JP2003083746A - Optical range finder - Google Patents

Optical range finder

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JP2003083746A
JP2003083746A JP2001277078A JP2001277078A JP2003083746A JP 2003083746 A JP2003083746 A JP 2003083746A JP 2001277078 A JP2001277078 A JP 2001277078A JP 2001277078 A JP2001277078 A JP 2001277078A JP 2003083746 A JP2003083746 A JP 2003083746A
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JP
Japan
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distance
optical
image
pixels
staff
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Application number
JP2001277078A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Goto
達夫 後藤
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Pentax Precision Co Ltd
Original Assignee
Pentax Precision Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical range finder without stadia wires and capable of automatically and precisly measuring a distance in a whole measuring distance region without performing visual reading. SOLUTION: The optical range finder is equipped with a staff 101 having a known scale, a collimation telescope 11 which is equipped with a collimation system wherein an optical system for picking up the image of the staff 101 is arranged in the order of an object lens L1, a focus lens L2, a branched optical system P1, a fixed focal surface FP and an eyepiece L3 from the staff 101 and an image pickup system provided in the branched light path branched by the branched optical system P1 and having an area sensor 17 having a light receiving surface 17i set at the position equivalent to the fixed focal surface FP, and an arithmetic means 23c setting the space between the staff 101 and the light receiving surface 17i of the area sensor 17 to the distance between object images and operating an optical variable used in the operation of a distance, on the basis of the number of pixels wherein the image of the staff 101 occupies the pixels of the area sensor 17 and calculating the distance based on the optical variable value corresponding to the number of pixels.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の技術分野】本発明は、対物レンズ等、結像光学
系を内蔵する光学機器を用いて水準、距離などの測定を
する距離測定機であって、対象物を撮像し、撮像した画
像を画像データ処理して自動的に距離を測定する距離測
定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring machine for measuring a level, a distance and the like by using an optical device including an imaging optical system such as an objective lens. The present invention relates to a distance measuring device that processes image data to automatically measure the distance.

【0002】[0002]

【従来技術およびその問題点】測量機の一つとして、オ
ートレベルが知られている。従来のオートレベルは、水
準位測定、スタジア距離測定のための構成、機能を有し
ている。測定作業には、作業者が接眼レンズを経由して
測定した目視計測結果を携行する野帖に記入する作業が
含まれている。距離測定では、視野の中に水平線と対称
な位置に配置した2本のスタジアラインの間の標尺を読
み取り、その標尺の読み取り値と、乗数、加数から水平
距離を算出する。この標尺の読み取りには熟練が必要で
あった。
2. Description of the Related Art Auto level is known as one of surveying instruments. The conventional auto level has a configuration and functions for level measurement and stadia distance measurement. The measurement work includes a work in which the worker enters the visual measurement result measured through the eyepiece lens in the carrying notebook. In the distance measurement, a level gauge between two stadia lines arranged at a position symmetrical to the horizontal line in the field of view is read, and the horizontal distance is calculated from the read value of the level scale, the multiplier, and the addend. Skilledness was required to read this staff.

【0003】この従来のオートレベルによる距離測定で
は、垂直方向の一定視野内に入る物体像の長さ(スケー
ル)を測定し、そのときの結像倍率を計算し、この結像
倍率で焦点距離(インナーフォーカスレンズの無限遠合
焦位置での焦点距離)を割った値に加数を加えて測定距
離としていた。このとき、読み取り視野を焦点距離の1
/100に設定すると、測定距離は、 100×[スケール読み値]+[スタジア加数] となる。現在のインナーフォーカスの望遠鏡において、
測定距離にかかわらず、乗数=100、加数=0とでき
るのは、実距離に対する実測距離10mと、30m以上
での誤差が、0.4%以下になる場合である。
In this conventional auto-level distance measurement, the length (scale) of an object image within a fixed vertical field of view is measured, the imaging magnification at that time is calculated, and the focal length is determined by this imaging magnification. The measurement distance was calculated by adding an addend to the value obtained by dividing (the focal length of the inner focus lens at the infinity in-focus position). At this time, the reading field of view is set to 1 of the focal length.
When set to / 100, the measurement distance is 100 x [scale reading] + [stadia addend]. In the current inner focus telescope,
Multipliers = 100 and addends = 0 can be set regardless of the measured distance when the measured distance from the actual distance is 10 m and the error at 30 m or more is 0.4% or less.

【0004】さらに改良された従来のオートレベルとし
て、望遠鏡の光路から分岐させた分岐系にCCDライン
センサを搭載したディジタルレベルがある。この従来の
ディジタルレベルは、搭載されたレベルおよび距離解析
手段に対応するパターン配列を持つ専用スタッフが必要
であった。しかし、専用スタッフは、距離解析手段、つ
まりディジタルレベルが違うとスタッフパターン配列が
効果を発揮しない欠点があった。即ち、レベルおよび距
離解析手段は専用スタッフを用意して初めて機能し、動
作は距離解析手段(ディジタルレベル)と専用スタッフ
が互助的であるところに特徴がある。そのため、互助的
動作は、専用スタッフ以外の市販の大多数のスタッフに
対応できなかった。
As a further improved conventional auto level, there is a digital level in which a CCD line sensor is mounted in a branch system branched from the optical path of a telescope. This conventional digital level requires dedicated staff having a pattern array corresponding to the mounted level and distance analysis means. However, the dedicated staff has a drawback that the distance analysis means, that is, the staff pattern arrangement is not effective if the digital level is different. That is, the level and distance analysis means function only when a dedicated staff is prepared, and the operation is characterized in that the distance analysis means (digital level) and the dedicated staff work mutually. For this reason, the mutual support operation cannot cope with the majority of staffs on the market other than the dedicated staff.

【0005】[0005]

【発明の目的】本発明は、目視読みをしなくても、測定
距離全域で自動精密計算できる光学距離測定装置を提供
することを目的とする。また本発明の別の目的は、専用
スタッフと距離解析手段との互助動作に頼らず、汎用の
スタッフでも測定可能な光学距離測定装置を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical distance measuring device capable of performing automatic precision calculation over the entire measuring distance without visual reading. Another object of the present invention is to provide an optical distance measuring device which can be measured by a general-purpose staff without depending on mutual assistance between the dedicated staff and the distance analysis means.

【0006】[0006]

【発明の概要】この目的を達成する本発明は、既知寸法
の物体と、該物体を撮像する光学系が、物体側から順に
対物レンズ、インナーフォーカスレンズ、分岐光学素
子、固定焦点面、接眼レンズの順に配置された視準系
と、前記分岐光学素子によって分岐された分岐光路中で
あって、前記固定焦点面と等価な位置に配置されたエリ
アセンサを備えた撮像系とを備えた光学システムと、前
記物体像のエリアセンサにおける占有画素数に基づいて
距離演算に使用する光学変数を計算し、画素数に応じた
光学変数値で距離計算する演算手段とを備えたことに特
徴を有する。前記距離演算に使用する光学変数は、前記
物体とエリアセンサの結像面との間隔である物像間距離
を構成する光学変数、前側焦点距離、主点間隔、後側焦
点距離、結像倍率を含む。前記光学変数、前側焦点距
離、主点間隔、後側焦点距離および結像倍率は、前記光
学系の光学設計データに基づいて、前記物体距離によっ
て変動する占有画素数の関数とする。この実施形態にお
いて、物体距離によって変化する占有画素数を独立変数
とする光学変数としての焦点距離、主点間隔、および結
像倍率を求める関数形は、 b/(p−a)+c で定義できる。ただし、pは前記撮像系のエリアセンサ
上に形成された既知寸法物体の像が占める占有画素数、
またはその平均値であって、a、b、cは光学設計デー
タに基づいて予め決定される未定係数である。前記光学
系を支持する筐体に対する基準位置と前記固定焦点面と
の距離を機械距離として、前記演算手段は前記基準位置
と物体との距離を、撮像系について下記式(1)により
演算する。 距離=F(p)×[m(p)+2+1/m(p)]+HH′(p)−[機械距離]・・・(1) ただし、F(p)は既知寸法物体の前記撮像系のエリアセ
ンサ上における像が占める画素数、またはその平均値p
を変数とする焦点距離、m(p)は既知寸法物体の前記撮
像系のエリアセンサ上における像が占める画素数、また
はその平均値pを変数とする結像倍率、HH′(p)は既知
寸法物体の前記撮像系のエリアセンサ上における像が占
める画素数、またはその平均値pを変数とする主点間隔
である。撮像系の結像倍率、焦点距離、主点間隔を画像
占有画素数で表し、また既知寸法の物体は、測量用の標
尺であり、該標尺の表面に塗布印刷または刻印された周
期物体としての目盛りの1サイクル以上を物体像とする
ことができる。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, which achieves this object, an object having a known size and an optical system for imaging the object have an objective lens, an inner focus lens, a branching optical element, a fixed focal plane, and an eyepiece in order from the object side. Optical system including a collimation system arranged in this order, and an image pickup system including an area sensor arranged at a position equivalent to the fixed focal plane in the branched optical path branched by the branching optical element. And an arithmetic means for calculating an optical variable used for distance calculation based on the number of pixels occupied by the area sensor of the object image, and calculating a distance with an optical variable value according to the number of pixels. The optical variable used for the distance calculation is an optical variable that constitutes an object-image distance which is a distance between the object and the image plane of the area sensor, a front focal length, a principal point distance, a rear focal length, and an imaging magnification. including. The optical variable, the front focal length, the principal point interval, the rear focal length, and the imaging magnification are functions of the occupied pixel number that varies depending on the object distance based on the optical design data of the optical system. In this embodiment, the functional form for obtaining the focal length, the principal point interval, and the imaging magnification as optical variables whose independent variable is the occupied pixel number that changes depending on the object distance can be defined by b / (p−a) + c. . However, p is the number of pixels occupied by an image of an object of known size formed on the area sensor of the imaging system,
Or, it is an average value thereof, and a, b, and c are undetermined coefficients that are predetermined based on the optical design data. The computing unit computes the distance between the reference position and the object by the following formula (1) for the imaging system, with the distance between the reference position with respect to the housing supporting the optical system and the fixed focal plane as a mechanical distance. Distance = F (p) × [m (p) + 2 + 1 / m (p)] + HH ′ (p) − [mechanical distance] (1) where F (p) is the imaging system of an object of known size. The number of pixels occupied by the image on the area sensor, or its average value p
Is a focal length, m (p) is the number of pixels occupied by an image of an object of known size on the area sensor of the image pickup system, or an image-forming magnification having an average value p thereof as a variable, and HH '(p) is known. The number of pixels occupied by the image of the dimensional object on the area sensor of the imaging system, or the principal point interval with the average value p as a variable. The imaging magnification of the imaging system, the focal length, the principal point interval is represented by the number of pixels occupied by the image, and the object of known dimension is a surveying standard, and is a periodic object that is applied or printed on the surface of the standard as a periodic object. One or more cycles of the scale can be the object image.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態は、画像占有画
素数の画素をエリアセンサの画素とし、撮像系の結像倍
率、焦点距離、主点間隔を画像占有画素数で表し、また
結像倍率、焦点距離、主点間隔を任意の画像占有画素数
の関数として演算することに特徴を有する。物体は、そ
の画像が周期性のある像となる、例えば測量装置の道具
であるスタッフ、標尺のスケールとする。そして、任意
の距離における設置スタッフの結像スケールが占有する
画素数を認識して、結像倍率、焦点距離、主点間隔を計
算し、距離演算することに特徴を有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the embodiments of the present invention, the pixels of the image occupying pixel number are used as the pixels of the area sensor, and the image forming magnification, focal length, and principal point interval of the image pickup system are represented by the image occupying pixel number. It is characterized in that the image magnification, the focal length, and the principal point interval are calculated as a function of an arbitrary image occupied pixel number. The object is a scale of staff or staff, whose image becomes a periodic image, for example, a tool of a surveying instrument. Then, the number of pixels occupied by the imaging scale of the installation staff at an arbitrary distance is recognized, the imaging magnification, the focal length, the principal point interval are calculated, and the distance is calculated.

