JPH06241791A

JPH06241791A - 標尺検出機能付き電子レベル及び標尺

Info

Publication number: JPH06241791A
Application number: JP5051342A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kumagai; 薫熊谷; Shinji Kawashima; 伸二川島; Kiichi Furuya; 喜一古屋; Fumio Otomo; 文夫大友
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1994-09-02
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JP3407143B2; US5537200A

Abstract

(57)【要約】［目的］本発明は標尺のパターン像を光電変換器によ
り電気信号に変換し、得られた電気信号を利用して高低
差等を自動的に計測することのできる電子レベル及び標
尺に係わり、特に、電子レベルを水平方向に回動させる
ための駆動手段を備え、標尺を自動的に検出すると共
に、自動合焦させることのできる標尺検出機能付き電子
レベル及び標尺を提供することを目的とする。［構成］本発明は、光電変換器を有する測定光学系が
パターンの信号を形成し、合焦部が光電変換器上にパタ
ーンを形成させる様になっており、発光手段が外部に投
光し、受光手段が投光された光の反射光を受光し、回動
駆動手段が、電子レベルの回動軸を中心に水平方向に回
動させる様になっている。そして信号処理部が、受光手
段の受光信号に基づき、回動駆動手段を駆動制御すると
共に、光電変換器の出力信号を演算処理して、高低差及
び前記標尺までの水平距離を計測する様になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は標尺のパターン像を光電
変換器により電気信号に変換し、得られた電気信号を利
用して高低差等を自動的に計測することのできる電子レ
ベル及び標尺に係わり、特に、電子レベルを水平方向に
回動させるための駆動手段を備え、標尺を自動的に検出
すると共に、自動合焦させることのできる標尺検出機能
付き電子レベル及び標尺に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から直接水準測量等を行う場合に
は、レベル（水準儀）と標尺が使用されていた。即ち、
測量者が、標尺の目盛りをレベルを使用して目視するこ
とにより高低差を測定していた。この古典的なレベルに
よる測量は、測量者による読み誤りが発生していた。こ
の読み誤りを解消するために、標尺の目盛り作業を電子
的に行う電子レベルが開発された。この電子レベルは例
えば、標尺側から所定信号を包含させた光を発光させ、
この光を電子レベル側で受光して識別し、標尺の目盛り
を読み取る様に構成されていた。

【０００３】本出願人は、電子的に高低差を読み取るこ
とのできる電子レベルを開発した。この電子レベル１
は、図２に示す様に、第１のパターンＡと第２のパター
ンＢと第３のパターンＲが等間隔（ｐ）で繰り返し配置
されている電子レベル用標尺２を使用している。即ち、
３種のパターンを１組として各ブロックが連続して形成
されており、最も左側に配置されたブロックを、０ブロ
ックと定義し、Ｒ（０）、Ａ（０）、Ｂ（０）と記載す
れば、Ｒ（１）、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｒ（２）、Ａ
（２）、Ｂ（２）、・・・・・・・・と繰り返し配置さ
れている。なお、全てのパターンが等間隔ｐで繰り返さ
れているので、この間隔に対応した信号を基準信号とす
ることができる。

【０００４】そして例えば第３のパターンＲは、黒幅８
ｍｍで固定幅となっており、第１のパターンＡは、６０
０ｍｍで１周期となる様に黒部分の幅を変調しており、
第２のパターンＢは、５７０ｍｍで１周期となる様に黒
部分の幅を変調している。

【０００５】ここで電子レベル用標尺２の水平位置を求
める原理を説明すると、電子レベル用標尺２の第１のパ
ターンＡは、６００ｍｍで１周期となる様に黒部分の幅
を変調しているので、変調幅を０〜１０ｍｍとすれば、
第１のパターンの幅Ｄ_Aは、以下の式で与えられる。

【０００６】Ｄ_A＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／６００−π／２））・・・第１式

【０００７】となる。但し、Ｘ＝（１０ｍｍ、４０ｍ
ｍ、７０ｍｍ・・・・・・である）。

【０００８】同様に、電子レベル用標尺２の第２のパタ
ーンＢは、５７０ｍｍで１周期となる様に黒部分の幅を
変調しているので、第２のパターンの幅Ｄ_Bは、以下の
式で与えられる。

【０００９】Ｄ_B＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／５７０＋π／２））・・・第２式

【００１０】となる。但し、Ｘ＝（２０ｍｍ、５０ｍ
ｍ、８０ｍｍ・・・・・・である）。

【００１１】そして第１のパターンＡと第２のパターン
Ｂとは、周期が僅かに異なっているため、両者の最小公
倍数である距離で同様のパターンが現れる。この例では
６００ｍｍと５７０ｍｍの最小公倍数である１１４００
ｍｍで同様のパターンが現れる。従って第１のパターン
Ａによる信号と、第２のパターンＢによる信号との位相
差は、０〜１１４００ｍｍの範囲で０〜２πまで変化す
ることになる。

