(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザスキャンによる追尾を可能にしたターゲット装置、及びレーザスキャナの機能を有し、且つターゲットの追尾、測定を可能にした測量システムを提供する。【解決手段】測距光１５をスキャンし点群データを取得するレーザスキャナ３と、測距光１５を反射するターゲット６を有するターゲット装置２とを具備し、ターゲット６は、既知の直径Ｄを有する球体であり、レーザスキャナ３は、測距光１５を射出し、反射光を受光して測距を行う測距部１２と、測距光１５を２次元に偏向可能な光軸偏向部１３と、該光軸偏向部１３を制御する演算制御部１１とを具備し、該演算制御部１１は、光軸偏向部１３によりターゲット６の表面を円スキャンａし、該円スキャンａで得られる点群データと直径Ｄとに基づきターゲット６の中心Ｃを求め、ターゲット６の中心Ｃを測距する様構成される。【選択図】図１
2020038180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポールと該ポールに設けられ、測距光を反射する球体のターゲットとを有し、該ターゲットは既知の直径を有し、前記ターゲットの中心は前記ポールの軸心上に位置され、且つ前記ターゲットの中心と前記ポール下端との距離が既知となっているターゲット装置。
【請求項２】
前記ポールに気泡管が設けられた請求項１に記載のターゲット装置。
【請求項３】
測距光をスキャンし点群データを取得するレーザスキャナと、測距光を反射するターゲットを有するターゲット装置とを具備し、前記ターゲットは、既知の直径を有する球体であり、前記レーザスキャナは、測距光を射出し、反射光を受光して測距を行う測距部と、測距光を２次元に偏向可能な光軸偏向部と、該光軸偏向部を制御する演算制御部とを具備し、該演算制御部は、前記光軸偏向部により前記ターゲットの表面を円スキャンし、該円スキャンで得られる点群データと前記直径とに基づき前記ターゲットの中心を求め、前記ターゲットの中心を測距する様構成された測量システム。
【請求項４】
移動する前記ターゲットに対し、前記円スキャンで得られる全周の測距値が等しくなる様に、前記光軸偏向部により前記円スキャンの中心を前記ターゲットの中心に向ける様構成された請求項３に記載の測量システム。
【請求項５】
前記ターゲット装置は、先端で測定点を指示するポールと該ポールに設けられた気泡管とを更に具備し、前記ターゲットは、その中心が前記ポールの軸心上に位置し、又該ポールの先端から既知の位置に設けられ、前記レーザスキャナは、前記ポールが鉛直に支持された状態で前記ターゲットの中心を測定し、前記測定点の測定を実行する様構成された請求項３に記載の測量システム。
【請求項６】
前記光軸偏向部は、２軸ガルバノミラーを有する請求項３に記載の測量システム。
【請求項７】
前記光軸偏向部は基準光軸を有し、前記光軸偏向部は、前記基準光軸を中心として回転可能な一対の光学プリズムと、該光学プリズムを個々に独立して回転するモータとを具備し、前記演算制御部は、前記一対の光学プリズムの回転方向、回転速度、回転比の制御により前記光軸偏向部による測距光の偏向を制御し、スキャン中心光軸を中心として２次元スキャンさせると共に、前記スキャン中心光軸の前記基準光軸に対する偏向を制御する様構成した請求項３に記載の測量システム。
【請求項８】
前記演算制御部は、前記光軸偏向部により、少なくとも１つの交点を有するスキャンパターンで測距光をスキャンさせ、或は円パターンで測距光をスキャンさせる請求項３に記載の測量システム。
【請求項９】
前記演算制御部は、前記光軸偏向部により前記交点が前記ターゲット上で形成され、スキャンパターンの一部がポールを横断する様に測距光をスキャンさせ、前記ターゲットのスキャンで得られる点群データにより前記ターゲットの中心を求めると共に、前記ターゲットの測定を実行し、前記ターゲットの中心と前記ポールの横断で得られる測距値に基づき前記ポールの傾斜を測定する様構成された請求項８に記載の測量システム。
【請求項１０】
前記演算制御部は、前記ターゲットの視準、追尾は円スキャンで実行し、前記ターゲットの測定は、少なくとも１つの交点を有するスキャンパターンで実行する様構成された請求項８に記載の測量システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は追尾を可能にしたターゲット装置及び該ターゲット装置を含む測量システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の形状測定を行う測定装置としてレーザスキャナがある。通常、レーザスキャナは測距光であるレーザ光線を鉛直方向に回転照射しつつ、更に水平回転することで全周囲の点群データを取得する。
【０００３】
一方、ターゲットを測定点に設置しターゲットの測定を行う、或は複数の測定点について測定が要求される場合は、ターゲットを複数の測定点に順次移動して設置し、測定点毎にターゲットを測定する。この場合、測定装置には静止した測定対象を高精度に測定し、更に移動するターゲットを追尾する追尾機能が要求される。
【０００４】
従来、レーザスキャナには追尾機能はなく、ターゲットを追尾し、複数の測定点を順次測定することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１５１４２２号公報
【特許文献２】特開２０１６−１５１４２３号公報
【特許文献３】特開２０１６−１６１４１１号公報
【特許文献４】特開２０１５−２３０２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、レーザスキャンによる追尾を可能にしたターゲット装置、及びレーザスキャナの機能を有し、且つターゲットの追尾、測定を可能にした測量システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ポールと該ポールに設けられ、測距光を反射する球体のターゲットとを有し、該ターゲットは既知の直径を有し、前記ターゲットの中心は前記ポールの軸心上に位置され、且つ前記ターゲットの中心と前記ポール下端との距離が既知となっているターゲット装置に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記ポールに気泡管が設けられたターゲット装置に係るものである。
【０００９】
又本発明は、測距光をスキャンし点群データを取得するレーザスキャナと、測距光を反射するターゲットを有するターゲット装置とを具備し、前記ターゲットは、既知の直径を有する球体であり、前記レーザスキャナは、測距光を射出し、反射光を受光して測距を行う測距部と、測距光を２次元に偏向可能な光軸偏向部と、該光軸偏向部を制御する演算制御部とを具備し、該演算制御部は、前記光軸偏向部により前記ターゲットの表面を円スキャンし、該円スキャンで得られる点群データと前記直径とに基づき前記ターゲットの中心を求め、前記ターゲットの中心を測距する様構成された測量システムに係るものである。
【００１０】
又本発明は、移動する前記ターゲットに対し、前記円スキャンで得られる全周の測距値が等しくなる様に、前記光軸偏向部により前記円スキャンの中心を前記ターゲットの中心に向ける様構成された測量システムに係るものである。
【００１１】
又本発明は、前記ターゲット装置は、先端で測定点を指示するポールと該ポールに設けられた気泡管とを更に具備し、前記ターゲットは、その中心が前記ポールの軸心上に位置し、又該ポールの先端から既知の位置に設けられ、前記レーザスキャナは、前記ポールが鉛直に支持された状態で前記ターゲットの中心を測定し、前記測定点の測定を実行する様構成された測量システムに係るものである。
【００１２】
又本発明は、前記光軸偏向部は、２軸ガルバノミラーを有する測量システムに係るものである。
【００１３】
