JP3407149B2

JP3407149B2 - 傾斜補正機能付き電子レベル及び標尺

Info

Publication number: JP3407149B2
Application number: JP04315194A
Authority: JP
Inventors: 薫熊谷; 伸二川島; 喜一古屋; 文夫大友
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 2003-05-19
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JPH06300562A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は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、得られた電気信号を利
用して高低差等を自動的に計測することのできる電子レ
ベル及び標尺に係わり、特に、電子レベルの傾斜角を測
定するための傾斜角測定手段を備えており、傾斜による
補正量を自動的に算出することのできる傾斜補正機能付
き電子レベル及び標尺に関するものである。

【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。

【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。

【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。

【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Ｄ_Aは、以下の式で与えられる。

【０００６】Ｄ_A＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／６００−π／２））・・・第１式

【０００７】となる。但し、Ｘ＝（１０ｍｍ、４０ｍ
ｍ、７０ｍｍ・・・・・・である）。

【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Ｄ_Bは、以下の
式で与えられる。

【０００９】Ｄ_B＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／５７０＋π／２））・・・第２式

【００１０】となる。但し、Ｘ＝（２０ｍｍ、５０ｍ
ｍ、８０ｍｍ・・・・・・である）。

【００１１】なお第１式と第２式で、±π／２のオフセ
ットが加えられているが、これは信号処理において第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
号を分離し易くするためである。

【００１２】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。本実施例で
は６００ｍｍと５７０ｍｍの最小公倍数である１１４０
０ｍｍ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。

【００１３】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φ_A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φ_Bとすれば、電子レベ
ル用標尺２における水平位置Ｈは、

【００１４】Ｈ＝１１４００＊（（φ_B−φ_A−π）／（２π））ｍｍ・・・・第３式

【００１５】となる。

【００１６】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方法を説明する。

【００１７】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。なおスペクトラム群は、電子
レベル１と電子レベル用標尺２との距離が小さくなる
と、低周波側に移動する。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）である。この等間隔ピッチはｐ
に定められているので、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。

【００１８】即ち図１０に示す様に、電子レベル用標尺
２の等間隔ピッチｐが、電子レベル１のレンズにより像
ｗとなるので、レンズから電子レベル用標尺２までの距
離をＬ、レンズから像までの距離をｄとすれば、

【００１９】Ｌ＝ｄ（ｐ／ｗ）となり、ｄ≒ｆであるか
ら（ｆはレンズの焦点距離）

【００２０】Ｌ＝ｄ（ｐ／ｗ）≒ｆ（ｐ／ｗ）

【００２１】となる。更に電子レベル１のレンズによる
像ｗは、リニアセンサ１５の１画素の長さをＣとし、リ
ニアセンサ１５で得られた等間隔ピッチｐに相当する周
波数（サイクル）の一波長をｋとすれば、ｗ＝Ｃｋとな
る。従って、電子レベル１と電子レベル用標尺２との距
離Ｌは、

【００２２】Ｌ＝（（ｆ／Ｃ＊ｋ））＊（ｐ）・・・・・第４式

【００２３】従って、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。

【００２４】次に水準高の測定原理を説明する。

【００２５】まず、遠距離測定の場合を説明する。

【００２６】図１３に示す様に、リニアセンサ１５で得
られた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１５のアドレス位置（第ｍビット目）の位相
をθ_mとすれば、

【００２７】Ｈ₁＝（θ_m／３６０゜）＊ｐ・・・・・第５式

【００２８】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）。

【００２９】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１５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）、図１４
に示す様に、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８ｍｍ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。

【００３０】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。更にシェーディ
ング等の外乱光の影響を取り除くため、第３のパターン
Ｒに相当する信号を基準として、図１５に示す様に、
（Ａ−Ｒ）、（Ｂ−Ｒ）の信号を得る。

【００３１】次に（Ａ−Ｒ）、（Ｂ−Ｒ）の信号から、
水平位置に対応するリニアセンサ１５のアドレス位置
（第ｍビット目）を含む、基準信号が含まれるＲ、（Ａ
−Ｒ）、（Ｂ−Ｒ）の１組の信号を選択し、（Ａ−Ｒ）
と（Ｂ−Ｒ）の位相を求めれば、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の組合せであるかを求めることができ
る。

