JP2023000908A - 測量装置、光軸変換ユニット、測量方法及び測量プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で障害物による測量への影響を除去可能な測量装置、光軸変換ユニット、測量方法及び測量プログラムを提供すること。【解決手段】視準軸Ａ０に沿って光を送光又は受光可能な望遠鏡部２４と、視準軸Ａ０に沿った光路の光軸を視準軸Ａ０に対する径方向にオフセットする光学部材（２５２，２５３）を有し、オフセットされた変換光軸を視準軸Ａ０周りに回動可能な光軸変換ユニット２５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、測量装置、光軸変換ユニット、測量方法及び測量プログラムに関する。

トータルステーション等の測量装置では測定対象を視準して測角し、測定対象に測距光を照射することで測量装置から測定対象までの距離を測定している。測量装置と測定対象との間に障害物が存在する場合の測量方法として、例えば特許文献１には、複数の測量装置を用いて障害物を迂回し、既知点に対する測定対象の位置を測量する技術が開示されている。

特開２０１１－２４７６７７号

建築や土木の作業現場等では、物の落下防止等のために網目状のネットが設置されることがある。ネットのような障害物越しに測量を行う場合、測量装置は障害物により一部が遮蔽されて欠けた光像を測定対象から受光することとなるため、光像の重心位置を求めることが難しく測定対象の正確な位置（例えば、水平角や鉛直角）を求めることが容易ではない。特許文献１に記載の技術では、障害物を迂回して測定対象を測量しているが、この方法ではシステムの全体構成が煩雑となる。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡易な構成で障害物による測量への影響を除去可能な測量装置、光軸変換ユニット、測量方法及び測量プログラムを提供するものである。

上記した目的を達成するために、本発明に係る測量装置は、視準軸に沿って光を送光又は受光可能な望遠鏡部と、前記視準軸に沿った光路の光軸を前記視準軸に対する径方向にオフセットする光学部材を有し、前記オフセットされた変換光軸を前記視準軸周りに回動可能な光軸変換ユニットと、を備える。

また上述の測量装置として、前記光学部材は、前記望遠鏡部の望遠鏡側開口面と対向する第一開口面を有して前記望遠鏡部に対してオフセットして配置される第一再帰反射部材と、前記第一開口面と対向する第二開口面を有して前記望遠鏡部及び前記第一再帰反射部材に対してオフセットして配置される第二再帰反射部材と、前記第二再帰反射部材の変換光軸を測定対象に向けながら、前記第一再帰反射部材及び前記第二再帰反射部材を前記視準軸周りに回動可能に設けた回動部と、を備えてもよい。

また上述の測量装置として、前記回動部を回動制御可能な光軸回動駆動部を備えてもよい。

また上述の測量装置として、前記光学部材の前記視準軸周りの回動位置及び回動量の一方又は両方を検出可能な回動検出部を備えてもよい。

また上述の測量装置として、前記光軸変換ユニットは、前記望遠鏡部に対して着脱可能に形成されてもよい。

また上述の測量装置として、前記望遠鏡部は、基盤部に対して水平軸及び鉛直軸周りに回動可能に接続され、前記光軸変換ユニットは、回動中、前記光学部材により変換された変換光軸上に測定対象が位置するように、前記基盤部に対して前記水平軸及び前記鉛直軸周りに回動可能に構成されてもよい。

また上述の測量装置として、前記光学部材の前記視準軸周りの異なる回動位置で受光した測定対象からの複数の光像から、前記光像の平均重心位置を求める制御部を備えてもよい。

また上述の測量装置として、前記光学部材は、コーナーキューブプリズムであってもよい。

上記した目的を達成するために、本発明に係る光軸変換ユニットは、光を送光又は受光可能な望遠鏡部に着脱可能に形成されて、前記望遠鏡部の視準軸に沿った光路の光軸を前記視準軸に対する径方向にオフセットする光学部材を有し、前記オフセットされた変換光軸を前記視準軸周りに回動可能に設けられる。

上記した目的を達成するために、本発明に係る測量方法は、前記測量装置は、視準軸に沿って光を送光又は受光可能な望遠鏡部と、前記視準軸に沿った光路の光軸を前記視準軸に対する径方向にオフセットする光学部材を有し、前記オフセットされた変換光軸を前記視準軸周りに回動させる工程と、前記光学部材の前記視準軸周りの異なる回動位置で、前記測量装置が測定対象から導光された光を受光する工程と、を含む。

上記した目的を達成するために、本発明に係る測量プログラムは、視準軸に沿って光を送光又は受光可能な望遠鏡部と、前記視準軸に沿った光路の光軸を前記視準軸に対する径方向にオフセットする光学部材を有する測量装置において、前記オフセットされた変換光軸を前記視準軸周りに回動させる工程と、前記光学部材の前記視準軸周りの異なる回動位置で、前記測量装置が測定対象から導光された光を受光する工程と、をコンピュータに実行させる。

