JP6621305B2

JP6621305B2 - 測量システム

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Publication number: JP6621305B2
Application number: JP2015220474A
Authority: JP
Inventors: 大友　文夫; 文夫大友; 熊谷　薫; 薫熊谷; 大谷　仁志; 仁志大谷; 哲治穴井
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Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2019-12-18
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Description

本発明は、簡便に３辺測量が行える測量システム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では、高精度に角度を測定する必要がある為、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整準されなければならない。この為、設置時間を要し、又熟練が要求されていた。

更に、複数の測定点をその都度視準する必要がある為、視準に時間が掛り、作業者の負担が大きいものとなっていた。

特開２００６−１７０６８８号公報特開２００９−２１０３８８号公報

本発明は、作業の負担が大きい角度測定が省略でき、簡便に３辺測量が可能である測量システムを提供するものである。

本発明は、測量装置を具備し、該測量装置は、測距光を測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、前記測定ユニットと一体的に設けられ、該測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する姿勢検出ユニットと、前記測量装置の位置を検出する座標取得ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、前記座標取得ユニットにより第１の位置の座標が取得された第１の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第１画像を取得し、前記座標取得ユニットにより第２の位置の座標が取得された第２の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第２画像を取得し、前記測定ユニットは前記第１画像中と、前記第２画像中とに特定した共通の測定点にそれぞれ測距光軸を向け前記測距光を射出して前記第１の位置からの第１の距離測定、前記第２の位置からの第２の距離測定を実行し、前記演算処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置での前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記第１の距離測定、前記第２の距離測定とに基づきそれぞれ前記第１の位置及び前記第２の位置からの水平距離を演算し、又前記演算処理ユニットは、前記第１の位置の座標、前記第２の位置の座標に基づき基線長を演算し、前記水平距離と前記基線長に基づき前記測定点について３辺測量を実行する様構成した測量システムに係るものである。

又本発明は、前記座標取得ユニットは、ＧＮＮＳ装置である測量システムに係るものである。

又本発明は、前記測量装置は既知の長さを有する一脚の上端に設けられ、前記座標取得ユニットは、前記一脚と該一脚の傾斜角を検出する前記姿勢検出ユニットによって構成される測量システムに係るものである。

又本発明は、前記第１画像と前記第２画像との画像マッチングにより該第２画像に前記測定点を特定する測量システムに係るものである。

又本発明は、前記測量装置は、前記一脚を介して既知の第１の設置基準点に設けられると共に既知の第２の設置基準点に設けられ、前記第１の位置は、前記第１の設置基準点で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、前記第２の位置は、前記第２の設置基準点で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、前記第１の位置と前記第２の位置とによって前記基線長が求められる測量システムに係るものである。

又本発明は、前記第１の位置は、前記一脚を一方の方向に傾斜させることで得られ、前記第２の位置は、前記一脚を他方の方向に傾斜させることで得られ、更に前記第１の位置の座標は、前記第１の位置で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、前記第２の位置の座標は、前記第２の位置で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、前記第１の位置の座標と前記第２の位置の座標とにより前記基線長が求められる測量システムに係るものである。

又本発明は、前記測量装置は、前記一脚を介して設置基準点に設けられると共に所要距離離れた設置点に設けられ、前記第１の位置の座標は、前記設置基準点で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、前記第２の位置の座標は、前記設置点で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記第２の位置から前記測量装置により測定した前記設置基準点迄の斜距離と、前記一脚の長さによって求められ、前記第１の位置の座標と前記第２の位置の座標とによって前記基線長が求められる測量システムに係るものである。

又本発明は、前記測量装置はＧＮＳＳ装置を具備し、前記測量装置は、前記一脚を介して設置基準点に設けられると共に所要距離離れた設置点に設けられ、前記第１の位置の座標と、前記第２の位置の座標はそれぞれ前記ＧＮＳＳ装置によって取得され、前記第１の位置の座標、前記第２の位置の座標に基づき前記基線長が求められる測量システムに係るものである。

又本発明は、前記測距光の前記射出光軸上に設けられ、該射出光軸を前記測距光軸として偏向し、偏角を変更可能な光軸偏向ユニットを更に具備し、前記演算処理ユニットは、前記測距光が前記測定点に照射される様、前記姿勢検出ユニットを制御する測量システムに係るものである。

又本発明は、前記演算処理ユニットは、前記姿勢検出ユニットが検出する傾斜角と前記光軸偏向ユニットが検出する前記測距光軸の偏角に基づき、該測距光軸の水平に対する傾斜角を演算する測量システムに係るものである。

又本発明は、前記姿勢検出ユニットは、外フレームに直交する２軸を中心に回転自在に支持され、水平からの傾斜を検出する傾斜検出ユニットと、各軸にそれぞれ取付けられたエンコーダと、各軸を回転させる様取付けたモータと、前記傾斜検出ユニットからの検出結果に基づき前記モータを駆動制御する演算部とを具備し、該演算部は前記外フレームが傾斜した場合に、前記傾斜検出ユニットからの信号に基づき該傾斜検出ユニットが水平を検出する様、前記モータを駆動し、前記傾斜検出ユニットが水平を検出した時の前記エンコーダの出力に基づき傾斜角を出力する測量システムに係るものである。

又本発明は、前記傾斜検出ユニットは高精度で水平を検出する第１傾斜センサと、該第１傾斜センサより高応答性で傾斜を検出する第２傾斜センサとを具備し、該第２傾斜センサは前記第１傾斜センサが検出した水平からの傾斜を検出し、前記演算部は前記第２傾斜センサからの検出信号に基づき傾斜角を検出する様構成した測量システムに係るものである。

