JP3781866B2 - 求心装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は求心装置に係り、特に求心と機械高とを求めることができる求心装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から測量用機器においては、測点における求心と機械高は別々に測定していた。
【０００３】
例えば、特開平３−２５１４号公報では、三脚上に載せて水平出しした測量機から垂直下方にレーザ光をスポット照射させつつ、スポット光が測点と一致するように、機械を三脚上でスライドさせて位置合わせする。次に巻尺を使って機械高を求める技術が開示されている。
【０００４】
また実公平６−１０２４７号公報では、三脚上で機械をスライドさせて、求心望遠鏡の視野に測点を入れ、求心望遠鏡をのぞきつつ測点を視野中心に入れる。次いで合焦レンズを移動させて焦点を合わせる。ＣＰＵには、合焦レンズの位置と機械高との相関データが予め記憶されており、合焦レンズの移動量がエンコーダ（リニアスケール）によって検出し、ＣＰＵはこの検出情報と予め記憶されている相関データとから機械高を算出する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平３−２５１４号公報で提案された技術では、いちいち巻尺を使って機械高を求める必要があり、作業が大変であるという不都合がある。また実公平６−１０２４７号公報で提案された技術では、機械を三脚上でスライドさせる求心作業も、合焦レンズを動かす焦点合わせ作業も求心望遠鏡をのぞきながらの作業であり、作業しにくく作業性が悪いという不都合がある。
【０００６】
本発明の目的は、測量機，ＧＰＳアンテナ，測量用ターゲットに内蔵されまたは必要に応じ機械に取付けられて使用する求心装置に係り、特に求心と同時に機械高が簡単に求まる求心装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明に係る求心装置によれば、鏡筒内において可視レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光の光路に沿って移動可能な合焦レンズと、前記合焦レンズの前方に配置され合焦レンズを透過して測点に向かうレーザ光を分割するビームスプリッタと、前記分割された光を受光するＣＣＤセンサと、該ＣＣＤセンサと合焦レンズの位置と測点から鏡筒までの距離との相関データを予め記憶した記憶手段と、ＣＣＤセンサの中心位置の移動量と前記ビームスプリッタと前記合焦レンズが一体として移動する合焦レンズの移動量に対応して前記記憶手段に記憶された相関データにより測点から鏡筒までの高さを算出する演算回路と、前記演算回路の算出した値を表示する表示部とを備えた構造であって、測量用機械の所定位置に内蔵されまたは取付けられたこと、により解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る求心装置１０は、鏡筒１１内において可視レーザ光を出射する光源としてのＬＤ１２と、前記レーザ光の光路に沿って移動可能な合焦レンズ１４と、前記合焦レンズ１４の前方に配置され合焦レンズ１４を透過して測点に向かうレーザ光を分割するビームスプリッタとしてのハーフミラー１６と、前記分割された光を受光するＣＣＤセンサとしてのＣＣＤラインセンサ１７と、このＣＣＤラインセンサ１７と合焦レンズ１４の位置と測点から鏡筒１１までの距離との相関データを予め記憶した記憶手段としてのメモリ２３と、ＣＣＤラインセンサ１７の中心位置の移動量と前記ビームスプリッタとしてのハーフミラー１６と前記合焦レンズ１４が一体として移動する前記合焦レンズ１４の移動量に対応して前記メモリ２３に記憶された相関データにより測点から鏡筒１１までの高さを算出する演算回路と、前記演算回路の算出した値を表示する表示部であるディスプレイ２４とを備えた構造であって、測量用機械の所定位置に内蔵されまたは取付けられた構成としている。
【０００９】
