JP2005265832A - 座標測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 回転レーザ装置を用いて受光センサ装置の三次元座標位置を求める座標測定システムを提供する。
【解決手段】 回動軸Ｃが同じで互いに逆方向に回転する一対の回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂが上下方向に間隔を開けて設けられ、各回転レーザ装置は水平面に対して傾斜する扇状レーザ光を受光センサ装置１５４に向けて射出する発光部を備え、受光センサ装置１５４は下側及び上側の各回転レーザ装置から射出された扇状レーザ光を受光して水平面に対する傾斜角α、βを求め、両傾斜角に基づき受光センサ装置１５４の高さと回転レーザ装置から受光センサ装置１５４までの水平方向距離Ｘとを求める演算部を有し、この演算部は更に互いに逆方向に回転する扇状レーザ光が未知点Ｄ２に置かれた受光センサ装置１５４に受光される時間差に基づき基準方向からの回転角度を測定し、この回転角度と少なくとも二つの既知点の座標とに基づき未知点の座標を演算する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転レーザ装置を用いた座標測定システムに関する。

従来から、レーザ光源を回転させながらレーザ光を放射することにより、水平基準面に対して所定角度傾斜する傾斜平面を形成する回転レーザ装置が知られている。また、このレーザ光を受光センサ装置で受光することにより高低角を求める測定システムも知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３９７５５号公報

ところで、本願出願人は、この種の回転レーザ装置を上下に２個設け、この回動軸を一致させて、２個の回転レーザ装置からの扇状のレーザ光を受光センサ装置で受光することにより、その受光センサ装置の高さ位置を測定できる測定方法を提案した（特願２００３−３５４１６８号）。

本発明は、その特願２００３−３５４１６８号に開示の発明を改良発展させたもので、回転レーザ装置を用いて受光センサ装置の存在する三次元座標位置を求めることができる座標測定システムを提供することにある。

請求項１に記載の座標測定システムは、回動軸が一致されて互いに逆方向に回転される一対の回転レーザ装置が上下方向に間隔を開けて設けられ、前記各回転レーザ装置は、水平面に対して傾斜する扇状面を形成する扇状レーザ光と該扇状レーザ光を間に挟んで互いに平行な扇状面を形成する扇状レーザ光とを受光センサ装置に向けて射出する発光部を備え、前記受光センサ装置は、下側に存在する回転レーザ装置から射出された扇状レーザ光と上側に存在する回転レーザ装置から射出された扇状レーザ光とを受光することにより水平面に対する傾斜角をそれぞれ求め、両傾斜角に基づき該受光センサ装置の高さと前記回転レーザ装置から前記受光センサ装置までの水平方向距離とを求める演算部を有し、該演算部は、更に、互いに逆方向に回転する扇状レーザ光が未知点に置かれた前記受光センサ装置に受光される時間差に基づき基準方向からの回転角度を測定すると共に、該回転角度と少なくとも二つの既知点の座標とに基づき前記未知点の座標を演算することを特徴とする。

請求項２に記載の座標測定システムは、前記受光レーザ装置には第１象限から第４象限のいずれに存在しているかを入力する入力キーが設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の座標測定システムは、前記扇状レーザ光のうちの一方が変調されていることを特徴とする。

請求項４に記載の座標測定システムは、前記扇状レーザ光のうちの一方が一周期の半分の期間に変調され、前記扇状レーザ光のうちの他方が一周期に渡って変調されていることを特徴とする。

請求項５に記載の座標測定システムは、回動軸が一致されて互いに逆方向に回転される一対の回転レーザ装置が左右方向に間隔を開けて少なくとも一方の回転レーザ装置が基準点に設けられ、前記各回転レーザ装置は、前記回転に直交する垂直面に対して傾斜する扇状面を形成する扇状レーザ光と該扇状レーザ光を間に挟んで互いに平行な扇状面を形成する扇状レーザ光とを受光センサ装置に向けて射出する発光部を備え、前記受光センサ装置は、左右方向一方側に存在する回転レーザ装置から射出された扇状レーザ光と左右方向他方側に存在する回転レーザ光とを受光することにより垂直面に対するそれぞれの傾き角と水平からの回転角を求め、基準点に対する前記受光センサ装置の位置を求める演算部を有することを特徴とする。

請求項６に記載の座標測定システムは、前記各回転レーザ装置は前記扇状レーザ光を約半周の間出射するように制御されることを特徴とする。

請求項７に記載の座標測定システムは、前記各回転レーザ装置が水平方向に延びる連結体によって連結されていることを特徴とする。

請求項８に記載の座標測定システムは、前記各回転レーザ装置の間隔調整を可能にするために該各回転レーザ装置が水平方向に延びるレール上に摺動可能に載置されることを特徴とする。

請求項９に記載の座標測定システムは、一対の回転レーザ装置の一方に照準用レーザ光を出射する半導体レーザを設け、一対の回転レーザ装置の他方に両レーザ装置の回転軸心を一致させるための照準手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、回転レーザ装置を用いて検出センサ装置の存在する三次元座標位置を測定できる。

また、基準方向において計時のトリガーをかけることなく、回転レーザ装置の回転中に検出された時間差に基づいて受光センサ装置の存在する方位も測定できる。

とくに、請求項５〜請求項９に記載の座標測定システムによれば、回転レーザ装置を水平方向に配設して、受光センサ装置の三次元座標位置を測定することができ、室内空間の三次元座標位置の測定に便利である。

以下に、本発明に係わる座標測定システムの実施例を図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
図１において、１００は測定システムを示す。この測定システム１００は回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂと受光センサ装置１５４とを含む。受光センサ装置１５４は両方の回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂからの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３を受光する。その扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３については後述する。

回転レーザ装置１５１ａは三脚１２のベース１３に設けられている。三脚１２は地盤１１に立脚され、地盤１１はグランドレベルＧＬ１を規定する。ベース１３にはベース１５を有するコ字形状のステー１４が固定されている。回転レーザ装置１５１ｂはそのステー１４のベース１５に固定され、回転レーザ装置１５１ａの上方に位置している。

両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂは、各発光部としての投光窓１３１ａ、１３１ｂを有する。扇状のレーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３は各投光窓１３１ａ、１３１ｂから照射される。投光窓１３１ａと投光窓１３１ｂとの上下方向間隔はＬとする。また、投光窓１３１ａのグランドレベルＧＬ１からの高さはＡとする。この上下方向間隔Ｌ、高さＡは既知である。更に、受光センサ１５４の受光部１５６の高さをＢ、三脚１２の垂直線Ｃからその受光部１５６までの水平方向距離をＸとし、この高さＢ、水平方向距離Ｘは未知とする。

その回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂはその回転中心Ｏ１、Ｏ２が垂直線Ｃと同心とされ、水平方向に３６０度の範囲で同期回転され、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂはその回転角速度が同一であるものとする。なお、符号Ｏ１、Ｏ２は回動軸心の意味でも使用している。

また、この回転レーザ装置１５１ａと回転レーザ装置１５１ｂとの回転方向には、同方向に回転する同方向回転モードと、互いに逆方向に回転する逆方向回転モードとがある。この回転方向のモードの制御はこの回転レーザ装置が有する演算制御部（図示を略す）を用いて行う。

