(57)【要約】［目的］　本発明は、測定目標である受光装置を走査するため等の位置測定装置に関し、特に測距光、追尾光を回転照射して受光位置の３次元計測を行い、更にそのデータをターゲットに設けた受光装置にデータ転送することのできる自動位置検出装置を提供することを目的とする。［構成］　本発明は、光源部が測定光を発し、受光部が、反射光を受光し、走査手段が、測定光を走査方向に射出すると共に反射光を受光部に導き、角度検出器が走査手段の回転位置を検出し、測定光が扇状に広がる測距光を含み、その反射光により反射体までの距離を測定することができる。【選択図】図１
2004138530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射体に測定光を照射し、その反射光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置において、測定光を発するための光源部と、反射光を受光するための受光部と、測定光を走査方向に射出すると共に反射光を前記受光部に導くための回動する走査手段と、該走査手段の回転位置を検出するための角度検出器とを備え、前記測定光が扇状に広がる測距光を含み、その反射光により前記反射体までの距離を測定する位置測定装置。
【請求項２】
測定光は、走査手段に設けられた拡散光学系により扇状に射出され、該拡散光学系より入射した反射光を受光部に導く請求項１記載の位置測定装置。
【請求項３】
測定光には視準光を含み、受光部はその視準光を受光するための視準用受光センサを有し、該視準用受光センサは反射光から視準中心と反射体の偏差を検出する請求項１記載の位置測定装置。
【請求項４】
複数の反射体に対応する請求項１記載の位置測定装置。
【請求項５】
測定された反射体に向けて、その反射体に関連する測定データを送信するための送信装置を備えた請求項１記載の位置測定装置。
【請求項６】
複数の反射体の検出位置に基づき、反射体に関連する測定データを個々の反射体に向けて送信する請求項５記載の位置測定装置。
【請求項７】
受光部は、撮像装置を備え、この撮像装置で捉えた画像データを反射体に向けて送信する請求項５記載の位置測定装置。
【請求項８】
画像データには、位置データが関連付けられている請求項７記載の位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定目標である受光装置を走査する、若しくは追尾するための位置測定装置に関し、特に測距光、追尾光を回転照射して受光位置の３次元計測を行い、更にそのデータをターゲットに設けた受光装置にデータ転送することのできる自動位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３次元位置測定および設定には、トータルステーションを用いていた。トータルステーションは、距離測定及び測距測角の機能を備え、測定値を電気的データとして出力するものである。測定を行う場合には、トータルステーションを基準位置に設置後、ターゲットを測定地点に設置し、トータルステーションでターゲットを視準して水平角、高低角の測定を行い、ターゲットに設けられた反射プリズム（コーナーキューブ）を測距して距離データを得ることができる。
【０００３】
測定された測距・測角データは、トータルステーションの内蔵メモリーに記憶される。また測距測角データは、必要に応じて外部メモリー装置や、コンピュータに対して測量作業のデータとして出力される。図８はトータルステーションでの測量作業を示した図である。トータルステーション（１０００）は基準位置に設置されている。ターゲット（２０００ａ）はポール（３０００ａ）に取り付けられており、ポール（３０００ａ）は作業者（４０００）により測定地点に設置されている。
【０００４】
トータルステーション（１０００）は、望遠鏡部と、望遠鏡部の高低回転を自在に支えるための托架部と、托架部を水平回転自在に支えるための基盤部と、基盤部の下部にありトータルステーション（１０００）本体の傾きを整準し、三脚の脚頭に固定するための整準部とから構成される。なお、測距及び測角等のための回路等は、トータルステーション（１０００）に内蔵されている。
【０００５】
