(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
望遠鏡で捉えた測定対象物を撮像する撮像装置と、前記測定対象物を照明する照明装置と、前記測定対象物上の測定点までの距離を測定する測距部とを備えた自動視準測量機において、
前記撮像装置で撮像された画像を表示する表示装置と、
前記画像から測定点を弁別する画像処理装置と、
前記画像上の測定点を指定する測定点指定手段と、
指定された測定点を自動的に視準する自動視準装置とを備え、
前記撮像装置、前記照明装置、測距部光学系は、同軸光学系として構成されたことを特徴とする自動視準測量機。
【請求項２】
前記表示装置は、タッチパネルディスプレイであって、前記画像の測定点に前記測定点指定手段で触れることにより測定点を指定できることを特徴とする請求項１に記載の自動視準測量機。
【請求項３】
画像表示装置を備えた外部の計測制御機と接続されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動視準測量機。
【請求項４】
前記自動視準装置は、前記測定点のターゲットを撮像するために前記望遠鏡内に設置された撮像装置を有することを特徴とする請求項１、２又３に記載の自動視準測量機。
【請求項５】
前記自動視準装置は、前記測定点のターゲットで反射された照明光が入射する前記望遠鏡内に設置された十字形ラインセンサを有することを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の自動視準測量機。
【請求項６】
前記望遠鏡は、高倍率の視準カメラ光学系と、広い視野の広角カメラ光学系とを有し、
前記自動視準装置は、前記測定点のターゲットを撮像するために前記視準カメラ光学系に設置された撮像装置を有する第１の自動視準装置と、前記測定点のターゲットで反射された照明光が入射する前記視準カメラ光学系に設置された十字形ラインセンサを有する第２の自動視準装置と、前記測定点のターゲットを撮像するために前記広角カメラ光学系に設置された撮像装置を有する予備視準装置とを備えたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の自動視準測量機。
【請求項７】
測定点までの距離を測定する測距部及び角度を測定する測角部とを備え、前記測距部は前記照明光が消灯されているときにのみ距離測定することを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載の自動視準測量機。
【請求項８】
前記照明装置は所定間隔で点滅する光源を備えたことを特徴とする請求項１−７のいずれかに記載の自動視準測量機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤカメラ等の撮像装置と画像処理装置とを備えた測量機に関し、特に、橋梁、造船、トンネル等の大型構造物の各部位置を測定するのに適した測量機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置を備えた測量機としては、特開平１１−３２５８８３号公報に開示されたようなトータルステーションがあった。この公報に開示されたトータルステーションの望遠鏡は、図１８に示したように、光軸上に対物レンズ１１、合焦レンズ１２、正立像にするためのホロプリズム１３、ビームスプリッタ１６、焦点鏡１４、接眼レンズ１５を備え、さらに、ビームスプリッタ１６で直角方向へ反射された光を受光するＣＣＤカメラ１７と、対物レンズ１１の背後に配置された距離計用光学系１８を備えている。ＣＣＤカメラ１７で得た画像は、図示しない画像圧縮装置を経て記憶媒体に測量結果（水平角、垂直角、距離、日時、天候等）とともに記憶されるようになっている。また、図１９に示したように、このトータルステーション３１は、ＣＣＤカメラ１７で撮影した画像、測量結果、警報等を表示するためのモニタ３２と、日時、天候等のデータ等を入力するためのテンキー３３を備えている。記録媒体に記録された画像や測量結果は、パーソナルコンピュータに入力され、複数方向から撮影した画像及び測量結果を用いてデータ解析を行い、これにより画像上の各点の位置が求められる。
【０００３】
また、撮像装置と画像処理装置を備えたトータルステーションとしては、特開２０００−２７５０４４号公報に開示されたようなものもあった。この公報に開示されたものは、図２０に示したように、遠隔操作型トータルステーション３１の望遠鏡の接眼部にＣＣＤカメラ１７を取り付け、ＣＣＤカメラ１７と画像処理装置１３ａと演算制御装置１３ｂとをケーブル１０ａで接続するとともに、画像処理装置１３ａと演算制御装置１３ｂと無線通信装置４とをケーブル１０ｂで接続した計測部１０を構成している。さらに、トータルステーション３１を遠隔操作するため、ハンディコンピュータ２１と無線通信装置２２とをケーブル２２ａで接続した操作部２０も備えられる。
【０００４】
測定対象物に設置されたターゲットに関し、ハンディコンピュータ２１が記憶している設計座標を無線通信装置２２、４を介してトータルステーション３１へ送ると、トータルステーション３１は設計座標に対して自動視準するとともに、この設計座標に焦点を合わせる。そして、ＣＣＤカメラ１７から出力された画像信号と、演算制御装置１３ｂで演算された位置調整データは、無線通信装置４、２２を介して、ハンディコンピュータ２１へ送られ、そのディスプレイ２１ａ上に表示される。作業者は、ディスプレイ２１ａを見ることにより、ターゲットの設計上の座標位置からのずれを知ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１８及び図１９に示した特開平１１−３２５８８３号公報に開示された測量機では、画像及び測量データを用いて大型構造物の各測定点の位置を算定しているため、複数方向からの画像と測量データが必要であり、複数箇所全部での画像と測量データが得られた後に、パーソナルコンピュータ等を用い、記録媒体に記録されている画像と測量データに基づいて、大型構造物の各測定点の位置を求めていたので、作業能率がよくないという問題があった。しかも、作業員は手動で測定点を視準しなければならず、作業員の負担が多く、能率的に測定できないという問題があった。
