JP2016095150A - 傾斜検出システム及び傾斜検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットの傾き角を容易且つ高精度に検出可能な傾斜検出システム及び傾斜検出方法を提供する。
【解決手段】測距機能と水平回転可能に設けられ、鉛直なラインレーザ５を照射するラインレーザ照射部２９とを有する測量装置１と、既知の間隔で設けられた少なくとも２つの受光部６，７と再帰反射性を有するターゲット４と演算部１０とを有する受光装置２とを具備し、ラインレーザ照射部２９を回転させ、各受光部６，７にラインレーザ５を走査させ、演算部は各受光部６，７の受光時間のズレ及び測量装置１のターゲット４の測距結果に基づき受光装置２の傾き角を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、受光装置の傾きを検出可能な傾斜検出システム及び傾斜検出方法に関するものである。

測定点迄の距離測定を行なうものとして、再帰反射性を有するターゲットを測定点上に設置し、トータルステーション等の測量装置によりターゲットを測定し、測定点迄の距離を測定するものがある。

通常、ターゲットはポールの上端に設けられ、ポールの下端を測定点に設置している。
測定点迄の距離を正確に測定する為には、ターゲットが測定点の真上に位置している必要があり、ポールが傾斜している場合には、ポールの傾き角を検出し、ターゲットの位置を補正する必要がある。

従来では、測量装置本体からレーザ光を測量装置の基準線に沿って回転照射させてレーザ平面を発生させるか、或は水平方向に拡がるラインレーザを照射してレーザ平面を発生させ、レーザ光を所定間隔離れた２つの検出器で受光させる。検出器は鉛直方向に所要の長さを有しており、レーザ平面を基準にした２つの検出器の受光位置のズレ長を測り、２つの検出器の間隔とズレ長から測量装置の基準線に対するターゲットの傾き角を求めていた。

従来の方法の場合、検出した傾き角の精度は、２つの検出器の間隔とズレ長を測る分解能で決まる様になっており、検出精度を向上させるには２つの検出器の間隔を大きくしなければならない。一方、傾き角の測定範囲は、２つの検出器の間隔と検出器の大きさ（受光範囲の大きさ）で決まり、所望の測定範囲を確保する為には、２つの検出器の間隔に比例して検出器を大きくしなければならないという問題があった。

又、従来では、水平、鉛直に関する傾き角の検出は可能であるが、高精度で応答速度の速いものはなく、更に測量装置本体の基準線に対して離れたターゲットの傾きを高速且つ高精度に測定でき、小型化が可能な傾斜検出装置はなかった。

本発明は斯かる実情に鑑み、ターゲットの傾き角を容易且つ高精度に検出可能な傾斜検出システム及び傾斜検出方法を提供するものである。

本発明は、測距機能と水平回転可能に設けられ、鉛直なラインレーザを照射するラインレーザ照射部とを有する測量装置と、既知の間隔で設けられた少なくとも２つの受光部と再帰反射性を有するターゲットと演算部とを有する受光装置とを具備し、前記ラインレーザ照射部を回転させ、各受光部に前記ラインレーザを走査させ、前記演算部は各受光部の受光時間のズレ及び前記測量装置の前記ターゲットの測距結果に基づき前記受光装置の傾き角を検出する傾斜検出システムに係るものである。

又本発明は、前記ラインレーザ照射部を往復動させ、各受光部に少なくとも２回前記ラインレーザを受光させる傾斜検出システムに係るものである。

又本発明は、前記ラインレーザ照射部に設けられた回折格子を更に具備し、前記ラインレーザを所定の角度間隔に分割する傾斜検出システムに係るものである。

又本発明は、前記受光部が周方向に所定角度ピッチで設けられた受光センサを有する多面センサであり、前記ターゲットが全周プリズムである傾斜検出システムに係るものである。

又本発明は、前記測量装置が追尾機能を更に有し、該測量装置は追尾光を射出し、前記ターゲットで反射された追尾光を基に前記受光装置を追尾する傾斜検出システムに係るものである。

又本発明は、前記受光装置は、該受光装置を支持するポールと、前記測量装置の追尾光を受光する２次元の方向センサを更に具備し、該方向センサの受光位置に基づき、前記測量装置に対する近接離反方向の倒れ角及び前記ポールの軸心を中心とした回転角を検出する傾斜検出システムに係るものである。

又本発明は、前記受光装置が飛行体に設けられ、前記測量装置が追尾機能を有し、該測量装置が前記飛行体の位置を測定し、前記受光装置の傾き角を基に前記飛行体の位置を補正する傾斜検出システムに係るものである。

又本発明は、水平回転可能に設けられ、鉛直なラインレーザを照射するラインレーザ照射部を有する測量装置と、既知の間隔で設けられた少なくとも３つの受光部と演算部とを有する受光装置とを具備し、前記ラインレーザ照射部を既知の速度で回転させ、各受光部に前記ラインレーザを走査させ、前記演算部は各受光部のうちの１つを基準とした他の受光部との受光時間のズレと、更に他の受光部との受光時間のズレとに基づき、前記受光装置の傾き角を検出する傾斜検出システムに係るものである。

