JP5937821B2 - Surveying instrument - Google Patents
Surveying instrument Download PDFInfo
- Publication number
- JP5937821B2 JP5937821B2 JP2011286476A JP2011286476A JP5937821B2 JP 5937821 B2 JP5937821 B2 JP 5937821B2 JP 2011286476 A JP2011286476 A JP 2011286476A JP 2011286476 A JP2011286476 A JP 2011286476A JP 5937821 B2 JP5937821 B2 JP 5937821B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- reference pattern
- optical axis
- image sensor
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 158
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 66
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 22
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、観察光学系がズーム機能を具備した測量機に関するものである。 The present invention relates to a surveying instrument in which an observation optical system has a zoom function.
測量機、例えばトータルステーション等で用いられている視準望遠鏡は倍率が30倍程度と高倍率であり、最初から視準望遠鏡で測定点を視準することが難しいという問題があった。従って、従来、最初は目視、或は照準器を用いて測定点を視準し、次に視準望遠鏡により測定点を視準することが行われている。ところが、目視、照準器と視準望遠鏡とでは、倍率が大きく異なるので、目視、照準器で測定点を視準したとしても、視準望遠鏡の視野に測定点を捉えるのは容易ではなかった。 The collimating telescope used in surveying instruments such as a total station has a high magnification of about 30 times, and there is a problem that it is difficult to collimate the measurement point with the collimating telescope from the beginning. Therefore, conventionally, the measurement point is collimated first by visual observation or by using an sight, and then the measurement point is collimated by a collimating telescope. However, since the magnification greatly differs between the visual and sighting device and the collimating telescope, even if the measuring point is collimated with the visual and sighting device, it is not easy to capture the measuring point in the visual field of the collimating telescope.
又、望遠鏡にズーム機能を備えることで、望遠鏡で測定点を観察した状態で、倍率を変えることが可能であるが、ズーム機構はその構造から光軸の安定性が悪く、視準位置を保つことが難しく、測量機、特にトータルステーションには用いられていなかった。 In addition, it is possible to change the magnification by observing the measurement point with the telescope by providing the zoom function in the telescope, but the zoom mechanism has poor optical axis stability due to its structure and maintains the collimation position. It was difficult to use and was not used in surveying instruments, especially total stations.
本発明は斯かる実情に鑑み、観察光学系にズーム機能を設けることを可能とした測量機を提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention provides a surveying instrument capable of providing a zoom function in an observation optical system.
本発明は、デジタル画像信号を出力するイメージセンサとズーム光学系とを有する観察光学系と、基準パターンを無限遠の状態で前記観察光学系に入射させ前記イメージセンサに結像する基準パターン投影光学系と、前記観察光学系と前記基準パターン投影光学系とを一体として水平、鉛直の2方向に回転可能な回転機構と、該回転機構の2方向の回転の水平角、鉛直角を検出する水平角度検出器、鉛直角度検出器と、演算制御部とを有し、該演算制御部は前記水平角度検出器、前記鉛直角度検出器の検出結果と、前記イメージセンサ上での基準パターンと前記観察光学系の視準点との差違とに基づき該視準点の水平角、鉛直角を測定する測量機に係るものである。 The present invention relates to an observation optical system having an image sensor that outputs a digital image signal and a zoom optical system, and a reference pattern projection optical that makes a reference pattern incident on the observation optical system in an infinite state and forms an image on the image sensor. System, the observation optical system, and the reference pattern projection optical system as a whole, a rotation mechanism that can rotate in two horizontal and vertical directions, and a horizontal angle that detects the horizontal and vertical angles of the two rotations of the rotation mechanism. An angle detector, a vertical angle detector, and a calculation control unit, the calculation control unit detecting the horizontal angle detector, the vertical angle detector, the reference pattern on the image sensor, and the observation The present invention relates to a surveying instrument that measures a horizontal angle and a vertical angle of a collimation point based on a difference from a collimation point of an optical system.
又本発明は、前記観察光学系の光軸と平行な測距光軸を有する光波距離計を更に具備し、測定対象物の測定点の測距を行う測量機に係るものである。 The present invention also relates to a surveying instrument that further includes a lightwave distance meter having a distance measuring optical axis parallel to the optical axis of the observation optical system, and measures the distance of the measurement point of the measurement object.
又本発明は、前記測距光軸上に設けられ、測距光軸の偏向を微調整する微調整機構を更に具備し、測距の測定点と前記観察光学系の測定点とを合致させる様構成した測量機に係るものである。 The present invention further includes a fine adjustment mechanism that is provided on the distance measuring optical axis and finely adjusts the deflection of the distance measuring optical axis so as to match the distance measuring point with the measuring point of the observation optical system. This relates to a surveying instrument configured in the same manner.
又本発明は、前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子の線間隔を測定することでズーム倍率を演算する測量機に係るものである。 The present invention also relates to a surveying instrument that calculates a zoom magnification by measuring a line interval of the grid projected on the image sensor, wherein the reference pattern is a grid composed of orthogonal lines.
