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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022132526
(43)【公開日】2022-09-08
(54)【発明の名称】ターゲット装置および測量方法
(51)【国際特許分類】
G01C 15/00 20060101AFI20220901BHJP
G01C 15/06 20060101ALI20220901BHJP
【ＦＩ】
G01C15/00 103A
G01C15/06 T
【審査請求】有
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022114842
(22)【出願日】2022-07-19
(62)【分割の表示】P 2017237836の分割
【原出願日】2017-12-12
(71)【出願人】
【識別番号】000220343
【氏名又は名称】株式会社トプコン
(74)【代理人】
【識別番号】100096884
【弁理士】
【氏名又は名称】末成 幹生
(72)【発明者】
【氏名】西田 信幸
(57)【要約】
【課題】レーザー光を用いて測量対象物の姿勢を計測できる技術を得る。
【解決手段】螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲット１２０と、前記螺旋ターゲット１２０の螺旋軸上に配置された反射プリズム１１０とを備え、特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズム１１０の反射中心の位置との間の距離をＬ、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、前記Ｌと前記θの関係は予め取得されているターゲット装置１３０。
【選択図】図１
【解決手段】螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲット１２０と、前記螺旋ターゲット１２０の螺旋軸上に配置された反射プリズム１１０とを備え、特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズム１１０の反射中心の位置との間の距離をＬ、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、前記Ｌと前記θの関係は予め取得されているターゲット装置１３０。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲットと、
前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムと
を備え、
特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をＬ、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、
前記Ｌと前記θの関係が予め取得されているターゲット装置。
前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムと
を備え、
特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をＬ、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、
前記Ｌと前記θの関係が予め取得されているターゲット装置。
【請求項2】
螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲットと、
前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムと
を備えたターゲット装置を測量装置により測量する測量方法であって、
前記測量装置は、測距光を用いた測位を行う機能部とレーザースキャンを行うレーザースキャナ部を備え、
特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をＬ、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、
前記Ｌと前記θの関係は予め取得されており、
前記測量装置の前記測距光を用いて測位により、前記反射プリズムの位置を測定し、
前記測量装置の前記レーザースキャナ部を用いたレーザースキャンにより、前記特定の部分の位置を測定し、
前記測定された前記反射プリズムの位置と前記測定された前記特定の部分の位置との間の距離を算出し、
前記算出された距離と、前記予め取得されている前記Ｌと前記θの前記関係に基づき、前記ターゲット装置の前記螺旋軸周りの前記基準回転位置に対する回転角を求める測量方法。
前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムと
を備えたターゲット装置を測量装置により測量する測量方法であって、
前記測量装置は、測距光を用いた測位を行う機能部とレーザースキャンを行うレーザースキャナ部を備え、
特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をＬ、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、
前記Ｌと前記θの関係は予め取得されており、
前記測量装置の前記測距光を用いて測位により、前記反射プリズムの位置を測定し、
前記測量装置の前記レーザースキャナ部を用いたレーザースキャンにより、前記特定の部分の位置を測定し、
前記測定された前記反射プリズムの位置と前記測定された前記特定の部分の位置との間の距離を算出し、
前記算出された距離と、前記予め取得されている前記Ｌと前記θの前記関係に基づき、前記ターゲット装置の前記螺旋軸周りの前記基準回転位置に対する回転角を求める測量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ターゲットの向きの検出を行う測量技術に関する。
【背景技術】
【0002】
ＴＳ（トータルステーション）を用いた測量では、反射プリズムを備えた棒状の部材を備えたターゲット装置が用いられる（例えば、特許文献１を参照）。このターゲット装置を用いた測量では、垂直にした棒状の部材の先端を地上に接触させた状態で、反射プリズムを対象にＴＳによる測位を行い、それにより棒状の部材の先端を接触させた位置の座標を取得する。そして、測量対象となる土地の各所においてこの作業を行うことで、当該土地の測量が行われる。
【0003】
上記の作業では、作業員がターゲット装置を手に持ち、歩いて移動しながら複数の位置における測量が行われる。この際、当該作業員が手にする端末等を用いて、ＴＳ側から次の測量位置への誘導が行われる。この際、ＴＳに対するターゲット装置の水平角（水平面における方向）が判ると便利である。通常は、磁気センサやジャイロセンサを用いて上記の水平角の検出が行われている。また、ＧＰＳを用いて方位の検出を行う技術も公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００９－２２９１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