ここでは、演算制御部はこの回転レーザ装置１５１ａと回転レーザ装置１５１ｂとの回転方向として同方向の回転モードにより測定を実行した後、逆方向の回転モードにより測定を実行するものとする。受光センサ装置１５４はその受光部１５６が回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂからの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３を受光する方向に向けられている。

この回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂとを同方向に同期させて等角速度で回転させ、扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３を受光センサ装置１５４に受光することにより、俯角α、仰角βを測定でき、既知の距離Ｌ、高さＡを用いて受光部１５６のグランドレベルＧ１からの高さＨを求めることができる。

ここで、俯角αとは、発光部１３１ｂの中心Ｏ２を通る水平基準線１６と、発光部１３１ｂの中心Ｏ２と受光部１５６の中心とを結ぶ直線１７との為す傾斜角をいう。仰角βとは、発光部１３１ａの中心Ｏ１を通る水平基準線１８と、発光部１３１ａの中心Ｏ１と受光部１５６の中心とを結ぶ直線１９との為す傾斜角をいう。

この受光部１５６の高さＨを求めるに先だって俯角α、仰角βを求めるための扇状レーザ光の関係図を図２、図３を参照しつつ概略説明する。

図２には、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂとしての回転レーザ装置１５１が模式的に示されている。この回転レーザ装置１５１は、３つの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３を射出する。扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂは、図３（iii）に示すように、発光部１３１ａ又は１３１ｂを含む水平面（水平基準線１８を含む水平面又は水平基準線１６を含む水平面）ＨＯに対して垂直な扇状面を形成し、扇状レーザ光１５３は垂直線Ｃを含む面に対して（π／２−θ）で傾斜し、扇状レーザ光１５３は水平面ＨＯに対して角度θで射出される。

この扇状レーザ光１５３が、水平面ＨＯとの交わりにより形成される交線ＨＯＬは図３（i）に示すように、扇状レーザ光１５２ａと扇状レーザ光１５２ｂとが為す角度を水平面ＨＯにおいて二等分し、その水平面ＨＯが扇状レーザ光１５２ａの扇状面と交わることによって形成される交線ＨＯＬ１と交線ＨＯＬとの為す角度は、その水平面ＨＯが扇状レーザ光１５２ｂの扇状面と交わることによって形成される交線ＨＯＬ２との為す角度δに等しい。受光センサ装置１５４の受光部１５６の中心が水平基準線１８又は水平基準線１６にあるとき、受光センサ装置１５４の受光部１５６の中心は交線ＨＯＬ上の位置Ｂ’又はＢ”に存在するものであるが、ここでは、位置Ｂ’にあるものとする。

扇状レーザ光１５２ａ、扇状レーザ光１５３、扇状レーザ光１５２ｂはこの関係を保ちながら一方向に回転するので、扇状レーザ光１５２ａ、１５３、１５２ｂは時間的にずれて受光センサ１５４の受光部１５６を横切ることになる。

図３（ii）に示すように、受光センサ１５４の受光部１５６の中心点（高さＢに存在する点）Ｐ１と点Ｏ１とを結ぶ直線ＫＯＬが交線ＨＯＬと為す高低角γは、回転レーザ装置１５１ａにより求めたときは仰角βである。一方、回転レーザ装置１５１ｂにより求めたときは俯角αである。

この扇状レーザ光１５２ａ、１５３、１５２ｂを放射しながら垂直線Ｃの回りに発光部１３１ａ、１３１ｂが回転する回転レーザ装置１５１（１５１ａ、１５１ｂ）の構成について図４を参照しつつ説明する。

回転レーザ装置１５１は、ケーシング１０１とレーザ投光器１０３とを有する。ケーシング１０１の中央部には切頭円錐形の凹部１０２が形成されている。レーザ投光器１０３はこの凹部１０２を上下方向に貫通している。このレーザ投光器１０３は球面座１０４を介して凹部１０２に支持されている。

レーザ投光器１０３の頭部には回転部１０５が設けられ、この回転部１０５はペンタプリズム１０９を有する。回転部１０５は走査モータ１０６によって駆動ギヤ１０７、走査ギヤ１０８を介して回転駆動される。

レーザ投光器１０３の周囲には二組の傾斜機構が設けられているが、この図４には、一方の傾斜機構のみが図示されている。この傾斜機構１１０は、傾斜用モータ１１１と、傾斜用スクリュー１１２と、傾斜ナット１１３とを有する。傾斜用モータ１１１の回転は駆動ギヤ１１４、傾斜用ギヤ１１５を介して傾斜用スクリュー１１２に伝達される。傾斜ナット１１３はその傾斜用スクリュー１１２の回転により上下動される。

その傾斜ナット１１３は、傾斜用アーム１１６を介してレーザ投光器１０３に連結されている。レーザ投光器１０３はその傾斜ナット１１３の上下動により垂直線Ｃに対して傾斜される。他方の傾斜機構は、傾斜機構１１０による傾斜方向と直交する方向に投光器１０３を傾斜させる。

レーザ投光器１０３には、傾斜用アーム１１６が延びる方向と平行方向に延びる固定傾斜センサ１１８と、この傾斜センサ１１８と直交する方向に延びる固定傾斜センサ１１９とが設けられている。

傾斜機構１１０は固定傾斜センサ１１８が水平になるように制御し、他方の傾斜機構は固定傾斜センサ１１９が水平になるように制御する。これらの調整によって、回転部１０５の回転軸線を垂直線Ｃに一致させることができる。なお、回動部１０５の回転軸線を垂直線Ｃに一致させるには、回転レーザ装置１５１自体をなるべく水平にして傾斜機構１１０を作動させるのが良い。

レーザ投光器１０３には、図５に示すように、レーザ光線投光器１３２とコリメートレンズ１３３とを含む投光光学系内蔵されている。そのコリメートレンズ１３３はレーザ光線投光器１３２から射出されたレーザ光線を平行光束に変換する。投光光学系から射出されたレーザ光線は、回転部１０５の回折格子（ＢＯＥ）１３４によって、図３（i）〜図３（iii）に示す３つの扇状レーザ光１５２ａ、１５３、１５２ｂに分割される。

この扇状レーザ光１５２ａ、１５３、１５２ｂはペンタプリズム１０９に導かれ、このペンタプリズム１０９によって水平方向に偏向され、発光部としての投光窓１３１から外部に向けて投光される。

この同方向回転モードでは、回転レーザ装置１５１ａからそれぞれ出射された３つの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３と回転レーザ装置１５１ｂからそれぞれ出射された３つの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３とが受光センサ装置１５４に同時に受光されるのを防止するため、回転レーザ装置１５１ａから出射される３つの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３と回転レーザ装置１５１ｂからそれぞれ出射される３つの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３とは垂直線Ｃを境にして互いに１８０度反対方向に射出されるようにセットされる。すなわち、回転レーザ装置のゼロ点位置が互いに１８０度ずらされる。回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂにはそのゼロ点位置をセットするためのゼロ点マークＱＭ１、ＱＭ２が図１に示すように付されている。

これにより、一周期Ｔの２分の一毎に回転レーザ装置１５１ａからの扇状レーザ光に基づく検出出力と、回転レーザ装置１５１ｂからの扇状レーザ光に基づく検出出力とが得られることになる。すなわち、受光センサ装置１５４により得られた検出出力が回転レーザ装置１５１ａからの扇状レーザ光によるのか、回転レーザ装置１５１ｂからの扇状レーザ光によるのかを識別できる。