【0008】以下図面に基づいて本発明を説明する。図
1は、本発明を適用した測量機の一実施形態を示す図で
ある。この光学系は、オートレベル、ディジタルレベル
の光学系の一例であり、本実施の形態は、ディジタルレ
ベルの視準望遠鏡11に適用したものとする。
The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a surveying instrument to which the present invention is applied. This optical system is an example of an automatic level or digital level optical system, and the present embodiment is applied to the digital level collimation telescope 11.

【0009】この実施形態では、既知寸法の物体とし
て、表面に測量用スケールが設けらたスタッフ101を
使用する。図示のスタッフ101は、所定の測量点に鉛
直に立てられていて、その一つの面に設けられたスケー
ルは測量点(設置位置)からの高さを示している。
In this embodiment, a staff 101 having a surveying scale on its surface is used as an object of known size. The illustrated staff 101 stands vertically at a predetermined survey point, and a scale provided on one surface of the staff 101 indicates the height from the survey point (installation position).

【0010】このディジタルレベルの視準望遠鏡11の
光学系は鏡筒31内に収納されていて、物体、つまりス
タッフ101側から順に、対物レンズL1、フォーカシ
ングレンズL2、光学補償装置13、分岐光学系P1、
焦点板15および接眼レンズL3を備えている。フォー
カシングレンズL2は、光軸Oに沿って移動自在に鏡筒
31に支持されていて、フォーカシングレンズ駆動装置
19により光軸Oに沿って移動される。焦点板15は、
その一面が固定焦点面FPとなるように配置されてい
て、焦点板15の一方の面に十字線が設けられている。
光学補償装置13は、鏡筒31が傾いても、ピント位置
が変動しないように補償動作するとともに、対物レンズ
L1およびフォーカシングレンズL2で形成された像を
正立させる機能を有する。
The optical system of the digital level collimation telescope 11 is housed in a lens barrel 31, and an object, that is, the objective lens L1, a focusing lens L2, an optical compensator 13, and a branch optical system are arranged in this order from the staff 101 side. P1,
The focusing screen 15 and the eyepiece lens L3 are provided. The focusing lens L2 is supported by the lens barrel 31 so as to be movable along the optical axis O, and is moved along the optical axis O by the focusing lens driving device 19. The focusing screen 15 is
One of the surfaces is arranged so as to be the fixed focal plane FP, and a cross line is provided on one surface of the focusing screen 15.
The optical compensator 13 has a function of compensating so that the focus position does not change even when the lens barrel 31 is tilted, and has a function of erecting the image formed by the objective lens L1 and the focusing lens L2.

【0011】分岐光学系P1は、焦点板15、接眼レン
ズL3へ向かう視準系(観察光路)と、エリアセンサ1
7へ向かう撮像系(撮像光路)とに分岐させる機能を有
する。エリアセンサ17は、いわゆるCCD、CMOS
などの二次元撮像素子である。このエリアセンサ17
は、その受光面17iが固定焦点面FPと等価位置にな
る位置に配置されている。
The branch optical system P1 includes a focusing screen 15, a collimation system (observation optical path) toward the eyepiece L3, and the area sensor 1.
It has a function of branching to an image pickup system (image pickup optical path) heading for 7. The area sensor 17 is a so-called CCD or CMOS.
Is a two-dimensional image sensor such as. This area sensor 17
Is disposed at a position where the light receiving surface 17i is equivalent to the fixed focal plane FP.

【0012】フォーカシングレンズ駆動装置19は、モ
ータ、減速機構、クラッチ機構を含む。モータの回転は
減速機構によって減速され、クラッチ機構を介してフォ
ーカシングレンズL2に伝達され、フォーカシングレン
ズL2を高精度に駆動する。クラッチ機構は、自動焦点
調節モードと手動焦点調節モードとを切替えることがで
きる構成である。
The focusing lens driving device 19 includes a motor, a speed reducing mechanism, and a clutch mechanism. The rotation of the motor is decelerated by the speed reduction mechanism and transmitted to the focusing lens L2 via the clutch mechanism to drive the focusing lens L2 with high accuracy. The clutch mechanism has a configuration capable of switching between the automatic focus adjustment mode and the manual focus adjustment mode.

【0013】この測量機は、入力部20として、パワー
キー、エスケープキー、カーソルキー、バックライトキ
ー、メニューキー、エンターキーなどを含む入力キー2
1aと、AF/測定スイッチ21bと、AF/MF切替
えスイッチ22を備えている。AF/測定スイッチ21
bは、自動焦点調節処理および自動測定処理を実行させ
るスイッチであり、AF/MF切替えスイッチ22は自
動焦点調節と手動焦点調節とを切替えるスイッチであ
る。
In this surveying instrument, as the input section 20, an input key 2 including a power key, an escape key, a cursor key, a backlight key, a menu key, an enter key, etc.
1a, an AF / measurement switch 21b, and an AF / MF changeover switch 22 are provided. AF / measurement switch 21
Reference numeral b is a switch for executing automatic focus adjustment processing and automatic measurement processing, and the AF / MF switch 22 is a switch for switching between automatic focus adjustment and manual focus adjustment.

【0014】さらにこの測量機は、自動焦点調節処理、
自動測定処理などを制御する主回路23を内蔵してい
る。主回路23は、エリアセンサ17を駆動して撮像
し、撮像データを画素単位で入力してA/D変換し、ホ
ワイトバランス調整、エッジ強調などの画像処理を画像
処理回路23aで実行して、フレームメモリ23bに書
き込む。フレームメモリ23bに書き込んだデータはD
RAMに転送され、画像処理回路23aおよびCPU2
3cが共同で、内蔵演算ソフトにより、所定のデータを
読み込み、レベル、距離を演算する。演算したレベル、
距離等を、LCDパネル24に表示する。なお、図にお
いて符号26は電源である。
Further, this surveying instrument has an automatic focus adjustment process,
A main circuit 23 for controlling automatic measurement processing and the like is built in. The main circuit 23 drives the area sensor 17 to capture an image, inputs the captured image data in pixel units, performs A / D conversion, and executes image processing such as white balance adjustment and edge enhancement in the image processing circuit 23a, Write to the frame memory 23b. The data written in the frame memory 23b is D
The image processing circuit 23a and the CPU 2 are transferred to the RAM.
The 3c jointly read the predetermined data with the built-in calculation software and calculate the level and distance. The calculated level,
The distance and the like are displayed on the LCD panel 24. In the figure, reference numeral 26 is a power source.

【0015】次に、このディジタルレベルを使用した本
実施形態の測量原理について、図2を参照して説明す
る。この図において、等価対物レンズ51は、視準望遠
鏡11の対物レンズL1、フォーカシングレンズL2、
光学補償装置13および分岐プリズムP1、光学系15
を一枚の等価レンズとして示した等価光学系である。前
側焦点位置52は、視準望遠鏡11の前側焦点位置、前
側主点53は視準望遠鏡11の前側主点位置、後側主点
54は視準望遠鏡11の後側主点位置、後側焦点55は
視準望遠鏡11の後側焦点位置である。固定焦点面FP
は接眼側の固定結像面であり、受光面17iは撮像側の
固定結像面であり、これらは等価位置に設定されてい
る。なお、符号IRFは赤外カットフィルタである。符
号MSは、ディジタルレベル10の機械中心であり、基
準位置である。
Next, the surveying principle of this embodiment using this digital level will be described with reference to FIG. In this figure, the equivalent objective lens 51 is an objective lens L1 of the collimating telescope 11, a focusing lens L2,
Optical compensator 13, branch prism P1, optical system 15
Is an equivalent optical system in which is shown as one equivalent lens. The front focal position 52 is the front focal position of the collimating telescope 11, the front principal point 53 is the front principal point position of the collimating telescope 11, the rear principal point 54 is the rear principal point position of the collimating telescope 11, and the rear focal point. Reference numeral 55 is a rear focal position of the collimation telescope 11. Fixed focal plane FP
Is a fixed image forming surface on the eyepiece side, and the light receiving surface 17i is a fixed image forming surface on the imaging side, and these are set at equivalent positions. Reference numeral IRF is an infrared cut filter. The symbol MS is the machine center of the digital level 10 and is the reference position.