トータルステーション（１０００）側の作業者は、望遠鏡部を上下左右に回転させ、ターゲット（２０００ａ）を視準中心に捕え、基準位置からの水平角、高低角、距離を得る様になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のトータルステーション（１０００）を使用する作業では、トータルステーション１０００側の作業者が１人、そしてターゲット（２０００ａ）設置のための作業者が１人の少なくとも２人の作業者を必要とした。ターゲット（２０００ａ）の数が増えればそれに応じて作業者の人数が増加する。しかし、多数のターゲット（２０００ａ）を瞬時に測定するのは困難であり、現実的には不可能である。即ち作業者が、望遠鏡部でターゲット（２０００ａ）を視準し、更に測定を行うためには、ターゲット（２０００ａ）数に応じた測定時間が必要となる。このため大幅な作業効率の改善を図ることができないという問題点があった。
【０００７】
また隣接する異なった基準座標系の現場で同時に作業を進める場合、トータルステーション１台と複数のターゲットで作業を進行する事が可能ではあるが、基準座標系が異なる測定点毎に、トータルステーションの座標設定をやり直す、若しくは座標系を切り替える必要があり、事実上同時に作業を進行させることは不可能であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、反射体に測定光を照射し、その反射光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置において、測定光を発するための光源部と、反射光を受光するための受光部と、測定光を走査方向に射出すると共に反射光を前記受光部に導くための回動する走査手段と、該走査手段の回転位置を検出するための角度検出器とを備え、前記測定光が扇状に広がる測距光を含み、その反射光により前記反射体までの距離を測定する構成となっている。
【０００９】
また本発明の測定光は、走査手段に設けられた拡散光学系により扇状に射出され、該拡散光学系より入射した反射光を受光部に導く構成にすることもできる。
【００１０】
更に本発明はの測定光には視準光を含み、受光部はその視準光を受光するための視準用受光センサを有し、該視準用受光センサは反射光から視準中心と反射体の偏差を検出する構成にすることもできる。
【００１１】
そして本発明は、複数の反射体に対応する構成にすることもできる。
【００１２】
また本発明は、測定された反射体に向けて、その反射体に関連する測定データを送信するための送信装置を備えた構成にすることもできる。
【００１３】
更に本発明は、複数の反射体の検出位置に基づき、反射体に関連する測定データを個々の反射体に向けて送信する構成にすることもできる。
【００１４】
そして本発明の受光部は、撮像装置を備え、この撮像装置で捉えた画像データを反射体に向けて送信する構成にすることもできる。
【００１５】
また本発明の画像データは、位置データが関連付けられる構成にすることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、光源部が測定光を発し、受光部が、反射光を受光し、走査手段が、測定光を走査方向に射出すると共に反射光を受光部に導き、角度検出器が走査手段の回転位置を検出し、測定光が扇状に広がる測距光を含み、その反射光により反射体までの距離を測定することができる。
【００１７】
また本発明の測定光は、走査手段に設けられた拡散光学系により扇状に射出され、拡散光学系より入射した反射光を受光部に導くこともできる。
【００１８】
更に本発明はの測定光には視準光を含み、受光部はその視準光を受光するための視準用受光センサを有し、視準用受光センサは反射光から視準中心と反射体の偏差を検出することもできる。
【００１９】
そして本発明は、複数の反射体に対応することもできる。
【００２０】
また本発明の送信装置が、測定された反射体に向けて、その反射体に関連する測定データを送信することもできる。
【００２１】
更に本発明は、複数の反射体の検出位置に基づき、反射体に関連する測定データを個々の反射体に向けて送信することもできる。
【００２２】
そして本発明の受光部の撮像装置が、捉えた画像データを反射体に向けて送信することもできる。
【００２３】
また本発明の画像データは、位置データが関連付けられることもできる。
【００２４】
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
【００２６】
図１に基づいて、本実施例の位置検出装置１００００を説明する。
【００２７】
位置検出装置１００００は、測量機本体２０００と、整準部３０００とから構成されている。
【００２８】
測量機本体２０００には、回動部２１００と、固定部２２００と、傾斜測定部２３００とから構成されている。
【００２９】
