(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光器から受光面に向けて円錐状に光を投光し、受光面上の受光点が形成する卵型形状像を計測し、同計測された卵型形状像の円錐状投光の中心からの卵型形状の縦方向と横方向の長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 を算出し、同長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の値から下式の数式によって受光面の投光の円錐状の中心線に対する直交面からの傾き角θを求めることを特徴とする受光面の傾き計測方法。
θ＝ｃｏｓ-1（ｒ1 ／２＊（１／ｒ2 ＋１／ｒ3 ））
【請求項２】
受光面をＣＣＤカメラで受像し、同ＣＣＤカメラの受光点のなす像を入力してコンピュータソフトによって受光像の卵型形状像の長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 を計算し、コンピュータソフトで傾き角θを計算してその値を出力するようにした請求項１記載の受光面の傾き計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠方にある投光器からのレーザー光・普通光を受ける受光面の投光される光に対する直角からの傾きを検出する方法に関する。特に、固定された投光器に対して受光面を移動して、受光面の受光点の位置又は受光像から、受光面の上下左右の位置偏差・角度・距離等を計測する場合に有用な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固定された投光器からレーザー光等を投光し、これを受光面で受け、受光面上の受光点の位置から受光面の上下左右の変位を計測する技術を出願人は開発した。
しかしながら、受光面が上下方向（前後方向）及び左右方向に傾けば、受光面の受光位置・受光像が変化し、その値・像を受光面の傾き角で補正する必要がある。この受光面の傾き角度の計測は、受光面の鉛直からの傾き角度を計測する方法で又は受光面に取付けた二つの角度計の計測で一般的になされるが、この方法では計測誤差が大きく、又揺れ・振動があると精度が低下しがちである。更に受光面が移動しながらの計測は難しいものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、精度よく受光面の傾き角を計測でき、しかも受光面がゆっくり移動したり、揺れても正確に計測できる受光面の傾き計測方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）  投光器から受光面に向けて円錐状に光を投光し、受光面上の受光点が形成する卵型形状像を計測し、同計測された卵型形状像の円錐状投光の中心からの卵型形状の縦方向と横方向の長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 を算出し、同長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の値から下式の数式によって受光面の投光の円錐状の中心線に対する直交面からの傾き角θを求めることを特徴とする受光面の傾き計測方法
θ＝ｃｏｓ-1（ｒ1 ／２＊（１／ｒ2 ＋１／ｒ3 ））
２）  受光面をＣＣＤカメラで受像し、同ＣＣＤカメラの受光点のなす像を入力してコンピュータソフトによって受光像の卵型形状像の長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 を計算し、コンピュータソフトで傾き角θを計算してその値を出力するようにした前記１）記載の受光面の傾き計測方法
にある。
【０００５】
【作用】
本発明では、投光器からレーザー光又は普通光（以下単に光という）を円錐状に投光する。円錐状に投光された光が受光面で受光されると、その受光点が形成する形状像をＣＣＤカメラ等によって計測する。
もし、受光面が円錐状の光の中心線に対して直角であれば受光点の形成する形状像は円となる。受光面が中心線の垂直面から上下（前後）方向に傾ければ形状像は卵型形状となり、更に受光面が左右方向に傾けば、卵型形状の縦方向の対称中心線は鉛直から傾く。そのときの前後の傾き角θは中心からの縦方向及び横方向の長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 によって下式で計算する。
θ＝ｃｏｓ-1（ｒ1 ／２＊（１／ｒ2 ＋１／ｒ3 ））
