JP7084705B2

JP7084705B2 - 測量装置

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Publication number: JP7084705B2
Application number: JP2017175509A
Authority: JP
Inventors: 太一湯浅; 健一郎吉野
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2037-09-13
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Description

本発明は、測定対象物の測量と温度測定とを同時に実行する測量装置に関するものである。

トータルステーションやレーザスキャナ等の測量装置には、赤外線カメラ等の温度測定装置を別途追加し、測量により得られた位置情報に温度情報を付加するものがある。

従来の測量装置では、温度測定装置は測量装置の本体に設けられ、距離計や可視光カメラとは非同軸となっている。特に近距離の測量に於いては、測量位置と温度測定位置とのズレが顕著になる為、所望の測定点の位置情報に対する温度情報の精度が低くなる。又、位置情報に温度情報を付加する際の精度を上げる為には、位置ズレの補正が必要となり、信号処理が煩雑になる。

又、温度測定装置は本体の固定部に取付けられ、トータルステーションの望遠鏡部、レーザスキャナの走査鏡と一体に鉛直回転することはできない。従って、トータルステーション、或はレーザスキャナの測定範囲に対応した広範囲の位置情報に温度情報を付加する為に、温度測定装置を超広角の赤外線カメラとする必要があり、測定空間分解能が低下する。更に、超広角の赤外線カメラを用いない場合には、測定範囲を複数に分割し、分割した測定範囲をそれぞれ温度測定する複数の温度測定装置を設ける必要があり、製作コストの増大を招いていた。

特表２０１７－５１９１８８号公報

本発明は、測定点の位置情報に対して高精度な温度情報を付加可能な測量装置を提供するものである。

本発明は、所定の測定点に測距光を照射する投光光学系と、前記測定点からの反射測距光及び前記測定点からの赤外光を受光する受光光学系と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、該托架部に設けられ鉛直回転モータにより鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記投光光学系からの前記測距光を前記測定点に照射すると共に該測定点からの前記反射測距光を前記受光光学系へと入射させる鉛直回転部と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記鉛直回転部の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記反射測距光と前記赤外光の受光結果に基づく距離測定と温度測定と前記托架部の回転と前記鉛直回転部の回転とを制御する演算制御部とを具備し、前記受光光学系は前記反射測距光を受光する受光素子と、前記反射測距光の光路上に設けられ該反射測距光から前記赤外光を分離させる赤外光分離光学部材と、分離された前記赤外光を受光する温度センサとを有し、前記演算制御部は前記受光素子に受光された前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定点迄の距離を測定し、前記温度センサに受光された前記赤外光の受光結果に基づき前記測定点の温度を測定する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記受光光学系は、前記反射測距光を前記受光素子に受光させる為の受光レンズを有し、該受光レンズは前記赤外光分離光学部材よりも物側に配置された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記鉛直回転部は前記投光光学系からの前記測距光を反射して前記測定点に向けて照射し、前記反射測距光を前記受光光学系へと反射する走査鏡であり、前記演算制御部は前記走査鏡の回転により前記測距光を走査させる測量装置に係るものである。

又本発明は、前記鉛直回転部は、前記測定点を視準する為の視準光学系を有する望遠鏡部である測量装置に係るものである。

又本発明は、前記赤外光分離光学部材は、前記反射測距光と前記赤外光のうち一方を反射し、他方を透過させる光学特性を有する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記鉛直回転部は２面の反射面を有し、前記赤外光分離光学部材の機能を有する反射鏡であり、前記受光素子と前記温度センサが前記反射鏡を挟んで対称な位置に配置され、該反射鏡は一方の面で前記反射測距光を反射し、他方の面で前記赤外光を反射させる測量装置に係るものである。

更に又本発明は、前記受光光学系と同軸に設けられ、前記反射測距光と同軸に入射した可視光に基づき画像を取得する撮像部を更に具備する測量装置に係るものである。

本発明によれば、所定の測定点に測距光を照射する投光光学系と、前記測定点からの反射測距光及び前記測定点からの赤外光を受光する受光光学系と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、該托架部に設けられ鉛直回転モータにより鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記投光光学系からの前記測距光を前記測定点に照射すると共に該測定点からの前記反射測距光を前記受光光学系へと入射させる鉛直回転部と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記鉛直回転部の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記反射測距光と前記赤外光の受光結果に基づく距離測定と温度測定と前記托架部の回転と前記鉛直回転部の回転とを制御する演算制御部とを具備し、前記受光光学系は前記反射測距光を受光する受光素子と、前記反射測距光の光路上に設けられ該反射測距光から前記赤外光を分離させる赤外光分離光学部材と、分離された前記赤外光を受光する温度センサとを有し、前記演算制御部は前記受光素子に受光された前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定点迄の距離を測定し、前記温度センサに受光された前記赤外光の受光結果に基づき前記測定点の温度を測定するので、前記測距光を照射した前記測定点の温度を測定することができ、前記測定点の位置情報に対して高精度な温度情報を付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の実施例に係るレーザスキャナを示す正断面図である。前記レーザスキャナの光学部の光学系を示す概略図である。本発明の第２の実施例に係るレーザスキャナの光学部の光学系を示す概略図である。本発明の第３の実施例に係るレーザスキャナの光学部の光学系を示す概略図である。本発明の第３の実施例に係るレーザスキャナの光学部の光学系の変形例を示す概略図である。（Ａ）～（Ｄ）は、本発明の第３の実施例に係るレーザスキャナに於ける鉛直回転部の変形例を示す概略図である。本発明の第４の実施例に係るレーザスキャナの光学部の光学系を示す概略図である。本発明の第４の実施例に係るレーザスキャナの光学部に於いて、赤外光受光光学系の変形例を示す概略図である。本発明の第５の実施例に係るレーザスキャナの光学部の光学系を示す概略図である。本発明の第５の実施例に係るレーザスキャナの光学部の光学系の変形例を示す概略図である。本発明の第６の実施例に係るトータルステーションの光学部の光学系を示す概略図である。本発明の第７の実施例に係るトータルステーションの光学部の光学系を示す概略図である。本発明の第８の実施例に係るトータルステーションの光学部の光学系を示す概略図である。

