WO2004003474A1 - 位置検出装置 - Google Patents

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WO2004003474A1
WO2004003474A1 PCT/JP2003/008177 JP0308177W WO2004003474A1 WO 2004003474 A1 WO2004003474 A1 WO 2004003474A1 JP 0308177 W JP0308177 W JP 0308177W WO 2004003474 A1 WO2004003474 A1 WO 2004003474A1
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WO
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light
image sensor
reflector
angle
unit
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PCT/JP2003/008177
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kaoru Kumagai
Fumio Ohtomo
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Topcon
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Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means

Definitions

  • a total station was used for 3D position measurement and setting.
  • the total station has a function of distance measurement and angle measurement and outputs measured values as electrical data.
  • set the total station at the reference position set the target at the measurement point, collimate the target at the total station, measure the horizontal angle and elevation angle, and set the reflection prism (corner) provided on the target.
  • the distance can be obtained by measuring the distance.
  • the measured distance and angle data are stored in the internal memory of the total station.
  • the distance measurement angle data is output as data for surveying work to an external memory device or a combination as needed.
  • Figure 7 shows the surveying work at the total station.
  • the total station (100) is installed at the reference position.
  • the evening get (2000a) is attached to the pole (3000a), and the pole (3000a) is installed at the measurement point by the worker (4000).
  • the total station (100) is composed of a telescope unit, a support for supporting the telescope's high and low rotations on its own, a base for supporting the support for horizontal rotation, and a lower part of the base.
  • the total station (100000) is composed of a leveling unit for leveling the body and fixing it to the tripod. Circuits for distance measurement, angle measurement, and the like are built in the total station (100).
  • the operator on the total station (100) rotates the telescope up, down, left and right Then, the evening get (200 a) is captured at the center of the collimation, and the horizontal angle, elevation angle, and distance from the reference position are obtained.
  • a light source unit emits measurement light
  • an image sensor receives reflected light
  • an emission unit emits measurement light and guides the reflected light to the image sensor
  • a rotating mechanism includes an emission unit.
  • the angle detector detects the emission direction of the injection means, the light source unit and the image sensor are fixedly provided, and the arithmetic processing unit outputs the image sensor output and the angle detector output at the time of light reception. Based on this, the coordinates of the deviation of the reflector with respect to the central axis can be transformed.
  • the present invention has a distance measuring unit, emits distance measuring light together with the measuring light, finds the distance to the reflector, and can find the position of the reflector from the distance and the direction.
  • the present invention can be configured to have a storage unit for recording the image data from the image sensor.
  • the coordinates of the image data can be converted based on the output of the angle detector at the time of receiving the image sensor.
  • the first light receiving sensor can detect a deviation from the center of the optical axis
  • the second light receiving sensor can detect a range different from that of the first light receiving sensor.
  • the image data to be recorded can be recorded at a predetermined rotation angle at which the image data to be recorded overlap, and the image data can be formed into a continuously arrayed image.
  • the image data obtained from the first light receiving sensor and the image data obtained from the second image sensor can be positionally associated with each other.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a position detecting device 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the electrical configuration of the position detection device 1000 of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a conventional technique. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the main body 20000 includes a rotating unit 210, a fixed unit 220, and an inclination measuring unit 230.
  • the main body 2000 is divided into a rotating portion and a fixed portion, and the rotating portion has a rotation axis in a horizontal direction and a vertical direction, and can be rotated all around by a rotating motor.
  • the rotating section 2100 corresponds to a rotating section, and includes a vertical rotating section (elevated rotating section) and a horizontal rotating section (horizontal rotating section).
  • the vertical rotation part (elevation rotation part) is for rotating the rotation mirror 2110 in the vertical direction (elevation angle).
  • Horizontal shafts 2 1 1 1 are provided at both ends of the rotating mirror 2 1 1 0, and one horizontal shaft 2 1 1 1 has a mouthpiece coder 2 1 2 0 for elevation angle measurement.
  • the other horizontal shaft 211 is connected to a vertical drive motor 210 through a first drive gear 210. Since the vertical drive motor 2140 is fixed to the column 2150, the vertical rotating motor 2140 rotates integrally with the drive force of the vertical drive motor 2140. Have been O
  • the horizontal rotating part (horizontal rotating part) is for rotating the rotating mirror 1101 horizontally.
  • the horizontal rotating part is formed by a horizontal rotating part 2170, a support part 2150 formed thereon, and a rotating mirror 2110 fixed to the support part 2150. And a horizontal shaft 211 which is configured to rotate integrally.
  • the leveling unit 300 is basically a structure that supports the main body 2000 with three legs. One of the three legs is rotatably supported, for example, by a spherical surface. The remaining two legs can be moved up and down by the leveling drive mode-evening driving force.
  • the main body 2000 is configured to be leveled by adjusting the vertical movement based on the tilt signal from the tilt measuring section 230.
  • the position detecting device 100000 includes a distance measuring unit 110, a reflector detecting unit 1200, an angle measuring unit 140, an inclination measuring unit 230, and a storage unit. 4200, display section 4300, drive circuit 4400, mode 4500, arithmetic processing means 40000, and operation section 500000. I have.
  • the inclination measuring section 2300 detects the rotation of the rotating section 2100 caused by the rotational accuracy of the bearing, and the inclination of the rotating section 2100. By correcting the light receiving position, the influence of the inclination of the rotating gas can be removed.
