JP2002350133A - 測量機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内挿演算を含む測角演算を行うことにより、望
遠鏡部の回転角をエンコーダによる分解能より高い精度
で検出する。 【解決手段】ＲＯＭ２０５は、信号sigＡおよびsigＢの
値の組み合わせで得られるアドレスごとに、予め算出さ
れた測角値θを格納する。タイミング制御回路２０１
は、サンプルホールド回路２０２ａ,２０２ｂにホール
ド信号を出力し、測量機エンコーダ１０６(図３)からの
検出信号sigＡおよびsigＢを保持させる。Ａ／Ｄコンバ
ータ２０３ａ,２０３ｂは、保持された検出信号sigＡお
よびsigＢをディジタル値に変換する。ラッチ回路２０
４ａ,２０４ｂは、変換後のディジタル値をラッチして
ＲＯＭ２０５のアドレス端子に出力する。ＣＰＵ２０６
は、ＲＯＭ２０５から測角値θを読み出す。ＣＰＵ回路
１０１(図３)は、検出信号sigＡによるカウント数ｎ
と、ＲＯＭ２０５から読み出されたθとに基づいて望遠
鏡部１３の回転角ａを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測量の対象に向け
られる測量用光学系をモータなどで回転駆動する測量機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】測量機に備えられる測量光学系をモータ
で回転駆動する技術が知られている。たとえば、特開平
４−１６３６０８号公報には、測量用光学系の回転角を
検出するエンコーダを設け、駆動モータにより測量用光
学系を回転させ、エンコーダによる検出出力に基づいて
モータの回転を制御する技術が開示されている。測量機
の駆動制御は、測量用光学系をターゲットに正確に合わ
せて停止させるため、高精度の回転角測定が不可欠であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光学系を駆動しながら
光学系の回転角を測るとき、ある瞬間の光学系の回転角
を求めるには瞬時に測角演算を終了させる必要がある。
演算を高速に行うために高速処理が可能な演算回路を用
いると、装置のコスト上昇につながる。

【０００４】本発明の目的は、精度を損なわずに測角演
算を簡略化して演算時間を短縮するようにした測量機を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図
３、図６に対応づけて本発明を説明する。 （１）請求項１に記載の発明は、測量の対象に向けられ
る測量用光学系を駆動する測量機に適用される。そし
て、所定の位相差を有し、光学系の駆動量に応じて値を
変える第１の信号と第２の信号とを出力する符号化回路
１０６と、第１の信号値と第２の信号値とを用いて、第
１の信号および第２の信号の少なくとも一方の信号変化
の周期を内挿する内挿演算を行う演算回路２０１,２０
２ａ,２０２ｂ,２０３ａ,２０３ｂ,２０４ａ,２０４ｂ,
２０５,２０６と、演算回路２０１,２０２ａ,２０２ｂ,
２０３ａ,２０３ｂ,２０４ａ,２０４ｂ,２０５,２０６
による演算値を用いて光学系の駆動量を検出する駆動量
検出回路１０１と、光学系が駆動されている状態で駆動
量を検出するように演算回路２０１,２０２ａ,２０２
ｂ,２０３ａ,２０３ｂ,２０４ａ,２０４ｂ,２０５,２０
６および駆動量検出回路１０１を制御する制御回路１０
１とを備えることにより、上述した目的を達成する。 （２）請求項２に記載の発明は、測量の対象に向けられ
る測量用光学系を駆動する測量機に適用される。そし
て、所定の位相差を有し、光学系の駆動量に応じて値を
変える第１の信号と第２の信号とを出力する符号化回路
１０６と、第１の信号および第２の信号の少なくとも一
方の信号変化の周期を内挿するために第１の値および第
２の値を用いる内挿演算によって予め算出した演算値を
記憶する記憶回路２０５と、符号化回路１０６による第
１の信号値および第２の信号値を第１の値および第２の
値にそれぞれ対応させて記憶回路２０５から演算値を読
み出す読み出し回路２０１,２０２ａ,２０２ｂ,２０３
ａ,２０３ｂ,２０４ａ,２０４ｂと、読み出し回路によ
り読み出された演算値を用いて光学系の駆動量を検出す
る駆動量検出回路１０１とを備えることにより、上述し
た目的を達成する。 （３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の測量
機において、記憶回路２０５は、第１の値および第２の
値を用いて予め算出した内挿演算値を当該第１の値およ
び第２の値によって表されるアドレスの記憶領域に記憶
することを特徴とする。 （４）請求項４に記載の発明は、測量の対象に向けられ
る測量用光学系を駆動する測量機に適用される。そし
て、所定の位相差を有し、光学系の駆動量に応じて値を
変える第１の信号と第２の信号とを出力する符号化回路
１０６と、第１の信号および第２の信号の少なくとも一
方の信号変化の周期数を計数する計数回路１０１と、第
１の信号値と第２の信号値とを用いて、計数回路１０１
による計数値を内挿する内挿演算を行う演算回路２０
１,２０２ａ,２０２ｂ,２０３ａ,２０３ｂ,２０４ａ,２
０４ｂ,２０５,２０６と、計数回路１０１による計数値
と演算回路２０１,２０２ａ,２０２ｂ,２０３ａ,２０３
ｂ,２０４ａ,２０４ｂ,２０５,２０６による演算値とを
用いて光学系の駆動量を検出する駆動量検出回路１０１
とを備えることにより、上述した目的を達成する。

