JP4522754B2

JP4522754B2 - 測量機

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Publication number: JP4522754B2
Application number: JP2004175610A
Authority: JP
Inventors: 薫熊谷; 文夫大友; 正明小林
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: JP2005351850A; US7564488B2; CN1715829A; US20050275829A1; DE602005011202D1; EP1610092A1; CN100343623C; ATE415616T1; EP1610092B1

Description

本発明は、レーザ光線を測定対象物に照射して光波距離測定を行う測量機、特に視準画像の画角を連続的に拡大するズーム機能を具備する測量機に関するものである。

従来の測量機について、図７に於いて説明する。

図７は測量機本体１を示しており、該測量機本体１は図示しない三脚に設置される。

前記測量機本体１は主に三脚に取付けられる整準部２、該整準部２に設けられた基盤部３、該基盤部３に鉛直軸心を中心に水平回転可能に設けられた托架部４、該托架部４に水平軸心を中心に上下回転可能に設けられた望遠鏡部５から構成されている。

前記托架部４は表示部６、操作部７、内部には制御部（図示せず）等を具備している。前記望遠鏡部５は、測定対象物を視準する第１望遠鏡８及び第２望遠鏡９とを有し、更に前記第１望遠鏡８と前記第２望遠鏡９とは平行な光軸を有し、該第２望遠鏡９は前記第１望遠鏡８に対して高倍率、例えば該第１望遠鏡８の倍率は１倍、前記第２望遠鏡９の倍率は３０倍となっている。

前記望遠鏡部５には、前記第１望遠鏡８、前記第２望遠鏡９を含む視準光学系と測距光学系が設けられ、前記第１望遠鏡８、前記第２望遠鏡９により視準位置（測定点）を決定した後、測距光学系を介して光波距離測定を行う様になっている。

視準位置を決定する場合、前記第２望遠鏡９は高倍率で視野も狭いことから、視野の広い前記第１望遠鏡８により、大まかな視準方向を決定し、更に前記第２望遠鏡９で視準位置を決定している。

従来の測量機では、２つの固定倍率の第１望遠鏡８と、第２望遠鏡９による視準であり、前記第１望遠鏡８で視準方向を決定し、或は測定対象物を視準し、前記第２望遠鏡９で視準位置を決定しようとした場合、倍率が異なりすぎる為、視準位置或は測定対象物が前記第２望遠鏡９の視野から外れる場合がある。この場合、再度前記第１望遠鏡８で視準方向の再調整をしなければならない。

或は、前記第２望遠鏡９で視準位置を決定した場合でも、視準位置の近傍をより細密に観察したい場合もあるが、上記した様に前記第２望遠鏡９は固定倍率であるので、該第２望遠鏡９で視認できる以上の観察を行うことはできなかった。

尚、カメラ等ではズームレンズが用いられ、視準方向を変えないで倍率の変更を行えるが、ズームレンズで倍率を変更すると視野内で視準位置が移動するので、高精度が求められる測量機では用いられていない。

又、第１望遠鏡８、第２望遠鏡９を具備する測量機としては特許文献１に示されるものがある。

特開２００３−２７９３５１号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、デジタル画像による低倍率から高倍率に至る迄のデジタルズームを可能とし、而も、デジタルズームによる画質の低下を低減するものである。

本発明は、視準方向の第１のデジタル画像を取得する第１撮像部と、該第１撮像部より高倍率の第２のデジタル画像を取得する第２撮像部と、前記第１撮像部及び第２撮像部が取得した画像を表示する表示部と、前記第１のデジタル画像又は第２のデジタル画像を前記表示部にそれぞれ拡大表示させる制御部とを具備した測量機に係り、又前記制御部は、第２撮像部の倍率迄は第１のデジタル画像を拡大表示し、第２撮像部の倍率を超える場合は第２のデジタル画像を拡大表示する測量機に係り、又前記制御部は、第２撮像部の倍率迄は第１のデジタル画像を連続的に拡大表示し、第２撮像部の倍率を越える場合は第２のデジタル画像を連続的に拡大表示する測量機に係り、又前記制御部は、第２撮像部の倍率迄は第１のデジタル画像を段階的に拡大表示し、第２撮像部の倍率を越える場合は第２のデジタル画像を段階的に拡大表示する測量機に係り、更に又前記表示部はタッチパネルを備え、前記制御部は前記タッチパネルで指示された位置を中心に拡大表示する測量機に係るものである。

