(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察光軸と、該観察光軸上に配設されたイメージセンサと、ズーム光学系とを有する観察光学系と、
前記観察光軸上で、前記ズーム光学系の物側に配設された光路分割光学部材と、該光路分割光学部材の反射光軸上に配設された集光レンズと、該集光レンズの焦点位置に設けられた基準パターンとを有する基準パターン投影光学系と、
前記観察光学系と前記基準パターン投影光学系とを一体として水平、鉛直の２方向に回転可能な回転機構と、
該回転機構の２方向の回転の水平角、鉛直角を検出する水平角度検出器、鉛直角度検出器と、
演算制御部とを有し、
前記観察光学系は、前記ズーム光学系を介して測定点を含む画像を前記イメージセンサに投影し、該イメージセンサにより画像を取得し、
前記基準パターン投影光学系は、前記回転機構に対して機械的に位置が変化しない様に設けられ、前記基準パターンを無限遠の状態で前記ズーム光学系を介して前記イメージセンサに投影し、
前記演算制御部は前記水平角度検出器、前記鉛直角度検出器の検出結果と、前記イメージセンサ上での基準パターンと前記観察光学系の視準点との差違とに基づき該視準点の水平角、鉛直角を測定することを特徴とする測量機。
【請求項２】
前記観察光学系の光軸と平行な測距光軸を有する光波距離計を更に具備し、測定対象物の測定点の測距を行う請求項１の測量機。
【請求項３】
前記測距光軸上に設けられ、測距光軸の偏向を微調整する微調整機構を更に具備し、測距の測定点と前記観察光学系の測定点とを合致させる様構成した請求項２の測量機。
【請求項４】
前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子の線間隔を測定することでズーム倍率を演算する請求項１〜請求項３のいずれかの測量機。
【請求項５】
前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子を測定することで画像の歪曲を演算し、演算結果に基づき測定結果を補正する請求項１〜請求項４のいずれかの測量機。
【請求項６】
前記観察光学系は、市販のデジタルカメラである請求項１〜請求項５のいずれかの測量機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察光学系がズーム機能を具備した測量機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測量機、例えばトータルステーション等で用いられている視準望遠鏡は倍率が３０倍程度と高倍率であり、最初から視準望遠鏡で測定点を視準することが難しいという問題があった。従って、従来、最初は目視、或は照準器を用いて測定点を視準し、次に視準望遠鏡により測定点を視準することが行われている。ところが、目視、照準器と視準望遠鏡とでは、倍率が大きく異なるので、目視、照準器で測定点を視準したとしても、視準望遠鏡の視野に測定点を捉えるのは容易ではなかった。
【０００３】
又、望遠鏡にズーム機能を備えることで、望遠鏡で測定点を観察した状態で、倍率を変えることが可能であるが、ズーム機構はその構造から光軸の安定性が悪く、視準位置を保つことが難しく、測量機、特にトータルステーションには用いられていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３０６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は斯かる実情に鑑み、観察光学系にズーム機能を設けることを可能とした測量機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、デジタル画像信号を出力するイメージセンサとズーム光学系とを有する観察光学系と、基準パターンを無限遠の状態で前記観察光学系に入射させ前記イメージセンサに結像する基準パターン投影光学系と、前記観察光学系と前記基準パターン投影光学系とを一体として水平、鉛直の２方向に回転可能な回転機構と、該回転機構の２方向の回転の水平角、鉛直角を検出する水平角度検出器、鉛直角度検出器と、演算制御部とを有し、該演算制御部は前記水平角度検出器、前記鉛直角度検出器の検出結果と、前記イメージセンサ上での基準パターンと前記観察光学系の視準点との差違とに基づき該視準点の水平角、鉛直角を測定する測量機に係るものである。
【０００７】
