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技術 測量装置

出願人 株式会社トプコン
発明者 大友文夫熊谷薫穴井哲治
出願日 2016年2月8日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2016-021924
公開日 2017年8月17日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2017-142081
状態 特許登録済
技術分野 測量一般
主要キーワード 所要点 基台ユニット 測定対象エリア 水平部位 検出傾斜角 相対傾斜角 遠近画像 測定作動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月17日)のものです。
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図面 (12)

課題

測定現場で、直ちに測定対象物の鉛直状態の判断が可能な測量装置を提供する。

解決手段

距光を測定対象物に向って射出し、測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、測距光の射出光軸と平行な撮像光軸5を有し、測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、撮像ユニットと一体的に設けられた姿勢検出ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、姿勢検出ユニットは、水平を検出する傾斜センサと、傾斜センサが水平を検出する様に、傾斜センサを傾動させると共に傾斜センサが水平を検出する状態での測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部を有し、演算処理ユニットは、姿勢検出ユニットの検出結果に基づき、鉛直に対する画像の傾斜を演算し、この演算結果に基づき撮像ユニットが取得した画像中に鉛直線を表示する様構成された。

概要

背景

一般に測量の対象となる建設物建築物構造物等の構造体は、鉛直を基準として、建造されており、鉛直基準に対して傾斜(倒れ)を測定することが、保守上重要である。

従来、建設物、建築物、構造物等、測定対象物の倒れを測定する場合は、測定対象物の複数の測定点(例えば、柱の上下)を鉛直又は水平を基準に測定し、測定点の関係を求めて倒れを測定していた。又、近年では、測定対象物を鉛直基準に3次元(3D)スキャナで測定し、測定対象物の形状と傾斜(倒れ)を測定する方法も採られている。然し、これらの測定には時間を要し、又3Dスキャナによる測定では、3Dスキャナで得られるデータは膨大な量となり、解析に時間を要する。この為、現場での倒れ状態の判断には用いることができなかった。

概要

測定現場で、直ちに測定対象物の鉛直状態の判断が可能な測量装置を提供する。測距光を測定対象物に向って射出し、測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、測距光の射出光軸と平行な撮像光軸5を有し、測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、撮像ユニットと一体的に設けられた姿勢検出ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、姿勢検出ユニットは、水平を検出する傾斜センサと、傾斜センサが水平を検出する様に、傾斜センサを傾動させると共に傾斜センサが水平を検出する状態での測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部を有し、演算処理ユニットは、姿勢検出ユニットの検出結果に基づき、鉛直に対する画像の傾斜を演算し、この演算結果に基づき撮像ユニットが取得した画像中に鉛直線を表示する様構成された。

目的

本発明は、測定現場で、直ちに測定対象物の鉛直状態の判断が可能な測量装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

距光測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、該撮像ユニットと一体的に設けられた姿勢検出ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、前記姿勢検出ユニットは、水平を検出する傾斜センサと、該傾斜センサが水平を検出する様に、該傾斜センサを傾動させると共に該傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部を有し、前記演算処理ユニットは、前記姿勢検出ユニットの検出結果に基づき、鉛直に対する画像の傾斜を演算し、この演算結果に基づき前記撮像ユニットが取得した画像中に鉛直線を表示する様構成された測量装置

請求項2

前記演算処理ユニットは、画像中に示される前記鉛直線が平行となる様に、画像処理し、鉛直画像を作成する請求項1に記載の測量装置。

請求項3

前記測距光の前記射出光軸上に設けられた光軸偏向ユニットを更に具備し、該光軸偏向ユニットにより、前記測定対象物の所要点に前記測距光を照射し、前記所要点の測距を行う様にした請求項1又は請求項2に記載の測量装置。

請求項4

前記測距光の前記射出光軸上に設けられた光軸偏向ユニットを更に具備し、前記演算処理ユニットは、前記測定対象物の鉛直部位を抽出し、該鉛直部位を交差する様に前記光軸偏向ユニットを制御して前記測距光をスキャンし、前記鉛直部位と交差する交点を測距し、該鉛直部位の水平距離を求める請求項2に記載の測量装置。

請求項5

前記演算処理ユニットは、前記測定対象物の横部位を抽出し、該横部位と前記鉛直部位との交点の高さを該鉛直部位の水平距離に基づいて演算し、同一高さの交点を結ぶ前記横部位を前記測定対象物の水平部位として捉え、該水平部位の所要点を交差する様に前記測距光をスキャンして測距し、前記測定対象物の水平距離と高さを求める請求項4に記載の測量装置。

