WO2021205948A1

WO2021205948A1 - 傾斜センサおよびデータ取得装置

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Publication number: WO2021205948A1
Application number: PCT/JP2021/013720
Authority: WO
Inventors: 直樹東海林; 大友　文夫
Original assignee: 株式会社トプコン
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2021-10-14
Also published as: EP4134620A4; JP2021167736A; US20230175844A1; EP4134620A1

Abstract

【課題】加速度センサの出力値のドリフトを抑え、水平方向に対する傾斜角の検出精度を確保することができる傾斜センサ、および傾斜センサを備えたデータ取得装置を提供すること。【解決手段】傾斜センサ６は、第１軸６５および第２軸６４を中心に回転自在に支持されたジンバル機構６０と、第１軸６５を回転させる第１モータ６５４と、第２軸６４を回転させる第２モータ６４４と、第１軸６５の回転角を検出する第１エンコーダ６５５と、第２軸６４の回転角を検出する第２エンコーダ６４５と、ジンバル機構６０に設置された加速度センサ６３１と、加速度センサ６３１の出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに第１軸６５の回転角および第２軸６４の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する制御部６６と、を備える。

Description

傾斜センサおよびデータ取得装置

　本発明は、水平方向に対する傾斜角の検知を必要とする測量装置および画像取得装置等のデータ取得装置に設けられる傾斜センサ、および傾斜センサを備えたデータ取得装置に関する。

　測量装置および画像取得装置等のデータ取得装置の水平方向に対する傾斜角を検出するセンサとして、例えばチルトセンサが挙げられる。しかし、チルトセンサは、高精度で水平を検出することができる一方で、傾斜角の検出範囲が比較的狭いという問題を有する。

　これに対して、特許文献１には、チルトセンサと加速度センサとを備えた姿勢検出装置が開示されている。加速度センサは、チルトセンサと比較すると、大きい傾斜角を検出できる。そのため、特許文献１に記載された姿勢検出装置は、検出精度を確保しつつ全姿勢での姿勢検出が可能である。しかし、姿勢検出装置がチルトセンサおよび加速度センサの両方を備えると、姿勢検出装置が大型化するという点において、特許文献１に記載された姿勢検出装置には、改善の余地がある。

　そこで、水平方向に対する傾斜角の検知する傾斜センサの小型化を実現するために、チルトセンサを設けず加速度センサだけを設けることが一策として挙げられる。しかし、加速度センサには、チルトセンサと比較すると、検出精度が低いという問題がある。すなわち、加速度センサが温度や気圧や湿度や磁場などの環境の変化による影響を受けることにより、加速度センサの出力値にドリフトが生ずることがある。あるいは、加速度センサが環境の変化による影響を受け続けることにより、加速度センサの出力値が経時的に変化し、加速度センサの出力値にドリフトが生ずることがある。

特開２０１６－１５１４２３号公報

　本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、加速度センサの出力値のドリフトを抑え、水平方向に対する傾斜角の検出精度を確保することができる傾斜センサ、および傾斜センサを備えたデータ取得装置を提供することを目的とする。

　前記課題は、第１軸と前記第１軸に直交する第２軸とを有し、前記第１軸および前記第２軸を中心に回転自在に支持されたジンバル機構と、前記第１軸を回転させる第１モータと、前記第２軸を回転させる第２モータと、前記第１モータにより回転する前記第１軸の回転角を検出する第１エンコーダと、前記第２モータにより回転する前記第２軸の回転角を検出する第２エンコーダと、座標軸の原点が前記第１軸の軸心と前記第２軸の軸心との交点に一致した状態で前記ジンバル機構に設置された加速度センサと、前記第１モータおよび前記第２モータの少なくもといずれかを駆動し、前記第１軸および前記第２軸の少なくともいずれかを中心として前記加速度センサを連続的に回転させ、前記加速度センサの出力値が極大、極小、および前記極大と前記極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに前記第１エンコーダにより検出された前記第１軸の回転角および前記第２エンコーダにより検出された前記第２軸の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する制御部と、を備えたことを特徴とする本発明に係る傾斜センサにより解決される。

　本発明に係る傾斜センサによれば、加速度センサは、座標軸の原点がジンバル機構の第１軸の軸心とジンバル機構の第２軸の軸心との交点に一致した状態で、ジンバル機構に設置されている。そして、制御部は、第１モータおよび第２モータの少なくもといずれかを駆動し、ジンバル機構の第１軸およびジンバル機構の第２軸の少なくともいずれかを中心として加速度センサを連続的に回転させる。また、制御部は、加速度センサの出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに第１エンコーダにより検出された第１軸の回転角および第２エンコーダにより検出された第２軸の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。つまり、制御部は、加速度センサを連続的に回転させることで、加速度センサの出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示すとき、すなわち加速度センサの座標軸が重力の方向、重力の反対方向、および重力の方向と重力の反対方向との中間である重力の直交方向の少なくともいずれかに一致するときを検出し続ける。そして、制御部は、加速度センサの座標軸が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向の少なくともいずれかに一致したときの第１軸の回転角および第２軸の回転角の少なくともいずれかを検出する。言い換えれば、制御部は、加速度センサの座標軸が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向の少なくともいずれかに一致するタイミングと、そのタイミングにおける第１軸の回転角および第２軸の回転角の少なくともいずれかと、の関係を求める。そして、制御部は、そのタイミングにおける第１軸の回転角および第２軸の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。

　このように、本発明に係る傾斜センサの制御部は、加速度センサの出力値自体ではなく、加速度センサの出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示すタイミングを把握し、そのタイミングにおけるジンバル機構の軸の回転角に基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。そのため、制御部は、加速度センサの高精度な出力値を取得しなくとも、加速度センサの出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示すタイミングを把握することで、水平方向に対する傾斜角を演算することができる。これにより、本発明に係る傾斜センサは、加速度センサの出力値のドリフトを抑え、水平方向に対する傾斜角の検出精度を確保することができる。また、高精度な検出が可能なチルトセンサなどが不要であるため、傾斜センサの小型化を図ることができる。

　本発明に係る傾斜センサにおいて、好ましくは、前記第１軸は、前後方向に延び、前記第２軸は、左右方向に延び、前記座標軸は、前記第１軸の軸心に一致したＸ軸と、前記第２軸の軸心に一致したＹ軸と、を有することを特徴とする。

　例えば、第１モータおよび第２モータの制御周期に依存する加速度変化や、第１モータおよび第２モータが有するコギングトルクの影響による加速度変化などが、加速度センサの出力値に含まれることがある。
　これに対して、本発明に係る傾斜センサによれば、加速度センサの座標軸のＸ軸が、前後方向に延びた第１軸の軸心と一致する。また、加速度センサの座標軸のＹ軸が、左右方向に延びた第２軸の軸心と一致する。そのため、第１モータおよび第２モータに依存する影響を抑えつつ、本発明に係る傾斜センサは、より高い精度で傾斜角を検出することができる。

