JPH0454163B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二点間の高度差を求める比高測定用
の水準儀に関する。

〔発明の概要〕

高度目盛として付された標尺上の符号模様を水
準望遠鏡内に設けたイメージセンサで読取つてデ
イジタル直読ができるようにすると共に、光学系
に平行ガラス板を角度変位可能に設けて、イメー
ジセンサの読取ラインに対して像を標尺長手方向
に移動させ、その移動量により符号ごとの高度読
取値を補間して、粗間隔の符号配列でも高精度の
高度値が得られるようにした比高測定用の水準儀
である。

〔従来の技術〕

比高測定には、一般に標尺とレベルと称されて
いる水準儀とを用いる。測定二点に標尺を立て
て、これらの目盛を水平に整置した水準儀の望遠
鏡で交互に読んで、読取値の差を高度差として求
めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の比高測定では、測定者が標尺の目盛を読
むので、デイジテル表示が困難であり、またデー
タ処理器への数値読取り、データストア、自動デ
ータ処理ができない問題がある。また水準儀の望
遠視野は1°20′程であつて極端に狭く、標尺に目
盛よりも粗間隔で表示されている桁数字が視野外
となつて、高さ値を読み誤ることがある。

特開昭60−25413号公報には、標尺に光電変換
可能なコード目盛を設けて水準位における目盛を
テレビジヨンカメラにより読取つてデイジタル表
示する水準測量機が開示されている。

また特開昭57−172210号公報には、標尺に設け
られた発光ダイオード列からの高度位に対応した
コード情報を受光して水準儀の高度デイジタル値
を読取ようにした測量機が開示されている。また
この測量機の水準儀の前面には平行平板ガラスが
設けられ、その傾き角により水準位置を手動で補
正すると共に、傾き角情報により高度読取値を補
間補正することが示されている。

本発明の目的は、上述のような公知のデイジタ
ル直読式水準儀において、読取り及び高度目盛間
の補間を自動的に行うようにし、水準儀の操作を
簡単にして熟練を要しないもので高精度の水準測
量ができるようにすることである。

〔問題点を解決するための手段〕

測定点に立てた標尺１の長手方向に沿つて所定
ピツチで高度目盛として付されている符号模様
（バーコード２）を水平整準状態にて水準望遠鏡
（水準儀３）で望遠する。

望遠鏡の結像側にCCDのようなイメージセン
サ９を設け、標尺上の各符号模様を符号並びに方
向（標尺巾方向）と合致した一本の読取ラインに
沿つて読取る。

水準望遠鏡の光学系に設けられた平行ガラス板
２１を光軸に対して傾けて、上記イメージセンサ
の読取ラインＬに対して標尺長手方向に像を移動
させる光軸変位手段（マイクロ光学系２０）を設
けてある。

上記イメージセンサ９の出力の符号パルスを
CPU１３のようなデコード手段で復号して高度
読取値Ｙを得る。

上記光軸変位手段による像移動に基づいて上記
高度読取値を補間手段（CPU１３）で補間する。
補間手段は、イメージセンサの出力に基いて符号
模様の像の標尺長手方向のエツジを検出する検出
手段（CPU１３）と、エツジ検出に要する像移
動量の所定のクロツクパルスの計数値として得る
計数手段（ロータリエンコーダ２７、CPU１３）
と、上記読取ラインと符号模様の像との相対位置
情報を上記計数値に基いて算出し、上記高度読取
値を補正する補正手段（CPU１３）とから成る。

〔作用〕

平行ガラス板２１を傾けることにより、望遠鏡
の光軸が標尺１の長手方向に変位し、イメージセ
ンサ９の読取ラインに対し像が移動する。像移動
により符号模様と読取ラインとの相対位置情報が
得られる。従つて高度目盛に対応した符号間隔を
補間して測定精度を高めることができる。

〔実施例〕

第１図に本発明を適用した水準儀の光学系を示
し、第２図に測定対象である標尺の要部（正面
図）を示す。

標尺１の目盛面には、その基端からの高度値を
絶対符号化した光学読取用のバーコード２が、例
えば10mmの単位目盛間隔Ｐで長手方向（高さ方
向）に配列されている。バーコード２の縦幅及び
コード間のラインスペース２ｓの幅は夫々５mm
（Ｐ／２）になつている。夫々のバーコード２は、
ナローバー２ａ（ロジツク“０”に対応）、ワイド
バー２ｂ（ロジツク“１”に対応）及びスペース
２ｃで構成されている。バー２ａ，２ｂは反射率
が低い部分（黒）で、スペース２ｃは反射率が高
い部分（白）に対応する。符号系としては、工業
用又は商業用に使用されている3of9コード、2of5
コード、NRZコード（UPC／EAN／JAN）等
を利用することができる。

