JP3854168B2 - トータルステーションの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤカメラなどの撮像装置を備え、測定点を測距・測角するトータルステーションの制御装置に係り、特に、モータ駆動型トータルステーションを遠隔操作によって制御するに好適なトータルステーションの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠隔操作型トータルステーションとしては、例えば、特開２０００−２７５０４４号公報に開示されているものが知られている。この公報に開示されているものは、遠隔操作型トータルステーションの望遠鏡の接眼部にＣＣＤカメラを取付け、ＣＣＤカメラを、ケーブルを介して演算制御装置と画像処理装置に接続するとともに、画像処理装置と演算制御装置をそれぞれケーブルを介して無線通信装置に接続した計測部を備えて構成されている。さらに、トータルステーションを遠隔操作するために、ハンディコンピュータと無線通信装置とをケーブルで接続した操作部も備えて構成されている。
【０００３】
上記構成による遠隔操作型トータルステーションにおいては、測定点に設置されたターゲットに関し、ハンディコンピュータが記憶している設計座標に関する情報を各無線通信装置間で送受信してトータルステーションへ送ると、トータルステーションは設計座標に対して自動視準するとともに、この設計座標に焦点を合わせるようになっている。さらにＣＣＤカメラから出力された画像信号と、演算制御装置で演算された位置調整データは各無線通信装置を介してハンディコンピュータへ送られ、そのディスプレイ上に表示される。このため、作業者はハンディコンピュータのディスプレイを見ることにより、ターゲットの設計上の座標位置からのずれを知ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、作業者がハンディコンピュータのディスプレイを見ながらトータルステーションを遠隔操作することはできるが、トータルステーションを指定の方向に回転させるに際しては、複数回の操作が必要であり、操作が面倒であった。例えば、水平方向の矢印キーを押してから離し、その後再び水平方向の矢印キーを押してトータルステーションを目的方向に沿って水平回転させ、その後、鉛直方向の矢印キーを操作してトータルステーションを鉛直回転させることが余儀なくされている。また、回転途中で回転速度を変化させることは困難であった。
【０００５】
さらに、従来技術においては、トータルステーションとトータルステーションを遠隔操作するユーザとの間の距離が離れている場合、トータルステーションがどの方向を向いているのかを把握するのが困難であった。また任意の方向にトータルステーションを回転させるには角度を入力しなければならず、手間がかかっていた。
【０００６】
本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、画面上の任意の位置が画面上の中心部にくるようにトータルステーションを制御することができるトータルステーションの制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１においては、望遠鏡で視準した測定対象物を撮像する撮像手段と測定点を測距・測角する測量手段とを備えたトータルステーションの制御装置において、前記測量手段の測量による測量情報を入力する測量情報入力手段と、前記測量情報入力手段により入力された測量情報に関する画像を画面上に表示する表示手段と、前記画面上の任意の位置が指定されたときに、前記画面上に設定された現時点の視準方向を基準として、前記指定の位置と前記現時点の視準方向との方向偏差を求め、この方向偏差を基に前記方向偏差を零に抑制するための移動量と前記現時点の視準方向を前記指定の位置に一致させるための移動方向を演算する演算手段と、前演算手段の演算結果に従って水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令を生成して前記トータルステーションに出力する回転駆動指令生成手段とを備えるように構成した。
【００１３】
（作用） 指定の位置を基準として、指定の位置と現時点の視準方向との方向偏差が求められ、この方向偏差を基に方向偏差を零に抑制するための移動量と現地点の視準方向を指定の位置に一致させるための移動方向が演算され、この演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令が生成され、この回転駆動指令がトータルステーションに出力され、指定の位置が視準方向と一致するようにトータルステーションが回転させられるため、１回の操作で任意の方向（角度）にトータルステーションを回転させることができる。
【００１４】
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において、前記表示手段の表示画面上に、水平角を表わす第１の円と鉛直角を表わす第２の円を同心円状に表示するとともに、前記測量情報を基に現時点の視準方向、現時点の鉛直角、後視点方向を表示するように構成した。
【００１５】
（作用） 表示画面上には水平角を表す第１の円と鉛直角を表す第２の円が同心円状に表示されるとともに、現時点の視準方向、鉛直角、後視点方向が表示されるため、トータルステーションの視準方向をユーザが図形的に容易に認識することができる。
【００１６】
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の制御装置において、前記第１の円，第２の円で水平角，鉛直角を指定できるとともに、指定した水平角または／および鉛直角を表示画面上に表示するように構成した。
【００１７】
（作用）第１の円，第２の円の任意の位置をマウスやタッチペンなどの指定手段によって指定すると、指定の位置が視準方向と一致するようにトータルステーションが回転させられるが、指定した位置に対応する水平角，鉛直角がリアルタイムで画面に表示されので、視準したい方向の指定が簡単である。
【００１８】
請求項４においては、請求項１に記載のトータルステーションの制御装置において、前記望遠鏡の対物レンズの光軸（視準軸）と同軸または平行な光軸をもつ、測定点にセットした反射ターゲット照明用の光源を前記望遠鏡に内蔵するように構成した。
【００１９】
（作用）夜間やトンネル内などの暗い状態下では、画面を通して、反射ターゲット照明用の光源の光で照明された反射ターゲットが暗い背景の中に白く浮き上がって見えるので、画面上の任意の反射ターゲット像を指定し易い。
【００２０】
請求項５においては、請求項３に記載のトータルステーションの制御装置において、前記反射ターゲット照明用の光源を所定の間隔で点滅するように構成した。
【００２１】
（作用）夜間やトンネル内などの暗い状態下では、画面を通して、反射ターゲット照明用の光源の光で照明された反射ターゲットが暗い背景の中に間欠的に白く発光しているように見えるので、画面上の任意の反射ターゲット像を一層指定し易い。
【００２２】
【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、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である測量機（トータルステーション）全体のブロック図であり、図２は、この測量機の光学系と自動視準装置を説明する図であり、図３は、この測量機の背面図であり、図４は、この測量機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である。
また、本実施例の測量機１１０は、トータルステーションとして、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。もちろん、望遠鏡４６は、手動で容易に回転させることもできる。
【００２３】
さらに、本実施例の測量機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で得た画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タッチパネルディスプレイ６４と、測量機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。
【００２４】
画像処理装置６０とスーパーインポーズ装置６２は、測量機１１０の内部に取り付けられ、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により撮像された画像を表示するだけでなく、広角カメラ光学系又は視準カメラ光学系の視準軸（光軸）Ｏ１，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。
【００２５】
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。また、本実施例の測量機１１０は、測距部４８と測角部５０、５２を有し、トータルステーションと同じ機能を有しているが、ターゲットの大きさは既知であるから、測角部５０，５２を有していれば、広角カメラ光学系８９で撮像されたターゲット像の大きさに基づいて距離が求まるので、必ずしもトータルステーションと同じ機能を必要とするものではない。
【００２６】
広角カメラ光学系８９は、広角レンズ８７と広角ＣＣＤカメラ素子８８からなり、広角カメラ光学系８９の光軸Ｏ１は、視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏに平行に構成されている。また、広角ＣＣＤカメラ８９は、合焦レンズ１９’を含むズーム装置を備え、ターゲットの遠近を調整するズーム型自動焦点機構を備えている。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、又は、広角カメラ光学系８９そのものも省くこともでき、さらに、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。