本発明によれば、視準方向の第１のデジタル画像を取得する第１撮像部と、該第１撮像部より高倍率の第２のデジタル画像を取得する第２撮像部と、前記第１撮像部及び第２撮像部が取得した画像を表示する表示部と、前記第１のデジタル画像又は第２のデジタル画像を前記表示部にそれぞれ拡大表示させる制御部とを具備したので、視準位置のずれなく画像の拡大が可能であり、又倍率の異なる複数の取得画像を基に拡大を行うので、低倍率から高倍率に至る迄のデジタルズームが可能で、而も、デジタルズームによる画質の低下を低減できる。

又本発明によれば、前記制御部は、第２撮像部の倍率迄は第１のデジタル画像を拡大表示し、第２撮像部の倍率を超える場合は第２のデジタル画像を拡大表示するので、低倍率から高倍率迄望む倍率が得られる。

又本発明によれば、前記表示部はタッチパネルを備え、前記制御部は前記タッチパネルで指示された位置を中心に拡大表示するので、視準方向を正確に合わせなくても所要の視準方向の拡大画像が得られる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１〜図３により第１の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係る測量機本体１の外観を示している。尚、測量機本体１の基本構造は図７で示した測量機本体１と同様であり、測量機本体１の基本構造についての説明は省略する。

該測量機本体１の操作部７は、ズームスイッチ４５、ズーム切換スイッチ４６を具備している。

図２は測量機の概略構成を示し、図中、１は測量機本体、１０は測定対象物、例えばプリズムを示している。

前記測量機本体１は、第１撮像素子１１、第２撮像素子１２、タッチパネル１３、表示部６、キー操作・入力部１５、制御演算部１７、鉛直角測角部１８、水平角測角部１９、記憶部２１、測距部２４、発光部２５、測距光受光部２６、画像処理部２７及び光学系３１等を主に具備し、前記制御演算部１７、前記記憶部２１等は制御部１６を構成し、前記光学系３１、前記第１撮像素子１１、第２撮像素子１２、前記画像処理部２７等は撮像部を構成する。

前記タッチパネル１３は前記表示部６に設けられ、前記タッチパネル１３にタッチする位置で後述する拡大ズームの中心位置を指示できる様になっている。前記キー操作・入力部１５からは、測距を行う場合に測量作業者が測定開始指令、或は測定条件等、ズーム操作、ズーム倍率の切換を指示する。

前記撮像部は、前記光学系３１、前記第１撮像素子１１等から成る第１撮像部２８、前記光学系３１、前記第２撮像素子１２等から成る第２撮像部２９から構成され、前記第１撮像素子１１、前記第２撮像素子１２からの受光結果はそれぞれ前記画像処理部２７に入力され、該画像処理部２７で１フレーム毎のデジタル画像信号に信号処理され、画像信号は前記制御演算部１７を介して前記記憶部２１に記憶される。

前記表示部６には測定時の測定条件、測定結果或は視準方向で撮像した画像、或は画像処理された結果が表示される。

前記制御演算部１７は、例えばＣＰＵであり、前記キー操作・入力部１５からの指令により後述するプログラムの起動、実行、信号の制御処理、演算、或は前記表示部６、前記測距部２４の駆動制御等を実行する。

前記制御演算部１７は、前記鉛直角測角部１８、前記水平角測角部１９、前記測距部２４からの信号を基に演算を実行し、鉛直角、水平角、距離等を測定する。

前記画像処理部２７から入力される各デジタル画像信号と、該画像信号を撮像した時の測定データ、例えば前記鉛直角測角部１８からの鉛直角信号、前記水平角測角部１９からの水平角信号、及び前記測距部２４からの距離信号とを関連付けて前記記憶部２１に記憶させ、測定データの蓄積を行う。蓄積されたデータは、数値単体で或は画像と共に呼出すことができる。

尚、各画像信号と測定データとの関連付けは、前記記憶部２１に測定点毎に記録エリアを作成し、該記録エリア内に更に画像信号格納エリアと測定データ格納エリアを作成して、測定点毎に画像信号と測定データとを関連付けて記録する。或は、前記記憶部２１に画像信号格納エリアと測定データ格納エリアを作成し、画像信号及び測定データを分離して画像信号格納エリアと測定データ格納エリアに格納すると共に画像信号と測定データをリンクさせる管理データを作成する等、既知の方法で関連付けがなされる。

