JP3407142B2

JP3407142B2 - 電子レベル及び電子レベル用標尺

Info

Publication number: JP3407142B2
Application number: JP05134193A
Authority: JP
Inventors: 薫熊谷; 伸二川島; 喜一古屋; 文夫大友
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 2003-05-19
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JPH06241790A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子レベル及び電子レベ
ル用標尺に係わり、特に、電子レベルから電子レベル用
標尺に対して、電子レベル側の各種データを送信するこ
とができ、更に電子レベル用標尺から電子レベルに対し
て、電子レベル用標尺側の各種データを送信することが
できる電子レベル及び電子レベル用標尺に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から直接水準測量等を行う場合に
は、レベル（水準儀）と標尺が使用されていた。即ち、
測量者が、標尺の目盛りをレベルを使用して目視するこ
とにより高低差を測定していた。この古典的なレベルに
よる測量は、測量者による読み誤りが発生していた。こ
の読み誤りを解消するために、標尺の目盛り作業を電子
的に行う電子レベルが開発された。この電子レベルは例
えば、標尺側から所定信号を包含させた光を発光させ、
この光を電子レベル側で受光して識別し、標尺の目盛り
を読み取る様に構成されていた。

【０００３】本出願人は、電子的に高低差を読み取るこ
とのできる電子レベルを開発した。この電子レベル１
は、図２に示す様に、第１のパターンＡと第２のパター
ンＢと第３のパターンＲが等間隔（ｐ）で繰り返し配置
されている電子レベル用標尺２を使用している。即ち、
３種のパターンを１組として各ブロックが連続して形成
されており、最も左側に配置されたブロックを、０ブロ
ックと定義し、Ｒ（０）、Ａ（０）、Ｂ（０）と記載す
れば、Ｒ（１）、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｒ（２）、Ａ
（２）、Ｂ（２）、・・・・・・・・と繰り返し配置さ
れている。なお、全てのパターンが等間隔ｐで繰り返さ
れているので、この間隔に対応した信号を基準信号とす
ることができる。

【０００４】そして例えば第３のパターンＲは、黒幅８
ｍｍで固定幅となっており、第１のパターンＡは、６０
０ｍｍで１周期となる様に黒部分の幅を変調しており、
第２のパターンＢは、５７０ｍｍで１周期となる様に黒
部分の幅を変調している。

【０００５】ここで電子レベル用標尺２の水平位置を求
める原理を説明すると、電子レベル用標尺２の第１のパ
ターンＡは、６００ｍｍで１周期となる様に黒部分の幅
を変調しているので、変調幅を０〜１０ｍｍとすれば、
第１のパターンの幅Ｄ_Aは、以下の式で与えられる。

【０００６】Ｄ_A＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／６００−π／２））・・・第１式

【０００７】となる。但し、Ｘ＝（１０ｍｍ、４０ｍ
ｍ、７０ｍｍ・・・・・・である）。

【０００８】同様に、電子レベル用標尺２の第２のパタ
ーンＢは、５７０ｍｍで１周期となる様に黒部分の幅を
変調しているので、第２のパターンの幅Ｄ_Bは、以下の
式で与えられる。

【０００９】Ｄ_B＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／５７０＋π／２））・・・第２式

【００１０】となる。但し、Ｘ＝（２０ｍｍ、５０ｍ
ｍ、８０ｍｍ・・・・・・である）。

【００１１】そして第１のパターンＡと第２のパターン
Ｂとは、周期が僅かに異なっているため、両者の最小公
倍数である距離で同様のパターンが現れる。この例では
６００ｍｍと５７０ｍｍの最小公倍数である１１４００
ｍｍで同様のパターンが現れる。従って第１のパターン
Ａによる信号と、第２のパターンＢによる信号との位相
差は、０〜１１４００ｍｍの範囲で０〜２πまで変化す
ることになる。

【００１２】即ち、水平位置における第１のパターンＡ
による信号の位相をφ_Aとし、水平位置における第２の
パターンＢによる信号の位相をφ_Bとすれば、電子レベ
ル用標尺２における水平位置Ｈは、

【００１３】Ｈ＝１１４００＊（（φ_B−φ_A−π）／（２π））ｍｍ・・・・第３式

【００１４】となる。

【００１５】次に、電子レベル１と電子レベル用標尺２
との距離を演算する必要がある。

【００１６】上記電子レベル１で電子レベル用標尺２を
読み取り、フーリエ変換を施せば、図４のパワースペク
トルに示す様に、第１のパターンＡの周期成分と、第２
のパターンＢの周期成分と、第３のパターンＲと第１の
パターンＡと第２のパターンＢの１組（１ブロック）と
した周期成分（基準信号の３倍の周期となる）と、基準
信号（パターンの等間隔ピッチ（ｐ）に対応するもの）
の周期成分とが得られる。そしてスペクトル群で最も周
期の小さいものは、基準信号（パターンの等間隔ピッチ
（ｐ）に対応するもの）であり、この等間隔ピッチは既
知であるからレンズの結像公式により、電子レベル１と
電子レベル用標尺２との距離を演算することができる。