又本発明は、前記光軸偏向部は基準光軸を有し、前記光軸偏向部は、前記基準光軸を中心として回転可能な一対の光学プリズムと、該光学プリズムを個々に独立して回転するモータとを具備し、前記演算制御部は、前記一対の光学プリズムの回転方向、回転速度、回転比の制御により前記光軸偏向部による測距光の偏向を制御し、スキャン中心光軸を中心として２次元スキャンさせると共に、前記スキャン中心光軸の前記基準光軸に対する偏向を制御する様構成した測量システムに係るものである。
【００１４】
又本発明は、前記演算制御部は、前記光軸偏向部により、少なくとも１つの交点を有するスキャンパターンで測距光をスキャンさせ、或は円パターンで測距光をスキャンさせる測量システムに係るものである。
【００１５】
又本発明は、前記演算制御部は、前記光軸偏向部により前記交点が前記ターゲット上で形成され、スキャンパターンの一部がポールを横断する様に測距光をスキャンさせ、前記ターゲットのスキャンで得られる点群データにより前記ターゲットの中心を求めると共に、前記ターゲットの測定を実行し、前記ターゲットの中心と前記ポールの横断で得られる測距値に基づき前記ポールの傾斜を測定する様構成された測量システムに係るものである。
【００１６】
更に又本発明は、前記演算制御部は、前記ターゲットの視準、追尾は円スキャンで実行し、前記ターゲットの測定は、少なくとも１つの交点を有するスキャンパターンで実行する様構成された測量システムに係るものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ポールと該ポールに設けられ、測距光を反射する球体のターゲットとを有し、該ターゲットは既知の直径を有し、前記ターゲットの中心は前記ポールの軸心上に位置され、且つ前記ターゲットの中心と前記ポール下端との距離が既知となっているので、ターゲットについて方向性がなく、全方向から前記ターゲットの測定が可能となり、又測距値のみで前記ターゲットの中心を測定することができる。
【００１８】
又本発明によれば、測距光をスキャンし点群データを取得するレーザスキャナと、測距光を反射するターゲットを有するターゲット装置とを具備し、前記ターゲットは、既知の直径を有する球体であり、前記レーザスキャナは、測距光を射出し、反射光を受光して測距を行う測距部と、測距光を２次元に偏向可能な光軸偏向部と、該光軸偏向部を制御する演算制御部とを具備し、該演算制御部は、前記光軸偏向部により前記ターゲットの表面を円スキャンし、該円スキャンで得られる点群データと前記直径とに基づき前記ターゲットの中心を求め、前記ターゲットの中心を測距する様構成されたので、ターゲットについて方向性がなく、全方向から前記ターゲットの測定が可能となり、又測距値のみで前記ターゲットの中心を測定す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】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施例に係るシステム概略図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、第１の実施例に於ける円スキャンとターゲットとの関係を示す説明図である。
【図３】（Ａ）（Ｂ）は、円スキャンによりターゲットの中心を求める他の方法を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るシステム概略図である。
【図５】第２の実施例に於けるレーザスキャナの正面図である。
【図６】該レーザスキャナの概略構成図である。
【図７】該レーザスキャナの光軸偏向部の偏向作用を示す説明図である。
【図８】該光軸偏向部で得られるパターンの一例を示す図である。
【図９】該光軸偏向部で得られる他のパターンの一例を示す図である。
【図１０】ターゲット測定時のターゲット装置とスキャンパターンとの関係を示す図である。
【図１１】ターゲット装置の変形例とスキャンパターンとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る第１の実施例を示す概略図である。
【００２２】
図１中、１は本実施例に係る測量システムを示し、２は該測量システムに用いられるターゲット装置、３はレーザスキャナを示している。
【００２３】
先ず、前記ターゲット装置２について説明する。
【００２４】
該ターゲット装置２は、下端が測定点Ｐを指示する様に尖端となったポール５と、該ポール５の所定位置に設けられた球体のターゲット６と、前記ポール５の所要位置に設けられた気泡管７とを有している。
【００２５】
前記ターゲット６の直径Ｄは、測定環境に応じた大きさとされ、既知の値であり、例えば１０ｃｍである。又、前記ターゲット６は、前記ポール５に対して着脱可能とし、大きさの異なるターゲット６に交換可能としてもよい。
【００２６】
前記ターゲット６の中心Ｃは、前記ポール５の軸心８上に位置し、且つ前記ポール５の下端からの距離Ｌが既知となっている。
【００２７】
前記気泡管７は、前記ポール５即ち前記軸心８が鉛直となった時に、水平を示す様に、前記ポール５に設けられている。
【００２８】
前記ターゲット６の表面は、前記レーザスキャナ３からの測距光を反射する様、反射率の高い白色とするか、或は更に、反射率の高い反射シートで覆われていることが好ましい。
【００２９】
又、前記ポール５の前記ターゲット６から上下に延びる所要範囲が、前記ターゲット６と同様白色であるか、或は反射シートで覆われている。尚、前記ポール５の全長を白色、或は反射シートとしてもよい。
【００３０】
前記レーザスキャナ３は、局所スキャン、更に円スキャンを実行できる機能を有するレーザスキャナが用いられる。
【００３１】
該レーザスキャナ３について略述すると、該レーザスキャナ３は主に、演算制御部１１、測距部１２、測距光偏向部１３を有している。
【００３２】
前記測距部１２は、パルス光、或は特許文献３に示される断続変調光（即ち、バースト光）を測距光１５として射出し、前記ターゲット６で反射された反射測距光を受光し、測距光の発光タイミングと受光タイミングの時間差と、光速に基づき測定対象迄の距離を測定する。前記測距部１２は、ＥＤＭとして機能する。前記測距光１５は、可視光又は不可視光のいずれでもよい。
【００３３】
前記測距光偏向部１３に於いて、２次元スキャンしている状態でのスキャン中心をスキャン中心光軸１４（図２参照）とする。前記測距光偏向部１３は、前記スキャン中心光軸１４に対して測距光を２軸（水平／鉛直）に偏向し、所要のパターンで測距光をスキャンする機能を有する。尚、前記測距光偏向部１３による偏向作用がない状態での光軸を基準光軸Ｒとする。
【００３４】
尚、前記測距光偏向部１３として、特許文献１に示される測量装置が有する一対の円板の光学プリズムで構成される光軸偏向ユニットを用いることができる。或は、前記測距光偏向部１３として、２軸ガルバノミラーを用いた偏向手段を用いることもできる。
【００３５】
尚、２軸ガルバノミラーを用いた偏向手段については、例えば、特許文献４に示されている。
【００３６】
前記演算制御部１１は、主にＣＰＵ、記憶部、入出力制御部等を有し、前記測距部１２を制御して測距を行うと共に、前記測距光偏向部１３を制御して、測距光を水平、鉛直の２軸に偏向し、所要のパターンで測距光をスキャンさせる。
【００３７】
尚、スキャンのパターンとしては２次元パターンが実行され、例えば円パターンが実行される。更に、前記演算制御部１１は、円パターンのスキャン実行中、前記ターゲット６の球面上で円パターンが形成される様、円パターンの直径ｄの大きさを制御する。
【００３８】
更に、スキャン実行中、パルス毎に測距が行われ、パターン軌跡に沿って点群データが取得される。尚、図１中、前記ターゲット６上の破線の点は、測定点を示している。
【００３９】
以下、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を参照して作用を説明する。又、以下の説明では測距光１５を可視光として説明する。
【００４０】
前記ターゲット装置２を測定点Ｐに鉛直に立設する。前記ターゲット装置２が鉛直であることは、前記気泡管７によって確認する。
【００４１】
