(57)【要約】      （修正有）【課題】短時間で設置可能であり、設置作業で熟練を必要としない測量装置を提供する。【解決手段】基準点に設置される一脚３と、一脚３の下端から既知の位置と一脚３に対して既知の角度で設けられる測量装置本体４とを具備し、測量装置本体４は第１撮像光軸１５と測距光軸４１を有し、第１撮像光軸１５に沿って測定対象２を含む第１画像を取得する測定方向撮像部と、測定対象２迄の距離を測定する測距部と、測距光軸４１の測定方向検出部と、基準時刻信号を発する時間測定器と、演算制御部とを具備し、演算制御部は、測距部で測定した測距結果と測定方向検出部が検出した測定方向と取得した第１画像を基準時刻信号と関連付け、検出された第１画像の画像変化と測定方向検出部の測定方向検出結果と測距結果とを基準時刻信号に基づき関連付け、画像変化と測定方向検出結果に基づいて測距時の測定方向を演算し、測定対象の測定部位の位置を確定する。【選択図】図１
2020201111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の位置と該一脚に対して既知の角度で設けられる測量装置本体とを具備し、該測量装置本体は第１撮像光軸と測距光軸を有し、該第１撮像光軸に沿って測定対象を含む第１画像を取得する測定方向撮像部と、前記測距光軸に沿って測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記測距光軸の測定方向を検出する測定方向検出部と、基準時刻信号を発する時間測定器と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、前記測距部で測定した測距結果を前記基準時刻信号と関連付け、前記測定方向検出部が検出した測定方向を前記基準時刻信号と関連付け、前記測定方向撮像部により前記第１画像を所定間隔で取得すると共に取得した該第１画像を前記基準時刻信号と関連付け、前記演算制御部は各第１画像の画像変化を検出し、該画像変化と前記測定方向検出部の測定方向検出結果と測距結果とを前記基準時刻信号に基づき関連付け、前記画像変化と前記測定方向検出結果に基づいて測距時の測定方向を演算し、前記測定対象の測定部位の位置を確定する様構成された測量装置。
【請求項２】
前記測量装置本体は基準光軸を有し、該基準光軸と前記第１撮像光軸とは既知の関係を有し、前記測距光軸を前記基準光軸に対して偏向させる光軸偏向部を有し、前記測定方向検出部は前記基準光軸に対する前記測距光軸の偏向方向を検出する様構成された請求項１に記載の測量装置。
【請求項３】
前記測量装置本体は下方撮像部と姿勢検出器を更に具備し、前記下方撮像部は前記一脚の下端及びその周囲を含む第２画像を取得し、前記演算制御部は、前記下方撮像部により取得した前記第２画像を前記基準時刻信号と関連付け、取得した前記第２画像間の変位に基づいて、前記基準点を中心とした前記一脚の回転角を演算すると共に演算された回転角を前記基準時刻信号に関連付け、又前記姿勢検出器の姿勢検出結果を前記基準時刻信号に関連付け、同一基準時刻に対応する前記一脚の回転角、前記姿勢検出結果、前記測量装置本体の前記一脚下端からの距離、演算された測距時の前記測定方向、前記測距部の測定結果に基づき測定対象の測定部位の３次元座標を測定する様構成した請求項２に記載の測量装置。
【請求項４】
表示部を有し、測定対象の画像上に測定した部位を表示する様構成した請求項１又は請求項２に記載の測量装置。
【請求項５】
前記演算制御部は、姿勢検出器の出力を所定時間の間隔で検出し、時間に対する本体の傾斜変化を求めると共に、所定の時間内での平均を算出する様構成された請求項１又は請求項２に記載の測量装置。
【請求項６】
前記光軸偏向部は、独立して回転可能な１対の光学プリズムを有し、該光学プリズムの回転位置、該光学プリズム間の相対回転角によって前記測距光軸の偏向方向、偏向角が決定される様構成され、前記測定方向検出部は前記１対の光学プリズムの回転位置、相対回転角に基づき測距光軸の偏向方向、偏向角を検出し、前記測距部はパルス光の測距光を連続的に射出し、前記演算制御部は、前記光軸偏向部の前記光学プリズムの回転を制御し、前記測距光軸を連続的に偏向することで前記測距光を所要のスキャンパターンで２次元スキャンを実行し、スキャンパターンに沿って各パルス光毎に測距すると共に測距結果を前記基準時刻信号に関連付け、前記測定方向検出部が検出する偏向方向、偏向角を前記基準時刻信号に関連付け、スキャンパターンに沿って３次元データを取得する様構成された請求項３に記載の測量装置。
【請求項７】
前記姿勢検出器の検出結果の変化が所定の閾値を超える場合は、閾値を超えた前後の測距作動を中止する様構成された請求項６に記載の測量装置。
【請求項８】
前記スキャンパターンが前記第１画像、前記第２画像に掛渡る様に設定され、前記演算制御部はスキャンパターンに沿って取得された３次元座標に基づき前記第１画像、前記第２画像を合成する様構成された請求項６に記載の測量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は簡単に設置可能な測量装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測量装置を用いて測量を実施する場合、先ず測量装置を基準点上に設置する必要がある。
【０００３】
一般に測量装置を基準点上に設置する場合、三脚を用いて設置されるが、測量装置は三脚上で水平に整準され、又、測量装置の機械中心が前記基準点を通過する鉛直線上に正確に位置決めされなければならない。更に、基準点から前記機械中心迄の高さ（測量装置の器械高）も測定されなければならない。この為、測量装置の設置作業は、煩雑で時間と熟練が必要とされた。
【０００４】
