JP2020020671A - 角度検出システムおよび角度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 遠隔にある測定対象物の角度を測定することができる技術を提供する。【解決手段】 角度検出システム（９０）は、測定対象物（１４）に取り付けられるエンコーダパターン部（１３）と、測量装置（５０）とを備える角度検出システムであって、エンコーダパターン部（１３）は、円柱形状のベース（１３Ａ）、および該ベース（１３Ａ）の外周側面に設けられて、所定の基準方向（ＲＤ）に対する周方向の角度を示すエンコーダパターン（１３Ｂ）を備え、測量装置（５０）は、エンコーダパターン（１３Ｂ）が示す情報を、光学的に取得する情報取得部（５５）と、情報に基づいて、基準方向（ＲＤ）に対する測量装置（５０）の角度を演算する演算制御部（６４）を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、角度検出システムおよび角度検出方法に関し、より詳細には、測量に用いられる角度検出システムおよび角度検出方法に関する。

従来、絶対角を測定する角度検出装置としてアブソリュートエンコーダが知られている。（例えば、特許文献１参照）。装置に内蔵された円盤に、グレイコードや、Ｍ系列コードの規則に従った、スリット等の目盛り、いわゆる、アブソリュートエンコーダパターン、を設け、スリットに照射した光の像をイメージセンサ等で受光し、イメージセンサにより得られた像から角位置を演算する。

このような角度検出装置では、円盤に対して同軸に接続された入力軸の回転の変位に対応する角位置を測定する。このため、測定対象物に、円盤、発光素子、受光素子および制御部を備える角度検出装置本体を直接取り付けて測定を行う必要がある。

特開平０５−１７２５８８号公報

しかし、測量の現場では、遠隔にある測定対象物の角度を測定したい場合がある。例えば、建設などの現場で、鉄骨などの部材を遠隔で操作して、指定の方向に設置したい場合などである。このため、遠隔にある測定対象物の角度を測定することができる角度検出装置の提案が求められていた。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、遠隔にある測定対象物の角度を測定することができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る角度検出システムは、測定対象物に取り付けられるエンコーダパターン部と、測量装置とを備える角度検出システムであって、前記エンコーダパターン部は、円柱形状のベース、および該ベースの外周側面に設けられて、所定の基準方向に対する周方向の角度を示す角度情報部を備えるエンコーダパターンを備え、前記測量装置は、前記エンコーダパターンが示す情報を、光学的に取得する情報取得部と、前記情報に基づいて、前記基準方向に対する前記測量装置の角度θ_Ｔを演算する演算制御部とを備えることを特徴とする。

上記態様において、前記角度情報部が、２種類の色彩の領域をエンコーダパターン部の外周側面に周方向に配置することによりビットパターンを示し、前記演算制御部が、前記エンコーダパターンを周方向に読取り、読取り結果をビットパターンに変換し、前記パターンの読取り結果から前記エンコーダパターンの中央位置を特定し、該中央位置を中央とする所定の領域に含まれる前記ビットパターンを、予め設定されたビットパターンと角度との相関と対比することにより、角度を演算することも好ましい。

また、上記態様において、前記エンコーダパターン部が、前記エンコーダパターン部の幅を示す幅情報部を備え、前記演算制御部が、前記情報取得部により取得された前記情報から前記幅情報部の情報を抽出して、前記幅情報部の中央位置を特定し、前記幅情報部の中央位置を前記エンコーダパターン部の中央位置とし、該中央位置を中央とする所定の領域に含まれる前記ビットパターンを、予め設定されたビットパターンと角度との相関と対比することにより、角度を演算することも好ましい。

また、上記態様において、前記測定対象物が、前記基準方向に対して周方向に所定の角度θ_Ｂで取り付けられており、前記演算制御部が、前記所定の角度（θ_Ｂ）および前記基準方向に対する前記測量装置の角度（θ_Ｔ）に基づいて、前記測定対象物の前記測量装置に対する角度（θ）を演算することも好ましい。

また、上記態様において、前記測定対象物が、前記エンコーダパターン部に対して、前記エンコーダパターン部の中心軸回りに回動可能に取り付けられており、前記測定対象物が、前記所定の角度を測定可能な回転角測定器および通信部を備え、前記測量装置が、通信部と通信可能に構成されていることも好ましい。

また、上記態様において、前記演算制御部が、前記ビットパターンを示すエンコーダパターンを、前記エンコーダパターン部の直径方向における中心位置からの距離の比に応じて予め設定された縮小率で除することにより、円柱形状のエンコーダパターンを、平面上に展開したように補正する読取補正部を備えることも好ましい。

また、上記態様において、前記情報取得部が、前記エンコーダパターンが示す情報を画像として取得するカメラであることも好ましい。

また、上記態様において、前記情報取得部が、前記エンコーダパターンが示す情報を、前記エンコーダパターンにスキャン光を送光し、前記エンコーダパターンからの反射光を受光して受光光量分布として取得するスキャナであることも好ましい。

また、上記態様において、前記エンコーダパターン部が、反射ターゲットをさらに備え、前記測量装置が、前記反射ターゲットに測距光を送光し、前記反射ターゲットからの反射光を受光して前記反射ターゲットを測距し、かつ反射ターゲットを測角する測量装置であり、前記演算制御部が、前記反射ターゲットの測距データに基づいて、前記エンコーダパターンを識別することも好ましい。

また、上記態様において、前記エンコーダパターン部が、反射ターゲットをさらに備え、前記測量装置が、前記反射ターゲットに測距光を送光し、前記反射ターゲットからの反射光を受光して前記反射ターゲットを測距し、かつ反射ターゲットを測角する測量装置であり、前記演算制御部が、前記反射ターゲットの測角データに基づいて、前記周方向の読取り方向を設定することも好ましい。

また、本発明の別の態様に係る角度検出方法は、円柱形状のベース、および該ベースの外周側面に配置されて、所定の基準方向に対する周方向の角度を示すエンコーダパターンを備えるエンコーダパターン部と、情報取得部を備える測量装置とを用いて角度を検出する方法であって、（ａ）前記エンコーダパターン部を前記測定対象物に、エンコーダパターン部の周方向に所定の角度で取り付け、（ｂ）前記情報取得部が、前記エンコーダパターンが示す情報をパターン情報として光学的に取得し、（ｃ）（ｂ）により取得されたパターン情報に基づいて、前記測量装置の、前記基準方向に対する角度を演算することを特徴とする。

なお、本明細書において、用語「エンコーダパターン」は、基準点を０°とする角度情報を有する模様である。該模様は、自然光により検出可能な模様だけでなく、偏光により検出可能な模様を含んでもよい。

また、本明細書において、用語「エンコーダパターンの基準方向」は、エンコーダパターンの０°の方向を意味する。

また、本明細書において、用語「測量装置の、エンコーダパターンの基準方向に対する方向角（周方向の角度）」は、「エンコーダパターンの０°の方向に対する、エンコーダパターン部の中心と測量装置を結ぶ直線の間の角」を意味し、この角度が、エンコーダパターンを読取ることにより得られる値である。