【０００６】
また、図２０に示した特開２０００−２７５０４４号公報に開示された測量機では、測定対象物側の作業者が、ディスプレイ２１ａを見ながら測量機を遠隔操作ができるものの、この測量機で大型構造物の各測定点位置を測定するためには、やはり各測定点をディスプレイ２１ａで位置合わせしながら１つづつ手動で測定していくほかなく、作業員の負担が大きく、能率的に測定できないうえ、各測量機３１とハンディコンピュータ２１間に、画像処理装置１３ａと演算制御装置１３ｂ（パーソナルコンピュータ）と通信装置４、２２が必要となり、全体として大がかりな測量システムになるという問題があった。
【０００７】
ところで、自動視準装置を備えて自動的にターゲットを視準できるようにして、作業者の視準作業の負担を軽減した測量機は従来からあった。しかし、このような自動視準装置は、ターゲットからの反射光をセンサが捉えてからでなければ働かないので、作業員は、少なくとも望遠鏡の視野内のレクチル線（十字線）の中心付近にターゲットを捕捉する必要があり、手動視準とあまり変わらない作業負担を必要としていた。
【０００８】
本発明は、前記問題点を解決するため、作業員が測定点を視準する負担を軽減するとともに、１人の作業員と測量機単体のみでも、大型構造物等の測定対象物に対し、多数の測定点位置を大きな負担なく能率的に測定できるようにした自動視準測量機を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を達成するために、請求項１に係る発明では、望遠鏡で捉えた測定対象物を撮像する撮像装置と、前記測定対象物を照明する照明装置と、前記測定対象物上の測定点までの距離を測定する測距部とを備えた自動視準測量機において、前記撮像装置で撮像された画像を表示する表示装置と、前記画像から測定点を弁別する画像処理装置と、前記画像上の測定点を指定する測定点指定手段と、指定された測定点を自動的に視準する自動視準装置とを備え、前記撮像装置、前記照明装置、測距部光学系は、同軸光学系として構成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、前記表示装置は、タッチパネルディスプレイであって、前記画像の測定点に前記測定点指定手段で触れることにより測定点を指定できることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明では、請求項１又は２に係る発明の自動視準測量機は、画像表示装置を備えた外部の計測制御機と接続されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明では、請求項１、２又は３に係る発明において、前記自動視準装置は、前記測定点で反射された照明光が入射する前記望遠鏡内に設置された撮像装置を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明では、請求項１、２、３又は４に係る発明において、前記自動視準装置は、前記測定点のターゲットで反射された照明光が入射する前記望遠鏡内に設置された十字形ラインセンサを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明では、請求項１、２又は３に係る発明において、前記望遠鏡は、高倍率の視準カメラ光学系と、広い視野の広角カメラ光学系とを有し、前記自動視準装置は、前記測定点のターゲットを撮像するために前記視準カメラ光学系に設置された撮像装置を有する第１の自動視準装置と、前記測定点のターゲットで反射された照明光が入射する前記視準カメラ光学系に設置された十字形ラインセンサを有する第２の自動視準装置と、前記測定点のターゲットを撮像するために前記広角カメラ光学系に設置された撮像装置を有する予備視準装置とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明では、請求項１−６のいずれかに係る発明において、測定点までの距離を測定する測距部及び角度を測定する測角部とを備え、前記測距部は前記照明光が消灯されているときにのみ距離測定することを特徴とする。
【００１８】
請求項８に係る発明では、請求項１−７のいずれかに係る発明において、前記照明装置は所定間隔で点滅する光源を備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例である測量機全体のブロック図であり、図２は、この測量機の光学系と自動視準装置を説明する図であり、図３は、この測量機の背面図であり、図４は、この測量機の自動視準装置に用いられる十字形ラインセンサを説明する図である。
【００２１】
本実施例の測量機１１０の望遠鏡４６は、図１、図２及び図３に示したように、測定対象物を高倍率で撮像する撮像装置として視準カメラ光学系４７の他に、測定対象物を低倍率の広い視野で撮像する撮像装置として広角カメラ光学系８９を備えている。そして、この測量機１１０は、図３に示したように、整準台４０上に水平回転可能に水平回転軸４３を取り付け、この水平回転軸４３に立設された一対の柱部４４間に垂直回転可能に望遠鏡４６を取り付けている。
【００２２】
