特開 2024-51268 測量システムおよびレーザ受光器

(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】P2024051268

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】測量システムおよびレーザ受光器

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20240404BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103B

G01C15/00 103D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022157331

(22)【出願日】2022-09-30

(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】菊池 武志

(72)【発明者】

【氏名】高野 祐次

(57)【要約】

【課題】レーザ受光器で測量機の機械高を測定する。
【解決手段】測量システム（1）は、測定基準点（RP2）から高さ（H）で水平にレーザ光（LB）を出す回転レーザ装置（10）と、別の測定基準点（RP1）に設置された測量機（30）と、前記測量機の前面に固定されたレーザ受光器（20）を備え、前記レーザ受光器は、導光体の両端部に受光部を備え、Ｈ型に、第１の鉛直受光管（23）、第２の鉛直受光管（25）、水平受光管（24）を備え、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置（235）を特定し、中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記中央位置を境にプラス側かマイナス側かを検出し、前記差分距離のプラス／マイナスの組み合わせに応じて、前記レーザ光の高さ（H）と、前記受光器の受光器中心（RC）と前記測量機の機械中心（MC）の中心離距離（d1）と、前記差分距離と、から前記測量機の機械高（h）を測定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ある測定基準点からある高さで水平にレーザ光を出射する回転レーザ装置と、
別の測定基準点に設置され機械中心までの機械高を有する測量機と、
前記測量機の前面に固定され、前記レーザ光を受光するレーザ受光器と、を備え、
前記レーザ受光器は、受光センサとして，柱状の導光体，前記導光体の両端部に配置された受光部，前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層，を備え、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、前記受光部に接続された演算処理部を備え、
前記演算処理部は、
前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の前記中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、
前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラス／マイナスの組み合わせに応じて、前記レーザ光の高さと、前記受光器の受光器中心と前記測量機の機械中心の鉛直方向の中心離距離と、前記差分距離と、から前記測量機の前記機械高を測定する
ことを特徴とする測量システム。

【請求項2】

前記演算処理部は、
前記第１の鉛直受光管と前記第２の鉛直受光管の前記差分距離が同じ値でともにマイナス値の場合は、該差分距離と前記レーザ光の高さと前記中心離距離の和から、前記機械高を算出し、
前記第１の鉛直受光管と前記第２の鉛直受光管の前記差分距離が同じ値でともにプラス値の場合は、該差分距離の絶対値を前記レーザ光の高さと前記中心離距離の和から差し引いて、前記機械高を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の測量システム。

【請求項3】

前記演算処理部は、
前記第１の鉛直受光管の前記差分距離がプラス値、前記第２の鉛直受光管の前記差分距離がマイナス値、前記水平受光管の前記差分距離がプラスの値の場合と、前記第１の鉛直受光管の前記差分距離がマイナス値、前記第２の鉛直受光管の前記差分距離がプラス値、前記水平受光管の前記差分距離がマイナスの値の場合は、前記水平受光管の差分距離の絶対値の三角関数から求まる前記受光器中心の高さ変化量を前記レーザ光の高さと前記中心離距離の和から差し引いて、前記機械高を算出し、
前記第１の鉛直受光管の前記差分距離がプラス値、前記第２の鉛直受光管の前記差分距離がマイナス値、前記水平受光管の前記差分距離がマイナス値の場合と、前記第１の鉛直受光管の前記差分距離がマイナス値、前記第２の鉛直受光管の前記差分距離がプラス値、前記水平受光管の前記差分距離がプラス値の場合は、前記水平受光管の差分距離の絶対値の三角関数から求まる前記受光器中心の高さ変化量と前記レーザ光の高さと前記中心離距離の和から、前記機械高を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の測量システム。

【請求項4】

前記レーザ受光器の後面には、後方に延出する左右一対のハンドルが上下方向にスライドロック可能に設けられており、該ハンドルを前記測量機に設けられたフックに固定することで、前記中心離距離が固定となることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。

【請求項5】

前記レーザ受光器の後面には、前記測量機に設けられた表示操作部および望遠鏡との干渉を避けるための収容凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の測量システム。