磁気センサによる水平角の検出では、金属構造物の影響を受ける。例えば、橋梁の近くでは、コンクリート中の鉄筋や鉄骨の影響を受ける。また、地盤を補強するために波型の鋼材を地中に打ち込む技術があるが、この地中の鋼材の影響を受け、磁気センサの精度が低下する場合がある。また、ジャイロセンサは、出力のドリフトの問題がある。この点を改良したジャイロセンサもあるが高価、且つ、大型となる。ＧＰＳは、航法衛星の見えない場所（谷間、橋梁の下、トンネル内、屋内、地下、森林等）では使用できない（あるいは利用できても精度が低下する）。
【0006】
以上の問題は、ＴＳに対するＵＡＶ(Unmanned aerial vehicle)の向きを知りたい場合にも生じる。例えば、ＴＳによりＵＡＶを追跡する技術が知られている（ＵＳ２０１４／０２１０６６３）。この技術では、ＴＳに対するＵＡＶの姿勢を知ることが重要となるが、上記の方位センサ、ジャイロセンサ、ＧＰＳを用いた姿勢の検出では、上述したのと同様な問題が生じる。
【0007】
このような背景において、本発明は、レーザー光を用いて測量対象物の姿勢を計測できる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲットと、前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムとを備え、特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をＬ、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、前記Ｌと前記θの関係が予め取得されているターゲット装置である。
【0009】
本発明は、螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲットと、前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムとを備えたターゲット装置を測量装置により測量する測量方法であって、前記測量装置は、測距光を用いた測位を行う機能部とレーザースキャンを行うレーザースキャナ部を備え、特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をＬ、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、前記Ｌと前記θの関係は予め取得されており、前記測量装置の前記測距光を用いて測位により、前記反射プリズムの位置を測定し、前記測量装置の前記レーザースキャナ部を用いたレーザースキャンにより、前記特定の部分の位置を測定し、前記測定された前記反射プリズムの位置と前記測定された前記特定の部分の位置との間の距離を算出し、前記算出された距離と、前記予め取得されている前記Ｌと前記θの前記関係に基づき、前記ターゲット装置の前記螺旋軸周りの前記基準回転位置に対する回転角を求める測量方法である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、レーザー光を用いて測量対象物の姿勢を計測できる技術が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態の概念図である。
【図2】実施形態の測量機の斜視図である。
【図3】実施形態の測量機の正面図である。
【図4】螺旋ターゲットの水平角を計測する仕組みを示す原理図である。
【図5】水平角（横軸）と、螺旋ターゲットの谷の位置と全周反射プリズムの反射中心の位置との距離Ｌ（縦軸）の関係を示すグラフである。
【図6】絶対座標系におけるターゲット装置の水平角を求める方法を説明する図である。
【図7】螺旋ターゲットの谷の位置を求める方法を示す図である。
【図8】測量機のブロック図である。
【図9】処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図10】端末の表示画面の一例を示す図である。
【図11】端末の表示画面の一例を示す図である。
【図12】他の実施形態の概要を示す概念図である。
【図13】他の実施形態の概要を示す概念図である。
【図14】螺旋ターゲットの断面形状の波形のパターンを示す図である。
【図15】ＴＳ機能部の測距光の光軸とレーザースキャン方向との関係を示す図である。
【図16】螺旋ターゲットの水平角を計測する仕組みを示す原理図である。
【図17】螺旋ターゲットの水平角を計測する仕組みを示す原理図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
１．第１の実施形態
（概要）
図１には、実施形態の概要が示されている。図１には、レーザー測位される第１のターゲットである全周反射プリズム１１０と、全周反射プリズム１１０との位置関係が特定され、螺旋構造の表面を備えた第２のターゲットである螺旋ターゲット１２０とを備え、全周反射プリズム１１０の位置と前記螺旋構造における凹凸構造の位置関係に基づき、前記螺旋構造の軸回りの回転位置の検出が行われるターゲット装置１３０が示されている。
（概要）
図１には、実施形態の概要が示されている。図１には、レーザー測位される第１のターゲットである全周反射プリズム１１０と、全周反射プリズム１１０との位置関係が特定され、螺旋構造の表面を備えた第２のターゲットである螺旋ターゲット１２０とを備え、全周反射プリズム１１０の位置と前記螺旋構造における凹凸構造の位置関係に基づき、前記螺旋構造の軸回りの回転位置の検出が行われるターゲット装置１３０が示されている。
【0013】
図１において、測量機４００により、ターゲット装置１３０の位置と水平角（水平方向における向き）が測定される。ここで、測量機４００は、絶対座標系で座標が既知の位置に水平に設置され、また絶対座標系における水平方向における方位が確定されている。これは、通常のＴＳ等の測量機の場合と同じである。
【0014】
絶対座標系というのは、ＧＮＳＳで用いられる座標系である。絶対座標系では、経度、緯度、平均海面からの高度で座標が特定される。なお、座標系としてその場で定めたローカル座標系を用いることもできる。
【0015】
（測量機）
以下、測量機４００について説明する。測量機４００は、ＴＳ機能部２００とレーザースキャナ部３００とを複合化した構成を有する。ＴＳ機能部２００は、ＴＳ（トータルステーション）としての機能を発揮する。ＴＳについては、例えば特開２００９－２２９１９２号公報、特開２０１２―２０２８２１号公報に記載されている。
以下、測量機４００について説明する。測量機４００は、ＴＳ機能部２００とレーザースキャナ部３００とを複合化した構成を有する。ＴＳ機能部２００は、ＴＳ（トータルステーション）としての機能を発揮する。ＴＳについては、例えば特開２００９－２２９１９２号公報、特開２０１２―２０２８２１号公報に記載されている。
【0016】
