(57)【要約】【課題】レーザー光を用いて測量対象物の姿勢を計測できる技術を得る。【解決手段】螺旋模様の表面を備えた螺旋表示ターゲット１２０を備えたターゲット装置１３０であって、螺旋模様の境の位置Ｂと下端の位置Ｂ０との間の距離Ｌに基づき、螺旋表示ターゲット１３０の螺旋軸回りの回転位置の検出が行われるターゲット装置１３０。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状の模様表示を表面に備えたターゲット装置であって、
特定の方向から計測した際における前記螺旋状の模様表示の特定の部分の前記螺旋状の模様表示の螺旋軸上における位置に基づき、当該ターゲット装置の前記螺旋軸回りにおける回転位置の検出が行われるターゲット装置。
【請求項２】
前記特定の部分の位置は、当該位置と前記螺旋状の模様表示と識別でき前記螺旋軸の延長方向において離れた位置にある他の部分との間の距離によって規定される請求項１に記載のターゲット装置。
【請求項３】
前記特定の部分と前記他の部分との間の距離をＬ、
前記回転位置の基準回転位置に対する角度をθとした場合に、
前記Ｌと前記θには特定の関係があり、
前記Ｌを計測することで前記θが求められる請求項２に記載のターゲット装置。
【請求項４】
前記Ｌと前記θは正比例の関係にある請求項３に記載のターゲット装置。
【請求項５】
前記螺旋状の模様表示が螺旋間隔によるコード化された内容を表示したものである請求項１〜４のいずれか一項に記載のターゲット装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のターゲット装置の前記螺旋軸回りの角度位置の測量方法であって、
前記螺旋状の模様表示を撮影するステップと、
前記撮影の結果に基づき、前記特定の部分の前記螺旋軸上における位置を算出するステップと、
前記特定の部分の前記螺旋軸上における前記位置に基づき前記ターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置を求めるステップと
を有する測量方法。  
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置の測量を行う測量装置であって、
前記螺旋状の模様表示を撮影するカメラと、
前記カメラが撮影した前記螺旋状の模様表示の画像に基づき、前記特定の部分の前記螺旋軸上における位置を算出する位置算出手段と、
前記特定の部分の前記螺旋軸上における前記位置に基づき前記ターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置を求める角度位置算出手段と
を備える測量装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置の算出をコンピュータに実行させるための測量用プログラムであって、
コンピュータに
前記螺旋状の模様表示を撮影した画像に基づき、前記特定の部分の前記螺旋軸上における位置を算出するステップと、
前記特定の部分の前記螺旋軸上における前記位置に基づき前記ターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置を求めるステップと
を実行させる測量用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットの向きの検出を行う測量技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＳ（トータルステーション）を用いた測量では、反射プリズムを備えた棒状の部材を備えたターゲット装置が用いられる（例えば、特許文献１を参照）。このターゲット装置を用いた測量では、垂直にした棒状の部材の先端を地上に接触させた状態で、反射プリズムを対象にＴＳによる測位を行い、それにより棒状の部材の先端を接触させた位置の座標を取得する。そして、測量対象となる土地の各所においてこの作業を行うことで、当該土地の測量が行われる。
【０００３】
上記の作業では、作業員がターゲット装置を手に持ち、歩いて移動しながら複数の位置における測量が行われる。この際、当該作業員が手にする端末等を用いて、ＴＳ側から次の測量位置への誘導が行われる。この際、ＴＳに対するターゲット装置の水平角（水平面における方向）が判ると便利である。通常は、磁気センサやジャイロセンサを用いて上記の水平角の検出が行われている。また、ＧＰＳを用いて方位の検出を行う技術も公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２９１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁気センサによる水平角の検出では、金属構造物の影響を受ける。例えば、橋梁の近くでは、コンクリート中の鉄筋や鉄骨の影響を受ける。また、地盤を補強するために波型の鋼材を地中に打ち込む技術があるが、この地中の鋼材の影響を受け、磁気センサの精度が低下する場合がある。また、ジャイロセンサは、出力のドリフトの問題がある。この点を改良したジャイロセンサもあるが高価、且つ、大型となる。ＧＰＳは、航法衛星の見えない場所（谷間、橋梁の下、トンネル内、屋内、地下、森林等）では使用できない（あるいは利用できても精度が低下する）。
【０００６】