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、本発明の実施例に係る測量装置について説明する。尚、以下では、測量装置としてレーザスキャナについて説明する。

レーザスキャナ１は、三脚（図示せず）に取付けられた整準部２と、該整準部２に取付けられたスキャナ本体３とから構成される。

前記整準部２は整準ネジ３３を有し、該整準ネジ３３により前記スキャナ本体３の整準を行う。

該スキャナ本体３は、固定部４と、托架部５と、水平回転軸６と、水平回転軸受７と、水平回転駆動部としての水平回転モータ８と、水平角検出部としての水平角エンコーダ９と、鉛直回転軸１１と、鉛直回転軸受１２と、鉛直回転駆動部としての鉛直回転モータ１３と、鉛直角検出部としての鉛直角エンコーダ１４と、鉛直回転部である走査鏡１５と、操作部と表示部とを兼用する操作パネル１６と、演算制御部１７と、記憶部１８と、距離測定部や撮像部等を有する光学部１９等を具備している。

前記水平回転軸受７は前記固定部４に固定される。前記水平回転軸６は鉛直な軸心６ａを有し、前記水平回転軸６は前記水平回転軸受７に回転自在に支持される。又、前記托架部５は前記水平回転軸６に支持され、前記托架部５は水平方向に前記水平回転軸６と一体に回転する様になっている。

前記水平回転軸受７と前記托架部５との間には前記水平回転モータ８が設けられ、該水平回転モータ８は前記演算制御部１７により制御される。該演算制御部１７は、前記水平回転モータ８により、前記托架部５を前記軸心６ａを中心に回転させる。

前記托架部５の前記固定部４に対する相対回転角は、前記水平角エンコーダ９によって検出される。該水平角エンコーダ９からの検出信号は前記演算制御部１７に入力され、該演算制御部１７により水平角データが演算される。該演算制御部１７は、前記水平角データに基づき、前記水平回転モータ８に対するフィードバック制御を行う。

又、前記托架部５には、水平な軸心１１ａを有する前記鉛直回転軸１１が設けられている。該鉛直回転軸１１は、前記鉛直回転軸受１２を介して回転自在となっている。尚、前記軸心６ａと前記軸心１１ａの交点が、測距光の射出位置であり、前記スキャナ本体３の座標系の原点となっている。

前記托架部５には、凹部２３が形成されている。前記鉛直回転軸１１は、一端部が前記凹部２３内に延出し、前記一端部に前記走査鏡１５が固着され、該走査鏡１５は前記凹部２３に収納されている。又、前記鉛直回転軸１１の他端部には、前記鉛直角エンコーダ１４が設けられている。

前記鉛直回転軸１１に前記鉛直回転モータ１３が設けられ、該鉛直回転モータ１３は前記演算制御部１７に制御される。該演算制御部１７は、前記鉛直回転モータ１３により前記鉛直回転軸１１を回転させ、前記走査鏡１５は前記軸心１１ａを中心に回転される。

前記走査鏡１５の回転角は、前記鉛直角エンコーダ１４によって検出され、検出信号は前記演算制御部１７に入力される。該演算制御部１７は、検出信号に基づき前記走査鏡１５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回転モータ１３に対するフィードバック制御を行う。

又、前記演算制御部１７で演算された水平角データ、鉛直角データや測距結果、温度情報（後述）、色情報（後述）は、前記記憶部１８に保存される。該記憶部１８には、ＨＤＤ、ＣＤ、メモリカード等種々の記憶手段が用いられる。該記憶部１８は、前記托架部５に対して着脱可能であってもよく、或は図示しない通信手段を介して外部記憶装置や外部データ処理装置にデータを送出可能としてもよい。

前記操作パネル１６は、例えばタッチパネルであり、測距の指示や測定条件、例えば測定点間隔の変更等を行う操作部と、測距結果、温度測定結果等を表示する表示部とを兼用している。

次に、図２に於いて、前記光学部１９について説明する。

該光学部１９は、測距光を射出する投光光学系２１と、測定対象物で反射された反射測距光を受光する受光光学系２２と、前記投光光学系２１より射出される測距光の一部を前記受光光学系２２へと導く内部参照光光学系２４と、撮像部２５とを有している。

又、前記光学部１９は、前記投光光学系２１の投光光軸２６と前記内部参照光光学系２４の内部参照光光軸２７との交差位置に配置された第１ビームスプリッタ２８と、前記投光光軸２６と前記受光光学系２２の受光光軸２９との交差位置に配置された第２ビームスプリッタ３１と、前記受光光軸２９と前記撮像部２５の撮像光軸３２との交差位置に配置された第１ダイクロイックミラー３０とを有している。