受光センサ装置１５４は、図６に示すように、筐体１６４を有し、受光部１５６がその筐体１６４に取り付けられている。筐体１６４は、表示部１５７と、例えばブザーからなる警告部１６１と、入力キー１６２と、指標１６３と、目盛１６０が付された標尺１５９とを有する。更に、筐体１６４には記憶部１６５、演算部１６６が内蔵されている。筐体１６４は、固定ノブ１５８により、標尺１５９上に調整可能に位置決めされる。

表示部１５７には、例えば、レーザ光の回転中心Ｏ１、Ｏ２と受光部１５６とを結ぶ直線１７又は１９と水平基準面ＨＯとの為す角度α、βが表示され、入力キー１６２の操作によって入力される所定高さデータ値Ａが表示され、この入力データ値Ａは記憶部１６５に記憶される。

各回転レーザ装置１５１（１５１ａ、１５１ｂ）は、垂直線Ｃを中心に回転するように扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３を射出する。図３（iii）に示すように、扇状レーザ光１５３は水平面に対して角度θを為して射出される。更に、図３（i）に示すように、扇状レーザ光１５２ａの扇状面と扇状レーザ光１５２ｂの扇状面とは角度２δを為している。

各回転レーザ装置１５１から射出された扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３は上記の関係を保って回転するので、扇状レーザ１５２ａ、１５３、１５２ｂの順に時間差をもって受光センサ１５４の受光部１５６を横切る。

図２に示すように、受光センサ１５４の受光部１５６が位置Ｂ’にある場合には、受光センサ装置１５４が検出する検出出力は図７（ａ）に示す状態を呈する。これに対して、受光部１５６が図２に示すように位置Ｂ’の垂直上方の位置Ｐ１に位置するときには、受光センサ装置１５４が検出する出力は図７（ｂ）に示すようになる。

受光センサ１５４の受光部１５６が位置Ｂ’にある場合には、扇状レーザ光１５２ａが受光部１５６を横切ってから扇状レーザ光１５３が受光部１５６を横切るまでの時間ｔと、扇状レーザ光１５３が受光部１５６を横切ってから扇状レーザ光１５２ｂが受光部１５６を横切るまでの時間ｔとは等しく、扇状レーザ光１５２ａが受光部１５６を横切ってから扇状レーザ光１５２ｂが受光部１５６を横切るまでの時間をｔ0とすると、
ｔ0＝２ｔ …（１）
また、図２に示すように、受光部１５６が水平面よりも上の位置Ｐ１にある場合には、扇状レーザ光１５２ａが受光部１５６を横切ってから扇状レーザ光１５３が受光部１５６を横切るまでの時間ｔがｔ0／２よりも短くなる。

受光部１５６が水平面から上方に離れるに伴って、時間ｔは短くなり、図３（ii）に示されているように、受光部１５６の位置Ｐ１と回転中心Ｏ１とを結んだ直線と交線ＨＯＬとのなす角度γは時間ｔを用いて、下記の式により求まる。

γ＝δ（１−２ｔ／ｔ0）tanθ …（２）
受光部１５６がその水平面ＨＯよりも下の位置にある場合には、時間ｔは時間間隔ｔ０の半分よりも長くなる。これにより、受光部１５６がその水平面ＨＯの上にあるのか下にあるのかを判別することができる。また、式（２）は受光部１５６がその水平面ＨＯより下にある場合にも適用できる。

受光センサ装置１５４が一方の回転レーザ装置１５１ａからのレーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３を検出すると、演算部１６６は、式（２）に従って、それらの時間ｔから図１示す俯角αを算出する。また、受光センサ装置１５４が他方の回転レーザ装置１５１ｂからの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３を検出すると、演算部１６６は、式（２）に従って時間ｔから図１に示す仰角βを算出する。

演算部１６６は、求められた俯角α、仰角βと、図１に示した既知の寸法Ａ、Ｌから、受光センサ装置１５４の受光部１５６の中心の高さを求める。

俯角（傾斜角）α、仰角（傾斜角）β、水平方向距離Ｘ、距離Ｌ、高さＢとの間には、
tanα＝（Ｌ−Ｂ）／Ｘ …（３）
tanβ＝Ｂ／Ｘ …（４）
例えば、（３）式の変数Ｘに（４）式で求めたＸを代入すると、（３）式から水平方向距離Ｘを除去することができ、（３）式を（５）式に変形することができる。

tanα＝（Ｌ／Ｂ−１）／tanβ …（５）
（５）式によれば、俯角α、仰角βは演算部１６６により求められ、Ｌは既知であるので、式（５）を用いて、回転レーザ装置１５１ａの発光部１３１ａを通る水平基準線１８から受光部１５６までの距離Ｂを算出できる。

必要に応じて、この距離Ｂの値は表示部１５７のディスプレイ画面に表示される。また、演算部１６６は、グランドレベルＧＬ１から発光部１３１ａまでの既知の高さＡと求めた距離Ｂとを加算することにより、グランドレベルＧＬ１から受光センサ装置１５４の受光部１５６までの高さＨ＝Ａ＋Ｂを求め、この高さＨを表示部１５７に測定値として表示する。

所望の値Ｈを入力キー１６２を操作して記憶部１６５に設定値として記憶させ、受光センサ装置１５４を垂直方向に上下動させたときの測定値と、記憶された設定値Ｈとを演算部１６６により比較し、測定値と設定値Ｈとが一致したとき、ブザー１６１を鳴らせることにより、受光センサ装置１５４の受光部１５６が設定値Ｈにあることを容易に知ることができる。

また、距離Ｂの値を（３）式又は（４）式に代入すれば、垂直線Ｃから受光部１５６までの水平方向距離Ｘを求めることができるので、演算部１６６にこの水平方向距離Ｘを求めるプログラムを組み込んでおけば、この水平方向距離Ｘも求めることができ、この水平方向距離Ｘの値も表示部１５７のディスプレイ画面に表示させることができる。

回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの演算制御部は、次に、制御モードを逆方向回転モードにセットする。

まず、三脚台１２は、図８に示すように、測量分野では公知の直交座標系の既知点Ｄ０（Ｘ０、Ｙ０）にセットされているものとする。また、ゼロ点は基準方向Ｑ１に位置するものとし、その基準方向Ｑ１は磁石を用いて例えば磁北Ｎに向けられているものとする。また、受光センサ装置１５４は、既知点Ｄ１（Ｘ１、Ｙ１）に置かれた後、未知点Ｄ２（Ｘ２、Ｙ２）に置かれるものとする。

既知点Ｄ０から既知点Ｄ１までの水平方向距離Ｌ１（Ｘ）は仰角β、俯角αを測定し、これらの角度から演算して求めてもよいし、既知点Ｄ０の座標位置（Ｘ０、Ｙ０）と既知点Ｄ１の座標位置（Ｘ１、Ｙ１）とから数学的公式を用いて演算により求めることもできる。既知点Ｄ０から未知点までの水平方向距離Ｌ２（Ｘ）は仰角β、俯角αを測定し、これらの角度から演算して求めることができる。この仰角β、俯角αを測定して水平方向距離Ｘを求めることができる点については、すでに既述した通りである。

逆方向回転モードに回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂが設定されると、図９に示すように、二個の回転レーザ装置１５１の一方、例えば、回転レーザ装置１５１ａが真上から見て右回り方向に回転され、他方の回転レーザ装置１５１ｂが左方向に回転される。

