特許 6807628 測定装置及び測定方法

(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】6807628

(24)【登録日】2020年12月10日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】測定装置及び測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/26 20060101AFI20201221BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/26 Z

   G01C15/00 103D

   G01C15/00 105Z

【請求項の数】7

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-192895(P2016-192895)

(22)【出願日】2016年9月30日

(65)【公開番号】特開2018-54530(P2018-54530A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2019年9月27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】井上 孝浩

(72)【発明者】

【氏名】弥延 聡

(72)【発明者】

【氏名】松本 秀之

(72)【発明者】

【氏名】大友 文夫

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１５１４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６６７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０００５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６００６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４２６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２８３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７５６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５７９０２４８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２４１７６１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／２６

Ｇ０１Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測距光を射出する測距光射出部と、反射測距光を受光して測距を行う測距部と、前記測距光、前記反射測距光の共通光路に設けられ、前記測距光、前記反射測距光の光軸を同一の偏角、同一の方向で偏向する光軸偏向部と、該光軸偏向部を前記測距光の射出光軸を中心に回転させるモータと、該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、演算制御部とを具備し、前記測距光は前記光軸偏向部の回転により測定対象面に円状に走査され、前記演算制御部は、前記測定対象面上で取得された座標データに基づき正弦曲線を求め、該正弦曲線をフーリエ変換し、前記光軸偏向部の回転速度と一致する周波数成分の振幅、位相に基づき前記測定対象面の前記射出光軸に対する傾斜を測定する測定装置。

【請求項2】

前記光軸偏向部は、楔プリズムと、該楔プリズムを前記射出光軸と直交する軸心を中心に傾動させる偏向角調整モータとを具備し、該偏向角調整モータの駆動により測距光の偏角を変更可能とした請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記光軸偏向部は、独立して回転可能な重なり合う一対の円形の光学プリズムで構成され、各光学プリズムは中心部に形成され、前記測距光を所要の偏角、所要の方向で偏向する測距光軸偏向部と、外周部に形成され、該測距光軸偏向部と同一の偏角、方向で前記反射測距光を偏向する反射測距光軸偏向部とを有し、前記演算制御部は前記光学プリズムを一体に等速回転させる請求項１に記載の測定装置。

【請求項4】

水平又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向を検出可能な姿勢検出装置を更に具備し、前記座標データ及び姿勢検出結果に基づき前記測定対象面の水平又は鉛直に対する傾斜を測定する請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の測定装置。

【請求項5】

前記演算制御部は、前記モータを所定速度で回転し、所定時間間隔毎に該モータの目標回転角と実際の回転角との差分を演算し、該差分を基に前記モータの目標回転速度を修正し、修正した目標回転速度と実際の回転速度を基に前記モータを制御する請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載の測定装置。

【請求項6】

前記射出光軸と平行で既知の距離にある撮像光軸を有する撮像部を更に具備する請求項１〜請求項５のうちいずれか１項に記載の測定装置。

【請求項7】

測距光を光軸偏向部により偏向させて射出させる工程と、前記光軸偏向部を前記測距光の射出光軸を中心に回転させ、測定対象面を円状に走査させる工程と、該測定対象面上で取得された座標データに基づき正弦曲線を求め、該正弦曲線をフーリエ変換し、前記光軸偏向部の回転速度と一致する周波数成分の振幅、位相に基づき前記測定対象面の前記射出光軸に対する傾斜を測定する工程とを有する測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物の３次元形状を測定可能な測定装置及び測定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

測定対象物の３次元座標を測定する為の測定装置として、例えばトータルステーションや３次元レーザスキャナがある。前記測定装置は、測定対象面上の複数点の３次元座標を測定し、測定した複数点の３次元座標を基に、測定対象面の傾斜を測定可能となっている。

【0003】

然し乍ら、トータルステーションの場合、対象となる点の視準及び測定を、測定対象面上の少なくとも３点に対して行い、その後測定した点の３次元座標を基に測定対象面の傾斜を演算する必要がある。又、３次元レーザスキャナの場合、測定対象面の座標データを取得した後に、ＰＣ等で使用する点を選択し、選択した点の３次元座標に基づき測定対象面の傾斜を演算する必要がある。

【0004】

従って、トータルステーション、３次元レーザスキャナのいずれを使用する場合であっても、処理が煩雑であり、測定対象面の傾斜を測定する為に時間を要することから、リアルタイムで測定対象面の傾斜を測定することは困難である。

【0005】

又、複数の距離計を用い、測定対象面の複数点を同時に測定し、測定対象面の傾斜を求めるものもある。然し乍ら、測定する点の数だけ距離計が必要となる為、装置構成が複雑となり、製作コストも増加する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−１６７５０８号公報

【特許文献2】特開２０１３−１８１７５８号公報

【特許文献3】特開２０１６−１５１４２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、簡易な構成で、且つ高速に測定対象面の傾斜を測定可能な測定装置及び測定方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、測距光を射出する測距光射出部と、反射測距光を受光して測距を行う測距部と、前記測距光、前記反射測距光の共通光路に設けられ、前記測距光、前記反射測距光の光軸を同一の偏角、同一の方向で偏向する光軸偏向部と、該光軸偏向部を前記測距光の射出光軸を中心に回転させるモータと、該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、演算制御部とを具備し、前記測距光は前記光軸偏向部の回転により測定対象面に円状に走査され、前記演算制御部は、前記測定対象面上で取得された座標データに基づき該測定対象面の前記射出光軸に対する傾斜を測定する測定装置に係るものである。

【0009】

又本発明は、前記光軸偏向部は、楔プリズムと、該楔プリズムを前記射出光軸と直交する軸心を中心に傾動させる偏向角調整モータとを具備し、該偏向角調整モータの駆動により測距光の偏角を変更可能とした測定装置に係るものである。

【0010】

又本発明は、前記光軸偏向部は、独立して回転可能な重なり合う一対の円形の光学プリズムで構成され、各光学プリズムは中心部に形成され、前記測距光を所要の偏角、所要の方向で偏向する測距光軸偏向部と、外周部に形成され、該測距光軸偏向部と同一の偏角、方向で前記反射測距光を偏向する反射測距光軸偏向部とを有し、前記演算制御部は前記光学プリズムを一体に等速回転させる測定装置に係るものである。

【0011】

又本発明は、水平又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向を検出可能な姿勢検出装置を更に具備し、前記座標データ及び姿勢検出結果に基づき前記測定対象面の水平又は鉛直に対する傾斜を測定する測定装置に係るものである。