又、測定対象を測定して三次元測定する場合、測量装置を安定させた状態で測定する必要があり、三脚の安定固定、測量装置の安定保持が重要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１５１４２３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１５１４２２号公報
【特許文献３】特開２０１６−１６１４１１号公報
【特許文献４】特開２０１７−９０２４４号公報
【特許文献５】特開２０１７−１０６８１３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、容易に短時間で設置可能であり、設置作業で熟練を必要としない測量装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基準点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の位置と該一脚に対して既知の角度で設けられる測量装置本体とを具備し、該測量装置本体は第１撮像光軸と測距光軸を有し、該第１撮像光軸に沿って測定対象を含む第１画像を取得する測定方向撮像部と、前記測距光軸に沿って測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記測距光軸の測定方向を検出する測定方向検出部と、基準時刻信号を発する時間測定器と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、前記測距部で測定した測距結果を前記基準時刻信号と関連付け、前記測定方向検出部が検出した測定方向を前記基準時刻信号と関連付け、前記測定方向撮像部により前記第１画像を所定間隔で取得すると共に取得した該第１画像を前記基準時刻信号と関連付け、前記演算制御部は各第１画像の画像変化を検出し、該画像変化と前記測定方向検出部の測定方向検出結果と測距結果とを前記基準時刻信号に基づき関連付け、前記画像変化と前記測定方向検出結果に基づいて測距時の測定方向を演算し、前記測定対象の測定部位の位置を確定する様構成された測量装置に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記測量装置本体は基準光軸を有し、該基準光軸と前記第１撮像光軸とは既知の関係を有し、前記測距光軸を前記基準光軸に対して偏向させる光軸偏向部を有し、前記測定方向検出部は前記基準光軸に対する前記測距光軸の偏向方向を検出する様構成された測量装置に係るものである。
【０００９】
又本発明は、前記測量装置本体は下方撮像部と姿勢検出器を更に具備し、前記下方撮像部は前記一脚の下端及びその周囲を含む第２画像を取得し、前記演算制御部は、前記下方撮像部により取得した前記第２画像を前記基準時刻信号と関連付け、取得した前記第２画像間の変位に基づいて、前記基準点を中心とした前記一脚の回転角を演算すると共に演算された回転角を前記基準時刻信号に関連付け、又前記姿勢検出器の姿勢検出結果を前記基準時刻信号に関連付け、同一基準時刻に対応する前記一脚の回転角、前記姿勢検出結果、前記測量装置本体の前記一脚下端からの距離、演算された測距時の前記測定方向、前記測距部の測定結果に基づき測定対象の測定部位の３次元座標を測定する様構成した測量装置に係るものである。
【００１０】
又本発明は、表示部を有し、測定対象の画像上に測定した部位を表示する様構成した測量装置に係るものである。
【００１１】
又本発明は、前記演算制御部は、姿勢検出器の出力を所定時間の間隔で検出し、時間に対する本体の傾斜変化を求めると共に、所定の時間内での平均を算出する様構成された測量装置に係るものである。
【００１２】
又本発明は、前記光軸偏向部は、独立して回転可能な１対の光学プリズムを有し、該光学プリズムの回転位置、該光学プリズム間の相対回転角によって前記測距光軸の偏向方向、偏向角が決定される様構成され、前記測定方向検出部は前記１対の光学プリズムの回転位置、相対回転角に基づき測距光軸の偏向方向、偏向角を検出し、前記測距部はパルス光の測距光を連続的に射出し、前記演算制御部は、前記光軸偏向部の前記光学プリズムの回転を制御し、前記測距光軸を連続的に偏向することで前記測距光を所要のスキャンパターンで２次元スキャンを実行し、スキャンパターンに沿って各パルス光毎に測距すると共に測距結果を前記基準時刻信号に関連付け、前記測定方向検出部が検出する偏向方向、偏向角を前記基準時刻信号に関連付け、スキャンパターンに沿って３次元データを取得する様構成された測量装置に係るものである。
【００１３】
又本発明は、前記姿勢検出器の検出結果の変化が所定の閾値を超える場合は、閾値を超えた前後の測距作動を中止する様構成された測量装置に係るものである。
【００１４】
更に又本発明は、前記スキャンパターンが前記第１画像、前記第２画像に掛渡る様に設定され、前記演算制御部はスキャンパターンに沿って取得された３次元座標に基づき前記第１画像、前記第２画像を合成する様構成された測量装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基準点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の位置と該一脚に対して既知の角度で設けられる測量装置本体とを具備し、該測量装置本体は第１撮像光軸と測距光軸を有し、該第１撮像光軸に沿って測定対象を含む第１画像を取得する測定方向撮像部と、前記測距光軸に沿って測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記測距光軸の測定方向を検出する測定方向検出部と、基準時刻信号を発する時間測定器と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、前記測距部で測定した測距結果を前記基準時刻信号と関連付け、前記測定方向検出部が検出した測定方向を前記基準時刻信号と関連付け、前記測定方向撮像部により前記第１画像を所定間隔で取得すると共に取得した該第１画像を前記基準時刻信号と関連付け、前記演算制御部は各第１画像の画像変化を検出し、該画像変化と前記測定方向検出部の測定方向検出結果と測距結果とを前記基準時刻信号に基づき関連付け、前記画像変化と前記測定方向検出結果に基づいて測距時の測定方向を演算し、前記測定対象の測定部位の位置を確定する様構成されたので、整準作業は必要なく、前記一脚の下端を基準点に設置するのみで測定が可能となり、不安定設置状態でも測定部位の位置を的確に確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】
