JP6967270B2 - 計測用ターゲット装置 - Google Patents

Description

本発明は計測用ターゲット装置に関し、より詳細には、測距角度計測装置と計測用ターゲット装置を用いた計測において計測用ターゲット装置の反射鏡の向きが変動する場合であっても測距角度計測装置から得られる計測値が変動することがない計測用ターゲット装置に関するものである。

近年、トータルステーションと呼ばれ、器械点（光の発光・受光点）から被計測対象物（計測用ターゲット）までの斜距離と、器械点と計測用ターゲットを結ぶ直線の鉛直軸からの傾き角度（高度角度）を同時に計測することが出来ると共に、計測されたデータをデジタル処理し、瞬時に数値・グラフ化することができる電子式測距角度計測装置が広く用いられている。トータルステーションは、被計測対象物に取り付けられた計測用ターゲットに対し光を照射してその反射光を受光することによって、トータルステーションの器械点（光の発光・受光点）から計測用ターゲットまでの斜距離と高度角度を計測し、これらの計測値を基に器械点を基準点とする計測座標系での計測用ターゲットの座標を算出している。

トータルステーションに使用される計測用ターゲットとしては、コーナーキューブリフレクター（反射プリズム）と呼ばれ、直方体のガラス製品のコーナー（角部）を切り取った三角錐形の反射プリズムが広く用いられている。この反射プリズムは、入射した光を入射方向と平行に反射させる光学的性質を有している。一般に、反射プリズムの屈折率は空気より大きいため、計測される斜距離は実際の距離よりも屈折率に相当する分だけ長く計測される。従って、トータルステーションと反射プリズムから得られた計測値は、そのままでは真の距離に等しくならず、真の距離にするためには計測値からある定数だけ減算する必要がある。この定数はプリズム定数と呼ばれ、反射プリズム固有の物性値である。

例えば、−３０定数とはトータルステーションと反射プリズムから得られた計測値は、３０ｍｍ減算することにより真の距離に等しくなることを意味している。また、０定数とはトータルステーションと反射プリズムから得られた計測値は補正する必要がない真の距離であることを意味している。また、０定数位置とは、反射プリズムのある基準面から所定距離だけ離れた位置に計測したい位置が存在することを意味し、その所定距離は例えば反射プリズム背面からの距離値として反射プリズムの製品仕様書に明記されている。特に、反射プリズムの回転中心を０定数位置（計測したい位置）に設定することが可能な反射プリズム（計測用ターゲット）は０定数プリズムと呼ばれ、その反射プリズムとトータルステーションから得られた計測値がそのまま補正なしの真の距離に等しくなる。

また、０定数反射プリズムに係る発明として、反射プリズムを収容するケースがポールの中心軸及びポールの中心軸に直交するピンの中心軸周りにそれぞれ回転可能に構成された計測用ターゲット装置に係る発明が知られている（例えば特許文献１を参照。）。なお、特許文献１に記載された、いわゆるピンポールプリズムの市販品はその殆どが０定数位置に反射プリズムの回転中心が設定されている。

また、近年のトータルステーションは自動視準および自動追尾という機能を有している。自動視準とは、測量機がＣＣＤカメラ若しくはＣＭＯＳカメラで反射プリズムの反射中心を認識し、望遠鏡を旋回し、視準線を反射プリズムの反射中心に合わせるという機能である。また自動追尾とは自動視準を高速で繰り返し、移動している反射プリズムを常に追跡し反射プリズムの反射中心を捕捉するという機能である。

特開２０１６−１７８２８号公報

測量あるいは計測の作業上、反射プリズムの向きがずれてしまうことは必然的に起こり得る。上記特許文献１に記載された０定数反射プリズムの場合、反射プリズムの向きにより反射プリズムの反射中心が偏心する。例えば反射プリズムの向きが右側にずれると反射プリズム反射中心も右寄りにずれてしまう。その逆に反射プリズムの向きが左側にずれると反射プリズム反射中心も左寄りにずれてしまう。実際上反射プリズムの回転中心は計測したい位置にあるため、同じ計測結果がほしいにもかかわらず、反射プリズムの向きがわずかにずれているだけで計測結果に大きな誤差を生じてしまうという問題が発生する。

そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであり、その目的は、測距角度計測装置と計測用ターゲット装置を用いた計測において計測用ターゲット装置の反射鏡の向きが変動する場合であっても測距角度計測装置から得られる計測値が変動することがない計測用ターゲット装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る計測用ターゲット装置は、入射した光を反射させる反射鏡（１１）と、前記反射鏡（１１）を収容するターゲット部（１０）と、前記ターゲット部（１０）が取り付けられる第１支持部（２０）と、前記第１支持部（２０）が一の水平軸（Ｘ）周りに回転可能に支持する第２支持部（３０）と、前記第２支持部（３０）が前記水平軸（Ｘ）に直交する一の垂直軸（Ｙ）周りに回転可能に支持する第３支持部（４０）とを備えた計測用ターゲット装置（１００）であって、前記水平軸（Ｘ）と前記垂直軸（Ｙ）は、前記反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）において交差するように構成されていることを特徴とする。

上記構成では、反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）は、上記水平軸（Ｘ）または上記垂直軸（Ｙ）の各回転に対し不動点となる。これにより、計測用ターゲットの向きが変わる場合であっても、反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）の測距角度計測装置に対する位置はずれなくなる。その結果、計測用ターゲットの向きが変わる場合であっても、測距角度計測装置から得られる計測値が変動することがなくなる。

本発明の第２の特徴は、前記第１支持部（２０）が前記ターゲット部（１０）を支持する第１平坦部（２１）と、前記第２支持部（３０）に回転自在に支持される第２平坦部（２２）が直交して結合したＬ字構造又は弧状に結合した円弧構造を有することである。

上記構成では、上記Ｌ字構造又は円弧構造によって反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）を水平軸（Ｘ）上に配置することが可能となる。これによりターゲット部（１０）が水平軸（Ｘ）周りに回転する場合であっても、反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）はずれなくなる。

本発明の第３の特徴は、前記第２支持部（３０）が前記第１支持部（２０）を支持する垂直板（３１）と、前記第３支持部（４０）が係合する水平板（３２）が直交して結合したＬ字構造又は弧状に結合した円弧構造を有することである。

上記構成では、上記Ｌ字構造又は円弧構造によって垂直軸（Ｙ）を反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）を通るように配置することが可能となる。つまり、反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）を水平軸（Ｘ）と垂直軸（Ｙ）が交差する回転中心に合わせることが可能となる。

本発明の第４の特徴は、前記第１支持部（２０）の第１平坦部（２１）は前記ターゲット部（１０）がねじ結合する第１雌ねじ部（２３）を有すると共に前記第２平坦部（２２）は前記第２支持部（３０）の垂直板（３１）に係合する凸部（２４）を有することである。

上記構成では、ターゲット部（１０）を水平軸（Ｘ）周りに回転・固定させることが可能となる。

本発明の第５の特徴は、前記第２支持部（３０）の前記垂直板（３１）は前記凸部が係合する第１貫通穴（３３）及び前記第３支持部（４０）が係合する第２貫通穴（３４）を有することである。

また本発明の第６の特徴は、前記第１貫通穴（３３）の中心軸線と前記第２貫通穴（３４）の中心軸線は１点で交差するように構成されていることである。

上記構成では、反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）を水平軸（Ｘ）及び垂直軸（Ｙ）との交点（反射鏡の回転中心）に配置することが可能となる。

本発明の第７の特徴は、前記凸部（２４）が、前記第１支持部（２０）を第２支持部（３０）に固定する第１ボルト（６０）が螺合する第２雌ねじ部（２５）を有すると共に、前記第２貫通穴（３４）が、前記第２支持部（３０）を前記第３支持部（４０）に固定する第２ボルト（７０）が螺合する第３雌ねじ部（３５）を有することである。

上記構成では、反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）と回転中心が合致した状態でターゲット部（１０）を水平軸（Ｘ）又は垂直軸（Ｙ）周りに回転・固定させることが可能となる。

本発明の第８の特徴は、前記第３支持部（４０）は前記第２ボルト（７０）が係合する環状段差部（４２）を有することである。

上記構成では、第２ボルト（７０）を第３支持部（４０）に好適に係合させることが可能となる。

本発明の第９の特徴は、前記第３支持部（４０）を支持しながら被計測対象物に固着する取付台（５０）を有することである。

上記構成では、ターゲット部（１０）を被計測対象物の色々な部位に取り付けて視準することが可能となる。

本発明の計測用ターゲット装置によれば、測距角度計測装置と計測用ターゲット装置を用いた計測において計測用ターゲット装置の反射鏡の向きが変動する場合であっても測距角度計測装置から得られる計測値が変動することがなくなる。

