JP2016223841A - 測量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を簡略化し、コスト低減を図った測定対象物の点群データ取得測定装置を提供する。
【解決手段】水平回転ユニット３は、水平角エンコーダ１１、第１同期データ発生部１３、第１記憶部１４、水平角制御部１２とを具備し、第１同期データ発生部１３は水平角データ取得時のタイミングを示す第１同期データを出力し、水平角制御部１２は水平角データと第１同期データとを関連付けて第１記憶部１４に格納し、測定ユニット４は、距離測定部２１による測距データと鉛直角エンコーダ２６による鉛直角データに基づき２次元測定データを取得し、第２同期データ発生部３２は測距データ、鉛直角データ取得時のタイミングを示す第２同期データを出力し、主制御部２８は２次元測定データと第２同期データとを関連付けて第２記憶部３３に格納し、水平角データ及び２次元測定データは、第１同期データと第２同期データとに基づき３次元データに変換可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は測定対象点の測定、或は測定対象物の点群データの取得等、異なる測定態様での測定を可能とした測量装置に関するものである。

従来、測定対象点の測定を行う場合は、トータルステーションが用いられ、測定対象物の形状を測定する場合には、レーザスキャナが用いられる。該レーザスキャナは、測定対象物の形状を座標を有する無数の点の集りとして測定する。

トータルステーションとレーザスキャナとは測定方法が異なることから、互換性のない測量装置であり、測定対象点の測定を行う場合、測定対象物の形状測定を行う場合、それぞれの場合に対応したトータルステーション或はレーザスキャナが必要であった。

従って、複数の測量装置が必要であり、設備コストが高くなる。特に、レーザスキャナは高価な装置であり、設備するにはコスト的な負担が大きかった。

特開２００８−８２７０７号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、測定対象点を測定する測量装置、或は測定対象物の点群データを取得する測定装置等に於いて、装置構成を簡略化し、コストの低減を図った測量装置を提供する。

本発明は、水平回転ユニットと該水平回転ユニットに搭載される測定ユニットとを具備し、前記水平回転ユニットは、前記測定ユニットを回転させる駆動部と、水平角データを測定する水平角検出器と、第１同期データ発生部と、第１記憶部と、第１制御部とを具備し、前記第１同期データ発生部は前記水平角検出器の水平角データの取得時のタイミングを示す第１同期データを出力し、前記第１制御部は前記水平角データと前記第１同期データとを関連付けて前記第１記憶部に格納し、前記測定ユニットは、測距を行う測距部と、測距時の鉛直角を検出する鉛直角検出器と、第２同期データ発生部と、第２記憶部と、第２制御部とを具備し、前記測定ユニットは、前記測距部による測距データと前記鉛直角検出器による鉛直角データに基づき２次元測定データを取得し、前記第２同期データ発生部は前記測距データ取得時、前記鉛直角データ取得時のタイミングを示す第２同期データを出力し、前記第２制御部は前記２次元測定データと前記第２同期データとを関連付けて前記第２記憶部に格納し、前記水平角データ及び前記２次元測定データは、前記第１同期データと前記第２同期データとに基づき３次元データに変換可能である測量装置に係るものである。

又本発明は、前記水平回転ユニット及び前記測定ユニットは、それぞれＧＰＳ装置を有し、前記第１同期データ発生部及び前記第２同期データ発生部は前記ＧＰＳ装置から得られるタイミング信号に基づき前記第１同期データ及び前記第２同期データを出力する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記第１制御部及び前記第２制御部は、それぞれ制御信号用のタイミング信号を発する時計を有し、前記第１制御部及び前記第２制御部のいずれか一方が、前記第１制御部及び前記第２制御部のいずれか他方に制御信号を出力し、該制御信号に基づき前記第１同期データ及び前記第２同期データを同期させる様構成した測量装置に係るものである。

又本発明は、前記水平回転ユニットは整準部を有し、前記測定ユニットは水平２方向の傾斜を検出するチルトセンサを有し、前記整準部により前記水平回転ユニットが水平に整準された状態で、前記チルトセンサが水平を検出する様、前記測定ユニットの前記水平回転ユニットに対する取付け状態が補正される測量装置に係るものである。

又本発明は、前記測定ユニットは２次元スキャナユニットであり、該２次元スキャナユニットは、パルス測距光を発し、該パルス測距光毎に測距を行う距離測定部と、水平な軸心を有する鉛直回転軸に設けられ、前記パルス測距光を回転照射する走査鏡と、前記鉛直回転軸を回転するモータと、前記鉛直回転軸の鉛直角を検出する鉛直角検出器とを具備し、前記測定ユニットは、距離測定部の測距結果と前記鉛直角検出器が検出する測距時の鉛直角に基づき２次元点群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。

又本発明は、前記測定ユニットは視準測距ユニットであり、該視準測距ユニットは、鉛直方向に回転可能な望遠鏡部と、該望遠鏡部を鉛直方向に回転するモータと、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する鉛直角検出器とを具備し、前記望遠鏡部は、視準望遠鏡と距離測定部とを有し、該距離測定部は前記視準望遠鏡により所定の測定点を視準した状態で該測定点の測距を行い、前記鉛直角検出器は視準した状態の視準望遠鏡の鉛直角を測定し、前記測定ユニットは測距結果と検出した鉛直角に基づき前記測定点の２次元座標を測定する様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記測定ユニットに更に他の測定ユニットが搭載され、前記測定ユニットは前記視準測距ユニットであり、前記他の測定ユニットは前記２次元スキャナユニットである測量装置に係るものである。