又本発明は、測量装置に設けられたラインレーザ照射部より鉛直なラインレーザを照射させる工程と、追尾光の光軸を中心として前記ラインレーザ照射部を水平回転させ、受光装置に既知の間隔で設けられた少なくとも２つの受光部を通過する様前記ラインレーザを走査させる工程と、前記測量装置により前記受光装置のターゲットを測距する工程と、前記受光装置の各受光部に前記ラインレーザを受光させた際の受光時間のズレに基づき前記受光装置の傾き角を検出する工程とを有する傾斜検出方法に係るものである。

更に又本発明は、測量装置に設けられたラインレーザ照射部より鉛直なラインレーザを照射させる工程と、前記ラインレーザ照射部を既知の速度で水平回転させ、受光装置に既知の間隔で設けられた少なくとも３つの受光部を定速で通過する様前記ラインレーザを走査させる工程と、各受光部に前記ラインレーザを受光させた際の、各受光部のうちの１つを基準とした他の受光部との受光時間のズレと、更に他の受光部との受光時間のズレとに基づき前記受光装置の傾き角を検出する工程とを有する傾斜検出方法に係るものである。

本発明によれば、測距機能と水平回転可能に設けられ、鉛直なラインレーザを照射するラインレーザ照射部とを有する測量装置と、既知の間隔で設けられた少なくとも２つの受光部と再帰反射性を有するターゲットと演算部とを有する受光装置とを具備し、前記ラインレーザ照射部を回転させ、各受光部に前記ラインレーザを走査させ、前記演算部は各受光部の受光時間のズレ及び前記測量装置の前記ターゲットの測距結果に基づき前記受光装置の傾き角を検出するので、各受光部間の距離の大きさによらず傾き角を検出可能であり、前記受光装置の小型化が図れると共に、前記受光装置の傾き角を容易且つ短時間で高精度に検出することができる。

又本発明によれば、前記ラインレーザ照射部を往復動させ、各受光部に少なくとも２回前記ラインレーザを受光させるので、各受光部の検出感度を２倍以上にできると共に、各受光部の個体差に基づく応答時間の差をキャンセルすることができ、前記受光装置の傾き角をより高精度に検出することができる。

又本発明によれば、前記ラインレーザ照射部に設けられた回折格子を更に具備し、前記ラインレーザを所定の角度間隔に分割するので、１回のスキャンで各受光部に前記ラインレーザを複数回受光させることができ、検出された傾き角を平均化処理することで傾き角の検出精度をより向上させることができる。

又本発明によれば、前記受光部が周方向に所定角度ピッチで設けられた受光センサを有する多面センサであり、前記ターゲットが全周プリズムであるので、何れの方向からでも前記受光装置を追尾可能であると共に、各受光部に前記ラインレーザを受光させることができ、各受光部を前記傾斜検出装置に向ける必要がなくなり、作業性を向上させることができる。

又本発明によれば、前記測量装置が追尾機能を更に有し、該測量装置は追尾光を射出し、前記ターゲットで反射された追尾光を基に前記受光装置を追尾するので、手作業で前記測量装置を前記受光装置に向ける必要がなく、作業性を向上させることができる。

又本発明によれば、前記受光装置は、該受光装置を支持するポールと、前記測量装置の追尾光を受光する２次元の方向センサを更に具備し、該方向センサの受光位置に基づき、前記測量装置に対する近接離反方向の倒れ角及び前記ポールの軸心を中心とした回転角を検出するので、前記受光装置の３次元位置を高精度に補正することができる。

又本発明によれば、前記受光装置が飛行体に設けられ、前記測量装置が追尾機能を有し、該測量装置が前記飛行体の位置を測定し、前記受光装置の傾き角を基に前記飛行体の位置を補正するので、該飛行体による写真測量の精度を向上させることができる。

又本発明によれば、水平回転可能に設けられ、鉛直なラインレーザを照射するラインレーザ照射部を有する測量装置と、既知の間隔で設けられた少なくとも３つの受光部と演算部とを有する受光装置とを具備し、前記ラインレーザ照射部を既知の速度で回転させ、各受光部に前記ラインレーザを走査させ、前記演算部は各受光部のうちの１つを基準とした他の受光部との受光時間のズレと、更に他の受光部との受光時間のズレとに基づき、前記受光装置の傾き角を検出するので、前記測量装置が距離測定機構を有する必要がなく、装置構成を簡易化できると共に、製作コストを低減させることができる。

又本発明によれば、測量装置に設けられたラインレーザ照射部より鉛直なラインレーザを照射させる工程と、追尾光の光軸を中心として前記ラインレーザ照射部を水平回転させ、受光装置に既知の間隔で設けられた少なくとも２つの受光部を通過する様前記ラインレーザを走査させる工程と、前記測量装置により前記受光装置のターゲットを測距する工程と、前記受光装置の各受光部に前記ラインレーザを受光させた際の受光時間のズレに基づき前記受光装置の傾き角を検出する工程とを有するので、各受光部間の距離の大きさによらず傾き角を検出可能であり、前記受光装置の小型化が図れると共に、前記受光装置の傾き角を容易且つ短時間で高精度に検出することができる。