また、本実施例の測量機１１０は、トータルステーションと同じく、図１に示したように、測定点までの距離を測定する測距部（光波距離計）４８と、望遠鏡４６の水平角を測定する水平測角部（水平エンコーダ）５０と、望遠鏡４６の垂直角を測定する垂直測角部（垂直エンコーダ）５２と、望遠鏡４６の水平角を制御する水平制御部（水平サーボモータ）５４と、望遠鏡４６の垂直角を制御する垂直制御部（垂直サーボモータ）５６と、これら各部を制御するとともに測定結果を算定するためのＣＰＵ（演算制御部）５８とを備えている。もちろん、望遠鏡４６は、手動で容易に回転させることもできる。
【００２３】
さらに、本実施例の測量機１１０は、各カメラ光学系４７、８９で得た画像からノイズを除去して鮮明な画像にするとともに、測定対象物の輪郭や測定点等を弁別する画像処理装置６０と、各カメラ光学系４７、８９から得た画像に種々の情報等を重ね合わせるスーパーインポーズ装置６２と、各カメラ光学系４７、８９で得た画像を表示するとともに、タッチペン６８又は指等の測定点指定手段で触れることにより測定点を指定したり、各種データやコマンド等を入力することができるタッチパネルディスプレイ６４と、測量機１１０とは別体の計測制御機（パーソナルコンピュータ）６５等の外部機器とのデータ入出力のための入出力装置６６とを備える。
【００２４】
画像処理装置６０とスーパーインポーズ装置６２は、測量機１１０の内部に取り付けられ、タッチパネルディスプレイ６４は、水平回転部４２の下部背面に取り付けられる。タッチパネルディスプレイ６４は、各カメラ光学系４７、８９により撮像された画像を表示するだけでなく、広角カメラ光学系又は視準カメラ光学系の視準軸（光軸）Ｏ１、Ｏの方向を示すレクチル線（十字線）９２、各種のコマンドを入力するためのアイコン、データを入力するためのテンキー、測距部４８や測角部５０、５２で得た測定結果等もスーパーインポーズ装置６２により重ねて表示できるようになっている。
【００２５】
もちろん、タッチパネルディスプレイパネル６４の代わりに、普通の液晶ディスプレイ等の表示装置と、種々のコマンドやデータ入力のためのキーボードとを別体にして備え、測定点指定手段としては、カーソル移動キー、マウス、トラックボール、ジョイスティック等を用いてもよい。また、本実施例の測量機１１０は、測距部４８と測角部５０、５２を有し、トータルステーションと同じ機能を有しているが、ターゲットの大きさは既知であるから、測角部５０，５２を有していれば、広角カメラ光学系８９で撮像されたターゲット像の大きさに基づいて距離が求まるので、必ずしもトータルステーションと同じ機能を必要とするものではない。
【００２６】
広角カメラ光学系８９は、広角レンズ８７と広角ＣＣＤカメラ素子８８からなり、広角カメラ光学系８９の光軸Ｏ１は、視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏに平行に構成されている。また、広角ＣＣＤカメラ８９は、合焦レンズ１９’を含むズーム装置を備え、ターゲットの遠近を調整するズーム型自動焦点機構を備えている。もちろん、小型化や価格抑制等のためには、ズーム装置を省くことができ、又は、広角カメラ光学系８９そのものも省くこともでき、さらに、広角ＣＣＤカメラ素子８８の代わりに、その他の適当な撮像装置を用いてもよい。
【００２７】
視準カメラ光学系４７は、視準軸Ｏ上に、対物レンズ１１、反射プリズム７０、ダイクロイックミラー７２、ビームスプリッタ１２０、視準ＣＣＤカメラ素子４５を設置している。また、視準カメラ光学系４７は、測距光を出射する赤外線ＬＥＤ等の発光素子７４と、この測距光を集光する集光レンズ７６と、集光された測距光を反射プリズム７０に向けて反射するダイクロイックミラー７８とで構成される測距部光学系を有し、この測距部光学系の光軸Ｏ２は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸光学系とされる。さらに、視準カメラ光学系４７は、可視光で照明するＬＥＤ等の光源８０と、この照明光を集光する集光レンズ８２と、集光された照明光を反射プリズム７０に向けて反射するミラー８４とで構成される照明装置を有し、この照明装置の光軸Ｏ３は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸光学系とされる。
【００２８】
さらに、視準カメラ光学系４７は、ターゲットで反射された測距光がダイクロイックミラー７２で反射して入射するフォトダイオード等の受光素子８６と、ターゲットで反射された照明光を２つに分けるビームスプリッタ１２０と、ビームスプリッタ１２０で２つに分けられた一方の照明光が合焦レンズ１９を経て、照明されたターゲット像を結像し、この結像をデジタル画像に変換する視準ＣＣＤカメラ素子４５と、他方の照明光の入射位置を認識する十字形ラインセンサ１２２とを備えている。もちろん、視準ＣＣＤカメラ素子４５の代わりに、その他の適当な撮像装置を用いてもよく、十字形ラインセンサ１２２の代わりに４分割センサ等の適宜センサを用いてもよい。
【００２９】
照明光としては赤外線レーザ光でもよいが、レーザ光では広角ＣＣＤカメラ素子８８の視野全体を照明しにくいので、本実施例では、視野全体に照明光が広がり易いように、ＬＥＤ等の光源８０による可視光の照明光を出射する照明装置を備えた。このため、屋内の暗所で測定した場合には、ターゲットで反射された照明光を作業員が視認し易く便利である。また、本実施例では、光源８０をＣＰＵ５８からのＯＮ／ＯＦＦ切り換え指令により点滅可能にしている。もちろん、適当な変調回路により光源８０を点滅可能にしてもよい。光源８０を点滅させると、暗所で直接見るターゲットも、タッチパネルディスプレイ６４上のターゲット像も点滅するので、いっそうターゲットを視認し易く測定点の指定が容易になる。
【００３０】