【００３２】ここで、（Ａ−Ｒ）信号をＡｍとし、（Ｂ
−Ｒ）信号をＢｍとし、（Ａ−Ｒ）信号の最大振幅の１
／２をＷａ、（Ｂ−Ｒ）信号の最大振幅の１／２をＷｂ
とすれば、（Ａ−Ｒ）と（Ｂ−Ｒ）の位相は、それぞ
れ、

【００３３】 φ_a＝ＳＩＮ^-1（Ａｍ／Ｗａ）・・・・第６式

【００３４】 φ_b＝ＳＩＮ^-1（Ｂｍ／Ｗｂ）−２＊π（１０／５７０）・・・・第７式

【００３５】となる。第７式の端数部分は、第２のパタ
ーンＢに相当する信号の位置が、第１のパターンＡに相
当する信号より１０ｍｍずれているからである。

【００３６】そして第６式と第７式を、第３式に代入す
れば、第１のパターンＡに対応する信号の電子レベル用
標尺２における水平位置を求めることができる。また水
平位置を含む基準信号の所属が第３のパターンＲであれ
ば、この水平位置に１０ｍｍを減じ、水平位置を含む基
準信号の所属が第２のパターンＢであれば、この水平位
置に１０ｍｍを加えればよい。この結果、水平位置の概
略の水準高Ｈ₂を得ることができる。（粗測定）

【００３７】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。

【００３８】次に近距離測定の場合を説明する。

【００３９】近距離測定の場合には、遠距離測定の様に
フーリエ変換を施した後、プロダクト検波を行って水準
高を求めるよりも、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の鮮明な画像が得られるため、直
接に信号幅を測定した方が高精度が期待できる。

【００４０】まず図１６に示す様に、リニアセンサ１５
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。

【００４１】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Ｎ_f（第Ｎ_f ビッ
ト）、Ｎ_b（第Ｎ_bビット）とすれば、

【００４２】Ｈ₁＝（（ｍ−Ｎ_f）／（Ｎ_b−Ｎ_f））＊１０・・・第８式

【００４３】となる。（精測定）

【００４４】また、基準信号のスタート位置をＮ_e、最
終位置をＮ_s とし、個数をｎとすれば、各基準信号の間
隔の平均は、

【００４５】ｋ＝（Ｎ_e−Ｎ_s）／ｎ

【００４６】となり、このｋを第４式に代入すれば、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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】そして第１式から、

【００５０】Ｄ_A＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘａ／
６００−π／２））

【００５１】但し、Ｘａ＝３０＊ｎ＋１０

【００５２】となるので、Ｄ_Aの値からｎを求めること
ができる。

【００５３】従って、

【００５４】ｎ＝（１０／π）＊（φ_a＋（π／２））−（１／３）・・・・第９式

【００５５】φ_a＝ＳＩＮ^-1（（Ｄ_A／５）−１）

【００５６】となる。φ_aは、０〜２πの間で２つ存在
するが、ｎは整数である条件より１個のみに選択され
る。このブロック番号をｎａとすれば、電子レベル用標
尺２上において、６００ｍｍ周期（即ち２０ブロック毎
に）存在するので、

【００５７】ｎ＝２０＊ｄ＋ｎａ

【００５８】となる。但し、ｄ＝０、１、２、３・・・
・である。

【００５９】そして、このｎを用いて第２のパターンＢ
の幅Ｄ_Bを求める。

【００６０】Ｘ＝３０＊ｎ＋２０

【００６１】として第２式に代入した後、Ｄ_Bを比較
し、一致した時のｎが求めるブロック番号である。この
ｎ、ｍが所属する第３のパターンＲ、第１のパターン
Ａ、第２のパターンＢの種類により、概略水準高Ｈ
₂（粗測定）は、

【００６２】第３のパターンＲの場合には、Ｈ₂＝３０＊ｎ第１のパターンＡの場合には、Ｈ₂＝３０＊ｎ＋１０第２のパターンＢの場合にはＨ₂＝３０＊ｎ＋２０

【００６３】・・・・第１０式

【００６４】となる。

【００６５】なお１組のパターンのみの判断でなく、前
後数カ所の判断を行えば、パターンの汚れ等による誤り
率を低減化させることができる。

【００６６】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。

【００６７】以上において、変調された第１パターンＡ
及び第２パターンＢに加え変調されていない第３パター
ンＲを用いて変調されたパターン信号の区別を行う測定
方法について説明を行ったが、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等に
より、第１パターンＡの信号と第２パターンＢの信号と
の識別ができれば、第３パターンＲを用いることなく測
定が行える。