【００１７】次に水準高の測定原理を、まず遠距離測定
の場合を説明する。

【００１８】電子レベル１で読み取られた電子レベル用
標尺２の像を、リニアセンサで電気信号に変換し、この
信号をフーリエ変換すれば、等間隔ピッチｐに相当する
信号を得ることができる。ここで、高速フーリエ変換で
求められた位相をθとし、水平位置に相当するリニアセ
ンサのアドレス位置（第ｍビット目）の位相をθ_mとす
れば、

【００１９】Ｈ₁＝（θ_m／３６０゜）＊ｐ・・・・・第４式

【００２０】となる。即ち、等間隔ピッチｐ内を精密に
水平位置Ｈ₁を測定することができる（精測定）。

【００２１】また水平位置を求めるためには、電子レベ
ル用標尺２に形成された等間隔ピッチｐのパターン開始
位置からの概略位置を求める必要がある。そこでリニア
センサの出力信号を、基準信号（等間隔ピッチｐに相当
する信号）の前後半ピッチ分で積分する。更にこの積分
値を３つ毎に間引けば（プロダクト検波）、第１のパタ
ーンＡに相当する信号１と、第２のパターンＢに相当す
る信号２と、第３のパターンＲに相当する信号３とが得
られる。しかしながら第３のパターンＲは、幅が変調さ
れていない上、第１のパターンＡと第２のパターンＢの
最大変調幅が１０ｍｍに対して、第３のパターンＲは８
ｍｍしかないので、第３のパターンＲに相当する信号３
は、積分値が略一定であり、信号１や信号２に比較して
約８０％の値となる。

【００２２】そして、第３のパターンＲと、第１のパタ
ーンＡと、第２のパターンＢとは、定められた順番に繰
り返して配置されているので、間引かれた信号が、第３
のパターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢの
何れであるか、決定することができる。そして、（Ａ−
Ｒ）と（Ｂ−Ｒ）の水平位置における位相を求め、第３
式に代入すれば、電子レベル用標尺２の何れの位置の、
第１のパターンＡ、第２のパターンＢ、第３のパターン
Ｒの組合せであるか決定することができ、電子レベル用
標尺２における水平位置を求めることができる。（粗測
定）

【００２３】以上の様に水準高Ｈは、水平位置における
基準信号の位相を求め（精測定）、また、水平位置に相
当する基準信号が、電子レベル用標尺２のパターン開始
位置を基準に何れの位置にあるかを、第１のパターン
Ａ、第２のパターンＢの位相差より求め（粗測定）、こ
れら精測定Ｈ₁と粗測定Ｈ₂を桁合わせすることにより求
めることができる。

【００２４】次に近距離測定の場合を説明する。

【００２５】この場合にはリニアセンサの出力の立ち上
がり、立ち下がりエッジを求めるため出力信号を微分す
る。これらのエッジにより、黒部分のエッジ間の間隔を
求めることができる。更に、黒部分の中心に相当するビ
ットを求める。このビットの間隔が、第１のパターン
Ａ、第２のパターンＢ、第３のパターンＲの等間隔ピッ
チｐである基準信号となる。

【００２６】そして水平位置に相当するアドレス位置
（第ｍビット）の前後の基準信号の位置を求めると、基
準信号の幅は、電子レベル用標尺２上で１０ｍｍに相当
するため、前後の基準信号をそれぞれＮ_f（第Ｎ_f ビッ
ト）、Ｎ_b（第Ｎ_bビット）とすれば、

【００２７】Ｈ₁＝（（ｍ−Ｎ_f）／（Ｎ_b−Ｎ_f））＊１０・・・第５式

【００２８】となる。（精測定）

【００２９】また、基準信号のスタート位置をＮ_e、最
終位置をＮ_s とし、個数をｎとすれば、各基準信号の間
隔の平均は、

【００３０】ｋ＝（Ｎ_e−Ｎ_s）／ｎ

【００３１】となり、このｋから、電子レベル１と電子
レベル用標尺２との概略距離を求めることができる。

【００３２】そして黒部分の幅を最初より３個毎に間引
き、一定幅である第３のパターンＲを認識し、第３のパ
ターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢの順に
配置されていることから、第３のパターンＲ、第１のパ
ターンＡ、第２のパターンＢの対応が決定される。

【００３３】更に水平位置に相当するリニアセンサ１５
のアドレス位置（第ｍビット目）を含む基準信号が、第
３のパターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢ
の何れに属するかを定めると共に、この何番目ブロック
に該当するかを決定する。即ち、Ｒ（ｎ）、Ａ（ｎ）、
Ｂ（ｎ）であれば、ｎ番目のブロックということにな
る。

【００３４】そして第１式のＤ_Aの値からｎを求めるこ
とができる。そして２個のｎから条件に合致したｎａを
選択し、更に周期からｎを求め、第２のパターンＢの幅
Ｄ_Bを算出する。更に第２式に代入した後、Ｄ_Bを比較
し、一致した時のｎが求めるブロック番号となる。この
ブロック番号から、概略水準高Ｈ₂（粗測定）を、各パ
ターン毎に求めることができる。

