JP3595451B2 - レーザ測量装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームの射出方向を回転させることによってレーザビームの走査軌跡を壁面等の被投射面に投射するレーザ測量装置に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、土木，建築等の分野では、水平線や垂直線の墨出しを行うためのレーザ測量装置（いわゆるレーザプレーナ）が使用されている。このレーザ測量装置は、レーザビームを射出する投光部を回転させてこのレーザ光を周方向に走査し、このレーザビームの軌跡によって壁面等の被投射面に垂直方向又は水平方向の基準線を投射するものである。
【０００３】
図８は、従来におけるレーザ測量装置の概略構成を示すブロック図である。この図８に示すように、レーザ測量装置は、鉛直方向に向けてレーザビームを射出するレーザダイオード１００と、このレーザダイオード１００からのレーザビームのビームウェスト位置を調整するビームエキスパンダ１０１と、このビームエキスパンダ１０１からのレーザビームを正確に９０度折り返すためにその光軸上に配置されたペンタプリズム１０３と、このペンタプリズム１０３を保持してビームエキスパンダ１０１の光軸を回転軸として回転させるための中空のヘッド部１０２と、ヘッド部１０３の周囲に填められた環状ギヤ１０４と、環状ギヤ１０４に噛合するピニオンギヤ１０６を回転駆動するモータ１０７と、制御回路１１０とから、構成される。この制御回路１１０は、更に、レーザダイオード１００に駆動電流を供給するレーザ駆動回路１１３と、モータ１０７に駆動電流を供給するモータ駆動回路１１４と、これら両駆動回路１１３，１１４を制御するマイクロコンピュータ１１２とから、構成されている。
【０００４】
このような構成において、このマイクロコンピュータ１１２は、レーザダイオード１００からレーザビームを出射させる様レーザ駆動回路１１３に対して指示を行いつつ、モータ１０７を回転させる様モータ駆動回路１１４に対して指示を行う。すると、レーザダイオード１００から出射されたレーザビームは、ビームエキスパンダ１０１によってそのビーム径を拡大された後に、ペンタプリズム１０３によって、水平方向に反射される。このペンタプリズム１０３は、両ギヤ１０４，１０６を介してモータ１０７によって回転駆動されているので、レーザビームを水平面内で走査することによって、水平プレーンビームを形成する。この水平プレーンビームが壁面に当たると、この壁面上に水平線が投影されるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のレーザ測量装置は、水平プレーンビームを形成することによって水平線を投射することを主眼点に設計されているので、停止状態にあるレーザビームの射出方向の方位角を制御する機能はなかった。そのため、例えば、測量の際に基準となる方角を示すべく、当該方向に向けて直線状にレーザビームを射出するには、別途手段によって方位角を測定し、目視で確認しながら手動操作にて装置全体又はヘッド部１０２の方角を調整しなければならなかった。従って、作業性が悪く、正確な方位角の調整は困難であった。
【０００６】
この点に鑑みてなされた本発明の課題は、レーザビームの射出方向を正確に所望の方角に向けることができ、これによって、任意の方位角を正確に示すことができるレーザ測量装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレーザ測量装置は、上記課題を解決するために、以下のような構成を採用した。
【０００８】
即ち、請求項１記載のレーザ測量装置は、本体部と、本体部に対して所定の回転軸を中心に回転可能に設けられているとともに、この回転軸に直交する方向へレーザビームを射出するヘッド部と、このヘッド部を前記本体部に対して回転させることによって前記レーザビームを同一面内で走査させる回転機構と、前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角を検知する相対角検知部と、前記本体部の設置方向の方位角を検知する方位角センサと、任意の方位角が設定される方位角設定部と、前記相対角検知部によって検知された前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角と前記方位角センサによって検知された方位角とに対応する前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致するように前記回転機構を制御する制御部とを、備えることを特徴とする。
【０００９】
このように構成されると、制御部は、相対角検知部によって検知されたヘッド部の本体部に対する相対角，及び、方位角センサによって検知された本体部の設置方向の方位角に基づいて、ヘッド部の方位角を知ることができる。従って、ヘッド部の現在の方位角と方位角設定部に設定された任意の方位角とのズレ量に対応する角度だけ、ヘッド部を本体部に対して回転させる様回転機構に指示すれば、ヘッド部の方位角を方位角設定部に設定された方位角に一致させることができる。その結果、レーザビームの出射方向を、正確に、所望の方向に向けることができるのである。
【００１０】
なお、ヘッド部は、レーザ光源を内蔵していてレーザ光源ごと本体部に対して回転する様構成されても良いし、本体部に内蔵されたレーザ光源から射出されたレーザビームを反射する反射部材を内蔵していても良い。相対角検知部は、エンコーダから構成されていても良いし、ポテンショナルメータのような機械センサから構成されていても良い。また、回転機構がパルスモータを有している場合には、このパルスモータに供給した駆動パルスの数に基づいて相対角を算出しても良い。方位角センサは、地磁気コンパスを含んで構成されることが望ましいが、レーザ測量装置が設置される座標における方向を検出できるものであればどのようなものであっても良い。例えば、ＧＰＳやラジオコンパスを用いたものであっても良い。
【００１１】
請求項２記載のレーザ測量装置は、請求項１の本体部が、前記レーザビームを射出するレーザ光源を有するとともに、このレーザビームを前記回転軸に沿って案内し、前記ヘッド部が、前記回転軸に沿って案内されたレーザビームを前記回転軸に直交する方向に向けて反射する反射部材を、内蔵していることで、特定したものである。
【００１２】
請求項３記載のレーザ測量装置は、請求項２の反射部材がペンタプリズムであることで、特定したものである。
【００１３】
請求項４記載のレーザ測量装置は、請求項１の制御部が、前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致した時のみ、前記レーザビームを射出させることで、特定したものである。
【００１４】
請求項５記載のレーザ測量装置は、請求項１の相対角検知部がエンコーダを有することで、特定したものである。
【００１５】
請求項６記載のレーザ測量装置は、請求項１の制御部が、前記相対角検知部によって検知された前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角と前記方位角センサによって検知された方位角とに対応する前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致するように前記回転機構を制御するモード，及び、前記ヘッド部を前記本体部に対して回転させ続けるように前記回転機構を制御するモードの何れかを選択して実行することで、特定したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【実施形態１】
＜レーザ測量装置の構成＞
本発明の第１の実施の形態であるレーザ測量装置は、測点（測定が行われる地点）に固定される本体部Ｍと、本体部Ｍに対して所定の回転軸を中心に回転するヘッド部７とから、構成される。図１は、本体部Ｍから筐体その他のフレーム構造を省略して示す構造図である。図１のうち、レーザダイオード１，ビームエキスパンダ２，モータ３，ピニオンギヤ４，エンコーダセンサ５，及び方位角センサ６は本体部に含まれ、制御回路１１及び設定入力回路１２は本体部Ｍ内の回路部に含まれる。なお、この制御回路１１は、マイクロコンピュータ１１１と、このマイクロコンピュータ１１１に夫々接続された測定回路１１２，レーザ駆動回路１１３，モータ駆動回路１１４，及び処理回路１１５とから、構成されている。また、方位角設定部としての設定入力回路１２は、本体部Ｍの外面に設けられたパネルキーであっても良いが、リモコンであっても良い。