【０００６】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態
の図と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に
限定されるものではない。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に
よる駆動装置を備えた測量機の正面図(一部断面図)であ
る。図１において、測量機は、本体１１が支持部１２に
より水平方向に回転可能に支持される。測量機の測量用
光学系を構成する望遠鏡部１３は、水平軸３によって支
持される。水平軸３は、本体１１により鉛直方向に回転
可能に支持される。望遠鏡部１３は、対物レンズ１４
と、図１の望遠鏡部１３の反対側に設けた不図示の接眼
レンズとを有する。望遠鏡部１３が水平方向、および鉛
直方向に回転されることにより、不図示のターゲットに
対する視準が行われる。本実施の形態では、望遠鏡部１
３が鉛直方向、および水平方向のそれぞれの方向に、モ
ータによって回転駆動される。鉛直方向、および水平方
向の回転は、それぞれ同様の構成を有する駆動装置で駆
動制御される。そこで、本実施の形態の説明では鉛直方
向の駆動装置を例にあげて説明し、水平方向の駆動装置
の説明を省略する。

【０００８】本体１１の内部には、水平駆動用のモータ
１と、モータ１の出力軸に設けられたギア１ａと、ギア
２ａと、ウォームギア２ｂと、水平軸３を回転させるウ
ォームホイール３ａとが設けられている。モータ１の回
転は、ギア１ａ、ギア２ａ、ウォームギア２ｂ、および
ウォームホイール３ａにより減速されて水平軸３に伝達
される。水平軸３が回転すると、水平軸３を回転中心に
して望遠鏡部１３が鉛直方向に回転駆動される。水平軸
３にはエンコーダ４が設けられている。エンコーダ４
は、円盤４１とフォトインタラプタ４２とで構成され
る。図２はエンコーダ４の円盤４１を示す図である。図
２において、円盤４１の中心Ｏが、図１の水平軸３の回
転中心と一致する。円盤４１の外周部には、外周に沿っ
てスリット４１ａが設けられている。スリット４１ａの
数は、たとえば、１６２００である。したがって、スリ
ット１つ当たりの間隔は、３６０度／１６２００＝８０
秒の角度に相当する。

【０００９】図１のフォトインタラプタ４２は、不図示
の発光素子と受光素子とを有し、発光素子と受光素子と
の間に円盤４１のスリット４１ａを挟むように設けられ
る。フォトインタラプタ４２の発光素子から発した光は
円盤４１のスリット４１ａに照射され、スリット４１ａ
を通過した光がフォトインタラプタ４２の受光素子で受
光される。受光素子は、受光した光の強さに応じて検出
信号を出力する。水平軸３の回転にともない円盤４１が
回転すると、受光素子で受光される光はスリット４１ａ
を通過する状態と、スリットとスリットとの間で妨げら
れる状態とが繰り返されて強弱を繰り返す。制御回路部
５は、強弱を繰り返す検出信号に基づいて水平軸３の回
転角、すなわち、望遠鏡部１３の回転角を検出し、モー
タ１を駆動制御する。たとえば、検出信号が強弱を２回
繰り返す場合、望遠鏡部１３の回転角は１６０秒であ
る。また、制御回路部５は、検出信号に基づいて水平軸
３(望遠鏡部１３)の回転速度を検出する。

【００１０】以上説明した測量機では、望遠鏡部１３が
次の２つの方式で駆動される。 操作者が不図示の操作パネルから望遠鏡部１３の回転
角を指定し、制御回路部５は望遠鏡部１３を指定された
角度だけ回転駆動させるようにモータ１を駆動制御す
る。 操作者が不図示の操作パネルからスイッチを操作し、
制御回路部５がスイッチの操作量に応じてモータ１を駆
動制御する。

【００１１】の場合、指定された角度が大きいとき、
制御回路部５は望遠鏡部１３を速く回転させるように高
速で駆動制御を行い、指定された回転角に近づいたと
き、指定角度で正確に停止するように低速で駆動制御を
行う。の場合、スイッチの操作量が大きいとき、制御
回路部５は望遠鏡部１３を速く回転させるように高速で
駆動制御を行い、スイッチの操作量が小さいとき、望遠
鏡部１３をゆっくり回転させるように低速で駆動制御を
行う。本実施の形態による測量機は、望遠鏡部１３の駆
動制御モードとして、高速駆動用の駆動制御モードと低
速駆動用の制御モードとを有する。

【００１２】以下、モータ１の駆動制御について詳細に
説明する。図３は、駆動制御回路の一例を説明するブロ
ック図である。図３において、駆動制御ブロックは、Ｃ
ＰＵ回路１０１と、アップダウンカウンタ１０２と、第
１のＰＷＭ発生装置１０３と、モータドライバ１０４
と、モータ１０５と、測量機エンコーダ１０６と、第２
のＰＷＭ発生装置１０７と、スイッチ１０８とを有す
る。モータ１０５は図１のモータ１に相当し、測量機エ
ンコーダ１０６は図１のエンコーダ４に相当する。ＣＰ
Ｕ回路１０１をはじめとする他の各ブロックは、図１の
制御回路部５に含まれる。

【００１３】−高速駆動用制御モード− ＣＰＵ回路１０１がスイッチ１０８に切替え制御信号を
出力し、スイッチ１０８をＡ側に切替えると、高速駆動
用制御ループが構成される。高速駆動用制御ループは、
ＣＰＵ回路１０１と、アップダウンカウンタ１０２と、
第１のＰＷＭ発生装置１０３と、モータドライバ１０４
と、モータ１０５と、測量機エンコーダ１０６とで構成
される。なお、図３において、高速駆動用制御モードに
関する制御信号の流れを破線で示し、後述する低速駆動
用制御モードに関する制御信号の流れを一点鎖線で示
す。また、高速駆動用制御モード、および低速駆動用制
御モードの双方に関係する制御信号の流れを実線で示
す。

