JP2009109210A - レーザ測量システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で測定対象物の３次元データを測定可能なレーザ測量システムを提供する。
【解決手段】上下に広がりを有し、少なくとも１つが傾斜している２以上のレーザ光線からなる扇状レーザ光線５を照射して基準面を形成する基準面形成部と、測距光６を照射し測距を行う測距部と、扇状レーザ光線と、測距光とを水平方向に回転照射する回動部と、回動部の水平角を検出する水平角検出部と、反射扇状レーザ光線５′及び反射測距光６′を受光する受光部と、記憶部と、基準面形成部、測距部、回動部を制御する制御演算部とを具備する回転レーザ装置と、扇状レーザ光線、測距光を回転レーザ装置に向けて反射する対象反射体とを具備し、制御演算部は２以上のレーザ光線の受光時間差から対象反射体の高低角を測定し、水平角検出部で反射扇状レーザ光線、反射測距光の少なくとも一方より測定対象物の水平角を測定し、測距部より測定対象物の測距を行う様構成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ光線を回転照射し、測定対象物についての測定を行うレーザ測量システムに関するものである。

レーザ測量システムとして、測距光を照射して距離測定を行うと共に、少なくとも１つが傾斜した複数の扇状レーザ光線を回転照射して水平角、高低角を検出し、３次元データを測定するものがある。

斯かるレーザ測量システムは、測定装置と受光装置とを具備している。前記測定装置は、測距光、及び扇状レーザ光線を回転照射し、測定対象物からの測距反射光を受光して測定対象物迄の距離を測定し、又受光した時点での水平角を求め、測定結果を受光装置に送信する。

前記受光装置は、複数の扇状レーザ光線を受光し、各扇状レーザ光線を受光した際の受光時間差と、扇状レーザ光線の傾斜角とに基づき前記受光装置の受光位置での高低角を求め、求めた高低角と前記測定装置から送信された測定結果に基づき、水平角を取得し、又測距結果と高低角で高さを演算することで、受光装置についての３次元データを取得していた。

或は、受光装置から高低角を前記測定装置に送信して、該測定装置に於いて受光装置の３次元データを演算していた。

尚、上記レーザ測量システムについては、特許文献１に示されるものがある。

上記したレーザ測量システムでは、測定対象物として扇状レーザ光線を検出する受光部、受光結果に基づき高低角を演算する演算部を具備した受光装置が必要であり、又測定装置と受光装置双方に演算結果等を送受信する為の通信手段を必要とする。

この為、システムの構成が複雑になり、又高価なものとなる。

又、Ｎ字状の扇状レーザ光線を回転照射すると共に測距光を回転照射し、測定対象物からの反射光を受光して測定対象物迄の距離を測定する測定装置について、該測定装置は特許文献１に開示されている。該測定装置では、前記測距光が回転照射されることで、複数の測定対象物についての距離測定も同時に行うことができる。従って、測定された仰角と測定された距離とで測定対象物、即ち前記測定対象物について高さ方向の位置が測定できる。

特開２００６−３３７３０２号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構成で、測定対象物についての３次元データを測定可能なレーザ測量システムを提供しようとするものである。