【００１７】
レーザ駆動回路１１３は、マイクロコンピュータ１１１の指示に従って、レーザダイオード１に駆動電流を供給する回路である。このレーザ駆動回路１１３によって駆動電流を供給されたレーザダイオード１は、図１の上側（例えば鉛直方向）に向けてレーザビームを出射する。ビームエキスパンダ２は、このレーザダイオード１から出射されたレーザビームのビーム軸と同軸の光軸を有しており、入射したレーザビームのビーム径を拡大することによってそのビームウェスト位置を調整する。
【００１８】
ヘッド部７は、本体部Ｍの図示せぬ筐体に対して、ビームエキスパンダ２の光軸（所定の中心軸）を中心として回転自在に据え付けられている。このヘッド部７は、ビームエキスパンダ２を透過したレーザビームがその中心軸に沿って貫通する円筒状の円筒部７ａと、この円筒部７ａの先端（図１における上側の端）に連通する箱形のプリズム収容部７ｂとから、構成されている。
【００１９】
このプリズム収容部７ｂ内には、互いに４５度の角度をなす一対の内面反射面と互いに９０度の角度をなす入斜面及び出射面とを有するペンタプリズム１０が、収容されている。円筒部７ａを貫通したレーザビームは、このプリズム収容部７ｂ内においてペンタプリズム１０の入射面からその内部に入射すると、一対の反射面によって順次反射されることにより、入射時点でのビーム軸の方向に対して正確に９０度の方向に向けられ、出射面から出射される。なお、プリズム収容部７ｂにおけるペンタプリズム１０の出射面に対向した壁面は、このペンタプリズムの出射面から出射されたレーザビームを透過させるために、一部切り欠かれている。
【００２０】
一方、円筒部７ａの基端には、この円筒部７ｂと同軸の環状ギヤ９が填められて固定されている。この環状ギヤ９には、モータ３の駆動軸先端に固着されたピニオンギヤ４が噛合している。このモータ３には、モータ駆動回路１１４から駆動電流が供給されているので、両ギヤ４，９を介してヘッド部７を回転駆動することができる。その結果、ペンタプリズム１０も回転するので、このペンタプリズム１０から出射されたレーザビームが同一平面内で走査され、プレーンビームを形成する。特に、ビームエキスパンダ２の光軸が鉛直方向に向けられている場合には、ペンタプリズム１０から出射されたレーザビームが水平プレーンビームを形成し、この水平プレーンビームが当たった壁面上に、水平線を描く。即ち、これらモータ駆動回路１１４，モータ３，両ギヤ４，９，及びヘッド部７が、回転機構を構成する。
【００２１】
また、円筒部７ａの中間には、この円筒部７ｂと同軸の円盤状形状を有するエンコーダ板８が填め込られて固定されている。このエンコーダ板８は、透明部材から構成されている。このエンコーダ板８の上面には、図３の平面図に示すように、エンコーダ板８の中心から一定角度間隔で放射するように、多数のコードパターン８ａが描かれている。なお、このコードパターン８ａよりも中心寄りの位置には、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角の原点を定義するために用いられる原点検出パターン８ｂが、一個のみ描かれている。
【００２２】
上述のエンコーダセンサ５は、上記コードパターン８ａ及び上記原点検出パターン８ｂを夫々検出する２組のフォトインタラプタ（図示略）から構成されている。これら各組のフォトインタラプタをなす発光素子及び受光素子（何れも図示略）は、エンコーダ板８をその周縁上の一箇所からその中心に向けて挟み込む形状のステーにより、エンコーダ板８を挟んで対向する位置に固定されている。そのため、コードパターン８ａを検出するフォトインタラプタの受光素子は、エンコーダ板８の回転に伴って個々のコードパターン８ａが通過する毎にパルスを出力する。つまり、これらエンコーダ板８とエンコーダセンサ５はインクリメンタル方式のエンコーダを構成している。
【００２３】
なお、エンコーダセンサ５は、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角が所定の原点角となったときに原点検出パターン８ｂを検出する位置に、取り付けられている。従って、原点検出パターン８ｂを検出するフォトインタラプタの受光素子の出力は、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角が所定の原点角となったときのみ、ＬＯＷ電位となる。
【００２４】
エンコーダセンサ５における各組のフォトインタラプタの受光素子の出力は、処理回路１１５に入力される。この処理回路１１５は、原点検出パターン８ｂを検出するフォトインタラプタの受光素子の出力がＬＯＷ電位となった時にその出力をリセットとともに、リセット後においてコードパターン８ａを検出するフォトインタラプタの受光素子から出力されたパルス数を計数し、計数結果に相当するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の本体部Ｍに対する相対角を出力する。この処理回路１１５の出力は、マイクロコンピュータ１１１に入力される。以上のエンコーダ板８，エンコーダセンサ５，及び処理回路１１５が、相対角検知部に相当する。
【００２５】
方位角センサ６は、地磁気を検出する地磁気センサとコリオリの力を検出するジャイロコンパスとを組み合わせて構成され、本体部Ｍの機械設置方向（即ち、ビームエキスパンダ２の光軸からエンコーダセンサ５に向かう方向）の基準方位角（北）を基準とした方位角（以下、単に「本体部Ｍの方位角」という）に相当する出力を、測定回路１１２に入力する。この測定回路１１２は、方位角センサ６の出力に基づいて、本体部Ｍの方位角をマイクロコンピュータ１１１に入力する。
【００２６】
マイクロコンピュータ１１１は、制御回路１１全体の制御を行うプロセッサであり、設定入力回路１２からの入力情報に応じて各種制御を実行する。このマイクロコンピュータ１１１が実行する具体的制御の内容を、図２のフローチャートを用いて、以下に詳しく説明する。
【００２７】
このフローチャートによる制御は、制御回路１１に電源が投入されることによりスタートする。そして、スタート後最初のＳ００１では、マイクロコンピュータ１１１は、設定入力回路１２からの入力情報に基づき、現在設定されているモードが、プレーンビーム投射モードであるか方位角指示モードであるかをチェックする。
【００２８】
そして、プレーンビーム投射モードが設定されていると判定した場合には、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ０１２において、プレーンビーム投射モードによる制御を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザダイオード１からレーザビームを射出させる様指示すると同時に、モータ駆動回路１１４に対してモータ３を回転させる様指示する。
【００２９】
これに対して、方位角指示モードが設定されているとＳ００１にて判定した場合には、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ００２において、ヘッド部７の原点復帰を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１１は、モータ３によってヘッド部７を低速回転させる様、モータ駆動回路１１４に対して指示し、処理回路１１５の出力がリセットされると、モータの停止をモータ駆動回路１４に指示する。
【００３０】
次のＳ００３では、マイクロコンピュータ１１１は、設定入力回路１２を介してオペレータが設定する方位角を受け付ける。そして、マイクロコンピュータ１１１は、オペレータが設定入力回路１２を介して方位角を設定すると、処理をＳ００４乃至Ｓ００９のループ処理に進める。
【００３１】
このループ処理における最初のＳ００４では、マイクロコンピュータ１１１は、測定回路１１２に対して、方位角センサ６を用いた本体部Ｍの方位角の測定を指示し、この指示に応じて測定回路１１２が入力してきた本体部Ｍの方位角を取り込む。
【００３２】
次のＳ００５では、マイクロコンピュータ１１１は、処理回路１１５から出力されているヘッド部７の本体部Ｍに対する相対角（以下、「ヘッド現在位置」という）を取り込む。
