JP2003240548A

JP2003240548A - トータルステーション

Info

Publication number: JP2003240548A
Application number: JP2002037510A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Fukuju; 智明福壽
Original assignee: Sokkia Co Ltd
Current assignee: Sokkia Co Ltd
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: JP3816812B2

Abstract

(57)【要約】【課題】暗闇での測量が容易なトータルステーション
を提供する。【解決手段】鉛直回転および水平回転可能な視準用望
遠鏡４６を備えたトータルステーションにおいて、視準
用望遠鏡４６の対物レンズ１１近傍に対物レンズ１１の
光軸と平行な光軸をもつ反射ターゲット照明用の光源８
０を設けた。望遠鏡の正対方向の暗闇の中に反射ターゲ
ットが白く浮き上がって見え、反射ターゲットの位置を
視認でき、視準用望遠鏡４６の視野（測定対象物を撮像
装置で撮像して表示装置６４に表示する場合は、表示装
置６４の画面）にはターゲットだけが白く浮き上がって
見えるので、視準作業がし易い。従来のように、照明用
光源（携帯用ライト）を装脱着する煩わしさや、望遠鏡
４６を正反測量の際などのために鉛直回転する上での不
都合がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子式測距測角儀
であるトータルステーションに係り、特にトンネル内や
夜間等の暗い状態でも反射ターゲット（または反射プリ
ズム）を用いた測量が可能なトータルステーションに関
する。

【０００２】

【従来の技術】測点にセットした反射ターゲット（また
は反射プリズム）に測距光を出射し、その戻り光から反
射ターゲットの角度（鉛直角，水平角）と距離を測定す
るトータルステーションを用いた測量は、夜間ではター
ゲットを視準しにくいことから、一般には昼間に限られ
ていた。しかし、トンネル内測量や鉄道の軌道測量など
暗闇や夜間での作業が必要な場合があり、このような場
合は、携帯用ライトで前方の反射ターゲットを照らして
その反射光から反射ターゲットの位置を視認した上で、
望遠鏡をターゲットに向けるという視準を行っていた。
しかし、携帯用ライトを目の近くにかざしての作業とな
り、しかも携帯用ライトの光軸が反射ターゲットから少
しでもずれると視認できず、視準作業は高度の熟練を要
すという問題があった。

【０００３】そこで、携帯用ライトを手で持って行うと
いう不便を解消するために、図１７（ａ），（ｂ）に示
すように、携帯用ライト２を視準用望遠鏡１上面に設け
られているピープサイト３に金具４で固定するというも
のもがある。ピープサイト３は、目標を概略定めるため
の照準器で、その光軸は視準用望遠鏡１（対物レンズ１
ａ）の光軸と平行であり、ピープサイト３に固定された
携帯用ライト２は視準用望遠鏡１（対物レンズ１ａ）の
光軸と略平行となるというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した従来
技術では、必要に応じて携帯用ライト２を金具４で取着
するため、面倒であり、使用しない場合の携帯用ライト
２の保管も煩わしい。また、一般にトータルステーショ
ンには、望遠鏡１の上方を横切るように取っ手５が設け
られており、望遠鏡１を１８０度鉛直回転させる正反測
量の場合には取っ手５が邪魔になり、あるいは望遠鏡１
とトータルステーショ本体６との間隔ｄ１が狭すぎて、
携帯用ライト２を望遠鏡１に取着すると望遠鏡１を１８
０度鉛直回転させることができなかった。

【０００５】また、携帯用ライト２は金具４を介してピ
ープサイト３に固定されているが、携帯用ライト２の光
軸を対物レンズ１ａの光軸と平行となるように固定保持
することは困難で、しかも固定部のガタはさけられず、
裸眼では白く見えて確認できたターゲットが望遠鏡を覗
くと全く見えない場合が多々ある。このように従来技術
では、暗闇での視準作業の能率が非常に悪いという問題
があった。

【０００６】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、暗闇での測量が容易なトー
タルステーションを提供することにある。

【０００７】

【課題を決するための手段】以上の課題を達成するため
に、請求項１に係るトータルステーションおいては、鉛
直回転および水平回転可能な視準用望遠鏡を備えたトー
タルステーションにおいて、前記視準用望遠鏡の対物レ
ンズ近傍に対物レンズの光軸と平行な光軸をもつ反射タ
ーゲット照明用の光源を設けるように構成した。

【０００８】（作用）反射ターゲット照明用の光源は視
準用望遠鏡の対物レンズ近傍で、しかもその光軸は対物
レンズの光軸と平行であるので、この照明用光源から出
射した光は、反射ターゲットを照明するとともに、ター
ゲットで反射されて照明用光源近傍位置に正確に戻る。
即ち、トンネル内や夜間といった暗い状態では、反射タ
ーゲットが明るく照明されるため、反射ターゲットでの
反射光の光路上にある視準用の光源近傍に目がくるよう
にして前方を見ると、暗闇の中に反射ターゲットが白く
明るく際だって見え、反射ターゲットの位置を視認でき
る。そして、このとき視準用望遠鏡を覗くと、その視野
（測定対象物を撮像装置で撮像して表示装置に表示する
場合は、表示装置の画面）にはターゲットだけが白く浮
き上がって見えるので、視準用望遠鏡を反射ターゲット
に正対させる作業、即ち視準作業がし易い。

【０００９】また、ターゲット照明用の光源は視準用望
遠鏡に一体に組み込まれているため、従来のように照明
用光源（携帯用ライト）を装脱着する煩わしさがない。
またターゲット照明用光源は視準用望遠鏡の外部に突出
せず、望遠鏡を正反測量の際などのために鉛直回転する
上での不都合がない。