【００３５】従って、第３のパターンＲ、第１のパター
ンＡ、第２のパターンＢに相当する信号の黒部分の幅よ
り基準信号を求め、水平位置に相当するアドレス位置の
基準信号を定めることにより精測定を行い、第１のパタ
ーンＡ、第２のパターンＢに相当する信号の位相差によ
り粗測定を行い、これら精測定Ｈ₁と粗測定Ｈ₂を桁合わ
せすることにより、水準高を求めることができる。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の電
子レベルは、高低差を自動的に求めることができるが、
電子レベル用の標尺が傾いたり、温度変化があると正確
な高低差を求めることができないという問題点があっ
た。更に標尺の設置完了等の合図も、作業者の声やトラ
ンシーバー等で連絡しなければならないという問題点が
あった。

【００３７】そして標尺の傾きや温度変化等の補正計算
を行う場合には、各種データと、電子レベルの測定デー
タとを対応させ、その都度、補正演算をしなければなら
ないという深刻な問題点があった。

【００３８】また水準測量では開始ポイントを定めるに
当たって、前視用標尺と後視用標尺の間隔を等距離にす
る必要があるが、標尺の設置に手間がかかるという問題
点があった。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、測長方向に等ピッチで配列され、か
つ測長方向のパターンの幅に所定の変調がなされている
パターンを有する標尺を視準し高低差及び該標尺までの
水平距離を自動的に求める電子レベルにおいて、該標尺
パターンの信号を形成するための光電変換器を有する測
定光学系を含む望遠鏡光学系と、この光電変換器の出力
信号にフーリエ変換処理を含む信号処理を施して、前記
標尺までの水平距離を計測すると共に、前記高低差を算
出するための信号処理部と、前記光電変換器の動作と同
期して前記電子レベルが測定中であることを、前記標尺
側から認識可能とするための測定表示手段と、標尺の設
置完了又は該標尺により得られたデータを、標尺から受
信するための受信部とから構成されている。

【００４０】また本発明は、測長方向に等ピッチで配列
され、かつ測長方向のパターンの幅に所定の変調がなさ
れているパターンを有する標尺を視準し高低差及び該標
尺までの水平距離を自動的に求める電子レベルにおい
て、該標尺パターンの信号を形成するための光電変換器
を有する測定光学系を含む望遠鏡光学系と、この光電変
換器の出力信号にフーリエ変換処理を含む信号処理を施
して、前記標尺までの水平距離を計測すると共に、前記
高低差を算出するための信号処理部と、測定状況や前記
標尺までの水平距離、前記高低差等の測定データ、及び
作業指示を前記標尺に送信するための送信手段と、標尺
の設置完了又は該標尺により得られたデータを、標尺か
ら受信するための受信部とから構成されている。

【００４１】更に本発明の電子レベル用標尺は、請求項
１又は請求項２に記載した電子レベルに使用する電子レ
ベル用標尺であって、測長方向に等ピッチで配列され、
かつ測長方向のパターンの幅に所定の変調がなされてい
るパターンを有し、電子レベルに使用される標尺におい
て、該電子レベルで計測された高低差又は標尺までの水
平距離等のデータを受信するための受信部と、この受信
手段からの受信データを演算処理するための演算処理部
と、この演算処理部で処理された信号を表示するための
表示部と、この標尺の設置完了又は該標尺により得られ
たデータを電子レベルに送信するための送信部と、この
送信部を制御するための演算処理手段と、測定者の操作
により、前記送信部の送信を開始させるための測定開始
スイッチ手段とから構成されている。

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【発明の実施の形態】以上の様に構成された本発明は、
測長方向に等ピッチで配列され、かつ測長方向のパター
ンの幅に所定の変調がなされているパターンを有する標
尺を視準し高低差及び該標尺までの水平距離を自動的に
求める電子レベルであって、光電変換器を有する測定光
学系を含む望遠鏡光学系が、標尺パターンの信号を形成
し、信号処理部が、光電変換器の出力信号にフーリエ変
換処理を含む信号処理を施して、標尺までの水平距離を
計測すると共に、高低差を算出し、測定表示手段が、光
電変換器の動作と同期して電子レベルが測定中であるこ
とを、標尺側から認識可能とし、受信部が、標尺の設置
完了又は標尺により得られたデータを、標尺から受信す
ることができる。

【００４５】また本発明は、送信手段が、測定状況や標
尺までの水平距離、高低差等の測定データ、及び作業指
示を標尺に送信し、受信部が、標尺の設置完了又は標尺
により得られたデータを、標尺から受信することができ
る。

【００４６】更に本発明の電子レベル用標尺は、測長方
向に等ピッチで配列され、かつ測長方向のパターンの幅
に所定の変調がなされているパターンを有し、電子レベ
ルに使用される標尺であって、受信部が、電子レベルで
計測された高低差又は標尺までの水平距離等のデータを
受信し、演算処理部が、受信手段からの受信データを演
算処理し、表示部が、演算処理部で処理された信号を表
示し、送信部が、標尺の設置完了又は標尺により得られ
たデータを電子レベルに送信し、演算処理手段が送信部
を制御し、測定開始スイッチ手段が、測定者の操作によ
り、送信部の送信を開始させることができる。

