JP3647608B2 - Surveyor automatic tracking device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動あるいは静止している測量対象に望遠鏡の光軸を一致させるようにした測量機の自動追尾装置に関し、特に上記測量対象から放射される位置検出用の特徴光を受光して、その受光位置に基づいて上記測量対象の位置を正確に検出するようにした光学式位置検出の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、この種の測量機の自動追尾装置では、測量対象に対し位置検出用の特徴光を投射して該測量対象に配設された反射プリズムにより反射させ、この反射光を光電変換パネル等からなる受光手段により受光して、受光像の中心点と望遠鏡の光軸とが一致するように該望遠鏡を含む測量機本体の姿勢を変化させるようにしている。また、測量対象に投光手段を取付けて該投光手段から投射される特徴光を受光するようにしたものもある。
【0003】
そして、受光像の中心点を望遠鏡の光軸と一致させるためには、例えば特開平6−347270号公報に開示されるように、上下左右に4分割された受光面を有する受光素子を用いたものや、特開平7−198383号公報に開示されるようにCCDエリアセンサ等を用いたものが知られている。すなわち、4分割受光素子を用いたものでは、受光面を望遠鏡の光軸位置に対応する中央位置の周りに上下左右に4分割しておいて、それらの各分割面における受光量差に基づいて受光像の中心点を検出し、該中心点が上記受光面の中央位置に位置付けられるように測量機本体の姿勢を変化させる。また、CCDエリアセンサを用いたものでは、測量対象の像を画像データとして取込んで、該像の中心点のアドレスと望遠鏡の光軸位置に対応するCCDエリアセンサの中心位置のアドレスとの偏差を演算し、そしてその偏差に応じて測量機本体の姿勢を変化させるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の従来技術の如く4分割受光素子を用いた場合には、測量機と測量対象との間の距離が変化して受光像の大きさが変化したときに、上記4分割受光素子の中央位置と受光像の中心点との偏差量が等しくても各分割面における受光量差が変化してしまい、この結果、測量機と測量対象との間の距離の変化に起因して測量対象の追尾精度に変動が生じるという不具合がある。
【0005】
一方、後者のCCDエリアセンサを用いた場合には、一般にCCDエリアセンサの画像取込み周期が約1/60秒であることから、これよりも短い時間間隔で位置検出を行い得ず、その上、CCDエリアセンサのエリア全体にわたる画像処理量が膨大なものであるので、画像処理演算に時間がかかってしまい、このため、高速の自動追尾が困難になるという不具合がある。尚、専用の高速画像処理装置を用いることも考えられるが、この場合には装置の大型化やコスト増大化の弊害が著しい。
【0006】
加えて、上記従来の測量機の自動追尾装置においては、測量対象が遠く離れるに従い投光手段から投射される光が拡がって単位面積あたりの光量が小さくなることから、位置検出に必要な十分な光量を確保するために、遠距離の測量対象を追尾する場合には投光手段から投射する光の拡がり角を比較的狭くするようにしている。しかしこの場合には、測量対象からの反射光量は十分に大きくできるものの光の投射範囲が比較的狭くなるので、測量対象を見失い易くなるという不具合がある。
【0007】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、受光手段の構成に工夫を凝らすことで、測量対象までの距離が変化しても追尾精度が変動しないようにするとともに、高速の追尾を行い得るようにすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の解決手段では、受光手段において、長手方向に並設された多数の受光部を有する2つの光電変換手段を互いに直交する2方向に延びるように配設し、それぞれの光電変換手段における受光位置に基づいて上記2方向について受光像の中心点を検出するようにした。
【0009】
具体的には、請求項1記載の発明は、測量対象に対し光を投射する投光手段と、該測量対象に配設されて上記投光手段から投射される光を反射する光線反射器と、この光線反射器により反射された光を位置検出用特徴光として受光するとともに、この位置検出用特徴光が対物レンズにより2次元の像として結像される受光手段と、測量機本体の姿勢を変化させる駆動手段とを備え、上記受光手段に結像される測量対象の2次元の像の中心点が上記対物レンズの光軸上に位置するように、上記受光手段からの出力信号に基づいて駆動手段を作動制御するようにした測量機の自動追尾装置を対象とする。
【0010】
そして、上記受光手段は、上記対物レンズの光軸方向に直交する第1の設定方向に延びるように並設された多数の受光部を有し、上記対物レンズによる測量対象の2次元の像が入射する第1の光電変換手段と、上記対物レンズの光軸方向に直交しかつ上記第1の設定方向と交差する第2の設定方向に延びるように並設された多数の受光部を有し、上記対物レンズによる測量対象の2次元の像が入射する第2の光電変換手段とを備えるものとし、
一方、上記投光手段は、互いに直交する第1及び第2の設定方向にそれぞれ偏って十文字状に拡がるように光を投射する投光器を備え、測量対象に対し対物レンズの光軸に沿って光を投射する構成とした。
【0011】
この構成によれば、まず、投光手段から投射された光が光線反射器により反射されて、位置検出用特徴光として測量対象から放射されるようになり、この測量対象からの特徴光が第1及び第2の光電変換手段に受光され、その受光位置に基づいて第1及び第2の設定方向に関する上記測量対象の像の中心点位置が検出される。すなわち、上記第1の光電変換手段において特徴光を受光している受光部の範囲の中央位置が、上記測量対象の像の中心点の第1の設定方向に関する位置として検出される。同様に上記第2の光電変換手段において、上記測量対象の像の中心点の第2の設定方向に関する位置が検出される。そして、互いに交差する第1及び第2の設定方向のそれぞれに関する像の中心点位置が検出されれば、該像の中心点を特定して光軸位置との偏差を正確に求めることができ、この偏差に基づいて駆動手段により測量機本体の姿勢を変化させることによって、上記測量対象を正確に追尾することができる。
【0012】
その際、測量機と測量対象との間の距離が変化して測量対象の像の大きさが変化したときでも、該像の中心点を正確に検出することができるため追尾精度の変動を防止することができる。また、第1及び第2の光電変換手段における多数の受光部はそれぞれ第1及び第2の設定方向にのみ並設されていればよいので、例えばCCDエリアセンサ等に比べて受光部の数は格段に少なくて済む。このため、上記測量対象の像の中心点位置を求めるときに、不要な情報を著しく減少させて位置検出のための演算処理量を格段に少なくさせることができる。しかも、第1及び第2の設定方向が互いに直交しているので、測量対象の像の中心点位置が上記第1及び第2の設定方向に関して検出されれば、この検出結果から直接的に上記測量対象の像の中心点位置を求めることができ、これにより位置検出のための演算処理の容易化が図られる。よって、比較的小規模の演算処理装置を用いても、位置検出のための時間を短縮することができ、これに伴い追尾動作の高速化を図ることができる。
