JP2021067612A

JP2021067612A - スキャナ装置

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Publication number: JP2021067612A
Application number: JP2019194667A
Authority: JP
Inventors: 敏安富; Satoshi Yasutomi
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: EP3812702A1; JP7335780B2; US20210124021A1

Abstract

【課題】有効照射範囲を減少させずに、電子レベルを複合化したスキャナ装置を提供する。【解決手段】スキャナ装置Ｓは、望遠鏡で視準した電子レベル用標尺ＬＳの画像を取得して、視準位置における標尺高さおよび標尺までの距離を測定可能な電子レベルユニット８と、測距光を発し、測定対象物からの反射光を受光して測距を行う測距部３６、測距光を鉛直方向に回転照射する回動ミラー３５、回動ミラー３５を回転駆動する鉛直回転駆動部３３、電子レベルユニット８とスキャナユニット９とを一体的に水平方向に回転駆動する水平回転駆動部１５、および測距光の方向角を検出する水平角検出器１６および鉛直角検出器３４を備え、測距光を測定範囲に走査して点群データ取得可能かつ測距光を地面に照射して器械高を取得可能なスキャナユニット９とを備え、回動ミラー３５の回転軸が、望遠鏡の視準光軸Ａと平行になるように配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、スキャナ装置に関し、より詳細には、電子レベルを備えるスキャナ装置に関する。

従来、測定対象物の点群データを取得するスキャナ装置と、測定対象物の測距および測角を行うトータルステーションとを一体化した測量装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の測量装置は、複数地点からスキャナ装置で点群データを取得した場合に、各点の点群データを合体させるための器械点の座標値および方向角を、測定するのに有利である。

一方、測量装置として、所定のバーコードが刻印された標尺を用いて、高さ測定、距離測定を行う電子レベルが知られている（例えば特許文献２）。

しかしながら、スキャナ装置と電子レベルとを一体化した測量装置は提案されていなかった。

特開２０１９−１２８１９６号公報特開２０１５−０３４７２６号公報

発明者らは、電子レベルを一体化したスキャナ装置を構成すれば、所定の標尺と組み合わせることで、ある程度の精度で器械点の測量を行うことができると考え鋭意検討したところ、以下のような課題を発見した。

特許文献１等の測量装置では、スキャナの鉛直方向の回転軸は、トータルステーションの望遠鏡の視準方向と直交するように構成されている。

しかし、電子レベルは、レベルとしての基本的機能のために、望遠鏡の視準光軸の方向が長手方向となる形状であることが好ましい。このため、特許文献１の測量装置と同様にして、電子レベルの上部に配置しようとすると、電子レベルの筐体がスキャン範囲に干渉して、点群データに映り込む、所謂「ケラレ」と言われるスキャン光の無効範囲が大きくなり、点群データを取得可能な有効照射範囲が小さくなるという問題があった。

本発明は、係る事情を鑑みてなされたものであり、有効照射範囲を減少させずに、電子レベルを複合化したスキャナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つの態様に係るスキャナ装置は、電子レベルユニットとスキャナユニットとを備えるスキャナ装置であって、前記電子レベルユニットは、レベル筐体に格納された望遠鏡で視準した電子レベル用標尺の画像を取得して、視準位置における標尺高さおよび前記標尺までの距離を測定可能であり、前記スキャナユニットは、測距光を発し、測定対象物からの反射光を受光して測距を行う測距部と、前記測距光を鉛直方向に回転照射する回動ミラーと、該回動ミラーを回転駆動する鉛直回転駆動部と、前記電子レベルユニットおよび前記スキャナユニットを一体的に水平方向に回転駆動する水平回転駆動部と、前記測距光の方向角を検出する水平角検出器および鉛直角検出器とを備え、前記スキャナユニットは、前記測距光を鉛直方向の地面に照射して器械高を取得可能であり、前記回動ミラーの回転軸が、前記電子レベルユニットの望遠鏡の視準光軸と平行になるように配置されていることを特徴とする。

また、上記態様において、前記スキャナユニットが、前記電子レベルユニットの前記望遠鏡の上部に、水平方向の中心が合致するように配置され、前記レベル筐体の上面および下面には、前記スキャナの測距光を透過する窓を備え、前記レベル筐体内には、複数の偏向ミラーを備え、前記スキャナユニットから鉛直下向き出射された測距光を、該複数の偏向ミラーにより前記望遠鏡を回避するように反射させて、前記下面側の窓から鉛直下向きに照射可能に構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記スキャナユニットは、前記電子レベルユニットの対物レンズ側端部または接眼レンズ側端部の何れか一方に配置されていてもよい。

