JP3092302B2 - 光波測距システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】光波測距装置の機械高測定装置に
係り、特に光波測距装置の機械高を光波測距により容易
かつ正確に測定できるようにした光波測距装置の機械高
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の測量機の電子化の成果として、光
波を用いて瞬時に測距作業を行える光波測距装置が開発
されている。この種の光波測距装置にはセオドライトに
搭載され斜距離を測定するタイプやセオドライトと一体
的に構成され、高度角と水平角を自動的に測定して座標
算出を即座に行えるトータルステーション等がある。い
ずれのタイプにおいてもその主な機能として光波測距装
置の機械原点と求点との水平距離や高低差（比高）を容
易に算出できる内部演算機能等がある。このとき機械原
点は測量機の内部の固有既知点であり、測距作業はこの
機械原点を地上測点の鉛直線上に一致させて行う。この
ため測距時の座標系のＸ，Ｙ両座標は地上測点の座標と
一致するが、Ｚ座標から実際の測点高度を算出するため
には機械原点と測点の鉛直距離（機械高）を求める必要
がある。そこで、通常は測量時にその都度、測点と機械
原点との距離を巻尺等により実測したり、測点の近くに
標尺を立ててその目盛を読んで機械高を求めたりしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
巻尺で測定する方法では光波測距装置の構造上、測点か
ら機械原点までを斜距離でしか測定できない。このため
光波測距の測定精度に比べ、精度の低い値しか得ること
ができず、光波測距装置で高い精度の測距を行っても最
終的な測量成果精度は粗いものとなってしまうという問
題がある。

【０００４】また、その測定法が確立されていないた
め、測量担当者の熟練度によりばらつきが生じるばかり
でなく、作業手順が一貫していないので、機械高測定を
忘れてしまうおそれもある。この場合には光波測距装置
で得られた測距データが無駄になるばかりでなく他の測
点の測量作業にも悪影響を及ぼす場合がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、光波測距装置の正確な機械
高を光波測距により直接求めることのできる機械高測定
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、測距光学系、前記測距光学系から射出され、目標物
で反射され前記測距光学系に入射する光を受光して距離
を測定する測定手段、及び演算手段を備える光波測距装
置と、前記測距光学系の対物レンズ側の光軸上に、前記
光波測距装置の機械原点から第１の距離離間して着脱可
能に配置され、前記測距光学系から射出する光の光路を
下方へ直角に偏角する偏角部材を備える第１の光学装置
と、測点から鉛直距離離間し、前記偏角部材に対向して
配置されたコーナーキューブを備える第２の光学装置を
具備し、前記測距光学系は前記偏角部材を介して前記コ
ーナーキューブに光を往復させ、前記測定手段は前記機
械原点と前記コーナーキューブとの間の第２の距離を測
定し、前記演算手段は前記第１の距離、前記鉛直距離、
及び前記第２の距離から機械高を演算することを特徴と
する光波測距システムを構成した。

【０００７】又は、測距光学系、及び前記測距光学系か
ら射出され、目標物で反射され前記測距光学系に入射す
る光を受光して距離を測定する測定手段を備える光波測
距装置と、前記測距光学系の対物レンズ側の光軸上に、
前記光波測距装置の機械原点から第１の距離離間して着
脱可能に配置され、前記測距光学系から射出する光の光
路を下方へ直角に偏角する偏角部材を備える第１の光学
装置と、測点から前記第１の距離と同値の鉛直距離離間
し、前記偏角部材に対向して配置されたコーナーキュー
ブを備える第２の光学装置を具備し、前記機械原点と前
記コーナーキューブとの間の第２の距離を測定し、機械
高を前記第２の距離と同値のものとして求めることを特
徴とする光波測距システムを好ましいものとして構成し
た。

【０００８】望遠鏡が水平に視準していない場合には、
測距光学系、前記測距光学系の高度角を測定する測角手
段、前記測距光学系から射出され、目標物で反射され前
記測距光学系に入射する光を受光して距離を測定する測
定手段、及び演算手段を備える光波測距装置と、前記測
距光学系の対物レンズ側の光軸上に、前記光波測距装置
の機械原点から第１の距離離間して着脱可能に配置さ
れ、前記測距光学系から射出する光の光路を下方へ直角
に偏角する偏角部材を備える第１の光学装置と、測点か
ら鉛直距離離間し、前記偏角部材に対向して配置された
コーナーキューブを備える第２の光学装置を具備し、前
記測距光学系は前記偏角部材を介し、前記コーナーキュ
ーブに光を往復させ、前記測定手段は前記機械原点と前
記コーナーキューブとの間の第２の距離を測定し、前記
測角手段は前記高度角を測定し、前記演算手段は前記第
１の距離、前記鉛直距離、前記第２の距離、及び前記高
度角から機械高を演算することを特徴とする光波測距シ
ステムが好ましいものとして構成した。