上記手段用いる本発明に係る測量装置、光軸変換ユニット、測量方法及び測量プログラムによれば、簡易な構成で障害物による測量への影響を除去可能とすることができる。

本発明の実施形態に係る測量システムの全体構成図である。 本発明の実施形態に係る光軸変換ユニットを模式的に示す図であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は正面図を示す。 本発明の実施形態に係る測量装置の制御ブロック図である。 測量システムにおける測定方法を示すフローチャートである。 測量装置が測定対象を指向しながら光軸変換ユニットを回動させた状態を示す図である。 測定対象を撮像した画像を示す図であり、（ａ）は図１の測定装置が撮像した画像であり、（ｂ）は図５の測定装置が撮像した画像である。 本発明の実施形態の変形例に係る測量方法を示すフローチャートである。 変形例における測定対象を撮像した画像を示す図であり、（ａ）は撮像した複数の光像の位置関係を示し、（ｂ）は撮像した複数の光像のうちの基準となる一方に他の一方を重ねるように補正した様子を示し、（ｃ）は合成した光像を示す。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る測量システム１の全体構成図である。また、図２は、測量装置２の制御ブロック図である。以下、実施形態に係る測量システム１の全体構成と制御系について、これら図１、２を用いて説明する。なお、各装置や配置関係は、模式的に示しており、説明の便宜上実際の縮尺と異なって示している。

測量システム１は、測量装置２と、測定対象３（ターゲット）とを含む。測量装置２は、例えば、トータルステーションであり、図示しない三脚等の脚部に設置され、測定対象３までの角度と距離とを測定して測量を行うことができる。測量装置２は、上記脚部に着脱可能であって整準を行う整準部２１と、整準部２１の上に設けられた基盤部２２と、基盤部２２の鉛直軸Ｖ周りに回動可能に設けられた本体部２３と、本体部２３に水平軸Ｈ周りに回動可能に設けられた望遠鏡部２４とを備える。従って、望遠鏡部２４は基盤部２２に対して水平軸Ｈ及び鉛直軸Ｖ周りに対して回動可能に設けられる。整準は脚部を調整して作業者による手作業で行ってもよいし、自動整準であってもよい。また、測量装置２は、測量装置２を制御するためのコンピュータ（不図示）を備える。

図３は、測量装置２の制御ブロック図である。通信部２０１は、外部機器と通信可能に構成され、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信手段である。なお、通信部２０１は、接続端子を介して有線通信手段として機能してもよい。

記憶部２０２は、追尾プログラムや測量方法に関する測量プログラム等の各種プログラム、測量データ、ＧＰＳ時刻、測量装置２の大きさ（高さ、幅、奥行き等）、追尾光受光部２０７が撮像した画像４（図６（ａ）及び図６（ｂ）参照）等の各種データを記憶可能に構成される。

表示部２０３は、追尾光受光部２０７（受光部）が受光して撮像した画像４等を表示することができ、例えば本体部２３の後方部に設けられる。操作部２０４は、各種の動作指示や設定を入力可能な操作手段である。例えば、動作指示として、電源のオン、オフの切替、測量を開始するトリガ、測量モードの切替、測量周期の設定等を含むことができる。また操作部２０４は、スイッチ、ボタン、ダイアルなど、任意の操作デバイスや入力デバイスを含んでもよい。表示部２０３がタッチパネルである場合は、表示部２０３と操作部２０４とは一体に形成されていてもよい。

測距部２０５は、測距光を出射する送光部と、送光部からの測距光が照射されて測定対象３により反射された反射光を受光する受光部とを含む。測距部２０５は、例えば、パルスレーザ光である測距光を出射すると共に測定対象３により反射された反射光を受光することで測量装置２から測定対象３までの距離（斜距離）を測定する。なお、測距方式はこのようなパルス方式に限られず、例えばレーザ光の波の数に基づき測距するいわゆる位相差方式等の周知の方式を適用することも可能である。

追尾光送光部２０６は、測定対象３に向けて追尾光を照射可能な光源である。また、追尾光受光部２０７は、測定対象３により反射された追尾光の一部を受光し、例えば電気信号に変換するイメージセンサ（ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等）等の受光素子を用いることができる。追尾光送光部２０６は、広がり角を有する追尾光を照射する。従って、測量装置２からの距離が遠くなるほど追尾光照射範囲の空間領域が広がる特性を持つ。制御部２１５は、この追尾光送光部２０６からの追尾光を追尾光受光部２０７が受光し続けるように水平回動駆動部２０８、鉛直回動駆動部２０９及び光軸回動駆動部２１０を制御することで、測定対象３の追尾機能を制御することができる。

