JP2019138782A

JP2019138782A - 反射プリズムおよび測量用ターゲット

Info

Publication number: JP2019138782A
Application number: JP2018022707A
Authority: JP
Inventors: 信幸西田; Nobuyuki Nishida
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2038-02-13
Also published as: JP7029309B2; CN110161604B; CN110161604A

Abstract

【課題】広範囲な角度からの入射光に対応でき、使用するコーナーキューブの数を最低限に抑えられる反射プリズムを提供する。【解決手段】一面が透過面で他の面の内側が反射面である三角錐形状を有したコーナーキューブ１０１〜１０７を７個組み合わせた反射プリズム１００であって、前記透過面を外側として、前記透過面の三角形状の上下を交互に組み合わせた状態で軸回りに配置された６個のコーナーキューブ１０１〜１０６と、前記６個のコーナーキューブ１０１〜１０６の上部に形成された略三角錐形状の窪み１１１に嵌め込まれたコーナーキューブ１０７とを備えた反射プリズム１００。【選択図】図１

Description

本発明は、測量に用いる反射プリズムに関する。

ＴＳ（トータルステーション）等を用いた測量に利用される反射プリズムが知られている（例えば、特許文献１や特許文献２を参照）。特許文献１の反射プリズムは、複数のコーナーキューブを組み合わせることで、３６０°の方位からの入射光に対応している。ただし、３６０°といっても、仰角および俯角方向からの入射光の対応には限界がある。

この問題に対応する技術として、８個のコーナーキューブを組み合わせた反射プリズムが知られている（特許文献３参照）。この技術では、４個のコーナーキューブを組み合わせたピラミッド形状（四角錐形状）の反射プリズムを２個作成し、更にこの２個のピラミッド形状の反射プリズムを、底面を対向させた状態で結合させる。この反射プリズムでは、原理上あらゆる方向からの入射光に対応できる。

特開２００９−２０４５５７号公報日本国特許登録第５０３１２３５号公報特開２００２−３１０６５８号公報

特許文献３の技術を用いた場合、仰角および俯角も含めた広い角度に対応できる反射プリズムが得られる。しかしながら、プリズムを８個使用しなくてはならいこと、更に反射中心の位置に誤差が生じる問題がある。

このような背景において、本発明は、広範囲な角度からの入射光に対応でき、使用するコーナーキューブの数を最低限に抑えられる反射プリズムの提供を目的とする。

本発明は、一面が透過面で他の面の内側が反射面である三角錐形状を有したコーナーキューブを７個組み合わせた反射プリズムであって、前記透過面を外側として、前記透過面の三角形状の上下を交互に組み合わせた状態で軸回りに配置された６個のコーナーキューブと、前記６個のコーナーキューブの上部に形成された略三角錐形状の窪みに嵌め込まれたコーナーキューブとを備えた反射プリズムである。本発明において、前記７個のコーナーキューブは、各頂点を一致させた状態で組み合わされている構造が挙げられる。

また本発明は、上記の反射プリズムを上部に固定した測量用ターゲットであって、前記反射プリズムは、最上部に前記略三角錐形状の窪みに嵌め込まれたコーナーキューブを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、広範囲な角度からの入射光に対応でき、使用するコーナーキューブの数を最低限に抑えられる反射プリズムが得られる。

実施形態の反射プリズムの分解斜視図（Ａ）と斜視図（Ｂ）である。実施形態の反射プリズムの分解斜視図である。実施形態の反射プリズムの光学特性を示す図である。実施形態の反射プリズムの分解斜視図（Ａ）と斜視図（Ｂ）である。ＴＳでＵＡＶの追尾および測位を行う状態を示す図である。ＴＳで測量用ターゲットの反射プリズムの追尾および測位を行う状態を示す図である。ＴＳで測量用ターゲットの反射プリズムの追尾および測位を行う状態を示す図である。