又本発明は、前記観察光学系の光軸と平行な測距光軸を有する光波距離計を更に具備し、測定対象物の測定点の測距を行う測量機に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記測距光軸上に設けられ、測距光軸の偏向を微調整する微調整機構を更に具備し、測距の測定点と前記観察光学系の測定点とを合致させる様構成した測量機に係るものである。
【０００９】
又本発明は、前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子の線間隔を測定することでズーム倍率を演算する測量機に係るものである。
【００１０】
又本発明は、前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子を測定することで画像の歪曲を演算し、演算結果に基づき測定結果を補正する測量機に係るものである。
【００１１】
又本発明は、前記観察光学系は、市販のデジタルカメラである測量機に係るものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、デジタル画像信号を出力するイメージセンサとズーム光学系とを有する観察光学系と、基準パターンを無限遠の状態で前記観察光学系に入射させ前記イメージセンサに結像する基準パターン投影光学系と、前記観察光学系と前記基準パターン投影光学系とを一体として水平、鉛直の２方向に回転可能な回転機構と、該回転機構の２方向の回転の水平角、鉛直角を検出する水平角度検出器、鉛直角度検出器と、演算制御部とを有し、該演算制御部は前記水平角度検出器、前記鉛直角度検出器の検出結果と、前記イメージセンサ上での基準パターンと前記観察光学系の視準点との差違とに基づき該視準点の水平角、鉛直角を測定するので、ズーム光学系により倍率を変更し、視準が容易となると共に前記観察光学系の光軸がブレた場合でも、ブレ分を含んだ正確な測角を実行できる。
【００１３】
又本発明によれば、前記観察光学系の光軸と平行な測距光軸を有する光波距離計を更に具備し、測定対象物の測定点の測距を行うので、ズーム機能を具備した簡便なトータルステーションを構成することができる。
【００１４】
又本発明によれば、前記測距光軸上に設けられ、測距光軸の偏向を微調整する微調整機構を更に具備し、測距の測定点と前記観察光学系の測定点とを合致させる様構成したので、測距測角を精度よく実行できる。
【００１５】
又本発明によれば、前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子の線間隔を測定することでズーム倍率を演算するので、倍率を加味した正確な測定が行える。
【００１６】
又本発明によれば、前記基準パターンは直交する線で構成される格子であり、前記イメージセンサに投影された前記格子を測定することで画像の歪曲を演算し、演算結果に基づき測定結果を補正するので、正確な測定が行える。
【００１７】
又本発明によれば、前記観察光学系は、市販のデジタルカメラであるので、安価に且つ簡便に測量機を構成できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施例に係る測量機の概略構成図である。
【図２】第１の実施例に用いられる基準線の一例を示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は第１の実施例の観察光学系でズームした場合の画像の変化、画像中の測定点の状態を示す説明図である。
【図４】ズームした場合の基準パターンが歪曲した状態を示す説明図である。
【図５】第２の実施例の光学系を示す概略図である。
【図６】第３の実施例の正面図である。
【図７】同前側面図である。
【図８】（Ａ）は第３の実施例に用いられる鉛直角度検出器の断面図、（Ｂ）は回転軸が傾斜した場合の説明図である。
【図９】前記鉛直角度検出器に用いられる角度検出パターンの１例を示す説明図である。
【図１０】第４の実施例の正面図である。
【図１１】第４の実施例に於ける、光波距離計、基準パターン投影光学系を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施例に係る測量機の基本構成を示している。又、図１中、１は観察光学系、２は光波距離計（ＥＤＭ：Electro-Optical Distance Measurement）を示している。
【００２１】
