JP5541799B2 - オートフォーカス式測量機 - Google Patents

Description

本発明は、オートフォーカス式測量機に関し、さらに詳細には、温度変化による視準望遠鏡の膨張収縮にかかわらず、合焦レンズを迅速で正確に合焦位置に位置させることができるオートフォーカス式電子レベル（電子式水準儀）に関する。

図３に示したように、電子レベル２とは、目盛としてバーコード１１が付された標尺１を用いて、このバーコード１１を読んで高さｈを測定するものである。近年、オートフォーカス式電子レベルも出現している。オートフォーカス式電子レベルとしては、後記特許文献１又は２に開示されたようなものが知られている。オートフォーカス式電子レベルの一例として、図１に後記特許文献２に開示されたもののブロック図を示す。

この電子レベルは、視準望遠鏡２０と電子装置部１０とからなる。視準望遠鏡２０は、対物レンズ２１ａと、合焦レンズ２１ｂと、自動水平補正機構２２と、ビームスプリッタ２３と、焦点板２０ａと、接眼レンズ２０ｂとを備える。

電子装置部１０は、合焦レンズ２１ｂの位置を検出する位置センサ（ＣＣＤラインセンサ）５と、ビームスプリッタ２３で分けられた光を受光するＣＣＤラインセンサ２４と、ＣＣＤラインセンサ２４の出力を増幅する増幅器２５と、増幅器２５の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２７と、Ａ／Ｄ変換器２７の出力を記憶するＲＡＭ２８と、ＣＣＤラインセンサ２４を駆動するＣＣＤ駆動回路２９と、Ａ／Ｄ変換器２７とＲＡＭ２８と駆動回路２９へクロック信号を送るクロックドライバ２６と、合焦レンズ２１ｂを移動させるステッピングモータ４１と、ステッピングモータ４１を駆動するモータ駆動回路４と、モータ駆動回路４及びＣＣＤ駆動回路２９を制御するマイコン３と、マイコン３に接続されたＲＯＭ３１、表示部３２、オートフォーカス（自動焦点）ボタン３３とを備える。

オートフォーカスは、次のように行われる。まず、合焦レンズ２１ｂを最も接眼レンズ２０ｂよりに位置させ、合焦レンズ２１ｂが無限遠に合焦した状態にする。これでは標尺１にピントが合わず、ＣＣＤラインセンサ２４の出力は、図４の（ａ）に示したように標尺１のバーコード１１に対応する波形を見出せない。ここで、マイコン３で、特定周波数成分を抽出するバンドパス処理を行うと、図４の（ｂ）に示したような波形が得られる。さらに、マイコン３は、ＣＣＤラインセンサ２４からの出力に対して、標尺が無限遠にあるとしてバーコード１１のピッチにより定まる特定周波数でバンドパスフィルタ処理を行う。すると、図４の（ｃ）に示したような波形の信号が得られるが、この信号の最大値Ｍがしきい値Ｌを越えないため、合焦レンズ２１ｂが合焦位置になく、標尺１が見つからなかったと判断する。

そこで、マイコン３からの指示で合焦レンズ２１ｂを対物レンズ２１ａ側へ移動させていくとともに、合焦レンズ２１ｂの位置に応じてバンドパスフィルタ処理を行う周波数を変化させていくと、図５の（ａ）に示したような波形の信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が得られる。さらに、合焦レンズ２１ｂが合焦位置にあると仮定したときに予測される標尺１までの距離とバーコード１１のピッチにより定まる特定周波数でバンドパスフィルタ処理を行うと、図５の（ｂ）に示したように、バーコード１１に対応する波形を有する信号Ｓ１１、Ｓ３１が得られる。

さらに、標尺１の長さに相当するエリアＡに関する平均を取りながら、エリアＡを移動させていく移動平均処理を施すと、図５の（ｃ）に示したような山Ｓ１２、Ｓ３２が得られる。ここで、山Ｓ１２の最大値Ｍ１がしきい値Ｌを越えており、山Ｓ３２の最大値Ｍ３がしきい値Ｌを越えていないので、標尺１が見つかったとして、図５の（ｄ）に示すように最大値Ｍ１を中心としたエリアＡを標尺エリアと決定する。

