JP4745733B2 - 電子レベル - Google Patents

Description

本発明は、若干傾いても測定可能とするためのコンペンセータ（光路自動補正機構）を備えた電子レベル（水準儀）に関し、さらに詳細には、コンペンセータの補正可能な範囲の限界を検出できるものに関する。

コンペンセータを備えた電子レベルとしては、下記特許文献１に開示されたようなものが知られている。この光電子レベルを図４に示す。この電子レベルは、対物レンズ部１１と焦点板１７と接眼レンズ部１４からなる視準望遠鏡を備え、対物レンズ部１１と焦点板１７の間にコンペンセータ１２とビームスプリッタ１３とを配置している。

測定点から来た像は、対物レンズ部１１、コンペンセータ１２を経て、ビームスプリッタ１３で２つに分けられ、一方は焦点板１７上に成立結像し、他方はＣＣＤリニアセンサ１５上に正立結像する。このＣＣＤリニアセンサ１５からの出力される電気信号が演算処理部１６で処理されて、標尺の高さや距離の自動測定ができるようになっている。演算処理部１６は、アンプ１６１、サンプルホールド１６２、Ａ／Ｄ変換器１６３、ＲＡＭ１６４、クロックドライバ１６５、マイクロコンピュータ１６６とから構成される。演算処理部１６には、表示部１６７とキー操作部５５０が接続される。

コンペンセータ１２は、図５に示したように、本体１２０に台形状の４本の吊り線１２２を用い、その台形の下底に懸垂光学部材１２１を吊り下げている。本体１２０の下面前後にはミラー１２３及びプリズム１２５が固定され、懸垂光学部材１２１の上面にはミラー１２４が固定されている。対物レンズ部１１を通過した像は、ミラー１２３、ミラー１２４、プリズム１２５で反射して、ビームスプリッタ１３を経て、焦点板１７上及びＣＣＤリニアセンサ１５上に正立結像するようになっている。このため、電子レベルは、本体１２０が若干傾斜しても、懸垂光学部材１２１が適切に水平を保持することによって、視準軸を自動的に水平に保って測定可能になっている。

ところで、コンペンセータ１２の懸垂光学部材１２１は４本の吊り線で吊られているため、振動の多い場所で使用すると、懸垂光学部材１２１の振動が止まらず、正確な測定ができなくなることがあった。そこで、下記特許文献に開示された電子レベルは、懸垂光学部材１２１の本体１２０の傾斜角を検出する傾斜角検出部５００を備えている（図４参照）。

傾斜角検出部５００は、懸垂光学部材１２１の下方に一対の受発光部１２７ａ、１２７ｂを配置し、懸垂光学部材１２１の底面に反射マーク１２６を固定している。そして、受発光部１２７ａ、１２７ｂは、発光部ドライバ５１０を介してマイクロコンピュータ１６６からの指示で発光させられ、反射マーク１２６で反射した光を受光して電気信号を出力する。この受発光部１２７ａ、１２７ｂからの出力は、Ａ／Ｄ変換器５２０ａ、５２０ｂを経て演算処理部１６のマイクロコンピュータ１６６に入力される。マイクロコンピュータ１６６は、一対の受発光部１２７ａ、１２７ｂからの出力に基づいて懸垂光学部材１２１が水平であることを利用して本体１２０の傾斜角を算出する。

こうして、懸垂光学部材１２１の本体１２０に対する傾斜角すなわち電子レベルの傾斜角が算出されれば、この傾斜角によって標尺の高さや距離の測定誤差を補正でき、正確な水準測量ができる。
特開平９−１４５３５８号公報

