CN105823470B - 三维位置计测系统 - Google Patents

Abstract

提供一种三维位置计测系统，即使指示棒从测定点倾斜，仅通过将指示棒的前端设置在测定点就能够进行计测。具备：测量机(2)，具有：测距部20，测量图像摄像部(22)和棱镜(3)的距离；测角部(11,12)，进行测角；指示棒(4)，设置在测定点X，在从测定点X偏离了已知的固定长度L的位置固定有棱镜(3)；以及倾斜计片(5)，具有能够解析从视线方向的倾斜角的标志(43)，将倾斜计片(5)设置在指示棒(4)，由图像摄像部(22)拍摄标志面(41)，对标志面(41)进行图像解析，计算倾斜计片(5)相对于从测量机(2)的视线方向的倾斜角θx,θy，根据棱镜(3)的三维位置、倾斜计片(5)的倾斜角、以及固定长度L，计测测定点X的三维位置。

Description

三维位置计测系统

技术领域

本发明涉及用于计测测定点的三维位置的系统，尤其涉及使用指示棒来计测测定点的三维位置的系统，该指示棒在从测定点离开已知的固定长度的位置固定有棱镜。

背景技术

在测量、计测或BIM(Building Information Modeling)的领域中，通常利用进行测距及测角的测量机和回归反射型的棱镜来进行测定点的三维位置。但是，棱镜具有所需的大小，所以无法在测定点直接设置棱镜的光学反射点。因此，通常采用将棱镜固定在指示棒(或指示台)的方法。

详细地说，将指示棒的前端设置到测定点，在指示棒上从测定点离开已知的固定长度的位置固定棱镜，使用气泡管等确保指示棒的铅垂状态而进行棱镜的三维位置计测，对于该计测值，向铅垂方向下方移动上述的固定长度而运算测定点的三维位置。但是，在房间的角落等无法使指示棒倾斜的情况下，无法使用该方法。

与此相对，有在使指示棒从测定点倾斜的状态也能够进行计测的三维位置计测系统。例如，在专利文献1中，在指示棒上在离开了已知长度的二点固定反射棱镜，对于二点的棱镜进行测定，根据二点的三维位置来运算测定点的位置。此外，在专利文献2中，在指示棒上具备入射角传感器和倾斜传感器，利用这些传感器的值来运算测定点的位置。

专利文献1：日本专利第3735422号

专利文献2：日本特开2010-223754号公报

但是，在专利文献1的构成中，无法同时对二点进行测定，所以在二点的测定中存在使棱镜静止的操作限制。此外，在棱镜位于远距离时，有必须使二个棱镜间的距离分开等的问题。在专利文献2的构成中，需要搭载新的传感器而成本变高。

发明内容

本发明用于解决上述问题，其目的在于提供一种三维位置计测系统，即便在使指示棒从测定点倾斜的状态下，也没有特别的操作限制而能够进行计测。

为了达成上述目的，在本发明的一个方式的三维位置计测系统中，具备：测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部，；以及图像摄像部；指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有所述棱镜；以及倾斜计片，具有能够解析从视线方向的倾斜角的标志，在所述指示棒设置所述倾斜计片，由所述图像摄像部拍摄具有所述标志的标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，根据由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置、所述倾斜计片的倾斜角、以及所述固定长度，从而计测所述测定点的三维位置。

或者，在一个方式的三维位置计测系统中，具备：测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部，拍摄所述棱镜的周围风景；以及棱镜摄像部，拍摄所述棱镜；指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有所述棱镜；以及倾斜计片，具有能够解析从视线方向的倾斜角的标志，在所述指示棒设置所述倾斜计片，由所述图像摄像部拍摄具有所述标志的标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，由所述棱镜摄像部拍摄所述棱镜，对所述棱镜进行准直，根据由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置、所述倾斜计片的倾斜角、以及所述固定长度，从而计测所述测定点的三维位置。

或者，在一个方式的三维位置计测系统中，具备：测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有所述棱镜；以及倾斜计片，具有能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，将所述倾斜计片的具有所述标志的标志面设置在与所述指示棒的轴方向垂直的面，由所述图像摄像部拍摄所述标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，根据由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，沿着从所述倾斜计片的倾斜角得到的所述标志面的法线方向移动所述固定长度的量，从而计测所述测定点的三维位置。

或者，在一个方式的三维位置计测系统中，具备：测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有所述棱镜；以及倾斜计片，具有能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，将所述倾斜计片的片中心设置在将所述测定点及所述棱镜的棱镜中心连结的线上，由所述图像摄像部拍摄具有所述标志的标志面，进行图像解析而求出所述片中心，计算包含所述片中心、所述棱镜中心、以及从所述测量机的视线的第1面，计算以从所述测量机的视线方向观察时的所述倾斜计片的法线作为法线的第2面，求出所述第1面和所述第2面的交线，根据由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，向沿着所述交线的方向移动所述固定长度的量，从而计测所述测定点的三维位置。

或者，在一个方式的三维位置计测系统中，具备：测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有所述棱镜；以及倾斜计片，具有能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，将所述倾斜计片的具有所述标志的标志面在与所述指示棒的轴方向垂直的面上以某一点为中心至少设置在二个直角，由所述图像摄像部拍摄所述标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，从由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，沿着从所述倾斜计片的倾斜角得到的所述标志面的法线方向移动所述固定长度的量，从而计测所述测定点的三维位置。

或者，在一个方式的三维位置计测系统中，具备：测量机，具有：测量到目标的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；以及指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有倾斜计片，该倾斜计片具备能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，将所述倾斜计片的具有所述标志的标志面设置在与所述指示棒的轴方向垂直的面，由所述图像摄像部拍摄所述标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，将所述倾斜计片作为所述目标，从由所述测距部及所述测角部得到的所述倾斜计片的片中心的三维位置沿着从所述倾斜计片的倾斜角得到的所述标志面的法线方向移动所述固定长度的量，从而计测所述测定点的三维位置。

或者，在一个方式的三维位置计测系统中，具备：测量机，具有：测量到目标的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；以及指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有倾斜计片，该倾斜计片具备能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，在所述倾斜计片的具有所述标志的标志面以外的部位设置能够进行图案识别的第2标志，将所述测定点、所述倾斜计片的片中心、以及所述第2标志的标志中心设置在同一线上，由所述图像摄像部拍摄所述标志面及所述第2标志，进行图像解析而求出所述片中心及所述第2标志的标志中心，计算包含所述片中心及所述第2标志的标志中心、以及从所述测量机的视线的第1面，计算以从所述测量机的视线方向观察时的所述倾斜计片的法线作为法线的第2面，求出所述第1面和所述第2面的交线，将所述倾斜计片作为所述目标，从由所述测距部及所述测角部得到的所述倾斜计片的片中心的三维位置，向沿着所述交线的方向移动所述固定长度的量，从而计测所述测定点的三维位置。

