JP3741477B2

JP3741477B2 - 測量システム

Info

Publication number: JP3741477B2
Application number: JP06066496A
Authority: JP
Inventors: 康隆片山; 和昭木村; 潤笹川; 和重越川
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2016-03-18
Also published as: JPH09250927A; EP0797076A2; EP0797076B1; EP0797076A3; DE69734623T2; US6023326A; DE69734623D1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、測量機を遠隔操作して測量を行う測量システムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測量を行うための測量システムは、例えば基準点に置かれた測量機と、測量機が視準する目標点に置かれた視準目標である反射鏡（コーナーキューブ等）から構成されている。測量システムに使用される測量機は、一般に測距・測角を電気的に処理する測量機であって、手動操作型の測量機、水平回転および垂直回転をモーターで駆動する自動測量機、走査光を投光し、目標点の反射鏡を追尾する機能を備えた自動追尾式の自動測量機等がある。
【０００３】
測量には、測量機が視準する目標点に視準目標を一致させる場合と、目標点に置かれた視準目標を測量機が視準する場合とがあるが、このとき、目標点にいる作業員が基準点に置かれた測量機を確認するため、その測量機にポイント設定装置を設けたものがある。そのポイント設定装置は、左右（又は上下左右）と中央とで発光色が異なるポイント設定光を出射し、測量機の視準方向を概略示唆させるものである。
【０００４】
手動操作型の測量機による測量では、基準点側の作業員が測量機を操作し、目標点に設置された視準目標の反射鏡を探して測量を行う。測量機の視準する目標点に視準目標を一致させる場合には、測量機側の作業員と視準目標側の作業員とが無線連絡しながら行うか、あるいはポイント設定光によって概略位置決めしてから無線連絡することにより行っている。
【０００５】
自動測量機による測量の場合も、手動操作型の測量機とその視準作業は大略同様であるが、自動測量機の場合、これに加えてポイント設定光を頼りに目標点側から無線等により自動測量機を操作することができる。また、視準方向と一致するガイドレーザー光を投光するガイドレーザー装置を装備している自動測量機の場合には、視準目標に一致させることが可能であるため、測量機側に原則として作業員はいなくても良く、図１はその自動測量機による測量システムを示している。
【０００６】
その図１において、１は測量機、２は望遠鏡部、３は無線通信機である。この測量機１は基準点Ａに設置される。この測量機１は目標点Ｂに向かって距離測定光Ｐ１を出射する。望遠鏡部２の視準軸は距離測定光Ｐ１と同軸（又は平行）とされている。この測量機１は零位置からの水平角及び鉛直角を測角することが可能で、水平方向及び垂直方向に自動的に回転させる自動回転機構が備えている（その自動回転機構の詳細構成については、例えば、特願平４−１３１０７８号を参照）。
【０００７】
目標点Ｂにはポール４が立てられる。ポール４には反射鏡５が設置されると共に、無線通信機６、メモリ機能付制御装置７が取り付けられている。その目標点Ｂに設置の反射鏡５と測量機１の望遠鏡部２の視準軸とを一致させることにより、測量機１から目標点Ｂまでの距離及びその角度を測量機１に測定させることができる。なお、メモリ機能付制御装置７は無線通信機３、６を介して測量機１の制御を行うほか、測量機１の測定結果を目標点Ｂ側で記録し、読出す場合に用いられる。自動追尾式の自動測量機の場合、自動測量機による測量に比べてより一層省力化が可能であり、ポイント設定装置等により概略視準目標を一致させ、自動追尾式の自動測量機からの走査光により目標点の反射鏡を検知して視準する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そのポイント設定光は、望遠鏡部２の視準軸と反射鏡５とを合致させるために用いられる。従って、測量機１の望遠鏡部２が肉眼で概略見える距離のところが好ましく、基準点Ａから基準点Ｂまでの距離が遠すぎて肉眼で測量機１の望遠鏡部２を概略確認できない場合には、どの方向からポイント設定光が目標点Ｂに到来するか予測がつかず、望遠鏡部２の視準軸を反射鏡５に合致させ難いという不都合がある。
