JP4768786B2 - 測量機 - Google Patents

Description

本発明は、測量光学系を測量の対象に向けて測距および測角を行う測量機に関する。

測量機に備えられる測量光学系を鉛直方向および水平方向にそれぞれ回転駆動し、測量光学系をターゲットに自動的に視準させる測量システムが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の測量システムでは、ターゲット側に反射プリズムと光源が設けられ、この反射プリズムと光源とは所定の位置関係を有している。また、測量機側には光波距離計およびこの光波距離計と所定の位置関係を有するように自動視準機構が備えられる。ターゲットの光源が測量機に向けて光を送光すると、測量機の自動視準機構内の第１受光部の４分割受光素子の中心で光が受光されるように、自動視準機構が測量機の向き（光波距離計および当該自動視準機構の向き）を鉛直方向および水平方向にそれぞれ微動調節する。

特開平８−３０４５４５号公報

一般に、測量システムでは、測量機自体が持つ機械的な誤差をキャンセルして測角精度を向上させるために正反観測が行われる。正反観測は、１回目の測角を行った後に測量機の向きを１８０度反転させ、２回目の測角を行うものである。正反観測は、鉛直方向および水平方向の測角においてそれぞれ行うものである。特許文献１に記載の測量システムでは、測量機を鉛直方向に１８０度回転させると、測量光学系（光波測距計）および自動視準機能（とくに第１受光部）の位置関係が上下逆さになり、ターゲット側の反射プリズムおよび光源の位置関係と不一致になる。この結果、鉛直方向の正反観測を行っただけでは測角精度を向上させることができず、さらに補正を必要とする。

本発明は、正反観測が行えるコンパクトな自動視準測量機を提供するものである。

請求項１の発明による測量機は、測量用対物レンズを通して入射される、測量機用ターゲットに備えられた第１の発光体および第１の発光体と異なる第２の発光体からの光を共通に弁別する光波長弁別手段と、水平方向および鉛直方向のそれぞれに対応して並べて配設される４つの受光素子を有し、光波長弁別手段で弁別された光を４つの受光素子で受光して光電変換する受光手段と、受光手段の水平方向左側に位置する２つの受光素子による光電変換信号、ならびに受光手段の水平方向右側に位置する２つの受光素子による光電変換信号をそれぞれ抽出する第１の信号処理手段と、第１の信号処理手段によって抽出された光電変換信号から第１の発光体による信号光の変調周波数成分を弁別する第１の周波数弁別手段と、受光手段の鉛直方向上側に位置する２つの受光素子による光電変換信号、ならびに受光手段の鉛直方向下側に位置する２つの受光素子による光電変換信号をそれぞれ抽出する第２の信号処理手段と、第２の信号処理手段によって抽出された光電変換信号から第２の発光体による信号光の変調周波数成分を弁別する第２の周波数弁別手段と、第１の周波数弁別手段による弁別信号に基づいて、測量用対物レンズにより水平方向に関して視準するための第１の調節信号を生成し、第２の周波数弁別手段による弁別信号に基づいて、測量用対物レンズにより鉛直方向に関して視準するための第２の調節信号を生成する視準制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測量機において、視準制御手段は、第１の周波数弁別手段による弁別後の２つの光電変換信号の差を０にするように第１の調節信号を生成し、第２の周波数弁別手段による弁別後の２つの光電変換信号の差を０にするように第２の調節信号を生成することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の測量機において、測量用光学系および視準用光学系の光軸を同一軸となし、両光学系は測量用対物レンズを共通に含むことを特徴とする。

本発明による測量機では、測量用対物レンズを通してターゲットの第１の発光体からの信号光を受信し、この受信信号に基づいて水平方向に関して視準するとともに、測量用対物レンズを通してターゲットの第２の発光体からの信号光を受信し、この受信信号に基づいて鉛直方向に関して視準するようにした。この結果、視準に用いる第１および第２の発光体からの光が測量用の対物レンズから測量機に入射されるので、自動視準機能を有する測量機でも従来技術では困難であった正反観測を行うことができる。また、測量用光学系および視準用光学系が対物レンズをそれぞれ有する場合に比べて、測量機をコンパクトに構成することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第一の実施の形態）
図１は、本発明の第一の実施の形態による測量機ＴｓでターゲットＴを視準する自動視準測量システムを説明する平面図であり、図２は図１の側面図である。図１、図２において、測量機Ｔｓは、トータルステーションと呼ばれる測距測角装置である。測量機Ｔｓの本体１は三脚２などの上に固定され、水平方向に回転自在の不図示の回転支持部を有する。本体１は、この回転支持部によって三脚２上で水平線Ｈに平行な水平面内で回転可能に支持される。本体１には、測量光学系を有する望遠鏡部３が備えられている。本体１は、鉛直方向に回転自在の不図示の水平軸を有し、この水平軸によって望遠鏡部３を鉛直線Ｖを含む鉛直面内で回転可能に支持する。つまり、望遠鏡部３は、水平方向および鉛直方向のそれぞれに回転自在である。

