KR101884638B1 - 광학 장치, 광학 장치에 조립되는 레티클, 및 광학 장치를 사용한 측량 방법 - Google Patents

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Abstract

대경 원통 구조물의 중심 좌표를 구하는 광학 장치를 제공한다. 광학 장치는 광학 장치의 기준점의 좌표와, 좌우의 기준 마크(예를 들면, 종선)의 일방을 원통 구조물의 가장자리에 일치시킴과 아울러 망원경 광축을 원통 구조물의 표면 상에 위치시킨 상태에서 광축 상에 보이는 원통 구조물 상의 측점의 좌표와, 광축으로부터 기준 마크까지의 개방각을 이용하여 원통 구조물의 중심 좌표를 계산하는 기능을 갖는다.

Description

광학 장치, 광학 장치에 조립되는 레티클, 및 광학 장치를 사용한 측량 방법
본 발명은 측거 기능을 갖는 광학 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 광학 장치에 조립되는 레티클에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 광학 장치를 사용한 측량 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1(일본 특허공개 2009-092419호 공보)에는 전신주 등의 주상체 또는 주상 구조물의 중심 좌표를 구할 수 있는 광학 장치가 개시되어 있다. 이 광학 장치는 망원경을 갖는다. 망원경 내에는 레티클이 배치되어 있다. 특징으로서, 레티클에는 광축 주위에 복수의 원 또는 원호를 갖는 동심원 눈금이 그려져 있다. 광학 장치의 사용 목적은 한정적은 아니지만, 예를 들면 이 광학 장치를 이용하여 주상체의 중심 좌표를 계측할 경우, 우선 레티클에 투영된 주상체(이미지)의 직경에 가장 가까운 직경을 갖는 원을 주상체(이미지)에 내접 또는 거의 내접시킨다. 다음에, 광학 장치로부터 주상체까지의 거리와 방향을 계측한다. 계속해서, 계측한 거리 및 방향과 기지의 정보(구체적으로는, 광학 장치의 기계 좌표(기준 좌표)와 주상체의 반경)를 이용하여, 주상체의 중심 좌표를 구한다.
상술한 바와 같이, 특허문헌 1의 광학 장치를 이용하여 주상체의 중심 좌표를 구하기 위해서는 주상체의 좌우 양 가장자리가 레티클 상에 투영되는 것이 필요하다. 그러나, 일반적인 측량 장치(토탈 스테이션)에 채용되어 있는 망원경의 화각은 매우 작다(예를 들면, 약 1도). 그 때문에, 측량 장치가 주상체에 접근하여 있으면, 접안 렌즈를 통해 주상체의 일부가 보여서(즉, 주상체의 일부가 레티클 상에 이미지로서 투영됨), 즉 주상체의 좌우 양 가장자리를 동시에 하나의 이미지 내에 담는 것이 어렵다. 따라서, 측량 장치 등이 상기 요구를 만족시키기 위해서는 주상체가 상당히 작은 직경을 갖거나 또는 측량 장치를 주상체로부터 충분히 떨어뜨리지 않으면 안된다. 그러나, 건물의 기초가 되는 원통 구조물인 말뚝의 중심 좌표를 말뚝의 타설 상태(즉, 적정 위치에 적정하게 타설되어 있는지의 여부)를 확인하기 위해서 구하고자 하면, 일반적인 말뚝의 외경은 약 30센티미터 이상이므로, 측량 장치를 말뚝으로부터 약 30미터 이상 거리를 유지할 필요가 있다. 그러나, 건물이 밀집한 건축 현장에서는 측량 장치를 말뚝으로부터 충분한 거리를 유지할 수 없는 경우가 있다. 특히, 최근에는 건물이 밀집한 장소에 고층 빌딩을 건축하는 경우가 많고, 그 경우 말뚝 지름이 1미터를 초과하는 대경 말뚝의 중심 좌표를 구하는 것은 실질적으로 어렵다.
