JP3286764B2 - Electronic level with abnormality detection function - Google Patents
Electronic level with abnormality detection functionInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は電子レベルに係わり、特
に標尺のパターン像を光電変換器により電気信号に変換
し、得られた電気信号に対してフーリエ変換を施す様に
なっており、このフーリエ変換出力を利用して、標尺の
視準ずれや標尺のピントずれを検出することのできる電
子レベルに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic level. In particular, a pattern image of a staff is converted into an electric signal by a photoelectric converter, and the obtained electric signal is subjected to a Fourier transform. The present invention relates to an electronic level capable of detecting a collimation shift of a staff or a focus shift of a staff using a Fourier transform output.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から直接水準測量等を行う場合に
は、レベル（水準儀）と標尺が使用されていた。即ち、
測量者が、標尺の目盛りをレベルを使用して目視するこ
とにより高低差を測定していた。この古典的なレベルに
よる測量は、測量者による読み誤りが発生していた。こ
の読み誤りを解消するために、標尺の目盛り作業を電子
的に行う電子レベルが開発された。この電子レベルは例
えば、標尺側から所定信号を包含させた光を発光させ、
この光を電子レベル側で受光して識別し、標尺の目盛り
を読み取る様に構成されていた。2. Description of the Related Art Conventionally, when leveling and the like are directly performed, a level (level gauge) and a staff are used. That is,
A surveyor measured the height difference by visually checking the scale of the staff using a level. Surveying at this classical level was subject to reading errors by surveyors. In order to eliminate this reading error, an electronic level for electronically performing a staff scale operation has been developed. This electronic level, for example, emits light containing a predetermined signal from the staff staff side,
This light is received and identified on the electronic level side, and the scale of the staff is read.
【０００３】本出願人は、電子的に高低差を読み取るこ
とのできる電子レベルを開発した。この電子レベル１
は、図２に示す様に、第１のパターンＡと第２のパター
ンＢと第３のパターンＲが等間隔（ｐ）で繰り返し配置
されている電子レベル用標尺２を使用している。即ち、
３種のパターンを１組として各ブロックが連続して形成
されており、最も左側に配置されたブロックを、０ブロ
ックと定義し、Ｒ（０）、Ａ（０）、Ｂ（０）と記載す
れば、Ｒ（１）、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｒ（２）、Ａ
（２）、Ｂ（２）、・・・・・・・・と繰り返し配置さ
れている。なお、全てのパターンが等間隔ｐで繰り返さ
れているので、この間隔に対応した信号を基準信号とす
ることができる。[0003] The present applicant has developed an electronic level which can read the height difference electronically. This electronic level 1
Uses an electronic level staff 2 in which a first pattern A, a second pattern B, and a third pattern R are repeatedly arranged at equal intervals (p), as shown in FIG. That is,
Each block is formed continuously as a set of three types of patterns, and the block arranged on the leftmost side is defined as 0 block, and described as R (0), A (0), B (0). Then, R (1), A (1), B (1), R (2), A
(2), B (2),... Are repeatedly arranged. Since all patterns are repeated at equal intervals p, a signal corresponding to this interval can be used as a reference signal.
【０００４】そして例えば第３のパターンＲは、黒幅８
ｍｍで固定幅となっており、第１のパターンＡは、６０
０ｍｍで１周期となる様に黒部分の幅を変調しており、
第２のパターンＢは、５７０ｍｍで１周期となる様に黒
部分の幅を変調している。For example, the third pattern R has a black width of 8
mm, and the first pattern A has a fixed width of 60 mm.
The width of the black part is modulated so as to be one cycle at 0 mm,
The second pattern B modulates the width of the black portion so that one period is 570 mm.
【０００５】ここで電子レベル用標尺２の水平位置を求
める原理を説明すると、電子レベル用標尺２の第１のパ
ターンＡは、６００ｍｍで１周期となる様に黒部分の幅
を変調しているので、変調幅を０〜１０ｍｍとすれば、
第１のパターンの幅ＤAは、以下の式で与えられる。The principle of determining the horizontal position of the staff for electronic level 2 will now be described. The first pattern A of the staff for electronic level 2 modulates the width of the black portion so that one period is 600 mm. Therefore, if the modulation width is 0 to 10 mm,
Width D A of the first pattern is given by the following equation.
【０００６】 ＤA＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／６００−π／２））・・・第１式D A = 5 * (1 + SIN (2 * π * X / 600−π / 2)) Equation 1
【０００７】となる。但し、Ｘ＝（１０ｍｍ、４０ｍ
ｍ、７０ｍｍ・・・・・・である）。[0007] However, X = (10 mm, 40 m
m, 70 mm ...).
【０００８】同様に、電子レベル用標尺２の第２のパタ
ーンＢは、５７０ｍｍで１周期となる様に黒部分の幅を
変調しているので、第２のパターンの幅ＤBは、以下の
式で与えられる。[0008] Similarly, the second pattern B of the leveling rod 2, since by modulating the width of the black portion as a one cycle in 570 mm, the width D B of the second pattern, the following Given by the formula.
【０００９】 ＤB＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／５７０＋π／２））・・・第２式D B = 5 * (1 + SIN (2 * π * X / 570 + π / 2)) (2)
【００１０】となる。但し、Ｘ＝（２０ｍｍ、５０ｍ
ｍ、８０ｍｍ・・・・・・である）。## EQU1 ## However, X = (20 mm, 50 m
m, 80 mm ...).
【００１１】そして第１のパターンＡと第２のパターン
Ｂとは、周期が僅かに異なっているため、両者の最小公
倍数である距離で同様のパターンが現れる。この例では
６００ｍｍと５７０ｍｍの最小公倍数である１１４００
ｍｍで同様のパターンが現れる。従って第１のパターン
Ａによる信号と、第２のパターンＢによる信号との位相
差は、０〜１１４００ｍｍの範囲で０〜２πまで変化す
ることになる。Since the first pattern A and the second pattern B have slightly different periods, similar patterns appear at a distance which is the least common multiple of the two. In this example, 11400 which is the least common multiple of 600 mm and 570 mm
A similar pattern appears at mm. Therefore, the phase difference between the signal based on the first pattern A and the signal based on the second pattern B changes from 0 to 2π in the range of 0 to 11400 mm.