また、上記態様において、前記スキャナユニットは、前記電子レベルユニットの下部に配置されていてもよい。

なお、本明細書において、標尺高さ（または標尺の高さ）とは、標尺の視準位置の示す高さであり、電子レベルによる読取り高さを意味する。

上記態様によれば、有効照射範囲を減少させずに、電子レベルを複合化したスキャナ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るスキャナ装置の外観構成を示す図である。同スキャナ装置の軸Ｖ−Ｖを含む平面に沿う縦断面図である。同スキャナ装置の軸Ｖ−Ｖに直交する平面に沿う縦断面図である。スキャナユニットの配置方向による有効照射範囲の違いを説明する図である。（Ａ）は第１の実施の形態の変形例に係るスキャナ装置の、電子レベルユニットの軸Ｖ−Ｖを含む平面に沿う縦断面図、（Ｂ）は同電子レベルユニットの（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図、（Ｃ）は同ＶＣ−ＶＣ線に沿う断面図である。（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るスキャナ装置の正面図、（Ｂ）は同スキャナ装置の平面図である。同スキャナ装置のスキャナユニットの軸Ｖ−Ｖを含む平面に沿う縦断面図である。（Ａ）は第２の実施の形態の変形例に係るスキャナ装置の正面図、（Ｂ）は同スキャナ装置の平面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、各実施の形態において、同一の作用機能を有する部材には同一の名称を付し、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

（実施の形態に係るスキャナ装置を用いた測量に用いる標尺）
まず、実施の形態の説明において、共通に用いる標尺ＬＳについて説明する。標尺ＬＳは、図１に示すように、所謂電子レベル用のバーコード標尺である。標尺ＬＳは、アルミニウム製やカーボンファイバー製の真直な基体に、縦方向に所定の間隔で配置され、標尺の下端部からの長さ（高さ）を示すバーコードパターン２が印刷や刻印等により表示されている。また、標尺ＬＳは、円形水準器等の水準器３を備え、標尺スタンド４等により、鉛直に自立するように設置される。標尺スタンド４を用いず、作業者により鉛直に保持されていてもよい。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るスキャナ装置Ｓの測定状態を示す外観概略図、図２は、電子レベルユニット８の器械中心Ｏ_１を通る鉛直面に沿う断面図、図３は、電子レベルユニット８の器械中心Ｏ_１を通る鉛直面に沿う断面図である。なお、図２および図３は、測距光の照射方向が、鉛直下向きである状態を示す。また、図２および図３では、説明の便宜のため、一部の構成およびハッチングを適宜省略して表している。

（スキャナ装置の構成）
スキャナ装置Ｓは、外観上、設置点に三脚５を用いて取り付けられた整準ユニット６、水平回転ユニット７、水平回転ユニット７に設けられた電子レベルユニット８、および電子レベルユニット８の上部に設けられたスキャナユニット９を備える。整準ユニット６は、整準ネジおよび気泡管を備える所謂整準装置である。

水平回転ユニット７は、整準ユニット６に取り付けられる基盤部１１と、電子レベルユニット８およびスキャナユニット９を一体的に水平回転する水平回転部１２とを備える。

水平回転部１２は、中空の筒形部材であり、鉛直に伸びる軸Ｈ−Ｈに沿って延在する水平回転軸１４を備える。水平回転軸１４は、基盤部１１の水平軸受１３により回転自在に支持されている。水平回転部１２には、ネジ止め等の適宜の手段により電子レベルユニット８が固定支持されている。電子レベルユニット８とスキャナユニット９は水平回転軸１４の回転に伴って一体に水平回転するようになっている。

水平回転部１２は、水平駆動モータを備える水平回転駆動部１５および水平回転軸１４の回転角を検出する水平角検出器１６（例えば、ロータリエンコーダ）を備える。水平回転駆動部１５は、水平回転軸１４を軸Ｈ−Ｈ周りに回転する。水平角検出器１６は、基盤部１１に対する水平回転軸１４、すなわち電子レベルユニット８およびスキャナユニット９の回転角を検出する。水平角検出器１６の検出結果は、制御演算部４０に入力される。

電子レベルユニット８は、レベル筐体２０内に、視準光学系２１およびラインセンサ２２を備える。視準光学系２１は、望遠鏡の鏡筒８ａに格納されており、対物レンズ部２１ａ、光軸を自動保障するコンペンセータ２１ｂ、ビームスプリッタ２１ｃ、および接眼レンズ部２１ｄを備える。ビームスプリッタ２１ｃは、視準光学系２１に入射する光を分割し、視準する標尺ＬＳの光の像をラインセンサ２２に受光させる。

ラインセンサ２２は、例えばＣＭＯＳ、ＣＣＤ等の撮像素子である。ラインセンサ２２は、受光信号を、後述する制御演算部４０に出力する。

スキャナユニット９は、ネジ止め等適宜の手段により、レベル筐体２０に固定されている。スキャナユニット９の器械中心Ｏ_２と、電子レベルユニット８の器械中心Ｏ_１とは、水平方向に一致しており、軸Ｖ−Ｖ上に配置されている。また、鉛直方向での位置関係は既知とされている。また、電子レベルユニット８の視準光軸Ａと、スキャナユニット９の回動ミラー３５の鉛直方向の回転軸（すなわち軸Ｖ−Ｖ）とは、平行になっている。