以上の問題は、ＴＳに対するＵＡＶ(Unmanned aerial vehicle)の向きを知りたい場合にも生じる。例えば、ＴＳによりＵＡＶを追跡する技術が知られている（ＵＳ２０１４／０２１０６６３）。この技術では、ＴＳに対するＵＡＶの姿勢を知ることが重要となるが、上記の方位センサ、ジャイロセンサ、ＧＰＳを用いた姿勢の検出では、上述したのと同様な問題が生じる。
【０００７】
このような背景において、本発明は、レーザー光を用いて測量対象物の姿勢を計測できる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、螺旋状の模様表示を表面に備えたターゲット装置であって、特定の方向から計測した際における前記螺旋状の模様表示の特定の部分の前記螺旋状の模様表示の螺旋軸上における位置に基づき、当該ターゲット装置の前記螺旋軸回りにおける回転位置の検出が行われるターゲット装置である。
【０００９】
本発明において、前記特定の部分の位置は、当該位置と前記螺旋状の模様表示と識別でき前記螺旋軸の延長方向において離れた位置にある他の部分との間の距離によって規定される態様が挙げられる。
【００１０】
上記の態様において、前記特定の部分と前記他の部分との間の距離をＬ、前記回転位置の基準回転位置に対する角度をθとした場合に、前記Ｌと前記θには特定の関係があり、前記Ｌを計測することで前記θが求められる態様が挙げられる。更に、この態様において、前記Ｌと前記θは正比例の関係にある態様が挙げられる。
【００１１】
本発明において、前記螺旋状の模様表示が螺旋間隔によるコード化された内容を表示したものである態様が挙げられる。
【００１２】
他の本発明は、上述したターゲット装置の前記螺旋軸回りの角度位置の測量方法であって、前記螺旋状の模様表示を撮影するステップと、前記撮影の結果に基づき、前記特定の部分の前記螺旋軸上における位置を算出するステップと、前記特定の部分の前記螺旋軸上における前記位置に基づき前記ターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置を求めるステップとを有する測量方法である。
【００１３】
他の本発明は、上述したターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置の測量を行う測量装置であって、前記螺旋状の模様表示を撮影するカメラと、前記カメラが撮影した前記螺旋状の模様表示の画像に基づき、前記特定の部分の前記螺旋軸上における位置を算出する位置算出手段と、前記特定の部分の前記螺旋軸上における前記位置に基づき前記ターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置を求める角度位置算出手段とを備える測量装置である。
【００１４】
他の本発明は、上述したターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置の算出をコンピュータに実行させるための測量用プログラムであって、コンピュータに前記螺旋状の模様表示を撮影した画像に基づき、前記特定の部分の前記螺旋軸上における位置を算出するステップと、前記特定の部分の前記螺旋軸上における前記位置に基づき前記ターゲット装置の螺旋軸回りの角度位置を求めるステップとを実行させる測量用プログラムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザー光を用いて測量対象物の姿勢を計測できる技術が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の概念図である。
【図２】実施形態の測量機の斜視図である。
【図３】実施形態の測量機の正面図である。
【図４】螺旋表示ターゲットの水平角を計測する仕組みを示す原理図である。
【図５】水平角（横軸）と、螺旋表示の境の位置と全周反射プリズムの反射中心の位置との距離Ｌ（縦軸）の関係を示すグラフである。
【図６】絶対座標系におけるターゲット装置の水平角を求める方法を説明する図である。
【図７】測量機のブロック図である。
【図８】処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】端末の表示画面の一例を示す図である。
【図１０】端末の表示画面の一例を示す図である。
【図１１】他の実施形態の概要を示す概念図である。
【図１２】他の実施形態の概要を示す概念図である。
【図１３】螺旋表示ターゲットの水平角を計測する仕組みを示す原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．第１の実施形態
（概要）
図１には、実施形態の概要が示されている。図１には、ターゲット装置１３０が示されている。ターゲット装置１３０は、レーザー測位される全周反射プリズム１１０と、全周反射プリズム１１０との位置関係が特定され、螺旋状の模様表示が付与された筒状または円柱状の構造を有する螺旋表示ターゲット１２０とを備えている。
【００１８】
図１において、測量機４００により、ターゲット装置１３０の位置と水平角（水平方向における向き）が測定される。ここで、測量機４００は、絶対座標系で座標が既知の位置に水平に設置され、また絶対座標系における水平方向における方位が確定されている。これは、通常のＴＳ等の測量機の場合と同じである。
