特開 2024-50347 ツイストリングポリゴンミラー、送光器、および測量システム

(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】P2024050347

(43)【公開日】2024-04-10

(54)【発明の名称】ツイストリングポリゴンミラー、送光器、および測量システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/06 20060101AFI20240403BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

G01C15/06 T

G01C15/00 103E

G01C15/00 103D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022157177

(22)【出願日】2022-09-29

(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】110004060

【氏名又は名称】弁理士法人あお葉国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100139745

【弁理士】

【氏名又は名称】丹波 真也

(74)【代理人】

【識別番号】100168088

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 悠

(74)【代理人】

【識別番号】100187182

【弁理士】

【氏名又は名称】川野 由希

(74)【代理人】

【識別番号】100207642

【弁理士】

【氏名又は名称】簾内 里子

(72)【発明者】

【氏名】西田 信幸

(57)【要約】

【課題】 測量機による自動視準を容易にするポリゴンミラー、送光器、および測量システムに関する。
【解決手段】 光源と、前記光源から出射した光を入射し、リング光に変換して出射するアキシコンレンズと、ｎ角形状を断面形状として、所定角度ひねられつつ３６０度に回転押し出しされてリング状に形成され、表面が反射面として構成されるツイストリングポリゴンミラーと、前記ツイストリングポリゴンミラーを回転駆動する回転駆動部と、を備え、前記ツイストリングポリゴンミラーの回転軸は、前記アキシコンレンズの光軸上に配置され、前記アキシコンレンズから出射した前記リング光が、回転駆動される前記ツイストリングポリゴンミラーに入射し、前記反射面で反射され、上面視３６０度に広がるファンビームとして上下方向に走査される、送光器を提供する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ角形状を断面形状として、所定角度ひねられつつ３６０度に回転押し出しされてリング状に形成されて、表面が反射面として構成され、
中心軸を中心として回転駆動されて、前記中心軸を中心とするリング状の光に入射されると、前記反射面で反射して、前記中心軸の方向から見て円形状に広がる光として前記中心軸の方向に走査せる、
ことを特徴とするツイストリングポリゴンミラー。

【請求項2】

光源と、
前記光源から出射した光を入射し、リング光に変換して出射するアキシコンレンズと、
ｎ角形状を断面形状として、所定角度ひねられつつ３６０度に回転押し出しされてリング状に形成され、表面が反射面として構成されるツイストリングポリゴンミラーと、
前記ツイストリングポリゴンミラーを回転駆動する回転駆動部と、
を備え、
前記ツイストリングポリゴンミラーの回転軸は、前記アキシコンレンズの光軸上に配置され、
前記アキシコンレンズから出射した前記リング光が、回転駆動される前記ツイストリングポリゴンミラーに入射し、前記反射面で反射され、上面視３６０度に広がるファンビームとして上下方向に走査される、
ことを特徴とする送光器。

【請求項3】

前記断面形状は、正ｎ角形状であり、
前記ツイストリングポリゴンミラーは、３６０度／ｎ×Ａ（Ａはｎの約数および倍数）ひねられつつ３６０度に回転押し出しされて形成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の送光器。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載の送光器と、
前記送光器の前記回転軸上に配置されるプリズムと、
前記プリズムで反射される追尾光を受光して前記プリズムを自動追尾する追尾部と、前記追尾部を水平回転させる水平回転駆動部と、前記ファンビームを受光して前記送光器の中心の水平方向を検知する受光部と、前記ファンビームを前記受光部で受光し、前記送光器の中心の水平方向を検知して、前記追尾部の前記追尾光が前記送光器へ向かうように前記水平回転駆動部を回転駆動させる制御部と、を有する測量機と、
を備えることを特徴とする測量システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、測量機による追尾継続を容易にするツイストリングポリゴンミラー、送光器、および測量システムに関する。

【背景技術】

【0002】

自動追尾機能を備えている測量機がある（例えば特許文献１）。追尾が外れた場合、特許文献１では、ガイド光として水平方向に幅広で上下方向に狭いファンビームを鉛直方向に走査するガイド光送光器がターゲットに備えられており、測量機に備えられた方向検知部でファンビームを受光することにより、送光器の中心の水平方向を検知していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許４１７７７６５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１のファンビームは、水平方向には約５度程度しか走査されないため、測量機側がファンビームを検出するにも、それなりの時間がかかっていた。

【0005】

本件は、このような問題に鑑みてなされたものであり、追尾継続を容易にするツイストリングポリゴンミラー、送光器、および測量システムに関する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記問題を解決するため、本開示のある態様においては、ｎ角形状を断面形状として、所定角度ひねられつつ３６０度に回転押し出しされてリング状に形成されて、表面が反射面として構成され、中心軸を中心として回転駆動されて、前記中心軸を中心とするリング状の光に入射されると、前記反射面で反射して、前記中心軸方向から見て円形状に広がる光として前記中心軸方向に走査せるように、ツイストリングポリゴンミラーを構成した。

【0007】

この態様によれば、円形状に光を３６０度に出射して走査させることができる。この光をガイド光とし、測量機が受光すれば、測量機はガイド光の到来方向を検知できる。

【0008】

また、ある態様においては、光源と、前記光源から出射した光を入射し、リング光に変換して出射するアキシコンレンズと、ｎ角形状を断面形状として、所定角度ひねられつつ３６０度に回転押し出しされてリング状に形成され、表面が反射面として構成されるツイストリングポリゴンミラーと、前記ツイストリングポリゴンミラーを回転駆動する回転駆動部とを備え、前記ツイストリングポリゴンミラーの回転軸は、前記アキシコンレンズの光軸上に配置され、前記アキシコンレンズから出射した前記リング光が、回転駆動される前記ツイストリングポリゴンミラーに入射し、前記反射面で反射され、上面視３６０度に広がるファンビームとして上下方向に走査されるように送光器を構成した。

