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JP4228132B2 - Position measuring device - Google Patents
JP4228132B2
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2009-02-25 Publication of JP4228132B2 publication Critical patent/JP4228132B2/en
本発明は、測定目標である受光装置を走査する、若しくは追尾するための位置測定装置に関し、特に測距光、追尾光を回転照射して受光位置の３次元計測を行い、更にそのデータをターゲットに設けた受光装置にデータ転送することのできる自動位置検出装置に関する。 The present invention scans the a measurement target light receiving device, or relates to the position measuring device for tracking performs three-dimensional measurement of the receiving position, especially the distance measuring light, by rotary irradiation the tracking light, further target the data an automatic position detection device capable of data transfer to the receiving device provided.
従来、３次元位置測定および設定には、トータルステーションを用いていた。 Conventionally, the three-dimensional position measurement and settings employed a total station. トータルステーションは、距離測定及び測距測角の機能を備え、測定値を電気的データとして出力するものである。 The total station, a function of the distance measuring and ranging angle measuring, and outputs the measured value as the electrical data. 測定を行う場合には、トータルステーションを基準位置に設置後、ターゲットを測定地点に設置し、トータルステーションでターゲットを視準して水平角、高低角の測定を行い、ターゲットに設けられた反射プリズム（コーナーキューブ）を測距して距離データを得ることができる。 When performing measurements, after installation the total station to the reference position, established a target measurement point, the horizontal angle and collimating the target total station performs measurement of elevation angle, a reflecting prism (corner provided the target distance data and distance measurement cube) can be obtained.
測定された測距・測角データは、トータルステーションの内蔵メモリーに記憶される。 The measured ranging and angle measurement data are stored in the internal memory of the total station. また測距測角データは、必要に応じて外部メモリー装置や、コンピュータに対して測量作業のデータとして出力される。 The distance measurement angle measurement data, and external memory devices if necessary, and output as data of survey work for the computer. 図８はトータルステーションでの測量作業を示した図である。 Figure 8 is a diagram showing the surveying work in the total station. トータルステーション（１０００）は基準位置に設置されている。 Total station (1000) is placed at the reference position. ターゲット（２０００ａ）はポール（３０００ａ）に取り付けられており、ポール（３０００ａ）は作業者（４０００）により測定地点に設置されている。 Target (2000a) is attached to a pole (3000a), Paul (3000a) is installed at a point determined by an operator (4000).
トータルステーション（１０００）は、望遠鏡部と、望遠鏡部の高低回転を自在に支えるための托架部と、托架部を水平回転自在に支えるための基盤部と、基盤部の下部にありトータルステーション（１０００）本体の傾きを整準し、三脚の脚頭に固定するための整準部とから構成される。 Total station (1000) is located and the telescope unit, a frame unit for supporting freely elevation rotation of the telescope unit, a base portion for supporting the frame unit freely horizontally rotated, the lower portion of the base portion the total station (1000 ) and leveling the inclination of the body, composed of a leveling unit for fixing the Ashiatama tripod. なお、測距及び測角等のための回路等は、トータルステーション（１０００）に内蔵されている。 The circuit or the like, such as for distance measurement and angle measurement are built into the total station (1000).
トータルステーション（１０００）側の作業者は、望遠鏡部を上下左右に回転させ、ターゲット（２０００ａ）を視準中心に捕え、基準位置からの水平角、高低角、距離を得る様になっている。 Total station (1000) side of the operator rotates the telescope unit up and down and right and left, trapped collimation mainly target (2000a), the horizontal angle from the reference position, has become as obtain elevation angle, a distance.
しかしながら従来のトータルステーション（１０００）を使用する作業では、トータルステーション１０００側の作業者が１人、そしてターゲット（２０００ａ）設置のための作業者が１人の少なくとも２人の作業者を必要とした。 However, in working with conventional total station (1000), the operator one total station 1000 side and an operator for the target (2000a) installations are required to one of the at least two operators. ターゲット（２０００ａ）の数が増えればそれに応じて作業者の人数が増加する。 As the number of targets (2000a) the number of workers will increase accordingly. しかし、多数のターゲット（２０００ａ）を瞬時に測定するのは困難であり、現実的には不可能である。 However, to measure a large number of targets (2000a) instantly is difficult, it is practically impossible. 即ち作業者が、望遠鏡部でターゲット（２０００ａ）を視準し、更に測定を行うためには、ターゲット（２０００ａ）数に応じた測定時間が必要となる。 That operator to collimate the target (2000a) by the telescope unit, for further measurement, time measurement in accordance with the number of targets (2000a) is required. このため大幅な作業効率の改善を図ることができないという問題点があった。 Therefore there is a problem that it is impossible to improve the substantial working efficiency.
また隣接する異なった基準座標系の現場で同時に作業を進める場合、トータルステーション１台と複数のターゲットで作業を進行する事が可能ではあるが、基準座標系が異なる測定点毎に、トータルステーションの座標設定をやり直す、若しくは座標系を切り替える必要があり、事実上同時に作業を進行させることは不可能であった。 Also when proceeding simultaneously in the field of the adjacent different reference coordinate system, there is is possible to proceed to work on one total station and a plurality of targets, but the reference coordinate system for each different measurement points, coordinate setting total station redone, or it is necessary to switch the coordinate system, it was impossible to advance the work virtually simultaneously.
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、測定光を発するための光源部と、傾斜測定部と、演算処理部と、固定部と、鉛直方向に回転軸を有する回動部を有し、回動して反射体に測定光を回転照射し、その反射光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置において、該反射光を受光するための受光部と、測定光を走査方向に射出すると共に反射光を前記受光部に導き、回動部と一体に回動する走査手段と、該走査手段の回転位置を検出するための角度検出器とを備え、前記測定光が扇状に広がる測距光を含み、前記受光部は前記固定部に設けられ前記走査手段からの光を結像する撮像部を有し、前記撮像部に結像した像の結像位置と、前記走査手段の向きが方向付けられている角度により、前記反射体の方向を求めることを特徴として The present invention has been made in view of the above problems, chromatic light source unit for emitting measuring light, a tilt measuring unit, an arithmetic processing unit, and a fixing portion, a rotating portion having a rotation axis in a vertical direction and, by rotating by rotating the measurement light to the reflector, the position measuring device for determining the distance and direction and position from the reflected light, and a light receiving portion for receiving the reflected light, the measurement light in the scanning direction guided to the light receiving portion of the reflected light as well as an injection, comprising: a scanning means which rotates integrally with the rotating portion, and an angle detector for detecting a rotational position of said scanning means, the measurement light is fanned includes a distance measuring light, the light receiving unit includes an imaging unit for imaging light from said scanning means provided on the fixed portion, and the imaging position of the image formed on the imaging unit, said scanning means the angle of orientation is oriented, as characterized by determining the direction of the reflector る。 That.
また本発明の測定光は、走査手段に設けられた拡散光学系により扇状に射出され、該拡散光学系より入射した反射光を受光部に導く構成にすることもできる。 The measuring beam of the invention is injected in a fan shape by diffusion optical system provided in the scanning unit, the reflected light incident from the diffusion optical system may have a configuration which leads to the light receiving portion.
更に本発明はの測定光には視準光を含み、受光部はその視準光を受光するための視準用受光センサを有し、該視準用受光センサは反射光から視準中心と反射体の偏差を検出する構成にすることもできる。 Further comprising a present invention collimated light to the measurement light, the light receiving portion has a visual mutatis mutandis receiving sensor for receiving the collimated light, convergent mutatis mutandis receiving sensor is reflected collimated center from the reflected light thereof it is also possible to adopt a configuration to detect the deviation.
そして本発明は、複数の反射体の位置を測定する構成にすることもできる。 The present invention may also be a configuration to measure the position of the plurality of reflectors.
また本発明は、測定された反射体に向けて、その反射体に関連する測定データを送信するための送信装置を備えた構成にすることもできる。 The present invention also provides for the measured reflector may be configured to include a transmission device for transmitting measurement data associated with the reflector.
