JP3621123B2

JP3621123B2 - 測量機

Info

Publication number: JP3621123B2
Application number: JP34973393A
Authority: JP
Inventors: 恒夫佐々木; 文夫大友
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: DE69419889T2; DE69430397D1; EP0874218A1; JPH07198383A; EP0874218B1; EP0661519B1; EP0661519A1; CN1092792C; DE69430397T2; DE69419889D1; CN1110399A; US6137569A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は測量機、特にターゲット中心と測量機望遠鏡の光軸とを正確に、且容易に合わせ得る様にした測量機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
距離測定、水平角、高低角の測量を行う場合、先ず測量機の望遠鏡の光軸とターゲット中心とを合致させる。又、この合わせ作業の精度が前記距離測定、水平角、高低角測定に影響する。
【０００３】
従来、測量機の望遠鏡の光軸とターゲット中心とを合致させる場合、測量者が望遠鏡により視準し、望遠鏡の高低角調整機構、水平方向調整機構をそれぞれ調整し、望遠鏡レチクルを前記測定ターゲットに合致させていた。更に測量者が合致したと判断した位置で距離角度を電子的に読取り、その値を表示器に表示させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の方法であると、測量者により合致精度が異なり測量者の個人差が生じる。更に同じ測量者でも、測量ごとの調整における合致精度にはバラツキが生じる。更に又、ターゲットが遠距離となるとターゲット中心の判別が難しくなるという問題があった。又、高低角調整機構、水平方向調整機構の調整にはそれぞれロック装置の解除、ロック、更に微動調整の操作を繰返し行う必要があり、操作が複雑で多大の時間を要していた。
【０００５】
本発明は斯かる実情に鑑み、望遠鏡の光軸とターゲット中心との合致を自動的に行える様にし、測量者の個人差を解消すると共に合致作業の簡略化と時間短縮を図ろうとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、垂直軸心、水平軸心の少なくとも一方の軸心を中心に回転可能な望遠鏡と、該望遠鏡からの像が結像される固体撮像素子と、望遠鏡の垂直軸心、水平軸心の少なくとも一方に関する視準軸の角度を検出する角度検出器と、ターゲットに向かって点滅光を発する発光部と、前記固体撮像素子からの映像信号を記憶する記憶器とを有し、前記角度検出器により前記発光部が点灯状態、消灯状態それぞれの映像信号を取込んだ際の角度変位を求め、点灯状態、消灯状態のいずれか一方の映像信号を他方の映像信号に対して前記角度変位が相殺される様シフトして両映像信号の差を求め、該両映像信号の差からターゲット中心位置を検出する様構成した測量機に係り、又固体撮像素子内に現れる望遠鏡の視準軸とターゲット中心位置との偏差を演算する演算器を具備した測量機に係り、又前記演算器により求められる偏差は、前記軸心に関する望遠鏡の視準軸とターゲット中心位置との角度である測量機に係り、又映像信号取込み時期を制御された２つの記憶器を有し、一方の記憶器には発光部点灯時の映像信号を、又他方の記憶器には発光部の消灯時の映像信号を取込む様にした測量機に係り、又望遠鏡を垂直軸心、水平軸心を中心にそれぞれ独立して回動可能に支持すると共に前記両軸心に関して前記望遠鏡を回動させるモータを設け、演算器が演算した偏差を解消する様前記モータを駆動する測量機に係り、又望遠鏡の光軸とターゲット中心位置が合致した場合に、音、光等の情報を発する様構成した測量機に係り、更に又電子シャッタを設け、該電子シャッタを通して画像を取込むよう構成した測量機に係るものである。
【０００７】
【作用】