【0009】

また、ある態様においては、前記断面形状は、正ｎ角形状であり、前記ツイストリングポリゴンミラーは、３６０度／ｎ×Ａ（Ａはｎの約数および倍数）ひねられつつ３６０度に回転押し出しされて形成されるように送光器を構成した。

【0010】

また、ある態様においては、前記送光器と、前記送光器の前記回転軸上に配置されるプリズムと、前記プリズムで反射される追尾光を受光して前記プリズムを自動追尾する追尾部と、前記追尾部を水平回転させる水平回転駆動部と、前記ファンビームを受光して前記送光器の中心の水平方向を検知する受光部と、前記ファンビームを前記受光部で受光し、前記送光器の中心の水平方向を検知して、前記追尾部の前記追尾光が前記送光器へ向かうように前記水平回転駆動部を回転駆動させる制御部と、を有する測量機とを備えるように測量システムを構成した。

【発明の効果】

【0011】

以上の説明から明らかなように、追尾継続を容易にするツイストリングポリゴンミラー、送光器、および測量システムに関する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の好適な実施形態に係る送光器を有するターゲットユニット、および測量機を含む測量システムの概略構成を示す図である。

【図2】測量機の正面図である。

【図3】測量機の内部構造を模式的に示す概略図である。

【図4】測量機のブロック図である。

【図5】コントローラのブロック図である。

【図6】測量作業と表示画面の説明図である。

【図7】送光器のブロック図である。

【図8】送光器の光学図である。

【図9】ツイストリングポリゴンミラーを示す。図９（Ａ）はツイストリングポリゴンミラーの底面図である。図９（Ｂ）はツイストリングポリゴンミラーの斜視図である。図９（Ｃ）は、図９（Ａ）の一点鎖線を切断線として切断した断面の斜視図であり、ツイストリングポリゴンミラーの構造を示すための説明図である。

【図10】プリズムロックのフローである。

【図11】プリズムロックの前工程のイメージ図である。

【図12】プリズムロックの本工程のイメージ図である。

【図13】測量作業の工程フローである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。また、以下の実施形態および変形例の説明において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

【0014】

（測量システム）
図１は、本発明の好適な実施形態にかかる送光器９０を含むターゲットユニット７０、および測量機１０を備える測量システム１の概要構成を示す図である。

【0015】

測量システム１は、測量機１０、送光器９０を含むターゲットユニット７０、およびコントローラ８０を含んで構成される。

【0016】

測量機１０は、測距・測角機能および追尾機能を備えたトータルステーションである。さらに、測量機１０は測量機１０の前方の画像を取得する撮像機能、および受光部６０も備える。

【0017】

ターゲットユニット７０は、ポール７１の上端に測量機１０のターゲットである全周反射のプリズム７２を有し、ポール７１の下端を測定点Ｐｎに概ね鉛直に設置して使用される。

【0018】

送光器９０は、測量機１０によるプリズム７２のロック（追尾）が外れた場合に、追尾ガイド光Ｌｃとして、鉛直方向に狭く、水平方向に広がりを有したファンビームＢを上下方向に走査する。ファンビームＢは一対に構成され、上面視円形状で、水平方向に３６０度に広がる一対のファンビームＢが、上下方向に走査される。一対のファンビームＢは周方向に１８０度点対称となり、水平方向には重ならず、それぞれ水平方向に１８０度に広がっている。

【0019】

受光部６０はファンビームＢを受光し、ファンビームＢを送光する送光器９０の中心の水平方向を検知する。測量機１０が検知された水平方向に視軸を向け、プリズム７２をロック（視準）する。

【0020】

コントローラ８０は、測量機１０の遠隔操作を行うコントローラである。ターゲットユニット７０の送光器９０もコントローラ８０で操作される。作業者はコントローラ８０を腕に装着する、またはターゲットユニット７０に取付けるなどして、ターゲットユニット７０とともに、測量作業中は自身とともに持ち運ぶ。

【0021】

コントローラ８０にはタッチパネル式の表示部８２が設けられており、自身の位置情報や計測点などがリアルタイムに表示される。作業者は、表示部８２で情報を確認しながら、適宜命令を入力して、測量機１０を操作できる。測量機１０で撮像された画像も表示部８２に表示させることができる。

【0022】

コントローラ８０にはＧＰＳ装置８５が搭載されており、ＧＰＳ装置８５によりコントローラ８０およびプリズム７２を持つ作業者と、測量機１０との位置関係が概略把握される。測量機１０にプリズム７２を視準させたい場合、ＧＰＳ装置８５により測量機１０はプリズム７２のおおまかな方向を把握しているため、迅速にプリズム７２をロックすることができる。

【0023】

（測量機）
測量機１０について、図２～図４を用いて説明する。図２は、測量機１０の正面図である。図３は測量機１０の内部構造を模式的に示す概略図である。

【0024】

図２および図３に示すように、測量機１０は、基盤部１３と、この基盤部１３に対して水平方向に回転される回転台座１４とからなる測量機本体１５と、カバー部材１６とを含んで構成されている。

