JP4279111B2

JP4279111B2 - 測定方法及び測定システム

Info

Publication number: JP4279111B2
Application number: JP2003354168A
Authority: JP
Inventors: 文夫大友; 邦広林; 誠大森
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: US7148958B2; JP2005121393A; EP1524497B1; US20050099617A1; EP1524497A1

Description

本発明は、レーザ光源を回転させながらレーザ光を放射し、このレーザ光を検出する受光センサ装置の高さ位置を測定できる測定方法及び測定システムに関する。

本願出願人は、先に、回転レーザ装置の発光部から該発光部の回転軸線を含む平面に関して傾斜する平面内に広がる少なくとも１つの扇状レーザ光を含む複数の扇状レーザ光を放射し、前記発光部からの各扇状レーザ光を受光センサ装置の受光部で検出し、この各扇状レーザ光の検出時間間隔に基づいて、前記発光部及び前記受光部を結ぶ線と、水平基準線との交角である高低角を求める測定システムを提案した（例えば、特許文献１参照）。

この測定システムによれば、発光部となるレーザ投光器を傾斜させることなく、また受光センサ装置の受光部である受光器の精密な位置決め操作の必要なく、任意の傾斜面及び任意の高さの水平基準面を形成することができるので、例えば、建築物の内装工事における窓枠の位置出しのための基準水平ラインの形成、あるいは土木工事における盛土後の切土面の形成のための基準水平面の形成等に適用することができ、これらの作業を容易且つ効率的に行うことができる。
特開２００２−３９７５５号公報（第４−６頁、図１−４）

本発明の目的は、回転レーザ装置の発光部から少なくとも２つの扇状レーザ光を放射し、該発光部からの各扇状レーザ光を受光センサ装置の受光部で検出し、この各扇状レーザ光の検出時間間隔に基づいて、前記発光部及び前記受光部を結ぶ線と、水平基準線との交角である高低角を求める技術を利用して、さらに、容易に正確な高さ測定を可能とする測定方法及び測定システムを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、測定方法であって、互いに軸線を一致させて上下方向に所定の間隔をおいて配置される一対の回転レーザ装置の各発光部から、前記軸線を含む平面に関して傾斜する平面内に少なくとも１つの扇状レーザ光線を含む複数の扇状レーザ光を前記軸線の回りに回転放射し、その扇状レーザ光を受光センサ装置の受光部が受光して検出する時間間隔に基づいて、前記回転レーザ装置の前記各発光部及び前記受光部を結ぶ各線それぞれの傾きを検出して前記回転レーザ装置に対する前記受光部の軸線方向の相対的な位置を検出することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、互いに軸線を一致させて上下方向に間隔をおいて配置される一対の回転レーザ装置のそれぞれの発光部から前記軸線を含む平面に関して傾斜する平面内に広がる少なくとも１つの扇状レーザ光を含む複数の扇状レーザ光で前記軸線の回りの所定の角度範囲を走査すべく前記レーザ光を放射し、前記両発光部からの前記レーザ光を互いに時間的なずれを以て受光センサ装置の受光部で検出し、前記発光部毎における前記各扇状レーザ光の検出時間間隔に基づいて、前記各発光部及び前記受光部を結ぶ各線と、水平基準線との各交角を求め、さらに該各交角と、前記両発光部の前記回転レーザ装置が設置されたグランドレベルからの高さ情報とを用いて前記受光部の前記グランドレベルからの高さを求めることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記受光センサ装置は支柱上に設けられ、該支柱が設置された地盤からの前記受光部の既知の高さ情報と、前記回転レーザ装置が設置された前記グランドレベルからの前記受光部の求められた高さ情報とから、前記グランドレベルと前記支柱が設置された前記地盤とのレベル差を算出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記支柱には、該支柱と前記回転レーザ装置とを含む平面上での傾きを検出する傾斜検出器が設けられ、前記傾斜検出器からの検出信号に基づいて、前記回転レーザ装置が設置された前記グランドレベルからの前記高さまたは前記レベル差を補正することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、偏光方向を相互に異にすることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、少なくとも一方が変調を受けていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、波長を相互に異にすることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、測定システムであって、互いに軸線を一致させて上下方向に所定の間隔をおいて配置される一対の回転レーザ装置の各発光部から、前記軸線を含む平面に関して傾斜する平面内に少なくとも１つの扇状レーザ光線を含む複数の扇状レーザ光を前記軸線の回りに回転放射し、その扇状レーザ光を受光センサ装置の受光部が受光して検出する時間間隔に基づいて、前記回転レーザ装置の前記各発光部及び前記受光部を結ぶ各線それぞれの傾きを検出して前記回転レーザ装置に対する前記受光部の軸線方向の相対的な位置を検出することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、回転レーザ装置に対するそれぞれの傾きの検出から、前記回転レーザ装置に対する前記受光部の軸線方向の相対的な位置と共に、前記回転レーザ装置から前記受光部の受光センサまでの距離が算出可能なことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、互いに軸線を一致させて配置される一対の回転レーザ装置であってそれぞれが前記軸線を含む平面に関して傾斜する平面内に広がる少なくとも１つの扇状レーザ光を含む複数の扇状レーザ光で前記軸線の回りの所定の角度範囲を走査すべく前記レーザ光を放射する発光部を有する一対の回転レーザ装置と、該両回転レーザ装置の前記両発光部からの前記レーザ光を時間的なずれを以て受光する受光部が設けられた受光センサ装置とを含み、前記回転レーザ装置が設置されたグランドレベルからの前記両発光部のそれぞれの高さが相互に異なり、また該両発光部からの前記レーザ光は相互に識別可能であり、前記受光センサ装置は、前記両回転レーザ装置から放射される相互に識別可能な前記レーザ光の検出情報に基づいて、前記各発光部及び前記受光部を結ぶ各線と、水平基準線との各交角を求め、さらに、該各交角と前記両発光部のそれぞれの既知の高さ情報とから、前記受光部の前記グランドレベルからの高さを求める演算部を有することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記受光センサ装置が、所望の高さを設定する設定手段と、該設定手段により設定された所望の値が求められた前記グランドレベルからの高さに一致したときその旨を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の発明において、前記受光センサ装置は支柱上に設けられ、前記演算部は、前記支柱が設置された地盤からの前記受光部の既知の高さ情報と、前記回転レーザ装置が設置された前記グランドレベルからの前記受光部の求められた高さ情報とから、前記グランドレベルと前記支柱が設置された前記地盤とのレベル差を算出することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記支柱には、該支柱と前記回転レーザ装置とを含む平面上での傾きを検出する傾斜検出器が設けられ、前記演算部は前記傾斜検出器からの検出信号に基づいて、前記回転レーザ装置が設置された前記グランドレベルからの前記受光部の前記高さまたは前記レベル差を補正することを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記受光センサ装置には、該受光センサ装置の絶対位置を検出するためのＧＰＳ (Global Positioning System) が搭載されており、前記ＧＰＳにより求められた絶対位置が表示されることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の発明において、前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、偏光方向を相互に異にすることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の発明において、前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、少なくとも一方が変調を受けていることを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の発明において、前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、波長を相互に異にすることを特徴とする。