レーザースキャナ部３００は、レーザースキャン点群を得る処理（レーザースキャン）を行う。レーザースキャナに係る技術については、例えば特開２０１０－１５１６８２号公報、特開２００８－２６８００４号公報、米国特許第８７６７１９０号公報等に記載されている。また、レーザースキャナとして、米国公開公報ＵＳ２０１５／０２９３２２４号公報に記載されているようなスキャンを電子式に行う形態も採用可能である。
【0017】
以下、図２、図３を参照して測量機４００について説明する。測量機４００は、水平回転部１１を有している。水平回転部１１は、台座１２上に水平回転が可能な状態で保持されている。台座１２は図示しない三脚の上部に固定される。水平回転部１１は、上方に向かって延在する２つの延在部を有する略コの字形状を有し、この２つの延在部の間に鉛直回転部１３が高低角（仰角および俯角）の制御が可能な状態で保持されている。
【0018】
水平回転部１１は、台座１２に対して電動で水平回転する。鉛直回転部１３は、モータにより鉛直面内で回転する。水平回転部１１の水平面内における角度制御は、水平回転部１１に内蔵された水平回転駆動部２０７（図８参照）で行われる。鉛直回転部１３の鉛直面内における角度制御は、水平回転部１１に内蔵された鉛直回転駆動部２０８（図８参照）により行われる。
【0019】
水平回転部１１には、水平回転角制御ダイヤル１４ａと高低角制御ダイヤル１４ｂが配置されている。水平回転角制御ダイヤル１４ａを操作することで、水平回転部１１の水平回転角の調整が行なわれ、高低角制御ダイヤル１４ｂを操作することで、鉛直回転部１３の鉛直面内での高低角（仰角および俯角）の調整が行なわれる。
【0020】
鉛直回転部１３の上部には、大凡の照準を付ける照準器１５ａが配置されている。また、鉛直回転部１３には、照準器１５ａよりも視野が狭い光学式の照準器１５ｂ（図３参照）と、より精密な視準が可能な望遠鏡１６が配置されている。
【0021】
鉛直回転部１３の内部には、照準器１５ｂと望遠鏡１６が捉えた像を接眼部１７に導く光学系が収納されている。照準器１５ｂと望遠鏡１６が捉えた像は、接眼部１７を覗くことで視認できる。望遠鏡１６が捉えた像は、鉛直回転部１３の内部に配置されたカメラ２１１（図８参照）によって撮像可能である。
【0022】
望遠鏡１６は、測距用のレーザー光と測距対象（例えばターゲットとなる専用の反射プリズム）を追尾および捕捉するための追尾光の光学系を兼ねている。測距光と追尾光の光軸は、望遠鏡１６の光軸と一致するように光学系の設計が行なわれている。この部分の構造は、市販されているＴＳと同じである。
【0023】
水平回転部１１には、ディスプレイ１８と１９が取り付けられている。ディスプレイ１８は、操作部２１０と一体化されている。操作部２１０には、テンキーや十字操作ボタン等が配され、測量機４００に係る各種の操作やデータの入力が行なわれる。ディスプレイ１８と１９には、測量機４００の操作に必要な各種の情報や測量データ等が表示される。前後に２つディスプレイがあるのは、水平回転部１１を回転させなくても前後のいずれの側からでもディスプレイを視認できるようにするためである。
【0024】
水平回転部１１の上部には、レーザースキャナ部３００が固定されている。レーザースキャナ部３００は、第１の塔部３０１と第２の塔部３０２を有している。第１の塔部３０１と第２の塔部３０２は、結合部３０３で結合され、結合部の上方の空間（第１の塔部３０１と第２の塔部３０２の間の空間）は、スキャンレーザー光を透過する部材で構成された保護ケース３０４で覆われている。保護ケース３０４の内側には、第１の塔部３０１から水平方向に突出した柱状の回転部３０５が配置されている。回転部３０５の先端は、斜めに切り落とされた形状を有し、その先端部には、斜めミラー３０６が固定されている。
【0025】
回転部３０５は、第１の塔部３０１に納められたモータにより駆動され、その延在方向（水平方向）を回転軸として回転する。第１の塔部３０１には、上記のモータに加え、このモータを駆動する駆動回路と、その制御回路、回転部３０５の回転角を検出するセンサ、該センサの周辺回路が納められている。
【0026】
第２の塔部３０２の内部には、レーザースキャン光を発光するための発光部、対象物から反射してきたレーザースキャン光を受光する受光部、発光部と受光部に関係する光学系、スキャン点までの距離を算出する距離算出部が納められている。また、レーザースキャナ部３００は、回転部３０５の回転角度、水平回転部１１の水平回転角およびスキャン点までの距離に基づきスキャン点の三次元座標を算出するスキャン点位置算出部を備えている。
【0027】
レーザースキャン光は、１条であり、第２の塔部３０２の内部から斜めミラー３０６に向けて照射され、そこで反射され、透明なケース３０４を介して外部に照射される。レーザースキャン光は、数kＨｚ～数百kＨｚの繰り返し周波数で発光部からパルス発光され、それが回転する回転部３０５先端の斜めミラー３０６に水平方向から照射され、そこで直角に反射される。回転部３０５が水平軸回りに回転することで、レーザースキャン光は、鉛直面に沿ってスキャンされつつ放射状に点々とパルス照射される。
【0028】
測量機４００では、レーザースキャナ部３００からの放射状のレーザースキャンを鉛直面に対して行った場合、鉛直線に沿ってレーザースキャンが行われる（図１５参照）。つまり、レーザースキャナ部３００からの放射状のレーザースキャン光は、当該鉛直面に鉛直線上に分布する輝点（反射点）の集合を形成する。図１５に示すように、このレーザースキャナ部３００によるレーザースキャン光の輝点により形成される鉛直線と望遠鏡１６の光軸が交わるように、ＴＳ機能部２００とレーザースキャナ部３００の位置関係が設定されている。
【0029】
つまり、測量機４００は、レーザースキャナ部３００からのレーザースキャンが行われる扇形のスキャン面（スキャンレーザー光にとって掃引される面）に、望遠極１６の光軸が含まれるように設定されている。この構成では、レーザースキャナ部３００の高低角方向におけるスキャンの方向が水平方向に対して直交し、スキャン光の水平角（水平方向における方向）と望遠鏡１６の光軸の水平角（ＴＳ機能部２００の水平角）が一致する。
【0030】
また、上記のレーザースキャンを、水平回転部１１を水平回転させながら行うことで、必要とする範囲でのレーザースキャンが行われる。
【0031】
対象物から反射したスキャン光は、照射光と逆の経路を辿り、第２の塔部３０２内部の受光部で受光される。スキャン光の発光タイミングと受光タイミング、さらにその際の回転部３０５の角度位置（高低角：仰角または俯角）と水平回転部１１の水平回転角により、スキャン点（スキャン光の反射点）の測位が行なわれる。測位の原理は、後述する測距部２０２と同じである。
【0032】
ターゲット装置１３０は、土木工事現場等における位置決めの作業に利用される。この作業の際、全周反射プリズム１１０をターゲットとしたＴＳ機能部２００による測位が行われる。ターゲット装置１３０は、支持部材となる棒状の部材１３１、棒状の部材１３１の上部に固定された全周反射プリズム１１０、全周反射プリズム１１０の上部に固定された螺旋ターゲット１２０、螺旋ターゲット１２０の上部に支持材を介して固定された端末１３２を備えている。