일본 특허공개 2009-092419호 공보
이러한 사정으로부터, 주상체와의 거리를 충분하게 유지할 수 없는 경우에 있어도 주상체의 중심 좌표를 간단하고 또한 용이하게 계측할 수 있는 장치와 방법이 요구되고 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기준점(P0)으로부터 망원경(16)의 광축(18) 상에 보이는 측점(P1)까지의 거리(L)를 측정하는 기능을 구비한 광학 장치(10)로서,
상기 광학 장치(10)는,
상기 망원경(16) 내에 고정된 레티클(44)을 구비하고 있고,
상기 레티클(44)에는,
상기 광축(18)의 양측에서 또한 상기 광축(18)으로부터 수평 방향으로 소정 거리를 둔 위치에 좌우의 기준 마크(56)가 설치되어 있고,
상기 광학 장치(10)는 또한,
상기 광학 장치(10)의 기준점(P0)의 좌표(xa, ya)와, 상기 좌우의 기준 마크(56)의 일방만을 원통 구조물(90)의 가장자리(91)에 일치시킴과 아울러, 상기 광축(18)을 상기 원통 구조물(90)의 표면 상에 위치시킨 상태에서, 상기 광축(18) 상에 보이는 상기 원통 구조물(90) 상의 점(P1)의 좌표(xb, yb)와, 상기 광축(18)으로부터 상기 기준 마크(56)까지의 개방각(θ)과, 상기 원통 구조물(90)의 지름(r)을 이용하여, 상기 원통 구조물(90)의 중심 좌표를 계산하는 연산부(32)를 구비하고 있다.
또한, 본 발명은 기준점(P0)으로부터 망원경(16)의 광축(18) 상에 보이는 측점(P1)까지의 거리(L)를 측정하는 기능을 구비한 광학 장치(10)에 있어서 상기 망원경(16) 내에 고정되는 레티클(44)로서,
상기 레티클(44)은,
상기 광축(18)의 양측에서 또한 상기 광축(18)으로부터 수평 방향으로 소정 거리를 둔 위치에 좌우의 기준 마크(56)가 설치되어 있고,
상기 광학 장치(10)는,
상기 광학 장치(10)의 기준점(P0)의 좌표(xa, ya)와, 상기 좌우의 기준 마크(56)의 일방만을 원통 구조물(90)의 가장자리(91)에 일치시킴과 아울러 상기 광축(18)을 상기 원통 구조물(90)의 표면 상에 위치시킨 상태에서 상기 광축(18) 상에 보이는 상기 원통 구조물(90) 상의 점(P1)의 좌표(xb, yb)와, 상기 광축(18)으로부터 상기 기준 마크(56)까지의 개방각(θ)과, 상기 원통 구조물(90)의 지름(r)을 이용하여, 상기 원통 구조물(90)의 중심 좌표를 계산하는 기능을 구비하고 있다.
또한, 본 발명은 기준점(P0)으로부터 망원경(16)의 광축(18) 상에 보이는 측점(P1)까지의 거리(L)를 측정하는 기능을 구비하는 광학 장치(10)로서, 상기 망원경(16) 내에 고정된 레티클(44)을 구비하고 있고, 상기 레티클(44)에는 상기 광축(18)의 양측에서 또한 상기 광축(18)으로부터 수평 방향으로 소정 거리를 둔 위치에 좌우의 기준 마크(56)가 그려져 있는 광학 장치(10)를 준비하는 공정과,
상기 좌우의 기준 마크(56)의 일방만을 원통 구조물(90)의 가장자리(91)에 일치시킴과 아울러 상기 광축(18)을 상기 원통 구조물(90)의 표면 상에 위치시키는 공정과,
상기 광학 장치(10)의 기준점(P0)의 좌표(xa, ya)와, 상기 광축(18) 상에 보이는 상기 원통 구조물(90) 상의 측점(P1)의 좌표(xb, yb)와, 상기 광축(18)으로부터 상기 기준 마크(56)까지의 개방각(θ)과, 상기 원통 구조물(90)의 지름(r)을 이용하여, 상기 원통 구조물(90)의 중심 좌표를 계산하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 측량 방법에 관한 것이다.
바람직한 형태에서는 상기 레티클(44)에는 상기 광축(18)을 중심으로 하는 복수의 원(55)이 그려져 있다.
또한, 바람직한 형태에서는 상기 소정 거리가 약 0.01라디안에 상당한다.
또한, 바람직한 형태에서는 상기 복수의 원(55)은 각각 소정 길이(δ)의 n배(n: 정수)의 반경을 갖는다.
또한, 바람직한 형태에서는 상기 소정 길이(δ)는 약 0.001라디안에 상당한다.
또한, 바람직한 형태에서는 상기 복수의 원(55)은 상기 소정 길이(δ)의 10배의 길이의 반경을 갖는 기준원을 갖고, 상기 기준 마크(56)는 상기 기준원에 접하여 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 레티클에 그려진 원을 원통 구조물의 양 가장자리에 내접시키는 것이 불가능한 장소에 있어도, 좌우의 기준 마크 중 일방을 원통 구조물의 가장자리에 일치시킴과 아울러 광축을 원통 구조물의 표면 상에 위치시키는 것만으로, 원통 구조물의 중심 좌표를 간단하고 또한 용이하게 측량하여 원통 구조물의 중심 좌표를 즉각 확인하여, 필요하면 원통 구조물의 경사를 수정할 수 있다고 하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광학 장치의 실시형태인 광학 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 광학 장치의 구성과 기능을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 광학 장치의 망원경의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 레티클의 확대 정면도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 레티클의 확대 사시도이다.