更に又本発明によれば、測量装置に設けられたラインレーザ照射部より鉛直なラインレーザを照射させる工程と、前記ラインレーザ照射部を既知の速度で水平回転させ、受光装置に既知の間隔で設けられた少なくとも３つの受光部を定速で通過する様前記ラインレーザを走査させる工程と、各受光部に前記ラインレーザを受光させた際の、各受光部のうちの１つを基準とした他の受光部との受光時間のズレと、更に他の受光部との受光時間のズレとに基づき前記受光装置の傾き角を検出する工程とを有するので、前記測量装置が距離測定機構を有する必要がなく、装置構成を簡易化できると共に、製作コストを低減させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る傾斜検出システムを示す側面図である。 該傾斜検出システムに用いられる傾斜検出装置の一例を示す正面図である。 （Ａ）は第１受光センサと第２受光センサの位置関係を示す図であり、（Ｂ）は前記第１受光センサと前記第２受光センサの受光状態を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る往路と復路の受光信号波形を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る傾斜検出システムを示す平面図である。 本発明の第３の実施例に係る往路と復路の受光信号波形を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る第１受光センサと第２受光センサと第３受光センサの位置関係を説明する図である。 （Ａ）は本発明の第５の実施例に係る受光装置を示す側面図であり、（Ｂ）は該受光装置の平面図であり、（Ｃ）は各受光センサに受光されたラインレーザの受光信号波形を示す図である。 本発明の第６の実施例に係る傾斜検出システムを示す側面図である。 （Ａ）は方向センサの一例を示す説明図であり、（Ｂ）は方向センサを用いた方向角の検出方法を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る距離測定システムについて説明する。

図１中、１は傾斜検出機構を有する測量装置、例えばトータルステーションである。

該測量装置１の測定範囲内に、円柱状の受光装置２が立設されている。該受光装置２は、ポール、三脚等、所要の支持部材（図示ではポール３を示している）の上端に設けられ、前記受光装置２は例えばコーナキューブや反射シート等、再帰反射性を有するターゲット４を有している。該ターゲット４の高さ、即ち前記ポール３の下端からの高さは既知となっている。

又、前記受光装置２には、鉛直方向に広がるラインレーザ５（後述）を受光可能な第１受光部である第１受光センサ６、第２受光部である第２受光センサ７が上下方向に所定の間隔で設けられており、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７との間の間隔は既知となっている。

又、前記受光装置２には、２次元の方向センサ８が設けられている。該方向センサ８は、例えば図１０（Ａ）に示される様な、画素の集合体であるプロファイルセンサであり、画素はマトリクス状で配列され、各画素がそれぞれ追尾光（後述）を受光する様になっている。

前記プロファイルセンサは、例えば図１０（Ａ）に示される様に、矩形形状を有しており、左上の角部を原点とし、図１０（Ｂ）に示される様に、Ｘ方向、Ｙ方向の各列毎に走査した際の、前記追尾光の受光信号５７のレベルのピーク画素位置を検出することで、前記プロファイルセンサ内での追尾光受光位置（対象物の位置）を検出できる。

従って、前記プロファイルセンサにより、追尾光のＹ方向の受光位置を基に、前記受光装置２の前記ラインレーザ５の広がり方向と平行な平面に於ける倒れ角（前記測量装置１に対する近接離反方向の傾き角）が検出され、追尾光のＸ方向の受光位置を基に、前記ラインレーザ５に対する前記ポール３の軸心を中心とした回転角が検出される。尚、前記方向センサ８として、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサを用いてもよい。

更に、前記受光装置２には演算部１０が設けられ、該演算部１０は前記第１受光センサ６及び前記第２受光センサ７で受光した前記ラインレーザ５を基に前記受光装置２の傾き角を演算すると共に、前記方向センサ８に入力された受光信号を基に前記測量装置１方向への倒れ角と前記ポール３の回転方向の傾き角を演算し、演算結果を前記測量装置１に送信する様になっている。

次に、図２に於いて、本実施例に用いられる前記測量装置１の一例について説明する。

三脚９に整準部１１が設けられ、該整準部１１に基盤部１２が設けられている。該基盤部１２に水平回転駆動部１３が収納されている。該水平回転駆動部１３は鉛直に延びる中空の水平出力軸１４を有し、該水平出力軸１４の上端に回転部である托架部１５が取付けられている。

該托架部１５は凹部１６を有し、該凹部１６には回転部である望遠鏡部１７が収納され、該望遠鏡部１７は鉛直回転軸１８を介して前記托架部１５に回転自在に支持されている。前記望遠鏡部１７には測距光軸２１（図１参照）を有する視準望遠鏡１９が設けられ、又不可視光の測距光を射出する測距部（図示せず）が収納されている。又、前記望遠鏡部１７には、前記測距光軸２１と同軸の追尾光軸に不可視光の追尾光を射出する追尾部（図示せず）が収納されている。

前記托架部１５には鉛直回転駆動部２３が収納され、該鉛直回転駆動部２３は前記鉛直回転軸１８に連結されている。前記鉛直回転駆動部２３は、鉛直出力軸２４を有し、該鉛直出力軸２４は前記鉛直回転軸１８と連結され、前記鉛直回転駆動部２３の駆動により前記鉛直出力軸２４、前記鉛直回転軸１８を介して前記望遠鏡部１７が高低方向に回転する様になっている。