【００３３】
次のＳ００６では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ００３にて設定された方位角とＳ００４にて取り込んだ本体部Ｍの方位角との差分（即ち、ヘッド位置の目標値）を算出する。
【００３４】
次のＳ００７では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ００６で算出された差分にヘッド現在位置が一致しているか否かに基づいて、ヘッド部７の本体部Ｍに対する相対回転角と方位角センサ６によって検知された方位角とに対応するヘッド部７の現在の方位角が、Ｓ００３にて設定された方位角に一致しているか否かを、チェックする。そして、ヘッド部７の現在の方位角がＳ００３にて設定された方位角に一致していない場合（即ち、Ｓ００６で算出された差分にヘッド現在位置が一致していない場合）には、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ００８に進める。Ｓ００８では、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対して、レーザダイオード１を消灯又は点滅させる様指示する。次のＳ００９では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ００６で算出された差分とヘッド現在位置とのズレ量に相当する角度だけヘッド部７を回転させる様、モータ駆動回路１１４に対して指示を行う。この指示を行うと、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ００４に戻す。
【００３５】
これに対して、ヘッド部７の現在の方位角がＳ００３にて設定された方位角に一致しているとＳ００７にて判定した場合（即ち、Ｓ００６で算出された差分にヘッド現在位置が一致している場合）には、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ０１０に進める。このＳ０１０では、マイクロコンピュータ１１１は、モータ駆動回路１１４に対して、ヘッド部７の回転停止を指示する。次のＳ０１１では、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザダイオード１を点灯させる様指示する。Ｓ０１１の終了後、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ００３に戻す。
【００３６】
＜実施形態の作用＞
以下、上記構成を有するレーザ測量装置を方位角指示モードで動作させる場合における動作の説明を行う。オペレータは、先ず、方位角の中心となる測点上に、図示せぬ三脚を用いてレーザ測量装置１１を設置する。そして、この三脚の各脚を調節することによって、レーザダイオード１からのレーザビームの射出方向，即ち、ビームエキスパンダ２の光軸を、鉛直方向に向ける。なお、このとき、レーザ測量装置の本体部Ｍの方位角は任意である。
【００３７】
以上の準備が済んだ後に、オペレータは、制御回路１１に電源を投入することによって図２のフローチャートによる制御処理をスタートさせ、設定入力回路１２を介して制御回路１１を方位角指示モードに設定する。すると、最初に、制御回路１１のマイクロコンピュータ１１１は、モータ駆動回路１１４に対して、ヘッド部７の原点復帰（処理回路１１５の出力のリセット）を行わせるので（Ｓ００２）、オペレータは、設定入力回路１２を介して、指示したい方位角を入力する（Ｓ００３）。
【００３８】
次に、マイクロコンピュータ１１１は、測定回路１１２に対して、方位角センサ６を用いた本体部Ｍの方位角の測定を行わせる（Ｓ００４）。図４の例では、本体部Ｍの方位角（機械設置方向の基準方位角からのズレ量）は、θｓ°である。続いて、マイクロコンピュータ１１１は、処理回路１１５から出力されているヘッド現在位置（ヘッド部７の本体部Ｍに対する相対角，但し、初期状態においては０°）を取り込むとともに（Ｓ００５）、オペレータによって設定された方位角と本体部Ｍの方位角との差分に基づいてヘッド位置の目標値を算出する（Ｓ００６）。図４の例では、ヘッド位置の目標値は、θｈ°である。
【００３９】
初期状態においては、ヘッド位置の目標値とヘッド現在位置とは不一致であるのが一般的であるので、マイクとコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザビームを消灯したまま若しくは点滅させる様指示しつつ（Ｓ００８）、モータ駆動回路１１４に対して、ヘッド位置の目標値とヘッド現在位置とのズレ角分だけヘッド部７を回転させる様指示する（Ｓ００９）。
【００４０】
このような方位角測定〜ヘッド部７回転を繰り返すと、ヘッド位置の目標値とヘッド現在位置とが一致するようになるので、マイクロコンピュータ１１１は、モータ駆動回路１１４に対してヘッド部７の回転を停止させるとともに（Ｓ０１０）、レーザ駆動回路１１３に対してレーザビームの点灯を指示する（Ｓ０１１）。これにより、オペレータによって入力された方位角の方向へ、レーザビームが射出される。
【００４１】
この後、新たな方位角がオペレータによって入力されなければ、マイクロコンピュータ１１１は、ヘッド部７の回転を指示することなく、レーザビームを射出させ続ける（Ｓ０１１）。これに対して、新たな方位角が入力されると、マイクロコンピュータ１１１は、この新たな方位角が示す方向に、ヘッド部７を回転させた後に（Ｓ００９）、レーザビームを再射出させる（Ｓ０１１）。
【００４２】
＜変形例＞
上述した第１実施形態の構成を変更し、エンコーダ板８に描かれたコードパターンを、図５に示すアブソリュート式としても良い。図５は、エンコーダ板８’を放射状に１６分割し、分割された各領域毎に一意の４ビットの２進値パターンを割り当てた例を示す平面図である。このように形成されたエンコーダ板８’から４ビットの２進値パターンを読み取るエンコーダセンサ５は、各ビットの明暗（透明／不透明）を検知するために、４組のフォトインタラプタを備える必要がある。このようなアブソリュート式のエンコーダが採用される場合、図３に示すインクリメンタル式のエンコーダと比較して、原点検出をして処理回路１１５の出力をリセットする必要がなくなる。従って、この場合にマイクロコンピュータ１１１が実行する制御処理においては、図２のフローチャートからＳ００２の処理が省略される。
【実施形態２】
図６は、本発明の第２実施形態によるレーザ測量装置の構成を示す構造図である。この図６から明らかなように、本第２実施形態は、上述した第１実施形態と比較して、エンコーダ板８及びエンコーダセンサ５によってヘッド部７の本体部Ｍに対する相対角を検知するのではなく、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角が所定の原点角となった事を原点センサ１４によって検出するとともに、ヘッド部７（レーザビームの射出方向）の本体部Ｍに対する相対回転角をステッピングモータ１３へ供給したパルス数をカウントすることによって計測することを、特徴とする。以下、本第２実施形態によるレーザ測量装置の構成を、上述した第１実施形態と相違する部分を中心として説明する。
【００４３】
ヘッド部７の基端に填められた環状ギヤ９の上面は、無反射面として処理されており、その周方向における１箇所のみに、原点を定義するために用いられる原点検出パターン（図示略）が、高反射率材料によって描かれている。
【００４４】
上述の原点センサ１４は、環状ギヤ９の上面の原点検出パターンを検知するフォトリフレクタであり、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角が所定の原点角となったときに原点検出パターン８ｂを検出する位置に、取り付けられている。
【００４５】
この原点センサ１４の受光素子の出力は、制御回路１１を構成する検出回路１１６に入力される。この検出回路は、原点センサ１４の受光素子の出力がＨＩＧＨ電位となった時に、原点角を検出した旨を示すパルスをマイクロコンピュータ１１１に入力する。
【００４６】
