(57)【要約】傾斜を検知するための装置及び方法が点光源（１２５）を使用し、それから光がレンズ（１２０）を介して容器（１１０）内に収容されている液体（１０５）の反射表面（１６０）に向かって射出される。該表面から反射された光は該レンズを介して通過し検知器要素からなる二次元アレイ（１４５）上に該点光源のデフォーカスされた画像を形成する。該アレイから採取されたデータは該検知器の各々に入射する光の強度を表わす。該容器の傾斜を表わす重心が該データから決定される。【選択図】      図１
2008527357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射表面（１６０）を有する液体（１０５）を収容する容器（１１０）、
レンズ（１２０）、
液体表面（１６０）に向かってレンズ（１２０）を介して光を射出する点源（１２５）、
反射表面（１６０）から反射された光がレンズ（１２０）を介して検知要素上通過するように位置されている検知要素の二次元アレイ（１４０）であって、各検知器要素が入射光の振幅に対応する値を発生する二次元アレイ（１４５）、
検知器要素上に形成された画像の重心を計算するために検知器要素により発生された値に応答するプロセッサ（８１０）、
を有しており、計算された重心が容器（１１０）の傾斜に依存する装置。
【請求項２】
請求項１において、該光が該検知器要素上に点源（１２５）の画像を形成する装置。
【請求項３】
請求項１又は２のうちの１つにおいて、該検知器要素上に形成される画像が点源（１２５）のデフォーカスした画像であるように、点源（１２５）及びアレイ（１４５）がレンズ（１２０）及び反射表面（１６０）と相対的に位置されている装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちの１つにおいて、光源（１２５）がレンズ（１２０）の実質的にフォーカルプレーン（１４０）内に位置しており且つアレイ（１４５）がレンズ（１２０）の実質的にフォーカルプレーン（１４０）の外に位置しており、該検知器要素上に形成される画像が点源（１２５）のデフォーカスした画像である装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のうちの１つにおいて、アレイ（１４５）がレンズ（１２０）の実質的にフォーカルプレーン（１４０）内に位置しており且つ光源（１２５）がレンズ（１２０）の実質的にフォーカルプレーン（１４５）の外に位置しており、該検知器要素上に形成される画像が点源（１２５）のデフォーカスした画像である装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちの１つにおいて、点源（１２５）及び二次元アレイ（１４５）のうちの少なくとも１つが実質的にレンズ（１２０）のフォーカルプレーン（１４０）の外に位置している装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちの１つにおいて、該プロセッサがサブピクセル精度で重心を計算する装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちの１つにおいて、該計算した重心が２つの直交軸に関して容器（１１０）の傾斜に依存する装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちの１つにおいて、レンズ（５２０）が液体（５０５）と接触する非平坦な表面を有している装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちの１つにおいて、更に、点源（５３０）と反射表面（５７５）との間の光路内に位置されており且つ点源（５３０）からの光を液体表面（５７５）へ向けて指向させるべく作用するプリズム（５２５）を有している装置。
【請求項１１】
請求項１０において、プリズム（５２５）が反射表面（５７５）からの光を二次元アレイ（５４０）へ向かって指向させるべく作用する装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちの１つにおいて、プロセッサ（８１０）が該検知器要素上に形成される画像の重心を計算するためのスレッシュホールド（３３０）を超える該検知器により発生される値に応答する装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちの１つにおいて、更に、大気温度に依存する信号を発生するセンサー（８３５）を有しており、且つプロセッサ（８１０）が該検知器要素上に形成される画像の重心を計算する場合に温度補正を適用するための信号に応答する装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちの１つにおいて、プロセッサ（８１０）が所定の時間間隔にわたり平均化された該検知器要素上に形成される画像の重心を計算するために所定の時間間隔にわたり該検知器要素により発生される値に応答する装置。
【請求項１５】
請求項１４において、該プロセッサが該所定の時間間隔のユーザ選択に応答する装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちの１つにおいて、プロセッサ（８１０）が点源（８０５）からの光の射出を制御する装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のうちの１つにおいて、該検知器要素がＣＭＯＳフォトダイオードを有している装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のうちの１つにおいて、更に、ベース（９０４）、支持軸（９０６）周りに回転するためにベース（９０４）上に装着されているアリダード（９０２）、及びエレベーション軸（９１４）周りに回転するためにアリダード（９０２）上に回転自在に装着されているテレスコープユニット（９０８）を有している装置。
【請求項１９】
請求項１８において、更に、アリダード（９０２）の回転オリエンテーションを検知するための方位センサー（９２０）及びテレスコープユニット（９０８）の回転方位を検知するためのエレベーションセンサー（９２６）を有している装置。
【請求項２０】
請求項１９において、更に、方位センサー（９２０）及びエレベーションセンサー（９２６）に応答して回転制御信号を発生するプロセッサ、及び該回転制御信号に応答してアリダード（９０２）及びテレスコープユニット（９０８）を方向付けさせるドライブ（９１６，９２２）を有している装置。
【請求項２１】
請求項１９及び２０のうちの１つにおいて、該プロセッサが、
（ｉ）本装置の軸の垂直からの逸れに対する補正、及び
（ｉｉ）コリメーションエラーに対する補正、
のうちの少なくとも１つを決定するために該計算した重心を使用する装置。
【請求項２２】
請求項２０において、該プロセッサが、
（ｉ）照準補償、
（ｉｉ）垂直線拡張、及び
（ｉｉｉ）水平線拡張、
のうちの少なくとも１つを決定するために該計算した重心を使用する装置。
【請求項２３】
請求項１８乃至２２のうちの１つにおいて、テレスコープユニット（９０８）が本装置から遠隔のターゲットへの距離を測定するための距離測定モジュール（１０３０）を有している装置。
【請求項２４】
請求項１８乃至２３のうちの１つにおいて、テレスコープユニット（９０８）がテレスコープ及び該テレスコープの光学的フォーカシングのためのサーボフォーカスモジュール（１０３２）を有している装置。
【請求項２５】
請求項１８乃至２４のうちの１つにおいて、該テレスコープユニットが遠隔ターゲットと相対的な該テレスコープユニットのオリエンテーションを検知するためのトラッカー（１０３４）を有しており、且つプロセッサ（１００４）がトラッカー（１０３４）に応答してテレスコープユニット（９０８）が該遠隔ターゲットを該テレスコープの光路に沿って維持するようにアリダード（９０２）及び該テレスコープユニットを方向付けるための回転制御信号を発生する装置。