【0012】

又本発明は、前記演算制御部は、前記モータを所定速度で回転し、所定時間間隔毎に該モータの目標回転角と実際の回転角との差分を演算し、該差分を基に前記モータの目標回転速度を修正し、修正した目標回転速度と実際の回転速度を基に前記モータを制御する測定装置に係るものである。

【0013】

又本発明は、前記射出光軸と平行で既知の距離にある撮像光軸を有する撮像部を更に具備する測定装置に係るものである。

【0014】

又本発明は、測距光を光軸偏向部により偏向させて射出させる工程と、前記光軸偏向部を前記測距光の射出光軸を中心に回転させ、測定対象面を円状に走査させる工程と、該測定対象面上で取得された座標データに基づき正弦曲線を求め、該正弦曲線の振幅、位相に基づき前記測定対象面の前記射出光軸に対する傾斜を測定する工程とを有する測定方法に係るものである。

【0015】

更に又本発明は、前記正弦曲線をフーリエ変換し、前記光軸偏向部の回転速度と一致する周波数成分の振幅、位相に基づき前記測定対象面の前記射出光軸に対する傾斜を測定する測定方法に係るものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、測距光を射出する測距光射出部と、反射測距光を受光して測距を行う測距部と、前記測距光、前記反射測距光の共通光路に設けられ、前記測距光、前記反射測距光の光軸を同一の偏角、同一の方向で偏向する光軸偏向部と、該光軸偏向部を前記測距光の射出光軸を中心に回転させるモータと、該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、演算制御部とを具備し、前記測距光は前記光軸偏向部の回転により測定対象面に円状に走査され、前記演算制御部は、前記測定対象面上で取得された座標データに基づき該測定対象面の前記射出光軸に対する傾斜を測定するので、座標データ取得後の後処理工程等、煩雑な処理が省略でき短時間で前記測定対象面の傾斜測定を行うことができると共に、装置構成が簡略化され、製作コストの低減を図ることができる。

【0017】

又本発明によれば、測距光を光軸偏向部により偏向させて射出させる工程と、前記光軸偏向部を前記測距光の射出光軸を中心に回転させ、測定対象面を円状に走査させる工程と、該測定対象面上で取得された座標データに基づき正弦曲線を求め、該正弦曲線の振幅、位相に基づき前記測定対象面の前記射出光軸に対する傾斜を測定する工程とを有するので、座標データ取得後の後処理工程等、煩雑な処理が省略でき、短時間で前記測定対象面の傾斜測定を行うことができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施例に係る測定装置の光学系を示す概略図である。

【図2】姿勢検出装置を示す平面図である。

【図3】前記測定装置を用いた傾斜測定を説明する説明図である。

【図4】前記測定装置を用いた傾斜測定を説明する説明図である。

【図5】前記測定装置を用いた傾斜測定の変形例を説明する説明図である。

【図6】前記測定装置を用いた傾斜測定の変形例を説明する説明図である。

【図7】本発明の第２の実施例に係る測定装置の光学系を示す概略図である。

【図8】本発明の第３の実施例に係る測定装置の光学系を示す概略図である。

【図9】前記光学系の光軸偏向部の拡大図である。

【図10】前記測定装置の光軸偏向部のモータの制御を説明する説明図である。

【図11】本発明の第４の実施例に係る測定装置の光学系を示す概略図である。

【図12】（Ａ）は傾斜していない測定対象面の傾斜を測定する場合を示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）の場合に於ける正弦波を示すグラフである。

【図13】（Ａ）は傾斜した測定対象面の傾斜を測定する場合を示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）の場合に於ける正弦波を示すグラフである。

【図14】（Ａ）は傾斜した測定対象面の傾斜を測定する場合を示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）の場合に於ける正弦波を示すグラフである。

【図15】（Ａ）は傾斜した測定対象面の傾斜を測定する場合を示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）の場合に於ける正弦波を示すグラフである。

【図16】測定結果から得られた正弦波を基に傾斜測定を行う際に用いられるパラメータを示すグラフである。

【図17】測定結果から得られた正弦波をフーリエ変換した場合を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0020】

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る測定装置について説明する。

【0021】

測定装置１内には、測距光射出部２、受光部３、測距部４、射出方向検出部６、モータドライバ７、ジンバル機構を有する姿勢検出装置８、測定制御部である演算制御部９が収納され、一体化されている。又、前記測定装置１には、操作部１１、表示部１２が設けられている。

【0022】

尚、該表示部１２をタッチパネルとし、前記操作部１１と兼用させてもよい。又、前記測定装置１は、片手で携帯（ハンドヘルド）可能となっている。

【0023】

前記測距光射出部２は、射出光軸１３を有し、該射出光軸１３上に発光素子１４、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１３上に投光レンズ１５が設けられている。更に、前記射出光軸１３上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡１６と、受光光軸１７（後述）上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡１８とによって、前記射出光軸１３は前記受光光軸１７と合致する様に偏向される。尚、前記第１反射鏡１６と前記第２反射鏡１８とで射出光軸偏向部が構成される。

【0024】

前記受光部３は、前記受光光軸１７を有している。前記受光部３には、測定対象物、プリズムや反射鏡等の再帰反射性を有するターゲットからの反射測距光を受光する。

【0025】

前記受光光軸１７上に受光素子１９、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられ、又結像レンズ２１が配設されている。該結像レンズ２１は、反射測距光を前記受光素子１９に結像する。該受光素子１９は反射測距光を受光し、受光信号を発する。該受光信号は、前記測距部４に入力される。

【0026】

更に、前記受光光軸１７（即ち、前記射出光軸１３）上で、前記結像レンズ２１の対物側には、光軸偏向部である楔プリズム２２が配設されている。該楔プリズム２２は、前記射出光軸１３と前記受光光軸１７とを所定の角度だけ偏向する様になっている。尚、前記楔プリズム２２による偏向角は既知となっている。

【0027】

該楔プリズム２２の外周にはリングギア２３が嵌設されている。該リングギア２３には駆動ギア２４が噛合し、該駆動ギア２４はモータ２５の出力軸に固着されている。該モータ２５は、前記モータドライバ７に電気的に接続されている。

【0028】

前記モータ２５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）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ等を用いて前記モータ２５の回転量を検出してもよい。検出された回転量に基づき、前記モータドライバ７により前記モータ２５が制御される。

【0029】

前記駆動ギア２４と前記モータ２５は、前記測距光射出部２と干渉しない位置、例えば前記リングギア２３の下側に設けられている。

【0030】

前記測距部４は、前記発光素子１４を制御し、測距光としてレーザ光線を発光させる。前記楔プリズム２２により、前記測距光が測定点に向う様前記射出光軸１３が偏向される。

【0031】

測定対象物から反射された反射測距光は、前記楔プリズム２２、前記結像レンズ２１に入射し、前記受光素子１９に受光される。該受光素子１９は、受光信号を前記測距部４に送出し、該測距部４は前記受光素子１９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。

