(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
等間隔のパターンが表示された標尺を視準する望遠鏡を備え、該望遠鏡で視準した画像を電気信号に変換する光電素子を備えた測量機に搭載され、上記標尺に対する焦点を自動で合わす自動焦点機構において、上記望遠鏡の合焦レンズを駆動する駆動手段を設け、該合焦レンズを合焦レンズの駆動範囲の一方の端から他方の端に向かって駆動させ、光電素子の出力信号の振幅が予め定められた値を超えたことを判別して、標尺に合焦する前の位置であってかつ光電素子上での標尺のパターンのピッチを求め得る位置を検出して該ピッチを求めるピッチ演算手段と、該ピッチ演算手段で求められたピッチから標尺までの距離を求め、該距離に対応する位置に合焦レンズを移動させる精調節手段とを備えたことを特徴とする測量機の自動焦点機構。
【請求項２】
上記合焦レンズの駆動範囲の一方の端は無限遠に対応する位置で、合焦位置が望遠鏡に近づく方向に合焦レンズを駆動して上記ピッチ演算手段によりピッチを求めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の測量機の自動焦点機構。
【請求項３】
等間隔のパターンが表示された標尺を視準する望遠鏡を備え、該望遠鏡で視準した画像を電気信号に変換する光電素子を備えた測量機に搭載され、上記標尺に対する焦点を自動で合わす自動焦点機構において、上記望遠鏡の合焦レンズを駆動する駆動手段を設け、該合焦レンズを合焦レンズの駆動範囲内であって前回の合焦位置に相当する位置または複数回の測量毎の距離を平均した平均距離に相当する位置に移動させ、光電素子上での標尺のパターンのピッチを求めるピッチ演算手段と、該ピッチ演算手段で求められたピッチから標尺までの距離を求め、該距離に対応する位置に合焦レンズを移動させる精調節手段とを備えたことを特徴とする測量機の自動焦点機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、標尺を視準する望遠鏡を備えた電子レベル等の測量機に設けられ、該望遠鏡の焦点を自動で合わす測量機の自動焦点機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の測量機として、例えば特公平５−１８４０４２号公報により、望遠鏡を備えた測量機であるレベルが記載されている。該レベルはバーコードが表示された標尺を望遠鏡で視準し、予め記憶されているバーコードパターンと視準されたバーコードとを比較して視準位置を求めるものである。レベル内には視準した画像を電気信号に変換する光電素子を備えており、該光電素子上に視準画像を結像するため合焦レンズをマニュアル操作により前後方向に移動させ得るように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の測量機では合焦をマニュアル操作にて行わなければならないため、合焦操作に時間を有し、かつ合焦操作を行う作業者の熟練度によって合焦までに要する時間が大きく相違するという不具合がある。尚、カメラ等の分野において複数の自動焦点機構が知られているが、いずれの自動焦点機構も専用のセンサやミラー等の光学機構を必要とし、従来の測量機にこれら従来の自動焦点機構を付加するためには大幅な増加を必要とし且つコストが高くなる。
【０００４】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、従来の測量機を大幅に改造することなく標尺に対する合焦を自動で行い得る自動焦点機構を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために第１の本発明は、等間隔のパターンが表示された標尺を視準する望遠鏡を備え、該望遠鏡で視準した画像を電気信号に変換する光電素子を備えた測量機に搭載され、上記標尺に対する焦点を自動で合わす自動焦点機構において、上記望遠鏡の合焦レンズを駆動する駆動手段を設け、該合焦レンズを合焦レンズの駆動範囲の一方の端から他方の端に向かって駆動させ、光電素子の出力信号の振幅が予め定められた値を超えたことを判別して、標尺に合焦する前の位置であってかつ光電素子上での標尺のパターンのピッチを求め得る位置を検出して該ピッチを求めるピッチ演算手段と、該ピッチ演算手段で求められたピッチから標尺までの距離を求め、該距離に対応する位置に合焦レンズを移動させる精調節手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