本発明は、上下に広がりを有し、少なくとも１つが傾斜している２以上のレーザ光線から構成される扇状レーザ光線を照射して基準面を形成する基準面形成部と、測距光を照射し、測距を行う測距部と、前記扇状レーザ光線と、前記測距光とを水平方向に回転照射する回動部と、該回動部の水平角を検出する水平角検出部と、反射扇状レーザ光線及び反射測距光を受光する受光部と、記憶部と、前記基準面形成部、前記測距部、前記回動部を制御する制御演算部とを具備する回転レーザ装置と、前記扇状レーザ光線、前記測距光を前記回転レーザ装置に向けて反射する対象反射体とを具備し、前記制御演算部は前記２以上のレーザ光線の受光時間差から前記対象反射体の高低角を測定し、前記反射扇状レーザ光線、前記反射測距光の少なくとも一方を受光した時の前記水平角検出部の検出結果に基づき測定対象物の水平角を測定し、前記測距部より測定対象物の測距を行う様構成したレーザ測量システムに係り、又前記制御演算部は、前記回動部を定速回転制御し、前記受光部からの受光信号が２以上の受光信号で構成されていること、前記２以上のレーザ光線の受光信号が所定時間内に受光されたかで前記対象反射体についての受光信号か、該対象反射体以外の不要反射体についての受光信号かを判断するレーザ測量システムに係り、又前記受光部からの信号を処理する信号処理部を更に具備し、前記制御演算部は、所定時間内に受光された前記２以上のレーザ光線の受光信号が複数組ある場合に、前記信号処理部による受光信号についてのゲインを減少させ、不要反射体からの受光信号を排除するレーザ測量システムに係り、又前記受光部からの信号を処理する信号処理部を更に具備し、前記制御演算部は、前記受光部から受光信号が得られなかった場合は、前記信号処理部による受光信号についてのゲインを増大させるレーザ測量システムに係り、又表示部を更に有し、前記制御演算部は、前記受光部からの信号を処理する信号処理部を更に具備し、前記制御演算部は、所定時間内に受光された前記２以上のレーザ光線の受光信号が複数組ある場合に、測定を中止すると共に複数組の受光信号についての水平角を前記表示部に表示するレーザ測量システムに係り、又前記制御演算部は、基準クロック信号を作成し、該基準クロック信号と前記水平角検出部からの角度信号との対応付けを行い、前記反射測距光を受光した時の時間を求めると共に求めた測距距離から測距光の測定対象物を往復する往復時間を演算し、該往復時間と前記受光した時の時間と、前記基準クロック信号と前記角度信号との対応付けから測定対象物の水平角を演算するレーザ測量システムに係り、又射出される扇状レーザ光線、測距光の少なくとも、前記扇状レーザ光線を変調させ、該変調を検出して、受光する反射光を識別するレーザ測量システムに係り、又前記受光部は反射測距光を受光する第１受光部と反射扇状レーザ光線を受光する第２受光部とから構成されるレーザ測量システムに係り、更に又前記第１受光部と前記第２受光部が共通の受光部により構成されるレーザ測量システムに係るものである。

本発明によれば、上下に広がりを有し、少なくとも１つが傾斜している２以上のレーザ光線から構成される扇状レーザ光線を照射して基準面を形成する基準面形成部と、測距光を照射し、測距を行う測距部と、前記扇状レーザ光線と、前記測距光とを水平方向に回転照射する回動部と、該回動部の水平角を検出する水平角検出部と、反射扇状レーザ光線及び反射測距光を受光する受光部と、記憶部と、前記基準面形成部、前記測距部、前記回動部を制御する制御演算部とを具備する回転レーザ装置と、前記扇状レーザ光線、前記測距光を前記回転レーザ装置に向けて反射する対象反射体とを具備し、前記制御演算部は前記２以上のレーザ光線の受光時間差から前記対象反射体の高低角を測定し、前記反射扇状レーザ光線、前記反射測距光の少なくとも一方を受光した時の前記水平角検出部の検出結果に基づき測定対象物の水平角を測定し、前記測距部より測定対象物の測距を行う様構成したので、回転レーザ装置のみで測定対象物についての測距、水平角の測定、高低角の測定が実施でき、測定対象物について３次元データを容易に取得することができる。

又本発明によれば、前記制御演算部は、前記回動部を定速回転制御し、前記受光部からの受光信号が２以上の受光信号で構成されていること、前記２以上のレーザ光線の受光信号が所定時間内に受光されたかで前記対象反射体についての受光信号か、該対象反射体以外の不要反射体についての受光信号かを判断するので、不要反射体からの反射を受光した場合でも、対象反射体からの受光信号を認識して測定を実施することが可能となる。

又本発明によれば、前記受光部からの信号を処理する信号処理部を更に具備し、前記制御演算部は、所定時間内に受光された前記２以上のレーザ光線の受光信号が複数組ある場合に、前記信号処理部による受光信号についてのゲインを減少させ、不要反射体からの受光信号を排除するので、不要反射体からの反射を受光した場合でも、対象反射体からの受光信号を認識して測定を実施することが可能となる。

又本発明によれば、前記受光部からの信号を処理する信号処理部を更に具備し、前記制御演算部は、前記受光部から受光信号が得られなかった場合は、前記信号処理部による受光信号についてのゲインを増大させるので、測定対象物からの反射光の光量が少なかった場合も、反射光の受光を可能とし、対象反射体からの受光信号を認識して測定を実施することが可能となる。

又本発明によれば、表示部を更に有し、前記制御演算部は、前記受光部からの信号を処理する信号処理部を更に具備し、前記制御演算部は、所定時間内に受光された前記２以上のレーザ光線の受光信号が複数組ある場合に、測定を中止すると共に複数組の受光信号についての水平角を前記表示部に表示するので、無用な測定の続行が抑止でき、又作業者が測定中止の状況を容易に判断できる。

