JP7080129B2 - 角度検出システムおよび角度検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、角度検出システムおよび角度検出方法に関し、より詳細には、測量に用いられる角度検出システムおよび角度検出方法に関する。
従来、絶対角を測定する角度検出装置としてアブソリュートエンコーダが知られている。（例えば、特許文献１参照）。装置に内蔵された円盤に、グレイコードや、Ｍ系列コードの規則に従った、スリット等の目盛り模様、いわゆる、アブソリュートエンコーダパターン、を設け、スリットに照射した光の像をイメージセンサ等で受光し、イメージセンサにより得られた像から角位置を演算する。
このような角度検出装置では、円盤に対して同軸に接続された入力軸の回転の変位に対応する角位置を測定する。このため、測定対象物に、円盤、発光素子、受光素子および制御部を備える角度検出装置本体を直接取り付けて測定を行う必要がある。
特開平０５－１７２５８８号公報
しかし、測量の現場では、遠隔にある測定対象物の角度を測定したい場合がある。例えば、建設などの現場で、鉄骨などの部材を遠隔で操作して、指定の方向に設置したい場合などである。このため、遠隔にある測定対象物の角度を測定することができる角度検出装置の提案が求められていた。
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、遠隔にある測定対象物の角度を測定することができる技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る角度検出システムは、測定対象物に取り付けられるエンコーダパターン部と、測量装置とを備える角度検出システムであって、前記エンコーダパターン部は、円柱形状のベース、および該ベースの外周側面に設けられて、所定の基準方向に対する周方向の角度を示すエンコーダパターンを備え、前記エンコーダパターンは、入射した光を再帰反射する反射材層と、該反射材層の前面に配置されたエンコーダパターン層を備え、該エンコーダパターン層は、第１の方向の偏光成分を透過する第１の偏光フィルタと、第１の方向とは異なる第２の方向の偏光成分を透過する第２の偏光フィルタとの組み合わせにより構成され、前記測量装置は、前記エンコーダパターンに向けて読取光を出射する読取光送光部と、前記エンコーダパターンが示す情報を、光学的に取得する情報取得部と、前記情報に基づいて、前記基準方向に対する前記測量装置の角度(θＴ)を演算する演算制御部と、前記読取光送光部から出射され、前記エンコーダパターンで反射されて前記情報取得部の受光面に入射する光の光路上に配置された第１のまたは第２の偏光フィルタを備えることを特徴とする。
上記態様において、前記角度情報部は、前記第１のおよび第２の偏光フィルタをエンコーダパターン部の外周側面に周方向に配置することによりビットパターンを示し、前記演算制御部は、光学的に取得した前記情報を前記エンコーダパターンの周方向に読取り、読取り結果をビットパターンに変換し、前記読取りの結果から前記エンコーダパターンの中央位置を特定し、該中央位置を中央とする所定の領域に含まれる前記ビットパターンを、予め設定されたビットパターンと角度との相関と対比することにより、角度を演算することも好ましい。
また、上記態様において、前記角度情報部は、前記第１の偏光フィルタを、広狭２種類の幅の縦線として、Ｍ系列により生成されたビットパターンを示すように周方向に配置し、各縦線の間に第２の偏光フィルタを配置したバーコード状のパターンであることも好ましい。
また、上記態様において、前記反射材層は、反射率の異なる第１のおよび第２の反射材を周方向に配置することにより構成され、前記第１のおよび前記第２の偏光フィルタと、前記第１のおよび前記第２の反射材との組み合わせによってビットパターンを示すことも好ましい。
また、上記態様において、前記情報取得部は、前記エンコーダパターンが示す情報を画像として取得するカメラであることも好ましい。
また、上記態様において、前記情報取得部は、前記エンコーダパターンが示す情報を、前記エンコーダパターンにスキャン光を送光し、前記エンコーダパターンからの反射光を受光して受光光量分布として取得するスキャナであることも好ましい。
また、上記態様において、前記測定対象物は、前記基準方向に対して周方向に所定の角度（θＢ）で取り付けられており、前記演算制御部は、前記所定の角度（θＢ）および前記エンコーダパターンの読取角（θＴ）に基づいて、前記測定対象物の前記測量装置に対する角度を演算することも好ましい。
また、本発明の別の態様に係る角度検出方法は、円柱形状のベース、および該ベースの外周側面に配置されて、所定の基準方向に対する周方向の角度を示すエンコーダパターンを備えるエンコーダパターン部と、情報取得部を備える測量装置とを用いて角度を検出する方法であって、（ａ）前記エンコーダパターン部を前記測定対象物に、エンコーダパターン部の周方向に所定の角度で取り付ける工程、（ｂ）前記エンコーダパターンに向けて読取光を出射する工程、（ｃ）前記情報取得部が、前記エンコーダパターンが示す情報を、光学的に取得する工程および（ｄ）（ｃ）工程により取得された情報に基づいて、前記測量装置の、前記基準方向に対する方向角を演算し、前記エンコーダパターンは、入射した光を再帰反射する反射材層と、該反射材層の前面に配置されたエンコーダパターン層を備え、該エンコーダパターン層は、第１の方向の偏光成分を透過する第１の偏光フィルタと、第１の方向とは異なる第２の方向の偏光成分を透過する第２の偏光フィルタとの組み合わせにより構成され、前記測量装置は、前記読取光送光部から出射され、前記エンコーダパターンで反射されて前記情報取得部に入射する光の光路上に配置された第１のまたは第２の偏光フィルタを備えることを特徴とする。
なお、本明細書において、「エンコーダパターン」は、基準点を０°とする角度情報を有する模様であって、偏光により検出可能な模様を含む。
また、本明細書において、用語「エンコーダパターンの基準方向」は、エンコーダパターンの基準点（０°）の方向を意味する。
また、本明細書において、用語「測量装置の、エンコーダパターンの基準方向に対する周方向の角度」は、「エンコーダパターンの０°の方向に対する、エンコーダパターン部の中心と測量装置を結ぶ直線の間の角」を意味し、この角度が、エンコーダパターンを読取ることにより得られる「エンコーダパターンの読取角」である。
上記構成によれば、遠隔にある測定対象物の角度を測定することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る角度検出システムおよび該角度検出システムを備える測量システムの構成ブロック図である。 同形態の角度検出システムを備える測量システムの外観概略図である。 上記測量システムに係る計測モジュールの斜視図である。 （ａ）は、同形態の角度検出システムに係るエンコーダパターン部の拡大斜視図であり、（ｂ）は、該エンコーダパターン部の断面構造を示す図であり、（ｃ）は、該エンコーダパターン部のエンコーダパターンを基準点で切り開いて平面に展開した図（一部を省略している）である。 （ａ）～（ｃ）は、同形態の角度検出システムのエンコーダパターン部の製造方法を説明する図である。 上記計測モジュールの平面図である。 （ａ）～（ｃ）は、同形態の角度検出システムのカメラの構成の例を示す図であり、（ｃ）は、読取光送光部を含む図である。 上記測量システムによる測定点の測定動作のフローチャートである。 同形態の角度検出システムを用いた角度検出のフローチャートである。 （ａ）は、同形態の角度検出システムのカメラにより取得したエンコーダパターン部周辺の風景画像であり、（ｂ）は、（ａ）より切り出されたエンコーダパターン部の拡大画像であり、（ｃ）は、（ｂ）を周方向に線状に読み込んで、画素値に変換した結果を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、上記測量システムを用いて視通のない測定点を測定する場合の、反射ターゲットと測定点との位置関係を説明する図である。 本形態の角度検出システムの１つの変形例に係るエンコーダパターンの斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る角度検出システムおよび該角度検出システムを備える測量システムの構成ブロック図である。 同角度検出システムのスキャナの構成を示すブロック図である。 同角度検出システムを用いた角度検出のフローチャートである。 （ａ）は同角度検出システムのスキャン方向を説明する図であり、（ｂ）はスキャンにより得られる受光光量分布を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係る角度検出システムおよび該角度検出システムを備える測量システムの構成ブロック図である。 同形態に係る角度検出システムを用いた角度検出のフローチャートである。 （ａ）～（ｃ）は、同角度検出システムのカメラによる読込み方向を説明する図である。 本発明の第４の実施の形態に係る角度検出システムのエンコーダパターンを説明する図であり、（ａ）は、エンコーダパターン層を、（ｂ）は、反射材層と、（ｃ）は、エンコーダパターン部の断面構造を示す図である。（ｄ）は（ｃ）に示す、エンコーダパターン部に対応する画像を画素値に変換した結果を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係る角度検出システムのエンコーダパターンを説明する図であり、（ａ）は、エンコーダパターン層を、（ｂ）は、反射材層と、（ｃ）は、エンコーダパターン部の断面構造を示す図である。（ｄ）は（ｃ）に示す、エンコーダパターン部に対応する画像を画素値に変換した結果を示す図である。