請求項6

前記演算処理ユニットは、前記鉛直部位と前記水平部位を基に前記測定対象物の3次元モデルを作製する請求項5に記載の測量装置。

技術分野

0001

本発明は測定対象物の鉛直状態を測定可能測量装置に関するものである。

背景技術

0002

一般に測量の対象となる建設物建築物構造物等の構造体は、鉛直を基準として、建造されており、鉛直基準に対して傾斜(倒れ)を測定することが、保守上重要である。

0003

従来、建設物、建築物、構造物等、測定対象物の倒れを測定する場合は、測定対象物の複数の測定点(例えば、柱の上下)を鉛直又は水平を基準に測定し、測定点の関係を求めて倒れを測定していた。又、近年では、測定対象物を鉛直基準に3次元(3D)スキャナで測定し、測定対象物の形状と傾斜(倒れ)を測定する方法も採られている。然し、これらの測定には時間を要し、又3Dスキャナによる測定では、3Dスキャナで得られるデータは膨大な量となり、解析に時間を要する。この為、現場での倒れ状態の判断には用いることができなかった。

先行技術

0004

特開2007−248156号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、測定現場で、直ちに測定対象物の鉛直状態の判断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

0006

本発明は、測距光を測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、該撮像ユニットと一体的に設けられた姿勢検出ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、前記姿勢検出ユニットは、水平を検出する傾斜センサと、該傾斜センサが水平を検出する様に、該傾斜センサを傾動させると共に該傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部を有し、前記演算処理ユニットは、前記姿勢検出ユニットの検出結果に基づき、鉛直に対する画像の傾斜を演算し、この演算結果に基づき前記撮像ユニットが取得した画像中に鉛直線を表示する様構成された測量装置に係るものである。

0007

又本発明は、前記演算処理ユニットは、画像中に示される前記鉛直線が平行となる様に、画像処理し、鉛直画像を作成する測量装置に係るものである。

0008

又本発明は、前記測距光の前記射出光軸上に設けられた光軸偏向ユニットを更に具備し、該光軸偏向ユニットにより、前記測定対象物の所要点に前記測距光を照射し、前記所要点の測距を行う様にした測量装置に係るものである。

0009

又本発明は、光軸偏向ユニットを更に具備し、前記演算処理ユニットは、前記測定対象物の鉛直部位(鉛直線に沿った部分)を抽出し、該鉛直部位を交差する様に前記光軸偏向ユニットを制御して前記測距光をスキャンし、前記鉛直部位と交差する交点を測距し、該鉛直部位の水平距離を求める測量装置に係るものである。

0010

又本発明は、前記演算処理ユニットは、前記測定対象物の横部位(横方向の線)を抽出し、該横部位と前記鉛直部位との交点の高さを該鉛直部位の水平距離に基づいて演算し、同一高さの交点を結ぶ前記横部位を前記測定対象物の水平部位水平線に沿った部分)として捉え、該水平部位の所要点を交差する様に前記測距光をスキャンして測距し、前記測定対象物の水平距離と高さを求める測量装置に係るものである。

0011

更に又本発明は、前記演算処理ユニットは、前記鉛直部位と前記水平部位を基に前記測定対象物の3次元モデルを作製する測量装置に係るものである。

発明の効果

0012

本発明によれば、測距光を測定対象物に向って射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、該撮像ユニットと一体的に設けられた姿勢検出ユニットと、演算処理ユニットとを具備し、前記姿勢検出ユニットは、水平を検出する傾斜センサと、該傾斜センサが水平を検出する様に、該傾斜センサを傾動させると共に該傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部を有し、前記演算処理ユニットは、前記姿勢検出ユニットの検出結果に基づき、鉛直に対する画像の傾斜を演算し、この演算結果に基づき前記撮像ユニットが取得した画像中に鉛直線を表示する様構成されたので、画像中に表示された鉛直線に基づき、測定現場で、直ちに測定対象物の鉛直状態の判断が可能となるという優れた効果を発揮する。

図面の簡単な説明

0013

本発明の実施例の概略斜視図である。
本実施例に係る測量装置の概略構成図である。
図2のA矢視図である。
本実施例に用いられる姿勢検出ユニットの平面図である。
該姿勢検出ユニットの概略構成図である。
(A)(B)(C)は、光軸偏向ユニットの作用を示す説明図である。
(A)(B)は、取得画像走査軌跡の関係を示す説明図である。
測定対象物と鉛直線との関係を示す説明図である。
(A)(B)(C)は、撮像画像と鉛直画像との関連を示す説明図である。
(A)〜(H)は、鉛直画像より鉛直部位と水平部位を検出する過程を示す説明図である。
鉛直画像より鉛直部位と水平部位を検出する過程を示すフローチャートである。

実施例

0014

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

0015

先ず、図1に於いて、本実施例に係る測量システムについて概略を説明する。

0016

図1中、1は測量装置であり、2は設置基準点Rに設置される三脚を示す。前記測量装置1は、前記三脚2に基台ユニット3を介して設けられている。又、図中、4は測距光軸、5は撮像光軸を示している。前記測距光軸4と前記撮像光軸5は平行であり、前記測距光軸4と前記撮像光軸5との間は既知の距離となっている。

0017

前記測量装置1は、測定対象物をプリズムとするプリズム測定モードによる測定、測定対象物が構造物である場合等で、プリズムを使用しないノンプリズム測定モードによる測定が可能である。

0018

前記基台ユニット3は、水平方向に回転し、回転角度が検出可能な分度盤8、鉛直方向に回転可能で、所望の角度で固定可能な鉛直回転部9を有し、前記測量装置1は前記鉛直回転部9に取付けられている。