又本発明によれば、前記制御演算部は、基準クロック信号を作成し、該基準クロック信号と前記水平角検出部からの角度信号との対応付けを行い、前記反射測距光を受光した時の時間を求めると共に求めた測距距離から測距光の測定対象物を往復する往復時間を演算し、該往復時間と前記受光した時の時間と、前記基準クロック信号と前記角度信号との対応付けから測定対象物の水平角を演算するので、測定対象物迄の距離が長く、回動部の回転による誤差の影響が無視できない場合も、正確な水平角の測定が可能となる。

更に又本発明によれば、射出される扇状レーザ光線、測距光の少なくとも、前記扇状レーザ光線を変調させ、該変調を検出して、受光する反射光を識別するので、複数台の回転レーザ装置が使用される作業環境でも、誤動作、誤測定が防止できるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて本発明の概略構成について説明する。

レーザ測量システムは測定装置としての回転レーザ装置１及び測定対象物２を具備しており、前記回転レーザ装置１は、連続した走査光である複数の扇状レーザ光線、好ましくは３本で端の２本が水平面に対して垂直であり、中央の１本が所定角度で傾斜しているＮ状に組合された扇状レーザ光線５を回転照射し、又パルス光である測距光６を回転照射する。

前記測定対象物２は、作業者により手持ち可能なロッド８と、該ロッド８に設けられた反射鏡としての複数のコーナキューブ９で構成され、前記ロッド８の下端は尖端となっており、既知点等に正確に設置可能な形状となっている。

前記回転レーザ装置１は、基準面形成部３と測距部４とを具備し、既知点に設置される。前記基準面形成部３は回動部１０を介して連続光である扇状レーザ光線５を定速で回転照射し、前記測距部４は測距光照射部４ａから前記測距光６を射出し、前記測距光６は前記回動部１０を介して回転照射可能である。尚、前記基準面形成部３と前記測距部４の回動部は、１つの回動部１０を共用としてもよく、それぞれ独立して駆動される回動部１０，１０を有し、前記扇状レーザ光線５、前記測距光６を別々に回転照射してもよい。

尚、前記扇状レーザ光線５と前記測距光６とは回転方向（水平方向）に所定の角度差を持って回転照射され、先ず、前記扇状レーザ光線５が前記測距光６に対して先行して回転照射される様になっている。

前記基準面形成部３は、前記扇状レーザ光線５を定速で回転照射して水平基準面７（図２参照）を形成する。尚、該水平基準面７は前記扇状レーザ光線５の光束断面の中心が形成する水平面とする。

図２に示される様に、前記扇状レーザ光線５は、上記した様に上下に広がりを持つ２以上の扇状レーザ光線（図示では３の扇状レーザ光線）から成り、中央の１つが水平面に対し既知の角度θで傾斜し、両端の２つはそれぞれ水平面に対して垂直となっている。前記扇状レーザ光線５が、上下に広がりを持つことで、前記測定対象物２は容易に、且つ広範囲な上下位置で扇状レーザ光線５を反射することが可能となる。

前記扇状レーザ光線５は、図３に示される様に、３の扇状レーザ光線で構成され光束断面がＮ字状となっている。尚、図３中、９はコーナキューブである。前記回転レーザ装置１は第２受光部（後述）を有し、受光面は点、又は面積の小さい点状となっている。

尚、図１では、前記扇状レーザ光線５と、前記測距光６とを上下で照射しているが、前記扇状レーザ光線５の照射方向と前記測距光６の照射方向との間に所定の水平角を定めて、前記扇状レーザ光線５、前記測距光６を同一平面上に照射する様にしてもよい。

図２、図３に示される様に、前記扇状レーザ光線５を回転照射し、該扇状レーザ光線５は３本の扇状レーザ光線５ａ，５ｂ，５ｃから構成され、前記測定対象物２を前記扇状レーザ光線５、即ち扇状レーザ光線５ａ，５ｂ，５ｃが通過することで、前記コーナキューブ９からそれぞれ前記扇状レーザ光線５ａ，５ｂ，５ｃが反射され、前記第２受光部１１が反射扇状レーザ光線５ａ′，５ｂ′，５ｃ′を受光し、各反射扇状レーザ光線５ａ′，５ｂ′，５ｃ′を前記第２受光部１１により受光した時に時間的なズレを生じる。この受光時の時間差を求めることで、該時間差と前記傾斜した扇状レーザ光線５ｃの傾斜角θより前記水平基準面７に対する仰角を求めることができる。