本発明の第１実施形態に係る計測用ターゲット装置を示す説明図である。 本発明に係る第１支持部を示す説明図である。 本発明に係る第２支持部を示す説明図である。 本発明に係る第３支持部を示す説明図である。 マグネット取付台を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る計測用ターゲット装置を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る計測用ターゲット装置を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る計測用ターゲット装置１００を示す説明図である。図１（ａ）は左側面図であり、同（ｂ）は正面図であり、同（ｃ）は右側面図であり、同（ｄ）は背面図、同（ｅ）は上面図である。この計測用ターゲット装置１００では、反射プリズム１１の回転中心と反射中心ＣＰが合致し、反射プリズム１１の向きが変わる場合であっても反射中心ＣＰは変わらないように構成されている。なお、ここで言う「反射中心ＣＰ」とは反射プリズム１１の中心軸（Ｚ軸）上に位置する光の反射点を意味する。

そのため計測用ターゲット装置１００は、反射プリズム１１を収容するターゲット部１０と、ターゲット部１０を固定支持する第１支持部２０と、第１支持部２０を水平軸Ｘ周りに（上下方向に）回転可能に支持する第２支持部３０と、第２支持部３０を垂直軸Ｙ周りに（左右方向に）回転可能に支持する第３支持部４０と、第３支持部４０を固定支持しながら自身は被計測対象物（図示せず）に固着するマグネット取付台５０と、反射プリズム１１の水平軸Ｘ周りの角度（高度角度）を保持するために第１支持部２０を第２支持部３０に固定する第１ボルト６０と、反射プリズム１１の垂直軸Ｙの周り角度（水平角度）を保持するために第２支持部３０を第３支持部４０に固定する第２ボルト７０とを具備して構成される。

なお、ここで言う「水平軸Ｘ」とは、図１（ｂ）（ｃ）に示されるように第１支持部２０の回転軸を意味し、具体的には第２支持部３０の垂直板３１に形成された第１貫通穴３３の中心を通る軸である。一方、「垂直軸Ｙ」とは、図１（ｂ）（ｅ）に示されるように第２支持部３０の回転軸を意味し、具体的には第２支持部３０の水平板３２に形成された第２貫通穴３４の中心を通る軸である。以下、各構成について更に説明する。

図１（ｅ）に示されるように、ターゲット部１０は背面１３に第１支持部２０にねじ結合するための雄ねじ部１２を有している。従って、第１支持部２０にはその雄ねじ部１２に螺合する第１雌ねじ部２３が形成されている。

また、図１（ｂ）（ｅ）に示されるように、反射プリズム１１の反射中心ＣＰは水平軸Ｘと垂直軸Ｙが交差する回転中心に位置している。つまり、反射プリズム１１の反射中心ＣＰは、ターゲット部１０が水平軸Ｘの周りに回転する場合あるいは垂直軸Ｙの周りに回転する場合であっても不動点となる。なお、図１（ｅ）に示されるように、反射プリズム１１はターゲット部１０の背面１３から−Ｚ方向に例えば１８ｍｍ離れた位置に「ゼロ定数位置」を有している。「ゼロ定数位置」とは、トータルステーション（図示せず）から出射された光が反射プリズム１１で反射して戻って来るまでに要した時間を基に計測された計測値（斜距離）が補正なしでそのまま実際の斜距離に等しくなるときの反射プリズム１１の回転中心（水平軸Ｘと垂直軸Ｙの交点）のプリズム背面１３からの位置を意味している。しかし、本実施形態では反射プリズム１１の回転中心は、＋Ｚ方向に偏心した位置、すなわち反射中心ＣＰに等しい位置にある。従って、光が反射プリズム１１で反射して戻って来るまでに要した時間を基に計測された計測値（斜距離）については、例えば２３.８ｍｍだけ減算することにより実際の斜距離に等しくなる。以下、反射プリズム１１の反射中心ＣＰと回転中心（水平軸Ｘ軸及び垂直軸Ｙの交点）を一致させる上記第１支持部２０、第２支持部３０及び第３支持部４０について更に説明する。

図２は、本発明に係る第１支持部２０を示す説明図である。図２（ａ）は第１支持部２０の左側面図であり、同（ｂ）は第１支持部２０の正面図であり、同（ｃ）は正面図のＡ−Ａ断面図である。第１支持部２０はターゲット部１０に係合する第１平坦部２１と、第２支持部３０に係合する第２平坦部２２とが直交して結合したＬ字構造を成している。図２（ｂ）に示されるように、第２平坦部２２にはターゲット部１０の雄ねじ部１２に螺合する第１雌ねじ部２３が形成されている。一方、第２平坦部２２の第１雌ねじ部２３に対向しない側には第２支持部３０の第１貫通穴３３に嵌合する凸部２４が形成されている。また、図２（ｃ）に示されるように、凸部２４の内部には第１ボルト６０と螺合する第２雌ねじ部２５が形成されている。