請求項１、２、８、９及び１０に記載の発明によれば、両回転レーザ装置の発光部からの扇状レーザ光を検出する受光センサ装置により、各発光部からの複数の扇状レーザ光の検出情報すなわち検出時間間隔に基づいて、各発光部及び受光センサ装置の受光部を結ぶ各線と、水平基準線との各交角が求められ、さらに、該各交角と両発光部のそれぞれの既知の高さ情報とから、前記受光部の前記グランドレベルからの高さが求められることから、前記受光センサ装置を垂直線に沿って上下動することにより、その上下動に応じた前記グランドレベルからの前記受光部の高さ位置を容易に知ることができる。

請求項３及び１２に記載の発明によれば、支柱に設けられた受光センサ装置の受光部の前記支柱が設置された地盤からの既知の高さ情報と、回転レーザ装置が設置されたグランドレベルからの前記受光部の求められた高さ情報とから、前記グランドレベルと前記支柱が設置された前記地盤とのレベル差を求めることができるので、地盤の高低差を容易且つ正確に測定することができる。

請求項３及び１０に記載の発明によれば、受光センサ装置が設けられる支柱の傾きに依る誤差を補正することができるので、高精度での高さ測定が可能となる。

請求項５乃至７及び１５乃至１７に記載の発明によれば、両発光部からのレーザ光を確実に識別することができるので、両発光部からの各レーザ光の誤判定による誤動作を確実に防止することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、受光センサ装置の受光部の高さが設定された所望の高さに一致したとき、表示手段による視覚あるいは聴覚等によってその旨を表示させることができるので、受光センサ装置を垂直方向へ上下動させながら、表示手段の表示の有無を確認することにより、正確な所望の高さ位置を容易に得ることができる。