前記レーザスキャナ３により前記ターゲット６を視準する。
【００４２】
この時、前記レーザスキャナ３が該ターゲット６を視準した状態とは、前記スキャン中心光軸１４が前記ターゲット６の中心Ｃを通過する状態を言う。
【００４３】
前記レーザスキャナ３を前記ターゲット６に向け前記測距光１５を射出する。又、該測距光１５を円スキャンする。尚、この時の円スキャンの速度は、測定状態によって選択すればよいが、例えば数十Ｈｚ（１０Ｈｚ〜６０Ｈｚの内の任意な速度）とされる。
【００４４】
円スキャンが前記ターゲット６上を略走査する状態となると、測定が開始される。
【００４５】
前記レーザスキャナ３自体は固定され、測定中は前記測距光偏向部１３の偏向作用により、視準或は追尾が実行される。
【００４６】
図２（Ａ）は、正確に視準された状態を示し、図２（Ｂ）は、視準が完全でない状態を示している。
【００４７】
正確に視準された状態では、前記ターゲット６が球体であるので、円スキャンａの形状は真円となり、円スキャンａで得られる点群データの全てが同じ測距値となる。例えば、図２（Ａ）中の測距光１５ａと測距光１５ｂによる測距値が同一になる。
【００４８】
又、前記測距光１５ａ又は前記測距光１５ｂの測距値に基づき、前記測距光偏向部１３により前記スキャン中心光軸１４に対する偏向角αを制御することで、円スキャンの半径ｒを所要の既知の値に設定することができる。
【００４９】
円スキャンの半径ｒと、前記ターゲット６が球体であること、該ターゲット６（球体）の直径Ｄ、及び円スキャンａと球体の幾何学的関係から、前記中心Ｃの位置が求められ、又前記レーザスキャナ３の設置点と前記中心Ｃとの水平距離Ｈが測定される。
【００５０】
水平距離Ｈの計算方法としては、種々考えられるが、例えば以下の如く求められる。
【００５１】
Ｈ＝（√［１５ａ2 （１５ａ＝測距光の測距値）−（ｄ／２）2 ］）
＋（√［（Ｄ／２）2 −（ｄ／２）2 ］）、或は
Ｈ＝１５ａ・ｃｏｓα＋（Ｄ／２）ｃｏｓβ  （ここで、β＝ａｒｃｓｉｎ（ｄ／Ｄ））
【００５２】
図２（Ｂ）に示される様に、視準が完全でない場合は、円スキャンａで得られる点群データの測距値が位置により異なる。例えば、図２（Ｂ）に示される様に、測距光１５ａと測距光１５ｂとの測距値が異なる。
【００５３】
前記測距光１５ａ，１５ｂとの測距値の比較で、前記スキャン中心光軸１４が前記中心Ｃに対してどの方向にずれているかが判断できる。図２（Ｂ）の例では、スキャン中心光軸１４が下方にずれている。従って、前記演算制御部１１は、前記測距光偏向部１３によってスキャン中心光軸１４を上方に回転させ、前記測距光１５ａ，１５ｂの測距値を一致させる。
【００５４】
而して、前記円スキャンａのみで、正確な視準ができる。又、スキャン作動を停止させることなく、前記ターゲット６の測定ができる。
【００５５】
次に、前記測定点Ｐの測定が完了し、次の測定点を測定する場合、作業者が前記ポール５を持ち、次の測定点迄移動する。
【００５６】
上記した様に、前記スキャン中心光軸１４が前記中心Ｃから外れると、円スキャン全周での測距値に偏差が生じる。又、この偏差でどちらの方向に前記ターゲット６が移動したかが分る。従って、前記演算制御部１１が前記測距光偏向部１３により前記円スキャンａをしつつ、前記測距部１２によりリアルタイムで測距し、常に円スキャン全周での測距値が等しくなる様に、前記測距光偏向部１３を制御することで、追尾が可能になる。
【００５７】
尚、追尾を実行する場合では、前記円スキャンａの直径を前記ターゲット６の直径の１／２にする等し、前記スキャン中心光軸１４が前記中心Ｃから多少ずれた場合でも、追尾を可能とする。
【００５８】
次に、図２（Ｃ）は、前記ターゲット６が移動し、前記レーザスキャナ３に対して方向が変った状態を示している。
【００５９】
前記ターゲット６は球体であるので、どの方向から視準しても、前記スキャン中心光軸１４が前記中心Ｃを通過する状態とすることができ、又前記スキャン中心光軸１４が前記中心Ｃを通過する状態では、円スキャンａの形状は真円となり、円スキャンａの測距データが等しくなる。
【００６０】
即ち、前記ターゲット６がどの方向に移動しても、又前記ポール５がどの方向に傾斜しても、更に前記ターゲット装置２が前記軸心８を中心に回転しても、前記測距光偏向部１３により前記スキャン中心光軸１４を前記中心Ｃに合致させることができる。即ち、前記演算制御部１１が前記測距光偏向部１３の偏向を制御することで、前記ターゲット６の追尾が可能である。
【００６１】
又、図３（Ａ）、図３（Ｂ）を参照して前記ターゲット６の中心Ｃを求める他の方法例を説明する。
【００６２】
円スキャンａで得られる点群データから「点群を通る面１７」と「円の中心Ｃ′」（円スキャンの軌跡円の中心）を求める。面１７は、法線のベクトルｎ（ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ）によって表される。このベクトルｎに合致し、円の中心Ｃ′（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）を通る三次元の直線Ｌの上に、球体（ターゲット６）の中心Ｐがある。つまり、直線Ｌ上に存在する点であり、且つ、測定された点群から球体の半径ｒ（Ｄ／２）の距離にある点を求めれば、その点が球体の中心Ｃである。
【００６３】
次に、前記ターゲット装置２の応用例として、重機、例えば、ブルドーザ等の建設機械、トラクタ等の農業機械に、前記ターゲット装置２を取付け、作業中の重機の位置測定に使用することができる。更に、位置測定に基づき重機の作業管理に使用されてもよい。
【００６４】
尚、重機に使用される場合は、精密な位置測定は必要ないので、前記気泡管７は省略できる。
【００６５】
次に、図４〜図６を参照して第２の実施例を説明する。尚、図４〜図６中、図１で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
図４中、Ｏは光軸が偏向されていない状態での測距光軸を示し、この時の測距光軸を基準光軸とする。
【００６７】
第２の実施例に係る測量システム１は、主に支持装置としての三脚２１、レーザスキャナ３、該レーザスキャナ３が取付けられる設置台２２、測定点Ｐに設置されるターゲット装置２、前記レーザスキャナ３を遠隔操作可能な端末機２３を有している。
【００６８】
該端末機２３として、携帯可能であり、表示機能、通信機能、演算処理機能を有する装置、例えば、スマートホン、タブレット、ノートパソコン等が用いられ、前記レーザスキャナ３に測定に関する指示を送信し、該レーザスキャナ３が取得した測定データ、画像データ等を受信し、データの保存、データの表示、データ処理等を実行する。
【００６９】
前記設置台２２は前記三脚２１の上端に取付けられ、前記レーザスキャナ３は前記設置台２２に設けられる。該設置台２２は前記レーザスキャナ３を回転可能に支持する。
【００７０】
前記ターゲット装置２は、図１で示されたターゲット装置２と同等の構成であるが、気泡管７が省略されている。ターゲット６の表面には、好ましくは、再帰反射する光学特性を有する反射シートが貼付けられ、ポール５にも再帰反射する光学特性を有する反射シートが貼付けられている。
【００７１】
又、前記ポール５の前記ターゲット６より上部５ａと、前記ターゲット６より下部５ｂの太さ（直径）を変えてもよい。上部と下部の太さを変えることで、前記ターゲット装置２の上下の判断が可能になる。更に、上部５ａと下部５ｂの直径は、既知の値とする。尚、近距離用のターゲット装置２としては、前記ターゲット６の表面、前記ポール５に白色塗料が塗られてもよい。
【００７２】
前記設置台２２に水平方向に回転可能に托架部２４が設けられている。該托架部２４の下面からは、水平回転軸２５が突設され、該水平回転軸２５は軸受（図示せず）を介して前記設置台２２に回転自在に嵌合している。前記托架部２４は、前記水平回転軸２５を中心に水平方向に回転自在となっている。
【００７３】