前記観察光学系１は観察光軸３を有し、前記光波距離計２は測距光軸４を有し、前記観察光学系１と前記光波距離計２とは、前記観察光軸３と前記測距光軸４とが平行であり、既知の間隔で設置されている。又、前記観察光学系１と前記光波距離計２とは機械的に一体化され測定部１０を構成し、該測定部１０は回転機構５により水平方向及び鉛直方向の２方向に回転可能に支持されている。
【００２２】
前記観察光学系１は、前記観察光軸３上に対物レンズ６、ズーム光学系７、イメージセンサ８を有し、該イメージセンサ８は前記ズーム光学系７の焦点位置に設けられている。
【００２３】
前記イメージセンサ８は、多数の画素の集合体で構成されたＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等が用いられ、各画素は受光信号を発すると共に発せられる信号に基づき前記イメージセンサ８での位置が特定できる様になっている。
【００２４】
該イメージセンサ８からの出力信号は、前記画素からの出力信号の集合であり、デジタル画像信号として演算制御部９に出力される。
【００２５】
前記観察光軸３上で前記対物レンズ６に関し、物側に光路分割光学部材、例えばハーフミラー１２が配設されている。前記観察光軸３は前記ハーフミラー１２を透過し、該ハーフミラー１２の反射光軸３ａ上に集光レンズ１３が配設され、該集光レンズ１３の焦点位置に基準パターン１４が配設されている。
【００２６】
該基準パターン１４は、基準位置、倍率及び像の歪みが検出できる構成（図形）となっており、例えば図２に示される様に直交する縦横の線で構成された格子であり、該基準パターン１４は中心で直交する太線の基準線１７が設けられ、更に前記基準パターン１４は中心部に、格子の升目が周囲の升目に対し所定倍率小さく設定された（図示では一辺が１／２倍）細密パターン１４ａを有している。
【００２７】
前記反射光軸３ａを前記回転機構５の回転軸（水平回転軸及び鉛直回転軸）（図示せず）に対して機械的に位置が変化しないとしておけば（既知の関係に固定）、前記イメージセンサ８上での前記基準パターン１４の位置は、測量機の機械的な位置、姿勢を反映する。ここで、前記ハーフミラー１２、前記集光レンズ１３、前記基準パターン１４は、該基準パターン１４を前記観察光学系１に無限遠の状態で投影する基準パターン投影光学系１８を構成する。
【００２８】
前記回転機構５は、水平回転軸、鉛直回転軸それぞれについて水平角度検出器１５、鉛直角度検出器１６を具備しており、前記水平角度検出器１５、前記鉛直角度検出器１６は、前記測定部１０の水平回転角、鉛直回転角をそれぞれ検出する様になっている。
【００２９】
前記光波距離計２は、測距光を前記測距光軸４上に射出し、測定対象物からの反射光を受光し、受光結果に基づき測距光が照射した点（測定点）迄の距離を測定する。尚、測距光は可視光、不可視光のいずれでもよいが、可視光とすると、測定中の測定点を目視或は画像上で確認できる。
【００３０】
前記演算制御部９は表示部１１に前記イメージセンサ８が撮像した画像を表示する様になっている。又、前記演算制御部９は前記イメージセンサ８からの画像信号を処理して前記基準パターン１４を抽出する。該基準パターン１４を抽出する方法の１つとしては、前記基準パターン１４無しの画像を取得し、次に基準パターン１４有りの画像を取得し、両画像の差をとることで前記基準パターン１４が抽出できる。
【００３１】
又、前記演算制御部９は、前記水平角度検出器１５、前記鉛直角度検出器１６からの検出信号、及び前記ハーフミラー１２、前記イメージセンサ８からの画像信号を基に測定点の水平角、鉛直角を演算する。
【００３２】
上記構成の測量機の作用について説明する。
【００３３】
前記基準パターン１４は前記集光レンズ１３の焦点に位置しているので、前記基準パターン１４からの光は前記集光レンズ１３を透過することで平行光となり、前記イメージセンサ８上に結像される。前記観察光軸３と前記反射光軸３ａとが完全に一致している状態では、前記基準パターン１４の中心は前記イメージセンサ８の中心に合致する。又、前記基準パターン１４は前記ズーム光学系７の倍率に応じて投影され、前記基準パターン１４上の点の位置（座標）は、前記ズーム光学系７の倍率に応じた位置に特定される。
【００３４】
又、前記観察光軸３が前記反射光軸３ａに対して傾斜した場合は、前記イメージセンサ８には前記基準パターン１４が前記観察光軸３の傾斜角分だけ変位して投影される。更に、前記反射光軸３ａは前記回転機構５の回転軸（水平回転軸及び鉛直回転軸）に対して既知の関係に固定されているので、前記イメージセンサ８上での前記基準パターン１４の変位を検出すれば、前記観察光軸３の傾きを検出することができる。