更に本発明は、複数の反射体の位置を測定し、反射体に関連する測定データを個々の反射体に向けて送信する構成にすることもできる。 The present invention measures the position of the plurality of reflectors may also be a configuration to be transmitted to individual reflector measured data relating to the reflector.
そして本発明の受光部は、撮像装置を備え、この撮像装置で捉えた画像データを反射体に向けて送信する構成にすることもできる。 The light receiving unit of the present invention includes an imaging device, it is also possible to image data captured by the imaging apparatus configured to transmit toward the reflector.
また本発明の演算処理手段は、 前記傾斜測定部の測定結果により、回動部の回転ガタもしくは傾きを検出し、演算処理手段が、受光部が受光する測定対象物の受光位置を補正する演算を行う構成にすることもできる。 The arithmetic processing means of the present invention, the measurement result of the tilt measuring unit detects the rotational backlash or inclination of the rotation unit, the arithmetic processing means corrects the light receiving position of the measurement object receiving unit has received operation it is allowed to be performed.
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、光源部が測定光を発し、傾斜測定部と、演算処理部と、固定部と、鉛直方向に回転軸を有する回動部を有しており、回動して反射体に測定光を回転照射し、その反射光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置であって、受光部が反射光を受光し、回動部と一体に回動する走査手段が、測定光を走査方向に射出すると共に反射光を受光部に導き、角度検出器が、走査手段の回転位置を検出し、測定光が扇状に広がる測距光を含み、固定部に設けられた受光部が、走査手段からの光を結像する撮像部を有し、撮像部に結像した像の結像位置と、走査手段の向きが方向付けられている角度により、反射体の方向を求めることができる。 The present invention has been made in view of the above problem, the light source unit emits measuring light, has an inclined measuring unit, an arithmetic processing unit, and a fixing portion, a rotating portion having a rotation axis in a vertical direction cage, rotates to rotate the measurement light to the reflector, a position measuring device for determining the distance and direction and position from the reflected light, the light receiving portion receives the reflected light, turning part and times together dynamic scanning means, guides the measurement light to the light receiving portion of the reflected light with emitted to the scanning direction, the angle detector detects a rotational position of the scanning means comprises a distance measuring light measurement light fanned, fixed light-receiving portions provided on a part has a imaging unit that images the light from the scanning means, the imaging position of an image formed on the imaging unit, the angle of orientation of the scanning means is oriented, it is possible to obtain the direction of the reflector.
また本発明の測定光は、走査手段に設けられた拡散光学系により扇状に射出され、拡散光学系より入射した反射光を受光部に導くこともできる。 The measuring beam of the invention is injected in a fan shape by diffusion optical system provided in the scanning unit, it is also possible to guide the reflected light incident from the diffusion optical system on the light receiving portion.
更に本発明はの測定光には視準光を含み、受光部はその視準光を受光するための視準用受光センサを有し、視準用受光センサは反射光から視準中心と反射体の偏差を検出することもできる。 Further comprising a present invention collimated light to the measurement light, the light receiving portion has a visual mutatis mutandis receiving sensor for receiving the collimated light, visual mutatis mutandis receiving sensor is collimated center and the reflector from the reflected light deviation can also be detected.
そして本発明は、複数の反射体の位置を測定することもできる。 The present invention can also measure the position of the plurality of reflectors.
また本発明の送信装置が、測定された反射体に向けて、その反射体に関連する測定データを送信することもできる。 The transmitting apparatus of the present invention is, toward the measured reflector may transmit measurement data associated with the reflector.
更に本発明は、複数の反射体の位置を測定し、反射体に関連する測定データを個々の反射体に向けて送信することもできる。 The present invention measures the positions of a plurality of reflectors, the measurement data relating to the reflector can also be transmitted to the individual reflector.
そして本発明の受光部の撮像装置が、捉えた画像データを反射体に向けて送信することもできる。 The imaging device of the light-receiving portion of the present invention may also be transmitted to the image data captured in the reflector.
また本発明の演算処理手段は、 傾斜測定部の測定結果により、回動部の回転ガタもしくは傾きを検出し、演算処理手段が、受光部が受光する測定対象物の受光位置を補正する演算を行うこともできる。 The arithmetic processing means of the present invention, the measurement result of the inclination measurement section detects the rotational backlash or inclination of the rotation unit, the arithmetic processing means, an operation for correcting the light receiving position of the measurement object light receiving unit receives light It can also be carried out.
図１に基づいて、本実施例の位置検出装置１００００を説明する。 Based on FIG 1, illustrating a position detection apparatus 10000 of this embodiment.
位置検出装置１００００は、測量機本体２０００と、整準部３０００とから構成されている。 Position detector 10000, an instrument body 2000, and a leveling unit 3000 Metropolitan.
測量機本体２０００には、回動部２１００と、固定部２２００と、傾斜測定部２３００とから構成されている。 The instrument body 2000, a rotation section 2100, and the fixing portion 2200, and a tilt measuring unit 2300 Metropolitan.
回動部分は鉛直方向に回転軸を持ち、水平方向に回転モータによって全周回転している。 Rotating portion has a rotation axis in a vertical direction, and rotating the entire circumference by a rotary motor in the horizontal direction.
水平方向の回転部分は、回転ミラー２１１０を水平方向に回転させるためのものである。 Rotating part in the horizontal direction is used to rotate the rotating mirror 2110 in the horizontal direction. 水平方向の回転部分は、鉛直軸２１７０と、この上に形成される回動部２１００とから構成され、一体に回転させる様に構成されている。 Rotating part in the horizontal direction, a vertical axis 2170, is composed of a rotating portion 2100 Metropolitan formed on this, and is configured so as to rotate integrally.
また鉛直軸２１７０には、水平角測定用のロータリーエンコーダ２１８０が取付けられている。 Also the vertical axis 2170, the rotary encoder 2180 for horizontal angle measurement is attached. 更に、鉛直軸２１７０には、駆動ギアを介して水平駆動用モータ４５００に連結されている。 Further, the vertical axis 2170 is connected to the horizontal drive motor 4500 via a drive gear. 水平駆動用モータ４５００は、筐体に固定されているので、回動部２１００を水平方向に回転させることができる。 Horizontal drive motor 4500, are fixed to the housing, it is possible to rotate the rotating portion 2100 in the horizontal direction.
なお、水平角測定用のロータリーエンコーダ２１８０が、角度検出器に該当するものである。 Incidentally, in which the rotary encoder 2180 for horizontal angle measurement, corresponds to the angle detector.
整準部３０００は、基本的に三本の脚で測量機本体２０００を支える構造である。 Leveling unit 3000 has a structure basically supports the instrument body 2000 in three legs. 三本の脚の１脚は回動自在に、例えば球面で支えている。 First leg of three legs is supported by rotatably, for example, spherical. 残る２脚は、整準駆動モータの駆動力により上下動可能となっている。 Two legs remaining is vertically movable by a driving force of the leveling motor. 上下動作を調整することにより測量機本体２０００が整準される様に構成されている。 Is instrument body 2000 is configured so as to be leveled by adjusting the up and down operation. 整準は傾斜測定部の出力に基づいて行われる。 Leveling is performed based on the output of the inclination measuring unit. ばねはその下にある基盤を支え、基盤は三脚の脚頭の取り付ける役目を果たしている。 Spring support platform below it, base plays a role of attaching the Ashiatama tripod. なお整準部３０００は、測量機本体２０００に内蔵し、内部の構成部材を直接整準することもできる。 Note leveling unit 3000 has a built-in instrument body 2000 may be leveled to components directly.
次に図２に基づいて、本実施例の位置検出装置１００００の電気的構成を説明する。 Next, based on FIG. 2, illustrating the electrical configuration of the position detecting device 10000 of this embodiment.