【０００９】
また、自動追尾式の自動測量機を用いて測量を行う測量システムは、障害物が基準点Ａと目標点Ｂとの間に存在せず、かつ、目標点Ｂに設置したポール４をゆっくりと移動させる場合、複数個の予め定められた目標点Ｂを繰り返し測定する場合には、非常に優れているが、複数個の目標点をマーキングする場合、移動測定を行う場合、反射鏡５を自動追尾させなければならず、車、人等が基準点Ａと目標点Ｂとの間を通過して、自動追尾用の光束を遮断するようなこと、目標点Ｂを変更するためにポール４を移動させる途中に、樹木、建物等の障害物があって自動追尾用の光束を遮断するようなことがあると、その自動測量機が反射鏡５を見失うことになり、その結果、自動測量機が広範囲を探索する反射鏡サーチモード（反射鏡を探索するモード）となり、反射鏡５を探索するのにかなりの時間を要するという不都合がある。
【００１０】
無線通信機３、６により作業中断、作業開始を無線波Ｐ２により送受信し、自動測量機１を制御する場合も、基準点Ａから目標点Ｂまでの距離が遠くて、測量機１を目視で確認し難いときには、望遠鏡部２の視準を反射鏡５に合致させ難いという不都合がある。また、無線波Ｐ２の規制が世界各国で異なり、各国毎に無線通信機３、６の周波数、出力を変更する必要がある。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、自動測量機の検知範囲を越えて自動測量機が全く別の方向を向いていたとしても容易に自動測量機を目標点が存在する方向に向けることができ、かつ、各国毎の規制を極力受けることなく、自動測量機がその望遠鏡部を目視により確認でき難い程目標点から遠くにある場合でも、自動測量機の望遠鏡部の視準軸を目標点に合致させることのできる測量システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の測量システムは、自動的に水平方向と鉛直方向とに回動させて所定方向を視準する測量機を有する測量システムにおいて、目標地点側から投光された信号光を受光する方向検出手段と、該方向検出手段の受光に基づき信号光の投光方向を視準するように視準方向を回動制御する制御手段とを有し、該方向検出手段は測量機本体の回動方向に合わせて配置され、該方向検出手段は視準方向を精密に受光する一個の精密方向検出手段と、前記信号光の投光方向を概略検出するために複数の方向に向けて設けられた粗方向検出手段とからなり、前記制御手段は前記粗方向検出手段の受光差異により信号光の投光方向を概略視準させることを特徴とする。
請求項２に記載の測量システムは、前記方向検出手段は、視準方向に対して、水平に回転する測量機本体の前後及び左右に配置されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
【００１４】
【発明の実施の形態１】
図２において、１１は三脚に設置された自動測量機を示している。この自動測量機１１は基準点Ａに設置されている。この自動測量機１１は図３に示すように基盤１２、測量機本体の一部を構成する托架部１３、望遠鏡部１４を有する。托架部１３は垂直軸Ｖの回りに水平方向に回転される。望遠鏡部１４は水平軸Ｈの回りに鉛直方向に回転される。基盤１２の内部には、図示は略すが托架部１３を水平方向に回転させる自動回転機構が設けられ、托架部１３の内部には、図示は略すが望遠鏡部１４を鉛直方向に回転させる自動回転機構が設けられている。これらの自動回転機構は托架部１３の内部に設置のＣＰＵ２４（図５、図７参照）によって制御される。望遠鏡部１４は望遠鏡を有し、図３において１５はその望遠鏡の一部を構成する対物レンズを示している。
【００１５】
この測量機１１は測距光束Ｐ１を目標点Ｂに設置のポール４に取り付けられた反射鏡（例えば、コーナーキューブ）５に向けて出射する。その測距光束Ｐ１の出射方向は対物レンズ１５の光軸、すなわち、望遠鏡部１４の視準軸と同軸又は平行とされている。測距光束Ｐ１は反射鏡５により反射され、測量機１１はその反射光束を受光することにより、基準点Ａから目標点Ｂまでの距離を測定する。ポール４には、図２に示すように測量機１１に向けて信号光Ｐ３を投光する信号光投光装置１６が設けられている。