更に又本発明は、前記水平回転ユニットは、トータルステーションが具備する水平回転機構部であり、該水平回転機構部に前記２次元スキャナユニットが搭載された測量装置に係るものである。

本発明によれば、水平回転ユニットと該水平回転ユニットに搭載される測定ユニットとを具備し、前記水平回転ユニットは、前記測定ユニットを回転させる駆動部と、水平角データを測定する水平角検出器と、第１同期データ発生部と、第１記憶部と、第１制御部とを具備し、前記第１同期データ発生部は前記水平角検出器の水平角データの取得時のタイミングを示す第１同期データを出力し、前記第１制御部は前記水平角データと前記第１同期データとを関連付けて前記第１記憶部に格納し、前記測定ユニットは、測距を行う測距部と、測距時の鉛直角を検出する鉛直角検出器と、第２同期データ発生部と、第２記憶部と、第２制御部とを具備し、前記測定ユニットは、前記測距部による測距データと前記鉛直角検出器による鉛直角データに基づき２次元測定データを取得し、前記第２同期データ発生部は前記測距データ取得時、前記鉛直角データ取得時のタイミングを示す第２同期データを出力し、前記第２制御部は前記２次元測定データと前記第２同期データとを関連付けて前記第２記憶部に格納し、前記水平角データ及び前記２次元測定データは、前記第１同期データと前記第２同期データとに基づき３次元データに変換可能であるので、前記水平回転ユニットによる水平角データの取得と前記測定ユニットによる２次元測定データの取得とを個別に行え、前記水平回転ユニットと前記測定ユニット間でのデータの授受が省略でき回路構成が簡略化でき、更に前記水平回転ユニットと前記測定ユニットとの分離が容易となり、該測定ユニットの交換も可能となる。

又本発明によれば、前記水平回転ユニット及び前記測定ユニットは、それぞれＧＰＳ装置を有し、前記第１同期データ発生部及び前記第２同期データ発生部は前記ＧＰＳ装置から得られるタイミング信号に基づき前記第１同期データ及び前記第２同期データを出力するので、前記水平回転ユニットで取得した水平角データと前記測定ユニットで取得した２次元測定データとの関連付けが容易となり、両データに基づき３次元データへの変換が可能となる。

又本発明によれば、前記第１制御部及び前記第２制御部は、それぞれ制御信号用のタイミング信号を発する時計を有し、前記第１制御部及び前記第２制御部のいずれか一方が、前記第１制御部及び前記第２制御部のいずれか他方に制御信号を出力し、該制御信号に基づき前記第１同期データ及び前記第２同期データを同期させる様構成したので、前記水平回転ユニットで取得した水平角データと前記測定ユニットで取得した２次元測定データとの関連付けが容易となり、両データに基づき３次元データへの変換が可能となる。

又本発明によれば、前記水平回転ユニットは整準部を有し、前記測定ユニットは水平２方向の傾斜を検出するチルトセンサを有し、前記整準部により前記水平回転ユニットが水平に整準された状態で、前記チルトセンサが水平を検出する様、前記測定ユニットの前記水平回転ユニットに対する取付け状態が補正されるので、前記測定ユニットで取得した２次元測定データの精度が保証される。

又本発明によれば、前記測定ユニットは２次元スキャナユニットであり、該２次元スキャナユニットは、パルス測距光を発し、該パルス測距光毎に測距を行う距離測定部と、水平な軸心を有する鉛直回転軸に設けられ、前記パルス測距光を回転照射する走査鏡と、前記鉛直回転軸を回転するモータと、前記鉛直回転軸の鉛直角を検出する鉛直角検出器とを具備し、前記測定ユニットは、距離測定部の測距結果と前記鉛直角検出器が検出する測距時の鉛直角に基づき２次元点群データを取得する様構成されたので、測量装置を３次元レーザスキャナとして使用することができる。

又本発明によれば、前記測定ユニットは視準測距ユニットであり、該視準測距ユニットは、鉛直方向に回転可能な望遠鏡部と、該望遠鏡部を鉛直方向に回転するモータと、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する鉛直角検出器とを具備し、前記望遠鏡部は、視準望遠鏡と距離測定部とを有し、該距離測定部は前記視準望遠鏡により所定の測定点を視準した状態で該測定点の測距を行い、前記鉛直角検出器は視準した状態の視準望遠鏡の鉛直角を測定し、前記測定ユニットは測距結果と検出した鉛直角に基づき前記測定点の２次元座標を測定する様構成されたので、測量装置をトータルステーションとして使用することができる。

又本発明によれば、前記測定ユニットに更に他の測定ユニットが搭載され、前記測定ユニットは前記視準測距ユニットであり、前記他の測定ユニットは前記２次元スキャナユニットであるので、測定条件に応じてトータルステーションとして或は３次元レーザスキャナとして使用することができる。

更に又本発明によれば、前記水平回転ユニットは、トータルステーションが具備する水平回転機構部であり、該水平回転機構部に前記２次元スキャナユニットが搭載されたので、既存のトータルステーションに３次元レーザスキャナの機能を追加することができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る測量装置の概略説明図である。 本発明の第２の実施例に係る測量装置の概略説明図である。 本発明の第３の実施例に係る測量装置の概略説明図である。 本発明の第４の実施例に係る測量装置の概略説明図である。

