(57)【要約】      （修正有）【課題】画像センサを有する受光部が測量機本体に設けられた反射体自動追尾装置であっても、追尾を支障なく行うことのできる反射体自動追尾装置を提供する。【解決手段】反射体２に向けて測定光を照射する照射部１１と、測定光の反射光像ＭＯを受光するための画像センサ２７を有する受光部１２と、画像センサ２７のエリア内における反射光像ＭＯの位置を演算する演算手段３８と、演算手段３８により求められた位置に基づき受光部１２の受光光軸上に反射体２が位置するように測量機本体８を回動させる回動機構と、画像センサ２７の各画素毎の光量を記憶する記憶部４５と、画像センサ２７の走査ライン毎に反射光像ＭＯのエッジ位置Ｌａ，Ｌｂを検出するエッジ位置検出部４６とを備え、演算手段３８は、前記エッジ位置検出部の出力に従って、前記各画素毎の光量と、水平画素位置及び垂直画素位置とから、反射光像ＭＯの水平及び垂直方向の重心位置Ｇを演算する。【選択図】  図６
2004170355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測量機本体に設けられて反射体に向けて測定光を照射する照射部と、前記測量機本体に設けられて前記反射体に向けて照射された測定光の反射光像を受光するための画像センサを有する受光部と、前記画像センサの受光に基づいて前記画像センサのエリア内における前記反射体からの反射光像の位置を演算する演算手段と、前記演算手段により求められた位置に基づき前記受光部の受光光軸上に前記反射体が位置するように前記測量機本体を回動させる回動機構と、前記画像センサの各画素毎の光量を記憶する記憶部と、前記画像センサの走査ライン毎に前記反射光像の始端エッジ位置と終端エッジ位置とを検出するエッジ位置検出部とを備え、
前記演算手段は、前記エッジ位置検出部の出力に従って、前記記憶部から各画素毎の光量と、水平画素位置及び垂直画素位置とから、前記反射光像の水平方向及び垂直方向の重心位置を演算することを特徴とする反射体自動追尾装置。
【請求項２】
前記記憶部から各画素毎の光量を読み出すと共に、前記エッジ位置検出部から各走査ライン毎に前記始端エッジ位置と前記終端エッジ位置とを呼び出してその幅を求めることにより最大幅に相当する走査ラインを水平方向の重心位置として決定し、最大幅に相当する走査ラインの前記始端エッジ位置から前記終端エッジ位置までの間に存在する画素の光量に基づき反射光像の垂直方向の重心位置を演算することを特徴とする請求項１に記載の反射体自動追尾装置。
【請求項３】
反射体に向けて測定光を走査する照射部と、前記反射体からの測定光を受光するための画像センサを有する受光部と、前記画像センサの受光に基づいて前記画像センサのエリア内における前記反射体からの反射光像の位置を演算する演算手段と、前記演算手段により求められた位置に基づき前記受光部の受光光軸上に前記反射体が位置するように前記測量機本体を回動させる回動機構と、走査における前記反射体からの測定光の受光量を記憶する第１の記憶部と、前記受光光量を２値化して記憶する第２の記憶部とを備え、前記演算部は、第１の記憶部に記憶した受光光量と前記第２の記憶部に２値化して記憶した受光光量とから前記反射光像の位置を検出することを特徴とする反射体自動追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射体に向けて測定光を照射し、その反射体により反射された測定光の到来方向を求めて、反射体を自動追尾する反射体自動追尾装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、反射体自動追尾装置には、反射体としてのコーナキューブを視準する視準部と、反射体までの距離を測距する測距部と、反射体を水平方向、垂直方向に走査して測量機本体を自動追尾するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】
特開平０５−３２２５６９号公報（段落番号０００２、図３）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近時、低価格化の要請から、反射体に向けて測定光を照射する照射部と前記反射体に向けて照射された測定光の反射光像を受光するためのＣＣＤ等の画像センサを有する受光部とが測量機本体に設けられた反射体自動追尾装置が開発されつつある。
