JP6560596B2 - 測量装置 - Google Patents

Description

本発明は測量装置、特に、整準作業が省略でき、更に設置基準位置を容易に測定可能とした測量装置に関するものである。

一般に測量は地表上の対象となる複数の測定点を、水平距離と高さの関係で表す。この測量に用いられる測量機として、例えばトータルステーションがある。

複数の測定点を、それぞれトータルステーションで距離（斜距離）と鉛直角と水平角を測定し、それぞれの測定点の関係を求めている。

トータルステーションは、設置点（基準点）上に３脚を介して設置され、更に水平に高精度に設置されなければならない。

トータルステーションは、高精度に測量機本体の鉛直に対する傾斜角を検出する機能を具備しているが、検出範囲がせいぜい６分程度と狭い。この為、トータルステーションを設置する際には、検出範囲に入る様に、トータルステーションが略水平となる様に、３脚の調整、手動による整準等、トータルステーションの設置状態を調整しなければならない。

更に、トータルステーションが、設置点の真上となる様に、トータルステーションの位置を調整し、又設置点とトータルステーションとの関係を測定していた。

従って、トータルステーションの設置は、時間が掛り、又熟練を必要としていた。

本発明は、整準作業が必要なく、測量が行える測量装置を提供するものである。

本発明は、設置台を介して設置され、横回転角を検出可能な分度盤と、該分度盤に縦回転を可能とした支持機構を介して取付けられた測量装置本体とを具備し、前記支持機構は、前記分度盤に対して前記測量装置本体が所定の角度状態に設定可能であり、該測量装置本体は、距離測定（以後、測距という）用の光を発する発光素子と、前記測距光を射出する測距光射出部と、反射測距光を受光する受光部と、前記反射測距光を受光し、受光信号を発生する受光素子とを有し、該受光素子からの前記受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、測距作動を制御する制御部と、前記測距光射出部の光軸と前記受光部の光軸上に設けられ、前記光軸の偏向を制御する光軸偏向部と、水平を検出する傾斜検出ユニットと、該傾斜検出ユニットが水平に維持される様、該傾斜検出ユニットを傾動する機構とを有し、前記測量装置本体の傾動量を検出する様構成された姿勢検出部とを有する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記制御部が、前記分度盤に対して前記測量装置本体が所定の角度状態での前記姿勢検出部が検出する傾動量に基づき前記測量装置本体の鉛直に対する傾斜量を演算すると共に前記分度盤の水平に対する傾斜量を演算し、演算結果に基づき前記測定対象物の測定結果を補正する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記制御部が、前記分度盤に対して前記測量装置本体が所定の角度状態での前記姿勢検出部が検出する傾動量に基づき前記測量装置本体の鉛直に対する傾斜量を演算し、前記光軸偏向部により前記測距光が鉛直に射出される様、前記光軸を偏向する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記設置台が、基準点近傍に設置され、前記制御部が、前記分度盤に対して前記測量装置本体が所定の角度状態での前記姿勢検出部が検出する傾動量に基づき前記測量装置本体の鉛直に対する傾斜量を演算し、前記光軸偏向部を制御して前記測距光を前記基準点に照射し、前記傾斜量、前記光軸偏向部による前記測距光の偏向量、前記基準点迄の測距結果に基づき前記基準点の位置を測定する測量装置に係るものである。

更に又本発明は、前記制御部は、前記光軸偏向部により前記測距光の照射方向を変更して、該測距光を測定点に照射し、該測定点の測定を行う測量装置に係るものである。

本発明によれば、設置台を介して設置され、横回転角を検出可能な分度盤と、該分度盤に縦回転を可能とした支持機構を介して取付けられた測量装置本体とを具備し、前記支持機構は、前記分度盤に対して前記測量装置本体が所定の角度状態に設定可能であり、該測量装置本体は、測距光を発する発光素子と、前記測距光を射出する測距光射出部と、反射測距光を受光する受光部と、前記反射測距光を受光し、受光信号を発生する受光素子とを有し、該受光素子からの前記受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、測距作動を制御する制御部と、前記測距光射出部の光軸と前記受光部の光軸上に設けられ、前記光軸の偏向を制御する光軸偏向部と、水平を検出する傾斜検出ユニットと、該傾斜検出ユニットが水平に維持される様、該傾斜検出ユニットを傾動する機構とを有し、前記測量装置本体の傾動量を検出する様構成された姿勢検出部とを有するので、水平又は鉛直に対する前記測量装置本体の傾斜量を検出でき、該傾斜量に基づき測定結果を補正できるので、前記測量装置本体を水平に整準することなく、測定を行えるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例の概略斜視図である。 測量装置本体支持機構の一例を示し、（Ａ）は測量装置本体をおよそ水平状態に支持した説明図、（Ｂ）は測量装置本体を（Ａ）で示される状態から９０゜回転した状態の説明図である。 分度盤が水平面に対して傾斜している場合の、横回転角の補正を説明する図である。 本実施例に用いられる姿勢検出部の概略図である。 該姿勢検出部の概略構成図である。 本実施例に係る測量装置本体の概略構成図である。 図６のＡ矢視図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、光軸偏向ユニットの作用を示す説明図である。 （Ａ）（Ｂ）は、取得画像と走査軌跡の関係を示す説明図である。 本実施例に於ける測量装置設置状態を示す説明図である。 本実施例に於ける測量装置設置での基準点の測定を示す説明図である。 本実施例に於ける測量装置の通常測定状態を示す説明図である。 他の実施例を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本実施例に係る測量装置について概略を説明する。

