JP7344732B2 - 測量装置及び測量装置システム - Google Patents

Description

本発明は、広角画像、狭角画像を取得可能な測量装置及び測量装置システムに関するものである。

測量装置としてトータルステーションがある。トータルステーションでは、測距光学系を兼ねる高倍率の望遠鏡で測定対象を視準し、測定を実行し、更に望遠鏡を水平回転／鉛直回転させ、異なる測定対象を視準する等して、異なる測定対象毎に順次視準して測定を実行し、或は測定対象の移動に追従して望遠鏡を水平回転／鉛直回転させ、測定対象を追尾しつつ、測定対象を視準して測定を実行している。

又、測量装置には、プリズムを介して測定対象を視準し、測距し、更にプリズムを共用して画像を取得するものがある。プリズムを介して視準用の画像を取得する場合、波長の違いにより光がプリズムを透過する際の分散が避けられず、画像にボケが生じることとなる。

画像のボケを回避する為には、画像取得の為に使用する波長帯域を狭めることが考えられる。この場合、充分な光量を得る為には露光時間を長くする必要があることから、測定対象の追尾、追尾中の撮像が困難となっていた。

特表２００６－５０３２７５号公報 特許第４３５６０５０号公報 特開２０１６－１５１４２３号公報 特開２０１７－１０６８１３号公報 特開２０１６－１６１４１１号公報

本発明は、高速度で測定対象を視準可能であり、視準位置の画像を取得可能な測量装置及び測量装置システムを提供するものである。

本発明は、測距光軸上に測距光を射出する測距光射出部と、受光光軸上の反射測距光を受光する受光部と、プリズムで構成され、前記測距光軸と前記受光光軸とを一体に偏向させる光軸偏向部と、該光軸偏向部の最大偏向範囲と略同じ画角を有する広角撮像部と、前記光軸偏向部による光軸偏向角及び偏向方向を検出する射出方向検出部と、前記広角撮像部より狭画角で且つ前記測距光軸と一部を共用する狭角撮像光軸を有する狭角撮像部と、測距演算部と、演算制御部とを有し、前記測距光軸と前記狭角撮像光軸の共用部分には波長特性の異なる複数の光学部材からなる波長分散補償プリズムが設けられ、前記演算制御部は、前記光軸偏向部の光軸偏向、前記測距演算部の測距作動を制御し、前記測距演算部は測距光の信号と反射測距光の信号に基づき測定点の測距を行い、前記狭角撮像部は、前記波長分散補償プリズムにより分散が補償された狭角画像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、前記光軸偏向部は同心に設けられた２枚のディスクプリズムを有し、該ディスクプリズムは、同一の光学偏向特性を有する複数のプリズムで構成され、前記測距光軸と前記受光光軸を中心に独立して回転可能であり、少なくとも中心部のプリズムを前記波長分散補償プリズムとした測量装置に係るものである。

又本発明は、画像処理部を更に具備し、該画像処理部は、前記射出方向検出部の検出結果に基づき、光軸偏向角と偏向方向に応じた前記狭角画像の倍率を補正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、前記狭角撮像部は、前記測距光射出部の射出光軸から分岐された追尾受光光軸と、該追尾受光光軸上に設けられた追尾撮像素子を有し、前記射出光軸を介して前記追尾撮像素子により前記狭角画像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、追尾部を更に具備し、該追尾部は前記受光光軸と一部を供用する追尾光軸と、前記測距光射出部の射出光軸から分岐された追尾受光光軸と、前記追尾光軸に設けられた追尾光源と、前記追尾受光光軸に設けられた追尾撮像素子とを有し、前記追尾光源から発せられた追尾光は前記受光光軸を経て射出され、測定対象で反射された追尾光が前記射出光軸、前記追尾受光光軸を経て前記追尾撮像素子に受光される様構成され、前記演算制御部は、前記追尾撮像素子の追尾光の受光位置と前記追尾受光光軸との偏差に基づき前記光軸偏向部の偏向を制御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、前記演算制御部は、前記２枚のディスクプリズムの回転を独立して制御し、前記測距光を２次元閉ループスキャンさせ、点群データを取得する様構成した測量装置に係るものである。

又本発明は、前記演算制御部は、測距タイミングと前記狭角撮像部による画像取得を同期させ、スキャン途中の任意の位置で静止画像を取得する様構成した測量装置に係るものである。

又本発明は、前記演算制御部は、前記狭角撮像部による画像取得時の、前記射出方向検出部により検出される偏向角、偏向方向と、該偏向角、偏向方向に対応する広角画像の画素の位置に基づき狭角画像と広角画像とを関連付ける様構成した測量装置に係るものである。

更に又本発明は、上記測量装置と、該測量装置を設置する為の支持装置と、前記測量装置の支持部である設置台ユニットとを具備し、該設置台ユニットは、前記測量装置を水平方向、鉛直方向に回転駆動する回転駆動部と、水平回転角、鉛直回転角を検出する角度検出器とを有し、前記演算制御部は前記光軸偏向部の回転駆動部を制御して測定対象の追尾を実行すると共に、前記射出方向検出部が検出する測距光軸の偏向角が０となる様、前記設置台ユニットの前記回転駆動部及び前記光軸偏向部の前記回転駆動部を制御する様構成された測量装置システムに係るものである。

本発明によれば、測距光軸上に測距光を射出する測距光射出部と、受光光軸上の反射測距光を受光する受光部と、プリズムで構成され、前記測距光軸と前記受光光軸とを一体に偏向させる光軸偏向部と、該光軸偏向部の最大偏向範囲と略同じ画角を有する広角撮像部と、前記光軸偏向部による光軸偏向角及び偏向方向を検出する射出方向検出部と、前記広角撮像部より狭画角で且つ前記測距光軸と一部を共用する狭角撮像光軸を有する狭角撮像部と、測距演算部と、演算制御部とを有し、前記測距光軸と前記狭角撮像光軸の共用部分には波長特性の異なる複数の光学部材からなる波長分散補償プリズムが設けられ、前記演算制御部は、前記光軸偏向部の光軸偏向、前記測距演算部の測距作動を制御し、前記測距演算部は測距光の信号と反射測距光の信号に基づき測定点の測距を行い、前記狭角撮像部は、前記波長分散補償プリズムにより分散が補償された狭角画像を取得する様構成されたので、ボケや歪みが低減された精細な狭角画像を取得でき、該狭角画像に基づく視準及び視準の確認を容易に行うことができる。

又本発明によれば、上記測量装置と、該測量装置を設置する為の支持装置と、前記測量装置の支持部である設置台ユニットとを具備し、該設置台ユニットは、前記測量装置を水平方向、鉛直方向に回転駆動する回転駆動部と、水平回転角、鉛直回転角を検出する角度検出器とを有し、前記演算制御部は前記光軸偏向部の回転駆動部を制御して測定対象の追尾を実行すると共に、前記射出方向検出部が検出する測距光軸の偏向角が０となる様、前記設置台ユニットの前記回転駆動部及び前記光軸偏向部の前記回転駆動部を制御する様構成されたので、常に測定点の画像が取得でき測定点の位置の確認が容易となり、更に光軸近傍の画像となり、焦点深度が深く焦点調整を簡略でき、高速且つ高応答で、広範囲での追尾が可能とな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装置システムの外観図である。 該測量装置システムに於ける測量装置の正面図である。 該測量装置の概略構成図である。 該測量装置に於ける光軸偏向部の正面図である。 （Ａ）は前記光軸偏向部の斜視図であり、（Ｂ）は波長分散補償プリズムの要部拡大図である。 本実施例の波長分散補償プリズムと通常の光学プリズムの波長と誤差との関係を示すグラフである。 本実施例の波長分散補償プリズムの作用を説明する説明図である。 各ディスクプリズムの偏向方向と合成偏向方向との関係を説明する説明図である。 （Ａ）はＹ軸方向の倍率が変化していない状態の狭角画像を示し、（Ｂ）はＹ軸方向の倍率が変化した状態の狭角画像を示している。 各ディスクプリズムの角度差とＹ軸方向の倍率の変化を示すグラフである。 広角画像と狭角画像との関係を示す説明図である。 スキャンパターンの一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１～図３により、本発明の実施例に係る測量装置を説明する。