【請求項6】

ある測定基準点からある高さで水平に出射されるレーザ光を受光し、別の測定基準点に設置された測量機の前面に固定されたレーザ受光器であって、
前記レーザ受光器は、受光センサとして，柱状の導光体，前記導光体の両端部に配置された受光部，前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層，を備え、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、前記受光部に接続された演算処理部を備え、
前記演算処理部は、
前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の前記中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、
前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラス／マイナスの組み合わせに応じて、前記レーザ光の高さと、前記受光器の受光器中心と前記測量機の機械中心の鉛直方向の中心離距離と、前記差分距離と、から前記測量機の機械高を測定することを特徴とするレーザ受光器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転レーザ装置からの水平なレーザ光を受光するレーザ受光器に関する。

【背景技術】

【0002】

建築・土木・内装工事などの測量作業では、水平出し（レベリング）のために、回転レーザ装置とレーザ受光器が利用されている。回転レーザ装置は、測定基準点に据え付けられ、レーザ光源を備えた回転ヘッドを備え、基準とする高さで水平にレーザ光を旋回させる。レーザ受光器は、受光センサを備えた検出体内でレーザ光の衝突位置を検出して、レーザ光に対するレーザ受光器の高さ方向（鉛直方向）の位置を検出する。例えば特許文献１では、受光センサとして複数のフォトダイオートを鉛直な軸線周りに設け、かつ受光センサを鉛直方向に移動可能に構成することで、測定基準点からの測定点の高低差を算出するレーザ受光器が開示されている。

【0003】

また一方で、測量作業では、トータルステーションや三次元スキャナなどの測量機による測量が行われる。測量機により測定対象物を測定する際には、測量機の設置面から機械中心までの機械高の測定を必要とする場合がある。測量機の機械高は、作業者がメジャー等により手作業で測定することが多いが、測定誤差が生じやすい。これに対し、例えば特許文献２では、測量機の望遠鏡を斜め下方向に向けて、測量機の設置面を測距光でノンプリズム測定することで、測量機の機械高を測定する測量機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１６９９２１号公報

【特許文献2】特開２０１７－１８１４２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

回転レーザ装置とレーザ受光器はレベリングの用途で測量現場でよく用いられているものであり，測量機は測定点の座標測定の用途で測量現場でよく用いられるものである。発明者らは、これらの測量現場でよく用いられている機械を利用して、測量機の機械高を測定することは出来ないかと考えた。

【0006】

本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、回転レーザ装置からの水平なレーザ光を受光してレベリングを行うレーザ受光器を利用して、測量機の機械高を測定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の測量システムは、ある測定基準点からある高さで水平にレーザ光を出射する回転レーザ装置と、別の測定基準点に設置され機械中心までの機械高を有する測量機と、前記測量機の前面に固定され、前記レーザ光を受光するレーザ受光器と、を備え、前記レーザ受光器は、受光センサとして，柱状の導光体，前記導光体の両端部に配置された受光部，前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層，を備え、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、前記受光部に接続された演算処理部を備え、前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の前記中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラス／マイナスの組み合わせに応じて、前記レーザ光の高さと、前記受光器の受光器中心と前記測量機の機械中心の鉛直方向の中心離距離と、前記差分距離と、から前記測量機の前記機械高を測定する。

【0008】

第２の態様の測量システムでは、第１の態様において、前記演算処理部は、前記第１の鉛直受光管と前記第２の鉛直受光管の前記差分距離が同じ値でともにマイナス値の場合は、該差分距離と前記レーザ光の高さと前記中心離距離の和から、前記機械高を算出し（数式１）、前記第１の鉛直受光管と前記第２の鉛直受光管の前記差分距離が同じ値でともにプラス値の場合は、該差分距離の絶対値を前記レーザ光の高さと前記中心離距離の和から差し引いて、前記機械高を算出する（数式２）のも好ましい。

