JP5541799B2 - Autofocus surveying instrument - Google Patents
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Description
本発明は、オートフォーカス式測量機に関し、さらに詳細には、温度変化による視準望遠鏡の膨張収縮にかかわらず、合焦レンズを迅速で正確に合焦位置に位置させることができるオートフォーカス式電子レベル(電子式水準儀)に関する。 The present invention relates to an autofocus surveying instrument, and more specifically, an autofocus electronic that can quickly and accurately position a focusing lens at a focusing position regardless of expansion and contraction of a collimating telescope due to a temperature change. The level (electronic level).
図3に示したように、電子レベル2とは、目盛としてバーコード11が付された標尺1を用いて、このバーコード11を読んで高さhを測定するものである。近年、オートフォーカス式電子レベルも出現している。オートフォーカス式電子レベルとしては、後記特許文献1又は2に開示されたようなものが知られている。オートフォーカス式電子レベルの一例として、図1に後記特許文献2に開示されたもののブロック図を示す。
As shown in FIG. 3, the electronic level 2 is for measuring the height h by reading the
この電子レベルは、視準望遠鏡20と電子装置部10とからなる。視準望遠鏡20は、対物レンズ21aと、合焦レンズ21bと、自動水平補正機構22と、ビームスプリッタ23と、焦点板20aと、接眼レンズ20bとを備える。
This electronic level includes the collimating telescope 20 and the
電子装置部10は、合焦レンズ21bの位置を検出する位置センサ(CCDラインセンサ)5と、ビームスプリッタ23で分けられた光を受光するCCDラインセンサ24と、CCDラインセンサ24の出力を増幅する増幅器25と、増幅器25の出力をA/D変換するA/D変換器27と、A/D変換器27の出力を記憶するRAM28と、CCDラインセンサ24を駆動するCCD駆動回路29と、A/D変換器27とRAM28と駆動回路29へクロック信号を送るクロックドライバ26と、合焦レンズ21bを移動させるステッピングモータ41と、ステッピングモータ41を駆動するモータ駆動回路4と、モータ駆動回路4及びCCD駆動回路29を制御するマイコン3と、マイコン3に接続されたROM31、表示部32、オートフォーカス(自動焦点)ボタン33とを備える。
The
オートフォーカスは、次のように行われる。まず、合焦レンズ21bを最も接眼レンズ20bよりに位置させ、合焦レンズ21bが無限遠に合焦した状態にする。これでは標尺1にピントが合わず、CCDラインセンサ24の出力は、図4の(a)に示したように標尺1のバーコード11に対応する波形を見出せない。ここで、マイコン3で、特定周波数成分を抽出するバンドパス処理を行うと、図4の(b)に示したような波形が得られる。さらに、マイコン3は、CCDラインセンサ24からの出力に対して、標尺が無限遠にあるとしてバーコード11のピッチにより定まる特定周波数でバンドパスフィルタ処理を行う。すると、図4の(c)に示したような波形の信号が得られるが、この信号の最大値Mがしきい値Lを越えないため、合焦レンズ21bが合焦位置になく、標尺1が見つからなかったと判断する。
Autofocus is performed as follows. First, the focusing
そこで、マイコン3からの指示で合焦レンズ21bを対物レンズ21a側へ移動させていくとともに、合焦レンズ21bの位置に応じてバンドパスフィルタ処理を行う周波数を変化させていくと、図5の(a)に示したような波形の信号S1、S2、S3が得られる。さらに、合焦レンズ21bが合焦位置にあると仮定したときに予測される標尺1までの距離とバーコード11のピッチにより定まる特定周波数でバンドパスフィルタ処理を行うと、図5の(b)に示したように、バーコード11に対応する波形を有する信号S11、S31が得られる。
Accordingly, when the focusing
さらに、標尺1の長さに相当するエリアAに関する平均を取りながら、エリアAを移動させていく移動平均処理を施すと、図5の(c)に示したような山S12、S32が得られる。ここで、山S12の最大値M1がしきい値Lを越えており、山S32の最大値M3がしきい値Lを越えていないので、標尺1が見つかったとして、図5の(d)に示すように最大値M1を中心としたエリアAを標尺エリアと決定する。
Furthermore, when a moving average process is performed in which the area A is moved while taking an average for the area A corresponding to the length of the
そして、図5の(e)に示したように、標尺エリアA内で信号S11の周期Tを求めて、この周期Tがバーコード11のピッチに対応するとして、スタジア測量によって標尺1までの距離を算出する。標尺1までの距離が求まれば、合焦レンズ21bの正確な合焦位置と、位置センサ5で検出した合焦レンズ21bの位置とが一致するように合焦レンズ21bを移動させる。こうして、合焦レンズ21bを正確な合焦位置に位置させると、視準望遠鏡20は標尺1に完全にピントが合って、CCDラインセンサ24からの出力から、標尺1に付されたバーコード11を確実に読むことができる。
Then, as shown in FIG. 5 (e), the period T of the signal S11 is obtained in the standard area A, and this period T corresponds to the pitch of the
前記特許文献2に開示された電子レベルにおいては、視準望遠鏡20が標尺1に合焦した(ピントが合った)ときの標尺1までの距離と位置センサ(CCDラインセンサ)5で検出した合焦レンズ21bの合焦位置との間には一定の関係がある。例えば、標尺1までの距離と位置センサ5で検出した合焦レンズ21bの合焦位置(CCDラインセンサの一端からのピクセル数で示してある)との間には図6に示したような関係があったとする。
In the electronic level disclosed in Patent Document 2, the distance to the
ただし、視準望遠鏡20が気温によって膨張収縮するので、気温が常温の場合と常温から変化した場合では、標尺1までの距離が同じであっても、合焦レンズ21bの合焦位置は異なる。
However, since the collimating telescope 20 expands and contracts depending on the temperature, the focusing position of the focusing
オートフォーカス式測量機では、一般に標尺1までの距離と常温での位置センサ5で検出した合焦レンズ21bの合焦位置との間の関係式を記憶しているので、気温が常温から変化した場合には、記憶している関係式を用いると合焦レンズ21bを正確に合焦位置に位置させることができないという問題があった。
In an autofocus type surveying instrument, since the relational expression between the distance to the
