(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】
(24)【登録日】2022-07-07
(45)【発行日】2022-07-15
(54)【発明の名称】測量装置
(51)【国際特許分類】
G01C 15/00 20060101AFI20220708BHJP
【ＦＩ】
G01C15/00 103D
G01C15/00 103E
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018170278
(22)【出願日】2018-09-12
(65)【公開番号】P2020041934
(43)【公開日】2020-03-19
【審査請求日】2021-08-30
(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
(72)【発明者】
【氏名】穴井 哲治
【審査官】櫻井 仁
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０９０２４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１３２３２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０６６５７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１５１４２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８５１０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０４６９２０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｃ １／００－ １／１４
Ｇ０１Ｃ ５／００－１５／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基準点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、前記一脚に設けられ、表示部を有する操作パネルとを具備し、前記測量装置本体は、測距光を照射し、反射測距光を受光して測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記基準光軸に対して前記測距光を偏向する光軸偏向部と、前記測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、所定のスキャンパターンに沿って前記測距部に測距させる演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記観察画像中で設定された追尾点を中心に視準画像を連続して切出し、最初に切出された該視準画像を基準視準画像として設定し、該基準視準画像と前記視準画像との画像マッチングにより前記基準視準画像に対する前記視準画像の移動量を演算し、演算結果に基づき前記追尾点が前記視準画像の中心に位置する様前記光軸偏向部を制御する測量装置。
【請求項2】
前記演算制御部は、前記追尾点が前記視準画像の中心に位置する様前記光軸偏向部を制御する毎に、前記追尾点を中心に微小スキャンパターンを実行する請求項１に記載の測量装置。
【請求項3】
前記微小スキャンパターンは、微小な円状のスキャンパターンである請求項２に記載の測量装置。
【請求項4】
前記演算制御部は、前記視準画像中の前記追尾点の位置に基づき、各視準画像を重ね合わせ平均し、精細画像を作成する請求項２又は請求項３に記載の測量装置。
【請求項5】
前記演算制御部は、画像処理により前記測定対象の複数の稜線を抽出し、該複数の稜線の傾斜を演算し、該複数の稜線と前記微小スキャンパターンの交点の３次元座標を演算し、前記複数の稜線の傾斜と前記交点の３次元座標に基づき、前記測定対象の角部の３次元座標を演算する請求項２～請求項４のうちいずれか１項に記載の測量装置。
【請求項6】
前記測量装置本体に対して既知の位置に設けられ、前記基準光軸に対して既知の関係を有する下方撮像部を更に具備し、該下方撮像部は下方に向けられた下方撮像光軸を有し、前記一脚の下端及びその周囲を含む下方画像を取得し、前記演算制御部は、前記一脚の軸心を中心とする回転に伴う回転前後の前記下方画像間の変位を求め、該変位に基づき前記基準点を中心とした前記測量装置本体の回転角を演算する請求項１～請求項５のうちいずれか１項に記載の測量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、簡単に目標位置を測定可能な測量装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、測量装置を用いて測定対象を測定する場合、三脚上に測量装置を設置し、測定対象をノンプリズム測距にて測定していた。然し乍ら、従来の測量装置は、設置の際に水平出しを行う必要があり、又測量装置を基準点上に設置する必要がある。従って、測量装置の設置作業に時間を要し、又熟練を要していた。
【0003】
又、近年出願人が提案した測量装置として、例えば特許文献４に示される測量装置がある。該測量装置は、ジンバルを内蔵し、２次元スキャンが可能となっている。該測量装置を設置する際には、該測量装置を一脚に搭載し、該一脚の下端を基準点に合わせるだけでよいので、容易に測量装置を設置することができる。
【0004】
然し乍ら、上記した測量装置は、一脚により支持される為、姿勢が不安定であり、測距光を所望の測定位置に照射し続けることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１６－１５１４２３号公報
【文献】特開２０１６－１５１４２２号公報
【文献】特開２０１６－１６１４１１号公報
【文献】特開２０１７－９０２４４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、所望の測定対象部位を追尾しつつ測定が可能な測量装置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、基準点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、前記一脚に設けられ、表示部を有する操作パネルとを具備し、前記測量装置本体は、測距光を照射し、反射測距光を受光して測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記基準光軸に対して前記測距光を偏向する光軸偏向部と、前記測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、所定のスキャンパターンに沿って前記測距部に測距させる演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記観察画像中で設定された追尾点を中心に視準画像を連続して切出し、最初に切出された該視準画像を基準視準画像として設定し、該基準視準画像と前記視準画像との画像マッチングにより前記基準視準画像に対する前記視準画像の移動量を演算し、演算結果に基づき前記追尾点が前記視準画像の中心に位置する様前記光軸偏向部を制御する測量装置に係るものである。
【0008】
又本発明は、前記演算制御部は、前記追尾点が前記視準画像の中心に位置する様前記光軸偏向部を制御する毎に、前記追尾点を中心に微小スキャンパターンを実行する測量装置に係るものである。
【0009】
又本発明は、前記微小スキャンパターンは、微小な円状のスキャンパターンである測量装置に係るものである。
【0010】
又本発明は、前記演算制御部は、前記視準画像中の前記追尾点の位置に基づき、各視準画像を重ね合わせ平均し、精細画像を作成する測量装置に係るものである。
【0011】
又本発明は、前記演算制御部は、画像処理により前記測定対象の複数の稜線を抽出し、該複数の稜線の傾斜を演算し、該複数の稜線と前記微小スキャンパターンの交点の３次元座標を演算し、前記複数の稜線の傾斜と前記交点の３次元座標に基づき、前記測定対象の角部の３次元座標を演算する測量装置に係るものである。
【0012】