回動部分は鉛直方向に回転軸を持ち、水平方向に回転モータによって全周回転している。
【００３０】
水平方向の回転部分は、回転ミラー２１１０を水平方向に回転させるためのものである。水平方向の回転部分は、鉛直軸２１７０と、この上に形成される回動部２１００とから構成され、一体に回転させる様に構成されている。
【００３１】
また鉛直軸２１７０には、水平角測定用のロータリーエンコーダ２１８０が取付けられている。更に、鉛直軸２１７０には、駆動ギアを介して水平駆動用モータ４５００に連結されている。水平駆動用モータ４５００は、筐体に固定されているので、回動部２１００を水平方向に回転させることができる。
【００３２】
なお、水平角測定用のロータリーエンコーダ２１８０が、角度検出器に該当するものである。
【００３３】
整準部３０００は、基本的に三本の脚で測量機本体２０００を支える構造である。三本の脚の１脚は回動自在に、例えば球面で支えている。残る２脚は、整準駆動モータの駆動力により上下動可能となっている。上下動作を調整することにより測量機本体２０００が整準される様に構成されている。整準は傾斜測定部の出力に基づいて行われる。ばねはその下にある基盤を支え、基盤は三脚の脚頭の取り付ける役目を果たしている。なお整準部３０００は、測量機本体２０００に内蔵し、内部の構成部材を直接整準することもできる。
【００３４】
次に図２に基づいて、本実施例の位置検出装置１００００の電気的構成を説明する。
【００３５】
位置検出装置１００００は、測距部１１００と、受光装置検出部１２００と、データ送信部１３００と、角度測定部１４００と、回動照射部１５００と、傾斜測定部２３００と、記憶部４２００、表示部４３００と、駆動回路４４００と、モータ４５００と、演算処理手段４０００と、操作部５０００とから構成されている。
【００３６】
更に傾斜測定部２３００が、軸受の回転精度に起因する回動部２１００の回転ガタや傾きを検出し、演算処理手段４０００が、受光部が受光する測定対象物の受光位置を補正して、回転ガタや傾きの影響を除去することができる。
【００３７】
測距部１１００は、距離検出発光部２２１１から発光した測距光が、ダイクロプリズム２２１２で反射し、対物レンズ２２１３を透過した後、回転ミラー２１１０で反射して、図示されていない測定対象物の方向へ射出する。測定対象物からの反射光を逆の経路をたどり距離検出受光部２２１４の受光素子で受光する。
【００３８】
なお、シリンダーフレネルレンズ２２１５により、水平面に対し高低角方向に広がったファンビームレーザをパルス発光しながら回動させることができる。ファンビームとは、扇型に広がった光である。
【００３９】
射出された測距用ファンビームレーザは、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００により反射され、距離検出発光部２２１１のファンビームと同様の視野を持ち異なる経路の距離検出受光部２２１４の受光素子で検出される。
【００４０】
位置検出装置１００００から受光装置２００００までの距離は、距離検出発光部２２１１がパルス発光してから、距離検出受光部２２１４で受光されるまでの時間差により算出される。なお、この演算は、距離演算回路１１２０で実行される。また、距離検出発光部２２１１と距離検出受光部２２１４等とは、距離測定部１１１０に該当する。
【００４１】
測距光軸と受光装置検出部１２００の光軸の水平方向角度は、予め決められた角度になっている為、前記測距部１１００で求めた、位置検出装置１００００から受光装置２００００までの距離データに、受光装置検出部１２００で求めた高低角、水平角データのデータを関連付る事ができる。
【００４２】
なお本実施例では、測距光は可視光を使用していないので、可視カットフィルタ２２１６が使用されている。
【００４３】
受光装置検出部１２００は、検出光発光部１２１０と、第１の撮像部１３２０と、第２の撮像部１３３０と、検出光検出回路１３４０とから構成されている。
【００４４】
第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０とは、検出光発光部１２１０から発光され、ターゲット３００００のコーナーキューブ２１０００で反射された反射光を受光するものである。
【００４５】
本実施例では、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０とは、ＣＣＤ等の固体撮像素子が使用されている。
【００４６】