前記水平回転駆動部１３は、回転モータ２５とクラッチ部２６とを有している。該クラッチ部２６が継状態で、前記回転モータ２５の回転力が前記水平出力軸１４に伝達され、前記クラッチ部２６が切状態で前記水平出力軸１４が前記回転モータ２５から切離され、前記水平出力軸１４単体で回転可能となる。又、前記クラッチ部２６が切状態では、前記水平出力軸１４と前記回転モータ２５とは所定の摩擦力を介して連結されている。

従って、前記托架部１５は、前記水平回転駆動部１３に対して相対回転可能となると共に、前記摩擦力によって位置が保持される様になっている。

前記鉛直回転駆動部２３も前記水平回転駆動部１３と同様の構造である。

前記鉛直回転駆動部２３は、回転モータ２７とクラッチ部２８とを有している。該クラッチ部２８が継状態で、前記回転モータ２７の回転力が前記鉛直出力軸２４に伝達され、前記クラッチ部２８が切状態で前記鉛直出力軸２４が前記回転モータ２７から切離され、前記鉛直出力軸２４単体で回転可能となる。又、前記クラッチ部２８が切状態では前記鉛直出力軸２４と前記回転モータ２７とは所定の摩擦力を介して連結され、前記クラッチ部２８が切状態でも前記望遠鏡部１７は任意の位置に保持される様になっている。

尚、図示はしないが、前記水平出力軸１４には水平角エンコーダが設けられ、前記水平出力軸１４の回転角が検出される。又、前記鉛直出力軸２４には鉛直角エンコーダが設けられ、前記鉛直出力軸２４の回転角が検出される様になっている。

又、前記望遠鏡部１７の上面には、上下に広がるレーザ光線（ラインレーザ５）を射出するラインレーザ照射部２９が設けられている。該ラインレーザ照射部２９は、鉛直回転軸３１を介して前記望遠鏡部１７に支持されており、前記鉛直回転軸３１を中心に水平方向に回転可能となっている。又、前記ラインレーザ照射部２９は水平駆動部（図示せず）を有し、前記望遠鏡部１７とは独立して水平回転可能となっている。

前記ラインレーザ照射部２９は、赤外光等の可視のレーザ光を射出し、レーザ光の射出口に設けられたシリンドリカルレンズ３３を有している。該シリンドリカルレンズ３３は水平な中心線を有し、前記ラインレーザ照射部２９から射出されたレーザ光は、前記シリンドリカルレンズ３３により上下方向に所定の広がり角となる様拡散され、鉛直な前記ラインレーザ５が形成される。該ラインレーザ５により鉛直なレーザ平面が形成される。該レーザ平面の広がり角は例えば２０°である。

又、前記托架部１５の内部には制御部２０が設けられ、該制御部２０は前記ターゲット４の測距、測角を実行すると共に、前記水平回転駆動部１３、前記鉛直回転駆動部２３等の各駆動部を制御する。又、前記制御部２０は、前記受光装置２からの傾斜検出結果を受信可能であり、該受光装置２からの傾き角及び倒れ角を基に測距結果を補正する様になっている。

前記ポール３が測定点に設置されると、前記望遠鏡部１７から追尾光が射出される。前記托架部１５の水平回転、前記望遠鏡部１７の鉛直回転の協働により追尾光を受光することで、前記視準望遠鏡１９が前記ターゲット４を追尾し、該ターゲット４に測距光軸が向けられる。前記ポール３が測定点に設置された状態で、前記測距部は前記望遠鏡部１７を介して測距光を射出し、前記ターゲット４からの反射光を受光して距離を測定する。又、前記水平角エンコーダ、前記鉛直角エンコーダの検出結果に基づき水平角、鉛直角を測定する。

この時、前記受光装置２が傾いていた場合には、前記ターゲット４が測定点上に位置しておらず、測定点の測距結果、測角結果に誤差が含まれる。この為、前記受光装置２の傾き角等を検出し、前記ターゲット４の３次元位置を補正する必要がある。

以下、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に於いて、本実施例に於ける、前記受光装置２の傾き角θの検出について説明する。尚、図３（Ａ）は、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の位置関係を示す説明図であり、図３（Ａ）中、３４は前記受光装置２の中心線を示し、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７とは鉛直方向にＡだけ離れている。
又、図３（Ｂ）は、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の前記ラインレーザ５を受光した状態を示す図である。尚、傾き角θは、測量装置の基準線に対する相対傾き角を示すが、以下の説明では、前記ラインレーザ５は鉛直として説明する。

前記受光装置２の傾き角θを検出する際には、前記ラインレーザ照射部２９より前記ラインレーザ５を照射し、該ラインレーザ５が前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７とに受光される様、前記ラインレーザ照射部２９を定速且つ既知の角速度で所定角度往復回転（所定角度で往復走査）させる。

前記受光装置２が傾いていた場合には、前記第１受光センサ６が前記ラインレーザ５を受光するタイミングと、前記第２受光センサ７が前記ラインレーザ５を受光するタイミングとでズレが生じる。

図３（Ａ）に示される様に、この時の前記第１受光センサ６、前記第２受光センサ７間のズレ長をａとし、前記第１受光センサ６、前記第２受光センサ７間の距離をＡとすると、傾き角θは以下の式で表すことができる。

