JP2019015602A - 測量システム - Google Patents

Abstract

【課題】測定機の基準光軸方向以外の方向や奥まった場所の測定対象物の測定を可能とする測量システムを提供する。【解決手段】測量システム１は、測距光３９を発し測定対象物からの反射測距光を受光し測距を行う測距部と、測距光３９を２次元にスキャン可能な光軸偏向部と、測距部、光軸偏向部を制御し測距光３９の照射点の位置を測定する演算制御部と、を有する測定機２と、ポール１１とポール１１の上端に設けられたターゲット板１２とを有し、ターゲット板１２に形成された欠切部の背面側に偏向光学部材が設けられたターゲット装置３とを具備し、測定機２は欠切部を通過するスキャンパターンでターゲット板１２をスキャンし、スキャンライン上の少なくとも３点の測定値でターゲット板１２の傾き、回転を測定し、偏向光学部材を介して測距光３９が照射された測定点の距離を測定し、ターゲット板１２の傾き、回転と測距結果から測定点の位置を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は測定用ポールを用いて光波測定を行う測量システムに関するものである。

従来、測定対象物の測定点を測定する場合、測定点にポールを接触させ、測定光を用いてポールを測定し、ポールの測定結果に基づき測定点を間接測定するか、或は測定点に直接測定光を照射し、測定点を直接測定するかしている。

この場合、ポール、或は測定面が測定光に対して概ね正対していることが前提となる。従って、測定光軸に対して平行な面、例えば、側壁、天井面、或は奥まった場所の測定対象物の測定ができなく、測定範囲が制限されていた。

特開２０１６−１５１４２３号公報

本発明は、測定機の基準光軸方向以外の方向の測定が可能であり、或は奥まった場所の測定対象物の測定を可能とする測量システムを提供するものである。

本発明は、測距光を発し、測定対象物からの反射測距光を受光し、測距を行う測距部と、測距光を２次元にスキャン可能な光軸偏向部と、前記測距部、前記光軸偏向部を制御し、測距光の照射点の位置を測定する演算制御部とを有する測定機と、ポールと該ポールの上端に設けられたターゲット板とを有し、該ターゲット板に欠切部が形成され、該欠切部の背面側に偏向光学部材が設けられたターゲット装置とを具備する測量システムであって、前記測定機は前記欠切部を通過するスキャンパターンで前記ターゲット板をスキャンし、スキャンライン上の少なくとも３点の測定値で前記ターゲット板の傾き、回転を測定し、前記偏向光学部材を介して測距光が照射された測定点の距離を測定し、前記ターゲット板の傾き、回転と測距結果に基づき前記測定点の位置を測定する測量システムに係るものである。

又本発明は、前記光軸偏向部は、測距光を円スキャンさせる測量システムに係るものである。

又本発明は、前記ターゲット板は、少なくとも２つの反射率の異なる部材からなる測量システムに係るものである。

又本発明は、前記ターゲット板の前面側の表面は再帰反射部材からなる測量システムに係るものである。

又本発明は、前記偏向光学部材に対して集光レンズが設けられ、該集光レンズにより測距光が前記測定点に結像、又は略結像され、該測定点と前記集光レンズにより再帰反射が構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記集光レンズは、多重焦点レンズ又は多重焦点フレネルレンズである測量システムに係るものである。

又本発明は、前記偏向光学部材は反射鏡である測量システムに係るものである。

又本発明は、前記偏向光学部材はペンタプリズムである測量システムに係るものである。

又本発明は、前記欠切部は複数箇所設けられ、測距光は複数の方向に偏向され、複数箇所が測定される測量システムに係るものである。

又本発明は、前記ターゲット板は回転可能に構成された測量システムに係るものである。

更に又本発明は、走行装置を更に具備し、前記ターゲット装置は前記走行装置に設けられた測量システムに係るものである。

本発明によれば、測距光を発し、測定対象物からの反射測距光を受光し、測距を行う測距部と、測距光を２次元にスキャン可能な光軸偏向部と、前記測距部、前記光軸偏向部を制御し、測距光の照射点の位置を測定する演算制御部とを有する測定機と、ポールと該ポールの上端に設けられたターゲット板とを有し、該ターゲット板に欠切部が形成され、該欠切部の背面側に偏向光学部材が設けられたターゲット装置とを具備する測量システムであって、前記測定機は前記欠切部を通過するスキャンパターンで前記ターゲット板をスキャンし、スキャンライン上の少なくとも３点の測定値で前記ターゲット板の傾き、回転を測定し、前記偏向光学部材を介して測距光が照射された測定点の距離を測定し、前記ターゲット板の傾き、回転と測距結果に基づき前記測定点の位置を測定するので、前記測定機の基準光軸方向以外の方向の測定が可能であり、或は奥まった場所の測定対象物の測定が可能であるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る測量システムの概略図である。 該測量システムに用いられる測定機本体の構成図である。 該測定機本体に用いられる光軸偏向部の概略図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、該光軸偏向部の作用説明図である。 （Ａ）は、第１の実施例に係るターゲット装置の正面図、（Ｂ）は同前側面図である。 （Ａ）はターゲット板を円スキャンした場合の受光信号の状態を示すグラフ、（Ｂ）はターゲット板を円スキャンした場合の測定結果を示すグラフである。 第２の実施例に係るターゲット装置の正面図である。 （Ａ）は、第３の実施例に係るターゲット装置の正面図、（Ｂ）は同前側面図である。 （Ａ）は、第３の実施例に係るターゲット装置の応用例を示す正面図、（Ｂ）は同前側面図である。 第４の実施例に係るターゲット装置の正面図である。 第５の実施例に係るターゲット装置の説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係る測量システム１の概略を示しており、図１中、２は既知点に設置された測定機であり、３はターゲット装置、４は遠隔操作装置を示している。尚、３′は移動後のターゲット装置を示している。