ところで、前記特許文献1に開示された電子レベルでは、電子レベルの傾斜角を検出するのに、発光部ドライバー５１０、複数の受発光部１２７ａ、１２７ｂ及び複数のＡ／Ｄ変換器５２０ａ、５２０ｂからなる傾斜角検出部５００や反射マーク１２６等、多数の新たな部品を必要とするため、従来の電子レベルよりも高価になるという問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、コンペンセータを備えた電子レベルに対して、新たなに必要となる部品を極力少なくして、価格上昇を抑えながら、電子レベルの傾斜角を検出できるようにすることを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、視準軸を水平に保つコンペンセータと、標尺が結像するリニアセンサとを有する望遠鏡光学系を備える電子レベルにおいて、
前記望遠鏡光学系内で前記コンペンセータの前方に、前記視準軸から離して前記視準軸と平行に後方へ向けて光線を出射する発光部を配置し、前記発光部の前記リニアセンサ上での結像位置から前記電子レベルの傾斜角を算出する演算処理部と、前記電子レベルの傾斜角が前記コンペンセータで視準軸を水平に補正可能な範囲の限界に達したときに警報を発する警報器とを設けたことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、電子レベルの望遠鏡光学系内でコンペンセータの前方に、視準軸から離して前記視準軸と平行に後方へ向けて光線を出射する発光部を配置し、前記発光部の前記リニアセンサ上での結像位置から前記電子レベルの傾斜角を算出する演算処理部と、前記電子レベルの傾斜角が前記コンペンセータで視準軸を水平に補正可能な範囲の限界に達したときに警報を発する警報器とを設けたから、未然に確実に不適切な測定を防止できる。この際、新たな部品としては、コンペンセータの前方に設けた発光部だけであるから、価格上昇がなく経済的である。また、電子レベルの傾斜角を表示部に表示すれば、作業者は、その傾斜角からコンペンセータが正常に働いていて、コンペンセータで視準軸を水平に補正可能な範囲の限界に対してどの程度余裕があるかを知ることができ、コンペンセータが正常に働いているときは安心して作業を行うことができる。

以下、図面に基づいて、本発明のコンペンセータを備えた電子レベルの一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る電子レベルの望遠鏡光学系に関する側面図である。図２は、前記望遠鏡光学系に関する平面図である。図３は、電子レベルのＣＣＤリニアセンサ上に結像した像を示す図である。

この電子レベルは、図１及び図２に示したように、望遠鏡光学系を対物レンズ１１ａと合焦レンズ１１ｂからなる対物レンズ部１１と、コンペンセータ１２と、ビームスプリッタ１３と、焦点板１７と、接眼レンズ１４と、ＣＣＤリニアセンサ１５とから構成している。そして、その望遠鏡光学系内において、前記コンペンセータ１２の前方に、視準軸Ｌから離して視準軸Ｌと平行に後方へ向けて光線Ｒを出射するＬＥＤ（発光ダイオード）又はＬＤ（レーザーダイオード）等の光源２と、光源２をＣＣＤリニアセンサ１５上に結像させるコリメーションレンズ４とを備えている。光源２から発した光を受光したＣＣＤリニアセンサ１５は電気信号を出力し、この電気信号はアンプ１８及びＡ／Ｄ変換器１９を経て演算処理部１６に入力される。演算処理部１６は、ＣＣＤリニアセンサ１５の出力に基づいて、電子レベルの傾斜角を算出して表示部１６７に表示させる。

さらに、演算処理部１６は、電子レベルの傾斜角が、コンペンセータ１２で視準軸を水平に補正可能な範囲の限界に達したか否かを判断して、この判断結果を表示部１６７に表示させるとともに、視準軸を水平に補正できる範囲の限界に達したときには、警報器１６９により音、光又は音と光の両方で警報を出させるプログラムを内蔵している。

この他、演算処理部１６は、常に測定点に設置された標尺（図示省略）を検出し易いように、ＬＥＤ駆動部２０を介して光源２の輝度を適切に制御している。また、光源２とコリメーションレンズ４からなる発光部６は、標尺から来る光を邪魔しないように、視準望遠鏡の視準軸Ｌから或る程度横方向と上下方向に離して配置され、視準軸Ｌと平行に光線Ｒを出射する。さらに、コストアップを避けるため、懸垂光学部材１２１の傾斜角による標尺の高さや距離の測定誤差を補正できるようにするための傾斜角検出部５００は省略される。

