JP4323046B2

JP4323046B2 - 器械の高さ測定装置付き測量器械

Info

Publication number: JP4323046B2
Application number: JP2000018211A
Authority: JP
Inventors: シュナイダークラオス
Original assignee: ライカゲオズュステムスインク．
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: DE59903391D1; US6384902B1; EP1024344B1; EP1024344A1; AU761836B2; JP2000221036A; AU1246200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は器械の高さ測定装置付き測量器械に関し、より詳しくは、請求の範囲第1項の上位概念（前置部）に記載の一つの地上の一点（以下「地点」と称す）からの器械の高さを測定する装置を備えた測量器械に関する。即ち投光装置と、射出した光を反射する物体迄の距離を測定する装置と、射出した光を地面の方向に転向できる光線転向装置と、距離の測定値に基づいて一つの地点からの測量器械の高さを求める評価装置とを備えた、一つの地点からの測量器械の高さを測定するための装置を有する測量器械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測地学的測量には地上の基準点からの測量器械の器械の高さ（位置）が充分正確に判明していなければならない。ドイツ公開特許公報第198 02 379 A1号に記載の測量器械では、地面からの器械（装置）の高さの測定用に、水平距離測量にも適した赤外線距離測定装置を使用する。更にその望遠鏡にアタッチメントを取り付けて、これが放射された光線をアリダードと測量器械を支える台架（三脚）の頭部との周囲に導いて前記地点に向ける。このアッタチメントには傾きの調整できる平面鏡がある。一つの測定プロセッサが、傾斜軸から平面鏡を経由して地点迄の経路の長さの測定値と平面鏡が望遠鏡の光軸となす角度とから、地点からの望遠鏡の傾斜軸の高さを求める。この測量器械のもう一つの実施の形態では、地点からの傾斜軸の高さを、望遠鏡の光軸が水平面となす角度並びに平面鏡が望遠鏡の光軸となす角度から求める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
平面鏡と望遠鏡の光軸との間の角度の測定はかなり不正確であり、僅かの測定誤差が計算した器械高さの精度に大きく影響するので、精密な測量の目的にこの器械を使用するのは問題である。更に平面鏡の角度の測定も手動で行われるので、測定した角度の値を測定プロセッサにキーボードにより入力しなければならないという問題もある。
【０００４】
本発明の課題は、器械の高さの測定が正確に実施できるように冒頭に述べた種類の測量器械を改良することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は請求項１記載の特徴部に記載の特徴を備えた測量器械により達成される。即ち、光線転向装置が射出した光線を広げるように作用することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
従来の技術の測量器械の場合のような平面鏡の代りに、本発明の測量器械は光線の転向のための一つの反射器を使用し、これは同時に光線を広げるように作用する。この広げた光線の開きの角度を、操作において可能な高さに対して前記地点が常に照明されるように調節する。地点に配置された反射器が、本器械の距離測定装置による望遠鏡の回転軸又は傾斜軸から光線転向装置を経て地点迄の距離の測定を可能にする。
【０００７】
望遠鏡の位置（姿勢）は可変であることが好ましく、器械高さの測定用に検出される。望遠鏡の傾斜角度の設定（調節）にはいずれにせよ設けてある傾斜角度コーダが用いられる。プロセッサに支援された評価装置がそれから三角法の関係を利用して地点に配置した反射器からの望遠鏡の傾斜軸の高さを計算する。
【０００８】
距離と角度の測定は本器械の通常の高い測定精度で行われるので、地点からの器械高さを充分正確に定めることができる。距離と角度の測定が既にこれまでにプロセッサ制御により行われているので、器械高さの測定を簡単なソフトウェアの変更により自動化することができる。
【０００９】
光線を転向し同時に広げるには湾曲した鏡又は湾曲した反射面を備えたプリズム、又は鏡、レンズ及び/又はプリズムの相当する組合せが適している。望遠鏡から送られる赤外線又はレーザ光線を一つの垂直な、即ち水平の傾斜軸に直交する平面の中で広げるのが好ましい。地上に届いた光が望遠鏡のほぼ水平の位置に於いて例えば1.00mと2.20mとの間の通常の作業高さにある地点を照明するように、鏡乃至鏡/レンズ/プリズムの組合せが送られた光線を広げる。地点に正確に照準を定める必要はない。水平方向にも光線を広げることにより、器械高さ測定のために幾つかの地点を器械（装置）の下で鉛直線の僅か外側に引き出す可能性も得られる。