前記第１ビームスプリッタ２８は、測距光の一部を内部参照光として反射し、残部を測距光として透過する光学特性を有している。又、前記第２ビームスプリッタ３１は、測距光を反射し、反射測距光を透過する光学特性を有している。更に、前記第１ダイクロイックミラー３０は、測距光及び反射測距光を反射し、可視光を透過する光学特性を有している。尚、該第１ダイクロイックミラー３０に替えて、ビームスプリッタを用いてもよい。

前記投光光学系２１は、前記投光光軸２６上に設けられた発光素子３４と、投光レンズ３５とを有している。前記発光素子３４は、例えばレーザダイオード（ＬＤ）であり、７００ｎｍ～１６００ｎｍの近赤外光と可視光を含むレーザ光線を、測距光としてパルス発光又はバースト発光（断続発光）する。

前記受光光学系２２は、測定点迄の距離を測定する為の測距光受光光学系２２ａと、測定点の温度を測定する為の赤外光受光光学系２２ｂとが一体となった光学系となっている。該赤外光受光光学系２２ｂは、前記受光光軸２９上に設けられた受光レンズ３６と、第２ダイクロイックミラー３７と、温度センサ（赤外光受光素子）３８を有している。前記測距光受光光学系２２ａは、前記第２ダイクロイックミラー３７の反射光軸上に設けられ、前記内部参照光光軸２７との交差位置に設けられた受光素子４１を有している。

前記第２ダイクロイックミラー３７は、反射測距光と赤外光とを分離させる赤外光分離光学部材であり、赤外光を透過させ、反射測距光を反射させる光学特性を有している。尚、前記第２ダイクロイックミラー３７に替えて、ビームスプリッタを用いてもよい。前記温度センサ３８は、１画素分の大きさを有し、例えば３μｍ～１５μｍに感度を有する赤外光受光素子となっている。赤外温度センサであるので、測定対象物の輻射エネルギーと温度の関係から、測定点の温度を測定することができる。

前記内部参照光光学系２４は、前記第１ビームスプリッタ２８と、受光レンズ４２と、前記受光素子４１とを有している。該受光素子４１は、前記受光光学系２２と前記内部参照光光学系２４とで共通となっており、前記第１ビームスプリッタ２８で反射された測距光と、反射測距光とが受光される様になっている。

前記撮像部２５は、複数のレンズからなる撮像レンズ４３と、撮像素子４４とを有している。該撮像素子４４は、デジタル画像信号を出力するものであり、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等、画素（ピクセル）の集合体で構成され、各画素は、前記撮像素子４４内での位置が特定できる様になっている。

前記レーザスキャナ１により測距、温度測定を行う場合について説明する。

前記発光素子３４よりパルス光又はバースト光の測距光が射出される。該測距光は、一部が前記第１ビームスプリッタ２８で反射され、前記受光素子４１に入射する。測距光の残部は、前記第１ビームスプリッタ２８を透過する。

該第１ビームスプリッタ２８を透過した測距光は、前記第２ビームスプリッタ３１、前記第１ダイクロイックミラー３０に順次反射され、前記走査鏡１５に入射する。該走査鏡１５に入射した測距光の光軸は、前記軸心１１ａと合致しており、測距光は前記走査鏡１５によって直角に偏向される。該走査鏡１５が前記軸心１１ａを中心に回転することで、測距光は前記軸心１１ａと直交し、且つ前記軸心６ａを含む平面内で回転（走査）される。前記走査鏡１５で反射された測距光は、測定対象物の所定の測定点（照射点）に照射され、測定対象物が走査される。

測定点で反射された測距光（以下反射測距光）は、前記走査鏡１５に入射し、該走査鏡１５で直角に反射される。該走査鏡１５で反射された反射測距光は、前記第１ダイクロイックミラー３０に入射し、更に反射される。又、反射測距光と同軸で前記走査鏡１５に入射した外光等の可視光は、前記第１ダイクロイックミラー３０を透過し、前記撮像素子４４に受光される。更に、反射測距光と同軸で前記走査鏡１５に入射した赤外光は、前記第１ダイクロイックミラー３０に反射される。

該第１ダイクロイックミラー３０で反射された反射測距光及び赤外光は、前記受光レンズ３６を介して前記第２ダイクロイックミラー３７に入射する。該第２ダイクロイックミラー３７は、近赤外光を反射し、赤外光を透過させる。従って、該第２ダイクロイックミラー３７で反射された反射測距光は前記受光素子４１に入射し、前記第２ダイクロイックミラー３７を透過した赤外光は前記温度センサ３８に入射する。従って、前記受光光軸２９は反射測距光の光路となり、前記第２ダイクロイックミラー３７は反射測距光の光路上に配置される。

前記演算制御部１７は、前記発光素子３４の発光のタイミングと、前記受光素子４１の反射測距光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（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）。前記演算制御部１７は、前記発光素子３４の発光のタイミング、即ちパルス間隔を変更可能となっている。

尚、本実施例では、前記内部参照光光学系２４が設けられ、前記受光素子４１が受光した内部参照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、より高精度な測距が可能となる。

又、前記演算制御部１７は、前記温度センサ３８に入射した赤外光の放射エネルギ量に基づき、測定点の温度を測定する。更に、前記演算制御部１７は、前記撮像素子４４に入射した可視領域の反射測距光に基づき、測定点を中心とした測定対象物の画像を取得する。