도 6은 측거부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 나타내는 입력부와 표시부의 상세를 나타내는 도면이다.
도 8은 광학 장치를 이용하여 원통 구조물을 시준하는 상황을 나타내는 도면이다.
도 9는 원통 구조물의 중심 좌표를 구하는 프로세스를 설명하는 도면이다.
도 10은 도 9와 함께 원통 구조물의 중심 좌표를 구하는 프로세스를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 9, 10과 함께 원통 구조물의 중심 좌표를 구하는 프로세스를 설명하는 도면이다.
도 12는 도 9∼11과 함께 원통 구조물의 중심 좌표를 구하는 프로세스를 설명하는 도면이다.
도 13은 다른 실시형태의 레티클의 확대 정면도이다.
도 14는 다른 실시형태의 레티클의 확대 사시도이다.
도 15는 다른 실시형태의 레티클의 확대 정면도이다.
도 16은 사각주 구조물의 중심 좌표를 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명에 따른 광학 장치를 설명한다. 또한, 본건 명세서 및 특허청구범위에 있어서, 「광학 장치」는 망원경, 망원경을 포함하는 시준 장치, 및 시준 기능과 측거 기능을 구비한 광학 장치를 포함한다. 「원통 구조물」은 원통의 외주면을 갖는 구조물(내부에 중공 부분을 갖는지의 여부는 상관없음), 예를 들면 건축물, 공작물, 및 땅에 매설되는 말뚝을 포함한다. 원통 구조물은 동일한 외경을 가질 필요는 없고, 장소에 따라서 외경이 다른 원통 구조물(예를 들면, 원추형, 원뿔 사다리꼴 형상, 표주박형의 구조물)도 포함한다.
《1-1: 광학 장치》
도 1은 본 발명에 따른 광학 장치를 구체화한 레이저 광학 장치(토탈스테이션)(10)를 나타낸다. 광학 장치(10)는 일반적인 광학 장치와 마찬가지로 도시하지 않은 삼각(三脚)에 착탈 가능하게 연결되어서 고정되는 기대(12)와, 수직축(Z축)을 중심으로 회전 가능하게 기대(12)에 연결된 본체(14)와, 수직축(Z축)에 직교하는 수평축(X축)을 중심으로 해서 회전 가능하게 본체(14)에 연결된 망원경(16)을 구비하고 있다. 망원경(16)의 광축(Y축)(18)은 수직축(Z축)과 수평축(X축)의 교점을 통과한다. 이하, 이들 3개의 축-수직축(Z축), 수평축(X축) 및 광축(Y축)-의 교점을 기준점(P0), 기준 좌표, 또는 기계 좌표라고 한다. 또한, 광학 장치(10)는 망원경(16)에 의해 시준된 물체(도시하지 않음)와의 거리를 측정함과 아울러, 그 측정시에 있어서의 망원경(16)의 앙각(연직면 상에 있어서의 수평축(X)과 광축(18)의 각도)을 측정하는 계측 수단 또는 계측부(도 2에 부호 20으로 표시되어 있음)를 갖는다. 실시형태에서는, 광학 장치(10)는 측량에 필요한 데이터를 입력하기 위한 입력부(22), 측량 결과 등을 표시하는 표시부(24), 입력부(22)로부터 입력된 데이터나 측량 결과의 데이터를 다른 장치(예를 들면 컴퓨터(28))로 출력하는 출력부(26)를 갖는다.
도 2는 광학 장치(10)의 구성을 기능의 관점으로부터 나타낸 블록도이다. 도시하는 바와 같이, 광학 장치(10)는 제어부(30)를 갖는다. 제어부(30)는 계측부(20), 입력부(22), 표시부(24), 출력부(26)와 전기적으로 접속되어 있고, 후에 상세하게 설명한 바와 같이, 이들 계측부(20), 입력부(22), 표시부(24), 출력부(26)를 종합적으로 제어한다. 제어부(30)는 원통 구조물의 중심 좌표를 연산하는 연산부(32) 및 연산에 필요한 프로그램이나 데이터를 격납하는 기억부(34)를 갖는다. 그 외, 도시하지 않지만, 광학 장치(10)는 측량에 필요한 구성요소, 예를 들면 정준기, 측각부 등을 갖는다.