上述の環状ギヤ９に噛合するピニオンギヤ４を回転駆動するステッピングモータ１３は、モータ駆動回路１１７によって駆動パルスが供給される毎に、両ギヤ４，９を介して所定角度だけヘッド部７を回転させる。このモータ駆動回路１１７は、マイクロコンピュータ１１１によってヘッド部７の回転を指示されると、指示された回転角度だけヘッド部７を回転させるためにステッピングモータ１３が必要とする個数の駆動パルスを、このステッピングモータ１３に供給するとともに、マイクロコンピュータ１１１にフィードバックする。
【００４７】
マイクロコンピュータ１１１は、検出回路１１６からパルスを受信することによって、その時点にてヘッド部７が本体部Ｍに対して原点角の方向を向いていることを認識するとともに、モータ駆動回路１１７に対してヘッド部７の回転を指示したときには、このモータ駆動回路１１７からフィードバックされる駆動パルスを計数することによって、ヘッド部７の本体部Ｍに対する原点角の方向からの相対回転角を計算する。
【００４８】
本第２実施形態におけるその他の構成は、上述した第１実施形態のものと全く同じであるので、その説明を省略する。
【００４９】
以下、図７のフローチャートを用いて、マイクロコンピュータ１１１が実行する具体的制御の内容を、詳しく説明する。このフローチャートによる制御は、制御回路１１に電源が投入されることによりスタートする。そして、スタート後最初のＳ１０１では、マイクロコンピュータ１１１は、設定入力回路１２からの入力情報に基づき、現在設定されているモードが、プレーンビーム投射モードであるか方位角指示モードであるかをチェックする。
【００５０】
そして、プレーンビーム投射モードが設定されていると判定した場合には、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１１１において、プレーンビーム投射モードによる制御を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザダイオード１からレーザビームを射出させる様指示すると同時に、モータ駆動回路１１７に対してモータ３を回転させる様指示する。
【００５１】
これに対して、方位角指示モードが設定されているとＳ１０１にて判定した場合には、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１０２において、ヘッド部７の原点復帰を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１１は、モータ３によってヘッド部７を低速回転させる様、モータ駆動回路１１７に対して指示し、検出回路１１６からパルスを受信すると、モータの停止をモータ駆動回路１１７に指示する。
【００５２】
次のＳ１０３では、マイクロコンピュータ１１１は、設定入力回路１２を介してオペレータが設定する方位角を受け付ける。そして、マイクロコンピュータ１１１は、オペレータが設定入力回路１２を介して方位角を設定すると、処理をＳ１０４に進める。
【００５３】
Ｓ１０４では、マイクロコンピュータ１１１は、測定回路１１２に対して、方位角センサ６を用いた本体部Ｍの方位角の測定を指示し、この指示に応じて測定回路１１２が入力してきた本体部Ｍの方位角を取り込む。
【００５４】
次のＳ１０５では、マイクロコンピュータ１１１は、検出回路１１６からパルスを受信した後にモータ駆動回路１１７からフィードバックされた駆動パルスの総和に基づいて、原点角の方向を基準としたヘッド部７の本体部Ｍに対する相対角（以下、「ヘッド現在位置」という）を算出する。
【００５５】
次のＳ１０６では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１０３にて設定された方位角とＳ１０４にて取り込んだ本体部Ｍの方位角との差分（即ち、ヘッド位置の目標値）を算出する。
【００５６】
次のＳ１０７では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１０６で算出された差分にヘッド現在位置が一致しているか否かに基づいて、ヘッド部７の現在の方位角がＳ１０３にて設定された方位角に一致しているか否かをチェックする。そして、ヘッド部７の現在の方位角がＳ１０３にて設定された方位角に一致しているとＳ１０７にて判定した場合（即ち、Ｓ１０６で算出された差分にヘッド現在位置が一致している場合）には、マイクロコンピュータ１１１は、処理を直接Ｓ１０９に進める。これに対して、ヘッド部７の現在の方位角がＳ１０３にて設定された方位角に一致していない場合（即ち、Ｓ１０６で算出された差分にヘッド現在位置が一致していない場合）には、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ１０８に進める。Ｓ１０８では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１０６で算出された差分とヘッド現在位置とのズレ量に相当する角度だけヘッド部７を回転させる様、モータ駆動回路１１７に対して指示を行う。この指示を行うと、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ１０９に進める。
【００５７】
Ｓ１０９では、マイクロコンピュータ１１１は、モータ駆動回路１１７に対して、ヘッド部７の回転停止を指示する。次のＳ１１０では、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザダイオード１を点灯させる様指示する。Ｓ１１０の終了後、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ１０３に戻す。
【００５８】
以上のように構成された本第２実施形態のレーザ測量装置によると、ヘッド現在位置の検出方法が第１実施形態のものと相違する点を除き、上述した第１実施形態と同じ動作が行われる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように構成した本発明のレーザ測量装置によると、レーザビームの射出方向を正確に所望の方角に向けることができ、これによって、任意の方位角を正確に示すことができる。
【００６０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ測量装置の構造図
【図２】図１のマイクロコンピュータにて実行される制御処理を示すフローチャート
【図３】図１のエンコーダ板の平面図
【図４】本発明の第１実施形態による作用の説明図
【図５】エンコーダの変形例を示す平面図
【図６】本発明の第２実施形態によるレーザ測量装置の構造図
【図７】図６のマイクロコンピュータにて実行される制御処理を示すフローチャート
【図８】従来のレーザ測量装置の構造図
【符号の説明】
１ レーザダイオード
３ モータ
５ エンコーダセンサ
６ 方位角センサ
７ ヘッド部
８ エンコーダ板
１０ ペンタプリズム
１１ 制御回路
１２ 設定入力回路
１１１ マイクロコンピュータ
Ｍ 本体部
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームの射出方向を回転させることによってレーザビームの走査軌跡を壁面等の被投射面に投射するレーザ測量装置に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、土木，建築等の分野では、水平線や垂直線の墨出しを行うためのレーザ測量装置（いわゆるレーザプレーナ）が使用されている。このレーザ測量装置は、レーザビームを射出する投光部を回転させてこのレーザ光を周方向に走査し、このレーザビームの軌跡によって壁面等の被投射面に垂直方向又は水平方向の基準線を投射するものである。
【０００３】
図８は、従来におけるレーザ測量装置の概略構成を示すブロック図である。この図８に示すように、レーザ測量装置は、鉛直方向に向けてレーザビームを射出するレーザダイオード１００と、このレーザダイオード１００からのレーザビームのビームウェスト位置を調整するビームエキスパンダ１０１と、このビームエキスパンダ１０１からのレーザビームを正確に９０度折り返すためにその光軸上に配置されたペンタプリズム１０３と、このペンタプリズム１０３を保持してビームエキスパンダ１０１の光軸を回転軸として回転させるための中空のヘッド部１０２と、ヘッド部１０３の周囲に填められた環状ギヤ１０４と、環状ギヤ１０４に噛合するピニオンギヤ１０６を回転駆動するモータ１０７と、制御回路１１０とから、構成される。この制御回路１１０は、更に、レーザダイオード１００に駆動電流を供給するレーザ駆動回路１１３と、モータ１０７に駆動電流を供給するモータ駆動回路１１４と、これら両駆動回路１１３，１１４を制御するマイクロコンピュータ１１２とから、構成されている。