上記構成によれば、遠隔にある測定対象物の角度を測定することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る角度検出システムおよび該角度検出システムを備える測量システムの構成ブロック図である。 同形態の角度検出システムを備える測量システムの外観概略図である。 上記測量システムに係る計測モジュールの斜視図である。 （ａ）は、同形態の角度検出システムに係るエンコーダパターン部の拡大斜視図であり、（ｂ）は、該エンコーダパターン部のエンコーダパターンを切り開いて平面に展開した図（一部を省略している）である。 上記計測モジュールの平面図である。 上記測量システムによる測定点の測定動作のフローチャートである。 同形態の角度検出システムを用いた角度検出のフローチャートである。 （ａ）は、同形態の角度検出システムのカメラにより取得したエンコーダパターン部周辺の風景画像であり、（ｂ）は、（ａ）より切り出されたエンコーダパターン部の拡大画像であり、（ｃ）は、（ｂ）を周方向に線状に読み込んで、画素値に変換した結果を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、上記測量システムを用いて視通のない測定点を測定する場合の、反射ターゲットと測定点との位置関係を説明する図である。 同形態の角度検出システムの１つの変形例に係るエンコーダパターンの斜視図である。 同形態の別の変形例に係る角度検出システムを備える測量システムの構成ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る角度検出システムおよび該角度検出システムを備える測量システムの構成ブロック図である。 同形態に係る角度検出システムを用いた角度検出のフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、同形態に係る角度検出システムのスキャナによるスキャン方向を説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る角度検出システムおよび該角度検出システムを備える測量システムの構成ブロック図である。 同形態の角度検出システムを用いた角度検出のフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、同角度検出システムのカメラによる読込み方向を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る角度検出システムのスキャナによるスキャン方向を説明する図である。 本発明の第４の実施の形態に係る角度検出システムおよび該角度検出システムを備える測量システムの構成ブロック図である。 同形態の角度検出システムを備える測量システムに係る計測モジュールの斜視図である。 同形態の角度検出システムを備える測量システムによる測定点の測定動作のフローチャートである。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態の説明において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、各図において、説明の便宜上構成部品は適宜拡大して模式的に示しており、実際の比率を反映したものではない。

１． 第１の実施の形態
１−１． 角度検出システムの構成
第１の実施の形態に係る角度検出システム９０の構成を図１〜４を参照しながら説明する。角度検出システム９０は、測量システム１００に備えられている。測量システム１００は、計測モジュール１０と測量装置５０とを備える。角度検出システム９０は、測定対象物である、距離測定器１４の角度を測定するシステムであり、計測モジュール１０のエンコーダパターン部１３と、測量装置５０とで構成される。

測量システム１００は、測量装置５０から視通のない測定点Ｐを測量するためのシステムである。図２に示すように、測量装置５０から視通のない測定点Ｐを測定する場合、仮の測定点として、測量装置５０から視通のある点Ｑを設定し、点Ｑに支持部材１２の先端１２Ａを当接させつつ支持部材１２の鉛直状態を確保し、距離測定器１４を両矢印Ｂの方向に伸縮させて先端１４Ａを測定点Ｐに当接させ、反射ターゲット１１の測定を行う。

図１〜３に示すように、計測モジュール１０は、反射ターゲット１１としてのプリズムを支持する支持部材１２としてのポールを備え、該支持部材１２にエンコーダパターン部１３、距離測定器１４、傾斜角測定器１５、水準器１６、制御部１７、入力部１８、およびモジュール通信部１９が取り付けられている。

反射ターゲット１１は、例えば、複数の三角錐状のプリズムを放射状に組み合わせて構成された、いわゆる全方位プリズムであり、その全周（３６０°）から入射する光を、その入射方向と反対の方向に反射する。すなわち、反射ターゲット１１は、測量装置５０からの測距光を、測量装置５０に向けて反射する。しかし、反射ターゲット１１は、全方位プリズムに限定されず、測量用に用いられる通常のプリズムを使用してもよい。

支持部材１２は、一定の長さをもって延びており、その中心軸Ａが、反射ターゲット１１の中心Ｏを通るように、反射ターゲット１１を固定支持している。

エンコーダパターン部１３は、短尺円柱形状のベース１３Ａの側周面に、エンコーダパターン１３Ｂを設けることにより構成されている。ベース１３Ａは、支持部材１２の中心軸Ａと同軸になるように、例えば、支持部材の外周に形成されたねじ部（図示せず）と、ベース１３Ａの中心に形成されたねじ穴（図示せず）を螺合させる等の手段により、支持部材１２と反射ターゲット１１の間に固定されている。このように、エンコーダパターン部１３は、支持部材１２を介して、測定対象物である距離測定器１４に取り付けられている。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、角度情報部１３１は、例えば、白地に、幅ｗ_１を有する狭幅の黒の縦線１３１ａと、幅ｗ_２を有する広幅の黒の縦線１３１ｂとを、縦線１３１ａを「０」、縦線１３１ｂを「１」として、Ｍ系列の循環乱数コードを生成するように、等ピッチｐで配置したバーコード状のパターンである。エンコーダパターン１３Ｂは、エンコーダパターン部１３の中心から基準点ＲＰへの方向（以下、「エンコーダパターンの基準方向」、または単に「基準方向」という。）ＲＤを０°として、読み取ったパターンから算出する角度（以下、「エンコーダパターンの読取り角」という。）が、基準方向ＲＤと、測量装置５０とエンコーダパターン部１３の中心軸に合致する支持部材１２の中心軸Ａ（以下、「エンコーダパターン部の中心軸」も符号Ａで示す。）とを結ぶ直線との間の周方向の角度θ_Ｔと対応するように構成されている。

角度情報部１３１は、ビット数を変更することにより、所望の分解能を実現可能に構成されている。

なお、ビットパターンは、Ｍ系列コードに限らず、グレイコード、純２進バイナリコードなどのビットパターンを用いることができ、これらは、公知の手法により生成することができる。しかし、Ｍ系列コードを用いると、トラック数を増やさずにビット数を増大することができ、簡単な構成で、高い分解能を実現することができるため有利である。幅情報部１３２は、所定の高さｈ_１を有する黒色帯１３２ａと、同高の白色帯１３２ｂとを備える。黒色帯１３２ａと白色帯１３２ｂとはそれぞれ、エンコーダパターン部１３の周方向の全周に亘り延びている。

エンコーダパターン１３Ｂは、模様を形成するために用いられる種々の公知の手法によりエンコーダパターン部１３に設けることができる。例えば、エンコーダパターン１３Ｂを、インクジェット印刷などの一般的な印刷等の手法により白い紙に印刷し、これをベース１３Ａの側周面に貼付することにより設けてもよい。このような手法によれば、極めて安価かつ簡便な方法でエンコーダパターン部１３を形成することができる。また、エンコーダパターン１３Ｂを、樹脂製のベース１３Ａに直接印刷することにより設けてもよい。また、エンコーダパターン１３Ｂを、金属製のベース１３Ａに、塗装または蒸着等の手法により設けてもよい。

なお、図示の例において、エンコーダパターン部１３は、反射ターゲット１１の下方に隣接して備えられている。しかし、エンコーダパターン部１３と反射ターゲット１１との位置関係は、これに限定されず、エンコーダパターン部１３が、中心軸Ａと同軸となるように配置されていれば、他の配置で備えられていてもよい。

すなわち、エンコーダパターン部１３が反射ターゲット１１の上方に配置されていてもよい。また、エンコーダパターン部１３と反射ターゲット１１とが離間して配置されていてもよい。

距離測定器１４は、デジタル式の測定棒である。距離測定器１４は、図３の両矢印Ｂの方向に伸縮自在に構成されている。また、距離測定器１４は、支持部材１２の中心軸Ａ上の点Ｒを基点として、点Ｒを通る水平なＨ１軸周りに図２の両矢印Ｃの方向に回動可能に支持部材１２に取り付けられている。距離測定器１４は、その基点Ｒと先端１４Ａとの間の距離、すなわち基点Ｒと測定点Ｐとの間の距離ｌを測定可能であり、測定結果をモジュール通信部１９へ出力する。

また、距離測定器１４の基点Ｒと反射ターゲット１１の中心Ｏとの間の距離ｄは予め既知とされている。さらに、距離測定器１４の、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する、支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θ_Ｂ（図５参照）は、距離測定器１４を支持部材１２に組み付けた時点で測定され、所定の値とされている。