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態の説明において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、各図において、説明の便宜上構成部品は適宜拡大して模式的に示しており、実際の比率を反映したものではない。
１． 第１の実施の形態
１－１． 角度検出システムの構成
第１の実施の形態に係る角度検出システム９０の構成を図１～４を参照しながら説明する。角度検出システム９０は、測量システム１００に備えられている。測量システム１００は、計測モジュール１０と測量装置５０とを備える。角度検出システム９０は、測定対象物である、距離測定器１４の角度を測定するシステムであり、計測モジュール１０のエンコーダパターン部１３と、測量装置５０とで構成される。
測量システム１００は、測量装置５０から視通のない測定点Ｐを測量するためのシステムである。図２、３に示すように、測量装置５０から視通のない測定点Ｐを測定する場合、仮の測定点として、測量装置５０から視通のある点Ｑを設定し、点Ｑに支持部材１２の先端１２Ａを当接させつつ支持部材１２の鉛直状態を確保し、距離測定器１４を両矢印Ｂの方向に伸縮させて先端１４Ａを測定点Ｐに当接させ、反射ターゲット１１の測定を行う。
図２，３に示すように、計測モジュール１０は、反射ターゲット１１を支持する支持部材１２を備え、該支持部材１２にエンコーダパターン部１３、距離測定器１４、傾斜角測定器１５、水準器１６、制御部１７、入力部１８、およびモジュール通信部１９が取り付けられている。
反射ターゲット１１は、例えば、複数の三角錐状のプリズムを放射状に組み合わせて構成された、いわゆる全方位プリズムであり、その全周（３６０°）から入射する光を、その入射方向と反対の方向に反射する。すなわち、反射ターゲット１１は、測量装置５０からの測距光を、測量装置５０に向けて反射する。しかし、反射ターゲット１１は、全方位プリズムに限定されず、測量用に用いられる通常のプリズムを使用してもよい。
支持部材１２は、一定の長さをもって延びるポールであり、その中心軸Ａが、反射ターゲット１１の中心Ｏを通るように、反射ターゲット１１を固定支持している。
エンコーダパターン部１３は、短尺円柱形状のベース１３Ａの側周面に、エンコーダパターン１３Ｂを設けることにより構成されている。
ベース１３Ａは、例えば、金属製または樹脂製の成形体である。また、ベース１３Ａは、支持部材１２の中心軸Ａと同軸になるように、例えば、支持部材１２の外周に形成されたねじ部（図示せず）と、ベース１３Ａの中心に形成されたねじ穴（図示せず）を螺合させる等の手段により、支持部材１２と反射ターゲット１１の間に固定されている。従って、エンコーダパターン部１３は、支持部材１２を介して、測定対象物である距離測定器１４に取り付けられている。
図４で、エンコーダパターン１３Ｂは、角度情報を示す角度情報部１３１と、角度情報部１３１の上方に隣接し、エンコーダパターン部の幅を示す幅情報部１３２とを備える。
図４（ｂ）は、エンコーダパターン部１３の外周側面の断面構造を示す。エンコーダパターン部１３は、断面構造において、ベース１３Ａの外周側面の上に配置された反射材層１２０と、反射材層１２０の上に配置されたエンコーダパターン層１３０とを備える。
反射材層１２０は、例えば、反射膜、ガラスビーズ、および合成樹脂を含み、入射した光を光源に向けて再帰反射する特性を有する反射物質層である。具体的には、市場で入手可能な、反射プリズム型、封入レンズ型、プリズムレンズ型等公知の反射シートを反射材層として用いることができる。
エンコーダパターン層１３０は、第１の方向の偏光成分を透過し、その他の成分を減衰する第１の偏光フィルタ１３０ａ、および第１の方向とは異なる第２の方向の偏光成分を透過し、その他の成分を減衰する第２の偏光フィルタ１３０ｂの２種類の偏光フィルタの組み合わせにより、角度情報および幅情報に対応するパターンを形成した層である。ここで、第２の方向は第１の方向と直交する方向であることが好ましいが、これに限定されない。
なお、偏光フィルタの材料としては、例えば、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）フィルムに、ヨウ素化合物分子を吸着配向させて調製した偏光フィルムを用いることができる。
角度情報部１３１のパターンについて説明する。一例として図４（ｃ）に示すように、角度情報部１３１は、幅ｗ１を有する狭幅の縦線１３１ａと、幅ｗ２を有する広幅の縦線１３１ｂとを、縦線１３１ａを「０」、縦線１３１ｂを「１」として、Ｍ系列の循環乱数コードを生成し、これを等ピッチｐで配置したバーコード状のパターンとなるように、縦線１３１ａ，１３１ｂに相当する部分に、第１の偏光フィルタ１３０ａを、各縦線の間に第２の偏光フィルタ１３０ｂを配置したものである。また、１周が循環乱数の１周期未満となるように設定されている。
エンコーダパターン部１３は、エンコーダパターン部１３の中心から基準点ＲＰへの方向（以下、「エンコーダパターンの基準方向」という。）ＲＤを０°として、測量装置５０により読み取ったパターンから算出する角度（以下、「エンコーダパターンの読取り角」という。）が、測量装置５０の、基準方向ＲＤに対する周方向の角度θＴ、すなわち基準方向ＲＤと測量装置５０からエンコーダパターン部の中心軸Ａを結ぶ直線との間の絶対角度に対応するように構成されている。
角度情報部１３１は、そのビット数を変更することにより、所望の分解能を実現可能に構成されている。
なお、ビットパターンは、Ｍ系列コードに限らず、グレイコード、純２進バイナリコードなどのビットパターンを用いることができ、これらは、公知手法により生成することができる。しかし、Ｍ系列コードを用いると、トラック数を増やさずにビット数を増大することができ、簡単な構成で、高い分解能を実現することができるため有利である。
一方、幅情報部１３２は、所定の高さｈ１を有する第１の帯１３２ａと、同高の第２の帯１３２ｂとを備える。第１の帯１３２ａ、第２の帯１３２ｂは、それぞれ第１の偏光フィルタ１３０ａ、第２の偏光フィルタ１３０ｂで構成されている。また、第１の帯１３２ａ、第２の帯１３２ｂはそれぞれエンコーダパターン部１３の周方向の全周に亘り延びて、側面から観察した際に、エンコーダパターン部１３の幅を示す。
また、エンコーダパターン部１３は、図５（ａ）～（ｃ）に示すように製造される。
（ａ）まず、短尺の円筒形状のベース１３Ａを用意する。
（ｂ）次に、ベース１３Ａの外周側面の全周に、反射材層１２０として、反射シートを貼付する。一方、偏光フィルタ１３０ａおよび１３０ｂを上述の通り配置したエンコーダパターン層１３０を準備する。エンコーダパターン層１３０は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）層などの保護層を備えてもよい。
（ｃ）最後に、エンコーダパターン１３Ｂを、反射材層１２０の外側にＰＶＡ系等の接着剤で貼付して、エンコーダパターン部１３を形成する。
なお、図示の例では、幅情報部１３２は角度情報部１３１の上方に隣接して配置されている。しかし、角度情報部１３１と幅情報部１３２の位置関係は、これに限定されず、幅情報部１３２が角度情報部１３１の下方に配置されていてもよい。
また、エンコーダパターン部１３は、反射ターゲット１１の下方に隣接して配置されている（図３）。しかし、エンコーダパターン部１３と反射ターゲット１１との位置関係は、これに限定されず、エンコーダパターン部１３が反射ターゲット１１の中心Ｏを通る支持部材１２の中心軸Ａと同軸となるように配置されていれば、他の配置であってもよい。
すなわち、エンコーダパターン部１３が反射ターゲット１１の上方に配置されていてもよい。また、エンコーダパターン部１３と反射ターゲット１１とが離間して配置されていてもよい。