ここで、前記温度センサ３８に受光される赤外光と、前記受光素子４１に受光される反射測距光は、前記第２ダイクロイックミラー３７により分離されたものであり、同軸となっている。従って、前記温度センサ３８と前記受光素子４１の受光結果に基づき、測定点の距離データと温度データとを同時に取得することができる。取得された距離データと温度データとは、関連付けられて前記記憶部１８に保存される。

又、前記受光光学系２２に入射する反射測距光と、前記撮像素子４４に入射する可視光は、前記第１ダイクロイックミラー３０により分離されたものであり、同軸となっている。従って、前記撮像部２５では、測定点を中心とした画像を取得することができる。即ち、測定点の色情報を同時に取得することができる。取得された色情報は、距離データと温度データに関連付けられて前記記憶部１８に保存される。

更に、前記托架部５と前記走査鏡１５とがそれぞれ定速で回転し、該走査鏡１５の鉛直方向の回転と、前記托架部５の水平方向の回転との協働により、測距光が２次元に走査される。又、パルス光毎の測距により測距データ（斜距離）が得られ、各パルス光毎に前記鉛直角エンコーダ１４、前記水平角エンコーダ９により鉛直角、水平角を検出することで、鉛直角データ、水平角データが取得できる。鉛直角データ、水平角データ、測距データとにより、測定対象物に対応する３次元の点群データ（位置情報）が取得できる。

上述の様に、第１の実施例では、前記温度センサ３８が前記受光光学系２２に設けられ、前記温度センサ３８は前記受光素子４１と同軸となっている。従って、前記温度センサ３８を別途設ける必要がなく、前記レーザスキャナ１の小型化が図れる。

又、前記赤外光受光光学系２２ｂでは、前記測距光受光光学系２２ａと共通の前記受光レンズ３６が設けられ、前記温度センサ３８には、前記受光レンズ３６を介して赤外光が入射する構成であるので、該受光レンズ３６の径を大きくすることができる。従って、前記温度センサ３８に入射する赤外光の受光量を増大させることができ、温度測定可能な距離範囲を拡大することができる。

又、前記温度センサ３８と前記受光素子４１には、同軸で赤外光と反射測距光が受光されるので、同一の測定点について、測距、測角情報（位置情報）と温度情報とを同時に得ることができる。従って、前記レーザスキャナ１で得られた３次元の点群データに、高精度に温度情報を付加することができる。

又、前記受光素子４１と前記撮像素子４４には、同軸で反射測距光と可視光が受光されるので、同一の測定点について、測距、測角情報（位置情報）と色情報を同時に得ることができる。従って、前記レーザスキャナ１で得られた３次元の点群データに、高精度に色情報を付加することができる。

又、前記温度センサ３８として、赤外線波長帯の２以上の波長を用いるマルチスペクトル分光型の赤外線センサを使用してもよい。該赤外線センサを用いることで、物体の放射率が分らない場合でも、正確な温度測定が可能となる。

更に、第１の実施例では、測定点から放射された赤外線に基づいて測定点の温度を測定するので、各測定点で取得された温度の差から、計測した建物の熱源箇所や水漏れ箇所の特定や補修にも活用できる。又、配管の測定に於いては、配管内に気体や液体が流れているかどうかの確認等にも活用できる。

次に、図３に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図３中、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。尚、図３では、第２の実施例に於ける光学部１９を示し、他の構成については第１の実施例と同様の構成となっている。

第２の実施例では、第１ビームスプリッタ２８が投光光軸２６と内部参照光光軸２７との交差位置に配置され、第２ビームスプリッタ３１が前記投光光軸２６と受光光軸２９との交差位置に配置され、第１ダイクロイックミラー３０が前記受光光軸２９と撮像光軸３２との交差位置に配置され、赤外光分離光学部材としての第３ダイクロイックミラー４０が前記受光光軸２９と赤外光受光光学系２２ｂの赤外光受光光軸４５との交差位置に配置されている。

前記受光光軸２９上には、射出側から順に、前記第１ダイクロイックミラー３０、前記第３ダイクロイックミラー４０、前記第２ビームスプリッタ３１、受光レンズ３６が設けられている。

又、前記赤外光受光光軸４５上には、射出側から順に、前記第３ダイクロイックミラー４０、赤外光受光レンズ４６、温度センサ３８が設けられている。前記第３ダイクロイックミラー４０は、例えば赤外光を反射し、測距光を透過する光学特性を有している。

レーザスキャナ１（図１参照）により測距、温度測定を行なう際には、発光素子３４よりパルス発光又はバースト発光された測距光のうち、一部が前記第１ビームスプリッタ２８で内部参照光として反射され、残部が測距光として該第１ビームスプリッタ２８を透過する。該第１ビームスプリッタ２８を透過した測距光は、前記第２ビームスプリッタ３１で反射され、前記第３ダイクロイックミラー４０を透過し、前記第１ダイクロイックミラー３０で反射され、走査鏡１５（図２参照）に入射した後、測定点に照射される。

測定点で反射された反射測距光は、前記走査鏡１５で反射された後、前記第１ダイクロイックミラー３０で可視光が分離される。即ち、反射測距光と同軸で入射した可視光は前記第１ダイクロイックミラー３０を透過し、撮像素子４４に受光され、測定点を中心とした画像が取得される。又、反射測距光及び反射測距光と同軸で入射した赤外光は前記第１ダイクロイックミラー３０に反射される。