更に又本発明は、前記測量装置本体に対して既知の位置に設けられ、前記基準光軸に対して既知の関係を有する下方撮像部を更に具備し、該下方撮像部は下方に向けられた下方撮像光軸を有し、前記一脚の下端及びその周囲を含む下方画像を取得し、前記演算制御部は、前記一脚の軸心を中心とする回転に伴う回転前後の前記下方画像間の変位を求め、該変位に基づき前記基準点を中心とした前記測量装置本体の回転角を演算する測量装置に係るものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、基準点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、前記一脚に設けられ、表示部を有する操作パネルとを具備し、前記測量装置本体は、測距光を照射し、反射測距光を受光して測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記基準光軸に対して前記測距光を偏向する光軸偏向部と、前記測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、所定のスキャンパターンに沿って前記測距部に測距させる演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記観察画像中で設定された追尾点を中心に視準画像を連続して切出し、最初に切出された該視準画像を基準視準画像として設定し、該基準視準画像と前記視準画像との画像マッチングにより前記基準視準画像に対する前記視準画像の移動量を演算し、演算結果に基づき前記追尾点が前記視準画像の中心に位置する様前記光軸偏向部を制御するので、測定中に前記測量装置本体の視準方向が変化した場合であっても、安定して前記追尾点を中心とした測定を行うことができ、測定精度の向上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】
【0014】
【図1】本発明の実施例を示す概略図である。
【図2】測量装置本体を示す概略ブロック図である。
【図3】測定方向撮像部、下方撮像部で取得した画像と測量装置本体によるスキャン軌跡との関係を示す図である。
【図4】（Ａ）、（Ｂ）は、光軸偏向部の作用説明図である。
【図5】操作パネルの概略ブロック図である。
【図6】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ局所パターンの一例を示す図である。
【図7】追尾点の追尾について説明するフローチャートである。
【図8】（Ａ）は観察画像と視準画像を示す枠との関係を示す説明図であり、（Ｂ）は視準画像を示す説明図である。
【図9】（Ａ）～（Ｄ）は、視準方向が変化した場合の微小スキャンパターンの位置ズレを説明する説明図である。
【図10】測定対象部位の３次元座標の演算について説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【0016】
【0017】
前記測量装置１は、主に、一脚（モノポール）３、該一脚３の上端に設けられた測量装置本体４、前記一脚３の適宜位置に、例えば測定作業者が立ち姿勢で操作し易い位置に、操作パネル７が設けられる。
【0018】
該操作パネル７は、前記一脚３に対して固定的に設けられてもよく、或は着脱可能であってもよい。前記操作パネル７が前記一脚３に取付けられた状態で操作可能である。又、前記操作パネル７を前記一脚３から分離し、該操作パネル７単体で操作可能としてもよい。該操作パネル７と前記測量装置本体４とは、有線、無線等各種通信手段を介してデータ通信が可能となっている。
【0019】
又、前記一脚３の前記操作パネル７より下方の位置に１本の補助脚６が折畳み可能に取付けられている。
【0020】
前記一脚３の下端は尖端となっており、該下端は基準点Ｒ（測定の基準となる点）に設置される。又、前記一脚３の下端から前記測量装置本体４の機械中心（測量装置本体４に於ける測定の基準となる点）迄の距離は既知となっている。
【0021】
前記測量装置本体４の光学系は、およそ水平方向に延出する基準光軸Ｏを有し、該基準光軸Ｏは前記一脚３の軸心Ｐと直交する線に対して所定角度下方に傾斜する様に設定される。従って、前記一脚３が鉛直に設定されると前記基準光軸Ｏは水平に対して前記所定角度下方に傾斜する。
【0022】
前記補助脚６は、上端で前記一脚３に折畳み可能に連結され、前記補助脚６は折畳み状態では、前記一脚３と密着し、密着した状態を保持する様なロック機構が設けられる。或は簡易的に前記一脚３と前記補助脚６とを束ねるバンド（図示せず）が設けられてもよい。前記補助脚６が折畳まれた状態で、作業者が一脚３を把持し、測定を実行できる。
【0023】
前記補助脚６は、上端を中心に所定の角度回転し、前記一脚３から離反させることが可能となっており、離反させた位置で固定可能となっている。前記補助脚６を使用することで、前記測量装置本体４は該補助脚６と前記一脚３との２点支持となり、前記測量装置本体４の支持は安定し、前記測量装置本体４による測定の安定性が向上する。尚、前記補助脚６は、１本の場合を説明したが２本であってもよい。この場合、前記一脚３は自立可能となる。
【0024】
前記測量装置本体４は、測距部２４（後述）、測定方向撮像部２１（後述）を有し、又前記測量装置本体４には外部撮像部である下方撮像部５が設けられている。前記測距部２４の光学系の基準光軸が前記基準光軸Ｏである。前記測定方向撮像部２１の光軸（以下、第１撮像光軸６１）は前記基準光軸Ｏに対して所定角（例えば６°）上方に傾斜しており、又前記測定方向撮像部２１の光軸と前記測距部２４の光軸との距離及び位置関係は既知となっている。前記測距部２４と前記測定方向撮像部２１は前記測量装置本体４の筐体内部に収納されている。
【0025】
前記下方撮像部５は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を有し、デジタル画像を取得可能な撮像装置が用いられる。又、撮像素子中の画素の位置が前記下方撮像部５の下方撮像光軸（以下、第２撮像光軸８）を基準として検出可能となっている。又、前記下方撮像部５として、例えば、市販のデジタルカメラが用いられてもよい。
【0026】
前記下方撮像部５は前記測量装置本体４の筐体に固定され、前記下方撮像部５（即ち、該下方撮像部５の像形成位置）は前記測量装置本体４の機械中心に対して既知の位置（距離）に設けられる。前記第２撮像光軸８は、下方に向けられ、前記基準光軸Ｏに対して所定の既知の角度に設定され、前記第２撮像光軸８と前記基準光軸Ｏとは既知の関係（距離）となっている。尚、前記下方撮像部５は前記筐体に収納され、前記測量装置本体４と一体化されてもよい。
【0027】
前記測定方向撮像部２１の画角はθ１であり、前記下方撮像部５の画角はθ２であり、θ１とθ２とは等しくてもよく又異なっていてもよい。又、前記測定方向撮像部２１の画角と前記下方撮像部５の画角はオーバラップしていなくともよいが、所定量オーバラップすることが好ましい。又、前記下方撮像部５の画角、前記第２撮像光軸８の方向は、前記一脚３の下端が画像中に含まれる様設定される。
【0028】
図２を参照して、前記測量装置本体４の概略構成を説明する。
【0029】
該測量装置本体４は、測距光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３、演算制御部１４、第１記憶部１５、撮像制御部１６、画像処理部１７、第１通信部１８、光軸偏向部１９、姿勢検出器２０、前記測定方向撮像部２１、射出方向検出部２２、モータドライバ２３を具備し、これらは筐体２５に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部１１、前記受光部１２、前記測距演算部１３、前記光軸偏向部１９等は、測距部２４を構成する。
【0030】
前記測距光射出部１１は、射出光軸２６を有し、該射出光軸２６上に発光素子２７、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２６上に投光レンズ２８が設けられている。更に、前記射出光軸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（後述）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、前記射出光軸２６は、前記受光光軸３１と合致する様に偏向される。前記第１反射鏡２９と前記第２反射鏡３２とで射出光軸偏向部が構成される。
【0031】
前記測距演算部１３は前記発光素子２７を発光させ、前記発光素子２７はレーザ光線を発する。前記測距光射出部１１は、前記発光素子２７から発せられたレーザ光線を測距光３３として射出する。尚、レーザ光線としては、連続光或はパルス光、或は特許文献３に示される断続変調光のいずれが用いられてもよい。
【0032】
前記受光部１２について説明する。該受光部１２には、測定対象２からの反射測距光３４が入射する。前記受光部１２は、前記受光光軸３１を有し、該受光光軸３１には、前記第１反射鏡２９、前記第２反射鏡３２によって偏向された前記射出光軸２６が合致する。尚、該射出光軸２６と前記受光光軸３１とが合致した状態を測距光軸３５とする。