請求項１４に記載の発明によれば、高精度での高さ測定に加えて、ＧＰＳでの高精度での絶対位置の測定が可能となる。

本発明によれば、発光部となるレーザ投光器を傾斜させることなく、また受光センサ装置の受光部である受光器の精密な位置決め操作の必要なく、正確な高さ測定が可能となるので、例えば、建築物の内装工事における窓枠の位置出しのための基準水平ラインの形成、あるいは土木工事における盛土後の切土面の形成のための基準水平面の形成等に適用することができ、これらの作業を容易且つ効率的に行うことができる。

本発明が特徴とするところは、図示の実施例に沿っての以下の説明により、さらに明らかとなろう。

〈実施例１〉
本発明に係る測定方法を実施する測定システム１００は、図１に示すように、一対の回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂと、該両回転レーザ装置からのレーザ光を受ける受光センサ装置１５４とを含む。一方の回転レーザ装置１５１ａは、グランドレベルＧＬ１の地盤１１上に設置された三脚１２のベース１３に設けられている。また、他方の回転レーザ装置１５１ｂは、コの字状のステー１４を介してベース１３の上方に保持されたベース１５上に設けられている。各回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂは、それぞれの発光部となる各透光窓１３１ａ、１３１ｂから後述する扇状のレーザ光を一方向に回転しながら３６０度の角度範囲で放射するが、前記回転軸線が互いに一致して垂直線Ｃ上に位置するように、相互に上下方向に間隔をおいて配置される。

受光センサ装置１５４は、高さを測定しようとする地点上でその受光部１５６に両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの各発光部１３１ａ、１３１ｂからのレーザ光を受けるように、受光部１５６を回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂに向けられる。

前記測定システム１００では、地盤１１のグランドレベルＧＬ１から一方の回転レーザ装置１５１ａの発光部１３１ａまでの距離すなわちグランドレベルＧＬ１からの発光部１３１ａの高さＡは既知であり、また両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの発光部１３１ａ、１３１ｂ間の距離Ｌは既知であり、これにより、他方の回転レーザ装置１５１ｂの発光部１３１ｂの高さ（Ａ＋Ｌ）も既知である。

本発明は、各発光部１３１ａ、１３１ｂと受光センサ装置１５４の受光部１５６とを結ぶ線と水平基準線との交角、すなわち、一方の回転レーザ装置１５１ａの発光部１３１ａを通る水平基準線１８と発光部１３１ａ及び受光部１５６を通る線１９とで構成される仰角β、他方の回転レーザ装置１５１ｂの発光部１３１ｂを通る水平基準線１６と発光部１３１ｂ及び受光部１５６を通る線１７とで構成される俯角αを測定し、これら交角α、βと既知の高さＡ、Ｌとから受光センサ装置１５４の受光部１５６の高さを求める。

その詳細を説明するに先立って、各回転レーザ装置１５１（１５１ａ、１５１ｂ）及び受光センサ装置１５４の基本構成に関連して、各交角α、βを求める原理を図２及び図３に沿って概略的に説明する。図２及び図３では、両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの代表として回転レーザ装置１５１が示されている。

回転レーザ装置１５１は、図２及び図３に示すように、３つの扇状のレーザ光である扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂ及び１５３を射出しながら軸線Ｃを中心にそれらの扇状レーザを回転させる。図２及び図３（iii）に明確に示されているように、扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂは水平面に対して垂直な方向で射出され、扇状レーザ１５３は軸線Ｃを含む垂直面に関して（π／２−θ）で傾斜し、これにより扇状レーザ１５３は、水平面に対して角度θをなして射出される。また、図３（ｉ）に示すように、扇状レーザ１５３と水平面との交線は、扇状レーザ１５２ａと扇状レーザ１５２ｂがなす角を２等分する。即ち、前記交線と扇状レーザ１５２ａとのなす角、及び前記交線と扇状１５２ｂとのなす角は夫々等しく、δである。３つ扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂ、１５３はこのような関係を保ちながら一方向に回転するので、扇状１５２ａ、１５２ｂ、１５３は時間差をもって受光センサ装置１５４を横切る。この時間差を基に、受光センサ装置１５４と軸線Ｃとを結ぶ直線と、水平面とのなす角度γ（図３（ii）参照）が、後述するように求められる。この角度すなわち高低角度γは、一方の回転レーザ装置１５１ａと受光センサ装置１５４との関係で求められる場合は、仰角βに相当し、他方の回転レーザ装置１５１ｂと受光センサ装置１５４との関係で求められる場合は、俯角αに相当する。