該第１ダイクロイックミラー３０で反射された反射測距光と赤外光は、前記第３ダイクロイックミラー４０により赤外光と近赤外光とに分離される。即ち、赤外光は前記第３ダイクロイックミラー４０により反射され、前記赤外光受光レンズ４６を介して前記温度センサ３８に受光され、測定点の温度情報が取得される。又、反射測距光は前記第３ダイクロイックミラー４０を透過し、前記第２ビームスプリッタ３１を透過した後、前記受光レンズ３６を介して前記受光素子４１に受光され、測定点の測距データが取得される。

第２の実施例に於いても、反射測距光の光路上に配置された前記第３ダイクロイックミラー４０により、反射測距光と同軸で入射した赤外光を分離して、赤外光と反射測距光とをそれぞれ前記温度センサ３８と前記受光素子４１とに受光させている。即ち、前記温度センサ３８と前記受光素子４１とに同軸で赤外光と反射測距光が受光される。従って、同一の測定点について、測距、測角情報（位置情報）と温度情報とを同時に得ることができ、前記レーザスキャナ１で得られた３次元の点群データに、高精度に温度情報を付加することができる。

又、前記撮像素子４４にも、反射測距光の光路上に配置された前記第１ダイクロイックミラー３０により、反射測距光と同軸で入射した可視光が受光されるので、測距、測角が行われた測定点の色情報を同時に得ることができる。従って、前記レーザスキャナ１で得られた３次元の点群データに、高精度に色情報を付加することができる。

次に、図４に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図４中、図２中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の実施例では、測距光を回転照射させる為の鉛直回転部（走査鏡）として、表裏２面に反射面を有するプリズム４７を用いている。又、撮像部２５は、前記プリズム４７を挟んで受光光学系２２と対称な位置に独立して設けられており、受光光軸２９と撮像光軸３２は同軸となっている。他の構成については、第１の実施例の光学系１９と略同様となっている。

第３の実施例では、反射測距光と赤外光を反射する反射面と、可視光を反射する反射面は異なる反射面であり、反射測距光、赤外光と可視光とは１８０°異なる方向に反射される。

従って、前記温度センサ３８で受光された赤外光と、前記受光素子４１で受光された反射測距光に基づき測距、温度測定が行われた測定点と、前記撮像部２５で取得された画像の中心とは異なった点となる。然し乍ら、前記プリズム４７は既知の速度で定速回転されるので、該プリズム４７の回転速度に基づき、或は前記鉛直角エンコーダ１４（図１参照）の角度検出結果に基づき、１８０°位置の異なる測距結果、画像の取得を行うことで、測定点と画像の中心とを容易に合致させることができる。

第３の実施例に於いても、前記温度センサ３８と前記受光素子４１とに同軸で赤外光と反射測距光が受光される。従って、同一の測定点について測距、測角情報（位置情報）と温度情報とを同時に得ることができ、レーザスキャナ１（図１参照）で得られた３次元の点群データに、高精度に温度情報を付加することができる。

又、測定点と画像の中心とを容易に合致可能であるので、前記点群データに高精度に色情報を付加することができる。

更に、前記撮像部２５が、前記プリズム４７を挟んで前記受光光学系２２と対称な位置に設けられている。従って、反射測距光から可視光を分離させる為の波長選択光学特性を持った第１ダイクロイックミラー３０を設ける必要がなく、単なる反射鏡でよいので、光学系を安価に製作することができる。

尚、第３の実施例では、前記プリズム４７は全ての光を全反射する反射面を２面有しているが、各反射面に波長選択膜を設けてもよい。例えば、一方の反射面に反射測距光と可視光とを反射する波長特性を有する反射膜を設け、他方の反射面に赤外光のみを反射する波長特性を有する反射膜を設けてもよい。

図５は、第３の実施例の変形例を示している。

該変形例では、受光レンズ３６よりも測定点側に赤外光分離光学部材としての第２ダイクロイックミラー３７ａが配置され、前記受光光軸２９と前記赤外光受光光軸４５との交差位置に、第３ダイクロイックミラー４０が配置されている。前記第２ダイクロイックミラー３７ａは、例えば赤外光を反射する光学特性を有し、前記第３ダイクロイックミラー４０は、例えば赤外光を反射し、測距光を透過する光学特性を有している。尚、前記第２ダイクロイックミラー３７ａ、前記第３ダイクロイックミラー４０に替えて、ビームスプリッタを用いてもよい。

前記変形例では、前記第２ダイクロイックミラー３７ａ、前記第３ダイクロイックミラー４０で反射された赤外光が、赤外光受光レンズ４６を介して前記温度センサ３８に受光される様になっている。他の構成については、第３の実施例と同様となっている。

尚、第３の実施例及び第３の実施例の変形例では、鉛直回転部として２面の反射面を有する前記プリズム４７を用いているが、他の光学部材を用いてもよい。例えば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示される様に、鉛直回転部として三角プリズム４８を用いてもよい。

或は、図６（Ｃ）に示される様に、鉛直回転部として表裏２面に反射面を有するプレート４９を用いてもよい。更に、図６（Ｃ）に示される様に、該プレート４９の１面に２つの反射面を設け、該反射面の表裏２面で可視光及び反射測距光を反射させてもよい。

尚、前記プレート４９を用いる場合には、該プレート４９の厚み分だけ、或は該プレート４９内での屈折分だけ、反射測距光と可視光の反射位置にズレが生じるので、前記撮像部２５は反射位置のズレ分だけずらすのが望ましい。