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【実施例】

【００５０】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００５１】図１〜図３に示す様に、本実施例の測量装
置は、電子レベル１と、電子レベル用標尺２とからなっ
ている。電子レベル１は、図３に示す様に整準装置１０
０上に載置されており、図１に示す様に、対物レンズ部
１１と、コンペンセータ１２と、ビームスプリッタ１３
と、接眼レンズ部１４と、リニアセンサ１５と、演算処
理手段１６と、測定表示手段１０００とから構成されて
いる。

【００５２】対物レンズ部１１は、電子レベル用標尺２
の電子的読取用パターンの像を形成するためのものであ
る。本実施例の対物レンズ部１１は、対物レンズとイン
ターナルレンズとから構成されており、インターナルレ
ンズを移動させることにより、電子レベル用標尺２のパ
ターンの像に対するピント合わせを行うことができる。
コンペンセータ１２は、電子レベル１の光軸が多少傾い
ても、視準線を自動的に水平にするための自動補償機構
であり、水平光線を上下に変化させて結像させるもので
ある。ビームスプリッタ１３は、光を接眼レンズ部１４
方向と、リニアセンサ１５方向に分割させるためのもの
である。接眼レンズ部１４は、測量者が、電子レベル用
標尺２を目視するためのものである。なお対物レンズ部
１１と接眼レンズ部１４とが、電子レベル用標尺２を観
察するための視準光学系に該当し、また、対物レンズ部
１１とリニアセンサ１５とが測定光学系に該当してい
る。

【００５３】リニアセンサ１５は、対物レンズ部１１に
よって形成された電子レベル用標尺２のパターン像を電
気信号に変換するためのものである。本実施例では、Ｃ
ＣＤリニアセンサが使用されている。このリニアセンサ
１５は、ホトダイオードを少なくとも１次元的に配置し
たリニアイメージセンサであれば、何れのセンサを採用
することができる。

【００５４】演算処理手段１６は信号処理部に該当する
もので、アンプ１６１と、サンプルホールド１６２と、
Ａ／Ｄ変換器１６３と、ＲＡＭ１６４と、クロックドラ
イバ１６５と、マイクロコンピュータ１６６とから構成
されている。この演算処理手段１６には、表示器１６７
が接続されている。

【００５５】測定表示手段１０００は、リニアセンサ１
５の動作と同期して電子レベル１が測定中であること
を、電子レベル用標尺２側から認識可能とするためのも
のである。本実施例の測定表示手段１０００は、発光ダ
イオードドライバー１１００と発光ダイオード１２００
と送光光学系１３００とから構成されている。電子レベ
ル１が測定中には、演算処理手段１６のクロックドライ
バ１６５が、発光ダイオードドライバー１１００をリニ
アセンサ１５の動作と同期して駆動する様になってい
る。従って電子レベル用標尺２側の使用者は、図６に示
す様に、発光ダイオード１２００の発光を確認すること
により、電子レベル１が測定中であることを知ることが
できる。

【００５６】なお測定表示手段１０００は発光ダイオー
ド１２００に限ることなく、電子レベル１が測定中であ
ることを確認することができれば、何れの手段を採用す
ることができる。

【００５７】次に電子レベル用標尺２は、図２に示す様
に、第１のパターンＡと第２のパターンＢと第３のパタ
ーンＲから構成される電子的読取用パターンが等間隔
（ｐ）で繰り返し配置されている。

【００５８】ここで本実施例の電子レベル１に搭載され
た演算処理手段１６を詳細に説明する。アンプ１６１
は、リニアセンサ１５からの電気信号を増幅するもので
あり、サンプルホールド１６２は、増幅された電気信号
をクロックドライバ１６５からのタイミング信号でサン
プルホールドするものである。Ａ／Ｄ変換器１６３は、
サンプルホールドされた電気信号をＡ／Ｄ変換するため
のものである。そしてＲＡＭ１６４は、Ａ／Ｄ変換され
たデジタル信号を記憶するためのものである。またマイ
クロコンピュータ１６６は、各種演算処理を行うもので
ある。

【００５９】そして、対物レンズ部１１とコンペンセー
タ１２とビームスプリッタ１３と接眼レンズ部１４と
は、望遠鏡光学系に該当するものであり、リニアセンサ
１５は光電変換器に該当するものである。

【００６０】ここでマイクロコンピュータ１６６が果た
す機能を図５に基づいて説明すると、演算処理手段１６
は、基準信号形成部１６６１と、パターン信号形成部１
６６２と、ブロック検出部１６６３と、算出部１６６４
と、補正高低差算出部１６６９と、発光ダイオード制御
部１６７１と、送信手段制御部１６７２と、受信手段制
御部１６７３とからなっている。基準信号形成部１６６
１は、リニアセンサ１５から得られた電気信号から、遠
距離測定の場合には、高速フーリエ変換により等間隔ピ
ッチｐに相当する基準信号を形成し、近距離測定の場合
には、リニアセンサ１５の出力信号を微分し、立ち上が
り、立ち下がりエッジから基準信号を形成する。