【0013】
さらに、上記測量対象に向かって投光手段から投射される光は、その対物レンズの光軸に沿って投射されるとともに、互いに直交する第1又は第2の設定方向にそれぞれ偏って拡がって十文字状に投射される。このため、全方向に均一に拡がるように投射される場合に比べて実際の投光範囲は狭くなるものの、その分、単位面積あたりの光量を高めることができる。しかも、上記第1及び第2の設定方向に関しては、それぞれ狭いながらも十分な長さの投光範囲が確保され、光の投射範囲は実質的に大きな外径を有するものになる。従って、本発明では、測量対象に投射する光の投射範囲を実質的に狭くすることなく単位面積あたりの光量を十分に高めることができ、これにより測量対象を検出し易くかつ見失い難くすることができる。
【0014】
加えて、本発明では、測量対象には光線反射器を設けるだけでよく、発光手段を設ける必要がないので、システムの構成が簡易なものになる。なお、光線反射器としては例えば反射プリズムを用いればよい。
【0015】
請求項2記載の発明は、測量対象に対し光を投射する投光手段と、該測量対象に配設されて上記投光手段から投射される光を反射する光線反射器と、この光線反射器により反射された光を位置検出用特徴光として受光するとともに、この位置検出用特徴光が対物レンズにより2次元の像として結像される受光手段と、測量機本体の姿勢を変化させる駆動手段とを備え、上記受光手段に結像される測量対象の2次元の像の中心点が上記対物レンズの光軸上に位置するように、上記受光手段からの出力信号に基づいて駆動手段を作動制御するようにした測量機の自動追尾装置を対象とする。
【0016】
そして、上記受光手段は、上記対物レンズからの光の一部を透過させる一方、残りを反射させるビームスプリッタと、該ビームスプリッタからの透過光を受光する位置に設けられ、該透過光の光軸方向に直交する第1の設定方向に延びるように並設された多数の受光部を有し、上記対物レンズによる測量対象の2次元の像が入射する第1の光電変換手段と、上記ビームスプリッタからの反射光を受光する位置に設けられ、該反射光の光軸方向に直交しかつ上記第1の設定方向と交差する第2の設定方向に延びるように並設された多数の受光部を有し、上記対物レンズによる測量対象の2次元の像が入射する第2の光電変換手段とを備えるものとし、
一方、上記投光手段は、互いに直交する第1及び第2の設定方向にそれぞれ偏って十文字状に拡がるように光を投射する投光器を備え、測量対象に対し対物レンズの光軸に沿って光を投射する構成とした。
【0017】
この構成によれば、請求項1記載の発明と同様、測量対象の像の中心点位置を特定して光軸位置との偏差を正確に求めることができ、この偏差に基づいて駆動手段を制御することで上記測量対象を正確に追尾することができる。その際、測量機と測量対象との間の距離が変化しても追尾精度の変動を防止することができ、また、比較的小規模の演算処理装置を用いて高速の追尾を行うことができる。
【0018】
また、上記測量対象に向かって十文字状に広がる光を投射することで、測量対象に投射する光の投射範囲を実質的に狭くすることなく単位面積あたりの光量を十分に高めることができ、これにより測量対象を検出し易くかつ見失い難くすることができる。しかも、測量対象には光線反射器を設けるだけでよく、発光手段を設ける必要がないので、システムの構成が簡易なものになる。
【0019】
加えて、上記受光手段において、対物レンズからの光をビームスプリッタにより分割して、それぞれ異なる箇所に配置した第1及び第2の光電変換手段に別々に入射させるようにしているため、該2つの光電変換手段の配置の自由度が向上する。
【0020】
請求項3記載の発明では、請求項1又は2のいずれかに記載の発明における第1及び第2の光電変換手段としてCCDラインセンサを用いることにより、比較的低コストで高い検出精度が得られる。
【0021】
請求項4記載の発明では、請求項1又は2のいずれかに記載の発明における投光器は、一端部が発光源に接続されかつ他端部がそれぞれ第1及び第2の設定方向に並設された光ファイバの束を備えていて、上記発光源で発生した光を上記光ファイバの他端部から投射する構成とした。
【0022】
この構成では、請求項1又は2のいずれかに記載の発明における投光器の構成が具体的に特定され、発光源で発生した光が光ファイバを介してそれぞれ第1及び第2の設定方向に偏って拡がるように投射される。すなわち、光ファイバを用いることで発光源からの光の投射方向を容易に設定することができ、しかも発光源の配置の自由度が向上してこれに伴い投光手段のコンパクト化が可能になる。
【0023】
請求項5記載の発明では、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の発明における第1及び第2の設定方向は、それぞれ鉛直方向及び水平方向に設定した。そして、駆動手段は、測量機本体を鉛直軸及び水平軸の回りにそれぞれ回転作動させる構成とした。
【0024】
この構成では、請求項1乃至4記載の発明における第1及び第2の設定方向が、それぞれ鉛直方向及び水平方向に特定される。そして、この各方向について検出された測量対象の像の中心点位置に基づいて、駆動手段により測量機本体が鉛直軸及び水平軸の回りにそれぞれ回転作動されて測量対象を追尾するようになる。すなわち、第1及び第2の光電変換手段により検出される測量対象の像の中心点位置から、直接的に、駆動手段による測量機本体の回転作動量が求められるようになる。よって、追尾作動における駆動手段の制御の容易化が図られ、これに伴い追尾の高速化が可能になる。
【0025】
また、投光手段から投射される十文字状の光は鉛直方向及び水平方向にそれぞれ偏って拡がるようになるため、投光手段を測量機本体と一体に配設して鉛直軸又は水平軸の回りに旋回させるようにすれば、投射光の投光範囲を容易に極めて広いものとすることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【0027】
図1は本発明に係る自動追尾システムを備えた測量機1を示す。この測量機1は、三脚11により測量原点位置に水平に支持された下盤12を備える。この下盤12の上方には水平盤13が鉛直軸y回りに旋回可能に配設され、該水平盤13の上方には、測量機本体部15が左右一対の支柱14,14により水平軸x回りに回転可能に支持されている。そして、この測量機本体部15は後述の如く測量対象2を自動的に追尾するとともに、該測量対象2の上記測量原点位置に対する相対位置を計測するものである。なお16はオペレータによる視準用の望遠鏡である。
【0028】