【0033】
前記基準光軸Ｏ上に前記光軸偏向部１９が配設される。該光軸偏向部１９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、前記光軸偏向部１９によって偏向されなかった時の前記射出光軸２６又は前記受光光軸３１又は前記測距光軸３５と合致する。
【0034】
前記反射測距光３４が前記光軸偏向部１９を透過し、入射した前記受光光軸３１上に結像レンズ３８が配設される。又、前記受光光軸３１上に受光素子３９、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。前記結像レンズ３８は、前記反射測距光３４を前記受光素子３９に結像する。該受光素子３９は、前記反射測距光３４を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、前記測距演算部１３に入力され、該測距演算部１３は受光信号に基づき測距光の往復時間を演算し、往復時間と光速に基づき前記測定対象２迄の測距を行う。又、受光信号は前記反射測距光３４を受光した際の受光強度の情報も含んでおり、前記測距演算部１３は前記測定対象２からの反射強度も演算する。
【0035】
前記第１通信部１８は、前記測定方向撮像部２１で取得した画像データ、前記画像処理部１７で処理された画像データ、前記測距部２４が取得した測距データを前記操作パネル７に送信し、更に該操作パネル７からの操作コマンドを受信する。
【0036】
前記第１記憶部１５には、撮像の制御プログラム、画像処理プログラム、測距プログラム、表示プログラム、通信プログラム、操作コマンド作成プログラム、前記姿勢検出器２０からの姿勢検出結果に基づき前記一脚３の傾斜角、傾斜方向を演算し、更に傾斜角の鉛直成分（前記一脚３の測定対象２に対する前後方向の傾斜角）、傾斜角の水平成分（前記一脚３の測定対象２に対する左右方向の傾斜角）を演算する傾斜角演算プログラム、測距を実行する為の測定プログラム、前記光軸偏向部１９の偏向作動を制御する為の偏向制御プログラム、追尾点（後述）を追尾する為の追尾プログラム、積算画像（後述）を作成する為の積算画像作成プログラム、前記測定対象２の稜線や角部を演算する為の演算プログラム、各種演算を実行する演算プログラム等の各種プログラムが格納される。又、測距データ、測角データ、画像データ等の各種データが格納される。
【0037】
前記演算制御部１４は、前記測量装置本体４の作動状態に応じて、前記各種プログラムを展開、実行して前記測量装置本体４による前記測距光射出部１１の制御、前記受光部１２の制御、前記測距演算部１３の制御、前記測定方向撮像部２１の制御等を行い、測距を実行する。
【0038】
前記光軸偏向部１９の詳細について説明する。
【0039】
該光軸偏向部１９は、一対の光学プリズム４１，４２から構成される。該光学プリズム４１，４２は、それぞれ同径の円板形であり、前記測距光軸３５上に該測距光軸３５と直交して同心に配置され、所定間隔で平行に配置されている。前記光学プリズム４１は、光学ガラスにて成形され、平行に配置された３つの三角プリズムを有している。同様に、前記光学プリズム４２も、光学ガラスにて成形され、平行に配置された３つの三角プリズムを有している。尚、前記光学プリズム４１を構成する三角プリズムと、前記光学プリズム４２を構成する前記三角プリズムは、全て同一偏角の光学特性を有している。
【0040】
各三角プリズムの幅、形状は全て同じでもよく、或は異なっていてもよい。尚、中心に位置する前記三角プリズムの幅は、前記測距光３３のビーム径よりも大きくなっており、該測距光３３は中心に位置する三角プリズムのみを透過する様になっている。中心以外に位置する三角プリズムについては、多数の小さい三角プリズムで構成してもよい。
【0041】
更に、中心の前記三角プリズムについては、光学ガラス製とし、中心以外の前記三角プリズムについては、光学プラスチック製としてもよい。これは、前記光軸偏向部１９から測定対象２迄の距離は大きく、中心の前記三角プリズムの光学特性については精度が要求され、一方中心以外の前記三角プリズムから前記受光素子３９迄の距離は小さく、高精度の光学特性は必要ないという理由による。
【0042】
前記光軸偏向部１９の中央部（中心の前記三角プリズム）は、前記測距光３３が透過し、射出される第１光軸偏向部である測距光偏向部となっている。前記光軸偏向部１９の中央部を除く部分（中心の前記三角プリズムの両端部及び中心以外の前記三角プリズム）は、前記反射測距光３４が透過し、入射する第２光軸偏向部である反射測距光偏向部となっている。
【0043】
前記光学プリズム４１，４２は、それぞれ前記基準光軸Ｏ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４１，４２は、回転方向、回転量、回転速度が独立して制御されることで、射出される前記測距光３３の前記射出光軸２６を任意の方向に偏向し、又受光される前記反射測距光３４の前記受光光軸３１を前記射出光軸２６と平行に偏向する。
【0044】
又、前記測距光３３を連続して照射しつつ、前記光学プリズム４１，４２を連続的に駆動し、連続的に偏向することで、前記測距光３３を所定のスキャンパターンでスキャンさせることができる。
【0045】
前記光学プリズム４１，４２の外形形状は、それぞれ前記測距光軸３５（基準光軸Ｏ）を中心とする円形であり、前記反射測距光３４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４１，４２の直径が設定されている。
【0046】
前記光学プリズム４１の外周にはリングギア４５が嵌設され、前記光学プリズム４２の外周にはリングギア４６が嵌設されている。
【0047】
前記リングギア４５には駆動ギア４７が噛合し、該駆動ギア４７はモータ４８の出力軸に固着されている。同様に、前記リングギア４６には駆動ギア４９が噛合し、該駆動ギア４９はモータ５０の出力軸に固着されている。前記モータ４８，５０は、前記モータドライバ２３に電気的に接続されている。
【0048】
前記モータ４８，５０は、回転角を検出できるモータ、或は駆動入力値に対応した回転をするモータ、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量（回転角）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ等を用いて前記モータ４８，５０の回転量を検出してもよい。該モータ４８，５０の回転量がそれぞれ検出され、前記モータドライバ２３により前記モータ４８，５０が個別に制御される。
【0049】
又、前記モータ４８，５０の回転量、即ち前記駆動ギア４７，４９の回転量を介して前記光学プリズム４１，４２の回転角が検出される。尚、エンコーダを直接リングギア４５，４６にそれぞれ取付け、エンコーダにより前記リングギア４５，４６の回転角を直接検出する様にしてもよい。
【0050】
ここで、前記光軸偏向部１９の偏向角は、前記光学プリズム４１，４２の回転角に対して小さく（例えば、偏向角±１０°させる為の回転角が±４０°）、高精度に偏向させることができる。
【0051】
前記駆動ギア４７，４９、前記モータ４８，５０は、前記測距光射出部１１と干渉しない位置、例えば前記リングギア４５，４６の下側に設けられている。
【0052】
前記投光レンズ２８、前記第１反射鏡２９、前記第２反射鏡３２、前記測距光偏向部等は、投光光学系を構成する。又、前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ３８等は、受光光学系を構成する。
【0053】
前記測距演算部１３は、前記発光素子２７を制御し、前記測距光３３としてレーザ光線をパルス発光又はバースト発光（断続発光）させる。該測距光３３が前記測距光偏向部により、測定対象２に向う様前記射出光軸２６（即ち、前記測距光軸３５）が偏向される。前記測距光軸３５が、測定対象２を視準した状態で測距が行われる。
【0054】
前記測定対象２から反射された前記反射測距光３４は前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ３８を介して入射し、前記受光素子３９に受光される。該受光素子３９は、受光信号を前記測距演算部１３に送出し、該測距演算部１３は前記受光素子３９からの受光信号に基づき、パルス光毎に測定点（測距光が照射された点）の測距を行い、測距データは前記第１記憶部１５に格納される。
【0055】
