JP7274295B2 - 測定装置及び測定装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定装置及び測定装置の制御方法に関する。

近年、土木、建築等の分野で距離測定、形状測定を行なうものとして点群データを取得するレーザスキャナが用いられている。従来のレーザスキャナでは、スキャン領域を事前に範囲設定し、一旦スキャン条件（例えば、スキャン速度、発光周波数）を設定すると、設定したスキャン条件でスキャン領域全体をスキャンする様になっている。

このような従来のレーザスキャナは、いずれかの測定部位のスキャン密度（単位面積当たりの測定点データ数）を高くしたい場合、スキャン領域全体のスキャン密度を高くして膨大なスキャンデータを取得する必要があった。そこで、特許文献１では、高いスキャン密度が要求される部位を局所測定範囲として設定して高いスキャン密度でスキャンし、効率よくスキャンデータを取得している。

特開２０１８－６６５７１号公報

特許文献１に開示されるレーザスキャナにおいて、局所測定範囲は、作業者が目視で判断した部位、あるいは撮像部が取得した画像データからエッジが多く抽出された部位となっている。しかしながら、作業者が目視で局所測定範囲を設定する場合、作業者による設定作業が煩雑であるとともに設定作業に多大な時間を要する。また、画像データからエッジを抽出して局所測定範囲を設定する場合、画像データの処理に時間と処理負荷が必要であるとともに所望の測定対象物のみを効率よく測定することができない。

また、測定対象物が建築物の建造に用いられる鉄筋等の直線状に形成される測定対象物である場合、作業者は、レーザスキャナの測定結果に基づいて、測定対象物が方眼状に配置される面上の各位置において測定対象物が配置される方向や隣接する測定対象物が配置される間隔等を検査する必要がある。これに対して、鉛直方向に一定の角度間隔で測距レーザを連続的に照射し、かつ水平方向に本体を回転させることで鉛直方向と水平方向の２軸の回転方向に沿って走査可能なレーザスキャナにより鉄筋等の直線状の測定対象物を測定する試みがなされている。
しかしながら、鉛直方向に一定の角度間隔で測距レーザを照射しているため、レーザスキャナから測定対象物までの距離が長くなるにつれて、得られる測距データの点密度が疎になり、レーザスキャナから遠い位置の測定対象物を精度よく測定することができない。

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、測定光を射出する測定光射出部から線状に形成される測定対象物までの距離によらずに、測定対象物の各位置の座標を効率よくかつ精度よく検出することが可能な測定装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

前記課題は、本発明によれば、測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有し、前記受光素子からの受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、前記測距部および前記偏向部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記測距部の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向に基づいて線状に形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標を検出し、隣接する前記交点の間隔が前記測定対象物上で一定間隔となるように前記偏向部の偏向作動を制御し、前記制御部は、前記測定光の走査軌跡が前記一対の交点を結ぶ方向を短軸とした楕円形となり、かつ前記短軸が前記一対の交点を結ぶ直線と前記測定光とがなす傾斜角に応じた長さとなるように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする測定装置により解決される。

本構成の測定装置によれば、制御部により、測距部の測距結果と偏向部により偏向される射出方向に基づいて、線状に形成される測定対象物と測定光の走査軌跡との交点の座標が検出される。そして、制御部は、隣接する交点の間隔が測定対象物上で一定間隔となるように偏向部の偏向作動を制御する。座標が検出される交点の測定対象物上での間隔が一定間隔となるため、測定装置から測定対象物までの距離によらずに、一定の点密度で測定対象物の座標を得ることができる。よって、測定対象物の各位置の座標を効率よくかつ精度よく検出することが可能となる。
また、本構成の測定装置によれば、測定光の走査軌跡である楕円形の短軸が一対の交点を結ぶ直線と測定光とがなす傾斜角に応じた長さとなるため、測定光の照射方向と測定対象物が延びる方向とがなす傾斜角によらずに、隣接する交点の間隔を測定対象物上で一定間隔とすることができる。

本発明の測定装置において、好ましくは、前記測定対象物は、直線状に延びるように形成されており、前記制御部は、前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との一対の前記交点の座標を結ぶ直線上に前記所定の中心が配置されるように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、測定対象物と測定光の走査軌跡との一対の交点の座標を結ぶ直線上に所定の中心が配置されるように偏向部の偏向作動が制御される。そのため、測定光の走査軌跡の中心が測定対象物を追従する状態を確実に維持することができる。

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、前記測定光の走査軌跡が見かけの前記測定対象物を含む面の法線方向を短軸とした楕円形となり、かつ前記短軸が前記測定対象物を含む面と前記測定光とがなす傾斜角に応じた長さとなるように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、測定光の走査軌跡が測定対象物を含む面において円形に設定されるため、測定光が測定対象物以外の対象物に照射されることを抑えることができる。これにより、測定対象物以外の対象物の測距結果を容易に除外し、測定光の走査軌跡の中心が測定対象物を追従する状態をより一層確実に維持することができる。

本発明の測定装置において、好ましくは、前記測定対象物は、第１方向に沿って直線状に延びる第１の測定対象物と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って直線状に延びる第２の測定対象物と、を備え、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とが隣接した状態で方眼状に配置されており、前記制御部は、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とを含む略平面状の領域を設定し、該領域に含まれる座標を前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標として検出することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、方眼状に配置された直線状の第１の測定対象物と第２の測定対象物とを含む略平面状の領域に含まれる座標を交点の座標として検出し、その領域に含まれない座標は交点の座標として検出しない。そのため、測定対象物以外の他の構造物が（例えば、測定対象物である最上段の鉄筋と、その鉄筋の下方に配置される他の鉄筋）を交点の座標として検出してしまうことがない。よって、測定対象物との交点から得られる座標のみを交点の座標として確実に検出することができる。

前記課題は、本発明によれば、測定対象物の測定を行う測定装置の制御方法であって、前記測定装置は、測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有する測距部と、前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、を有し、前記受光素子からの受光信号に基づき前記測定対象物の測距を行う測距工程と、前記測距工程の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向に基づいて線状に形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標を検出する交点検出工程と、隣接する前記交点の間隔が前記測定対象物上で一定間隔となるように前記偏向部の偏向作動を制御する制御工程と、を備え、制御部は、前記測定光の走査軌跡が前記一対の交点を結ぶ方向を短軸とした楕円形となり、かつ前記短軸が前記一対の交点を結ぶ直線と前記測定光とがなす傾斜角に応じた長さとなるように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする測定装置の制御方法により解決される。

本構成の制御方法によれば、制御工程により、測距部の測距結果と偏向部により偏向される射出方向に基づいて、線状に形成される測定対象物と測定光の走査軌跡との交点の座標が検出される。そして、制御工程は、隣接する交点の間隔が測定対象物上で一定間隔となるように偏向部の偏向作動を制御する。座標が検出される交点の測定対象物上での間隔が一定間隔となるため、測定装置から測定対象物までの距離によらずに、一定の点密度で測定対象物の座標を得ることができる。よって、測定対象物の各位置の座標を効率よくかつ精度よく検出することが可能となる。