このように回転レーザ装置１５１ａと回転レーザ装置１５１ｂとが逆方向に回転されると、回転レーザ装置１５１ａの扇状レーザ光の射出方向と回転レーザ装置１５１ｂの扇状レーザ光の射出方向とが一致している基準方向Ｑ１から次第に反対方向にずれ、この基準方向Ｑ１とは１８０度反対方向であるＱ２方向において回転レーザ装置１５１ａの扇状レーザ光の射出方向と回転レーザ装置１５１ｂの扇状レーザ光の射出方向とが再び一致する。

この図９においては、回転レーザ装置１５１ａから射出される扇状レーザ光の射出方向の回転が実線（右回り）で示され、回転レーザ装置１５１ｂから射出される扇状レーザ光の射出方向の回転が破線（左回り）で示されている。

この扇状レーザ光の回転範囲をＱ１−Ｑ２方向とこのＱ１−Ｑ２方向と直交する方向とによって４分割して、第１象限Iから第４象限IVに区分する。

また、回転レーザ装置１５１ａから射出される扇状レーザー光と回転レーザ装置１５１ｂから射出される扇状レーザ光とは、受光センサ装置１５４により受光したときに識別できるように、例えば、一方の扇状レーザ光は変調されているものとする。すなわち、受光センサ装置１５４により右回りの扇状レーザ光が受光されているのか、左回りの扇状レーザ光が受光されているのかを区別できるものとする。ここでは、左回りの扇状レーザ光に変調がかけられているものとする。

今、例えば、受光センサ装置１５４が第３象限に存在しているものとして、かつ、Ｑ１方向で両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂから射出される扇状レーザ光が一致した後、回転レーザ装置１５１ａから射出された右回り方向の扇状レーザ光が受光センサ装置１５４に受光されるまでに要する時間は、仮に基準方向Ｑ１で受光センサ装置１５４にトリガーがかけられ、時間の計測が可能であるとすると、２分のπに相当する時間よりも短い時間ｔ１である。

一方、回転レーザ装置１５１ｂから射出された左回り方向の扇状レーザ光が受光センサ装置１５４に受光されるまでに要する時間は２分の３πに相当する時間よりも長いが２πに相当する時間よりも短い時間ｔ２である。

従って、受光センサ装置１５４が第３象限にあるときには、基準方向Ｑ１を基準にして図１０に示すように、右回りの扇状レーザ光に基づく検出出力ＱＭ１’が０からπ／２までの間に得られ、これから少なくともπ時間以上経過後に、左回りの扇状レーザ光に基づく検出出力ＱＭ２’が得られる。ここでは、この検出出力ＱＭ２’は左回りの扇状レーザ光により得られたものであるという意味で破線で示されている。その検出出力ＱＭ１’が出力された時点から検出出力ＱＭ２’が出力されるまでの時間差ｔ３は、ｔ３＝ｔ２−ｔ１であり、この時間差ｔ３は、演算部１６６の計時回路にその検出出力ＱＭ１’が検出された時点でトリガーをかけ、検出出力ＱＭ２’が出力された時点で計時を終了することにより測定することができる。

今、受光センサ装置１５４が第３象限に存在するとき、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを中心としてかつ基準方向Ｑ１を計時基準にして測定したときの基準方向Ｑ１に対する受光センサ装置１５４の右回り方向の角度θ１は、時間差ｔ３、一周期Ｔを用いて、
θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、ｔ３はπに相当する時間よりも長い。また、正の値である。

図１１に示すように、受光センサ装置１５４が第２象限に存在するとき、右回りの扇状レーザ光が受光センサ装置１５４に受光されるのに要する時間ｔ１は２分のπに相当する時間よりも長いがπに相当する時間よりも短い時間である。左回りの扇状レーザ光が受光センサ装置１５４に受光されるのに要する時間ｔ２はπに相当する時間よりも長いが２分の３πに相当する時間よりも短い時間である。

従って、図１２に示すような、検出出力ＱＭ１’、ＱＭ２’が得られる。

受光センサ装置１５４がこの第２象限に存在するとき、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを中心としてかつ基準方向Ｑ１を基準にして右回りに測定したときの基準方向Ｑ１に対する受光センサ装置１５４の角度θ１は、図１１から明らかなように、
θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、ｔ３はπに相当する時間よりも短く、正の値である。

同様に、図１３に示すように、受光センサ装置１５４が第１象限に存在するときには、左回りの扇状レーザ光が受光センサ装置１５４に受光されるまでの時間ｔ２は、２分のπに相当する時間よりも長いがπに相当する時間よりも短い時間であり、右回りの扇状レーザ光が受光センサ装置１５４に受光されるまでの時間ｔ１は、πに相当する時間よりも長いが２分の３πに相当する時間よりも短い時間であり、この場合には、図１４に示すように、左回りの検出出出力ＱＭ２’が先に得られ、後から右回りの検出出力ＱＭ１’が得られる。

受光センサ装置１５４がこの第１象限に存在するとき、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを中心としてかつＱ１方向を基準にして右回りに測定したときのＱ１方向に対する受光センサ装置１５４の角度θ１は、図１３から明らかなように、
θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、ｔ３はπに相当する時間よりも短く、ｔ３は負の値である。

同様に、図面は省略するが、受光センサ装置１５４が第４象限に存在するとき、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを中心としてかつＱ１方向を基準にして右回りに測定したときのＱ１方向に対する受光センサ装置１５４の角度θ１は、
θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、ｔ３はπに相当する時間よりも大きく、ｔ３は負の値である。

一方、図１５に示すように、Ｑ２方向を計時基準として測定した場合、受光センサ装置１５４が第３象限に存在するときには、図１６に示すような検出出力ＱＭ１’、ＱＭ２’が得られ、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを中心として基準方向Ｑ１に対する受光センサ装置１５４の角度θ１は、時間差ｔ３、一周期Ｔを用いて、
θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、ｔ３はπに相当する時間よりも短く、負の値である。

同様に、受光センサ装置１５４が第２象限に存在するとき、
θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、ｔ３はπに相当する時間よりも長く、負の値である。

同様に、受光センサ装置１５４が第１象限に存在するとき、
θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、ｔ３はπに相当する時間よりも長く、正の値である。

同様に、受光センサ装置１５４が第４象限に存在するとき、
θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、ｔ３はπに相当する時間よりも短く、正の値である。

以上のことから式を整理すると、
基準方向Ｑ１を計時基準としたとき、受光センサ装置１５４の基準方向Ｑ１を基準にしてこれに対する右回り方向の角度θ１は、
一般的に、受光センサ装置１５４が第１象限から第４象限までのいずれの象限に存在するときでも、
θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、演算により求めた時間差ｔ３は正・負を含めた値である。

これに対して、Ｑ２方向を計時基準としたとき、受光センサ装置１５４の基準方向Ｑ１を基準にしてこれに対する右回り方向の角度θ１は、
一般的に、受光センサ装置１５４が第１象限から第４象限までのいずれの象限に存在するときでも、
θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、演算により求めた時間差ｔ３は正・負を含めた値である。

このように、Ｑ１方向を計時基準としたときと、Ｑ２方向とを計時基準としたときとで、演算に使用する式が異なることになると共に、時間差ｔ３の絶対値を含めた大小関係が基準方向Ｑ１を計時基準としたときとＱ２方向を計時基準としたときとで異なる。