又本発明は、前記測距光の前記射出光軸上に配設され、前記測距光軸を所要の偏角で、所要の方向に偏向する第１光軸偏向部と、受光光軸上に配設され、前記第１光軸偏向部と同一の偏角、方向で反射測距光を偏向する第２光軸偏向部と、前記第１光軸偏向部による偏角、偏向方向を検出する射出方向検出部とを更に具備し、前記測距光は前記第１光軸偏向部を通して射出され、前記反射測距光は前記第２光軸偏向部を通して受光素子に受光される様構成され、測距部の測距結果、前記射出方向検出部の検出結果に基づき前記測定点の３次元データを取得し、該３次元データを前記姿勢検出ユニットが検出した結果に基づき補正する様構成した測量システムに係るものである。

更に又本発明は、前記光軸偏向ユニットは、重なり合う一対の円板状の光学プリズムで構成され、前記第１光軸偏向部は前記光学プリズムの中央に設けられた第１のプリズム要素で構成され、前記第２光軸偏向部は前記第１のプリズム要素周囲に設けられた第２のプリズム要素で構成され、各光学プリズムは、それぞれ独立して回転可能であり、各光学プリズムの回転角を個別に検出可能とした測量システムに係るものである。

本発明によれば、測量装置を具備し、該測量装置は、測距光を測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、前記測定ユニットと一体的に設けられ、該測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する姿勢検出ユニットと、前記測量装置の位置を検出する座標取得ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、前記座標取得ユニットにより第１の位置の座標が取得された第１の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第１画像を取得し、前記座標取得ユニットにより第２の位置の座標が取得された第２の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第２画像を取得し、前記測定ユニットは前記第１画像中と、前記第２画像中とに特定した共通の測定点にそれぞれ測距光軸を向け前記測距光を射出して前記第１の位置からの第１の距離測定、前記第２の位置からの第２の距離測定を実行し、前記演算処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置での前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記第１の距離測定、前記第２の距離測定とに基づきそれぞれ前記第１の位置及び前記第２の位置からの水平距離を演算し、又前記演算処理ユニットは、前記第１の位置の座標、前記第２の位置の座標に基づき基線長を演算し、前記水平距離と前記基線長に基づき前記測定点について３辺測量を実行する様構成したので、測量装置の整準作業をすることなく、又鉛直角の測定を行うこともなく、測定点の測量が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。本実施例に係る測量装置の概略構成図である。図２のＡ矢視図である。本実施例に用いられる姿勢検出ユニットの平面図である。該姿勢検出ユニットの概略構成図である。（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。測定対象物と鉛直線との関係を示す説明図である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、撮像画像と鉛直画像との関連を示す説明図である。３辺測量に於ける第１の実施例の説明図である。３辺測量に於ける第２の実施例の説明図である。画像マッチングに於ける相互標定作業についての説明図である。相互標定に於けるパラメータを求める式を示す図である。３辺測量に於ける第３の実施例の説明図である。３辺測量に於ける第４の実施例の説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本実施例に係る測量システムについて概略を説明する。

図１中、１は測量装置であり、２は既知の長さを有する一脚を示す。前記測量装置１は、前記一脚２の上端に設けられている。該一脚２の下端は、尖端となっており、既知となっている設置基準点Ｒ上に設置される。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。

前記一脚２の軸心３は、前記測量装置１の機械基準点Ｏを通過する様に設定される。又、図中、４は測距光軸、５は撮像光軸を示している。前記測距光軸４は前記軸心３と直交し、前記撮像光軸５は前記測距光軸４と平行となっている。更に、前記軸心３と前記測距光軸４を含む平面に垂直で、前記機械基準点Ｏを通過する直線を水平基準線６とする。

従って、本実施例では前記軸心３、前記測距光軸４、前記水平基準線６は前記機械基準点Ｏで直交する様になっている。又、前記測距光軸４と前記撮像光軸５との距離は既知であり、前記一脚２の下端と前記機械基準点Ｏ間の距離Ｌも既知となっている。

前記測量装置１を前記設置基準点Ｒに設置した場合、前記測量装置１は、前記設置基準点Ｒを中心に、水平２方向に傾斜（倒れ）する。本実施例では、前記測距光軸４を基準として鉛直方向に傾斜する角度を煽り角ωとし、前記水平基準線６を基準として鉛直方向に傾斜する角度を倒れ角κとする。

図２、図３を参照して、前記測量装置１について説明する。

該測量装置１は筐体７の背面に表示部１１、操作部１２を有し、又前記筐体７の内部に、前記測距光軸４を有する測定ユニット２０、演算処理ユニット２４、測距光の射出方向を検出する射出方向検出部２５、前記測量装置１の水平２方向の傾斜を検出する姿勢検出ユニット２６、前記撮像光軸５を有する撮像ユニット２７、前記測距光軸４を偏向する光軸偏向ユニット３６等を、主に有している。従って、前記測定ユニット２０、前記姿勢検出ユニット２６、前記撮像ユニット２７、前記光軸偏向ユニット３６は、一体化されている。尚、前記表示部１１はタッチパネルとし、前記操作部１２と兼用させてもよい。

前記測定ユニット２０は、測距光射出部２１、受光部２２、測距部２３により構成されている。

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が設けられる。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４と合致される。該測距光軸４上に、前記光軸偏向ユニット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４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が配設されている。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。