【０００４】
このような構成において、このマイクロコンピュータ１１２は、レーザダイオード１００からレーザビームを出射させる様レーザ駆動回路１１３に対して指示を行いつつ、モータ１０７を回転させる様モータ駆動回路１１４に対して指示を行う。すると、レーザダイオード１００から出射されたレーザビームは、ビームエキスパンダ１０１によってそのビーム径を拡大された後に、ペンタプリズム１０３によって、水平方向に反射される。このペンタプリズム１０３は、両ギヤ１０４，１０６を介してモータ１０７によって回転駆動されているので、レーザビームを水平面内で走査することによって、水平プレーンビームを形成する。この水平プレーンビームが壁面に当たると、この壁面上に水平線が投影されるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のレーザ測量装置は、水平プレーンビームを形成することによって水平線を投射することを主眼点に設計されているので、停止状態にあるレーザビームの射出方向の方位角を制御する機能はなかった。そのため、例えば、測量の際に基準となる方角を示すべく、当該方向に向けて直線状にレーザビームを射出するには、別途手段によって方位角を測定し、目視で確認しながら手動操作にて装置全体又はヘッド部１０２の方角を調整しなければならなかった。従って、作業性が悪く、正確な方位角の調整は困難であった。
【０００６】
この点に鑑みてなされた本発明の課題は、レーザビームの射出方向を正確に所望の方角に向けることができ、これによって、任意の方位角を正確に示すことができるレーザ測量装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレーザ測量装置は、上記課題を解決するために、以下のような構成を採用した。
【０００８】
即ち、請求項１記載のレーザ測量装置は、本体部と、本体部に対して所定の回転軸を中心に回転可能に設けられているとともに、この回転軸に直交する方向へレーザビームを射出するヘッド部と、このヘッド部を前記本体部に対して回転させることによって前記レーザビームを同一面内で走査させる回転機構と、前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角を検知する相対角検知部と、前記本体部の設置方向の方位角を検知する方位角センサと、任意の方位角が設定される方位角設定部と、前記相対角検知部によって検知された前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角と前記方位角センサによって検知された方位角とに対応する前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致するように前記回転機構を制御する制御部とを、備えることを特徴とする。
【０００９】
このように構成されると、制御部は、相対角検知部によって検知されたヘッド部の本体部に対する相対角，及び、方位角センサによって検知された本体部の設置方向の方位角に基づいて、ヘッド部の方位角を知ることができる。従って、ヘッド部の現在の方位角と方位角設定部に設定された任意の方位角とのズレ量に対応する角度だけ、ヘッド部を本体部に対して回転させる様回転機構に指示すれば、ヘッド部の方位角を方位角設定部に設定された方位角に一致させることができる。その結果、レーザビームの出射方向を、正確に、所望の方向に向けることができるのである。
【００１０】
なお、ヘッド部は、レーザ光源を内蔵していてレーザ光源ごと本体部に対して回転する様構成されても良いし、本体部に内蔵されたレーザ光源から射出されたレーザビームを反射する反射部材を内蔵していても良い。相対角検知部は、エンコーダから構成されていても良いし、ポテンショナルメータのような機械センサから構成されていても良い。また、回転機構がパルスモータを有している場合には、このパルスモータに供給した駆動パルスの数に基づいて相対角を算出しても良い。方位角センサは、地磁気コンパスを含んで構成されることが望ましいが、レーザ測量装置が設置される座標における方向を検出できるものであればどのようなものであっても良い。例えば、ＧＰＳやラジオコンパスを用いたものであっても良い。
【００１１】
請求項２記載のレーザ測量装置は、請求項１の本体部が、前記レーザビームを射出するレーザ光源を有するとともに、このレーザビームを前記回転軸に沿って案内し、前記ヘッド部が、前記回転軸に沿って案内されたレーザビームを前記回転軸に直交する方向に向けて反射する反射部材を、内蔵していることで、特定したものである。
【００１２】
請求項３記載のレーザ測量装置は、請求項２の反射部材がペンタプリズムであることで、特定したものである。
【００１３】
請求項４記載のレーザ測量装置は、請求項１の制御部が、前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致した時のみ、前記レーザビームを射出させることで、特定したものである。
【００１４】
請求項５記載のレーザ測量装置は、請求項１の相対角検知部がエンコーダを有することで、特定したものである。
【００１５】
請求項６記載のレーザ測量装置は、請求項１の制御部が、前記相対角検知部によって検知された前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角と前記方位角センサによって検知された方位角とに対応する前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致するように前記回転機構を制御するモード，及び、前記ヘッド部を前記本体部に対して回転させ続けるように前記回転機構を制御するモードの何れかを選択して実行することで、特定したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【実施形態１】
＜レーザ測量装置の構成＞
本発明の第１の実施の形態であるレーザ測量装置は、測点（測定が行われる地点）に固定される本体部Ｍと、本体部Ｍに対して所定の回転軸を中心に回転するヘッド部７とから、構成される。図１は、本体部Ｍから筐体その他のフレーム構造を省略して示す構造図である。図１のうち、レーザダイオード１，ビームエキスパンダ２，モータ３，ピニオンギヤ４，エンコーダセンサ５，及び方位角センサ６は本体部に含まれ、制御回路１１及び設定入力回路１２は本体部Ｍ内の回路部に含まれる。なお、この制御回路１１は、マイクロコンピュータ１１１と、このマイクロコンピュータ１１１に夫々接続された測定回路１１２，レーザ駆動回路１１３，モータ駆動回路１１４，及び処理回路１１５とから、構成されている。また、方位角設定部としての設定入力回路１２は、本体部Ｍの外面に設けられたパネルキーであっても良いが、リモコンであっても良い。
【００１７】
レーザ駆動回路１１３は、マイクロコンピュータ１１１の指示に従って、レーザダイオード１に駆動電流を供給する回路である。このレーザ駆動回路１１３によって駆動電流を供給されたレーザダイオード１は、図１の上側（例えば鉛直方向）に向けてレーザビームを出射する。ビームエキスパンダ２は、このレーザダイオード１から出射されたレーザビームのビーム軸と同軸の光軸を有しており、入射したレーザビームのビーム径を拡大することによってそのビームウェスト位置を調整する。
【００１８】
ヘッド部７は、本体部Ｍの図示せぬ筐体に対して、ビームエキスパンダ２の光軸（所定の中心軸）を中心として回転自在に据え付けられている。このヘッド部７は、ビームエキスパンダ２を透過したレーザビームがその中心軸に沿って貫通する円筒状の円筒部７ａと、この円筒部７ａの先端（図１における上側の端）に連通する箱形のプリズム収容部７ｂとから、構成されている。
【００１９】
このプリズム収容部７ｂ内には、互いに４５度の角度をなす一対の内面反射面と互いに９０度の角度をなす入斜面及び出射面とを有するペンタプリズム１０が、収容されている。円筒部７ａを貫通したレーザビームは、このプリズム収容部７ｂ内においてペンタプリズム１０の入射面からその内部に入射すると、一対の反射面によって順次反射されることにより、入射時点でのビーム軸の方向に対して正確に９０度の方向に向けられ、出射面から出射される。なお、プリズム収容部７ｂにおけるペンタプリズム１０の出射面に対向した壁面は、このペンタプリズムの出射面から出射されたレーザビームを透過させるために、一部切り欠かれている。