【００１９】
絶対座標系というのは、ＧＮＳＳで用いられる座標系である。絶対座標系では、経度、緯度、平均海面からの高度で座標が特定される。なお、座標系としてその場で定めたローカル座標系を用いることもできる。
【００２０】
全周反射プリズム１１０の位置がレーザー測位により求められる。他方で測量機４００は、ターゲット装置１３０の撮影を行う。この撮影画像に基づき、螺旋表示ターゲット１２０の螺旋表示の特定部分の位置が検出される。そして、この螺旋表示の特定部分の位置に基づきターゲット装置１３０の螺旋軸回りの回転角度位置が求められる。なお、螺旋軸とは、螺旋模様を構成する螺旋の軸のことである。例えば、円柱の外周表面に螺旋模様を形成した場合、当該円柱の軸（円柱軸）が螺旋軸に一致する。
【００２１】
（測量機）
以下、測量機４００について説明する。測量機４００は、カメラを備え、螺旋模様ターゲット１２０の回転角度位置を計測可能なＴＳ（トータルステーション）である。測量機４００は、レーザー測距光を用いた精密な測位機能を有する。これは、通常のトータルステーションが有する機能である。ＴＳについては、例えば特開２００９−２２９１９２号公報、特開２０１２―２０２８２１号公報に記載されている。
【００２２】
以下、図２、図３を参照して測量機４００について説明する。測量機４００は、水平回転部１１を有している。水平回転部１１は、台座１２上に水平回転が可能な状態で保持されている。台座１２は図示しない三脚の上部に固定される。水平回転部１１は、上方に向かって延在する２つの延在部を有する略コの字形状を有し、この２つの延在部の間に鉛直回転部１３が高低角（仰角および俯角）の制御が可能な状態で保持されている。
【００２３】
水平回転部１１は、台座１２に対して電動で水平回転する。鉛直回転部１３は、モータにより鉛直面内で回転する。水平回転部１１の水平面内における角度制御は、水平回転部１１に内蔵された水平回転駆動部２０７（図８参照）で行われる。鉛直回転部１３の鉛直面内における角度制御は、水平回転部１１に内蔵された鉛直回転駆動部２０８（図７参照）により行われる。
【００２４】
水平回転部１１には、水平回転角制御ダイヤル１４ａと高低角制御ダイヤル１４ｂが配置されている。水平回転角制御ダイヤル１４ａを操作することで、水平回転部１１の水平回転角の調整が行なわれ、高低角制御ダイヤル１４ｂを操作することで、鉛直回転部１３の鉛直面内での高低角（仰角および俯角）の調整が行なわれる。
【００２５】
鉛直回転部１３の上部には、大凡の照準を付ける照準器１５ａが配置されている。また、鉛直回転部１３には、照準器１５ａよりも視野が狭い光学式の照準器１５ｂ（図３参照）と、より精密な視準が可能な望遠鏡１６が配置されている。
【００２６】
鉛直回転部１３の内部には、照準器１５ｂと望遠鏡１６が捉えた像を接眼部１７に導く光学系が収納されている。照準器１５ｂと望遠鏡１６が捉えた像は、接眼部１７を覗くことで視認できる。望遠鏡１６が捉えた像は、鉛直回転部１３の内部に配置されたカメラ２１１（図７参照）によって撮影可能である。
【００２７】
望遠鏡１６は、測距用のレーザー光と測距対象（例えばターゲットとなる専用の反射プリズム）を追尾および捕捉するための追尾光の光学系を兼ねている。測距光と追尾光の光軸は、望遠鏡１６の光軸と一致するように光学系の設計が行なわれている。この部分の構造は、市販されているＴＳと同じである。
【００２８】
水平回転部１１には、ディスプレイ１８と１９が取り付けられている。ディスプレイ１８は、操作部２１０と一体化されている。操作部２１０には、テンキーや十字操作ボタン等が配され、測量機４００に係る各種の操作やデータの入力が行なわれる。ディスプレイ１８と１９には、測量機４００の操作に必要な各種の情報や測量データ等が表示される。前後に２つディスプレイがあるのは、水平回転部１１を回転させなくても前後のいずれの側からでもディスプレイを視認できるようにするためである。
【００２９】
（ターゲット装置）
図１に示すターゲット装置１３０は、土木工事現場等における位置決めの作業に利用される。この作業の際、全周反射プリズム１１０をターゲットとした測量機４００による測位が行われる。ターゲット装置１３０は、支持部材となる棒状の部材１３１、棒状の部材１３１の上部に固定された全周反射プリズム１１０、全周反射プリズム１１０の上部に固定された螺旋表示ターゲット１２０、螺旋表示ターゲット１２０の上部に支持材を介して固定された端末１３２を備えている。
【００３０】
全周反射プリズム１１０は、入射した光を１８０°向きを変えて反射する。全周反射プリズム１１０は、ＴＳを用いた測量に用いられる通常の製品が採用される。ここで、全周反射プリズム１１０の反射中心Ｐが螺旋表示ターゲット１２０の螺旋軸上にくるように調整されている。全周反射型でない反射プリズムを用いることもできるが、対応できる角度範囲に制限が生じる。螺旋表示ターゲット１２０については後述する。
【００３１】
端末１３２は、液晶ディスプレイ等の画像表示装置を備える。この画像表示装置には、ターゲット装置１３０を扱う作業者に全周反射プリズム１１０を用いた位置決め作業の位置を案内するガイド表示が行われる。このガイド表示については後述する。端末１３２としては、タブレットやスマートフォンが利用される。端末１３２として、専用の端末を用意してもよい。
【００３２】