水準儀３は公知のオートレベルと概ね同じ光学
系を備え、対物レンズ系４、平行光束系５及び接
眼レンズ系６から成る。接眼レンズ系５は合焦レ
ンズ６ａ、十字線やスタジア線を付した焦点鏡６
ｂ、接眼レンズ６ｃ等を含む。平行光束系５は望
遠鏡の光軸の傾きにかかわりなく、水平な視準線
を得る自動水平装置であつて、プリズム５ａ，５
ｂ及び糸で釣り下げられた振り子プリズム５ｃか
ら成つている。

接眼レンズ系６にはビームスプリツタ７が介挿
されていて、分岐された像光が倍率レンズ系８を
通してイメージセンサ９に結像される。このイメ
ージセンサ９は例えばCCDラインセンサであつ
てよく、標尺１の巾方向、即ちバーコード２の符
号エレメントの並び方向に読取ラインが合致する
向きに配置されている。イメージセンサ９の出力
は第３図の処理回路系に導出されて、読取つたバ
ーコード２が復号され、高度値が表示される。

読取値を補間して測定精度を高めるために、対
物レンズ系４の前面側に、角度変位可能な平行ガ
ラス板２１を有するマイクロ光学系２０が設けら
れている。この平行ガラス板２１の厚みをｌ、鉛
直面（レンズ面）に対する傾き角度をθ、ガラス
の屈折率をｎとすれば、光軸の平行移動量ｅは、 ｅ＝ｎ−１／ｎ×ｌ×tanθ となる。この光軸の平行移動（像移動）を用いて
バーコード２の単位目盛間隔の1/50程度の補間補
正を行つている。

平行ガラス板２１の角度変位機構は、回転中心
に連なるレバー２２、レバー２２に連結されたリ
ンク２３、このリンク２３の端部に設けられたラ
ツク２４及びピニオン２５、ピニオン駆動モータ
２６から成る。モータ２６の軸には、ガラス板２
１の角度θに比例した数のパルス列又はパルス符
号を得るロータリエンコーダ２７が結合されてい
る。

第３図の処理回路系においては、イメージセン
サ９に結像された標尺１のバーコード像が、電気
信号として読取られて、アンプ１０を介してコン
パレータ１１に導出される。コンパレータ１１
は、一定レベルＥ以下をクリツプしてバーコード
信号として取り出す。この際、像が合焦状態でな
い場合や、第２図のバーコード２間のラインスペ
ース２ｓに読取ラインが位置している場合には、
像出力レベルが低いので、コンパレータ出力に現
われることなく除外される。即ち、復号可能な信
号レベルを弁別して、復号値のエラーが極力少な
くなるようにしている。

コンパレータ１１の出力は波形整形回路１２で
整形され、バーコード２のバー２ａ，２ｂを高レ
ベル、スペース２ｃを低レベルとするコードパル
スとしてCPU１３に供給される。CPU１３は、
コードパルスの高レベル部分のパルス巾に基いて
ナローバー２ａをロジツク“０”、ワイドバー２
ｂをロジツク“１”として弁別し、更にこれらを
高度値に復号する。

CPU１３における復号アルゴリズムは基本的
には時間計測（CCDの場合にはビツト計数）に
よるパルス巾判定でよい。即ち入力コードパルス
の高レベル部分に対応したパルス巾をクロツクパ
ルス数に対応させて、ナロー及びワイドのエレメ
ント列に対応した時間巾データ列を作成し、個々
のデータの大小比較を所定のマージンでもつて行
い、コードビツト列を得る。コードビツト列はそ
の桁ごとにデコーダ（CPUのプログラム中のデ
コードテーブル）により十進変換され、高度値と
してメモリに記憶されると共に、表示器１４に表
示される。また測定高度値を例えばRS232C型の
Ｉ／Ｏポート１５からポケツトコンピユータのよ
うなデータターミナルに転送することもできる。

なおバーコード２のスペース２ｃにもナロース
ペースとワイドスペースとを設けてバーエレメン
トと共にコードとして利用する所謂インターリー
ブバーコード系の場合でも、復号原理は同じであ
る。

第４図は水準儀３の後面パネルの正面図であつ
て、接眼レンズ６ｃの上部に表示器１４が設けら
れていて、表示器１４には読取つた高度値がデイ
ジタル表示される。

次にマイクロ光学系２０を用いた補間処理につ
いて第５図の処理フローチヤート及び第６図の撮
像状態図を参照して説明する。

まず第５図のステツプS1で、CPU１３内にお
いてカウンタＣ、メモリM1，M2に対応するレジ
スタがセツトされる。カウンタＣはマイクロ光学
系２０のモータ２６の回転に伴うロータリエンコ
ーダ２７の出力パルスをカウントするもので、１
パルスにつき標尺１上での視準光軸の移動が例え
ば0.1mmとなるようにマイクロ光学系２０が構成
されている。