【０００９】又光波測距装置の測距光学系の対物レンズ
側の光軸上に、前記光波測距装置の機械原点から第１の
距離離間して配置され、前記測距光学系から射出する光
の光路を下方へ直角に偏角する偏角部材を備える第１の
光学装置と、測点から鉛直距離離間し、前記偏角部材に
対向して配置されたコーナーキューブを備える第２の光
学装置とから構成され、 前記第２の光学装置は、基板
と、前記コーナーキューブを固設し、前記基板に対して
水平方向に摺動可能な可動部材と、前記基板を支持する
支持脚と、測点と前記コーナーキューブとの間の鉛直距
離を測定する測長器とを併せ有することを好ましいもの
として構成した。

【００１０】

【作用】請求項１の発明によれば、光波測距装置の機械
原点と測点との間の機械高を求めるために、光波測距装
置の測距光学系から光を射出し、前記測距光学系の対物
レンズ側の光軸上に、前記光波測距装置の機械原点から
所定の第１の距離離間して着脱可能に配置され、前記測
距光学系から射出する光の光路を下方へ直角に偏角する
偏角部材を備える第１の光学装置を介して、第２の光学
装置に設置され、測点から所定の鉛直距離離間し、前記
偏角部材に対向して配置された機械原点からコーナーキ
ューブまでの第２の距離を測定する。機械高は所定の第
１の距離と、所定の鉛直距離、実測した第２の距離とか
ら演算される。

【００１１】請求項２の発明によれば、機械原点から偏
角部材までの第１の距離と測点からコーナーキューブま
での鉛直距離とを等しく設定すれば、機械高は機械原点
からコーナーキューブまでの第２の距離と同一値のもの
として測定される。

【００１２】請求項３の発明によれば、望遠鏡が水平に
視準していなくても、光波測距装置の機械原点と測点と
の間の機械高を求めるために、光波測距装置の測距光学
系から光を射出し、前記測距光学系の対物レンズ側の光
軸上に、前記光波測距装置の機械原点から所定の第１の
距離離間して着脱可能に配置され、前記測距光学系から
射出する光の光路を下方へ直角に偏角する偏角部材を備
える第１の光学装置を介して、第２の光学装置に設置さ
れ、測点から所定の鉛直距離離間し、前記偏角部材に対
向して配置された機械原点からコーナーキューブまでの
第２の距離を測定する。又高度角を測定する。機械高は
所定の第１の距離と、所定の鉛直距離、実測した第２の
距離、実測した高度角とから演算される。演算は本装置
に内蔵した演算手段により行われる。

【００１３】請求項４の発明によれば、 光波測距装置
の測距光学系の対物レンズ側の光軸上に、前記光波測距
装置の機械原点から第１の距離離間して配置され、前記
測距光学系から射出する光の光路を下方へ直角に偏角す
る偏角部材を備える第１の光学装置と、測点から鉛直距
離離間し、前記偏角部材に対向して配置されたコーナー
キューブを備える第２の光学装置とは、一定の光波測距
装置にのみ対応するものでとなく、各種の光波測距装置
に対応であり、又第１の光学装置と第２の光学装置との
組合せも変更可能である。そして、第２の光学装置は、
基板と、前記コーナーキューブを固設し、前記基板に対
して水平方向に摺動可能な可動部材と、前記基板を支持
する支持脚と、測点と前記コーナーキューブとの間の鉛
直距離を測定する測長器とを併せ有するので容易に鉛直
距離の測定が可能である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による機械高測定装置の一実施
例を図１乃至図４を参照して説明する。図１は光波測距
装置１に本発明の機械高測定装置をセットした状態を示
した全体図である。同図において、符号１は三脚２上に
設置された光波測距装置本体を示しており、この光波測
距装置１は地上の測点Ｐの鉛直線上に機械原点Ｃが来る
ように求心及び整準されている。

【００１５】また、光波測距装置１の対物レンズ３の前
方には偏角光学系としての偏角プリズム４が取り付けら
れている。この偏角プリズム４は対物レンズ３に連結さ
れた鏡筒５内に収容され、光波測距装置１からの光線の
進行方向を下方に向け直角に曲げる役割を果たすように
なっている。偏角プリズム４としてはペンタプリズムが
使用されている。また、鏡筒５の下面には小開口５ａが
形成されており、偏角プリズム４から下方に向けて出射
された光線を通過させるようになっている。このとき光
波測距装置１の望遠鏡６内の測距光学系は水平に設定さ
れているの光波測距装置１の対物レンズ３からは水平光
線が出射される。したがって、水平光線は偏角プリズム
４により直角に偏角され下向きの鉛直光線となる。