また図2は上記測量機本体部15に設けられた位置検出用の光学系を示し、3は測量対象2に対し位置検出用の特徴光を投射する投光手段、4は該測量対象2に配設された光線反射器としての反射プリズム21からの反射光を結像させる対物レンズ、5はこの対物レンズ4からの光を受光して上記測量対象2の像2aの中心点Cを検出するための受光手段である。そして、該受光手段5からの入力信号を受けたコントローラ6により駆動手段としての駆動用モータ61,62が作動されて、上記測量機本体15が水平軸x及び鉛直軸yの回りに回転されるるようになっている。
【0029】
上記投光手段3は、図示しない発光源としての半導体レーザ装置により発生されたパルス光を、第1の設定方向としての上下方向(y方向)、及び第2の設定方向としての水平方向(x方向)にそれぞれ偏って拡がるように投射するようになっている。すなわち、上記投光手段3は、一端部が上記半導体レーザ装置に接続される一方、他端部が図3に示すように上下方向及び水平方向にそれぞれ並設された光ファイバ31,31,…の束を備えている。そして、上記半導体レーザ装置で発生したパルス光は、各光ファイバ31,31,…の他端部から投射されて、上下左右に十文字状に拡がりつつハーフミラー34により反射され、対物レンズ4により絞られて所定の拡がり角とされて、該対物レンズ4の光軸Lに沿って測量対象2に対し投射される。このように光ファイバ31,31,…を用いた構成とすることで、光の投射方向の設定が容易になり、また半導体レーザ装置の配置の自由度が向上して、これに伴い投光手段3がコンパクトな構成とされている。
【0030】
上記受光手段5は、対物レンズ4により集光された光の像が凹レンズ41を介して結像されるものであり、上記対物レンズ4からの光の略50%を透過させる一方、残りの略50%を反射させるビームスプリッタ51と、上記ビームスプリッタ51からの透過光を受光する位置に上下方向に配置された第1の光電変換手段としての第1CCDラインセンサ52と、上記ビームスプリッタ51からの反射光を受光する位置に水平方向に配置された第2の光電変換手段としての第2CCDラインセンサ53とを備えている。このように対物レンズ4からの光をビームスプリッタ51により分割して、別々に配置された第1及び第2の2つのCCDラインセンサ52,53に入射させる構成とすることで、該2つのCCDラインセンサ52,53の配置の自由度が向上している。なお、54,55は、それぞれ半導体レーザ装置51で発生されるパルス光を含む特定波長領域の光のみを透過させる光学フィルタである。
【0031】
上記第1CCDラインセンサ52は、図4に示すように、ビームスプリッタ51からの透過光の光軸Lに対応する基準受光位置S1 を通って上下方向(y方向)に延びるように配置されており、上下方向に例えば8ミクロン刻みで並設された多数の受光部としての受光セルを有する受光面52aにより、測量対象2の像2aの上下方向位置を高精度に検出する。すなわち、上記第1CCDラインセンサ52の受光面52aは、投光手段3における上下方向に配設された光ファイバ31,31,…から投射されたパルス光を受光する。そして測量対象2の像2aに対応する受光範囲(同図に斜線で示す範囲)の各受光セルのアドレスがコントローラ6に対して出力され、この信号入力を受けたコントローラ6により、それらの受光セルのうちの中央の受光セルのアドレスが上記像2aの中心点Cの上下方向に関する位置として高精度に検出される。
【0032】
同様に上記第2CCDラインセンサ53は、図5に示すように、ビームスプリッタ51からの反射光の光軸に対応する基準受光位置S2 を通って水平方向(x方向)に延びるように配置され、受光面53aにより測量対象2の像2aの水平方向位置を検出する。そして、該第2CCDラインセンサ52からの出力信号に基づいて上記像2aの中心点Cの水平方向位置が高精度に検出される。
【0033】
また測量対象2が遠ざかったときには、測量機1との距離に応じて測量対象2の像2aの外径は小さくなるが、該像2aの中心点Cは、図6及び図7に示すように測量機1と測量対象2との間の距離の変化に関係なく高精度に検出される。
【0034】
なお、上記第1及び第2CCDラインセンサ52,53における電荷の充放電のタイミングは、パルス光の発光のタイミングに同期するように制御されており、このことで上記第1及び第2CCDラインセンサ52,53に対するパルス光以外の外光の入射を低減させて、パルス光のS/N比を向上させるようにしている。
【0035】
そして、コントローラ6は、上記第1及び第2の2つのCCDラインセンサ52,53からの出力信号を受けて、基準受光位置S1,S2 に対する測量対象2の像2aの中心点Cの上下方向及び水平方向に関する偏差量を演算し、該偏差量が零になるように駆動モータ61,62の作動を制御する。これにより、測量機本体部15が水平軸x及び鉛直軸yの回りに回転されて、上記測量対象2の像2aの中心点Cが基準受光位置S1 ,S2 に位置するようになる。つまり、測量対象2が対物レンズ4の光軸Lの延長線上に位置づけられるように、測量機本体部15の姿勢が変更される。
【0036】
次に、上記実施形態に係る測量機1を用いた測量作業の手順に沿って、自動追尾装置の作動及びその作用効果を説明する。
【0037】
上記測量機1を用いて測量対象2の位置計測を行うときには、まず、反射プリズム21を配設した測量対象2を視認し得る場所に測量原点位置を定め、この測量原点位置に測量機1を設置する。そして、視準用望遠鏡16の視野内に上記測量対象2の反射プリズム21が認められるように測量機本体15の方向を概略設定し、その後自動追尾装置を作動させて投光手段3からパルス光を投射する。
【0038】
すなわち、半導体レーザ装置31で発生したパルス光が対物レンズ4を介して測量対象2に対し投射される。その際、上記パルス光が上下左右にそれぞれ偏って十文字状に拡がるため、全方向に均一に拡がる場合に比べて実際の投光範囲は狭くなるものの、その分、単位面積あたりの光量を高めることができる。しかも、上下方向又は水平方向に関してそれぞれ狭いながらも十分に長い投光範囲が確保される。つまり、測量対象2に投射する光の投射範囲を実質的に狭くすることなく単位面積あたりの光量を十分に高めることができる。よって、測量対象2を検出し易くかつ見失い難いものにすることができる。
【0039】
そして、反射プリズム21で反射されて返ってきたパルス光は、対物レンズ4で集光されて受光手段5により受光される。すなわち、上記対物レンズ4により集光された光はビームスプリッタ51により透過光と反射光とに分割され、それぞれ第1又は第2CCDラインセンサ52,53の受光面52a,53aに入射する(図4〜図7参照)。そして、第1及び第2CCDラインセンサ52,53からの出力信号に基づいて測量対象2の像2aの中心点Cの上下方向及び水平方向に関する位置がそれぞれ検出され、上記像2aの中心点Cと基準受光位置S1 ,S2 との、上下方向及び水平方向の偏差が正確にかつ直接的に演算される。
【0040】