位置検出装置１００００は、測距部１１００と、受光装置検出部１２００と、データ送信部１３００と、角度測定部１４００と、回動照射部１５００と、傾斜測定部２３００と、記憶部４２００、表示部４３００と、駆動回路４４００と、モータ４５００と、演算処理手段４０００と、操作部５０００とから構成されている。 Position detecting device 10000 includes a distance measuring unit 1100, a light receiving device detecting unit 1200, a data transmission unit 1300, an angle measuring unit 1400, a rotating irradiator 1500, a gradient measurement unit 2300, a storage unit 4200, a display unit 4300, a drive circuit 4400, a motor 4500, an arithmetic processing unit 4000, an operation unit 5000 Metropolitan.
更に傾斜測定部２３００が、軸受の回転精度に起因する回動部２１００の回転ガタや傾きを検出し、演算処理手段４０００が、受光部が受光する測定対象物の受光位置を補正して、回転ガタや傾きの影響を除去することができる。 Furthermore inclined measuring unit 2300 detects a rotation backlash and the inclination of the rotating portion 2100 due to the rotational accuracy of the bearing, processing means 4000 corrects the light receiving position of the measurement object receiving unit has received, rotating it is possible to eliminate the influence of backlash or tilt.
測距部１１００は、距離検出発光部２２１１から発光した測距光が、ダイクロプリズム２２１２で反射し、対物レンズ２２１３を透過した後、回転ミラー２１１０で反射して、図示されていない測定対象物の方向へ射出する。 Distance measuring unit 1100, distance measuring light emitted from the distance detecting light-emitting part 2211 is reflected by the dichroic prism 2212, passes through the objective lens 2213, is reflected by the rotating mirror 2110, the measuring object (not shown) injection in the direction. 測定対象物からの反射光を逆の経路をたどり距離検出受光部２２１４の受光素子で受光する。 Receiving light reflected from the object to be measured by the light receiving element of the distance detecting light-receiving unit 2214 follows the reverse path.
なお、シリンダーフレネルレンズ２２１５により、水平面に対し高低角方向に広がったファンビームレーザをパルス発光しながら回動させることができる。 Incidentally, the cylindrical Fresnel lens 2215 may be rotated while the pulse emission of the fan beam lasers spread elevation angle direction with respect to the horizontal plane. ファンビームとは、扇型に広がった光である。 The fan beam, a light that has spread to the fan-shaped.
射出された測距用ファンビームレーザは、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００により反射され、距離検出発光部２２１１のファンビームと同様の視野を持ち異なる経路の距離検出受光部２２１４の受光素子で検出される。 The emitted ranging fan beam laser is detected by the light receiving element of the light receiving device is reflected by the corner cube 21000 of 20000, the distance detecting light-emitting part 2211 of the fan beam and different paths has a similar field of view distance detecting light-receiving part 2214 that.
位置検出装置１００００から受光装置２００００までの距離は、距離検出発光部２２１１がパルス発光してから、距離検出受光部２２１４で受光されるまでの時間差により算出される。 Distance from the position detecting device 10000 to the light receiving system 20000, the distance detecting light-emitting part 2211 from the pulse emission is calculated by difference in time is received by the distance-detection light-receiving sections 2214. なお、この演算は、距離演算回路１１２０で実行される。 Note that this operation is performed by the distance calculating circuit 1120. また、距離検出発光部２２１１と距離検出受光部２２１４等とは、距離測定部１１１０に該当する。 Further, the distance detection light emitting unit 2211 and the distance detecting light-receiving unit 2214, etc., corresponding to the distance measuring section 1110.
測距光軸と受光装置検出部１２００の光軸の水平方向角度は、予め決められた角度になっている為、前記測距部１１００で求めた、位置検出装置１００００から受光装置２００００までの距離データに、受光装置検出部１２００で求めた高低角、水平角データのデータを関連付る事ができる。 Horizontal angle of the optical axis of the distance measuring optical axis and the light receiving device detecting unit 1200, since that is a predetermined angle, said calculated distance measuring unit 1100, distance from the position detecting device 10000 to the light receiving device 20000 data, elevation angle obtained by the light receiving device detecting unit 1200, the data of the horizontal angle data can related wear.
なお本実施例では、測距光は可視光を使用していないので、可視カットフィルタ２２１６が使用されている。 In the present embodiment, the distance measuring light does not use visible light, visible light cut filter 2216 is used.
受光装置検出部１２００は、検出光発光部１２１０と、第１の撮像部１３２０と、第２の撮像部１３３０と、検出光検出回路１３４０とから構成されている。 Receiving apparatus detecting unit 1200, a detection light emitting unit 1210, the first imaging unit 1320, and the second imaging unit 1330, and a detection light detecting circuit 1340 Metropolitan.
第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０とは、検出光発光部１２１０から発光され、ターゲット３００００のコーナーキューブ２１０００で反射された反射光を受光するものである。 A first imaging unit 1320 and the second imaging unit 1330 is emitted from the detection light emitting unit 1210 is for receiving the reflected light reflected by the corner cube 21000 of the target 30000.
本実施例では、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０とは、ＣＣＤ等の固体撮像素子が使用されている。 In this embodiment, the first imaging unit 1320 and the second imaging unit 1330, the solid-state imaging device such as a CCD is used.
検出光発光部１２１０は、本体部にある例えばパルスレーザダイオード１２１１より発した光を対物レンズ１２１２により鉛直方向にコリメートしている。 Detection light emitting unit 1210 is collimated in the vertical direction by the objective lens 1212 of the light emitted from there for example a pulsed laser diode 1211 to the main body portion. 更に、ミラーにより直角に曲げられ拡散板１２１３により拡散されている。 Furthermore, it is spread by a right angle bent diffuser plate 1213 by a mirror. そして、第１の撮像部１３２０、第２の撮像部１３３０の視野内を照明している。 The first imaging unit 1320, and illuminates the inside of the field of view of the second imaging unit 1330.
検出光発光部１２１０が点灯している状態では、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０との映像信号には、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００で反射された検出光発光部１２１０からの反射光が含まれており、検出光発光部１２１０が消灯している状態ではコーナーキューブ２１０００からの反射光が含まれていない。 In the state in which the detection light emitting unit 1210 is lit, the first imaging unit 1320 in the video signal of the second imaging unit 1330, a detection light emitting unit 1210 is reflected by the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000 includes a reflected light, it does not include the reflected light from the corner cube 21000 in a state in which the detection light emitting unit 1210 is off.
従って、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０から出力される検出光発光部１２１０の点灯状態、消灯状態それぞれの映像信号の差を求めると、映像信号としてはコーナーキューブ２１０００からの反射光だけとなり、反射光の位置を画像上求めることにより、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０上のターゲット中心位置を検出できる。 Accordingly, the lighting state of the first imaging unit 1320 and the detection light emitting unit 1210 is outputted from the second imaging unit 1330, when obtaining the difference between the off state each video signal, reflected from the corner cube 21000 as a video signal becomes only light, the position of the reflected light by calculating the image can be detected with the first imaging unit 1320 targets the central position on the second imaging unit 1330.
更に、この検出結果を利用して受光装置検出部１２００の光軸Ｏと受光装置２００００の中心位置との偏差を求めることとができる。 Furthermore, it is a possible result of the detection by using a deviation between the center position of the optical axis O and the light receiving device 20000 of the light-receiving device detecting unit 1200.
図３（Ａ）は三脚１０上に設置されたコーナーキューブ２１０００を含む周囲の画像を示しており、検出光発光部１２１０が発光している場合は、可視光の他にコーナーキューブ２１０００からの復路光の像が重複して得られる。 3 (A) is shows an image of the surroundings including the corner cube 21000 which is installed on a tripod 10, when the detection light emitting unit 1210 emits light, the return from the corner cube 21000 other visible light an image of light is obtained by overlapping. 従って、検出光発光部１２１０を点灯している場合と、検出光発光部１２１０を消灯している場合との画像の差を求めると、図３（Ｂ）に示す様なコーナーキューブ２１０００からのコーナーキューブ２１０００と略同一サイズの反射光（復路光）１２のみの画像が得られる。 Thus, the corner from the case lit detection light emitting unit 1210, when determining the difference between when the image is dark detection light emitting unit 1210, the corner cube 21000, such as shown in FIG. 3 (B) image cube 21000 substantially the same size of the reflected light (return light) 12 only is obtained. 画面の中心が前記光軸Ｏと一致した点であるとし、画像から前記復路光１２の水平方向の偏差Ｈ、垂直方向の偏差Ｖを容易に演算することができる。 And in that the center of the screen is coincident with the optical axis O, the horizontal deviation H of the from the image backward light 12, the vertical deviation V can be easily computed.