測量機Ｔｓは、ターゲットＴの中心に設けられる反射プリズムＰに望遠鏡部３が向けられると、すなわち、ターゲットＴの中心を視準すると、上記回転支持部の回転角による水平角ＨＡを不図示の水平角検出部で検出し、上記水平軸の回転角による高度角ＶＡを不図示の高度角検出部で検出する。水平角ＨＡは、測量の基準点Ｓに対するターゲットＴの方向を示す水平面内の角度であり、高度角ＶＡは、水平面に対する反射プリズムＰの方向を示す鉛直面内の角度である。

望遠鏡部３は、距離測定のための変調光を射出可能に構成されている。変調光は、光源を駆動する駆動電流の大きさを所定の周波数で変化させることにより、当該光源による発光強度が周期的に変化するようにしたものである。望遠鏡部３から反射プリズムＰに向けて射出された変調光は、反射プリズムＰで反射して望遠鏡部３へ進む。測量機Ｔｓは、望遠鏡部３に入射される反射光を測距装置（不図示）へ導く。測距装置は、射出光と入射光との間で変調信号の位相差を検出することにより、測量機Ｔｓから反射プリズムＰまでの斜距離ＳＤを求める。一般に、測量機Ｔｓには、測定点に反射プリズム（コーナーキューブ）を備えたターゲットを設けて当該反射プリズムで反射される変調光を受光するものと、測定対象物で生じる散乱光を受光するものとがある。ここでは、反射プリズムＰを備えたターゲットＴを使用する方式について説明する。

図３は、望遠鏡部３内に構成される測量光学系を説明する光学ブロック図である。測量光学系は、測距用光学系と視準用光学系とによって構成される。図３において、測距用光学系は、対物レンズ３１と、ダイクロイックプリズム３４と、分割プリズム３５とを有する。測距用光学系は、近赤外光源３６による変調光を対物レンズ３１からターゲットＴ（図１、図２）の反射プリズムＰへ向けて送光し、反射プリズムＰによる反射光を対物レンズ３１から入射して受光素子３７へ導く。

視準用光学系は、対物レンズ３１と、ダイクロイックプリズム３２および３４と、合焦レンズ３８と、正立プリズム３９と、レチクル４０と、接眼レンズ４１とを有する。視準用光学系は、対物レンズ３１から入射される被写体光のうち可視光成分による像をレチクル４０上に結ぶとともに、ターゲットＴ（図１、図２）側から送光される近赤外光源による変調光を対物レンズ３１から入射して受光素子３３へ導く。対物レンズ３１およびダイクロイックプリズム３４は、それぞれ測距用光学系と視準用光学系とに共用され、両光学系は同一光軸にされている。なお、光源を含むターゲットＴの詳細については後述する。

測量機Ｔｓによる標準的な測定手順は、たとえば、以下のように行われる。
［１］測定点にターゲットＴのポール先端の石突き１１を置き、ターゲットＴを鉛直に立てる。
［２］望遠鏡部３をターゲットＴに視準する。
［３］水平角ＨＡおよび高度角ＶＡを測定する。
［４］近赤外光源３６（赤外光を発するレーザまたはＬＥＤ）を変調発光させ、測距用光学系によって送信光の一部と反射プリズムＰで反射される受信光とを受光素子３７で受信して距離測定を行う。

本発明は、上記［２］の「望遠鏡部３をターゲットＴに視準する」動作に特徴を有するので、視準動作を中心に説明する。測量機Ｔｓは、作業者（観察者）が視準用光学系を用いてターゲットＴを観察する他に、測量機Ｔｓ自身が望遠鏡部３の向きを自動調節し、ターゲットＴに正確に視準するように構成されている。

−視準用光学系を用いた作業者による観察−
図３において、ターゲットＴを照明する照明光（自然光など）によって生じるターゲットＴからの反射光は、対物レンズ３１を介してダイクロイックプリズム３２に入射される。ダイクロイックプリズム３２への入射光のうち可視光成分は、ダイクロイックプリズム３２、ダイクロイックプリズム３４、合焦レンズ３８、ならびに正立プリズム３９をそれぞれ通過し、レチクル４０上にターゲットＴの像を形成する。この正立像は、接眼レンズ４１を通して作業者によって観察される。作業者は、合焦レンズ３８を光軸に沿って図３の左右方向に進退駆動させ、ターゲットＴの像をレチクル４０上に合焦させる。

−自動視準−
図４は、本発明によるターゲットＴを説明する図である。図４において、ターゲットＴは、ポール１０とターゲット部１３とで構成される。ターゲットＴは、ポール１０の先端の石突き１１を測定点に置き、鉛直に立てて使用される。ターゲット部１３には、反射プリズムＰと、４つのＬＥＤ光源１２ａ〜１２ｄとが設けられている。反射プリズムＰは、鉛直中心線Ｃ_Ｖ上に配設される。ＬＥＤ光源１２ａは、鉛直中心線Ｃ_Ｖ上で反射プリズムＰの中心Ｐｏより上側の距離Ｌの位置に、ＬＥＤ光源１２ｂは、鉛直中心線Ｃ_Ｖ上で反射プリズムＰの中心Ｐｏより下側の距離Ｌの位置に、それぞれ配設される。また、ＬＥＤ光源１２ｃは、反射プリズムＰの中心Ｐｏを通る水平線Ｃ_Ｈ上で反射プリズムＰの中心Ｐｏより左側の距離Ｌの位置に、ＬＥＤ光源１２ｄは、水平線Ｃ_Ｈ上で反射プリズムＰの中心Ｐｏより右側の距離Ｌの位置に、それぞれ配設される。

ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂは、それぞれ変調周波数ｆ１、発光波長λ１のほぼ同一光量で発光するように駆動される。ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄは、それぞれ変調周波数ｆ２、発光波長λ２のほぼ同一光量で発光するように駆動される。第一の実施の形態では、変調周波数ｆ１およびｆ２、発光波長λ１およびλ２がそれぞれ異なるように構成される。なお、波長λ１およびλ２は、それぞれ波長６５０nmから波長１３００nmのいずれかの可視から赤外波長であり、測距用の近赤外光源３６の波長と大きく異なるのが好ましい。また、周波数ｆ１およびｆ２は、たとえば、６KHzおよび７KHzのように、測距用光源周波数と大きく異なる値が好ましい。ＬＥＤ光源１２ａ〜ＬＥＤ光源１２ｄのそれぞれの発光拡がり角は、たとえば、±１０度になるように構成されている。

図５は、ターゲットＴならびに自動視準に必要な望遠鏡部３の構成を抜粋した図である。なお、接眼レンズ４１は便宜上記したもので、自動視準時に直接必要としない。図５において、ダイクロイックプリズム３２Ａおよびダイクロイックプリズム３２Ｂが、図３のダイクロイックプリズム３２に対応する。また、２分割受光センサ３３Ａおよび２分割受光センサ３３Ｂが、図３の受光素子３３に対応する。２分割受光センサ３３Ａは、左右（水平）方向に並べて配設された２つのフォトダイオード（ＰＤ）によって構成される受光センサであり、両受光センサが受光信号（Ｌ信号およびＲ信号）をそれぞれ出力するように構成されている。２分割受光センサ３３Ｂは、上下（鉛直）方向に並べて配設された２つの受光センサであり、両受光センサが受光信号（Ｕ信号およびＤ信号）をそれぞれ出力するように構成されている。なお、受光信号（光電変換信号）は、フォトダイオードの受光面に入射される光量に応じて値が変化する電流信号として出力される。

ＬＥＤ光源１２ａ〜ＬＥＤ光源１２ｄから送光された変調光は、対物レンズ３１を介してダイクロイックプリズム３２Ａに入射される。ダイクロイックプリズム３２Ａは、入射光のうち波長λ１の波長成分を折り曲げて２分割受光センサ３３Ａへ導くとともに、波長λ２および可視光を含む波長成分を通過させてダイクロイックプリズム３２Ｂへ導く。これにより、２分割受光センサ３３Ａが反射プリズムＰに対して上下に配設されているＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂによる光を受光する。なお、ダイクロイックプリズム３２Ａは、測距時に近赤外光源３６の波長成分も通過するように構成されている。

ダイクロイックプリズム３２Ｂは、入射光のうち波長λ２の波長成分を折り曲げて２分割受光センサ３３Ｂへ導くとともに、可視光を含む波長成分を通過させて接眼レンズ４１側へ導く。これにより、２分割受光センサ３３Ｂが反射プリズムＰに対して左右に配設されているＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄによる光を受光する。なお、ダイクロイックプリズム３２Ｂは、測距時に近赤外光源３６の波長成分も通過するように構成されている。

図６は、測量機Ｔｓの自動視準制御に必要な構成を説明するブロック構成図である。図６において、測量機Ｔｓは、左右、上下差分信号生成回路６１と、バンドパスフィルタ６２と、マイクロコンピュータ６３と、測量機回転機構６４とを備えている。２分割受光センサ３３Ａによる受光信号、および２分割受光センサ３３Ｂによる受光信号は、それぞれ左右、上下差分信号生成回路６１へ入力される。

左右、上下差分信号生成回路６１は、２分割受光センサ３３Ａから入力されるＬ信号とＲ信号との差分信号（Ｌ−Ｒ）を生成し、左右差分信号をバンドパスフィルタ６２へ出力する。望遠鏡部３の光軸が水平面内でターゲットＴの中心（ここでは、反射プリズムＰの中心Ｐｏ）の方向に一致するとき、Ｌ信号およびＲ信号の大きさが等しくなり、差分信号（Ｌ−Ｒ）が０になる。望遠鏡部３の光軸が水平面内でターゲットＴの中心より左側（ＬＥＤ光源１２ｃ側）を向いているとき、Ｌ信号＞Ｒ信号となり、差分信号（Ｌ−Ｒ）＞０となる。望遠鏡部３の光軸が水平面内でターゲットＴの中心より右側（ＬＥＤ光源１２ｄ側）を向いているとき、Ｌ信号＜Ｒ信号、差分信号（Ｌ−Ｒ）＜０となる。