特に、第１支持部２０が全体としてＬ字構造を成すことにより、水平軸Ｘ上に反射プリズム１１の反射中心ＣＰを位置させることが容易に出来るようになる。従って、第１支持部２０が回転する場合であっても、反射プリズムの反射中心ＣＰは変動することはない。

図３は、本発明に係る第２支持部３０を示す説明図である。図３（ａ）は第２支持部３０の上面図であり、同（ｂ）は上面図のＢ−Ｂ断面図であり、同（ｃ）は第２支持部３０の右側面図である。第２支持部３０は第１支持部２０に係合する垂直板３１と、第３支持部４０に係合する水平板３２とが直交して結合したＬ字構造を成している。図３（ｂ）に示されるように、垂直板３１には第１支持部２０の凸部２４が嵌合する第１貫通穴３３が形成されている。第１貫通穴３３の中心を通る軸は水平軸Ｘを成している。

水平板３２には第３支持部４０が嵌合する第２貫通穴３４が形成されている。第２貫通穴３４の中心を通る軸は垂直軸Ｙを成している。また第２ボルト７０が螺合する第３雌ねじ部３５が第２貫通穴３４に直交する形態で形成されている。なお、第２ボルト７０は後述する第３支持部４０の環状段差部４２に係合して第３支持部４０に対する回転ストッパとして機能する。

特に、第２支持部３０が全体としてＬ字構造を成すことにより、水平軸Ｘと垂直軸Ｙを交差させることが容易に出来るようになる。従って、上記Ｌ字構造の第１支持部２０と同じくＬ字構造の第２支持部３０を組み合わせることにより、反射プリズム１１の反射中心ＣＰを回転中心に合致させることが容易となる。

図４は、本発明に係る第３支持部４０に係る説明図である。図４（ａ）は第３支持部４０の上面図であり、同（ｂ）は第３支持部４０の正面図であり、同（ｃ）は第３支持部４０の底面図である。第３支持部４０は六角ストレート構造４１を成し、その一端には第２支持部３０に係合する環状段差部４２と、その他端にはマグネット取付台５０にねじ結合する雄ねじ部４３とをそれぞれ有する。

環状段差部４２は、第２支持部３０の第２貫通穴３４に嵌合する。また第３支持部４０（六角ストレート構造４１）の中心軸は垂直軸Ｙに等しい。従って、第２支持部３０が垂直軸Ｙ周りに回転する場合であっても、反射プリズム１１の反射中心ＣＰは変動することはない。

従って、この第３支持部４０に上記第１支持部２０及び上記第２支持部３０を組み合わせることにより、ターゲット部１０が水平軸Ｘまたは垂直軸Ｙ周りに回転する場合であっても反射プリズム１１の反射中心ＣＰは不動となる。

図５は、マグネット取付台５０を示す説明図である。図５（ａ）はマグネット取付台５０の上面図であり、同（ｂ）はマグネット取付台５０の正面図であり、同（ｃ）はマグネット取付台５０の右側面図である。マグネット取付台５０は上記第３支持部４０の雄ねじ部４３がねじ結合する雌ねじ部５１を有する。また、マグネット取付台５０は複数の平面部５２,５３,５４,５５を有する。従って、計測者は平面部を被計測対象物（図示せず）に接合した状態で、スイッチ５６をオンにすることによってマグネット取付台５０が励磁され計測用ターゲット装置１００が被計測対象物に固定される。一方、計測者がスイッチ５６をオフにすることによって、マグネット取付台５０が消磁され計測用ターゲット装置１００が被計測対象物から脱着される。

以上の通り、本発明の計測用ターゲット装置１００によれば、トータルステーションと計測用ターゲット装置１００を用いた計測においてターゲット部１０の向きが変動する場合であっても反射プリズム１１の反射中心ＣＰの位置は変動することがなくなる。これによりターゲット部１０の向きが変動する場合であってもトータルステーションによって計測される計測値が変動することはなくなる。

なお説明の都合上、０定数位置がプリズム背面１３から１８ｍｍに位置する反射プリズム１１を例に説明したが、反射プリズム１１はこれだけに限定されず、あらゆる種類の反射プリズムを本発明の計測用ターゲット装置１００に適用することが可能である。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る計測用ターゲット装置２００を示す説明図である。図６（ａ）は上面図であり、同（ｂ）は正面図であり、同（ｃ）は右側面図である。この計測用ターゲット装置２００は、図６（ａ）に示されるように第１支持部２０の第１平坦部２１の両端に第２平坦部２２,２２が第１平坦部２１に直交してそれぞれ設けられている。同様に、図６（ｂ）に示されるように第２支持部３０の水平板３２の両端に垂直板３１,３１が水平板３２に直交してそれぞれ設けられている。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る計測用ターゲット装置３００を示す説明図である。図７（ａ）は上面図であり、同（ｂ）は正面図であり、同（ｃ）は右側面図である。この計測用ターゲット装置３００は、図７（ａ）に示されるように第１支持部２０の第１平坦部２１の両端に第２平坦部２２,２２が円弧構造を介して第１平坦部２１に直交してそれぞれ設けられている。同様に、図７（ｂ）に示されるように第２支持部３０の水平板３２の両端に垂直板３１,３１が円弧構造を介して水平板３２に直交して設けられている。