検出光発光部１２１０は、本体部にある例えばパルスレーザダイオード１２１１より発した光を対物レンズ１２１２により鉛直方向にコリメートしている。更に、ミラーにより直角に曲げられ拡散板１２１３により拡散されている。そして、第１の撮像部１３２０、第２の撮像部１３３０の視野内を照明している。
【００４７】
検出光発光部１２１０が点灯している状態では、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０との映像信号には、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００で反射された検出光発光部１２１０からの反射光が含まれており、検出光発光部１２１０が消灯している状態ではコーナーキューブ２１０００からの反射光が含まれていない。
【００４８】
従って、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０から出力される検出光発光部１２１０の点灯状態、消灯状態それぞれの映像信号の差を求めると、映像信号としてはコーナーキューブ２１０００からの反射光だけとなり、反射光の位置を画像上求めることにより、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０上のターゲット中心位置を検出できる。
【００４９】
更に、この検出結果を利用して受光装置検出部１２００の光軸Ｏと受光装置２００００の中心位置との偏差を求めることとができる。
【００５０】
図３（Ａ）は三脚１０上に設置されたコーナーキューブ２１０００を含む周囲の画像を示しており、検出光発光部１２１０が発光している場合は、可視光の他にコーナーキューブ２１０００からの復路光の像が重複して得られる。従って、検出光発光部１２１０を点灯している場合と、検出光発光部１２１０を消灯している場合との画像の差を求めると、図３（Ｂ）に示す様なコーナーキューブ２１０００からのコーナーキューブ２１０００と略同一サイズの反射光（復路光）１２のみの画像が得られる。画面の中心が前記光軸Ｏと一致した点であるとし、画像から前記復路光１２の水平方向の偏差Ｈ、垂直方向の偏差Ｖを容易に演算することができる。
【００５１】
また図４に示される様に、固体撮像素子４００００がレンズの焦点距離ｆの位置に配置され、固体撮像素子４００００に入射する復路光の角度がθとすると固体撮像素子４００００の光軸０からの偏差ｘはｆ＊ｔａｎθであり、偏差ｘを求めることで、固体撮像素子４００００に入射する復路光の角度θを演算できる。従ってコーナーキューブ２１０００までの距離エルａ、エルｂ、エルｃ　の大小に係わらず、画像上の水平方向の偏差Ｈ、垂直方向の偏差Ｖを演算することで、受光装置２００００の水平角度偏差、高低角度偏差が求められる。
【００５２】
受光装置検出部１２００は、検出光発光部１２１０と、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０と検出光検出回路１３４０とから構成される。
【００５３】
受光装置検出部１２００の光学系は、固定部２２００に設けられた対物レンズ１３５０と、第１の撮像部１３２０と、第２の撮像部１３３０と、ビームスプリッタ１３６０と、リレーレンズ１３７０と、回折格子１３８０と、回動部２１００のミラー２１１０からと構成されている。
【００５４】
第１の撮像部１３２０は、ビームスプリッタ１３６０で反射され、対物レンズ１３５０の焦点位置に設けられている。
【００５５】
第１の撮像部１３２０は、鉛直方向に大きな視野を持ち、回動部２１００の中心に存在している。回動部２１００のミラー２１１０により光軸を直角、水平方向に曲げられているため水平面を中心に全周方向に大きな視野を持っている。
【００５６】
ミラー２１１０は回動部２１００にあり、第１の撮像部１３２０は固定部２２００にあるため、結像する受光装置２００００の像は、図７の様に、ミラー２１１０が方向づけられている角度分、像が回転している。
【００５７】
第１の撮像部１３２０に結像した受光装置の像（実質的にはコーナーキューブ像）の結像位置情報と、ミラー２１１０が方向づけられている角度により、位置検出装置１００００から受光装置２００００への水平角および高低角を求める事が出来る。
【００５８】
ＣＣＤの分解角は、ＣＣＤの画素数と視野角によって決まる。画素数が多く、視野角が狭くなるほど分解角が小さくなる。
【００５９】
そこで、第２の撮像部１３３０は、ビームスプリッタ１３６０と、リレーレンズ１３７０と、回折格子１３８０とを通過し、第１の撮像部１３２０と共役の位置にある。
【００６０】
