(57)【要約】      （修正有）【課題】回転角検出器を設けることなく回転角を画像とスキャン情報を基に演算処理で求める測量装置を提供する。【解決手段】測量装置１の演算制御部が、測量装置本体４の回転前と回転後とで、それぞれ測定方向撮像部による撮像、及び閉ループのスキャンパターンで測定対象２を測距光で走査し、回転前の画像と回転後の画像を基に、回転前のスキャンパターンの軌跡と回転後のスキャンパターンの軌跡のクロス点を求め、回転前の基準光軸に対するクロス点の偏角と、回転後の基準光軸に対するクロス点の偏角とを取得し、両偏角の偏差に基づき、前記測量装置本体の回転角を演算する。【選択図】図１
2019194535.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距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、前記一脚に設けられ、表示部を有する操作パネルとを具備し、前記測量装置本体は、測距光を照射し、反射測距光を受光して測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記基準光軸に対して前記測距光を偏向する光軸偏向部と、前記測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平に対する傾斜を検出する姿勢検出器と、所定のスキャンパターンに沿って前記測距部に測距させる演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記測量装置本体の回転前と回転後とで、それぞれ前記測定方向撮像部による撮像、及び閉ループのスキャンパターンで前記測定対象を前記測距光で走査し、前記回転前の画像と前記回転後の画像を基に、前記回転前のスキャンパターンの軌跡と前記回転後のスキャンパターンの軌跡のクロス点を求め、回転前の前記基準光軸に対する前記クロス点の偏角と、回転後の前記基準光軸に対する前記クロス点の偏角とを取得し、両偏角の偏差に基づき、前記測量装置本体の回転角を演算する測量装置。
【請求項２】
前記演算制御部は、前記回転前のスキャンパターンの軌跡と前記回転後のスキャンパターンの軌跡とを求め、各軌跡上で前記基準点から同一距離にある点を前記クロス点として設定する請求項１に記載の測量装置。
【請求項３】
前記演算制御部は、回転前に取得された前記観察画像と回転前のスキャン結果と、回転後に取得された前記観察画像と回転後のスキャン結果とをそれぞれ対応付け、前記クロス点に基づき回転前の前記観察画像と回転後の前記観察画像とを合成し、合成画像を作成する請求項２に記載の測量装置。
【請求項４】
前記演算制御部は、回転前の前記基準光軸と、回転後の前記基準光軸の、前記合成画像中での位置偏差に基づき、前記測量装置本体の回転角を演算する請求項３に記載の測量装置。
【請求項５】
前記演算制御部は、前記スキャンパターンの軌跡に対する偏角情報に基づき、前記観察画像の画像歪みを較正する請求項４に記載の測量装置。
【請求項６】
前記演算制御部は、前記姿勢検出器の検出結果に基づき、前記測量装置本体の回転角を水平回転角へと変換する請求項１〜請求項５のうちいずれか１項に記載の測量装置。
【請求項７】
前記測量装置本体に対して既知の位置に設けられ、前記基準光軸に対して既知の関係を有する外部撮像部を更に具備し、該外部撮像部は下方に向けられた外部撮像光軸を有し、前記一脚の下端及びその周囲を含む下方画像を取得し、前記演算制御部は前記一脚の軸心を中心とする回転に伴う回転前後の前記下方画像間の変位を求め、該変位に基づき前記基準点を中心とした前記測量装置本体の回転角を演算する請求項１〜請求項６のうちいずれか１項に記載の測量装置。
【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（３次元形状や３次元座標の測定）を実施する場合、測定対象の方向角と距離を測定する必要があり、３次元レーザスキャナが用いられることが多い。然し乍ら、測量に於いては視通が取れない場合が多い。この為、測量装置の設置位置を頻繁に変えて様々な方向から測定し、測定結果を合成する必要がある。
【０００３】
一般に、測量装置の回転角度検出には、ロータとステータからなるエンコーダ等回転軸に取付ける角度検出器が用いられる。この種の角度検出器には、高精度が要求され、設置に於いてはしっかりと安定させなければならず、頻繁に設置位置を変える用途には不向きであった。又、高精度の為測量装置の製作コストの増加を招いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、回転角検出器を設けることなく回転角を画像とスキャン情報を基に演算処理で求める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】
【０００６】
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距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、前記一脚に設けられ、表示部を有する操作パネルとを具備し、前記測量装置本体は、測距光を照射し、反射測距光を受光して測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記基準光軸に対して前記測距光を偏向する光軸偏向部と、前記測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平に対する傾斜を検出する姿勢検出器と、所定のスキャンパターンに沿って前記測距部に測距させる演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記測量装置本体の回転前と回転後とで、それぞれ前記測定方向撮像部による撮像、及び閉ループのスキャンパターンで前記測定対象を前記測距光で走査し、前記回転前の画像と前記回転後の画像を基に、前記回転前のスキャンパターンの軌跡と前記回転後のスキャンパターンの軌跡のクロス点を求め、回転前の前記基準光軸に対する前記クロス点の偏角と、回転後の前記基準光軸に対する前記クロス点の偏角とを取得し、両偏角の偏差に基づき、前記測量装置本体の回転角を演算する測量装置に係るものである。
【０００７】
又本発明は、前記演算制御部は、前記回転前のスキャンパターンの軌跡と前記回転後のスキャンパターンの軌跡とを求め、各軌跡上で前記基準点から同一距離にある点を前記クロス点として設定する測量装置に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記演算制御部は、回転前に取得された前記観察画像と回転前のスキャン結果と、回転後に取得された前記観察画像と回転後のスキャン結果とをそれぞれ対応付け、前記クロス点に基づき回転前の前記観察画像と回転後の前記観察画像とを合成し、合成画像を作成する測量装置に係るものである。
【０００９】
又本発明は、前記演算制御部は、回転前の前記基準光軸と、回転後の前記基準光軸の、前記合成画像中での位置偏差に基づき、前記測量装置本体の回転角を演算する測量装置に係るものである。
【００１０】
又本発明は、前記演算制御部は、前記スキャンパターンの軌跡に対する偏角情報に基づき、前記観察画像の画像歪みを較正する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、前記姿勢検出器の検出結果に基づき、前記測量装置本体の回転角を水平回転角へと変換する測量装置に係るものである。
【００１２】
更に又本発明は、前記測量装置本体に対して既知の位置に設けられ、前記基準光軸に対して既知の関係を有する外部撮像部を更に具備し、該外部撮像部は下方に向けられた外部撮像光軸を有し、前記一脚の下端及びその周囲を含む下方画像を取得し、前記演算制御部は前記一脚の軸心を中心とする回転に伴う回転前後の前記下方画像間の変位を求め、該変位に基づき前記基準点を中心とした前記測量装置本体の回転角を演算する測量装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１３】