【００１４】ＣＰＵ回路１０１は、パルス信号を発生し
てアップダウンカウンタ１０２に送る。アップダウンカ
ウンタ１０２は、ＣＰＵ回路１０１からのパルス信号を
アップカウントパルスとしてアップカウントを行う。第
１のＰＷＭ発生装置１０３は、アップダウンカウンタ１
０２のカウント値を所定時間ごとに読みとり、カウント
値に応じてデューティ比を変化させてＰＷＭパルスを発
生する。第１のＰＷＭ発生装置１０３から発生されるＰ
ＷＭパルスの周波数ｆ１は、たとえば、１０ｋＨｚであ
る。第１のＰＷＭ発生装置１０３は、読みとったカウン
ト値が大きくなるとＰＷＭパルスのデューティ比ｄ１を
高くし、読みとったカウント値が小さくなるとＰＷＭパ
ルスのデューティ比ｄ１を低くする。デューティ比ｄ１
が高くなるとパルス幅が広がり、デューティ比ｄ１が低
くなるとパルス幅が狭くなる。

【００１５】モータドライバ１０４は、第１のＰＷＭ発
生装置１０３から出力されたＰＷＭパルス波形にしたが
って、モータ１０５に供給するパルス状の駆動電圧を発
生する。モータ１０５に供給される駆動電圧パルスの周
波数およびデューティ比は、第１のＰＷＭ発生装置１０
３によるＰＷＭパルスの周波数ｆ１およびデューティ比
ｄ１と同じである。なお、周波数ｆ１は、モータ１０５
が有する電気的時定数の数分の１とされる。これによ
り、モータ１０５に印加される駆動電圧パルスのオン／
オフに起因するモータ１０５の回転速度ムラが最小限に
抑えられる。

【００１６】モータ１０５は、駆動電圧パルスが供給さ
れると回転を始める。これにより、図１の水平軸３が回
転し、測量機エンコーダ１０６から検出信号が出力され
る。測量機エンコーダ１０６から出力された検出信号は
アップダウンカウンタ１０２に送られる。アップダウン
カウンタ１０２は、測量機エンコーダ１０６からの検出
信号をダウンカウントパルスとしてダウンカウントを行
う。つまり、検出信号が強弱を繰り返す回数によってダ
ウンカウントされる。この結果、ＣＰＵ回路１０１から
出力されるパルス信号(アップカウントパルス)と、測量
機エンコーダ１０６から出力される検出信号(ダウンカ
ウントパルス)とが釣り合った速度でモータ１０５の回
転速度が一定になる。ＣＰＵ回路１０１から出力するア
ップカウントパルスの速度を調整することにより、モー
タ１０５の回転速度が制御される。駆動電圧パルスのデ
ューティ比が高くなるとモータ１０５の回転速度が上が
り、駆動電圧パルスのデューティ比が低くなるとモータ
１０５の回転速度が下がる。ＣＰＵ回路１０１は、測量
機エンコーダ１０６からの検出信号が単位時間当たりに
強弱を繰り返す回数をカウントすることにより、水平軸
３の回転速度を検出する。

【００１７】−低速駆動用制御モード− ＣＰＵ回路１０１がスイッチ１０８に切替え制御信号を
出力し、スイッチ１０８をＢ側に切替えると、低速駆動
用制御ループが構成される。低速駆動用制御ループは、
ＣＰＵ回路１０１と、第２のＰＷＭ発生装置１０７と、
モータドライバ１０４と、モータ１０５と、測量機エン
コーダ１０６とで構成される。

【００１８】ＣＰＵ回路１０１は、第２のＰＷＭ発生装
置１０７にＰＷＭ制御信号を出力する。第２のＰＷＭ発
生装置１０７は、ＰＷＭ制御信号にしたがってＰＷＭパ
ルスを発生する。第２のＰＷＭ発生装置１０７から発生
されるＰＷＭパルスは、たとえば、周波数ｆ２が３Ｈｚ
であり、デューティ比ｄ２が０．３％である。モータド
ライバ１０４は、第２のＰＷＭ発生装置１０７から出力
されたＰＷＭパルス波形にしたがって、モータ１０５に
供給するパルス状の駆動電圧を発生する。モータ１０５
に供給される駆動電圧パルスの周波数およびデューティ
比は、第２のＰＷＭ発生装置１０７によるＰＷＭパルス
の周波数ｆ２およびデューティ比ｄ２と同じである。

【００１９】駆動電圧パルスの１周期当たりにモータ１
０５に印加される電圧印加時間は、(１／ｆ２)×ｄ２＝
(１／３)×０．００３＝１ｍsecである。つまり、モー
タ１０５には、パルス幅が１ｍsecの駆動電圧パルスが
１秒当たり３回印加される。これにより、モータ１０５
は、一瞬動き始めるとすぐに印加電圧が切られて回転速
度が低下する回転動作を繰り返す。すなわち、測量機の
望遠鏡部１３(図１)は、動いたり止まったりの動作を繰
り返して微動する。モータ１０５に印加される１つの駆
動電圧パルスによってモータ１０５が回転する角度は十
分に小さくされているので、測量機を操作する操作者に
とって、望遠鏡部１３の回転速度はゆっくりとした一定
の動きにみえる。このような低速駆動用制御モードで
は、ＰＷＭパルスのデューティー比を１％以下にするの
で、消費電力を低く抑えることができる。

【００２０】モータ１０５に印加される１つの駆動電圧
パルスによって望遠鏡部１３(図１)が回転する角度は、
図１の減速ギア２などの偏芯、水平軸３の加工精度など
の理由により一定にならない。そこで、ＣＰＵ回路１０
１は、後述する測角演算を行い、演算結果に基づいてデ
ューティ比ｄ２、および周波数ｆ２のいずれか一方、あ
るいは両方を変化するように、第２のＰＷＭ発生装置１
０７に対してＰＷＭ制御信号を出力する。周波数ｆ２が
低くなるとパルス幅が広がり、周波数ｆ２が高くなると
パルス幅が狭くなる。また、デューティ比ｄ２が高くな
るとパルス幅が広がり、デューティ比ｄ２が低くなると
パルス幅が狭くなる。これにより、モータ１０５に印加
される単位駆動電圧パルス当たりの望遠鏡部１３の回転
角のばらつきが抑えられる。