【００６１】パターン信号形成部１６６２は、遠距離測
定の場合には、基準信号の前後半ピッチ分で積分し、こ
の積分値を３つ毎に間引く（プロダクト検波）ことによ
り、第１のパターン信号と第２のパターン信号を形成
し、近距離測定の場合には、間引き動作により、第１の
パターン信号と第２のパターン信号を形成する。

【００６２】ブロック検出部１６６３は、近距離測定の
場合に、第１のパターンＡの幅Ｄ_A及び第２のパターン
Ｂの幅Ｄ_Bを比較することにより、水平位置に相当する
ブロックが何番目のブロックであるかを決定する。

【００６３】算出部１６６４は、遠距離測定の場合に
は、視準線付近の第１のパターン信号と第２のパターン
信号の位相から高低差を算出し、近距離測定の場合に
は、特定されたブロックに基づき高低差を算出する様に
なっている。

【００６４】そして補正高低差算出部１６６９は、電子
レベル用標尺２で検出された傾斜角や温度等のデータに
基づき、高低差を補正算出するためのものである。

【００６５】発光ダイオード制御部１６７１は、発光ダ
イオードドライバー１１００を制御するためのものであ
り、送信手段制御部１６７２と受信手段制御部１６７３
とは、後に説明する送信手段２０００及び受信手段３０
００を制御するためのものである。

【００６６】なお表示器１６７は算出部１６６９で算出
された高低差を表示するもので、液晶表示等の表示手段
を採用してもよく、更に、外部記憶手段等に出力させる
構成としてもよい。また本実施例では、算出部１６６９
で演算した高さｈに電子レベル用標尺２で検出された傾
斜角θ、温度ｔを使用して、補正後の高さｈ’を求めて
表示することもできる。

【００６７】次に電子レベル１の第１変形例を図７に基
づいて説明する。第１変形例は、対物レンズ部１１と、
コンペンセータ１２と、ビームスプリッタ１３と、接眼
レンズ部１４と、リニアセンサ１５と、演算処理手段１
６と、送信手段２０００と、受信手段３０００とから構
成されている。

【００６８】送信手段２０００は、測定状況や電子レベ
ル用標尺２までの水平距離、高低差等の測定データ、又
は作業指示を電子レベル用標尺２に送信するためのもの
である。本変形例の送信手段２０００は、マイクロコン
ピュータ１６６の命令で駆動される変調器２１００と、
変調波を増幅するためのドライバー２２００とからなっ
ている。マイクロコンピュータ１６６は、測定状況や水
平距離、高低差等の測定データ、又は作業指示を、予め
定められた変調方式で変調し、送信転送させる様になっ
ている。

【００６９】なお送信手段２０００が送信する測定状況
とは、例えば、測定中、測定完了、測定不良等の状況を
示すものであり、作業指示とは、標尺設置位置の移動等
の指示である。

【００７０】受信手段３０００は、電子レベル用標尺２
から送られて来る標尺２の設置完了又は電子レベル用標
尺２により得られたデータを受信するためのものであ
る。本変形例の受信手段３０００は、アンプ３１００と
復調器３２００とからなっており、電子レベル用標尺２
から送られた変調波をアンプ３１００で増幅し、復調器
３２００した後、マイクロコンピュータ１６６に入力す
る様になっている。

【００７１】また送信手段２０００と受信手段３０００
とは、高周波により送受信してもよいが、赤外線により
送受信するシステムを採用することもできる。

【００７２】なお第１の変形例のその他の構成は、上記
実施例と同様であるから説明を省略する。

【００７３】次にこの第１の変形例の電子レベル１に使
用する電子レベル用標尺２を図８及び図９に基づいて説
明する。

【００７４】図８は電子レベル用標尺２を示すもので、
第１のパターンＡと第２のパターンＢと第３のパターン
Ｒから構成される電子的読取用パターン２１が等間隔
（ｐ）で繰り返し配置されている。電子レベル用標尺２
には図１及び図２に示す様に、温度センサ５１０と、傾
斜センサー５２０と、起動スイッチ５３０と、演算処理
部６１０と、表示器５４０と、送信部４０００と、受信
部５０００とから構成されている。

【００７５】温度センサ５１０は、電子レベル用標尺２
の周囲の温度を測定するためのもので、本実施例ではサ
ーミスタが採用されている。温度センサ５１０はサーミ
スタに限らず、温度測定が可能なセンサであれば何れの
ものを採用することができる。また本実施例の温度セン
サ５１０は、第１の温度センサ５１１と第２の温度セン
サ５１２とから構成されており、第１の温度センサ５１
１は電子レベル用標尺２の上部の温度を計測し、第２の
温度センサ５１２は電子レベル用標尺２の下部の温度を
計測する様になっており、２つの温度センサの平均値を
取ることにより、電子レベル用標尺２の周囲の平均的温
度を得ることができる。