又、該水平回転軸２５と前記設置台２２との間には、水平角（前記水平回転軸２５を中心とした回転方向の角度）を検出する水平角検出器２６（例えばエンコーダ）が設けられ、該水平角検出器２６によって前記托架部２４の前記設置台２２に対する水平方向の相対回転角が検出される様になっている。
【００７４】
前記設置台２２には水平回転ギア２７が前記水平回転軸２５と同心に固定され、該水平回転ギア２７には水平ピニオンギア２８が噛合している。前記托架部２４には、水平モータ２９が設けられ、該水平モータ２９の出力軸は下方に突出し、該出力軸に前記水平ピニオンギア２８が固着されている。
【００７５】
前記水平モータ２９の駆動により、前記水平ピニオンギア２８が回転し、該水平ピニオンギア２８が前記水平回転ギア２７の回りを公転する。更に、前記托架部２４と前記レーザスキャナ３とは一体であるので、前記水平モータ２９によって、前記レーザスキャナ３が前記水平回転軸２５を中心に水平方向に回転される。
【００７６】
前記托架部２４は凹部を有し、該凹部に前記レーザスキャナ３が収納されている。該レーザスキャナ３は、水平方向に延びる水平な軸心を有する鉛直回転軸３１を介して前記托架部２４に支持され、前記レーザスキャナ３は前記鉛直回転軸３１を中心に鉛直方向に回転自在となっている。
【００７７】
前記鉛直回転軸３１の一端には、鉛直回転ギア３２が固着され、該鉛直回転ギア３２にはピニオンギア３３が噛合している。前記托架部２４に鉛直モータ３４が設けられ、該鉛直モータ３４の出力軸に前記ピニオンギア３３が固着されている。前記鉛直モータ３４が駆動されることで、前記ピニオンギア３３、前記鉛直回転ギア３２、前記鉛直回転軸３１を介して前記レーザスキャナ３が鉛直方向に回転される。
【００７８】
又、前記鉛直回転軸３１と前記托架部２４との間には、鉛直角（前記鉛直回転軸３１を中心とした回転方向の角度）を検出する鉛直角検出器３５（例えばエンコーダ）が設けられている。該鉛直角検出器３５により、前記レーザスキャナ３の前記托架部２４に対する鉛直方向の相対回転角が検出される。
【００７９】
前記水平モータ２９、前記鉛直モータ３４、前記水平角検出器２６、前記鉛直角検出器３５は、演算制御部４０（後述）に電気的に接続され、前記水平モータ２９、前記鉛直モータ３４は前記演算制御部４０によって所要のタイミングで所要の回転量となる様にそれぞれ個別に駆動制御される。
【００８０】
前記水平モータ２９の回転量（即ち、前記托架部２４の水平角）は、前記水平角検出器２６によって検出される。前記鉛直モータ３４の回転量（即ち、前記レーザスキャナ３の鉛直角）は、前記鉛直角検出器３５によって検出される。
【００８１】
前記水平角検出器２６、前記鉛直角検出器３５の検出結果は、それぞれ前記演算制御部４０に入力される。尚、前記水平モータ２９と前記鉛直モータ３４とによって回転駆動部が構成される。又、前記水平角検出器２６と前記鉛直角検出器３５とにより、前記レーザスキャナ３の鉛直回転角及び水平回転角を検出する角度検出器、即ち方向角検出器が構成される。
【００８２】
図６を参照して、前記レーザスキャナ３の概略構成を説明する。
【００８３】
該レーザスキャナ３は、測距光射出部３７、受光部３８、測距演算部３９、前記演算制御部４０、記憶部４１、撮像制御部４２、画像処理部４３、通信部４４、光軸偏向部４５、姿勢検出器４６、測定方向撮像部４７、射出方向検出部４８、モータドライバ４９を具備し、これらは筐体５１に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部３７、前記受光部３８、前記測距演算部３９、前記光軸偏向部４５等は、光波距離計として機能する測距部５２を構成する。尚、該測距部５２は第１の実施例に於ける測距部１２に相当する。
【００８４】
前記測距光射出部３７は、射出光軸５４を有し、該射出光軸５４上に発光素子５５、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、前記射出光軸５４上に投光レンズ５６が設けられている。更に、前記射出光軸５４上に偏向光学部材としての第１反射鏡５７が設けられている。該第１反射鏡５７で偏向された前記射出光軸５４と、受光光軸６１（後述）とが交差する位置に偏向光学部材としての第２反射鏡５８が配設される。前記射出光軸５４は、前記第２反射鏡５８によって前記受光光軸６１と合致する様に偏向される。前記第１反射鏡５７と前記第２反射鏡５８とで射出光軸偏向部が構成される。
【００８５】
前記測距演算部３９としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵ等が用いられる。前記測距演算部３９は前記発光素子５５を駆動し、前記発光素子５５はレーザ光線を発する。前記測距光射出部３７は、前記発光素子５５から発せられたレーザ光線を測距光５９として射出する。尚、レーザ光線としては、連続光或はパルス光、或は特許文献３に示される断続変調光（即ち、バースト光）のいずれが用いられてもよい。
【００８６】
前記受光部３８について説明する。該受光部３８は、ターゲット６から反射測距光６２を受光する為の光学系と受光素子を有する。前記受光部３８は、前記受光光軸６１を有し、該受光光軸６１には、前記第１反射鏡５７、前記第２反射鏡５８によって偏向された前記射出光軸５４が合致する。尚、該射出光軸５４と前記受光光軸６１とが合致した状態を測距光軸６３とする。
【００８７】
前記基準光軸Ｏ上に前記光軸偏向部４５が配設される。該光軸偏向部４５は、該光軸偏向部４５を透過するレーザ光線をプリズムの光学作用で偏向する（後述）。該光軸偏向部４５の中心を透過する真直な光軸は、前記基準光軸Ｏとなっている。該基準光軸Ｏは、前記光軸偏向部４５によって偏向されなかった時の前記射出光軸５４又は前記受光光軸６１又は前記測距光軸６３と合致する。尚、前記光軸偏向部４５は、第１の実施例に於ける測距光偏向部１３に相当する。
【００８８】
前記反射測距光６２が前記光軸偏向部４５を透過し、前記受光部３８に入射する。前記受光光軸６１上に結像レンズ６４が配設され、前記受光光軸６１上に受光素子６５、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）、或はアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が設けられている。
【００８９】
前記結像レンズ６４は、前記反射測距光６２を前記受光素子６５に結像する。該受光素子６５は、前記反射測距光６２を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、前記測距演算部３９に入力され、該測距演算部３９は受光信号に基づき測距光の往復時間を演算し、往復時間と光速に基づき前記ターゲット６迄の測距を行う。
【００９０】
前記通信部４４は、前記測定方向撮像部４７で取得した画像データ、前記画像処理部４３で処理された画像データ、前記測距部５２が取得した測距データ等のデータを前記端末機２３に送信し、又該端末機２３からは操作コマンド等のデータを受信する。
【００９１】
前記記憶部４１としては、ＨＤＤ、半導体メモリ、メモリカード等の記憶媒体が用いられる。前記記憶部４１には、撮像の制御プログラム、画像処理プログラム、測距プログラム、表示プログラム、通信プログラム、操作コマンド作成プログラム、前記姿勢検出器４６からの姿勢検出結果に基づき前記レーザスキャナ３の傾斜角、傾斜方向を演算する傾斜角演算プログラム、測距を実行する為の測定プログラム、前記光軸偏向部４５の偏向作動を制御する為の偏向制御プログラム、各種演算を実行する演算プログラム、測定対象をサーチする為のサーチングプログラム、測定対象を追尾する為の追尾プログラム等の各種プログラムが格納される。
【００９２】
又、前記記憶部４１には測距データ、測角データ、画像データ等の各種データが格納される。
【００９３】