θ＝ｓｉｎ^-1（ａ／Ａ）

ここで、スキャン角速度ω［ｒａｄ／ｓ］に測定距離Ｌ［ｍｍ］を乗じ、スキャン速度Ｓ［ｍｍ／ｓ］を求めることができる。スキャン速度Ｓ［ｍｍ／ｓ］に図３（Ｂ）に示される様な、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の受光信号３５の受光時間差であるズレ時間Δｔ［ｓ］を乗じることでズレ長ａが求められる。即ち、ズレ長ａ、傾き角θは以下の式で表すことができる。ここで、スキャン角速度ω、測定距離Ｌ、ズレ時間Δｔは既知である。

ａ＝ΔｔωＬ［ｍｍ］

θ＝ｓｉｎ^-1（ａ／Ａ）＝ｓｉｎ^-1（ΔｔωＬ／Ａ）

尚、前記ラインレーザ５によるレーザ平面と平行な平面に於ける倒れ角（近接、離反方向の傾き角）は、前記方向センサ８の受光面の基準線に対するターゲット像の上下方向の変位に基づき検出することができる。

傾き角θ、及び倒れ角の検出後は、検出した傾き角θ及び倒れ角を基に前記ターゲット４の３次元位置を補正することができ、測定点迄の正確な距離測定を行うことができる。

上記した様に、第１の実施例では、前記ラインレーザ５が形成する鉛直なレーザ平面を走査し、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７とに前記ラインレーザ５を受光させることで、前記受光装置２が傾いていた場合に、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７が前記ラインレーザ５を受光する時間差とその時のズレ長を基に、前記受光装置２の傾き角θを検出することができる。

従って、前記第１受光センサ６、前記第２受光センサ７間を前記ラインレーザ５が横切る時間を検出することにより傾き角θを検出可能であるので、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７との間の距離を大きくする必要がなく、又前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７を大型化する必要がなく、前記受光装置２を小型化することができる。

又、前記ラインレーザ５が、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７とに受光されればよいので、前記ラインレーザ５が走査する為の回転距離は僅かでよく、前記受光装置２の傾き角を容易に且つ短時間で高精度に検出することができる。

次に、図１、図４に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。

第２の実施例では、望遠鏡部１７がターゲット４を追尾した状態で、追尾光軸を中心にラインレーザ照射部２９を低速且つ定速で、所定の角度、例えば１°〜２°の範囲で往復させ、第１受光センサ６と第２受光センサ７に、ラインレーザ５が複数回受光される様にしている。

尚、図４に於いては、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７に前記ラインレーザ５が２回（１往復）受光された状態を示している。又、図４中、３６は１回目（往路）の受光信号波形を示し、３７は２回目（復路）の受光信号波形を示している。

傾き角θの検出精度は、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７との間のズレ長を測る分解能により決定されるものであるが、受光センサの応答速度（応答時間）は各受光センサ毎に個体差がある為、該個体差により各センサ間に応答遅れが生じ、該応答遅れにより分解能が低下する虞れがある。

ここで、前記第１受光センサ６の応答時間をτ１、前記第２受光センサ７の応答時間をτ２とすると、前記第１受光センサ６に対する前記第２受光センサ７の応答遅れΔτは以下の式で表すことができる。

Δτ＝τ２−τ１

又、往路時の前記第１受光センサ６に対する前記第２受光センサ７の受光信号の受光時間差はΔｔ＋Δτで表すことができ、復路時の前記第１受光センサ６に対する前記第２受光センサ７の受光信号の受光時間差は−Δｔ′＋Δτで表すことができる。

往路時の前記第１受光センサ６、前記第２受光センサ７間の受光時間差と、復路時の前記第１受光センサ６、前記第２受光センサ７間の受光時間差の合計は、Δｔ＋Δｔ′で表すことができる。従って、往復時の前記ラインレーザ５のスキャン速度が等しい場合（Δｔ＝Δｔ′）には、往路時と復路時の前記第１受光センサ６、前記第２受光センサ７間の受光時間差の合計は、２Δｔとなる。従って、前記第１受光センサ６の応答遅れ、前記第２受光センサ７の応答遅れを相殺することができる。

尚、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７が前記ラインレーザ５を受光する回数は、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の応答時間の差をキャンセルできる様、偶数回とするのが望ましい。

上記した様に、本発明の第２の実施例では、前記ラインレーザ５を往復させ、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７とに前記ラインレーザ５を２回受光させることで、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の検出感度が２倍になると共に、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７との応答時間の差をキャンセルすることができる。

従って、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の応答時間の差に基づく、誤差を抑制することができ、傾き角θの検出精度をより高めることができる。

尚、第２の実施例では、前記ラインレーザ５を１往復、即ち前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７を２回受光させているが、前記ラインレーザ５を２往復以上させ、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７を４回以上受光させてもよい。前記ラインレーザ５を前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７とに受光させる回数を増加させ、平均化処理を行うことで、傾き角θの検出精度をより高精度化することができる。

次に、図５、図６に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図５中、図１、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例では、シリンドリカルレンズ３３よりも射出側に回折格子３８を設けている。該回折格子３８により、ラインレーザ５が所定の回折ピッチ（所定の角度ピッチ）ｂ、例えば１０°間隔を有する３本のラインレーザ５ａ〜５ｃに分割される。