在本发明的一个方式的三维位置计测系统中，具备：测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；所述棱镜，固定在从测定点偏离已知的固定长度的位置；以及倾斜计片，具备能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，将所述倾斜计片的具有所述标志的标志面设置在与将所述测定点和所述棱镜的棱镜中心连结的线垂直的面，由所述图像摄像部拍摄所述标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，从由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，沿着从所述倾斜计片的倾斜角得到的所述标志面的法线方向移动所述固定长度的量，从而计测所述测定点的三维位置。

在本发明的一个方式的三维位置计测系统中，具备：测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；所述棱镜，固定在从测定点偏离已知的固定长度的位置；以及倾斜计片，具备能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，将所述倾斜计片的片中心设置在将所述测定点及所述棱镜的棱镜中心连结的线上，由所述图像摄像部拍摄具有所述标志的标志面，对所述标志面进行图像解析，计算法线与从所述测量机的视线方向垂直的第1面，计算以从所述测量机的视线方向观察的所述倾斜计片的法线作为法线的第2面，求出所述第1面和所述第2面的交线，从由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，向沿着所述交线的方向移动所述固定长度的量，从而计测所述测定点的三维位置。

发明的效果

根据本发明，即使指示棒倾斜，仅通过在测定点设置指示棒的前端，就能够计测测定点的三维位置。

附图说明

图1是第1实施方式的三维位置计测系统的整体构成的立体图。

图2是表示测量机的内部构成的框图。

图3是表示第1实施方式的指示棒的构成的右侧立体图。

图4是该指示棒的计测状态的俯视图。

图5是说明倾斜计片的构成的图，(a)是倾斜计片的俯视图，(b)是倾斜计片的部分截面图，(c)是平凸透镜片的部分俯视图，(d)是图像形成层的部分俯视图。

图6是三维位置计测系统的计测流程图，(a)是基本形的流程，(b)是进行自动跟踪时的流程。

图7是第1实施方式的计算三维位置的流程图。

图8是视觉图像的例子。

图9是视觉图像的例子。

图10是第1实施方式的计测方法的示意图。

图11是第1实施方式的变形例。

图12是第1实施方式的变形例。

图13是第1实施方式的变形例。

图14是表示第2实施方式的指示棒的构成的右侧立体图。

图15是第2实施方式的计算三维位置的流程图。

图16是第2实施方式的计测方法的示意图。

图17是第2实施方式的变形例。

图18是第2实施方式的变形例。

图19是表示第3实施方式的指示棒的构成的右侧立体图。

图20是该指示棒的俯视图。

图21是说明第3实施方式的一轴倾斜计片的构成的图，(a)是一轴倾斜计片的俯视图，(b)是一轴倾斜计片的部分截面图，(c)的图像形成层的部分俯视图。

图22是第3实施方式的计算三维位置的流程图。

图23是第3实施方式的计测方法的示意图。

图24是第3实施方式的变形例。

图25是第3实施方式的变形例。

图26是第3实施方式的变形例。

图27是表示第4实施方式的指示棒的构成的右侧立体图。

图28是表示第4实施方式的测量机的内部构成的框图。

图29是第4实施方式的三维位置计测系统的计测流程图，(a)是基本形的流程，(b)是进行自动跟踪的情况的流程。

图30是第4实施方式的计算三维位置的流程图。

图31是第4实施方式的计测方法的示意图。

图32是表示第5实施方式的指示棒的构成的右侧立体图。

图33是第5实施方式的计算三维位置的流程图。

图34是第5实施方式的计测方法的示意图。

图35是表示第6实施方式的构成的右侧立体图。

图36是表示第7实施方式的构成的右侧立体图。

符号的说明

1 三维位置计测系统

2 测量机

3 棱镜

4 指示棒

5 倾斜计片

51、52 一轴倾斜计片(倾斜计片)

11 水平角检测器(测角部)

12 铅垂角检测器(测角部)

17 运算控制部

20 EDM(测距部)

21 棱镜摄像部

22 图像摄像部

41、54 标志面

43、53 标志

Kc 片中心

Pc 棱镜中心

Km 标志中心

θx，θy 倾斜角

L 固定长度

平面A(第1面)

平面B(第2面)

P1 第1位置

P2 第2位置

20′ 免棱镜测距部

47 第2标志

Pc′ 第2标志的标志中心

具体实施方式

接下来，参照附图说明本发明的优选的实施方式。

(第1实施方式)

(系统整体)

图1是表示第1实施方式的三维位置计测系统的整体构成的立体图。三维位置计测系统1具备测量机2和指示棒4，该指示棒4具有棱镜3和倾斜计片5。指示棒4将前端设置在测定点X而使用。测量机2使用三脚架6固定在已知的点。另外，箭头e表示测量机2的视线方向。

(测量机)

测量机2是能够进行自动跟踪的马达驱动全站仪。图2是表示测量机2的内部构成的框图。

测量机2具备：水平角检测器11、铅垂角检测器12、倾斜传感器13、操作部14、水平旋转驱动部15、铅垂旋转驱动部16、运算控制部17、存储部18、通信部19、EDM20、棱镜摄像部21、图像摄像部22、显示部23、扫描部24、第2图像摄像部25。

EDM(光波测距仪)20是瞄准棱镜3射出红外激光等的测距光，并测量与棱镜3的距离的测距部。扫描部24射出与测距光不同波长的红外激光等的扫描光，对棱镜3进行搜索扫描。水平旋转驱动部15及铅垂旋转驱动部16是使容纳EDM20的框体向水平及铅垂方向旋转驱动的马达。水平角检测器11及铅垂角检测器12是旋转编码器，是分别求出容纳EDM20的框体的水平方向及铅垂方向的旋转角度，从而求出准直光轴的水平角及铅垂角的测角部。倾斜传感器13用于检测EDM20的框体的倾斜并校平为水平。

存储部18中保存着用来进行测距测角的程序、用来基于从操作部14输入的信号来驱动水平旋转驱动部15及铅垂旋转驱动部16的程序，用来控制通信的程序、用来进行棱镜3的自动准直和自动跟踪的程序、后述的图像处理程序、用来计算后述的测定点X的三维位置的运算程序等的各种程序。由操作部14进行上述程序所需要的各种操作。运算控制部17执行上述各程序，进行各种运算及各种控制。通信部19从外部无线机等接收指示信号。在从外部接收到指示的情况下，运算控制部17使EDM20向测定点的方向旋转驱动，进行自动跟踪的开始/停止等。显示部23显示各种显示及计测值等。

棱镜摄像部21及图像摄像部22是输出图像信号的图像传感器，例如由CCD或CMOS传感器等像素的集合体构成。图像摄像部22拍摄棱镜3的周围风景(也包括棱镜3在内的风景)。棱镜摄像部21设置有仅使扫描光的波长通过的过滤器，通过接受由棱镜3反射的来自扫描部24的扫描光，适当地仅拍摄棱镜3。第2图像摄像部25是任意的构成要素，与图像摄像部22相比能够以广角拍摄。用途后述。

另外，上述是测量机2的构成的一例，可以基于本领域技术人员的知识而改变。

(指示棒)

