(57)【要約】【課題】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。【解決手段】測量機本体８に設けられて反射体２に向けて測定光を照射する照射部１１と、測量機本体８に設けられて反射体２に向けて照射された測定光の反射光像Ｍ０を受光するための画像センサ２７を有する受光部１２と、反射体２からの反射光像Ｍ０の画像センサ２７のエリアＱ２内での位置を演算する演算手段３７と、演算手段３７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を備え、画像センサ２７のエリアＱ２内には、画像センサ２７のエリア面積よりも小さい面積でかつ受光光軸Ｏ２を中心とする受光エリアＱ３が設けられている。【選択図】  図３
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【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、前記反射体からの反射光像の前記画像センサのエリア内で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を備え、
前記画像センサのエリア内には、該画像センサのエリア面積よりも小さい面積でかつ前記受光光軸を中心とする受光エリアが設けられていることを特徴とする反射体自動追尾装置。
【請求項２】
前記受光エリアの面積が前記反射体から装置本体までの距離に応じて変更可能であ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】
前記受光エリアが第１の受光エリアと該第１の受光エリアよりも面積が広くて該第１の受光エリアを包囲する第２の受光エリアとからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反射体自動追尾装置。
【請求項４】
前記反射体の反射光像が前記第１の受光エリアにないときに前記第２の受光エリアに面積を広げて前記反射体の反射光像を検出し、前記反射体の反射光像が前記第２の受光エリアにないときに前記画像センサのエリアに広げて反射光像を検出することを特徴とする請求項３に記載の反射体自動追尾装置。
【請求項５】
前記第２の受光エリアの範囲が前記画像センサの１フィールドの走査時間内に前記回動機構が水平方向及び垂直方向に前記測量機本体を回動させる範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の反射体自動追尾装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記反射光像の位置と前記反射光像以外による光像の位置とを記憶する記憶部を有し、前記反射光像以外の光像が前記第２の受光エリア内にあるときに、前記反射光像の位置と前記反射光像以外の光像の位置とを識別することを特徴とする請求項３に記載の反射体自動追尾装置。
【請求項７】
前記記憶部は、前記反射光像の大きさ及び形状を記憶可能であり、前記演算手段は、前記位置と共に前記反射光像の大きさ及び形状に基づき反射体を特定することを特徴とする請求項６に記載の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、画像センサに反射体からの反射光像以外に、車のヘッドライトや太陽光のガラスによる光像が受光されることがあり、いずれも光像が丸いために反射体からの反射光像と区別をつけ難く、周囲環境によってこのような反射光像以外のノイズ光像が画像センサに混入すると、反射体の追尾に支障を生じる。
【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、前記反射体からの反射光像の前記画像センサのエリア内で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を備え、
前記画像センサのエリア内には、該画像センサのエリア面積よりも小さい面積で、かつ、前記受光光軸を中心とする受光エリアが設けられてい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、前記受光エリアの面積が前記反射体から装置本体までの距離に応じて変更可能であ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、前記受光エリアが第１の受光エリアと該第１の受光エリアよりも面積が広くて該第１の受光エリアを包囲する第２の受光エリアとからなることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の反射体自動追尾装置は、前記反射体の反射光像が前記第１の受光エリアにないときに前記第２の受光エリアに面積を広げて前記反射体の反射光像を検出し、前記反射体の反射光像が前記第２の受光エリアにないときに前記画像センサのエリアに広げて反射光像を検出することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の反射体自動追尾装置は、前記第２の受光エリアの範囲が前記画像センサの１フィールドの走査時間内に前記回動機構が前記測量機本体を水平方向及び垂直方向に回動させる範囲内であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の反射体自動追尾装置は、前記演算手段は、前記反射光像の位置と前記反射光像以外の光像の位置とを記憶する記憶部を有し、前記反射光像以外の光像が前記第２の受光エリア内にあるときに、前記反射光像の位置と前記反射光像以外の光像の位置とを識別することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の反射体自動追尾装置は、前記記憶部は、前記反射光像の大きさ及び形状を記憶可能であり、前記演算手段は、前記位置と共に前記反射光像の大きさ及び形状に基づき反射体を特定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（発明の実施の形態１）
