JP5031652B2 - Automatic focus control device for surveying instrument - Google Patents
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Description
本発明は、標尺を視準する望遠鏡を備えた電子レベルなどの測量機に搭載されて、標尺に対する望遠鏡の焦点を自動で合わすことができる測量機の自動焦点制御装置に関する。 The present invention relates to an automatic focus control device for a surveying instrument that is mounted on a surveying instrument such as an electronic level equipped with a telescope that collimates a scale and can automatically focus the telescope on the scale.
電子レベルとして、標尺のパターン像を光電変換部により電気信号に変換し、得られた電気信号によりコントラストのピークを検出し、この検出値を基に合焦制御を行いようにしたものがある。例えば、標尺のパターンの像を形成するための合焦光学系を含む望遠鏡光学系と、この望遠鏡光学系からの光を受けてパターン信号に変換する光電変換部と、この光電変換部上にパターンを形成するための合焦駆動部と、光電変換部の出力信号に基づき、合焦を検出し、合焦駆動部を制御する合焦制御部を備えたものがある(特許文献1参照)。 As an electronic level, a pattern image of a scale is converted into an electric signal by a photoelectric conversion unit, a peak of contrast is detected from the obtained electric signal, and focusing control is performed based on the detected value. For example, a telescope optical system including a focusing optical system for forming an image of a scale pattern, a photoelectric conversion unit that receives light from the telescope optical system and converts it into a pattern signal, and a pattern on the photoelectric conversion unit There is a focus drive unit for forming a focus and a focus control unit that detects the focus based on the output signal of the photoelectric conversion unit and controls the focus drive unit (see Patent Document 1).
この電子レベルにおいては、合焦制御部でコントラストのピークを検出するための粗測定と精測定を行うに際して、コントラストの値が一定の値以上のときには、粗測定を省略して精測定のみを行い、合焦に要する時間を短縮するように構成されている。 At this electronic level, when performing coarse measurement and fine measurement to detect the peak of contrast in the focus control unit, if the contrast value is above a certain value, coarse measurement is omitted and only fine measurement is performed. The time required for focusing is shortened.
従来技術においては、コントラストの値が一定の値以上のときには、粗測定を省略して精測定のみを行っているので、精測定のみを行うときには合焦に要する時間を短縮することはできるが、周囲の環境などによってはコントラストの値が一定の値以上になるまでに時間を要するときには、その分合焦に要する時間が長くなる。 In the prior art, when the contrast value is a certain value or more, the coarse measurement is omitted and only the fine measurement is performed. Therefore, when only the fine measurement is performed, the time required for focusing can be shortened. Depending on the surrounding environment and the like, when it takes time for the contrast value to reach a certain value or more, the time required for focusing increases accordingly.
本発明は、前記従来の課題に鑑みて為されたもので、その目的は、合焦レンズを合焦点に確実に且つ迅速に位置決めすることができる測量機の自動焦点制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an automatic focus control device for a surveying instrument capable of reliably and quickly positioning a focusing lens at a focal point. is there.
前記目的を達成するために、請求項1に係る測量機の自動焦点制御装置においては、対物レンズと接眼レンズとの間に配置された焦点板と、前記焦点板上に結像する物体像の合焦状態を調整するための合焦レンズが光軸に沿って配列された視準光学系を有する望遠鏡を備えた測量機に搭載され、複数のパターンが等間隔で配列された標尺を視準対象として、前記標尺に対する焦点を自動で合わせる測量機の自動焦点制御装置において、前記合焦レンズを前記視準光学系の光軸方向に沿って移動させる駆動手段と、前記視準光学系における前記合焦レンズの位置を検出する位置検出手段と、前記焦点板上に結像する物体像を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力による電気信号から前記標尺のパターンのピッチを演算するピッチ演算手段と、前記ピッチ演算手段の演算結果を基に前記望遠鏡から前記標尺までの距離を演算する第1距離演算手段と、前記位置検出手段の検出による合焦レンズ位置を基に前記望遠鏡から前記標尺までの距離を演算する第2距離演算手段と、前記駆動手段の駆動を制御して前記合焦レンズをその移動可能範囲に亘って移動させる駆動制御手段と、前記光電変換手段の出力による電気信号から前記物体像のコントラスト値を演算するコントラスト値演算手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記合焦レンズを移動させている過程で、前記第1距離演算手段の演算結果と前記第2距離演算手段の演算結果が一致したことを条件に、前記位置検出手段の検出出力と前記コントラスト値演算手段の演算結果を互いに関連付けて監視し、この監視結果を基に前記駆動手段に対して、前記コントラスト値演算手段の演算値が最大値または極大値を示すときの合焦レンズ位置に前記合焦レンズを位置決めさせてなる構成とした。
In order to achieve the above object, in the automatic focusing control device for a surveying instrument according to
(作用)合焦レンズを視準光学系の光軸方向に沿って移動させる過程で、第1距離演算手段の演算結果と第2距離演算手段の演算結果が一致したことを条件に、合焦レンズが概略合焦点にあるとして、位置検出手段の検出出力とコントラスト値演算手段の演算結果を互いに関連付けて監視し、この監視結果を基に駆動手段に対して、コントラスト値演算手段の演算値が最大値または極大値を示すときの合焦レンズ位置に合焦レンズを位置決めさせるようにしたため、望遠鏡から標尺までの距離を基に合焦レンズを合焦点近傍まで移動させた後、コントラスト値が最大値または極大値を示す合焦レンズ位置に合焦レンズを位置決めさせることができ、合焦レンズを合焦点に確実に且つ迅速に位置決めすることが可能になる。 (Operation) In the process of moving the focusing lens along the optical axis direction of the collimating optical system, focusing is performed on the condition that the calculation result of the first distance calculation means matches the calculation result of the second distance calculation means. Assuming that the lens is substantially in focus, the detection output of the position detection means and the calculation result of the contrast value calculation means are monitored in association with each other, and the calculation value of the contrast value calculation means is determined for the drive means based on this monitoring result. Since the focus lens is positioned at the focus lens position when the maximum value or maximum value is shown, the contrast value is maximized after the focus lens is moved to the vicinity of the focus based on the distance from the telescope to the scale. The focusing lens can be positioned at the focusing lens position showing the value or the maximum value, and the focusing lens can be reliably and quickly positioned at the focusing point.