前記演算制御部４０としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵ等が用いられる。前記演算制御部４０は、前記レーザスキャナ３の作動状態に応じて、前記各種プログラムを展開、実行して前記レーザスキャナ３による前記測距光射出部３７の制御、前記受光部３８の制御、前記測距演算部３９の制御、前記光軸偏向部４５の制御、前記測定方向撮像部４７の制御等を行い、測定対象のサーチ、追尾、測距を実行する。
【００９４】
尚、前記演算制御部４０、前記記憶部４１等は、第１の実施例に於ける演算制御部１１に相当する。
【００９５】
図６を参照して、前記光軸偏向部４５について説明する。
【００９６】
該光軸偏向部４５は、一対の光学プリズム６７，６８から構成される。該光学プリズム６７，６８は、それぞれ同径の円板形であり、前記第２反射鏡５８によって偏向された測距光軸６３（即ち、基準光軸Ｏ）上に該測距光軸６３と直交して同心に配置され、所定間隔で平行に配置されている。
【００９７】
前記光学プリズム６７，６８はそれぞれ、平行に配置された３つの三角プリズムから構成されている。各三角プリズムは、光学ガラスにて成形され、更に、全て同一偏角の光学特性を有している。
【００９８】
前記三角プリズムの幅、形状は全て同じでもよく、或は異なっていてもよい。中心に位置する前記三角プリズムの幅は、前記測距光５９のビーム径よりも大きくなっており、該測距光５９は中央の前記三角プリズムのみを透過する様になっている。尚、周辺の前記三角プリズムについては、多数の小さい三角プリズムで構成してもよい。
【００９９】
更に、中心の三角プリズムについては、光学ガラス製とし、周辺の三角プリズムについては、光学プラスチック製としてもよい。これは、前記光軸偏向部４５から測定対象迄の距離は大きく、中央の前記三角プリズムの光学特性については精度が要求され、一方周辺の三角プリズムから前記受光素子６５迄の距離は小さく、高精度の光学特性は必要ないという理由による。
【０１００】
前記光軸偏向部４５の中央部は、前記測距光５９が透過し、射出される第１光軸偏向部である測距光偏向部となっている。前記光軸偏向部４５の中央部を除く部分（周辺の前記三角プリズム）は、前記反射測距光６２が透過し、入射する第２光軸偏向部である反射測距光偏向部となっている。
【０１０１】
前記光学プリズム６７，６８は、それぞれ前記基準光軸Ｏを中心に独立して個別に回転可能に配設されている。前記光学プリズム６７，６８は、回転方向、回転量、回転速度が独立して制御されることで、射出される前記測距光５９の前記射出光軸５４を任意の方向に偏向し、又受光される前記反射測距光６２の前記受光光軸６１を前記射出光軸５４と平行に偏向する。
【０１０２】
又、前記測距光５９を連続して照射しつつ、前記光学プリズム６７，６８の回転を連続的に制御し、透過する前記測距光５９を連続的に偏向することで、前記測距光５９を所定のパターンでスキャンさせることができる。又、スキャン経路（スキャン軌跡）に沿って測距データ（点群データ）が取得される。
【０１０３】
前記光学プリズム６７，６８の外形形状は、それぞれ前記測距光軸６３（基準光軸Ｏ）を中心とする円形であり、前記反射測距光６２の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、前記光学プリズム６７，６８の直径が設定されている。
【０１０４】
前記光学プリズム６７の外周にはリングギア６９が嵌設され、前記光学プリズム６８の外周にはリングギア７０が嵌設されている。
【０１０５】
前記リングギア６９には駆動ギア７１が噛合し、前記光学プリズム６７はモータ７３により前記駆動ギア７１、前記リングギア６９を介して回転される。同様に、前記リングギア７０には駆動ギア７２が噛合し、前記光学プリズム６８はモータ７４により、前記駆動ギア７２、前記リングギア７０を介して回転される。前記モータ７３，７４は、前記モータドライバ４９に電気的に接続されている。
【０１０６】
前記モータ７３，７４は、回転角を検出できるもの、或は駆動入力値に対応した回転をするもの、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量（回転角）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ等を用いて前記モータ７３，７４の回転量を検出してもよい。該モータ７３，７４の回転量がそれぞれ検出され、前記モータドライバ４９により前記モータ７３，７４が個別に制御される。
【０１０７】
又、前記モータ７３，７４の回転量、即ち前記駆動ギア７１，７２の回転量を介して前記光学プリズム６７，６８の回転角が検出される。尚、エンコーダを直接リングギア６９，７０にそれぞれ取付け、エンコーダにより前記リングギア６９，７０の回転角を直接検出する様にしてもよい。
【０１０８】
前記駆動ギア７１，７２、前記モータ７３，７４は、前記測距光射出部３７と干渉しない位置、例えば前記リングギア６９，７０の下側に設けられている。
【０１０９】
前記投光レンズ５６、前記第１反射鏡５７、前記第２反射鏡５８、前記光軸偏向部４５等は、投光光学系を構成する。又、前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ６４等は、受光光学系を構成する。
【０１１０】
前記測距演算部３９は、前記発光素子５５を制御し、前記測距光５９としてレーザ光線をパルス発光又はバースト発光（断続発光）させる。該測距光５９が中央の前記三角プリズム（測距光偏向部）により、ターゲット６に向う様前記射出光軸５４（即ち、前記測距光軸６３）が偏向される。前記測距光軸６３が、ターゲット６を視準した状態で測距が行われる。
【０１１１】
前記ターゲット６から反射された前記反射測距光６２は、周辺の前記三角プリズム（即ち、反射測距光偏向部）を通って前記受光部３８に入射し、更に前記反射測距光６２は前記結像レンズ６４により前記受光素子６５に結像される。
【０１１２】
該受光素子６５は、受光信号を前記測距演算部３９に送出し、該測距演算部３９は前記受光素子６５からの受光信号に基づき、パルス光毎に測定点（測距光が照射された点）の測距を行い、測距データは前記記憶部４１に格納される。
【０１１３】
前記射出方向検出部４８は、前記モータ７３，７４に入力する駆動パルスをカウントすることで、前記モータ７３，７４の回転角を検出する。或は、エンコーダからの信号に基づき、前記モータ７３，７４の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部４８は、前記モータ７３，７４の回転角に基づき、前記光学プリズム６７，６８の回転位置を演算する。
【０１１４】
更に、前記射出方向検出部４８は、前記光学プリズム６７，６８の屈折率と、該光学プリズム６７，６８を一体とした時の回転位置、両光学プリズム６７，６８間の相対回転角とに基づき、各パルス光毎の前記測距光５９の前記基準光軸Ｏに対する偏角、射出方向をリアルタイムで演算する。演算結果（測角結果）は、測距結果に関連付けられて前記演算制御部４０に入力される。尚、前記測距光５９がバースト発光される場合は、断続測距光毎に測距が実行される。
【０１１５】
前記演算制御部４０は、前記モータ７３，７４の回転方向、回転速度、前記モータ７３，７４間の回転比を制御することで、前記光学プリズム６７，６８の相対回転、全体回転を制御し、前記光軸偏向部４５による偏向作用を制御する。又、前記演算制御部４０は、前記測距光５９の偏角、射出方向から、前記基準光軸Ｏに対する測定点の水平角、鉛直角を演算する。更に、前記演算制御部４０は、測定点についての水平角、鉛直角を前記測距データに関連付けることで、前記測定点の３次元データを求めることができる。而して、前記レーザスキャナ３は、トータルステーションとして機能する。
【０１１６】
次に、前記姿勢検出器４６について説明する。該姿勢検出器４６は、前記レーザスキャナ３の水平、又は鉛直に対する傾斜角を検出し、検出結果は前記演算制御部４０に入力される。尚、該姿勢検出器４６としては、特許文献２に開示された姿勢検出器を使用することができる。
【０１１７】
該姿勢検出器４６について簡単に説明する。該姿勢検出器４６は、フレーム７６を有している。該フレーム７６は、前記筐体５１に固定され、或は構造部材に固定され、前記レーザスキャナ３と一体となっている。