【0016】物体距離d1は、スタッフ101と前側焦
点位置52の間隔であり、前側主点距離d2は前側焦点
位置52と前側主点53の間隔であり、主点間隔d3は
前側主点53と後側主点54の間隔、後側焦点距離d4
は後側主点54と後側焦点55の間隔、結像距離d5は
視準系の場合は、後側焦点55と固定焦点面FPの間隔
であるが、撮像系における結像距離d5′は、後側焦点
55から分岐点までの距離d51と分岐点から受光面1
7iまでの距離d52の和である。
The object distance d1 is the distance between the staff 101 and the front focal point 52, the front principal point distance d2 is the distance between the front focal point 52 and the front principal point 53, and the principal point distance d3 is the front principal point 53. Distance between rear principal points 54, rear focal length d4
Is the distance between the rear principal point 54 and the rear focal point 55, and the image forming distance d5 is the distance between the rear focal point 55 and the fixed focal plane FP in the case of the collimation system, but the image forming distance d5 'in the image pickup system is , The distance d51 from the rear focus 55 to the branch point and the light receiving surface 1 from the branch point
It is the sum of the distances d52 to 7i.

【0017】なお、インナーフォーカスの望遠鏡光学系
は、レンズの主要素、物体距離(Z)、前側焦点距離
(F)、主点間隔(HH')、後側焦点距離(F')、結像距
離(Z')と表現できる。物像間距離(L)は、式 L=Z+F+HH'+F'+Z' ・・・ となる。インナーフォーカスの望遠鏡光学系の鏡筒基準
位置から、受光面17iまでの距離をdとすると、基準
位置から物体までの距離Dは、式 D=Z+F+HH'+F'+Z'−d ・・・ となる。更に式に、物点、像点ともに空気中なので、
F=F'、Z=m*F、Z'=F/mを代入すると、距離Dは、式、 D=F×( m+2+1/m )+HH'−d ・・・ となる。したがって、基準距離から物体までの距離を占
有画素の関数であるF(P)、m(P)、HH'(P)で表すことが
できる。なお、視準系の結像距離Z′は後側焦点55か
ら焦点板FPまで(d5)、撮像系の結像距離Z′は、
後側焦点55から受光面17iまで(d5′=d51+
d52)である。
The inner focus telescope optical system includes the main elements of the lens, the object distance (Z), the front focal length (F), the principal point distance (HH '), the rear focal length (F'), and the image formation. It can be expressed as a distance (Z '). The distance between objects (L) is given by the formula L = Z + F + HH '+ F' + Z '. Assuming that the distance from the lens barrel reference position of the inner focus telescope optical system to the light receiving surface 17i is d, the distance D from the reference position to the object is given by the equation D = Z + F + HH '+ F' + Z'-d ... . Furthermore, in the formula, since both the object point and the image point are in the air,
Substituting F = F ', Z = m * F, and Z' = F / m, the distance D is given by the formula: D = F * (m + 2 + 1 / m) + HH'-d ... Therefore, the distance from the reference distance to the object can be represented by F (P), m (P), and HH '(P) which are functions of the occupied pixels. The imaging distance Z ′ of the collimation system is from the rear focus 55 to the focusing screen FP (d5), and the imaging distance Z ′ of the imaging system is
From the rear focal point 55 to the light receiving surface 17i (d5 '= d51 +
d52).

【0018】インナーフォーカスの望遠鏡光学系は結像
面が固定されている為、遠近の像に従い、インナーフォ
ーカスのフォーカシングレンズL2を移動する必要があ
る。フォーカシングレンズL2が移動すると、その移動
に従い、レンズの主要素、即ち光学変数、物体距離
(Z)、前側焦点距離(F)、主点間隔(HH')、後側焦
点距離(F')、結像距離(Z')がすべて変化する。任意
の距離の結像倍率を設計データ上から計算し、既知物体
寸法の像面上での結像寸法を既知画素間隔で除した値が
占有画素数となるので、焦点距離、主点間隔、結像倍率
は、占有画素数の関数として定義できる。従って、占有
画素数が判明すると、式で距離を演算することができ
る。画像占有画素数の画素は、エリアセンサの画素でも
ラインセンサーの画素でもよい。
Since the image plane of the telescope optical system of the inner focus is fixed, it is necessary to move the focusing lens L2 of the inner focus according to the near and far images. When the focusing lens L2 moves, according to the movement, the main elements of the lens, that is, the optical variable, the object distance (Z), the front focal length (F), the principal point distance (HH '), the rear focal distance (F'), The imaging distance (Z ') all changes. The image magnification at any distance is calculated from the design data, and the value obtained by dividing the image size of the image of the known object size on the image plane by the known pixel interval is the number of occupied pixels, so the focal length, principal point interval, Imaging magnification can be defined as a function of the number of occupied pixels. Therefore, if the number of occupied pixels is known, the distance can be calculated by an equation. The pixels of the number of pixels occupied by the image may be pixels of the area sensor or pixels of the line sensor.

【0019】本実施例の距離演算は、乗数、加数の概念
から離れ、光学変数は変化するものとして距離計算し、
変化する光学変数の変数、即ちパラメータを既知スケー
ルの像が占有する画素数としたことに特徴を有する。図
2の等価光学系の光学変数で物像間距離dを表すと、 物像間距離=[物体距離]+[前側焦点距離]+[主点
間隔]+[後側焦点距離]+[結像距離] または d=d1+d2+d3+d4+d5′ となる。したがって、実際の光学レンズ系の保持機構
(鏡筒、筐体)に距離計算基準(機械中心MS)を設定
し、機械中心MSと結像面FPの間隔を[機械距離]d
6とし、これを物像間距離dから減じた距離が機械中心
MSからの距離となる。即ち、等価レンズ51と実際の
構成光学レンズ系との共通点は物点と像点のみである。
従って、機械中心MSからスタッフ101までの距離D
は、 距離=[物体距離]+[前側焦点距離]+[主点間隔]
+[後側焦点距離]+[結像距離]−[機械距離] または D=d1+d2+d3+d4+d5′−d6 により表される。
The distance calculation according to the present embodiment is performed away from the concept of multiplier and addend, and the distance is calculated assuming that the optical variable changes.
It is characterized in that the variable of the optical variable, that is, the parameter is the number of pixels occupied by an image of known scale. When the object-image distance d is represented by the optical variable of the equivalent optical system in FIG. 2, the object-image distance = [object distance] + [front focal length] + [principal point interval] + [rear focal length] + [conclusion] Image distance] or d = d1 + d2 + d3 + d4 + d5 '. Therefore, the distance calculation reference (machine center MS) is set in the actual holding mechanism (lens barrel, housing) of the optical lens system, and the distance between the machine center MS and the imaging plane FP is [machine distance] d.
6, and the distance obtained by subtracting this from the object-image distance d is the distance from the machine center MS. That is, the common point between the equivalent lens 51 and the actual constituent optical lens system is only the object point and the image point.
Therefore, the distance D from the machine center MS to the staff 101
Is the distance = [object distance] + [front focal length] + [principal point interval]
+ [Rear focal length] + [imaging distance] − [machine distance] or D = d1 + d2 + d3 + d4 + d5′−d6.

【0020】前側焦点距離d2を物体距離d1で割った
値が結像倍率であり、結像距離d5を後側焦点距離d4
で割った値と等しいことより結像倍率をmとし、これを
光学変数とした距離計算式は以下の式となる。 距離=(m+1)×[前側焦点距離]+[主点間隔]+
(1/m+1)×[後側焦点距離]−[機械距離] =(m+2+1/m)×[焦点距離]+[主点間隔]−
[機械距離] または D=(m+1)×d2+d3+(1/m+1)×d4−
d6 =(m+2+1/m)×d4+d3−d6 ただし、[焦点距離]=[前側焦点距離]=[後側焦点
距離]である。
A value obtained by dividing the front focal length d2 by the object distance d1 is the imaging magnification, and the imaging distance d5 is the rear focal length d4.
Since the value is equal to the value obtained by dividing by, the imaging magnification is m, and the distance calculation formula using this as an optical variable is as follows. Distance = (m + 1) × [front focal length] + [principal point interval] +
(1 / m + 1) x [rear focal length]-[machine distance] = (m + 2 + 1 / m) x [focal length] + [principal point interval]-
[Machine distance] or D = (m + 1) × d2 + d3 + (1 / m + 1) × d4-
d6 = (m + 2 + 1 / m) × d4 + d3-d6 However, [focal length] = [front focal length] = [rear focal length].

【0021】さらに、結像倍率m、[焦点距離]d2、
d4、[主点間隔]d3を既知物体の結像が占有する画
素数の関数とし、エリアセンサ面でのスケール1サイク
ル分の像が占有する画素数の平均値pを独立変数とす
る。このときの光学変数、結像倍率、倍率焦点距離、主
点間隔をそれぞれ、F(p)、m(p)、HH′(p)とする
と、距離計算式は下記の式(1)で表される。 距離=F(p)×[m(p)+2+1/m(p)]+HH′(p)−[機械距離]・・・(1 ) この式より、光学変数、F(p)、m(p)、HH′(p)を求
めれば距離を正確に測定できることがわかる。
Further, the imaging magnification m, [focal length] d2,
Let d4 and [principal point interval] d3 be a function of the number of pixels occupied by the image formation of the known object, and let the average value p of the number of pixels occupied by the image for one cycle of the scale on the area sensor surface be an independent variable. Letting F (p), m (p), and HH '(p) be the optical variables, imaging magnification, magnification focal length, and principal point spacing at this time, the distance calculation formula is expressed by the following formula (1). To be done. Distance = F (p) × [m (p) + 2 + 1 / m (p)] + HH ′ (p) − [mechanical distance] (1) From this equation, the optical variables F (p), m (p) ), HH '(p), the distance can be accurately measured.