【請求項２６】
請求項１乃至２５のうちの１つにおいて、更に、プロセッサ（１００４）と遠隔制御ユニットとの間で情報を通信するための無線通信機（９４２）を有している装置。
【請求項２７】
請求項１乃至２６のうちの１つにおいて、更に、少なくとも１つの入力装置（１０２２）及び少なくとも１つのディスプレイ（１０２０）を有している装置。
【請求項２８】
傾斜を決定する方法において、
レンズ（１２０）を介して点源（１２５）からの光を容器（１１０）内に収容されている反射性液体表面（１６０）へ向かって射出させ、
液体表面（１６０）から反射され且つレンズ（１２０）を介して通過する検知器要素のアレイ（１４５）上に入射する光を検知して該検知器要素の各々に入射する光の検知された強度を表わすデータを採取するためにアレイ（１４５）上に点源（１２５）のデフォーカスしたイメージを形成させ、
該データから重心を決定し、該重心が容器（１１０）の傾斜を表わしている、
ことを包含している方法。
【請求項２９】
請求項２８において、更に、大気温度を表わす温度値を採取することを包含しており、且つ該データから重心を決定する場合に、該温度値を適用して大気温度に対して補正された重心を決定する方法。
【請求項３０】
請求項２８乃至２９のうちの１つにおいて、データを採取するために光を検知する場合に、データセットにおけるデータを採取し且つデータのフレームを得るために複数のデータセットを収集し、且つ重心を決定する場合に、データのフレームから重心を計算する方法。
【請求項３１】
請求項２８乃至３０のうちの１つにおいて、重心を決定する場合に、選択した時間間隔にわたり採取したデータを平均化することを包含している方法。
【請求項３２】
請求項２８乃至３１のうちの１つにおいて、更に、２つの直交軸周りに該容器の傾斜の表示として重心のディスプレイを発生することを包含している方法。
【請求項３３】
請求項２８乃至３２のうちの１つにおいて、更に、大気温度に対しチルト感度を補正することを包含している方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は傾斜を検知する方法及び装置に関するものであって、特に、トータルステーション等の測地装置の傾斜を検知する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
幾つかの傾斜検知器は、重力ベクトルを測定することにより真の垂直からの逸れを決定するために容器内の液体を使用する。供給源からの光ビームが該液体の表面上で反射される。その反射された光ビームは検知器上に入射する。該検知器上の入射位置は、該容器が傾斜されると共に変化する。
【０００３】
センサーとしてＣＣＤラインを使用し、反射ビームが検知器に入射する位置は出力信号として与えることが可能である。シェブロンパターンにある互いに直交する２つのこのような検知器を使用して、２つの直交方向における傾斜を米国特許第６，０８８，０９０号におけるように検知することが可能である。
【０００４】
ＷＯ９９／５７５１３は、単一の大型の平凸ボールレンズと共に２個の光源及び２個のＣＣＤラインを具備する２軸傾斜検知器を示している。この形態の直径及び高さは多くの適用例に対して大き過ぎるものである。
【０００５】
ＤＥ１９６１０９４１Ａ１はエリアセンサーを使用する傾斜検知器を示している。
【０００６】
米国特許第４，１５９，４２２号は発光ダイオード及び水銀溜まりから反射されたラジエーションに比例する出力信号を発生するフォトセルを使用する変位センサーを示している。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，０８８，０９０号
【特許文献２】ＷＯ９９／５７５１３
【特許文献３】ＤＥ１９６１０９４１Ａ１
【特許文献４】米国特許第４，１５９，４２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
より小さいな全体的な寸法、低い全体的な高さ、低コスト、最近のセンサー及びデータインターフェース技術との適合性、動作範囲、正確度及び寸法に関する要求が異なる種々の適用例において使用するためのスケーラビリティ及び／又は半自動化製造を提供する傾斜検知器の改良が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施例によれば、傾斜を検知する装置及び方法が点光源を使用し、それから光が容器内に収容されている液体の反射表面に向けてレンズを介して射出される。該表面から反射された光は該レンズを介して通過して検知器要素からなる二次元アレイ上に点光源のデフォーカスされた即ち焦点のずれた画像を形成する。該アレイから採取したデータは該検知器要素の各々に入射する光の強度を表わしている。該容器の傾斜を表わす重心が該データから決定される。
【００１０】
本発明に基づく装置の実施例は、反射表面を有する液体を収容する容器、該反射表面と該レンズのフォーカルプレーンとの間の光路内に位置されているレンズ、該レンズを介して該液体表面に向かって光を射出させる点源、該反射表面から反射された光が該レンズを介して該検知器要素へ通過し、各検知器要素が入射光の振幅に対応する値を発生するように位置されている検知器要素からなる二次元アレイ、及び該検知器要素上に形成された画像の重心を計算するために該検知器要素により発生される値に応答するプロセッサ、を有しており、該計算される重心が該容器の傾斜に依存する。
【００１１】
本発明の実施例に基づく装置は、１つ又はそれ以上の付加的な特徴を包含することが可能である。該光は該検知器要素上に該点源の画像を形成することが可能である。該光源及び該アレイのうちの一方又は両方が、該検知器要素上に形成される画像が該点源のデフォーカスされた画像であるように該フォーカルプレーン及び該レンズから実質的に外れて位置することが可能である。該プロセッサはサブピクセル精度で重心を計算することが可能である。その計算された重心は２つの直交軸に関して該要素の傾斜に依存することが可能である。該レンズは該液体と接触する非平坦な表面を有することが可能である。該点源と該反射表面との間の光路内にプリズムを位置させることが可能であり、それは該点源から該液体表面に向けて光を指向させるべく作用する。該プリズムは該反射表面から該二次元アレイに向けて光を指向させるべく作用することが可能である。
【００１２】
該プロセッサは該検知器要素上に形成される画像の重心を計算するためのスレッシュホールドを超える該検知器要素により発生される値に応答することが可能である。該装置は、更に、大気温度に依存する信号を発生するセンサーを有することが可能であり、その場合に、該プロセッサは、該検知器要素上に形成されている画像の重心を計算する場合に、該信号に応答して温度補正を適用する。該プロセッサは所定の時間間隔にわたり該検知器要素により発生される値に応答して該所定の時間間隔にわたり平均化された該検知器要素上に形成された画像の重心を計算することが可能である。該プロセッサは該所定の時間間隔のユーザ選択に応答することが可能である。該プロセッサは該点源からの光の射出を制御することが可能である。該検知器要素はＣＭＯＳフォトダイオードを有することが可能である。
【００１３】
本発明の実施例に基づく装置は、更に、ベース、支持軸周りに回転するために該ベース上に装着したアリダード、及びエレベーション軸即ち仰角軸周りに回転するために該アリダード上に回転自在に装着したテレスコープユニットを有することが可能である。本装置は、更に、該アリダードの回転オリエンテーションを検知するための方位センサー及び該テレスコープユニットの回転方位を検知するためのエレベーションセンサーを有することが可能である。該プロセッサは、更に、該方位センサー及び該エレベーションセンサーに応答して回転制御信号を発生することが可能であり、且つ該回転制御信号に応答して該アリダード及び該テレスコープユニットをオリエンティング即ち方向付けするために駆動する。