さて、発光素子７４からの出射された測距光（ＬＥＤ又は赤外線レーザ光）は、集光レンズ７６、ダイクロイックミラー７８、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象物のターゲットに向けて送光される。そして、ターゲットで反射された測距光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ１１を透過して、ダイクロイックミラー７２で直角方向へ反射され、受光素子８６へ入射する。ターゲットまでの距離は、従来と同様に、発光素子７４から図示しない光ファイバーにより直接受光素子８６へ入射する参照光と、ターゲットで反射してから受光素子８６へ入射する測距光の位相差から算出される。
【００３１】
一方、光源８０から出射された照明光は、集光レンズ８２、ミラー８４、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象物の測定点に設置されたターゲットに向けて送光される。そして、ターゲットで反射された照明光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ１１とダイクロイックミラー７２とを透過して、ビームスプリッタ１２０より照明光は２つに分けられ、その一方は合焦レンズ１９を経て、照明されたターゲット像を結像し、この結像をデジタル画像に変換する視準ＣＣＤカメラ素子４５へ入射し、他方は十字形ラインセンサ１２２に集光される。
【００３２】
ところで、本実施例では、測定点を視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏ上に位置させるための自動視準装置６９として、視準ＣＣＤカメラ素子４５、ＣＰＵ５８，画像処理装置６０、水平制御部５４、垂直制御部５６からなる第１の自動視準装置と、十字形ラインセンサ１２２、ＣＰＵ５８、水平制御部５４、垂直制御部５６からなる第２の自動視準装置と、広角ＣＣＤカメラ素子８８、ＣＰＵ５８、画像処理装置６０、水平制御部５４、垂直制御部５６、図示しないズーム装置とからなる予備視準装置とを備えている。
【００３３】
まず、視準ＣＣＤカメラ素子４５を有する第１の自動視準装置について、図２及び図６に基づいてさらに詳細に説明する。視準ＣＣＤカメラ素子４５の受光部の中心は、視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏと一致するようにされていて、視準軸Ｏに沿う光線が視準ＣＣＤカメラ素子４５の受光部の中心に入射するので、図６に示したように、タッチパネルディスプレイ６４上において、視準軸Ｏとターゲット像９０との水平方向偏差ｈと垂直方向偏差ｖは、視準軸Ｏとターゲット方向のなす角に対応する。そこで、両偏差ｈ、ｖをともに０とすることによりターゲットを自動視準することができる。
【００３４】
このため、視準ＣＣＤカメラ素子４５からの画像信号は、図示しない信号処理部（増幅器、波形整形器、Ａ／Ｄ変換器等）を経て、ＣＰＵ５８に入力される。ＣＰＵ５８は、画像処理装置６０に、視準ＣＣＤカメラ素子４５で得た画像から測定対象物の輪郭やターゲット像９０を弁別し、これらをタッチパネルディスプレイ６４上に表示させる。また、レチクル線９２も、タッチパネルディスプレイ６４の中心に表示され、レクチル線９２の交点は、視準軸Ｏと一致するようになっている。ここで、タッチパネルディスプレイ６４上の指定したいターゲット像９０にタッチペン６８で触れると、ＣＰＵ５８は、タッチペン６８で触れた点と視準軸Ｏとの間の水平方向偏差ｈと垂直方向偏差ｖとを求め、これら両偏差ｈ、ｖに応じた制御信号を夫々、水平制御部５４、垂直制御部５６に送る。すると、両制御部５４、５６は、両偏差ｈ、ｖに応じた制御信号により望遠鏡４６を回転させ、タッチペン６８で触れた点、すなわち指定したターゲット像９０を視準軸Ｏ上に移動させる。こうして、ターゲット像９０が視準軸Ｏ付近に移動すると、ＣＰＵ５８は、指定されたターゲット像９０を認識し、その後は、ターゲット像９０と視準軸Ｏとの間の水平方向偏差ｈと垂直方向偏差ｖとを求め、これら両偏差ｈ、ｖに応じた制御信号を夫々、水平制御部５４、垂直制御部５６に送って自動視準を行う。
【００３５】
次に、十字形ラインセンサ１２２を有する第２の自動視準装置について、図２及び図４に基づいて説明する。十字形ラインセンサ１２２は、図４に示したように、２本のラインセンサ１２３、１２４を十字形に組み合わせたもので、その中心１２５を視準カメラ光学系の視準軸Ｏに沿う光線が入射する位置と一致させておく。両ラインセンサ１２３、１２４からの出力信号は、図示しない信号処理部（増幅器、波形整形器、Ａ／Ｄ変換器等）を経て、ＣＰＵ５８に入力される。ＣＰＵ５８は、両ラインセンサ１２３，１２４の各受光部分１２６、１２７夫々の中点１２８、１２９を求めることにより、十字形ラインセンサ１２２の中心１２５に対する光源８０の反射光の照射スポット１３０の中心１３１の水平方向偏差ｈ１と垂直方向偏差ｖ１を求める。両偏差ｈ１、ｖ１は、視準軸Ｏとターゲット方向のなす角に対応するので、ＣＰＵは、両偏差ｈ１、ｖ１に応じた制御信号を夫々、水平制御部５４、垂直制御部５６に送り、両偏差ｈ１、ｖ１をともに０とするように望遠鏡を回転させることにより、ターゲットを自動視準する。この第２の自動視準装置には、十字形ラインセンサ１２２以外にも、４分割光センサ等、従来用いられていた適宜センサを用いることができる。
【００３６】
次に広角ＣＣＤカメラ素子８８を有する予備視準装置について、図２に基づいて説明する。広角ＣＣＤカメラ素子８８の受光部の中心は、広角カメラ光学系８９の視準軸Ｏ１と一致するようにされていて、その視準軸Ｏ１に沿う光線が広角ＣＣＤカメラ素子８８の受光部の中心に入射するので、広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た画像も、前述の視準ＣＣＤカメラ素子４５で得た画像と同様に処理して自動的に視準を行うことができる。ただし、広角カメラ光学系８９の視準軸Ｏ１は、視準カメラ光学系８９の視準軸Ｏと平行に距離ｄだけずれているうえ低倍率であるので、予備視準装置は最初に望遠鏡４６を略ターゲット付近に向ける予備視準のために用いられ、最終的には視準ＣＣＤカメラ素子４５を含む第１の自動視準装置、又は十字形ラインセンサ１２２を含む第２の自動視準装置を用いて高精度に自動視準する。