又本発明は、前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子を測定することで画像の歪曲を演算し、演算結果に基づき測定結果を補正する測量機に係るものである。 According to the invention, the reference pattern is a grid composed of orthogonal lines, and the distortion of the image is calculated by measuring the grid projected on the image sensor, and the measurement result is corrected based on the calculation result. It relates to surveying instruments.
又本発明は、前記観察光学系は、市販のデジタルカメラである測量機に係るものである。 According to the present invention, the observation optical system relates to a surveying instrument which is a commercially available digital camera.
本発明によれば、デジタル画像信号を出力するイメージセンサとズーム光学系とを有する観察光学系と、基準パターンを無限遠の状態で前記観察光学系に入射させ前記イメージセンサに結像する基準パターン投影光学系と、前記観察光学系と前記基準パターン投影光学系とを一体として水平、鉛直の2方向に回転可能な回転機構と、該回転機構の2方向の回転の水平角、鉛直角を検出する水平角度検出器、鉛直角度検出器と、演算制御部とを有し、該演算制御部は前記水平角度検出器、前記鉛直角度検出器の検出結果と、前記イメージセンサ上での基準パターンと前記観察光学系の視準点との差違とに基づき該視準点の水平角、鉛直角を測定するので、ズーム光学系により倍率を変更し、視準が容易となると共に前記観察光学系の光軸がブレた場合でも、ブレ分を含んだ正確な測角を実行できる。 According to the present invention, an observation optical system having an image sensor that outputs a digital image signal and a zoom optical system, and a reference pattern that is incident on the observation optical system at an infinite state and forms an image on the image sensor The projection optical system, the observation optical system, and the reference pattern projection optical system are integrated to rotate in two horizontal and vertical directions, and the horizontal and vertical angles of rotation in the two directions of the rotation mechanism are detected. A horizontal angle detector, a vertical angle detector, and a calculation control unit. The calculation control unit includes a detection result of the horizontal angle detector, the vertical angle detector, and a reference pattern on the image sensor. Since the horizontal angle and vertical angle of the collimation point are measured based on the difference from the collimation point of the observation optical system, the magnification is changed by the zoom optical system, collimation is facilitated, and the observation optical system The optical axis is blurred Even if you can run the exact angle measurement that includes a shake amount.
又本発明によれば、前記観察光学系の光軸と平行な測距光軸を有する光波距離計を更に具備し、測定対象物の測定点の測距を行うので、ズーム機能を具備した簡便なトータルステーションを構成することができる。 In addition, according to the present invention, the optical distance meter having a distance measuring optical axis parallel to the optical axis of the observation optical system is further provided to measure the distance of the measurement point of the measurement object. A total station can be configured.
又本発明によれば、前記測距光軸上に設けられ、測距光軸の偏向を微調整する微調整機構を更に具備し、測距の測定点と前記観察光学系の測定点とを合致させる様構成したので、測距測角を精度よく実行できる。 According to the present invention, there is further provided a fine adjustment mechanism that is provided on the distance measuring optical axis and finely adjusts the deflection of the distance measuring optical axis, and includes a distance measuring point and a measuring point of the observation optical system. Since it is configured to match, distance measurement can be performed with high accuracy.
又本発明によれば、前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子の線間隔を測定することでズーム倍率を演算するので、倍率を加味した正確な測定が行える。 According to the present invention, the reference pattern is a grid composed of orthogonal lines, and the zoom magnification is calculated by measuring the line spacing of the grid projected on the image sensor. Accurate measurement can be performed.
又本発明によれば、前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子を測定することで画像の歪曲を演算し、演算結果に基づき測定結果を補正するので、正確な測定が行える。 According to the invention, the reference pattern is a grid composed of orthogonal lines, and the distortion of the image is calculated by measuring the grid projected on the image sensor, and the measurement result is calculated based on the calculation result. Because it corrects, accurate measurement can be performed.
