(57)【要約】      （修正有）【課題】指定位置に望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸を即座に向けることができるトータルステーションを提供する。【解決手段】計測制御器２００の路線上位置指定エリア２２０に器械点２２２から路線Ｌ上の任意の位置までの概略距離を入力すると、掘削断面上位置指定エリア２３０には入力した路線距離位置のトンネル計画掘削断面の画像２３２が表示される。指定エリア２３０で視準点またはレーザ照射点２３３ａ（ｘ’１，ｙ’１）を指定すると、トンネル計画掘削断面内の指定点（ｘ１，ｙ１）と望遠鏡４６の視準軸Ｏまたはレーザ光照射軸Ｏ１とのずれ量として、鉛直角と水平角が演算され、トータルステーションに送信されると、垂直制御部５６，水平制御部５４の制御により、水平軸４３Ｂと鉛直軸４３Ａが回転駆動され、望遠鏡４６の視準軸Ｏまたはレーザ光照射軸Ｏ１がトンネルの掘削断面（切羽面Ａ）の概略目標方向に向く。【選択図】    図５
2004333216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視準用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、視準用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、制御信号にしたがって視準用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、前記望遠鏡の視準軸と同軸または平行のレーザ光照射軸に沿ってレーザ光を照射するレーザ光照射手段とを備えたトータルステーションにおいて、
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）を記憶した記憶手段と、前記器械点から路線上の任意の位置までの距離を入力する路線距離入力手段と、前記記憶手段の工事計画物に関する計画情報に基づいて、前記入力された路線上任意位置における工事計画物の鉛直断面に関する画像を画面上に表示する表示手段と、前記画面上の工事計画物の鉛直断面画像内で視準点またはレーザ光照射点が指定されたときに、前記工事計画物の鉛直断面上における指定点の座標と前記望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸とのずれ量として鉛直角と水平角を演算し、この演算結果を基に前記ずれ量を０にするための制御信号を前記回転制御手段に出力する演算手段と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２】
請求項１に記載のトータルステーションにおいて、前記視準軸とレーザ光照射軸は平行に設けられるとともに、前記表示手段には、視準点指定モードとレーザ光照射点指定モードとを切り替えるための切り替えスイッチが設けられたことを特徴とするトータルステーション。
【請求項３】
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、前記記憶手段と前記路線距離入力手段と前記表示手段および前記演算手段は、トータルステーション本体と有線又は無線で情報の授受を行って前記トータルステーション本体を遠隔操作する操作器に配置されたことを特徴とするトータルステーション。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のトータルステーションにおいて、視準軸に沿って出射した光が測定点に設置した反射ターゲットで反射され、その反射光の受光中心と前記望遠鏡の視準軸のずれが０となるように前記水平軸および鉛直軸の回転を自動的に制御する自動視準装置を内蔵することを特徴とするトータルステーション。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、掘削機によりトンネルなどを掘削する際の掘削領域を示す基準となるマーキングを施すために使用されるレーザ光照射手段を備えたトータルステーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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）。
【０００３】
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）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３３２６４号公報（第３頁から第５頁、図１から図４）
【特許文献２】
特開２００１−１２９５０号公報（第３頁から第６頁、図１から図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術においては、トータルステーションの視準軸を任意の方向に動かすには、パソコン（パーソナルコンピュータ）の矢印キーやジョイスティックを用いて、作業員がトータルステーションを見ながらトータルステーション（水平回転可能に支持されている本体および本体に対し鉛直回転可能に支持されているレーザポインタ付き視準用望遠鏡）を水平回転および鉛直回転させなければならず、操作が面倒である。すなわち、トータルステーションを見ながらトータルステーションを水平方向および鉛直方向に回転させるには、トータルステーションをどの程度回転させるかを、目視による三次元的な感覚を使いながら行い、最終的な目標位置にトータルステーションを動かすには試行錯誤的な作業が必要である。しかも、トータルステーションは、トンネル工事の諸作業の邪魔にならないように高所に設置することが多く、トータルステーションを任意の方向に操作するのがきわめて面倒である。
【０００６】
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、路線上所定位置における工事計画物の鉛直断面を画像として表示手段の画面に表示するとともに、この画面で指示した鉛直断面画像内の指定位置に望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸を即座に向けることができるレーザポインタ付きトータルステーションを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、視準用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、視準用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、制御信号にしたがって視準用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、前記望遠鏡の視準軸と同軸または平行のレーザ光照射軸に沿ってレーザ光を照射するレーザ光照射手段とを備えたトータルステーションにおいて、