水平回動駆動部２０８は、基盤部２２に対して本体部２３を鉛直軸Ｖ周りの水平方向に回動可能に制御する。鉛直回動駆動部２０９は、本体部２３に対して望遠鏡部２４を水平軸Ｈ周りの鉛直方向に回動可能に制御する。

光軸回動駆動部２１０は、光軸変換ユニット２５を望遠鏡部２４の視準軸Ａ０周りに回動制御することができ、モータやギヤにより構成することができる。

また、本体部２３の内部には、本体部２３の水平方向の回動角（即ち鉛直軸Ｖ周りの回転角）を検出する水平角検出部２１１（水平エンコーダ）と、望遠鏡部２４の鉛直方向の回動角（即ち水平軸Ｈ周りの回転角）を検出する鉛直角検出部２１２（鉛直エンコーダ）が設けられている。望遠鏡部２４は、測定対象３を視準可能な光学系を含む望遠鏡２４ａを内部に有する。望遠鏡部２４は、測距光学系を含む測距部２０５を内蔵しており、この測距部２０５の測距光学系の光路の一部は望遠鏡２４ａの光学系の一部と共有されている。前述の測距部２０５又は追尾光送光部２０６から出射された光は、望遠鏡２４ａの対物側から視準軸Ａ０と同軸に導光されて出射される。また、光軸変換ユニット２５を介して外部から受光した光は、視準軸Ａ０上に導光されて測距部２０５又は追尾光受光部２０７により受光される。

回動検出部２１３は、光軸変換ユニット２５が備える第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３の視準軸Ａ０周りの回動位置（例えば回転角）及び回動量の一方又は両方を検出可能に構成される。回動検出部２１３は、一回転検出用センサ、エンコーダ又は加速度センサ等により形成することができる。回動基準センサ２１４は、回動部２５１が一回転したことを検出する投受光センサ等により形成される。

また、制御部２１５は、例えば測量装置２の本体部２３内に設けられる。制御部２１５は、水平角検出部２１１及び鉛直角検出部２１２により検出された角度（水平角及び鉛直角）、測距部２０５により測定された距離（斜距離）、追尾光受光部２０７により撮像された画像４、等の各種情報の取得、記憶、演算等を行い、例えば表示部２０３にその取得結果、演算結果を表示する。また、制御部２１５は、操作部２０４に対する操作に応じて、又は演算結果に応じて、各部の駆動制御等を行う。

図２に示すように、光軸変換ユニット２５は、望遠鏡部２４の視準軸Ａ０周りに回動可能な回動部２５１を備える。光軸変換ユニット２５は、望遠鏡部２４に対して着脱可能に形成される。また回動部２５１は、第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３を備える。本実施形態の第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３は、コーナーキューブプリズムであり、図２（ａ）等ではその形状を模式的に示している。第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３は、それぞれ、光の入射面及び出射面である開口面（第一開口面２５２ａ及び第二開口面２５３ａ）と、光を反射可能な反射部２５２ｂ，２５３ｂとを有する。第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３において、反射部２５２ｂ及び反射部２５３ｂの各々は、直交する三つの反射面を有し、３方向が囲われた入隅状に形成される（詳細は不図示）。

第一再帰反射部材２５２は、望遠鏡部２４の望遠鏡側開口面２４１と対向する第一開口面２５２ａを有して望遠鏡部２４の視準軸Ａ０に対して直交方向にオフセットして配置される。従って、視準軸Ａ０と、反射部２５２ｂの中心軸である光学軸Ｂ１（三つの反射面が接続する頂部を通り、第一開口面２５２ａと直交する軸）とは、視準軸Ａ０に対する直交方向にオフセットして配置される。また、第二再帰反射部材２５３は、第一再帰反射部材２５２の第一開口面２５２ａと対向する第二開口面２５３ａを有して望遠鏡部２４及び第一再帰反射部材２５２に対してオフセットして配置される。従って、光学軸Ｂ１と、第二再帰反射部材２５３の光学軸Ｂ２（三つの反射面が接続する頂部を通り、第二開口面２５３ａと直交する軸）とは、視準軸Ａ０に対して直交方向であって第一再帰反射部材２５２のオフセット方向と略同方向にオフセットして配置される。