スキャナユニット９は、スキャナ筐体３０と、水平方向に伸びる軸Ｖ−Ｖに沿って延在する鉛直回転軸３１と、軸受３２と、鉛直回転モータを含む鉛直回転駆動部３３と、例えばロータリエンコーダである鉛直角検出器３４と、回動ミラー３５と、測距部３６と、記憶部３７等と、制御演算部４０とを備える。スキャナ筐体３０の中央部には、凹部３０ａが形成されている。

鉛直回転軸３１は、中空の筒状部材であり、凹部３０ａの両側に配置された軸受３２を介して、スキャナ筐体３０に回転自在に支持されている。鉛直回転軸３１の内部には、回動ミラー３５が、鉛直回転軸３１の軸心（すなわち、軸Ｖ−Ｖ）に対して、４５°傾いた状態で設けられている。また、鉛直回転軸３１の、回動ミラー３５の反射面３５ａに４５°の傾きで対向する位置には、開口３１ａが設けられている。

鉛直回転軸３１は、凹部３０ａ内において、開口３１ａから露出する回動ミラー３５を保護するための箱状の投光カバー３０ｂを備える。投光カバー３０ｂは、鉛直回転軸３１と一体に回転する。投光カバー３０ｂの、回動ミラー３５の反射面３５ａと対応する位置には、円形の窓３０ｂ１が開口している。窓３０ｂ１は、測距光を透過する透光性の樹脂板３０ｂ２で閉塞されている。

鉛直回転駆動部３３は鉛直回転軸３１を軸Ｖ−Ｖ周りに回転駆動する。鉛直角検出器３４は、スキャナ筐体３０に対する鉛直回転軸３１の回転角、すなわち、回動ミラー３５の回転角（鉛直角）を検出する。

また、回動ミラー３５は、軸心が、電子レベルユニット８の器械中心Ｏ_１を通る鉛直軸（軸Ｈ−Ｈ）上に配置されている。

測距部３６は、発光素子を備える測距光送光部３６ａ、送光光学系３６ｂ、ビームスプリッタ３６ｃ、受光光学系３６ｄおよび受光素子を備える測距光受光部３６ｅを備える。

発光素子から、レーザパルス光として射出された測距光は、送光光学系３６ｂ、ビームスプリッタ３６ｃを介して回動ミラー３５に向けて射出される。ビームスプリッタ３６ｃから射出される測距光の光軸は、回動ミラー３５の軸心と合致している。測距光は回動ミラー３５により直角に偏向される。回動ミラー３５が軸Ｖ−Ｖ周りに回転することで、測距光は、軸Ｖ−Ｖと直交する平面内の測定対象物に回転照射され、該平面内を走査する。

測定対象物で反射された測距光は、回動ミラー３５で偏向され、ビームスプリッタ３６ｃ、受光光学系３６ｄを経て測距光受光部３６ｅで受光される。

測距光受光部３６ｅは、入射した受光信号を制御演算部４０に出力するように構成されている。制御演算部４０では、受光信号に基づいて、測距光の反射点までの距離を演算する。

なお、上記スキャナユニット９の構成は一例であり、例えば、特開２０１４−１７８２７４号公報等に開示されているような公知のものを適用することもできる。

制御演算部４０は、演算処理を行うＣＰＵと、画像メモリと、補助記憶部としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えるマイクロコンピュータである。

制御演算部４０は、水平回転駆動部１５、水平角検出器１６、ラインセンサ２２、鉛直回転駆動部３３、鉛直角検出器３４、測距部３６、および後述する記憶部３７、データ記憶部３８、表示部３９、操作部４１とデータ入出力可能に接続されて、各部を制御し、各部により取得されるデータを演算処理する。

制御演算部４０は、電子レベルユニット８を制御して、視準する標尺ＬＳの画像を取得する。具体的には、操作部４１の撮像スイッチがＯＮにされると、ラインセンサ２２に蓄積されている画素データを逐次読み出して、画像メモリに記憶する。

制御演算部４０は、ラインセンサ２２からの信号すなわち、標尺ＬＳの画像データから、視準光軸Ａ上のコードパターンを抽出し、予め記憶部３７に記憶された基準コード（高さの値に対応するコードパターン）と照合して、標尺ＬＳ上の電子レベルユニット８の視準位置の高さを算出する。

制御演算部４０は、電子レベルユニット８で取得され画像メモリに記憶された標尺ＬＳの画像データから、視準光軸Ａの上側スタジア線に相当するコードパターンと、視準光軸Ａの下側スタジア線に相当するコードパターンと抽出し、予め記憶部３７に記憶された基準コードと照合して、それぞれに相当する距離の測定値を求める。

制御演算部４０は、上側スタジア線に相当する上側高さ測定値と、下側スタジア線に相当する下側高さ測定値との差により、上下スタジア線間の長さを求める。求められた長さに、スタジア定数を乗じて電子レベルユニット８の器械中心Ｏ_１から標尺ＬＳまでの水平距離Ｄ（図１）を算出する。