図１中、１は測量装置であり、Ｏは光軸偏向なし時の測距光軸を示す。前記測量装置１は、設置台を介して設置点（基準点）Ｒの近傍に設置される。尚、図示では設置台として、三脚２が示されている。前記測量装置１は、測定対象物をプリズムとするプリズム測定モードによる測定、測定対象物が構造物である場合等で、プリズムを使用しないノンプリズム測定モードによる測定が可能である。

前記測量装置１は、主に測量装置本体３、操作装置４、分度盤５から構成される。該分度盤５は前記三脚２の上端に取付けられ、前記測量装置１の横回転角を検出する角度検出器であると共に前記測量装置本体３が取付けられる取付け台としても機能する。該測量装置本体３は、前記分度盤５に対して縦回転を可能とした支持機構を介して該分度盤５に取付けられる。

前記支持機構の一例を説明する。

前記分度盤５の上面には、下支持片６が上方に突出して設けられている。前記測量装置本体３の下面には、２股形状の上支持片７が下方に突出して設けられている。該上支持片７は前記下支持片６と嵌合し、嵌合した該下支持片６と前記上支持片７とを縦回転軸８が横方向に貫通し、該縦回転軸８を介して前記下支持片６と前記上支持片７とが回転自在に連結される。

従って、前記測量装置本体３と前記分度盤５とは、前記下支持片６、前記上支持片７、前記縦回転軸８を介して連結され、該縦回転軸８を中心に縦方向に回転可能となっている。

前記上支持片７には横方向に延びるレバー９が設けられる。該レバー９を上下することで、前記測量装置本体３は前記縦回転軸８を中心として縦方向に回転する様になっている。

又、前記レバー９は前記上支持片７にネジ込まれており、前記レバー９を該レバー９の軸心を中心に回転し、締込むことで、前記下支持片６と前記上支持片７間の回転が拘束され、緩めることで自在に回転可能となる。

尚、前記レバー９の操作で、前記下支持片６と前記上支持片７間の回転を拘束することについては、種々の方法が採用可能である。例えば、前記レバー９を締込むことで、該レバー９の先端が、前記縦回転軸８に押圧される様にしてもよい。

前記測量装置本体３は、測距部（後述）、姿勢検出部（後述）を内蔵し、前記測距部は測距光を測定対象物、或は測定範囲に射出し、反射測距光を受光して測距を行う。又、前記姿勢検出部は、前記測量装置本体３の鉛直（又は水平）に対する姿勢を高精度に検出可能である。

前記操作装置４は、前記測量装置本体３との間で有線、無線等所要の手段を介して通信を行う通信機能を有する。又、前記操作装置４は、表示部４ａ、操作部４ｂを有し（図６参照）、該操作部４ｂからの操作で、前記測量装置１を作動させることができる。更に、前記測量装置本体３からは、画像、測定状態、測定結果等が前記操作装置４に送信され、該画像、測定状態、測定結果等が、前記操作装置４に記憶され、或は前記表示部４ａに表示される様になっている。

尚、該表示部４ａをタッチパネルとし、該表示部４ａを前記操作部４ｂと共通にしてもよい。

前記操作装置４は、例えばスマートフォンであり、アタッチメント１０により、前記測量装置本体３に着脱可能としてもよい。

前記分度盤５は、固定盤５ａと該固定盤５ａに対して横回転可能な回転盤５ｂを有し、前記固定盤５ａと前記回転盤５ｂ間の横回転角を検出可能な構造となっている。

該横回転角を検出可能な構造としては、例えば、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す様に、前記固定盤５ａと前記回転盤５ｂ間にエンコーダ１２を設ける等が考えられる。

前記分度盤５は、前記測量装置１に設定される機械基準線１５に対して垂直に設定される。従って、前記分度盤５が水平の状態で、且つ前記測量装置本体３が水平の状態である時に、前記測量装置１は基準姿勢であり、前記測量装置本体３自体が有する副機械基準線１５ａは鉛直であり、且つ前記機械基準線１５に合致する。

前記測量装置本体３の前記分度盤５に対する垂直を検出或は設定する方法としては、前記測量装置本体３と前記分度盤５間に、基準位置検出センサ（図示せず）を設け、該基準位置検出センサからの信号に基づき両者間の垂直を設定してもよい。或は、前記縦回転軸８にエンコーダ（図示せず）を設け、前記下支持片６（前記分度盤５）と前記上支持片７（前記測量装置本体３）間の角度を検出し、検出結果に基づき前記分度盤５に対して前記測量装置本体３の垂直を検出或は設定する様にしてもよい。或は、機械的に両者間の垂直を設定する様にしてもよい。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、前記分度盤５と前記測量装置本体３間の垂直姿勢を、機械的に実現する様にした場合を示している。

前記上支持片７が前記機械基準線１５に対して９０゜回転した場合に（図２（Ｂ）参照）、前記上支持片７が前記回転盤５ｂの所要部位（図示では上面）に当接する様になっている。この状態では、前記副機械基準線１５ａは前記機械基準線１５に対して直交する。即ち、前記上支持片７が前記回転盤５ｂに当接する迄、前記測量装置本体３を回転させれば、前記機械基準線１５に対する前記測量装置本体３の姿勢が規定される。

従って、前記分度盤５が水平に設置されていれば、前記副機械基準線１５ａは水平であり、前記分度盤５が水平に対して傾斜していれば、前記副機械基準線１５ａは水平に対して前記分度盤５の傾斜分だけ傾斜する。即ち、該分度盤５の傾斜が、正確に前記副機械基準線１５ａの水平に対する傾斜として反映される。