【００１０】請求項２においては、請求項１に記載のト
ータルステーションおいて、前記視準用望遠鏡に、測定
対象物を撮像する高倍率の視準カメラ光学系と広い視野
の広角カメラ光学系とからなる切り替え可能な撮像装置
を内蔵するとともに、前記望遠鏡の前面側に、前記広角
カメラの対物レンズを視準用望遠鏡の対物レンズの上ま
たは下に接近して設け、前記視準用望遠鏡を鉛直回転可
能に支持するトータルステーション本体に、前記撮像装
置で撮像した映像を表示する表示装置を設けた構造で、
前記望遠鏡の前面側に設けた前記２つの対物レンズ間に
前記反射ターゲット照明用の光源を配置するように構成
した。（作用）反射ターゲット照明用光源は、互いに接
近して設けられた視準用望遠鏡の対物レンズおよび広角
カメラの対物レンズの間に位置することから、視準カメ
ラ光学系および広角カメラ光学系に入射するこれらの光
の光量は大きく、撮像装置を視準カメラ光学系と広角カ
メラ光学系のいずれに切り替えても、表示装置の画面に
は反射ターゲットが明るく浮き上がって見える。そし
て、撮像装置を概略の視準に便利な広角カメラ光学系か
ら高倍率の視準カメラ光学系に切り替えて、拡大した映
像を表示装置に写すことで、反射ターゲットを正確に視
準できる。

【００１１】請求項３においては、請求項２に記載のト
ータルステーションおいて、前記表示装置に表示された
画像から測定点を弁別する画像処理装置と、前記前記表
示装置に表示された画像上の測定点を指定する測定点指
定手段と、指定された測定点を自動的に視準する自動視
準装置とを備えるように構成した。（作用）表示装置
に表示された画像の測定点をマウスやタッチペンやジョ
イスティックなどの指定手段によって指定すると、表示
装置の画面中央（のレチクル線）と指定点間の縦横のピ
クセル数が画像処理装置で読みとられて垂直偏差ｈと水
平偏差ｖが求められ、自動視準装置が作動して、この垂
直偏差ｈと水平偏差ｖがそれぞれ０となるように望遠鏡
が鉛直方向および水平方向に回転し、表示装置の画面中
央（のレチクス線）をターゲットの十字線交点と一致さ
せる。

【００１２】請求項４においては、請求項１〜３のいず
れかに記載のトータルステーションおいて、前記反射タ
ーゲット照明用の光源を、所定間隔で点滅する点滅光源
で構成するようにした。（作用）反射ターゲットを直接
裸眼で見る場合、視準用望遠鏡で見る場合、表示装置の
画面を通して見る場合のいずれにおいても、照明用の光
源の点滅に合わせて反射ターゲットが暗闇の中であたか
も点滅しているように見えるので、視認しやすい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、実施例に基づいて詳細に説明する。図１〜図
１６は、本発明の一実施例であるトータルステーション
を示し、図１はトータルステーション全体のブロック
図、図２は同トータルステーションの光学系と自動視準
装置を説明する図、図３（ａ），（ｂ）は同トータルス
テーションの正面図および背面図であり、図４は同トー
タルステーションの自動視準装置に用いられる十字形ラ
インセンサを説明する図、図５は測定対象物の各部位置
を測定する方法を示す図、図６は同トータルステーショ
ンの広角カメラ光学系で得たが画像を示す図、図７は同
トータルステーションにおいて、広角カメラ光学系で得
た画像を用いて予備視準した後の画像を示す図、図８は
同トータルステーションにおいて、視準カメラ光学系で
得た画像を用いて、自動視準した後に、前記視準カメラ
光学系で得た画像を示す図、図９は測定点（ターゲッ
ト）の位置測定の手順を説明するフローチャート、図１
０は自動視準の開始前の広角カメラ光学系で得た最も広
角な画像を示す図、図１１は図１０における測定点のタ
ーゲットの中心のレクチル線の中心からの水平偏差及び
垂直偏差を示す図、図１２は広角カメラ光学系の最も広
角な状態で、ターゲットの中心と視準軸を一致させた状
態を示す図、図１３は同トータルステーションの予備視
準の途中において、広角カメラ光学系を小幅ズームアッ
プした状態を示す図、図１４は広角カメラ光学系を小幅
ズームアップした状態で、ターゲットの中心と視準軸を
一致させた状態を示す図、図１５は視準カメラ光学系に
切り換えた直後に視準カメラ光学系で捕らえた画像を示
す図、図１６は視準カメラ光学系で捕らえた画像で、タ
ーゲットの中心と視準軸を一致させた状態を示す図であ
る。

【００１４】トータルステーション１１０の視準用望遠
鏡４６は、図１、図２及び図３に示したように、測定対
象物を高倍率で撮像する撮像装置として視準カメラ光学
系４７の他に、測定対象物を低倍率の広い視野で撮像す
る撮像装置として広角カメラ光学系８９を備えている。
そして、このトータルステーション１１０は、図３に示
したように、整準台４０上に水平回転可能に水平回転部
４２を取り付け、この水平回転部４２に立設された一対
の柱部４４間に垂直（鉛直）回転可能に望遠鏡４６を取
り付けている。即ち、水平回転部４２と一対の柱部４４
によって一体のトータルステーション本体４１が構成さ
れ、トータルステーション本体４１の柱部４４，４４間
に視準用望遠鏡４６が垂直（鉛直）回転可能に設けられ
ている。また、トータルステーション１１０は、図１に
示したように、測定点までの距離を測定する測距部（光
波距離計）４８と、望遠鏡４６の水平角を測定する水平
測角部（水平エンコーダ）５０と、望遠鏡４６の垂直角
を測定する垂直測角部（垂直エンコーダ）５２と、望遠
鏡４６の水平角を制御する水平制御部（水平サーボモー
タ）５４と、望遠鏡４６の垂直角を制御する垂直制御部
（垂直サーボモータ）５６と、これら各部を制御すると
ともに測定結果を算定するためのＣＰＵ（演算制御部）
５８とを備えている。なお、視準用望遠鏡４６は、水平
制御部（水平サーボモータ）５４と垂直制御部（垂直サ
ーボモータ）５６によってその駆動が制御されるが、手
動で容易に回動させることもできる。