【００１６】
【図１】第１の実施例を示す概略図である。
【図２】測量装置本体を示す概略ブロック図である。
【図３】操作パネルの概略ブロック図である。
【図４】２次元パターンの一例である花びらパターンを示す図である。
【図５】前記花びらパターンが形成される過程を示す図であり、（Ａ）は前半に形成されるパターン、（Ｂ）は後半に形成されるパターンを示す。
【図６】測定方向撮像部、下方撮像部で取得した画像と測量装置本体によるスキャン軌跡との関係を示す図である。
【図７】測量装置本体が変動した場合の測量装置本体と回転方向の関係を示す図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は画像とスキャン軌跡との関係を示す図である。
【図９】前画像と次の画像との合成画像とスキャン軌跡との関係を示す図である。
【図１０】測量装置本体が変動した場合の角変位κ，ω，φの変化を示すグラフである。
【図１１】撮像方向が異なる画像の連結画像とスキャン軌跡との関係を示す図である。
【図１２】スキャンパターンとして局所円スキャンとした場合の画像とスキャン軌跡との関係を示す図である。
【図１３】１つの画像に複数の局所円パターンの軌跡を集約表示した図である。
【図１４】第１画像と第２画像との連結画像とスキャン軌跡と基準板との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施例の概略を示す図であり、図１中、１は測量装置、２は測定対象を示す。
【００１９】
前記測量装置１は、主に、一脚３、該一脚３の上端に設けられた測量装置本体４、前記一脚３の適宜位置に、例えば測定作業者が立ち姿勢で操作し易い位置に、操作パネル７が設けられる。
【００２０】
該操作パネル７は、前記一脚３に対して固定的に設けられてもよく、或は着脱可能であってもよい。前記操作パネル７が前記一脚３に取付けられた状態で操作可能であると共に前記操作パネル７を前記一脚３から分離し、該操作パネル７単体で操作可能としても良い。該操作パネル７と前記測量装置本体４とは、有線、無線等各種通信手段を介してデータ通信が可能となっている。
【００２１】
又、前記一脚３の前記操作パネル７より下方の位置に１本の補助脚６が折畳み可能に取付けられている。
【００２２】
前記一脚３の下端は尖端となっており、該下端は基準点Ｒ（測定の基準となる点）に設置される。又、前記測量装置本体４は前記一脚３の既知の位置に設けられる。本実施例では、前記一脚３の下端から前記測量装置本体４の機械中心（測定の基準となる点）迄の距離は既知となっている。
【００２３】
前記測量装置本体４の光学系は、水平方向に延出する基準光軸Ｏを有し、該基準光軸Ｏは前記一脚３の軸心Ｐと直交する線に対して所定角度下方に傾斜する様に設定される。従って、前記一脚３が鉛直に設定されると前記基準光軸Ｏは水平に対して前記所定角度下方に傾斜する。
【００２４】
前記補助脚６は、上端で前記一脚３に折畳み可能に連結され、前記補助脚６は折畳み状態では、前記一脚３と密着し、密着した状態を保持する様なロック機構が設けられる。或は簡易的に前記一脚３と前記補助脚６とを束ねるバンド（図示せず）が設けられてもよい。
【００２５】
前記補助脚６は、上端を中心に所定の角度、回転可能となっており、回転した位置で固定可能となっている。尚、前記補助脚６は、１本の場合を説明したが２本であってもよい。この場合、前記一脚３は自立可能となる。
【００２６】
前記測量装置本体４は、測距部１３（後述）、測定方向撮像部１４（後述）を有し、又前記測量装置本体４には下方撮像部５が設けられている。前記測距部１３の光学系の基準光軸が前記基準光軸Ｏである。前記測定方向撮像部１４の光軸（以下、第１撮像光軸１５）は前記基準光軸Ｏに対して所定角（例えば６°）上方に傾斜しており、又前記測定方向撮像部１４と前記測距部１３との距離及び位置関係は既知となっている。前記測距部１３と前記測定方向撮像部１４は前記測量装置本体４の筐体内部に収納されている。又、前記測定方向撮像部１４と前記下方撮像部５はＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を有し、それぞれの撮像素子中の画素の位置が特定できる様になっている。例えば、前記測定方向撮像部１４は前記第１撮像光軸１５を原点とした画素座標を有し、前記下方撮像部５は該下方撮像部５の光軸（以下、第２撮像光軸８）を原点とした画素座標を有し、各画素は該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。前記撮像素子からの画像信号は画素が出力する信号と画素に関係付けられた座標情報が含まれ、前記画像信号は、演算制御部２１（後述）を介して画像処理部２４（後述）に入力される。
【００２７】
前記下方撮像部５は前記測量装置本体４の筐体に固定され、前記下方撮像部５（即ち、該下方撮像部５の像形成位置）は前記測量装置本体４の機械中心に対して既知の位置に設けられる。前記第２撮像光軸８は、下方に向けられ、前記基準光軸Ｏに対して所定の既知の角度に設定され、前記第２撮像光軸８と前記基準光軸Ｏとは既知の関係となっている。尚、前記下方撮像部５は前記筐体に収納され、前記測量装置本体４と一体化されてもよい。又、前記下方撮像部５として、例えば、市販のデジタルカメラが用いられてもよい。
