JP2022147581A - 測量システム - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象をより確実に追尾できる測量システムを提供すること。【解決手段】測量システムは、測定対象と、測定装置本体３と、を備える。測定装置本体３は、測距光射出部２５と、受光部２６と、測距部４２と、光軸偏向部３５と、射出方向検出部３８と、演算制御部２８と、を有する。演算制御部２８は、２次元スキャンの往路復路が交差する交点を有するスキャンパターンで２次元スキャンを制御し、２次元スキャン中に受光信号を検出する毎に測定対象の３次元データを更新し、３次元データを更新する毎に測定対象の基準点検出用および回転角度検出用の重み付けを交点からの距離に応じて生成し、重み付けを用いて計算された測定対象の基準点位置および回転角度に基づいて測定対象を追尾する。【選択図】図３

Description

本発明は、追尾機能を有する測量システムに関する。

追尾機能を有する測量システムとして、例えばトータルステーションがある。トータルステーションは、測距光学系を兼ねる高倍率の望遠鏡で測定対象を視準し、測定を実行し、更に望遠鏡を水平回転／鉛直回転させ、異なる測定対象を視準して、異なる測定対象毎に順次視準して測定を実行する。あるいは、トータルステーションは、測定対象の移動に追従して望遠鏡を水平回転／鉛直回転させ、測定対象を追尾しつつ、測定対象を視準して測定を実行する。

ところが、測量システムが測定対象を追尾する場合において、測定対象の動きが速いときには、測量システムが測定対象の動きに追従できず、測定対象を見失うことがある。測量システムは、測定対象を一旦見失うと測定対象をサーチするが、測定対象を捉える迄に時間を要することがある。そのため、測定対象の動きが速いときに、測量システムが測定対象を追尾できないことが、測定の作業性低下の要因となっていた。

特開２０１９－１９６９８３号公報

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、測定対象をより確実に追尾できる測量システムを提供することを目的とする。

前記課題は、再帰反射体を有する測定対象と、測距光を発し、前記再帰反射体からの反射測距光に基づき前記測定対象の測定を行う測定装置本体と、を備えた測量システムであって、前記測定装置本体は、前記測距光を発する発光素子を有し、前記測距光を測距光軸上に射出する測距光射出部と、前記反射測距光を受光し、受光信号を発生する受光素子を有する受光部と、前記受光素子からの前記受光信号に基づき前記測定対象の測距を行う測距部と、基準光軸を有し、前記測距光軸を前記基準光軸に対して偏向する光軸偏向部と、前記測距光軸の前記基準光軸に対する偏角、偏角の方向を検出する射出方向検出部と、前記光軸偏向部の偏向作用及び前記測距部の測距作用を制御する演算制御部と、を有し、前記光軸偏向部は、前記基準光軸を中心として回転可能な一対の光学プリズムと、前記光学プリズムを個々に独立して回転するモータと、を有し、前記演算制御部は、前記一対の光学プリズムの回転方向、回転速度、回転比の制御により前記光軸偏向部による偏向を制御し、前記測距光を前記測距光軸を略中心として２次元スキャンを実行するとともに前記２次元スキャンの往路復路が交差する交点を有するスキャンパターンで前記２次元スキャンを制御し、前記２次元スキャン中に前記受光信号を検出する毎に前記射出方向検出部による検出結果としての偏角データと前記測距部による検出結果としての測距データとに基づいた前記測定対象の３次元データを更新し、前記３次元データを更新する毎に前記測定対象の基準点検出用および回転角度検出用の重み付けを前記交点からの距離に応じて生成し、前記重み付けを用いて計算された前記測定対象の基準点位置および回転角度に基づいて前記測定対象を追尾することを特徴とする本発明に係る測量システムにより解決される。

本発明に係る測量システムによれば、演算制御部は、光軸偏向部による偏向を制御し、測距光を測距光軸を略中心として２次元スキャンを実行するとともに、２次元スキャンの往路復路が交差する交点を有するスキャンパターンで２次元スキャンを制御する。そして、演算制御部は、２次元スキャン中に受光信号を検出する毎に、射出方向検出部による検出結果としての偏角データと、測距部による検出結果としての測距データと、に基づいた測定対象の３次元データを更新する。このように、演算制御部は、２次元スキャン中に受光信号を検出する毎に３次元データを取得し更新するため、所定量の３次元データが蓄積されなくとも、高速で測定対象を追尾することができる。このとき、演算制御部は、３次元データを更新する毎に、測定対象の基準点検出用および回転角度検出用の重み付けをスキャンパターンの交点からの距離に応じて生成し、重み付けを用いて計算された測定対象の基準点位置および回転角度に基づいて測定対象を追尾する。そのため、演算制御部は、２次元スキャン中に受光信号を検出する毎に３次元データを取得し更新する場合であっても、演算処理に要する時間を短縮化し、高速で測定対象を追尾することができる。これにより、本発明に係る測量システムは、測定対象を見失うことを抑え、測定対象をより確実に追尾できる。

本発明に係る測量システムにおいて、好ましくは、前記演算制御部は、前記交点からの距離が近いほど値が大きくなるように前記基準点検出用の前記重み付けを生成することを特徴とする。

本発明に係る測量システムによれば、演算制御部は、スキャンパターンの交点からの距離が近いほど値が大きくなるように測定対象の基準点検出用の重み付けを生成する。そのため、演算制御部は、測定対象の基準点をより高い精度で検出することができる。これにより、本発明に係る測量システムは、測定対象をより確実に追尾できる。

本発明に係る測量システムにおいて、好ましくは、前記演算制御部は、前記交点からの距離が遠いほど値が大きくなるように前記回転角度検出用の前記重み付けを生成することを特徴とする。

本発明に係る測量システムによれば、演算制御部は、スキャンパターンの交点からの距離が遠いほど値が大きくなるように測定対象の回転角度検出用の重み付けを生成する。そのため、演算制御部は、測定対象の回転角度をより高い精度で検出することができる。これにより、本発明に係る測量システムは、測定対象をより確実に追尾できる。

本発明に係る測量システムにおいて、好ましくは、前記演算制御部は、前記２次元スキャンにおける直交座標軸のうちの一方の座標軸で前記受光信号の強度分布を折り返した第１補正データと、前記直交座標軸のうちの他方の座標軸で前記受光信号の強度分布を折り返した第２補正データと、を前記測定対象の前記回転角検出用としてさらに生成し、前記交点からの距離に応じて生成した前記回転角度検出用の前記重み付けと、前記第１補正データおよび前記第２補正データの少なくともいずれかと、を用いて計算された前記回転角度に基づいて前記測定対象を追尾することを特徴とする。

本発明に係る測量システムによれば、演算制御部は、２次元スキャンにおける直交座標軸のうちの一方の座標軸で受光信号の強度分布を折り返した第１補正データを測定対象の回転角検出用としてさらに生成する。また、演算制御部は、２次元スキャンにおける直交座標軸のうちの他方の座標軸で受光信号の強度分布を折り返した第２補正データを測定対象の回転角検出用としてさらに生成する。そして、演算制御部は、スキャンパターンの交点からの距離に応じて生成した回転角度検出用の重み付けと、第１補正データおよび第２補正データの少なくともいずれかと、を用いて計算された測定対象の回転角度に基づいて測定対象を追尾する。そのため、演算制御部が測定対象の基準点検出用および回転角度検出用の重み付けをスキャンパターンの交点からの距離に応じて生成する場合であっても、受光信号の強度分布が互いに打ち消し合うことを抑えることができる。これにより、本発明に係る測量システムは、測定対象をより確実に追尾できる。