望遠鏡部２４から追尾光や測距光等の光Ｌ１を出射する場合、光Ｌ１は、望遠鏡部２４の視準軸Ａ０を光軸として第一再帰反射部材２５２側に導光される。望遠鏡部２４側から導光された光Ｌ１は、第一開口面２５２ａに入射して第一再帰反射部材２５２の反射部２５２ｂにより内部反射される。反射部２５２ｂにより反射された光Ｌ１は、視準軸Ａ０上の光Ｌ１に対する対称光路の光軸である第一光軸Ａ１に沿って導光され、第一開口面２５２ａから第二再帰反射部材２５３側に出射される。第一再帰反射部材２５２側から導光された光Ｌ１は、第二開口面２５３ａに入射して第二再帰反射部材２５３の反射部２５３ｂにより内部反射される。反射部２５３ｂにより反射された光Ｌ１は、第一光軸Ａ１上の光Ｌ１に対する対称光路の光軸である第二光軸Ａ２に沿って導光され、第二開口面２５３ａから出射される。そして第二開口面２５３ａから出射された光Ｌ１は、貫通孔又は透光性部材が設けられた開口部２５１ａを介して測定対象３側へ出射される。

第二光軸Ａ２は、第一光軸Ａ１及び視準軸Ａ０と平行に形成される。従って第二開口面２５３ａから出射された光Ｌ１は、望遠鏡部２４から出射された光Ｌ１に対して平行且つ同一方向であって、視準軸Ａ０からオフセットされて出射される。また、図２（ｂ）の望遠鏡部２４を出射側から見ると、視準軸Ａ０、第一光軸Ａ１及び第二光軸Ａ２は、視準軸Ａ０と直交する直線上に配置される。図２（ｂ）に示す光軸変換ユニット２５が１２時を向いた回動位置では、視準軸Ａ０、第一光軸Ａ１及び第二光軸Ａ２が鉛直軸Ｖに重なるように位置している。

本実施形態の測定対象３は、ピンポール等に設けられた再帰反射部材であるプリズムを示している。なお、測定対象３は、様々な方向からの測定を可能にするために、再帰反射性のプリズムを複数結合して構成することができる。また、測定対象３は、再帰反射部材に限らず、測量装置２から照射された光を反射して測量装置２に反射光を検出させることが可能な程度の強度で反射可能なその他の反射部材（例えば、反射シート、ターゲット板又は壁等）を配置してもよい。

また、図１には、測量装置２と測定対象３との間には、障害物５が位置している例を示している。障害物５は、例えば、建築現場などにおいて落下防止用に用いられるネットであり、１０～１５ｍｍ角程度の網目状に形成される。ネットを形成する網紐の直径は例えば２ｍｍ～３ｍｍ程度である。

光Ｌ１が照射された測定対象３は、入射方向とは反対方向に反射される。測定対象３により反射された光Ｌ２は、第二再帰反射部材２５３の第二開口面２５３ａに入射して反射部２５２ｂにより内部反射される。反射部２５３ｂにより反射された光Ｌ２は、第一光軸Ａ１に沿って導光され、第二開口面２５３ａから第一再帰反射部材２５２側へ出射される。第二再帰反射部材２５３側から導光された光Ｌ２は、第一開口面２５２ａに入射して反射部２５２ｂにより内部反射される。反射部２５２ｂにより反射された光Ｌ１は、視準軸Ａ０に沿って導光され、望遠鏡部２４内に入射される。測距部２０５又は追尾光受光部２０７は、望遠鏡部２４内に入射した光Ｌ２を受光する。

ここで、図４等を参照して、測量装置２の測量方法に係る各工程について説明する。まずステップＳ０１として、望遠鏡２４ａにより測定対象３を視準する。測定対象３が望遠鏡２４ａの視野の略中央に位置するとき、測定対象３は略第二光軸Ａ２上に位置する。制御部２１５は、測定対象３の光像４１を含む画像４（図６（ａ）参照）を取得し、光像４１の重心位置４１１を求める。制御部２１５は、重心位置４１１と視準の中心位置４３とが一致するように、望遠鏡部２４の角度を自動追尾させる。具体的には、望遠鏡部２４に接続される回動部２５１は、第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３の回動中、第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３により変換された変換光軸である第二光軸Ａ２上に測定対象３が位置するように、基盤部２２に対して水平軸Ｈ及び鉛直軸Ｖ周りに回動可能に構成される。従って、光軸変換ユニット２５は、第二光軸Ａ２が常時測量方向軸Ｏ側を向くよう指向して、測定対象３の近傍に、第二光軸Ａ２と測量方向軸Ｏとの交点が位置するように制御させる。重心位置４１１は、光像４１により求められるため、障害物５による影４２の影響がある場合、実際の測定対象３の中心位置とは異なる場合がある。

ステップＳ０２として、制御部２１５は、光軸回動駆動部２１０により、光軸変換ユニット２５の回動部２５１を視準軸Ａ０周りに回動させる。図５は、図１に示した測量装置２の光軸変換ユニット２５を１８０度回動させて視準軸Ａ０に対して下方である正面視６時方向に位置させた状態を示している。図５の測量装置２においても、図１の状態（光軸変換ユニット２５が１２時を向いた状態）と同様に、光軸変換ユニット２５の回動中、第二光軸Ａ２が測量方向軸Ｏ側を向くように制御される。そのため、測定対象３の近傍に、第二光軸Ａ２と測量方向軸Ｏとの交点を位置させることができる。