次にステツプS2でイメージセンサ９の読取出
力のバーコード信号の有無が調べられる。第６図
Ａのようにイメージセンサ９の読取ラインＬがコ
ード間のラインスペース２ｓに位置しているとき
には、バーコード信号が得られない。従つてこの
場合には、モータ２６を駆動して平行ガラス板２
１を角度変位させ読取ラインＬを上方に移動させ
る。なお実際にはイメージセンサ９上の像が読取
ラインＬに対して下方に動くことになる。

これと同時にロータリエンコーダ２７のパルス
出力をカウントする（ステツプS4）。像移動に伴
つてバーコード信号が読取れたならば、カウント
値をM1として記憶すると共に、モータ２６を停
止させ、カウント値Ｃをリセツトする（ステツプ
S6，S7）。ここでステツプS2に戻ると、バーコー
ド信号有に分岐するので、再び読取ラインＬを上
方に移動させると共に、エンコーダ出力をパルス
カウントする（ステツプS8，S9）。像移動に伴つ
て読取ラインＬがバーコード２の縦幅（５mm）を
横断すると、再びバーコード信号が読取れなくな
るので、ステツプS10でこれを検出し、そのとき
のカウント値ＣをM2として記憶する。このカウ
ント値は標準では50パルスである。

この時点でステツプS12にてモータ２６を反転
させて、読取ラインＬをバーコードの略中央まで
25パルス分移動させ、バーコード信号を確実に読
取れる位置にする。ここでバーコードをデコード
して読取高度値Ｙ（mm）を得る（ステツプS13）。
この値Ｙは標尺１上ではバーコード２の上端に対
応させてある。以上により測定が終了し、次に高
度補間値を ｙ＝Ｙ−ｋ（M1＋M2） ……(1) で計算する（ステツプS14）。ｋはロータリエン
コーダ２７の１パルスに対応する標尺１上の光軸
移動量で、例えば0.1mmである。測定後にはロー
タリエンコーダ２７の原点に復帰するように平行
ガラス板２１を戻す。

第６図Ｂのように、視準した時点で読取ライン
Ｌがバーコード２上にある場合には、第５図のス
テツプS2でバーコード信号有に分岐し、以後同
様にして測定及び補間計算が行われる。この場合
には第１式においてM1＝０であり、M2のみで補
間が行われる。

なお、バーコード２のデコード値Ｙからバーコ
ード２の下端ラインに対応した値Ｙ−５mmを算出
し、下端ラインを基準にして補間処理を行つても
よい。

水平視準するときに、フオーカスエラーがあつ
て、イメージセンサ９の像のエツジが不明瞭にな
つている場合がある。この場合、バーコード２の
上端位置とデコード値Ｙとが対応しない。このた
め第７図Ｄのようにバーコード２の縦幅をパルス
カウントしてカウント値M3を得るステツプを更
に追加する。同様に第７図ＣにおいてもM3を求
めているが、この場合にはM2で代用することも
できる。バーコード２のセンターはデコード値Ｙ
からＹ−2.5mmとして計算できるので、このセン
ターに関して次の第２式の補間計算を行えばよ
い。M3は例えば40パルスのように標準50よりも
少なくなつている。

ｙ＝Ｙ−2.5＋M3／２−ｋ（M1＋M2） ……(2) つまりバーコード像の上端ライン及び下端ライ
ンにおいて均等にフオーカスぼけが生じていると
みなせば、センター（Ｙ−2.5）から（M3／２）
だけ上方の位置が実際のバーコード上端を代表し
ている。従つて第２式の補間計算により、フオー
カスエラーの影響を除くことができる。

補間精度を上げるために、水平視準した読取ラ
インＬに関し、下側のバーコード２（第６図及び
第７図ではデコード値Ｙ−10mmのバーコード）を
基準に補間計算を更に行い、上側バーコード２
（Ｙmm）による計算値との平均をとるようにして
もよい。

なお上述の例ではバーコード２とラインスペー
ス２ｓとの比が１：１であるが、この比率は任意
に設定されてよく、スペース２ｓの縦幅を小さく
してバーコード２の縦幅を大きくしてもよい。