【００１４】
該プロセッサは、（ｉ）本装置の軸の垂直からの逸れに対する補正、及び（ｉｉ）コリメーションエラーに対する補正、のうちの少なくとも１つを決定するために該計算された重心を使用することが可能である。該プロセッサは、（ｉ）照準補償、（ｉｉ）垂直ライン拡張、（ｉｉｉ）水平ライン拡張、のうちの少なくとも１つを決定するために該計算された重心を使用することが可能である。該テレスコープユニットは、本装置から遠隔にあるターゲットへの距離を測定するための距離測定モジュールを有することが可能である。該テレスコープユニットは、テレスコープ、及び該テレスコープの光学的フォーカシングのためのサーボフォーカスモジュールを有することが可能である。該テレスコープユニットは、遠隔ターゲットと相対的な該テレスコープユニットのオリエンテーションを検知するためのトラッカー（ｔｒａｃｋｅｒ）を有することが可能であり、その場合に、該プロセッサは該トラッカーに応答して該テレスコープユニットが該テレスコープの光路に沿って該遠隔ターゲットを維持するように該アリダード及び該テレスコープユニットを方向付けるための回転制御信号を発生する。本装置は、更に、該プロセッサと遠隔制御ユニットとの間で情報を通信するための無線通信機を有することが可能である。本装置は、更に、少なくとも１個の入力装置及び少なくとも１個のディスプレイを有することが可能である。
【００１５】
本発明の実施例に基づく傾斜を決定する方法は、該液体表面から反射され且つ該レンズを介して通過してアレイ上に該点源のデフォーカスした画像を形成する検知器要素からなるアレイ上に入射する光を検知して該検知器要素の各々に入射する光の検知された強度を表わすデータを採取し、且つ該データから重心を決定し、該重心が該容器の傾斜を表わしている、ことを包含することが可能である。
【００１６】
本発明の実施例に基づく方法は、１つ又はそれ以上の付加的な特徴を包含することが可能である。大気温度を表わす温度値を採取することが可能であり、且つ該データから重心を決定する場合に、大気温度に対して補正された重心を決定するために該温度値を適用することが可能である。データを採取するために光を検知する場合に、データセットにおけるデータを採取し且つデータのフレームを得るために複数のデータセットを収集することが可能であり、且つ重心を決定する場合に、データのフレームから重心を計算することが可能である。重心を決定する場合に、選択した時間間隔にわたって採取したデータを平均化することが可能である。方法は、更に、２つの直交軸に関しての容器の傾斜の表現として重心のディスプレイを発生することが可能である。方法は、更に、大気温度に対するチルト感度を補正することを包含することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の１実施例に基づく傾斜検知器１００を模式的に例示している。図１は何等かの特定の縮尺で描かれているものではなく、動作原理を例示するために相対的な寸法が誇張されている。流体１０５が、レンズ１２０が嵌められている床１１５を具備する容器１１０内に収容されている。光源１２５がフォーカルプレーン１４０におけるレンズ１２０の焦点距離１３５に位置されている。検知器アレイ１４５がレンズ１２０のフォーカルプレーン１４０の外に位置されている。傾斜検知器１００は、例えば、図１には示していない測地装置の中心線１５０上に装着されている。
【００１８】
流体１０５は、例えば、約１．４の屈折率（ｎS）を有するシリコンオイルである。レンズ１２０は、例えば、約１．５の屈折率（ｎG）を有しているガラスであり且つ光源１２５からの光を無限遠に対してコリメートさせる。光源１２５は約１５０μｍの直径の射出面積を有する発光ダイオード等の点光源である。
【００１９】
光源１２５からの光線１５５はレンズ１２０及び流体１０５を介して通過し、液体１０５の上側表面から反射され、且つ流体１０５及びレンズ１２０を介して検知器アレイ１４５へ通過する。検知器アレイ１４５上に入射する光線が検知され且つ検知器信号へ変換される。
【００２０】
静止状態において、液体１０５の上側表面は重力ベクトルに対して直交している。傾斜検知器１００が水平である場合には、液体１０５の上側表面は１６０において示した如くであり且つ重力ベクトルの相対的なオリエンテーション即ち配向状態はＧで示した如くである。液体１０５の上側表面から反射された光線１６５はレンズ１２０のフォーカルプレーン１４０における１つの点へフォーカスする。検知器アレイ１４５がレンズ１２０のフォーカルプレーンの外に位置されると、検知器アレイ１４５上に入射する光線は光源１２５のデフォーカスされた即ち焦点のずれた画像を発生し（１つの点ではなく光のスポット）、その１つの例を図２に示してある。
【００２１】
傾斜検知器１００が角度αでチルトされると、液体１０５の上側表面は１７０における点線で示した如く容器１１０内において対応的にチルト即ち傾斜され、且つ重力ベクトルの相対的オリエンテーションはＧ′において示した如くである。液体１０５の上側表面に入射する光線と相対的な液体１０５の上側表面の対応する角度チルトαは、反射角度においてシフトを発生させ、点線の光線１７５で示した如く検知器アレイ１４５に入射する光線は光源１２５のデフォーカスされた画像を発生し、それは検知器アレイ１４５の表面上で位置がシフトされている。この位置シフトは図１における１８０において模式的に表わしてある。検知器アレイ１４５上の画像の位置シフトは２つの直交方向のいずれか一方又は両方において発生する場合がある。
【００２２】
１実施例においては、検知器アレイ１４５は検知器要素からなるＮ個の行とＭ個の列の二次元アレイであり、例えば、検知器要素の２５６個の行と２５６個の列である。図２は検知器アレイ１４５上に入射する光のスポットを示しており、この光のスポットは光源１２５のデフォーカスされた画像である。何故ならば、検知器アレイ１４５はレンズ１２０のフォーカルプレーン１４０の外側に位置しているからである。図２の画像において、光のスポットの中心は検知器アレイ上に中心位置決めされており、２５６個の行のうちの行１２８及び２５６個の列のうちの列１２８にある。該光スポットの中心は、傾斜検知器１００のチルト角度αが変化されると検知器アレイ上において変位される。
【００２３】
図３は検知器アレイ上に入射する光のスポットと交差する検知器アレイ要素の行からの検知器信号の振幅を示している。例えば、光のスポットの中心近くに位置している検知器アレイ１４５の行（例えば、２５６個の行のうちの行１２８）の夫々の検知器要素上に入射する光の検知された振幅（Ａ／Ｄレベル）は実質的に３１０において示したような分布を有している。光のスポットの外側に位置している検知器アレイの１つの行（例えば、２５６個の行のうちの行１又は行２５６）の夫々の検知された要素上に入射する光の検知された振幅（Ｉ／Ｄレベル）は、実質的に３２０で示したような分布を有しており、このレベルはレンズ１２０と液体１０５との間の界面から反射された光等のファクタに起因するものであり、従ってバックグラウンドノイズと考えられる。バックブラウンドノイズはその他のファクタからも発生する場合がある。好適には、検知器アレイ１４５からの信号がスレッシュホールド３３０を適用することによりフィルタされ、従って光のスポットを表わす検知器信号１３０の部分が維持され且つバックグラウンドノイズが拒否される。検知器アレイ１４５からの信号の採取及び処理の例を以下に与える。
【００２４】