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、第１の実施例を説明する。

第１の実施例は、レーザスキャナの機能を有する測量装置１として構成された場合を示している。

該測量装置１は、主に図示しない３脚に取付けられた整準ユニット２、該整準ユニット２に設けられた、水平回転ユニット３、該水平回転ユニット３に着脱可能に設けられた測定ユニット４を有している。尚、第１の実施例では、該測定ユニット４が２次元スキャナユニット４ａとなっている。

前記水平回転ユニット３は、固定部５、水平回転体６、水平回転軸７、水平回転軸受８、水平回転モータ９、水平角検出器としての水平角エンコーダ１１、水平角制御部１２、第１同期データ発生部１３、第１記憶部１４、等を具備する。

前記水平回転軸受８は前記固定部５に固定され、前記水平回転軸７は前記水平回転軸受８に回転自在に支持され、前記水平回転体６は前記水平回転軸７に支持され、前記水平回転体６は前記水平回転軸７と一体に回転する様になっている。

前記水平回転軸受８と前記水平回転体６との間には前記水平回転モータ９が設けられ、該水平回転モータ９は前記水平角制御部１２によって制御され、該水平角制御部１２は前記水平回転モータ９により、前記水平回転体６を前記水平回転軸７を中心に回転させる様になっている。

前記水平回転体６の前記固定部５に対する相対回転変位は、前記水平角エンコーダ１１によって検出され、該水平角エンコーダ１１からの検出信号は前記水平角制御部１２に入力され、該水平角制御部１２によって水平角検出データが演算され、該水平角検出データに基づき前記水平回転モータ９に対するフィードバック制御が前記水平角制御部１２によって行われる。

又、前記水平角検出データは前記第１同期データ発生部１３が出力する第１同期データに関連付けられて前記第１記憶部１４に保存される。該第１記憶部１４は、ＨＤＤ、ＣＤ、メモリカード等種々の記憶手段が用いられ、前記水平回転ユニット３に対して着脱可能であってもよく、或は所要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。

前記２次元スキャナユニット４ａは、前記水平回転ユニット３の上面に、連結器１５を介して着脱可能に設けられる。

該連結器１５は、前記水平回転ユニット３の上面に固着される下連結要素１５ａと前記２次元スキャナユニット４ａの下面に固着される上連結要素１５ｂから構成される。

前記連結器１５は、連結機能と芯合せ機能を有しており、前記下連結要素１５ａと前記上連結要素１５ｂが嵌合し、連結することで、前記水平回転軸７の軸心７ａと前記２次元スキャナユニット４ａの機械軸心とが合致し、更に前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａとが一体に回転する様になっている。

ここで、前記機械軸心は、鉛直方向に延出し、鉛直回転軸２２（後述）の軸心と直交し、走査鏡２４（後述）に測距光（後述）が入射する点を通過する。

又前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａとは、接続器１６によって電気的に接続される。

該接続器１６は、分離可能な構造であり、前記２次元スキャナユニット４ａが前記水平回転ユニット３に機械的に取付けられることで、前記２次元スキャナユニット４ａと前記水平回転ユニット３とを電気的に接続する。

ここで、電気的な接続としては、電気的接点、容量結合、誘導結合、無線等、接触、非接触の接続手段を用いることが可能である。

前記２次元スキャナユニット４ａは、中央に凹部１８が形成された筐体１９、該筐体１９内に収納される以下の構成要素を具備する。

構成要素として、距離測定部２１、前記鉛直回転軸２２、軸受２３、前記走査鏡２４、走査モータ２５、鉛直角検出器としての鉛直角エンコーダ２６、鉛直角制御部２７、主制御部２８、操作入力部２９、表示部３１、第２同期データ発生部３２、第２記憶部３３等である。

前記鉛直回転軸２２は前記軸受２３を介して回転自在に支持されている。前記鉛直回転軸２２は、水平な軸心２２ａを有し、一端部は前記凹部１８内に延出し、該一端部には前記走査鏡２４が固着されている。又、前記鉛直回転軸２２の他端部には前記鉛直角エンコーダ２６が設けられている。前記走査モータ２５は前記鉛直回転軸２２を回転し、該鉛直回転軸２２の回転により前記走査鏡２４は水平軸心を中心に回転する。

又、前記軸心７ａと前記軸心２２ａとは、前記走査鏡２４の反射面上で直交する様になっている。

該走査鏡２４の回転変位は、前記鉛直角エンコーダ２６によって検出され、検出結果は前記鉛直角制御部２７に入力される。該鉛直角制御部２７は、前記検出結果に基づき前記走査鏡２４の鉛直角データを演算し、該鉛直角データに基づき前記走査モータ２５をフィードバック制御する。

前記距離測定部２１について説明する。

発光素子３５からパルス光の測距光が射出され、測距光は投光光学系３６、ビームスプリッタ３７を介して射出される。該ビームスプリッタ３７から射出される測距光の光軸は、前記軸心２２ａと合致しており、測距光は、前記走査鏡２４によって直角に偏向される。該走査鏡２４が回転することで測距光は、前記軸心２２ａと直交し且つ前記軸心７ａを含む平面内を回転（走査）される。

測定対象物で反射された測距光（以下、反射測距光）は、前記走査鏡２４に入射し、該走査鏡２４で偏向され、前記ビームスプリッタ３７、受光光学系３８を経て受光素子３９で受光される。

測距制御部４１は、前記発光素子３５の発光タイミングと前記受光素子３９の受光タイミングの時間差（即ち、パルス光の往復時間）に基づき、測距光の１パルス毎に測距を実行する。

尚、図中、４２は内部参照光学系であり、該内部参照光学系４２を経て受光した測距光の受光タイミングと、反射測距光の受光タイミングとの時間差により測距を行うことで高精度の測距が可能となる。