【００２７】
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、ダイクロイックミラー７２、ビームスプリッタ１２０、視準ＣＣＤカメラ素子４５を設置している。また、視準カメラ光学系４７は、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に向けて反射するダイクロイックミラー７８とで構成される測距部光学系を有し、この測距部光学系の光軸Ｏ２は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸光学系とされる。さらに、視準カメラ光学系４７は、可視光で照明をするＬＥＤで構成した光源８０と、この照明光を集光する集光レンズ８２と、集光された照明光を反射プリズム７０に向けて反射するミラー８４とで構成される照明装置を有し、この照明装置の光軸Ｏ３は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸光学系とされる。
【００２８】
さらに、視準カメラ光学系４７は、ターゲットで反射された測距光がダイクロイックミラー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、ターゲットで反射された照明光を２つに分けるビームスプリッタ１２０と、ビームスプリッタ１２０で２つに分けられた一方の照明光が合焦レンズ１９を経て照明されたターゲット像を結像し、結像をデジタル画像に変換する視準ＣＣＤカメラ素子４５と、他方の照明光の位置を認識する十字形ラインセンサ１２２とを備えている。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。
【００２９】
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の視野全体を照明しにくいので、本実施例では、視野全体に照明光が広がり易いように、ＬＥＤで構成した光源８０による可視光の照明光を出射する照明装置を備えた。このため、屋内の暗所で測定した場合には、ターゲットで反射された照明光を作業員が視認し易く便利である。また、本実施例では、光源８０をＣＰＵ５８からのＯＮ／ＯＦＦ切り換え指令により点滅可能にしている。もちろん、適当な変調回路により光源８０を点滅可能にしてもよい。光源８０を点滅させると、暗所で直接見るターゲットも、タッチパネルディスプレイ６４上のターゲット像も点滅するので、一層ターゲットを視認しやすく測定点の指定が容易になる。
【００３０】
さて、発光素子７４から出射された測距光（ＬＥＤ又は赤外線レーザ光）は、集光レンズ７６、ダイクロイックミラー７８、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象物の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。
【００３１】
一方、光源８０から出射された照明光は、集光レンズ８２、ミラー８４、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象物の測定点に設置された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照明光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ１１とダイクロイックプリズム７２とを透過して、ビームスプリッタ１２０より照明光は２つに分けられる。そして照明光の一方は、合焦レンズ１９を経て照明されたターゲット像を結像し、この結像をデジタル画像に変換する視準ＣＣＤカメラ素子４５へ入射し、照明光の他方は十字形ラインセンサ１２２上に集光される。
【００３２】
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、図示しないズーム装置とからなる予備視準装置とを備えている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。レチクル線９２はタッチパネルディスプレイ６４の中心に表示され、その交点は視準軸Ｏと一致している。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５４、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。
【００３５】
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、十字形ラインセンサ１２２の中心１２５に対する光源８０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、又は広角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。
【００３６】
次に広角ＣＣＤカメラ素子８８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Ｏ１と一致するようにされていて、その視準軸Ｏ１に沿う光線が広角ＣＣＤカメラ素子８８の受光部の中心に入射するので、広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た画像も、前述の視準ＣＣＤカメラ素子４５で得た画像と同様に処理して自動的に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Ｏ１は、視準カメラ光学系８９の視準軸Ｏと平行に距離ｄだけずれているうえ低倍率であるので、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高精度に自動視準する。
【００３７】
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の暗所で測定するときに用いられる。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が、第２の自動視準装置は外乱に強いからである。
【００３８】
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（反射プリズムシートに十字線を設けたもの）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測量機１１０が設置される。
【００３９】
最初に、１台の測量機１１０のみを使用する測定方法を説明する。まず、測量機１１０を所定位置に設置し、測量機１１０のメインスイッチをＯＮとして、図６に示したように、広角カメラ光学系８９により得られた測定対象物１００の像とレクチル線９２をタッチパネルディスプレイ６４に表示させる。
【００４０】
次に、タッチパネルディスプレイ６４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。
【００４１】
こうして、指定したターゲット１０４又は１０８が略視準されると、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にプログラムで自動的に切り換え、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。
【００４２】
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１７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。ただし、以下の図面では、説明を簡単にするため、タッチパネルディスプレイ６４上には、ターゲット１０４の像９０と視準方向を示すレクチル線９２のみを示す。
まず、測量機１１０を所定位置に設置し、測量機１１０の図示しないメインスイッチをＯＮとして、ステップＳ０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（図示省略）とターゲット像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。このとき、図示しない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。また、レクチル線９２の中心は、望遠鏡４６を上下左右に回転させても、広角カメラ光学系８９又は視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏ１，Ｏを常に示している。このため、以下、レクチル線の中心にも符号Ｏを付す。
【００４３】
次に、ステップＳ１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を指定する。もし、測定しようとするターゲット１０４、１０８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、測定点がある方向に測量機１１０の望遠鏡４６手動で向けて、測定点をタッチパネル６４上に表示するようにして、測定するターゲット１０４，１０８を指定する。尚、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で触れると、後述するように、この点をタッチパネルディスプレイ６４の中心へ移動することができ、それまで表示されていなかった測定点をタッチパネルディスプレイ６４上に表示させることもできる。
【００４４】
測定するターゲット１０４、１０８を指定すると、ステップＳ２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Ｓ３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。これで、指定されたターゲット像９０は、略レクチル線９２の中心Ｏ上に移動するので、ＣＰＵ５８によって確実に認識される。
【００４５】