制御演算部４０は、上記標尺ＬＳの高さおよび標尺ＬＳまでの距離の測定に際し、水平角検出器１６の検出結果に基づいて、電子レベルユニット８の視準する方向の水平方向角を算出する。

また、制御演算部４０は、水平角検出器１６の検出結果に基づいて、水平回転駆動部１５を駆動制御するともに、鉛直角検出器３４の検出結果に基づいて、鉛直回転駆動部３３を駆動制御して、測距光を水平方向および鉛直方向の全周（フルドームスキャン）あるいは予め定められた範囲で走査して、各点における測距光の照射点の距離を測定する。また、水平角検出器１６および鉛直角検出器３４から、各照射点における測距光の照射方向の水平角および鉛直角を取得する。この結果、点群データを取得する。

制御演算部４０は、発光素子の発光タイミングと、受光素子の受光タイミングの時間差（パルス光の往復時間）に基づき、測距光の１パルス光ごとに測距を実行する（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）。なお、測距方法として、連続光または断続光を照射し、射出光と反射光の位相差により測距を行っても良い。

なお、測距部３６は、内部参照光学系（図示せず）を備え、測距光受光部３６ｅには、測距光の一部が内部参照光として入射するようになっている。反射測距光および内部参照光の受光タイミング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っている。

記憶部３７は、例えばハードディスクドライブである。記憶部３７には、上記制御および演算を実行するためのプログラムやデータが格納されている。

データ記憶部３８は、例えばＳＤカードであり、スキャナ装置Ｓで取得される種々の測定データおよび演算により算出されるデータを記憶する。

表示部３９と操作部４１は、スキャナ装置Ｓのユーザインタフェースである。図示の例では、レベル筐体２０の外面に設けられている。表示部３９は、例えば、液晶ディスプレイである。操作部４１は、たとえばキーボタン等である。表示部３９および操作部４１は、作業者が、これらを介して、スキャナ装置Ｓの動作に関する指令および設定、測定結果の確認、装置の調整等が行えるように構成されている。

なお、本実施の形態では、制御演算部４０、記憶部３７、データ記憶部３８、表示部３９および操作部４１が、電子レベルユニット８とスキャナユニット９に共通して使用される。一方で、これらを電子レベルユニット８と、スキャナユニット９で個別に使用されるように構成してもよい。この場合には、電子レベルユニット８と、スキャナユニット９の制御演算部４０は、データの入出力が可能に構成される。

以上が、スキャナ装置Ｓの基本的な構成であるが、以下、スキャナ装置Ｓの、器械高を測定するための構成について説明する。

図２，３に示す通り、スキャナ筐体３０の凹部３０ａ底部の上面および下面の、スキャナユニット９が鉛直下向きを視準するときに視準する位置、すなわち、軸Ｈ−Ｈ上には、円形の窓３０ｃ１，３０ｄ１がそれぞれ開口している。窓３０ｃ１，３０ｄ１は、測距光を透過する透光性の樹脂板３０ｃ２，３０ｄ２で閉塞されている。

また、レベル筐体２０の上面および下面のスキャナユニット９が鉛直下向きを視準するときに視準する位置、すなわち、軸Ｈ−Ｈ上には、円形の窓２０ａ１および２０ｂ１がそれぞれ開口している。窓２０ａ１および２０ｂ１は、スキャナの測距光を透過する透光性の樹脂板２０ａ２，２０ｂ２で閉塞されている。

窓３０ｃ１，３０ｄ１および窓２０ａ１および２０ｂ１の大きさや形状は、測距光のビームを遮蔽しない限り特に限定されない。

また、図３に示すように、レベル筐体２０内の、軸Ｈ−Ｈを通り、視準光軸Ａ（および軸Ｖ−Ｖ）と直交する平面上には、４つの偏向ミラー２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが、鏡筒８ａを回避するように配置されている。

水平回転ユニット７の水平回転軸１４は、中空の筒形状を有する。また、整準ユニット６および三脚５の台座５ａの、軸Ｈ−Ｈ上には、それぞれ、貫通孔６ａ，６ｂおよび５ｂが設けられている。

図３に示すように、スキャナユニット９が鉛直下向きを視準した状態で、測距部３６から測距光が出射されると、測距光Ｌは回動ミラー３５で反射され、投光カバー３０ｂの樹脂板３０ｂ２、スキャナ筐体３０の樹脂板３０ｃ２，３０ｄ２およびレベル筐体２０の上側の樹脂板２０ａ２を順次透過して、レベル筐体２０内に入射して、偏向ミラー２３ａ，２３ｂ，２３ｃで順次反射される。そして、偏向ミラー２３ｄにより反射されて鉛直下向きに導かれる。鉛直下向きに向かう測距光Ｌは、下側の樹脂板２０ｂ２および水平回転軸１４の内部、貫通孔６ａ，６ｂ，５ｂを介して地面に照射される。