すなわち、第３象限の場合には、時間差ｔ３の絶対値が周期πに相当する時間よりも長いときには、式θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）を用い、周期πに相当する時間よりも短いときには、式θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）を用いる。

また、第２象限の場合には、時間差ｔ３の絶対値が周期πに相当する時間よりも短いときには、式θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）を用い、周期πに相当する時間よりも長いときには、式θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）を用いる。

同様に、第１象限の場合には、時間差ｔ３の絶対値が周期πに相当する時間よりも短いときには、式θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）を用い、周期πに相当する時間よりも長いときには、式θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）を用いる。

更に、第４象限の場合には、時間差ｔ３の絶対値が周期πに相当する時間よりも長いときには、式θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）を用い、周期πに相当する時間よりも短いときには、式θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）を用いる。

演算部１６６にこのような判断と演算を行うプログラムを組み込み、測量作業者により受光センサ装置１５４が第１象限ないし第４象限のいずれに存在するかを入力キー１６２を用いて入力させることにより、受光センサ装置１５４の基準方向Ｑ１に対する角度θ１を求めることができる。

従って、図８に示すように、既知点Ｄ１（Ｘ１、Ｙ１）の基準方向Ｑ１に対する角度θ１、未知点Ｄ２（Ｘ２、Ｙ２）の基準方向Ｑ１に対する角度θ２を測定して、その角度差θ３＝θ２−θ１を求めることにより、未知点（Ｘ２、Ｙ２）のＸＹ座標位置を求めることができる。

すなわち、図１７に示すように、既知点Ｄ０から直交座標系のＸ軸に向かって垂線を引き、未知点Ｄ２を通りかつＸ軸に平行な直線がこの垂線と交わる点をＤ５とし、この垂線と点Ｄ０と点Ｄ２とが結ぶ直線の為す角度をθ４とする。

また、既知点Ｄ２を通りＸ軸に平行な直線がこの垂線と交わる点Ｄ６とすると、この垂線と点Ｄ０と点Ｄ２とを結ぶ直線の為す角度はθ３−θ４である。

このとき、下記の関係式が成り立つ。

Ｘ２＝Ｘ０−Ｌ２sinθ４ （６）
Ｙ２＝Ｙ０−Ｌ２cosθ４ （７）
Ｘ１＝Ｘ０＋Ｌ１sin（θ３−θ４） （８）
Ｙ１＝Ｙ０＋Ｌ１cos（θ３−θ４） （９）
式（８）、（９）からθ４を求め、この求めたθ４を式（６）、（７）に代入することにより、未知点Ｄ２のＸ方向の座標位置Ｘ２と未知点Ｄ２のＹ方向の座標位置Ｙ２とを求めることができる。

なお、高さ方向の位置の測定方法は、仰角β、俯角αを測定することにより求めることができるので、本発明によれば、未知点Ｄ２の三次元座標位置（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を測定することができる。

また、この座標測定システムによれば、角度差θ３が求まれば、未知点Ｄ２の座標位置（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を求めることができるので、基準方向Ｑ１を磁北に合わせて置く必要はない。

以下、一連の測定手順を図１８に示すフローチャートに従って説明する。

三脚台１２を図８に示す既知点Ｄ０（Ｘ０、Ｙ０）にセットする。そして、回転レーザ装置１５１ａのゼロ点位置を磁北Ｎに合わせ、回転レーザ装置１５１ｂのゼロ点位置をこの磁北Ｎと反対方向にセットする。これにより、基準方向Ｑ１、Ｑ２方向が定まる（Ｓ.１）。

ついで、受センサ装置１５４を既知点Ｄ１（Ｘ１、Ｙ１）にセットする。そして、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂから射出される扇状レーザ光を同方向に回転させる（Ｓ.２）。

次に、受光センサ装置１５４によりその扇状レーザ光を受光して、仰角β、俯角αを測定し、所定の演算を行うことにより、既知点Ｄ１の高さ方向の位置Ｚ１（Ｐ１）を求める。また、水平方向距離Ｌ１（Ｘ）を求める（Ｓ.３）。

ついで、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂのゼロ点位置が共に磁北Ｎを向くようにセットするために、回転レーザ装置１５１ｂを回転させてそのゼロ点位置を回転レーザ装置１５１ａのゼロ点位置に一致させる（Ｓ４）。

ついで、測量作業者は、受光センサ装置１５４が第１象限から第４象限のうちのいずれに存在するかを入力する（Ｓ.５）。

そして、受光センサ装置１５４により扇状レーザ光を受光して時間差ｔ３を計時し、基準方向Ｑ１からの角度θ１を求める（Ｓ.６）。

ついで、受センサ装置１５４を未知点Ｄ２（Ｘ２、Ｙ２）にセットする。一方、回転レーザ装置１５１ｂの０点位置をこの磁北Ｎと反対方向にセットする。これにより、基準方向Ｑ１、Ｑ２方向が定まる（Ｓ.７）。

そして、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂから射出される扇状レーザ光を同方向に回転させる（Ｓ.８）。

次に、受光センサ装置１５４によりその扇状レーザ光を受光して、仰角β、俯角αを測定し、所定の演算を行うことにより、未知点Ｄ２の高さ方向の位置Ｚ２（Ｐ１）を求める。また、水平方向距離Ｌ２（Ｘ）を求める（Ｓ.９）。

ついで、回転レーザ装置１５１ｂを回転させてそのゼロ点位置を回転レーザ装置１５１ａのゼロ点位置に一致させる（Ｓ１０）。

ついで、測量作業者は、受光センサ装置１５４が第１象限から第４象限のうちのいずれに存在するかを入力する（Ｓ.１１）。

そして、受光センサ装置１５４により扇状レーザ光を受光して時間差ｔ３を計時し、基準方向Ｑ１からの角度θ２を求める（Ｓ.１２）。

このようにして、求められた角度θ１、θ２から角度θ３を演算し、この角度θ３、既知点の座標（Ｘ０、Ｙ０）、（Ｘ１、Ｙ１）、距離Ｌ１、Ｌ２から、未知点の座標Ｘ２、Ｙ２を求める。

なお、未知点の高さ方向の座標Ｚ２は、測定により求まっているので、この発明の実施例によれば、結果として、未知点Ｄ２の三次元の座標位置（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を求めることができる。

なお、逆方向回転モードにても同方向回転モードと同様に距離と高さとを求めることができるが、上下のレーザ光を同時受光するポイントでは、同方向回転モードを必要とする。
（実施例２）
実施例１に係わる座標測定システムでは、受光レーザ装置１５４が何象限に存在しているかを測量作業者に入力させることにしたが、この実施例２に係わる座標測定システムでは、測量作業者に受光レーザ装置１５４が何象限に存在しているか否かを入力させることなく、受光レーザ装置１５４のＱ１方向を基準とする右回り方向の角度θ１を求めることができるようにしたものである。

すなわち、受光センサ装置１５４を図１９（ａ）に示す位置に置いたときには、受光センサ装置１５４から得られる検出信号ＱＭ１’、ＱＭ２’は図２０（ａ）に示すようなものとなる。受光センサ装置１５４を図１９（ｂ）に示す位置に置いたときには図２０（ｂ）に示すように検出信号ＱＭ１’、ＱＭ２’の信号関係が図１９（ａ）に受光センサ装置１５４を置いた場合と逆転する。

