JPH0419490B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザ光線を用いた角度検出方法及び
装置にする。より詳細には本発明は、計測地点の
座標を決定するのに必要な角度を、２本のレーザ
光線を旋回照射する装置即ちレーザ灯台を用いて
測定する方法及び装置に関する。

［従来技術］ 三角測量によつて角度又は平面位置を求める従
来の方法はトランシツトを用いて行うのが普通で
あり、トランシツトによる場合はトランシツトを
操作する測量士１名とポールをもつ作業員の少な
くとも２名の人員を必要とするので人件費が嵩
み、また作業時間もかかるものであつた。

そこで本出願人は特願昭60−267481号におい
て、同一の旋回速度で相互に逆方向へ旋回する２
本のレーザ光線を照射するレーザ灯台を用いた角
度測定方法および装置を提案した。

これを第７図および第８図を参照して説明する
と、ＡおよびＢは基準地点、Ｃは計測地点であ
り、基準地点Ａにはレーザ灯台１Ａと他方のレー
ザ灯台１Ｂの対称軸の（第７図中の基準方向）を
検知する対称軸検知センサ２Ａが設置され、又基
準地点Ｂにはレーザ灯台１Ｂと他方のレーザ灯台
１Ａの対称軸の方向を検知する対称軸検知センサ
２Ｂが設置され、また計測地点Ｃにはレーザ灯台
１Ａおよびレーザ灯台１Ｂのレーザ光線を検知す
る計測地点用センサ３が設置され、さらに計測地
点Ｃには時間測定装置（受光間隔測定回路）４お
よび座標演算表示装置（マイクロコンピユータ）
５が設けられる。ｌは基準地点Ａと基準地点Ｂ間
の距離であり、あらかじめ計測されている。尚、
基準地点Ａ，Ｂを結ぶ直線が基準線となる。

レーザ灯台１Ａ，１Ｂは、それぞれ反時計方向
および時計方向に旋回し且つ基準線ABに対して
常に線対称な２本のレーザ光線LccwおよびLcw
を旋回照射する。次に、センサ３がレーザ光線
Lccw、Lcwをそれぞれ受光する時間的間隔を測
定し、その測定値を用いて、計測地点Ｃと基準地
点Ａとを結ぶ直線CAが基準線ABに対して形成
する角度θ、および計測地点Ｃと基準地点Ｂとを
結ぶ直線CBが基準線ABに対して形成する角度
ψを算出する。そして前記角度θ、ψおよび前記
距離ｌを用いて、計測地点Ｃの座標が三角法によ
つて求められるのである。従つて、この装置によ
れば格別な熟練を要せずして迅速に測量を行うこ
とができ、かつ無線通信システムを用いることな
くデータの自動記録やコンピユータへの入力が可
能となるので、計測に際して誤動作が生ずる虞れ
もない。しかし、第７図から明らかな様に、この
抜術によれば角度θ、ψは−90゜≦θ、ψ≦90゜
（基準線ABに対して反時計回りに正、時計回り
に負とする：以下同じ）の範囲内（180゜）でしか
計測できない。従つて計測可能範囲外にある計測
点の座標を決定するためには、レーザ灯台１Ａ，
１Ｂを移動して再度位置合わせを行なわなければ
ならず。作業が煩雑となつていた。そのため、計
測地点の座標を決定するのに必要な角度（θ、
ψ）をレーザ灯台を用いて360゜の範囲に亘つて測
定したいと言う要請が存在した。

［発明の目的］ 本発明は上記要請に応えるべく提案されたもの
であつて、計測点の座標を求めるのに必要な角度
をレーザ灯台を用いて360゜の範囲に亘つて計測す
る事が出来る方法および装置に関する。