【0032】

前記射出方向検出部６は、前記モータ２５に入力される駆動パルスをカウントすることで、前記モータ２５の回転角を検出する。或は、エンコーダ（図示せず）からの信号に基づき、前記モータ２５の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部６は、前記モータ２５の回転角に基づき、前記楔プリズム２２の回転位置を演算する。

【0033】

更に、前記射出方向検出部６は、前記楔プリズム２２の屈折率と回転位置に基づき、測距光の偏角、射出方向を演算し、演算結果は前記演算制御部９に入力される。尚、前記楔プリズム２２にエンコーダを設け、該エンコーダの検出結果を基に前記楔プリズム２２の回転位置を演算してもよい。

【0034】

前記演算制御部９は、入出力制御部、演算器（ＣＰＵ）、記憶部等から構成されている。該記憶部には測距作動を制御する測距プログラム、測距結果に基づき測定対象面に楕円をフィッティングさせるフィッティングプログラム、フィッティングさせた楕円に基づき前記楔プリズム２２の回転軸心に対する測定対象面の傾斜角と傾斜方向を演算する傾斜測定プログラム、前記モータドライバ７に前記モータ２５を制御させる為のプリズム制御プログラム、前記射出方向検出部６からの測距光の射出方向の演算結果に基づき前記射出光軸１３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、前記姿勢検出装置８に姿勢検出を行わせる為の姿勢検出プログラム、前記表示部１２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等のプログラムが格納されている。

【0035】

測定の態様としては、前記楔プリズム２２を所定の回転角に固定して測距を行うことで、特定の測定点について測距を行うことができる。更に、前記楔プリズム２２の回転角を変更しつつ測距を実行することで、測距光を前記第１反射鏡１６と前記第２反射鏡１８とで偏向された前記射出光軸１３（前記受光光軸１７）を中心とした円で走査しつつ測距が実行され、走査軌跡に沿って測距データ（スキャンデータ）を取得することができる。

【0036】

又、各測距光の射出方向角は、前記モータ２５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。

【0037】

次に、図２を用い、前記姿勢検出装置８について説明する。図２は、該姿勢検出装置８の平面図であり、矩形枠形状の外フレーム２８の内部に、矩形枠形状の内フレーム２９が軸受３１、第１水平軸３２を介して回転自在に設けられている。又、前記内フレーム２９の内部に傾斜検出ユニット３３が軸受３４、第２水平軸３５を介して回転自在に設けられている。

【0038】

前記内フレーム２９は前記第１水平軸３２，３２を中心に３６０°回転自在であり、前記傾斜検出ユニット３３は前記第２水平軸３５を中心に３６０°回転自在となっている。

【0039】

従って、前記傾斜検出ユニット３３は、前記外フレーム２８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２９を回転自在に支持する機構、前記傾斜検出ユニット３３を回転自在に支持する機構はジンバル機構を構成する。前記傾斜検出ユニット３３は、前記外フレーム２８に対してジンバル機構を介して支持され、前記傾斜検出ユニット３３は回転の制約を受けることなく、前記外フレーム２８に対して全方向に自在に回転し得る様になっている。

【0040】

前記第１水平軸３２の一端部には第１被動ギア３６が嵌着され、該第１被動ギア３６には第１駆動ギア３７が噛合している。前記外フレーム２８の下面には第１モータ３８が設けられている。前記内フレーム２９は、前記第１駆動ギア３７及び前記第１被動ギア３６を介して前記第１モータ３８によって回転される。

【0041】

前記第１水平軸３２の他端部には第１エンコーダ３９が設けられ、該第１エンコーダ３９は前記内フレーム２９の前記外フレーム２８に対する前記第１水平軸３２，３２を中心とする回転角を検出する。

【0042】

前記第２水平軸３５の一端部には第２被動ギア４１が嵌着され、該第２被動ギア４１には第２駆動ギア４２が噛合している。又、前記内フレーム２９の側面（図示では左側面）には第２モータ４３が設けられている。前記傾斜検出ユニット３３は、前記第２駆動ギア４２及び前記第２被動ギア４１を介して前記第２モータ４３によって回転される。

【0043】

前記第２水平軸３５の他端部には第２エンコーダ４４が設けられ、該第２エンコーダ４４は前記内フレーム２９に対する前記傾斜検出ユニット３３の前記第２水平軸３５を中心とする回転角を検出する。

【0044】

前記第１エンコーダ３９、前記第２エンコーダ４４によって検出される回転角は、傾斜演算処理部４５に入力される。

【0045】

前記傾斜検出ユニット３３は、第１傾斜センサ４６、第２傾斜センサ４７を有しており、前記第１傾斜センサ４６、前記第２傾斜センサ４７からの検出信号は、前記傾斜演算処理部４５に入力される。

【0046】

前記第１傾斜センサ４６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て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４７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。

【0047】

尚、前記第１傾斜センサ４６、前記第２傾斜センサ４７のいずれも、前記第１エンコーダ３９が検出する回転方向（傾斜方向）、前記第２エンコーダ４４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。

【0048】

前記傾斜演算処理部４５は、前記第１傾斜センサ４６、前記第２傾斜センサ４７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３９の回転角、前記第２エンコーダ４４の回転角を演算する。前記第１エンコーダ３９、前記第２エンコーダ４４の演算結果は、前記演算制御部９に入力される。

【0049】

尚、前記姿勢検出装置８は、前記外フレーム２８が水平に設置された場合に、前記第１傾斜センサ４６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３９の出力、前記第２エンコーダ４４の出力が共に基準位置（回転角０°）を示す様に設定される。

【0050】

以下、前記姿勢検出装置８の作用について説明する。

【0051】

先ず、高精度に傾斜を検出する場合について説明する。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８が設置式の測定装置に設けられた場合であり、応答性が要求されない場合である。

【0052】

前記姿勢検出装置８が傾斜すると、前記第１傾斜センサ４６が傾斜に応じた信号を出力する。

【0053】

前記傾斜演算処理部４５は、前記第１傾斜センサ４６からの信号に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算する。更に、前記傾斜演算処理部４５は、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３８、前記第２モータ４３の回転量を演算し、前記第１モータ３８、前記第２モータ４３を回転駆動させる駆動指令を発する。

【0054】

前記第１モータ３８、前記第２モータ４３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３８、前記第２モータ４３が駆動され、モータの駆動量（回転角）は前記第１エンコーダ３９、前記第２エンコーダ４４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３８、前記第２モータ４３の駆動が停止される。

【0055】

更に、前記第１傾斜センサ４６が水平を検出する様、前記第１モータ３８、前記第２モータ４３の回転が微調整される。

【0056】

この状態では、前記外フレーム２８が傾斜した状態で、前記内フレーム２９と前記傾斜検出ユニット３３が水平に制御される。

【0057】

従って、前記傾斜検出ユニット３３を水平とする為に、前記第１モータ３８、前記第２モータ４３により、前記内フレーム２９、前記傾斜検出ユニット３３を傾斜させた傾斜角、傾斜方向は、前記第１エンコーダ３９、前記第２エンコーダ４４で検出した回転角に基づき求められる。

【0058】

前記傾斜演算処理部４５は、前記第１傾斜センサ４６が水平を検出した時の、前記第１エンコーダ３９、前記第２エンコーダ４４の検出結果に基づき前記姿勢検出装置８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８の傾斜後の姿勢を示す。

【0059】

前記傾斜演算処理部４５は、演算された傾斜角、傾斜方向を前記姿勢検出装置８の検出信号として前記演算制御部９に出力する。

【0060】

次に、前記姿勢検出装置８が携帯される機器に装備され、携帯された状態でデータを取得する場合の、前記姿勢検出装置８の作用について説明する。

【0061】

携帯された状態では、前記姿勢検出装置８の姿勢は刻々と変化する。従って、高応答性の前記第２傾斜センサ４７の検出結果に基づき、姿勢検出が行われる。

【0062】

先ず、水平状態を前記第１傾斜センサ４６により検出し、その後の姿勢変化を高応答性の前記第２傾斜センサ４７により求める。該第２傾斜センサ４７からの検出結果に基づき姿勢検出をする様に制御すれば、前記姿勢検出装置８の傾斜、傾斜方向をリアルタイムで検出することが可能となる。

【0063】

更に、前記傾斜検出ユニット３３、前記内フレーム２９の回転を制約するものがなく、前記傾斜検出ユニット３３、前記内フレーム２９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８がどの様な姿勢となろうとも（例えば、前記姿勢検出装置８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。

【0064】

従って、傾斜センサの測定範囲の制限がなく、広範囲、全姿勢での姿勢検出が可能である。

【0065】

高応答性を要求する場合は、前記第２傾斜センサ４７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４７は前記第１傾斜センサ４６に比べ検出精度が悪いのが一般的である。

【0066】

高精度の前記第１傾斜センサ４６と、高応答性の前記第２傾斜センサ４７を具備し、該第２傾斜センサ４７による検出結果を前記第１傾斜センサ４６の検出結果で較正することで、前記第２傾斜センサ４７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。

【0067】

更に、前記第２傾斜センサ４７が検出した傾斜角に基づき、該傾斜角が０になる様にモータを駆動し、更に前記第１傾斜センサ４６が水平を検知する迄モータの駆動を継続する。前記第１傾斜センサ４６が水平を検知した時のエンコーダの値、即ち実際の傾斜角と前記第２傾斜センサ４７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４７の傾斜角を較正することができる。

【0068】

従って、予め、前記第２傾斜センサ４７の検出傾斜角と、前記第１傾斜センサ４６による水平検出とエンコーダ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４７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、前記第２傾斜センサ４７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。

【0069】

又、前記演算制御部９は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化の速い時は、前記第２傾斜センサ４７からの信号に基づき、前記第１モータ３８、前記第２モータ４３を制御する。又、前記演算制御部９は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち前記第１傾斜センサ４６が追従可能な状態では、該第１傾斜センサ４６からの信号に基づき、前記第１モータ３８、前記第２モータ４３を制御する。

【0070】

尚、前記演算制御部９の記憶部には、前記第１傾斜センサ４６の検出結果と、前記第２傾斜センサ４７の検出結果との比較結果を示すデータテーブルである対比データが格納されている。前記第２傾斜センサ４７からの信号に基づき、前記第１モータ３８、前記第２モータ４３を制御する場合、前記演算制御部９は前記対比データに基づき前記第２傾斜センサ４７による検出結果を補正する。この補正により、該第２傾斜センサ４７による検出結果を前記第１傾斜センサ４６の検出精度迄高めることができる。よって、前記姿勢検出装置８による傾斜検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。

【0071】

演算された前記第１エンコーダ３９の回転角、前記第２エンコーダ４４の回転角を合成することで、傾斜角と傾斜方向が演算される。該傾斜角と傾斜方向は、前記姿勢検出装置８が取付けられる前記測定装置１の、鉛直に対する傾斜角、傾斜方向に対応する。

【0072】

次に、図３、図４に於いて、前記測定装置１を用いた測定対象面４８の傾斜測定について説明する。尚、該測定対象面４８は平面となっている。

【0073】

前記測定装置１を前記測定対象面４８に向けた状態で、前記楔プリズム２２を回転させつつ測距光を照射する。この時、円状に回転照射される測距光の軌跡４９が、全て前記測定対象面４８上に位置する様、前記測定装置１と前記測定対象面４８との距離を調整する。尚、前記測定対象面４８上の前記軌跡４９の径は、できるだけ大きくするのが望ましい。

【0074】

前記測距部４により、所定のスキャン間隔で測距された前記軌跡４９上の測定点（点群）の測距データが取得される。前記演算制御部９は、各測定点の測距データと測距時の前記楔プリズム２２の回転角を基に、前記測定装置１を基準とした前記軌跡４９上の３次元の座標データを演算する。

【0075】

前記演算制御部９は、演算した座標データを基に、例えば最小二乗法により、図４に示される様な楕円フィッティングを行う。尚、本実施例に於いて、円も楕円に含まれるものとする。

【0076】

前記演算制御部９は、座標データにフィッティングさせた楕円５１の短軸ベクトル５２と長軸ベクトル５３とを演算すると共に、前記短軸ベクトル５２と前記長軸ベクトル５３との交点Ｏを求める。更に、前記演算制御部９は、前記短軸ベクトル５２と前記長軸ベクトル５３の外積を基に前記交点での法線ベクトル５４を演算する。

【0077】

該法線ベクトル５４の、前記楔プリズム２２の回転軸心、即ち前記受光光軸１７（前記射出光軸１３）に対する傾斜角と傾斜方向を演算することで、前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜角、傾斜方向が測定される。

【0078】

又、前記姿勢検出装置８により、水平又は鉛直に対する前記測定装置１の傾斜角、傾斜方向が検出される。

【0079】

従って、前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜角と傾斜方向、及び水平又は鉛直に対する前記測定装置１の傾斜角と傾斜方向を基に、前記演算制御部９が前記測定対象面４８の水平に対する傾斜角、傾斜方向を演算し、該測定対象面４８の傾斜測定が完了する。尚、前記測定装置１により壁面等の傾斜を測定する際には、鉛直に対する傾斜が測定され、天井等の傾斜を測定する際には、水平に対する傾斜が測定される。

【0080】

上述の様に、第１の実施例では、前記測定装置１を前記測定対象面４８に向け、測距光の前記軌跡４９が全て前記測定対象面４８に位置する様に前記測定装置１と前記測定対象面４８との距離を調整するだけでよい。前記軌跡４９上の３次元の座標データが取得されることで、該座標データを基に前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜を測定することができる。

【0081】

従って、座標データ取得後の後処理工程等の、煩雑な処理が省略でき、短時間で前記測定対象面４８の傾斜測定を行うことができる。又、使用する距離計（前記測距部４）は１つでよいので、装置構成が簡略化され、製作コストの低減を図ることができる。

【0082】

又、前記楔プリズム２２を介して測距光が高速で走査され、１周分の前記軌跡４９上の座標データが取得される毎に、即ち短時間で前記測定対象面４８の傾斜測定が行われる。従って、後処理を行うことなくその場で前記測定対象面４８の傾斜測定ができるので、土木測量、室内測量、設備設置等、各種測量に適用することができ、又作業時間の短縮を図ることができる。

【0083】

又、傾斜測定が短時間で連続して実行されることから、前記測定対象面４８の傾斜状態が刻々と変化する場合であっても、傾斜状態の変化に追従して前記測定対象面４８の傾斜を測定することができる。

【0084】

又、取得された１周分の座標データを全て用いて楕円フィッティングを行い、フィッティングされた楕円に基づき前記法線ベクトル５４を求めることで、前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜を測定する。楕円フィッティングの際に多数の測定点の測定値が用いられることで、各測定点の測定値の誤差が平均化されるので、高精度な楕円フィッティングが可能となり、傾斜測定の精度を向上させることができる。

【0085】

更に、前記測定装置１は前記姿勢検出装置８を有し、水平又は鉛直に対する前記測定装置１の傾斜を測定可能となっている。従って、作業者が前記測定装置１を手に持った状態で傾斜測定を行なう場合等、該測定装置１の姿勢が安定しない場合であっても、水平又は鉛直に対する前記測定対象面４８の測定が可能となり、作業性を向上させることができる。

【0086】

図５、図６は、第１の実施例の変形例を示している。

【0087】

該変形例では、測定対象面４８に照射された測距光の軌跡４９上で得られた座標データのうち、少なくとも３点の測定点５５を選択する。選択した該測定点５５の測定値を基に、前記測定対象面４８の前記受光光軸１７に対する傾斜、傾斜方向を演算し、該受光光軸１７と前記測定対象面４８の交点に於ける法線ベクトル５４を演算する。更に、該法線ベクトル５４を基に、測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜、水平又は鉛直に対する該測定対象面４８の傾斜を測定する。

【0088】

上記変形例では、前記軌跡４９が全て前記測定対象面４８上に位置する必要がないので、前記測定装置１と前記測定対象面４８との位置を調整する必要がない。従って、傾斜測定を行なう際の作業性を向上させることができる。

【0089】

次に、図７に於いて、本発明の第２の実施例に係る測定装置１について説明する。尚、図７中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0090】

第２の実施例では、楔プリズム２２を回転軸５７を介して回転可能に設け、前記楔プリズム２２を偏向角調整モータ５８により傾動片５９を介して前記回転軸５７を中心に傾動可能としている。更に、前記楔プリズム２２、前記偏向角調整モータ５８等を光軸偏向部５６としてユニット化している。該光軸偏向部５６はモータ２５により受光光軸１７（偏向された射出光軸１３）を中心に回転される。前記回転軸５７は、図７中紙面に対して垂直な軸心を有し、該軸心は前記モータ２５により回転される前記楔プリズム２２の回転軸心（即ち前記射出光軸１３）と直交する。

【0091】

前記偏向角調整モータ５８は、例えば超音波リニアモータである。該偏向角調整モータ５８は、モータドライバ７と電気的に接続され、該モータドライバ７により駆動が制御される。尚、前記回転軸５７に回転モータを連結し、該回転軸５７を介して前記楔プリズム２２を回転させる様にしてもよい。

【0092】

前記偏向角調整モータ５８が駆動されることで、前記楔プリズム２２が前記回転軸５７を介して回転し、前記楔プリズム２２の光軸が前記射出光軸１３に対して傾斜する。前記楔プリズム２２が前記射出光軸１３に対して傾斜することで、前記楔プリズム２２の偏向角（偏角）が調整される。

【0093】

前記光軸偏向部５６が前記モータ２５によって回転されることで、前記楔プリズム２２に対する測距光の入射状態が変化し、測距光の前記射出光軸１３に対する偏角が変化する。即ち、前記偏向角調整モータ５８が駆動されることで、測定対象面４８に照射される測距光の軌跡４９の径が変化する。

【0094】

射出方向検出部６は、前記偏向角調整モータ５８の駆動量を検出し、偏向角を演算し、前記モータ２５の回転量を検出する。又、前記射出方向検出部６は、前記光軸偏向部５６の回転位置と、前記楔プリズム２２の前記回転軸５７を中心とする回転位置とに基づき、測距光の偏角、射出方向を演算する。

【0095】

第２の実施例では、前記楔プリズム２２と前記偏向角調整モータ５８とを前記光軸偏向部５６としてユニット化し、該光軸偏向部５６を前記射出光軸１３に対して傾斜させ、測距光の偏角、射出方向を変更可能としている。

【0096】

従って、前記射出光軸１３の偏角、即ち前記軌跡４９の径が変更可能となるので、前記測定装置１と前記測定対象面４８との距離を調整することなく、全ての前記軌跡４９を前記測定対象面４８上に位置させることができ、測定精度、作業性を向上させることができる。

【0097】

尚、演算される面精度向上の為、前記測定対象面４８上の前記軌跡４９の径はできるだけ大きい方が望ましい。

【0098】

従って、前記偏向角調整モータ５８を駆動させ、前記測定対象面４８に全ての前記軌跡４９が位置し、且つ該軌跡４９の径が最大限となる様、偏角を調整するのが望ましい。前記偏向角調整モータ５８の駆動は、作業者が手動で行ってもよく、或は前記演算制御部９に自動で行わせてもよい。

【0099】

前記偏向角調整モータ５８の駆動を前記演算制御部９に自動で行わせる場合には、例えば、測距光の偏角（前記軌跡４９の径）を１周毎に漸次拡大していき、前記測定対象面４８で測定結果が得られなくなる（前記軌跡４９が途切れる）直前の偏角に於ける座標データを用いる様にしてもよい。

【0100】

或は、測距光の偏角を１周毎に漸次縮小していき、前記測定対象面４８上で１周分の測定結果（１周分の前記軌跡４９）が全て得られた時点の偏角に於ける座標データを用いる様にしてもよい。

【0101】

次に、図８、図９に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図８中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0102】

第３の実施例では、光軸偏向部は、一対の光学プリズム６１ａ，６１ｂから構成される。該光学プリズム６１ａ，６１ｂは、それぞれ円板状であり、受光光軸１７上に該受光光軸１７と直交して配置される。又、前記光学プリズム６１ａ，６１ｂは重なり合い、平行に配置されている。該光学プリズム６１ａ，６１ｂ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。

【0103】

前記光学プリズム６１ａ，６１ｂの中心部は、測距光が透過する第１光軸偏向部である測距光軸偏向部となっており、中心部を除く部分は反射測距光が透過する第２光軸偏向部である反射測距光軸偏向部となっている。

【0104】

前記光学プリズム６１ａ，６１ｂ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６２ａ，６２ｂと多数のプリズム要素６３ａ，６３ｂによって構成され、板形状を有する。各プリズム要素６２ａ，６２ｂ及びプリズム要素６３ａ，６３ｂは同一の光学特性を有する。

【0105】

前記プリズム要素６２ａ，６２ｂは、前記測距光軸偏向部を構成し、前記プリズム要素６３ａ，６３ｂは前記反射測距光軸偏向部を構成する。

【0106】

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。

【0107】

前記光学プリズム６１ａ，６１ｂは、それぞれ前記受光光軸１７を中心に独立して個別に回転可能に配設されている。前記光学プリズム６１ａ，６１ｂ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射出光軸１３を任意の方向に偏向し、受光される反射測距光の前記受光光軸１７を前記射出光軸１３と平行に偏向する。

【0108】

前記光学プリズム６１ａ，６１ｂの外径形状は、それぞれ前記受光光軸１７を中心とする円形であり、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６１ａ，６１ｂの直径が設定されている。

【0109】

又、前記光学プリズム６１ａの外周にはリングギア６４ａが嵌設され、前記光学プリズム６１ｂの外周にはリングギア６４ｂが嵌設されている。

【0110】

前記リングギア６４ａには駆動ギア６５ａが噛合し、該駆動ギア６５ａはモータ６６ａの出力軸に固着されている。同様に、前記リングギア６４ｂには、駆動ギア６５ｂが噛合し、該駆動ギア６５ｂはモータ６６ｂの出力軸に固着されている。前記モータ６６ａ，６６ｂは、モータドライバ７に電気的に接続されている。

【0111】

前記駆動ギア６５ａ，６５ｂ、前記モータ６６ａ，６６ｂは、測距光射出部２と干渉しない位置、例えば前記リングギア６４ａ，６４ｂの下側に設けられている。

【0112】

前記モータ６６ａ，６６ｂ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）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ等を用いてモータの回転量を検出してもよい。前記モータ６６ａ，６６ｂの回転量がそれぞれ検出され、前記モータドライバ７により前記モータ６６ａ，６６ｂが個別に制御される。

【0113】

検出された該モータ６６ａ，６６ｂに基づき、射出方向検出部６は前記光学プリズム６１ａ，６１ｂの回転位置を演算する。更に、前記射出方向検出部６は、前記光学プリズム６１ａ，６１ｂの屈折率と回転位置に基づき、測距光の偏角、射出方向を演算し、演算結果は前記演算制御部９に入力される。尚、前記光学プリズム６１ａと前記光学プリズム６１ｂの協働により、測距光は、例えば０°〜２０°の範囲で偏向される。

【0114】

尚、前記投光レンズ１５、前記測距光軸偏向部等は、投光光学系を構成し、前記反射測距光軸偏向部、前記結像レンズ２１等は受光光学系を構成する。又、前記光学プリズム６１ａ，６１ｂ、前記モータ６６ａ，６６ｂ等は、光軸偏向ユニット６０を構成する。

【0115】

発光素子１４から発せられた測距光は、投光レンズ１５で平行光束とされ、前記プリズム要素６２ａ，６２ｂで所要の方向に偏向され、測定対象面４８等に照射される。

【0116】

又、該測定対象面４８等で反射された反射測距光は、前記プリズム要素６３ａ，６３ｂによって偏向され、結像レンズ２１により受光素子１９に集光される。

【0117】

ここで、前記光学プリズム６１ａと前記光学プリズム６１ｂの回転位置の組合わせにより、照射する測距光を±２０°の範囲で任意の偏向方向、偏角で偏向できる。又、前記光学プリズム６１ａと前記光学プリズム６１ｂとの位置関係を固定した状態で（前記光学プリズム６１ａと前記光学プリズム６１ｂとで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ６６ａ，６６ｂにより、前記光学プリズム６１ａと前記光学プリズム６１ｂとを一体に回転させることで、前記プリズム要素６２ａ，６２ｂを透過した測距光が描く軌跡は前記射出光軸１３を中心とした円となる。

【0118】

以下、図１０に於いて、前記光学プリズム６１ａと前記光学プリズム６１ｂとを一体に回転させる為の前記モータ６６ａ，６６ｂの制御について説明する。尚、前記モータ６６ａと前記モータ６６ｂに対しては同様の制御が実行されるので、以下では、前記モータ６６ａの制御を行う場合について説明する。

【0119】

前記演算制御部９は、前記モータ６６ａを所定速度で駆動する。該モータ６６ａの駆動が開始されると、所定時間間隔毎に、経過時間（信号ａ）を目標角度演算部６７ａに送信する。

【0120】

該目標角度演算部６７ａは、前記演算制御部９から受信した経過時間を基に、所定時間経過時に回転しているはずの前記モータ６６ａの目標回転角を演算し、目標回転角（信号ｂ）を出力する。同時に、エンコーダ６８ａは、所定時間経過時の前記モータ６６ａの実際の回転角を検出し、実際の回転角（信号ｃ）を出力する。

【0121】

目標回転角（信号ｂ）と実際の回転角（信号ｃ）との差分が演算され、該差分（信号ｄ）が速度修正値演算部６９ａに入力される。該速度修正値演算部６９ａは、回転角の差分を基に、速度修正値を演算し、該速度修正値（信号ｅ）を出力する。該速度修正値は、実際の回転角が目標回転角よりも小さかった場合に前記モータ６６ａの回転速度を増加させ、実際の回転角が目標回転角よりも大きかった場合に前記モータ６６ａの回転速度を減少させる為の修正値である。