また図４に示される様に、固体撮像素子４００００がレンズの焦点距離ｆの位置に配置され、固体撮像素子４００００に入射する復路光の角度がθとすると固体撮像素子４００００の光軸０からの偏差ｘはｆ＊ｔａｎθであり、偏差ｘを求めることで、固体撮像素子４００００に入射する復路光の角度θを演算できる。 Also as shown in FIG. 4, the solid-state image pickup device 40000 is disposed at a position of the focal length f of the lens, the return light incident on the solid-state image pickup device 40000 angle from the optical axis 0 of the solid-state image pickup device 40000 When θ deviation x is f * tan .theta, by obtaining the deviation x, can be calculated the angle θ of the backward light incident on the solid-state image pickup device 40000. 従ってコーナーキューブ２１０００までの距離エルａ 、エルｂ 、エルｃの大小に係わらず、画像上の水平方向の偏差Ｈ、垂直方向の偏差Ｖを演算することで、受光装置２００００の水平角度偏差、高低角度偏差が求められる。 Thus the distance el a to the corner cube 21000, El b, regardless of the magnitude of the El c, by calculating the horizontal deviation H in the image, the vertical deviation V, horizontal angle deviation of the light receiving device 20000, the height angle deviation is required.
受光装置検出部１２００は、検出光発光部１２１０と、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０と検出光検出回路１３４０とから構成される。 Receiving apparatus detecting unit 1200, a detection light emitting unit 1210, and a first imaging unit 1320 and the second imaging unit 1330 detects light detection circuit 1340 Metropolitan.
受光装置検出部１２００の光学系は、固定部２２００に設けられた対物レンズ１３５０と、第１の撮像部１３２０と、第２の撮像部１３３０と、ビームスプリッタ１３６０と、リレーレンズ１３７０と、回折格子１３８０と、回動部２１００のミラー２１１０からと構成されている。 The optical system of the light receiving device detecting unit 1200, an objective lens 1350 provided on the fixed portion 2200, the first imaging unit 1320, and the second imaging unit 1330, a beam splitter 1360, a relay lens 1370, a diffraction grating and 1380, is composed from the mirror 2110 of the rotating portion 2100.
第１の撮像部１３２０は、ビームスプリッタ１３６０で反射され、対物レンズ１３５０の焦点位置に設けられている。 First imaging unit 1320 is reflected by the beam splitter 1360, it is provided at the focal position of the objective lens 1350.
第１の撮像部１３２０は、鉛直方向に大きな視野を持ち、回動部２１００の中心に存在している。 First imaging unit 1320 has a large field of view in the vertical direction, it is present in the center of the rotation unit 2100. 回動部２１００のミラー２１１０により光軸を直角、水平方向に曲げられているため水平面を中心に全周方向に大きな視野を持っている。 Perpendicular to the optical axis by a mirror 2110 of the rotation unit 2100 has a large field of view in the entire circumferential direction around a horizontal plane because the bent horizontally.
ミラー２１１０は回動部２１００にあり、第１の撮像部１３２０は固定部２２００にあるため、結像する受光装置２００００の像は、図７の様に、ミラー２１１０が方向づけられている角度分、像が回転している。 Mirror 2110 is in the rotation part 2100, since the first imaging unit 1320 in the fixed portion 2200, an image of the light receiving device 20000 for imaging is, as in FIG. 7, the angle fraction mirror 2110 is oriented, image is rotating.
第１の撮像部１３２０に結像した受光装置の像（実質的にはコーナーキューブ像）の結像位置情報と、ミラー２１１０が方向づけられている角度により、位置検出装置１００００から受光装置２００００への水平角および高低角を求める事が出来る。 And imaging position information of the image of the imaged light receiving device (substantially corner cube image) in the first imaging unit 1320, the angle of the mirror 2110 is directed, to the light receiving device 20000 from the position detecting device 10000 it is possible to determine the horizontal angle and elevation angle.
ＣＣＤの分解角は、ＣＣＤの画素数と視野角によって決まる。 Degradation angle of the CCD is determined by the number of pixels and the viewing angle CCD. 画素数が多く、視野角が狭くなるほど分解角が小さくなる。 The number of pixels is large, decomposed angle as the viewing angle is narrowed becomes small.
そこで、第２の撮像部１３３０は、ビームスプリッタ１３６０と、リレーレンズ１３７０と、回折格子１３８０とを通過し、第１の撮像部１３２０と共役の位置にある。 Therefore, the second imaging unit 1330, a beam splitter 1360, a relay lens 1370, passes through the diffraction grating 1380 is in a position conjugate with the first imaging unit 1320.
リレーレンズ１３７０により第２の撮像部１３３０の視野角を狭くしているため、第１の撮像部１３２０に比べ分解角が小さくなっている。 Due to the narrow viewing angle of the second imaging unit 1330 by the relay lens 1370, exploded angle than in the first imaging unit 1320 is reduced.
記憶部４２００には必要に応じた、例えば地図データが記憶されており、表示部４３００には地図データと共に測定データに基づく３次元位置情報が表示される。 The storage unit 4200 as necessary, for example, map data is stored, the display portion 4300 is displayed three-dimensional position information based on the measurement data together with the map data. また、これにリンクして位置検出装置１００００で得た画像が表示される。 Further, an image obtained by the position detecting device 10000 is displayed linked thereto. 更に、画像データを変換するアプリケーションソフトでパノラマのような画像に変換して表示しても良い。 Further, the application software for converting image data may be displayed by converting the image such as a panorama.
データ送信部１３００は、測距部１１００と同様な光学系により、水平面に対し高低角方向に広がったファンビームレーザを射出させて回動している。 Data transmission unit 1300, by the same optical system as the distance measuring unit 1100 is rotated by emitting a fan beam lasers spread elevation angle direction with respect to the horizontal plane. 射出光学系を共用する場合には、光通信用の光と測距光の各々の波長を異なる波長として、お互いを合成するダイクロックミラー１３１０が必要となる。 When sharing the injection optics, as different wavelengths of light and wavelength of each of the distance measuring light for optical communication, it is necessary to dichroic mirror 1310 for synthesizing one another.
また受光装置２００００の光通信受信部９１００に、光通信用発光素子１３２０の光のみを透過するフィルタが必要となる。 The optical communication reception section 9100 of the receiving device 20000, it is necessary to filter transmitting only the light of the optical communication light emitting element 1320.
受光装置２００００に関連付けされた水平角、高低角は、位置検出装置１００００のデータ送信部１３００が受光装置２００００に対向している間だけ送信される。 Horizontal angle which is associated with the light receiving device 20000, elevation angle, the data transmission unit 1300 of the position detecting device 10000 is transmitted only while facing the light receiving device 20000.
複数の受光装置２００００が存在する場合、複数の関連付けがなされ、位置検出装置１００００のデータ送信部１３００が各々の受光装置２００００に対向している間のみ関連付けされたデータが送信される。 If a plurality of light receiving devices 20000 is present, a plurality of associations made, the data associated with only while the data transmission unit 1300 of the position detecting device 10000 is opposed to each of the light receiving device 20000 is transmitted.
受光装置２００００の方向が関連づけられることにより、複数の受光装置２００００を同時に扱うことが可能となる。 By direction of the light receiving device 20000 is associated, it is possible to handle a plurality of light receiving devices 20000 simultaneously.
図５に基づいて、傾斜測定部２３００を説明する。 Based on FIG. 5, illustrating the inclined measuring section 2300.