【0022】ここで占有画素数を図示すると、図3のよ
うになっている。パターン102、大文字103、ピッ
チスケール105、つまり10mm/サイクル(5mmピッ
チ)の5ミリ目盛りS1、20mm/サイクル(10mmピ
ッチ)の10ミリ目盛りS2の各像が占有する状態は、
設置したスタッフ101までの距離の遠近により、占有
画素数が違う状態が見られる。
Here, the number of occupied pixels is illustrated in FIG. The pattern 102, the capital letter 103, the pitch scale 105, that is, the image occupied by each image of the 5 mm scale S1 of 10 mm / cycle (5 mm pitch) and the 10 mm scale S2 of 20 mm / cycle (10 mm pitch) is
It can be seen that the number of occupied pixels is different depending on the distance to the installed staff 101.

【0023】目標物までの距離に対応する、結像倍率、
目標物の占有ピクセル(画素)数、焦点距離、主点間隔
の光学設計値と、焦点距離f、主点間隔HH′と倍率m
の関数値との関係を、表1の光学設計値の欄に示す。な
お、目標物は、スタッフ101の5ミリ目盛りS1であ
って、占有ピクセル数は、5ミリ目盛りS1の1サイク
ルの占有ピクセル数である。
Imaging magnification corresponding to the distance to the target,
Optical design values of the number of pixels (pixels) occupied by the target, focal length, principal point spacing, focal length f, principal point spacing HH ', and magnification m
The relationship with the function value of is shown in the column of optical design values in Table 1. The target is the 5 mm scale S1 of the staff 101, and the occupied pixel number is the occupied pixel number of one cycle of the 5 mm scale S1.

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】ここで、本発明では、物体距離によって変
化する占有画素数を独立変数とする光学変数としての焦
点距離、主点間隔、および結像倍率、つまり焦点距離、
主点間隔および結像倍率の変数Pに対する関数形を、 b×(p−a)γ+c の関数式として定義した。ただし、a、b、cは焦点距
離、主点間隔、倍率の未定係数であり、γは、設計値と
実測値との差を補正するための係数である。焦点距離、
主点間隔および結像倍率は、この関数形によって計算で
きる。
In the present invention, the focal length, the principal point interval, and the imaging magnification, that is, the focal length as an optical variable whose number of occupied pixels which changes according to the object distance are independent variables,
The functional form of the principal point interval and the imaging magnification with respect to the variable P is defined as a functional expression of b × (pa−) γ + c. However, a, b, and c are undetermined coefficients of focal length, principal point interval, and magnification, and γ is a coefficient for correcting the difference between the design value and the actual measurement value. Focal length,
The principal point interval and the imaging magnification can be calculated by this functional form.

【0026】ここでγは、設計値と実測値との差を補正
するための係数である。γに任意の値を代入し、計算し
た結果、γ=−1としても計算精度を確保できることが
分かった。γ=−1とすると、上記関数式は下記式
(2)のように定義できる。 b/(p−a)+c ・・・(2) ただし、pは目盛り1サイクル当たりの画素数、または
その平均値である。
Here, γ is a coefficient for correcting the difference between the design value and the actual measurement value. As a result of calculation by substituting an arbitrary value for γ, it was found that the calculation accuracy can be secured even when γ = -1. When γ = −1, the above function formula can be defined as the following formula (2). b / (p−a) + c (2) However, p is the number of pixels per one cycle of the scale or its average value.

【0027】焦点距離、主点間隔および結像倍率の不定
係数は、この関数式(2)によって計算できる。例え
ば、異なる距離の3点、距離100m、10mおよび1m
における画素数と各設計値との関係を表2に示した。こ
の表2において、X1、X2、X3は各距離における占有画素
数、Y1、Y2、Y3は各距離における焦点距離、主点間隔お
よび倍率の設計値であり、a、b、cは各距離における
焦点距離、主点間隔、倍率の未定係数である。
The indefinite coefficients of the focal length, the principal point spacing and the imaging magnification can be calculated by this functional expression (2). For example, 3 points with different distances, distances 100m, 10m and 1m
Table 2 shows the relationship between the number of pixels in each pixel and each design value. In Table 2, X1, X2, and X3 are the number of occupied pixels at each distance, Y1, Y2, and Y3 are the focal lengths at each distance, the principal point spacing, and the design value of the magnification, and a, b, and c are at each distance. It is an undetermined coefficient of focal length, principal point interval, and magnification.

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】ここで、各3点における未定係数a、b、
cをao、bo、coとすると、未定係数ao、bo、coは以下の
式により定義できる。 ao=[X3*(X2-X1)*(Y3-Y2)-X1*(X3-X2)*(Y2-Y1)]/[(X2-X1)*(Y3-Y2)-(X2-X1)*(Y 2-Y1)] bo=(Y1-Y2)*(X1-ao)*(X2-ao)/(X2-X1) co=Y1-bo/(X1-ao) 以上の各式により、結像倍率(近軸)m、焦点距離d
4、主点間隔d3を、スケール1サイクル当たりの画素
数に変換できる。ただし、「*」は乗数記号である。表
2のa、b、cは、このように変化した焦点距離、主点
間隔、結像倍率の値である。
Here, the undetermined coefficients a, b, and
When c is ao, bo, co, the undetermined coefficients ao, bo, co can be defined by the following equations. ao = [X3 * (X2-X1) * (Y3-Y2) -X1 * (X3-X2) * (Y2-Y1)] / [(X2-X1) * (Y3-Y2)-(X2-X1) * (Y 2-Y1)] bo = (Y1-Y2) * (X1-ao) * (X2-ao) / (X2-X1) co = Y1-bo / (X1-ao) Imaging magnification (paraxial) m, focal length d
4. The principal point interval d3 can be converted into the number of pixels per scale cycle. However, "*" is a multiplier symbol. The values a, b, and c in Table 2 are the focal length, principal point interval, and imaging magnification that have changed in this way.

【0030】さらに、上記100m、10m、1mにおけ
る未定係数a、b、cと、関数式(2)に代入して計算
した、焦点距離、主点間隔および結像倍率の数値例を示
す。 焦点距離F(p)=313083.228/(P+1301.115)−48.034 主点間隔HH(p)=34349/(P+755.424)+124.262 結像倍率m(p)=−1.20003×1012/(P+50806564)−23625.022 占有画素数Pを測定し、以上の3式と、先に説明した
(1)式とにより、目標物(スタッフ101)までの距
離を演算によって求めることができる。なお、これらの
関数形、式等は、予め演算アルゴリズムとしてメモリに
格納しておき、距離測定時にCPU23cが読み込んで
処理する。
Further, numerical examples of the focal length, the principal point interval, and the imaging magnification calculated by substituting the undetermined coefficients a, b, and c in the above 100 m, 10 m, and 1 m into the functional expression (2) are shown. Focal length F (p) = 313083.228 / (P + 1301.115) -48.034 Principal point interval HH (p) = 34349 / (P + 755.424) +124.262 Imaging magnification m (p) =-1.20003 × 10 12 / (P + 50806564 ) −23625.022 The occupied pixel number P is measured, and the distance to the target object (staff 101) can be calculated by the above three equations and the equation (1) described above. It should be noted that these functional forms, expressions, etc. are stored in advance in a memory as a calculation algorithm, and are read and processed by the CPU 23c during distance measurement.

【0031】以上の計算式は3点についてであるが、表
1の各距離において上記関数計によって計算した値が、
表1の関数値の欄に示した値である。このようにして近
似した値の評価、すなわち、設計値と関数値との差を、
表3に示した。
The above calculation formula is for three points, but the values calculated by the above function meter at each distance in Table 1 are
The values are shown in the function value column of Table 1. Evaluation of the values approximated in this way, that is, the difference between the design value and the function value,
The results are shown in Table 3.

【0032】[0032]

【表3】 このように本実施例によれば、1mから100mまで高精
度に近似できることがわかる。
[Table 3] As described above, according to the present embodiment, it can be understood that the accuracy can be approximated from 1 m to 100 m with high accuracy.

【0033】このように本実施形態によれば、予め、デ
ィジタルレベルの機種毎に上記焦点距離F(p)、主点間
隔HH(p)、結像倍率m(p)の関数を求め、メモリに格納し
ておけば、使用する標尺、スタッフの目盛り単位を入力
等するだけで、標尺の目盛りの占有画素数を測定して距
離を算出することができる。
As described above, according to this embodiment, the functions of the focal length F (p), the principal point distance HH (p), and the imaging magnification m (p) are obtained in advance for each digital level model and stored in the memory. If it is stored in, the distance can be calculated by measuring the number of pixels occupied on the scale of the staff by simply inputting the staff to be used and the scale unit of the staff.