　本発明に係る傾斜センサにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記第１モータのみを駆動し前記第１軸を一定速度で回転させ、前記加速度センサの前記Ｙ軸の前記出力値が極大極小、前記極大と前記極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに前記第１エンコーダにより検出された前記第１軸の回転角に基づいて前記傾斜角を演算することを特徴とする。

　本発明に係る傾斜センサによれば、制御部は、第１モータのみを駆動し第１軸を回転させることにより、加速度センサのＸ軸の出力値と加速度センサのＹ軸の出力値とが互いに混在することを抑え、加速度センサのＸ軸の出力値よりも加速度センサのＹ軸の出力値を高くすることができる。これにより、本発明に係る傾斜センサは、より高い精度で傾斜角を検出することができる。また、制御部は、第１軸を一定速度で回転させることにより、重力以外の加速度が加速度センサに発生することを抑えることができる。これにより、本発明に係る傾斜センサは、より高い精度で傾斜角を検出することができる。

　本発明に係る傾斜センサにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記第２モータのみを駆動し前記第２軸を一定速度で回転させ、前記加速度センサの前記Ｘ軸の前記出力値が極大極小、前記極大と前記極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに前記第２エンコーダにより検出された前記第２軸の回転角に基づいて前記傾斜角を演算することを特徴とする。

　本発明に係る傾斜センサによれば、制御部は、第２モータのみを駆動し第２軸を回転させることにより、加速度センサのＸ軸の出力値と加速度センサのＹ軸の出力値とが混在することを抑え、加速度センサのＹ軸の出力値よりも加速度センサのＸ軸の出力値を高くすることができる。これにより、本発明に係る傾斜センサは、より高い精度で傾斜角を検出することができる。また、制御部は、第２軸を一定速度で回転させることにより、重力以外の加速度が加速度センサに発生することを抑えることができる。これにより、本発明に係る傾斜センサは、より高い精度で傾斜角を検出することができる。

　本発明に係る傾斜センサにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記傾斜角を演算する際に、前記加速度センサから出力された複数の前記出力値のうち前記極大の値と前記極小の値との差が所定値以上を示す前記出力値を用いることを特徴とする。

　本発明に係る傾斜センサによれば、加速度センサの座標軸が第１軸の軸心および第２軸の軸心に一致していない場合でも、加速度センサから出力された複数の出力値（例えば加速度センサのＸ軸の出力値および加速度センサのＹ軸の出力値）をより確実に分離し判別することできる。これにより、本発明に係る傾斜センサは、より高い精度で傾斜角を検出することができる。

　本発明に係る傾斜センサにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記第１エンコーダにより検出された前記第１軸の回転角に基づいて前記第１軸の回転速度を演算し、前記第２エンコーダにより検出された前記第２軸の回転角に基づいて前記第２軸の回転速度を演算し、前記第１軸の回転速度および前記第２軸の回転速度の少なくともいずれかにより前記加速度センサの前記出力値に含まれる遠心力に関する成分を除去する演算を実行することを特徴とする。

　本発明に係る傾斜センサによれば、例えば第１軸および第２軸が一定速度で回転するときに加速度センサに発生する遠心力や、加速度センサの座標軸が第１軸の軸心および第２軸の軸心に一致していない場合に加速度センサに発生する遠心力などの影響による加速度が、加速度センサの出力値に含まれる場合であっても、制御部は、第１軸の回転速度および第２軸の回転速度を演算し、第１軸の回転速度および第２軸の回転速度の少なくともいずれかにより加速度センサの出力値に含まれる遠心力に関する成分を除去する演算を実行する。これにより、本発明に係る傾斜センサは、より高い精度で傾斜角を検出することができる。

　前記課題は、測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子と、を有し、前記受光素子からの前記受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、上記のいずれかの傾斜センサと、前記測距部を制御する制御部と、を備え、前記傾斜センサの制御部は、第１制御部であり、前記測距部を制御する制御部は、第２制御部であることを特徴とする本発明に係るデータ取得装置により解決される。

　本発明に係るデータ取得装置によれば、傾斜センサが有する加速度センサは、座標軸の原点がジンバル機構の第１軸の軸心とジンバル機構の第２軸の軸心との交点に一致した状態で、ジンバル機構に設置されている。そして、第１制御部は、第１モータおよび第２モータの少なくもといずれかを駆動し、ジンバル機構の第１軸およびジンバル機構の第２軸の少なくともいずれかを中心として加速度センサを連続的に回転させる。また、第１制御部は、加速度センサの出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに第１エンコーダにより検出された第１軸の回転角および第２エンコーダにより検出された第２軸の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。つまり、第１制御部は、加速度センサを連続的に回転させることで、加速度センサの出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示すとき、すなわち加速度センサの座標軸が重力の方向、重力の反対方向、および重力の方向と重力の反対方向との中間である重力の直交方向の少なくともいずれかに一致するときを検出し続ける。そして、第１制御部は、加速度センサの座標軸が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向の少なくともいずれかに一致したときの第１軸の回転角および第２軸の回転角の少なくともいずれかを検出する。言い換えれば、第１制御部は、加速度センサの座標軸が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向の少なくともいずれかに一致するタイミングと、そのタイミングにおける第１軸の回転角および第２軸の回転角の少なくともいずれかと、の関係を求める。そして、第１制御部は、そのタイミングにおける第１軸の回転角および第２軸の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。

　このように、本発明に係るデータ取得装置の傾斜センサの第１制御部は、加速度センサの出力値自体ではなく、加速度センサの出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示すタイミングを把握し、そのタイミングにおけるジンバル機構の軸の回転角に基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。そのため、第１制御部は、加速度センサの高精度な出力値を取得しなくとも、加速度センサの出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示すタイミングを把握することで、水平方向に対する傾斜角を演算することができる。これにより、傾斜センサは、加速度センサの出力値のドリフトを抑え、水平方向に対する傾斜角の検出精度を確保することができる。これにより、本発明に係るデータ取得装置は、より高精度な３次元データや、より高精度な３次元データが付与された画像データを取得することができる。また、高精度な検出が可能なチルトセンサなどが不要であるため、傾斜センサの小型化を図ることができる。これにより、データ取得装置の小型化を図ることができる。

　本発明によれば、加速度センサの出力値のドリフトを抑え、水平方向に対する傾斜角の検出精度を確保することができる傾斜センサ、および傾斜センサを備えたデータ取得装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る傾斜センサを表す概略図である。本実施形態に係る傾斜センサを表すブロック図である。加速度センサの座標軸とジンバル機構の回転軸の軸心との関係を表す概念図である。ジンバル機構の回転軸の回転角と加速度センサの出力値との関係を表すグラフである。加速度センサの座標軸とジンバル機構の回転軸の軸心との他の関係を表す概念図である。ジンバル機構の回転軸の回転角と加速度センサの出力値との他の関係を表すグラフである。本発明の実施形態に係るデータ取得装置を表す斜視図である。本実施形態のレーザスキャナを表すブロック図である。本実施形態の偏向部を表す概略図である。

　以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
　なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

