JP2008014864A

JP2008014864A - 測量機

Info

Publication number: JP2008014864A
Application number: JP2006187877A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yamaguchi; 伸二山口
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-01-24
Also published as: US20080007723A1; EP1876416A2; EP1876416A3

Abstract

【課題】測量機本体を全周方向に回転させることなくかつ垂直方向について望遠鏡を高低角方向に傾動させることなく、視準目標の水平方向の位置と垂直方向の位置とを検出する測量機を提供する。
【解決手段】測量機本体７の一部を構成する托架部８を水平方向に回動させる水平回転機構３８と、托架部に設けられた望遠鏡９を垂直方向に傾動させる鉛直回転機構６１と、測量機本体７に設けられて視準目標３を探索する視準目標探索装置２０とを備え、視準目標探索装置２０はガイド光１５に基づく輝点像を含みかつ水平方向および高低方向の外界像を撮像する撮像光学系と、輝点像を信号処理して輝点像の基準方向に対する水平方向の座標位置と高低角方向の座標位置とを演算する画像処理部２１とからなり、座標位置に基づいて視準目標３が存在する方向に望遠鏡９の光軸が向けられるように水平回転機構３８と鉛直回転機構６１とを制御する制御部２２を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、測量機本体を水平方向の全周にわたって回転させることなく、視準すべき視準目標の水平方向の位置を迅速に検出して測量機本体を視準目標が位置する方向に振り向けることのできる測量機の改良に関する。

従来から、測量機には、測量機本体を水平方向の全周にわたって回転させることなく、視準すべき視準目標の水平方向の位置を迅速に検出して測量機本体を視準目標が位置する方向に振り向けることのできる測量機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このものは、測量機本体を水平方向に回転させる水平回転機構と、この水平回転機構を制御する制御部と、水平の全方向ガイド光を検出可能な粗方向検出装置と、測量機本体の望遠鏡の視準方向に設けられかつ所定の角度の範囲のみでガイド光を検出する精密方向検出装置とを具備し、制御部は粗方向検出装置からの検出結果によって測量機本体の向きを視準目標に合わせ、精密方向検出装置からの検出結果に基づき測量機本体を視準目標に視準させるように水平回転機構を制御するようになっている。
特開２０００−３４６６４５号公報

ところが、この従来の測量機では、迅速に測量機本体を視準目標に振り向けることができるとはいっても、水平方向について測量機本体の前後左右の少なくとも４つの方向を検出するために４個の粗方向検出センサが必要となると共に、視準目標を精密に決定するための精密方向検出センサが必要となるため、測量機本体への検出センサの配置構造が複雑化するという問題がある。

また、水平方向についての視準目標の位置を概略検出した後に、高低角方向に望遠鏡を傾動させて、視準目標の位置を望遠鏡の光軸に合わせる調整を行っているため、視準目標に対する測量機本体の位置合わせの迅速性に若干欠けるという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、水平方向について測量機本体を全周方向に回転させることなくかつ垂直方向について望遠鏡を高低角方向に傾動させることなく、視準目標の水平方向の位置と垂直方向の位置とを検出することのできる測量機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の測量機は、測量機本体の一部を構成する托架部を水平方向に回動させる水平回転機構と、前記托架部に設けられた望遠鏡を垂直方向に傾動させる鉛直回転機構と、前記測量機本体に設けられて視準目標を探索する視準目標探索装置とを備え、前記視準目標探索装置は前記視準目標からのガイド光に基づく輝点像を含みかつ水平方向についての全周方向の外界像を撮像すると共に高低方向の外界像を撮像する撮像光学系と、前記撮像光学系により得られたガイド光に基づく輝点像を信号処理して該輝点像の基準方向に対する水平方向の座標位置と高低角方向の座標位置とを演算する画像処理部とからなり、前記測量機本体は前記画像処理部により得られた座標位置に基づいて前記視準目標が存在する方向に前記望遠鏡の光軸が向けられるように前記水平回転機構と前記鉛直回転機構とを制御する制御部を有することを特徴とする。

請求項２に記載の測量機は、前記視準目標探索装置が托架部の頂部に設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の測量機は、前記視準目標探索装置が測量機本体の一部を構成する基盤部に設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の測量機は、前記視準目標探索装置は、全周方向からのガイド光を受光部に向けて反射する凸面鏡と、該凸面鏡からのガイド光を受光してその位置を検出するための撮像素子と、前記凸面鏡からのガイド光を前記撮像素子と前記受光センサとに分割する分割ミラーとを備えることを特徴とする。