【０１１８】
前記フレーム７６にはジンバルを介してセンサブロック７７が取付けられている。該センサブロック７７は、直交する２軸を中心に２方向にそれぞれ３６０゜又は３６０゜以上回転自在となっている。
【０１１９】
該センサブロック７７には、第１傾斜センサ７８、第２傾斜センサ７９が取付けられている。前記第１傾斜センサ７８は水平を高精度に検出するものであり、例えば水平液面に検出光を入射させ反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜検出器、或は封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する気泡管である。又、前記第２傾斜センサ７９は傾斜変化を高応答性で検出するものであり、例えば加速度センサである。
【０１２０】
前記センサブロック７７の、前記フレーム７６に対する２軸についての各相対回転角は、エンコーダ８０，８１によってそれぞれ検出される様になっている。
【０１２１】
又、前記センサブロック７７を回転させ、水平に維持するモータ（図示せず）が前記２軸に関してそれぞれ設けられている。該モータは、前記第１傾斜センサ７８、前記第２傾斜センサ７９からの検出結果に基づき、前記センサブロック７７を水平に維持する様に前記演算制御部４０によって制御される。
【０１２２】
前記センサブロック７７が傾斜していた場合（前記レーザスキャナ３が傾斜していた場合）、前記センサブロック７７（水平）に対する前記フレーム７６の各軸方向の相対回転角が前記エンコーダ８０，８１によってそれぞれ検出される。該エンコーダ８０，８１の検出結果に基づき、前記レーザスキャナ３の２軸についての傾斜角が検出され、更に、２軸の傾斜の合成によって傾斜方向が検出される。
【０１２３】
前記センサブロック７７は、２軸について３６０゜又は３６０゜以上回転自在であるので、前記姿勢検出器４６がどの様な姿勢となろうとも、例えば該姿勢検出器４６の天地が逆になった場合でも、全方向での姿勢検出（水平に対する傾斜角、傾斜方向）が可能である。
【０１２４】
姿勢検出に於いて、高応答性を要求する場合は、前記第２傾斜センサ７９の検出結果に基づき姿勢検出と姿勢制御が行われるが、該第２傾斜センサ７９は前記第１傾斜センサ７８に比べ検出精度が悪いのが一般的である。
【０１２５】
前記姿勢検出器４６では、高精度の前記第１傾斜センサ７８と高応答性の前記第２傾斜センサ７９を具備することで、該第２傾斜センサ７９の検出結果に基づき姿勢制御を行い、更に前記第１傾斜センサ７８により高精度の姿勢検出を可能とする。
【０１２６】
該第１傾斜センサ７８の検出結果で、前記第２傾斜センサ７９の検出結果を較正することができる。即ち、予め、該第２傾斜センサ７９の検出傾斜角と、前記第１傾斜センサ７８による水平検出と前記エンコーダ８０，８１の検出結果に基づき求めた傾斜角との関係を取得しておけば、前記第２傾斜センサ７９に検出された傾斜角の較正（キャリブレーション）をすることができ、該第２傾斜センサ７９による高応答性での姿勢検出の精度を向上させることができる。環境変化（温度等）の少ない状態では、傾斜検出は前記第２傾斜センサ７９の検出結果と補正値で求めてもよい。
【０１２７】
前記演算制御部４０は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、前記第２傾斜センサ７９からの信号に基づき、前記モータを制御する。又、前記演算制御部４０は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち前記第１傾斜センサ７８が追従可能な状態では、該第１傾斜センサ７８からの信号に基づき、前記モータを制御する。尚、常時、前記第２傾斜センサ７９に検出された傾斜角を較正することで、該第２傾斜センサ７９からの検出結果に基づき前記姿勢検出器４６による姿勢検出を行ってもよい。
【０１２８】
前記記憶部４１には、前記第１傾斜センサ７８の検出結果と前記第２傾斜センサ７９の検出結果との比較結果を示す対比データが格納されている。前記第１傾斜センサ７８からの信号に基づき、前記第２傾斜センサ７９による検出結果を較正する。この較正により、該第２傾斜センサ７９による検出結果を前記第１傾斜センサ７８の検出精度迄高めることができる。よって、前記姿勢検出器４６による姿勢検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。
【０１２９】
前記姿勢検出器４６は、リアルタイムで前記レーザスキャナ３の姿勢を検出する。更に、該レーザスキャナ３の姿勢がリアルタイムで検出できることから、前記姿勢検出器４６が検出した結果に基づき測定値を補正することができる。従って、前記レーザスキャナ３を設置する際の整準は必要なくなる。
【０１３０】
前記測定方向撮像部４７は、前記レーザスキャナ３の前記基準光軸Ｏと所定の関係の第１撮像光軸８３と、該第１撮像光軸８３上に配置された撮像レンズ８４及び撮像素子８５とを有している。前記測定方向撮像部４７は、前記光学プリズム６７，６８による最大偏角θ／２（例えば±３０゜）と略等しい、例えば５０゜〜６０゜の画角を有するカメラである。前記測定方向撮像部４７は、静止画像、連続画像、動画像を取得可能である。
【０１３１】
前記第１撮像光軸８３と前記射出光軸５４及び前記基準光軸Ｏとの関係は既知であり、前記第１撮像光軸８３と前記射出光軸５４及び前記基準光軸Ｏとは平行であり、又各光軸間の距離は既知の値となっている。
【０１３２】
前記撮像制御部４２は、前記測定方向撮像部４７の撮像を制御する。前記撮像制御部４２は、前記測定方向撮像部４７が前記動画像、又は連続画像を撮像する場合に、該動画像、又は連続画像を構成するフレーム画像を取得するタイミングと前記レーザスキャナ３でスキャンし測距するタイミングとの同期を取っている。前記演算制御部４０は画像と測定データ（測距データ、測角データ）との関連付けも実行する。
【０１３３】
前記測定方向撮像部４７の前記撮像素子８５は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は画像素子上での位置が特定できる様になっている。例えば、各画素は、前記第１撮像光軸８３を原点とした座標系での画素座標を有し、該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。又、前記第１撮像光軸８３と前記基準光軸Ｏとの関係が既知であるので、前記測距部５２による測定位置と前記撮像素子８５上での位置との相互関連付けが可能である。前記撮像素子８５から出力される画像信号は画素座標の情報を含んでいる。画像信号は、前記撮像制御部４２を介して前記画像処理部４３に入力される。
【０１３４】
前記光軸偏向部４５の偏向作用、スキャン作用について、図６、図７（Ａ）、図７（Ｂ）を参照して説明する。
【０１３５】
図６に示される、前記光学プリズム６７，６８の状態（前記光学プリズム６７，６８の方向が１８０゜異なる状態（相対回転角１８０゜の時））では、該光学プリズム６７，６８の相互の光学作用が相殺され、偏角は０゜となる。従って、前記光学プリズム６７，６８を経て射出され、受光されるレーザ光線の光軸（前記測距光軸６３）は、前記基準光軸Ｏと合致する。
【０１３６】
又、図６の状態から前記光学プリズム６７，６８のいずれか一方が他方に対して１８０゜回転した状態（プリズムの向きが同方向）では、最大の偏角（例えば、３０゜）が得られる。
【０１３７】
従って、前記光学プリズム６７，６８間の相対回転で、前記測距光軸６３は、０゜〜３０゜の間で偏向され、前記光学プリズム６７，６８の一体回転で、偏向方向が変更される。
【０１３８】
従って、前記光学プリズム６７，６８間の相対回転角、前記光学プリズム６７，６８の一体回転角を制御することで前記測距光軸６３を任意の方向に偏向させることができる。即ち、前記測距光軸６３を任意の方向のターゲット６に視準させることができる。
【０１３９】
