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(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】6963923
(24)【登録日】2021年10月20日
(45)【発行日】2021年11月10日
(54)【発明の名称】レーザスキャナ及び測量システム
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20211028BHJP
G01C 15/00 20060101ALI20211028BHJP
G01S 17/89 20200101ALI20211028BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G01C15/00 103A
G01S17/89
【請求項の数】8
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2017-132948(P2017-132948)
(22)【出願日】2017年7月6日
(65)【公開番号】特開2019-15601(P2019-15601A)
(43)【公開日】2019年1月31日
【審査請求日】2020年7月2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】
仲野 一秀
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１７−３２３５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１５６６４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１７−９０２４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−２２６９７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−１５６３３０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｓ ７／４８−７／５１
１７／００−１７／９５
Ｇ０１Ｃ １／００−１／１４
５／００−１５／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
射出光軸を有し、該射出光軸に対して既知の偏角で少なくとも２つの測距光を射出する発光素子を有する測距光射出部と、少なくとも２つの反射測距光を受光してそれぞれ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、前記測距光と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共通光路を中心に回転させるモータと、前記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、該演算制御部は、前記光軸偏向部の回転により前記測距光を円スキャンさせ、測定対象面に少なくとも２つの軌跡を描き、前記測距部により少なくとも２つの前記軌跡に沿って実質的に同時に測定し、所定の測定位置で実質的に同時に測定された各軌跡上の少なくとも２点間の辺長と、前記測定位置に隣接する測定位置で実質的に同時に測定された各軌跡上の少なくとも２点間の辺長が一致する点を、前記測距光の射出方向と測距結果から得られた前記測定対象面迄の距離と各測定位置間の距離に基づき仮想のクロス点として演算し、該仮想のクロス点を基点として、各測定位置での測定結果中から各軌跡上の少なくとも２点間の辺長が一致する点をクロス点として検索し、該クロス点の測距結果と該クロス点を測定した際の前記測距光の偏向方向とに基づき、各測定位置での測定対象面に対する２軸の傾きと進行方向に対する向きとを演算するレーザスキャナ。
【請求項2】
射出光軸を有し、該射出光軸に対して既知の偏角で少なくとも２つの測距光を射出する発光素子を有する測距光射出部と、少なくとも２つの反射測距光を受光してそれぞれ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、前記測距光と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共通光路を中心に回転させるモータと、前記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、該演算制御部は、前記光軸偏向部の回転により前記測距光を円スキャンさせ、測定対象面に少なくとも２つの軌跡を描き、前記測距部により少なくとも２つの前記軌跡に沿って実質的に同時に測定し、各軌跡に沿って測距した際の反射光量に基づきインテンシティマップを作成し、所定の測定位置で得られたインテンシティマップから接線成分を２次元パターンとして抽出し、前記測定位置に隣接する測定位置で得られたインテンシティマップから接線成分を２次元パターンとして抽出し、各接線成分の２次元パターン同士の相関に基づき、移動量と傾き及び回転角の変位量を演算するレーザスキャナ。
【請求項3】
前記測距光射出部は、時分割で発光のタイミングをずらして前記測距光をパルス状に射出する請求項１又は請求項２に記載のレーザスキャナ。
【請求項4】
前記測距光射出部は少なくとも３つの測距光を射出し、前記演算制御部は、各軌跡上の同時に測定された少なくとも３点の測距結果、前記射出方向検出部の検出結果に基づき、各点間の距離と高さを演算し、演算結果に基づき測定対象面に対する傾き、回転を演算する請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載のレーザスキャナ。
【請求項5】
前記演算制御部は、少なくとも２つの測距光により測定対象面を円スキャンし、各測距光毎に測定対象面に対する傾斜方向と傾斜量とを演算し、各傾斜方向と傾斜量とを平均化する請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載のレーザスキャナ。
【請求項6】
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偏向部と、外周部に形成され、前記測距光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偏向部とを有する請求項１〜請求項５のうちいずれか１項に記載のレーザスキャナ。
【請求項7】
前記測距部は、各測距光を各測距光毎に受光する受光手段を有する請求項１〜請求項５のうちいずれか１項に記載のレーザスキャナ。
【請求項8】
自律又は遠隔操作で移動可能な移動体と、該移動体に設けられた請求項１〜請求項７のうちいずれか１項に記載のレーザスキャナと、前記移動体の３次元位置を測定する位置測定装置と、前記移動体の移動を制御する制御装置とを有し、前記レーザスキャナは測定対象面に既知の偏角で少なくとも２つの測距光により同時に２次元スキャンが可能であり、前記制御装置は、各測距光による前記測定対象面の測定結果に基づき、該測定対象面に対する２軸の傾きと進行方向に対する向きを演算する測量システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定対象面の３次元点群データを取得するレーザスキャナ及び測量システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば地面等の測定対象面の地形を測定する場合、無人飛行体等の移動体にレーザスキャナを搭載し、該レーザスキャナにより測定対象面をスキャンし、３次元の点群データを取得することで測定対象面の地形を測定している。
【0003】
然し乍ら、通常移動体に搭載されるレーザスキャナは１次元のレーザスキャナであり、該レーザスキャナにより測定対象面をスキャンし、正確な３次元点群データを取得する為には、移動体が定速移動し、更にレーザスキャナの傾き等の姿勢を測定する為の手段を別途設ける必要があった。
【0004】
従って、移動体の移動速度の制御、移動体に搭載するレーザスキャナの装置構成が複雑になると共に、装置自体が高価なものとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１６−１６１４１１号公報