距離測定器１４は、距離ｌの測定結果をモジュール通信部１９へ出力する際、併せて反射ターゲット１１の中心Ｏと距離測定器１４の基点Ｒとの間の距離ｄ、および距離測定器１４の支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θ_Ｂのデータをモジュール通信部１９へ出力する。

傾斜角測定器１５は、傾斜センサであり、たとえば、水平液面に検出光を入射させてその反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜センサ、あるいは封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する電子気泡管を用いることができる。

傾斜角測定器１５は、距離測定器１４と平行に、距離測定器１４に取り付けられている。傾斜角測定器１５は、距離測定器１４の水平面（図３のＨ１−Ｈ２平面）に対する距離測定器１４の傾斜角（すなわち鉛直方向の角度）φを測定し、測定結果をモジュール通信部１９に出力する。

水準器１６は、例えば、円柱状の容器に気泡と液体とを封入した気泡管である。水準器１６は、気泡が中央の標線内に位置することで、支持部材１２の中心軸Ａの鉛直状態を確認し得るように、支持部材１２に取り付けられている。

制御部１７は、例えばＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）である。制御部１７は、距離測定器１４、傾斜角測定器１５、入力部１８、およびモジュール通信部１９と接続されている。接続は、無線通信等の手段によりなされていてもよい。制御部１７は、入力部１８から入力された測定実行等の指示に従って、距離測定器１４および傾斜角測定器１５の測定を実行する。また、計測データを、モジュール通信部１９を介して測量装置５０に送信する。

入力部１８は、例えば、ボタンスイッチであり、作業者Ｕが押圧等することにより、電源ＯＮ／ＯＦＦや、測定開始等の指示を入力する。

モジュール通信部１９は、計測モジュール１０と測量装置５０との間での無線通信を可能とする。モジュール通信部１９は、計測モジュール１０で取得される計測データを測量装置５０の通信部５７に送信する。

なお本明細書において、計測データは、距離測定器１４で取得される距離測定器１４の基点Ｒと測定点Ｐとの間の距離ｌ、傾斜角測定器１５で取得される水平面に対する距離測定器１４の傾斜角φ、ならびに予め既知とされている反射ターゲット１１の中心Ｏと距離測定器１４の基点Ｒとの距離ｄ、および距離測定器１４のエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対するエンコーダパターン部１３の中心軸Ａ周りの角度θ_Ｂを含む。

なお、制御部１７、入力部１８、モジュール通信部１９は、図示の例のように計測モジュール１０の支持部材に適宜の形態で取り付けられていてもよく、また、リモートコントローラのように別体として構成されていてもよい。

次に測量装置５０について説明する。
図２に示すとおり、測量装置５０は、三脚を用いて既知の点に据え付けられており、下方から、整準部、該整準部の上に設けられた基盤部、該基盤部の上を水平回転する托架部２ａと、托架部２ａの中央で鉛直回転する望遠鏡２ｂとを有する。

測量装置５０は、トータルステーションである。図１に示す通り、測量装置５０は、ＥＤＭ５１、水平角検出器５２、鉛直角検出器５３、カメラ５５，追尾部５６、通信部５７、水平回転駆動部５８、鉛直回転駆動部５９、記憶部６１、入力部６２、表示部６３、および演算制御部６４を備える。ＥＤＭ５１、水平角検出器５２、鉛直角検出器５３、カメラ５５，追尾部５６、通信部５７、水平回転駆動部５８、鉛直回転駆動部５９、記憶部６１、入力部６２、および表示部６３は、演算制御部６４に接続されている。

水平角検出器５２、鉛直角検出器５３、通信部５７、水平回転駆動部５８、鉛直回転駆動部５９、記憶部６１、および演算制御部６４は托架部２ａに収容されている。入力部６２および表示部６３は托架部２ａの外部に設けられている。ＥＤＭ５１、および追尾部５６は、望遠鏡２ｂに収容されており、カメラ５５は、望遠鏡２ｂの上部に取り付けられている。

ＥＤＭ５１は、発光素子、測距光学系および受光素子を備える。ＥＤＭ５１は、発光素子から測距光を出射し、反射ターゲット１１からの反射光を受光素子で受光して、反射ターゲット１１を測距する。

水平角検出器５２および鉛直角検出器５３は、ロータリーエンコーダであり、後述する水平回転駆動部５８および鉛直回転駆動部５９でそれぞれ駆動される托架部２ａおよび望遠鏡２ｂの回転軸周りの回転角度を検出し、視準光軸Ａの水平角および鉛直角を求める。

ＥＤＭ５１、水平角検出器５２、および鉛直角検出器５３は、測量装置５０の要部である測量部５４を形成している。

カメラ５５は、情報取得部として機能し、カメラとして公知の光学系と、撮像素子とを備える。

カメラ５５は、望遠鏡２ｂの上部に、望遠鏡２ｂと平行に取り付けられている。また、カメラ５５は、望遠鏡２ｂで反射ターゲット１１を視準している状態で、反射ターゲット１１との位置関係が固定されているエンコーダパターン部１３を視準するように構成されている。このために、カメラ５５が、撮影をおこなう際に上下左右に回動可能に構成されていてもよい。撮像素子としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサが用いられる。カメラ５５は、その光学系を通して、撮像素子を用いて光を受光し、その光の像を撮像する。すなわち、カメラ５５はエンコーダパターン１３Ｂが示す情報を画像として光学的に取得する。撮像素子は、演算制御部６４に接続されており、取得したデータをデジタルデータに変換して、演算処理部６４に出力する。

追尾部５６は、追尾光を出射する発光素子、および例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである受光素子を備え、測距光学系と光学要素を共有する追尾光学系を備える。追尾部５６は、測距光とは異なる波長の赤外レーザ光を追尾対象物（ターゲット）に投射し、該追尾対象物からの反射光を受光し、受光結果に基づいて追尾対象物の追尾を行う様に構成されている。

追尾部５６は、追尾機能を必要としない場合には必須ではなく省略することができる。また、追尾部５６を備える場合には、追尾部５６にカメラ５５の機能を組み込み、独立したカメラ５５を省略することもできる。

通信部５７は、計測モジュール１０のモジュール通信部１９との無線通信を可能とする。通信部５７は、モジュール通信部１９から、計測データを受信する。

水平回転駆動部５８および鉛直回転駆動部５９はモータであり、演算制御部６４に制御されて、それぞれ托架部２ａを水平回転させ、望遠鏡２ｂを鉛直回転させる。

記憶部６１は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｍｄａｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）を備える。

ＲＯＭには、測量装置５０全体の動作に必要なプログラムおよびデータを格納されている。これらプログラムは、ＲＡＭに読み出されて演算制御部６４による実行が開始され、測量装置５０の各種処理を行う。また、ＲＯＭには、ビットパターンと角度との相関がテーブル等の形式で記憶されている。

ＲＡＭは、反射ターゲット中心点Ｏの三次元位置座標、測定点Ｐの三次元位置座標、および測量装置の方向角θ_Ｔを演算するためのデータを一時的に保持する。

入力部６２は、例えば、操作ボタンである。作業者は、入力部６２に、測量装置５０に実行させるための指令を入力したり、設定の選択を行ったりすることができる。

表示部６３は、例えば、液晶ディスプレイであり、演算制御部６４の指令に応じて測定結果、演算結果等種々の情報を表示する。また、入力部６２より、作業者が入力を行うための設定情報や作業者により入力された指令を表示する。

なお、入力部６２と表示部６３とを一体的に構成して、タッチパネル式ディスプレイとしてもよい。

演算制御部６４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）を備える。演算制御部６４は、測量装置５０の機能を発揮するための種々の処理を行う。具体的には、回転駆動部５８,５９を制御し、追尾部５６による自動追尾を行う。また、ＥＤＭ５１を制御し、反射ターゲットの測距データを取得する。また、水平角検出器５２，鉛直角検出器５３の値から、反射ターゲット１１の測角データを取得する。また、測距データおよび測角データから、反射ターゲット１１の中心Ｏの三次元位置座標を演算する。また、カメラ５５を制御して、画像の取得を行う。