一方、受光センサ装置１５４を図１９（ｃ）に示す位置に置いたときには、受光センサ装置１５４から得られる検出信号ＱＭ１’、ＱＭ２’は図２０（ｃ）に示すようなものとなる。また、受光センサ装置１５４を図１９（ｄ）に示す位置に置いたときには、図２０（ｄ）に示すように検出信号ＱＭ１’、ＱＭ２’の信号関係が図１９（ｃ）に受光センサ装置１５４を置いた場合と逆転する。

検出信号の時間差ｔ３がπに相当する時間よりも小さい場合に着目すると、受光センサ装置１５４を第１象限に置いた場合と第４象限に置いた場合とでは、検出信号の現れ方が同じになる。また、受光センサ装置１５４を第３象限に置いた場合と第１象限に置いた場合にも検出信号の現れ方は同じになる。

すなわち、受光センサ装置１５４で検出される検出出力ＱＭ１’、ＱＭ２’の第１象限と第３象限との現れ方のパターンは同一、受光センサ装置１５４で検出される検出出力ＱＭ１’、ＱＭ２’の第２象限と第４象限との現れ方のパターンは同一である。

そこで、第１象限と第３象限との区別、第２象限と第４象限との区別を行うために、回転レーザ装置１５４の右回り方向の扇状レーザ光に０点位置を基準時してπ位置を超えた時点で２πまでの間、左回りの扇状レーザ光とは異なる変調を加える。

このように右回りの変調光にπ位置を超えた時点で変調を加えることにすると、図２１（ａ）〜（ｄ）に示す検出信号ＱＭ１’、ＱＭ２’が得られる。ここで、「×」印は検出信号ＱＭ１’に検出信号ＱＭ２’とは異なる変調が加えられていることを示している。

従って、異なる二つの変調信号である検出信号ＱＭ１’、ＱＭ２’が検出されたときには、第１象限又は第４象限にあるものと判断し、変調信号でない検出信号ＱＭ１’と変調信号である検出信号ＱＭ２’が検出されたとき（一方の検出信号が変調されていないとき）には、第２象限又は第４象限にあるものと判断する。

次に、検出信号ＱＭ１’と検出信号ＱＭ２’との検出時間差ｔ３がπに相当する時間を超えたか否かを判定する。検出時間差ｔ３がπに相当する時間を超えたときには、ここでは演算を行わないことにする。

検出時間差ｔ３がπに相当する時間以下の演算式を用いて基準方向Ｑ１から右回り方向の角度θ１を演算できるからである。もちろん、検出時間差ｔ３がπに相当する時間を超えたときに、検出時間差ｔ３がπに相当する時間以上の演算式のみを用いて基準方向Ｑ１から右回り方向の角度θ１を求めるようにしても良い。
（１）両検出信号が変調されており、左回りの扇状レーザ光が先に検出されかつ右回りの扇状レーザ光が後に検出されしかも検出時間差ｔ３がπに相当する時間よりも小さいとき。

第１象限に受光センサ装置１５４が存在するものとして、
θ１＝π＋（π×ｔ３／Ｔ）
（２）両検出信号が変調されており、右回りの扇状レーザ光が先に検出されかつ左回りの扇状レーザ光が後に検出されしかも検出時間差ｔ３がπに相当する時間よりも小さいとき。

第４象限に受光センサ装置１５４が存在するものとして、
θ１＝２π−（π×ｔ３／Ｔ）
（３）いずれか一方の検出信号が変調されており、左回りの扇状レーザ光が先に検出されかつ右回りの扇状レーザ光が後に検出されしかも検出時間差ｔ３がπに相当する時間よりも小さいとき。

第３象限に受光センサ装置１５４が存在するものとして、
θ１＝π×ｔ３／Ｔ
（４）いずれか一方の検出信号が変調されており、右回りの扇状レーザ光が先に検出されかつ左回りの扇状レーザ光が後に検出されしかも検出時間差ｔ３がπに相当する時間よりも小さいとき。

第２象限に受光センサ装置１５４が存在するものとして、
θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）
ただし、いずれの式においても、ｔ３＝ｔ２−ｔ１には絶対値を用いるものとする。また、ｔ３はＴ／２よりも小さい。

なお、Ｑ１方向、Ｑ２方向については、検出信号Ｑ１’、Ｑ２’のいずれが先に検出されたか判定できないことになるが、この場合には、受光センサ装置１５４を基準方向Ｑ１、Ｑ２から少しずらせば、検出信号Ｑ１’、Ｑ２’を求めることができるので、Ｑ１’方向であるのか、Ｑ２’方向であるのかの判定をすることができる。
（実施例３）
次に、実施例１、実施例２に係わる座標測定システムでは、一対の回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを上下方向に間隔を開けて逆方向に回転させることにより未知点に置かれた受光センサ装置１５４の三次元座標位置を検出することにしたが、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを左右方向に配設して回動軸を一致させて逆方向に回転させることにより未知点に置かれた受光センサ装置１５４の三次元座標位置を検出する構成としたものである。

以下、図２２〜図３０を参照しつつこの実施例３に係わる座標測定システムを説明する。

図２２において、１７０は建物の室内の床面、１７１、１７２は立ち壁をそれぞれ示す。床面１７０には墨出し線１７３、１７４が互いに直交するようにして描かれており、符号１７５はその交点を示している。その墨出し線１７３、１７４の一方は立ち壁１７１、１７２の一方と平行に描かれている。ここでは、立ち壁１７２には窓用開口１７６が形成され、この窓用開口１７６には受光センサ装置１５４が設けられる。

回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂは、図２３に示すようにその回転中心Ｏ１、Ｏ２が合致されて、かつ、互いに反対向きとされて連結棒１７７により連結されている。この回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂは図２３、図２４に示すように脚部１７８を有し、床面１７０に設置される。その回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの回転中心Ｏ１、Ｏ２の左右方向間隔Ｌ’は既知のものとする。

回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３の床面１７０に対する位置関係は、図２５に示すものとなる。この回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂは床面１７０に対する未知点の受光センサ装置１５４のＸ方向位置、Ｙ方向位置、高さ方向位置Ｚを求めるのに用いられる。

この回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂは、互いに逆方向に回転され、図２４に示すように、床面１７０による扇状レーザー光１５２ａ、１５２ｂ、１５３の反射を避けるため、回転レーザ装置１５１ａについては約０度方向（基準方向Ｑ１の若干手前）から約π方向（その約１８０度反対方向を若干超えたところ）までの半周の間オンされ、回転レーザ装置１５１ｂについては約πから約２πまでの半周の間オンされる。その図２４において、実線Ｊ１は回転レーザ装置１５１ａの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３の回転方向を示し、破線Ｊ１’は回転レーザ装置１５１ｂの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３の回転方向を示す。

このものによれば、受光センサ装置１５４が、例えば、図２６に示すように第１象限Ｉ
に存在するとき、図２７に示すように、基準方向Ｑ１を基準にして０からπ／２までの間に左回りの扇状レーザ光に基づく検出出力ＱＭ１”が得られ、これから少なくともπ時間以上経過後に、右回りの扇状レーザ光に基づく検出出力ＱＭ２”が得られる。ここでは、検出出力ＱＭ２”は右回りの扇状レーザ光により得られたものであるという意味で破線で示されている。