【００２８】
前記測定方向撮像部１４の画角はθ１であり、前記下方撮像部５の画角はθ２であり、θ１とθ２とは等しくても良く又異なっていても良い。又、前記測定方向撮像部１４の画角と前記下方撮像部５の画角はオーバラップしていなくとも良いが、所定量オーバラップすることが好ましい。又、前記下方撮像部５の画角、前記第２撮像光軸８の方向は、前記一脚３の下端が画像中に含まれる様設定される。
【００２９】
図２を参照して、前記測量装置本体４の概略構成を説明する。
【００３０】
該測量装置本体４は、前記測距部１３、前記演算制御部２１、第１記憶部２２、時間測定器２３、前記画像処理部２４、第１通信部２５、光軸偏向部２６、姿勢検出器２７、前記測定方向撮像部１４、測定方向検出部２８を具備し、これらは筐体３１に収納され、一体化されている。
【００３１】
前記基準光軸Ｏ上に、前記測距部１３、前記光軸偏向部２６が配設される。前記測距部１３は、前記光軸偏向部２６の中心を通過する測距光軸４１を有している。前記測距部１３は、該測距光軸４１上にレーザ光線として測距光３８を発し、前記測定対象２で反射され、前記測距光軸４１上から入射する反射測距光３９を受光し、該反射測距光３９に基づき前記測定対象２の測定を行い、前記測距部１３は光波距離計として機能する。又、該測距部１３で得られた測距データは、後述する基準時刻信号に関連付けられて前記第１記憶部２２に格納される。
【００３２】
前記光軸偏向部２６は、前記測距光軸４１を偏向し、前記測距光３８を前記測定対象２に視準させる。前記光軸偏向部２６が前記測距光軸４１を偏向しない状態では、前記測距光軸４１と前記基準光軸Ｏとは合致する。尚、前記光軸偏向部２６については、特許文献２、特許文献４、特許文献５に開示されたものを使用することができる。
【００３３】
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測距光（バースト光）のいずれが用いられてもよい。尚、パルス光及び断続変調光を総称してパルス光と称する。
【００３４】
前記第１通信部２５は、前記測定方向撮像部１４で取得した画像データ、前記画像処理部２４で処理された画像データ、前記測距部１３が取得した測距データ、前記測定方向検出部２８が取得した測角データを前記操作パネル５に送信し、更に該操作パネル５からの操作コマンドを受信する。
【００３５】
前記第１記憶部２２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２７からの姿勢検出結果に基づき前記一脚３の傾斜角、傾斜方向を演算し、更に傾斜角の鉛直成分（前記一脚３の測定対象２に対する前後方向の傾斜角）、傾斜角の水平成分（前記一脚３の測定対象２に対する左右方向の傾斜角）を演算する傾斜角演算プログラム、演算した傾斜に基づき撮影した画像の向きを補正する補正プログラム、測距を実行する為の測定プログラム、前記光軸偏向部２６の偏向作動を制御する為の偏向制御プログラム、前記下方撮像部５で取得した画像、前記測定方向撮像部１４で取得した画像の合成等の処理を行う画像処理プログラム、各種演算を実行する演算プログラム等の各種プログラムが格納される。又、前記第１記憶部２２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。
【００３６】
前記演算制御部２１は、前記測量装置本体４の作動状態に応じて、前記各種プログラムを展開、実行して前記測距部１３の制御、前記光軸偏向部２６の制御、前記測定方向撮像部１４の制御、前記下方撮像部５の制御等を行い、測距を実行する。尚、前記演算制御部２１としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵが用いられる。
【００３７】
又、前記第１記憶部２２としては、例えば、磁気記憶装置としてのＨＤＤ、半導体記憶装置としての内蔵メモリ、メモリカード、ＵＳＢメモリ等種々の記憶手段が用いられる。該第１記憶部２２は、前記筐体３１に対して着脱可能であってもよい。或は、前記第１記憶部２２は、所望の通信手段を介して外部記憶装置或は外部データ処理装置にデータを送出可能としてもよい。
【００３８】
前記時間測定器２３は基準時刻信号を発する。該基準時刻信号は測定開始から連続して発せられるクロック信号でもよく、或はタイマーであってもよく、或は前記時間測定器２３がＧＮＳＳ受信機を具備し、ＧＮＳＳ受信機から取得されるＧＮＳＳ時刻であってもよい。
【００３９】
基準時刻信号は前記演算制御部２１に入力され、該演算制御部２１は測距データ、画像データ、測定方向検出結果、姿勢検出結果等、各種データ、検出結果と基準時刻信号との関連付けを行う。
【００４０】
前記光軸偏向部２６について説明する。尚、該光軸偏向部２６については、例えば特許文献２、特許文献４、特許文献５に開示されたもの等を使用することができる。
【００４１】
該光軸偏向部２６は、一対の光学プリズム４４，４５を具備する。該光学プリズム４４，４５は、それぞれ同径の円板形であり、前記測距光軸４１上に該測距光軸４１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。前記光学プリズム４４，４５のそれぞれの回転を制御することで、前記基準光軸Ｏを基準として０°から最大偏角迄の任意の角度に前記測距光軸４１を偏向することができる。
【００４２】
又、前記測距光３８を連続して照射しつつ、前記光学プリズム４４，４５を連続的に駆動し、連続的に偏向することで、前記測距光３８を所定のパターンで２次元スキャンさせることができる。
【００４３】