傾斜測定部２３００は、傾斜検出部と回転ブレ検出部とからなる。 Inclined measuring unit 2300, and a tilt detection unit and the rotation shake detection unit. 傾斜測定部２３００は、測量機本体２０００の傾斜を検出し、整準部３０００の制御信号として測量機本体２０００を水平に整準する。 Inclined measuring unit 2300 detects the inclination of the instrument body 2000 is leveled instrument body 2000 horizontally as a control signal for leveling unit 3000. 回転ブレ検出部は、水平基準に対する鉛直軸２１７０と一体に設けられたエンコーダの傾きを検出することで、回動部２１００の傾きを検出し、測定値、距離値及び位置の値を補正する。 Rotational deviation detecting unit, by detecting the inclination of the encoder provided integrally with the vertical axis 2170 relative to the horizontal reference, detects the inclination of the rotating portion 2100, corrects the value of the measured value, the distance value and location.
傾斜測定部２３００は、第１光源１と、第１コンデンサレンズ２と、第１パターン３と、第２コンデンサレンズ４と、第１ハーフミラー５等とからなり、自由液面投光系８を構成している。 Inclined measuring unit 2300, a first light source 1, a first condenser lens 2, a first pattern 3, a second condenser lens 4, comprises a first half mirror 5 and the like, the free liquid surface light projecting system 8 It is configured.
前記第１ハーフミラー５で反射された光線は前記自由液面６ａで反射され、前記第１ハーフミラー５を透過する。 The light beam reflected by the first half mirror 5 is reflected by the free liquid surface 6a, transmitted through the first half mirror 5. 該第１ハーフミラー５の透過光軸１０上に第２ハーフミラー１５、第３コンデンサレンズ９、受光手段１１が配設されている。 The second half mirror 15 on the transmission optical axis 10 of the first half-mirror 5, a third condenser lens 9, the light receiving means 11 is disposed. 該受光手段１１は例えばＣＣＤエリアセンサが用いられる。 Light receiving means 11 is a CCD area sensor is used, for example.
前記第１ハーフミラー５の透過光軸１０と平行な投光光軸を有する第２光源１７が配設され、該第２光源１７の投光光軸上に第４コンデンサレンズ１８、第２パターン１９、第５コンデンサレンズ２０、第３ハーフミラー２１が配設され、該第３ハーフミラー２１は前記第２ハーフミラー１５と対向している。 The second light source 17 having a parallel projection optical axis and the transmission optical axis 10 of the first half-mirror 5 is arranged, the fourth condenser lens 18 on the projection optical axis of the second light source 17, the second pattern 19, the fifth condenser lens 20, the third half mirror 21 is disposed, the third half mirror 21 faces the second half mirror 15.
前記第３ハーフミラー２１の透過光軸上に該透過光軸と垂直となる位置に反射部材２２（水平エンコーダ）が配設されている。 The third reflection in the position where the translucent over the optical axis perpendicular to the transmitted light on the axis of the half mirror 21 members 22 (horizontal encoder) is provided. 反射部材２２は、回動部２１００の鉛直軸２１７０と一体に取り付けられた水平エンコーダの面を反射面として利用している。 Reflecting member 22 utilizes a surface of the horizontal encoder mounted integrally with the vertical axis 2170 of the rotating unit 2100 as a reflective surface. また回動部２１００は、測量機本体２０００のきょう体部に取り付けられた鉛直軸２１７０によって水平回転可能に支持されると共に、傾斜測定部２３００が水平に正しく設置された時に、反射部材２２の反射面も概略水平となる様に取り付けられている。 The rotating portion 2100 while being horizontally rotatably supported by the vertical shaft 2170 attached to today the body of the instrument body 2000, when the inclination measuring unit 2300 is installed horizontally correct reflection of the reflecting member 22 surface also mounted so as to be schematic horizontal.
前記第２光源１７、第４コンデンサレンズ１８、第２パターン１９、第５コンデンサレンズ２０、第３ハーフミラー２１等は固定反射部材投光系２４を構成し、前記第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、第３ハーフミラー２１、第３コンデンサレンズ９、受光手段１１等は受光光学系１２を構成する。 The second light source 17, a fourth condenser lens 18, the second pattern 19, the fifth condenser lens 20, etc. The third half mirror 21 constitute a fixed reflection member light projecting system 24, the first half mirror 5, the second a half mirror 15, the third half mirror 21, a third condenser lens 9, the light receiving means 11 or the like constituting the light-receiving optical system 12.
而して、前記第１光源１から射出された光線は、第１コンデンサレンズ２で概略平行光束とされ、前記第１パターン３、第２コンデンサレンズ４を透過した後、前記第１ハーフミラー５で反射され、更に前記自由液面６ａで反射され、前記第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、前記第３コンデンサレンズ９を透過して前記受光手段１１により受光される。 And Thus, the first light beam emitted from the light source 1 is a first approximately parallel light beam by the condenser lens 2, the first pattern 3, after passing through the second condenser lens 4, the first half mirror 5 in is reflected, is reflected further by the free liquid surface 6a, the first half mirror 5, the second half mirror 15 and is received by the light receiving means 11 passes through the third condenser lens 9. 即ち、前記第１パターン３の第１パターン像３ａ（図示せず）は前記第３コンデンサレンズ９により前記受光手段１１に結像される。 In other words, (not shown) the first pattern image 3a of the first pattern 3 is imaged on the light receiving unit 11 by the third condenser lens 9.
又、前記第２光源１７から射出された光線は、前記第４コンデンサレンズ１８で概略平行光束とされ、前記第２パターン１９を透過し、更に前記第５コンデンサレンズ２０、第３ハーフミラー２１を透過し、前記反射部材２２で反射され、前記第３ハーフミラー２１、第２ハーフミラー１５で反射され、前記第３コンデンサレンズ９を経て前記受光手段１１に受光される。 Further, light emitted from the second light source 17, the fourth is a substantially parallel light beam by the condenser lens 18, passes through the second pattern 19, further wherein the fifth condenser lens 20, the third half mirror 21 transmitted, the is reflected by the reflecting member 22, the third half mirror 21, is reflected by the second half mirror 15, is received by the light receiving means 11 through the third condenser lens 9. 即ち、前記第２パターン１９の第２パターン像１９ａ（図示せず）も前記第３コンデンサレンズ９を経て前記受光手段１１に結像される。 That is, the (not shown) the second pattern image 19a of the second pattern 19 is also imaged on the light receiving unit 11 through the third condenser lens 9.
尚、前記反射部材２２からの反射光で前記第２ハーフミラー１５で反射された状態の反射光軸２３は前記透過光軸１０が鉛直の場合に該透過光軸１０に合致する。 Incidentally, wherein the said second half-mirror 15 reflected optical axis 23 in a state of being reflected by the reflected light from the reflecting member 22 matches the translucent over the optical axis 10 when the vertical is the transmission optical axis 10. 従って、前記第１パターン３の第１パターン像３ａと第２パターン１９の第２パターン像１９ａとが合致する様になっている。 Therefore, a second pattern image 19a of the first pattern image 3a and the second pattern 19 of the first pattern 3 is given as matches.
前記透過光軸１０は前記自由液面６ａで反射されたものであり、従って、傾斜検出装置自体が傾斜していると、前記液体部材６の自由液面６ａは傾斜検出装置自体に対して相対的に傾斜し、その結果入射光軸に対して反射光軸２３が偏角する。 The transmission optical axis 10 has been reflected by the free liquid surface 6a, therefore, the inclination detecting device itself is tilted, the free liquid surface 6a of the liquid member 6 relative to the inclined detector itself graded, resulting incidence reflection optical axis 23 with respect to the optical axis is polarized corner.
前述した様に、前記自由液面６ａがθ傾斜した場合、液体部材６の屈折率ｎとすると反射光軸は２ｎθ偏角し、前記受光手段１１上では、前記第１パターン像３ａはｆ＊ｔａｎ（２ｎθ）だけ基準位置から移動する。 As described above, when the free liquid surface 6a is inclined theta, reflected optical axis and refractive index n of the liquid member 6 is 2nθ polarized hide, on the light receiving means 11, the first pattern image 3a is f * only tan (2nθ) moves from the reference position.