その検出出力ＱＭ１”が得られた時点から検出出力ＱＭ２”が得られる時点までの時間差ｔ３は、ｔ３＝ｔ２−ｔ１であり、この時間差ｔ３は既述したように、演算部１６６の計時回路にその検出出力ＱＭ１”が検出された時点でトリガーをかけ、検出出力ＱＭ２”が出力された時点で計時を終了することにより測定することができる。

今、受光センサ装置１５４が第１象限Ｉに存在するとき、回転レーザ１５１ｂを中心と
してかつ基準方向Ｑ１を計時基準にして測定したときの基準方向Ｑ１に対する受光センサ装置１５４の左回り方向の角度θ１は、時間差ｔ３、一周期Ｔを用いて、
θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）
また、図２８に示すように、受光センサ装置１５４が第２象限IIに存在するとき、左回
りの扇状レーザ光が受光センサ装置１５４に受光されるのに要する時間ｔ１はπ／２に相当する時間よりも長いがπに相当する時間よりも短い時間である。右回りの扇状レーザ光が受光センサ装置１５４に受光されるのに要する時間ｔ２はπに相当する時間よりも長いが３π／２に相当する時間よりも短い時間である。

従って、図２９に示すような検出出力ＱＭ１”、ＱＭ２”が得られる。受光センサ装置１５４がこの第２象限IIに存在するとき、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを中心とし
てかつ基準方向Ｑ１を基準にして左回りに測定したときの基準方向Ｑ１に対する受光センサ装置１５４の角度θ１も、
θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）
第３象限III、第４象限IVでは、検出出力ＱＭ１”、ＱＭ２”は得られない。というのは、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３の駆動が停止されているからである。

従って、演算部１６６は上記の公式θ１＝π−（π×ｔ３／Ｔ）を用いて角度θ１を求めることができる。この角度θ１は仰角βに相当する。

受光センサ装置１５４の水平座標位置（平面座標位置）Ｘ、Ｙは以下のようにして求める。また、墨出し線１７３、１７４の交点１７５の平面座標位置（Ｘｍ、Ｙｍ）が既知であれば、高さＺを演算により求めることができる。

以下、これを説明する。

ここでは、この平面座標位置（Ｘｍ、Ｙｍ）は例えば室内空間の角隅Ｏ’を基準位置にしたものとする。また、同方向回転モードで回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを同期回転させる。

図３０に示すように、右方向傾斜角α’は、垂直基準線１８’から受光部１５６の中心までの距離をＢ１”として、
tan α’＝Ｂ１”／Ｙ …（１０）
また、左方向傾斜角β’は、
tan β’＝（Ｌ’−Ｂ１”）／Ｙ …（１１）
この（１０）式、（１１）式から水平方向距離Ｙを消去すると、
tan β’＝｛（Ｌ’−Ｂ１”）・tan α’｝／Ｂ”…（１２）
従って、（１２）式を用いて左右方向間隔Ｌ’、右方向傾斜角α’、左方向傾斜角β’から距離Ｂ１”を求めることができ、距離Ｂ１”が求まると、
受光センサ装置１５４のＸ方向位置は、下記の（１３）式により求まる。
Ｘ＝Ｘ１＋Ｂ１” …（１３）
また、水平方向距離Ｙは、（１０）式を変形して得られた下記の（１４）式により求まる。
Ｙ＝Ｂ１”／tan α’ …（１４）
更に、高さＺは、下記の（１５）式により求まる。
Ｚ＝Ｙ・tan θ１ …（１５）
このように、この実施例３によれば、室内等の狭い空間でも支障なく未知点の三次元座標位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を測定できる。

この実施例３では角隅Ｏ’を基準座標位置（０、０、０）として、演算部１６６により三次元座標位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求めることにしたが、墨出し線１７３、１７４の交点１７５を基準座標位置（０、０、０）として、演算部１６６により三次元座標位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求めることもできる。

また、この実施例３では、墨出し線１７３、１７４の一方を立ち壁１７１、１７２と平行に描く構成としたがこれに限られるものではなく、立ち壁１７１、１７２と交差する方向に墨出し線１７３、１７４を描いて、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの回転中心Ｏ１、Ｏ２を墨出し線１７３、１７４の一方に合致させることにすれば、その交点１７５を基準座標位置（０、０、０）として、演算部１６６により三次元座標位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求めることができる。
（変形例１）
図３１（ａ）、図３１（ｂ）に示すように、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを摺動レール１７９に載置すると共に、その回転中心Ｏ１、Ｏ２を一致させた状態で、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを摺動レール１７９に沿ってスライドさせることにより、左右方向間隔Ｌ’を適宜変更する構成とすることもできる。

このように構成すると、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂから受光センサ装置１５４までの距離の遠近に応じて柔軟に対応できる。すなわち、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂから受光センサ装置１５４までの距離が遠いときには、左右方向間隔Ｌ’を距離が近い場合よりも大きく開けて、測定精度の向上を図ることができる。

また、図３２（ａ）、図３２（ｂ）に示すように、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを載置台１８０に載置し、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの下部と載置台１８０との間には整準ネジ１８１を設け、回転レーザ装置１５１ａの上部には軸心合わせ用の半導体レーザ１８２を設ける一方、回転レーザ装置１５１ｂの上部には一対の透明照準板１８３、１８４を軸方向に間隔を開けて設ける構成とすることもできる。その透明照準板１８３、１８４には十字線１８５、１８６が図３３に示すように刻設され、回転レーザ装置１５１ａの整準ネジ１８１、回転レーザ装置１５１ｂの整準ネジ１８１を調整して、図３３に示すように、十字線１８５、１８６の交点１８５ａ、１８６ａに半導体レーザ１８２のレーザ光ｌｐが当たっているか否かを肉眼観察することにより、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの回転中心の位置合わせを行う構成とすることもできる。

このように回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを構成すると、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの設置の自由度が増大する。
（変形例２）
図３４は、回転レーザ装置１５１ｂの上部に透明照準板１８３、１８４を設ける代わりに、回転レーザ装置１５１ｂの上部にハーフミラー１８７、受光センサ１８８、１８９を設け、肉眼観察する代わりに自動的に回転中心Ｏ１、Ｏ２の一致・不一致を検出する構成としたものであり、ハーフミラー１８７から受光センサ１８８とハーフミラー１８７から受光センサ１８９までの距離が異ならされている。この受光センサ１８８、１８９の受光出力は図示を略す演算部に入力され、この演算部は、例えば回転中心Ｏ１、Ｏ２の一致度が粗許容値内に入ったときに小さなブザー音が発せられるようにブザー（図示を略す）を制御し、精密許容値内に入ったときに大きなブザー音が発せられるようにブザー（図示を略す）を制御する。

このようにハーフミラー１８７から受光センサ１８８とハーフミラー１８７から受光センサ１８９までの距離を異ならせることにしたのは、等距離に設定すると回転中心Ｏ１、Ｏ２が不一致であるにも拘わらず、一致していると誤検出することがあるからである。

この構成によれば、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの回転中心Ｏ１、Ｏ２の一致・不一致を自動的に確認できる。