《1-2: 망원경》
도 3은 망원경(16)의 개략 구성을 나타낸다. 도시하듯이, 망원경(16)은 경통(36) 내에, 물체측으로부터 측량 오퍼레이터측(도면의 좌측으로부터 우측)을 향하여, 광축(18)을 따라 순서대로 대물 렌즈(40), 정립 프리즘(42), 레티클(투영판) (44), 접안 렌즈(46)를 구비하고 있어서, 시준된 물체 이미지가 대물 렌즈(40), 정립 프리즘(42)을 통해서 레티클(44)에 결상되고, 그것에 의해 물체 이미지가 접안 렌즈(46)를 통해서 오퍼레이터(48)에 의해 확대 관찰되도록 되고 있다.
《1-3: 레티클 및 게이지》
도 4와 도 5는 레티클(44)을 나타낸다. 실시형태에서는, 레티클(44)은 투명한 석영 기판(50, 51)을 포개서 구성되어 있고, 하층 석영 기판(50)의 상면 또는 상층 석영 기판(51)의 하면에 공지의 포토리소그래피를 이용하여 후술하는 패턴의 스케일(52)이 형성되어 있다. 스케일(52)을 그리는 방법은 한정적은 아니다.
본 실시형태에서는, 스케일(52)은 광축(18)에서 직각으로 교차하는 수평축(선)(53) 및 수직축(선)(54)과, 광축(18)을 중심으로 해서 그린 복수의 동심원(이하, 「게이지」라고 함)(55)을 갖는다. 본 실시형태에서는 원은 완전한 원으로 표시되어 있지만, 일부를 제거한 불완전한 원 또는 원호이어도 좋다. 본 실시형태에서는, 또한 실선의 게이지와 점선의 게이지가 교대로 그려져 있지만, 모든 게이지를 실선으로 그려도 좋고 점선으로 그려도 좋다. 각 게이지(55)의 반경은 소정 기준 길이(δ)의 정수배이다. 도시하는 실시형태에서는 스케일(52)은 반경(δ)∼반경(14δ)의 14개의 게이지(55)를 갖는다. 단, 도면이 복잡해지는 것을 방지하기 위해서, 최소 반경(δ)의 게이지는 도면으로부터 생략되어 있다.
또한, 스케일(52)은 광축(18)의 좌우 양측에 수직축(54)에 평행하고 또한 10δ의 반경을 갖는 게이지(기준원)(55a)에 접하는 기준 마크를 포함한다. 실시형태에서는, 기준 마크는 수직축(54)에 평행하게 종방향으로 연장하는 종선(56)이다.
기준 길이(δ)는 레티클(44) 상에서 0.226mm이다. 이 거리는 개방각(광축과 이것에 교차하는 선이 이루는 각도) 약 0.001라디안에 상당한다. 예를 들면, 광학 장치의 기준점(P0)으로부터 광축(18)을 따라 10m 떨어진 위치에 있는 수직면(10) 상이고, 광축(18)으로부터 10mm 떨어진 점을 보았을 때, 그 점이 최소 반경(δ)의 동심원 상에 보인다. 게이지 번호, 각 동심원의 반경, 기준점과 각 동심원을 연결하는 선(접선)과 광축이 이루는 개방각(도수법 표기와 호도법 표기)을 표 1에 나타낸다.
Figure 112017082930767-pct00001
《1-4: 계측부》
도 2에 나타나 있는 바와 같이, 계측부(20)는 망원경(16)에 의해 시준된 물체와 기준 좌표(P0) 간의 경사 거리를 계측하는 측거부(62)와, 망원경(16)의 방위각을 계측하는 측각부(64)를 갖는다. 실제의 측량에서는, 망원경(16)의 앙각이 계측되고, 이 앙각을 고려해서 거리가 계산되지만, 설명을 간단하게 하기 위해서, 이하에 설명하는 작업은 망원경(16)의 광축(18)이 수평 방향을 향한 상태에서 행해지는 것으로 한다. 또한, 이하에서 설명하는 원통 구조물의 중심 좌표를 구하기 위한 작업은 망원경을 수평 또는 거의 수평인 상태에서 행할 수 있다. 따라서, 그렇게 가정하는 것에 문제는 없다고 생각된다.