  • the addition of the distance measuring unit 110, the reflector detecting unit 1200, the emission optical system, and the incident optical system corresponds to the fixed part.
  • the tilt setting unit 230000 detects the tilt of the position detection device 100000 and detects the distance, angle, and image data from the tilt of the horizontal angle encoder 14010 with respect to the horizontal reference. Providing an overnight correction.
  • the tilt setting section 2303 secures the horizontal position, detects the rotational shake of the rotating section 2100, which is a mechanical error, and uses it for correction based on the angle, so that the target 2000a can be accurately measured. This is for detecting a proper position.
  • the distance measuring unit 1100 the distance measuring light emitted from the distance detecting light emitting unit 2 2 1 1 is reflected by the triangular mirror 2 2 1 5 and transmitted through the dike aperture prism 2 2 1 2 and the objective lens 2 After passing through 2 13, the light is reflected by the rotating mirror 2 110 and emitted in the direction of the measuring object (not shown).
  • the reflected light from the object to be measured follows the reverse path and the distance detection light-receiving unit
  • the distance from the position detection device 10000 to the evening gate 2000a is determined by the distance detection light-emitting unit 2 2 1 1 being pulsed and then being received by the distance detection light-receiving unit 2 2 1 4 It is calculated by the time difference up to. This calculation is performed by the distance calculation circuit 111. It also includes a distance detecting light emitting section 2 211, a distance detecting light receiving section 2 21 1, and a light receiving / emitting circuit, and corresponds to the distance measuring section 1 110. Further, this distance measurement method may be another phase difference measurement method.
  • the reflector detecting light emitting section 1 210 is collimated by a collimating lens 1 212 with light emitted from, for example, a pulse laser diode 1 211 in the main body section. Is emitted.
  • the video signal of the first imaging section 1 320 and the second imaging section 1 330 includes a target 200 0 a Includes the reflected light from the reflector detection light emitting section 1 210 reflected by the reflector 2 0 0 Ob, and is reflected when the reflector detection light emitting section 1 210 is off. Reflection light from body 2000b is not included.
  • the image sensor 400 As shown in FIG. 4, if the image sensor 400 is located at the focal length f of the lens and the angle of the return light incident on the image sensor 400 is S, the image sensor 4
  • the deviation X of 0 0 0 0 from the optical axis 0 is: f * tan 0, and the angle required for the correction is uniquely determined by obtaining the deviation x. Therefore, the horizontal deviation angle H and the vertical deviation angle V on the image can be calculated irrespective of the magnitude of the distances a, el b, and el c to the evening get prism.
  • the position of the rotating section is Due to the visual Rotate around the position that matches the quasi-center 0.
  • the horizontal direction is the X axis
  • the vertical direction is the Y axis.
  • the position detector 10000 The positions on the first imaging unit 1320 and the second imaging unit 1330 change as shown in FIG.
  • the first imaging unit 1 3 2 0 is reflected by the beam splitter 2 2 1 2
  • the resolution angle of CCD is determined by the number of pixels of CCD and the viewing angle. The resolution angle decreases as the number of pixels increases and the viewing angle decreases.
  • the second imaging section 133 0 passes through the relay lens 222 16 and It is located at a position conjugate with the image section 1320.
  • the storage section 420 stores design data linked with image data obtained from the image sensor, and the display section 4300 stores measured image data or design data. In addition, three-dimensional position information based on the measurement data is displayed. Further, the image data may be converted into an image like a panorama by application software for converting the image data and displayed or stored.
  • the first imaging unit 13320 can take a large field of view, that is, wide-angle shooting (coarse accuracy), and the second imaging unit 13330 can take a small field of view, that is, a narrow angle.
  • Shooting can be performed, and the two images can be overlaid. Then, it is possible to store the image associated with both the wide angle and the narrow angle.
  • the timing of the reflector detection light emitting section 1210, the first imaging section 1320, and the second imaging section 1330 will be described. Also, here, the area sensor CCD will be described as an example of the image sensor.
  • the reflector detection section 1 200 includes a first imaging section 1 32 0, a CCD dryino 1 3 51, a signal processing section 1 3 52, an A / D converter 1 3 5 3, It comprises a frame memory 1354, a timing generation circuit 1355, a light emitting element driver 1356, a reflector detection light emitting section 1210, and a CPU 40000.
  • the CCD uses a vertical synchronization signal VD that defines one field and a horizontal synchronization signal HD.
  • VD vertical synchronization signal
  • HD horizontal synchronization signal
  • an electronic shirt is employed, and the electronic shirt intermittently separates the charge accumulation time of CCD and the charge sweeping time.
  • the light emitting element driver 1356 is driven during the charge accumulation time of the CCD, and the light pulse is emitted from the reflector detecting light emitting section 1210. Therefore, efficient tracking detection becomes possible.
  • the reading of the first imaging unit 1320 is synchronized with the emission of the light pulse by the reflector detection light emitting unit 1210 and the detection of the angle measuring unit 1400. I have. Note that the same applies to the second imaging unit 1330, so that the description is omitted.