図１中、１は測量装置システムであり、Ｏは光軸が偏向されていない状態での測距光軸を示し、この時の測距光軸を基準光軸とする。

前記測量装置システム１は、主に支持装置としての三脚２、測量装置３、該測量装置３の支持部である設置台ユニット４を有している。

該設置台ユニット４は前記三脚２の上端に取付けられ、前記測量装置３は前記設置台ユニット４によって上下方向、左右方向にそれぞれ回転可能に支持される。

図２に示される様に、前記設置台ユニット４は、前記三脚２の上端に固定される台座５、該台座５に固定して取付けられる水平基盤６、該水平基盤６に水平方向に回転可能に設けられる托架部７を有している。該托架部７に前記測量装置３が鉛直方向に回転可能に取付けられる。

前記托架部７の下面からは、水平回転軸８が突設され、該水平回転軸８は軸受（図示せず）を介して前記水平基盤６に回転自在に嵌合している。前記托架部７は、前記水平回転軸８を中心に水平方向に回転自在となっている。

又、該水平回転軸８と前記水平基盤６との間には、水平角（前記水平回転軸８を中心とした回転方向の角度）を検出する水平角検出器９（例えばエンコーダ）が設けられ、該水平角検出器９によって前記托架部７の前記水平基盤６に対する水平方向の相対回転角が検出される様になっている。

前記水平基盤６には水平回転ギア１１が前記水平回転軸８と同心に固定され、該水平回転ギア１１には水平ピニオンギア１２が噛合している。前記托架部７には、水平モータ１３が設けられ、前記水平ピニオンギア１２は前記水平モータ１３の出力軸に固着されている。

該水平モータ１３の駆動により、前記水平ピニオンギア１２が回転し、該水平ピニオンギア１２が前記水平回転ギア１１の回りを公転する。前記水平ピニオンギア１２の公転により、前記托架部７と前記測量装置３とが前記水平回転軸８を中心に一体に回転する。而して、前記水平モータ１３によって、前記測量装置３が水平方向に回転される。

該測量装置３は、鉛直回転軸１４を介して前記托架部７に支持され、前記測量装置３は水平方向に延びる前記鉛直回転軸１４を中心に鉛直方向に回転自在となっている。

前記鉛直回転軸１４の一端には、鉛直回転ギア１５が嵌合、固着され、該鉛直回転ギア１５には鉛直ピニオンギア１６が噛合している。該鉛直ピニオンギア１６は前記托架部７に設けられた鉛直モータ１７の出力軸に固着されている。該鉛直モータ１７が駆動されることで、前記鉛直ピニオンギア１６が回転され、更に前記鉛直回転ギア１５、前記鉛直回転軸１４を介して前記測量装置３が鉛直方向に回転される。

又、前記鉛直回転軸１４と前記托架部７との間には、鉛直角（前記鉛直回転軸１４を中心とした回転方向の角度）を検出する鉛直角検出器１８（例えばエンコーダ）が設けられている。該鉛直角検出器１８により、前記測量装置３の前記托架部７に対する鉛直方向の相対回転角が検出される。

前記水平モータ１３、前記鉛直モータ１７は、第２モータドライバ３２（後述）によって駆動され、該第２モータドライバ３２を介し、制御部としての演算制御部２６（後述）によって所要のタイミングで所要の回転量となる様に駆動制御される。

前記水平モータ１３の回転量（即ち、前記托架部７の水平角）は、前記水平角検出器９によって検出される。前記鉛直モータ１７の回転量（即ち、前記測量装置３の鉛直角）は、前記鉛直角検出器１８によって検出される。

而して、前記測量装置３の水平角、鉛直角はそれぞれ、前記水平角検出器９、前記鉛直角検出器１８によって検出され、検出結果はそれぞれ前記演算制御部２６に入力される。尚、前記水平モータ１３と前記鉛直モータ１７とによって回転駆動部が構成される。

前記水平角検出器９と前記鉛直角検出器１８とにより、前記測量装置３の鉛直回転角及び水平回転角を検出する角度検出部、即ち方向角検出部が構成される。

図３、図４により前記測量装置３について更に説明する。

該測量装置３は、主に、測距光射出部２１、受光部２２、追尾部２３、広角撮像部２４、測距演算部２５、前記演算制御部２６、記憶部２７、姿勢検出部２８、射出方向検出部２９、第１モータドライバ３１、前記第２モータドライバ３２、撮像制御部３３、画像処理部３４、表示部３５、光軸偏向部３６、追尾演算部３７を具備し、これらは筐体３９に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部２１、前記受光部２２、前記測距演算部２５、前記光軸偏向部３６等は、光波距離計としての機能を有する測距部３８を構成する。

前記測距演算部２５、前記演算制御部２６としては本実施例に特化されたＣＰＵ、或は汎用性ＣＰＵ、埋込みＣＰＵ、マイクロプロセッサ等が用いられる。又、前記記憶部２７としてはＲＡＭ、ＲＯＭ、ＦｌａｓｈＲＯＭ、ＤＲＡＭ等の半導体メモリ、ＨＤＤ等の磁気記録メモリ、ＣＤＲＯＭ等の光学記録メモリが用いられる。

前記記憶部２７には、本実施例を実行する為の種々のプログラムが格納されており、前記測距演算部２５、前記演算制御部２６は、それぞれ格納された前記プログラムを展開、実行する。又、前記記憶部２７には、測定データ、画像データ等の種々のデータが格納される。

前記演算制御部２６は、前記第１モータドライバ３１を介して前記光軸偏向部３６を制御する。更に前記光軸偏向部３６を介して測距光軸の偏向を制御し、前記測距演算部２５、前記撮像制御部３３、前記追尾演算部３７の統合制御、測距、撮像、追尾の同期制御等を行う。

前記姿勢検出部２８は、前記測量装置３の水平又は鉛直に対する傾斜を検出し、検出結果は前記演算制御部２６に入力される。又、前記姿勢検出部２８として、チルトセンサ等の傾斜検出器が用いられ、更に特許文献３に開示された姿勢検出装置を使用することができる。特許文献３の姿勢検出装置は、全方向３６０°以上の傾斜をリアルタイムで検出することができる。

前記測距光射出部２１は、射出光軸４１を有し、該射出光軸４１上に発光素子４２、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４１上に投光レンズ４３が設けられている。更に、前記射出光軸４１上に設けられた偏向光学部材としてのビームスプリッタ４４と、受光光軸４５（後述）上に設けられた偏向光学部材としての反射鏡４６とによって、前記射出光軸４１は、前記受光光軸４５と合致する様に偏向される。前記反射鏡４６は測距光４７の光束径と同等若しくは、若干大きい程度の形状であり、更に波長分散補償プリズム６５，６８（後述）と同等程度の大きさである。前記反射鏡４６及び前記波長分散補償プリズム６５，６８は前記受光光軸４５を中心とする限定された部分を占有する。

前記ビームスプリッタ４４は、ハーフミラーであってもよいが、偏光光学特性を有する偏光ビームスプリッタであることが望ましい。例えば、ビームスプリッタ４４は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する光学特性を有する。

前記ビームスプリッタ４４と前記反射鏡４６とで射出光軸偏向部が構成される。

前記発光素子４２はレーザ光線をパルス発行し、或はレーザ光線をバースト発光する。前記測距光射出部２１は、前記発光素子４２から発せられたパルスレーザ光線（又はバースト発光されたレーザ光線）を前記測距光４７として射出する。尚、バースト発光については、特許文献５に開示されている。

前記受光部２２について説明する。該受光部２２には、測定対象からの反射測距光４８が入射する。前記受光部２２は、前記受光光軸４５を有し、該受光光軸４５には、前記ビームスプリッタ４４、前記反射鏡４６によって偏向された前記射出光軸４１が合致する。

尚、該射出光軸４１と前記受光光軸４５とが合致した状態を測距光軸４９とする（図１参照）。

前記基準光軸Ｏ上に前記光軸偏向部３６が配設される。前記基準光軸Ｏは、前記光軸偏向部３６の中心を透過する真直な光軸となっている。該基準光軸Ｏは、前記光軸偏向部３６によって偏向されなかった時の前記射出光軸４１及び前記受光光軸４５及び追尾光軸５４（後述）及び前記測距光軸４９と合致する。