次に、図７に於いて、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図７中、図２、図５中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、赤外光受光光学系２２ｂが独立して設けられると共に、プリズム４７が赤外光分離光学部材として機能する。前記赤外光受光光学系２２ｂは、測距光受光光学系２２ａとは前記プリズム４７を挟んで同軸な位置に設けられ、赤外光受光光軸４５と受光光軸２９とは同軸となっている。従って、測定対象物からの赤外光と、測定点からの反射測距光は、前記プリズム４７により１８０°異なる方向に反射される。

この為、温度センサ３８で受光された赤外光に基づき温度測定された点と、受光素子４１に受光された反射測距光に基づき測距された測定点とは異なった点となる。然し乍ら、前記プリズム４７は、既知の速度で定速回転しているので、該プリズム４７の回転速度、或は鉛直角エンコーダ１４（図１参照）で検出された鉛直角に基づき、温度測定した点と測定点とを容易に合致させることができる。

尚、前記プリズム４７は単なる反射鏡であり、測定点からの光を全反射する。然し乍ら、前記温度センサ３８は赤外光のみに感度を有し、前記受光素子４１は測距光（近赤外光）のみに感度を有するので、測定点からの反射測距光と赤外光とは、前記プリズム４７により実質的に分離された状態となる。

従って、レーザスキャナ１で測定された３次元の点群データに、高精度な温度情報を付加することができる。

又、前記受光光軸２９と撮像光軸３２とが同軸であるので、撮像部２５は測定点を中心とした画像を同時に取得することができ、前記点群データに高精度な色情報を付加することができる。

又、前記赤外光受光光学系２２ｂが独立して設けられているので、前記プリズム４７が第２ダイクロイックミラー３７としての機能も有する。従って、該第２ダイクロイックミラー３７が不要となり、光学系を安価に製作することができる。

更に、赤外光を分離する為の前記第２ダイクロイックミラー３７は高価であり、光学系の設計も難しい。従って、前記赤外光受光光学系２２ｂを独立して設けることで、光学系の設計を容易に行うことができる。

尚、第４の実施例では、前記赤外光受光光学系２２ｂは、赤外光受光レンズ４６と温度センサ３８とから構成されているが、図８に示される様に、前記赤外光受光光学系２２ｂとして赤外線カメラ５１を用いてもよい。

該赤外線カメラ５１は、複数のレンズからなるカメラレンズ５２と、２次元のエリアセンサからなる受光素子５３とから構成される。前記赤外線カメラ５１を用いることで、赤外光受光光軸４５を中心とした広範囲の温度測定を行うことができる。又、前記赤外線カメラ５１として、赤外線波長帯の２以上の波長を用いる分光型の赤外線センサを用いてもよい。

次に、図９に於いて、本発明の第５の実施例について説明する。尚、図９中、図５中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第５の実施例では、プリズム４７を挟んで投光光学系２１、内部参照光光学系２４、測距光受光光学系２２ａが一方に設けられ、赤外光受光光学系２２ｂと撮像部２５とが他方に設けられている。

第４の実施例と同様、反射測距光と赤外光及び可視光とは前記プリズム４７の異なる反射面で反射され、該プリズム４７が赤外光分離光学部材として機能する。又、前記プリズム４７が既知の速度で定速回転しているので、該プリズム４７の回転速度、或は鉛直角エンコーダ１４（図１参照）で検出された鉛直角に基づき、温度測定した点と測定点とを容易に合致させることができる。

従って、レーザスキャナ１で測定された３次元点群データに、高精度な温度情報及び色情報を付加することができる。

又、前記プリズム４７に第２ダイクロイックミラー３７としての機能を兼用させることができるので、該第２ダイクロイックミラー３７が不要となり、光学系を安価に製作することができる。

尚、第１の実施例～第５の実施例では、測距、温度測定、画像取得を同時に行う構成となっていたが、前記撮像部２５を取除き、測距と温度測定のみを行う構成としてもよい。

例えば、図１０は、第５の実施例から前記撮像部２５を取除いた構成を示しているが、第１の実施例～第４の実施例についても同様に前記撮像部２５を取除いてもよいことは言う迄もない。

又、第１の実施例～第５の実施例では、反射測距光の光路上に第２ビームスプリッタ３１を設けているが、該第２ビームスプリッタ３１に替えてミラーを設けてもよい。この場合、ミラーの周囲を通過した反射測距光が受光レンズ３６に集光される。

次に、図１１に於いて、本発明の第６の実施例について説明する。

第１の実施例～第５の実施例では、測量装置としてレーザスキャナ１（図１参照）を用いていたが、第６の実施例では、測量装置としてトータルステーションを用いている。

図１１は、該トータルステーションの鉛直回転部である望遠鏡部に収納される光学系を示している。該光学系は、視準光軸８７を有し、該視準光軸８７に対して測距光投光光学系５６と、トラッキング光投光光学系５７と、内部参照光光学系５８と、測距光受光光学系５９と、トラッキング光受光光学系６１と、赤外光受光光学系６２と、視準光学系６３と、撮像部６４とが設けられている。前記視準光軸８７上に、物側から順に赤外光分離光学部材としてのミラー８１、対物レンズ７９、ダイクロイックプリズム７８、合焦レンズ８８、ビームスプリッタ付きポロプリズム８９、レチクル９１、接眼レンズ９２が設けられている。尚、８０は透過窓に設けられたガラスである。