そして、図５の（ｅ）に示したように、標尺エリアＡ内で信号Ｓ１１の周期Ｔを求めて、この周期Ｔがバーコード１１のピッチに対応するとして、スタジア測量によって標尺１までの距離を算出する。標尺１までの距離が求まれば、合焦レンズ２１ｂの正確な合焦位置と、位置センサ５で検出した合焦レンズ２１ｂの位置とが一致するように合焦レンズ２１ｂを移動させる。こうして、合焦レンズ２１ｂを正確な合焦位置に位置させると、視準望遠鏡２０は標尺１に完全にピントが合って、ＣＣＤラインセンサ２４からの出力から、標尺１に付されたバーコード１１を確実に読むことができる。

特開２００１−１２９４９号公報 特開２００６−２３４６１４号公報

前記特許文献２に開示された電子レベルにおいては、視準望遠鏡２０が標尺１に合焦した（ピントが合った）ときの標尺１までの距離と位置センサ（ＣＣＤラインセンサ）５で検出した合焦レンズ２１ｂの合焦位置との間には一定の関係がある。例えば、標尺１までの距離と位置センサ５で検出した合焦レンズ２１ｂの合焦位置（ＣＣＤラインセンサの一端からのピクセル数で示してある）との間には図６に示したような関係があったとする。

ただし、視準望遠鏡２０が気温によって膨張収縮するので、気温が常温の場合と常温から変化した場合では、標尺１までの距離が同じであっても、合焦レンズ２１ｂの合焦位置は異なる。

オートフォーカス式測量機では、一般に標尺１までの距離と常温での位置センサ５で検出した合焦レンズ２１ｂの合焦位置との間の関係式を記憶しているので、気温が常温から変化した場合には、記憶している関係式を用いると合焦レンズ２１ｂを正確に合焦位置に位置させることができない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、視準望遠鏡が気温によって膨張収縮しても温度センサでの補正をせずに合焦レンズを短時間で正確に合焦位置に位置させることができるオートフォーカス式測量機を提供することを課題とする。

合焦レンズと、前記合焦レンズの位置を検出する位置センサと、前記合焦レンズを初期位置から移動させながら測定物を見つける測定物検出手段と、前記測定物までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたオートフォーカス式測量機において、前記測定物検出手段で測定物を見つけた後に前記合焦レンズを予め設定された微動範囲内で微動させ、該微動範囲における前記位置センサの出力のコントラストを検出し、最大コントラストとなったときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、２回目以降の測定で、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれに初回の測定により求めた前記合焦位置補正量を加算することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明では、合焦レンズと、前記合焦レンズの位置を検出する位置センサと、前記合焦レンズを初期位置から移動させながら標尺を見つける測定物検出手段と、前記標尺までの距離を算出する距離算出手段とを備えたオートフォーカス式レベルにおいて、前記測定物検出手段で標尺を見つけた後に前記合焦レンズを予め設定された微動範囲内で微動させ、該微動範囲における前記位置センサの出力のコントラストを検出し、最大コントラストとなったときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、２回目以降の測定で、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれに初回の測定により求めた前記合焦位置補正量を加算することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、合焦レンズを初期位置から移動させながら測定物を見つける測定物検出手段と、前記測定物までの距離を算出する距離算出手段とを備えたオートフォーカス式測量機において、前記測定物を見つけた後に前記合焦レンズを設定された微動範囲内で微動させながら前記合焦レンズの真の合焦位置を見つける真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれ前記合焦位置補正量を加算するから、連続ポイントに対しては、初回測定時に合焦位置補正量が分からなくても、毎回の測定時に合焦位置補正量を加算することによって、測定値が周囲の温度変化に依存しないようにでき、視準望遠鏡が温度によって膨張収縮しても合焦レンズを短時間で正確に合焦位置に位置させることができる。

請求項２に係る発明も、合焦レンズを初期位置から移動させながら標尺を見つける測定物検出手段と、前記標尺までの距離を算出する距離算出手段とを備えたオートフォーカス式レベルにおいて、前記標尺を見つけた後に前記合焦レンズを設定された微動範囲内で微動させながら前記合焦レンズの真の合焦位置を見つける真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれ前記合焦位置補正量を加算するから、請求項１に係る発明と同じ効果を奏する。

本発明及び従来のオートフォーカス式電子レベルのブロック図である。 前記電子レベルの測定手順の一実施例を説明するフローチャートである。 電子レベルと標尺を説明する図である。 従来のオートフォーカス式電子レベルでオートフォーカスを開始した直後のＣＣＤラインセンサからの出力を説明する図である。 従来のオートフォーカス式電子レベルで標尺までの距離算出が可能になったときのＣＣＤラインセンサからの出力を説明する図である。 標尺までの距離と合焦レンズの合焦位置との関係を説明する図である。