【００１２】即ち、水平位置における第１のパターンＡ
による信号の位相をφAとし、水平位置における第２の
パターンＢによる信号の位相をφBとすれば、電子レベ
ル用標尺２における水平位置Ｈは、That is, the first pattern A at the horizontal position
The phase of the signal and phi A by, if the phase of the signal according to the second pattern B in the horizontal position and phi B, the horizontal position H in the leveling rod 2 is
【００１３】 Ｈ＝１１４００＊（（φB−φA−π）／（２π））ｍｍ ・・・・第３式H = 11400 * ((φ B −φ A −π) / (2π)) mm Equation 3
【００１４】となる。## EQU1 ##
【００１５】次に、電子レベル１と電子レベル用標尺２
との距離を演算する必要がある。Next, the electronic level 1 and the staff 2 for the electronic level
It is necessary to calculate the distance to.
【００１６】上記電子レベル１で電子レベル用標尺２を
読み取り、フーリエ変換を施せば、図４のパワースペク
トルに示す様に、第１のパターンＡの周期成分と、第２
のパターンＢの周期成分と、第３のパターンＲと第１の
パターンＡと第２のパターンＢの１組（１ブロック）と
した周期成分（基準信号の３倍の周期となる）と、基準
信号（パターンの等間隔ピッチ（ｐ）に対応するもの）
の周期成分とが得られる。そしてスペクトル群で最も周
期の小さいものは、基準信号（パターンの等間隔ピッチ
（ｐ）に対応するもの）であり、この等間隔ピッチは既
知であるからレンズの結像公式により、電子レベル１と
電子レベル用標尺２との距離を演算することができる。If the electronic level staff 2 is read at the electronic level 1 and subjected to Fourier transform, the periodic component of the first pattern A and the second component are obtained as shown in the power spectrum of FIG.
And a periodic component of a set (one block) of a third pattern R, a first pattern A, and a second pattern B (having a period three times as long as the reference signal), Signal (corresponding to the pattern pitch (p))
Is obtained. The signal having the shortest period in the spectrum group is a reference signal (corresponding to an equal pitch (p) of the pattern). Since the equal pitch is known, the electronic level 1 and the electronic level 1 are obtained by the lens imaging formula. The distance from the staff 2 for the electronic level can be calculated.
【００１７】次に水準高の測定原理を、まず遠距離測定
の場合を説明する。Next, the principle of measuring the level will be described first for the case of long distance measurement.
【００１８】電子レベル１で読み取られた電子レベル用
標尺２の像を、リニアセンサで電気信号に変換し、この
信号をフーリエ変換すれば、等間隔ピッチｐに相当する
信号を得ることができる。ここで、高速フーリエ変換で
求められた位相をθとし、水平位置に相当するリニアセ
ンサのアドレス位置（第ｍビット目）の位相をθmとす
れば、An image of the staff 2 for electronic level read at the electronic level 1 is converted into an electric signal by a linear sensor, and a signal corresponding to an equal pitch p can be obtained by Fourier transforming this signal. Here, assuming that the phase obtained by the fast Fourier transform is θ, and the phase of the address position (the m-th bit) of the linear sensor corresponding to the horizontal position is θ m ,
【００１９】 Ｈ1＝（θm／３６０゜）＊ｐ ・・・・・第４式H 1 = (θ m / 360 °) * p (4)
【００２０】となる。即ち、等間隔ピッチｐ内を精密に
水平位置Ｈ1を測定することができる（精測定）。## EQU1 ## That is, it is possible to measure the horizontal position H 1 to the equal spacing pitch p precisely (fine measurement).
【００２１】また水平位置を求めるためには、電子レベ
ル用標尺２に形成された等間隔ピッチｐのパターン開始
位置からの概略位置を求める必要がある。そこでリニア
センサの出力信号を、基準信号（等間隔ピッチｐに相当
する信号）の前後半ピッチ分で積分する。更にこの積分
値を３つ毎に間引けば（プロダクト検波）、第１のパタ
ーンＡに相当する信号１と、第２のパターンＢに相当す
る信号２と、第３のパターンＲに相当する信号３とが得
られる。しかしながら第３のパターンＲは、幅が変調さ
れていない上、第１のパターンＡと第２のパターンＢの
最大変調幅が１０ｍｍに対して、第３のパターンＲは８
ｍｍしかないので、第３のパターンＲに相当する信号３
は、積分値が略一定であり、信号１や信号２に比較して
約８０％の値となる。Further, in order to obtain the horizontal position, it is necessary to obtain the approximate position from the pattern start position of the equally spaced pitch p formed on the electronic level staff 2. Therefore, the output signal of the linear sensor is integrated with the first and second half pitches of the reference signal (the signal corresponding to the equal pitch p). Further, if this integral value is thinned out every three (product detection), a signal 1 corresponding to the first pattern A, a signal 2 corresponding to the second pattern B, and a signal corresponding to the third pattern R are obtained. 3 is obtained. However, the width of the third pattern R is not modulated, and the maximum modulation width of the first pattern A and the second pattern B is 10 mm, whereas the width of the third pattern R is 8 mm.
mm, the signal 3 corresponding to the third pattern R
Has a substantially constant integrated value, which is about 80% of that of the signal 1 or the signal 2.
【００２２】そして、第３のパターンＲと、第１のパタ
ーンＡと、第２のパターンＢとは、定められた順番に繰
り返して配置されているので、間引かれた信号が、第３
のパターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢの
何れであるか、決定することができる。そして、（Ａ−
Ｒ）と（Ｂ−Ｒ）の水平位置における位相を求め、第３
式に代入すれば、電子レベル用標尺２の何れの位置の、
第１のパターンＡ、第２のパターンＢ、第３のパターン
Ｒの組合せであるか決定することができ、電子レベル用
標尺２における水平位置を求めることができる。（粗測
定）The third pattern R, the first pattern A, and the second pattern B are repeatedly arranged in a predetermined order.