【００７６】傾斜センサー５２０は、電子レベル用標尺
２の傾斜角を測定するためのものである。本実施例の傾
斜センサー５２０を図１０及び図１２に基づいて説明す
ると、傾斜センサー５２０は、ガラス等の絶縁材料から
構成された容器４０１と、この容器４０１に充填された
低粘性の液体４０２と、この液体４０２に封入された気
泡４０３とから構成された気泡管を備えている。容器４
０１の上方内面は、長手方向に曲率を有する湾曲面が形
成されており、容器４０１は、脚部材４０４ａ、４０４
ｂにより支持されてシールドケース４０５内に載置され
る。

【００７７】図１０及び図１２に示す様に、容器４０１
の外面には長手方向全長の約２／３に対応する中央部分
の下側約１７０゜の範囲に第１の電極４０６を設け、こ
の第１の電極４０６と対向する上側約１７０゜の範囲に
相互に分離した第２の電極４０７と第３の電極４０８と
が形成されている。また第１の電極４０６と第２の電極
４０７と第３の電極４０８とを取り囲むためのガード電
極４０９が形成されており、各電極間の漏れ抵抗をなく
し、浮遊容量を極めて微小にさせることができる。そし
て、第１の電極４０６とガード電極４０９とを等電位と
し、第１の電極４０６と第２の電極４０７との間、又は
第１の電極４０６と第３の電極４０８との間に電流を流
し、それらの充電量の変化を検出して傾斜角を求めるこ
とができる。

【００７８】起動スイッチ５３０は測定開始スイッチ手
段に該当するもので、測定者の操作により、演算処理部
６１０に対して測定開始の命令を送出し、送信部４００
０の送信を開始させることができる。尚、この測定スイ
ッチ５３０を電子レベル用標尺２ではなく電子レベル１
に設け、その信号を伝送することにより、電子レベル１
の側にいる測量者が主導で測定を行える。

【００７９】演算処理部６１０は、電子レベル用標尺２
の電気的構成全体の制御を司るものである。演算処理部
６１０は、温度センサ５１０や傾斜センサー５２０、起
動スイッチ５３０からの信号を取り込み、データ内容を
表示器５４０に表示すると共に、送信部４０００を介し
て各種データを電子レベル１に転送送信する様になって
いる。なお演算処理部６１０は受信部５０００を制御
し、電子レベル１からの信号を取り込み、更に表示器５
４０に表示する等の機能を有している。ここで表示器５
４０は、表示部に該当するものである。

【００８０】送信部４０００は、電子レベル用標尺２の
設置完了又は電子レベル用標尺２により得られたデータ
を電子レベル１に送信するためのものである。本変形例
の送信部４０００は、演算処理部６１０の命令で駆動さ
れる変調器４１００と、変調波を増幅するためのドライ
バー４２００とからなっている。演算処理部６１０は、
電子レベル用標尺２の設置完了又は電子レベル用標尺２
により得られたデータを予め定められた変調方式で変調
し、電子レベル１に向けて送信転送させる様になってい
る。ここで電子レベル用標尺２の設置完了とは、例え
ば、設置完了により電子レベル１に対して測定開始を要
求等が該当する。更に電子レベル用標尺２により得られ
たデータとは、温度センサ５１０による周囲の温度デー
タや傾斜センサー５２０による電子レベル用標尺２の傾
斜角データ、標尺の認識番号等が該当する。

【００８１】なお演算処理部６１０がタイマー手段を備
えている場合には、測定時刻等をデータとして送信する
ことも可能である。また演算処理部６１０が、各種デー
タを外部記憶手段７００に出力することも可能である。

【００８２】受信部５０００は、電子レベル１の送信手
段１０００から送信されて来た高低差又は水平距離等の
データを受信するためのものである。本変形例の受信部
５０００は、アンプ５１００と復調器５２００とからな
っており、電子レベル１の送信手段１００から送られた
変調波をアンプ５１００で増幅し、復調器５２００した
後、演算処理部６１０に入力する様になっている。

【００８３】以上の様に構成された本実施例及び第１変
形例の作用を図１３及び図１４に基づいて説明する。

【００８４】図１３は電子レベル１から見た作用であ
り、まず電子レベル１を設置し、ステップ１（以下、Ｓ
１と略する）でリニアセンサ１５による光電変換を開始
する。次にＳ２では、発光ダイオードドライバー１１０
０を駆動して発光ダイオード１２００を発光させる。そ
してＳ３で光電変換が終了すると、Ｓ４で発光ダイオー
ドドライバー１１００の駆動が停止され、発光ダイオー
ド１３００が消灯して測定表示部１０００の表示が消滅
する。

【００８５】なお、ここでは測定表示部１０００を使用
した場合を説明したが、電子レベル１の送信手段２００
０から電子レベル用標尺２の受信部５０００に向けて、
「測定中」の信号を送信する第１変形例の方式を採用す
ることもできる。

【００８６】次にＳ５では、リニアセンサ１５からの電
気信号を取り込み、算出部１６６４が高低差、及び電子
レベル用標尺２までの水平距離を測定する。

【００８７】ここで図１５に基づいて水平距離の測定方
法を説明すると、電子レベル用標尺２の等間隔ピッチｐ
が、電子レベル１のレンズにより像ｗとなるので、レン
ズから電子レベル用標尺２までの距離をＬ、レンズから
像までの距離をｄとすれば、