【００１６】
この信号光投光装置１６は、図４に示すように、ＣＰＵ１７Ａと変調回路１７Ｂとドライブ回路１７Ｃとこのドライブ回路１７Ｃによって点灯・消灯される発光素子１７Ｄと、必要に応じてセットされる集光用の投光レンズ１７Ｅとから構成されている。ＣＰＵ１７Ａはメモリ機能付制御装置７により制御され、１７ＦはＣＰＵ１７Ａとメモリ機能付制御装置７とを接続するインタフェースである。その信号光Ｐ３は投光レンズ１７Ｅを介して放射状に出射され、例えばパルス光から構成される。
【００１７】
図３に示す測量機１１には、信号光Ｐ３を受光して信号光投光装置１６が存在する方向を粗検出する粗方向検出装置２０と、信号光Ｐ３を受光して信号光投光装置１６が存在する方向を精密検出する精密方向検出装置２１とが設けられている。その粗方向検出装置２０は例えば左右の托架部１３、望遠鏡部１４の接眼レンズ（図示を略す）の側に設けられており、精密方向検出装置２１は望遠鏡部１４の対物レンズ１５の側に設けられている。図５に示すように、粗方向検出部２０は、概略受光窓２０Ｅ、受光素子２０Ａ、電気フィルター回路２０Ｂ、復調回路２０Ｃ、Ａ／Ｄ変換回路２０Ｄとから構成されている。信号光Ｐ３は変調されて信号光投光装置１６から出射され、その信号光Ｐ３は受光素子２０Ａで受光される。受光素子２０Ａはその信号光Ｐ３を光電変換し、その光電変換信号は電気フィルター回路２０Ｂにより変調信号を除去され、その変調信号が除去された光電変換信号は復調回路２０Ｃで復調され、Ａ／Ｄ変換回路２０Ｄによりデジタル信号に変換されて、測量機１１のＣＰＵ２４に入力される。粗方向検出部２０では、信号光投光装置１６の位置を判断する必要はなく、信号光Ｐ３が照射されているか、又はその強弱を判断すればよいので、受光素子２０Ａには比較的簡単な構造のものを用いることができる。
【００１８】
例えば、測量機１１の後部の粗方向検出装置２０とその右部の粗方向検出装置２０とが同時に信号光Ｐ３を受光した場合、受光した粗方向検出装置２０の位置により受光時点の測量機本体の視準方向と目標点の方向との差異が把握でき、これに基づいて測量機１１を目標点に概略向けることができ、光電変換信号の強弱を検知することにより、その信号光Ｐ３の到来方向の判断の精度がより一層向上する。粗方向検出部２０により目標点Ｂに測量機１１の視準方向を概略向けられると、精密方向検出装置２１が信号光Ｐ３を受光する。
【００１９】
図６は精密方向検出装置２１の受光部２１Ｆの概略図を示している。その図６において、２２は集光レンズ、２３は受光素子である。精密方向検出装置２１は粗方向検出装置２０の電気回路と同様の電気回路を有する。信号光Ｐ３は集光レンズ２２により受光素子２３上に集光される。受光素子２３には、例えばＣＣＤ、ＰＳＤ、二分割型あるいは四分割型素子が用いられ、受光素子２３は視準方向と信号光Ｐ３の到来方向との差異を検出する。精密方向検出装置２１は、測量機１１が目標点Ｂを視準できる程度の受光精度を必要とし、自動測量機のガイドレーザー光が投光する視準目標の範囲及び走査光の走査範囲が角度にして数分であるので、ここでは、この自動測量機の精度と同程度の精度としている。
【００２０】
図６に示すように、集光レンズ２２の光軸Ｌ２は望遠鏡部１４の視準軸と平行（あるいは同軸）になるように配設されている。光軸Ｌ２が受光素子２３と垂直に交わる点ａを原点（０，０）とする。図７において、例えば、信号光Ｐ３が矢印Ｆ方向から測量機１１に到来するものとすると、接眼側の面Ｘに設けられた粗方向検出装置２０と托架部１３の一面Ｙ側に設けられた粗方向検出装置２０とに信号光Ｐ３が同時に受光され、托架部１３の一面Ｚ側に設けられた粗方向検出装置２０に設けられた粗方向検出装置２０には信号光Ｐ３が受光されない。各粗方向検出装置２０の検出出力は測量機１１のＣＰＵ２４に入力される。また、例えば、信号光Ｐ３が矢印Ｆ´方向から測量機１１に到来するものとすると、面Ｘに設けられた粗方向検出装置２０のみに信号光Ｐ３が受光される。更に、信号光Ｐ３が矢印Ｆ´´方向から測量機１１に到来するものとすると、面Ｘに設けられた粗方向検出装置２０の受光出力よりも面Ｙに設けられた粗方向検出装置２０の受光出力が大きくなる。ＣＰＵ２４は各面Ｘ、Ｙ、Ｚに設けられた粗方向検出装置２０の受光出力の有無とその相対的な大きさとによって、測量機１１の対物レンズ１５が概略信号光Ｐ３の到来方向に向けられるように測量機１１を水平方向に回転させるための指令を出力する。