【００２１】測角演算について説明する。ＣＰＵ回路１
０１は、測量機エンコーダ１０６から出力される検出信
号の強弱の回数をカウントして望遠鏡部１３の回転角を
検出する。上述したように、エンコーダを構成する円盤
４１に設けられるスリット４１ａの間隔は８０秒であ
る。ＣＰＵ回路１０１は、モータ１０５に対する駆動制
御を開始後に測量機エンコーダ１０６から出力される検
出信号をカウントパルスとしてカウントする。ＣＰＵ回
路１０１はさらに、カウントパルスのカウント数ｎに８
０秒を掛けることにより、駆動開始後の望遠鏡部１３の
回転角を求める。この方法による回転角の分解能は８０
秒である。なお、このような測角演算は、高速駆動用制
御モードおよび低速駆動用制御モードにかかわらず、モ
ータ１０５を駆動するときは常に行われる。分解能を８
０秒以下にする角度検出は、以下に説明する内挿演算に
よって行う。

【００２２】上述したフォトインタラプタ４２は一対の
受光素子４２Ａ、４２Ｂを有し、互いに９０度の位相が
ずれた２つの検出信号を出力するように構成されてい
る。図４は、スリット４１ａと、受光素子４２Ａおよび
４２Ｂとの位置関係を説明する図である。図４におい
て、スリット４１ａの間隔がΔｈ、受光素子４２Ａおよ
び受光素子４２Ｂの受光部の間隔がΔｈ／４に調整され
ている。受光素子４２Ａ上をスリット４１ａが通過して
いるとき、スリット４１ａを通過した光が受光素子４２
Ａで最も強く受光される。円盤４１が回転することによ
りスリット４１ａが図４の左から右へ移動する場合、ス
リット４１ａが右へΔｈ／４移動したとき、受光素子４
２Ｂ上をスリット４１ａが通過する。このとき、スリッ
ト４１ａを通過した光が受光素子４２Ｂで最も強く受光
される。このように、受光素子４２Ａにより受光される
光の検出信号に対し、位相が３６０度／４＝９０度遅れ
た光の検出信号が受光素子４２Ｂから出力される。

【００２３】図５は、受光素子４２Ａによる検出信号si
gＡ、および受光素子４２Ｂによる検出信号sigＢの信号
波形を示す図である。図５において、横軸は角度θであ
り、縦軸は受光レベルである。横軸の角度θは、スリッ
ト４１ａの間隔Δｈ(８０秒)を３６０度として表したも
のである。検出信号sigＢをsinθで表すと、検出信号si
gＡはcosθで表される。

【００２４】図６は、内挿演算を行う内挿演算回路を説
明するブロック図である。図６による回路は、上述した
ＣＰＵ回路１０１(図５)の内部に構成される。図６にお
いて、内挿演算回路は、タイミング制御回路２０１と、
サンプルホールド回路２０２ａと、Ａ／Ｄコンバータ２
０３ａと、ラッチ回路２０４ａと、サンプルホールド回
路２０２ｂと、Ａ／Ｄコンバータ２０３ｂと、ラッチ回
路２０４ｂと、ＲＯＭ２０５と、ＣＰＵ２０６とを有す
る。

【００２５】ＣＰＵ２０６は、上述した高速駆動用制御
および低速駆動用制御に必要な信号を出力する他、測角
時にタイミング制御回路２０１に対して内挿演算の開
始、すなわち測角開始を指示する信号を出力する。測角
開始の指示は、たとえば、低速駆動用制御モード時に電
圧パルスがモータ１０５に印加されるたびに出力され
る。タイミング制御回路２０１は、測角開始指示を受け
ると、内挿演算回路の各ブロックに対するタイミング信
号を発生して出力する。サンプルホールド回路２０２
ａ、Ａ／Ｄコンバータ２０３ａ、およびラッチ回路２０
４ａは、測量機エンコーダ１０６(図３)から出力される
検出信号sigＡからＲＯＭ２０５のアドレスを生成する
第１のアドレス生成回路を構成する。一方、サンプルホ
ールド回路２０２ｂ、Ａ／Ｄコンバータ２０３ｂ、およ
びラッチ回路２０４ｂは、測量機エンコーダ１０６(図
３)から出力される検出信号sigＢからＲＯＭ２０５のア
ドレスを生成する第２のアドレス生成回路を構成する。

【００２６】サンプルホールド回路２０２ａは、入力さ
れている検出信号sigＡ(Ａ相とする)をタイミング制御
回路２０１から出力されるホールド信号のタイミングで
保持し、保持した信号をＡ／Ｄコンバータ２０３ａに出
力する。Ａ／Ｄコンバータ２０３ａは、タイミング制御
回路２０１から変換開始信号が入力されると、サンプル
ホールド回路２０２ａによって保持されている信号をデ
ィジタル値Ａに変換し、変換を終了すると変換終了信号
をタイミング制御回路２０１に送る。Ａ／Ｄコンバータ
２０３ａはさらに、タイミング制御回路２０１から読み
出し信号が入力されると変換後のディジタル値Ａをラッ
チ回路２０４ａに出力する。ラッチ回路２０４ａは、タ
イミング制御回路２０１からラッチ信号が入力される
と、入力されているディジタル値ＡをラッチしてＲＯＭ
２０５のアドレス端子に出力する。この場合のディジタ
ル値Ａは、上述したホールド信号が出力された時点にお
ける検出信号sigＡの値である。