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
測距部１０は投光系２９と受光系３０とからなり、投光系２８はレーザー光源３１を有し、受光系２９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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
画像センサ２７は、図５に示すエリアＱ２を有し、このエリアＱ２内に多数の画素が設けられている。その画像センサ２７は、図３に示す演算手段３７によって走査されるもので、図６に示す発光タイミングパルス信号Ｐ１によりレーザーダイオード２１が発光されると、画像センサ２７の各画像素子が垂直同期信号Ｖ１、垂直同期信号Ｖ１間の水平同期信号Ｈ１に基づき走査され、その垂直同期信号Ｖ１から若干遅れて転送ゲートパルス信号Ｐ２が出力され、これにより、各画像素子の受光信号が演算手段３７に読み込まれる。
【００２６】
画像センサ２７には、そのエリアＱ２内にエリアＱ２の面積よりも小さな面積の受光エリアＱ３が設けられている。この受光エリアＱ３は受光部１２の光軸Ｏ２を中心として設けられている。この受光エリアＱ３は第１の円形状の受光エリアＱ４とこの第１の受光エリアＱ４よりも面積が大きくてこの受光エリアＱ４を包囲する第２の矩形状の受光エリアＱ５とから構成されている。演算手段３７はその画像センサ２７の受光エリアＱ４、Ｑ５を設定する役割を有する。
【００２７】
その受光エリアＱ４、Ｑ５の面積は、測量機本体８からコーナーキューブ２までの距離に応じて変更されるもので、演算手段３７には計測回路３６からの測距データが入力され、演算手段３７はその計測回路３６の測距データに基づきその受光エリアＱ４、Ｑ５の面積が可変される。
【００２８】
また、計測回路３６からの測距データを用いず、Ｑ４に相当する受光像の大きさから距離を判断し、受光エリアＱ５の大きさを設定することも可能である。
【００２９】
画像センサ２７には、図７に示すように、環境条件によって、コーナーキューブ２からの反射光像Ｍ０以外に、ヘッドライトによる投射光像Ｍ１、自動車等による太陽光の反射光像Ｍ２が受光され、反射光像Ｍ０とそれ以外の光像Ｍ１、Ｍ２等との区別がつけ難い場合があるが、追尾対象としての反射体、すなわち、コーナーキューブ２からの反射光像は追尾中にはほぼ光軸Ｏ２上にあると想定され、従って、受光エリアＱ４、Ｑ５の範囲内で走査を行って反射体からの反射光像を検出すれば、反射体による反射光像以外の光像を追尾対象と誤認識するのを防止できる。
【００３０】
演算手段３７はその受光エリアＱ４、Ｑ５を設定する機能、それらの面積を距離に応じて変更する機能を有する。その受光エリアＱ４の面積は反射体の面積よりも若干大きめに設定するのが望ましい。その受光エリアＱ５の横方向の幅、縦方向の幅は、画像センサ２７の一フィールド期間内（１／６０秒）に回動機構により測量機本体８が水平方向、又は垂直方向に回動するのに要する角度内に設定するのが望ましい。
【００３１】
すなわち、図５に示すように、測量機本体８の水平方向の回転角速度をω１、垂直方向の回転角速度をω２、追尾受光系１２の焦点距離をｆとすると、
その受光エリアＱ５の横方向の幅Ｗ３は、縦方向の幅Ｗ４は、
Ｗ３＝ｆ・ω１／６０
Ｗ４＝ｆ・ω２／６０
このように、受光エリアＱ５のエリアを限ったのは、回動機構による測量機本体８の回動角速度ωに限界があり、この測量機本体８の回動角速度ωよりも早い速度で移動する反射体は追尾できず、追尾の無駄を省いて追尾効率の向上を図ることにしたからである。
【００３２】
その反射体による反射光像Ｍ０は、１フィールド毎に演算手段３７を用いて、図８に示すように、画像センサ２７の各画素を水平方向に走査して、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、終端エッジＬｂを検出し、画像センサ２７の各走査ラインについて、これらの位置と始端エッジＬａから終端エッジＬｂまでの各水平走査ライン毎の幅Ｗとを記憶部３８に記憶させ、演算手段２７により反射光像Ｍ０の中心位置Ｏ’を求める。
【００３３】
反射光像Ｍ０の位置は概略求めることもでき、例えば、始端エッジＬａから終端エッジＬｂまでの各水平走査ライン毎の幅Ｗのうち最大幅Ｗ’を垂直方向Ｖについて中心位置Ｏ’ｖ、水平方向Ｈについての中心位置Ｏ’ｈをその最大幅Ｗ’の２分の１の位置に設定すれば良い。
【００３４】
演算手段３７は、複数個の反射体が画像センサ２７のエリア内に存在する場合には、受光エリアＱ４内に存在する光像を反射体からの反射光像とみなして反射光像の位置を検出し、これを追尾する。受光エリアＱ４内に反射光像が存在しない場合には、レーザー光源をオン／オフして、フィールド間の差違から反射体の検出を行う等により（特開平７−１９８３８３号公報参照）、受光エリアＱ５内に存在する光像を反射体からの反射光像による像とみなして反射体の位置を検出し、これを追尾する。受光エリアＱ３内に反射光像が存在しない場合には、画像センサ２７のエリアＱ２内に存在する光像を反射体からの反射光像とみなして反射体の位置を検出し、これを追尾する。
【００３５】
以下、反射体の追尾手順を図９に示すフローチャートに従って説明する。
演算手段３７は、反射体追尾フローに入ると、まず、反射体からの反射光像が画像センサ２７のエリアＱ２内の一水平走査線に存在するか否かを判断する（Ｓ．１）。
【００３６】