【００１２】即ち、水平位置における第１のパターンＡ
による信号の位相をφ_Aとし、水平位置における第２の
パターンＢによる信号の位相をφ_Bとすれば、電子レベ
ル用標尺２における水平位置Ｈは、

【００１３】Ｈ＝１１４００＊（（φ_B−φ_A−π）／（２π））ｍｍ・・・・第３式

【００１４】となる。

【００１５】次に、電子レベル１と電子レベル用標尺２
との距離を演算する必要がある。

【００１６】上記電子レベル１で電子レベル用標尺２を
読み取り、フーリエ変換を施せば、図４のパワースペク
トルに示す様に、第１のパターンＡの周期成分と、第２
のパターンＢの周期成分と、第３のパターンＲと第１の
パターンＡと第２のパターンＢの１組（１ブロック）と
した周期成分（基準信号の３倍の周期となる）と、基準
信号（パターンの等間隔ピッチ（ｐ）に対応するもの）
の周期成分とが得られる。そしてスペクトル群で最も周
期の小さいものは、基準信号（パターンの等間隔ピッチ
（ｐ）に対応するもの）であり、この等間隔ピッチは既
知であるからレンズの結像公式により、電子レベル１と
電子レベル用標尺２との距離を演算することができる。

【００１７】次に水準高の測定原理を、まず遠距離測定
の場合を説明する。

【００１８】電子レベル１で読み取られた電子レベル用
標尺２の像を、リニアセンサで電気信号に変換し、この
信号をフーリエ変換すれば、等間隔ピッチｐに相当する
信号を得ることができる。ここで、高速フーリエ変換で
求められた位相をθとし、水平位置に相当するリニアセ
ンサのアドレス位置（第ｍビット目）の位相をθ_mとす
れば、

【００１９】Ｈ₁＝（θ_m／３６０゜）＊ｐ・・・・・第４式

【００２０】となる。即ち、等間隔ピッチｐ内を精密に
水平位置Ｈ₁を測定することができる（精測定）。

【００２１】また水平位置を求めるためには、電子レベ
ル用標尺２に形成された等間隔ピッチｐのパターン開始
位置からの概略位置を求める必要がある。そこでリニア
センサの出力信号を、基準信号（等間隔ピッチｐに相当
する信号）の前後半ピッチ分で積分する。更にこの積分
値を３つ毎に間引けば（プロダクト検波）、第１のパタ
ーンＡに相当する信号１と、第２のパターンＢに相当す
る信号２と、第３のパターンＲに相当する信号３とが得
られる。しかしながら第３のパターンＲは、幅が変調さ
れていない上、第１のパターンＡと第２のパターンＢの
最大変調幅が１０ｍｍに対して、第３のパターンＲは８
ｍｍしかないので、第３のパターンＲに相当する信号３
は、積分値が略一定であり、信号１や信号２に比較して
約８０％の値となる。

【００２２】そして、第３のパターンＲと、第１のパタ
ーンＡと、第２のパターンＢとは、定められた順番に繰
り返して配置されているので、間引かれた信号が、第３
のパターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢの
何れであるか、決定することができる。そして、（Ａ−
Ｒ）と（Ｂ−Ｒ）の水平位置における位相を求め、第３
式に代入すれば、電子レベル用標尺２の何れの位置の、
第１のパターンＡ、第２のパターンＢ、第３のパターン
Ｒの組合せであるか決定することができ、電子レベル用
標尺２における水平位置を求めることができる。（粗測
定）

【００２３】以上の様に水準高Ｈは、水平位置における
基準信号の位相を求め（精測定）、また、水平位置に相
当する基準信号が、電子レベル用標尺２のパターン開始
位置を基準に何れの位置にあるかを、第１のパターン
Ａ、第２のパターンＢの位相差より求め（粗測定）、こ
れら精測定Ｈ₁と粗測定Ｈ₂を桁合わせすることにより求
めることができる。

【００２４】次に近距離測定の場合を説明する。

【００２５】この場合にはリニアセンサの出力の立ち上
がり、立ち下がりエッジを求めるため出力信号を微分す
る。これらのエッジにより、黒部分のエッジ間の間隔を
求めることができる。更に、黒部分の中心に相当するビ
ットを求める。このビットの間隔が、第１のパターン
Ａ、第２のパターンＢ、第３のパターンＲの等間隔ピッ
チｐである基準信号となる。

【００２６】そして水平位置に相当するアドレス位置
（第ｍビット）の前後の基準信号の位置を求めると、基
準信号の幅は、電子レベル用標尺２上で１０ｍｍに相当
するため、前後の基準信号をそれぞれＮ_f（第Ｎ_f ビッ
ト）、Ｎ_b（第Ｎ_bビット）とすれば、