本発明に係る測量システムにおいて、好ましくは、前記演算制御部は、前記一方の座標軸で前記受光信号の強度分布を折り返した後、前記一方の座標軸で折り返した前記強度分布のみを前記他方の座標軸を中心としてさらに反転させることにより前記第１補正データを生成し、前記他方の座標軸で前記受光信号の強度分布を折り返した後、前記他方の座標軸で折り返した前記強度分布のみを前記一方の座標軸を中心としてさらに反転させることより前記第２補正データを生成することを特徴とする。

本発明に係る測量システムによれば、演算制御部は、一方の座標軸で受光信号の強度分布を折り返した後、一方の座標軸で折り返した強度分布のみを他方の座標軸を中心としてさらに反転させることにより第１補正データを生成する。また、演算制御部は、他方の座標軸で受光信号の強度分布を折り返した後、他方の座標軸で折り返した強度分布のみを一方の座標軸を中心としてさらに反転させることより第２補正データを生成する。そのため、測定対象が鉛直方向および水平方向に延びていない場合、すなわち測定対象が鉛直方向および水平方向に対して傾斜している場合であっても、受光信号の強度分布が互いに打ち消し合うことを抑えることができる。これにより、本発明に係る測量システムは、測定対象をより確実に追尾できる。

本発明によれば、測定対象をより確実に追尾できる測量システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る測量システムの概略を表す斜視図である。 本実施形態に係る測量システムの測量装置本体を表す正面図である。 本実施形態の測量装置本体の概略構成を表すブロック図である。 本実施形態の光軸偏向部の作用を説明する模式図である。 スキャンパターンの一例を例示する模式図である。 スキャンパターンの他の一例を例示する模式図である。 スキャンパターンとターゲット装置との関係を説明する模式図である。 本実施形態の演算制御部の概略構成を表すブロック図である。 受光素子からの受光信号の強度分布を折り返し反転させる第１具体例を表す模式図である。 受光素子からの受光信号の強度分布を折り返し反転させる第２具体例を表す模式図である。 受光素子からの受光信号の強度分布を折り返し反転させる第３具体例を表す模式図である。 受光素子からの受光信号の強度分布を折り返し反転させる第４具体例を表す模式図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る測量システムの概略を表す斜視図である。
図２は、本実施形態に係る測量システムの測量装置本体を表す正面図である。
図３は、本実施形態の測量装置本体の概略構成を表すブロック図である。

本実施形態に係る測量システム１は、主に支持装置としての三脚２、光波距離計としての測量装置本体３と、測量装置本体３が取付けられる設置台４と、測定点Ｐに設置されるターゲット装置５と、測量装置本体３を遠隔操作可能な端末機６と、を備える。

端末機６は、表示機能、通信機能、演算処理機能を有する携帯可能な装置である。端末機６として、例えば、スマートホン、タブレット、ノートパソコン等が用いられる。端末機６は、測量装置本体３に測定に関する指示を送信し、測量装置本体３が取得した測定データ、画像データ等を受信し、データの保存、データの表示、データ処理等を実行する。

設置台４は、三脚２の上端に取付けられる。測量装置本体３は、設置台４に設けられる。設置台４は、測量装置本体３を回転可能に支持する。

ターゲット装置５は、断面が円の棒状の支持部材であるポール８３と、ターゲットとしてポール８３の途中に設けられた基準反射部８４と、を有する。基準反射部８４は、ポール８３と同心の円形であり、基準反射部８４の全周に再帰反射部材である反射シートが巻設されている。

上下それぞれ部分的にポール８３が露出する様、ポール８３にも再帰反射部材である反射シートが全周を覆う様に、巻設されている。反射シートが巻設された部分は、上下に所定長さを有する線状反射部８５を構成する。基準反射部８４、線状反射部８５は、それぞれ測距光を反射し、測量システム１の測定対象となっている。基準点（後述）を示すターゲットとしての基準反射部８４に対して、線状反射部８５は、測定対象の検出、更に基準反射部８４の検出を容易にする補助反射部となっている。

ポール８３の下端は、測定点Ｐを指示できる様に尖端となっている。

ターゲット装置５は、ポール８３の下端から所定の位置に基準点を有する。ポール８３には、基準反射部８４が設けられ、基準反射部８４の中心が基準点となっている。基準点とポール８３の下端との間の距離は、既知となっている。

線状反射部８５と同様、基準反射部８４の全周に反射シートが巻設されている。基準反射部８４は、測距光のビーム径よりも大きい所定の厚み（軸心方向の長さ）で、且つ線状反射部８５の直径に対して太くなっている。

ここで、基準反射部８４と線状反射部８５と間の直径差は、測量装置本体３の測定精度に対応して決定される。この直径差は、測量装置本体３の測定精度（測定誤差）以上となっていればよい。即ち、基準反射部８４と線状反射部８５との測距結果に基づき基準反射部８４と線状反射部８５との判別ができればよい。又、線状反射部８５の直径、測定状況、測量装置本体３の測定能力等に応じて、直径差が決定されることは言う迄もない。

例えば、測定距離が最大２００ｍとして、線状反射部８５の直径は３５ｍｍ、基準反射部８４の直径は１００ｍｍ、又基準反射部８４の厚みは３０ｍｍに設定される。但し、線状反射部８５の直径、基準反射部８４の直径、基準反射部８４の厚みは、これだけに限定されるわけではない。

設置台４に水平方向に回転可能に托架部１１が設けられている。托架部１１の下面からは、水平回転軸１２が突設されている。水平回転軸１２は、軸受（図示せず）を介して設置台４に回転自在に嵌合している。托架部１１は、水平回転軸１２を中心に水平方向に回転自在となっている。

又、水平回転軸１２と設置台４との間には、水平角（水平回転軸１２を中心とした回転方向の角度）を検出する水平角検出器１３（例えばエンコーダ）が設けられている。水平角検出器１３によって托架部１１の設置台４に対する水平方向の相対回転角が検出される。

設置台４には水平回転ギア１４が水平回転軸１２と同心に固定され、水平回転ギア１４には水平ピニオンギア１５が噛合している。托架部１１には、水平モータ１６が設けられ、水平モータ１６の出力軸は下方に突出し、水平モータ１６の出力軸に水平ピニオンギア１５が固着されている。

水平モータ１６の駆動により、水平ピニオンギア１５が回転し、水平ピニオンギア１５が水平回転ギア１４の回りを公転する。更に、托架部１１と測量装置本体３とは一体であるので、水平モータ１６によって、測量装置本体３が水平回転軸１２を中心に水平方向に回転される。

托架部１１は凹部を有する凹形状であり、凹部に測量装置本体３が収納されている。測量装置本体３は、水平方向に延びる水平な軸心を有する鉛直回転軸１７を介して托架部１１に支持され、測量装置本体３は鉛直回転軸１７を中心に鉛直方向に回転自在となっている。

鉛直回転軸１７の一端には、鉛直回転ギア１８が固着され、鉛直回転ギア１８にはピニオンギア１９が噛合している。托架部１１に鉛直モータ２１が設けられ、鉛直モータ２１の出力軸にピニオンギア１９が固着されている。鉛直モータ２１が駆動されることで、ピニオンギア１９、鉛直回転ギア１８、鉛直回転軸１７を介して測量装置本体３が鉛直方向に回転される。

又、鉛直回転軸１７と托架部１１との間には、鉛直角（鉛直回転軸１７を中心とした回転方向の角度）を検出する鉛直角検出器２２（例えばエンコーダ）が設けられている。鉛直角検出器２２により、測量装置本体３の托架部１１に対する鉛直方向の相対回転角が検出される。

水平モータ１６、鉛直モータ２１、水平角検出器１３、鉛直角検出器２２は、演算制御部２８（後述）に電気的に接続され、水平モータ１６、鉛直モータ２１は演算制御部２８によって所要のタイミングで所要の回転量となる様にそれぞれ個別に駆動制御される。