ところで、タッチペン６８でターゲット像９０の中心Ｏ’に正確に触れることは困難なため、図１２に示したように、ターゲット像９０の中心Ｏ’がレクチル線９２の中心Ｏに一致しないことがある。そこで、ステップＳ４に進み、予備視準装置は、さらに正確にターゲット像９０の中心Ｏ’とレクチル線の中心Ｏとを一致させるために、光源８０を点灯して照明光を出射し、ターゲット１０４の結像を受光し、ターゲット像９０の位置、すなわち、ターゲット像９０の中心Ｏ’とレクチル線９２の中心Ｏとの水平偏差ｈと垂直偏差ｖを検出する。両偏差ｈ、ｖが求まると、光源８０を消灯する。それから、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ｈ、ｖがともに０となるように望遠鏡４６を回転させ、図１３に示したように、指定したターゲット像９０の中心をレクチル線９２の中心Ｏ上へ移動させ、暫定的な予備視準を行う。
【００４６】
この予備視準を終了すると、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１４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、光源８０を点灯して、再びターゲット像９０の位置を検出し、この後に光源８０を消灯する。そして、ステップＳ８に進んで、ステップＳ５と同様に両制御部５４、５６を作動させ、図１５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。
【００４７】
それから、ステップＳ９に進み、広角ＣＣＤカメラ素子８８が最大倍率になったか否かを調べる。広角ＣＣＤカメラ素子８８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、光源８０を点灯して、ターゲット１０４までの距離測定を行い、この後に光源８０を消灯する。この距離測定には、ターゲット１０４の大きさが既知であることを利用し、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定する。
【００４８】
ターゲット１０４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１６に示したように、ターゲット像９０がレクチル線９２の中央のエリアに入った時、広角カメラ光学系８９から高倍率の視準カメラ光学系４７にプログラムで自動的に切り換え、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。
【００４９】
次に、ステップＳ１３に進み、ステップＳ４と同様に、光源８０を点灯して、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、光源８０を消灯して、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に正確にフォーカスを合わせる。それから、ステップＳ１６に進み、ステップＳ４と同様に、光源８０を点灯して、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１７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。
【００５０】
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、光源８０を消灯して、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。
【００５１】
前述した測定においては、光源８０は、ステップＳ４、Ｓ７、Ｓ１３、Ｓ１６で測定点の位置を検出するときと、ステップＳ１０で距離算出するときにのみ点灯するだけで、測距部４８で距離を測定するステップＳ１５、Ｓ１９では必ず消灯しているので、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。このように、光源８０が必要時に短時間のみ点灯されるので、省電力の測量機が得られる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
屋外で測定する場合は、視準ＣＣＤカメラ素子４５で得た画像から自動視準すると、自然光の強い外乱等により誤視準を起こし易いので、ＣＰＵ５８は、視準ＣＣＤカメラ素子４５又は広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た背景の明るさが所定値以上のときは、視準ＣＣＤカメラ素子４５により背景明るさを判断して、プログラムにより自動的に十字型ラインセンサ１２２を用いる第２の自動視準に切り替えるようになっている。この場合でも、計測制御機６５のディスプレイ又は測量機１１０のタッチパネルディスプレイ６４上で、広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た広い視野の画像からターゲット像９０を指定するだけで、自動視準がなされるようになっている。
【００５８】
具体的には、計測制御機６５は、トータルステーションの制御装置として、ＣＣＤカメラ素子４５または８８により撮像された測定対象物１００の画像を入力する画像入力部（画像入力手段）と、画像入力部により入力された画像を画面上に表示するディスプレイ（表示手段）と、ディスプレイ上の任意の位置がマウスやタッチペンなどで指定されたときに、指定の位置を基準として、指定の位置と画面中心部との距離偏差を求め、この距離偏差を基に前記距離偏差を零に抑制するための移動量と指定の位置を画面中心部に一致させるための移動方向を演算する演算部（演算手段）と、演算部の演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令を生成してトータルステーションに出力する回転駆動指令生成部（回転駆動指令生成手段）とを備えた、例えば携帯用パソコン等て構成されている。
【００５９】
また、本実施例の計測制御機６５では、ディスプレイの画面６５ｃが図２０に示すように相異なる回転速度に対応して複数の領域に分割されており、回転駆動指令生成部で回転駆動指令を生成するに際しては、指定の位置の属する領域が画面の中心部から離れるにしたがって高速になる回転駆動指令を生成するようになっている。
【００６０】
さらに、計測制御機６５は、トータルステーションの望遠鏡４６で測定点の測定対象物１００を視準したときに得られた測量情報（測距、測角に伴う測量情報）を入力する測量情報入力部（測量情報入力手段）と、ディスプレイ上の任意の位置が指定されたときに、画面上に設定された現時点の視準方向を基準として、指定の位置と現時点の視準方向との方向偏差を求め、この方向偏差を基に方向偏差を零に抑制するための移動量と現時点の視準方向を指定の位置に一致させるための移動方向を演算する演算部（演算手段）と、演算部の演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令を生成してトータルステーションに出力する回転駆動指令生成部（回転駆動指令生成手段）を備えており、図２１に示すように、ディスプレイ６５ｃには測量情報入力部により入力された測量情報に関する画像が表示されるようになっている。
【００６１】
次に、計測制御機６５を用いてトータルステーションを遠隔操作するときの具体例を図１８，１９にしたがって説明する。
【００６２】
計測制御機６５は、図１８に示すように、ＣＣＤカメラ４５または８８により撮像された映像を表示するディスプレイ６５ａ、水平角，鉛直角などの測量情報を表示するディスプレイ６５ｂ、トータルステーションを中心として視準方向を視覚的に表示するディスプレイ６５ｃ、測角，正反，オフセット，ストップ，終了などの操作ボタン３１を備えており、マウスやペンなどの操作を基にトータルステーションを回転させることができるようになっている。
【００６３】
例えば、測定対象物１００Ａの複数の測定予定位置にターゲット１０４がセットされており、ディスプレイ６５ａの画面上に測定対象物１００Ａに関する映像が表示されているときに、１つのターゲット像を含む画面上の任意の位置３２がマウスやペンなどで指定されると、この指定された位置３２のディスプレイ６５ａ上における座標とディスプレイ６５ａの中心部３３の座標が演算部によって認識される。ディスプレイ６５ａの中心部３３は望遠鏡４６の視準軸に相当し、演算部においては、指定位置３２の位置（座標）を基準として、指定の位置３２と画面中心部３３との距離偏差を求め、この距離偏差を零に抑制するための移動量と指定位置３２を画面中心部３３に一致させるための移動方向が求められる。
【００６４】
そしてこの演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令が回転駆動指令生成部によって生成され、この回転駆動指令がトータルステーションに伝送される。回転駆動指令がトータルステーションの入出力装置６６を介してＣＰＵ５８に入力されると、水平制御部５４と垂直制御部５６の制御により水平軸と鉛直軸が回転駆動される。このときマウスのボタンを押した状態にしている（タッチペンを画面に押し付けた状態にしている）と、水平軸と鉛直軸の回転駆動に伴って、指定の位置３２が画面中心部３３に向かって移動する。そして、水平軸と鉛直軸の回転に伴って距離偏差が零になると、図１９に示すように、指定位置３２の画像が画面中心部３３に一致する。このときマウスのボタンを離す（タッチペンを画面から離す）と、指定位置３２の画像が画面中心部３３に一致したところで、水平軸と鉛直軸の回転が停止する。
【００６５】
このように、本実施例によれば、マウスやペンを用いてディスプレイ６５ａ上の任意の位置３２を指定するだけで、指定の位置３２を画面中心部３３まで移動させることができる。すなわち、画像を見ながら指定の位置３２を望遠鏡４６の視準点の位置まで移動させることができる。
【００６６】
また、ディスプレイ６５ａは、図２０に示すように、表示画面が相異なる回転速度に対応づけられて複数の領域３４、３５、３６、３７に分割されている。領域３４は高速領域、領域３５は中速領域、領域３６は低速領域、領域３７は停止領域に設定されている。すなわち、画面中心部３３となる停止領域３７から離れる領域が指定されるにしたがって、水平軸と鉛直軸に対する回転駆動指令として高速のものが設定されるようになっている。