　図１は、本発明の実施形態に係る傾斜センサを表す概略図である。
　図２は、本実施形態に係る傾斜センサを表すブロック図である。
　なお、図１に表した概略図において、重力の方向および重力の反対方向は、図１の紙面に垂直な方向である。

　本実施形態に係る傾斜センサ６は、矩形枠形状の外フレーム６１と、外フレーム６１の内部に設けられた矩形枠形状の内フレーム６２と、内フレーム６２の内部に設けられた傾斜検出ユニット６３と、を備える。

傾斜検出ユニット６３は、左右軸６４に支持されている。本実施形態の左右軸６４は、本発明の「第２軸」の一例である。左右軸６４の両端部は、内フレーム６２に設けられた軸受６４１，６４１に回転自在に嵌合する。左右軸６４は、左右軸心６４６を有する。傾斜検出ユニット６３は、左右軸６４を中心に前後方向に３６０゜回転自在となっている。

前後軸６５，６５が、内フレーム６２の後面（図１では上面）、前面（図１では下面）から突設されている。本実施形態の前後軸６５は、本発明の「第１軸」の一例である。前後軸６５，６５は、外フレーム６１に設けられた軸受６５１，６５１と回転自在に嵌合する。前後軸６５，６５は、左右軸心６４６と直交する前後軸心６５６を有する。内フレーム６２は、前後軸６５，６５を中心に左右方向に３６０゜回転自在となっている。

　傾斜検出ユニット６３は、外フレーム６１に対して２軸方向に回転自在に支持されている。内フレーム６２を回転自在に支持する機構、および傾斜検出ユニット６３を回転自在に支持する機構は、ジンバル機構６０を構成する。傾斜検出ユニット６３は、外フレーム６１に対してジンバル機構６０を介して支持されている。内フレーム６２の回転を制約する機構が存在しないため、傾斜検出ユニット６３は、外フレーム６１に対して全方向に自在に回転することができる。

　左右軸６４の一端部には、第２被動ギア６４２が嵌着されている。第２被動ギア６４２には、第２駆動ギア６４３が噛合している。又、内フレーム６２の側面（図１では左側面）には、第２モータ６４４が設けられている。第２駆動ギア６４３は、第２モータ６４４の出力軸に嵌着されている。

　左右軸６４の他端部には、第２エンコーダ６４５が設けられている。第２エンコーダ６４５は、内フレーム６２に対する傾斜検出ユニット６３の前後方向の回転角すなわち左右軸６４の回転度を検出する。第２エンコーダ６４５としては、例えばインクリメントタイプのロータリーエンコーダや、アブソリュートタイプのロータリーエンコーダなどが挙げられる。

　前後軸６５，６５の一方（図１では下側）の前後軸６５には第１被動ギア６５２が嵌着されている。第１被動ギア６５２には、第１駆動ギア６５３が噛合している。又、外フレーム６１の下面には第１モータ６５４が設けられている。第１駆動ギア６５３は、第１モータ６５４の出力軸に嵌着されている。

前後軸６５，６５の他方（図１では上側）の前後軸６５には、第１エンコーダ６５５が設けられている。第１エンコーダ６５５は、内フレーム６２の外フレーム６１に対する左右方向の回転角すなわち前後軸６５の回転度を検出する。第１エンコーダ６５５としては、例えばインクリメントタイプのロータリーエンコーダや、アブソリュートタイプのロータリーエンコーダなどが挙げられる。

　図２に表したように、制御部６６は、演算処理部６６１と、入出力制御部６６２と、を有する。本実施形態の制御部６６は、本発明の「傾斜センサの制御部」すなわち「第１制御部」の一例である。第２エンコーダ６４５および第１エンコーダ６５５は、演算処理部６６１に電気的に接続されている。

傾斜検出ユニット６３は、加速度センサ６３１を有する。加速度センサ６３１は、演算処理部６６１に電気的に接続されている。

傾斜センサ６について、図２により更に説明する。

傾斜センサ６は、第２エンコーダ６４５と、第１エンコーダ６５５と、加速度センサ６３１と、第２モータ６４４と、第１モータ６５４と、記憶部６６３と、制御部６６と、を具備している。制御部６６は、演算処理部６６１と、入出力制御部６６２と、を有する。

　記憶部７３は、傾斜角を検出する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。

入出力制御部６６２は、演算処理部６６１から出力される制御指令に基づき第２モータ６４４および第１モータ６５４を駆動し、演算処理部６６１で演算された傾斜検出結果を出力する。第２モータ６４４は、第２駆動ギア６４３および第２被動ギア６４２を介して左右軸６４を回転させる。第１モータ６５４は、第１駆動ギア６５３および第１被動ギア６５２を介して前後軸６５を回転させる。

　第２エンコーダ６４５は、第２モータ６４４の回転角すなわち第２モータ６４４により回転する左右軸６４の回転角を検出する。第１エンコーダ６５５は、第１モータ６５４の回転角すなわち第１モータ６５４により回転する前後軸６５の回転角を検出する。

加速度センサ６３１は、傾斜変化を高応答性で検出することができる。加速度センサ６３１は、第２エンコーダ６４５が検出する回転方向（傾斜方向）および第１エンコーダ６５５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。

　演算処理部６６１は、加速度センサ６３１からの検出結果に基づき、傾斜角および傾斜方向を演算し、演算した傾斜角および傾斜方向に相当する第２エンコーダ６４５の回転角および第１エンコーダ６５５の回転角を演算する。

傾斜センサ６は、外フレーム６１が水平に設置された場合に、加速度センサ６３１が水平を検出する様に設定され、更に第２エンコーダ６４５の出力および第１エンコーダ６５５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、傾斜センサ６の作用について説明する。
　図３は、加速度センサの座標軸とジンバル機構の回転軸の軸心との関係を表す概念図である。
　図４は、ジンバル機構の回転軸の回転角と加速度センサの出力値との関係を表すグラフである。

　まず、加速度センサ６３１の座標軸と、ジンバル機構６０の回転軸（左右軸６４および前後軸６５）の軸心（左右軸心６４６、前後軸心６５６）と、の関係を、図３を参照して説明する。

　加速度センサ６３１の座標軸は、Ｘ軸６３２と、Ｙ軸６３３と、Ｚ軸６３４と、を有する。図３に表したように、加速度センサ６３１は、加速度センサ６３１の座標軸の原点が左右軸６４の左右軸心６４６と前後軸６５の前後軸心６５６との交点に一致した状態で、内フレーム６２を回転自在に支持する機構と傾斜検出ユニット６３を回転自在に支持する機構とを有するジンバル機構６０に設置されている。そのため、加速度センサ６３１は、左右軸６４の左右軸心６４６と前後軸６５の前後軸心６５６との交点（すなわちジンバル機構６０の原点）を中心として回転することができる。Ｘ軸６３２は、前後軸６５の前後軸心６５６に一致する。Ｙ軸６３３は、左右軸６４の左右軸心６４６に一致する。Ｚ軸６３４は、鉛直軸心６７６に一致する。