【0034】つぎに、スケール1サイクル、つまり目盛
り一周期の像が占有する画素数を検知する実施形態につ
いて説明する。市販スタッフに統一製作規格はないの
で、標準的な汎用のスタッフ101の目盛りの構成につ
いて、図4、5を参照して説明する。図5には、視準望
遠鏡11の視野151において観測されるスタッフ10
1の目盛り面(表示面)の様子を示してある。このスタ
ッフ101の目盛り表示は、遠距離用パターン102、
遠距離用の大きな文字列103、近距離用の小さな文字
列104、及び5ミリ目盛りS1、10ミリ目盛りS2
からなるピッチスケール105からなる。なお、通常、
スタッフ101の目盛り面の地色は白色、遠距離用パタ
ーン102、文字列103、104、ピッチスケール1
05は黒色または赤色に塗布され、または刻印されてい
る。
Next, an embodiment for detecting the number of pixels occupied by an image of one cycle of scale, that is, one cycle of graduation will be described. Since there is no unified manufacturing standard for the staff on the market, the standard scale structure of the staff 101 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the staff 10 observed in the field of view 151 of the collimating telescope 11.
The state of the first scale surface (display surface) is shown. The scale display of the staff 101 is the long distance pattern 102,
Large character string 103 for long distance, small character string 104 for short distance, and 5 mm scale S1, 10 mm scale S2
The pitch scale 105 is composed of. Note that normally,
The ground color of the scale surface of the staff 101 is white, the long distance pattern 102, the character strings 103 and 104, and the pitch scale 1
05 is painted or imprinted in black or red.

【0035】大きな文字列103の各数字の文字高は5
0mmであり、小さな文字列104の各数字の文字高は6
mmである。文字列103、104の各数字の上辺とピッ
チスケール105の目盛り(黒帯)の上辺とは、スタッ
フ101が鉛直に設置されたときに同一水平線上に位置
するように設定されていて、各数字の上辺よりも上方が
その数字で示された高さになる。
The character height of each number in the large character string 103 is 5
It is 0 mm, and the character height of each number in the small character string 104 is 6
mm. The upper side of each number of the character strings 103 and 104 and the upper side of the scale (black band) of the pitch scale 105 are set so as to be located on the same horizontal line when the staff 101 is installed vertically, and each number is set. The height above the upper side is the height indicated by that number.

【0036】遠距離用パターン102は、大きな文字列
103の各数字の上部に付された黒丸であって、黒丸1
個は1×1000mm(1m)台であることを示してい
る。例えば図5において、黒丸3個は3×1000mm
(3m)台であることを表示し、黒丸2個は2×100
0mm台であることを表示している。大きな文字列103
は1桁の数字で構成され、単位は100mm(10cm)で
ある。例えば図5の大きな文字列103の数字「2」は
2×100=200mm台であることを示している。図5
の場合、大きな文字列103の文字「2」の上部に遠距
離用パターン102として黒丸3個が付されているの
で、この大きな文字列103の数字2は3000+20
0=3200mm台を示していることが分かる。
The long-distance pattern 102 is a black circle attached to the upper part of each numeral of the large character string 103.
It indicates that the number is 1 × 1000 mm (1 m). For example, in Figure 5, 3 black circles are 3 x 1000 mm
It indicates that it is a (3 m) unit, and two black circles are 2 x 100
It is displayed that it is in the 0 mm range. Large character string 103
Is composed of a single digit and the unit is 100 mm (10 cm). For example, the number “2” in the large character string 103 in FIG. 5 indicates that it is on the order of 2 × 100 = 200 mm. Figure 5
In this case, three black circles are added as the long-distance pattern 102 above the character “2” of the large character string 103, so the number 2 of this large character string 103 is 3000 + 20.
It can be seen that 0 = 3200 mm range is shown.

【0037】小さな文字列104は3桁の数字で示さ
れ、最小単位(下一桁目)は1cm(10mm)であり、二
桁目は10cm台、三桁目は100cm台を表示している。
例えば、図4において小さな文字列104の3桁の数字
「323」は323×10=3230mm、323cm、ま
たは3m23cmであることを示している。
The small character string 104 is indicated by a three-digit number, the minimum unit (first lower digit) is 1 cm (10 mm), the second digit is 10 cm, and the third digit is 100 cm. .
For example, in FIG. 4, the three-digit number “323” of the small character string 104 indicates that it is 323 × 10 = 3230 mm, 323 cm, or 3 m23 cm.

【0038】ピッチスケール105は、二列で構成され
ていて、左列の5ミリ目盛りS1は5mm単位で形成され
た、10mm周期の明暗の帯の繰り返しであり、右列の1
0ミリ目盛りS2は10mm単位で形成された、20mm周
期の明暗の帯の繰り返しである。なお、目視による測量
の場合、通常、近距離においてはピッチスケール105
の白または黒帯の幅5mmの1/5、すなわち1mmまで読
み取るが、本実施の形態では、ピッチスケール105の
5ミリ目盛りS1または10ミリ目盛りS2の一目盛の
像が占有する画素数を端数演算によって小数点まで検出
する。
The pitch scale 105 is composed of two rows, and the 5 mm scale S1 in the left row is a repetition of bright and dark bands of 10 mm cycle formed in units of 5 mm, and the right row has 1 row.
The 0 mm scale S2 is a repetition of bright and dark bands with a cycle of 20 mm, which is formed in units of 10 mm. In the case of visual measurement, the pitch scale 105 is usually used at a short distance.
In this embodiment, the number of pixels occupied by the image of one scale of the 5 mm scale S1 or the 10 mm scale S2 of the pitch scale 105 is a fraction. Detects to the decimal point by calculation.

【0039】また、目視による水準測量の場合、作業者
は、視準望遠鏡11の視野において、レベル(水準高
さ)は水平ライン53が重なるスタッフ101の目盛り
面の遠距離用パターン102、文字列103、104の
数字およびピッチスケール105から読み取り、所定の
数式に代入して演算する。距離は、上下のスタジアライ
ン54、55が重なるスタッフ101の目盛り面の遠距
離用パターン102、文字列103、104の数字およ
びピッチスケール105を読み取ってスタジアライン1
54、155間の長さを求め、求めた長さを所定の数式
に代入して演算する。なお、図5において符号152は
十字線の鉛直ラインであり、鉛直ライン152と水平ラ
イン153の交点を視準望遠鏡11の視準軸(光軸)O
が通る。
Further, in the case of visual leveling, the operator has a level (level height) in the visual field of the collimation telescope 11 that the horizontal line 53 overlaps with the long-distance pattern 102 of the scale surface of the staff 101 and the character string. The numbers 103 and 104 and the pitch scale 105 are read and substituted into a predetermined mathematical formula for calculation. The distance is determined by reading the long distance pattern 102 on the scale surface of the staff 101 where the upper and lower stadia lines 54 and 55 overlap, the numbers in the character strings 103 and 104, and the pitch scale 105 to read the stadia line 1
The length between 54 and 155 is calculated, and the calculated length is substituted into a predetermined mathematical expression for calculation. In FIG. 5, reference numeral 152 is a vertical line of a crosshair, and the intersection of the vertical line 152 and the horizontal line 153 is the collimation axis (optical axis) O of the collimation telescope 11.
Passes through.

【0040】次に、このディジタルレベル10によって
スタッフ101のピッチスケール105の目盛りの像が
占有する画素数の読み取り処理の実施形態について、さ
らに図4を参照して説明する。先ず作業者は視準望遠鏡
11によって、測量点に設置されたスタッフ101を視
準し、フォーカシングレンズL2を駆動してスタッフ1
01に合焦させる。そして、エリアセンサ17を動作さ
せて撮像した1フレーム分の画像データ(画素データ)
がフレームメモリ23bに書き込まれている。ここで画
像データは、エリアセンサ17の各画素に入射する明る
さに比例する画素出力を二値化して数値に変換した値で
あり、視準望遠鏡11の視野と一致した画像を1画面分
(1フレーム分)取り込み、フレームメモリ23bに書
き込む。
Next, an embodiment of the reading process of the number of pixels occupied by the image of the scale of the pitch scale 105 of the staff 101 by the digital level 10 will be described with reference to FIG. First, the operator collimates the staff 101 installed at the survey point by the collimation telescope 11 and drives the focusing lens L2 to drive the staff 1
Focus on 01. Then, image data (pixel data) for one frame captured by operating the area sensor 17
Are written in the frame memory 23b. Here, the image data is a value obtained by binarizing the pixel output proportional to the brightness incident on each pixel of the area sensor 17 and converting it into a numerical value. Capture one frame) and write it in the frame memory 23b.

【0041】目盛り自動読み取り処理は、エリアセンサ
17の受光面17i上の像、および鉛直ライン52、水
平ライン53およびアッパ、ロアスタジアライン54、
55の仮想像の画素位置、座標に基づいている。
The automatic scale reading process is performed by the image on the light receiving surface 17i of the area sensor 17, the vertical line 52, the horizontal line 53, the upper line, the lower line 52, and the upper line.
It is based on the pixel positions and coordinates of the virtual image of 55.

【0042】(1-1) 所定の水平方向検出開始位置に
おいて鉛直方向一列の画素データを読み込み、単純平均
値を求める。水平方向検出開始位置は、通常の視準測量
にあっては、視準望遠鏡において標尺を視準する場合、
通常は十字線の交点を標尺の水平方向中心の目盛りに一
致させるので、この標尺の中心位置が水平方向検出開始
位置に相当する。ただし、標尺によっては目盛り部分が
標尺の中心付近に位置しない場合もあるので、そのよう
な場合は中心から左右にずらした位置を水平方向検出開
始位置とする。使用する画素データは、標尺によって決
定されている水平方向検出開始位置の垂直方向全デー
タ、もしくは一部のデータのみを使用して行う。
(1-1) Pixel data in a line in the vertical direction is read at a predetermined horizontal detection start position, and a simple average value is obtained. In the normal collimation survey, the horizontal detection start position is used when collimating the staff in the collimation telescope.
Normally, the intersection of the crosshairs is made to coincide with the scale of the horizontal center of the staff, so the center position of this staff corresponds to the horizontal detection start position. However, depending on the staff, the scale portion may not be located near the center of the staff, and in such a case, the position shifted left and right from the center is set as the horizontal detection start position. The pixel data to be used is all the vertical data of the horizontal detection start position determined by the staff, or only a part of the data.