距離測定器１４は、デジタル式の測定棒である。距離測定器１４は、図３の両矢印Ｂの方向に伸縮自在に構成されている。また、距離測定器１４は、支持部材１２の中心軸Ａ上の点Ｒを基点として、点Ｒを通る水平なＨ１軸周りに図３の両矢印Ｃの方向に回動可能に支持部材１２に取り付けられている。距離測定器１４は、その基点Ｒと先端１４Ａとの間の距離、すなわち基点Ｒと測定点Ｐとの間の距離ｌを測定可能であり、測定結果をモジュール通信部１９へ出力する。
また、距離測定器１４の基点Ｒと反射ターゲット１１の中心Ｏとの間の距離ｄは予め既知とされている。さらに、距離測定器１４の、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する、支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θＢ（図６参照）は、距離測定器１４を支持部材１２に組み付けた時点で測定され、予め既知とされている。
あるいは、距離測定器１４を、支持部材１２の中心軸Ａ回りに回転可能に取付け、ロータリ－エンコーダなどの回転角測定器を取り付けて、測定可能に構成されていてもよい。
この場合、回転角測定器の０°に対応する方向と、距離測定器１４を支持部材１２に組み付けた際の基準方向ＲＤとの、支持部材１２の中心軸回りの角度は、距離測定器１４を組み付けた際に求められ、補正値として、回転角測定器に設定する。このように、回転角測定器２２は、距離測定器１４の、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θＢを測定可能とする。また、回転角測定器の測定データは、モジュール通信部１９に出力可能とする。
距離測定器１４は、距離ｌの測定結果をモジュール通信部１９へ出力する際、併せて反射ターゲット１１の中心Ｏと距離測定器１４の基点Ｒとの間の距離ｄ、および距離測定器１４の支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θＢのデータをモジュール通信部１９へ出力する。
傾斜角測定器１５は、傾斜センサであり、たとえば、水平液面に検出光を入射させてその反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜センサ、あるいは封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する電子気泡管を用いることができる。
傾斜角測定器１５は、距離測定器１４と平行に距離測定器１４に取り付けられている。傾斜角測定器１５は、距離測定器１４の水平面（図３のＨ１－Ｈ２平面）に対する距離測定器１４の傾斜角（すなわち鉛直方向の角度）φを測定し、測定結果をモジュール通信部１９に出力する。
水準器１６は、例えば、円柱状の容器に気泡と液体とを封入した気泡管である。水準器１６は、気泡が中央の標線内に位置することで、支持部材１２の中心軸Ａの鉛直状態を確認し得るように、支持部材１２に取り付けられている。
制御部１７は、例えばＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）である。制御部１７は、距離測定器１４、傾斜角測定器１５、入力部１８、およびモジュール通信部１９と接続されている。接続は無線通信の手段によりなされていてもよい。制御部１７は、入力部１８から入力された測定実行等の指示に従って、距離測定器１４および傾斜角測定器１５の測定を実行する。また、計測データを、モジュール通信部１９を介して測量装置５０に送信する。
入力部１８は、例えば、ボタンスイッチであり、作業者Ｕが押圧等することにより、電源ＯＮ／ＯＦＦや、測定開始等の指示を入力する。
モジュール通信部１９は、計測モジュール１０と測量装置５０との間での無線通信を可能とする。モジュール通信部１９は、計測モジュール１０で取得される計測データを測量装置５０の通信部５７に送信する。
なお本明細書において、計測データは、距離測定器１４で取得される距離測定器１４の基点Ｒと測定点Ｐとの間の距離ｌ、傾斜角測定器１５で取得される水平面に対する距離測定器１４の傾斜角φ、ならびに予め既知とされている反射ターゲット１１の中心Ｏと距離測定器１４の基点Ｒとの距離ｄ、および距離測定器１４のエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θＢを含む。
なお、制御部１７、入力部１８、モジュール通信部１９は、図示の例のように計測モジュール１０の支持部材に適宜の形態で取り付けられていてもよく、また、リモートコントローラのように別体として構成されていてもよい。
次に測量装置５０について説明する。
図２に示すとおり、測量装置５０は、三脚を用いて既知の点に据え付けられており、下方から、整準部、該整準部の上に設けられた基盤部、該基盤部の上を水平回転する托架部２ａと、托架部２ａの中央で鉛直回転する望遠鏡２ｂとを有する。
測量装置５０は、トータルステーションである。図１に示す通り、測量装置５０は、ＥＤＭ５１、水平角検出器５２、鉛直角検出器５３、カメラ５５，追尾部５６、通信部５７、水平回転駆動部５８、鉛直回転駆動部５９、記憶部６１、入力部６２、表示部６３、演算制御部６４、および読取光送光部６９を備える。ＥＤＭ５１、水平角検出器５２、鉛直角検出器５３、カメラ５５，追尾部５６、通信部５７、水平回転駆動部５８、鉛直回転駆動部５９、記憶部６１、入力部６２、および表示部６３、読取光送光部６９は、演算制御部６４に接続されている。
水平角検出器５２、鉛直角検出器５３、通信部５７、水平回転駆動部５８、鉛直回転駆動部５９、記憶部６１、および演算制御部６４は托架部２ａに収容されている。入力部６２および表示部６３は托架部２ａの外部に設けられている。ＥＤＭ５１、および追尾部５６は、望遠鏡２ｂに収容されており、カメラ５５は、望遠鏡２ｂの上部に取り付けられている。
ＥＤＭ５１は、発光素子、測距光学系および受光素子を備える。ＥＤＭ５１は、発光素子から測距光を出射し、反射ターゲット１１からの反射光を受光素子で受光して、反射ターゲット１１を測距する。
水平角検出器５２および鉛直角検出器５３は、ロータリーエンコーダであり、後述する水平回転駆動部５８および鉛直回転駆動部５９でそれぞれ駆動される托架部２ａおよび望遠鏡２ｂの回転軸周りの回転角度を検出し、視準光軸Ａの水平角および鉛直角を求める。
ＥＤＭ５１、水平角検出器５２、および鉛直角検出器５３は、測量装置５０の要部である測量部５４を形成している。
カメラ５５は、情報取得部として機能し、図７に示すように、光学系５５Ａと、撮像素子５５Ｂと、偏光フィルタ５５Ｃとを備える。
光学系５５Ａは、カメラとして公知の光学系である。撮像素子５５Ｂは、例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである。偏光フィルタ５５Ｃは、エンコーダパターン部１３の第２の偏光フィルタ（１３０ｂ）と同じ、第２の方向の偏光成分を透過する偏光フィルタである。
偏光フィルタ５５Ｃは、読取光送光部６９から出射され、エンコーダパターン１３Ｂで反射されて撮像素子５５Ｂの受光面５５Ｂ１に入射する光の光路上に配置されている。従って、偏光フィルタ５５Ｃは、図７（ａ）に示すように、撮像素子５５Ｂの受光面５５Ｂ１の前面に配置されていてもよく、また、図７（ｂ）に示すように、光学系５５Ａの前面に配置されていてもよい。あるいは、図７（ｃ）に示すように、読取光送光部６９の前面に配置されていてもよい。
カメラ５５は、その光学系５５Ａを通して撮像素子５５Ｂで光を受光し、その光の像を画像として取得する。したがってカメラ５５は、エンコーダパターン１３Ｂが示す情報を、画像として光学的に取得する。撮像素子５５Ｂは、演算制御部６４に接続されており、取得した画像をデジタルデータに変換して、演算制御部６４に出力する。
また、カメラ５５は、望遠鏡２ｂの上部に、望遠鏡２ｂと平行に取り付けられている。また、カメラ５５は、望遠鏡２ｂで反射ターゲット１１を視準している状態で、反射ターゲット１１との位置関係が固定されているエンコーダパターン部１３を視準するように構成されている。このために、カメラ５５が、回転駆動部を備え、演算制御部６４の制御に従って、撮影をおこなう際に上下左右に回動可能に構成されていてもよい。
読取光送光部６９は、発光素子を備え、ＥＤＭ５１と光学系を共有し、エンコーダパターン部１３に向けて光を出射する。
追尾部５６は、追尾光を出射する発光素子、および例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである受光素子を備え、測距光学系と光学要素を共有する追尾光学系を備える。追尾部５６は、測距光とは異なる波長の赤外レーザ光を追尾対象物（ターゲット）に投射し、該追尾対象物からの反射光を受光し、受光結果に基づいて追尾対象物の追尾を行う様に構成されている。