【特許文献2】特開２０１６−１５１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、測定対象面の複数点を同時に測定可能とすることで、測定結果に基づき測定対象面に対する傾き、回転を検出可能としたレーザスキャナ及び測量システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、射出光軸を有し、該射出光軸に対して既知の偏角で少なくとも２つの測距光を射出する発光素子を有する測距光射出部と、少なくとも２つの反射測距光を受光してそれぞれ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、前記測距光と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共通光路を中心に回転させるモータと、前記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、該演算制御部は、前記光軸偏向部の回転により前記測距光を２次元スキャンさせ、測定対象面に少なくとも２つの軌跡を描き、前記測距部により少なくとも２つの前記軌跡に沿って実質的に同時に測定するレーザスキャナに係るものである。
【0008】
又本発明は、前記測距光射出部は、時分割で発光のタイミングをずらして前記測距光をパルス状に射出するレーザスキャナに係るものである。
【0009】
又本発明は、前記測距光射出部は少なくとも３つの測距光を射出し、前記演算制御部は、各軌跡上の同時に測定された少なくとも３点の測距結果、前記射出方向検出部の検出結果に基づき、各点間の距離と高さを演算し、演算結果に基づき測定対象面に対する傾き、回転を演算するレーザスキャナに係るものである。
【0010】
又本発明は、前記２次元スキャンは円スキャンであるレーザスキャナに係るものである。
【0011】
又本発明は、前記演算制御部は、所定の測定位置で同時に測定された各軌跡上の少なくとも２点間の辺長と、前記測定位置に隣接する測定位置で同時に測定された各軌跡上の少なくとも２点間の辺長が一致する点をクロス点として演算し、該クロス点の測距結果と該クロス点を測定した際の前記測距光の偏向方向とに基づき、各測定位置での測定対象面に対する２軸の傾きと進行方向に対する向きとを演算するレーザスキャナに係るものである。
【0012】
又本発明は、前記演算制御部は、少なくとも２つの測距光により測定対象面を円スキャンし、各測距光毎に測定対象面に対する傾斜方向と傾斜量とを演算し、各傾斜方向と傾斜量とを平均化するレーザスキャナに係るものである。
【0013】
又本発明は、前記演算制御部は、各軌跡に沿って測距した際の前記測距光の反射光量に基づきインテンシティマップを作成し、所定の測定位置で得られたインテンシティマップから接線成分を抽出し、前記測定位置に隣接する測定位置で得られたインテンシティマップから接線成分を抽出し、各接線成分の比較により移動量と傾き及び回転角の変位量とを演算するレーザスキャナに係るものである。
【0014】
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偏向部と、外周部に形成され、前記測距光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偏向部とを有するレーザスキャナに係るものである。
【0015】
又本発明は、前記測距部は、各測距光を各測距光毎に受光する受光手段を有するレーザスキャナに係るものである。
【0016】
更に又本発明は、自律又は遠隔操作で移動可能な移動体と、該移動体に設けられた前記レーザスキャナと、前記移動体の３次元位置を測定する位置測定装置と、前記移動体の移動を制御する制御装置とを有し、前記レーザスキャナは測定対象面に既知の偏角で少なくとも２つの測距光により同時に２次元スキャンが可能であり、前記制御装置は、各測距光による前記測定対象面の測定結果に基づき、該測定対象面に対する２軸の傾きと進行方向に対する向きを演算する測量システムに係るものである。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、射出光軸を有し、該射出光軸に対して既知の偏角で少なくとも２つの測距光を射出する発光素子を有する測距光射出部と、少なくとも２つの反射測距光を受光してそれぞれ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、前記測距光と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共通光路を中心に回転させるモータと、前記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、該演算制御部は、前記光軸偏向部の回転により前記測距光を２次元スキャンさせ、測定対象面に少なくとも２つの軌跡を描き、前記測距部により少なくとも２つの前記軌跡に沿って実質的に同時に測定するので、姿勢を求める為に別途姿勢検出部を設ける必要がなく、装置構成の簡略化、製作コストの低減が図れると共に、３次元点群データの取得時間の短縮を図ることができる。
【0018】
又本発明によれば、自律又は遠隔操作で移動可能な移動体と、該移動体に設けられた前記レーザスキャナと、前記移動体の３次元位置を測定する位置測定装置と、前記移動体の移動を制御する制御装置とを有し、前記レーザスキャナは測定対象面に既知の偏角で少なくとも２つの測距光により同時に２次元スキャンが可能であり、前記制御装置は、各測距光による前記測定対象面の測定結果に基づき、該測定対象面に対する２軸の傾きと進行方向に対する向きを演算するので、前記レーザスキャナの姿勢を求める為の姿勢検出部を別途設ける必要がなく、前記レーザスキャナの簡略化、製作コストの低減が図れると共に、前記測定対象面の３次元点群データの取得時間の短縮を図る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】
【0019】
【図1】本発明の実施例に係る測量システムを示す概略構成図である。
【図2】本実施例に用いられるＵＡＶの概略構成図である。
【図3】本発明の第１の実施例に係るレーザスキャナの光学系を示す構成図である。
【図4】（Ａ）は射出光軸と各測距光軸との関係を示す説明図であり、（Ｂ）は各測距光によるスキャンの態様を示す説明図であり、（Ｃ）は各測距光の軌跡と撮像部の画角との関係を示す説明図である。
【図5】（Ａ）は各測距光の発光のタイミングを示す説明図であり、（Ｂ）は各測距光の照射点の軌跡上の位置を示す説明図である。
【図6】（Ａ）は隣接する２つの測定位置で得られた軌跡が交差する状態を示す説明図であり、（Ｂ）は隣接する２つの測定位置でクロス点を測定した状態を示す説明図である。
【図7】飛行体の飛行と並行して測定を行って得られたスキャンの軌跡を示す説明図である。
【図8】（Ａ）はインテンシティマップの円接線成分を示す説明図であり、（Ｂ）はインテンシティマップのＸ接線成分を示す説明図であり、（Ｃ）はインテンシティマップのＹ接線成分を示す説明図である。
【図9】本発明の第２の実施例に係るレーザスキャナの光学系を示す構成図である。
【図10】前記光学系の光軸偏向部の拡大図である。
【図11】光学プリズムの相対移動により軌跡の直径が変更された状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【0021】
図１は、本発明の第１の実施例に係るレーザスキャナが移動体、例えば飛行体に用いられた測量システムの概略構成図を示している。図１中、１は自律飛行可能、或は遠隔操作可能な無人飛行体（以下、ＵＡＶと称す）、２は地上に設置される基地制御装置である。該基地制御装置２は、前記ＵＡＶ１とデータ通信可能であり、該ＵＡＶ１の飛行の制御、飛行計画の設定、変更を実行し、又該ＵＡＶ１が収集した情報を保存、管理し、更に保存した情報に基づき測定対象範囲の３次元測定を実行する。
【0023】
該ＵＡＶ１は、例えば自律飛行する小型飛行体としてのヘリコプタである。該ＵＡＶ１は前記基地制御装置２から遠隔操作で操縦され、或は該基地制御装置２から前記ＵＡＶ１の制御装置１３に飛行計画が設定され、飛行計画に従って自律飛行する。