その際、測量対象2が測量機1の比較的近くにあって(図4及び図5参照)像2aの外径が比較的大きい場合にも、また反対に測量対象2が測量機1から比較的遠くにあって(図6及び図7参照)像2aの外径が比較的小さい場合にも、該像2aの中心点Cと基準受光位置S1 ,S2 との偏差量は変化しない。このため、測量機1と測量対象2との間の距離が変化しても該測量対象2の追尾精度の変動を防止することができる。また第1及び第2CCDラインセンサ52,53の受光面52a,53aにおいては、受光セルが長手方向にのみ並設されていればよいので、従来までの自動追尾装置におけるCCDエリアセンサ等に比べて受光セルの数は格段に少なくなっている。このため、測量対象2の像2aの中心点Cを検出するときの演算処理量が著しく少なくて済むようになる。よって、コントローラ6を比較的小規模の演算処理装置としても、位置検出のための演算時間を短縮することができ、これに伴い追尾動作の高速化を図ることができる。
【0041】
そして、第1及び第2CCDラインセンサ52,53により検出された上下方向及び水平方向の偏差に応じて、コントローラ6により駆動用モータ61,62が作動され、これにより測量機本体部15が水平軸x及び鉛直軸yの回りに回転される。その際、上記駆動用モータ61,62の制御量は上記上下方向及び水平方向の偏差量から直接的に求められるため、追尾作動における制御の容易化が図られる。
【0042】
上述の如く測量機本体部15が測量対象2を自動的に追尾作動して、該測量対象2の像2aの中心点Cが基準受光位置S1 ,S2 に常に位置するようにされた状態で、オペレータの操作により測量対象2の位置計測が行われる。すなわち、図示しないが測距用レーザ発振器から反射プリズム21に測距用レーザが投光される一方、この反射プリズム21から反射されるレーザ光線が測距用受光部で受光され、往復するレーザ光線の光波が計数されて測量対象2までの直線距離が計測される。またその際、測量機本体15の水平軸x及び鉛直軸y回りの回転角度がそれぞれエンコーダにより検出されて、この回転角度に基づいて上記測量対象2の水平角及び鉛直角が計測される。
【0043】
したがって、この実施形態に係る測量機1によれば、移動する測量対象2を測量機1により自動的に追尾させることができ、該測量対象2の位置計測を極めて容易に実行することができる。その際、上記測量機1と測量対象2との間の距離が変化しても追尾作動に変動が生ずることがないため、測量精度が高精度に保たれる。また、上記測量対象2を見失うことなくかつ高速で自動追尾することができる。
<他の実施形態>
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち上記実施形態では、受光手段5において対物レンズ4からの光をビームスプリッタ51により分割して互いに異なる位置に配置した第1及び第2CCDラインセンサ52,53に入射させるようにしているが、これに限らず、例えばCCDラインセンサを十文字状に配置しておいて、そこに光を入射させるようにしてもよい。
【0044】
上記実施形態では、第1及び第2の光電変換手段としての第1及び第2CCDラインセンサ52,53を互いに直交するように上下方向又は左右方向に配置しているが、これに限らず、CCDラインセンサ以外の受光素子を用いることも可能である。
【0045】
上記実施形態では、投光手段3により、投射方向に対して十文字に拡がるようにパルス光を投射するようにしたが、これに限らず、投射する光はパルス光でなくてもよい。
【0046】
上記実施形態では、投光手段3から投射されたパルス光を対物レンズ4を介して測量対象2へ投射するようにしているが、これに限らず、例えば図8に示すように対物レンズ4の中心部に貫通孔4aを形成し、この貫通孔4aを通過させてパルス光を測量対象2へ投射するようにしてもよい。
【0047】
上記実施形態では、投光手段3として、半導体レーザ装置31で発生させたパルス光を、光ファイバ32a,33aの束を介して上下方向又は水平方向に偏って拡がるように投射する構成としたが、これに限らず、例えば複数の半導体レーザ装置を上下方向又は水平方向に並設してそれぞれ光を投射するように構成してもよい。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明における測量機の自動追尾装置によれば、第1及び第2の光電変換手段を互いに交差するように設けて測量対象の像の中心点と対物レンズの光軸位置との偏差を求めるようにし、この偏差に基づいて測量機本体の姿勢を変化させるようにした。このことで、測量機と測量対象との間の距離が変化しても追尾精度の変動を防止することができる。また、従来のCCDエリアセンサ等に比べて位置検出のための演算処理量を格段に少なくすることができるので、比較的小規模の演算処理装置を用いても位置検出のための時間を短縮して追尾作動の高速化を図ることができる。
【0049】
また、上記第1及び第2の設定方向を互いに直交するように設定したので、位置検出のための演算処理の容易化が図られる。
【0050】
さらに、測量対象に投射する光の投射範囲を実質的に狭くすることなく単位面積あたりの光量を十分に高めることができ、測量対象を検出し易くかつ見失い難いものにすることができる。しかも、測量対象には光線反射器を設けるだけでよいので、システムの構成が簡易なものになる。
【0051】
請求項2記載の発明では、上記請求項1記載の発明と同様の効果が得られる上、第1及び第2の光電変換手段をそれぞれ異なる箇所に配置することができ、それらの配置の自由度が向上する。
【0052】
請求項3記載の発明では、光電変換手段としてCCDラインセンサを用いたことで比較的低コストで高い検出精度が得られる。
【0053】
請求項4記載の発明によれば、光ファイバを用いることで発光源からの光の投射方向を容易に設定することができ、しかも発光源の配置の自由度が向上して投光手段のコンパクト化が図られる。
【0054】
請求項5記載の発明によれば、測量機の追尾作動における制御の容易化及び追尾の高速化が図られ、さらに、投射光の投光範囲を容易に極めて広いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る測量機の概略構成を示す側面図である。
【図2】 測量機本体部に設けられた位置検出用の光学系を示す上面図である。
【図3】 投光手段において上下左右に延びるように並設された光ファイバの端部を示す正面図である。
【図4】 第1CCDラインセンサによる測量対象の像の上下方向の位置検出を示す模式図である。
【図5】 第2CCDラインセンサによる測量対象の像の水平方向の位置検出を示す模式図である。
【図6】 測量対象が比較的遠くにある場合の図4相当図である。
【図7】 測量対象が比較的遠くにある場合の図5相当図である。
【図8】 他の実施形態に係る図2相当図である。
【符号の説明】
1 測量機
2 測量対象
2a 測量対象の像
3 投光手段
4 対物レンズ
5 受光手段
21 反射プリズム(光線反射器)
31,31… 光ファイバ
51 ビームスプリッタ
52,53 CCDラインセンサ
61,62 駆動用モータ(駆動手段)
C 測量対象の像の中心点
L 対物レンズの光軸