【００６８】

【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、
電子レベルが傾くと正確な高低差を求めることができな
いという問題点があった。

【００６９】更に標尺には電子的読取用パターンのみが
形成されており、目視による測定を行うことができず、
電子的測定量と目視による測定量とを直ちに比較確認す
ることができないという問題点があった。

【００７０】

【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、目視用目盛り及び電子的読取用パタ
ーンを有する標尺を視準し高低差及び該標尺までの水平
距離を自動的に求める電子レベルにおいて、該標尺の電
子的読取用パターンの信号を形成するための光電変換器
を有する測定光学系と該標尺の目視用目盛りを観察する
ための視準光学系とを含む望遠鏡光学系と、前記電子レ
ベルの傾斜角を測定するための傾斜角測定手段と、前記
高低差を補正算出するための信号処理部とからなってお
り、この信号処理部は、前記光電変換器の出力信号を演
算処理して前記標尺までの水平距離と高低差を算出する
ための測定部と、この測定部で測定された水平距離と前
記傾斜角測定手段で測定された傾斜角に基づき、前記高
低差を補正算出するための補正高低差算出部とから構成
されており、前記測定部で算出された前記標尺までの水
平距離及び高低差と、該補正高低差算出部による補正値
との差を補正量として演算するための補正量演算部と、
測定者が目視視準を行う際に、前記目視用目盛りの読取
値に対して、補正すべき補正値である前記補正量演算部
で演算された補正量を表示するための表示部とから構成
されている。

【００７１】また本発明の表示部は、前記補正量演算部
で演算された補正量に加えて、前記補正高低差算出部で
算出される補正高低差を表示する構成にすることもでき
る。

【００７２】更に本発明の傾斜角測定手段が、所定値以
上の傾斜を測定した場合には、前記表示部に警告表示が
なされる様に構成することもできる。

【００７３】そして本発明の標尺は、電子的読取用パタ
ーンを有する電子レベル用標尺において、この電子的読
取用パターンは、測長方向に等ピッチで配列され、かつ
測長方向のパターンの長さが所定の周期で変調されてお
り、その電子的読取用パターンの側部に電子的読取用パ
ターンの測長方向に配置され、電子的読取用パターンの
ピッチに対応したピッチで配列された目視用目盛りを形
成している。

【００７４】

【発明の実施の形態】以上の様に構成された本発明は、
目視用目盛り及び電子的読取用パターンを有する標尺を
視準し高低差及び標尺までの水平距離を自動的に求める
電子レベルであり、光電変換器を有する測定光学系が標
尺の電子的読取用パターンの信号を形成し、視準光学系
が標尺の目視用目盛りを観察する様になっており、信号
処理部の測定部が、光電変換器の出力信号を演算処理し
て標尺までの水平距離と高低差を算出し、信号処理部の
補正高低差算出部が、測定部で測定された水平距離と傾
斜角測定手段で測定された傾斜角に基づき、高低差を補
正算出する様になっている。そして補正量演算部が、測
定部で算出された標尺までの水平距離及び高低差と、補
正高低差算出部による補正値との差を補正量として演算
し、表示部が、測定者が目視視準を行う際に、目視用目
盛りの読取値に対して、補正すべき補正値である補正量
演算部で演算された補正量を表示する様になっている。

【００７５】また本発明の表示部は、補正量演算部で演
算された補正量に加えて、補正高低差算出部で算出され
る補正高低差を表示することもできる。

【００７６】更に本発明の傾斜角測定手段が、所定値以
上の傾斜を測定した場合には、表示部に警告表示をする
こともできる。

【００７７】そして本発明の標尺は、電子的読取用パタ
ーンを有する電子レベル用標尺において、この電子的読
取用パターンは、測長方向に等ピッチで配列され、かつ
測長方向の長さが所定の周期で変調されており、その電
子的読取用パターンの側部に電子的読取用パターンの測
長方向に配置された目視用目盛りが、電子的読取用パタ
ーンのピッチに対応したピッチで配列されて形成してい
る。

【００７８】

【実施例】

【００７９】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００８０】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、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、傾斜セ
ンサー４００とから構成されている。