又本発明によれば、前記観察光学系は、市販のデジタルカメラであるので、安価に且つ簡便に測量機を構成できるという優れた効果を発揮する。 Further, according to the present invention, since the observation optical system is a commercially available digital camera, it exhibits an excellent effect that a surveying instrument can be configured inexpensively and simply.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施例に係る測量機の基本構成を示している。又、図1中、1は観察光学系、2は光波距離計(EDM:Electro-Optical Distance Measurement)を示している。
FIG. 1 shows the basic configuration of a surveying instrument according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1,
前記観察光学系1は観察光軸3を有し、前記光波距離計2は測距光軸4を有し、前記観察光学系1と前記光波距離計2とは、前記観察光軸3と前記測距光軸4とが平行であり、既知の間隔で設置されている。又、前記観察光学系1と前記光波距離計2とは機械的に一体化され測定部10を構成し、該測定部10は回転機構5により水平方向及び鉛直方向の2方向に回転可能に支持されている。
The observation
前記観察光学系1は、前記観察光軸3上に対物レンズ6、ズーム光学系7、イメージセンサ8を有し、該イメージセンサ8は前記ズーム光学系7の焦点位置に設けられている。
The observation
前記イメージセンサ8は、多数の画素の集合体で構成されたCCD、CMOSセンサ等が用いられ、各画素は受光信号を発すると共に発せられる信号に基づき前記イメージセンサ8での位置が特定できる様になっている。
The
該イメージセンサ8からの出力信号は、前記画素からの出力信号の集合であり、デジタル画像信号として演算制御部9に出力される。
The output signal from the
前記観察光軸3上で前記対物レンズ6に関し、物側に光路分割光学部材、例えばハーフミラー12が配設されている。前記観察光軸3は前記ハーフミラー12を透過し、該ハーフミラー12の反射光軸3a上に集光レンズ13が配設され、該集光レンズ13の焦点位置に基準パターン14が配設されている。
An optical path dividing optical member such as a
該基準パターン14は、基準位置、倍率及び像の歪みが検出できる構成(図形)となっており、例えば図2に示される様に直交する縦横の線で構成された格子であり、該基準パターン14は中心で直交する太線の基準線17が設けられ、更に前記基準パターン14は中心部に、格子の升目が周囲の升目に対し所定倍率小さく設定された(図示では一辺が1/2倍)細密パターン14aを有している。
The
前記反射光軸3aを前記回転機構5の回転軸(水平回転軸及び鉛直回転軸)(図示せず)に対して機械的に位置が変化しないとしておけば(既知の関係に固定)、前記イメージセンサ8上での前記基準パターン14の位置は、測量機の機械的な位置、姿勢を反映する。ここで、前記ハーフミラー12、前記集光レンズ13、前記基準パターン14は、該基準パターン14を前記観察光学系1に無限遠の状態で投影する基準パターン投影光学系18を構成する。
If the position of the
前記回転機構5は、水平回転軸、鉛直回転軸それぞれについて水平角度検出器15、鉛直角度検出器16を具備しており、前記水平角度検出器15、前記鉛直角度検出器16は、前記測定部10の水平回転角、鉛直回転角をそれぞれ検出する様になっている。
The
前記光波距離計2は、測距光を前記測距光軸4上に射出し、測定対象物からの反射光を受光し、受光結果に基づき測距光が照射した点(測定点)迄の距離を測定する。尚、測距光は可視光、不可視光のいずれでもよいが、可視光とすると、測定中の測定点を目視或は画像上で確認できる。
The light
前記演算制御部9は表示部11に前記イメージセンサ8が撮像した画像を表示する様になっている。又、前記演算制御部9は前記イメージセンサ8からの画像信号を処理して前記基準パターン14を抽出する。該基準パターン14を抽出する方法の1つとしては、前記基準パターン14無しの画像を取得し、次に基準パターン14有りの画像を取得し、両画像の差をとることで前記基準パターン14が抽出できる。
The arithmetic control unit 9 displays an image captured by the
又、前記演算制御部9は、前記水平角度検出器15、前記鉛直角度検出器16からの検出信号、及び前記ハーフミラー12、前記イメージセンサ8からの画像信号を基に測定点の水平角、鉛直角を演算する。
The arithmetic control unit 9 is configured to detect the horizontal angle of the measurement point based on the detection signal from the
上記構成の測量機の作用について説明する。 The operation of the surveying instrument having the above configuration will be described.
前記基準パターン14は前記集光レンズ13の焦点に位置しているので、前記基準パターン14からの光は前記集光レンズ13を透過することで平行光となり、前記イメージセンサ8上に結像される。前記観察光軸3と前記反射光軸3aとが完全に一致している状態では、前記基準パターン14の中心は前記イメージセンサ8の中心に合致する。又、前記基準パターン14は前記ズーム光学系7の倍率に応じて投影され、前記基準パターン14上の点の位置(座標)は、前記ズーム光学系7の倍率に応じた位置に特定される。
Since the
又、前記観察光軸3が前記反射光軸3aに対して傾斜した場合は、前記イメージセンサ8には前記基準パターン14が前記観察光軸3の傾斜角分だけ変位して投影される。更に、前記反射光軸3aは前記回転機構5の回転軸(水平回転軸及び鉛直回転軸)に対して既知の関係に固定されているので、前記イメージセンサ8上での前記基準パターン14の変位を検出すれば、前記観察光軸3の傾きを検出することができる。
When the observation
更に、図3(A)〜図3(C)を参照して、前記観察光学系1でズームした場合の画像の変化、画像中の測定点の状態、更に該観察光学系1で水平角、鉛直角を測定する場合を説明する。
Further, referring to FIGS. 3A to 3C, the change of the image when zoomed with the observation
前記観察光学系1でズーム倍率を低倍率(例えば2倍)とした状態で、前記観察光軸3を測定対象物の測定点に向け、測定対象物を含む広角の画像を前記表示部11に表示させる(図3(A)参照)。
In the state where the zoom magnification is set to a low magnification (for example, 2 times) in the observation
該表示部11には、前記イメージセンサ8が撮像した画像が表示されると共に該画像に前記基準パターン14が重合された状態で表示される。該基準パターン14は判別し易くする為、色を背景と異なる色とし、更に点滅させてもよい。又、前記基準パターン14の中心(前記基準線17が交差した点)が測定点を示す。