水平モータ１６の回転量（即ち、托架部１１の水平角）は、水平角検出器１３によって検出される。鉛直モータ２１の回転量（即ち、測量装置本体３の鉛直角）は、鉛直角検出器２２によって検出される。

水平角検出器１３、鉛直角検出器２２の検出結果は、それぞれ演算制御部２８に入力される。尚、水平モータ１６と鉛直モータ２１とによって回転駆動部が構成される。又、水平角検出器１３と鉛直角検出器２２とにより、測量装置本体３の鉛直回転角及び水平回転角を検出する角度検出器、即ち方向角検出器が構成される。

図３を参照して、測量装置本体３の概略構成を説明する。

測量装置本体３は、測距光射出部２５、受光部２６、測距演算部２７、演算制御部２８、記憶部２９、撮像制御部３１、画像処理部３２、通信部３３、光軸偏向部３５、姿勢検出器３６、測定方向撮像部３７、射出方向検出部３８、モータドライバ３９を有する。これらは、筐体４１に収納され、一体化されている。尚、測距光射出部２５、受光部２６、測距演算部２７、光軸偏向部３５等は、光波距離計として機能する測距部４２を構成する。

測距光射出部２５は、射出光軸４４を有し、射出光軸４４上に発光素子４５、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、射出光軸４４上に投光レンズ４６が設けられている。更に、射出光軸４４上に偏向光学部材としての第１反射鏡４７が設けられている。第１反射鏡４７で偏向された射出光軸４４と、受光光軸５１（後述）と、が交差する位置に偏向光学部材としての第２反射鏡４８が配設される。射出光軸４４は、第２反射鏡４８によって受光光軸５１と合致する様に偏向される。第１反射鏡４７と第２反射鏡４８とで射出光軸偏向部が構成される。

測距演算部２７としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵ等が用いられる。測距演算部２７は発光素子４５を駆動し、発光素子４５はレーザ光線を発する。測距光射出部２５は、発光素子４５から発せられたレーザ光線を測距光４９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、或は断続変調光（即ち、バースト光）のいずれが用いられてもよい。

受光部２６について説明する。受光部２６は、測定対象（即ち、基準反射部８４、線状反射部８５）から反射測距光５２を受光する為の光学系と受光素子とを有する。受光部２６は、受光光軸５１を有し、受光光軸５１には、第１反射鏡４７、第２反射鏡４８によって偏向された射出光軸４４が合致する。尚、射出光軸４４と受光光軸５１とが合致した状態を測距光軸５３とする。

基準光軸Ｏ上に光軸偏向部３５が配設される。光軸偏向部３５は、光軸偏向部３５を透過するレーザ光線をプリズムの光学作用で偏向する（後述）。光軸偏向部３５の中心を透過する真直な光軸は、基準光軸Ｏとなっている。基準光軸Ｏは、光軸偏向部３５によって偏向されなかった時の射出光軸４４又は受光光軸５１又は測距光軸５３と合致する。

反射測距光５２が光軸偏向部３５を透過し、受光部２６に入射する。受光光軸５１上に結像レンズ５４が配設され、受光光軸５１上に受光素子５５、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）、或はアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が設けられている。

結像レンズ５４は、反射測距光５２を受光素子５５に結像する。受光素子５５は、反射測距光５２を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、測距演算部２７に入力され、測距演算部２７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測定対象（即ち、基準反射部８４、線状反射部８５）迄の測距を行う。

通信部３３は、測定方向撮像部３７で取得した画像データ、画像処理部３２で処理された画像データ、測距部４２が取得した測距データ等のデータを端末機６に送信し、又端末機６からは操作コマンド等のデータを受信する。

記憶部２９としては、ＨＤＤ、半導体メモリ、メモリカード等の記憶媒体が用いられる。記憶部２９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、姿勢検出器３６からの姿勢検出結果に基づき測量装置本体３の傾斜角、傾斜方向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、光軸偏向部３５の偏向作動を制御する為の偏向制御プログラム、各種演算を実行する演算プログラム、測定対象をサーチする為のサーチングプログラム、測定対象を追尾する為の追尾プログラム等の各種プログラムが格納される。

又、記憶部２９には測距データ、測角データ、画像データ等の各種データが格納される。

演算制御部２８としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵ等が用いられる。演算制御部２８は、測量装置本体３の作動状態に応じて、各種プログラムを展開、実行して測量装置本体３による測距光射出部２５の制御、受光部２６の制御、測距演算部２７の制御、光軸偏向部３５の制御、測定方向撮像部３７の制御等を行い、測定対象のサーチ、追尾、測距を実行する。

図３を参照して、光軸偏向部３５について説明する。

光軸偏向部３５は、一対の光学プリズム５７，５８から構成される。光学プリズム５７，５８は、それぞれ同径の円板形であり、第２反射鏡４８によって偏向された測距光軸５３（即ち、基準光軸Ｏ）上に測距光軸５３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。

光学プリズム５７，５８はそれぞれ、平行に配置された３つの三角プリズムから構成されている。各三角プリズムは、光学ガラスにて成形され、更に、全て同一偏角の光学特性を有している。

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。中心に位置する三角プリズムの幅は、測距光４９のビーム径よりも大きくなっており、測距光４９は中央の三角プリズムのみを透過する様になっている。尚、周辺の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。

更に、中心の三角プリズムについては、光学ガラス製とし、周辺の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、光軸偏向部３５から測定対象迄の距離は大きく、中央の三角プリズムの光学特性については精度が要求され、一方周辺の三角プリズムから受光素子５５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。

光軸偏向部３５の中央部は、測距光４９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。光軸偏向部３５の中央部を除く部分（周辺の三角プリズム）は、反射測距光５２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。

光学プリズム５７，５８は、それぞれ基準光軸Ｏを中心に独立して個別に回転可能に配設されている。光学プリズム５７，５８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、射出される測距光４９の射出光軸４４を任意の方向に偏向し、又受光される反射測距光５２の受光光軸５１を射出光軸４４と平行に偏向する。

又、測距光４９を連続して照射しつつ、光学プリズム５７，５８の回転を連続的に制御し、透過する測距光４９を連続的に偏向することで、測距光４９を所定のパターンでスキャンさせることができる。又、スキャン経路（スキャン軌跡）に沿って測距データが取得される。

光学プリズム５７，５８の外形形状は、それぞれ測距光軸５３（基準光軸Ｏ）を中心とする円形であり、反射測距光５２の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、光学プリズム５７，５８の直径が設定されている。

光学プリズム５７の外周にはリングギア５９が嵌設され、光学プリズム５８の外周にはリングギア６０が嵌設されている。

リングギア５９には駆動ギア６１が噛合し、光学プリズム５７はモータ６３により駆動ギア６１、リングギア５９を介して回転される。同様に、リングギア６０には駆動ギア６２が噛合し、光学プリズム５８はモータ６４により、駆動ギア６２、リングギア６０を介して回転される。モータ６３，６４は、モータドライバ３９に電気的に接続されている。

モータ６３，６４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モータ６３，６４の回転量を検出してもよい。モータ６３，６４の回転量がそれぞれ検出され、モータドライバ３９によりモータ６３，６４が個別に制御される。

又、モータ６３，６４の回転量、即ち駆動ギア６１，６２の回転量を介して光学プリズム５７，５８の回転角が検出される。尚、エンコーダを直接リングギア５９，６０にそれぞれ取付け、エンコーダによりリングギア５９，６０の回転角を直接検出する様にしてもよい。