例えば、杭打ち作業の場合を説明する。杭打ち作業というのは、建築作業現場や土木工事現場において、図面上で予め定めておいた位置を実際の現場で特定し、そこに目印の杭を打つ（あるいは何らかの目印を付ける）作業のことである。この作業では、杭打ち点の探索→その特定→その位置への杭打ち、の作業が複数の杭打ち候補位置に対して行われる。この際、杭打ち点の特定にターゲット装置１３０が用いられる。
【００３３】
例えば、作業者が棒状の部材１３１を手で持った状態で、徒歩で移動して杭打ち予定位置に移動する。この際、端末１３２のガイド表示を利用して作業者は目的位置に移動する。この際、螺旋表示ターゲット１２０を用いて求めたターゲット装置１３０の水平方向における方向（姿勢）の情報を利用してガイド表示が作成される。このガイド表示に係る技術については後述する。
【００３４】
杭打ち点の特定は、棒状の部材１３１の先端を地表に接触させて、そこでターゲット装置１００を鉛直に立て、ＴＳ機能部２００による全集反射プリズム１１０の測位を行うことで行われる。この作業は、ＴＳを用いた通常の測量作業と同じである。
【００３５】
（螺旋表示ターゲット）
図４には、全周反射プリズム１１０とその上部に固定された螺旋表示ターゲット１２０により構成されたターゲット装置１３０を側面（螺旋軸に垂直な方向）から見た状態が示されている。ターゲット装置１３０は、図示しない水準器を備え、この水準器を用いて螺旋表示ターゲット１２０の螺旋軸（図４のＺ軸）が鉛直方向となるように設置される。
【００３６】
ターゲット装置１３０は、支持部材となる棒状の部材の上部に固定されるが、図４では棒状の部材は図示省略されている。また、端末１３２およびその支持構造も図示省略されている。
【００３７】
螺旋表示ターゲット１２０は、円筒形状または円柱形状であり、その外周表面に螺旋模様が付与さえている。この例では、画像として識別可能な２種類の螺旋模様が螺旋軸方向で隣接して設けられている。なお、螺旋軸は、棒状の部材１３１の延在方向および螺旋表示ターゲット１２０を構成する円筒形状または円柱形状の部材の軸方向に一致する。螺旋表示は、軸回りの１回転で位相が１周期（位相差２π）進む設定とされている。つまり、螺旋を螺旋軸の周りで１回転させると、側面から見た同じ表示（模様）部分が螺旋軸方向に位相差２π移動する構造とされている。螺旋表示は、これに限定されないが、この表示形態が最もシンプルである。なお、螺旋模様の帯の数は、２つに限定されず、１つや３つ以上であってもよい。
【００３８】
螺旋表示ターゲット１２０の表面は、カメラで撮像した際に画像として識別し易い色彩が選択されている。
【００３９】
いま、（Ａ）の状態を基準状態として考える。ここで、螺旋表示の螺旋軸は鉛直であるとする。（Ａ）の下部には、鉛直上方から見た視点の方向が概念的に示されている。
【００４０】
ここで、（Ａ）の状態からターゲット装置１３０（螺旋表示ターゲット１２０）を鉛直上方から見て１/４右回転（時計回りの方向に９０°回転）させた場合を考える。この場合、螺旋表示が位相差π/２上方（Ｚ軸正の方向）に進んだ状態に見え方が変化する。すなわち、見た目の状態が（Ａ）から（Ｂ）に移行する。
【００４１】
この場合、観測者側から見た螺旋軸上に見える螺旋模様の境の位置Ｂは、（Ａ）の位置から（Ｂ）の位置に移動する。すなわち、ターゲット装置１３０を回転させると、螺旋軸上に見える螺旋模様の境の位置Ｂは上下する。ここで、上下の方向は、回転させる向きによって決まる。図４の場合、鉛直上方から見て、ターゲット装置１３０を右回転させると、境Ｂは、上方に移動する。移動量は、１／４回転で１／４周期に相当する位相となる。
【００４２】
ここで、螺旋模様ターゲット１２０の下端Ｂ０（螺旋模様ターゲット１２０と全周反射プリズム１１０の境界部分）と螺旋模様の境の部分Ｂとの間の距離Ｌ（図４（Ａ）ではＬ１、（Ｂ）ではＬ２）を考える。図４に関連した上述した説明から明らかなように、ターゲット装置１２０を螺旋軸（鉛直軸）の周りで回転させると、Ｌの値が変化する。例えば、図４（Ａ）の状態からターゲット装置１３０（螺旋表示ターゲット１２０）を鉛直上方から見て右回りに１／４回転させると、Ｌの値は、Ｌ１からＬ２に変化する。
【００４３】
回転角とＬには、比例関係がある。図５に回転角ＤｍとＬとの関係の一例を示す。Ｄｍは、観察者（この場合は測量機４００）に対するターゲット装置１３０の水平角である。この場合、Ｄｍは、ターゲット装置１３０を正面から観察した場合を基準（Ｄｍ＝０°）とした水平角である。なお、ターゲット装置１３０の正面は、予め決められており、使用者が判るようにターゲット装置１３０の見易い部分に印が付与されている。
【００４４】
例えば、図４（Ａ）の状態が螺旋表示ターゲット１２０（ターゲット装置１３０）の正面を測量機４００から見た状態であり、測量機４００に対する螺旋表示ターゲット１２０の水平回転角Ｄｍが０°の場合であるとする。そして、図４（Ａ）の状態から、鉛直上方向から見て右回り方向を＋回転、その逆回転方向を−回転とすると、上記の距離Ｌと水平回転角Ｄｍの間には、図５の関係がある。
【００４５】
Ｌを画像から取得し、更に図５の関係を用いることで、測量機４００に対するターゲット装置１３０の水平回転角Ｄｍを求めることができる。すなわち、まずターゲット装置１３０を測量機４００のカメラ２１１（図７参照）で撮影し、その撮影画像から螺旋表示ターゲット１２０の下端の位置Ｂ０と螺旋表示ターゲット１２０の螺旋模様の境の位置Ｂを検出する。次いで、画像解析から位置Ｂ０とＢの間の距離Ｌを求める。そして、図５の関係からＤｍが得られる。