【００８１】対物レンズ部１１は、電子レベル用標尺２
の電子的読取用パターンの像を形成するためのものであ
る。本実施例の対物レンズ部１１は、対物レンズとイン
ターナルレンズとから構成されており、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。
ビームスプリッタ１３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。なお対物レンズ部１１
と接眼レンズ部１４とが、電子レベル用標尺２の目視用
目盛りを観察するための視準光学系に該当し、また、対
物レンズ部１１とリニアセンサ１５とが、測定光学系に
該当している。

【００８２】リニアセンサ１５は、対物レンズ部１１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、Ｃ
ＣＤ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。

【００８３】演算処理手段１６は信号処理部に該当する
もので、アンプ１６１と、サンプルホールド１６２と、
Ａ／Ｄ変換器１６３と、ＲＡＭ１６４と、クロックドラ
イバ１６５と、マイクロコンピュータ１６６とから構成
されている。この演算処理手段１６には、表示器１６７
が接続されている。なお本実施例の演算処理手段１６
は、測定部と補正高低差算出部と補正量算出部にも該当
している。

【００８４】傾斜センサー４００は、傾斜角測定手段に
該当するもので、電子レベル１の傾斜角を測定するため
のものである。本実施例の傾斜センサー４００を図６及
び図８に基づいて説明すると、傾斜センサー４００は、
ガラス等の絶縁材料から構成された容器４０１と、この
容器４０１に充填された低粘性の液体４０２と、この液
体４０２に封入された気泡４０３とから構成された気泡
管を備えている。容器４０１の上方内面は、長手方向に
曲率を有する湾曲面が形成されており、容器４０１は、
脚部材４０４ａ、４０４ｂにより支持されてシールドケ
ース４０５内に載置される。

【００８５】図６及び図８に示す様に、容器４０１の外
面には長手方向全長の約２／３に対応する中央部分の下
側約１７０゜の範囲に第１の電極４０６を設け、この第
１の電極４０６と対向する上側約１７０゜の範囲に相互
に分離した第２の電極４０７と第３の電極４０８とが形
成されている。また第１の電極４０６と第２の電極４０
７と第３の電極４０８とを取り囲むためのガード電極４
０９が形成されており、各電極間の漏れ抵抗をなくし、
浮遊容量を極めて微小にさせることができる。そして、
第１の電極４０６とガード電極４０９とを等電位とし、
第１の電極４０６と第２の電極４０７との間、又は第１
の電極４０６と第３の電極４０８との間に電流を流し、
それらの充電量の変化を検出して傾斜角を求めることが
できる。

【００８６】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から構成される電子的読取用パターン２１が等間
隔（ｐ）で繰り返し配置されている。更に本実施例の電
子レベル用標尺２には、図９に示す様に、電子的読取用
パターン２１の側部に目視用目盛り２２が形成されてい
る

【００８７】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。

【００８８】そして、対物レンズ部１１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。

【００８９】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、補正高低差算出部１６６９と、補正量演算部１６７
０とからなっている。基準信号形成部１６６１は、リニ
アセンサ１５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１５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。

【００９０】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。

【００９１】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Ｄ_A及び第２のパターン
Ｂの幅Ｄ_B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。

【００９２】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。

【００９３】なお電子的読取用パターン２１が等間隔ピ
ッチであるから、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（水平距離）を演算す
ることができ、更に算出部１６６４で高低差を算出する
ことができるので、これらの機能が測定部に該当するこ
とになる。

【００９４】即ち図１０に示す様に、電子レベル用標尺
２の等間隔ピッチｐが、電子レベル１のレンズにより像
ｗとなるので、レンズから電子レベル用標尺２までの距
離をＬ、レンズから像までの距離をｄとすれば、

【００９５】Ｌ＝ｄ（ｐ／ｗ）となり、ｄ≒ｆであるか
ら（ｆはレンズの焦点距離）

【００９６】Ｌ＝ｄ（ｐ／ｗ）≒ｆ（ｐ／ｗ）

【００９７】となる。更に電子レベル１のレンズによる
像ｗは、リニアセンサ１５の１画素の長さをＣとし、リ
ニアセンサ１５で得られた等間隔ピッチｐに相当する周
波数（サイクル）の一波長をｋとすれば、ｗ＝Ｃｋとな
る。従って、電子レベル１と電子レベル用標尺２との距
離Ｌは、