【００２７】Ｈ₁＝（（ｍ−Ｎ_f）／（Ｎ_b−Ｎ_f））＊１０・・・第５式

【００２８】となる。（精測定）

【００２９】また、基準信号のスタート位置をＮ_e、最
終位置をＮ_s とし、個数をｎとすれば、各基準信号の間
隔の平均は、

【００３０】ｋ＝（Ｎ_e−Ｎ_s）／ｎ

【００３１】となり、このｋから、電子レベル１と電子
レベル用標尺２との概略距離を求めることができる。

【００３２】そして黒部分の幅を最初より３個毎に間引
き、一定幅である第３のパターンＲを認識し、第３のパ
ターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢの順に
配置されていることから、第３のパターンＲ、第１のパ
ターンＡ、第２のパターンＢの対応が決定される。

【００３３】更に水平位置に相当するリニアセンサ１５
のアドレス位置（第ｍビット目）を含む基準信号が、第
３のパターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢ
の何れに属するかを定めると共に、この何番目ブロック
に該当するかを決定する。即ち、Ｒ（ｎ）、Ａ（ｎ）、
Ｂ（ｎ）であれば、ｎ番目のブロックということにな
る。

【００３４】そして第１式のＤ_Aの値からｎを求めるこ
とができる。そして２個のｎから条件に合致したｎａを
選択し、更に周期からｎを求め、第２のパターンＢの幅
Ｄ_Bを算出する。更に第２式に代入した後、Ｄ_Bを比較
し、一致した時のｎが求めるブロック番号となる。この
ブロック番号から、概略水準高Ｈ₂（粗測定）を、各パ
ターン毎に求めることができる。

【００３５】従って、第３のパターンＲ、第１のパター
ンＡ、第２のパターンＢに相当する信号の黒部分の幅よ
り基準信号を求め、水平位置に相当するアドレス位置の
基準信号を定めることにより精測定を行い、第１のパタ
ーンＡ、第２のパターンＢに相当する信号の位相差によ
り粗測定を行い、これら精測定Ｈ₁と粗測定Ｈ₂を桁合わ
せすることにより、水準高を求めることができる。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の電
子レベルは、高低差を自動的に求めることができるが、
標尺を正確に視準する必要があり、この作業は専ら使用
者が接眼部から目視により行うのが実状であった。これ
らの作業は、標尺を移動する度に行わなければならず、
極めて面倒であり測量作業能率が向上しないという問題
点があった。

【００３７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、入射方向と反対方向に光を反射させ
るための反射部を備えた標尺を視準して、高低差及び該
標尺までの水平距離を自動的に求める電子レベルであっ
て、該標尺パターンの信号を形成するための光電変換器
を有する測定光学系を含む望遠鏡光学系と、外部に投光
するためのコリメート光学系を備えた発光手段と、この
発光部から投光された光の反射光を受光するための受光
手段と、前記電子レベルの回動軸を中心に水平方向に回
動させるための回動駆動手段と、前記受光手段の受光信
号に基づき、前記回動駆動手段を駆動制御すると共に、
前記光電変換器の出力信号を演算処理して、高低差及び
前記標尺までの水平距離を計測するための信号処理部と
から構成されている。

【００３８】更に本発明は光電変換器と受光手段とを、
同一の受光素子から構成することもできる。

【００３９】また本発明は、測長方向に等ピッチで配列
されたパターンを有し、入射方向と反対方向に光を反射
させるための反射部を備えた標尺を視準して、高低差及
び該標尺までの水平距離を自動的に求める電子レベルで
あって、該標尺パターンの信号を形成するための光電変
換器を有する測定光学系とこの光電変換器上に該パター
ンを形成させるための合焦部とを含む望遠鏡光学系と、
前記光電変換器の出力信号を演算処理して、高低差及び
前記標尺までの水平距離を計測すると共に、前記光電変
換器の出力をフーリエ変換するための信号処理部と、こ
の信号処理部の出力レベルに基づき、前記合焦部の制御
を行うための合焦制御部とから構成されされている。

【００４０】そして本発明の標尺は、入射方向と反対方
向に光を反射させるための反射部を標尺の長手方向に形
成している。

【００４１】更に本発明の電子レベル用標尺は、測長方
向に等ピッチで配列された電子的読取用パターンを有
し、入射方向と反対方向に光を反射させるための反射部
を備えることもできる。