The pattern R, the first pattern A, or the second pattern B can be determined. And (A-
R) and the phase at the horizontal position of (BR) are obtained, and the third
Substituting into the equation, any position of the staff 2 for electronic level,
It can be determined whether the combination is a combination of the first pattern A, the second pattern B, and the third pattern R, and the horizontal position on the staff 2 for electronic level can be obtained. (Coarse measurement)
【００２３】以上の様に水準高Ｈは、水平位置における
基準信号の位相を求め（精測定）、また、水平位置に相
当する基準信号が、電子レベル用標尺２のパターン開始
位置を基準に何れの位置にあるかを、第１のパターン
Ａ、第２のパターンＢの位相差より求め（粗測定）、こ
れら精測定Ｈ1と粗測定Ｈ2を桁合わせすることにより求
めることができる。As described above, the level H is obtained by determining the phase of the reference signal at the horizontal position (accurate measurement), and determining whether the reference signal corresponding to the horizontal position is based on the pattern start position of the staff 2 for the electronic level. or in position, the first pattern a, calculated from the phase difference between the second pattern B (rough measurement), these fine measurements H 1 and coarse measurement H 2 can be obtained by the combined digits.
【００２４】次に近距離測定の場合を説明する。Next, the case of short distance measurement will be described.
【００２５】この場合にはリニアセンサの出力の立ち上
がり、立ち下がりエッジを求めるため出力信号を微分す
る。これらのエッジにより、黒部分のエッジ間の間隔を
求めることができる。更に、黒部分の中心に相当するビ
ットを求める。このビットの間隔が、第１のパターン
Ａ、第２のパターンＢ、第３のパターンＲの等間隔ピッ
チｐである基準信号となる。In this case, the output signal is differentiated to find the rising and falling edges of the output of the linear sensor. From these edges, the interval between the edges of the black portion can be determined. Further, a bit corresponding to the center of the black portion is obtained. The interval between the bits becomes a reference signal having an equal pitch p between the first pattern A, the second pattern B, and the third pattern R.
【００２６】そして水平位置に相当するアドレス位置
（第ｍビット）の前後の基準信号の位置を求めると、基
準信号の幅は、電子レベル用標尺２上で１０ｍｍに相当
するため、前後の基準信号をそれぞれＮf（第Ｎf ビッ
ト）、Ｎb（第Ｎbビット）とすれば、When the position of the reference signal before and after the address position (m-th bit) corresponding to the horizontal position is obtained, the width of the reference signal corresponds to 10 mm on the staff 2 for the electronic level. each N f (the N f bit), if N b (first N b bits),
【００２７】 Ｈ1＝ （（ｍ−Ｎf）／（Ｎb−Ｎf））＊１０ ・・・第５式H 1 = ((m−N f ) / (N b −N f )) * 10 (5)
【００２８】となる。（精測定）## EQU1 ## (Fine measurement)
【００２９】また、基準信号のスタート位置をＮe、最
終位置をＮs とし、個数をｎとすれば、各基準信号の間
隔の平均は、If the start position of the reference signal is N e , the end position is N s , and the number is n, the average of the intervals of each reference signal is
【００３０】ｋ＝（Ｎe−Ｎs）／ｎK = (N e −N s ) / n
【００３１】となり、このｋから、電子レベル１と電子
レベル用標尺２との概略距離を求めることができる。From this k, the approximate distance between the electronic level 1 and the staff 2 for electronic level can be obtained.
【００３２】そして黒部分の幅を最初より３個毎に間引
き、一定幅である第３のパターンＲを認識し、第３のパ
ターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢの順に
配置されていることから、第３のパターンＲ、第１のパ
ターンＡ、第２のパターンＢの対応が決定される。Then, the width of the black portion is thinned out every three from the beginning, a third pattern R having a fixed width is recognized, and the third pattern R, the first pattern A, and the second pattern B are arranged in this order. Therefore, the correspondence between the third pattern R, the first pattern A, and the second pattern B is determined.
【００３３】更に水平位置に相当するリニアセンサ１５
のアドレス位置（第ｍビット目）を含む基準信号が、第
３のパターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢ
の何れに属するかを定めると共に、この何番目ブロック
に該当するかを決定する。即ち、Ｒ（ｎ）、Ａ（ｎ）、
Ｂ（ｎ）であれば、ｎ番目のブロックということにな
る。Further, the linear sensor 15 corresponding to the horizontal position
The reference signal including the address position (the m-th bit) of the third pattern R, the first pattern A, and the second pattern B
To which block, and what number block the block belongs to. That is, R (n), A (n),
If it is B (n), it is the n-th block.
【００３４】そして第１式のＤAの値からｎを求めるこ
とができる。そして２個のｎから条件に合致したｎａを
選択し、更に周期からｎを求め、第２のパターンＢの幅
ＤBを算出する。更に第２式に代入した後、ＤBを比較
し、一致した時のｎが求めるブロック番号となる。この
ブロック番号から、概略水準高Ｈ2（粗測定）を、各パ
ターン毎に求めることができる。[0034] Then it is possible to obtain the n from the value of the first expression of the D A. Then select the na that matches the condition of two n, further obtains the n from the cycle, to calculate the width D B of the second pattern B. After further substituted in the second equation, to compare D B, the block number n is determined when matched. From this block number, the approximate level height H 2 (coarse measurement) can be determined for each pattern.
【００３５】従って、第３のパターンＲ、第１のパター
ンＡ、第２のパターンＢに相当する信号の黒部分の幅よ
り基準信号を求め、水平位置に相当するアドレス位置の
基準信号を定めることにより精測定を行い、第１のパタ
ーンＡ、第２のパターンＢに相当する信号の位相差によ
り粗測定を行い、これら精測定Ｈ1と粗測定Ｈ2を桁合わ
せすることにより、水準高を求めることができる。Accordingly, a reference signal is obtained from the width of the black portion of the signal corresponding to the third pattern R, the first pattern A, and the second pattern B, and the reference signal at the address position corresponding to the horizontal position is determined. the performed fine measurement, the first pattern a, performs rough measurement by the phase difference of the signals corresponding to the second pattern B, by these fine measurements H 1 and coarse measurement H 2 aligning digits, the level height You can ask.
