(57)【要約】【課題】  遠距離にある任意の数の被変位測定点の位置・変位量を高精度、高分解能、高速リアルタイムで測定できるようにする。【解決手段】  被変位測定点にコーナーキューブプリズムを配設し、その被変位測定点を見通せる位置に測定地点を設定し、前記コーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けて測定地点からレーザー光を投射し、そのレーザー光で被変位測定領域を左右・上下に走査すると共に、測定地点から発した前記レーザー光の一部をＰＳＤに投射し、前記走査過程でコーナーキューブプリズムで反射した再帰反射レーザー光を光センサー素子で受光して被変位測定点の位置感知時点を検知し、その位置感知時点において前記ＰＳＤが受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知し、その方位角度データを基に被変位測定点の変位量を演算して被変位測定点の変位を測定する。【選択図】  図１
2005140510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位測定対象物に任意の数の被変位測定点を設定し、その被変位測定点にコーナーキューブプリズムを配設し、その変位測定対象物から相当距離離れて前記被変位測定点を見通せる位置に測定地点を設定し、その測定地点から前記コーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けてレーザー光を投射し且つそのレーザー光で前記被変位測定領域を左右および上下に走査すると共に、前記被変位測定領域に向けたレーザー光の幾らかを方位角度測定用ＰＳＤにも同時に投射し、前記レーザー光の走査過程において前記コーナーキューブプリズムで反射して前記測定地点のレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を光センサー素子で受光して前記被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置感知時点を検知すると共に、その位置感知時点において前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面で受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知し、その方位角度データを基に前記被変位測定点の変位量を演算して前記被変位測定点の変位を測定することを特徴とする遠距離対象物の変位測定方法。
【請求項２】
変位測定対象物に任意の数の被変位測定点を設定し、その被変位測定点にコーナーキューブプリズムを配設し、その変位測定対象物から相当距離離れて前記被変位測定点を見通せる位置に測定地点を設定し、その測定地点から前記コーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けてレーザー光を投射し且つそのレーザー光で前記被変位測定領域を左右および上下に走査すると共に、前記被変位測定領域に向けたレーザー光の幾らかを方位角度測定用ＰＳＤにも同時に投射し、前記レーザー光の走査過程において前記コーナーキューブブプリズムで反射して前記測定地点のレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を光センサー素子で受光して前記被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置感知時点を検知すると共に、前記レーザー光投射原点から前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面までのレーザー光路長（Ｍ）を延長させた状態で、前記位置感知時点において前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面で受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知し、その方位角度データを基に前記被変位測定点の変位量を演算して前記被変位測定点の変位を測定することを特徴とする遠距離対象物の変位測定方法。
【請求項３】
設定した測定地点と変位測定対象物の間の距離（Ｎ）が未知数の場合、既知の距離ｄを隔てた二つの位置に測定地点（A1，A2）を設定し、その各測定地点（A1，A2）から被変位測定領域に向けてそれぞれレーザー光を投射し且つその各レーザー光で前記被変位測定領域を左右および上下に走査すると共に、前記被変位測定領域に向けたそれぞれのレーザー光の幾らかを同時に前記各測定地点（A1，A2）の方位角度測定用ＰＳＤにもそれぞれ投射し、前記各レーザー光の走査過程で同一の被変位測定点に位置する同一のコーナーキューブプリズムで反射して前記各測定地点（A1，A2）のレーザー光投射原点にそれぞれ戻った再帰反射レーザー光を前記各測定地点（A1，A2）の光センサー素子でそれぞれ受光してその被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置感知時点をそれぞれ検知すると共に、その各位置感知時点において前記二つの測定地点（A1，A2）の方位角度測定用ＰＳＤの受光面でそれぞれ受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データをそれぞれ検知し、前記二つの測定地点（A1，A2）の方位角度測定用ＰＳＤで検知した前記被変位測定点の方位角度データと前記既知の距離ｄを基に前記被変位測定点の変位量を演算して前記被変位測定点の変位を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載した遠距離対象物の変位測定方法。
【請求項４】
レーザー光の走査過程において光センサー素子によって検知したコーナーキューブプリズムの位置感知時点毎に方位角度測定用ＰＳＤが検知したそのコーナーキューブプリズムの反射面各部の方位角度データを集積してそのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを生成し、その反射領域面データを基にそのコーナーキューブプリズムの反射領域面中心位置を演算してそのコーナーキューブプリズムが位置する被変位測定点の方位角度データを生成し、その被変位測定点の方位角度データを基にその被変位測定点の変位量を演算してその被変位測定点の変位を測定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載した遠距離対象物の変位測定方法。
【請求項５】
レーザー発光器と；測定地点に設置され前記レーザー発光器から発したレーザー光を受けてそのレーザー光を前記測定地点から相当距離離れた被変位測定点のコーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けて投射するミラーと；前記ミラーを左右および上下に往復回動させ前記ミラーから投射するレーザー光でもって前記被変位測定領域を走査するスキャン駆動装置と；前記走査過程において前記コーナーキューブプリズムで反射し前記ミラーのレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を受光して前記被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置感知時点を検知する光センサー素子と；前記ミラーから前記被変位測定領域に向けて投射したレーザー光の幾らかを同時に受光し且つ前記光センサー素子で検知した位置感知時点での前記受光レーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知する方位角度測定用ＰＳＤと；前記方位角度測定用ＰＳＤで検知した被変位測定点の方位角度データを基に前記被変位測定点の変位量を演算する演算プログラムを搭載したコンピュータ；を含むことを特徴とする遠距離対象物の変位測定装置。
【請求項６】
レーザー発光器と；測定地点に設置され前記レーザー発光器から発したレーザー光を受けてそのレーザー光を前記測定地点から相当距離離れた被変位測定点のコーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けて投射するミラーと；前記ミラーを左右および上下に往復回動させ前記ミラーから投射するレーザー光でもって前記被変位測定領域を走査するスキャン駆動装置と；前記走査過程において前記コーナーキューブプリズムで反射し前記ミラーのレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を受光して前記被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置感知時点を検知する光センサー素子と；前記ミラーから前記被変位測定領域に向けて投射したレーザー光の幾らかを同時に受光し且つ前記光センサー素子で検知した位置感知時点での前記受光レーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知する方位角度測定用ＰＳＤと；前記ミラーと前記方位角度測定用ＰＳＤの間に置かれて前記ミラーのレーザー光投射原点から前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面までのレーザー光路長（Ｍ）を延長する角度倍率切換器と；前記方位角度測定用ＰＳＤで検知した前記被変位測定点の方位角度データを基に前記被変位測定点の変位量を演算する演算プログラムを搭載したコンピュータ；を含むことを特徴とする遠距離対象物の変位測定装置。
【請求項７】
レーザー発光器と；測定地点に設置され前記レーザー発光器から発したレーザー光を受けてそのレーザー光を前記測定地点から相当距離離れた被変位測定点のコーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けて投射する第一のミラーと；前記第一のミラーを左右および上下に往復回動させ前記第一のミラーから投射するレーザー光でもって前記被変位測定領域を走査するスキャン駆動装置と；前記走査過程において前記コーナーキューブプリズムで反射し前記第一のミラーのレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を受光して前記被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置感知時点を検知する光センサー素子と；前記第一のミラーから前記被変位測定領域に向けて投射したレーザー光の幾らかを変向反射する第二のミラーと；前記第二のミラーで反射したレーザー光を受光し且つ前記光センサー素子で検知した位置感知時点での前記受光レーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知する方位角度測定用ＰＳＤと；前記第二のミラーと前記方位角度測定用ＰＳＤの間に置かれて前記第一のミラーのレーザー光投射原点から前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面までのレーザー光路長（Ｍ）を延長する角度倍率切換器と；前記方位角度測定用ＰＳＤで検知した前記被変位測定点の方位角度データを基に前記被変位測定点の変位量を演算する演算プログラムを搭載したコンピュータ；を含むことを特徴とする遠距離対象物の変位測定装置。
【請求項８】
レーザー光の走査過程において光センサー素子によって検知したコーナーキューブプリズムの反射位置感知時点毎に方位角度測定用ＰＳＤで検知したそのコーナーキューブプリズムの反射面各部の方位角度データを蓄積してそのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを生成し、そのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを基にそのコーナーキューブプリズムの反射面中心位置を演算してそのコーナーキューブプリズムが位置する被変位測定点の方位角度データを生成し、その被変位測定点の方位角度データを基にその被変位測定点の変位量を演算する演算プログラムを搭載したコンピュータ；を含むことを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載した遠距離対象物の変位測定装置。
【請求項９】
ミラーをハーフミラーとした請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載の遠距離対象物の変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高層ビルの経年変化による傾き測定、堤防の歪み測定、地盤の変位測定、トンネルの断面変形測定、橋梁の振動測定など、各種の対象物の変位を、レーザー光とコーナーキューブプリズムとＰＳＤ（Position Sensitive Detecter＝半導体位置検出素子）を用いて、その変位測定対象物から相当距離離れた測定地点から検出し測定するための変位測定方法と、その変位測定方法で変位を測定するための遠距離対象物の変位測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の特定点（被測定点）の位置を、対象物に非接触状態で検出する装置として、対象物の被測定点に反射体（例えばコーナーキューブプリズム）を装着し、その反射体に向けて半導体レーザー光を照射し、その反射体からの反射レーザー光を集光レンズにより光位置検出素子上の１点に集光し、その光位置検出素子からの出力を位置信号処理回路で処理して反射体の方位角、即ち被測定点の方位角を検出する装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
しかし、上記のような従来の位置検出装置では、対象物の或る１点毎の位置を追従検知して検出し測定するものであって、対象物に対し位置検出装置を一旦設置し調整した状態で、その対象物における複数の被測定点の変位を一度に測定して各被測定点の相対的位置関係を高速且つ高分解能で測定することはできない。また対象物が土木・建築の構造物である場合には、対象物から１０ｍ〜１Km離れた測定地点から被測定点の位置や変位量を測定できることが必要で、その測定精度は、１００ｍ先の対象物に対して誤差１mm、１Km先の対象物に対して誤差１０mm程度の高い精度が求められ、また１００ｍ先の対象物に対して0.1mm、１Km先の対象物に対して１mm程度の高い分解能が求められ、さらに橋梁の振動測定などの場合はリアルタイムの高速測定が必要となるが、従来の測定方法・装置では、このような高い精度・分解能とリアルタイムの速さをもって多数の被測定点の位置や変位量を一度に測定することはできない。
【特許文献１】特開平６−２２１８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、上記のような従来の位置検出・測定装置における未解決の問題点と実用上の要求に応えるものであり、遠距離にある所与の変位測定対象物に対し測定装置を一旦設置し調整した状態で、その変位測定対象物の１点のみならず複数点の位置・変位量を一度に高速で測定して各点の相対的変位をも即座に測定可能とし、また１０ｍ〜１Km先の遠距離にある変位測定対象物の位置・変位量を高分解能、高精度、高速リアルタイムで測定できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題に応じて目的を達するために、この発明では次のような手段を用いる。即ち、
変位測定対象物に任意の数の被変位測定点を設定し、その被変位測定点にコーナーキューブプリズムを配設し、その変位測定対象物から相当距離離れて前記被変位測定点の全てを見通せる位置に測定地点を設定し、その測定地点から前記コーナーキューブプリズムの全てを含む被変位測定領域に向けてレーザー光を投射し且つそのレーザー光で前記被変位測定領域を左右および上下に走査すると共に、前記被変位測定領域に向けたレーザー光の幾らかを方位角度測定用ＰＳＤにも同時に投射し、前記レーザー光の走査過程において前記コーナーキューブプリズムで反射して前記測定地点のレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を光センサー素子（例えばフォト・ダイオード）で受光して前記被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置を感知する時点を検知すると共に、その位置感知時点において前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面で受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データ（即ち被変位測定点の位置データ）を検知し、その方位角度データを基に前記被変位測定点の変位量を演算して被変位測定点の変位を測定する。なお、被変位測定点の方位角度は、被変位測定点を射た投射レーザー光のレーザー光投射原点からの投射角度である。
【０００６】
また測定の際の分解能を高めるために、変位測定対象物に任意の数の被変位測定点を設定し、その被変位測定点にコーナーキューブプリズムを配設し、その変位測定対象物から相当距離離れて前記被変位測定点を見通せる位置に測定地点を設定し、その測定地点から前記コーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けてレーザー光を投射し且つそのレーザー光で前記被変位測定領域を左右および上下に走査すると共に、前記被変位測定領域に向けたレーザー光の幾らかを方位角度測定用ＰＳＤにも同時に投射し、前記レーザー光の走査過程において前記コーナーキューブブプリズムで反射して前記測定地点のレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を光センサー素子で受光して前記被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置を感知する時点を検知すると共に、前記レーザー光投射原点から前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面までのレーザー光路長（Ｍ）を延長させた状態で、前記位置感知時点において前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面で受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知し、その方位角度データを基に前記被変位測定点の変位量を演算して被変位測定点の変位を測定する。
【０００７】
また、設定した測定地点と変位測定対象物の間の距離（Ｎ）が未知数の場合、既知の距離ｄを隔てた二つの位置に測定地点（A1，A2）を設定し、その各測定地点（A1，A2）から上述の被変位測定領域に向けてそれぞれレーザー光を投射し且つその各レーザー光で被変位測定領域を左右および上下に走査すると共に、前記被変位測定領域に向けたそれぞれのレーザー光の幾らかを同時に各測定地点（A1，A2）の方位角度測定用ＰＳＤにもそれぞれ投射し、前記各レーザー光の走査過程で同一の被変位測定点に位置する同一のコーナーキューブプリズムで反射して各測定地点（A1，A2）のレーザー光投射原点にそれぞれ戻った再帰反射レーザー光を各測定地点（A1，A2）の光センサー素子でそれぞれ受光してその被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置感知時点をそれぞれ検知すると共に、その各位置感知時点において二つの測定地点（A1，A2）の方位角度測定用ＰＳＤの受光面でそれぞれ受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データをそれぞれ検知し、二つの測定地点（A1，A2）の方位角度測定用ＰＳＤで検知した被変位測定点の方位角度データと前記既知の距離ｄを基に前記被変位測定点の変位量を演算して被変位測定点の変位を測定する。
【０００８】
さらにまた、測定に用いるコーナーキューブプリズムの反射面に非対称成形歪みが残存する場合に、その非対称成形歪みによる測定誤差を除くために、レーザー光で上述の被変位測定領域を走査する過程において、光センサー素子によって検知したコーナーキューブプリズムの位置感知時点毎に方位角度測定用ＰＳＤが検知したそのコーナーキューブプリズムの反射面各部の方位角度データを集積してそのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを生成し、その反射領域面データを基にそのコーナーキューブプリズムの反射面中心位置を演算してそのコーナーキューブプリズムが位置する被変位測定点の方位角度データを生成し、その被変位測定点の方位角度データを基にその被変位測定点の変位量を演算して被変位測定点の変位を測定する。
【０００９】
次にこの発明に係る遠距離対象物の変位測定方法を実行するための遠距離対象物の変位測定装置として、レーザー発光器と、測定地点に設置され前記レーザー発光器から発したレーザー光を受けてそのレーザー光を前記測定地点から相当距離離れた被変位測定点のコーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けて投射するミラーと、そのミラーを左右および上下に往復回動させてミラーから投射するレーザー光でもって前記被変位測定領域を走査するスキャン駆動装置と、その走査過程において前記コーナーキューブプリズムで反射し前記ミラーのレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を受光して被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置を感知した時点を検知する光センサー素子と、前記ミラーから前記被変位測定領域に向けて投射したレーザー光の幾らかを同時に受光し且つ前記光センサー素子で検知した位置感知時点で受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知する方位角度測定用ＰＳＤと、その方位角度測定用ＰＳＤで検知した被変位測定点の方位角度データを基にその被変位測定点の変位量を演算する演算プログラムを搭載したコンピュータを主要部として備える変位測定装置を構成する。
【００１０】
また測定の際のレーザー光投射角度（被変位測定点の方位角度）の分解能を高めるために、上述のミラーと角度測定用ＰＳＤの間に角度倍率切換器を介在させて、その角度倍率切換器によって必要に応じて前記ミラーのレーザー光投射原点から前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面までのレーザー光路長（Ｍ）を延長させる。
【００１１】
そして変位測定装置を合理的にコンパクトに構成するために、上記ミラーをハーフミラーとして構成する。即ち、レーザー発光器と、測定地点に設置され前記レーザー発光器から発したレーザー光を受けてそのレーザー光を前記測定地点から相当距離離れた被変位測定点のコーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けて投射する第一のハーフミラーと、第一のハーフミラーを左右および上下に往復回動させ第一のハーフミラーから投射するレーザー光でもって前記被変位測定領域を走査するスキャン駆動装置と、その走査過程において前記コーナーキューブプリズムで反射し前記第一のハーフミラーのレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を受光して前記被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置を感知する時点を検知する光センサー素子と、第一のミラーから前記被変位測定領域に向けて投射したレーザー光の幾らかを変向反射する第二のハーフミラーと、前記第二のミラーで反射したレーザー光を受光し且つ前記光センサー素子で検知した位置感知時点で受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知する方位角度測定用ＰＳＤと、前記第二のミラーと前記方位角度測定用ＰＳＤの間に置かれて前記第一のミラーのレーザー光投射原点から前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面までのレーザー光路長（Ｍ）を延長する角度倍率切換器と、前記方位角度測定用ＰＳＤで検知した被変位測定点の方位角度データを基にその被変位測定点の変位量を演算する演算プログラムを搭載したコンピュータを主要部として備える変位測定装置を構成する。
【００１２】
さらにまた、変位測定装置に用いるコーナーキューブプリズムの反射面に非対称成形歪みが残存する場合に、その非対称成形歪みによる測定誤差を除くために、レーザー光の走査過程において上述の光センサー素子によってコーナーキューブプリズムの反射位置を感知する時点毎に方位角度測定用ＰＳＤで検知したそのコーナーキューブプリズムの反射面各部の方位角度データを蓄積してそのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを生成し、そのコーナーキューブプリズム反射領域面データを基にそのコーナーキューブプリズムの反射領域面中心位置を演算してそのコーナーキューブプリズムが位置する被変位測定点の方位角度データを生成し、その被変位測定点の方位角度データを基にその被変位測定点の変位量を演算する演算プログラムを搭載したコンピュータを装備した変位測定装置を構成する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る遠距離対象物の変位測定方法ならびに変位測定装置によれば、変位測定対象物に対し変位測定装置を一旦設置し調整した状態で、変位測定対象物の１点のみならず複数点の被変位測定点の位置や変位量および各被変位測定点の間の相対的位置や変位量を一度に迅速に測定することが可能となる。また、ＰＳＤは分解能が非常に高く且つ測定が非常に速いことから、さらに加えて、角度倍率切換器を用いて、レーザー光路長Ｍ延長しレーザー光の投射角度を増幅した状態で各被変位測定点の方位角度を直接検知するので、左右・上下スキャン駆動装置などの動作に起因する誤差の影響を受けることなく、高分解能で正確に各被変位測定点の変位測定結果を得ることができ、１０ｍ〜１Kmの遠距離にある変位測定対象物の変位量を高分解能、高精度、リアルタイムの高速でもって測定することができる。さらに、レーザー光で被変位測定領域を走査する過程において、光センサー素子によって検知されるコーナーキューブプリズムの位置感知時点毎に方位角度測定用ＰＳＤで検知したそのコーナーキューブプリズムの反射面各部の方位角度データを集積してそのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを生成し、その反射領域面データを基にそのコーナーキューブプリズムの反射領域面中心位置を演算してそのコーナーキューブプリズムが位置する被変位測定点の方位角度データを生成し、その被変位測定点の方位角度データを基にその被変位測定点の変位量を演算して被変位測定点の変位を測定することから、変位測定に用いるコーナーキューブプリズムの反射面に若干の非対称成形歪みがあっても、これによって生ずる測定誤差が除外される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明に係る変位測定方法の最良の実施形態は、変位測定対象物に所望の任意の数の被変位測定点を設定し、その被変位測定点にコーナーキューブプリズムを配設し、そのコーナーキューブプリズムの全てを見通せる位置で且つ互いに既知の距離ｄだけ離れた位置に二つの測定地点（A1，A2）を設定し、その各測定地点（A1，A2）から前記コーナーキューブプリズムの全てを含む被変位測定領域に向けてそれぞれレーザー光を投射し、且つその各レーザー光でそれぞれ前記被変位測定領域を左右および上下に走査すると共に、前記被測定領域に向けられたそれぞれのレーザー光の幾らかを前記各測定地点（A1，A2）の方位角度測定用ＰＳＤにもそれぞれ投射し、前記各レーザー光の走査過程で同一の被変位測定点に位置する同一のコーナーキューブプリズムで反射して前記各測定地点（A1，A2）のレーザー光投射原点にそれぞれ戻った再帰反射レーザー光を前記各測定地点（A1，A2）の光センサー素子でそれそれ受光してその被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置感知時点をそれぞれ検知すると共に、前記レーザー光投射原点から前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面までのレーザー光路長（Ｍ）を延長させた状態で、前記各位置感知時点において前記二つの測定地点（A1，A2）の方位角度測定用ＰＳＤの受光面でそれぞれ受光したレーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知し、その方位角度データを基に前記被変位測定点の変位量を演算してその被変位測定点の変位を測定する遠距離対象物の変位測定方法である。そして加えて、使用するコーナーキューブプリズムの反射面に非対称成形歪みが残存してその非対称成形歪みによって測定誤差が生ずることも考えられることから、その非対称成形歪みによる測定誤差を除くために、レーザー光で被変位測定領域を走査する過程において、光センサー素子によって検知したコーナーキューブプリズムの位置感知時点毎に方位角度測定用ＰＳＤが検知したコーナーキューブプリズムの反射面各部の方位角度データを集積してそのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを生成し、その反射領域面データを基にそのコーナーキューブプリズムの反射領域面の中心位置を演算してそのコーナーキューブプリズムが位置する被変位測定点の方位角度データを生成し、その被変位測定点の方位角度データを基に被変位測定点の変位量を演算して被変位測定点の変位を測定する遠距離対象物の変位測定方法である。
【００１５】
また、この発明に係る変位測定装置の最良の実施形態は、レーザー発光器と、測定地点に設置され前記レーザー発光器から発したレーザー光を受けてそのレーザー光を測定地点から相当距離離れた被変位測定点のコーナーキューブプリズムを含む被変位測定領域に向けて投射する第一のハーフミラーと、その第一のハーフミラーを左右および上下に往復回動させて第一のハーフミラーから投射するレーザー光でもって前記被変位測定領域を走査するスキャン駆動装置と、その走査過程においてコーナーキューブプリズムで反射して前記第一のハーフミラーのレーザー光投射原点に戻った再帰反射レーザー光を受光して前記被変位測定点にあるコーナーキューブプリズムの位置感知時点を検知する光センサー素子と、第一のハーフミラーから前記被変位測定領域に向けて投射したレーザー光の幾らかを変向反射する第二のハーフミラーと、第二のハーフミラーで反射したレーザー光を受光し且つ前記光センサー素子で検知した位置感知時点において受光した前記レーザー光の受光位置から前記被変位測定点の方位角度データを検知する方位角度測定用ＰＳＤと、前記第二のハーフミラーと前記方位角度測定用ＰＳＤの間に置かれて前記第一のハーフミラーのレーザー光投射原点から前記方位角度測定用ＰＳＤの受光面までのレーザー光路長（Ｍ）を延長する角度切換器と、
前記光センサー素子によって検知したコーナーキューブプリズムの反射位置感知時点毎に前記方位角度測定用ＰＳＤで検知したそのコーナーキューブプリズムの反射面各部の方位角度データを蓄積してそのコーナーキューブプリズムの反射領域面データ生成すると共にそのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを基にそのコーナーキューブプリズムの反射面中心位置を演算してそのコーナーキューブプリズムが位置する被変位測定点の方位角度データを生成し且つその被変位測定点の方位角度データを基にその被変位測定点の変位量を演算する演算プログラムを搭載したコンピュータを備えた遠距離対象物の変位測定装置である。
【実施例１】
【００１６】
以下この発明の実施例を図面を参考に説明する。図１は、この発明に係る遠距離対象物の変位測定装置の基本構成図（同変位測定装置の概略平面図）で、変位測定対象物であるところの高層ビルの経年変化による傾き（傾斜度）を、その高層ビルから相当離れた測定地点から測定する装置の例を示すものである。図２は同変位測定装置における角度倍率切換器部分の詳細図である。図３はこの発明に用いるコーナーキューブプリズムの説明図で、（ａ）はコーナーキューブプリズムの斜視状態を示し、（ｂ）はレーザー光による同コーナーキューブプリズムの走査状態を模式的に示し、（ｃ）ならびに（ｄ）は同コーナーキューブプリズムの縦断概略を示すものである。図４は変位測定対象物となる上記高層ビルの要部正面図（同高層ビルをＺ軸方向に見た図）、図５は同高層ビルの要部側面図（同高層ビルをＸ軸方向に見た図）である。図６は同変位測定装置の方位角度測定用ＰＳＤで検知した被変位測定点の位置が表示されたディスプレー上の変位表示画面図である。図７はこの発明に係る変位測定方法・装置による変位測定の基本説明図であり、図８も同変位測定方法・装置による変位測定の基本説明図である。
【００１７】
図１，２，３，４，５において、Ｂは地上Ｇに建設された変位測定対象物（高層ビル）、Ａは変位測定対象物Ｂの変位を測定するための測定地点で、測定地点Ａは変位測定対象物（高層ビル）Ｂから相当の距離N（１０ｍ〜１Kmの距離）を隔てた地上Ｇに設定され、測定地点Ａに変位測定装置Ｅが設置される。また変位測定対象物Ｂには、必要とする任意の数の被変位測定点P1，P2，P3，P4・・・Pn（被変位測定点P1，P2，P3，P4・・・Pnを総じて被変位測定点Ｐという）を設定し、各被変位測定点P1，P2，P3，P4・・・PnにそれぞれコーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4・・・Cn（コーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4・・・Cnを総じてコーナーキューブプリズムＣという）を配設して取り付けている。そして変位測定のために配設した前記コーナーキューブプリズムＣの全てを含む領域を被変位測定領域Baとし、測定地点Ａは上記の全てのコーナーキューブプリズムＣを見通せる位置、即ち被変位測定領域Baを見通せる位置に設定している。したがって被変位測定領域Baは、測定地点Ａを頂点としてその測定地点Ａから見て前記コーナーキューブプリズムＣが全て包含される３次元領域内にあって、その被変位測定領域Baの３次元座標軸方向（即ちＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の最大幅をそれぞれWx、Wy、Wzで示している。そして、被変位測定領域Baの上記３次元座標軸方向の幅Wx、Wy、Wzは、それぞれ後述するレーザー光による被変位測定領域Baの走査過程における、Ｘ軸方向スキャン幅、Ｙ軸方向スキャン幅、Ｚ方向スキャン幅でもある。なお、図４および図５において、H1は被変位測定点P1の地上Ｇからの垂直距離、H2は被変位測定点P1，P2間の垂直距離、H3は被変位測定点P2，P3間の垂直距離、P4は被変位測定点P3，P4間の垂直距離である。また、コーナーキューブプリズムＣは、図３に示すように、互いに直交した三つの内部反射面をもつプリズムで、入射する光を、その入射角度の如何に関わらず、１８０°折り返して再帰反射する機能を有する周知のものである。
【００１８】
図１において、１はレーザー発光器、２は第一のハーフミラー、３は第二のハーフミラー、４は光センサー素子（例えばフォト・ダイオード）、５は方位角度測定用ＰＳＤ、６は角度倍率切換器、７は左右スキャン駆動装置（Ｘ軸方向スキャン駆動装置）、８は上下スキャン駆動装置（Ｙ軸方向スキャン駆動装置）、１１はコンピュータで、これらによって変位測定装置Ｅの主要部が構成されている。第一のハーフミラー２と光センサー素子４は所定の相互位置関係を保持した状態で左右スキャンユニット（Ｘ軸方向スキャンユニット）９を構成し、左右スキャンユニット９に左右スキャン駆動装置７が連結され、左右スキャン駆動装置７によって、第一のハーフミラー２の中心点Ｆを通る垂直軸Ysを軸として左右スキャンユニット９を左右に（Ｘ軸方向に）往復回動させる。その結果、第一のハーフミラー２も、上記垂直軸Ysを軸として左右に（Ｘ軸方向に）往復回動する。さらに、左右スキャンユニット９と左右スキャン駆動装置７は上下スキャンユニット１０を構成し、上下スキャンユニット１０に上下スキャン駆動装置８が連結され、上下スキャン駆動装置８によって、第一のハーフミラー２の中心点Ｆを通る水平軸Xsを軸として上下スキャンユニット１０を上下に（Ｙ軸方向に）往復回動させる。その結果、第一のハーフミラー２も上記水平軸Xsを軸として上下に（Ｙ軸方向に）往復回動する。なお、左右スキャン駆動装置７ならびに上下スキャン駆動装置８の駆動源にはパルスモータあるいは直流モータが用いられている。
【００１９】
第一のハーフミラー２は、測定地点Ａに設置されレーザー発光器１から発するレーザー光Ｌを受けて，そのレーザー光Ｌを被変位測定領域Baに向けて投射するものであって、第一のハーフミラー２の中心点Ｆは被変位測定領域Baに向けたレーザー光Ｌの投射原点（レーザー光投射原点Ｆ）にもなっている。左右スキャン駆動装置７と上下スキャン駆動装置８は、第一のハーフミラー２を左右および上下に往復回動させて第一のハーフミラー２から投射するレーザー光ＬでもってコーナーキューブプリズムＣを含む被変位測定領域Ｂａを左右方向（Ｘ軸方向）および上下方向（Ｙ軸方向）に走査するものである。また、第二のハーフミラー３は、第一のハーフミラー２の前方（変位測定対象物Ｂの側）に配設されており、第二のハーフミラー３は、前記の走査過程において第一のハーフミラー２のレーザー光投射原点Ｆから被変位測定領域Baに向けて投射したレーザー光Ｌの幾らかを変向反射して、その変向反射したレーザー光Ｌを、前記被変位測定領域Baに向けたレーザー光Ｌの投射と同時に、角度倍率切換器６を介して、方位角度測定用ＰＳＤ５に投射するものである。
【００２０】
角度倍率切換器６は、第二のハーフミラー３と方位角度測定用ＰＳＤ５の間に置かれて、第一のハーフミラー２のレーザー光投射原点Ｆから方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面までのレーザー光路長Ｍを延長する機能を奏する。即ち、角度倍率切換器６は、図２に示すように、４５°プリズム（反射ミラーを角度４５°に置いたものと同等）と４５°直角プリズム（直角面を反射ミラーとしたものと同等）を組み合わせてなる２個のＷ字状の光蛇行反射体６ａ，６ｂを、単位間隔Ｒを置いて対向させた構造であり、単位間隔Ｒの光路が蛇行状にｎ段形成された構造である。そして、第二のハーフミラー３と方位角度測定用ＰＳＤ５の間に角度倍率測定用ＰＳＤ６を介在させることにより、第二のハーフミラー３から受けたレーザー光Ｌを、光蛇行反射体６ａ，６ｂの間でｎ度、蛇行状に反射させることにより、レーザー光投射原点Ｆから方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面までのレーザー光路長Ｍを、M1＝ｎ×Ｒだけ延長することができる。なお、レーザー光路長Ｍを延長させる必要がない場合には、角度倍率切換器６を短絡状態にして、第二のハーフミラー３から方位角度測定用ＰＳＤ５にレーザー光Ｌを直接投射する。また角度倍率切換器６は、単位間隔Ｒの光路の段数ｎが異なる複数の角度倍率切換ユニットをターンテーブル上に配置し、その複数の角度倍率切換ユニットの中から、所望の光路段数ｎを備えたユニットを選んで変位測定装置に組み入れるようにしている。即ち、第一のハーフミラー２のレーザー光投射原点Ｆから方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面までのレーザー光路長Ｍは、レーザー光投射原点Ｆから角度倍率切換器６までの光路長M0と、角度倍率切換器６の内部の光路長M1と、角度倍率切換器６から方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面までの光路長M2との和（Ｍ＝M0+M1+M2）であって、角度倍率切換器６を用いることにより、光路長M2の部分で、レーザー光投射原点Ｆから方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面までのレーザー光路長Ｍを、M1＝ｎ×Ｒの範囲で延長可能としている。この種の遠距離対象物の変位測定方法・装置においては、変位測定対象物と測定地点の間の距離Ｎが大きい程、同じ測定範囲に対する測定方位角度の変化量は小さくなる。したがって、高い分解能で方位角度測定を行いたい場合は、第一のハーフミラー２のレーザー光投射原点Ｆから方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面までのレーザー光路長Ｍを長くする程、分解能を高くすることができる。そのため、レーザー光投射原点Ｆと方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面の間に角度倍率切換器６を介在させることにより、前記レーザー光路長Ｍを延長できるようにして、変位測定対象物と測定地点の間の距離Ｎにおうじた角度倍率が得られるようにしている。
【００２１】
また、第一のハーフミラー２から投射するレーザー光ＬでもってコーナーキューブプリズムＣを含む被変位測定領域Ｂａを走査する過程において、光センサー素子４は、コーナーキューブプリズムＣで再帰反射して第一のハーフミラー２を通過した再帰反射レーザー光Lbを受光し、その受光時点でそのコーナーキューブプリズムＣの存在（即ちそのコーナーキューブプリズムＣが置かれた被変位測定点Ｐの存在）を感知する。なお、光センサー素子４が再帰反射レーザー光Lbを受光した時点を、本願において「位置感知時点」という。そして、光センサー素子４が前記位置感知時点で受光した再帰反射レーザー光Lbの基となるレーザー光Ｌの投射方向角度（前記位置感知時点で第一のハーフミラー２から被変位測定領域に向けて投射されコーナーキューブプリズムＣを射たレーザー光Ｌの投射方向角度）を方位角度測定用ＰＳＤ５によって検知することにより、レーザー光投射原点Ｆを基準点とするそのコーナーキューブプリズムＣの方位角度データ（位置データ）が検知され収集されることになる。
【００２２】
すなわち、前記位置感知時点で、第一のハーフミラー２から被変位測定領域に向けて投射されたレーザー光Ｌの幾らかは、第二のハーフミラー３で反射して方位角度測定用ＰＳＤ５にも投射されるので、コーナーキューブプリズムＣを射たレーザー光Ｌ（光センサー素子４が位置感知時点で受光した再帰反射レーザー光Lbの基となるレーザー光Ｌ）を第二のハーフミラー３を介して方位角度測定用ＰＳＤ５が受光し、方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面で受光した上記レーザー光Ｌの受光位置から、そのコーナーキューブプリズムＣの方位角度を検知し、そのコーナーキューブプリズムＣが配設された被変位測定点Ｐの方位角度データ（位置データ）を検知し収集することができる。またコンピュータ１１は、光センサー素子４で検知した前記位置感知時点や方位角度測定用ＰＳＤ５で検知した被変位測定点Ｐの方位角度データ（位置データ）を基にその被変位測定点Ｐの変位量を演算する演算プログラムを搭載している。
【００２３】
この発明に係る変位測定方法・装置においては、コーナーキューブプリズムＣを用いることが必須であり、高い測定精度を得るためには、コーナーキューブプリズムＣにおける互に直交する三つの反射面が正確な対称形状に加工され仕上げられていなければならない。しかし使用する全てのコーナーキューブプリズムＣの反射面が常に正確な対称形状に加工仕上げされているとは限らず、図３の（ｃ）（ｄ）に示すように、コーナーキューブプリズムＣの一つの反射面ｓが、２点鎖線で示す正確な対称形状から若干外れた歪み反射面ｓとなっているものがあり得る。そこで仮にコーナーキューブプリズムＣの反射面が正確な対称形状から若干ずれていた場合でも、それによって測定精度に実質的影響が生じないような手段を講ずる。例えば図３の（ｃ）（ｄ）に示すように、コーナーキューブプリズムＣの一つの反射面が正規の反射面（２点鎖線で示す反射面）に対し内側にずれて開放角度が小さくなった状態の歪み反射面ｓとなっている場合、同図（ｃ）に示すようにコーナーキューブプリズムＣのセンター軸Csの下側からレーザー光Ｌが入射した時と、同図（ｄ）に示すようにコーナーキューブプリズムＣのセンター軸Csの上側からレーザー光Ｌが入射した時とでは、そこで反射される再帰反射レーザー光Lbは、いずれも歪み反射面ｓが狂っている分だけ内側に返って丁度対称関係になるので、歪み反射面ｓがあってもコーナーキューブプリズムＣの反射領域面の中心値はそれほど変わらないことになる。なお、コーナーキューブプリズムＣのセンター軸Csの左右からレーザー光Ｌが入射する場合も、前記対称性に関しては同じである。この発明では、第一のハーフミラー２から投射するレーザー光ＬでもってコーナーキューブプリズムＣを含む被変位測定領域Ｂａを走査する過程において、図３の（ｂ）に示すように、コーナーキューブプリズムＣの反射面の全面を細いレーザー光で緻密に走査し、その走査における多数の位置感知時点Q毎に、そのコーナーキューブプリズムＣの反射面各部のデータを方位角度測定用ＰＳＤが検知し、そのコーナーキューブプリズムＣの反射面各部の方位角度データを集積してそのコーナーキューブプリズムＣの反射領域面データを生成し、その反射領域面データを基にコーナーキューブプリズムＣの反射領域面の中心値を演算してそのコーナーキューブプリズムＣが位置する被変位測定点Ｐの変位量を演算し被変位測定点Ｐの変位を測定する。このように、レーザー光ＬにとるコーナーキューブプリズムＣのスキャン密度を微細にすれば、コーナーキューブプリズムＣにおけるレーザー光の反射位置データからコーナーキューブプリズムＣの形状・大きさに比例した測定データ、即ち反射領域面データを得ることができ、その反射領域面データを平均化演算することにより、コーナーキューブプリズムＣの反射面中心位置を検知することができる。その結果、コーナーキューブプリズムＣの反射面に若干の非対称歪みが残存する場合でも、その非対称歪みによる測定誤差を取り除くことができる。また更に高精度測定を必要とする場合は、個々のコーナーキューブプリズムＣについて反射領域面データを予め測定して、その反射領域面の中心位置片寄り係数を求めておいて、その中心位置片寄り係数を用いてコーナーキューブプリズムの反射面の非対称歪みによる変位測定誤差を除去することもできる。なお図３の（ｂ）において、CxはコーナーキューブプリズムＣに対するレーザー光の左右走査方向を示し、CyはコーナーキューブプリズムＣの走査過程におけるコーナーキューブプリズムＣの反射領域面各部の方位角度データの収集時点軸を示し、ＱはコーナーキューブプリズムＣの走査過程におけるコーナーキューブプリズムＣの反射面各部の位置感知時点を示している。また前記コンピュータ１１は、コーナーキューブプリズムの反射面の非対称歪みによる変位測定誤差を除去するために、レーザー光の走査過程において光センサー素子によって検知したコーナーキューブプリズムの反射位置感知時点毎に方位角度測定用ＰＳＤで検知したそのコーナーキューブプリズムの反射面各部の方位角度データを蓄積してそのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを生成し、そのコーナーキューブプリズムの反射領域面データを基にそのコーナーキューブプリズムの反射面中心位置を演算してそのコーナーキューブプリズムが位置する被変位測定点の方位角度データを生成し、その被変位測定点の方位角度データを基にその被変位測定点の変位量を演算する演算プログラムを搭載している。
【００２４】
この発明に係る遠距離対象物の変位測定装置の動作・機能と、この発明に係る遠距離対象物の変位測定方法について更に詳細に説明する。例えば、通常１５０〜２００ｍ程度の高さの高層ビルを変位測定対象物としてその経年変化による傾きを測定する場合、最初に図４に示すように、変位測定対象物Ｂの変位測定したい任意の位置に任意の数の被変位測定点P1，P2，P3，P4を任意のい設定し、その各被変位測定点P1，P2，P3，P4にそれぞれコーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4を配設して取り付け、これらの被変位測定点P1，P2，P3，P4の全てを含む小領域を被変位測定領域Baとする。 次いで、被変位測定領域Ba内の全ての被変位測定点P1，P2，P3，P4を見通せる地点に測定地点Ａを設定し、この測定地点Ａに変位測定装置Ｅを設置して調整する。
【００２５】
このように変位測定装置Ｅを測定地点Ａに設置して、レーザー発光器１から第一のハーフミラー２に向けてレーザー光Ｌを発すると、そのレーザー光Ｌは第一のハーフミラー２で約９０°変向反射して、変位測定対象物Ｂの被変位測定領域Baに投射される。そして第一のハーフミラー２は、左右スキャン駆動装置（Ｘ軸方向スキャン駆動装置）７および上下スキャン駆動装置（Ｙ軸方向スキャン駆動装置）８によって、第一のハーフミラー２の中心点Ｆを通る垂直軸Ysならびに水平軸Xsをそれぞれ軸として、左右（Ｘ軸方向）と上下（Ｙ軸方向）に往復回動しているので、第一のハーフミラー２で反射したレーザー光Ｌが被変位測定領域Ba上を、Ｘ軸方向スキャン幅Wx（Ｘ軸方向スキャン角度θx）とＹ軸方向スキャン幅Wy（Ｙ軸方向スキャン角度θy（図示省略））にわたって走査することになる。なお第一のハーフミラー２の中心点Ｆは、測定地点Ａにおいてレーザー発光器１からレーザー光Ｌを受けて被変位測定領域Baに向けて反射させ投射するレーザー光投射原点ともなる。また、Ｘ軸方向スキャン駆動装置７によるＸ軸方向の１走査毎に、Ｙ軸方向の走査を１ビット相当量だけ移動させ、Ｙ軸方向の走査が所定の総ビット数に達したときにＸ軸・Ｙ軸両方向の全走査が終了する。
【００２６】
上記のレーザー光Ｌによる走査過程において、被変位測定領域Baに向けて投射されたレーザー光Ｌは、コーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4が存在しない箇所では他の物体に当って乱反射し発散してエネルギーが消滅し、あるいは他の物体が無ければ遠くへ放散してエネルギーが消滅するが、各被変位測定点P1，P2，P3，P4においてはコーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4が存在するため、各コーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4に入射したレーザー光Ｌは、その入射角度の如何を問わず１８０°反転して再帰反射レーザー光Lbとして再帰反射して、レーザー光Ｌの入射経路を逆方向に沿って第一のハーフミラー２のレーザー光投射原点Ｆに帰る。そして、レーザー光投射原点Ｆに戻った再帰反射レーザー光Lbは第一のハーフミラー２を通過して光センサー素子（例えばフォト・ダイオ−ド）４の受光面で受光され、その受光時点（本願でいう位置感知時点）で第一のハーフミラー２のレーザー光投射原点Ｆから被変位測定領域Baに向けて投射したレーザー光Ｌが被変位測定点ＰのコーナーキューブプリズムＣを射て被変位測定点Ｐの位置を感知したことが検知される。そして同時に、前記位置感知時点で光センサー素子４が感知した再帰反射レーザー光Laの基となるレーザー光Ｌ（位置感知時点でレーザー光投射原点Ｆから被変位測定領域Baに向けて投射され被変位測定点ＰのコーナーキューブプリズムＣを射たレーザー光Ｌ）の幾らかは、第二のハーフミラー３で反射して角度倍率切換器６に入り、角度倍率切換器６内で蛇行反射してレーザー光路長Ｍが延長された状態で方位角度測定用ＰＳＤ５に投射されるので、方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面上で各コーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4が配設された各被変位測定点P1，P2，P3，P4の方位角度データ（位置データ）が検知される。そして光センサー素子４で検知された位置感知時点データと、方位角度測定用ＰＳＤ５で検知された方位角度データがコンピュータ１１に送られて各被変位測定点P1，P2，P3，P4の方位角度（位置）や変位角度（変位量）が演算されて、各被変位測定点P1，P2，P3，P4の変位を一度にまとめて測定することができる。また、角度倍率切換器６を用いて、レーザー光路長Ｍ延長しレーザー光Ｌの投射角度を増幅した状態で各被変位測定点P1，P2，P3，P4の方位角度を直接検知するので、左右・上下スキャン駆動装置７，８などの動作に起因する誤差の影響を受けることなく、高分解能で正確に各被変位測定点の変位測定結果を得ることができる。
【００２７】
図５は、図４に示したと同じ変位測定対象物Ｂ上の同じ被変位測定P1，P2，P3，P4の位置・変位量を、変位測定対象物Ｂの側面に向かって（図４におけるＸ方向から）図示したものである。図５において、P10，P20，P30，P40は、それぞれ変位測定対象物Ｂ上に設定した各被変位測定点P1，P2，P3，P4の初期時の位置を示し、P1t，P2t，P3t，P4tは、それぞれ前記初期時から年月ｔを経た現在における前記各被変位測定点P1，P2，P3，P4の位置を示している。C10，C20，C30，C40は、それぞれ前記各被変位測定点P1，P2，P3，P4に配設したコーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4の初期時の位置を示し、C1t，C2t，C3t，C4tは、前記初期時から年月ｔを経た現在における前記コーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4の位置を示している。したがって、コーナーキューブプリズムC1，C2，C3，C4の初期時の位置C10，C20，C30，C40と現在の位置C1t，C2t，C3t，C4tの間の差は、初期時から現在にまでの間における変位測定対象物Ｂの経年変化に伴う各被変位測定点P1，P2，P3，P4の変位量、即ち変位測定対象物Ｂの経年傾き度となる。そして、初期時と現在において、図４，５に示した各被変位測定点P1，P2，P3，P4の初期時の位置（即ちコーナーキューブプリズムC1C2C3C4の初期時の位置）P10（C10），P20（C20），P30（C30），P40（C40）と、現在の位置P1t（C1t），P2t（C2t），P3t（C3t），P4t（C4t）を、測定地点Ａから検知し測定し、その検知・測定結果を変位測定装置のディスプレー上に表せば、それぞれ図６の（ａ），（ｂ）のように表示され、各被変位測定点P1，P2，P3，P4の３次元変位の実態を明確に目視することができる。
【００２８】
次にこの発明に係る遠距離対象物の変位測定装置で検知した被変位測定点Ｐの方位角度データ（位置データ）から被変位測定点Ｐの変位量を演算して測定する機能を、変位測定対象物と測定地点の間の距離Ｎが既知の場合について、図７を参考に説明する。図７において、Pn0，Pntは変位測定対象物B上に設定した任意の被変位測定点Pnの位置を表し、Pn0，は以前に測定した被変位測定点Pnの初期時の位置であり、Pntはその初期時から年月ｔを経た現在における前記被変位測定点Pnの位置を示している。 Baは被変位測定点Pnの位置Pn0，Pntを含む被変位測定領域である。そこで過去の初期時点と現時点で、それぞれ測定地点Ａ（レーザー光投射原点Ｆ）から被変位測定領域Baに向けてレーザー光Ｌを投射し且つＸ軸方向に走査した場合を見ると、それぞれの走査過程で被変位測定点Pnの位置Pn0，Pntに配設されたコーナーキューブプリズムに入射したレーザー光Ｌが再帰反射レーザー光Lbとして反射されてレーザー光投射原点Ｆに戻り、その再帰反射レーザー光Lbが光センサー素子４の受光面に達し、その受光時点の被変位測定点Pnの位置Pn0，Pntが、方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面でそれぞれ位置Pn0’，Pnt’として検知され、被変位測定点Pnの位置Pn0，PntのＸ軸方向の位置角度θxo，θxtは変位測定装置Ｅで求められる。また被変位測定点Pnの位置Pn0，Pntの間のＸ軸方向の変位量（位置の差）ΔWxは方位角度測定用ＰＳＤ５の受光面で変位量ΔWx’として検知される。そして図７に照らして明らかなように、二つの被変位測定点Pn0，PntのそれぞれのＸ軸方向の方位角度（位置角度）θxo，θxtと、変位測定対象物Ｂと測定地点Ａの間の距離Ｎと、被変位測定点Pnの初期時の位置Pn0と現時点の位置Pntの間のＸ軸方向変位量ΔWxとの間には次の式（１）で示されるの関係があることから、変位測定装置Ｅのコンピュータ１１で式（１）に沿う演算を実行することにより、Ｘ軸方向変位量ΔWxが容易に算出されてＸ軸方向変位量ΔWxを測定することができる。そして前記のＸ軸方向変位量ΔWxは、前記初期時から現在までの間に生じた変位測定対象物Ｂの経年変位による被変位測定点Pnの経年変位に相当する。さらに、全く同様の測定手段で次式（２）に基づく演算を実行することにより、被変位測定点PnのＹ軸方向変位量ΔWyも演算し測定することができる。そしてコンピュータ１１は、光センサー素子４、方位角度測定用ＰＳＤ５で検知した被変位測定点Ｐの位置データを基に式（１），（２）に従ってその被変位測定点ＰのＸ軸方向変位量ΔWx，Ｙ軸方向変位量ΔWyを演算する演算プログラムを搭載している。
【００２９】
2005140510.tif 000003
【００３０】
変位測定対象物Ｂと測定地点Ａの間の距離Ｎが既知である場合には、図７および式（１），（２）に示すところによって、被変位測定点のＸ軸方向変位量ΔWx，Ｙ軸方向ΔWy を簡単に測定できるが、距離Ｎが未知数の場合には、図８と次の式（３），（４），（５），（６），（７），（８）に示すところによって、Ｘ軸方向変位量ΔＷｘ，Ｙ軸方向変位量ΔＷｙ，Ｚ軸方向変位量ΔＷｚを測定することができる。即ち、測定空間を前記同様Ｘ，Ｙ，Ｚとし、Ｘ−Ｙ面からＺ方向の距離Ｎを求める。図８に示すように、被測定点Pn0，Pntに対し、互に既知の距離ｄ離れた二つの測定地点A1，A2を設定すれば、被測定点Pn0，              
Pntと測定地点A1，A2の間には次の式（３）（４）（５）（６）（７）（８）に示される関係がある
【００３１】
2005140510.tif 000004
【００３２】
そこで、被変位測定点Pn0までの距離をNpnoとし、被変位測定点Pntまでの距離をNpntとすれば、距離をNpno，Npntはそれぞれ次の式（９），（１０）に示すところととなる。そしてこの距離Npno，Npntを図７の距離Ｎとして用いれば、距離Ｎが未知数であっても、被変位測定点のＸ軸方向変位量ΔWxやＹ軸方向変位量ΔWyを求めることができる。また、被変位測定点のＺ軸方向変位量ΔWzは、次の式（１１）によって求めることができる。
【００３３】
2005140510.tif 000005
【００３４】
なお、測定地点A1，A2から全てのコーナーキューブプリズムＣを見通す測定視野、即ちレーザー光で走査する被変位測定領域Baは、変位測定対象物Ｂまでの距離と、必要とする分解能に応じて容易に設定することができ、その被変位測定領域Baに含まれる被変位測定点Ｐであれば、１度の変位測定装置Ｅの設定調整で多数の被変位測定点Ｐの変位を一挙に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明に係る遠距離対象物の変位測定方法ならびに遠距離対象物の変位測定装置は、上記実施例に示す建物の傾き変位測定のほか、ダムの満水時と渇水時における堤防の歪み測定や、ダム堤防の経年変化量の測定や、地盤の沈下・隆起測定、崖崩れの事前察知のための地盤変位検出、トンネルの断面変形測定、既設構築物の近傍での土木・建築工事に伴う既設構築物やその地盤の変位・変形の測定、架橋の揺れや変形の測定、電柱の揺れの測定、劇場の床の揺れの測定、ロボットの性能評価のためのロボットの３次元動作測定、クレーン車からのワーク位置の認識など、多岐にわたる産業分野で利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の一実施例を示す遠距離対象物の変位測定装置の基本構成図。
【図２】同変位測定装置の角度倍率切換器部分の詳細説明図。
【図３】この発明に用いるコーナーキューブプリズムの説明図。
【図４】変位測定対象物となる高層ビルの要部正面図。
【図５】同高層ビルの要部側面図。
【図６】この発明に係る変位測定装置の方位角度測定用ＰＳＤで検知した被変位測定点の位置が表示されたディスプレー上の変位表示画面図。
【図７】この発明に係る変位測定方法・装置による変位測定の基本説明図。
【図８】この発明に係る変位測定方法・装置による変位測定の基本説明図。
【符号の説明】
【００３７】
１  ：  レーザー発光器
２  ：  第一のハーフミラー（ミラー）
３  ：  第二のハーフミラー
４  ：  光センサー素子
５  ：  方位角度測定用ＰＳＤ
６  ：  角度倍率切換器
6a，6b ：  光蛇行反射体
７  ：  左右スキャン駆動装置（Ｘ軸方向スキャン駆動装置）
８  ：  上下スキャン駆動装置（Ｙ軸方向スキャン駆動装置）
９  ：  左右スキャンユニット（Ｘ軸方向スキャンユニット）
１０：  上下スキャンユニット（Ｙ軸方向スキャンユニット）
１１：  コンピュータ
Ａ，A1，A2  ：  測定地点
Ｂ  ：  変位測定対象物（高層ビル）
Ba ：  被変位測定領域
Ｃ（C1，C2，C3，C4・・・Cn）：  コーナーキューブプリズム
Cn0（C10，C20，C30，C40・・・）：  コーナーキューブプリズムの初期時位置
Cnt（C1t，C2t，C3t，C4t・・・）  ：  コーナーキューブプリズムの現在位置
Cs ：  コーナーキューブプリズムのセンター軸
Cx ：  コーナーキューブプリズムに対するレーザー光の左右走査方向
Cy ：  コーナーキューブプリズムの走査過程における方位角度データの収集時点軸
ｄ  ：  測定地点A1，A2の間の距離
Ｅ  ：  変位測定装置
Ｆ  ：  第一のハーフミラーの中心点  ／  レーザー光投射原点
Ｇ  ：  地上
H1 ：  被変位測定点P1の地上からの垂直距離
H2，H3，H4  ：  被変位測定点の間の垂直距離
Ｌ  ：  レーザー光（投射レーザー光）
Lb ：  再帰反射レーザー光
Ｍ（M0，M1，M2）：  レーザー光路長  
Ｎ  ：  変位測定対象物と測定地点の間の距離
Ｐ（P1，P2，P3，P4・・・Pn）：  被変位測定点
Pn0（P10，P20，P30，P40・・・Pn0）：  被変位測定点Pnの初期時位置
Pn0’：  被変位測定点Pnの方位角度測定用ＰＳＤ受光面における初期時位置
Pnt（P1t，P2t，P3t，P4t・・・Pnt）：  被変位測定点Pnの現在位置
Pnt’：  被変位測定点Pnの方位角度ＰＳＤ受光面における現在位置
Ｑ  ：  レーザー光による走査過程におけるコーナーキューブプリズムの反射面各部の位置感知時点
Ｒ  ：  角度倍率切換器の光蛇行反射体の間の間隔（角度倍率切換器の単位長さ）
ｓ  ：  コーナーキューブプリズムの歪み反射面
Wx ：  レーザー光ＬのＸ軸方向スキャン幅（被変位測定領域BaのＸ軸方向幅）
Wy ：  レーザー光ＬのＹ軸方向スキャン幅（被変位測定領域BaのＹ軸方向幅）
ΔWx  ：  被変位測定点のＸ軸方向変位量
ΔWx’：  被変位測定点の方位角度測定用ＰＳＤ受光面上におけるＸ軸方向変位量
Ｘ  ：  直交３次元座標軸のＸ軸
Ｙ  ：  直交３次元座標軸のＹ軸
Ｚ  ：  直交３次元座標軸のＺ軸
Xs  ：  第一のハーフミラーの中心点Ｆを通る水平軸
Ys  ：  第一のハーフミラーの中心点Ｆを通る垂直軸
θx ：  左右スキャン角度（Ｘ軸方向変位に関するスキャン角度）
θxo :  被変位測定点の初期時のＸ軸方向変位に関する方位角度
θxt :  被変位測定点の現在のＸ軸方向変位に関する方位角度
【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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