更に、前記測距光５９を照射しつつ、前記光学プリズム６７，６８の相対回転、一体回転を実行することで任意の方向、任意のパターンで前記測距光５９を走査させることができる。
【０１４０】
例えば、図７（Ａ）に示される様に、前記光学プリズム６７，６８間の相対回転角をθとし、前記測距光軸６３は個々の前記光学プリズム６７，６８による偏向Ａ、偏向Ｂとすると、実際の偏向８６は合成偏向Ｃとなり、更に偏向角の大きさは前記相対回転角θに依って決定される。従って、前記光学プリズム６７，６８を等速で正逆同期回転させると、前記測距光軸６３（前記測距光５９）は前記合成偏向Ｃの方向で直線的に往復走査される。
【０１４１】
又、前記光学プリズム６７と前記光学プリズム６８との位置関係を固定した状態で（前記光学プリズム６７と前記光学プリズム６８とで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ７３，７４により、前記光学プリズム６７と前記光学プリズム６８とを一体に回転すると、前記測距光軸６３（前記測距光５９）は前記基準光軸Ｏ（図４参照）を中心とした円で走査される。即ち、第１の実施例で説明した円パターンが得られる。又、円パターンの半径を変更する場合は、前記光学プリズム６７，６８間の相対角を変更すればよい。
【０１４２】
更に、図７（Ｂ）に示される様に、前記光学プリズム６７の回転速度に対して遅い回転速度で前記光学プリズム６８を回転させれば、相対角度差θは漸次増大しつつ前記測距光５９が回転される。従って、該測距光５９のスキャン軌跡はスパイラル状となる。
【０１４３】
又、前記光学プリズム６７、前記光学プリズム６８の回転方向、回転速度、回転速度比を個々に制御することで、前記測距光５９のスキャン軌跡を前記基準光軸Ｏを中心とした種々の２次元のスキャンパターンが得られる。
【０１４４】
例えば、前記光学プリズム６７と前記光学プリズム６８の回転比率を１：２とすることで、図８に示される様な８の字状の２次元の閉ループスキャンパターン８７が得られる。又、該スキャンパターン８７は往路８９ａと復路８９ｂが交差する交点８８を有し、該交点８８が前記スキャンパターン８７の中心であり、前記基準光軸Ｏに合致する様になっている。
【０１４５】
更に、前記光学プリズム６７と前記光学プリズム６８の、一方の光学プリズム６７を２５回転、他方の光学プリズム６８を逆方向に５回転することで、図９に示される様な、花びら状の２次元の閉ループスキャンパターン９１（花びらパターン９１（内トロコイド曲線））が得られる。該花びらパターン９１も中心に交点９２を有する。
【０１４６】
更に、前記レーザスキャナ３が固定された状態での、２次元のスキャンが可能な最大範囲は、前記光軸偏向部４５の最大偏角範囲となる。
【０１４７】
又、前記スキャンパターン８７、前記花びらパターン９１の中心は、基準光軸Ｏとして説明したが、前記光学プリズム６７，６８それぞれの回転の制御により、前記測距光５９を自在に偏向可能であるので、前記最大偏角範囲内の一部の範囲で２次元スキャンを実行させることができる。以下、一部の範囲でのスキャンを局所スキャンと称する。
【０１４８】
従って、基準光軸Ｏに対して所定の角度偏向したスキャン中心光軸１４を中心に、局所スキャンを実行することができる。スキャンパターンは、例えば、８の字形状のスキャンパターン８７、花びらパターン９１であり、これらスキャンパターンを前記スキャン中心光軸１４を中心に回転させることもできる。
【０１４９】
次に、第２の実施例に係る測量システム１の測定作用を説明する。
【０１５０】
測定開始の準備として、前記測定方向撮像部４７で前記ターゲット装置２を捉える。前記測定方向撮像部４７の画角は、５０゜〜６０゜と広画角であるので、前記レーザスキャナ３の方向が概略、前記ターゲット装置２に向いていればよい。又、前記光軸偏向部４５の最大偏角は、前記測定方向撮像部４７の画角と同じ、或は略同じであるので、前記測定方向撮像部４７が前記ターゲット装置２を捉えることで、レーザスキャナ３によるサーチ可能な範囲に前記ターゲット装置２を捉えたことになる。
【０１５１】
前記測定方向撮像部４７が前記ターゲット装置２を捉えた状態で、前記レーザスキャナ３による前記ターゲット６のサーチ、視準が実行される。この時、前記レーザスキャナ３は、固定状態である。
【０１５２】
前記ターゲット６をサーチする為のスキャンパターンが選択される。該スキャンパターンは、予め設定しておいてもよいし、或はターゲット６の形状、性状に合わせて、更に測定状況等に合わせて選択してもよい。
【０１５３】
例えば、前記光軸偏向部４５の最大偏角範囲の全域をサーチスキャンするパターンとして、図７（Ｂ）で示したスパイラルパターンが選択される。即ち、最大偏角の円スキャンから漸次半径を縮小してサーチスキャンを実行する。最大偏角範囲内に前記ターゲット装置２は存在するので、円スキャンを縮小する過程で、スキャンパスが先ず前記ポール５を通過する。
【０１５４】
サーチ時の、前記光学プリズム６７、前記光学プリズム６８の動きは、一方向の回転のみであり、又前記光学プリズム６７，６８は軽量であるので高速回転が可能である。従って、高速スキャン（高速サーチ）が可能である。
【０１５５】
円スキャンの通過箇所は前記ポール５の上下２箇所となり、各箇所で測距光５９が反射される。反射測距光６２が前記受光部３８で受光される。
【０１５６】
又、前記ポール５を横切ってスキャンすることで、前記ポール５を横切る点群データが取得できる。この点群データの測距値で、前記ポール５の断面形状が測定、即ち太さが測定できる。従って、スキャンパスが前記ポール５の上部５ａ又は下部５ｂのいずれか一方しか横切らなかった場合に、測定されるポール５の太さから、前記スキャン中心光軸１４を上下どの方向に移動させればよいかが判断できる。
【０１５７】
前記演算制御部４０は、前記受光部３８が前記反射測距光６２を受光した時の、基準光軸Ｏに対する偏角、偏向方向を前記射出方向検出部４８から取得する。即ち、前記反射測距光６２により前記ポール５迄の距離測定と前記ポール５の水平角が測定される。
【０１５８】
更に、上下２箇所の測定結果で、前記ポール５の傾斜と、傾斜方向が検出される。
【０１５９】
前記演算制御部４０は、円スキャンのスキャン中心光軸１４（図２（Ａ）〜図２（Ｃ）参照）の偏角、偏向方向が前記射出方向検出部４８から取得した偏角、偏向方向に合致する様に、前記光軸偏向部４５を制御する。
【０１６０】
前記ポール５の水平角に基づき円スキャンのスキャン中心光軸１４を前記ポール５に合わせ、前記ポール５に沿って前記スキャン中心光軸１４を移動させる。又、円スキャンの直径が、測距結果に基づき前記ターゲット６の大きさに合わせて縮小される。
【０１６１】
前記スキャン中心光軸１４を前記ポール５に沿って上下方向に移動させれば、円スキャンが前記ターゲット６を捉えることができる。円スキャンが前記ターゲット６を捉えたかどうかの判断は、測距値の変化を検出することで行われる。
【０１６２】
前記スキャン中心光軸１４を前記ターゲット６に合致させる（視準する）工程については、第１の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１６３】
第２の実施例では、前記ターゲット装置２が気泡管７を具備していない。第２の実施例では、前記ターゲット６の測定と、該ターゲット６（即ち、前記ポール５）の傾斜の測定を、測距光のスキャンにより同時に行う。
【０１６４】
前記ターゲット６の測定を行う場合は、スキャンパターンを図８に示す８の字形状のスキャンパターン８７に変更する。該スキャンパターン８７では、前記スキャン中心光軸１４で交点８８を形成するパターンとなっている。更に、前記スキャンパターン８７の大きさは、前記ターゲット６を含み、上パス、下パスがそれぞれポール５を横断する程度に、限定した局所スキャンとする。
【０１６５】
尚、サーチ時のスキャンパターンを、前記スキャンパターン８７としてもよい。更に、サーチ初期は、最大偏角範囲に形成されるスキャンパターン８７とし、漸次縮小してもよい。
【０１６６】