An image captured by the
前記基準パターン14の中心を測定点に合わせ、即ち測定点が画像の中心となる様に、前記回転機構5により前記測定部10の向き、即ち、前記観察光軸3の向きを調整する。該観察光軸3の向きは、前記水平角度検出器15、前記鉛直角度検出器16によって測定される。
The
前記ズーム光学系7によりズーム倍率を段階的に、或は連続的に上げることで、容易に測定対象が観察できる様にする(図3(B)、図3(C)参照)。更に画像上には、基準パターン線の他に、測定点を指定する為の測定指標19が表示される。この測定指標19は外部からの操作により画面上の所望の位置に表示させることができる。
By increasing the zoom magnification stepwise or continuously by the zoom
前記ズーム光学系7によりズーム倍率を上げることで、観察像上の写込む基準パターンも観察像と一体になって拡大される。この時、前記観察光軸3のブレが生じても、観察像と基準パターンが一体となってブレるので、観察像と観察像上の基準パターンの関係には影響しない。従って基準パターンを基準に測定指標19を画像上で測定することで、水平及び鉛直を補正されることとなり、ブレによる測定誤差を除くことができる。
By increasing the zoom magnification by the zoom
尚、一般的に光学系には、図4に示される様に、レンズディストーションにより画像に歪曲があり、計測には補正が必要である。この場合、前記基準パターン14を構成する格子の縦線、横線を前記イメージセンサ8で測定することで、縦線、横線の歪曲の状態が測定でき、測定結果に基づき、測定値を補正することができる。或は、歪曲した線を基準として測定を行う。いずれの場合も、倍率に応じた歪曲を前記基準パターン14によって測定でき、レンズディストーションに影響されない高精度の測定が可能となる。
In general, in an optical system, as shown in FIG. 4, an image is distorted due to lens distortion, and correction is required for measurement. In this case, by measuring the vertical and horizontal lines of the lattice constituting the
測定点の測距は、前記光波距離計2によって実行される。又、測距光を可視光とすることで、測距位置を画像上で確認できる。前記測距光軸4と前記観察光軸3とは平行であり、既知の間隔で離れており、正確には前記測定点を測定していないが、前記測定点と前記光波距離計2の測定位置とのずれは、僅かであり、前記光波距離計2で測定した測距結果を前記測定点の測距距離として実用上差支えない。
Distance measurement of the measurement point is performed by the light
而して、ズーム機能を有し、測定点の視準を容易としたトータルステーションを実現できる。尚、第1の実施例に於いて、前記光波距離計2は市販のハンディタイプのものを装着してもよいし、或は前記光波距離計2を省略して角度を測定する測量機としてもよい。
Thus, a total station having a zoom function and facilitating collimation of the measurement points can be realized. In the first embodiment, the light
次に、前記観察光学系1を用いて、計測用パノラマ画像を作成する場合に、前記基準パターン14が利用できる。
Next, when creating a panoramic image for measurement using the observation
計測用パノラマ画像を作成する場合、撮影の回転中心を中心とした撮像画像が必要であるが、カメラで取得した撮像画像はレンズ主点中心の画像であり、回転中心の画像となっていない。この為、回転中心との関係を求め、別途レンズ主点と回転中心との関係から画像の再構成が必要であった。上記した様に、ズーム機能を用いると、レンズの主点が変化し、レンズ主点と回転中心との関係を特定することができなく、ズーム機能を用いた前記観察光学系1ではパノラマ画像の作成はできなかった。
When creating a panoramic image for measurement, a captured image centered on the rotation center of shooting is required, but the captured image acquired by the camera is an image centered on the lens principal point and is not an image of the rotation center. For this reason, the relationship with the rotation center was obtained, and it was necessary to reconstruct the image separately from the relationship between the lens principal point and the rotation center. As described above, when the zoom function is used, the principal point of the lens changes, and the relationship between the lens principal point and the rotation center cannot be specified. In the observation
本実施例では、基準パターンはズーム機能に関係なく回転中心を中心とした画像であり、基準パターンをスケールとした画像は回転中心を中心とした画像となり、計測用パノラマ画像の作成が容易となる。 In this embodiment, the reference pattern is an image centered on the center of rotation regardless of the zoom function, and the image centered on the reference pattern is an image centered on the center of rotation, making it easy to create a measurement panoramic image. .
図5は第2の実施例に係る測量機の基本構成を示している。 FIG. 5 shows a basic configuration of the surveying instrument according to the second embodiment.
第2の実施例では、測距精度を更に向上させるものである。尚、第2の実施例では、第1の実施例と同等の部分は省略し、光学系のみを示している。 In the second embodiment, the ranging accuracy is further improved. In the second embodiment, the same parts as in the first embodiment are omitted, and only the optical system is shown.