リレーレンズ１３７０により第２の撮像部１３３０の視野角を狭くしているため、第１の撮像部１３２０に比べ分解角が小さくなっている。
【００６１】
記憶部４２００には必要に応じた、例えば地図データが記憶されており、表示部４３００には地図データと共に測定データに基づく３次元位置情報が表示される。また、これにリンクして位置検出装置１００００で得た画像が表示される。更に、画像データを変換するアプリケーションソフトでパノラマのような画像に変換して表示しても良い。
【００６２】
データ送信部１３００は、測距部１１００と同様な光学系により、水平面に対し高低角方向に広がったファンビームレーザを射出させて回動している。射出光学系を共用する場合には、光通信用の光と測距光の各々の波長を異なる波長として、お互いを合成するダイクロックミラー１３１０が必要となる。
【００６３】
また受光装置２００００の光通信受信部９１００に、光通信用発光素子１３２０の光のみを透過するフィルタが必要となる。
【００６４】
受光装置２００００に関連付けされた水平角、高低角は、位置検出装置１００００のデータ送信部１３００が受光装置２００００に対向している間だけ送信される。
【００６５】
複数の受光装置２００００が存在する場合、複数の関連付けがなされ、位置検出装置１００００のデータ送信部１３００が各々の受光装置２００００に対向している間のみ関連付けされたデータが送信される。
【００６６】
受光装置２００００の方向が関連づけられることにより、複数の受光装置２００００を同時に扱うことが可能となる。
【００６７】
図５に基づいて、傾斜測定部２３００を説明する。
【００６８】
傾斜測定部２３００は、傾斜検出部と回転ブレ検出部とからなる。傾斜測定部２３００は、測量機本体２０００の傾斜を検出し、整準部３０００の制御信号として測量機本体２０００を水平に整準する。回転ブレ検出部は、水平基準に対する鉛直軸２１７０と一体に設けられたエンコーダの傾きを検出することで、回動部２１００の傾きを検出し、測定値、距離値及び位置の値を補正する。
【００６９】
傾斜測定部２３００は、第１光源１と、第１コンデンサレンズ２と、第１パターン３と、第２コンデンサレンズ４と、第１ハーフミラー５等とからなり、自由液面投光系８を構成している。
【００７０】
前記第１ハーフミラー５で反射された光線は前記自由液面６ａで反射され、前記第１ハーフミラー５を透過する。該第１ハーフミラー５の透過光軸１０上に第２ハーフミラー１５、第３コンデンサレンズ９、受光手段１１が配設されている。該受光手段１１は例えばＣＣＤエリアセンサが用いられる。
【００７１】
前記第１ハーフミラー５の透過光軸１０と平行な投光光軸を有する第２光源１７が配設され、該第２光源１７の投光光軸上に第４コンデンサレンズ１８、第２パターン１９、第５コンデンサレンズ２０、第３ハーフミラー２１が配設され、該第３ハーフミラー２１は前記第２ハーフミラー１５と対向している。
【００７２】
前記第３ハーフミラー２１の透過光軸上に該透過光軸と垂直となる位置に反射部材２２（水平エンコーダ）が配設されている。反射部材２２は、回動部２１００の鉛直軸２１７０と一体に取り付けられた水平エンコーダの面を反射面として利用している。また回動部２１００は、測量機本体２０００のきょう体部に取り付けられた鉛直軸２１７０によって水平回転可能に支持されると共に、傾斜測定部２３００が水平に正しく設置された時に、反射部材２２の反射面も概略水平となる様に取り付けられている。
【００７３】
前記第２光源１７、第４コンデンサレンズ１８、第２パターン１９、第５コンデンサレンズ２０、第３ハーフミラー２１等は固定反射部材投光系２４を構成し、前記第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、第３ハーフミラー２１、第３コンデンサレンズ９、受光手段１１等は受光光学系１２を構成する。
【００７４】
而して、前記第１光源１から射出された光線は、第１コンデンサレンズ２で概略平行光束とされ、前記第１パターン３、第２コンデンサレンズ４を透過した後、前記第１ハーフミラー５で反射され、更に前記自由液面６ａで反射され、前記第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、前記第３コンデンサレンズ９を透過して前記受光手段１１により受光される。即ち、前記第１パターン３の第１パターン像３ａ（図示せず）は前記第３コンデンサレンズ９により前記受光手段１１に結像される。
【００７５】