【0033】
全周反射プリズム１１０は、入射した光を１８０°向きを変えて反射する。全周反射プリズム１１０は、ＴＳを用いた測量に用いられる通常の製品が採用される。ここで、全周反射プリズム１１０の反射中心Ｐが螺旋ターゲット１２０の螺旋軸上にくるように調整されている。全周反射型でない反射プリズムを用いることもできるが、対応できる角度範囲に制限が生じる。螺旋ターゲット１２０については後述する。
【0034】
端末１３２は、液晶ディスプレイ等の画像表示装置を備える。この画像表示装置には、ターゲット装置１３０を扱う作業者に全周反射プリズム１１０を用いた位置決め作業の位置を案内するガイド表示が行われる。このガイド表示については後述する。端末１３２としては、タブレットやスマートフォンが利用される。端末１３２として、専用の端末を用意してもよい。
【0035】
例えば、杭打ち作業の場合を説明する。杭打ち作業というのは、建築作業現場や土木工事現場において、図面上で予め定めておいた位置を実際の現場で特定し、そこに目印の杭を打つ（あるいは何らかの目印を付ける）作業のことである。この作業では、杭打ち点の探索→その特定→その位置への杭打ち、の作業が複数の杭打ち候補位置に対して行われる。この際、杭打ち点の特定にターゲット装置１３０が用いられる。
【0036】
例えば、作業者が棒状の部材１３１を手で持った状態で、徒歩で移動して杭打ち予定位置に移動する。この際、端末１３２のガイド表示を利用して作業者は目的位置に移動する。この際、螺旋ターゲット１２０を用いて求めたターゲット装置１３０の水平方向における方向（姿勢）の情報を利用してガイド表示が作成される。このガイド表示に係る技術については後述する。
【0037】
杭打ち点の特定は、棒状の部材１３１の先端を地表に接触させて、そこでターゲット装置１００を立て、ＴＳ機能部２００による全集反射プリズム１１０の測位を行うことで行われる。この作業は、ＴＳを用いた通常の測量作業と同じである。
【0038】
（螺旋ターゲット）
図４には、全周反射プリズム１１０とその上部に固定された螺旋ターゲット１２０により構成されたターゲット装置１３０を側面（螺旋軸に垂直な方向）から見た状態が示されている。ターゲット装置１３０は、図示しない水準器を備え、この水準器を用いて螺旋ターゲット１２０の螺旋軸（図４のＺ軸）が鉛直方向となるように設置される。
図４には、全周反射プリズム１１０とその上部に固定された螺旋ターゲット１２０により構成されたターゲット装置１３０を側面（螺旋軸に垂直な方向）から見た状態が示されている。ターゲット装置１３０は、図示しない水準器を備え、この水準器を用いて螺旋ターゲット１２０の螺旋軸（図４のＺ軸）が鉛直方向となるように設置される。
【0039】
螺旋軸とは、螺旋構造の軸のことであり、例えばネジの回転軸が螺旋軸の一例である。ターゲット装置１３０は、支持部材となる棒状の部材の上部に固定されるが、図４では棒状の部材は図示省略されている。また、端末１３２およびその支持構造も図示省略されている。
【0040】
螺旋ターゲット１２０は、棒状の部材１３１の延在方向に延在する螺旋軸を有する。螺旋の構造は、軸回りの１回転で位相が１周期（位相差２π）進む設定とされている。つまり、螺旋を螺旋軸の周りで１回転させると、側面から見た同じ形状部分が螺旋軸方向に位相差２π移動する構造とされている。螺旋の構造は、これに限定されないが、この構造は最もシンプルである。
【0041】
螺旋表面の凹凸断面の形状は、三角形状が繰り返し連続する三角波形状である。螺旋ターゲット１２０の表面は、レーザースキャン光の反射面となる。螺旋ターゲット１２０の表面は、レーザースキャン光を適切な反射状態で反射する材質や状態が選択されている。
【0042】
いま、（Ａ）の状態を基準状態として考える。ここで、螺旋ターゲット１２０の螺旋軸は鉛直であるとする。（Ａ）の下部には、鉛直上方から見た視点の方向が概念的に示されている。
【0043】
ここで、（Ａ）の状態からターゲット装置１３０（螺旋ターゲット１２０）を鉛直上方から見て１/４右回転（時計回りの方向に９０°回転）させた場合を考える。この場合、螺旋構造が位相差π/２上方（Ｚ軸正の方向）に進んだ状態が見える。すなわち、見た目の状態が（Ａ）から（Ｂ）に移行する。
【0044】
この場合、ＴＳ機能部２００の光軸を含む鉛直線上における螺旋ターゲット１２０の谷の位置（ＢＴＭ）は、（Ａ）の状態から（Ｂ）の状態に移動する。この際の移動量は、螺旋の周期で考えて１／４周期分となる。この螺旋の回転によって谷の位置（ＢＴＭ）が進む現象は、ネジが回転することで、ネジ山の谷の部分が進むのと同じ原理である。
【0045】
ここで、回転の方向を逆にすれば、谷の位置（ＢＴＭ）は、逆方向（Ｚ軸の負の方向）に移動する。このように、ＴＳ機能部２００の光軸と交差する鉛直線上における谷の位置（ＢＴＭ）は、螺旋ターゲット１２０の回転によって螺旋軸上（Ｚ軸上）を移動する。
【0046】
つまり、螺旋軸上における螺旋構造の谷の位置（ＢＴＭ）と、全周反射ターゲット１１０の反射中心との間の距離Ｌは、螺旋ターゲット１２０の回転によって変化する。図４には、（Ａ）の状態でＬ＝Ｌ１であったものが、螺旋ターゲット１２０を１/４回転させることで、Ｌ＝Ｌ２（Ｌ１＜Ｌ２）となった状態が示されている。
【0047】
ここで、図４（Ａ）の状態が螺旋ターゲット１２０の正面を測量機４００から見た状態であり、測量機４００に対する螺旋ターゲット１２０の水平回転角Ｄｍが０°の場合であるとする。そして、図４（Ａ）の状態から、鉛直上方向から見て右回り方向を＋回転、その逆回転方向を－回転とすると、上記の距離Ｌと水平回転角Ｄｍの間には、図５の関係がある。
【0048】
ところで、後述する原理により、螺旋ターゲット１２０の螺旋軸上における谷の位置、すなわち鉛直方向における高さＶ１はレーザースキャンによって特定することができる。他方で、全周反射ターゲット１１０の反射中心Ｐの螺旋軸上の位置（高さＶ２）は、ＴＳ機能部２００により特定できる。よって、図４のＬの値は、Ｖ１－Ｖ２から計算できる。
【0049】
そこで、図５の関係を予め取得しておく。そして、螺旋ターゲット１２０のレーザースキャンから得た谷（ＢＴＭ）の鉛直方向における位置とＴＳ機能部２００により求めた全周反射ターゲット１１０の反射中心Ｐの鉛直方向における位置との差からＬの値を求め、このＬの値を図５の関係に当てはめることで、測量機４００に対する螺旋ターゲット１２０（ターゲット装置１３０）の水平方向における向きである水平角Ｄｍ（図６参照）が得られる。
【0050】
ＴＳ機能部２００の基準方位（例えば北の方向）に対する水平角Ｈｍは、測量機４００の設置時に取得されており、既知である。よって、図６の関係からターゲット装置１３０の絶対座標系における水平角Ｈｔが求まる。
【0051】
以下、Ｈｔの算出方法について説明する。まず、ＴＳ機能部２００の水平角Ｈｍは、北を基準とした時計回り方向における角度として計測されるとする。測量機４００は、その設置時に水平角の基準を定める校正が行われるので、水平角Ｈｍは水平角検出部２０５の出力から得られる。
【0052】