【００２１】
ここでは、図７において、信号光Ｐ３が矢印Ｆ方向から測量機１１に到来するものとし、測量機１１が水平方向に回転されると、対物レンズ１５が概略信号光Ｐ３の到来方向に向けられる。これによって、図６に示すように、信号光Ｐ３が精密方向検出装置２１の集光レンズ２２の視野内に入り、信号光Ｐ３の光点Ｐ４が受光素子２３に形成される。この光点Ｐ４の形成位置が例えば座標値ｂ（ｘ，ｙ）であるとする。制御装置２４はこの座標値ｂ（ｘ，ｙ）に基づきこの座標値ｂ（ｘ，ｙ）が座標値ｂ（０，０）となるように測量機本体を水平方向に回動させると共に垂直方向に回動させる。これにより、信号光Ｐ３の到来方向Ｆと光軸Ｌ２とを一致させることができる。
【００２２】
この発明の実施の形態１に示す自動測量機１１の場合、対物レンズ１５の配設箇所の上方に精密方向位置検出装置２１が設けられているので、例えば、望遠鏡部１４が信号光Ｐ３を受光しにくい上向きを向いていると、図６に示すように、光点Ｐ４´が受光素子２３から外れた位置に形成されるため、受光しにくい状態となる。これを避けるためには、望遠鏡部１４を鉛直方向の回りに定期的に回動させる構成とすれば良い。また、粗方向位置検出装置を受光素子２３を挟んで上下方向両側に設ける構成、あるいは、図３に示すように、望遠鏡部１４の精密位置検出装置２１を挟んでその両側に粗方向位置検出装置２０´を設ける構成としても良い。
【００２３】
【発明の実施の形態２】
図８はハンドル部２５に筺体２６を設け、筺体２６の両側面２７と背面２８とに粗方向検出装置２０を設け、前面２９に精密方向検出装置２１を設ける構成としたものであり、この構成によれば、現存の測量機１１を大幅に変更することなく本発明を実施できる。
【００２４】
この発明の実施の形態２の場合、粗方向検出装置２０、精密方向検出装置２１を測量機本体の托架部１３の上部に設けられているので、発明の実施の形態１に示す一体型の自動測量機１１（図３参照）に較べて上下方向の動作が制限される。例えば、鉛直方向斜め上、あるいは斜め下方から信号光Ｐ３が到来する場合、その受光面積が見掛け上小さくなるので、鉛直方向斜め上、あるいは斜め下方から測量機１１に信号光Ｐ３が到来する場合には、その光電変換信号の出力は水平方向から到来する場合に較べて相対的に小さくなる。例えば、信号光Ｐ３が鉛直斜め上方から到来する場合、発明の実施の形態１で説明したと同様に、交点Ｐ４が受光素子２３から外れた位置に形成されるので、信号光Ｐ３の到来方向を精密に検出することが不可能となる。鉛直方向真上、鉛直方向真下から信号光Ｐ３が到来する場合、受光が困難となる。もしも、鉛直方向真上、鉛直方向真下から信号光Ｐ３が測量機１１に到来する可能性がある場合には、測量機１１の鉛直方向真上、鉛直方向真下の面に粗方向検出装置２０を設ければ良いし、各粗方向検出装置２０に集光レンズを設けて集光量を向上させる構成としても良く、要するに、死角が存在しないように各粗方向検出装置２０を設ける構成とすれば良い。更に、同一面に複数個の粗方向検出装置２０を設けて、受光光量を増大させるようにしても良い。
【００２５】
図９に示すように、精密方向位置検出装置２１の受光部２１Ｆを回転中心Ｏを中心に上下方向に回動可能の構成とし、光点Ｐ４が受光素子２３の原点ａ（０，０）に位置するように精密方向位置検出装置２１の受光部２１Ｆを回転させ、精密方向位置検出装置２１の受光部２１Ｆの基準位置からの回動角を測定検知し、その値を測量機１１のＣＰＵ２４に入力することにより測量機１１の視準軸を信号光Ｐ３の到来方向に向けさせることができる。この他、図１０に示すように、反射鏡３０を精密方向位置検出装置２１の受光部２１Ｆに設け、パルスモータ、あるいは、エンコーダ付のモータにより光点Ｐ４が受光素子２３の原点ａ（０，０）に位置するようにこの反射鏡３０を鉛直方向に回動させ、基準位置からの反射鏡３０の回動角を測定し、これにより信号光Ｐ３の到来方向を精密に検出する構成とし、同様にその値を測量機１１のＣＰＵ２４に入力させることにより測量機１１の視準軸を信号光Ｐ３の到来方向に向けさせることができる。この場合、受光素子２３には小面積のものを使用することができる。
【００２６】
信号光Ｐ３には、測量機１１の制御情報を重畳させることができ、例えば、測量機１１の電源オン、オフコマンド、測量機１１の水平方向右回り、水平方向左回りの制御情報、鉛直方向上回り、鉛直方向下回りの制御情報を測量機１１に向けて送信することにすれば、測量機１１を効率よく制御できることになり、更には、望遠鏡部１４にポイント設定光部３１を設け、作業員がそのポイント光を目視することによって、より一層精確な視準を行わせる構成とすることもできる。