【００１５】さらに、トータルステーション１１０は、
各カメラ光学系４７、８９で得た画像からノイズを除去
して鮮明な画像にするとともに、測定対象物の輪郭や測
定点等を弁別する画像処理装置６０と、各カメラ光学系
４７、８９から得た画像に種々の情報等を重ね合わせる
スーパーインポーズ装置６２と、各カメラ光学系４７、
８９で得た映像を表示するとともに、タッチペン６８又
は指等の測定点指定手段で触れることにより測定点を指
定したり、各種データやコマンド等を入力することがで
きる表示装置であるタッチパネルディスプレイ６４と、
トータルステーション１１０とは別体の計測制御機（パ
ーソナルコンピュータ）６５等の外部機器とのデータ入
出力のための入出力装置６６とを備える。

【００１６】画像処理装置６０とスーパーインポーズ装
置６２は、トータルステーション本体４１の内部に設け
られ、タッチパネルディスプレイ６４は、水平回転部４
２の下部背面に取り付けられる。タッチパネルディスプ
レイ６４は、各カメラ光学系４７、８９により撮像され
た映像を表示するだけでなく、広角カメラ光学８９系又
は視準カメラ光学系４７の視準軸（光軸）Ｏの方向を示
すレクチル線（十字線）９２、各種のコマンドを入力す
るためのアイコン、データを入力するためのテンキー、
測距部４８や測角部５０、５２で得た測定結果等も、ス
ーパーインポーズ装置６２により重ねて表示できるよう
になっている。

【００１７】もちろん、タッチパネルディスプレイパネ
ル６４の代わりに、普通の液晶ディスプレイ等の表示装
置と、種々のコマンドやデータ入力のためのキーボード
とを別体にして備え、測定点指定手段としては、カーソ
ル移動キー、マウス、トラックボール、ジョイスティッ
ク等を用いてもよい。

【００１８】広角カメラ光学系８９は、広角（対物）レ
ンズ８７と、自動焦点合わせ機構を内蔵する広角ＣＣＤ
カメラ素子８８と、合焦レンズ１９からなり、前記合焦
レンズ１９の代わりに広角ＣＣＤカメラ素子８８が図示
しないズーム装置を備えてもよい。もちろん、小型化や
価格抑制等のためには、ズーム装置を省くことができ、
さらに広角カメラ光学系８９そのものも省くこともでき
る。また、広角ＣＣＤカメラ素子８８の代わりに、その
他の適当な撮像装置を用いてもよい。

【００１９】視準カメラ光学系４７は、視準軸Ｏ上に、
対物レンズ１１、反射プリズム７０、ダイクロイックプ
リズム７２、ビームスプリッタ１２０、視準ＣＣＤカメ
ラ素子４５を設置し、さらに、赤外線レーザ光の測距光
を出射する赤外線ＬＥＤ等の発光素子７４と、この測距
光を集光する集光レンズ７６と、集光された測距光を反
射プリズム７０に向けて光路を９０度偏向するミラー７
８と、図示しない反射ターゲットで反射された測距光が
ダイクロイックプリズム７２で反射して入射するフォト
ダイオード等の受光素子８６と、ビームスプリッタ１２
０で９０度偏向した光が集光する十字形ラインセンサ１
２２を備えて構成されている。もちろん、視準ＣＣＤカ
メラ素子４５の代わりに、その他の適当な撮像装置を用
いてもよく、十字形ラインセンサ１２２の代わりに４分
割センサ等の適宜センサを用いてもよい。

【００２０】光源８０により形成される照明光としては
赤外線レーザ光でもよいが、レーザ光では、広角ＣＣＤ
カメラ素子８８の視野全体を認識しにくいため、本実施
例では、遠方のターゲットまで光が十分届くように、広
角ＣＣＤカメラの画角（２０度）と同じ拡散角をもつ高
輝度ＬＥＤによる可視光を用いた。

【００２１】そして、この反射ターゲット照明用の光源
８０は、望遠鏡４６の前面において上下方向に互いに接
近して設けられた視準用ＣＣＤカメラの対物レンズ４７
と広角ＣＣＤカメラの対物レンズ８７間に設けられてい
る。

【００２２】そして、光源８０から出射された照明光Ｌ
１は、測定対象物の測定点に設置されたターゲットに向
かい、ターゲットを照明するとともに、ターゲットで反
射された反射光Ｌ１’として今来た光路を逆進する。こ
のため、撮像装置として視準カメラ光学系４７を選択し
た場合は、対物レンズ１１を介して入射した光（反射光
Ｌ１’）はダイクロイックプリズム７２を通過し、その
一部はビームスプリッタ１２０を通過し、合焦レンズ１
９を経て視準ＣＣＤカメラ素子４５上に集光しターゲッ
ト像を照明し、このターゲット像はディスプレイ６４上
に拡大されて表示される。また、ダイクロイックプリズ
ム７２を通過した光のうち、主に反射光Ｌ１’はビーム
スプリッタ１２０で９０度偏向されて、十字形ラインセ
ンサ１２２に集光する。一方、撮像装置として広角カメ
ラ光学系８９を選択した場合は、対物レンズ８７を介し
て入射した反射光Ｌ１’が合焦レンズ１９を経てターゲ
ット像形成用の光として広角ＣＣＤカメラ素子８８上に
結像し、ディスプレイ６４上に広角に表示される。