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距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、前記一脚に設けられ、表示部を有する操作パネルとを具備し、前記測量装置本体は、測距光を照射し、反射測距光を受光して測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記基準光軸に対して前記測距光を偏向する光軸偏向部と、前記測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平に対する傾斜を検出する姿勢検出器と、所定のスキャンパターンに沿って前記測距部に測距させる演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記測量装置本体の回転前と回転後とで、それぞれ前記測定方向撮像部による撮像、及び閉ループのスキャンパターンで前記測定対象を前記測距光で走査し、前記回転前の画像と前記回転後の画像を基に、前記回転前のスキャンパターンの軌跡と前記回転後のスキャンパターンの軌跡のクロス点を求め、回転前の前記基準光軸に対する前記クロス点の偏角と、回転後の前記基準光軸に対する前記クロス点の偏角とを取得し、両偏角の偏差に基づき、前記測量装置本体の回転角を演算するので、別途回転角検出器を設ける必要がなく、更に画像のみを用いた回転変位の検出では避けられなかった検出誤差を低減することができ、高精度に回転角を演算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】
【００１４】
【図１】本発明の第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】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４】（Ａ）はスキャンの前半で取得されるスキャン軌跡を示す説明図であり、（Ｂ）はスキャンの後半で取得されるスキャン軌跡を示す説明図である。
【図５】操作パネルの概略ブロック図である。
【図６】測量装置本体の回転角の演算方法について説明するフローチャートである。
【図７】回転前と回転後のスキャンパターンのクロス点を示す説明図である。
【図８】前記クロス点の位置について説明する説明図である。
【図９】スキャンパターンと基準点との距離を示す説明図である。
【図１０】（Ａ）は回転前観察画像と回転前花びらパターンの関係を示す説明図であり、（Ｂ）は回転前花びらパターンに於けるクロス点を示す説明図である。
【図１１】（Ａ）は回転後観察画像と回転後花びらパターンの関係を示す説明図であり、（Ｂ）は回転後花びらパターンに於けるクロス点を示す説明図である。
【図１２】合成画像と回転前後の観察画像のクロス点を示す説明図である。
【図１３】回転前の第１画像と第２画像との関係を示す説明図である。
【図１４】回転後の第１画像と第２画像との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施例の概略を示す図であり、図１中、１はモノポール支持方式の測量装置、２は測定対象を示す。
【００１７】
前記測量装置１は、主に、一脚（モノポール）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。
【００１８】
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。又、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よい。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、前記一脚３の下端から前記測量装置本体４の機械中心（測量装置本体４に於ける測定の基準となる点）迄の距離は既知となっている。
【００２１】
前記測量装置本体４の光学系は、およそ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。
【００２２】
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。前記補助脚６が折畳まれた状態で、作業者が一脚３を把持し、測定を実行できる。
【００２３】
前記補助脚６は、上端を中心に所定の角度回転し、前記一脚３から離反させることが可能となっており、離反させた位置で固定可能となっている。前記補助脚６を使用することで、前記測量装置本体４は該補助脚６と前記一脚３との２点支持となり、前記測量装置本体４の支持は安定し、前記測量装置本体４による測定の安定性が向上する。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。
【００２４】
前記測量装置本体４は、測距部２４（後述）、測定方向撮像部２１（後述）を有し、又前記測量装置本体４には外部撮像部である下方撮像部５が設けられている。前記測距部２４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２１の光軸（以下、第１撮像光軸６１）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２１と前記測距部２４との距離及び位置関係は既知となっている。前記測距部２４と前記測定方向撮像部２１は前記測量装置本体４の筐体内部に収納されている。
【００２５】
前記下方撮像部５は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を有し、デジタル画像を取得可能な撮像装置が用いられる。又、撮像素子中の画素の位置が前記下方撮像部５の光軸（以下、第２撮像光軸８）を基準として検出可能となっている。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。
【００２６】
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（距離）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（距離）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。
【００２７】
前記測定方向撮像部２１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とは等しくてもよく又異なっていてもよい。又、前記測定方向撮像部２１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よいが、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。
【００２８】
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。
【００２９】
該測量装置本体４は、測距光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３、演算制御部１４、第１記憶部１５、撮像制御部１６、画像処理部１７、第１通信部１８、光軸偏向部１９、姿勢検出器２０、前記測定方向撮像部２１、射出方向検出部２２、モータドライバ２３を具備し、これらは筐体２５に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部１１、前記受光部１２、前記測距演算部１３、前記光軸偏向部１９等は、測距部２４を構成する。
【００３０】
前記測距光射出部１１は、射出光軸２６を有し、該射出光軸２６上に発光素子２７、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２６上に投光レンズ２８が設けられている。更に、前記射出光軸２６上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡２９と、受光光軸３１（後述）上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡３２とによって、前記射出光軸２６は、前記受光光軸３１と合致する様に偏向される。前記第１反射鏡２９と前記第２反射鏡３２とで射出光軸偏向部が構成される。
【００３１】
前記測距演算部１３は前記発光素子２７を発光させ、前記発光素子２７はレーザ光線を発する。前記測距光射出部１１は、前記発光素子２７から発せられたレーザ光線を測距光３３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のいずれが用いられてもよい。
【００３２】
前記受光部１２について説明する。該受光部１２には、測定対象２からの反射測距光３４が入射する。前記受光部１２は、前記受光光軸３１を有し、該受光光軸３１には、前記第１反射鏡２９、前記第２反射鏡３２によって偏向された前記射出光軸２６が合致する。尚、該射出光軸２６と前記受光光軸３１とが合致した状態を測距光軸３５とする。
【００３３】
前記基準光軸Ｏ上に前記光軸偏向部１９が配設される。該光軸偏向部１９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１９によって偏向されなかった時の前記射出光軸２６又は前記受光光軸３１又は前記測距光軸３５と合致する。
【００３４】
前記反射測距光３４が前記光軸偏向部１９を透過し、入射した前記受光光軸３１上に結像レンズ３８が配設される。又、前記受光光軸３１上に受光素子３９、例えばアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が設けられている。前記結像レンズ３８は、前記反射測距光３４を前記受光素子３９に結像する。該受光素子３９は、前記反射測距光３４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１３に入力され、該測距演算部１３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測定対象２迄の測距を行う。又、受光信号は前記反射測距光３４を受光した際の受光強度の情報も含んでおり、前記測距演算部１３は前記測定対象２からの反射強度も演算する。
【００３５】
前記第１通信部１８は、前記測定方向撮像部２１で取得した画像データ、前記画像処理部１７で処理された画像データ、前記測距部２４が取得した測距データを前記操作パネル７に送信し、更に該操作パネル７からの操作コマンドを受信する。
【００３６】
前記第１記憶部１５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２０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、測距を実行する為の測定プログラム、前記光軸偏向部１９の偏向作動を制御する為の偏向制御プログラム、回転前後の画像を概略マッチングするマッチングプログラム、回転前の測定結果（スキャン結果）と回転後の測定結果（スキャン結果）に基づきスキャンパターンのクロス点を演算するクロス点検出プログラム、スキャン結果に基づき画像を較正する較正プログラム、クロス点に基づき回転前後の画像を合成する合成プログラム、クロス点の偏角や画像上での位置に基づき回転角を演算する回転角演算プログラム、１つの測定位置での１周期のスキャン中に前記測量装置本体４が動いたかどうかを確認する確認プログラム、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、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。
【００３７】
前記演算制御部１４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、実行して前記測量装置本体４による前記測距光射出部１１の制御、前記受光部１２の制御、前記測距演算部１３の制御、前記測定方向撮像部２１の制御等を行い、測距を実行する。
【００３８】
前記光軸偏向部１９の詳細について説明する。
【００３９】
該光軸偏向部１９は、一対の光学プリズム４１，４２から構成される。該光学プリズム４１，４２は、それぞれ同径の円板形であり、前記測距光軸３５上に該測距光軸３５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４１は、光学ガラスにて成形され、平行に配置された３つの三角プリズムを有している。同様に、前記光学プリズム４２も、光学ガラスにて成形され、平行に配置された３つの三角プリズムを有している。尚、前記光学プリズム４１を構成する三角プリズムと、前記光学プリズム４２を構成する前記三角プリズムは、全て同一偏角の光学特性を有している。
【００４０】
各三角プリズムの幅、形状は全て同じでもよく、或は異なっていてもよい。尚、中心に位置する前記三角の幅は、前記測距光３３のビーム径よりも大きくなっており、該測距光３３は中心に位置する三角プリズムのみを透過する様になっている。中心以外に位置する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。
【００４１】
更に、中心の前記三角プリズムについては、光学ガラス製とし、中心以外の前記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１９から測定対象２迄の距離は大きく、中心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、一方中心以外の前記三角プリズムから前記受光素子３９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。
【００４２】
前記光軸偏向部１９の中央部（中心の前記三角プリズム）は、前記測距光３３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１９の中央部を除く部分（中心の前記三角プリズムの両端部及び中心以外の前記三角プリズム）は、前記反射測距光３４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。
【００４３】
前記光学プリズム４１，４２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４１，４２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３３の前記射出光軸２６を任意の方向に偏向し、又受光される前記反射測距光３４の前記受光光軸３１を前記射出光軸２６と平行に偏向する。
【００４４】
又、前記測距光３３を連続して照射しつつ、前記光学プリズム４１，４２を連続的に駆動し、連続的に偏向することで、前記測距光３３を所定のパターンでスキャンさせることができる。
【００４５】
前記光学プリズム４１，４２の外形形状は、それぞれ前記測距光軸３５（基準光軸Ｏ）を中心とする円形であり、前記反射測距光３４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４１，４２の直径が設定されている。
【００４６】
前記光学プリズム４１の外周にはリングギア４５が嵌設され、前記光学プリズム４２の外周にはリングギア４６が嵌設されている。
【００４７】
前記リングギア４５には駆動ギア４７が噛合し、該駆動ギア４７はモータ４８の出力軸に固着されている。同様に、前記リングギア４６には駆動ギア４９が噛合し、該駆動ギア４９はモータ５０の出力軸に固着されている。前記モータ４８，５０は、前記モータドライバ２３に電気的に接続されている。
【００４８】
前記モータ４８，５０は、回転角を検出できるモータ、或は駆動入力値に対応した回転をするモータ、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４８，５０の回転量を検出してもよい。該モータ４８，５０の回転量がそれぞれ検出され、前記モータドライバ２３により前記モータ４８，５０が個別に制御される。
【００４９】
又、前記モータ４８，５０の回転量、即ち前記駆動ギア４７，４９の回転量を介して前記光学プリズム４１，４２の回転角が検出される。尚、エンコーダを直接リングギア４５，４６にそれぞれ取付け、エンコーダにより前記リングギア４５，４６の回転角を直接検出する様にしてもよい。
【００５０】
ここで、前記光軸偏向部１９の偏向角は、前記光学プリズム４１，４２の回転角に対して小さく（例えば、偏向角±１０°させる為の回転角が±４０°）、高精度に偏向させることができる。
【００５１】
前記駆動ギア４７，４９、前記モータ４８，５０は、前記測距光射出部１１と干渉しない位置、例えば前記リングギア４５，４６の下側に設けられている。
【００５２】
前記投光レンズ２８、前記第１反射鏡２９、前記第２反射鏡３２、前記測距光偏向部等は、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３８等は、受光光学系を構成する。
【００５３】
前記測距演算部１３は、前記発光素子２７を制御し、前記測距光３３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３３が前記測距光偏向部により、測定対象２に向う様前記射出光軸２６（即ち、前記測距光軸３５）が偏向される。前記測距光軸３５が、測定対象２を視準した状態で測距が行われる。
【００５４】
前記測定対象２から反射された前記反射測距光３４は前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ３８を介して入射し、前記受光素子３９に受光される。該受光素子３９は、受光信号を前記測距演算部１３に送出し、該測距演算部１３は前記受光素子３９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、測距データは前記第１記憶部１５に格納される。
【００５５】
前記射出方向検出部２２は、前記モータ４８，５０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４８，５０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４８，５０の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部２２は、前記モータ４８，５０の回転角に基づき、前記光学プリズム４１，４２の回転位置を演算する。
【００５６】
更に、前記射出方向検出部２２は、前記光学プリズム４１，４２の屈折率と、該光学プリズム４１，４２を一体とした時の回転位置、両光学プリズム４１，４２間の相対回転角とに基づき、各パルス光毎の前記測距光３３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１４に入力される。尚、前記測距光３３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。
【００５７】
前記演算制御部１４は、前記モータ４８，５０の回転方向、回転速度、前記モータ４８，５０間の回転比を制御することで、前記光学プリズム４１，４２の相対回転、全体回転を制御し、前記光軸偏向部１９による偏向作用を制御する。又、前記演算制御部１４は、前記測距光３３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１４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、前記測量装置本体４は、トータルステーションとして機能する。
【００５８】
次に、前記姿勢検出器２０について説明する。該姿勢検出器２０は、前記測量装置本体４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１４に入力される。尚、前記姿勢検出器２０としては、特許文献１に開示された姿勢検出器を使用することができる。
【００５９】
該姿勢検出器２０について簡単に説明する。該姿勢検出器２０は、フレーム５４を有している。該フレーム５４は、前記筐体２５に固定され、或は構造部材に固定され、前記測量装置本体４と一体となっている。
【００６０】
前記フレーム５４にはジンバルを介してセンサブロック５５が取付けられている。該センサブロック５５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。
【００６１】
該センサブロック５５には、第１傾斜センサ５６、第２傾斜センサ５７が取付けられている。前記第１傾斜センサ５６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５７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。
【００６２】
前記センサブロック５５の、前記フレーム５４に対する２軸についての各相対回転角は、エンコーダ５８，５９によってそれぞれ検出される様になっている。
【００６３】
又、前記センサブロック５５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５６、前記第２傾斜センサ５７からの検出結果に基づき、前記センサブロック５５を水平に維持する様に前記演算制御部１４によって制御される。
【００６４】
前記センサブロック５５が傾斜していた場合（前記測量装置本体４が傾斜していた場合）、前記センサブロック５５（水平）に対する前記フレーム５４の各軸方向の相対回転角が前記エンコーダ５８，５９によってそれぞれ検出される。該エンコーダ５８，５９の検出結果に基づき、前記測量装置本体４の２軸についての傾斜角、２軸の傾斜の合成によって傾斜方向が検出される。
【００６５】
前記センサブロック５５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２０がどの様な姿勢となろうとも、例えば該姿勢検出器２０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。
【００６６】
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５７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５７は前記第１傾斜センサ５６に比べ検出精度が悪いのが一般的である。
【００６７】
前記姿勢検出器２０では、高精度の前記第１傾斜センサ５６と高応答性の前記第２傾斜センサ５７を具備することで、該第２傾斜センサ５７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５６により高精度の姿勢検出を可能とする。
【００６８】
該第１傾斜センサ５６の検出結果で、前記第２傾斜センサ５７の検出結果を較正することができる。即ち、前記第１傾斜センサ５６が水平を検出した時の前記エンコーダ５８，５９の値、即ち実際の傾斜角と前記第２傾斜センサ５７が検出した傾斜角との間で偏差を生じれば、該偏差に基づき前記第２傾斜センサ５７の傾斜角を較正することができる。
【００６９】
従って、予め、該第２傾斜センサ５７の検出傾斜角と、前記第１傾斜センサ５６による水平検出と前記エンコーダ５８，５９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５７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５７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５７の検出結果と補正値で求めてもよい。
【００７０】
前記演算制御部１４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５７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１４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５６が追従可能な状態では、該第１傾斜センサ５６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５７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５７からの検出結果に基づき前記姿勢検出器２０による姿勢検出を行ってもよい。
【００７１】
尚、前記第１記憶部１５には、前記第１傾斜センサ５６の検出結果と前記第２傾斜センサ５７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５６からの信号に基づき、該第２傾斜センサ５７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５７による検出結果を前記第１傾斜センサ５６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２０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。
【００７２】
前記演算制御部１４は、前記姿勢検出器２０からの検出結果から前記一脚３の前後方向の倒れ角（測定対象２に対して近接離反する方向の倒れ角）及び前記一脚３の左右方向の倒れ角を演算する。前後方向の倒れ角は、前記基準光軸Ｏの水平に対する傾斜角として現れ、左右方向の倒れ角は、前記測定方向撮像部２１で取得する画像の傾き（回転）として現れる。
【００７３】
前記演算制御部１４は、前記倒れ角と前記光軸偏向部１９による偏角により、前記測距光軸３５の水平に対する傾斜角を演算する。又、前記画像の傾きに基づき、表示部６８（後述）に表示される画像の傾きを修正し、鉛直画像として表示する。
【００７４】
前記測定方向撮像部２１は、前記測量装置本体４の前記基準光軸Ｏと平行な前記第１撮像光軸６１と、該第１撮像光軸６１に配置された撮像レンズ６２とを有している。前記測定方向撮像部２１は、前記光学プリズム４１，４２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６１と前記射出光軸２６及び前記基準光軸Ｏとの関係は既知であり、又各光軸間の距離も既知の値となっている。
【００７５】
又、前記測定方向撮像部２１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２１で取得された画像は、前記操作パネル７に送信される。本実施例では、前記画像は前記操作パネル７の表示部６８（図５参照）に静止画像の観察画像８１（図３参照）として表示され、作業者は該表示部６８に表示された前記観察画像８１を観察して測定作業を実行できる。前記観察画像８１の中心は、前記第１撮像光軸６１と合致し、前記基準光軸Ｏは前記第１撮像光軸６１と既知の関係に基づき前記観察画像８１の中心に対して所定の画角ずれた位置となる。
