(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ＭＯ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ＭＯの画像センサ２７のエリア内で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を備え、受光部１２には画像エリア２７と共役位置で受光光軸上に画像センサ２７よりも狭い面積の受光素子４７が設けられ、演算手段３８は受光素子４７の出力に基づき反射体２を識別する。【選択図】  図３
2004170356.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、前記受光部には前記画像エリアと共役位置で前記受光光軸上に前記画像センサよりも狭い面積の受光素子が設けられ、前記演算手段は前記受光素子の出力に基づき前記反射体を識別することを特徴とする反射体自動追尾装置。
【請求項２】
前記照射部は変調パルスを出力し、前記受光部には、前記変調パルスに基づき前記受光素子の出力を同期検波する同期検波回路が設けられてい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。
【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、前記受光部には前記画像エリアと共役位置で前記受光光軸上に前記画像センサよりも狭い面積の受光素子が設けられ、前記演算手段は前記受光素子の出力に基づき前記反射体を識別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、前記照射部は変調パルスを出力し、前記受光部には、前記変調パルスに基づき前記受光素子の出力を同期検波する同期検波回路が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
【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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、電子シャッタ信号Ｐ３、を出力する。
【００２１】
レーザーダイオード２１は、その１フィールドの期間内の電子シャッタパルスＰ３の停止期間内にその発光素子ドライバ回路４０からの変調パルス信号によってパルス発光される。図８（ａ）はそのレーザダイオードドライバ回路４０によって発光された発光パルス列ＰＱを示している。
【００２２】
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、電子シャッタパルスＰ３に基づき画像センサ２７の各画素を走査する。その走査周波数は、１フィールド毎に１／６０Ｈｚ又は１／５０Ｈｚである。
【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４５に向けて出力する。
【００２４】
なお、屋外で測定するときには、外光を極力少なくするため、機械的絞り（図示を略す）、増幅回路４３のゲイン、電子シャッタパルスの時間を調節することにより、光量調整を行うのが望ましい。
【００２５】
中央演算処理装置３８は、そのフレームメモリ４５から各画素に基づく光量信号を読み出し、重心位置Ｇ（Ｘｇ、Ｙｇ）を演算し、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。
【００２６】
受光部１２には、ビームスプリッタ４６と受光素子４７とが設けられている。その受光素子４７はビームスプリッタ４６を介して画像センサ２７と共役位置に配置されている。この受光素子４７は、その面積が画像センサ２７の面積よりも小さく、画像中心ＣＱを含むその近傍領域の光量を受光する機能を有している。
【００２７】
その受光素子４７の受光出力はアンプリファイア４８を介して同期検波回路４９に入力される。同期検波回路４９は発光素子ドライバ４０からの変調信号に基づいて受光素子４７の受光出力を同期検波する。図８（ｂ）はその受光素子４７の受光出力を示している。同期検波回路４９は、発光素子ドライバ４７の変調周波数と受光素子４７からの受光出力の周波数とが一致すると、一致信号を中央処理装置３８に向けて出力し、中央処理装置３８は光軸Ｏ上に存在するものが反射体であるか否か、すなわち、画像センサ２７の画像中心ＣＱに捕捉されている光像が反射体２からの反射光像であるか否かを判定できることになる。
【００２８】
例えば、図９に示すように、屋外で測量作業を行っているとき、画像センサ２７には、ヘッドライトによる光像Ｍ１、太陽光反射による光像Ｍ２、反射体ＭＯによる光像等が写っているが、太陽光反射による光像Ｍ２、ヘッドライトによる光像Ｍ１には変調が加わっていないため、これらの光像Ｍ１、Ｍ２が画像センサ２７の中心ＣＱに位置していたとしても、これらの光像Ｍ１、Ｍ２を反射体２からの反射光像Ｍ０と誤認識するのを避けることができる。
【００２９】
また、例えば、反射体２の後方をヘッドライトが交錯するときがあるが、このような場合でも、反射体２のみを確実に追尾できることになる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、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】
すなわち、本発明によれば、画像センサの中心付近に反射光像以外のものが存在する場合であっても、反射体による反射光像とそれ以外の光像とを確実に識別して追尾できるという効果を奏する。
【００３２】
この識別判断は、画像センサの１フィールドの走査期間内毎に行うことができるので、その識別判断もほぼリアルタイムであり、従って、追尾誤差の低減をより一層図ることができる。
【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】発光タイミング信号と受光信号との関係を説明するためのタイミングチャート図である。
【図９】画像センサに映っている光像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）
４７…受光素子
【図１】
2004170356.tif 000003
【図２】
2004170356.tif 000004
【図３】
2004170356.tif 000005
【図４】
2004170356.tif 000006
【図５】
2004170356.tif 000007
【図６】
2004170356.tif 000008
【図７】
2004170356.tif 000009
【図８】
2004170356.tif 000010
【図９】
2004170356.tif 000011