【００２０】
一方、円筒部７ａの基端には、この円筒部７ｂと同軸の環状ギヤ９が填められて固定されている。この環状ギヤ９には、モータ３の駆動軸先端に固着されたピニオンギヤ４が噛合している。このモータ３には、モータ駆動回路１１４から駆動電流が供給されているので、両ギヤ４，９を介してヘッド部７を回転駆動することができる。その結果、ペンタプリズム１０も回転するので、このペンタプリズム１０から出射されたレーザビームが同一平面内で走査され、プレーンビームを形成する。特に、ビームエキスパンダ２の光軸が鉛直方向に向けられている場合には、ペンタプリズム１０から出射されたレーザビームが水平プレーンビームを形成し、この水平プレーンビームが当たった壁面上に、水平線を描く。即ち、これらモータ駆動回路１１４，モータ３，両ギヤ４，９，及びヘッド部７が、回転機構を構成する。
【００２１】
また、円筒部７ａの中間には、この円筒部７ｂと同軸の円盤状形状を有するエンコーダ板８が填め込られて固定されている。このエンコーダ板８は、透明部材から構成されている。このエンコーダ板８の上面には、図３の平面図に示すように、エンコーダ板８の中心から一定角度間隔で放射するように、多数のコードパターン８ａが描かれている。なお、このコードパターン８ａよりも中心寄りの位置には、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角の原点を定義するために用いられる原点検出パターン８ｂが、一個のみ描かれている。
【００２２】
上述のエンコーダセンサ５は、上記コードパターン８ａ及び上記原点検出パターン８ｂを夫々検出する２組のフォトインタラプタ（図示略）から構成されている。これら各組のフォトインタラプタをなす発光素子及び受光素子（何れも図示略）は、エンコーダ板８をその周縁上の一箇所からその中心に向けて挟み込む形状のステーにより、エンコーダ板８を挟んで対向する位置に固定されている。そのため、コードパターン８ａを検出するフォトインタラプタの受光素子は、エンコーダ板８の回転に伴って個々のコードパターン８ａが通過する毎にパルスを出力する。つまり、これらエンコーダ板８とエンコーダセンサ５はインクリメンタル方式のエンコーダを構成している。
【００２３】
なお、エンコーダセンサ５は、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角が所定の原点角となったときに原点検出パターン８ｂを検出する位置に、取り付けられている。従って、原点検出パターン８ｂを検出するフォトインタラプタの受光素子の出力は、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角が所定の原点角となったときのみ、ＬＯＷ電位となる。
【００２４】
エンコーダセンサ５における各組のフォトインタラプタの受光素子の出力は、処理回路１１５に入力される。この処理回路１１５は、原点検出パターン８ｂを検出するフォトインタラプタの受光素子の出力がＬＯＷ電位となった時にその出力をリセットとともに、リセット後においてコードパターン８ａを検出するフォトインタラプタの受光素子から出力されたパルス数を計数し、計数結果に相当するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の本体部Ｍに対する相対角を出力する。この処理回路１１５の出力は、マイクロコンピュータ１１１に入力される。以上のエンコーダ板８，エンコーダセンサ５，及び処理回路１１５が、相対角検知部に相当する。
【００２５】
方位角センサ６は、地磁気を検出する地磁気センサとコリオリの力を検出するジャイロコンパスとを組み合わせて構成され、本体部Ｍの機械設置方向（即ち、ビームエキスパンダ２の光軸からエンコーダセンサ５に向かう方向）の基準方位角（北）を基準とした方位角（以下、単に「本体部Ｍの方位角」という）に相当する出力を、測定回路１１２に入力する。この測定回路１１２は、方位角センサ６の出力に基づいて、本体部Ｍの方位角をマイクロコンピュータ１１１に入力する。
【００２６】
マイクロコンピュータ１１１は、制御回路１１全体の制御を行うプロセッサであり、設定入力回路１２からの入力情報に応じて各種制御を実行する。このマイクロコンピュータ１１１が実行する具体的制御の内容を、図２のフローチャートを用いて、以下に詳しく説明する。
【００２７】
このフローチャートによる制御は、制御回路１１に電源が投入されることによりスタートする。そして、スタート後最初のＳ００１では、マイクロコンピュータ１１１は、設定入力回路１２からの入力情報に基づき、現在設定されているモードが、プレーンビーム投射モードであるか方位角指示モードであるかをチェックする。
【００２８】
そして、プレーンビーム投射モードが設定されていると判定した場合には、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ０１２において、プレーンビーム投射モードによる制御を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザダイオード１からレーザビームを射出させる様指示すると同時に、モータ駆動回路１１４に対してモータ３を回転させる様指示する。
【００２９】
これに対して、方位角指示モードが設定されているとＳ００１にて判定した場合には、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ００２において、ヘッド部７の原点復帰を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１１は、モータ３によってヘッド部７を低速回転させる様、モータ駆動回路１１４に対して指示し、処理回路１１５の出力がリセットされると、モータの停止をモータ駆動回路１４に指示する。
【００３０】
次のＳ００３では、マイクロコンピュータ１１１は、設定入力回路１２を介してオペレータが設定する方位角を受け付ける。そして、マイクロコンピュータ１１１は、オペレータが設定入力回路１２を介して方位角を設定すると、処理をＳ００４乃至Ｓ００９のループ処理に進める。
【００３１】
このループ処理における最初のＳ００４では、マイクロコンピュータ１１１は、測定回路１１２に対して、方位角センサ６を用いた本体部Ｍの方位角の測定を指示し、この指示に応じて測定回路１１２が入力してきた本体部Ｍの方位角を取り込む。
【００３２】
次のＳ００５では、マイクロコンピュータ１１１は、処理回路１１５から出力されているヘッド部７の本体部Ｍに対する相対角（以下、「ヘッド現在位置」という）を取り込む。
【００３３】
次のＳ００６では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ００３にて設定された方位角とＳ００４にて取り込んだ本体部Ｍの方位角との差分（即ち、ヘッド位置の目標値）を算出する。
【００３４】
次のＳ００７では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ００６で算出された差分にヘッド現在位置が一致しているか否かに基づいて、ヘッド部７の本体部Ｍに対する相対回転角と方位角センサ６によって検知された方位角とに対応するヘッド部７の現在の方位角が、Ｓ００３にて設定された方位角に一致しているか否かを、チェックする。そして、ヘッド部７の現在の方位角がＳ００３にて設定された方位角に一致していない場合（即ち、Ｓ００６で算出された差分にヘッド現在位置が一致していない場合）には、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ００８に進める。Ｓ００８では、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対して、レーザダイオード１を消灯又は点滅させる様指示する。次のＳ００９では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ００６で算出された差分とヘッド現在位置とのズレ量に相当する角度だけヘッド部７を回転させる様、モータ駆動回路１１４に対して指示を行う。この指示を行うと、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ００４に戻す。