【0009】

第３の態様の測量システムでは、第１の態様において、前記演算処理部は、前記第１の鉛直受光管の前記差分距離がプラス値、前記第２の鉛直受光管の前記差分距離がマイナス値、前記水平受光管の前記差分距離がプラスの値の場合と、前記第１の鉛直受光管の前記差分距離がマイナス値、前記第２の鉛直受光管の前記差分距離がプラス値、前記水平受光管の前記差分距離がマイナスの値の場合は、前記水平受光管の差分距離の絶対値の三角関数から求まる前記受光器中心の高さ変化量を前記レーザ光の高さと前記中心離距離の和から差し引いて、前記機械高を算出し（数式４）、前記第１の鉛直受光管の前記差分距離がプラス値、前記第２の鉛直受光管の前記差分距離がマイナス値、前記水平受光管の前記差分距離がマイナス値の場合と、前記第１の鉛直受光管の前記差分距離がマイナス値、前記第２の鉛直受光管の前記差分距離がプラス値、前記水平受光管の前記差分距離がプラス値の場合は、前記水平受光管の差分距離の絶対値の三角関数から求まる前記受光器中心の高さ変化量と前記レーザ光の高さと前記中心離距離の和から、前記機械高を算出する（数式５）のも好ましい。

【0010】

第４の態様の測量システムでは、第１～３のいずれかの態様において、前記レーザ受光器の後面には、後方に延出する左右一対のハンドルが上下方向にスライドロック可能に 設けられており、該ハンドルを前記測量機に設けられたフックに固定することで、前記中心離距離が固定となるのも好ましい。

【0011】

第５の態様の測量システムでは、第１～４のいずれかの態様において、前記レーザ受光器の後面には、前記測量機に設けられた表示操作部および望遠鏡との干渉を避けるための収容凹部が形成されているのも好ましい。

【0012】

また、第６の態様のレーザ受光器は、ある測定基準点からある高さで水平に出射されるレーザ光を受光し、別の測定基準点に設置された測量機の前面に固定されたレーザ受光器であって、前記レーザ受光器は、受光センサとして，柱状の導光体，前記導光体の両端部に配置された受光部，前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層，を備え、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、前記受光部に接続された演算処理部を備え、前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の前記中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラス／マイナスの組み合わせに応じて、前記レーザ光の高さと、前記受光器の受光器中心と前記測量機の機械中心の鉛直方向の中心離距離と、前記差分距離と、から前記測量機の機械高を測定するのも好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、回転レーザ装置からの水平なレーザ光を受光してレベリングを行うレーザ受光器を利用して、測量機の機械高を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態に係る測量システムの外観斜視図である。

【図2】同測量システムの測量機の正面図である。

【図3】同測量システムの測量機の側面図である。

【図4A】同測量システムのレーザ受光器の背面図である。

【図4B】同測量システムのレーザ受光器の側面図である。

【図4C】同測量システムのレーザ受光器の平面図である。

【図5】同測量システムの受光器の受光センサを説明する図である。

【図6】同測量システムの構成ブロック図である。

【図7】同測量システムの受光器に傾きが無い場合の、機械高の計算を説明する図である。

【図8】同測量システムの受光器による左右への傾きの変化の検出を説明する図である。

【図9】同測量システムの受光器に傾きが有る場合の、機械高の計算を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明において、同種の構成には同一の名称を付して、重複する説明は適宜省略する。

【0016】

図１は本発明の実施の形態に係る測量システム１の外観斜視図、図２は同測量システム１の測量機の正面図、図３は同測量システム１の測量機の側面図である。測量システム１は、回転レーザ装置１０と、レーザ受光器（以下、単に受光器と言う。）２０と、測量機３０を備える。

【0017】

回転レーザ装置１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）、またはＳＬＥＤ（Super Luminescent Diode）などのレーザ光源を備えた回転ヘッド１１を備えている。図１に示すように、回転レーザ装置１０は、測量現場の地面（平面）上の一測定基準点ＲＰ２に三脚および整準台を介して立設され、回転ヘッド１１を回転させて、測定基準点ＲＰ２から、ある高さＨとなる水平基準面１２を旋回するように、レベリングのレーザ光ＬＢを回転させる。回転ヘッド１１は、レーザ光ＬＢとして、所定周波数に強度変調されたパルス光を出射する。

