JP3718312B2

JP3718312B2 - 機械高測定装置

Info

Publication number: JP3718312B2
Application number: JP02332297A
Authority: JP
Inventors: 雅実白井
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: JPH10206158A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば測距機、トータルステーションなどの原点と基点との鉛直距離、即ち機械高を測定する機械高測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年測量機の電子化により、光波を用いて瞬時に測距作業を行なえる光波測距装置が開発されている。このような測距作業は、測量機内の既知点を原点とし、この原点を地上測点（以下基点という）の鉛直線上に設置して行なわれる。測距時のデータから実際の地点高度を算出するには、機械高が必要である。
【０００３】
従来機械高の測定は、例えば基点上に設置された測量機本体の側面カバーの機械高測定マーク位置に係止金具を取り付け、巻尺の一端を係止金具に引掛け、他端を鉛直方向に地面まで延ばして、巻尺の目盛りを読み取ることにより行なわれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように測量機の側面に巻尺を引掛けて測定する場合、巻尺の測定点が基点から離れているので誤差が生じやすい。また巻尺による測定の精度は低く、光波測距装置による高い精度の測定を行なっても、演算結果の精度は粗くなる。
【０００５】
本発明は、この様な問題点に鑑みてなされたものであり、基点からの高い精度の機械高を容易に得る機械高測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による機械高測定方法は、光波測距測量機の望遠鏡の前方に設けられ、この光波測距測量機の中心から出射された測定光の光路を所定の角度に偏向する第１の反射部材と、基点上に所定高さで設置され、第１の反射部材からの出射光を反射して光路に沿って光波測距測量機に帰還させる第２の反射部材とを備えた機械高測定アダプタを用いて、光波測距測量機の測量機中心から第１の反射部材を介した第２の反射部材までの光波距離が測定され、基点から測量機までの高さが、光波距離と測量機中心から第１の反射部材までの距離と偏角とから演算された測量機中心から第２の反射部材までの高さと、第２の反射部材の高さに基づいて求められることを特徴とする。
【０００７】
機械高測定方法において、好ましくは、測量機中心から第１の反射部材までを第１の辺とし、第１の反射部材から第２の反射部材までを第２の辺とし、測量機中心から第２の反射部材までの高さが、第１の辺の長さと第２の辺の長さと、第１および第２の辺の狭角とにより、三角法を用いて求められる。
【０００８】
機械高測定方法において、好ましくは、第１の反射部材が望遠鏡に対し着脱可能に設けられる。
【０００９】
機械高測定方法において、好ましくは、第１の反射部材が、箱型の第１の保持部材の開口面と対向する面に取り付けられる。
【００１０】
機械高測定方法において、好ましくは、第１の保持部材が、望遠鏡と嵌合することにより、測量機に取り付けられる。
【００１１】
機械高測定方法において、好ましくは、第２の反射部材が水平軸に関し回動可能に設けられる。さらに好ましくは、第２の反射部材がコーナーキューブプリズムである。
【００１２】
機械高測定方法において、好ましくは、コーナーキューブプリズムのプリズム面と、この第２の保持部材の開口面とが同一平面上にある。さらに好ましくは、第２の保持部材の開口面に、プリズム面を出射光の光軸に対して垂直にするためのマークが施されている。
【００１３】
機械高測定方法において、好ましくは、測量機の高さが、測量機に設けられたコンピュータにより演算され、測量機の表示部に表示される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による機械高測定方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１には機械高測定アダプタが測量機、および三脚とともに示される。測量機２０は三脚１２の上にスライド可能に固定され、測量機２０の中心Ｏが基点Ｐのほぼ真上にくるように載置される。三脚１２は３本の脚１４が伸縮自在になっており、高さが調節可能である。
【００１６】