合焦レンズを駆動範囲の一方の端から他方の端に向かって駆動させると、標尺に対して徐々に合焦していく。ある程度合焦が進むと完全に標尺に合焦していなくても標尺のパターンのピッチを求めることができる。標尺のピッチは一定であり予め判っているので、求められたピッチから標尺までの距離を演算することができる。即ち標尺までの距離が長いとピッチは小さく、標尺までの距離が短いとピッチは大きくなる。このようにして標尺までの距離が求められると、その距離に対応する合焦レンズの位置が決定されるので、標尺までの距離に対応する位置に合焦レンズを移動させれば標尺に対して正確に合焦させることができる。
【０００７】
合焦レンズは駆動範囲の駆動範囲の一方の端に一旦移動させ、該一方の端から駆動するが、一般に標尺は測量機から比較的遠い位置に配設される、また、望遠鏡で近くを視準する状態では望遠鏡の焦点深度は浅く、逆に遠くを視準する場合には焦点深度は深くなる。従って、上記合焦レンズの駆動範囲の一方の端は無限遠に対応する位置で、合焦位置が望遠鏡に近づく方向に合焦レンズを駆動して上記ピッチ演算手段によりピッチを求めるようにすれば、焦点深度の深い状態から合焦レンズを移動させることになり、近距離に対応する他方の端から合焦レンズを移動させる場合より短い時間で標尺に合焦させることができる。
【０００８】
また、第２の本発明は、等間隔のパターンが表示された標尺を視準する望遠鏡を備え、該望遠鏡で視準した画像を電気信号に変換する光電素子を備えた測量機に搭載され、上記標尺に対する焦点を自動で合わす自動焦点機構において、上記望遠鏡の合焦レンズを駆動する駆動手段を設け、該合焦レンズを合焦レンズの駆動範囲内であって前回の合焦位置に相当する位置または複数回の測量毎の距離を平均した平均距離に相当する位置に移動させ、光電素子上での標尺のパターンのピッチを求めるピッチ演算手段と、該ピッチ演算手段で求められたピッチから標尺までの距離を求め、該距離に対応する位置に合焦レンズを移動させる精調節手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
標尺と測量機との距離が比較的中距離以上に設定される場合には特に、合焦レンズの位置を比較的よく設定される距離をカバーする所定位置、すなわち前回の合焦位置に相当する位置または複数回の測量毎の距離を平均した平均距離に相当する位置に移動させれば焦点深度が比較的深いため、第１の発明のように合焦レンズを一方の端から移動させなくても標尺に表示されたパターンのピッチを求めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、１は標尺であり、望遠鏡を備えた電子レベル２で視準され、視準位置の高さｈを測定するためのものである。標尺１には白地の表面に黒色の複数個のマーク１１が標尺１の上下方向に等ピッチで表示されている。該標尺１は通常、正立状態でセットされるが、図示のように天井面Ｃを基準にして、標尺１を上下方向に反転させた倒立状態でセットする場合がある。この場合には天井面Ｃから視準位置までの距離ｈ（以下、正立状態の場合と同様に視準位置の高さｈという）を測定する。ところで、標尺１の裏面には図示しないが、作業者が目視により視準する場合に該標尺１を使用し得るように数字が印字されており、従って、標尺１の天地方向を誤るおそれはない。尚、後述するようにマーク１１の上下方向の幅寸法は全て同じ寸法ではなく複数種類の寸法のものが所定の順序で配列されている。
【００１１】
図２を参照して、電子レベル２の内部には、望遠鏡２０が内蔵されている。該望遠鏡２０内には対物レンズ２１ａ及び合焦レンズ２１ｂからなる光学系２１及び傾斜自動補償機構（コンペンセータ）２２が設けられており、受光された標尺１の画像はビームスプリッタ２３によってラインセンサ２４に分岐される。ビームスプリッタ２３を通過するものが視準光学系であり、ラインセンサ２４へと分岐されたものが映像光学系となる。視準光学系は上記光学系２１と傾斜自動補償機構２２とビームスプリッタ２３と焦点板２０ａと接眼レンズ２０ｂとで構成されている。映像光学系は光学系２１と傾斜自動補償機構２２とビームスプリッタ２３とラインセンサ２４とで構成されている。該ラインセンサ２４は受光された標尺１の画像を電気信号に変換しアンプ２５に出力する。アンプ２５で増幅された信号はクロックドライバ２６のクロック信号に同期してサンプルホールドされ、そのホールドされた信号はデジタル信号に変換される（Ａ／Ｄ）。デジタル信号に変換された信号はＲＡＭ２８に記憶される。マイコン３は該ＲＡＭ２８に記憶されている信号を基に各マーク１１の幅寸法を求める。そして、マーク１１の幅寸法とＲＯＭ３１内に予め格納されたテーブル値とから視準位置の高さｈを求める。尚、駆動回路２９はラインセンサ２４の作動を制御する回路である。また、上記視準光学系の光軸と映像光学系の光軸とは互いに一致させているので、標尺１上の視準点と映像光学系の視準点とは互いに一致する。また、測量結果は表示部３２に表示される。