【００１６】さらにこの光線の光路の延長線上、すなわ
ち鉛直下方の地上部にはプリズムシステム７が配置され
ている。このプリズムシステム７はコーナーキューブ８
と、コーナーキューブ８が固定されるベース９と、ベー
ス９を水平状態に保持する支持脚１０、１１とから構成
されている。このうちコーナーキューブ８はホルダ１２
内に収容され、このホルダ１２は地上の測点Ｐからプリ
ズム原点位置Ｄまでの距離が鉛直距離Ｂとなるようにベ
ース上面９ａに固着されている。

【００１７】ここで図２乃至図４を参照してプリズムシ
ステム７の構成について説明する。図２はプリズムシス
テム７の全体を示した正面図である。同図において、ベ
ース９は図３に示したように平面形状が小判型の肉厚板
をなし、その一端には貫通孔１３が形成されている。こ
の貫通孔１３はコーナーキューブ８のホルダ１２の保持
面（ベース上面９ａ）と直角をなすように設けられてお
り、さらにこの貫通孔１３にはその内径よりわずかに小
さい直径を有する丸棒状のスライド支持脚１０が摺動自
在に嵌合されている。貫通孔１３がベース上面９ａと直
角をなして形成されていることからスライド支持脚１０
はベース上面９ａに対して常に直角をなした状態でその
位置を保持することができる。

【００１８】またスライド支持脚１０の周面の一部には
実寸長さの目盛１４が刻まれており、ベース下面での支
持脚１０の目盛１４の読みにより支持脚先端部１０ａと
プリズム原点位置Ｄとの距離を設定できるようになって
いる。なお、ベース９の側面には止めネジ１５が螺着さ
れている。この止めネジ１５はスライド支持脚１０を所
定位置に固定するためのもので、図４に示したようにネ
ジの締め込みによりスライド支持脚１０をベース９と直
角をなした状態で所定位置に固定できる。

【００１９】また、スライド支持脚１０とともにベース
９を支持するために２本の可傾支持脚１１、１１がベー
ス下面９ｂに取り付けられている。この可傾支持脚１１
はベース下面９ｂに固着された根元部１１Ａと、この根
元部１１Ａに枢着された可傾脚１１Ｂとからなる。さら
に、ベース上面９ａには円形気泡管１６が埋設されてお
り、この円形気泡管１６によりベース上面９ａの水平状
態を確認することができる。したがって、ベース上面９
ａが水平面状態を保持するようにプリズムシステム７を
設置するにはあらかじめ所定長さに設定されたスライド
支持脚１０の先端１０ａを測点Ｐに合わせ、次いで２本
の可傾脚１１Ｂを傾けるように開脚させ、円形気泡管１
６を見ながらベース上面９ａが水平となるように可傾脚
１１Ｂの開き具合を調整して整準すればよい。

【００２０】一方、ベース上面の一部には摺動部１７が
形成されている。この摺動部１７はベース９の一部を切
欠いた角溝１８に棒状摺動片１９をはめ込んで形成した
ものである。また角溝１８の底面にはスリット２０が形
成され、このスリット２０により摺動片１９の底面に取
着された止めネジ２１も摺動片１９とともにスライド
し、止めネジ２１を締め込むことにより摺動片１９を所
定位置に固定できるようになっている。このとき摺動片
１９の上面にはコーナーキューブ８のホルダ１２が固着
されているので、摺動片１９をスライドしてホルダ１２
の位置を調整することによりコーナーキューブ８のほぼ
中心部に偏角プリズム４からの鉛直光線を入射させるこ
とができる。このときホルダ１２の先端位置１２ａはプ
リズム原点位置Ｄと一致しており、このプリズム原点位
置Ｄを基準としてスライド支持脚１０の目盛１４が設定
されている。

【００２１】ここで上述のように設置されたプリズムシ
ステム７と、光波測距装置１に取り付けられた偏角プリ
ズム４との位置関係について図１を参照して説明する。
図１において、測点Ｐと光波測距装置１の機械原点Ｃと
の鉛直距離Ｈは光波測距装置１の機械高を、測点Ｐとプ
リズム原点Ｄとの鉛直距離Ｂはプリズム原点高さを示し
ている。この状態で光波測距装置１によりコーナーキュ
ーブ８を視準するとその測距実測値として光波測距装置
１の機械原点Ｃとプリズム原点Ｄとの距離Ｌが得られ
る。