図３は、更に、強度分布の最大強度Ｉｍａｘ、強度分布の最小強度Ｉｍｉｎ、及び最大強度Ｉｍａｘと最小強度Ｉｍｉｎとの間の差ΔＩを表示している。線Ｉ１０はＩｍｉｎよりΔＩの１０％上である強度（Ａ／Ｄレベル）に対応しており、且つ線Ｉ９０はＩｍｉｎより９０％のΔＩ高いか又はＩｍａｘよりΔＩの１０％低い強度（Ａ／Ｄレベル）に対応している。ＤｍａｘはＩｍａｘを超える強度を有する強度分布の部分の直径を表わしており、且つＤｍｉｎはＩｍｉｎを超える強度を有する強度分布の部分の直径を表わしている。検知器要素からなるアレイ上に形成される光源の画像はデフォーカスされた画像であるので、ＤｍａｘはＤｍｉｎよりも実質的により小さく、例えばＤｍａｘ＜０．９５×Ｄｍｉｎである。更にデフォーカスされた画像の場合においては、Ｄｍａｘ＜０．９０×Ｄｍｉｎ又はＤｍａｘ＜０．８０×Ｄｍｉｎ又はＤｍａｘ＜０．６０×Ｄｍｉｎの場合も充足される場合がある。特に、線３１０の形状はガウス形状である場合がある。
【００２５】
図４は図２及び図３に対応する検知された振幅分布の三次元透視表現４００を示している。
【００２６】
図５は光ビームを折り曲げ且つ光源及び検知器アレイを容器の側部に配置させることにより装置の高さを減少させるためにプリズムを使用する本発明に基づく傾斜検知器５００の１実施例を示している。図５はいずれかの特定の縮尺に描いたものではなく、且つ動作原理を例示するために相対的な寸法を誇張してある。この形態は、２つの直交軸に関する傾斜を測定する能力を維持しながら横方向に小さな寸法を有している。流体５０５がレンズ５２０とプリズム５２５とが嵌め込まれた床５１５を有する容器５１０内に収容されている。光源５３０がフォーカルプレーン５３５内のレンズ５２０の焦点距離に位置されている。検知器アレイ５４０はレンズ５２０のフォーカルプレーン５３５の外側に位置されている。傾斜検知器５００は、例えば、図５には示していない測地装置の中心線５５０とその光学的垂直経路５４５とを実質的に整合させて装着されている。
【００２７】
流体５０５は、例えば、約１．４の屈折率ｎSを有するシリコンオイルである。レンズ５２０及びプリズム５２５は、例えば、約１．５の屈折率ｎGを有するガラスである。レンズ５２０は光源５３０からの光を無限遠に対してコリメートさせる。光源５３０は約１５０μｍの直径の射出面積を有する発光ダイオード等の点光源である。
【００２８】
光源５３０からの光線５５５はプリズム５２５を介して通過し、プリズム５２５の表面５６０から反射され、且つレンズ５２０及び流体５０５を介して液体５０５の上側表面へ通過する。液体５０５の上側表面から反射された光線５６５は流体５０５、レンズ５２０及びプリズム５２５を介して通過し、プリズム５２５の表面５６０から反射され、且つプリズム５２５を介して検知器アレイ５４０へ通過する。検知器アレイ５４０上に入射する光線が検知され且つ検知器信号へ変換される。
【００２９】
静止状態においては、液体５０５の上側表面は重力ベクトルに対して直交している。傾斜検知器５００が水平である場合には、液体５０５の上側表面は５７５に示した如くであり且つ重力ベクトルの相対的なオリエンテーションはＧに示した如くである。液体５０５の上側表面から反射された光線５６５はレンズ５２０のフォーカルプレーン５３５における１つの点へフォーカスされる。検知器アレイ５４０はレンズ５２０のフォーカルプレーンの外側に位置されており、検知器アレイ５４０上に入射する光線は、例えば、図２に示したように光源５３０のデフォーカスされた即ち焦点がずれた画像を発生する（１つの点ではなく光のスポット）。
【００３０】
傾斜検知器５００が角度αにチルトされると、液体５０５の上側表面は５７０における点線により示したように容器５１０において対応的にチルトされ且つ重力ベクトルの相対的なオリエンテーションはＧ′に示した如くである。液体５０５の上側表面上に入射する光線と相対的な液体５０５の上側表面の対応する角度のチルトαは、反射角度においてシフトを発生させ、従って検知器アレイ５４０上に入射する光線は光源５３０のデフォーカスされた画像を発生し、それは検知器アレイ５４０の表面上において位置がシフトされている。この位置シフトは図５における５８０において模式的に表わしてある。検知器アレイ５４０上の画像のこの位置シフトは、２つの直交方向のうちのいずれか一方又は両方において発生する場合がある。
【００３１】
図５の実施例においては、光源５３０及び検知器アレイ５４０は種々の信号処理コンポーネントを例えば５８５及び５９０として示した回路ボード５８２上に装着されている。
【００３２】
図６は本発明の１実施例に基づく傾斜検知器モジュールの断面図である。
【００３３】
図７は図６の傾斜検知器モジュールの一部切断斜視図である。
【００３４】
図８は本発明の実施例に基づく傾斜検知器において有用な信号処理回路８００の概略図である。発光ダイオード８０５等の点光源がマイクロコントローラ８１０からの制御信号に応答して光を射出する。ダイオード８０５からの光線は上述した如く容器内の液体の表面から反射され、且つ反射光線は検知器アレイ８１５上のダイオード８０５の発光区域のデフォーカスされた画像を形成する。マイクロコントローラ８１０は制御線８２０、データ線８２５及びインター集積回路（Ｉ２Ｃ）バス８３０を介して検知器アレイ８１５と通信を行う。温度センサー８３５及びユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェース８４０もＩ２Ｃバス８３０を介してマイクロコントローラ８１０と通信を行う。電源８５０がマイクロコントローラ８１０及びダイオード８０５、検知器アレイ８１５、温度センサー８３５及びＵＳＢインターフェース８４０を動作させるための電力を供給する。ＵＳＢインターフェース８４０は、図８に示していない外部プロセッサ又はディスプレイへＵＳＢコネクタ８５５を介して傾斜測定信号の通信を可能とする。電源８５０は、例えば、図８には示していない外部供給源からＵＳＢコネクタを介して電力供給される。
【００３５】
検知器アレイ８１５は任意の適宜のイメージセンサーとすることが可能であり、その多くは、アジレント（Ａｇｉｌｅｎｔ）テクノロジーズインコーポレイテッドから市販されているＡＤＣＳシリーズアジレントＣＭＯＳイメージセンサー等が市販されている。これらはタイミング制御及びオンボードアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器と共に感応性フォトダイオード要素からなるアレイを統合する。ウインドウ寸法はアレイ全体（例えば、６４０×４８０ピクセル）から４×４ピクセルまで、又は２５６×２５６ピクセル等の中間の何等かの値にプログラムすることが可能である。統合されたタイミング制御は行及び列アドレッシング、及びプログラム可能な露光制御、フレームレート及びデータレートを与える。マイクロコントローラ８１０はアトメル（Ａｔｍｅｌ）コーポレイションから市販されているＡＶＲ８ビットＲＩＳＣ装置等の任意の適宜の装置とすることが可能である。発光ダイオード８０５は、ＥＬＣＯＳ  ＧｍｂＨから市販されている点源ダイオードモデルＰＬ１５−Ｒ等の任意の適宜の装置とすることが可能である。
【００３６】
傾斜検知器の傾斜は、検知器アレイ上に入射する光スポットの重心を計算することにより決定される。検知器アレイのフォトダイオード要素の行の方向における傾斜は、例えば、以下の関係から決定され、
【００３７】
【数１】
2008527357.tif 000003
【００３８】
尚、Ｕ（ｒ）は行の方向における傾斜であり、Ｕ0（ｒ）は行の方向における水準点エラーであり、ｐ（ｒ）は行の方向における感度であり、ｒは行順序数であり、ｃは列順序数であり、Ａ（ｃ，ｒ）は行ｃ及び列ｒにおけるピクセルのＡ／Ｄ値であり、［．．．］は全てのピクセルにわたっての和である。検知器アレイのフォトダイオード要素の列の方向における傾斜は、例えば、次の関係から決定され、
【００３９】
【数２】
2008527357.tif 000004
【００４０】
尚、Ｕ（ｃ）は列の方向における傾斜であり、Ｕ0（ｒ）は列の方向における水準点エラーであり、ｐ（ｒ）は列の方向における感度であり、ｒは行順序数であり、ｃは列順序数であり、Ａ（ｃ，ｒ）は行ｃ及び列ｒにおけるピクセルのＡ／Ｄ値であり、且つ［．．．］は全てのピクセルにわたっての和である。