前記測量装置本体３は、該測量装置本体３の鉛直（又は水平）に対する姿勢を高精度に検出する姿勢検出部１９を具備している。

該姿勢検出部１９は、前記測量装置本体３が、図２（Ｂ）で示される様な、垂直姿勢でも、鉛直（又は水平）を検出する。従って、前記姿勢検出部１９の検出結果に対して、前記測量装置本体３が傾斜していなければ、該測量装置本体３は正確に９０゜回転した姿勢となっている。この時、該測量装置本体３の前記副機械基準線１５ａは水平であり、前記分度盤５は水平である。

従って、測定時に得られる該分度盤５の横回転角は、補正することなく測定値として使用することができる。

次に、図２（Ｂ）で示される状態、即ち該分度盤５に対して、前記測量装置本体３が垂直な状態で、前記姿勢検出部１９の検出結果（水平）に対して、前記測量装置本体３が傾斜している場合は、前記副機械基準線１５ａが水平に対して傾斜していることになり、又前記分度盤５がこの傾斜分だけ、水平に対して傾斜していることになる。

この場合、測定時に得られる該分度盤５の横回転角は、誤差を含むことになる。然し、前記傾斜分に基づき該分度盤５の横回転角を補正すれば、正確な横回転角を求めることができる。

該分度盤５が傾斜した場合の、横回転角の補正について、図３を参照して略述する。

図３中、Ｘ軸、Ｙ軸は任意の基準方向（例えば初期設定時の基準方向）であり、例えば該分度盤５がＸ軸に対してφ傾いたとき、即ちＹ軸を中心にφ傾いた時に、Ｙ成分は変化しないで、Ｘ成分がＸｃｏｓφとなる。つまり、前記測量装置本体３の方向がＸ軸に対してθだけ回転していると、
Ｙ＝ｓｉｎθ、Ｘ＝ｃｏｓθｃｏｓφ
従って、θ′＝ｔａｎ^-1（Ｙ／Ｘ）
＝ｔａｎ^-1｛ｓｉｎθ／（ｃｏｓθｃｏｓφ）｝
として補正できる。

従って、前記測量装置１を設置する場合に、整準をすることなく、単に設置するだけで、正確な測定を実行することができる。

次に、図４、図５を参照して、前記姿勢検出部１９について説明する。尚、以下の説明に於いて、上下は図中での上下に対応し、左右は図中での左右に対応する。

矩形枠形状の外フレーム５１の内部に矩形枠形状の内フレーム５３が設けられ、該内フレーム５３の内部に傾斜検出ユニット５６が設けられる。

前記内フレーム５３の上面、下面から縦軸５４，５４が突設され、該縦軸５４，５４は前記外フレーム５１に設けられた軸受５２，５２と回転自在に嵌合する。前記縦軸５４，５４は縦軸心を有し、前記内フレーム５３は前記縦軸５４，５４を中心に左右方向に３６０゜回転自在となっている。

前記傾斜検出ユニット５６は横軸５５に支持され、該横軸５５の両端部は、前記内フレーム５３に設けられた軸受５７，５７に回転自在に嵌合する。前記横軸５５は前記縦軸心と直交する横軸心を有し、前記傾斜検出ユニット５６は前記横軸５５を中心に上下方向に３６０゜回転自在となっている。

つまり、前記傾斜検出ユニット５６は前記外フレーム５１に対して２軸方向に３６０°回転自在のジンバル機構を介して支持された構成になっている。

前記縦軸５４，５４の一方、例えば下側の縦軸５４には第１ギア５８が取付けられ、該第１ギア５８には第１駆動ギア５９が噛合している。又、前記外フレーム５１の下面には第１モータ６１が設けられ、前記第１駆動ギア５９は前記第１モータ６１の出力軸に取付けられている。

前記縦軸５４，５４の他方には第１エンコーダ６２が取付けられ、該第１エンコーダ６２は前記内フレーム５３の前記外フレーム５１に対する左右方向の回転角を検出する様に構成されている。

前記横軸５５の一端部には、第２ギア６３が取付けられ、該第２ギア６３には第２駆動ギア６４が噛合している。又、前記内フレーム５３の側面（図示では左側面）には第２モータ６５が取付けられ、前記第２駆動ギア６４は前記第２モータ６５の出力軸に取付けられている。

前記横軸５５の他端部には第２エンコーダ６６が取付けられ、該第２エンコーダ６６は前記内フレーム５３に対する前記傾斜検出ユニット５６の上下方向の回転角を検出する様に構成されている。

前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６は、第１演算処理部６８に電気的に接続されている。

前記傾斜検出ユニット５６は、第１傾斜センサ７１、第２傾斜センサ７２を有しており、該第１傾斜センサ７１、該第２傾斜センサ７２は、前記第１演算処理部６８に電気的に接続されている。

前記姿勢検出部１９について、図５により更に説明する。

該姿勢検出部１９は、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６、前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２、前記第１演算処理部６８、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の他に、更に記憶部７３、入出力制御部７４を具備している。

前記記憶部７３には、姿勢検出の為の演算プログラム等のプログラム、及び演算データ等のデータ類を格納している。

前記入出力制御部７４は、前記第１演算処理部６８から出力される制御指令に基づき前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を駆動し、前記第１演算処理部６８で演算した傾斜検出結果を検出信号として出力する。