【００８８】Ｌ＝ｄ（ｐ／ｗ）となり、ｄ≒ｆであるか
ら（ｆはレンズの焦点距離）

【００８９】Ｌ＝ｄ（ｐ／ｗ）≒ｆ（ｐ／ｗ）

【００９０】となる。更に電子レベル１のレンズによる
像ｗは、リニアセンサ１５の１画素の長さをＣとし、リ
ニアセンサ１５で得られた等間隔ピッチｐに相当する周
波数（サイクル）の一波長をｋとすれば、ｗ＝Ｃｋとな
る。従って、電子レベル１と電子レベル用標尺２との距
離Ｌは、

【００９１】Ｌ＝（（ｆ／（Ｃ＊ｋ）））＊（ｐ）・・・・・第６式

【００９２】従って、電子レベル１と電子レベル用標尺
２との水平距離を求めることができる。

【００９３】次に電子レベル用標尺２の起動スイッチ５
３０を押すと、電子レベル用標尺２の送信部４０００か
ら電子レベル１の受信手段３０００に向けて、電子レベ
ル用標尺２の周囲の温度データや電子レベル用標尺２の
傾斜角データが送られる。

【００９４】そして電子レベル１の補正高低差算出部１
６６９が、電子レベル用標尺２の周囲の温度及び傾斜角
から、高低差の補正演算を行う。

【００９５】ここで、傾斜センサー５２０による電子レ
ベル用標尺２の倒れ補正を説明する。ここで電子レベル
用標尺２の傾斜角をθとし、電子レベル１の算出部１６
６４で計測された高さをｈ、補正後の高さをｈ’とすれ
ば、

【００９６】ｈ’＝ｈ＊ｃｏｓ（θ）・・・・第７式

【００９７】となる。

【００９８】また温度センサ５１０による電子レベル用
標尺２の温度補正を説明する。ここで電子レベル用標尺
２の周囲温度をｔ（℃）とし、基準温度をｔ₀ （℃）、
標尺熱膨張係数をｐ（ｐｐｍ）、電子レベル１の算出部
１６６４で計測された高さをｈ、補正後の高さをｈ’と
すれば、

【００９９】ｈ’＝ｈ＊（１＋（ｔ−ｔ₀）＊ｐ＊１０^-6）・・・・第８式

【０１００】となる。

【０１０１】従って電子レベル１の補正高低差算出部１
６６９が、第７式及び第８式を演算すれば、補正後の高
さｈ’を求めることができる。

【０１０２】そしてＳ５の演算処理が終了すると、Ｓ６
に進み、補正後の高さｈ’と電子レベル１と電子レベル
用標尺２との水平距離Ｌを表示器１６７に表示する。

【０１０３】図１４は電子レベル用標尺２から見た作用
であり、まずＳ１で電子レベル用標尺２を設置し、Ｓ２
では、電子レベル１の測定表示部１０００の表示が消滅
して測定が完了したか否かを判断する。Ｓ２で、電子レ
ベル１の測定表示部１０００の表示が消滅した場合に
は、Ｓ３に進んで、電子レベル用標尺２を次の測定位置
に移動させる。またＳ２で、電子レベル１の測定表示部
１０００の表示が消滅しない場合には、Ｓ１に戻る様に
なっている。

【０１０４】なお、ここでは測定表示部１０００を使用
した場合を説明したが、電子レベル１の送信手段１００
０から電子レベル用標尺２の受信部５０００に向けて、
「測定中」の信号を送信する第１変形例の方式を採用す
ることもできる。

【０１０５】

【効果】以上の様に構成された本発明は、測長方向に等
ピッチで配列され、かつ測長方向のパターンの幅に所定
の変調がなされているパターンを有する標尺を視準し高
低差及び該標尺までの水平距離を自動的に求める電子レ
ベルにおいて、該標尺パターンの信号を形成するための
光電変換器を有する測定光学系を含む望遠鏡光学系と、
この光電変換器の出力信号にフーリエ変換処理を含む信
号処理を施して、前記標尺までの水平距離を計測すると
共に、前記高低差を算出するための信号処理部と、前記
光電変換器の動作と同期して前記電子レベルが測定中で
あることを、前記標尺側から認識可能とするための測定
表示手段と、標尺の設置完了又は該標尺により得られた
データを、標尺から受信するための受信部とからなるの
で、標尺側の作業者は、電子レベルが測定中であること
を確実、簡便に知ることができるという効果がある。

【０１０６】また本発明は、測定状況や前記標尺までの
水平距離、前記高低差等の測定データ、又は作業指示を
前記標尺に送信するための送信手段を備えることもでき
るので、水準測量を行う場合でも簡便に、前視用標尺又
は後視用標尺とレベルとの間隔を等距離にすることがで
き、標尺の移動もスムーズに行え、作業効率が上がると
いう卓越した効果がある。