【００２３】また、ターゲット照明用の光源８０は、視
準用望遠鏡４６の対物レンズ１１の近傍で、しかもその
光軸は対物レンズ１１の光軸（視準軸）Ｏと平行で、さ
らに広角ＣＣＤカメラの広角（対物）レンズ８７と視準
用望遠鏡４６の対物レンズ１１の中間に配置されてい
る。即ち、照明用光源８０から出射して反射ターゲット
で反射した光束の中心軸に近い光エネルギーの強い位置
に対物レンズ１１および広角（対物）レンズ８７がある
ため、視準カメラ光学系４７および広角カメラ光学系８
９に入射する光（反射光Ｌ１’）の光量は大きく、撮像
装置を視準カメラ光学系４７と広角カメラ光学系８９の
いずれに切り替えても、ディスプレイ６４の画面には反
射ターゲット（ターゲット像）が白く際だって見える。
このため、屋内の暗所やトンネル内や夜間の測定に使用
した場合には、ディスプレイ上には暗い背景の中にター
ゲット像が白く浮き上がって見え、作業員は反射ターゲ
ットの位置を簡単に確認できる。

【００２４】光源８０は、継続点灯させても、あるいは
所定間隔（例えば１秒間隔）で点滅させてもよい。特に
光源８０を点滅させるように構成した場合は、ディスプ
レイ６４の画面上に反射ターゲット（ターゲット像）が
あたかも点滅発光しているように見えるため、視認性が
よい。なお、この光源８０を点滅させる手段としては、
変調回路を用いる方法やＣＰＵ５８によってスイッチン
グ操作させる方法などがある。

【００２５】また、発光素子７４から出射された測距光
（赤外線レーザ光）Ｌ２は、集光レンズ７６、ハーフミ
ラー７８、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、
測定対象物に設置した反射ターゲットに向けて送光され
る。そして、ターゲットで反射された測距光Ｌ２’は、
今来た光路を逆進し、対物レンズ１１を透過して、ダイ
クロイックプリズム７２で直角方向へ反射され、受光素
子８６へ入射する。ターゲットまでの距離は、従来と同
様に、発光素子７４から図示しない光ファイバーにより
直接受光素子８６へ入射する参照光と、ターゲットで反
射してから受光素子８６へ入射する測距光の位相差から
算出される。

【００２６】ところで、本実施例では、測定点を視準カ
メラ光学系４７の視準軸Ｏ上に位置させるための自動視
準装置６９として、視準ＣＣＤカメラ素子４５、ＣＰＵ
５８，画像処理装置６０、水平制御部５４、垂直制御部
５６からなる第１の自動視準装置と、十字形ラインセン
サ１２２、ＣＰＵ５８、水平制御部５４、垂直制御部５
６からなる第２の自動視準装置と、広角ＣＣＤカメラ素
子８８、ＣＰＵ５８、画像処理装置６０、水平制御部５
４、垂直制御部５６からなる予備視準装置とを備えてい
る。

【００２７】まず、視準ＣＣＤカメラ素子４５を有する
第１の自動視準装置について、図２及び図６に基づいて
さらに詳細に説明する。視準ＣＣＤカメラ素子４５の受
光部の中心は、視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏと一致
するようにされていて、視準軸Ｏに沿う光線が視準ＣＣ
Ｄカメラ素子４５の受光部の中心に入射するので、図６
に示したように、タッチパネルディスプレイ６４上にお
いて、視準軸Ｏとターゲット像９０との水平方向偏差ｈ
と垂直方向偏差ｖは、視準軸Ｏとターゲット方向のなす
角に対応する。そこで、両偏差ｈ、ｖをともに０とする
ことによりターゲットを自動視準することができる。

【００２８】このため、視準ＣＣＤカメラ素子４５から
の画像信号は、図示しない信号処理部（増幅器、波形整
形器、Ａ／Ｄ変換器等）を経て、ＣＰＵ５８に入力され
る。ＣＰＵ５８は、画像処理装置６０に、視準ＣＣＤカ
メラ素子４５で得た画像から測定対象物の輪郭やターゲ
ット像９０を弁別させる。また、ＣＰＵ５８は、タッチ
パネルディスプレイ６４上の指定したいターゲット像９
０にタッチペン６８で触れると、タッチペン６８で触れ
た点と視準軸Ｏとの間の水平方向偏差ｈと垂直方向偏差
ｖとを求め、これら両偏差ｈ、ｖに応じた制御信号を夫
々、水平制御部５４、垂直制御部５６に送る。すると、
両制御部５６は、両偏差ｈ、ｖに応じた制御信号により
望遠鏡４６を回転させ、タッチペン６８で触れた点、す
なわち指定したターゲット像９０を視準軸Ｏ上に移動さ
せる。こうして、ターゲット像９０が視準軸Ｏ付近に移
動すると、ＣＰＵ５８は、指定されたターゲット像９０
を認識し、その後は、ターゲット像９０と視準軸Ｏとの
間の水平方向偏差ｈと垂直方向偏差ｖとを求め、これら
両偏差ｈ、ｖに応じた制御信号を夫々、水平制御部５
４、垂直制御部５６に送って自動視準を行う。

【００２９】次に、十字形ラインセンサ１２２を有する
第２の自動視準装置について、図２及び図４に基づいて
説明する。十字形ラインセンサ１２２は、図４に示した
ように、２本のラインセンサ１２３、１２４を十字形に
組み合わせたもので、その中心１２５を視準カメラ光学
系の視準軸Ｏに沿う光線が入射する位置と一致させてお
く。両ラインセンサ１２３、１２４からの出力信号は、
図示しない信号処理部（増幅器、波形整形器、Ａ／Ｄ変
換器等）を経て、ＣＰＵ５８に入力される。ＣＰＵ５８
は、両ラインセンサ１２３，１２４の各受光部分１２
６、１２７夫々の中点１２８、１２９を求めることによ
り、中心１２５に対するターゲットからの反射光の照射
スポット１３０の中心１３１の水平方向偏差ｈ１と垂直
方向偏差ｖ１を求める。なお、このときディスプレイ６
４には照射スポット１３０は表示されず、視準ＣＣＤカ
メラ素子４５，または広角ＣＣＤカメラ素子８８の映像
が表示される。両偏差ｈ１、ｖ１は、視準軸Ｏとターゲ
ット方向のなす角に対応するので、ＣＰＵは、両偏差ｈ
１、ｖ１に応じた制御信号を夫々、水平制御部５４、垂
直制御部５６に送り、両偏差ｈ１、ｖ１をともに０とす
るように望遠鏡を回転させることにより、ターゲットを
自動視準する。この第２の自動視準装置には、十字形ラ
インセンサ１２２以外にも、４分割光センサ等、従来用
いられていた適宜センサを用いることができる。