発光部が点灯している状態での映像信号には、発光部の光がターゲットで反射された発光部の反射光が含まれており、発光部が消灯している状態ではターゲットからの反射光が含まれていない。従って、固体撮像素子から出力される発光部の点灯状態、消灯状態それぞれの映像信号の差を求めると映像信号としてはターゲットからの反射光だけとなり、該反射光の位置を画像上求めることで固体撮像素子上のターゲット中心位置を検出できる。更に、この検出結果を利用して望遠鏡の光軸Ｏとターゲットの中心位置との偏差を求めることとができ、更にこの偏差を利用して望遠鏡の光軸Ｏとターゲット中心位置とを合致させることができる。或は、点灯状態、消灯状態それぞれの映像信号を取込んだ際の角度変位を相殺する様シフトすることで、測量機の望遠鏡が動いていた時でも測量機が静止したと等価な２つの映像信号がを求められ、更に発光部が点灯している状態での映像信号には、発光部の光がターゲットで反射された発光部の反射光が含まれており、発光部が消灯している状態ではターゲットからの反射光が含まれていない。従って、シフトした後の固体撮像素子の発光部の点灯状態、消灯状態それぞれの映像信号の差を求めると映像信号としては、測量機を静止させた状態でのターゲットからの反射光だけとなり、該反射光の位置を画像上求めることで固体撮像素子上のターゲット中心位置を検出することができ、更にこの検出結果を利用して望遠鏡の光軸Ｏとターゲットの中心位置との偏差を求めることとができ、更にこの偏差を利用して望遠鏡の光軸Ｏとターゲット中心位置とを合致させることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明する。
【０００９】
図１は本実施例の要部を示しており、望遠鏡の光軸Ｏ上に対物レンズ１、赤外光を殆ど反射するダイクロイックミラー２、集光レンズ３、ＣＣＤ等の固体撮像素子４を配設する。前記ダイクロイックミラー２と対峙した位置に３角ミラー５を配設し、該３角ミラー５を挾み対峙した一方の位置に変調光、例えば近赤外光の変調光を点滅して発する発光部６、集光レンズ７、又他方の位置に受光素子８、集光レンズ９を配設する。
【００１０】
以下、作動を説明する。
【００１１】
前記発光部６より発せられた往路光は、前記３角ミラー５、ダイクロイックミラー２で反射され、前記対物レンズ１を通って、図示しないターゲットプリズムに射出される。該ターゲットプリズムで反射された復路光は、前記射出される光と同一の行路を通って前記ダイクロイックミラー２に到達し、該ダイクロイックミラー２で大半が反射され、更に前記３角ミラー５で前記受光素子８側に反射される。前記３角ミラー５で反射された前記復路光は集光レンズ９を経て受光素子８に集光される。又、復路光の一部は前記ダイクロイックミラー２を透過して前記集光レンズ３を経て前記固体撮像素子４上に投影される。
【００１２】
前記往路光の光波と復路光の光波との位相差より距離が測定される。
【００１３】
又、前記固体撮像素子４には前記対物レンズ１より入射した可視光が、前記ダイクロイックミラー２を透過し、集光レンズ３により集光されて前記固体撮像素子４上に結像される。結像された像は図２（Ａ）に示す様に、液晶モニタ、ＣＲＴ等の表示装置に表示される。
【００１４】
図２（Ａ）は三脚１０上に設置されたターゲットプリズム１１を含む周囲の画像を示しており、前記発光部６が発光している場合は、可視光の他にターゲットプリズム１１からの復路光の像が重複して得られる。従って、前記発光部６を点灯している場合と、発光部６を消灯している場合との画像の差を求めると、図２（Ｂ）に示す様なターゲットプリズム１１からの該ターゲットプリズム１１と略同一サイズの反射光（復路光）１２のみの画像が得られる。
【００１５】
画面の中心が前記光軸Ｏと一致した点であるとし、画像から前記復路光１２の水平方向の偏差Ｈ、垂直方向の偏差Ｖを容易に演算することができ、望遠鏡の光軸を水平方向にＨ、垂直方向にＶだけそれぞれ移動することで望遠鏡の光軸を前記ターゲットプリズム１１に合致させることができる。
【００１６】
次に図４により、測量制御部について説明する。
【００１７】
前記光軸Ｏの所要位置に電子シャッタ１５を設け、前記対物レンズ１より入射した光は該電子シャッタ１５を通して前記固体撮像素子４に結像される。該固体撮像素子４にはＡ／Ｄ変換器１６、表示器２２が接続され、前記Ａ／Ｄ変換器１６には第１記憶器１７、第２記憶器１８が接続され、又該第１記憶器１７、第２記憶器１８には減算回路１９、第３記憶器２０が順次接続されている。
【００１８】
前記電子シャッタ１５、第１記憶器１７、第２記憶器１８、減算回路１９、第３記憶器２０、表示器２２に演算器２１が接続され、更に該演算器２１には測距用回路２３、高低用駆動制御器２４、水平用駆動制御器２６が接続され、前記高低用駆動制御器２４により高低用モータ２５が駆動され、前記水平用駆動制御器２６により水平用モータ２７が駆動される様になっている。更に、望遠鏡の光軸Ｏの高低角を測定する高低用エンコーダ２８、水平角を測定する水平用エンコーダ２９がそれぞれ設けられ、前記高低用エンコーダ２８、水平用エンコーダ２９からの信号は前記演算器２１に入力される様になっている。