【００４２】

【作用】以上の様に構成された本発明は、入射方向と反
対方向に光を反射させるための反射部を備えた標尺を視
準して、高低差及び該標尺までの水平距離を自動的に求
める電子レベルであり、望遠鏡光学系の光電変換器を有
する測定光学系と合焦部とが、パターンの像を形成する
様になっている。コリメート光学系を備えた発光手段
が、外部に投光し、受光手段が、発光部から投光された
光の反射光を受光し、回動駆動手段が、電子レベルの回
動軸を中心に水平方向に回動させる様になっている。そ
して信号処理部が、受光手段の受光信号に基づき、回動
駆動手段を駆動制御すると共に、光電変換器の出力信号
を演算処理して、高低差及び前記標尺までの水平距離を
計測する様になっている。

【００４３】更に本発明は光電変換器と受光手段とを、
同一の受光素子にすることもできる。

【００４４】また本発明は、合焦部が光電変換器上に該
パターンを形成し、信号処理部が、光電変換器の出力信
号を演算処理して、高低差及び標尺までの水平距離を計
測すると共に、光電変換器の出力をフーリエ変換を施
し、合焦制御部が、信号処理部の出力レベルに基づき、
合焦部の制御を行う様になっている。

【００４５】そして本発明の標尺は、この標尺の長手方
向に形成された反射部が、入射方向と反対方向に光を反
射させる様になっている。

【００４６】更に本発明の電子レベル用標尺は、測長方
向に等ピッチで配列された電子的読取用パターンを有
し、反射部が、入射方向と反対方向に光を反射させる様
になっている。

【００４７】

【実施例】

【００４８】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００４９】図１〜図３に示す様に、本第１実施例の測
量装置は、電子レベル１と、電子レベル用標尺２とから
なっている。電子レベル１は、図３に示す様に整準装置
１００上に載置されており、図１に示す様に、対物レン
ズ部１１と、コンペンセータ１２と、ビームスプリッタ
１３と、接眼レンズ部１４と、リニアセンサ１５と、演
算処理手段１６と、発光手段６０００と、受光手段７０
００と、回動駆動手段８０００とから構成されている。

【００５０】対物レンズ部１１は、電子レベル用標尺２
の電子的読取用パターンの像を形成するためのものであ
る。本実施例の対物レンズ部１１は、対物レンズとイン
ターナルレンズとから構成されており、合焦部に相当す
るインターナルレンズを移動させることにより、電子レ
ベル用標尺２のパターンの像に対するピント合わせを行
うことができる。コンペンセータ１２は、電子レベル１
の光軸が多少傾いても、視準線を自動的に水平にするた
めの自動補償機構であり、水平光線を上下に変化させて
結像させるものである。ビームスプリッタ１３は、光を
接眼レンズ部１４方向と、リニアセンサ１５方向に分割
させるためのものである。接眼レンズ部１４は、測量者
が、電子レベル用標尺２を目視するためのものである。
なお対物レンズ部１１と接眼レンズ部１４とが、視準光
学系に該当し、対物レンズ部１１とリニアセンサ１５と
が測定光学系に該当する。

【００５１】リニアセンサ１５は、対物レンズ部１１に
よって形成された電子レベル用標尺２のパターン像を電
気信号に変換するためのものである。本実施例では、Ｃ
ＣＤリニアセンサが使用されている。このリニアセンサ
１５は、ホトダイオードを少なくとも１次元的に配置し
たリニアイメージセンサであれば、何れのセンサを採用
することができる。

【００５２】演算処理手段１６は信号処理部に該当する
もので、アンプ１６１と、サンプルホールド１６２と、
Ａ／Ｄ変換器１６３と、ＲＡＭ１６４と、クロックドラ
イバ１６５と、マイクロコンピュータ１６６とから構成
されている。この演算処理手段１６には、表示器１６７
が接続されている。

【００５３】発光手段６０００は外部に光を射出するた
めのもので、発光ダイオードドライバー６１００と、発
光ダイオード６２００と、コリメート光学系６３００と
からなっている。発光ダイオードドライバー６１００
は、マイクロコンピュータ１６６の指令に基づき、発光
ダイオード６２００を発光させるためのものである。

【００５４】受光手段７０００は、発光部６０００から
投光された光の反射光を受光するためのもので、受光素
子７１００と、アンプ７２００と、コンパレータ７３０
０とから構成されている。受光素子７１００は、発光部
６０００から投光された光の反射光を受光して電気信号
に変換するためのものである。本実施例では電荷結合素
子（ＣＣＤ）が採用されているが、光を電気信号に変換
することのできる光センサであれば何れのセンサーを採
用することができる。反射光はビームスプリッタ１３１
で、受光手段７０００の光学系に分離される様に構成さ
れている。

【００５５】アンプ７２００は、受光素子７１００の検
出信号を増幅するものであり、コンパレータ７３００
は、受光素子７１００の検出信号が一定以上となり、光
の入射が確認されるとマイクロコンピュータ１６６に制
御信号を出力するためのものである。