又、前記第２光源１７から射出された光線は、前記第４コンデンサレンズ１８で概略平行光束とされ、前記第２パターン１９を透過し、更に前記第５コンデンサレンズ２０、第３ハーフミラー２１を透過し、前記反射部材２２で反射され、前記第３ハーフミラー２１、第２ハーフミラー１５で反射され、前記第３コンデンサレンズ９を経て前記受光手段１１に受光される。即ち、前記第２パターン１９の第２パターン像１９ａ（図示せず）も前記第３コンデンサレンズ９を経て前記受光手段１１に結像される。
【００７６】
尚、前記反射部材２２からの反射光で前記第２ハーフミラー１５で反射された状態の反射光軸２３は前記透過光軸１０が鉛直の場合に該透過光軸１０に合致する。従って、前記第１パターン３の第１パターン像３ａと第２パターン１９の第２パターン像１９ａとが合致する様になっている。
【００７７】
前記透過光軸１０は前記自由液面６ａで反射されたものであり、従って、傾斜検出装置自体が傾斜していると、前記液体部材６の自由液面６ａは傾斜検出装置自体に対して相対的に傾斜し、その結果入射光軸に対して反射光軸２３が偏角する。
【００７８】
前述した様に、前記自由液面６ａがθ傾斜した場合、液体部材６の屈折率ｎとすると反射光軸は２ｎθ偏角し、前記受光手段１１上では、前記第１パターン像３ａはｆ＊ｔａｎ（２ｎθ）だけ基準位置から移動する。
【００７９】
一方、前記反射部材投光系２４の投光光軸は、測量機本体２０００が水平に整準されている時に鉛直に固定されている。そして反射部材２２である水平エンコーダにガタも傾きもなく、水平に回転している場合には、前記反射部材２２で反射された光線の、前記受光手段１１での受光位置（第２パターン像１９ａの位置）は一定している。
【００８０】
ところが、反射部材２２である水平エンコーダに回転ガタや傾きがある場合には、第１パターン像３ａに対する第２パターン像１９ａの移動量Ｌとして検出される。前記受光手段１１の第１パターン３ａに対する第２パターン像１９ａの方向を検出することで、傾斜方向も検出することが可能である。
【００８１】
演算処理手段４０００に於いて、前記受光手段１１からの受光信号に基づき前記第１パターン像３ａと第２パターン像１９ａとの偏差を求め、更に偏差に基づき傾斜量、傾斜方向が演算される。
【００８２】
本発明は、自動整準用に、精度が粗いが測定範囲の広い傾斜センサーが内蔵されている。この精度が粗いが測定範囲の広い傾斜センサーは、例えば、一般的な気泡管の泡の動きを電気信号に変換するセンサー等がある。
【００８３】
整準部３０００は、精度が粗いが測定範囲の広い傾斜センサーからの信号に基づき、傾斜測定部２３００の測定範囲内となる様に整準動作を行う様になっている。なお傾斜センサーの精度が高く、測定範囲も広い場合には、傾斜測定部２３００に置き換えることもできる。更に傾斜センサーの精度が高く、測定範囲が狭い場合でも、測定範囲外において、傾斜センサーの出力信号により傾斜方向を判別することができれば、傾斜測定部２３００に置き換えることができる。
【００８４】
尚、前記受光光学系１２での第１パターン像３ａ及び第２パターン像１９ａは、水平状態からの像の相対的な動き量を検出するためのものであるため、傾斜設定部２３００自体が水平な状態に於いて、前記反射部材２２からの反射光軸２３と前記自由液面６ａからの反射光軸２３は必ずしも合致していなくても、又平行でなくてもよい。更に、傾斜設定部２３００自体が水平状態で前記第１パターン像３ａと第２パターン像１９ａとは前記受光手段１１上で必ずしも合致する必要はなく、両者のずれ量は演算する場合の補正値とすればよい。
【００８５】
図６に示す様に受光装置２００００は、コーナーキューブ２１０００と、光通信受信部９１００と、演算部９２００と、演算データ表示部９３００と、操作部９４００と、入出力部９５００と、記憶部９６００とから構成されている。
【００８６】
光通信受信部９１００は、位置検出装置１００００が受光装置２００００の位置を検出して、３次元位置情報に変換し送信した信号を受光するためのものである。設定されたローカル座標系に演算部９２００が変換し、演算データ表示部９３００に表示する様になっている。
【００８７】
本発明の位置検出装置１００００は追尾光及び測距光を、水平方向にファン状に回転照射し、照射範囲にあるターゲット３００００を捕え、位置測定をする装置である。
【００８８】
水平方向は回動部２１００に設けた水平角エンコーダ２１８０で概略捕え、受光装置検出部１２００に設けたエリアセンサの映像から水平角を補正し、高低角を算出する。ファン状の測定光を使用することから、水平面を基準とする使用範囲を想定している。しかしながら、一般的な測量作業はこの範囲に多い。