0019

又、前記測量装置1は機械基準点を有しており、該機械基準点に対して前記測距光軸4、前記撮像光軸5等が既知の関係となっている。前記機械基準点は、例えば、前記鉛直回転部9の回転中心に設定される。

0020

前記測距光軸4が水平の状態で、前記機械基準点は前記設置基準点Rを通過する鉛直線6上に位置する様に設定される。前記設置基準点Rと前記測量装置1の前記機械基準点との距離は、メジャー等で測定され、既知となっている。

0021

前記測量装置1は、前記機械基準点を中心に鉛直方向に回転し、又該機械基準点を中心に水平方向に回転する。又、鉛直回転角は後述する様に姿勢検出ユニット26により検出され、水平回転角は前記分度盤8によって検出される。

0022

図2図3を参照して、前記測量装置1について説明する。

0023

該測量装置1は筐体7の背面に表示部11、操作部12を有し、又前記筐体7の内部に、前記測距光軸4を有する測定ユニット20、演算処理ユニット24、測距光の射出方向を検出する射出方向検出部25、前記測量装置1の水平2方向の傾斜を検出する前記姿勢検出ユニット26、前記撮像光軸5を有する撮像ユニット27、前記測距光軸4を偏向する光軸偏向ユニット36等を、主に有している。従って、前記測定ユニット20、前記姿勢検出ユニット26、前記撮像ユニット27、前記光軸偏向ユニット36は、一体化されている。尚、前記表示部11はタッチパネルとし、前記操作部12と兼用させてもよい。

0024

前記測定ユニット20は、測距光射出部21、受光部22、測距部23により構成されている。

0025

前記測距光射出部21は、測距光を射出する。該測距光射出部21は、射出光軸31を有し、該射出光軸31上に発光素子32、例えばレーザダイオード(LD)が設けられ、更に、前記射出光軸31上に投光レンズ33が設けられる。

0026

又、前記射出光軸31上には、偏向光学部材としての第1反射鏡34が設けられる。更に、該第1反射鏡34に対峙させ、且つ受光光軸37(後述)上に偏向光学部材としての第2反射鏡35を配設する。

0027

前記第1反射鏡34、前記第2反射鏡35によって、前記射出光軸31は、前記測距光軸4と合致される。該測距光軸4上に、前記光軸偏向ユニット36が配設される。

0028

前記受光部22は、測定対象物からの反射測距光を受光する。該受光部22は、前記射出光軸31と平行な前記受光光軸37を有し、該受光光軸37は前記測距光軸4と共通となっている。

0029

前記受光光軸37上に受光素子38、例えばフォトダイオード(PD)が設けられ、又結像レンズ39が配設されている。該結像レンズ39は、反射測距光を前記受光素子38に結像する。該受光素子38は反射測距光を受光し、受光信号を発生する。該受光信号は、前記測距部23に入力される。

0030

更に、前記受光光軸37上で、前記結像レンズ39の対物側には、前記光軸偏向ユニット36が配置されている。

0031

前記測距部23は、前記発光素子32を制御し、測距光としてレーザ光線発光させる。前記光軸偏向ユニット36(測距光偏向部36a(後述))により、測定点に向う様、前記測距光軸4が偏向される。

0032

測定対象物から反射された反射測距光は前記光軸偏向ユニット36(反射測距光偏向部36b(後述))、前記結像レンズ39を介して前記受光部22に入射する。前記反射測距光偏向部36bは、前記測距光偏向部36aで偏向された前記測距光軸4を基の状態に復帰させる様再偏向し、反射測距光を前記受光素子38に受光させる。

0033

該受光素子38は受光信号を前記測距部23に送出し、該測距部23は、前記受光素子38からの受光信号に基づき測定点(測距光が照射された点)の測距を行う。

0034

前記演算処理ユニット24は、入出力制御部演算器(CPU)、記憶部等から構成され、該記憶部には測距作動を制御する測距プログラムモータ47a,47b(後述)の駆動を制御する制御プログラム画像マッチング等の画像処理を行う画像プログラム入出力制御プログラム、前記射出方向検出部25からの射出方向の演算結果に基づき前記測距光軸4の方向角水平角鉛直角)を演算する方向角演算プログラム等のプログラムが格納され、更に前記記憶部には測距データ、画像データ等の測定結果が格納される。

0035

前記光軸偏向ユニット36について説明する。

0036

該光軸偏向ユニット36には、一対の光学プリズム41a,41bが配設される。該光学プリズム41a,41bは、それぞれ円板状であり、前記受光光軸37に直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。前記光学プリズム41a,41bとしては、それぞれフレネルプリズムが用いられることが、装置を小型化する為に好ましい。

0037

前記光軸偏向ユニット36の中央部は、測距光が透過する前記測距光偏向部36aとなっており、中央部を除く部分は前記反射測距光偏向部36bとなっている。

0038

前記光学プリズム41a,41bとして用いられるフレネルプリズムは、それぞれ平行に配置されたプリズム要素42a,42bと多数のプリズム要素43a,43bによって構成され、板形状を有する。前記光学プリズム41a,41b及び各プリズム要素42a,42b及びプリズム要素43a,43bは同一の光学特性を有する。