前記測定方向検出部２８は、前記光学プリズム４４，４５のそれぞれの回転角を検出し、前記測距光軸４１の測定方向、即ち前記基準光軸Ｏに対する前記測距光軸４１の偏向角、偏向方向をリアルタイムで検出する。従って、測距時の前記基準光軸Ｏと前記測距光軸４１との関係が算出できる。
【００４４】
測定方向検出結果（測角結果）は、測距結果に関連付けられて前記演算制御部２１に入力され、該演算制御部２１は測距結果、測定方向検出結果と前記基準時刻信号とを関連付けて前記第１記憶部２２に格納する。尚、前記測距光３８がパルス発光される場合にはパルス光毎に、或は前記測距光３８がバースト発光される場合は、断続測距光毎に、それぞれ測距、測角の関連付けが行われ、更に測距、測角と基準時刻信号との関連付けが実行される。
【００４５】
次に、前記姿勢検出器２７について説明する。該姿勢検出器２７は、前記筐体３１（即ち、測量装置本体４）の水平に対する傾斜角をリアルタイムで検出する。前記姿勢検出器２７としては、例えば加速度センサが用いられ、或は、特許文献１に開示された姿勢検出装置を使用することもできる。前記姿勢検出器２７の検出結果は、前記演算制御部２１に入力され、基準時刻と関連付けられ前記第１記憶部２２に格納される。
【００４６】
前記測定方向撮像部１４は前記第１撮像光軸１５を有している。前記測定方向撮像部１４は、前記光学プリズム４４，４５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。前記第１撮像光軸１５と前記基準光軸Ｏとの関係は既知（両光軸の成す角度が既知等）となっている。
【００４７】
又、前記測定方向撮像部１４は、静止画像又は連続画像或は動画像がリアルタイムで取得可能である。前記測定方向撮像部１４で取得された画像（第１画像）は、前記操作パネル７に送信され、該操作パネル７の表示部６８（後述）に表示され、作業者は該表示部６８に表示された画像を観察して測定作業を実行できる。
【００４８】
前記演算制御部２１は、前記測定方向撮像部１４の撮像を制御する。前記演算制御部２１は、前記測定方向撮像部１４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測量装置本体４でスキャンするタイミングとの同期を取っている。
【００４９】
上記した様に、前記演算制御部２１は時間に基づき画像と測定データ（測距データ、測角データ）との関連付けも実行する。又、前記演算制御部２１は、前記第１通信部２５、第２通信部６７（後述）を介して前記測定方向撮像部１４と前記下方撮像部５との撮像タイミングの同期制御を行っている。
【００５０】
前記測定方向撮像部１４の撮像素子中の各画素は画像素子上での位置が特定でき、前記第１撮像光軸１５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１３による測定位置と前記撮像素子上での位置との相互関連付けが可能である。前記撮像素子から出力される画像信号は、画素が出力する信号と画素に関係付けられた座標情報が含まれ、前記演算制御部２１を介して前記画像処理部２４に入力される。
【００５１】
前記下方撮像部５について説明する。
【００５２】
該下方撮像部５は、前記測量装置本体４と電気的に接続されており、前記下方撮像部５で取得された画像データは前記測量装置本体４に入力される。
【００５３】
前記下方撮像部５の撮像は、前記演算制御部２１によって前記測定方向撮像部１４の撮像、前記測距部１３の測距と同期制御される。前記下方撮像部５は、前記測量装置本体４の機械中心に対して既知の位置に設けられており、前記下方撮像部５と前記一脚３下端との距離も既知となっている。
【００５４】
更に、前記下方撮像部５の前記第２撮像光軸８は前記基準光軸Ｏと既知の関係にあり、前記下方撮像部５で取得した画像データは、前記演算制御部２１によって前記測定方向撮像部１４で取得した画像データ、前記測距部１３で測定した測距データと関連付けられ、又基準時刻と関連付けられて前記第１記憶部２２に格納される。
【００５５】
前記操作パネル７について図３を参照して略述する。
【００５６】
該操作パネル７は、上記した様に、前記一脚３に対して固定的に設けられてもよく、或は着脱可能であってもよい。又、着脱可能な場合は、前記操作パネル７を前記一脚３から取外し、前記操作パネル７単体の状態で、作業者が保持し、操作可能としてもよい。
【００５７】
前記操作パネル７は、主に演算部６５、第２記憶部６６、前記第２通信部６７、前記表示部６８、操作部６９を具備している。尚、前記表示部６８をタッチパネルとし、前記表示部６８に前記操作部６９を兼用させてもよい。又、前記表示部６８をタッチパネルとした場合は、前記操作部６９は省略してもよい。
【００５８】
前記第２記憶部６６には、前記測量装置本体４との間で通信を行う為の通信プログラム、前記下方撮像部５で取得した画像、前記測定方向撮像部１４で取得した画像、前記測距部１３で測定した測定情報を前記表示部６８に表示させる為の表示プログラム、前記操作部６９で操作された情報から前記測量装置本体４へのコマンドを作成する為のコマンド作成プログラム等の各種プログラムが格納されている。
【００５９】
前記演算部６５は前記プログラムにより前記表示部６８の表示の制御、コマンドの作成、前記第２通信部６７の制御を実行する。
【００６０】
前記第２通信部６７は前記画像処理部２４との間で、測定データ、画像データ、コマンド等のデータを前記演算制御部２１、前記第１通信部２５を経由して、通信する。
【００６１】
前記表示部６８は、受信した測定データ、画像データに基づき前記測量装置本体４の測定状態、測定結果等を表示し、又前記下方撮像部５、前記測定方向撮像部１４が取得した画像を表示する。前記操作部６９から前記測量装置本体４に測定作業に関する指令等、各種指令を入力できる様になっている。尚、前記表示部６８をタッチパネルとして前記操作部６９と兼用してもよい。