前記測距光投光光学系５６は投光光軸６５を有し、該投光光軸６５上に近赤外光又は可視光の測距光を発する発光素子６６が設けられ、該発光素子６６側から順に、投光レンズ６７、ビームスプリッタ６８、第１ダイクロイックミラー６９、赤外光分離光学部材としての第２ダイクロイックミラー７１が設けられている。該第２ダイクロイックミラー７１によって、前記投光光軸６５が偏向され、前記ミラー８１に入射し、更に該ミラー８１によって偏向され、前記視準光軸８７に合致する。尚、前記ミラー８１はハーフミラーとしてもよい。

前記ビームスプリッタ６８は、測距光の一部を内部参照光として反射し、残部を測距光として透過させる光学特性を有している。前記第１ダイクロイックミラー６９は、後述するトラッキング光のみを反射し、それ以外の波長の光を透過させる光学特性を有している。前記第２ダイクロイックミラー７１は、赤外光のみを透過させ、それ以外の波長の光を反射させる光学特性を有している。

前記トラッキング光投光光学系５７はトラッキング光軸７２を有し、該トラッキング光軸７２は前記第１ダイクロイックミラー６９に入射し、該第１ダイクロイックミラー６９で偏向されて前記投光光軸６５と合致する。前記トラッキング光軸７２上に、投光レンズ７４と、近赤外光のトラッキング光を発する発光素子７３とが設けられている。

前記内部参照光光学系５８は、内部参照光光軸７５を有し、該内部参照光光軸７５は前記ビームスプリッタ６８で偏向された前記投光光軸６５と合致する。前記内部参照光光軸７５上に受光素子７６が設けられている。

前記測距光受光光学系５９は受光光軸７７を有し、該受光光軸７７は前記ダイクロイックプリズム７８で偏向された前記視準光軸８７と合致する。前記受光光軸７７上に、物側から順に設けられた前記ミラー８１、前記対物レンズ７９、前記ダイクロイックプリズム７８、前記受光素子７６を有する。

前記ダイクロイックプリズム７８は、可視光のみを透過させ、それ以外の光を反射する光学特性を有する第１反射面７８ａと、反射測距光（近赤外光）を透過させ、反射トラッキング光を反射する光学特性を有する第２反射面７８ｂを有している。

前記トラッキング光受光光学系６１は、トラッキング光受光光軸８２を有し、該トラッキング光受光光軸８２は前記ダイクロイックプリズム７８で分岐された前記受光光軸７７と合致する。前記トラッキング光受光光学系６１は、前記トラッキング光受光光軸８２上に設けられたトラッキング光受光素子８３を有する。

前記赤外光受光光学系６２は、赤外光受光光軸８４を有し、該赤外光受光光軸８４は、前記ミラー８１によって前記視準光軸８７から分岐される。前記赤外光受光光軸８４上に、物側から順に前記ミラー８１、前記第２ダイクロイックミラー７１、赤外光受光レンズ８６、温度センサ８５が設けられている。尚、該温度センサ８５は、赤外線波長帯の２以上の波長を用いる分光型の赤外線センサとしてもよい。

前記視準光学系６３は、前記視準光軸８７上に、物側から設けられた前記対物レンズ７９、前記ダイクロイックプリズム７８、前記合焦レンズ８８、前記ビームスプリッタ付きポロプリズム８９、前記レチクル９１、前記接眼レンズ９２を有する。

更に、前記撮像部６４は、前記ビームスプリッタ付きポロプリズム８９によって前記視準光軸８７から分岐された撮像光軸９３を有し、該撮像光軸９３上に撮像素子９４が設けられている。

前記トータルステーションにより測距、温度測定を行う場合について説明する。

前記視準光学系６３を介して所定の測定点を視準した後、前記発光素子６６より近赤外光又は可視光のレーザ光線である測距光が射出される。該測距光は、一部が内部参照光として前記ビームスプリッタ６８で反射され、前記受光素子７６に入射する。測距光の残部は、前記第１ダイクロイックミラー６９を透過し、前記第２ダイクロイックミラー７１に反射され、前記ミラー８１で反射された後、所定の測定点に照射される。

測定点で反射された反射測距光は、前記ミラー８１の周囲を通過し、前記対物レンズ７９を介して前記ダイクロイックプリズム７８に入射する。又、反射測距光は、前記ダイクロイックプリズム７８の前記第１反射面７８ａで反射し、前記受光素子７６に入射する。

演算制御部（図示せず）は、前記受光素子７６が内部参照光、反射測距光を受光して発する受光信号に基づき、測定点迄の距離を演算する。

又、測定対象物上の測定点から発せられた赤外光が、反射測距光と同軸に前記ミラー８１に入射する。赤外光は、前記ミラー８１で反射され、反射測距光から分離され、前記第２ダイクロイックミラー７１を透過した後、前記赤外光受光レンズ８６を介して前記温度センサ８５に入射する。該温度センサ８５は、赤外光を受光し、受光信号を発する。尚、前記ミラー８１では、反射測距光及び可視光の一部も反射されるが、前記第２ダイクロイックミラー７１は赤外光のみを透過させる光学特性を有するので、赤外光のみが前記温度センサ８５に入射する。

