特許 6577295 測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6577295

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月18日

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20190909BHJP

【ＦＩ】

   G01C15/00 103A

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-166455(P2015-166455)

(22)【出願日】2015年8月26日

(65)【公開番号】特開2017-44550(P2017-44550A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2018年7月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100083563

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 祥二

(72)【発明者】

【氏名】大友 文夫

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 薫

【審査官】 齋藤 卓司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０７８４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４９８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１６５６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００６４５３４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定装置本体と、該測定装置本体を上下方向及び左右方向に回転可能に支持する設置台ユニットとを有し、
前記測定装置本体は、測距光を測定対象に向って射出し、測定対象からの反射光を受光して測距を行う測定ユニットと、該測定ユニットと一体的に設けられた姿勢検出装置とを具備し、
該姿勢検出装置は、水平を検出する傾斜センサと、該傾斜センサが水平を検出する様に、該傾斜センサを傾動させると共に該傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部とを有し、
前記傾斜センサは第１水平軸、第２水平軸を有するジンバル機構を介して支持された水平検出ユニットに設けられ、該傾斜センサの傾動は、前記第１水平軸を回転駆動する第１モータ、前記第２水平軸を回転駆動する第２モータによって行われ、
前記相対傾斜角検出部は、前記第１水平軸の回転を検出する第１エンコーダと、前記第２水平軸の回転を検出する第２エンコーダとを有し、前記第１エンコーダと前記第２エンコーダの検出結果に基づき前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出し、
前記設置台ユニットは、前記測定装置本体を上下方向に回転する上下モータと、前記測定装置本体を左右方向に回転する左右モータと、左右方向の回転角を検出する左右角検出器とを有し、
前記測定装置本体により測定対象の測距を行うと共に前記姿勢検出装置の傾斜検出結果に基づき測定点の鉛直角を測定し、前記左右角検出器の検出結果に基づき水平角を測定する様構成した測定装置。

【請求項2】

遠隔操作部を更に具備すると共に、前記測定装置本体は、前記上下モータと、前記左右モータの駆動を制御する演算処理部と、通信部とを具備し、前記遠隔操作部からの遠隔操作信号を前記通信部を介して受信し、前記演算処理部は、前記遠隔操作信号に基づき前記上下モータ及び前記左右モータを制御し、前記測距光の光軸を測定対象に向ける様構成された請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

固定アタッチメントを更に具備し、該固定アタッチメントを介して前記測定装置本体及び前記設置台ユニットが所要の設置箇所に設置され、前記遠隔操作部からの遠隔操作で測定対象の測定を行う請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記測定ユニットの光軸と平行な撮像光軸を有する撮像部と、該撮像部で撮像した画像を表示する表示部とを具備し、前記撮像部は測定対象を含む画像を取得し、該表示部には前記画像が表示される請求項１に記載の測定装置。

【請求項5】

前記測定装置本体は、前記上下モータと、前記左右モータの駆動を制御する演算処理部と、追尾部とを具備し、前記設置台ユニットは前記測定装置本体の上下角を検出する上下角検出器を具備し、前記追尾部は、追尾光を射出する追尾投光部と、測定対象から反射された反射追尾光を受光する追尾受光部と、該追尾受光部の受光結果に基づき追尾信号を発する追尾演算部とを有し、前記演算処理部は前記追尾信号に基づき、更に前記左右角検出器及び前記上下角検出器からのフィードバック信号に基づき前記上下モータ及び前記左右モータを制御し、前記測距光の光軸を測定対象に向ける様制御する請求項１に記載の測定装置。

【請求項6】

前記傾斜センサは、高精度の第１傾斜センサと高応答性の第２傾斜センサによって構成された請求項１に記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は測距光を射出し、測定対象からの反射光を受光して測定対象迄の距離を測定する測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

測定対象に測距光を射出し、測定点の測距、測角を行い測定点の３次元座標を測定する測定装置の１つとして、トータルステーションがある。

【0003】

従来のトータルステーションは、３脚等の固定手段に設けられ、固定手段を介して所定地点に設置される。又、トータルステーションの設置には、鉛直基準を得る為の整準が伴う。

【0004】

トータルステーション等の高精度の測定機では、高精度の鉛直基準が要求され、水平を検出する為のセンサとして、高精度チルトセンサが用いられる。

【0005】

高精度チルトセンサは、高精度に水平検出することができるが、測定範囲が狭く、せいぜい６分程度となっている。

【0006】

この為、整準を行う準備として、トータルステーションが略水平となる様に、即ちトータルステーションの傾斜がチルトセンサの検出範囲内となる様に作業者が手動により、整準を行っている。

【0007】

更に、固定手段の設置位置は、整準が行える様、トータルステーションが略水平となる場所を選択しなければならない等の制約があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、作業者が整準作業を実施することなく、測定を可能とする測定装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、測定装置本体と、該測定装置本体を上下方向及び左右方向に回転可能に支持する設置台ユニットとを有し、前記測定装置本体は、測距光を測定対象に向って射出し、測定対象からの反射光を受光して測距を行う測定ユニットと、該測定ユニットと一体的に設けられた姿勢検出装置とを具備し、該姿勢検出装置は、水平を検出する傾斜センサと、該傾斜センサが水平を検出する様に、該傾斜センサを傾動させると共に該傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部とを有し、前記設置台ユニットは、前記測定装置本体を上下方向に回転する上下モータと、前記測定装置本体を左右方向に回転する左右モータと、左右方向の回転角を検出する左右角検出器とを有し、前記測定装置本体により測定対象の測距を行うと共に前記姿勢検出装置の傾斜検出結果に基づき測定点の鉛直角を測定し、前記左右角検出器の検出結果に基づき水平角を測定する様構成した測定装置に係るものである。

【0010】

又本発明は、遠隔操作部を更に具備すると共に、前記測定装置本体は、前記上下モータと、前記左右モータの駆動を制御する演算処理部と、通信部とを具備し、前記遠隔操作部からの遠隔操作信号を前記通信部を介して受信し、前記演算処理部は、前記遠隔操作信号に基づき前記上下モータ及び前記左右モータを制御し、前記測距光の光軸を測定対象に向ける様構成された測定装置に係るものである。

【0011】

又本発明は、固定アタッチメントを更に具備し、該固定アタッチメントを介して前記測定装置本体及び前記設置台ユニットが所要の設置箇所に設置され、前記遠隔操作部からの遠隔操作で測定対象の測定を行う測定装置に係るものである。

【0012】

又本発明は、前記測定ユニットの光軸と平行な撮像光軸を有する撮像部と、該撮像部で撮像した画像を表示する表示部とを具備し、前記撮像部は測定対象を含む画像を取得し、該表示部には前記画像が表示される測定装置に係るものである。

【0013】

又本発明は、前記測定装置本体は、前記上下モータと、前記左右モータの駆動を制御する演算処理部と、追尾部とを具備し、前記設置台ユニットは前記測定装置本体の上下角を検出する上下角検出器を具備し、前記追尾部は、追尾光を射出する追尾投光部と、測定対象から反射された反射追尾光を受光する追尾受光部と、該追尾受光部の受光結果に基づき追尾信号を発する追尾演算部とを有し、前記演算処理部は前記追尾信号に基づき、更に前記左右角検出器及び前記上下角検出器からのフィードバック信号に基づき前記上下モータ及び前記左右モータを制御し、前記測距光の光軸を測定対象に向ける様制御する測定装置に係るものである。

【0014】

更に又本発明は、前記傾斜センサは、高精度の第１傾斜センサと高応答性の第２傾斜センサによって構成された測定装置に係るものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、測定装置本体と、該測定装置本体を上下方向及び左右方向に回転可能に支持する設置台ユニットとを有し、前記測定装置本体は、測距光を測定対象に向って射出し、測定対象からの反射光を受光して測距を行う測定ユニットと、該測定ユニットと一体的に設けられた姿勢検出装置とを具備し、該姿勢検出装置は、水平を検出する傾斜センサと、該傾斜センサが水平を検出する様に、該傾斜センサを傾動させると共に該傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部とを有し、前記設置台ユニットは、前記測定装置本体を上下方向に回転する上下モータと、前記測定装置本体を左右方向に回転する左右モータと、左右方向の回転角を検出する左右角検出器とを有し、前記測定装置本体により測定対象の測距を行うと共に前記姿勢検出装置の傾斜検出結果に基づき測定点の鉛直角を測定し、前記左右角検出器の検出結果に基づき水平角を測定する様構成したので、測定装置を設置後、整準作業を行うことなく直ちに測定対象の測定を実行できるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る第１の実施例を示す概略構成図である。

【図2】該実施例に用いられる姿勢検出装置の正面図である。

【図3】該実施例に用いられる姿勢検出装置の平面図である。

【図4】該姿勢検出装置の概略構成図である。

【図5】本発明に係る第２の実施例を示す概略構成図である。

【図6】第２の実施例に用いられる姿勢検出装置の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0018】

図１は、第１の実施例に係る測定装置を示している。

【0019】

該測定装置は、測定装置本体１及び該測定装置本体１を支持する設置台ユニット７５を具備している。又、前記測定装置には、該測定装置本体１を所定の位置に設置する為の着脱用の固定アタッチメント８０が設けられてもよい。更に、該固定アタッチメント８０は、前記測定装置本体１に対して着脱可能としてもよい。

【0020】

前記測定装置本体１は、主に筐体２、測距光射出部３、受光部４、測距部５、撮像部６、姿勢検出装置７、射出方向検出部８、演算処理部９、操作部１０、表示部１１、通信部３１、遠隔操作部３２から構成されている。尚、該表示部１１はタッチパネルとし、前記操作部１０と兼用させてもよい。

【0021】

前記受光部４、前記測距部５、前記撮像部６、前記姿勢検出装置７、前記射出方向検出部８、前記演算処理部９、前記操作部１０、前記表示部１１は、前記筐体２に収納され、一体化されている。該筐体２は、携帯可能又は可搬可能となっている。

【0022】

前記測距光射出部３、前記受光部４、前記測距部５は、測定ユニット１２を構成する。

【0023】

前記測距光射出部３は射出光軸１４を有し、該射出光軸１４上に発光素子１５、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１４上に投光レンズ１６が設けられ、更に、前記射出光軸１４は光軸偏向部材１７，１８によって受光光軸１９（後述）と合致する様に偏向される。

【0024】

前記受光部４には、測定対象からの反射測距光が入射する。前記受光部４は、前記受光光軸１９を有し、該受光光軸１９には前記光軸偏向部材１７，１８によって偏向された前記射出光軸１４が合致する。

【0025】

前記受光光軸１９上に受光素子２１、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられ、受光信号を発生する。前記受光光軸１９の対象物側には、受光レンズ２２が配設され、該受光レンズ２２は入射光を前記受光素子２１に集光する。

【0026】

前記測距部５は、前記発光素子１５を制御し、該発光素子１５に測距光としてレーザ光線を発光させ、測定対象に向って測距光を射出する。測定対象から反射された反射測距光は前記受光レンズ２２に入射し、該受光レンズ２２により前記受光素子２１に集光され、該受光素子２１によって受光される。尚、測距光は不可視光であってもよく、或は可視光であってもよい。

【0027】

該受光素子２１は受光信号を前記測距部５に送出し、該測距部５は、前記受光素子２１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。

【0028】

前記撮像部６は、測定対象を含む画像データを取得する。該撮像部６は、前記筐体２が水平姿勢で水平方向に延出する撮像光軸２４を有し、該撮像光軸２４と前記射出光軸１４とは平行となる様に設定されている。又、前記撮像光軸２４と前記射出光軸１４との距離も既知の値となっている。

【0029】

前記撮像部６の撮像素子２３は、画素の集合体であるＣＣＤ、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、前記撮像光軸２４を原点とした座標系で位置が特定される。

【0030】

前記姿勢検出装置７は、水平を検出する水平検出ユニット２５（後述）及び相対傾斜角検出部（後述）を具備している。該相対傾斜角検出部は、前記水平検出ユニット２５が検出する水平と前記測定ユニット１２（或は、前記筐体２）との間の相対的な傾斜角、傾斜方向（以下、相対傾斜角）を検出する。

【0031】

前記姿勢検出装置７が設けられている前記筐体２が傾斜し、前記水平検出ユニット２５が水平を検出することで、前記筐体２と前記水平検出ユニット２５との間に相対傾斜角が生じる。この相対傾斜角を検出することで、前記測定ユニット１２（即ち前記撮像光軸２４）の水平に対する傾斜角及び傾斜方向が検出される。検出された相対傾斜角は、前記演算処理部９に入力される。

【0032】

前記射出方向検出部８は、前記姿勢検出装置７の検出結果に基づき前記射出光軸１４の前記筐体２に対する相対的な射出方向を検出する。又、前記射出方向検出部８は、測定装置が固定的に設置された場合に、前記射出光軸１４の左右角、上下角を検出する。ここで、左右角は図１に示されている状態で光軸１４が紙面に対して垂直方向に傾斜した場合の傾斜角をいい、上下角は図１に示されている状態で光軸１４が紙面に対して上下方向に傾斜した場合の傾斜角をいう。

【0033】

前記演算処理部９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、前記表示部１１に画像データ、測距データ等を表示させる為の画像表示プログラム、前記遠隔操作部３２との間でデータ通信を行う通信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。

【0034】

前記測定ユニット１２の相対傾斜角は、前記姿勢検出装置７によって常に検出されている。従って、測定装置を整準することなく、測定対象迄の測距が行えると共に、測定点の上下角が測定できる。又、該上下角に基づき測距結果が補正でき、正確な水平距離が測定できる。

【0035】

更に、測定対象は前記撮像部６で撮像され、撮像画像は前記表示部１１に表示される。測定者は、該表示部１１に表示された画像に基づき測定対象、測定位置を確認しつつ、測定を実行できる。従って、作業者は、該表示部１１の画像から測定対象を捉え、前記撮像光軸２４（例えば、画像の中心）を測定点に合致させ、測定することで測定点の測距が行われる。

【0036】

又、整準が必要ないので、作業者は、測定装置を設置した後、直ちに測定を実施できる。

【0037】

尚、測定点を確認する場合は、前記発光素子１５から発せられる測距光を可視光にすれば、測定点を測距光の照射によって確認することができる。

【0038】

前記遠隔操作部３２は、通信部、表示部、操作部を具備し、前記筐体２とは分離した構造であり、携帯可能であると共に片手で保持可能であり、片手で保持した状態で、操作できる様に構成されている。尚、前記遠隔操作部３２は、前記筐体２に装着可能としてもよい。

【0039】

前記遠隔操作部３２の表示部には、前記表示部１１に表示される内容、或は遠隔操作に必要な情報が表示され、前記遠隔操作部３２の操作部からは、前記操作部１０と同様な操作が実行できる。

【0040】

更に、前記遠隔操作部３２を前記筐体２に装着可能とした場合、前記操作部１０、前記表示部１１を、前記遠隔操作部３２の操作部、表示部に兼用させ、前記操作部１０、前記表示部１１を省略してもよい。

【0041】

次に、図２〜図４を参照して、前記姿勢検出装置７について説明する。

【0042】

図２は、前記姿勢検出装置７が水平に設置されている状態での正面図、図３は該姿勢検出装置７の平面図を示している。図２中、該姿勢検出装置７が前記筐体２の水平を検出する時に、前記射出光軸１４が水平になる様に、前記測距光射出部３と前記姿勢検出装置７とが関連付けられている。又、図２、図３中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

【0043】

前記姿勢検出装置７は、水平を検出する前記水平検出ユニット２５を具備し、該水平検出ユニット２５は、以下に説明される様に、ジンバル機構を介して水平に支持される構造となっている。

【0044】

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の内部に前記水平検出ユニット２５が設けられる。前記外フレーム５１は、前記筐体２に固定されるか、或は該筐体２と兼用となっている。

【0045】

前記内フレーム５３の上面、下面（図３参照）から第１水平軸５４，５４が突設され、該第１水平軸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。前記第１水平軸５４，５４は水平方向に延出する第１水平軸心を有し、前記内フレーム５３は前記第１水平軸５４，５４を中心に鉛直方向に３６０゜回転自在となっている。

【0046】

前記水平検出ユニット２５は第２水平軸５５に支持され、該第２水平軸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。前記第２水平軸５５は前記第１水平軸心と直交し、水平方向に延出する第２水平軸心を有し、前記水平検出ユニット２５は前記第２水平軸５５を中心に鉛直方向に３６０゜回転自在となっている。

【0047】

而して、前記水平検出ユニット２５は前記外フレーム５１に対して２軸方向に回転自在に支持されており、前記内フレーム５３を回転自在に支持する機構、前記水平検出ユニット２５を回転自在に支持する機構はジンバル機構を構成する。而して、前記水平検出ユニット２５は前記外フレーム５１に対してジンバル機構を介して支持され、更に前記内フレーム５３の回転を制約する機構は存在していないので、前記水平検出ユニット２５は前記外フレーム５１に対して全方向に自在に回転し得る様になっている。

【0048】

前記第１水平軸５４，５４の一方、例えば図３中、下側の該第１水平軸５４には第１被動ギア５８が嵌着され、該第１被動ギア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の出力軸に嵌着されている。

【0049】

前記第１水平軸５４，５４の他方には第１エンコーダ６２が設けられ、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に対する第１の回転角（第１の傾斜角）を検出する様に構成されている。

【0050】

前記第２水平軸５５の一端部には、第２被動ギア６３が嵌着され、該第２被動ギア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が設けられ、前記第２駆動ギア６４は前記第２モータ６５の出力軸に嵌着されている。

【0051】

前記第２水平軸５５の他端部には第２エンコーダ６６が設けられ、該第２エンコーダ６６は前記内フレーム５３に対する前記水平検出ユニット２５の第２の回転角（第２の傾斜角）を検出する様に構成されている。

【0052】

前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６は、傾斜角演算部６８に電気的に接続されている。

【0053】

前記水平検出ユニット２５は、第１傾斜センサ７１、第２傾斜センサ７２を有しており、前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２は、前記傾斜角演算部６８に電気的に接続されている。

【0054】

前記姿勢検出装置７について、図４により更に説明する。

【0055】

前記姿勢検出装置７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、前記傾斜角演算部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。

【0056】

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。

【0057】

前記入出力制御部７４は、前記傾斜角演算部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、又前記傾斜角演算部６８で演算した傾斜検出結果を出力する。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

前記傾斜角演算部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の回転角を演算する。

【0061】

前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６によって検出される回転角は、前記相対傾斜角に対応しており、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、前記傾斜角演算部６８は、前記相対角傾斜検出部を構成する。

【0062】

尚、前記姿勢検出装置７は、前記外フレーム５１が水平に設置された場合に（前記測定装置本体１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。

【0063】

又、前記第１水平軸５４，５４の軸心、又は前記第２水平軸５５の軸心、いずれか一方（図示では前記第１水平軸５４の軸心）と前記射出光軸１４とが平行であることが好ましい。又、上下回転軸７７（後述）の軸心が、前記第１水平軸５４の軸心と前記第２水平軸５５の軸心との交点を通過する様に、設定されることが好ましい。

【0064】

前記第１水平軸５４の軸心、又は前記第２水平軸５５の軸心、前記上下回転軸７７の軸心と前記測定装置本体１とを関連付けることで、前記姿勢検出装置７が検出する傾斜角に基づき前記測定装置本体１の傾斜角を演算することが容易になる。

【0065】

以下、前記姿勢検出装置７の作用について説明する。

【0066】

先ず、高精度に傾斜を検出する場合について説明する。

【0067】

高精度に傾斜を検出する場合としては、例えば前記姿勢検出装置７が、設置して使用される測量装置に設けられた場合である。測定装置の設置状態が安定している場合、急激な姿勢変化はなく、前記第１傾斜センサ７１からの信号によって傾斜が検出される。

【0068】

前記姿勢検出装置７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。

【0069】

前記傾斜角演算部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。

【0070】

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、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動量（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。

【0071】

更に、前記第１傾斜センサ７１が水平を検出する様、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の回転が微調整される。

【0072】

この状態では、前記外フレーム５１が傾斜した状態で、前記水平検出ユニット２５が水平に制御される。

【0073】

従って、該水平検出ユニット２５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、前記水平検出ユニット２５を傾斜させた傾斜角、傾斜方向は、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。

【0074】

前記傾斜角演算部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装置７の傾斜角、傾斜方向を演算する。この演算結果が、前記姿勢検出装置７の傾斜後の姿勢を示す。

【0075】

前記傾斜角演算部６８は、演算された傾斜角、傾斜方向を前記姿勢検出装置７の検出信号として外部、即ち前記演算処理部９に出力する。

【0076】

前記姿勢検出装置７が検出した傾斜角、傾斜方向は、前記受光光軸１９及び前記撮像光軸２４の水平に対する傾斜角、傾斜方向に他ならない。前記測距部５は、前記姿勢検出装置７の検出結果に基づき測距結果を補正する。従って、測定装置がどの様な姿勢であっても、正確な測定が実行できる。

【0077】

図２、図３に示される構造の通り、前記水平検出ユニット２５、前記内フレーム５３の回転を制約するものが無く、前記水平検出ユニット２５、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、前記姿勢検出装置７がどの様な姿勢となろうとも（例えば、前記姿勢検出装置７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。

【0078】

従って、傾斜測定範囲の制限が無く、広範囲、全姿勢での姿勢検出が可能である。

【0079】

前記測定装置本体１が高速で回転され、高応答性が要求される場合は、前記第２傾斜センサ７２の検出結果に基づき姿勢検出が行われるが、前記第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。

【0080】

本実施例では、高精度の前記第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のみの検出結果に基づき高精度の姿勢検出が可能となる。

【0081】

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。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。

【0082】

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）をすることができる。このキャリブレーションにより、前記第２傾斜センサ７２による高応答性の姿勢検出に於いて、精度を向上させることができる。

【0083】

前記水平検出ユニット２５を、高精度の前記第１傾斜センサ７１と高応答性の前記第２傾斜センサ７２との組合わせとすることで、前記測定装置を自動車等の移動体に搭載し、移動しつつ、高精度の測定を行うことができる。

【0084】

尚、前記測定装置が安定した状態に支持される場合、動きの少ない状態で支持される場合で、高精度の前記第１傾斜センサ７１が追従可能な状況では、高応答性の前記第２傾斜センサ７２は省略することができる。

【0085】

一方、追従性が要求されるが、高精度が要求されない場合は、前記第１傾斜センサ７１を省略し、前記第２傾斜センサ７２のみとすることもできる。

【0086】

前記設置台ユニット７５について説明する。

【0087】

前記測定装置本体１は、前記設置台ユニット７５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ている。

【0088】

該設置台ユニット７５は、托架部７６、台座７８を有している。前記托架部７６の下面からは、左右回転軸７９が突設され、該左右回転軸７９は軸受（図示せず）を介して前記台座７８に回転自在に嵌合している。前記托架部７６は前記左右回転軸７９を中心に左右方向に回転自在となっている。

【0089】

又、該左右回転軸７９と前記台座７８との間には左右角（前記左右回転軸７９を中心とした回転方向の角度）を検出する左右角検出器８１（例えば、エンコーダ）が設けられ、該左右角検出器８１によって前記托架部７６の前記台座７８に対する左右方向の相対回転角が検出される様になっている。

【0090】

前記左右回転軸７９には左右回転ギア８２が嵌合固定され、該左右回転ギア８２には左右ピニオンギア８３が噛合している。前記托架部７６には、左右モータ８４が設けられ、前記左右ピニオンギア８３は前記左右モータ８４の出力軸に固着されている。

【0091】

前記左右モータ８４の駆動により、前記左右ピニオンギア８３、前記左右回転ギア８２を介して前記左右回転軸７９が回転され、更に前記托架部７６と前記測定装置本体１とが一体に回転する。而して、前記左右モータ８４によって前記測定装置本体１が左右方向に回転される。

【0092】

前記托架部７６は凹部を有する凹字形状であり、凹部に前記測定装置本体１が収納され、該測定装置本体１は前記上下回転軸７７を介して前記托架部７６に支持され、前記上下回転軸７７を中心に上下方向に回転自在となっている。

【0093】

前記上下回転軸７７の一端には、上下回転ギア８６が嵌合、固着され該上下回転ギア８６には上下ピニオンギア８７が噛合している。該上下ピニオンギア８７は前記托架部７６に設けられた上下モータ８８の出力軸に固着されており、該上下モータ８８が駆動されることで前記上下ピニオンギア８７が回転され、更に、前記上下回転ギア８６、前記上下回転軸７７を介して前記測定装置本体１が回転される。而して、前記上下モータ８８によって前記測定装置本体１が上下方向に回転される。

【0094】

前記左右モータ８４、前記上下モータ８８は、前記演算処理部９によって所要のタイミングで所要の回転量となる様に制御される。

【0095】

前記左右モータ８４の回転量（即ち、前記托架部７６の左右回転角）は、前記左右角検出器８１によって検出される。前記上下モータ８８の回転量（即ち、前記測定装置本体１の上下回転角）は、前記姿勢検出装置７によって検出される。

【0096】

而して、前記測定装置本体１の左右角、上下角はそれぞれ、前記左右角検出器８１、前記姿勢検出装置７によって検出され、検出結果はそれぞれ前記演算処理部９に入力される。

【0097】

以下、測定装置を遠隔操作して、測定する作動について説明する。

【0098】

前記設置台ユニット７５が所要の設置面に設置されると、前記姿勢検出装置７により水平が検出され、設置面の水平に対する傾斜角（以下、設置傾斜角）が検出される。この設置傾斜角は、測定結果を補正する補正情報として使用される。又、設置後整準する必要がないので、直ちに測定を開始できる。

【0099】

前記遠隔操作部３２により前記測定装置本体１を測定点に向ける。

【0100】

前記遠隔操作部３２からの指令は、前記通信部３１を介して入力され、前記演算処理部９は、前記左右モータ８４、前記上下モータ８８を駆動して、前記射出光軸１４を測定点に向ける。該射出光軸１４が測定点に合致したかどうかは、前記遠隔操作部３２の表示部（図示せず）の表示から判断される。或は、測距光が可視光の場合は、目視で確認することができる。

【0101】

前記射出光軸１４の方向が設定されると、前記測距部５によって測定点迄の距離が測定される。更に、測定点の鉛直角が前記姿勢検出装置７からの検出信号に基づき測定され、又測定点の水平角が前記左右角検出器８１からの検出信号に基づき測定される。

【0102】

前記姿勢検出装置７によって検出される鉛直角は、設置面の設置傾斜角を含んでいるので、前記射出光軸１４の水平に対する角度（鉛直角）は、前記鉛直角を設置傾斜角で補正したものとなる。尚、前記姿勢検出装置７及び前記左右角検出器８１は、前記射出光軸１４の射出方向を検出するので、前記射出方向検出部８として機能する（図１参照）。

【0103】

而して、測定点の３次元座標が測定される。

【0104】

尚、作業者が、測定装置を直接操作する場合は、前記操作部１０より測定に必要な指令を入力することで、前記遠隔操作部３２から操作したと同様に、測定を実行できる。

【0105】

本実施例によれば、前記測定装置本体１を設置する際の整準作業を行うことなく、正確な測定を実行することができる。

【0106】

次に、前記固定アタッチメント８０を用いた場合を説明する。

【0107】

該固定アタッチメント８０としては、前記測定装置を設置する為の器具、手段であり、例えば、測量３脚、カメラ３脚、１脚、マグネットホルダ、吸盤ホルダ等、種々の器具、手段が用いられる。

【0108】

尚、１脚は、測定装置が取付けられるポールであり、下端を設置し、作業者が保持するものであり、又マグネットホルダは磁力を利用して固定するものであり、吸盤ホルダは真空吸着で固定するものである。

【0109】

従って、設置場所に適合した前記固定アタッチメント８０を用いることで、前記測定装置を垂直な壁面、或は天井面等に設置することが可能となり、従来測定できなかった場所の測定が可能になり、又従来測定できなかった位置からの測定が可能になり、測定装置による測定範囲の拡大が図れると共に測定装置の設置上の制約が大幅に軽減される。

【0110】

図５、図６に於いて第２の実施例を説明する。

【0111】

第２の実施例に係る測定装置は、追尾機能を有する。

【0112】

尚、図５、図６に於いて、図１〜図３中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。又、図５中、３５は追尾投光部、３６は追尾受光部を示す。追尾機能を有する測定装置では、測定対象としてコーナキューブ等の再帰反射部材（図示せず）が用いられる。