【００３５】
これに対して、ヘッド部７の現在の方位角がＳ００３にて設定された方位角に一致しているとＳ００７にて判定した場合（即ち、Ｓ００６で算出された差分にヘッド現在位置が一致している場合）には、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ０１０に進める。このＳ０１０では、マイクロコンピュータ１１１は、モータ駆動回路１１４に対して、ヘッド部７の回転停止を指示する。次のＳ０１１では、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザダイオード１を点灯させる様指示する。Ｓ０１１の終了後、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ００３に戻す。
【００３６】
＜実施形態の作用＞
以下、上記構成を有するレーザ測量装置を方位角指示モードで動作させる場合における動作の説明を行う。オペレータは、先ず、方位角の中心となる測点上に、図示せぬ三脚を用いてレーザ測量装置１１を設置する。そして、この三脚の各脚を調節することによって、レーザダイオード１からのレーザビームの射出方向，即ち、ビームエキスパンダ２の光軸を、鉛直方向に向ける。なお、このとき、レーザ測量装置の本体部Ｍの方位角は任意である。
【００３７】
以上の準備が済んだ後に、オペレータは、制御回路１１に電源を投入することによって図２のフローチャートによる制御処理をスタートさせ、設定入力回路１２を介して制御回路１１を方位角指示モードに設定する。すると、最初に、制御回路１１のマイクロコンピュータ１１１は、モータ駆動回路１１４に対して、ヘッド部７の原点復帰（処理回路１１５の出力のリセット）を行わせるので（Ｓ００２）、オペレータは、設定入力回路１２を介して、指示したい方位角を入力する（Ｓ００３）。
【００３８】
次に、マイクロコンピュータ１１１は、測定回路１１２に対して、方位角センサ６を用いた本体部Ｍの方位角の測定を行わせる（Ｓ００４）。図４の例では、本体部Ｍの方位角（機械設置方向の基準方位角からのズレ量）は、θｓ°である。続いて、マイクロコンピュータ１１１は、処理回路１１５から出力されているヘッド現在位置（ヘッド部７の本体部Ｍに対する相対角，但し、初期状態においては０°）を取り込むとともに（Ｓ００５）、オペレータによって設定された方位角と本体部Ｍの方位角との差分に基づいてヘッド位置の目標値を算出する（Ｓ００６）。図４の例では、ヘッド位置の目標値は、θｈ°である。
【００３９】
初期状態においては、ヘッド位置の目標値とヘッド現在位置とは不一致であるのが一般的であるので、マイクとコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザビームを消灯したまま若しくは点滅させる様指示しつつ（Ｓ００８）、モータ駆動回路１１４に対して、ヘッド位置の目標値とヘッド現在位置とのズレ角分だけヘッド部７を回転させる様指示する（Ｓ００９）。
【００４０】
このような方位角測定〜ヘッド部７回転を繰り返すと、ヘッド位置の目標値とヘッド現在位置とが一致するようになるので、マイクロコンピュータ１１１は、モータ駆動回路１１４に対してヘッド部７の回転を停止させるとともに（Ｓ０１０）、レーザ駆動回路１１３に対してレーザビームの点灯を指示する（Ｓ０１１）。これにより、オペレータによって入力された方位角の方向へ、レーザビームが射出される。
【００４１】
この後、新たな方位角がオペレータによって入力されなければ、マイクロコンピュータ１１１は、ヘッド部７の回転を指示することなく、レーザビームを射出させ続ける（Ｓ０１１）。これに対して、新たな方位角が入力されると、マイクロコンピュータ１１１は、この新たな方位角が示す方向に、ヘッド部７を回転させた後に（Ｓ００９）、レーザビームを再射出させる（Ｓ０１１）。
【００４２】
＜変形例＞
上述した第１実施形態の構成を変更し、エンコーダ板８に描かれたコードパターンを、図５に示すアブソリュート式としても良い。図５は、エンコーダ板８’を放射状に１６分割し、分割された各領域毎に一意の４ビットの２進値パターンを割り当てた例を示す平面図である。このように形成されたエンコーダ板８’から４ビットの２進値パターンを読み取るエンコーダセンサ５は、各ビットの明暗（透明／不透明）を検知するために、４組のフォトインタラプタを備える必要がある。このようなアブソリュート式のエンコーダが採用される場合、図３に示すインクリメンタル式のエンコーダと比較して、原点検出をして処理回路１１５の出力をリセットする必要がなくなる。従って、この場合にマイクロコンピュータ１１１が実行する制御処理においては、図２のフローチャートからＳ００２の処理が省略される。
【実施形態２】
図６は、本発明の第２実施形態によるレーザ測量装置の構成を示す構造図である。この図６から明らかなように、本第２実施形態は、上述した第１実施形態と比較して、エンコーダ板８及びエンコーダセンサ５によってヘッド部７の本体部Ｍに対する相対角を検知するのではなく、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角が所定の原点角となった事を原点センサ１４によって検出するとともに、ヘッド部７（レーザビームの射出方向）の本体部Ｍに対する相対回転角をステッピングモータ１３へ供給したパルス数をカウントすることによって計測することを、特徴とする。以下、本第２実施形態によるレーザ測量装置の構成を、上述した第１実施形態と相違する部分を中心として説明する。
【００４３】
ヘッド部７の基端に填められた環状ギヤ９の上面は、無反射面として処理されており、その周方向における１箇所のみに、原点を定義するために用いられる原点検出パターン（図示略）が、高反射率材料によって描かれている。
【００４４】
上述の原点センサ１４は、環状ギヤ９の上面の原点検出パターンを検知するフォトリフレクタであり、本体部Ｍに対するヘッド部７（レーザビームの射出方向）の相対角が所定の原点角となったときに原点検出パターン８ｂを検出する位置に、取り付けられている。
【００４５】
この原点センサ１４の受光素子の出力は、制御回路１１を構成する検出回路１１６に入力される。この検出回路は、原点センサ１４の受光素子の出力がＨＩＧＨ電位となった時に、原点角を検出した旨を示すパルスをマイクロコンピュータ１１１に入力する。
【００４６】
上述の環状ギヤ９に噛合するピニオンギヤ４を回転駆動するステッピングモータ１３は、モータ駆動回路１１７によって駆動パルスが供給される毎に、両ギヤ４，９を介して所定角度だけヘッド部７を回転させる。このモータ駆動回路１１７は、マイクロコンピュータ１１１によってヘッド部７の回転を指示されると、指示された回転角度だけヘッド部７を回転させるためにステッピングモータ１３が必要とする個数の駆動パルスを、このステッピングモータ１３に供給するとともに、マイクロコンピュータ１１１にフィードバックする。
【００４７】
マイクロコンピュータ１１１は、検出回路１１６からパルスを受信することによって、その時点にてヘッド部７が本体部Ｍに対して原点角の方向を向いていることを認識するとともに、モータ駆動回路１１７に対してヘッド部７の回転を指示したときには、このモータ駆動回路１１７からフィードバックされる駆動パルスを計数することによって、ヘッド部７の本体部Ｍに対する原点角の方向からの相対回転角を計算する。
【００４８】
本第２実施形態におけるその他の構成は、上述した第１実施形態のものと全く同じであるので、その説明を省略する。
【００４９】
以下、図７のフローチャートを用いて、マイクロコンピュータ１１１が実行する具体的制御の内容を、詳しく説明する。このフローチャートによる制御は、制御回路１１に電源が投入されることによりスタートする。そして、スタート後最初のＳ１０１では、マイクロコンピュータ１１１は、設定入力回路１２からの入力情報に基づき、現在設定されているモードが、プレーンビーム投射モードであるか方位角指示モードであるかをチェックする。
【００５０】