图3是表示第1实施方式的指示棒4的构成的右侧立体图，图4是图3的指示棒4的计测状态的俯视图。指示棒4具备棒状的支持体31、棱镜3、倾斜计片5、板32。

支持体31的前端形成为棒状，在计测时，前端设置在测定点X。支持体31的素材没有特别限定，例如优选为金属等那样，具备适当的刚性和轻量性。在支持体31的另一个端部，板32垂直地固定在支持体31上。另外，板32只是是一例，并且是任意的构成要素，只要能够将棱镜3及倾斜计片5以后述的形态固定到支持体31，也可以是其他的形态。板32优选为对倾斜计片5的图像拍摄影响小，优选为以反射率低的素材、刚性强的素材等形成。

在板32的前面，以棱镜3的中心(以下称为棱镜中心Pc)配置在指示棒4(支持体31)的轴方向PP上的方式固定着棱镜3。另外，棱镜中心Pc严格地说是棱镜3的浮起点。浮起点指的是，即使棱镜3相对于测量机2倾斜，看起来也不动的假想的点。从棱镜中心Pc到支持体31的前端(测定点X)的长度是已知的距离，并且是固定的(以下将该距离设为固定长度L)。在本方式中，棱镜3除了角柱棱镜之外，也可以采用能够相对于入射光射出平行的反射光、并且目标中心能够进行图像解析的棱镜，也可以使用回归性的反射片等。

进而，在板32的前面，在从棱镜3离开任意距离的位置固定着倾斜计片5。棱镜3及倾斜计片5可以通过粘接/螺合/凹凸卡合/焊接等适当的固定手段来固定。

(倾斜计片)

图5是说明第1实施方式的倾斜计片5的构成的图，(a)是倾斜计片5的俯视图，(b)是倾斜计片5的部分截面图(沿着a的线b-b的截面图)、(c)是平凸透镜片44的部分俯视图，(d)是图像形成层45的部分俯视图。另外，在(a)中，为了便于说明，用空心表示轮廓42。

如(a)所示，倾斜计片5具备标志面41及其轮廓42，该标志面41具有用于解析的标志43。如(b)所示，倾斜计片5由平凸透镜片44、图像形成层45、图像形成介质46构成。如(c)所示，平凸透镜片44将多个平凸透镜44a进行蜂窝排列或矩形排列而成。平凸透镜片44的焦点位于图像形成层45。如(d)所示，图像形成层45是在图像形成介质46上通过油墨印刷等形成的图像标志43a以与平凸透镜44a大致一对一地对应的方式重复形成的。图像形成层45及图像形成介质46具有透光性，并且以具有透光性的状态在平凸透镜片44的具有平面的一侧通过粘接等层叠。

另外，在本方式中轮廓42为正圆，但只要是能够通过图像解析求出倾斜计片5的片中心Kc(标志面41的中心)的形状，可以是任何形状。此外，图像标志43a只要是能够通过图像解析求出标志中心Km的形状，也可以是可以是任何形状。

从标志面41侧观察倾斜计片5时，与视线的移动方向相应地，图像标志43a的虚像(即(a)所示的标志43)看起来好像朝着与视线的移动方向相同的方向移动、或者朝着与视线的移动方向相反的方向移动。标志43移动的方向由透镜间距和图像标志的间距的大小决定，但是在本发明中，只要标志43与视线的移动方向相应地规则移动即可，所以没有限制。

倾斜计片5中，标志43相对于轮廓42的位置根据与视线方向的倾斜角而变化，所以与视线方向的倾斜角的变化能够通过对于从片中心Kc到标志中心Km的标志半径r的函数来建立关系。因此，通过拍摄标志面41并进行图像解析，能够解析倾斜计片5相对于视线方向的倾斜角。该函数的一例记载在日本专利公开公报2014-102246号中。

如以上那样，在本方式中，倾斜计片5以标志面41位于与指示棒4的轴方向PP垂直的面的方式固定。由此，能够通过下面的方法来计测测定点X的三维位置。

(计测方法)

首先说明计测的概要。图6是三维位置计测系统1的计测流程图，(a)是基本形的流程，(b)是进行自动跟踪的情况的流程。

基本上，如(a)所示，首先在步骤S11中通过扫描部24对棱镜3进行搜索扫描。接着，在步骤S12中，从使用棱镜摄像部21仅拍摄了棱镜3的图像来判断棱镜3是否已自动准直。未准直的情况下，回到步骤S11。已准直的情况下，转移到步骤S13，对棱镜3进行测距测角，计测棱镜3的三维位置。接着，转移到步骤S14，通过图像摄像部22拍摄倾斜计片5。另外，步骤S13和S14也可以同时进行。接着，转移到步骤S15，基于棱镜3的三维位置、倾斜计片5的倾斜角及棱镜3的固定长度L，计算测定点X的三维位置。接着，转移到步骤S16，在显示部23显示测定点X并结束。

进行自动跟踪的情况下，如(b)所示，首先在步骤S21中对棱镜3进行搜索扫描，在步骤S22中，从使用棱镜摄像部21仅拍摄了棱镜3的图像判断棱镜3是否已锁定(自动准直)，以后的步骤S23～S26与步骤S13～S16相同。在步骤S27中，指示了自动跟踪的停止的情况下，进入步骤S28，停止跟踪。没有停止的指示的情况下，回到步骤S22，继续跟踪。

(三维位置的计算方法)

接下来，说明第1实施方式中的图6的步骤S15或S25中的计算测定点X的三维位置的方法。图7是计算三维位置的流程图。图8～图10是用于补充图7的流程的说明的图，图8及图9是视觉图像的例子，图10是计算方法的示意图。另外，在图9中，为了便于说明而将轮廓42用空心示出。

首先，在步骤S111中，从由图像摄像部22拍摄的视觉图像，对倾斜计片5的片中心Kc进行图像解析(参照图8)。

接着，在步骤S112中，从存储器18读出由EDM20得到的棱镜3的测距值和由水平角检测器11及铅垂角检测器12得到的棱镜3的测角值。

接着，在步骤S113中，求出图像上的棱镜中心Pc的位置和片中心Kc的水平方向偏移量Xc及铅垂方向偏移量Yc(参照图8)，从偏移量Xc及Yc求出倾斜计片5的位置方向(方向矢量B)(参照图10)。另外，方向矢量指的是仅具有朝向信息的矢量，该朝向信息不具有大小。

接着，在步骤S114中，从由图像摄像部22拍摄的视觉图像，对标志43的标志中心Km进行图像解析(参照图9)。

接着，在步骤S115中，求出图像上的标志中心Km和片中心Kc的水平方向偏移量Xd及铅垂方向偏移量Yd，求出从片中心Kc到标志中心Km的标志半径r(参照图9)。

接着，在步骤S116中，对标志面41中的长边半径R进行图像解析(参照图9)。

接着，在步骤S117中，通过函数f(r/R)＝θ，求出从测量机2的视线方向观察时的倾斜计片5的水平方向倾斜角θx及铅垂方向倾斜角θy(参照图10)。

接着，在步骤S118中，通过方向矢量B、倾斜角θx及倾斜角θy，求出从测量机2的视线方向观察时的倾斜计片5的法线方向(方向矢量A)(参照图10)。

接着，在步骤S119中，从根据棱镜3的测距测角值得到的棱镜中心Pc的三维位置，沿着方向矢量A的方向移动固定长度L，求出测定点X的三维位置。

(效果)

