(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバー状のマークが標尺の長手方向に並設された電子レベル用標尺において、上記複数のマークを等ピッチで配列すると共に、各マークの上記長手方向の幅寸法の比率が複数の整数で表され、かつ各幅寸法の比率を順次並べた数列から所定個数取り出した数値の順列が他のいずれの位置から取り出した順列に対しても異なるようにしたことを特徴とする電子レベル用標尺。
【請求項２】
上記マークの内の少なくとも２種類のパターンの幅寸法を、電子レベルと標尺との距離が所定距離より短い場合に相互に識別し得る程度に近似する値に設定し、かつ相互に幅寸法が近似するマークを同一の幅寸法とした場合であっても、上記所定個数とは異なる第２の所定個数取り出した数値の順列が他のいずれの位置から取り出した順列に対しても異なるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電子レベル用標尺。
【請求項３】
上記数値の順列の並び方向を反転して得られる順列が標尺全体のいずれの位置から取り出した順列に対しても異なるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子レベル用標尺。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子レベル用標尺を視準して測定を行う電子レベルであって、標尺の配設パターンを検出するパターン検出部と、上記数列を予め記憶する記憶部とを有し、パターン検出部からの検出信号に基づき各マークの幅寸法の比率を並べた順列が記憶部の数列のどの部分に一致するかを求め、その一致する部分の位置から視準位置を求める演算部を備えたことを特徴とする電子レベル。
【請求項５】
請求項３の記載の電子レベル用標尺を視準して測定を行う電子レベルであって、標尺の配設パターンを検出するパターン検出部と、上記数列を予め記憶する記憶部とを有し、パターン検出部からの検出信号に基づき各マークの幅寸法の比率を並べた順列が記憶部の数列のどの部分に一致するかを求め、その一致する部分の位置から視準位置を求める演算部を備え、かつ、上記マークの幅寸法の比率を並べた順列と該順列の並び方向を反転して得られる逆順列とのうちのいずれか一方が記憶部の数列のどの部分に一致するかを求め、その一致する部分の位置から視準位置を求める演算部を備えたことを特徴とする電子レベル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動的に高さを求める電子レベルと該電子レベルに用いる標尺に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の電子レベルと該電子レベルに用いる標尺として、例えば、特開平７−４９５９号公報により、同じ幅のマークの配列を第１のピッチで配列した第１パターンと、該第１のピッチとは異なる第２のピッチで配列した第２パターンとを有する電子レベル用標尺が知られ、該標尺を視準して、第１パターンと第２パターンとを検出し該検出信号をアナログ処理することにより視準位置を求めるようにした電子レベルが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電子レベルでは、標尺に付された第１パターン及び第２パターンをアナログ処理して視準位置を求めているため、外乱の影響を受けやすく、例えば標尺の背景や標尺と電子レベルとの間の障害物により測定不能になりやすいという不具合がある。
【０００４】
ところで、特願平８−１９４３２１号には、複数のバー状のマークが長手方向に並設された電子レベル用標尺であって、上記複数のマークの上記長手方向に沿った方向の幅寸法を相互に同一寸法にすると共に、各マークのピッチの比率が複数の整数で表され、かつ各ピッチの比率を順次並べた数列から連続して所定個数取り出した数値の順列がいずれの位置から取り出した順列に対しても相互に異なるようにした電子レベル用標尺や、標尺の配設パターンを検出するパターン検出部と、上記数列を予め記憶する記憶部とを有し、パターン検出部からの検出信号に基づき各マーク相互のピッチの比率を並べた順列が記憶部の数列のどの部分に一致するかを求め、その一致する部分の位置から視準位置を求める演算部とを備えた電子レベルが記載されている。このものでは、マークの配設パターンをデジタル処理するため、パターンをアナログ処理する上記従来のものより外乱の影響を受けにくい。
【０００５】
但し、このものでは、標尺と電子レベルとの間に障害物があり、その障害物により１つのマークが隠された場合には、その隠されたマークを挟んで上側のピッチと下側のピッチとの双方を読み取ることができず、視準位置を求めるために必要な個数の整数からなる順列を視準範囲内の画像から得ることができない。
【０００６】
一方、数列を構成する整数の種類を多くすると、視準位置を特定するために必要である桁数、即ち、順列を形成させるために取り出す所定個数は少なくてよい。所定個数が少ないと、視準範囲内に存在するマークの個数が少なくて良いことを意味する。従って、標尺と電子レベルとの距離を近づけ視準範囲が狭くなっても測定を行える。ところが、整数の種類が多くなると、標尺と電子レベルとの距離が長い場合に、マークの識別が困難になり外乱の影響を受けやすくなるため測定誤差が生じやすく、標尺と電子レベルとを余り離すことができない。