前記鉛直角測角部１８は前記光学系３１により前記プリズム１０を視準した場合の水平に対する鉛直角を測定し、前記水平角測角部１９は所定の方向を基準方向とした場合の、基準方向に対する前記プリズム１０の水平角を測定する。

前記測距光受光部２６は、前記プリズム１０で反射された測距光３０を受光し、前記第１撮像素子１１、前記第２撮像素子１２はイメージセンサ、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の多数の画素（ピクセル）の集合体から成る受光素子であり、各ピクセルの番地（撮像素子上の位置）が特定可能となっており、それぞれリレーレンズ４１（後述）から得られる画像は前記第１撮像素子１１で受光され、前記第２望遠鏡９で得られる画像は前記第２撮像素子１２に受光される。

前記記憶部２１には測定を行う為のシーケンスプログラム、或は画像処理、例えば前記第１撮像素子１１、第２撮像素子１２からの画像信号から、光軸を中心として拡大、縮小する為の画像処理プログラム、画像データを前記表示部６に表示させる為のプログラム等が格納されている。尚、前記記憶部２１としては、測量機本体１に内蔵した半導体メモリ等、或は測量機本体１に対して接続可能な或は着脱可能なＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、メモリカード等種々の記録媒体が採用可能である。

前記操作部７のズームスイッチ４５は、前記表示部６の画像の拡大、縮小の操作を行う為のスイッチであり、視準位置を前記表示部６の中心に静止させた状態で画像の拡大、縮小を行える様になっている。又、前記ズーム切換スイッチ４６はズームの倍率を変更可能となっており、１つの選択ではズーム倍率は１倍〜３０倍、他の選択ではズーム倍率は３０倍〜３００倍となっている。又、前記タッチパネル１３はズーム中心を指示でき、前記表示部６上に表示画像から視準位置を指、或はタッチペンで選択し、選択した視準位置を中心に拡大表示が可能となっている。前記タッチパネル１３を利用する場合は、前記第１望遠鏡８により視準位置の修正を行う必要がない。

図３は、第１の実施の形態に係る測量機の光学系を示している。

光軸３２上に対物レンズ３３、反射ミラー３４、ダイクロイックミラー３５、合焦レンズ３６、正立正像プリズム３７が配設されている。

前記対物レンズ３３は孔明きレンズとなっており、該対物レンズ３３の孔部に光軸が前記光軸３２と合致する様にリレーレンズ４１が設けられている。

前記反射ミラー３４の反射光軸上にリレーレンズ４２、前記第１撮像素子１１が配設され、該第１撮像素子１１は受光結果をピクセル個々の画素信号を集合した画像信号として前記画像処理部２７に送出する。

前記ダイクロイックミラー３５は、測距光３０を反射し、自然光を透過する光学部材であり、前記ダイクロイックミラー３５の反射光軸上に反射プリズム４３が配設され、該反射プリズム４３は直交する２つの反射面４３ａ，４３ｂを有し、反射面４３ａに対向して前記発光部２５が配設され、反射面４３ｂに対向して前記測距光受光部２６が配設されている。前記発光部２５は前記測距部２４によって駆動発光され、測距光３０、好ましくは自然光とは波長の異なる例えば赤外光を射出する。

該測距光３０は、前記反射面４３ａ、前記ダイクロイックミラー３５で反射され、前記対物レンズ３３で平行光束とされ前記プリズム１０に向って射出される。該プリズム１０で反射され、前記対物レンズ３３で集光された前記測距光３０は、前記ダイクロイックミラー３５で反射され、前記測距光受光部２６で受光される。該測距光受光部２６は受光信号を前記測距部２４に送出する。

該測距部２４では、前記測距光受光部２６による前記測距光３０の受光結果、及び内部参照光（図示せず）の受光結果を基にプリズム１０迄の距離を測定し、測定結果は前記制御演算部１７に送出される。

前記正立正像プリズム３７は、複数の反射面を有し、入射された倒立像を正立像として射出するものであり、反射面の少なくとも１つがハーフミラーとなっている。前記対物レンズ３３から入射した自然光は、前記ダイクロイックミラー３５を透過して前記正立正像プリズム３７に入射する。該正立正像プリズム３７は、前記プリズム１０の像を正立像として射出し、又入射光の一部を分割分離して射出する。