次に、地面から反射された反射測距光は、同じ光路を逆向きに進行して回動ミラー３５に入射する。これにより、通常の測距と同様に、地面までの距離が、光路の軸Ｈ−Ｈからのズレを含むようにして測定可能となっている。

制御演算部４０は、操作部４１から器械高測定のスイッチをＯＮとされると、スキャナユニット９を、鉛直下向きに視準させ、地面までの測距を行う。偏向ミラー２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄにより、ずらされる光路長の長さは予め測定により求められ、補正値として記憶部３７に記憶されている。制御演算部４０は、上記測定結果より得られる測距値を、記憶された軸Ｈ−Ｈからずらされる光路長を補正値として補正することにより、スキャナ装置Ｓの器械高を算出する。

なお、図示の例では、偏向ミラー２３ａ，２３ｄを軸Ｈ−Ｈ軸を含む測距光の照射平面上に配置している。また、偏向ミラー２３ａ，２３ｂは軸Ｈ−Ｈに対して４５°傾けて平行に配置し、偏向ミラー２３ｃ，２３ｄは軸Ｈ−Ｈに対して−４５°傾けて平行に配置している。そして、偏向ミラー２３ａ，２３ｂと偏向ミラー２３ｄ，２３ｃとを、鏡筒８ａを介して対向するように配置することにより、鉛直下向きに入射する測距光Ｌを９０°ずつ偏向して、測距光Ｌの光路が鏡筒８ａを避けて鉛直下向きに導かれるように配置している。

しかし、偏向ミラーの配置角および数は、これに限定されず、レベル筐体２０内に鉛直下向きに入射する測距光Ｌを、鏡筒８ａを避けて、レベル筐体２０の底面から鉛直下向きに導ける限り、適宜設定することができる。

（有効照射範囲の検討）
図４は、（Ａ）本実施の形態に係るスキャナ装置Ｓと、（Ｂ）比較例として、スキャナユニットの鉛直方向の回転軸と電子レベルユニット８の視準光軸Ａとが直交するように、スキャナユニット９および電子レベルユニット８を配置したと仮定したスキャナ装置Ｓ９００の、測距光の有効照射範囲を示す図である。

ここで、スキャナ装置Ｓ９００は、電子レベルユニット８とスキャナユニット９との配置を除き、スキャナ装置Ｓと同じ構成を有するものとする。

図４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれのスキャナ装置Ｓ，Ｓ９００を回動ミラー３５の回転軸方向から見た図である。すなわち、図４（Ａ）では、回動ミラー３５の鉛直回転の軸Ｖ−Ｖと、電子レベルユニット８の視準光軸Ａは、平行に、紙面を正面視した前後方向に延在する。一方、図４（Ｂ）では、回動ミラー３５の鉛直回転軸の軸Ｖ−Ｖは、紙面を正面視した前後方向に延在するのに対して、電子レベルユニット８の視準光軸Ａは紙面の左右方向に延在している。

また、図４（Ａ），（Ｂ）は、測距光を３６０°走査した場合の、有効照射範囲ＥＩＲ（ＥＩＲ_ＳとＥＩＲ_Ｓ９００）と、レベル筐体が、測距光と干渉して有効なデータの取得ができない無効範囲（ＵＲ_ＳとＵＲ_Ｓ９００）とを示す。

図４（Ａ），（Ｂ）から明らかに、スキャナ装置Ｓでは、スキャナ装置Ｓ_９００に比較して、測距光Ｌの鉛直回転照射する平面に干渉する、レベル筐体２０の長さが短くなっており、有効照射範囲ＥＩＲ_Ｓが大きく、無効範囲ＵＲ_Ｓが小さくなっていることがわかる。

このように、本実施の形態に係るスキャナ装置Ｓでは、回動ミラー３５の回転軸を、電子レベルユニット８の望遠鏡の視準光軸Ａと平行になるように配置した。この配置は、測距光の照射平面が、電子レベルユニット８の長手方向と直交する配置となる。このため、従来のスキャナ付きトータルステーションに倣ってスキャナの回動ミラーの回転軸が、電子レベルの望遠鏡の視準光軸と直交するように配置した場合と比較して、照射範囲にレベル筐体２０の干渉する範囲が小さくなり、有効照射範囲ＥＩＲを大きく確保し、有効なデータの取得ができない無効範囲ＵＲを小さくすることができる。

（スキャナ装置Ｓを用いた測量方法）
上記の通り構成されたスキャナ装置Ｓは、以下の通り測量用いることができる。図１において、Ｐ１を既知点とし、Ｐ２を未知の新点とする。また、図示しないが、既知の後視点を準備しておく。

まず、既知点Ｐ１（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）にスキャナ装置Ｓを設置し整準を行う。次に、既知の後視点に標尺ＬＳを鉛直に設置し、電子レベルユニット８により、標尺ＬＳを視準し、少なくとも標尺ＬＳ（後視点）の視準方向の水平角を測定する。これにより、スキャナ装置Ｓの方向角を求めることができる。