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）を記憶した記憶手段と、前記器械点から路線上の任意の位置までの距離を入力する路線距離入力手段と、前記記憶手段の工事計画物に関する計画情報に基づいて、前記入力された路線上任意位置における工事計画物の鉛直断面に関する画像を画面上に表示する表示手段と、前記画面上の工事計画物の鉛直断面画像内で視準点またはレーザ光照射点が指定されたときに、前記工事計画物の鉛直断面上における指定点の座標と前記望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸とのずれ量として鉛直角と水平角を演算し、この演算結果を基に前記ずれ量を０にするための制御信号を前記回転制御手段に出力する演算手段とを備えた構成とした。
【０００８】
（作用）回転制御手段は、記憶手段に記憶されている工事計画情報（例えば、（トンネルの線形データと路線位置に対応するトンネルの鉛直断面データ）に基づいた所定の駆動プログラム（例えば、路線上の所定位置に対応するトンネル掘削断面上の複数の指定位置に順次レーザ照射光を向けるというプログラム）に対応する制御信号を受けて、水平軸及び鉛直軸の回転駆動を制御し、これにより、トンネルの切羽面上には、掘削予定のトンネル掘削断面の設計値に沿ってレーザ照射光が所定のタイミングで間欠的に移動する。この間に、作業員は、トンネル掘削断面の設計値に沿ったレーザ光照射点に順次ペイントでマーキングを行う。これにより、トンネル掘削断面の設計値に沿って付けられたペイントマークを目安として掘削機又はボーリングにより掘削を行うことができる。
【０００９】
また、工事計画物を形成する現場において、路線に沿った工事計画物の鉛直断面内の任意の位置に視準軸やレーザ光照射軸を向けたい場合は、距離入力手段により器械点から路線上の任意の位置までの距離を入力（指定）すると、表示手段の画面には、記憶部に記憶されている工事計画情報に基づいて、路線上の指定位置における工事計画物の鉛直断面（例えば、トンネル掘削断面）に関する画像が表示され、この鉛直断面画像が表示されている画面上のｘ’ｙ’座標と路線上の指定位置における工事計画物の鉛直断面（例えば、トンネル掘削断面）のｘｙ座標とは略対応したものとなっている（図５，６参照）。そして、画面上に表示された画像（工事計画物の鉛直断面画像、例えば、トンネル掘削断面）内で任意の点を視準点またはレーザ光照射点として指定すると、演算手段によって、指定位置（画面上の座標ｘ’１，ｙ’１）に対応する工事計画物の鉛直断面（例えば、トンネル掘削断面）内のｘｙ座標（ｘ１，ｙ１）とトータルステーションの望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸とのズレ量が鉛直角および水平角のズレ量（θａ，θｂ）として求められ、即ち視準軸またはレーザ光照射軸を指定位置（ｘ１，ｙ１）に一致させるための鉛直角θａと水平角θｂが求められる。演算手段は、この求められた鉛直角θａと水平角θｂを０とするための制御信号を回転制御手段に出力し、これにより水平軸と鉛直軸が回転駆動されて、望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸が指定位置に向けられる。
【００１０】
例えば、掘削されたトンネル切羽面上の所定点の計測（測距・測角により三次元座標を得るための計測）を行いたい場合には、切羽面上の計測したい位置に反射ターゲットを設置し、目視した切羽面までの機械点からの概略距離を入力（指定）すれば、画面上には入力した距離に対応する路線位置におけるトンネル掘削断面画像が表示される。そこで、このトンネル掘削断面画像内において、前記ターゲット設置点に概略対応する位置を視準点として指定することで、指定位置と視準軸とのズレ量（θａ，θｂ）が求められ、このずれ量が０となるように、水平軸および鉛直軸の回転が制御されて、望遠鏡の視準軸が指定位置に自動的に向けられる。そこで、測距・測角距手段により、トンネル切羽面上の所定点を計測する。
【００１１】
また、発破を仕掛けるためにトンネル切羽面上の所定点にマーキングしたい場合は、同じく概略距離を入力（指定）し、画面上に表示されたトンネル鉛直断面画像内において、前記マーキングしたい所定点に概略対応する位置をレーザ光照射点として指定することで、指定位置とレーザ光照射軸とのズレ量（θｃ，θｄ）が求められ、このずれ量が０となるように、水平軸および鉛直軸の回転が制御されて、レーザ光照射軸が指定位置に自動的に向けられる。そこで、レーザ照射手段によりレーザ光を照射し、レーザ光照射位置にマーキングすればよい。
【００１２】
また、掘削途中のトンネル内後方のトンネル穴内周面所定位置にロックボルト等の補強材を配設したい場合には、目視した補強材配設予定位置までの機械点からの概略水平距離を入力（指定）すれば、画面上には入力した距離に対応する路線位置におけるトンネル掘削断面画像が表示される。そこで、画面上に表示されたトンネル掘削断面画像内において、前記補強材配設予定位置に概略対応する位置をレーザ光照射点として指定することで、指定位置とレーザ光照射軸とのズレ量（θｅ，θｆ）が求められ、このずれ量が０となるように、水平軸および鉛直軸の回転が制御されて、レーザ光照射軸が指定位置に自動的に向けられる。そこで、レーザ光照射手段によりレーザ光を照射し、レーザ光照射位置にマーキングすればよい。
【００１３】
このように、作業員は、計測したい位置やレーザ光を照射したい位置の器械点からの概略距離を入力するための操作と、画面上において視準点またはレーザ光照射点を指定するための操作を行うだけで、望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に即座に向けることができる。
【００１４】
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、前記視準軸とレーザ光照射軸を平行に設けるとともに、前記表示手段に、視準点指定モードとレーザ光照射点指定モードとを切り替えるための切り替えスイッチを設けるように構成した。
【００１５】