도 6에 나타나 있는 바와 같이, 측거부(62)는 레이저광(57)을 출력하는, 예를 들면 레이저 다이오드 등의 발광부(레이저 장치)(68)와, 물체로부터의 레이저 반사광을 수광함으로써, 레이저광(57)이 발사되고 나서 수광될 때까지의 시간을 기준으로, 물체(100)의 측점(레이저 조사점)(P1)으로부터 기준점(P0)까지의 거리(L) (도 3 참조)를 산출하는 연산부(72)와, 발광부(68)로부터 출사된 레이저광(57)을 망원경(16)의 광축(18)을 따라 물체로 안내함과 아울러, 광축(18)을 따라 물체로부터 반사된 레이저광(57)을 수광부(70)로 안내하는 광학계(74)를 갖는다. 도시하는 바와 같이, 광학계(74)의 일부를 구성하는 프리즘(42)이 망원경(16)의 내부에 배치되어 있고, 이것에 의해 레이저광(57)의 진로가 망원경(16)의 광축(18)과 일치시키고 있다. 또한, 측거부(62)에 있어서의 거리 계산 방법은 발광으로부터 수광까지의 시간을 이용하는 방법에 한정하는 것이 아니라, 예를 들면 양자의 위상차로부터 거리를 구할 수도 있다.
《1-5: 입력부》
도 7에 나타나 있는 바와 같이, 입력부(22)는 복수의 키, 예를 들면 펑션 키(78), 텐 키(80), 커서 이동키(82), 엔터 키(84)를 갖는다. 여기에서, 펑션 키(78)는 후술하는 계측의 실행을 지시하기 위해서 이용된다. 또한, 텐 키(80)는 레티클(44)의 스케일(52)로부터 읽어낸 게이지 번호를 입력하기 위해서 이용된다.
《1-6: 표시부》
도 1로 되돌아와서, 표시부(24)는 액정 디스플레이를 갖는다. 액정 디스플레이에는 계측부(20)에 의해 측정된 수치(예를 들면, 거리, 앙각, 방위각), 텐 키(80)를 통해서 입력된 게이지 번호, 연산부(32)의 연산 결과 등의 정보가 표시된다.
《1-7: 출력부》
출력부(26)는 표시부(24)에 표시되는 각종 정보(측정 결과 등), 또는 표시부(24)에 표시되지 않는 각종 정보(예를 들면, 광학 장치가 기억하고 있는 측량 데이터 등)를 거기에 접속된 컴퓨터(28)로 출력한다.
《2-1: 중심 좌표의 연산》
광학 장치(10)를 사용하여, 대경 원통 구조물(예를 들면, 대경 원통 말뚝)의 중심 좌표를 구하는 프로세스를 설명한다. 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 원통 구조물(90)의 지름이 커서, 레티클(44)에는 원통 구조물(90)의 전폭이 투영되지 않을 경우를 상정한다. 이 경우, 도시하는 바와 같이, 오퍼레이터는 광축(18)을 원통 구조물(90)의 외주면에 배치한 상태에서, 레티클(44)의 일방의 종선(56)(도에서는 우측의 종선)을 원통 구조물(90)의 가장자리(91)에 일치시킨다. 다음에, 오퍼레이터는 이 상태에서 입력부(22)의 키(거리 측량 시작 키)를 적당히 눌러서, 기준점(P0)으로부터 원통 구조물(90)의 외주면 상에 있어서 광축(18)이 배치된 측점(P1)(이 점은 도 9∼도 12를 참조해서 후술하는 점 B)까지의 거리를 계측한다. 계측된 거리는 제어부(30)의 연산부(32)로 출력된다. 연산부(32)는 계측된 거리(L), 기준점(P0)의 좌표, 망원경(16)(광축(18))의 방위각 등을 기준으로 측점(P1)의 좌표를 구한다. 다음에, 오퍼레이터는 입력부(22)의 키(중심 좌표 연산 키)를 적당히 누른다. 이것에 의해, 연산부(32)는 기준점(P0)의 좌표, 측점(P1)의 좌표, 원통 구조물(90)의 직경(기지), 광축(18)으로부터 종선(56)까지의 개방각(10δ)을 사용하여, 이하에 설명하는 계산에 의거하여 원통 구조물(90)의 중심 좌표를 계산한다. 필요에 따라서, 계산된 중심 좌표는 표시부(24)에 표시된다. 중심 좌표 연산 키를 누를 것까지도 없이, 레티클(44)의 종선(56)을 원통 구조물(90)의 가장자리(91)에 일치시킨 상태에서 거리 측략 개시 키를 누르는 것만으로(즉, 하나의 키를 누르는 것만으로), 원통 구조물(90)의 중심 좌표가 연산되도록 해도 좋다.
이하, 원통 구조물의 중심 좌표를 계산하는 방법을 설명한다. 또한, 설명을 간단하게 하기 위해서, 기준점(P0)과 측점(P1)은 동일 수평면 상에 위치하고 있는 것으로 한다.