【００３５】
更に、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照して、前記観察光学系１でズームした場合の画像の変化、画像中の測定点の状態、更に該観察光学系１で水平角、鉛直角を測定する場合を説明する。
【００３６】
前記観察光学系１でズーム倍率を低倍率（例えば２倍）とした状態で、前記観察光軸３を測定対象物の測定点に向け、測定対象物を含む広角の画像を前記表示部１１に表示させる（図３（Ａ）参照）。
【００３７】
該表示部１１には、前記イメージセンサ８が撮像した画像が表示されると共に該画像に前記基準パターン１４が重合された状態で表示される。該基準パターン１４は判別し易くする為、色を背景と異なる色とし、更に点滅させてもよい。又、前記基準パターン１４の中心（前記基準線１７が交差した点）が測定点を示す。
【００３８】
前記基準パターン１４の中心を測定点に合わせ、即ち測定点が画像の中心となる様に、前記回転機構５により前記測定部１０の向き、即ち、前記観察光軸３の向きを調整する。該観察光軸３の向きは、前記水平角度検出器１５、前記鉛直角度検出器１６によって測定される。
【００３９】
前記ズーム光学系７によりズーム倍率を段階的に、或は連続的に上げることで、容易に測定対象が観察できる様にする（図３（Ｂ）、図３（Ｃ）参照）。更に画像上には、基準パターン線の他に、測定点を指定する為の測定指標１９が表示される。この測定指標１９は外部からの操作により画面上の所望の位置に表示させることができる。
【００４０】
前記ズーム光学系７によりズーム倍率を上げることで、観察像上の写込む基準パターンも観察像と一体になって拡大される。この時、前記観察光軸３のブレが生じても、観察像と基準パターンが一体となってブレるので、観察像と観察像上の基準パターンの関係には影響しない。従って基準パターンを基準に測定指標１９を画像上で測定することで、水平及び鉛直を補正されることとなり、ブレによる測定誤差を除くことができる。
【００４１】
尚、一般的に光学系には、図４に示される様に、レンズディストーションにより画像に歪曲があり、計測には補正が必要である。この場合、前記基準パターン１４を構成する格子の縦線、横線を前記イメージセンサ８で測定することで、縦線、横線の歪曲の状態が測定でき、測定結果に基づき、測定値を補正することができる。或は、歪曲した線を基準として測定を行う。いずれの場合も、倍率に応じた歪曲を前記基準パターン１４によって測定でき、レンズディストーションに影響されない高精度の測定が可能となる。
【００４２】
測定点の測距は、前記光波距離計２によって実行される。又、測距光を可視光とすることで、測距位置を画像上で確認できる。前記測距光軸４と前記観察光軸３とは平行であり、既知の間隔で離れており、正確には前記測定点を測定していないが、前記測定点と前記光波距離計２の測定位置とのずれは、僅かであり、前記光波距離計２で測定した測距結果を前記測定点の測距距離として実用上差支えない。
【００４３】
而して、ズーム機能を有し、測定点の視準を容易としたトータルステーションを実現できる。尚、第１の実施例に於いて、前記光波距離計２は市販のハンディタイプのものを装着してもよいし、或は前記光波距離計２を省略して角度を測定する測量機としてもよい。
【００４４】
次に、前記観察光学系１を用いて、計測用パノラマ画像を作成する場合に、前記基準パターン１４が利用できる。
【００４５】
計測用パノラマ画像を作成する場合、撮影の回転中心を中心とした撮像画像が必要であるが、カメラで取得した撮像画像はレンズ主点中心の画像であり、回転中心の画像となっていない。この為、回転中心との関係を求め、別途レンズ主点と回転中心との関係から画像の再構成が必要であった。上記した様に、ズーム機能を用いると、レンズの主点が変化し、レンズ主点と回転中心との関係を特定することができなく、ズーム機能を用いた前記観察光学系１ではパノラマ画像の作成はできなかった。
【００４６】
本実施例では、基準パターンはズーム機能に関係なく回転中心を中心とした画像であり、基準パターンをスケールとした画像は回転中心を中心とした画像となり、計測用パノラマ画像の作成が容易となる。
【００４７】
図５は第２の実施例に係る測量機の基本構成を示している。
【００４８】