Ｄｍは、ターゲット装置１３０の水平角の基準方向（この場合は正面の方向）とＴＳ機能部２００の光軸とがなす角度である。Ｄｍは、図４の谷の位置ＢＴＭと全周反射プリズム１１０の反射中心Ｐとの間の鉛直方向における距離Ｌを求めることで、図５の関係から得られる。
【0053】
ここで、Ｈｔは北を基準とする時計回り方向で計った角度として、水平角ＨｍとＤｍとから図６に示す計算式で算出される。こうして、ターゲット装置１３０の絶対座標系における水平角Ｈｔ（水平方向における向き）が算出される。
【0054】
図４に示されるのは、全周反射プリズム１１０の反射中心Ｐに対する螺旋の位相の違いに基づき、螺旋ターゲット１２０（ターゲット装置１３０）の水平角を求める方法と捉えることができる。すなわち、図４（Ａ）と図４（Ｂ）では、全周反射プリズム１１０の反射中心Ｐの鉛直線上における位置に対する螺旋の凹凸構造（三角波の構造）の位相の状態が異なっている。具体的にいうと、（Ａ）の状態に対して、（Ｂ）の状態は、反射中心Ｐに対する螺旋の位相（三角波の位相）が１／４周期（π／２）進んでいる。この位相の状態の違いと螺旋ターゲット１２０の回転位置（水平角）とは、一義的な関係がある。この一義的な関係が図５に示されている。
【0055】
すなわち、図４の例は、上記螺旋構造の位相状態の違いを谷の位置ＢＴＭの違いとして検出し、具体的なパラメータとしてＬを利用している。この位相の違いは、谷以外にも螺旋構造の凹凸の波形を特徴付けるパラメータで把握することが可能である。この技術によれば、螺旋構造の凹凸の形状と水平回転角の関係を予め取得しておくことで、螺旋ターゲットを螺旋軸に直交する方向から見た螺旋構造の凹凸形状から、螺旋ターゲットの水平回転位置を求めることができる。
【0056】
（谷の位置の求め方）
図４における螺旋ターゲット１２０の谷の位置（ＴＳ機能部２００の光軸と交わる鉛直直線上における谷の位置）を求める方法について説明する。谷の位置の算出に係る処理は、測量機４００内の特定の部分の位置算出部２１７で行なわれる。
図４における螺旋ターゲット１２０の谷の位置（ＴＳ機能部２００の光軸と交わる鉛直直線上における谷の位置）を求める方法について説明する。谷の位置の算出に係る処理は、測量機４００内の特定の部分の位置算出部２１７で行なわれる。
【0057】
図７には、螺旋の谷の位置を特定する処理の原理が記載されている。この技術では、ＴＳ機能部２００の光軸と交わる鉛直線に沿った線状のレーザースキャンをレーザースキャナ部３００により行う。図７（Ａ）には、螺旋ターゲット１２０が示され、図７（Ｂ）には、第１の回転角度における螺旋構造表面でのレーザースキャン点の分布が示され、図７（Ｃ）には、第２の回転角度における螺旋構造表面でのレーザースキャン点の分布が示されている。
【0058】
この例では、螺旋の山の斜面として平面が採用されている。そこで、螺旋の表面に沿った複数のスキャン点から斜面に沿った線の方程式を求め、鉛直方向で隣接する２つの線の交点から谷の三次元位置を求め、更にその鉛直方向における座標を求める。こうして谷の位置（ＢＴＭ）が求められる。谷の位置（ＢＴＭ）の求め方として、谷部を挟む２つの山の頂部の位置を求め、その中間値を求める方法も可能である。
【0059】
そして、鉛直方向における上記谷の位置（ＢＴＭ）と全周反射プリズム１１０の反射中心Ｐとの間の距離Ｌを算出し、さらに図５の関係からターゲット装置１３０のＴＳ機能部２００（測量機４００）に対する水平回転角（図６のＤｍ）が求められる。
【0060】
以上述べたように、螺旋ターゲットにおける螺旋構造の軸方向における周期性を用いて螺旋ターゲットの螺旋軸回りにおける回転位置を特定する。
【0061】
【0062】
ＴＳ機能部２００は、記憶部２０１、測距部２０２、追尾光送光部２０３、追尾光受光部２０４、水平角検出部２０５、高低角検出部２０６、水平回転駆動部２０７、鉛直回転駆動部２０８、ディスプレイ１８，１９、操作部２１０、カメラ２１１、演算制御部２１２、通信部２１６、特定の部分の位置算出部２１７を備えている。また、演算制御部２１２内には、測位演算部２１３、スキャン密度設定部２１４、水平角算出部２１５が含まれている。測位演算部２１３、スキャン密度設定部２１４、水平角算出部２１５の少なくとも一つを演算制御部２１２と別構成とすることも可能である。
【0063】
記憶部２０１は、半導体メモリ回路等のデータ記憶装置により構成されている。記憶部２０９は、測量装置４００の動作に必要なデータ、動作プログラム、動作で得られたデータを記憶する。
【0064】
測距部２０２は、測量機４００と測距対象物（全周反射プリズム１１０）との間の距離を計測する。測距の原点は、測距部２０２の発光部の位置や望遠鏡１６内の結像位置等の予め定めた位置が採用される。
【0065】
測距部２０２は、測距光を発光する発光素子（レーザーダイオード等）、発光素子の周辺回路、測距対象物（全周反射プリズム１１０）から反射した測距光を受光する受光素子（フォトダイオード等）、受光素子の周辺回路、受光素子の出力に基づき測距対象物までの距離を計算する演算回路を含む。
【0066】
測距部２０２における測位の処理は以下のようにして行われる。発光素子からの測距光は、ハーフミラー等の光学系で２分され、一方が測位対象物に照射され、他方が図示しない基準光路に導かれる。基準光路は光路長が既知であり、基準光路を伝わった測距光は基準測距光として受光素子に導かれる。受光素子では、測位対象物から反射した測距光と基準光路を伝わった基準測距光とが受光される。
【0067】
測位対象物で反射した測距光と基準光路からの基準測距光とは、受光素子に到達するタイミングが異なるので、両者の受光素子での出力信号（検出信号）には、位相差が生じる。この位相差から測位対象物までの距離が算出される。この距離の算出が、測距部２０２内の演算回路で行われる。
【0068】
追尾光送光部２０３は、測位対象物であるターゲット（全周反射プリズム１１０）を追尾する追尾光を発光する。追尾光受光部２０４は、ターゲットから反射した追尾光を受光する。追尾光受光部２０４はＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサで構成される。追尾光のターゲットからの反射光が視野の中心となるように測距部２０２の光軸の水平角と高低角の制御が行われる。光軸の水平角と高低角の制御は、演算制御部２１２で生成される制御信号に基づき、水平回転駆動部２０７および鉛直回転駆動２０８で行われる。
【0069】
水平角検出部２０５は、水平回転部１１（図１参照）の水平角を検出する。水平角の検出は、ロータリーエンコーダで行われる。水平角検出部２０５は、レーザースキャナ部３００の水平回転角の検出も行う。高低角検出部２０６は、鉛直回転部１３の高低角（仰角および俯角）を検出する。鉛直角の検出は、ロータリーエンコーダで行われる。
【0070】
水平回転駆動部２０７は、水平回動部１１の水平回転の駆動を行う。駆動はモータにより行われる。水平回転部２０７は、レーザースキャナ部３００の水平回転も行う。鉛直回転駆動部２０８は、鉛直回動部１３の鉛直回転（仰角および俯角動作）の駆動を行う。駆動はモータにより行われる。
【0071】