以上，在第1实施方式中，能够从棱镜3的三维位置(棱镜中心Pc的测距测角值)、由倾斜计片得到的倾斜角(标志面41的倾斜角θx，θy)、以及棱镜3的固定长度L，求出测定点X的三维位置。

在第1实施方式的三维位置计测系统1中，将倾斜计片5的标志面41设置在与指示棒4的轴方向PP垂直的面，所以通过倾斜计片5的解析得到的标志面41的法线方向(方向矢量A)与指示棒4的轴方向PP一致。因此，通过从到棱镜中心Pc为止的棱镜矢量P(参照图10)沿着方向矢量A的方向移动固定长度L，能够计测测定点X。

另外，图6的步骤S11～S13或S21～23，使用由图像摄像部22得到的图像来进行准直，也能够实施本发明。这种情况下，可以不使用扫描部24的特定波长，而从使用连续光谱的照明光拍摄的图像来进行准直。

但是，通过与图像摄像部22分体地设置棱镜摄像部21，S11～S13或S21～23使用由扫描部24和棱镜摄像部21得到的仅拍摄了棱镜3的图像来进行准直，能够更准确地进行棱镜3的自动准直，能够更准确地解析棱镜3的位置，所以能够更高精度地求出上述步骤S119中的棱镜中心Pc的三维位置。

通过第1实施方式，操作者仅通过将指示棒4的前端放到测定点X，即使指示棒4倾斜，也不必进行使棱镜3成为水平等的调整，就能够计测测定点X的三维位置，所以提高了操作效率。此外，如图6的(b)所示，如果与自动跟踪功能组合，在棱镜跟踪时能够实时地计算棱镜3的测距测角值和倾斜角，更新测定点X的位置，所以操作者仅通过将指示棒4依次放到想要测定的点，就能够进行连续的计测，操作效率大大提高。

此外，不需要为了测定指示棒4的倾斜而设置新的传感器，所以成本较低。此外，以高精度地求出的棱镜位置为基准，从倾斜计片5的解析值计算测定点X，所以与利用传感器值相比精度更高。此外，倾斜计片5较薄且小型，所以操作性不会下降。

(变形例)

以下是第1实施方式的变形例。

图11是第1实施方式的变形例，是关于倾斜计片5的配置的变形例。只要满足将标志面41设置在与指示棒4的轴方向PP垂直的面这一条件，倾斜计片5的位置可以是任意的位置。例如，如符号A所示，可以配置在指示棒4的周方向，或者如符号B所示从指示棒4离开地配置。

图12是在棱镜3设置罩7的变形例。倾斜计片5具有如下的特征：从视线的倾斜角较大的情况下，反复看到标志43的莫尔图案，该莫尔图案可能会导致误测定。因此，优选为在棱镜3设置罩7。由此，在从视线方向的倾斜角变成能够看到标志43的1次以上的图案的角度以上的情况下，由于罩7而无法对棱镜3进行准直，所以图6的步骤S12或S22以后不再工作而计测中止。罩7例如由具有遮光性的树脂等形成，设为覆盖棱镜3的至少半周的形状。罩7的长度适当地决定为不能看到标志43的1次以上的图案的位置。此外，采用该变形的情况下，为了避免罩7在标志面41上留下影子，优选为使倾斜计片5移动到罩7的前端位置而配置。此外，如果将罩7设为覆盖棱镜3的全周的形状，则在360°的任何方向的计测中都能够发挥上述效果。

图13是在倾斜计片5的背面设置照明装置8的变形例。照明装置8可以是任意构造，但是至少构成为能够照射倾斜计片5的有效范围(标志面41)整体，例如如图示那样，在具有与标志面41的面积相当的前方开口部的框体内容纳LED芯片及电子基板，能够根据需要由外部开关来接通/关闭。通过在倾斜计片5的背面设置照明装置8，即使是暗处的计测，也能够拍摄标志面41，所以在夜间等的计测时较为有效。

(第2实施方式)

(系统整体)

在第2实施方式中，指示棒4的构成与第1实施方式不同，伴随于此，三维位置的计算方法也与第1实施方式不同。

在第2实施方式的三维位置计测系统1中，也如图1所示，具备测量机2和指示棒4，该指示棒4具有棱镜3及倾斜计片5。同样，指示棒4将前端设置在测定点X而使用。

(测量机)

测量机2的内部构成与第1实施方式相同，所以在此省略记载。

(指示棒)

图14是表示第2实施方式的指示棒4的构成的右侧立体图。指示棒4具备：棒状的支持体31、棱镜3、倾斜计片5、板32。

支持体31与第1实施方式同样，所以在此省略记载。在支持体31的另一端部，板32与支持体31平行地固定。板32的形态与第1实施方式同样，所以在此省略记载。

在板32的前面，以棱镜中心Pc(浮起点)配置在指示棒4(支持体31)的轴方向PP上的方式固定着棱镜3。从棱镜中心Pc到支持体31的前端(测定点X)的长度设为已知的固定长度L。在本方式中，棱镜3除了角柱棱镜之外，也可以采用能够射出与入射光平行的反射光且目标中心能够进行图像解析的棱镜，也可以使用回归性的反射片等。

在板32的前面，以倾斜计片5的片中心Kc配置在指示棒4的轴方向PP上的方式固定着倾斜计片5。在本方式中，棱镜3及倾斜计片5也可以通过粘接/螺合/凹凸卡合/焊接等适当的固定手段固定。

(倾斜计片)

倾斜计片5的构成与第1实施方式同样，所以在此省略记载。

如以上那样，在本方式中，倾斜计片5以倾斜计片5的片中心Kc位于将测定点X及棱镜中心Pc连结的线上的方式固定。由此，能够通过下面的方法来计测测定点X的三维位置。

(计测方法)

首先说明计测的概要。计测的概要与图6所示的三维位置计测系统的计测流程图同样，因此沿用第1实施方式中的记载，在此省略记载。

(三维位置的计算方法)

接下来，说明第2实施方式中的图6的步骤S15或S25中的计测测定点X的三维位置的方法。图15是第2实施方式的计测三维位置的流程图。图16是用于补充图15的流程的说明的图，是第2实施方式的计算方法的示意图。

首先，图15所示的步骤S211～S212与第1实施方式所示的步骤S111～S112同样，所以在此省略记载。

接着，在步骤S213中，求出图像上的棱镜中心Pc的位置和片中心Kc的水平方向偏移量Xc及铅垂方向偏移量Yc(参照图8)，从棱镜中心Pc、片中心Kc及测量机2的视点E求出包含这三点的平面A(第1面)(参照图16)。

接着，步骤S214～S217与第1实施方式所示的步骤S114～S117同样，所以在此省略记载。

接着，在步骤S218中，通过由步骤S217求出的倾斜角θx及倾斜角θy，求出从测量机2的视线方向观察时的倾斜计片5的法线方向(方向矢量C)(参照图16)，求出在棱镜中心Pc以方向矢量C作为法线的平面B(第2面)(参照图17)。