  • the angle measuring section 1400 detects the angle of the rotating section with respect to the fixed section by means of a mouth attached to the rotating section and a detection section formed on the fixed section. That is, the output signal of the horizontal angle and vertical angle encoder 1410 is sent to the angle measuring unit 1400 to calculate the angle.
  • the light-receiving device 20000 of the position detection device 1000 is a detection routine as follows.
  • the arithmetic processing unit 40000 obtains the horizontal angle and the vertical angle of the reflector 20000b. In that case, it is also possible to record a narrow-angle image and a wide-angle image. Furthermore, it is possible to record the horizontal and vertical angles and the measured distance data all over the image. By detecting the first reflector 200 Ob with a wide-angle image sensor, it can be executed at high speed.
  • Distortion exists in the lens system, but both the optical systems of the first imaging unit 1320 and the second imaging unit 1330 create calibration data at a reference location in advance.
  • an error can be subtracted and removed at the stage of the arithmetic processing for detecting the position of the corner-cube 2100.
  • the light receiving unit is provided with an image sensor instead of a light receiving sensor that specifically captures only light.
  • the workability can be improved by adding the image data to the conventional method in which a sequence of numerical values is stored.
  • the angle measuring section 1400 is composed of a rotor attached to the rotating section 2100 and a detecting section having the fixed section 2200 formed by a rotating section 2100 relative to the fixed section 2200. The angle of is detected.
  • the present invention configured as described above provides a light source unit for emitting measurement light and a light source unit for receiving the reflected light in a position measuring device that irradiates a reflector with measurement light and obtains a direction from the reflected light.
  • An image sensor for emitting measurement light and guiding reflected light to the image sensor; a rotating mechanism for rotating the emission means; and detecting an emission direction of the emission means.
  • the light source unit and the image sensor are fixedly provided, and based on the output of the image sensor and the output of the angle detector at the time of light reception, the deviation of the deviation of the reflector with respect to a central axis is provided. Since it is composed of an arithmetic processing unit for converting coordinates, the effect of greatly improving work efficiency can be achieved. is there.