次に、それぞれが３つの扇状レーザ光を発しながら垂直な軸線Ｃを中心に回転する回転レーザ装置を説明する。図４には、両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの代表として、回転レーザ装置１５１が示されている。回転レーザ装置１５１は、ケーシング１０１と、レーザ投光器１０３とを有する。切頭円錐形の凹部１０２がケーシング１０１の上面中央に形成されている。レーザ投光器１０３が凹部１０２の中央を上下方向に貫通する。レーザ投光器１０３は傾斜することができるように、球面座１０４を介して凹部１０２に支持されている。ペンタプリズム１０９を有する回転自在な回転部１０５がレーザ投光器１０３の頭部に設けられている。回転部１０５は走査モータ１０６によって駆動ギア１０７、走査ギア１０８を介して回転駆動される。

回転レーザ装置１５１は、レーザ投光器１０３の周囲に設けられた２組の傾斜機構を有する（一方のみ図示する）。一方の傾斜機構１１０は、傾斜用モータ１１１と、傾斜用スクリュー１１２と、傾斜ナット１１３とを有する。傾斜用モータ１１１が駆動ギア１１４、傾斜用ギア１１５を介して傾斜用スクリュー１１２を回転させると、傾斜用スクリュー１１２の回転により、傾斜ナット１１３が上下に移動する。傾斜ナット１１３は、傾斜用アーム１１６を介してレーザ投光器１０３に連結されている。従って、傾斜ナット１１３が上下動すると、これに応じてレーザ投光器１０３が傾斜する。また、図示していない他方の傾斜機構は、傾斜機構１１０と同様の機構によって、上記の傾斜機構１１０が傾斜する方向に直交する方向へ投光器１０３を傾斜させる。

傾斜用アーム１１６に平行な固定傾斜センサ１１８と、傾斜用アーム１１６に対して直角方向の固定傾斜センサ１１９がレーザ投光器１０３の中間部に設けられている。傾斜機構１１０により傾斜用アーム１１６を傾斜させ、固定傾斜センサ１１８が常に水平になるように制御を行なうことができる。また、同時に、前記した他方の傾斜機構によって固定傾斜センサ１１９が常に水平になるように制御を行なうことができる。この調整によって、回転部１０５の回転軸線を垂直な軸線Ｃに一致させることができる。なお、軸線Ｃに正確に一致させるには、なるべく回転レーザ装置本体を水平に設置して傾斜機構を作動させたほうがよい。

レーザ投光器１０３及びそれに取付けられた回転部１０５について説明する。図５に示すように、レーザ光線投光器１３２、及びレーザ光線投光器１３２から発せられるレーザ光線を平行光線にするコリメートレンズ１３３等を含む投光光学系が、レーザ投光器１０３に内蔵されている。投光光学系からのレーザ光線は回転部１０５の回折格子（BOE）１３４によって、図２及び図３（ｉ）乃至図３（iii）に示したように、３つの扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂ、１５３に形成される。扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂ、１５３は、ペンタプリズム１０９によって水平方向に偏向され、回転レーザ装置１５１の発光部として作用する投光窓１３１から照射される。

各回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂからそれぞれ３つの扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂ、１５３が受光センサ装置１５４により検出されるが、該受光センサ装置が両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂからのレーザ光を時間的に重複して受光することを防止するために、例えば各回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂからのレーザが軸線Ｃの直径方向に整列した状態で回転するように、有線、無線、光通信等で両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂが同期的に回転される。

各回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂからのレーザ光を時間的なずれを以て受光する受光センサ装置１５４について説明する。図６に示すように、受光センサ装置１５４の筐体１６４には、各回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂからの扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂ、１５３を検出するための受光部１５６が取付けられている。筐体１６４は、表示部１５７と、例えばブザーからなる警告部１６１と、入力キー１６２と、指標１６３と、目盛１６０が付された標尺１５９とを有する。更に筐体１６４には記憶部１６５、演算部１６６が内蔵されている。筐体１６４は、固定ノブ１５８により、標尺１５９上に調整可能に位置決められる。

表示部１５７には、例えば、レーザ光の回転軸線Ｃと受光部１５６とを結ぶ直線と水平基準面とのなす角度α、βが表示され、また、入力キー１６２の操作によって入力される所望の高さデータ値が表示され、この入力データ値は記憶部１６５に記憶される。