【００１９】
以下、作動を説明する。
【００２０】
前記測距用回路２３は前記発光部６、受光素子８を含み、前記往路光の光波と復路光の光波との位相差より距離を演算する様になっており、該演算結果は前記演算器２１を介して前記表示器２２に表示される。
【００２１】
又、前記対物レンズ１より入射した光は、前記固体撮像素子４に結像され、該固体撮像素子４で光電変換される。固体撮像素子４からの映像信号は前記Ａ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換された後、測距用回路２３の前記発光部６の点滅タイミングに同期した前記演算器２１からの同期信号により、前記発光部６が点灯した状態の映像信号が前記第１記憶器１７に記憶され、前記発光部６が消灯した状態の映像信号が前記第２記憶器１８に記憶される。
【００２２】
前記減算回路１９は前記第１記憶器１７と前記第２記憶器１８との映像信号の差を演算し、演算差結果を前記第３記憶器２０に入力する。該第３記憶器２０に記憶された映像信号は図２（Ｂ）に示した画像データであり、前記演算器２１は該画像データに基づき、前記復路光１２の中心と前記光軸Ｏとの前記水平方向の偏差Ｈ、垂直方向の偏差Ｖを演算する。
【００２３】
図３に示される様に、前記固体撮像素子４がレンズの焦点距離ｆの位置に配置され、前記固体撮像素子４に入射する復路光１２の角度がθとすると固体撮像素子４上の光軸Ｏからの偏差ｘはｆｔａｎθであり、偏差ｘを求めることで修正に要する望遠鏡の回転角は一義的に決定される。従って、ターゲットプリズム１１迄の距離ｌ_ａ，ｌ_ｂ，ｌ_ｃ，の大小に拘らず画像上の前記水平方向の偏差Ｈ、垂直方向の偏差Ｖを演算することで修正すべき望遠鏡の水平角度、高低角度が求められる。
【００２４】
水平方向の偏差Ｈ、垂直方向の偏差Ｖが演算されると、前記演算器２１は前記高低用駆動制御器２４、水平用駆動制御器２６を介して前記高低用モータ２５、水平用モータ２７を駆動して、前記復路光１２の中心を前記光軸Ｏに合致させる。
【００２５】
以上は測量機本体が静止している状態での前記発光部６を点灯している場合と発光部６を消灯している場合との画像の差を求めターゲットプリズム１１からの復路光１２の画像を得たが、測量機本体が回動している場合にも前記発光部６を点灯している場合と発光部６を消灯している場合との画像の差よりターゲットプリズム１１からの復路光１２の画像を得ることが可能である。以下説明する。
【００２６】
測量機の画像上での動く早さは、前記高低用エンコーダ２８、水平用エンコーダ２９からのパルス信号を基に前記演算器２１が演算する。従って、該演算した画像上での動く早さでもぶれないシャッタスピードを前記演算器２１が演算し、該シャッタスピードとなる様前記電子シャッタ１５の速度を制御駆動する。
【００２７】
更に前記電子シャッタ１５を前記発光部６の点灯タイミングと同期させて駆動し、前記発光部６が点灯した状態の映像信号を取込み前記第１記憶器１７に記憶し、前記発光部６が消灯した状態の映像信号を取込み前記第２記憶器１８に記憶する。
【００２８】
この時の画像の状態を図２（Ｃ）で説明する。但し、ここでは測量機は鉛直軸回りにのみ回転するものとする。図２（Ｃ）で実線はターゲットプリズムを望遠鏡視準軸に合わせるため測量機が動いている状態で、且発光部６が発光している状態である。次に、発光部６を消灯し画像を取込んだ場合は測量機の回転により、破線で示す画像となる。この様に取込んだ２画像にはズレ量Ｘが生じる。従って、このまま２画像の差を求めたのでは、ターゲットプリズム１１の像がＸだけズレ、ターゲットプリズム１１の像に関する差画像が得られない。
【００２９】
そこで、２画像のズレ量Ｘを求め、該ズレ量Ｘが相殺される様前記２画像のいずれか一方の画像をシフトし重合わせ、２画像の差を求める。ここで、前記ズレ量Ｘは前記第１記憶器１７に記憶された画像と前記第２記憶器１８に記憶された画像との間の、映像信号を取込んだ時期の時間差Δｔに発せられる前記水平用エンコーダ２９の発するパルス数をカウントすることで望遠鏡の回転角度即ちズレ量Ｘが容易に求められる。
【００３０】
一方の画像をシフトし２画像を重合わせた後の処理は、前記した測量機が回転しない場合と同様であるので説明は省略する。
【００３１】
而して、測量者の人為的作業なく光軸Ｏとターゲットプリズム１１との中心を合致させることができる。更に、光軸Ｏとターゲットプリズム１１との位置合わせは固体撮像素子４の２次画面での位置合わせとなるので、ターゲットプリズム１１と測量機との距離に関係なく精度よく位置合わせが可能となる。