【００４１】
チルト感度ｐ（ｃ），ｐ（ｒ）は光学系の焦点距離及びピクセル間隔に依存する。入射光強度に関する感度は、例えば、入射光に対するフォトダイオード感度の線形範囲を使用するために１５０（８ビット形態における２５６レベルのうちの）のレベルへ規制される。
【００４２】
例えば、所望の限界を超えたフォトダイオード要素からの値（Ａ／Ｄレベル）のみを使用することによりノイズ拒否のためのスレッシュホールド処理が実施される。
【００４３】
温度センサー８３５は、傾斜検知器回路のキャリブレーションのためにオプションとして設けられている。流体の屈折率は温度と共に変化し、傾斜検知器の水準点Ｕ0（ｒ），Ｕ0（ｃ）を変化させ、従って、広い範囲の大気温度にわたって傾斜検知器を使用するための温度キャリブレーションを与えることが望ましい。チルト感度ｐ（ｃ），ｐ（ｒ）を温度で補正することも可能である。補正定数は人工気象室内において測定し且つマイクロコントローラ８１０内に格納することが可能であり、従って傾斜検知器が使用中である場合に、マイクロコントローラ８１０は温度センサー６３５から大気温度値を獲得し且つその大気温度に対して適切な水準点エラー値Ｕ0（ｒ），Ｕ0（ｃ）に基づいて傾斜値Ｕ（ｒ），Ｕ（ｃ）を計算することが可能である。
【００４４】
マイクロコントローラ８１０はＩ２Ｃバス８３０を介して検知器アレイ８１５の動作モードを制御し、且つ計算した傾斜値をＩ２Ｃバス８３０を介してＵＳＢインターフェース８４０へ通信する。マイクロコントローラ８１０は、発光ダイオード８０５への電流を制御することにより及び／又は露光時間を制御することにより光強度レベルを制御する。発光ダイオード８０５は、所望により、連続して照明させることが可能であり、又は光出力にわたってより精細な制御を与えるためにパルス動作させることが可能である。例えば、マイクロコントローラ８１０が１５個の電流レベルを可能とする場合には、中間レベルの光出力を得るために発光ダイオード８０５への電流をパルス動作させることによりより細かい電流制御を得ることが可能である。１つの可能なスキームは、８−１０ｍｓの期間でパルス動作させ且つ各電流レベルの間で８個のステップを与えることである（０個のパルスがオンで８個のパルスがオフから８個のパルスがオンで０個のパルスがオフまで）。
【００４５】
１実施例においては、マイクロコントローラ８１０は開始コマンドをＩ２Ｃバス８３０を介して検知器アレイ８１５へ送信する。動作において、検知器アレイ８１５はプログラムされているフォトダイオードアレイ（例えば、２５６×２５６）を介して継続的にループ動作し且つデータバス８２５を介して各フォトダイオードに対して８ビットレベルの値をマイクロコントローラ８１０へ送信する。マイクロコントローラ８１０が情報からなるフレームを得ると、それは傾斜値を計算し且つ計算した傾斜値を、ＵＳＢケーブル８５５を介して再送するためにＵＳＢインターフェース８４０へＩ２Ｃバス８３０を介して送信する。
【００４６】
１実施例においては、マイクロコントローラ８１０は継続的に検知器アレイ８１５からデータを受取り且つデータの各新たなフレームに対して新しい組の計算した傾斜値を送信する。傾斜測定の頻繁なアップデートが、例えば、装置が衝撃や振動に露呈される場合のある建設現場等の厳しい環境条件の下における装置において使用する場合に望ましい。
【００４７】
厳しい環境条件の下において、情報の喪失を回避するために高い露光時間に対して検知器アレイをプログラムすることが望ましい。１実施例においては、露光時間がデータの１つのフレーム（例えば、２５６本のライン）を送信するために検知器アレイ８１５に対して必要とされる時間とマッチするように、露光強度が発光ダイオード８０５へ印加される電流を調節することにより調節される。１実施例においては、露光時間は、このラインのフォトダイオードの電荷をリセットすることによりそのラインをクリアすることと複数のライン番号におけるこのラインのフォトダイオードのデータを読み出す時間との間の時間である。この固定されたライン数は１から例えば５又はそれより多いライン等の何等かのより大きな数の範囲にわたることが可能である。
【００４８】
１実施例においては、傾斜値の計算はローリングプロセスであり、その場合に、データが１つのフレームの遅延又は１つの露光時間間隔の遅延で処理される。１実施例においては、データがフレームあたり０．２秒のレートで採取され且つマイクロコントローラ８１０は毎秒５組の傾斜値を計算する。１実施例においては、マイクロコントローラ８１０が例えば０．２秒の露光時間にわたる平均として傾斜値を計算する間にデータが継続的に採取される。１実施例においては、傾斜値は複数個のフレームの期間にわたる平均として計算され、その計算はマイクロコントローラ８１０におけるか又は本発明に基づく傾斜検知器を構成する装置の別個の制御器（不図示）におけるかのいずれかで発生する。
【００４９】
実施例においては、ダイオード電流、露光時間、平均間隔等のパラメータの選択は意図された使用、予測される振動条件、大気温度、容器内の流体の静止状態を乱す装置の予測された移動及び／又はその他の考慮事項に基づいている。例えば、人間のオペレータが手作業により装置のレベリングを行う場合には、人間のオペレータは手作業のレベリングが行われる場合に即時に測定変化を見ることを望むものであるから、長期間にわたっての傾斜測定値を平均化することは望ましいことではない。手作業のレベリング動作が完了すると、人間のオペレータは改良した測定精度のために平均化が多数のフレームにわたって（例えば、３秒の期間にわたって）発生するモードへ変化することを望む場合がある。従って、装置は人間のオペレータにより選択されるべき異なる動作モードを提供することが可能である。
【００５０】
本発明に基づく実施例は、以下の特性のうちの１つ又はそれ以上を有することが可能である。第一に、光ビームは９０度に近い角度で液体表面に入射する。ＣＣＤライン検知器を使用する従来の装置は、より大きな光エネルギを与えるために入射光の全反射に対し約４５度の入射角度を有している。ＣＭＯＳフォトダイオードアレイ等のエリアセンサーは、より少ないエネルギを必要とし、従って約２．５％の反射エネルギが充分である。より大きな入射角度はよりコンパクトな傾斜検知器形態を可能とする。
【００５１】
第二に光源はドット源である。ドット源を使用することが可能である理由は、検知器アレイが高感度の要素（例えば、ＣＭＯＳダイオード）及び、それからサブピクセル精度で検知された信号の重心を計算することが可能なデータを供給する内部アナログ・デジタル変換器を有しているからである。ピクセル寸法（フォトダイオード間隔）は、例えば、７μｍである。
【００５２】
第三に、検知器アレイ上のドットの画像は、検知器アレイをレンズのフォーカルプレーンの外に配置させることによりデフォーカスされている。例えば、約１５０μｍ直径のドット源からのドットの検知器アレイ上の画像は約２５０μｍのエリアへデフォーカスされる。画像の重心を計算する場合の高精度のために、シャープな画像端部を有するものでないことが有益的である。ピクセル振幅（フォトダイオードレベル）のガウス分布の端部は、サブピクセル精度でドット画像の重心を計算するために使用される。センサーパッケージ内のプロセッサ（マイクロコントローラ）でもって、該画像の重心が実時間で計算される。
【００５３】