【００３０】次に広角ＣＣＤカメラを有する予備視準装
置について、図２に基づいて説明する。広角ＣＣＤカメ
ラ素子８８の受光部の中心は、広角カメラ光学系８９の
視準軸と一致するようにされていて、広角ＣＣＤカメラ
素子４５で得た映像も、前述の視準ＣＣＤカメラ素子４
５で得た映像と同様に処理して自動視準を行うことがで
きる。ただし、広角カメラ光学系８９の視準軸は、視準
カメラ光学系８９の視準軸Ｏから距離ｄだけずれている
ので、この広角カメラ光学系８９で構成される予備視準
装置は、最初に望遠鏡４６を略ターゲット付近に向ける
予備視準のために用いられ、最終的には視準ＣＣＤカメ
ラ素子４５を含む第１の自動視準装置、又は十字形ライ
ンセンサ１２２を含む第２の自動視準装置を用いて自動
視準する。

【００３１】なお、前述の第２の自動視準装置は主に屋
外で測定するときに用いられ、前述の第１の自動視準装
置は主に屋内やトンネル内といった暗所や夜間での測定
に用いられる。この理由は、第１の自動視準装置は、日
中に屋外で測定すると、自然光の強い外乱を受けて測定
ミスが出やすいからである。

【００３２】大型構造物の各測定点の位置を計測するに
は、次のような方法をとる。図５に示したように、大型
構造物である測定対象物１００は、自然光の外乱を避け
るため、計測室１０２内の暗所に設置され、多数の測定
点に夫々ターゲット（反射シートに反射プリズムを設け
たもの）１０４を取り付ける。計測室１０２の床１０６
等には、基準点を示すためのターゲット１０８と、各タ
ーゲット１０４、１０８の位置を測定するためのトータ
ルステーション１１０が設置される。

【００３３】まず、トータルステーション１１０を所定
位置に設置し、トータルステーション１１０のメインス
イッチをＯＮにするとともに、ターゲット照明用の光源
８０を点灯する。すると、図６に示したように、広角カ
メラ光学系８９により得られた複数のターゲット１０４
の反射によるターゲット像９０をレクチル線９２ととも
にタッチパネルディスプレイ６４に表示させる。ディス
プレイ６４に表示されたターゲット像９０は、暗い全体
背景の中にひときわ白く光って浮き上がって見える。

【００３４】次に、タッチパネルディスプレイ４６に表
示されたターゲット像（測定点又は基準点）９０にタッ
チペンで触れて、測定するターゲット１０４、１０８を
指定する。すると、予備視準装置が働いて、図７に示し
たように、タッチパネルディスプレイ６４上で視準軸Ｏ
を示すレクチル線９２の中心と指定したターゲット像９
０が一致するまで、望遠鏡４６を回転させ、指定したタ
ーゲット像９０を画面中央に移動させていく。このと
き、ターゲット１０４、１０８は、光が来た方向のみに
光を反射するので、測定点又は基準点を示すターゲット
像９０は、特に明るく表示されて、画像処理装置６０の
処理を容易にするとともに、作業者にも自動視準の進捗
状況を分かり易くしている。

【００３５】こうして、指定したターゲット１０４又は
１０８が概略視準されると、さらに正確に視準するため
に、広角カメラ光学系８９から視準カメラ光学系４７に
切り換え、図８に示したように、タッチパネルディスプ
レイ６４にターゲット像９０とレクチル線９２を表示す
る。このときも、ディスプレイ６４に表示されたターゲ
ット像９０は、暗い背景の中にひときわ白く光って浮き
上がって見えるので、作業員は、レクチル線９２に対す
るターゲット像９０の位置を一目で確認できる。ここ
で、ターゲット１０４又は１０８が第１又は第２の自動
視準装置により正確に自動視準されると、自動的に距離
測定を行うとともに、水平角及び垂直角も測定する。こ
のさい、これらの測定値は、指定された座標系上の座標
に変換され、図示しない適当な記録媒体にも記録され
る。

【００３６】前述の測定方法の手順を、図９のフローチ
ャートと、図１０〜図１６に示したタッチパネルディス
プレイ６４に表示された画像に基づいて、さらに詳細に
説明する。

【００３７】まず、トータルステーション１１０を所定
位置に設置し、図示しないメインスイッチをＯＮにする
とともに、ステップＳ１において、ターゲット照明用の
光源８０を点灯させる。次に、ステップＳ２に進み、図
１０に示したように、広角カメラ光学系８９を最も広角
として、測定対象物１００にセットしたターゲットが照
明されて見える像であるターゲット像９０と画像上のレ
クチル線９２をタッチパネルディスプレイ６４に表示さ
せる。さらに、図示しない既知のオートフォーカス制御
装置により、合焦レンズ１９の位置を調整してターゲッ
ト１０４、１０８に焦点が合わせられる。なお、このレ
クチル線９２の中心は、望遠鏡４６を上下左右の回転さ
せても、広角カメラ光学系８９又は視準カメラ光学系４
７の視準軸Ｏを常に表示している。このため、以下、レ
クチル線の中心にも符号Ｏを付す。次に、ステップＳ３
に進み、タッチパネルディスプレイ６４に表示された測
定点に位置するターゲット像９０にタッチペン６８で触
れることにより、測定しようとするターゲット１０４、
１０８の像を指定する。もし、測定しようとするターゲ
ット１０４、１０８の像がタッチパネルディスプレイ６
４上に表示されていないときは、タッチパネルディスプ
レイ６４上の適当な点にタッチペン６８で触れる。する
と、後述するように、この点を測定点としてタッチパネ
ルディスプレイ６４の中心へ移動するので、測定するタ
ーゲット像９０をタッチパネルディスプレイ６４上に表
示させることができ、ここで測定するターゲット１０
４、１０８を指定する。