도 9를 참조하면, 기준점을 점 A(xa, ya), 측점을 점 B(xb, yb), 구하는 중심 좌표를 점 O(x0, ya)라고 한다. 점 O(x0, y0)를 중심으로 하는 반경(r)의 원(O)을 가정한다. 원(O)은 원통 구조물(90)의 외주면에 상당하고, 수식 1로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00002
점 A를 통과하여 원(O)에 접하는 직선을 AC라고 하고, 원(O)과 직선 AC의 접점을 점 C라고 한다. 또한, 점 A와 점 B를 연결하는 직선 AB와 직선 AC의 교각을 θ(개방각(10δ)에 상당함)라고 한다.
도 10에 나타나 있는 바와 같이, 점 A를 중심으로 점 B를 각도(θ) 회전시킨 점을 D(xd, yd)라고 하면, 그 좌표는 수식 2, 3으로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00003
Figure 112017082930767-pct00004
점 D가 직선 AC 상에 있으므로, 직선 AC는 점 A과 점 D의 좌표를 이용하여 수식 4로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00005
직선 AC의 기울기(m)와 직선 AC의 법선의 단위 벡터(u)는 수식 5, 6으로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00006
Figure 112017082930767-pct00007
도 11에 나타나 있는 바와 같이, 점 D를 u 방향으로 거리 r만큼 이동한 점 E(xe, ye)는 수식 7, 8, 9로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00008
Figure 112017082930767-pct00009
Figure 112017082930767-pct00010
수식 8, 9로부터 명백해지듯이, 이들 수식에 의해 2쌍의 xe, ye가 얻어지지만, xe, ye를 수식 10에 대입해서 얻어지는 값이 큰 쪽의 쌍의 xe, ye를 채용한다.
Figure 112017082930767-pct00011
점 E를 통과해서 직선 AC에 평행한 직선 EO(직선 EO는 기울기(m)를 가짐)는 수식 11로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00012
여기에서, α, β는 이하의 식으로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00013
Figure 112017082930767-pct00014
이라고 하면, 수식 11은 수식 14로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00015
점 D와 점 E 간의 거리는 원(O)의 반경 r과 동일하므로, 점 E를 통과해서 직선 AC에 평행한 선은 점 O를 통과한다.
점 B를 중심으로 하는 반경(r)의 원(B)은 수식 15로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00016
원(O)의 중심 O(x0, y0)는 수식 2, 3, 8, 9, 11, 14, 15 내지 수식 16, 17에 의해 주어진다.
Figure 112017082930767-pct00017
Figure 112017082930767-pct00018
수식 13으로부터 명백해지듯이, 이들 수식에 의해 얻어지는 x0은 2개 값을 갖지만, 이들 2개의 값 중 AO의 거리(수식 18에 의해 주어짐)가 큰 값이 되는 쪽을 진의 참(true)의 점 O로서 채용한다.
Figure 112017082930767-pct00019
이상의 설명에서는, 복수의 동심원으로 이루어지는 게이지(55)를 갖는 레티클(44)을 나타냈지만, 도 13과 도 14에 나타나 있는 바와 같이, 게이지가 없는 레티클(144)도 본 발명의 범위에 포함된다. 이 형태에서도, 상술한 바와 같이 원통 구조물의 중심 좌표를 구할 수 있다.
또한, 이상의 설명에서는 기준 마크는 종선(56)으로 했지만, 기준 마크는 사각 형상, 원 형상 또는 스타 형상 등의 마크 중 어느 것이어도 좋다. 예를 들면, 도 15는 레티클의 다른 형태를 나타내고 있고, 여기에서는 기준 마크가 원 형상인 마크(156)로 구성되어 있다.
《3: 사각주 구조물의 중심 좌표를 구하는 방법》
상술한 레티클을 갖는 광학 장치에 의하면, 사각주의 중심 좌표를 계산할 수 있다. 도 16을 이용하여, 사각주의 중심 좌표를 구하는 방법을 이하에 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 계산을 간단하게 하기 위해서, 연직 방향의 높이는 무시한다.
도 16에 있어서, 부호 190은 사각주 구조물의 횡단면을 나타낸다. 광학 장치(10)는 사각주 구조물(190)로부터 떨어져 있고, 점 A(xa, ya)에 배치되어 있는 것으로 한다. 사각주 구조물(190)은 한 변의 길이가 r인 정방형 단면을 갖고, 광학 장치(10)의 광축(18)에 대해서 각도(θ)만큼 회전한 상태에 있는 것으로 한다. 점 B는 광학 장치(10)의 광축(18) 상에 있는 사각주 구조물(190)의 점이다. 점 B의 좌표(xb, yb)는 기계 좌표(점 A의 좌표)와, 점 A와 점 B 간의 거리, 및 점 A에 대한 점 B의 방위각(이들 거리와 방위각은 광학 장치(10)에 의해 판독할 수 있음)으로부터 구할 수 있다.