第2の実施例は、測距光軸4の微調整機構21を設けたものである。尚、該微調整機構21の一例としては、一対の楔プリズムから構成され、各プリズムを相対回転させることで前記測距光軸4の偏向を微調整するものが挙げられる。
In the second embodiment, a
該微調整機構21を通過した前記測距光軸4上にハーフミラー22を設置し、該ハーフミラー22に対向してコーナプリズム23を配置し、更に該コーナプリズム23に対向し、該コーナプリズム23を観察光学系1に入射させるミラー24が設けられている。尚、測距光としては可視光が用いられることが好ましい。
A
前記光波距離計2から射出された測距光の一部は前記ハーフミラー22によって分割され、分割された一部の測距光はモニタ光25として前記コーナプリズム23に入射し、該コーナプリズム23によって入射光と平行に反射され、前記コーナプリズム23で反射されたモニタ光25は、更に前記ミラー24によって前記測距光軸4と平行に反射され、前記観察光学系1に入射する。又、該観察光学系1に入射した前記モニタ光25は前記イメージセンサ8によって受光される。
A part of the distance measuring light emitted from the light
前記ハーフミラー22、前記コーナプリズム23、前記ミラー24は、測距光軸モニタ光学系26を構成する。
The
前記微調整機構21によって前記測距光軸4の方向を微調整でき、前記光波距離計2で測定している位置を、前記観察光学系1で測定している位置に合致させることができる。従って、測角している測定点と測距している測定点とを合致させることができ、測定精度を一層向上させることができる。
The direction of the distance measuring
又、前記測距光軸モニタ光学系26は、前記微調整機構21により調整した前記測距光軸4の状態を反映させて前記モニタ光25を前記観察光学系1に入射させるので、前記イメージセンサ8が前記モニタ光25を受光することによって、測距光の照射位置(測定点)を画像上で求めることができる。
The distance measuring optical axis monitor
図6、図7は、第3の実施例を示している。第3の実施例ではズーム光学系を有する観察光学系として、市販のデジタルカメラを用い、トランシットを構成したものである。 6 and 7 show a third embodiment. In the third embodiment, a transit is constructed using a commercially available digital camera as an observation optical system having a zoom optical system.
尚、図6、図7中で、図1中に示したものと同等のものには同符号を付しその説明を省略する。 6 and 7, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
3脚31の上端に整準部32が設けられ、該整準部32に水平回転軸33を介して回転基台34が回転可能に設けられている。前記整準部32は、前記水平回転軸33の軸心を鉛直に整準する整準機構(図示せず)を有している。前記回転基台34内部には、水平回転駆動部(図示せず)が収納され、該水平回転駆動部により前記水平回転軸33を中心に前記回転基台34が回転される様になっている。
A leveling
前記回転基台34には架台35が垂直に設けられている。該架台35には水平方向に延出する鉛直回転台37が設けられ、該鉛直回転台37は水平な軸心を有する鉛直回転軸36を介して回転可能となっている。前記架台35には鉛直回転駆動部(図示せず)が収納され、該鉛直回転駆動部によって前記鉛直回転台37が前記鉛直回転軸36を中心に鉛直方向に回転される様になっている。
A
前記鉛直回転台37にはデジタルカメラ38が装着され、該デジタルカメラ38はズーム機構を具備している。又該デジタルカメラ38は観察光軸3を有し、該観察光軸3は前記鉛直回転台37の回転により、鉛直方向に回転する様になっている。尚、前記観察光軸3は前記水平回転軸33の軸心と交差し、前記水平回転軸33の軸心を含む鉛直面内を回転する様に構成されている。
A
前記観察光軸3に対して基準パターン投影光学系18が設けられている。該基準パターン投影光学系18は上記した様に反射光軸3aを有し(図1参照)、該反射光軸3aは前記水平回転軸33の軸心、前記鉛直回転軸36の軸心に対して機械的に固定した関係を有しており、前記水平回転軸33の回転量は、前記反射光軸3aの水平回転角に合致し、前記鉛直回転軸36の回転量は前記反射光軸3aの鉛直回転角に合致する様になっている。
A reference pattern projection
前記水平回転軸33及び前記鉛直回転軸36に関して、水平角度検出器15、鉛直角度検出器16が設けられ、前記水平角度検出器15、前記鉛直角度検出器16によって前記水平回転軸33、前記鉛直回転軸36の回転角が検出される様になっている。前記水平角度検出器15、前記鉛直角度検出器16は一般的なエンコーダが用いられてもよいが、本実施例では前記水平回転軸33及び前記鉛直回転軸36に内蔵される角度検出器が用いられる。
A
前記水平角度検出器15と前記鉛直角度検出器16とは同構造であるので、以下は前記鉛直角度検出器16について図8を参照して説明する。
Since the
前記鉛直回転軸36の端部には、該鉛直回転軸36の軸心と同心に円柱状の軸部空間41が形成され、軸端部は中空構造となっている。該軸端部は軸受42を介して前記架台35に回転自在に支持されており、該架台35には前記軸部空間41と同心に軸受部空間43が形成され、該軸受部空間43と前記軸部空間41とは同一の直径となっている。前記軸部空間41と前記軸受部空間43に鉛直角度検出器16の主要な構成要素が収納される。
A
前記軸部空間41に第1集光レンズ44が設けられ、前記軸受部空間43に第2集光レンズ45が設けられる。前記第1集光レンズ44、前記第2集光レンズ45の倍率は、それぞれ1倍であり、同一の焦点距離を有している。