傾き角の検出精度はスキャン角速度の安定性に依存する様になっており、ラインレーザ照射部２９を定速で回転させた場合のスキャン角速度、或は第１受光センサ６（図１参照）、第２受光センサ７（図１参照）が前記ラインレーザ５を受光した際のスキャン角速度を検出する必要がある。

第３の実施例では、前記回折格子３８により、前記ラインレーザ５ａ〜５ｃ間は所定の回折ピッチ（所定の角度ピッチ）ｂとなっているので、例えば前記ラインレーザ５ａと前記ラインレーザ５ｂ間のスキャン角速度を一定とみなし、前記ラインレーザ５ａと前記ラインレーザ５ｂが前記第１受光センサ６を通過する時間を検出することで、容易に前記ラインレーザ５ａと前記ラインレーザ５ｂ間のスキャン角速度を求めることができる。

更に、前記ラインレーザ照射部２９の回転速度にむらがあった場合でも、角度ピッチが小さい場合は、前記ラインレーザ５ａ〜５ｃ間はスキャン速度を一定と見なすことができる。

従って、前記ラインレーザ５ａ〜５ｃのスキャン速度が一定でなくてもよく、前記ラインレーザ照射部２９を定速で回転させるのが困難な場合であっても、高精度に受光装置２の傾き角を検出することができる。

又、前記回折格子３８により、前記ラインレーザ５を複数の前記ラインレーザ５ａ〜５ｃに分割可能であり、１回スキャンさせる間に前記第１受光センサ６、前記第２受光センサ７に前記ラインレーザ５を複数回受光させることができるので、１回のスキャンで平均化処理を行うことができ、前記受光装置２の傾き角の検出精度を向上させることができる。

又、前記第１受光センサ６、前記第２受光センサ７により検出される信号波形３９は、前記回折格子３８により周期が安定した信号波形である。従って、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の前記信号波形３９、或は前記ラインレーザ照射部２９を往復させ、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の何れか一方の往路の前記信号波形３９と復路の信号波形４１の位相測定によりズレ時間を求めるか、或は相関処理によりズレ時間を求めることで、高分解能の傾き角の検出が可能となる。

尚、第３の実施例では、前記回折格子３８により前記ラインレーザ５を３本の前記ラインレーザ５ａ〜５ｃに分割しているが、分割数は４本以上でもよい。前記ラインレーザ５を４本以上に分割することにより、前記第１受光センサ６、前記第２受光センサ７で検出される信号波形の周期数が増加し、分解能をより高めることができる。

次に、図７に於いて、本発明の第４の実施例について説明する。第４の実施例では、第１受光センサ６、第２受光センサ７に加え、受光装置２（図１参照）に第３受光部である第３受光センサ４２を設けている。

前記第１受光センサ６と前記第３受光センサ４２とは、ラインレーザ５（図１参照）のレーザ平面と直交する平面上に位置している。又、前記第２受光センサ７は、前記第１受光センサ６と前記第３受光センサ４２の垂直２等分線上に位置している。

ここで、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の受光時間差をΔｔ１［ｓ］、前記第１受光センサ６と前記第３受光センサ４２の受光時間差をΔｔ２［ｓ］とし、前記第２受光センサ７から前記第１受光センサ６と前記第３受光センサ４２とを結んだ線迄の距離をＡとし、前記第１受光センサ６から前記垂直２等分線迄の距離と前記第３受光センサ４２から前記垂直２等分線迄の距離をそれぞれｂとすると、傾き角θは以下の式で表すことができる。

θ＝ｔａｎ^-1［（２ｂ・Δｔ１）／｛Δｔ２・√（Ａ² ＋ｂ² ）・ｃｏｓ（ｔａｎ^-1（ｂ／Ａ））｝−ｂ／Ａ］

上記式に於いて、Ａとｂは既知であり、更にラインレーザ照射部２９（図１参照）を定速で回転させた場合、即ち既知のスキャン角速度で該ラインレーザ照射部２９を回転させることで、前記受光装置２迄の距離を求めることなく傾き角θを求めることができる。

又、Δｔ１とΔｔ２を測定することで、スキャン速度を求めることができ、更に求めたスキャン速度から測定距離を求めることができる。

第４の実施例では、既知のスキャン角速度と、前記第１受光センサ６と前記第２受光センサ７の受光時間のズレ、前記第１受光センサ６と前記第３受光センサ４２の受光時間のズレを基に、測定距離を求めることなく傾き角θを求めることができる。即ち、既知の回転速度と、受光部の１つを基準として他の受光部との受光時間のズレと、更に他の受光部との受光時間のズレとを基に、測定距離を求めることなく傾き角θを求めることができ、又スキャン速度及び測定距離を求めることができる。従って、測量装置１（図１参照）自体に距離測定機構が不要となり、装置構成を簡易化でき、製作コストを低減させることができる。

尚、第４の実施例では、前記受光装置２に３つの受光センサ６，７，４２を設けているが、４つ以上としてもよい。又、第４の実施例を他の実施例と組合わせてもよいのは言う迄もない。