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（測距光偏向部３６ａ（後述））により、測定点に向う様、前記測距光軸４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軸偏向ユニット３６（反射測距光偏向部３６ｂ（後述））、前記結像レンズ３９を介して前記受光部２２に入射する。前記反射測距光偏向部３６ｂは、前記測距光偏向部３６ａで偏向された前記測距光軸４を基の状態に復帰させる様再偏向し、反射測距光を前記受光素子３８に受光させる。

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。

前記演算処理ユニット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、モータ４７ａ，４７ｂ（後述）の駆動を制御する制御プログラム、画像マッチング等の画像処理を行う画像プログラム、入出力制御プログラム、前記射出方向検出部２５からの射出方向の演算結果に基づき前記測距光軸４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、測距光が透過する前記測距光偏向部３６ａとなっており、中央部を除く部分は前記反射測距光偏向部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、それぞれ平行に配置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前記測距光軸４を任意の偏向方向に偏向し、受光される反射測距光の前記受光光軸３７を前記測距光軸４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は前記モータ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は前記モータ４７ｂの出力軸に固着されている。前記モータ４７ａ，４７ｂは前記演算処理ユニット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。前記射出方向検出部２５により前記モータ４７ａ，４７ｂの回転量がそれぞれ検出され、前記射出方向検出部２５の検出結果に基づき前記演算処理ユニット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（偏向方向）、射出方向を演算し、演算結果は前記演算処理ユニット２４に入力される。

前記測量装置１に於いて、前記姿勢検出ユニット２６は、前記測距部２３の前記射出光軸３１に対する姿勢（傾斜角、傾斜方向）を検出する。検出結果は、前記演算処理ユニット２４に入力される。

以下、図４、図５を参照して、前記姿勢検出ユニット２６について説明する。尚、図４は平面図を示し、以下の説明に於いて、上下は図４中での上下に対応し、左右は図４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１４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。該縦軸５４，５４の前記縦軸心１４が、前記測距光軸４、前記水平基準線６のいずれか一方、例えば前記測距光軸４と合致するか、或は平行となっている。

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１４と直交する横軸心１５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。該横軸５５の前記横軸心１５が、前記測距光軸４、前記水平基準線６のいずれか他方、例えば該水平基準線６と合致するか、或は平行となっている。

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。即ち、図１を参照すれば、前記第１エンコーダ６２は前記煽り角ωを検出する。

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。即ち、図１を参照すれば、前記第２エンコーダ６６は前記倒れ角κを検出する。

前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６は、演算部６８に電気的に接続され、検出結果は該演算部６８に入力される。

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、前記演算部６８に電気的に接続されている。前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２の検出結果は、前記演算部６８に入力される。

前記姿勢検出ユニット２６について、図５により更に説明する。

該姿勢検出ユニット２６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、前記演算部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、前記演算部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、前記演算部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。

前記演算部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１の鉛直に対する傾斜角を演算する。

演算された前記第１エンコーダ６２の回転角、前記第２エンコーダ６６の回転角を合成することで傾斜角、傾斜方向が演算される。該傾斜角、傾斜方向は水平に対する前記筐体７、即ち前記測定ユニット２０の傾斜角、傾斜方向（相対傾斜角）に対応する。

而して、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６、前記演算部６８は相対傾斜角検出部を構成する。

尚、前記姿勢検出ユニット２６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、前記姿勢検出ユニット２６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。

前記姿勢検出ユニット２６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。

前記演算部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が駆動される。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、前記内フレーム５３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。

前記演算部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ユニット２６の水平に対する傾斜角、傾斜方向を演算する。この演算結果が、該姿勢検出ユニット２６の傾斜後の姿勢を示す。

更に、前記第１エンコーダ６２が検出する回転角は、前記煽り角ωに相当し、前記第２エンコーダ６６が検出する回転角は、前記倒れ角κに相当する。

従って、前記演算部６８が演算する傾斜角、傾斜方向は、前記測量装置１の水平に対する傾斜角、傾斜方向となる。

前記演算部６８は、演算された傾斜角、傾斜方向を前記姿勢検出ユニット２６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。

前記姿勢検出ユニット２６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、前記姿勢検出ユニット２６がどの様な姿勢となろうとも（例えば、前記姿勢検出ユニット２６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。

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。

次に、前記撮像ユニット２７は、前記撮像光軸５を有している。該撮像光軸５は、前記光軸偏向ユニット３６が前記測距光軸４を偏向していない状態で、該測距光軸４と平行となる様に設定されている。前記撮像光軸５上に結像レンズ４８、撮像素子４９が設けられている。

前記撮像ユニット２７の画角は、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、又は若干大きく設定されており、前記撮像ユニット２７の画角は、例えば５゜となっている。

又、前記撮像素子４９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。

先ず、前記測量装置１による測定作動について、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）を参照して説明する。尚、図６（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６（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４）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（前記プリズム要素４３ａ，４３ｂ）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６（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、偏角を任意に変更することができる。

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４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６（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６（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の偏角を変更しつつ、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、前記姿勢検出ユニット２６によって検出することができ、該姿勢検出ユニット２６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。

次に、本実施例では、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。

測定対象物が選択されると、該測定対象物が前記撮像ユニット２７によって捕捉される様、前記測量装置１を測定対象物へ向ける。前記撮像ユニット２７で取得された画像は、前記表示部１１に表示される。

前記撮像ユニット２７で取得された画像は、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、前記測距光軸４と前記撮像光軸５は、平行であり、且つ両光軸は既知の関係であるので、前記演算処理ユニット２４は前記撮像ユニット２７による画像上で画像中心と前記測距光軸４とを一致させることができる。更に、前記演算処理ユニット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次元データと画像の関連付けを容易に行え、前記撮像ユニット２７で取得した画像を３次元データ付の画像とすることができる。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、前記撮像ユニット２７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７（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７（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。