【0024】
前記ＵＡＶ１は、機体３から放射状に延びる所要数（好ましくは偶数、図示では４本）の棒状のフレームの先端に、それぞれプロペラユニット４，５，６，７が設けられている。該プロペラユニット４，５，６，７は独立して駆動が制御される様になっており、該プロペラユニット４，５，６，７及び該プロペラユニット４，５，６，７を駆動制御する飛行コントローラ（後述）等は飛行体の航行手段を構成する。
【0025】
前記プロペラユニット４，５，６，７を個別に制御することで、上昇、下降、旋回、直進、後退、ホバリング等所望の飛行が可能となっている。
【0026】
前記ＵＡＶ１の前記機体３には、前記ＵＡＶ１の位置を測定する位置測定装置として、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）装置８が搭載されている。
【0027】
該ＧＮＳＳ装置８は、前記ＵＡＶ１の基準位置、例えば機械中心を測定する様に構成されている。又、前記ＧＮＳＳ装置８は、前記基準位置の３次元絶対座標を測定し、測定値は地心座標（絶対座標）系から求められる地上座標系及び高度を示す。
【0028】
図２に示される様に、前記ＵＡＶ１には、前記ＧＮＳＳ装置８の他に、レーザスキャナ１１、前記制御装置１３、通信部１４、電源部１５等が搭載される。
【0029】
前記レーザスキャナ１１は、前記ＵＡＶ１の機械中心に対して既知の位置（機械中心から既知の距離）、既知の姿勢で設けられる。前記レーザスキャナ１１の基準光軸Ｏは、前記ＵＡＶ１が水平姿勢の時に鉛直下方に向く様に設けられる。又、前記レーザスキャナ１１は所要数、例えば３つの測距光を連続的にパルス発光又はバースト発光する。各測距光は、それぞれ測定対象面を円状にスキャンし、各測距光毎に測定対象面の３次元座標を取得可能となっている。尚、測定対象面上での各測距光の軌跡は、それぞれ所定量だけオーバラップする様になっている。
【0030】
又、測距光をバースト発光することにより、変調光とパルス光の２つの性質を有する測距光となる。尚、測距光をバースト発光することについては、特許文献１に開示している。
【0031】
前記レーザスキャナ１１による測定時の時刻は、前記ＧＮＳＳ装置８から取得される。測距、測角結果（測定結果）は、測定した時刻、前記ＧＮＳＳ装置８で測定した地心座標（３次元座標）に関連付けられて、後述する記憶部１７に格納される。
【0032】
次に、前記制御装置１３について説明する。該制御装置１３は、前記演算制御部１６、前記記憶部１７、飛行コントローラ１８、方位センサ１９、ジャイロユニット２０を有している。
【0033】
前記記憶部１７には、前記レーザスキャナ１１での測定結果が、測定時の時刻に関連付けられて格納される様になっている。又、測定時の時刻に同期させて前記ＧＮＳＳ装置８によって前記ＵＡＶ１の３次元座標が測定され、測定された３次元座標も測定時の時刻に関連付けられて前記記憶部１７に格納される様になっている。
【0034】
又、該記憶部１７には、３次元位置測定プログラム、演算プログラム、飛行制御プログラム、飛行姿勢制御プログラム、通信制御プログラム等の種々のプログラムが格納されている。
【0035】
更に、前記記憶部１７には、飛行計画データが格納されている。尚、飛行計画データに含まれているデータとしては、例えば飛行コース、飛行高度、撮影する場所、範囲等である。
【0036】
前記３次元位置測定プログラムは、前記ＧＮＳＳ装置８から取得した時刻、及び位置情報から前記ＵＡＶ１の３次元位置を演算し、該ＵＡＶ１の３次元位置に基づき測定結果を地心座標に変換する。
【0037】
前記飛行姿勢制御プログラムは、前記方位センサ１９、前記ジャイロユニット２０からの検出信号に基づき前記ＵＡＶ１の姿勢制御を行う。
【0038】
次に、図３に於いて、前記レーザスキャナ１１の詳細について説明する。
【0039】
該レーザスキャナ１１は、測距光射出部４６、受光部４７、測距演算部４８、撮像部４９、射出方向検出部５１、モータドライバ５２、チルトセンサ５３、通信部５４、演算制御部５５、記憶部５６、撮像制御部５７を具備し、これらは筐体５８に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部４６、前記受光部４７、前記測距演算部４８等は、測距部を構成する。
【0040】
前記測距光射出部４６は射出光軸６２と、発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃと、投光レンズ６５ａ，６５ｂ，６５ｃとを有している。前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃ、前記投光レンズ６５ａ，６５ｂ，６５ｃは、前記射出光軸６２を基準に配設される。
【0041】
前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃは、前記射出光軸６２を中心に周方向に等角度ピッチ、例えば１２０°ピッチで配設されている。前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃの光軸は、前記射出光軸６２に対して所定角度、例えば１５°傾斜した位置となっている。即ち、前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃは、前記射出光軸６２を中心とした三角形の頂点に配置され、前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃは後述する受光素子７５ａ，７５ｂ，７５ｃに関して共役となっている。又、前記投光レンズ６５ａ，６５ｂ，６５ｃは、前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃの光軸上にそれぞれ設けられている。
【0042】
更に、前記射出光軸６２上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡６６と、受光光軸６７（後述）上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡６８とによって、前記射出光軸６２は前記受光光軸６７と合致する様に偏向される。前記第１反射鏡６６と前記第２反射鏡６８とで射出光軸偏向部が構成される。尚、前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃの光軸は、例えば前記第２反射鏡６８上で交差する様になっている。
【0043】
前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃはパルスレーザ光線を発し、前記測距光射出部４６は、前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃから発せられたパルスレーザ光線を、それぞれ測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃとして射出する。尚、図３中では、測距光６９ａのみを図示している。
【0044】
次に、前記受光部４７について説明する。該受光部４７には、測定対象面（即ち測定点）からの反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃ（図３中では反射測距光７１ａのみ図示）が入射する。前記受光部４７は、前記受光光軸６７を有し、該受光光軸６７には、上記した様に、前記第１反射鏡６６と前記第２反射鏡６８によって偏向された前記射出光軸６２が合致する。尚、該射出光軸６２と前記受光光軸６７とが合致した状態を測距光軸７２とする。
【0045】
前記測距光軸７２上に、即ち前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃと前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃの共通光路上に光軸偏向部７３（後述）が配設される。該光軸偏向部７３の中心を透過する真直な光軸は、前記基準光軸Ｏとなっている。該基準光軸Ｏは、前記測距光軸７２及び前記光軸偏向部７３によって偏向されなかった時の前記射出光軸６２又は前記受光光軸６７と合致する。