【０００４】
ところが、この種の自動追尾装置では、反射光像の位置を正確に求めるために、重心位置検出処理を行うことにすると、画像センサの第１水平走査ラインの第１番目の画素から最終水平走査ラインの最終画素までの全てについて演算処理を行って反射光像の重心位置を求めなければならず、重心位置の計算時間に多大の時間を要することになり、重心位置を求めてから追尾指令を出すまでに時間遅れが生じると、追尾に支障を来す。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、反射体に向けて測定光を照射する照射部と、反射体に向けて照射された測定光の反射光像を受光する画像センサを有する受光部とが測量機本体に設けられた反射体自動追尾装置であっても、追尾を支障なく行うことのできる反射体自動追尾装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の反射体自動追尾装置は、測量機本体に設けられて反射体に向けて測定光を照射する照射部と、前記測量機本体に設けられて前記反射体に向けて照射された測定光の反射光像を受光するための画像センサを有する受光部と、前記画像センサの受光に基づいて前記画像センサのエリア内における前記反射体からの反射光像の位置を演算する演算手段と、前記演算手段により求められた位置に基づき前記受光部の受光光軸上に前記反射体が位置するように前記測量機本体を回動させる回動機構と、前記画像センサの各画素毎の光量を記憶する記憶部と、前記画像センサの走査ライン毎に前記反射光像の始端エッジ位置と終端エッジ位置とを検出するエッジ位置検出部とを備え、前記演算手段は、前記エッジ位置検出部の出力に従って、前記記憶部から各画素毎の光量と、水平画素位置及び垂直画素位置とから、前記反射光像の水平方向及び垂直方向の重心位置を演算することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の反射体自動追尾装置は、前記記憶部から各画素毎の光量を読み出すと共に、前記エッジ位置検出部から各走査ライン毎に前記始端エッジ位置と前記終端エッジ位置とを呼び出してその幅を求めることにより最大幅に相当する走査ラインを垂直方向の重心位置として決定し、最大幅に相当する走査ラインの前記始端エッジ位置から前記終端エッジ位置までの間に存在する画素の光量に基づき反射光像の水平方向の重心位置を演算することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の反射体自動追尾装置は、反射体に向けて測定光を走査する照射部と、前記反射体からの測定光を受光するための画像センサを有する受光部と、前記画像センサの受光に基づいて前記画像センサのエリア内における前記反射体からの反射光像の位置を演算する演算手段と、前記演算手段により求められた位置に基づき前記受光部の受光光軸上に前記反射体が位置するように前記測量機本体を回動させる回動機構と、走査における前記反射体からの測定光の受光量を記憶する第１の記憶部と、前記受光光量を２値化して記憶する第２の記憶部とを備え、前記演算部は、第１の記憶部に記憶した受光光量と前記第２の記憶部に２値化して記憶した受光光量とから前記反射光像の位置を検出することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１において、１は測量台、２は測点に設置の反射体としてのコーナキューブである。この測量台１には測量機３が備えつけられる。この測量機３は固定台４と水平回動部５とを有する。固定台４には水平回動部５を回動させる公知の回動機構（図示を略す）が設けられている。
【００１０】
水平回動部５は、図２に示すように、固定台４に対して矢印Ａ方向に回動される。その水平回動部５は支持部（托架部）６を有する。その支持部６には垂直方向回動軸７が設けられ、支持部６の内部には垂直方向回動軸７を回動させる公知の回動機構（図示を略す）が設けられている。その垂直方向回動軸７には、測量機本体８が設けられている。測量機本体８は、水平回動部５の回転により水平方向に回動されると共に、垂直方向回動軸７の回転により図１に矢印Ｂで示すように垂直方向に回転される。