前記測定機２は、三脚等の支持装置５、該支持装置５の上端に設けられた水平回転部６、該水平回転部６に設けられた托架部７、該托架部７に設けられた測定機本体８を有する。

前記水平回転部６は前記托架部７を水平方向に回転する水平駆動部（図示せず）を有すると共に、水平回転を検出可能な水平角検出器（図示せず）を有している。

前記托架部７は前記測定機本体８を鉛直方向に回転する鉛直駆動部９を有すると共に鉛直回転を検出可能な鉛直角検出器（図示せず）を有している。

前記測定機２は、測距光３９を射出し、測定対象物迄の測距を行うと共に該測距光３９を２次元にスキャン可能となっている（後述）。

前記ターゲット装置３は下端が測定点を示すポール１１と、該ポール１１の上端に設けられるターゲット板１２とを有する。該ターゲット板１２は少なくとも前記測定機２に対向する表面は再帰反射部材で形成されている。例えば、前記ターゲット板１２の表面に、再帰反射シートが貼設される或は再帰反射塗料が塗布される等している。前記ターゲット板１２は基準点１３（即ち、前記ターゲット板１２の中心）を有する。前記基準点１３は、前記ポール１１の軸心上に位置し、該ポール１１の下端から既知の距離となっている。

前記測定機本体８について、図２を参照して説明する。

該測定機本体８は、測距光射出部１８、受光部１９、測距演算部２１、撮像部２２、射出方向検出部２３、モータドライバ２４、姿勢検出器２５、演算制御部２６、記憶部２７、撮像制御部２８、画像処理部２９、表示部３０、操作部３１、通信部４０を具備し、これらは筐体３２に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部１８、前記受光部１９、前記測距演算部２１等は測距部を構成する。

前記測距光射出部１８は、射出光軸３３を有し、該射出光軸３３上に発光素子３４、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３３上に投光レンズ３５が設けられている。更に、前記射出光軸３３上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡３６と、受光光軸３７（後述）上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡３８とによって、前記射出光軸３３は前記受光光軸３７と合致する様に偏向される。前記第１反射鏡３６と前記第２反射鏡３８とで、射出光軸偏向部が構成される。

前記発光素子３４は、パルスレーザ光線を発し、前記測距光射出部１８は、前記発光素子３４から発せられたパルスレーザ光線を前記測距光３９として射出する。

前記受光部１９について説明する。該受光部１９には、測定対象物（即ち測定点）からの反射測距光４１が入射する。前記受光部１９は、前記受光光軸３７を有し、該受光光軸３７には、上記した様に、前記第１反射鏡３６、前記第２反射鏡３８によって偏向された前記射出光軸３３が合致する。尚、該射出光軸３３と前記受光光軸３７とが合致した状態を、測距光軸４２とする（図４（Ａ）参照）。

偏向された前記射出光軸３３上に、即ち前記受光光軸３７上に光軸偏向部４３（後述）が配設される。該光軸偏向部４３の中心を透過する真直な光軸は、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４３によって偏向されなかった時の前記射出光軸３３又は前記受光光軸３７と合致する。

前記光軸偏向部４３を透過した前記受光光軸３７上に結像レンズ４４が配設され、又前記受光光軸３７上に受光素子４５、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられている。前記結像レンズ４４は、前記反射測距光４１を前記受光素子４５に結像する。該受光素子４５は前記反射測距光４１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２１に入力される。該測距演算部２１は、受光信号に基づき測定点迄の測距を行う。

図３を参照して、前記光軸偏向部４３について説明する。

該光軸偏向部４３は、一対の光学プリズム４６ａ，４６ｂから構成される。該光学プリズム４６ａ，４６ｂは、それぞれ円板状であり、前記受光光軸３７上に該受光光軸３７と直交して配置され、重なり合い、互いに平行に配置されている。

前記光軸偏向部４３の中央部は、前記測距光３９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４３ａとなっており、中央部を除く部分は前記反射測距光４１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４３ｂとなっている。

前記光学プリズム４６ａ，４６ｂは、それぞれ平行に形成されたプリズム要素４７ａ，４７ｂと複数のプリズム要素４８ａ，４８ｂによって構成される。前記光学プリズム４６ａ，４６ｂ及び各プリズム要素４７ａ，４７ｂ及びプリズム要素４８ａ，４８ｂは同一の光学特性を有する。前記光学プリズム４６ａ，４６ｂの前記測距光偏向部４３ａに属する前記プリズム要素４７ａ，４７ｂは、好ましくは、１本であり、且つ前記プリズム要素４７ａ，４７ｂの幅は、前記測距光３９の光束の直径と略同じか、少し幅広が好ましい。

前記プリズム要素４７ａ，４７ｂは、前記測距光偏向部４３ａを構成し、前記プリズム要素４８ａ，４８ｂは前記反射測距光偏向部４３ｂを構成する。

前記光学プリズム４６ａ，４６ｂ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、安価で薄いフレネルプリズムを製作できる。