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、視準望遠鏡が気温によって膨張収縮しても温度センサでの補正をせずに合焦レンズを短時間で正確に合焦位置に位置させることができるオートフォーカス式測量機を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and even if the collimating telescope expands and contracts due to the air temperature, the focusing lens can be accurately positioned in a short time without correction by the temperature sensor. It is an object of the present invention to provide an autofocus type surveying instrument that can perform the above-mentioned.
合焦レンズと、前記合焦レンズの位置を検出する位置センサと、前記合焦レンズを初期位置から移動させながら測定物を見つける測定物検出手段と、前記測定物までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたオートフォーカス式測量機において、前記測定物検出手段で測定物を見つけた後に前記合焦レンズを予め設定された微動範囲内で微動させ、該微動範囲における前記位置センサの出力のコントラストを検出し、最大コントラストとなったときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、2回目以降の測定で、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれに初回の測定により求めた前記合焦位置補正量を加算することを特徴とする。
A focusing lens, a position sensor for detecting the position of the focusing lens, a measuring object detecting means for finding a measuring object while moving the focusing lens from an initial position, and a distance calculation for calculating a distance to the measuring object An autofocus surveying instrument comprising : means for finely moving the focusing lens within a preset fine movement range after finding the measurement object by the measurement object detection means, and outputting the position sensor in the fine movement range A true focus position detecting means for determining the position of the focus lens when the maximum contrast is reached and determining the true focus position, and a focus lens calculated from the distance calculated by the distance calculation means A focus position correction amount calculating means for calculating a focus position correction amount from a difference between the in-focus position and the true focus position, and in the second and subsequent measurements, the initial position and the end of the fine movement range When the points are determined, the in-focus position correction amount obtained by the first measurement is added to each point.
また、請求項2に係る発明では、合焦レンズと、前記合焦レンズの位置を検出する位置センサと、前記合焦レンズを初期位置から移動させながら標尺を見つける測定物検出手段と、前記標尺までの距離を算出する距離算出手段とを備えたオートフォーカス式レベルにおいて、前記測定物検出手段で標尺を見つけた後に前記合焦レンズを予め設定された微動範囲内で微動させ、該微動範囲における前記位置センサの出力のコントラストを検出し、最大コントラストとなったときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、2回目以降の測定で、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれに初回の測定により求めた前記合焦位置補正量を加算することを特徴とする。 In the invention according to claim 2, the focusing lens, a position sensor for detecting the position of the focusing lens, a measuring object detecting means for finding a measuring scale while moving the focusing lens from an initial position, and the measuring scale In an autofocus type level provided with a distance calculation means for calculating a distance to the object , the focus detection lens is finely moved within a fine movement range set in advance after the measuring object is detected by the measurement object detection means . From the distance calculated by the distance calculation means, the true focus position detection means for detecting the contrast of the output of the position sensor and determining the position of the focus lens when the maximum contrast is reached as the true focus position ; Focus position correction amount calculation means for calculating a focus position correction amount from the difference between the calculated focus position of the focus lens and the true focus position is provided, and the initial position is measured in the second and subsequent measurements. When the end point of the position and the fine movement range is determined, the in-focus position correction amount obtained by the first measurement is added to each.