　制御部６６（具体的には入出力制御部６６２）は、第２モータ６４４および第１モータ６５４の少なくもといずれかを駆動し、左右軸６４および前後軸６５の少なくともいずれかを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させる。つまり、制御部６６は、図３に表した矢印Ａ２および矢印Ａ１のように、第２モータ６４４および第１モータ６５４を駆動し左右軸６４および前後軸６５を中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させたり、図３に表した矢印Ａ２のように、第２モータ６４４のみを駆動し左右軸６４のみを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させたり、図３に表した矢印Ａ１のように、第１モータ６５４のみを駆動し前後軸６５のみを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させたりする。

　そして、制御部６６（具体的には演算処理部６６１）は、加速度センサ６３１の出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに第２エンコーダ６４５により検出された左右軸６４の回転角および第１エンコーダ６５５により検出された前後軸６５の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。

　つまり、制御部６６は、加速度センサ６３１を連続的に回転させることで、加速度センサ６３１の出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値を示すとき、すなわち加速度センサ６３１の座標軸が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向に一致するときを検出し続ける。そして、制御部６６は、加速度センサ６３１の座標軸が重力の方向、重力の反対方向、重力の直交方向に一致したときの左右軸６４の回転角および前後軸６５の回転角の少なくともいずれかを検出する。言い換えれば、制御部６６は、加速度センサ６３１の座標軸が重力の方向、重力の反対方向、重力の直交方向に一致するタイミングと、そのタイミングにおける左右軸６４の回転角および前後軸６５の回転角の少なくともいずれかと、の関係を求める。そして、制御部６６は、そのタイミングにおける左右軸６４の回転角および前後軸６５の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。

　次に、本実施形態に係る傾斜センサ６の作用を、図４を参照してさらに説明する。
　なお、図４の説明では、説明の便宜上、制御部６６が第２モータ６４４のみを駆動し左右軸６４のみを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させる場合を例に挙げる。

　制御部６６が第２モータ６４４のみを駆動し左右軸６４のみを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させると、加速度センサ６３１の出力値と、左右軸６４の回転角（第２モータ６４４の回転角）と、の関係は、図４に表したグラフの通りになる。

　すなわち、加速度センサ６３１が左右軸６４のみを中心として回転するため、加速度センサ６３１が連続的に回転しても、加速度センサ６３１のＹ軸６３３は、重力の方向に略垂直のままである。一方で、加速度センサ６３１が左右軸６４のみを中心として回転するため、加速度センサ６３１が連続的に回転すると、加速度センサ６３１のＸ軸６３２および加速度センサ６３１のＺ軸６３４のそれぞれは、一定周期毎に、重力の方向に略平行になったり、重力の方向に略直交になったり、重力の反対方向に略平行になったりする。そのため、図４に表したように、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２の振幅は、加速度センサ６３１のＸ軸出力値６８１の振幅および加速度センサ６３１のＺ軸出力値６８３の振幅よりも小さい。言い換えれば、加速度センサ６３１のＸ軸出力値６８１の振幅および加速度センサ６３１のＺ軸出力値６８３の振幅は、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２の振幅よりも大きい。

　Ｘ軸出力値６８１は、Ｘ軸６３２の正方向が重力の方向に略平行になったときに極大になり、Ｘ軸６３２の正方向が重力の反対方向に略平行になったときに極小になり、Ｘ軸６３２の正方向が重力の方向に略直交するときに中央値になる。言い換えれば、Ｘ軸出力値６８１は、Ｘ軸６３２の正方向が重力の方向に一致したときに最大になり、Ｘ軸６３２の正方向が重力の反対方向に一致したときに最小になり、Ｘ軸６３２の正方向が重力の直交方向に一致したときに中央値になる。これは、Ｙ軸出力値６８２およびＺ軸出力値６８３についても同様である。

　ここで、加速度センサが温度や気圧や湿度や磁場などの環境の変化による影響を受けると、加速度センサの出力値にドリフトが生ずることがある。あるいは、加速度センサが環境の変化による影響を受け続けると、加速度センサの出力値が経時的に変化し、加速度センサの出力値にドリフトが生ずることがある。

　これに対して、図４に表したグラフの例では、本実施形態に係る傾斜センサ６の制御部６６（具体的には入出力制御部６６２）は、第２モータ６４４のみを駆動し、左右軸６４のみを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させる。そして、制御部６６（具体的には演算処理部６６１）は、Ｘ軸出力値６８１が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに第２エンコーダ６４５により検出された左右軸６４の回転角に基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。

　つまり、制御部６６は、左右軸６４を中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させることで、Ｘ軸出力値６８１が極大、極小、および極大と極小との間の中央値を示すとき、すなわち加速度センサ６３１のＸ軸６３２が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向に一致するときを検出し続ける。そして、制御部６６は、加速度センサ６３１のＸ軸６３５が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向に一致したときの左右軸６４の回転角を検出する。言い換えれば、制御部６６は、加速度センサ６３１のＸ軸６３２が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向に一致するタイミングと、そのタイミングにおける左右軸６４の回転角と、の関係を求める。そして、制御部６６は、そのタイミングにおける左右軸６４の回転角に基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。

　このように、本実施形態に係る傾斜センサ６の制御部６６は、Ｘ軸出力値６８１が極大、極小、および極大と極小との間の中央値を示したときの左右軸６４の回転角（第２モータ６４４の回転角）を把握することができ、そのときの左右軸６４の回転角（第２モータ６４４の回転角）に基づいて水平方向に対する傾斜角を演算することができる。

　本実施形態に係る傾斜センサ６によれば、制御部６６は、加速度センサ６３１の出力値自体ではなく、加速度センサ６３１の出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値を示すタイミングを把握し、そのタイミングにおけるジンバル機構６０の軸（左右軸６４および前後軸６５の少なくともいずれか）の回転角に基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。そのため、制御部６６は、加速度センサ６３１の高精度な出力値を取得しなくとも、加速度センサ６３１の出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値を示すタイミングを把握することで、水平方向に対する傾斜角を演算することができる。これにより、本実施形態に係る傾斜センサ６は、加速度センサ６３１の出力値のドリフトを抑え、水平方向に対する傾斜角の検出精度を確保することができる。また、高精度な検出が可能なチルトセンサなどが不要であるため、傾斜センサ６の小型化を図ることができる。

　また、第２モータ６４４および第１モータ６５４の制御周期に依存する加速度変化や、第２モータ６４４および第１モータ６５４が有するコギングトルクの影響による加速度変化などが、加速度センサ６３１の出力値に含まれることがある。
　これに対して、本実施形態に係る傾斜センサ６によれば、加速度センサ６３１のＹ軸６３３が左右軸６４の左右軸心６４６と一致し、加速度センサのＸ軸６３２が前後軸６５の前後軸心６５６と一致する。そのため、第２モータ６４４および第１モータ６５４に依存する影響を抑えつつ、本実施形態に係る傾斜センサ６は、より高い精度で傾斜角を検出することができる。