追尾部５６は、追尾機能を必要としない場合には必須ではなく省略することができる。また、追尾部５６を備える場合には、追尾部５６にカメラ５５の機能を組み込み、独立したカメラ５５を省略することもできる。
通信部５７は、計測モジュール１０のモジュール通信部１９との無線通信を可能とする。通信部５７は、モジュール通信部１９から、計測データを受信する。
水平回転駆動部５８および鉛直回転駆動部５９はモータであり、演算制御部６４に制御されて、それぞれ托架部２ａを水平回転させ、望遠鏡２ｂを鉛直回転させる。
記憶部６１は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｍｄａｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）を備える。
ＲＯＭには、測量装置５０全体の動作に必要なプログラムおよびデータを格納する。これらプログラムは、ＲＡＭに読み出されて演算制御部６４による実行が開始され、測量装置５０の各種処理を行う。
ＲＡＭは、反射ターゲット中心点Ｏの三次元位置座標、測定点Ｐの三次元位置座標、および測量装置の方向角θＴを演算するためのデータを一時的に保持する。
入力部６２は、例えば、操作ボタンである。作業者は、入力部６２に、測量装置５０に実行させるための指令を入力したり、設定の選択を行ったりすることができる。
表示部６３は、例えば、液晶ディスプレイであり、演算制御部６４の指令に応じて測定結果、演算結果等種々の情報を表示する。また、入力部６２より、作業者が入力を行うための設定情報や作業者により入力された指令を表示する。
なお、入力部６２と表示部６３とを一体的に構成して、タッチパネル式ディスプレイとしてもよい。
演算制御部６４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）を備える。演算制御部６４は、測量装置５０の機能を発揮するための種々の処理を行う。具体的には、回転駆動部５８,５９を制御し、追尾部５６による自動追尾を行う。また、ＥＤＭ５１を制御し、反射ターゲットの測距データを取得する。また、水平角検出器５２，鉛直角検出器５３の値から、反射ターゲット１１の測角データを取得する。また、測距データおよび測角データから、反射ターゲット１１の中心Ｏの三次元位置座標を演算する。また、カメラ５５を制御して、画像の取得を行う。
また、演算制御部６４は、機能部として、エンコーダパターン読取部６５、方向角演算部６６、および測定点座標演算部６７を備えている。
エンコーダパターン読取部６５は、カメラ５５で取得した画像から、エンコーダパターンを認識し、エンコーダパターン１３Ｂをビットパターンに変換する。
方向角演算部６６は、エンコーダパターン読取部６５の読取り結果に基づいて、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θＴを演算する。
測定点座標演算部６７は、計測モジュール１０の計測データ、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θＴおよび測距データと測角データから演算される反射ターゲット１１の中心Ｏの三次元位置座標Ｏ（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）から測定点Ｐの三次元位置座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算する。
各機能部は、ソフトウェアとして構成されていてもよいし、専用の演算回路によって構成されていてもよい。また、ソフトウェア的に構成された機能部と、専用の演算回路によって構成された機能部が混在していてもよい。
１－２． 測定点の測量
図８は、本実施の形態にかかる測量システム１００を用いて、測量装置５０から視通のない測定点Ｐについて測量を実施する場合の、測量装置５０および計測モジュール１０の動作のフローチャートである。
まず、測定開始ボタンを押す等することにより、視通のない測定点を測定するモードでの測定が開始すると、ステップＳ１０１では、測量部５４が、反射ターゲット１１の中心Ｏを測定する。
具体的には、ＥＤＭ５１が反射ターゲット１１に向けて測距光を送出し、反射ターゲット１１から反射された反射測距光を受光して、測量装置５０から反射ターゲット１１までの距離を測定する。また、水平角検出器５２および鉛直角検出器５３が、反射ターゲット１１の角度を測定する。
次に、ステップＳ１０２では、演算制御部６４が、ステップＳ１０１で取得した、距離データおよび角度データに基いて、公知の手法により、反射ターゲット１１の中心Ｏの座標Ｏ（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）を演算する。演算結果は、記憶部６１に記憶される。
次に、ステップＳ１０３では、カメラ５５が、望遠鏡２ｂの視準方向の画像を撮像して、計測モジュール１０のエンコーダパターン１３Ｂを読み取る。エンコーダパターン１３Ｂの読取りについては後述する。
次に、ステップＳ１０４では、演算制御部６４が、ステップＳ１０３での、エンコーダパターン部１３の読み取り結果に基いてエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θＴを演算する。演算結果は記憶部６１に記憶される。
次に、ステップＳ１０５で、演算制御部６４は計測モジュール１０からの計測データの受信を待機する。
一方、計測モジュール１０では、計測モジュール側作業者Ｕが、測量装置側作業者からの合図などに応じて、計測モジュールの測定開始ボタンを押す等することにより測定が開始する。次に、ステップＳ２０１では、距離測定器１４が、距離測定器１４の基点Ｒから測定点Ｐまでの距離ｌを測定し、測定結果データを、反射ターゲット１１の中心Ｏと距離測定器１４の基点Ｒとの距離ｄ、および支持部材１２の中心軸周りの角度θＢのデータと共に、モジュール通信部１９に出力する。
次に、ステップＳ２０２では、傾斜角測定器１５が、距離測定器１４の基点Ｒを通る水平面に対する距離測定器１４の傾斜角φを測定し、測定結果データをモジュール通信部１９に出力する。
なお、ステップＳ２０１，Ｓ２０２の処理は必ずしもこの順で行う必要はなく、同時に行ってもよく、逆の順序で行ってもよい。
次に、ステップＳ２０３では、モジュール通信部１９が、計測モジュール１０の計測データとして、距離測定器１４の基点Ｒと測定点Ｐとの間の距離ｌ、水平面に対する距離測定器１４の傾斜角φ、反射ターゲット１１の中心Ｏと距離測定器１４の基点Ｒとの間の距離ｄ、および距離測定器１４のエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θＢを測量装置５０に送信する。
なお、距離測定器１４のエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する支持部材１２の中心軸Ａ周りの角度θＢが固定ではなく、回転角測定器により測定可能となっている場合には、ステップＳ２０３以前に、角度θＢを測定し、モジュール通信部１９に出力する。
また、ステップＳ２０３におけるデータの送信は、必ずしもステップＳ２０１，Ｓ２０２の両方の処理の後に全ての計測データを送信する必要はなく、ステップＳ２０１，Ｓ２０２のそれぞれが終了した後に、各ステップで取得されるデータを測量装置５０に送信することとしてもよい。
そして、計測モジュール１０から送信された計測データが、測量装置５０に受信されると、ステップＳ１０６では、演算制御部６４が、計測データおよび測定点方向角θＴに基いて、測定点座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算する。測定点座標の演算については後で詳述する。
次に、ステップＳ１０７において、測量装置５０では、演算により求められた測定点座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を表示部６３に表示して測定を終了する。
１－３． 角度の検出（エンコーダパターンの読取り）
図９は、角度検出システム９０における、角度検出のフローチャートであり、上記ステップＳ１０３およびステップＳ１０４に対応する処理の一例を示す。ステップＳ１０３においてエンコーダパターンの読取りが開始すると、測量装置５０では以下の動作を実行する。
角度の検出を開始すると、ステップＳ３０１で、読取光送光部６９は、読取光を送光する。次にステップＳ３０２で、カメラ５５が、エンコーダパターン部１３周辺の風景画像を撮像する。
次に、ステップＳ３０３では、エンコーダパターン読取部６５が、取得した画像から、エンコーダパターン部１３の範囲８１を認識して矩形に切り出す（図１０（ｂ））。