前記合焦レンズ３６を前記光軸３２に沿って調整することで、正立像がレチクル３８上に結像され、該レチクル３８上の像は接眼レンズ３９を介して測定者によって視認できる様になっている。又、分割された入射光の一部は前記第２撮像素子１２上に結像され、該第２撮像素子１２は受光結果をピクセル個々の画素信号を集合した画像信号として前記画像処理部２７に送出する。

該画像処理部２７は、前記第１撮像素子１１からの画像信号及び前記第２撮像素子１２からの画像信号をデジタル画像信号等に変換処理する等して前記制御演算部１７に送出する。該制御演算部１７は送出されたデジタル画像データ信号を前記記憶部２１に格納する。

前記リレーレンズ４１、前記反射ミラー３４、前記リレーレンズ４２は第１の視準光学系を構成し、該第１の視準光学系と前記第１撮像素子１１とで第１撮像部２８が構成される。前記第１の視準光学系の光学倍率は、例えば１倍となっている。又、前記対物レンズ３３、前記合焦レンズ３６、前記正立正像プリズム３７により第２の視準光学系が構成され、該第２の視準光学系と前記第２撮像素子１２とで第２撮像部２９が構成される。前記第２の視準光学系の光学倍率は、例えば３０倍となっている。

以下、作用について説明する。

前記プリズム１０が測定位置に設置されている。前記操作部７の所要のキーを操作して前記測量機本体１の電源を投入し、前記第１望遠鏡８により前記プリズム１０を視準して、該プリズム１０を視野の中心に合わせる。或は、前記第１望遠鏡８により視準方向を概略決定するだけでもよい。

前記リレーレンズ４１、前記リレーレンズ４２を介して前記第１撮像素子１１上に結像された画像は、前記表示部６に表示されると共に前記画像処理部２７、前記制御演算部１７を介して前記記憶部２１に記憶される。

前記表示部６上の画像を拡大したい場合は、前記操作部７のズームスイッチ４５を操作する。該ズームスイッチ４５からの信号が前記制御演算部１７に入力され、該制御演算部１７は前記画像処理プログラムを起動実行して、前記記憶部２１に記憶された画像データから光軸を中心とし、倍率に対応した範囲を切取り、前記表示部６上に拡大表示する。拡大倍率は、例えば１倍〜３０倍とする。

或は、前記タッチパネル１３で拡大中心を指示した場合は、指示された位置を中心に前記表示部６上に拡大表示される。従って、前記タッチパネル１３を利用する場合は、前記第１望遠鏡８による視準は概略でよい。

前記表示部６に表示される画像は、常に光軸、又は指示した位置を中心として拡大されるので、表示される視準方向或は画像の中心はぶれることがない。

拡大された画像から、視準方向が測定対象物（プリズム１０）に向けられているかどうかを判断でき、違いがある場合は、画像を見ながら視準方向を修正する。修正後、前記第２望遠鏡９により視準方向が、前記プリズム１０に向けられているかどうかを確認する。前記第１望遠鏡８と前記第２望遠鏡９の光軸は平行であり、前記第１望遠鏡８の光軸と前記第２望遠鏡９の光軸は接近しているので、前記第１望遠鏡８での視準方向を合せることで、前記第２望遠鏡９による視準方向の修正が可能である。

該第２望遠鏡９により得られる画像は、前記正立正像プリズム３７を介して前記第２撮像素子１２に投影され、該第２撮像素子１２上に結像された画像は、前記画像処理部２７、前記制御演算部１７を介して前記記憶部２１に記憶される。前記第２撮像素子１２で受光された画像は前記表示部６に表示される。

３０倍以上の画像を表示させる場合は、前記ズーム切換スイッチ４６を切換え、ズーム倍率の変更を行う。

前記操作部７のズームスイッチ４５を操作する。前記画像処理プログラムが起動実行され、前記記憶部２１に記憶された画像データから光軸を中心とし、倍率に対応した範囲を切取り、前記表示部６上に拡大表示する。３０倍〜３００倍迄の画像が前記表示部６に表示される。上記した様に、該表示部６に表示される画像は、常に光軸を中心として拡大されるので、表示される画像は高倍率であっても視準位置はぶれることがない。