【0018】

測量機３０は、モータドライブトータルステーションまたは三次元レーザスキャナ等である。図１に示すように、測量機３０は、測量現場の地面（平面）上の別の測定基準点ＲＰ１に、三脚を介して据え付けられ、図２および図３に示すように、測量機３０は、三脚の上の整準台３１、整準台３１に着脱可能に取り付けられる基盤部３２と、基盤部３２に軸Ｈ－Ｈ回りに３６０°水平回転可能に設けられた托架部３３と、托架部３３の中央凹部に、軸Ｖ－Ｖ回りに鉛直回転可能に設けられた望遠鏡３４とを備える。測量機３０は、托架部３３の後面に主表示操作部３５と、托架部３３の後面に副表示操作部３６を備える。主表示操作部３５と副表示操作部３６はいずれもタッチパネル式の液晶ディスプレイであり、いずれからでも測量機３０の操作、測定結果の表示が行える。測量機３０は、望遠鏡３４から測距光ＭＢ（図３参照）を出射して測定対象物からの反射光を受光し、受光信号の位相差または飛行時間差に応じて、測定対象物までの距離と角度を測定する。測量機３０の機械中心ＭＣは、望遠鏡３４内に設定されており、測距光ＭＢの測定起点であり、軸Ｈ－Ｈおよび軸Ｖ－Ｖ上に設定されている。

【0019】

受光器２０は、測量機３０の前面に固定されている。図２に示すように、受光器２０は、ケース２１と、第１の鉛直受光管２３と、水平受光管２４と、第２の鉛直受光管２５と、表示操作部２２を備える。第１の鉛直受光管２３，水平受光管２４，第２の鉛直受光管２５，表示操作部２２はケース２１の前面に配置されている。表示操作部２２はタッチパネル式の液晶ディスプレイであり、受光管２３，２４，２５の余白に配置され、受光器２０の操作、測定結果の表示が行える。

【0020】

図４Ａは受光器２０の背面図、図４Ｂは受光器２０の右側面図、図４Ｃは受光器２０の上面図である。受光器２０は、ケース２１の後面に、後方に延出する左右一対のハンドル２７を備えている。ハンドル２７の内側面には、角または半円状に切り欠かれた係合部２７１（図４Ｂ参照）が形成されている。ハンドル２７は、図３に示すように、測量機３０の托架部３３の左右側面に設けられたフック３７に、係合部２７１の切り欠きで求心された状態で固定される。また、ハンドル２７は、図４Ａに示すように、ケース２１の後面に上下方向に形成された公知のスライドロック機構２９により、図４Ｂに示す第１ポジションＰ１、第２ポジションＰ２、第３ポジションＰ３に移動・固定が可能である。第１ポジションＰ１は、ハンドル２７の係合部２７１が第２ポジションＰ２よりも水平受光管２４の直径ℓ分上に配置される位置であり、第３ポジションＰ３は、ハンドル２７の係合部２７１が第２ポジションＰ２よりも水平受光管２４の直径ℓ分下に配置される位置である。ハンドル２７を移動することにより、測量機３０に対する受光器２０の上下方向の位置を調節可能であり、すなわち、水平受光管２４の上下方向の位置を調節可能であるから、レーザ光ＬＢの高さに合わせて受光器２０の測定可能範囲ＭＡ（図４Ｂ参照）を広げることができる。なお、ハンドル２７をフック３７から外せば、受光器２０は測量機３０から取り外し可能であり、受光器２０と測量機３０はそれぞれ独立の機器として測量現場で使用することができる。

【0021】

受光器２０のケース２１の後面中央部は、図４Ａおよび図４Ｃに示すように、測量機３０の副表示操作部３６と受光器２０、および測量機３０の望遠鏡３４と受光器２０の干渉を避けるため、上下方向に通る収容凹部２８が形成されている。

【0022】

図２に示すように、受光器２０は、受光センサである第１の鉛直受光管２３、水平受光管２４、および第２の鉛直受光管２５を、ケース２１の前面に形成されたＨ型の溝（図示略）に収容し、「Ｈ」型に備える。詳細には、第１の鉛直受光管２３および第２の鉛直受光管２５のそれぞれの長さＬの中央位置Ｍに水平受光管２４の中心軸が合わされ、受光器中心ＲＣが水平受光管２４の長さＬの中央位置Ｍになるように、「Ｈ」型に配置されている。第１の鉛直受光管２３および第２の鉛直受光管２５の中央位置Ｍ、水平受光管２４の中央位置Ｍ、および水平受光管２４にある受光器中心ＲＣの位置は、予め計測し既知の数値として、後述する記憶部２０３に記憶されている。また、受光器２０を測量機３０に固定（ハンドル２７をフック３７に固定）することで、受光器２０の受光器中心ＲＣと測量機３０の機械中心ＭＣの鉛直方向の位置関係が固定となる。受光器２０を測量機３０に固定すると、受光器中心ＲＣと機械中心ＭＣは鉛直方向にｄ１だけ乖離する。この中心離距離ｄ１は、予め計測し既知の数値として、後述する記憶部２０３に記憶する。なお、中心離距離ｄ１は、図４Ｂに示す第１ポジションＰ１、第２ポジションＰ２、第３ポジションＰ３の三段階で計測しそれぞれを記憶部２０に記憶するものとする。