【０１０７】そして本発明の電子レベルに使用される標
尺は、該電子レベルで計測された高低差又は標尺までの
水平距離等のデータを受信するための受信部と、この標
尺の設置完了又は該標尺により得られたデータを電子レ
ベルに送信するための送信部とを備えており、本発明の
電子レベルは、測定状況や標尺までの水平距離、高低差
等の測定データ、又は作業指示を標尺に送信するための
送信手段と、前記標尺から送られて来る該標尺の設置完
了又は該標尺により得られたデータを受信するための受
信手段とを備えているので、標尺の倒れ補正や温度補正
等を、電子レベル側で集中的に行うことができ、測量作
業が極めて効率的に行うことができるという卓越した効
果がある。

【０１０８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の電子レベル１の電気的構成を
示す図である。

【図２】本実施例の電子レベル用標尺２を説明する図で
ある。

【図３】本実施例の電子レベル１の外観を示す斜視図で
ある。

【図４】出力信号のパワースペクトラムを示す図であ
る。

【図５】本実施例の電子レベル１の演算処理手段１６の
構成を示す図である。

【図６】本実施例の測定表示部１０００を説明する図で
ある。

【図７】電子レベル１の第１変形例を説明する図であ
る。

【図８】本実施例の電子レベル用標尺２の構成を説明す
る図である。

【図９】本実施例の電子レベル用標尺２の電気的構成を
説明する図である。

【図１０】本実施例の傾斜センサー５２０を説明する図
である。

【図１１】本実施例の傾斜センサー５２０を説明する図
である。

【図１２】本実施例の傾斜センサー５２０を説明する図
である。

【図１３】電子レベル１から見た作用を説明する図であ
る。

【図１４】電子レベル用標尺２から見た作用を説明する
図である。

【図１５】水平距離の測定原理を説明する図である。

【符号の説明】

１電子レベル１１対物レンズ部１２コンペンセータ１３ビームスプリッタ１４接眼レンズ部１５リニアセンサ１６演算処理手段１６６１基準信号形成部１６６２パターン信号形成部１６６３ブロック検出部１６６４算出部１６６９補正高低差算出部１６７１発光ダイオード制御部１６７２送信手段制御部１６７３受信手段制御部２電子レベル用標尺２１電子的読取用パターン５１０温度センサ５２０傾斜センサ５３０起動スイッチ６１０演算処理部１０００測定表示部１１００発光ダイオードドライバ１２００発光ダイオード１３００送光光学系２０００送信手段２１００変調器２２００ドライバ３０００受信手段３１００アンプ３２００復調器４０００送信部４１００変調器４２００ドライバ５０００受信部５１００アンプ５２００復調器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大友文夫東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内 (56)参考文献特開平４−93714（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−180815（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−33603（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−3610（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 5/00 G01C 15/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測長方向に等ピッチで配列され、かつ測長
方向のパターンの幅に所定の変調がなされているパター
ンを有する標尺を視準し高低差及び該標尺までの水平距
離を自動的に求める電子レベルにおいて、該標尺パター
ンの信号を形成するための光電変換器を有する測定光学
系を含む望遠鏡光学系と、この光電変換器の出力信号に
フーリエ変換処理を含む信号処理を施して、前記標尺ま
での水平距離を計測すると共に、前記高低差を算出する
ための信号処理部と、前記光電変換器の動作と同期して
前記電子レベルが測定中であることを、前記標尺側から
認識可能とするための測定表示手段と、標尺の設置完了
又は該標尺により得られたデータを、標尺から受信する
ための受信部とから構成されていることを特徴とする電
子レベル。
【請求項２】測長方向に等ピッチで配列され、かつ測長
方向のパターンの幅に所定の変調がなされているパター
ンを有する標尺を視準し高低差及び該標尺までの水平距
離を自動的に求める電子レベルにおいて、該標尺パター
ンの信号を形成するための光電変換器を有する測定光学
系を含む望遠鏡光学系と、この光電変換器の出力信号に
フーリエ変換処理を含む信号処理を施して、前記標尺ま
での水平距離を計測すると共に、前記高低差を算出する
ための信号処理部と、測定状況や前記標尺までの水平距
離、前記高低差等の測定データ、及び作業指示を前記標
尺に送信するための送信手段と、標尺の設置完了又は該
標尺により得られたデータを、標尺から受信するための
受信部とから構成されていることを特徴とする電子レベ
ル。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載した電子レベ
ルに使用する電子レベル用標尺であって、測長方向に等
ピッチで配列され、かつ測長方向のパターンの幅に所定
の変調がなされているパターンを有し、電子レベルに使
用される標尺において、該電子レベルで計測された高低
差又は標尺までの水平距離等のデータを受信するための
受信部と、この受信手段からの受信データを演算処理す
るための演算処理部と、この演算処理部で処理された信
号を表示するための表示部と、この標尺の設置完了又は
該標尺により得られたデータを電子レベルに送信するた
めの送信部と、この送信部を制御するための演算処理手
段と、測定者の操作により、前記送信部の送信を開始さ
せるための測定開始スイッチ手段とからなる電子レベル
用標尺。