ディスプレイ１８，１９は、測量機４００の操作に必要な各種の画像情報や測量結果の画像情報を表示する。ディスプレイ１８，１９としては、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイが採用される。操作部２１０は、測量機４００の操作を行うための各種のボタン等を備えた操作インターフェースである。カメラ２１１は、望遠鏡１６が捉えた画像を撮影する。
【0072】
演算制御部２１２は、ＣＰＵ、メモリ、各種のインターフェースを備えたコンピュータとしての機能を有し、測量機４００の動作全般の制御を行う。演算制御部２１２における演算の一部をＦＰＧＡ等の専用のＩＣで行う形態も可能である。これは、特定の部分の位置算出部２１７についても同じである。演算制御部２１２は、測位演算部２１３、スキャン密度設定部２１４、水平角算出部２１５を備える。
【0073】
測位演算部２１３は、測距部２０２が測距した対象物（例えば、全周反射プリズム１１０）の測位（測量機４００に対する対象物の位置の測位）に係る演算を行う。測位演算部２１３における対象物の測位に係る演算は、以下のようにして行われる。この処理では、測距部２０２で得られる対象物の測距データ、水平角検出部２０５および高低角検出部２０６で得られる測距光の光軸の方向に基づいて、測距部２０２で測距した対象物（全周反射ターゲット１１０）の位置を算出する。すなわち、距離と方向とから測量機４００に対する対象物の位置（三次元座標）を算出する。
【0074】
スキャン密度設定部２１４は、測距部２０２が測距した測量機４００から全周反射プリズム１１０までの距離に応じて螺旋ターゲット１２０に対するレーザースキャナ部３００によるレーザースキャンのスキャン密度の設定を行う。この設定では、距離が遠くなってもスキャン密度が疎にならないようにスキャン速度を調整し、特定の密度以上のスキャン密度が得られるようにする。具体的なスキャン密度は、螺旋ターゲットの谷の部分の算出精度によって決まるが、必要な精度が得られるように予め実験的に求めておくことが好ましい。目安として、螺旋を構成する斜面において３点以上のスキャン点が得られるようにスキャン密度を設定する。
【0075】
水平角算出部２１５は、螺旋ターゲット１２０の谷と全周反射プリズム１１０の反射中心Ｐとの間の距離Ｌの算出、図５の関係に基づくＴＳ機能部２００に対する水平方向における角度Ｄｍ（図６参照）の算出を行い、更に図６の原理に基づきＨｔの算出を行う。通信部２１６は、図１の端末１３２等の外部の機器との通信を行う。特定の部分の位置算出部２１７は、図７の原理により、螺旋ターゲット１２０の螺旋構造の螺旋軸方向における特定の部分の位置を算出する。この例では、この特定の部分として螺旋構造の谷の部分が利用される。谷の位置の求め方については図７に関連して前述している。レーザースキャナ部３００については、既に図１に関連して説明してあるので、ここでの説明は省略する。
【0076】
（端末１３２での処理の一例）
端末１３２は、ターゲット装置１３０の位置のデータと、図６のＤｍおよびＨｔのデータを測量機４００から取得する。そして、端末１３２は、例えば図１０の画像を作成し、それを自身のディスプレイに表示する。この画像を参考に作業員は、杭打ちを行う位置や測量を行う位置にターゲット装置１３０を移動させる。以下、図１０の画像の作成方法について説明する。
端末１３２は、ターゲット装置１３０の位置のデータと、図６のＤｍおよびＨｔのデータを測量機４００から取得する。そして、端末１３２は、例えば図１０の画像を作成し、それを自身のディスプレイに表示する。この画像を参考に作業員は、杭打ちを行う位置や測量を行う位置にターゲット装置１３０を移動させる。以下、図１０の画像の作成方法について説明する。
【0077】
図１０には、上の方向をターゲット装置１３０の正面とした画面表示の一例が示されている。まず、絶対座標系におけるターゲット装置１３０の現在位置は、ＴＳ機能部２００により精密に測定され、そのデータは、測量機４００から取得している。また、目標位置（杭を打つ位置）は、予め図面上で特定されており、そのデータも取得されている。また、ターゲット装置１３０の絶対座標系における正面の方向Ｈｔ（図６参照）は、測量機４００の側で計算されている。
【0078】
よって、ターゲット装置１３０の現在位置、目標位置、絶対座標系におけるターゲット装置１３０の正面の方向を地図ソフト上に落とし込み、Ｈｔに基づき、上が正面となるように表示画面を回転させ、Ｄｍに基づき、測量機４００の方向を表示させることで、図１０の画面が得られる。
【0079】
図１０におけるＤｍは、磁気センサ、ジャイロセンサ、ＧＰＳセンサから得られたものでないので、課題の欄で言及した精度低下の問題が回避される。
【0080】
図１１（Ａ）および（Ｂ）には、杭打ち作業時における端末１３２のディスプレイ上へのガイド表示の他の例を示す。
【0081】
（処理の一例）
以下、測量機４００を用いた測量処理の一例を説明する。図９は、当該処理の手順を示すフローチャートである。図９の処理に係る動作プログラムは、記憶部２１０に記憶され、図８の演算制御部２１２により実行される。当該動作プログラムを適当な記憶領域や記憶媒体に記憶する形態も可能である。また外部サーバ等にこの動作プログラムを記憶させ、そこから提供される形態も可能である。
以下、測量機４００を用いた測量処理の一例を説明する。図９は、当該処理の手順を示すフローチャートである。図９の処理に係る動作プログラムは、記憶部２１０に記憶され、図８の演算制御部２１２により実行される。当該動作プログラムを適当な記憶領域や記憶媒体に記憶する形態も可能である。また外部サーバ等にこの動作プログラムを記憶させ、そこから提供される形態も可能である。
【0082】
ここでは、図１を参照し、土木施工現場で杭打ち作業を行う場合における処理の手順の一例を説明する。まず、ある場所（初期位置）に作業員がターゲット装置１３０を垂直に配置する（ステップＳ１０１）。ここで、ターゲット装置１３０には水準器が配置され、作業員はそれを用いて、ターゲット装置１３０を鉛直にした状態で、棒状の部材１３１の先端を地面に接触させる。
【0083】
次に、全周反射プリズム１１０をＴＳ機能部２００のターゲット自動追尾機能を用いて追尾し、更にＴＳ機能部２００による全周反射プリズム１１０の測位を行う（ステップＳ１０２）。次に、レーザースキャナ部３００を用い、ＴＳ機能部２００の測距光の光軸と交差する鉛直線上におけるレーザースキャンを行う（ステップＳ１０３）。この際、螺旋ターゲット１２０の螺旋軸に沿って特定以上のスキャン密度が得られるようにスキャン条件を設定する。
【0084】
次に、図７の原理により螺旋ターゲット１２０の螺旋構造の谷の鉛直線上における位置を特定する（ステップＳ１０４）。この処理は、螺旋構造の螺旋軸方向における特定の部分の位置の算出を行う特定の部分の位置算出部２１７で行なわれる。次に、ステップＳ１０２で得た鉛直線上における全周反射プリズム１１０の反射中心の位置ＰとステップＳ１０４で得た谷の位置との差Ｌを求め、図５の関係から絶対座標系におけるターゲット装置１３０の測量機４００に対する水平角Ｄｍを算出する（ステップＳ１０５）。また、この際、Ｈｔも算出する。ステップＳ１０４とＳ１０５の処理は、水平角算出部２１５で行われる。