尚、前記反射扇状レーザ光線５ａ′と反射扇状レーザ光線５ｂ′とを受光した時間差が基準Ｓとなり、該基準Ｓと反射扇状レーザ光線５ａ′、反射扇状レーザ光線５ｃ′間の時間差との比、前記基準Ｓと反射扇状レーザ光線５ｃ′、反射扇状レーザ光線５ｂ′間の時間差との比が求められ、この比と前記傾斜角θとに基づき高低角が演算される。

前記基準Ｓを基準とすることで、前記扇状レーザ光線５を回転照射する場合に速度変動があった場合でも精度の高い高低角の測定が可能となる。

前記第２受光部１１が前記反射扇状レーザ光線５ａ′，５ｂ′，５ｃ′を検出し、検出した時点での水平角から、前記測定対象物２の位置（水平角）が分り、該測定対象物２の方向に測距光を照射し、反射測距光を受光することで、前記測定対象物２迄の距離Ｄが測定でき、更に距離Ｄと前記高低角とを基に前記測定対象物２の高さが演算できる。

而して、前記測定対象物２の方向、距離、高さを測定することで、前記測定対象物２に対する３次元データを取得できる。

次に、図４を参照して前記回転レーザ装置１の概略構成について説明する。

該回転レーザ装置１は、主に前記基準面形成部３、前記測距部４、前記回動部１０、前記第２受光部１１、制御演算部１２、記憶部１３、操作部１４、表示部１５を具備している。

前記基準面形成部３は前記制御演算部１２からの指令により基準面形成駆動部１６を介して前記扇状レーザ光線５の発光が制御され、前記コーナキューブ９からの反射扇状レーザ光線５′は、前記第２受光部１１で受光され、前記基準面形成部３から発せられた受光信号は、信号処理部１７に於いて、増幅、Ａ／Ｄ変換等所要の処理がなされて前記制御演算部１２に送出される。又、該制御演算部１２は前記信号処理部１７からの信号に基づき、増幅の適正なゲインを前記信号処理部１７に設定する。尚、前記制御演算部１２は、信号処理の同期用のクロック発生器２０（後述）を具備している。

前記測距部４は、前記制御演算部１２からの指令により、測距駆動部１８を介して前記測距光６の発光が制御される。前記測距光照射部４ａからの前記測距光６の照射が制御され、又反射測距光が第１受光部４ｂによって受光され、測定が実行される。

前記回動部１０は前記制御演算部１２からの指令により、回動駆動部１９を介して制御され、定速の回転制御がなされる。又、前記回動部１０の回転角（水平角）は、水平角検出部２１により検出され、検出結果は前記制御演算部１２に送出される。

前記記憶部１３には、前記回転レーザ装置１を駆動し、前記回動部１０を回転させる等、測距に必要な作動をさせる為のシーケンスプログラム、前記第２受光部１１からの信号が適正であるかどうかを判断し、設定するゲインの値を演算する受光ゲイン設定プログラム、前記第２受光部１１からの信号を基に高低角を演算する為の高低角演算プログラム、前記第２受光部１１からの信号を基に、受光信号が前記コーナキューブ９からの反射光か、或は他の物体からの反射光かを分別する為の反射光分別プログラム等の各種プログラムが格納されている。

前記操作部１４から、前記回転レーザ装置１を動作させる指令を入力し、或は測定条件等を設定する。又、前記表示部１５には、測定条件、測定状態、測定結果、或は警告、エラー表示等が表示される。尚、個別の表示機能を持つ外部表示装置へ情報伝達する通信等を行い、外部表示装置に表示してもよい。

次に、図５を参照して作動を説明する。

尚、測定は１つの前記測定対象物２に対して実施されたと仮定する。

ＳＴＥＰ：０１ 前記操作部１４より前記制御演算部１２に測定開始の指令を与え、前記回転レーザ装置１の測定を開始すると、前記基準面形成駆動部１６を介して前記基準面形成部３から前記扇状レーザ光線５が照射され、又前記回動駆動部１９により前記回動部１０が定速回転駆動される。

前記扇状レーザ光線５が１回転する間に、該扇状レーザ光線５が前記コーナキューブ９を通過し、前記扇状レーザ光線５は前記コーナキューブ９で反射され、該コーナキューブ９からの反射扇状レーザ光線５′、即ち反射扇状レーザ光線５ａ′，５ｂ′，５ｃ′が前記回転レーザ装置１に入射し、前記第２受光部１１で受光され、受光信号が前記信号処理部１７に入力される。