次に、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に於いて、本発明の第５の実施例について説明する。

第５の実施例では、第１受光部として、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示される様に、ポール３の軸心を中心とした円周上に等間隔で設けられた受光センサ４３ａ〜４３ｈを有する８面センサである第１受光センサ４３が用いられている。又、第２受光部として、前記ポール３の軸心を中心とした円周上に等間隔で設けられた受光センサ４４ａ〜４４ｈを有する８面センサである第２受光センサ４４が用いられている。更に、ターゲットとして全周プリズム４５が用いられ、方向センサ８として４方向に設けられたプロファイルセンサが用いられている。

前記受光センサ４３ａと前記受光センサ４４ａ、前記受光センサ４３ｂと前記受光センサ４４ｂ、前記受光センサ４３ｃと前記受光センサ４４ｃ、前記受光センサ４３ｄと前記受光センサ４４ｄ、前記受光センサ４３ｅと前記受光センサ４４ｅ、前記受光センサ４３ｆと前記受光センサ４４ｆ、前記受光センサ４３ｇと前記受光センサ４４ｇ、前記受光センサ４３ｈと前記受光センサ４４ｈは、それぞれ対応した配置となっており、更に前記ポール３の軸心と平行な線上に同一の距離で設けられている。例えば、受光装置２が垂直に設けられている場合には、前記受光センサ４３ａと前記受光センサ４４ａはラインレーザ５を同時に受光する様になっている。尚、前記第２受光センサ４４の構成は前記第１受光センサ４３の構成と同等であるので、図示を省略する。

例えば、図８（Ｂ）に示される様に、前記受光装置２が傾斜した状態で、前記受光センサ４３ａに前記ラインレーザ５が照射された場合、第１の実施例と同様、前記受光センサ４３ａの受光時間と前記受光センサ４４ａの受光時間のズレ時間Δｔを基に前記受光装置２の傾き角θを検出することができる。

又、前記第１受光センサ４３と前記第２受光センサ４４は８面センサとなっているので、図８（Ｂ）に示される配置では、１回のスキャンで前記受光センサ４３ｈと前記受光センサ４４ｈ、前記受光センサ４３ａと前記受光センサ４４ａ、前記受光センサ４３ｂと前記受光センサ４４ｂの３組の受光センサに対して前記ラインレーザ５を受光させることができる。従って、各組毎の受光信号波形４６各組毎に傾き角θが検出でき、傾き角θの検出精度向上の為の平均化処理が可能となる。

又、ラインレーザ照射部２９（図１参照）を往復させることで、往路の前記受光信号波形４６と復路の受光信号波形４７を基に、前記受光センサ４３ｈ，４３ａ，４３ｂと前記受光センサ４４ｈ，４４ａ，４４ｂの応答時間の差をキャンセルし、傾き角θの検出精度を更に向上させることができる。

更に、前記第１受光センサ４３と前記第２受光センサ４４は８面センサであり、ターゲットが前記全周プリズム４５であるので、何れの方向からでも前記受光装置２を追尾可能であると共に、前記第１受光センサ４３、前記第２受光センサ４４をスキャンすることができる。又、前記方向センサ８が４方向に設けられたプロファイルセンサとなっているので、何れの方向からでも近接離反方向の倒れ角を検出することができる。従って、各受光部を前記測量装置１に向ける必要がなく、作業性を向上させることができる。

尚、第５の実施例では、前記第１受光センサ４３、前記第２受光センサ４４を８つの受光センサを有する８面センサとしているが、７つ以下、或は９つ以上の受光センサを有する多面センサとしてもよいのは言う迄もない。

次に、図９に於いて、本発明の第６の実施例について説明する。第６の実施例では、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ：無人飛行体）４８に受光装置４９が取付けられている。

前記ＵＡＶ４８は写真測量を行う為のカメラ５１を有し、該カメラ５１はジンバルを介して前記ＵＡＶ４８に設けられ、前記カメラ５１は常に鉛直姿勢となっている。該カメラ５１の下方に円柱状の前記受光装置４９が垂下されている。該受光装置４９は前記カメラ５１と一体であり、該カメラ５１が鉛直姿勢の時は前記受光装置４９の軸心は鉛直であり、前記カメラ５１が傾斜した場合には、前記受光装置４９は前記カメラ５１と同一の傾斜方向、傾斜角で傾斜する様になっている。

又、前記受光装置４９は第１受光センサ５２と第２受光センサ５３とを有し、前記第１受光センサ５２と前記第２受光センサ５３との間の距離は既知となっている。又、前記受光装置４９は前記ＵＡＶ４８の方向を検出する為のカメラ５４を有している。該カメラ５４によって周囲の画像を撮像することで、周囲の所定の対象物を基準とした前記ＵＡＶ４８の向きが検出できる。例えば、前記カメラ５４によって測量装置１の画像を取得することで、該測量装置１を基準とした前記ＵＡＶ４８の向き、方向が検出できる。更に前記受光装置４９の下端には再帰反射性を有する全周プリズム５５が設けられている。

又、前記受光装置４９は図示しない演算部及び通信部を有し、前記受光装置４９の傾きや前記ＵＡＶ４８の方向を演算すると共に、演算結果を前記測量装置１に送信する様になっている。