【００７６】
前記撮像制御部１６は、前記測定方向撮像部２１の撮像を制御する。前記撮像制御部１６は、前記測定方向撮像部２１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でスキャンし測距するタイミングとの同期を取っている。又、前記撮像制御部１６は、前記測定方向撮像部２１が前記観察画像８１を取得する場合に、該観察画像８１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を同期させる。前記演算制御部１４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。又、前記撮像制御部１６は、前記第１通信部１８、第２通信部６７（図５参照）を介して前記測定方向撮像部２１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。
【００７７】
前記測定方向撮像部２１の撮像素子６３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６１を原点とした画素座標を有し、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６１と前記基準光軸Ｏとの関係（距離）が既知であるので、前記測距部２４による測定位置と前記撮像素子６３上での位置（画素）との相互関連付けが可能である。前記撮像素子６３から出力される画像信号は、前記撮像制御部１６を介して前記画像処理部１７に入力される。
【００７８】
前記光軸偏向部１９の偏向作用、スキャン作用について説明する。
【００７９】
前記光学プリズム４１の三角プリズムと、前記光学プリズム４２の三角プリズムが同方向に位置した状態では、最大の偏角（例えば、３０°）が得られる。前記光学プリズム４１，４２のいずれか一方が他方に対して１８０°回転した位置にある状態では、該光学プリズム４１，４２の相互の光学作用が相殺され、偏角は０°となる。この状態では、最少の偏角が得られる。従って、前記光学プリズム４１，４２を経て射出、受光されるレーザ光線の光軸（前記測距光軸３５）は、前記基準光軸Ｏと合致する。
【００８０】
前記発光素子２７から前記測距光３３が発せられ、該測距光３３は前記投光レンズ２８で平行光束とされ、前記測距光偏向部を透過して測定対象２に向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部を透過することで、前記測距光３３は中心の前記三角プリズムによって所要の方向に偏向されて射出される。
【００８１】
ここで、前記測距光３３は全て中心の前記三角プリズムを透過し、中心の該三角プリズムの光学作用を受けるが、単一の光学部材からの光学作用であるので、光束の乱れがなく偏向精度は高い。更に、中心の前記三角プリズムとして光学ガラスが用いられることで、更に偏向精度が高められる。
【００８２】
前記測定対象２で反射された前記反射測距光３４は、前記反射測距光偏向部を透過して入射され、前記結像レンズ３８により前記受光素子３９に集光される。
【００８３】
前記反射測距光３４が前記反射測距光偏向部を透過することで、前記反射測距光３４の光軸は、前記受光光軸３１と合致する様に中心以外の前記三角プリズムによって偏向される。
【００８４】
ここで、前記反射測距光偏向部に用いられる中心以外の前記三角プリズムには、光学プラスチックが用いられてもよく、或は微小な三角プリズムの集合であるフレネルプリズムが用いられてもよい。前記光軸偏向部１９と前記受光素子３９間の距離が短いので、前記反射測距光偏向部には高精度が要求されない。
【００８５】
前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２との回転位置の組合わせにより、射出する前記測距光３３の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。
【００８６】
又、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２との位置関係を固定した状態で（前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２とで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ４８，５０により、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２とを一体に回転すると、前記測距光偏向部を透過した前記測距光３３が描く軌跡は前記基準光軸Ｏ（図２参照）を中心とした円となる。
【００８７】
従って、前記発光素子２７よりレーザ光線を発光させつつ、前記光軸偏向部１９を回転させれば、前記測距光３３を円の軌跡でスキャンさせることができる。尚、前記反射測距光偏向部は、前記測距光偏向部と一体に回転していることは言う迄もない。
【００８８】
前記光学プリズム４１により偏向された光軸の偏向方向を偏向Ａとし、前記光学プリズム４２により偏向された光軸の偏向方向を偏向Ｂとすると、前記光学プリズム４１，４２による光軸の偏向は、該光学プリズム４１，４２間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。
【００８９】
従って、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２とを逆向きに等速度で回転させることで、前記測距光３３を合成偏向Ｃ方向に直線の軌跡で往復スキャンさせることができる。
【００９０】
更に、前記光学プリズム４１の回転速度に対して遅い回転速度で前記光学プリズム４２を回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ前記測距光３３が回転される。従って、該測距光３３のスキャン軌跡はスパイラル状となる。
【００９１】
又、前記光学プリズム４１、前記光学プリズム４２の回転方向、回転速度を個々に制御することで、前記測距光３３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。
【００９２】
例えば、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２の、一方の光学プリズム４１を１７．５Ｈｚで正回転させ、他方の光学プリズム４２を５Ｈｚで逆回転させることで、図３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（花びらパターン７４（内トロコイド曲線））が得られる。
【００９３】
上記の条件で前記光学プリズム４１，４２を回転させる場合、前半（０〜０．２ｓｅｃ）では、図４（Ａ）に示される様な前記花びらパターン７４の前半の軌跡７４ａが得られる。又、後半（０．２〜０．４ｓｅｃ）では、図４（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。
【００９４】
前記下方撮像部５について説明する。
【００９５】
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。
【００９６】
前記下方撮像部５の撮像は、前記撮像制御部１６によって前記測定方向撮像部２１の撮像、前記測距部２４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。
【００９７】
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との成す角、基準光軸Ｏと前記第２撮像光軸８との交点の位置が既知の関係にあり、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１４によって前記測定方向撮像部２１で取得した画像及び前記測距部２４で測定した測距データと関連付けられて前記第１記憶部１５に格納される。
【００９８】
前記操作パネル７について図５を参照して略述する。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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２１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、前記下方撮像部５で取得した画像、前記測定方向撮像部２１で取得した画像、前記測距部２４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。
【０１０２】
前記第２通信部６７は前記画像処理部１７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１４、前記第１通信部１８を経由して、通信する。