接着，在步骤S219中，求出平面A和平面B的交线I。

接着，在步骤S220中，从棱镜中心Pc的三维位置沿着交线I移动固定长度L，求出测定点X的三维位置。

(效果)

以上，在第2实施方式中，从棱镜3的三维位置(棱镜中心Pc的测距测角值)、由倾斜计片5得到的倾斜角(标志面41的倾斜角θx，θy)、棱镜3的固定长度L，能够求出测定点X的三维位置。

在第2实施方式的三维位置计测系统1中，将倾斜计片5的片中心Kc设置为位于将测定点X及棱镜中心Pc连结的线上，换言之，将倾斜计片5与指示棒4的轴方向PP平行地设置，并且设置为使片中心Kc、棱镜中心Pc及测定点X成为一直线上，所以平面A(法线与从测量机2的视线方向垂直的第1面)和平面B(将从测量机2的视线方向观察时的倾斜计片5的标志面41的法线(方向矢量C)作为法线的平面)的交线I与指示棒4的轴方向PP一致。因此，通过从到棱镜中心Pc为止的棱镜矢量P(参照图17)沿着交线I向与倾斜计片5所在的方向相反的方向移动固定长度L，能够计测测定点X。

通过第2实施方式，操作者仅通过将指示棒4的前端放到测定点，即使指示棒4倾斜，也不必进行将棱镜3校平等的调整，就能够计测测定点X的三维位置，所以提高了操作效率。此外，如图6(b)所示，如果与自动跟踪功能组合，在棱镜跟踪时实时地计算棱镜3的测距测角值和倾斜角，更新测定点X的位置，所以操作者仅通过将指示棒4放在想要测定的点，就能够进行连续的计测，大大提高了操作效率。

此外，不需要为了测定倾斜而设置新的传感器，因此成本较低。此外，以高精度地求出的棱镜位置为基准，从倾斜计片5的解析值来计算测定点X，所以与利用传感器值相比精度更高。此外，倾斜计片5较薄且小型，所以操作性不会下降。

(变形例)

以下是第2实施方式的变形例。

只要满足倾斜计片5的片中心Kc位于将测定点X及棱镜中心Pc连结的线上这一条件，倾斜计片5的配置可以是任意的位置。例如，也可以将图14所示的棱镜3和倾斜计片5的配置上下替换。这种情况下，只是将移动固定长度L的方向设为与上述相反的方向。此外，由于是从棱镜3的三维位置在交线I上移动的方法，所以棱镜3和倾斜计片5可以离开任意的距离。

图17是在第2实施方式中在棱镜3设置罩7的变形例。罩7的构成及效果与第1实施方式的记载同样。

图18是在倾斜计片5的背面设置照明装置8的变形例。照明装置8的构成及效果与第1实施方式的记载同样。

(第3实施方式)

(系统整体)

在第3实施方式中，指示棒4及倾斜计片5的构成与第1及第2实施方式不同，伴随于此，三维位置的计算方法与第1及第2实施方式不同。

在第3实施方式的三维位置计测系统1中，也如图1所示，具备测量机2和指示棒4，该指示棒4具有棱镜3及倾斜计片5。指示棒4将前端设置在测定点X而使用。

(测量机)

测量机2的内部构成与第1实施方式同样，所以在此省略记载。

(指示棒)

图19是表示第3实施方式的指示棒4的构成的右侧立体图，图20是指示棒4的俯视图。指示棒4具备：棒状的支持体31、棱镜3、倾斜计片5、板32。

支持体31与第1实施方式同样，所以在此省略记载。在支持体31的另一端部，板32与支持体31垂直地固定。板32的方式与第1实施方式同样，所以在此省略记载。

在板32的前面，以棱镜中心Pc(浮起点)配置在指示棒4(支持体31)的轴方向PP上的方式固定着棱镜3。从棱镜中心Pc到支持体31的前端(测定点X)的长度设为已知的固定长度L。在本方式中，棱镜3除了角柱棱镜之外，也可以采用能够射出与入射光平行的反射光且目标中心能够进行图像解析的棱镜，也可以使用回归性的反射片等。

在板32的前面，以棱镜3为中心，在第1位置P1及第2位置P2配置2张倾斜计片5。在本方式中，使用与第1实施方式的倾斜计片不同构成的倾斜计片。因此，以后将一方作为第1一轴倾斜计片51、将另一方作为第2一轴倾斜计片52来区分。

第1一轴倾斜计片51固定在从棱镜3离开任意距离的、片中心线Kc1与棱镜中心Pc一致的第1位置P1。第2一轴倾斜计片52固定在从第1位置P1旋转90度(在本方式中是顺时针旋转的位置，但也可以是逆时针的位置)、且片中心线Kc2与棱镜中心Pc一致的第2位置P2。在本方式中，棱镜3及一轴倾斜计片51、52也通过粘接/螺合/凹凸卡合/焊接等适当的固定手段固定。

(一轴倾斜计片)

图21是说明第3实施方式的一轴倾斜计片51的构成的图，(a)是一轴倾斜计片51的俯视图，(b)是一轴倾斜计片51的部分截面图(沿着a所示的线b-b的截面图)，(c)是图像形成层45的部分俯视图。另外，第2一轴倾斜计片52的构成与第1一轴倾斜计片51同样，所以省略记载。

如(a)所示，一轴倾斜计片51具备标志面54，该标志面54具备用于解析的标志53。如(b)所示，一轴倾斜计片51由圆柱透镜片55、图像形成层56、图像形成介质57构成。如(b)所示，圆柱透镜片55将多个圆柱透镜55a并列配置。圆柱透镜片55的焦点位于图像形成层56。如(c)所示，图像形成层56中，在图像形成介质57上通过油墨印刷等形成的图像标志53a以与圆柱透镜55a大致一对一对应的方式重复地形成。图像形成层56及图像形成介质57具有透光性，并且以具有透光性的状态在圆柱透镜片55的具有平面的一侧通过粘接等层叠。另外，图像标志53a只要是图示的矩形等、能够通过解析从撮影图像求出标志中心Km1的形状，可以是任何形状。

从标志面54侧观察一轴倾斜计片51时，与视线的移动方向相应地，图像标志53a的虚像(即(a)所示的标志53)看起来好像沿着片的长边方向(一轴方向)向着与视线的移动方向相同的方向移动、或者向着与视线的移动方向相反的方向移动。标志53移动的方向由透镜间距和图像标志的间距的大小决定，但是在本发明中，标志53与视线的移动方向相应地规则移动即可，可以是任何方向。

一轴倾斜计片51中，标志面54中的标志53的位置根据与视线的倾斜角而一轴地变化，所以与视线的倾斜角的变化通过标志53对于移动长r的函数建立对应。因此，通过拍摄标志面54并进行图像解析，能够解析一轴倾斜计片51相对于视线方向的倾斜角。

如以上那样，在本方式中，一轴倾斜计片51、52中，各标志面54以位于与指示棒4的轴方向PP垂直的面的点(在本方式中是棱镜中心Pc)为中心而以位于直角的方式固定。由此，能够通过如下的方法计测测定点X的三维位置。