本発明によれば、測定光を射出する測定光射出部から線状に形成される測定対象物までの距離によらずに、測定対象物の各位置の座標を効率よくかつ精度よく検出することが可能な測定装置及びその制御方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザスキャナを具備する測量システムの外観図である。 図１に示すレーザスキャナの概略構成図である。 図１に示すレーザスキャナに於ける偏向部の概略図である。 図３に示す偏向部の作用説明図である。 鉄筋を基準光軸に沿ってみたＸ－Ｚ平面図である。 鉄筋および測量システムを上方からみたＸ－Ｙ平面図である。 鉄筋及び測量システムを側方からみたＹ－Ｚ平面図である。 演算制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 演算制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 操作装置の操作画面に表示される画像の一例を示す図である。 鉄筋をスキャンした状態を示す図である。 測定光の楕円の短軸の長さの算出方法を説明する図である。 演算制御部が実行する処理の変形例を示すフローチャートである。 演算制御部が実行する処理の変形例を示すフローチャートである。 鉄筋をスキャンした状態を示す図である。 鉄筋をスキャンした状態を示す図である。 測定光の楕円の短軸の比率の算出方法を説明する図である。 鉄筋の測定結果を示す図である。 鉄筋の測定結果の比較例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。先ず、図１に於いて、本実施形態に係るレーザスキャナを具備する測量システム（測定装置）について概略を説明する。図１中、１は測量システムであり、Ｏは後述する偏向部３５により偏向されていない状態での光軸を示し、この時の光軸を基準光軸とする。

測量システム１は、主に支持装置としての三脚２、レーザスキャナ３、操作装置４、回転台５から構成される。回転台５は三脚２の上端に取付けられ、回転台５にレーザスキャナ３が横回転可能及び縦回転可能に取付けられる。又、回転台５は、レーザスキャナ３の横方向の回転角（水平方向の回転角）を検出する機能を具備している。

回転台５には横方向に延びるレバー７が設けられる。レバー７の操作により、レーザスキャナ３を上下方向（鉛直方向）、又は横方向（水平方向）に回転させることができ、また所要の姿勢で固定することも可能となっている。

レーザスキャナ３は、測距部３Ａ、姿勢検出部１７を内蔵し、測距部３Ａは測定光２３を測定対象物、或は測定範囲に射出し、反射測定光２４を受光して測定を行う。又、姿勢検出部１７は、レーザスキャナ３の鉛直（又は水平）に対する姿勢を高精度に検出可能である。

操作装置４は、レーザスキャナ３との間で有線、無線等所要の手段を介して通信を行う通信機能を有する。又、操作装置４は、アタッチメント８を介してレーザスキャナ３に着脱可能となっており、取外した操作装置４は片手で保持し、操作可能であり、操作装置４によりレーザスキャナ３を遠隔操作可能となっている。

更に、レーザスキャナ３からは、画像、測定状態、測定結果等が操作装置４に送信され、画像、測定状態、測定結果等が、操作装置４に記憶され操作装置４の表示部（図示せず）に表示される様になっている。操作装置４は、例えばスマートフォンであってもよい。

図２を参照して、レーザスキャナ３について説明する。
レーザスキャナ３は、測定光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３、撮像部１４、射出方向検出部１５、モータドライバ１６、姿勢検出部１７、第１通信部１８、演算制御部１９、第１記憶部２０、撮像制御部２１、画像処理部２２を具備し、これらは筐体９に収納され、一体化されている。尚、測定光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３等は測距部３Ａを構成する。

測定光射出部１１は射出光軸２６を有し、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、射出光軸２６上に投光レンズ２８が設けられている。更に、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、射出光軸２６は、受光光軸３１と合致する様に偏向される。第１反射鏡２９と第２反射鏡３２とで射出光軸偏向部が構成される。発光素子２７はパルスレーザ光線を発し、測定光射出部１１は、発光素子２７から発せられたパルスレーザ光線を測定光２３として射出する。

受光部１２について説明する。受光部１２には、測定対象物（即ち測定点）からの反射測定光２４が入射する。受光部１２は、受光光軸３１を有し、受光光軸３１には、上記した様に、第１反射鏡２９、第２反射鏡３２によって偏向された射出光軸２６が合致する。

偏向された射出光軸２６上に、即ち受光光軸３１上に偏向部３５（後述）が配設される。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、偏向部３５によって偏向されなかった時の射出光軸２６又は受光光軸３１と合致する。

偏向部３５を透過し、入射した受光光軸３１上に結像レンズ３４が配設され、また受光素子３３、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられている。結像レンズ３４は、反射測定光２４を受光素子３３に結像する。受光素子３３は反射測定光２４を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、測距演算部１３に入力される。測距演算部１３は、受光信号に基づき測定点迄の測距を行う。

図３を参照して、偏向部３５について説明する。偏向部３５は、一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂから構成される。光学プリズム３６ａ，３６ｂは、それぞれ円板状であり、受光光軸３１上に直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。光学プリズム３６ａ，３６ｂとして、それぞれリズレープリズムが用いられることが、装置を小型化するために好ましい。偏向部３５の中央部は、測定光２３が透過し、射出される第１偏向部である測定光偏向部３５ａとなっており、中央部を除く部分は反射測定光２４が透過し、入射する第２偏向部である反射測定光偏向部３５ｂとなっている。

光学プリズム３６ａ，３６ｂとして用いられるリズレープリズムは、それぞれ平行に形成されたプリズム要素３７ａ，３７ｂと多数のプリズム要素３８ａ，３８ｂによって構成され、円板形状を有する。光学プリズム３６ａ，３６ｂ及び各プリズム要素３７ａ，３７ｂ及びプリズム要素３８ａ，３８ｂは同一の光学特性を有する。

プリズム要素３７ａ，３７ｂは、測定光偏向部３５ａを構成し、プリズム要素３８ａ，３８ｂは反射測定光偏向部３５ｂを構成する。リズレープリズムは光学ガラスから製作してもよいが、光学プラスチック材料でモールド成形したものでもよい。光学プラスチック材料でモールド成形することで、安価なリズレープリズムを製作できる。

光学プリズム３６ａ，３６ｂはそれぞれ受光光軸３１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３６ａ，３６ｂは、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２６を通過する測定光２３を任意の方向に偏向し、受光される反射測定光２４を受光光軸３１と平行に偏向する。光学プリズム３６ａ，３６ｂの外形形状は、それぞれ受光光軸３１を中心とする円形であり、反射測定光２４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３６ａ，３６ｂの直径が設定されている。

光学プリズム３６ａの外周にはリングギア３９ａが嵌設され、光学プリズム３６ｂの外周にはリングギア３９ｂが嵌設されている。リングギア３９ａには駆動ギア４１ａが噛合し、駆動ギア４１ａはモータ４２ａの出力軸に固着されている。同様に、リングギア３９ｂには駆動ギア４１ｂが噛合し、駆動ギア４１ｂはモータ４２ｂの出力軸に固着されている。モータ４２ａ，４２ｂは、モータドライバ１６に電気的に接続されている。