請求項1に係る発明によれば、合焦レンズを初期位置から移動させながら測定物を見つける測定物検出手段と、前記測定物までの距離を算出する距離算出手段とを備えたオートフォーカス式測量機において、前記測定物を見つけた後に前記合焦レンズを設定された微動範囲内で微動させながら前記合焦レンズの真の合焦位置を見つける真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれ前記合焦位置補正量を加算するから、連続ポイントに対しては、初回測定時に合焦位置補正量が分からなくても、毎回の測定時に合焦位置補正量を加算することによって、測定値が周囲の温度変化に依存しないようにでき、視準望遠鏡が温度によって膨張収縮しても合焦レンズを短時間で正確に合焦位置に位置させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the autofocus type surveying instrument is provided with the measuring object detecting means for finding the measuring object while moving the focusing lens from the initial position, and the distance calculating means for calculating the distance to the measuring object. A true in-focus position detecting means for finding a true in-focus position of the in-focus lens while finely moving the in-focus lens within a set fine movement range after finding the measurement object, and the distance calculating means A focus position correction amount calculating means for calculating a focus position correction amount from a difference between the focus position of the focus lens calculated from the distance calculated in
請求項2に係る発明も、合焦レンズを初期位置から移動させながら標尺を見つける測定物検出手段と、前記標尺までの距離を算出する距離算出手段とを備えたオートフォーカス式レベルにおいて、前記標尺を見つけた後に前記合焦レンズを設定された微動範囲内で微動させながら前記合焦レンズの真の合焦位置を見つける真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれ前記合焦位置補正量を加算するから、請求項1に係る発明と同じ効果を奏する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an autofocus type leveling device comprising: a measuring object detecting unit that finds a standard while moving the focusing lens from an initial position; and a distance calculating unit that calculates a distance to the standard. Calculated from the distance calculated by the true focus position detection means for finding the true focus position of the focus lens while finely moving the focus lens within a set fine movement range after finding the A focus position correction amount calculating means for calculating a focus position correction amount from a difference between the focus position of the focused lens and the true focus position, and determining the initial position and the end point of the fine movement range. Since the in-focus position correction amount is added to each, the same effect as in the first aspect of the invention can be obtained.
まず、本発明の原理について説明する。オートフォーカス式測量機において、例えば、図6に示したように、視準望遠鏡を常温で30m先の測定物に合焦させたとき、位置センサであるCCDラインセンサで測定した合焦レンズの位置が1000番目の画素(ピクセル)であったとする。また、気温が常温から変化したとき、30m先の測定物に合焦させたときに、合焦レンズの位置が980番目の画素であったとする。この場合は、常温の場合に対して合焦レンズの位置を−20画素の合焦位置補正量だけ加えればよい。そして、この合焦位置補正量は、距離にかかわらず一定と考える。すると、常温での測定物までの距離と合焦レンズの位置との関係式が分かっていれば、気温が常温から変化した場合でも、測定物までの距離を求め、前記関係式から求めた合焦レンズの位置を予め求めておいた合焦位置補正量だけ加算することによって、常にオートフォーカスできる。
First, the principle of the present invention will be described. In the autofocus surveying instrument, for example, as shown in FIG. 6, when the collimating telescope is focused on a
そこで、1回目の測定で、コントラストを検出することによって完全に合焦したときを検出し、このときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する。さらに、測定物に正確に合焦させたときの測定物までの距離を求めて、測定物までの距離と合焦レンズの位置との関係式から合焦レンズの合焦位置を算出する。そして、距離から算出される合焦位置と真の合焦位置との差を算出して、この差を合焦位置補正量として記憶しておく。2回目以降の測定では、前記合焦位置補正量を用いることにより、合焦レンズを迅速正確に合焦位置まで移動させてオートフォーカスすることができる。 Therefore, in the first measurement, the time when the lens is completely focused is detected by detecting the contrast, and the position of the focusing lens at this time is determined as the true focusing position. Further, the distance to the measurement object when the measurement object is accurately focused is obtained, and the in-focus position of the focusing lens is calculated from the relational expression between the distance to the measurement object and the position of the focusing lens. Then, the difference between the in-focus position calculated from the distance and the true in-focus position is calculated, and this difference is stored as the in-focus position correction amount. In the second and subsequent measurements, by using the focusing position correction amount, the focusing lens can be quickly and accurately moved to the focusing position for autofocusing.