まず、本発明の原理について説明する。オートフォーカス式測量機において、例えば、図６に示したように、視準望遠鏡を常温で３０ｍ先の測定物に合焦させたとき、位置センサであるＣＣＤラインセンサで測定した合焦レンズの位置が１０００番目の画素（ピクセル）であったとする。また、気温が常温から変化したとき、３０ｍ先の測定物に合焦させたときに、合焦レンズの位置が９８０番目の画素であったとする。この場合は、常温の場合に対して合焦レンズの位置を−２０画素の合焦位置補正量だけ加えればよい。そして、この合焦位置補正量は、距離にかかわらず一定と考える。すると、常温での測定物までの距離と合焦レンズの位置との関係式が分かっていれば、気温が常温から変化した場合でも、測定物までの距離を求め、前記関係式から求めた合焦レンズの位置を予め求めておいた合焦位置補正量だけ加算することによって、常にオートフォーカスできる。

そこで、１回目の測定で、コントラストを検出することによって完全に合焦したときを検出し、このときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する。さらに、測定物に正確に合焦させたときの測定物までの距離を求めて、測定物までの距離と合焦レンズの位置との関係式から合焦レンズの合焦位置を算出する。そして、距離から算出される合焦位置と真の合焦位置との差を算出して、この差を合焦位置補正量として記憶しておく。２回目以降の測定では、前記合焦位置補正量を用いることにより、合焦レンズを迅速正確に合焦位置まで移動させてオートフォーカスすることができる。

以下、図１〜図３に基づいて、本発明の電子レベルの一実施例を説明する。この電子レベルは、気温により視準望遠鏡２０が膨張収縮しても合焦レンズ２１ｂを迅速で正確に合焦位置に位置させるオートフォーカス可能な測定プログラムを内蔵するマイコン３を備える。これ以外は、図１に示した従来のオートフォーカス式電子レベルと同じである。

そこで、この電子レベルのマイコン３が行う測定プログラムが行う測定手順を、図２に示したフローチャートに基づいて詳細に説明する。

作業員は、図３に示したように、電子レベル２と標尺１を設定位置にセットし、電源スイッチをＯＮにすると、この測定プログラムがスタートする。まず、ステップＳ１に進んで、電子レベル２の測定開始ボタンが押されるのを待つ。作業員が標尺１を視準し、測定開始ボタンを押すと、ステップＳ２に進んで、合焦レンズ２１ｂの位置を決定するとともに、バンドパスフィルタ処理を行うレンズ位置範囲（後述する最大コントラストを検出するために合焦レンズ２１ｂを移動させる範囲のことで、例えば、合焦レンズ２１ｂの位置に対して±１ｍｍの範囲）を決定する。１回目の測定の場合は、合焦位置補正量を０とし、合焦レンズ２１ｂを最も接眼レンズ２０ｂよりに位置させる。このとき、合焦レンズ２１ｂは無限遠に合焦した状態になる。また、２回目以降の測定では後述する合焦位置補正量を加える。

次に、ステップＳ３に進んで、ＣＣＤラインセンサ２４からの出力に対して、合焦レンズ２１ｂが合焦位置にあると仮定して予測される標尺１までの距離とバーコード１１のピッチにより定まる特定周波数でバンドパスフィルタ処理を行う。そして、ステップＳ４に進んで、ＣＣＤラインセンサ２４の出力から標尺１が見つかったか否か調べる。標尺１が見つからなかったか否かの判断は、前記特許文献２に開示された電子レベルと同様に行う。標尺１が見つからなかったときは、ステップＳ５に進んで、合焦レンズ２１ｂをステップＳ２で決定したレンズ位置範囲分だけ対物レンズ２１ａ側へ移動させ、ステップＳ３に戻る。そして、標尺１が見つかるまでステップＳ３〜Ｓ５を繰り返す。

ステップＳ４において標尺１が見つかると、ステップＳ６に進んで、ステップＳ２で決定したレンズ位置範囲の端点まで合焦レンズ２１ｂを移動させる。この際にも、２回目以降の測定では後述する合焦位置補正量を加える。１回目の測定の場合は、合焦位置補正量を０とする。また、温度センサを備えるとともに、気温が常温から変化したときの測定点までの距離と合焦レンズの合焦位置との関係の変化（図６参照）を記憶していて、これから１回目の測定の合焦位置補正量を決定してもよい。