【0046】
前記光軸偏向部７３を透過し、入射した前記受光光軸６７上に、即ち前記基準光軸Ｏ上に結像レンズ７４が配設されている。又、前記受光光軸６７から所定角度、例えば１５°傾斜された光軸上で、且つ円周方向に等角度ピッチ、即ち１２０°ピッチの位置に、３つの受光素子７５ａ，７５ｂ，７５ｃ、例えばアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が設けられている。即ち、前記受光素子７５ａ，７５ｂ，７５ｃは、前記受光光軸６７を中心に正三角形状に配置される。
【0047】
前記発光素子６３ａは前記投光レンズ６５ａ、前記結像レンズ７４に関して前記受光素子７５ａと共役な位置となっている。同様に、前記発光素子６３ｂ，６３ｃは前記投光レンズ６５ｂ，６５ｃ及び前記結像レンズ７４に関して前記受光素子７５ｂ，７５ｃと共役な位置となっている。従って、前記発光素子６３ａから発せられた前記測距光６９ａは前記受光素子７５ａに受光され、前記発光素子６３ｂから発せられた前記測距光６９ｂは前記受光素子７５ｂに受光され、前記発光素子６３ｃから発せられた前記測距光６９ｃは前記受光素子７５ｃに受光される。
【0048】
前記受光素子７５ａ，７５ｂ，７５ｃは、それぞれ受光信号を発生する。各受光信号は、前記測距演算部４８に入力される。該測距演算部４８は、受光信号に基づきそれぞれ測定点迄の測距を行う。
【0049】
前記光軸偏向部７３は、円板状の光学プリズム７６であり、前記受光光軸６７上に該受光光軸６７と直交して配置されている。又、前記光学プリズム７６は、例えば光学ガラスにて成形され、平行に配置された同一偏角の３つの三角プリズム７７ａ，７７ｂ，７７ｃを有している。尚、中心に位置する前記三角プリズム７７ａの幅は、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃのビーム径よりも大きくなっており、該測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃは前記三角プリズム７７ａのみを透過する様になっている。
【0050】
前記光軸偏向部７３の中央部は、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃ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おり、中央部を除く部分は前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃが入射し、透過する第２光軸偏向部であり反射測距光偏向部となっている。
【0051】
前記光学プリズム７６は、前記受光光軸６７を中心に回転可能に配設されている。前記光学プリズム７６の回転方向、回転量、回転速度を制御することで、射出される前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃを任意の方向に偏向し、受光される前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃの前記受光光軸６７を前記射出光軸６２と平行に偏向する。
【0052】
前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃは、各光軸間の関係を維持した状態で、即ち前記射出光軸６２を中心に周方向に等角度間隔で、且つ前記射出光軸６２に対して所定の角度、例えば１５°偏向された状態で、前記測距光偏向部により偏向される。この時、図４（Ａ）に示される様に、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの光軸は、前記射出光軸６２上の１点で交差し、隣接する前記測距光６９ａ，６９ｂの光軸が成す角度、前記測距光６９ｂ，６９ｃの光軸が成す角度、前記測距光６９ｃ，６９ａの光軸が成す角度はそれぞれ２５．５°となる。
【0053】
又、前記光学プリズム７６を回転させると、図４（Ｂ）に示される様に、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃは、各光軸間の関係を維持した状態で一体に回転し、測定対象面の表面上でそれぞれ円状の軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃを描く。この時、各軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、隣接する該軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃと所定量だけオーバラップする様になっている。又、オーバラップすることで、隣接する軌跡間で２つの交点が発生する。
【0054】
前記光学プリズム７６の外形形状は、前記受光光軸６７（基準光軸Ｏ）を中心とする円形であり、前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃ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７６の直径が設定されている。
【0055】
該光学プリズム７６の外周にはリングギア７８が嵌設されている。該リングギア７８には駆動ギア７９が噛合し、該駆動ギア７９はモータ８１の出力軸に固着されている。該モータ８１は、前記モータドライバ５２に電気的に接続されている。尚、前記駆動ギア７９、前記モータ８１は、前記測距光射出部４６と干渉しない位置、例えば前記リングギア７８の下側に設けられている。
【0056】
前記モータ８１は、回転角を検出できるもの、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８１の回転量を検出してもよい。該モータ８１の回転量が検出されることで、前記モータドライバ５２により前記モータ８１が制御される。又、エンコーダを直接前記リングギア７８に取付け、エンコーダにより前記リングギア７８の回転角を直接検出する様にしてもよい。以下の説明では、前記リングギア７８の回転角をエンコーダ（図示せず）により検出する場合を示している。
【0057】
前記投光レンズ６５ａ，６５ｂ，６５ｃ、前記第１反射鏡６６、前記第２反射鏡６８、前記測距光偏向部等は、投光光学系を構成し、前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ７４等は受光光学系を構成する。
【0058】
前記測距演算部４８は、前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃを制御し、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃとしてレーザ光線をパルス発光又はバースト発光させる。該測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃが前記測距光偏向部を透過して照射され、前記光軸偏向部７３が前記モータ８１により回転されることで、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃが同時且つ同じタイミングで回転走査される。
【0059】
図５（Ａ）に示される様に、前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃは、それぞれ時分割で、例えば５０ＫＨｚ間隔で、且つ発光のタイミングをずらして前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃをパルス発光又はバースト発光する。尚、時分割の間隔は、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃが往復する時間より長ければよい。これにより、各測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃ毎に分離して測距を行うことができ、図５（Ｂ）に示される様な、前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃ上に位置する３つの測定点についての測距を個別に、且つ略同時に実行することができる。