請求項2に係る測量機の自動焦点制御装置においては、対物レンズと接眼レンズとの間に配置された焦点板と、前記焦点板上に結像する物体像の合焦状態を調整するための合焦レンズが光軸に沿って配列された視準光学系を有する望遠鏡を備えた測量機に搭載され、複数のパターンが等間隔で配列された標尺を視準対象として、前記標尺に対する焦点を自動で合わせる測量機の自動焦点制御装置において、前記合焦レンズを前記視準光学系の光軸方向に沿って移動させる駆動手段と、前記視準光学系における前記合焦レンズの位置を検出する位置検出手段と、前記焦点板上に結像する物体像を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力による電気信号から前記標尺のパターンのピッチを演算するピッチ演算手段と、前記ピッチ演算手段の演算結果を基に前記望遠鏡から前記標尺までの距離を演算する第1距離演算手段と、前記位置検出手段の検出による合焦レンズ位置を基に前記望遠鏡から前記標尺までの距離を演算する第2距離演算手段と、前記駆動手段の駆動を制御して前記合焦レンズをその移動可能範囲に沿って移動させている過程で、前記第1距離演算手段の演算結果と前記第2距離演算手段の演算結果が一致したことを条件に、前記移動可能範囲より狭い合焦点検索範囲を設定し、当該合焦点検索範囲を前記合焦レンズの移動範囲として前記駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段と、前記合焦レンズが前記合焦点検索範囲内を移動している過程で、前記光電変換手段の出力による電気信号から前記物体像のコントラスト値を演算するコントラスト値演算手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記位置検出手段の検出出力と前記コントラスト値演算手段の演算結果を互いに関連付けて監視し、この監視結果を基に前記駆動手段に対して、前記コントラスト値演算手段の演算値が最大値または極大値を示すときの合焦レンズ位置に前記合焦レンズを位置決めさせてなる構成とした。 In the automatic focus control apparatus for a surveying instrument according to claim 2, a focusing screen disposed between the objective lens and the eyepiece lens, and an in-focus state of an object image formed on the focusing screen are adjusted. Mounted on a surveying instrument equipped with a telescope having a collimating optical system in which focusing lenses are arranged along the optical axis, and a focus with a plurality of patterns arranged at equal intervals is used as a collimation target. In an automatic focusing control device of a surveying instrument that automatically adjusts, driving means for moving the focusing lens along the optical axis direction of the collimating optical system, and detecting the position of the focusing lens in the collimating optical system Position detection means, photoelectric conversion means for converting an object image formed on the focusing screen into an electric signal, pitch calculation means for calculating the pitch of the scale pattern from an electric signal output from the photoelectric conversion means, The pin The distance from the telescope to the standard based on the position of the focusing lens detected by the position detection unit and the first distance calculation unit for calculating the distance from the telescope to the standard based on the calculation result of the calculation unit In the process of calculating the second distance calculating means for calculating, and driving the driving means to move the focusing lens along the movable range, the calculation result of the first distance calculating means and the second A focus search range narrower than the movable range is set on condition that the calculation results of the distance calculation means match, and the drive of the drive means is controlled using the focus search range as the movement range of the focusing lens. A contrast value for calculating a contrast value of the object image from an electric signal output from the photoelectric conversion means in a process in which the driving control means and the focusing lens are moving within the focus search range And the drive control means monitors the detection output of the position detection means and the calculation result of the contrast value calculation means in association with each other, and based on the monitoring result, the drive control means The focusing lens is positioned at the focusing lens position when the calculated value of the value calculating means shows the maximum value or the maximum value.