상술한 실시형태와 달리, 사각주 구조물(190)의 좌우 양측의 세로 가장자리 상의 점 P와 점 R이 레티클 상에서 시인할 수 있는 것으로 한다. 도면 상에서, 광축(18)의 좌측에 표시하는 세로 가장자리와 광축(18)의 우측에 표시하는 세로 가장자리는 레티클(44) 상의 다른 원(55)에 접해서 표시되는 것으로 한다.
이 상태에서, 점 A와 점 B를 연결하는 선(광축(18))과 점 A와 점 P를 연결하는 선이 이루는 각도(α)는 점 P를 포함하는 세로 가장자리가 접하는 원(55)의 게이지 번호로부터 계산된다. 마찬가지로, 점 A와 점 B를 연결하는 선(광축(18))과 점 A과 점 R을 연결하는 선이 이루는 각도(β)는 점 R을 포함하는 세로 가장자리가 접하는 원(55)의 게이지 번호로부터 계산된다.
이상의 정보(점 A, 점 B의 좌표와 각도(α, β))를 이용하여, 점 A과 점 P를 연결하는 선 상에 있어서 점 A를 중심으로 점 B를 각도(α)만큼 회전시킨 위치(점 C)의 좌표(xc, yc)와, 점 A과 점 R을 연결하는 선 상에 있어서 점 A를 중심으로 점 B를 각도(β)만큼 회전시킨 위치(점(D))의 좌표(xd, yd)는 이하의 식(19)∼식(22)으로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00020
Figure 112017082930767-pct00021
Figure 112017082930767-pct00022
Figure 112017082930767-pct00023
사각주 구조물의 중심 좌표를 (xo, yo)라고 하면, 점 P의 좌표(xP, yP), 점 R의 좌표(xR, yR), 점 S의 좌표(xS, yS)는 이하의 식(23)∼식(28)으로 표시된다. 점 S은 점 P와 점 R 사이에 표시되는 사각주 구조물의 모서리부이다.
Figure 112017082930767-pct00024
Figure 112017082930767-pct00025
Figure 112017082930767-pct00026
Figure 112017082930767-pct00027
Figure 112017082930767-pct00028
Figure 112017082930767-pct00029
점 A과 점 C를 연결하는 직선 AC는 수식 29로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00030
점 P는 직선 AC의 연장 상에 있기 때문에, 점 P의 좌표(xP, yP)를 이용하여, 식 29는 식 30과 같이 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00031
점 A과 점 D를 연결하는 직선 AD는 수식 31로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00032
점 R은 직선 AD의 연장 상에 있기 때문에, 점 R의 좌표(xR, yR)를 이용하여, 식 31은 식 32와 같이 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00033
점 R과 점 S를 연결하는 직선 RS는 식 33로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00034
점 P과 점 S를 연결하는 직선 PS는 식 34로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00035
점 B는 직선 RS 상 또는 직선 PS 상에 있다. 그리고, 점 B는 직선 RS 상 또는 직선 PS 상 중 어디에 있는지는 시각적으로 또는 게이지 번호로부터 판단할 수 있다.
점 B가 직선 RS 상에 있을 경우, 직선 RS는 식 35로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00036
점 B가 직선 PS 상에 있을 경우, 직선 PS는 식 36으로 표시된다.
Figure 112017082930767-pct00037
식 30, 32, 및 35(또는 36)에 점(C, D, P, R, 및 S)의 좌표값을 대입해서 정리하면, 이하의 식 37, 38 및 39(또는 40)가 얻어진다.
Figure 112017082930767-pct00038
식 37, 38, 39 또는 식 37, 38, 40에 각각 기지의 값 r, (xa, ya), (xb, yb), (xc, yc)을 대입해서 xo, yo, θ의 값을 구한다. 또한, 구한 xo, yo, θ의 값을 식 23∼26에 대입하여, 점 P와 점 R의 좌표와 그들 중간에 위치하는 사각주 구조물 중심 좌표(xo, yo)를 구한다.