【0060】
尚、前記レーザスキャナ１１が移動している状態で測定を実施する場合、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの発光タイミングが、前記レーザスキャナ１１の移動速度に対して充分に速い場合は、３点の測距を同時と見なすことができる。
【0061】
測定点で反射された前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ７４を介して入射し、前記受光素子７５ａ，７５ｂ，７５ｃに受光される。前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃと前記受光素子７５ａ，７５ｂ，７５ｃとは、それぞれ共役の位置にあるので、例えば前記受光素子７５ａから発せられる受光信号は、前記発光素子６３ａから発せられた前記測距光６９ａのものであると識別することができる。
【0062】
前記受光素子７５ａ，７５ｂ，７５ｃは、それぞれ受光信号を前記測距演算部４８に送出し、該測距演算部４８は前記受光素子７５ａ，７５ｂ，７５ｃからの受光信号に基づき、パルス光毎に測定点の測距を行う。測距を実行した際の測距データは、前記記憶部５６に格納される。
【0063】
前記射出方向検出部５１は、前記モータ８１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８１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８１の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部５１は、前記モータ８１の回転角に基づき、前記光学プリズム７６の回転位置を演算する。更に、前記射出方向検出部５１は、前記光学プリズム７６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６９ａ，６９ｂ，６９ｃ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５５に入力される。又、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃ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。
【0064】
前記演算制御部５５は、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの偏角、射出方向から、測定点の水平角、鉛直角をそれぞれ演算し、各測定点について、水平角、鉛直角を前記測距データに関連付けることで、測定対象面の３次元データを求めることができる。
【0065】
図３に示す前記レーザスキャナ１１では、前記チルトセンサ５３が前記筐体５８に内蔵されている場合を示している。前記チルトセンサ５３は絶対水平を検出可能であり、水平に対する前記レーザスキャナ１１の傾斜が検出できる。即ち、水平に対する前記ＵＡＶ１の傾斜が検出できる。
【0066】
前記撮像部４９は、前記レーザスキャナ１１の基準光軸Ｏと平行な撮像光軸８２を有している。前記撮像部４９は、図４（Ｃ）に示される様な、前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃが全て含まれる画角、例えば６６×５１°の画角を有するカメラである。前記撮像光軸８２と前記射出光軸６２及び前記基準光軸Ｏとの関係（距離）は既知となっている。又、前記撮像部４９は、動画像、又は連続画像が取得可能となっている。
【0067】
前記撮像制御部５７は、前記撮像部４９の撮像を制御する。前記撮像制御部５７は、前記撮像部４９が動画像、又は連続画像を撮像する場合に、該動画像、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、前記レーザスキャナ１１でスキャンするタイミングとの同期を取っている。前記演算制御部５５は、画像と測定データとの関連付けも実行する。
【0068】
前記撮像部４９の撮像素子８３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８２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。
【0069】
前記通信部５４は、前記ＵＡＶ１の前記通信部１４、或は前記基地制御装置２と通信可能であり、前記ＵＡＶ１が収集した３次元座標等の情報や前記レーザスキャナ１１で測定された測距、測角結果（測定結果）等の各種データの授受、前記基地制御装置２から前記ＵＡＶ１への飛行制御指示、或は前記レーザスキャナ１１への測定指示等が可能となっている。
【0070】
前記記憶部５６には、飛行制御プログラム、飛行姿勢制御プログラム、測定を行う為の測定プログラム、通信を行う為の通信プログラム、前記チルトセンサ５３の検出結果に基づき水平に対する前記レーザスキャナ１１の姿勢検出を行う為の姿勢検出プログラム、測定結果を基に測定対象面に対する前記レーザスキャナ１１の傾斜を演算する傾斜演算プログラム、水平に対する測定対象面の傾斜を演算する地表傾斜演算プログラム等のプログラムが格納されている。又、前記記憶部５６には、前記測距演算部４８による各測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃ毎の測距結果と反射光量、前記射出方向検出部５１により検出された測距時の射出方向が関連付けられて保存される。
【0072】
前記演算制御部１６は、飛行制御プログラム、飛行姿勢制御プログラムを実行する。又、前記演算制御部１６は、飛行計画データに基づき、前記飛行コントローラ１８に飛行制御信号を送出し、該飛行コントローラ１８は飛行制御信号に基づき前記プロペラユニット４，５，６，７を駆動制御する。
【0073】
前記飛行コントローラ１８は、前記方位センサ１９からの検出信号、前記ジャイロユニット２０からの検出信号に基づき、前記ＵＡＶ１の姿勢、飛行状態を制御する。前記演算制御部１６は、前記飛行コントローラ１８を介して、前記飛行計画データに従って前記ＵＡＶ１を設定された飛行コース、飛行高度で飛行させる。
【0074】
前記ＵＡＶ１の飛行と並行して、前記演算制御部５５は、前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃから連続的に前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃをパルス発光又はバースト発光させ、更に前記光軸偏向部７３を回転駆動させ、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃを測定対象面である地面にそれぞれ円状にスキャンし、測距を行う。
【0075】
例えば、前記ＵＡＶ１の高度を５０ｍ、前記光学プリズム７６の回転速度（スキャン周期）を０．０３ｓｅｃ（１８００ｒｐｍ）、前記ＵＡＶ１の移動速度を２ｍ／ｓｅｃとした場合、図７の点群データ６０に示される様に、測定対象面での前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃの直径は約２５ｍとなり、進行方向ＳのスキャンピッチＰは約６ｃｍとなる。
【0076】
この時、前記光学プリズム７６の回転速度は、前記ＵＡＶ１の移動速度に比べて充分に速く、時分割でタイミングをずらして発光される前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの発光周期も充分短いので、前記ＵＡＶ１の移動による各測距光間の位置のずれは無視することができる。従って、前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃの交点での前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃによる測距は、実質的に同時且つ同一点を測距したと見なすことができる。
【0077】