該信号処理部１７では、初期設定されたゲインで増幅され、又Ａ／Ｄ変換される等の信号処理がなされ、受光信号として前記制御演算部１２に送出される。

ＳＴＥＰ：０２ 前記制御演算部１２は、前記信号処理部１７からの受光信号について、前記コーナキューブ９からの反射光であるか、或は不要反射体からの反射光であるかを判断する。

適正な反射光であると、前記反射扇状レーザ光線５ａ′，５ｂ′，５ｃ′を受光することで、前記第２受光部１１から、即ち前記信号処理部１７から３つの受光信号が出力される。又、前記反射扇状レーザ光線５ａ′と前記反射扇状レーザ光線５ｂ′との時間間隔αは、前記回動部１０の回転角速度から一義的に決定され、前記時間間隔αが回転誤差Δαを考慮した、α−Δα≦時間間隔α≦α＋Δαとなる。

従って、１組の信号で３つの受光信号が得られたかどうか、更に最初の受光信号と最後の受光信号との間の時間間隔αが、α−Δα≦時間間隔α≦α＋Δαであるかどうかが判断される。

ＳＴＥＰ：０３、ＳＴＥＰ：０４ 受光信号が１組であり、最初の受光信号と最後の受光信号との間の時間間隔αが、α−Δα≦時間間隔α≦α＋Δαである場合に、受光信号が適正と判断され、測距が実行される。又、１組の受光信号で、受光信号が２つ以下、或は４つ以上の場合、又α−Δα≦時間間隔α≦α＋Δαの条件を満たさないものについて、信号処理の対象から排除される。

ＳＴＥＰ：０５ 先ず、３つの受光信号の各時間差から高低角が演算され、又受光信号を得た時点の水平角が前記水平角検出部２１より求められ、高低角、水平角が測定される。

ＳＴＥＰ：０６ 測定された水平角より、前記測定対象物２の方向が分り、該方向に向け前記測距光６が回転照射される。該測距光６で反射された反射測距光６′を前記第１受光部４ｂが受光して測定対象物２迄の測距が行われ、更に該測距結果、及び前記高低角に基づき前記測定対象物２の高さが求められる。

而して、前記測定対象物２の３次元データが得られる。

ＳＴＥＰ：０４で、受光信号が前記コーナキューブ９からの反射光によるものではないと判断された場合、例えば、３つの受光信号の最初の受光信号と最後の受光信号との間の時間間隔αが、α−Δα≦時間間隔α≦α＋Δαを満足しなかった場合、受光信号が２つしか得られなかった場合等は、ＳＴＥＰ：２６へ移行し、測定が中止され、前記表示部１５にエラーの状態が表示され（ＳＴＥＰ：２７）、測定が終了される。

次に、ＳＴＥＰ：０３で２組以上の受光信号があった場合、ＳＴＥＰ：１１へ移行する。

ＳＴＥＰ：１１ 前記制御演算部１２が前記信号処理部１７に指令を発し、該信号処理部１７に於けるゲインを低下させる。

通常、不要反射体からの反射光は、前記コーナキューブ９からの反射光に比べて弱く、前記信号処理部１７に於けるゲインを低下させることで、前記第２受光部１１に於ける不要反射体からの反射光の検出を排除できる。従って、前記コーナキューブ９からの反射光による受光信号を抽出できる。

ＳＴＥＰ：１２ 受光信号が１組であるかどうかが判断される。

ＳＴＥＰ：１３ 受光信号が１組であると判断されると、受光信号が適正なものであるかどうか、即ち、前記コーナキューブ９からの反射光によるものであるかどうかが判断される（ＳＴＥＰ：０４参照）。信号が適と判断されると、ＳＴＥＰ：０５に移行して高低角、水平角、測距、高さの測定が実行される。

ＳＴＥＰ：１３で、受光信号が前記コーナキューブ９からの反射光によるものでないと判断されると、ＳＴＥＰ：２６へ移行し、測定が中止され、又エラー報告がなされる。報告の内容は、前記表示部１５に表示される。尚、エラー報告の内容としては、例えば、受光信号が複数組あること、複数組の受光信号の適否の判定が不能である等である。

次に、ＳＴＥＰ：１２で受光信号が２組以上あると判断された場合、ＳＴＥＰ：１５に移行して測定が中止される。

受光信号が、２組以上ある場合の例としては、至近距離に、ガラス等、反射率の大きい不要反射体が存在すると、該不要反射体からの反射光の強度が大きく、ゲインを下げても、不要反射体ついての受光信号を排除できない。即ち、ゲインを下げても複数組の受光信号が検出される。