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、更に前記測距光偏向部３６ａと前記反射測距光偏向部３６ｂによる偏向方向が合致する様、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、前記測量装置１の測定作用について説明する。

先ず、図８、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）を参照して、測定対象物の鉛直を測定する場合を説明する。

尚、以下の説明では、図８に示される様に、測定対象物８１の倒れとは、鉛直線８３に対する傾きを意味する。

図９（Ａ）は、前記撮像ユニット２７で撮像した前記測定対象物８１の画像８２を示している。該画像８２は、前記撮像ユニット２７の傾きを含んでいるので、前記画像８２自体から得られる鉛直は、実際の鉛直とは異なっている。

前記画像８２を撮像した時の、前記撮像ユニット２７、即ち前記測量装置１の水平に対する傾斜角、傾斜方向は前記姿勢検出ユニット２６によって検出することができる。検出された傾斜角、傾斜方向は、撮像時の画像の傾き、傾斜方向となっている。前記演算処理ユニット２４は、この傾き、傾斜方向に基づき画像の水平、又は鉛直に対する傾斜を演算し、この演算結果に基づき、画像中に複数の前記鉛直線８３、複数の水平線８４を表す（図９（Ｂ））。

前記画像８２は、遠近画像（近くのものが大きく、遠くのものが小さく表示された画像）となっているので、該画像８２中では、前記鉛直線８３間の距離が上方ほど狭くなっている。前記演算処理ユニット２４は、前記鉛直線８３が平行となる様に画像処理する。以後、画像処理後の画像を、鉛直画像８２′と称す（図９（Ｃ））。

該鉛直画像８２′中で、前記測定対象物８１中の鉛直であるべき箇所、例えば柱、壁の稜線を前記鉛直線８３と対比させれば、前記測定対象物８１の鉛直状態を画像から視覚的に判断できる。

又、前記光軸偏向ユニット３６により画像中の、任意な点に測距光を照射できるので、前記測定対象物８１の、少なくとも２点について測定し、好ましくは特定箇所、例えば柱の上下２点について測定し、或は前記鉛直線８３上の２点について測定し、該２点の３次元座標を取得し、座標値に基づきより正確な鉛直状態を判断してもよい。

次に、図１０を参照して前記測量装置１を用いて３辺測量を行う第１の実施例について説明する。

既知点（既知の座標）である第１設置基準点Ｒ１（第１の位置）に、前記一脚２の下端が位置する様に、前記測量装置１を設置する。

測定対象物について前記撮像ユニット２７により第１画像を取得し、該画像中から測定点８７を選択する。ここで、該測定点８７の選択は、画像中から目視により確認してもよいし、或は特徴抽出（エッジ抽出）等の画像処理によって選択してもよい。

該測定点８７に前記測距光軸４を向け、前記測定点８７迄の斜距離を測定する。尚、前記測距光軸４と前記撮像光軸５とは平行な状態とする。

この時の前記測距光軸４の水平に対する傾斜角は、前記姿勢検出ユニット２６によって検出される。従って、この傾斜角及び前記斜距離に基づき前記測定点８７迄の水平距離が求められる。

又、前記一脚２の鉛直に対する傾斜角も、前記姿勢検出ユニット２６によって検出される。前記一脚２の長さが既知であるので、傾斜角に基づき前記第１設置基準点Ｒ１に対する前記測量装置１の水平方向の変位Ｄ１が求められる。

又、既知点（既知の座標）である第２設置基準点Ｒ２（第２の位置）に前記一脚２の下端が位置する様に、前記測量装置１を設置する。

前記撮像ユニット２７により測定対象物について第２画像を取得し、画像上から前記測定点８７と共通の測定点８７′を特定し、前記第２設置基準点Ｒ２より前記測定点８７′に前記測距光軸４を向け、前記測定点８７′迄の斜距離を測定する。

尚、前記第２画像中に、前記測定点８７′を特定する作業は、後述する様に、画像マッチングで行ってもよい。

前記第２設置基準点Ｒ２に於ける前記測距光軸４の水平に対する傾斜角は、前記姿勢検出ユニット２６によって検出される。従って、この傾斜角、斜距離に基づき前記測定点８７′迄の水平距離が求められる。

又、前記第２設置基準点Ｒ２に於ける前記一脚２の鉛直に対する傾斜角も、前記姿勢検出ユニット２６によって検出される。前記一脚２の長さと、傾斜角に基づき前記第２設置基準点Ｒ２に対する前記測量装置１の水平方向の変位Ｄ２が求められる。

水平変位Ｄ１、Ｄ２と、前記第１設置基準点Ｒ１と前記第２設置基準点Ｒ２間の距離とで、前記第１設置基準点Ｒ１の前記測量装置１と前記第２設置基準点Ｒ２の前記測量装置１間の距離（基線長Ｂ（図１０参照））が求められる。

而して、前記第１設置基準点Ｒ１からの水平距離、前記第２設置基準点Ｒ２からの水平距離、及び前記基線長Ｂにより前記測定点８７について３辺測量が行われる。

更に、図１１を参照して、３辺測量の第２の実施例について説明する。

図１１に示す様に、既知点（既知の座標）である設置基準点Ｒに、一脚２の下端が位置する様に、測量装置１を設置する。

該測量装置１を測定対象物８１に対して略平行に、一方の方向に傾け、傾けた状態を第１の位置８６とし、該第１の位置８６で前記測定対象物８１の画像８５（図示せず）を取得する。該画像８５は表示部１１に表示される。前記画像８５を観察しつつ、該画像８５中に、予定している測定箇所、測定範囲が含まれる様に、測距光軸４、撮像光軸５の方向を設定する。設定後、前記画像８５中で、１又は複数の測定点８７を選択する。尚、該測定点８７は、特徴抽出（エッジ抽出）等の画像処理によって、前記画像８５から抽出した点である。