請求項５に記載の測量機は、前記ガイド光はオンオフ変調され、前記撮像素子は受光タイミングを制御する電子シャッタを備え、前記受光センサの受光に基づき、前記電子シャッタの受光タイミングを前記ガイド光に同期することを特徴とする。

本発明によれば、水平方向について測量機本体を全周方向に回転させることなくかつ垂直方向について望遠鏡を高低角方向に傾動させることなく、視準目標の水平方向の位置と垂直方向の位置とを検出することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。

図１において、１は三脚、２は測量機、３は視準目標、４はポールであり、三脚１は既知点Aに設けられ、測量機２は三脚１上に設置されている。視準目標３はポール４に取り付けられ、ポール４は目標点Bに立設されている。

測量機２は、図２、図３に示すように、三脚１に取り付けられた基板部６と、この基板部６に鉛直軸心を中心に回転可能に設けられた測量機本体７とを具備している。測量機本体７は托架部８とこの托架部８に水平軸心を中心に回転可能に支持された望遠鏡９とを具備している。

托架部８の内部には測量機本体７を鉛直軸心の回りに回転（水平回転）させる水平回転機構３８が設けられている。

基板部６には軸受け部５５が設けられている。この軸受け部５５には水平回転軸５６が回転自在に支持されている。水平回転軸５６に托架部８の筐体５７が取り付けられている。

軸受け部５５には水平回転ギア５８が固着され、水平回転ギア５８には水平回転ギア５９が噛合されている。

筐体５７の内部には水平回転モータ６０が設けられ、この水平回転モータ６０の出力軸に水平回転駆動ギア５９が固着されている。測量機本体７には、水平回転軸５６に対向して水平回転検出器３９が設けられている。水平回転検出器３９、水平回転モータ６０は後述する制御部に接続されている。

托架部８の内部には鉛直回転機構６１が設けられている。望遠鏡９は鉛直回転軸６２を介して筐体５７に回転自在に支持されている。鉛直回転軸６２には鉛直回転ギア６３が固着されている。鉛直回転ギア６３には鉛直回転駆動ギア６４が噛合されている。筐体５７の内部には鉛直回転モータ６５が設けられ、鉛直回転モータ６５の出力軸には鉛直回転駆動ギア６４が固着されている。

筐体５７の内部には傾動角検出器６６が鉛直回転軸６２に対向して設けられ、傾動角検出器６６と鉛直回転モータ６５とは後述する制御部に接続されている。

測量機本体７は水平回転機構３８により水平回転され、水平回転検出器３９により水平方向の角度が検出されるようになっている。望遠鏡９は鉛直回転機構６１により高低角（鉛直）方向に傾動され、傾動角検出器６６により傾動角が検出されるようになっている。

水平回転検出器３９、傾動角検出器６６の検出結果は、後述する制御部に入力され、水平回転機構３８、鉛直回転機構６１はこの後述する制御部により駆動が制御される。

測量機本体７からは視準目標３に向けて、測距光束１１が発射される。測距光束１１は視準目標に設けられた反射部（コーナキューブ１２）によって反射される。測量機本体７はコーナキューブ１２からの反射光束を受光し、既知点Aから目標点Bまでの距離を測定する。視準目標３は測量機２に向け、追尾用のガイド光１５を発する投光装置１４を具備している。

その投光装置１４は、図４に示すように、発光タイミング生成部１４aとPLD駆動部１４ｂとパルスレーザダイオード（PLD）１４ｃとから大略構成されている。発光タイミング生成部１４aは所定周期のタイミングパルスを生成し、PLD駆動部１４ｂはこのタイミングパルスに基づいて所定周期毎にパルスレーザダイオード１４ｃを駆動し、パルスレーザダイオード（PLD）１４ｃはそのタイミングパルスに基づいて所定周期毎に発光され、ガイド光１５を射出する。

測量機本体７には、図２に示すように、托架部８の頂部に視準目標探索装置２０が設けられている。この視準目標探索装置２０は、例えば、図５に示すように、筒体２０aと、凸面鏡２０ｂと、結像レンズ２０ｃと、分割ミラー２０ｄと、集光レンズ２０eと、フィルター２０ｆ、２０ｆ’と、撮像素子（例えば、CCD）２０ｇと、受光センサ（フォトダイオード）２０ｈと後述する信号処理部とから大略構成されている。