【0043】なお、モノクロエリアセンサの場合は画素
一列分、カラーエリアセンサの場合は画素二列分のデー
タを読み込む。ただし、カラーエリアセンサで特定の色
成分だけを使用して検出する場合は一列分でよい。例え
ばカラーエリアセンサがR、G、Bの原色フィルタを備
えていて、かつG成分だけを使用する場合はGフィルタ
が装着された画素列の画素データのみを使用する。
In the case of a monochrome area sensor, data for one column of pixels is read, and for a color area sensor, data for two columns of pixels is read. However, when the color area sensor uses only a specific color component for detection, one row is enough. For example, when the color area sensor includes R, G, and B primary color filters and uses only the G component, only the pixel data of the pixel column to which the G filter is attached is used.

【0044】(1-2) 求めた一列分の画素データの平
均値と各画素データを一つずつ所定のしきい値と比較し
て、各画素データを二値化する。これにより、明暗の画
素データが得られる。
(1-2) The obtained average value of pixel data for one column and each pixel data are compared with a predetermined threshold value one by one, and each pixel data is binarized. As a result, bright and dark pixel data is obtained.

【0045】(1-3) 二値化した画素データから同レ
ベルの画素データが連続する連続数を順に求める。図4
の(B)の領域では、下から順に白レベル;5、黒レベ
ル;5、白レベル;5、黒レベル;6、白レベル;5、
・・・である。図4の(C)の領域では、下から順に、
白レベル;3、黒レベル;3、白レベル;4、黒レベ
ル;3、白レベル;1、黒レベル;5、白レベル;5、
黒レベル;2、白レベル;2、・・・である。
(1-3) The number of consecutive pixel data of the same level is sequentially obtained from the binarized pixel data. Figure 4
In the area (B) of, white level; 5, black level; 5, white level; 5, black level; 6, white level;
... In the area (C) of FIG. 4, from the bottom,
White level: 3, Black level: 3, White level: 4, Black level: 3, White level: 1, Black level: 5, White level: 5,
Black level: 2, white level: 2, ...

【0046】(1-4) 同レベル(白または黒レベル)
で連続する画素データの連続数と、他の同レベルで連続
する画素データの連続数と(白レベルは白レベルと、黒
レベルは黒レベルと)の差の絶対値を求める。図4の
(B)の領域では、白−白=0、黒−黒=1、白−白=
0である。図4の(C)の領域では、白−白=1、黒−
黒=0、白−白=3、黒−黒=2、白−白=4、黒−黒
=3、白−白=3である。
(1-4) Same level (white or black level)
The absolute value of the difference between the number of continuous pixel data and the number of continuous pixel data of the same level (white level is white level, black level is black level) is calculated. In the area of FIG. 4B, white-white = 0, black-black = 1, white-white =
It is 0. In the area of FIG. 4C, white-white = 1, black-
Black = 0, white-white = 3, black-black = 2, white-white = 4, black-black = 3, white-white = 3.

【0047】(1-5) 求めた同レベルで連続する画素
データ数同士の差の平均値を求める。図4(B)の領域
では0.33、図4(C)の領域では2.28、になる。
(1-5) The average value of the differences between the obtained numbers of continuous pixel data at the same level is obtained. In the area of FIG. 4 (B), it is 0.33, and in the area of FIG. 4 (C), it is 2.28.

【0048】(1-6) (1-5)で求めた差の平均値が所
定のしきい値以下の場合は、その列を目盛り部分と判断
する。逆に、差の平均値が所定のしきい値以下でない場
合は、その列を目盛り部分ではないと判断する。ここ
で、例えば所定のしきい値を1とすると、図4(B)は
しきい値よりも小さいので目盛り部分と判断し、図4
(C)はしきい値よりも大きいので目盛り部分ではない
と判断する。
(1-6) If the average value of the differences obtained in (1-5) is less than or equal to a predetermined threshold value, the column is judged to be a scale portion. On the contrary, when the average value of the differences is not less than the predetermined threshold value, it is determined that the column is not the scale portion. Here, for example, when the predetermined threshold value is 1, since it is smaller than the threshold value in FIG.
Since (C) is larger than the threshold value, it is determined that it is not the scale portion.

【0049】(1-7) 目盛り部分と判断したときは、
そこから左または右に1画素分または2画素分以上解析
する列を移動して(1-1)から(1-6)の処理を実行する
処理を、目盛りでは無いと判断する列を検出するまで繰
り返す。また、1回目の検出結果から目盛り部分で無い
と判断した場合は、目盛り部分を検出するまで、(1-
1)から(1-6)の処理を、左または右に1画素分または
2画素分以上移動しながら繰り返す。
(1-7) When it is judged that it is the scale part,
Move the column to be analyzed by 1 pixel or 2 pixels or more to the left or right, and execute the process from (1-1) to (1-6). Detect the column that is judged not to be the scale. Repeat until. If it is judged from the first detection result that it is not the scale part, until the scale part is detected, (1-
The processing from 1) to (1-6) is repeated while moving one pixel or two pixels to the left or right.

【0050】(1-8) (1-3)で求めた同レベルの画素
データが連続する数の一列当たりの平均値を求め、それ
が隣り合う列で大きく変化する列間を、ピッチスケール
105の5ミリ目盛りS1と10ミリ目盛りS2の境界
とする(図5、図6)。
(1-8) The average value per column of the number of consecutive pixel data of the same level obtained in (1-3) is obtained, and the pitch scale 105 is set between the columns which greatly change in the adjacent columns. The boundary is defined by the 5 mm scale S1 and the 10 mm scale S2 (FIGS. 5 and 6).

【0051】周期性を見つける場合、一列の画素データ
についてフーリエ変換を実行し、ピーク値の有無を検出
することも可能であるが、フーリエ変換の多くは積和演
算を行うので、処理時間が長くなってしまう。これに対
して本実施形態の方法によると、画素データ数のカウン
トと減算、平均値の算出程度の簡単な処理、演算で周期
性を見つけられるので、検出時間を短縮できる。
In order to find the periodicity, it is possible to execute Fourier transform on one row of pixel data to detect the presence / absence of a peak value. However, since many Fourier transforms perform sum of products operation, the processing time is long. turn into. On the other hand, according to the method of the present embodiment, since the periodicity can be found by counting and subtracting the number of pixel data, simple processing of calculating the average value, and calculation, the detection time can be shortened.

【0052】目盛りの任意の像の一辺当たりに含まれる
画素数から内挿値の算出方法を選択する。本実施の形態
では、二種類の内挿値演算方法から一つを選択する。標
尺の実物における目盛り部分の鉛直方向の周期は5ミリ
目盛りS1が10mm、10ミリ目盛りS2が20mmとい
う固定値である。それに対して、目盛りの水平方向の長
さは段によって異なるので、同じ鉛直方向と水平方向の
辺の長さの比を求めても、何段目かによって値が変化す
る。ただし、同じ段から求めた比は測定する距離に関わ
らず、ほぼ一定の値になる。すなわち、水平方向と鉛直
方向の比を求め、理想の値から求めた値と比較し、どの
値に一番近いか判別することで、何段目の目盛りか判断
することができる。
The calculation method of the interpolated value is selected from the number of pixels included in one side of an arbitrary image of the scale. In the present embodiment, one is selected from two types of interpolation value calculation methods. The vertical period of the scale portion of the actual staff is a fixed value of 10 mm for the 5 mm scale S1 and 20 mm for the 10 mm scale S2. On the other hand, since the horizontal length of the scale differs depending on the step, even if the ratio of the lengths of the sides in the same vertical direction and the horizontal direction is obtained, the value changes depending on the number of steps. However, the ratio obtained from the same step has a substantially constant value regardless of the measured distance. That is, by determining the ratio between the horizontal direction and the vertical direction, comparing it with the value obtained from the ideal value, and determining which value is the closest, it is possible to determine what the scale is.

【0053】(2-1) 目盛りの部分の像から黒レベル
(黒)部分を検出し、図6に示す、黒レベル部分の水平
辺(H1〜H3のいずれか)と鉛直辺(V1〜V4のい
ずれか)が占有する画素数の比を求めて何段目であるか
を判断する。
(2-1) The black level (black) part is detected from the image of the scale part, and the horizontal side (any of H1 to H3) and the vertical side (V1 to V4) of the black level part shown in FIG. (Any one of the above) is obtained to determine the number of pixels occupied and the stage.

【0054】(2-2) 黒い部分の任意の一辺(H1〜
H3、V1〜V4のいずれか)が占有する画素数と、何
段目であるかという情報に基づいて、どの内挿値演算方
法を使用するかを判断する。本実施形態では、一辺当た
りに含まれる画素数の多少に応じて二つの内挿値演算方
法を設定し、使用する。本実施形態では、目盛りの垂直
方向の辺の長さに応じて、内挿方法を分ける。
(2-2) Any one side of the black part (H1
Which interpolation value calculation method is to be used is determined based on the number of pixels occupied by H3 and any of V1 to V4) and the information on the number of stages. In this embodiment, two interpolation value calculation methods are set and used according to the number of pixels included in one side. In the present embodiment, the interpolation method is divided according to the length of the vertical side of the scale.

【0055】この方法によれば、目盛りの黒部分(暗部
分)の2辺の長さを識別できる状態であれば、部分的に
目盛りが欠損して黒の画素データが不連続になっている
場合でも内挿値の演算方法を判別できる。
According to this method, if the lengths of the two sides of the black portion (dark portion) of the scale can be identified, the scale is partially missing and the black pixel data is discontinuous. Even in this case, the calculation method of the interpolated value can be determined.