モータ４２ａ，４２ｂは、回転角を検出することができるもの、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の回転量を検出してもよい。モータ４２ａ，４２ｂの回転量がそれぞれ検出され、モータドライバ１６によりモータ４２ａ，４２ｂが個別に制御される。尚、エンコーダを直接リングギア３９ａ，３９ｂにそれぞれ取付け、エンコーダによりリングギア３９ａ，３９ｂの回転角を直接検出する様にしてもよい。

駆動ギア４１ａ，４１ｂ、モータ４２ａ，４２ｂは、測定光射出部１１と干渉しない位置、例えばリングギア３９ａ，３９ｂの下側に設けられている。
投光レンズ２８、第１反射鏡２９、第２反射鏡３２、測定光偏向部３５ａ等は、投光光学系を構成し、反射測定光偏向部３５ｂ、結像レンズ３４等は受光光学系を構成する。

測距演算部１３は、発光素子２７を制御し、測定光２３としてパルスレーザ光線を発光させる。測定光２３が、プリズム要素３７ａ，３７ｂ（測定光偏向部３５ａ）により、測定点に向うよう偏向される。

測定対象物から反射された反射測定光２４は、プリズム要素３８ａ，３８ｂ（反射測定光偏向部３５ｂ）、結像レンズ３４を介して入射し、受光素子３３に受光される。受光素子３３は、受光信号を測距演算部１３に送出し、測距演算部１３は受光素子３３からの受光信号に基づき、パルス光毎に測定点（測定光２３が照射された点）の測距を行い、測距データは第１記憶部２０に格納される。而して、測定光２３をスキャンしつつ、パルス光毎に測距を行うことで各測定点の測距データが取得できる。

射出方向検出部１５は、モータ４２ａ，４２ｂに入力する駆動パルスをカウントすることで、モータ４２ａ，４２ｂ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４２ａ，４２ｂの回転角を検出する。又、射出方向検出部１５は、モータ４２ａ，４２ｂの回転角に基づき、光学プリズム３６ａ，３６ｂの回転位置を演算する。

更に、射出方向検出部１５は、光学プリズム３６ａ，３６ｂの屈折率と回転位置に基づき、測定光２３の射出方向を演算し、演算結果は演算制御部１９に入力される。演算制御部１９は、測定光２３の射出方向から基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１、鉛直角θ２を演算し、各測定点について、水平角θ１、鉛直角θ２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。

姿勢検出部１７について説明する。姿勢検出部１７は、フレーム４５を有し、フレーム４５は筐体９に固定され、或は構造部材に固定され、レーザスキャナ３と一体となっている。フレーム４５にジンバルを介してセンサブロック４６が取付けられている。センサブロック４６は、直交する２軸を中心に３６０゜回転自在となっている。センサブロック４６には、第１傾斜センサ４７、第２傾斜センサ４８が取付けられている。

第１傾斜センサ４７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４８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４６のフレーム４５に対する２軸についての相対回転角は、エンコーダ４９，５０によって検出される様になっている。又、センサブロック４６を回転させ、水平に維持するモータ（図示せず）が２軸に関して設けられており、モータは、第１傾斜センサ４７、第２傾斜センサ４８からの検出結果に基づきセンサブロック４６を水平に維持する様に、演算制御部１９によって制御される。

センサブロック４６が傾斜していた場合（レーザスキャナ３が傾斜していた場合）、センサブロック４６に対する相対回転角がエンコーダ４９，５０によって検出され、エンコーダ４９，５０の検出結果に基づき、レーザスキャナ３の傾斜角、傾斜方向が検出される。センサブロック４６は、２軸について３６０゜回転自在であるので、姿勢検出部１７がどの様な姿勢となろうとも（例えば、姿勢検出部１７の天地が逆になった場合でも）、全方向での姿勢検出が可能である。

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４８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４８は第１傾斜センサ４７に比べ検出精度が悪いのが一般的である。姿勢検出部１７では、高精度の第１傾斜センサ４７と高応答性の第２傾斜センサ４８を具備することで、第２傾斜センサ４８の検出結果に基づき姿勢制御を行い、第１傾斜センサ４７により高精度の姿勢検出を可能とする。

第１傾斜センサ４７の検出結果で、第２傾斜センサ４８の検出結果を較正することができる。即ち、第１傾斜センサ４７が水平を検出した時のエンコーダ４９，５０の値、即ち実際の傾斜角と第２傾斜センサ４８が検出した傾斜角との間で偏差を生じれば、偏差に基づき第２傾斜センサ４８の傾斜角を較正することができる。

従って、予め、第２傾斜センサ４８の検出傾斜角と、第１傾斜センサ４７による水平検出とエンコーダ４９，５０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４８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４８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。

演算制御部１９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４８からの信号に基づき、モータを制御する。又、演算制御部１９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４７が追従可能な状態では、第１傾斜センサ４７からの信号に基づき、モータを制御する。

尚、第１記憶部２０には、第１傾斜センサ４７の検出結果と第２傾斜センサ４８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２傾斜センサ４８からの信号に基づき、第２傾斜センサ４８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４８による検出結果を第１傾斜センサ４７の検出精度迄高めることができる。よって、姿勢検出部１７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。

撮像部１４は、レーザスキャナ３の基準光軸Ｏと平行な撮像光軸４３を有し、例えば５０°の画角を有するカメラであり、レーザスキャナ３のスキャン範囲を含む画像データを取得する。撮像光軸４３と射出光軸２６及び基準光軸Ｏとの関係は既知となっている。又、撮像部１４は、動画像、又は連続画像が取得可能である。

撮像制御部２１は、撮像部１４の撮像を制御する。撮像制御部２１は、撮像部１４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レーザスキャナ３でスキャンするタイミングとの同期を取っている。演算制御部１９は画像と点群データとの関連付けも実行する。

撮像部１４の撮像素子４４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、撮像光軸４３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。画像処理部２２は、撮像部１４で取得した画像データに操作装置４で表示させる情報を重ね合わせる画像処理等を行う。画像処理部２２が生成した画像は、演算制御部１９により操作装置４の操作画面４Ａに表示される。

レーザスキャナ３の測定作動について説明する。三脚２を既知点、又は所定点に設置し、基準光軸Ｏを測定対象物に向ける。この時の基準光軸Ｏの水平角は、回転台５の水平角検出機能によって検出され、基準光軸Ｏの水平に対する傾斜角は姿勢検出部１７によって検出される。

偏向部３５の偏向作用、スキャン作用について、図４を参照して説明する。尚、図４では説明を簡略化するため、光学プリズム３６ａ，３６ｂについて、プリズム要素３７ａ，３７ｂとプリズム要素３８ａ，３８ｂとを分離して示している。又、図４は、プリズム要素３７ａ，３７ｂ、プリズム要素３８ａ，３８ｂが同方向に位置した状態を示しており、この状態では最大の偏向角が得られる。又、最小の偏向角は、光学プリズム３６ａ，３６ｂのいずれか一方が１８０゜回転した位置であり、光学プリズム３６ａ，３６ｂの相互の光学作用が相殺され、偏向角は０゜となる。従って、光学プリズム３６ａ，３６ｂを経て射出される測定光２３と、光学プリズム３６ａ，３６ｂを経て受光される反射測定光２４は、基準光軸Ｏと合致する。