0039

前記プリズム要素42a,42bは、前記測距光偏向部36aを構成し、前記プリズム要素43a,43bは前記反射測距光偏向部36bを構成する。

0040

前記フレネル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、安価なフレネルプリズムを製作できる。

0041

前記光学プリズム41a,41bはそれぞれ前記受光光軸37を中心に個別に回転可能に配設されている。前記光学プリズム41a,41b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、射出される測距光の前記測距光軸4を任意の偏向方向に偏向し、受光される反射測距光の前記受光光軸37を前記測距光軸4と平行に偏向する。

0042

前記光学プリズム41a,41bの外形形状は、それぞれ前記受光光軸37を中心とする円板状であり、反射測距光の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、前記光学プリズム41a,41bの直径が設定されている。

0043

前記光学プリズム41aの外周にはリングギア44aが嵌設され、前記光学プリズム41bの外周にはリングギア44bが嵌設されている。

0044

前記リングギア44aには駆動ギア46aが噛合し、該駆動ギア46aは前記モータ47aの出力軸に固着されている。前記リングギア44bには、駆動ギア46bが噛合し、該駆動ギア46bは前記モータ47bの出力軸に固着されている。前記モータ47a,47bは前記演算処理ユニット24に電気的に接続されている。

0045

前記モータ47a,47b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)を検出する回転検出器、例えばエンコーダ(図示せず)等を用いて、モータの回転量を検出してもよい。前記射出方向検出部25により前記モータ47a,47bの回転量がそれぞれ検出され、前記射出方向検出部25の検出結果に基づき前記演算処理ユニット24により前記モータ47a,47bが個別に制御される。

0046

前記駆動ギア46a,46b、前記モータ47a,47bは前記測距光射出部21と干渉しない位置、例えば前記リングギア44a,44bの下側に設けられている。

0047

前記投光レンズ33、前記測距光偏向部36a等は、投光光学系を構成し、前記反射測距光偏向部36b、前記結像レンズ39等は受光光学系を構成する。

0048

前記射出方向検出部25は、前記モータ47a,47bに入力する駆動パルスカウントすることで該モータ47a,47bの回転角を検出し、或はエンコーダからの信号に基づき該モータ47a,47bの回転角を検出する。

0049

更に、前記射出方向検出部25は、前記モータ47a,47bの回転角に基づき、前記光学プリズム41a,41bの回転位置を演算し、前記測距光偏向部36a(即ち、前記プリズム要素42a,42b)の屈折率と回転位置に基づき測距光の偏角(偏向方向)、射出方向を演算し、演算結果は前記演算処理ユニット24に入力される。

0050

前記測量装置1に於いて、前記姿勢検出ユニット26は、前記測距部23の前記射出光軸31に対する姿勢(傾斜角、傾斜方向)を検出する。検出結果は、前記演算処理ユニット24に入力される。

0051

以下、図4図5を参照して、前記姿勢検出ユニット26について説明する。尚、図4は平面図を示し、以下の説明に於いて、上下は図4中での上下に対応し、左右は図4中での左右に対応する。

0052

矩形枠形状外フレーム51の内部に矩形枠形状の内フレーム53が設けられ、該内フレーム53の内部に傾斜検出ユニット56が設けられる。

0053

前記内フレーム53の上面、下面から縦軸54,54が突設され、該縦軸54,54は前記外フレーム51に設けられた軸受52,52と回転自在に嵌合する。前記縦軸54,54は縦軸心14を有し、前記内フレーム53は前記縦軸54,54を中心に左右方向に360゜回転自在となっている。該縦軸54,54の前記縦軸心14が、前記測距光軸4と合致するか、或は平行、或は該測距光軸4に直交する水平基準線(図示せず)と平行となっている。

0054

前記傾斜検出ユニット56は横軸55に支持され、該横軸55の両端部は、前記内フレーム53に設けられた軸受57,57に回転自在に嵌合する。前記横軸55は前記縦軸心14と直交する横軸心15を有し、前記傾斜検出ユニット56は前記横軸55を中心に上下方向に360゜回転自在となっている。該横軸55の前記横軸心15が、前記測距光軸4と合致するか、或は平行、或は該測距光軸4に直交する前記水平基準線と平行となっている。

0055

つまり、前記傾斜検出ユニット56は前記外フレーム51に対して2軸方向に360°回転自在のジンバル機構を介して支持された構成になっている。

0056

前記縦軸54,54の一方、例えば下側の縦軸54には第1ギア58が取付けられ、該第1ギア58には第1駆動ギア59が噛合している。又、前記外フレーム51の下面には第1モータ61が設けられ、前記第1駆動ギア59は前記第1モータ61の出力軸に取付けられている。

0057

前記縦軸54,54の他方には第1エンコーダ62が取付けられ、該第1エンコーダ62は前記内フレーム53の前記外フレーム51に対する左右方向の回転角を検出する様に構成されている。即ち、図1を参照すれば、前記第1エンコーダ62は煽り角ωを検出する。