第２の実施例では、測距精度を更に向上させるものである。尚、第２の実施例では、第１の実施例と同等の部分は省略し、光学系のみを示している。
【００４９】
第２の実施例は、測距光軸４の微調整機構２１を設けたものである。尚、該微調整機構２１の一例としては、一対の楔プリズムから構成され、各プリズムを相対回転させることで前記測距光軸４の偏向を微調整するものが挙げられる。
【００５０】
該微調整機構２１を通過した前記測距光軸４上にハーフミラー２２を設置し、該ハーフミラー２２に対向してコーナプリズム２３を配置し、更に該コーナプリズム２３に対向し、該コーナプリズム２３を観察光学系１に入射させるミラー２４が設けられている。尚、測距光としては可視光が用いられることが好ましい。
【００５１】
前記光波距離計２から射出された測距光の一部は前記ハーフミラー２２によって分割され、分割された一部の測距光はモニタ光２５として前記コーナプリズム２３に入射し、該コーナプリズム２３によって入射光と平行に反射され、前記コーナプリズム２３で反射されたモニタ光２５は、更に前記ミラー２４によって前記測距光軸４と平行に反射され、前記観察光学系１に入射する。又、該観察光学系１に入射した前記モニタ光２５は前記イメージセンサ８によって受光される。
【００５２】
前記ハーフミラー２２、前記コーナプリズム２３、前記ミラー２４は、測距光軸モニタ光学系２６を構成する。
【００５３】
前記微調整機構２１によって前記測距光軸４の方向を微調整でき、前記光波距離計２で測定している位置を、前記観察光学系１で測定している位置に合致させることができる。従って、測角している測定点と測距している測定点とを合致させることができ、測定精度を一層向上させることができる。
【００５４】
又、前記測距光軸モニタ光学系２６は、前記微調整機構２１により調整した前記測距光軸４の状態を反映させて前記モニタ光２５を前記観察光学系１に入射させるので、前記イメージセンサ８が前記モニタ光２５を受光することによって、測距光の照射位置（測定点）を画像上で求めることができる。
【００５５】
図６、図７は、第３の実施例を示している。第３の実施例ではズーム光学系を有する観察光学系として、市販のデジタルカメラを用い、トランシットを構成したものである。
【００５６】
尚、図６、図７中で、図１中に示したものと同等のものには同符号を付しその説明を省略する。
【００５７】
３脚３１の上端に整準部３２が設けられ、該整準部３２に水平回転軸３３を介して回転基台３４が回転可能に設けられている。前記整準部３２は、前記水平回転軸３３の軸心を鉛直に整準する整準機構（図示せず）を有している。前記回転基台３４内部には、水平回転駆動部（図示せず）が収納され、該水平回転駆動部により前記水平回転軸３３を中心に前記回転基台３４が回転される様になっている。
【００５８】
前記回転基台３４には架台３５が垂直に設けられている。該架台３５には水平方向に延出する鉛直回転台３７が設けられ、該鉛直回転台３７は水平な軸心を有する鉛直回転軸３６を介して回転可能となっている。前記架台３５には鉛直回転駆動部（図示せず）が収納され、該鉛直回転駆動部によって前記鉛直回転台３７が前記鉛直回転軸３６を中心に鉛直方向に回転される様になっている。
【００５９】
前記鉛直回転台３７にはデジタルカメラ３８が装着され、該デジタルカメラ３８はズーム機構を具備している。又該デジタルカメラ３８は観察光軸３を有し、該観察光軸３は前記鉛直回転台３７の回転により、鉛直方向に回転する様になっている。尚、前記観察光軸３は前記水平回転軸３３の軸心と交差し、前記水平回転軸３３の軸心を含む鉛直面内を回転する様に構成されている。
【００６０】
前記観察光軸３に対して基準パターン投影光学系１８が設けられている。該基準パターン投影光学系１８は上記した様に反射光軸３ａを有し（図１参照）、該反射光軸３ａは前記水平回転軸３３の軸心、前記鉛直回転軸３６の軸心に対して機械的に固定した関係を有しており、前記水平回転軸３３の回転量は、前記反射光軸３ａの水平回転角に合致し、前記鉛直回転軸３６の回転量は前記反射光軸３ａの鉛直回転角に合致する様になっている。
【００６１】
前記水平回転軸３３及び前記鉛直回転軸３６に関して、水平角度検出器１５、鉛直角度検出器１６が設けられ、前記水平角度検出器１５、前記鉛直角度検出器１６によって前記水平回転軸３３、前記鉛直回転軸３６の回転角が検出される様になっている。前記水平角度検出器１５、前記鉛直角度検出器１６は一般的なエンコーダが用いられてもよいが、本実施例では前記水平回転軸３３及び前記鉛直回転軸３６に内蔵される角度検出器が用いられる。