【0025】

基盤部１３は、三脚台２に固定される固定座１３ａと、整準ネジ（図示せず）を有する整準台１３ｂと、回転台座１４を鉛直軸Ｖ回りに水平方向に回転駆動する水平回転駆動部Ｍ１などの駆動機構を内蔵するケース１３ｃとから概略構成されている。

【0026】

回転台座１４には、一対の支持部材で構成される托架部１７が立設している。支持部材の間に測距光学系と追尾光学系の鏡筒部１８が配置されている。鏡筒部１８は、托架部１７に設けられた水平軸１８Ａにより、垂直方向に回転可能に支持されている。

【0027】

水平軸１８Ａの一方の端部には、鏡筒部１８を垂直方向に回転駆動する鉛直回転駆動部Ｍ２が固定され、他方の端部には、鏡筒部１８の回転角度を検出するための鉛直角検出器２２が設けられている。

【0028】

托架部１７の上端部には、一対の支持部材にまたがって水平に配置される水平板１９が固定されている。水平板１９の上面には、測量機制御部２９、受光部６０、および撮像部４０が取付けられている。

【0029】

受光部６０は、追尾ガイド光Ｌｃを受光して送光器９０の中心の水平方向を検出する。受光部６０は、図示しないシリンドリカルレンズと１つの長方形の受光センサと水平受光範囲を制限するスリットを鉛直方向に設けて、測量機１０と送光器９０との間に高低差があっても、追尾ガイド光Ｌｃの方向を検出できるようにしている。水平回転駆動部Ｍ１により回転台座１４が水平回転したとき、追尾ガイド光Ｌｃを受光することにより追尾ガイド光Ｌｃの中心の水平方向を検知する。

【0030】

カバー部材１６は、上面に突出する突出部１６ａを有し、突出部の前面は、カバー部の前面と面一となっている。撮像部４０は、水平板１９の中央で、突出部１６ａの内側となるように配置されている。

【0031】

測量機制御部２９は、制御回路基板をベースとして、水平板１９の中央で、撮像部４０の背面に配置されている。

【0032】

カバー部材１６の前面には、突出部１６ａの前面の設けられた撮像用窓１６ｄ、前面の中央に上下方向に伸びる鏡筒用窓１６ｂ、前面の右側に設けられた受光部用窓１６ｅの、合計４つの窓が設けられている。

【0033】

鏡筒用窓１６ｂは鏡筒部１８の光軸上に形成され、測距部２３および追尾部２４の光学系の赤外レーザ光を透過する。撮像用窓１６ｄは、撮像部４０の前方に形成されており、撮像部４０は、撮像用窓１６ｄ越しに、測量機１０前方の画像を取得する。受光部用窓１６ｅは、受光部６０の前方に形成されており、受光部６０は、受光部用窓１６ｅに入射した光を受光する。

【0034】

回転台座１４のカバー部材１６との接点には、雨水などが侵入するのを防止するシール部材（図示を略す）が設けられている。

【0035】

カバー部材１６と撮像部４０、鏡筒部１８、受光部６０との間には隙間が設けられている。これにより、カバー部材１６の取付け、取外しの際に、カバー部材１６が撮像部４０、鏡筒部１８に接触するのを防止できる。カバー部材１６は撮像部４０、受光部６０、および鏡筒部１８から離間してこれを被覆しており、カバー部材１６を外してもそれぞれの光軸を調整する必要がない。

【0036】

（ブロック図）
図４は、測量機１０の制御ブロック図である。測量機１０は、水平角検出器２１、鉛直角検出器２２、水平回転駆動部Ｍ１、鉛直回転駆動部Ｍ２、測距部２３、追尾部２４、測量機通信部２５、記憶部２６、撮像部４０、受光部６０およびこれら全てが接続される測量機制御部２９を有する。

【0037】

水平角検出器２１と鉛直角検出器２２は、回転円盤、スリット、発光ダイオード、イメージセンサを有するアブソリュートエンコーダまたはインクリメンタルエンコーダである。水平角検出器２１は回転台座１４の回転軸に設けられ、回転台座１４の水平角を検出する。鉛直角検出器２２は、鏡筒部１８の水平軸１８Ａに設けられ、鏡筒部１８の鉛直角を検出する。

【0038】

水平回転駆動部Ｍ１と鉛直回転駆動部Ｍ２はモータである。測量機制御部２９に制御され、水平回転駆動部Ｍ１は回転台座１４の回転軸を動かし、鉛直回転駆動部Ｍ２は、鏡筒部１８の水平軸１８Ａを動かす。両駆動部の協働により、鏡筒部１８の向きが変更される。水平角検出器２１と鉛直角検出器２２とで、測角部を構成する。水平回転駆動部Ｍ１および鉛直回転駆動部Ｍ２とで、駆動部を構成する。

【0039】

測距部２３は、送光部と受光部を備え、ターゲットである全周反射のプリズム７２を視準して、例えば赤外レーザ光などの測距光をプリズム７２に射出してその反射光を受光部で受光し、測距光と内部参照光の位相から測距する。

【0040】

追尾部２４は、測距光とは異なる波長の赤外レーザ光などを追尾光として出射する追尾送光系と、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを有する追尾受光系を有する。追尾部２４は、追尾光を含む風景画像と追尾光を除いた風景画像を取得し、両画像を測量機制御部２９に送る。測量機制御部２９は、両画像の差分からターゲット像の中心を求め、ターゲット位置として検出し、ターゲット像の中心と鏡筒部１８の視軸中心からの隔たりが一定値以内に収まるように、常に鏡筒部１８がターゲットの方向を向くように、自動追尾する。

【0041】

測量機通信部２５は、外部ネットワークとの通信を可能にするものであり、例えば、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を用いてインターネットに接続し、ターゲットユニット７０およびコントローラ８０と情報の送受信を行う。無線通信はこれに制限されず、既知の無線通信を使用することができる。測量機１０が測定（測距・測角）した測定結果は、測量機通信部２５を介してコントローラ８０へ送られる。測量機１０の入力部はコントローラ８０の入力部であるため、コントローラ８０から入力された命令も測量機通信部２５を介して測量機制御部２９に入力される。撮像部４０で取得された画像も測量機通信部２５を介してコントローラ８０へ送られる。

【0042】

受光部６０は、前述の通り、シリンドリカルレンズと、長方形の受光センサと、水平受光範囲を制限するスリットとを備え、測量機１０の正面に配置され、追尾ガイド光Ｌｃを受光して送光器９０の中心の水平方向を検出する。

【0043】

測量機制御部２９は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭなどを集積回路に実装したマイクロコントローラであり、測量機１０の機器がすべて接続され、これらを制御する。例えば、水平回転駆動部Ｍ１，鉛直回転駆動部Ｍ２の制御、測距部２３および追尾部２４の発光制御、プリズム７２の自動追尾、自動視準、測距および測角、受光部６０の受光および取得したデータの処理、撮像部４０の撮像、測量機通信部２５を介した測定データや命令の送受信などである。

【0044】

記憶部２６は、例えばハードディスクドライブなどの記憶媒体であり、上記演算制御のためのプログラムが格納されている。取得した測定データも記憶される。

【0045】

撮像部４０は、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの撮像素子を有し、動画像がリアルタイムで取得可能である。本実施形態の撮像部４０は、画角の広い、いわゆるワイドカメラである。撮像部４０で撮像された風景は、測量機通信部２５を介してコントローラ８０へ送られ、表示部８２に表示される。測量システム１では、作業者一人（ワンマン）で測量作業を行うことを想定しており、測量機１０から離れた場所にいる作業者は、測量機１０前方の様子を、撮像部４０で撮像された画像で、リアルタイムに確認することができる。

【0046】

（コントローラ）
図５は、コントローラ８０のブロック図である。コントローラ８０は、測量機１０を遠隔操作する操作端末である。さらに、コントローラ８０は、送光器９０へ追尾ガイド光Ｌｃの送光の命令も可能に構成されている。

【0047】

図５に示すように、コントローラ８０は、入力部８１、表示部８２、記憶部８３、コントローラ通信部８４、ＧＰＳ装置８５、方位センサ８６、コントローラ制御部８９を備える。

【0048】

入力部８１、表示部８２は、コントローラ８０のインターフェースである。作業者は、入力部８１から、測量機１０の操作や情報を入力できる。本実施形態においては、表示部８２は、タッチパネル式の液晶画面であり、入力部８１と一体となっている。

【0049】

記憶部８３は、例えばハードディスクドライブなどの記憶媒体であり、コントローラ制御部８９の演算制御のためのプログラムが格納されている。取得した測定データも記憶される。

【0050】

コントローラ通信部８４は、測量機通信部２５と同等の構成を備え、測量機１０と情報の送受信が可能となっている。コントローラ通信部８４から、送光器９０へも命令が送信される。

【0051】

ＧＰＳ装置８５は、ＧＰＳ衛星から発信されるＧＰＳ信号を受信する装置であり、受信したＧＰＳ信号から、現在位置が把握される。本実施形態においては、ＧＰＳ装置８５は、単独測位のみ可能な装置でも問題ない。

【0052】

方位センサ８６は、半導体を用いた電子コンパスである。南北の地磁気を検出して方角を算出する。ＭＲ素子を使用したものやＧＭＲ素子を使用したものなど、公知のものを使用し、種類は問わない。

【0053】

本実施形態においては、コントローラ８０は、スマートフォンやタブレットなどを想定しており、これらに最初から搭載されているＧＰＳ装置や電子コンパス、もしくは３軸ジャイロを用いてよい。

【0054】

コントローラ８０に搭載されるＧＰＳ装置８５により、コントローラ８０と測量機１０との位置関係が概略把握される（後述）。作業者はコントローラ８０とターゲットユニット７０を保持して移動しているため、測量機１０とプリズム７２との位置関係も概略把握される。ＧＰＳ装置８５により測量機１０の追尾が外れた際も、測量機１０はＧＰＳ装置８５により、プリズム７２のおおまかな方向を把握することができ、鏡筒部１８の視軸を水平方向にはＧＰＳ装置８５へ向け、ファンビームＢを受光して追尾ガイド光Ｌｃの水平方向の中心を検知し、ついで鏡筒部１８を鉛直方向に走査することで、迅速に再びプリズム７２をロックすることができる。

【0055】

図６に測量作業の説明図、およびコントローラ８０の表示画面を示す。記憶部８３には、例えば入力された測量データ（設計データ）が収納される。表示部８２は計測データに対応する測設地図を表示する機能を有する。コントローラ制御部８９は、ＧＰＳ装置８５の位置情報、方位センサ８６の方位信号と設計データとに基づいて、表示部８２の画面に表示すべき地図を構築する機能を有する。

【0056】

コントローラ制御部８９は、測量機１０の現在位置と、測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・Ｐｎの設計データとを有しているので、各測定点に対する水平方向回動角度を演算できる。コントローラ制御部８９は、コントローラ通信部８４を介して命令を測量機に１０送付し、水平回転駆動部Ｍ１を駆動させて鏡筒部１８を、測定点Ｐｎの水平方向に回動させる機能を有する。

【0057】

撮像部４０が撮像した画像も、表示部８２に表示される。表示部８２に表示される撮像部４０の映像と測設地図とは、自動または手動で切り替え可能に構成される。例えば、作業者の現在位置と測定点Ｐｎとが、一定距離、例えば５ｍ以下になると、表示画像は、測設地図の表示から、撮像部４０の撮像する画像に自動で切替えられる。

【0058】

また、撮像部４０が撮像する画像の視点を、現在の視点よりも左右のいずれかの方向に移動するように入力部８１で命令することもできる。例えば、作業者が現在の画像より右側に視点を移して見たい場合、表示部８２を右にフリックすることで、測量機１０の水平回転駆動部Ｍ１を右に回動させて、回転台座１４を右側に向けることで、撮像部４０を現在よりも右方向に向けさせ、撮像部４０が現在よりも右側を撮像するように構成される。

【0059】

コントローラ制御部８９は、方位センサ８６の取得する方位データに基づいて、方位をコンパスとして表示部８２に表示させる。さらに、測量機１０の測距・測角により求められた作業者の現在位置（測定点Ｐｎ）から、次の測定点Ｐｎ＋１までの距離と角度を演算することで、作業者の現在地点から次の測定点までの距離と方向を表示させる機能、および進行方向表示を表示部８２に表示させる機能を有する。コントローラ制御部８９は、追尾が外れた旨を測量機１０から受けると、自動で送光器９０に追尾ガイド光Ｌｃを送光するように命令を送る。測量機１０が直接に送光器９０へ命令を送る構成としてもよい。

【0060】

作業者は、測設データに基づいて、表示される表示に従い、測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・と、順に測定を行う。

【0061】

（ターゲットユニット）
次にターゲットユニット７０について図面と共に説明する。図１に示すように、ターゲットユニット７０は、ポール上端にプリズム７２が取付けられている。ターゲットユニット７０は、ポール７１の上端にプリズム７２が取付けられている。プリズム７２の光学中心は、ポール７１の中心軸Ｘを通過し、プリズム７２の光学中心とポール７１下端までの距離（取付高）は既知となっている。

【0062】

さらに、プリズム７２の上部には、円柱状の筐体を有する送光器９０が、筐体の中心軸をポール７１の中心軸Ｘに一致させて、取付けられている。筐体の上部周側面および上面は、光を透過する透明部材で構成されており、送光器９０が追尾ガイド光Ｌｃを送光すると、透明部材を通過して、外部に照射される。

【0063】

送光器９０から送光される追尾ガイド光Ｌｃは、測距光や追尾光とも異なる波長の赤外光となっている。測量機１０の受光部６０で受光して、送光器９０の中心が水平方向に検知され、測量機１０は、鏡筒部１８の光軸方向（追尾部２４の光軸および測距部２３の光軸方向）を送光器９０の中心に水平方向に向けるように、水平回転駆動部Ｍ１が駆動される。受光方法や水平方向の検知方法などは従来の方法で構わず、説明は省略する。

【0064】

図７は、送光器９０の制御系のブロック図である。図８は、送光器９０の光学図である。図８は走査されるファンビームＢの一部のみを表示する。実際には図８下部に示すように、上面視円形状（一対で水平方向に３６０度広がるファンビーム）となる。

【0065】

図７に示すように、送光器９０は、送光器通信部９１、送光器回転駆動部９２、光源９３、およびこれらが接続される送光器制御部９９を備える。

【0066】

送光器通信部９１は、コントローラ通信部８４および測量機通信部２５と同等の構成を備え、コントローラ通信部８４および測量機１０と情報の送受信が可能となっている。コントローラ通信部８４からの命令を受信すると送光器制御部９９へ出力する。測量機１０から送光器回転駆動部９２は、ツイストリングポリゴンミラー９７（図８参照）に連結され、ツイストリングポリゴンミラー９７を回転駆動させる。

【0067】

光源９３は、送光器９０の光源であり、送光器制御部９９に点灯制御される。

【0068】

送光器制御部９９は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭなどを集積回路に実装したマイクロコントローラであり、送光器回転駆動部９２の回転制御、光源９３の点灯制御、測量機通信部２５を介した測定データや命令の送受信などを実行する。

【0069】

図８に示すように、送光器９０は、光学系として、光源９３、集光レンズ９４、アキシコンレンズ９５、およびツイストリングポリゴンミラー９７を有する。アキシコンレンズ９５の光軸Ｌ３と、ツイストリングポリゴンミラー９７の鉛直軸（リング中心軸）、およびツイストリングポリゴンミラー９７の回転軸は、全て同軸であり、かつ、ポール７１の中心軸Ｘと一致するように配置されている。

【0070】

光源９３は、レーザーダイオードであり、半導体に電流を流してレーザ発振させる。集光レンズ９４はコリメートレンズである。アキシコンレンズ９５は、コリメート光をリング光に変換して出射する特性を有する。生成されるリング状のビームの直径は、照射距離が長くなる程、大きくなる。