以上のことを除いて、この電子レベルは、図４及び図５に示した従来のものと同じである。なお、懸垂光学部材１２１は、視準軸を水平に補正できる範囲の限界まで振れたときには、図示しないストッパーによって、揺動が規制されるようになっている。

次に、この電子レベルの動作について説明する。ＣＣＤリニアセンサ１５は、ピクセル（画素）を一列に並べたもので、一端側から順にピクセル番号が付されている。発光部６から出射された光線Ｒは、コンペンセータ１２及びビームスプリッタ１３を経てＣＣＤリニアセンサ１５に入射して、図３に示したように、ＣＣＤリニアセンサ１５上に発光部像７として結像する。一方、測定点に設置された標尺も、ＣＣＤリニアセンサ１５上に図３に示したように標尺像８として結像する。発光部６は小さくて極めて近いため、発光部像７は、尖頭値が大きな幅の狭い像となるため、標尺像８とは明確に区別がつく。電子レベルが傾くと、発光部６から出射された光線Ｒの懸垂光学部材１２１に固定されたミラー１２４への入射角が変化し、発光部像７が実線位置から破線位置７’へ移動する。

予め、電子レベルが完全に水平な状態の発光部像７の位置（図３の実線位置のピクセル番号）と、電子レベルの傾斜角に応じて発光部像７が移動する移動量９（ピクセル数）との関係を実験等によって求めて、演算処理部１６に記憶しておく。これで、演算処理部１６は、発光部像７の位置（ピクセル番号）から電子レベルの傾斜角を算出して、この傾斜角を表示部１６７にする。作業者は、電子レベルの傾斜角を見ることにより、この傾斜角からコンペンセータ１２が正常に動作できる範囲内か、視準軸を水平に補正できる範囲の限界に対してどの程度余裕があるか、又は視準軸を水平に補正可能な範囲の限界に到達したかを知ることができる。これにより、作業者は、コンペンセータ１２が正常に働いているときは安心して作業を行うことができ、コンペンセータ１２による視準軸を水平に補正可能な範囲の限界に達したときは、測定値を破棄することにより、誤差の大きな測定値を得ることを防止できる。

さらに、演算処理部１６は、電子レベルの傾斜角から、コンペンセータ１２で視準軸を水平に補正可能な範囲の限界に達した否か判断して、この判断結果を表示部１６７に表示するとともに、コンペンセータ１２によるの視準軸を水平に補正可能な範囲の限界に到達したときは、警報器１６９により音、光又は音と光の両方による警報を出すとともに、この電子レベルの動作を停止させる。これで、コンペンセータ１２で視準軸を水平に補正することが不可能なほど傾斜した状態の電子レベルを用いた測定を防止でき、誤差の大きな測定値を得ることを確実に防止できる。

しかも、この電子レベルでは、従来のものに発光部６を設けるとともに、演算処理部１６のプログラムを修正するだけの簡単な改造で済むから経済的である。

本発明の１実施例に係る電子レベルの望遠鏡光学系に関する側面図である。 前記電子レベルの望遠鏡光学系に関する平面図である。 前記電子レベルにおけるＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を示した図である。 従来の電子レベルを説明する図である。 従来の電子レベルに用いられるコンペンセータを説明する図である。

符号の説明

６ 発光部
１２ コンペンセータ
１５ ＣＣＤリニアセンサ
１６ 演算処理部

Claims (1)

1. 視準軸を水平に保つコンペンセータと、標尺が結像するリニアセンサとを有する望遠鏡光学系を備える電子レベルにおいて、
   前記望遠鏡光学系内で前記コンペンセータの前方に、前記視準軸から離して前記視準軸と平行に後方へ向けて光線を出射する発光部を配置し、前記発光部の前記リニアセンサ上での結像位置から前記電子レベルの傾斜角を算出する演算処理部と、前記電子レベルの傾斜角が前記コンペンセータで視準軸を水平に補正可能な範囲の限界に達したときに警報を発する警報器とを設けたことを特徴とする電子レベル。

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