ステップＳ０３として、測定対象３の光像４１を含む画像４を複数取得し、各光像４１の重心位置４１１を任意に設定された間隔で連続的に求める。また、制御部２１５は、各画像４を取得した際の光軸変換ユニット２５の回転角に対応して測距及び測角を行い、取得した各画像４、距離、角度（水平角及び鉛直角を含む）を対応して記憶部２０２に記憶する。

具体的には、制御部２１５は、図１の二点鎖線で示す仮想的にオフセットされた望遠鏡部２４'から測定対象３を視準したものとして測量値を求める。まず、制御部２１５は、水平角検出部２１１及び鉛直角検出部２１２により測定対象３の水平角及び鉛直角を検出する。検出された水平角及び鉛直角は、オフセットされた望遠鏡部２４'から測定対象３を視準して測角した際の値（角度θ_１１）として求めることができる。また、制御部２１５は、測距部２０５により測量装置２から測定対象３までの距離を求める。器械点２６'のオフセット量は既知であり、器械点２６に対する開口部２５１ａの位置も既知であるため、器械点２６'から開口部２５１ａまでの距離は予め求めておくことができる。また、器械点２６から開口部２５１ａまでの距離（光路長）も既知である。このため、制御部２１５は、測距部２０５が測距した値から、器械点２６から開口部２５１ａまでの距離を減じ、器械点２６'から開口部２５１ａまでの距離を加算する等して、器械点２６'から測定対象３までの距離Ｘ_１１を求めることができる。また、器械点２６及び器械点２６'の位置は既知であり、器械点２６'からの見た測定対象３の距離Ｘ_１１と角度θ_１１（水平角及び鉛直角）は求めることができるため、制御部２１５は、器械点２６から見た測定対象３の距離Ｘ_１２及び角度θ_１２（測量方向軸Ｏに対する角度）も求めることができる。従って、測量装置２は、光軸変換ユニット２５を用いて、器械点２６から測定対象３までの位置（水平角、鉛直角及び斜距離）を求めることができる。

なお、測角及び測距による測定並びに画像４の取得は、例えば光軸変換ユニット２５が１秒程度で１回転する間に、５０ｍｓｅｃ間隔で行うことができる。

画像４の取得について、例えば、図１に示すように、光軸変換ユニット２５が上方に位置する場合、追尾光受光部２０７は、図６（ａ）に示す画像４を取得する。画像４は、測定対象３により反射された光に対応する光像４１Ａ（４１）を含む。光像４１Ａは略円形に形成されているが、図１では第二光軸Ａ２の下方近傍に障害物５が配置されているため、光像４１Ａの下方の一部が影４２で遮光され、光像４１Ａの重心位置４１１は光像４１Ａの全体に対してやや上方に位置する。

一方、図５に示すように、光軸変換ユニット２５が下方に位置する場合、追尾光受光部２０７は、図６（ｂ）に示す画像４を取得する。画像４は、測定対象３により反射された光に対応する光像４１Ｂ（４１）を含む。図５では第二光軸Ａ２の上方近傍に障害物５が配置されているため、光像４１Ｂの上方の一部が影４２で遮光され、光像４１Ｂの重心位置４１１は光像４１Ｂ全体に対してやや下方に位置する。

このように、光軸変換ユニット２５が回転中、追尾光送光部２０６が追尾光を出射し、追尾光受光部２０７が反射された追尾光を受光することで、制御部２１５は測定対象３を複数の異なる角度位置（回動位置）で視準して障害物５による影４２の位置は範囲が異なる複数の光像４１を取得し、記憶部２０２に記憶させておくことができる。

なお、制御部２１５は、複数の光像４１を、光軸変換ユニット２５が一周未満の回動角範囲で回動する間、又は一周以上の回動角範囲で回動する間に取得することができる。また制御部２１５は、複数の光像４１を二周以上の複数回回動する間に取得してもよい。

ステップＳ０４として、制御部２１５は、光軸回動駆動部２１０による光軸変換ユニット２５の回動を１回転から複数回回転させた後に、停止させる。ステップＳ０５として、制御部２１５は、複数回の測量により求めた位置（器械点２６又は測量装置２が設置される既知点からの距離、水平角及び鉛直角により求められる位置）を平均して、平均重心位置４１２を測定対象３の中心位置として求める。以上のように、本実施形態ではオフセットされた変換光軸（第二光軸Ａ２）を視準軸Ａ０周りに回動可能に構成したため、障害物５による影響を除去して測定対象３の正確な測量値を求めることができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。図７は、本変形例における測量装置２の測量方法の各工程を示している。まず、ステップＳ１１として、望遠鏡２４ａにより測定対象３を視準する。制御部２１５は、前述のステップＳ０１と同様に、制御部２１５は、重心位置４１１と視準の中心位置４３とが一致するように、望遠鏡部２４の角度を自動追尾させる。ステップＳ１２として制御部２１５は、光軸回動駆動部２１０により、光軸変換ユニット２５の回動部２５１を視準軸Ａ０周りに回動させる。このとき、望遠鏡部２４に接続される回動部２５１は、第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３の回動中、第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３により変換された変換光軸である第二光軸Ａ２上に測定対象３が位置するように、基盤部２２に対して水平軸Ｈ及び鉛直軸Ｖ周りに回動制御される。