【００２７】
加えて、図２に示すように、望遠鏡部１４に光データ送信機３３を設け、ポール４に光データ受信機３４を設けることにすれば、必要に応じて、測定結果の情報、測量機１１の制御データ等の測量機１１の情報を目標点Ｂ側の作業員に知らせることができ、この場合、光データ送信機による送信光として測距光Ｐ１あるいは追尾式測量機の場合には追尾光束を用いる構成とすれば、測量機１１の構成を大幅に複雑化することなく、測量データ送信機能を追加できる。
【００２８】
本発明は、以上説明したように、粗方向位置検出装置２０により信号光Ｐ３の到来方向を検出して精密方向位置検出装置２１をその到来方向に向け、精密方向位置検出装置２１によりその信号光Ｐ３の到来方向を精密に検出し、測量機１１の視準軸を目標点Ｂに合致させるものであり、受光素子２３は二次元位置を検出するＣＣＤに限られるものではなく、一次元検出素子を互いに直交する方向に配設して光点Ｐ４の二次元位置を検出する構成、一次元検出素子のみを鉛直方向に設け、粗方向検出装置２０により検出された検出結果に基づいて測量機１１を水平方向に回動させて、交点Ｐ４がその一次元検出素子を横切る直前で一旦その回動を停止させ、その後、測量機１１をゆっくりと同方向に回動させて交点Ｐ４がその一次元検出素子を横切った時点を検出し、測量機１１の回動慣性により一次元検出素子を横切って停止した時点から反対方向に測量機１１をゆっくりと回動させ、これを数回繰り返すことにより暫時交点Ｐ４の結像位置を一次元検出素子上に収束させる構成とすれば、一次元検出素子のみを用いても、信号光Ｐ３の到来方向を検出することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係わる測量システムは、以上説明したように構成したので、自動測量機の検知範囲を越えて自動測量機が全く別の方向を向いていたとしても容易に自動測量機を目標点が存在する方向に向けることができ、かつ、各国毎の規制を極力受けることなく、自動測量機がその望遠鏡部を目視により確認でき難い程目標点から遠くにある場合でも、自動測量機の望遠鏡部の視準軸を目標点に合致させることのできる測量システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の測量システムの一例を示す説明図である。
【図２】本発明の測量システムの一例を示す説明図である。
【図３】本発明の発明の実施の形態１に係わる測量機の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明に係わる信号光投光装置の一例を示すブロック回路図である。
【図５】本発明に係わる粗方向検出装置の一例を示すブロック回路図である。
【図６】本発明に係わる精密方向検出装置の一例を示すブロック回路図である。
【図７】本発明に係わる測量システムの作用を説明するための説明図である。
【図８】本発明の発明の実施の形態２に係わる測量機の他の例を示す斜視図である。
【図９】本発明に係わる精密方向検出装置の変形例を示す図である。
【図１０】本発明に係わる精密方向検出装置の他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１１…測量機
１６…信号光投光装置
２０…粗方向検出装置
２１…精密方向検出装置
２４…制御装置（ＣＰＵ）
Ａ…基準点
Ｂ…目標点

Claims

自動的に水平方向と鉛直方向とに回動させて所定方向を視準する測量機を有する測量システムにおいて、
目標地点側から投光された信号光を受光する方向検出手段と、該方向検出手段の受光に基づき信号光の投光方向を視準するように視準方向を回動制御する制御手段とを有し、該方向検出手段は測量機本体の回動方向に合わせて配置され、該方向検出手段は視準方向を精密に受光する一個の精密方向検出手段と、前記信号光の投光方向を概略検出するために複数の方向に向けて設けられた粗方向検出手段とからなり、前記制御手段は前記粗方向検出手段の受光差異により信号光の投光方向を概略視準させる測量システム。
前記方向検出手段は、視準方向に対して、水平に回転する測量機本体の前後及び左右に配置される請求項１に記載の測量機システム。