(作用)合焦レンズをその移動可能範囲に亘って移動させる過程で、第1距離演算手段の演算結果と第2距離演算手段の演算結果が一致したことを条件に、合焦レンズが概略合焦点にあるとして、移動可能範囲より狭い合焦点検索範囲を設定し、合焦レンズが合焦点検索範囲内を移動している過程で、位置検出手段の検出出力とコントラスト値演算手段の演算結果を互いに関連付けて監視し、この監視結果を基に駆動手段に対して、コントラスト値演算手段の演算値が最大値または極大値を示すときの合焦レンズ位置に前記合焦レンズを位置決めさせるようにしたため、望遠鏡から標尺までの距離を基に合焦レンズを合焦点近傍まで移動させた後、コントラスト値が最大値または極大値を示す合焦レンズ位置に合焦レンズを位置決めさせることができ、合焦レンズを合焦点に確実に且つ迅速に位置決めすることが可能になる。 (Operation) In the process of moving the focusing lens over the movable range, the focusing lens is roughly aligned on the condition that the calculation result of the first distance calculation means and the calculation result of the second distance calculation means match. The focus search range narrower than the movable range is set as being in focus, and the detection output of the position detection means and the calculation result of the contrast value calculation means are calculated while the focusing lens is moving within the focus search range. Monitoring is performed in association with each other, and the focusing lens is positioned at the focusing lens position when the calculated value of the contrast value calculating means indicates the maximum value or the maximum value with respect to the driving means based on the monitoring result. After moving the focusing lens to the vicinity of the focal point based on the distance from the telescope to the scale, the focusing lens can be positioned at the focusing lens position where the contrast value shows the maximum value or the maximum value. It can be, it is possible to reliably and quickly position the focusing lens to the focal point.
以上の説明から明らかなように、請求項1によれば、合焦レンズを合焦点に確実に且つ迅速に位置決めすることができる。 As apparent from the above description, according to the first aspect, the focusing lens can be reliably and quickly positioned at the focal point.
請求項2によれば、合焦レンズを合焦点に確実に且つ迅速に位置決めすることができる。 According to the second aspect, the focusing lens can be reliably and quickly positioned at the focusing point.
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明を適用した電子レベルと標尺との関係を説明するための斜視図、図2は、本発明の一実施例を示す測量機の自動焦点制御装置のブッロク構成図、図3は、望遠鏡が無限遠に合焦したときから合焦レンズが合焦点に位置決めされるまでの過程を説明するためのラインセンサの出力波形図、図4は、合焦レンズの位置を検出する位置検出手段の他の実施例を示す要部ブロック構成図、図5は、合焦レンズ位置とコントラスト値との関係を説明するための特性図、図6は、本発明に係る自動焦点制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view for explaining the relationship between an electronic level and a scale to which the present invention is applied, FIG. 2 is a block diagram of an automatic focus control device of a surveying instrument showing an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is an output waveform diagram of the line sensor for explaining the process from when the telescope is focused to infinity until the focusing lens is positioned at the focal point. FIG. 4 is a position detection for detecting the position of the focusing lens. FIG. 5 is a characteristic diagram for explaining the relationship between the focusing lens position and the contrast value, and FIG. 6 is an operation of the automatic focus control apparatus according to the present invention. It is a flowchart for demonstrating.