前述のように、各回転レーザ装置１５１（１５１ａ、１５１ｂ）は、共通の軸線Ｃを中心に回転するように扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂ、１５３を射出する。図３（iii）に示したように、扇状レーザ１５３は水平面に対して角度θをなして射出される。更に、図３（i）に示したように、扇状レーザ１５２ａと水平面が交わる交線と、扇状レーザ１５２ｂと水平面が交わる交線は角度２δをなしている。３つ扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂ、１５３はこのような関係を保ちながら回転するので、各回転レーザ装置１５１（１５１ａ、１５１ｂ）からのレーザは、扇状レーザ１５２ａ、扇状レーザ１５３、扇状レーザ１５２ｂの順に時間差をもって受光センサ装置１５４の受光部１５６を横切る。

図２に示すように、受光センサ装置１５４の受光部１５６が回転レーザ装置１５１を通る水平面内の位置Ａにある場合には、受光センサ装置１５４が検出する光は図７（ａ）に示すようになる。これに対して、受光部１５６が、図２に示すＡの鉛直上方Ｂの位置にある場合には、検出される扇状レーザは図７（ｂ）に示すようになる。ここで、図７（ａ）に示すように、２つの扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂの検出時間間隔をｔ₀とする。また、扇状レーザ１５２ａを検出してから、扇状レーザ１５３を検出するまでの時間間隔をｔとする。受光部１５６が水平面内の位置Ａにある場合には、時間間隔ｔは時間間隔ｔ₀の半分である。即ち、式（１）の関係が成り立つ。なお、回転レーザ装置１５１が扇状レーザを回転させる回転周期をＴとする。

ｔ₀＝２ｔ …（１）
又、図２に示すように、受光部１５６が前記水平面よりも上の位置Ｂにある場合には、検出時間間隔ｔは図７（ｂ）に示すようにｔ₀の半分よりも短くなる。受光部１５６が水平面から上方に離れるにつれて検出時間間隔ｔは短くなり、図３（ii）に明確に示されているように、受光部１５６の位置Ｂと扇状レーザ光の射出点（Ｃ）とを結んだ直線と、水平面とのなす角度∠ＢＣＡ=γである高低角度は検出時間間隔ｔから式２によって求めることができる。

γ＝δ（１−２ｔ／ｔ₀）tanθ … （２）
受光部１５６が点Ａを含む前記水平面よりも下の位置にある場合には、時間間隔ｔは時間間隔ｔ₀の半分よりも長くなる。これにより、受光部１５６が点Ａを含む前記水平面の上にあるのか下にあるのかを判別することができる。また、式（２）は受光部１５６が水平面よりも下にある場合にも適用することができる。

前記したところにより、受光センサ装置１５４が一方の回転レーザ装置１５１ａからの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３を検出すると、演算部１６６は、式（２）に従い、それらの検出時間間隔ｔから図１に示した俯角αを算出する。また、受光センサ装置１５４が他方の回転レーザ装置１５１ｂからの扇状レーザ光１５２ａ、１５２ｂ、１５３を検出すると、演算部１６６は、式（２）に従い、それらの検出時間間隔ｔから図１に示した仰角βを算出する。

また、演算部１６６は、求められた俯角α、仰角βと、図１に示した既知の寸法Ａ、Ｌとから、受光センサ装置１５４の受光部１５６の高さを求める。

すなわち、一方の回転レーザ装置１５１ａの発光部１３１ａを通る水平基準線１８から受光部１５６までの距離をＢとし、回転軸Ｃと受光部１５６との距離をＸとすると、次式（３）、（４）が成り立つ。

tanα＝（Ｌ−Ｂ）／Ｘ … （３）
tanβ＝Ｂ／Ｘ … （４）
例えば、式（３）のＸに、式（４）から求められるＸを代入することにより、式（３）から距離Ｘを削除することができ、式（３）は次式（５）に書き換えることができる。

tanα＝（Ｌ／Ｂ−１）／tanβ … （５）
式（５）でα、βが既に演算部１６６で求められており、Ｌが既知であることから、演算部１６６は、式（５）より、回転レーザ装置１５１ａの発光部１３１ａを通る水平基準線１８から受光部１５６までの距離Ｂを算出する。必要に応じて、この値Ｂは表示部１５７であるディスプレイに表示される。また演算部１６６は、グランドレベルＧＬ１からの発光部１３１ａの既知の高さＡと求めた値Ｂとを加算することにより、グランドレベルＧＬ１から受光センサ装置１５４の受光部１５６迄の高さＨ（Ａ＋Ｂ）を求め、この高さＨを表示部１５７に測定値として表示する。