【０１０３】
前記表示部６８は、前記測量装置本体４の測定状態、距離、偏角、反射光量等の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２１が取得した画像、或は前記画像処理部１７で画像処理された画像を表示する。又、前記表示部６８は、前記測定方向撮像部２１が取得した画像とスキャン軌跡（前記花びらパターン７４）とを重ね合わせて表示可能である。更に、前記表示部６８は、異なる撮像方向で取得された複数の画像をマッチングさせた合成画像８９（後述）を表示可能となっている。
【０１０４】
本実施例では、前記測距光３３は前記基準光軸Ｏを中心とした所定のスキャンパターンにより走査される。又、前記基準光軸Ｏは前記観察画像８１の中心に位置する。従って、前記測距光軸３５は、前記観察画像８１上で、該観察画像８１の中心を中心とした所定のスキャンパターンを描く様偏向される。
【０１０５】
尚、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。
【０１０６】
次に、図１〜図５に於いて、前記測量装置１の測定作用について説明する。尚、以下の測定作用では、前記第１記憶部１５に格納されたプログラムを前記演算制御部１４が実行することでなされる。
【０１０７】
測定を開始する準備として、前記一脚３の下端を基準点Ｒに位置決めし、前記一脚３を作業者が保持する。尚、前記操作パネル７は前記一脚３に取付けられた状態とする。又、前記下方撮像部５、前記測定方向撮像部２１は作動状態で前記測量装置１の設置は行われる。
【０１０８】
前記基準光軸Ｏを測定対象２に向ける場合、前記一脚３を該一脚３の下端を中心に回転し、或は該一脚３を前後、左右に傾斜し、或はみそすり回転する。図３に示される様に、前記基準光軸Ｏが画像の中心に対して６°下に位置する前記観察画像８１が前記表示部６８に表示され、前記観察画像８１から前記基準光軸Ｏの方向、位置を確認することができる。この時の前記一脚３の倒れ角及び倒れ角の変化は、前記姿勢検出器２０によって検出される。
【０１０９】
前記基準光軸Ｏの方向が確定した状態では、前記基準光軸Ｏを中心とする測定可能な偏向範囲７３を前記観察画像８１上で確認できる。作業者は、前記観察画像８１中の測定可能範囲の任意の点を測定点（測定対象２）として指定が可能である。前記測定対象２の指定で前記演算制御部１４は前記光軸偏向部１９を用いて前記測距光軸３５を前記測定対象２に向ける。
【０１１０】
前記測距光軸３５が前記測定対象２に向けられ、前記測距光３３が照射され、前記測定対象２の測定（測距、測角）が実行される。前記測距光３３の方向、測距結果等は、前記表示部６８に表示される。
【０１１１】
測定対象２を変更又は他の箇所の測定対象２への移動を行う場合、前記観察画像８１から再度測定点を指定することも可能であるが、前記観察画像８１を表示したまま、前記一脚３の傾動、回転により測定点を移動させることも可能である。
【０１１２】
前記測距光軸３５の視準状態、即ち、前記測距光軸３５を前記測定対象２に合わせた状態を維持する場合、測定作業者が前記一脚３を保持してもよいし、或は前記補助脚６を引出し、前記一脚３を前記補助脚６で支持してもよい。
【０１１３】
該補助脚６で前記一脚３を支持することで、前記一脚３の前後方向の倒れ、前記一脚３の下端を中心とする回転が規制され、前記測量装置１の支持状態が安定する。
【０１１４】
尚、前記測量装置１の水平に対する傾斜は、前記姿勢検出器２０によってリアルタイムで検出されるので、前記測量装置１の水平に対する傾斜角、傾斜方向がリアルタイムで検出され、検出結果に基づき測定結果をリアルタイムで補正することができる。従って、前記測量装置１を水平に調整する為の整準作業は必要なく、又前記一脚３を作業者が保持することで生じる微小な揺れ等による傾斜角の変動についても、リアルタイムで補正することができる。
【０１１５】
次に、図３を参照して前記一脚３の下端を中心とする水平方向の回転角の概略検出について説明する。
【０１１６】
図３中、７１は前記測定方向撮像部２１の第１画像取得範囲であり、８１は該第１画像取得範囲７１で取得される観察画像を示している。又、７２は前記下方撮像部５の第２画像取得範囲であり、８０は該第２画像取得範囲７２で取得される下方画像を示している。又、７３は前記光軸偏向部１９による前記観察画像８１及び前記下方画像８０内での前記測距光軸３５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１９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の軌跡に示されるドットは複数回の測距光の照射点を示す。又、７５は前記観察画像８１の画像中心（該画像中心７５は前記第１撮像光軸６１、前記基準光軸Ｏ及び前記花びらパターン７４の中心と合致する）、７６は前記下方画像８０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。
【０１１７】
又、図１に於いて、θ１は前記測定方向撮像部２１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。
【０１１８】
更に、図３は、前記第１撮像光軸６１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６１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。
【０１１９】
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、画像取得範囲が設定されている。図示では、前記下方撮像部５が取得する画像には、前記基準点Ｒを含む略８０゜の範囲の画像の例である。
【０１２０】
この前記基準点Ｒを中心とした所定半径の範囲を回転検出画像７７として設定し、リアルタイムで取得する。
【０１２１】
測定開始時の前記回転検出画像７７を取得し、該回転検出画像７７を回転基準画像として設定する。
【０１２２】
測定開始以降の回転角を検出する場合は、前記回転基準画像に対する前記回転検出画像７７の前記基準点Ｒを中心とした両画像間の回転変化（即ち、回転方向の画像のズレ）を検出し、回転変化に基づき前記回転角を演算する。前記回転角は前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき鉛直軸心を中心とした水平回転角に変換される。尚、前記水平角の検出は、前記回転検出画像７７を前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき射影変換を施して、水平画像に変換してから水平回転変化を検出して水平回転角を求めてもよい。
【０１２３】
或は、測定開始時の前記観察画像８１を取得し、該観察画像８１と回転後の観察画像８１とを特徴点等に基づき画像マッチングする。この時の両画像間の基準光軸Ｏの位置（前記観察画像８１の中心）の偏差と、特徴点等についての測距結果と、前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき水平角を求めてもよい。
【０１２４】
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、該測定対象２迄の斜距離が測定される。更に前記第１撮像光軸６１に対する前記基準光軸Ｏの偏角（図３では６゜）と前記基準光軸Ｏに対する前記測距光軸３５の偏角が前記射出方向検出部２２によって検出される。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２０によって検出され、前記測距光軸３５の水平に対する傾斜角が演算され、前記一脚３の水平回転変化が前記回転検出画像７７或は前記観察画像８１から検出される。
【０１２５】
前記測距光軸３５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、該水平距離に基づき方向角が演算される。又、前記一脚３の長さ（該一脚３の下端から前記測量装置本体４の機械中心迄の距離）と前記第１撮像光軸６１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。
【０１２６】
上記では、前記回転検出画像７７或は前記観察画像８１に基づき、前記基準点Ｒを中心とした前記測量装置本体４の回転角を検出している。然し乍ら、画像に基づき回転角を求める場合、数分のピクセル誤差が生じる。例えば、２分のピクセル誤差の場合には、測定距離１０ｍにつき６ｍｍの誤差が生じる。従って、高精度に回転角を検出する為には、２つの画像を合成した際の誤差を低減させる必要がある。
【０１２７】