発光素子２７から測定光２３が発せられ、測定光２３は投光レンズ２８で平行光束とされ、測定光偏向部３５ａ（プリズム要素３７ａ，３７ｂ）を透過して測定対象物或は測定範囲に向けて射出される。ここで、測定光偏向部３５ａを透過することで、測定光２３はプリズム要素３７ａ，３７ｂによって所要の方向に偏向されて射出される。測定対象物或は測定範囲で反射された反射測定光２４は、反射測定光偏向部３５ｂを透過して入射され、結像レンズ３４により受光素子３３に集光される。

反射測定光２４が反射測定光偏向部３５ｂを透過することで、反射測定光２４は、受光光軸３１と合致する様にプリズム要素３８ａ，３８ｂによって偏向される（図４）。光学プリズム３６ａと光学プリズム３６ｂとの回転位置の組み合わせにより、射出する測定光２３の偏向方向、偏向角を任意に変更することができる。

従って、演算制御部１９は、発光素子２７よりレーザ光線を発光させつつ、偏向部３５を制御することにより、測定光２３を円の軌跡でスキャンさせることができる。尚、反射測定光偏向部３５ｂは、測定光偏向部３５ａと一体に回転していることは言う迄もない。

更に、偏向部３５の偏向角を連続的に変更して測定光２３をスキャンしつつ測距を実行することでスキャン軌跡に沿って測距データ（スキャンデータ）を取得することができる。又、スキャン速度、スキャン密度等で定まるスキャン条件について、スキャン速度は、モータ４２ａ，４２ｂ間の関係を維持して、回転速度を増減することで、増減し、スキャン密度は、スキャン速度と測定光２３のパルス発光周期との関係を制御することで所望の値に設定できる。

又、測定時の測定光２３の射出方向角は、モータ４２ａ，４２ｂの回転角により検出でき、測定時の射出方向角と測距データとを関連付けることで、３次元の測距データを取得することができる。従って、レーザスキャナ３を、３次元位置データを有する点群データを取得するレーザスキャナとして機能させることができる。

次に、本実施形態の測量システム１により測定対象物の点群データを取得する処理について説明する。本実施形態の測定対象物は、直線状に延びるように形成される鉄製の棒状部材である鉄筋１００である。

図５は、鉄筋１００を基準光軸Ｏに沿ってみたＸ－Ｚ平面図である。図６は、鉄筋１００および測量システム１を上方からみたＸ－Ｙ平面図である。図７は、鉄筋１００及び測量システム１を側方からみたＹ－Ｚ平面図である。鉄筋１００は、第１方向（図５の奥行方向）に沿って直線状に延びる鉄筋１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ（第１の測定対象物）と、第２方向（図５の幅方向）に沿って直線状に延びる鉄筋１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ，１００ｉ，１００ｊ，１００ｋ，１００ｌ（第２の測定対象物）と、を備える。

図５に示すように、第１方向に沿って延びる複数の鉄筋１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ）は、第１方向と直交する第２方向に間隔を空けて平行に配置される。第２方向に沿って延びる複数の鉄筋１００（１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ，１００ｉ，１００ｊ，１００ｋ，１００ｌ）は、第１方向に間隔を空けて平行に配置される。第１方向に沿って延びる複数の鉄筋１００と、第２方向に沿って延びる複数の鉄筋１００とは、互いに隣接した状態で方眼状に配置される。

図５から図７において、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚは、測量システム１のレーザスキャナ３の測定の基準点を通過する軸線である。軸線Ｙは、レーザスキャナ３の基準光軸Ｏと一致する軸線である。軸線Ｘ，Ｚは、互いに基準点で直交する軸線であり、それぞれ軸線Ｙと直交している。軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚにより定められる３次元空間上の位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）は、レーザスキャナ３を基準とした座標である。

前述したように、軸線Ｙの水平角（水平面に対する傾斜角）は、姿勢検出部１７により検出可能である。よって、演算制御部１９は、姿勢検出部１７が検出した水平角に基づいて位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）を補正することにより、水平面を基準とした位置を算出することができる。また、本実施形態の測量システム１は、姿勢検出部１７を備えないものとしてもよい。姿勢検出部１７を備えず、水平面を基準とした位置を算出するものであっても、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚによる三次元空間上の鉄筋１００の座標を検出し、鉄筋１００の配置状態（鉄筋の方向、間隔等）を検出することができる。

図５から図７において、測定光２３は、鉄筋１００ａ上の位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）を通過するように偏向部３５により偏向されている。Ｐｘは位置Ｐの軸線Ｘ上の座標であり、Ｐｙは位置Ｐの軸線Ｙ上の座標であり、Ｐｚは位置Ｐの軸線Ｚ上の座標である。

図６に示すように、Ｘ－Ｙ平面（軸線Ｘ及び軸線Ｙが配置される平面）において、軸線Ｙと測定光２３の射出方向とがなす角度は、水平角θ１となっている。図７に示すように、Ｙ－Ｚ平面（軸線Ｙ及び軸線Ｚが配置される平面）において、軸線Ｙと測定光２３とがなす角度は、鉛直角θ２となっている。射出方向検出部１５は、光学プリズム３６ａ，３６ｂの屈折率と回転位置に基づき、測定光２３の射出方向を示す水平角θ１及び鉛直角θ２を演算する。

次に、演算制御部１９が実行する処理について図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９は、演算制御部１９が実行する処理を示すフローチャートである。演算制御部１９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

ステップＳ８０１で、演算制御部１９は、鉄筋１００の測定を開始する始点となる測定開始点Ｐｓｔを操作者の指示に基づいて選択する。演算制御部１９は、図１０に示すような撮像部１４が撮像した画像を操作装置４の操作画面４Ａに表示させ、操作者に測定開始点Ｐｓｔを入力するように促す。図１０に示す符号は、説明のために付したものであり、操作画面４Ａ上に表示されるものではない。

演算制御部１９は、例えば、「測定開始点Ｐｓｔをタッチして下さい」とのメッセージを操作画面４Ａに表示する。操作画面４Ａには、例えば、タッチセンサが組み込まれている。演算制御部１９は、操作者が指でタッチした操作画面４Ａ上の位置を測定開始点Ｐｓｔとして認識する。図１０に示す鉄筋１００ａ上の測定開始点Ｐｓｔを指定すると、鉄筋１００ａが測定対象物となる。図１０に示す鉄筋１００ｇ上の測定開始点Ｐｓｔを指定すると、鉄筋１００ｇが測定対象物となる。

ステップＳ８０２で、演算制御部１９は、操作者により鉄筋１００の測定開始が指示されたかどうかを判断し、測定開始が指示されたと判断した場合に、ステップＳ８０４へ処理を進める。演算制御部１９は、例えば、「測定を開始しますか？」とのメッセージと、「ＹＥＳ」及び「ＮＯ」のボタンを操作画面４Ａに表示させ、操作者が「ＹＥＳ」のボタンを押した場合に、測定開始が指示されたと判断する。