更に、前記測量装置１を傾けた状態で、光軸偏向ユニット３６が動作される。前記画像８５中に於ける前記測定点８７の位置は、撮像素子４９上での前記撮像光軸５からの偏差から求められる。又、前記撮像素子４９上の位置で、前記撮像光軸５に対する画角（偏角）が求められる。従って、該撮像光軸５に対する前記測定点８７の偏角が求められる。

演算処理ユニット２４は、前記光軸偏向ユニット３６を制御して、前記測距光軸４を求められた偏角に偏向する。

該測距光軸４が前記測定点８７に向けられ、前記第１の位置８６から前記測定点８７について測距を行う（斜距離が求められる）。

前記測量装置１の水平に対する傾斜角は、姿勢検出ユニット２６によって検出される。従って、前記撮像光軸５の水平に対する傾斜角は、前記姿勢検出ユニット２６の検出結果と前記光軸偏向ユニット３６による偏角に基づき求められる。前記撮像光軸５の傾斜角と斜距離によって前記測定点８７迄の水平距離が求められる。

前記一脚２の下端（即ち前記設置基準点Ｒ）と前記測量装置１の機械基準点Ｏとの距離Ｌは、既知であるので、該距離Ｌと前記第１の位置８６での軸心３（図１参照）の傾斜角とで、前記設置基準点Ｒに対する、前記機械基準点Ｏの３次元位置（３次元座標）を演算することができる。

次に、前記測量装置１を前記測定対象物８１に対して略平行に、他方の方向に傾け、傾けた状態での第２の位置８６′で前記測定対象物８１の画像８５′（図示せず）を取得する。又、該画像８５′は前記画像８５と同範囲又は略同範囲となる様に、前記測距光軸４の方向を調整する。

前記画像８５と前記画像８５′について画像マッチングを実行し、前記画像８５中で選択した前記測定点８７を、前記画像８５′中に特定する。前記測定点８７は、前記画像８５′に重ね合され、前記表示部１１に表示される。

前記光軸偏向ユニット３６を動作させ、前記測距光軸４を、特定された前記測定点８７に向け、前記第２の位置８６′から前記測定点８７について測距（斜距離の測定）を行う。前記第２の位置８６′での前記測量装置１の傾斜角は、前記姿勢検出ユニット２６によって検出される。前記測量装置１の傾斜角と、前記光軸偏向ユニット３６から得られる偏角と、斜距離により前記第２の位置８６′から前記測定点８７迄の水平距離が求められる。

前記距離Ｌと前記第２の位置８６′での前記軸心３（図１参照）の傾斜角に基づき、前記設置基準点Ｒに対する、前記第２の位置８６′での前記機械基準点Ｏの３次元位置（３次元座標）を演算することができる。

前記第１の位置８６での前記機械基準点Ｏの３次元位置（３次元座標）と前記第２の位置８６′での前記機械基準点Ｏの３次元位置（３次元座標）とに基づき、前記機械基準点Ｏ間の距離（基線長Ｂ）を取得することができる。

従って、測定位置間の距離、各測定位置から測定点迄の２辺の水平距離それぞれが測定でき、前記設置基準点Ｒを基準とした前記測定点８７の３次元座標を測定することができる。

更に、マッチングされた画像と３次元測定結果を関連付けることで、３次元データ付の画像を取得することができる。

上記した様に、測定作業に於いて角度測定が含まれていない。この為、高精度が要求され、作業の負担が大きい角度測定が省略されるので、測定作業の効率化が図れる。

尚、上記した画像マッチングによる画像中の測定点の特定については、特許文献２の特開２００９−２１０３８８号公報に開示されている。

次に、本実施例に於ける画像マッチングについて説明する。

先ず、一般的な画像マッチングについて、図１２により概略説明する。

２地点で取得した画像を３次元計測する為には、相互標定作業が必要である。

２地点で画像を取得した場合、カメラの向きは、φ、ω、κによって決定される。

従って、２地点でのカメラの向きは、それぞれφ１、ω１、κ１、φ２、ω２、κ２で
表される。

一般の相互標定では、φ１、ω１、κ１、φ２、ω２、κ２は未知数であり、２つの画像中の共通点に基づきφ１、ω１、κ１、φ２、ω２、κ２を求めることになり、この場合、必要な共通点は６以上となる。

図１２に示す様に、モデル座標系の原点を左側の投影中心Ｏ１にとり、右側の投影中心Ｏ２を結ぶ線をＸ軸にとる様にする。縮尺は、基線長を単位長さにとる。ここで、図１２で示す座標系を、図１に対応させれば、前記測距光軸４がＺ軸に相当し、前記水平基準線６がＸ軸に相当する。

この時求めるパラメータは、左側のカメラのＺ軸の回転角κ１、Ｙ軸の回転角φ１、Ｘ軸の回転角ω１、右側のカメラのＺ軸の回転角κ２、Ｙ軸の回転角φ２、Ｘ軸の回転角ω２となる。この場合、左側のカメラのＸ軸の回転角ω１は０なので、考慮する必要はない。