【００３６】[0036]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の電
子レベルは、高低差を自動的に求めることができるが、
標尺のパターン像が得られる様に視準し、更に正確にピ
ント合わせする必要がある。しかしながら、これらの作
業は、使用者の手作業に委ねられており、標尺の視準ず
れや標尺のピントずれによる測定ミスを犯す可能性があ
った。However, the above-mentioned electronic level can automatically determine the height difference.
It is necessary to collimate so that a staff image can be obtained, and to focus more accurately. However, these operations are left to the manual operation of the user, and there is a possibility that a measurement error may be caused due to a misalignment of the staff and a defocus of the staff.
【００３７】[0037]
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、測長方向に等ピッチで配列されたパ
ターンを有した標尺を視準し高低差を自動的に求める電
子レベルにおいて、該パターンの像を形成するための望
遠鏡光学系と、この望遠鏡光学系からの光を受け、前記
パターンを信号に変換するための光電変換器と、この光
電変換器の出力をフーリエ変換するための信号処理部
と、測定者の操作により測定を開始させるための測定開
始命令入力手段と、前記信号処理部によるフーリエ変換
出力に基づき、高低差を演算するための算出部と、前記
測定開始命令入力手段が起動された場合に、前記信号処
理部のフーリエ変換出力の異常を検出するための異常判
別部と、この異常判別部の結果を報知させるための報知
手段とから構成されている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and an electronic device for automatically finding a height difference by collimating a staff having a pattern arranged at a constant pitch in a length measuring direction. At a level, a telescope optical system for forming an image of the pattern, a photoelectric converter for receiving light from the telescope optical system and converting the pattern into a signal, and a Fourier transform of an output of the photoelectric converter. A signal processing unit for performing the measurement, a measurement start command input unit for starting measurement by an operation of a measurer, a calculation unit for calculating a height difference based on a Fourier transform output by the signal processing unit, and the measurement When the start command input means is activated, the signal processing section comprises an abnormality determining section for detecting an abnormality of the Fourier transform output, and a notifying section for notifying a result of the abnormality determining section. There.
【００３８】また望遠鏡光学系が像を形成する測長方向
に等ピッチで配列されたパターンを有した標尺は、所定
の比で定められた少なくとも２つの周期パターンを有す
るものであって、異常判別部は、信号処理部によるフー
リエ変換出力レベルの不足を判断すると共に、前記所定
の比となる２つのスペクトルの存否に基づき、異常を判
別する様に構成することもできる。A staff having a pattern arranged at equal pitches in the length measurement direction in which the telescope optical system forms an image has at least two periodic patterns defined at a predetermined ratio, and is used for abnormality determination. The unit may be configured to determine the shortage of the Fourier transform output level by the signal processing unit and to determine the abnormality based on the presence or absence of the two spectra having the predetermined ratio.
【００３９】そして本発明の報知手段は、表示装置によ
る表示、又は、及び警報音発生装置による発音から構成
してもよい。The notification means of the present invention may be constituted by a display by a display device or a sound by a warning sound generation device.
【００４０】[0040]
【作用】以上の様に構成された本発明は、測長方向に等
ピッチで配列されたパターンを有した標尺を視準して高
低差を自動的に求める電子レベルであり、望遠鏡光学系
がパターンの像を形成し、光電変換器が、望遠鏡光学系
からの光を受けてパターンを信号に変換し、信号処理部
が、光電変換器の出力をフーリエ変換する様になってい
る。そして測定者の操作により測定開始命令入力手段が
測定を開始させ、算出部が信号処理部によるフーリエ変
換出力に基づき、高低差を演算し、異常判別部が、測定
開始命令入力手段が起動された場合に、信号処理部のフ
ーリエ変換出力の異常を検出し、報知手段が、異常判別
部の結果を報知させる様になっている。The present invention constructed as described above is an electronic level for automatically obtaining a height difference by collimating a staff having a pattern arranged at an equal pitch in the length measuring direction. An image of the pattern is formed, a photoelectric converter receives light from the telescope optical system, converts the pattern into a signal, and a signal processing unit performs a Fourier transform on an output of the photoelectric converter. Then, the measurement start command input means starts the measurement by the measurer's operation, the calculation unit calculates the height difference based on the Fourier transform output by the signal processing unit, and the abnormality determination unit starts the measurement start command input means. In such a case, the abnormality of the Fourier transform output of the signal processing unit is detected, and the notification unit notifies the result of the abnormality determination unit.
【００４１】また望遠鏡光学系が像を形成する測長方向
に等ピッチで配列されたパターンを有した標尺は、所定
の比で定められた少なくとも２つの周期パターンを有す
るものであり、異常判別部が、信号処理部によるフーリ
エ変換出力レベルの不足を判断し、更に異常判別部が、
所定の比となる２つのスペクトルの存否に基づき、異常
を判別する様にすることもできる。A staff having a pattern arranged at equal pitches in the length measurement direction in which the telescope optical system forms an image has at least two periodic patterns determined at a predetermined ratio. Determines the shortage of the Fourier transform output level by the signal processing unit, and further, the abnormality determination unit
An abnormality may be determined based on the presence or absence of two spectra having a predetermined ratio.
【００４２】そして本発明の報知手段は、表示装置によ
る表示、又は、及び警報音発生装置による発音にしても
よい。The notification means of the present invention may be a display by a display device or a sound by a warning sound generation device.
【００４３】[0043]
【００４４】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００４５】図１〜図３に示す様に、本実施例の測量装
置は、電子レベル１と、電子レベル用標尺２とからなっ
ている。電子レベル１は、図３に示す様に整準装置１０
０上に載置されており、図１に示す様に、対物レンズ部
１１と、コンペンセータ１２と、ビームスプリッタ１３
と、接眼レンズ部１４と、リニアセンサ１５と、演算処
理手段１６とから構成されている。As shown in FIGS. 1 to 3, the surveying device of this embodiment comprises an electronic level 1 and a staff 2 for electronic level. The electronic level 1 is connected to the leveling device 10 as shown in FIG.