第１図の光学系においては、イメージセンサ９
の前面の倍率レンズ系８は、固定倍率になつてい
るが、水準儀３と標尺１との間の距率によつてイ
メージセンサ９上の像の大きさが変わり、遠距離
ほど小さくなるので、倍率レンズ系８を切換式に
して遠距離で高倍率、近距離で低倍率にするのが
よい。このようにすれば近距離で必要以上に像が
拡大されないので、CCDのラインセンサのよう
なイメージセンサ９の読取ライン幅（ビツト数）
は最遠距離例えば100mのときの最小像幅に合わ
せればよい。つまりバーコード２のナロバー２ａ
の像幅内に２ビツト以上で好ましくは10ビツト程
度が含まれるように、イメージセンサ９及び光学
系の解像力を定める。なおイメージセンサ９の像
幅を一定にするようなオートズーム光学系を設け
てもよい。

また上述の実施例においては、測量技士が水準
儀３の接眼レンズ６ｃをのぞいて合焦状態とする
ようになつているが、個人差により合焦点が異な
るので、自動焦点方式にしてもよい。例えばイメ
ージセンサ９の像出力の微分レベルが最大となる
ようにサーボ動作する合焦レンズモータ及びその
サーボ回路を付加することができる。

また上述の実施例の水準儀３は自動水平補正系
の付いた所謂オートレベルであるが、気泡管を用
いた手動水平整準式のＹレベル又はテイルテイン
グレベルに適用することも可能である。

なお比高測定では、二点において標尺を立てて
夫々の高度読取値の差をもつて高度差とするの
で、上述の実施例の水準儀を用いてこれを自動化
することができる。即ち、標尺１のバーコード２
を読取ることにより、二点の夫々の高度値を
CPUのメモリ内に記憶させ、更にこれらの差を
高度差として表示させることが可能である。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、水準儀の光学系に高軸
変位手段（マイクロ光学系）を設けて、水準光軸
の変位により高度符号目盛の像とイメージセンサ
の読取りラインとの相対位置情報得て、符号デコ
ード値を補間するようにし、このための補間手段
として、イメージセンサの出力に基いて符号模様
の像の標尺長手方向のエツジを検出する検出手段
と、エツジ検出に要する像移動量を光軸変位手段
をパルス駆動するクロツクパルスの計数値として
得る計数手段と、読取ラインと符号模様の像との
相対位置情報を上記計数値に基いて算出し、高度
読取値を補正する補正手段とを設けてある。

従つて、本発明によると、高度に対応した符号
模様の配列が粗間隔であつても、それを細分した
高精度の高度読取値を自動的に得ることができ
る。このため水準儀を略水平状態で標尺に向けて
視準するという簡単な作業のみで高度値をデイジ
タル直読することができ、習熟を要していた比高
測定による高度差測量を簡単に行うことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水準儀の光学系の概略
図、第２図は標尺の要部拡大図、第３図はデータ
処理回路のブロツク図、第４図は水準儀の後部正
面図、第５図は補間処理のフローチヤート、第６
図及び第７図はイメージセンサの読取ラインとバ
ーコード像との位置関係を示す線図である。 なお図面に用いた符号において、１……標尺、
２……バーコード、３……水準儀、４……対物レ
ンズ系、５……平行光束系、６……接眼レンズ
系、７……ビームスプリツタ、８……倍率レンズ
系、９……イメージセンサ、２０……マイクロ光
学系、２１……平行ガラス板、２６……駆動モー
タ、２７……ロータリエンコーダ、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定点に立てた標尺の長手方向に沿つて所定
   ピツチで高度目盛として付されている符号模様を
   水平整準状態にて望遠する水準望遠鏡と、 上記水準望遠鏡の結像側に設けられ、標尺上の
   各符号模様を符号並び方向（標尺方向）と合致し
   た一本の読取ラインに沿つて読取るイメージセン
   サと、 上記水準望遠鏡の光学系に設けられた平行ガラ
   ス板を光軸に対して傾けて、上記イメージセンサ
   の読取ラインに対して標尺長手方向に像を移動さ
   せる光軸変位手段と、 上記イメージセンサの出力の符号パルスを復号
   して高度読取値を得るデコード手段と、 上記光軸変位手段による像移動に基づいて上記
   高度読取値を補間する補間手段とを具備し、 上記補間手段が、上記イメージセンサの出力に
   基づいて符号模様の像の標尺長手方向のエツジを
   検出する検出手段と、エツジ検出に要する像移動
   量を所定のクロツクパルスの計数値として得る計
   数手段と、上記読取ラインと符号模様の像との相
   対位置情報を上記計数値に基いて算出し、上記高
   度読取値を補正する補正手段とを具備することを
   特徴とする比高測定用水準儀。 ２ 上記補間手段が、上記イメージセンサの出力
   に基づいて符号模様の像の標尺長手方向のエツジ
   を検出する手段と、エツジ検出に要する像移動量
   を所定のクロツクパルスの計数値として得て、上
   記読取ラインと像のエツジとの相対位置情報とす
   る手段とを具備することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の比高測定用水準儀。