【００６２】
前記操作パネル７として、例えばスマートフォン、タブレットが用いられてもよい。又、前記操作パネル７がデータコレクタとして使用されてもよい。
【００６３】
前記光軸偏向部２６の作用の一例を図４、図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照して説明する。
【００６４】
前記光軸偏向部２６による２次元スキャンパターンは、前記光学プリズム４４と前記光学プリズム４５の回転数関係で決定される。
【００６５】
例えば、一方の光学プリズム４４を１７．５Ｈｚで正回転させ、他方の光学プリズム４５を５Ｈｚで逆回転させることで、図４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７４が得られる。
【００６６】
上記の条件で前記光学プリズム４４，４５を回転させる場合、前半（０〜０．２ｓｅｃ）では、図５（Ａ）に示される様な花びらパターン７４の前半の軌跡７４ａが得られる。又、後半（０．２〜０．４ｓｅｃ）では、図５（Ｂ）に示される様な前記花びらパターン７４の後半の軌跡７４ｂが得られる。前記前半の軌跡７４ａと前記後半の軌跡７４ｂとが組合わされることで、１周期０．４ｓｅｃの前記花びらパターン７４が形成される。
【００６７】
又、前記花びらパターン７４は前記光軸偏向部２６の全偏向範囲で形成されたが、前記光軸偏向部２６で偏向された光軸（偏向光軸）に対して所定偏角を維持する様、前記光学プリズム４４と前記光学プリズム４５の回転を制御すれば、前記偏向光軸を中心に円スキャンが実行される。
【００６８】
尚、全偏向範囲内の一部を局所スキャンすることが可能である。局所スキャンは、前記全偏向範囲内の一部で小さく往復回転を実行される２次元閉ループスキャンであり、局所スキャンの形状は円に限られることはなく、前記光学プリズム４４，４５の個別制御により任意の形状とすることができる。
【００６９】
図６は前記測定方向撮像部１４の第１画像取得範囲、前記下方撮像部５の第２画像取得範囲、スキャンの関係を示す。
【００７０】
図６中、７１は前記測定方向撮像部１４の第１画像取得範囲、７２は前記下方撮像部５の第２画像取得範囲、７３は前記光軸偏向部２６による前記測距光軸４１の偏向範囲、７４は測距光を複数回照射しつつ前記光軸偏向部２６により花びらパターンでスキャンした場合の軌跡を示している。前記花びらパターン７４に示されるドットは複数回の測距光の照射点を示す。即ち、前記花びらパターン７４の軌跡上の測定点を示す。又、７５は前記第１画像取得範囲７１の画像中心（該画像中心７５は前記第１撮像光軸１５と合致する）、７６は前記第２画像取得範囲７２の画像中心（該画像中心７６は、前記第２撮像光軸８と合致する）を示している。
【００７１】
又、図１に於いて、θ１は前記測定方向撮像部１４の画角、θ２は前記下方撮像部５の画角、θ３は前記測量装置本体４のスキャン範囲をそれぞれ示している。
【００７２】
更に、図６は、前記第１撮像光軸１５と前記第２撮像光軸８間の角度が例えば６０°に設定され、前記基準光軸Ｏが前記第１撮像光軸１５に対して例えば６°下方に傾斜している、つまり、θ４は５４°となる。又前記一脚３が後方（前記測定対象２から離反する方向）に５゜傾いて保持された状態を示している。
【００７３】
前記第２撮像光軸８は、下方に向けられ、前記一脚３の下端を含む様に、前記下方撮像部５の画像取得範囲が設定されている。従って、前記下方撮像部５が取得する画像には、前記基準点Ｒを含み、更に測定者側の範囲（図示では略８０゜の範囲）の画像が含まれている。
【００７４】
前記基準点Ｒを中心とした回転検出は、前記基準点Ｒを中心とした所定半径の回転検出画像７７を設定し、回転前後の前記回転検出画像７７の回転変位を検出することで得られる。尚、回転変位は回転前後の第２画像の回転変位を検出する様にしてもよい。
【００７５】
次に、図１に示される様に、前記測量装置本体４により前記測定対象２を測定すると、前記測定対象２迄の斜距離が測定され、更に前記第１撮像光軸１５に対する前記基準光軸Ｏの偏角（図６では６゜）と前記基準光軸Ｏに対する前記測距光軸４１の偏角が前記測定方向検出部２８によって検出され、又前記測量装置本体４の水平に対する傾斜角が前記姿勢検出器２７によって検出され、前記測距光軸４１の水平に対する傾斜角が演算され、前記測量装置本体４の水平回転変化が前記回転検出画像７７から検出される。
【００７６】
前記測距光軸４１の水平に対する傾斜角に基づき、前記斜距離が水平距離に補正され、前記測距光軸４１の水平に対する傾斜角、検出された前記水平角に基づき方向角が演算される。又、前記一脚３の長さと前記第１撮像光軸１５に対する前記一脚３の倒れが既知であることから、前記一脚３の下端（即ち、前記基準点Ｒ）を基準とした前記測定対象２の３次元座標が求められる。
【００７７】
図６に示される様に、前記光軸偏向部２６は前記偏向範囲７３の範囲で、前記測距光軸４１を自在に偏向できる。上記した様に、前記光学プリズム４４と前記光学プリズム４５の回転を制御することで、前記花びらパターン７４の軌跡でスキャンさせることができる。スキャン過程でパルス測距光を照射することで、前記花びらパターン７４の軌跡に沿った各照射点（各測定点）について３次元測距データを取得することができる。前記花びらパターン７４上のドットが測定点を示している。又、スキャンと同期して第１画像、第２画像が取得される。
【００７８】
フレームレートが１０フレーム／ｓｅｃで発光レートが１０ＫＨｚ（１０，０００回／ｓｅｃ）の場合、フレーム画像が取得される度に１，０００回のパルス測距光が発光される様、前記演算制御部２１により同期制御される。又フレーム画像の取得時刻とパルス測距光による測距時刻とはそれぞれ前記基準時刻と関連付けられる。尚、第１画像、第２画像の取得にあたっては、撮像素子がＣＭＯＳの場合グローバルシャッタ（同時画面撮像）による画像取得が好ましい。