(计测方法)

首先说明计测的概要。计测的概要与图6所示的三维位置计测系统的计测流程图同样，因此沿用第1实施方式的记载，在此省略记载。

(三维位置的计算方法)

接着，说明第3实施方式中的图6的步骤S15或S25中的计算测定点X的三维位置的方法。图22是计算第3实施方式的三维位置的流程图。图23是用于补充图22的流程的说明的图，是第3实施方式的计算方法的示意图。

首先，步骤S311与第1实施方式所示的步骤S111同样，所以在此省略记载。

接着，在步骤S312中，从由图像摄像部22拍摄的视觉图像，对第1一轴倾斜计片51的片中心线Kc1及第2一轴倾斜计片52的片中心线Kc2进行图像解析，从其交点求出作为片整体的片中心Kc(参照图23)。

接着，在步骤313中，从由图像摄像部22拍摄的视觉图像，对第1一轴倾斜计片51的标志53的标志中心线Km1及第2一轴倾斜计片52的标志53的标志中心线Km2进行图像解析，从标志中心线Km1和标志中心线Km2的交点，求出作为片整体的标志中心Km。

接着，在步骤S314中，求出作为整体的标志中心Km和作为整体的片中心Kc的水平方向偏移量Xd及铅垂方向偏移量Yd，求出标志移动长r(参照图23)。

接着，在步骤S315中，对一轴倾斜计片51、52的长边R进行图像解析(参照图23)。

接着，在步骤S316中，通过函数f(r/R)＝θ，求出从测量机2的视线方向观察时的第1一轴倾斜计片51的倾斜角θx及第2一轴倾斜计片52的倾斜角θy。

接着，通过到棱镜中心Pc为止的棱镜矢量P、倾斜角θx及倾斜角θy，求出从测量机2的视线方向观察时的、一轴倾斜计片51、52整体的标志面的法线方向(方向矢量A)(参照图10)。

接着，在步骤S318中，从棱镜中心Pc的三维位置沿着方向矢量A的方向移动固定长度L，求出测定点X的三维位置。

(效果)

以上，在第3实施方式中，根据棱镜3的三维位置(棱镜中心Pc的测距测角值)、由一轴倾斜计片51、52得到的片整体的倾斜角(倾斜角θx，θy)、棱镜3的固定长度L，能够求出测定点X的三维位置。

在第3实施方式的三维位置计测系统1中，将一轴倾斜计片51、52的各标志面54在与指示棒4的轴方向PP垂直的面上以棱镜中心Pc为中心直角地设置，所以通过一轴倾斜计片51、52的解析得到的片整体的标志面上的法线方向(方向矢量A)与指示棒4的轴方向PP一致。因此，通过从到棱镜中心Pc为止的棱镜矢量P(参照图10)沿着方向矢量A的方向移动固定长度L，能够计测测定点X。

此外，不需要在第1实施例中进行的检测轮廓42的图像处理，能够进一步减少误差。此外，在本方式中，以棱镜中心Pc＝整体的片中心Kc的方式配置一轴倾斜计片51、52，所以不需要求出方向矢量B的操作(图7的步骤S113)。

通过第3实施方式，操作者仅通过将指示棒4的前端放到测定点X，即使指示棒4倾斜，也不必进行将棱镜3校平等的调整，就能够计测测定点X的三维位置，所以提高了操作效率。此外，如图6的(b)所示，如果与自动跟踪功能组合，在棱镜跟踪时实时地计算测距测角和倾斜，更新测定点X的位置，所以操作者仅通过将指示棒4依次放到想要测定的点，就能够进行连续的计测，大大提高了操作效率。

此外，不需要为了测定倾斜而设置新的传感器，所以成本较低。此外，以高精度地求出的棱镜位置为基准来从一轴倾斜计片51、52的解析值计算测定点X，所以与利用传感器值相比精度更高。此外，一轴倾斜计片51、52较薄且小型，所以操作性不会下降。

(变形例)

以下是第3实施方式的变形例。

图24是第3实施方式的变形例，是关于一轴倾斜计片的配置的变形例。一轴倾斜计片的位置可以在与指示棒4的轴方向PP垂直的面上以某一点为中心而直角地设置在四个方向。这种情况下，将与第1一轴倾斜计片51平行的倾斜计片作为第3一轴倾斜计片530、将与第2一轴倾斜计片52平行的倾斜计片作为第4一轴倾斜计片540时，在之前的步骤S313中，除了标志中心线Km1及标志中心线Km2之外，还求出第3一轴倾斜计片530的标志中心线Km3及第4一轴倾斜计片540的标志中心线Km4，由此，作为整体的标志中心Km作为将标志中心线Km1及标志中心线Km3连结的线和将标志中心线Km2及标志中心线Km4连结的线的交点求出。因此，不必计算将标志中心线延长的方向，所以特别是在指示棒4旋转的情况下(从图23的状态的基准位置起转动的情况)，能够减少步骤S313的运算处理量。

图25是关于棱镜3的配置的变形例。只要满足将一轴倾斜计片51、52的各标志面54在与指示棒4的轴方向PP垂直的面上以某一点Q为中心位于至少二个直角的方式设置这一条件，棱镜3的配置可以是任意的位置。这种情况下，不满足棱镜中心Pc＝整体的片中心Kc，所以在S312和S313之间进行求出方向矢量B的操作(图7的步骤S113)即可。

图26是在一轴倾斜计片51、52的背面设置照明装置8的变形例。照明装置8的构成及效果与第1实施方式的记载同样。

(第4实施方式)

(系统整体)

第4实施方式是第1实施方式的变形，与第1实施方式的不同点在于，棱镜3不是必须的构造。

(指示棒)

图27是表示第4实施方式的指示棒4的构成的右侧立体图。指示棒4具备棒状的支持体31和倾斜计片5。支持体31与第1实施方式同样，前端设置在测定点X。在支持体31的另一个端部，以标志面41配置在与指示棒4的轴方向PP垂直的面、并且片中心Kc配置在指示棒4的轴方向PP上的方式固定着倾斜计片5。从片中心Kc到支持体31的前端(测定点X)的长度是已知的固定长度L，并且是固定的。即，在第4实施方式中，以倾斜计片5的标志面41为目标进行准直，对片中心Kc进行免棱镜测距，从而计测测定点X的三维位置。

(测量机)

图28是表示第4实施方式的测量机2′的内部构成的框图。本方式无论是使用第1实施方式中使用的测量机2，还是使用如下构成的测量机2′，只要图像摄像部22为高精度，都能够实施。在图28的测量机2′中，为了对棱镜3进行准直(跟踪)而设置的EDM20、棱镜摄像部21及扫描部24不是必须的构成，只要有免棱镜测距部20′即可。免棱镜测距部20′是射出细光束的激光等测距光，计测与棱镜以外的目标的距离的测距部。在本方式中，目标是倾斜计片5的标志面41，倾斜计片5向片中心Kc的准直(跟踪)通过图像摄像部22的拍摄中的图案匹配等公知的图像处理来进行。

