(57)【要約】【課題】自動視準操作時間を短縮することのできる測量機を提供することにある。【解決手段】測点を視準するための望遠鏡光学系を有し、鉛直軸及び水平軸を中心に回動可能な測量機本体と、この測量機本体に搭載された、視野角が望遠鏡光学系より広角であってイメージセンサに結像可能な視準光学系と、視準光学系に入射しそのイメージセンサに結像した測点の位置情報に基づき、測量機本体を鉛直軸及び水平軸を中心に回転駆動して望遠鏡光学系の視野内に測点を位置させる自動視準機構と、を有している。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測点を視準するための望遠鏡光学系を有し、鉛直軸及び水平軸を中心に回動可能な測量機本体と、
この測量機本体に搭載された、視野角が前記望遠鏡光学系より広角であってイメージセンサに結像可能な視準光学系と、
前記視準光学系に入射しそのイメージセンサに結像した測点の位置情報に基づき、上記測量機本体を上記鉛直軸及び水平軸を中心に回転駆動して望遠鏡光学系の視野内に点を位置させる自動視準機構と、
を有することを特徴とする測量機。
【請求項２】
前記望遠鏡光学系と前記視準光学系はイメージセンサを共用することを特徴とする請求項１記載の測量機。
【請求項３】
前記視準光学系は全方位ミラーを有することを特徴とする請求項１記載の測量機。
【請求項４】
前記視準光学系及び前記望遠鏡光学系がそれぞれ前記視準のための光源を有することを特徴とする請求項１記載の測量機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は測量機に関し、とくに測点を自動的に視準する機能を有する望遠鏡を備える測量機に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
従来の測量機においては、測点を視認するための望遠鏡光学系を分岐して視準用の光学系を構成していた。しかしながら、望遠鏡光学系は視野角が狭い（例えば１度３０分程度）ため、この光学系から分岐した視準用光学系においては、視準範囲が狭いため順次走査して視準範囲をずらして測点を視準しなければならず、自動視準に長い時間を要していた。
【０００３】
【発明の目的】
そこで本発明の目的は、望遠鏡光学系に加えて、視野角の広い視準光学系を用いることによって自動視準操作時間を短縮することのできる測量機を提供することにある。
【０００４】
【発明の概要】
上記問題点を解決するために、本発明の測量機においては、測点を視準するための望遠鏡光学系を有し、鉛直軸及び水平軸を中心に回動可能な測量機本体と、この測量機本体に搭載された、視野角が望遠鏡光学系より広角であってイメージセンサに結像可能な視準光学系と、視準光学系に入射しそのイメージセンサに結像した測点の位置情報に基づき、測量機本体を鉛直軸及び水平軸を中心に回転駆動して望遠鏡光学系の視野内に測点を位置させる自動視準機構と、を有している。
【０００５】
望遠鏡光学系と前記視準光学系はイメージセンサを共用することが可能である。
【０００６】
視準光学系は全方位ミラーを有していてもよい。
【０００７】
視準のための光源を有することが好ましく、視準光学系及び望遠鏡光学系がそれぞれ視準のための光源を有していてもよい。
【０００８】
【発明の実施形態】
第１実施形態
図１に示すように、第１実施形態にかかる測量機は、測量機本体１、望遠鏡光学系１０、視準光学系３０、イメージセンサ５０を備えており、測量機本体１内から射出されコーナーキューブ（測点）６０で反射した光を視準光学系３０で受光することによってコーナーキューブ６０のＣＣＤ５０上における座標を検出し、その位置情報に基づいて望遠鏡光学系１０の視野内にコーナーキューブ６０を位置させて視準を行う。
【０００９】
望遠鏡光学系１０においては、対物レンズ１１を経て入射した光束（光軸２０）は、分岐プリズム１３によって一部が垂直に反射され、残りが透過する。透過した光束は、焦点調節レンズ１４、ポロプリズム１５を経て焦点板１６に結像され、焦点板１６上に描いた視準線等と一緒に接眼レンズ１７によって観察される。一方、分岐プリズム１３で反射された光束は開閉可能な第１シャッタ１８、ハーフプリズム３３を経てイメージセンサ５０（ＣＣＤ）に結像する。
【００１０】
望遠鏡光学系１０とは別個に設けられた視準光学系３０においては、対物レンズ３１を経て入射した光束（光軸４０）は、開閉可能な第２シャッタ３８を経てハーフプリズム３３で垂直に反射されてイメージセンサ５０に結像される。このイメージセンサ５０は、分岐プリズム１３からの反射光及びハーフプリズム３３からの反射光の結像に共用されている。シャッタ駆動機構５により第１シャッタ１８及び第２シャッタ３８の一方が開くと他方が閉じるようになっているため、イメージセンサ５０に結像されるのは、分岐プリズム１３からの反射光及びハーフプリズム３３からの反射光のうちの一方のみとなっている。
【００１１】