図1において、電子レベル2は、望遠鏡20で標尺1を視準して、視準位置の高さhを測定する測量機として構成されている。標尺1には、白地の表面に黒色のマーク11が複数個標尺1の上下方向(軸方向)に沿って、その中心位置間隔が等ピッチで表示されている。各マーク11の上下方向の幅寸法は、全て同じ寸法ではなく、複数種類の寸法のマーク11が所定の順序で標尺1上に配置されている。
In FIG. 1, the electronic level 2 is configured as a surveying instrument that collimates the
すなわち、標尺1上には、各マーク11による複数のパターンがバーコードパターンとして、等間隔で形成されている。標尺1は、通常、正立状態でセットされるが、天井面Cを基準にして、標尺1を上下方向に反転させた倒立状態でセットされる場合もある。この場合、天井面Cから視準位置までの距離h(以下、正立状態の場合と同様に視準位置の高さhという。)を電子レベル2で測定することになる。
In other words, a plurality of patterns with the
なお、電子レベル2の測定結果は、図2の表示部32の画面上に表示されるようになっている。
The measurement result of the electronic level 2 is displayed on the screen of the
また、望遠鏡20は、図2に示すように、視準光学系として、対物レンズ21a、合焦レンズ21b、自動補償機構(コンペンセータ)22、ビームスプリッタ23、焦点板20a、接眼レンズ20bを備えており、合焦レンズ21b、自動補償機構22、ビームスプリッタ23および焦点板20aは、対物レンズ21aと接眼レンズ20bとを結ぶ光軸上に配列されている。自動補償機構22は電子レベルの視準軸が傾いても自動的に水平方向(視準面)を補正している機構を備えている。
As shown in FIG. 2, the
視準光学系を有する望遠鏡20で標尺1などの視準対象を視準すると、この視準によって受光された光信号は、対物レンズ21a、合焦レンズ21b、傾斜自動補償機構22、ビームスプリッタ23を介して焦点板20a上に物体像として結像する。
When the collimation target such as the
焦点板20a上に結像する物体像の合焦状態、例えば、合焦・非合焦を標尺1との距離に応じて調整するために、合焦レンズ21bが設けられており、この合焦レンズ21bは視準光学系の光軸に沿って所定の範囲に亘って移動できるように、視準光学系の光軸に沿って往復動自在に配置されている。この合焦レンズ21bを視準光学系の光軸に沿って移動させるために、合焦レンズ21bには、ラックアンドピニオンなどの機構(図示せず)を介してステッピングモータ41が接続されている。
In order to adjust the in-focus state of the object image formed on the focusing
このステッピングモータ41は、合焦レンズ21bを駆動する駆動手段として、合焦レンズ21bに機械的に接続され、駆動回路4からのパルス信号に応答して合焦レンズ21bを視準光学系の光軸に沿って往復移動させるようになっている。駆動回路4は、マイコン3の生成によるパルス信号を増幅してステッピングモータ41に出力するようになっている。
This stepping
この際、マイコン3は、ステッピングモータ41を正逆回転させるためのパルス信号を生成し、生成したパルス信号を基にステッピングモータ41のステップ数を計数し、この計数値から合焦レンズ21bの視準光学系における位置を検出する位置検出手段として構成されている。
At this time, the
具体的には、マイコン3は、ステッピングモータ41の駆動により、合焦レンズ21bを、その移動可能範囲のうち接眼レンズ20b側の端まで一旦移動させ、その位置で望遠鏡20が無限遠の位置に合焦したときに、そのときのステッピングモータ41のステップ数を0点として記憶し、その後、合焦レンズ21bを接眼レンズ20bから離れる正方向に移動させるためのパルス信号を生成する毎に、ステップ数を増加させ、合焦レンズ21bを逆方向に移動させるためのパルス信号する毎に、ステップ数を減少させ、ステップ数の計数値(0点を基準としたステップ数の合計)から合焦レンズ21bの視準光学系における位置を検出するようになっている。
Specifically, the
また、望遠鏡20の近傍には、焦点板20aと共役の位置にラインセンサ24が配置されている。ラインセンサ24は、対物レンズ21a、合焦レンズ21b、自動補償機構22、ビームスプリッタ23とともに映像光学系を構成し、ビームスプッリタ23で分岐された光信号をその受光面で受光し、受光面上に形成された物体像(焦点板20a上に結像する物体像に相当する物体像)を、その明暗に応じて電気信号に変換する光電変換手段として構成されている。
A
ラインセンサ24は、例えば、CCD(charge coupled device)を用いて構成されており、ラインセンサ24の出力による電気信号はアンプ25で増幅されたあと、A/D(アナログ・デジタル)変換器27に入力されるようになっている。
The
A/D変換器27は、クッロクドライバ26のクッロク信号に同期して入力信号をサンプルホールドするとともに、ホールドされたアナログ信号をデジタル信号に変換してRAM28に出力するようになっている。A/D変換器27の変換動作により得られたデジタル信号はデジタルのデータとして、RAM28の指定のエリアに順次記録され、記録されたデータはマイコン3に転送されるようになっている。
The A /
マイコン(CPU)3は、ラインセンサ24の出力による電気信号から標尺1上のマーク11のピッチを算出し、算出したピッチを基に望遠鏡20から標尺1までの距離を算出する第1距離算出手段としての機能を備えているとともに、ステッピングモータ41のステップ数から得られた、合焦レンズ21bの視準光学系における位置(合焦レンズ位置)と、望遠鏡20から標尺1までの距離と合焦レンズ位置との関係について予め設定された二次関数の参照値(ROM31に格納されたデータ)を基に望遠鏡20から標尺1までの距離を算出する第2距離算出手段としての機能を備えている。
The microcomputer (CPU) 3 calculates the pitch of the
マイコン3を用いて、標尺1上のマーク11のピッチを基に望遠鏡20から標尺1までの距離を求めるに際しては、まず、合焦レンズ21bの移動可能範囲のうち接眼レンズ20b側の端まで合焦レンズ21bを移動させ、望遠鏡20が無限遠の位置に合焦する状態にする。このとき、ラインセンサ24に投影される画像は標尺1を特定できるほど鮮明ではなく、全体に混ぜんとしており、ラインセンサ24の出力信号は、図3(a)に示すように、平坦な波形となっている。
When calculating the distance from the
望遠鏡20が無限遠の位置に合焦している状態から合焦レンズ21bを対物レンズ21a側に移動させるに先立って、マイコン3は、ラインセンサ24の出力信号のピークから、そのピークに対応したレベルの範囲αを閾値として設定し、ラインセンサ24の出力信号(レベル)がα以上になるまで合焦レンズ21bを対物レンズ21a側に移動させる。