駆動ギア６１，６２、モータ６３，６４は、測距光射出部２５と干渉しない位置、例えばリングギア５９，６０の下側に設けられている。

投光レンズ４６、第１反射鏡４７、第２反射鏡４８、測距光偏向部等は、投光光学系を構成する。又、反射測距光偏向部、結像レンズ５４等は、受光光学系を構成する。

測距演算部２７は、発光素子４５を制御し、測距光４９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。測距光４９が中央の三角プリズム（測距光偏向部）により、測定対象に向う様、射出光軸４４（即ち、測距光軸５３）が偏向される。測距光軸５３が、測定対象を視準した状態で測距が行われる。

測定対象から反射された反射測距光５２は、周辺の三角プリズム（即ち、反射測距光偏向部）を通って受光部２６に入射し、更に反射測距光５２は結像レンズ５４により受光素子５５に結像される。

受光素子５５は、受光信号を測距演算部２７に送出し、測距演算部２７は受光素子５５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、測距データは記憶部２９に格納される。

射出方向検出部３８は、モータ６３，６４に入力する駆動パルスをカウントすることで、モータ６３，６４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、モータ６３，６４の回転角を検出する。又、射出方向検出部３８は、モータ６３，６４の回転角に基づき、光学プリズム５７，５８の回転位置を演算する。

更に、射出方向検出部３８は、光学プリズム５７，５８の屈折率と、光学プリズム５７，５８を一体とした時の回転位置、両光学プリズム５７，５８間の相対回転角と、に基づき、各パルス光毎の測距光４９の基準光軸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演算制御部２８に入力される。尚、測距光４９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。

演算制御部２８は、モータ６３，６４の回転方向、回転速度、モータ６３，６４間の回転比を制御することで、光学プリズム５７，５８の相対回転、全体回転を制御し、光軸偏向部３５による偏向作用を制御する。又、演算制御部２８は、測距光４９の偏角、射出方向から、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、演算制御部２８は、測定点についての水平角、鉛直角を測距データに関連付けることで、測定点の３次元データを求めることができる。而して、測量装置本体３は、トータルステーションとして機能する。

次に、姿勢検出器３６について説明する。姿勢検出器３６は、測量装置本体３の水平、又は鉛直に対する傾斜角を検出し、検出結果は演算制御部２８に入力される。尚、姿勢検出器３６としては、公知の姿勢検出器を使用することができる。

姿勢検出器３６について簡単に説明する。姿勢検出器３６は、フレーム６６を有している。フレーム６６は、筐体４１に固定され、或は構造部材に固定され、測量装置本体３と一体となっている。

フレーム６６にはジンバルを介してセンサブロック６７が取付けられている。センサブロック６７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。

センサブロック６７には、第１傾斜センサ６８、第２傾斜センサ６９が取付けられている。第１傾斜センサ６８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、第２傾斜センサ６９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。

センサブロック６７の、フレーム６６に対する２軸についての各相対回転角は、エンコーダ７０，７１によってそれぞれ検出される。

又、センサブロック６７を回転させ、水平に維持するモータ（図示せず）が２軸に関してそれぞれ設けられている。モータは、第１傾斜センサ６８、第２傾斜センサ６９からの検出結果に基づき、センサブロック６７を水平に維持する様に演算制御部２８によって制御される。

センサブロック６７が傾斜していた場合（測量装置本体３が傾斜していた場合）、センサブロック６７（水平）に対するフレーム６６の各軸方向の相対回転角がエンコーダ７０，７１によってそれぞれ検出される。エンコーダ７０，７１の検出結果に基づき、測量装置本体３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。

センサブロック６７は、２軸について３６０°又は３６０゜以上回転自在であるので、姿勢検出器３６がどの様な姿勢となろうとも、例えば姿勢検出器３６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。

姿勢検出に於いて、高応答性を要求する場合は、第２傾斜センサ６９の検出結果に基づき姿勢検出と姿勢制御が行われるが、第２傾斜センサ６９は第１傾斜センサ６８に比べ検出精度が悪いのが一般的である。

姿勢検出器３６では、高精度の第１傾斜センサ６８と高応答性の第２傾斜センサ６９を具備することで、第２傾斜センサ６９の検出結果に基づき姿勢制御を行い、更に第１傾斜センサ６８により高精度の姿勢検出を可能とする。

第１傾斜センサ６８の検出結果で、第２傾斜センサ６９の検出結果を較正することができる。即ち、予め、第２傾斜センサ６９の検出傾斜角と、第１傾斜センサ６８による水平検出とエンコーダ７０，７１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、第２傾斜センサ６９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、第２傾斜センサ６９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、傾斜検出は第２傾斜センサ６９の検出結果と補正値で求めてもよい。

演算制御部２８は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、第２傾斜センサ６９からの信号に基づき、モータを制御する。又、演算制御部２８は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち第１傾斜センサ６８が追従可能な状態では、第１傾斜センサ６８からの信号に基づき、モータを制御する。尚、常時、第２傾斜センサ６９に検出された傾斜角を較正することで、第２傾斜センサ６９からの検出結果に基づき姿勢検出器３６による姿勢検出を行ってもよい。

記憶部２９には、第１傾斜センサ６８の検出結果と第２傾斜センサ６９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。第１傾斜センサ６８からの信号に基づき、第２傾斜センサ６９による検出結果を較正する。この較正により、第２傾斜センサ６９による検出結果を第１傾斜センサ６８の検出精度迄高めることができる。よって、姿勢検出器３６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。

姿勢検出器３６は、リアルタイムで測量装置本体３の姿勢を検出する。更に、測量装置本体３の姿勢がリアルタイムで検出できることから、姿勢検出器３６が検出した結果に基づき測定値を補正することができる。従って、測量装置本体３を設置する際の整準は必要なくなる。

測定方向撮像部３７は、測量装置本体３の基準光軸Ｏと所定の関係の第１撮像光軸７３と、第１撮像光軸７３上に配置された撮像レンズ７４及び撮像素子７５と、を有している。測定方向撮像部３７は、光学プリズム５７，５８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。測定方向撮像部３７は、静止画像、連続画像、動画像を取得可能である。

第１撮像光軸７３と射出光軸４４及び基準光軸Ｏとの関係は既知であり、第１撮像光軸７３と射出光軸４４及び基準光軸Ｏとは平行であり、又各光軸間の距離は既知の値となっている。

撮像制御部３１は、測定方向撮像部３７の撮像を制御する。撮像制御部３１は、測定方向撮像部３７が動画像、又は連続画像を撮像する場合に、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測量装置本体３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。演算制御部２８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。

測定方向撮像部３７の撮像素子７５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、第１撮像光軸７３を原点とした座標系での画素座標を有し、画素座標によって画像素子上での位置が特定される。又、第１撮像光軸７３と基準光軸Ｏとの関係が既知であるので、測距部４２による測定位置と撮像素子７５上での位置との相互関連付けが可能である。撮像素子７５から出力される画像信号は画素座標の情報を含んでいる。画像信号は、撮像制御部３１を介して画像処理部３２に入力される。

光軸偏向部３５の偏向作用、スキャン作用について、図３～図６を参照して説明する。
図４は、本実施形態の光軸偏向部の作用を説明する模式図である。
図５は、スキャンパターンの一例を例示する模式図である。
図６は、スキャンパターンの他の一例を例示する模式図である。

図３に示される、光学プリズム５７，５８の状態（光学プリズム５７，５８の方向が１８０゜異なる状態（相対回転角１８０゜の時））では、光学プリズム５７，５８の相互の光学作用が相殺され、偏角は０°となる。従って、光学プリズム５７，５８を経て射出され、受光されるレーザ光線の光軸（測距光軸５３）は、基準光軸Ｏと合致する。