図２に示すように、イメージセンサ５０にはターゲット認識処理回路５５が接続されている。ターゲット認識処理回路５５は、イメージセンサ５０における結像情報により視準光学系３０の視野内にコーナーキューブ６０があるか否かを判断し、コーナーキューブ６０がある場合はその位置を検出する。その位置情報に基づいて、イメージセンサ５０に接続された水平方向駆動機構５６及び上下方向駆動機構５７によって、望遠鏡光学系の視野内にコーナーキューブ６０を位置させる。なお、測距機構５８において、位置情報を用いて測量機からコーナーキューブ６０までの距離及び角度を測定することができる。
【００１２】
これに対して、視準光学系３０の視野内にコーナーキューブ６０がない場合は、視準光学系３０の視野内にコーナーキューブ６０が入るまで、ターゲット認識処理回路５５に接続された水平方向駆動機構５６及び上下方向駆動機構５７によって、鉛直軸２及び水平軸６を中心にして、測量機本体１を水平方向及び上下方向に回動または揺動させる。
【００１３】
以上の構成において、図３に示す手順で本実施形態にかかる測量機による視準を行う。すなわち、目標としてコーナーキューブ６０を配置（ステップＳ１）した後、光源１９及び光源３９から、それぞれ、視準光用プリズム１２及び３２を経て測量機外部に視準のための光束を送光する（ステップＳ２）。次に、第２シャッタ３８を開くとともに第１シャッタ１８を閉じることによって、外部からの光を視準光学系３０で受光してコーナーキューブ６０からの反射光が検出されたか否かを判断する（ステップＳ３）。コーナーキューブ６０を検出した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）は、視準光学系３０に入射しイメージセンサ５０に結像したコーナーキューブ６０のＣＣＤ５０における位置情報に基づいて測量機本体１を水平方向及び上下方向に回動させて（ステップＳ５）、望遠鏡光学系１０の視野内にコーナーキューブ６０を位置させ、同時にＷＩＤＥ側からＴＥＬＥ側に切り換えるために（ステップＳ６）、第２シャッタ３８を閉じるとともに第１シャッタ１８を開いて、望遠鏡光学系１０の視野内にコーナーキューブ６０を位置させ、イメージセンサ５０に結像させて視準を行う（ステップＳ７）。視準が完了した状態で、測距機構５８により、測量機からコーナーキューブ６０までの距離及び角度を測定することもできる。以上のようにして、本実施形態の測量機による自動視準にかかるすべての動作を終了する（ステップＳ８）。なお、コーナーキューブ６０からの光を受光していない場合（ステップＳ３でＮＯの場合）は、コーナーキューブ６０を検出するまで、測量機本体を上下方向に揺動しつつ水平方向に回動させることによって視準光学系３０を走査回動して、その視野をずらしていく（ステップＳ４）。
【００１４】
この視準光学系３０では、対物レンズ３１の焦点距離を従来の対物レンズより短くすることにより、その視野角を従来の１度３０分よりも広角に設定している。よって、図４に示すように、視準光学系３０の視野４１は望遠鏡光学系１０の視野２１よりも広いため、コーナーキューブ６０は視野２１に入らなくても視野４１には入りやすくなる。この構成により、視準光学系３０で一度に広範囲を捉えることができるため、視準終了までの時間を大幅に短縮することができ、従来より自動視準動作を速めることができる。さらに、対物レンズ３１の視野角が広角であるため、視準時の現況を広範囲に渡ってイメージセンサ５０に記録することができる。また、コーナーキューブ６０の検出と視準とを広角と望遠の二つの光学系で切り換えて行うことによって、迅速な検出と精確な視準を実現することができる。なお、上述の効果をより高めるためには、視準光学系の視野角は望遠鏡光学系の視野角の１０倍以上であることが好ましい。
【００１５】
本実施形態の変形例としては、図５に示すように、イメージセンサ５０とは別個の第２イメージセンサ５１を視準光学系３０に設けて、ハーフプリズム３３及び第２シャッタ３８、第１シャッタ１８を省略することができる。この構成により、二つのシャッタの開閉制御を不要とすることができる。
【００１６】
また、視準のための光束は光源１９、３９の一方のみから送光することとしてもよい。さらに、光源１９、３９を設けずに、外光による反射光を用いてコーナーキューブ６０の視準を行ってもよい。
【００１７】
第２実施形態
本実施形態においては、第１実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。
図６に示すように、視準光学系８０は、測量機本体１の上部に配置され、少なくとも測量機本体１の略半球全体の光を入射可能な全方位ミラー７０、イメージセンサ５２上に結像させるための結像レンズ７１、視準光用プリズム７２を有する。この構成において、全方位ミラー７０の上方に設けられた光源７９から出射された光束は、全方位ミラー７０上に設けられた視準光用プリズム７２により反射されて、測量機外部に出射される。一方、測量機外部から全方位ミラー７０に入射した光束は全方位ミラー７０上で反射されて結像レンズ７１によりイメージセンサ５２に結像される。また、測量機本体１は、鉛直軸３を中心に水平方向に回動可能であり、水平軸６を中心に上下方向に揺動可能である。
【００１８】