Prior to moving the focusing
この過程で、図3(b)に示すように、ラインセンサ24の出力信号(ピーク・ツウ・ピークのレベル)がα以上になったときには、α内にある信号成分のうちある部分の長さβを求めるとともに、βの中心位置であるセンターラインCLを求める。α内の信号成分が複数箇所あるときには、各個所毎にセンターラインCLの位置を求め、各センターラインCLの間隔を平均して、その平均値を求める。
In this process, as shown in FIG. 3B, when the output signal (peak-to-peak level) of the
この平均値は、ラインセンサ24上の画像における標尺1上のマーク11の等間隔ピッチに相当する。マーク11の等間隔ピッチに相当する平均値は、望遠鏡20から標尺1までの距離が長いときには小さい値を示し、逆に望遠鏡20から標尺1までの距離が短いときには大きい値を示す。このため、標尺1上のマーク11の等間隔ピッチに相当する、各センターラインCLの間隔の平均値を基に望遠鏡20から標尺1までの距離を求めることができる。
This average value corresponds to an equal interval pitch of the
なお、標尺1に対して望遠鏡20の焦点が自動的に合うと、ラインセンサ24の出力信号は、図3(c)に示すような波形になる。
When the
また、マイコン3を用いて、視準光学系における合焦レンズ21bの位置を検出するに際しては、図4に示すように、合焦レンズ21bの上部に発光ダイオード50を配置するとともに、発光ダイオード50に相対向させて、合焦レンズ21bの移動可能範囲に沿ってラインセンサ51を配置し、ラインセンサ51の出力をアンプ内蔵のA/D変換器52を介してマイコン3に入力し、マイコン3において、発光ダイオード50からの光を受光したラインセンサ51の位置を検出することで、視準光学系における合焦レンズ21bの位置を検出することができる。ラインセンサ51としては、ラインセンサ24と同一の機能を有するものを用いることができる。
Further, when the
この合焦レンズ21bの位置検出手段を用いた場合、前記したステッピングモータ41のステップ数を計数することによる位置検出で行った0点の記憶とそのための動作が不要となる。
When the position detecting means of the focusing
さらに、マイコン3は、望遠鏡20が無限遠の位置に合焦している状態から合焦レンズ21bを対物レンズ21a側に移動させる過程で、第1距離算出手段の算出による距離と第2距離算出手段の算出による距離が一致したことを条件に、合焦レンズ21bが概略合焦点にあるとして、ステッピングモータ41の駆動を一旦停止させるとともに、合焦レンズ21bの移動範囲としての合焦点検索範囲を設定し、ステッピングモータ41の駆動を一旦停止させた後、再度ステッピングモータ41を駆動して、合焦レンズ21bを合焦点検索範囲に亘って移動させる駆動制御手段としての機能を備えているとともに、この間、ラインセンサ24の出力による電気信号から物体像のコントラスト値を順次演算し、各演算値からそのピーク(最大値)を検出するコントラスト値演算手段としての機能を備えて構成されている。
Further, the
また、マイコン3は、合焦レンズ21bを合焦点検索範囲に亘って移動させているときには、位置検出手段の検出出力(合焦レンズ位置)とコントラスト値演算手段の演算結果を監視し、コントラスト値のピークが検出されたときには、コントラスト値のピークが検出されたときの合焦レンズ位置を記憶し、コントラスト値のピークが検出されたときの合焦レンズ位置に合焦レンズ21bを位置決めする駆動制御手段としての機構を備えて構成されている。
Further, when the
マイコン3を用いて、ラインセンサ24の出力信号から物体像のコントラスト値を演算するに際しては、図5に示すように、マイコン3は、合焦レンズ21bが合焦点検索範囲内を移動するときに、ラインセンサ24の出力信号を順次サンプリングして微分し、各微分値をコントラスト値C1、C2、C3、C4、C5、C6、……として、合焦レンズ位置L1、L2、L3、L4、L5、L6、……に対応づけて記憶する。この際、ラインセンサ24の出力信号は、明暗が変化する交流信号であるので、ラインセンサ24の出力信号の微分値が大きい程、コントラスト値は大きな値を示す。
When the
コントラスト値C1、C2、C3、C4、C5、C6、……と合焦レンズ位置L1、L2、L3、L4、L5、L6、……とを対応づけて記憶した後、マイコン3は、コントラスト値C1、C2、C3、C4、C5、C6、……と合焦レンズ位置L1、L2、L3、L4、L5、L6、……との関係を多項式、例えば、二次関数による合焦点判定近似曲線f(x)に変換し、この合焦点判定近似曲線f(x)を基にコントラスト値の最大値あるいは極大値をコントラスト値のピークCPとして演算し、コントラスト値のピークCPに対応した合焦レンズ位置LPを合焦点の合焦レンズ位置LPとして演算する。
The
次に、本実施例の具体的な動作を図6のフローチャートに基づいて説明する。まず、自動焦点ボタン33が操作されると、マイコン3は自動焦点処理を開始し、この処理に伴う指令が駆動回路4に与えられ、駆動回路4からステッピングモータ41に順次パルス信号が出力される。このパルス信号に応答してステッピングモータ41が回転すると、合焦レンズ21bは、合焦レンズ21bの移動可能範囲のうち接眼レンズ20b側の端まで一旦移動して停止する(S1)。このとき、望遠鏡20は、無限遠の位置に合焦した状態になり、マイコン3は、ステッピングモータ41のステップ数を0点として記憶する。なお、図4に示す合焦レンズ位置検出手段を用いれば、S1の処理を省略できる。また、次のS2の処理において、必ずしも∞→近に向けて合焦レンズ21bを移動させる必要はない。合焦レンズ位置に応じ移動方向を決定すれば良い。
Next, the specific operation of the present embodiment will be described based on the flowchart of FIG. First, when the autofocus button 33 is operated, the
次に、マイコン3は、駆動回路4を駆動させて、合焦レンズ21bを所定の速度で対物レンズ21a側に順次移動させる(S2)。このとき、マイコン3は、駆動回路4から出力されるパルス信号を計数し、この計数値からステッピングモータ41のステップ数を監視するとともに、ラインセンサ24の出力信号のピークから、そのピークに対応したレベルの範囲αを閾値として設定し、ラインセンサ24の出力信号(レベル)がα以上になるまで合焦レンズ21bを対物レンズ21a側に移動させる。
Next, the