(计测方法)

说明第4实施方式的计测的概要。图29是第4实施方式的三维位置计测系统的计测流程图，(a)是基本形的流程，(b)是进行自动跟踪的情况的流程。基本上，如(a)所示，首先在步骤S31中，由图像摄像部22对倾斜计片5进行拍摄。接着，在步骤S32中，从使用图像摄像部22拍摄的图像，对片中心Kc进行图像解析，判定是否已经将目标自动准直。未准直的情况下，回到步骤S31。已准直的情况下，转移到步骤S33，对片中心Kc进行测距测角，计测片中心Kc的三维位置。接着，转移到步骤S34，计算测定点X的三维位置。接着，转移到步骤S35，在显示部23上显示测定点X并结束。进行自动跟踪的情况下，如(b)所示，首先在步骤S41中，由图像摄像部22对倾斜计片5进行拍摄。接着，在步骤S42中判断是否已将作为目标的片中心Kc锁定(自动准直)，已锁定的情况下，转移到步骤S43，对片中心Kc进行测距测角。其他的步骤S44～47与图6的步骤S25～S28相同。

(三维位置的计算方法)

接着，说明第4实施方式中的图29的步骤S34或S44中的计算测定点X的三维位置的方法。图30是第4实施方式的计算三维位置的流程图，图31是第4实施方式的计测方法的示意图。首先，在步骤S411中，从由图像摄像部22拍摄的视觉图像，对倾斜计片5的片中心Kc进行图像解析，求出倾斜计片5的位置方向(方向矢量B)(参照图31)。接着，在步骤S412中，通过免棱镜测距部20′测定片中心Kc的测距值，测定由水平角检测器11及铅垂角检测器12得到的片中心Kc的测角值，求出到片中心Kc为止的矢量P′。接着，步骤S413～S417与第1实施方式中的步骤S114～S118(图7)同样。最后，在步骤S418中，从通过倾斜计片5的测距测角值得到的片中心Kc的三维位置沿着方向矢量A的方向移动固定长度L，求出测定点X的三维位置。

(效果)

以上，在第4实施方式中，通过将第1实施方式中的对棱镜3进行准直(跟踪)而进行棱镜测距的工序替换为对倾斜计片5进行准直(跟踪)而进行免棱镜测距的工序，即使没有棱镜3，也能够与第1实施方式同样地计测测定点X的三维位置。

(变形例)

在第4实施方式中，如图11那样，只要满足将标志面41设置在与指示棒4的轴方向PP垂直的面这一条件，倾斜计片5的位置可以偏移到任意的位置。这种情况下，将能够进行图像识别的解析图案(容易进行准直的精度高的图案)从测定点X配置到固定长度L的位置即可。作为上述解析图案的例子，可以想到采用同心圆状的形状、采用与倾斜计片5不同的颜色、附加QR码(注册商标)那样的二维码等。此外，在第4实施方式中，也可以在倾斜计片5的背面配置照明装置。

(第5实施方式)

(系统整体)

第5实施方式是第2实施方式的变形，与第2实施方式的不同点在于，棱镜3不是必须的构成。

(指示棒)

图32是表示第5实施方式的指示棒4的构成的右侧立体图。指示棒4具备棒状的支持体31和倾斜计片5。在本方式的倾斜计片5中，在轮廓42设置有能够进行图案识别的第2标志47。支持体31与第1实施方式同样，前端设置在测定点X。在支持体31的另一个端部，以在与支持体31平行且指示棒4的轴方向PP上设置倾斜计片5的片中心Kc和第2标志47的标志中心Pc′、即测定点X、片中心Kc、及第2标志中心Pc′设置在同一线上的方式固定着倾斜计片5。从片中心Kc到测定点X的长度设为已知的固定长度L。

(测量机)

在本方式中，也取代第2实施方式的测量机2，采用图28所示的测量机2′。

(计测方法)

本方式的计测的概要与图29所示的三维位置计测系统的计测流程图同样。

(三维位置的计算方法)

接下来，说明第5实施方式中的图29的步骤S34或S44中的计算测定点X的三维位置的方法。图33是第5实施方式的计算三维位置的流程图，图34是第5实施方式的计测方法的示意图。

首先，在步骤S511中，从由图像摄像部22拍摄的视觉图像，对倾斜计片5的片中心Kc及第2标志47的标志中心Pc′进行图像解析。

接着，在步骤S512中，通过免棱镜测距部20′测定片中心Kc的测距值，测定由水平角检测器11及铅垂角检测器12得到的片中心Kc的测角值，求出到片中心Kc为止的矢量P′。

接着，在步骤S513中，求出图像上的第2标志中心Pc′的位置和片中心Kc的水平方向偏移量及铅垂方向偏移量，从第2标志中心Pc′、片中心Kc及测量机2的视点E，求出包含这三点的平面A(第1面)(参照图34)。

接着，步骤S514～S517与第2实施方式所示的步骤S214～S217同样。

接着，在步骤S518中，根据在步骤S517中求出的倾斜角θx及倾斜角θy，求出从测量机2的视线方向观察时的倾斜计片5的法线方向(方向矢量C)(参照图34)，求出在片中心Kc将方向矢量C作为法线的平面B(第2面)(参照图34)。接着，在步骤S519中，求出平面A和平面B的交线I。接着，在步骤S520中，如果从片中心Kc的三维位置沿着交线I移动固定长度L，就能够求出测定点X的三维位置。

(效果)

以上，在第5实施方式中，将第2实施方式中的对棱镜3进行准直(跟踪)而进行棱镜测距的工序替换为对倾斜计片5进行准直(跟踪)而进行免棱镜测距的工序，并且设置用于求出平面A(交线I)的第2标志47，由此，即使没有棱镜3，也能够与第2实施方式同样，高效地计测测定点X的三维位置。

(变形例)

在第5实施方式中，只要测定点X、片中心Kc及第2标志中心Pc′位于同一线上，并且已知片中心Kc和测定点X的固定长度L，则倾斜计片5的配置是任意的位置。只要预先知道图案、并且其中心能够解析，则第2标志47是任意的。如图示那样，例如优选为白点等、与轮廓42的颜色对比度大的图案。此外，在第5实施方式中，也可以在倾斜计片5的背面配置照明装置。

(第6实施方式)

(系统整体)

第6实施方式是第1实施方式的变形，与第1实施方式的不同点在于，棒(支持体31)不是必须的构成。图35是表示第6实施方式的构成的右侧立体图。测量机2可以与第1实施方式同样，棱镜3优选为由棱镜摄像部21进行拍摄。第6实施方式没有支持体31，具备棱镜3、倾斜计片5、板32。

(效果)

即，即使没有支持体31，只要将棱镜3(棱镜中心Pc)配置在从测定点X偏移固定长度L的位置，并且将倾斜计片5的标志面41设置在与将测定点X和棱镜中心Pc连结的线垂直的面上，则能够通过与第1实施方式同样的方法(图7的流程)计测测定点X的三维位置。该方式例如如图35所示，相对于在某个框体60内内置有某种传感器61的装置，在无法通过框体60将棱镜3设置在传感器61的附近的情况下是有效的。固定长度L利用该装置的机械图等求出即可。

