JP2000266540A - 電子レベル - Google Patents

電子レベル

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JP2000266540A
JP2000266540A JP11071535A JP7153599A JP2000266540A JP 2000266540 A JP2000266540 A JP 2000266540A JP 11071535 A JP11071535 A JP 11071535A JP 7153599 A JP7153599 A JP 7153599A JP 2000266540 A JP2000266540 A JP 2000266540A
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電子レベル用標尺のパターン面に陰影が形成さ
れても電子レベル本体が支障なくパターンの判別が行え
る様にする。 【解決手段】視準する標尺1に配されたパターンを光電
変換し高低差を求める電子レベルに於いて、前記標尺を
照射する測定補助光11をパルス照射する照射装置を備
え、電子レベル用標尺の反射面に生じた陰影の影響を除
去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子レベルに係り、
特に標尺のパターン像を光電変換器により電気信号に変
換し、得られた電気信号から高低差を求める電子レベル
に係るものである。
【0002】
【従来の技術】レベルは高低差を測定する測量装置であ
り、従来のレベルは測定目標地点に置いた標尺を作業者
が望遠鏡で視準し、標尺に描かれた数値を目視で読取る
測量装置であった。本発明が実施される電子レベルは、
標尺を視準し描かれたパターンを受光素子で受光し、電
気信号に変換して位置を計算し数値として表示する装置
である。
【0003】先ず、電子レベルに於ける測定原理につい
て説明する。
【0004】電子レベルに対応して使用される電子レベ
ル用標尺1は、図4に示す様に、第1のパターンAと第
2のパターンBと第3のパターンRが等間隔(p)で繰
返し配置されている。即ち、3種のパターンを1ブロッ
クとして各ブロックが連続して形成されており、最も下
側に配置されたブロックを、0ブロックと定義し、R
(0)、A(0)、B(0)と記載すれば、R(1)、
A(1)、B(1)、R(2)、A(2)、B(2)、
…と繰返し配置されている。尚、全てのパターンが等間
隔pで繰返されているので、この間隔に対応した信号を
基準信号とすることができる。
【0005】そして、例えば第3のパターンRは、黒幅
8mmで固定幅となっており、第1のパターンAは600
mmで1周期となる様に、黒部分の幅を最大変調幅が10
mmの範囲で変調しており、第2のパターンBは570mm
で1周期となる様に黒部分の幅を最大変調幅が10mmの
範囲で変調している。
【0006】前述した様に、電子レベル用標尺1の第1
のパターンAは600mmで1周期となる様に黒部分の幅
を変調し、電子レベル用標尺1の第2のパターンBは5
70mmで1周期となる様に黒部分の幅を変調している。
従って、第1のパターンAと第2のパターンBとは、周
期が僅かに異なっている為、両者の最小公倍数となる距
離で同様のパターンが繰返し現れる。上記した例では6
00mmと570mmの最小公倍数である11400mmで同
様のパターンが繰返し現れる。従って第1のパターンA
による信号と、第2のパターンBによる信号との位相差
は、0〜11400mmの範囲で0〜2π迄変化すること
になる。
【0007】水準高の測定原理を説明する。
【0008】先ず、遠距離測定の場合を説明する。
【0009】電子レベルでは電子レベル用標尺1を視準
した場合に、該電子レベル用標尺1のパターン像をリニ
アセンサで受光している。図5はこのリニアセンサから
得られる受光素子からの信号をフーリエ変換し、基準信
号のみ取出してフーリエ変換した場合の信号を示してお
り、フーリエ変換した信号からは、等間隔ピッチpに相
当する信号を得ることができる。ここで、高速フーリエ
変換で求められた等間隔ピッチに相当する基準信号の位
相をθとし、水平位置に相当するリニアセンサのアドレ