【００２７】サンプルホールド回路２０２ｂは、入力さ
れている検出信号sigＢ(Ｂ相とする)をタイミング制御
回路２０１から出力されるホールド信号のタイミングで
保持し、保持した信号をＡ／Ｄコンバータ２０３ｂに出
力する。上述したサンプルホールド回路２０２ａに対す
るホールド信号と、サンプルホールド回路２０２ｂに対
するホールド信号とは、タイミング制御回路２０１から
同じタイミングで出力される。Ａ／Ｄコンバータ２０３
ｂは、タイミング制御回路２０１から変換開始信号が入
力されると、サンプルホールド回路２０２ｂによって保
持されている信号をディジタル値Ｂに変換し、変換を終
了すると変換終了信号をタイミング制御回路２０１に送
る。Ａ／Ｄコンバータ２０３ｂはさらに、タイミング制
御回路２０１から読み出し信号が入力されると変換後の
ディジタル値Ｂをラッチ回路２０４ｂに出力する。ラッ
チ回路２０４ｂは、タイミング制御回路２０１からラッ
チ信号が入力されると、入力されているディジタル値Ｂ
をラッチしてＲＯＭ２０５のアドレス端子に出力する。
この場合のディジタル値Ｂは、上述したホールド信号が
出力された時点における検出信号sigＢの値である。

【００２８】ＲＯＭ２０５は、予め行った内挿演算の結
果を書き込んだＲＯＭテーブルである。検出信号sigＡ
および検出信号sigＢのそれぞれを用いて内挿演算した
測角値θを格納しておくことにより、検出信号sigＡと
検出信号sigＢとによって決定される測角値θを、新た
に計算することなくＲＯＭ２０５から読み出すことがで
きる。本発明では、検出信号sigＡの値および検出信号s
igＢの値の各組み合わせについて、測角値θの算出に必
要な全ての演算を予め行い、演算結果をＲＯＭ２０５に
格納しておく。ＲＯＭ２０５に格納する測角値θは、以
下のように算出される。

【００２９】測角値θは、上述した位相が９０度異なる
２つの検出信号sigＡとsigＢとから算出される。測量機
エンコーダ１０６から出力される検出信号sigＢおよびs
igＡは、たとえば、最大値が３．０Ｖ、最小値が２．０
Ｖの電圧信号である。入力された検出信号sigＢおよびs
igＡを上述したsinθおよびcosθで表すには、直流成分
(この場合２．５Ｖ)を除去する。これにより、直流成分
が除去された両信号値が次式(１)、(２)で示すsinθ、c
osθで表される。

【数１】 cosθ＝sigＡ−Ｖoffset （１） sinθ＝sigＢ−Ｖoffset （２） ただし、Ｖoffsetは検出信号sigＢおよびsigＡに含まれ
る直流成分であり、この場合２．５Ｖである。

【００３０】測角値θは、上式(１)および(２)を用いて
次式(３)により算出される。

【数２】 θ＝tan−１(sinθ／cosθ) (３) 上式(３)により算出されるθがθ＝９０度の場合、望遠
鏡部１３の回転角２０秒に相当し、θ＝１８０度の場
合、望遠鏡部１３の回転角４０秒に相当する。つまり、
θ＝１度当たりの望遠鏡部１３の回転角は、８０／３６
０＝０．２２２秒である。

【００３１】上式(１)〜(３)からわかるように、測角値
θは、検出信号sigＢおよびsigＡの値が決まれば一義的
に算出される。そこで、測角値θをＲＯＭ２０５に格納
するとき、検出信号sigＢおよびsigＡの値に応じて測角
値θが格納されるように、sigＡおよびsigＢの値をアド
レスに用いる。たとえば、検出信号sigＡの値が２進で
表すと１０１１１、検出信号sigＢの値が２進で表すと
００１１０である場合、ＲＯＭ２０５のアドレス１０１
１１００１１０に測角値θを書き込んでおく。このよう
に、検出信号sigＡおよびsigＢの値の組み合わせで得ら
れるアドレスごとに、予め当該sigＡおよびsigＢの値を
上式(１)〜(３)に代入して算出した測角値θをＲＯＭ２
０５に書き込むことにより、ＲＯＭ２０５内にＲＯＭテ
ーブルが作られる。ＲＯＭテーブルを用いると、上式
(１)〜(３)による計算をしなくても、ＲＯＭ２０５から
データを１回読み出すだけで測角値θを得ることができ
るので、内挿演算の所要時間が大幅に短縮される。な
お、実際のＲＯＭ２０５のアドレスは２０ビットで構成
される。すなわち、検出信号sigＡおよび検出信号sigＢ
の値は、それぞれ１０ビットのディジタル値として表さ
れる。

【００３２】以上説明した内挿演算回路による内挿演算
の流れを、タイミング制御回路２０１による制御手順を
示す図７のフローチャートを参照して説明する。図７に
よる処理は、ＣＰＵ２０６から測角開始が指示されると
起動する。ステップＳ１１において、タイミング制御回
路２０１は、サンプルホールド回路２０２ａおよび２０
２ｂにホールド信号を出力してステップＳ１２へ進む。
ステップＳ１２において、タイミング制御回路２０１
は、Ａ／Ｄコンバータ２０３ａおよび２０３ｂに変換開
始信号を出力してステップＳ１３へ進む。ステップＳ１
３において、タイミング制御回路２０１は、Ａ／Ｄコン
バータ２０３ａおよび２０３ｂから変換終了信号が入力
されたか否かを判定する。変換終了信号が入力されてい
る場合、ステップＳ１３を肯定判定してステップＳ１４
へ進み、変換終了信号が入力されていない場合、ステッ
プＳ１３を否定判定して判定処理を繰り返す。