前記走査鏡２４を鉛直方向に回転しつつ、測距を行うことで鉛直角データと測距データが得られ、前記鉛直角データと前記測距データを基に２次元の点群データが取得できる。

前記鉛直角制御部２７により演算された鉛直角データと、前記距離測定部２１で測定された測距データとは、前記主制御部２８からの制御信号により前記第２記憶部３３に送信される。該第２記憶部３３では、前記鉛直角データと前記測距データと、前記第２同期データ発生部３２からの第２同期データとを関連付けて保存する。

前記鉛直角制御部２７から出力される前記鉛直角データは、前記距離測定部２１で測距する発光タイミングと同期して出力される様になっている。

前記第２記憶部３３は、前記第１記憶部１４と同様、ＨＤＤ、ＣＤ、メモリカード等種々の記憶手段が用いられ、前記２次元スキャナユニット４ａに対して着脱可能であってもよく、或は所要の通信手段を介して外部記憶装置にデータを送出可能としてもよい。

前記操作入力部２９は入力キーを有し、該操作入力部２９から測定に必要な情報、データが前記主制御部２８に入力される。前記表示部３１には、前記操作入力部２９からの入力情報、或は測定状況等が表示される。尚、前記操作入力部２９はタッチパネルとし、表示部を兼用してもよい。この場合、前記表示部３１は省略される。前記主制御部２８は、前記操作入力部２９からの入力情報、データに対応し、前記鉛直角制御部２７、前記距離測定部２１に制御信号を送出し、又前記接続器１６を介して前記水平角制御部１２に制御信号を送出する。

而して、前記主制御部２８は、前記２次元スキャナユニット４ａの点群データ取得の為の制御を行うと共に、前記水平回転ユニット３の制御も実行し、前記２次元スキャナユニット４ａによる鉛直方向の走査と前記水平回転ユニット３の水平方向の回転との協働により、２次元（水平、鉛直２方向）のスキャンが実行される。２次元のスキャンにより、前記鉛直角データ、前記水平角データ、前記測距データが取得でき、測定対象物の面に対応する３次元の点群データが取得できる。

前記２次元スキャナユニット４ａと前記水平回転ユニット３との協働により得られる測定データについて、水平回転に関する測定データ（以下、第１測定データ）は前記第１記憶部１４に格納され、又前記２次元スキャナユニット４ａで得られる測定データ（以下、第２測定データ）は前記第２記憶部３３にそれぞれ個別に格納される。

又、前記第１記憶部１４に格納される前記第１測定データは、前記第１同期データ発生部１３からの前記第１同期データと関連付けられており、前記第２記憶部３３に格納される前記第２測定データは前記第２同期データ発生部３２からの前記第２同期データと関連付けられている。

前記第１測定データと前記第２測定データとの統合は、前記第１同期データと前記第２同期データに基づき行われる。

次に、前記第１同期データ発生部１３、前記第２同期データ発生部３２について説明する。

前記第１同期データ発生部１３、前記第２同期データ発生部３２は、前記水平回転ユニット３で取得した水平回転（水平角）のデータと、前記２次元スキャナユニット４ａで取得した２次元の測定データとを時間的に一致させる為の同期データを作成するものである。

同期データを作成する為の第１の方法としては、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａに、それぞれ図示しないＧＰＳ受信機を設置する。ＧＰＳ受信機から得られるＧＰＳ週、ＧＰＳ時間と１ＰＰＳ信号を用いた時計を、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａそれぞれに具備させる。前記第１同期データ発生部１３と前記第２同期データ発生部３２は、それぞれＧＰＳ受信機からＧＰＳ週、ＧＰＳ時間と１ＰＰＳ信号を時刻信号（タイミング信号）として取得し、日付と時刻データ（タイミングデータ）とを含むタイミング信号を同期データとして出力する。

又第２の方法としては、前記水平角制御部１２、前記主制御部２８は、それぞれ制御用の制御信号を発する為のクロック信号発生器を有している。従って、前記水平角制御部１２と前記主制御部２８それぞれは、前記クロック信号発生器が発するクロック信号に基づく時計を有している。

前記第１同期データ発生部１３、前記第２同期データ発生部３２は、それぞれの時計から得られるタイミング信号に基づき同期信号を出力する。

前記水平回転ユニット３の時計から前記接続器１６を介し、同期信号が前記主制御部２８に送られ、該主制御部２８は前記２次元スキャナユニット４ａの時計を前記水平回転ユニット３の時計に同期させる。前記第１同期データ発生部１３、前記第２同期データ発生部３２は、同期した日付とタイミングデータを同期データとして出力する。

又、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａに、それぞれ時計を設け、該２次元スキャナユニット４ａの時計から前記接続器１６を介し、同期信号を前記水平角制御部１２に送り、該水平角制御部１２は、前記水平回転ユニット３の時計を前記２次元スキャナユニット４ａの時計に同期し、前記第１同期データ発生部１３と前記第２同期データ発生部３２から同期した日付とタイミングデータが同期データとして出力される様にしてもよい。

尚、同期データを日付と時刻（タイミング）と記したが、その他、前記第１記憶部１４に保存される水平角データと、前記第２記憶部３３に保存される鉛直角データ、測距データの同期照合ができればよく、専用の同期データ形式でもよい。