0058

前記横軸55の一端部には、第2ギア63が取付けられ、該第2ギア63には第2駆動ギア64が噛合している。又、前記内フレーム53の側面(図示では左側面)には第2モータ65が取付けられ、前記第2駆動ギア64は前記第2モータ65の出力軸に取付けられている。

0059

前記横軸55の他端部には第2エンコーダ66が取付けられ、該第2エンコーダ66は前記内フレーム53に対する前記傾斜検出ユニット56の上下方向の回転角を検出する様に構成されている。

0060

前記第1エンコーダ62、前記第2エンコーダ66は、演算部68に電気的に接続され、検出結果は該演算部68に入力される。

0061

前記傾斜検出ユニット56は、第1傾斜センサ71、第2傾斜センサ72を有しており、該第1傾斜センサ71、該第2傾斜センサ72は、前記演算部68に電気的に接続されている。前記第1傾斜センサ71、前記第2傾斜センサ72の検出結果は、前記演算部68に入力される。

0062

前記姿勢検出ユニット26について、図5により更に説明する。

0063

該姿勢検出ユニット26は、前記第1エンコーダ62、前記第2エンコーダ66、前記第1傾斜センサ71、前記第2傾斜センサ72、前記演算部68、前記第1モータ61、前記第2モータ65の他に、更に記憶部73、入出力制御部74を具備している。

0064

前記記憶部73には、姿勢検出の為の演算プログラム等のプログラム、及び演算データ等のデータ類を格納している。

0065

記入出力制御部74は、前記演算部68から出力される制御指令に基づき前記第1モータ61、前記第2モータ65を駆動し、前記演算部68で演算した傾斜検出結果を検出信号として出力する。

0066

前記第1傾斜センサ71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72は傾斜変化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。

0067

尚、前記第1傾斜センサ71、前記第2傾斜センサ72のいずれも、前記第1エンコーダ62が検出する回転方向(傾斜方向)、前記第2エンコーダ66が検出する回転方向(傾斜方向)の2軸方向の傾斜を個別に検出可能となっている。

0068

前記演算部68は、前記第1傾斜センサ71、前記第2傾斜センサ72からの検出結果に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に該傾斜角、傾斜方向に相当する前記第1エンコーダ62の回転角、前記第2エンコーダ66の回転角により前記測量装置1の鉛直に対する傾斜角を演算する。

0069

演算された前記第1エンコーダ62の回転角、前記第2エンコーダ66の回転角を合成することで傾斜角、傾斜方向が演算される。該傾斜角、傾斜方向は水平に対する前記筐体7、即ち前記測定ユニット20の傾斜角、傾斜方向(相対傾斜角)に対応する。

0070

而して、前記第1モータ61、前記第2モータ65、前記第1エンコーダ62、前記第2エンコーダ66、前記演算部68は相対傾斜角検出部を構成する。

0071

尚、前記姿勢検出ユニット26は、前記外フレーム51が水平に設置された場合に、前記第1傾斜センサ71が水平を検出する様に設定され、更に前記第1エンコーダ62の出力、前記第2エンコーダ66の出力が共に基準位置(回転角0゜)を示す様に設定される。

0072

以下、前記姿勢検出ユニット26の作用について説明する。

0073

先ず、高精度に傾斜を検出する場合について説明する。

0074

前記姿勢検出ユニット26が傾斜すると、前記第1傾斜センサ71が傾斜に応じた信号を出力する。

0075

前記演算部68は、前記第1傾斜センサ71からの信号に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に演算結果に基づき傾斜角、傾斜方向を0にする為の、前記第1モータ61、前記第2モータ65の回転量を演算し、前記入出力制御部74を介して前記第1モータ61、前記第2モータ65を前記回転量駆動する駆動指令を発する。

0076

前記第1モータ61、前記第2モータ65の駆動により、演算された傾斜角、傾斜方向の逆に傾斜する様、前記第1モータ61、前記第2モータ65が駆動される。モータの回転量(回転角)は前記第1エンコーダ62、前記第2エンコーダ66によって検出され、回転角が前記演算結果となったところで前記第1モータ61、前記第2モータ65の駆動が停止される。

0077

この状態では、前記外フレーム51、前記内フレーム53が傾斜した状態で、前記傾斜検出ユニット56が水平に制御される。

0078

従って、該傾斜検出ユニット56を水平とする為に、前記第1モータ61、前記第2モータ65により、前記内フレーム53、前記傾斜検出ユニット56を傾斜させた傾斜角は、前記第1エンコーダ62、前記第2エンコーダ66で検出した回転角に基づき求められる。

0079

前記演算部68は、前記第1傾斜センサ71が水平を検出した時の、前記第1エンコーダ62、前記第2エンコーダ66の検出結果に基づき前記姿勢検出ユニット26の水平に対する傾斜角、傾斜方向を演算する。この演算結果が、該姿勢検出ユニット26の傾斜後の姿勢を示す。