【００２２】したがって、光波測距装置１の機械高Ｈ
は、下式で求まる。 Ｈ＝Ｌ−Ａ＋Ｂ …式（１） ここで、Ａ：光波測距装置の機械原点から偏角プリズム
までの距離（定数）

【００２３】よって、光波測距装置１とこの光波測距装
置１に取り付けられた偏角プリズム４の偏角点との距離
Ａがわかれば、光波測距装置１の機械高Ｈを容易に求め
ることができる。なお、距離Ａの値は光波測距装置の型
式及び光波測距装置の対物レンズに連結される偏角光学
系の寸法や使用光学部材のタイプにより異なる。そこ
で、使用する光波測距装置に対応する偏角光学系の型式
をあらかじめ設定しておけば、距離Ａを対象の光波測距
装置に固有の距離定数として取り扱うことができる。

【００２４】この距離定数Ａをあらかじめ求めるには各
光波測距装置の製品調整時等に調整済みの光波測距装置
を所定の既知高さに設置し、対応する偏角光学系アタッ
チメントを光波測距装置の対物レンズ部分に取り付けて
既知高さのターゲットのコーナーキューブを光波測距す
る。このときの測定結果と既知量により各光波測距装置
に対応する偏角光学系の距離定数Ａを求めることができ
る。

【００２５】また、光波測距装置の機械原点Ｃと偏角光
学系との距離Ａと、測点Ｐとプリズム原点Ｄとの鉛直距
離Ｂとが等しく（Ａ＝Ｂ）なるようにスライド支持脚１
０の脚長を調整してベース位置を決定し、その状態でコ
ーナーキューブ８を所定位置に設置して光波測距装置で
コーナーキューブ８を視準すれば、光波測距装置の実測
値をそのまま機械高として求めることができる。したが
って、上述のスライド支持脚１０に代えて偏角光学系の
距離定数Ａに等しい脚長の支持脚を設けることにより、
プリズムシステム７を可動部のない一体化したものとす
るも可能である。

【００２６】次に他の実施例として、光波測距装置の望
遠鏡の測距光学系が水平でない場合でも光波測距装置の
機械高を測定できるようにした機械高測定装置について
図５を参照して説明する。通常は光波測距装置の望遠鏡
の高度角がゼロになるように表示パネルを見ながら微調
整し、望遠鏡の水平出しを行っている。ところで、トー
タルステーション等の光波測距装置では測距測角を同時
に行えるので、光波測距により求まった斜距離とその測
角値とを用いて鉛直成分距離を同時に算出することがで
きる。そこで、本実施例ではこの機能を利用して機械高
測定を行う。

【００２７】図５において、光波測距装置１の望遠鏡６
は水平から俯角θをなして固定されている。このときの
光波測距装置１の機械原点Ｃとプリズム原点Ｄとの実測
値をＬ′とすると、機械高Ｈは下式で求まる。 Ｈ＝Ｌ′cos θ−Ａ（cos θ＋sin θ）＋Ｂ …式（２ ）

【００２８】このとき光波測距装置１の内蔵の演算部に
は高度角の値を判定し、上述の２つの式のいずれかを選
択して演算を行う機械高測定モードが設定されている。
このモードではまず光波測距装置１の望遠鏡６の高度角
が０°（またはその装置において水平状態を示す角度）
かどうかの判定を行う。そして高度角が０°の場合には
式（１）を利用して機械高が求められる。また、高度角
が０°以外の場合には測角値θを用いて式（２）により
機械高が求められる。

【００２９】したがって、測定作業者は機械高測定の際
にこのモード設定を行い、上述の測距作業を行えば、光
波測距装置１の望遠鏡６の高度角が水平状態からわずか
に振れていても、この内蔵された演算機能により補正計
算された機械高を得ることができる。このように本実施
例では光波測距装置１の測定光が水平でなくても機械高
を直接測定できるので、高度角の微調整を必要とせず機
械高測定の簡便化を図ることができる。

【００３０】なお、上述の実施例においては、偏角光学
系の例としてペンタプリズムを使用したが、光線を直角
に偏角できる直角プリズムや平面反射鏡等の光学部品を
鏡筒５内に装着しても良いことはいうまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば光波測距装置自身の光波測距によりその機械高
を高い精度で直接求めることができ、光波測距作業の効
率化と高い精度の測量成果を得ることができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光波測距装置の機械高測定装置の
一実施例を示した全体図。