【００６２】
前記水平角度検出器１５と前記鉛直角度検出器１６とは同構造であるので、以下は前記鉛直角度検出器１６について図８を参照して説明する。
【００６３】
前記鉛直回転軸３６の端部には、該鉛直回転軸３６の軸心と同心に円柱状の軸部空間４１が形成され、軸端部は中空構造となっている。該軸端部は軸受４２を介して前記架台３５に回転自在に支持されており、該架台３５には前記軸部空間４１と同心に軸受部空間４３が形成され、該軸受部空間４３と前記軸部空間４１とは同一の直径となっている。前記軸部空間４１と前記軸受部空間４３に鉛直角度検出器１６の主要な構成要素が収納される。
【００６４】
前記軸部空間４１に第１集光レンズ４４が設けられ、前記軸受部空間４３に第２集光レンズ４５が設けられる。前記第１集光レンズ４４、前記第２集光レンズ４５の倍率は、それぞれ１倍であり、同一の焦点距離を有している。
【００６５】
前記第１集光レンズ４４、前記第２集光レンズ４５はそれぞれ光軸４６ａ，４６ｂを有し、該光軸４６ａは前記鉛直回転軸３６の軸心と合致し、前記光軸４６ｂは前記軸受部空間４３の軸心と合致している。従って、前記鉛直回転軸３６に傾きが無い状態では、前記光軸４６ａと前記光軸４６ｂとは同一直線上で合致する。
【００６６】
尚、前記第１集光レンズ４４と前記第２集光レンズ４５とは、像の歪みが生じない様にする為、同一の特性を有するのが好ましい。
【００６７】
前記軸部空間４１の底部には、角度検出パターン４７が設けられ、該角度検出パターン４７は前記第１集光レンズ４４の焦点位置に位置している。又、前記軸受部空間４３には軸部イメージセンサ４８が設けられ、該軸部イメージセンサ４８は前記第２集光レンズ４５の焦点位置に位置している。
【００６８】
前記軸受部空間４３、前記軸部空間４１の適宜箇所には前記角度検出パターン４７を照明する為の発光部が設けられる。図示では、一例として、前記軸部空間４１の底部に設けられ前記角度検出パターン４７の周囲を取囲むリング状の発光部４９を示している。
【００６９】
前記軸部イメージセンサ４８としては、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサ等が用いられ、各画素は前記軸部イメージセンサ４８上で位置が特定できる様になっている。又、該軸部イメージセンサ４８からの受光信号は、信号処理部５１に入力され、該信号処理部５１は受光信号に基づき回転角、前記鉛直回転軸３６の傾斜（傾斜角）を測定する様に構成されている。
【００７０】
図９は、前記角度検出パターン４７の一例を示している。
【００７１】
該角度検出パターン４７の基本形状は円であり、該角度検出パターン４７の中心は前記第１集光レンズ４４の光軸、即ち前記光軸４６ａに合致する。
【００７２】
前記角度検出パターン４７は、中心部に芯出し用の円パターン５３、該円パターン５３の周囲に配設された基準パターン５４から構成されている。前記円パターン５３は所定の線幅で描かれた真円である。
【００７３】
前記基準パターン５４は、半径方向に延びる線分５５が所定角度ピッチで全周に配置された構成であり、前記線分５５によってリング状のトラックが形成される。該線分５５の内、所定の複数位置の線分５５ａは太くなっている。前記線分５５の内端及び外端は、それぞれ前記円パターン５３と同心の円周上に位置する様になっている。又、前記線分５５ａは、図示される様に、円周を等分した位置には設けられてなく、前記線分５５ａの位置を検出することで、前記基準パターン５４の回転角を検出できる様になっている。
【００７４】
以下、上記した鉛直角度検出器１６の作用について説明する。
【００７５】
前記角度検出パターン４７は、前記第１集光レンズ４４、前記第２集光レンズ４５の作用によって前記軸部イメージセンサ４８に１：１の関係で投影され、該軸部イメージセンサ４８は受光した前記角度検出パターン４７に対応した信号を発する。
【００７６】
前記鉛直回転軸３６が回転すると、該鉛直回転軸３６と一体に前記角度検出パターン４７が回転し、回転した角度検出パターン４７像が前記軸部イメージセンサ４８に投影される。該軸部イメージセンサ４８は各画素毎に受光信号を発するので、例えば、前記線分５５ａが移動すると、該線分５５ａを受光している画素の位置が変化する。従って、前記軸部イメージセンサ４８からの信号に基づき前記線分５５ａを受光している画素の位置変化を検出することで、前記鉛直回転軸３６の前記架台３５に対する回転角を検出することができる。