【００３８】測定するターゲット１０４、１０８を指定
すると、ステップＳ４に進み、予備視準装置が働き、Ｃ
ＰＵ５８により、図１１に示したように、タッチペン６
８で触れた点とレクチル線９２の中心Ｏとの水平偏差ｈ
と垂直偏差ｖ（ピクセル数で表す。）を検出する。次
に、ステップＳ５に進み、両偏差ｈ，ｖを水平制御部５
４と垂直制御部５６に送り、両制御部５４、５６を作動
させ、両偏差ｘ、ｙがともに０となるように望遠鏡４６
を回転させ、図１２に示したように、タッチペン６８で
触れた点をタッチパネルディスプレイ６４の画面中央の
レクチル線９２の中心Ｏに移動させる。ターゲット像９
０が略レクチル線９２の中心Ｏ上に移動すことで、ＣＰ
Ｕ５８は中心Ｏ上のターゲット像９０を指定されたター
ゲット像であると認識する。

【００３９】さらに正確に視準するため、ステップＳ６
に進み、広角カメラ光学系８９を小幅ズームアップす
る。小幅にズームアップするのは、一度に最大倍率まで
ズームさせると、視準誤差等によりターゲット１０４、
１０８の像が視野から外れ、自動視準ができなくなる恐
れがあるからである。広角カメラ光学系８９をズームア
ップすると、図１３に示したように、ターゲット像９０
の中心Ｏ’とレクチル線９２の中心Ｏがわずかにずれて
いることが普通である。そこで、ステップＳ７に進み、
ステップＳ４と同様に、ターゲット像９０の位置を検出
し、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ステップ
Ｓ５と同様に両制御部５４、５６を作動させ、図１４に
示したように、ターゲット像９０の中心Ｏ’をレクチル
線９２の中心Ｏ上へ移動させる暫定的な予備視準を行
う。

【００４０】次に、ステップＳ９に進み、広角ＣＣＤカ
メラが最大倍率になったか否かを調べる。広角ＣＣＤカ
メラが、最大倍率に達していないときは、ステップＳ６
に戻るが、最大倍率になっているときは、ステップＳ１
０に進み、ターゲット１０４，１０８までの距離測定を
行う。この距離測定には、ターゲット１０４，１０８の
大きさが既知であることを利用し、画像処理装置を用い
てタッチパネルディスプレイ６４上のターゲット像９０
の大きさから距離を算出する。

【００４１】ターゲット１０４，１０８までの距離が求
まると、ステップＳ１１に進み、この距離と、両カメラ
光学系４７、８９の視準軸間の距離ｄとから、視準カメ
ラ光学系４７の視準軸Ｏ上にターゲット１０４が位置す
るように、望遠鏡４６の向きの調整角を計算し、望遠鏡
４６の向きを調整する。そして、さらに正確に視準する
ため、ステップＳ１２に進み、図１５に示したように、
広角カメラ光学系８９から高倍率の視準カメラ光学系４
７に切り換え、合焦レンズ１９の位置を調整してターゲ
ット１０４に焦点を合わせる。このときの視準カメラ光
学系４７のフォーカス制御には、ステップＳ１０の距離
計測で求めた距離を用いる。

【００４２】次に、ステップＳ１３に進み、ステップＳ
４と同様に、ターゲット像９０の位置を検出する。そし
て、ステップＳ１４に進み、ステップＳ５と同様に再
び、両制御部５４、５６を作動させ、第１の自動視準装
置により暫定的な自動視準を行う。次に、ステップＳ１
５に進み、視準用の光源８０を消灯するとともに、測距
部（光波距離計）４８によりターゲット１０４までの正
確な距離を求め、この距離を用いて、ターゲット１０４
に正確に焦点を合わせる。それから、ステップＳ１５Ａ
において光源８０を点灯した後、ステップ１６に進み、
ステップＳ４と同様に、ターゲット像９０の位置を検出
する。そして、ステップＳ１７に進み、ステップＳ５と
同様に、両制御部５４、５６を作動させ、第１の自動視
準装置により最終的な自動視準を行い、図１６に示した
ように、ターゲット像９０の中心Ｏ’をレクチル線の中
心Ｏ上に正確に位置させる。

【００４３】それから、ステップＳ１８に進み、ターゲ
ット像９０の中心Ｏ’が正確にレクチル線９２の中心Ｏ
上にあるか否か、すなわちターゲット像９０の中心Ｏ’
とＯとの水平偏差ｈと垂直偏差ｖが所定範囲内（たとえ
ば、両制御部５４、５６のサーボモータの制御精度以
下）か否か調べる。両偏差ｈ、ｖがともに所定範囲内の
ときは、ステップＳ１９に進んで、照明用の光源８０を
消灯し、測距部（光波距離計）４８によりターゲット１
０４までの距離を求め、同時に水平測角部５０と垂直測
角部５２により望遠鏡４６の水平角と垂直角を求める。
これらの角度は、光学式エンコーダによって求められ
る。座標系が指定してあれば、これらの距離と角度から
指定された座標系での座標へ変換する。両偏差ｈ、ｖが
ともに所定範囲外のときは、ステップＳ１６に戻る。