【図２】図１に示した機械高測定装置のプリズムシステ
ムを示した拡大正面図。

【図３】図２に示したプリズムシステムの平面図。

【図４】図２に示した機械高測定装置のプリズムシステ
ムのIV-IV 線断面図。

【図５】本発明による光波測距装置の機械高測定装置の
他の実施例を示した全体図。

【符号の説明】

１ 光波測距装置 ３ 対物レンズ ４ 偏角プリズム ６ 望遠鏡 ７ プリズムシステム ８ コーナーキューブ １０ スライド支持脚 １１ 可傾支持脚 １６ 円形気泡管 １７ 摺動部 Ａ 距離定数 Ｂ 鉛直距離 Ｃ 光波測距装置機械原点 Ｄ プリズム原点 Ｈ 機械高

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−279190（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−129610（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−38507（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−118309（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−81079（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 15/00 - 15/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測距光学系、前記測距光学系から射出さ
   れ、目標物で反射され前記測距光学系に入射する光を受
   光して距離を測定する測定手段、及び演算手段を備える
   光波測距装置と、前記測距光学系の対物レンズ側の光軸
   上に、前記光波測距装置の機械原点から第１の距離離間
   して着脱可能に配置され、前記測距光学系から射出する
   光の光路を下方へ直角に偏角する偏角部材を備える第１
   の光学装置と、測点から鉛直距離離間し、前記偏角部材
   に対向して配置されたコーナーキューブを備える第２の
   光学装置を具備し、前記測距光学系は前記偏角部材を介
   して前記コーナーキューブに光を往復させ、前記測定手
   段は前記機械原点と前記コーナーキューブとの間の第２
   の距離を測定し、前記演算手段は前記第１の距離、前記
   鉛直距離、及び前記第２の距離から機械高を演算するこ
   とを特徴とする光波測距システム。
2. 【請求項２】測距光学系、及び前記測距光学系から射出
   され、目標物で反射され前記測距光学系に入射する光を
   受光して距離を測定する測定手段を備える光波測距装置
   と、前記測距光学系の対物レンズ側の光軸上に、前記光
   波測距装置の機械原点から第１の距離離間して着脱可能
   に配置され、前記測距光学系から射出する光の光路を下
   方へ直角に偏角する偏角部材を備える第１の光学装置
   と、測点から前記第１の距離と同値の鉛直距離離間し、
   前記偏角部材に対向して配置されたコーナーキューブを
   備える第２の光学装置を具備し、前記機械原点と前記コ
   ーナーキューブとの間の第２の距離を測定し、機械高を
   前記第２の距離と同値のものとして求めることを特徴と
   する光波測距システム。
3. 【請求項３】測距光学系、前記測距光学系の高度角を測
   定する測角手段、前記測距光学系から射出され、目標物
   で反射され前記測距光学系に入射する光を受光して距離
   を測定する測定手段、及び演算手段を備える光波測距装
   置と、前記測距光学系の対物レンズ側の光軸上に、前記
   光波測距装置の機械原点から第１の距離離間して着脱可
   能に配置され、前記測距光学系から射出する光の光路を
   下方へ直角に偏角する偏角部材を備える第１の光学装置
   と、測点から鉛直距離離間し、前記偏角部材に対向して
   配置されたコーナーキューブを備える第２の光学装置を
   具備し、前記測距光学系は前記偏角部材を介し、前記コ
   ーナーキューブに光を往復させ、前記測定手段は前記機
   械原点と前記コーナーキューブとの間の第２の距離を測
   定し、前記測角手段は前記高度角を測定し、前記演算手
   段は前記第１の距離、前記鉛直距離、前記第２の距離、
   及び前記高度角から機械高を演算することを特徴とする
   光波測距システム。
4. 【請求項４】光波測距装置の測距光学系の対物レンズ側
   の光軸上に、前記光波測距装置の機械原点から第１の距
   離離間して配置され、前記測距光学系から射出する光の
   光路を下方へ直角に偏角する偏角部材を備える第１の光
   学装置と、測点から鉛直距離離間し、前記偏角部材に対
   向して配置されたコーナーキューブを備える第２の光学
   装置とから構成され、前記第２の光学装置は、基板と、
   前記コーナーキューブを固設し、前記基板に対して水平
   方向に摺動可能な可動部材と、前記基板を支持する支持
   脚と、測点と前記コーナーキューブとの間の鉛直距離を
   測定する測長器とを併せ有することを特徴とする請求項
   ３に記載の光波測距装置の機械高測定装置。