0080

従って、前記演算部68が演算する傾斜角、傾斜方向は、前記測量装置1の水平に対する傾斜角、傾斜方向となる。

0081

前記演算部68は、演算された傾斜角、傾斜方向を前記姿勢検出ユニット26の検出信号として前記入出力制御部74を介して外部に出力する。

0082

前記姿勢検出ユニット26では、図4に示される構造の通り、前記傾斜検出ユニット56、前記内フレーム53の回転を制約するものがなく、前記傾斜検出ユニット56、前記内フレーム53は共に360゜以上の回転が可能である。即ち、前記姿勢検出ユニット26がどの様な姿勢となろうとも(例えば、前記姿勢検出ユニット26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。

0083

高応答性を要求する場合は、前記第2傾斜センサ72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72は前記第1傾斜センサ71に比べ検出精度が悪いのが一般的である。

0084

本実施例では、高精度の該第1傾斜センサ71と高応答性の前記第2傾斜センサ72を具備することで、該第2傾斜センサ72の検出結果に基づき姿勢制御を行い、前記第1傾斜センサ71により高精度の姿勢検出を可能とする。

0085

つまり、該第2傾斜センサ72が検出した傾斜角に基づき、該傾斜角が0°になる様に前記第1モータ61、前記第2モータ65を駆動し、更に前記第1傾斜センサ71が水平を検出する迄前記第1モータ61、前記第2モータ65の駆動を継続することにより、高精度に姿勢を検出することが可能となる。前記第1傾斜センサ71が水平を検出した時の前記第1エンコーダ62、前記第2エンコーダ66の値(即ち実際の傾斜角)と前記第2傾斜センサ72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72の傾斜角を較正することができる。

0086

従って、予め、該第2傾斜センサ72の検出傾斜角と、前記第1傾斜センサ71による水平検出と前記第1エンコーダ62、前記第2エンコーダ66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72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72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。

0087

上述した様に、前記姿勢検出ユニット26により、前記測量装置1の設置状態での傾斜角、傾斜方向が高精度で検出でき、検出結果に基づき測定結果を補正できるので、前記測量装置1を水平に整準する必要がない。即ち、どの様な設置状態でも高精度の測定が可能であり、前記測量装置1が整準装置を具備する必要がない。

0088

次に、前記撮像ユニット27は、前記撮像光軸5を有している。該撮像光軸5は、前記光軸偏向ユニット36が前記測距光軸4を偏向していない状態で、該測距光軸4と平行となる様に設定されている。前記撮像光軸5上に結像レンズ48、撮像素子49が設けられている。

0089

前記撮像ユニット27の画角は、前記光軸偏向ユニット36により光軸を偏向可能な範囲と同等、又は若干大きく設定されており、前記撮像ユニット27の画角は、例えば5゜となっている。

0090

又、前記撮像素子49は、画素集合体である、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、各カメラの光軸を原点とした座標系で位置が特定される。

0091

先ず、前記測量装置1による測定作動について、図6(A)、図6(B)、図6(C)を参照して説明する。尚、図6(A)では説明を簡略化する為、前記光学プリズム41a,41bについて、前記プリズム要素42a,42b、前記プリズム要素43a,43bを分離して示している。又、図6(A)で示される前記プリズム要素42a,42b、前記プリズム要素43a,43bは最大の偏角が得られる状態となっている。又、最小の偏角は、前記光学プリズム41a,41bのいずれか一方が180゜回転した位置であり、偏角は0゜となり、射出されるレーザ光線の光軸(前記測距光軸4)は前記射出光軸31と平行となる。

0092

前記発光素子32から測距光が発せられ、測距光は前記投光レンズ33で平行光束とされ、前記測距光偏向部36a(前記プリズム要素42a,42b)を透過して測定対象物或は測定対象エリアに向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部36aを透過することで、測距光は前記プリズム要素42a,42bによって所要の方向に偏向されて射出される。

0093

測定対象物或は測定対象エリアで反射された反射測距光は、前記反射測距光偏向部36b(前記プリズム要素43a,43b)を透過して入射され、前記結像レンズ39により前記受光素子38に集光される。

0094

前記反射測距光が前記反射測距光偏向部36bを透過することで、前記反射測距光の光軸は、前記受光光軸37と合致する様に前記プリズム要素43a,43bによって偏向される(図6(A))。

0095

前記プリズム要素42aと前記プリズム要素42bとの回転位置の組合わせにより、射出する測距光の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。

0096

又、前記プリズム要素42aと前記プリズム要素42bとの位置関係を固定した状態で(前記プリズム要素42aと前記プリズム要素42bとで得られる偏角を固定した状態で)、前記モータ47a,47bにより、前記プリズム要素42aと前記プリズム要素42bとを一体に回転することで、前記測距光偏向部36aを透過した測距光が描く軌跡は前記測距光軸4を中心とした円となる。