以下、図６のフローチャート及び図７〜図１２を用い、前記測量装置本体４の高精度な回転角αの検出方法について説明する。
【０１２８】
ＳＴＥＰ：０１  先ず、前記一脚３の下端を前記基準点Ｒ上に設置し、前記一脚３を任意に傾斜させ前記基準光軸Ｏを前記測定対象２の任意の位置に向ける。この状態で、前記演算制御部１４は、前記光軸偏向部１９を駆動させ、所定の１周期分の閉ループの２次元スキャンパターン、例えば図１０（Ａ）に示される様な回転前花びらパターン８３を実行する。又、該回転前花びらパターン８３の実行と同期して、前記測定方向撮像部２１により静止画像である回転前観察画像８４を取得する。
【０１２９】
ＳＴＥＰ：０２  高精度に回転角を検出する為には、前記測量装置本体４が静止した状態で、１周期分の前記回転前花びらパターン８３が取得されるのが望ましい。前記花びらパターン７４の軌跡の位置と前記観察画像８１の画素の位置とは予め関連付けられ、前記花びらパターン７４の軌跡上の各測定点の前記観察画像８１上での位置は既知となっている。即ち、図１０（Ｂ）に示される様な、前記回転前花びらパターン８３の実行で得られた前半の軌跡８３ａと後半の軌跡８３ｂとの交点（以下クロス点８２）の前記回転前観察画像８４中での位置は既知となる。
【０１３０】
従って、前記測量装置本体４が静止していた場合には、前記前半の軌跡８３ａ上の前記クロス点８２の測距値と前記後半の軌跡８３ｂ上の前記クロス点８２の測距値は等しくなる。一方で、前半（０〜０．２ｓｅｃ）と後半（０．２〜０．４ｓｅｃ）とで前記測量装置本体４が動いていた場合には、前記前半の軌跡８３ａ上の前記クロス点８２の測距値（座標）と前記後半の軌跡８３ｂ上の前記クロス点８２の測距値は異なった値となる。
【０１３１】
前記演算制御部１４は、前記前半の軌跡８３ａ上の前記クロス点８２の測距値と前記後半の軌跡８３ｂ上の前記クロス点８２の測距値が一致しているかの自己診断を行う。該クロス点８２の測距値が一致していなかった場合には、前記演算制御部１４は、アラームを発する等、作業者に前記測量装置本体４が１周期分の前記回転前花びらパターン８３を実行する間静止していなかったことを通知し、再度１周期分の前記回転前花びらパターン８３を実行する。前記クロス点８２が一致すると、成功した前記回転前花びらパターン８３についての測距データ及び前記回転前観察画像８４を前記第１記憶部１５に格納する。
【０１３２】
又、前記演算制御部１４は、前記回転前観察画像８４と前記回転前花びらパターン８３のスキャン結果（測距結果、測角結果（偏角情報）及び反射強度）とを関連付ける。更に、前記演算制御部１４は、前記回転前花びらパターン８３の軌跡に対する偏角情報に基づき、前記回転前観察画像８４の画像歪み（光学歪み）を較正する。
【０１３３】
ＳＴＥＰ：０３  前記前半の軌跡８３ａ上の前記クロス点８２の測距値と前記後半の軌跡８３ｂ上の前記クロス点８２の測距値とが一致した場合には、前記演算制御部１４は前記測量装置本体４が静止していたと判断する。
【０１３４】
次に、前記一脚３を回転、或はみそすり回転させ、前記基準光軸Ｏを前記測定対象２の任意の位置に向ける。尚、この時の回転量は、前記回転前花びらパターン８３の実行で得られた軌跡（以下回転前花びらパターン８３の軌跡）と回転後花びらパターン８５の実行で得られた軌跡（以下回転後花びらパターン８５の軌跡）（後述）の軌跡とが所定の範囲だけオーバラップする回転量となっている。
【０１３５】
ＳＴＥＰ：０４  この状態で、前記演算制御部１４は、前記光軸偏向部１９を駆動させ、図１１（Ａ）に示される様な、１周期分の２次元閉ループの前記回転後花びらパターン８５を実行する。又、前記演算制御部１４は、前記回転後花びらパターン８５の実行と同期して、前記測定方向撮像部２１により静止画像である回転後観察画像８６を取得する。
【０１３６】
ＳＴＥＰ：０５  前記演算制御部１４は、前記回転後観察画像８６に於いて、図１１（Ｂ）に示される様な、前半の軌跡８５ａ上のクロス点８７の測距値と後半の軌跡８５ｂ上の前記クロス点８７の測距値が一致しているかどうかの自己診断を行う。該クロス点８７の測距値が一致していなかった場合には、前記演算制御部１４は、アラームを発する等、作業者に前記測量装置本体４が１周期分の前記回転後花びらパターン８５を実行する間静止していなかったことを通知し、再度１周期分の前記回転後花びらパターン８５のスキャンを実行する。前記クロス点８７が一致すると、成功した前記回転後花びらパターン８５についての測距データ及び前記回転後観察画像８６を前記第１記憶部１５に格納する。
【０１３７】
又、前記演算制御部１４は、前記回転後観察画像８６と前記回転後花びらパターン８５のスキャン結果（測距結果、測角結果（偏角情報）及び反射強度）とを関連付ける。更に、前記演算制御部１４は、前記回転後花びらパターン８５の軌跡に対する偏角情報に基づき、前記回転後観察画像８６の画像歪み（光学歪み）を較正する。
【０１３８】
ＳＴＥＰ：０６  前記回転前花びらパターン８３のスキャン結果と前記回転後花びらパターン８５のスキャン結果が取得されると、前記演算制御部１４は、前記回転前観察画像８４と前記回転後観察画像８６の概略マッチングを実行する。概略マッチングは、例えば前記回転前観察画像８４と前記回転後観察画像８６から抽出した特徴点等に基づき実行される。
【０１３９】
ＳＴＥＰ：０７  前記回転前花びらパターン８３の中心と前記回転前観察画像８４の中心は既知なので、前記回転前花びらパターン８３の軌跡の前記回転前観察画像８４中での位置は既知である。又、前記回転後花びらパターン８５の中心と前記回転後観察画像８６の中心は既知なので、前記回転後花びらパターン８５の軌跡の前記回転後観察画像８６中での位置は既知である。従って、前記演算制御部１４は、前記回転前花びらパターン８３と前記回転後花びらパターン８５のマッチング画像上での位置に基づき、前記回転前花びらパターン８３の軌跡と前記回転後花びらパターン８５の軌跡とに交点（クロス点８８）が１点以上存在するかどうかを判断する。
【０１４０】
該クロス点８８が１点も存在しなかった場合には、前記演算制御部１４は、ＳＴＥＰ：０３〜ＳＴＥＰ：０６の処理を再度実行する。尚、前記クロス点８８は、数が多い程後述する回転角の演算精度、詳細マッチングの精度が向上する。従って、予め必要な前記クロス点８８の数を設定し、設定した数に満たない場合には、前記演算制御部１４にＳＴＥＰ：０３〜ＳＴＥＰ：０６の処理を再度実行させる様にしてもよい。
【０１４１】
ＳＴＥＰ：０８  図７に示される様に、前記回転前花びらパターン８３のスキャン結果と前記回転後花びらパターン８５のスキャン結果は、共に前記基準点Ｒ上に設置した前記測量装置１により取得したスキャン軌跡上のデータである。従って、前記基準点Ｒから同一の距離にある点は、前記測定対象２上の同一の点であると見なすことができる。
【０１４２】
一方で、前記クロス点８８は、前記回転前花びらパターン８３の軌跡上と前記回転後花びらパターン８５の軌跡上に位置する測定点と一致しているとは限らない。従って、前記クロス点８８の正確な距離や３次元座標を求める為には、該クロス点８８を前記回転前花びらパターン８３のスキャン結果と前記回転後花びらパターン８５のスキャン結果に内挿する必要がある。
【０１４３】
図８は、前記クロス点８８が存在すると判断された位置の周囲にある前記回転前花びらパターン８３の軌跡と測定点との関係、前記回転後花びらパターン８５の軌跡と測定点との関係を示している。図８中では、前記クロス点８８が前記回転前花びらパターン８３の軌跡上の測定点Ａ３と測定点Ａ４の間に位置し、且つ前記回転後花びらパターン８５の軌跡上の測定点Ｂ３とＢ４の間に位置している。又、図９は、各測定点の位置と前記基準点Ｒとの距離との関係を示したグラフである。尚、隣接する測定点間では、前記基準点Ｒからの距離は隣接する測定点間の距離に比例して増減するものとしている。
【０１４４】
前記演算制御部１４は、前記基準点Ｒからの距離が同一であった点、即ち図９中で前記回転前花びらパターン８３の軌跡と前記回転後花びらパターン８５の軌跡が交差する点を前記クロス点８８と設定し、隣接する測定点の前記基準点Ｒからの距離、前記姿勢検出器２０の検出結果等に基づき、該クロス点８８の微細値を前記回転前花びらパターン８３のスキャン結果と前記回転後花びらパターン８５のスキャン結果にそれぞれ内挿して求める。
【０１４５】
又、前記演算制御部１４は、前記クロス点８８が複数存在していた場合には、各クロス点８８について同様に処理すると共に、各クロス点８８を繋ぎ点群（クロス点群）として設定する。
【０１４６】
ＳＴＥＰ：０９  前記演算制御部１４は、内挿された前記クロス点８８或は前記繋ぎ点群に基づき、前記回転前観察画像８４と前記回転後観察画像８６との詳細マッチングを実行する。詳細マッチングにより、前記演算制御部１４は、図１２に示される様な、前記回転前観察画像８４と前記回転後観察画像８６との前記合成画像８９を作成する。