　また、制御部６６は、第２モータ６４４のみを駆動し左右軸６４を回転させる場合には、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２と加速度センサのＸ軸出力値６８１とが互いに混在することを抑え、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２よりも加速度センサ６３１のＸ軸出力値６８１を高くすることができる。これにより、本実施形態に係る傾斜センサ６は、より高い精度で傾斜角を検出することができる。

　制御部６６は、第２モータ６４４の駆動を制御し、左右軸６４を一定速度で回転させてもよく、左右軸６４を変速で回転させてもよい。制御部６６は、左右軸６４を一定速度で回転させる場合には、重力以外の加速度が加速度センサ６３１に発生することを抑えることができる。また、Ｘ軸出力値６８１を正弦波にフィッティングし、ノイズを軽減した位相を求め、位相に対応する傾斜角を算出することができる。これにより、本実施形態に係る傾斜センサ６は、より高い精度で傾斜角を検出することができる。なお、制御部６６は、左右軸６４の回転速度を例えば２０ｒｐｓ以下程度に設定する。但し、左右軸６４の回転速度は、２０ｒｐｓ以下に限定されるわけではない。

　また、制御部６６は、第２エンコーダ６４５により検出された左右軸６４の回転角に基づいて左右軸の回転速度を演算し、左右軸６４の回転速度により加速度センサ６３１の出力値に含まれる遠心力に関する成分を除去する演算を実行する。

　これによれば、例えば左右軸６４が一定速度で回転するときに加速度センサ６３１に発生する遠心力や、加速度センサ６３１の座標軸が左右軸６４の左右軸心６４６および前後軸６５の前後軸心６５６に一致していない場合に加速度センサ６３１に発生する遠心力などの影響による加速度が、加速度センサ６３１の出力値に含まれる場合であっても、制御部６６は、加速度センサ６３１の出力値に含まれる遠心力に関する成分を除去することができる。これにより、本実施形態に係る傾斜センサ６は、より高い精度で傾斜角を検出することができる。

　なお、前述したように、制御部６６は、第１モータ６５４のみを駆動し前後軸６５のみを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させてもよい。この場合には、制御部６６は、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２と加速度センサのＸ軸出力値６８１とが互いに混在することを抑え、加速度センサ６３１のＸ軸出力値６８１よりも加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２を高くすることができる。これにより、本実施形態に係る傾斜センサ６は、より高い精度で傾斜角を検出することができる。また、その他の効果についても、制御部６６が第２モータ６４４のみを駆動し左右軸６４のみを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させる場合について前述した効果と同様の効果が得られる。

　また、前述したように、制御部６６は、第２モータ６４４および第１モータ６５４を駆動し左右軸６４および前後軸６５を中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させてもよい。この場合には、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２と加速度センサのＸ軸出力値６８１とが互いに混在することを抑えるために、すなわち、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２と加速度センサのＸ軸出力値６８１とをより確実に分離し判別するために、制御部６６は、左右軸６４の回転速度と前後軸６５の回転速度とを互いに相違させることが好ましい。例えば、制御部６６は、左右軸６４と前後軸６５とのいずれか一方の回転速度を、左右軸６４と前後軸６５とのいずれか他方の回転速度の２倍以上、１０倍以下に設定する。これにより、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２と加速度センサのＸ軸出力値６８１とが互いに混在することをより確実に抑えることができ、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２と加速度センサのＸ軸出力値６８１とをより確実に分離し判別することができる。但し、左右軸６４の回転速度と前後軸６５の回転速度との互いの比率は、２倍以上、１０倍以下に限定されるわけではない。

　次に、Ｘ軸６３２が前後軸６５の前後軸心６５６に一致せず、Ｙ軸６３３が左右軸６４の左右軸心６４６に一致せず、Ｚ軸６３４が鉛直軸心６７６に一致しない場合を、図５および図６を参照して説明する。
　図５は、加速度センサの座標軸とジンバル機構の回転軸の軸心との他の関係を表す概念図である。
　図６は、ジンバル機構の回転軸の回転角と加速度センサの出力値との他の関係を表すグラフである。

　図５に表した例では、加速度センサ６３１は、加速度センサ６３１の座標軸の原点が左右軸６４の左右軸心６４６と前後軸６５の前後軸心６５６との交点に一致した状態で、内フレーム６２を回転自在に支持する機構と傾斜検出ユニット６３を回転自在に支持する機構とを有するジンバル機構６０に設置されている。そのため、加速度センサ６３１は、左右軸６４の左右軸心６４６と前後軸６５の前後軸心６５６との交点（すなわちジンバル機構６０の原点）を中心として回転することができる。但し、Ｘ軸６３２は、前後軸６５の前後軸心６５６に一致していない。Ｙ軸６３３は、左右軸６４の左右軸心６４６に一致していない。Ｚ軸６３４は、鉛直軸心６７６に一致していない。この点において、図５に表した例は、図３に関して前述した例と異なる。

　図６の説明では、図４の説明と同様に、制御部６６が第２モータ６４４のみを駆動し左右軸６４のみを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させる場合を例に挙げる。制御部６６が第２モータ６４４のみを駆動し左右軸６４のみを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させると、加速度センサ６３１の出力値と、左右軸６４の回転角（第２モータ６４４の回転角）と、の関係は、図６に表したグラフの通りになる。

　すなわち、Ｘ軸６３２が前後軸６５の前後軸心６５６に一致せず、Ｙ軸６３３が左右軸６４の左右軸心６４６に一致せず、Ｚ軸６３４が鉛直軸心６７６に一致しないため、加速度センサ６３１が左右軸６４のみを中心として回転すると、図４に表したグラフと比較して、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２の振幅と、加速度センサ６３１のＸ軸出力値６８１の振幅と、加速度センサ６３１のＺ軸出力値６８３の振幅と、の互いの差は小さい。

　これに対して、本実施形態に係る傾斜センサ６では、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２と加速度センサのＸ軸出力値６８１とが互いに混在することを抑えるために、すなわち、加速度センサ６３１のＹ軸出力値６８２と加速度センサのＸ軸出力値６８１とをより確実に分離し判別するために、制御部６６は、傾斜角を演算する際に、加速度センサ６３１から出力された複数の出力値（Ｘ軸出力値６８１、Ｙ軸出力値６８２およびＺ軸出力値６８３）のうち極大の値と極小の値との差が所定値以上を示す出力値を用いる。

　例えば、図６に表した例において、極大の値と極小の値との差の所定値が、Ｙ軸出力値６８２の極大の値と極小の値との差よりも大きく、Ｘ軸出力値６８１の極大の値と極小の値との差よりも小さい場合には、制御部６６は、傾斜角を演算する際に、Ｘ軸出力値６８１およびＺ軸出力値６８３の少なくもといずれかを用いる。

　これによれば、Ｘ軸６３２が前後軸６５の前後軸心６５６に一致せず、Ｙ軸６３３が左右軸６４の左右軸心６４６に一致せず、Ｚ軸６３４が鉛直軸心６７６に一致しない場合であっても、加速度センサ６３１から出力されたＸ軸出力値６８１、Ｙ軸出力値６８２およびＺ軸出力値６８３をより確実に分離し判別することできる。これにより、本実施形態に係る傾斜センサ６は、より高い精度で傾斜角を検出することができる。また、その他の効果についても、図３および図４に関して前述した効果と同様の効果が得られる。