なお、上記計測用ターゲット装置１００,２００,３００において第２支持部３０の構体は矩形枠または環状枠等の閉じた構造体であっても良い。また、第１支持部２０及び第２支持部３０の各構体は半球体又は半楕円球体であっても良い。ここで言う楕円球体とは楕円を長軸又は短軸を中心に回転させたときに形成される外形を意味している。また、第１支持部２０と第２支持部３０の位置関係について、第２支持部３０が第１支持部２０の内側に位置していても良い。

１０ ターゲット部
１１ 反射プリズム（反射鏡）
１２ 雄ねじ部
１３ 背面
２０ 第１支持部
２１ 第１平坦部
２２ 第２平坦部
２３ 第１雌ねじ部
２４ 凸部
２５ 第２雌ねじ部
３０ 第２支持部
３１ 垂直板
３２ 水平板
３３ 第１貫通穴
３４ 第２貫通穴
３５ 第３雌ねじ部
４０ 第３支持部
４１ 六角ストレート構造
４２ 環状段差部
４３ 雄ねじ部
５０ マグネット取付台（取付台）
５１ 雌ねじ部
５２ 平面部
５６ スイッチ
６０ 第１ボルト
７０ 第２ボルト
Ｘ 水平軸（第１回転軸）
Ｙ 垂直軸（第２回転軸）
１００ 計測用ターゲット装置

Claims (2)

1. 入射した光を反射させる反射鏡（１１）と、
   前記反射鏡（１１）を収容するターゲット部（１０）と、
   前記ターゲット部（１０）が取り付けられる第１支持部（２０）と、
   前記第１支持部（２０）が第１回転軸（Ｘ）周りに回転可能に取り付けられる第２支持部（３０）と、
   前記第２支持部（３０）が前記第１回転軸（Ｘ）に直交する第２回転軸（Ｙ）周りに回転可能に取り付けられる第３支持部（４０）と、
   前記第３支持部（４０）を支持しながら被計測対象物に磁力により選択的に固着するマグネット取付台（５０）と、
   を備えた計測用ターゲット装置（１００）であって、
   前記第１回転軸（Ｘ）と前記第２回転軸（Ｙ）は、前記反射鏡（１１）の反射中心（ＣＰ）において交差するように構成され、
   前記第１支持部（２０）は前記ターゲット部（１０）を支持する第１平坦部（２１）と、前記第２支持部（３０）に回転自在に支持される第２平坦部（２２）が直交して結合したＬ字構造又は弧状に結合した円弧構造を有し、
   前記第２支持部（３０）は前記第１支持部（２０）を支持する垂直板（３１）と、前記第３支持部（４０）が係合する水平板（３２）が直交して結合したＬ字構造又は弧状に結合した円弧構造を有し、
   前記第１支持部（２０）の第１平坦部（２１）は前記ターゲット部（１０）がねじ結合する第１雌ねじ部（２３）を有すると共に前記第２平坦部（２２）は前記第２支持部（３０）の垂直板（３１）に係合する凸部（２４）を有し、
   前記第２支持部（３０）は前記凸部（２４）が係合する第１貫通穴（３３）及び前記第３支持部（４０）が係合する第２貫通穴（３４）を有し、
   前記凸部（２４）は、前記第１支持部（２０）を前記第２支持部（３０）に固定する第１ボルト（６０）が螺合する第２雌ねじ部（２５）を有すると共に、前記第２貫通穴（３４）は、前記第２支持部（３０）を前記第３支持部（４０）に固定する第２ボルト（７０）が螺合する第３雌ねじ部（３５）を有し、
   前記第３支持部（４０）は前記第２ボルト（７０）が係合する環状段差部（４２）を有する
   ことを特徴とする計測用ターゲット装置。
2. 請求項１に記載の計測用ターゲット装置（１００）において、
   前記第１貫通穴（３３）の中心軸線と前記第２貫通穴（３４）の中心軸線は１点で交差するように構成されている
   ことを特徴とする計測用ターゲット装置。

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