【０００７】
尚、整数の種類を少なくすると標尺と電子レベルとの距離が離れている場合には有利であるが、視準位置を特定するために必要とする上記所定個数が多くなり、標尺と電子レベルとの距離を余り近づけることができない。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、複数のバー状のマークが標尺の長手方向に並設された電子レベル用標尺において、上記複数のマークを等ピッチで配列すると共に、各マークの上記長手方向の幅寸法の比率が複数の整数で表され、かつ各幅寸法の比率を順次並べた数列から所定個数取り出した数値の順列が他のいずれの位置から取り出した順列に対しても異なるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
マークのピッチを変える従来のものでは、上述のように１つのマークの位置を検出できないと２つのピッチを認識できない。これに対して、マークを等ピッチで数列し、マークの幅寸法を変えることにより数値の順列を得るようにすると、仮に１つのマークが障害物に隠され検出できない場合に、１つの幅寸法が検出できなくなるだけで済む。
【００１１】
尚、上記マークの内の少なくとも２種類のパターンの幅寸法を、電子レベルと標尺との距離が所定距離より短い場合に相互に識別し得る程度に近似する値に設定し、かつ相互に幅寸法が近似するマークを同一の幅寸法とした場合であっても、上記所定個数とは異なる第２の所定個数取り出した数値の順列が他のいずれの位置から取り出した順列に対しても異なるようにすると、標尺と電子レベルとの距離が近い場合には全ての種類のマークを相互に識別できるので順列を構成するために取り出すマークの個数が少なくて済み、それだけ標尺と電子レベルとの距離を縮めることができる。また、標尺と電子レベルとの距離が離れている場合には少なくとも２種類のマークの幅寸法を積極的に同じ種類のマークであると認識することにより、マークを識別し得る距離を長くすることができる。尚、複数種類のマークの幅寸法を同じ寸法と認識すると、幅寸法を示す比率の整数の種類が少なくなり、視準位置を特定するために必要とするマークの本数が増えるが、標尺と電子レベルとの距離が離れている場合には視準範囲内に入るマークの本数が多いので問題はない。
【００１２】
ところで、標尺を天井面から垂下して天井面からの視準位置までの距離を求める際に、上記従来のアナログ変換により視準位置を求めるものでは、標尺が倒立状態であることを自動的に検出できないため、予め標尺が倒立状態で設置されていることを電子レベルにセットし、パターンを視準して得られるアナログ信号を処理する計算式を標識が倒立状態の場合に用いる専用のものに切り替える必要がある。ところが、上記数値の順列の並び方向を反転して得られる順列は標尺全体のいずれの位置から取り出した順列に対しても異なるようにすれば、標尺が倒立状態の場合に得られる順列は標尺が正立状態の場合に得られる順列に対して順列の並び方向が反転したものとなり、そのような順列が存在しないことから標尺が反転状態でセットされていることを自動的に知ることができる。
【００１３】
このような標尺を視準する電子レベルは、標尺の配設パターンを検出するパターン検出部と、上記数列を予め記憶する記憶部とを有し、パターン検出部からの検出信号に基づき各マークの幅寸法の比率を所定個数並べた順列が記憶部の数列のどの部分に一致するかを求め、その一致する部分の位置から視準位置を求める演算部を備える必要がある。
【００１４】
特に、数値の順列の並び方向を反転して得られる逆順列は標尺全体のいずれの位置から取り出した順列に対しても異なる標尺を視準する電子レベルにあっては、標尺が正立状態か倒立状態かに関わらず上記マークの幅寸法の比率を並べた順列と逆順列とのうちのいずれか一方が、記憶部の数列のいずれか部分に一致する。
【００１５】
即ち、正立状態であれば順列が一致し、倒立状態であれば逆順列が一致する。そして逆順列が数列のいずれかの部分に一致した場合には標尺が倒立しているものと判断し得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、１は標尺であり、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り、白地の表面に黒色のマーク１１が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。
【００１７】
図２を参照して、電子レベル２の内部には、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。
【００１８】
図３に示すように、標尺１に表示されているマーク１１は、一定のピッチＰで配列されている。標尺１の全長を４ｍとし、Ｐを１６ｍｍとすると、標尺１には２４９本のマーク１１を表示することができる。本実施の形態では、マーク１１の縦方向の幅寸法が、３ｍｍ・４ｍｍ・７ｍｍ・８ｍｍ・１１ｍｍ・１２ｍｍの６種類のものを用いた。マイコン３は上述のようにこれらマーク１１の幅寸法を求めるが、本実施の形態では各幅寸法野値をそのまま用いるのではなく、図３のＮに示すように、０，１，２，３，４，５の６種類の整数に対応させることとした。従って、マーク１１の数列の一例を６種類の整数で表すと、
0003789625.tif 000002