A
前記第1集光レンズ44、前記第2集光レンズ45はそれぞれ光軸46a,46bを有し、該光軸46aは前記鉛直回転軸36の軸心と合致し、前記光軸46bは前記軸受部空間43の軸心と合致している。従って、前記鉛直回転軸36に傾きが無い状態では、前記光軸46aと前記光軸46bとは同一直線上で合致する。
The
尚、前記第1集光レンズ44と前記第2集光レンズ45とは、像の歪みが生じない様にする為、同一の特性を有するのが好ましい。
The
前記軸部空間41の底部には、角度検出パターン47が設けられ、該角度検出パターン47は前記第1集光レンズ44の焦点位置に位置している。又、前記軸受部空間43には軸部イメージセンサ48が設けられ、該軸部イメージセンサ48は前記第2集光レンズ45の焦点位置に位置している。
An
前記軸受部空間43、前記軸部空間41の適宜箇所には前記角度検出パターン47を照明する為の発光部が設けられる。図示では、一例として、前記軸部空間41の底部に設けられ前記角度検出パターン47の周囲を取囲むリング状の発光部49を示している。
Light emitting portions for illuminating the
前記軸部イメージセンサ48としては、画素の集合体であるCCD、或はCMOSセンサ等が用いられ、各画素は前記軸部イメージセンサ48上で位置が特定できる様になっている。又、該軸部イメージセンサ48からの受光信号は、信号処理部51に入力され、該信号処理部51は受光信号に基づき回転角、前記鉛直回転軸36の傾斜(傾斜角)を測定する様に構成されている。
As the
図9は、前記角度検出パターン47の一例を示している。
FIG. 9 shows an example of the
該角度検出パターン47の基本形状は円であり、該角度検出パターン47の中心は前記第1集光レンズ44の光軸、即ち前記光軸46aに合致する。
The basic shape of the
前記角度検出パターン47は、中心部に芯出し用の円パターン53、該円パターン53の周囲に配設された基準パターン54から構成されている。前記円パターン53は所定の線幅で描かれた真円である。
The
前記基準パターン54は、半径方向に延びる線分55が所定角度ピッチで全周に配置された構成であり、前記線分55によってリング状のトラックが形成される。該線分55の内、所定の複数位置の線分55aは太くなっている。前記線分55の内端及び外端は、それぞれ前記円パターン53と同心の円周上に位置する様になっている。又、前記線分55aは、図示される様に、円周を等分した位置には設けられてなく、前記線分55aの位置を検出することで、前記基準パターン54の回転角を検出できる様になっている。
The
以下、上記した鉛直角度検出器16の作用について説明する。
Hereinafter, the operation of the above-described
前記角度検出パターン47は、前記第1集光レンズ44、前記第2集光レンズ45の作用によって前記軸部イメージセンサ48に1:1の関係で投影され、該軸部イメージセンサ48は受光した前記角度検出パターン47に対応した信号を発する。
The
前記鉛直回転軸36が回転すると、該鉛直回転軸36と一体に前記角度検出パターン47が回転し、回転した角度検出パターン47像が前記軸部イメージセンサ48に投影される。該軸部イメージセンサ48は各画素毎に受光信号を発するので、例えば、前記線分55aが移動すると、該線分55aを受光している画素の位置が変化する。従って、前記軸部イメージセンサ48からの信号に基づき前記線分55aを受光している画素の位置変化を検出することで、前記鉛直回転軸36の前記架台35に対する回転角を検出することができる。
When the
次に、前記鉛直回転軸36が前記架台35に対して傾斜した場合を図8(B)を参照して説明する。
Next, a case where the
前記第1集光レンズ44、前記第2集光レンズ45の作用によって、前記第1集光レンズ44に入射する光線は、前記第2集光レンズ45によって該光線と平行に前記軸部イメージセンサ48に投影される。前記第1集光レンズ44の光軸46aが前記第2集光レンズ45の光軸46に対して傾斜すると、前記軸部イメージセンサ48に投影される前記角度検出パターン47像は、前記第1集光レンズ44の光軸46aの傾斜分だけ、傾斜した方向から前記軸部イメージセンサ48に投影される。従って、投影される像は、前記軸部イメージセンサ48上で傾きに対応する分だけ変位する。
Due to the action of the
ここで、前記軸部イメージセンサ48上でのパターン像の変位量をΔ、前記第1集光レンズ44の光軸46aの傾きをα、前記第2集光レンズ45の焦点をfとすると、tanα=Δ/fとなる。更に、前記円パターン53の中心は、前記角度検出パターン47の中心を示すものであり、前記円パターン53を受光する前記軸部イメージセンサ48の各画素の位置を検出することで、前記円パターン53の中心が求められ、該円パターン53の中心と前記軸部イメージセンサ48の中心との偏差を求めることで、前記変位量Δが求められる。従って、前記軸部イメージセンサ48の受光結果に基づき前記第1集光レンズ44の光軸46aの傾き、即ち、前記鉛直回転軸36の傾斜角を検出することができる。
Here, when the displacement amount of the pattern image on the
前記角度検出パターン47の前記軸部イメージセンサ48上での回転、或は前記角度検出パターン47の中心位置の変位量は、前記軸部イメージセンサ48の画素単位で検出できるので、高精度の測定が可能である。
Since the rotation of the
更に、回転角と共に前記鉛直回転軸36の傾斜が検出できる。検出された傾斜に基づき、測定値の補正を行うことで、前記鉛直回転軸36の傾斜の影響を除去した測定結果を得ることができる。従って、前記鉛直回転軸36の回転が誤差を含んだ状態であっても、高精度の角度検出を行える。従って、前記鉛直回転軸36の部品精度、組立てを高精度にしなくてもよく、前記鉛直角度検出器16の製作コストを低減できる。