ステップＳ１３として、制御部２１５は、追尾光送光部２０６により追尾光である光Ｌ１を出射させ、測定対象３に照射する。測定対象３により反射された光Ｌ２は、望遠鏡部２４内の追尾光受光部２０７により受光される。制御部２１５は、追尾光受光部２０７が受光した光Ｌ２を光像４１として画像４に含め、画像４のデータを記憶部２０２に記憶させる。また、制御部２１５は、各画像４を取得した際の光軸変換ユニット２５の回転角に対応して測距及び測角を行い、取得した各画像４、並びに、器械点２６'に対する測定対象３の距離Ｘ_１１、角度θ_１１（水平角及び鉛直角を含む）を対応して記憶部２０２に記憶する。

ステップＳ１４として、制御部２１５は、器械点２６'に対する距離Ｘ_１１及び角度θ_１１を、測量装置２の実際の器械点２６に対する距離Ｘ_１２及び角度θ_１２に変換する。そして、ステップＳ１５で、制御部２１５は、ステップＳ１３で取得した画像４の中心位置（より具体的には、視準の中心位置４３）を、器械点２６から見た角度θ_１２の位置として対応づけて、記憶部２０２に記憶する。

ステップＳ１６として、制御部２１５は、ステップＳ１３で距離Ｘ_１１、角度θ_１１及び画像４を取得した際の光軸変換ユニット２５の回動位置とは異なる視準軸Ａ０周りの回動位置（例えば、図５の光軸変換ユニット２５の位置）で、測定対象３からの光を受光し、ステップＳ１３からステップＳ１５までの処理と同様の処理を行う。制御部２１５は、測定対象３の光像４１を含む複数の画像４を、任意に設定された間隔で連続的に取得する。例えば、光軸変換ユニット２５が図５の状態の場合、制御部２１５は、器械点２６"からの距離Ｘ_２１及び角度θ_２１を測定し、光像４１を含む画像４と、器械点２６からの距離Ｘ_２１及び角度θ_２１を求める。従って、制御部２１５は、器械点２６を共通としながら、複数の異なる位置のオフセット視点から、オフセットした器械点２６"（又は器械点２６'）からの距離Ｘ_２１及び角度θ_２１を測定し、光像４１を含む画像４と、器械点２６からの距離Ｘ_２２及び角度θ_２２を求めることができる。制御部２１５は、取得した画像４並びに器械点２６からの距離Ｘ_２２及び角度θ_２２を記憶部２０２に対応して記憶する。

ステップＳ１７として、制御部２１５は、基準となるオフセット視点で取得した画像４に基づいて、光像４１を比較明合成する。例として、図８（ａ）は、図１において光軸変換ユニット２５が視準軸Ａ０の上方に位置する場合に測量装置２が取得した光像４１Ａ（実線で示している）と、図５において光軸変換ユニット２５が視準軸Ａ０よりも下方に位置する場合に測量装置２が取得した光像４１Ｂ（破線で示している）とを、光像４１Ａの重心位置４１１ａ及び光像４１Ｂの重心位置４１１ｂを一致させて示している。なお、図８（ａ）～（ｃ）の光像４１Ａ，４１Ｂと、図６（ａ）及び図６（ｂ）の光像４１Ａ，４１Ｂとは、それぞれ同じ測定対象３の像を示しているが、図８（ａ）～（ｃ）では簡略化のため、高輝度領域を示すハッチングの図示を省略している。

光像４１Ａ及び光像４１Ｂは同じ測定対象３から反射された光を示しているが、光像４１Ａの重心位置４１１ａを測定した距離Ｘ_１２及び角度θ_１２と、光像４１Ｂの重心位置４１１ｂを測定した距離Ｘ_２２及び角度θ_２２は、異なっている。本変形例では、光像４１Ｂを角度θ_２２－角度θ_１２の差分Δθに相当する画素数分だけ、光像４１Ｂの位置を移動させて補正を行う（図８（ｂ）参照）。光像４１Ｂの差分Δθに対する移動量は、画像４と撮像可能な立体角とを予め対応付けて求めてもよい。これにより、光像４１Ｂは、光像４１Ａを基準として影４２の有無や位置に関わらず像の輪郭をほぼ一致させることができる。