【0113】

前記追尾投光部３５は、追尾光を発する追尾発光素子３７、追尾光を平行光束とする集光レンズ３８、追尾光を射出光軸１４上に導く光軸偏向部材１７，１８を有する。前記追尾発光素子３７が発する追尾光は、測距光とは波長が異なっており、不可視光又は可視光が使用される。

【0114】

前記光軸偏向部材１７，１８は、測距光射出部３の光学系と共用しており、前記光軸偏向部材１７は、追尾光を透過し、測距光を反射する光学特性を有している。又前記光軸偏向部材１８は、測距光、追尾光を反射する光学特性を有している。

【0115】

受光光軸１９の光軸上で、前記光軸偏向部材１８より対象物側に孔明きミラー３９が設けられ、該孔明きミラー３９の孔を前記測距光、前記追尾光が通過して射出される。又、前記孔明きミラー３９は、測距光を透過し、追尾光を反射する光学特性を有している。

【0116】

前記追尾受光部３６は、前記孔明きミラー３９、ミラー４０、集光レンズ４１、追尾受光センサ４２、追尾演算部４３を具備している。

【0117】

前記孔明きミラー３９で反射された追尾光（以下、反射追尾光）は、前記ミラー４０によって偏向され、前記集光レンズ４１に入射する。該集光レンズ４１は、反射追尾光を前記追尾受光センサ４２に集光する。

【0118】

該追尾受光センサ４２は、画素の集合体であるＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサであり、各画素は前記追尾受光センサ４２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、追尾受光光軸４４を原点とした座標系で位置が特定される。

【0119】

前記追尾受光センサ４２の受光信号は、前記追尾演算部４３に入力される。該追尾演算部４３は受光信号から、前記追尾受光センサ４２での受光位置を演算し、受光位置と前記原点間の偏差を演算し、該偏差に基づき演算処理部９に追尾信号を入力する。

【0120】

該演算処理部９は、追尾信号に基づき偏差を０にする様な制御信号を発し、前記射出光軸１４が前記測定対象を捉える様に測定ユニット１２を駆動制御する。

【0121】

図６は、追尾を可能とする追尾機構部を示している。

【0122】

追尾機構部は、托架部７６を左右回転させる左右回転ギア８２、左右ピニオンギア８３、左右モータ８４及び左右回転角を検出する左右角検出器８１から構成される左右駆動部、更に測定装置本体１を上下回転させる上下回転ギア８６、上下ピニオンギア８７、上下モータ８８、上下角検出器８９から構成される上下駆動部を有している。

【0123】

前記追尾演算部４３からの追尾指令信号に基づき、前記左右モータ８４、前記上下モータ８８が駆動制御され、前記托架部７６が左右回転され、前記測定装置本体１が上下回転される。左右回転、上下回転はそれぞれ前記左右角検出器８１、前記上下角検出器８９によって検出され、検出結果はフィードバック信号として前記演算処理部９に入力され、前記追尾受光センサ４２に於ける追尾光の受光位置と前記原点間の偏差が０となる様に、前記射出光軸１４の方向が制御される。

【0124】

測定対象を追尾している状態では、前記測定装置本体１の姿勢は動的に変動するが、前記姿勢検出装置７を高応答性の第２傾斜センサ７２及び高精度の第１傾斜センサ７１の組合わせとすることで、高応答性で而も高精度に鉛直角、水平角を検出することができ、追尾状態でも、測定対象を高精度で測定することができる。

【符号の説明】

【0125】

１ 測定装置本体
２ 筐体
３ 測距光射出部
４ 受光部
５ 測距部
６ 撮像部
７ 姿勢検出装置
８ 射出方向検出部
９ 演算処理部
１２ 測定ユニット
１４ 射出光軸
１５ 発光素子
１９ 受光光軸
２１ 受光素子
２３ 撮像素子
２５ 水平検出ユニット
３１ 通信部
３２ 遠隔操作部
３５ 追尾投光部
３６ 追尾受光部
３７ 追尾発光素子
４２ 追尾受光センサ
４３ 追尾演算部
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
６８ 傾斜角演算部
７１ 第１傾斜センサ
７２ 第２傾斜センサ
７５ 設置台ユニット
８０ 固定アタッチメント
８１ 左右角検出器
８４ 左右モータ
８８ 上下モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】