［発明の構成］ 本発明の方法によれば、計測地点の座標を決定
するのに必要な角度を２本のレーザ光線を旋回照
射するレーザ灯台を用いて測定するレーザ光線を
用いた角度測定方法において、基準地点に異なつ
た旋回速度にて２本のレーザ光線を同一の旋回方
向に旋回照射する回転部分と、そのうちの１本の
レーザ光線を基準線上において前記回転部分に照
射する固定部分とを設け、計測地点にはレーザ光
線を受光して検知する手段及びレーザ光線の受光
時間を測定する手段を設けて、前記検知手段が前
記２本のレーザ光線を受光する時間的間隔を測定
し、この測定値を演算装置に入力して、基準地点
と計測地点とを結ぶ直線が基準線に対して形成す
る角度を算出するようになつている。

また本発明の装置によれば、計測地点の座標を
決定するのに必要な角度を２本のレーザ光線を旋
回照射するレーザ灯台を用いて測定するレーザ光
線を用いた角度測定装置において、基準地点にお
いて異なつた旋回速度で２本のレーザ光線を旋回
照射する回転部分と、そのうちの１本のレーザ光
線を回転部分に照射する固定部分とを備え、そし
て計測地点において前記２本のレーザ光線を受光
するセンサと、このセンサが前記２本のレーザ光
線を受光する時間的間隔を測定する時間測定装置
と、基準地点と計測地点とを結ぶ直線が基準線に
対して形成する角度を前記時間的間隔の測定値か
ら算出し且つその値を表示する角度演算表示装置
とを備えいる。

なお、基準線とは２本のレーザ光線が一致する
方向である。

［発明の作用効果］ 同一の旋回方向へ異なつた旋回速度にて２本の
レーザ光線を旋回照射し、その２本のレーザ光線
が検知手段にそれぞれ受光される時間の間隔を所
定の関係式に代入すれば、計測地点の座標を求め
るのに必要な角度が算出される。例えば、一方の
レーザ光線の旋回速度を他方のレーザ光線の旋回
速度の２倍にした場合、検知手段が先行するレー
ザ光線を受光してから後続のレーザ光線を受光す
るまでの時間的間隔をｔ１、後続のレーザ光線受
光後再び先行するレーザ光線を受光するまでの時
間的間隔をｔ２とすると、角度θ（第７図参照）
は θ＝±2t1／t1＋t2×360゜ …(1) （但し、＋は０〜πの間であり、−はπ〜2πの間
である。） なる式で表わされる。そして(1)式より明らかな様
にθは0゜〜360゜の範囲で測定可能である。

即ち、本発明によれば、計測地点が平面上のど
の位置にあつても、該計測地点の座標を決定する
のに必要な角度が求められるのである。そのた
め、新たな計測地点の測量に際してレーザ灯台を
設置し直す必要がなく、計測作業の労力が軽減さ
れる。

また、本発明の装置はその構成要素の部品点数
が前記従来技術（特願昭60−267481号）の場合と
さほど変わらず、装置全体としての小形化が達成
されている。なお、基準線の方向はレーザ灯台の
固定部分を設置する方向で決定されるが、その設
置に際して、例えば固定部分に視準器を取付け
て、灯台設置時に他方の灯台すなわち基準点を視
準しながら方向を定めてもよく、或いは灯台を適
宜に設置し、角度の既知の地点にセンサを設けて
プリセツト角度として読みとつてもよい。

［好ましい実施の態様］ 本発明の実施に際して、一方のレーザ光線の旋
回速度が他方のレーザ光線の旋回速度の２倍にな
るのが好ましい。しかしながら、２本のレーザ光
線の旋回速度の比は２：１に限定されるものでは
なく、一定の比例関係が常時成立していれば良
い。その様な場合、前記(1)式において分子のｔ１
の係数が２以外の数値となる。