【0023】

ここで、受光器２０の受光センサである、第１の鉛直受光管２３と、水平受光管２４と、第２の鉛直受光管２５について説明する。第１の鉛直受光管２３および第２の鉛直受光管２５は軸方向を鉛直方向に配置したもので、水平受光管２４は軸方向を水平方向に配置したものであって、全て同一の構成であるため、第１の鉛直受光管２３を用いて受光センサの構成を説明する。図５は受光器２０の受光センサ（第１の鉛直受光管２３）を説明する図であり、第１の鉛直受光管２３の側面を表した図である。図５において、左がケース２１の前面であり、レーザ光ＬＢを受光する側である。

【0024】

第１の鉛直受光管２３は、柱状の導光体２３１と、導光体２３１の一方の端部に配置された受光部２３２と、他方の端部に配置された受光部２３３を備える。受光部２３２，２３３は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、または同等の光電変換素子である。受光部２３２，２３３が検出した各受光信号は、後述する演算処理部２０１にて処理される。導光体２３１は、レーザ光ＬＢを体内で導光すれば材料は限定されないが、例えば透明なガラスや石英、またはアクリルやポリカーボネイトなどの樹脂である。導光体２３１は、軸方向に規定の長さＬを備える、円柱、楕円柱、または全反射による導光が可能な柱状に形成される。導光体２３１には、光結合層２３４が形成される（横断面図を参照）。光結合層２３４は、光の回折、屈折、散乱、反射、分散、および／または蛍光の原理を使用して、レーザ光ＬＢを導光体２３１に結合する（導光体外にレーザ光を反射せず、導光体内にレーザ光を入射させる）。光結合層２３４は、例えば蛍光粒子を溶液に分散させた塗料を導光体２３１の表面に塗布するか、または、蛍光粒子を含有する樹脂層を導光体２３１の表面に設けることで、形成される。

【0025】

図５に示すように、レーザ光ＬＢが導光体２３１に衝突すると、衝突位置２３５において、レーザ光ＬＢは、光結合層２３４によって導光体２３１内に結合されるとともに、一方の受光部２３２へ向かうレーザ光Ｂ１と、反対方向にある他方の受光部２３３へ向かうレーザ光Ｂ２に分割される。衝突位置２３５が導光体２３１の軸方向の中央位置Ｍであれば、レーザ光Ｂ１が導光した距離Ｌ１とレーザ光Ｂ２が導光した距離Ｌ２は同じであるため、受光部２３２、２３３の受光信号の波形は一致する。しかしながら、衝突位置２３５が導光体２３１の中央位置Ｍからずれると、レーザ光Ｂ１，Ｂ２が導光した距離Ｌ１，Ｌ２は異なるため、受光部２３２、２３３の受光信号の波形にズレが生じる。例えば図５では、衝突位置２３５は導光体２３１の中央位置Ｍより上で、距離Ｌ１が距離Ｌ２より短いため、受光部２３２の受光信号に対して受光部２３３の受光信号に遅れが生じる。演算処理部２０１では、これらの受光信号の時間差または位相差と、規定の長さＬと、導光体２３１の光伝番速度から、距離Ｌ１およびＬ２を算出して、衝突位置２３５を特定する。また、衝突位置２３５は中央位置Ｍを境にしたどちら側にあるかと、衝突位置２３５の中央位置Ｍからの差分距離Ｄを、規定の長さＬと、距離Ｌ１またはＬ２から算出する。例えば図５であれば、Ｌ／２－Ｌ１またはＬ２－Ｌ／２からＤを求める。