１．第１の実施形態
（概要）
図１には、実施形態の反射プリズム１００が示されている。反射プリズム１００は、７つのコーナーキューブ１０１〜１０７を組み合わせた構造を有している。コーナーキューブ１０１〜１０７は同じものである。図２には、反射プリズム１００を構成するコーナーキューブ１０１〜１０７をバラバラにした分解斜視図が示されている。

（コーナーキューブについて）
以下、コーナーキューブ１０１〜１０７について説明する。ここでは、代表してコーナーキューブ１０７を例に挙げ説明する。コーナーキューブ１０７は、鏡面を有する３枚の平面を互いに直角に組み合わせ、入射した光をもとの光軸と同じ方向に反射させる機能を有する光学部材である。なお、図１の構造では、立方体の頂点の部分が切り取られた構造となっている。

コーナーキューブ１０７は、光学特性の良好なガラス製であり、一面が光線の入射面兼出斜面となる透過面１０７ａであり、他の３面が非透過面である。３面の非透過面の内側は光反射面とされている。透過面１０７ａから入射した光線は、他の各面の内側で反射し、入射した方向に透過面１０７ａから出射する。コーナーキューブ１０７の構造および光学原理は、公知のコーナーキューブと同じである。コーナーキューブの光学原理については、例えば、特開２００９−２０４５５７号公報に記載されている。

（反射プリズムの構造）
反射プリズム１００は、コーナーキューブ集合体１１０とコーナーキューブ１０７を組み合わせた構造を有している。コーナーキューブ集合体１１０は、垂直軸（Ｚ軸）回りに６個のコーナーキューブ１０１〜１０６を配置した構造を有している。コーナーキューブ集合体１１０は、日本国登録特許５０３１２３５号に記載されているものと同じである。

以下、図１のＸ−Ｙ面を水平面、Ｚ軸を垂直軸として説明を行う。コーナーキューブ集合体１１０では、透過面が仰角方向（水平より斜め上の方向）⇒俯角方向（水平より斜め下の方向）⇒仰角方向⇒俯角方向⇒仰角方向⇒俯角方向となるように６個のコーナーキューブ１０１〜１０６が垂直軸の周りに配置されている。図１の場合でいうと、透過面が水平方向に対して俯角方向となるようにコーナーキューブ１０１，１０３，１０５が配置され、透過面が水平面方向に対して仰角方向となるようにコーナーキューブ１０２，１０４，１０６が配置されている。見方を変えると、各コーナーキューブは、隣接する両隣のコーナーキューブと透過面の三角形状の上下が逆となり、また頂点の位置が少しずれるように非透過面同士を接触させた状態で結合されている。

反射プリズム１００では、コーナーキューブ集合体１１０の上部に透過面１０７ａが上方（Ｚ軸正方向）となるようにコーナーキューブ１０７を嵌め込んでいる。コーナーキューブ集合体１１０を構成するコーナーキューブ１０２，１０４，１０６は、三角錐の一辺が上方に位置し、コーナーキューブ１０１，１０３，１０５は三角錐の頂点が上方に位置している。このため、コーナーキューブ集合体１１０を上方（Ｚ軸正の方向）から見ると、コーナーキューブ１０７が嵌り込む三角錐の窪み１１１が出来ている。この三角錐の窪み１１１に透過面１０７ａが上になる状態でコーナーキューブ１０７が嵌め込まれている。

図１（Ｂ）には、図１（Ａ）のコーナーキューブ集合体１００の上部にコーナーキューブ１０７を嵌め込んだ状態の反射プリズム１００が示されている。なお、コーナーキューブ１０１〜１０７の結合は、接着剤を用いて行われている。また、一部隙間が生じる部分があるが、そこはシリコン材や枠部材により埋められている。

図３に、図１の水平方向（Ｚ軸に垂直な方向）から見た反射プリズム１００の光学特性を示す。図３には、対応できる入射光の入射角の範囲が示されている。反射プリズム１００は、コーナーキューブ１０７（図１〜３参照）があることで、上方からの入射光に対応できる。コーナーキューブ集合体１１０は、仰角４５°〜６０°程度、俯角４５°〜６０°程度の範囲の入射光に対応する。ここで、角度範囲の限界値に幅があるのは、仰角および俯角方向におけるコーナーキューブ１０１〜１０６の向き（透過面の向き）が２通りあり（例えば、コーナーキューブ１０１と１０２では、透過面の向きが違う）、水平方向によって、対応可能な入射角の範囲が異なるからである。

