(57)【要約】      （修正有）【課題】トータルステーションの機能で取得した測定結果を用いてレーザスキャナの機能で取得した点群データの精度を向上させる測量システムを提供する。【解決手段】トータルステーションユニット２と、レーザスキャナユニット３と、演算制御部とを具備する測量システム１であって、トータルステーションユニット２は、托架部１１の水平角を検出する水平角検出器１８と、鉛直角検出器１７と、測距部とを具備し、レーザスキャナユニット３は、托架部１１の上面に設けられ、レーザ光線を鉛直方向に回転照射して点群データを取得し、演算制御部は、托架部１１の水平回転とレーザスキャナユニット２によるレーザ光線の回転照射の協働により、測定対象物全体の点群データを取得し、トータルステーションユニット２により測定対象物の特定点を測定した測距結果とレーザスキャナユニット３の測距結果とを比較し、比較結果に基づき点群データを補正する。【選択図】図１
2017223540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トータルステーションユニットと、レーザスキャナユニットと、演算制御部とを具備する測量システムであって、前記トータルステーションユニットは、水平回転可能な托架部と、該托架部に鉛直回転可能に設けられた望遠鏡部と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出器と、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する鉛直角検出器と、前記望遠鏡部に収納されたトータルステーション測距部と、トータルステーション演算制御部とを具備し、前記レーザスキャナユニットは、前記托架部の上面に設けられ、レーザ光線を鉛直方向に回転照射して点群データを取得する様構成され、前記演算制御部は、前記托架部の水平回転と前記レーザスキャナユニットによるレーザ光線の回転照射の協働により、測定対象物全体の前記点群データを取得し、前記トータルステーションユニットにより前記測定対象物の特定点を測定し、該特定点の前記トータルステーションユニットの測距結果と前記レーザスキャナユニットの測距結果とを比較し、比較結果に基づき前記点群データを補正する様構成した測量システム。
【請求項２】
前記トータルステーションユニットの第１機械基準点と、前記レーザスキャナユニットの第２機械基準点とが同一鉛直線上に位置する様、前記トータルステーションユニットと前記レーザスキャナユニットとが配置された請求項１に記載の測量システム。
【請求項３】
前記トータルステーションユニットが撮像部を具備し、該撮像部が前記測定対象物を含む画像を取得し、前記演算制御部は前記画像に前記点群データを重合させ前記測定対象物と前記点群データとの関連付けを行う請求項１又は請求項２に記載の測量システム。
【請求項４】
前記トータルステーションユニットがレーザポイント部を具備し、前記点群データを重合させた画像にポインタ光を照射し、測設点を指示する様構成した請求項１又は請求項２に記載の測量システム。
【請求項５】
前記托架部に水平駆動ユニットを設け、該水平駆動ユニットを介して前記レーザスキャナユニットを前記トータルステーションユニットに設け、前記水平駆動ユニットにより前記レーザスキャナユニットを水平回転可能とし、前記水平駆動ユニットは前記托架部と前記レーザスキャナユニットの相対回転を検出するレーザスキャナ水平角検出器を具備し、前記演算制御部は、前記レーザスキャナ水平角検出器と前記水平角検出器との検出結果に基づき前記レーザスキャナユニットを所定の回転速度で回転させる様前記水平駆動ユニットを制御する請求項１又は請求項２に記載の測量システム。
【請求項６】
同期信号発生部を更に具備し、該同期信号発生部から発せられる同期信号を前記点群データの点データにタイムスタンプとして付し、又該点データ取得時の前記水平角検出器の水平角データにタイムスタンプとして付し、該タイムスタンプを介して前記点データと前記水平角データとの関連付けを行う様構成した請求項１又は請求項２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、トータルステーション及びレーザスキャナの機能を備えた測量システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測定点の３次元座標を高精度に測定する測量装置としてトータルステーションがあり、測距光としてパルス光を回転照射し、パルス光毎に測距を行い点群データを取得するレーザスキャナがある。
【０００３】
トータルステーションは、工業計測を含めて測定精度は非常に高い。例えば、測量の分野で使用される場合は、距離精度で１ｍｍ以下の測定精度が提供され、又、角度精度も一級経緯儀等で要求される充分な精度が確保されている。
【０００４】
一方、昨今普及されている３Ｄスキャナでは、１秒間に数十万点の点群測定が可能であり、非常に高速で、高効率の測量が実現されているが、測定精度はトータルステーションに比べると劣っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７６３０３号公報