【００３７】
前述の第２の自動視準装置は主に屋外で測定するときに用いられ、前述の第１の自動視準装置は主に屋内の暗所で測定するときに用いられる。この理由は、第１の自動視準装置は、日中に屋外で測定すると、自然光の強い外乱を受けて測定ミスが出やすが、第２の自動視準装置は外乱に強いからである。
【００３８】
大型構造物の各測定点の位置を計測するには、次のような方法をとる。図５に示したように、大型構造物である測定対象物１００は、自然光の外乱を避けるため、計測室１０２内の暗所に設置され、多数の測定点に夫々ターゲット（反射プリズムシートに十字線を設けたもの）１０４を取り付ける。計測室１０２の床１０６等には、基準点を示すためのターゲット１０８と、各ターゲット１０４、１０８の位置を測定するための測量機１１０が設置される。
【００３９】
最初に、１台の測量機１１０のみを使用する測定方法を説明する。まず、測量機１１０を所定位置に設置し、測量機１１０のメインスイッチをＯＮとして、図６に示したように、広角カメラ光学系８９により得られた測定対象物１００の像とレクチル線９２をタッチパネルディスプレイ６４上に表示させる。この際、光源８０を点灯させるとともに点滅させると、ターゲット１０４、１０８は光が来た方向のみに光を反射するので、タッチパネルディスプレイ６４上でターゲット像９０が特に明るく表示されるとともに点滅するので、作業者はターゲット像９０が視認し易くなり、これ以後の測定作業容易にしている。また、画像処理装置６０もターゲット像９０を認識し易く、画像処理も容易になる。
【００４０】
次に、タッチパネルディスプレイ６４上に表示されたターゲット像（測定点又は基準点）９０にタッチペンで触れて、測定するターゲット１０４、１０８を指定する。すると、予備視準装置が働いて、図７に示したように、タッチパネルディスプレイ６４上で視準軸Ｏを示すレクチル線９２の中心と指定したターゲット像９０が一致するまで、望遠鏡４６を回転させ、指定したターゲット像９０を画面中央に移動させていく。
【００４１】
こうして、指定したターゲット１０４又は１０８が略視準されると、さらに正確に視準するために、広角カメラ光学系８９から視準カメラ光学系４７にプログラムで自動的に切り換え、図８に示したように、タッチパネルディスプレイ６４にターゲット像９０とレクチル線９２を表示する。ここで、ターゲット１０４又は１０８が第１又は第２の自動視準装置により正確に自動視準されると、自動的に距離測定を行うとともに、水平角及び垂直角も測定する。このさい、これらの測定値は、指定された座標系上の座標に変換され、図示しない適当な記録媒体にも記録される。
【００４２】
前述の測定方法の手順を図９のフローチャートと、図１０−図１７に示したタッチパネルディスプレイ６４に表示された画像に基づいて、さらに詳細に説明する。ただし、以下の図面では、説明を簡単にするため、タッチパネルディスプレイ６４上には、ターゲット１０４の像９０と視準方向を示すレクチル線９２のみを示す。
【００４３】
まず、測量機１１０を所定位置に設置し、測量機１１０の図示しないメインスイッチをＯＮとして、ステップＳ０に進み、図１０に示したように、広角カメラ光学系８９を最も広角として測定対象物１００（図示省略）とターゲット像９０と画像上のレクチル線９２をタッチパネルディスプレイ６４に表示させる。このとき、図示しないオートフォーカス制御装置により、合焦レンズ１９’の位置を調整してターゲット１０４、１０８に焦点が合わせられる。また、レクチル線９２の中心は、望遠鏡４６を上下左右の回転させても、広角カメラ光学系８９又は視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏを常に示している。このため、以下、レクチル線の中心にも符号Ｏを付す。
【００４４】
次に、ステップＳ１に進み、タッチパネルディスプレイ６４に表示された測定点に位置するターゲット像９０にタッチペン６８で触れることにより、測定しようとするターゲット１０４、１０８を指定する。もし、測定しようとするターゲット１０４、１０８がタッチパネルディスプレイ６４上に表示されていないときは、測定点がある方向に測量機１１０の望遠鏡４６手動で向けて、測定点をタッチパネル６４上に表示するようにして、測定するターゲット１０４，１０８を指定する。尚、タッチパネルディスプレイ６４上の適当な点にタッチペン６８で触れると、後述するように、この点をタッチパネルディスプレイ６４の中心へ移動することができ、それまで表示されていなかった測定点をタッチパネルディスプレイ６４上に表示させることもできる。
【００４５】
測定するターゲット１０４、１０８を指定すると、ステップＳ２に進み、予備視準装置が働き、ＣＰＵ５８により、図１１に示したように、タッチペン６８で触れた点とレクチル線の中心Ｏとの水平偏差ｈと垂直偏差ｖ（ピクセル数で表す。）を検出する。次に、ステップＳ３に進み、両偏差ｈ，ｖを水平制御部５４と垂直制御部５６に送り、両制御部５４、５６を作動させ、両偏差ｘ、ｙがともに０となるように望遠鏡４６を回転させ、図１２に示したように、タッチペン６８で触れた点をタッチパネルディスプレイ６４の画面中央のレクチル線９２の中心Ｏに移動させる。これで、指定されたターゲット像９０は、略レクチル線９２の中心Ｏ上に移動するので、ＣＰＵ５８によって確実に認識される。
【００４６】