この場合、各組の受光信号毎に、水平角が求められる。

ＳＴＥＰ：１５、ＳＴＥＰ：１６ 測定が中止され、エラー発生の状況についてのエラー報告がなされる。エラー報告としては、判別できない２組以上の受光信号が存在すること、更に各受光信号毎の水平角が前記水平角検出部２１によって測定され、水平角も合せて表示される。

作業者は、測定環境を観察し、不要反射体の存在を確認し、又前記測定対象物２の方向を確認して、前記操作部１４により、複数組ある受光信号内、前記測定対象物２による受光信号を選択し、指定する（ＳＴＥＰ：１７）。

ＳＴＥＰ：１８ 再測定を指示し、測定を再開する。前記制御演算部１２は、指定された受光信号について、ＳＴＥＰ：０５の測定を実行し、更にＳＴＥＰ：０６の測距、測高を実行する。

上記ＳＴＥＰ：０２で受光信号を検出できなかった場合、前記制御演算部１２が前記信号処理部１７に指令を発し、該信号処理部１７に於けるゲインを増大させる（ＳＴＥＰ：２１）。

ＳＴＥＰ：２２ ゲインを増大させても、受光信号が得られない場合は、ＳＴＥＰ：２６、ＳＴＥＰ：２７に移行して、測定が中止され、エラー報告がなされる。

ＳＴＥＰ：２３ ゲインを増大させ、受光信号が得られた場合、１組であるか、２組以上であるかが判断され、２組以上ある場合は、ＳＴＥＰ：１５、ＳＴＥＰ：１６に移行して測定が中止され、エラー報告がなされる。更に、ＳＴＥＰ：１７、ＳＴＥＰ：１８へ移行して、信号の選択、再測定がなされる。

ＳＴＥＰ：２４ 受光信号が１組である場合は、受光信号が適正かどうかが判断され、適正であれば、ＳＴＥＰ：０５に移行して、測定が実行される。適正でないと判断されると、ＳＴＥＰ：２６、ＳＴＥＰ：２７に移行して測定が中止され、エラー報告がなされる。

本発明では、前記測定対象物２の水平角を前記測定対象物２で反射された反射扇状レーザ光線５′を検出することで行っている。従って、前記扇状レーザ光線５が往復する時間差分だけ、水平角の検出にズレを生ずる。測定対象物２迄の距離が近い場合は影響ないが、遠い場合は測定誤差として現れ、測定精度が低下する。そこで、本発明では、前記測距部４により測定された前記測定対象物２迄の距離を用いて、前記測定誤差を補正し、測定精度の向上を図っている。

以下、水平角の測定誤差を補正し、正確な水平角を求める様にした１つの実施の形態について、図６を参照して説明する。

前記クロック発生器２０から基準クロック信号Ｔが発せられ、又前記水平角検出部２１からは所定角度毎に水平測角タイミング信号θが発せられる。前記記憶部１３には、前記水平測角タイミング信号θと前記基準クロック信号Ｔとが関連付けられて記憶されている。即ち、水平角θ１の時が時間Ｔ１とすると、水平角θ１と時間Ｔ１が関連付けられて前記記憶部１３に記憶されている。

前記扇状レーザ光線５が回転照射され、前記測定対象物２の位置（水平角θａ）が検出されると、前記制御演算部１２は、前記回動部１０から発せられる測距光６を前記水平角θａを含む所定の範囲で回転照射する。尚、該水平角θａは、前記回動部１０が回転することによる誤差を含んでいる。

測距光６はパルス光であり、前記測距光６が前記コーナキューブ９を通過した場合に、該コーナキューブ９により反射測距光６′が反射され、該反射測距光６′が前記第１受光部４ｂにより受光され、前記コーナキューブ９迄の距離が測定され、測定結果は前記記憶部１３に保存される。

又、前記反射測距光６′は前記第１受光部４ｂで受光され、該第１受光部４ｂは、前記反射測距光６′のパルス光に対応した受光信号を発し、前記信号処理部１７では前記反射測距光６′を検波して、検波信号を生成し、検波信号を積分して重心位置を求める。重心位置は、前記コーナキューブ９の位置であり、重心位置の信号が前記信号処理部１７から前記制御演算部１２に出力される。