【００１２】
ところで、標尺１を視準する場合には合焦レンズ２１ｂを光軸方向に移動させて標尺１に合焦させる必要がある。そこで、本発明では合焦レンズ２１ｂにステッピングモータ４１を取り付け、ラックアンドピニオン等の機構を介してステッピングモータ４１と合焦レンズ２１ｂとを機械的に連結し、ステッピングモータ４１を作動させることにより合焦レンズ２１ｂが光軸方向に自動的に移動するように構成した。尚４はそのステッピングモータ４１の駆動回路であり、マイコン３によってステッピングモータ４１の作動制御が行われる。マイコン３には図外の自動焦点ボタンが接続されており、該自動焦点ボタンが押されるとマイコン３は合焦レンズ２１ｂを、該合焦レンズ２１ｂの移動可能範囲の内の接眼レンズ２０ｂ側の端まで一旦移動させる。その状態では該望遠鏡２０は無限遠の位置に合焦している状態になる。この時のラインセンサ２４に投影される画像は標尺１を特定できるほど鮮明ではなく全体に混然としており、ラインセンサ２４の出力信号は図３（ａ）に示すように平坦なものとなっている。マイコン３はラインセンサ２４の出力信号のピークから範囲αを設定し、信号がα以上になるまで合焦レンズ２１ｂを対物レンズ２１ａ側に移動させる。図３（ｂ）に示すように、ラインセンサ２４の出力信号がα以上になると合焦レンズ２１ｂを一旦停止させ、α内にある部分の長さβを求めると共に該βの中心位置であるセンタラインＣＬを求める。ラインセンサ２４の出力信号がα内にある部分は複数箇所生じるので各箇所毎にセンタラインＣＬの位置を求める。各センタラインＣＬの間隔を平均するとその平均値がラインセンサ２４上の画像における標尺１のマーク１１のピッチに相当する。該ピッチは標尺１間での距離が長いと小さくなり、逆に標尺１が近くにセットされていると長くなる。従って該センタラインＣＬ相互間の平均値から、電子レベルと標尺１との距離が求められる。このように標尺１までの距離が求められるとマイコン３は合焦レンズ２１ｂを該距離に対応する位置まで移動させて標尺１に対して正確に合焦させる。このように標尺１に対して正確に合焦されるとラインセンサ２４の出力信号は図３（ｃ）に示すようなものになる。そしてその後は例えば特願平９−３５０６２０号に示す手順に従って視準位置の高さを求める。また、上記α値を設定した例を挙げたがこれを標尺のバーコードの濃淡のレベル差γを設定し、γより大きい場合としてもよい。更に別の実施の形態として、フーリエ変換を施し周期を求めて距離を求めてもよい。
【００１３】
ところで、上記実施の形態では自動焦点ボタンが押されると合焦レンズ２１ｂを一旦移動範囲の端まで移動させ、該端から合焦レンズ２１ｂを移動させるようにしたが、測量点毎に標尺１を移動させる際に電子レベル２と標尺１との距離がそれほど変化しない場合には直前の標尺までの位置を記憶しておき、次の測量点にセットした標尺を視準する際、自動焦点ボタンが押されると合焦レンズ２１ｂを移動範囲の端に移動させず前回の合焦位置に移動させるようにしてもよい。そしてその位置でセンタラインＣＬの相互間の平均値を求め、今回の標尺１に合焦させる。あるいは、標尺までの距離を複数回の測量毎に記憶しておき、それら複数の距離を平均して次回の測量時に合焦レンズ２１ｂを一旦その平均距離に相当する位置まで移動させるようにしてもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、新たにセンサを追加することなく測量機の望遠鏡の焦点を自動的に合わせるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子レベルの使用形態を示す図
【図２】電子レベルの構成を示すブロック図
【図３】合焦レンズの移動に伴うラインセンサの出力信号の変化を示す図
【符号の説明】
１  標尺
２  電子レベル
２１ｂ  合焦レンズ
２４  ラインセンサ
４１  ステッピングモータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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