前記したように、所望の値Ｈを入力キー１６２の操作によって記憶部１６５に入力しておき、受光センサ装置１５４を垂直方向へ上下動させたときの測定値と、記憶された所望値Ｈとを演算部１６６により比較し、測定値と設定値Ｈとが一致したとき、表示手段の一つであるブザー１６１を動作させることができる。この場合、ブザー１６１の発音動作によって受光センサ装置１５４の受光部１５６が所望の高さＨにあることを容易に知ることができる。

また、算出された距離Ｂを式（３）または式（４）に代入する演算部１６６での演算によって、回転軸Ｃと受光部１５６との距離Ｘを求めることができ、この測定値Ｘをも表示手段を構成するディスプレイ１５７に表示させることができる。

〈実施例２〉
図８に示す測定システム１１０では、地盤１１′に支柱２０が垂直に設置されており、この支柱２０に受光センサ装置１５４の筐体１６４（図６参照）が上下方向へ移動可能に保持されている。受光センサ装置１５４は、図６に示したと同様な固定ノブ１５８の締め付け操作によって、支柱２０上の所望の高さ位置に位置決め可能である。支柱２０には、図６に示した指標１６３の指示によって地盤１１′からの高さＨ′を示す目盛１６０（図６参照）が付されている。

受光センサ装置１５４の演算部１６６は、指標１６３の指示値Ｈ′を読み取り、前記したと同様な記憶部１６５に格納する。

演算部１６６は、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂが設置された地盤１１上から受光部１５６までの高さＨを算出すると、この高さＨから記憶部１６５に格納された指示値Ｈ′を差し引く。この減算（Ｈ−Ｈ′）により、回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂが設置された地盤１１のグランドレベルＧＬ１と、受光センサ装置１５４が設けられる支柱２０が設置された地盤１１′のグランドレベルＧＬ２とのレベル差ΔＨが算出される。このレベル差ΔＨをディスプレイ１５７に表示させることができる。

〈実施例３〉
図９の測定システム１２０に示すように、支柱２０に傾斜検出器２１を設けることができる。この傾斜検出器２１が設けられた測定システム１２０では、受光センサ装置１５４を取り付けた支柱２０が、地盤１１′の垂直線に関して傾斜を生じていると、支柱２０と回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂの軸線Ｃとを含む平面上での垂直線に関する傾きρに対応する電気信号を演算部１６６に出力する。

傾きρが生じると、演算部１６６によって算出される回転レーザ装置１５１ａの発光部１３１ａを通る水平基準線１８から受光部１５６までの距離（Ｂ）は、この傾きρに対応した誤差Ｄを含むことになる。しかしながら、演算部１６６は、傾きρに応じた誤差信号を傾斜検出器２１から受信すると、この誤差Ｄを補正すべく算出された値Ｂに傾きρに応じた補正値Ｄを加算することにより、補正された適正な値Ｂを算出する。また、この補正により、地盤１１′上からの受光部１５６の高さＨ′が補正される。従って、この補正された適正な値Ｂ、Ｈ′を用いて、支持柱２０の傾きρに拘わらず、地盤１１のグランドレベルＧＬ１からの受光部１５６の正確な高さＨ及び地盤１１のグランドレベルＧＬ１と地盤１１′のグランドレベルＧＬ２との正確なレベル差（Ｈ−Ｈ′）を求めることができる。

〈実施例４〉
また、図１０の測定システム１３０に示すように、支持柱２０の絶対位置すなわち受光センサ装置１５４の絶対位置を求めるために、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用することができる。支柱２０の頂部には、ＧＰＳアンテナ２１が設けられ、このＧＰＳアンテナ２１によって受信される衛星からのＧＰＳ信号から絶対位置を算出するＧＰＳ本体（図示せず）が図６に示した受信センサ装置１５４の筐体１６４内に設けられている。このＧＰＳによって得られた位置情報は、表示手段であるディスプレイ１５７に表示することができる。

回転レーザ装置の位置とレーザ光の射出方向のデータとを傾斜検出器２１の傾斜方向と関連付けることにより、ＧＰＳによる絶対位置の補正ができると共に、例えば直角座標系とすることができる。データは光通信等で行う。