前記光学プリズム４６ａ，４６ｂはそれぞれ前記受光光軸３７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４６ａ，４６ｂ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、射出される前記測距光３９の前記射出光軸３３を任意の方向に偏向し、受光される前記反射測距光４１の前記受光光軸３７を前記射出光軸３３と平行に偏向する。

前記光学プリズム４６ａ，４６ｂの外形形状は、それぞれ前記受光光軸３７を中心とする円形であり、前記反射測距光４１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４６ａ，４６ｂの直径が設定されている。

前記光学プリズム４６ａの外周にはリングギア４９ａが嵌設され、前記光学プリズム４６ｂの外周にはリングギア４９ｂが嵌設されている。

前記リングギア４９ａには駆動ギア５１ａが噛合し、該駆動ギア５１ａはモータ５２ａの出力軸に固着されている。同様に、前記リングギア４９ｂには駆動ギア５１ｂが噛合し、該駆動ギア５１ｂはモータ５２ｂの出力軸に固着されている。前記モータ５２ａ，５２ｂは、前記モータドライバ２４に電気的に接続されている。

前記モータ５２ａ，５２ｂ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）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ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５２ａ，５２ｂの回転量がそれぞれ検出され、前記モータドライバ２４により前記モータ５２ａ，５２ｂが個別に制御される。尚、エンコーダを直接前記リングギア４９ａ，４９ｂにそれぞれ取付け、エンコーダにより前記リングギア４９ａ，４９ｂの回転角を直接検出する様にしてもよい。

前記駆動ギア５１ａ，５１ｂ、前記モータ５２ａ，５２ｂは、前記測距光射出部１８と干渉しない位置、例えば前記リングギア４９ａ，４９ｂの下側に設けられている。

前記投光レンズ３５、前記第１反射鏡３６、前記第２反射鏡３８、前記測距光偏向部４３ａ等は、投光光学系を構成し、前記反射測距光偏向部４３ｂ、前記結像レンズ４４等は受光光学系を構成する。

前記測距演算部２１は、前記発光素子３４を制御し、前記測距光３９としてパルスレーザ光線を発光させる。該測距光３９が、前記プリズム要素４７ａ，４７ｂ（前記測距光偏向部４３ａ）により、測定点に向う様前記射出光軸３３が偏向される。

測定対象物から反射された前記反射測距光４１は、前記プリズム要素４８ａ，４８ｂ（前記反射測距光偏向部４３ｂ）、前記結像レンズ４４を介して入射し、前記受光素子４５に受光される。該受光素子４５は、受光信号を前記測距演算部２１に送出し、該測距演算部２１は前記受光素子４５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、測距データは前記記憶部２７に格納される。而して、前記測距光３９をスキャンしつつ、パルス光毎に測距を行うことで各測定点の測距データが取得できる。

前記射出方向検出部２３は、前記モータ５２ａ，５２ｂ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５２ａ，５２ｂ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５２ａ，５２ｂの回転角を検出する。又、前記射出方向検出部２３は、前記モータ５２ａ，５２ｂの回転角に基づき、前記光学プリズム４６ａ，４６ｂの回転位置を演算する。更に、前記射出方向検出部２３は、前記光学プリズム４６ａ，４６ｂの屈折率と回転位置に基づき、前記基準光軸Ｏに対する前記測距光３９の偏角、射出方向を演算し、演算結果は前記演算制御部２６に入力される。

又、前記演算制御部２６には前記水平角検出器（図示せず）からの水平角検出信号５４、及び前記鉛直角検出器（図示せず）からの鉛直角検出信号５５が入力され、前記演算制御部２６は前記水平角検出信号５４、及び前記鉛直角検出信号５５に基づき前記基準光軸Ｏの方向を演算する様に構成されている。

前記演算制御部２６は、前記基準光軸Ｏの方向、又該基準光軸Ｏに対する前記測距光３９の偏角、射出方向から測定点の水平角、鉛直角を演算し、各測定点について、水平角、鉛直角を前記測距データに関連付けることで、測定点の３次元データ（３次元座標）を求めることができる。

前記姿勢検出器２５は、前記筐体３２の水平に対する傾斜角、傾斜方向を検出する。検出した傾斜角、傾斜方向は前記演算制御部２６に入力される。該演算制御部２６は前記姿勢検出器２５の検出結果に基づき、測定した距離、水平角、鉛直角を補正する。尚、該姿勢検出器２５については、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。又、前記姿勢検出器２５として前記筐体３２の傾斜を検出するチルトセンサが用いられてもよい。チルトセンサに基づき前記筐体３２を水平に整準し、該筐体３２を整準した状態で測定を実行してもよい。

前記撮像部２２は、例えば５０°の画角を有するカメラであり、前記測定機本体８の前記基準光軸Ｏと平行な撮像光軸５７を有し、前記測定機本体８のスキャン範囲を含む画像データを取得する。前記撮像光軸５７と前記射出光軸３３及び前記基準光軸Ｏとの距離はそれぞれ既知であり、位置関係は既知となっている。又、前記撮像部２２は、静止画像、動画像、又は連続画像が取得可能である。

前記撮像制御部２８は、前記撮像部２２の撮像を制御する。前記撮像制御部２８は、前記撮像部２２が前記静止画像、動画像、又は連続画像を撮像する場合に、静止画像、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、前記測定機本体８でスキャンするタイミングとの同期を取っている。前記演算制御部２６は画像と点群データとの関連付けも実行する。

前記撮像部２２の撮像素子５８は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサである。各画素は前記撮像光軸５７が通過する点を基準とし、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、前記撮像光軸５７が通過する点を原点とした座標系での画素座標を有し、該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。