【００５６】図１及び図３に示す様に回動駆動手段８０
００は、電子レベル１の回動軸を中心に水平方向に回動
させるためのものである。回動駆動手段８０００は、モ
ータドライバ８１００と、第１のモータ８２００とから
構成されている。モータドライバ８１００は、マイクロ
コンピュータ１６６の指令に基づき、第１のモータ８２
００を回動させるためのものである。第１のモータ８２
００は、歯車減速機構８２１０等を介して、電子レベル
１の回動軸を中心に水平方向に回動させるためのもので
ある。

【００５７】次に電子レベル用標尺２は、図２に示す様
に、第１のパターンＡと第２のパターンＢと第３のパタ
ーンＲから構成される電子的読取用パターン２１が等間
隔（ｐ）で繰り返し配置されている。更に本実施例の電
子レベル用標尺２には、図６に示す様に、電子的読取用
パターン２１の側部に反射部材２３が形成されている

【００５８】この反射部材２３は入射方向と反対方向に
光を反射させるための反射部に該当するもので、電子レ
ベル１の発光手段６０００から射出された光を反射させ
ることができる。本実施例の反射部材２３は、反射素材
が塗布されている反射テープから構成されている。

【００５９】ここで本実施例の電子レベル１に搭載され
た演算処理手段１６を詳細に説明する。アンプ１６１
は、リニアセンサ１５からの電気信号を増幅するもので
あり、サンプルホールド１６２は、増幅された電気信号
をクロックドライバ１６５からのタイミング信号でサン
プルホールドするものである。Ａ／Ｄ変換器１６３は、
サンプルホールドされた電気信号をＡ／Ｄ変換するため
のものである。そしてＲＡＭ１６４は、Ａ／Ｄ変換され
たデジタル信号を記憶するためのものである。またマイ
クロコンピュータ１６６は、各種演算処理を行うもので
ある。

【００６０】そして、対物レンズ部１１とコンペンセー
タ１２とビームスプリッタ１３と接眼レンズ部１４と
は、望遠鏡光学系に該当するものであり、リニアセンサ
１５は光電変換器に該当するものである。

【００６１】ここでマイクロコンピュータ１６６が果た
す機能を図５に基づいて説明すると、演算処理手段１６
は、基準信号形成部１６６１と、パターン信号形成部１
６６２と、ブロック検出部１６６３と、算出部１６６４
と、回動駆動制御部１６７４とからなっている。基準信
号形成部１６６１は、リニアセンサ１５から得られた電
気信号から、遠距離測定の場合には、高速フーリエ変換
により等間隔ピッチｐに相当する基準信号を形成し、近
距離測定の場合には、リニアセンサ１５の出力信号を微
分し、立ち上がり、立ち下がりエッジから基準信号を形
成する。

【００６２】パターン信号形成部１６６２は、遠距離測
定の場合には、基準信号の前後半ピッチ分で積分し、こ
の積分値を３つ毎に間引く（プロダクト検波）ことによ
り、第１のパターン信号と第２のパターン信号を形成
し、近距離測定の場合には、間引き動作により、第１の
パターン信号と第２のパターン信号を形成する。

【００６３】ブロック検出部１６６３は、近距離測定の
場合に、第１のパターンＡの幅Ｄ_A及び第２のパターン
Ｂの幅Ｄ_Bを比較することにより、水平位置に相当する
ブロックが何番目のブロックであるかを決定する。

【００６４】算出部１６６４は、遠距離測定の場合に
は、視準線付近の第１のパターン信号と第２のパターン
信号の位相から高低差を算出し、近距離測定の場合に
は、特定されたブロックに基づき高低差を算出する様に
なっている。

【００６５】回動駆動制御部１６７４は、受光手段７０
００の受光信号に基づき、回動駆動手段８０００を駆動
制御して、電子レベル１を電子レベル用標尺２に向けて
位置決めすることができる。

【００６６】即ち、受光素子７１００は電荷結合素子か
ら構成されているので、蓄積時間を一定にして回動駆動
手段８０００が電子レベル１を回動させ、電子レベル１
の発光手段６０００から射出された光が、電子レベル用
標尺２の反射部材２３で反射されて受光手段７０００に
入射すると、図７に示す様に、リニアセンサ１５の出力
が増大する。従って受光素子７１００の出力が増大した
位置で、回動駆動手段８０００の駆動を停止させれば、
電子レベル１を電子レベル用標尺２に向けて位置決めす
ることができる。

【００６７】なお演算処理手段１６は、距離測定部に該
当する機能をも果たしており、前述の方式により、電子
レベル１と電子レベル用標尺２との水平概略距離を計算
することができる。

【００６８】そして表示器１６７は、算出部１６６４で
算出された高低差を表示するもので、液晶表示等の表示
手段を採用してもよく、更に、外部記憶手段等に出力さ
せる構成としてもよい。