【００４６】
（距離Ｌの求め方）
以下、撮影画像を用いた図４の位置Ｂ０とＢの間の距離Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）の求め方について説明する。ここで、前提として、ターゲット装置１３０は、鉛直に立ててある状態であるとする。また、Ｌの算出の際の基準となる寸法となる全周反射プリズム１１０の螺旋軸方向における実際の寸法Ｃ１が予め取得され既知であるとする。
【００４７】
まず、カメラ２１１（図７参照）を用いてターゲット装置１３０を撮影する。この際、全周反射プリズム１１０と螺旋表示ターゲット１２０の全体が撮影画像の視野に収まるように望遠鏡１６（図３参照）の光学倍率を調整する。
【００４８】
ここで、図４（Ａ）の状態が撮影された場合を考える。この場合、画像中のＣ１とＬ１の寸法からＬ１の実際の値を算出する。例えば、予め取得しているＣ１の寸法が５ｃｍであるとする。
【００４９】
この場合、画像データを解析し、全周反射プリズム１１０の上端と下端を検出し、またＢ０とＢの位置（鉛直方向における位置）を画像中から検出する。この処理は、図７の特定の部分の検出部２１８で行なわれる。この処理は、一般的な画像認識ソフトウェアを用いて行われる。
【００５０】
そして、画像中の画素数を数えることで、Ｃ１の画像中の寸法Ｃ１imageと、Ｌ１の画像中の寸法Ｌ１imageを取得する。そしてＬ１＝５ｃｍ×（Ｌ２image／Ｃ１image）を計算し、Ｌ２の実際の寸法を求める。この処理は、図７の距離算出部２１９で行なわれる。
【００５１】
（絶対座標系における水平角Ｈｔの求め方）
図６に示すように、基準方位（例えば北の方向）に対する測量機４００の水平角Ｈｍは、測量機４００の設置時に取得されており、既知である。よって、図６の関係からターゲット装置１３０の絶対座標系における水平角Ｈｔが求まる。
【００５２】
以下、Ｈｔの算出方法について説明する。まず、測量機４００の水平角Ｈｍは、北を基準とした時計回り方向における角度として計測されるとする。測量機４００は、その設置時に水平角の基準を定める校正が行われるので、水平角Ｈｍは水平角検出部２０５（図７参照）の出力から得られる。
【００５３】
Ｄｍは、ターゲット装置１３０の水平角の基準方向（この場合は正面の方向）と測量機４００の光軸とがなす角度である。Ｄｍは、図４のＢ０とＢの鉛直方向における距離Ｌから図５の関係を用いて求められる。
【００５４】
ここで、Ｈｔは北を基準とする時計回り方向で計った角度として、水平角ＨｍとＤｍとから図６に示す計算式で算出される。こうして、ターゲット装置１３０の絶対座標系における水平角Ｈｔ（水平方向における向き）が算出される。
【００５５】
（ＴＳ装置）
図１の測量機４００の内部の構成について説明する。図７に測量機４００のブロック図（構成図）を示す。
【００５６】
測量機４００は、記憶部２０１、測距部２０２、追尾光送光部２０３、追尾光受光部２０４、水平角検出部２０５、高低角検出部２０６、水平回転駆動部２０７、鉛直回転駆動部２０８、ディスプレイ１８，１９、操作部２１０、カメラ２１１、演算制御部２１２、通信部２１６を備えている。
【００５７】
記憶部２０１は、半導体メモリ回路等のデータ記憶装置により構成されている。記憶部２０９は、測量機４００の動作に必要なデータ、動作プログラム、動作で得られたデータを記憶する。
【００５８】
測距部２０２は、測量機４００と測距対象物（全周反射プリズム１１０）との間の距離を計測する。測距の原点は、測距部２０２の発光部の位置や望遠鏡１６内の結像位置等の予め定めた位置が採用される。
【００５９】
測距部２０２は、測距光を発光する発光素子（レーザーダイオード等）、発光素子の周辺回路、測距対象物（全周反射プリズム１１０）から反射した測距光を受光する受光素子（フォトダイオード等）、受光素子の周辺回路、受光素子の出力に基づき測距対象物までの距離を計算する演算回路を含んでいる。
【００６０】
測距部２０２における測距に係る処理は以下のようにして行われる。発光素子からの測距光は、ハーフミラー等の光学系で２分され、一方が測位対象物に照射され、他方が図示しない基準光路に導かれる。基準光路は光路長が既知であり、基準光路を伝わった測距光は基準測距光として受光素子に導かれる。受光素子では、測位対象物から反射した測距光と基準光路を伝わった基準測距光とが受光される。
【００６１】
測位対象物で反射した測距光と基準光路からの基準測距光とは、受光素子に到達するタイミングが異なるので、両者の受光素子での出力信号（検出信号）には、位相差が生じる。この位相差から測位対象物までの距離が算出される。この距離の算出が、測距部２０２内の演算回路で行われる。
【００６２】
追尾光送光部２０３は、測位対象物であるターゲット（全周反射プリズム１１０）を追尾する追尾光を発光する。追尾光受光部２０４は、ターゲットから反射した追尾光を受光する。追尾光受光部２０４はＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサで構成される。追尾光のターゲットからの反射光が視野の中心となるように測距部２０２の光軸の水平角と高低角の制御が行われる。光軸の水平角と高低角の制御は、演算制御部２１２で生成される制御信号に基づき、水平回転駆動部２０７および鉛直回転駆動部２０８で行われる。