以下、図1〜図3に基づいて、本発明の電子レベルの一実施例を説明する。この電子レベルは、気温により視準望遠鏡20が膨張収縮しても合焦レンズ21bを迅速で正確に合焦位置に位置させるオートフォーカス可能な測定プログラムを内蔵するマイコン3を備える。これ以外は、図1に示した従来のオートフォーカス式電子レベルと同じである。
An embodiment of the electronic level according to the present invention will be described below with reference to FIGS. This electronic level includes a
そこで、この電子レベルのマイコン3が行う測定プログラムが行う測定手順を、図2に示したフローチャートに基づいて詳細に説明する。
A measurement procedure performed by the measurement program performed by the
作業員は、図3に示したように、電子レベル2と標尺1を設定位置にセットし、電源スイッチをONにすると、この測定プログラムがスタートする。まず、ステップS1に進んで、電子レベル2の測定開始ボタンが押されるのを待つ。作業員が標尺1を視準し、測定開始ボタンを押すと、ステップS2に進んで、合焦レンズ21bの位置を決定するとともに、バンドパスフィルタ処理を行うレンズ位置範囲(後述する最大コントラストを検出するために合焦レンズ21bを移動させる範囲のことで、例えば、合焦レンズ21bの位置に対して±1mmの範囲)を決定する。1回目の測定の場合は、合焦位置補正量を0とし、合焦レンズ21bを最も接眼レンズ20bよりに位置させる。このとき、合焦レンズ21bは無限遠に合焦した状態になる。また、2回目以降の測定では後述する合焦位置補正量を加える。
As shown in FIG. 3, when the worker sets the electronic level 2 and the
次に、ステップS3に進んで、CCDラインセンサ24からの出力に対して、合焦レンズ21bが合焦位置にあると仮定して予測される標尺1までの距離とバーコード11のピッチにより定まる特定周波数でバンドパスフィルタ処理を行う。そして、ステップS4に進んで、CCDラインセンサ24の出力から標尺1が見つかったか否か調べる。標尺1が見つからなかったか否かの判断は、前記特許文献2に開示された電子レベルと同様に行う。標尺1が見つからなかったときは、ステップS5に進んで、合焦レンズ21bをステップS2で決定したレンズ位置範囲分だけ対物レンズ21a側へ移動させ、ステップS3に戻る。そして、標尺1が見つかるまでステップS3〜S5を繰り返す。
Next, the process proceeds to step S3, where the output from the
ステップS4において標尺1が見つかると、ステップS6に進んで、ステップS2で決定したレンズ位置範囲の端点まで合焦レンズ21bを移動させる。この際にも、2回目以降の測定では後述する合焦位置補正量を加える。1回目の測定の場合は、合焦位置補正量を0とする。また、温度センサを備えるとともに、気温が常温から変化したときの測定点までの距離と合焦レンズの合焦位置との関係の変化(図6参照)を記憶していて、これから1回目の測定の合焦位置補正量を決定してもよい。
When the
次にステップS7に進んで、CCDラインセンサ24の出力のコントラストを検出する。コントラストは、CCDラインセンサ24の出力に関して、明暗の境界付近の微分値から決定する。次にステップS8に進んで、最大コントラストを検出したか否か判断する。最大コントラストを検出しない場合は、ステップS9に進んで、合焦レンズ21bを対物レンズ21a側へ微動させ、ステップS9に戻る。以下、最大コントラストを検出するまで、ステップS7〜S9を繰り返す
ステップS8において最大コントラストを検出したときは、ステップS10に進んで、最大コントラストとなったときの合焦レンズ21bの位置を真の合焦位置として決定するとともに、合焦レンズ21bを真の合焦位置まで移動させる。次に、ステップS11に進んで、従来のものと同様に高さ及び距離測定を行う。次にステップS12に進んで、測定した測定物までの距離と合焦レンズ21b位置との関係式から求まる合焦レンズ21b位置と、ステップS10で決定した真の合焦位置との差を算出して、この差を合焦位置補正量として記憶する。次に、ステップS1へ戻って、ステップS1に戻って、再び測定開始ボタンが押されるまで待つ。
In step S7, the contrast of the output of the
そして、別の標尺1を視準して測定開始ボタンが押されると、2回目以降の測定では、ステップS12で算出された合焦位置補正量を加味しているので、視準望遠鏡20が温度によって膨張収縮しても、迅速に標尺を見つけて視準望遠鏡20のピントを標尺1に合わせることができる。
Then, when another
以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、合焦レンズ21bを初期位置から移動させながら標尺1を見つける測定物検出手段(S2〜S5)と、標尺1までの距離を算出する距離算出手段(S11)とを備えたオートフォーカス式レベルにおいて、標尺1を見つけた後に合焦レンズ21bを設定された微動範囲内で微動させながら合焦レンズ21bの真の合焦位置を見つける真の合焦位置検出手段(S6〜S10)と、距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段(S12)とを備え、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれ前記合焦位置補正量を加算して合焦レンズ21bの位置決めすることによって、視準望遠鏡20が温度によって膨張収縮しても合焦レンズ21bを短時間で正確に合焦位置に位置させることができる
ところで、本発明は前記実施例に限るわけではなく、種々の変形が可能である。たとえば、前記実施例は電子レベルであったが、本発明は距離測定可能なその他の測量機にも適用できるものである。また、前記実施例では、スタジア測量によって距離算出をおこなっているが、距離は光波距離計等の適宜手段で求めてもよい。
As is apparent from the above description, according to the present embodiment, the object detection means (S2 to S5) for finding the
1 標尺
2 電子レベル
11 バーコード
20 視準望遠鏡
21b 合焦レンズ
1 Standard 2
Claims (2)