ステップＳ８０３で、演算制御部１９は、測定領域Ｒを設定する。測定領域Ｒは、鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡との交点の座標として検出する座標を絞り込むために設定する領域である。測定領域Ｒは、鉄筋１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ（第１の測定対象物）と、鉄筋１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ，１００ｉ，１００ｊ，１００ｋ，１００ｌ（第２の測定対象物）とを含む略平面状の領域である。例えば、測定領域Ｒの設定は、操作画面４Ａに表示された画像上の４点を指定することにより行われる。

また、さらに操作画面４Ａにより設定された測定領域Ｒの４点の周辺の方向のスキャンをすることで、直交する２本の鉄筋（例えば、鉄筋１００ａと鉄筋１００ｇ）が交差する位置の３次元空間上の位置を検出し、これらの座標が含まれるように設定してもよい。

ステップＳ８０４で、演算制御部１９は、ステップＳ８０１で選択された測定開始点Ｐｓｔに基づいて、スキャンの中心位置を設定する。演算制御部１９は、測定開始点Ｐｓｔを中心にスキャンを行うように、基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１及び鉛直角θ２を算出する。ここで、スキャンとは、所定の中心に対して測定光２３を円周方向に１回転分走査する動作をいう。演算制御部１９は、操作画面４Ａ上の測定開始点Ｐｓｔの２次元の座標から、鉄筋１００ａ上の測定開始点Ｐｓｔを中心にスキャンを行うように水平角θ１及び鉛直角θ２を算出する。

ステップＳ８０５で、演算制御部１９は、ステップＳ８０４またはステップＳ８１２で算出された水平角θ１及び鉛直角θ２に基づいて、スキャンを行う。演算制御部１９は、水平角θ１及び鉛直角θ２に応じた回転位置となるように光学プリズム３６ａと光学プリズム３６ｂを回転させることにより、所定の中心に対して測定光２３を円周方向に１回転分走査する。測距演算部１３は、測定光２３に対する受光素子３３からの受光信号に基づいて、測定光２３に含まれる複数のパルス毎に測定点の測距を行う。演算制御部１９は、測距演算部１３により測距された測距データを第１記憶部２０に格納する。

図１１は、鉄筋１００ａをスキャンした状態を示す図である。図１１は、図５と同様に鉄筋１００ａを基準光軸Ｏに沿ってみた図である。図１１において、符号Ｃ_ｎはスキャンの中心位置を示す。符号Ｔ_ｎは中心位置Ｃ_ｎを中心にスキャンされる測定光２３の走査軌跡を示す。符号ＳＰ_ｎはパルス状の測定光２３による複数の測定点を示す。

演算制御部１９は、偏向部３５の光学プリズム３６ａと光学プリズム３６ｂの回転を制御することにより、図１１に示す測定光２３の走査軌跡を示す楕円のサイズ（楕円の長軸の長さおよび短軸の長さ）を調整することができる。演算制御部１９は、ステップＳ８０４の後にステップＳ８０５を実行する場合、予め定められた楕円のサイズとなるように調整する。一方、後述するステップＳ８１１の後にステップＳ８０５を実行する場合、ステップＳ８１１で変更された楕円のサイズによりスキャンを行う。

図１１に示すように、鉄筋１００をスキャンすると、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎと鉄筋１００とが２箇所で交差する。この２箇所のそれぞれにおいて、鉄筋１００からの測定光２３が複数の測定点ＳＰ_ｎで反射し、受光素子３３により受光される。ここで、ｎは０以上の任意の整数であり、測定開始点Ｐｓｔにおいてｎ＝０であり、測定開始点Ｐｓｔから水平角θ１及び鉛直角θ２を変更する毎にｎを加算していくものとする。図１１に示す例は、測定開始点Ｐｓｔから水平角θ１及び鉛直角θ２の変更をｎ回行った後にスキャンを行った状態を示している。

ステップＳ８０６で、演算制御部１９は、ステップＳ８０４またはステップＳ８１１で算出された測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２と、第１記憶部２０に格納された複数の測定点ＳＰ_ｎの測距データとに基づいて、複数の測定点ＳＰ_ｎの３次元座標の集合体である点群データを取得する。具体的に、演算制御部１９は、測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２を、各測定点ＳＰ_ｎの測距データに関連付けることで、点群データを取得する。演算制御部１９は、取得した点群データを第１記憶部２０に格納する。

ステップＳ８０７で、演算制御部１９は、ステップＳ８０６で第１記憶部２０に格納された点群データから、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎと鉄筋１００とが交差する位置を示す交点Ｐ_ｎの座標を検出する。交点Ｐ_ｎは、図１１において中心位置Ｃ_ｎの下方と上方に配置される。演算制御部１９は、例えば、中心位置Ｃ_ｎの下方の交点Ｐ_ｎの座標を、中心位置Ｃ_ｎの下方の複数の点群データの座標の平均値を算出して求める。また、演算制御部１９は、例えば、中心位置Ｃ_ｎの上方の交点Ｐ_ｎの座標を、中心位置Ｃ_ｎの上方の複数の点群データの座標の平均値を算出して求める。

ここで、点群データは、測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２と、第１記憶部２０に格納された複数の測定点ＳＰ_ｎの測距データ（測定結果）とに基づいて算出されるデータである。したがって、演算制御部１９は、測距部３Ａの測距結果と射出方向検出部１５が検出する水平角θ１及び鉛直角θ２に基づいて一対の交点Ｐ_ｎの座標を検出する。

ここでは、複数の点群データの座標の平均値を算出して交点Ｐ_ｎの座標を求めたが、他の態様であってもよい。例えば、複数の点群データの座標とともに各点群データに対応する反射測定光２４の受光素子３３による受光強度を記憶しておき、複数の点群データのうち最も受光強度が高いものを交点Ｐ_ｎの座標としてもよい。

また、ステップＳ８０７で交点の座標を検出する際には、ステップＳ８０３で設定した測定領域Ｒに含まれない点群データを除外する。すなわち、測定領域Ｒ内の交点の座標は、例えば、図７に示すように、複数段に積層して配置される鉄筋の場合、最上層に配置される鉄筋１００の点群を座標として抽出される。このようにすることで、演算制御部１９は、測定領域Ｒに含まれる座標を鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡との交点の座標として検出することができる。これにより、測定対象ではない他の鉄筋や地面から得られる点群データ等を交点の座標から除外することができる。

ステップＳ８０８で、演算制御部１９は、ステップＳ８０７で一対の交点Ｐ_ｎの座標が検出されたかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ８０９へ処理を進め、ＮＯであれば本フローチャートの処理を終了させる。演算制御部１９は、交点が検出されない場合、あるいは交点が１点のみ検出された場合に、ＮＯと判断する。