次に、ステップＳ３０４において、エンコーダパターン読取部６５は、ステップＳ３０２において切り出したエンコーダパターン部１３の範囲８１の画像を、エンコーダパターン１３Ｂの周方向に線状に読込む。例えば、図１０（ｂ）に示すように、Ｉ～Ｖの位置で線状の読込み、画素値に変換する。
上述の通り、カメラ５５の撮像素子５５Ｂの前面には、第２の偏光フィルタ１３０ｂと同じ偏光フィルタ５５Ｃが配置されている。このため、読取光送光部６９から送光され、エンコーダパターン部１３で反射された光のうち、第２の方向の偏光成分は、偏光フィルタ５５Ｃを透過するが、その他の成分の光は、偏光フィルタ５５Ｃにより減衰される。
したがって、第２の偏光フィルタ１３０ｂで構成される領域１３１ｃおよび第２の帯１３２ｂで反射した光は、カメラ５５側の偏光フィルタ５５Ｃを透過して、対応する部分は明るい像となる。一方、第１の偏光フィルタで構成される縦線１３１ａ，１３１ｂおよび第１の帯１３２ａで反射した光は、カメラ５５側の偏光フィルタ５５Ｃにより減衰されるため、対応する部分は暗い像となる。
画素値は、暗いと値が小さくなり、明るいと値が大きくなる。このため、Ｉ～Ｖの各位置における読込みの結果（以下、「画素列Ｉ～Ｖ」という。）は、例えば、図１０（ｃ）のように表すことができる。
読込み間隔は、例えば、図１０（ｂ）に示すように、予め、ステップＳ３０１で得られるエンコーダパターン部１３の画像および、エンコーダパターン部１３に関する既知の情報から、画像における幅情報部１３２の第１の帯１３２ａおよび第２の帯１３２ｂの高さｈ１（図４（ｂ））および縦線１３１ａ，１３１ｂの高さｈ２（図４（ｂ））を概算で算出し、読込み間隔が、高さｈ１よりも小さく、かつ高さｈ２の１／２よりも短い間隔ｈ３に設定することが好ましい。このようにすれば、角度情報部１３１および幅情報部１３２を確実に捕捉することができる。
次に、ステップＳ３０５では、ステップＳ３０４の読込み結果から、幅情報部１３２の読取り結果を抽出する。具体的には、所定のしきい値よりも小さな画素値となる部分を第１の偏光フィルタ１３０ａに対応する部分と判断し、所定のしきい値よりも大きな画素値となる部分を第２の偏光フィルタ１３０ｂに対応する部分と判断して、暗い部分と明るい部分の少なくとも一方が、一定の長さで連続している画素列を幅情報部１３２の読み取り結果と判断する。
この結果、図１０（ｃ）において、画素列ＩおよびＩＩが幅情報部１３２に相当することがわかる。そして、検出されたエンコーダパターン１３Ｂの幅（エンコーダパターン部１３の直径）Ｌから、Ｌを２等分する位置を、エンコーダパターン１３Ｂの中心位置Ａを特定する。幅情報部１３２を備えると、例えば、エンコーダパターン部１３の背景が暗かったり明るかったりして、エンコーダパターン１３Ｂの像と背景との境界が不明瞭な場合であっても、少なくとも一方の帯が検出できれば、エンコーダパターン１３Ｂの中心位置を正確に求めることができる。
次に、ステップＳ３０６では、ステップＳ３０４での線状の読み込み結果から、画素列間の相関を算出し、相関性が所定の値よりも高いものを、角度情報部１３１の読取り結果として抽出する。
図１０（ｃ）の例では、画素列ＩＩＩ～Ｖは、画素値のパターンが高い相関性を有している。したがって、画素列ＩＩＩ～Ｖが角度情報部１３１の読込み結果であることがわかる。
そして、抽出した画素列ＩＩＩ～Ｖの画素値を垂直方向に加算して平均値を算出する。その結果が所定のしきい値よりも小さな部分を縦線と判断し、各縦線の幅を求める。次に、求めた幅の値が、狭幅、広幅のいずれの縦線に該当するかを判断し、狭幅のものをビット「０」すなわち縦線１３１ａ、広幅のものをビット「１」すなわち縦線１３１ｂとして読み取る。このように、複数の画素列から、平均値として画素値を算出すると、例えば、画素列ＩＶのように位置のずれた画素列が生じたとしても、位置のずれの影響を低減し、読取り精度を向上することができる。
なお、エンコーダパターン部１３は、円柱状であるため、縦線幅ｗ１，ｗ２およびピッチｐが、中心から遠ざかるにつれて実際の幅よりも狭く観察される。例えば、図４（ａ）において、中央付近の広幅の縦線１３１ｂ１は、その幅ｗ２ａが、図４（ｂ）における広幅の縦線１３１ｂの幅（実際の幅）ｗ２とほぼ等しい幅で観察される。一方、中央部から最も遠い広幅の縦線１３１ｂ２は、その幅ｗ２ｂが、実際の幅ｗ２よりも狭く観察される。幅ｗ１およびピッチｐについても同様である。したがって、幅ｗ１およびｗ２は、配置によって観察される幅が変化するという影響を考慮して幅ｗ１と幅ｗ２の変化の範囲が重複しないように設定されていることが好ましい。
次に、ステップＳ３０７に移行して、方向角演算部６６が、ステップＳ３０５において求めたエンコーダパターン１３Ｂの中心位置Ａを中央として左右に伸びる所定幅Ｒの領域のビットパターン、すなわち所定幅Ｒの領域に含まれる所定のビット数（例えば、１０本）の縦線で示されるビットパターンと、記憶部６１に記憶されたビットパターンと角度との相関と対比することにより、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する周方向の角度、すなわち、基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θＴを求める（その後、ステップＳ１０５に移行する。）。
なお、エンコーダパターン１３Ｂの読取動作の他の一例として、ステップＳ３０６における角度情報部１３１の抽出を、ステップＳ３０４の周方向直線状の画像の読み込み結果から各画素列の周波数スペクトルを算出し、空間上の周波数におけるピークの場所が、ビットパターンを示す黒い縦線のピッチｐに相当する場合に、当該画素列を、角度情報部１３１のデータとして抽出することにより行ってもよい。
また、カメラ５５側の偏光フィルタ５５Ｃをエンコーダパターン１３Ｂの第２の偏光フィルタ１３０ｂではなく、第１の偏光フィルタ１３０ａで構成してもよい。その場合、ステップＳ３０４の読込みで得られる画素列は図１０（ｃ）と上下が逆転する状態となるため、画素値が所定のしきい値よりも大きな部分を縦線と判断し、各縦線の幅を求めるように設定してもよい。
また、カメラ５５を、自動ズーム機能を備えるように構成し、ステップＳ１０１で、被写体として認識した、エンコーダパターン部１３の大きさに合わせて、広角側または狭角側へ焦点距離を切り替えて、エンコーダパターン１３Ｂの画像の大きさが距離に関わらず一定になるように構成してもよい。
このように構成すると、測量装置５０から計測モジュール１０までの距離に関わらず、ステップＳ３０４におけるエンコーダパターン１３Ｂの読取りに適した大きさの画像を切り出すことが可能となり、距離に伴う読取り誤差の発生を防止することができる。
このように、本実施の形態に係る角度検出システム９０によれば、遠方にある測定対象物にエンコーダパターン部１３を取付け、測量装置５０に備えたカメラ５５でエンコーダパターン１３Ｂを読取り、測量装置５０の演算制御部６４で角度の演算を行うので、遠隔にある測定対象物の角度を、発光装置やイメージセンサなどを含む比較的複雑な角度検出装置本体を測定対象物に取り付けることなく遠隔から測定することができる。
さらに、本実施の形態においては、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向と、測定対象物との角度を予め既知、または測定可能としておくことにより、測量装置と測定対象物との角度の関係を遠隔から測定することも可能である。
また、角度検出システム９０に適用した場合においては、測定対象物である距離測定器１４を備える計測モジュール１０はモジュール通信部１９を備えるが、単に、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向に対する測量装置の方向角θＴを知りたい場合においては、このような通信手段も必要とせずリアルタイムに角度の測定を行うことができる。
また、エンコーダパターン部１３は、測定対象物の外側に取り付けられるものであるため、取付けが容易である。さらに、エンコーダパターン部１３は、簡単な構造であるため製造も容易である。
１－４． 測定点座標の演算
次に、測定点座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の演算方法について説明する。図１１（ａ）は、反射ターゲットの中心Ｏおよび測量装置５０を通る鉛直平面における、反射ターゲット１１の中心Ｏ、距離測定器１４の基点Ｒ、および測定点Ｐの関係を示す図である。
また、図１１（ｂ）は、水平面における反射ターゲット１１の中心Ｏ、距離測定器１４の基点Ｒ、および測定点Ｐの関係を示す図である。