第四に、液体と接触しているレンズ表面（例えば、液体１０５と接触しているレンズ１２０の上側表面及び液体５０５と接触しているレンズ５２０の上側表面）は非平坦状である。ドット源からの光が該液体の上側表面に対してほぼ直交する角度で入射すると、低い反射率（例えば、約２．５％）のために信号は低い。平坦状の上側レンズ表面はレンズ／液体界面における反射を発生させ、検知器アレイに入射するスポットの中央領域におけるノイズを増加させる傾向となる。凸状又は凹状の上側レンズ表面は、広い区域にわたりレンズ・液体界面において発生する反射を分散させる傾向となり、興味のある区域（検知器アレイに入射する光のスポットの中心）におけるより高い信号対ノイズ比を発生させる。該レンズのアクティブなフォーカシング表面は凸状であり且つ液体と接触しているレンズの非アクティブな表面は凸状（図１におけるように）又は凹状（図５におけるように）である。
【００５４】
１実施例において、フォーカルプレーンはレンズの後の単一の焦点距離に位置されている。１実施例においては、光源及び検知器アレイのうちの少なくとも一方がフォーカルプレーンの外に位置しており、従って検知器アレイに入射する光源の画像は、例えば、ガウス分布でデフォーカスされる。１実施例においては、全アパーチャが使用される。
【００５５】
１実施例においては、レンズは液体と接触していないが、液体の近くに配置されており且つウインドウが設けられており、ドット源からの光はレンズ及びウインドウを介して液体内へ通過し且つウインドウ及びレンズを介して検知器アレイへ戻る。ウインドウが設けられる場合には、１実施例においては、液体と接触するウインドウ表面は非平坦状である（例えば、凸状又は凹状）。
【００５６】
本発明に基づく実施例は、傾斜検知器を組込んだ測地装置を包含している。例えば、図９は本発明の１実施例に基づくトータルステーションの部分断面正面図を示しており、且つ図１０はこのようなトータルステーションの機能ブロック図である。
【００５７】
図９を参照すると、トータルステーション９００は支持軸９０６周りに回転するために調節可能な整準台９０４上に装着されているアリダード９０２を有しており、支持軸９０６はアリダード９０２が水平である場合に垂直である。光学的中心線（視線方向）９１２を具備するテレスコープ９１０を有するテレスコープユニット９０８が、支持軸９０６に直交するエレベーション軸９１４周りに回転するために装着されている。
【００５８】
制御可能な水平ドライブ９１６が制御信号に応答して支持軸９０６周りにアリダード９０２を回転させる。整準台９０４に関して固定されている目盛りが付けられたリング９１８のマーキングが、アリダード９０２が回転される場合に、水平角度センサー９２０により検知される。制御可能な垂直ドライブ９２２は制御信号に応答してエレベーション軸９１４周りにテレスコープユニット９０８を回転させる。テレスコープユニット９０８に関して固定されている目盛りの付いたリング９２４のマーキングが、テレスコープユニット９０８が回転される場合に、垂直角度センサー９２６によって検知される。手動的に動作可能なノブを具備する水平制御部９２８及び手動的に動作可能なノブを具備する垂直制御部９３０は、夫々、水平ドライブ９１６及び垂直ドライブ９２２の制御に対するユーザ入力を与える。
【００５９】
アリダード９０２は支持軸９０６周りを任意の所望の角度へ回転可能であり且つテレスコープユニット９２０はエレベーション軸９１４周りを任意の所望の角度へ回転可能であり、任意に位置された外部ターゲットに対してテレスコープ９１０へ照準させるために３６５度を超える角度であっても可能である。スリップリング９３２は、外部電源（図１０に示してある）からアリダード９０２への電力の伝達及び／又はアリダード９０２と外部制御ユニット（図１０に示してある）との間のデータ及びコマンドの通信を与える。スリップリング９３４は、アリダード９０２からテレスコープユニット９０８への電力の伝達及びアリダード９０２とテレスコープユニット９０８との間のデータ及びコマンドの通信を与える。
【００６０】
アリダード９０２は容易な運搬のためのハンドル９３６を包含している。支持軸９０６と同軸上に垂直下方向への光ビームを射出させるか又は選択した点において９３８における小さなテレスコープを介して観察することのいずれかにより調査目標又はその他の選択した点にわたってトータルステーション９００の手動的位置決めを簡単化させるために光学的下げ振り９３８が設けられている。図１−８を参照して説明したような傾斜検知器９４０が、２つの相互に直交する方向におけるアリダード９０２の傾斜を表わす信号を供給し、従って、支持軸９０６が垂直であり且つエレベーション軸が水平であるようにトータルステーションをセットアップすることを可能とする。傾斜センサー９４０が図５，６，７の形状を有している場合には、該センサーをアリダードの側部の代わりに光学的下げ振り９３８の側の中心で且つ装置の回転期間中の擾乱を最小とするために支持軸９０６と同軸上に装着することが望ましい。
【００６１】
アンテナ９４４を具備する無線中心モジュール９４２が、トータルステーション９００と外部無線中心制御ユニット（図１０に示してある）との間のデータ及びコマンドの通信を与える。バッテリ９４６が、トータルステーション９００に対する電力を供給するために設けられている。トータルステーション９００は、又、キーパッド及び／又はその他の入力装置及びディスプレイスクリーン（図１０に示してある）を具備する着脱自在な制御ユニットを有している。
【００６２】
図１０のブロック線図１０００を参照すると、点線は夫々の要素が配置されている物理的なユニットを表わしている。アリダード９０２内においてメインプロセッサ１００４及びトータルステーションのその他の要素へ電力を供給するために電源１００２がバッテリ９４６へ接続している。メインプロセッサ１００４は、図示していない関連するメモリ、プログラム格納部等を包含している。電源接続はコンポーネントの機能的関係をぼかすことがないように図示していない。電力が電源１００２からトータルステーションのコンポーネントへ個々の接続を介して及び／又は電力分布とデータ通信とを結合させるユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）等のバスを介して供給される。同様に、メインプロセッサ１００４とトータルステーションのその他のコンポーネントとの間の通信は、個々の接続を介して及び／又はユニバーサルシリアルバス等の共通バス１００６を介して行われる。スリップリング９３２は電源１０１０及び／又は外部制御ユニット１０１２を具備する外部ユニット１００８への電気的接続を与える。スリップリング９３４はメインプロセッサ１００４とテレスコープユニット９０８のコンポーネントとの間のデータ通信及びテレスコープユニット９０８のコンポーネントへの電力の供給を与える。該機能的要素の各々はメインプロセッサ１００４の制御下にあり且つ測定結果をメインプロセッサ１００４へ送信すべく命令される場合がある。
【００６３】
水平制御部９２８、垂直制御部９３０及びフォーカス制御部１０１４は、アリダード９０２、エレベーションテレスコープユニット９０８及びテレスコープ９１０の光学的フォーカスの方位方向におけるオリエンテーションを設定するためのコマンドの手動的入力を与える。該コマンドはインターフェース１０１６を介してメインプロセッサ１００４へ通信される。着脱自在なコンソール１０１８はディスプレイスクリーン１０２０及びキーパッド及び／又はタッチスクリーン等の入力装置１０２２を与える。コンソール１０１８は人間のオペレータとトータルステーションとの間の通信を司り、コマンド及びデータの手動的入力及びユーザメニュー及びデータの表示を可能とする。コンソール１０１８はメインプロセッサ１００４との通信を管理し且つ測地計算等のその他の作業をサポートするための入力／出力プロセッサ１０２４を包含している。コンソール１０１８はコネクタ１０２６によってメインプロセッサ１００４及び電源１００２と接続されている。
【００６４】
無線通信モジュール９４２はバス１００６を介してメインプロセッサ１００４と及びアンテナ９４４を介してアンテナ１０２８を具備する無線通信制御ユニット１０２６と通信を行う。トータルステーションは、例えば、測定ターゲットに位置されている場合に、無線通信制御ユニット１０２６から遠隔的に制御することが可能である。