ステップＳ８０９で、演算制御部１９は、ステップＳ８０７で検出された一対の交点Ｐ_ｎの座標に基づいて、移動ベクトルＶ_ｎを算出する。移動ベクトルＶ_ｎは、現在のスキャンの中心位置Ｃ_ｎを始点とし、次に行うスキャンの中心位置Ｃ_ｎ＋１を終点とするベクトルである。演算制御部１９は、移動ベクトルＶ_ｎとして、中心位置Ｃ_ｎの上方側の交点Ｐ_ｎに次に行うスキャンの中心位置Ｃ_ｎ＋１を移動させるベクトルを算出する。このように、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎの座標を結ぶ直線上に次に行うスキャンの中心位置Ｃ_ｎ＋１が配置されるように偏向部３５の偏向作動を制御する。

以上の説明では、ステップＳ８０９で、演算制御部１９は、ステップＳ８０７で検出された一対の交点Ｐ_ｎの座標に基づいて、移動ベクトルＶ_ｎを算出するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、演算制御部１９は、ステップＳ８０３で、２本の鉄筋（例えば、鉄筋１００ａと鉄筋１００ｇ）が交差する位置のスキャンを行って４つの交点を検出する際に、鉄筋１００ａが延びる方向と、鉄筋１００ｇが延びる方向を交点の座標からそれぞれ算出し、算出した方向に基づいて移動ベクトルＶ_ｎを算出してもよい。

この場合、演算制御部１９は、鉄筋１００ａの移動ベクトルＶ_ｎとして、現在のスキャンの中心位置Ｃ_ｎを始点とし、算出した鉄筋１００ａの方向に後述する一定間隔（Ｄ／２）だけ移動した点を終点とするベクトルを算出する。また、演算制御部１９は、鉄筋１００ｇの移動ベクトルＶ_ｎとして、現在のスキャンの中心位置Ｃ_ｎを始点とし、算出した鉄筋１００ｇの方向に後述する一定間隔（Ｄ／２）だけ移動した点を終点とするベクトルを算出する。

ステップＳ８１０で、演算制御部１９は、ステップＳ８０９で算出した移動ベクトルＶ_ｎの終点にスキャンの中心位置を変更する。演算制御部１９は、移動ベクトルＶ_ｎの終点を中心にスキャンを行うように、基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１及び鉛直角θ２を算出する。

ステップＳ８１１で、演算制御部１９は、次に行うスキャンによる測定光２３の楕円のサイズ（走査軌跡の長軸及び短軸の長さ）を適切なサイズに変更する。図１１に示すように、演算制御部１９は、鉄筋１００が配置される位置における走査軌跡の楕円の長軸の長さが鉄筋１００の太さＥのα倍（１より大きい予め定めた任意の数値）となるように走査軌跡の楕円の長軸の長さを変更する。演算制御部１９は、鉄筋１００の太さＥを複数の測定点ＳＰ_ｎから算出するものとする。また、演算制御部１９は、例えば、αを５以上かつ１０以下の値に設定する。

ここで、図１２を参照して、測定光２３の楕円の短軸の長さの算出方法について説明する。図１２は、図５と同様に鉄筋１００ａを基準光軸Ｏに沿ってみた図である。本実施形態の演算制御部１９が測定光２３の走査軌跡の楕円の短軸の長さを調整しているのは、鉄筋１００上で隣接する交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔が一定間隔となるようにするためである。

鉄筋１００上の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔が広くなるとスキャン密度（点密度）が低下し、鉄筋１００から所望のスキャン密度の点群データを取得することができない。そこで、本実施形態の演算制御部１９は、鉄筋１００上で隣接する交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔が一定間隔となるように、一対の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１と測定光２３とがなす傾斜角θ３に応じて測定光２３の走査軌跡の短軸の長さを調整している。

図１２において、鉄筋１００上の一対の交点Ｐ_ｎの間隔をＤに設定する。演算制御部１９は、鉄筋１００上の一対の交点Ｐ_ｎの間隔がＤとなるように、測定光２３の走査軌跡の短軸の長さをＷ_ｎに調整する。短軸の長さＷ_ｎは、Ｗ_ｎ＝Ｄ・ｓｉｎ（θ３）を満たす。ここで、傾斜角θ３は、一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ直線と測定光２３の射出方向とがなす角度である。

演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡の短軸の長さを傾斜角θ３に応じたＷ_ｎに調整することにより、鉄筋１００上の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔を一定とすることができる。演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎの測距データに基づいて傾斜角θ３を算出し、測定光２３の走査軌跡の短軸の長さＷ_ｎを算出する。演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ長さが一定のＤに維持されるように傾斜角θ３に基づいて偏向部３５の偏向作動を制御する。図１２において、交点Ｐ_ｎ＋１は、一対の交点Ｐ_ｎの中点に配置される。そのため、鉄筋１００上で隣接する交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔が一定間隔（Ｄ／２）となる。

このように演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡が一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ方向を短軸とした楕円形となるように測定光２３の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を算出する。また、演算制御部１９は、短軸が一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ直線と測定光２３とがなす傾斜角θ３に応じた長さＷ_ｎとなるように測定光の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を算出する。このように、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ直線と測定光２３とがなす傾斜角θ３が変化しても、隣接する交点の間隔が鉄筋１００上で一定間隔（Ｄ／２）となるように偏向部３５の偏向作動を制御する。

ステップＳ８１２で、演算制御部１９は、鉄筋１００の測定を終了するかどうかを判断し、ＹＥＳであれば本フローチャートの処理を終了させ、ＮＯであればステップＳ８０５以降の処理を再び実行する。演算制御部１９は、ステップＳ８０５からステップＳ８１１までの処理を繰り返し実行することにより、測定開始点Ｐｓｔから鉄筋１００の点群データを連続的に取得する。ステップＳ８１２で、演算制御部１９は、例えば、ステップＳ８０７で検出した交点の座標が測量システム１から所定距離以上離れている場合にＮＯと判断する。また、例えば、演算制御部１９は、図１２に示す傾斜角θ３が所定角度以下となった場合にＮＯと判断する。

次に、演算制御部１９が実行する処理の変形例について図１３～図１７を参照して説明する。図１３及び図１４は、演算制御部１９が実行する処理の変形例を示すフローチャートである。なお、本変形例の演算制御部１９が実行する処理が、図８～図１２に関して前述した本実施形態の演算制御部１９が実行する処理と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。

図８～図１２に関して前述した処理の例では、演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡が一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ方向を短軸とした楕円形となるように測定光２３の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を算出する。これに対して、本変形例の処理では、演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡が測定対象物である最上段の鉄筋１００を含む面（以下、説明の便宜上、「鉄筋１００の面」と称する。）の法線方向を短軸とした楕円形となるように測定光２３の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を算出する。この点において、本変形例の処理は、図８～図１２に関して前述した処理とは異なる。

すなわち、図５～図７に関して前述したように、第１方向に沿って延びる複数の鉄筋１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ）は、第１方向と直交する第２方向に間隔を空けて平行に配置されている。そのため、前述したように、所定の間隔を空けて配置された複数の鉄筋１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ）を含む面が存在する。