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Abstract

本発明は位置検出装置に係わり、特に、測距光、測定光を照射してターゲット位置の3次元計測を行い、更にその照射方向又はそれ以外の方向の画像データを記録する位置検出装置を提供することを目的とし、光源部が測定光を発し、画像センサが反射光を受光し、射出手段が、測定光を射出すると共に反射光を画像センサに導き、回動機構が、射出手段を回動させ、角度検出器が、射出手段の射出方向を検出し、光源部と画像センサとを固定的に設け、演算処理部が、画像センサの出力及び受光時点の角度検出器の出力に基づき、中心軸に対する反射体の偏差の座標を変換することができる。

Description

明雜
技術分野
本発明は、 測定目標であるターゲットを走査検出し、 方向及び距離を測定する 位置検出装置に係わり、 特に、 測距光、 測定光を照射してターゲット位置の 3次 元計測を行い、 更にその照射方向又はそれ以外の方向の画像データを記録する位 置検出装置に関するものである。
背景技術
従来、 3次元位置測定および設定には、 トータルステーションを用いていた。 トータルステーションは、 測距測角の機能を備え、 測定値を電気的デ一夕として 出力するものである。 測定を行う場合には、 トータルステーションを基準位置に 設置後、 ターゲットを測定地点に設置し、 トータルステーションでターゲットを 視準して水平角、 高低角の測定を行い、 ターゲットに設けられた反射プリズム (コーナ一キューブ） を測距して距離デ一夕を得ることができる。
測定された測距 ·測角デ一夕は、 ト一タルステーションの内蔵メモリ一に記憶 される。 また測距測角データは、 必要に応じて外部メモリ一装置や、 コンビユー 夕に対して測量作業のデータとして出力される。 図 7はト一タルステーションで の測量作業を示した図である。 トータルステーション （ 1 0 0 0 ) は基準位置に 設置されている。 夕ーゲット （2 0 0 0 a ) はポール （3 0 0 0 a ) に取り付け られており、 ポール （3 0 0 0 a ) は作業者 （4 0 0 0 ) により測定地点に設置 されている。
トータルステーション （ 1 0 0 0 ) は、 望遠鏡部と、 望遠鏡部の高低回転を自 在に支えるための托架部と、 托架部を水平回転自在に支えるための基盤部と、 基 盤部の下部にありトータルステーション （ 1 0 0 0 ) 本体の傾きを整準し、 三脚 の脚頭に固定するための整準部とから構成される。 なお、 測距及び測角等のため の回路等は、 トータルステーション （ 1 0 0 0 ) に内蔵されている。
トータルステーション （ 1 0 0 0 ) 側の作業者は、 望遠鏡部を上下左右に回転 させ、 夕一ゲット （2 0 0 0 a ) を視準中心に捕え、 基準位置からの水平角、 高 低角、 距離を得る様になつている。
しかしながら従来のトータルステーション （ 1 0 0 0 ) を使用する作業では、 トータルステーション 1 0 0 0側の作業者が 1人、 そして夕一ゲヅ ト （2 0 0 0 a ) 設置のための作業者が 1人の少なくとも 2人の作業者を必要とした。 ターゲ ヅ ト （2 0 0 0 a ) の数が増えればそれに応じて作業者の人数が増加する。 しか し、 多数の夕一ゲヅ ト （2 0 0 0 a ) を瞬時に測定するのは困難であり、 現実的 には不可能である。 即ち作業者が、 望遠鏡部でターゲヅト （2 0 0 0 a ) を視準 し、 更に測定を行うためには、 ターゲヅト （2 0 0 0 a ) 数に応じた測定時間が 必要となる。 このため大幅な作業効率の改善を図ることができないという問題点 があった。 発明の開示 本発明は、 光源部が測定光を発し、 画像センサが反射光を受光し、 射出手段が、 測定光を射出すると共に反射光を画像センサに導き、 回動機構が、 射出手段を回 動させ、 角度検出器が、 射出手段の射出方向を検出し、 光源部と画像センサとを 固定的に設け、 演算処理部が、 画像センサの出力及び受光時点の角度検出器の出 力に基づき、 中心軸に対する反射体の偏差の座標を変換することができる。
また本発明は距離測定部を有し、 測定光と共に測距光を射出して反射体までの 距離を求め、 距離と方向から反射体の位置を求めることもできる。
更に本発明は、 画像センサから画像デ一夕を記録するための記憶部を有する構 成にすることもできる。
また本発明は、 画像センサから画像データを得るとき、 画像センサ受光時点の 角度検出器の出力に基づき画像データの座標を変換することもできる。
そして本発明の受光部は、 第 1の受光センサが、 光軸中心との偏差を検出し、 第 2の受光センサが、 第 1の受光センサと異なる範囲を検出することもできる。 また本発明は、 記録する画像デ一夕が重なる予め決められた回動角で記録し、 その画像データを連続的に配列された画像に形成することもできる。 更に本発明は、 第 1の受光センサから得る画像デ一夕と、 第 2の画像センサか ら得る画像データとが、 位置的に関連付けられていることもできる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施例の位置検出装置 1 0 0 0 0を説明する図である。 図 2 は、 本実施例の位置検出装置 1 0 0 0 0の電気的構成を説明する図である。 図 3 は、 本実施例の原理を説明する図である。 図 4は、 本実施例の原理を説明する図 である。 図 5は、 本実施例の原理を説明する図である。 図 6は、 本実施例の原理 を説明する図である。 図 7は、 従来技術を説明する図である。 発明を実施するための最良な状態 以下、 本発明の実施例を図面により説明する。