この過程で、マイコン3は、ラインセンサ24の出力信号(ピーク・ツウ・ピークのレベル)がα以上になったときに、α内にある信号成分の平均値を基に標尺1上のマーク11の等間隔ピッチを演算し、この演算値を基に望遠鏡20から標尺1までの距離(ピッチ演算距離)を求める(S3)。さらに、マイコン3は、ステッピングモータ41のステップ数から合焦レンズ21bの合焦レンズ位置を演算し、この演算値を基に望遠鏡20から標尺1までの距離を求める(S4)。
In this process, when the output signal (peak-to-peak level) of the
次に、マイコン3は、標尺1上のマーク11の等間隔ピッチから得られた距離(ピッチ演算距離)と合焦レンズ21bの合焦レンズ位置から得られた距離が一致するか否かを判定し(S5)、両者の距離が一致しないときには、ステップS3の処理に戻って、ステップS3〜S5の処理を繰り返し、両者の距離が一致したときには、合焦レンズ21bが概略合焦位置にあるとして、合焦レンズ21bの移動を一旦停止させる(S6)。
Next, the
すなわち、光学系の固体差に起因して距離演算に誤差が生じたり、温度変化に伴って合焦レンズ位置に関する演算に誤差が生じたりするのを考慮すると、標尺1上のマーク11の等間隔ピッチから得られた距離(ピッチ演算距離)と合焦レンズ21bの合焦レンズ位置から得られた距離が一致しただけでは、合焦レンズ21bが合焦位置にあるとは限らない。
That is, considering that errors in the distance calculation due to individual differences in the optical system or errors in the calculation related to the focusing lens position due to temperature change are taken into account, the equal intervals of the
そこで、マイコン3は、合焦レンズ21bを正確な合焦点に位置決めするために、標尺1上のマーク11の等間隔ピッチから得られた距離(ピッチ演算距離)と合焦レンズ21bの合焦レンズ位置から得られた距離が一致したことを条件に、合焦点を検索するための合焦レンズ21bの移動範囲として、合焦点検索範囲を設定し(S7)、設定した合焦点検索範囲の一方の端へ合焦レンズ21bを移動させ(S8)、一方の端から他方の端に向けて合焦レンズ21bを移動させて、合焦点を検索するためのサーチを開始する(S9)。
Therefore, in order to position the focusing
次に、マイコン3は、サーチの開始とともに、コントラストデータを取得するために、ラインセンサ24の出力信号を順次サンプリングして微分し、各微分値をコントラスト値C1、C2、C3、C4、C5、C6、……として、合焦レンズ位置L1、L2、L3、L4、L5、L6、……に対応づけて記憶し(S10)、記憶したコントラスト値C1、C2、C3、C4、C5、C6、……と合焦レンズ位置L1、L2、L3、L4、L5、L6、……との関係を合焦点判定近似曲線f(x)に変換し、この合焦点判定近似曲線f(x)を基にコントラスト値の最大値あるいは極大値を演算する過程で、コントラスト値の最大値あるいは極大値が演算によって得られたか否か、すなわち、コントラストピークが検出されたか否かを判定する(S11)。
Next, the
このとき、マイコン3は、コントラスト値の最大値あるいは極大値が演算によって得られないときには、コントラスト値の最大値あるいは極大値が演算によって得られるまで演算を繰り返し、コントラスト値の最大値あるいは極大値が演算によって得られたときには、この演算値をコントラスト値のピークCPとし、コントラスト値のピークCPに対応した合焦レンズ位置LPを合焦点の合焦レンズ位置LPとして、合焦レンズ21bを合焦レンズ位置LPまで移動させて、合焦レンズ21bを合焦点の合焦レンズ位置LPに位置決めし(S12)、このルーチンでの処理を終了する。
At this time, if the maximum value or the maximum value of the contrast value cannot be obtained by the calculation, the
本実施例によれば、合焦レンズ21bを視準光学系の光軸に沿って移動させながら、望遠鏡20の視準に伴う物体像をラインセンサ24で電気信号に変換してマイコン3に入力したときに、マイコン3は、信号を処理して、標尺1上のマーク11の等間隔ピッチを基に望遠鏡20から標尺1までの距離を求め、合焦レンズ21bの合焦レンズ位置を基に望遠鏡20から標尺1までの距離を求め、両者の距離が一致したとき、合焦レンズ21bが概略合焦点(合焦点近傍)にあるとして、合焦レンズ21bの移動を一旦停止させて、合焦点検索範囲を設定し、合焦レンズ21bを合焦点検索範囲内を移動させる過程で、ラインセンサ24の出力信号を順次微分してコントラスト値を合焦レンズ位置に対応づけて求め、求めたコントラスト値と合焦レンズ位置との関係を合焦点判定近似曲線f(x)に変換し、この合焦点判定近似曲線f(x)を基にコントラスト値のピークを求め、ピークに対応した合焦レンズ位置を合焦点として、合焦レンズ21bを位置決めするようにしたため、光学系の固体差に起因して距離演算に誤差が生じたり、周囲温度の変化や光学系の固体差に伴って距離演算に誤差が生じても、合焦レンズ21bを合焦点に確実に且つ迅速に位置決めすることができる。
なお、マイコン3を用いて、望遠鏡20から標尺1までの距離を求めるに際して、ラインセンサ24の出力による電気信号は、標尺1上のパターンの明暗に応じた交流信号(輝度に応じた交流信号)として出力されるとともに、合焦レンズ21bの位置に応じて周波数が変化する交流信号として出力されるので、この交流信号の周波数を解析することで、望遠鏡20から標尺1までの距離を求めることもできる。
According to this embodiment, while moving the focusing
When the
また、マイコン3を駆動制御手段として用いるに際しては、望遠鏡20が無限遠の位置に合焦している状態から合焦レンズ21bを対物レンズ21a側に移動させる過程で、第1距離算出手段の算出による距離と第2距離算出手段の算出による距離の差が許容範囲内にあることを条件に、合焦レンズ21bが概略合焦点にあるとして、ステッピングモータ41の駆動を一旦停止させるとともに、合焦レンズ21bの移動範囲としての合焦点検索範囲を設定し、ステッピングモータ41の駆動を一旦停止させた後、再度ステッピングモータ41を駆動して、合焦レンズ21bを合焦点検索範囲に亘って移動させるように構成することもできる。
When the
1 標尺
2 電子レベル
3 マイコン
4 駆動回路
20 望遠鏡
20a 焦点板
20b 接眼レンズ
21a 対物レンズ
21b 合焦レンズ
22 自動補償機構
23 ビームスプリッタ
24 ラインセンサ