前記光軸偏向部３６を透過した前記受光光軸４５上に結像レンズ５１が配設される。又、前記受光光軸４５上に受光素子５２が設けられている。該受光素子５２は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、或は同等の光電変換素子である。

前記結像レンズ５１は、前記反射測距光４８を前記受光素子５２に結像する。該受光素子５２は、前記反射測距光４８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２５に入力される。該測距演算部２５は、前記測距光４７の信号と前記反射測距光４８の信号に基づき、測定対象迄の測距（光波距離測定）を行う。前記測距光４７の信号、前記反射測距光４８の信号としては、前記測距光４７の発光タイミング信号と前記反射測距光４８の受光タイミング信号、或は前記測距光４７の位相信号と前記反射測距光４８の位相信号（位相差信号）等種々の信号が使用できる。

尚、測定としては、測定対象が再帰反射性を有するプリズム測定、或は測定対象が再帰反射性を有さないノンプリズム測定が行われる。

前記光軸偏向部３６、前記結像レンズ５１、前記受光素子５２等によって前記受光部２２が構成される。

前記追尾部２３について説明する。該追尾部２３は前記追尾光軸５４を有し、該追尾光軸５４上には、追尾光源５５、反射鏡５８、スプリットミラー５９、前記結像レンズ５１、前記反射鏡４６、前記光軸偏向部３６が配設される。前記追尾光軸５４は前記反射鏡５８、前記スプリットミラー５９によって偏向され、前記受光光軸４５、前記測距光軸４９と合致する。ここで、前記結像レンズ５１は、前記追尾部２３に於いては投光レンズとして作用する。

尚、追尾光５７を発する前記追尾光源５５としては、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光源が用いられ、前記追尾光５７と前記測距光４７は同じ波長であることが望ましい。前記追尾光５７としては、赤色～近赤外の光、例えば６５０ｎｍ～８５０ｎｍの範囲の波長帯域の光が用いられる。或は、６５０ｎｍ～８５０ｎｍの範囲の波長帯域の光を含む光が用いられる。更に、前記追尾光源５５としては、レーザダイオードから発せられた光線を光ファイバで導き、光ファイバの射出端面を追尾光源としてもよい。又、前記追尾光５７の光学特性としては、無偏光光線（偏光特性を有さない光線）とする。

前記スプリットミラー５９は、ハーフミラーであってもよいが、透過光量と反射光量とが異なる無偏光スプリットミラーであってもよい。透過光量と反射光量との光量比は、測定装置が要求される性能に応じて適宜設定することができる。例えば、透過光量：反射光量＝７：３とする。尚、測距光量の減少を防止する為に、前記ビームスプリッタ４４については、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッタとすることが好ましい。

更に、前記ビームスプリッタ４４を偏光ビームスプリッタとした場合、前記測距光４７と前記追尾光５７の偏光特性を異ならせる。例えば、前記発光素子４２から発せられる前記測距光４７をＳ偏光とし、前記追尾光源５５から発せられる前記追尾光５７を無偏光とする。

この場合、前記追尾光源５５から発せられた前記追尾光５７は、前記スプリットミラー５９で部分（例えば３／１０）反射される。又、反射追尾光は無偏光であり、前記ビームスプリッタ４４は偏光ビームスプリッタであるので、反射追尾光は前記ビームスプリッタ４４を５０％透過する。前記発光素子４２から発せられたＳ偏光の測距光は前記ビームスプリッタ４４で全反射され、測定対象で反射された反射測距光は前記スプリットミラー５９を部分（例えば７／１０）透過する。

前記追尾光５７は、前記結像レンズ５１で平行光束とされ、前記光軸偏向部３６を透過し、前記測距光４７と同軸で照射される。測定対象で反射された反射追尾光は前記反射測距光４８と同光軸（即ち、測距光軸４９）で前記光軸偏向部３６に入射し、該光軸偏向部３６を透過後、前記反射鏡４６で反射される。

該反射鏡４６は、前記測距光軸４９から追尾受光光軸５４′を分離する。該追尾受光光軸５４′上に前記ビームスプリッタ４４が配設され、更に前記追尾受光光軸５４′上に結像レンズ５６、追尾撮像素子６１が配設される。

該追尾撮像素子６１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、前記追尾受光光軸５４′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。

前記追尾撮像素子６１は、測定対象によって反射された反射追尾光を受光し、受光信号を発し、該受光信号は前記追尾演算部３７に入力される。該受光信号は各画素毎に発せられ、各画素から発せられる受光信号はそれぞれ位置情報を有している。前記追尾演算部３７は、前記追尾撮像素子６１上での反射追尾光の受光位置から、追尾に必要な追尾制御情報を演算する。例えば、狭角画像の画像中心と受光位置との偏差を演算する。

前記追尾演算部３７には、前記演算制御部２６の機能の一部を割当ててもよいし、或は前記追尾演算部３７として、ＣＰＵ、埋込みＣＰＵ、マイクロプロセッサ等が用いられてもよい。

尚、追尾制御情報としては、例えば、前記追尾撮像素子６１上での前記追尾受光光軸５４′と受光位置の位置の偏差、偏差の方向を演算し、受光位置の位置を前記追尾受光光軸５４′に合致させる為の情報である。追尾制御情報には、受光位置の位置の偏差、偏差の方向の演算結果に基づき、ディスクプリズム６３，６４（後述）それぞれの回転量、回転方向を制御する前記光軸偏向部３６の制御情報が含まれる。

前記追尾演算部３７は、追尾制御情報を前記演算制御部２６に入力する。該演算制御部２６は、追尾制御情報に基づき前記ディスクプリズム６３，６４の回転を制御して追尾を実行する。尚、前記追尾演算部３７が、追尾制御信号に基づき追尾を実行してもよい。

前記追尾光源５５、前記反射鏡５８、前記スプリットミラー５９、前記結像レンズ５１、前記光軸偏向部３６、前記ビームスプリッタ４４、前記結像レンズ５６、前記追尾撮像素子６１、前記追尾演算部３７等は、前記追尾部２３を構成する。

又、前記追尾部２３には、前記追尾光５７と共に測定対象を含む背景光が入射する。前記追尾撮像素子６１は前記追尾光５７と共に前記背景光を受光し、測定対象を含む背景画像が取得される。従って、前記追尾部２３、前記追尾撮像素子６１等は、測定点部分の背景画像を取得する狭角撮像部８８としても機能する。この場合、前記追尾光軸５４，前記追尾受光光軸５４′は、前記狭角撮像部８８の狭角撮像光軸と等しくなる。尚、前記追尾撮像素子６１には、後述する波長分散補償プリズム６５，６８を透過した背景光のみが入射する様になっている。

而して、前記追尾部２３を前記狭角撮像部８８として兼用し、前記追尾撮像素子６１から得られる画像を狭角画像として取得し、該狭角画像を前記測距光軸４９の視準位置（測定点）の背景画像として取得してもよい。尚、前記狭角画像の中心（画像中心）は、前記測距光軸４９、即ち測定点となる。

更に、前記追尾部２３を前記狭角撮像部８８として兼用する場合、追尾を実行している状態では、前記追尾光源５５を点灯し、前記追尾光５７を照射する。前記追尾撮像素子６１は、反射追尾光と共に背景光を受光する。従って、前記追尾部２３は追尾状態の追尾用画像を取得することができる。又、追尾していない状態では前記追尾光源５５を消灯し、視準位置の背景光を受光する様にしてもよい。この場合、前記追尾部２３は、前記狭角撮像部８８としてのみ作用し、視準方向（前記測距光軸４９の方向）の狭角背景画像を取得する。

前記狭角撮像部８８は、前記光軸偏向部３６の中心部、即ち前記波長分散補償プリズム６５，６８を透過し、前記反射鏡４６で反射される前記追尾受光光軸５４′の近傍の限定された光束を受光する。前記狭角撮像部８８の画角は、例えば３°前後と狭く、狭角画像は深い焦点深度を有している。従って、前記狭角撮像部８８については焦点合せ機構が省略又は簡略化でき、単焦点で測距範囲の画像を取得することができる。