Further, the inclination of the
尚、上記実施例に於いて、前記鉛直回転軸36側に前記軸部イメージセンサ48を設け、前記架台35側に前記角度検出パターン47を設けてもよい。
In the above embodiment, the
図10、図11は、第4の実施例を示している。第4の実施例ではズーム光学系を有する観察光学系として、市販のデジタルカメラを用い、トータルステーションを構成したものである。 10 and 11 show a fourth embodiment. In the fourth embodiment, a commercially available digital camera is used as an observation optical system having a zoom optical system to constitute a total station.
尚、図10、図11中で、図1及び図5〜図7中に示したものと同等のものには同符号を付しその説明を省略する。 10 and 11, the same components as those shown in FIGS. 1 and 5 to 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第4の実施例では、前記鉛直回転台37に基準パターン投影光学系18と一体に光波距離計2を設けたものであり、市販のデジタルカメラで測角を可能とし、又前記光波距離計2で測距を行える様にすると共に微調整機構21で測距光軸4を偏向し、測距の測定点と測角の測定点を合致させる様にしたものである。
In the fourth embodiment, the
更に、前記光波距離計2は市販のハンディタイプのものを装着してもよい。この場合、市販のデジタルカメラと市販のハンディタイプの前記光波距離計2の組合わせで簡便にトータルステーションを構成できる。
Further, the
1 観察光学系
2 光波距離計
3 観察光軸
4 測距光軸
5 回転機構
6 対物レンズ
7 ズーム光学系
8 イメージセンサ
9 演算制御部
10 測定部
14 基準パターン
15 水平角度検出器
16 鉛直角度検出器
18 基準パターン投影光学系
26 測距光軸モニタ光学系
33 水平回転軸
36 鉛直回転軸
38 基準パターン投影光学系
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記観察光軸上で、前記ズーム光学系の物側に配設された光路分割光学部材と、該光路分割光学部材の反射光軸上に配設された集光レンズと、該集光レンズの焦点位置に設けられた基準パターンとを有する基準パターン投影光学系と、
前記観察光学系と前記基準パターン投影光学系とを一体として水平、鉛直の2方向に回転可能な回転機構と、
該回転機構の2方向の回転の水平角、鉛直角を検出する水平角度検出器、鉛直角度検出器と、
演算制御部とを有し、
前記観察光学系は、前記ズーム光学系を介して測定点を含む画像を前記イメージセンサに投影し、該イメージセンサにより画像を取得し、
前記基準パターン投影光学系は、前記回転機構に対して機械的に位置が変化しない様に設けられ、前記基準パターンを無限遠の状態で前記ズーム光学系を介して前記イメージセンサに投影し、
前記演算制御部は前記水平角度検出器、前記鉛直角度検出器の検出結果と、前記イメージセンサ上での基準パターンと前記観察光学系の視準点との差違とに基づき該視準点の水平角、鉛直角を測定することを特徴とする測量機。 An observation optical system having an observation optical axis, an image sensor disposed on the observation optical axis, and a zoom optical system;
An optical path splitting optical member disposed on the object side of the zoom optical system on the observation optical axis; a condensing lens disposed on a reflection optical axis of the optical path splitting optical member; and A reference pattern projection optical system having a reference pattern provided at a focal position ;
A rotation mechanism capable of rotating the observation optical system and the reference pattern projection optical system integrally in two horizontal and vertical directions;
A horizontal angle detector for detecting a horizontal angle and a vertical angle of rotation in two directions of the rotating mechanism; a vertical angle detector;
An arithmetic control unit,
The observation optical system projects an image including a measurement point on the image sensor via the zoom optical system, and acquires an image by the image sensor.