前記第１傾斜センサ７１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７２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。

尚、前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２のいずれも、前記第１エンコーダ６２が検出する回転方向（傾斜方向）、前記第２エンコーダ６６が検出する回転方向（傾斜方向）の２軸方向の傾斜を個別に検出可能となっている。

前記第１演算処理部６８は、前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２からの検出結果に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に該傾斜角、傾斜方向に相当する前記第１エンコーダ６２の回転角、前記第２エンコーダ６６の回転角により前記測量装置本体３の鉛直に対する傾斜角を演算する。

尚、前記姿勢検出部１９は、前記外フレーム５１が水平に設置された場合に、前記第１傾斜センサ７１が水平を検出する様に設定され、更に前記第１エンコーダ６２の出力、前記第２エンコーダ６６の出力が共に基準位置（回転角０゜）を示す様に設定される。

以下、前記姿勢検出部１９の作用について説明する。

先ず、高精度に傾斜を検出する場合について説明する。

高精度に傾斜を検出する場合としては、例えば、前記姿勢検出部１９が、図１に示される様な、設置式の測量装置に設けられた場合である。

前記姿勢検出部１９が傾斜すると、前記第１傾斜センサ７１が傾斜に応じた信号を出力する。

前記第１演算処理部６８は、前記第１傾斜センサ７１からの信号に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に演算結果に基づき傾斜角、傾斜方向を０にする為の、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の回転量を演算し、前記入出力制御部７４を介して前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を前記回転量駆動する駆動指令を発する。

前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動により、演算された傾斜角、傾斜方向の逆に傾斜する様、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５が駆動され、モータの回転量（回転角）は前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６によって検出され、回転角が前記演算結果となったところで前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動が停止される。

この状態では、前記外フレーム５１が傾斜した状態で、前記傾斜検出ユニット５６が水平に制御される。

従って、該傾斜検出ユニット５６を水平とする為に、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５により、前記内フレーム５３、前記傾斜検出ユニット５６を傾斜させた傾斜角、傾斜方向は、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６で検出した回転角に基づき求められる。

前記第１演算処理部６８は、前記第１傾斜センサ７１が水平を検出した時の、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の検出結果に基づき前記姿勢検出部１９の傾斜角、傾斜方向を演算する。この演算結果が、該姿勢検出部１９の傾斜後の姿勢を示す。

前記第１演算処理部６８は、演算された傾斜角、傾斜方向を前記姿勢検出部１９の検出信号として前記入出力制御部７４を介して外部に出力する。

前記姿勢検出部１９では、図４に示される構造の通り、前記傾斜検出ユニット５６、前記内フレーム５３の回転を制約するものがなく、前記傾斜検出ユニット５６、前記内フレーム５３は共に３６０゜以上の回転が可能である。即ち、前記姿勢検出部１９がどの様な姿勢となろうとも（例えば、前記姿勢検出部１９の天地が逆になった場合でも）、全方向での姿勢検出が可能である。

図２（Ｂ）に示される様に、前記測量装置本体３が９０゜回転した場合、内部に収納されている前記姿勢検出部１９も９０゜回転するが、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５は、前記傾斜検出ユニット５６が水平を維持する様に駆動される。

従って、図２（Ｂ）に示される状態では、該傾斜検出ユニット５６は水平を検出し、前記第２エンコーダ６６は９０゜を検出している。

高応答性を要求する場合は、前記第２傾斜センサ７２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７２は前記第１傾斜センサ７１に比べ検出精度が悪いのが一般的である。

本実施例では、高精度の該第１傾斜センサ７１と高応答性の前記第２傾斜センサ７２を具備することで、該第２傾斜センサ７２の検出結果に基づき姿勢制御を行い、前記第１傾斜センサ７１により高精度の姿勢検出を可能とする。

つまり、該第２傾斜センサ７２が検出した傾斜角に基づき、該傾斜角が０°になる様に前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を駆動し、更に前記第１傾斜センサ７１が水平を検出する迄前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動を継続することにより、高精度に姿勢を検出することが可能となる。前記第１傾斜センサ７１が水平を検出した時の前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の値、即ち実際の傾斜角と前記第２傾斜センサ７２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７２の傾斜角を較正することができる。

従って、予め、該第２傾斜センサ７２の検出傾斜角と、前記第１傾斜センサ７１による水平検出と前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６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７２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７２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。

前記姿勢検出部１９は種々の装置に適用できる。特に、装置の姿勢が安定していない携帯タイプの装置に用いても、高応答性、高精度で水平を検出することができる。

次に、前記測量装置本体３について、図６、図７を参照して、説明する。

該測量装置本体３は、測距光射出部２１、受光部２２、測距部２３、第２演算処理部２４、射出方向検出部２５、通信部２６、撮像装置２７、前記姿勢検出部１９を有する。

前記測距光射出部２１は、測距光を射出する。該測距光射出部２１は、射出光軸３１を有し、該射出光軸３１上に発光素子３２、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられ、更に、前記射出光軸３１上に投光レンズ３３が設けられる。

又、前記射出光軸３１上には、偏向光学部材としての第１反射鏡３４を設ける。更に、該第１反射鏡３４に対峙させ、且つ受光光軸３７（後述）上に偏向光学部材としての第２反射鏡３５を配設する。

前記第１反射鏡３４、前記第２反射鏡３５によって、前記射出光軸３１は、前記測距光軸Ｏと合致される。該測距光軸Ｏ上に、光軸偏向ユニット３６が配設される。

前記受光部２２は、測定対象物からの反射測距光を受光する。該受光部２２は、前記射出光軸３１と平行な前記受光光軸３７を有し、該受光光軸３７は前記測距光軸Ｏと共通となっている。