前記射出方向検出部２２は、前記モータ４８，５０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４８，５０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４８，５０の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部２２は、前記モータ４８，５０の回転角に基づき、前記光学プリズム４１，４２の回転位置を演算する。
【0056】
更に、前記射出方向検出部２２は、前記光学プリズム４１，４２の屈折率と、該光学プリズム４１，４２を一体とした時の回転位置、両光学プリズム４１，４２間の相対回転角とに基づき、各パルス光毎の前記測距光３３の前記基準光軸Ｏに対する偏角、射出方向をリアルタイムで演算する。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１４に入力される。尚、前記測距光３３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。
【0057】
前記演算制御部１４は、前記モータ４８，５０の回転方向、回転速度、前記モータ４８，５０間の回転比を制御することで、前記光学プリズム４１，４２の相対回転、全体回転を制御し、前記光軸偏向部１９による偏向作用を制御する。又、前記演算制御部１４は、前記測距光３３の偏角、射出方向から、前記基準光軸Ｏに対する測定点の水平角、鉛直角を演算する。更に、前記演算制御部１４は、測定点についての水平角、鉛直角を前記測距データに関連付けることで、前記測定点の３次元データを求めることができる。而して、前記測量装置本体４は、トータルステーションとして機能する。
【0058】
次に、前記姿勢検出器２０について説明する。該姿勢検出器２０は、前記測量装置本体４の水平、又は鉛直に対する傾斜角を検出し、検出結果は前記演算制御部１４に入力される。尚、前記姿勢検出器２０としては、特許文献１に開示された姿勢検出装置を使用することができる。
【0059】
該姿勢検出器２０について簡単に説明する。該姿勢検出器２０は、フレーム５４を有している。該フレーム５４は、前記筐体２５に固定され、或は構造部材に固定され、前記測量装置本体４と一体となっている。
【0060】
前記フレーム５４にはジンバルを介してセンサブロック５５が取付けられている。該センサブロック５５は、直交する２軸を中心に２方向にそれぞれ３６０°又は３６０°以上回転自在となっている。
【0061】
該センサブロック５５には、第１傾斜センサ５６、第２傾斜センサ５７が取付けられている。前記第１傾斜センサ５６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５７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。
【0062】
前記センサブロック５５の、前記フレーム５４に対する２軸についての各相対回転角は、エンコーダ５８，５９によってそれぞれ検出される様になっている。
【0063】
又、前記センサブロック５５を回転させ、水平に維持するモータ（図示せず）が前記２軸に関してそれぞれ設けられている。該モータは、前記第１傾斜センサ５６、前記第２傾斜センサ５７からの検出結果に基づき、前記センサブロック５５を水平に維持する様に前記演算制御部１４によって制御される。
【0064】
前記センサブロック５５が傾斜していた場合（前記測量装置本体４が傾斜していた場合）、前記センサブロック５５（水平）に対する前記フレーム５４の各軸方向の相対回転角が前記エンコーダ５８，５９によってそれぞれ検出される。該エンコーダ５８，５９の検出結果に基づき、前記測量装置本体４の２軸についての傾斜角、２軸の傾斜の合成によって傾斜方向が検出される。
【0065】
前記センサブロック５５は、２軸について３６０°又は３６０°以上回転自在であるので、前記姿勢検出器２０がどの様な姿勢となろうとも、例えば該姿勢検出器２０の天地が逆になった場合でも、全方向での姿勢検出（水平に対する傾斜角、傾斜方向）が可能である。
【0066】
姿勢検出に於いて、高応答性を要求する場合は、前記第２傾斜センサ５７の検出結果に基づき姿勢検出と姿勢制御が行われるが、該第２傾斜センサ５７は前記第１傾斜センサ５６に比べ検出精度が悪いのが一般的である。
【0067】
前記姿勢検出器２０では、高精度の前記第１傾斜センサ５６と高応答性の前記第２傾斜センサ５７を具備することで、該第２傾斜センサ５７の検出結果に基づき姿勢制御を行い、更に前記第１傾斜センサ５６により高精度の姿勢検出を可能とする。
【0068】
該第１傾斜センサ５６の検出結果で、前記第２傾斜センサ５７の検出結果を較正することができる。即ち、前記第１傾斜センサ５６が水平を検出した時の前記エンコーダ５８，５９の値、即ち実際の傾斜角と前記第２傾斜センサ５７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５７の傾斜角を較正することができる。
【0069】
従って、予め、該第２傾斜センサ５７の検出傾斜角と、前記第１傾斜センサ５６による水平検出と前記エンコーダ５８，５９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５７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、該第２傾斜センサ５７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。環境変化（温度等）の少ない状態では、傾斜検出は前記第２傾斜センサ５７の検出結果と補正値で求めてもよい。
【0070】
前記演算制御部１４は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、前記第２傾斜センサ５７からの信号に基づき、前記モータを制御する。又、前記演算制御部１４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５６が追従可能な状態では、該第１傾斜センサ５６からの信号に基づき、前記モータを制御する。尚、常時、前記第２傾斜センサ５７に検出された傾斜角を較正することで、該第２傾斜センサ５７からの検出結果に基づき前記姿勢検出器２０による姿勢検出を行ってもよい。
【0071】
尚、前記第１記憶部１５には、前記第１傾斜センサ５６の検出結果と前記第２傾斜センサ５７の検出結果との比較結果を示す対比データが格納されている。前記第１傾斜センサ５６からの信号に基づき、該第２傾斜センサ５７による検出結果を較正する。この較正により、該第２傾斜センサ５７による検出結果を前記第１傾斜センサ５６の検出精度迄高めることができる。よって、前記姿勢検出器２０による姿勢検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。
【0072】
前記演算制御部１４は、前記姿勢検出器２０からの検出結果から前記一脚３の前後方向の倒れ角（測定対象２に対して近接離反する方向の倒れ角）及び前記一脚３の左右方向の倒れ角を演算する。前後方向の倒れ角は、前記基準光軸Ｏの水平に対する傾斜角として現れ、左右方向の倒れ角は、前記測定方向撮像部２１で取得する画像の傾き（回転）として現れる。
【0073】
前記演算制御部１４は、前記倒れ角と前記光軸偏向部１９による偏角により、前記測距光軸３５の水平に対する傾斜角を演算する。又、前記画像の傾きに基づき、表示部６８（後述）に表示される画像の傾きを修正し、鉛直画像として表示する。
【0074】
前記測定方向撮像部２１は、前記測量装置本体４の前記基準光軸Ｏと平行な前記第１撮像光軸６１と、該第１撮像光軸６１に配置された撮像レンズ６２とを有している。前記測定方向撮像部２１は、前記光学プリズム４１，４２による最大偏角θ／２（例えば±３０°）と略等しい、例えば５０°～６０°の画角を有するカメラである。前記第１撮像光軸６１と前記射出光軸２６及び前記基準光軸Ｏとの関係は既知であり、又各光軸間の距離も既知の値となっている。
【0075】
又、前記測定方向撮像部２１は、静止画像又は連続画像或は動画像がリアルタイムで取得可能である。前記測定方向撮像部２１で取得された画像は、前記操作パネル７に送信される。本実施例では、前記画像は前記操作パネル７の表示部６８（図５参照）に静止画像の観察画像８１（図３参照）として表示され、作業者は該表示部６８に表示された前記観察画像８１を観察して測定作業を実行できる。前記観察画像８１の中心は、前記第１撮像光軸６１と合致し、前記基準光軸Ｏは前記第１撮像光軸６１と既知の関係に基づき前記観察画像８１の中心に対して所定の画角ずれた位置となる。