S1 ,S2 基準受光位置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic tracking device for a surveying instrument in which the optical axis of a telescope is made to coincide with a surveying object that is moving or stationary, and in particular, it receives characteristic light for position detection emitted from the surveying object, It belongs to the technical field of optical position detection in which the position of the surveying object is accurately detected based on the light receiving position.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in this type of automatic tracking device for a surveying instrument, a characteristic light for position detection is projected onto a surveying object and reflected by a reflecting prism disposed on the surveying object, and this reflected light is reflected on a photoelectric conversion panel or the like. The position of the surveying instrument main body including the telescope is changed so that the center point of the received light image coincides with the optical axis of the telescope. Also, there is a type in which a light projecting unit is attached to a surveying object and feature light projected from the light projecting unit is received.
[0003]
In order to make the center point of the received light image coincide with the optical axis of the telescope, for example, as disclosed in JP-A-6-347270, a light receiving element having a light receiving surface divided into four parts vertically and horizontally is used. A device using a CCD area sensor or the like as disclosed in JP-A-7-198383 is known. That is, in the case of using a four-divided light receiving element, the light receiving surface is divided into four parts vertically and horizontally around the center position corresponding to the optical axis position of the telescope, and based on the difference in the amount of light received on each divided surface. The center point of the received light image is detected, and the attitude of the surveying instrument main body is changed so that the center point is positioned at the center position of the light receiving surface. In the case of using a CCD area sensor, the image of the survey object is taken as image data, and the deviation between the address of the center point of the image and the address of the center position of the CCD area sensor corresponding to the optical axis position of the telescope And the attitude of the surveying instrument body is changed according to the deviation.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of using the four-part light receiving element as in the former prior art, when the distance between the surveying instrument and the survey target changes and the size of the received light image changes, Even if the deviation amount between the center position and the center point of the received light image is the same, the difference in the received light amount on each divided surface changes, and as a result, the survey target is caused by the change in distance between the surveying instrument and the survey target. There is a problem that the tracking accuracy of the camera fluctuates.