次に、新点Ｐ２（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）に標尺ＬＳを鉛直に設置する。次に、電子レベルユニット８により、標尺ＬＳを視準し、標尺高さＬＨ，Ｐ１−Ｐ２間の水平距離Ｄ、および標尺ＬＳ（点Ｐ２）の視準方向の水平角を測定する。次に、スキャナユニット９により、スキャナ装置Ｓの器械高ＩＨを測定する。

点Ｐ１の座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）は既知で有ることから、点Ｐ２のｚ座標ｚ_２は
ｚ_２＝ｚ_１+ＩＨ−ＬＨ
求められる。また、点Ｐ２のｘ，ｙ座標ｘ_２，ｙ_２は、点Ｐ１の座標、Ｐ１−Ｐ２間の水平距離Ｄ、および水平角より、求めることができる。

このように、スキャナ装置Ｓは、スキャナ装置Ｓを中心とした座標系における、未知点の測量を行うことができる。

また、スキャナ装置Ｓを用いて、後方交会法、後視点・器械点法と組み合わせることで、スキャナ付きトータルステーションと同様に、絶対座標系における、点群データを合体させるための器械点の測量をすすめることができる。

同様の測量を、スキャナ付きトータルステーションやスキャナのみを用いて行う場合には、プリズムを整準台付き三脚の上に設置した上で整準し、作業者が、メジャー等により、プリズムの高さを測定しなければならなかった。また、器械高を測定する場合にも、作業者がメジャー等で測定しなければならず、作業が煩雑であった。

本形態に係るスキャナ装置Ｓによれば、器械点の測量の際、作業者は、水準器を確認しながら、標尺ＬＳを鉛直に設置するだけで良い。また、作業者は、高さに関する測定を一切意識することなく器械点の測量を行うことができ、作業が簡易になり、作業時間も低減できる。

また、従来のスキャナ装置や、スキャナ付きトータルステーションを用いた器械点の測量では、測量装置の設置点から、後視点や次の器械点に設置したプリズム等を視準して測量を行った後、連続して該設置点における点群データの観測を開始する。その際、スキャナとトータルステーションは同じ方向を視準しているため、プリズムの整準台や、プリズムを片付けようとする作業者等が、点群データ取得時に映り込み、ノイズとなる場合がある。

本実施の形態に係るスキャナ装置Ｓによれば、スキャナユニット９の回動ミラー３５の回転軸Ｖ−Ｖを、電子レベルユニット８の望遠鏡の視準光軸Ａと平行になるように配置したので、スキャナの視準方向と電子レベルの視準方向は、常に９０°オフセットされる。したがって、次の器械点の測量が終わって、一連の作業で、同じ設置点でのスキャナユニットによる点群データの観測を開始しても、直ちに、標尺自体や作業者が点群データに映り込むことがない。作業者や標尺は、その場所がスキャナユニットのスキャン範囲に入るまでの間に、退避することができる。これにより、点群データ観測時のノイズを低減することができる。

（第１の実施の形態の変形例）
図５（Ａ）は、第１の実施の形態の変形例に係るスキャナ装置ＳＡの電子レベルユニット８Ａの、軸Ｖ−Ｖを含む平面に沿う縦断面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）のＶＣ−ＶＣ線に沿う断面図である。図中、レベル筐体２０Ａ、鏡筒８ａ、偏向ミラー２３Ａａ〜２３Ａｆを除く構成部材については省略する。

スキャナ装置ＳＡは、レベル筐体２０Ａの形状および、器械高を測定するための偏向ミラー２３Ａａ〜２３Ａｆの数および配置を除き、スキャナ装置Ｓと同じ構成を備える。

レベル筐体２０Ａは、測距光の回転照射面を含む中央部付近に、幅細部２０ｂを備える。幅細部２０ｂでは、レベル筐体２０Ａの視準光軸に直交する方向の幅が、鏡筒８ａに相当する幅に狭まっている。

また、レベル筐体２０Ａ内には、６枚の偏向ミラー２３Ａａ〜２３Ａｆが、樹脂板２０ａ２を介して入射した鉛直下向きの測距光を、順次反射して、樹脂板２０ｂ２から鉛直下向きに射出するように配置されている。

具体的には、第１の偏向ミラー２３Ａａは鏡筒８ａの上部の軸Ｈ−Ｈ上に配置されている。第２の偏向ミラー２３Ａｂは、第１の偏向ミラー２３Ａａから水平に対物レンズ側に所定距離オフセットされている。第３の偏向ミラー２３Ａｃは、第２の偏向ミラー２３Ａｂから水平に鏡筒８ａを回避するようにオフセットされている。

第４の偏向ミラー２３Ａｄは、第３の偏向ミラー２３Ａｃから鉛直下方向に、鏡筒８ａを回避するようにオフセットされている。第５の偏向ミラー２３Ａｅは、第４の偏向ミラー２３Ａｄから、水平方向に、視準光軸Ａの水平位置と合致するようにオフセットされている。第６の偏向ミラー２３Ａｆは、第５の偏向ミラー２３Ａｅから、水平方向に、軸Ｈ−Ｈ上までオフセットされている。