このように、受光センサ装置１５４の絶対値の測定にＧＰＳを利用することにより、高精度での絶対値測定が可能となり、前記した受光センサ装置１５４による高さ測定Ｈ、ΔＨと組み合わせによって高精度での測定作業を容易に実行することができる。

受光センサ装置１５４は、俯角αを求めるための回転レーザ装置１５１ｂからのレーザ光と、仰角βを求めるための回転レーザ装置１５１ａからのレーザ光とを、時間的なずれをもって受光することから、両レーザ光が受光センサ装置１５４の受光部１５６で同時的にすなわち重複して検出されることはなく、この重複による誤動作あるいは誤測定が防止されるが、この誤動作等を確実に防止する上で、両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂからのレーザ光として、相互に識別可能のレーザ光を採用することが望ましい。

このため、両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂからのレーザ光に相互に偏光方向が異なることによって偏光面が異なる偏光を用いることができる。また、偏光方向を異にするレーザ光を用いることに代えて、その一方のレーザ光に変調を加えることができ、あるいは両レーザ光の波長を相互に異ならせることができる。

また、前記したところでは、両回転レーザ装置１５１ａ、１５１ｂを３６０度の角度範囲で一方向に回転させる例を示したが、これに代えて、受光センサ装置１５４を照射する所定の角度範囲を往復するように、走査させることができる。

さらに、各扇状レーザを一対の垂直な扇状レーザ１５２ａ、１５２ｂ及び傾斜する扇状レーザ１５３で構成した例を示したが、例えば一方の垂直レーザ１５２ａまたは１５２ｂを不要とすることができ、さらに、特開２００２−３９７５５号公報の図２３に示すような種々の形態の組み合わせの扇状レーザ光を採用することができる。

本発明に係る高さ測定システムの実施例（１）の外観を示す説明図である。本発明に係る高さ測定システムの角度測定原理を説明する斜視図である。図３（ｉ）、図３（ii）及び図３（iii）はそれぞれ図２の平面図、正面図及び側面図である。図１に示した高さ測定システムの回転レーザ装置の断面図である。図４に示した回転レーザ装置の光学系を示す断面図である。図１に示した高さ測定システムの受光センサ装置を示す外観図である。受光センサ装置により検出される信号を示すグラフである。本発明に係る高さ測定システムの他の実施例（２）を示す図１と同様な図面である。本発明に係る高さ測定システムのさらに他の実施例（３）を示す図１と同様な図面である。本発明に係る高さ測定システムのさらに他の実施例（４）を示す図１と同様な図面である。

符号の説明

１１、１１′ 地盤
１７、１９発光部及び受光部を結ぶ線
２０支柱
２１ＧＰＳアンテナ
１００、１１０、１２０、１３０高さ測定システム
１３１ａ、１３１ｂ発光部
１５１ａ、１５１ｂ回転レーザ装置
１５２ａ、１５２ｂ、１５３扇状レーザ
１５４受光センサ装置
１５６受光部
１５７、１６１表示手段（ディスプレイ、ブザー）
１６６演算部