本発明に係る座標測定システムを用いて高さを測定するための説明図である。 本発明に係る座標測定システムの角度測定の原理を説明するための説明図である。 図３（i）、図３（ii）、図３（iii）はそれぞれ図２の平面図、正面図及び側面図である。 本発明に係る座標測定システムに用いる回転レーザ装置の内部構成を示す断面図である。 図４に示す回転レーザ装置の光学系を示す図である。 図１に示す受光センサ装置の構成を示す図である。 図４に示す回転レーザ装置から出力された扇状レーザ光の検出出力を示す図である。 本発明に係る回転レーザ装置を既知点にセットした状態を示す説明図である。 本発明に係わる受光センサ装置を第３象限に置いた場合であって基準方向Ｑ１に対する扇状レーザ光の回転方向との関係を示す図である。 図９に示す受光センサ装置の検出出力を説明するための図である。 本発明に係わる受光センサ装置を第２象限に置いた場合であって基準方向Ｑ１に対する扇状レーザ光の回転方向との関係を示す図である。 図１１に示す受光センサ装置の検出出力を説明するための図である。 本発明に係わる受光センサ装置を第１象限に置いた場合であって基準方向Ｑ１に対する扇状レーザ光の回転方向との関係を示す図である。 図１３に示す受光センサ装置の検出出力を説明するための図である。 本発明に係わる受光センサ装置を第３象限に置いた場合であってＱ２方向に対する扇状レーザ光の回転方向との関係を示す図である。 図１５に示す受光センサ装置の検出出力を説明するための図である。 本発明の座標測定システムを用いて未知点の座標を求めるための原理を説明するための図である。 本発明に係わる座標測定システムによる測量手順を説明するためのフローチャートである。 本発明に係わる座標測定システムに用いる受光センサ装置の存在位置を示す説明図であって、（ａ）は受光センサ装置を第１象限に置いた状態を示し、（ｂ）は受光センサ装置を第２象限に置いた状態を示し、（ｃ）は受光センサ装置を第３象限に置いた状態を示し、（ｄ）は受光センサ装置を第４象限に置いた状態を示す。 本発明に係わる座標測定システムに用いる受光センサ装置を各象限に置いたときの検出信号の出力状態を示し、（ａ）は第１象限に受光センサ装置を置いたときの検出信号の出力を示し、（ｂ）は第２象限に受光センサ装置を置いたときの検出信号の出力を示し、（ｃ）は第３象限に受光センサ装置を置いたときの検出信号の出力を示し、（ｄ）は第４象限に受光センサ装置を置いたときの検出信号の出力を示す。 本発明に係わる座標測定システムに用いる受光センサ装置を各象限に置いたときであってπ位置から２π位置までの間に両信号に変調信号を加えたときの検出信号の出力状態を示し、（ａ）は第１象限に受光センサ装置を置いたときの検出信号の出力を示し、（ｂ）は第２象限に受光センサ装置を置いたときの検出信号の出力を示し、（ｃ）は第３象限に受光センサ装置を置いたときの検出信号の出力を示し、（ｄ）は第４象限に受光センサ装置を置いたときの検出信号の出力を示す。 本発明の実施例３に係わる座標測定システムの回転レーザ装置の配設状態を示す斜視図である。 図２２に示す回転レーザ装置の連結状態を示す側面図である。 図２３に示す回転レーザ装置の扇形状レーザビームの旋回方向を説明するための図である。 図２４に示す扇形状レーザビームの投光関係を示す説明図である。 第１象限に存在する受光センサ装置の基準方向からの角度を求めるための説明図である。 第１象限に存在する受光センサ装置の検出出力を説明するための図である。 第２象限に存在する受光センサ装置の基準方向からの角度を求めるための説明図である。 第２象限に存在する受光センサ装置の検出出力を説明するための図である。 本発明に係わる座標測定システムを用いて受光センサの座標位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求めるための説明図である。 実施例３に係わる座標測定システムの変形例１の説明図であって、（ａ）は回転レーザ装置の側面図、（ｂ）は（ａ）に示す回転レーザ装置の正面図である。 実施例３係わる座標測定システムの変形例２の説明図であって、（ａ）は回転レーザ装置の側面図、（ｂ）は（ａ）に示す回転レーザ装置の正面図である。 図３２の回転レーザ装置に設けられた透明照準板を説明するための斜視図である。 図３２の回転レーザ装置に受光センサを設けた例を説明するための平面図である。

符号の説明

１５１ａ、１５１ｂ…回転レーザ装置
１５４…受光センサ装置
Ｃ…回動軸
Ｄ２…未知点
Ｘ…水平方向距離
β…仰角
α…俯角

Claims (9)

1. 回動軸が一致されて互いに逆方向に回転される一対の回転レーザ装置が上下方向に間隔を開けて設けられ、前記各回転レーザ装置は、水平面に対して傾斜する扇状面を形成する扇状レーザ光と該扇状レーザ光を間に挟んで互いに平行な扇状面を形成する扇状レーザ光とを受光センサ装置に向けて射出する発光部を備え、前記受光センサ装置は、下側に存在する回転レーザ装置から射出された扇状レーザ光と上側に存在する回転レーザ装置から射出された扇状レーザ光とを受光することにより水平面に対する傾斜角をそれぞれ求め、両傾斜角に基づき該受光センサ装置の高さと前記回転レーザ装置から前記受光センサ装置までの水平方向距離とを求める演算部を有し、該演算部は、更に、互いに逆方向に回転する扇状レーザ光が未知点に置かれた前記受光センサ装置に受光される時間差に基づき基準方向からの回転角度を測定すると共に、該回転角度と少なくとも二つの既知点の座標とに基づき前記未知点の座標を演算することを特徴とする座標測定システム。
2. 前記受光レーザ装置には第１象限から第４象限のいずれに存在しているかを入力する入力キーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の座標測定システム。
3. 前記扇状レーザ光のうちの一方が変調されていることを特徴とする請求項１に記載の座標測定システム。
4. 前記扇状レーザ光のうちの一方が一周期の半分の期間に変調され、前記扇状レーザ光のうちの他方が一周期に渡って変調されていることを特徴とする請求項１に記載の座標測定システム。
5. 回動軸が一致されて互いに逆方向に回転される一対の回転レーザ装置が左右方向に間隔を開けて少なくとも一方の回転レーザ装置が基準点に設けられ、前記各回転レーザ装置は、前記回転に直交する垂直面に対して傾斜する扇状面を形成する扇状レーザ光と該扇状レーザ光を間に挟んで互いに平行な扇状面を形成する扇状レーザ光とを受光センサ装置に向けて射出する発光部を備え、前記受光センサ装置は、左右方向一方側に存在する回転レーザ装置から射出された扇状レーザ光と左右方向他方側に存在する回転レーザ光とを受光することにより垂直面に対するそれぞれの傾き角と水平からの回転角を求め、基準点に対する前記受光センサ装置の位置を求める演算部を有することを特徴とする座標測定システム。
6. 前記各回転レーザ装置は前記扇状レーザ光を約半周の間出射するように制御されることを特徴とする請求項５に記載の座標測定システム。
7. 前記各回転レーザ装置が水平方向に延びる連結体によって連結されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の座標測定システム。
8. 前記各回転レーザ装置の間隔調整を可能にするために該各回転レーザ装置が水平方向に延びるレール上に摺動可能に載置されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の座標測定システム。
9. 一対の回転レーザ装置の一方に照準用レーザ光を出射する半導体レーザを設け、一対の回転レーザ装置の他方に両レーザ装置の回転軸心を一致させるための照準手段を設けたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の座標測定システム。

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