図 1と図 2に基づいて、 本実施例の位置検出装置 1 0 0 0 0を説明する。 位置検出装置 1 0 0 0 0は、 本体 2 0 0 0と、 整準部 3 0 0 0とから構成され ている。
本体 2 0 0 0には、 回転部 2 1 0 0と、 固定部 2 2 0 0と、 傾斜測定部 2 3 0 0とから構成されている。
本体 2 0 0 0は、 回動部分と固定部分に分けられ、 回動部分は水平方向及び鉛 直方向に回転軸を持ち、 回転モ一夕によってそれそれ全周回転可能である。 回転部 2 1 0 0は回動部分に該当するもので、 鉛直方向の回転部分 （高低回動 部） と水平方向の回転部分 （水平回動部） とを備えている。
鉛直方向の回転部分 （高低回動部） は、 回転ミラー 2 1 1 0を鉛直方向に回転 (高低角） させるためのものである。 回転ミラ一 2 1 1 0の両端部に水平軸 2 1 1 1を設けてあり、 一方の水平軸 2 1 1 1には、 高低角測定用の口一タリ一ェン コーダ 2 1 2 0が取り けられており、 他方の水平軸 2 1 1 1には、 第 1の駆動 ギア 2 1 3 0を介して鉛直駆動用モ一夕 2 1 4 0に連結されている。 鉛直駆動用 モータ 2 1 4 0は、 支柱部 2 1 5 0に固定されているので、 鉛直駆動用モー夕 2 1 4 0の駆動力により、 鉛直方向の回転部分が一体に回転する様に構成されてい る o
水平方向の回転部分 （水平回動部） は、 回転ミラ一 2 1 1 0を水平方向に回転 させるためのものである。 水平方向の回転部分は、 水平回転部 2 1 7 0と、 この 上に形成される支柱部 2 1 5 0と、 支柱部 2 1 5 0に軸止される回転ミラ一 2 1 1 0に形成される水平軸 2 1 1 1とから構成され、 一体に回転させる様に構成さ れている。
また水平回転部 2 1 7 0には、 水平角測定用の口一夕リ一エンコーダ 2 1 8 0 が取付けられている。 更に、 水平回転部 2 1 7 0には、 第 2の駆動ギア 2 1 8 5 を介して水平駆動用モ一夕 2 1 9 0に連結されている。 水平駆動用モー夕 2 1 9 0は、 筐体に固定されているので、 水平駆動用モータ 2 1 9 0の駆動力により、 水平回転部 2 1 7 0を含んで構成される回転部 2 1 0 0を水平方向に回転させる。 なお、 高低角測定用の口一夕リ一エンコーダ 2 1 2 0と水平角測定用の口一夕 リ一エンコーダ 2 1 8 0とが、 角度検出器に該当するものである。
整準部 3 0 0 0は、 基本的に三本の脚で本体 2 0 0 0を支える構造である。 三 本の脚の 1脚は回動自在に、 例えば球面で支えている。 残る 2脚は、 整準駆動モ ―夕の駆動力により上下動可能となっている。 傾斜測定部 2 3 0 0からの傾斜信 号に基づいて、 上下動作を調整することにより本体 2 0 0 0が整準される様に構 成されている。
次に図 2に基づいて、 本実施例の位置検出装置 1 0 0 0 0の電気的構成を説明 する。
位置検出装置 1 0 0 0 0は、 測距部 1 1 0 0と、 反射体検出部 1 2 0 0と、 角 度測定部 1 4 0 0と、 傾斜測定部 2 3 0 0と、 記憶部 4 2 0 0、 表示部 4 3 0 0 と、 駆動回路 4 4 0 0と、 モ一夕 4 5 0 0と、 演算処理手段 4 0 0 0と、 操作部 5 0 0 0どから構成されている。
更に傾斜測定部 2 3 0 0が、 軸受の回転精度に起因する回転部 2 1 0 0の回転 ガ夕ゃ傾きを検出し、 演算処理手段 4 0 0 0が、 受光部が受光する測定対象物の 受光位置を補正して、 回転ガ夕ゃ傾きの影響を除去することができる。 なお、 測 距部 1 1 0 0、 反射体検出部 1 2 0 0、 出射光学系 び入射光学系を加えたもの が、 固定部分に該当する。 傾斜設定部 2 3 0 0は、 位置検出装置 1 0 0 0 0本体の傾斜を検出すると共に、 その水平基準に対する水平角エンコーダ 1 4 1 0の傾きから、 距離、 角度、 画像 デ一夕の値を補正するデ一夕を提供する。
傾斜設定部 2 3 0 0は、 水平を確保すると共に、 機械誤差である回転部 2 1 0 0の回転ブレを検出し、 角度に基づく補正に使用することにより、 ターゲット 2 0 0 0 aの正確な位置を検出するためのものである。
測距部 1 1 0 0は、 距離検出発光部 2 2 1 1から発光した測距光が、 三角ミラ —2 2 1 5で反射され、 ダイク口プリズム 2 2 1 2を透過し、 対物レンズ 2 2 1 3を透過した後、 回転ミラー 2 1 1 0で反射して、 図示されていない測定対象物 の方向へ射出する。 測定対象物からの反射光を逆の経路をたどり距離検出受光部
2 2 1 4の受光素子で受光する。
位置検出装置 1 0 0 0 0から夕一ゲヅト 2 0 0 0 aまでの距離は、 距離検出発 光部 2 2 1 1がパルス発光してから、 距離検出受光部 2 2 1 4で受光されるまで の時間差により算出される。 なお、 この演算は、 距離演算回路 1 1 2 0で実行さ れる。 また、 距離検出発光部 2 2 1 1と距離検出受光部 2 2 1 と受発光回路を 含み、 距離測定部 1 1 1 0に該当する。 また、 この距離測定方式は、 他の位相差 測定方式でもよい。
反射体検出部 1 2 0 0は、 反射体検出光発光部 1 2 1 0と、 第 1の撮像部 1
3 2 0と、 第 2の撮像部 1 3 3 0と、 反射体検出回路 1 3 4 0とから構成されて いる。
第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2の撮像部 1 3 3 0とは、 反射体検出発光部 1 2 1 0から発光され、 夕一ゲット 2 0 0 0 aの反射体 2 0 0 0 bで反射された反射光 を受光すると共に画像を取得する。