この場合において、測定光２３の走査軌跡が一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ方向を短軸とした楕円形となるように設定されると、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎ（楕円形）の長軸の長さによっては、図１５に表した領域Ａ１、Ａ２のように、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎの長軸方向の端部が鉄筋１００ｂに隣接する鉄筋１００ａ，１００ｃにかかることがある。図１５は、図５と同様に鉄筋１００を基準光軸Ｏに沿ってみた図である。そうすると、図１５に表した例において、演算制御部１９は、測定対象物である鉄筋１００ｂ以外の鉄筋１００ａ，１００ｃの点群データを取得することになる。これによれば、移動ベクトルＶ_ｎの方向が、測定対象物である鉄筋１００ｂが延びる方向からずれることがある。そうすると、測定光２３の走査軌跡の中心が測定対象物である鉄筋１００ｂを追従する状態を維持できないことがある。これは、測定光２３の射出方向と鉄筋１００の面とのなす角度が比較的小さい場合に顕著になる。測定対象物である鉄筋１００ｂが延びる方向に沿って移動ベクトルＶ_ｎの方向をより正確に設定するために、測定対象物である鉄筋１００ｂ以外の鉄筋１００ａ，１００ｃの点群データ（ノイズ）を除外することがより好ましい。

そこで、本変形例では、図１６に表したように、演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎが鉄筋１００の面において円形となるように、測定光２３の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を算出する。図１６は、図５と同様に鉄筋１００を基準光軸Ｏに沿ってみた図である。図１６に表したように、演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎが見かけの鉄筋１００の面の法線Ｎの方向を短軸とした楕円形となるように測定光２３の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を算出することで、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎを鉄筋１００の面において円形に設定することができる。これについて、図１３及び図１４を参照しつつ、さらに詳しく説明する。

まず、ステップＳ８５１～Ｓ８５７の処理は、図８に関して前述したステップＳ８０１～Ｓ８０７の処理と同様である。続いて、ステップＳ８５８において、演算制御部１９は、見かけの最上段の鉄筋１００の面の法線Ｎ（図１７参照）を計算する。例えば、演算制御部１９は、第１記憶部２０に格納された測定領域Ｒ内の点群データに基づいて、見かけの最上段の鉄筋１００の面のパラメータを計算し、法線Ｎを算出する。ステップＳ８５８に続くステップＳ８５９の処理は、図８に関して前述したステップＳ８０８の処理と同様である。

続いて、ステップＳ８６０において、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎを示す楕円の短軸の比率（長さ）を算出する。ここで、図１７を参照しつつ、測定光２３の楕円の短軸の比率の算出方法を説明する。図１７は、図１６に示す鉄筋１００ｂを側方からみたＹ－Ｚ平面図である。まず、演算制御部１９は、Ｙ－Ｚ平面上において、ステップＳ８５８により算出した鉄筋１００の面の法線Ｎと、測定光２３の射出方向と、のなす角度θ４を算出する。そして、演算制御部１９は、９０°から角度θ４を減算することにより、Ｙ－Ｚ平面上において、鉄筋１００の面と、測定光２３の射出方向と、のなす角度θ５を算出する。

図１２の例と同様に、図１７において、鉄筋１００上の一対の交点Ｐ_ｎの間隔をＤに設定する。演算制御部１９は、鉄筋１００上の一対の交点Ｐ_ｎの間隔がＤとなるように、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎの短軸の長さをＷ_ｎに調整する。短軸の長さは、Ｗ_ｎ＝Ｄ・ｓｉｎ（θ５）を満たす。

このように、演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎが見かけの鉄筋１００の面の法線Ｎの方向を短軸とした楕円形となるように測定光２３の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を算出し、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎを鉄筋１００の面において円形に設定する。また、演算制御部１９は、短軸が鉄筋１００の面と測定光２３の射出方向とのなす傾斜角θ５に応じた長さＷ_ｎとなるように測定光の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を算出する。このように、演算制御部１９は、鉄筋１００の面と測定光２３の射出方向とがなす傾斜角θ５が変化しても、隣接する交点の間隔が鉄筋１００上で一定間隔（Ｄ／２）となるように偏向部３５の偏向作動を制御する。

ステップＳ８６０に続くステップＳ８６１～Ｓ８６２の処理は、図９に関して前述したステップＳ８０９～Ｓ８１０の処理と同様である。続いて、ステップＳ８６３において、演算制御部１９は、次に行うスキャンによる測定光２３の楕円のサイズ（走査軌跡の長軸及び短軸の長さ）および傾きを適切なサイズおよび傾きに変更する。すなわち、演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎが見かけの鉄筋１００の面の法線Ｎの方向を短軸とした楕円形となるように測定光２３の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を変更する。また、演算制御部１９は、短軸が鉄筋１００の面と測定光２３の射出方向とのなす傾斜角θ５に応じた長さＷ_ｎとなるように測定光の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を変更する。ステップＳ８６３に続くステップＳ８６４の処理は、図９に関して前述したステップＳ８６４の処理と同様である。

本変形例によれば、演算制御部１９が測定対象物である鉄筋１００ｂ以外の鉄筋１００ａ，１００ｃの点群データを取得することを抑えることができる。例えば、図１６に表したように、直交する２本の鉄筋（図１６では鉄筋１００ｂと鉄筋１００ｇ）が交差する位置のスキャンを行う場合であっても、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎと鉄筋１００とが交差する箇所を４箇所に抑えることができる。そして、演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎと、測定対象物である鉄筋１００ｂ以外の鉄筋と、の交差する箇所が、測定対象物である鉄筋１００ｂと直交する鉄筋１００ｇ上の２箇所であることを容易に見分けることができる。そのため、演算制御部１９は、測定対象物である鉄筋１００ｂ以外の鉄筋の点群データ（ノイズ）を容易に除外することができる。これにより、測定光２３の走査軌跡の中心が測定対象物である鉄筋１００ｂを追従する状態をより一層確実に維持することができる。

図１８は、鉄筋１００の測定結果を示す図である。図１８は、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚにより定められる三次元空間上に交点の座標をプロットし、三次元空間上の測定領域Ｒを法線方向からみた状態を示す。図１８に示す黒色の点が座標をプロットしたものである。図１８に示すように、本実施形態の測量システム１により得られる交点の鉄筋１００上での間隔は、一定間隔となる。

図１９は、鉄筋１００の測定結果の比較例を示す図である。この比較例は、図９のステップＳ８１１の楕円のサイズの変更および図１４のステップＳ８６３の楕円のサイズおよび傾きの変更を行わずに、一定のサイズの楕円の走査軌跡で測定光２３のスキャンを行った例である。図１９は、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚにより定められる三次元空間上に交点の座標をプロットし、三次元空間上の測定領域Ｒを法線方向からみた状態を示す。図１９に示す黒色の点が座標をプロットしたものである。

図１９に示すように、比較例の測量システムにより得られる交点の鉄筋１００上での間隔は、一定間隔とはならない。図１９に示すように、奥行き方向の交点の間隔は、奥行き方向の手前（図１９の下方）から奥行き方向の奥側（図１９の上方）に向けて広くなっている。また、図１９に示すように、幅方向の交点の間隔は、幅方向の中心から幅方向の端部に向けて広くなっている。そのため、奥行き方向の手前側かつ幅方向の中心で交点の点密度が高く、そこから遠ざかるにつれて交点の点密度が低くなる。