図４、図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照して、前記光軸偏向部３６について説明する。

該光軸偏向部３６は、一対の前記ディスクプリズム６３，６４から構成される。該ディスクプリズム６３，６４は、それぞれ同径の円板形であり、前記受光光軸４５上に該受光光軸４５と直交して同心に配置され、所定間隔で平行に配置されている。前記ディスクプリズム６３は、光学ガラスにて成形され、基本構成として平行に配置された複数のプリズム柱と、中心部に配設された波長分散補償プリズム６５とを有する。該波長分散補償プリズム６５は、光学プリズム６５ａと光学プリズム６５ｂを貼合せた複合プリズムとなっている。尚、図示では前記ディスクプリズム６３は、３つのプリズム柱（例えば、棒状の三角プリズム、以下三角プリズム）６６ａ，６６ｂ，６６ｃを有している。

同様に、前記ディスクプリズム６４は、光学ガラスにて成形され、基本構成として平行に配置された３つのプリズム柱（例えば、棒状の三角プリズム、以下三角プリズム）６７ａ，６７ｂ，６７ｃを有し、更に中心部に配置された波長分散補償プリズム６８を有している。該波長分散補償プリズム６８は、光学プリズム６８ａと光学プリズム６８ｂを貼合せた複合プリズムとなっている。尚、前記三角プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃと前記三角プリズム６７ａ，６７ｂ，６７ｃは、全て同一偏角の光学偏向特性を有している。又、前記波長分散補償プリズム６５，６８の光学偏向特性も、前記三角プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃと前記三角プリズム６７ａ，６７ｂ，６７ｃの光学偏向特性と同一となるように製作されている。

前記波長分散補償プリズム６５と前記波長分散補償プリズム６８は、同一の構成で点対称の配置となっている。又、前記波長分散補償プリズム６５，６８の大きさ（前記三角プリズム６６ａ，６７ａの長手方向及び幅方向の長さ）は、前記測距光４７及び前記追尾光５７のビーム径よりも大きくなっており、前記測距光４７及び前記追尾光５７は前記波長分散補償プリズム６５，６８のみを透過する様になっている。更に、該波長分散補償プリズム６５，６８の軸心方向の長さ（光軸方向の長さ）は、前記三角プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃよりも長くなっている。即ち、前記波長分散補償プリズム６５，６８は前記ディスクプリズム６３，６４から軸心方向に突出している。

尚、前記三角プリズム６６ａ，６７ａの幅は、前記波長分散補償プリズム６５，６８の幅と同等であってもよいし、前記波長分散補償プリズム６５，６８よりも大きくてもよい。前記波長分散補償プリズム６５，６８の幅と同等である場合には、前記三角プリズム６６ａ，６７ａは２分割された三角プリズムで前記波長分散補償プリズム６５，６８を挾持する構成となる。

前記波長分散補償プリズム６５，６８は、前記測距光４７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となっている。又、前記波長分散補償プリズム６５，６８を除く部分（前記三角プリズム６６ａ，６７ａの両端部及び前記三角プリズム６６ｂ，６６ｃ、前記三角プリズム６７ｂ，６７ｃ）は、前記反射測距光４８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となっている。

前記ディスクプリズム６３，６４は、それぞれ前記受光光軸４５を中心に独立して個別に回転可能に配設されている。前記ディスクプリズム６３，６４は、回転方向、回転量、回転速度が独立して制御されることで、射出される前記測距光４７の前記射出光軸４１を任意の方向に偏向する。又、前記ディスクプリズム６３，６４は、受光される前記反射測距光４８の前記受光光軸４５を前記射出光軸４１と平行に偏向する。

前記ディスクプリズム６３，６４の外径形状は、それぞれ前記受光光軸４５（基準光軸Ｏ）を中心とする円形であり、前記反射測距光４８の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、前記ディスクプリズム６３，６４の直径が設定されている。

前記ディスクプリズム６３の外周にはリングギア６９が嵌設され、前記ディスクプリズム６４の外周にはリングギア７１が嵌設されている。

前記リングギア６９には駆動ギア７２が噛合し、該駆動ギア７２はモータ７３の出力軸に固着されている。同様に、前記リングギア７１には駆動ギア７４が噛合し、該駆動ギア７４はモータ７５の出力軸に固着されている。前記モータ７３，７５は、前記第１モータドライバ３１に電気的に接続されている。

前記モータ７３，７５は、回転角を検出できるモータが用いられ、或は駆動入力値に対応した回転をするモータ、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前記モータ７３，７５の回転量を検出してもよい。該モータ７３，７５の回転量がそれぞれ検出され、前記演算制御部２６は、前記第１モータドライバ３１を介して前記モータ７３，７５を個別に制御する。尚、エンコーダを直接リングギア６９，７１にそれぞれ取付け、エンコーダにより前記リングギア６９，７１の回転角を直接検出する様にしてもよい。

前記駆動ギア７２，７４、前記モータ７３，７５は、前記測距光射出部２１等、他の構成部と干渉しない位置、例えば前記リングギア６９，７１の下側に設けられている。

前記波長分散補償プリズム６５は、図５（Ｂ）に示される様に、波長特性（分散量、屈折率）の異なる２つの前記光学プリズム６５ａ，６５ｂが貼合せて構成される。尚、前記波長分散補償プリズム６５は、波長特性の異なる３つ以上の光学プリズムを張合せ、赤色と近赤外のみの画像を取得する為の色消しプリズムとして構成してもよい。又、前記光学プリズム６５ａ，６５ｂとしては、光学ガラス、光学プラスチックが用いられ、更に光学ガラス、光学プラスチックの組合わせでもよい。

同様に、前記波長分散補償プリズム６８は、図５（Ｂ）に示される様に、波長特性（分散量、屈折率）の異なる２つの光学プリズム６８ａ，６８ｂが貼合せて構成される。尚、前記波長分散補償プリズム６８は、波長特性の異なる３つ以上の光学プリズムを張合せ、赤色と近赤外のみの画像を取得する為の色消しプリズムとして構成してもよい。又、前記光学プリズム６８ａ，６８ｂとしては、光学ガラス、光学プラスチックが用いられ、更に光学ガラス、光学プラスチックの組合わせでもよい。

図７に示される様に、所定波長帯域の光（例えば背景光）６２が前記波長分散補償プリズム６５，６８を順次透過する場合、前記光学プリズム６５ａで分散された前記光６２が前記光学プリズム６５ｂ、前記光学プリズム６８ａ、前記光学プリズム６８ｂで順次逆向きに分散される。即ち、前記波長分散補償プリズム６５で分散された前記光６２が前記波長分散補償プリズム６８で逆向きに分散され、前記波長分散補償プリズム６５の分散作用が前記波長分散補償プリズム６８で相殺される様になっている。従って、前記波長分散補償プリズム６５，６８を順次透過した前記光６２の波長分散が抑制される。

尚、本実施例では、前記波長分散補償プリズム６５，６８は、測定対象で反射された追尾光（反射追尾光）や、視準等の為の狭角画像（後述）を取得する為の背景光の波長分散を補償する機能を有している。例えば、前記波長分散補償プリズム６５，６８は、反射追尾光や背景光のうち、６５０ｎｍ～８５０ｎｍ（赤色～近赤外）の範囲の波長帯域の光を透過させ、波長分散補償を行う様になっている。

図６は、前記測距光軸４９、前記追尾光軸５４の偏角を３０°とした場合の、反射追尾光等の光の波長に対する誤差例を示したグラフである。図６中、８１は通常のプリズム（三角プリズム）を用いた場合の誤差を示し、８２は前記波長分散補償プリズム６５，６８を用いた場合の誤差を示している。