【００３２】
更に、測量機が静止した状態でも回転した状態でも同様に、測量者の人為的作業なく光軸Ｏとターゲットプリズム１１との中心を合致させることができる。
【００３３】
又、プリズム中心が望遠鏡の光軸Ｏに一致した時、測量機に組込まれたＬＥＤを発光させ、或は前記表示器２２にメッセージを表示させる等により測量者にプリズム中心が望遠鏡の光軸Ｏに一致したことを知らせる。
【００３４】
更に、前記位置合わせ作動を間欠的に行うことで、測量者がターゲットプリズム１１を移動させた場合にも、前記望遠鏡がターゲットプリズム１１を追跡し、望遠鏡の視野からターゲットプリズム１１が外れることがなく、作業は著しく簡単になる。
【００３５】
尚、前記望遠鏡の光軸Ｏは通常望遠鏡光学系内に置かれたレチクル線で示されるが、本実施例では該レチクルを照明することで画像として求めることができる。又、上記実施例では電子シャッタ１５を設けたが前記演算器２１により第１記憶器１７、第２記憶器１８に取込む映像信号を前記発光部６の点滅に合わせ厳密に制限することで、前記電子シャッタ１５は省略することができる。更に、前記発光部６の他に別途ターゲット位置合わせ用に発光部を設け、該発光部を点滅させ該発光部が点灯した状態と消灯した状態での差を求める様にしてもよい。更に電子シャッタと放射出力の大きな発光部を用い、同期した状態で電子シャッタの開放と発光部の点灯を共に短時間にすることで、風景とターゲットプリズム画像の強度差をより大きくすることも可能である。更に又、上記実施例では記憶器を第１、第２、第３と３組設けたが、１つの記憶器に第１、第２、第３の領域を設定し、それぞれの領域を第１、第２、第３の記憶器として同様な作動をさせてもよい。又、望遠鏡は垂直軸心、水平軸心のいずれか一方を中心に回転可能であってもよい。更に、角度検出はエンコーダに限らず差動トランス等を用いた角度検出器であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、短時間で自動的に且測量者の個人差を生じることなく正確にプリズム中心を望遠鏡の光軸Ｏに合致させることができ、作業性、測定精度の向上を図り得、更に従来の光学系に受光素子系を設ければよいだけの構成であるので構造が簡単であり、従来の測量機にも容易に追加改良が可能である等の種々の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部を示す説明図である。
【図２】該実施例の作動を説明する為の説明図である。
【図３】固体撮像素子上の偏差と該偏差に対応する角度との関係を示す説明図である。
【図４】該実施例の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１対物レンズ
４固体撮像素子
６発光部
１５電子シャッタ
１７第１記憶器
１８第２記憶器
１９減算回路
２０第３記憶器
２１演算器
２４高低用駆動制御器
２６水平用駆動制御器
２８高低用エンコーダ
２９水平用エンコーダ

Claims

垂直軸心、水平軸心の少なくとも一方の軸心を中心に回転可能な望遠鏡と、該望遠鏡からの像が結像される固体撮像素子と、望遠鏡の垂直軸心、水平軸心の少なくとも一方に関する視準軸の角度を検出する角度検出器と、ターゲットに向かって点滅光を発する発光部と、前記固体撮像素子からの映像信号を記憶する記憶器とを有し、前記角度検出器により前記発光部が点灯状態、消灯状態それぞれの映像信号を取込んだ際の角度変位を求め、点灯状態、消灯状態のいずれか一方の映像信号を他方の映像信号に対して前記角度変位が相殺される様シフトして両映像信号の差を求め、該両映像信号の差からターゲット中心位置を検出する様構成したことを特徴とする測量機。
固体撮像素子内に現れる望遠鏡の視準軸とターゲット中心位置との偏差を演算する演算器を具備した請求項１の測量機。
前記演算器により求められる偏差は、前記軸心に関する望遠鏡の視準軸とターゲット中心位置との角度である請求項２の測量機。
映像信号取込み時期を制御された２つの記憶器を有し、一方の記憶器には発光部点灯時の映像信号を、又他方の記憶器には発光部の消灯時の映像信号を取込む様にした請求項１の測量機。
望遠鏡を垂直軸心、水平軸心を中心にそれぞれ独立して回動可能に支持すると共に前記両軸心に関して前記望遠鏡を回動させるモータを設け、演算器が演算した偏差を解消する様前記モータを駆動する請求項２の測量機。
望遠鏡の光軸とターゲット中心位置が合致した場合に、音、光等の情報を発する様構成した請求項５の測量機。
電子シャッタを設け、該電子シャッタを通して画像を取込むよう構成した請求項１の測量機。