【００８９】
位置検出装置１００００で使用するエリアセンサは、前述した様に、画像を取り込むことの出来る画像センサ、例えばＣＣＤである。画像センサから取り入れた画像データは、受光装置２００００の位置検出に使用すると共に、受光装置２００００側に送信し、位置データとリンクした画像として使用すことが可能となる。
【００９０】
更に画像データを変換するアプリケーションソフトで、パノラマの様な画像に変換して表示させることもできる。
【００９１】
位置検出装置１００００の受光装置２００００検出ルーチンは以下の通りとなる。
【００９２】
始めに、回転ヘッドを回動させながら、角度演算部１４００のデータに基づき、第１の撮像部１３２０の水平方向視野角より小さい角度毎に、第１の撮像部１３２０で一回転分の画像を取り込む。画像取り込み角度を、水平方向視野角より小さい角度にするのは、全周もれなく画像データを取り込むためである。
【００９３】
この時の画像には、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００以外に他の画像情報が存在しているため、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００のみを認識する事はできない。
【００９４】
そこで、２周目以降は、１周目と同じ角度毎に画像を取り込むのであるが、同時に検出光発光部１２１０のパルスレーザダイオード１２１１をパルス発光させる。検出光発光部１２１０より射出された光は、受光装置２００００のコーナーキュープ２１０００により反射され、位置検出装置１００００で受光される。
【００９５】
検出光発光部１２１０のパルス発光により、回動しながらＣＣＤ画像を取り込んでも、コーナーキューブ２１０００のＣＣＤ画像をぶれなく取り込むことが出来る。前記方法により取り込まれた画像データは、１周目の画像に検出光発光部１２１０より射出し、受光装置２００００のコーナーキューブ２１００により反射した画像が合成されたものとなっている。
【００９６】
２周目以降の画像データより前記１周目の画像の画像データを差し引いた画像データが、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像と認識できる。求められた受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像の重心を検出して、コーナーキューブ２１０００の画像中心を求め、求めた位置情報と画像とを取り込んだ時点の角度検出部１４００の角度データより演算して、受光装置２０００の水平角及び高低角を求めることができる。
【００９７】
また同周期内で、受光装置２００００の認識を行うこともできる。回転ヘッドを回転させながら、角度検出部１４００のデータに基づき、第１の撮像部１３２０から画像データを取り込む。この時の画像は、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００以外に他の画像情報が存在しているため、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００のみを認識することはできない。
【００９８】
次に、画像取り込み後、検出光発光部１２１０のパルスレーザダイオード１２１１をパルス発光させる。検出光発光部１２１０より射出された光は、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００により反射され、位置検出装置１００００で受光される。取り込まれた画像データは、始めに取り込んだ画像に対して、検出光発光部１２１０より射出し、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００から反射した画像が合成される。また取り込み時間のずれ分相当の回動部２１００が回転しただけ、画像が回転する様になっている。
【００９９】
角度検出部１４００のデータに基づき、画像の回転角分を補正し、後の画像データより前の画像データを差し引いた画像データにより、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像と認識することができる。
【０１００】
同様に求めた受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像の重心を検出して、コーナーキューブ２１０００の画像中心を求める。そして、求めた位置情報と画像とを取り込んだ時点の角度検出部１４００の角度データより演算して、受光装置２００００の水平角及び高低角を求めることができる。