【００９８】Ｌ＝（（ｆ／（Ｃ＊ｋ）））＊（ｐ）・・・・・第４式

【００９９】となり、電子レベル１と電子レベル用標尺
２との水平距離を求めることができる。

【０１００】そして補正高低差算出部１６６９は、測定
部で測定された水平距離と傾斜センサー４００で測定さ
れた傾斜角に基づき、高低差を補正算出するためのもの
である。

【０１０１】次に傾斜による高低差の補正について詳細
に説明する。

【０１０２】ここで、傾斜センサー４００で測定される
望遠鏡光学系の倒れ量をθとし、電子レベル１と電子レ
ベル用標尺２との距離をＬ、電子レベル１の測定部で計
測された高さをｈとすれば、補正された高さｈ’は、

【０１０３】ｈ’＝ｈ＋Ｌ＊ｓｉｎθ ・・・・・第１１式

【０１０４】となる。

【０１０５】即ち補正高低差算出部１６６９は、上記第
１１式を演算することとなる。

【０１０６】ここで図１１に基づいて、傾斜による高低
差の補正演算を具体的に説明する。電子レベル１と電子
レベル用標尺２との距離Ｌが２０ｍ、望遠鏡光学系の倒
れ量θが５分、電子レベル１の測定部で計測された高さ
ｈが１.５ｍとすれば、第１１式より、

【０１０７】ｈ’＝１.５＋２０＊ｓｉｎ（５分）（ｍ）＝１.５２９０８ｍ

【０１０８】となる。この時、電子レベル１の距離測定
誤差は、

【０１０９】１.５＊ｓｉｎ（５分）（ｍ）＝２.１８ｍｍ

【０１１０】となり、

【０１１１】ｈ”＝１.５＋（２０＋２.１８＊１０^-3）＊ｓｉｎ（５分）（ｍ）＝１.５２９０９ｍ

【０１１２】が得られる。

【０１１３】従って距離誤差は無視できる程度であり、
第１１式を演算すれば十分な補正を実現することができ
る。

【０１１４】そして補正量演算部１６７０は、測定部で
算出された電子レベル用標尺２までの水平距離及び高低
差と、補正高低差算出部１６６９による補正値との差で
ある補正量を演算するものである。補正量演算部１６７
０で演算された補正量は、補正高低差算出部１６６９で
演算された補正された高さｈ’と共に、表示器１６７に
表示する。測定者は視準光学系から読まれた目視用目盛
り２２の値と比較し、確認することができる。

【０１１５】なお表示器１６７は図１２に示す様に、補
正高低差算出部１６６９で算出された高低差や補正量演
算部１６７０で演算された補正量を表示するもので、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。なお表示器１６
７は、補正量表示部にも該当している。

【０１１６】また本実施例では、傾斜センサー４００の
出力信号を監視することにより、電子レベル１の異常検
出（倒れ検出）を行うことができる。即ち傾斜センサー
４００が、電子レベル１の±５分以上の傾きを検出した
場合には、演算処理手段１６が表示器１６７に異常の表
示を行うこともできる。

【０１１７】

【効果】以上の様に構成された本発明は、目視用目盛り
及び電子的読取用パターンを有する標尺を視準し高低差
及び該標尺までの水平距離を自動的に求める電子レベル
において、該標尺の電子的読取用パターンの信号を形成
するための光電変換器を有する測定光学系と該標尺の目
視用目盛りを観察するための視準光学系とを含む望遠鏡
光学系と、前記電子レベルの傾斜角を測定するための傾
斜角測定手段と、前記高低差を補正算出するための信号
処理部とからなっており、この信号処理部は、前記光電
変換器の出力信号を演算処理して前記標尺までの水平距
離と高低差を算出するための測定部と、この測定部で測
定された水平距離と前記傾斜角測定手段で測定された傾
斜角に基づき、前記高低差を補正算出するための補正高
低差算出部とから構成されており、前記測定部で算出さ
れた前記標尺までの水平距離及び高低差と、該補正高低
差算出部による補正値との差を補正量として演算するた
めの補正量演算部と、測定者が目視視準を行う際に、前
記目視用目盛りの読取値に対して、補正すべき補正値で
ある前記補正量演算部で演算された補正量を表示するた
めの表示部とから構成されているので、電子レベルが傾
いても正確な高低差を求めることができるという効果が
ある。