従って、φ１、κ１、φ２、ω２、κ２が、未知数となる。

更に、φ１、κ１、φ２、ω２、κ２については、図１３に示す式（１）を解くことで、各パラメータが求まる。

尚、式（１）中、
κ１は、左側カメラのＺ軸の回転角、
φ１は、左側カメラのＹ軸の回転角、
κ２は、右側カメラのＺ軸の回転角、
φ２は、右側カメラのＹ軸の回転角、
ω２は、右側カメラのＸ軸の回転角を示す。

本実施例に於いては、前記姿勢検出ユニット２６によって、前記測量装置１（即ち前記撮像ユニット２７）の水平に対する２方向の傾斜角が検出される（図１参照）。即ち、２地点でのκ１、κ２、ω２がそれぞれ既知となる。従って、未知数はφ１、φ２のみとなり、演算は大幅に簡略化される。

３辺測量が行われると、それぞれの内角は余弦定理を用いて計算することができ、前記第１の位置８６と前記第２の位置８６′での内角であるφ１、φ２が容易に求められ、相互標定の演算を簡略化できる。

更に、本実施例では、遠近画像を鉛直画像に画像処理することができる。画像マッチングに鉛直画像を用いることで、相互標定作業が不要になり、画像マッチングは更に簡略化される。又、鉛直画像とすることで、即エピポーラ線が形成でき、視差計測による３Ｄモデルとなり処理時間が極めて早くなる。

更に、図１４を参照して、３辺測量の第３の実施例について説明する。

第１の設置位置（既知の設置基準点Ｒ）８８に一脚２を介して測量装置１を設置する。この時の、機械基準点Ｏを第１の位置８６とする。該第１の位置８６から測定対象物について第１画像を取得し、画像中に測定点８７を選択する。選択した該測定点８７について測距を行うと共に、測距時の前記測量装置１の傾斜を姿勢検出ユニット２６によって検出する。この傾斜角と前記一脚２の距離Ｌとで前記設置基準点Ｒと前記第１の位置８６との位置関係が測定される。更に、該第１の位置８６が演算される。

前記設置基準点Ｒから所要距離離れた第２の設置位置８８′に前記一脚２を介して前記測量装置１を設置する。この時の、前記機械基準点Ｏを第２の位置８６′とする。該第２の位置８６′から測距光軸４を前記設置基準点Ｒに向け、前記第２の位置８６′と前記設置基準点Ｒ間の距離（斜距離）を測定する。斜距離測定時の、前記測量装置１の傾斜角が前記姿勢検出ユニット２６によって検出される。

この傾斜角と前記一脚２の前記距離Ｌとで、前記第２の設置位置８８′に対する前記第２の位置８６′の位置ずれｆが測定される。更に、この傾斜角と、斜距離測定結果に基づき前記第２の位置８６′と前記設置基準点Ｒ（前記第１の設置位置８８）との水平距離Ｈが求められる。この水平距離Ｈが前記位置ずれｆによって補正（加算）され、基線長Ｂ（前記第１の設置位置８８と前記第２の設置位置８８′間の距離）が演算される。

前記第２の位置８６′から、前記測距光軸４を前記測定点８７に向け、該測定点８７を含む範囲の第２画像を取得する。前記第１画像と前記第２画像のマッチングにより該第２画像中に前記測定点８７を特定し、該測定点８７について測距を行う。この測距時の傾斜角が前記姿勢検出ユニット２６によって検出される（前記斜距離を求めた場合の傾斜角と異なる場合）。

前記第１の位置８６での、前記測定点８７の測距時の傾斜角と前記距離Ｌとで、前記第１の設置位置８８に対する前記第１の位置８６のずれが求められ、前記第２の位置８６′での、前記測定点８７の測距時の傾斜角と前記距離Ｌとで、前記第２の設置位置８８′に対する前記第２の位置８６′のずれが求められる。前記第１の設置位置８８に対する前記第１の位置８６の位置が演算され、前記第２の設置位置８８′に対する前記第２の位置８６′の位置がそれぞれ演算される。

而して、前記測定点８７測定時の前記第１の位置８６と前記第２の位置８６′との間の真の基線長Ｂ′が演算される。

該真の基線長Ｂ′と前記第１の位置８６からの前記測定点８７の測距結果と前記第２の位置８６′からの前記測定点８７の測距結果とに基づき測定対象物についての３辺測量が行われる。

本第３の実施例では、前記真の基線長Ｂ′を長くとれることから、遠距離の測定対象物について高精度に測定することができる。

更に又、図１５を参照して、３辺測量の第４の実施例について説明する。

本第４の実施例では、測量装置１にＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）装置８９が設けられる。

該ＧＮＳＳ装置８９により、第１の位置での前記測量装置１の３次元座標（ＧＮＳＳ座標）が取得でき、又第２の位置での前記測量装置１の３次元座標が取得できる。

従って、測定点８７を測定する為に必要な前記測量装置１の位置情報が得られ、更に前記第１の位置、前記第２の位置での前記測量装置１の３次元座標から基線長Ｂも演算することができる。従って、３辺測量が可能となる。

尚、上記実施例では、測量装置１を既知長の一脚２の上端に設けた場合を説明した。これらの実施例に於いて、前記一脚２は、下端が既知点に位置する様設置され、該一脚２の傾斜角は、前記測量装置１に内蔵される姿勢検出ユニット２６によって検出される。

前記一脚２の既知長、及び前記姿勢検出ユニット２６によって検出される傾斜角、傾斜方向に基づき、前記既知点に対する前記測量装置１の機械基準点Ｏの位置、即ち該機械基準点Ｏの座標位置を演算することができる。従って、前記一脚２及び前記姿勢検出ユニット２６は、前記測量装置１の前記機械基準点Ｏの座標位置を求める為の、座標取得ユニットとして機能する。