また、２本のレーザ光線の旋回速度の比が２：
１である場合に、本発明で用いられるレーザ灯台
は、固定部分と回転部分とを有しており、固定部
分は回転部分の回転軸の延長線上に位置されたレ
ーザ発振器と、レーザ発振器からのレーザ光線を
直進する光線と直角に反射した光線とに分けるビ
ームスプリツタと、その直角に反射した光線を更
に直角に２回反射して回転部分の中心部に指向さ
せる２つの反射ミラーとを備え、そして回転部分
は前記中心部に指向された光線を反射する平面ミ
ラーと、前記直進する光線を平面ミラーの法線方
向へ直角に反射する反射ミラーとを備えて構成さ
れるのが好ましい。回転部分の中心部に指向する
光線は基準線上を通つて平面ミラーに入射して反
射される。従つて、平面ミラーの法線と基準線と
が形成する角度（入射角）は、平面ミラーによつ
て反射された光線と基準線とが形成する角度（入
射角＋反射角）の１／２となる。即ち、回転部分
の反射ミラーによつて平面ミラーの法線方向へ反
射されるレーザ光線の旋回速度（旋回回転の角速
度）は、平面ミラーにより反射されるレーザ光線
の旋回速度の１／２となるのである。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例について説
明する。（この実施例において、レーザ灯台から
照射される２本のビームの旋回速度の比は２：１
になつている。） 第１〜３図は本発明で用いられるレーザ灯台１
０を示す。レーザ灯台１０は固定部分１２及び回
転部分１４から構成されている。ここで１６は回
転部分１４の回転軸を示す。固定部分１２は、回
転軸１６の延長線上に位置されたレーザ発振器１
８を有している。このレーザ発振器１８の直下に
はビームスプリツタ２０が設けられ、ビームスプ
リツタ２０の測方には第１の反射ミラー２２が設
けられ、そして反射ミラー２２の直下には第２の
反射ミラー２４が設けられている。一方、回転部
分１４においては第３の反射ミラー２６が配置さ
れており、反射ミラー２６の下方に平面ミラー２
８が設けられている。平面ミラー２８は回転軸１
６がその反射面と同一面内を延び且つ反射面を２
等分する様に位置している。レーザ灯台１０が旋
回する以前の状態、即ち旋回角が0゜の状態におい
ては、平面ミラー２８の法線Ｎは基準線と一致す
る。図中３０は回転部分１４の基部で、その内部
には回転部分１４を回転駆動する手段（図示せ
ず）が含まれている。

レーザ発振器１８で発生したレーザ光線Ｌ１
は、ビームスプリツタ２０により直進する光線Ｌ
２と直角に反射された光線Ｌ３とに分けられる。
直進するレーザ光線Ｌ２は反射ミラー２６によつ
て直角に反射されレーザ光線LAとしてレーザ灯
台１０の外部へ照射される。ここで、レーザ光線
LAの照射方向は、常に平面ミラー２８の法線Ｎ
の方向と一致する。一方、ビームスプリツタ２０
により直角に反射されたレーザ光線Ｌ３は、反射
ミラー２２によつて第１図中下方に向けてレーザ
光線Ｌ４として直角に反射され、更にレーザ光線
Ｌ４は反射ミラー２４によつて直角に反射しレー
ザ光線Ｌ５として平面ミラー２８への入射光線と
なる。そして平面ミラー２８で反射された後、レ
ーザ光線LBとしてレーザ灯台１０の外部へ照射
される。上述の通り、レーザ光線LAの照射方向
は、常に平面ミラー２８の法線Ｎの方向と一致す
る。即ち、第３図において、レーザ光線LAの旋
回角θは回転部分１４（第１図）の回転角に等し
い。一方、固定部分１２中の反射ミラー２４によ
つて反射されたレーザ光線Ｌ５は、常に基準線上
を進行して平面ミラー２８に入射する。そして、
外レーザ光線Ｌ５の平面ミラー２８に対する入射
角は、基準線と法線Ｎとの為す角度θに等しい。
従つて平面ミラー２８から反射されたレーザ光線
LBと基準線との為す角度（光線LBの旋回角）は
前記した入射角と反射角との和、即ち2θとなる。
即ち、レーザ光線LAとLBの旋回角の比は１：２
となり、旋回角の角速度（旋回速度）の比も１：
２となる。