　次に、本発明の実施形態に係るデータ取得装置ついて説明する。
　なお、本実施形態に係るデータ取得装置が備える傾斜センサの構成要素が、図１～図６に関して前述した本実施形態に係る傾斜センサの構成要素と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。

　図７は、本発明の実施形態に係るデータ取得装置を表す斜視図である。
　本実施形態に係るデータ取得装置の例としては、例えば、測定点の３次元座標（３次元データ）を高精度に測定するトータルステーション、測距光としてパルスレーザ光を回転照射しパルスレーザ光毎に測距を行い点群データを取得するレーザスキャナユニット、土木工事などを行う際の基準線を設定するレーザ照射装置（パイプレーザ）、および回転レーザなどが挙げられる。本実施形態の説明では、データ取得装置の一例として、レーザスキャナユニットを挙げる。

　図７に表した測量システム１は、レーザスキャナユニットであり、本発明の「データ取得装置」の一例である。図７に表した基準光軸Ｏは、後述する偏向部３５により偏向されていない状態での光軸を示す。偏向部３５により偏向されていない状態での光軸は、偏向部３５の中心を透過する真直な光軸であり、基準光軸に相当する。

　測量システム１は、主に、支持装置としての三脚２と、レーザスキャナ３と、操作装置４と、設置台ユニット５と、を備える。図１～図６に関して前述した傾斜センサ６は、レーザスキャナ３の内部に設けられている。設置台ユニット５は、三脚２の上端に取り付けられている。レーザスキャナ３は、横回転可能および縦回転可能に設置台ユニット５に取り付けられている。このように、本実施形態に係る傾斜センサ６は、三脚２および設置台ユニット５により静止状態で設置されたレーザスキャナ３の内部に設けられている。

　設置台ユニット５には、横方向に延びるレバー７が設けられる。作業者は、レバー７の操作により、レーザスキャナ３を上下方向（鉛直方向）または横方向（水平方向）に回転させることができ、レーザスキャナ３を所要の姿勢で固定することも可能となっている。

　レーザスキャナ３は、測距部３Ａ（図８参照）と、傾斜センサ６（図８参照）と、を内蔵する。測距部３Ａは、測定光２３を測定対象物あるいは測定範囲に射出し、反射測定光２４（図８参照）を受光して測定を行う。また、傾斜センサ６は、レーザスキャナ３の水平（又は鉛直）に対する姿勢を高精度に検出可能である。例えば、傾斜センサ６は、レーザスキャナ３の水平方向に対する傾斜角を検出する。

　操作装置４は、レーザスキャナ３との間で有線、無線等所要の手段を介して通信を行う通信機能を有する。また、操作装置４は、アタッチメント８を介してレーザスキャナ３に着脱可能となっている。作業者は、取り外した操作装置４を片手で保持し操作可能であり、操作装置４によりレーザスキャナ３の遠隔操作を行うことができる。

　さらに、レーザスキャナ３は、画像、測定状態、測定結果等を操作装置４に送信する。レーザスキャナ３から送信された画像、測定状態、測定結果等は、操作装置４に記憶され操作装置４の表示部（図示せず）に表示される。操作装置４は、例えばスマートフォンであってもよい。

　図８は、本実施形態のレーザスキャナを表すブロック図である。
　図９は、本実施形態の偏向部を表す概略図である。

　レーザスキャナ３は、測定光射出部１１と、受光部１２と、測距演算部１３と、撮像部１４と、射出方向検出部１５と、モータドライバ１６と、傾斜センサ６と、通信部１８と、演算制御部１９と、記憶部２０と、撮像制御部２１と、画像処理部２２と、を具備する。これらは、筐体９に収納され、一体化されている。なお、測定光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３等は、測距部３Ａの少なくとも一部を構成する。また、本実施形態の演算制御部１９は、本発明の「測距部を制御する制御部」すなわち「第２制御部」の一例である。

　測定光射出部１１は、射出光軸２６を有する。射出光軸２６上には、例えばレーザダイオード（ＬＤ）などの発光素子２７が設けられている。また、射出光軸２６上に投光レンズ２８が設けられている。さらに、射出光軸２６上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡２９と、受光光軸３１上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡３２と、によって、射出光軸２６は、受光光軸３１と合致する様に偏向される。第１反射鏡２９と第２反射鏡３２とで射出光軸偏向部の少なくとも一部が構成される。発光素子２７は、パルスレーザ光線を発する。測定光射出部１１は、発光素子２７から発せられたパルスレーザ光線を測定光２３として射出する。

　受光部１２について説明する。受光部１２には、測定対象物（即ち測定点）からの反射測定光２４が入射する。受光部１２は、受光光軸３１を有する。受光光軸３１には、上記した様に、第１反射鏡２９、第２反射鏡３２によって偏向された射出光軸２６が合致する。

　偏向された射出光軸２６上に、即ち受光光軸３１上に偏向部３５（後述）が配設される。偏向部３５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。基準光軸Ｏは、偏向部３５によって偏向されなかった時の射出光軸２６または受光光軸３１と合致する。

　偏向部３５を透過し、入射した受光光軸３１上に、結像レンズ３４と、例えばフォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子３３と、が設けられている。結像レンズ３４は、反射測定光２４を受光素子３３に結像する。受光素子３３は、反射測定光２４を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、測距演算部１３に入力される。測距演算部１３は、受光信号に基づき測定点までの測距を行う。

　ここで、図９を参照して、偏向部３５について説明する。偏向部３５は、一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂを有する。光学プリズム３６ａ，３６ｂは、それぞれ円板状であり、受光光軸３１上に直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。光学プリズム３６ａ，３６ｂとして、それぞれリズレープリズムが用いられることが、装置を小型化するために好ましい。偏向部３５の中央部は、測定光２３が透過し、射出される第１偏向部である測定光偏向部３５ａとなっており、中央部を除く部分は反射測定光２４が透過し、入射する第２偏向部である反射測定光偏向部３５ｂとなっている。

　光学プリズム３６ａ，３６ｂとして用いられるリズレープリズムは、それぞれ平行に形成されたプリズム要素３７ａ，３７ｂと、多数のプリズム要素３８ａ，３８ｂと、を有し、円板形状を呈する。光学プリズム３６ａ，３６ｂと、各プリズム要素３７ａ，３７ｂと、プリズム要素３８ａ，３８ｂと、は、同一の光学特性を有する。

　プリズム要素３７ａ，３７ｂは、測定光偏向部３５ａを構成する。プリズム要素３８ａ，３８ｂは、反射測定光偏向部３５ｂを構成する。リズレープリズムは、光学ガラスから製作されてもよいが、光学プラスチック材料でモールド成形されてもよい。リズレープリズムを光学プラスチック材料でモールド成形することで、安価なリズレープリズムを製作できる。