上記のコーナーキューブ集合体１１０の対応角度範囲に加えて、上向きに配置されたコーナーキューブ１０７は、仰角４５°以上の範囲（実際には、更に余裕がある）からの入射光に対応できる。そのため、反射プリズム１００は、図３に示す範囲の仰角および俯角方向からの入射光に対応できる。

図３の場合、下方に対応できない範囲が存在するが、反射プリズム１００の上下を反転させれば、下方からの入射光に対応できる使い方ができる。ただし、この場合は、上方に対応できない角度範囲が発生する。

２．第２の実施形態
図１の反射プリズムの構造において、コーナーキューブ１０１〜１０７の頂点の位置を合わせ、隙間やズレが極力生じないようにコーナーキューブ１０１〜１０７を組み合わせてもよい。この場合の例を図４に示す。図４には、頂点の位置を合わせた状態で６個のコーナーキューブを隙間なく組み合わせたコーナーキューブ集合体１２０が示されている。

コーナーキューブ集合体１２０の上部には、三角錐形状の窪み１２２が形成され、そこに隙間が生じないようにコーナーキューブ１２１が嵌め込まれることで、７個のコーナーキューブを頂点の位置を合わせて隙間なく組み合わせた反射プリズム１３０が構成されている。反射プリズム１３０において、７個のコーナーキューブの位置関係は、第１の実施形態の場合と同じである。

（応用例１）
以下、反射プリズム１００および反射プリズム１３０の応用例について説明する。反射プリズム１００を選択するか、反射プリズム１３０を選択するかは自由であり、どちらを選択してもよい。

図５には、ＵＡＶ(Unmanned aerial vehicle:無人航空機)２００の下部に反射プリズム１００を固定し、それをＴＳ（トータルステーション）３００で追尾および測位する場合が示されている。この場合、反射プリズム１００は、図１または図４の状態の上下を反転させた状態でＵＡＶ２００の下部に固定される。

この場合、図３の上下を反転させた入射範囲に対して反射プリズム１００は対応できる。したがって、ＴＳ３００から見て、俯角４５°〜６０°より上の範囲でＵＡＶ２００を追尾および測位できる。

（応用例２）
図６には、測量用ターゲット１６０が示されている。測量用ターゲット１６０は、棒状の支持部材１５０の上部に反射プリズム１００を固定した構造を有している。反射プリズム１００は、図１の状態で支持部材１５０の上部に固定されている。この場合、測距光に対して、図３に示す範囲で対応が可能となる。

測量用ターゲット１６０は、例えば杭打ち作業に用いられる。杭打ち作業は、土木建築工事等において、地面や基礎となる躯体に杭を打つ（あるいは目印を付ける）ことで、図面の内容を工事対象の地面や躯体に移す作業である。

杭打ち作業では、杭打ちを行う位置に測量用ターゲット１６０を立て、その際に反射プリズム１００の位置をＴＳ３００によりレーザー測位し、杭打ちの位置を精密に決める作業が行なわれる。この際、作業者は、測量用ターゲット１６０の位置を微妙に調整し、予め定められた（図面上で定められた）杭打ち点を特定する。

通常、杭打ち点が多数あり、各点において上記の作業が繰り返して行なわれる。ところで、ＴＳ３００の機能として、反射プリズム１００を自動追尾するものがある。この機能では、作業者が測量用ターゲット１６０を持って移動する際に、反射プリズム１００をＴＳ３００が追跡する。この場合、ＴＳ３００が測位した反射プリズム１００の位置情報を作業者が手にする端末（スマートフォンやタブレット等）に送ることで、次に杭打ちを行う位置を作業者が把握し易くなり、杭打ちの作業効率を高めることができる。