又、図３の状態から光学プリズム５７，５８のいずれか一方が他方に対して１８０゜回転した状態（プリズムの向きが同方向）では、最大の偏角（例えば、３０°）が得られる。

従って、光学プリズム５７，５８間の相対回転で、測距光軸５３は、０゜～３０゜の間で偏向され、光学プリズム５７，５８の一体回転で、偏向方向が偏向される。

従って、光学プリズム５７，５８間の相対回転角、光学プリズム５７，５８の一体回転角を制御することで測距光軸５３を任意の方向に偏向させることができる。即ち、測距光軸５３を任意の方向の測定対象に視準させることができる。

更に、測距光４９を照射しつつ、光学プリズム５７，５８の相対回転、一体回転を実行することで任意の方向、パターンで測距光４９を走査させることができる。

例えば、図４に示される様に、光学プリズム５７，５８間の相対回転角をθとし、測距光軸５３は個々の光学プリズム５７，５８による偏向Ａ、偏向Ｂとすると、実際の偏向７６は合成偏向Ｃとなり、更に偏向角の大きさは相対回転角θに依って決定される。従って、光学プリズム５７，５８を等速で正逆同期回転させると、測距光軸５３（測距光４９）は合成偏向Ｃの方向で直線的に往復走査される。

又、光学プリズム５７、光学プリズム５８の回転方向、回転速度、回転速度比を個々に制御することで、測距光４９のスキャン軌跡を基準光軸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。

例えば、光学プリズム５７と光学プリズム５８との回転比率を１：２とすることで、図５に示される様な８の字状の２次元の閉ループスキャンパターン７７が得られる。又、スキャンパターン７７は往路７９ａと復路７９ｂとが交差する交点７８を有し、交点７８がスキャンパターン７７の中心であり、基準光軸Ｏに合致する。

更に、一方の光学プリズム５７を２５回転、他方の光学プリズム５８を逆方向に５回転することで、図６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８１（花びらパターン８１（内トロコイド曲線））が得られる。花びらパターン８１も中心に交点８２を有する。

更に、測量装置本体３が固定された状態での、２次元のスキャンが可能な最大範囲は、光軸偏向部３５の最大偏角範囲となる。

次に、本実施形態に係る測量システム１の測定作用を説明する。
図７は、スキャンパターンとターゲット装置との関係を説明する模式図である。

測定開始の準備として、測定方向撮像部３７でターゲット装置５を捉える。測定方向撮像部３７の画角は、５０゜～６０゜と広画角であるので、測量装置本体３の方向が概略、ターゲット装置５に向いていればよい。又、光軸偏向部３５の最大偏角は、測定方向撮像部３７の画角と同じ、或は略同じであるので、測定方向撮像部３７がターゲット装置５を捉えることで、測量装置本体３によるサーチ可能な範囲にターゲット装置５を捉えたことになる。

測定方向撮像部３７がターゲット装置５を捉えた状態で、測量装置本体３による測定対象のサーチ、視準が実行される。この時、測量装置本体３は、固定状態である。

続いて、光軸偏向部３５の制御により、２次元のサーチスキャンが実行され、又、本実施形態の２次元のサーチスキャンでは、サーチ範囲が広い初期サーチスキャンと、測定対象を含む狭い範囲に限定された局所サーチスキャンと、が実行される。なお、２次元のサーチスキャンが実行されればよく、必ずしも初期サーチスキャンおよび局所サーチスキャンの両方が実行されなくともよい。本実施形態の説明では、初期サーチスキャンおよび局所サーチスキャンの両方が実行される場合を例に挙げる。

以下の説明では、サーチスキャンのパターンとして、８の字形状のスキャンパターン７７（図５参照）が採用されている。なお、図６に関して前述した花びら形状のスキャンパターン８１がサーチスキャンのパターンとして採用されてもよい。

先ず、ターゲット装置５を検出する為の初期サーチスキャンが実行される。サーチ開始時の初期サーチスキャンに於けるスキャンパターン７７の形状は、図７に見られる様に、水平方向に扁平な８の字状となっている。このとき、８の字形状のスキャンパターン７７の回転速度すなわち１周分の速度は、例えば約１０Ｈｚ～６０Ｈｚ程度である。この回転速度の範囲は、後述する局所スキャンパターン７７’においても同様である。

線状反射部８５は、鉛直方向に長くなっているので、スキャンパターン７７を扁平にすることで、広範囲で高速なサーチが可能となる。又、初期サーチスキャンのスキャンパターン７７の経路が、線状反射部８５と交差すれば、線状反射部８５からの反射測距光５２が得られるので、スキャンはサーチ範囲全域を隙間なく行う必要はなく、図７に示される様に、同一スキャンパターンを連続的に行うだけでよい。

演算制御部２８は、光軸偏向部３５を制御して初期サーチスキャンを実行するが、スキャンパターン７７の実行と共に、測距、測角も実行しているので、線状反射部８５からの反射測距光５２に基づき、スキャンパターンが線状反射部８５を横切った時の偏向方向が検出され、更に線状反射部８５迄の測距が実行される。従って、スキャンパターンが線状反射部８５を横切った点の３次元座標が求められる。

更に、演算制御部２８は、スキャンパターンが線状反射部８５を横切った点（以下、クロス点）の、基準光軸Ｏに対する水平偏角、偏向方向を演算する。クロス点とスキャンパターンの中心（図７では交点７８）と間の水平角が求められ、演算制御部２８は、水平角が減少する方向にスキャンパターン７７が移動する様に、光軸偏向部３５を制御する。

又、ターゲット装置５から複数の反射測距光５２が得られる場合は、複数の反射測距光５２で得られる受光信号に基づきそれぞれ測定し、得られる測距結果を平均し、平均値に基づき光軸偏向部３５を制御する。

スキャンパターン７７の水平方向の移動と並行して、スキャンパターン７７が基準反射部８４を検出する様、スキャンパターン７７の上下方向の移動も実行する。尚、スキャンパターン７７を下方に移動するか、上方に移動するかの判断は、スキャンパターン７７のどの位置が線状反射部８５を横切ったかを検出することで行うことができる。

演算制御部２８は、スキャンパターン７７により基準反射部８４を検出する迄、交点７８を線状反射部８５に沿って移動させる。ここで、基準反射部８４は、線状反射部８５よりも径方向に出っ張っているので、測距結果の変化で基準反射部８４を検出することができる。図７は、演算制御部２８がスキャンパターン７７により基準反射部８４を検出した状態を表している。

スキャンパターン７７により、基準反射部８４を検出すると、スキャンパターン７７を基準反射部８４の中心位置を検出するのに適した局所スキャンパターン７７’に変更する。局所スキャンパターン７７’は、サーチ範囲が狭く、而も縦長の形状となっている。

局所スキャンパターン７７’の交点７８が、基準反射部８４の中心近傍となると、局所スキャンパターン７７’が、基準反射部８４のエッジを通過する。このエッジの通過点の測定結果によって、基準反射部８４に対する交点７８の位置が測定でき、交点７８を基準反射部８４の中心に合致させることができる。

基準反射部８４の中心に、交点７８が合致すると、測距光軸５３が基準反射部８４の中心に視準され、基準反射部８４の測定が実行される。更に、基準反射部８４とポール８３の下端との関係から、測定点Ｐの３次元座標が演算される。

更に、局所スキャンパターン７７’の実行で、局所スキャンパターン７７’が線状反射部８５を横切った際の上下の測定点の３次元座標が測定される。上下の測定点の３次元座標によって、ポール８３の前後方向、左右方向の倒れ方向、及び倒れ角が測定できる。又、ポール８３の倒れ方向、倒れ角、基準反射部８４とポール８３の下端との関係に基づき、測定点Ｐの測定結果を補正することができる。