1, the objective lens unit 11, the compensator 12, and the beam splitter 13 as shown in FIG.
, An eyepiece 14, a linear sensor 15, and arithmetic processing means 16.
【００４６】対物レンズ部１１は、電子レベル用標尺２
のパターンの像を形成するためのものである。対物レン
ズ部１１内のインターナルレンズを移動させることによ
り、電子レベル用標尺２のパターンの像に対するピント
合わせを行うことができる。コンペンセータ１２は、電
子レベル１の光軸が多少傾いても、視準線を自動的に水
平にするための自動補償機構であり、水平光線を上下に
変化させて結像させるものである。ビームスプリッタ１
３は、光を接眼レンズ部１４方向と、リニアセンサ１５
方向に分割させるためのものである。接眼レンズ部１４
は、測量者が、電子レベル用標尺２を目視するためのも
のである。リニアセンサ１５はパターン検出部に該当す
るもので、対物レンズ部によって形成された電子レベル
用標尺２のパターン像を電気信号に変換するためのもの
である。本実施例では、ＣＣＤリニアセンサが使用され
ている。このリニアセンサ１５は、ホトダイオードを少
なくとも１次元的に配置したリニアイメージセンサであ
れば、何れのセンサを採用することができる。The objective lens section 11 includes a staff 2 for an electronic level.
In order to form an image of the pattern. By moving the internal lens in the objective lens section 11, it is possible to focus on the image of the pattern of the staff 2 for the electronic level. The compensator 12 is an automatic compensating mechanism for automatically leveling the collimation line even if the optical axis of the electronic level 1 is slightly inclined. The compensator 12 changes a horizontal ray up and down to form an image. Beam splitter 1
Reference numeral 3 denotes a direction in which the light is directed to the eyepiece unit 14 and the linear sensor 15
It is for dividing in the direction. Eyepiece 14
Is for a surveyor to visually check the staff 2 for electronic level. The linear sensor 15 corresponds to a pattern detection unit, and converts a pattern image of the electronic level staff 2 formed by the objective lens unit into an electric signal. In this embodiment, a CCD linear sensor is used. As the linear sensor 15, any sensor can be adopted as long as it is a linear image sensor in which photodiodes are arranged at least one-dimensionally.
【００４７】演算処理手段１６は、アンプ１６１と、サ
ンプルホールド１６２と、Ａ／Ｄ変換器１６３と、ＲＡ
Ｍ１６４と、クロックドライバ１６５と、マイクロコン
ピュータ１６６と、表示器１６７と、測定開始スイッチ
１６８と、ブザー１６９とから構成されている。The arithmetic processing means 16 includes an amplifier 161, a sample hold 162, an A / D converter 163, an RA
M164, a clock driver 165, a microcomputer 166, a display 167, a measurement start switch 168, and a buzzer 169.
【００４８】測定開始スイッチ１６８は測定開始命令入
力手段に該当するもので、測定者の操作により演算処理
手段１６を起動させ、測定を開始させることができる。
なお測定開始命令入力手段はスイッチ手段に限ることな
く、演算処理手段１６を起動させることができるもので
あれば、何れの入力手段を採用することができる。The measurement start switch 168 corresponds to the measurement start command input means, and can activate the arithmetic processing means 16 by the operation of the measurer to start the measurement.
Note that the measurement start command input means is not limited to the switch means, and any input means can be employed as long as it can activate the arithmetic processing means 16.
【００４９】次に電子レベル用標尺２は、図２に示す様
に、第１のパターンＡと第２のパターンＢと第３のパタ
ーンＲが等間隔（ｐ）で繰り返し配置されている。Next, in the staff 2 for electronic level, as shown in FIG. 2, a first pattern A, a second pattern B and a third pattern R are repeatedly arranged at equal intervals (p).
【００５０】ここで本実施例の電子レベル１に搭載され
た演算処理手段１６を詳細に説明する。アンプ１６１
は、リニアセンサ１５からの電気信号を増幅するもので
あり、サンプルホールド１６２は、増幅された電気信号
をクロックドライバ１６５からのタイミング信号でサン
プルホールドするものである。Ａ／Ｄ変換器１６３は、
サンプルホールドされた電気信号をＡ／Ｄ変換するため
のものである。そしてＲＡＭ１６４は、Ａ／Ｄ変換され
たデジタル信号を記憶するためのものである。またマイ
クロコンピュータ１６６は、各種演算処理を行うもので
ある。Here, the arithmetic processing means 16 mounted on the electronic level 1 of this embodiment will be described in detail. Amplifier 161
Amplifies the electric signal from the linear sensor 15, and the sample and hold 162 samples and holds the amplified electric signal with a timing signal from the clock driver 165. The A / D converter 163 is
This is for A / D conversion of the sampled and held electric signal. The RAM 164 stores an A / D-converted digital signal. The microcomputer 166 performs various arithmetic processing.
【００５１】そして、対物レンズ部１１とコンペンセー
タ１２とビームスプリッタ１３と接眼レンズ部１４と
は、望遠鏡光学系に該当するものであり、リニアセンサ
１５は光電変換器に該当するものである。The objective lens unit 11, compensator 12, beam splitter 13 and eyepiece unit 14 correspond to a telescope optical system, and the linear sensor 15 corresponds to a photoelectric converter.
【００５２】ここでマイクロコンピュータ１６６が果た
す機能を図５に基づいて説明すると、演算処理手段１６
は、基準信号形成部１６６１と、パターン信号形成部１
６６２と、ブロック検出部１６６３と、算出部１６６４
と、パターン認識部１６６６と、異常判別部１６６７と
からなり、基準信号形成部１６６１は、リニアセンサ１
５から得られた電気信号から、遠距離測定の場合には、
高速フーリエ変換により等間隔ピッチｐに相当する基準
信号を形成し、近距離測定の場合には、リニアセンサ１
５の出力信号を微分し、立ち上がり、立ち下がりエッジ
から基準信号を形成する。The function performed by the microcomputer 166 will be described with reference to FIG.