また、演算制御部６４は、機能部として、エンコーダパターン読取部６５、方向角演算部６６、および測定点座標演算部６７を備えている。

エンコーダパターン読取部６５は、カメラ５５で取得した画像から、エンコーダパターンを認識し、エンコーダパターン１３Ｂをビットパターンに変換する。

方向角演算部６６は、エンコーダパターン読取部６５の読取り結果に基づいて、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θ_Ｔを演算する。

測定点座標演算部６７は、計測モジュール１０の計測データ、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θ_Ｔおよび測距データと測角データから演算される反射ターゲット１１の中心Ｏの三次元位置座標Ｏ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）から測定点Ｐの三次元位置座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算する。

各機能部は、ソフトウェアとして構成されていてもよいし、専用の演算回路によって構成されていてもよい。また、ソフトウェア的に構成された機能部と、専用の演算回路によって構成された機能部が混在していてもよい。

角度検出システム９０は、、エンコーダパターン部１３と、カメラ５５、および演算制御部６４を備える測量装置５０により構成されている。また、演算制御部６４のエンコーダパターン読取部６５と方向角演算部６６とが、角度検出システム９０の演算制御部６４として機能する。

１−２． 測定点の測量
図６は、本実施の形態に係る角度検出システムを備える測量システム１００を用いて、測量装置５０から視通のない測定点Ｐについて測量を実施する場合の、測量装置５０および計測モジュール１０の動作のフローチャートである。

まず、測量装置側作業者が測定開始ボタンを押す等することにより、視通のない測定点を測定するモードでの測定が開始すると、ステップＳ１０１では、測量部５４が、反射ターゲット１１の中心Ｏを測定する。

具体的には、ＥＤＭ５１が反射ターゲット１１に向けて測距光を送出し、反射ターゲット１１から反射された反射測距光を受光して、測量装置５０から反射ターゲット１１までの距離を測定する。また、水平角検出器５２および鉛直角検出器５３が、反射ターゲット１１の角度を測定する。

次に、ステップＳ１０２では、演算制御部６４が、ステップＳ１０１で取得した、距離データおよび角度データに基いて、公知の手法により、反射ターゲット１１の中心Ｏの座標Ｏ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）を演算する。演算結果は、記憶部６１に記憶される。

次に、ステップＳ１０３では、カメラ５５が、望遠鏡２ｂの視準方向の風景画像を撮像して、計測モジュール１０のエンコーダパターン１３Ｂを読み取る。

次に、ステップＳ１０４では、演算制御部６４が、ステップＳ１０３での、エンコーダパターン１３Ｂの読み取り結果に基いてエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θ_Ｔを演算する。演算結果は、記憶部６１に記憶される。

ステップＳ１０３と、ステップＳ１０４とは、角度検出システム９０の動作であり、その内容については後述する。

次に、ステップＳ１０５で、演算制御部６４は計測モジュール１０からの計測データの受信を待機する。

一方、計測モジュール１０では、計測モジュール側作業者Ｕが、測量装置側作業者からの合図などに応じて、計測モジュールの測定開始ボタンを押す等することにより測定が開始する。次に、ステップＳ２０１では、距離測定器１４が、距離測定器１４の基点Ｒから測定点Ｐまでの距離ｌを測定し、測定結果データを、反射ターゲット１１の中心Ｏと距離測定器１４の基点Ｒとの距離ｄ、および支持部材１２の中心軸周りの角度θ_Ｂのデータと共に、モジュール通信部１９に出力する。

次に、ステップＳ２０２では、傾斜角測定器１５が、距離測定器１４の基点Ｒを通る水平面に対する距離測定器１４の傾斜角φを測定し、測定結果データをモジュール通信部１９に出力する。

なお、ステップＳ２０１，Ｓ２０２の処理は必ずしもこの順で行う必要はなく、同時に行ってもよく、逆の順序で行ってもよい。

次に、ステップＳ２０３では、モジュール通信部１９が、計測モジュール１０の計測データとして、距離測定器１４の基点Ｒと測定点Ｐとの間の距離ｌ、水平面に対する距離測定器１４の傾斜角φ、反射ターゲット１１の中心Ｏと距離測定器１４の基点Ｒとの間の距離ｄ、および距離測定器１４のエンコーダパターン１３Ｂ基準方向ＲＤに対する支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θ_Ｂを測量装置５０に送信する。

なお、ステップＳ２０３におけるデータの送信は、必ずしもステップＳ２０１、Ｓ２０２の両方の処理の後に全ての計測データを送信する必要はなく、ステップＳ２０１、ステップＳ２０２それぞれが終了した後に、各ステップで取得されるデータを測量装置５０に送信することとしてもよい。

そして、計測モジュール１０から送信された計測データが、測量装置５０に受信されると、ステップＳ１０６では、演算制御部６４が、計測データおよびエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の周方向の角度θ_Ｔに基いて、測定点座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算する。測定点座標の演算については後で詳述する。

次に、ステップＳ１０７において、測量装置５０では、演算により求められた測定点座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を表示部６３に表示して測定を終了する。

１−３． 角度の検出（エンコーダパターンの読取り）
図７は、角度検出システム９０における、角度検出のフローチャートであり、上記ステップＳ１０３およびステップＳ１０４に対応する処理の一例を示す。ステップＳ１０３においてエンコーダパターンの読取りが開始すると、測量装置５０では以下の動作を実行する。

角度の検出を開始すると、ステップＳ３０１では、カメラ５５が、エンコーダパターン部１３周辺の風景を撮像する（図８（ａ））。

次に、ステップＳ３０２では、エンコーダパターン読取部６５が、取得した画像から、エンコーダパターン１３Ｂの範囲８１を、認識して矩形に切り出す（図８（ｂ））。

次に、ステップＳ３０３において、エンコーダパターン読取部６５は、ステップＳ３０２において切り出したエンコーダパターン１３Ｂの範囲８１の画像を、エンコーダパターンの周方向に線状に読込む。例えば、図８（ｂ）に示すように、Ｉ〜Ｖの位置で線状に読込み、画素値に変換する。画素値は、暗い（黒い）と値が小さくなり、明るい（白い）と値が大きくなる。このため、Ｉ〜Ｖの各位置における読込みの結果（以下、「画素列Ｉ〜Ｖ」という。）は、例えば、図８（ｃ）のように表すことができる。

読込み間隔は、例えば、図８（ｂ）に示すように、予め、ステップＳ３０１で得られるエンコーダパターン１３Ｂの画像および、エンコーダパターン１３Ｂに関する既知の情報から、画像における幅情報部１３２の黒色帯１３２ａおよび白色帯１３２ｂの高さｈ_１（図４（ｂ））および縦線１３１ａ，１３１ｂの高さｈ_２（図４（ｂ））を概算で算出し、読込み間隔が、高さｈ_１よりも小さく、かつ高さｈ_２の１／２よりも短い間隔ｈ_３に設定することが好ましい。このようにすれば、角度情報部１３１および幅情報部１３２を確実に捕捉することができる。

次に、ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３の読込み結果から、幅情報部１３２の読取り結果を抽出する。具体的には、所定のしきい値よりも小さな画素値となる部分を黒色部分と判断し、所定のしきい値よりも大きな画素値となる部分を白色部分と判断して、黒色部分と白色部分の少なくとも一方が、一定の長さ連続している画素列を幅情報部１３２の読み取り結果と判断する。