【００１０】
特に動力駆動の器械では、器械高さ測定を全自動で行えるように器械制御のプログラムを組むことができ、手動による器械高さの入力の必要はなくなる。
【００１１】
【実施例】
次に図示した本発明の実施例を詳しく説明する。相当する部品には同じ参照符号が付けてある。
【００１２】
図１に於いて一つのセオドライト1を保持する台架（三脚）2は従来の三本脚の台架で、その脚3と4とを図示する。この台架の脚は台架の頭部5に回転自在に取り付けてある。この台架の頭部に載せた三本脚支持機構6は水平に配向してありセオドライト1を支持する。台架の脚は、セオドライトを所要の高さに位置決めできるように外側に広げることができその長さも調節可能である。セオドライト1は、三本脚支持機構6の上に垂直軸10を中心に回転自在に設けたアリダード（方向視準器）7を備え、その中に一つの水平軸9を中心に回転自在の望遠鏡8が配置してある。この望遠鏡8は、空間の１点に照準を定めて垂直並びに水平方向の角度を測定するための一つの投光器を有する。この投光器は赤外線又はレーザ光線を使用する。更に一つの受光器を備え、これが望遠鏡から送られて反射器により戻された赤外線又はレーザ光線を受光する。変調−又は位相−測定技術を使用し、送り出した光線と受光した光線とを比較して反射器迄の距離を測定する。この方法で現地の測定点迄の距離が求められる。
【００１３】
測量の課題は、セオドライト1の垂（鉛）直軸10が通過する一つの地点15に関して行われる。地表測量には地点15からの望遠鏡8の傾斜軸9の高さHを充分正確に知ることが必要である。その測定には望遠鏡8に設けた距離測定装置も同様に使用される。光線転向装置12が望遠鏡8の赤外線又はレーザ光線用投光器から送られた光線を台架2の下方の地点15の方向に向ける。この光線転向装置12は望遠鏡8の光の出る側に取り付けたアタッチメント11の外端に配置してある。ここで下側に向けられた光がアリダード7と台架の頭部5とに妨げられずに台架2の下の地点15を通過できるように、アタッチメント11の長さを調整して光線転向装置を傾斜軸9から充分離しておく。
【００１４】
光線転向装置12は望遠鏡8から出射された光を広げる。光線は光線転向装置12に殆ど点状に当たり、次に少なくとも傾斜軸9に直角で垂直軸10を通る垂直の平面の中で光の面13へと広げられる。地点15に配置された反射器16が光線14に沿って到達した光を散乱する。元の方向に（再帰）散乱した光15の成分が光路14に沿って送られ、光線転向装置12を経て再び望遠鏡8に戻る。そこで、傾斜軸9から光線転向装置12との当接点迄とそこから光路14に沿って反射器16迄との経路の長さが記録される。
【００１５】
光線転向装置12としては、従来の公知の手段、例えば湾曲した鏡又は湾曲した側面を有するプリズム、又はレンズ及び鏡及び/又はプリズムの相当した一つの組合せが適している。光線転向装置12により広げられた光線の開きの角度は、望遠鏡8をほぼ水平の方向に向けた場合に出射した赤外線又はレーザ光線の軸が傾斜軸9を通る水平面とほぼ一致した時に、セオドライトの操作の際に予想し得る全ての高さHに於いて地点15乃至反射器16が光の面13の中にあって光により照らされるように調整される。望遠鏡8の図１に示した水平線に対する傾きの場合の地点15からのセオドライト1の傾斜軸9の高さの最大値と最小値との許容し得る差違をΔHで表わす。実際の場合には広げられた光線（光の面）13は、望遠鏡8がほぼ水平の位置の場合に垂直軸10の一つの地点15が1.0mから2.2m迄の範囲の高さHに包含されるような一つの開きの角度を有する。
【００１６】
光線転向装置12による光線の広がりは更に傾斜軸9に平行な方向、即ち水平の方向にも実現することができる。この方法で地点15を高さの測定のためにセオドライトの垂直軸からいくらか外側に引き出すこともできる。垂直軸10に関する望遠鏡の回転位置はその際、光ができるだけ二つの台架の脚の中央に光路を取るように選定する。その際地面に立てた台架の脚の間の台架の下の面積が光の円錐によりくまなく照らされるように、光線を広げるのが好ましい。
【００１７】
反射器16としては従来の再帰（レトロ）反射器、例えば反射フォイル（箔）又は反射プリズムを使用することができる。ここで重要な点は、周囲の物体から反射した赤外線又はレーザ光線が測定を誤らせないように、反射器16の反射率が周囲の反射率より充分大きいことである。
【００１８】
セオドライト1の高さ、即ち地点15からの傾斜軸9の高さHに対して、図２に示した次の幾何学的関係が成り立つ：
H = c₁ + c₂
c₁ = a・sinα