次にステップＳ７に進んで、ＣＣＤラインセンサ２４の出力のコントラストを検出する。コントラストは、ＣＣＤラインセンサ２４の出力に関して、明暗の境界付近の微分値から決定する。次にステップＳ８に進んで、最大コントラストを検出したか否か判断する。最大コントラストを検出しない場合は、ステップＳ９に進んで、合焦レンズ２１ｂを対物レンズ２１ａ側へ微動させ、ステップＳ９に戻る。以下、最大コントラストを検出するまで、ステップＳ７〜Ｓ９を繰り返す
ステップＳ８において最大コントラストを検出したときは、ステップＳ１０に進んで、最大コントラストとなったときの合焦レンズ２１ｂの位置を真の合焦位置として決定するとともに、合焦レンズ２１ｂを真の合焦位置まで移動させる。次に、ステップＳ１１に進んで、従来のものと同様に高さ及び距離測定を行う。次にステップＳ１２に進んで、測定した測定物までの距離と合焦レンズ２１ｂ位置との関係式から求まる合焦レンズ２１ｂ位置と、ステップＳ１０で決定した真の合焦位置との差を算出して、この差を合焦位置補正量として記憶する。次に、ステップＳ１へ戻って、ステップＳ１に戻って、再び測定開始ボタンが押されるまで待つ。

そして、別の標尺１を視準して測定開始ボタンが押されると、２回目以降の測定では、ステップＳ１２で算出された合焦位置補正量を加味しているので、視準望遠鏡２０が温度によって膨張収縮しても、迅速に標尺を見つけて視準望遠鏡２０のピントを標尺１に合わせることができる。

以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、合焦レンズ２１ｂを初期位置から移動させながら標尺１を見つける測定物検出手段（Ｓ２〜Ｓ５）と、標尺１までの距離を算出する距離算出手段（Ｓ１１）とを備えたオートフォーカス式レベルにおいて、標尺１を見つけた後に合焦レンズ２１ｂを設定された微動範囲内で微動させながら合焦レンズ２１ｂの真の合焦位置を見つける真の合焦位置検出手段（Ｓ６〜Ｓ１０）と、距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段（Ｓ１２）とを備え、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれ前記合焦位置補正量を加算して合焦レンズ２１ｂの位置決めすることによって、視準望遠鏡２０が温度によって膨張収縮しても合焦レンズ２１ｂを短時間で正確に合焦位置に位置させることができる
ところで、本発明は前記実施例に限るわけではなく、種々の変形が可能である。たとえば、前記実施例は電子レベルであったが、本発明は距離測定可能なその他の測量機にも適用できるものである。また、前記実施例では、スタジア測量によって距離算出をおこなっているが、距離は光波距離計等の適宜手段で求めてもよい。

１ 標尺
２ 電子レベル
１１ バーコード
２０ 視準望遠鏡
２１ｂ 合焦レンズ

Claims (2)

1. 合焦レンズと、前記合焦レンズの位置を検出する位置センサと、前記合焦レンズを初期位置から移動させながら測定物を見つける測定物検出手段と、前記測定物までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたオートフォーカス式測量機において、
   前記測定物検出手段で測定物を見つけた後に前記合焦レンズを予め設定された微動範囲内で微動させ、該微動範囲における前記位置センサの出力のコントラストを検出し、最大コントラストとなったときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、
   ２回目以降の測定で、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれに初回の測定により求めた前記合焦位置補正量を加算することを特徴とするオートフォーカス式測量機。
   
2. 合焦レンズと、前記合焦レンズの位置を検出する位置センサと、前記合焦レンズを初期位置から移動させながら標尺を見つける測定物検出手段と、前記標尺までの距離を算出する距離算出手段とを備えたオートフォーカス式レベルにおいて、
   前記測定物検出手段で標尺を見つけた後に前記合焦レンズを予め設定された微動範囲内で微動させ、該微動範囲における前記位置センサの出力のコントラストを検出し、最大コントラストとなったときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、
   ２回目以降の測定で、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれに初回の測定により求めた前記合焦位置補正量を加算することを特徴とするオートフォーカス式レベル。
   

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