測量用の機械の所定位置に内蔵または取付けられた求心装置１０の可視光光源から出射されたレーザ光は垂直下方に照射されており、測点とレーザ光スポットのずれを目で目視できる。レーザ光のスポットの中心に測点が一致するように機械を移動させる。次に測点に一致したレーザ光スポットを目で目視しつつ、合焦レンズ１４を光路に沿って移動させて、スポット径が最小となるようにする。演算回路はＣＣＤラインセンサ１７に照射させたレーザ光照射エリアの中心の移動量と記憶回路に記憶されている合焦レンズ１４の位置と測点，鏡筒１１間距離との相関データとから測点と鏡筒１１間距離を算出し、このときの機械高の値がディスプレイ２４に表示される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００１１】
図１乃至図３は第１の実施例を示すものであり、本例における測量機は、図１で示すように、三脚Ｔ上に整準台Ｓを介して測量機が配置されており、測量機の機械中心Ｏの真下に光軸Ｌを一致させた求心装置１０が設けられている。なお記号Ｘは測量機と三脚固定するための定心桿である。
【００１２】
本例の求心装置１０は、鏡筒１１と、光源としてのＬＤ可視光（レーザダイオード）１２と、合焦レンズ１４と、ハーフミラー１６と、ＣＣＤセンサとしてのＣＣＤラインセンサ１７と、記憶手段としてのメモリ２３と、ＣＰＵ２２内の演算回路と、表示部としてのディスプレイ２４と、入力手段としての入力キー２５と、を主要構成要素とする。
【００１３】
本発明は可視光光源を測点上に集光させ、測量機を三脚上でシフトして目で測点と集光スポットを一致させると同時に機械高を計測するようにしたものである。
【００１４】
本例の鏡筒１１は、上下方向に配置された円筒型の光源としてのＬＤ１２と、鏡筒１１内を摺動する合焦レンズ筒１３と、合焦レンズ筒１３に保持される合焦レンズ１４と、ハーフミラー１６と、ＣＣＤラインセンサ１７とが配置され、鏡筒１１下端部には鏡筒１１内を密閉するためのカバーガラス１５が設けられている。
【００１５】
本例の光源は、鏡筒１１内において可視レーザ光を出射するもので、ＬＤ１２で構成され、鏡筒１１の上端部に下方に向けて設けられている。このＬＤ１２から出射したレーザ光は合焦レンズ１４、カバーガラス１５を透過し下方に出射されて集光するように構成されている。
【００１６】
本例の合焦レンズ１４は、ＬＤ１２から出射されたレーザ光の光路に沿って移動可能に配置されるものであり、ＬＤ１２の光路上に合焦レンズ筒１３で支持されている。本例の合焦レンズ１４は合焦レンズ筒１３の光源（ＬＤ１２）側に固設されている。
【００１７】
本例のレーザ光源の分割は、上述のようにハーフミラー１６で構成されており、合焦レンズ筒１３内の光路上には、レーザ光を分割するハーフミラー１６が固定されている。ＬＤ１２から出射されたレーザ光は合焦レンズ１４よりも求心点方向に配置されたハーフミラー１６で分割され、一方のレーザ光は上下方向に配設されたＣＣＤラインセンサ１７に導かれ、他方のレーザ光は測点に向かうレーザ光に分割される。ハーフミラー１６とＣＣＤラインセンサ１７との間にＣＣＤラインセンサー１７上に照射されるレーザ光照射エリア径を絞るため集光レンズを入れてもよい。（図示せず）
【００１８】
本例のＣＣＤラインセンサ１７は、前記分割されたレーザ光を受光する。本例のＣＣＤラインセンサ１７にはレーザ光による照射エリアＰが図示のように形成される。上記合焦レンズ筒１３は図示しない合焦つまみの回動操作によって光軸Ｌに沿って移動でき、ＣＣＤラインセンサ１７上のレーザ光による照射エリアＰも上下方向に移動するように構成されている。
【００１９】
本例の記憶手段としてのメモリ２３は、上記ＣＣＤラインセンサ１７と合焦レンズ１４の位置と、測点から鏡筒１１までの距離との相関データを予め記憶しておくものである。つまり測点から鏡筒１１までの距離とラインセンサ１７上のレーザ光照射エリアＰの中心位置とが対応し、この相関関係がメモリ２３に予め記憶されている。なお求心装置を後付するときには、後付した位置により機械中心Ｏから光源までの距離ａ（図１参照）が異なるために、予め計測した機械中心Ｏから光源までの距離ａを入力キー２５により入力するように構成されている。
【００２０】
本例の演算回路は、ＣＰＵ２２内に形成されているものであり、ＣＣＤラインセンサ１７からの情報に基づいて合焦レンズ１４の移動量に対応して測点から鏡筒１１までの距離を算出するものである。つまり演算回路を含むＣＰＵ２２は、ＣＣＤラインセンサ１７上のレーザ光照射エリアＰから照射エリアＰの中心位置を特定し、メモリ２３のデータから、この照射エリアＰの中心位置に対応する測点から鏡筒１１までの距離を演算する。本例の表示部としてのディスプレイ２４は、前記演算回路の算出した値を表示するものである。