Claims

互いに軸線を一致させて上下方向に所定の間隔をおいて配置される一対の回転レーザ装置の各発光部から、前記軸線を含む平面に関して傾斜する平面内に少なくとも１つの扇状レーザ光線を含む複数の扇状レーザ光を前記軸線の回りに回転放射し、その扇状レーザ光を受光センサ装置の受光部が受光して検出する時間間隔に基づいて、前記回転レーザ装置の前記各発光部及び前記受光部を結ぶ各線それぞれの傾きを検出して前記回転レーザ装置に対する前記受光部の軸線方向の相対的な位置を検出する測定方法。
互いに軸線を一致させて上下方向に間隔をおいて配置される一対の回転レーザ装置のそれぞれの発光部から前記軸線を含む平面に関して傾斜する平面内に広がる少なくとも１つの扇状レーザ光を含む複数の扇状レーザ光で前記軸線の回りの所定の角度範囲を走査すべく前記レーザ光を放射し、前記両発光部からの前記レーザ光を互いに時間的なずれを以て受光センサ装置の受光部で検出し、前記発光部毎における前記各扇状レーザ光の検出時間間隔に基づいて、前記各発光部及び前記受光部を結ぶ各線と、水平基準線との各交角を求め、さらに該各交角と、前記両発光部の前記回転レーザ装置が設置されたグランドレベルからの高さ情報とを用いて前記受光部の前記グランドレベルからの高さを求めることを特徴とする測定方法。
前記受光センサ装置は支柱上に設けられ、該支柱が設置された地盤からの前記受光部の既知の高さ情報と、前記回転レーザ装置が設置された前記グランドレベルからの前記受光部の求められた高さ情報とから、前記グランドレベルと前記支柱が設置された前記地盤とのレベル差を算出することを特徴とする請求項２に記載の測定方法。
前記支柱には、該支柱と前記回転レーザ装置とを含む平面上での傾きを検出する傾斜検出器が設けられ、前記傾斜検出器からの検出信号に基づいて、前記回転レーザ装置が設置された前記グランドレベルからの前記高さまたは前記レベル差を補正することを特徴とする請求項３に記載の測定方法。
前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、偏光方向を相互に異にする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の測定方法。
前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、少なくとも一方が変調を受けている請求項２乃至４のいずれか一項に記載の測定方法。
前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、波長を相互に異にする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の測定方法。
互いに軸線を一致させて上下方向に所定の間隔をおいて配置される一対の回転レーザ装置の各発光部から、前記軸線を含む平面に関して傾斜する平面内に少なくとも１つの扇状レーザ光線を含む複数の扇状レーザ光を前記軸線の回りに回転放射し、その扇状レーザ光を受光センサ装置の受光部が受光して検出する時間間隔に基づいて、前記回転レーザ装置の前記各発光部及び前記受光部を結ぶ各線それぞれの傾きを検出して前記回転レーザ装置に対する前記受光部の軸線方向の相対的な位置を検出する測定システム。
回転レーザ装置に対するそれぞれの傾きの検出から、前記回転レーザ装置に対する前記受光部の軸線方向の相対的な位置と共に、前記回転レーザ装置から前記受光部の受光センサまでの距離が算出可能な請求項８に記載の測定システム。
互いに軸線を一致させて配置される一対の回転レーザ装置であってそれぞれが前記軸線を含む平面に関して傾斜する平面内に広がる少なくとも１つの扇状レーザ光を含む複数の扇状レーザ光で前記軸線の回りの所定の角度範囲を走査すべく前記レーザ光を放射する発光部を有する一対の回転レーザ装置と、該両回転レーザ装置の前記両発光部からの前記レーザ光を時間的なずれを以て受光する受光部が設けられた受光センサ装置とを含み、前記回転レーザ装置が設置されたグランドレベルからの前記両発光部のそれぞれの高さが相互に異なり、また該両発光部からの前記レーザ光は相互に識別可能であり、
前記受光センサ装置は、前記両回転レーザ装置から放射される相互に識別可能な前記レーザ光の検出情報に基づいて、前記各発光部及び前記受光部を結ぶ各線と、水平基準線との各交角を求め、さらに、該各交角と前記両発光部のそれぞれの既知の高さ情報とから、前記受光部の前記グランドレベルからの高さを求める演算部を有することを特徴とする測定システム。
前記受光センサ装置は、所望の高さを設定する設定手段と、該設定手段により設定された所望の値が求められた前記グランドレベルからの高さに一致したとき、その旨を表示する表示手段とを備える請求項１０に記載の測定システム。
前記受光センサ装置は支柱上に設けられ、前記演算部は、前記支柱が設置された地盤からの前記受光部の既知の高さ情報と、前記回転レーザ装置が設置された前記グランドレベルからの前記受光部の求められた高さ情報とから、前記グランドレベルと前記支柱が設置された前記地盤とのレベル差を算出することを特徴とする請求項１０または１１に記載の測定システム。
前記支柱には、該支柱と前記回転レーザ装置とを含む平面上での傾きを検出する傾斜検出器が設けられ、前記演算部は前記傾斜検出器からの検出信号に基づいて、前記回転レーザ装置が設置された前記グランドレベルからの前記受光部の前記高さまたは前記レベル差を補正することを特徴とする請求項１２に記載の測定システム。
前記受光センサ装置には、該受光センサ装置の絶対位置を検出するためのＧＰＳ (Global Positioning System) が搭載されており、前記ＧＰＳにより求められた絶対位置が表示されることを特徴とする請求項１３に記載の測定システム。
前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、偏光方向を相互に異にする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の測定システム。
前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、少なくとも一方が変調を受けている請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の測定システム。
前記両発光部からの前記レーザ光は、相互の識別を可能とすべく、波長を相互に異にする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の測定システム。