本実施例では、 第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2の撮像部 1 3 3 0とは、 C C D等 の固体撮像素子が使用されている。 第 1の撮像部 1 3 2 0は、 第 1の画像センサ に該当し、 第 2の撮像部 1 3 3 0は、 第 2の画像センサに該当する。
反射体検出光発光部 1 2 1 0は、 本体部にある例えばパルスレーザダイオード 1 2 1 1より発した光をコリメ一トレンズ 1 2 1 2によりコリメ一卜され、 更に、 ミラ一 2 1 1 0により出射される。 反射体検出光発光部 1 2 1 0が点灯している状態では、 第 1の撮像部 1 3 2 0 と第 2の撮像部 1 3 3 0との映像信号には、 ターゲット 2 0 0 0 aの反射体 2 0 0 O bで反射された反射体検出光発光部 1 2 1 0からの反射光が含まれており、 反射体検出光発光部 1 2 1 0が消灯している状態では反射体 2 0 0 0 bからの反 射光が含まれていない。
従って、 第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2の撮像部 1 3 3 0から出力される反射体 検出光発光部 1 2 1 0の点灯状態、 消灯状態それそれの映像信号の差を求めると、 映像信号としては反射体 2 0 0 0 bからの反射光だけとなり、 反射光の位置を画 像上求めることにより、 第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2の撮像部 1 3 3 0上の反射 体中心位置を検出できる。
更に、 この検出結果を利用して視準中心 0と夕一ゲット 2 0 0 0 aの中心位置 との偏差を求めることとができる。
図 3 (A) はポール 3 0 0 0上に設置された夕一ゲヅ ト 2 0 0 0 aの反射体 2 0 0 O bを含む周囲の画像を示しており、 反射体検出光発光部 1 2 1 0が発光し ている場合は、 可視光の他に夕ーゲヅト 2 0 0 0 aの反射体 2 0 0 0 bからの復 路光の像が重複して得られる。 従って、 反射体検出光発光部 1 2 1 0を点灯して いる場合と、 反射体検出光発光部 1 2 1 0を消灯している場合との画像の差を求 めると、 図 3 ( B ) に示す様な夕一ゲヅ ト 2 0 0 0 aの反射体 2 0 0 O bと略同 一サイズの反射光 （復路光） 1 2のみの画像が得られる。 画面の中心が視準中心 0と一致した点であるとし、 画像から前記復路光 1 2の水平方向の偏差 H、 S直 方向の偏差 Vを容易に演算することができる。
また図 4に示される様に、 画像センサ 4 0 0 0 0がレンズの焦点距離 fの位置に 配置され、 画像センサ 4 0 0 0 0に入射する復路光の角度が Sとすると画像セン サ 4 0 0 0 0の光軸 0からの偏差 Xは: f * t a n 0であり、 偏差 xを求めること で修正に要する角度が一義的に決定される。 従って夕一ゲットプリズムまでの距 離エル a、 エル b、 エル cの大小に係わらず、 画像上の水平方向の偏差角度 H、 垂直方向の偏差角度 Vを演算することができる。
詳細には、 反射体検出光発光部 1 2 1 0及び、 第 1の撮像部 1 3 2 0、 第 2の 撮像部 1 3 3 0は固定的に設けられているため、 回動部の位置により画像は、 視 準中心 0と一致する位置を中心に回転する。
図 3 ( C ) に基づいて説明すると、 例えば、 位置検出装置 1 0 0 0 0が置かれ ている位置から見て、 水平方向を X軸、 鉛直方向を Y軸とする。 このとき、 Y方 向に一定角度ずれた位置に夕一ゲヅト 2 0 0 0 aの反射体 2 0 0 0 bがある場合、 ①から④の様に、 位置検出装置 1 0 0 0 0に対して置かれる位置によって、 第 1 の撮像部 1 3 2 0、 第 2の撮像部 1 3 3 0上での位置は図 3 ( C ) の様に変わる。 従って、 第 1の撮像部 1 3 2 0、 第 2の撮像部 1 3 3 0からの偏差を検出して、 視準中心 0を反射体 2 0 0 O bの中心へ移動させる場合、 また、 ターゲット 2 0 0 0 aの反射体 2 0 0 0 bの水平、 鉛直方向の偏差角度を求める場合、 画像セン サ 4 0 0 0 0上の座標を、 本体 2 0 0 0を回転させる水平及び鉛直の座標に変換 する必要がある。 その式は、 座標の回転で表され、 第 1式で表される。 これらの 変換処理は、 演算処理部 4 0 0 0にて行われる。
反射体検出部 1 2 0 0は、 反射体検出光発光部 1 2 1 0と、 第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2の撮像部 1 3 3 0と反射体検出回路 1 3 4 0とから構成される。
反射体検出部 1 2 0 0の光学系は、 固定部 2 2 0 0に設けられたコリメ一タレ ンズ 1 2 1 2と、 ダイク口プリズム 2 2 1 2、 ハーフミラ一 2 2 1 7、 リレ一レ ンズ 2 2 1 6、 第 1の撮像部 1 3 2 0と、 第 2の撮像部 1 3 3 0と、 ミラ一 1 2 1 3と、 回動部のミラ一 2 1 1 0とから構成されている。
第 1の撮像部 1 3 2 0は、 ビ一ムスプリッ夕 2 2 1 2で反射され、 対物レンズ
2 2 1 3の焦点位置に設けられている。
第 1の撮像部 1 3 2 0は、 回動部のミラ一により視準方向を鉛直、 水平方向に 曲げることが可能なため、 全周方向に大きな視野を持っている。 第 1の撮像部 1
3 2 0に結像した受光装置の像 （実質的にはコーナーキューブ像） の結像位置情 報と、 角度演算部で演算されたミラーが方向づけられている水平角度及び鉛直角 度により、 位置検出装置 1 0 0 0 0から反射体 2 0 0 O bへ視準する水平角およ び高低角を求める事が出来る。