【００４４】前述した測定において、測距部４８で距離
を測定するステップＳ１５、Ｓ１９では必ずターゲット
照明用の光源８０が消灯しているので、光源８０による
照明光が距離測定に誤差を与えることがない。こうし
て、１つの測定点又は基準点の測定を完了すると、再
び、広角カメラ光学系８９に切り換えられ、図６に示し
たような画像が表示されるので、次に測定したいターゲ
ット像９０をタッチペン６８で指定する。以下同様に、
順次ターゲット１０４、１０８の位置を計測していく。

【００４５】一方、図示しない自動計測スイッチをＯＮ
とすると、ＣＰＵ５８は、測定対象物１００に取り付け
られたターゲット１０４と、基準点を示すターゲット１
０８を端から端まで自動的に順番に指定していき、前述
の測定を全部自動的に行うようになっている。この場合
は、予め測定点及び基準点の座標を計測制御機６５等の
外部機器から入力しておくことにより、効率的に自動測
定できるようにしている。

【００４６】こうして、１個所で前述の測定を終了する
と、測量機１１０を次の個所へ移動させ、前述のよう
に、ターゲット１０４、１０８を端から端まで測定して
いき、このような測定を予定した個所全部で行う。こう
して、すべての予定個所での測定を終了した後に、この
測定結果をタッチパネルディスプレイ６４に表示すると
ともに、図示しない適当な記録媒体に記録して測定を終
了する。

【００４７】以上は、１台の測量機のみで計測する方法
を説明したが、通常は、計測室１０２の床１０６には複
数の測量機１１０を設置し、これらの測量機１１０の入
出力装置６６と、観測室１１２内に設置されたディスプ
レイ（画像表示装置）を備えた計測制御機（パーソナル
コンピュータ）６５との間を電源ケーブル１１６と映像
ケーブル１１７と通信ケーブル１１８で接続して、各測
量機１１０を計測制御機６５により遠隔操作するととも
に、各測量機１１０で得た映像や測定結果は直ちに計測
制御機６５に送って、能率的に測定できるようにしてい
る。もちろん、計測制御機６５をもっと離れた事務所等
に設置し、適当な通信装置（電話、携帯電話、無線機
等）を介して、各測量機１１０と計測制御機６５とを接
続してもよい。

【００４８】このような測量機１１０を遠隔操作する場
合、１つの測量機１１０に計測制御機６５から計測開始
指令を送ると、この測量機１１０のメインスイッチがＯ
Ｎとなり、この測量機１１０は、広角ＣＣＤカメラ素子
８８により得られた測定対象物１００の映像を計測制御
機６５に送ってくるので、計測制御機６５のディスプレ
イに測定対象物１００の像が表示される。計測制御機６
５は、測量機１１０と同じ計測制御プログラムを内蔵し
ているから、後は前述した測量機１１０で行った方法と
同様にして、ターゲット１０４、１０８を端から端まで
測定していく。この測量機１１０での全ての測定を終了
すると、この測量機１１０のメインスイッチをＯＦＦと
し、次の測量機１１０に計測開始指令を送り、以下、同
様にして、全ての測量機１１０での測定を行う。全ての
測量機１１０での測定を終了すると、計測制御機６５
は、この測定結果をディスプレイに表示するとともに、
適当な記録媒体に測定結果を記録し、必要により測定結
果を印字して計測を終了する。

【００４９】以上の説明から明らかなように、本実施例
では、薄暗い屋内において、測定対象物１００にセット
した多数の反射ターゲット１０４をトータルステーショ
ン１１０側の１人の作業員でもって能率的に測定でき
る。このさい、作業員は、トータルステーション１１０
のタッチパネルディスプレイ６４上で、広角ＣＣＤカメ
ラで得た広い視野の画面からターゲット像９０を指定す
ることができ、後は、自動視準装置６９により自動視準
がなされ、続いて測定点の位置が自動測定されるので、
作業員の負担が少なく、人為的な視準誤差も発生しない
という利点がある。

【００５０】特に、視準軸Ｏの近傍に設けたターゲット
照明用の光源８０から、可視光で所定の拡散角をもつ照
明光を視準軸Ｏと平行に出射することから、ターゲット
には、視準カメラ光学系４７および広角レンズ光学系８
９のいずれにおいても充分の明るさのターゲット画像が
得られる程度の照明がなされて、測定対象物１００にセ
ットした反射ターゲットの像（ターゲット像）を鮮明に
タッチパネルディスプレイ６４上に表示でき、しかも、
充分な視準精度を有し、距離測定に誤差を与えることが
少ない。とくに、照明光は、必要な時のみに出射し、測
距部（光波距離計）４８による測距時には出射しないの
で、距離測定に誤差を与えることがない。

【００５１】なお、前記した実施例では、視準ＣＣＤカ
メラ素子４５で撮像した映像をタッチパネルディスプレ
イ６４上に表示し、ディスプレイ６４上の画像中のター
ゲット像９０をタッチペン６８で指定すると、自動視準
装置６９が作動して、ターゲット像９０が自動的にディ
スプレイ６４のレチクル線９２の中心Ｏにくるように構
成されているが、画像処理装置６０が設けられておら
ず、ディスプレイ６４上のターゲット像９０を見なが
ら、キーボードの操作キーを押すことで、望遠鏡４６を
水平回転及び鉛直回転させてターゲット像９０をディス
プレイ６４のレチクル線９２の中心にくるよう調整し
て、十字ラインセンサ１２２により自動視準する構造の
トータルステーションであってもよい。そして、特に画
像処理装置６０が設けられていな構造の場合には、反射
ターゲット照明用の光源として所定間隔（例えば１秒間
隔）で点滅する点滅光源を用いると、表示装置の画面を
通して反射ターゲットが照明用の光源の点滅に合わせて
暗闇の中であたかも点滅しているように見えるので、そ
れだけ視認しやすく、視準作業も容易となる。