10: 광학 장치 16: 망원경
18: 광축 44: 레티클
55: 원 56: 종선(기준 마크)
90: 원통 구조물 91: 가장자리

Claims (13)

  1. 기준점(P0)으로부터 망원경(16)의 광축(18) 상에 보이는 측점(P1)까지의 거리(L)를 측정하는 기능을 구비한 광학 장치(10)로서,
    상기 광학 장치(10)는,
    상기 망원경(16) 내에 고정된 레티클(44)로서, 상기 광축(18)의 양측에 또한 상기 광축(18)으로부터 수평 방향으로 소정 거리를 둔 위치에 좌우의 기준 마크(56)가 설치되어 있는 레티클(44); 및
    상기 광학 장치(10)의 기준점(P0)의 좌표(xa, ya)와, 상기 좌우의 기준 마크(56)의 일방만을 원통 구조물(90)의 가장자리(91)에 일치시킴과 아울러 상기 광축(18)을 상기 원통 구조물(90)의 표면 상에 위치시킨 상태에서 상기 광축(18) 상에 보이는 상기 원통 구조물(90) 상의 점(P1)의 좌표(xb, yb)와, 상기 광축(18)으로부터 상기 기준 마크(56)까지의 개방각(θ)과, 상기 원통 구조물(90)의 지름(r)을 이용하여, 상기 원통 구조물(90)의 중심 좌표를 계산하는 연산부(32)를 구비하고 있는 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레티클(44)에는 상기 광축(18)을 중심으로 하는 복수의 원(55)이 그려져 있는 광학 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 거리가 약 0.01라디안에 상당하는 광학 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 원(55)은 각각 소정 길이(δ)의 n배(n: 정수)의 반경을 갖는 광학 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 소정 길이(δ)는 약 0.001라디안에 상당하는 광학 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 원(55)은 상기 소정 길이(δ)의 10배의 길이의 반경을 갖는 기준원을 갖고,
    상기 기준 마크(56)는 상기 기준원에 접하여 있는 광학 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 광학 장치와 함께 사용되는 레티클.
  8. 기준점(P0)으로부터 망원경(16)의 광축(18) 상에 보이는 측점(P1)까지의 거리(L)를 측정하는 기능을 갖춘 광학 장치(10)에 있어서 상기 망원경(16) 내에 고정되는 레티클(44)로서,
    상기 레티클(44)은,
    상기 광축(18)의 양측에서 또한 상기 광축(18)으로부터 수평 방향으로 소정 거리를 둔 위치에 좌우의 기준 마크(56)가 설치되어 있고,
    상기 광학 장치(10)는,
    상기 광학 장치(10)의 기준점(P0)의 좌표(xa, ya)와, 상기 좌우의 기준 마크(56)의 일방만을 원통 구조물(90)의 가장자리(91)에 일치시킴과 아울러, 상기 광축(18)을 상기 원통 구조물(90)의 표면 상에 위치시킨 상태에서, 상기 광축(18) 상에 보이는 상기 원통 구조물(90) 상의 점(P1)의 좌표(xb, yb)와, 상기 광축(18)으로부터 상기 기준 마크(56)까지의 개방각(θ)과, 상기 원통 구조물(90)의 지름(r)을 이용하여, 상기 원통 구조물(90)의 중심 좌표를 계산하는 기능을 구비하고 있는 레티클.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광축(18)을 중심으로 하는 복수의 원(55)이 그려져 있는 레티클.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 원(55)은 각각 소정 길이(δ)의 n배(n: 정수)의 반경을 갖는 레티클.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 소정 길이(δ)는 약 0.001라디안에 상당하는 레티클.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 원(55)은 상기 소정 길이(δ)의 10배의 길이의 반경을 갖는 기준원을 갖고,
    상기 기준 마크(56)는 상기 기준원에 접하여 있는 레티클.
  13. 기준점(P0)으로부터 망원경(16)의 광축(18) 상에 보이는 측점(P1)까지의 거리(L)를 측정하는 기능을 갖춘 광학 장치(10)로서, 상기 망원경(16) 내에 고정된 레티클(44)을 구비하고 있고, 상기 레티클(44)에는 상기 광축(18)의 양측에서 또한 상기 광축(18)으로부터 수평 방향으로 소정 거리를 둔 위치에 좌우의 기준 마크(56)가 그려져 있는 광학 장치(10)를 준비하는 공정과,
    상기 좌우의 기준 마크(56)의 일방만을 원통 구조물(90)의 가장자리(91)에 일치시킴과 아울러 상기 광축(18)을 상기 원통 구조물(90)의 표면 상에 위치시키는 공정과,
    상기 광학 장치(10)의 기준점(P0)의 좌표(xa, ya)와, 상기 광축(18) 상에 보이는 상기 원통 구조물(90) 상의 측점(P1)의 좌표(xb, yb)와, 상기 광축(18)으로부터 상기 기준 마크(56)까지의 개방각(θ)과, 상기 원통 구조물(90)의 지름(r)을 이용하여, 상기 원통 구조물(90)의 중심 좌표를 계산하는 공정을 갖는 측량 방법.
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