図６に示される様に、通常のプリズムの場合、約８００ｎｍの波長の光を用いると、単一波長であるので殆ど誤差を生じない（分散を生じない）。然し乍ら、通常のプリズムの場合、使用する光の波長帯域を拡大すると、飛躍的に誤差が大きくなる（分散を生じる）。例えば、６５０ｎｍ～８５０ｎｍの波長帯域の光を用いて画像を取得する場合、約－４００．０～１４００．０秒の範囲で大きな分散が生じ、取得される画像は大きくボケた画像となる。ボケを低減する為には、波長帯域を狭めて分散を小さくする必要がある。この場合、充分な光量が得られず、暗い画像となるので、充分な光量を得て明るい画像を取得する為には露光時間を長くする必要がある。

一方、前記波長分散補償プリズム６５，６８を用いた場合には、６５０ｎｍ～８５０ｎｍの波長帯域に於いても、－１００．０～０．０秒の範囲迄分散を低減できる。従って、露光時間が短くても充分な光量を有するボケの少ない精細な画像を取得することができ、正確な視準や画像追尾が可能となる。

前記投光レンズ４３、前記ビームスプリッタ４４、前記反射鏡４６、前記測距光偏向部（第１光軸偏向部）等は、測距投光光学系を構成する。又、前記スプリットミラー５９、前記結像レンズ５１、前記反射測距光偏向部（第２光軸偏向部）等は、追尾投光光学系を構成する。又、前記測距光偏向部（第１光軸偏向部）、前記結像レンズ５６等は、追尾受光光学系を構成する。

前記測距演算部２５は、前記発光素子４２を制御し、前記測距光４７としてレーザ光線をパルス発光又はバースト発光（断続発光）させる。該測距光４７が前記波長分散補償プリズム６５，６８（測距光偏向部）により、測定対象に向う様前記射出光軸４１が偏向される。前記測距光軸４９が測定対象を視準した状態で、測距が行われる。

前記測定対象から反射された前記反射測距光４８は、前記三角プリズム６６ｂ，６６ｃ及び前記三角プリズム６７ｂ，６７ｃ（反射測距光偏向部）、前記結像レンズ５１を介して入射し、前記受光素子５２に受光される。該受光素子５２は、受光信号を前記測距演算部２５に送出し、該測距演算部２５は前記受光素子５２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。

前記射出方向検出部２９は、前記モータ７３，７５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７３，７５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７３，７５の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部２９は、前記モータ７３，７５の回転角に基づき、前記ディスクプリズム６３，６４の回転位置を演算する。更に、前記射出方向検出部２９は、前記ディスクプリズム６３，６４の屈折率と回転位置とに基づき、各パルス光毎の前記測距光４７の偏角、射出方向を演算する。演算結果（測角結果）は、測距結果に関連付けられて前記演算制御部２６に入力される。尚、前記測距光４７がバースト発光される場合は、断続測距光毎に測距が実行される。

前記演算制御部２６は、前記モータ７３，７５それぞれの回転量、回転方向を制御することで、前記光軸偏向部３６による前記測距光軸４９の偏向量、偏向方向を制御できる。又、前記演算制御部２６は、前記モータ７３，７５それぞれの回転方向、回転速度、前記モータ７３，７５間の回転比を制御することで、前記光軸偏向部３６による偏向作用を動的に制御し、前記測距光軸４９を任意の方向に、任意のパターンで走査させることができる。

前記光軸偏向部３６の偏向作用、スキャン作用について、図４、図５、図８を参照して説明する。

図４は、前記三角プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃと前記三角プリズム６７ａ，６７ｂ，６７ｃ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（例えば、±３０°）が得られる。又、図５は、前記ディスクプリズム６３，６４のいずれか一方が１８０°回転した位置であり、この状態では前記ディスクプリズム６３，６４の相互の光学作用が相殺され、最小の偏角（０°）が得られる。従って、前記ディスクプリズム６３，６４を経て射出、受光されるパルスレーザ光線の光軸（前記測距光軸４９）は、前記基準光軸Ｏと合致する。

前記発光素子４２から前記測距光４７が発せられ、該測距光４７は前記投光レンズ４３で平行光束とされ、前記測距光偏向部（前記波長分散補償プリズム６５，６８）を透過して測定対象に向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部を透過することで、前記測距光４７は前記波長分散補償プリズム６５，６８によって所要の方向に偏向されて射出される。尚、前記測距光４７は単一波長又は略単一波長のレーザ光線であるので、前記光軸偏向部３６を透過する際の分散は僅かである。

前記測定対象で反射された前記反射測距光４８は、前記反射測距光偏向部を透過して入射され、前記結像レンズ５１により前記受光素子５２に集光される。

前記反射測距光４８が前記反射測距光偏向部を透過することで、前記反射測距光４８の光軸は、前記受光光軸４５と合致する様に前記三角プリズム６６ｂ，６６ｃ及び前記三角プリズム６７ｂ，６７ｃによって偏向される。

図８は、前記ディスクプリズム６３と前記ディスクプリズム６４とを相対回転させた場合を示している。前記ディスクプリズム６３により偏向された光軸の偏向方向を偏向Ａとし、前記ディスクプリズム６４により偏向された偏向方向を偏向Ｂとすると、前記ディスクプリズム６３，６４による光軸の偏向は、該ディスクプリズム６３，６４間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。

前記ディスクプリズム６３と前記ディスクプリズム６４との回転位置の組合わせにより、射出する前記測距光４７の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。

又、前記ディスクプリズム６３と前記ディスクプリズム６４との位置関係を固定した状態で（前記ディスクプリズム６３と前記ディスクプリズム６４とで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ７３，７５により、前記ディスクプリズム６３と前記ディスクプリズム６４とを一体に回転すると、前記測距光偏向部を透過した前記測距光４７が描く軌跡（スキャンパターン）は前記基準光軸Ｏを中心とした円となる。更に、前記ディスクプリズム６３の回転と前記ディスクプリズム６４の回転との組合わせで、所要の２次元の閉ループスキャンパターンを形成することができる。

前記演算制御部２６は、前記測距光４７の偏角、射出方向から、即ち前記射出方向検出部２９の検出結果から、前記基準光軸Ｏに対する測定点の水平角、鉛直角を演算する。更に、測定点についての水平角、鉛直角を前記測距データに関連付けることで、測定対象の３次元データを求めることができる。

更に又、前記光軸偏向部３６による最大偏角を超える方向角が必要な場合は、前記測距演算部２５は、前記第２モータドライバ３２を介して前記水平モータ１３，前記鉛直モータ１７を制御して、前記測距光４７を測定点に照射する。

この場合、前記測定点の前記基準光軸Ｏに対する前記測距光軸４９の水平角、鉛直角と前記水平角検出器９、前記鉛直角検出器１８が検出した前記基準光軸Ｏの水平（又は鉛直）に対する水平角、鉛直角に基づき、測定点の実際の水平角、鉛直角（水平（又は鉛直）に対する水平角、鉛直角）が求められる。更に、実際の水平角、鉛直角を前記姿勢検出部２８の検出結果に基づき補正することで、正確な水平角、鉛直角を求めることができる。補正後の水平角、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次元データを求めることができる。

而して、前記測量装置システム１は、トータルステーションとして機能する。

前記広角撮像部２４は、前記測量装置３の前記基準光軸Ｏと平行な撮像光軸７６と、該撮像光軸７６に配置された撮像レンズ７７と撮像素子７８とを有している。前記広角撮像部２４は、前記ディスクプリズム６３，６４によって最大偏角（例えば±３０°）と略等しい６０°の画角、或は最大偏角よりも大きい画角、例えば６５°～７０°の画角を有するカメラであり、前記光軸偏向部３６による最大偏向範囲を含む画像データを取得する。

前記撮像光軸７６と前記射出光軸４１及び前記基準光軸Ｏとの関係は既知である。前記撮像光軸７６と前記射出光軸４１及び前記基準光軸Ｏとは平行であり、又各光軸間の距離は既知の値となっている。又、広角撮像部２４は、動画像、又は連続画像が取得可能である。

前記撮像制御部３３は、前記広角撮像部２４の撮像を制御する。前記撮像制御部３３は、前記広角撮像部２４が前記動画像、又は連続画像を撮像する場合に、前記動画像、又は連続する画像を構成するフレーム画像を取得するタイミングと、前記測量装置３で測距するタイミングとの同期を取っている。更に、前記狭角撮像部８８（図３参照）により画像を取得する場合は、該狭角撮像部８８で画像を取得するタイミングと、測距のタイミングとの同期を取っている。