　光学プリズム３６ａ，３６ｂは、それぞれ受光光軸３１を中心に独立して個別に回転可能に配設されている。光学プリズム３６ａ，３６ｂ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、射出光軸２６を通過する測定光２３を任意の方向に偏向し、受光される反射測定光２４を受光光軸３１と平行に偏向する。光学プリズム３６ａ，３６ｂの外形形状は、それぞれ受光光軸３１を中心とする円形である。光学プリズム３６ａ，３６ｂの直径は、反射測定光２４の広がりを考慮し、光学プリズム３６ａ，３６ｂが充分な光量を取得できる様に設定されている。

　光学プリズム３６ａの外周には、リングギア３９ａが嵌設されている。光学プリズム３６ｂの外周には、リングギア３９ｂが嵌設されている。リングギア３９ａには、駆動ギア４１ａが噛合している。駆動ギア４１ａは、モータ４２ａの出力軸に固着されている。同様に、リングギア３９ｂには、駆動ギア４１ｂが噛合している。駆動ギア４１ｂは、モータ４２ｂの出力軸に固着されている。モータ４２ａ，４２ｂは、モータドライバ１６に電気的に接続されている。

　モータ４２ａ，４２ｂとしては、回転角を検出することができるもの、あるい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。あるいは、モータの回転量は、モータの回転量（回転角）を検出する例えばエンコーダ等の回転角検出器を用いて検出されてもよい。モータ４２ａ，４２ｂの回転量がそれぞれ検出され、モータドライバ１６によりモータ４２ａ，４２ｂが個別に制御される。なお、リングギア３９ａ，３９ｂにそれぞれ直接取付けられたエンコーダが、リングギア３９ａ，３９ｂの回転角を直接検出してもよい。

　駆動ギア４１ａ，４１ｂ、モータ４２ａ，４２ｂは、測定光射出部１１と干渉しない位置、例えばリングギア３９ａ，３９ｂの下側に設けられている。
　投光レンズ２８、第１反射鏡２９、第２反射鏡３２、測定光偏向部３５ａ等は、投光光学系の少なくとも一部を構成する。反射測定光偏向部３５ｂ、結像レンズ３４等は、受光光学系の少なくとも一部を構成する。

　測距演算部１３は、発光素子２７を制御し、測定光２３としてパルスレーザ光線を発光させる。測定光２３が、プリズム要素３７ａ，３７ｂ（測定光偏向部３５ａ）により、測定点に向うよう偏向される。

　測定対象物から反射された反射測定光２４は、プリズム要素３８ａ，３８ｂ（反射測定光偏向部３５ｂ）と、結像レンズ３４と、を介して入射し、受光素子３３に受光される。受光素子３３は、受光信号を測距演算部１３に送出する。測距演算部１３は、受光素子３３からの受光信号に基づき、パルス光毎に測定点（測定光２３が照射された点）の測距を行う。測距データは、記憶部２０に格納される。而して、測距演算部１３は、測定光２３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を取得できる。

　射出方向検出部１５は、モータ４２ａ，４２ｂに入力する駆動パルスをカウントすることで、モータ４２ａ，４２ｂの回転角を検出する。あるいは、射出方向検出部１５は、エンコーダからの信号に基づき、モータ４２ａ，４２ｂの回転角を検出する。また、射出方向検出部１５は、モータ４２ａ，４２ｂの回転角に基づき、光学プリズム３６ａ，３６ｂの回転位置を演算する。

　さらに、射出方向検出部１５は、光学プリズム３６ａ，３６ｂの屈折率と回転位置とに基づき、測定光２３の射出方向を演算し、演算結果を演算制御部１９に出力する。演算制御部１９は、測定光２３の射出方向から基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１および鉛直角θ２を演算し、各測定点について、水平角θ１および鉛直角θ２を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。

　傾斜センサ６について説明する。傾斜センサ６は、筐体９に固定され、あるいは構造部材に固定され、レーザスキャナ３と一体となっている。前述したように、傾斜センサ６は、ジンバル機構６０を介して加速度センサ６３１が取り付けられている。加速度センサ６３１は、直交する２軸を中心に３６０゜回転自在となっている。

　加速度センサ６３１が傾斜していた場合（レーザスキャナ３が傾斜していた場合）、加速度センサ６３１の検出結果に基づき、レーザスキャナ３の傾斜角、傾斜方向が検出される。これは、図１～図６に関して前述した通りである。加速度センサ６３１は、２軸について３６０゜回転自在であるので、傾斜センサ６がどの様な姿勢となろうとも（例えば、傾斜センサ６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。

　演算制御部１９は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時であっても、加速度センサ６３１からの信号に基づき、モータを制御する。また、演算制御部１９は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時であっても、加速度センサ６３１からの信号に基づき、モータを制御する。

　撮像部１４は、レーザスキャナ３の基準光軸Ｏと平行な撮像光軸４３を有し、例えば５０°の画角を有するカメラであり、レーザスキャナ３のスキャン範囲を含む画像データを取得する。撮像光軸４３と射出光軸２６及び基準光軸Ｏとの関係は既知となっている。また、撮像部１４は、動画像、又は連続画像を取得可能である。

　撮像制御部２１は、撮像部１４の撮像を制御する。撮像制御部２１は、撮像部１４が動画像、又は連続画像を撮像する場合に、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レーザスキャナ３でスキャンするタイミングとの同期を取っている。演算制御部１９は画像と点群データとの関連付けも実行する。

　撮像部１４の撮像素子４４は、画素の集合体であるＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサである。撮像素子４４の各画素は、画像素子上での位置を特定できる。例えば、各画素は、撮像光軸４３を原点とした座標系での画素座標を有する。画像素子上での位置は、画素座標によって特定される。画像処理部２２は、撮像部１４で取得した画像データに操作装置４で表示させる情報を重ね合わせる画像処理等を行う。画像処理部２２が生成した画像は、演算制御部１９により操作装置４の表示部４ａに表示される。

　本発明に係る測量システム１によれば、傾斜センサ６が有する加速度センサ６３１は、座標軸の原点がジンバル機構６０の左右軸６４の左右軸心６４６とジンバル機構６０の前後軸６５の前後軸心６５６との交点に一致した状態で、ジンバル機構６０に設置されている。そして、制御部６６は、第２モータ６４４および第１モータ６５４の少なくもといずれかを駆動し、ジンバル機構６０の左右軸６４およびジンバル機構６０の前後軸６５の少なくともいずれかを中心として加速度センサ６３１を連続的に回転させる。

　例えば、制御部６６は、傾斜センサ６が搭載された測量システム１の電源が入ったときや、３次元座標（３次元データ）や点群データを取得するための測量ボタンが押されたときなどに、加速度センサ６３１の回転を開始する。そして、水平方向に対する傾斜角を測定する必要があるときに、加速度センサ６３１は、ジンバル機構６０の左右軸６４およびジンバル機構６０の前後軸６５の少なくともいずれかを中心として常に回転し続ける。

　そして、制御部６６は、加速度センサ６３１の出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに第２エンコーダ６４５により検出された左右軸６４の回転角および第１エンコーダ６５５により検出された前後軸６５の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。