【００６５】
テレスコープユニット９０８は距離測定モジュール１０３０、サーボフォーカスモジュール１０３２、トラッカーモジュール１０３４及びトラッキングアシスタントモジュール１０３６を包含している。
【００６６】
距離測定モジュール１０３０は、例えば、ターゲットに向けて光を射出し且つ反射光の位相変化を検知することにより又はターゲットに向けて光パルスを射出し且つ反射パルスの飛行時間を決定することにより、トータルステーションからターゲットへの距離を測定する。距離測定計算は、距離測定モジュール１０３０の回路において及び／又はメインプロセッサ１００４において実施される。
【００６７】
サーボフォーカスモジュール１０３２は、フォーカス制御部１０１４の手動的調節に応答して及び／又はサーボフォーカスモジュール１０３２内のオートフォーカス回路に応答してメインプロセッサ１００４からの信号に依存して、テレスコープ光学系の制御可能なフォーカスを与える。
【００６８】
トラッカーモジュール１０３４は、トータルステーションが自動的にターゲットにテレスコープを照準させ且つターゲットが移動する場合にターゲットに追従することを可能とする。トラッカーモジュール１０３４は、テレスコープ光学系を介して幅狭の光ビームを射出する。この光は、ターゲットから反射された場合に、センサーにより検知され、該センサーは追跡信号をメインプロセッサ１００４へ送信してアジマス即ち方位角及びエレベーション即ち仰角の必要とされる変化を表示する。
【００６９】
トラッキングアシスタントモジュール１０３６は、テレスコープの視線方向の片側又は反対側に位置された場合に人間のオペレータが夫々の異なる色を見るように指向される光を射出することにより、人間のオペレータが移動可能なターゲットをテレスコープの光軸内に配置させることを助ける。
【００７０】
アリダード９０２の方位方向オリエンテーションは水平角度センサー９２０から受取った信号からメインプロセッサ１００４に対して既知である。アリダード９０２の方位方向オリエンテーションは、メインプロセッサ１００４から水平駆動制御部１０４０へ送信される信号により命令される。水平駆動部９１６は水平駆動制御部１０４０に応答して支持軸９０６周りにアリダード９０２を回転させる。テレスコープユニット９０８のエレベーションは垂直角度センサー９２６から受取った信号からメインプロセッサ１００４にとって既知である。テレスコープユニット９０８のエレベーションは、メインプロセッサ１００４から垂直駆動制御部１０４２へ送信される信号により命令される。垂直駆動部９２２は垂直駆動制御部１０４２に応答してエレベーション軸９１４周りにテレスコープユニット９０８を回転させる。
【００７１】
メインプロセッサ１００４は幾つかの供給源、即ち制御部９２８及び９３０の手動的設定、入力装置１０２２を介してのデータの手動的エントリ、無線通信制御ユニット１０２８からの遠隔コマンド、及びトラッキング機能がイネーブルされている場合のトラッカー１０３６からの自動的信号、のうちの１つから所望の方位角及び仰角を決定する。
【００７２】
図１１は本発明の実施例に基づくトータルステーション等の傾斜検知器及び測地装置の動作を例示したフローチャート１１００を示している。理解を容易にさせるために、図１１のフローチャートは、最初に、人間のオペレータにより実施される機能と装置により実施される機能との間で分けられている。装置内において実施される機能は、メインプロセッサ１００４等の装置のメインプロセッサにより実施されるものと傾斜検知器９４０等の装置の傾斜検知器により実施されるものとの間で分けられている。傾斜検知器内に実施される機能は、更に、マイクロコントローラ８１０等の傾斜検知器のマイクロコントローラにより実施されるものと検知器アレイ８１５等の傾斜検知器の検知器アレイにより実施されるものとの間で分けられている。
【００７３】
人間のオペレータが開始コマンド１１０２で装置を開始させる。メインプロセッサは１１０４において動作を開始させ且つ１１０６においてマイクロコントローラを開始させるためのコマンドを送信する。マイクロコントローラは１１０８において動作を開始し、１１１０において検知器アレイを開始させるためのコマンドを送信し、且つ１１１２において点源ＬＥＤを照明させるための電力を送る。検知器アレイは１１１４において動作を開始し且つ１１１６においてデータセットの採取を開始する。データセットが採取されると（例えば、１つの光検知器のＡ／Ｄ値）、検知器アレイは１１１８において採取したデータを１１２０においてマイクロコントローラへ送信する。検知器アレイは１１２４において検知器要素をインクリメントさせる。検知器アレイはそれが動作状態に留まる限り、データの採取及び送信を継続して行う。
【００７４】
マイクロコントローラにより受取られるデータセット１１１８は１１２６においてメモリ内に格納される。マイクロコントローラは、完全なデータフレームが採取されたか否かを１１２８においてチェックする（例えば、点源ＬＥＤの完全なデフォーカスされた画像を表わすデータセットの総数）。マイクロコントローラは、オプションとして、温度補正した傾斜測定値を計算する場合に使用すべき温度値を１１３０において採取する。平均化パラメータは、オプションとして、１１３２において人間の入力から及び／又は予めプログラムしたか又はデフォルトパラメータから供給される。メインプロセッサは、オプションとして、１１３４において適宜のパラメータを設定し及び／又はオプションとして平均化パラメータ１１３６をマイクロコントローラへ送信する。マイクロコントローラは、オプションとして、その平均化パラメータを設定する。
【００７５】
マイクロコントローラは１１４０において傾斜測定値を計算し、オプションとして温度補正を適用し且つオプションとして複数のデータセット及び／又は複数のデータフレームにわたり平均化する。マイクロコントローラは１１４２において計算した傾斜測定値をメインプロセッサへ送信し且つデータの別のフレームを待機する。メインプロセッサは、オプションとして、１１４６において指定した時間間隔にわたっての傾斜測定値を平均化する。メインプロセッサは、傾斜測定信号を１１５０においてディスプレイへ送信する。ディスプレイスクリーン又はその他の適宜の出力装置は人間のオペレータの情報のための傾斜測定値を表示する。
【００７６】
角度センサーは角度データを表示し且つ格納するためのみならず、角度計算のための高速データでサーボシステムをサポートするように構成されている。更に、角度測定システムは以下のことを補償する。
【００７７】
・垂直軸の逸れに対する自動補正
・コリメーションエラーの自動補正
・トラニオン軸チルトの自動補正
・照準エラーを減少させるための演算的平均化。
【００７８】
垂直軸における逸れは、不安定な土地又は道路舗装の加熱等の土地粘度における変化の結果として三脚の脚部のうちの１つ又はそれ以上が移動する場合に発生する場合がある。この移動に対する補正は正確な測定を確保する。
【００７９】
最も最近のトータルステーションは整準誤りにより発生される垂直軸における何等かの逸れに対する水平及び垂直角度を自動的に補正する二軸補償器が装備されている。本発明の実施例によれば、レベル補償器センサーが、装置の振動及び回転に対する感度を最小とさせるために装置の中心に装着されている。その装着設備は、好適には、絶対的なレベル補償器を与えることが可能であるように最も高い安定性に対して設計されており、従って該補償器は装置がパワーアップされた直ぐ後に完全な正確度で活性化することが可能である。更に、該補償器のルーチンのキャリブレーションのために自動的手順を設けることが可能である。そのキャリブレーションプロセスは、装置の３６０度の回転期間中に装置のバランスされた垂直軸と相対的に水平基準面を確立することが関与する。基準面のオリエンテーションは、大きな温度変動又はその他の機械的応力と共に僅かに変化する場合がある。
【００８０】