前記狭角撮像部８８は、前記測距光４７の照射点の画像を取得するので、測距部分のファインダとして機能する。又、取得される画像は、前記測距光軸４９の近傍の狭画角（例えば、３°）の画像であるので、歪みが小さい。更に、前記狭角撮像部８８で取得される画像は、前記波長分散補償プリズム６５，６８を透過した背景光のみにより取得されるので、波長の分散が補償され、歪みやボケの小さい精細な画像が取得される。

ここで、前記狭角撮像部８８で得られる画像は、合成偏向Ｃ方向をＹ軸方向とした場合（図８参照）、前記ディスクプリズム６３と前記ディスクプリズム６４間の角度差θの大きさに応じて、Ｙ軸方向の倍率が変化する。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、前記狭角撮像部８８により取得される狭角画像９２を示している。尚、図９（Ａ）は、該狭角画像９２のＹ軸方向の倍率が変化していない場合を示している。又、図９（Ｂ）は、該狭角画像９２のＹ軸方向の倍率が変化し、該狭角画像９２がＹ軸方向に縮んだ場合を示している。

又、図１０は、前記ディスクプリズム６３と前記ディスクプリズム６４間の角度差θとＹ軸方向の倍率の変化との関係を示すグラフである。図１０に示される様に、前記狭角画像９２は、角度差θが大きくなる程Ｙ軸方向の倍率が変化し、最大で約２０％程度Ｙ軸方向の倍率が変化する。又、角度差θとＹ軸方向の倍率との関係は、実測する等で予め既知とすることができる。

前記演算制御部２６は、狭画角の画像（狭角画像）と測定データ（測距データ、測角データ）との関連付けも実行する。

前記撮像素子７８は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は前記撮像素子７８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７６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前記撮像素子７８上での位置が特定される。更に、前記広角撮像部２４の前記撮像光軸７６と、前記追尾光軸５４とは既知の関係となっているので、前記広角撮像部２４で取得した画像（広角画像）と、前記狭角撮像部８８で取得した狭角画像との関連付けも容易である。

前記画像処理部３４は、前記広角撮像部２４で取得した画像データについて、エッジ抽出処理、特徴点の抽出、測定対象の検出、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い、又画像データから濃淡画像を作成する。更に、前記画像処理部３４は、前記狭角画像９２を取得した際に、角度差θとＹ軸方向の倍率との既知の関係に基づき、Ｙ軸方向の倍率が１となる様前記狭角画像９２を補正する。

前記表示部３５は、前記広角撮像部２４により取得した画像を表示し、又、前記狭角撮像部８８で取得した前記狭角画像９２を表示する。又、前記表示部３５は、表示画面を分割し、一部に前記広角撮像部２４で取得した広角画像を表示し、他の一部に前記狭角撮像部８８で取得した前記狭角画像９２を拡大表示する。

或は、図１１に示される様に、広角画像９１に前記狭角画像９２を重ね合せて表示する。上記した様に、前記基準光軸Ｏと前記撮像光軸７６とは既知の関係である。又、前記広角画像９１中の測定点の位置（画素の位置）は基準光軸Ｏに対する画角として得られ、前記狭角画像９２の中心の前記基準光軸Ｏに対する方向角（前記測距光４７の方向角）は、前記射出方向検出部２９から検出される。従って、前記広角画像９１中の画角と前記狭角画像９２の方向角により、前記広角画像９１に前記狭角画像９２を容易に重合させることができる。前記広角画像９１に前記狭角画像９２を重ね合せることで、測定対象のどの位置を測定しているかが、容易に認識できる。

尚、重ね合せて表示する方法としては、前記広角画像９１に前記狭角画像９２とを同倍率で表示するか、或は前記狭角画像９２が表示される位置を点で示すか、或は矢印等の記号で示す等、種々の方法が採用される。

又、前記広角画像９１と前記狭角画像９２とを同倍率として重ね合せることで、前記狭角画像９２の持つ方向角データにより前記広角画像９１の歪みを補正することができ、歪みの修整された前記広角画像９１を取得することができる。

又、前記表示部３５は、測定状況、測定データ等を表示する。尚、前記表示部３５はタッチパネルとされ、操作部としても機能する。又、タッチパネル機能を備えた前記表示部３５を前記測量装置３に対して着脱可能とし、前記表示部３５による遠隔操作を可能としてもよい。

以下、本実施例に係る測量装置システム１の作用について説明する。

前記測量装置システム１を前記三脚２を介して既知点（３次元座標が既知の点）に設置する。

前記測量装置３は前記姿勢検出部２８を有し、該姿勢検出部２８により、前記測量装置３の水平に対する設置姿勢（傾き）を検出できる。この為、前記測量装置３の整準作動は必要ない。測定結果を、検出された傾きで補正することで、正確な測定結果が得られる。

前記基準光軸Ｏを測定対象（測定点）に向ける。

前記基準光軸Ｏを測定対象（測定点）に向ける方法としては、前記測距光軸４９を前記基準光軸Ｏに合致させ、即ち、前記光軸偏向部３６で前記測距光軸４９を偏向させない状態で、前記基準光軸Ｏを測定対象に視準させる。視準した状態は、前記狭角撮像部８８で撮像した前記狭角画像９２を前記表示部３５に表示させて、作業者が確認する。（以下の説明では、前記追尾部２３を前記狭角撮像部８８と兼用した場合を説明する。）

或は、前記広角撮像部２４を、測定対象に向け、測定対象を含む広角画像を取得し、該広角画像を前記表示部３５に表示させる。更に、前記狭角撮像部８８で取得した狭角画像を、前記広角画像に重合させて表示し、前記光軸偏向部３６による偏向を調整して、狭角画像の中心（前記測距光４７の視準位置）を広角画像中の測定対象と一致させる。この場合、前記測距光４７が視準した時の、前記測距光４７の偏角（即ち、前記ディスクプリズム６３，６４のそれぞの回転角）も取得される。

尚、前記光軸偏向部３６を作動させ、前記測距光軸４９を最終的に測定点に視準させる方法としては、作業者が前記表示部３５の表示を確認しつつ該表示部３５からの操作で手動により行ってもよいし、或は前記画像処理部３４により測定対象を検出し、検出結果に基づき前記演算制御部２６が自動で行ってもよい。

ここで、前記狭角画像９２は、前記波長分散補償プリズム６５，６８により背景光の分散が抑制され、前記画像処理部３４によりＹ軸方向の倍率が補正されている。従って、充分な光量を有するボケや歪みの少ない精細な前記狭角画像９２が取得され、容易に視準及び視準の確認を行うことができる。

前記測距光軸４９が測定点に視準された時点で測距が行われ、測距時の前記測距光軸４９の方向角が、前記水平角検出器９、前記鉛直角検出器１８、前記ディスクプリズム６３，６４の回転角に基づき演算され、測距値と方向角とで測定点の３次元座標が測定される。

尚、前記測量装置３が水平に対して傾斜している場合は、傾斜角が前記姿勢検出部２８によって検出され、前記測定された３次元座標が前記傾斜角に基づき補正される。

測定点が複数ある場合は、前記測距光軸４９が測定点に順次視準され、測定が実行される。

測定点の測定結果は、測定点と関連付けられて前記記憶部２７に格納される。

次に、測設等、測定対象を追尾しつつ測定を実行する場合について説明する。ここで、測定対象はプリズム等、再帰反射性の光学部材であり、測定対象により測定点が示される。

前記広角撮像部２４で測定対象を捕捉した状態で、前記測距光軸４９を前記測定対象に視準させる。尚、この時、前記基準光軸Ｏと前記測距光軸４９とが合致していても、合致していなくともよい。

前記追尾光源５５を点灯し、前記追尾光５７を発光させる。該追尾光５７は無偏光光線となっている。又、前記追尾光５７は所定の広がりを有する。尚、測距光４７はＳ偏光のレーザ光線とする。

前記追尾光５７は、前記反射鏡５８で偏向され、透過７０％、反射３０％の無偏光のスプリットミラーである前記スプリットミラー５９で３０％反射される。該スプリットミラー５９で反射された前記追尾光５７は、前記結像レンズ５１により前記ディスクプリズム６３，６４と略同径の平行光束とされ、前記光軸偏向部３６を透過して測定対象に照射され、追尾を開始する。

測定対象からの反射追尾光は、前記光軸偏向部３６を透過し、更に反射追尾光の前記波長分散補償プリズム６５，６８を透過した光束のみが前記反射鏡４６によって反射される。

前記反射鏡４６で反射された反射追尾光は、前記ビームスプリッタ４４を５０％透過し、前記結像レンズ５６により前記追尾撮像素子６１に結像される。

該追尾撮像素子６１からの受光信号は、前記追尾演算部３７に入力される。該追尾演算部３７は受光信号から、前記追尾撮像素子６１上での受光位置を演算し、追尾状態を判断する。

前記追尾演算部３７は、前記追尾撮像素子６１上での反射追尾光の位置が、基準位置、例えば追尾受光光軸５４′の位置と合致していれば、前記測距光軸４９が測定対象を正確に追尾していると判断する。更に、前記追尾演算部３７は、反射追尾光の受光位置が基準位置となる様に、前記光軸偏向部３６を制御する。即ち、前記追尾演算部３７は、前記光軸偏向部３６のディスクプリズム６３，６４の回転方向、回転量を制御し、前記測距光軸４９の偏向角、偏向方向を制御し、測定対象の追尾を実行する。

尚、前記追尾演算部３７は、反射追尾光の受光位置を演算して、演算結果を前記演算制御部２６に出力し、該演算制御部２６が前記光軸偏向部３６を制御し、追尾を制御してもよい。

追尾動作に於ける、前記測距光軸４９の偏向は、前記ディスクプリズム６３、前記ディスクプリズム６４それぞれの回転によって生ぜられ、前記ディスクプリズム６３，６４は小型、軽量であり、前記モータ７３，７５によって高速に、又、高応答性で回転されることが可能である。

従って、追尾動作の応答性の向上、追尾速度の高速化が可能であり、高速で移動する測定対象に対して追従性が向上する。

前記射出方向検出部２９は、前記ディスクプリズム６３，６４の回転量、回転方向の検出結果に基づき、前記測距光軸４９の前記基準光軸Ｏに対する偏角を演算し、演算結果を前記演算制御部２６に出力する。

該演算制御部２６は、前記射出方向検出部２９の演算結果に基づき前記基準光軸Ｏに対する偏角が０になる様に、前記水平モータ１３、前記鉛直モータ１７を駆動し、前記測量装置３を水平方向、鉛直方向に回転する。

従って、前記光軸偏向部３６の最大偏角を超えて測定対象が移動する場合も、即ち３６０°の全周の範囲で、更に最大偏角を超える上下範囲での追尾が可能である。尚、前記測量装置３の回転応答性、水平回転速度、鉛直回転速度は、早いとは言えないが、前記光軸偏向部３６により、高速で追従するので、前記光軸偏向部３６の最大偏角を超える範囲に及ぶ追従でも追従性に問題はない。

尚、測定対象の移動が遅い場合は、即ち、前記測量装置３自体が前記測定対象の移動に追従可能な場合は、前記基準光軸Ｏと前記測距光軸４９とが合致した状態で追尾が行われる。

又、前記基準光軸Ｏと前記測距光軸４９とがずれた状態で測距が行われた場合は、前記ディスクプリズム６３，６４間の相対角度、相対回転方向で求められる前記測距光軸４９の偏角と方向、及び前記水平角検出器９、前記鉛直角検出器１８が検出する水平角、鉛直角に基づき前記測量装置３の設置位置に対する測定対象の方向角が演算される。

設置位置に対する測定対象の方向角、及び測距結果に基づき、前記測量装置３の設置点を基準とした測定点の３次元座標が測定される。

測定点が複数ある場合は、各測定点の３次元座標が前記記憶部２７に格納される。更に、前記演算制御部２６は、各測定点の３次元座標に基づき各測定点を前記広角撮像部２４が取得した前記広角画像９１上に重合して表示させることができる。各測定点を前記広角画像９１上に表示することで、測定の進行状態、測定位置、測定済の測定点、未測定の測定点が明確になり、重複測定、未測定が防止できる。

上記した様に、前記狭角画像９２、測定点を前記広角画像９１に重合させる場合、前記受光部２２の光軸と、前記追尾部２３の光軸と、前記広角撮像部２４の光軸とは、既知の関係であり、更に関係は固定であるので、前記ディスクプリズム６３，６４のそれぞれの角度情報（前記測距光軸４９の偏角情報）のみで、前記狭角画像９２、測定点を前記広角画像９１に重合させることができることは言う迄もない。

追尾動作に於いて、測定対象の急激な移動で前記追尾部２３による追尾が途切れた場合、前記広角撮像部２４が取得した前記広角画像９１に基づき、追尾状態に復帰させることができる。

前記画像処理部３４は、画像処理により前記広角画像９１中から測定対象を検出し、該広角画像９１中の前記測定対象の位置を演算する。演算結果は、前記演算制御部２６に入力される。

前記撮像光軸７６と前記測距光軸４９との関係は既知であるので、前記演算制御部２６は前記広角画像９１中の前記測定対象の位置に基づき、前記基準光軸Ｏに対する測定対象の位置（前記基準光軸Ｏに対する測距光軸４９の偏角）を演算する。前記演算制御部２６は前記測距光軸４９が演算された偏角となる様に前記光軸偏向部３６を制御する。而して、追尾が途切れた場合でも直ちに追尾状態に復帰させることができる。

尚、前記画像処理部３４による測定対象の検出は、追尾が途切れた場合に実行してもよく、或は常時連続的に実行してもよい。

上記実施例では、測距光４７と追尾光５７とが同じ波長の場合について説明したが、測距光の波長と追尾光の波長を変えてもよい。この場合、前記スプリットミラー５９、前記ビームスプリッタ４４は波長選択機能を有するダイクロイックミラーを使用する。又、少なくとも該ビームスプリッタ４４はダイクロイックミラーを使用することが好ましい。

波長が異なると、前記ディスクプリズム６３，６４を通過する時の屈折状態に違いが生じるので、方向角に偏差が生じるが、波長と前記ディスクプリズム６３，６４の屈折率とにより方向角の偏差は演算可能であるので、演算結果に基づき前記方向角の偏差を補正してもよい。

上記実施例では、前記測量装置３を前記三脚２に固定した場合を説明したが、前記測量装置３単体を作業者が保持、携帯し、測定点の測定を行うことができる。

作業者が携帯した状態では、前記測量装置３の姿勢は不安定であり、測定点に向けられた前記測距光軸４９もブレるが、前記光軸偏向部３６によって高速で前記測距光軸４９を偏向させ、測定点の追尾が可能であるので、手ブレがあった状態でも前記測距光軸４９を正確に測定点に向けることができ、精度の高い測定の実行が可能である。尚、前記測量装置３の姿勢（傾斜）は前記姿勢検出部２８によってリアルタイムで検出され、該姿勢検出部２８の検出結果に基づき前記光軸偏向部３６が前記演算制御部２６によって制御されることは言う迄もない。

更に、作業者が前記測量装置３を携帯した状態でも測定対象の追尾が可能である。

又、上記説明では、測量装置３をトータルステーションとして説明したが、前記光軸偏向部３６のディスクプリズム６３，６４をそれぞれ連続的に回転し、更に回転速度、回転方向をそれぞれ個別に制御することで任意のパターンで前記測距光軸４９を走査することができる。更に、走査中パルス光毎に測距を行えば、走査線に沿って点群データを取得でき、前記測量装置３をレーザスキャナとしても使用することができる。

上記した様に、前記ディスクプリズム６３と前記ディスクプリズム６４の回転を個別に制御することで種々の２次元のスキャンパターンを形成することができる。

例えば、前記ディスクプリズム６３と前記ディスクプリズム６４の、一方のディスクプリズム６３を２５回転、他方のディスクプリズム６４を逆方向に５回転することで、図１２に示される様な、花びら状の２次元の閉ループスキャンパターン（花びらスキャンパターン９３（内トロコイド曲線））が得られる。尚、図１２中、パターン上の点は測定点９４を示している。又、図１２中、９５は前記花びらスキャンパターン９３の中心であり、前記基準光軸Ｏと一致している。又、スキャン軌跡が交差する交点である。