筒体２０aはその上部が透明とされ、その下部が遮光部とされている。凸面鏡２０ｂは筒体２０aの頂部に固定され、撮像素子２０ｇは筒体２０aの下部に配設されている。結像レンズ２０ｂは凸面鏡２０ｂと撮像素子２０ｇとの間に配設され、結像レンズ２０ｂは凸面鏡２０ｂにより反射された外界の反射映像を撮像素子２０ｇに結像させる役割を果たす。

分割ミラー２０ｄは結像レンズ２０ｂと撮像素子２０ｇとの間に配設され、結像レンズ２０ｃを透過した外界の反射映像光を撮像素子２０ｇと受光センサ２０ｈとに分離して導く機能を有する。

その凸面鏡２０ｂと結像レンズ２０ｃと撮像素子２０ｇとは、視準目標３からのガイド光１５に基づく輝点像を含みかつ水平方向について全周方向の外界像を撮像すると共に高低方向の外界像を撮像する撮像光学系を構成している。

集光レンズ２０eは、分割ミラー２０ｄと受光センサ２０ｈとの間に配設され、フィルター２０ｆ’は集光レンズ２０eと受光センサ２０ｈとの間に配設されている。集光レンズ２０eは凸面鏡２０ｂにより反射された反射映像光を集光して受光センサ２０ｈに集光する機能を有し、フィルター２０ｆ’はガイド光の波長以外の波長の外界光を除去する機能を有する。フィルター２０ｆは分割ミラー２０ｄと撮像素子２０ｇとの間に配設され、このフィルター２０ｆはフィルター２０ｆ’と同様の機能を果たす。

その受光センサ２０ｈと撮像素子２０ｇとの各出力は、図４に示す画像処理部２１に入力される。その画像処理部２１は、受光回路２１aと、同期信号生成兼用シャッタータイミング生成回路２１ｂと、撮像素子駆動回路２１ｃと、信号処理部２１ｄと、座標演算回路２１eとから構成されている。

受光回路２１aは受光センサ２０ｈの受光出力を整形して、同期信号生成兼用シャッタータイミング生成回路２１ｂに出力する役割を果たし、同期信号生成兼用シャッタータイミング生成回路２１ｂはその受光センサ２０ｈの受光出力に基づいて同期用タイミング信号とCCDシャッタータイミング信号とを生成する役割を果たす。その同期用タイミング信号とCCDシャッタータイミング信号とは撮像素子駆動回路２１ｃに入力される。

撮像素子駆動回路２１ｃは、その同期用タイミング信号とCCDシャッタータイミング信号とに基づいて、所定の時間幅のウインドウを開け、この所定時間幅の映像信号が取り込まれるように、撮像素子２０ｇを駆動する。その映像信号は信号処理部２１ｄに入力される。

すなわち、パルスレーザダイオード１４ｃが図６に示す発光タイミングで発光すると、受光センサ２０ｈがその発光タイミングに応じて受光タイミング信号を出力し、この受光センサ２０ｈの受光タイミング信号に応じてCCDシャッタータイミング信号が同期され、パルスレーザダイオードの発光タイミングに応じて、電子シャッターが開かれる。これによって、パルスレーザダイオード１４ｃの発光時にのみ電子シャッターが開成され、映像信号に有害なノイズ光が除去される。

撮像素子２０ｇにはフィルター２０ｆがないとしたならば、外界の映像G１とガイド光１５の輝点像G２とを含む映像が図７に示すように環状に形成される。

信号処理部２１ｄは、その撮像素子２０ｇに形成された環状の映像を長方形状に展開する役割を果たし、図８はその長方形状に展開された映像を示す。

その図８において、符号POは望遠鏡の基準方向を示し、符号Hは水平方向基準線（望遠鏡９の基準方向PO（０度）を中心として＋１８０度から−１８０度までの範囲）を示し、符号Vは高低角方向基準線（水平方向基準線Hを０度として例えば＋４０度から−４０度までの範囲）を示している。

その信号処理部２１ｄの出力は座標演算回路２１eに入力され、座標演算回路２１eはその信号処理部２１ｄの出力に基づいて、望遠鏡９の基準方向（０度）に対して水平方向についての輝点像G２が位置する水平角度θH、望遠鏡９の基準方向PO（０度）に対して垂直方向についての輝点像G２が位置する傾動角度θｖを演算する。