前記受光光軸３７上に受光素子３８、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられ、又結像レンズ３９が配設されてる。該結像レンズ３９は、反射測距光を前記受光素子３８に結像する。該受光素子３８は反射測距光を受光し、受光信号を発生する。該受光信号は、前記測距部２３に入力される。

更に、前記受光光軸３７上で、前記結像レンズ３９の対物側には、前記光軸偏向ユニット３６が配置されている。

該光軸偏向ユニット３６について説明する。

該光軸偏向ユニット３６には、一対の光学プリズム４１ａ，４１ｂが配設される。該光学プリズム４１ａ，４１ｂは、それぞれ円板状であり、前記受光光軸３７に直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。前記光学プリズム４１ａ，４１ｂとしては、それぞれフレネルプリズムが用いられることが、装置を小型化する為に好ましい。

前記光軸偏向ユニット３６の中央部は、測距光が透過する測距光偏向部３６ａとなっており、中央部を除く部分は反射測距光偏向部３６ｂとなっている。

前記光学プリズム４１ａ，４１ｂとして用いられるフレネルプリズムは、それぞれ平行に形成されたプリズム要素４２ａ，４２ｂと多数のプリズム要素４３ａ，４３ｂによって構成され、板形状を有する。前記光学プリズム４１ａ，４１ｂ及び各プリズム要素４２ａ，４２ｂ及びプリズム要素４３ａ，４３ｂは同一の光学特性を有する。

前記プリズム要素４２ａ，４２ｂは、前記測距光偏向部３６ａを構成し、前記プリズム要素４３ａ，４３ｂは前記反射測距光偏向部３６ｂを構成する。

前記フレネルプリズムは光学ガラスから製作してもよいが、光学プラスチック材料でモールド成形したものでもよい。光学プラスチック材料でモールド成形することで、安価なフレネルプリズムを製作できる。

前記光学プリズム４１ａ，４１ｂはそれぞれ前記受光光軸３７を中心に個別に回転可能に配設されている。前記光学プリズム４１ａ，４１ｂは、回転方向、回転量、回転速度を独立して制御されることで、射出される測距光の測距光軸を任意の方向に偏向し、受光される反射測距光の受光光軸を前記測距光軸と平行に偏向する。

前記光学プリズム４１ａ，４１ｂの外形形状は、それぞれ前記受光光軸３７を中心とする円板状であり、反射測距光の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂの直径が設定されている。

前記光学プリズム４１ａの外周にはリングギア４４ａが嵌設され、前記光学プリズム４１ｂの外周にはリングギア４４ｂが嵌設されている。

前記リングギア４４ａには駆動ギア４６ａが噛合し、該駆動ギア４６ａはモータ４７ａの出力軸に固着されている。前記リングギア４４ｂには、駆動ギア４６ｂが噛合し、該駆動ギア４６ｂはモータ４７ｂの出力軸に固着されている。前記モータ４７ａ，４７ｂは前記第２演算処理部２４に電気的に接続されている。

前記モータ４７ａ，４７ｂは、回転角を検出することができるもの、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）を検出する回転検出器、例えばエンコーダ（図示せず）等を用いて、モータの回転量を検出してもよい。前記モータ４７ａ，４７ｂの回転量がそれぞれ検出され、前記第２演算処理部２４により前記モータ４７ａ，４７ｂが個別に制御される。

前記駆動ギア４６ａ，４６ｂ、前記モータ４７ａ，４７ｂは前記測距光射出部２１と干渉しない位置、例えば前記リングギア４４ａ，４４ｂの下側に設けられている。

前記投光レンズ３３、前記測距光偏向部３６ａ等は、投光光学系を構成し、前記反射測距光偏向部３６ｂ、前記結像レンズ３９等は受光光学系を構成する。

前記測距部２３は、前記発光素子３２を制御し、測距光としてレーザ光線を発光させる。前記光軸偏向ユニット３６（前記測距光偏向部３６ａ）により、測定点に向う様、前記測距光軸Ｏが偏向される。

測定対象物から反射された反射測距光は前記光学プリズム４１ａ，４１ｂ（前記反射測距光偏向部３６ｂ）、前記結像レンズ３９を介して入射し、前記受光素子３８に受光される。該受光素子３８は受光信号を前記測距部２３に送出し、該測距部２３は、前記受光素子３８からの受光信号に基づき測定点（測距光が照射された点）の測距を行う。

前記第２演算処理部２４は、入出力制御部、演算器（ＣＰＵ）、記憶部等から構成され、該記憶部には測距作動を制御する測距プログラム、前記モータ４７ａ，４７ｂの駆動を制御する制御プログラム、前記操作装置４との、画像、データの送受信を行う通信プログラム、前記射出方向検出部２５からの射出方向の演算結果、前記分度盤５からの横回転角検出結果に基づき前記測距光軸Ｏの方向角（水平角、鉛直角）を演算する方向角演算プログラム等のプログラムが格納され、更に前記記憶部には測距データ、画像データ等の測定結果が格納される。

前記測量装置本体３に於いて、前記姿勢検出部１９は、前記測距部２３の前記射出光軸３１に対する姿勢、及び前記分度盤５の水平に対する姿勢（傾斜角、傾斜方向）を検出する。検出結果は、前記第２演算処理部２４に入力される。