前記花びらスキャンパターン９３の走査線に沿って点群データを取得することで本実施例に係る測量装置３をレーザスキャナとして使用することができる。又、前記花びらスキャンパターン９３を実行する場合に於いて、点群密度を高めたいときは、前記花びらスキャンパターン９３を１パターン実行する度に、前記花びらスキャンパターン９３全体を順次所定角度回転させることで、点群密度を高められる。

尚、前記ディスクプリズム６３，６４に前記波長分散補償プリズム６５，６８を設けたことで、三角プリズムのみを用いる場合よりも前記ディスクプリズム６３，６４の重量が増大している。然し乍ら、前記波長分散補償プリズム６５，６８が設けられるのは前記ディスクプリズム６３，６４の中心部のみである。従って、前記波長分散補償プリズム６５，６８を設けたことによる回転に対する慣性力の増大は僅かであり、応答性の低下、前記ディスクプリズム６３，６４の芯ブレ等を抑制できる。

又、前記狭角撮像部８８の撮像位置（画像中心）は、前記測定点９４と同一であるので、前記狭角撮像部８８の撮像と測定とを同期させることで、スキャン中の任意の箇所の静止画像を取得できる。この時取得される静止画像は、前記波長分散補償プリズム６５，６８により分散が補償され、前記画像処理部３４によりＹ軸方向の倍率が補正されているので、ボケや歪みの少ない精細な静止画像を取得できる。更に、測定点毎に画像を取得すれば、測定点に関連付けられた画像が取得でき、画像付き点群データを直ちに取得することができる。

尚、本実施例では、前記ディスクプリズム６３，６４のうちの中心部のみを前記波長分散補償プリズム６５，６８としている。一方で、前記ディスクプリズム６３，６４を構成する各三角プリズムをそれぞれ波長分散補償プリズムとしてもよいのは言う迄もない。

１ 測量装置システム
３ 測量装置
９ 水平角検出器
１３ 水平モータ
１７ 鉛直モータ
１８ 鉛直角検出器
２１ 測距光射出部
２２ 受光部
２３ 追尾部
２４ 広角撮像部
２５ 測距演算部
２６ 演算制御部
２７ 記憶部
２９ 射出方向検出部
３６ 光軸偏向部
３７ 追尾演算部
３８ 測距部
４１ 射出光軸
４４ ビームスプリッタ
４５ 受光光軸
４７ 測距光
４８ 反射測距光
４９ 測距光軸
５２ 受光素子
５４ 追尾光軸
５９ スプリットミラー
６１ 追尾撮像素子
６３，６４ ディスクプリズム
６５，６８ 波長分散補償プリズム
７３，７５ モータ
８８ 狭角撮像部
９２ 狭角画像

Claims (8)

1. 測距光軸上に測距光を射出する測距光射出部と、受光光軸上の反射測距光を受光する受光部と、プリズムで構成され、前記測距光軸と前記受光光軸とを一体に偏向させる光軸偏向部と、該光軸偏向部の最大偏向範囲と略同じ画角を有する広角撮像部と、前記光軸偏向部の中心を透過する真直な基準光軸に対する光軸偏向角及び偏向方向を検出する射出方向検出部と、前記広角撮像部より狭画角で且つ前記測距光軸と一部を共用する狭角撮像光軸を有する狭角撮像部と、測距演算部と、演算制御部とを有し、前記測距光軸と前記狭角撮像光軸の共用部分には波長特性の異なる複数の光学部材からなる波長分散補償プリズムが設けられ、前記演算制御部は、前記光軸偏向部の光軸偏向、前記測距演算部の測距作動を制御し、
   前記測距演算部は測距光の信号と反射測距光の信号に基づき測定点の測距を行い、前記狭角撮像部は、前記波長分散補償プリズムにより分散が補償された狭角画像を取得し、
   前記広角撮像部が取得した広角画像中の測定点の位置即ち前記狭角画像の中心を前記測定点の画素の位置に基づき基準光軸に対する画角として取得し、
   前記狭角画像の中心の前記基準光軸に対する方向角を前記射出方向検出部で検出し、
   前記基準光軸に対する画角と前記基準光軸に対する方向角に基づき
   前記広角画像に前記狭角画像を重合可能にした測量装置。
2. 前記光軸偏向部は同心に設けられた２枚のディスクプリズムを有し、該ディスクプリズムは、同一の光学偏向特性を有する複数のプリズムで構成され、前記測距光軸と前記受光光軸を中心に独立して回転可能であり、少なくとも中心部のプリズムを前記波長分散補償プリズムとした請求項１に記載の測量装置。
3. 測距光軸上に測距光を射出する測距光射出部と、受光光軸上の反射測距光を受光する受光部と、プリズムで構成され、前記測距光軸と前記受光光軸とを一体に偏向させる光軸偏向部と、該光軸偏向部の最大偏向範囲と略同じ画角を有する広角撮像部と、前記光軸偏向部による光軸偏向角及び偏向方向を検出する射出方向検出部と、前記広角撮像部より狭画角で且つ前記測距光軸と一部を共用する狭角撮像光軸を有する狭角撮像部と、測距演算部と、演算制御部と、画像処理部とを有し、
   前記測距光軸と前記狭角撮像光軸の共用部分には波長特性の異なる複数の光学部材からなる波長分散補償プリズムが設けられ、
   前記演算制御部は、前記光軸偏向部の光軸偏向、前記測距演算部の測距作動を制御し、前記測距演算部は測距光の信号と反射測距光の信号に基づき測定点の測距を行い、前記狭角撮像部は、前記波長分散補償プリズムにより分散が補償された狭角画像を取得する様構成され、
   前記画像処理部は、前記射出方向検出部の検出結果に基づき、光軸偏向角と偏向方向に応じた前記狭角画像の倍率を補正する様構成された測量装置。
4. 前記狭角撮像部は、前記測距光射出部の射出光軸から分岐された追尾受光光軸と、該追尾受光光軸上に設けられた追尾撮像素子を有し、前記射出光軸を介して前記追尾撮像素子により前記狭角画像を取得する様構成された請求項１～請求項３のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
5. 追尾部を更に具備し、該追尾部は前記受光光軸と一部を供用する追尾光軸と、前記測距光射出部の射出光軸から分岐された追尾受光光軸と、前記追尾光軸に設けられた追尾光源と、前記追尾受光光軸に設けられた追尾撮像素子とを有し、前記追尾光源から発せられた追尾光は前記受光光軸を経て射出され、測定対象で反射された追尾光が前記射出光軸、前記追尾受光光軸を経て前記追尾撮像素子に受光される様構成され、前記演算制御部は、前記追尾撮像素子の追尾光の受光位置と前記追尾受光光軸との偏差に基づき前記光軸偏向部の偏向を制御する様構成された請求項１～請求項３のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
6. 前記演算制御部は、前記２枚のディスクプリズムの回転を独立して制御し、前記測距光を２次元閉ループスキャンさせ、点群データを取得する様構成した請求項２に記載の測量装置。
7. 前記演算制御部は、測距タイミングと前記狭角撮像部による画像取得を同期させ、スキャン途中の任意の位置で静止画像を取得する様構成した請求項６に記載の測量装置。
8. 請求項１～請求項７のいずれかの測量装置と、該測量装置を設置する為の支持装置と、前記測量装置の支持部である設置台ユニットとを具備し、該設置台ユニットは、前記測量装置を水平方向、鉛直方向に回転駆動する回転駆動部と、水平回転角、鉛直回転角を検出する角度検出器とを有し、前記演算制御部は前記光軸偏向部の回転駆動部を制御して測定対象の追尾を実行すると共に、前記射出方向検出部が検出する測距光軸の偏向角が０となる様、前記設置台ユニットの前記回転駆動部及び前記光軸偏向部の前記回転駆動部を制御する様構成された測量装置システム。

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