前記スキャンパターン８７では、往路８９ａ、復路８９ｂが前記ターゲット６上で交差し、前記スキャンパターン８７の上側パスと下側パスがそれぞれ、前記ポール５を横切る（図１０参照）。
【０１６７】
従って、前記ターゲット装置２からは、前記ターゲット６の上下のポール５の上下２点と、前記ターゲット６の表面からの反射測距光６２が得られる。
【０１６８】
前記ポール５の上下２点の測距値が得られ、又前記射出方向検出部４８により２点の鉛直角、水平角が測定される。前記ポール５の２点の測定結果から、前記ポール５の傾きが測定される。
【０１６９】
更に、前記測距光５９が前記ターゲット６の表面をスキャンし、前記ターゲット６表面からの反射測距光６２により、スキャン軌跡に沿った点群データが取得される。該点群データ及び前記ターゲット６の直径から、球曲面及び球曲面（前記ターゲット６）の中心が演算され、更に前記ターゲット６の中心迄の距離が演算される。前記ターゲット６の中心迄の距離を演算することについては、第１の実施例と同様にすることができる。
【０１７０】
又、前記ターゲット６の中心と前記ポール５の下端迄の既知の距離と、該ポール５の傾きから前記レーザスキャナ３と前記ターゲット６までの距離が補正され、前記測定点Ｐの正確な３次元座標が測定される。
【０１７１】
尚、ここで得られる前記ポール５の倒れは、前記基準光軸Ｏに対する倒れであり、該基準光軸Ｏ自体、即ち前記レーザスキャナ３自体が水平であるとは限らない。該基準光軸Ｏの水平に対する傾斜角、傾斜方向は、前記姿勢検出器４６によって測定することができる。
【０１７２】
従って、前記姿勢検出器４６の水平に対する検出結果に基づき、前記基準光軸Ｏの水平、又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向に基づき測定結果を補正することで、前記ポール５の傾きに拘わらず、前記レーザスキャナ３の測定点（該ポール５の下端が指示する点）Ｐについて、距離、高低角、水平角を正確に測定することができる。
【０１７３】
前記測定点Ｐの測定が完了し、次の測定点に前記ターゲット装置２を移動する場合は、スキャンパターンを円パターンに変更し、円スキャンを実行する。
【０１７４】
球体表面を円スキャンし、円スキャンの測距結果に基づき円スキャンの中心を前記ターゲット６の中心となる様に、前記ターゲット６を追尾するのは、第１の実施例と同様である。
【０１７５】
更に、追尾範囲が、前記光軸偏向部４５による偏向範囲（前記光軸偏向部４５の最大偏角）を超える場合は、前記光軸偏向部４５による追尾と前記設置台２２による前記レーザスキャナ３自体の回転の協働により、前記ターゲット装置２の追尾を行う。
【０１７６】
前記演算制御部４０が、前記モータドライバ４９を介して前記水平モータ２９、前記鉛直モータ３４を駆動し、前記レーザスキャナ３自体が前記ターゲット６を追尾する様に回転される。
【０１７７】
この場合、前記スキャン中心光軸１４と前記基準光軸Ｏとの偏角、偏向方向は前記射出方向検出部４８によって検出される。従って、前記レーザスキャナ３自体の追尾は、前記基準光軸Ｏと前記スキャン中心光軸１４との偏角が０になる様に、前記水平モータ２９、前記鉛直モータ３４の駆動が制御される。
【０１７８】
前記光軸偏向部４５による偏向範囲を超える追尾に於いても、先ず前記光軸偏向部４５が高速で追尾しているので、前記レーザスキャナ３の追従性が低下することはない。
【０１７９】
第２の実施例では、スキャンによる測定データのみで前記ターゲット６のサーチ、測定、追尾が行える。
【０１８０】
又、前記ターゲット装置２は鉛直に支持される必要はないので、前記ポール５が鉛直に支持できない測定点の測定を行うことができる。例えば、垂直壁面の測定点、天井面の測定点、壁の隅、天井の角等であっても測定が可能となる。
【０１８１】
従って、前記ターゲット装置２を直立して支持できない場所での測定、前記ポール５の下端（天井を測定する場合は上端）で測定点を指示できれば、正確な測定が実行できる。
【０１８２】
図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、ターゲット装置２の変形例を示している。
【０１８３】
該ターゲット装置２では、ターゲット６がポール５の先端、例えば上端に設けられている。
【０１８４】
図１１（Ａ）は追尾している状態を示しており、前記ターゲット６に対して円スキャンがされる。
【０１８５】
図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）は測定状態を示している。
【０１８６】
測定状態では、前記ターゲット６の中心が測定されると共に前記ポール５の傾斜が測定されるが、該ポール５の傾斜の測定では少なくとも２点が必要となる。
【０１８７】
図１１（Ｂ）では、測定時のスキャンパターンとして８の字形状のスキャンパターン８７が選択され、該スキャンパターン８７の交点８８が前記ターゲット６の表面に位置する様に（好ましくは、前記交点８８が前記ターゲット６の中心となる様に）、前記スキャン中心光軸１４が向けられる。
【０１８８】
前記スキャンパターン８７が、前記ターゲット６の表面をスキャンすることで、前記ターゲット６の表面の点群データが取得され、該点群データから前記ターゲット６の中心が演算される。更に、前記スキャンパターン８７の下部が前記ポール５を通過することで、前記スキャンパターン８７の通過点が測定される。従って、前記ターゲット６の中心、前記ポール５の前記スキャンパターン８７の通過点の２点で前記ポール５の傾斜が測定できる。
【０１８９】
図１１（Ｃ）では、前記ポール５について３点が測定できる様に、２つの交点８８，８８′ができる様に、スキャンパターン８７′を選択している。
【０１９０】
前記ポール５について３点の位置が求められることで、前記ポール５の傾斜測定の精度が向上する。尚、測定時のパターンについては、前記スキャンパターン８７に限定されることはなく、前記ターゲット６の表面を通過するスキャンパスと前記ポール５を横切るスキャンパスを有するスキャンパターンであればよい。
【符号の説明】
【０１９１】
１              測量システム
２              ターゲット装置
３              レーザスキャナ
５              ポール
６              ターゲット
７              気泡管
１１            演算制御部
１２            測距部
１３            測距光偏向部
１４            スキャン中心光軸
１５            測距光
２２            設置台
２３            端末機
２６            水平角検出器
２９            水平モータ
３４            鉛直モータ
３５            鉛直角検出器
３７            測距光射出部
３８            受光部
３９            測距演算部
４０            演算制御部
４２            撮像制御部
４５            光軸偏向部
４６            姿勢検出器
４７            測定方向撮像部
４８            射出方向検出部
５２            測距部
５５            発光素子
６５            受光素子
６７，６８      光学プリズム
７３，７４      モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020038180.tif 000008
【図７】
2020038180.tif 000009
【図８】
2020038180.tif 000010
【図９】
2020038180.tif 000011
【図１０】
2020038180.tif 000012
【図１１】
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