【0122】

前記演算制御部９からは、前記モータ６６ａの目標回転速度（信号ｆ）が出力され、該目標回転速度に速度修正値が加算又は減算され、修正目標回転速度（信号ｇ）が出力される。又、実際の回転角（信号ｃ）は、回転速度演算部７１ａにも入力され、該回転速度演算部７１ａは実際の回転角度から実際の回転速度を演算し、該実際の回転速度（信号ｈ）を出力する。

【0123】

モータドライバ７ａは、修正目標回転速度（信号ｇ）と、実際の回転速度（信号ｈ）を基に、前記モータ６６ａが修正目標回転速度で回転する様、該モータ６６ａを回転速度制御する。該モータ６６ａの回転速度制御が継続されることで、速度修正値（信号ｅ）が次第に０に近づき、修正目標回転速度（信号ｇ）が目標回転速度（信号ｆ）に次第に近づき、前記モータ６６ａの目標回転速度での等速回転が実現する。

【0124】

モータ６６ｂに対しても、上記と同様の制御を行うことで、該モータ６６ｂの目標回転速度での等速回転が実現される。従って、前記モータ６６ａと前記モータ６６ｂとを等速で一体に回転させ、前記光学プリズム６１ａと前記光学プリズム６１ｂとを一体に回転させることができる。

【0125】

尚、目標回転角と実際の回転角との差分ではなく、前記エンコーダ６８ａで検出された前記モータ６６ａの実際の回転角と、前記エンコーダ６８ｂで検出された前記モータ６６ｂの実際の回転角との差分を基に速度修正値を演算し、修正目標回転速度を演算して、前記モータ６６ａと前記モータ６６ｂとを同期制御してもよい。

【0126】

上記した様に、第３の実施例では、前記発光素子１４よりレーザ光線（測距光）を発光させつつ、前記光学プリズム６１ａ，６１ｂを等速で一体に回転させることで、測距光を円の軌跡で照射することができる。

【0127】

従って、測定対象面４８（図３参照）に対して、測距光を円状の軌跡４９（図３参照）で走査させることができ、前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜、水平又は鉛直に対する前記測定対象面４８の傾斜を測定することができる。

【0128】

又、前記光学プリズム６１ａと前記光学プリズム６１ｂとの回転位置関係を変更することで、測距光の偏角を変更即ち前記軌跡４９の円軌跡の径を変更できるので、前記測定対象面４８の大きさ、該測定対象面４８との距離に拘わらず、全ての前記軌跡４９を前記測定対象面４８上に位置させることができ、作業性を向上させることができる。

【0129】

尚、図１０中では、前記目標角度演算部６７ａ，６７ｂ、前記速度修正値演算部６９ａ，６９ｂ、前記回転速度演算部７１ａ，７１ｂが独立した構成として記載されているが、実際には、前記目標角度演算部６７ａ，６７ｂ、前記速度修正値演算部６９ａ，６９ｂ、前記回転速度演算部７１ａ，７１ｂは前記演算制御部９の一部となっている。

【0130】

次に、図１１に於いて、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図１１中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【0131】

第４の実施例は、第３の実施例に於ける測定装置に撮像部５を設けた構成となっている。

【0132】

該撮像部５は、例えば５０°の画角を有するカメラであり、測定対象物を含む画像データを取得する。該撮像部５は、測定装置１が水平姿勢で水平方向に延出する撮像光軸２６を有し、該撮像光軸２６と射出光軸１３及び受光光軸１７とは平行となる様に設定されている。又、前記撮像光軸２６と前記受光光軸１７との距離は既知となっている。

【0133】

前記撮像部５の撮像素子２７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、前記撮像光軸２６を原点とした座標系での位置が特定される。

【0134】

前記撮像部５を設けたことで、測定対象面４８（図３参照）上に全ての軌跡４９（図３参照）が位置するかどうかを、画像上で判断することができる。従って、前記測定対象面４８迄の距離が遠い、或は該測定対象面４８が小さい等、目視が困難な場合であっても、該測定対象面４８上に全ての前記軌跡４９が位置するかどうかの判断を正確に行うことができる。

【0135】

尚、形成された前記軌跡４９の径は、演算により求めることができる。従って、該軌跡４９を含む画像を取得すれば、画像中の該軌跡４９の径と演算した該軌跡４９の径を基に、画像中の距離を実測値へと変換することができる。例えば、前記測定対象面４８に形成されたクラック等の測定対象と前記軌跡４９とを含む画像を取得すると、変換された該軌跡４９の実測値を基に、クラックの実際の長さを測定することができる。

【0136】

又、前記軌跡４９上の座標データの測定結果を基に、前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜が測定できるので、前記測定装置１が前記測定対象面４８に対して傾斜していた場合であっても、傾斜を補正した画像を取得することができる。

【0137】

第４の実施例に於ける前記測定装置１は、ＵＡＶ等の飛行体に取付けてもよい。前記撮像部５が画像を取得するタイミング毎に、即ち取得時間間隔で少なくとも１回転する様測距光を回転走査し、例えば１フレーム毎に前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜測定を実行すれば、前記撮像部５に取得される画像を、全て前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜情報を有する画像とすることができる。即ち、各画像を高精度に傾斜が補正された画像とすることができる。

【0138】

従って、ＵＡＶの姿勢に拘わらず、写真測量やトラッキングを高精度に行うことができる。

【0139】

尚、第４の実施例では、第３の実施例の測定装置に前記撮像部５を設けた場合について説明したが、第１の実施例、第２の実施例の測定装置に前記撮像部５を設けてもよいのは言う迄もない。

【0140】

又、第１の実施例〜第４の実施例では、前記測定装置１を作業者が手で保持する等、姿勢が安定しない状態で傾斜を測定する場合について説明したが、加工機等に前記測定装置１を設け、加工品の面精度を測定する場合等にも適用可能である。この場合、姿勢検出装置８は省略することができる。

【0141】

尚、第１の実施例〜第４の実施例では、前記軌跡４９上の座標データの測定結果を基に、最小二乗法により楕円フィッティングを行い、フィッティングさせた楕円を基に前記測定対象面４８の傾斜を測定していたが、該測定対象面４８の傾斜は他の方法により求めてもよい。

【0142】

以下、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）〜図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に於いて、前記測定対象面４８の傾斜を測定する他の方法について説明する。尚、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）、図１４（Ａ）、図１５（Ａ）は、前記測定装置１と前記測定対象面４８との関係を示している。又、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）、図１５（Ｂ）は、縦軸を距離データＤ（前記測定装置１の測定結果）とし、横軸を測距光が測定基準点７２（後述）を通過した時点を０とする計測時間ｔとしたグラフである。