【００７９】
尚、フレーム画像の取得時刻とパルス測距光による測距時刻と前記基準時刻と関連付けが正確に実行されれば、スキャンと第１画像、第２画像の取得との同期は、厳密でなくともよい。
【００８０】
又、前記測定方向撮像部１４で取得した第１画像と、前記下方撮像部５で取得した第２画像とを合成する場合は、両画像のオーバラップ部分を用いて行うことができる。或は、図６に示される様に、前記花びらパターン７４の一部が前記第２画像取得範囲７２に含まれる様にスキャンを実行し、前記第１画像中の軌跡に沿った測距データ、前記第２画像中の軌跡に沿った測距データを用いて直ちに前記第１画像と前記第２画像との合成が可能である。
【００８１】
前記第１画像と前記第２画像を合成することで、前記基準点Ｒから測定対象２迄を含む広範囲の第１画像が取得でき、測定範囲、測定位置の確認が容易になり、作業性が向上する。又、第１画像、或は合成画像と２次元スキャンで得られた軌跡に沿ったデータとを関連付けることで３次元データ付の画像が取得できる。又、測距結果は前記表示部６８に表示される。更に、測距結果が第１画像、第２画像上に重畳され、前記表示部６８に表示されることで、測定対象の何処の部位（測定部位）が測定されたかを確認することができ、又測定の進行状況等を確認することができる。
【００８２】
上記測定操作及び上記測定操作で得られる測距結果及び３次元データ付の画像は、前記測量装置本体４が安定に保持されている場合に関するものである。
【００８３】
ところが、前記測量装置本体４は一脚３で支持されており、該一脚３は作業者が保持している。従って、前記測量装置本体４は完全な安定状態ではなく、現実には前記一脚３は微小に揺れている。
【００８４】
前記測量装置本体４が前記一脚３で支持された状態を考慮すると、前記測量装置本体４の変位は前記一脚３の下端を基準にした回転変位であり、前記測量装置本体４の上下方向の変位は殆どなく、平行移動成分も少いと考えられる。従って、前記測量装置本体４の時間に対する変位は、図７に示される様に、概ね測距光軸４１に直交する面内での回転（φ）、前記測距光軸４１を含む鉛直面内での回転（κ）、前記測距光軸４１を含む水平面内での回転（ω）と考えてよい。前記測量装置本体４の傾き変化は前記姿勢検出器２７の検出でも得られるが、一般に姿勢検出器２７は加速度の変動がある場合には真の鉛直に対する傾斜検出が難しい。前記変動による加速度成分の影響は平均することにより軽減されるので、数秒間程度の平均が必要である。又、前記姿勢検出器２７では回転（ω）を検出できないので、画像による方法と併用する。
【００８５】
測距光をスキャンし、測定を実行している状態で、前記測量装置本体４に変動がない場合は、図８（Ａ）に示される様に取得されるスキャン軌跡７４の画像８１に対する変動も生じず、綺麗なスキャン軌跡７４が形成される。
【００８６】
一方、前記測量装置本体４の支持が不安定で、スキャン途中で該測量装置本体４が変動、即ち回転（角度：κ，ω，φ）した場合、前記測定方向撮像部１４の第１撮像光軸１５も一体に回転（κ，ω，φ）するので取得される画像８１が測定対象に対して（κ，ω，φ）だけ回転する。図８（Ｂ）中、８１′は回転した画像を示す。
【００８７】
この回転（角度：κ，ω，φ）は画像の変位を検出することでリアルタイムに求めることができる。画像の変位を検出する代表的な方法としては、特徴抽出によるマッチングや、位相限定法、回転不変位相限定法が知られている。画像上、κは縦方向、ωは横方向、φは回転として検出される。又、前記回転（角度：κ，ω，φ）を所定時間間隔で平均化し、平均回転角を算出することもできる。
【００８８】
前記測定方向撮像部１４、前記下方撮像部５及び前記光軸偏向部２６は一体に構成されているので、前記スキャン軌跡７４と前記測定方向撮像部１４の画角（視界）との関係は、固定である。従って、取得画像間で変位（回転）があれば（即ち、測定対象に対して撮像位置の変位があれば）、スキャン軌跡も取得画像間の変位と同じだけ測定対象に対して変位を生じる。
【００８９】
図８（Ｂ）は、花びらパターン７４の前半（０〜０．２ｓｅｃ）と後半（０．２〜０．４ｓｅｃ）で変位した例を示す。花びらパターン７４の前半の取得画像８１、後半の取得画像８１′間で変位（回転（κ，ω，φ））を生じた場合であり、図８（Ｂ）中、実線で示す画像８１は変位前の状態を示し、破線で示す画像８１′は元の画像８１に対して回転（κ，ω，φ）した状態を示している。前記軌跡７４も画像８１′の変位に伴って変位している。
【００９０】
図９は、前記画像８１の画像上に、花びらパターン７４の前半の軌跡と、花びらパターン７４の後半の軌跡を変位（回転（κ，ω，φ））分補正して確定した軌跡とを、集約表示したものである。
【００９１】
画像と次の画像との間で測定される測定点の補正は、演算により求めることができる。
【００９２】
以下、図１０を参照して説明する。図１０中、横軸は時間、縦軸はκ，ω，φの角度を示している。図示ではフレームレートが１０フレーム／ｓｅｃ、パルス測距光の発光レートは１０ＫＨｚ（１０，０００回／ｓｅｃ）として説明する。尚、フレームレート、発光レートは、装置の性能、測定環境により適宜変更されることは言う迄もない。
【００９３】
０．１秒毎に画像が取得される度に、測距が１，０００回実行される。画像の取得と測距とは同期されている。
【００９４】
前述の画像の変位を検出により、前画像に対する次の画像の回転角（κ，ω，φ）（即ち、測距光軸４１のκ，ω，φ）が求められる。従って、測距結果はκ，ω，φに基づき演算し、補正することができる。
【００９５】