【０１４７】
ＳＴＥＰ：１０  前記演算制御部１４は、各クロス点８８について、回転前の前記基準光軸Ｏに対する位置（偏角）と、回転後の前記基準光軸Ｏに対する位置（偏角）との間の偏差を求め、前記基準点Ｒを中心とした前記測量装置本体４の回転角αを演算する。
【０１４８】
或は、前記演算制御部１４は、回転前の前記基準光軸Ｏと、回転後の前記基準光軸Ｏの、前記合成画像８９中での位置偏差に基づき、前記測量装置本体４の回転角αを演算する。
【０１４９】
最後に、前記演算制御部１４は、前記回転角αを前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき鉛直軸心を中心とした水平回転角に変換する。
【０１５０】
尚、前記水平回転角の演算、前記測距光軸３５の傾斜角の演算、水平距離の演算等の演算については、前記演算制御部１４が実行してもよく、或は前記演算部６５が実行してもよい。
【０１５１】
又、上記では、閉ループの２次元スキャンパターンとして、花びらパターンを使用しているが、円形のスキャンパターンや８の字状のスキャンパターン等、閉ループのスキャンパターンであれば他のスキャンパターンを用いてもよい。
【０１５２】
更に、第１の実施例では、トータルステーションと同様な作用で測定したが、測量装置１をレーザスキャナとしても測定することができる。
【０１５３】
図３に示される様に、前記光軸偏向部１９は前記偏向範囲７３の範囲で、前記測距光軸３５を自在に偏向できる。前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２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の軌跡に沿った測距データを取得することができる。又、測距データ密度（スキャン密度）を上げる場合は、前記花びらパターン７４が１パターンスキャンされる度に前記花びらパターン７４をスキャンパターンの中心を中心として周方向に所定角度回転させればよい。又、スキャンと同期して前記測定方向撮像部２１、前記下方撮像部５によりそれぞれ画像が取得される。
【０１５４】
又、全偏向範囲のスキャンを実行している状態で、スキャン中心を移動する場合（スキャン範囲を移動する場合）は、前記一脚３を軸心を中心に回転させるか、或は下端を中心にみそすり回転させるか、或は前記一脚３の倒れ角を変更することでできる。これにより、所望の方向の、所望の範囲の測距データ（点群データ或はスキャンデータ）を容易に取得することができる。
【０１５５】
図１３、図１４は、前記測定方向撮像部２１で取得される前記観察画像８１、前記下方撮像部５で取得される前記下方画像８０の一例を示している。
【０１５６】
前記観察画像８１と、前記下方画像８０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、前記花びらパターン７４の軌跡の一部が前記下方画像８０に含まれる様にスキャンを実行し、前記観察画像８１中の前記花びらパターン７４の軌跡に沿った測距データ、前記下方画像８０中の前記花びらパターン７４の軌跡に沿った測距データを用いて直ちに前記観察画像８１と前記下方画像８０との合成が可能である。
【０１５７】
尚、合成に用いられる軌跡に沿ったデータは、前記観察画像８１、前記下方画像８０に共通に含まれる軌跡に沿ったデータを用いてもよく、或は前記観察画像８１、前記下方画像８０の個別に含まれる軌跡に沿ったデータの座標値を用いて前記観察画像８１と前記下方画像８０とを合成してもよい。
【０１５８】
前記観察画像８１と前記下方画像８０を合成することで、前記基準点Ｒから測定対象２迄を含む広範囲の合成観察画像９３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、前記観察画像８１、或は前記合成観察画像９３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画素毎に３次元データを有する画像が取得できる。
【０１５９】
尚、図１３、図１４に於いては、大きな回転角を簡単に検出できる様に、前記一脚３はマーカ板９４上に設置されている。該マーカ板９４には円形のマーカ９５が形成され、該マーカ９５は所定角度間隔で放射状に形成された角度目盛り９６を有している。
【０１６０】
前記一脚３が前記マーカ９５の中心に設置されることで、前記測量装置本体４を回転させた際には、前記演算制御部１４は前記マーカ９５の回転変位に基づき前記測量装置本体４の回転を演算することができる。
【０１６１】
この為、特徴点が抽出できず、前記回転検出画像７７のみでは回転変位が演算できない様な場合であっても、前記下方画像８０或は前記合成観察画像９３に基づき前記測量装置本体４の回転角を演算することができる。
【０１６２】
上述の様に、本実施例では、前記回転前花びらパターン８３の軌跡上の点と前記回転後花びらパターン８５の軌跡上の点のうち、前記基準点Ｒからの距離が同一の点を前記回転前花びらパターン８３の軌跡と前記回転後花びらパターン８５の軌跡の交点（前記クロス点８８或は前記繋ぎ点群）と設定している。又、回転前の前記基準光軸Ｏに対する前記クロス点８８の位置（偏角）と、回転後の前記基準光軸Ｏに対する前記クロス点８８の位置（偏角）に基づき、前記測量装置本体４の回転角αを演算している。
【０１６３】
従って、画像に基づく回転変位の検出だけでは避けることができなかった検出誤差を低減することができ、回転角αを高精度に演算することができる。
【０１６４】
又、第１の実施例では、画像中の特徴点ではなく、前記クロス点８８或は前記繋ぎ点群に基づき、前記回転前観察画像８４と前記回転後観察画像８６との画像マッチングを行っているので、高精度な画像マッチングが可能となる。
【０１６５】
又、前記回転前観察画像８４の画像歪みを、前記回転前花びらパターン８３のスキャン結果に基づき較正値を求め、画像を較正して扱っている。従って、前記合成画像８９の位置偏差に基づき前記測量装置本体４の回転角αを演算する場合でも、回転角αを高精度に求めることができる。
【０１６６】
又、第１の実施例では、エンコーダ等の回転角検出器を別途設けることなく前記測量装置本体４の回転角を検出できる。従って、前記測量装置本体４の装置構成を簡略化できると共に、製作コストの低減を図ることができる。
【０１６７】
更に、第１の実施例では、前記測距部２４による測距結果と、前記射出方向検出部２２の検出結果と、前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき、前記基準点Ｒを基準とした前記測定対象２の３次元座標を求めることができる。従って、前記測量装置本体４を垂直に設置する必要がなく、設置時間を短縮でき、熟練も要さないので、容易に短時間で前記測量装置１を設置できる。又、頻繁に前記測量装置１の向きや位置を変更する場合も、容易に短時間で測定を実行することができる。
【符号の説明】
【０１６８】
１              測量装置
３              一脚
４              測量装置本体
５              下方撮像部
１１            測距光射出部
１２            受光部
１３            測距演算部
１４            演算制御部
１６            撮像制御部
１９            光軸偏向部
２０            姿勢検出器
２１            測定方向撮像部
２２            射出方向検出部
２４            測距部
７４            花びらパターン
８１            観察画像
８３            回転前花びらパターン
８４            回転前観察画像
８５            回転後花びらパターン
８６            回転後観察画像
８８            クロス点
８９            合成画像
【図１】
2019194535.tif 000003
【図２】
2019194535.tif 000004
【図３】
2019194535.tif 000005
【図４】
2019194535.tif 000006
【図５】
2019194535.tif 000007
【図６】
2019194535.tif 000008
【図７】
2019194535.tif 000009
【図８】
2019194535.tif 000010
【図９】
2019194535.tif 000011
【図１０】
2019194535.tif 000012
【図１１】
2019194535.tif 000013
【図１２】
2019194535.tif 000014
【図１３】
2019194535.tif 000015
【図１４】
2019194535.tif 000016