【００６３】
水平角検出部２０５は、水平回転部１１（図１参照）の水平角を検出する。水平角の検出は、ロータリーエンコーダで行われる。高低角検出部２０６は、鉛直回転部１３の高低角（仰角および俯角）を検出する。鉛直角の検出は、ロータリーエンコーダで行われる。
【００６４】
水平回転駆動部２０７は、水平回動部１１の水平回転の駆動を行う。駆動はモータにより行われる。鉛直回転駆動部２０８は、鉛直回動部１３の鉛直回転（仰角および俯角動作）の駆動を行う。駆動はモータにより行われる。
【００６５】
ディスプレイ１８，１９は、測量機４００の操作に必要な各種の画像情報や測量結果の画像情報を表示する。ディスプレイ１８，１９としては、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイが採用される。操作部２１０は、測量機４００の操作を行うための各種のボタン等を備えた操作インターフェースである。カメラ２１１は、望遠鏡１６が捉えた画像を撮影する。
【００６６】
演算制御部２１２は、ＣＰＵ、メモリ、各種のインターフェースを備えたコンピュータとしての機能を有し、測量機４００の動作全般の制御を行う。演算制御部２１２における演算の一部をＦＰＧＡ等の専用のＩＣで行う形態も可能である。また、演算制御部２１２は、測位演算部２１３、ターゲット装置の水平角算出部２１５、動作制御部２１７、特定の部分検出部２１８、距離算出部２１９および画像修正部２２０を備えている。ここで、制御演算部２１２に含まれる機能部の少なくとも一つを演算制御部２１２と別構成とすることも可能である。
【００６７】
測位演算部２１３は、測距部２０２が測距した対象物（例えば、全周反射プリズム１１０）の測位（測量機４００に対する対象物の位置の測位）に係る演算を行う。測位演算部２１３における対象物の測位に係る演算は、以下のようにして行われる。この処理では、測距部２０２で得られる対象物の測距データ、水平角検出部２０５および高低角検出部２０６で得られる測距光の光軸の方向に基づいて、測距部２０２で測距した対象物（全周反射ターゲット１１０）の位置を算出する。すなわち、距離と方向とから測量機４００に対する対象物の位置（三次元座標）を算出する。
【００６８】
ターゲット装置の水平角算出部２１５は、図４のＬ（Ｌ１、Ｌ２）に基づく、Ｄｍ（図６参照）の算出、更に図６の原理に基づくＨｔの算出を行う。
【００６９】
通信部２１６は、図１の端末１３２等の外部の機器との通信を行う。特定の部分の位置算出部２１８は、画像解析により図４のＢ０とＢのＺ軸上における位置の検出、更に全周反射プリズム１１０の上下端部のＺ軸上における位置の検出を行う。この処理は、公知の画像認識技術を利用して行われる。動作制御部２１７は、測量機４００の動作を統括して制御する。例えば、図８の処理の手順に係る制御が動作制御部２１７で行なわれる。
【００７０】
距離算出部２１９は、図４のＢ０とＢの間の距離Ｌの算出を行う。この処理では、既知の距離Ｃ１、画像中におけるＺ軸方向における画素の数を数えることで得られるＣ１の画像中の寸法Ｃ１imageと、Ｌ１の画像中の寸法Ｌ１imageを用いて、Ｌ１＝Ｃ１×（Ｌ２image／Ｃ１image）の計算が行われる。
【００７１】
画像修正部２２０は、望遠鏡１６の光軸の高低角に基づき、カメラ２１１が撮影した画像に射影変換を施し、当該撮影画像を水平方向から見た画像に修正する。
【００７２】
（端末１３２での処理の一例）
端末１３２は、ターゲット装置１３０の位置のデータと、図６のＤｍおよびＨｔのデータを測量機４００から取得する。そして、端末１３２は、例えば図９や図１０の画像を作成し、それを自身のディスプレイに表示する。この画像を参考に作業員は、杭打ちを行う位置や測量を行う位置にターゲット装置１３０を移動させる。以下、図９の画像の作成方法について説明する。
【００７３】
図９には、上の方向をターゲット装置１３０の正面とした画面表示の一例が示されている。まず、絶対座標系におけるターゲット装置１３０の現在位置は、測量機４００により精密に測定され、そのデータは、測量機４００から端末１３２に送信されている。また、目標位置（杭を打つ位置）は、予め図面上で特定されており、そのデータも端末１３２で取得されている。また、ターゲット装置１３０の絶対座標系における正面の方向Ｈｔ（図６参照）は、図６の方法により測量機４００の側で計算され、端末１３２に送信されている。
【００７４】
よって、ターゲット装置１３０の現在位置、目標位置、絶対座標系におけるターゲット装置１３０の正面の方向を地図ソフト上に落とし込み、Ｈｔに基づき、上が正面となるように表示画面を回転させ、Ｄｍに基づき、測量機４００の方向を表示させることで、図９の画面が得られる。
【００７５】
図９におけるＤｍは、磁気センサ、ジャイロセンサ、ＧＰＳセンサから得られたものでないので、課題の欄で言及した精度低下の問題が回避される。
【００７６】
図１０（Ａ）および（Ｂ）に、杭打ち作業時における端末１３２のディスプレイ上へのガイド表示の他の例を示す。
【００７７】
（処理の一例）