【００６７】
例えば、ディスプレイ６５ａの上方に位置する領域３４に属する位置３８Ｕが指定されると、指定位置３８Ｕが画面中心部の位置３７の方向に移動する。このときは指定位置３８Ｕが高速領域３４に属するため、指定の位置３８Ｕに関する画像は高速で画面中心部の位置３７の方向に移動することになる。即ち、符号３８Ｕ（３８Ｄ）に示すように、画面の上（下）半分の領域が指定されたときには、望遠鏡４６が上（下）に回転して画面上の画像は下（上）方に移動し、符号３８Ｌ（３８Ｒ）に示すように、画面の左（右）半分の領域が指定されたときには、望遠鏡４６が左（右）に回転して画面上の画像は右（左）方に移動するというように、指定位置３８Ｕ（３８Ｄ，３８Ｌ，３８Ｒ）の画像が画面の中心部位置３７に向かって移動することになる。
【００６８】
本実施例によれば、１回の操作でトータルステーションを任意の方向に回転させることができるとともに、画面中心部から離れた位置の画像を指定したときには、画面中心部に近い領域を指定したときよりも高速で移動させることができる。
【００６９】
すなわち、画面中心部から離れた位置を視準する場合には、指定した位置に関する画像が画面の中心に向かって高速で移動するため、短時間で望遠鏡４６の視準位置である画面の中心位置に移動させることができる。そして、画像を画面中心位置に正確に合わせるには、領域３４，３５，３６，３７というようにドラッグしていくと速度が次第に遅くなって行くので、調整しやすい。
【００７０】
一方、ディスプレイ６５ｃには、図２１に示すように、水平角・鉛直角＝０°の位置２１、水平角・鉛直角＝９０°の位置２２、水平角・鉛直角＝１８０°の位置２３が設定されているとともに、水平角を表す円２４の外側に鉛直角を表す円２５が同心円状に設定されている。さらにディスプレイ６５ｃ上には、現時点の視準方向を示す緑色のライン２６と現時点の鉛直角を示す橙色のライン２７が表示されるとともに、後視点（基準点）方向が赤色の丸印２８で表示されるようになっている。
【００７１】
また、円２４，２５の中央部には、マウスやペンで指示することで選択した現在のモード（水平角モードまたは鉛直角モード）に相当するアイコン３９が表示されるとともに、このアイコン３９の下部には、円２４，２５上においてマウスやペンで指示されている位置に対応する位置データ（水平角または鉛直角）が表示される。例えば、鉛直角を表す円（円２５と円２４で囲まれたリング状の領域）２５をマウスポインタやペンで指示すると、鉛直角モードに対応するアイコン３９が表示された鉛直角モードとなる。そしてマウスポインタやペンの指示する位置には指定ライン３０が表示され、かつアイコン３９の下には指定ライン３０に対応する鉛直角が表示される。そして、円２５に沿ってマウスポインタやペンを動かすと、マウスポインタやペンの指示する方向に指定ライン３０が移動するとともに、鉛直角表示もリアルタイムに変化する。そして所定位置でクリック操作を行う（タッチペンを画面から離す）と、指定ライン３０の位置に対応する鉛直角値、例えば、「２５２」が表示される。また、水平角を表す円（円２４で囲まれた領域）２４をマウスポインタやペンで指示すると、水平角モードに対応するアイコン３９および指定ライン３０に対応する鉛直角が表示される水平角モードに切り替わる。そして、ライン２６で示す現時点の視準方向を基準として、指定ライン３０で示す指定の位置と現時点の視準方向との方向偏差が求められ、この偏差を基に、方向偏差を零に抑制するための移動量と現時点の視準方向を指定ライン位置３０に対応する位置に一致させるための移動方向が演算され、この演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令が生成され、この回転駆動指令がトータルステーションに伝送されると、ライン２６が指定ライン３０に一致するまで水平軸と鉛直軸が回転駆動される。
【００７２】
本実施例によれば、１回の操作でトータルステーションを任意の方向に回転させることができる。さらにディスプレイ６５ｃ上には現時点の視準方向，水平角度および鉛直角が表示されるため、トータルステーションの視準方向を容易に認識することができる。
【００７３】
また、基準点を例えば北というように方角に関連づけておけば、どの方向が基準点であるかを忘れた場合であっても、基準点の方向を認識できる。
【００７６】
【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、画面上の任意の位置が指定されると、視準方向と一致するようにトータルステーションが回転させられるため、１回の操作で任意の方向にトータルステーションを回転させることができ、ターゲットの視準作業、ひいてはトータルステーションによる測定作業がさらに一層容易なものとなる。
【００７７】
請求項２に係る発明によれば、表示画面上には水平角を表す第１の円と鉛直角を表す第２の円が同心円状に表示されるとともに、現時点の視準方向，鉛直角および後視点方向が表示されるため、トータルステーションの視準方向をユーザが図形的に容易に認識することができ、安心して測定を行うことができる。
【００７８】
請求項３に係る発明によれば、画面上の第１の円，第２の円の任意の位置をマウスやタッチペンなどの指定手段を使って、リアルタイムで画面に表示される指定に対応する水平角，鉛直角の表示を見ながら視準方向を指定できるので、視準したい方向を正確に勝つスムーズに指定できる。
【００７９】
請求項４、５によれば、夜間やトンネル内などの暗い状態においても、画面を通して反射ターゲットを視認できることから、画面上の任意の反射ターゲット像を指定することで測定点の視準ができ、昼夜を問わずトータルステーションの遠隔操作による測量が可能となる。
【００８０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である測量機全体のブロック図である。
【図２】前記測量機の光学系及び自動視準装置を説明する図である。
【図３】前記測量機の背面図である。
【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】前記測量機の広角カメラ光学系で得た画像を示す図である。
【図７】前記測量機において、前記広角カメラ光学系で得た画像を用いて予備視準した後に、前記広角カメラ光学系で得た画像を示す図である。
【図８】前記測量機において、前記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】前記測量機で測定点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】前記測量機の自動視準の開始前に、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において、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】前記広角カメラ光学系の最も広角な状態で、ターゲットを視準軸方向へ移動させていく途中を示す図である。
【図１３】前記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１４】前記測量機の予備視準の途中において、前記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１５】前記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１６】視準カメラ光学系に切り換えた直後に前記視準カメラ光学系で捕らえた画像を示す図である。
【図１７】前記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１８】画面上の任意の位置をマウスで指定するときの操作方法を説明するための図である。
【図１９】指定の位置の画像を画像中心部に移動させたときの表示例を示す図である。
【図２０】ディスプレイを回転速度に対応づけて複数の領域に分けたときの操作方法を説明するための図である。
【図２１】ディスプレイに現時点の視準方向、鉛直角、後視点を表示したときの表示例を示す図である。
【符号の説明】
２４ 水平角を表す円
２５ 鉛直角を表す円
２６ 現時点の視準方向を示すライン
２７ 現時点の鉛直角を示すライン
３１ 操作ボタン
３２ 指定の位置
３３ 画面中心部
３４、３５、３６、３７ 画面上の領域
３８Ｕ、３８Ｄ、３８Ｌ、３８Ｒ 画面上の領域
４６ 視準望遠鏡
４７ 視準カメラ光学系（撮像装置）
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 計測制御機
６５ａ、６５ｂ、６５ｃ ディスプレイ
６８ タッチペン（測定点指定手段）
８９ 広角カメラ光学系（撮像装置）
９０ ターゲット像（測定点）
１０４ ターゲット（測定点）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤカメラなどの撮像装置を備え、測定点を測距・測角するトータルステーションの制御装置に係り、特に、モータ駆動型トータルステーションを遠隔操作によって制御するに好適なトータルステーションの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠隔操作型トータルステーションとしては、例えば、特開２０００−２７５０４４号公報に開示されているものが知られている。この公報に開示されているものは、遠隔操作型トータルステーションの望遠鏡の接眼部にＣＣＤカメラを取付け、ＣＣＤカメラを、ケーブルを介して演算制御装置と画像処理装置に接続するとともに、画像処理装置と演算制御装置をそれぞれケーブルを介して無線通信装置に接続した計測部を備えて構成されている。さらに、トータルステーションを遠隔操作するために、ハンディコンピュータと無線通信装置とをケーブルで接続した操作部も備えて構成されている。