一方、前記反射部材投光系２４の投光光軸は、測量機本体２０００が水平に整準されている時に鉛直に固定されている。 On the other hand, the light projecting optical axis of the reflecting member light projecting system 24 is vertically fixed when the instrument body 2000 is leveled horizontally. そして反射部材２２である水平エンコーダにガタも傾きもなく、水平に回転している場合には、前記反射部材２２で反射された光線の、前記受光手段１１での受光位置（第２パターン像１９ａの位置）は一定している。 The reflection in the horizontal encoder is member 22 play even without inclination, if you rotate horizontally, the reflection of the reflected light in the member 22, the light receiving position (second pattern image 19a in the light receiving means 11 position of) is constant.
ところが、反射部材２２である水平エンコーダに回転ガタや傾きがある場合には、第１パターン像３ａに対する第２パターン像１９ａの移動量Ｌとして検出される。 However, if there is a rotation backlash and an inclination to the horizontal encoder is a reflecting member 22 is detected as the movement amount L of the second pattern image 19a relative to the first pattern image 3a. 前記受光手段１１の第１パターン３ａに対する第２パターン像１９ａの方向を検出することで、傾斜方向も検出することが可能である。 By detecting the direction of the second pattern image 19a relative to the first pattern 3a of the light receiving means 11, it is also possible to detect the inclination direction.
演算処理手段４０００に於いて、前記受光手段１１からの受光信号に基づき前記第１パターン像３ａと第２パターン像１９ａとの偏差を求め、更に偏差に基づき傾斜量、傾斜方向が演算される。 In the arithmetic processing unit 4000, based on said photodetection signal from the light receiving means 11 obtains a deviation between the first pattern image 3a and the second pattern image 19a, the inclined amount based on the further deviation, the inclination direction is calculated.
本発明は、自動整準用に、精度が粗いが測定範囲の広い傾斜センサーが内蔵されている。 The present invention relates to an automatic integer mutatis mutandis, accuracy is built rough but wide tilt sensor of the measuring range. この精度が粗いが測定範囲の広い傾斜センサーは、例えば、一般的な気泡管の泡の動きを電気信号に変換するセンサー等がある。 Wide tilt sensor This precision rough but measurement range, for example, there is a sensor for converting into an electric signal the movement of bubbles typical bubble tube.
整準部３０００は、精度が粗いが測定範囲の広い傾斜センサーからの信号に基づき、傾斜測定部２３００の測定範囲内となる様に整準動作を行う様になっている。 Leveling unit 3000, the accuracy becomes coarse but on the basis of a signal from a wide tilt sensor of the measuring range, the manner performs the leveling operation as falls within the measurement range of the inclination measuring unit 2300. なお傾斜センサーの精度が高く、測定範囲も広い場合には、傾斜測定部２３００に置き換えることもできる。 Note high accuracy of the inclination sensor, when the measurement range is wide may be replaced by inclined measuring section 2300. 更に傾斜センサーの精度が高く、測定範囲が狭い場合でも、測定範囲外において、傾斜センサーの出力信号により傾斜方向を判別することができれば、傾斜測定部２３００に置き換えることができる。 Even higher accuracy of the tilt sensor is, even when the measurement range is narrow, outside the measurement range, if it is possible to determine the tilt direction by the output signal of the tilt sensor can be replaced with inclined measuring section 2300.
尚、前記受光光学系１２での第１パターン像３ａ及び第２パターン像１９ａは、水平状態からの像の相対的な動き量を検出するためのものであるため、傾斜設定部２３００自体が水平な状態に於いて、前記反射部材２２からの反射光軸２３と前記自由液面６ａからの反射光軸２３は必ずしも合致していなくても、又平行でなくてもよい。 The first pattern image 3a and the second pattern image 19a in the light receiving optical system 12, because it is used to detect the relative movement amount of the image from the horizontal state, tilting setting portion 2300 itself horizontally in such a state, the reflection optical axis 23 from the free liquid surface 6a and the reflection optical axis 23 from the reflecting member 22 may not necessarily have met, or may not be parallel. 更に、傾斜設定部２３００自体が水平状態で前記第１パターン像３ａと第２パターン像１９ａとは前記受光手段１１上で必ずしも合致する必要はなく、両者のずれ量は演算する場合の補正値とすればよい。 Further, the correction value when the inclination setting unit 2300 itself not necessarily match on the light receiving means 11 and the first pattern image 3a and the second pattern image 19a in a horizontal state, both shift amount for calculating do it.
図６に示す様に受光装置２００００は、コーナーキューブ２１０００と、光通信受信部９１００と、演算部９２００と、演算データ表示部９３００と、操作部９４００と、入出力部９５００と、記憶部９６００とから構成されている。 Receiving device 20000, as shown in Figure 6, the corner cube 21000, and an optical communication reception section 9100, an operation unit 9200, the calculation data display unit 9300, an operation unit 9400, an input-output unit 9500, a storage unit 9600 It is constructed from.
光通信受信部９１００は、位置検出装置１００００が受光装置２００００の位置を検出して、３次元位置情報に変換し送信した信号を受光するためのものである。 Optical communication reception unit 9100, the position detecting device 10000 detects the position of the light receiving device 20000 is intended for receiving the transmitted signal is converted into a three-dimensional position information. 設定されたローカル座標系に演算部９２００が変換し、演算データ表示部９３００に表示する様になっている。 Calculation unit 9200 converts the set local coordinate system, has become as to display the calculation data display unit 9300.
本発明の位置検出装置１００００は追尾光及び測距光を、水平方向にファン状に回転照射し、照射範囲にあるターゲット３００００を捕え、位置測定をする装置である。 The position detector 10000 tracking light and the distance measuring light of the present invention, rotary irradiation horizontally fan shape, captures the target 30000 in the irradiation range, a device for position measurement.
水平方向は回動部２１００に設けた水平角エンコーダ２１８０で概略捕え、受光装置検出部１２００に設けたエリアセンサの映像から水平角を補正し、高低角を算出する。 Horizontal caught schematic horizontal angle encoder 2180 provided on the rotating portion 2100, corrects the horizontal angle from the image of the area sensor provided in the light receiving device detection unit 1200, calculates the elevation angle. ファン状の測定光を使用することから、水平面を基準とする使用範囲を想定している。 From using the fan-shaped measurement light, it assumes the range of use with respect to the horizontal plane. しかしながら、一般的な測量作業はこの範囲に多い。 However, general surveying operation is common in this range.
位置検出装置１００００で使用するエリアセンサは、前述した様に、画像を取り込むことの出来る画像センサ、例えばＣＣＤである。 Area sensor used in the position detecting device 10000, as described above, the image sensor capable of capturing an image, for example, a CCD. 画像センサから取り入れた画像データは、受光装置２００００の位置検出に使用すると共に、受光装置２００００側に送信し、位置データとリンクした画像として使用すことが可能となる。 Image data taken in from the image sensor is configured to use the position detection of the photodetection apparatus 20000 sends the received device 20000 side can be used as the position data and the linked images.
更に画像データを変換するアプリケーションソフトで、パノラマの様な画像に変換して表示させることもできる。 Further application software for converting image data, may be displayed by converting into such image panorama.
位置検出装置１００００の受光装置２００００検出ルーチンは以下の通りとなる。 Receiving device 20000 detection routine of the position detecting device 10000 is as follows.
始めに、回転ヘッドを回動させながら、角度演算部１４００のデータに基づき、第１の撮像部１３２０の水平方向視野角より小さい角度毎に、第１の撮像部１３２０で一回転分の画像を取り込む。 First, while rotating the rotary head, based on data of the angle calculation section 1400, a small angle each from the horizontal view angle of the first imaging unit 1320, an image of one rotation in the first imaging unit 1320 take in. 画像取り込み角度を、水平方向視野角より小さい角度にするのは、全周もれなく画像データを取り込むためである。 An image capture angle, to a small angle from the horizontal direction the viewing angle is to capture the entire circumference entitled image data.