以下、測量機４００を用いた測量処理の一例を説明する。図８は、当該処理の手順を示すフローチャートである。図８の処理に係る動作プログラムは、図７の記憶部２０１に記憶され、演算制御部２１２により実行される。当該動作プログラムを適当な記憶領域や記憶媒体に記憶する形態も可能である。また外部サーバ等にこの動作プログラムを記憶させ、そこから提供される形態も可能である。
【００７８】
ここでは、図１を参照し、土木施工現場で杭打ち作業を行う場合における処理の手順の一例を説明する。まず、ある場所（初期位置）に作業員がターゲット装置１３０を鉛直に設置する（ステップＳ１０１）。ここで、ターゲット装置１３０には水準器が配置され、作業員はそれを用いて、ターゲット装置１３０を鉛直にした状態で、棒状の部材１３１の先端を地面に接触させる。
【００７９】
次に、全周反射プリズム１１０を測量機４００のターゲット自動追尾機能を用いて追尾し、更に測量機４００の測位機能を用いて全周反射プリズム１１０の測位を行う（ステップＳ１０２）。次に、測量機４００のカメラ２１１を用いてターゲット装置１３０の撮影を行う（ステップＳ１３０）。この際、全周反射プリズム１１０と螺旋表示ターゲット１２０の全体が撮影されるように望遠鏡１６（図３参照）の倍率を調整する。
【００８０】
次に、ステップＳ１０３で撮影した画像に基づき、図４のＢ０とＢの鉛直軸上の位置（螺旋軸方向における位置）を検出する（ステップＳ１０４）。この処理は、特定の部分検出部２１８で行なわれる。
【００８１】
次に、ステップＳ１０４で検出したＢ０とＢの間の鉛直方向における距離Ｌを算出する（ステップＳ１０５）。この処理は、距離算出部２１９で行なわれる。次に、図５に示す関係を用いてＬに基づくＤｍの算出が行われ（ステップＳ１０６）、更に図６の方法によりＤｍに基づくＨｔの算出が行われる（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０６とＳ１０７の処理は、ターゲット装置の水平角算出部２１５で行なわれる。
【００８２】
最後に、ステップＳ１０６で得たＤｍと、ステップＳ１０７で得たＨｔを測量機４００から端末１３２に送り処理を終了する（ステップＳ１０８）。なお、ＤｍとＨｔの情報を受け付けた端末１３２は、例えば図９の表示内容を作成し、それを端末１３２のディスプレイに表示させる。作業者は図９の表示を見て、ターゲット装置１３０を目標位置に移動させる。
【００８３】
ステップＳ１０３の後に、撮影した画像に対する射影変換を施してもよい。この場合、ステップＳ１０２の結果に基づき、螺旋表示ターゲット１２０に対する望遠鏡１６の光軸の高低角を算出する。この高低角が閾値以上である場合、ステップＳ１０３で得た画像データに対して射影変換を行い、ステップＳ１０３で得た画像を、螺旋表示ターゲット１２０を高低角０°で見た画像に変換する。
【００８４】
上記の射影変換を行うことで、螺旋表示ターゲット１２０を斜め上方または斜め下方から見た際の誤差の発生が抑えられる。
【００８５】
２．第２の実施形態
図１１には、地面や床面の位置決め位置にプロジェクタから画像を投影する技術（例えば、特許登録６１３００７８号公報を参照）に本発明を適用した例が示されている。図１１には、プロジェクタ５２０、全周反射プリズム１１０、螺旋表示ターゲット１２０を備えたターゲット装置１３０が示されている。
【００８６】
この場合、投影する向きを適切にする上で、プロジェタの投影面（例えば床面）に対するプロジェクタ５２０の水平方向における向きの情報が必要である。この向きの情報が得られることで、プロジェクタ５２０から地面や床面にターゲット装置１３０の誘導方向を示す画像の投影が可能となる。
【００８７】
図１１の場合、既知の位置に設置され、更に基準方位が確定された測量機４００による全周反射プリズム１１０の測位により、通信機を備えたプロジェクタ５２０の三次元位置（水平位置と高さ）が特定される。他方で、測量機４００により測位された全周反射プリズム１１０の位置と、全周反射プリズム１１０と螺旋表示ターゲット１２０の撮影画像から、全周反射プリズム１１０の上端と下端、更に螺旋模様ターゲット１２０の下端Ｂ０と螺旋模様の境の位置Ｂが検出され、その間の距離Ｌが算出される。そして、図５，図６の関係を利用してＬからプロジェクタ５２０（ターゲット装置１３０）の水平方向における向きＨｔが特定される。
【００８８】
プロジェクタ５２０の三次元位置と水平方向における向きの情報は、測量機４００で計算され、プロジェクタ５２０に送られる。この情報を受け、プロジェクタ５２０は、投影する画像、その投影位置、投影画像の縮尺と向きを調整する。
【００８９】
３．第３の実施形態
例えば、移動体の水平方向における方向を特定する技術に本発明を利用することもできる。この場合、全周反射プリズム１１０と螺旋表示ターゲット１２０を鉛直方向で結合したターゲットを移動体に固定する。この際、螺旋軸が鉛直になるように移動体に当該ターゲットを固定する。例えば、ジンバル機構を用い、移動体が傾いても当該ターゲットの螺旋軸が常に鉛直となるようにする。なお、当該ターゲットが移動体と共に傾く構造の場合、移動体のヨー軸回りの回転が検出される。
【００９０】
図１２にＵＡＶ(Unmanned Aerial Vehicle)５００に、ジンバル機構５０１を介して、全周反射プリズム１１０と螺旋表示ターゲット１２０を結合させたターゲット装置５１０を取り付け、それを測量機４００で追尾しつつ、ＵＡＶ５００の水平方向における向きを検出する場合が示されている。