整準誤りに対する水平及び垂直角度の補正に加えて、水準誤りにより発生される照準エラーが本発明の実施例に基づいて補正される。整準誤り補正は装置を再度照準させるためにサーボ駆動部へ印加される。例えば、真の垂直線を得ることが可能であることを確保するために垂直線を拡張する場合に照準を補正することが可能である。その結果は、装置が正しい位置において正確に照準される一方、水平及び垂直角度が整準誤りに対して補正される。この能力は、整準誤りが正確な角度測定値を与えるために補正されることを確保する。
【００８１】
測定された水平及び垂直角度に影響を与えるコリメーションエラーも本発明の実施例に基づいて補正される。水平コリメーションエラーは、視線方向とトラニオン軸に対して垂直な面との間の差であり、垂直コリメーションエラーは垂直メモリ盤ゼロと垂直軸との間の差である。従来、両方の装置面上の角度を観察することによりコリメーションエラーが除去されていた。本発明の実施例によれば、コリメーションエラーは測定前コリメーションテストを実施することにより予め決定することが可能である。コリメーションエラーを計算し且つ夫々の補正値を装置内に格納することを可能とするために角度測定値が両方の装置面上で観察される。次いで、コリメーション補正値はその後の全ての角度測定値に対して適用される。単一面上で観察された角度は、従って、コリメーションエラーに対して補正され、それにより両方の装置面上で測定することの必要性を取除いている。トラッカーユニットは、自動的にターゲットをロックし且つ追跡することを可能とする。ターゲットへの照準は装置により実施されるので、水平及び垂直コリメーションの効果は手動的照準期間中に経験されるものと同様である。トラッカーユニットにおけるコリメーションエラーを補正するために、オートロックコリメーションテストを実施することが可能である。オートロックコリメーションテストは、両方の装置面上におけるターゲットに対する角度測定値を自動的に観察する。次いで、オートロックコリメーションエラーが計算され且つ夫々の補正値が装置内に格納される。オートロックコリメーション補正値は、次いで、オートロックがイネーブルされている場合に観察されるその後の全ての角度測定値に対して適用される。従って、単一面上で観察される角度はコリメーションエラーに対して補正され、それにより両方の装置面上で測定することの必要性を取除いている。
【００８２】
トラニオン軸チルトエラーも本発明の実施例に基づいて自動的に補正される。トラニオン軸チルトエラーはトラニオン軸と垂直軸に対して垂直な面との間の差である。トラニオン軸チルトエラーは、測定前トラニオン軸チルトテストを実施することにより決定することが可能である。水平チルト軸エラーを計算し且つ夫々の補正値を装置内に格納することを可能とするために両方の装置面上で角度測定値が観察される。次いで、水平チルト軸補正値が全てのその後の水平角度に対して適用される。
【００８３】
整準誤りに対する視線方向の補償も本発明の実施例に基づいて実施することが可能である。従来のトータルステーションは、整準の誤りの効果に対する水平及び垂直角度を補正するために二軸補償器を使用している。然しながら、その角度補正は整準誤りにより導入されるエイミング（ａｉｍｉｎｇ）即ち照準エラーを補償するものではない。本発明の実施例によれば、チルトセンサー出力が整準誤りに対する水平及び垂直角度を補正するばかりでなく、整準誤りにより発生される照準エラーも補正するために使用される。整準誤り補正は装置を正しい位置に対して再度照準させるためにサーボドライブへ適用される。その結果は、装置が正しい位置において正確に照準されると共に水平及び垂直角度が整準誤りに対して補正されることとなる。
【００８４】
従来のトータルステーションの制限は、単純に垂直衛御ノブを移動させることにより同一の水平角度で垂直線を上又は下へ拡張させることの能力である。この能力は、装置が全ての軸が完全に調節された状態で完全に整準されていることを要求する。実際上、装置は垂直方向に回転され、水平角度が僅かに変化する。真の垂直線を得るためには、水平角度が調節されねばならない。本発明の実施例によれば、垂直制御ノブが回転される場合に水平角度及び照準を固定した値に自動的に調節するために補償及びエラー情報が使用される。従って、単純に垂直制御ノブを回転させることにより完全な垂直線を拡張させることが可能である。
【００８５】
垂直線を拡張させるために使用される技術と同様に、与えられた水平方向と正確に反対の方向に水平な直線を設定する従来の方法は、単純に垂直制御ノブを回転させることによりテレスコープを１８０度トランシットさせることである。従来の装置では、この技術は正確な結果のために水平コリメーションエラーなしで完全に調節された軸を必要とする。本発明の実施例によれば、垂直制御ノブが回転される場合に水平角度を固定した値に自動的に調節させるためにコリメーション及び補償器エラー情報が使用される。垂直制御ノブのみを回転させることにより水平角度は正確な直線方向を与えるために調節される。
【００８６】
説明の便宜上、ここに記載した実現例のルーチンの特徴の全てが示され且つ記載されているものではない。理解されるように、いずれかのこのような実際の実現例の開発においては、応用及びビジネスに関連する拘束条件の遵守等の開発者の特定の目標を達成するために多くの実現例に特定の決定がなされねばならず、且つこれらの特定の目標は実現例毎に且つ開発者毎に異なるものである。更に、理解されるように、このような開発努力は複雑且つ時間がかかる場合があるが、それにも拘わらず、本開示の利益を有する当業者にとって日常のエンジニアリング作業である。
【００８７】
本発明に基づく実施例及び適用例について示し且つ説明したが、本開示の利益を有する当業者にとって、上述したもの以外のより多くの修正例がここにおける発明概念から逸脱することなしに可能なものであることは明らかである。従って、本発明は特許請求の範囲の精神を除いて制限されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の１実施例に基づく傾斜検知器を模式的に例示した概略図。
【図２】本発明の１実施例に基づく検知器アレイに入射する光の焦点ずれスポットを示した概略図。
【図３】検知器アレイに入射する光のスポットと交差する検知器アレイ要素の行からの検知器信号の振幅を示した概略図。
【図４】図２及び図３に対応する検知された振幅分布の三次元透視表現を示した概略図。
【図５】本発明に基づく傾斜検知器の第二実施例を示した概略図。
【図６】本発明の１実施例に基づく傾斜検知器モジュールの断面を示した概略図。
【図７】図６の傾斜検知器モジュールの一部切断斜視図を示した概略図。
【図８】本発明の実施例に基づく傾斜検知器において有用な信号処理回路８００を示した概略図。
【図９】本発明の１実施例に基づくトータルステーションの部分断面正面図を示した概略図。
【図１０】図９のトータルステーションの機能的ブロック図。
【図１１】本発明の実施例に基づく傾斜検知器及びトータルステーションの動作を例示したフローチャート。
【図１】
2008527357.tif 000005
【図２】
2008527357.tif 000006
【図３】
2008527357.tif 000007
【図４】
2008527357.tif 000008
【図５】
2008527357.tif 000009
【図６】
2008527357.tif 000010
【図７】
2008527357.tif 000011
【図８】
2008527357.tif 000012
【図９】
2008527357.tif 000013
【図１０】
2008527357.tif 000014
【図１１】
2008527357.tif 000015
【国際調査報告】
2008527357.tif 000016
2008527357.tif 000017
2008527357.tif 000018