その後、制御部２１５は、重なった状態の光像４１Ａと光像４１Ｂに対して、比較明合成を行う。比較明合成は、複数の画像の同じ位置にある画素同士を比較し、明るい方の画素を採用して、合成画像を生成する画像合成方法である。従って、光像４１と光像４１Ｂに対して比較明合成を行う場合には、障害物５による影４２の影響を除去した光像４１Ｃ（図８（ｃ）参照）を求めることができる。そして、制御部２１５は、光像４１Ｃの重心位置４１３を求め、重心位置４１３に対応する角度を測定対象３までの正確な角度として求めることができる。

なお、光像４１Ｃの距離としては、重心位置４１１ａの距離Ｘ_１２と重心位置４１１ｂの距離Ｘ_２２とを平均して求めてもよい。光像４１Ｃの角度（水平角，鉛直角）及び距離は、本変形例で示した算出方法に限らず任意のその他の算出方法により求めてもよい。

その後、ステップＳ１８として、制御部２１５は、光軸変換ユニット２５の回動を停止して、測定対象３の測量を終了する。

以上のように、本実施形態では、測量装置２が、視準軸Ａ０に沿って光を送光又は受光可能な望遠鏡部２４と、視準軸Ａ０に沿った光路の光軸を視準軸Ａ０に対する径方向にオフセットする光学部材（第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３）を有し、オフセットされた変換光軸を視準軸Ａ０周りに回動可能な光軸変換ユニット２５と、を備える構成について説明した。このような構成により、測量装置２は測定対象３を異なる角度で視準することができるため、簡易な構成で障害物５による測量への影響を除去可能な測量装置２、光軸変換ユニット２５、測量方法及び測量プログラムを構成することができる。

また、第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３は、それぞれ第一開口面２５２ａ及び第二開口面２５３ａに入射した光を、入射光に対し平行且つ反対方向に反射することができるため、第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３の望遠鏡部２４に対する取り付けの際に高い取り付け精度は要求されない。そのため、測量装置２は、光軸を容易に変換することができる。

また、光軸変換ユニット２５は、望遠鏡部２４に対して着脱可能に形成されるため、障害物５のない環境で測量を行う場合には、光軸変換ユニット２５を取り外して通常の測量方法により測定対象３を測量することができる。測量装置２は、光軸変換ユニット２５の着脱状態に応じて、光軸を変換して測量を行うモードと、光軸を変換せずに通常の測量を行うモードとを切り替えることができる。

以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態において、制御部２１５はステップＳ０４で光軸変換ユニット２５の回動を停止させてからステップＳ０５で平均重心位置４１２を求める例について説明したがこれらの測量方法に限られない。例えば、制御部２１５は、予め設定した数の光像４１から平均重心位置４１２を求めて、平均重心位置４１２が受光素子の中心位置（視準の中心位置４３）に一致するように光軸変換ユニット２５の回動動作と望遠鏡部２４の水平軸Ｈ及び鉛直軸Ｖ周りの回動動作の角度及び同期を補正し、平均重心位置４１２が受光素子の中心位置（視準の中心位置４３）に安定して一致したと判定した場合に光軸変換ユニット２５の回動を停止してもよい。

また、第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３は、第一開口面２５２ａ及び第二開口面２５３ａが接するように一体に設けてもよいし、離間させて別体に設けてもよい。また、第一再帰反射部材２５２及び第二再帰反射部材２５３は、コーナーキューブプリズムに限らず、再帰反射特性を有するその他の光学部材により構成してもよい。

また、視準軸Ａ０に沿った光路の光軸を視準軸Ａ０に対する径方向にオフセットする光学部材として、再帰反射部材に限らず、複数回の反射を組み合わせることで光軸をオフセット可能な一つ又は複数の反射部材により構成してもよい。例えば、反射部材として、複数の反射面を有するプリズムを用いてもよいし、複数枚のミラーを組み合わせて構成してもよい。光軸をオフセット可能な構成として、二つ又は三つ以上の反射面を組み合わせて潜望鏡状に設けてもよい。

また、平均重心位置４１２を求める際、制御部２１５は、回動検出部２１３により光軸変換ユニット２５の回動位置を検出して複数の光像４１を予め定めた回動位置に対応させて取得してもよいし、回動検出部２１３を省略して光軸変換ユニット２５の回動位置にかかわらず複数の光像４１を取得してもよい。回動検出部２１３を省略する構成の場合、光軸回動駆動部２１０のモータとしてステッピングモータを用いてもよい。