次に本発明による角度測定について説明する。

第４図に示す本発明の測定は、第７，８図に示
す従来技術の測定と似通つている。即ち、第４図
において基準地点Ａ，Ｂには前述のレーザ灯台１
０Ａ，１０Ｂが１基づつ配置されており、図中Ｃ
が座標を決定すべき計測点である。そして計測点
Ｃにはレーザ光線LA，LBを受光するセンサ３
２、受光時間の間隔を測定する時間測定装置３
４、測定された時間的間隔から必要な角度θある
いはψを演算し表示する角度演算表示装置３６が
設置されている。角度演算表示装置３６としては
例えばマイクロコンピユータを用いることが出来
る。

また、レーザ灯台１０Ａ，１０Ｂには、それぞ
れのレーザ灯台の基準線を完全に一致させるため
の基準線整合用センサ３８Ａ，３８Ｂが設けられ
ている。

このセンサ３８Ａ，３８Ｂは、例えばフオトダ
イオードで構成され、第２図に示す様にレーザ灯
台が旋回する以前の状態において、それぞれ他方
のレーザ光線LA或いはLBを受光することによつ
て基準線の整合が行なわれる。

従来技術において説明したのと同様に、基準地
点Ａ，Ｂを結ぶ基準線の長さＬと角度θとψとの
値が求まれば、計測地点Ｃの座標は決定される。
ここで、長さＬは容易に測定出来るので、結局Ｃ
の座標を求めるには角度θとψとを求めれば良
い。

角度θとψとを求める態様はほぼ同一であるの
で、第４図左方のレーザ灯台１０Ａを用いて角度
θを測定する事についてのみ説明する。但し、レ
ーザ光線LA，LBは第４図において反時計方向へ
旋回するものとする。

第５図においては、計測地点Ｃにおけるレーザ
光線LAとLBをセンサ３２が受光する時間の間隔
を示す。角度θを形成する位置にある計測地点Ｃ
のセンサ３２は最初に先行するレーザ光線LBを
受光し、その後で後続のレーザ光線LAを受光す
る。この間の時間的間隔を第５図中ｔ１で表示す
る。そいてレーザ光線LAを受光した後にセンサ
３２が再度レーザ光線LBを受光するまでの時間
的間隔を、第５図中ｔ２で表示する。ここで、角
度θは前述の(1)式、即ち θ＝2t1／t1＋t2×360゜ で表わされるので、時間測定装置３４で測定した
ｔ１，ｔ２の値を代入すればθが算出される。ｔ
１，ｔ２の値の代入、およびθの算出は角度演算
表示装置が行なう。

尚、第５図においてレーザ光線LBを示すグラ
フが一部点線となつているが、この部分に対応す
る期間においてはレーザ光線Ｌ５（第１図）は平
面ミラー２８の裏側を照射するのみで反射しな
い。従つてレーザ光線LBが照射されないのであ
る。

第６図において、センサ３２、時間測定装置３
４、角度演算表示装置３６の構成、機能の詳細を
ブロツク図で示してある。第６図中、レーザ灯台
１０Ａからのレーザ光線によつて機能するものに
は添字Ａが付けられ、レーザ灯台１０Ｂからのレ
ーザ光線によつて機能するものには添字Ｂが付け
られている。レーザ光線の受光における誤動作を
無くすため、レーザ灯台１０Ａのレーザ光線を受
光するセンサ３２Ａとレーザ灯台１０Ｂ用のセン
サ３２Ｂとは高さ方向に若干の間隔を開けて配置
されている。センサ３２Ａ，３２Ｂはレーザ光線
を受光すると電気信号を発生し、その電気信号は
増幅整形回路３３Ａ，３３Ｂによつて増幅及び波
形が整形されて時間測定装置３４Ａ，３４Ｂに入
力される。時間測定装置３４Ａ，３４Ｂはその増
幅された信号に基づいてｔ１，ｔ２（第５図）を
決定し、その数値を角度演算表示装置３６に出力
する。装置３６の角度演算機能５１Ａは時間測定
装置３４Ａから出力されたｔ１，ｔ２の値を前述
の(1)式に代入して角度θを算出する。一方、角度
演算機能５１Ｂは、時間測定装置３４Ｂから出力
されたｔ１，ｔ２の値を用いて角度ψを算出す
る。算出された角度θ、ψおよび基準線長さ入力
機能５２により入力されるＬ（第４図）の数値か
ら、計測地点Ｃの座標が座標計算機能５３によつ
て計算され、表示機能５４によつて表示される。