41 ステッピングモータ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記合焦レンズを前記視準光学系の光軸方向に沿って移動させる駆動手段と、前記視準光学系における前記合焦レンズの位置を検出する位置検出手段と、前記焦点板上に結像する物体像を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力による電気信号から前記標尺のパターンのピッチを演算するピッチ演算手段と、前記ピッチ演算手段の演算結果を基に前記望遠鏡から前記標尺までの距離を演算する第1距離演算手段と、前記位置検出手段の検出による合焦レンズ位置を基に前記望遠鏡から前記標尺までの距離を演算する第2距離演算手段と、前記駆動手段の駆動を制御して前記合焦レンズをその移動可能範囲に亘って移動させる駆動制御手段と、前記光電変換手段の出力による電気信号から前記物体像のコントラスト値を演算するコントラスト値演算手段とを備え、
前記駆動制御手段は、前記合焦レンズを移動させている過程で、前記第1距離演算手段の演算結果と前記第2距離演算手段の演算結果が一致したことを条件に、前記位置検出手段の検出出力と前記コントラスト値演算手段の演算結果を互いに関連付けて監視し、この監視結果を基に前記駆動手段に対して、前記コントラスト値演算手段の演算値が最大値または極大値を示すときの合焦レンズ位置に前記合焦レンズを位置決めさせてなる測量機の自動焦点制御装置。 Collimating optics in which a focusing plate arranged between an objective lens and an eyepiece lens and a focusing lens for adjusting a focusing state of an object image formed on the focusing plate are arranged along an optical axis In an automatic focus control device of a surveying instrument that is mounted on a surveying instrument equipped with a telescope having a system and automatically focuses a focus on the measuring scale with a measuring scale in which a plurality of patterns are arranged at equal intervals as a collimation target,
Driving means for moving the focusing lens along the optical axis direction of the collimating optical system, position detecting means for detecting the position of the focusing lens in the collimating optical system, and imaging on the focusing screen Photoelectric conversion means for converting an object image to be converted into an electric signal, pitch calculation means for calculating the pitch of the scale pattern from the electric signal output from the photoelectric conversion means, and the telescope based on the calculation result of the pitch calculation means A first distance calculating means for calculating a distance from the standard to the staff, a second distance calculating means for calculating a distance from the telescope to the standard based on a focus lens position detected by the position detecting means, and the drive Drive control means for controlling the drive of the means to move the focusing lens over the movable range, and the contrast value of the object image is calculated from an electrical signal output from the photoelectric conversion means. A contrast value calculating means for,
The drive control means is configured so that, in the process of moving the focusing lens, the calculation result of the first distance calculation means and the calculation result of the second distance calculation means coincide with each other. The detection output and the calculation result of the contrast value calculation means are monitored in association with each other, and based on this monitoring result, the result when the calculation value of the contrast value calculation means shows the maximum value or the maximum value for the drive means. An automatic focus control device for a surveying instrument in which the focusing lens is positioned at a focusing lens position.