このエリアＱ２内の一水平走査線に反射光像が存在するか否かを一フィールドについて行い、一フィールド内に反射体からの反射光像が存在しない場合には反射体検出処理を一フィールド毎に繰り返し、一フィールド内に反射光像が存在する場合には、受光エリアＱ４内に反射光像が存在するか否かを判断し（Ｓ．２）、反射光像が受光エリアＱ４内にある場合には、反射光像が画像中心ＣＱ（図５参照）に位置するように測量機本体８を追尾回動させ（Ｓ．３）、反射光像が受光エリアＱ４内に存在しないときには、受光エリアＱ５内に反射光像が存在するか否かを判断し（Ｓ．４）、受光エリアＱ５内に反射光像が存在するときには、反射光像が画像中心ＣＱに位置するように測量機本体８を追尾回動させ（Ｓ．３）、受光エリアＱ５内に反射光像が存在しないときには、画像センサ２７のエリアＱ２内に反射光像が存在するか否かを判断し（Ｓ．５）、画像センサ２７のエリアＱ２内に反射光像が存在するときには、測量機の最大加速度を超えた可能性があるため、反射体２かどうかの検定を行い（Ｓ．５’）、反射体２の場合には反射光像が画像中心ＣＱに位置するように測量機本体８を追尾回動させる。反射体でない場合には、ウエイト又はサーチ動作に進む。
【００３７】
画像センサ２７のエリアＱ２内に反射光像が存在しないときには、ウエイト（追尾停止）するか又は反射体探索を行う（Ｓ．６）。なお、反射光像が画像センサ２７のエリアＱ２内に存在しないような状態としては、反射体と測量機本体との間を遮光物が横切った場合とか、反射体が測量機本体の回動角速度以上で移動した場合が考えられる。
【００３８】
このような追尾処理を行うことによって、反射体の追尾効率を高めることができると共に、反射体の誤認識を避けることができる。
（発明の実施の形態２）
この発明の実施の形態では、記憶部３８には、図１０に示すように、画像センサ２７のエリアＱ２内に存在する反射体以外の光像Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３等の位置と反射光像Ｍ０の大きさ及びその形状とを記憶させ、演算手段３７により、反射光像Ｍ０の位置と反射光像Ｍ０以外の光像Ｍ１〜Ｍ３等の位置関係とから、又は、反射光像Ｍ０の形状及び大きさから反射体を特定するようにしたものである。
このように構成すれば、以下のような利点がある。
【００３９】
例えば、反射体の追尾途中で、反射体が遮光物により遮断され、その間に反射体が移動すると、受光エリアＱ５内にヘッドライトや電灯Ｍ３等の反射体以外のものが存在すると、そのヘッドライトや電灯Ｍ３等を追尾対象としての反射体と誤認識する可能性があるが、反射体の位置と反射体以外のものとの位置関係、反射体の形状、大きさとにより、反射体を特定できるので、反射体以外のものを反射体として誤認識する可能性を低減できる。
【００４０】
特に、受光エリアＱ４内に存在するときの反射体からの反射光像Ｍ０の形状と大きさとを記憶部３８に記憶させ、演算手段３７により、記憶部３８に記憶されている形状及び大きさと、画像センサ２７のエリアＱ２内、Ｑ５内で検出された各種の光像及び大きさとを比較して判断することにすれば、反射体以外のものを反射体と認識する誤りを低減できることになる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項７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、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ができる。
【００４２】
特に、請求項２に記載の発明によれば、測量機本体から反射体までの距離に応じて受光エリアの面積を変更するので、すなわち、距離が近い場合には受光エリアの面積を大きくし、距離が遠い場合には受光エリアの面積を小さくするので、反射体からの反射光像以外の光像を誤って反射体として認識する確率が小さくなる。
【００４３】
請求項３、請求項４に記載の発明によれば、受光エリアを第１のエリアとこの第１のエリアを包囲する第２のエリアとから構成し、反射体の追尾範囲を順次エリアの面積が小さい方から大きい方に広げることにしたので、反射体の追尾効率、検出効率の向上を図ることができる。
【００４４】
請求項５に記載の発明によれば、追尾の無駄を省くことができる。
すなわち、回動機構は測量機本体を所定の角速度で回動させ、これにより、反射体を追尾することになるが、この所定の角速度以上の速度で移動する物体を追尾することはできないため、第２の受光エリアの範囲を回動機構が１フィールド内の走査時間に測量機本体を垂直方向、水平方向に回動する範囲内とし、追尾の無駄を省くことにしたものである。
【００４５】
請求項６、請求項７に記載の発明によれば、より一層正確に反射体に対する追尾を行うことができる。
【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の一例を示す説明図である。
【図６】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７】画像センサに取り込まれる各種光像の一例を示す説明図である。
【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。
【図９】本発明に係わる反射体自動追尾装置の追尾フローを説明するためのフローチャートである。
【図１０】画像センサに映っている反射光像の大きさ及び形状、その位置、及びそれ以外の光像の位置を説明するための説明図である。
【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
３７…演算手段
Ｑ２…エリア
Ｑ３…受光エリア
【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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