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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】
(24)【登録日】2022-10-07
(45)【発行日】2022-10-18
(54)【発明の名称】レーザスキャナ
(51)【国際特許分類】
G01C 3/06 20060101AFI20221011BHJP
G01C 15/00 20060101ALI20221011BHJP
【ＦＩ】
G01C3/06 140
G01C15/00 103E
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021145600
(22)【出願日】2021-09-07
(62)【分割の表示】P 2017075434の分割
【原出願日】2017-04-05
(65)【公開番号】P2022000645
(43)【公開日】2022-01-04
【審査請求日】2021-09-07
(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】吉野 健一郎
【審査官】櫻井 仁
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－２５５１４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２４１２７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１５６１３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１３９０３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３２７６４７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｃ １／００－１５／１４
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測距光を測定対象面に照射し、前記測距光が照射された測定点の距離を測定する距離測定部と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、前記托架部に鉛直回転軸を中心に鉛直回転可能に設けられ、鉛直回転モータにより鉛直回転して前記測距光を走査する走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記距離測定部による測距と前記托架部の回転と前記走査鏡の回転とを制御する演算制御部とを具備し、該演算制御部は半径方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第１測定点間隔と設定し、円周方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第２測定点間隔と設定し、前記走査鏡を所定回数回転させ、半径方向に前記測距光を走査して得られた各測定点を測距した際の前記距離測定部による測距値と、前記鉛直角検出部による鉛直角値とに基づき前記測定点に対する前記走査鏡の高さと前記測定点迄の水平距離を演算し、予め設定された前記第１測定点間隔と、半径方向に沿って隣接する測定点間の間隔が前記第１測定点間隔となる第１測定角度間隔と、前記第２測定点間隔に基づき、演算された高さと水平距離から前記測定点間の間隔が前記第１測定点間隔となる前記測定点を選択し、該選択された測定点から円周方向の間隔が前記第２測定点間隔となる第２測定角度間隔を演算し、前記托架部を水平回転させ、前記走査鏡を鉛直回転させて前記測距光を回転照射し、前記第１測定角度間隔と前記第２測定角度間隔に基づき前記測定対象面の点群データを取得するレーザスキャナ。
【請求項2】