【００３３】ステップＳ１４において、タイミング制御
回路２０１は、Ａ／Ｄコンバータ２０３ａおよび２０３
ｂに読み出し信号、すなわち、Ａ／Ｄ変換結果出力指令
を出力してステップＳ１５に進む。ステップＳ１５にお
いて、タイミング制御回路２０１は、ラッチ回路２０４
ａおよび２０４ｂにラッチ信号を出力してステップＳ１
６に進む。ステップＳ１６において、タイミング制御回
路２０１は、ＣＰＵ２０６にラッチ信号の出力を知らせ
る信号を出力し、図７による処理を終了する。ＣＰＵ２
０６は、ラッチ信号出力の知らせを受けた後でＲＯＭ２
０５からデータを読み出すことにより、測角値θを得
る。

【００３４】図３のＣＰＵ回路１０１は、内挿演算処理
と別にカウントされたカウント数ｎと、内挿演算処理に
よりＲＯＭ２０５から読み出されたθとに基づいて、次
式(４)により望遠鏡部１３の回転角ａを検出する。な
お、ＣＰＵ回路１０１がカウント数ｎをカウントするカ
ウントパルスは、受光素子４２Ａにより受光される光の
検出信号、および受光素子４２Ｂにより受光される光の
検出信号のうちいずれか一方を用いればよい。また、受
光素子４２Ａによる検出信号および受光素子４２Ｂによ
る検出信号の両方を用いることにより、回転方向を検出
することもできる。

【数３】 ａ＝８０×ｎ ＋ θ×８０／３６０ （４） 上式(４)により算出される回転角ａの単位は秒である。

【００３５】ＣＰＵ回路１０１は、測角演算を終える
と、第２のＰＷＭ発生装置１０７から出力されるＰＷＭ
制御信号のデューティ比ｄ２、および周波数ｆ２を演算
結果に応じて変化させる。これにより、次の電圧パルス
がモータ１０５に印加されることによって駆動される望
遠鏡部１３の回転角が、所定の値に制御される。たとえ
ば、モータ１０５に１ｍsecの間電圧パルスを印加する
場合、望遠鏡部１３の回転角が０．３秒になるように制
御する。上述したように測角演算に要する時間が短縮さ
れると、ＣＰＵ回路１０１は、回転角ａの検出と次の電
圧パルス印加のためのＰＷＭ制御信号の出力制御との繰
り返しを早く行えるので、望遠鏡部１３を駆動しなが
ら、望遠鏡部１３の回転角ａを高分解能で検出すること
ができる。

【００３６】図８は、ＣＰＵ回路１０１によって行われ
る高速駆動用の駆動制御モードと低速駆動用の制御モー
ドとの切替え処理を説明するフローチャートである。図
８による処理は、測量機の操作者が不図示の操作パネル
からスイッチを操作し、望遠鏡部１３を駆動する角度
(目標角度)を入力すると起動する。ステップＳ１におい
て、ＣＰＵ回路１０１は、第１のＰＷＭ発生装置１０３
を用いる高速駆動用制御モードにしてモータ１０５の駆
動を開始させてステップＳ２へ進む。ステップＳ２にお
いて、ＣＰＵ回路１０１は、カウントパルスのカウント
数ｎを読み込んでステップＳ３へ進む。ステップＳ３に
おいて、ＣＰＵ回路１０１は、８０×ｎにより望遠鏡部
１３が駆動された角度を算出し、算出角度が目標角度に
対して規定角度内か否かを判定する。ここで、規定角度
は、たとえば、１度とする。ＣＰＵ回路１０１は、目標
角度まで１度以内の場合にステップＳ３を肯定判定して
ステップＳ４に進み、目標角度まで１度を超える場合に
ステップＳ３を否定判定してステップＳ２へ戻る。ステ
ップＳ２に戻る場合は、後述するように駆動速度を低下
させることなく、モータ１０５が継続して駆動される。

【００３７】ステップＳ４において、ＣＰＵ回路１０１
は、アップカウントパルスの速度を下げて指令速度、す
なわち、水平軸３の回転速度を低下させ、ステップＳ５
へ進む。ステップＳ５において、ＣＰＵ回路１０１は、
指令速度が規定速度以下か否かを判定する。ここで、規
定速度は、たとえば、デューティ比ｄ１が１０％でモー
タ１０５が駆動されるときの水平軸３の回転速度であ
る。ＣＰＵ回路１０１は、単位時間当たりのパルスカウ
ント値から水平軸３の回転速度を検出し、回転速度が規
定速度以下の場合にステップＳ５を肯定判定してステッ
プＳ６に進み、回転速度が規定速度を超える場合にステ
ップＳ５を否定判定してステップＳ４へ戻る。ステップ
Ｓ４へ戻る場合は、さらに駆動速度が低下される。

【００３８】ステップＳ６において、ＣＰＵ回路１０１
は、第２のＰＷＭ発生装置１０７を用いる低速駆動用制
御モードに切替えてステップＳ７に進む。ステップＳ７
において、ＣＰＵ回路１０１は、上式(４)により角度ａ
を算出してステップＳ８へ進む。ステップＳ８におい
て、ＣＰＵ回路１０１は、算出した角度ａが目標角度ま
で規定角度内か否かを判定する。ここで、規定角度は、
たとえば、１秒とする。ＣＰＵ回路１０１は、目標角度
まで１秒以内の場合にステップＳ８を肯定判定してステ
ップＳ９へ進み、目標角度まで１秒を超える場合にステ
ップＳ８を否定判定してステップＳ７へ戻る。ステップ
Ｓ７に戻る場合は、さらにモータ１０５が駆動される。

【００３９】ステップＳ９において、ＣＰＵ回路１０１
は、第２のＰＷＭ発生装置１０７にＰＷＭ制御信号の出
力を停止させ、モータ１０５の駆動を停止させて図８の
処理を終了する。