【0026】

図６は測量システム１の構成ブロック図である。回転レーザ装置１０は、前述の通り、レーザ光ＬＢを出射する回転ヘッド１１を備える。受光器２０は、演算処理部２０１と、通信部２０２と、記憶部２０３と、上述の受光部（第１の鉛直受光管２３のもの）２３２，２３３と、受光部（第２の鉛直受光管２５のもの）２５２，２５３と、受光部（水平受光管２４のもの）２４２，２４３と、表示操作部２２を備える。測量機３０は、托架部３３の水平回転および望遠鏡３４の鉛直回転を行うモータである回転駆動部３０３と、測距光ＭＢを出射・受光して測定対象物までの距離を測定する測距部３０１と、測距時の托架部３３と望遠鏡３４のそれぞれの回転角を測定するロータリエンコーダである測角部３０２と、制御部３０４と、通信部３０５と、記憶部３０６と、上述の主表示操作部３５および副表示操作部３６を備える。通信部３０５は受光器２０の通信部２０２との間で無線通信が可能であり、ブルートゥース（登録商標）、各種の無線ＬＡＮ規格、赤外線通信、携帯電話回線、その他無線回線等を用いることができる。

【0027】

回転レーザ装置１０および測量機３０は公知の構成で良いため、本形態で特徴的である受光器２０の構成について詳細を説明する。

【0028】

記憶部２０３は、主記憶装置としてのＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置としてのＨＤＤ（Ｈａｒｄ・Ｄｉｓｃ・Ｄｒｉｖｅ）等を含むものである。記憶部２０３は、演算処理部２０１の行う各処理プログラムを格納している。

【0029】

演算処理部２０１は、少なくともＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリ（ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）等）を集積回路に実装した集積回路、集積回路の集合、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサを含むものである。

【0030】

演算処理部２０１は、傾斜・高さ変化検出部２１１と機械高算出部２１２の機能部を備える。各機能部は、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路により構成される。

【0031】

傾斜・高さ変化検出部２１１は、第１の鉛直受光管２３、水平受光管２４、第２の鉛直受光管２５のそれぞれの受光部２３２.２３３，２４２，２４３，２５２，２５３（図２参照）から受光信号を受け取り、それぞれの差分距離Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５を、プラス値かマイナス値かも含めて検出する。機械高算出部２１２は、傾斜・高さ変化検出部２１１が検出した状態に応じて、測量機３０の機械高ｈを計算する。以下、その詳細を述べる。

【0032】

図７は受光器２０に傾きが無い場合の、機械高ｈの計算を説明する図である。受光器２０に傾きが無い場合、傾斜・高さ変化検出部２１１は、図７の（１）に示すように、受光器中心ＲＣの高さがレーザ光ＬＢより上になった場合、第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５ともに、衝突位置２３５が中央位置Ｍより下にずれ、それぞれの受光部２３２，２３３、受光部２５２，２５３での受光信号にズレが生じ、中央位置Ｍに対して下の受光部２３３（２５３）側にマイナスの差分距離Ｄ２３，Ｄ２５を検出する。傾斜・高さ変化検出部２１１は、図７の（２）に示すように、受光器中心ＲＣの高さがレーザ光ＬＢより下になった場合、第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５ともに、衝突位置２３５が中央位置Ｍより上にずれ、中央位置Ｍに対して上の受光部２３２（２５２）側にプラスの差分距離Ｄ２３，Ｄ２５を検出する。

【0033】

この検出を受けて、機械高算出部２１２は、傾斜・高さ変化検出部２１１が、第１の鉛直受光管２３と第２の鉛直受光管２５からマイナスの差分距離Ｄ２３，Ｄ２５を検出した時は、図７の（１）に示すように、機械高ｈは、レーザ光ＬＢの高さＨと、鉛直受光管２３，２５の検出した差分距離Ｄ２３（またはＤ２５）と、受光器中心ＲＣと機械中心ＭＣの中心離距離ｄ１を用いて、数式１から算出する。但し、Ｄ２３（Ｄ２５）は絶対値を用いる。

【数1】

または

【0034】

一方、機械高算出部２１２は、傾斜・高さ変化検出部２１１が、第１の鉛直受光管２３と第２の鉛直受光管２５からプラスの差分距離Ｄ２３，Ｄ２５を検出した時は、図７の（２）に示すように、機械高ｈは、レーザ光ＬＢの高さＨと、鉛直受光管２３，２５の検出した差分距離Ｄ２３（またはＤ２５）と、受光器中心ＲＣと機械中心ＭＣの中心離距離ｄ１を用いて、数式２から算出する。