[0005]
On the other hand, when the latter CCD area sensor is used, since the image capturing period of the CCD area sensor is generally about 1/60 second, position detection cannot be performed at shorter time intervals. Since the amount of image processing over the entire area of the CCD area sensor is enormous, it takes time to perform image processing, which makes it difficult to perform high-speed automatic tracking. Although it is conceivable to use a dedicated high-speed image processing apparatus, in this case, the adverse effects of increasing the size and cost of the apparatus are significant.
[0006]
In addition, in the automatic tracking device of the conventional surveying instrument, the light projected from the light projecting means spreads as the survey target is farther away, and the amount of light per unit area becomes smaller. In order to secure the amount of light, when tracking a long-distance survey target, the divergence angle of the light projected from the light projecting means is made relatively narrow. However, in this case, although the amount of light reflected from the surveying object can be sufficiently increased, the projection range of light is relatively narrow, so that there is a problem that the surveying object is easily lost.
[0007]
The present invention has been made in view of such various points, and the object of the present invention is to devise the structure of the light receiving means so that the tracking accuracy does not change even if the distance to the survey target changes. In addition, it is to be able to perform high-speed tracking.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the solution means of the present invention, in the light receiving means, two photoelectric conversion means having a large number of light receiving portions arranged in parallel in the longitudinal direction are arranged so as to extend in two directions orthogonal to each other. The center point of the received light image is detected in the two directions based on the light receiving position in each photoelectric conversion means.
[0009]
Specifically, the invention described in
[0010]
The light receiving means includes a plurality of light receiving portions arranged in parallel so as to extend in a first setting direction orthogonal to the optical axis direction of the objective lens, and a two-dimensional image of a survey target by the objective lens. Entered And a plurality of light receiving portions arranged in parallel so as to extend in a second setting direction orthogonal to the optical axis direction of the objective lens and intersecting the first setting direction. , Two-dimensional image of the survey object by the objective lens Entered Second photoelectric conversion means to radiate,
On the other hand, the light projecting means includes a light projector that projects light so as to spread in a cross shape while being biased in first and second setting directions orthogonal to each other, and the light is projected along the optical axis of the objective lens with respect to the survey target. It was set as the structure which projects.
[0011]
According to this configuration, first, the light projected from the light projecting means is reflected by the light reflector, and is emitted from the survey target as the position detection feature light. The feature light from the survey target is the first. The first and second photoelectric conversion means receive light, and based on the light reception positions, the center point position of the survey target image with respect to the first and second setting directions is detected. That is, the center position of the range of the light receiving unit receiving the characteristic light in the first photoelectric conversion means is detected as the position of the center point of the image to be surveyed in the first setting direction. Similarly, in the second photoelectric conversion means, the position of the center point of the survey target image in the second setting direction is detected. Then, if the center point position of the image with respect to each of the first and second setting directions intersecting each other is detected, the center point of the image can be specified and the deviation from the optical axis position can be accurately obtained, The surveying object can be accurately tracked by changing the attitude of the surveying instrument main body by the driving means based on this deviation.
[0012]
At that time, even when the distance between the surveying instrument and the survey target changes and the size of the image of the survey target changes, the center point of the image can be detected accurately, preventing fluctuations in tracking accuracy. can do. In addition, since a large number of light receiving portions in the first and second photoelectric conversion units need only be arranged in parallel only in the first and second setting directions, respectively, the number of light receiving portions is smaller than that of a CCD area sensor, for example. There is much less. For this reason, when obtaining the position of the center point of the image to be surveyed, unnecessary information can be remarkably reduced, and the amount of calculation processing for position detection can be significantly reduced. Moreover, since the first and second setting directions are orthogonal to each other, if the center point position of the image to be surveyed is detected with respect to the first and second setting directions, the detection result directly The center point position of the image to be surveyed can be obtained, thereby facilitating calculation processing for position detection. Therefore, even if a relatively small arithmetic processing device is used, the time for position detection can be shortened, and accordingly, the tracking operation can be speeded up.
[0013]
Furthermore, the light projected from the light projecting means toward the surveying object is projected along the optical axis of the objective lens, and spreads in the first or second setting direction orthogonal to each other and spreads in a crossed manner. Is projected into the shape. For this reason, although the actual light projection range is narrower than that in the case of being projected so as to spread uniformly in all directions, the light amount per unit area can be increased accordingly. In addition, with respect to the first and second setting directions, a light projection range having a sufficiently long length is ensured, and the light projection range has a substantially large outer diameter. Therefore, in the present invention, it is possible to sufficiently increase the amount of light per unit area without substantially narrowing the projection range of the light projected onto the survey target, thereby making it easy to detect the survey target and make it difficult to lose sight. it can.
[0014]
In addition, in the present invention, the survey target only needs to be provided with a light reflector, and it is not necessary to provide a light emitting means, so that the system configuration is simplified. For example, a reflection prism may be used as the light reflector.
[0015]
The invention described in
[0016]
The light receiving means is provided at a position where a part of the light from the objective lens is transmitted and a part of the beam splitter that reflects the rest, and a position at which the transmitted light from the beam splitter is received, and an optical axis of the transmitted light A two-dimensional image of a survey target by the objective lens, having a large number of light receiving portions arranged in parallel so as to extend in a first setting direction orthogonal to the direction Entered And a second set direction that is provided at a position to receive the reflected light from the beam splitter and is orthogonal to the optical axis direction of the reflected light and intersects the first set direction. A two-dimensional image of a survey object by the objective lens Entered Second photoelectric conversion means to radiate,
On the other hand, the light projecting means includes a light projector that projects light so as to spread in a cross shape while being biased in first and second setting directions orthogonal to each other, and the light is projected along the optical axis of the objective lens with respect to the survey target. It was set as the structure which projects.