前記画像処理部２９は、前記撮像部２２で取得した画像データを、エッジ検出処理、特徴点の抽出、画像トラッキング処理、画像マッチング等の画像処理を行う。

前記記憶部２７には、測距を実行する為の制御プログラム、測距結果に基づき３次元の点群データを作成する為のプログラム、前記測距光３９を所定の偏角、偏向方向に射出する為のプログラム、前記撮像部２２に画像を取得させる為の制御プログラム、前記画像処理部２９に取得した画像に対してエッジ検出等所定の画像処理を行わせる為のプログラム、前記光軸偏向部４３の回転を制御して所要のパターンで測距光の２次元スキャンを実行するプログラム等のプログラムが格納されている。

又、前記記憶部２７には、取得した測距結果、作成した点群データが格納される。

前記表示部３０には、測距結果、取得された点群データ、前記撮像部２２で撮像された画像等が表示可能である。又、前記操作部３１は、測距等の開始指示、設定の変更等が実行可能となっている。

前記通信部４０は、有線や無線等、所要の手段で構成され、前記遠隔操作装置４と各種データ、画像データ等のデータ通信が可能となっている。

該遠隔操作装置４は、前記通信部４０とデータ通信可能であり、前記遠隔操作装置４から前記測定機２に対して遠隔操作用のコマンドを送信可能となっている。又前記遠隔操作装置４は表示部（図示せず）を有し、前記測定機２から前記通信部４０を介して送信された画像データを表示部に表示可能となっている。尚、該遠隔操作装置４として、スマートフォンやタブレット等の表示部を有する外部端末装置が用いられてもよい。

前記演算制御部２６は、前記通信部４０を介して各種データを前記遠隔操作装置４、或は前記外部端末装置に送信し、測距結果、点群データ、画像等を前記遠隔操作装置４、或は前記外部端末装置に表示させることができる。又、前記通信部４０を介して、前記遠隔操作装置４或は前記外部端末装置から測距等の開始指示、設定の変更等が実行可能となっている。即ち、前記遠隔操作装置４或は前記外部端末装置から操作信号を送信することで、前記測定機本体８の遠隔操作が可能となっている。

前記光軸偏向部４３の偏向作用、スキャン作用について、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して説明する。

尚、図４（Ａ）では、説明を簡略化する為、前記光学プリズム４６ａ，４６ｂについて、前記プリズム要素４７ａ，４７ｂと前記プリズム要素４８ａ，４８ｂとを分離して示している。又、図４（Ａ）は、前記プリズム要素４７ａ，４７ｂ、前記プリズム要素４８ａ，４８ｂが同方向に位置した状態を示しており、この状態では最大の偏角が得られる。又、最小の偏角は、前記光学プリズム４６ａ，４６ｂのいずれか一方が１８０°回転した位置であり、該光学プリズム４６ａ，４６ｂの相互の光学作用が相殺され、偏角は０°となる。従って、該光学プリズム４６ａ，４６ｂを経て射出、受光されるレーザ光線の光軸（前記測距光軸４２）は、前記基準光軸Ｏと合致する。

前記発光素子３４から前記測距光３９が発せられ、該測距光３９は前記投光レンズ３５で平行光束とされ、前記測距光偏向部４３ａ（前記プリズム要素４７ａ，４７ｂ）を透過して測定対象物或は測定範囲に向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部４３ａを透過することで、前記測距光３９は前記プリズム要素４７ａ，４７ｂ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範囲で反射された前記反射測距光４１は、前記反射測距光偏向部４３ｂを透過して入射され、前記結像レンズ４４により前記受光素子４５に集光される。

前記反射測距光４１が前記反射測距光偏向部４３ｂを透過することで、前記反射測距光４１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４８ａ，４８ｂによって偏向される（図４（Ａ））。

前記光学プリズム４６ａと前記光学プリズム４６ｂとの回転位置の組合わせにより、射出する前記測距光３９の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。

又、前記光学プリズム４６ａと前記光学プリズム４６ｂとの位置関係を固定した状態で（前記光学プリズム４６ａと前記光学プリズム４６ｂとで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ５２ａ，５２ｂにより、前記光学プリズム４６ａと前記光学プリズム４６ｂとを一体に回転すると、前記測距光偏向部４３ａを透過した前記測距光３９が描く軌跡は前記測距光軸４２を中心とした円となる。

従って、前記発光素子３４よりレーザ光線を発光させつつ、前記光軸偏向部４３を回転させれば、前記測距光３９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４３ｂは、前記測距光偏向部４３ａと一体に回転していることは言う迄もない。

次に、図４（Ｂ）は、前記光学プリズム４６ａと前記光学プリズム４６ｂ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４６ａ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４６ｂ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４６ａ，４６ｂによる光軸の偏向は、該光学プリズム４６ａ，４６ｂ間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。

従って、前記光学プリズム４６ａと前記光学プリズム４６ｂを逆向きに同期して等速度で往復回転させた場合、前記光学プリズム４６ａ，４６ｂを透過した前記測距光３９は、直線状にスキャンされる。従って、前記光学プリズム４６ａと前記光学プリズム４６ｂとを逆向きに等速度で往復回転させることで、図４（Ｂ）に示される様に、前記測距光３９を合成偏向Ｃ方向の直線の軌跡５９で往復スキャンさせることができる。