【0076】
前記撮像制御部１６は、前記測定方向撮像部２１の撮像を制御する。前記撮像制御部１６は、前記測定方向撮像部２１が前記動画像、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測量装置本体４でスキャンし測距するタイミングとの同期を取っている。又、前記撮像制御部１６は、前記測定方向撮像部２１が前記観察画像８１を取得する場合に、該観察画像８１や視準画像８２（後述）を取得するタイミングと、前記測量装置本体４でスキャンするタイミングとを制御する。前記演算制御部１４は画像と測定データ（測距データ、測角データ）との関連付けも実行する。又、前記撮像制御部１６は、前記第１通信部１８、第２通信部６７（図５参照）を介して前記測定方向撮像部２１と前記下方撮像部５との撮像タイミングの同期制御を行っている。
【0077】
前記測定方向撮像部２１の撮像素子６３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、前記第１撮像光軸６１を原点とした画素座標を有し、該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。又、前記第１撮像光軸６１と前記基準光軸Ｏとの関係（距離）が既知であるので、前記測距部２４による測定位置と前記撮像素子６３上での位置（画素）との相互関連付けが可能である。前記撮像素子６３から出力される画像信号は、前記撮像制御部１６を介して前記画像処理部１７に入力される。
【0078】
前記光軸偏向部１９の偏向作用、スキャン作用について説明する。
【0079】
前記光学プリズム４１の三角プリズムと、前記光学プリズム４２の三角プリズムが同方向に位置した状態では、最大の偏角（例えば、３０°）が得られる。前記光学プリズム４１，４２のいずれか一方が他方に対して１８０°回転した位置にある状態では、該光学プリズム４１，４２の相互の光学作用が相殺され、偏角は０°となる。この状態では、最少の偏角が得られる。従って、前記光学プリズム４１，４２を経て射出、受光されるレーザ光線の光軸（前記測距光軸３５）は、前記基準光軸Ｏと合致する。
【0080】
前記発光素子２７から前記測距光３３が発せられ、該測距光３３は前記投光レンズ２８で平行光束とされ、前記測距光偏向部を透過して測定対象２に向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部を透過することで、前記測距光３３は中心の前記三角プリズムによって所要の方向に偏向されて射出される。
【0081】
ここで、前記測距光３３は全て中心の前記三角プリズムを透過し、中心の該三角プリズムの光学作用を受けるが、単一の光学部材からの光学作用であるので、光束の乱れがなく偏向精度は高い。更に、中心の前記三角プリズムとして光学ガラスが用いられることで、更に偏向精度が高められる。
【0082】
前記測定対象２で反射された前記反射測距光３４は、前記反射測距光偏向部を透過して入射され、前記結像レンズ３８により前記受光素子３９に集光される。
【0083】
前記反射測距光３４が前記反射測距光偏向部を透過することで、前記反射測距光３４の光軸は、前記受光光軸３１と合致する様に中心以外の前記三角プリズムによって偏向される。
【0084】
ここで、前記反射測距光偏向部として用いられる中心以外の前記三角プリズムには、光学プラスチックが用いられてもよく、或は微小な三角プリズムの集合であるフレネルプリズムが用いられてもよい。前記光軸偏向部１９と前記受光素子３９間の距離が短いので、前記反射測距光偏向部には高精度が要求されない。
【0085】
前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２との回転位置の組合わせにより、射出する前記測距光３３の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。
【0086】
又、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２との位置関係を固定した状態で（前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２とで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ４８，５０により、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２とを一体に回転すると、前記測距光偏向部を透過した前記測距光３３が描く軌跡は前記基準光軸Ｏ（図２参照）を中心とした円となる。
【0087】
従って、前記発光素子２７よりレーザ光線を発光させつつ、前記光軸偏向部１９を回転させれば、前記測距光３３を円の軌跡でスキャンさせることができる。尚、前記反射測距光偏向部は、前記測距光偏向部と一体に回転していることは言う迄もない。
【0088】
図４（Ａ）に示される様に、前記光学プリズム４１により偏向された光軸の偏向方向を偏向Ａとし、前記光学プリズム４２により偏向された光軸の偏向方向を偏向Ｂとすると、前記光学プリズム４１，４２による光軸の偏向は、該光学プリズム４１，４２間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。
【0089】
従って、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２とを逆向きに等速度で回転させることで、前記測距光３３を合成偏向Ｃ方向に直線の軌跡５１で往復スキャンさせることができる。
【0090】
更に、図４（Ｂ）に示される様に、前記光学プリズム４１の回転速度に対して遅い回転速度で前記光学プリズム４２を回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ前記測距光３３が回転される。従って、該測距光３３のスキャン軌跡はスパイラル状となる。
【0091】
又、前記光学プリズム４１、前記光学プリズム４２の回転方向、回転速度を個々に制御することで、前記測距光３３のスキャン軌跡を前記基準光軸Ｏを中心とした種々の２次元のスキャンパターンが得られる。
【0092】
例えば、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２の、一方の光学プリズム４１を１７．５Ｈｚで正回転させ、他方の光学プリズム４２を５Ｈｚで逆回転させることで、図３に示される様な、花びら状の２次元の閉ループスキャンパターン（花びらパターン７４（内トロコイド曲線））が得られる。
【0093】
前記下方撮像部５について説明する。
【0094】
該下方撮像部５は、前記測量装置本体４と電気的に接続されており、前記下方撮像部５で取得された画像データは前記測量装置本体４に入力される。
【0095】
前記下方撮像部５の撮像は、前記撮像制御部１６によって前記測定方向撮像部２１の撮像、前記測距部２４の測距と同期制御される。前記下方撮像部５は、前記測量装置本体４の機械中心に対して既知の位置に設けられており、前記下方撮像部５と前記一脚３下端との距離も既知となっている。
【0096】
更に、前記下方撮像部５の前記第２撮像光軸８は、前記基準光軸Ｏとの成す角、基準光軸Ｏと前記第２撮像光軸８との交点の位置が既知の関係にあり、前記下方撮像部５で取得した画像データは、前記演算制御部１４によって前記測定方向撮像部２１で取得した画像及び前記測距部２４で測定した測距データと関連付けられて前記第１記憶部１５に格納される。
【0097】
前記操作パネル７について図５を参照して略述する。
【0098】
該操作パネル７は、上記した様に、前記一脚３に対して固定的に設けられてもよく、或は着脱可能であってもよい。又、着脱可能な場合は、前記操作パネル７を前記一脚３から取外し、前記操作パネル７単体の状態で、作業者が保持し、操作可能としてもよい。
【0099】
前記操作パネル７は、主に演算部６５、第２記憶部６６、前記第２通信部６７、前記表示部６８、操作部６９を具備している。尚、前記表示部６８をタッチパネルとし、前記表示部６８に前記操作部６９を兼用させてもよい。又、前記表示部６８をタッチパネルとした場合は、前記操作部６９は省略してもよい。
【0100】
前記第２記憶部６６としては、半導体メモリ、ＨＤＤ、メモリカード等が用いられる。該第２記憶部６６には、前記測量装置本体４との間で通信を行う為の通信プログラム、前記下方撮像部５で取得した画像、前記測定方向撮像部２１で取得した画像の合成等の処理を行う画像処理プログラム、前記下方撮像部５で取得した画像、前記測定方向撮像部２１で取得した画像、前記測距部２４で測定した測定情報を前記表示部６８に表示させる為の表示プログラム、前記操作部６９で操作された情報から前記測量装置本体４へのコマンドを作成する為のコマンド作成プログラム等の各種プログラムが格納されている。