本実施形態にかかる測量機による視準は図３に示す手順で行われる。光源７９及び１９から、それぞれ、視準光用プリズム７２及び１２を経て測量機本体１の外部に視準のための光束が送光され（ステップＳ２）、及び、外部からの光が全方位ミラー７０で反射され５２に結像されることによって、コーナーキューブ６０からの反射光が検出されたか否かが判断される（ステップＳ３）。
【００１９】
以上の構成により、測量機の周囲３６０度の範囲を一度に捉えることができることにより、コーナーキューブ６０を検出するために測量機本体１を水平方向又は上下方向に回動又は揺動させる必要はないため、従来より自動視準動作を速めることができる。また、視準は、望遠鏡光学系１０ではなく視準光学系８０で行ってもよい。また、視準のための光束は光源１９、７９の一方のみから送光することとしてもよい。さらに、光源１９、７９を設けずに、外光による反射光を用いてコーナーキューブ６０の視準を行ってもよい。なお、その他の構成、作用、効果は第１実施形態と同様である。
【００２０】
第３実施形態
本実施形態においては、第１実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。
図７に示すように、分岐プリズム１３とイメージセンサ５０の間に設けられているズーム機構９０により、望遠鏡光学系１０は広角から望遠まで切り替え可能であって、対物レンズ１１から入射した光束は、分岐プリズム１３で一部が反射されイメージセンサ５０に結像する。したがって、ひとつの光学系で、コーナーキューブ６０を検出するときには視野角を広角とし、コーナーキューブ６０検出後に視準を行うときには望遠とすることができるため、測量機本体１をコンパクトにすることができる。また、光源１９を設けずに、外光による反射光を用いてコーナーキューブ６０の視準を行ってもよい。なお、その他の構成、作用、効果は第１実施形態と同様である。
【００２１】
第４実施形態
本実施形態においては、第１実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。
図８に示すように、コーナーキューブ６０は測量機本体１の外部のボックス６２に収容され、ボックス６２内には光源６１が配置してある。視準のための光束は測量機本体１の外部の光源６１及び測量機本体１の内部の光源１９から送光され、光源１９からの光束のコーナーキューブ６０による反射光及びコーナーキューブ６０に隣接する光源６１からの直接光を検出することによってコーナーキューブ６０の検出を行う。検出後、イメージセンサ５０に結像した位置情報に基づいて望遠鏡光学系１０で視準が行われる。本実施形態の測量機による視準は第１実施形態と同様であって図３に示す手順で行う。また、視準は、望遠鏡光学系１０ではなく視準光学系３０で行ってもよい。さらに、光源１９を設けずに光源６１のみを用いて、または、光源１９、６１の両方を設けずに外光による反射光を用いてコーナーキューブ６０の検出を行ってもよい。さらに、光源６１をコーナーキューブ６０内に配置してもよい。なお、その他の構成、作用、効果は第１実施形態と同様である。
【００２２】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の測量機においては、望遠鏡光学系に加えて視野角の広い視準光学系を用いることによって視準終了までの時間を省略または大幅に短縮することができ、自動視準操作時間を短縮することができる。また、測点の検出と視準とを広角と望遠の二つの光学系で行うことによって、迅速な検出と精確な視準を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる測量機の構成を示した側面図である。
【図２】第１実施形態にかかる測量機のイメージセンサ（ＣＣＤ）、ターゲット認識処理回路、測距機構、水平方向駆動機構及び上下方向駆動機構の関係を示した図である。
【図３】第１実施形態における視準手順を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態にかかる測量機の視野を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例にかかる測量機の構成を示した側面図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる測量機の構成を示した側面図である。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる測量機の構成を示した側面図である。
【図８】本発明の第４実施形態にかかる測量機の構成を示した側面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　　　測量機本体
１０　　　　　　　　　　　　　望遠鏡光学系
３０　８０　　　　　　　　視準光学系
５０　５１　５２　イメージセンサ
７０　　　　　　　　　　　　　全方位ミラー
９０　　　　　　　　　　　　　ズーム機構
【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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