更に、図４（Ｃ）に示される様に、前記光学プリズム４６ａの回転速度に対して遅い回転速度で前記光学プリズム４６ｂを回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ前記測距光３９が回転されるので、該測距光３９のスキャン軌跡はスパイラル状となる。

更に又、前記光学プリズム４６ａ、前記光学プリズム４６ｂ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３９のスキャン軌跡を前記基準光軸Ｏを中心とした照射方向（半径方向のスキャン）とし、或は水平、垂直方向とする等、種々のスキャンパターンが得られる。

次に、図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照して前記ターゲット装置３について説明する。

前記ポール１１は下端が測定点Ｐに設置される。前記ポール１１の上端には、前記ターゲット板１２が設けられる。

図示では該ターゲット板１２を正方形で示しているが、該ターゲット板１２の形状は、正方形、円形のいずれでもよく、既知の形状であればよい。前記ターゲット板１２は、前記基準点１３を有し、図示では前記ターゲット板１２の中心が前記基準点１３となっている。該基準点１３は前記ポール１１の軸心上にあり、該ポール１１の下端と前記基準点１３との距離は既知となっている。

前記ターゲット板１２の前面（前記測定機２と対向する面）は、反射シートとなっており、更に非反射パターン６１が形成されている。即ち、前記ターゲット板１２は、反射率の異なる少なくとも２つの部材からなる。前記非反射パターン６１は、前記基準点１３を示すものであり、例えば非反射パターン６１の中心が、前記基準点１３となっている。図１５の前記非反射パターン６１はその一例を示している。

該非反射パターン６１は、前記基準点１３を通過する鉛直線６１ａ及び水平線６１ｂ、前記基準点１３を通過する対角線６１ｃ，６１ｄによって構成され、前記鉛直線６１ａ、前記水平線６１ｂ、前記対角線６１ｃ，６１ｄは、それぞれ非反射部となっている。前記鉛直線６１ａ、前記水平線６１ｂ、前記対角線６１ｃ，６１ｄはそれぞれ、既知の線幅で形成され、同一の線幅であっても、それぞれ異なる線幅であってもよい。前記鉛直線６１ａは、前記ポール１１の軸心と合致している。

前記ターゲット板１２の上端部中央には欠切部６２が形成される。該欠切部６２は、前記鉛直線６１ａ上に形成され、該鉛直線６１ａの上端部が前記欠切部６２によって切取られる様になっている。

前記ターゲット板１２の背面側、前記欠切部６２の位置に偏向光学部材としての反射鏡６３が設けられる。該反射鏡６３は、前記欠切部６２より大きく、前記欠切部６２を塞ぐ様に設けられる。又、前記反射鏡６３は、前記ターゲット板１２の前面及び前記ポール１１の軸心に対して４５゜傾斜しており、前記欠切部６２を通過して前記反射鏡６３に入射する前記測距光３９を上方に反射する様に設定されている。

尚、偏向光学部材としては、プリズム、ペンタプリズム等、光軸を偏向する種々の光学部材が使用可能である。又、偏向光学部材は前記測距光３９を９０゜に限らず所要の角度で偏向してもよく、偏向角度が既知であればよい。

以下、本実施例に係る前記測量システム１の作用について説明する。

先ず、測定点Ｐの測定を行う場合を説明する。

前記測定機本体８を前記支持装置５を介して既知点、又は所定点に設置する。前記ターゲット装置３の前記ポール１１の下端を測定点Ｐに設置し、前記ターゲット板１２を前記測定機２に向ける。

前記基準光軸Ｏ（即ち、偏向していない状態の前記測距光軸４２）を前記ターゲット板１２に向け、概略視準させる。この時の前記基準光軸Ｏの水平角（左右角）は、前記水平角検出器（図示せず）によって検出され、前記基準光軸Ｏの水平に対する傾斜角（鉛直角）は前記鉛直角検出器（図示せず）によって検出される。

概略視準させる方法としては、前記撮像部２２が取得した画像を前記遠隔操作装置４に表示させ、作業者が画像を見ながら該遠隔操作装置４からの操作で前記測定機本体８を前記ターゲット板１２の中心（前記基準点１３）に向ける。或は、前記演算制御部２６が画像から前記ターゲット板１２を検出し、この検出結果に基づき前記水平回転部６、前記鉛直駆動部９を制御して、前記基準光軸Ｏを前記ターゲット板１２の略中心に向ける。

次に、２次元スキャンのパターンを設定する。

２次元スキャンのパターンとしては、円スキャンパターン、楕円スキャンパターン、矩形スキャンパターン、８の字スキャンパターン等所要のスキャンパターンが選択される。

以下の説明では、円スキャンパターン７１が選択された場合を説明する。

該円スキャンパターン７１により前記測距光３９のスキャンを実行すると、スキャンラインが前記各線、即ち前記鉛直線６１ａ、前記水平線６１ｂ、前記対角線６１ｃ，６１ｄを通過する度に、前記測距光３９が反射されない為、前記受光部１９の前記受光素子４５による前記反射測距光４１の検出がなく、前記各線のスキャンライン通過位置で受光光量が低下する。

又、スキャンラインが前記欠切部６２を通過した際、即ちスキャンラインが前記反射鏡６３を通過した際には前記受光素子４５が前記反射測距光４１を受光する。尚、スキャンラインが前記欠切部６２を通過した場合については後述する。

図６（Ａ）は、スキャンライン（円スキャンライン）上での受光光量の変化を示している。図６（Ａ）に於いて、光量が低下した位置は、円スキャンラインが前記各線を通過した位置を示している。