【0071】

ツイストリングポリゴンミラー９７は、中央に孔が形成されたリング形状であり、所定角度だけひねられており、表面が反射面で構成され、送光器回転駆動部９２により回転駆動される。

【0072】

光源９３から出射したレーザ光は集光レンズ９４でコリメートされ、アキシコンレンズ９５で光軸横断面リング状の光として出射され、ツイストリングポリゴンミラー９７に入射する。ツイストリングポリゴンミラー９７の表面でリング光は反射して、一対で上面視円形状となる水平方向に３６０度広がるファンビームＢとして上下方向に走査される。

【0073】

（ツイストリングポリゴンミラー）
ツイストリングポリゴンミラー９７について、図と共に詳しく説明する。

【0074】

図９は、ツイストリングポリゴンミラー９７を示す。図９（Ａ）がツイストリングポリゴンミラーの底面図である。図９（Ｂ）がツイストリングポリゴンミラーの斜視図である。図９（Ｃ）は、図９（Ａ）の一点鎖線を切断線として切断した断面の斜視図であり、ツイストリングポリゴンミラーの構造を示すための説明図である。図９（Ｃ）には、断面である六角形状の中心を結んだ線ＣＬおよび、断面である六角形のある一つの角部を結んだ線ＥＬ（即ち、ツイストリングポリゴンミラー９７の一辺）も共に示す。また、図９（Ａ）の二点鎖線は、アキシコンレンズ９５から出射して、ツイストリングポリゴンミラー９７に入射するリング光を示す。

【0075】

図９に示すように、ツイストリングポリゴンミラー９７は、ツイストリングポリゴンミラー９７の中心軸Ｘ３を中心とした円周方向のどの位置で切断しても、その切断面は同一の正六角形となる。ツイストリングポリゴンミラー９７は、断面となる正六角形を、リング状となるように中心軸Ｘ３を中心として３６０度に回転しつつ、１／３周（六角形の中心を中心として１２０度）ひねりながら、押し出した形状となっている。

【0076】

ツイストリングポリゴンミラー９７に下方から入射したリング光は、ツイストリングポリゴンミラー９７の反射面で、略水平方向に反射され、上面視円形となる複数の水平方向に長く鉛直方向に短いファンビームＢとして上下方向に走査される。

【0077】

本実施形態においては、ツイストリングポリゴンミラー９７は、３６０度回転しつつ１２０度（１／３回転）だけひねられる形態となっている。これにより上面視円形の反射光は２等分割されて、それぞれが１８０度に水平方向にひろがり、鉛直方向に短く伸びる一対のファンビームＢとして上下方向に走査される。

【0078】

ツイストリングポリゴンミラー９７の形態は、これに限られない。ツイストリングポリゴンミラー９７は、ｎ角形の断面形状で、わずかでもひねられて３６０度回転押し出しにより形成されていればよく、回転押し出しの回転軸を中心に回転駆動されて、この回転軸を中心としたリング状の光が入射すると、回転軸からみて円形状に広がる光を回転軸方向に走査せる。本実施形態においては、回転軸は鉛直軸であり、上面視すると水平方向に円形状に広がるファンビームが鉛直方向に走査される。

【0079】

好ましくは、断面形状は、正ｎ角形がよい。さらに、好ましくは、ひねり角度ｔｗは、
ひねり角度ｔｗ＝３６０度／ｎ×Ａ（Ａはｎの約数および倍数）
とすると、上面視リング状のファンビームが等分割されるため、好ましい。例えば、断面形状が正六角形ならば、ひねり角度ｔｗは、６０度（Ａ＝１，１／６回転）、１２０度（Ａ＝２，１／３回転）、１８０度（Ａ＝３，１／２回転）、３６０度（Ａ＝６，１／１回転）、７２０度（Ａ＝１２，２回転）・・・だけ、中心線ＣＬを中心としてひねられつつ、中心軸Ｘ３で３６０度に回転しながら押し出しされた形状が好ましい。

【0080】

断面形状の正ｎ角形が、周方向に３６０度回転しながらひねり角度ｔｗでひねられて形成されたツイストリングポリゴンミラーは、入射したリング光を、上面視円形状の光で、水平方向にＡ個に等分割された、水平方向に３６０／Ａ度広がるファンビームとして上下方向に送光する。

【0081】

走査される一対のファンビームＢは追尾ガイド光Ｌｃであり、測量機１０にターゲットユニット７０の位置を知らせるものである。測量機１０の受光部６０が追尾ガイド光Ｌｃを受光して、測量機制御部２９は送光器９０の中心の水平方向に、鏡筒部１８の光軸（測距部２３の光軸、および追尾部２４の光軸）が向くように水平回転駆動部Ｍ１を制御する。

【0082】

本実施形態のファンビームは、光の強さが略均一となっている。従来のポリゴンミラーを使用してガイド光を走査させる場合、出射光をシリンドリカルレンズなどで水平方向に広げているため、水平方向の端部側は中央に比べて光が弱い（光度が低い）という問題があった。本実施形態においては、アキシコンレンズ９５を用いてコリメート光をリング光としているため、リング光の、光の強さはのどの位置においても均一であり、反射光である追尾ガイド光Ｌｃでも光の強さは略均一である。このため、ファンビームの一部の光が弱く見つけにくいという問題の発生が抑制される。