【数2】

または

【0035】

なお、数式１および数式２において、ハンドル２７をスライドさせた場合は、ハンドル２７のポジションに応じて表示操作部２２から中心離距離ｄ１の値の更新を行うものとする。

【0036】

図８～図９は受光器２０に傾きが有る場合の、機械高ｈの計算を説明する図である。傾斜・高さ変化検出部２１１は、図８の（１）に示すように受光器２０が左へ傾いた場合、第１の鉛直受光管２３では衝突位置２３５が中央位置Ｍより上にずれ、中央位置Ｍに対して上の受光部２３２側にプラスの差分距離Ｄ２３を検出し、第２の鉛直受光管２５では衝突位置２３５が中央位置Ｍより下にずれ、中央位置Ｍに対して下の受光部２５３側にマイナスの差分距離Ｄ２５を検出する。傾斜・高さ変化検出部２１１は、図８の（２）に示すように受光器２０が右へ傾いた場合、第１の鉛直受光管２３では衝突位置２３５が中央位置Ｍより下にずれ、中央位置Ｍに対して下の受光部２３３側にマイナスの差分距離Ｄ２３を検出し、第２の鉛直受光管２５では衝突位置２３５が中央位置Ｍより上にずれ、中央位置Ｍに対して上の受光部２５２側にプラスの差分距離Ｄ２５を検出する。このとき、差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）は、左右傾斜が大きくなるほど長くなり、差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）と傾斜角δの値は一対一対応することが分かる。このため、差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）と左右の傾斜角δの対応関係を記憶した左右傾斜検出テーブル３４２（図８参照）を記憶部２０３に記憶しておくことで、左右の傾斜角δは、差分距離の値に応じて算出することができる。図８は分解能０．５ｍｍ単位とした場合の左右傾斜検出テーブル３４２を例示している。左右傾斜検出テーブル３４２では、鉛直受光管２３（２５）の中央位置Ｍを０［ｍｍ］とし、中央位置Ｍを境に上の受光部２３２（２５２）側で検出された差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）をプラス、中央位置Ｍを境に下の受光部２３３（２５３）側で検出された差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）をマイナスとし、各差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）に対応する傾斜角δが記憶されている。

【0037】

傾斜・高さ変化検出部２１１は、水平受光管２４の中央位置Ｍを境に左の受光部２４２側をマイナス、右の受光部２４３側をプラスとすると、図９の（１）に示すように、受光器２０が左に傾き、衝突位置２３５が受光器中心ＲＣより上にずれた場合、受光部２４３側にプラスの差分距離Ｄ２４を検出する。図９の（２）に示すように、受光器２０が左に傾き、衝突位置２３５が受光器中心ＲＣより下にずれた場合、受光部２４２側にマイナスの差分距離Ｄ２４を検出する。図９の（３）に示すように、受光器２０が、右に傾き、衝突位置２３５が受光器中心ＲＣより上にずれた場合、受光部２４２側にマイナスの差分距離Ｄ２４を検出する。図９の（４）に示すように、受光器２０が、右に傾き、衝突位置２３５が受光器中心ＲＣより下にずれた場合、受光部２４３側にプラスの差分距離Ｄ２４を検出する。受光器中心ＲＣの高さ変化量Δｄは、三角関数を用いて数式３から求められる。但し、数式３でＤ２４は絶対値を用いる。

【数3】

但し、 Δｄ：高さ変化
Ｄ２４：水平受光管が検出した差分距離
δ：レーザ受光器の左右方向の傾斜角

【0038】

この検出を受けて、機械高算出部２１２は、傾斜・高さ変化検出部２１１が、図９の（１）で説明した通り、第１の鉛直受光管２３の差分距離Ｄ２３がプラス値、第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２５がマイナス値、水平受光管２４の差分距離Ｄ２４がプラスの値を検出した時と、図９の（３）で説明した通り、第１の鉛直受光管２３の差分距離Ｄ２３がマイナス値、第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２５がプラス値、水平受光管２４の差分距離Ｄ２４がマイナスの値を検出した時は、受光器中心ＲＣはレーザ光ＬＢより下にあり、測量機３０の機械高ｈは、レーザ光ＬＢの高さＨと、受光器中心ＲＣと機械中心ＭＣの中心離距離ｄ１と、水平受光管２４の差分距離Ｄ２４から数式３で出せる受光器中心ＲＣの高さ変化量Δｄを用いて、数式４から算出できる。