【0101】
前記第２通信部６７は前記画像処理部１７との間で、測定データ、画像データ、コマンド等のデータを前記演算制御部１４、前記第１通信部１８を経由して、通信する。
【0102】
前記表示部６８は、前記測量装置本体４の測定状態、距離、偏角、反射光量等の測定結果等を表示し、又前記下方撮像部５、前記測定方向撮像部２１が取得した画像（前記観察画像８１）、或は前記画像処理部１７で画像処理された画像を表示する。又、前記表示部６８は、前記測定方向撮像部２１が取得した画像とスキャン軌跡（前記花びらパターン７４）とを重ね合わせて表示可能である。更に、前記表示部６８は、前記観察画像８１上で指定された所望の点（追尾点８７（図８（Ａ）、図８（Ｂ）参照））を中心として、前記画像処理部１７が前記観察画像８１から所要範囲を切出して拡大した画像を、視準画像８２（図８（Ａ）、図８（Ｂ）参照）として表示してもよい。
【0103】
ここで、該視準画像８２とは、前記追尾点８７を中心とした画像であり、且つ前記光軸偏向部１９によって偏向された前記測距光軸３５（偏向されていない場合は、該測距光軸３５と前記基準光軸Ｏとは合致する）を中心とする画像である。前記視準画像８２は、前記表示部６８に所定の倍率（例えば、３倍～１０倍）で拡大されて表示される。前記操作部６９からは、前記測量装置本体４に測定作業に関する指令等、各種指令を入力できる様になっている。又、前記観察画像８１の表示、前記視準画像８２の表示は、前記操作部６９から切替え可能となっている。
【0104】
又、前記視準画像８２は、前記観察画像８１中での位置が固定となっている。即ち、該観察画像８１の基準光軸Ｏの位置が変化した場合には、前記視準画像８２の中心の位置も同様に変化する。
【0105】
尚、前記操作パネル７として、例えばスマートフォン、タブレットが用いられてもよい。又、前記操作パネル７がデータコレクタとして使用されてもよい。
【0106】
【0107】
測定を開始する準備として、前記一脚３の下端を基準点Ｒに位置決めし、前記一脚３を作業者が保持する。尚、前記操作パネル７は前記一脚３に取付けられた状態とする。又、前記下方撮像部５、前記測定方向撮像部２１は作動状態で前記測量装置１の設置は行われる。
【0108】
前記基準光軸Ｏを測定対象２に向ける場合、前記一脚３を該一脚３の下端を中心に回転し、或は該一脚３を前後、左右に傾斜し、或はみそすり回転する。図３に示される様に、前記基準光軸Ｏが画像の中心に対して６°下に位置する前記観察画像８１が前記表示部６８に表示され、前記観察画像８１から前記基準光軸Ｏの方向、位置を確認することができる。この時の前記一脚３の倒れ角及び倒れ角の変化は、前記姿勢検出器２０によって検出される。
【0109】
前記基準光軸Ｏの方向が確定した状態では、前記基準光軸Ｏを中心とする測定可能な偏向範囲７３を前記観察画像８１上で確認できる。作業者は、前記観察画像８１中の測定可能範囲の任意の点を測定点（測定対象２）として指定が可能である。前記測定対象２の指定で前記演算制御部１４は前記光軸偏向部１９を用いて前記測距光軸３５を前記測定対象２に向ける。
【0110】
前記測距光軸３５が前記測定対象２に向けられ、前記測距光３３が照射され、前記測定対象２の測定（測距、測角）が実行される。前記測距光３３の方向、測距結果等は、前記表示部６８に表示される。又、該表示部６８には、前記観察画像８１と、該観察画像８１中での前記視準画像８２の位置を示す枠８３等が表示されている。前記視準画像８２の詳細を確認したい場合には、該視準画像８２を拡大表示させる。
【0111】
測定対象２を変更又は他の箇所の測定対象２への移動を行う場合、前記観察画像８１から再度測定点を指定や再度前記視準画像８２を作成することも可能である。一方で、前記観察画像８１を表示したまま、前記一脚３の傾動、回転により測定点を移動させることも可能である。
【0112】
前記測距光軸３５の視準状態、即ち、前記測距光軸３５を前記測定対象２に合わせた状態を維持する場合、測定作業者が前記一脚３を保持してもよいし、或は前記補助脚６を引出し、前記一脚３を前記補助脚６で支持してもよい。
【0113】
該補助脚６で前記一脚３を支持することで、前記一脚３の前後方向の倒れ、前記一脚３の下端を中心とする回転が規制され、前記測量装置１の支持状態が安定する。
【0114】
尚、前記測量装置１の水平に対する傾斜は、前記姿勢検出器２０によってリアルタイムで検出されるので、前記測量装置１の水平に対する傾斜角、傾斜方向がリアルタイムで検出され、検出結果に基づき測定結果をリアルタイムで補正することができる。従って、前記測量装置１を水平に調整する為の整準作業は必要なく、又前記一脚３を作業者が保持することで生じる微小な揺れ等による傾斜角の変動についても、リアルタイムで補正することができる。
【0115】
次に、図３を参照して前記一脚３の下端を中心とする水平方向の回転角の検出について説明する。
【0116】
図３中、７１は前記測定方向撮像部２１の第１画像取得範囲であり、８１は該第１画像取得範囲７１で取得される観察画像を示している。又、７２は前記下方撮像部５の第２画像取得範囲であり、８０は該第２画像取得範囲７２で取得される下方画像を示している。又、７３は前記光軸偏向部１９による前記観察画像８１及び前記下方画像８０内での前記測距光軸３５の偏向範囲、７４は測距光を複数回照射しつつ前記光軸偏向部１９により花びらパターンでスキャンした場合の軌跡を示している。前記花びらパターン７４の軌跡に示されるドットは複数回の測距光の照射点を示す。又、７５は前記観察画像８１の画像中心、７６は前記下方画像８０の画像中心（該画像中心７６は、前記第２撮像光軸８と合致する）を示している。
【0117】
又、図１に於いて、θ１は前記測定方向撮像部２１の画角、θ２は前記下方撮像部５の画角、θ３は前記測量装置本体４のスキャン範囲をそれぞれ示している。
【0118】
更に、図３は、前記第１撮像光軸６１と前記第２撮像光軸８間の角度が例えば６０°に設定され、前記基準光軸Ｏが前記第１撮像光軸６１に対して例えば６°下方に傾斜している、つまり、θ４は５４°となる。又前記一脚３が後方（前記測定対象２から離反する方向）に５°傾いて保持された状態を示している。
【0119】
前記第２撮像光軸８は、下方に向けられ、前記一脚３の下端を含む様に、画像取得範囲が設定されている。図示では、前記下方撮像部５が取得する画像には、前記基準点Ｒを含む略８０°の範囲の画像の例である。
【0120】
この前記基準点Ｒを中心とした所定半径の範囲を回転検出画像７７として設定し、リアルタイムで取得する。
【0121】
測定開始時の前記回転検出画像７７を取得し、該回転検出画像７７を回転基準画像として設定する。
【0122】
測定開始以降の回転角を検出する場合は、前記回転基準画像に対する前記回転検出画像７７の前記基準点Ｒを中心とした両画像間の回転変化（即ち、回転方向の画像のズレ）を検出し、回転変化に基づき前記回転角を演算する。前記回転角は前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき鉛直軸心を中心とした水平回転角に変換される。尚、前記水平角の検出は、前記回転検出画像７７を前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき射影変換を施して、水平画像に変換してから水平回転変化を検出して水平回転角を求めてもよい。
【0123】
或は、測定開始時の前記観察画像８１を取得し、該観察画像８１と回転後の観察画像８１とを特徴点等に基づき画像マッチングする。この時の両画像間の基準光軸Ｏの位置（前記観察画像８１の中心）の偏差と、特徴点等についての測距結果と、前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき水平角を求めてもよい。
【0124】
次に、図１に示される様に、前記測量装置本体４により前記測定対象２を測定すると、該測定対象２迄の斜距離が測定される。更に前記第１撮像光軸６１に対する前記基準光軸Ｏの偏角（図３では６°）と前記基準光軸Ｏに対する前記測距光軸３５の偏角が前記射出方向検出部２２によって検出される。又、前記測量装置本体４の水平に対する傾斜角が前記姿勢検出器２０によって検出され、前記測距光軸３５の水平に対する傾斜角が演算され、前記一脚３の水平回転変化が前記回転検出画像７７或は前記観察画像８１から検出される。
【0125】