【００６９】以上の様に構成された本実施例の作用を図
８に基づいて説明する。

【００７０】まずステップ１（以下、Ｓ１と略する。）
で、発光手段６０００を駆動して発光ダイオード６２０
０から光を外部に射出する。次にＳ２では、回動駆動手
段８０００を駆動して電子レベル１を回動させる。そし
てＳ３では、受光素子７１００の出力の増大を検出する
ことにより、電子レベル用標尺２の反射部材２３で反射
された反射光が、受光手段７０００に入射したか否かを
判断する。Ｓ３で反射光の入射を確認した場合には、Ｓ
４に進み、回動駆動手段８０００を駆動を停止させて電
子レベル１を固定する。なおＳ３で反射光の入射を確認
できない場合には、反射光の入射があるまで、回動駆動
手段８０００を駆動して電子レベル１を回動させる。

【００７１】そしてＳ５では作業者が手動により、電子
レベル用標尺２の電子的読取用パターン２１にピントが
合う様に、対物レンズ部１１の合焦作業を行う。合焦作
業が終了したらＳ６に進み、リニアセンサ１５から光電
変換された信号を演算処理手段１６に取り込む。更にＳ
７では、演算処理手段１６の算出部１６６４を駆動し
て、高低差、水平距離等の演算を行い、Ｓ８で、表示器
１６７に算出部１６６４で算出された高低差、水平距離
等の演算結果を表示する様になっている。

【００７２】次に、本実施例の第１変形例を図９に基づ
いて説明する。上述の実施例では、受光手段７０００が
独立して存在していたが、本第１変形例は、リニアセン
サ１５を受光手段７０００と共用させたものである。

【００７３】即ち、電子レベル用標尺２の反射部材２３
で反射された反射光は、ビームスプリッタ１３１で分離
され、ビームスプリッタ１３０を通過してリニアセンサ
１５に入射する様になっている。

【００７４】以上の様に構成された第１変形例は、部品
点数が減少してコストダウンを図ることができるという
効果がある。なおその他の構成は、上述の実施例と同様
であるから説明を省略する。

【００７５】次に自動合焦機能を備えた第２実施例を図
１０に基づいて説明する。本第２実施例は、対物レンズ
部１１と、コンペンセータ１２と、ビームスプリッタ１
３と、接眼レンズ部１４と、リニアセンサ１５と、演算
処理手段１６と、合焦駆動部１７と、発光手段６０００
と、受光手段７０００と、回動駆動手段８０００とから
構成されている。

【００７６】本第２実施例の対物レンズ部１１は、対物
レンズ１１１とインターナルレンズ１１２とから構成さ
れており、インターナルレンズ１１２を移動させること
により、電子レベル用標尺２のパターンの像に対するピ
ント合わせを行うことができる。従ってインターナルレ
ンズ１１２と合焦駆動部１７とが、合焦部に該当するた
めのものである

【００７７】またマイクロコンピュータ１６６が果たす
機能を図１１に基づいて説明すると、演算処理手段１６
は、基準信号形成部１６６１と、パターン信号形成部１
６６２と、ブロック検出部１６６３と、算出部１６６４
と、合焦制御部１６６５と、パターン認識部１６６６
と、回動駆動制御部１６７４とから構成されている。

【００７８】合焦制御部１６６５は、リニアセンサ１５
から得られた電気信号に対してフーリエ変換を施し、こ
のフーリエ変換出力レベルが最大となる様に、合焦駆動
部１７を制御するためのものである。なおフーリエ変換
は、基準信号形成部１６６１の高速フーリエ変換を利用
することができる。即ち演算処理手段１６は、信号処理
部の機能をも有している。

【００７９】更にパターン認識部１６６６は、電子レベ
ル用標尺２のパターン像によるパワースペクトルのパタ
ーンを検索するために、パターンマッチングを行うため
のものである。

【００８０】合焦駆動部１７は、インターナルレンズ１
１２を移動させるためのものであり、ドライバ１７１と
第２のモータ１７２とからなり、図３に示す様に第２の
モータ１７２の回動軸に形成された歯車装置１７３によ
り、インターナルレンズ１１２を前後に移動させること
ができる。なお第２のモータ１７２の回動軸には、手動
でピント合わせ可能とする様に、摘み部１７４が形成さ
れている。

【００８１】合焦駆動部１７は、演算処理手段１６の合
焦制御部１６６５の演算結果に基づき、インターナルレ
ンズ１１２を所定量移動させるためのものである。この
本実施例の合焦駆動部１７は歯車装置１７３が採用され
ているが、超音波モータ等を採用することもでき、イン
ターナルレンズ１１２を往復移動させることができるも
のであれば、何れの駆動手段を採用することができる。