また、偏向ミラー２３Ａａ〜２３Ａｆは、それぞれ入射した光を９０°偏向して、次のミラーに送るようになっており、この結果、図５（Ｃ）に示すように、樹脂板２０ａ２を介して入射した鉛直下向きの測距光Ｌが、順次反射されて、樹脂板２０ｂ２から鉛直下向きに射出される。

上記のようにスキャナ装置ＳＡでは、スキャナ装置Ｓと同様にして、補正値を予め記憶部３７に記憶させることにより、スキャナユニット９が器械高を測定可能に構成されている。また、スキャナ装置ＳＡでは、測距光が回転照射される位置に、視準光軸Ａと直交する方向に幅細にした、幅細部２０ｂを設け、その幅を、レベルとしての機能を達成するための最低限である、鏡筒８ａの直径に相当する幅としたので、レベル筐体２０Ａの幅を最小とすることができ、無効範囲ＵＲをさらに減少させ、有効照射範囲ＥＩＲを増大することができる。

（第２の実施の形態）
図６（Ａ）は、第２の実施の形態に係るスキャナ装置Ｓ１００の正面図であり、図６（Ｂ）は、スキャナ装置Ｓ１００の平面図である。また、図７は、スキャナ装置Ｓ１００のスキャナユニット１０９の、軸Ｖ−Ｖを含む面に沿う縦断面図である。

スキャナ装置Ｓ１００は、スキャナ装置Ｓと同様に、整準ユニット６、水平回転ユニット７、水平回転ユニット７に設けられた電子レベルユニット１０８、およびスキャナユニット１０９を備える。

電子レベルユニット１０８は、電子レベルユニット８と概略同様の構成を有するが、器械高を測定するためにレベル筐体２０Ａに設けられた窓２０ａ１，２０ｂ１および偏向ミラー２３ａ〜２３ｄを備えない。

スキャナユニット１０９は、図７に示すように、スキャナユニット９と概略同様の構成部材を備える。しかし、スキャナユニット９の鉛直回転軸３１および投光カバー３０ｂが、凹部３０ａの両側で軸受３２に回転自在に支持されているのに対して、スキャナユニット１０９では、鉛直回転軸１３１および投光カバー１３０ｂが、軸受１３２に片持ちで回転自在に支持されている。

また、スキャナユニット１０９では、スキャナ筐体１３０に、鉛直回転駆動部３３およ
び鉛直角検出器３４と測距部３６とが配置されている。

鉛直回転軸１３１内部には、回動ミラー１３５が、軸心が軸Ｖ−Ｖと合致するように軸Ｖ−Ｖに対して−４５°傾けて固定されている。

ビームスプリッタ３６ｃから射出される測距光の光軸は、回動ミラー１３５の軸心と合致しており、測距光は回動ミラー１３５が鉛直回転軸１３１と一体に軸Ｖ−Ｖに周りに回転することで、測距光は、軸Ｖ−Ｖと直交する平面内の測定対象物に回転照射され、該平面内を走査する。

スキャナユニット１０９は、ネジ止め等適宜の手段により、対物レンズ側端部の上部に、スキャナユニット１０９の測距光の照射平面が、対物レンズ部２１ａよりも外側になるように、レベル筐体１２０に固定されている。電子レベルユニット１０８の視準光軸Ａと、スキャナユニット１０９の回動ミラー１３５の鉛直方向の回転軸（軸Ｖ−Ｖ）とは、平行になっている。スキャナユニット１０９の器械中心Ｏ_１０２は軸Ｖ−Ｖ上に配置され、電子レベルユニット１０８の器械中心Ｏ_１０１は電子レベルユニット１０８の視準光軸Ａ上に配置され、軸Ｖ−Ｖと視準光軸Ａは、水平方向に一致する。スキャナユニット１０９の器械中心Ｏ₁₀₂と電子レベルユニット１０８の器械中心Ｏ_１０１との鉛直方向および水平方向の位置関係は、予め既知とされ、記憶部３７に記憶されている。

スキャナ装置Ｓ１００では、スキャナユニット１０９が、測距光を走査する際に、測距光に干渉する、筐体などが存在しないので、無効範囲ＵＲが存在せず、測距光の鉛直方向の有効照射範囲ＥＩＲが全周（３６０°）となる。

また、スキャナ装置Ｓ１００では、スキャナユニット１０９が鉛直下向きを視準した場合に、その地面方向を遮蔽する部材が存在しない。従って、第１の実施の形態のように、電子レベル筐体およびその内部に測距光を鉛直下向きに導くための特別な部材を備える必要がなく、構成が単純になる。なお、器械高は、測定値と、スキャナユニット１０９の器械中心Ｏ₁₀₂と電子レベルユニット１０８の器械中心Ｏ_１０１との鉛直方向の位置関係に基づいて演算される。