【0056】辺の長さが所定値未満(辺が占める画素数
が所定値未満の)場合 フーリエ変換で目盛り部分の正確な周期を求め、求める
位置の位相から内挿値を演算する。以下より詳細に説明
する。 (3-1) 目盛りの黒部分と白部分データ1周期分に含
まれる画素数を複数箇所で求め、それらの平均値を算出
する。 (3-2)求めた画素数を1周期の大きさとし、10mm
周期の5ミリ目盛りS1部分のデータを10周期分用い
てフーリエ変換を行い、その周期のスペクトルを算出す
る。ある波形にどのような周波数(周期)が多く含まれて
いるかを知る手段としてスペクトル特性があり、10周
期程度のデータを使用してフーリエ変換を行い、そのス
ペクトルを求めていくと、最も多く含まれている周期部
分にピークが現れる。本実施例の場合10mmに相当する
画素数を周期とする部分にピークが見つかる。そのスペ
クトルがピークとなるときの周期がその波形の正確な周
期となる。
When the length of the side is less than a predetermined value (the number of pixels occupied by the side is less than the predetermined value), the accurate cycle of the scale portion is obtained by Fourier transform, and the interpolated value is calculated from the phase of the obtained position. The details will be described below. (3-1) Obtain the number of pixels included in one cycle of the black and white data of the scale at a plurality of points and calculate the average value thereof. (3-2) The calculated number of pixels is set to one cycle size and 10 mm
The Fourier transform is performed by using the data of the 5 mm scale S1 portion of the cycle for 10 cycles, and the spectrum of the cycle is calculated. There is a spectrum characteristic as a means to know what frequency (cycle) is included in a certain waveform, and if the spectrum is obtained by performing Fourier transform using data of about 10 cycles, the most A peak appears in the cycle part. In the case of this embodiment, a peak is found in a portion having a period corresponding to the number of pixels of 10 mm. The cycle at which the spectrum peaks is the exact cycle of the waveform.

【0057】(3-3) (3-2)の周期(画素数)を1%大き
くし、そのときのスペクトルを求め、前のスペクトルと
比較し、大きいときは周期を2%大きくしてスペクトル
を求める。逆に前のスペクトルより小さいときは周期を
1%小さくしてスペクトルを求める。このようにして、
順に周期を変化させてスペクトルを求めていくと、ある
周期のときにスペクトルが最大になり、その後は再び減
少してくる。スペクトルが最大になったときの周期が正
確な周期となる。
(3-3) The period (number of pixels) in (3-2) is increased by 1%, the spectrum at that time is obtained, compared with the previous spectrum, and when it is large, the period is increased by 2% and the spectrum is increased. Ask for. On the contrary, when it is smaller than the previous spectrum, the period is reduced by 1% to obtain the spectrum. In this way
When the spectrum is obtained by changing the cycle in order, the spectrum becomes maximum at a certain cycle and then decreases again. The period when the spectrum becomes maximum is the exact period.

【0058】以上のように正解な周期が求まれば、ピッ
チスケール105の目盛り一周期が占有する画素数また
は平均画素数を正確に求めることができる。このように
して求めた画素数を、本実施形態ではpとして利用す
る。
If the correct cycle is obtained as described above, the number of pixels or the average number of pixels occupied by one cycle of the scale of the pitch scale 105 can be accurately obtained. The number of pixels thus obtained is used as p in this embodiment.

【0059】辺の長さが所定値以上(辺が占める画素数
が所定値以上の)場合 この場合は画素数を利用するだけでも十分な解像度が得
られるので、ピッチスケール105の目盛り1周期分の
画素数に基づく比率から内挿値を演算する。つまり、目
盛り1周期に含まれる画素数をカウントする。
When the length of the side is equal to or greater than a predetermined value (the number of pixels occupied by the side is equal to or greater than the predetermined value) In this case, sufficient resolution can be obtained only by using the number of pixels. The interpolation value is calculated from the ratio based on the number of pixels of. That is, the number of pixels included in one scale cycle is counted.

【0060】本発明は「スケールは本来空間的に精度の
高い周期性を持つものである」というスタッフ、標尺の
製作原理を前提とし、一定間隔で配置されたスケールパ
ターンは距離により結像空間周波数を異にするので、結
像空間周波数を自動的に解析した結果を応用するもので
ある。従来方式に比べ、以下の効果、利点を持ってい
る。このスケール1サイクルまたはスケール2サイクル
以上を占有画素数の対象画像とし、既知の長さの光学像
を占有画素数で測定することで、結像倍率を測定してい
る。
The present invention is premised on the principle of manufacturing staff and staff that "scales have a periodicity with high spatial accuracy", and the scale patterns arranged at regular intervals form an imaging spatial frequency depending on the distance. Since it is different, the result of automatically analyzing the imaging spatial frequency is applied. Compared with the conventional method, it has the following effects and advantages. This scale 1 cycle or scale 2 cycles or more is used as the target image of the occupied pixel number, and the imaging magnification is measured by measuring the optical image of a known length by the occupied pixel number.

【0061】従来の目視によるスタジア測定は、以下の
式による測定であった。 距離=[スタジア乗数]×[スケール読み値]+[スタ
ジア加数] ここで、スタジア乗数を分解すると、 [スタジア乗数]=[焦点距離]/[スタジア線間
隔]、 となり、これを上式に代入すると、 距離=[焦点距離]/[スタジア線間隔]×[スケール読み値]+[加数] =[焦点距離]/[[スタジア線間隔]/[スケール読み値]]+[加数] =[焦点距離]/[結像倍率]+[加数]
The conventional visual stadia measurement was a measurement by the following formula. Distance = [stadia multiplier] x [scale reading] + [stadia addend] Here, if the stadia multiplier is decomposed, [stadia multiplier] = [focal length] / [stadia line interval] Substituting: Distance = [focal length] / [stadia line spacing] x [scale reading] + [addend] = [focal length] / [[stadia line spacing] / [scale reading]] + [addend] = [Focal length] / [imaging magnification] + [addend]

【0062】これに対して本実施形態において距離は、
下記(1)式になる。 距離=F(p)×[m(p)+1]+F′(p)×[1+1/m(p)] +HH′(p)−[機械距離] =F(p)×[m(p)+2+1/m(p)]+HH′(p)−[機械距離] ・・・(1) F(p)は既知寸法物体の前記撮像系のエリアセンサ上に
おける像が占める画素数、またはその平均値pを変数と
する前側焦点距離、F′(p)は既知寸法物体の前記撮像
系のエリアセンサ上における像が占める画素数、または
その平均値pを変数とする後側焦点距離、ただし、物
点、像点共に空気中の場合、F(p)=F′(p)HH′(p)
は既知寸法物体の前記撮像系のエリアセンサ上における
像が占める画素数、またはその平均値pを変数とする主
点間隔、m(p)は既知寸法物体の前記撮像系のエリアセ
ンサ上における像が占める画素数、またはその平均値p
を変数とする結像倍率である。
On the other hand, in this embodiment, the distance is
It becomes the following formula (1). Distance = F (p) × [m (p) +1] + F ′ (p) × [1 + 1 / m (p)] + HH ′ (p) − [machine distance] = F (p) × [m (p) + 2 + 1 / M (p)] + HH '(p)-[machine distance] (1) F (p) is the number of pixels occupied by the image of the object of known size on the area sensor of the imaging system, or its average value p , F '(p) is the number of pixels occupied by the image of the object of known size on the area sensor of the image pickup system, or its average value p is the rear focal length, but the object point , When both image points are in air, F (p) = F '(p) HH' (p)
Is the number of pixels occupied by the image of the object of known size on the area sensor of the imaging system, or the principal point interval with an average value p thereof as a variable, and m (p) is the image of the object of known size on the area sensor of the imaging system. The number of pixels occupied by, or its average value p
Is the imaging magnification with variable.

【0063】本実施形態の加数は、 [加数]=F(p)×[m(p)+2]+HH′(p)−[機械
距離] となり、画素占有全領域で加数は厳密に計算される。乗
数も焦点距離を変数として扱い、画素占有全領域で厳密
に計算される。従って、無限焦点距離固定であった従来
方式に比べて、焦点距離、主点間隔、結像倍率について
近似をしていない厳密な計算式となる。即ち、物点の距
離変化に合わせて、定位置に結像させるため、距離変化
に応じた焦点距離、主点間隔、結像倍率を計算した厳密
な測定を行ったこととなる。
The addend of this embodiment is [addend] = F (p) × [m (p) +2] + HH ′ (p) − [machine distance], and the addend is strictly in the entire pixel occupied area. Calculated. The multiplier also treats the focal length as a variable and is strictly calculated in the entire pixel occupation area. Therefore, compared to the conventional method in which the infinite focal length is fixed, the strict calculation formula does not approximate the focal length, the principal point distance, and the imaging magnification. That is, in order to form an image at a fixed position in accordance with the change in the distance of the object point, it means that the strict measurement is performed by calculating the focal length, the principal point interval, and the imaging magnification according to the change in distance.

【0064】その結果、距離測定では目視測定の誤差を
避けることが可能になり、10m、及び30m以上で実
距離に対する測定距離の誤差が0.4%以内という、限定
距離条件を省くことが可能になり、全域で高精度の測定
が可能となる。最小目盛り間隔は単位(メールと、フィ
ート、フィートインチ)によって違うが、換算係数が違
うだけで、距離を固定して比較すると、換算係数を乗じ
た分だけ結像空間周波数が違うことになる。したがっ
て、既知の一定空間周波数を有する物体はすべて本発明
の距離測定装置で使用することが可能になる。
As a result, in the distance measurement, it is possible to avoid the error of the visual measurement, and it is possible to omit the limited distance condition that the error of the measured distance is less than 0.4% with respect to the actual distance at 10 m and 30 m or more. Highly accurate measurement is possible in all areas. The minimum scale interval differs depending on the unit (mail, feet, or feet inches), but the conversion factor is different, and if the distance is fixed and compared, the imaging spatial frequency differs by the amount multiplied by the conversion factor. Therefore, any object having a known constant spatial frequency can be used in the distance measuring device of the present invention.