0097

従って、前記発光素子32よりレーザ光線を発光させつつ、前記光軸偏向ユニット36を回転させれば、測距光を円の軌跡で走査させることができる。

0098

尚、前記反射測距光偏向部36bは、前記測距光偏向部36aと一体に回転していることは言う迄もない。

0099

次に、図6(B)は前記プリズム要素42aと前記プリズム要素42bとを相対回転させた場合を示している。前記プリズム要素42aにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Aとし、前記プリズム要素42bにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Bとすると、前記プリズム要素42a,42bによる光軸の偏向は、該プリズム要素42a,42b間の角度差θとして、合成偏向Cとなる。

0100

従って、角度差θを変化させる度に、前記光軸偏向ユニット36を1回転させれば、直線状に測距光を走査させることができる。

0101

更に、図6(C)に示される様に、前記プリズム要素42aの回転速度に対して遅い回転速度で前記プリズム要素42bを回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ測距光が回転されるので、測距光の走査軌跡は、スパイラル状となる。

0102

更に又、前記プリズム要素42a、前記プリズム要素42bの回転方向、回転速度を個々に制御することで、測距光の走査軌跡を前記射出光軸31を中心とした照射方向(半径方向の走査)とし、或は水平、垂直方向とする等、種々の走査状態が得られる。

0103

測定の態様としては、前記光軸偏向ユニット36(前記プリズム要素42a,42b)を所要偏角毎に固定して測距を行うことで、特定の測定点についての測距を行うことができる。更に、前記光軸偏向ユニット36の偏角を変更しつつ、測距を実行することで、即ち測距光を走査しつつ測距を実行することで走査軌跡上の測定点についての測距データを取得することができる。

0104

又、各測距光の射出方向角は、前記モータ47a,47bの回転角により検出でき、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。

0105

更に、前記射出光軸31の水平に対する傾きは、前記姿勢検出ユニット26によって検出することができ、該姿勢検出ユニット26が検出した傾きに基づき前記測距データを補正し、高精度の測距データとすることができる。

0106

次に、本実施例では、3次元の測距データを取得すると共に画像データを取得することもできる。

0107

測定対象物が選択されると、該測定対象物が前記撮像ユニット27によって捕捉される様、前記測量装置1を測定対象物へ向ける。前記撮像ユニット27で取得された画像は、前記表示部11に表示される。

0108

前記撮像ユニット27で取得された画像は、前記測量装置1の測定範囲と一致、又は略一致しているので、測定者視覚によって容易に測定範囲を特定できる。

0109

又、前記測距光軸4と前記撮像光軸5は、平行であり、且つ両光軸は既知の関係であるので、前記演算処理ユニット24は前記撮像ユニット27による画像上で画像中心と前記測距光軸4とを一致させることができる。更に、前記演算処理ユニット24は、測距光の射出方向角を検出することで、該射出方向角に基づき画像上に測定点を特定できる。従って、測定点の3次元データと画像の関連付けを容易に行え、前記撮像ユニット27で取得した画像を3次元データ付の画像とすることができる。

0110

図7(A)、図7(B)は、前記撮像ユニット27で取得した画像と、測定点の取得軌跡との関係を示している。尚、図7(A)では、測距光が同心多重円状に走査された場合を示しており、図7(B)では、測距光が直線状に往復走査された場合を示している。図中、17は走査軌跡を示しており、測定点は該走査軌跡17上に位置する。

0111

尚、上記説明では、前記測距光偏向部36aと前記反射測距光偏向部36bとを同一の光学プリズム上に形成し、一体としたが、前記射出光軸31と前記受光光軸37とを分離し、前記射出光軸31と前記受光光軸37にそれぞれ個別に前記測距光偏向部36aと前記反射測距光偏向部36bとを設け、更に前記測距光偏向部36aと前記反射測距光偏向部36bによる偏向方向が合致する様、前記測距光偏向部36aと前記反射測距光偏向部36bとを同期回転する様にしてもよい。

0112

以下、前記測量装置1の測定作用について説明する。

0113

先ず、図8図9(A)、図9(B)、図9(C)を参照して、測定対象物の鉛直を測定する場合を説明する。

0114

尚、以下の説明では、図8に示される様に、測定対象物81の倒れとは、鉛直線83に対する傾きを意味する。

0115

図9(A)は、前記撮像ユニット27で撮像した前記測定対象物81の画像82を示している。該画像82は、前記撮像ユニット27の傾きを含んでいるので、前記画像82自体から得られる鉛直は、実際の鉛直とは異なっている。

0116

前記画像82を撮像した時の、前記撮像ユニット27、即ち前記測量装置1の水平に対する傾斜角、傾斜方向は前記姿勢検出ユニット26によって検出することができる。検出された傾斜角、傾斜方向は、撮像時の画像の傾き、傾斜方向となっている。前記演算処理ユニット24は、この傾き、傾斜方向に基づき画像の水平、又は鉛直に対する傾斜を演算し、この演算結果に基づき、画像中に複数の前記鉛直線83、複数の水平線84を表す(図9(B))。