従って、前記機械基準点Ｏの座標位置を求める為の座標取得ユニットとして、ＧＮＮＳ装置８９を使用してもよい。該ＧＮＮＳ装置８９を座標取得ユニット９０として用いる場合、前記一脚２は省略することができる（図１５参照）。又、前記ＧＮＮＳ装置８９では、グローバル座標基準の座標取得が可能となり、測定結果の汎用性が高まる。

１測量装置
２一脚
４測距光軸
５撮像光軸
６水平基準線
１１表示部
１２操作部
１４縦軸心
１５横軸心
１７走査軌跡
２１測距光射出部
２２受光部
２３測距部
２４演算処理ユニット
２５射出方向検出部
２６姿勢検出ユニット
２７撮像ユニット
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
４９撮像素子
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
８３鉛直線
８４水平線
８７測定点

Claims

測量装置を具備し、該測量装置は既知の長さを有する一脚の上端に設けられ、
前記測量装置は、前記一脚を介して既知の第１の設置基準点に設けられると共に既知の第２の設置基準点に設けられ、
該測量装置は、測距光を測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、前記測定ユニットと一体的に設けられ、該測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する姿勢検出ユニットと、前記測量装置の位置を検出する座標取得ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、
前記座標取得ユニットは、前記一脚と該一脚の傾斜角を検出する前記姿勢検出ユニットによって構成され、
第１の位置の座標は、前記第１の設置基準点で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、第２の位置の座標は、前記第２の設置基準点で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、
前記座標取得ユニットにより前記第１の位置の座標が取得された第１の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第１画像を取得し、前記座標取得ユニットにより前記第２の位置の座標が取得された第２の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第２画像を取得し、
前記測定ユニットは前記第１画像中と、前記第２画像中とに特定した共通の測定点にそれぞれ測距光軸を向け前記測距光を射出して前記第１の位置からの第１の距離測定、前記第２の位置からの第２の距離測定を実行し、
前記演算処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置での前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記第１の距離測定、前記第２の距離測定とに基づきそれぞれ前記第１の位置及び前記第２の位置からの水平距離を演算し、
又前記演算処理ユニットは、前記第１の位置の座標、前記第２の位置の座標に基づき基線長を演算し、前記水平距離と前記基線長に基づき前記測定点について３辺測量を実行する様構成された測量システム。
前記第１画像と前記第２画像との画像マッチングにより該第２画像に前記測定点を特定する請求項１に記載の測量システム。
測量装置を具備し、該測量装置は既知の長さを有する一脚の上端に設けられ、該測量装置は、測距光を測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、前記測定ユニットと一体的に設けられ、該測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する姿勢検出ユニットと、前記測量装置の位置を検出する座標取得ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、
前記座標取得ユニットは、前記一脚と該一脚の傾斜角を検出する前記姿勢検出ユニットによって構成され、
前記座標取得ユニットにより第１の位置の座標が取得された第１の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第１画像を取得し、前記座標取得ユニットにより第２の位置の座標が取得された第２の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第２画像を取得し、
前記測定ユニットは前記第１画像中と、前記第２画像中とに特定した共通の測定点にそれぞれ測距光軸を向け前記測距光を射出して前記第１の位置からの第１の距離測定、前記第２の位置からの第２の距離測定を実行し、
前記第１の位置は、前記一脚を一方の方向に傾斜させることで得られ、前記第２の位置は、前記一脚を他方の方向に傾斜させることで得られ、更に前記第１の位置の座標は、前記第１の位置で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、前記第２の位置の座標は、前記第２の位置で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、
前記演算処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置での前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記第１の距離測定、前記第２の距離測定とに基づきそれぞれ前記第１の位置及び前記第２の位置からの水平距離を演算し、
又前記演算処理ユニットは、前記第１の位置の座標、前記第２の位置の座標に基づき基線長を演算し、前記水平距離と前記基線長に基づき前記測定点について３辺測量を実行する様構成された測量システム。
測量装置を具備し、該測量装置は既知の長さを有する一脚の上端に設けられ、前記測量装置は、前記一脚を介して設置基準点に設けられると共に所要距離離れた設置点に設けられ、該測量装置は、測距光を測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、前記測定ユニットと一体的に設けられ、該測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する姿勢検出ユニットと、前記測量装置の位置を検出する座標取得ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、
前記座標取得ユニットは、前記一脚と該一脚の傾斜角を検出する前記姿勢検出ユニットによって構成され、
第１の位置の座標は、前記設置基準点で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記一脚の長さによって求められ、第２の位置の座標は、前記設置点で前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、第２の位置から前記測量装置により測定した前記設置基準点迄の斜距離と、前記一脚の長さによって求められ、