更に、ここで得られるポール８３の倒れは、測距光軸５３に対する倒れであり、測距光軸５３自体は水平であるとは限らない。測距光軸５３の基準光軸Ｏに対する傾斜角、傾斜方向は、射出方向検出部３８によって測定できる。更に、基準光軸Ｏの水平に対する傾斜角、傾斜方向は、姿勢検出器３６によって測定することができる。

従って、ポール８３の水平、又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向も測定できる。ポール８３の水平、鉛直に対する傾斜角、傾斜方向に基づき測定結果を補正することで、ポール８３の傾きに拘わらず、正確な測定点（ポール８３の下端が指示する点）Ｐについて、距離、高低角、水平角を正確に測定することができる。

従って、ターゲット装置５を直立して支持できない場所での測定、例えば壁の隅、天井の角等であっても、ポール８３の下端（天井を測定する場合は上端）で測定点を指示できれば、正確な測定が実行できる。

測定点Ｐの測定が終了すると、次に測定すべき測定点へターゲット装置５を移動する。

ターゲット装置５を次の測定点に移動させる場合、測量装置本体３は、ターゲット装置５の移動中も局所スキャンパターン７７’による局所スキャンを継続して実行し、基準反射部８４の追尾を実行する。

次に、基準反射部８４の追尾について、図８～図１２（ｃ）を参照して詳しく説明する。
図８は、本実施形態の演算制御部の概略構成を表すブロック図である。
図９は、受光素子からの受光信号の強度分布を折り返し反転させる第１具体例を表す模式図である。
図１０は、受光素子からの受光信号の強度分布を折り返し反転させる第２具体例を表す模式図である。
図１１は、受光素子からの受光信号の強度分布を折り返し反転させる第３具体例を表す模式図である。
図１２は、受光素子からの受光信号の強度分布を折り返し反転させる第４具体例を表す模式図である。

図８に表したように、本実施形態の演算制御部２８は、積算周期コントロールカウンタ２８１と、重み計算部２８２と、積算部２８３と、出力制限部２８４と、を有する。演算制御部２８は、局所スキャンパターン７７’の実行中に受光素子５５からの受光信号を検出する毎に、射出方向検出部３８による検出結果としての偏角データと、測距部４２による検出結果としての測距データと、に基づいた測定対象（即ち、基準反射部８４、線状反射部８５）の３次元データを更新する。以下に、測量システム１の追尾作用の具体例を説明する。

積算周期コントロールカウンタ２８１は、１周のスキャンパターン７７’で取得可能なデータ数すなわち積算回数を、発光素子４５の発光レート（Ｈｚ）およびスキャンパターン７７’の回転速度（Ｈｚ）に基づいて設定する。また、積算周期コントロールカウンタ２８１は、積算回数に合わせて記憶部２９のアドレスのカウントアップを実行する。

重み計算部２８２は、重み計算部２８２は、３次元データを更新する毎に、測定対象の基準点検出用および回転角度検出用の重み付けを交点７８からの距離に応じて生成する。具体的には、重み計算部２８２は、３次元データを更新する毎に、スキャンパターン７７’の交点７８からの距離が近いほど値が大きくなるように測定対象の基準点検出用の重み付けを生成する。また、重み計算部２８２は、３次元データを更新する毎に、スキャンパターン７７’の交点７８からの距離が遠いほど値が大きくなるように測定対象の回転角度検出用の重み付けを生成する。

また、重み計算部２８２は、受光素子５５からの受光信号の強度分布をスキャンパターン７７’における直交座標軸で折り返し反転させた補正データを測定対象の回転角検出用としてさらに生成する。

具体的には、測定対象が上下に所定長さを有する棒状の線状反射部８５を有するため、図９（ａ）、図１０（ａ）、図１１（ａ）および図１２（ａ）に表したように、受光信号の強度の強い部分８５１、８５２は、略上下に現れる。受光信号の強度の強い部分８５１、８５２は、局所スキャンパターン７７’が線状反射部８５を横切った際の反射強度の強い部分である。また、測定対象が線状反射部８５の略中央部に設けられた基準反射部８４を有するため、受光信号の強度の強い部分７８１は、上の部分８５１と下の部分８５２との間に現れる。受光信号の強度の強い部分７８１は、局所スキャンパターン７７’が基準反射部８４を横切った際の反射強度の強い部分である。

このように、図９（ａ）～図１２（ｃ）では、受光素子５５からの受光信号の強度を円の径（即ち、バブル）として表示している。そのため、受光信号の強度の強い部分７８１、８５１、８５２以外の実線で表した部分は、部分７８１、８５１、８５２と比較して、受光信号の強度の弱い部分である。

ここで、前述したように、重み計算部２８２は、３次元データを更新する毎に、測定対象の基準点検出用および回転角度検出用の重み付けを交点７８からの距離に応じて生成する。そのため、積算部２８３が測定対象の３次元データをそのまま積算すると、受光素子５５からの受光信号の強度が互いに打ち消されることがある。例えば、積算部２８３が測定対象の３次元データをそのまま積算すると、受光信号の強度の強い上の部分８５１と、受光信号の強度の強い下の部分８５２と、が互いに打ち消されることがある。

そこで、本実施形態の重み計算部２８２は、受光素子５５からの受光信号の強度分布をスキャンパターン７７’における直交座標軸で折り返し反転させた補正データを生成する。

例えば、受光素子５５からの受光信号の強度分布が図９（ａ）に表した強度分布である場合において、重み計算部２８２は、図９（ａ）に表した矢印Ａ１１のように、スキャンパターン７７’における直交座標軸のうちのｘ軸よりも下側の強度分布をｘ軸で折り返す。本実施形態のｘ軸は、本発明の「一方の座標軸」の一例であり、交点７８を通る横方向の軸である。重み計算部２８２がｘ軸よりも下側の強度分布をｘ軸で折り返したときの強度分布は、図９（ｂ）に表した通りである。なお、図９（ｂ）では、説明の便宜上、ｘ軸で折り返された強度分布を破線で表している。

続いて、図９（ｂ）に表した矢印Ａ１２のように、重み計算部２８２は、ｘ軸で折り返した強度分布のみをｙ軸を中心としてさらに反転させる。本願明細書において「反転させる」とは、任意の軸を中心として１８０°だけ回転させることをいうものとする。本実施形態のｙ軸は、本発明の「他方の座標軸」の一例であり、交点７８を通る縦方向の軸である。重み計算部２８２がｘ軸で折り返した強度分布のみをｙ軸を中心としてさらに反転させたときの強度分布は、図９（ｃ）に表した通りである。このようにして、重み計算部２８２は、測定対象の回転角検出用として第１補正データを生成する。この場合には、図９（ｃ）に表した実線の矢印のように、積算部２８３が測定対象の３次元データを積算しても、受光信号の強度の強い上の部分８５１と、受光信号の強度の強い下の部分８５２と、は互いに打ち消されない。これによれば、重み計算部２８２は、積算部２８３が測定対象の３次元データを積算するときに、受光信号の強度の強い上の部分８５１と、受光信号の強度の強い下の部分８５２と、が互いに打ち消されることを抑えることができる。

また、例えば、受光素子５５からの受光信号の強度分布が図１０（ａ）に表した強度分布である場合において、重み計算部２８２は、図１０（ａ）に表した矢印Ａ２１のように、ｙ軸よりも左側の強度分布をｙ軸で折り返す。なお、図１０（ａ）に表した強度分布は、図９（ａ）に表した強度分布と同じである。重み計算部２８２がｙ軸よりも左側の強度分布をｙ軸で折り返したときの強度分布は、図１０（ｂ）に表した通りである。なお、図１０（ｂ）では、説明の便宜上、ｙ軸で折り返された強度分布を破線で表している。

続いて、図１０（ｂ）に表した矢印Ａ２２のように、重み計算部２８２は、ｙ軸で折り返した強度分布のみをｘ軸を中心としてさらに反転させる。重み計算部２８２がｙ軸で折り返した強度分布のみをｘ軸を中心としてさらに反転させたときの強度分布は、図１０（ｃ）に表した通りである。このようにして、重み計算部２８２は、測定対象の回転角検出用として第２補正データを生成する。この場合には、図１０（ｃ）に表した破線の矢印のように、積算部２８３が測定対象の３次元データを積算すると、受光信号の強度の強い上の部分８５１と、受光信号の強度の強い下の部分８５２と、が互いに打ち消される。そのため、この場合には、重み計算部２８２は、第１補正データおよび第２補正データのうちの第１補正データを測定対象の回転角検出用として選択する。

また、受光素子５５からの受光信号の強度分布が図１１（ａ）に表した強度分布である場合において、重み計算部２８２は、図１１（ａ）に表した矢印Ａ３１のように、ｘ軸よりも下側の強度分布をｘ軸で折り返す。重み計算部２８２がｘ軸よりも下側の強度分布をｘ軸で折り返したときの強度分布は、図１１（ｂ）に表した通りである。なお、図１１（ｂ）では、説明の便宜上、ｘ軸で折り返された強度分布を破線で表している。

続いて、図１１（ｂ）に表した矢印Ａ３２のように、重み計算部２８２は、ｘ軸で折り返した強度分布のみをｙ軸を中心としてさらに反転させる。重み計算部２８２がｘ軸で折り返した強度分布のみをｙ軸を中心としてさらに反転させたときの強度分布は、図１１（ｃ）に表した通りである。このようにして、重み計算部２８２は、測定対象の回転角検出用として第１補正データを生成する。この場合には、図１１（ｃ）に表した実線の矢印のように、積算部２８３が測定対象の３次元データを積算しても、受光信号の強度の強い上の部分８５１と、受光信号の強度の強い下の部分８５２と、は互いに打ち消されない。これによれば、重み計算部２８２は、積算部２８３が測定対象の３次元データを積算するときに、受光信号の強度の強い上の部分８５１と、受光信号の強度の強い下の部分８５２と、が互いに打ち消されることを抑えることができる。

また、例えば、受光素子５５からの受光信号の強度分布が図１２（ａ）に表した強度分布である場合において、重み計算部２８２は、図１２（ａ）に表した矢印Ａ４１のように、ｙ軸よりも左側の強度分布をｙ軸で折り返す。なお、図１２（ａ）に表した強度分布は、図１１（ａ）に表した強度分布と同じである。重み計算部２８２がｙ軸よりも左側の強度分布をｙ軸で折り返したときの強度分布は、図１２（ｂ）に表した通りである。なお、図１２（ｂ）では、説明の便宜上、ｙ軸で折り返された強度分布を破線で表している。

続いて、図１２（ｂ）に表した矢印Ａ４２のように、重み計算部２８２は、ｙ軸で折り返した強度分布のみをｘ軸を中心としてさらに反転させる。重み計算部２８２がｙ軸で折り返した強度分布のみをｘ軸を中心としてさらに反転させたときの強度分布は、図１２（ｃ）に表した通りである。このようにして、重み計算部２８２は、測定対象の回転角検出用として第２補正データを生成する。この場合には、図１２（ｃ）に表した実線の矢印のように、積算部２８３が測定対象の３次元データを積算しても、受光信号の強度の強い上の部分８５１と、受光信号の強度の強い下の部分８５２と、は互いに打ち消されない。これによれば、重み計算部２８２は、積算部２８３が測定対象の３次元データを積算するときに、受光信号の強度の強い上の部分８５１と、受光信号の強度の強い下の部分８５２と、が互いに打ち消されることを抑えることができる。この場合には、重み計算部２８２は、第１補正データおよび第２補正データの少なくともいずれかを測定対象の回転角検出用として選択する。

積算部２８３は、重み計算部２８２により生成された基準点検出用および回転角度検出用の重み付けを用いて、測定対象の基準点（即ち、基準反射部８４の中心）位置および回転角度を計算する。また、積算部２８３は、重み計算部２８２により交点からの距離に応じて生成された回転角度検出用の重み付けと、重み計算部２８２により生成された第１補正データおよび第２補正データ（図９（ａ）～図１２（ｃ）参照）の少なくともいずれかと、を用いて測定対象の回転角度を計算する。

また、積算部２８３は、局所スキャンパターン７７’の実行中に受光素子５５からの受光信号を検出する毎に、すなわち新規の３次元データを取得する毎に、一番古い３次元データを捨て、取得した新規の３次元データを積算して記憶部２９に保存する。これにより、積算部２８３は、測定点の各点について必要な計算量および計算内容を簡略化し、演算処理に要する時間を短縮化することができる。そして、演算制御部２８は、積算部２８３により計算された測定対象の基準点（即ち、基準反射部８４の中心）位置および回転角度に基づいて基準反射部８４の追尾を実行する。

出力制限部２８４は、積算部２８３により計算された測定対象の基準点位置および回転角度の変化量や変化率が所定値よりも大きい場合には、変化量を制限する。例えば、出力制限部２８４は、積算部２８３により計算された測定対象の基準点位置の変化量が所定変化量よりも大きい場合には、スキャンエリア内における移動範囲を制限する。また、出力制限部２８４は、回転角度の変化率が所定値よりも大きい場合、あるいは、測定対象の基準点の重みと、測定対象の外周点の重みと、の差が所定値よりも大きい場合には、スキャンパターン７７’の外周部分がターゲット装置５を捉えていないと判断する。そうすると、測量装置本体３は、前述したサーチを実行する。出力制限部２８４は、このような制限に関する制御を実行することにより、モータ６３，６４に対する余分な制御が実行されることを抑えることができる。

本実施形態に係る測量システム１によれば、演算制御部２８は、光軸偏向部３５による偏向を制御し、測距光４９を測距光軸５３を略中心として２次元スキャンを実行するとともに、２次元スキャンの往路復路が交差する交点７８、８２を有するスキャンパターン７７、７７’、８１で２次元スキャンを制御する。そして、演算制御部２８は、２次元スキャン中に受光信号を検出する毎に、射出方向検出部３８による検出結果としての偏角データと、測距部４２による検出結果としての測距データと、に基づいた測定対象の３次元データを更新する。このように、演算制御部２８は、２次元スキャン中に受光信号を検出する毎に３次元データを取得し更新するため、所定量の３次元データが蓄積されなくとも、高速で測定対象を追尾することができる。このとき、演算制御部２８は、３次元データを更新する毎に、測定対象の基準点検出用および回転角度検出用の重み付けをスキャンパターン７７、７７’、８１の交点７８、８２からの距離に応じて生成し、重み付けを用いて計算された測定対象の基準点位置および回転角度に基づいて測定対象を追尾する。そのため、演算制御部２８は、２次元スキャン中に受光信号を検出する毎に３次元データを取得し更新する場合であっても、演算処理に要する時間を短縮化し、高速で測定対象を追尾することができる。これにより、本実施形態に係る測量システム１は、測定対象を見失うことを抑え、測定対象をより確実に追尾できる。

また、演算制御部２８は、スキャンパターン７７、７７’、８１の交点７８、８２からの距離が近いほど値が大きくなるように測定対象の基準点検出用の重み付けを生成するため、測定対象の基準点をより高い精度で検出することができる。これにより、本実施形態に係る測量システム１は、測定対象をより確実に追尾できる。

また、演算制御部２８は、スキャンパターン７７、７７’、８１の交点７８、８２からの距離が遠いほど値が大きくなるように測定対象の回転角度検出用の重み付けを生成するため、測定対象の回転角度をより高い精度で検出することができる。これにより、本実施形態に係る測量システム１は、測定対象をより確実に追尾できる。

また、演算制御部２８は、２次元スキャンにおける直交座標軸のうちの一方の座標軸（本実施形態ではｘ軸）で受光信号の強度分布を折り返した第１補正データを測定対象の回転角検出用としてさらに生成する。また、演算制御部２８は、２次元スキャンにおける直交座標軸のうちの他方の座標軸（本実施形態ではｙ軸）で受光信号の強度分布を折り返した第２補正データを測定対象の回転角検出用としてさらに生成する。そして、演算制御部２８は、スキャンパターン７７、７７’、８１の交点７８、８２からの距離に応じて生成した回転角度検出用の重み付けと、第１補正データおよび第２補正データの少なくともいずれかと、を用いて計算された測定対象の回転角度に基づいて測定対象を追尾する。そのため、演算制御部２８が測定対象の基準点検出用および回転角度検出用の重み付けをスキャンパターン７７、７７’、８１の交点７８、８２からの距離に応じて生成する場合であっても、受光信号の強度分布が互いに打ち消し合うことを抑えることができる。これにより、本実施形態に係る測量システム１は、測定対象をより確実に追尾できる。

また、演算制御部２８は、一方の座標軸（本実施形態ではｘ軸）で受光信号の強度分布を折り返した後、一方の座標軸（本実施形態ではｘ軸）で折り返した強度分布のみを他方の座標軸（本実施形態ではｙ軸）を中心としてさらに反転させることにより第１補正データを生成する。また、演算制御部２８は、他方の座標軸（本実施形態ではｙ軸）で受光信号の強度分布を折り返した後、他方の座標軸（本実施形態ではｙ軸）で折り返した強度分布のみを一方の座標軸（本実施形態ではｘ軸）を中心としてさらに反転させることより第２補正データを生成する。そのため、測定対象が鉛直方向および水平方向に延びていない場合（図１１（ａ）および図１２（ａ）参照）、すなわち測定対象が鉛直方向および水平方向に対して傾斜している場合であっても、受光信号の強度分布が互いに打ち消し合うことを抑えることができる。これにより、本実施形態に係る測量システム１は、測定対象をより確実に追尾できる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。例えば、本実施形態では、測量装置本体３をトータルステーションとして使用したが、レーザスキャナとして使用してもよい。

１：測量システム、 ２：三脚、 ３：測量装置本体、 ４：設置台、 ５：ターゲット装置、 ６：端末機、 １１：托架部、 １２：水平回転軸、 １３：水平角検出器、 １４：水平回転ギア、 １５：水平ピニオンギア、 １６：水平モータ、 １７：鉛直回転軸、 １８：鉛直回転ギア、 １９：ピニオンギア、 ２１：鉛直モータ、 ２２：鉛直角検出器、 ２５：測距光射出部、 ２６：受光部、 ２７：測距演算部、 ２８：演算制御部、 ２９：記憶部、 ３１：撮像制御部、 ３２：画像処理部、 ３３：通信部、 ３５：光軸偏向部、 ３６：姿勢検出器、 ３７：測定方向撮像部、 ３８：射出方向検出部、 ３９：モータドライバ、 ４１：筐体、 ４２：測距部、 ４４：射出光軸、 ４５：発光素子、 ４６：投光レンズ、 ４７：第１反射鏡、 ４８：第２反射鏡、 ４９：測距光、 ５１：受光光軸、 ５２：反射測距光、 ５３：測距光軸、 ５４：結像レンズ、 ５５：受光素子、 ５７、５８：光学プリズム、 ５９、６０：リングギア、 ６１、６２：駆動ギア、 ６３、６４：モータ、 ６６：フレーム、 ６７：センサブロック、 ６８：第１傾斜センサ、 ６９：第２傾斜センサ、 ７０、７１：エンコーダ、 ７３：第１撮像光軸、 ７４：撮像レンズ、 ７５：撮像素子、 ７６：偏向、 ７７、７７'：スキャンパターン、 ７８：交点、 ７９ａ：往路、 ７９ｂ：復路、 ８１：スキャンパターン、 ８２：交点、 ８３：ポール、 ８４：基準反射部、 ８５：線状反射部、 １８０：相対回転角、 ２８１：積算周期コントロールカウンタ、 ２８２：重み計算部、 ２８３：積算部、 ２８４：出力制限部、 ７８１、８５１、８５２：部分、 Ａ、Ｂ：偏向、 Ｃ：合成偏向、 Ｏ：基準光軸、 Ｐ：測定点

Claims (5)

1. 再帰反射体を有する測定対象と、
   測距光を発し、前記再帰反射体からの反射測距光に基づき前記測定対象の測定を行う測定装置本体と、
   を備えた測量システムであって、
   前記測定装置本体は、
   前記測距光を発する発光素子を有し、前記測距光を測距光軸上に射出する測距光射出部と、
   前記反射測距光を受光し、受光信号を発生する受光素子を有する受光部と、
   前記受光素子からの前記受光信号に基づき前記測定対象の測距を行う測距部と、
   基準光軸を有し、前記測距光軸を前記基準光軸に対して偏向する光軸偏向部と、
   前記測距光軸の前記基準光軸に対する偏角、偏角の方向を検出する射出方向検出部と、
   前記光軸偏向部の偏向作用及び前記測距部の測距作用を制御する演算制御部と、
   を有し、
   前記光軸偏向部は、
   前記基準光軸を中心として回転可能な一対の光学プリズムと、
   前記光学プリズムを個々に独立して回転するモータと、
   を有し、
   前記演算制御部は、前記一対の光学プリズムの回転方向、回転速度、回転比の制御により前記光軸偏向部による偏向を制御し、前記測距光を前記測距光軸を略中心として２次元スキャンを実行するとともに前記２次元スキャンの往路復路が交差する交点を有するスキャンパターンで前記２次元スキャンを制御し、前記２次元スキャン中に前記受光信号を検出する毎に前記射出方向検出部による検出結果としての偏角データと前記測距部による検出結果としての測距データとに基づいた前記測定対象の３次元データを更新し、前記３次元データを更新する毎に前記測定対象の基準点検出用および回転角度検出用の重み付けを前記交点からの距離に応じて生成し、前記重み付けを用いて計算された前記測定対象の基準点位置および回転角度に基づいて前記測定対象を追尾することを特徴とする測量システム。
2. 前記演算制御部は、前記交点からの距離が近いほど値が大きくなるように前記基準点検出用の前記重み付けを生成することを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
3. 前記演算制御部は、前記交点からの距離が遠いほど値が大きくなるように前記回転角度検出用の前記重み付けを生成することを特徴とする請求項１または２に記載の測量システム。
4. 前記演算制御部は、前記２次元スキャンにおける直交座標軸のうちの一方の座標軸で前記受光信号の強度分布を折り返した第１補正データと、前記直交座標軸のうちの他方の座標軸で前記受光信号の強度分布を折り返した第２補正データと、を前記測定対象の前記回転角検出用としてさらに生成し、前記交点からの距離に応じて生成した前記回転角度検出用の前記重み付けと、前記第１補正データおよび前記第２補正データの少なくともいずれかと、を用いて計算された前記回転角度に基づいて前記測定対象を追尾することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の測量システム。
5. 前記演算制御部は、前記一方の座標軸で前記受光信号の強度分布を折り返した後、前記一方の座標軸で折り返した前記強度分布のみを前記他方の座標軸を中心としてさらに反転させることにより前記第１補正データを生成し、前記他方の座標軸で前記受光信号の強度分布を折り返した後、前記他方の座標軸で折り返した前記強度分布のみを前記一方の座標軸を中心としてさらに反転させることより前記第２補正データを生成することを特徴とする請求項４に記載の測量システム。

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