１ 測量システム
２ 測量装置
３ 測定対象
４ 画像
５ 障害物
２１ 整準部
２２ 基盤部
２３ 本体部
２４，２４'，２４" 望遠鏡部
２４ａ 望遠鏡
２５ 光軸変換ユニット
２６，２６'，２６" 器械点
４１（４１Ａ，４１Ｂ） 光像
４２ 影
４３ 中心位置
２０１ 通信部
２０２ 記憶部
２０３ 表示部
２０４ 操作部
２０５ 測距部
２０６ 追尾光送光部
２０７ 追尾光受光部
２０８ 水平回動駆動部
２０９ 鉛直回動駆動部
２１０ 光軸回動駆動部
２１１ 水平角検出部
２１２ 鉛直角検出部
２１３ 回動検出部
２１４ 回動基準センサ
２１５ 制御部
２４１ 望遠鏡側開口面
２５１ 回動部
２５１ａ 開口部
２５２ 第一再帰反射部材
２５２ａ 第一開口面
２５２ｂ 反射部
２５３ 第二再帰反射部材
２５３ａ 第二開口面
２５３ｂ 反射部
４１１，４１１ａ，４１１ｂ 重心位置
４１２ 平均重心位置
４１３ 重心位置
Ａ０ 視準軸
Ａ１ 第一光軸
Ａ２ 第二光軸
Ｂ１ 光学軸
Ｂ２ 光学軸
Ｈ 水平軸
Ｌ１ 光
Ｌ２ 光
Ｏ 測量方向軸
Ｖ 鉛直軸
Ｘ_１１，Ｘ_１２，Ｘ_２１，Ｘ_２２ 距離
θ_１１，θ_１２，θ_２１，θ_２２ 角度

Claims (11)

1. 視準軸に沿って光を送光又は受光可能な望遠鏡部と、
   前記視準軸に沿った光路の光軸を前記視準軸に対する径方向にオフセットする光学部材を有し、前記オフセットされた変換光軸を前記視準軸周りに回動可能な光軸変換ユニットと、
   を備える測量装置。
2. 前記光学部材は、前記望遠鏡部の望遠鏡側開口面と対向する第一開口面を有して前記望遠鏡部に対してオフセットして配置される第一再帰反射部材と、
   前記第一開口面と対向する第二開口面を有して前記望遠鏡部及び前記第一再帰反射部材に対してオフセットして配置される第二再帰反射部材と、
   前記第二再帰反射部材の変換光軸を測定対象に向けながら、前記第一再帰反射部材及び前記第二再帰反射部材を前記視準軸周りに回動可能に設けた回動部と、
   を備える請求項１に記載の測量装置。
3. 前記回動部を回動制御可能な光軸回動駆動部を備える請求項２に記載の測量装置。
4. 前記光学部材の前記視準軸周りの回動位置及び回動量の一方又は両方を検出可能な回動検出部を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の測量装置。
5. 前記光軸変換ユニットは、前記望遠鏡部に対して着脱可能に形成される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の測量装置。
6. 前記望遠鏡部は、基盤部に対して水平軸及び鉛直軸周りに回動可能に接続され、
   前記光軸変換ユニットは、回動中、前記光学部材により変換された変換光軸上に測定対象が位置するように、前記基盤部に対して前記水平軸及び前記鉛直軸周りに回動可能に構成される
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の測量装置。
7. 前記光学部材の前記視準軸周りの異なる回動位置で受光した測定対象からの複数の光像から、前記光像の平均重心位置を求める制御部を備える請求項６に記載の測量装置。
8. 前記光学部材は、コーナーキューブプリズムである請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の測量装置。
9. 光を送光又は受光可能な望遠鏡部に着脱可能に形成されて、前記望遠鏡部の視準軸に沿った光路の光軸を前記視準軸に対する径方向にオフセットする光学部材を有し、
   前記オフセットされた変換光軸を前記視準軸周りに回動可能に設けられた、
   光軸変換ユニット。
10. 測量装置における測量方法であって、
    前記測量装置は、視準軸に沿って光を送光又は受光可能な望遠鏡部と、前記視準軸に沿った光路の光軸を前記視準軸に対する径方向にオフセットする光学部材を有し、
    前記オフセットされた変換光軸を前記視準軸周りに回動させる工程と、
    前記光学部材の前記視準軸周りの異なる回動位置で、前記測量装置が測定対象から導光された光を受光する工程と、
    を含む測量方法。
11. 測量プログラムであって、
    視準軸に沿って光を送光又は受光可能な望遠鏡部と、前記視準軸に沿った光路の光軸を前記視準軸に対する径方向にオフセットする光学部材を有する測量装置において、前記オフセットされた変換光軸を前記視準軸周りに回動させる工程と、
    前記光学部材の前記視準軸周りの異なる回動位置で、前記測量装置が測定対象から導光された光を受光する工程と、
    をコンピュータに実行させるための測量プログラム。

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