左右、上下差分信号生成回路６１はさらに、２分割受光センサ３３Ｂから入力されるＵ信号とＤ信号との差分信号（Ｕ−Ｄ）を生成し、上下差分信号をバンドパスフィルタ６２へ出力する。望遠鏡部３の光軸が鉛直面内でターゲットＴの中心の方向に一致するとき、Ｕ信号およびＤ信号の大きさが等しくなり、差分信号（Ｕ−Ｄ）が０になる。望遠鏡部３の光軸が鉛直面内でターゲットＴの中心より上側（ＬＥＤ光源１２ａ側）を向いているとき、Ｕ信号＞Ｄ信号となり、差分信号（Ｕ−Ｄ）＞０となる。望遠鏡部３の光軸が鉛直面内でターゲットＴの中心より下側（ＬＥＤ光源１２ｂ側）を向いているとき、Ｕ信号＜Ｄ信号、差分信号（Ｕ−Ｄ）＜０となる。

バンドパスフィルタ６２は、マイクロコンピュータ６３から送出される指令に応じて、周波数ｆ１の信号もしくは周波数ｆ２の信号を選択してマイクロコンピュータ６３へ出力する。バンドパスフィルタ６２が周波数ｆ１の信号を選択すると、左右差分信号がマイクロコンピュータ６３へ入力され、周波数ｆ２の信号を選択すると、上下差分信号がマイクロコンピュータ６３へ入力される。

マイクロコンピュータ６３は、バンドパスフィルタ６２へ周波数ｆ１の信号を選択する指令を送出しているとき、入力される左右差分信号に応じて、当該差分信号を０にするように測量機回転機構６４に水平回転指令を出力する。この結果、測量機回転機構６４は、不図示のモータを駆動して望遠鏡部３を水平面内で回転させる。一方、マイクロコンピュータ６３は、バンドパスフィルタ６２へ周波数ｆ２の信号を選択する指令を送出しているとき、入力される上下差分信号に応じて、当該差分信号を０にするように測量機回転機構６４に鉛直回転指令を出力する。この結果、測量機回転機構６４は、不図示のモータを駆動して望遠鏡部３を鉛直面内で回転させる。

左右差分信号および上下差分信号がともに０になるとき、望遠鏡部３の光軸がターゲット中心Ｐｏに一致する。図３において、近赤外光源３６および受光素子３７はともに対物レンズ３１の焦点位置に置かれ、光学的に共役に配設されている。したがって、視準用光学系がターゲット中心Ｐｏに視準された状態では、近赤外光源３６からの測定光束が平行光束として対物レンズ３１から反射プリズムＰへ射出され、反射プリズムＰからの反射光が平行光束として対物レンズ３１に入射され、受光素子３７へ集光される。

−距離測定−
作業者が測量機Ｔｓの近赤外光源３６を点灯させるスイッチ（不図示）を点灯操作すると、不図示の駆動回路が近赤外光源３６に駆動電流を供給する。この駆動電流は、近赤外光源３６が所定の周波数の変調光を発するように強度変調されている。近赤外光源３６から射出された変調光は、分割プリズム３５で分割され、ダイクロイックプリズム３４に入射される。分割された他方の変調光は、詳細な説明は省略するが測定用の参照光として受光素子３７で受光される。参照光とは、電子回路に起因する測定誤差をキャンセルするために測距装置内の所定の光路で測距を行うための光である。ダイクロイックプリズム３４は、近赤外光源３６による赤外光を反射し、可視光領域の光を通過する特性を有する。ダイクロイックプリズム３４に入射された測定光（変調光）は、ダイクロイックプリズム３４内で折り曲げられ、ダイクロイックプリズム３２を介して対物レンズ３１から反射プリズムＰに向けて射出される。

反射プリズムＰは、近赤外光源３６からの測定光を反射する。反射プリズムＰによる反射光は、対物レンズ３１、ダイクロイックプリズム３２を介してダイクロイックプリズム３４に入射される。ダイクロイックプリズム３４に入射された反射光は、ダイクロイックプリズム３４内で折り曲げられ、分割プリズム３５でさらに折り曲げられて受光素子３７に入射される。測距装置は、測定光および反射光の位相差を不図示の位相差検出回路で検出し、検出位相差に基づいて反射プリズムＰまでの距離を演算する。位相差検出回路は周知であるため、説明を省略する。

以上説明した測量機Ｔｓのマイクロコンピュータ６３で行われる自動視準処理の流れについて、図７のフローチャートを参照して説明する。図７による処理は、作業者が接眼レンズ４１からターゲットＴを観察できるように望遠鏡部３の向きを粗合わせした上で、自動視準を開始するスイッチ（不図示）を操作することにより起動する。なお、ＬＥＤ光源１２ａ〜ＬＥＤ光源１２ｄは、先に点灯させているものとする。ステップＳ１１において、マイクロコンピュータ６３は、バンドパスフィルタ６２に指令を出力し、周波数ｆ１の信号を選択させてステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２において、マイクロコンピュータ６３は、バンドパスフィルタ６２から入力される左右差分信号に応じて、測量機回転機構６４に水平回転指令を出力してステップＳ１３へ進む。これにより、望遠鏡部３が水平面内で左右に微動する。