【0065】このように本実施形態は、解析手段との互
助物体としての対象物、例えばバーコードに限定されな
い利点があり、基本的にはスケールを1サイクルだけ撮
像できれば計測可能である。即ち、光学系の結像面に定
間隔に配置された画素からなるディスクリート受光面
群、例えばCCDの配置寸法が予め分かり、物体寸法、例
えばスタッフのスケールが分かれば計測可能となる。加
えて本実施形態のディジタルレベルによれば、接眼レン
ズ経由の目視読みが不要となる。メモリ内蔵のディジタ
ルレベルであれば、測定結果をメモリに書き込んでおけ
るので、野帖を必要としない。以上の通り、本実施形態
によれば、一般の測量用スタッフであっても、予め、一
定空間周波数さえ分かれば距離測定が可能であり、解析
手段との互助物体としての対象物(バーコードスタッ
フ)に限定されない。
As described above, this embodiment has an advantage that it is not limited to an object as a mutual aid with the analysis means, for example, a bar code, and basically, it is possible to measure if the scale can be imaged for only one cycle. That is, it becomes possible to measure if the arrangement dimension of the discrete light receiving surface group consisting of pixels arranged at regular intervals on the image plane of the optical system, for example, CCD, is known in advance and the object dimension, for example, staff scale is known. In addition, according to the digital level of the present embodiment, visual reading via the eyepiece lens is unnecessary. If it is a digital level with a built-in memory, the measurement result can be written in the memory, so a notebook is not necessary. As described above, according to the present embodiment, even a general surveying staff can measure a distance as long as a certain spatial frequency is known in advance, and an object (barcode staff) as a mutual aid with the analyzing means can be measured. ) Is not limited to.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り本発明は、
既知寸法の物体とエリアセンサの結像面間を物像間距離
とし、物体距離に応じた物体像のエリアセンサにおける
占有画素数を基準として、前側焦点距離、主点間隔、後
側焦点距離および結像倍率を画素数の関数に変換して物
像間距離計算式により演算する演算手段を備えているの
で、物体の寸法が既知であれば、種々の物体を利用して
距離を自動測定できる。
As is apparent from the above description, the present invention is
The object-to-image distance is the distance between the object of known size and the image plane of the area sensor, and the front focal length, principal point interval, rear focal length and Since the image pickup magnification is converted into a function of the number of pixels and the calculating means for calculating the distance between object images is provided, if the dimensions of the object are known, various objects can be used to automatically measure the distance. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明を適用した測量機の一実施形態を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a surveying instrument to which the present invention is applied.

【図2】 同実施形態の測量原理を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a surveying principle of the embodiment.

【図3】 同実施形態によって撮像したスケールの像と
エリアセンサの画素との関係を示す図であって、(A)
は遠距離の場合、(B)は(A)よりも近距離の場合を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an image of a scale imaged by the embodiment and pixels of an area sensor, FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a case of a long distance, and FIG.

【図4】 同実施形態においてピッチスケールの画素数
を読み出し処理を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a process of reading the number of pixels on the pitch scale in the same embodiment.

【図5】 同測量機による距離測量に使用する標尺と視
準視野、撮像画像との関係の一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a relationship between a staff used for distance measurement by the survey instrument, a collimation field of view, and a captured image.

【図6】 同測量機で撮像した標尺の大文字およびピッ
チスケールの拡大図である。
FIG. 6 is an enlarged view of a capital letter and a pitch scale of a staff that is imaged by the surveying instrument.

【図7】 同標尺のピッチスケールの拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of a pitch scale of the staff.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 視準望遠鏡 L1 対物レンズ L2 フォーカシングレンズ 13 光学補償装置 P1 分岐光学系 15 焦点板 L3 接眼レンズ 17 エリアセンサ 17i 受光面 19 フォーカシングレンズ駆動装置 20 入力部 21a 入力キー 21b AF/測定スイッチ 22 AF/MF切替えスイッチ 23 主回路 23a 画像処理回路 23b フレームメモリ 23c CPU(演算手段) 26 電源 51 等価対物レンズ 52 前側焦点位置 53 前側主点 54 後側主点 55 後側焦点 101 スタッフ D 距離 d 物像間距離 d1 物体距離 d2 前側主点距離 d3 主点間隔 d4 後側焦点距離 d5 結像距離 FP 固定焦点面 MS 機械中心 O 光軸 11 collimation telescope L1 objective lens L2 focusing lens 13 Optical compensator P1 branch optical system 15 Focus plate L3 eyepiece 17 area sensor 17i light receiving surface 19 Focusing lens drive 20 Input section 21a Input key 21b AF / measurement switch 22 AF / MF selector switch 23 Main circuit 23a image processing circuit 23b frame memory 23c CPU (calculation means) 26 power supply 51 Equivalent objective lens 52 Front focus position 53 Front principal point 54 Rear principal point 55 Rear focus 101 staff D distance d Distance between objects d1 Object distance d2 front principal point distance d3 principal point interval d4 rear focal length d5 Imaging distance FP fixed focal plane MS machine center O optical axis

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 既知寸法の物体と、 該物体を撮像する光学系が、物体側から順に対物レン
ズ、インナーフォーカスレンズ、分岐光学素子、固定焦
点面、接眼レンズの順に配置された視準系と、 前記分岐光学素子によって分岐された分岐光路中であっ
て、前記固定焦点面と等価な位置に配置されたエリアセ
ンサを備えた撮像系とを備えた光学システムと、 前記物体像のエリアセンサにおける占有画素数に基づい
て距離演算に使用する光学変数を計算する演算手段を備
えたことを特徴とする光学距離測定装置。
1. An object having a known size, and an optical system for imaging the object, a collimation system in which an objective lens, an inner focus lens, a branching optical element, a fixed focal plane, and an eyepiece lens are sequentially arranged from the object side. An optical system including an imaging system including an area sensor disposed in a position equivalent to the fixed focal plane in a branched optical path branched by the branching optical element; and an area sensor for the object image, An optical distance measuring device comprising an arithmetic means for calculating an optical variable used for distance calculation based on the number of occupied pixels.
【請求項2】 前記距離演算に使用する光学変数は、前
記物体とエリアセンサの結像面との間隔である物像間距
離の変数、前側焦点距離、主点間隔、後側焦点距離、結
像倍率である請求項1記載の光学距離測定装置。
2. An optical variable used for the distance calculation is a variable of a distance between object images, which is a distance between the object and an image plane of an area sensor, a front focal length, a principal point distance, a rear focal distance, and a result. The optical distance measuring device according to claim 1, which is an image magnification.
【請求項3】 前記光学変数、前側焦点距離、主点間
隔、後側焦点距離および結像倍率を、前記光学系の光学
設計データに基づいて、前記物体距離によって変動する
占有画素数の関数とした請求項1または2記載の光学距
離測定装置。
3. The optical variable, the front focal length, the principal point interval, the rear focal length, and the imaging magnification are a function of the number of occupied pixels which varies according to the object distance based on the optical design data of the optical system. The optical distance measuring device according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記物体距離によって変化する占有画素
数を独立変数とする光学変数としての焦点距離、主点間
隔、および結像倍率を求める関数形を、 b/(p−a)+c とした請求項1または2記載の光学距離測定装置。ただ
し、pは前記撮像系のエリアセンサ上に形成された既知
寸法物体の像が占める占有画素数、またはその平均値で
あって、a、b、cは光学設計データに基づいて予め決
定される未定係数である。
4. The function form for obtaining the focal length, the principal point interval, and the imaging magnification as optical variables whose independent variable is the occupied pixel number that changes depending on the object distance is b / (p−a) + c. The optical distance measuring device according to claim 1 or 2. However, p is the number of pixels occupied by the image of the object of known size formed on the area sensor of the imaging system, or the average value thereof, and a, b, and c are predetermined based on the optical design data. It is an undetermined coefficient.
【請求項5】 前記光学系を支持する筐体に対する基準
位置と前記固定焦点面との距離を機械距離として、前記
演算手段は前記基準位置と物体との距離を、撮像系につ
いて下記式(1)により演算する請求項1から4のいず
れか一項記載の光学距離測定装置。 距離=F(p)×[m(p)+2+1/m(p)]+HH′(p)−[機械距離]・・・(1) ただし、F(p)は既知寸法物体の前記撮像系のエリアセ
ンサ上における像が占める画素数またはその平均値pを
変数とする焦点距離、 m(p)は既知寸法物体の前記撮像系のエリアセンサ上に
おける像が占める画素数、またはその平均値pを変数と
する結像倍率、 HH′(p)は既知寸法物体の前記撮像系のエリアセンサ
上における像が占める画素数、またはその平均値pを変
数とする主点間隔である。
5. The calculation means calculates the distance between the reference position and the object using the distance between the reference position with respect to the housing supporting the optical system and the fixed focal plane as a mechanical distance, and ) The optical distance measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein Distance = F (p) × [m (p) + 2 + 1 / m (p)] + HH ′ (p) − [mechanical distance] (1) where F (p) is the imaging system of an object of known size. The focal length with the number of pixels occupied by the image on the area sensor or its average value p as a variable, m (p) is the number of pixels occupied by the image on the area sensor of the imaging system of the object of known size, or its average value p The image forming magnification, HH '(p), which is a variable, is the number of pixels occupied by an image of an object of known size on the area sensor of the image pickup system, or a principal point interval having an average value p thereof as a variable.
【請求項6】 既知寸法の物体は、測量用の標尺であ
り、該標尺の表面に塗布印刷または刻印された周期物体
としての目盛りの1サイクル以上を物体像とする請求項
1から5のいずれか一項記載の光学距離測定装置。
6. The object of known size is a surveying staff, and one or more cycles of a scale as a periodic object applied or printed on the surface of the staff is an object image. The optical distance measuring device according to claim 1.
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