図６（Ａ）中、実線は前記ＵＡＶ１がＰ１に位置する時に測定対象面をスキャンして得られた前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃを示し、破線は前記ＵＡＶ１が隣接する次の測定地点Ｐ２に位置する時に測定対象面をスキャンして得られた軌跡７０ａ′，７０ｂ′，７０ｃ′を示している。
【0078】
ここで、前記レーザスキャナ１１の進行方向のスキャンピッチは、前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃの直径よりも充分に小さい為、Ｐ１での前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃとＰ２での前記軌跡７０ａ′，７０ｂ′，７０ｃ′はそれぞれ３点で交差する。以下、交差する点をクロス点と称す。
【0079】
図６（Ａ）中、黒丸で示される点は、クロス点の一方、即ち前記軌跡７０ａ，７０ａ′のクロス点Ｃ１と、前記軌跡７０ｂ，７０ｂ′のクロス点Ｃ２と、前記軌跡７０ｃ，７０ｃ′のクロス点Ｃ３を示している。又、白丸で示される点は、クロス点の他方、即ち前記軌跡７０ａ，７０ａ′のクロス点Ｃ１′と、前記軌跡７０ｂ，７０ｂ′のクロス点Ｃ２′と、前記軌跡７０ｃ，７０ｃ′のクロス点Ｃ３′を示している。
【0080】
前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの射出方向は、各測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃと前記基準光軸Ｏとのなす角度（前述では１５°）と、前記光学プリズム７６の回転位置、即ち該光学プリズム７６に設けられたエンコーダ（図示せず）の値に基づき演算することができる。従って、前記ＵＡＶ１の高さ、該ＵＡＶに対する水平距離はスキャンによる測距とエンコーダの値で既知であり、クロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）とクロス点（Ｃ１′，Ｃ２′，Ｃ３′）の３次元座標は前記演算制御部５５による演算で求めることができる。
【0081】
尚、以下の説明では、演算により求められたクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）、クロス点（Ｃ１′，Ｃ２′，Ｃ３′）を、それぞれ仮想のクロス点（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）（図示せず）、クロス点（Ｋ１′，Ｋ２′，Ｋ３′）（図示せず）と称す。
【0082】
飛行する前記ＵＡＶ１の姿勢は不安定であり、又測定対象面が水平とは限らない為、通常は前記ＵＡＶ１と測定対象面のいずれか又は両方が傾斜した状態で測定が行われる。
【0083】
従って、前記ＵＡＶ１と測定対象面が傾斜していた場合、水平面に対して前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃと前記軌跡７０ａ′，７０ｂ′，７０ｃ′が楕円形状となる。この為、仮想のクロス点（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）、クロス点（Ｋ１′，Ｋ２′，Ｋ３′）の３次元座標と、前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃと前記軌跡７０ａ′，７０ｂ′，７０ｃ′が測定対象面上で交差した実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）、クロス点（Ｃ１′，Ｃ２′，Ｃ３′）の３次元座標との間にズレが生じる。
【0084】
図６（Ｂ）は、例として、実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を線Ａ，Ｂ，Ｃで結んだ状態を示している。Ｃ１，Ｃ２間の辺長Ｂ、Ｃ２，Ｃ３間の辺長Ｃ、Ｃ３，Ｃ１間の辺長Ａは、それぞれ実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を測定した際の測距結果と、測距時の射出方向（測角結果）に基づき演算することができる。
【0085】
実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）は、それぞれ前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃ上、前記軌跡７０ａ′，７０ｂ′，７０ｃ′上の点であり、Ｐ１とＰ２のどちらから実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を測定した場合でも、辺長Ａ、辺長Ｂ、辺長Ｃの値は同一である。
【0086】
従って、Ｐ１で前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃ上をスキャンした際の測定結果と、Ｐ２で前記軌跡７０ａ′，７０ｂ′，７０ｃ′上をスキャンした際の測定結果とから、辺長Ａ、辺長Ｂ、辺長Ｃが一致する点を実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）として求めることができる。
【0087】
又、実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の測距結果と、測距時の前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの射出方向とから、Ｐ１からＰ２へ移動した際の姿勢変化、即ち測定対象面に対する前記ＵＡＶ１の２軸の傾きと、進行方向に対する向き（回転角）の変化量を求めることができる。
【0088】
更に、隣接する測定位置間で、順次クロス点を演算し、各測定位置での前記ＵＡＶ１の測定対象面に対する２軸の傾きと、進行方向に対する向きを演算していくことで、測定対象面の正確な３次元点群データを取得することができる。
【0089】
スキャン毎の測距値の変動は、スキャンピッチが小さいことから、地表の変化に起因するものではなく前記ＵＡＶ１の姿勢の変動に起因する。従って、測距値を平均化することで、前記ＵＡＶ１の姿勢の変動の影響が除去され、地表面の正確な測定ができる。
【0090】
更に、前記レーザスキャナ１１による姿勢検出（地表に対する傾き）を前記チルトセンサ５３が検出した絶対水平と比較することにより、水平、鉛直の正確な点群が得られる。
【0091】
上述の様に、第１の実施例では、前記ＵＡＶ１に搭載された前記レーザスキャナ１１により測定対象面をスキャンする際に、所定の測定位置で得られた前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの軌跡と、隣接する測定位置で得られた前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの軌跡が交差するクロス点の位置を演算し、前記レーザスキャナ１１によるクロス点の測定結果に基づき、前記ＵＡＶ１の測定対象面に対する２軸の傾きと、進行方向に対する向きを求めている。
【0092】
従って、該ＵＡＶ１の姿勢を求める為に、姿勢検出部や、測定対象面の画像を取得し写真測量を行う為の撮像部を用いる必要がなく、基本的な構成として姿勢検出部や撮像部を省略することができる。姿勢検出部、撮像部を省略することで、装置構成を簡略化できると共に、製作コストの低減を図ることができる。
【0093】
又、第１の実施例では、前記測距光射出部４６が前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃを有し、該発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃがそれぞれ前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃを射出する様になっている。
【0094】
従って、３つの円スキャンで同時にスキャンし、測定することができ、３次元点群データの取得時間が短縮されると共に、点群密度を向上させることができる。
【0095】