前記射出方向検出部２５は、前記モータ４７ａ，４７ｂに入力する駆動パルスをカウントすることで該モータ４７ａ，４７ｂの回転角を検出し、或はエンコーダからの信号に基づき該モータ４７ａ，４７ｂの回転角を検出する。更に、前記射出方向検出部２５は、前記モータ４７ａ，４７ｂの回転角に基づき、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂの回転位置を演算し、前記測距光偏向部３６ａ（即ち、前記プリズム要素４２ａ，４２ｂ）の屈折率と回転位置に基づき測距光の偏角、射出方向を演算し、演算結果は前記第２演算処理部２４に入力される。

前記通信部２６は、前記操作装置４から送信される測定に関するコマンドを受信し、前記第２演算処理部２４に入力すると共に測定データ、取得した画像を前記操作装置４に送信する。

前記撮像装置２７は、広角カメラ４８、狭角カメラ４９を有しており、前記広角カメラ４８は広画角、例えば３０゜を有し、前記狭角カメラ４９は前記広角カメラ４８より狭い画角、例えば５゜を有している。又、前記狭角カメラ４９の画角は、前記第２演算処理部２４によるデータ取得範囲（後述）、即ち前記光軸偏向ユニット３６により光軸を偏向可能な範囲と同等、又は若干大きいことが好ましい。

又、前記広角カメラ４８、前記狭角カメラ４９の撮像素子４８ａ，４９ａ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、各カメラの光軸を原点とした座標系で位置が特定される。

前記広角カメラ４８の光軸、前記狭角カメラ４９の光軸は共に前記射出光軸３１と平行であり、更に前記広角カメラ４８の光軸、前記狭角カメラ４９の光軸と前記射出光軸３１とは既知の関係となっている。

先ず、前記測量装置１による測定作動について、図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）を参照して説明する。尚、図８（Ａ）では説明を簡略化する為、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂについて、前記プリズム要素４２ａ，４２ｂ、前記プリズム要素４３ａ，４３ｂを分離して示している。又、図８（Ａ）で示される前記プリズム要素４２ａ，４２ｂ、前記プリズム要素４３ａ，４３ｂは最大の偏角が得られる状態となっている。又、最小の偏角は、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂのいずれか一方が１８０゜回転した位置であり、偏角は０゜となり、射出されるレーザ光線の光軸（前記測距光軸Ｏ）は前記射出光軸３１と平行となる。

前記発光素子３２から測距光が発せられ、測距光は前記投光レンズ３３で平行光束とされ、前記測距光偏向部３６ａ（前記プリズム要素４２ａ，４２ｂ）を透過して測定対象物或は測定対象エリアに向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部３６ａを透過することで、測距光は前記プリズム要素４２ａ，４２ｂによって所要の方向に偏向されて射出される。

測定対象物或は測定対象エリアで反射された反射測距光は、前記反射測距光偏向部３６ｂを透過して入射され、前記結像レンズ３９により前記受光素子３８に集光される。

前記反射測距光が前記反射測距光偏向部３６ｂを透過することで、前記反射測距光の光軸は、前記受光光軸３７と合致する様に前記プリズム要素４３ａ，４３ｂによって偏向される（図８（Ａ））。

前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとの回転位置の組合わせにより、射出する測距光の偏向方向、偏角を任意に偏向することができる。

又、前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとの位置関係を固定した状態で（前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ４７ａ，４７ｂにより、前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとを一体に回転することで、前記測距光偏向部３６ａを透過した測距光が描く軌跡は前記測距光軸Ｏを中心とした円となる。

従って、前記発光素子３２よりレーザ光線を発光させつつ、前記光軸偏向ユニット３６を回転させれば、測距光を円の軌跡で走査させることができる。

尚、前記反射測距光偏向部３６ｂは、前記測距光偏向部３６ａと一体に回転していることは言う迄もない。

次に、図８（Ｂ）は前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとを相対回転させた場合を示している。前記光学プリズム４１ａ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４１ｂ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４１ａ，４１ｂによる光軸の偏向は、該光学プリズム４１ａ，４１ｂ間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。

従って、角度差θを変化させる度に、前記光軸偏向ユニット３６を１回転させれば、直線状に測距光を走査させることができる。

更に、図８（Ｃ）に示される様に、前記光学プリズム４１ａの回転速度に対して遅い回転速度で前記光学プリズム４１ｂを回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ測距光が回転されるので、測距光の走査軌跡は、スパイラル状となる。

更に又、前記光学プリズム４１ａ、前記光学プリズム４１ｂの回転方向、回転速度を個々に制御することで、測距光の走査軌跡を前記射出光軸３１を中心とした照射方向（半径方向の走査）とし、或は水平、垂直方向とする等、種々の走査状態が得られる。

測定の態様としては、前記光軸偏向ユニット３６（前記光学プリズム４１ａ，４１ｂ）を所要偏角毎に固定して測距を行うことで、特定の測定点についての測距を行うことができる。更に、前記光軸偏向ユニット３６の偏角を偏向しつつ、測距を実行することで、即ち測距光を走査しつつ測距を実行することで走査軌跡上の測定点についての測距データを取得することができる。

又、各測距光の射出方向角は、前記モータ４７ａ，４７ｂの回転角により検出でき、射出方向角と測距データとを関連付けることで、３次元の測距データを取得することができる。

更に、前記射出光軸３１の水平に対する傾きは、前記姿勢検出部１９によって検出することができ、該姿勢検出部１９が検出した傾きに基づき前記測距データを補正し、高精度の測距データとすることができる。従って、前記分度盤５が整準機能を具備してなく、水平に設置できない場合でも、高精度の測距データを取得することができる。