（作用）視準軸とレーザ光照射軸がδｘ、δｙだけオフセットしているとすると、路線距離Ｌｚにおける視準軸とレーザ光照射軸間のズレは、水平方向にδｘ／Ｌｚ、鉛直方向にθｙ／Ｌｚであるから、指定位置とレーザ光照射軸のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）は、指定位置と視準軸のズレ量（鉛直角θａ，水平角θｂ）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、指定位置とレーザ光照射軸のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）は、θ’ａ＝θａ＋θｙ／Ｌｚ、θ’ｂ＝θｂ＋δｘ／Ｌｚとして求める（補正する）ことができ、演算手段は、この補正式に基づいて指定位置とレーザ光照射軸のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）を演算する。
【００１６】
また、視準軸とレーザ光照射軸が同一軸上にないので、ビームスプリッタなどの光路切り換え手段が不要で、望遠鏡の構造が簡潔となる。
【００１７】
また、切り替えスイッチによりモードを切り替えることで、単一の画面において視準点を指定する視準点指定モードとレーザ光照射点を指定するレーザ光照射点指定モードの双方の形態を使い分けできる。
【００１８】
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、前記記憶手段と前記路線距離入力手段と前記表示手段および前記演算手段を、トータルステーション本体と有線又は無線で情報の授受を行って前記トータルステーション本体を遠隔操作する操作器に配置するように構成した。
（作用）遠隔制御装置を操作することで、トータルステーションから離れた場所から視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に正確に向けることができる。特に、無線によりトータルステーションを遠隔操作する場合には、操作ケーブルが不要な分、遠隔制御装置を自由な場所に移動させ易いし、トータルステーションから遠く離れた場所からでも操作できる。
【００１９】
請求項４においては、請求項１〜３のいずれかに記載のトータルステーションにおいて、視準軸に沿って出射した光が測定点に設置した反射ターゲットで反射され、その反射光の受光中心と前記望遠鏡の視準軸のずれが０となるように前記水平軸および鉛直軸の回転を自動的に制御する自動視準装置を内蔵するように構成した。
【００２０】
（作用）望遠鏡の視準軸が表示手段の画面上で指定した工事計画物の鉛直断面内の概略目標位置に向けられた後は、自動視準装置を作動することで、トータルステーションの望遠鏡の視準軸が工事計画物の所定位置に設置した反射ターゲットの中心位置に一致するように、水平軸および鉛直軸が自動的に回転駆動する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
【００２２】
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である。
【００２３】
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用望遠鏡４６は、図３（ａ）に示したように、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上に水平回転可能に水平回転軸（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。
【００２４】
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。さらに定盤３５の縁には、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、定盤３５の本体部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、傾斜量を０にする方向に整準ねじ３６を回転駆動し、定盤３５を自動的に水平状態に維持するように構成されている。すなわち、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本体が振動などで傾いた状態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２６３２３７２号において詳しく開示されている。
【００２５】
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に示したように、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、望遠鏡４６（の視準軸）の水平角を測定する水平測角部（水平エンコーダ）５０と、望遠鏡４６（の視準軸）の垂直角を測定する垂直測角部（垂直エンコーダ）５２と、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、望遠鏡４６の垂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、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。
【００２６】
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。
【００２７】
タッチパネルディスプレイ６４は、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。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の画像が表示される。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、この反射ターゲット９０の像はタッチパネルディスプレ６４上に表示される。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上において結像する。光源８０の結像がラインセンサ１２２（１２３，１２４）のピクセル上に来ない場合もあるので、望遠鏡４６を鉛直方向，水平方向に回動して、光源８０の結像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の結像中心位置を認識できる。そして、光源８０の結像中心がラインセンサ１２２の中心に一致するように、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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も点滅するので、一層反射ターゲット９０を視認しやすく測定点の指定が容易になる。