【特許文献２】特開２００８−８２７０７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、トータルステーションの機能及びレーザスキャナの機能を具備させることで、トータルステーションの機能で取得した測定結果を用いてレーザスキャナの機能で取得した点群データの精度を向上させる様にした測量システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、トータルステーションユニットと、レーザスキャナユニットと、演算制御部とを具備する測量システムであって、前記トータルステーションユニットは、水平回転可能な托架部と、該托架部に鉛直回転可能に設けられた望遠鏡部と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出器と、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する鉛直角検出器と、前記望遠鏡部に収納されたトータルステーション測距部と、トータルステーション演算制御部とを具備し、前記レーザスキャナユニットは、前記托架部の上面に設けられ、レーザ光線を鉛直方向に回転照射して点群データを取得する様構成され、前記演算制御部は、前記托架部の水平回転と前記レーザスキャナユニットによるレーザ光線の回転照射の協働により、測定対象物全体の前記点群データを取得し、前記トータルステーションユニットにより前記測定対象物の特定点を測定し、該特定点の前記トータルステーションユニットの測距結果と前記レーザスキャナユニットの測距結果とを比較し、比較結果に基づき前記点群データを補正する様構成した測量システムに係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記トータルステーションユニットの第１機械基準点と、前記レーザスキャナユニットの第２機械基準点とが同一鉛直線上に位置する様、前記トータルステーションユニットと前記レーザスキャナユニットとが配置された測量システムに係るものである。
【０００９】
又本発明は、前記トータルステーションユニットが撮像部を具備し、該撮像部が前記測定対象物を含む画像を取得し、前記演算制御部は前記画像に前記点群データを重合させ前記測定対象物と前記点群データとの関連付けを行う測量システムに係るものである。
【００１０】
又本発明は、前記トータルステーションユニットがレーザポイント部を具備し、前記点群データを重合させた画像にポインタ光を照射し、測設点を指示する様構成した測量システムに係るものである。
【００１１】
又本発明は、前記托架部に水平駆動ユニットを設け、該水平駆動ユニットを介して前記レーザスキャナユニットを前記トータルステーションユニットに設け、前記水平駆動ユニットにより前記レーザスキャナユニットを水平回転可能とし、前記水平駆動ユニットは前記托架部と前記レーザスキャナユニットの相対回転を検出するレーザスキャナ水平角検出器を具備し、前記演算制御部は、前記レーザスキャナ水平角検出器と前記水平角検出器との検出結果に基づき前記レーザスキャナユニットを所定の回転速度で回転させる様前記水平駆動ユニットを制御する測量システムに係るものである。
【００１２】
更に又本発明は、同期信号発生部を更に具備し、該同期信号発生部から発せられる同期信号を前記点群データの点データにタイムスタンプとして付し、又該点データ取得時の前記水平角検出器の水平角データにタイムスタンプとして付し、該タイムスタンプを介して前記点データと前記水平角データとの関連付けを行う様構成した測量システムに係るものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、トータルステーションユニットと、レーザスキャナユニットと、演算制御部とを具備する測量システムであって、前記トータルステーションユニットは、水平回転可能な托架部と、該托架部に鉛直回転可能に設けられた望遠鏡部と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出器と、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する鉛直角検出器と、前記望遠鏡部に収納されたトータルステーション測距部と、トータルステーション演算制御部とを具備し、前記レーザスキャナユニットは、前記托架部の上面に設けられ、レーザ光線を鉛直方向に回転照射して点群データを取得する様構成され、前記演算制御部は、前記托架部の水平回転と前記レーザスキャナユニットによるレーザ光線の回転照射の協働により、測定対象物全体の前記点群データを取得し、前記トータルステーションユニットにより前記測定対象物の特定点を測定し、該特定点の前記トータルステーションユニットの測距結果と前記レーザスキャナユニットの測距結果とを比較し、比較結果に基づき前記点群データを補正する様構成したので、点群データの取得とトータルステーションによる測定を１つの測量装置で実行でき、設備コストの低減が図れ、更にトータルステーションによる測定に基づき点群データを補正するので、点群データの測定精度が向上する。
【００１４】
又本発明によれば、前記トータルステーションユニットがレーザポイント部を具備し、前記点群データを重合させた画像にポインタ光を照射し、測設点を指示する様構成したので、点群データの取得と測設作業を１つの測量装置で実行できる。
【００１５】
更に又本発明によれば、前記托架部に水平駆動ユニットを設け、該水平駆動ユニットを介して前記レーザスキャナユニットを前記トータルステーションユニットに設け、前記水平駆動ユニットにより前記レーザスキャナユニットを水平回転可能とし、前記水平駆動ユニットは前記托架部と前記レーザスキャナユニットの相対回転を検出するレーザスキャナ水平角検出器を具備し、前記演算制御部は、前記レーザスキャナ水平角検出器と前記水平角検出器との検出結果に基づき前記レーザスキャナユニットを所定の回転速度で回転させる様前記水平駆動ユニットを制御するので、点群データの取得とトータルステーションによる測定作業を１つの測量装置で、而も同時に実行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】本発明の第１の実施例に係る測量システムの概略正面図である。
【図２】該測量システムの概略構成図である。
【図３】トータルステーションユニットの概略構成図である。
【図４】該トータルステーションユニットの光学系の概略構成図である。
【図５】レーザスキャナユニットの概略構成図である。
【図６】該レーザスキャナユニットの光学系の概略構成図である。
【図７】全体画像に点群データを重合させた状態の画像を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る測量システムの概略正面図である。
【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、図２は、本発明の第１の実施例に係る測量システム１の概略図を示している。
【００１９】
該測量システム１は、トータルステーションユニット２、２次元レーザキャナであるレーザスキャナユニット３、演算制御部４を具備する。該演算制御部４は、前記トータルステーションユニット２の作動と前記レーザスキャナユニット３の作動とを統合制御すると共に、前記トータルステーションユニット２、前記レーザスキャナユニット３で取得したデータのマッチング、補正等のデータ処理を行う。尚、前記演算制御部４は、前記トータルステーションユニット２に設けられるＴＳ演算制御部１９（後述）、前記レーザスキャナユニット３に設けられるＬＳ演算制御部７１（後述）のいずれかに兼用させてもよい。
【００２０】
所定の位置に三脚５が設置され、該三脚５に整準部６が設けられ、該整準部６に前記トータルステーションユニット２が設けられ、該トータルステーションユニット２の上面に前記レーザスキャナユニット３が設けられている。
【００２１】
前記トータルステーションユニット２は第１機械基準点（図示せず）を有しており、該第１機械基準点を通過する鉛直線７上に前記レーザスキャナユニット３の第２機械基準点が存在する様に、前記トータルステーションユニット２、前記レーザスキャナユニット３は構成されている。
【００２２】
先ず、図１を参照し、前記トータルステーションユニット２の概略構成を説明する。
【００２３】
該トータルステーションユニット２の下端部は基盤部８となっており、前記整準部６に前記基盤部８が取付けられる。該基盤部８に水平回転駆動部９が収納されている。該水平回転駆動部９は鉛直に延びる水平回転軸１０を有し、該水平回転軸１０は前記基盤部８に回転自在に設けられ、前記水平回転軸１０の軸心は前記鉛直線７と合致している。
【００２４】
前記水平回転軸１０の上端に水平回転部である托架部１１が取付けられている。該托架部１１の上面に前記レーザスキャナユニット３が設けられている。
【００２５】
前記托架部１１は凹部１２を有し、該凹部１２には鉛直回転部である望遠鏡部１３が収納されている。該望遠鏡部１３は水平な軸心を有する鉛直回転軸１４を介して、前記托架部１１に回転自在に支持されている。
【００２６】
前記望遠鏡部１３には、測距光軸（後述、図４参照）を有する望遠鏡（レンズユニット）１５が設けられ、前記望遠鏡部１３にはＴＳ測距部２２（後述）等が収納されている。前記測距光軸は前記鉛直線７と交差すると共に前記鉛直回転軸１４の軸心と直交する。前記測距光軸と前記鉛直線７との交差点を第１機械基準点としてもよい。
【００２７】
前記托架部１１には鉛直回転駆動部１６が収納され、該鉛直回転駆動部１６は前記鉛直回転軸１４に連結されている。前記鉛直回転駆動部１６によって前記鉛直回転軸１４を介し前記望遠鏡部１３が鉛直方向に回転される。前記鉛直回転軸１４には鉛直角検出器１７が設けられ、該鉛直角検出器１７により前記鉛直回転軸１４の鉛直回転角がリアルタイムで検出され、更に該望遠鏡部１３の鉛直角が検出される。
【００２８】
前記托架部１１は、前記水平回転駆動部９によって前記水平回転軸１０を介し水平方向に全周回転される。又、前記水平回転軸１０には水平角検出器１８が設けられ、該水平角検出器１８により前記托架部１１の水平回転角が検出され、更に該托架部１１の水平角（前記望遠鏡部１３の水平角）がリアルタイムで検出される。
【００２９】
前記水平回転駆動部９、前記鉛直回転駆動部１６によって回転駆動部が構成され、該回転駆動部により、前記望遠鏡部１３が鉛直、水平の２方向に所要の状態で回転される。又、前記鉛直角検出器１７、前記水平角検出器１８は方向角検出器を構成し、鉛直角、水平角（即ち、前記望遠鏡部１３の方向角）をリアルタイムで検出する様になっている。
【００３０】
前記托架部１１の内部には、トータルステーション演算制御部（以下、ＴＳ演算制御部）１９が設けられ、該ＴＳ演算制御部１９によって前記ＴＳ測距部２２（後述）、前記水平回転駆動部９、前記鉛直回転駆動部１６等が制御される。
【００３１】
図３、図４を参照して前記トータルステーションユニット２について更に説明する。
【００３２】
図３に示される様に、前記トータルステーションユニット（以下、ＴＳユニット）２は、主に撮像部２１、トータルステーション測距部（以下、ＴＳ測距部）２２、トータルステーション測角部（以下、ＴＳ測角部）２３、追尾部２４、レーザポイント部２５、操作部２６、表示部２７、トータルステーション記憶部（以下、ＴＳ記憶部）２９、前記ＴＳ演算制御部１９、前記水平回転駆動部９、前記鉛直回転駆動部１６によって構成される。前記ＴＳ測角部２３は、前記水平角検出器１８、前記鉛直角検出器１７によって構成される。尚、前記水平角検出器１８、前記鉛直角検出器１７としては、エンコーダが用いられてもよい。
【００３３】
図４は、前記ＴＳユニット２の光学系の一例を示している。
【００３４】
図４中、３１は、前記ＴＳユニット２の測距光軸（以下、ＴＳ測距光軸）を示し、該ＴＳ測距光軸３１上に第１ビームスプリッタ３２が設けられている。該第１ビームスプリッタ３２の反射光軸３１ａ上に、第２ビームスプリッタ３３、第３ビームスプリッタ３４、更にレーザポインタ光源３５が順次設けられている。
【００３５】
前記第２ビームスプリッタ３３によって分岐された光軸３６上に測距光光源３７が設けられている。又、前記第３ビームスプリッタ３４によって分岐された光軸３８上には追尾光光源３９が設けられている。
【００３６】
前記レーザポインタ光源３５は可視光のレーザ光線をポインタ光として射出し、前記測距光光源３７は不可視光の測距光を射出し、前記追尾光光源３９は、前記ポインタ光、前記測距光とは異なる波長のレーザ光線を追尾光として射出する。
【００３７】
前記第３ビームスプリッタ３４は可視光のポインタ光を透過し、前記追尾光を反射する光学特性を有している。又、前記第２ビームスプリッタ３３は可視光のポインタ光、及び前記追尾光を透過し、不可視光の前記測距光を反射する光学特性を有している。前記第１ビームスプリッタ３２は前記測距光に対してはハーフミラーとなっており、一部を透過し残部を反射し、前記ポインタ光、前記追尾光に対しては全反射する光学特性を有している。
【００３８】
前記第１ビームスプリッタ３２の透過光軸３１ｂ上には、結像レンズ４１、測距受光部４２が設けられている。
【００３９】
前記光軸３６上にはハーフミラーやビームスプリッタ等の光路分割部材４３が設けられ、前記透過光軸３１ｂには光路結合部４４が設けられ、前記測距光光源３７から発せられる前記測距光の大部分は前記光路分割部材４３を通過する。前記測距光の残部は内部参照光として内部参照光路４５、前記光路結合部４４を介して前記測距受光部４２に受光される。
【００４０】
前記ＴＳ測距光軸３１上には、孔明きミラー４７、対物レンズ４８が設けられている。前記孔明きミラー４７の反射光軸上には、第４ビームスプリッタ５１、反射鏡５２が設けられている。前記孔明きミラー４７は、可視光及び追尾光は反射し、測距光は透過する光学特性を有している。前記第４ビームスプリッタ５１は追尾光は反射し、可視光は透過し、前記反射鏡５２は可視光を全反射する光学特性を有している。
【００４１】
前記第４ビームスプリッタ５１の反射光軸上には、結像レンズ５３、追尾光受光部５４が設けられ、該追尾光受光部５４からの受光信号は追尾演算部５５に入力される。前記追尾光受光部５４は、例えば４分割受光素子で構成され、前記追尾光の受光位置の検出が可能となっている。
【００４２】
前記反射鏡５２で偏向された光軸上には結像レンズ５７、撮像素子５８が設けられ、該撮像素子５８からの画像信号は画像処理部５９に入力される。前記撮像素子５８は、画素の集合体であり、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサであり、各画素から出力される信号によって、前記撮像素子５８内での各画素の位置が特定できる様になっている。
【００４３】
前記レーザポインタ光源３５、前記測距光光源３７、前記追尾光光源３９、前記第３ビームスプリッタ３４、前記第２ビームスプリッタ３３、前記対物レンズ４８等は投光部を構成する。
【００４４】
前記測距光光源３７、前記第２ビームスプリッタ３３、前記第１ビームスプリッタ３２、前記対物レンズ４８、前記結像レンズ４１、前記測距受光部４２、前記光路分割部材４３、前記光路結合部４４、前記内部参照光路４５等は、前記ＴＳ測距部２２を構成する。
【００４５】
前記測距光光源３７から発せられた前記測距光は、前記第２ビームスプリッタ３３によって反射され、前記第１ビームスプリッタ３２によって偏向され、前記孔明きミラー４７の孔４７ａを通過し、前記対物レンズ４８で平行光束とされ、前記ＴＳ測距光軸３１上に射出される。又、測定対象物から反射された反射測距光は、前記対物レンズ４８で集光され、前記孔明きミラー４７、前記第１ビームスプリッタ３２を透過し、前記結像レンズ４１によって前記測距受光部４２上に結像される。該測距受光部４２は受光信号を前記ＴＳ演算制御部１９に出力する。又、前記測距光の一部は前記光路分割部材４３、前記内部参照光路４５、前記光路結合部４４を経て前記測距受光部４２に受光される。該測距受光部４２は受光信号を前記ＴＳ演算制御部１９に出力する。
【００４６】
前記レーザポインタ光源３５、前記第１ビームスプリッタ３２、前記対物レンズ４８等は、前記レーザポイント部２５を構成する。
【００４７】
前記レーザポインタ光源３５から発せられた前記ポインタ光は、前記第３ビームスプリッタ３４、前記第２ビームスプリッタ３３を透過し、前記第１ビームスプリッタ３２によって前記ＴＳ測距光軸３１と合致する様に偏向され、前記孔４７ａを通過し、前記対物レンズ４８で平行光束とされ、該ＴＳ測距光軸３１上から照射される。
【００４８】
前記追尾光光源３９、前記対物レンズ４８、前記孔明きミラー４７、前記第４ビームスプリッタ５１、前記結像レンズ５３、前記追尾光受光部５４、前記追尾演算部５５等は、前記追尾部２４を構成する。
【００４９】
前記追尾光光源３９から発せられた前記追尾光は、前記第３ビームスプリッタ３４によって反射され、前記第１ビームスプリッタ３２によって前記ＴＳ測距光軸３１に合致する様に偏向され、前記孔４７ａを通過し、前記対物レンズ４８で平行光束とされ照射される。測定対象物から反射された反射追尾光は、前記対物レンズ４８で集光され、前記孔明きミラー４７及び前記第４ビームスプリッタ５１で反射され、前記結像レンズ５３によって前記追尾光受光部５４に結像される。該追尾光受光部５４は受光結果を前記追尾演算部５５に送出する。該追尾演算部５５では、前記追尾光受光部５４で受光位置を演算し、受光位置が前記追尾光受光部５４の中心位置となる様に、前記水平回転駆動部９、前記鉛直回転駆動部１６に対する駆動信号を前記ＴＳ演算制御部１９に出力する。
【００５０】
前記対物レンズ４８、前記孔明きミラー４７、前記反射鏡５２、前記結像レンズ５７、前記撮像素子５８、前記画像処理部５９等は、前記撮像部２１を構成する。
【００５１】
該撮像部２１は、測定対象物の画像を取得する。測定対象物からの背景光は、前記対物レンズ４８を経て前記孔明きミラー４７で反射され、前記第４ビームスプリッタ５１を透過し、更に前記反射鏡５２で反射され、前記結像レンズ５７で前記撮像素子５８に結像される。該撮像素子５８からの画像信号は、前記画像処理部５９を介して前記ＴＳ演算制御部１９に入力される。
【００５２】
前記ＴＳ記憶部２９には、前記撮像部２１による画像取得を制御する撮像プログラム、前記レーザポインタ光源３５、前記測距光光源３７、前記追尾光光源３９等の発光を制御する発光制御プログラム、前記ＴＳ測距部２２による測距を制御する測距プログラム、前記ＴＳ測角部２３による水平角検出、鉛直角検出の取得、角度検出の結果に基づき方向角を演算する角度測定プログラム、追尾を実行する追尾プログラム、前記撮像部２１で取得した画像を処理する画像処理プログラム等のプログラムが格納される。又、前記ＴＳ記憶部２９にはデータ格納領域が形成され、該データ格納領域には前記撮像部２１で取得した画像データ、前記ＴＳ測距部２２で取得した測距データ、前記ＴＳ測角部２３で取得した測角データ等のデータが格納される。前記画像データ、前記測距データ及び前記測角データは、相互に関連付けられる。
【００５３】
前記ＴＳ演算制御部１９は、格納されたデータに基づき所要の演算を行い、又格納されたプログラムに基づき所要の制御を行う。
【００５４】
次に、図１を参照し、前記レーザスキャナユニット３の概略構成を説明する。
【００５５】
前記レーザスキャナユニット（以下ＬＳユニット）３は、中央に凹部６１が形成された筐体６２を有し、該筐体６２が前記托架部１１の上面に固定される。
【００５６】
前記筐体６２には、水平な軸心を有する走査回転軸６３が回転自在に設けられ、該走査回転軸６３の一端部は前記凹部６１に突出し、該一端部の先端に走査鏡６４が固着されている。前記筐体６２の内部に走査モータ６５が収納され、該走査モータ６５は前記走査回転軸６３に連結されている。前記走査モータ６５が前記走査回転軸６３を回転することで、前記走査鏡６４が回転される様になっている。
【００５７】
又、前記走査回転軸６３の他端部にはレーザスキャナ鉛直角検出器（以下ＬＳ鉛直角検出器）６６が設けられている。該ＬＳ鉛直角検出器６６は前記走査回転軸６３の回転角（鉛直角、即ち、前記走査鏡６４の回転角）をリアルタイムで検出する様になっている。尚、前記ＬＳ鉛直角検出器６６としては、エンコーダが用いられてもよい。
【００５８】
前記筐体６２内に収納され、前記走査鏡６４と対向する部位にＬＳ距離測定部６７が設けられている。前記ＬＳ距離測定部６７からは前記走査鏡６４に向って測距光（パルスレーザ光線）６８が射出される。
【００５９】
該測距光６８の光軸は前記走査回転軸６３の軸心と合致しており、前記走査鏡６４によって直角に偏向される。前記走査鏡６４が前記走査回転軸６３を中心に回転されることで、前記走査鏡６４によって偏向された前記測距光６８が回転照射される様になっている。
【００６０】
前記走査回転軸６３の軸心（即ち、前記測距光６８の光軸）と前記走査鏡６４との交差点は、前記ＬＳユニット３の第２機械基準点となっており、該第２機械基準点を通過する鉛直線は、前記鉛直線７に合致する様に設定されている。
【００６１】
従って、上記した様に前記ＴＳユニット２の第１機械基準点と前記ＬＳユニット３の第２機械基準点は、同一の前記鉛直線７上に存在する。更に、第１機械基準点と第２機械基準点間の距離は既知となっている。
【００６２】
回転照射された前記測距光６８が測定対象物を走査し、該測定対象物で反射された反射測距光６８′（図示せず）は前記走査鏡６４を経て前記ＬＳ距離測定部６７に入射し、該ＬＳ距離測定部６７では前記反射測距光６８′を受光することで、パルス光の往復時間を求めてパルス光毎に測距する（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）様になっている。
【００６３】
又、上記した様に、前記走査鏡６４の鉛直角は、前記ＬＳ鉛直角検出器６６によりリアルタイムで検出されており、各パルス光毎に測距されると共に各パルス光毎に鉛直角が検出されている。
【００６４】
前記ＬＳユニット３は、前記測距光６８を鉛直方向に回転照射し、鉛直角を検出するので、距離と鉛直角の２次元の座標を有する２次元点群データを取得する。
【００６５】
図５、図６を参照して、前記ＬＳユニット３について更に説明する。
【００６６】
図５に示される様に、前記ＬＳユニット３は、主に前記ＬＳ鉛直角検出器６６、前記ＬＳ距離測定部６７、ＬＳ測角部６９、レーザスキャナ演算制御部（以下ＬＳ演算制御部）７１、前記走査モータ６５、レーザスキャナ記憶部（以下ＬＳ記憶部）７２によって構成される。
【００６７】
前記ＬＳ記憶部７２には、前記ＬＳ距離測定部６７から発せられる前記測距光６８を回転照射し、パルス光毎に測距するためのＬＳ測距プログラム、前記走査鏡６４の角度をリアルタイムで検出する角度検出プログラム、前記ＴＳユニット２で取得される各種データと前記ＬＳユニット３で取得されるデータ間の同期、関連付けを行う為のデータ関連付けプログラム等のプログラムが格納され、又前記ＬＳ記憶部７２にはデータ格納領域が形成され、該データ格納領域にはパルス光毎の測距結果及び測角結果（点群データ）が格納される。
【００６８】
図６は、前記ＬＳユニット３の光学系の一例を示している。
【００６９】
図６中、７５は、前記ＬＳユニット３の測距光軸（以下、ＬＳ測距光軸）を示し、該ＬＳ測距光軸７５上に測距光光源７６、反射鏡７７が設けられている。該反射鏡７７で偏向された前記ＬＳ測距光軸７５上にビームスプリッタ７８が設けられ、該ビームスプリッタ７８によって偏向された前記ＬＳ測距光軸７５上に対物レンズ７９、前記走査鏡６４が設けられている。前記測距光光源７６は、不可視光の前記測距光６８を発する。又該測距光６８の波長は、前記測距光光源３７が発する測距光の波長とは異なることが好ましい。
【００７０】
前記ビームスプリッタ７８は前記測距光６８の一部を反射し、残部を透過する光学特性を有している。更に、前記ビームスプリッタ７８は、前記測距光光源３７が発する前記測距光は透過しない光学特性となっていることが好ましい。
【００７１】
前記ビームスプリッタ７８を透過した光軸は、受光光軸７５ａとなっており、該受光光軸７５ａ上に受光素子８１が設けられている。
【００７２】
前記ＬＳ測距光軸７５の前記測距光光源７６と前記反射鏡７７との間にはハーフミラーやビームスプリッタ等の光路分割部材８２が設けられ、前記受光光軸７５ａの前記ビームスプリッタ７８と前記受光素子８１間には光路結合部８３が設けられている。
【００７３】
前記光路分割部材８２は、前記測距光６８の一部を反射し、内部参照光として内部参照光路８４へと導く様になっている。前記光路結合部８３は、前記ビームスプリッタ７８を透過した前記反射測距光６８′と、前記内部参照光路８４を通過した前記内部参照光とを結合させ、前記受光素子８１に受光させる様になっている。
【００７４】
前記測距光光源７６は、所要の光強度、所要のパルス間隔等、所要の状態で前記測距光６８を発光する様、前記ＬＳ演算制御部７１に制御される。又、該ＬＳ演算制御部７１は、データ格納領域にパルス光毎の測距結果と測角結果（点群データ）とを関連付けて前記ＬＳ記憶部７２に格納する。
【００７５】
図７を参照して、本実施例の作用について説明する。
【００７６】
図７中、８６は測定対象物を示している。前記測量システム１が建設中の建屋の内部に設置された場合では、前記測定対象物８６は室内の壁面等となる。
【００７７】
前記測量システム１が室内の所要位置Ｏに設置される。尚、前記測量システム１の設置位置は、床面に基準点等が設定されていれば、該基準点が好ましい。又、基準点が不明瞭な場合は、前記測量システム１の前記測定対象物８６を測定した結果に基づき前記測量システム１の設置位置を確定することもできる。
【００７８】
前記測量システム１の設置後、前記整準部６により前記ＴＳユニット２の整準を行う。
【００７９】
整準完了後、前記ＬＳユニット３を作動させる。
【００８０】
前記走査モータ６５を駆動し、前記走査鏡６４を所定の回転速度で定速回転しつつ、前記ＬＳ距離測定部６７より前記測距光６８を発する。該測距光６８は、前記走査鏡６４によって鉛直方向に回転照射される。更に、前記水平回転駆動部９が駆動され、前記托架部１１（前記ＴＳユニット２）が水平回転される。
【００８１】
前記走査鏡６４の鉛直回転と、前記托架部１１の水平回転の協働により、前記測距光６８は鉛直方向に回転照射しつつ水平回転され、前記測定対象物８６全体を走査する。
【００８２】
前記測距光６８の前記反射測距光６８′が、前記走査鏡６４に入射し、更に前記対物レンズ７９、前記ビームスプリッタ７８、前記光路結合部８３を経て前記受光素子８１に入射する。又、前記光路分割部材８２によって分割された、前記測距光６８の一部（内部参照光）が前記内部参照光路８４、前記光路結合部８３を経て前記受光素子８１に入射する。
【００８３】
前記ＬＳ演算制御部７１は、前記受光素子８１が発する内部参照光の受光信号、前記受光素子８１が発する前記反射測距光６８′の受光信号間の受光時間差を求め、該受光時間差に基づき各測距光６８毎の距離を演算する。更に、前記ＬＳ測角部６９から各測距光６８毎の鉛直角も取得する。
【００８４】
該ＬＳ演算制御部７１は、各パルス光毎に測距データと鉛直角を関連付け、時系列に前記測定対象物８６全体の２次元の点群データを作成する。
【００８５】
前記ＬＳユニット３により２次元の点群データを取得する過程で、前記撮像部２１により前記測定対象物８６の画像を取得する。尚、画像の取得については、点群データを取得した後で実行してもよい。
【００８６】
通常、前記対物レンズ４８の画角は、小さいので前記測定対象物８６全体の画像を取得するには部分画像を取得し、合成する必要がある。尚、広画角のカメラを別途設けて、１枚の全体画像を取得する様にしてもよい。
【００８７】
前記ＴＳ演算制御部１９は、前記托架部１１を定速で水平回転させる過程で、前記望遠鏡部１３を上下方向に回転させ、部分画像に所定のオーバラップ部分が形成される様に、撮像タイミングを制御する。前記画像処理部５９は、部分画像をオーバラップ部分でマッチングさせ、前記測定対象物８６全体が含まれる全体画像を作成する。全体画像は、前記表示部２７に表示される。
【００８８】
而して、前記測定対象物８６の点群データと、該測定対象物８６の全体画像が取得される。該全体画像は、定速で回転しつつ取得しているので、水平方向の長さは、水平角と時間とを示している。
【００８９】
図７は、点群データを前記全体画像に重合させたものである。
【００９０】
前記点群データは時系列で取得しているので、この時系列に対応させ点群データを全体画像に描画することで、前記点群データを前記全体画像に重合させることができる。前記点群データを前記全体画像に重合した状態は、前記表示部２７に表示される。
【００９１】
前記点群データを前記全体画像に重合させることで、画像上から点群データと測定対象物の関連付けを行うことができる。
【００９２】
測定対象物は平面で構成されているが、図７に示される様に、前記ＬＳユニット３で取得した点群データでは、測定精度が悪い為、点群は波打ったり、或は外形形状が歪んだりしている。
【００９３】
本実施例では、前記ＴＳユニット２で所定の点を測定し、該ＴＳユニット２の測定結果に基づき点群データの測定結果を補正し、高精度の測定結果を得る。又、前記点群データと前記ＴＳユニット２の測定結果との関連付けを前記全体画像に基づき行う。
【００９４】
先ず全体画像から特定点を設定する。特定点としては、前記測定対象物８６で特定しやすい点、例えば各壁面の角、ＭＰ１〜ＭＰ１２が選択される。
【００９５】
前記望遠鏡１５により、ＭＰ１〜ＭＰ１２を視準し、各点について測距、測角を実行する。尚、前記ＴＳユニット２の設置位置が不明な場合は、ＭＰ１〜ＭＰ１２の内少なくとも３点の測定結果に基づき前記測定対象物８６に対する前記ＴＳユニット２の位置を測定することができる。
【００９６】
尚、特定点については、測定対象物の形状（例えば、壁面の角）から直接設定し、前記望遠鏡１５により壁面の角を直接視準し、測距を行ってもよい。この場合、視準作業が容易となる様、前記望遠鏡１５にズーム機能を具備させることが好ましい。
【００９７】
前記ＴＳユニット２による測定結果を、図７中に白丸で示している。ＭＰ１〜ＭＰ１２について、前記ＬＳユニット３で測定した結果と前記ＴＳユニット２で測定した結果とは必ずしも一致していない。
【００９８】
更に、前記ＴＳユニット２の第１機械基準点と前記ＬＳユニット３の第２機械基準点とは同一鉛直線上に存在するので、前記ＴＳユニット２で測定したＭＰ１〜ＭＰ１２の座標と前記ＬＳユニット３で測定したＭＰ１〜ＭＰ１２の座標との差は、前記ＴＳユニット２と前記ＬＳユニット３の測定精度の差に起因するものとなる。
【００９９】
前記ＴＳユニット２の測定精度は高精度であり、前記ＬＳユニット３の測定精度は、前記ＴＳユニット２の測定精度より低い。従って、前記ＴＳユニット２の測定結果を基に前記ＬＳユニット３の測定結果を補正することで、点群データの測定精度を向上させることができる。
【０１００】
尚、測定点の前記ＴＳユニット２による鉛直角測定、前記ＬＳユニット３による鉛直角測定では、第１機械基準点と第２機械基準点間の距離が影響するが、第１機械基準点と第２機械基準点間の距離は既知であり、更に測定点迄の距離は、前記ＴＳユニット２の測定で既知となるので、補正すべき角度は第１機械基準点と第２機械基準点間の距離と測距結果に基づき求めることができる。
【０１０１】
次に、図７中、ＭＰ９に注目すると、画像上で前記ＴＳユニット２の特定点ＭＰ９と前記ＬＳユニット３の特定点ＭＰ９′間の偏差を求め、該偏差に基づき特定点ＭＰ９′が特定点ＭＰ９と一致する様に補正する。
【０１０２】
尚、画像から抽出した特定点は、鉛直角、水平角を有しているので、この鉛直角、水平角を前記操作部２６より入力し、この鉛直角、水平角に基づき前記ＴＳ測距光軸３１を前記特定点に向け前記ＴＳユニット２で測距し、該ＴＳユニット２の測距結果と点群データの対応する特定点の測距結果とを比較し、両測定結果の偏差に基づき補正してもよい。
【０１０３】
他の特定点ＭＰ１〜ＭＰ８、ＭＰ１０〜ＭＰ１２についても同様に補正する。
【０１０４】
前記測定対象物８６は平面で構成されているので、点群データに於いてＭＰ１〜ＭＰ１２を頂点とする平面を演算し、全ての点群データの各点が演算された平面上に存在する様、点群データを補正する。点群データによって高精度の描画が得られる。
【０１０５】
補正後の点群データと前記全体画像とを再度重合させることで、高精度の３次元データを有する画像を作成することができる。
【０１０６】
３次元データを有する画像が得られることで、前記測定対象物８６に対して測設作業を行うことができる。
【０１０７】
例えば、前記操作部２６から設計データに基づき、測設点の座標データを入力する。前記ＴＳ演算制御部１９は、座標データに基づき前記水平回転駆動部９、前記鉛直回転駆動部１６を駆動し、前記ＴＳ測距光軸３１を測設点に向ける。
【０１０８】
次に、前記レーザポインタ光源３５を点灯して、ポインタ光を照射する。
【０１０９】
前記レーザポイント部２５の光軸は、前記ＴＳ測距光軸３１と合致しているので、ポインタ光の照射点が測設点となり、測設点を設定することができる。
【０１１０】
而して、本実施例によれば、高精度の点群データの取得と測定対象物に対する測設作業を１つの測量システムにより実行することができる。
【０１１１】
図８を参照して、第２の実施例を説明する。尚、図８中、図１中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。
【０１１２】
上記した第１の実施例では、ＬＳユニット３による点群データの取得と、ＴＳユニット２による測距を分離して行ったが、第２の実施例では、前記ＬＳユニット３による点群データの取得と前記ＴＳユニット２による測距を同時に、或は相互の制限を受けることなく、並行して実行できる様になっている。
【０１１３】
水平駆動ユニット９１を托架部１１の上面に固着し、前記水平駆動ユニット９１を介して前記ＬＳユニット３を前記托架部１１に設ける。
【０１１４】
前記水平駆動ユニット９１は、ＬＳ水平回転モータ９２、ＬＳ水平角検出器９３を具備し、前記ＬＳ水平回転モータ９２の出力軸に前記ＬＳユニット３が連結されている。
【０１１５】
前記ＬＳ水平回転モータ９２の出力軸の軸心は、鉛直線７即ち水平回転軸１０の軸心と合致している。又、前記水平駆動ユニット９１を介して前記ＴＳユニット２に設けられた前記ＬＳユニット３の第２機械基準点も前記鉛直線７上に存在し、前記ＴＳユニット２の第１機械基準点と第２機械基準点との距離は既知となっている。
【０１１６】
前記ＬＳ水平回転モータ９２はＬＳ演算制御部７１によって駆動が制御され、前記ＬＳユニット３を前記托架部１１に対して相対回転させる。前記ＬＳ水平角検出器９３は、前記ＬＳ水平回転モータ９２の出力軸の回転を検出する。従って、前記ＬＳ水平角検出器９３が検出する角度は、前記托架部１１に対する前記ＬＳユニット３の相対回転角となる。
【０１１７】
前記ＬＳ水平角検出器９３の検出結果は、前記ＬＳ演算制御部７１に出力され、更に前記ＴＳ演算制御部１９に送信される。
【０１１８】
前記ＴＳ演算制御部１９は、前記水平角検出器１８の検出結果、前記ＬＳ水平角検出器９３の検出結果に基づき、前記ＬＳユニット３の絶対水平角度（基盤部８に対する水平角度）を演算する。
【０１１９】