また、 C C Dの分解角は、 C C Dの画素数と視野角によって決まる。 画素数が 多く、 視野角が狭くなるほど分解角が小さくなる。
そこで、 第 2の撮像部 1 3 3 0は、 リレーレンズ 2 2 1 6を通過し、 第 1の撮 像部 1 3 2 0と共役の位置にある。
リレ一レンズ 2 2 1 6により第 2の撮像部 1 3 3 0の視野角を狭くしているた め、 第 1の撮像部 1 3 2 0に比べ分解角が小さくなっており、 偏差を高精度に求 めることが可能である。 ―
また、 広角の画像センサを利用して、 反射体 2 0 0 O bの検出を行い、 狭角の 範囲内に入る様に駆動を行えば、 精度の高い高速な反射体検出が可能となる。 記憶部 4 2 0 0には、 画像センサから得られた画像データがリンクした設計デ —夕を記憶しており、 表示部 4 3 0 0には、 測定画像デ一夕又は設計デ一夕と共 に測定デ一夕に基づく 3次元位置情報が表示される。 更に、 画像デ一夕を変換す るアプリケーションソフトでパノラマのような画像に変換して表示或いは記憶し ても良い。
ここで、 図 5に基づいてパノラマの様な画像の形成について説明する。 図 5 ( a) に示す様に、 全周 3 6 0度の方向に画像を分割して撮像し、 これを回転さ せて、 つなぎ合わせれば、 図 5 ( b ) に示す様に、 パノラマの様な画像を形成す ることができる。
図 3 ( c ) に示す様に、 C C D上の画像の座標を （X ' 、 Y， ) とすれば、 回 転の角度を 0とすれば、 変換される座標を （Χ、 Υ) とすれば、
「数 1」
第 1式
Figure imgf000010_0001
で表される座標演算を行えばよい。 なお、 図 3 ( c ) において、 ①、 ②、 ③、 ④ の順番に回転することを示している。
また第 1の撮像部 1 3 2 0は、 大きな視野、 即ち、 広角の撮影 （粗精度） をす ることができ、 第 2の撮像部 1 3 3 0は、 小さい視野、 即ち、 狭角の撮影 （精精 度） を行うことができ、 2つの画像を重ねることができる。 そして広角と狭角両 方関連づけられた画像を記憶することが可能である。
次に図 6に基づいて、 反射体検出光発光部 1 2 1 0と、 第 1の撮像部 1 3 2 0 と第 2の撮像部 1 3 3 0とのタイミングについて説明する。 また、 ここでは画像 センサとしてエリア C C Dを例に説明する-。
反射体検出部 1 2 0 0は、 第 1の撮像部 1 3 2 0と、 C C Dドライノ 1 3 5 1 と、 信号処理部 1 3 5 2と、 A/Dコンパ一夕 1 3 5 3と、 フレームメモリ 1 3 5 4と、 タイミング発生回路 1 3 5 5と、 発光素子ドライバ 1 3 5 6と、 反射体 検出光発光部 1 2 1 0と、 C P U 4 0 0 0とから構成されている。
C C Dは、 図 6に示す様,に、 1フィールドを規定する垂直同期信号 VDと、 水 平同期信号 H Dが使用されている。 本実施例では、 電子シャツ夕が採用されてお .り、 この電子シャツ夕により、 C C Dの電荷の蓄積時間と、 電荷掃き出し時間と に間欠的に分離されている。
本実施例では、 C C Dの電荷の蓄積時間に、 発光素子ドライバ 1 3 5 6を駆動 させ、 反射体検出光発光部 1 2 1 0から光パルスを発射させる様に構成されてい る。 このため、 効率のよい追尾検出が可能となる。
また、 第 1の撮像部 1 3 2 0の読みだしと、 反射体検出光発光部 1 2 1 0によ る光パルスの発光及び角度測定部 1 4 0 0の検出を同期させる様になつている。 なお、 第 2の撮像部 1 3 3 0も同様であるから説明を省略する。
測角部 1 4 0 0は、 回動部に取り付けられた口一夕と、 固定部に形成された検 出部とにより、 固定部に対する回動部の角度を検出している。 即ち、 水平角及び 鉛直角エンコーダ 1 4 1 0の出力信号を角度測定部 1 4 0 0を送り、 角度を演算 する様に構成されている。
位置検出装置 1 0 0 0 0の受光装置 2 0 0 0 0検出ル一チンは以下の通りとな る。
始めに、 反射体検出光発光部 1 2 1 0を点灯させ、 駆動部が反射ミラ一 2 1 1 0を回動させる b 広角の画像センサの出力を見ながら反射体 2 0 0 O bを検出す る。 反射体 2 0 0 O bを検出したならば、 狭角の画像センサに入る様に、 角度検 出部のデータと画像センサの位置から演算処理部 4 0 0 0が計算を行い、 駆動部 が反射ミラ一 2 1 1 0を動かす様になつている。
狭角の画像センサに、 反射体 2 0 0 O bの像が入ったならば、 更に中心軸 0付 近まで駆動するか、 その位置で、 角度検出部のデ一夕と画像センサの位置とから、 演算処理部 4 0 0 0が反射体 2 0 0 0 bの水平角及び鉛直角を求める。 その場合、 狭角の画像と広角の画像を記録することも可能である。 更に画像デ一夕に、 水平 角及び鉛直角、 測定した距離データを含めて記録しておくことも可能である。 最初の反射体 2 0 0 O bの検出を、 広角の画像センサで行うことにより、 高速 に実行することができる。
レンズ系には、 ディストーションが存在するが、 第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2 の撮像部 1 3 3 0の光学系とも、 予め基準となる場所で、 校正デ一夕を作成して おき、 コーナ一キューブ 2 1 0 0 0の位置検出を行う演算処理の段階で誤差を差 し引いて除去することもできる。
本実施例は、 測距光及び測定光を、 回転ミラ一により水平方向又は鉛直方向に 回転照射し、 照射範囲にある反射体 2 0 0 O bを捕え位置測定をする位置検出装 ¾でおる。