ステップＳ１３において、マイクロコンピュータ６３は、左右差分信号が０か否かを判定する。マイクロコンピュータ６３は、左右差分信号の大きさが所定値以下の場合にステップＳ１３を肯定判定してステップＳ１４へ進み、左右差分信号の大きさが所定値より大きい場合にステップＳ１３を否定判定し、ステップＳ１２へ戻る。ステップＳ１２へ戻る場合は、望遠鏡部３の水平微動を継続する場合である。ステップＳ１４において、マイクロコンピュータ６３は、測量機回転機構６４に水平回転停止指令を出力してステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５において、マイクロコンピュータ６３は、バンドパスフィルタ６２に指令を出力し、周波数ｆ２の信号を選択させてステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６において、マイクロコンピュータ６３は、バンドパスフィルタ６２から入力される上下差分信号に応じて、測量機回転機構６４に鉛直回転指令を出力してステップＳ１７へ進む。これにより、望遠鏡部３が鉛直面内で上下に微動する。

ステップＳ１７において、マイクロコンピュータ６３は、上下差分信号が０か否かを判定する。マイクロコンピュータ６３は、上下差分信号の大きさが所定値以下の場合にステップＳ１７を肯定判定してステップＳ１８へ進み、上下差分信号の大きさが所定値より大きい場合にステップＳ１７を否定判定し、ステップＳ１６へ戻る。ステップＳ１６へ戻る場合は、望遠鏡部３の上下微動を継続する場合である。ステップＳ１８において、マイクロコンピュータ６３は、測量機回転機構６４に上下回転停止指令を出力し、図７による処理を終了する。

以上説明した第一の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ターゲットＴの鉛直中心線Ｃ_Ｖ上で、反射プリズムＰの中心Ｐｏより上側の距離Ｌの位置に発光波長λ１のＬＥＤ光源１２ａを設けるとともに、中心Ｐｏより下側の距離Ｌの位置に発光波長λ１のＬＥＤ光源１２ｂを設ける。これらのＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂを、それぞれ周波数ｆ１で変調発光させる。測量機Ｔｓの望遠鏡部３に２分割受光センサ３３Ａを設け、ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂによる変調光を受光するようにした。２分割受光センサ３３Ａは、左右（水平）方向に並べて配設した２つの受光センサで構成する。鉛直方向の一対のＬＥＤ光源１２ａ、１２ｂによる光の受光スポットのそれぞれが２分割受光センサ３３Ａの分割線上に位置すれば、Ｌ信号およびＲ信号の差分が０になる。したがって、望遠鏡部３の水平面内における光軸の向きがターゲット中心Ｐｏに向いているか否かを、２分割受光センサ３３ＡによるＬ信号およびＲ信号の大きさに基づいて正確に検出することができる。また、ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂを周波数ｆ１で変調発光させたので、太陽や電灯などからの外来光（無変調光および周波数ｆ１以外の変調光）による影響を排除することが可能になる。さらに、ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂを鉛直中心線Ｃ_Ｖ上に設けたことにより、両光源１２ａおよび１２ｂの光量に差が生じていても、望遠鏡部３を水平方向に関して視準することが可能である。一方、ＬＥＤ光源１２ａ、１２ｂを中心Ｐｏの上下対称位置に設けたことにより、２つの光源からの光量が等しければ、鉛直方向に関しても視準することが可能である。

（２）反射プリズムＰの中心Ｐｏを通る水平線Ｃ_Ｈ上で、反射プリズムＰの中心Ｐｏより左側の距離Ｌの位置に発光波長λ２のＬＥＤ光源１２ｃを設けるとともに、中心Ｐｏより右側の距離Ｌの位置に発光波長λ２のＬＥＤ光源１２ｄを設ける。これらのＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄを、それぞれ周波数ｆ２で変調発光させる。測量機Ｔｓの望遠鏡部３に２分割受光センサ３３Ｂを設け、ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄによる変調光を受光するようにした。２分割受光センサ３３Ｂは、上下（鉛直）方向に並べて配設した２つの受光センサで構成する。水平方向の一対のＬＥＤ光源１２ｃ、１２ｄによる光の受光スポットのそれぞれが２分割受光センサ３３Ｂの分割線上に位置すれば、Ｕ信号およびＤ信号の差分が０になる。したがって、望遠鏡部３の鉛直面内における光軸の向きがターゲット中心Ｐｏに向いているか否かを、２分割受光センサ３３ＢによるＵ信号およびＤ信号の大きさに基づいて正確に検出することができる。また、ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄを周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２で変調発光させたので、太陽や電灯などからの外来光の他、上記（１）の周波数ｆ１の信号光の影響を除くこともできる。さらに、ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄを水平線Ｃ_Ｈ上に設けたことにより、両光源１２ｃおよび１２ｄの光量に差が生じていても、望遠鏡部３を鉛直方向に関して視準することが可能である。

（３）ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂの発光波長をλ１に、ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄの発光波長をλ２にしたので、波長λ１の光を弁別するダイクロイックプリズム３２Ａ、ならびに波長λ２の光を弁別するダイクロイックプリズム３２Ｂをそれぞれ用いることによって、ターゲットＴからの変調光を２分割受光センサ３３Ａならびに２分割受光センサ３３Ｂへそれぞれ個別に導くことができる。

（４）ＬＥＤ光源１２ａ〜ＬＥＤ光源１２ｄの発光波長λ１およびλ２を近赤外波長としたので、作業者は、視準用光学系によってレチクル４０に結像される反射プリズムＰの可視光による像を、接眼レンズ４１から観察することができる。