経路aの長さは構造上傾斜軸9からの光線転向装置12の間隔として定められる。角度αは望遠鏡から射出される光の光軸と水平線とがなす角度である。経路Lは距離測定装置で測定した、傾斜軸9から光線転向装置12を経て地点15又はそこに配置した反射器16迄の経路（光路）の長さである。従って地点からのセオドライトの高さHは次式で与えられる：

従って高さHの測定には角度αと傾斜軸9から光線転向装置12を経て地点15迄の距離Lを測定するだけで良い。距離Lは望遠鏡に設けた距離測定装置により測定される。角度αの測定には角度コーダを使用する。角度コーダは例えば増分的、動的又は静的にコ―ディングされた方法を使用し、高さ測定の精度の要求に対して充分正確な結果を与える。この距離の測定と角度の測定の両方が一つのセオドライトの従来の機能の範囲に含まれ、従って測定の精度はかなり高い。距離測定の際に望遠鏡を予め定められた位置、例えば水平にα＝0とすれば上式とその計算が簡単になる。
【００１９】
セオドライト1の機器の制御は一つのマイクロプロセッサにより行う。操作者が前付けアタッチメント（Ｖｏｒｂａｕ）を望遠鏡8に取り付けて固定し、望遠鏡をほぼ水平の位置に設定した後で、操作者の例えばキーボードによる入力により高さの測定が起動される。器械の制御装置が相当する角度コーダにより角度αと望遠鏡8の距離測定装置により長さLとを求める。測定データはミクロプロセッサの中で前述の式又はこの式から誘導した充分正確な近似式を用いて処理される。得られた器械高さHを本器械が地形の測量の目的に使用する。
【００２０】
操作者は、広げられた光線が地点15の反射器16を捕捉（投射）していることを確認する必要がある。操作者の計器の操作の場合、水平線に対する望遠鏡の傾きの位置に基づいて、どの値の範囲で高さHの測定が可能であるかを表示するように実施するのが好ましい。更に又はその代わり、望遠鏡8の中に反射器16から反射された光線が受光さられているかどうかを表示することもできる。
【００２１】
セオドライトが望遠鏡8を軸9を中心に回転するためのサーボモータを備えていれば、本器械による器械高さ測定の全自動の実施が可能である。地点15の反射器16が広げられた光線13により把握されないほど、望遠鏡8が水平線から逸れている場合には、測定が実施できるように反射器16からの反射光線が検出されるまで望遠鏡８が再調整される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の基本的構成（請求項１）により、投光装置からの射出光を広げるよう地面の方へ転向させる光線転向装置を備えることにより、地点からの器械の高さの測定が正確にしかも簡易かつ迅速に実施できる。
請求項２以下の各従属請求項の特徴によれば、さらに簡単化かつ、正確性の向上が達成されるための具体的構成を示し、これらの効果は、実施の形態及び実施例の説明から、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一つの台架に取り付けた、器械高測定中のセオドライトの一実施例の図である。
【図２】図１の器械での関連する経路と角度との幾何学的等価図である。
【符号の説明】
1 セオドライト
2 台架（三脚）
3 台架の脚
4 台架の脚
5 台架の頭部
6 三本脚支持機構
7 アリダード
8 望遠鏡 / 投光・受光装置
9 水平軸
10 垂直軸
11 アタッチメント
12 光線転向装置
13 広げられた光の面
14 光線
15 地点
16 反射器

Claims

投光装置(8)と、
射出した光(13)を反射する物体(16)迄の距離を測定する装置と、
射出した光を地面の方向に転向できる光線転向装置(12)と、
距離の測定値に基づいて一つの地点(15)からの測量器械の高さ(H)を求める評価装置とを備えた、
一つの地点(15)からの測量器械の高さ(H)を測定するための装置を有する測量器械に於いて、
前記光線転向装置(12)が射出した光線(13)を広げるように作用することを特徴とする測量器械。
前記投光装置(8)が前記物体(16)からの反射光(14)のための受光装置を有し投受光装置として構成されると共に傾斜軸(9)を中心に回転自在であり、且つ前記評価装置が更に基準平面と投受光装置(8)の光軸との間の角度(α)に基づいて前記器械の高さ(H)を求めることを特徴とする請求項1記載の測量器械。
前記光線転向装置(12)が少なくとも前記傾斜軸(9)に直交する一方向に光線を転向するように作用することを特徴とする請求項1又は２記載の測量器械。
前記光線転向装置(12)が前記傾斜軸(9)に平行な一方向に光線を転向するように作用することを特徴とする請求項３記載の測量器械。
前記測量器械(1)の定置部材(7)と前記投光ないし投受光装置(8)との間の角度を求めて前記評価装置に伝達することのできる角度コーダを特徴とする請求項1乃至４のいずれか1項記載の測量器械。
前記評価装置が前記器械の高さ(H)を関係式

により少なくとも近似的に計算でき、ここでａは傾斜軸(9)から光線転向装置(12)までの間隔、Lは前記評価装置により測定された距離であり、αは水平面と前記投受光装置(8)の光軸との間の角度であることを特徴とする請求項５記載の測量器械。
前記測量器械(1)が高さの調節可能の一つの台架(2)の上に配置してあり、且つ前記光線転向装置(12)が拡開された光線(13)を作ることができ、この光線が前記投光装置(8)の実質的に水平な位置に於いて前記台架(2)の最低並びに最高の調節位置の両方で前記測量器械(1)の垂直の下方にある一つの地点(15)を捕捉することを特徴とする請求項1乃至６のいずれか1項記載の測量器械。
前記光線転向装置(12)が湾曲した鏡、又はレンズ、プリズム及び/又は鏡から成る一つの組合せを含むことを特徴とする請求項1乃至７のいずれか1項記載の測量器械。