そして、プレーンビーム投射モードが設定されていると判定した場合には、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１１１において、プレーンビーム投射モードによる制御を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザダイオード１からレーザビームを射出させる様指示すると同時に、モータ駆動回路１１７に対してモータ３を回転させる様指示する。
【００５１】
これに対して、方位角指示モードが設定されているとＳ１０１にて判定した場合には、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１０２において、ヘッド部７の原点復帰を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１１は、モータ３によってヘッド部７を低速回転させる様、モータ駆動回路１１７に対して指示し、検出回路１１６からパルスを受信すると、モータの停止をモータ駆動回路１１７に指示する。
【００５２】
次のＳ１０３では、マイクロコンピュータ１１１は、設定入力回路１２を介してオペレータが設定する方位角を受け付ける。そして、マイクロコンピュータ１１１は、オペレータが設定入力回路１２を介して方位角を設定すると、処理をＳ１０４に進める。
【００５３】
Ｓ１０４では、マイクロコンピュータ１１１は、測定回路１１２に対して、方位角センサ６を用いた本体部Ｍの方位角の測定を指示し、この指示に応じて測定回路１１２が入力してきた本体部Ｍの方位角を取り込む。
【００５４】
次のＳ１０５では、マイクロコンピュータ１１１は、検出回路１１６からパルスを受信した後にモータ駆動回路１１７からフィードバックされた駆動パルスの総和に基づいて、原点角の方向を基準としたヘッド部７の本体部Ｍに対する相対角（以下、「ヘッド現在位置」という）を算出する。
【００５５】
次のＳ１０６では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１０３にて設定された方位角とＳ１０４にて取り込んだ本体部Ｍの方位角との差分（即ち、ヘッド位置の目標値）を算出する。
【００５６】
次のＳ１０７では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１０６で算出された差分にヘッド現在位置が一致しているか否かに基づいて、ヘッド部７の現在の方位角がＳ１０３にて設定された方位角に一致しているか否かをチェックする。そして、ヘッド部７の現在の方位角がＳ１０３にて設定された方位角に一致しているとＳ１０７にて判定した場合（即ち、Ｓ１０６で算出された差分にヘッド現在位置が一致している場合）には、マイクロコンピュータ１１１は、処理を直接Ｓ１０９に進める。これに対して、ヘッド部７の現在の方位角がＳ１０３にて設定された方位角に一致していない場合（即ち、Ｓ１０６で算出された差分にヘッド現在位置が一致していない場合）には、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ１０８に進める。Ｓ１０８では、マイクロコンピュータ１１１は、Ｓ１０６で算出された差分とヘッド現在位置とのズレ量に相当する角度だけヘッド部７を回転させる様、モータ駆動回路１１７に対して指示を行う。この指示を行うと、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ１０９に進める。
【００５７】
Ｓ１０９では、マイクロコンピュータ１１１は、モータ駆動回路１１７に対して、ヘッド部７の回転停止を指示する。次のＳ１１０では、マイクロコンピュータ１１１は、レーザ駆動回路１１３に対してレーザダイオード１を点灯させる様指示する。Ｓ１１０の終了後、マイクロコンピュータ１１１は、処理をＳ１０３に戻す。
【００５８】
以上のように構成された本第２実施形態のレーザ測量装置によると、ヘッド現在位置の検出方法が第１実施形態のものと相違する点を除き、上述した第１実施形態と同じ動作が行われる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように構成した本発明のレーザ測量装置によると、レーザビームの射出方向を正確に所望の方角に向けることができ、これによって、任意の方位角を正確に示すことができる。
【００６０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ測量装置の構造図
【図２】図１のマイクロコンピュータにて実行される制御処理を示すフローチャート
【図３】図１のエンコーダ板の平面図
【図４】本発明の第１実施形態による作用の説明図
【図５】エンコーダの変形例を示す平面図
【図６】本発明の第２実施形態によるレーザ測量装置の構造図
【図７】図６のマイクロコンピュータにて実行される制御処理を示すフローチャート
【図８】従来のレーザ測量装置の構造図
【符号の説明】
１ レーザダイオード
３ モータ
５ エンコーダセンサ
６ 方位角センサ
７ ヘッド部
８ エンコーダ板
１０ ペンタプリズム
１１ 制御回路
１２ 設定入力回路
１１１ マイクロコンピュータ
Ｍ 本体部
Claims (6)
- 本体部と、
本体部に対して所定の回転軸を中心に回転可能に設けられているとともに、この回転軸に直交する方向へレーザビームを射出するヘッド部と、
このヘッド部を前記本体部に対して回転させることによって前記レーザビームを同一面内で走査させる回転機構と、
前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角を検知する相対角検知部と、
前記本体部の設置方向の方位角を検知する方位角センサと、
任意の方位角が設定される方位角設定部と、
前記相対角検知部によって検知された前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角と前記方位角センサによって検知された方位角とに対応する前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致するように、前記回転機構を制御する制御部と
を備えることを特徴とするレーザ測量装置。 - 前記本体部は、前記レーザビームを射出するレーザ光源を有するとともに、このレーザビームを前記回転軸に沿って案内し、
前記ヘッド部は、前記回転軸に沿って案内されたレーザビームを前記回転軸に直交する方向に向けて反射する反射部材を、内蔵している
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ測量装置。 - 前記反射部材はペンタプリズムである
ことを特徴とする請求項２記載のレーザ測量装置。 - 前記制御部は、前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致した時のみ、前記レーザビームを射出させる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ測量装置。 - 前記相対角検知部は、エンコーダを有する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ測量装置。 - 前記制御部は、前記相対角検知部によって検知された前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角と前記方位角センサによって検知された方位角とに対応する前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致するように前記回転機構を制御するモード，及び、前記ヘッド部を前記本体部に対して回転させ続けるように前記回転機構を制御するモードの何れかを選択して実行することを特徴とする請求項１記載のレーザ測量装置。
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| JP21011998A JP3595451B2 (ja) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | レーザ測量装置 |
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|---|---|---|---|
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