ここで、ｘ軸は、距離測定器１４の基点Ｒから測量装置５０の方向へ伸びる水平方向を示し、ｙ軸はｘ軸に直交する水平方向を示し、ｚ軸は、支持部材１２の中心軸Ａ方向、すなわち鉛直方向を示す。
まず、図１１（ａ）より、反射ターゲットの中心Ｏと測定点Ｐと間のｘ軸方向の距離ｌ’が、x軸に対する、測定点の角度φ，および距離測定器１４の基点Ｒと測定点Ｐとの間の距離ｌを用いて、式１で求められる。
ｌ’＝ｌ・ｃｏｓφ ・・・式１
また、反射ターゲットの中心Ｏと測定点Ｐとの間のｚ軸方向の距離は、ｄ+ｌ・ｓｉｎφで求められる。
次に図１０（ｂ）より、x軸に対する測定点Ｐの方向角θが、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置の方向角θＴおよびエンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する距離測定器１４の方向角θＢを用いて式２により求められる。
θ＝θＴ＋θＢ ・・・式２
したがって、反射ターゲットの中心Ｏに対する、測定点Ｐのオフセット値を（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）とすると、（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）の値は、それぞれ、式３，４，５より求められる。
ｘｏ＝ｌ’＝ｌ・ｃｏｓφ ・・・式３
ｙｏ＝ｌ’・ｓｉｎθ ・・・式４
ｚｏ＝ｄ+ｌ・ｓｉｎφ ・・・式５
このように求められた測定点Ｐのオフセット値（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）と、点Ｏの座標Ｏ（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）とから、点Ｐの座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が、式６のように求められる。
Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（ｘｐ＋ｘｏ，ｙｐ＋ｙｏ，ｚｐ＋ｚｏ） ・・・式６
このように、本実施の形態に係る測量システム１００によれば、反射ターゲットの測定と同時に、反射ターゲットと測定点との水平角、鉛直角および距離の関係についての測定を行い、その結果に基づいて自動的に補正演算を行うので、測定点が測量装置から直接視準できない場合でも、その座標を測量現場でリアルタイムに確認することができる。
１－５． 変形例１
図１２は、上記実施の形態の１つの変形例に係る、エンコーダパターン部１３ａの斜視図である。図１２に示すように、エンコーダパターン部１３ａ、幅情報部１３２を備えていない。このように幅情報部１３２は必須ではなく、幅情報部１３２を備えなくてもよい。この場合、ステップＳ３０３において、角度情報部１３１の縦線１３１ａ，１３１ｂの高さｈ２の半分よりも短い間隔で、水平方向の直線状の読込みを行い、その結果から、エンコーダパターン１３Ｂａの左右の境界を検出し、エンコーダパターン１３Ｂａの中心を求めるとよい。
しかし、図４のように、幅情報部１３２を備えると、例えば、エンコーダパターン部１３の背景が、明るかったり、暗かったりして、エンコーダパターン１３Ｂと、背景との境界が不明瞭な場合であっても、エンコーダパターン１３Ｂの中心位置を正確に求めることができるので有利である。
２．第２の実施の形態
２－１． 角度検出システムの構成
図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る角度検出システム２９０を備える測量システム２００の構成ブロック図である。
測量システム２００は、測量システム１００と同様に、計測モジュール１０および測量装置２５０を備える。しかし、測量装置２５０は情報取得部として機能するカメラを備えず、それに代えて、スキャナ７０を備える点で異なる。従って、角度検出システム２９０は、距離測定器１４に取り付けられたエンコーダパターン部１３と、スキャナ７０、および演算制御部２６４を備える測量装置２５０とにより構成されている。
スキャナ７０は、図１４に示すように、読取光送光部として機能する送光部７１、回動ミラー７２、ミラー回転駆動部７３、ミラー回転角検出器７４、受光部７５、および制御部７６を備え、例えば、望遠鏡２ｂの上部に、少なくとも鉛直軸周りにスキャン可能に設けられている。
スキャナ７０は、送光部７１からエンコーダパターン部１３に向けて、スキャン光として例えば赤外レーザ光を送光し、ミラー回転駆動部７３により回動ミラー７２を回転駆動することで、少なくとも水平方向（エンコーダパターン部１３の周方向）にスキャン光を複数回スキャンし、エンコーダパターン１３Ｂからの反射光をフォトダイオード等での受光部７５で受光し、スキャンデータとして、受光光量分布を取得する。すなわち、エンコーダパターンの示す情報を、受光光量分布として光学的に取得する。
また、スキャナ７０の制御部７６は、測量装置２５０の演算制御部２６４と電気的に接続されており、スキャナ７０は演算制御部２６４の制御に従って、スキャンを実行する。
受光部７５は、例えばフォトダイオードである。受光部７５の受光面の前面には、エンコーダパターン１３Ｂを構成する第２の偏光フィルタ１３０ｂと同じ、第２の偏光成分を透過し、その他の成分を減衰する偏光フィルタ７７が設けられている。
しかし、偏光フィルタ７７の配置は、第１の形態に係るカメラ５５の偏光フィルタ５５Ｃと同様に、送光部７１から出射され、エンコーダパターン１３Ｂで反射されて受光部７５の受光面に入射する光の光路上に配置されていればよい。従って、スキャナ７０が備える、図示しない光学系の前面に配置されていてもよく、送光部７１の前面に配置されていてもよい。
２－２． 角度の検出（エンコーダパターンの読取り）
測量システム２００を用いて、測量装置２５０から視通のない測定点Ｐについて測量を実施する場合の動作における、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置２５０の方向角θＴの検出において、角度検出システム２９０は、第１の実施の形態のステップＳ３０１～Ｓ３０７に代えて、図１５の動作を行う。
角度の検出を開始すると、ステップＳ４０１では、エンコーダパターン読取部２６５の制御により、スキャナ７０はエンコーダパターン部１３に対して、例えば図１６（ａ）に示すようにスキャン光を走査する。
次に、ステップＳ４０２では、スキャナ７０の受光部が、スキャンデータとして受光光量分布を取得し、エンコーダパターン読取部６５に出力する。
ここで、エンコーダパターン１３Ｂで反射された光のうち、第１の偏光フィルタ１３０ａで構成される縦線１３１ａ，１３１ｂおよび第１の帯１３２ａで反射された光は、第１の方向の偏光成分であるため、スキャナ７０の偏光フィルタ７７で減衰される。一方第２の偏光フィルタ１３０ｂで構成される領域１３１ｃおよび第２の帯１３２ｂで反射された光は第１の方向に直交する第２の方向の偏光成分であるため、スキャナ７０の偏光フィルタ７７を透過する。
この結果、Ｉ～Ｖの各位置における受光光量分布は、例えば、図１６（ｂ）のようになる。得られる受光光量分布は、第１の実施の形態における、画素列と同様の挙動を示す。従って、以下の処理は、第１の実施の形態におけるステップＳ３０５～Ｓ３０７と同様の処理である。
ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２で取得した受光光量分布から、幅情報部１３２の読取り結果を抽出する。
次に、ステップＳ４０４では、ステップＳ４０２で取得した受光光量分布から、幅各位置における受光光量分布の相関を算出し、相関性が所定の値よりも高いものを、角度情報部１３１の読取り結果として抽出する。
次に、ステップＳ４０５では、方向角演算部６６が、ステップＳ４０３で求めたエンコーダパターン１３Ｂの中心位置Ａを中央として左右に伸びる所定幅Ｒに含まれるビットパターン、すなわち所定幅Ｒの領域に含まれる所定のビット数（例えば、１０本）の縦線で示されるビットパターンと、記憶部６１に記憶されたビットパターンと角度との相関とを対比することにより、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置２５０の方向角θＴを求める（その後、ステップＳ１０５に移行する）。
このように、カメラ５５に代えて、スキャナ７０を用いても、実施の形態１の角度検出システム９０と同様の効果を奏することができる。また、スキャナ７０を用いると、レーザ光の反射光を用いて、エンコーダパターン１３Ｂを読み取るので、受光光量が大きくなり、遠距離や、光量の少ない状況の測定においても十分なコントラストを得ることができる。
また、スキャナを用いると、複数回のスキャンにより読み取りを行うので、目的により、スキャン回数を増やす等して、読み取り精度を向上することができる。