スキャナ装置Ｓ１００では、器械高として測定される距離は、スキャナユニット１０９の器械中心Ｏ_１０２、からスキャナ装置Ｓ１００の設置点までの距離ではない。スキャナユニット１０９の器械中心Ｏ_１０２の真下の地面までの距離となり、必ずしも正確な器械高といえないが、室内など、平坦な地面上に設けられた器械点に設置する場合には、特に問題とならない。

このように、スキャナユニット１０９を、電子レベルユニット１０８の対物レンズ側端部の上部に取り付けた場合でも、電子レベルユニット１０８の視準光軸Ａと、スキャナユニット１０９の回動ミラー１３５の鉛直方向の回転軸（すなわち軸Ｖ−Ｖ）とを、平行になるように取り付けることで、無効範囲ＵＲをなくし有効照射範囲ＥＩＲを増大することができる。また、スキャナ装置Ｓ１００は、スキャナ装置Ｓと同様の効果を奏することができる。

なお、上記の例では、スキャナユニット１０９を対物レンズ側端部の上部に配置したが、接眼レンズ側端部の上部に配置してもよい。また、対物レンズ側端部と接眼レンズ側端部の両方の上部に配置してもよい。

（第２の実施の形態の変形例）
図８（Ａ）は、第２の実施の形態の変形例に係るスキャナ装置Ｓ１００Ａの正面図であり、図８（Ｂ）は、同スキャナ装置Ｓ１００Ａの平面図である。

スキャナ装置Ｓ１００Ａは、スキャナ装置Ｓ１００のスキャナユニット１０９を、対物レンズ側端部の下部に取り付けたものである。スキャナ装置Ｓ１００Ａでも同様に、スキャナユニット１０９の測距光の照射平面が、対物レンズ部２１ａよりも外側になるように、レベル筐体１２０に固定されている。

また、電子レベルユニット１０８の視準光軸Ａと、スキャナユニット１０９の回動ミラー１３５の鉛直方向の回転軸（すなわち軸Ｖ−Ｖ）とは、平行になっている。スキャナユニット１０９の器械中心Ｏ_１０２は軸Ｖ−Ｖ上に配置さこのように構成することで、スキャナ装置Ｓやスキャナ装置Ｓ１００と同じ効果を奏することができる。

さらに、本変形例では、スキャナユニット１０９を、レベル筐体１２０の下部に取り付けたので、スキャナ装置全体の高さ方向の寸法が小さくなり、装置を小型化することができるというさらなる効果を奏する。

以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態は本発明の一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

Ｓ，ＳＡ，Ｓ１００，Ｓ１００Ａスキャナ装置
８，８Ａ，１０８電子レベルユニット
９，１０９スキャナユニット
１５水平回転駆動部
１６水平角検出器
２０，２０Ａ，１２０レベル筐体
２０ａ１，２０ｂ１窓
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３Ａａ，２３Ａｂ，２３Ａｃ，２３Ａｄ，２３Ａｅ，２３Ａｆ偏向ミラー
３３鉛直回転駆動部
３４鉛直角検出器
３５，１３５回動ミラー
３６測距部
ＬＳ標尺

Claims

電子レベルユニットとスキャナユニットとを備えるスキャナ装置であって、
前記電子レベルユニットは、レベル筐体に格納された望遠鏡で視準した電子レベル用標尺の画像を取得して、視準位置における標尺高さおよび前記標尺までの距離を測定可能であり、
前記スキャナユニットは、測距光を発し、測定対象物からの反射光を受光して測距を行う測距部と、前記測距光を鉛直方向に回転照射する回動ミラーと、該回動ミラーを回転駆動する鉛直回転駆動部と、前記電子レベルユニットおよび前記スキャナユニットを一体的に水平方向に回転駆動する水平回転駆動部と、前記測距光の方向角を検出する水平角検出器および鉛直角検出器とを備え、
前記スキャナユニットは、前記測距光を鉛直方向の地面に照射して器械高を取得可能であり、
前記回動ミラーの回転軸が、前記電子レベルユニットの望遠鏡の視準光軸と平行になるように配置されていることを特徴とするスキャナ装置。
前記スキャナユニットが、前記電子レベルユニットの前記望遠鏡の上部に、水平方向の中心が合致するように配置され、
前記レベル筐体の上面および下面には、前記スキャナユニットの測距光を透過する窓を備え、
前記レベル筐体内には、複数の偏向ミラーを備え、
前記スキャナユニットから鉛直下向き出射された測距光を、該複数の偏向ミラーにより前記望遠鏡を回避するように反射させて、前記下面側の窓から鉛直下向きに照射可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスキャナ装置。
前記スキャナユニットは、前記電子レベルユニットの対物レンズ側端部または接眼レンズ側端部の何れか一方に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスキャナ装置。
前記スキャナユニットは、前記電子レベルユニットの下部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のスキャナ装置。