Are the reference signal forming unit 1661 and the pattern signal forming unit 1
662, a block detection unit 1663, and a calculation unit 1664
, A pattern recognition unit 1666, and an abnormality determination unit 1667.
From the electrical signal obtained from 5, in the case of long distance measurement,
A reference signal corresponding to an equal pitch p is formed by a fast Fourier transform.
5 is differentiated to form a reference signal from rising and falling edges.
【００５３】パターン信号形成部１６６２は、遠距離測
定の場合には、基準信号の前後半ピッチ分で積分し、こ
の積分値を３つ毎に間引く（プロダクト検波）ことによ
り、第１のパターン信号と第２のパターン信号を形成
し、近距離測定の場合には、間引き動作により、第１の
パターン信号と第２のパターン信号を形成する。In the case of long-distance measurement, the pattern signal forming section 1662 integrates the first and second pitches of the reference signal and thins out this integrated value every three (product detection) to obtain the first pattern signal. And a second pattern signal, and in the case of a short distance measurement, a first pattern signal and a second pattern signal are formed by a thinning operation.
【００５４】ブロック検出部１６６３は、近距離測定の
場合に、第１のパターンＡの幅ＤA及び第２のパターン
Ｂの幅ＤBを比較することにより、水平位置に相当する
ブロックが何番目のブロックであるかを決定する。[0054] block detection unit 1663, in the case of short distance measurement by comparing the width D B of the width D A and the second pattern B of the first pattern A, what number block corresponding to the horizontal position Block.
【００５５】算出部１６６４は、遠距離測定の場合に
は、視準線付近の第１のパターン信号と第２のパターン
信号の位相から高低差を算出し、近距離測定の場合に
は、特定されたブロックに基づき高低差を算出する様に
なっている。The calculation unit 1664 calculates the height difference from the phases of the first pattern signal and the second pattern signal near the collimation line in the case of long distance measurement, and specifies the height difference in the case of short distance measurement. The height difference is calculated based on the block thus obtained.
【００５６】そしてパターン認識部１６６６は、電子レ
ベル用標尺２のパターン像によるパワースペクトルのパ
ターンを検索するために、パターンマッチングを行うた
めのものである。The pattern recognizing section 1666 performs pattern matching in order to search for a power spectrum pattern based on the pattern image of the staff 2 for electronic level.
【００５７】異常判別部１６６７は、測定開始スイッチ
１６８が起動された場合に、基準信号形成部１６６１か
ら得られたフーリエ変換出力の異常を検出し、表示器１
６７やブザー１６９を駆動して異常を報知させるための
ものである。When the measurement start switch 168 is activated, the abnormality determining unit 1667 detects an abnormality in the Fourier transform output obtained from the reference signal forming unit 1661, and
This is for driving the 67 and the buzzer 169 to notify the abnormality.
【００５８】ここで異常判別部１６６７の異常判別原理
を説明する。電子レベル用標尺２は等間隔ピッチｐで配
列されており、更に、個々の線幅が変調されている。こ
のパターンをリニアセンサ１５等の１次元センサで読み
取り、この出力信号をフーリエ変換すれば、図４に示す
様なパワースペクトルを得ることができる。Here, the principle of abnormality determination by the abnormality determination section 1667 will be described. The electronic level staffs 2 are arranged at an equal pitch p, and each line width is modulated. If this pattern is read by a one-dimensional sensor such as the linear sensor 15 and the output signal is subjected to Fourier transform, a power spectrum as shown in FIG. 4 can be obtained.
【００５９】横軸をサイクルとすれば、If the horizontal axis is a cycle,
【００６０】ｎｈ／（ｐ／ｄ＊ｆ） ｃｙｃ
ｌｅ／ｎビットNh / (p / d * f) cyc
le / n bits
【００６１】にピークが現れる。A peak appears in FIG.
【００６２】ここで、ｐは電子レベル用標尺２のパター
ンの間隔であり、ｄは電子レベル用標尺２と電子レベル
１との距離、ｆは電子レベル１の光学系の焦点距離、ｎ
はフーリエ変換を行う１次元センサビット数であり、ｈ
は１次元センサビット間隔である。Here, p is the interval between the patterns of the staff 2 for the electronic level, d is the distance between the staff 2 for the electronic level and the electronic level 1, f is the focal length of the optical system of the electronic level 1, and n
Is the number of one-dimensional sensor bits for performing Fourier transform, and h
Is a one-dimensional sensor bit interval.
【００６３】そしてこのスペクトルは所定外の標尺を視
準した場合には、スペクトルが変化し、スペクトルのピ
ークが生じる周期も変化する。従って、このスペクトル
パターンをパターン認識すれば、電子レベル用標尺２の
視準ずれを検出することができる。When this spectrum is collimated with a staff other than the predetermined one, the spectrum changes and the cycle at which the peak of the spectrum occurs also changes. Therefore, if the spectrum pattern is recognized, it is possible to detect a collimation shift of the staff 2 for electronic level.
【００６４】更にピントが外れた場合には、フーリエ変
換出力が低下するので、そのレベル値を一定以上に限る
ことにより、電子レベル用標尺２のピントずれを自動的
に検出することができる。Further, when the focus is out of focus, the output of the Fourier transform decreases, so that the focus value of the electronic level staff 2 can be automatically detected by limiting the level value to a certain value or more.
【００６５】なお演算処理手段１６は、距離測定部に該
当する機能をも果たしており、前述の方式により、電子
レベル１と電子レベル用標尺２との水平概略距離を計算
することができる。The arithmetic processing means 16 also has a function corresponding to the distance measuring section, and can calculate the approximate horizontal distance between the electronic level 1 and the staff 2 for the electronic level by the above-described method.