【0083】

（プリズムロック機能）
測量機１０は、追尾部２４によるプリズム７２の追尾を開始する場合、もしくは追尾が外れた場合、自動でプリズムを見つけ出してロックし、追尾する機能（プリズムロック機能）を有する。従来のプリズムロック機能においては、鏡筒から視準光を出射し、鏡筒が水平方向に回転しながら上下に回動を繰り返すことで、全方向を視準光で走査し、反射光を受光することでプリズムを見つけ出して視準していた。しかし、まったくプリズムの場所がわからずに走査するため、全方向を走査することもあることから、プリズムを見つけるのに時間がかかった。本実施形態においては、測量機１０にまずは粗方向を向け、ついで精方向で走査を行うことで、プリズム７２を迅速にロックすることができる。

【0084】

測量システム１におけるプリズムロックのフローを図１０～図１２を用いて説明する。図１０はプリズムロックのフローチャートである。図１１は、ステップＳ１０１～ステップＳ１０２のイメージ図である。図１２は、ステップＳ１０３～Ｓ１０７のイメージ図である。

【0085】

最初に、ステップＳ１０１で、前工程として、まず測量機１０を任意の点Ｐ０（好ましくは既知点）に設置し、ついでコントローラ８０と測量機１０の位置合わせを行う。測量機１０に位置合わせ用のコントローラ８０の設置位置を設けてもよい。ＧＰＳ装置８５により、コントローラ８０の緯度経度が取得され、測量機１０の設置位置の緯度経度も取得される。

【0086】

次に、ステップＳ１０２に移行して、測量機１０とコントローラ８０との相対方向を取得可能にする。作業者はコントローラ８０とターゲットユニット７０を持ち、ある程度離れた任意の場所ＮＰ１に移動し、その場でＧＰＳ装置８５にて緯度経度を取得するとともに、測量機１０にプリズム７２の測距・測角をさせる。さらに異なる任意の場所ＮＰ２に移動して、再びＧＰＳ装置８５にて緯度経度を取得するとともに、測量機１０にプリズム７２の測距・測角をさせる。このとき、ターゲットユニット７０の上面にコントローラ８０を取付けて、測距・測角を行ってもよい。二つの場所ＮＰ１，ＮＰ２の方位角から、測量機１０からみたコントローラ８０の方向（相対方向）が把握される。この方法に限られず、作業者の持ったターゲットユニット７０のプリズム７２を追尾させ、作業者が移動しながら、随時測距・測距を実施することで、測量機１０がコントローラ８０の相対方向を検知できるよう校正を行うように構成してもよい。また、測量機１０を既知点に設置し、基準点と基準方向を設定する、後方交会法を用いて、絶対三次元座標を取得してもよい。

【0087】

前工程のステップＳ１０１～ステップＳ１０２は、測量機１０に、ターゲットユニット７０とコントローラ８０を持つ作業者の粗方向を把握させるためである。このため、ＧＰＳ装置８５の位置情報の取得は単体測位で構わず、高精度な三次元情報の取得による厳密な相対方向の検出でなくても構わない。

【0088】

作業者は、作業中はターゲットユニット７０およびコントローラ８０を持って移動する。ＧＰＳ装置８５のＧＰＳ信号の取得は、移動中も随時行われているため、作業者が移動しても、また移動中であっても、ＧＰＳ信号が取得可能である限り、測量機１０に対するコントローラ８０の方位角は、おおむね把握される。

【0089】

次に、本工程として、ステップＳ１０３～Ｓ１０８で、追尾部２４による追尾開始、または追尾が外れた場合の追尾再開のためのプリズムロックについて説明する。

【0090】

ステップＳ１０３で、まず、ＧＰＳ装置８５の位置情報を基に、測量機１０の鏡筒部１８をＧＰＳ装置８５の方向、即ち、ターゲットユニット７０およびコントローラ８０を持つ作業者の方向へ鏡筒部１８を向かせる。現在の水平方向角と算出されたＧＰＳ装置８５の方位角との差分を角度として算出し、水平回転駆動部Ｍ１を駆動させて、回転台座１４を水平方向に回動させる。

【0091】

次に、ステップＳ１０４に移行して、送光器９０に追尾ガイド光Ｌｃを送光させる。送光器９０を中心として、上面視して円形となる一対のファンビームＢが、追尾ガイド光Ｌｃとして上下方向に走査される。

【0092】

次に、ステップＳ１０５に移行して、受光部６０が追尾ガイド光Ｌｃを受光し、送光器９０の中心の水平方向が検出される。

【0093】

次に、ステップＳ１０６に移行して、測量機制御部２９は、検出された送光器９０の中心の水平方向に、鏡筒部１８の光軸を合わせるために、水平回転駆動部Ｍ１を駆動させる。

【0094】

次に、ステップＳ１０７に移行して、鉛直回転駆動部Ｍ２により鏡筒部１８を上下方向に駆動させて、追尾部２４の追尾光を上下に走査させ、プリズム７２を見つけ出す。

【0095】

次に、ステップＳ１０８に移行して、プリズム７２をロックし、フローは終了する。

【0096】

追尾開始時には、ステップＳ１０１～ステップＳ１０８が実施される。追尾が外れた際には、表示部８２にその旨が表示され、自動で上記のステップＳ１０３～ステップＳ１０８が行われる。