　つまり、制御部６６は、加速度センサ６３１を連続的に回転させることで、加速度センサ６３１の出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値を示すとき、すなわち加速度センサ６３１の座標軸が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向に一致するときを検出し続ける。そして、制御部６６は、加速度センサ６３１の座標軸が重力の方向、重力の反対方向、および重力の直交方向に一致したときの左右軸６４の回転角および前後軸６５の回転角の少なくともいずれかを検出する。言い換えれば、制御部６６は、加速度センサ６３１の座標軸が重力の方向重力の反対方向、および重力の直交方向に一致するタイミングと、そのタイミングにおける左右軸６４の回転角および前後軸６５の回転角の少なくともいずれかと、の関係を求める。そして、制御部６６は、そのタイミングにおける左右軸６４の回転角および前後軸６５の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。

　このように、本実施形態に係る測量システム１の傾斜センサ６の制御部６６は、加速度センサ６３１の出力値自体ではなく、加速度センサ６３１の出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値を示すタイミングを把握し、そのタイミングにおけるジンバル機構６０の軸（左右軸６４および前後軸６５の少なくともいずれか）の回転角に基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する。そのため、制御部６６は、加速度センサ６３１の高精度な出力値を取得しなくとも、加速度センサ６３１の出力値が極大、極小、および極大と極小との間の中央値を示すタイミングを把握することで、水平方向に対する傾斜角を演算することができる。これにより、傾斜センサ６は、加速度センサ６３１の出力値のドリフトを抑え、水平方向に対する傾斜角の検出精度を確保することができる。これにより、本実施形態に係る測量システム１は、より高精度な３次元データや、より高精度な３次元データが付与された画像データを取得することができる。また、高精度な検出が可能なチルトセンサなどが不要であるため、傾斜センサ６の小型化を図ることができる。これにより、測量システム１の小型化を図ることができる。

　以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

　１：測量システム、　２：三脚、　３：レーザスキャナ、　３Ａ：測距部、　４：操作装置、　５：設置台ユニット、　６：傾斜センサ、　７：レバー、　８：アタッチメント、　９：筐体、　１１：測定光射出部、　１２：受光部、　１３：測距演算部、　１４：撮像部、　１５：射出方向検出部、　１６：モータドライバ、　１８：通信部、　１９：演算制御部、　２０：記憶部、　２１：撮像制御部、　２２：画像処理部、　２３：測定光、　２４：反射測定光、　２６：射出光軸、　２７：発光素子、　２８：投光レンズ、　２９：第１反射鏡、　３１：受光光軸、　３２：第２反射鏡、　３３：受光素子、　３４：結像レンズ、　３５：偏向部、　３５ａ：測定光偏向部、　３５ｂ：反射測定光偏向部、　３６ａ、３６ｂ：光学プリズム、　３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ：プリズム要素、　３９ａ、３９ｂ：リングギア、　４１ａ、４１ｂ：駆動ギア、　４２ａ、４２ｂ：モータ、　４３：撮像光軸、　４４：撮像素子、　６０：ジンバル機構、　６１：外フレーム、　６２：内フレーム、　６３：傾斜検出ユニット、　６４：左右軸（第２軸）、　６５：前後軸（第１軸）、　６６：制御部、　７３：記憶部、　６３１：加速度センサ、　６３２：Ｘ軸、　６３３：Ｙ軸　６３４：Ｚ軸、　６４１：軸受、　６４２：第２被動ギア、　６４３：第２駆動ギア、　６４４：第２モータ、　６４５：第２エンコーダ、　６４６：左右軸心、　６５１：軸受、　６５２：第１被動ギア、　６５３：第１駆動ギア、　６５４：第１モータ、　６５５：第１エンコーダ、　６５６：前後軸心、　６６１：演算処理部、　６６２：入出力制御部、　６６３：記憶部、　６７６：鉛直軸心、　６８１：Ｘ軸出力値、　６８２：Ｙ軸出力値、　６８３：Ｚ軸出力値

Claims

　第１軸と前記第１軸に直交する第２軸とを有し、前記第１軸および前記第２軸を中心に回転自在に支持されたジンバル機構と、
　前記第１軸を回転させる第１モータと、
　前記第２軸を回転させる第２モータと、
　前記第１モータにより回転する前記第１軸の回転角を検出する第１エンコーダと、
　前記第２モータにより回転する前記第２軸の回転角を検出する第２エンコーダと、
　座標軸の原点が前記第１軸の軸心と前記第２軸の軸心との交点に一致した状態で前記ジンバル機構に設置された加速度センサと、
　前記第１モータおよび前記第２モータの少なくもといずれかを駆動し、前記第１軸および前記第２軸の少なくともいずれかを中心として前記加速度センサを連続的に回転させ、前記加速度センサの出力値が極大、極小、および前記極大と前記極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに前記第１エンコーダにより検出された前記第１軸の回転角および前記第２エンコーダにより検出された前記第２軸の回転角の少なくともいずれかに基づいて水平方向に対する傾斜角を演算する制御部と、
　を備えたことを特徴とする傾斜センサ。
　前記第１軸は、前後方向に延び、
　前記第２軸は、左右方向に延び、
　前記座標軸は、前記第１軸の軸心に一致したＸ軸と、前記第２軸の軸心に一致したＹ軸と、を有することを特徴とする請求項１に記載の傾斜センサ。
　前記制御部は、前記第１モータのみを駆動し前記第１軸を一定速度で回転させ、前記加速度センサの前記Ｙ軸の前記出力値が極大極小、前記極大と前記極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに前記第１エンコーダにより検出された前記第１軸の回転角に基づいて前記傾斜角を演算することを特徴とする請求項２に記載の傾斜センサ。
　前記制御部は、前記第２モータのみを駆動し前記第２軸を一定速度で回転させ、前記加速度センサの前記Ｘ軸の前記出力値が極大極小、前記極大と前記極小との間の中央値の少なくともいずれかを示したときに前記第２エンコーダにより検出された前記第２軸の回転角に基づいて前記傾斜角を演算することを特徴とする請求項２に記載の傾斜センサ。
　前記制御部は、前記傾斜角を演算する際に、前記加速度センサから出力された複数の前記出力値のうち前記極大の値と前記極小の値との差が所定値以上を示す前記出力値を用いることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
　前記制御部は、前記第１エンコーダにより検出された前記第１軸の回転角に基づいて前記第１軸の回転速度を演算し、前記第２エンコーダにより検出された前記第２軸の回転角に基づいて前記第２軸の回転速度を演算し、前記第１軸の回転速度および前記第２軸の回転速度の少なくともいずれかにより前記加速度センサの前記出力値に含まれる遠心力に関する成分を除去する演算を実行することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
　測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子と、を有し、前記受光素子からの前記受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、
　請求項１～６のいずれか１項に記載の傾斜センサと、
　前記測距部を制御する制御部と、
　を備え、
　前記傾斜センサの制御部は、第１制御部であり、
　前記測距部を制御する制御部は、第２制御部であることを特徴とするデータ取得装置。