図示では、光量が低下した位置が等間隔となっており、前記円スキャンパターン７１の中心と前記非反射パターン６１の中心（前記基準点１３）とが合致していることを示している。

前記円スキャンパターン７１の中心と前記基準点１３とを正確に合致させる方法としては、前記鉛直線６１ａを前記円スキャンパターン７１が通過する２点について３次元座標を求め、更に前記鉛直線６１ａの中点を求める。又、前記水平線６１ｂについても同様に中点を求め、両中点の座標が一致する様に、前記測距光軸４２の視準方向を調整すればよい。

更に、前記対角線６１ｃ，６１ｄについても同様に中点を求め、全ての中点が一致する様に前記測距光軸４２の視準方向を調整すれば、視準方向設定の精度が向上する。

尚、光量が低下する位置が等間隔となる様、視準方向の調整をしてもよい。

次に、前記ターゲット板１２の傾斜（前後方向の傾き（以下傾斜））及び前記ポール１１を中心とした回転（以下回転））の測定について説明する。

前記ターゲット板１２を前記円スキャンパターン７１で前記測距光３９をスキャンした場合、該円スキャンパターン７１に沿って前記ターゲット板１２が３次元測定される。前記ターゲット装置３が鉛直状態にあり、前記ターゲット板１２が前記基準光軸Ｏに対して垂直である場合（即ち、前記ターゲット板１２が前記測定機２に対して正対している場合）、円スキャンした場合の測距結果は同一となる。又、この時の測距結果に基づき測定点Ｐの３次元座標を求めることができる。

次に、前記ターゲット板１２が傾斜、又は回転している状態では、前記ターゲット板１２の前記測量機２に接近している部位では測距結果は小さく、離れている部位では測距結果は大きくなる。この為、円スキャンの回転角を横軸とし、測距結果を縦軸で示すと、図６（Ｂ）に示される様に、ｓｉｎカーブ７３が得られる。

前記傾斜、回転の大きさは前記ｓｉｎカーブ７３の振幅Ａとして現れ、前記回転の角度は、前記ｓｉｎカーブ７３の位相のズレθとして現れる。従って、前記振幅Ａ、位相のズレθを測定することで、前記ターゲット板１２の傾斜、回転を検出することができる。

該ターゲット板１２の傾斜、回転が検出されることで、該ターゲット板１２の前記基準点１３が測定できる。更に、前記ターゲット板１２の傾斜（即ち、前記ポール１１の傾斜）と該ポール１１の下端と前記基準点１３間の距離に基づき、前記測定点Ｐを正確に測定することができる。

尚、前記測定機本体８は前記姿勢検出器２５を備え、前記測定機本体８の姿勢を検出できるので、該測定機本体８を前記水平回転部６から取外し、前記測定機本体８を手で持った状態で該測定機本体８により測定し、前記姿勢検出器２５の検出結果で測定結果を補正する様にしてもよい。

本測量システムに於いて、前記測定機本体８をトータルステーションとして使用することもでき、該測定機本体８をレーザスキャナとして使用することもできる。例えば、前記光軸偏向部４３により前記測距光３９を所定の測定点に照射して測定点を測定すれば、前記測定機本体８をトータルステーションとして使用でき、前記光軸偏向部４３で前記測距光３９をスキャンさせながら所定の測定範囲を測定すれば測定対象について点群データを取得することができ、前記測定機本体８をレーザスキャナとして使用することもできる。

更に、前記撮像部２２が取得する画像について画像トラッキングを行うことで、前記ターゲット板１２の追尾が可能であるので、前記ターゲット装置３を移動させることで、必要な部分、必要な箇所の点群データが取得可能である。

更に、前記測量システム１により前記基準光軸Ｏと平行な面、或は該基準光軸Ｏに対して直交する方向に存在する測定対象物を測定する場合を説明する。図１では、天井６５を測定する場合を示している。

既知の点、又は前記測定機２により測定し、既知とした点Ｐに、前記ターゲット装置３を設置する。

所要の２次元スキャンのパターンを設定する。図示では、円スキャンパターンが選択されている。

スキャンラインが前記欠切部６２を通過した場合、前記測距光３９は前記反射鏡６３によって反射され、副測距光３９′として前記天井６５を照射し、更に該天井６５で反射され、更に前記反射鏡６３によって反射され、副反射測距光４１′（図８、図９参照）として前記受光素子４５で受光され、測距が行われる。

前記天井６５の測距結果は、図６（Ｂ）に示されるｓｉｎカーブ７３上から突出するピーク値７４として得られる。前記副測距光３９′が照射する点が、被測定点である場合は、得られる測距結果が被測定点迄の測距値となる。

尚、前記天井６５の高さ（前記測定点Ｐから前記天井６５迄の垂直距離）を測定したい場合は、前記ターゲット板１２の測定で前記ポール１１の傾斜を測定し、該ポール１１の傾斜に基づき測定結果を補正することで正確な、前記天井６５の高さを測定することができる（図１参照）。

更に、前記ターゲット装置３を既知の点Ｐに設置した状態で、前記天井６５の任意の点、例えば、該天井６５の隅を測定することができる。尚、この場合、前記測距光３９は可視光が好ましい。