この結果、図８（ｃ）においては、画素列ＩおよびＩＩが幅情報部１３２に相当することがわかる。そして、検出されたエンコーダパターン１３Ｂの幅（エンコーダパターン部１３の直径）Ｌから、Ｌを２等分する位置を、エンコーダパターン１３Ｂの中心位置Ａを特定する。幅情報部１３２を備えると、例えば、エンコーダパターン部１３の背景が、黒色または白色で、エンコーダパターン１３Ｂと、背景との境界が不明瞭な場合であっても、少なくとも一方の帯が検出できれば、エンコーダパターン１３Ｂの中心位置を正確に求めることができる。

次に、ステップＳ３０５では、ステップＳ３０３直線状の読み込み結果から、画素列間の相関を算出し、相関性が所定の値よりも高いものを、角度情報部１３１の読取り結果として抽出する。

図８（ｃ）の例では、画素列ＩＩＩ〜Ｖは、画素値のパターンが高い相関性を有している。したがって、画素列ＩＩＩ〜Ｖが角度情報部１３１の読込み結果であることがわかる。

そして、抽出した画素列ＩＩＩ〜Ｖの画素値を垂直方向に加算して平均値を算出する。その結果が所定のしきい値よりも小さな場合を黒色部分と判断し、各黒色部分の幅を求める。次に、求めた幅の値が、狭幅、広幅のいずれに該当するかを判断し、狭幅のものをビット「０」すなわち縦線１３１ａ、広幅のものをビット「１」すなわち縦線１３１ｂとして読み取る。このように、複数の画素列から、平均値として画素値を算出すると、例えば、画素列ＩＶのように位置のずれた画素列が生じたとしても、位置のずれの影響を低減し、読取り精度を向上することができる。数回測定の加算平均による抽出も同様とする。

なお、エンコーダパターン部１３は、円柱状であるため、縦線幅ｗ_１，ｗ_２およびピッチｐが、中心から遠ざかるにつれて、実際の幅よりも狭く観察される。例えば、図４（ａ）において、中央付近の広幅の縦線１３１ｂ_１は、その幅ｗ_２ａが、図４（ｂ）に示す展開図における広幅の縦線１３１ｂの幅（実際の幅）ｗ_２とほぼ等しい幅で観察される。一方、中央部から最も遠い広幅の縦線１３１ｂ_２は、その幅ｗ_２ｂが、実際の幅ｗ_２よりも狭く観察される。幅ｗ_１およびピッチｐについても同様である。したがって、幅ｗ_１およびｗ_２は、配置によって観察される幅が変化するという影響を考慮して幅ｗ_１と幅ｗ_２の変化の範囲が重複しないように設定されていることが好ましい。

次に、ステップＳ３０６に移行して、方向角演算部６６が、ステップＳ３０４において求めたエンコーダパターン１３Ｂの中心位置Ａを中央として左右に延びる所定幅Ｒの領域のビットパターン、すなわち所定幅Ｒの領域に含まれる所定のビット数（例えば、１０本）の縦線のビットパターンと、記憶部６１に記憶されたビットパターンと角度との相関と対比することにより、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する周方向の角度、すなわち、基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θ_Ｔを求める。（その後、ステップＳ１０５に移行する）。

なお、エンコーダパターンの読取動作の他の一例として、ステップＳ３０５における角度情報部１３１の抽出を、ステップＳ３０３の周方向線状の画像の読み込み結果から各画素列の周波数スペクトルを算出し、空間上の周波数におけるピークの場所が、ビットパターンの黒い縦線のピッチに相当する場合に、当該画素列を、角度情報部１３１のデータとして抽出することにより行ってもよい。

また、カメラ５５を、自動ズーム機能を備えるように構成し、ステップＳ１０１で、被写体として認識した、エンコーダパターン部１３の大きさに合わせて、広角側または狭角側へ焦点距離を切り替えて、エンコーダパターン１３Ｂの画像の大きさが距離に関わらず一定になるように構成してもよい。

このように構成すると、測量装置５０から計測モジュール１０までの距離に関わらず、ステップＳ３０２におけるエンコーダパターン１３Ｂの読取りに適した大きさの画像を切り出すことが可能となり、距離に伴う読取り誤差の発生を防止することができる。

次に、ステップＳ３０６では、方向角演算部６６が、エンコーダパターンの読取結果を、記憶部６１に記憶されている、ビットパターンと角度との相関と対比することにより、基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θ_Ｔを演算し処理を終了する。

このように、本実施の形態に係る角度検出システム９０によれば、遠方にある測定対象物にエンコーダパターン部１３を備え、測量装置５０に備えたカメラ５５でエンコーダパターン１３Ｂを読取り、測量装置５０の演算制御部６４で角度の演算を行うので、遠隔にある測定対象物の角度を測定することができる。

また、測量システム１００に適用した場合においては、測定対象物である距離測定器１４を備える計測モジュール１０はモジュール通信部１９を備えるが、単に、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向に対する測量装置の方向角θ_Ｔを知りたい場合においては、このような通信手段も必要とせずリアルタイムに角度の測定を行うことができる。

また、エンコーダパターン部１３は、測定対象物の外側に取り付けられるものであるため、取付けが容易である。さらに、エンコーダパターン部１３は、簡単な構造であるため製造も容易である。

１−４． 測定点座標の演算
次に、測量システム１００を用いた測定点座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の演算方法について説明する。図９（ａ）は、反射ターゲットの中心Ｏおよび測量装置５０を通る鉛直平面における、反射ターゲット１１の中心Ｏ、距離測定器１４の基点Ｒ、および測定点Ｐの関係を示す図である。

また、図９（ｂ）は、水平面における反射ターゲット１１の中心Ｏ、距離測定器１４の基点Ｒ、および測定点Ｐの関係を示す図である。

ここで、ｘ軸は、距離測定器１４の基点Ｒから測量装置５０の方向へ伸びる水平方向を示し、ｙ軸はｘ軸に直交する水平方向を示し、ｚ軸は、支持部材１２の中心軸Ａ方向、すなわち鉛直方向を示す。

まず、図９（ａ）より、反射ターゲットの中心Ｏと測定点Ｐと間のｘ軸方向の距離ｌ’が、x軸に対する、測定点の角度φ，および距離測定器１４の基点Ｒと測定点Ｐとの間の距離ｌを用いて、式１で求められる。
ｌ’＝ｌ・ｃｏｓφ ・・・式１

また、反射ターゲットの中心Ｏと測定点Ｐとの間のｚ軸方向の距離は、ｄ+ｌ・ｓｉｎφで求められる。

次に図９（ｂ）より、ｘ軸に対する測定点Ｐの方向角θが、基準方向ＲＤに対する測量装置の方向角θ_Ｔおよび基準方向ＲＤに対する距離測定器１４の方向角θ_Ｂを用いて式２により求められる。
θ＝θ_Ｔ＋θ_Ｂ ・・・式２

したがって、反射ターゲットの中心Ｏに対する、測定点Ｐのオフセット値を（ｘ_ｏ，ｙ_ｏ，ｚ_ｏ）とすると、（ｘ_ｏ，ｙ_ｏ，ｚ_ｏ）の値は、それぞれ、式３，４，５より求められる。
ｘ_ｏ＝ｌ’＝ｌ・ｃｏｓφ ・・・式３
ｙ_ｏ＝ｌ’・ｓｉｎθ ・・・式４
ｚ_ｏ＝ｄ+ｌ・ｓｉｎφ ・・・式５

このように求められた測定点Ｐのオフセット値（ｘ_ｏ，ｙ_ｏ，ｚ_ｏ）と、点Ｏの座標Ｏ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）とから、点Ｐの座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が、式６のように求められる。
Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（ｘ_ｐ＋ｘ_ｏ，ｙ_ｐ＋ｙ_ｏ，ｚ_ｐ＋ｚ_ｏ） ・・・式６