この時の画像には、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００以外に他の画像情報が存在しているため、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００のみを認識する事はできない。 At this time of the image, because the other image information other than the corner cube 21000 of the light-receiving apparatus 20000 is present, it can not be recognized only the corner cube 21000 of the light-receiving apparatus 20000.
そこで、２周目以降は、１周目と同じ角度毎に画像を取り込むのであるが、同時に検出光発光部１２１０のパルスレーザダイオード１２１１をパルス発光させる。 Therefore, the second lap later, although capture images for each same angle as the first lap, the pulse emission of the pulsed laser diode 1211 of the detection light emitting unit 1210 simultaneously. 検出光発光部１２１０より射出された光は、受光装置２００００のコーナーキュープ２１０００により反射され、位置検出装置１００００で受光される。 The light emitted from the detection light emitting unit 1210 is reflected by the corner Kyupu 21000 of the light-receiving device 20000 and is received by the position detector 10000.
検出光発光部１２１０のパルス発光により、回動しながらＣＣＤ画像を取り込んでも、コーナーキューブ２１０００のＣＣＤ画像をぶれなく取り込むことが出来る。 The pulse emission of the detection light emitting unit 1210, also incorporate a CCD image while rotating, it is possible to incorporate not blur the CCD image of the corner cube 21000. 前記方法により取り込まれた画像データは、１周目の画像に検出光発光部１２１０より射出し、受光装置２００００のコーナーキューブ２１００により反射した画像が合成されたものとなっている。 Image data captured by said method, emitted from the detection light emitting unit 1210 in the first round of the image, the image reflected by the corner cube 2100 of the light-receiving device 20000 is in the those synthesized.
２周目以降の画像データより前記１周目の画像の画像データを差し引いた画像データが、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像と認識できる。 Image data obtained by subtracting the image data of the first round of the image from the image data of the second round or later, can be recognized as an image of the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000. 求められた受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像の重心を検出して、コーナーキューブ２１０００の画像中心を求め、求めた位置情報と画像とを取り込んだ時点の角度検出部１４００の角度データより演算して、受光装置２０００の水平角及び高低角を求めることができる。 Detecting the center of gravity of the obtained image of the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000 obtains the image center of the corner cube 21000, and calculated from the angle data of the angle detection unit 1400 at the time of incorporating the positional information obtained and images Te, it is possible to determine the horizontal angle and elevation angle of the light receiving device 2000.
また同周期内で、受光装置２００００の認識を行うこともできる。 Also in the same period, it is also possible to perform recognition of the light receiving device 20000. 回転ヘッドを回転させながら、角度検出部１４００のデータに基づき、第１の撮像部１３２０から画像データを取り込む。 While rotating the rotary head, based on data of the angle detection unit 1400 fetches the image data from the first imaging unit 1320. この時の画像は、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００以外に他の画像情報が存在しているため、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００のみを認識することはできない。 The time of the image, because the other image information except the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000 is present, it is impossible to recognize only the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000.
次に、画像取り込み後、検出光発光部１２１０のパルスレーザダイオード１２１１をパルス発光させる。 Then, after image capture, the pulsed laser diode 1211 of the detection light emitting unit 1210 is pulsed light. 検出光発光部１２１０より射出された光は、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００により反射され、位置検出装置１００００で受光される。 The light emitted from the detection light emitting unit 1210 is reflected by the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000 and is received by the position detector 10000. 取り込まれた画像データは、始めに取り込んだ画像に対して、検出光発光部１２１０より射出し、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００から反射した画像が合成される。 Acquired image data, on an image taken at the beginning, and emitted from the detection light emitting unit 1210, the image reflected from the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000 is synthesized. また取り込み時間のずれ分相当の回動部２１００が回転しただけ、画像が回転する様になっている。 The shifted amount equivalent of the rotational portion 2100 of the acquisition time is rotated, the image is given as to rotate.
角度検出部１４００のデータに基づき、画像の回転角分を補正し、後の画像データより前の画像データを差し引いた画像データにより、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像と認識することができる。 Based on the data of the angle detection unit 1400 corrects the rotation angle of an image, the image data obtained by subtracting the previous image data from the image data after, it is possible to recognize the image of the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000.
同様に求めた受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像の重心を検出して、コーナーキューブ２１０００の画像中心を求める。 Detecting the center of gravity of the image of the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000 obtained similarly, we obtain the image center of the corner cube 21000. そして、求めた位置情報と画像とを取り込んだ時点の角度検出部１４００の角度データより演算して、受光装置２００００の水平角及び高低角を求めることができる。 Then, it is possible to compute than the angle data of the position information and the time point of angle detection unit 1400 incorporating the image obtained to determine the horizontal angle and elevation angle of the light receiving device 20000.
全周もれなく画像データを取り込むためには、取り込んだ時間の差により、ずれた画像角度分だけ更に狭く画像取り込み角度を決める必要がある。 To capture the entire circumference entitled image data, the difference between that time taken, it is necessary to determine the narrower image capture angle by the image angle worth of shift.
第１の撮像部１３２０で求められた水平角及び高低角は、ＣＣＤの視野角が広いため分解角が大きい。 The horizontal angle and elevation angle obtained by the first imaging unit 1320, a large degradation angle for a wide viewing angle of the CCD. 受光装置２００００と位置検出装置１００００との距離が近い場合には問題とならないが、距離が離れている場合には、３次元データに変換した場合に大きな誤差となる。 Although not a problem if the distance between the position detecting device 10000 and the light receiving device 20000 is short, if the distance is away is a large error when converted to 3-dimensional data. その場合には、第２の撮像部１３３０を用いる。 In that case, using the second imaging unit 1330. ２周目までのルーチンで、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の位置は認識できているので、受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００が第２の撮像部１３３０の視野内にある場合、選択的に第２の撮像部１３３０より画像を取り込み、受光装置２００００の水平角および高低角を求める。 In the routine of up to 2 lap, the position of the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000 is recognized, if the corner cube 21000 of the light-receiving device 20000 is in the field of view of the second imaging unit 1330, selectively second captures the image from the imaging unit 1330 obtains a horizontal angle and elevation angle of the photodetection device 20000. 求められた角度データは、第１の撮像部１３２０に比べ第２の撮像部１３３０の視野が狭い比率分だけ分解角が小さい。 Angle data obtained are decomposed angle field of view only a narrow ratio amount of the second imaging unit 1330 is smaller than that of the first imaging unit 1320.
更に回折格子１３８０により、ＣＣＤ上にできる像を少なくとも２個以上に分割している。 Further by the diffraction grating 1380 divides the image that can be on the CCD at least two or more. 回折格子１３８０の回折角は、ＣＣＤの画素幅の非整数倍となる様に構成されている。 Diffraction angle of the diffraction grating 1380 is configured so as to be non-integer multiple of the CCD pixel width. 予め決められた回折格子１３８０の回折角より、第２の撮像部１３３０上に結像した複数の受光装置２００００のコーナーキューブ２１０００の画像をそれぞれ分離して演算して重心検出処理演算を行い、平均化する事により更に角度分解能を向上させることができる。 Than the diffraction angle of a predetermined diffraction grating 1380, performing a second centroid detection processing operation by calculating by separating each image of the corner cube 21000 of the plurality of light receiving devices 20000 imaged on the image pickup unit 1330, the average it can further improve the angular resolution by reduction. 従って、水平面に対し狭い高低角の範囲の第２の撮像部１３３０の視野範囲においては、長い距離まで高い測定精度を維持する事ができる。 Therefore, in the field of view of the second imaging unit 1330 in the range of narrow elevation angle to a horizontal plane, it is possible to maintain a high measurement accuracy to long distances.
レンズ系には、ディストーションが存在するが、第１の撮像部１３２０と第２の撮像部１３３０の光学系とも、予め基準となる場所で、校正データを作成しておき、コーナーキューブ２１０００の位置検出を行う演算処理の段階で誤差を差し引いて除去することもできる。 The lens system is distortion is present, the first imaging unit 1320 with an optical system of the second imaging unit 1330, in place as a pre-reference, advance to create a calibration data, the position detection of the corner cube 21000 It may be removed by subtracting the error in step arithmetic process for performing.