該測距光３９の円スキャンを行っている状態で、作業者が、前記ターゲット装置３を前記測定点Ｐを中心に傾斜させ、前記副測距光３９′の照射位置を被測定点に合わせる。前記測定機２から被測定点迄の測距が行える。又、前記測定点Ｐと前記副測距光３９′間の水平距離を測定する場合は、前記測距光３９により前記ターゲット板１２を円スキャンすることで、前記ポール１１の傾斜を測定できるので、該ポール１１の傾斜角と前記測定点Ｐの３次元座標、前記測定機２から前記照射位置迄の測距結果に基づき前記水平距離を測定することができる。

図７は、第２の実施例に係るターゲット装置７６を示している。図７中、図５（Ａ）中に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。

該ターゲット装置７６では、基準点１３の位置に照明灯７７が設けられる。該照明灯７７が設けられることで、画像上から前記基準点１３の位置を容易に認識できる。更に、前記照明灯７７を点滅させ、該照明灯７７の点灯時と消灯時と同期させて画像を取得し、該照明灯７７の点灯時の画像と該照明灯７７の消灯時の画像との差を求めることで、前記照明灯７７のみの画像を取得でき、画像処理による前記ターゲット板１２の抽出、前記基準点１３の特定が容易に、且つ精度よく行える。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、第３の実施例に係るターゲット装置７８を示している。図８（Ａ）、図８（Ｂ）中、図５（Ａ）、図５（Ｂ）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。又、第３の実施例では、第２の実施例と同様、基準点１３の位置に照明灯７７が設けられている。

天井面等自然物の表面は、ターゲット板１２の反射面に比べ、反射率が低いのが通常である。第３の実施例では、測定対象物の表面の反射率が低くても充分な光量が得られる様、前記反射鏡６３で反射される測距光３９の光路上に、副測距光３９′を天井６５で結像、或は略結像させる為の集光レンズ７９が設けられる。ここで、ビル等の屋内での天井の高さは、略一定であり、前記集光レンズ７９の焦点距離は、一般的な天井の高さに基づき決定すればよい。或は、該集光レンズ７９を着脱可能とし、焦点距離の異なる該集光レンズ７９を複数用意し、測定環境に合わせて適宜交換する様にしてもよい。

前記集光レンズ７９で前記天井６５に結像させることで、該天井６５で反射される全光量が副反射測距光４１′として前記受光素子４５に入射されるので、測定の為の充分な光量が得られる。前記副測距光３９′の照射点、前記集光レンズ７９によって再帰反射の構成とすることができる。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、第３の実施例の応用例に係るターゲット装置８１を示している。図９（Ａ）、図９（Ｂ）中、図８（Ａ）、図８（Ｂ）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３の実施例の応用例では、前記集光レンズ７９に代え多重焦点レンズ、好ましくは多重焦点フレネルレンズ８２が用いられる。多重焦点レンズとすることで結果的に焦点深度が大きくなり、天井の高さが異なる場合にも充分な光量が得られることになり、多様な環境での測定が可能となり、測量システムの汎用性が増す。

図１０は、第４の実施例に係るターゲット装置８４を示している。図１０中、図７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。

前記ターゲット装置８４では、欠切部６２ａを鉛直線６１ａの上端部に設けると共に、欠切部６２ｂ、欠切部６２ｃを水平線６１ｂの両端部に設けている。又、図示しないが前記欠切部６２ａ、前記欠切部６２ｂ、前記欠切部６２ｃの位置に対応し、ターゲット板１２の背面側にはそれぞれ反射鏡が設けられ、各反射鏡は前記ターゲット板１２に対して４５゜傾斜している。

従って、ポール１１が鉛直状態、基準光軸Ｏが水平な状態で、測距光３９が前記ターゲット板１２に対し円スキャンされた場合、前記測距光３９が前記欠切部６２ａを通過する際には前記測距光３９は反射鏡によって鉛直上方に反射され、前記測距光３９が前記欠切部６２ｂ，前記欠切部６２ｃを通過する際には、前記測距光３９は水平左方に、又水平右方にそれぞれ反射される。

更に、各反射鏡によって反射された副測距光３９ａ′，３９ｂ′，３９ｃ′は上方に位置する測定対象物、側方に位置する測定対象物に照射され、照射点（測定点）について測距が行われる。

又、前記ターゲット装置８４が傾斜していた場合、回転していた場合でも、前記欠切部６２ａ、前記欠切部６２ｂ、前記欠切部６２ｃを除く円スキャンの測距結果により前記ターゲット板１２の傾斜、回転が検出できるので、検出した傾斜、回転角に基づき測距結果の補正が行える。

図１１は、第５の実施例に係るターゲット装置８６を示している。図１１中、図１０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。

前記ターゲット装置８６は、走行装置８７に鉛直に立設されている。

前記ターゲット装置８６では、欠切部６２（欠切部６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ，６２ｇ）が、基準点１３を中心とする円と非反射パターン６１と交差する位置にそれぞれ設けられている。尚、図示では円スキャンパターン７１と前記欠切部６２が設けられる円とが一致しているが、一致する必要はない。

又、各欠切部６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ，６２ｇの背面側には、それぞれターゲット板１２に対して４５゜傾斜している反射鏡（図示せず）が設けられ、前記欠切部６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ，６２ｇを通過する測距光３９を副測距光３９ａ′，３９ｂ′，３９ｃ′，３９ｄ′，３９ｅ′，３９ｆ′３９ｇ′として鉛直線６１ａ方向、水平線６１ｂの２方向、対角線６１ｃの２方向、対角線６１ｄの２方向の各方向に反射する。