このように、測量システム１００によれば、反射ターゲットの測定と同時に、反射ターゲットと測定点との水平角、鉛直角および距離の関係についての測定を行い、その結果に基づいて自動的に補正演算を行うので、測定点が測量装置から直接視準できない場合でも、その座標を測量現場でリアルタイムに確認することができる。

特に、本実施の形態のように、角度検出システム９０において、測定対象物である距離測定器を、所定の角度θ_Ｂで取付け、距離測定器１４を支持部材１２に組み付けた時点で測定しておけば、測量装置に対する測定対象物の角度θも測定することができる。

しかしながら、本実施の形態に係る角度検出システムは、上記のように測定点の測量を伴う作業に限られるものではなく、測定点の測量を伴わず、例えば、建設などの現場で、鉄骨などの部材にエンコーダパターンを取り付けて、角度を検出し、指定の方向に設置するために用いてもよい。

１−５． 変形例１
図１０は、上記実施の形態の１つの変形例に係る、エンコーダパターン部１３ａの斜視図である。図１０に示すように、エンコーダパターン部１３ａは、幅情報部１３２を備えていない。このように幅情報部１３２は必須ではなく、幅情報部１３２を備えなくてもよい。この場合、ステップＳ３０３において、角度情報部１３１の縦線１３１ａ，１３１ｂの高さｈ_２の半分よりも短い間隔で、水平方向の直線状の読込みを行い、その結果から、エンコーダパターン１３Ｂａの左右の境界を検出し、エンコーダパターン１３Ｂａの中心を求めるとよい。

このように、幅情報部１３２を備えなくとも、エンコーダパターン部１３ａの中心を求めることもできる。

１−６． 変形例２
図１１は、上記実施の形態の別の変形例に係る、角度検出システム９０ｂを備える測量システム１００ｂの構成ブロック図である。測量システム１００ｂの測量装置５０ｂは、演算制御部６４ｂに読取補正部６８を備える。

上述の通り、エンコーダパターン部１３は、円柱状であるため、縦線幅ｗ_１，ｗ_２およびピッチｐは、中心から外方に向かうに従って、実際の幅よりも狭く観察される。

読取補正部６８は、このような、エンコーダパターン部１３の形状に基づいて起こる、縦線１３１ａ，１３１ｂの幅の読取り値を補正する。具体的には、予め、記憶部６１に、エンコーダパターン部１３の直径Ｌ方向における、中心位置Ａからの距離に対する幅ｗ_１、ｗ_２の縮小率を係数として記憶させ、測定により得られる幅の値を、対応する縮小率で除算することにより、エンコーダパターン１３Ｂを平面上に展開する補正を行う。

このような構成によれば、、図４（ｂ）に示す展開図におけるような、実際の幅ｗ_１，ｗ_２の比率で、画素列を得ることができるので、ビットパターンへの変換における演算精度が向上する。

２． 第２の実施の形態
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る角度検出システム２９０を備える測量システム２００の構成ブロック図である。

測量システム２００は、測量システム１００と同様に、計測モジュール１０および測量装置２５０を備える。しかし、測量装置２５０はカメラを備えず、それに代えて、情報取得部として機能するスキャナ７０を備える点で異なる。従って、角度検出システム２９０は、距離測定器１４に取り付けられたエンコーダパターン部１３と、スキャナ７０、および演算制御部２６４を備える測量装置２５０とにより構成されている。

スキャナ７０は、回動ミラー、ミラー回転駆動部、ミラー回転角検出器、送光部、受光部、および制御部を備え、例えば、望遠鏡２ｂの上部に、少なくとも鉛直軸周りにスキャン可能に設けられている。

スキャナ７０は、エンコーダパターン部１３に向けて、スキャン光として例えば赤外レーザ光を送光し、ミラー回転駆動部により回動ミラーを回転駆動することで、少なくとも水平方向（エンコーダパターン部１３の周方向）にスキャン光を複数回スキャンし、エンコーダパターン１３Ｂからの反射光をフォトダイオード等での受光部で受光し、スキャンデータとして、受光光量分布を取得する。すなわち、エンコーダパターン１３の示す情報を、受光光量分布として光学的に取得する。

また、スキャナ７０の制御部は、測量装置２５０の演算制御部２６４と電気的に接続されており、スキャナ７０は演算制御部２６４の制御に従って、スキャンを実行する。

測量システム２００を用いて、測量装置２５０から視通のない測定点Ｐについて測量を実施する場合の動作における、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θ_Ｔの検出において、角度検出システム２９０は、第１の実施の形態のステップＳ３０１〜Ｓ３０６に代えて、図１３の動作を行う。

角度の検出を開始すると、ステップＳ４０１では、エンコーダパターン読取部２６５の制御により、スキャナ７０はエンコーダパターン部１３に対して、例えば図１４（ａ）に示すように高さｈ_３間隔でスキャン光を走査する。

次に、ステップＳ４０２では、スキャナ７０の受光部が、スキャンデータとして受光光量分布を取得し、エンコーダパターン読取部２６５に出力する。受光光量分布は、黒色部分では値が小さくなり、白色部分では値が大きくなるため、Ｉ〜Ｖの各位置における受光光量分布は、例えば、図１４（ｂ）のようになる。

次に、ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２で取得した、受光光量分布から、幅情報部１３２の読取り結果を抽出する。具体的には、所定のしきい値よりも小さな受光光量に対応する領域を黒色部分と判断し、所定のしきい値よりも大きな受光光量に対応する領域を白色部分と判断し、黒色部分と白色部分の少なくとも一方が、一定長さ連続している領域を幅情報部１３２と判断する。この結果、図１４（ｂ）においては、画素列ＩおよびＩＩが幅情報部１３２に相当することがわかる。そして、検出されたエンコーダパターン１３Ｂの幅（エンコーダパターン部１３の直径）Ｌから、エンコーダパターン１３Ｂの中心位置Ａを特定する。

次に、ステップＳ４０４では、ステップＳ４０２で取得した受光光量分布から、各位置における受光光量分布の相関を算出し、相関性が所定の値よりも高いものを、角度情報部１３１の読取り結果として抽出する。

図１４（ｂ）の例では、スキャン位置ＩＩＩ〜Ｖは、受光光量分布のパターンが高い相関性を有している。したがって、スキャン位置ＩＩＩ〜Ｖの受光光量分布が角度情報部１３１の読込み結果であることがわかる。

そして、抽出したスキャン位置ＩＩＩ〜Ｖの受光光量分布を垂直方向に加算して平均値を算出する。その結果が所定のしきい値よりも小さな場合を黒色部分と判断し、黒色部分の幅を求める。次に、求めた幅の値が、エンコーダパターン１３Ｂの狭幅、広幅のいずれに該当するかを判断し、狭幅と判断されたものをビット「０」すなわち縦線１３１ａ、広幅と判断されたものをビット「１」すなわち縦線１３１ｂとして読み取る。

このように、複数の位置の平均値として受光光量分布を算出すると、例えば、スキャン位置ＩＶのように、受光光量分布の水平位置がずれるといったノイズが生じたとしても、このずれの影響を低減し、読取り精度を向上することができる。

次に、ステップＳ４０５では、方向角演算部６６が、ステップＳ４０３で求めたエンコーダパターン１３Ｂの中心位置Ａを中央として左右に伸びる所定幅Ｒに含まれるビットパターン、すなわち所定幅Ｒの領域に含まれる所定のビット数（例えば、１０本）の縦線で示されるビットパターンと、記憶部６１に記憶されたビットパターンと角度との相関とを対比することにより、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θ_Ｔを求める（その後、ステップＳ１０５に移行する）。