３． 第３の実施の形態
図１７に示すように、第３の実施の形態に係る角度検出システム３９０は、第１の実施の形態に係る測量システム１００と同一の測量システム３００に備えられており、反射ターゲット１１を構成要素として含む。測量システム３００と測量システム１００の機械的構成は同一であるので、機械的構成についての詳細な説明は省略する。
一方、第３の実施の形態に係る角度検出システム３９０では、角度検出における動作が角度検出システム９０とは以下のように異なる。図１８は、第３の実施の形態に係る角度検出システムにおける、角度検出のフローチャートである。
角度の検出を開始すると、ステップＳ５０１では、ステップＳ３０１と同様にカメラ５５が、エンコーダパターン部１３を含むエンコーダパターン部１３周辺の風景画像８０を取得する。
次に、ステップＳ５０２では、エンコーダパターン読取部６５が、ステップＳ１０１で取得した反射ターゲット１１の測距データ、および記憶部６１に記憶された、既知であるエンコーダパターン部１３の寸法に基づいて画像におけるエンコーダパターン１３Ｂの範囲８１を特定し、矩形に切り出す。このようにすると、エンコーダパターンの読み取りに最適な大きさに画像を切り出すことができ、読取り精度が向上する。
次に、ステップＳ５０３では、ステップＳ１０１で取得した、反射ターゲットの測角データに基づいて、読込み方向を設定する。これは、カメラ５５とエンコーダパターン部１３との鉛直方向の位置関係による、画像に現れるエンコーダパターン部１３の見え方への影響を考慮したものである。
具体的には、カメラ５５がエンコーダパターン部１３よりも高い位置にある場合には、図１９（ａ）に示すように、下に凸に湾曲した形状に観察され、カメラ５５がエンコーダパターン部１３よりも低い位置にある場合には、図１９（ｂ）に示すように、上に凸に湾曲した形状に観察される。この結果、読込みが不完全となったり、読み取ったパターンの幅にも違いが生じたりする虞がある。
そこで、予め、測角データに対応するエンコーダパターン部の側面形状を算出し、算出結果を記憶部６１に記憶させておき、ステップS５０３において、ステップＳ１０１で取得した測角データに基づいて、取得される画像におけるエンコーダパターン部１３の側面形状を求め、側面形状に対応して、底面または上面の外周縁と平行になるように読込み方向を設定する。例えば、エンコーダパターン部１３の画像が図１９（ａ）に示すような状態の場合には、図１９（ｃ）のＩａ～Ｖａに示すように、底面または上面の外周縁と平行になるように、曲線状に読み込むように設定する。
次に、ステップＳ５０４において、エンコーダパターン読取部６５は、ステップＳ５０２において切り出したエンコーダパターン１３Ｂの範囲８１の画像を、エンコーダパターン部１３の周方向に線状に読込む。ここで、読込みの間隔ｈ３は、反射ターゲット１１の測距データ、および記憶部６１に記憶された、既知であるエンコーダパターン部１３の寸法に基づいて、エンコーダパターン部の寸法およびステップＳ３０３同様に、高さｈ１よりも小さく、かつ高さｈ２の１／２よりも短い間隔ｈ３に設定される。このようにすると、幅情報部１３２および角度情報部１３１を確実に捕捉することができる間隔を正確に求めることができ、読取り精度が向上する。
次に、ステップＳ５０５では、ステップＳ５０４の読込み結果から、幅情報部１３２の読み取り結果を抽出する。具体的には、所定のしきい値よりも小さな画素値となる黒色部分および所定のしきい値よりも大きな画素値となる白色部分の少なくとも一方が、ステップＳ１０１で取得した反射ターゲット１１の測距データ、および既知のエンコーダパターン部の寸法から算出される、エンコーダパターン部の直径Ｌに相当する長さで連続している場合に、当該画素列が、幅情報部１３２に相当すると判断する。
次に、ステップＳ５０６では、ステップＳ３０５と同様に、ステップＳ５０４の読込み結果から、角度情報部１３１に該当する画素列を抽出する。
その後、ステップＳ５０７に移行して、ステップＳ３０６と同様にして、方向角演算部６６が、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤに対する測量装置５０の方向角θＴを求める（その後、ステップＳ１０５へ移行する）。
このように、角度検出システムに、反射ターゲットを備え、測量装置として、トータルステーションを用いれば、画像の切り出し、読込み方向等の設定を、トータルステーションで測定した距離に基づいて行うことができるので、読込みの精度が向上する。
本実施の形態において、カメラ５５を、特開２０１６－１３８８０２号公報に開示されているように、測量部の光学系と光学系を共有した狭角カメラをさらに備え、測量部により取得した測距データに基づいて算出される反射ターゲット１１の距離に応じて、カメラ５５と、狭角カメラとを切り替え可能に構成してもよい。
上記構成によれば、測量装置５０から計測モジュール１０までの距離に関わらず、ステップＳ３０２におけるエンコーダパターン１３Ｂの読取りに適した大きさの画像を切り出すことが可能となり、距離に伴う読取り誤差の発生を防止することができる。
また、第２の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、カメラ５５に代えてスキャナ７０を用いてもよい。
４． 第４の実施の形態
図２０は、第４の実施の形態に係る、角度検出システム（図示せず）の、エンコーダパターンの角度情報部４３１の構成を説明する図である。本実施の形態に係る、角度検出システムの機械構成は、エンコーダパターンの角度情報部４３１を除き、第１の実施の形態に係る角度検出システム９０と同様であるのでその詳細な説明は省略する。
図２０（ｃ）に示すように、角度情報部４３１は、断面構造において、ベース４１３Ａの外周側面上に配置された反射材層４２０と反射材層４２０の上に配置されたエンコーダパターン層４３０とを備える。
反射材層４２０の材質としては、第１の実施の形態と同様の、市場にて入手可能な再帰反射シート等を用いることができる。反射材層４２０は、２種類の反射材４２０ａ、および４２０ｂを組み合わせて構成されている。反射材４２０ａと４２０ｂとは、例えば、表面を保護する樹脂層の違いなどにより反射率が異なり、例えば、前者の反射率が低く、後者の反射率が高い。
一方エンコーダパターン層４３０には、第１の実施の形態と同様に第１の方向の偏光成分を透過する第１の偏光フィルタ４３０aと、第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を透過する第２の偏光フィルタ４３０ｂとが、それぞれ等幅で、周方向に連続するように等ピッチｐで配置されている。
そして、エンコーダパターン層の各偏光フィルタと、反射シートの位置が合致するようになっている。
カメラ５５の撮像素子５５Ｂの前面には、第１の実施の形態と同様に、第２の偏光フィルタ４３０ｂと同じ偏光フィルタ５５Ｃが配置されている。この結果、カメラ５５により取得される画像の画素値は、反射材層４２０の反射材とエンコーダパターン層４３０の偏光フィルタの組み合わせに応じて、表１および図２０（ｄ）に示すような、画素値を示す。
Figure 0007080129000001
このように、反射材と偏光フィルタとの組み合わせに応じて、３通りの画素値を示すようになる。そこで、まず、ビット「－１」，「０」，「１」の３値による、Ｍ系列のコードパターンを、エンコーダパターンの基準方向からの角度に対応するように生成する。ついで、３通りの画素値の値に応じた、反射材と偏光フィルタとの組み合わせに、ビット「－１」，「０」，「１」を割りあてて、コードパターンを示すように反射材４２０ａ，４２０ｂおよび偏光フィルタ４３０ａ，４３０ｂを配置して、エンコーダパターン４１３Ｂが構成されている。
したがって、反射材と偏光フィルタとの組み合わせによっても、エンコーダパターンを形成しても、実施の形態１と同様に、遠隔から測定対象物の角度を測定できるという効果を奏することができる。
しかも、本実施の形態によれば、１ピッチに２つの値を割り当てることができるので、１ピッチに１つの値を割り当てた場合と比較して、同じ分解能でも読取り幅Ｒを短くすることができる。すなわち、エンコーダパターン部の中心軸Ａに近い領域を読み取ることができるので、配置によって観察されるパターンのピッチや幅が変化するという、エンコーダパターン部の形状に基づく影響を受けにくくなる。しかも、ピッチを小さくするわけではないため、パターンが細かくなることに起因する読取り精度への悪影響も生じない。
５． 第５の実施の形態