以上の様に構成された本発明は、測定光を発するための光源部と、傾斜測定部と、演算処理部と、固定部と、鉛直方向に回転軸を有する回動部を有し、回動して反射体に測定光を回転照射し、その反射光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置において、該反射光を受光するための受光部と、測定光を走査方向に射出すると共に反射光を前記受光部に導き、回動部と一体に回動する走査手段と、該走査手段の回転位置を検出するための角度検出器とを備え、前記測定光が扇状に広がる測距光を含み、前記受光部は前記固定部に設けられ前記走査手段からの光を結像する撮像部を有し、前記撮像部に結像した像の結像位置と、前記走査手段の向きが方向付けられている角度により、前記反射体の方向を求める構成をもつので、大幅な作業 The present invention constructed as described above has a light source section for emitting measurement light, a tilt measuring unit, an arithmetic processing unit, and a fixing portion, a rotating portion having a rotation axis in a vertical direction, times moving to rotate the measurement light to the reflector, the position measuring device for determining the distance and direction and position from the reflected light, and a light receiving portion for receiving the reflected light, the emitted measuring light in the scanning direction the reflected light guided to the light receiving unit, a scanning means which rotates integrally with the rotating portion, and a angle detector for detecting a rotational position of said scanning means, the distance measuring light which the measuring light is fanned wherein the light receiving unit includes an imaging unit for imaging light from said scanning means provided on the fixed portion, and the imaging position of the image formed on the imaging unit, orientation direction of the scanning means the angle is attached, because it has a structure for determining the direction of the reflector, significantly work 率の改善を図ることができるという効果がある。 There is an effect that it is possible to improve the rate.
【図１】本発明の実施例の位置検出装置１００００を説明する図である。 1 is a diagram for explaining a position detecting device 10000 of the embodiment of the present invention.
【図２】本実施例の位置検出装置１００００の電気的構成を説明する。 [Figure 2] illustrating the electrical configuration of the position detecting device 10000 of this embodiment.
【図３】本発明の原理を説明する図である。 3 is a diagram illustrating the principles of the present invention.
【図４】本発明の原理を説明する図である。 4 is a diagram illustrating the principles of the present invention.
【図５】本実施例の傾斜測定部２３００を説明する図である。 5 is a diagram illustrating ramping measuring unit 2300 of this embodiment.
【図６】本実施例の受光装置２００００を説明する図である。 6 is a diagram illustrating a receiving apparatus 20000 of this embodiment.
【図７】本発明の原理を説明する図である。 7 is a diagram illustrating the principles of the present invention.
【図８】従来の技術を説明する図である。 8 is a diagram for explaining a conventional technology.
１００００ 位置検出装置２００００ 受光装置３００００ ターゲット２１０００ コーナーキューブ１１００ 測距部１２００ 受光装置検出部１２１０ 検出光発光部１３００ データ送信部１３２０ 第１の撮像部１３３０ 第２の撮像部１４００ 角度測定部１５００ 回動照射部２０００ 測量機本体２１００ 回動部２１１０ 回転ミラー２１７０ 鉛直軸２１８０ 水平角測定用のロータリーエンコーダ２２００ 固定部２２１１ 距離検出発光部２２１４ 距離検出受光部２３００ 傾斜測定部３０００ 整準部４０００ 演算処理手段４２００ 記憶部４３００ 表示部４４００ 駆動回路４５００ モータ５０００ 操作部 10000 position detector 20000 photodetector 30000 target 21000 corner cube 1100 distance measuring unit 1200 receiving apparatus detecting unit 1210 detects light emitting unit 1300 data transmission unit 1320 second image pickup unit the first imaging unit 1330 1400 angle measuring unit 1500 rotates irradiation part 2000 instrument body 2100 rotates 2110 rotates the mirror 2170 vertical axis 2180 rotary encoder 2200 fixed part 2211 a distance detecting light-emitting part 2214 a distance-detection light-receiving sections 2300 tilt measuring unit 3000 leveling unit 4000 computing means 4200 stores for horizontal angle measurement part 4300 display unit 4400 driving circuit 4500 motor 5000 operating section
測定光を発するための光源部と、傾斜測定部と、演算処理部と、固定部と、鉛直方向に回転軸を有する回動部を有し、回動して反射体に測定光を回転照射し、その反射光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置において、該反射光を受光するための受光部と、測定光を走査方向に射出すると共に反射光を前記受光部に導き、回動部と一体に回動する走査手段と、該走査手段の回転位置を検出するための角度検出器とを備え、前記測定光が扇状に広がる測距光を含み、前記受光部は前記固定部に設けられ前記走査手段からの光を結像する撮像部を有し、前記撮像部に結像した像の結像位置と、前記走査手段の向きが方向付けられている角度により、前記反射体の方向を求めることを特徴とする位置測定装置。 A light source unit for emitting measuring light, a tilt measuring unit, an arithmetic processing unit includes a fixed portion, the rotating portion having an axis of rotation in a vertical direction, rotating the measurement light to the reflector rotates and, in the position measuring device for determining the distance and direction and position from the reflected light is guided to the light receiving portion of the reflected light as well as injection and a light receiving portion for receiving the reflected light, the measurement light in the scanning direction, rotation a scanning means which rotates integrally with the section, and a angle detector for detecting a rotational position of said scanning means comprises a distance measuring light, wherein the measuring light is fanned, the light receiving portion to the fixed portion provided has an imaging unit for imaging light from said scanning means, and imaging position of the image formed on the imaging unit, the angle of orientation is oriented in the scanning means, said reflector position measuring device and obtains the direction.
測定光は、走査手段に設けられた拡散光学系により扇状に射出され、該拡散光学系より入射した反射光を受光部に導く請求項１記載の位置測定装置。 Measuring light emitted in a fan shape by diffusion optical system provided in the scanning unit, the position measuring apparatus according to claim 1, wherein directing the reflected light incident from the diffusion optical system on the light receiving portion.
測定光には視準光を含み、受光部はその視準光を受光するための視準用受光センサを有し、該視準用受光センサは反射光から視準中心と反射体の偏差を検出する請求項１記載の位置測定装置。 Includes a collimated light to the measurement light, the light receiving unit has a visual mutatis mutandis receiving sensor for receiving the collimated light, convergent mutatis mutandis light receiving sensor detects a deviation of the reflector and the collimation center of the reflected light position measuring device according to claim 1.
複数の反射体の位置を測定する請求項１記載の位置測定装置。 Position measuring device according to claim 1 for measuring the positions of a plurality of reflectors.
測定された反射体に向けて、その反射体に関連する測定データを送信するための送信装置を備えた請求項１記載の位置測定装置。 Toward measured reflector, the position measuring apparatus according to claim 1, further comprising a transmission device for transmitting measurement data associated with the reflector.
複数の反射体の位置を測定し、反射体に関連する測定データを個々の反射体に向けて送信する請求項５記載の位置測定装置。 A plurality of the position of the reflector is measured, the position measuring device according to claim 5 to be transmitted to the measurement data associated with the reflector to the individual reflector.
受光部は、撮像装置を備え、この撮像装置で捉えた画像データを反射体に向けて送信する請求項５記載の位置測定装置。 The light receiving unit is provided with an imaging device, the position measuring device according to claim 5, wherein the transmitting the image data captured by the imaging device toward the reflector.
前記演算処理手段は、 前記傾斜測定部の測定結果により、回動部の回転ガタもしくは傾きを検出し、演算処理手段が、受光部が受光する測定対象物の受光位置を補正する演算を行う請求項１記載の位置測定装置。 It said processing means, the measurement result of the tilt measuring unit, wherein for detecting a rotational backlash or inclination of the rotation unit, the arithmetic processing means performs an operation for correcting the light receiving position of the measurement object light receiving unit receives light position measuring device according to item 1, wherein.
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