このように、カメラ５５に代えて、スキャナ７０を用いても、実施の形態１の角度検出システム９０と同様の効果を奏することができる。また、スキャナ７０を用いると、レーザ光の反射光を用いて、エンコーダパターン１３Ｂを読み取るので、受光光量が大きくなり、遠距離や、光量の少ない状況の測定においても十分なコントラストを得ることができる。

また、スキャナを用いると、複数回のスキャンにより読み取りを行うので、目的により、スキャン回数を増やす等して、読み取り精度を向上することができる。

３． 第３の実施の形態
図１５に示すように、第３の実施の形態に係る角度検出システム３９０は、第１の実施の形態に係る測量システム１００と同一の測量システム３００に備えられている。角度検出システム３９０では、反射ターゲット１１を構成要素として含んでいる。その余の点について、測量システム３００の機械的構成は、第１の実施の形態に係る測量システム１００と同様であるので構成についての詳細な説明は省略する。

一方、第３の実施の形態に係る角度検出システム３９０では、角度検出における動作が角度検出システム９０とは以下のように異なる。図１６は、第３の実施の形態に係る角度検出システム３９０における、角度検出のフローチャートである。

角度の検出を開始すると、ステップＳ５０１では、ステップＳ３０１と同様にカメラ５５が、エンコーダパターン部１３を含むエンコーダパターン部１３周辺の風景画像８０を取得する。

次に、ステップＳ５０２では、エンコーダパターン読取部６５が、ステップＳ１０１で取得した反射ターゲット１１の測距データ、および記憶部６１に記憶された、既知であるエンコーダパターン部１３の寸法に基づいて画像におけるエンコーダパターン１３Ｂの範囲８１を特定し、矩形に切り出す。このようにすると、エンコーダパターンの読み取りに最適な大きさに画像を切り出すことができ、読取り精度が向上する。

次に、ステップＳ５０３では、ステップＳ１０１で取得した、反射ターゲットの測角データに基づいて、読込み方向を設定する。これは、カメラ５５とエンコーダパターン部１３との鉛直方向の位置関係による、画像に現れるエンコーダパターン部１３の見え方への影響を考慮したものである。

具体的には、カメラ５５がエンコーダパターン部１３よりも高い位置にある場合には、図１７（ａ）に示すように、下に凸に湾曲した形状に観察され、カメラ５５がエンコーダパターン部１３よりも低い位置にある場合には、図１７（ｂ）に示すように、上に凸に湾曲した形状に観察される。この結果、読込みが不完全となったり、読み取ったパターンの幅にも違いが生じたりする虞がある。

そこで、予め、測角データに対応するエンコーダパターン部の側面形状を算出し、算出結果を記憶部６１に記憶させておき、ステップS５０３において、ステップＳ１０１で取得した測角データに基づいて、取得される画像におけるエンコーダパターン部１３の側面形状を求め、側面形状に対応して、底面または上面の外周縁と平行になるように読込み方向を設定する。例えば、エンコーダパターン部１３の画像が図１７（ａ）に示すような状態の場合には、図１７（ｃ）のＩａ〜Ｖａに示すように、底面または上面の外周縁と平行になるように、曲線状に読み込むように設定する。

次に、ステップＳ５０４において、エンコーダパターン読取部６５は、ステップＳ５０２において切り出したエンコーダパターン１３Ｂの範囲８１の画像を、エンコーダパターン部１３の周方向に線状に読込む。ここで、読込みの間隔ｈ_３は、反射ターゲット１１の測距データ、および記憶部６１に記憶された、既知であるエンコーダパターン部１３の寸法に基づいて、エンコーダパターン部の寸法およびステップＳ３０３同様に、高さｈ１よりも小さく、かつ高さｈ_２の１／２よりも短い間隔ｈ_３に設定される。このようにすると、幅情報部１３２および角度情報部１３１を確実に捕捉することができる間隔を正確に求めることができ、読取り精度が向上する。

次に、ステップＳ５０５では、ステップＳ５０４の読込み結果から、幅情報部１３２の読み取り結果を抽出する。具体的には、所定のしきい値よりも小さな画素値となる黒色部分および所定のしきい値よりも大きな画素値となる白色部分の少なくとも一方が、ステップＳ１０１で取得した反射ターゲット１１の測距データ、および既知のエンコーダパターン部の寸法から算出される、エンコーダパターン部の直径Ｌに相当する長さ連続している場合に、当該画素列が、幅情報部１３２に相当すると判断する。

次に、ステップＳ５０６では、ステップＳ３０５と同様に、ステップＳ５０４の読込み結果から、角度情報部１３１に該当する画素列を抽出する。

その後、ステップＳ５０７に移行して、ステップＳ３０６と同様にして、方向角演算部６６が、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θ_Ｔを求める（その後、ステップＳ１０５へ移行する）。

このように、角度検出システムに、反射ターゲットを備え、測量装置として、トータルステーションを用いれば、画像の切り出し、読込み方向等の設定を、トータルステーションで測定した距離に基づいて行うことができるので、読込みの精度が向上する。

本実施の形態において、カメラ５５を、特開２０１６−１３８８０２号公報に開示されているように、測量部の光学系と光学系を共有した狭角カメラをさらに備え、測量部により取得した測距データに基づいて算出される反射ターゲット１１の距離に応じて、カメラ５５と、狭角カメラとを切り替え可能に構成してもよい。

上記構成によれば、測量装置５０から計測モジュール１０までの距離に関わらず、ステップＳ３０２におけるエンコーダパターン１３Ｂの読取りに適した大きさの画像を切り出すことが可能となり、距離に伴う読取り誤差の発生を防止することができる。

また、第２の実施の形態と同様に、本実施の形態において、カメラ５５に代えてスキャナ７０を用いてもよい。

上述の通り、スキャナ７０は、水平方向に沿ってスキャン光を走査するように構成されているが、水平方向の走査では、図１７に示すカメラでの読込み例と同様に、エンコーダパターン部１３がスキャナ７０よりも低い位置にある場合には、図１８（ａ）に矢印Ｅで示すように、スキャンが不完全となる場合がある。また、読み取ったパターンの幅にも誤差が生じる虞がある。エンコーダパターン部１３がスキャナ７０より高い位置にある場合でも同様である。そこで、図１８（ｂ）に矢印Ｆで示すように、エンコーダパターン部１３がスキャナ７０と異なる高さにある場合でも、同じ高さで円柱表面に沿うように、曲線状にスキャンを行うように構成してもよい。

すなわち、反射ターゲット１１の鉛直角の測定値に応じて、スキャン光の軌道を変更するように構成してもよい。このような構成にすると、角度情報部１３１および幅情報部１３２を確実にスキャンでき、また、読取りの精度も向上する。

４． 第４の実施の形態
図１９は、第４の実施の形態に係る、角度検出システム４９０を備える測量システム４００の構成ブロック図である。測量システム４００は、測量システム１００と同様の計測モジュール４１０と測量装置５０とを備える。しかし、角度検出システム４９０は、計測モジュール４１０に設けられた、エンコーダパターン部１３、モジュール通信部（通信部）１９、および回転角測定器２２と、測量装置５０とで構成されている。

また、図２０に示すように、測定対象物である計測モジュール４１０の距離測定器４１４が、支持部材１２の中心軸Ａ上の点Ｒを基点として、点Ｒを通る水平軸周りに回動可能に支持部材１２に取り付けられているのに加えて、計測モジュール４１０の距離測定器４１４では、両矢印Ｄで示すように、点Ｒを通る鉛直軸、すなわち支持部材１２の中心軸Ａ周りにも回動可能となっている。

回転角測定器２２は、ロータリーエンコーダであり、支持部材１２上の、距離測定器４１４の基点に隣接して取付けられている。エンコーダパターン部１３は、支持部材１２を介して回転角測定器２２を備える。