前記測量装置１は、前記全周プリズム５５に追尾光を射出し、該全周プリズム５５からの反射光を受光することで、前記ＵＡＶ４８を追尾すると共に、測距光を射出して前記ＵＡＶ４８の位置を測定可能となっている。該ＵＡＶ４８の位置が測定されることで、前記カメラ５１により撮像された画像に基づく写真測量を前記測量装置１の座標上で行うことができる。

ここで、前記測量装置１がラインレーザ５を照射し、前記第１受光センサ５２と前記第２受光センサ５３に前記ラインレーザ５を受光させ、前記第１受光センサ５２と前記第２受光センサ５３に対する受光時間のズレを検出することで、前記ＵＡＶ４８の傾き角、更に前記カメラ５１の傾き角を検出することができる。従って、検出した傾き角により該ＵＡＶ４８の位置を補正することができ、更に前記カメラ５１の傾き角により写真測量の測量結果を補正することができ、該ＵＡＶ４８により写真測量の精度を向上させることができる。

１ 測量装置
２ 受光装置
４ ターゲット
５ ラインレーザ
６ 第１受光センサ
７ 第２受光センサ
２９ ラインレーザ照射部
３３ シリンドリカルレンズ
４２ 第３受光センサ
４３ 第１受光センサ
４４ 第２受光センサ
４５ 全周プリズム

Claims (12)

1. 測距機能と水平回転可能に設けられ、鉛直なラインレーザを照射するラインレーザ照射部とを有する測量装置と、既知の間隔で設けられた少なくとも２つの受光部と再帰反射性を有するターゲットと演算部とを有する受光装置とを具備し、前記ラインレーザ照射部を回転させ、各受光部に前記ラインレーザを走査させ、前記演算部は各受光部の受光時間のズレ及び前記測量装置の前記ターゲットの測距結果に基づき前記受光装置の傾き角を検出することを特徴とする傾斜検出システム。
2. 前記ラインレーザ照射部を往復動させ、各受光部に少なくとも２回前記ラインレーザを受光させる請求項１の傾斜検出システム。
3. 前記ラインレーザ照射部に設けられた回折格子を更に具備し、前記ラインレーザを所定の角度間隔に分割する請求項１又は請求項２の傾斜検出システム。
4. 前記受光部が周方向に所定角度ピッチで設けられた受光センサを有する多面センサであり、前記ターゲットが全周プリズムである請求項１〜請求項３のうちいずれかの傾斜検出システム。
5. 前記測量装置が追尾機能を更に有し、該測量装置は追尾光を射出し、前記ターゲットで反射された追尾光を基に前記受光装置を追尾する請求項１〜請求項４のうちいずれかの傾斜検出システム。
6. 前記受光装置は、該受光装置を支持するポールと、前記測量装置の追尾光を受光する２次元の方向センサを更に具備し、該方向センサの受光位置に基づき、前記測量装置に対する近接離反方向の倒れ角及び前記ポールの軸心を中心とした回転角を検出する請求項５の傾斜検出システム。
7. 前記受光装置が飛行体に設けられ、前記測量装置が追尾機能を有し、該測量装置が前記飛行体の位置を測定し、前記受光装置の傾き角を基に前記飛行体の位置を補正する請求項５の傾斜検出システム。
8. 水平回転可能に設けられ、鉛直なラインレーザを照射するラインレーザ照射部を有する測量装置と、既知の間隔で設けられた少なくとも３つの受光部と演算部とを有する受光装置とを具備し、前記ラインレーザ照射部を既知の速度で回転させ、各受光部に前記ラインレーザを走査させ、前記演算部は各受光部のうちの１つを基準とした他の受光部との受光時間のズレと、更に他の受光部との受光時間のズレとに基づき、前記受光装置の傾き角を検出することを特徴とする傾斜検出システム。
9. 前記ラインレーザ照射部を往復動させ、各受光部に少なくとも２回前記ラインレーザを受光させる請求項８の傾斜検出システム。
10. 前記ラインレーザ照射部に設けられた回折格子を更に具備し、前記ラインレーザを所定の角度間隔に分割する請求項８又は請求項９の傾斜検出システム。
11. 測量装置に設けられたラインレーザ照射部より鉛直なラインレーザを照射させる工程と、追尾光の光軸を中心として前記ラインレーザ照射部を水平回転させ、受光装置に既知の間隔で設けられた少なくとも２つの受光部を通過する様前記ラインレーザを走査させる工程と、前記測量装置により前記受光装置のターゲットを測距する工程と、前記受光装置の各受光部に前記ラインレーザを受光させた際の受光時間のズレに基づき前記受光装置の傾き角を検出する工程とを有することを特徴とする傾斜検出方法。
12. 測量装置に設けられたラインレーザ照射部より鉛直なラインレーザを照射させる工程と、前記ラインレーザ照射部を既知の速度で水平回転させ、受光装置に既知の間隔で設けられた少なくとも３つの受光部を定速で通過する様前記ラインレーザを走査させる工程と、各受光部に前記ラインレーザを受光させた際の、各受光部のうちの１つを基準とした他の受光部との受光時間のズレと、更に他の受光部との受光時間のズレとに基づき前記受光装置の傾き角を検出する工程とを有することを特徴とする傾斜検出方法。

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