【００８２】ここで合焦制御部１６６５の合焦制御原理
を説明する。電子レベル用標尺２は等間隔ピッチｐで配
列されており、更に、個々の線幅が変調されている。こ
のパターンをリニアセンサ１５等の１次元センサで読み
取り、この出力信号をフーリエ変換すれば、図４に示す
様なパワースペクトルを得ることができる。

【００８３】横軸をサイクルとすれば、

【００８４】ｎｈ／（ｐ／ｄ＊ｆ）ｃｙｃ
ｌｅ／ｎビット

【００８５】にピークが現れる。

【００８６】ここで、ｐは電子レベル用標尺２のパター
ンの間隔であり、ｄは電子レベル用標尺２と電子レベル
１との距離、ｆは電子レベル１の光学系の焦点距離、ｎ
はフーリエ変換を行う１次元センサビット数であり、ｈ
は１次元センサビット間隔である。

【００８７】そしてピークレベルは、合焦の位置がずれ
るに従って低下する。従って、ピークレベルを監視しな
がら合焦動作を実行し、ピークレベル点を検出すること
により、合焦制御を行うことができる。

【００８８】以上の様に構成された本第２実施例の作用
を図１２に基づいて説明する。

【００８９】まずステップ１（以下、Ｓ１と略する。）
で、発光手段６０００を駆動して発光ダイオード６２０
０から光を外部に射出する。次にＳ２では、回動駆動手
段８０００を駆動して電子レベル１を回動させる。そし
てＳ３では、受光素子７１００の出力の増大を検出する
ことにより、電子レベル用標尺２の反射部材２３で反射
された反射光が、受光手段７０００に入射したか否かを
判断する。Ｓ３で反射光の入射を確認した場合には、Ｓ
４に進み、回動駆動手段８０００を駆動を停止させて電
子レベル１を固定し、発光手段６０００の駆動を停止さ
せて発光ダイオード６２００を消灯させる。なおＳ３で
反射光の入射を確認できない場合には、反射光の入射が
あるまで、回動駆動手段８０００を駆動して電子レベル
１を回動させる。

【００９０】次にＳ５では、演算処理手段１６の合焦制
御部１６６５が、合焦駆動部１７を駆動させてインター
ナルレンズ１１２を無限大より近方に向かって定速移動
させる。そしてＳ６に進んで、リニアセンサ１５よりデ
ータを取り込む様になっている。次にＳ７では演算処理
手段１６がフーリエ変換を行い、Ｓ８では前回のデータ
と比較する。そしてＳ９では、フーリエ変換の変換出力
レベルがピークを越えたか判断する。即ち、フーリエ変
換の変換出力レベルが最大値を越えたか否か判断するも
のである。Ｓ９で、フーリエ変換の変換出力レベルが最
大値を越えたと判断した場合には、Ｓ１０に進んで、合
焦制御部１６６５が合焦駆動部１７を制御してインター
ナルレンズ１１２を停止させる。なおＳ９で、フーリエ
変換の変換出力レベルが最大値を越えないと判断した場
合には、Ｓ６に戻る様になっている。

【００９１】更にＳ１０でインターナルレンズ１１２を
停止させた後、Ｓ１１に進み、合焦制御部１６６５が、
合焦駆動部１７を駆動させてインターナルレンズ１１２
を近方から無限大に向かって、前回の位置から更に低い
速度で定速移動させる。次にＳ１２ではリニアセンサ１
５よりデータを取り込み、Ｓ１３では演算処理手段１６
がフーリエ変換を行う。そしてＳ１４では、前回のデー
タと比較し、フーリエ変換の変換出力レベルがピークを
越えたか判断する。Ｓ１４でフーリエ変換の変換出力レ
ベルが最大値を越えたと判断した場合には、合焦したこ
ととなり、Ｓ１５に進んで合焦制御部１６６５が、合焦
駆動部１７を制御してインターナルレンズ１１２を停止
させる。Ｓ１４でフーリエ変換の変換出力レベルがピー
クを越えないと判断した場合には、Ｓ１２に戻り合焦制
御を継続する様になっている。

【００９２】そしてインターナルレンズ１１２を停止さ
せた後、Ｓ１６に進み、演算処理手段１６の算出部１６
６４を駆動して、高低差、水平距離等の演算を行い、Ｓ
１７で、表示器１６７に算出部１６６４で算出された高
低差、水平距離等の演算結果を表示する様になってい
る。