該制御演算部１２は、基準クロックと対比させ、前記重心位置の時間Ｔc を求める。この時間Ｔc は前記反射測距光６′が前記測距部４から前記コーナキューブ９で反射され、再び前記測距部４に入射する迄の前記測距光６が前記コーナキューブ９迄の距離を往復する時間ΔＴを含んでいる。従って、前記測距光６が射出された時の時間ＴH は、ＴH ＝（Ｔc −ΔＴ）である。

ここで、光速をＣ、前記回転レーザ装置１から前記測定対象物２迄の往復の距離を２Ｄとすると、ΔＴ＝２Ｄ／Ｃであり、既に得た測定対象物２迄の測距結果より、ΔＴが求められる。

図６に示される様に、ＴH がＴ1 とＴ2 との間にあって、Ｔ1 が水平角θ1 、Ｔ2 がθ2 に関連付けられているとすると、ＴH での水平角θH は、下記式１で求められる。

θH ＝（θ2 −θ1 ）×（ＴH −Ｔ1 ）／（Ｔ2 −Ｔ1 ）＋θ1 …（式１）

従って、前記測距光６が射出された時の水平角θH が求められる。

次に、水平角の測定誤差を補正する他の形態について、図７を参照に説明する。測定対象物に向かって扇状レーザ光線が発せられ受光する迄にΔＴの瞬間を要する。ここで、測距部４により測定された距離Ｄを用いて、ΔＴ＝２Ｄ／Ｃと求められる。又、前記回転レーザ装置１が前記扇状レーザ光線５を回転照射する回転速度は一定であり、又、回転角速度をωとすると、補正すべき角度は、ω×ΔＴで直ちに求められる。従って、前記扇状レーザ光線５を受光した時の時間がＴC であるとすると、補正して得られる水平角θH は下記式２で求められる。

θH ＝（θ2 −θ1 ）×（ＴC −Ｔ1 ）／（Ｔ2 −Ｔ1 ）−ωΔＴ＋θ1 …（式２）

上記実施の形態では、前記扇状レーザ光線５と前記測距光６とを上下で分離して射出し、扇状レーザ光線用の第２受光部１１と測距部に含まれる測距光を受光する第１受光部４ｂにより検出する様に構成したが、同一光路で射出、受光してもよい。図８は同一光路での受光光学系の概略を示している。

前記扇状レーザ光線５の反射光は上下に広がりを持っている為、受光用のレンズ（対物レンズ）２３としては広角レンズが用いられる。入射された反射光は、前記対物レンズ２３で集光され、反射ミラー２４で偏向され、ハーフミラー２５によって分割され、透過したレーザ光線は距離測定用受光処理部２６に導かれ、反射したレーザ光線は高低角及び水平角測定用受光処理部２７に導かれる。

図９は、第１受光部４ｂと第２受光部１１が１つの受光センサ２８で構成され、１つの受光センサ２８により反射扇状レーザ光線５′及び反射測距光６′を受光する様に構成した例を示している。

広角レンズの対物レンズ２９により前記反射扇状レーザ光線５′、前記反射測距光６′が集光され、更に集光レンズ３１により前記受光センサ２８上に集光される。図９で示される様に、前記反射扇状レーザ光線５′の前記対物レンズ２９に対する入射方向が大きく変り、前記受光センサ２８上での集光位置も入射方向に対応して移動するので、該受光センサ２８は、所要の面積を有している。

図１０で示す例は、集光レンズ３３、受光センサ３４を具備する受光ユニット３５を複数組（図示では３組）設け、広範囲に入射する反射光の受光を可能としたものであり、各組の受光ユニット３５の前記受光センサ３４からの受光信号は、受光信号処理部３６によって処理され、前記制御演算部１２に送出される様になっている。

次に、回転レーザ装置１が複数台設置され、測定対象物２の距離測定、高低角、水平角の測定を行う場合は、受光した反射扇状レーザ光線、反射測距光を識別する必要がある。

この場合、複数の回転レーザ装置１から発せられる扇状レーザ光線５、測距光６の少なくとも扇状レーザ光線５を各回転レーザ装置１が固有の変調周波数を有する様に変調する。前記回転レーザ装置１は受光した反射扇状レーザ光線、反射測距光の変調を識別して、自己の回転レーザ装置１が発する前記扇状レーザ光線５か、前記測距光６かを識別する。