測量機２０の望遠鏡２２は中心Ｏに関して水平軸回り（図２のＡ方向）に回動可能であり、その前方先端には反射ミラーユニット３０が取付られる。筒状の反射ミラーユニット３０には、望遠鏡２２の光軸を所定角度（図中、角度αで示される）だけ偏向し、望遠鏡２２の中心Ｏから距離ａだけ離れた第１の反射部材である反射ミラー３２が設けられる。
【００１７】
測量機２０のほぼ真下の基点Ｐ上には、プリズムユニット５０が載置される。プリズムユニット５０は３点で点支持され、第２の反射部材であるコーナーキューブプリズム６０が、水平軸に回転可能に備えられる。コーナーキューブプリズム６０は光を入射した方向に反射する。
【００１８】
測量機２０の望遠鏡２２から出射された測定光（図中、光軸が１点鎖線で示される）は反射ミラーユニット３０の反射ミラー３２によって所定角度をもって下方に偏向され、プリズムユニット５０のコーナーキューブプリズム６０に入射する。コーナーキューブプリズム６０は光の来た方向、即ち反射ミラー３２へ測定光を反射させ、測定光は望遠鏡２２に戻る。したがって、光波測距装置である測量機２０によって測量機２０の中心Ｏから反射ミラー３２を介したコーナーキューブプリズム６０までの距離Ｌが測定できる。光波測距とは光波を光軸方向に発し、対象物によって反射され戻ってきた光波を受光して対象物までの距離を測定する手法である。
【００１９】
図２は、反射ミラーユニット３０を取り付けた状態の測量機２０の側面図である。図３は、反射ミラーユニット３０の近傍の正面図であり、図４は反射ミラーユニット３０の拡大断面図である。なお、図３の１点鎖線Ｓは中心Ｏを通る水平軸を示す。
【００２０】
測量機２０は台座２１において三脚１２に支持固定される。台座２１には３つの水平調節部２１ａが設けられ、測量機２０の水平調節を行なう。台座２１の上方には、この台座２１の鉛直軸に関して回動可能なＵ字型の支持部２３が備えられる。支持部２３は図示しない調整ネジによって回動する。支持部２３の下部には、種々の測量機２０の情報を表示する表示部２４が設けられる。また支持部２３には例えば各装置を制御するマイクロコンピュータ（図示しない）と、測量機中心を基点上に位置させるための求心望遠鏡２５とが備えられる。
【００２１】
図３で明らかなように、支持部２３の間には望遠鏡支持部２６が設けられ、望遠鏡支持部２６は支持部２３によってＳ軸周り（図２のＡ方向）に回動自在に支持される。望遠鏡支持部２６の略中央にはＳ軸および支持部２３に対して垂直の方向に延びる望遠鏡２２が設けられる。図２を参照すると、望遠鏡支持部２６と望遠鏡２２は微動ネジ２７により一体的に回動する。望遠鏡２２の一端には着脱可能な接眼レンズ２９が設けられ、他端側には反射ミラーユニット３０が取付けられる。なお、望遠鏡２２には透明の焦点板（図示しない）が設けられ、焦点板は中心を識別するための十字マークが施される。
【００２２】
反射ミラーユニット３０は、一端側に、断面が正方形であり一側面が解放された角柱部３１を有し、他端側に正方形断面より大きい断面の円筒部３３を有する鏡筒３４を備えている。鏡筒３４の角柱部３１は一端部の上方において斜面部３５を有し、この斜面部３５の内壁には反射ミラー３２が光軸に対し一定の角度（図中、θで示される）で取り付けられる。なお、角度θは任意に変更することができる。角度θと、前述の角度αとの関係は（１）式で示される。
【００２３】
α＝π−２θ （０＜θ＜π／２）・・・（１）
【００２４】
反射ミラー３２と対向する円筒部３３は、環状の鏡筒固定ネジ３６によって望遠鏡２２の先端に固定される。即ち望遠鏡２２の内周面には周方向の溝２２ａ，２２ｂが段状に形成されており、円筒部３３の外周面３３ａは、溝２２ｂに係合する。円筒部３３の円筒部当接面３３ｃは望遠鏡当接面２２ｃによって光軸方向に係止される。望遠鏡２２の先端において、円筒部３３の外周面３３ｂと望遠鏡２２の溝２２ａとの間には鏡筒固定ネジ３６が設けられる。望遠鏡２２の溝２２ａは鏡筒固定ネジ３６と螺合するネジに形成される。溝２２ａと鏡筒固定ネジ３６の外周面３６ａとが螺合するとともに、鏡筒固定ネジ３６と円筒部３３が係合することにより、鏡筒３４の光軸方向の位置が規制される。円筒部３３には鏡筒固定ネジ３６が鏡筒３４から抜け落ちないようにするための抜け止めストッパ３８が設けられる。
【００２５】
図５は鏡筒３４を正面から見た図である。鏡筒３４の円筒部３３には、反射ミラー３２の周方向の位置を規制するために、位置決めピン４０が設けられている。望遠鏡２２の望遠鏡当接面２２ｃにはこの位置決めピン４０と係合する位置決めピン溝４２が形成される。
【００２６】