【０１１８】更に本発明は、標尺の電子的読取用パター
ンの信号を形成するための光電変換器を有する測定光学
系と標尺の目視用目盛りを観察するための視準光学系と
を備えており、光電変換器の出力信号を演算処理して前
記標尺までの水平距離と高低差を算出するための測定部
と、この測定部で測定された水平距離と前記傾斜角測定
手段で測定された傾斜角に基づき、前記高低差を補正算
出するための補正高低差算出部とを有し、測定部で算出
された値と、補正高低差算出部による補正値との差であ
る補正量を演算するための補正量演算部が、補正量を補
正量表示部に表示する様に構成されているので、測定者
が目視視準を行う際に、電子的測定量と目視による測定
量とを直ちに比較確認することができるという卓越した
効果がある。

【０１１９】

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【図４】出力信号のパワースペクトラムを示す図であ
る。

【図５】本実施例の演算処理手段１６の構成を示す図で
ある。

【図６】本実施例の傾斜センサー４００を説明する図で
ある。

【図７】本実施例の傾斜センサー４００を説明する図で
ある。

【図８】本実施例の傾斜センサー４００を説明する図で
ある。

【図９】本実施例の電子レベル用標尺２を説明する図で
ある。

【図１０】本実施例の水平距離の測定原理を説明する図
である。

【図１１】本実施例の傾斜による高低差の補正演算を説
明する図である。

【図１２】本実施例の表示器１６７を説明する図であ
る。

【図１３】本実施例の遠距離測定の原理を説明する図で
ある。

【図１４】本実施例の遠距離測定の原理を説明する図で
ある。

【図１５】本実施例の遠距離測定の原理を説明する図で
ある。

【図１６】本実施例の近距離測定の原理を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１電子レベル１１対物レンズ部１３ビームスプリッタ１４接眼レンズ部１５リニアセンサ１６演算処理手段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１６６９補正高低差算出部１６７０補正量演算部２電子レベル用標尺２１電子的読取用パターン２２目視用目盛り４００傾斜センサー

───────────────────────────────────────────────────── 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)参考文献特開昭63−180815（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−33603（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−3610（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 5/00 G01C 15/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】目視用目盛り及び電子的読取用パターンを
有する標尺を視準し高低差及び該標尺までの水平距離を
自動的に求める電子レベルにおいて、該標尺の電子的読
取用パターンの信号を形成するための光電変換器を有す
る測定光学系と該標尺の目視用目盛りを観察するための
視準光学系とを含む望遠鏡光学系と、前記電子レベルの
傾斜角を測定するための傾斜角測定手段と、前記高低差
を補正算出するための信号処理部とからなっており、こ
の信号処理部は、前記光電変換器の出力信号を演算処理
して前記標尺までの水平距離と高低差を算出するための
測定部と、この測定部で測定された水平距離と前記傾斜
角測定手段で測定された傾斜角に基づき、前記高低差を
補正算出するための補正高低差算出部とから構成されて
おり、前記測定部で算出された前記標尺までの水平距離
及び高低差と、該補正高低差算出部による補正値との差
を補正量として演算するための補正量演算部と、測定者
が目視視準を行う際に、前記目視用目盛りの読取値に対
して、補正すべき補正値である前記補正量演算部で演算
された補正量を表示するための表示部とからなることを
特徴とする傾斜補正機能付き電子レベル。
【請求項２】前記表示部は、前記補正量演算部で演算さ
れた補正量に加えて、前記補正高低差算出部で算出され
る補正高低差を表示する様に構成されている請求項１記
載の傾斜補正機能付き電子レベル。
【請求項３】前記傾斜角測定手段が、所定値以上の傾斜
を測定した場合には、前記表示部に警告表示がなされる
様に構成されている請求項１記載の傾斜補正機能付き電
子レベル。
【請求項４】請求項１から請求項３の何れか１項に記載
した傾斜補正機能付き電子レベルに使用する電子的読取
用パターンを有する電子レベル用標尺において、この電
子的読取用パターンは、測長方向に等ピッチで配列さ
れ、かつ測長方向のパターンの長さが所定の周期で変調
されており、その電子的読取用パターンの側部に電子的
読取用パターンの測長方向に配置され、電子的読取用パ
ターンのピッチに対応したピッチで配列された目視用目
盛りを形成したことを特徴とする標尺。