【００１１】
その測量機本体８には、図３に示すように、視準光学部９、測距光学部１０、照射部１１、受光部１２が設けられている。視準光学部９はコーナーキューブ２を視準するためのものであり、対物レンズ１３、光路合成プリズム１４、光路分割プリズム１５、合焦レンズ１６、ポロプリズム１７、焦点鏡１８、接眼レンズ１９を有する。
【００１２】
対物レンズ１３は貫通部２０を有する。光路合成プリズム１４は照射部１１の一部を構成している。照射部１１は、レーザーダイオード２１、コリメータレンズ２２、反射プリズム２３、２４を有する。レーザーダイオード２１は測定光として赤外レーザー光（波長９００ナノメータ）を射出し、コリメータレンズ２２はその赤外レーザー光を平行光束にする。
【００１３】
光路合成プリズム１４は、照射部１１の光軸Ｏ１を対物レンズ１３の光軸Ｏに合致させるためのものであり、反射面１４ａを有する。赤外レーザー光は、反射プリズム２３、２４により反射され、対物レンズ１３に導かれ、その貫通部２０を通じて外部に出射され、コーナキューブ２に向けて照射される。図４はそのレーザー光Ｐの照射範囲Ｑ１を示す。
【００１４】
コーナーキューブ２により反射された赤外レーザー光Ｐは対物レンズ１３の全領域により集光されて光路分割プリズム１５に導かれる。光路分割プリズム１５は反射面１５ａ、１５ｂを有する。
【００１５】
反射面１５ａは受光部１２に向けて赤外レーザー光Ｐを反射する。その受光部１２は画像センサ２７を有する。その受光部１２の光軸Ｏ２は対物レンズ１３の光軸Ｏに合致されている。
【００１６】
測距部１０は投光系２９と受光系３０とからなり、投光系２９はレーザー光源３１を有し、受光系３０は受光素子３３を有する。その投光系２９と受光系３０との間には三角プリズム３２が設けられている。レーザー光源３１は測距光束としての赤外レーザー光波を出射する。その赤外レーザー光波の波長は８００ナノメーターであり、赤外レーザー光Ｐの波長とは異なる。
【００１７】
その赤外レーザー光波は三角プリズム３２の反射面３２ａによって反射されて光路分割プリズム１５の反射面１５ｂに導かれる。この反射面１５ｂは可視領域の光を透過し、波長８００ナノメーターの光を含む赤外領域の光を反射する。
【００１８】
その反射面１５ｂに導かれた赤外レーザー光波は反射面１５ａを透過して対物レンズ１３の下半分の領域３４を通過して測量機本体８の外部に平面波として出射される。その赤外レーザー光波はコーナーキューブ２により反射され、対物レンズ１３に戻り、対物レンズ１３の上半分の領域３５によって集光され、光路分割プリズム１５の反射面１５ａを透過して反射面１５ｂに導かれ、この反射面１５ｂにより三角プリズム３２の反射面３２ｂに導かれ、この反射面３２ｂにより反射されて受光素子３３に収束される。
【００１９】
その受光素子３３の受光出力は公知の計測回路３６に入力され、計測回路３６は測量機本体８からコーナーキューブ２までの距離を演算し、これにより、コーナキューブ２までの距離が測距される。
【００２０】
可視領域の光束は、対物レンズ１３、光路分割プリズム１５、合焦レンズ１６、ポロプリズム１７を介して焦点鏡１８に導かれ、コーナーキューブ２の近傍を含めてその近傍の像が合焦レンズ１６を調節することにより焦点鏡１８に形成され、測定者はその焦点鏡１８に結像された可視像を接眼レンズ１９を介して覗くことによりコーナーキューブ２を視準できる。
【００２１】
画像センサ２７には図５に示すようにコーナーキューブ２からの測定光の反射光による反射光像Ｍ０がそのエリア内に形成される。画像センサ２７の出力は、図６に示す処理回路３７に入力される。その処理回路３７は演算手段としての中央処理装置３８、タイミング信号発生回路３９を備えている。タイミング信号発生回路３９は図７に示す発光タイミングパルス信号Ｐ１をレーザダイオードドライバ回路４０に向けて出力すると共に、ドライバ回路４１に向けて垂直同期信号Ｖ１、水平同期信号Ｈ１、転送ゲートパルス信号Ｐ２を出力する。
【００２２】