The reference pattern projection optical system is provided such that the position does not change mechanically with respect to the rotation mechanism, and projects the reference pattern onto the image sensor through the zoom optical system in an infinite state.
The arithmetic control unit is configured to detect the horizontal of the collimation point based on the detection result of the horizontal angle detector and the vertical angle detector, and the difference between the reference pattern on the image sensor and the collimation point of the observation optical system. Surveying instrument characterized by measuring angle and vertical angle.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011286476A JP5937821B2 (en) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | Surveying instrument |
US13/718,358 US9571794B2 (en) | 2011-12-19 | 2012-12-18 | Surveying apparatus |
EP12197886.0A EP2607846B1 (en) | 2011-12-19 | 2012-12-18 | Surveying apparatus |
CN201210555025.9A CN103162674B (en) | 2011-12-19 | 2012-12-19 | Measuring instrument |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011286476A JP5937821B2 (en) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | Surveying instrument |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013134220A JP2013134220A (en) | 2013-07-08 |
JP5937821B2 true JP5937821B2 (en) | 2016-06-22 |
Family
ID=48910993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011286476A Active JP5937821B2 (en) | 2011-12-19 | 2011-12-27 | Surveying instrument |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5937821B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6544907B2 (en) * | 2014-10-16 | 2019-07-17 | 株式会社トプコン | Displacement measuring method and displacement measuring apparatus |
JP7077013B2 (en) | 2017-12-27 | 2022-05-30 | 株式会社トプコン | 3D information processing unit, device equipped with 3D information processing unit, unmanned aerial vehicle, notification device, moving object control method using 3D information processing unit, and program for moving object control processing |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2893796B2 (en) * | 1990-02-19 | 1999-05-24 | 日本電気株式会社 | Pixel shift correction device for optical camera |
JP2602733B2 (en) * | 1990-07-02 | 1997-04-23 | シャープ株式会社 | How to adjust the optical axis of a video camera |
JPH0468995A (en) * | 1990-07-06 | 1992-03-04 | Sharp Corp | Optical axis alignment device for ccd camera |
JP3415974B2 (en) * | 1995-10-16 | 2003-06-09 | 富士通株式会社 | Image collection device |
JP4579380B2 (en) * | 2000-07-04 | 2010-11-10 | キヤノン株式会社 | Imaging device and lens device |
JP2003083746A (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-19 | Pentax Precision Co Ltd | Optical range finder |
JP2007322407A (en) * | 2006-06-01 | 2007-12-13 | Beru Techno:Kk | Measuring method for displacement, position, attitude by image processing having background as reference |
JP5028164B2 (en) * | 2006-07-03 | 2012-09-19 | タイワン インスツルメント カンパニー リミテッド | Surveying instrument |
JP5550853B2 (en) * | 2009-06-09 | 2014-07-16 | 株式会社ソーキ | Surveying device with image transmission function and surveying method |
JP5397956B2 (en) * | 2010-05-20 | 2014-01-22 | 株式会社 ソキア・トプコン | Electronic level |
-
2011
- 2011-12-27 JP JP2011286476A patent/JP5937821B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013134220A (en) | 2013-07-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6616077B2 (en) | Measuring device and 3D camera | |
JP6541365B2 (en) | Posture detection device and data acquisition device | |
EP1411371B1 (en) | Surveying and position measuring instrument with a fan-shapped light beam | |
US9644960B2 (en) | Laser beam horizontal trueness testing device and corresponding method | |
JP6055179B2 (en) | Rotation angle detection device and surveying device | |
JP4474150B2 (en) | Eccentricity measurement method | |
EP2056066B1 (en) | Surveying Instrument | |
JP3937154B2 (en) | Position detection device | |
EP2047212B1 (en) | Electronic leveling apparatus and method | |
US9571794B2 (en) | Surveying apparatus | |
US7301617B2 (en) | Surveying apparatus | |
JP2008082782A (en) | Laser scanner | |
CN105091792A (en) | Device for calibrating parallelism of optical axis of multi-axis optical system, and calibration method thereof | |
JP5397956B2 (en) | Electronic level | |
JP2020051818A (en) | Surveying device and surveying device system | |
JP5937821B2 (en) | Surveying instrument | |
CN105371879B (en) | Absolute type encoder and measurement apparatus | |
JP7344732B2 (en) | Surveying equipment and surveying equipment systems | |
JP7403328B2 (en) | surveying equipment | |
JP2018048922A (en) | Surveying device and surveying method | |
RU2584370C2 (en) | Video measurement device to monitor irregularities of internal vertical cylindrical surface | |
JP2006047090A (en) | Survey airplane inspection method, and collimator used for the inspection method | |
JP2006177846A (en) | Method of measuring lens decentration and device thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141205 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151008 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151020 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151203 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160510 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160513 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5937821 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |