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技術 写真測量システム

出願人 株式会社トプコン
発明者 熊谷薫大友文夫
出願日 2018年9月27日 (1年7ヶ月経過) 出願番号 2018-182581
公開日 2019年2月14日 (1年2ヶ月経過) 公開番号 2019-023653
状態 未登録
技術分野 測量一般
主要キーワード プロファイルセンサ 近接離反方向 水平出力軸 距離測定機構 所定角度ピッチ ズレ長 傾斜検出装置 無人飛行体
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

ターゲット傾き角を容易且つ高精度に検出可能な写真測量システムを提供する。

解決手段

UAV48を用いた写真測量を行う為のシステムであって、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52,53と再帰反射性を有するターゲット55と演算部とを有する受光装置49を備えたカメラ51とを具備し、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、演算部は各受光部の受光時間のズレ及び測量装置のターゲットの測距結果に基づき受光装置の傾き角を検出することで前記UAVの位置を補正し、前記カメラの傾き角により写真測量の測量結果を補正する。

概要

背景

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。

概要

ターゲットの傾き角を容易且つ高精度に検出可能な写真測量システムを提供する。UAV48を用いた写真測量を行う為のシステムであって、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52,53と再帰反射性を有するターゲット55と演算部とを有する受光装置49を備えたカメラ51とを具備し、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、演算部は各受光部の受光時間のズレ及び測量装置のターゲットの測距結果に基づき受光装置の傾き角を検出することで前記UAVの位置を補正し、前記カメラの傾き角により写真測量の測量結果を補正する。

目的

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写真測量システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

UAVを用いた写真測量を行う為のシステムであって、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演算部とを有する受光装置を備えたカメラとを具備し、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で前記UAVの位置を補正し、前記カメラの傾き角により写真測量の測量結果を補正することを特徴とする写真測量システム

請求項2

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の写真測量システム。

請求項3

前記受光部が周方向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又は請求項2の写真測量システム。

請求項4

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3のうちいずれかの写真測量システム。

技術分野

0001

本発明は、受光装置の傾きを検出可能な写真測量システムに関するものである。

背景技術

0002

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。

0003

通常、ターゲットはポール上端に設けられ、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。

0004

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。

0005

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。

0006

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。

発明が解決しようとする課題

0007

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写真測量システムを提供するものである。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、UAVを用いた写真測量を行う為のシステムであって、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を備えたカメラとを具備し、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で前記UAVの位置を補正し、前記カメラの傾き角により写真測量の測量結果を補正する写真測量システムに係るものである。

0009

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写真測量システムに係るものである。

0010

又本発明は、前記受光部が周方向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写真測量システムに係るものである。

0011

更に又本発明は、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写真測量システムに係るものである。

発明の効果

0012

本発明によれば、UAVを用いた写真測量を行う為のシステムであって、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を備えたカメラとを具備し、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で前記UAVの位置を補正し、前記カメラの傾き角により写真測量の測量結果を補正するので、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し、前記UAVによる写真測量の精度を向上させることができる。

0013

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。

0014

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。

0015

更に又本発明によれば、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という優れた効果を発揮する。

図面の簡単な説明

0016

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検出方法を示す説明図である。

実施例

0017

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

θ=sin-1(a/A)

0045

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。

0046

a=ΔtωL[mm]

0047

θ=sin-1(a/A)=sin-1(ΔtωL/A)

0048

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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

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。

0057

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。

0058

Δτ=τ2−τ1

0059

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。

0060

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。

0061

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。

0062

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。

0063

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。

0064

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。

0065

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。

0066

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。

0067

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。

0068

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。

0069

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。

0070

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。

0071

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。

0072

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。

0073

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。

0074

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。

0075

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。

0076

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。

0077

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

0078

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。

0079

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。

0080

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、装置構成簡易化でき、製作コストを低減させることができる。

0081

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。

0082

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。

0083

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。

0084

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。

0085

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。

0086

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。

0087

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。

0088

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。

0089

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。

0090

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。

0091

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。

0092

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。

0093

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。

0094

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。

0095

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。

0096

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

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