【００２１】
これらＣＣＤラインセンサ１７，メモリ２３，ＣＰＵ（演算回路）２２，ディスプレイ２４は、図３で示すように、出射されたレーザ光をハーフミラー１６で分割しＣＣＤラインセンサ１７で感知するが、このＣＣＤラインセンサ１７からの出力はＡＤコンバータ２１を介してＣＰＵ２２に出力される。一方レーザ光の集光点から鏡筒１１までの距離とラインセンサ１７上のレーザ光照射エリアＰの中心位置とが対応し、この相関関係がメモリ２３に予め記憶されているので、ＣＰＵ２２は、ラインセンサ１７上のレーザ光照射エリアＰから照射エリアＰの中心位置を特定し、メモリ２３のデータから、この照射エリアＰの中心位置に対応する機械高さを演算してディスプレイ２４に表示させる。
【００２２】
次に上記構成からなる求心装置１０の動作について説明する。
まず測量機を三脚上に載せて水平出しをする。次にＬＤ１２を照射させる。ＬＤ１２から出射されたレーザ光は、合焦レンズ１４をとおり、ハーフミラー１６で分割される。次に測量機を三脚上でスライドさせて、測点とレーザ光照射エリアＰのずれを目視し、測点中心にレーザ光照射エリアＰを一致させる。これで求心状態となる。
【００２３】
次いで、合焦つまみを回して測点に一致したレーザ光スポットを目視しつつ、合焦レンズ１４を光路に沿って移動させて、スポット径が最小となるようにする。演算回路はＣＣＤラインセンサ１７に照射させたレーザ光照射エリアの中心の移動量と記憶回路に記憶されている合焦レンズ１４の位置と測点，鏡筒１１間距離との相関データとから測点の鏡筒間距離を算出し、ディスプレイ２４には、機械高がデジタル表示される。
【００２４】
照射エリアＰの大きさは焦点距離上に光源を置いたときを基準とし、近距離になると小さくなり、ＣＣＤラインセンサ１７上の位置も移動する。従って、内蔵の場合には、光源の位置（具体的には鏡筒１１の上端）から機械中心Ｏまでを予め定数としてメモリし、後付の場合には入力手段により所定の値（後付位置において計測する距離：図１のａに相当）を入力して定数としてメモリ化し、ＣＰＵ２２で演算処理すればよい。また、光源から測点までの距離は、合焦レンズの移動量がＣＣＤラインセンサ１７上の移動量となり、合焦レンズ１４から結像の距離と光源と合焦レンズ１４の距離が計算されるので合焦レンズ１４の移動量がＣＣＤラインセンサ１７で計測されれば光源から測点までの距離が計算され、前記定数を加えれば測点から機械中心Ｏまでの距離を求めることができる。
【００２５】
以上のように求心作業は、従来のように求心望遠鏡をのぞかずに目視によりレーザ光のスポットの中心に測点がくるように機械を動かせばよく、レーザ光のスポットが測点位置で最小となるように調整するだけで求心と同時に機械高が求まる。
【００２６】
図４は本発明に係る第２の実施例を示すものであり、前記実施例と同様部材には同一符号を付してその説明を省略する。本例では前記第１の実施例におけるハーフミラー１６に代えて偏光ビームスプリッタ３６を用いたものである。本例のように構成しても前記実施例と同様な作用効果を奏するものである。
【００２７】
図５は本発明に係る第３の実施例を示すものであり、本例においても前記各実施例と同様部材には同一符号を付してその説明を省略する。本例では第１の実施例におけるハーフミラー１６に代えて偏光ビームスプリッタ３６と１／４波長板３７を用い、カバーガラス１５に代えてハーフミラー３９を用いたものである。
【００２８】
本例における１／４波長板３７の作用としては、図５で示すように、ＬＤ１２からのレーザ光は、合焦レンズ１４を透過し、さらに偏光ビームスプリッタ３６を透過する。そしてハーフミラー３９で１／２の反射光が１／４波長板３７へ向かい、１／４波長板３７を透過する。この際、反射光の偏光方向を４５゜変えることが出来るため、偏光ビームスプリッタ３６によってＣＣＤラインセンサ１７へ光を導くことができる。そして１／４波長板３７を用いない場合には、１／２の反射光は偏光ビームスプリッタ３６をそのまま透過してしまうという不都合が生じてしまう。
【００２９】
本例のように構成すると前記実施例と同様な作用効果の他に、カバーガラスでの反射ロスがなく、ＣＣＤラインセンサ１７における受光量を大きくできる。
【００３０】