図２１は、第５の実施の形態に係る角度検出システム（図示せず）の、エンコーダパターン５１３Ｂの角度情報部５３１の構成を説明する図である。本実施の形態に係る、角度検出システムの機械構成は、角度情報部５３１を除き、第１の実施の形態に係る角度検出システム９０と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
図２１（ａ）に示すように、角度情報部５３１のエンコーダパターン層５３０は、第１の方向の偏光成分を透過し、第１の方向に直交する第２の方向の偏光成分を減衰する、第１の偏光フィルタと、第２の方向の偏光成分を透過し、第１の方向の偏光成分を減衰する第２の偏光フィルタで構成されている。エンコーダパターン層５３０では、第１の実施の形態に係るエンコーダパターン層１３０と同様に、幅ｗ１を有する狭幅の縦線に対応する第１の偏光フィルタ５３０ａと、幅ｗ２を有する広幅の縦線に対応する第１の偏光フィルタ５３０ａとを等ピッチｐで配置し、第１の偏光フィルタ間に第２の偏光フィルタを配置して、構成されている。
また、図２１（ｂ）に示すように、反射材層５２０は、反射材層４２０と同様に、反射率の異なる、２種類の反射材５２０ａ,５２０ｂで構成されている。例えば、前者の反射率が低く、後者の反射率が高い。
反射材は、図２１（ｃ）に示すように、エンコーダパターン層５３０の第２の偏光フィルタ５３０ｂ、第１の偏光フィルタ５３０aの下に、反射材５２０ａまたは５２０ｂのいずれかが配置されるようになっている。
また、カメラ５５の撮像素子５５Ｂの前面には、第４の実施の形態とは逆に、第１の偏光フィルタ５３０ａと同じ偏光フィルタ５５Ｃが配置されている。この結果、カメラ５５により取得される画像の画素値は、反射材層５２０の反射材とエンコーダパターン層５３０の偏光フィルタの組み合わせに応じて、表２および図２１（ｄ）に示すような、画素値を示す。
Figure 0007080129000002
等ピッチｐで配置された第１の偏光フィルタ５３０ａは、ａ，ｂ２通りの画素値の値を有する。また、第１の偏光フィルタ５３０ａはｗ１，ｗ２の２種類の幅を有するため、幅と画素値との組み合わせは、図２１（ｄ）に示す、４通りのパターンがある。そこで、まず、ビット「０」，「１」，「２」，「３」の４値による、Ｍ系列のビットパターンを、エンコーダパターンの基準方向からの角度に対応するように生成する。ついで、第１の偏光フィルタ５３０ａの幅と画素値の組み合わせによる４つのパターンをビット「０」，「１」，「２」，「３」に割り当てて、ビットパターンを示すように、反射材５２０ａ，５２０ｂおよび偏光フィルタ５３０ａ，５３０ｂを配置して、エンコーダパターン５１３Ｂの角度情報部５３１を構成する。
このように、幅の異なる偏光フィルタと、反射強度の異なる反射材とを組み合わせることによっても、エンコーダパターンの角度情報部５３１を構成することができ、第１の実施の形態に係る角度検出装置と同様の効果を奏することができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態および実施例は本発明の一例であり、それぞれの構成を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。
１１ 反射ターゲット
１４ 距離測定器（測定対象物）
１３，１３ａ エンコーダパターン部
１３Ａ，４１３Ａ，５１３Ａ ベース
１３Ｂ，４１３Ｂ，５１３Ｂ エンコーダパターン
１９ モジュール通信部
５０， ２５０ 測量装置
５５ カメラ（情報取得部）
５５Ｃ 偏光フィルタ
５７ 通信部
６４，２６４ 演算制御部
６９ 読取光送光部
７０ スキャナ（情報取得部）
７１ スキャナの送光部（読取光送光部）
７７ 偏光フィルタ
９０，２９０，３９０ 角度検出システム
１２０，４２０，５２０ 反射材層
１３０，４３０，５３０ エンコーダパターン層
１３０ａ，４３０ａ，５３０ａ 第１の偏光フィルタ
１３０ｂ，４３０ｂ，５３０ｂ 第２の偏光フィルタ
１３１，４３１，５３１ 角度情報部

Claims (8)

  1. 測定対象物に取り付けられるエンコーダパターン部と、
    測量装置とを備える角度検出システムであって、
    前記エンコーダパターン部は、
    円柱形状のベース、および該ベースの外周側面に設けられて、所定の基準方向に対する周方向の角度を示すエンコーダパターンを備え、
    前記エンコーダパターンは、入射した光を再帰反射する反射材層と、該反射材層の前面に配置されたエンコーダパターン層を備え、該エンコーダパターン層は、第１の方向の偏光成分を透過する第１の偏光フィルタと、第１の方向とは異なる第２の方向の偏光成分を透過する第２の偏光フィルタとの組み合わせにより構成され、
    前記測量装置は、前記エンコーダパターンに向けて読取光を出射する読取光送光部と、前記エンコーダパターンが示す情報を、光学的に取得する情報取得部と、前記情報に基づいて、前記基準方向に対する前記測量装置の角度(θＴ)を演算する演算制御部と、前記読取光送光部から出射され、前記エンコーダパターンで反射されて前記情報取得部の受光面に入射する光の光路上に配置された第１のまたは第２の偏光フィルタを備えることを特徴とする角度検出システム。
  2. 前記角度情報部は、前記第１のおよび第２の偏光フィルタをエンコーダパターン部の外周側面に周方向に配置することによりビットパターンを示し、
    前記演算制御部は、光学的に取得した前記情報を前記エンコーダパターンの周方向に読取り、読取り結果をビットパターンに変換し、前記読取りの結果から前記エンコーダパターンの中央位置を特定し、該中央位置を中央とする所定の領域に含まれる前記ビットパターンを、予め設定されたビットパターンと角度との相関と対比することにより、角度を演算することを特徴とする請求項１に記載の角度検出システム。
  3. 前記角度情報部は、前記第１の偏光フィルタを、広狭２種類の幅の縦線として、Ｍ系列により生成されたビットパターンを示すように周方向に配置し、各縦線の間に第２の偏光フィルタを配置したバーコード状のパターンであることを特徴とする請求項１または２に記載の角度検出システム。
  4. 前記反射材層は、反射率の異なる第１のおよび第２の反射材を周方向に配置することにより構成され、
    前記第１のおよび前記第２の偏光フィルタと、前記第１のおよび前記第２の反射材との組み合わせによってビットパターンを示すことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の角度検出システム。
  5. 前記情報取得部は、前記エンコーダパターンが示す情報を画像として取得するカメラであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の角度検出システム。
  6. 前記情報取得部は、前記エンコーダパターンが示す情報を、前記エンコーダパターンにスキャン光を送光し、前記エンコーダパターンからの反射光を受光して受光光量分布として取得するスキャナであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の角度検出システム。
  7. 前記測定対象物は、前記基準方向に対して周方向に所定の角度（θＢ）で取り付けられており、前記演算制御部は、前記所定の角度（θＢ）および前記エンコーダパターンの読取角（θＴ）に基づいて、前記測定対象物の前記測量装置に対する角度を演算することを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の角度検出システム。
  8. 円柱形状のベース、および該ベースの外周側面に配置されて、所定の基準方向に対する周方向の角度を示すエンコーダパターンを備えるエンコーダパターン部と、情報取得部を備える測量装置とを用いて角度を検出する方法であって、
    （ａ）前記エンコーダパターン部を前記測定対象物に、エンコーダパターン部の周方向に所定の角度で取り付ける工程、
    （ｂ）前記エンコーダパターンに向けて読取光を出射する工程、
    （ｃ）前記情報取得部が、前記エンコーダパターンが示す情報を、光学的に取得する工程および
    （ｄ）（ｃ）工程により取得された情報に基づいて、前記測量装置の、前記基準方向に対する方向角を演算し、
    前記エンコーダパターンは、入射した光を再帰反射する反射材層と、該反射材層の前面に配置されたエンコーダパターン層を備え、該エンコーダパターン層は、第１の方向の偏光成分を透過する第１の偏光フィルタと、第１の方向とは異なる第２の方向の偏光成分を透過する第２の偏光フィルタとの組み合わせにより構成され、
    前記測量装置は、前記読取光送光部から出射され、前記エンコーダパターンで反射されて前記情報取得部に入射する光の光路上に配置された第１のまたは第２の偏光フィルタを備えることを特徴とする角度検出方法。
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