【０００３】
上記構成による遠隔操作型トータルステーションにおいては、測定点に設置されたターゲットに関し、ハンディコンピュータが記憶している設計座標に関する情報を各無線通信装置間で送受信してトータルステーションへ送ると、トータルステーションは設計座標に対して自動視準するとともに、この設計座標に焦点を合わせるようになっている。さらにＣＣＤカメラから出力された画像信号と、演算制御装置で演算された位置調整データは各無線通信装置を介してハンディコンピュータへ送られ、そのディスプレイ上に表示される。このため、作業者はハンディコンピュータのディスプレイを見ることにより、ターゲットの設計上の座標位置からのずれを知ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、作業者がハンディコンピュータのディスプレイを見ながらトータルステーションを遠隔操作することはできるが、トータルステーションを指定の方向に回転させるに際しては、複数回の操作が必要であり、操作が面倒であった。例えば、水平方向の矢印キーを押してから離し、その後再び水平方向の矢印キーを押してトータルステーションを目的方向に沿って水平回転させ、その後、鉛直方向の矢印キーを操作してトータルステーションを鉛直回転させることが余儀なくされている。また、回転途中で回転速度を変化させることは困難であった。
【０００５】
さらに、従来技術においては、トータルステーションとトータルステーションを遠隔操作するユーザとの間の距離が離れている場合、トータルステーションがどの方向を向いているのかを把握するのが困難であった。また任意の方向にトータルステーションを回転させるには角度を入力しなければならず、手間がかかっていた。
【０００６】
本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、画面上の任意の位置が画面上の中心部にくるようにトータルステーションを制御することができるトータルステーションの制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１においては、望遠鏡で視準した測定対象物を撮像する撮像手段と測定点を測距・測角する測量手段とを備えたトータルステーションの制御装置において、前記測量手段の測量による測量情報を入力する測量情報入力手段と、前記測量情報入力手段により入力された測量情報に関する画像を画面上に表示する表示手段と、前記画面上の任意の位置が指定されたときに、前記画面上に設定された現時点の視準方向を基準として、前記指定の位置と前記現時点の視準方向との方向偏差を求め、この方向偏差を基に前記方向偏差を零に抑制するための移動量と前記現時点の視準方向を前記指定の位置に一致させるための移動方向を演算する演算手段と、前演算手段の演算結果に従って水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令を生成して前記トータルステーションに出力する回転駆動指令生成手段とを備えるように構成した。
【００１３】
（作用） 指定の位置を基準として、指定の位置と現時点の視準方向との方向偏差が求められ、この方向偏差を基に方向偏差を零に抑制するための移動量と現地点の視準方向を指定の位置に一致させるための移動方向が演算され、この演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令が生成され、この回転駆動指令がトータルステーションに出力され、指定の位置が視準方向と一致するようにトータルステーションが回転させられるため、１回の操作で任意の方向（角度）にトータルステーションを回転させることができる。
【００１４】
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において、前記表示手段の表示画面上に、水平角を表わす第１の円と鉛直角を表わす第２の円を同心円状に表示するとともに、前記測量情報を基に現時点の視準方向、現時点の鉛直角、後視点方向を表示するように構成した。
【００１５】
（作用） 表示画面上には水平角を表す第１の円と鉛直角を表す第２の円が同心円状に表示されるとともに、現時点の視準方向、鉛直角、後視点方向が表示されるため、トータルステーションの視準方向をユーザが図形的に容易に認識することができる。
【００１６】
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の制御装置において、前記第１の円，第２の円で水平角，鉛直角を指定できるとともに、指定した水平角または／および鉛直角を表示画面上に表示するように構成した。
【００１７】
（作用）第１の円，第２の円の任意の位置をマウスやタッチペンなどの指定手段によって指定すると、指定の位置が視準方向と一致するようにトータルステーションが回転させられるが、指定した位置に対応する水平角，鉛直角がリアルタイムで画面に表示されので、視準したい方向の指定が簡単である。
【００１８】
請求項４においては、請求項１に記載のトータルステーションの制御装置において、前記望遠鏡の対物レンズの光軸（視準軸）と同軸または平行な光軸をもつ、測定点にセットした反射ターゲット照明用の光源を前記望遠鏡に内蔵するように構成した。
【００１９】
（作用）夜間やトンネル内などの暗い状態下では、画面を通して、反射ターゲット照明用の光源の光で照明された反射ターゲットが暗い背景の中に白く浮き上がって見えるので、画面上の任意の反射ターゲット像を指定し易い。
【００２０】
請求項５においては、請求項３に記載のトータルステーションの制御装置において、前記反射ターゲット照明用の光源を所定の間隔で点滅するように構成した。
【００２１】
（作用）夜間やトンネル内などの暗い状態下では、画面を通して、反射ターゲット照明用の光源の光で照明された反射ターゲットが暗い背景の中に間欠的に白く発光しているように見えるので、画面上の任意の反射ターゲット像を一層指定し易い。
【００２２】
【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、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である測量機（トータルステーション）全体のブロック図であり、図２は、この測量機の光学系と自動視準装置を説明する図であり、図３は、この測量機の背面図であり、図４は、この測量機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である。
また、本実施例の測量機１１０は、トータルステーションとして、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。もちろん、望遠鏡４６は、手動で容易に回転させることもできる。
【００２３】
さらに、本実施例の測量機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で得た画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タッチパネルディスプレイ６４と、測量機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。
【００２４】
画像処理装置６０とスーパーインポーズ装置６２は、測量機１１０の内部に取り付けられ、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により撮像された画像を表示するだけでなく、広角カメラ光学系又は視準カメラ光学系の視準軸（光軸）Ｏ１，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。
【００２５】
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。また、本実施例の測量機１１０は、測距部４８と測角部５０、５２を有し、トータルステーションと同じ機能を有しているが、ターゲットの大きさは既知であるから、測角部５０，５２を有していれば、広角カメラ光学系８９で撮像されたターゲット像の大きさに基づいて距離が求まるので、必ずしもトータルステーションと同じ機能を必要とするものではない。
【００２６】
広角カメラ光学系８９は、広角レンズ８７と広角ＣＣＤカメラ素子８８からなり、広角カメラ光学系８９の光軸Ｏ１は、視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏに平行に構成されている。また、広角ＣＣＤカメラ８９は、合焦レンズ１９’を含むズーム装置を備え、ターゲットの遠近を調整するズーム型自動焦点機構を備えている。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、又は、広角カメラ光学系８９そのものも省くこともでき、さらに、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。
【００２７】
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、ダイクロイックミラー７２、ビームスプリッタ１２０、視準ＣＣＤカメラ素子４５を設置している。また、視準カメラ光学系４７は、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に向けて反射するダイクロイックミラー７８とで構成される測距部光学系を有し、この測距部光学系の光軸Ｏ２は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸光学系とされる。さらに、視準カメラ光学系４７は、可視光で照明をするＬＥＤで構成した光源８０と、この照明光を集光する集光レンズ８２と、集光された照明光を反射プリズム７０に向けて反射するミラー８４とで構成される照明装置を有し、この照明装置の光軸Ｏ３は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸光学系とされる。
【００２８】