【００３４】
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に向けて送光される。そして、反射ターゲット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位相差から算出される。
【００３５】
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に向けて送光される。そして、反射ターゲット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におけるレクチル線（十字線）９２と反射ターゲット９０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。
【００３６】
また、本実施例の望遠鏡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。
【００３７】
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。
【００３８】
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を視準カメラ光学系の視準軸Ｏに沿う光線が入射する位置と一致させておく。両ラインセンサ１２３、１２４からの出力信号は、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。ＣＰＵ５８は、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からの反射光の照射スポット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とターゲット方向（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の望遠鏡４６（の視準軸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。この自動視準装置には、十字形ラインセンサ１２２以外にも、４分割光センサなどのセンサを用いることもできる。
【００３９】
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。
【００４０】
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５，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、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８８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。以後は、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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、計測制御機２００のディスプレイパネル２１０には、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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をクリックして視準軸モードを選択すると、ＣＰＵ２０２は、演算手段として、画面上のｘ’ｙ’座標と計画掘削断面（鉛直断面）のｘｙ座標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（ｘ１，ｙ１）と、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（ｘ１，ｙ１）を座標表示エリア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（ｘ１，ｙ１）に一致させるための鉛直角（θａ）と水平角（θｂ）を演算する。
【００４６】
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（ｘ１，ｙ１）と、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’ａ）と水平角（θ’ｂ）とを演算し、その座標値（ｘ１，ｙ１）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（ｘ１，ｙ１）に一致させるための鉛直角（θ’ａ）と水平角（θ’ｂ）とを演算する。
【００４７】
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（ｘ１，ｙ１）とレーザ光照射軸Ｏ１のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）は、計画掘削断面上の指定位置（ｘ１，ｙ１）と視準軸Ｏのズレ量（鉛直角θａ，水平角θｂ）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’ａ，水平角θ’ｂ）は、θ’ａ＝θａ＋θｙ／Ｌｚ、θ’ｂ＝θｂ＋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、この補正式に基づいて、指定位置とレーザ光照射軸Ｏ１のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）を演算する。
【００４８】
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、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）でｘ，ｙ方向にその位置を修正することができる。
【００４９】
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（ｘ１，ｙ１）と望遠鏡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θａ，水平角θｂ（または鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）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。