又、水平角検出器１８からの検出結果は、前記ＬＳ演算制御部７１に送信される。該ＬＳ演算制御部７１に於いて、前記水平角検出器１８の検出結果、前記ＬＳ水平角検出器９３の検出結果に基づき、前記ＬＳユニット３の前記基盤部８に対する絶対水平角を演算する様にしてもよい。
【０１２０】
前記ＬＳ演算制御部７１は、前記水平角検出器１８からの回転角検出結果及び前記ＬＳ水平角検出器９３からの回転角検出結果に基づき、前記ＬＳユニット３の前記基盤部８に対する水平回転速度を演算することができる。前記ＴＳユニット２、前記ＬＳユニット３を独立して駆動する場合、前記ＬＳ演算制御部７１は、演算された前記水平回転速度が所定の定速回転となる様、前記ＬＳ水平回転モータ９２を制御する。
【０１２１】
前記ＴＳユニット２と前記ＬＳユニット３とを並行して作動させた場合、前記ＬＳユニット３で取得する点群データの水平角は、前記基盤部８を基準としており、又、前記ＬＳユニット３の第２機械基準点と前記ＴＳユニット２の第１機械基準点とは同一の前記鉛直線７上に存在するので、点群データと前記ＴＳユニット２で測定した測定結果との関連付けは容易に実行することができる。
【０１２２】
而して、前記ＴＳユニット２による測定作業と、前記ＬＳユニット３による点群データの取得とを並行して行うことができる。従って、取得した点群データの補正を略リアルタイムで実行できると共に点群データの取得と測設作業を並行して実行でき、測設作業を効率よく行うことができる。
【０１２３】
尚、第２の実施例に於いては、前記ＬＳ水平角検出器９３を有するので、前記ＬＳユニット３は、水平角、鉛直角、距離を有する３次元の点群データを取得することができる。
【０１２４】
従って、点群データの各点の水平角、鉛直角に基づき、点群データを全体画像に重合させることができる。又、各点の水平角、鉛直角に基づき、各点と前記ＴＳユニット２で測定した点との関連付けを行うこともできる。
【０１２５】
上記第１の実施例に於いて、点群データと前記ＴＳユニット２の測定結果との関連付けを、画像に基づき行ったが前記ＴＳユニット２と前記ＬＳユニット３に共通する同期信号を発生する同期信号発生部を設け、該同期信号発生部が発生する同期信号に基づき、点群データと前記ＴＳユニット２の測定結果との関連付けを行ってもよい。
【０１２６】
例えば、前記ＴＳユニット２、前記ＬＳユニット３にそれぞれＧＰＳ受信機を設け、前記ＴＳユニット２、前記ＬＳユニット３それぞれがＧＰＳ時刻を取得できる様にし、前記ＴＳユニット２の取得信号（例えば、前記水平角検出器１８の水平角検出信号）にタイムスタンプを付し、又前記ＬＳユニット３の取得信号（点群データの各点の測定データ（点データ））にタイムスタンプを付し、両信号をタイムスタンプに基づき関連付けてもよい。
【０１２７】
又、前記ＴＳ演算制御部１９がタイミング発生器（例えば、クロック信号発生器）を具備し、該タイミング発生器からのタイミング信号を前記ＬＳ演算制御部７１が取得するようにし、共通のタイミング信号を前記ＴＳユニット２の取得信号、前記ＬＳユニット３の取得信号にそれぞれタイムスタンプとして付し、両信号をタイムスタンプに基づき関連付けてもよい。
【０１２８】
尚、上記実施例では、走査鏡６４を回転させて、レーザ光線を回転照射したが、走査回転軸６３（図１参照）に回転部を支持させ、該回転部に図６に示す光学系を内蔵させ、該回転部からレーザ光線を射出し、前記走査回転軸６３により該回転部を回転させ、レーザ光線を回転照射する様にしてもよい。
【０１２９】
又、第１機械基準点と第２機械基準点が同一鉛直線上にない場合は、両者の関係を既知とし、既知の関係から前記ＴＳユニット２の取得データ、前記ＬＳユニット３の取得データを補正し、両者のデータを関連付ける様にしてもよい。
【０１３０】
尚、上記実施例に於けるレーザスキャナユニットは測距光をパルス光とし、ＴＯＦ方式で測距を行ったが、レーザスキャナユニットの測距光を変調した連続光とし、射出光と反射光との位相差を求め、該位相差に基づき距離測定を行う様にしてもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
１              測量システム
２              トータルステーションユニット
３              レーザスキャナユニット
４              演算制御部
６              整準部
７              鉛直線
８              基盤部
９              水平回転駆動部
１１            托架部
１３            望遠鏡部
１５            望遠鏡
１６            鉛直回転駆動部
１７            鉛直角検出器
１８            水平角検出器
１９            ＴＳ演算制御部
２２            ＴＳ測距部
２３            ＴＳ測角部
２４            追尾部
２５            レーザポイント部
６４            走査鏡
６５            走査モータ
６６            ＬＳ鉛直角検出器
６７            ＬＳ距離測定部
７１            ＬＳ演算制御部
８６            測定対象物
９１            水平駆動ユニット
９２            ＬＳ水平回転モータ
９３            ＬＳ水平角検出器
【図１】
2017223540.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017223540.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2017223540.tif 000008
【図７】
2017223540.tif 000009
【図８】
2017223540.tif 000010