【数4】

【0039】

一方、機械高算出部２１２は、傾斜・高さ変化検出部２１１が、図９の（２）で説明した通り、第１の鉛直受光管２３の差分距離Ｄ２３がプラス値、第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２５がマイナス値、水平受光管２４の差分距離Ｄ２４がマイナス値を検出した時と、図９の（４）で説明した通り、第１の鉛直受光管２３の差分距離Ｄ２３がマイナス値、第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２５がプラス値、水平受光管２４の差分距離Ｄ２４がプラス値を検出した時は、受光器中心ＲＣはレーザ光ＬＢより上にあり、測量機３０の機械高ｈは、レーザ光ＬＢの高さＨと、受光器中心ＲＣと機械中心ＭＣの中心離距離ｄ１と、水平受光管２４の差分距離Ｄ２４から数式３で出せる受光器中心ＲＣの高さ変化量Δｄと、を用いて、数式５から算出できる。

【数5】

【0040】

なお、数式４および数式５において、ハンドル２７をスライドさせた場合は、ハンドル２７のポジションに応じて表示操作部２２から中心離距離ｄ１の値の更新を行うものとする。

【0041】

機械高算出部２１２は、数式１、数式２、数式４、または数式５から機械高ｈを測定すると、通信部２０２を介して測量機３０に送信する。測量機３０は通信部３０５でこれを受信して、記憶部３０６に記憶する。

【0042】

以上、本形態の測量システム１によれば、受光センサとして第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５、および水平受光管２４をＨ型に備えたレーザ受光器２０を、位置合わせした状態で測量機３０と一体にすることで、受光器２０の各受光信号のプラス／マイナスの検出パターンを見て、それぞれの検出パターンに応じて、測量機３０の機械高を正確に測定することができる。

【0043】

この測量システム１に用いられる回転レーザ装置１０と受光器２０はレベリングの用途で測量現場でよく用いられるものであり，測量機３０は測定点の座標測定の用途で測量現場でよく用いられるものである。本形態の測量システム１では、レベリングの用途で測量現場に用意されている受光器２０を測量機３０に取り付けることによって、簡単に、測量機３０の機械高を測定できる。

【0044】

また、受光器２０と測量機３０は、受光器２０のハンドル２７と測量機３０のフック３７で着脱可能であるため、機械高の測定時だけ受光器２０を測量機３０に取り付けて、機械高の測定が終了すれば取り外すことができる。そして、取り外した状態では、受光器２０と測量機３０は、それぞれ正規の用途の使用に戻すことができるので、便利である。

【0045】

以上、本発明の好ましい実施の形態および変形例を述べたが、上記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】

【0046】

１ 測量システム
１０ 回転レーザ装置
１１ 回転ヘッド
１２ 水平基準面
２０ レーザ受光器
２１ ケース
２２ 表示操作部
２３ 第１の鉛直受光管
２３１ 導光体
２３２ 受光部
２３３ 受光部
２３４ 光結合層
２３５ 衝突位置
２４ 水平受光管
２４２ 受光部
２４３ 受光部
２５ 第２の鉛直受光管
２５２ 受光部
２５３ 受光部
２７ ハンドル
２８ 収容凹部
２９ スライドロック機構
２０１ 演算処理部
２０２ 通信部
２０３ 記憶部
２１１ 傾斜・高さ検出部
２１２ 機械高算出部
３０ 測量機
３１ 整準台
３２ 基盤部
３３ 托架部
３４ 望遠鏡
３５ 主表示操作部
３６ 副表示操作部
３７ フック
３０１ 測距部
３０２ 測角部
３０３ 回転駆動部
３０４ 演算制御部
３０５ 通信部
３０６ 記憶部
ＭＣ 機械中心
ｄ１ 中心離距離
ＬＢ レーザ光
ＲＣ 受光器中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】