さらに、視準カメラ光学系４７は、ターゲットで反射された測距光がダイクロイックミラー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、ターゲットで反射された照明光を２つに分けるビームスプリッタ１２０と、ビームスプリッタ１２０で２つに分けられた一方の照明光が合焦レンズ１９を経て照明されたターゲット像を結像し、結像をデジタル画像に変換する視準ＣＣＤカメラ素子４５と、他方の照明光の位置を認識する十字形ラインセンサ１２２とを備えている。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。
【００２９】
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の視野全体を照明しにくいので、本実施例では、視野全体に照明光が広がり易いように、ＬＥＤで構成した光源８０による可視光の照明光を出射する照明装置を備えた。このため、屋内の暗所で測定した場合には、ターゲットで反射された照明光を作業員が視認し易く便利である。また、本実施例では、光源８０をＣＰＵ５８からのＯＮ／ＯＦＦ切り換え指令により点滅可能にしている。もちろん、適当な変調回路により光源８０を点滅可能にしてもよい。光源８０を点滅させると、暗所で直接見るターゲットも、タッチパネルディスプレイ６４上のターゲット像も点滅するので、一層ターゲットを視認しやすく測定点の指定が容易になる。
【００３０】
さて、発光素子７４から出射された測距光（ＬＥＤ又は赤外線レーザ光）は、集光レンズ７６、ダイクロイックミラー７８、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象物の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。
【００３１】
一方、光源８０から出射された照明光は、集光レンズ８２、ミラー８４、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象物の測定点に設置された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照明光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ１１とダイクロイックプリズム７２とを透過して、ビームスプリッタ１２０より照明光は２つに分けられる。そして照明光の一方は、合焦レンズ１９を経て照明されたターゲット像を結像し、この結像をデジタル画像に変換する視準ＣＣＤカメラ素子４５へ入射し、照明光の他方は十字形ラインセンサ１２２上に集光される。
【００３２】
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、図示しないズーム装置とからなる予備視準装置とを備えている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。レチクル線９２はタッチパネルディスプレイ６４の中心に表示され、その交点は視準軸Ｏと一致している。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５４、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。
【００３５】
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、十字形ラインセンサ１２２の中心１２５に対する光源８０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、又は広角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。
【００３６】
次に広角ＣＣＤカメラ素子８８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Ｏ１と一致するようにされていて、その視準軸Ｏ１に沿う光線が広角ＣＣＤカメラ素子８８の受光部の中心に入射するので、広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た画像も、前述の視準ＣＣＤカメラ素子４５で得た画像と同様に処理して自動的に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Ｏ１は、視準カメラ光学系８９の視準軸Ｏと平行に距離ｄだけずれているうえ低倍率であるので、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高精度に自動視準する。
【００３７】
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の暗所で測定するときに用いられる。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が、第２の自動視準装置は外乱に強いからである。
【００３８】
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（反射プリズムシートに十字線を設けたもの）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測量機１１０が設置される。
【００３９】
最初に、１台の測量機１１０のみを使用する測定方法を説明する。まず、測量機１１０を所定位置に設置し、測量機１１０のメインスイッチをＯＮとして、図６に示したように、広角カメラ光学系８９により得られた測定対象物１００の像とレクチル線９２をタッチパネルディスプレイ６４に表示させる。
【００４０】
次に、タッチパネルディスプレイ６４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。
【００４１】
こうして、指定したターゲット１０４又は１０８が略視準されると、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にプログラムで自動的に切り換え、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。
【００４２】
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１７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。ただし、以下の図面では、説明を簡単にするため、タッチパネルディスプレイ６４上には、ターゲット１０４の像９０と視準方向を示すレクチル線９２のみを示す。
まず、測量機１１０を所定位置に設置し、測量機１１０の図示しないメインスイッチをＯＮとして、ステップＳ０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（図示省略）とターゲット像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。このとき、図示しない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。また、レクチル線９２の中心は、望遠鏡４６を上下左右に回転させても、広角カメラ光学系８９又は視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏ１，Ｏを常に示している。このため、以下、レクチル線の中心にも符号Ｏを付す。
【００４３】
次に、ステップＳ１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を指定する。もし、測定しようとするターゲット１０４、１０８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、測定点がある方向に測量機１１０の望遠鏡４６手動で向けて、測定点をタッチパネル６４上に表示するようにして、測定するターゲット１０４，１０８を指定する。尚、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で触れると、後述するように、この点をタッチパネルディスプレイ６４の中心へ移動することができ、それまで表示されていなかった測定点をタッチパネルディスプレイ６４上に表示させることもできる。
【００４４】
測定するターゲット１０４、１０８を指定すると、ステップＳ２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Ｓ３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。これで、指定されたターゲット像９０は、略レクチル線９２の中心Ｏ上に移動するので、ＣＰＵ５８によって確実に認識される。
【００４５】
ところで、タッチペン６８でターゲット像９０の中心Ｏ’に正確に触れることは困難なため、図１２に示したように、ターゲット像９０の中心Ｏ’がレクチル線９２の中心Ｏに一致しないことがある。そこで、ステップＳ４に進み、予備視準装置は、さらに正確にターゲット像９０の中心Ｏ’とレクチル線の中心Ｏとを一致させるために、光源８０を点灯して照明光を出射し、ターゲット１０４の結像を受光し、ターゲット像９０の位置、すなわち、ターゲット像９０の中心Ｏ’とレクチル線９２の中心Ｏとの水平偏差ｈと垂直偏差ｖを検出する。両偏差ｈ、ｖが求まると、光源８０を消灯する。それから、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ｈ、ｖがともに０となるように望遠鏡４６を回転させ、図１３に示したように、指定したターゲット像９０の中心をレクチル線９２の中心Ｏ上へ移動させ、暫定的な予備視準を行う。
【００４６】