【００５０】
この結果、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（ｘ１，ｙ１）位置）に向けられる。
【００５１】
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内で反射ターゲット設置点２３３ａ１（ｘ１，ｙ１）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、さらに視準軸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。
【００５２】
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、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。
【００５３】
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（ｘ２，ｙ２）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（ｘ２，ｙ２）とレーザ光照射軸Ｏ１とのずれ量（鉛直角θｃと水平角θｄ）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θｃと水平角θｄ）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θｃと水平角θｄ）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（ｘ２，ｙ２）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（ｘ２，ｙ２）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。
【００５４】
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、ここにペイントでマーキングを施す。
【００５５】
なお、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。
【００５６】
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上にエリア２２０、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。
【００５７】
また、前記実施例では、視準軸Ｏとレーザ光照射軸Ｏ１が（δｘ、δｙ）だけオフセットするものについて述べたが、視準軸Ｏからマーキング用の赤色レーザ光を照射する構成にすることも可能である。
【００５８】
また、前記実施例では、トータルステーション１１０をトンネルＴの掘削に使用する場合について述べたが、路線に沿った工事計画物としてはトンネルの他に例えば道路が考えられ、道路の敷設工事において、路線所定位置に道路の距離表示となるキロポスト設置点を示すマーキングを付ける場合等にも本発明を適用することができる。ただし、この場合は、計測制御機２００のＣＰＵ２０２の記憶部（メモリ）２０３に、またトータルステーション１１０単独で用いる場合はトータルステーション１１０のＣＰＵ５８に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）を記憶させておくことが必要である。
【００５９】
【発明の効果】
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、作業員は、トータルステーション設置点から計測したい位置またはレーザ光を照射したい位置までの概略距離を入力する操作と画面上における指定操作を行うだけで、望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に即座に向けることができるので、所定位置の計測作業時間や所定位置にレーザ照射光を向ける作業時間が著しく短縮される。
【００６０】
請求項２によれば、視準望遠鏡の構成が簡潔となるとともに、切り替えスイッチにより単一の画面を視準点指定モードとレーザ光照射点指定モードの双方の形態として使用できるので、表示装置の画面を小さくできる。
【００６１】
請求項３によれば、操作器は携帯に便利な上に、トータルステーションから遠く離れた場所からでも視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に正確に向けることができるので、特に無線により遠隔操作可能な操作器は非常に便利である。
【００６２】
請求項４によれば、望遠鏡の視準軸が概略指定の方向に向いた後は、自動視準装置により視準軸が工事計画物の目標位置に設置した反射ターゲットの中心に一致するように自動的に視準されるので、所定位置の正確な計測を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】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図である。
【図３】（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。
【図４】十字形ラインセンサを説明する図である。
【図５】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。
【図６】トンネル掘削断面を示す図である。
【符号の説明】
Ｔ  トンネル
Ａ  トンネルの切羽面
４６  視準用望遠鏡
Ｏ  視準軸
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
５８  ＣＰＵ
６４  トータルステーションのタッチパネルディスプレイ
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  反射ターゲット
９１  信号処理部
１２２  十字形ラインセンサ
１１０  レーザポインタ付きトータルステーション
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
【図１】
2004333216.tif 000003
【図２】
2004333216.tif 000004
【図３】
2004333216.tif 000005
【図４】
2004333216.tif 000006
【図５】
2004333216.tif 000007
【図６】
2004333216.tif 000008