前記測距光軸３５の水平に対する傾斜角に基づき、前記斜距離が水平距離に補正され、該水平距離に基づき方向角が演算される。又、前記一脚３の長さ（該一脚３の下端から前記測量装置本体４の機械中心迄の距離）と前記第１撮像光軸６１に対する前記一脚３の倒れが既知であることから、前記一脚３の下端（即ち、前記基準点Ｒ）を基準とした前記測定対象２の３次元座標が求められる。
【0126】
尚、前記水平角の演算、前記測距光軸３５の傾斜角の演算、水平距離の演算等の演算については、前記演算制御部１４が実行してもよく、或は前記演算部６５が実行してもよい。
【0127】
上記説明では、前記測距光軸３５を測定点に固定した状態で、トータルステーションと同様な作用で測定したが、前記測量装置１をレーザスキャナとしても測定することができる。
【0128】
図３に示される様に、前記光軸偏向部１９は前記偏向範囲７３の範囲で、前記測距光軸３５を自在に偏向できる。前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２の回転を制御することで、前記花びらパターン７４の軌跡でスキャンさせることができる。スキャン過程でパルス測距光を照射することで、前記花びらパターン７４の軌跡に沿った測距データ（点群データ）を取得することができる。又、測距データ密度（点群データ密度）を上げる場合は、前記花びらパターン７４が１パターンスキャンされる度に前記花びらパターン７４をスキャンパターンの中心を中心として周方向に所定角度回転させればよい。又、スキャンと同期して、前記測定方向撮像部２１、前記下方撮像部５によりそれぞれ画像が取得される。ここで、偏向範囲７３（即ち、光軸偏向部１９の最大偏向範囲（全偏向範囲））をスキャンする場合を全域スキャンと称す。
【0129】
又、全偏向範囲のスキャンを実行している状態で、スキャン中心を移動する場合（スキャン範囲を移動する場合）は、前記一脚３を軸心を中心に回転させるか、或は下端を中心にみそすり回転させるか、或は前記一脚３の倒れ角を変更することでできる。これにより、所望の方向の、所望の範囲の測距データ（点群データ或はスキャンデータ）を容易に取得することができる。
【0130】
前記観察画像８１と、前記下方画像８０とを合成する場合は、両画像のオーバラップ部分を用いて行うことができる。或は、前記花びらパターン７４の軌跡の一部が前記下方画像８０に含まれる様にスキャンを実行し、前記観察画像８１中の前記花びらパターン７４の軌跡に沿った測距データ、前記下方画像８０中の前記花びらパターン７４の軌跡に沿った測距データを用いて直ちに前記観察画像８１と前記下方画像８０との合成が可能である。
【0131】
尚、合成に用いられる軌跡に沿ったデータは、前記観察画像８１、前記下方画像８０に共通に含まれる軌跡に沿ったデータを用いてもよい。或は、前記観察画像８１、前記下方画像８０に個別に含まれる軌跡に沿ったデータの座標値を用いて前記観察画像８１と前記下方画像８０とを合成してもよい。
【0132】
前記観察画像８１と前記下方画像８０を合成することで、前記基準点Ｒから前記測定対象２迄を含む広範囲の合成画像が取得でき、測定範囲、測定位置の確認が容易となり、作業性が向上する。又、前記観察画像８１、或は前記合成画像と２次元スキャンで得られた軌跡に沿ったデータとを関連付けることで、画素毎に３次元データを有する画像が取得できる。
【0133】
前記光学プリズム４１、前記光学プリズム４２の回転を制御することで、前記測距光３３を種々のパターンでスキャンさせることができる。一方で、前記偏向範囲７３の一部の範囲に限って前記測距光３３をスキャンさせることも可能である。ここで、前記偏向範囲７３の一部の範囲をスキャンすることを局所スキャンと称す。
【0134】
局所スキャンは、例えば前記視準画像８２の範囲で実行され、前記視準画像８２の範囲で点群データが取得される。
【0135】
【0136】
図６（Ａ）に示すスキャンパターン８５は、図４（Ａ）で示される直線スキャンを１スキャン毎に前記光学プリズム４１，４２を一体に所定角度ステップＰ１だけ回転させることで得られる。尚、図６（Ａ）中、Ｓ１はスキャン方向を示す。
【0137】
図６（Ｂ）に示すスキャンパターン８６は、前記光学プリズム４１，４２により前記測距光軸３５の偏角を設定した後、前記光学プリズム４１，４２を一体に所定角度回転させ、周方向に円弧スキャンさせ、１円弧スキャン毎に偏角を半径方向に所定送りステップＰ２で変更させることで得られる。尚、図６（Ｂ）中、Ｓ２はスキャン方向を示す。
【0138】
又、局所スキャンを実行する際、前記基準光軸Ｏを中心とする範囲では、前記光軸偏向部１９の構造上、効果的な局所スキャンは得られない。従って、局所スキャンを実行する場合は、前記基準光軸Ｏから所要角度離れた位置に設定される。
【0139】
例えば、局所スキャンの中心が前記基準光軸Ｏから５°以内とならない様に、局所スキャンがプログラミングされる。局所スキャンが前記視準画像８２の範囲で実行される場合は、該視準画像８２の中心は、前記基準光軸Ｏから５°以上離れた位置が前記視準画像８２の初期設定位置となる様設定される。
【0140】
モノポール支持方式では、安定性に限度があり、前記一脚３は測定中変動している。この為、前記測距光軸３５も測定中常に変動している。本実施例では、前記観察画像８１中の所望の点、例えば建造物の角等を前記追尾点８７として設定している。
【0141】
本実施例では、前記観察画像８１中から前記追尾点８７を指定し、該追尾点８７を中心とした前記視準画像８２を切出す。更に、前記追尾点８７が前記視準画像８２の中心に位置する様追尾しつつ、前記視準画像８２内の所定範囲をスキャンすることで、安定した測定を可能とする。以下、図７のフローチャート及び図８、図９を参照し、前記追尾点８７の追尾について説明する。
【0142】
ＳＴＥＰ：０１ 先ず、前記測量装置本体４が前記測定対象２へと向けられると、前記演算制御部１４は前記測定方向撮像部２１に前記測定対象２の測定部位２ａを含む前記観察画像８１を取得させる。該観察画像８１の中心と前記測量装置本体４の前記基準光軸Ｏとは、既知の角度（図３では６°）ずれている。
【0143】
ＳＴＥＰ：０２ 作業者は、取得された前記観察画像８１の中から、所定の前記追尾点８７を指定する。該追尾点８７は、図８（Ａ）に示される様に、例えば構造物の角等、前記測定部位２ａの特徴を有する点が指定される。前記観察画像８１中で指定された点は、画像中心に対する位置（座標）を求めることができる。又、前記第１撮像光軸６１と前記基準光軸Ｏとの既知の傾斜角から、前記追尾点８７の前記基準光軸Ｏに対する偏角が演算される。
【0144】
ＳＴＥＰ：０３ 前記追尾点８７が指定されると、前記演算制御部１４は、前記追尾点８７を中心として所定範囲を有する前記視準画像８２を前記観察画像８１から切出す。この時の前記視準画像８２を基準視準画像８２ａとして設定する（図８（Ｂ）参照）。又、この時の前記基準光軸Ｏに対する偏角を有し、前記追尾点８７を視準する光軸を視準光軸とする。
【0145】
次に、前記演算制御部１４は前記光軸偏向部１９を制御し、前記追尾点８７（視準光軸）を中心として、微小スキャンパターン８８による局所スキャンを実行する。該微小スキャンパターン８８は、例えば前記測距光３３を微小な円状にスキャンする微小円スキャンのスキャンパターンである。
【0146】
前記微小スキャンパターン８８の実行により、前記追尾点８７（視準光軸）を中心とするスキャン軌跡に沿った測距データが得られる。尚、前記微小スキャンパターン８８のパターン形状としては、上記した微小円スキャンの他に、花びらパターン、直線パターン等、所定のスキャンパターンが適用可能である。
【0147】
前記基準視準画像８２ａが設定され、該基準視準画像８２ａでの前記微小スキャンパターン８８が実行されると、前記演算制御部１４は、前記基準視準画像８２ａを基準とした前記追尾点８７の追尾を開始する。
【0148】
ＳＴＥＰ：０４ 追尾が開始されると、前記演算制御部１４は、前記撮像制御部１６を制御し、新たな前記視準画像８２を取得させる。
【0149】
前記一脚３に支持された前記測量装置本体４は、前記補助脚６を使用したとしても完全に安定しているとは言えず、前記視準画像８２（即ち視準光軸）は不安定に変動している。従って、前記基準視準画像８２ａと前記視準画像８２との間ではズレを生じている場合がある。
【0150】
ＳＴＥＰ：０５ 前記演算制御部１４は、例えば相関処理により前記基準視準画像８２ａと前記視準画像８２との画像マッチングを実行する。画像マッチングにより、前記基準視準画像８２ａに対する前記視準画像８２のズレ量が演算される。
【0151】
ズレ量は、前記視準画像８２の中心に対する前記基準視準画像８２ａ取得時に実行された前記微小スキャンパターン８８の中心（前記追尾点８７）のズレ量であり、ズレ量、ズレ方向は画像の移動量として求められる。更に、１画素を４画素に拡大して扱い相関処理することで、サブピクセルの精度で移動量（変位量）を求めることができる。
【0152】
尚、前記視準画像８２の取得時に前記測量装置本体４の位置が変化していなかった場合には、両画像間で位置ズレを生じず、前記視準画像８２上で視準光軸（前記微小スキャンパターン８８の中心）と前記追尾点８７とが合致した状態となる。一方で、前記測量装置本体４が傾斜、回転していた場合には、両画像間で位置ズレを生じ、前記視準画像８２上で前記追尾点８７と視準光軸とが合致しない。
【0153】
図９（Ａ）～図９（Ｄ）は、前記基準視準画像８２ａと前記視準画像８２との間に位置ズレが生じていた状態で、微小スキャンパターン８８を実行した場合の、両画像間のスキャン軌跡の位置を示している。尚、図９（Ａ）～図９（Ｄ）中、破線は前記基準視準画像８２ａでのスキャン軌跡を示し、実線は前記視準画像８２でのスキャン軌跡を示している。
【0154】
図９（Ａ）は、視準光軸が前記追尾点８７よりも右側に向けられた状態を示している。又、図９（Ｂ）は、視準光軸が前記追尾点８７よりも左側に向けられた状態を示している。又、図９（Ｃ）は、視準光軸が前記追尾点８７よりも下側に向けられた状態を示している。又、図９（Ｄ）は、視準光軸が前記追尾点８７よりも上側に向けられた状態を示している。
【0155】
尚、前記基準視準画像８２ａと前記視準画像８２に含まれる前記追尾点８７は同一位置（同一座標）であり、画像の傾きについては前記姿勢検出器２０からの検出結果により鉛直画像（或は水平画像）に修正することができる。従って、各視準画像８２間の前記追尾点８７の位置を多数比較することで、画像間の移動量を画像の画素以下（サブピクセル）で検出することができ、移動量を高精度に求めることができる。又、検出結果に基づき、画像を重ね合わせ平均（積算処理）することで、高精細化を行うことができる。実際には、１画素を４分割で表して重ね平均する。これにより、前記発光素子２７の総画素数の４倍の画素数と同等の精度で精細画像を作成することができる。
【0156】
ＳＴＥＰ：０６ 前記演算制御部１４は、ＳＴＥＰ：０５で演算した移動量、移動方向に基づき、視準光軸が前記追尾点８７に合致する様、前記光軸偏向部１９を制御する。即ち、前記演算制御部１４は、前記追尾点８７が常に前記視準画像８２の中心に位置する様に、前記光軸偏向部１９を制御する。
【0157】
ＳＴＥＰ：０７ 前記演算制御部１４は、視準光軸を前記追尾点８７に合致させた後、再度前記微小スキャンパターン８８を実行する。
【0158】
ＳＴＥＰ：０８ 前記演算制御部１４は、前記微小スキャンパターン８８の軌跡に沿った点群データが充分に取得される迄、ＳＴＥＰ：０４～ＳＴＥＰ：０７の処理を繰返す。又、前記演算制御部１４は、前記視準画像８２内の局所スキャンが完了すると、前記測量装置本体４に前記追尾点８７の追尾を終了させる。
【0159】
上記作用をリアルタイムで実行することで、前記測量装置本体４が揺れ、回転した場合であっても、常に視準光軸を前記追尾点８７に合致させる（即ち、追尾させる）ことができる。
【0160】
ＳＴＥＰ：０９ 追尾が終了すると、前記演算制御部１４は、繰返し実行された局所スキャンにより得られたスキャン結果（測定結果）と、多数の前記視準画像８２を積算処理して得られた精細画像を前記表示部６８に表示する。
【0161】
次に、図１０を参照して、前記測定部位２ａの角部９１の３次元座標を取得する為の演算方法について説明する。
【0162】
前記演算制御部１４は、前記視準画像８２から画像処理（例えば、エッジ検出）によりエッジ検出（稜線検出）を行い、抽出したエッジ（稜線）９２ａ～９２ｃの傾斜を演算する。又、前記演算制御部１４は、前記稜線９２ａ～９２ｃと前記微小スキャンパターン８８（スキャン軌跡）との交点を求め、該微小スキャンパターン８８の軌跡に沿って得られた測定結果から交点の３次元座標を演算する。尚、前記微小スキャンパターン８８の測定結果は、繰返し実行されて得られた測定結果を平均した値を用いるのが望ましい。
【0163】
又、前記演算制御部１４は、前記稜線９２ａ～９２ｃの傾斜と交点の３次元座標に基づき、前記稜線９２ａ～９２ｃの式をそれぞれ演算する。
【0164】
更に、前記演算制御部１４は、前記稜線９２ａと前記稜線９２ｂと前記稜線９２ｃとの交点を演算することで、前記角部９１の３次元座標を求めることができる。
【0165】
上述の様に、本実施例では、前記観察画像８１中から前記追尾点８７を設定し、該追尾点８７を中心とする前記視準画像８２を切出し、該追尾点８７が常に前記視準画像８２の中心に位置する様局所スキャンにより前記追尾点８７を追尾している。
【0166】
従って、局所スキャン中、前記測量装置本体４の傾きや回転により、該測量装置本体４の視準方向が変化した場合であっても、安定して前記追尾点８７を中心とした測定を行うことができ、測定精度の向上を図ることができる。
【0167】
又、本実施例では、前記基準視準画像８２ａに対する前記視準画像８２の移動量に基づき、前記追尾点８７の追尾を行っている。追尾を行なう際には、１画素を４分割して画像間の移動量を画素以下（サブピクセル）で検出することができるので、追尾を高精度に行うことができる。
【0168】
又、１画素を４分割することで、前記撮像素子６３の総画素数の４倍の画素数と同等の精度で精細画像を作成することができるので、安価に高精度な精細画像を取得することができる。
【0169】
又、本実施例では、前記一脚３の下端を含む前記下方画像８０を取得し、該下方画像８０に基づき前記回転検出画像７７を取得し、回転前後の該回転検出画像７７間の回転変化に基づき、前記測量装置本体４の回転角を求めている。
【0170】
従って、エンコーダ等の回転角検出器を別途設けることなく前記測量装置本体４の回転角を検出できるので、該測量装置本体４の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。
【0171】
更に、本実施例では、前記測距部２４による測距結果と、前記射出方向検出部２２の検出結果と、前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき、前記測量装置本体４の設置位置を基準とした前記測定対象２の３次元座標を求めることができる。従って、前記測量装置本体４を垂直に設置する必要がなく、設置時間を短縮でき、熟練も要さないので、容易に短時間で前記測量装置１を設置できる。又、頻繁に前記測量装置本体４の向きや位置を変更する場合も、容易に短時間で測定を実行することができる。
【0172】
尚、本実施例では、設定した前記追尾点８７を中心として前記視準画像８２を切出し、前記追尾点８７を追尾しつつ前記視準画像８２内を局所スキャンする場合について説明している。一方で、前記観察画像８１中に前記追尾点８７を設定し、前記観察画像８１内を全域スキャンしつつ前記追尾点８７が前記基準光軸Ｏと合致する様前記追尾点８７を追尾してもよい。
【0173】
又、本実施例では、前記微小スキャンパターン８８を微小円スキャンにより形成しているが、該微小スキャンパターン８８は円形状に限られるものではない。例えば、該微小スキャンパターン８８を８の字スキャンにて形成してもよいし、ラスタスキャンやその他のスキャンパターンにより形成してもよい。
【0174】
更に、本実施例では、前記追尾点８７が常に前記視準画像８２の中心に位置する様、前記追尾点８７を追尾しているが、前記基準視準画像８２ａ取得時に実行される前記微小スキャンパターン８８を基準微小スキャンパターン８９とし、前記追尾点８７が前記基準微小スキャンパターン８９内に位置する様、前記追尾点８７を追尾してもよい。
【符号の説明】
【0175】
１ 測量装置
３ 一脚
４ 測量装置本体
５ 下方撮像部
１１ 測距光射出部
１２ 受光部
１３ 測距演算部
１４ 演算制御部
１６ 撮像制御部
１９ 光軸偏向部
２０ 姿勢検出器
２１ 測定方向撮像部
２２ 射出方向検出部
２４ 測距部
３３ 測距光
３５ 測距光軸
７７ 回転検出画像
８７ 追尾点
８８ 微小スキャンパターン
９１ 角部
９２ａ，９２ｂ，９２ｃ 稜線
３ 一脚
４ 測量装置本体
５ 下方撮像部
１１ 測距光射出部
１２ 受光部
１３ 測距演算部
１４ 演算制御部
１６ 撮像制御部
１９ 光軸偏向部
２０ 姿勢検出器
２１ 測定方向撮像部
２２ 射出方向検出部
２４ 測距部
３３ 測距光
３５ 測距光軸
７７ 回転検出画像
８７ 追尾点
８８ 微小スキャンパターン
９１ 角部
９２ａ，９２ｂ，９２ｃ 稜線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