測距光を測定対象面に照射し、前記測距光が照射された測定点の距離を測定する距離測定部と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、前記托架部に鉛直回転軸を中心に鉛直回転可能に設けられ、鉛直回転モータにより鉛直回転して前記測距光を走査する走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記距離測定部による測距と前記托架部の回転と前記走査鏡の回転とを制御する演算制御部とを具備し、該演算制御部は半径方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第１測定点間隔と設定し、円周方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第２測定点間隔と設定し、前記走査鏡を所定回数回転させ、半径方向に前記測距光を走査して得られた各測定点を測距した際の前記距離測定部による測距値と、前記鉛直角検出部による鉛直角値とに基づき前記測定点に対する前記走査鏡の高さと前記測定点迄の水平距離を演算し、予め設定された前記第１測定点間隔と、前記第２測定点間隔と、前記測定点迄の水平距離に基づき、該水平距離を満たす前記測定点を選択し、該選択された測定点から半径方向の間隔が前記第１測定点間隔となる第１測定角度間隔を演算し、前記選択された測定点から円周方向の間隔が前記第２測定点間隔となる第２測定角度間隔を演算し、前記托架部を水平回転させ、前記走査鏡を鉛直回転させて前記測距光を回転照射し、前記第１測定角度間隔と前記第２測定角度間隔に基づき前記測定対象面の点群データを取得するレーザスキャナ。
【請求項3】
前記演算制御部は、前記測定対象面に対して前記測距光を走査させ、各測定点毎の斜距離と少なくとも前記走査鏡の鉛直角とに基づき、各測定点に対する前記走査鏡の高さと水平距離とをそれぞれ演算し、各測定点毎の前記走査鏡の高さと前記水平距離とに基づき前記測定対象面の概略形状を演算する請求項１又は請求項２に記載のレーザスキャナ。
【請求項4】
選択された測定点での前記第１測定点間隔と前記第２測定点間隔とを一致又は略一致させた請求項１～請求項３の内いずれか１つに記載のレーザスキャナ。
【請求項5】
前記演算制御部は、前記第１測定点間隔を満たさない測定点のデータを取得しない様構成された請求項１～請求項４の内いずれか１つに記載のレーザスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、点群データを取得するレーザスキャナに関するものである。
【背景技術】
【0002】
レーザスキャナは、測距光を鉛直方向に走査しつつ、水平方向に回転させることで、測定対象物の３次元形状を点群データとして取得する。
【0003】
三脚上に設置したレーザスキャナで水平な地面や路面等の測定対象面を測定した場合、円周方向（接線方向）に隣接する測定点間の間隔（測定点間隔）は、レーザスキャナからの距離の１次関数で広がる。一方で、半径方向（放射方向）に隣接する測定点間の間隔（測定点間隔）は、レーザスキャナからの距離の２次関数で広がる。
【0004】
従来のレーザスキャナも、円周方向、半径方向で独立して測定点間の角度間隔（測定角度間隔）を設定する機能を有しているが、円周方向、半径方向共に同一の角度間隔で測定を行うのが一般的である。従って、測定対象面である地面や路面に対し、半径方向の測定角度間隔が所望の間隔となる様設定し、設定した角度で円周方向の測定角度間隔を設定している。
【0005】
然し乍ら、上記した様に、半径方向の測定点間隔は、レーザスキャナからの距離の２次関数で広がるので、レーザスキャナから離れた位置で所望の測定点間隔を得ようとする場合、測定角度間隔を小さくする必要がある。この場合、円周方向の測定点間隔が極めて小さくなり、取得される点群データのデータ数が増加する。この為、点群データの取得に時間が掛かり、点群データを用いた演算の時間と負担が増大していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１４－８５１３４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、取得される点群データのデータ数を低減し、演算負担の低減、処理時間の短縮を図るレーザスキャナ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、測距光を測定対象面に照射し、前記測距光が照射された測定点の距離を測定する距離測定部と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、前記托架部に鉛直回転軸を中心に鉛直回転可能に設けられ、鉛直回転モータにより鉛直回転して前記測距光を走査する走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記距離測定部による測距と前記托架部の回転と前記走査鏡の回転とを制御する演算制御部とを具備し、該演算制御部は半径方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第１測定点間隔と設定し、円周方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第２測定点間隔と設定し、前記走査鏡を所定回数回転させ、半径方向に前記測距光を走査して得られた各測定点を測距した際の前記距離測定部による測距値と、前記鉛直角検出部による鉛直角値とに基づき前記測定点に対する前記走査鏡の高さと前記測定点迄の水平距離を演算し、予め設定された前記第１測定点間隔と、半径方向に沿って隣接する測定点間の間隔が前記第１測定点間隔となる第１測定角度間隔と、前記第２測定点間隔に基づき、演算された高さと水平距離から前記測定点間の間隔が前記第１測定点間隔となる前記測定点を選択し、該選択された測定点から円周方向の間隔が前記第２測定点間隔となる第２測定角度間隔を演算し、前記托架部を水平回転させ、前記走査鏡を鉛直回転させて前記測距光を回転照射し、前記第１測定角度間隔と前記第２測定角度間隔に基づき前記測定対象面の点群データを取得するレーザスキャナに係るものである。
【0009】
又本発明は、測距光を測定対象面に照射し、前記測距光が照射された測定点の距離を測定する距離測定部と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、前記托架部に鉛直回転軸を中心に鉛直回転可能に設けられ、鉛直回転モータにより鉛直回転して前記測距光を走査する走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記距離測定部による測距と前記托架部の回転と前記走査鏡の回転とを制御する演算制御部とを具備し、該演算制御部は半径方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第１測定点間隔と設定し、円周方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第２測定点間隔と設定し、前記走査鏡を所定回数回転させ、半径方向に前記測距光を走査して得られた各測定点を測距した際の前記距離測定部による測距値と、前記鉛直角検出部による鉛直角値とに基づき前記測定点に対する前記走査鏡の高さと前記測定点迄の水平距離を演算し、予め設定された前記第１測定点間隔と、前記第２測定点間隔と、前記測定点迄の水平距離に基づき、該水平距離を満たす前記測定点を選択し、該選択された測定点から半径方向の間隔が前記第１測定点間隔となる第１測定角度間隔を演算し、前記選択された測定点から円周方向の間隔が前記第２測定点間隔となる第２測定角度間隔を演算し、前記托架部を水平回転させ、前記走査鏡を鉛直回転させて前記測距光を回転照射し、前記第１測定角度間隔と前記第２測定角度間隔に基づき前記測定対象面の点群データを取得するレーザスキャナに係るものである。
【0010】
又本発明は、前記演算制御部は、前記測定対象面に対して前記測距光を走査させ、各測定点毎の斜距離と少なくとも前記走査鏡の鉛直角とに基づき、各測定点に対する前記走査鏡の高さと水平距離とをそれぞれ演算し、各測定点毎の前記走査鏡の高さと前記水平距離とに基づき前記測定対象面の概略形状を演算するレーザスキャナに係るものである。
【0011】
又本発明は、選択された測定点での前記第１測定点間隔と前記第２測定点間隔とを一致又は略一致させたレーザスキャナに係るものである。
【0012】
更に又本発明は、前記演算制御部は、前記第１測定点間隔を満たさない測定点のデータを取得しない様構成されたレーザスキャナに係るものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、測距光を測定対象面に照射し、前記測距光が照射された測定点の距離を測定する距離測定部と、水平回転モータにより水平回転軸を中心に水平回転する托架部と、前記托架部に鉛直回転軸を中心に鉛直回転可能に設けられ、鉛直回転モータにより鉛直回転して前記測距光を走査する走査鏡と、前記托架部の水平角を検出する水平角検出部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する鉛直角検出部と、前記距離測定部による測距と前記托架部の回転と前記走査鏡の回転とを制御する演算制御部とを具備し、該演算制御部は半径方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第１測定点間隔と設定し、円周方向に沿って隣接する測定点間の所定の間隔を第２測定点間隔と設定し、前記走査鏡を所定回数回転させ、半径方向に前記測距光を走査して得られた各測定点を測距した際の前記距離測定部による測距値と、前記鉛直角検出部による鉛直角値とに基づき前記測定点に対する前記走査鏡の高さと前記測定点迄の水平距離を演算し、予め設定された前記第１測定点間隔と、半径方向に沿って隣接する測定点間の間隔が前記第１測定点間隔となる第１測定角度間隔と、前記第２測定点間隔に基づき、演算された高さと水平距離から前記測定点間の間隔が前記第１測定点間隔となる前記測定点を選択し、該選択された測定点から円周方向の間隔が前記第２測定点間隔となる第２測定角度間隔を演算し、前記托架部を水平回転させ、前記走査鏡を鉛直回転させて前記測距光を回転照射し、前記第１測定角度間隔と前記第２測定角度間隔に基づき前記測定対象面の点群データを取得するので、取得されるデータ数が大幅に低減され、点群データの取得時間、前記演算制御部の演算負担が低減され、測距開始から点群データの取得迄の処理時間を大幅に短縮す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】本発明の実施例に係るレーザスキャナを示す正断面図である。
【図2】半径方向の測定点間隔と測定角度間隔について説明する説明図である。
【図3】円周方向の測定点間隔と測定角度間隔について説明する説明図である。
【図4】半径方向と円周方向の測定角度間隔を一致させた場合の、半径方向と円周方向の測定点間隔を示すグラフである。
【図5】半径方向と円周方向の測定角度間隔を異ならせた場合の、半径方向と円周方向の測定点間隔を示すグラフである。
【図6】測定対象面が傾斜している場合の、機械高と比高とを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】
先ず、図１に於いて、本発明の実施例に係るレーザスキャナについて説明する。
【0017】
レーザスキャナ１は、三脚２２（図２参照）に取付けられた整準部２と、該整準部２に取付けられたスキャナ本体３とから構成される。
【0018】
前記整準部２は整準ネジ３３を有し、該整準ネジ３３により前記スキャナ本体３の整準を行う。
【0019】
該スキャナ本体３は、固定部４と、托架部５と、水平回転軸６と、水平回転軸受７と、水平回転駆動部としての水平回転モータ８と、水平角検出部としての水平角エンコーダ９と、鉛直回転軸１１と、鉛直回転軸受１２と、鉛直回転駆動部としての鉛直回転モータ１３と、鉛直角検出部としての鉛直角エンコーダ１４と、鉛直回転部である走査鏡１５と、操作部と表示部とを兼用する操作パネル１６と、演算制御部１７と、記憶部１８と、距離測定部１９等を具備している。
【0020】
前記水平回転軸受７は前記固定部４に固定される。前記水平回転軸６は鉛直な軸心６ａを有し、前記水平回転軸６は前記水平回転軸受７に回転自在に支持される。又、前記托架部５は前記水平回転軸６に支持され、前記托架部５は水平方向に前記水平回転軸６と一体に回転する様になっている。
【0021】
前記水平回転軸受７と前記托架部５との間には前記水平回転モータ８が設けられ、該水平回転モータ８は前記演算制御部１７により制御される。該演算制御部１７は、前記水平回転モータ８により、前記托架部５を前記軸心６ａを中心に回転させる。
【0022】
前記托架部５の前記固定部４に対する相対回転角は、前記水平角エンコーダ９によって検出される。該水平角エンコーダ９からの検出信号は前記演算制御部１７に入力され、該演算制御部１７により水平角データが演算される。該演算制御部１７は、前記水平角データに基づき、前記水平回転モータ８に対するフィードバック制御を行う。
【0023】
又、前記托架部５には、水平な軸心１１ａを有する前記鉛直回転軸１１が設けられている。該鉛直回転軸１１は、前記鉛直回転軸受１２を介して回転自在となっている。尚、前記軸心６ａと前記軸心１１ａの交点が、測距光の射出位置であり、前記スキャナ本体３の座標系の原点となっている。
【0024】
前記托架部５には、凹部２３が形成されている。前記鉛直回転軸１１は、一端部が前記凹部２３内に延出し、前記一端部に前記走査鏡１５が固着され、該走査鏡１５は前記凹部２３に収納されている。又、前記鉛直回転軸１１の他端部には、前記鉛直角エンコーダ１４が設けられている。
【0025】
前記鉛直回転軸１１に前記鉛直回転モータ１３が設けられ、該鉛直回転モータ１３は前記演算制御部１７に制御される。該演算制御部１７は、前記鉛直回転モータ１３により前記鉛直回転軸１１を回転させ、前記走査鏡１５は前記軸心１１ａを中心に回転される。
【0026】
前記走査鏡１５の回転角は、前記鉛直角エンコーダ１４によって検出され、検出信号は前記演算制御部１７に入力される。該演算制御部１７は、検出信号に基づき前記走査鏡１５の鉛直角データを演算し、該鉛直角データに基づき前記鉛直回転モータ１３に対するフィードバック制御を行う。
【0027】
又、前記演算制御部１７で演算された水平角データ、鉛直角データや測定結果、測定点間隔（後述）、測定角度間隔（後述）は、前記記憶部１８に保存される。該記憶部１８には、ＨＤＤ、ＣＤ、メモリカード等種々の記憶手段が用いられる。該記憶部１８は、前記托架部５に対して着脱可能であってもよく、或は図示しない通信手段を介して外部記憶装置や外部データ処理装置にデータを送出可能としてもよい。
【0028】
前記操作パネル１６は、例えばタッチパネルであり、測距の指示や測定条件、例えば測定点間隔の変更等を行う操作部と、測距結果等を表示する表示部とを兼用している。
【0029】
次に、前記距離測定部１９について説明する。
【0030】
発光素子２６からパルス光の測距光が射出される。測距光は、投光光学系２７、ビームスプリッタ２８を介して射出される。該ビームスプリッタ２８から射出される測距光の光軸は、前記軸心１１ａと合致しており、測距光は前記走査鏡１５によって直角に偏向される。該走査鏡１５が前記軸心１１ａを中心に回転することで、測距光は前記軸心１１ａと直交し、且つ前記軸心６ａを含む平面内で回転（走査）される。
【0031】
測定対象物で反射された測距光（以下反射測距光）は、前記走査鏡１５に入射し、該走査鏡１５で偏向される。該走査鏡１５で偏向された反射測距光は、前記ビームスプリッタ２８、受光光学系２９を経て受光素子３１で受光される。
【0032】
前記距離測定部１９は、前記発光素子２６の発光タイミングと、前記受光素子３１の受光タイミングの時間差（即ち、パルス光の往復時間）に基づき、測距光の１パルス毎に測距を実行する（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）。前記発光素子２６は、発光のタイミング、即ちパルス間隔が変更可能となっている。
【0033】
尚、前記距離測定部１９には内部参照光学系（図示せず）が設けられ、該内部参照光学系で受光した測距光の受光タイミングと、反射測距光の受光タイミングとの時間差により測距を行うことで、より高精度な測距が可能となる。
【0034】
前記托架部５と前記走査鏡１５とがそれぞれ定速で回転し、該走査鏡１５の鉛直方向の回転と、前記托架部５の水平方向の回転との協働により、測距光が２次元に走査される。又、パルス光毎の測距により測距データ（斜距離）が得られ、各パルス光毎に前記鉛直角エンコーダ１４、前記水平角エンコーダ９により鉛直角、水平角を検出することで、鉛直角データ、水平角データが取得できる。鉛直角データ、水平角データ、測距データとにより、測定対象物に対応する３次元の点群データが取得できる。
【0035】
【0036】
【0037】
半径方向の測定点間隔を設定する場合には、例えば前記レーザスキャナ１から所望の距離の地面や路面等の測定対象面にある測定点３２を基準として、該測定点３２と半径方向に沿って前記レーザスキャナ１から離反する方向に隣接する測定点３２ａとの間隔が設定される。
【0038】
ここで、図２に示される様に、前記レーザスキャナ１の機械高（設置点から測距光の照射位置（前記走査鏡１５の回転中心）迄の高さ）をＨ、該レーザスキャナ１から前記測定点３２迄の水平距離（設置点から前記測定点３２迄の距離）をＲ、前記測定点３２，３２ａ間の距離（半径測定点間隔）、即ち第１測定点間隔をＳ１とした場合、前記測定点３２と前記測定点３２ａを測距した際の前記走査鏡１５の鉛直角の差分である半径方向の測定角度間隔（前記走査鏡１５の回転角度ピッチ）、即ち第１測定角度間隔Ａｅは以下の式で表すことができる。
【0039】
Ａｅ＝ｔａｎ-1（（Ｓ１＋Ｒ）／Ｈ）－ｔａｎ-1（Ｒ／Ｈ）（式１）
【0040】
機械高Ｈは作業者により実測され、前記操作パネル１６を介して入力されている。測定対象面に対する高さが既知となった機械高Ｈと、前記操作パネル１６を介して所望の水平距離と第１測定点間隔Ｓ１を入力することで、前記演算制御部１７は前記測定点３２に於いて測定点間隔がＳ１となる第１測定角度間隔Ａｅを演算することができる。
【0041】
図３は、円周方向の測定点間隔を説明する説明図となっており、前記レーザスキャナ１を上面から見た状態を示している。円周方向の測定点間隔を設定する場合には、例えば前記レーザスキャナ１から所望の距離の測定対象面にある前記測定点３２を基準として、円周方向に沿って隣接する測定点３２ｂとの間隔が設定される。
【0042】
ここで、図３に示される様に、前記レーザスキャナ１から前記測定点３２迄の水平距離をＲ、前記測定点３２，３２ｂ間の距離（円周測定点間隔）、即ち第２測定点間隔をＳ２とした場合、前記測定点３２と前記測定点３２ｂを測距した際の前記托架部５の水平角の差分である円周方向の測定角度間隔（前記托架部５の回転角度ピッチ）、即ち第２測定角度間隔Ａａは以下の式で表すことができる。
【0043】
Ａａ＝２×ｓｉｎ-1（Ｓ２／（２×Ｒ））（式２）
【0044】
前記レーザスキャナ１と前記測定点３２との水平距離Ｒは、図２の場合と同様に演算される。又、前記操作パネル１６を介して第２測定点間隔Ｓ２を入力することで、前記演算制御部１７は前記測定点３２に於いて測定点間隔がＳ２となる第２測定角度間隔Ａａを演算することができる。
【0045】
図４は、例として、前記レーザスキャナ１の機械高Ｈを１．５ｍとし、第１測定角度間隔Ａｅと第２測定角度間隔Ａａを共に０．３１ミリラジアンとした場合の、第１測定点間隔Ｓ１と第２測定点間隔Ｓ２の分布を示したグラフである。尚、図４のグラフは、縦軸を隣接する測定点の間隔とし、横軸を前記レーザスキャナ１から前記測定点３２迄の距離としている。又、図４中、３４は第２測定点間隔Ｓ２の分布を示す直線であり、３５は第１測定点間隔Ｓ１の分布を示す曲線である。
【0046】
図４に示される様に、前記直線３４では、第２測定点間隔Ｓ２が前記レーザスキャナ１からの距離に比例した１次関数で広がっていくのに対し、前記曲線３５では、第１測定点間隔Ｓ１は２次関数で広がっていく。従って、前記レーザスキャナ１と前記測定点３２迄の距離が大きくなる程、第１測定点間隔Ｓ１と第２測定点間隔Ｓ２との差が大きくなる。
【0047】
例えば、前記測定点３２が前記レーザスキャナ１から２２ｍの位置にある場合、即ち水平距離Ｒが２２ｍである場合、第１測定点間隔Ｓ１は約０．１ｍであり、第２測定点間隔Ｓ２は０．００６２ｍとなる。
【0048】
上記した様に、第１測定角度間隔Ａｅと第２測定角度間隔Ａａとを一致させた場合、前記レーザスキャナ１から離れた位置では、第２測定点間隔Ｓ２が第１測定点間隔Ｓ１と比べて非常に高密度となる。従って、点群データの取得に時間が掛かり、又前記演算制御部１７の演算負担も大きくなる。
【0049】
又、点群データ取得後の後処理工程に於いて、所望の測定点間隔に満たない測定点を削除し、所望の測定点間隔となった点群データを用いて各種処理を行うので、無駄が多い。
【0050】
そこで、本実施例では、前記レーザスキャナ１から所望の距離にある前記測定点３２の第２測定点間隔Ｓ２を、第１測定点間隔Ｓ１と同一又は略同一の値とし、点群データの取得データ数を低減し、取得時間及び演算負担の低減を図っている。
【0051】
図５は、例えば前記レーザスキャナ１から２２ｍの位置にある前記測定点３２に於いて、第２測定点間隔Ｓ２を第１測定点間隔Ｓ１と同等の約０．１ｍとした場合の、第１測定点間隔Ｓ１と第２測定点間隔Ｓ２の分布を示したグラフである。
【0052】
この時の第２測定角度間隔Ａａは、（式２）の水平距離Ｒに２２ｍを代入し、第２測定点間隔Ｓ２に０．１ｍを代入することで演算することができる。この時の第２測定角度間隔Ａａは４．６ミリラジアンとなる。
【0053】
上記の様に、前記レーザスキャナ１から２２ｍ離れた前記測定点３２に於いて、第２測定点間隔Ｓ２を第１測定点間隔Ｓ１と一致させることで、取得される点群データのデータ数を１４．８分の１にまで低減させることができる。
【0054】
尚、点群データを取得する際には、前記托架部５と前記走査鏡１５とはそれぞれ異なる速度で定速回転している。従って、各測定点で取得される測距データの間隔は、前記発光素子２６の発光タイミングで制御される。或は、前記演算制御部１７による内部処理で第１測定角度間隔Ａｅ、第２測定角度間隔Ａａに満たない測定角度間隔で照射された測距光からの測定結果を破棄する様にしてもよい。
【0055】
尚、前記曲線３５の曲線形状は、前記レーザスキャナ１の機械高Ｈと第１測定角度間隔Ａｅとで決定される。通常、機械高Ｈの高さは略一定なので、前記曲線３５の曲線形状を変更する場合には、第１測定角度間隔Ａｅが変更される。又、前記直線３４の直線形状（傾き）は、第２測定角度間隔Ａａによって決定される。
【0056】
第１測定角度間隔Ａｅを変更することで、所望の距離にある前記測定点３２に於いて、所望の第１測定点間隔Ｓ１を得ることができる。又、第２測定角度間隔Ａａを変更することで、所望の距離にある前記測定点３２に於いて、所望の第２測定点間隔Ｓ２を得ることができる。
【0057】
本実施例では、前記レーザスキャナ１から所望の距離にある測定点を選択し、選択された測定点迄の水平距離Ｒと機械高Ｈとから、予め設定した第１測定点間隔Ｓ１が得られる第１測定角度間隔Ａｅを演算する。その後、前記測定点で前記曲線３５と交差する様、前記直線３４の傾きを設定する。これにより、選択された測定点で第１測定点間隔Ｓ１と第２測定点間隔Ｓ２とが等しくなる時の第２測定角度間隔Ａａを求めることができる。
【0058】
或は、第１測定角度間隔Ａｅを予め設定した角度で固定とし、機械高Ｈと第１測定角度間隔Ａｅとから半径方向に沿って存在する測定点の分布を演算する。又、演算で求められた各測定点から、予め設定した第１測定点間隔Ｓ１が得られる測定点を選択する。最後に、選択された測定点で前記曲線３５と交差する様、前記直線３４の傾きを設定する。これにより、選択された測定点で第１測定点間隔Ｓ１と第２測定点間隔Ｓ２とが等しくなる時の第２測定角度間隔Ａａを求めてもよい。
【0059】
尚、第１測定点間隔Ｓ１と第２測定点間隔Ｓ２との関係は常に一致させる必要はなく、点群データの用途等に応じて適宜設定される。例えば、選択された測定点に於いて、第２測定点間隔Ｓ２が第１測定点間隔Ｓ１の半分となる様にしてもよい。
【0060】
この場合、選択された測定点で測定点間隔が前記曲線３５の半分となる位置を前記直線３４が通過する様、該直線３４の傾きを設定する。これにより、選択された測定点で第２測定点間隔Ｓ２が第１測定点間隔Ｓ１の半分となる時の第２測定角度間隔Ａａを求めることができる。
【0061】
上述の様に、本実施例では、前記レーザスキャナ１から所望の距離にある前記測定点３２を選択し、該測定点３２迄の水平距離Ｒと機械高Ｈとから予め設定した第１測定点間隔Ｓ１が得られる第１測定角度間隔Ａｅを設定し、前記測定点３２で予め設定した第２測定点間隔Ｓ２、即ち第１測定点間隔Ｓ１と同一又は略同一の第２測定点間隔Ｓ２が得られる様に第２測定角度間隔Ａａを設定している。
【0062】
従って、円周方向の点群データの密度が減少し、取得されるデータ数が大幅に低減されるので、点群データの取得時間、前記演算制御部１７の演算負担が低減され、測距開始から点群データの取得迄の処理時間を大幅に短縮することができる。
【0063】
又、選択した前記測定点３２に於いて、設定された第２測定点間隔Ｓ２を満たす測定点のデータのみが取得され、第２測定点間隔Ｓ２に満たない測定点を後処理にて間引く必要がないので、処理工程の低減が図れ、処理時間の短縮、作業性の向上を図ることができる。
【0064】
尚、本実施例では、前記レーザスキャナ１の機械高Ｈは作業者により実測され、前記操作パネル１６を介して入力されており、既知となった状態で演算が行われるが、自動で機械高Ｈを求めてもよい。例えば、測定対象面が水平である場合には、前記レーザスキャナ１により任意の１点（図６中では測定点３２）を測距した際の測距データ（斜距離）と、鉛直角データとに基づき、機械高Ｈ（比高ｈ、図６参照）や水平距離Ｒを演算することができる。又、演算された機械高Ｈと水平距離Ｒとにより、第１測定角度間隔Ａｅ、第２測定角度間隔Ａａが演算される。
【0065】
又、図６に示される様に、測定対象面が傾斜している場合には、任意の前記測定点３２を測距した際の測距データ（斜距離）と鉛直角データとに基づき、前記測定点３２に対する前記レーザスキャナ１の測距光の照射位置の高さ、即ち比高ｈや水平距離Ｒを演算することができる。又、演算された比高ｈと水平距離Ｒとにより、第１測定角度間隔Ａｅ、第２測定角度間隔Ａａが演算される。尚、測定対象面が平面でも同様に演算できる。
【0066】
又、測定対象面が傾斜していた場合でも、前記托架部５を水平回転させると共に前記走査鏡１５を鉛直回転させ、測距光で測定対象面を走査することで、各測定点毎の斜距離と少なくとも前記走査鏡１５の鉛直角とに基づき、各測定点に於ける比高ｈと水平距離Ｒがそれぞれ求められる。半径方向に隣接する各測定点間の比高ｈと水平距離Ｒとの差から、測定対象面の傾斜（概略形状）が演算でき、機械高Ｈを演算することができる。
【0067】
又、本実施例では、所望の距離にある前記測定点３２を選択し、選択した該測定点３２の第１測定点間隔Ｓ１に対応して、第２測定点間隔Ｓ２を設定し、円周方向のデータ数を低減しているが、更に半径方向のデータ数の低減を図ってもよい。例えば、第１測定点間隔Ｓ１が設定された値に満たない測定点については、データの取得を行わない様にする。これにより、後処理工程で第１測定点間隔Ｓ１が設定値に満たない測定点のデータを間引く必要がなくなり、より後処理量を低減させることができる。
【0068】
更に、本実施例では、実測した機械高Ｈを前記操作パネル１６から入力するか、機械高Ｈを演算した後、第１測定点間隔Ｓ１や第２測定点間隔Ｓ２を設定し、第１測定角度間隔Ａｅや第２測定角度間隔Ａａを演算していたが、一連の処理を一度に行う様にしてもよい。
【0069】
例えば、前記操作パネル１６より第１測定角度間隔Ａｅと第１測定点間隔Ｓ１を任意に設定し、第２測定点間隔Ｓ２が第１測定点間隔Ｓ１と一致又は略一致する様設定し、処理を開始する。前記演算制御部１７は、前記走査鏡１５を１回或は数回回転させ、半径方向に測距光を走査する。各測定点に於ける測定結果から、設定された第１測定点間隔Ｓ１を満たす測定点が選択される。各測定点から設定された所望の水平距離にある測定点を選択し、該測定点について第１測定点間隔Ｓ１を満たす第１測定角度間隔Ａｅを演算させてもよい。
【0070】
前記演算制御部１７は、選択された測定点について、設定された第２測定点間隔Ｓ２を満たす第２測定角度間隔Ａａを演算する。前記演算制御部１７は、設定された第１測定角度間隔Ａｅと、演算された第２測定角度間隔Ａａに基づき、測定対象面の点群データを取得する。
【0071】
上記の様にすることで、作業者による測定開始等の指示が１度で済み、作業性が向上する。
【0072】
尚、本実施例では、所望の距離に位置する前記測定点３２に於いて、予め設定された第１測定点間隔Ｓ１と第２測定点間隔Ｓ２を満たす第１測定角度間隔Ａｅと第２測定角度間隔Ａａとを演算している。一方で、第１測定角度間隔Ａｅを固定とし、予め設定された第１測定点間隔Ｓ１を満たす前記測定点３２を選択してもよいのは言う迄もない。
【符号の説明】
【0073】
１ レーザスキャナ
３ スキャナ本体
６ 水平回転軸
８ 水平回転モータ
９ 水平角エンコーダ
１１ 鉛直回転軸
１３ 鉛直回転モータ
１４ 鉛直角エンコーダ
１５ 走査鏡
１６ 操作パネル
１７ 演算制御部
１９ 距離測定部
２２ 三脚
３２ 測定点
３ スキャナ本体
６ 水平回転軸
８ 水平回転モータ
９ 水平角エンコーダ
１１ 鉛直回転軸
１３ 鉛直回転モータ
１４ 鉛直角エンコーダ
１５ 走査鏡
１６ 操作パネル
１７ 演算制御部
１９ 距離測定部
２２ 三脚
３２ 測定点
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】