回転角測定器２２の０°に対応する方向と、距離測定器４１４を支持部材１２に組み付けた際のエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤとの、支持部材１２の中心軸回りの角度は、距離測定器４１４を組み付けた時点で、求められ、補正値として、回転角測定器２２に設定されている。従って、回転角測定器２２は、距離測定器４１４の、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する支持部材１２の中心軸Ａ周りの回転角θ_Ｂを測定可能となっている。また、回転角測定器２２は測定結果をモジュール通信部１９に出力する。

モジュール通信部１９は、回転角測定器２２の測定結果を測量装置５０に送信する。また、モジュール通信部１９は、エンコーダパターン部１３に支持部材１２を介して備えられている。

このように、計測モジュール１０では、距離測定器１４のエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θ_Ｂは固定の値であるのに対し、計測モジュール４１０では、可変の値であるが、回転角測定器２２を備えることにより、測定可能となっている。

そして、図２１に示すように、測定点Ｐについての測量動作において、計測モジュール４１０は、計測モジュール１０と同様に、距離測定器４１４の基点Ｒから測定点Ｐまでの距離ｌを測定し（ステップＳ６０１）、距離測定器４１４の基点Ｒを通る水平面に対する距離測定器４１４の傾斜角φを測定する（ステップＳ６０２）のに加えて、ステップＳ６０３において、回転角測定器２２が距離測定器４１４のエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θ_Ｂを測定し、モジュール通信部１９に出力する。

このような構成によれば、距離測定器４１４が、支持部材１２に、支持部材１２の中心軸Ａ周りに回動可能に取り付けられているので、支持部材１２の鉛直状態を確保した状態で、距離測定器４１４の先端を測定点Ｐに当接させる際の作業性が向上する。また、測定点Ｐに対して任意の角度の点を借りの測定点Ｑとして設定できるので、仮の測定点Ｑの設定の自由度が増す。このように、測定対象物を、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対して、任意の角度に取り付け可能に構成すると有利である。

以上の実施の形態にかかる説明において、測量装置としてトータルステーションを用いた例を述べた。しかし、これに限るものではなく、特に第１および第２の実施の形態においては、測量装置として、電子レベル、トランシット、その他の測量装置を用いてもよく、また、測量用に用いられるカメラやスキャナ自体を用いてもよい。さらに、また第３の実施の形態においては、少なくとも反射ターゲットに測距光を送光し、その反射光を受光して、反射ターゲットの距離を測定する測量装置であればよい。

以上の実施の形態では、エンコーダパターン１３Ｂを、黒白２種類の色彩の領域を組み合わせにより構成した例について述べたが、黒白に限らず、明確なコントラスト有する色彩の組み合わせによりエンコーダパターンを構成してもよい。また、可視光に限らず、偏光により識別可能なエンコーダパターンとして構成してもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態および実施例は本発明の一例であり、それぞれの構成を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

１１ 反射ターゲット
１３Ａ ベース
１３Ｂ，１３Ｂａ エンコーダパターン
１３ エンコーダパターン部
１９ モジュール通信部（通信部）
２２ 回転角測定器
５０，５０ｂ, ２５０ 測量装置
５５ カメラ（情報取得部）
６４，６４ｂ，２６４ 演算制御部
７０ スキャナ（情報取得部）
９０，９０ｂ，２９０，３９０，４９０ 角度検出システム

Claims (11)

1. 測定対象物に取り付けられるエンコーダパターン部と、
   測量装置とを備える角度検出システムであって、
   前記エンコーダパターン部は、
   円柱形状のベース、および該ベースの外周側面に設けられて、所定の基準方向に対する周方向の角度を示す角度情報部を備えるエンコーダパターンを備え、
   前記測量装置は、前記エンコーダパターンが示す情報を、光学的に取得する情報取得部と、前記情報に基づいて、前記基準方向に対する前記測量装置の角度θ_Ｔを演算する演算制御部とを備えることを特徴とする角度検出システム。
2. 前記角度情報部が、２種類の色彩の領域をエンコーダパターン部の外周側面に周方向に配置することによりビットパターンを示し、
   前記演算制御部が、前記エンコーダパターンを周方向に読取り、読取り結果をビットパターンに変換し、前記パターンの読取り結果から前記エンコーダパターンの中央位置を特定し、該中央位置を中央とする所定の領域に含まれる前記ビットパターンを、予め設定されたビットパターンと角度との相関と対比することにより、角度を演算することを特徴とする請求項１に記載の角度検出システム。
3. 前記エンコーダパターン部が、前記エンコーダパターン部の幅を示す幅情報部を備え、
   前記演算制御部が、前記情報取得部により取得された前記情報から前記幅情報部の情報を抽出して、前記幅情報部の中央位置を特定し、前記幅情報部の中央位置を前記エンコーダパターン部の中央位置とし、該中央位置を中央とする所定の領域に含まれる前記ビットパターンを、予め設定されたビットパターンと角度との相関と対比することにより、角度を演算することを特徴とする請求項２に記載の角度検出システム。
4. 前記測定対象物が、前記基準方向に対して周方向に所定の角度θ_Ｂで取り付けられており、
   前記演算制御部が、前記所定の角度（θ_Ｂ）および前記基準方向に対する前記測量装置の角度（θ_Ｔ）に基づいて、前記測定対象物の前記測量装置に対する角度（θ）を演算することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の角度検出システム。
5. 前記測定対象物が、前記エンコーダパターン部に対して、前記エンコーダパターン部の中心軸回りに回動可能に取り付けられており、
   前記測定対象物が、前記所定の角度を測定可能な回転角測定器および通信部を備え、
   前記測量装置が、通信部と通信可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の角度検出システム。
6. 前記演算制御部が、前記ビットパターンを示すエンコーダパターンを、前記エンコーダパターン部の直径方向における中心位置からの距離の比に応じて予め設定された縮小率で除することにより、円柱形状のエンコーダパターンを、平面上に展開したように補正する読取補正部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の角度検出システム。
7. 前記情報取得部が、前記エンコーダパターンが示す情報を画像として取得するカメラであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の角度検出システム。
8. 前記情報取得部が、前記エンコーダパターンが示す情報を、前記エンコーダパターンにスキャン光を送光し、前記エンコーダパターンからの反射光を受光して受光光量分布として取得するスキャナであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の角度検出システム。
9. 前記エンコーダパターン部が、反射ターゲットをさらに備え、
   前記測量装置が、前記反射ターゲットに測距光を送光し、前記反射ターゲットからの反射光を受光して前記反射ターゲットを測距し、かつ反射ターゲットを測角する測量装置であり、
   前記演算制御部が、前記反射ターゲットの測距データに基づいて、前記エンコーダパターンを識別することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の角度検出システム。
10. 前記エンコーダパターン部が、反射ターゲットをさらに備え、
    前記測量装置が、前記反射ターゲットに測距光を送光し、前記反射ターゲットからの反射光を受光して前記反射ターゲットを測距し、かつ反射ターゲットを測角する測量装置であり、
    前記演算制御部が、前記反射ターゲットの測角データに基づいて、前記周方向の読取り方向を設定することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の角度検出システム。
11. 円柱形状のベース、および該ベースの外周側面に配置されて、所定の基準方向に対する周方向の角度を示すエンコーダパターンを備えるエンコーダパターン部と、情報取得部を備える測量装置とを用いて角度を検出する方法であって、
    （ａ）前記エンコーダパターン部を前記測定対象物に、エンコーダパターン部の周方向に所定の角度で取り付け、
    （ｂ）前記情報取得部が、前記エンコーダパターンが示す情報をパターン情報として光学的に取得し、
    （ｃ）（ｂ）により取得されたパターン情報に基づいて、前記測量装置の、前記基準方向に対する角度を演算することを特徴とする角度検出方法。