JP3816812B2 - トータルステーション - Google Patents

Description

【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１ａ）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１８０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】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を達成するために、請求項１に係る発明では、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が内蔵されるとともに、前記視準カメラ光学系と前記広角カメラ光学系とは選択可能にされ、前記視準用望遠鏡の前面側には、前記広角カメラ光学系の対物レンズが前記視準カメラ光学系の対物レンズの上または下に接近して設けられるとともに、前記２つの対物レンズ間に両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、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、前記前記視準カメラ光学系又は前記広角カメラ光学系で撮像した映像を表示する表示装置が設けられるように構成した。
【０００８】
（作用）反射ターゲット照明用の光源は視準カメラ光学系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、この照明用の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の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照明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】
さらに、反射ターゲット照明用の光源は、互いに接近して設けられた視準カメラ光学系の対物レンズおよび広角カメラ光学系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、視準カメラ光学系又は広角カメラ光学系のいずれを選択しても、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、概略の視準に便利な広角カメラ光学系で視準した後に、高倍率の視準カメラ光学系に切り替えると、拡大した映像を表示装置に写すことができ、反射ターゲットを正確に視準できる。
【００１１】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、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３に係る発明では、請求項１又は２に係る発明において、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又は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１０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４２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７８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１２０で９０度偏向した光が集光する十字形ラインセンサ１２２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、視準用望遠鏡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カメラ光学系４７の対物レンズ１１と広角カメラ光学系８９の広角（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Ｌ１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１９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８９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、ＣＰＵ５８，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５６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５４、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ＣＣＤ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９０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５４、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１２６、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６４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ｈ１、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４５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９０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４７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６４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１０４、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、ＣＰＵ５８により、図１１に示したように、タッチペン６８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５４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９０が略レクチル線９２の中心Ｏ上に移動すことで、ＣＰＵ５８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Ｓ１０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４７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Ｓ１５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１０４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１０８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ＯＮ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６５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８９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に係る発明によれば、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。また、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２に係る発明によれば、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３に係る発明によれば、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 視準カメラ光学系の対物レンズ
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
５４ 水平制御部
５６ 垂直（鉛直）制御部
５８ ＣＰＵ
６０ 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
９０ ターゲット像
１１０ トータルステーション
１０４ ターゲット（測定点）

Claims (3)

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が内蔵されるとともに、前記視準カメラ光学系と前記広角カメラ光学系とは選択可能にされ、
   前記視準用望遠鏡の前面側には、前記広角カメラ光学系の対物レンズが前記視準カメラ光学系の対物レンズの上または下に接近して設けられるとともに、前記２つの対物レンズ間に両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
   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、前記視準カメラ光学系又は前記広角カメラ光学系で撮像した映像を表示する表示装置が設けられたことを特徴とするトータルステーション。
2. 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１に記載のトータルステーション。
3. 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又は２に記載のトータルステーション。

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