（５）測距用光学系の光軸と視準用光学系の光軸とを同一軸にして対物レンズ３１を共通化したので、これらの光軸が離間している従来技術と異なり、正反測定時に測距用光学系と視準用光学系との位置関係が逆さになることがないから、水平方向および鉛直方向の双方の測角精度を上げることができる。

（６）上記（５）に加えて、測距用光学系と視準用光学系とで対物レンズをそれぞれ設ける場合に比べて望遠鏡部３を小さく構成できる上に、コスト低減の効果も得られる。

以上の説明では、ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂの変調周波数ｆ１と、ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄの変調周波数ｆ２とが異なるようにしたが、ダイクロイックプリズム３２Ａならびにダイクロイックプリズム３２Ｂによって波長λ１の光と波長λ２の光とを十分に弁別できる場合には、ＬＥＤ光源１２ａ〜１２ｄの変調周波数を同一（たとえば、周波数ｆ１）にしてもよい。この場合には、通過周波数を選択するバンドパスフィルタ６２の代わりに、左右差分信号および上下差分信号のうち一方を選択して出力する切換えスイッチと、単一周波数（たとえば、周波数ｆ１）を通過させるバンドパスフィルタとを設けるようにする。

ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂの位置を反射プリズムＰの中心Ｐｏに対して対称の位置に配設したが、両ＬＥＤ光源が鉛直中心線Ｃ_Ｖ上にあれば、必ずしも対称位置でなくてもよい。すなわち、反射プリズムＰの中心Ｐｏからの距離が一致しなくてもよい。

鉛直中心線Ｃ_Ｖ上に配設する光源は、ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂの他にさらに設けてもよい。光源を増やすことにより、２分割受光センサ３３Ａで受光される光量が増加し、自動視準可能な距離を長く伸ばすことができる。

ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄの位置を反射プリズムＰの中心Ｐｏに対して対称の位置に配設したが、両ＬＥＤ光源が水平線Ｃ_Ｈ上にあれば、必ずしも対称位置でなくてもよい。すなわち、反射プリズムＰの中心Ｐｏからの距離が一致しなくてもよい。

水平線Ｃ_Ｈ上に配設する光源は、ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄの他にさらに設けてもよい。光源を増やすことにより、２分割受光センサ３３Ｂで受光される光量が増加し、自動視準可能な距離を長く伸ばすことができる。

測量機ＴｓとターゲットＴとの間の距離が近い場合には、自動視準ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂのうちいずれか一方を省略するとともに、ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄのうちいずれか一方を省略するようにしてもよい。ＬＥＤ光源の数を１／２にすることによって２分割受光センサ３３Ａならびに２分割受光センサ３３Ｂで受光される光量がそれぞれ減少し、自動視準可能な距離が１／√２に短縮されるが、ＬＥＤ光源の削減によってターゲットＴ側のコストを低減することが可能になる。

バンドパスフィルタ６２の代わりに、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などによってディジタルフィルタ処理を行わせてもよい。

（第二の実施の形態）
図３のダイクロイックプリズム３２、ならびに受光素子３３をそれぞれ１つの素子で構成することもできる。図８は、第二の実施の形態による自動視準に必要な望遠鏡部３Ａの構成を抜粋した図である。図８において、ターゲットＴは第一の実施の形態と同様に、上下（鉛直）方向に一対のＬＥＤ光源１２ａおよび１２ｂを、左右（水平）方向に一対のＬＥＤ光源１２ｃおよび１２ｄを、それぞれ有する。

ＬＥＤ光源１２ａ〜ＬＥＤ光源１２ｄの変調周波数は、第一の実施の形態と同様に、ＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂが周波数ｆ１で変調発光され、ＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄが周波数ｆ２で変調発光される。ＬＥＤ光源１２ａ〜ＬＥＤ光源１２ｄの発光波長は、全てを同一波長（たとえば、λ１とする）で発光させる点が第一の実施の形態と異なる。

ダイクロイックプリズム３２Ｃは図３のダイクロイックプリズム３２に対応し、４分割受光センサ３３Ｃは図３の受光素子３３に対応する。４分割受光センサ３３Ｃは、左右（水平）方向および上下（鉛直）方向にそれぞれ２つずつ並べて配設された４つのフォトダイオード（ＰＤ）によって構成される受光センサであり、各受光センサがそれぞれ受光信号を出力するように構成されている。

ＬＥＤ光源１２ａ〜ＬＥＤ光源１２ｄから送光された変調光は、対物レンズ３１を介してダイクロイックプリズム３２Ｃに入射される。ダイクロイックプリズム３２Ｃは、入射光のうち波長λ１の波長成分を折り曲げて４分割受光センサ３３Ｃへ導くとともに、可視光を含む波長成分を通過させて接眼レンズ４１側へ導く。これにより、４分割受光センサ３３Ｃが反射プリズムＰに対して上下に配設されているＬＥＤ光源１２ａおよびＬＥＤ光源１２ｂによる光、ならびに反射プリズムＰに対して左右に配設されているＬＥＤ光源１２ｃおよびＬＥＤ光源１２ｄによる光を、それぞれ同時に受光する。