[0017]
According to this configuration, as in the first aspect of the invention, the center point position of the image to be surveyed can be specified and the deviation from the optical axis position can be accurately obtained, and the drive means is controlled based on this deviation. By doing so, the survey target can be accurately tracked. At that time, even if the distance between the surveying instrument and the survey target changes, the tracking accuracy can be prevented from fluctuating, and high-speed tracking can be performed using a relatively small arithmetic processing unit. .
[0018]
Moreover, by projecting light that spreads in a cross shape toward the survey target, the amount of light per unit area can be sufficiently increased without substantially narrowing the projection range of the light projected on the survey target. This makes it easy to detect the survey target and make it difficult to lose sight. Moreover, it is only necessary to provide a light reflector for the surveying object, and it is not necessary to provide a light emitting means, so that the system configuration is simplified.
[0019]
In addition, in the light receiving means, the light from the objective lens is divided by the beam splitter so as to be separately incident on the first and second photoelectric conversion means arranged at different locations. The degree of freedom of arrangement of the photoelectric conversion means is improved.
[0020]
In the invention described in
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, in the projector according to the first or second aspect of the present invention, one end is connected to the light source and the other end is juxtaposed in the first and second setting directions. The optical fiber bundle is provided, and the light generated from the light source is projected from the other end of the optical fiber.
[0022]
In this configuration, the configuration of the projector in the invention according to
[0023]
In the invention according to
[0024]
In this configuration, the
[0025]
In addition, since the cross-shaped light projected from the light projecting means spreads in a biased manner in the vertical direction and the horizontal direction, the light projecting means is disposed integrally with the surveying instrument main body and is rotated around the vertical axis or the horizontal axis. If it is made to turn to, the projection range of the projection light can be easily made very wide.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 shows a surveying
[0028]
FIG. 2 shows an optical system for position detection provided in the surveying instrument
[0029]
The
[0030]
The light receiving means 5 forms an image of the light condensed by the objective lens 4 through the
[0031]
As shown in FIG. 4, the first
[0032]
Similarly, the second
[0033]
When the surveying
[0034]
The charge and discharge timings of the first and second
[0035]
The
[0036]
Next, the operation of the automatic tracking device and its effects will be described along the procedure of surveying work using the
[0037]
When measuring the position of the surveying
[0038]
That is, the pulsed light generated by the
[0039]
Then, the pulsed light reflected by the reflecting
[0040]
At that time, even when the surveying
[0041]
Then, in accordance with the vertical and horizontal deviations detected by the first and second
[0042]
As described above, the surveying instrument
[0043]
Therefore, according to the surveying
<Other embodiments>
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Various other embodiments are included. That is, in the above embodiment, the light from the objective lens 4 is split by the
[0044]
In the above embodiment, the first and second
[0045]
In the said embodiment, although the pulsed light was projected by the light projection means 3 so that it might spread to a cross direction with respect to a projection direction, it is not restricted to this, The light to project may not be pulsed light.
[0046]
In the above embodiment, the pulsed light projected from the
[0047]
In the above-described embodiment, the
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the automatic tracking device for a surveying instrument according to the first aspect of the present invention, the first and second photoelectric conversion means are provided so as to intersect each other, and the center point of the image to be surveyed and the objective lens The deviation from the optical axis position is obtained, and the attitude of the surveying instrument main body is changed based on this deviation. Thus, even if the distance between the surveying instrument and the survey target changes, it is possible to prevent the tracking accuracy from changing. In addition, the amount of calculation processing for position detection can be remarkably reduced as compared with a conventional CCD area sensor or the like, so that the time for position detection can be shortened even if a relatively small arithmetic processing device is used. Thus, the tracking operation can be speeded up.
[0049]
In addition, since the first and second setting directions are set so as to be orthogonal to each other, the calculation processing for position detection can be facilitated.
[0050]
Furthermore, the amount of light per unit area can be sufficiently increased without substantially narrowing the projection range of the light projected onto the surveying object, and the surveying object can be easily detected and hardly lost. In addition, since it is only necessary to provide a light reflector for the survey target, the system configuration is simplified.
[0051]
In the invention of
[0052]
In the invention of
[0053]
According to the fourth aspect of the present invention, the projection direction of light from the light source can be easily set by using an optical fiber, and the degree of freedom of arrangement of the light source is improved, so that the light projecting means is compact. Is achieved.
[0054]
According to the fifth aspect of the present invention, the control in the tracking operation of the surveying instrument can be facilitated and the tracking speed can be increased, and the projection range of the projection light can be easily made extremely wide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a surveying instrument according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view showing an optical system for position detection provided in the surveying instrument main body.
FIG. 3 is a front view showing end portions of optical fibers arranged side by side so as to extend vertically and horizontally in the light projecting means;
FIG. 4 is a schematic diagram showing position detection in the vertical direction of an image to be surveyed by a first CCD line sensor.
FIG. 5 is a schematic diagram showing horizontal position detection of an image to be surveyed by a second CCD line sensor.
FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 4 when the survey target is relatively far away.
FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 5 when the survey target is relatively far away.
FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 2 according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
1 surveying instrument
2 Survey target
2a Survey target image
3 Projection means
4 Objective lens
5 Light receiving means
21 Reflective prism (light reflector)
31, 31 ... Optical fiber
51 Beam splitter
52,53 CCD line sensor
61, 62 Driving motor (driving means)
C Center point of survey target image
L Optical axis of objective lens
S1, S2 reference light receiving position
Claims (5)
上記受光手段は、
上記対物レンズの光軸方向に直交する第1の設定方向に延びるように並設された多数の受光部を有し、上記対物レンズによる測量対象の2次元の像が入射する第1の光電変換手段と、
上記対物レンズの光軸方向に直交しかつ上記第1の設定方向と直交する第2の設定方向に延びるように並設された多数の受光部を有し、上記対物レンズによる測量対象の2次元の像が入射する第2の光電変換手段と、を備えており、
上記投光手段は、互いに直交する第1及び第2の設定方向にそれぞれ偏って十文字状に拡がるように光を投射する投光器を備え、測量対象に対し対物レンズの光軸に沿って光を投射するように構成されていることを特徴とする測量機の自動追尾装置。A light projecting means for projecting light onto a surveying object, a light reflector that is disposed on the surveying object and reflects light projected from the light projecting means, and a position of the light reflected by the light reflector is detected. A light receiving means for receiving the position detecting characteristic light as a two-dimensional image by the objective lens, and a driving means for changing the attitude of the surveying instrument main body. In an automatic tracking device for a surveying instrument, the operation of the driving means is controlled based on the output signal from the light receiving means so that the center point of the image to be surveyed is positioned on the optical axis of the objective lens. ,
The light receiving means is
Has a large number of light receiving portions which are arranged to extend in a first setting a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens, a first photoelectric the 2-dimensional image of the surveying object by the objective lens morphism ON Conversion means;
A plurality of light receiving portions arranged in parallel so as to extend in a second setting direction orthogonal to the optical axis direction of the objective lens and orthogonal to the first setting direction; a second photoelectric conversion means for the image of that morphism entry has a,
The light projecting means includes a light projector that projects light so as to be spread in a cross shape in the first and second setting directions orthogonal to each other, and projects light along the optical axis of the objective lens to the survey target. An automatic tracking device for a surveying instrument, characterized in that it is configured to do so.
上記受光手段は、
上記対物レンズからの光の一部を透過させる一方、残りを反射させるビームスプリッタと、
上記ビームスプリッタからの透過光を受光する位置に設けられ、該透過光の光軸方向に直交する第1の設定方向に延びるように並設された多数の受光部を有し、上記対物レンズによる測量対象の2次元の像が入射する第1の光電変換手段と、
上記ビームスプリッタからの反射光を受光する位置に設けられ、該反射光の光軸方向に直交しかつ上記第1の設定方向と直交する第2の設定方向に延びるように並設された多数の受光部を有し、上記対物レンズによる測量対象の2次元の像が入射する第2の光電変換手段と、を備えており、
上記投光手段は、互いに直交する第1及び第2の設定方向にそれぞれ偏って十文字状に拡がるように光を投射する投光器を備え、測量対象に対し対物レンズの光軸に沿って光を投射するように構成されていることを特徴とする測量機の自動追尾装置。A light projecting means for projecting light onto a surveying object, a light reflector that is disposed on the surveying object and reflects light projected from the light projecting means, and a position of the light reflected by the light reflector is detected. A light receiving means for receiving the position detecting characteristic light as a two-dimensional image by the objective lens, and a driving means for changing the attitude of the surveying instrument main body. In an automatic tracking device for a surveying instrument, the operation of the driving means is controlled based on the output signal from the light receiving means so that the center point of the image to be surveyed is positioned on the optical axis of the objective lens. ,
The light receiving means is
A beam splitter that transmits part of the light from the objective lens and reflects the rest,
A plurality of light receiving portions provided in a position for receiving the transmitted light from the beam splitter, and arranged in parallel so as to extend in a first setting direction orthogonal to the optical axis direction of the transmitted light, and by the objective lens a first photoelectric conversion means for two-dimensional image of the surveying object is morphism entry,
A plurality of light beams arranged in parallel so as to extend in a second setting direction perpendicular to the optical axis direction of the reflected light and perpendicular to the first setting direction; has a light receiving portion, it includes a second photoelectric conversion means for two-dimensional image of the surveying object by the objective lens morphism enter, and
The light projecting means includes a light projector that projects light so as to be spread in a cross shape in the first and second setting directions orthogonal to each other, and projects light along the optical axis of the objective lens to the survey target. An automatic tracking device for a surveying instrument, characterized in that it is configured to do so.
第1及び第2の光電変換手段はCCDラインセンサであることを特徴とする測量機の自動追尾装置。In either claim 1 or claim 2,
An automatic tracking device for a surveying instrument, wherein the first and second photoelectric conversion means are CCD line sensors.
投光器は、一端部が発光源に接続されかつ他端部がそれぞれ第1及び第2の設定方向に並設された光ファイバの束を備えていて、上記発光源で発生した光を上記光ファイバの他端部から投射するように構成されていることを特徴とする測量機の自動追尾装置。In either claim 1 or claim 2,
The projector includes a bundle of optical fibers having one end connected to the light source and the other end juxtaposed in the first and second setting directions, and the light generated by the light source is transmitted to the optical fiber. An automatic tracking device for a surveying instrument, which is configured to project from the other end of the surveying instrument.
第1及び第2の設定方向は、それぞれ鉛直方向及び水平方向に設定されており、
駆動手段は、測量機本体を鉛直軸及び水平軸の回りにそれぞれ回転作動させるように構成されていることを特徴とする測量機の自動追尾装置。In any one of Claims 1 thru | or 4,
The first and second setting directions are set to a vertical direction and a horizontal direction, respectively.
An automatic tracking device for a surveying instrument, characterized in that the drive means is configured to rotate the surveying instrument main body about a vertical axis and a horizontal axis, respectively.
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