【0143】

図示では、前記測定装置１が水平に保持され、前記射出光軸１３（前記受光光軸１７）が水平となっている。又、図１２（Ａ）では、前記測定対象面４８が鉛直状態となっている。

【0144】

前記測定装置１により、前記射出光軸１３を中心に測距光で前記測定対象面４８を円状に走査すると、測定結果である距離データＤの軌跡は、前記測定基準点７２から該測定基準点７２迄を１周期とする正弦波７３（図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）、図１５（Ｂ）では、７３ａ〜７３ｄ）となる。

【0145】

尚、前記測定基準点７２は、測距光が所定の方向に偏向された際に照射された前記軌跡４９上の点である。例えば、前記姿勢検出装置８により検出された水平に対して、或は前記測定装置１を水平に保持した状態で、前記射出光軸１３に関して測距光を鉛直上方に偏向した際の前記軌跡４９上の点を前記測定基準点７２として設定する。又、前記正弦波７３の周期は、光軸偏向部を回転させるモータの回転速度により決定される。

【0146】

図１２（Ａ）は、前記測定対象面４８が傾斜していない状態を示している。該測定対象面４８が前記測定装置１と正対している場合には、距離データＤの値は全周に亘って一定となる。即ち、正弦波７３ａは、図１２（Ｂ）に示される様に、振幅０の正弦波、即ち直線となる。

【0147】

図１３（Ａ）は、前記測定対象面４８が前記射出光軸１３を通過する鉛直軸を中心に、右縁が手前側に、左縁が奥側となる様に傾斜した場合（水平方向に回転した場合）を示している。測距結果は、前記測定基準点７２を０とし、右側では測距結果は小さく、左側では測距結果は大きくなり、図１３（Ｂ）に示される様に、正弦波７３ｂは距離データＤの最大値と最小値との差を振幅とする正弦波となる。

【0148】

図１４（Ａ）は、前記測定対象面４８を図１３（Ａ）の場合と同方向に傾斜させ、傾斜角をより大きくした場合を示している。図１４（Ｂ）に示される正弦波７３ｃと前記正弦波７３ｂを比較すると、前記正弦波７３ｃは前記正弦波７３ｂと同位相であり、該正弦波７３ｂよりも振幅が大きくなっている。従って、前記測定対象面４８の傾斜角により、前記正弦波７３の振幅が変化する。尚、前記測定対象面４８が逆方向に水平回転すると、右側で測距結果が大きく、左側で測距結果が小さくなり、得られる正弦波は１８０°位相が異なるものとなる。

【0149】

又、図１５（Ａ）は、前記測定対象面４８を前記射出光軸１３を通過する水平軸を中心に、下側が手前側に、上側が奥側となる様に傾斜させ、傾斜角を等しくさせた場合（前記測定対象面４８を水平軸を中心に鉛直方向に回転させた場合）を示している。この時、前記測定対象面４８の上側では測距結果は大きく、下側では測距結果は小さくなる。図１５（Ｂ）に示される正弦波７３ｄと前記正弦波７３ｃを比較すると、前記正弦波７３ｄは前記正弦波７３ｃに対して位相が９０°進み、該正弦波７３ｃと同等の振幅となっている。

【0150】

又、前記測定対象面４８を図１５（Ａ）に示した状態とは逆方向に回転させると、前記正弦波７３ｄは前記正弦波７３ｃに対して位相が９０°遅れたものとなる。従って、前記測定対象面４８の傾斜方向の変化は、前記正弦波７３の位相の変化として現れ、傾斜角（傾斜量）の大きさは振幅の大きさとして現れる。

【0151】

上記した様に、前記測定対象面４８の傾斜角が変化すると、前記正弦波７３の振幅が変化し、前記測定対象面４８の傾斜方向が変化すると、前記正弦波７３の位相が変化する。従って、前記正弦波７３の波形形状、即ち振幅の大きさと位相のズレを基に、前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜角、傾斜方向を測定することができる。

【0152】

又、図１６に示される様に、距離データＤと計測時間ｔとの関係から得られた正弦波７４に対して、１周期分の正弦波７５をフィッティングさせ、フィッティングさせた正弦波を基に前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜を測定してもよい。この場合、前記測定基準点７２は設定しなくてもよい。

【0153】

図１６中、ｄを前記測定対象面４８迄の平均距離、Ａを該測定対象面４８の傾斜量を表す係数、ωを光軸偏向部の回転速度、θを前記測定装置１と前記測定対象面４８の位置関係を示す係数（位相）とした場合、前記正弦波７４にフィッティングさせる前記正弦波７５は以下の式で表すことができる。尚、ωは前記測定装置１で制御可能な変数であり、その他の値は測定値となっている。

【0154】

Ｄ＝Ａ×ｓｉｎ（ωｔ＋θ）＋ｄ

【0155】

上記した式のうち、フィッティング計算で得られたＡとθの値を基に、前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の角度関係（傾斜量、傾斜方向）を測定することができる。

【0156】

更に、図１７に示される様に、前記正弦波７４に対してフーリエ変換を実行し、変換結果から求めた振幅Ａと位相θとから前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜を測定してもよい。

【0157】

図１７中では、主成分の周波数成分７６は光軸偏向部の回転速度と一致する周波数成分である。該周波数成分７６の振幅、位相値から、前記測定対象面４８の法線ベクトル５４（図４参照）が求められ、該法線ベクトル５４を基に前記測定装置１に対する前記測定対象面４８の傾斜を演算することができる。

【0158】

尚、フーリエ変換にて前記測定対象面４８の計測を行う場合、該測定対象面４８の傾斜を決める前記周波数成分７６は、光軸偏向部の回転速度で決まるパラメータであり、前記測定装置１で制御可能な値である。従って、前記測定対象面４８に微小な凹凸がある場合であっても、高精度に前記測定対象面４８の傾斜を測定することができる。即ち、フーリエ変換を微小な凹凸に対するフィルタとして機能させることができる。

【0159】

又、微小な凹凸に対するフィルタは、移動平均等のスムージング手法により実行してもよい。

【符号の説明】

【0160】

１ 測定装置
２ 測距光射出部
４ 測距部
５ 撮像部
６ 射出方向検出部
８ 姿勢検出装置
９ 演算制御部
１３ 射出光軸
２２ 楔プリズム
２５ モータ
４８ 測定対象面
４９ 軌跡
５６ 光軸偏向部
５８ 偏向角調整モータ
６１ａ，６１ｂ 光学プリズム
６６ａ，６６ｂ モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】