又、仮想のクロス点（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）と、実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）とは一致していないが、実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）は仮想のクロス点（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）の近傍に位置している。
【0096】
従って、仮想のクロス点（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）を基点として、辺長Ａ、辺長Ｂ、辺長Ｃが一致する実際のクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を検索していく様設定することで、前記演算制御部５５に掛かる演算負担を軽減できると共に、演算時間を短縮することができる。
【0097】
尚、第１の実施例では、３つの前記発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃを設けているが、発光素子は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。又、発光素子から発せられる測距光の光軸を、前記基準光軸Ｏに対して傾斜させることは第１の実施例と同様である。発光素子を２つとする場合は、クロス点が２点となるので、２点を結んだ直線の長さが一致する様な軌跡上の点をクロス点として求めればよい。又、発光素子を４つとする場合は、クロス点が４点となるので、４つの辺長が一致する様な軌跡上の点をクロス点として求めればよい。
【0098】
又、第１の実施例では、円スキャンのオーバラップで発生する各２つのクロス点のうち、図６（Ａ）中黒丸で示されるクロス点（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を求め、前記ＵＡＶ１の測定対象面に対する２軸の傾き、進行方向に対する向きを演算しているが、白丸で示されるクロス点（Ｃ１′，Ｃ２′，Ｃ３′）を求め、前記ＵＡＶ１の測定対象面に対する２軸の傾き、進行方向に対する向きを演算してもよいことは言う迄もない。
【0100】
測定対象面に対して前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃを射出し、照射点からの反射光を前記受光素子７５ａ，７５ｂ，７５ｃによって受光し、発せられる受光信号に基づき照射点の測距値が取得できる。又、受光信号は、各反射光の光量の情報を含んでおり、受光信号から照射点のインテンシティ情報（反射光量情報）も取得できる。
【0101】
従って、所定の測定位置で前記光学プリズム７６を１周回転させる毎に、前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃに沿ってインテンシティ情報が取得できる。即ち、３つの円状のインテンシティ情報の集合であるインテンシティマップ８４が取得できる。尚、該インテンシティマップ８４は、白黒画像としても用いることができる。
【0102】
１周期分の前記インテンシティマップ８４が取得されると、図８（Ａ）に示される様に、前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃに外接する外接円８５を設定する。前記軌跡７０ａが前記外接円８５に接する部位（円接線成分８６ａ）のインテンシティ情報、前記軌跡７０ｂが前記外接円８５に接する部位（円接線成分８６ｂ）のインテンシティ情報、前記軌跡７０ｃが前記外接円８５に接する部位（円接線成分８６ｃ）のインテンシティ情報をそれぞれ前記インテンシティマップ８４から抽出する。
【0103】
同様に、所定の測定位置に隣接する測定位置に於いて、前記インテンシティマップ８４′（図示せず）を取得し、該インテンシティマップ８４′から円接線成分８６ａ′，８６ｂ′，８６ｃ′（図示せず）のインテンシティ情報をそれぞれ抽出する。
【0104】
同一の照射点からの反射光量、その照射点の近傍からの反射光量は、スキャンが繰返された場合も同じ光量が得られる。従って、所定の測定位置で得られた光量と隣接する測定位置で得られた光量とを対比させることで、照射点の同一性を判定できる。
【0105】
前記円接線成分８６ａ，８６ｂ，８６ｃのインテンシティ情報と、前記円接線成分８６ａ′，８６ｂ′，８６ｃ′のインテンシティ情報とをそれぞれ２次元のパターンとみなし、該パターン同士の相関を求めることで、該円接線成分８６ａ′，８６ｂ′，８６ｃ′の前記円接線成分８６ａ，８６ｂ，８６ｃに対する回転量（回転角の変位量）を求めることができる。又、各測定位置での該円接線成分８６ａ，８６ｂ，８６ｃの間隔情報から傾き量を求めることができる。
【0106】
又、図８（Ｂ）に示される様に、所定の測定位置での前記インテンシティマップ８４から、前記軌跡７０ａのＸ接線成分８７ａ，８７ｂのインテンシティ情報を抽出し、前記軌跡７０ｂのＸ接線成分８７ｃ，８７ｄのインテンシティ情報を抽出し、前記軌跡７０ｃのＸ接線成分８７ｅ，８７ｆのインテンシティ情報をそれぞれ抽出する。
【0107】
同様に、所定の測定位置に隣接する測定位置に於いて、前記インテンシティマップ８４からＸ接線成分８７ａ′〜８７ｆ′（図示せず）のインテンシティ情報を抽出する。
【0108】
前記Ｘ接線成分８７ａ〜８７ｆのインテンシティ情報と、前記Ｘ接線成分８７ａ′〜８７ｆ′のインテンシティ情報とをそれぞれ２次元のパターンとみなし、該パターン同士の相関を求めることで、該Ｘ接線成分８７ａ′〜８７ｆ′の前記Ｘ接線成分８７ａ〜８７ｆに対するＸ方向の移動量を求めることができる。
【0109】
又、図８（Ｃ）に示される様に、所定の測定位置での前記インテンシティマップ８４から、前記軌跡７０ａのＹ接線成分８８ａ，８８ｂのインテンシティ情報を抽出し、前記軌跡７０ｂのＹ接線成分８８ｃ，８８ｄのインテンシティ情報を抽出し、前記軌跡７０ｃのＹ接線成分８８ｅ，８８ｆのインテンシティ情報をそれぞれ抽出する。
【0110】
同様に、所定の測定位置に隣接する測定位置に於いて、Ｙ接線成分８８ａ′〜８８ｆ′（図示せず）のインテンシティ情報を抽出する。
【0111】
前記Ｙ接線成分８８ａ〜８８ｆのインテンシティ情報と、前記Ｙ接線成分８８ａ′〜８８ｆ′のインテンシティ情報とをそれぞれ２次元のパターンとみなし、該パターン同士の相関を求めることで、該Ｙ接線成分８８ａ′〜８８ｆ′の前記Ｙ接線成分８８ａ〜８８ｆに対するＹ方向の移動量を求めることができる。
【0112】
従って、前記円接線成分８６ａ〜８６ｃのインテンシティ情報と、前記円接線成分８６ａ′〜８６ｃ′のインテンシティ情報との相関を演算し、前記Ｘ接線成分８７ａ〜８７ｆのインテンシティ情報と、前記Ｘ接線成分８７ａ′〜８７ｆ′のインテンシティ情報との相関を演算し、前記Ｙ接線成分８８ａ〜８８ｆのインテンシティ情報と、前記Ｙ接線成分８８ａ′〜８８ｆ′のインテンシティ情報との相関とを演算することで、前記ＵＡＶ１が所定の測定位置から隣接する測定位置に移動した際の、該ＵＡＶ１の傾き、回転量とＸＹ方向の移動量とを演算することができる。
【0113】
尚、上記した他の例では、円接線成分８６、Ｘ接線成分８７、Ｙ接線成分８８のインテンシティ情報に基づき、前記ＵＡＶ１の傾き、回転量及びＸＹ方向の移動量を演算しているが、測距値を用いてもよい。
【0114】
測距値を用いる場合にも、インテンシティ情報と同様に、前記円接線成分８６ａ〜８６ｃの測距値と前記円接線成分８６ａ′〜８６ｃ′の測距値との相関を演算し、前記Ｘ接線成分８７ａ〜８７ｆの測距値と、前記Ｘ接線成分８７ａ′〜８７ｆ′の測距値との相関を演算し、前記Ｙ接線成分８８ａ〜８８ｆの測距値と、前記Ｙ接線成分８８ａ′〜８８ｆ′の測距値との相関とを演算することで、前記ＵＡＶ１が所定の測定位置から隣接する測定位置に移動した際の、該ＵＡＶ１の傾き、回転量（回転角の変位量）とＸＹ方向の移動量とを演算することができる。
【0115】
尚、上記した様に、前記インテンシティマップ８４は白黒画像としても用いることができる。前記撮像光軸８２と前記射出光軸６２及び前記基準光軸Ｏとの関係は既知であり、更に撮像された画像の光量情報は前記インテンシティマップ８４の光量情報と同じである。従って、前記インテンシティマップ８４と前記撮像部４９で撮像された画像の光量情報（インテンシティ情報）に基づき前記撮像部４９の撮像画像と前記インテンシティマップ８４とを容易にマッチングさせることができる。従って、撮像画像の色情報を前記インテンシティマップ８４に転写することができ、該インテンシティマップ８４を３次元座標付きの色付き画像とすることができる。