【００９３】以上の様に本第２実施例は、フーリエ変換
の変換出力レベルの最大値を検索することにより、合焦
制御を行うことができる。

【００９４】以上の様に構成された第２実施例は、合焦
制御を除き、第１実施例と同様であるから、説明を省略
する。

【００９５】

【効果】以上の様に構成された本発明は、標尺パターン
の信号を形成するための光電変換器を有する測定光学系
を含む望遠鏡光学系と、外部に投光するためのコリメー
ト光学系を備えた発光手段と、この発光部から投光され
た光の反射光を受光するための受光手段と、前記電子レ
ベルの回動軸を中心に水平方向に回動させるための回動
駆動手段と、前記受光手段の受光信号に基づき、前記回
動駆動手段を駆動制御すると共に、前記光電変換器の出
力信号を演算処理して、高低差及び前記標尺までの水平
距離を計測するための信号処理部とから構成されている
ので、電子レベルが自動的に標尺と対向する様に位置決
めすることができ、標尺を移動しても直に視準可能とな
るので、測量作業能率が向上するという卓越した効果が
ある。

【００９６】更に本発明は、この光電変換器上に該パタ
ーンを形成させるための合焦部と、前記光電変換器の出
力信号を演算処理して、高低差及び前記標尺までの水平
距離を計測すると共に、前記光電変換器の出力をフーリ
エ変換するための信号処理部と、この信号処理部の出力
レベルに基づき、前記合焦部の制御を行うための合焦制
御部とから構成されているので、自動的に合焦を行うこ
とができ、スピーディに測量作業を行うことができると
いう卓越した効果がある。そして新規な合焦ユニットを
必要とせず、合焦部に合焦駆動部を追加するのみで自動
合焦制御を行うことができ、構成が簡潔となってコスト
安となるという卓越した効果がある。

【００９７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の電子レベル１の構成を示す図
である。

【図２】本実施例の電子レベル用標尺２を説明する図で
ある。

【図３】本実施例の電子レベル１の構成を示す斜視図で
ある。

【図４】出力信号のパワースペクトラムを示す図であ
る。

【図５】本実施例の演算処理手段１６の構成を示す図で
ある。

【図６】本実施例の電子レベル用標尺２を説明する図で
ある。

【図７】受光手段７０００の出力信号を説明する図であ
る。

【図８】本実施例の作用を説明する図である。

【図９】本実施例の変形例を説明する図である。

【図１０】本発明の第２実施例の構成を説明する図であ
る。

【図１１】第２実施例の演算処理手段１６の構成を示す
図である。

【図１２】第２実施例の作用を説明する図である。

【符号の説明】

１電子レベル１１対物レンズ部１２コンペンセータ１３ビームスプリッタ１４接眼レンズ部１５リニアセンサ１６演算処理手段１７合焦駆動部１６６１基準信号形成部１６６２パターン信号形成部１６６３ブロック検出部１６６４算出部１６６５合焦制御部１６６６パターン認識部１６７４回動駆動制御部２電子レベル用標尺２１電子的読取用パターン２３反射部材６０００発光手段７０００受光手段８０００回動駆動手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大友文夫東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射方向と反対方向に光を反射させるため
の反射部を備えた標尺を視準して、高低差及び該標尺ま
での水平距離を自動的に求める電子レベルであって、該
標尺パターンの信号を形成するための光電変換器を有す
る測定光学系を含む望遠鏡光学系と、外部に投光するた
めのコリメート光学系を備えた発光手段と、この発光部
から投光された光の反射光を受光するための受光手段
と、前記電子レベルの回動軸を中心に水平方向に回動さ
せるための回動駆動手段と、前記受光手段の受光信号に
基づき、前記回動駆動手段を駆動制御すると共に、前記
光電変換器の出力信号を演算処理して、高低差及び前記
標尺までの水平距離を計測するための信号処理部とから
構成されていることを特徴とする標尺検出機能付き電子
レベル。
【請求項２】光電変換器と受光手段とが、同一の受光素
子から構成されている請求項１記載の電子レベル。
【請求項３】測長方向に等ピッチで配列されたパターン
を有し、入射方向と反対方向に光を反射させるための反
射部を備えた標尺を視準して、高低差及び該標尺までの
水平距離を自動的に求める電子レベルであって、該標尺
パターンの信号を形成するための光電変換器を有する測
定光学系とこの光電変換器上に該パターンを形成させる
ための合焦部とを含む望遠鏡光学系と、前記光電変換器
の出力信号を演算処理して、高低差及び前記標尺までの
水平距離を計測すると共に、前記光電変換器の出力をフ
ーリエ変換するための信号処理部と、この信号処理部の
出力レベルに基づき、前記合焦部の制御を行うための合
焦制御部とから構成されされていることを特徴とする標
尺検出機能付き電子レベル。
【請求項４】入射方向と反対方向に光を反射させるため
の反射部を標尺の長手方向に形成したことを特徴とする
標尺。
【請求項５】測長方向に等ピッチで配列された電子的読
取用パターンを有し、入射方向と反対方向に光を反射さ
せるための反射部を備えた電子レベル用標尺。