次に、３次元の測距データを取得すると共に画像データを取得することもできる。

上記した様に、前記撮像装置２７は前記広角カメラ４８と前記狭角カメラ４９とを具備している。

前記広角カメラ４８は、主に観察用として使用され、前記広角カメラ４８で取得された広角画像は、前記表示部４ａに表示される。

測定者は、前記表示部４ａに表示された画像から、測定対象物を探し、或は測定対象物を選択する。

測定対象物が選択されると、該測定対象物が前記狭角カメラ４９によって捕捉される様、前記測量装置本体３を測定対象物へ向ける。前記狭角カメラ４９で取得された狭角画像は、前記表示部４ａに表示される。表示方法としては、前記広角カメラ４８による広角画像の表示と前記狭角カメラ４９による狭角画像の表示とを切替えてもよく、或は前記表示部４ａを分割し分割部分に前記狭角カメラ４９による狭角画像を表示し、或はウインドウを設け該ウインドウに表示してもよい。

前記狭角カメラ４９で取得された狭角画像は、前記測量装置１の測定範囲と一致、又は略一致しているので、測定者は視覚によって容易に測定範囲を特定できる。

又、前記射出光軸３１と前記狭角カメラ４９の光軸は、平行であり、且つ両光軸は既知の関係であるので、前記第２演算処理部２４は前記狭角カメラ４９による狭角画像上で画像中心と前記射出光軸３１とを一致させることができる。更に、前記第２演算処理部２４は、測距光の射出方向角を検出することで、該射出方向角に基づき画像上に測定点を特定できる。従って、測定点の３次元データと狭角画像の関連付けを容易に行え、前記狭角カメラ４９で取得した狭角画像を３次元データ付きの画像とすることができる。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、前記狭角カメラ４９で取得した画像と、測定点の取得軌跡との関係を示している。尚、図９（Ａ）では、測距光が同心多重円状に走査された場合を示しており、図９（Ｂ）では、測距光が直線状に往復走査された場合を示している。図中、１７は走査軌跡を示しており、測定点は該走査軌跡１７上に位置する。

更に、広範囲の測定を実行する場合は、前記広角カメラ４８で取得した広角画像を測定範囲とし、該広角画像に前記狭角カメラ４９により取得した狭角画像をパッチワークの様に填め込んでいくことで、無駄なく、或は未測定部分を残すことなく測定を実行することができる。

尚、上記説明では、前記測距光偏向部３６ａと前記反射測距光偏向部３６ｂとを同一の光学プリズム上に形成し、一体としたが、前記射出光軸３１と前記受光光軸３７とを分離し、前記射出光軸３１と前記受光光軸３７にそれぞれ個別に前記測距光偏向部３６ａと前記反射測距光偏向部３６ｂとを設け、前記測距光偏向部３６ａと前記反射測距光偏向部３６ｂとを同期回転する様にしてもよい。

以下、図１０〜図１２を参照して、前記測量装置本体３、前記姿勢検出部１９を具備した前記測量装置１について説明する。

図１０は、前記測量装置１の設置した状態を示している。尚、前記操作装置４は、前記測量装置本体３から外して、該測量装置本体３を遠隔操作してもよい。

前記基準点Ｒの近傍に前記三脚２を設置する。該三脚２は、前記基準点Ｒから外れた位置とする。

前記測量装置本体３を９０゜回転させる（図１０参照）。

この状態で、前記姿勢検出部１９が水平を検出し、前記測量装置本体３の水平（又は鉛直）に対する傾斜角、傾斜方向を検出する。この傾斜角、傾斜方向は、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の検出結果から求められる（図５参照）。検出された傾斜角、傾斜方向は、前記分度盤５の水平に対する傾斜角、傾斜方向に等しい。

前記測量装置本体３から測距光８０を下方に射出する。通常、該測距光８０の照射点（測定点）は、前記基準点Ｒから外れている。

前記操作装置４から、前記光軸偏向ユニット３６を駆動させる様指令し、前記測距光８０の照射方向を調整する。この調整の状態は、前記撮像装置２７で取得した画像が、前記表示部４ａに表示されることで、確認することができる。

前記測距光８０の照射点を前記基準点Ｒに合致させ、その時の、該基準点Ｒ迄の測距を行うと共に、前記受光光軸３７に対する偏角を求める。偏角は、前記モータ４７ａ，４７ｂの回転量によって測定することができる。

前記基準点Ｒ迄の測距結果と、偏角の測定で前記機械基準線１５が前記基準点Ｒからどの方向に、どれだけずれているか（ずれ量Ｄ）を演算することができる（図１１参照）。

前記分度盤５の水平に対する傾斜角が検出され、前記機械基準線１５が前記基準点Ｒからどの方向に、どれだけずれているか（ずれ量Ｄ）を求めることで、測定値の補正が可能となる。

従って、前記測量装置１を前記基準点Ｒの近傍に設置し、整準を行うことなく直ちに測定が可能となる。

図１２は通常の測定状態を示しており、測定対象物に測距光軸Ｏを向けた状態である。測定を行う場合、測定点が前記狭角カメラ４９の画像の範囲内にある場合、前記光軸偏向ユニット３６による光軸の偏向で、測定点を決定する。