ところで、タッチペン６８でターゲット像９０の中心Ｏ’に正確に触れることは困難なため、図１２に示したように、ターゲット像９０の中心Ｏ’がレクチル線９２の中心Ｏに一致しないことがある。そこで、ステップＳ４に進み、予備視準装置は、さらに正確にターゲット像９０の中心Ｏ’とレクチル線の中心Ｏとを一致させるために、光源８０を点灯して照明光を出射し、ターゲット１０４の結像を受光し、ターゲット像９０の位置、すなわち、ターゲット像９０の中心Ｏ’とレクチル線９２の中心Ｏとの水平偏差ｈと垂直偏差ｖを検出する。両偏差ｈ、ｖが求まると、光源８０を消灯する。それから、ステップＳ５に進み、両偏差ｈ、ｖを水平制御部５４と垂直制御部５６に送り、両制御部５４、５６を作動させ、両偏差ｈ、ｖがともに０となるように望遠鏡４６を回転させ、図１３に示したように、指定したターゲット像９０の中心をレクチル線９２の中心Ｏ上へ移動させ、暫定的な予備視準を行う。
【００４７】
この予備視準を終了すると、さらに正確に視準するため、ステップＳ６に進み、広角カメラ光学系８９を小幅ズームアップする。小幅にズームアップするのは、一度に最大倍率までズームさせると、視準誤差等によりターゲット１０４が視野から外れ、自動視準ができなくなる恐れがあるからである。広角カメラ光学系８９をズームアップすると、図１４に示したように、ターゲット像９０の中心Ｏ’とレクチル線９２の中心Ｏがわずかにずれていることが普通である。そこで、ステップＳ７に進み、ステップＳ４と同様に、光源８０を点灯して、再びターゲット像９０の位置を検出し、この後に光源８０を消灯する。そして、ステップＳ８に進んで、ステップＳ５と同様に両制御部５４、５６を作動させ、図１５に示したように、ターゲット像９０の中心Ｏ’をレクチル線９２の中心Ｏ上へ移動させる暫定的な予備視準を行う。
【００４８】
それから、ステップＳ９に進み、広角ＣＣＤカメラ素子８８が最大倍率になったか否かを調べる。広角ＣＣＤカメラ素子８８が、最大倍率に達していないときは、ステップＳ６に戻るが、最大倍率になっているときは、ステップＳ１０に進み、光源８０を点灯して、ターゲット１０４までの距離測定を行い、この後に光源８０を消灯する。この距離測定には、ターゲット１０４の大きさが既知であることを利用し、タッチパネルディスプレイ６４上のターゲット像９０の大きさから距離を算定する。
【００４９】
ターゲット１０４までの距離が求まると、ステップＳ１１に進み、この距離と、両カメラ光学系４７、８９の視準軸間の距離ｄとから、視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏ上にターゲット１０４が位置するように、望遠鏡４６の向きの調整角を計算し、望遠鏡４６の向きを調整する。そして、さらに正確に視準するため、ステップＳ１２に進み、図１６に示したように、ターゲット像９０がレクチル線９２の中央のエリアに入った時、広角カメラ光学系８９から高倍率の視準カメラ光学系４７にプログラムで自動的に切り換え、合焦レンズ１９の位置を調整してターゲット１０４に焦点を合わせる。このときの視準カメラ光学系４７のフォーカス制御には、ステップＳ１０の距離計測で求めた距離を用いる。
【００５０】
次に、ステップＳ１３に進み、ステップＳ４と同様に、光源８０を点灯して、ターゲット像９０の位置を検出する。そして、ステップＳ１４に進み、ステップＳ５と同様に再び、両制御部５４、５６を作動させ、第１の自動視準装置により暫定的な自動視準を行う。次に、ステップＳ１５に進み、光源８０を消灯して、測距部（光波距離計）４８によりターゲット１０４までの正確な距離を求め、この距離を用いて、ターゲット１０４に正確にフォーカスを合わせる。それから、ステップＳ１６に進み、ステップＳ４と同様に、光源８０を点灯して、ターゲット像９０の位置を検出する。そして、ステップＳ１７に進み、ステップＳ５と同様に、両制御部５４、５６を作動させ、第１の自動視準装置により最終的な自動視準を行い、図１７に示したように、ターゲット像９０の中心Ｏ’をレクチル線の中心Ｏ上に正確に位置させる。
【００５１】
それから、ステップＳ１８に進み、ターゲット像９０の中心Ｏ’が正確にレクチル線９２の中心Ｏ上にあるか否か、すなわちターゲット像９０の中心Ｏ’とＯとの水平偏差ｈと垂直偏差ｖが所定範囲内（たとえば、両制御部５４、５６のサーボモータの制御精度以下）か否か調べる。両偏差ｈ、ｖがともに所定範囲内のときは、ステップＳ１９に進んで、光源８０を消灯して、測距部（光波距離計）４８によりターゲット１０４までの距離を求め、同時に水平測角部５０と垂直測角部５２により望遠鏡４６の水平角と垂直角を求める。これらの角度は、光学式エンコーダによって求められる。座標系が指定してあれば、これらの距離と角度から指定された座標系での座標へ変換する。両偏差ｈ、ｖがともに所定範囲外のときは、ステップＳ１６に戻る。
【００５２】
前述した測定においては、光源８０は、ステップＳ４、Ｓ７、Ｓ１３、Ｓ１６で測定点の位置を検出するときと、ステップＳ１０で距離算出するときにのみ点灯するだけで、測距部４８で距離を測定するステップＳ１５、Ｓ１９では必ず消灯しているので、光源８０による照明光が距離測定に誤差を与えることがない。このように、光源８０が必要時に短時間のみ点灯されるので、省電力の測量機が得られる。
【００５３】
こうして、１つの測定点又は基準点の測定を完了すると、再び、広角カメラ光学系８９に切り換えられ、図６に示したような画像が表示されるので、次に測定したいターゲット像９０をタッチペン６８で指定する。以下同様に、順次ターゲット１０４、１０８の位置を計測していく。
【００５４】
一方、図示しない自動計測スイッチをＯＮとすると、ＣＰＵ５８は、測定対象物１００に取り付けられたターゲット１０４と、基準点を示すターゲット１０８を端から端まで自動的に順番に指定していき、前述の測定を全部自動的に行うようになっている。この場合は、予め測定点及び基準点の座標を計測制御機６５等の外部機器から入力しておくことにより、効率的に自動測定できるようにしている。