【００５２】またさらに、前記した実施例のような視準
ＣＣＤカメラ素子４５，８８および表示装置６４が設け
られておらず、作業員が視準ＣＣＤカメラ素子４５に代
えて接眼レンズ，焦点板十字線で構成された視準望遠鏡
の接眼レンズを直接覗くタイプのトータルステーション
であっても、裸眼で見て射ターゲットが白く浮き上がっ
て見えるため、視準作業が容易となる点は同じである。
さらに、反射ターゲット照明用の光源として所定間隔で
点滅する点滅光源を用いた場合には、反射ターゲットが
暗闇の中で点滅しているように見えて視認しやすく、視
準作業が容易となる点も同じである。

【００５３】また、前記した実施例では、薄暗い屋内で
の測量について説明したが、トンネル内の暗闇での測量
や夜間の測量においても同様に適用できる。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１によれば、暗闇の中でも反射ターゲットの位置を簡単
に視認できて円滑な視準作業が可能となるので、夜間や
トンネル内等の暗闇での測量が容易になる。

【００５５】請求項２によれば、屈んだ姿勢で視準用望
遠鏡の接眼レンズを覗く従来の視準作業に比べて、当初
は広角でその後は高倍率で表示装置に表示された画像を
見ながら視準作業を遂行できるので、夜間やトンネル内
等での測量が一層容易になる。

【００５６】請求項３によれば、表示装置に表示された
画像の測定点を指定手段によって指定すると、自動視準
装置が作動して自動的に反射ターゲットを視準するの
で、視準作業が非常に迅速かつ簡単になる。

【００５７】請求項４によれば、反射ターゲットが照明
用の光源の点滅に合わせて暗闇の中で点滅しているよう
に見えるので、反射ターゲットを視認しやすく、それだ
け視準作業を迅速にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるトータルステーション
全体のブロック図である。

【図２】同トータルステーションの光学系及び自動視準
装置を説明する図である。

【図３】（ａ）同トータルステーションの正面図であ
る。（ｂ）同トータルステーションの背面図である。

【図４】十字形ラインセンサを説明する図である。

【図５】測定対象物の各部位置を測定する方法を示す図
である。

【図６】同トータルステーションの広角カメラ光学系で
得た画像を示す図である。

【図７】同トータルステーションにおいて、広角カメラ
光学系で得た画像を用いて予備視準した後の画像を示す
図である。

【図８】同トータルステーションにおいて、視準カメラ
光学系で得た画像を用いて、自動視準した後に、前記視
準カメラ光学系で得た画像を示す図である。

【図９】測定点（ターゲット）の位置測定の手順を説明
するフローチャートである。

【図１０】自動視準の開始前の広角カメラ光学系で得た
最も広角な画像を示す図である。

【図１１】図１０における測定点のターゲットの中心の
レクチル線の中心からの水平偏差及び垂直偏差を示す図
である。

【図１２】広角カメラ光学系の最も広角な状態で、ター
ゲットの中心と視準軸を一致させた状態を示す図であ
る。

【図１３】同トータルステーションの予備視準の途中に
おいて、広角カメラ光学系を小幅ズームアップした状態
を示す図である。

【図１４】広角カメラ光学系を小幅ズームアップした状
態で、ターゲットの中心と視準軸を一致させた状態を示
す図である。

【図１５】視準カメラ光学系に切り換えた直後に視準カ
メラ光学系で捕らえた画像を示す図である。

【図１６】視準カメラ光学系で捕らえた画像で、ターゲ
ットの中心と視準軸を一致させた状態を示す図である。

【図１７】（ａ）従来のトータルステーションの正面斜
視図である。（ｂ）同トータルステーションの背面斜視図である。

【符号の説明】

１１視準用望遠鏡の対物レンズ４１トータルステーション本体４５視準用ＣＣＤカメラ素子４６視準用望遠鏡４７視準カメラ光学系（撮像装置）５４水平制御部５６垂直（鉛直）制御部５８ＣＰＵ６０画像処理装置６４タッチパネルディスプレイ（表示装置）６５計測制御装置６８タッチペン（測定点指定手段）６９自動視準装置８０ターゲット照明用の光源８６受光素子８７広角（対物）レンズ８８広角ＣＣＤカメラ素子８９広角カメラ光学系（撮像装置）９０ターゲット像（測定点）１１０トータルステーション１０４ターゲット（測定点）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛直回転および水平回転可能な視準用望
遠鏡を備えたトータルステーションにおいて、前記視準
用望遠鏡の対物レンズ近傍に対物レンズの光軸と平行な
光軸をもつ反射ターゲット照明用の光源が設けられたこ
とを特徴とするトータルステーション。
【請求項２】前記視準用望遠鏡には、測定対象物を撮
像する高倍率の視準カメラ光学系と広い視野の広角カメ
ラ光学系とからなる切り替え可能な撮像装置が内蔵され
るとともに、前記望遠鏡の前面側には、前記広角カメラ
の対物レンズが視準用望遠鏡の対物レンズの上または下
に接近して設けられ、前記視準用望遠鏡を鉛直回転可能
に支持するトータルステーション本体には、前記撮像装
置で撮像した映像を表示する表示装置が設けられた構造
で、前記望遠鏡の前面側に設けられた前記２つの対物レ
ンズ間に前記反射ターゲット照明用の光源が配置された
ことを特徴とする請求項１に記載のトータルステーショ
ン。
【請求項３】前記表示装置に表示された画像から測定
点を弁別する画像処理装置と、前記表示装置に表示され
た画像上の測定点を指定する測定点指定手段と、指定さ
れた測定点を自動的に視準する自動視準装置とを備えた
ことを特徴とする請求項２に記載のトータルステーショ
ン。
【請求項４】前記反射ターゲット照明用の光源は、所
定間隔で点滅するように構成されたことを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載のトータルステーション。