以上説明した本実施形態の測量システム１が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の測量システム１によれば、演算制御部１９により、測距部３Ａの測距結果と偏向部３５により偏向される射出方向に基づいて、線状に形成される測定対象物である鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡との交点の座標が検出される。そして、演算制御部１９は、隣接する交点の間隔が鉄筋１００上で一定間隔となるように偏向部３５の偏向作動を制御する。座標が検出される交点の鉄筋１００上での間隔が一定間隔となるため、測量システム１から鉄筋１００までの距離によらずに、一定の点密度で鉄筋１００の座標を得ることができる。よって、鉄筋１００の各位置の座標を効率よくかつ精度よく検出することが可能となる。

また、本実施形態の測量システム１によれば、鉄筋１００は、直線状に延びるように形成されており、演算制御部１９は、鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡との一対の交点の座標を結ぶ直線上に所定の中心が配置されるように偏向部３５の偏向作動を制御する。
本実施形態の測量システム１によれば、鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡との一対の交点の座標を結ぶ直線上に所定の中心が配置されるように偏向部３５の偏向作動が制御される。そのため、測定光２３の走査軌跡の中心が鉄筋１００を追従する状態を確実に維持することができる。

また、本実施形態の測量システム１において、演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡が一対の交点を結ぶ方向を短軸とした楕円形となり、かつ短軸が一対の交点を結ぶ直線と測定光２３とがなす傾斜角に応じた長さとなるように偏向部３５の偏向作動を制御する。
本実施形態の測量システム１によれば、測定光２３の走査軌跡である楕円形の短軸が一対の交点を結ぶ直線と測定光２３とがなす傾斜角に応じた長さとなるため、測定光２３の照射方向と鉄筋１００が延びる方向とがなす傾斜角によらずに、隣接する交点の間隔を鉄筋１００上で一定間隔とすることができる。

また、本実施形態の測量システム１において、演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡が見かけの鉄筋１００を含む面の法線Ｎの方向を短軸とした楕円形となり、かつ短軸が鉄筋１００を含む面と測定光２３とがなす傾斜角に応じた長さとなるように偏向部３５の偏向作動を制御する。
本実施形態の測量システム１によれば、測定光２３の走査軌跡が鉄筋１００を含む面において円形に設定されるため、測定光２３が測定対象物である鉄筋１００（例えば鉄筋１００ｂ）以外の鉄筋１００（例えば鉄筋１００ａ，１００ｃ）に照射されることを抑えることができる。これにより、測定対象物である鉄筋１００以外の鉄筋１００の測距結果を容易に除外し、測定光２３の走査軌跡の中心が測定対象物である鉄筋１００を追従する状態をより一層確実に維持することができる。

本実施形態の測量システム１において、第１方向に沿って直線状に延びる第１の鉄筋１００と、第１方向に直交する第２方向に沿って直線状に延びる第２の鉄筋１００とを備え、第１の鉄筋１００と第２の鉄筋１００とが隣接した状態で方眼状に配置されており演算制御部１９は、第１の鉄筋１００と第２の鉄筋１００とを含む略平面状の測定領域Ｒを設定し、測定領域Ｒに含まれる座標を鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡との交点の座標として検出する。
本実施形態の測量システム１によれば、方眼状に配置された直線状の第１の鉄筋１００と第２の鉄筋１００とを含む略平面状の測定領域Ｒに含まれる座標を交点の座標として検出し、その測定領域Ｒに含まれない座標は交点の座標として検出しない。そのため、測定対象物である鉄筋１００以外の他の構造物が（例えば、測定対象物である最上段の鉄筋１００の下方に配置される他の鉄筋）を交点の座標として検出してしまうことがない。よって、鉄筋１００との交点から得られる座標のみを交点の座標として確実に検出することができる。

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。

以上の説明において、測定対象物は鉄筋であるものとしたが、直線状に形成されるものであれば、他の態様であってもよい。

以上の説明においては、偏向部３５を一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂから構成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、２軸ガルバノミラーを用いて一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂと同様の機能を達成するようにしてもよい。

１・・・測量システム、 ３・・・レーザスキャナ、 ３Ａ・・・測距部、 １１・・・測定光射出部、 １２・・・受光部、 １３・・・測距演算部、 １５・・・射出方向検出部、 １７・・・姿勢検出部、 ２０・・・第１記憶部、 ２３・・・測定光、 ２４・・・反射測定光、 ２７・・・発光素子、 ３３・・・受光素子、 ３５・・・偏向部、 １００・・・鉄筋、 Ｏ・・・基準光軸、 Ｐ_ｎ・・・交点、 Ｒ・・・測定領域、 ＳＰ_ｎ・・・測定点、 Ｔ_ｎ・・・走査軌跡、 Ｖ_ｎ・・・移動ベクトル、 Ｘ，Ｙ，Ｚ・・・軸線、 θ１・・・水平角、 θ２・・・鉛直角、 θ３・・・傾斜角、 θ４・・・角度、 θ５・・・傾斜角

Claims (5)

1. 測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有し、前記受光素子からの受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、
   前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、
   前記測距部および前記偏向部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記測距部の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向に基づいて線状に形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標を検出し、隣接する前記交点の間隔が前記測定対象物上で一定間隔となるように前記偏向部の偏向作動を制御し、
   前記制御部は、前記測定光の走査軌跡が前記一対の交点を結ぶ方向を短軸とした楕円形となり、かつ前記短軸が前記一対の交点を結ぶ直線と前記測定光とがなす傾斜角に応じた長さとなるように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする測定装置。
2. 前記測定対象物は、直線状に延びるように形成されており、
   前記制御部は、前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との一対の前記交点の座標を結ぶ直線上に前記所定の中心が配置されるように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記制御部は、前記測定光の走査軌跡が見かけの前記測定対象物を含む面の法線方向を短軸とした楕円形となり、かつ前記短軸が前記測定対象物を含む面と前記測定光とがなす傾斜角に応じた長さとなるように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記測定対象物は、第１方向に沿って直線状に延びる第１の測定対象物と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って直線状に延びる第２の測定対象物と、を備え、
   前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とが隣接した状態で方眼状に配置されており、
   前記制御部は、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とを含む略平面状の領域を設定し、該領域に含まれる座標を前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標として検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 測定対象物の測定を行う測定装置の制御方法であって、
   前記測定装置は、
   測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有する測距部と、
   前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、を有し、
   前記受光素子からの受光信号に基づき前記測定対象物の測距を行う測距工程と、
   前記測距工程の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向に基づいて線状に形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標を検出する交点検出工程と、
   隣接する前記交点の間隔が前記測定対象物上で一定間隔となるように前記偏向部の偏向作動を制御する制御工程と、を備え、
   制御部は、前記測定光の走査軌跡が前記一対の交点を結ぶ方向を短軸とした楕円形となり、かつ前記短軸が前記一対の交点を結ぶ直線と前記測定光とがなす傾斜角に応じた長さとなるように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする測定装置の制御方法。

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