【0097】

ステップＳ１０３により測量機１０に水平方向に粗精度で向かせ、ついでステップＳ１０４で水平方向に大きく広がる一対のファンビームＢ（追尾ガイド光Ｌｃ）を受光部６０で受光して、送光器９０の中心の水平方向を検出して、鏡筒部１８を水平方向に精精度で向かせている。本実施形態においては、ＧＰＳ装置８５により、粗精度でも方向が把握されているうえ、追尾ガイド光Ｌｃは上面視して円形となる一対のファンビームＢが上下方向に走査されるため、受光部６０は追尾ガイド光Ｌｃを非常に受光しやすい形態となっている。

【0098】

従来は、全く手掛かりのない状態でも、全方向を追尾光で走査することで、プリズムをロックすることができるが、時間がかかるという問題があった。さらにファンビームを送光する送光器であっても、ファンビームの水平方向の広がりは５度程度しかなかった。上記方法により、粗方向、精方向と順に鏡筒部１８をプリズム７２の方向に向けることができ、プリズム７２をロックするまでの時間を短縮させることができる。

【0099】

従来の測量機では、追尾部の送光部が追尾光を照射して、反射光を受光部で受光して、走査を行っていた。この場合、受光部が受光するのは反射光であるため、受光量は少ない。測量機１０は、送光器９０から送光される追尾ガイド光Ｌｃを、受光部６０で受光するため、受光量も多く検出しやすい。このため、より迅速にプリズム７２をロックすることができる。

【0100】

追尾開始しやすく、追尾が外れても素早くサーチしてプリズムロックし、追尾を再開する。送光器９０および測量システム１は測量機１０による追尾継続を容易にしている。

【0101】

（作業フロー）
測量システム１の作業工程フローの一例を説明する。図１３は、測量システム１を用いた測量作業の工程フローである。図６も参照のこと。

【0102】

まず、ステップＳ２０１で、前処理として、ＣＡＤデータや測定点データなどを含む測量現場の情報をコントローラ８０に入力する。入力された情報は、コントローラ８０の記憶部８３に収納される。

【0103】

次に、ステップＳ２０２に移行して、測量機１０を既知点に設置し、後方交会法などにより三次元座標を取得する。

【0104】

次に、ステップＳ２０３で、コントローラ８０と測量機１０の位置合わせを行う。ステップＳ２０３は、前述のステップＳ１０１に相当する。

【0105】

次に、ステップＳ２０４に移行して、コントローラ８０に対する測量機１０が、コントローラ８０の相対方向を取得可能にする。ステップＳ２０３は、前述のステップＳ１０２に相当する。

【0106】

次に、ステップＳ２０５に移行して、測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・Ｐｎの位置情報が演算され、表示部８２には、入力データに対応する測設地図が表示されるとともに、測定するべき測定点Ｐｎの位置情報が表示部８２に表示される。

【0107】

次に、ステップＳ２０６に移行して、測量機１０は水平回転駆動部Ｍ１を駆動させて測定点Ｐｎに鏡筒部１８を向ける。作業者は、表示部８２の測設地図を確認しながら、測定点Ｐｎの方向へ向かって移動する。測量機１０は、その間、鏡筒部１８を上下方向に駆動させて追尾光を走査させる。

【0108】

次に、ステップＳ２０７に移行して、作業者が測定点Ｐｎと測量機１０とを結ぶ直線上に到達すると、追尾部２４がプリズム７２をロックし、追尾を開始する。

【0109】

次に、ステップＳ２０８に移行して、作業者は、追尾による測定点Ｐｎまでの具体的な距離を表示部８２で確認しながら、測定点Ｐｎまで移動する。

【0110】

次に、ステップＳ２０９に移行して、ステップＳ１０７の移動中に追尾が外れてしまった場合、ステップＳ２１０として追尾再開フローに移行する。具体的には、追尾が外れると、測量機１０から送光器９０へその旨が送信される。プリズムロックの本工程であるステップＳ１０３～ステップＳ１０８が自動で実施され、プリズム７２がロックされて、追尾が再開される。追尾が再開すると、ステップＳ２０８に戻る。追尾されたまま作業者が測定点Ｐｎに到達すると、ステップＳ２１０に移行する。

【0111】

次に、ステップＳ２１１に移行して、作業者が測定点Ｐｎにまで到達すると、ターゲットユニット７０が測定点Ｐｎに略鉛直に立てられ、測量機１０は測定点Ｐｎに立てられたプリズム７２の測距・測角を行う。

【0112】

次に、ステップＳ２１２に移行して、次の測定点Ｐｎ＋１がある場合、ステップＳ２０５に移行し、次の測定点Ｐｎ＋１に対して、ステップＳ２０５～ステップＳ２１１を繰り返す。次の測定点がなくなると、測量は終了する。

【0113】

送光器９０のより、追尾開始のプリズムロックも容易で、追尾が外れてしまっても、自動で直ちに送光器９０により追尾ガイド光Ｌｃの走査が行われるため、追尾再開も容易で、追尾継続が容易な構成となっている。

【0114】

以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態は本発明の一例であり、これら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。

【符号の説明】

【0115】

１ ：測量システム
１０ ：測量機
２４ ：追尾部
２９ ：測量機制御部
６０ ：受光部
７２ ：プリズム
９０ ：送光器
９２ ：送光器回転駆動部（回転駆動部）
９３ ：光源
９５ ：アキシコンレンズ
９７ ：ツイストリングポリゴンミラー
Ｂ ：ファンビーム
Ｌ３ ：光軸
Ｍ１ ：水平回転駆動部
ｔｗ ：ひねり角度
Ｘ３ ：中心軸

【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】