この予備視準を終了すると、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１４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、光源８０を点灯して、再びターゲット像９０の位置を検出し、この後に光源８０を消灯する。そして、ステップＳ８に進んで、ステップＳ５と同様に両制御部５４、５６を作動させ、図１５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。
【００４７】
それから、ステップＳ９に進み、広角ＣＣＤカメラ素子８８が最大倍率になったか否かを調べる。広角ＣＣＤカメラ素子８８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、光源８０を点灯して、ターゲット１０４までの距離測定を行い、この後に光源８０を消灯する。この距離測定には、ターゲット１０４の大きさが既知であることを利用し、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定する。
【００４８】
ターゲット１０４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１６に示したように、ターゲット像９０がレクチル線９２の中央のエリアに入った時、広角カメラ光学系８９から高倍率の視準カメラ光学系４７にプログラムで自動的に切り換え、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。
【００４９】
次に、ステップＳ１３に進み、ステップＳ４と同様に、光源８０を点灯して、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、光源８０を消灯して、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に正確にフォーカスを合わせる。それから、ステップＳ１６に進み、ステップＳ４と同様に、光源８０を点灯して、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１７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。
【００５０】
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、光源８０を消灯して、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。
【００５１】
前述した測定においては、光源８０は、ステップＳ４、Ｓ７、Ｓ１３、Ｓ１６で測定点の位置を検出するときと、ステップＳ１０で距離算出するときにのみ点灯するだけで、測距部４８で距離を測定するステップＳ１５、Ｓ１９では必ず消灯しているので、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。このように、光源８０が必要時に短時間のみ点灯されるので、省電力の測量機が得られる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
屋外で測定する場合は、視準ＣＣＤカメラ素子４５で得た画像から自動視準すると、自然光の強い外乱等により誤視準を起こし易いので、ＣＰＵ５８は、視準ＣＣＤカメラ素子４５又は広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た背景の明るさが所定値以上のときは、視準ＣＣＤカメラ素子４５により背景明るさを判断して、プログラムにより自動的に十字型ラインセンサ１２２を用いる第２の自動視準に切り替えるようになっている。この場合でも、計測制御機６５のディスプレイ又は測量機１１０のタッチパネルディスプレイ６４上で、広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た広い視野の画像からターゲット像９０を指定するだけで、自動視準がなされるようになっている。
【００５８】
具体的には、計測制御機６５は、トータルステーションの制御装置として、ＣＣＤカメラ素子４５または８８により撮像された測定対象物１００の画像を入力する画像入力部（画像入力手段）と、画像入力部により入力された画像を画面上に表示するディスプレイ（表示手段）と、ディスプレイ上の任意の位置がマウスやタッチペンなどで指定されたときに、指定の位置を基準として、指定の位置と画面中心部との距離偏差を求め、この距離偏差を基に前記距離偏差を零に抑制するための移動量と指定の位置を画面中心部に一致させるための移動方向を演算する演算部（演算手段）と、演算部の演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令を生成してトータルステーションに出力する回転駆動指令生成部（回転駆動指令生成手段）とを備えた、例えば携帯用パソコン等て構成されている。
【００５９】
また、本実施例の計測制御機６５では、ディスプレイの画面６５ｃが図２０に示すように相異なる回転速度に対応して複数の領域に分割されており、回転駆動指令生成部で回転駆動指令を生成するに際しては、指定の位置の属する領域が画面の中心部から離れるにしたがって高速になる回転駆動指令を生成するようになっている。
【００６０】
さらに、計測制御機６５は、トータルステーションの望遠鏡４６で測定点の測定対象物１００を視準したときに得られた測量情報（測距、測角に伴う測量情報）を入力する測量情報入力部（測量情報入力手段）と、ディスプレイ上の任意の位置が指定されたときに、画面上に設定された現時点の視準方向を基準として、指定の位置と現時点の視準方向との方向偏差を求め、この方向偏差を基に方向偏差を零に抑制するための移動量と現時点の視準方向を指定の位置に一致させるための移動方向を演算する演算部（演算手段）と、演算部の演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令を生成してトータルステーションに出力する回転駆動指令生成部（回転駆動指令生成手段）を備えており、図２１に示すように、ディスプレイ６５ｃには測量情報入力部により入力された測量情報に関する画像が表示されるようになっている。
【００６１】
次に、計測制御機６５を用いてトータルステーションを遠隔操作するときの具体例を図１８，１９にしたがって説明する。
【００６２】
計測制御機６５は、図１８に示すように、ＣＣＤカメラ４５または８８により撮像された映像を表示するディスプレイ６５ａ、水平角，鉛直角などの測量情報を表示するディスプレイ６５ｂ、トータルステーションを中心として視準方向を視覚的に表示するディスプレイ６５ｃ、測角，正反，オフセット，ストップ，終了などの操作ボタン３１を備えており、マウスやペンなどの操作を基にトータルステーションを回転させることができるようになっている。
【００６３】
例えば、測定対象物１００Ａの複数の測定予定位置にターゲット１０４がセットされており、ディスプレイ６５ａの画面上に測定対象物１００Ａに関する映像が表示されているときに、１つのターゲット像を含む画面上の任意の位置３２がマウスやペンなどで指定されると、この指定された位置３２のディスプレイ６５ａ上における座標とディスプレイ６５ａの中心部３３の座標が演算部によって認識される。ディスプレイ６５ａの中心部３３は望遠鏡４６の視準軸に相当し、演算部においては、指定位置３２の位置（座標）を基準として、指定の位置３２と画面中心部３３との距離偏差を求め、この距離偏差を零に抑制するための移動量と指定位置３２を画面中心部３３に一致させるための移動方向が求められる。
【００６４】
そしてこの演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令が回転駆動指令生成部によって生成され、この回転駆動指令がトータルステーションに伝送される。回転駆動指令がトータルステーションの入出力装置６６を介してＣＰＵ５８に入力されると、水平制御部５４と垂直制御部５６の制御により水平軸と鉛直軸が回転駆動される。このときマウスのボタンを押した状態にしている（タッチペンを画面に押し付けた状態にしている）と、水平軸と鉛直軸の回転駆動に伴って、指定の位置３２が画面中心部３３に向かって移動する。そして、水平軸と鉛直軸の回転に伴って距離偏差が零になると、図１９に示すように、指定位置３２の画像が画面中心部３３に一致する。このときマウスのボタンを離す（タッチペンを画面から離す）と、指定位置３２の画像が画面中心部３３に一致したところで、水平軸と鉛直軸の回転が停止する。
【００６５】
このように、本実施例によれば、マウスやペンを用いてディスプレイ６５ａ上の任意の位置３２を指定するだけで、指定の位置３２を画面中心部３３まで移動させることができる。すなわち、画像を見ながら指定の位置３２を望遠鏡４６の視準点の位置まで移動させることができる。
【００６６】
また、ディスプレイ６５ａは、図２０に示すように、表示画面が相異なる回転速度に対応づけられて複数の領域３４、３５、３６、３７に分割されている。領域３４は高速領域、領域３５は中速領域、領域３６は低速領域、領域３７は停止領域に設定されている。すなわち、画面中心部３３となる停止領域３７から離れる領域が指定されるにしたがって、水平軸と鉛直軸に対する回転駆動指令として高速のものが設定されるようになっている。
【００６７】
例えば、ディスプレイ６５ａの上方に位置する領域３４に属する位置３８Ｕが指定されると、指定位置３８Ｕが画面中心部の位置３７の方向に移動する。このときは指定位置３８Ｕが高速領域３４に属するため、指定の位置３８Ｕに関する画像は高速で画面中心部の位置３７の方向に移動することになる。即ち、符号３８Ｕ（３８Ｄ）に示すように、画面の上（下）半分の領域が指定されたときには、望遠鏡４６が上（下）に回転して画面上の画像は下（上）方に移動し、符号３８Ｌ（３８Ｒ）に示すように、画面の左（右）半分の領域が指定されたときには、望遠鏡４６が左（右）に回転して画面上の画像は右（左）方に移動するというように、指定位置３８Ｕ（３８Ｄ，３８Ｌ，３８Ｒ）の画像が画面の中心部位置３７に向かって移動することになる。
【００６８】