以下、上記測量装置１の作動について説明する。

該測量装置１をレーザスキャナとして使用する場合、前記水平回転ユニット３に前記２次元スキャナユニット４ａを前記連結器１５を介して取付ける。

該連結器１５は、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａとを機械的に一体化すると共に前記２次元スキャナユニット４ａの機械軸心と前記水平回転ユニット３の回転軸心とを合致させる。

又、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａとを組立てることで、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａとは前記接続器１６を介して電気的に接続される。

前記水平回転ユニット３の回転に関する制御は、前記水平角制御部１２が実行し、前記２次元スキャナユニット４ａの制御、即ち前記距離測定部２１による測距の制御、前記走査鏡２４の回転の制御は、前記主制御部２８が実行する。該主制御部２８は、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａの統合制御を実行する。

前記距離測定部２１から測距光が発せられた状態で、前記走査モータ２５により前記走査鏡２４が前記鉛直回転軸２２を中心に鉛直回転され、更に、前記水平回転ユニット３が前記水平回転モータ９により水平回転される。

前記走査鏡２４の鉛直回転と、前記水平回転ユニット３の水平回転の協働により、前記測距光は鉛直、水平の２方向に走査される。

測距光の１パルス毎に、測距され、又１パルス毎に鉛直角と、測距光のパルス間隔、又は十分に補間できる間隔で水平角が検出される。１パルス毎の測距データ、鉛直角データ、水平角データを関連付けることで、各測定点の３次元データが取得される。更に、測距光が鉛直、水平の２次元に走査されることで、３次元の点群データが取得できる。

上記した様に、前記水平回転ユニット３で取得した水平角データは前記第１記憶部１４に格納され、前記２次元スキャナユニット４ａで取得した、測距データ、鉛直角データは前記第２記憶部３３に格納される。

又、前記第１同期データ発生部１３から出力された第１同期データと前記第２同期データ発生部３２から出力される第２同期データとは、例えば同期した日付と時刻データ（タイミングデータ）であり、水平角データと、測距データ、鉛直角データとは、前記日付とタイミングデータに基づき関連付けられる。

従って、前記第１記憶部１４に格納されたデータと前記第２記憶部３３に格納されたデータとを個別に取出し、他の外部データ処理装置、例えばＰＣに入力し、水平角データと測距データ、鉛直角データとで３次元データに変換することができる。

尚、前記第１記憶部１４に格納されたデータの測定が完了後、前記第２記憶部３３に入力し、前記主制御部２８によって３次元データに変換してもよい。

上記した様に、前記水平回転ユニット３で取得した水平角データと前記２次元スキャナユニット４ａで取得した２次元データはそれぞれ個別に前記第１記憶部１４、前記第２記憶部３３に格納される構成であり、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａ間の制御信号の授受は、前記接続器１６を介して授受される同期信号のみであるので、前記水平回転ユニット３の制御系と前記２次元スキャナユニット４ａの制御系を関連付ける必要がなく、回路構成を簡単にすることができる。

上記した様に、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａとを連結する前記連結器１５は、前記水平回転軸７の回転軸心と前記２次元スキャナユニット４ａの機械軸心とを合致させる芯合せ機能も有するが、連結した状態の機械的精度を更に向上する為に以下の構成を追加することもできる。

前記鉛直回転軸２２の軸心と直交する方向及び平行な方向の２方向（即ち、水平２方向）の傾斜を検出するチルトセンサ（図示せず）を前記２次元スキャナユニット４ａに設ける。前記水平回転ユニット３を前記整準ユニット２により整準し、該整準ユニット２が整準された状態、即ち前記水平回転軸７が鉛直の状態で、前記チルトセンサが水平を検出する様に、前記２次元スキャナユニット４ａの取付け状態を補正する。該２次元スキャナユニット４ａを水平に調整することで、該２次元スキャナユニット４ａと前記水平回転ユニット３とは高精度に整準された状態を保持したまま連結される。

前記２次元スキャナユニット４ａは前記連結器１５を介して切離すことができ、前記２次元スキャナユニット４ａ以外の測定ユニットを前記水平回転ユニット３に取付けることが可能である。

第１の実施例では、前記表示部３１、前記操作入力部２９、前記主制御部２８を前記２次元スキャナユニット４ａに配設した構成としたが、前記表示部３１、前記操作入力部２９、前記主制御部２８を前記水平回転ユニット３に設け、制御信号を前記水平角制御部１２、前記接続器１６を介し、前記鉛直角制御部２７と前記距離測定部２１へ送り制御する構成としてもよい。

又、前記表示部３１、前記操作入力部２９、前記主制御部２８を前記水平回転ユニット３に設けた場合、前記２次元スキャナユニット４ａに加速度センサを具備し、前記水平回転ユニット３の水平角の動きを前記２次元スキャナユニット４ａの前記加速度センサで検知し、該加速度センサの検知結果に基づき測定開始の制御を行う事により、前記接続器１６を省略してもよい。

尚、前記２次元スキャナユニット４ａの前記筐体１９にカメラを設け、或は、該筐体１９内に前記走査鏡２４を介して撮影するカメラを設け、カメラで取得した画像データと画像取得時の前記鉛直角データと、前記第２同期データ発生部３２の第２同期データと関連付けて前記第２記憶部３３に保存し、画像データ取得時の前記水平角データと前記第１同期データ発生部１３の第１同期データとを関連付けて前記第１記憶部１４に保存し、該第１記憶部１４と前記第２記憶部３３に保存されたデータを、図示しない記録媒体等を介し図示しない外部データ処理装置、例えばＰＣへ転送し、ＰＣは前記第１同期データ、前記第２同期データを基に、前記水平角データと前記鉛直角データ、前記画像データを組合わせ、パノラマ画像を生成し、このパノラマ画像を基に、座標データの集合である点群データの各座標にＲＧＢの色情報を付加することも可能である。