前記狭角カメラ４９の画像の範囲内の測定では、測定点を画像で確認しながら、実行できるので作業性がよい。

更に、画像の範囲を超え広範囲の測定を実行する場合は、前記広角カメラ４８で取得した広角画像を測定範囲とし、該広角画像に前記狭角カメラ４９により取得した狭角画像をパッチワークの様に填め込んでいくことで、無駄なく、或は未測定部分を残すことなく測定を実行することができる。

又、測定を実行する場合、測定点が前記狭角カメラ４９の画像の範囲内に捉えられれば、前記光軸偏向ユニット３６によって前記測距光軸Ｏを正確に測定点に視準できる。又、視準状態は画像で確認できる。従って、作業者による視準作業は必要なく、測定作業が簡単に且つ迅速に行える。

更に、前記測量装置本体３を高精度に横回転、縦回転させる駆動機構が、不要になり、装置コストの低減が図れる。

図１３は、測量装置本体３を縦回転可能に支持する他の支持機構が用いられた他の実施例を示している。

尚、図１３中、図１中に示したものと同等のものには同符号を付してある。

分度盤５には縦回転支持基盤７６が立設され、該縦回転支持基盤７６に横軸（図示せず）を介して測量装置本体３が前記横軸を中心として回転可能に支持されている。

前記縦回転支持基盤７６には、回転ノブ７７が設けられ、該回転ノブ７７を回転することで前記測量装置本体３が回転する様になっている。又、前記回転ノブ７７内には、角度検出器が設けられてもよい。

又、前記測量装置本体３を９０゜回転し、測距光軸Ｏを下方に向けたとき、該測距光軸Ｏが前記分度盤５と干渉しない様に、前記測量装置本体３の回転中心は、前記分度盤５の中心からずれた構成となっている。

他の実施例に於いても、該分度盤５に対して前記測量装置本体３を９０゜回転した位置を検出できるよう、角度検出器が設けられ、或は、機械的に９０゜の位置が決定できる機構が設けられる。

１ 測量装置
２ 三脚
３ 測量装置本体
４ 操作装置
５ 分度盤
６ 下支持片
７ 上支持片
８ 縦回転軸
１２ エンコーダ
１５ 機械基準線
１９ 姿勢検出部
２１ 測距光射出部
２２ 受光部
２３ 測距部
２４ 第２演算処理部
２５ 射出方向検出部
２６ 通信部
２７ 撮像装置
３１ 射出光軸
３２ 発光素子
３６ 光軸偏向ユニット
３６ａ 測距光偏向部
３６ｂ 反射測距光偏向部
３７ 受光光軸
３８ 受光素子
４１ａ，４１ｂ 光学プリズム
４２ａ，４２ｂ プリズム要素
４３ａ，４３ｂ プリズム要素
４４ａ，４４ｂ リングギア
４７ａ，４７ｂ モータ
４８ 広角カメラ
４９ 狭角カメラ
５１ 外フレーム
５３ 内フレーム
５６ 傾斜検出ユニット
６１ 第１モータ
６２ 第１エンコーダ
６５ 第２モータ
６６ 第２エンコーダ
７１ 第１傾斜センサ
７２ 第２傾斜センサ
７３ 記憶部
７４ 入出力制御部

Claims (5)

1. 設置台を介して設置され、横回転角を検出可能な分度盤と、該分度盤に縦回転を可能とした支持機構を介して取付けられた測量装置本体とを具備し、前記支持機構は、前記分度盤に対して前記測量装置本体が所定の角度状態に設定可能であり、該測量装置本体は、測距光を発する発光素子と、前記測距光を射出する測距光射出部と、反射測距光を受光する受光部と、前記反射測距光を受光し、受光信号を発生する受光素子とを有し、該受光素子からの前記受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、測距作動を制御する制御部と、前記測距光射出部の光軸と前記受光部の光軸上に設けられ、前記光軸の偏向を制御する光軸偏向部と、水平を検出する傾斜検出ユニットと、該傾斜検出ユニットが水平に維持される様、該傾斜検出ユニットを傾動する機構とを有し、前記測量装置本体の傾動量を検出する様構成された姿勢検出部とを有する測量装置。
2. 前記制御部は、前記分度盤に対して前記測量装置本体が所定の角度状態での前記姿勢検出部が検出する傾動量に基づき前記測量装置本体の鉛直に対する傾斜量を演算すると共に前記分度盤の水平に対する傾斜量を演算し、演算結果に基づき前記測定対象物の測定結果を補正する請求項１に記載の測量装置。
3. 前記制御部は、前記分度盤に対して前記測量装置本体が所定の角度状態での前記姿勢検出部が検出する傾動量に基づき前記測量装置本体の鉛直に対する傾斜量を演算し、前記光軸偏向部により前記測距光が鉛直に射出される様、前記光軸を偏向する請求項１又は請求項２に記載の測量装置。
4. 前記設置台は、基準点近傍に設置され、前記制御部は、前記分度盤に対して前記測量装置本体が所定の角度状態での前記姿勢検出部が検出する傾動量に基づき前記測量装置本体の鉛直に対する傾斜量を演算し、前記光軸偏向部を制御して前記測距光を前記基準点に照射し、前記傾斜量、前記光軸偏向部による前記測距光の偏向量、前記基準点迄の測距結果に基づき前記基準点の位置を測定する請求項１〜請求項３のうちいずれか１つに記載の測量装置。
5. 前記制御部は、前記光軸偏向部により前記測距光の照射方向を変更して、該測距光を測定点に照射し、該測定点の測定を行う請求項１〜請求項４のうちいずれか１つに記載の測量装置。