【０１０１】
全周もれなく画像データを取り込むためには、取り込んだ時間の差により、ずれた画像角度分だけ更に狭く画像取り込み角度を決める必要がある。
【０１０２】
第１の撮像部１３２０で求められた水平角及び高低角は、ＣＣＤの視野角が広いため分解角が大きい。受光装置２００００と位置検出装置１００００との距離が近い場合には問題とならないが、距離が離れている場合には、３次元データに変換した場合に大きな誤差となる。その場合には、第２の撮像部１３３０を用いる。２周目までのルーチンで、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の位置は認識できているので、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００が第２の撮像部１３３０の視野内にある場合、選択的に第２の撮像部１３３０より画像を取り込み、受光装置２００００の水平角および高低角を求める。求められた角度データは、第１の撮像部１３２０に比べ第２の撮像部１３３０の視野が狭い比率分だけ分解角が小さい。
【０１０３】
更に回折格子１３８０により、ＣＣＤ上にできる像を少なくとも２個以上に分割している。回折格子１３８０の回折角は、ＣＣＤの画素幅の非整数倍となる様に構成されている。予め決められた回折格子１３８０の回折角より、第２の撮像部１３３０上に結像した複数の受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像をそれぞれ分離して演算して重心検出処理演算を行い、平均化する事により更に角度分解能を向上させることができる。従って、水平面に対し狭い高低角の範囲の第２の撮像部１３３０の視野範囲においては、長い距離まで高い測定精度を維持する事ができる。
【０１０４】
レンズ系には、ディストーションが存在するが、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０の光学系とも、予め基準となる場所で、校正データを作成しておき、コーナーキューブ２１０００の位置検出を行う演算処理の段階で誤差を差し引いて除去することもできる。
【０１０５】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、反射体に測定光を照射し、その反射光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置において、測定光を発するための光源部と、反射光を受光するための受光部と、測定光を走査方向に射出すると共に反射光を前記受光部に導くための回動する走査手段と、該走査手段の回転位置を検出するための角度検出器とを備え、前記測定光が扇状に広がる測距光を含み、その反射光により前記反射体までの距離を測定する構成をもつので、大幅な作業効率の改善を図ることができるという効果がある。
【０１０６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の位置検出装置１００００を説明する図である。
【図２】本実施例の位置検出装置１００００の電気的構成を説明する。
【図３】本発明の原理を説明する図である。
【図４】本発明の原理を説明する図である。
【図５】本実施例の傾斜測定部２３００を説明する図である。
【図６】本実施例の受光装置２００００を説明する図である。
【図７】本発明の原理を説明する図である。
【図８】従来の技術を説明する図である。
【符号の説明】
１００００　位置検出装置
２００００　受光装置
３００００　ターゲット
２１０００　コーナーキューブ
１１００　測距部
１２００　受光装置検出部
１２１０　検出光発光部
１３００　データ送信部
１３２０　第１の撮像部
１３３０　第２の撮像部
１４００　角度測定部
１５００　回動照射部
２０００　測量機本体
２１００　回動部
２１１０　回転ミラー
２１７０　鉛直軸
２１８０　水平角測定用のロータリーエンコーダ
２２００　固定部
２２１１　距離検出発光部
２２１４　距離検出受光部
２３００　傾斜測定部
３０００　整準部
４０００　演算処理手段
４２００　記憶部
４３００　表示部
４４００　駆動回路
４５００　モータ
５０００　操作部
【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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