【００５５】
こうして、１個所で前述の測定を終了すると、測量機１１０を次の個所へ移動させ、前述のように、ターゲット１０４、１０８を端から端まで測定していき、このような測定を予定した個所全部で行う。こうして、すべての予定個所での測定を終了した後に、この測定結果をタッチパネルディスプレイ６４に表示するとともに、図示しない適当な記録媒体に記録して測定を終了する。
【００５６】
以上は、１台の測量機のみで計測する方法を説明したが、通常は、計測室１０２の床１０６には複数の測量機１１０を設置し、これらの測量機１１０と観測室１１２内に設置されたディスプレイ（画像表示装置）を備えた計測制御機（パーソナルコンピュータ）６５との間を電源ケーブル１１６と映像ケーブル１１７と通信ケーブル１１８で接続して、各測量機１１０を計測制御機６５により遠隔操作するとともに、各測量機１１０で得た映像や測定結果は直ちに計測制御機６５に送って、能率的に測定できるようにしている。もちろん、計測制御機６５をもっと離れた事務所等に設置し、適当な通信装置（電話、携帯電話、無線機等）を介して、各測量機１１０と計測制御機６５とを接続してもよい。
【００５７】
このような測量機１１０を遠隔操作する場合、１つの測量機１１０に計測制御機６５から計測開始指令を送ると、この測量機１１０のメインスイッチがＯＮとなり、この測量機１１０は、広角ＣＣＤカメラ素子８８により得られた測定対象物１００の映像を計測制御機６５に送ってくるので、計測制御機６５のディスプレイに測定対象物１００の像が表示される。計測制御機６５は、測量機１１０と同じ計測制御プログラムを内蔵しているから、後は前述した測量機１１０で行った方法と同様にして、ターゲット１０４、１０８を端から端まで測定していく。この測量機１１０での全ての測定を終了すると、この測量機１１０のメインスイッチをＯＦＦとし、次の測量機１１０に計測開始指令を送り、以下、同様にして、全ての測量機１１０での測定を行う。全ての測量機１１０での測定を終了すると、計測制御機６５は、この測定結果をディスプレイに表示するとともに、適当な記録媒体に測定結果を記録し、必要により測定結果を印字して計測を終了する。
【００５８】
屋外で測定する場合は、視準ＣＣＤカメラ素子４５で得た画像から自動視準すると、自然光の強い外乱等により誤視準を起こし易いので、ＣＰＵ５８は、視準ＣＣＤカメラ素子４５又は広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た背景の明るさが所定値以上のときは、視準ＣＣＤカメラ素子４５により背景明るさを判断して、プログラムにより自動的に十字型ラインセンサ１２２を用いる第２の自動視準に切り替えるようになっている。この場合でも、計測制御機６５のディスプレイ又は測量機１１０のタッチパネルディスプレイ６４上で、広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た広い視野の画像からターゲット像９０を指定するだけで、自動視準がなされるようになっている。
【００５９】
以上の説明から明らかなように、本実施例では、大型構造物等の測定対象物１００に対し、多数の測定点位置を計測制御機６５側又は測量機１１０側の１人の作業員でもって能率的に測定できる。このさい、作業員は、計測制御機６５のディスプレイ又は測量機１１０のタッチパネルディスプレイ６４上で、広角ＣＣＤカメラ素子８８で得た広い視野の画面からターゲット像９０を指定することができ、後は、自動視準装置６９により自動視準がなされ、続いて測定点の位置が自動測定されるので、作業員の負担が少なく、人為的な視準誤差も発生しないという利点がある。しかも、測量機１１０を移動させることにより、１人の作業員と測量機１１０単体のみでも、この測定を行うことができる。さらに、測量機１１０から離れた場所に設置された計測制御機６５による測量機１１０の遠隔制御でも、作業員は、測定状態を計測制御機６５のディスプレイで確認しながら確実に作業を進めることができる。
【００６０】
また、光源８０から可視光で拡散しやすい照明光を視準軸Ｏと同軸に出射するので、充分な照明光が測定点から反射して戻ってくるので、測定対象物１００を広範囲に鮮明にタッチパネルディスプレイ６４上に表示でき、しかも、充分な視準精度を有し、距離測定に誤差を与えることが少ない。とくに、照明光は、必要な時のみに出射し、測距部（光波距離計）４８による測距時には出射しないので、距離測定に誤差を与えることがなく、しかも省電力を図れる。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明では、撮像装置で撮像された画像から画像処理装置により測定点を弁別できるから、表示装置上の画像で１つの測定点を指定すると、自動視準装置により測定点を自動的に視準するので、作業員の負担が少なく、人為的な視準誤差も発生しない。そして、大型構造物等の測定対象物に対しも、多数の測定点位置を格別の負担なく能率的に測定できる。さらに、測量機を移動させることにより、１人の作業員と測量機単体のみでも、このような測定を容易に行うことができる。さらに、撮像装置、照明装置、測距部光学系は、同軸光学系として構成されたから、照明光を視準軸と同軸に出射することができ、ターゲットから充分な反射光が戻り、測定対象物上を広範囲に鮮明な輪郭で表示装置上に表示でき、測定点の指定がいっそう容易になるうえ、いっそう高精度の視準及び計測をすることができる。
【００６２】