【0085】
ＤｍとＨｔを得たら、それを端末１３２に送信する。ＤｍとＨｔの情報を受け付けた端末１３２は、例えば図１０の表示内容を作成し、それを端末１３２のディスプレイに表示させる（ステップＳ１０６）。作業者は図１０の表示を見て、ターゲット装置１３０を目標位置に移動させる。
【0086】
２．第２の実施形態
図１２には、位置決め位置にプロジェクタから画像を投影する技術（例えば、特許登録６１３００７８号公報）に本発明を適用した例が示されている。この場合、投影する画像の大きさと向きを適切にする上で、プロジェタの投影面（例えば床面）からの高さとプロジェクタの水平方向における向きの情報が必要である。
図１２には、位置決め位置にプロジェクタから画像を投影する技術（例えば、特許登録６１３００７８号公報）に本発明を適用した例が示されている。この場合、投影する画像の大きさと向きを適切にする上で、プロジェタの投影面（例えば床面）からの高さとプロジェクタの水平方向における向きの情報が必要である。
【0087】
図１２の場合、既知の位置に設置され、更に基準方位が確定された測量機４００による全周反射プリズム１１０の測位により、通信機を備えたプロジェクタ５２０の三次元位置（水平位置と高さ）が特定される。他方で、ＴＳ機能部２００により測位された全周反射プリズム１１０の位置と、螺旋ターゲット１２０をレーザースキャナ部３００からレーザースキャンすることで得た螺旋の谷の位置との関係から、プロジェクタ５２０の水平方向における向きが特定される。
【0088】
プロジェクタ５２０の三次元位置と水平方向における向きの情報は、測量機５２０で計算され、プロジェクタ５２０に送られる。この情報を受け、プロジェクタ５２０は、投影する画像、その投影位置、投影画像の縮尺と向きを調整する。
【0089】
３．第３の実施形態
例えば、移動体の水平方向における方向を特定する技術に本発明を利用することもできる。この場合、全周反射プリズム１１０と螺旋ターゲット１２０を鉛直方向で結合したターゲットを移動体に固定する。この際、螺旋軸が鉛直になるように移動体に当該ターゲットを固定する。例えば、ジンバル機構を用い、移動体が傾いても当該ターゲットの螺旋軸が常に鉛直となるようにする。なお、当該ターゲットが移動体と共に傾く構造の場合、移動体のヨー軸回りの回転が検出される。
例えば、移動体の水平方向における方向を特定する技術に本発明を利用することもできる。この場合、全周反射プリズム１１０と螺旋ターゲット１２０を鉛直方向で結合したターゲットを移動体に固定する。この際、螺旋軸が鉛直になるように移動体に当該ターゲットを固定する。例えば、ジンバル機構を用い、移動体が傾いても当該ターゲットの螺旋軸が常に鉛直となるようにする。なお、当該ターゲットが移動体と共に傾く構造の場合、移動体のヨー軸回りの回転が検出される。
【0090】
図１３にＵＡＶ(Unmanned Aerial Vehicle)５００に、ジンバル機構５０１を介して、全周反射プリズム１１０と螺旋ターゲット１２０を結合させたターゲット装置５１０を取り付け、それを測量機４００で追尾しつつ、ＵＡＶ５００の水平方向における向きを検出する場合が示されている。
【0091】
この場合、測量機４００は、絶対座標系で座標が既知の位置に水平に設置され、また絶対座標系における水平方向における方位が確定されている。そして、飛行するＵＡＶ５００における全周反射プリズム１１０がＴＳ機能部２００により追尾され、且つ、測位される。また、レーザースキャナ部３００による螺旋ターゲット１２０の螺旋軸方向におけるレーザースキャンにより、第１の実施形態で説明した原理によるＵＡＶ５００の測量機４００に対する水平角（図６のＤｍに対応）が得られる。また、図６の原理により、絶対座標系におけるＵＡＶ５００の水平角Ｈｔが得られる。
【0092】
４．第４の実施形態
螺旋ターゲットを用いた方向の検出は、水平方向におけるものに限定されない。例えば、図１の測量機４００を９０°横に倒して用いる。この場合、ターゲット装置１３０も９０°横に倒して水平にして用いる。この場合、ターゲット装置１３０の水平軸回りの角度（高低角）が測定できる。
螺旋ターゲットを用いた方向の検出は、水平方向におけるものに限定されない。例えば、図１の測量機４００を９０°横に倒して用いる。この場合、ターゲット装置１３０も９０°横に倒して水平にして用いる。この場合、ターゲット装置１３０の水平軸回りの角度（高低角）が測定できる。
【0093】
５．第５の実施形態
反射プリズムを使用しないで螺旋ターゲットだけで回転角の検出を行う形態も可能である。図１６に螺旋ターゲット１２０を示す。この場合、螺旋ターゲット１２０の螺旋軸を狙った高低角方向のレーザースキャンを行うことで、図７の原理により螺旋の山谷および平坦な部分（円筒または円柱の外周面の部分）の点群データを取得する。
反射プリズムを使用しないで螺旋ターゲットだけで回転角の検出を行う形態も可能である。図１６に螺旋ターゲット１２０を示す。この場合、螺旋ターゲット１２０の螺旋軸を狙った高低角方向のレーザースキャンを行うことで、図７の原理により螺旋の山谷および平坦な部分（円筒または円柱の外周面の部分）の点群データを取得する。
【0094】
そして、この点群データに基づき、図１６のＬ（Ｌ１）を取得する。Ｌの起点は、ＢＴＭと識別でき、且つ、螺旋ターゲット１２０を回転させても螺旋軸上の位置が変化しない構造部分を選択する。図１６の例では、Ｌの起点は、螺旋構造と螺旋構造でない部分の境界の部分であり、そこから螺旋構造の谷の位置（ＢＴＭ）までの距離がＬの計測値となる。
【0095】
Ｌは、螺旋ターゲット１２０の回転角Ｄｍに依存するので、Ｌを求めることで、Ｄｍが得られる。この例は、螺旋構造の谷の位置を定量的に評価するための基準が、螺旋ターゲット１２０の下端部分となった場合と捉えることができる。
【0096】
螺旋構造の山谷の部分ではなく、山谷の部分と識別できる平坦な部分のレーザースキャンデータから平坦な部分の螺旋軸方向の距離Ｌａを取得する方法も可能である。ＬａとＤｍは、図５のような比例関係があるので、Ｌａを求めることで、Ｄｍを得ることができる。
【0097】
図１７には、螺旋ターゲット１２０の端部に環状の突起部１２１を設けた場合が示されている。環状の突起部１２１は、螺旋構造ではなく、螺旋ターゲット１２０を回転させてもその山の螺旋軸方向における位置は変化しない。また、環状の突起部１２１の山の高さは、螺旋構造の山の高さと違う値に設定されており、レーザースキャンにより螺旋構造部分と識別できるようにされている。
【0098】
ここで、螺旋ターゲット１２０が回転すると、環状の突起部１２１の山の頂上位置と螺旋構造の谷の底の位置ＢＴＭとの間の距離Ｌが変化する。この場合と図５の場合と同様に、螺旋ターゲット１２０の回転角ＤｍとＬには、特定の関係（この場合も比例関係）がある。よって、以下の手順により、Ｄｍを計測することができる。まず、ＤｍとＬの関係を予め取得しておく。計測に当たっては、螺旋ターゲット１２０の螺旋軸を狙った高低角方向のレーザースキャンを行い、図７に示す原理により、環状の突起部１２１の山の頂上位置と螺旋構造の谷の底の位置ＢＴＭと求める。そして、環状の突起部１２１の山の頂上位置と螺旋構造の谷の底の位置ＢＴＭとの螺旋軸方向における距離（この場合は、鉛直方向における距離）Ｌを算出し、図５の関係からＤｍを得る。