又、画像取得毎に回転角（κ，ω，φ）を求めることで時間に対する（κ，ω，φ）の変化が求められ、図１０に示される様に、κ，ω，φそれぞれを含む近似曲線を作成することができる。従って、内挿により前記近似曲線から回転角を求めることができる。例えば、時刻ｔ1 と時刻ｔ2 との間の時刻ｔ′については、近似曲線からκ′，ω′，φ′を得ることができる。このκ′，ω′，φ′に基づき測定点の位置を特定でき、又高低角、水平角を演算することができる。
【００９６】
尚、スタート点Ｓは前記姿勢検出器２７の検出結果を数秒間平均して得られた傾斜角が基準となっている。
【００９７】
又、画像間の（κ，ω，φ）の変化は、直線で近似させてもよい。
【００９８】
上記説明では、測距と画像取得とを同期させたが、（κ，ω，φ）曲線が得られれば測定時刻に基づき（κ，ω，φ）曲線より測定時刻でのκ，ω，φが得られるので、必ずしも同期させなくてもよい。
【００９９】
上記した様に、前記測量装置本体４は基準時刻信号を発する時間測定器２３を有し、測距部１３による測距時刻、前記測定方向撮像部１４、下方撮像部５による画像取得時刻、測定方向検出部２８による検出時刻、姿勢検出器２７による姿勢検出時刻は、それぞれ共通の基準時刻に関連付けられている。従って、前記第１記憶部２２に格納されたデータについて同一の基準時刻に対応する測距データ、画像データ、方向検出データ等を選択すれば、同一時刻に取得したデータを得ることができる。
【０１００】
全ての測距時刻を基に、各測距時間に於ける内挿により前記近似曲線から全ての測距点のκ，ω，φが求められることで、各測定点の位置が補正演算により確定し、又高低角、水平角の演算、更には各測定点の３次元座標を演算することができる。
【０１０１】
図１１は連結した２つの画像に補正後の確定したスキャン軌跡を集約表示したものである。
【０１０２】
上記の如く、本実施例では測定後、測定点の位置の確定、高低角、水平角の演算、３次元座標の演算を行うので、前記測量装置本体４が安定に保持されてなくとも測定を実行できる。
【０１０３】
次に、前記一脚３の軸心を中心に前記測量装置本体４を回転させ、或は前記一脚３を大きく傾斜させ、測定方向、測定範囲を変更する場合がある。或は、外的要因で大きく姿勢が変化した場合等、鮮明な測定方向の画像が得られずκ，ω，φを求めることが困難になる。この場合、前記姿勢検出器２７の検出結果、前記回転検出画像７７の検出結果に基づき前記測量装置本体４の急激な姿勢変化を判断し、測定を中止し、急激な姿勢変化がなくなったとき測定を再開する。
【０１０４】
急激な姿勢変化の有無の判断は、前記姿勢検出器２７の検出結果の変化率、前記回転検出画像７７の検出結果の変化率について閾値を設けて行ってもよい。
【０１０５】
尚、画像変化検出によるスキャン軌跡の補正の確定処理を行う場合、任意のスキャンパターンを選択でき、例えば図１２に示される様に、局所的な円パターン８３を選択してもよい。図１２中、８１は変動前の画像、８１′は変動後の画像、８３は変動前の円パターン軌跡、８３′は変動後の円パターン軌跡を示している。
【０１０６】
図１３は１つの画像８１に局所円パターン８３の補正後の確定したスキャン軌跡を集約表示した状態を示している。
【０１０７】
又、図１４は、第１画像と前記下方撮像部５で取得した第２画像の連結画像であり、該連結画像に於いて、前記一脚３下端と局所スキャン８３の軌跡の補正後の確定したスキャン軌跡との関係を示している。又、図中８５は基準点Ｒに設置した基準板８５を示している。
【０１０８】
尚、上記実施例では測距光をスキャンして測定したが、スキャンを固定し、測定部位を決めて測定してもよい。この場合、測定部位及びその近傍を測定することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１              測量装置
２              測定対象
３              一脚
４              測量装置本体
５              下方撮像部
７              操作パネル
８              第２撮像光軸
１３            測距部
１４            測定方向撮像部
１５            第１撮像光軸
２１            演算制御部
２２            第１記憶部
２３            時間測定器
２５            第１通信部
２６            光軸偏向部
２８            測定方向検出部
３８            測距光
３９            反射測距光
４１            測距光軸
４４，４５      光学プリズム
６５            演算部
６７            第２通信部
６８            表示部
６９            操作部
７１            第１画像取得範囲
７２            第２画像取得範囲
７３            偏向範囲
７７            回転検出画像 
【図１】
2020201111.tif 000003
【図２】
2020201111.tif 000004
【図３】
2020201111.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020201111.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020201111.tif 000011
【図１０】
2020201111.tif 000012
【図１１】
2020201111.tif 000013
【図１２】
2020201111.tif 000014
【図１３】
2020201111.tif 000015
【図１４】
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