【００４０】以上説明した実施の形態によれば、次の作
用効果が得られる。 （１）内挿演算を含む測角演算を行うことにより、望遠
鏡部１３の回転角をエンコーダ４による分解能(８０秒)
より高い精度で検出する。この内挿演算回路では、検出
信号sigＡおよびsigＢの値の組み合わせで得られるアド
レスごとに、予め当該sigＡおよびsigＢの値を上式(１)
〜(３)に代入して算出した測角値θをＲＯＭ２０５に書
き込んでおき、このＲＯＭテーブルを用いて測角値θを
得るようにした。これにより、ＲＯＭ２０５からデータ
を１回読み出すだけで測角値θが得られるようになり、
その都度上式(１)〜(３)の計算をする場合に比べて、大
幅に内挿演算時間を短縮することが可能になる。この結
果、演算時間の短縮を目的に高価な高速演算回路を用い
る必要がなくなり、コスト低減の効果が得られる。 （２）モータ１０５に印加する駆動電圧パルスを発生さ
せるために、高速駆動用制御モードと低速駆動用制御モ
ードとを備えるようにしたので、高速駆動用制御モード
にしたとき、望遠鏡部１３の回転角が目標角度になるま
で素早く回転駆動させることができる。また、低速駆動
用制御モードにしたとき、望遠鏡部１３の回転角を０．
３秒きざみで微動させて正確に合わせることができる。 （３）高速駆動用制御モードでモータ１０５を駆動する
とき、周波数ｆ１＝１０ｋＨｚで駆動電圧パルスをモー
タ１０５に印加するので、印加電圧のオン／オフによる
モータ１０５の回転速度ムラが最小限に抑えられる。 （４）低速駆動用制御モードでモータ１０５を駆動する
とき、周波数ｆ２＝３Ｈｚ、デューティ比ｄ２＝０．３
％で駆動電圧パルスをモータ１０５に印加するので、モ
ータ１０５に１ｍsec間電圧が印加されると、その後３
３２ｍsec間電圧が印加されない。この結果、一瞬動き
始めるとすぐに回転速度が低下する微動動作をさせるこ
とができる。 （５）高速駆動用制御モードでモータ１０５の回転速度
を低下させようとデューティ比ｄ１を小さくする場合、
モータ１０５に印加される駆動電圧パルスのパルス幅は
非常に狭くなる。周波数ｆ１＝１０ｋＨｚでデューティ
比ｄ１＝０．３％にする場合を考えると、駆動パルス幅
は３００ｎsecである。この場合、モータ１０５は回転
抵抗に負けて動かないことがある。しかし、上述した低
速駆動用制御モードでは、デューティ比ｄ２＝０．３％
の場合の駆動パルス幅は１ｍsecであるので、モータ１
０５を確実に駆動することができる。 （６）高速駆動用制御モードから低速駆動用制御モード
への切替えは、水平軸３の回転速度が規定速度以下(ス
テップＳ５で肯定判定)になると行われるようにしたの
で、望遠鏡部１３をゆっくり回転駆動させる場合に自動
的に低速駆動用制御モードへ切替えることができる。こ
の結果、測量機の操作性が向上する。

【００４１】上述した説明では、低速駆動用制御モード
において、ＣＰＵ回路１０１が第２のＰＷＭ発生装置１
０７から出力されるＰＷＭ制御信号のデューティ比ｄ
２、および周波数ｆ２を測角演算結果に応じて変化さ
せ、モータ１０５に電圧パルスが印加されるごとに駆動
される望遠鏡部１３の回転角を一定値にするよう制御し
た。したがって、微動速度が一定になる。この代わり
に、モータ１０５に電圧パルスが印加されるごとに駆動
される望遠鏡部１３の回転角を変化させるように、デュ
ーティ比ｄ２、および周波数ｆ２を測角演算結果に応じ
て変化させてもよい。この場合には、微動速度に変化を
与えることができる。

【００４２】以上の説明では、ＣＰＵ２０６がタイミン
グ制御回路２０１に対して測角開始を指示するタイミン
グは、低速駆動用制御モード時に電圧パルスがモータ１
０５に印加されるたびに行うようにした。この代わり
に、測角演算が終了した時点で次の測角開始を指示する
ようにしてもよい。この場合には、モータ１０５に対す
る電圧パルスの印加の有無にかかわらず、所定の間隔で
測角演算が繰り返し行われる。

【００４３】高速駆動用の駆動制御モードと低速駆動用
の制御モードとの切替えはＣＰＵ回路１０１が行うよう
にしたが、ロジック回路を用いて切替えを行ってもよ
い。

【００４４】上述したＣＰＵ２０６とタイミング制御回
路２０１とを統合してもよい。この場合には、測角時に
ＣＰＵ２０６が内挿演算回路の各ブロックに対するタイ
ミング信号を出力する。そして、ＣＰＵ２０６のデータ
バスにＡ／Ｄコンバータ２０３ａおよび２０３ｂの出力
端子を接続し、ＣＰＵ２０６がＡ／Ｄコンバータ２０３
ａおよび２０３ｂから変換値を直接読み取る。読み取っ
た変換値は、ＣＰＵ２０６のデータバスに接続したラッ
チ回路２０４ａおよび２０４ｂにそれぞれ出力される。
ラッチ回路２０４ａおよび２０４ｂは、ＣＰＵ２０６か
らラッチ信号が入力されると、入力されているディジタ
ル値Ａおよびディジタル値Ｂをそれぞれラッチし、ＲＯ
Ｍ２０５のアドレス端子に出力する。

【００４５】また、ＣＰＵ２０６と、Ａ／Ｄコンバータ
２０３ａおよび２０３ｂと、ラッチ回路２０４ａおよび
２０４ｂとの代わりに、Ａ／Ｄコンバータの機能と、ラ
ッチ回路と同様の動作を行う汎用データポートの機能と
を備えた、いわゆるワンチップＣＰＵを用いるようにし
てもよい。