図２に於いて、第２の実施例を説明する。

第２の実施例は、トータルステーションの機能を有する測量装置１として構成された場合を示している。

尚、図２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。

水平回転ユニット３には、連結器１５を介し測定ユニット４として視準測距ユニット４５が取付けられる。該視準測距ユニット４５は、視準望遠鏡５７を有し、所定の測定点を高精度に測距可能である。

筐体４７には凹部４８が形成されている。前記筐体４７に軸受４９を介して鉛直回転軸５１が回転自在に設けられる。

前記鉛直回転軸５１は、水平な軸心５１ａを有し、一端部は前記凹部４８内に延出し、該一端部に望遠鏡部５２が固着されている。又、前記鉛直回転軸５１の他端部には鉛直角エンコーダ５３が設けられている。

前記鉛直回転軸５１に鉛直モータ５４が設けられ、該鉛直モータ５４により前記鉛直回転軸５１を回転し、該鉛直回転軸５１の回転により前記望遠鏡部５２は水平軸心を中心に回転する。

前記望遠鏡部５２の高低角（鉛直角）は、前記鉛直角エンコーダ５３によって検出され、検出結果は鉛直角制御部５５に入力される。該鉛直角制御部５５は、前記鉛直角エンコーダ５３の検出結果に基づき前記望遠鏡部５２の鉛直角データを演算し、該鉛直角データに基づき前記鉛直モータ５４をフィードバック制御する。

前記望遠鏡部５２について説明する。

該望遠鏡部５２は、前記視準望遠鏡５７を具備し、又距離測定部（図示せず）を内蔵している。該距離測定部は、図１中に示した距離測定部２１と距離測定原理は同じであるので説明を省略する。

前記視準望遠鏡５７の測距光軸は、前記軸心５１ａ、軸心７ａと直交し、且つ該軸心７ａと前記測距光軸とは同一平面内に存在する様に設定されている。

前記筐体４７には、表示部５８、操作入力部５９が設けられ、更に主制御部６１、第３同期データ発生部６２、第３記憶部６３が内蔵されている。

前記操作入力部５９から測定に必要な情報、データが前記主制御部６１に入力される。
前記表示部５８には、前記操作入力部５９からの入力情報、或は測定状況等が表示される。尚、前記操作入力部５９はタッチパネルとしてもよい。

前記主制御部６１は、前記操作入力部５９からの入力情報、データに対応し、前記鉛直角制御部５５、前記望遠鏡部５２に制御信号を送出し、又接続器１６を介して水平角制御部１２に制御信号を送出する。

前記第３同期データ発生部６２は、前記視準測距ユニット４５で取得した測定データと前記水平回転ユニット３で取得した水平角データとを関連付ける為の第３同期データを出力する。

前記鉛直角制御部５５により演算された前記鉛直角データと、前記望遠鏡部５２で測定された測距データとは、前記主制御部６１からの制御信号により前記第３記憶部６３に送信される。該第３記憶部６３では、前記鉛直角データと前記測距データと、前記第３同期データ発生部６２からの前記第３同期データとを関連付けて保存する。

前記鉛直角制御部５５から出力される前記鉛直角データは、前記視準望遠鏡５７が測定点を視準した状態の該視準望遠鏡５７の高低角を検出し、前記鉛直角制御部５５を経て前記第３記憶部６３に入力される。

前記視準測距ユニット４５は、前記視準望遠鏡５７で所定の測定点を視準した状態で、該測定点の測距と鉛直角の測定を行う。従って、前記視準測距ユニット４５では、測定点の２次元データ（即ち、２次元座標）が取得できる。

以下、トータルステーションとして構成される第２の実施例の測量装置１の作動について説明する。

前記水平回転ユニット３の水平回転、前記望遠鏡部５２の鉛直回転の協働により、前記視準望遠鏡５７が測定点に向けられ、該視準望遠鏡５７により所定の測定点が視準される。該視準望遠鏡５７を介して測距光が、測定点に照射され、測定点の測距が実行される。
測距データは前記第３記憶部６３に入力され、該第３記憶部６３に格納される。

又、測定点を視準したときの、鉛直角が前記鉛直角エンコーダ５３及び前記鉛直角制御部５５によって検出され、該鉛直角制御部５５は鉛直角データを前記第３同期データ発生部６２から出力される第３同期データに関連付けて前記第３記憶部６３に格納する。

水平角が水平角エンコーダ１１及び前記水平角制御部１２により検出され、水平角データは、第１同期データ発生部１３から出力される第１同期データに関連付けられて、第１記憶部１４に格納される。

尚、前記第１同期データと前記第３同期データとは、第１の実施例と同様、前記主制御部６１によって同期が取られている。

而して、測定後、前記第１記憶部１４に格納された前記水平角データと前記第３記憶部６３に格納された前記測定データとを、前記第１同期データと前記第３同期データとに基づき関連付けることで、測定点の３次元データ（即ち、３次元座標）を取得することができる。従って、前記測量装置１は、トータルステーションとして測定が行える。

図３は、第３の実施例を示している。

第３の実施例は、トータルステーションの機能、レーザスキャナの機能を有する測量装置１として構成された場合を示している。

尚、図３中、図１及び図２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。

水平回転ユニット３の上面に連結器１５を介して視準測距ユニット４５を搭載する。前記水平回転ユニット３と前記視準測距ユニット４５とは、接続器１６によって電気的に接続される。

更に、前記視準測距ユニット４５の上面に連結器１５′を介して２次元スキャナユニット４ａが搭載される。前記連結器１５′は前記連結器１５と同等の構造となっており、前記連結器１５′は前記視準測距ユニット４５と前記２次元スキャナユニット４ａとを連結すると共に前記視準測距ユニット４５と前記２次元スキャナユニット４ａとの芯合せも行う。又、前記視準測距ユニット４５と前記２次元スキャナユニット４ａとは接続器１６′によって電気的にも接続される。

第３の実施例では、測定の態様に応じて、前記視準測距ユニット４５と前記２次元スキャナユニット４ａとが選択されて使用される。

トータルステーションとして所定の測定点を測定する場合は、前記水平回転ユニット３と前記視準測距ユニット４５が使用される。

前記水平回転ユニット３で取得した水平角データは、第１同期データ発生部１３が取得する第１同期データに関連付けられて第１記憶部１４に格納される。又、前記視準測距ユニット４５で取得された測定データ（測距データ、鉛直角データ）は、第３同期データ発生部６２が出力する第３同期データに関連付けられて第３記憶部６３に格納される。

前記水平角データと前記測定データとは、前記第１同期データと前記第３同期データに基づき測定点の３次元データに変換される。

次に、レーザスキャナとして、測定対象物の測定を行う場合は、前記水平回転ユニット３と前記２次元スキャナユニット４ａが使用される。

前記水平回転ユニット３で取得した前記水平角データは、前記第１同期データ発生部１３が取得する前記第１同期データに関連付けられて前記第１記憶部１４に格納される。又、前記２次元スキャナユニット４ａで取得された２次元点群データは、第２同期データ発生部３２が出力する第２同期データに関連付けられて第２記憶部３３に格納される。

前記水平角データと前記２次元点群データとは、前記第１同期データと前記第２同期データに基づき３次元点群データに変換される。

而して、１台の測量装置１により、所定点の精密測定が行え、測定対象物の点群データの取得ができる。

図４は第４の実施例を示している。図４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。

第４の実施例では、既存のトータルステーション６５に、２次元スキャナユニット４ａを搭載した場合を示している。

前記トータルステーション６５は、鉛直軸心を中心に水平回転可能な托架部６６、該托架部６６に鉛直回転軸６７を中心として鉛直方向に回転可能に設けられた望遠鏡部６８を具備している。即ち、前記トータルステーション６５は、水平回転機構部（水平回転ユニット）と鉛直回転機構部とを具備している。

又、前記托架部６６には、主制御部、記憶部、同期データ発生部（いずれも図示せず）等、制御系が内蔵され、前記望遠鏡部６８には測距部（図示せず）が内蔵されている。

前記トータルステーション６５（即ち、前記托架部６６）の上面に連結器１５を設け、該連結器１５を介して前記２次元スキャナユニット４ａを搭載する。該２次元スキャナユニット４ａを搭載した状態では、前記トータルステーション６５の水平方向の回転軸心（鉛直軸心）と前記２次元スキャナユニット４ａの機械軸心とは合致する。

尚、前記托架部６６は、図１で示す水平回転ユニット３の水平回転体６に相当し、前記托架部６６と、該托架部６６を水平方向に回転する駆動部（図示せず）とは、水平回転ユニットを構成する。

又、前記２次元スキャナユニット４ａと前記トータルステーション６５とは、接続器１６によって電気的に接続される。

前記２次元スキャナユニット４ａと前記トータルステーション６５とが電気的に接続されることで、前記トータルステーション６５に内蔵される制御回路（図示せず）からの同期信号が主制御部２８に入力される。

前記トータルステーション６５によって所定点の測定が実行されている状態では、前記２次元スキャナユニット４ａは休止している。

レーザスキャナとして測定を行う場合は、前記トータルステーション６５の制御回路が発する制御信号に基づき第４同期データが作成され、該第４同期データと前記トータルステーション６５が取得する水平角データとが関連付けられて、前記トータルステーション６５の記憶部に格納される。

前記２次元スキャナユニット４ａは、２次元の点群データを取得し、該点群データは第２同期データ発生部３２が出力する第２同期データに関連付けられて第２記憶部３３に格納される。

前記トータルステーション６５からの制御信号は、前記接続器１６を介して前記主制御部２８に入力され、制御信号に基づき前記第４同期データと前記第２同期データとの同期が取られる。従って、前記トータルステーション６５で取得した前記水平角データ、前記２次元スキャナユニット４ａで取得した前記２次元点群データは、前記第４同期データと前記第２同期データに基づき３次元点群データに変換される。

従って、前記トータルステーション６５に前記２次元スキャナユニット４ａを搭載することで、３次元スキャナとして測定が行える。

第４の実施例では、既存のトータルステーションの水平駆動機構を利用し、２次元スキャナユニットにより、３次元スキャナとして構成できるので、別途３次元スキャナを設備する場合に比べ安価で、而もトータルステーションと３次元スキャナとが一体化され、個別に取扱う必要が無く、利便性が向上する。

尚、前記２次元スキャナユニット４ａの筐体１９にカメラを設け、或は、該筐体１９内に走査鏡２４を介して撮影するカメラを設け、カメラで取得した画像データと画像取得時の前記鉛直角データと、前記第２同期データ発生部３２の前記第２同期データとを関連付けて前記第２記憶部３３に保存し、画像データ取得時の前記水平角データと前記第４同期データとを関連付けて前記トータルステーション６５の図示しない記憶部に保存し、該トータルステーション６５の記憶部と前記第２記憶部３３に保存されたデータを、図示しない記録媒体等を介し図示しないＰＣへ転送し、ＰＣは前記第４同期データ、前記第２同期データを基に、前記水平角データと前記鉛直角データ、画像データを組合わせ、パノラマ画像を生成し、このパノラマ画像を基に、座標データの集合である点群データの各座標にＲＧＢの色情報を付加することも可能である。

１ 測量装置
２ 整準ユニット
３ 水平回転ユニット
４ 測定ユニット
４ａ ２次元スキャナユニット
９ 水平回転モータ
１１ 水平角エンコーダ
１２ 水平角制御部
１３ 第１同期データ発生部
１５ 連結器
１６ 接続器
２１ 距離測定部
２２ 鉛直回転軸
２４ 走査鏡
２５ 走査モータ
２６ 鉛直角エンコーダ
２７ 鉛直角制御部
２８ 主制御部
３２ 第２同期データ発生部
３３ 第２記憶部
４１ 測距制御部
４５ 視準測距ユニット
５２ 望遠鏡部
５３ 鉛直角エンコーダ
５４ 鉛直モータ
５７ 視準望遠鏡
６１ 主制御部
６２ 第３同期データ発生部
６３ 第３記憶部
６５ トータルステーション
６６ 托架部
６８ 望遠鏡部

Claims (8)

1. 水平回転ユニットと該水平回転ユニットに搭載される測定ユニットとを具備し、前記水平回転ユニットは、前記測定ユニットを回転させる駆動部と、水平角データを測定する水平角検出器と、第１同期データ発生部と、第１記憶部と、第１制御部とを具備し、前記第１同期データ発生部は前記水平角検出器の水平角データの取得時のタイミングを示す第１同期データを出力し、前記第１制御部は前記水平角データと前記第１同期データとを関連付けて前記第１記憶部に格納し、前記測定ユニットは、測距を行う測距部と、測距時の鉛直角を検出する鉛直角検出器と、第２同期データ発生部と、第２記憶部と、第２制御部とを具備し、前記測定ユニットは、前記測距部による測距データと前記鉛直角検出器による鉛直角データに基づき２次元測定データを取得し、前記第２同期データ発生部は前記測距データ取得時、前記鉛直角データ取得時のタイミングを示す第２同期データを出力し、前記第２制御部は前記２次元測定データと前記第２同期データとを関連付けて前記第２記憶部に格納し、前記水平角データ及び前記２次元測定データは、前記第１同期データと前記第２同期データとに基づき３次元データに変換可能であることを特徴とする測量装置。
2. 前記水平回転ユニット及び前記測定ユニットは、それぞれＧＰＳ装置を有し、前記第１同期データ発生部及び前記第２同期データ発生部は前記ＧＰＳ装置から得られるタイミング信号に基づき前記第１同期データ及び前記第２同期データを出力する請求項１に記載の測量装置。
3. 前記第１制御部及び前記第２制御部は、それぞれ制御信号用のタイミング信号を発する時計を有し、前記第１制御部及び前記第２制御部のいずれか一方が、前記第１制御部及び前記第２制御部のいずれか他方に制御信号を出力し、該制御信号に基づき前記第１同期データ及び前記第２同期データを同期させる様構成した請求項１に記載の測量装置。
4. 前記水平回転ユニットは整準部を有し、前記測定ユニットは水平２方向の傾斜を検出するチルトセンサを有し、前記整準部により前記水平回転ユニットが水平に整準された状態で、前記チルトセンサが水平を検出する様、前記測定ユニットの前記水平回転ユニットに対する取付け状態が補正される請求項１に記載の測量装置。
5. 前記測定ユニットは２次元スキャナユニットであり、該２次元スキャナユニットは、パルス測距光を発し、該パルス測距光毎に測距を行う距離測定部と、水平な軸心を有する鉛直回転軸に設けられ、前記パルス測距光を回転照射する走査鏡と、前記鉛直回転軸を回転するモータと、前記鉛直回転軸の鉛直角を検出する鉛直角検出器とを具備し、前記測定ユニットは、距離測定部の測距結果と前記鉛直角検出器が検出する測距時の鉛直角に基づき２次元点群データを取得する様構成された請求項１〜請求項４の内いずれか１つに記載の測量装置。
6. 前記測定ユニットは視準測距ユニットであり、該視準測距ユニットは、鉛直方向に回転可能な望遠鏡部と、該望遠鏡部を鉛直方向に回転するモータと、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する鉛直角検出器とを具備し、前記望遠鏡部は、視準望遠鏡と距離測定部とを有し、該距離測定部は前記視準望遠鏡により所定の測定点を視準した状態で該測定点の測距を行い、前記鉛直角検出器は視準した状態の視準望遠鏡の鉛直角を測定し、前記測定ユニットは測距結果と検出した鉛直角に基づき前記測定点の２次元座標を測定する様構成された請求項１〜請求項４の内いずれか１つに記載の測量装置。
7. 前記測定ユニットに更に他の測定ユニットが搭載され、前記測定ユニットは請求項６に記載の視準測距ユニットであり、前記他の測定ユニットは請求項５に記載の２次元スキャナユニットである請求項１に記載の測量装置。
8. 前記水平回転ユニットは、トータルステーションが具備する水平回転機構部であり、該水平回転機構部に請求項５に記載の２次元スキャナユニットが搭載された請求項１に記載の測量装置。

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