図６はプリズムユニット５０の正面図、図７はプリズムユニット５０の上面図、図８はプリズムユニット５０の側面図である。なお、図６の１点鎖線Ｔはコーナーキューブプリズム６０の中心Ｑを通る回転軸を示す。
【００２７】
プリズムユニット５０は円板形の整準台５２を有し、この整準台５２の上面の一端には略コの字の板材であるプリズムホルダ５８が開口部を上にして、２つの固定ネジ５７によって固定される。このプリズムホルダ５８によってコーナーキューブプリズム６０はプリズム回転軸Ｔ周り（図８のＢ方向）に回動自在に支持される。即ちプリズムホルダ５８の２つの椀部５８ａ上端にはホルダ穴５８ｂが穿設され、プリズム回転ピン５９が外側から挿入される。コーナーキューブプリズム６０を保持するプリズムカバー６２にはカバー椀部６４が形成され、回転ピン５９はホルダ穴５８ｂを介してカバー椀部６４のピン穴６４ａに圧入固定される。
【００２８】
コーナーキューブプリズム６０はガラスの立方体の一隅を切り取った三角錐体であり、互いに直交し、プリズムカバー６２の内周面に当接する３つの反射面６０ａと、プリズムカバー６２の開口側にある１つのプリズム面６０ｂとを有する。図６に示すように正面から見ると、プリズム面６０ｂにおいて、隣り合う２つの反射面の稜線３本（図中、太線で示す）と、この稜線の像３本（図中、細線で示す）とが、交差しているように映って見える。この６本の線の交点をコーナーキューブプリズム６０の中心Ｑとする。ただし、中心Ｑはプリズム面６０ｂ、かつ軸Ｔ上にあることとする。
【００２９】
プリズムカバー６２の開口側の面、即ち中心マーク面６３には、稜線を軸Ｔに合わせるためのマーク６５が施される。マーク６５に稜線が合っているか否かを確認することにより、望遠鏡２２からの視軸方向に対し、中心マーク面６３即ちプリズム面６０ｂが垂直になっているかどうか判断できる。このように稜線とマーク６５とを位置合わせすることにより、より精度の高い測定結果を得ることができる。
【００３０】
整準台５２は底面から突出して設けられた３つのピン、即ち固定された基点ピン５４と、整準台５２を貫筒して螺合する２つの整準ピン５５、５６とが設けられ、これらの３つのピン５４、５５、５６により点支持される。基点ピン５４は、その延長線がコーナーキューブプリズム６０の中心Ｑを通るように設けられ、尖端部５４ａが地表面の基点Ｐ（図１参照）に合わせて設置される。この尖端部５４ａとコーナーキューブプリズム６０の中心Ｑまでの長さをプリズム高さｄとし、またこの線を基点軸Ｊ（図中、１点鎖線で示される）とする。２つの整準ピン５５、５６は基点ピン５４の後方の左右に設けられ、整準台５２と螺合するネジ部５５ｂ、５６ｂを備え、基点軸Ｊが鉛直方向となるように整準台５２の上下位置を調整する。
【００３１】
整準台５２の上面の略中央には、鉛直方向を決定するための気泡管５３が設けられる。気泡管５３は、目視のために上面に気泡５３ａと目盛り５３ｂが設けられ、また気泡管５３の基準面が基点軸Ｊと直交するように固定される。
【００３２】
次に、図１を再び参照して動作を説明する。まず基点Ｐのほぼ真上に置いた三脚１２に測量機２０を取付け、整準および求心を行なう。マイクロコンピュータにはａ、ｄ、θが既知の値として記憶されている。なお、測定値を補正するプリズム定数は、プリズム中心Ｑが基準とされる。
【００３３】
鏡筒３４の円筒部３３を望遠鏡２２の溝２２ｂに嵌合させ、望遠鏡２２の光軸に対してラジアル方向の位置を決める。次に光軸周りに鏡筒３４を回転させ、位置決めピン４０を位置決めピン溝４２に嵌合させて、反射ミラー３２が光軸周りに関して角度θに定まるように、周方向の位置を決定する。
【００３４】
鏡筒固定ネジ３６を望遠鏡ネジ２２ａに締め込むことにより、円筒部当接面３３ｃが望遠鏡当接面２２ｃに当接し、機械中心Ｏから反射ミラー３２の点Ｒまでの距離ａが決定される。基点Ｐの上にはプリズムユニット５０の基点ピン５４の尖端部５４ａが置かれる。気泡管５３の気泡５３ａが目盛り５３ｂの中心に来るように目視しながら、２つの整準ネジ５５、５６を回転させ、基点軸Ｊが鉛直方向になるように整準台５２が調節される。
【００３５】
図９は、望遠鏡２２からコーナーキューブプリズム６０の視準を行なったときの画像を示す。コーナーキューブプリズム６０は、中心マーク面６３が反射ミラー３２の方向に概略向くようにＢ方向（図８参照）に回転させられる。望遠鏡２２を水平軸周りおよび鉛直軸周りに回動させ、望遠鏡２２から覗いて、焦点板の十字線７０とコーナーキューブプリズム６０の中心マークを合わせる。図９に示すように、マークの一致が行なわれた後、測距を行ない測量機２０の中心Ｏから反射ミラー３２（点Ｒ）を介したコーナーキューブプリズム６０（点Ｑ）までの距離が求められる。