図９は、第二の実施の形態による測量機Ｔｓのブロック構成図である。図９において、測量機Ｔｓは、左右、上下差分信号生成回路６１と、バンドパスフィルタ６２Ｂと、マイクロコンピュータ６３Ｂと、測量機回転機構６４と、左右、上下切替えスイッチ６５とを備えている。ここで、第一の実施の形態による図６の構成と共通のものは、図６と同一の符号を記して説明を省略する。

４分割受光センサ３３Ｃの受光面には、光学系の構成に応じて左右方向、上下方向に反転した変調光が入射される。図９では、わかりやすく説明するために左上のセンサがＬＵ信号を、左下のセンサがＬＤ信号を、右上のセンサがＲＵ信号を、右下のセンサがＲＤ信号を、それぞれ出力するものとして表す。４分割受光センサ３３Ｃによる受光信号、すなわち、ＬＵ信号、ＬＤ信号、ＲＵ信号、ならびにＲＤ信号は、それぞれ左右、上下差分信号生成回路６１へ入力される。左右、上下差分信号生成回路６１は、（ＬＵ信号＋ＬＤ信号）−（ＲＵ信号＋ＲＤ信号）を演算して左右差分信号を求めるとともに、（ＬＵ信号＋ＲＵ信号）−（ＬＤ信号＋ＲＤ信号）を演算し、上下差分信号を求める。

第二の実施の形態では、望遠鏡部３Ａの光軸が水平面内でターゲットＴの中心の方向に一致するとき、（ＬＵ信号＋ＬＤ信号）および（ＲＵ信号＋ＲＤ信号）の大きさが等しくなり、左右差分信号が０になる。望遠鏡部３Ａの光軸が水平面内でターゲットＴの中心より左側（ＬＥＤ光源１２ｃ側）を向いているとき、（ＬＵ信号＋ＬＤ信号）＞（ＲＵ信号＋ＲＤ信号）となり、左右差分信号｛(ＬＵ＋ＬＤ)−(ＲＵ＋ＲＤ)｝＞０となる。望遠鏡部３Ａの光軸が水平面内でターゲットＴの中心より右側（ＬＥＤ光源１２ｄ側）を向いているとき、（ＬＵ信号＋ＬＤ信号）＜（ＲＵ信号＋ＲＤ信号）、左右差分信号｛(ＬＵ＋ＬＤ)−(ＲＵ＋ＲＤ)｝＜０となる。

また、望遠鏡部３Ａの光軸が鉛直面内でターゲットＴの中心の方向に一致するとき、（ＬＵ信号＋ＲＵ信号）および（ＬＤ信号＋ＲＤ信号）の大きさが等しくなり、上下差分信号が０になる。望遠鏡部３Ａの光軸が鉛直面内でターゲットＴの中心より上側（ＬＥＤ光源１２ａ側）を向いているとき、（ＬＵ信号＋ＲＵ信号）＞（ＬＤ信号＋ＲＤ信号）となり、上下差分信号｛(ＬＵ＋ＲＵ)−(ＬＤ＋ＲＤ)｝＞０となる。望遠鏡部３Ａの光軸が鉛直面内でターゲットＴの中心より下側（ＬＥＤ光源１２ｂ側）を向いているとき、（ＬＵ信号＋ＲＵ信号）＜（ＬＤ信号＋ＲＤ信号）、上下差分信号｛(ＬＵ＋ＲＵ)−(ＬＤ＋ＲＤ)｝＜０となる。

左右、上下切替えスイッチ６５は、マイクロコンピュータ６３Ｂから送出される信号切替え指令に応じて、左右差分信号もしくは上下差分信号を選択してバンドパスフィルタ６２Ｂへ出力する。バンドパスフィルタ６２Ｂは、マイクロコンピュータ６３Ｂから送出される周波数切替え指令に応じて、周波数ｆ１の信号もしくは周波数ｆ２の信号を通過させてマイクロコンピュータ６３Ｂへ出力する。マイクロコンピュータ６３Ｂは、左右差分信号に切替える指令を左右、上下切替えスイッチ６５に出力するとき、周波数ｆ１に切替える指令をバンドパスフィルタ６２Ｂへ出力する一方、上下差分信号に切替える指令を左右、上下切替えスイッチ６５に出力するとき、周波数ｆ２に切替える指令をバンドパスフィルタ６２Ｂへ出力する。

マイクロコンピュータ６３Ｂは、周波数ｆ１および左右差分信号を選択する指令を送出しているとき、入力される左右差分信号に応じて、当該差分信号を０にするように測量機回転機構６４に水平回転指令を出力する。一方、マイクロコンピュータ６３Ｂは、周波数ｆ２および上下差分信号を選択する指令を送出しているとき、入力される上下差分信号に応じて、当該差分信号を０にするように測量機回転機構６４に鉛直回転指令を出力する。

図１０は、以上説明した測量機Ｔｓのマイクロコンピュータ６３Ｂで行われる自動視準処理の流れを説明するフローチャートである。図７による処理に比べて、ステップＳ１１Ａと、ステップＳ１５Ａとがそれぞれ追加される。ステップＳ１１Ａにおいて、マイクロコンピュータ６３Ｂは、左右上下切替えスイッチ６５に指令を出力し、左右差分信号を選択させてステップＳ１１へ進む。以降の処理は、図７による処理と同様なので説明を省略する。