従って、前記副測距光３９ａ′，３９ｂ′，３９ｃ′，３９ｄ′，３９ｅ′，３９ｆ′３９ｇ′によって、基準光軸Ｏに対して直交する方向の下方を除く７点を略同時に測定することができる。更に、測定機２から前記ターゲット装置８６迄の距離と、該ターゲット装置８６の傾斜、回転角を測定できるので、前記測定機２を基準とした７点の３次元座標が測定できる。

更に、前記走行装置８７を移動させつつ、７点の測定を実行することで、前記走行装置８７の走行方向と平行な面の測定、或は走行方向に沿って存在する測定対象物の３次元測定を行うことができる。

更に又、前記ターゲット板１２に前記基準点１３を中心に回転させるターゲット板回転装置（図示せず）を設け、前記ターゲット板１２を回転させると共に該ターゲット板１２の回転角を検出する様にし、該ターゲット板１２を回転させつつ前記副測距光３９ａ′，３９ｂ′，３９ｃ′，３９ｄ′，３９ｅ′，３９ｆ′３９ｇ′によって測距を行うことで、走行方向に沿って存在する測定対象物の３次元点群データを取得することができる。

例えば、トンネル内を走行させつつ３次元データを取得すれば、トンネル壁面の断面データが取得でき、トンネル壁面の状況が測定できる。

又、図１１で示す前記ターゲット装置８６では、前記ターゲット板１２を全周回転する必要はなく、前記基準点１３を中心として４５゜の往復回転をさせればよい。

更に、前記ターゲット板１２を全周回転する場合は、前記欠切部６２は１箇所だけに設けてもよい。

尚、前記非反射パターンは、２次元スキャンの過程でスキャンラインと３箇所以上で交差する形状であればよく、又２次元スキャンのパターンは限られない。又、鉛直線６１ａ、水平線６１ｂ、対角線６１ｃ，６１ｄをそれぞれ反射率の異なる部材で形成してもよい。この場合、各交差位置での反射光量に基づき、交差した直線を特定することができる。

如上の如く、本発明では基準光軸Ｏの方向だけではなく、該基準光軸Ｏと直交する方向も測定できるので、測定対象物に合わせて、或は測定環境に合わせて、前記測定機２を再設置する必要がなく、作業性が向上すると共に測量システムの汎用性が向上する。

１ 測量システム
２ 測定機
３ ターゲット装置
４ 遠隔操作装置
５ 支持装置
６ 水平回転部
７ 托架部
８ 測定機本体
９ 鉛直駆動部
１１ ポール
１２ ターゲット板
１３ 基準点
１８ 測距光射出部
１９ 受光部
２１ 測距演算部
２２ 撮像部
２６ 演算制御部
２８ 撮像制御部
２９ 画像処理部
３３ 射出光軸
３７ 受光光軸
３９ 測距光
４０ 通信部
４１ 反射測距光
４２ 測距光軸
４３ 光軸偏向部
４６ａ，４６ｂ 光学プリズム
４７ａ，４７ｂ プリズム要素
４８ａ，４８ｂ プリズム要素
５２ａ，５２ｂ モータ
６１ 非反射パターン
６２ 欠切部
６３ 反射鏡
６５ 天井
７１ 円スキャンパターン
７４ ピーク値
７６ ターゲット装置
７７ 照明灯
７８ ターゲット装置
７９ 集光レンズ
８１ ターゲット装置
８２ 多重焦点フレネルレンズ
８４ ターゲット装置
８７ 走行装置

Claims (11)

1. 測距光を発し、測定対象物からの反射測距光を受光し、測距を行う測距部と、測距光を２次元にスキャン可能な光軸偏向部と、前記測距部、前記光軸偏向部を制御し、測距光の照射点の位置を測定する演算制御部とを有する測定機と、ポールと該ポールの上端に設けられたターゲット板とを有し、該ターゲット板に欠切部が形成され、該欠切部の背面側に偏向光学部材が設けられたターゲット装置とを具備する測量システムであって、前記測定機は前記欠切部を通過するスキャンパターンで前記ターゲット板をスキャンし、スキャンライン上の少なくとも３点の測定値で前記ターゲット板の傾き、回転を測定し、前記偏向光学部材を介して測距光が照射された測定点の距離を測定し、前記ターゲット板の傾き、回転と測距結果に基づき前記測定点の位置を測定する測量システム。
2. 前記光軸偏向部は、測距光を円スキャンさせる請求項１に記載の測量システム。
3. 前記ターゲット板は、少なくとも２つの反射率の異なる部材からなる請求項１に記載の測量システム。
4. 前記ターゲット板の前面側の表面は再帰反射部材からなる請求項１に記載の測量システム。
5. 前記偏向光学部材に対して集光レンズが設けられ、該集光レンズにより測距光が前記測定点に結像、又は略結像され、該測定点と前記集光レンズにより再帰反射が構成された請求項１に記載の測量システム。
6. 前記集光レンズは、多重焦点レンズ又は多重焦点フレネルレンズである請求項５に記載の測量システム。
7. 前記偏向光学部材は反射鏡である請求項１に記載の測量システム。
8. 前記偏向光学部材はペンタプリズムである請求項１に記載の測量システム。
9. 前記欠切部は複数箇所設けられ、測距光は複数の方向に偏向され、複数箇所が測定される請求項１又は請求項６〜請求項８に記載の測量システム。
10. 前記ターゲット板は回転可能に構成された請求項１に記載の測量システム。
11. 走行装置を更に具備し、前記ターゲット装置は前記走行装置に設けられた請求項１に記載の測量システム。