【0117】
該レーザスキャナ１１では、光軸偏向部７３が同一の光学特性を有する２枚の光学プリズム７６，７６′により構成される。
【0118】
前記光学プリズム７６，７６′は、同心に、且つ鏡映対象に配設されている。即ち、該光学プリズム７６，７６′は三角プリズム７７ａ〜７７ｃと三角プリズム７７ａ′〜７７ｃ′が対向する様に平行に配置され、受光光軸６７上に該受光光軸６７と直交して配置される。中央の前記三角プリズム７７ａ，７７ａ′は、測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃ（図９中では測距光６９ａのみ図示）が透過する測距光偏向部を構成し、前記三角プリズム７７ｂ，７７ｂ′と前記三角プリズム７７ｃ，７７ｃ′は反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃ（図９中では反射測距光７１ａのみ図示）が透過する反射測距光偏向部を構成する。
【0119】
前記光学プリズム７６，７６′は、それぞれ前記受光光軸６７を中心に独立して個別に回転可能に設けられている。前記光学プリズム７６，７６′は、それぞれ回転方向、回転量、回転速度を独立して制御されることで、射出光軸６２を任意の方向に偏向し、前記光学プリズム７６，７６′を通過する前記受光光軸６７を前記射出光軸６２と平行に偏向する。
【0120】
前記光学プリズム７６，７６′の外周には、それぞれリングギア７８，７８′が嵌設されている。該リングギア７８，７８′にはそれぞれ駆動ギア７９，７９′が噛合し、該駆動ギア７９，７９′はそれぞれモータ８１，８１′の出力軸に固着されている。又、該モータ８１，８１′はモータドライバ５２に電気的に接続されている。
【0121】
射出方向検出部５１は、前記モータ８１，８１′に入力される駆動パルスをカウントすることで、或はエンコーダからの信号に基づき、前記モータ８１，８１′の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部５１は、前記モータ８１，８１′の回転角に基づき、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃの偏角、偏向方向を演算する。
【0122】
前記光学プリズム７６，７６′は、回転位置の組合わせにより射出する前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃを任意の偏向方向、偏角で変更することができる。
【0123】
例えば、前記光学プリズム７６，７６′の位置関係、即ち偏角を固定した状態で該光学プリズム７６，７６′を一体に回転させると、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃが描く軌跡は円状となる。又、前記光学プリズム７６，７６′の回転位置関係を変更することで、図１１に示される様に、円の軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃの直径を変更することができる。
【0124】
更に、前記光学プリズム７６，７６′の回転方向、回転速度を個別に制御し、該光学プリズム７６，７６′を相対回転させることで、前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃを直線状、同心多重円状、スパイラル状、花びら状等、種々の状態で走査させることができる。
【0125】
前記レーザスキャナ１１は、１つの受光素子７５及び発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃと同数の光ファイバ８９ａ，８９ｂ，８９ｃを有する。該光ファイバ８９ａ，８９ｂ，８９ｃの一端は入射端となっており、各入射端面は結像レンズ７４による前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃの結像位置に設けられる。前記光ファイバ８９ａ，８９ｂ，８９ｃの射出端部は束ねられ、一本の複合光ファイバ８９となっており、前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃは前記複合光ファイバ８９を介して前記受光素子７５に入射する。ここで、各光ファイバ８９ａ，８９ｂ，８９ｃの各入射端面は、各発光素子６３ａ，６３ｂ，６３ｃと共役となっている。
【0126】
前記測距光６９ａ，６９ｂ，６９ｃは、発光タイミングをずらしてパルス発光、或はバースト発光する構成であるので、前記受光素子７５が同時に前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃを受光することがなく、３点の測距を行うことができる。
【0127】
第２の実施例では、前記光学プリズム７６，７６′の位置関係を変更することで、図１１に示される様に、軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃの円の直径を変更できる。従って、例えば撮像部４９の画角に合わせて、或はＵＡＶ１の高度に合わせて前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃの直径を変更することができ、効率よく３次元点群データを取得することができる。
【0128】
又、前記光学プリズム７６，７６′を相対回転させることで、前記軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃの形状を変更可能であるので、用途に合わせて該軌跡７０ａ，７０ｂ，７０ｃの形状を変更することで、効率よく３次元点群データを取得することができる。
【0129】
更に、第２の実施例では、３股に分岐させた前記複合光ファイバ８９を用いてそれぞれ前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃを受光しているので、前記受光素子７５は１つでよく、前記レーザスキャナ１１の製作コストを低減させることができる。
【0130】
尚、射出端部を束ねた前記複合光ファイバ８９を用いるのではなく、３本の光ファイバから個別に前記反射測距光７１ａ，７１ｂ，７１ｃを前記受光素子７５に入射させてもよい。この場合、該受光素子７５としてはマルチピクセルのＡＰＤ等が用いられる。
【0131】
尚、第１の実施例、第２の実施例では、前記レーザスキャナ１１を移動体としての前記ＵＡＶ１に搭載する場合について説明したが、移動体は該ＵＡＶ１に限られるものではない。例えば、建設機械等の他の移動体に設けてもよい。或は前記レーザスキャナ１１を水平回転する回転装置に設置してもよいことは言う迄もない。
【0132】
又、第１の実施例、第２の実施例では、前記ＧＮＳＳ装置８により前記ＵＡＶ１の３次元座標を測定しているが、該ＵＡＶ１の３次元座標測定手段は前記ＧＮＳＳ装置８に限られるものではない。例えば、前記ＵＡＶ１にプリズム等の再帰反射体を設け、既知点に設置された測量装置により前記再帰反射体を測量し、前記ＵＡＶ１の３次元位置を取得してもよい。
【符号の説明】
【0133】
１ ＵＡＶ８ ＧＮＳＳ装置
１１ レーザスキャナ
１３ 制御装置
４６ 測距光射出部
４７ 受光部
４８ 測距演算部
５１ 射出方向検出部
５３ チルトセンサ
５５ 演算制御部
５６ 記憶部
６２ 射出光軸
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ 発光素子
６９ａ，６９ｂ，６９ｃ 測距光
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 軌跡
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ 反射測距光
７３ 光軸偏向部
７５ 受光素子
７６ 光学プリズム
７７ａ，７７ｂ，７７ｃ 三角プリズム
８１ モータ
８４ インテンシティマップ
８６ 円接線成分
８７ Ｘ接線成分
８８ Ｙ接線成分
８９ 複合光ファイバ