［まとめ］ 以上説明した様に、本発明によれば異なる速度
で旋回する２本のレーザ光線を旋回照射するレー
ザ灯台を用いて、計測点の座標を特定するのに必
要な角度を測定している。そして本発明によれば
次の様な利点がある。

ａ、レーザ灯台を中心として360゜に亘つて計測
可能である。ｂ、測量が一人で行える。ｃ、平面
上の任意の位置で計測できる。ｄ、同時に何点か
の位置が計測できる。ｅ、瞬時に計測できる。
ｆ、動きながら計測も可能である。ｇ、取扱いが
簡単であつて熟練を要しない。ｈ、かなりの精度
で計測できる。ｉ、装置は小型、計量で安価に提
供できる。ｊ、データの自動記録やコンピユータ
への入力が可能である。ｋ、測定装置全体の小形
化が計れる。

更に、本発明の利用分野としては、通常の測量
の外に、移動ロボツトなどの位置計測および制御
などに用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられるレーザ灯台の構造
を示す側面図、第２図、第３図は前記レーザ灯台
から照射される２本のレーザ光線の旋回角の関係
を説明する図、第４図は本発明の測定装置の配置
を説明する図、第５図は前記２本のレーザ光線の
旋回角と検知タイミングとの関係を示す図、第６
図は計測地点における各装置の機能を示すブロツ
ク図、第７，８図は従来技術を説明する図であ
る。 １Ａ，１Ｂ，１０，１０Ａ，１０Ｂ……レーザ
灯台、３，３２，３２Ａ，３２Ｂ……センサ、
４，３４，３４Ａ，３４Ｂ……時間計測装置、
５，３６……角度演算表示装置、Ａ，Ｂ……基準
地点、Ｃ……計測地点、LA……先行するレーザ
光線、LB……後続のレーザ光線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 計測地点の座標を決定するのに必要な角度を
   ２本のレーザ光線を旋回照射するレーザ灯台を用
   いて測定するレーザ光線を用いた角度測定方法に
   おいて、基準地点に異なつた旋回速度にて２本の
   レーザ光線を同一の旋回方向に旋回照射する回転
   部分と、そのうちの１本のレーザ光線を基準線上
   において前記回転部分に照射する固定部分とを設
   け、計測地点にはレーザ光線を受光して検知する
   手段及びレーザ光線の受光時間を測定する手段を
   設けて、前記検知手段が前記２本のレーザ光線を
   受光する時間的間隔を測定し、この測定値を演算
   装置に入力して、基準地点と計測地点とを結ぶ直
   線が基準線に対して形成する角度を算出すること
   を特徴とするレーザ光線を用いた角度測定方法。 ２ 計測地点の座標を決定するのに必要な角度を
   ２本のレーザ光線を旋回照射するレーザ灯台を用
   いて測定するレーザ光線を用いた角度測定装置に
   おいて、基準地点において異なつた旋回速度で２
   本のレーザ光線を旋回照射する回転部分と、その
   うちの１本のレーザ光線を回転部分に照射する固
   定部分とを備え、そして計測地点において前記２
   本のレーザ光線を受光するセンサと、このセンサ
   が前記２本のレーザ光線を受光する時間的間隔を
   測定する時間測定装置と、基準地点と計測地点と
   を結ぶ直線が基準線に対して形成する角度を前記
   時間的間隔の測定値から算出し且つその値を表示
   する角度演算表示装置とを備えることを特徴とす
   るレーザ光線を用いた角度測定装置。