本実施例によれば、１回の操作でトータルステーションを任意の方向に回転させることができるとともに、画面中心部から離れた位置の画像を指定したときには、画面中心部に近い領域を指定したときよりも高速で移動させることができる。
【００６９】
すなわち、画面中心部から離れた位置を視準する場合には、指定した位置に関する画像が画面の中心に向かって高速で移動するため、短時間で望遠鏡４６の視準位置である画面の中心位置に移動させることができる。そして、画像を画面中心位置に正確に合わせるには、領域３４，３５，３６，３７というようにドラッグしていくと速度が次第に遅くなって行くので、調整しやすい。
【００７０】
一方、ディスプレイ６５ｃには、図２１に示すように、水平角・鉛直角＝０°の位置２１、水平角・鉛直角＝９０°の位置２２、水平角・鉛直角＝１８０°の位置２３が設定されているとともに、水平角を表す円２４の外側に鉛直角を表す円２５が同心円状に設定されている。さらにディスプレイ６５ｃ上には、現時点の視準方向を示す緑色のライン２６と現時点の鉛直角を示す橙色のライン２７が表示されるとともに、後視点（基準点）方向が赤色の丸印２８で表示されるようになっている。
【００７１】
また、円２４，２５の中央部には、マウスやペンで指示することで選択した現在のモード（水平角モードまたは鉛直角モード）に相当するアイコン３９が表示されるとともに、このアイコン３９の下部には、円２４，２５上においてマウスやペンで指示されている位置に対応する位置データ（水平角または鉛直角）が表示される。例えば、鉛直角を表す円（円２５と円２４で囲まれたリング状の領域）２５をマウスポインタやペンで指示すると、鉛直角モードに対応するアイコン３９が表示された鉛直角モードとなる。そしてマウスポインタやペンの指示する位置には指定ライン３０が表示され、かつアイコン３９の下には指定ライン３０に対応する鉛直角が表示される。そして、円２５に沿ってマウスポインタやペンを動かすと、マウスポインタやペンの指示する方向に指定ライン３０が移動するとともに、鉛直角表示もリアルタイムに変化する。そして所定位置でクリック操作を行う（タッチペンを画面から離す）と、指定ライン３０の位置に対応する鉛直角値、例えば、「２５２」が表示される。また、水平角を表す円（円２４で囲まれた領域）２４をマウスポインタやペンで指示すると、水平角モードに対応するアイコン３９および指定ライン３０に対応する鉛直角が表示される水平角モードに切り替わる。そして、ライン２６で示す現時点の視準方向を基準として、指定ライン３０で示す指定の位置と現時点の視準方向との方向偏差が求められ、この偏差を基に、方向偏差を零に抑制するための移動量と現時点の視準方向を指定ライン位置３０に対応する位置に一致させるための移動方向が演算され、この演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令が生成され、この回転駆動指令がトータルステーションに伝送されると、ライン２６が指定ライン３０に一致するまで水平軸と鉛直軸が回転駆動される。
【００７２】
本実施例によれば、１回の操作でトータルステーションを任意の方向に回転させることができる。さらにディスプレイ６５ｃ上には現時点の視準方向，水平角度および鉛直角が表示されるため、トータルステーションの視準方向を容易に認識することができる。
【００７３】
また、基準点を例えば北というように方角に関連づけておけば、どの方向が基準点であるかを忘れた場合であっても、基準点の方向を認識できる。
【００７６】
【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、画面上の任意の位置が指定されると、視準方向と一致するようにトータルステーションが回転させられるため、１回の操作で任意の方向にトータルステーションを回転させることができ、ターゲットの視準作業、ひいてはトータルステーションによる測定作業がさらに一層容易なものとなる。
【００７７】
請求項２に係る発明によれば、表示画面上には水平角を表す第１の円と鉛直角を表す第２の円が同心円状に表示されるとともに、現時点の視準方向，鉛直角および後視点方向が表示されるため、トータルステーションの視準方向をユーザが図形的に容易に認識することができ、安心して測定を行うことができる。
【００７８】
請求項３に係る発明によれば、画面上の第１の円，第２の円の任意の位置をマウスやタッチペンなどの指定手段を使って、リアルタイムで画面に表示される指定に対応する水平角，鉛直角の表示を見ながら視準方向を指定できるので、視準したい方向を正確に勝つスムーズに指定できる。
【００７９】
請求項４、５によれば、夜間やトンネル内などの暗い状態においても、画面を通して反射ターゲットを視認できることから、画面上の任意の反射ターゲット像を指定することで測定点の視準ができ、昼夜を問わずトータルステーションの遠隔操作による測量が可能となる。
【００８０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である測量機全体のブロック図である。
【図２】前記測量機の光学系及び自動視準装置を説明する図である。
【図３】前記測量機の背面図である。
【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】前記測量機の広角カメラ光学系で得た画像を示す図である。
【図７】前記測量機において、前記広角カメラ光学系で得た画像を用いて予備視準した後に、前記広角カメラ光学系で得た画像を示す図である。
【図８】前記測量機において、前記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】前記測量機で測定点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】前記測量機の自動視準の開始前に、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において、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】前記広角カメラ光学系の最も広角な状態で、ターゲットを視準軸方向へ移動させていく途中を示す図である。
【図１３】前記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１４】前記測量機の予備視準の途中において、前記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１５】前記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１６】視準カメラ光学系に切り換えた直後に前記視準カメラ光学系で捕らえた画像を示す図である。
【図１７】前記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１８】画面上の任意の位置をマウスで指定するときの操作方法を説明するための図である。
【図１９】指定の位置の画像を画像中心部に移動させたときの表示例を示す図である。
【図２０】ディスプレイを回転速度に対応づけて複数の領域に分けたときの操作方法を説明するための図である。
【図２１】ディスプレイに現時点の視準方向、鉛直角、後視点を表示したときの表示例を示す図である。
【符号の説明】
２４ 水平角を表す円
２５ 鉛直角を表す円
２６ 現時点の視準方向を示すライン
２７ 現時点の鉛直角を示すライン
３１ 操作ボタン
３２ 指定の位置
３３ 画面中心部
３４、３５、３６、３７ 画面上の領域
３８Ｕ、３８Ｄ、３８Ｌ、３８Ｒ 画面上の領域
４６ 視準望遠鏡
４７ 視準カメラ光学系（撮像装置）
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 計測制御機
６５ａ、６５ｂ、６５ｃ ディスプレイ
６８ タッチペン（測定点指定手段）
８９ 広角カメラ光学系（撮像装置）
９０ ターゲット像（測定点）
１０４ ターゲット（測定点）
Claims (5)
- 望遠鏡で視準した測定対象物を撮像する撮像手段と測定点を測距・測角する測量手段とを備えたトータルステーションの制御装置において、前記測量手段の測量による測量情報を入力する測量情報入力手段と、前記測量情報入力手段により入力された測量情報に関する画像を画面上に表示する表示手段と、前記画面上の任意の位置が指定されたときに、前記画面上に設定された現時点の視準方向を基準として、前記指定の位置と前記現時点の視準方向との方向偏差を求め、この方向偏差を基に前記方向偏差を零に抑制するための移動量と前記現時点の視準方向を前記指定の位置に一致させるための移動方向を演算する演算手段と、前演算手段の演算結果に従って水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令を生成して前記トータルステーションに出力する回転駆動指令生成手段とを備えてなることを特徴とするトータルステーションの制御装置。
- 請求項１に記載のトータルステーションの制御装置において、前記表示手段の表示画面上には、水平角を表わす第１の円と鉛直角を表わす第２の円が同心円状に表示されるとともに、前記測量情報を基に現時点の視準方向、現時点の鉛直角、後視点方向が表示されることを特徴とするトータルステーションの制御装置。
- 請求項２に記載のトータルステーションにおいて、前記第１の円，第２の円で水平角，鉛直角を指定できるとともに、指定した水平角または／および鉛直角が表示画面上に表示されることを特徴とするトータルステーションの制御装置。
- 前記視準用望遠鏡には、望遠鏡の対物レンズの光軸（視準軸）と同軸または平行な光軸をもつ、測定点にセットした反射ターゲット照明用の光源が内蔵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の制御装置。
- 前記反射ターゲット照明用の光源は、所定の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４に記載のトータルステーションの制御装置。
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