Sangyo Kk | アウターレンズユニット、イルミネーションユニット、遊技盤ユニット及びパチンコ遊技機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3492406B2 (ja) | 2004-02-03 |
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