(第7实施方式)

(系统整体)

与上述同样，第7实施方式与第2实施方式的不同点在于，棒(支持体31)不是必须的构成。图36是表示第7实施方式的构成的右侧立体图。测量机2可以与第2实施方式同样，棱镜3优选为由棱镜摄像部21进行拍摄。第7实施方式没有支持体31，具备棱镜3、倾斜计片5、板32。

(效果)

即，即使没有支持体31，只要片中心Kc、棱镜中心Pc及测定点X配置在一直线上，并且将棱镜中心Pc配置在从测定点X偏移固定长度L的位置，则能够通过与第2实施方式同样的方法(图15的流程)来计测测定点X的三维位置。

另外，在第6及第7实施方式中，与第4及第5实施方式同样，即使取代棱镜3而变更为对倾斜计片5进行免棱镜测距的构成，也能够计测测定点X的三维位置。

其他，作为上述全实施方式的其他变形，在近距离计测时，在图像摄像部22的视野内可能未映照棱镜3及/或倾斜计片5，所以可以在测量机2设置更广角的第2图像摄像部25。

此外，通过在指示棒4的支持体31的前端设置标记笔，能够在操作时将测定的轨迹留在现场。另外，描绘的轨迹(测定点X)作为数据实时地记录，所以还能够由运算控制部17取得所描绘的速度等信息。

此外，指示棒4的长度也可以构成为以准确地知道固定长度L且已定位的方式自由地伸缩。

以上，对于本发明的三维位置计测系统1说明了实施方式及变形例，但这些只是本发明的一例，能够基于本领域技术人员的知识来将各方式及各变形组合，这样的方式也包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种三维位置计测系统，用于计测测定点的三维位置，其特征在于，具备：

测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；

指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有所述棱镜；以及

倾斜计片，具有能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，

将所述倾斜计片的具有所述标志的标志面设置在与所述指示棒的轴方向垂直的面，

由所述图像摄像部拍摄所述标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，

从由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，沿着从所述倾斜计片的倾斜角得到的所述标志面的法线方向移动所述固定长度的量，

从而计测所述测定点的三维位置。

2.一种三维位置计测系统，用于计测测定点的三维位置，其特征在于，具备：

测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；

指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有所述棱镜；以及

倾斜计片，具有能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，

将所述倾斜计片的片中心设置在将所述测定点及所述棱镜的棱镜中心连结的线上，

由所述图像摄像部拍摄具有所述标志的标志面，进行图像解析而求出所述片中心，计算包含所述片中心、所述棱镜中心、以及从所述测量机的视线的第1面，

计算以从所述测量机的视线方向观察时的所述倾斜计片的法线作为法线的第2面，求出所述第1面和所述第2面的交线，

从由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，向沿着所述交线的方向移动所述固定长度的量，

从而计测所述测定点的三维位置。

3.一种三维位置计测系统，用于计测测定点的三维位置，其特征在于，具备：

测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；

指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有所述棱镜；以及

倾斜计片，具有能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，

将所述倾斜计片的具有所述标志的标志面在与所述指示棒的轴方向垂直的面上以某一点为中心至少设置在二个直角，

由所述图像摄像部拍摄所述标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，

从由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，沿着从所述倾斜计片的倾斜角得到的所述标志面的法线方向移动所述固定长度的量，

从而计测所述测定点的三维位置。

4.一种三维位置计测系统，用于计测测定点的三维位置，其特征在于，具备：

测量机，具有：测量到目标的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；以及

指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有倾斜计片，该倾斜计片具备能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，

将所述倾斜计片的具有所述标志的标志面设置在与所述指示棒的轴方向垂直的面，

由所述图像摄像部拍摄所述标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，

将所述倾斜计片作为所述目标，从由所述测距部及所述测角部得到的所述倾斜计片的片中心的三维位置，沿着从所述倾斜计片的倾斜角得到的所述标志面的法线方向移动所述固定长度的量，

从而计测所述测定点的三维位置。

5.一种三维位置计测系统，用于计测测定点的三维位置，其特征在于，具备：

测量机，具有：测量到目标的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；以及

指示棒，设置在测定点，在从所述测定点偏离已知的固定长度的位置固定有倾斜计片，该倾斜计片具备能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，

在所述倾斜计片的具有所述标志的标志面以外的部位设置能够进行图案识别的第2标志，将所述测定点、所述倾斜计片的片中心、以及所述第2标志的标志中心设置在同一线上，

由所述图像摄像部拍摄所述标志面及所述第2标志，进行图像解析而求出所述片中心及所述第2标志的标志中心，计算包含所述片中心及所述第2标志的标志中心、以及从所述测量机的视线的第1面，

计算以从所述测量机的视线方向观察时的所述倾斜计片的法线作为法线的第2面，求出所述第1面和所述第2面的交线，

将所述倾斜计片作为所述目标，从由所述测距部及所述测角部得到的所述倾斜计片的片中心的三维位置，向沿着所述交线的方向移动所述固定长度的量，

从而计测所述测定点的三维位置。

6.一种三维位置计测系统，用于计测测定点的三维位置，其特征在于，具备：

测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；

所述棱镜，固定在从测定点偏离已知的固定长度的位置；以及

倾斜计片，具备能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，

将所述倾斜计片的具有所述标志的标志面设置在与将所述测定点和所述棱镜的棱镜中心连结的线垂直的面，

由所述图像摄像部拍摄所述标志面，对所述标志面进行图像解析，计算倾斜计片相对于从所述测量机的视线方向的倾斜角，

从由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，沿着从所述倾斜计片的倾斜角得到的所述标志面的法线方向移动所述固定长度的量，计测所述测定点的三维位置。

7.一种三维位置计测系统，具备：

测量机，具有：测量到作为目标的棱镜的距离的测距部及进行测角的测角部；以及图像摄像部；

所述棱镜，固定在从测定点偏离已知的固定长度的位置；以及

倾斜计片，具备能够解析相对于视线方向的倾斜角的标志，

将所述倾斜计片的片中心设置在将所述测定点及所述棱镜的棱镜中心连结的线上，

由所述图像摄像部拍摄具有所述标志的标志面，进行图像解析而求出所述片中心，计算包含所述片中心、所述棱镜中心、以及从所述测量机的视线的第1面，计算以从所述测量机的视线方向观察的所述倾斜计片的法线作为法线的第2面，求出所述第1面和所述第2面的交线，

从由所述测距部及所述测角部得到的所述棱镜的三维位置，向沿着所述交线的方向移动所述固定长度的量，

从而计测所述测定点的三维位置。

8.根据权利要求1、2、3、6、7的任一项所述的三维位置计测系统，其特征在于，

测量机具有：所述图像摄像部，拍摄所述棱镜的周围风景；以及棱镜摄像部，拍摄所述棱镜；

由所述图像摄像部拍摄具有所述标志的标志面，

由所述棱镜摄像部拍摄所述棱镜，对所述棱镜进行准直。

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