前記演算制御部は、前記温度センサ８５からの受光信号に基づき、測定点の温度を測定する。

更に、外光が反射測距光と同軸に前記対物レンズ７９に入射する。前記ミラー８１の周囲を通過した外光は、前記対物レンズ７９で集光され、前記ダイクロイックプリズム７８の前記第１反射面７８ａを透過し、前記合焦レンズ８８に入射する。該合焦レンズ８８は、前記ビームスプリッタ付きポロプリズム８９を介して前記撮像素子９４に外光を結像する。前記ビームスプリッタ付きポロプリズム８９では、外光の一部が反射され、前記撮像素子９４に入射することで、測定点を中心とした画像が取得される。又、作業者は、前記接眼レンズ９２を介して、前記対物レンズ７９により結像された像を観察することができる。

尚、測定対象物を自動で追尾させる際には、前記トラッキング光受光素子８３よりトラッキング光を射出する。トラッキング光は、前記ダイクロイックプリズム７８の前記第２反射面７８ｂで反射され、前記トラッキング光受光素子８３に入射する。前記演算制御部は、反射トラッキング光の前記トラッキング光受光素子８３に対する受光位置に基づき、図示しない水平回転モータ、鉛直回転モータを駆動させる。

第６の実施例に於いても、前記受光素子７６に受光される反射測距光、前記温度センサ８５に受光される赤外光、前記撮像素子９４に受光される可視光が同軸で同時に入射する。従って、測距を行った測定点の温度を測定し、更に測定点を中心とした画像を取得できるので、測定点に対して高精度に温度情報、色情報を付加することができる。

次に、図１２に於いて、本発明の第７の実施例について説明する。尚、図１２中、図１１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第７の実施例では、赤外光受光光学系６２がミラー８１よりも物側に設けられている。又、赤外光分離光学部材としての第２ダイクロイックミラー７１ａが視準光軸８７上に設けられ、赤外光受光光軸８４は前記第２ダイクロイックミラー７１ａによって前記視準光軸８７から分岐されている。又、第６の実施例に於ける第２ダイクロイックミラー７１がミラー９５となっている。更に、前記第２ダイクロイックミラー７１ａは、赤外光を反射し、その他の光を透過する光学特性を有している。その他の構成については、第６の実施例と同様である。

第７の実施例に於いても、反射測距光、赤外光、可視光が同軸で同時に入射するので、測定点に対して高精度に温度情報、色情報を付加することができる。

次に、図１３に於いて、本発明の第８の実施例について説明する。尚、図１３中、図１２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第８の実施例では、ダイクロイックプリズム７８に赤外光分離光学部材としての第３反射面７８ｃが更に形成され、該第３反射面７８ｃによって反射測距光から赤外光が分離され、温度センサ８５に入射する。前記第３反射面７８ｃと温度センサ８５とにより赤外光受光光学系６２が構成される。該赤外光受光光学系６２以外の構成については、第７の実施例と同様である。

第８の実施例に於いても、反射測距光、赤外光、可視光が同軸で同時に入射するので、測定点に対して高精度に測距、温度測定、色情報の取得ができ、測距結果に高精度に温度情報、色情報を付加することができる。

１レーザスキャナ
５托架部
６水平回転軸
８水平回転モータ
９水平角エンコーダ
１１鉛直回転軸
１３鉛直回転モータ
１４鉛直角エンコーダ
１５走査鏡
１７演算制御部
２１投光光学系
２２受光光学系
２５撮像部
３６受光レンズ
３７第２ダイクロイックミラー
３８温度センサ
４１受光素子
４７プリズム
５６測距光投光光学系
５９測距光受光光学系
６２赤外光受光光学系
７１第２ダイクロイックミラー
７６受光素子
８５温度センサ

Claims

所定の測定点に測距光を照射する投光光学系と、前記測定点からの反射測距光及び前記測定点からの赤外光を受光する受光光学系と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、該托架部に設けられ鉛直回転モータにより鉛直回転軸を中心に鉛直回転し、前記投光光学系からの前記測距光を前記測定点に照射すると共に該測定点からの前記反射測距光を前記受光光学系へと入射させる鉛直回転部と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記鉛直回転部の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記反射測距光と前記赤外光の受光結果に基づく距離測定と温度測定と前記托架部の回転と前記鉛直回転部の回転とを制御する演算制御部とを具備し、前記受光光学系は前記反射測距光を受光する受光素子と、前記反射測距光の光路上に設けられ該反射測距光から前記赤外光を分離させる赤外光分離光学部材と、分離された前記赤外光を受光する温度センサとを有し、前記鉛直回転部は２面の反射面を有し、前記赤外光分離光学部材の機能を有する反射鏡であり、前記受光素子と前記温度センサが前記反射鏡を挟んで同軸に配置され、該反射鏡は一方の面で前記反射測距光を反射し、他方の面で前記赤外光を反射させ、前記演算制御部は前記受光素子に受光された前記反射測距光の受光結果に基づき前記測定点迄の距離を測定し、前記温度センサに受光された前記赤外光の受光結果に基づき前記測定点の温度を測定する測量装置。
前記受光光学系は、前記反射測距光を前記受光素子に受光させる為の受光レンズを有する請求項１に記載の測量装置。
前記演算制御部は前記反射鏡の回転により前記測距光を走査させる請求項１又は請求項２に記載の測量装置。
前記反射測距光と同軸に入射した可視光に基づき画像を取得する撮像部を更に具備する請求項１～請求項３のうちいずれか１項に記載の測量装置。