尚、上記実施の形態では、前記扇状レーザ光線５を３つにより構成したが、２つの扇状レーザ光線によっても同様の実施をすることが可能である。

本発明の実施の形態に係るレーザ測量システムによる測定を示す概略説明図である。 本発明の実施の形態に於ける、扇状レーザ光線を用いた高低角測定の説明図である。 本発明の実施の形態に於ける、扇状レーザ光線を用いた高低角測定の説明図である。 本発明の実施の形態に係る回転レーザ装置の概略構成図である。 本発明に係るレーザ測量システムを用いて高低角、水平角、距離を測定する場合のフローチャートである。 本発明に係るレーザ測量システム於いて水平角を測定補正する場合の信号処理についての説明図である。 本発明に係るレーザ測量システム於いて水平角を測定補正する場合の他の信号処理についての説明図である。 本発明に係る回転レーザ装置に於いて、反射扇状レーザ光線、反射測距光を受光する受光光学系の一例を示す説明図である。 本発明に係る回転レーザ装置に於いて、反射扇状レーザ光線、反射測距光を受光する受光光学系の他の例を示す説明図である。 本発明に係る回転レーザ装置に於いて、反射扇状レーザ光線、反射測距光を受光する受光光学系の更に他の例を示す説明図である。

符号の説明

１ 回転レーザ装置
２ 測定対象物
３ 基準面形成部
４ 測距部
４ａ 測距光照射部
４ｂ 第１受光部
５ 扇状レーザ光線
６ 測距光
７ 水平基準面
９ コーナキューブ
１０ 回動部
１１ 第２受光部
１２ 制御演算部
１３ 記憶部
１７ 信号処理部
２１ 水平角検出部

Claims (9)

1. 上下に広がりを有し、少なくとも１つが傾斜している２以上のレーザ光線から構成される扇状レーザ光線を照射して基準面を形成する基準面形成部と、測距光を照射し、測距を行う測距部と、前記扇状レーザ光線と、前記測距光とを水平方向に回転照射する回動部と、該回動部の水平角を検出する水平角検出部と、反射扇状レーザ光線及び反射測距光を受光する受光部と、記憶部と、前記基準面形成部、前記測距部、前記回動部を制御する制御演算部とを具備する回転レーザ装置と、前記扇状レーザ光線、前記測距光を前記回転レーザ装置に向けて反射する対象反射体とを具備し、前記制御演算部は前記２以上のレーザ光線の受光時間差から前記対象反射体の高低角を測定し、前記反射扇状レーザ光線、前記反射測距光の少なくとも一方を受光した時の前記水平角検出部の検出結果に基づき測定対象物の水平角を測定し、前記測距部より測定対象物の測距を行う様構成したことを特徴とするレーザ測量システム。
2. 前記制御演算部は、前記回動部を定速回転制御し、前記受光部からの受光信号が２以上の受光信号で構成されていること、前記２以上のレーザ光線の受光信号が所定時間内に受光されたかで前記対象反射体についての受光信号か、該対象反射体以外の不要反射体についての受光信号かを判断する請求項１のレーザ測量システム。
3. 前記受光部からの信号を処理する信号処理部を更に具備し、前記制御演算部は、所定時間内に受光された前記２以上のレーザ光線の受光信号が複数組ある場合に、前記信号処理部による受光信号についてのゲインを減少させ、不要反射体からの受光信号を排除する請求項２のレーザ測量システム。
4. 前記受光部からの信号を処理する信号処理部を更に具備し、前記制御演算部は、前記受光部から受光信号が得られなかった場合は、前記信号処理部による受光信号についてのゲインを増大させる請求項２のレーザ測量システム。
5. 表示部を更に有し、前記制御演算部は、前記受光部からの信号を処理する信号処理部を更に具備し、前記制御演算部は、所定時間内に受光された前記２以上のレーザ光線の受光信号が複数組ある場合に、測定を中止すると共に複数組の受光信号についての水平角を前記表示部に表示する請求項２のレーザ測量システム。
6. 前記制御演算部は、基準クロック信号を作成し、該基準クロック信号と前記水平角検出部からの角度信号との対応付けを行い、前記反射測距光を受光した時の時間を求めると共に求めた測距距離から測距光の測定対象物を往復する往復時間を演算し、該往復時間と前記受光した時の時間と、前記基準クロック信号と前記角度信号との対応付けから測定対象物の水平角を演算する請求項１のレーザ測量システム。
7. 射出される扇状レーザ光線、測距光の少なくとも、前記扇状レーザ光線を変調させ、該変調を検出して、受光する反射光を識別する請求項１のレーザ測量システム。
8. 前記受光部は反射測距光を受光する第１受光部と反射扇状レーザ光線を受光する第２受光部とから構成される請求項１のレーザ測量システム。
9. 前記第１受光部と前記第２受光部が共通の受光部により構成される請求項８のレーザ測量システム。

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