レーザーダイオード２１はそのレーザダイオードドライバ回路４０によって１フィールドの期間内に１回発光される。ドライバ回路４１はその垂直同期信号Ｖ１、水平同期信号Ｈ１、転送ゲートパルス信号Ｐ２に基づき画像センサ２７の各画素を走査する。
【００２３】
その各画素の出力信号（光量信号又は輝度信号）はサンプルホールド回路４２に入力され、増幅回路４３により増幅されてＡ／Ｄ変換回路４４に入力される。Ａ／Ｄ変換回路４４は各画素毎の光量信号を８ビットデータとして記憶部としてのフレームメモリ（第１の記憶部）４５に向けて出力すると共に、エッジ位置検出部４６に向けて出力する。
【００２４】
このエッジ位置検出部（第２の記憶部ともいう）４６は画像センサ２７の水平走査ライン毎に反射光像Ｍ０の始端エッジ位置と終端エッジ位置とを検出して、１フィールド毎に２値化データとして保存する。
【００２５】
すなわち、エッジ位置検出部４６は、図８に示すように、画像センサ２７の各水平走査ラインＬ１〜Ｌｎについて、その反射光像Ｍ０の始端エッジＬａに対応する画素の位置、終端エッジＬｂに対応する画素の位置を検出する。
【００２６】
中央処理装置３８は、各水平走査ライン毎にそのエッジ位置検出部４６の始端エッジＬａから終端エッジＬｂまでの各範囲内に存在する画素の光量データを読み出し、この光量信号に基づいて、重心位置Ｇ（Ｘｇ、Ｙｇ）の演算を以下の演算式に基づいて行う。
【００２７】
【表１】
2004170355.tif 000003
【００２８】
中央処理装置３８は、このようにして求められた重心位置Ｇ（Ｘｇ、Ｙｇ）に基づき、測量機本体８がコーナーキューブ２に向くように回動制御信号を回動機構に向けて出力する。すなわち、反射光像Ｍ０の重心位置Ｇが画像センサ２７の中心ＣＱに一致するように測量機本体８を回動制御する。
【００２９】
以上、発明の実施の形態では、測定光を反射体に照射する構成としたが、測定光により反射体を走査する構成としても良い。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項３に記載の発明によれば、反射体に向けて測定光を照射する照射部と、反射体に向けて照射された測定光の反射光像を受光する画像センサを有する受光部とが測量機本体に設けられた反射体自動追尾装置であっても、追尾を支障なく行うことのできる。
【００３１】
また、反射光像の重心位置を求めることにより反射体の追尾を行うようにしたので、追尾精度を向上させることができる。
【００３２】
すなわち、従来の反射体追尾装置では、追尾誤差が角度にして１０秒程度あるが、この発明によれば、数秒程度の誤差に追尾誤差を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる反射体自動追尾装置の設置状態を示す側面図である。
【図２】本発明に係わる反射体自動追尾装置の設置状態を示す平面図である。
【図３】本発明に係わる反射体自動追尾装置の光学部を示す説明図である。
【図４】本発明に係わる照射部による測定光の照射範囲の一例を示す図である。
【図５】本発明に係わる画像センサに形成された反射光像の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係わる処理回路の一例を示す回路ブロック図である。
【図７】本発明に係わる画像センサからの信号の取り出しタイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【図８】画像センサに映っている反射光像の検出方法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２…コーナーキューブ（反射体）
８…測量機本体
１１…照射部
１２…受光部
２７…画像センサ
３８…中央処理装置（演算手段）
４５…フレームメモリ（記憶部）
４６…エッジ位置検出部
【図１】
2004170355.tif 000004
【図２】
2004170355.tif 000005
【図３】
2004170355.tif 000006
【図４】
2004170355.tif 000007
【図５】
2004170355.tif 000008
【図６】
2004170355.tif 000009
【図７】
2004170355.tif 000010
【図８】
2004170355.tif 000011