前記合焦レンズを前記視準光学系の光軸方向に沿って移動させる駆動手段と、前記視準光学系における前記合焦レンズの位置を検出する位置検出手段と、前記焦点板上に結像する物体像を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力による電気信号から前記標尺のパターンのピッチを演算するピッチ演算手段と、前記ピッチ演算手段の演算結果を基に前記望遠鏡から前記標尺までの距離を演算する第1距離演算手段と、前記位置検出手段の検出による合焦レンズ位置を基に前記望遠鏡から前記標尺までの距離を演算する第2距離演算手段と、前記駆動手段の駆動を制御して前記合焦レンズをその移動可能範囲に沿って移動させている過程で、前記第1距離演算手段の演算結果と前記第2距離演算手段の演算結果が一致したことを条件に、前記移動可能範囲より狭い合焦点検索範囲を設定し、当該合焦点検索範囲を前記合焦レンズの移動範囲として前記駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段と、前記合焦レンズが前記合焦点検索範囲内を移動している過程で、前記光電変換手段の出力による電気信号から前記物体像のコントラスト値を演算するコントラスト値演算手段とを備え、
前記駆動制御手段は、前記位置検出手段の検出出力と前記コントラスト値演算手段の演算結果を互いに関連付けて監視し、この監視結果を基に前記駆動手段に対して、前記コントラスト値演算手段の演算値が最大値または極大値を示すときの合焦レンズ位置に前記合焦レンズを位置決めさせてなる測量機の自動焦点制御装置。 Collimating optics in which a focusing plate arranged between an objective lens and an eyepiece lens and a focusing lens for adjusting a focusing state of an object image formed on the focusing plate are arranged along an optical axis In an automatic focus control device of a surveying instrument that is mounted on a surveying instrument equipped with a telescope having a system and automatically focuses a focus on the measuring scale with a measuring scale in which a plurality of patterns are arranged at equal intervals as a collimation target,
Driving means for moving the focusing lens along the optical axis direction of the collimating optical system, position detecting means for detecting the position of the focusing lens in the collimating optical system, and imaging on the focusing screen Photoelectric conversion means for converting an object image to be converted into an electric signal, pitch calculation means for calculating the pitch of the scale pattern from the electric signal output from the photoelectric conversion means, and the telescope based on the calculation result of the pitch calculation means A first distance calculating means for calculating a distance from the standard to the staff, a second distance calculating means for calculating a distance from the telescope to the standard based on a focus lens position detected by the position detecting means, and the drive In the process of controlling the driving of the means and moving the focusing lens along the movable range, the calculation result of the first distance calculation means and the calculation result of the second distance calculation means match. A focusing control range that is narrower than the movable range, and a driving control unit that controls the driving of the driving unit using the focusing range as the moving range of the focusing lens, and the focusing lens includes: Contrast value calculation means for calculating the contrast value of the object image from the electrical signal output from the photoelectric conversion means in the process of moving within the in-focus search range,
The drive control unit monitors the detection output of the position detection unit and the calculation result of the contrast value calculation unit in association with each other, and based on this monitoring result, the calculation value of the contrast value calculation unit for the drive unit An automatic focus control device for a surveying instrument in which the focusing lens is positioned at the focusing lens position when the maximum value or the maximum value.
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