0117

前記画像82は、遠近画像(近くのものが大きく、遠くのものが小さく表示された画像)となっているので、該画像82中では、前記鉛直線83間の距離が上方ほど狭くなっている(図9(B))。前記演算処理ユニット24は、前記鉛直線83が平行となる様に画像処理する。以後、画像処理(鉛直画像に変換)後の画像を、鉛直画像82′と称す(図9(C))。

0118

以下、図10(A)〜図10(H)、図11を参照して、前記鉛直画像82′とスキャン測定による建物(前記測定対象物81)の鉛直部位と水平部位の検出、測定について説明する。

0119

(鉛直部位、横部位検出)
STEP:01 前記鉛直画像82′にSobelフィルタ(空間1次微分)を施し、画像の建物の鉛直部位87を抽出した鉛直部位画像88(図10(B))を取得する。

0120

STEP:02 前記鉛直画像82′にSobelフィルタ(空間1次微分)を施し、画像の建物の水平部位89を抽出した横部位画像90(図10(C))を取得する。

0121

(連結鉛直部位検出)
STEP:03 前記鉛直部位画像88に鉛直成分平滑するBoxフィルタを施し、鉛直部位画像の途切れを連結した連結鉛直部位画像91(図10(D))を取得する。

0122

(特徴的連結鉛直部位の検出)
STEP:04 該連結鉛直部位画像91に於いて、所定の長さや強度を選定基準に建物の特徴を示す特徴的連結鉛直部位画像92を取得し、建物を特徴付ける鉛直部位推定線(以後、建物の鉛直部位推定線93と称す)を求める(図10(E))。

0123

該建物の鉛直部位推定線93を取得することで、該建物の鉛直部位推定線93の状態から建物、即ち測定対象物の鉛直状態を即座に測定値として得ることができる。

0124

(スキャン候補部位検出)
STEP:05 前記鉛直部位画像88と前記特徴的連結鉛直部位画像92のAND処理により、スキャンすべき位置候補となるスキャン候補部位94を取得する(図10(F))。

0125

(スキャン測定)
STEP:06建物の各鉛直部位推定線93の内、スキャン候補部位94について、それぞれ少なくとも1点を測定点95として抽出する。各測定点95について、前記測距光軸4の方向角と、前記測定点95の画像中の位置に基づき測定点95の位置が演算される。又、画像中の測定点95の位置から、前記測距光軸4に対する偏角、偏向方向が演算される。

0126

(建物の鉛直部位の水平距離測定)
STEP:07 前記モータ47a,47bを駆動し、前記プリズム要素42a,42bを所要の方向に回転させスキャンする(図6(A)〜図6(C)参照)。更に、スキャンする過程で演算された偏角、偏向方向に基づき前記測距光軸4を測定点95を通過(鉛直部位を交差)させながら、該測定点95の水平距離を測定する。

0127

鉛直線上にある全ての点は水平距離が同じであることから、測定対象物が傾きがなく、前記鉛直部位や前記連結鉛直部位が正確に鉛直なら、測定は前記鉛直部位の任意の1点のみでよい。測定対象物が傾きを生じた場合でも、測定は前記連結鉛直部位の数点で済み、測定点を大幅に減らすことができる。

0128

又、スキャンの方向は、前記スキャン候補部位94と交差すればよく、水平に限らない。

0129

よって、鉛直線上の全ての点の水平距離は同一であり、建物の鉛直部位を基準として建物の水平平面図を作成することができる。

0130

(高さの測定)
STEP:08 鉛直部位と横部位との交点を求める。該交点について、交点を含む鉛直部位の水平距離と交点の画像中の位置に基づき交点の高さを求める。所要の交点について、それぞれ高さを算出する(図10(G))。

0131

(水平部位の推定)
STEP:09交点の内、同一高さを結ぶ横部位を前記建物の水平部位89として捉え、水平線96を推定できる(図10(H))。

0132

(3次元モデルの作製)
STEP:10 上記した様に、建物は、通常鉛直部位と水平部位によって構成されており、画像中の建物について、鉛直部位、水平部位を推定する(抽出する)ことで、鉛直部位、水平部位で形成される3次元モデルを簡単に得ることができる。

0133

而して、極めて少ない測定点の数で、建物の外形測定を行うことができる。

0134

1測量装置
2三脚
4 測距光軸
5撮像光軸
6鉛直線
11 表示部
12 操作部
14縦軸心
15横軸心
17走査軌跡
21 測距光射出部
22受光部
23 測距部
24演算処理ユニット
25射出方向検出部
26姿勢検出ユニット
27撮像ユニット
31射出光軸
32発光素子
36光軸偏向ユニット
36a 測距光偏向部
36b反射測距光偏向部
37受光光軸
38受光素子
41a,41b光学プリズム
42a,42bプリズム要素
43a,43b プリズム要素
44a,44bリングギア
47a,47bモータ
49撮像素子
51外フレーム
53内フレーム
56傾斜検出ユニット
61 第1モータ
62 第1エンコーダ
65 第2モータ
66 第2エンコーダ
71 第1傾斜センサ
72 第2傾斜センサ
73 記憶部
74入出力制御部
83 鉛直線
84水平線
87建物の鉛直部位
89 建物の水平部位
95 測定点

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