拡大の態様は、図４に示す様に連続的に拡大してもよく、或は図５に示す様に、段階的に拡大してもよい。いずれにしてもデジタル画像信号の処理によるデジタルズームであるので、任意の拡大画像が得られる。又、３０倍以上のズームについては、前記第２撮像部２９により得られた画像を拡大するので、画質の低下が防止される。

図６は、第２の実施の形態を示すものであり、第２の実施の形態では前記第１撮像部２８の光学系と前記第２撮像部２９の光学系を分離して構成しており、前記第１撮像部２８の光学系を第１望遠鏡８と共用としたものである。

図６中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

前記反射ミラー３４の反射光軸上に前記発光部２５が配設され、前記ダイクロイックミラー３５の反射光軸上に前記測距光受光部２６が配設される。前記プリズム１０で反射され、前記対物レンズ３３で集光された測距光３０は、前記ダイクロイックミラー３５で反射され、前記測距光受光部２６で受光される。該測距光受光部２６は受光信号を前記測距部２４に送出する。

前記プリズム１０からの自然光は、前記ダイクロイックミラー３５を透過して前記正立正像プリズム３７に入射する。前記合焦レンズ３６を前記光軸３２に沿って調整することで、正立像がレチクル３８上に結像され、該レチクル３８上の像は接眼レンズ３９を介して測定者によって視認できる。又、分割された入射光の一部は前記第２撮像素子１２上に結像され、該第２撮像素子１２は受光結果をピクセル個々の画素信号を集合した画像信号として前記画像処理部２７に送出する。

前記第１望遠鏡８を透して得られる画像は前記リレーレンズ４１を介して前記第１撮像素子１１上に結像され、該第１撮像素子１１は受光結果をピクセル個々の画素信号を集合した画像信号として前記画像処理部２７に送出する。

尚、第２の実施の形態に於ける作用について、上記した第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

本発明の実施の形態に係る測量機本体外観図である。本発明の第１の実施の形態を示す概略ブロック図である。本発明の第１の実施の形態の光学系を示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に於けるデジタルズームの態様を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態に於けるデジタルズームの態様を示す説明図である。本発明の第２の実施の形態の光学系を示す概略図である。従来の測量機本体を示す外観図である。

符号の説明

１測量機本体
６表示部
７操作部
８第１望遠鏡
９第２望遠鏡
１０プリズム
１１第１撮像素子
１２第２撮像素子
１３タッチパネル
１５キー操作・入力部
１７制御演算部
２１記憶部
２４測距部
２７画像処理部
２８第１撮像部
２９第２撮像部
３１光学系
３２光軸
４１リレーレンズ
４５ズームスイッチ
４６ズーム切換スイッチ

Claims

固定的に設けられた光学部材により構成され、第１の固定倍率を有する第１光学系を通して視準方向の第１のデジタル画像を取得する第１撮像部と、
合焦機能を有し、前記第１の固定倍率より高倍率の第２の固定倍率を有する第２光学系を通して第２のデジタル画像を取得する第２撮像部と、
前記第１撮像部及び第２撮像部が取得した画像を表示する表示部と、
第２撮像部の倍率迄は前記第１のデジタル画像を前記表示部に拡大表示し、第２撮像部の倍率を超える場合は前記第２のデジタル画像を前記表示部に拡大表示させる制御部とを具備したことを特徴とする測量機。
前記第２光学系は前記第１光学系と部分的に光学系の中心が一致し、前記制御部は前記第１のデジタル画像、第２のデジタル画像を前記表示部にそれぞれ光軸を中心として拡大表示させる請求項１の測量機。
前記制御部は、第２撮像部の倍率迄は第１のデジタル画像を連続的に拡大表示し、第２撮像部の倍率を越える場合は該第２のデジタル画像を連続的に拡大表示する請求項１の測量機。
前記制御部は、第２撮像部の倍率迄は第１のデジタル画像を段階的に拡大表示し、第２撮像部の倍率を越える場合は該第２のデジタル画像を段階的に拡大表示する請求項１の測量機。
前記第１の固定倍率は１倍であり、前記第２の固定倍率は３０倍であり、第１のデジタル画像に対するズーム倍率は１倍〜３０倍である請求項１〜請求項４のいずれか１つの測量機。
前記表示部はタッチパネルを備え、前記制御部は前記タッチパネルで指示された位置を中心に拡大表示する請求項１〜請求項４のうちいずれか１つの測量機。