座標演算回路２１eはその演算回路２１eの演算結果を制御部２２に出力する。制御部２２はその演算結果に基づき水平回転モータ６０、鉛直回転モータ６５を駆動制御し、輝点像G２が存在する方向に測量機本体７を回転駆動すると共に、望遠鏡９を傾動させる。

水平回転検出器３９、傾動角検出器６６の検出出力は、共に制御部２２に逐次入力され、制御部２２は水平角度θH、傾動角度θｖが水平回転検出器３９、傾動角検出器６６により検出された水平角度、傾動角度に一致した時点で水平回転モータ６０、鉛直回転モータ６５の回転を停止させる。

これにより、水平方向について測量機本体７を全周方向に回転させることなくかつ垂直方向について望遠鏡９を高低角方向に傾動させることなく、視準目標３の水平方向の位置と垂直方向との位置を検出することができる。

また、視準目標３の座標位置を検出して、望遠鏡９の光軸を視準目標３に振り向ける際、托架部８と望遠鏡９とを同時に駆動しながら、望遠鏡９の光軸を視準目標３に振り向けることができるので、従来の構造のものに較べて、より迅速に望遠鏡９の光軸を視準目標３に合致させることができる。

以上、この発明の実施の形態では、托架部８の頂部に視準目標探索装置２０を設ける構成としたが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、図９に示すように、托架部８の側部に支柱２３を設け、この支柱２３の頂部に視準目標探索装置２０を設ける構成としても良い。

また、この発明の実施の形態では、フィルタ２０ｆ、２０ｆ’を用いて、ガイド光１５以外の外乱光をカットする構成としたが、この発明の実施の形態では、ガイド光１５を所定周期で点滅させかつ撮像素子２０ｇから輝点像G2に基づく信号を読み出す際に所定の窓幅を開ける構成としているので、フィルタ２０ｆ、２０ｆ’を格別設けなくとも、外乱光とガイド光１５とを区別できる。

本発明に係わる測量機の使用状態を示す概要図である。図１に示す測量機本体を拡大して示す斜視図である。図２に示す測量機本体の内部構造の概略を示す断面図である。図１に示す測量機本体の画像処理部の構成を示すブロック図である。図２に拡大して示す視準目標探索装置の内部構造の概要を拡大して示す断面図である。本発明に係わる測量機の作用を説明するためのタイミングチャートである。図５に示す視準目標探索装置により得られる外界像を模式的に示す図である。図７に示す外界像を長方形状に展開した展開図である。図１に示す測量機本体の変形例を示す図である。

符号の説明

３…視準目標
７…測量機本体
１５…ガイド光
２０…視準目標探索装置
３８…水平回転機構
６１…鉛直回転機構

Claims

測量機本体の一部を構成する托架部を水平方向に回動させる水平回転機構と、前記托架部に設けられた望遠鏡を垂直方向に傾動させる鉛直回転機構と、前記測量機本体に設けられて視準目標を探索する視準目標探索装置とを備え、前記視準目標探索装置は前記視準目標からのガイド光に基づく輝点像を含みかつ水平方向についての全周方向の外界像を撮像すると共に高低方向の外界像を撮像する撮像光学系と、前記撮像光学系により得られたガイド光に基づく輝点像を信号処理して該輝点像の基準方向に対する水平方向の座標位置と高低角方向の座標位置とを演算する画像処理部とからなり、前記測量機本体は前記画像処理部により得られた座標位置に基づいて前記視準目標が存在する方向に前記望遠鏡の光軸が向けられるように前記水平回転機構と前記鉛直回転機構とを制御する制御部を有することを特徴とする測量機。
前記視準目標探索装置が托架部の頂部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
前記視準目標探索装置が測量機本体の一部を構成する基盤部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
前記視準目標探索装置は、全周方向からのガイド光を受光部に向けて反射する凸面鏡と、該凸面鏡からのガイド光を受光してその位置を検出するための撮像素子と、前記凸面鏡からのガイド光を前記撮像素子と前記受光センサとに分割する分割ミラーとを備える請求項１に記載の測量機。
前記ガイド光はオンオフ変調され、前記撮像素子は受光タイミングを制御する電子シャッタを備え、前記受光センサの受光に基づき、前記電子シャッタの受光タイミングを前記ガイド光に同期することを特徴とする請求項１に記載の測量機。