【００３６】
図１０は、機械高Ｈを求めるための点Ｏ，Ｐ，Ｑの位置関係を示す図である。（２）式に示すように、三角法を用いて辺ＯＲ、辺ＲＱ、狭角αから辺ＯＱを求め、辺ＯＱと線分ＱＰとの和から機械高Ｈが求められる。なお、基点Ｐが地面に対し凹凸がある場合は、機械高Ｈは凹凸分だけ補正される。
【００３７】
【数１】

【００３８】
この演算は例えば支持部２３内のマイクロコンピュータで行なわれ、演算結果が表示部２４に表示される。
【００３９】
以上のように、本発明では基点上に既知高さのプリズムユニットを載置し、測量機に備えられた望遠鏡を用いて測距を行なうので、正確な機械高さが容易に求められる。また従来は巻尺を用いていたので、巻尺を引張ることにより測量機の片側に負荷がかかり、測量機を動かしたり倒したりすることがあったが、本発明の機械高測定方法における機械高測定アダプタを用いた測量機では倒れることはない。
【００４０】
なお、本実施形態では反射ミラーは光軸に関して、位置決めピンにより周方向は固定されるが、特に限定されることはなく回転自在にしてもよい。また、望遠鏡を覗いた際、焦点距離の違う接眼レンズに適宜変更して見やすい倍率にしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によると、基点からの正確な機械高を容易に得る機械高測定方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による機械高測定方法の実施形態である測量機、機械高測定アダプタおよび三脚を示す図である。
【図２】図１に示す測量機の部分拡大側面図である。
【図３】図１に示す測量機の部分拡大正面図である。
【図４】図１に示す反射ミラーユニットの縦断面図である。
【図５】図４に示す鏡筒の正面図である。
【図６】図１に示すプリズムユニットの正面図である。
【図７】図５に示すプリズムユニットの上面図である。
【図８】図５に示すプリズムユニットの側面図である。
【図９】機械高測定時の望遠鏡に写る画像を示す図である。
【図１０】機械高を求めるための各点の位置を示す模式図である。
【符号の説明】
１２三脚
２０測量機
３０反射ミラーユニット
５０プリズムユニット
６０コーナーキューブプリズム

Claims

望遠鏡と、
測量機中心に設けられ、前記望遠鏡を介して測定光を出射するとともに、反射されて帰還した測定光を受光して、前記測量機中心から測定光が反射した位置までの第１の距離を検出する光波測距機構と、
前記望遠鏡の前方に配設され、前記測定光を所定の偏角で偏向する第１の反射部材と、
基点上の所定の高さ位置であって前記測量機中心の真下に設けられ、前記第１の反射部材によって偏向された前記測定光を反射し、前記第１の反射部材および前記望遠鏡を介して前記光波測距機構へ導く、水平軸の周りに回動可能な第２の反射部材と、
前記第１の距離と、前記測量機中心から前記第１の反射部材までの第２の距離と、前記第２の反射部材の基点からの高さと、前記偏角とに基いて、前記基点から前記測量機中心までの機械高を検出する機械高検出手段とを備え、前記光波測距機構が、水平軸を中心として前記測定光の出射角度を調整可能であることを特徴とする機械高測定装置。
前記第１の反射部材が前記望遠鏡に対し着脱自在に設けられることを特徴とする請求項１に記載の機械高測定装置。
前記第１の反射部材が、前記望遠鏡に着脱自在に設けられる保持部材の内壁に固定されることを特徴とする請求項２に記載の機械高測定装置。
前記第２の距離を第１の辺とし、前記第１の反射部材から前記第２の反射部材までの距離を第２の辺としたとき、前記機械高検出手段が、前記第１および第２の辺と前記第１および第２の辺の挟角とにより、三角法を用いて機械高を求めることを特徴とする請求項１に記載の機械高測定装置。
前記第２の反射部材がコーナーキューブプリズムを有することを特徴とする請求項１に記載の機械高測定装置。
前記第２の反射部材が、プリズムカバーをさらに有し、前記コーナーキューブプリズムの表面と前記プリズムカバーの開口面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項５に記載の機械高測定装置。
前記プリズムカバーの開口面に、前記プリズム面を前記測定光に対して垂直にするためのマークが形成されていることを特徴とする請求項６に記載の機械高測定装置。
前記第２の反射部材に、前記測定光が入射する面を前記測定光に対して垂直にするためのマークが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の機械高測定装置。