請求項２に係る発明では、さらに、タッチパネルディスプレイ上に表示された画像の測定点を測定点指定手段で触れるだけで測定点を指定できるから、測定点を視準する煩わしさや人為的な視準ミスがなくなり、作業員の負担が減るうえ、測定精度が向上する。しかも、従来のキーボード等が不要になり、タッチパネルディスプレイを大画面にできるので、いっそう測定点の指定が容易となる。
【００６３】
請求項３に係る発明では、さらに、測量機から離れた場所に設置された画像表示装置を備えた計測制御機から測量機を遠隔制御するから、作業員は確実な測定を画像表示装置で確認しながら作業ができ、しかも、近づくと危険な場所での測定も可能になるうえ、そのような危険な場所を画像で監視することもできる。
【００６４】
請求項４に係る発明では、さらに、望遠鏡内に設置された撮像装置で撮像された画像に基づいて自動視準しているから、従来の十字形ラインセンサ等を用いた自動視準装置に比べて死角が少なく、確実な自動視準を行うことができる。
【００６５】
請求項５に係る発明では、さらに、望遠鏡内に設置された十字形ラインセンサからの出力に基づいて自動視準しているから、自然光の強い外乱のある屋外での測定でも測定ミスを起こし難い。
【００６６】
請求項６に係る発明では、さらに、広角カメラ光学系で測定対象物の広い部分を見ることができるから、測定点の指定がいっそう容易になるうえ、最終的には高倍率の視準カメラ光学系で得た画像を用いて自動視準してから測定するので、高精度の視準及び計測ができる。
【００６８】
請求項７に係る発明では、さらに、視準光を兼ねる照明光は、必要時のみに出射され、測距部による測距時には出射しないようにしているので、照明光による測距誤差の発生を防止でき、しかも省電力を図ることができる。
【００７０】
請求項８に係る発明では、さらに、照明装置は点滅する光源を備えているので、光源を点滅させると、暗所で直接見るターゲットも表示装置上のターゲット像も点滅して見え、いっそうターゲットを視認し易く測定点の指定が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である測量機全体のブロック図である。
【図２】前記測量機の光学系及び自動視準装置を説明する図である。
【図３】前記測量機の背面図である。
【図４】十字形ラインセンサを説明する図である。
【図５】測定対象物の各部位置を測定する方法を示す図である。
【図６】前記測量機の広角カメラ光学系で得た画像を示す図である。
【図７】前記測量機において、前記広角カメラ光学系で得た画像を用いて予備視準した後に、前記広角カメラ光学系で得た画像を示す図である。
【図８】前記測量機において、前記視準カメラ光学系で得た画像を用いて、自動視準した後に、前記視準カメラ光学系で得た画像を示す図である。
【図９】前記測量機で測定点の位置測定の手順を説明するフローチャートである。
【図１０】前記測量機の自動視準の開始前に、広角カメラ光学系で得た最も広角な画像を示す図である。
【図１１】図１０において、測定点のターゲットの中心のレクチル線の中心からの水平偏差及び垂直偏差を示す図である。
【図１２】前記広角カメラ光学系の最も広角な状態で、ターゲットを視準軸方向へ移動させていく途中を示す図である。
【図１３】前記広角カメラ光学系の最も広角な状態で、ターゲットの中心と視準軸を一致させた状態を示す図である。
【図１４】前記測量機の予備視準の途中において、前記広角カメラ光学系を小幅ズームアップした状態を示す図である。
【図１５】前記広角カメラ光学系を小幅ズームアップした状態で、ターゲットの中心と視準軸を一致させた状態を示す図である。
【図１６】視準カメラ光学系に切り換えた直後に前記視準カメラ光学系で捕らえた画像を示す図である。
【図１７】前記視準カメラ光学系で捕らえた画像で、ターゲットの中心と視準軸を一致させた状態を示す図である。
【図１８】従来の撮像装置を備えた測量機の光学系を示す図である。
【図１９】前記従来の測量機の背面図である。
【図２０】従来の撮像装置を備えた別の測量機を示す図である。
【符号の説明】
４５      視準ＣＣＤカメラ素子（撮像装置）
４６      望遠鏡
４７      視準カメラ光学系
４８      測距部
６０      画像処理装置
６４      タッチパネルディスプレイ（表示装置）
６５      計測制御機
６８      タッチペン（測定点指定手段）
６９      自動視準装置
８０      光源（照明装置）
８８      広角ＣＣＤカメラ素子（撮像装置）
８９      広角カメラ光学系
９０      ターゲット像（測定点）
１０４    ターゲット（測定点）
１２２    十字形ラインセンサ
Ｏ        視準軸
【図１】
0003626141.tif 000002
【図２】
0003626141.tif 000003
【図３】
0003626141.tif 000004
【図４】
0003626141.tif 000005
【図５】
0003626141.tif 000006
【図６】
0003626141.tif 000007
【図７】
0003626141.tif 000008
【図８】
0003626141.tif 000009
【図９】
0003626141.tif 000010
【図１０】
0003626141.tif 000011
【図１１】
0003626141.tif 000012
【図１２】
0003626141.tif 000013
【図１３】
0003626141.tif 000014
【図１４】
0003626141.tif 000015
【図１５】
0003626141.tif 000016
【図１６】
0003626141.tif 000017
【図１７】
0003626141.tif 000018
【図１８】
0003626141.tif 000019
【図１９】
0003626141.tif 000020
【図２０】
0003626141.tif 000021