前記測定物検出手段で測定物を見つけた後に前記合焦レンズを予め設定された微動範囲内で微動させ、該微動範囲における前記位置センサの出力のコントラストを検出し、最大コントラストとなったときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、
2回目以降の測定で、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれに初回の測定により求めた前記合焦位置補正量を加算することを特徴とするオートフォーカス式測量機。
A focusing lens, a position sensor for detecting the position of the focusing lens, a measuring object detecting means for finding a measuring object while moving the focusing lens from an initial position, and a distance calculation for calculating a distance to the measuring object In an autofocus surveying instrument equipped with means,
After the object to be detected is detected by the object to be detected, the focusing lens is finely moved within a preset fine movement range, and the contrast of the output of the position sensor in the fine movement range is detected, and the maximum contrast is obtained. the true focus position detecting means for determining the position of the focusing lens and the true focus position, the focus position and said true focus position of the focusing lens which is calculated from the distance calculated by said distance calculation means A focus position correction amount calculating means for calculating a focus position correction amount from the difference;
An autofocus surveying instrument characterized by adding the in-focus position correction amount obtained by the first measurement to determine the initial position and the end point of the fine movement range in the second and subsequent measurements .
前記測定物検出手段で標尺を見つけた後に前記合焦レンズを予め設定された微動範囲内で微動させ、該微動範囲における前記位置センサの出力のコントラストを検出し、最大コントラストとなったときの合焦レンズの位置を真の合焦位置と決定する真の合焦位置検出手段と、前記距離算出手段で算出した距離から算出した合焦レンズの合焦位置と前記真の合焦位置との差から合焦位置補正量を算出する合焦位置補正量算出手段を備え、
2回目以降の測定で、前記初期位置及び前記微動範囲の端点を決定する際にそれぞれに初回の測定により求めた前記合焦位置補正量を加算することを特徴とするオートフォーカス式レベル。
A focusing lens; a position sensor that detects a position of the focusing lens; a measurement object detection unit that finds a standard while moving the focusing lens from an initial position; and a distance calculation unit that calculates a distance to the standard. In the autofocus level with
After the measuring object is detected by the measurement object detection means, the focusing lens is finely moved within a preset fine movement range, and the contrast of the output of the position sensor in the fine movement range is detected. the difference between the true focus position detecting means for determining the position of the focus lens and the true focus position, a focus position and said true focus position of the focusing lens which is calculated from the distance calculated by said distance calculation means An in-focus position correction amount calculating means for calculating an in-focus position correction amount from
An autofocus type level characterized by adding the in-focus position correction amount obtained by the first measurement to determine the initial position and the end point of the fine movement range in the second and subsequent measurements .
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