【００７７】
次に、前記鉛直回転軸３６が前記架台３５に対して傾斜した場合を図８（Ｂ）を参照して説明する。
【００７８】
前記第１集光レンズ４４、前記第２集光レンズ４５の作用によって、前記第１集光レンズ４４に入射する光線は、前記第２集光レンズ４５によって該光線と平行に前記軸部イメージセンサ４８に投影される。前記第１集光レンズ４４の光軸４６ａが前記第２集光レンズ４５の光軸４６に対して傾斜すると、前記軸部イメージセンサ４８に投影される前記角度検出パターン４７像は、前記第１集光レンズ４４の光軸４６ａの傾斜分だけ、傾斜した方向から前記軸部イメージセンサ４８に投影される。従って、投影される像は、前記軸部イメージセンサ４８上で傾きに対応する分だけ変位する。
【００７９】
ここで、前記軸部イメージセンサ４８上でのパターン像の変位量をΔ、前記第１集光レンズ４４の光軸４６ａの傾きをα、前記第２集光レンズ４５の焦点をｆとすると、ｔａｎα＝Δ／ｆとなる。更に、前記円パターン５３の中心は、前記角度検出パターン４７の中心を示すものであり、前記円パターン５３を受光する前記軸部イメージセンサ４８の各画素の位置を検出することで、前記円パターン５３の中心が求められ、該円パターン５３の中心と前記軸部イメージセンサ４８の中心との偏差を求めることで、前記変位量Δが求められる。従って、前記軸部イメージセンサ４８の受光結果に基づき前記第１集光レンズ４４の光軸４６ａの傾き、即ち、前記鉛直回転軸３６の傾斜角を検出することができる。
【００８０】
前記角度検出パターン４７の前記軸部イメージセンサ４８上での回転、或は前記角度検出パターン４７の中心位置の変位量は、前記軸部イメージセンサ４８の画素単位で検出できるので、高精度の測定が可能である。
【００８１】
更に、回転角と共に前記鉛直回転軸３６の傾斜が検出できる。検出された傾斜に基づき、測定値の補正を行うことで、前記鉛直回転軸３６の傾斜の影響を除去した測定結果を得ることができる。従って、前記鉛直回転軸３６の回転が誤差を含んだ状態であっても、高精度の角度検出を行える。従って、前記鉛直回転軸３６の部品精度、組立てを高精度にしなくてもよく、前記鉛直角度検出器１６の製作コストを低減できる。
【００８２】
尚、上記実施例に於いて、前記鉛直回転軸３６側に前記軸部イメージセンサ４８を設け、前記架台３５側に前記角度検出パターン４７を設けてもよい。
【００８３】
図１０、図１１は、第４の実施例を示している。第４の実施例ではズーム光学系を有する観察光学系として、市販のデジタルカメラを用い、トータルステーションを構成したものである。
【００８４】
尚、図１０、図１１中で、図１及び図５〜図７中に示したものと同等のものには同符号を付しその説明を省略する。
【００８５】
第４の実施例では、前記鉛直回転台３７に基準パターン投影光学系１８と一体に光波距離計２を設けたものであり、市販のデジタルカメラで測角を可能とし、又前記光波距離計２で測距を行える様にすると共に微調整機構２１で測距光軸４を偏向し、測距の測定点と測角の測定点を合致させる様にしたものである。
【００８６】
更に、前記光波距離計２は市販のハンディタイプのものを装着してもよい。この場合、市販のデジタルカメラと市販のハンディタイプの前記光波距離計２の組合わせで簡便にトータルステーションを構成できる。
【符号の説明】
【００８７】
１              観察光学系
２              光波距離計
３              観察光軸
４              測距光軸
５              回転機構
６              対物レンズ
７              ズーム光学系
８              イメージセンサ
９              演算制御部
１０            測定部
１４            基準パターン
１５            水平角度検出器
１６            鉛直角度検出器
１８            基準パターン投影光学系
２６            測距光軸モニタ光学系
３３            水平回転軸
３６            鉛直回転軸
３８            基準パターン投影光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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