【００６６】そして表示器１６７は、算出部１６６４で
算出された高低差を表示するもので、液晶表示等の表示
手段を採用してもよく、更に、外部記憶手段等に出力さ
せる構成としてもよい。The display 167 displays the height difference calculated by the calculation unit 1664, and may employ a display means such as a liquid crystal display, or may be configured to output the data to an external storage means or the like. .
【００６７】なお異常判別部１６６７が異常を検出した
場合には、表示器１６７に異常を表示し、ブザー１６９
を鳴らす様になっている。即ち表示器１６７とブザー１
６９とは、報知手段に該当するものであるが、報知手段
はこれらに限ることなく、使用者に異常を報知すること
ができれば何れの手段を採用することができる。また表
示器１６７には、視準ずれか、ピントずれか、何れかが
明瞭に表示させることも可能である。When the abnormality determining unit 1667 detects an abnormality, the abnormality is displayed on the display 167 and the buzzer 169 is displayed.
Sounds. That is, the display 167 and the buzzer 1
69 corresponds to the notifying means, but the notifying means is not limited thereto, and any means can be adopted as long as it can notify the user of the abnormality. Further, the display 167 can clearly display either the collimation shift or the focus shift.
【００６８】以上の様に構成された本実施例は、使用者
が測定開始スイッチ１６８を押すと、演算処理手段１６
が起動する。そして基準信号形成部１６６１が、リニア
センサ１５から得られた電気信号を、高速フーリエ変換
によりフーリエ変換を施し、スペクトルパターンを形成
する。In this embodiment configured as described above, when the user presses the measurement start switch 168, the arithmetic processing means 16
Starts. Then, the reference signal forming unit 1661 performs a Fourier transform on the electric signal obtained from the linear sensor 15 by a fast Fourier transform to form a spectrum pattern.
【００６９】そしてパターン認識部１６６６を起動し、
パターン認識を行って得られたスペクトルパターンが正
しいものか否かを異常判別部１６６７が判断する。そし
て異常判別部１６６７が、スペクトルパターンが正しく
なく、視準ずれを起こしていると判断した場合には、表
示器１６７に異常を表示し、ブザー１６９を鳴らす様に
なっている。Then, the pattern recognition unit 1666 is activated,
The abnormality determining unit 1667 determines whether or not the spectrum pattern obtained by performing the pattern recognition is correct. When the abnormality determining unit 1667 determines that the spectrum pattern is not correct and that collimation has occurred, an abnormality is displayed on the display 167 and a buzzer 169 sounds.
【００７０】更に異常判別部１６６７が、基準信号形成
部１６６１によりフーリエ変換されたフーリエ変換出力
レベルを判断し、一定レベル以下である場合には、ピン
トが外れているとして表示器１６７に異常を表示し、ブ
ザー１６９を鳴らす様になっている。Further, an abnormality discriminating unit 1667 judges the Fourier transform output level subjected to Fourier transform by the reference signal forming unit 1661. If the output level is lower than a certain level, it is determined that the focus is out of focus and an error is displayed on the display 167. Then, the buzzer 169 sounds.
【００７１】異常判別部１６６７が異常を判別しなかっ
た場合には、演算処理手段１６は、高低差等の演算を開
始する様になっている。なお数値演算の方式等は従来技
術で説明したものを実行するので説明を省略する。If the abnormality determining unit 1667 does not determine an abnormality, the arithmetic processing means 16 starts the calculation of a height difference or the like. Note that the method of the numerical operation and the like are the same as those described in the related art, and thus the description is omitted.
【００７２】また上記実施例は、変調された第１パター
ンＡ及び第２パターンＢのみを用い、第３パターンＲを
用いることなく、検出した２種類のパターンに相当する
信号からそれぞれの波長を求めることにより、第１パタ
ーンＡの信号と第２パターンＢの信号とを識別して測定
を行なうこともできる。即ち、３つの周期パターンを有
する電子レベル用標尺２に限ることなく、２つの周期パ
ターンを有する電子レベル用標尺２を使用することもで
きる。Further, in the above embodiment, the respective wavelengths are obtained from the signals corresponding to the two types of detected patterns without using the third pattern R, using only the modulated first pattern A and the second pattern B. Thus, the signal of the first pattern A and the signal of the second pattern B can be distinguished and measured. That is, not only the electronic level staff 2 having three periodic patterns but also the electronic level staff 2 having two periodic patterns can be used.
【００７３】[0073]
【効果】以上の様に構成された本発明は、測長方向に等
ピッチで配列されたパターンを有した標尺を視準し高低
差を自動的に求める電子レベルにおいて、該パターンの
像を形成するための望遠鏡光学系と、この望遠鏡光学系
からの光を受け、前記パターンを信号に変換するための
光電変換器と、この光電変換器の出力をフーリエ変換す
るための信号処理部と、測定者の操作により測定を開始
させるための測定開始命令入力手段と、前記信号処理部
によるフーリエ変換出力に基づき、高低差を演算するた
めの算出部と、前記測定開始命令入力手段が起動された
場合に、前記信号処理部のフーリエ変換出力の異常を検
出するための異常判別部と、この異常判別部の結果を報
知させるための報知手段とから構成されているので、フ
ーリエ変換出力の異常を自動的に検出することができる
という効果がある。According to the present invention constructed as described above, an image of a pattern is formed at an electronic level in which a staff having a pattern arranged at an equal pitch in a length measuring direction is collimated and a height difference is automatically determined. A telescope optical system for receiving the light from the telescope optical system and converting the pattern into a signal, a signal processing unit for performing a Fourier transform of an output of the photoelectric converter, and measurement. A measurement start command input means for starting a measurement by a user operation, a calculation unit for calculating a height difference based on a Fourier transform output by the signal processing unit, and the measurement start command input means being activated. The signal processing unit includes an abnormality determination unit for detecting an abnormality in the Fourier transform output, and a notification unit for notifying a result of the abnormality determination unit. There is an effect that always can be detected automatically.