前記座標取得ユニットにより前記第１の位置の座標が取得された第１の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第１画像を取得し、前記座標取得ユニットにより前記第２の位置の座標が取得された前記第２の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第２画像を取得し、
前記測定ユニットは前記第１画像中と、前記第２画像中とに特定した共通の測定点にそれぞれ測距光軸を向け前記測距光を射出して前記第１の位置からの第１の距離測定、前記第２の位置からの第２の距離測定を実行し、
前記演算処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置での前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記第１の距離測定、前記第２の距離測定とに基づきそれぞれ前記第１の位置及び前記第２の位置からの水平距離を演算し、
又前記演算処理ユニットは、前記第１の位置の座標、前記第２の位置の座標に基づき基線長を演算し、前記水平距離と前記基線長に基づき前記測定点について３辺測量を実行する様構成された測量システム。
測量装置を具備し、該測量装置は既知の長さを有する一脚の上端に設けられ、前記測量装置は、前記一脚を介して設置基準点に設けられると共に所要距離離れた設置点に設けられ、該測量装置は、測距光を測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、前記測定ユニットと一体的に設けられ、該測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する姿勢検出ユニットと、前記測量装置の位置を検出する座標取得ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、
前記座標取得ユニットとしてＧＮＳＳ装置が用いられ、前記座標取得ユニットにより、第１の位置の座標と、第２の位置の座標が取得され、
前記座標取得ユニットにより前記第１の位置の座標が取得された第１の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第１画像を取得し、前記座標取得ユニットにより前記第２の位置の座標が取得された第２の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第２画像を取得し、
前記測定ユニットは前記第１画像中と、前記第２画像中とに特定した共通の測定点にそれぞれ測距光軸を向け前記測距光を射出して前記第１の位置からの第１の距離測定、前記第２の位置からの第２の距離測定を実行し、
前記演算処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置での前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記第１の距離測定、前記第２の距離測定とに基づきそれぞれ前記第１の位置及び前記第２の位置からの水平距離を演算し、
又前記演算処理ユニットは、前記第１の位置の座標、前記第２の位置の座標に基づき基線長を演算し、前記水平距離と前記基線長に基づき前記測定点について３辺測量を実行する様構成された測量システム。
測量装置を具備し、該測量装置は、測距光を測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、前記測定ユニットと一体的に設けられ、該測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する姿勢検出ユニットと、前記測量装置の位置を検出する座標取得ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、前記座標取得ユニットにより第１の位置の座標が取得された第１の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第１画像を取得し、前記座標取得ユニットにより第２の位置の座標が取得された第２の位置から、前記撮像ユニットにより前記測定対象物の第２画像を取得し、前記測定ユニットは前記第１画像中と、前記第２画像中とに特定した共通の測定点にそれぞれ測距光軸を向け前記測距光を射出して前記第１の位置からの第１の距離測定、前記第２の位置からの第２の距離測定を実行し、前記演算処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置での前記姿勢検出ユニットが検出した傾斜角と、前記第１の距離測定、前記第２の距離測定とに基づきそれぞれ前記第１の位置及び前記第２の位置からの水平距離を演算し、又前記演算処理ユニットは、前記第１の位置の座標、前記第２の位置の座標に基づき基線長を演算し、前記水平距離と前記基線長に基づき前記測定点について３辺測量を実行する様構成し、
前記測距光の前記射出光軸上に設けられ、該射出光軸を前記測距光軸として偏向し、偏角を変更可能な光軸偏向ユニットを更に具備し、前記演算処理ユニットは、前記測距光が前記測定点に照射される様、前記姿勢検出ユニットを制御する様構成された測量システム。
前記演算処理ユニットは、前記姿勢検出ユニットが検出する傾斜角と前記光軸偏向ユニットが検出する前記測距光軸の偏角に基づき、該測距光軸の水平に対する傾斜角を演算する請求項６に記載の測量システム。
前記姿勢検出ユニットは、外フレームに直交する２軸を中心に回転自在に支持され、水平からの傾斜を検出する傾斜検出ユニットと、各軸にそれぞれ取付けられたエンコーダと、各軸を回転させる様取付けたモータと、前記傾斜検出ユニットからの検出結果に基づき前記モータを駆動制御する演算部とを具備し、該演算部は前記外フレームが傾斜した場合に、前記傾斜検出ユニットからの信号に基づき該傾斜検出ユニットが水平を検出する様、前記モータを駆動し、前記傾斜検出ユニットが水平を検出した時の前記エンコーダの出力に基づき傾斜角を出力する請求項６又は請求項７に記載の測量システム。
前記傾斜検出ユニットは高精度で水平を検出する第１傾斜センサと、該第１傾斜センサより高応答性で傾斜を検出する第２傾斜センサとを具備し、該第２傾斜センサは前記第１傾斜センサが検出した水平からの傾斜を検出し、前記演算部は前記第２傾斜センサからの検出信号に基づき傾斜角を検出する様構成した請求項８に記載の測量システム。
前記測距光の前記射出光軸上に配設され、前記測距光軸を所要の偏角で、所要の方向に偏向する第１光軸偏向部と、受光光軸上に配設され、前記第１光軸偏向部と同一の偏角、方向で反射測距光を偏向する第２光軸偏向部と、前記第１光軸偏向部による偏角、偏向方向を検出する射出方向検出部とを更に具備し、前記測距光は前記第１光軸偏向部を通して射出され、前記反射測距光は前記第２光軸偏向部を通して受光素子に受光される様構成され、測距部の測距結果、前記射出方向検出部の検出結果に基づき前記測定点の３次元データを取得し、該３次元データを前記姿勢検出ユニットが検出した結果に基づき補正する様構成した請求項６に記載の測量システム。
前記光軸偏向ユニットは第１光軸偏向部と第２光軸偏向部を有すると共に、重なり合う一対の円板状の光学プリズムで構成され、前記第１光軸偏向部は前記光学プリズムの中央に設けられた第１のプリズム要素で構成され、前記第２光軸偏向部は前記第１のプリズム要素周囲に設けられた第２のプリズム要素で構成され、各光学プリズムは、それぞれ独立して回転可能であり、各光学プリズムの回転角を個別に検出可能とした請求項６又は請求項７又は請求項１０に記載の測量システム。