図６は本発明に係る第４の実施例を示すものであり、本例においても前記各実施例と同様部材等には同一符号を付してその説明を省略する。本例では直角プリズム４１を用いてハーフミラー１６からのレーザ光を直角に方向転換させることにより、鏡筒１１を水平に配設し、合焦レンズ枠が自重で下方に移動しないためにはこのように用いるものがもっともよい。本例のように構成しても前記第１実施例と同様な作用効果を奏することができるだけでなく、各種の測量機に適用できるように構成することができる。
【００３１】
図７は本発明の実施例１，２，３の合焦レンズの合焦機構の実施例を示すものであり、本例においても前記各実施例と同様部材等には同一符号を付してその説明を省略する。本例では地上の位置座標を決めるＧＰＳ測量用アンテナの架台内に求心装置１０を内蔵させたもので説明する。つまり、符号３２は合焦つまみ３１の軸３１ａの先端側に設けられたピニオンであり、このピニオン３２は、合焦レンズ筒１３に固定されたラック３３に噛み合うように構成されている。従って合焦つまみ３１を回動することに、ピニオン３２が回動し、これによりラック３３と一体となった合焦レンズ筒１３が摺動する。したがって合焦レンズ筒１３が摺動することにより、合焦レンズ筒１３に固定されたハーフミラー１６が摺動するように構成されている。他の構成は前記実施例と同様である。この場合の機械高はアンテナの高さであり、合焦レンズの位置との相関関係を求めておき、ＣＰＵで処理される。
【００３２】
図８は本発明の更に他の実施例を示すものであり、本例においても前記各実施例と同様部材等には同一符号を付してその説明を省略する。本例では、反射ターゲットの架台４０内に求心装置１０を内蔵させたものである。符号４２はコーナキューブ、符号４４はターゲット板である。この場合の機械高はターゲット中心位置となり、合焦レンズの位置との相関関係を求めておき、ＣＰＵに与えて処理される。
【００３３】
【発明の効果】
求心作業は、従来のように求心望遠鏡をのぞかずにレーザ光のスポットの中心に測点がくるように機械を動かしてレーザ光のスポットが測点位置で最小となるように調整するだけで求心と同時に機械高が求まる。従って求心作業において求心と機械高が極めて簡単に求めることが出来、迅速な作業を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】測量機の概略を示す部分正面断面図である。
【図２】求心装置の断面図である。
【図３】求心装置の動作処理を示すブロック図である。
【図４】第２の実施例を示すもので、求心装置の断面図である。
【図５】第３の実施例を示すもので、求心装置の断面図である。
【図６】第４の実施例を示すもので、求心装置の断面図である。
【図７】第１，２，３の合焦機構を実施例で示すもので、断面説明図である。
【図８】第５の実施例を示すもので、断面説明図である。
【符号の説明】
１０ 求心装置
１１ 鏡筒
１２ ＬＤ（光源）
１３ 合焦レンズ筒
１４ 合焦レンズ
１５ カバーガラス
１６ ハーフミラー
１７ ＣＣＤラインセンサ
２１ ＡＤコンバータ
２２ ＣＰＵ
２３ メモリ
２４ ディスプレイ
３１ 合焦つまみ
３１ａ 軸
３２ ピニオン
３３ ラック
３４ 平面アンテナ
３６ 偏光ビームスプリッタ
３７ １／４波長板
３９ ハーフミラー
４０ 反射ターゲットの架台
４１ 直角プリズム
４２ コーナキューブ
４４ ターゲット板
Ｌ 光軸
Ｏ 測量機の機械中心
Ｐ レーザ光照射エリア
Ｓ 整準台
Ｔ 三脚
Ｘ 定心桿

Claims (1)

1. 鏡筒内において可視レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光の光路に沿って移動可能な合焦レンズと、前記合焦レンズの前方に配置され合焦レンズを透過して測点に向かうレーザ光を分割するビームスプリッタと、前記分割された光を受光するＣＣＤセンサと、該ＣＣＤセンサと合焦レンズの位置と測点から鏡筒までの距離との相関データを予め記憶した記憶手段と、ＣＣＤセンサの中心位置の移動量と前記ビームスプリッタと前記合焦レンズが一体として移動する合焦レンズの移動量に対応して前記記憶手段に記憶された相関データにより測点から鏡筒までの高さを算出する演算回路と、前記演算回路の算出した値を表示する表示部とを備えた構造であって、測量用機械の所定位置に内蔵されまたは取付けられたことを特徴とする求心装置。

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