【００７４】更に望遠鏡光学系が像を形成する測長方向
に等ピッチで配列されたパターンを有した標尺は、所定
の比で定められた少なくとも２つの周期パターンを有す
るものであって、異常判別部は、信号処理部によるフー
リエ変換出力レベルの不足を判断すると共に、前記所定
の比となる２つのスペクトルの存否に基づき、異常を判
別する様に構成することもできるので、視準ずれ、ピン
トずれを自動的に検出し、測定ミスを防ぐことができる
という効果がある。Further, a staff having a pattern arranged at equal pitches in the length measuring direction in which the telescope optical system forms an image has at least two periodic patterns defined by a predetermined ratio, and is used for abnormality determination. The unit may be configured to determine the shortage of the Fourier transform output level by the signal processing unit and to determine the abnormality based on the presence or absence of the two spectra having the predetermined ratio. This has the effect of automatically detecting the deviation and preventing measurement errors.
【００７５】[0075]
【図１】本発明の実施例の電子レベル１の構成を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electronic level 1 according to an embodiment of the present invention.
【図２】本実施例の電子レベル用標尺２を説明する図で
ある。FIG. 2 is a diagram illustrating an electronic level staff 2 of the present embodiment.
【図３】本実施例の電子レベル１の外観を示す斜視図で
ある。FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of the electronic level 1 of the embodiment.
【図４】出力信号のパワースペクトラムを示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a power spectrum of an output signal.
【図５】本実施例の演算処理手段１６の構成を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic processing unit 16 of the present embodiment.
１ 電子レベル １１ 対物レンズ １２ コンペンセータ １３ ビームスプリッタ １４ 接眼レンズ部１４ １５ リニアセンサ １６ 演算処理手段 １６１ アンプ １６２ サンプルホールド １６３ Ａ／Ｄ変換器 １６４ ＲＡＭ１６４ １６５ クロックドライバ １６６ マイクロコンピュータ １６７ 表示器 １６８ 測定開始スイッチ １６９ ブザー １６６１ 基準信号形成部 １６６２ パターン信号形成部 １６６３ ブロック検出部 １６６４ 算出部 １６６６ パターン認識部 １６６７ 異常判別部 ２ 電子レベル用標尺 Reference Signs List 1 electronic level 11 objective lens 12 compensator 13 beam splitter 14 eyepiece unit 14 15 linear sensor 16 arithmetic processing means 161 amplifier 162 sample hold 163 A / D converter 164 RAM 164 165 clock driver 166 microcomputer 167 display 168 measurement start switch 169 Buzzer 1661 Reference signal formation unit 1662 Pattern signal formation unit 1663 Block detection unit 1664 Calculation unit 1666 Pattern recognition unit 1667 Abnormality determination unit 2 Electronic level staff
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大友 文夫 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社 トプコン内 (56)参考文献 特開 平７−4959（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−180230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−3610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−252216（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 5/00 G01C 15/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Fumio Otomo 75-1 Hasunuma-cho, Itabashi-ku, Tokyo Topcon Co., Ltd. (56) References JP-A-7-4959 (JP, A) JP-A-6-180230 (JP, A) JP-A-63-3610 (JP, A) JP-A-63-252216 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01C 5/00 G01C 15 / 00
Claims (3)
を有した標尺を視準し高低差を自動的に求める電子レベ
ルにおいて、該パターンの像を形成するための望遠鏡光
学系と、この望遠鏡光学系からの光を受け、前記パター
ンを信号に変換するための光電変換器と、この光電変換
器の出力をフーリエ変換するための信号処理部と、測定
者の操作により測定を開始させるための測定開始命令入
力手段と、前記信号処理部によるフーリエ変換出力に基
づき、高低差を演算するための算出部と、前記測定開始
命令入力手段が起動された場合に、前記信号処理部のフ
ーリエ変換出力の異常を検出するための異常判別部と、
この異常判別部の結果を報知させるための報知手段とか
らなることを特徴とする異常検出機能付き電子レベル。1. A telescope optical system for forming an image of a pattern at an electronic level in which a staff having a pattern arranged at an equal pitch in a length measuring direction is automatically determined and a height difference is automatically determined. A photoelectric converter for receiving light from the telescope optical system and converting the pattern into a signal, a signal processing unit for performing a Fourier transform on the output of the photoelectric converter, and starting measurement by an operator A measurement start command input means, a calculation section for calculating a height difference based on a Fourier transform output from the signal processing section, and a Fourier transform of the signal processing section when the measurement start command input means is activated. An abnormality determination unit for detecting an output abnormality;
An electronic level with an abnormality detection function, characterized in that the electronic level is provided with a notifying means for notifying a result of the abnormality determination unit.
ピッチで配列されたパターンを有した標尺は、所定の比
で定められた少なくとも２つの周期パターンを有するも
のであって、異常判別部は、信号処理部によるフーリエ
変換出力レベルの不足を判断すると共に、前記所定の比
となる２つのスペクトルの存否に基づき、異常を判別す
る様に構成された請求項１記載の異常検出機能付き電子
レベル。2. A staff having a pattern arranged at an equal pitch in a length measuring direction in which a telescope optical system forms an image has at least two periodic patterns defined by a predetermined ratio, The abnormality detection function according to claim 1, wherein the determination unit is configured to determine the shortage of the output level of the Fourier transform by the signal processing unit and determine the abnormality based on the presence or absence of the two spectra having the predetermined ratio. With electronic level.
及び警報音発生装置による発音である請求項１又は２記
載の異常検出機能付き電子レベル。3. The notifying means is a display by a display device, or
The electronic level with an abnormality detection function according to claim 1 or 2, wherein the electronic level is generated by an alarm sound generator.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP35334792A JP3286764B2 (en) | 1992-12-12 | 1992-12-12 | Electronic level with abnormality detection function |
| DE69320708T DE69320708T3 (en) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | Electronic altimeter with height gauge |
| EP93110101A EP0576004B2 (en) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | Electronic levelling apparatus and levelling staff used with the same |
| US08/726,997 US5742378A (en) | 1992-06-24 | 1996-10-07 | Electronic leveling apparatus and leveling staff used with the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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1992
- 1992-12-12 JP JP35334792A patent/JP3286764B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH06180231A (en) | 1994-06-28 |
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