受光部に特定に光をのみを捉える受光センサではなく画像センサを備えている。 画像センサの出力する画像デ一夕は、 数値の羅列を記憶していた従来の方法に画 像デ一夕を加えることで、 作業性を改善することが可能となる。
更に、 本実施例の位置検出装置 1 0 0 0 0は、 測距光及び測定光を回転照射す る回転部 2 1 0 0が、 水平回転機構のみからなるものであってもよい。 この場合 には、 測定対象となるコーナ一キューブ 2 1 0 0 0の位置について、 水平方向は 回転部 2 1 0 0に設けた水平角エンコーダ 1 4 1 0で概略捕える様になつている。 第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2の撮像部 1 3 3 0の映像から、 視準中心に対する水 平角エンコーダ 1 4 1 0から出力される水平角値を補正し、 高低角を算出するこ とができる。 測距光はファン状光を使用することで高低角測距範囲をカバ一する ことができる。
ここで使用する第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2の撮像部 1 3 3 0は、 画像を取り 込むことの出来る画像センサである。 画像センサから取り入れた画像データは、 コーナ一キュ一ブ 2 1 0 0 0の位置検出に使用すると共に、 測定可能範囲の画像 データとして言己録される。 一
そして本実施例の画像デ一夕を収集する画像センサは、 距離検出発光部 2 2 1 1から発光され、 反 体 2 0 0 O bで反射される測定光を捕らえると共に、 夕一 ゲット 2 0 0 0 aの画像を捕らえ記録する。 また、 ターゲット 2 0 0 0 aのコ一 ナ一キューブ 2 1 0 0 0を含む回動範囲で、 周囲の画像を記録する。 更に、 画像 センサは画角範囲の異なる 2つの画像センサ （第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2の撮 像部 1 3 3 0 ) から構成され、 遠近又は拡大した画像データとして使用する。 本実施例は、 水平方向の回動に加えて高低方向の回動を行い、 また水平の回動 及び高低の回動は、 それそれのエンコーダにより検出さる。 夕一ゲヅト 2 0 0 0 aのコーナ一キュープ 2 1 0 0 bの方向位置が概略画像デ一夕に捕らえられると、 水平角値と高低角値とは、 画像データの値により補正され、 正確なコーナーキュ —ブ 2 1 0 O bの方向が確定される。
角度測定部 1 4 0 0は、 回転部 2 1 0 0に取り付けられたロータと、 固定部 2 2 0 0の形成された検出部とにより、 固定部 2 2 0 0に対する回転部 2 1 0 0の 角度を検出している。
距離検出発光部 2 2 1 1が光源部に該当する。 距離検出受光部 2 2 1 4が受光 部に該当する。 リレーレンズ 1 2 1 2と、 ミラ一 1 2 1 3と、 回動部のミラ一 2 1 1 0と等とが、 射出手段に該当する。 角度測定部 1 4 0 0が角度検出器に該当 する。 第 1の撮像部 1 3 2 0と第 2の撮像部 1 3 3 0とが、 画像センサに該当す る。 ターゲヅト 2 0 0 0 aのコーナ一キュ一ブ 2 1 0 0 0は、 反射体に該当する。 水平駆動用モ一夕 2 1 9 0等が、 回動機構に該当する。
以上の様に構成された本発明は、 反射体に測定光を照射し、 その反射光から方 向を求める位置測定装置において、 測定光を発するための光源部と、 その反射光 を受光するための画像センサと、 測定光を射出すると共に反射光を前記画像セン サに導くための射出手段と、 該射出手段を回動させるための回動機構と、 前記射 出手段の射出方向を検出するための角度検出器を備え、 前記光源部と前記画像セ ンサは固定的に設けられ、 前記画像センサの出力及び受光時点の前記角度検出器 の出力に基づき、 中心軸に対する前記反射体の偏差の座標を変換するための演算 処理部とからなるので、 大幅な作業効率の改善を図ることができるという効果が ある。 産業上の利用可能性 本発明は位置検出装置に係わり、 特に、 測距光、 測定光を照射してターゲット 位置の 3次元計測を行い、 更にその照射方向又はそれ以外の方向の画像デ一夕を 記録することができる。

Claims

請求の範囲
1。 反射体に測定光を照射し、 その反射光から方向を求める位置測定装置にお いて、 測定光を発するための光源部と、 その反射光を受光するための画像センサ と、 測定光を射出すると共に反射光を前記画像センサに導くための射出手段と、 該射出手段を回動させるための回動機構と、 前記射出手段の射出方向を検出する ための角度検出器を備え、 前記光源部と前記画像センサは固定的に設けられ、 前 記画像センサの出力及び受光時点の前記角度検出器の出力に基づき、 中心軸に対 する前記反射体の偏差の座標を変換するための演算処理部とからなる位置測定装
2。 距離測定部を有し、 測定光と共に測距光を射出して反射体までの距離を求 め、 距離と方向から反射体の位置を求める請求項 1記載の位置検出装置。
3。 画像センサから画像データを記録するための記憶部を有する請求項 1記載 の位置測定装置。
4。 画像センサから画像デ一夕を得るとき、 前記画像センサ受光時点の前記角 度検出器の出力に基づき画像デ一夕の座標を変換する請求項 3記載の位置測定装 置。
5。 画像センサは、 光軸中心との偏差を検出する第 1の受光センサと、 該第 1 の受光センサと異なる範囲を検出する第 2の受光センサとを有する請求項 3記載 の位置測定装置。
6。 記録する画像データが重なる予め決められた回動角で記録し、 その画像デ 一夕を連続的に配列された画像に形成する請求項 5記載の位置検出装置。
7。 第 1の画像センサから得る画像デ一夕と、 第 2の画像センサから得る画像 データとが、 位置的に関連付けられている請求項 5記載の位置検出装置。
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