【００４６】特許請求の範囲における各構成要素と、発
明の実施の形態における各構成要素との対応について説
明すると、望遠鏡部１３が測量用光学系に、９０度が所
定の位相差に、検出信号sigＡが第１の信号に、検出信
号sigＢが第２の信号に、測量機エンコーダ１０６が符
号化回路に、タイミング制御回路２０１,サンプルホー
ルド回路２０２ａ,２０２ｂ,Ａ／Ｄコンバータ２０３
ａ,２０３ｂ,ラッチ回路２０４ａ,２０４ｂ,ＲＯＭ２０
５およびＣＰＵ２０６が演算回路に、測角値θが演算値
に、望遠鏡部１３の回転角が駆動量に、ＣＰＵ回路１０
１が駆動量検出回路、制御回路および計数回路に、カウ
ント数ｎが信号変化の周期数、および計数値に、sigＡ
の値が第１の値に、sigＢの値が第２の値に、ＲＯＭ２
０５が記憶回路に、タイミング制御回路２０１,サンプ
ルホールド回路２０２ａ,２０２ｂ,Ａ／Ｄコンバータ２
０３ａ,２０３ｂ,ラッチ回路２０４ａ,２０４ｂが読み
出し回路に、それぞれ対応する。

【００４７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、次のような効果を奏する。 （１）請求項１に記載の発明による測量機では、測量用
光学系の駆動量に応じて値を変える第１の信号と第２の
信号とを用いて、光学系が駆動されている状態で第１の
信号（第２の信号）の信号変化の周期を内挿して光学系
の駆動量を検出するようにした。これにより、光学系を
駆動しながら第１の信号（第２の信号）の信号変化の周
期に比べて高い精度で光学系の駆動量検出が行える。
（２）請求項２に記載の発明による測量機では、第１の
値および第２の値を用いて予め算出した内挿演算値を記
憶回路に記憶しておき、測量用光学系の駆動量に応じて
値を変える第１の信号および第２の信号の値を上記第１
の値および第２の値のそれぞれに対応させることによ
り、内挿演算値を記憶回路から読み出すようにした。こ
の結果、計算処理の代わりに記憶回路の読み出し処理に
よって内挿演算値が得られるようになり、処理時間の短
縮が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による駆動装置を備えた測
量機の正面図(一部断面図)である。

【図２】エンコーダの円盤を示す図である

【図３】駆動制御回路の一例を説明するブロック図であ
る。

【図４】スリットと受光素子との位置関係を説明する図
である。

【図５】受光素子による検出信号波形を示す図である。

【図６】内挿演算回路を説明するブロック図である。

【図７】内挿演算時のタイミング制御回路による制御手
順を示すフローチャートである。

【図８】高速駆動用の駆動制御モードと低速駆動用の制
御モードとの切替え処理を説明するフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１，１０５…モータ、 ２…減速ギア、
３…水平軸、 ４，１０６…エ
ンコーダ、５…制御回路部、 １１…
本体、１２…支持部、 １３…望
遠鏡部、４１…円盤、 ４１ａ
…スリット、４２…フォトインタラプタ、 ４
２Ａ，４２Ｂ…受光素子、１０１…ＣＰＵ回路、
２０１…タイミング制御回路、２０２ａ,２
０２ｂ…サンプルホールド回路、２０３ａ,２０３ｂ…
Ａ／Ｄコンバータ、２０４ａ,２０４ｂ…ラッチ回路、
２０５…ＲＯＭ、２０６…ＣＰＵ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測量の対象に向けられる測量用光学系を駆
   動する測量機において、 所定の位相差を有し、前記光学系の駆動量に応じて値を
   変える第１の信号と第２の信号とを出力する符号化回路
   と、 前記第１の信号値と前記第２の信号値とを用いて、前記
   第１の信号および第２の信号の少なくとも一方の信号変
   化の周期を内挿する内挿演算を行う演算回路と、 前記演算回路による演算値を用いて前記光学系の駆動量
   を検出する駆動量検出回路と、 前記光学系が駆動されている状態で前記駆動量を検出す
   るように前記演算回路および前記駆動量検出回路を制御
   する制御回路とを備えることを特徴とする測量機。
2. 【請求項２】測量の対象に向けられる測量用光学系を駆
   動する測量機において、 所定の位相差を有し、前記光学系の駆動量に応じて値を
   変える第１の信号と第２の信号とを出力する符号化回路
   と、 前記第１の信号および第２の信号の少なくとも一方の信
   号変化の周期を内挿するために第１の値および第２の値
   を用いる内挿演算によって予め算出した演算値を記憶す
   る記憶回路と、 前記符号化回路による前記第１の信号値および第２の信
   号値を前記第１の値および第２の値にそれぞれ対応させ
   て前記記憶回路から演算値を読み出す読み出し回路と、 前記読み出し回路により読み出された演算値を用いて前
   記光学系の駆動量を検出する駆動量検出回路とを備える
   ことを特徴とする測量機。
3. 【請求項３】請求項２に記載の測量機において、 前記記憶回路は、前記第１の値および第２の値を用いて
   予め算出した内挿演算値を当該第１の値および第２の値
   によって表されるアドレスの記憶領域に記憶することを
   特徴とする測量機。
4. 【請求項４】測量の対象に向けられる測量用光学系を駆
   動する測量機において、 所定の位相差を有し、前記光学系の駆動量に応じて値を
   変える第１の信号と第２の信号とを出力する符号化回路
   と、 前記第１の信号および第２の信号の少なくとも一方の信
   号変化の周期数を計数する計数回路と、 前記第１の信号値と前記第２の信号値とを用いて、前記
   計数回路による計数値を内挿する内挿演算を行う演算回
   路と、 前記計数回路による計数値と前記演算回路による演算値
   とを用いて前記光学系の駆動量を検出する駆動量検出回
   路とを備えることを特徴とする測量機。