受光面のＣＣＤカメラの画像をコンピュータに入力し、受光点の位置を座標で変換してコンピュータソフトでその卵型形状の長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 を計算することができる。長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 が計算されると上記式によって簡単に傾き角θが計算できる。又、卵型形状像から、その卵型形状の縦方向の中心対称線を割り出し、同中心対称線の鉛直線からの倒れ角αを求め、この倒れ角αを受光面の左右への傾き角とする。
この傾き角θ，αが分ると、計測位置での受光面の受光点の位置を直角な受光面に計算して正しい受光点の位置を計算することができるようになる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の方法の円錐状の投光は、一つの点光源を用い、反射させる中間のミラーを動かすことで、又は点光源自体を円錐状に運動させることで作り出す。又は円錐状に同時投光する環状のライン投光器であってもよい。この時の円錐にするミラー又は点光源の回転の速度を受光面の移動速度・変動速度に比べかなり速くすれば、受光面の移動速度・変動速度の影響を少なく、正確に傾き角を瞬時に計測できるようにできる。
本発明の投光する光はレーザー光の方が受光点を小さくでき、高精度にできる。
本発明の円錐状の投光は、投光された光にｘ軸とＹ軸まわりに高速度で所定の角度範囲で回動する鏡を二つ介在して作り出す方法が簡単で好ましい。
受光面上で受光点の形成する形状像を計測する方法として、受光面の画像を撮像するＣＣＤカメラを使用することが後からのコンピュータによるデジタル処理を容易にするので好ましい。デジタル処理することで長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ・中心対称線・鉛直線からの倒れ角αを求めることが容易となる。鉛直線データはＣＣＤカメラに取付けた鉛直感知センサーからのデータを入力する。本発明の計測方法の他の方法として受光面の卵型形状像を常時水平に維持される水平台上のカメラで撮影して映像を分析することによっても可能である。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
本実施例は、受光面を小型の移動車で計測する道路面に沿って動かし、道路面の上下・左右の凹凸をレーザーで計算するための装置の例である。
図１は実施例の説明図である。
図２は実施例の計測装置を示すブロック図である。
図３は実施例の受光面の受光状態を示す説明図である。
図４は実施例の投光器を示す説明図である。
図５は実施例の円錐状投光と受光面の受光点形状を示す説明図である。
図６は実施例の受光面上の受光点形状を示す説明図である。
図中、１は投光器、１ａ〜１ｉは投光器１の構成部分で１ａはレーザー光発射器、１ｂはＸ軸まわりに所定の角度範囲内で回動するミラー、１ｃはＹ軸まわりに所定の角度範囲で回動するミラー、１ｄはミラー１ｂをＸ軸まわりに回動させるサーボモータ、１ｅはミラー１ｃをＹ軸まわりに回動させるサーボモータ、１ｆはサーボモータ１ｄ，１ｅのコントローラ、１ｇはＤＡ変換器、１ｈはコンピュータを使用したモータ制御装置、１ｉは円錐状に投光されるレーザー光である。
図中２は受光面、３は同受光面２を直角に立設した移動車、３ａは同移動車３の車輪、４は移動車３に取付けられ、受光面２上の卵型形状像を裏側から撮像するＣＣＤカメラ、５は同ＣＣＤカメラの画像を入力して卵型形状の長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 を計測し、傾き角θを計算する計測装置である。５ａ〜５ｉは計測装置５の構成部分であって、５ａはＣＣＤカメラ４の画像デジタル信号をＣＰＵ５ｂに入力するインターフェース、５ｂはＣＰＵ、５ｃは長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 を計算するソフト及び傾き角θを計算するソフト等を格納したＲＯＭ、５ｂはＲＡＭ、５ｅはプリンター、５ｆはキーボード、５ｇはディスプレイ装置、５ｈは電波出力装置、５ｉは水準器を使用した鉛直方向データ発生装置である。６は受光面２上の卵型形状像、６ａは卵型形状像の中心で円錐状に投光されるレーザー光の円錐中心、ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 は同円錐中心６ａからの卵型形状像の上下左右の長さ、７は卵型形状像の縦方向の中心対称線、８は鉛直方向データ発生装置５ｉが発生するコンピュータ画像上における鉛直線である。この実施例では、投光器１を一定の場所に置き、直線の道路部分に向けてレーザー光及び円錐状のレーザー光を投光できるようにしている。レーザー光を円錐状に投光するときは、レーザー光発射器１ａからのレーザー光をまずミラー１ｂに当てて反射させ、更にミラー１ｃに反射させて道路方向に向けて投光する。
コントローラ１ｆによってサーボモータ１ｄ，１ｅを作動させてミラー１ｂ，１ｃを少しずつ回転させて所定角度位置になるようにして、ミラー１ｃから反射される光が円錐状の軌跡を描くように動かす。
円錐状に投光されたレーザー光は遠方の道路上の移動車３上の受光面２で受光される。受光面２が円錐状レーザー光の円錐中心線に直角であれば受光点が受光面２で形成される形状像（軌跡）は円となる。もし、受光面２が中心線の直交面から上下（前後方向）に傾いていれば、受光点の受光面２に形成する形状像は卵型となる（図６参照）。
この形状像はＣＣＤカメラ４で撮像され、デジタル信号としての画像はインターフェース５ａを介してＣＰＵ５ｂへ送られる。ＣＰＵ５ｂではＲＯＭ５ｃの計算ソフトを起動して、送られた画像から受光点の受光面２上の座標値を入力する。計算ソフトは、周知の形状寸法測定ソフトのコンピュータソフト手法によって、その卵形状の画像からその縦の最大長さと最大横巾を算出する。
卵型形状画像に垂直の最大縦長さの線（中心対称線）と水平の最大横巾の線を加えてその交点を円錐レーザー光の中心として中心座標を求める。
次に、卵形状のその中心からの上方の最大縦長さの線分の長さｒ2 を、その中心からの下方の最大縦長さの線分の長さｒ3 を、更に中心から左右の水平の最大横巾の線部分の長さｒ1 を求める。又、併せて最大縦長さの線である縦方向の中心対称線７もコンピュータソフトで決定される。鉛直線８は鉛直方向データ発生装置から入力される鉛直方向のデータ値をコンピュータに入力することで決定される。
長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 が計算されると、下式の数式が計算され傾き角θが求められる。
θ＝ｃｏｓ-1（ｒ1 ／２＊（１／ｒ2 ＋１／ｒ3 ））
これもコンピュータのＲＯＭ５ｃに格納のコンピュータソフトを用いて計算される。又鉛直線８と中心対称線７とのなす傾き角βもコンピュータソフトで容易に計算できる。
この傾き角θ，βの値はＲＡＭ５ｄに記憶され、レーザー光による受光面の上下の変位（道路の起伏）の計算時の受光面の傾き角補正計算に使用される。又その値はディスプレー装置５ｇで表示され、電波出力装置５ｈで遠方へ出力される。上記傾き角θの計算式は次のように導き出される。図３，５に示される傾き角θと、レーザー投光の円錐の角（レーザーの振り角）αと、卵型形状の長さｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の関係は図３，５のようにあって、正弦定理によって下記(1)，(2)及びその変形式(3)，(4)が成立し、式(3)，(4)は(5)，(6)式となって、(5)と(6)式を加えることで(7)，(8)，(9) 式となる。
0003768333.tif 000002
尚、ｒ2 ＝ｒ3 ＝ｒ1 即ち受光点の形状が円形のときはθ＝０°となる。
【０００８】
【発明の効果】
以上の様に、本発明は投光する光を円錐状にし、受光面の受光点の形成する卵型形状の形状から受光面の傾き角を計算できるものであり、受光面の傾きを直接計測したものに比べ正確に計算できる。又光の円錐振り速度が速くすれば、受光面が移動しながらでも正確に受光面の傾きが計測できる。又受光面の揺れ・振動の影響を受けることが少なく正確に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の説明図である。
【図２】実施例の計測装置を示すブロック図である。
【図３】実施例の受光面の受光状態を示す説明図である。
【図４】実施例の投光器を示す説明図である。
【図５】実施例の円錐状投光と受光面の受光点形状を示す説明図である。
【図６】実施例の受光面上の受光点形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１    投光器
１ａ  レーザー光発射器
１ｂ  ミラー
１ｃ  ミラー
１ｄ  サーボモータ
１ｅ  サーボモータ
１ｆ  コントローラ
１ｇ  ＤＡ変換器
１ｈ  モータ制御装置
１ｉ  レーザー光
２    受光面
３    移動車
３ａ  車輪
４    ＣＣＤカメラ
５    計測装置
５ａ  インターフェース
５ｂ  ＣＰＵ
５ｃ  ＲＯＭ
５ｄ  ＲＡＭ
５ｅ  プリンター
５ｆ  キーボード
５ｇ  ディスプレイ装置
５ｈ  電波出力装置
５ｉ  鉛直方向データ発生装置
６    卵型形状像
６ａ  円錐中心
７    中心対称線
８    鉛直線
ｒ1   長さ
ｒ2   長さ
ｒ3   長さ
【図１】
0003768333.tif 000003
【図２】
0003768333.tif 000004
【図３】
0003768333.tif 000005
【図４】
0003768333.tif 000006
【図５】
0003768333.tif 000007
【図６】
0003768333.tif 000008