になる。
【００１９】
ここで、該数列（１）から任意の個数の整数を取り出して順列を作成した場合に、１カ所から取り出して作成した順列が他のいずれの場所から取り出して作成した順列に対しても異なるようにする必要がある。また、標尺１を上下方向に反転させた倒立状態で得られる順列が、標尺１の正立状態で得られる順列のいずれに対しても相違する必要がある。そこで、本実施の形態では上記数列から整数を取り出す個数を５個とした。従って、例えば上記数列（１）の左端の部分を例に取ると、
〔０，５，１，２，４〕                                    ・・・（２）
が得られる。但し、５個の整数を取り出す場合に、これらの整数は必ずしも連続している必要はなく、例えば標尺１と電子レベル２との間の障害物により左から３番目の整数に対応するマーク１１が隠された場合には、隠されて不明な整数を＊として、
〔０，５，＊，２，４，０〕                                ・・・（３）
を得るようにしても良い。
【００２０】
一方、上記ＲＡＭ３１には上記（１）の数列と同じものがテーブル値として記憶されており、そのテーブル値のどの部分に順列（２）や順列（３）が一致しているかを求め、その位置から視準位置の高さｈを求めるようにしている。
【００２１】
また、標尺１が倒立状態であれば、順列（２）を得た位置を視準すると
〔４，２，１，５，０〕                                    ・・・（４）
という順列（４）を得ることができる。該順列（４）は上述の通り数列（１）のいずれの部分にも一致しないように設定されているので、マイコン３は順列（４）を得た場合には標尺１が倒立状態であると判断し、その旨を表示すると共に、順列（４）の順序を反転させて、順列（２）と同じである逆順列に変換し、該逆順列を数列（１）と比較するようにした。
【００２２】
ところで、標尺１と電子レベル２との距離が離れると、視準範囲内に位置するマーク１１の個数は増加するが、ここのマーク１１の画像は小さくなり、幅寸法の識別精度が低下する。そこで、標尺１の画像の大きさから、標尺１と電子レベル２との距離が所定値（例えば９ｍ）を超えると、図３のＦに示すように、３ｍｍと４ｍｍとを同じ寸法と識別して０に対応させ、７ｍｍと８ｍｍとを同じ寸法として１に対応させ、１１ｍｍと１２ｍｍとを同じ寸法と識別して２に対応させることとした。このようにすると６種類の整数で表される上記数列（１）は、
0003789625.tif 000003
になる。ＲＯＭ３１には数列（１）の他に該数列（５）も格納されている。ところで、このように数列（５）を構成する整数の種類が３種類になると、取り出す個数を５個から増加させる必要があり、本実施の形態では８個取り出すこととした。
【００２３】
従って、数列（５）の左端を例に取ると、
〔０，２，０，１，２，０，２，１〕                        ・・・（６）
という順列（６）が得られる。また、いくつか（例えば２つ）のマーク１１が隠れて識別できない場合には、
〔０，２，０，＊，２，０，＊，１，０，０〕                ・・・（７）
のように連続しない８個の整数を取り出して順列（７）を形成しても良い。そして、順列（６）や順列（７）がＲＯＭ３１に格納されている数列（５）のどの部分に一致するかを求めて視準位置の高さｈを求める。また、標尺１が倒立状態の場合には上述のように得られた順列を反転させて逆順列に変換し、該逆順列と数列（５）とから視準位置の高さｈを求める。
【００２４】
ところで、上記図３に示した実施の形態では標尺１と電子レベル２との距離が短い場合には０〜５の６種類の整数により数列（１）を構成し、距離が長い場合には０〜２の３種類の整数により数列（５）を構成した。但し、図４に示すように、３ｍｍ・４ｍｍ・６ｍｍ・８ｍｍ・１０ｍｍ・１２ｍｍの６種類のものを用い、距離が長い場合には３ｍｍのものと４ｍｍのものとのみを同じ寸法であると識別して、０〜４の５種類の整数で数列を構成するようにしても良い。
【００２５】
更には、３ｍｍ・４ｍｍ・５ｍｍ・８ｍｍ・１０ｍｍ・１２ｍｍの６種類のものを用い、距離が長い場合には３ｍｍのものと４ｍｍのものと５ｍｍとを同じものと識別して０に対応させ、０〜３の４種類の整数で数列を構成するようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、マークの幅寸法を基に整数の順列を求め視準位置の高さを求めるので外乱の影響を受けにくい。また、標尺と電子レベルとの距離の長短により順列を構成する整数の種類を増減させたので、標尺と電子レベルとの間の測量可能距離の範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】標尺１と電子レベル２との状態を示す図
【図２】電子レベル２の構造を示すブロック図
【図３】標尺１に示されたマーク１１の種類を示す図
【図４】標尺１に示されたマーク１１の種類の他の例を示す図
【符号の説明】
１  標尺
２  電子レベル
１１  マーク
【図１】
0003789625.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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