【００９１】
この場合、測量機４００は、絶対座標系で座標が既知の位置に水平に設置され、また絶対座標系における水平方向における方位が確定されている。そして、飛行するＵＡＶ５００における全周反射プリズム１１０が測量機４００により追尾され、且つ、測位される。また、測量機４００がターゲット装置５１０の画像に基づき、第１の実施形態で説明した原理によるＵＡＶ５００の測量機４００に対する水平角（図６のＤｍに対応）の算出を行う。そして、図６の原理により、絶対座標系におけるＵＡＶ５００の水平角Ｈｔが得られる。
【００９２】
４．第４の実施形態
螺旋表示ターゲットを用いた方向の検出は、水平方向におけるものに限定されない。例えば、図１の測量機４００を９０°横に倒して用いる。この場合、ターゲット装置１３０も９０°横に倒して水平にして用いる。この場合、ターゲット装置１３０の水平軸回りの角度（高低角）が測定できる。
【００９３】
５．第５の実施形態
反射プリズムの位置情報を使用して螺旋表示ターゲットの回転角の検出を行う形態も可能である。図１３に螺旋表示ターゲット１２０を示す。この場合、螺旋表示ターゲット１２０を撮影した画像から螺旋軸上における全周反射プリズム１１０の位置Ｂ０、螺旋表示の境の位置Ｂ、螺旋表示ターゲット１２０の上端の位置Ｂ１の位置を検出する。なお、測量機４００のレーザー測位機能により全周反射プリズム１１０の螺旋軸上における位置Ｂ０（反射中心の位置）を求める方法も可能である。
【００９４】
ここで、Ｌｃは予め調べられており、既知であるとする。この場合、画像の画素数を数えることで、画像中の見た目の寸法Ｌ１imageおよびＬｃimageを求め、実際の寸法Ｌ１をＬ１＝（Ｌ１image／Ｌｃimage）Ｌｃから算出する。
【００９５】
Ｌ１と螺旋表示ターゲット１２０の測量機４００に対する水平角Ｄｍには、図５の関係があるので、Ｌ１からＤｍが求まれる。また、図６の原理から絶対座標系における螺旋表示ターゲット１２０の水平角Ｈｔが求まれる。なお、図１３のＬαを画像から取得し、ＤｍおよびＨｔを求めることもできる。
【００９６】
６．第６の実施形態
螺旋模様部分と螺旋でないところの(螺旋軸の方向での)比率に基づき、螺旋ターゲットの回転角の情報を得る形態も可能である。例えば、図１３におけるＬαとＬ１の比率に基づき、螺旋ターゲット１２０の螺旋軸回りの回転角θを求める。この場合、（Ｌ１／Ｌα）と基準角度位置からの角度θの関係が図５と同様な関係として得られる。この関係を予め求めておき、撮影画像から（Ｌ１／Ｌα）を求め、上記の関係から角度θを求める。
【００９７】
本実施形態を実現する場合、測量機４００は、比率算出部を備え、そこで上記の比率の計算が行われる。そしてこの比率に基づき、ターゲット装置の水平角算出部２１５でＤｍやＨｔの算出が行われる。この方法では、斜め上方または斜め下方から見てもＬ１とＬαの比率（Ｌ１／Ｌα）は変化しないので、高低角が０°でない角度から見た場合でも射影変換は不要である。利用する比率としては、図４のＣ１とＬを用いた（Ｌ／Ｃ１）や図１３におけるＬｃとＬ１を用いた（Ｌ１／Ｌｃ）等も可能である。
【００９８】
本実施形態では、螺旋模様の特定部分と螺旋模様でない部分との螺旋軸上における第１の距離と、螺旋模様でない部分の螺旋軸上における第２の距離との比が、螺旋模様の螺旋軸回りの回転角θに依存することを利用してθを取得する。この方法では、斜め上方または斜め下方から見ても、第１の距離と第２の距離の比は不変なので、測量機４００の光軸の高低角が０°でない場合もターゲット装置１３０の水平角ＤｍおよびＨｍを高い精度で計測できる。
【００９９】
（その他）
螺旋表示としては、等間隔なものに限定されない。螺旋模様として、螺旋模様の間隔によってバーコードのようにデジタルデータを表したものを採用することができる。この技術については、例えば特開平１０−３８５６３号公報に記載されている。この場合、コード化したデータを画像から取得し、コードの内容から図４のＬに対応する値を得ることができ、さらに図５の関係から螺旋表示ターゲットの角度情報を得ることができる。螺旋模様をコード化したものは、ノイズに強く、また高い精度が得られる点で有利である。  
【０１００】
また、ＬＥＤ発光、蛍光材料、光反射材料等を用いて、螺旋模様内の模様の違いの識別、更には螺旋模様とそうでない部分との識別がより容易となるようにすることは好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、対象物の姿勢を計測する技術に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１１…水平回転部、１２…台座、１３…鉛直回転部、１４ａ…水平回転角制御ダイヤル、１４ｂ…高低角制御ダイヤル、１５ａ…照準器、１５ｂ…照準器、１６…望遠鏡、１７…接眼部、１８，１９…ディスプレイ、１１０…全周反射プリズム、１２０…螺旋表示ターゲット、１３０…ターゲット装置、１３１…棒状の部材、１３２…端末、４００…測量機、５００…ＵＡＶ、５０１…ジンバル機構、５１０…ターゲット装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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