ステップＳ１５Ａにおいて、マイクロコンピュータ６３Ｂは、左右、上下切替えスイッチ６５に指令を出力し、上下差分信号を選択させてステップＳ１５へ進む。以降の処理は、図７による処理と同様なので説明を省略する。

以上説明した第二の実施の形態によれば、第一の実施形態と同様に正反測定が可能で水平方向および鉛直方向の双方の測角精度を上げることができることに加えて、以下の作用効果が得られる。すなわち、ＬＥＤ光源１２ａ〜ＬＥＤ光源１２ｄの発光波長をλ１とし、これらのＬＥＤ光源１２ａ〜ＬＥＤ光源１２ｄによる変調光を４分割受光センサ３３Ｃで受光するようにした。この結果、自動視準に必要な光学系をダイクロイックプリズム３２Ｃおよび４分割受光センサ３３Ｃによって構成される１組の受光系で構成できるので、第一の実施の形態に比べて、測量機のコスト低減および小型化に対して効果が得られる。

以上説明した２分割受光センサおよび４分割受光センサは、それぞれフォトダイオードで構成する例を説明したが、フォトダイオードの代わりにＣＣＤイメージセンサを用いて構成してもよい。

本発明は、測距機能を持たず測角機能のみを有する測量機、例えばセオドライトにも適用することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

本発明の第一の実施の形態による測量機でターゲットを視準する自動視準測量システムを説明する平面図である。 図１の自動視準測量システムの側面図である。 望遠鏡部内に構成される測量光学系を説明する光学ブロック図である。 本発明によるターゲットを説明する図である。 ターゲットならびに自動視準に必要な望遠鏡部の構成を抜粋した図である。 測量機の自動視準制御に必要な構成を説明するブロック構成図である。 測量機のマイクロコンピュータで行われる自動視準処理の流れを説明するフローチャートである。 第二の実施の形態による自動視準に必要な望遠鏡部の構成を抜粋した図である。 測量機のブロック構成図である。 測量機のマイクロコンピュータで行われる自動視準処理の流れを説明するフローチャートである。

符号の説明

１…本体
２…三脚
３（３Ａ）…望遠鏡部
１２ａ〜１２ｄ…ＬＥＤ光源
３１…対物レンズ
３２(３２Ａ〜３２Ｃ)，３４…ダイクロイックプリズム
３３(３３Ａ〜３３Ｂ)…２分割受光センサ
３３(３３Ｃ)…４分割受光センサ
４１…接眼レンズ
６１…左右、上下差分信号生成回路
６２，６２Ｂ…バンドパスフィルタ
６３，６３Ｂ…マイクロコンピュータ
６４…測量機回転機構
６５…左右、上下切替えスイッチ
Ｃ_Ｈ…水平線
Ｃ_Ｖ…鉛直中心線
Ｐ…反射プリズム
Ｐｏ…反射プリズムの中心
Ｔ…ターゲット
Ｔｓ…測量機

Claims (3)

1. 測量用対物レンズを通して入射される、測量機用ターゲットに備えられた第１の発光体および前記第１の発光体と異なる第２の発光体からの光を共通に弁別する光波長弁別手段と、
   水平方向および鉛直方向のそれぞれに対応して並べて配設される４つの受光素子を有し、前記光波長弁別手段で弁別された光を前記４つの受光素子で受光して光電変換する受光手段と、
   前記受光手段の水平方向左側に位置する２つの受光素子による光電変換信号、ならびに前記受光手段の水平方向右側に位置する２つの受光素子による光電変換信号をそれぞれ抽出する第１の信号処理手段と、
   前記第１の信号処理手段によって抽出された光電変換信号から前記第１の発光体による信号光の変調周波数成分を弁別する第１の周波数弁別手段と、
   前記受光手段の鉛直方向上側に位置する２つの受光素子による光電変換信号、ならびに前記受光手段の鉛直方向下側に位置する２つの受光素子による光電変換信号をそれぞれ抽出する第２の信号処理手段と、
   前記第２の信号処理手段によって抽出された光電変換信号から前記第２の発光体による信号光の変調周波数成分を弁別する第２の周波数弁別手段と、
   前記第１の周波数弁別手段による弁別信号に基づいて、前記測量用対物レンズにより水平方向に関して視準するための第１の調節信号を生成し、前記第２の周波数弁別手段による弁別信号に基づいて、前記測量用対物レンズにより鉛直方向に関して視準するための第２の調節信号を生成する視準制御手段とを備えることを特徴とする測量機。
2. 請求項１に記載の測量機において、
   前記視準制御手段は、前記第１の周波数弁別手段による弁別後の２つの光電変換信号の差を０にするように前記第１の調節信号を生成し、前記第２の周波数弁別手段による弁別後の２つの光電変換信号の差を０にするように前記第２の調節信号を生成することを特徴とする測量機。
3. 請求項１または２に記載の測量機において、
   測量用光学系および視準用光学系の光軸を同一軸となし、両光学系は前記測量用対物レンズを共通に含むことを特徴とする測量機。

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