【0099】
（その他１）
螺旋ターゲットの断面構造（螺旋軸を含む平面で切断した断面の構造）が示す波形として、図１４に示す波形の形状が挙げられる。いずれの場合も波形の位相の状態と螺螺旋軸回りの回転角度との関係は予め取得され既知であることが必要である。波形としては、図４の例の場合のような三角波形の他に、正弦波形、鋸波形、矩形波形等が挙げられる。
螺旋ターゲットの断面構造（螺旋軸を含む平面で切断した断面の構造）が示す波形として、図１４に示す波形の形状が挙げられる。いずれの場合も波形の位相の状態と螺螺旋軸回りの回転角度との関係は予め取得され既知であることが必要である。波形としては、図４の例の場合のような三角波形の他に、正弦波形、鋸波形、矩形波形等が挙げられる。
【0100】
螺旋構造の周期性が特定の周波数構造を有し、レーザースキャン点の分布を周波数解析により求める形態も可能である。例えば、螺旋構造が異なる複数の周波数を合成した波形を有する場合が採用可能である。この場合、周波数解析の結果と螺旋構造の回転角の間には特定の関係があり、それは予め取得されている。そして、周波数解析の結果から螺旋ターゲットの水平角が得られる。
【0101】
図５には、Ｌと螺旋ターゲットの水平角の関係が線形である場合が示されているが、この関係が線形でなく非線形である場合も可能である。重要なのは、Ｌと螺旋ターゲットの水平角の関係が予め特定され、既知の情報であることである。
【0102】
（その他２）
図４には、螺旋構造の谷の位置に着目する例が示されているが、山の頂上の部分に着目する形態も可能である。この場合、螺旋ターゲット１２０の山の頂上の位置と全周反射プリズム１１０の反射中心の位置との間の距離Ｌが利用される。
図４には、螺旋構造の谷の位置に着目する例が示されているが、山の頂上の部分に着目する形態も可能である。この場合、螺旋ターゲット１２０の山の頂上の位置と全周反射プリズム１１０の反射中心の位置との間の距離Ｌが利用される。
【0103】
（その他３）
レーザースキャナ部３００として、水平方向（横方向）に扇状に複数条のスキャンビーム光を同時に照射する形態のものを利用することもできる。この場合、そのうち一つのレーザースキャン光が望遠鏡１６の光軸（測距光の光軸）を含む鉛直面内で照射されるようにする。
レーザースキャナ部３００として、水平方向（横方向）に扇状に複数条のスキャンビーム光を同時に照射する形態のものを利用することもできる。この場合、そのうち一つのレーザースキャン光が望遠鏡１６の光軸（測距光の光軸）を含む鉛直面内で照射されるようにする。
【0104】
この例では、鉛直面に沿ったレーザースキャン（高低方向へのレーザースキャン）が１条でなく、左右の斜め方向へも同時に行なわれる。
【0105】
たとえば、あるタイミングで測量機４００から水平に照射されるレーザースキャン光（高低角０°のレーザースキャン光）を考える。ここで、測量機４００から見た水平角が、正面を基準（０°）として右方向を＋、左方向を－として計測されるものとする。そして、同時に２°の間隔で７条のレーザースキャン光を同時に照射する形態であるとする。この場合、同時に、水平角－６°，－４°，－２°，０°，＋２°，＋４°，＋６°の扇状の範囲の方向に７条のレーザースキャン光が同時に照射される。なお、これは一例であり、同時に照射されるレーザースキャン光の数とその角度関係は、上記の場合に限定されない。
【0106】
（その他４）
ＴＳ機能部２００を利用しない形態も可能である。この場合、レーザースキャナ部３００により全周反射プリズム１１０の測位が行われる。以下、レーザースキャナ部３００による全周反射プリズム１１０の測位について説明する。
ＴＳ機能部２００を利用しない形態も可能である。この場合、レーザースキャナ部３００により全周反射プリズム１１０の測位が行われる。以下、レーザースキャナ部３００による全周反射プリズム１１０の測位について説明する。
【0107】
この場合、まず全周反射プリズム１１０を含む領域を対象としたレーザースキャンを行う。全周反射プリズム１１０からの反射光は、相対的に強いので、得られたスキャン点の中から相対的に最も強い反射光が得られたスキャン点を抽出し、そのスキャン点を全周反射プリズム１１０の反射中心として特定する。
【0108】
なお、レーザースキャンの際、全周反射プリズム１１０からの反射光が強すぎ、レーザースキャナ部の受光素子の耐入力オーバーとなる場合は、減光フィルタを介したレーザースキャンやスキャン光の発光強度を落とすことで対応する。
【0109】
（その他５）
図４のＬとしてＰとＢＴＭの三次元空間上での離間距離を採用することもできる。この場合、ＢＴＭの座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐの座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）として、Ｌ＝（（ｘ１－ｘ２）２＋（ｙ１－ｙ２）２＋（ｚ１－ｚ２）２）１/２でＬを算出する。
図４のＬとしてＰとＢＴＭの三次元空間上での離間距離を採用することもできる。この場合、ＢＴＭの座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐの座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）として、Ｌ＝（（ｘ１－ｘ２）２＋（ｙ１－ｙ２）２＋（ｚ１－ｚ２）２）１/２でＬを算出する。
【0110】
（その他６）
螺旋ターゲット１２０は、外周に螺旋構造が付与された円筒または円柱形状であるが、螺旋軸に垂直な方向で切断した断面形状は、円形に限定されず楕円、多角形、角を丸めた多角形等とすることも可能である。
螺旋ターゲット１２０は、外周に螺旋構造が付与された円筒または円柱形状であるが、螺旋軸に垂直な方向で切断した断面形状は、円形に限定されず楕円、多角形、角を丸めた多角形等とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【0111】
本発明は、対象物の姿勢を計測する技術に適用可能である。
【符号の説明】
【0112】
１１…水平回転部、１２…台座、１３…鉛直回転部、１４ａ…水平回転角制御ダイヤル、１４ｂ…高低角制御ダイヤル、１５ａ…照準器、１５ｂ…照準器１５ｂ、１６…望遠鏡、１７…接眼部、１８，１９…ディスプレイ、１１０…全周反射プリズム、１２０…螺旋ターゲット、１３０…ターゲット装置、１３１…棒状の部材、１３２…端末、２００…ＴＳ機能部、３００…レーザースキャナ部、３０１…第１の塔部、３０２…第２の塔部、３０３…結合部、３０４…保護ケース、３０５…回転部、３０６…斜めミラー、４００…測量機、５００…ＵＡＶ５０１…ジンバル機構、５１０…ターゲット装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】