上記のＴＳ３００による反射プリズム１００の追跡の際、作業者によって運ばれる測量用ターゲット１６０が図６に示すように傾く場合がある。また、作業者も追尾が途切れないように注意して運搬する必要があった。このような場合でも反射プリズム１００は、上方からの入射光に対しても対応が可能であるので、ＴＳ３００による追尾および測位が途切れることなく行われる。

仮に、図１のコーナーキューブ１０７（あるいは図４のコーナーキューブ１２１）がない場合、上方向からの入射光に対応できない範囲が生じるので、図６のような状況でＴＳによる反射プリズムの追尾および測位ができなくなる場合がある。

（応用例３）
図７には、ＴＳ３００から見て、俯角の方向にある反射プリズム１００の測位をＴＳ３００により行う場合が示されている。例えば、高い場所から見下ろす形で測量を行う場合に図７の状態となる。この場合、図１に示す向きで使用される反射プリズム１００は、コーナーキューブ１０７があることで、上方からの追尾光および測位光に対応できる。したがって、図７に示すようなＴＳ３００から見て俯角の方向における測量にも対応できる。

（その他）
反射プリズム１００または１３０をカメラに固定した態様や地面に配置された反射ターゲットに適用した態様も可能である。

隙間を有した状態で７つのコーナーキューブを組み合わせ、反射プリズム１００や１３０を構成することも可能である。この場合、コーナープリズム間の隙間は充填剤で埋める。また、枠を用意し、そこにコーナーキューブを嵌め込んで反射プリズムを構成することもできる。

（むすび）
反射プリズム１００は、一面が透過面で他の面の内側が反射面である三角錐形状を有したコーナーキューブ１０１〜１０７を７個組み合わせた構造を有し、前記透過面を外側として、前記透過面の三角形状の上下を交互に組み合わせた状態で軸回りに配置された６個のコーナーキューブ１０１〜１０６と、前記６個のコーナーキューブ１０１〜１０６の上部に形成された略三角錐形状の窪み１１１に嵌め込まれたコーナーキューブ１０７とを備えている。

この構造によれば、軸方向の一方に向いたコーナーキューブ１０７があるので、７個という最小限の数のコーナーキューブの使用で、軸方向に垂直な全周方向（３６０°）の範囲に加えて、軸方向の一方からの入射光にも対応できる。このため、最小限の数のコーナーキューブを使用で、広範囲な方向からの入射光に対応できる測量用の反射プリズムが得られる。

また上記の構造は、反射中心の位置を揃え易く、入射方向の違いによる反射中心位置のズレを最小限に抑えることができる。

本発明は、測量に利用される反射プリズムに適用可能である。

１００…反射プリズム、１０１…コーナーキューブ、１０２…コーナーキューブ、１０３…コーナーキューブ、１０４…コーナーキューブ、１０５…コーナーキューブ、１０６…コーナーキューブ、１０７…コーナーキューブ、１０７ａ…透過面、１１０…コーナーキューブ集合体、１２０…コーナーキューブ集合体、１２１…コーナーキューブ、１３０…反射プリズム、２００…ＵＡＶ、３００…ＴＳ（トータルステーション）、１５０…棒状の支持部材、１６０…測量用ターゲット。

Claims

一面が透過面で他の面の内側が反射面である三角錐形状を有したコーナーキューブを７個組み合わせた反射プリズムであって、
前記透過面を外側として、前記透過面の三角形状の上下を交互に組み合わせた状態で軸回りに配置された６個のコーナーキューブと、
前記６個のコーナーキューブの上部に形成された略三角錐形状の窪みに嵌め込まれたコーナーキューブと
を備えた反射プリズム。
前記７個のコーナーキューブは、各頂点を一致させた状態で組み合わされている請求項１に記載の反射プリズム。
請求項１または２に記載の反射プリズムを上部に固定した測量用ターゲットであって、
前記反射プリズムは、最上部に前記略三角錐形状の窪みに嵌め込まれたコーナーキューブを備えていることを特徴とする測量用ターゲット。