ス位置(第mビット目)の位相をθm とすれば、第1式
となる。
【0010】H1 =(θm /360°)×p …第1式
【0011】即ち、等間隔ピッチp内を精密に水平位置
H1 を測定することができる(精測定)。
【0012】又、水平位置を求める為には、電子レベル
用標尺1に形成された等間隔ピッチpのパターン開始位
置からの概略位置を求める必要がある。そこでリニアセ
ンサからの出力信号を、基準信号(等間隔ピッチpに相
当する信号)の前後半ピッチ分で積分する。更にこの積
分値を3つ毎に間引けば(プロダクト検波)、図6に示
す様に、第1のパターンAに相当する信号1と、第2の
パターンBに相当する信号2と、第3のパターンRに相
当する信号3とが得られる。然し乍ら第3のパターンR
は、幅が変調されていない上、第1のパターンAと第2
のパターンBの最大変調幅が10mmに対して、第3のパ
ターンRは8mmしかないので、第3のパターンRに相当
する信号3は、積分値が略一定であり、信号1や信号2
に比較して約80%の値となる。
【0013】そして、第3のパターンRと、第1のパタ
ーンAと、第2のパターンBとは、定められた順番に繰
返して配置されているので、間引かれた信号が、第3の
パターンR、第1のパターンA、第2のパターンBの何
れであるか、決定することができる。
【0014】更に、影等の外乱光の影響を取り除く為、
第3のパターンRに相当する信号を基準として、図7に
示す様に、(A−R)、(B−R)の信号を得る。
【0015】次に、(A−R)、(B−R)の信号か
ら、水平位置に対応するリニアセンサのアドレス位置
(第mビット目)を含む、基準信号が含まれるR、(A
−R)、(B−R)の1組の信号を選択し、(A−R)
と(B−R)の位相を求めれば、電子レベル用標尺1の
何れの位置の、第1のパターンA、第2のパターンB、
第3のパターンRの組合わせであるかを求めることがで
きる。この結果、水平位置の概略の水準高H2 を得るこ
とができる(粗測定)。
【0016】以上の様に水準高Hは、水平位置に於ける
基準信号の位相を求め(精測定)、又、水平位置に相当
する基準信号が、電子レベル用標尺1のパターン開始位
置を基準に何れの位置にあるかを、第1のパターンA、
第2のパターンBの位相差より求め(粗測定)、これら
精測定した水平位置H1 と粗測定した水準高H2 を桁合
わせすることにより求めることができる。
【0017】次に近距離測定の場合を説明する。
【0018】近距離測定の場合には、遠距離測定の様に
フーリエ変換を施した後、プロダクト検波を行つて水準
高を求めるよりも、第1のパターンAと第2のパターン
Bと第3のパターンRの鮮明な画像が得られる為、直接
に信号幅を測定し何番目ブロックに該当するかを決定す
ることで近距離に於いては高精度の測定ができる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】上記した様に、電子レ
ベルでは標尺の視準面に描かれた白黒パターンを受光素
子で受光し、パターンを判別することにより高低位置を
検出していた。その為、日中の木陰の様な場所での測定
では、コントラストの強い太陽光と影が標尺のパターン
と重なり、受光素子上でパターンの判別が困難となる問
題があった。
【0020】本発明は斯かる実情に鑑み電子レベル用標
尺のパターン面に陰影が形成されても支障なくパターン
の判別が行える様にするものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は、視準する標尺
に配されたパターンを光電変換し高低差を求める電子レ
ベルに於いて、前記標尺を照射する測定補助光をパルス
照射する照射装置を備えた電子レベルに係り、又視準す
る前記標尺範囲をカバーする様に前記測定補助光は扇状
に照射する電子レベルに係り、又照射装置の発光源とし
て半導体レーザを具備し、該半導体レーザの射出ビーム
は垂直方向に一致してビーム広がり角が大きい電子レベ
ルに係り、又電子レベル用標尺からの反射光を受光する
受光素子にシャッタを配設し、該シャッタが前記照射装
置と同期駆動される電子レベルに係り、又電子レベル用
標尺からの反射光を受光する受光素子が前記パルス照射
に同期して受光する電子レベルに係り、又パルス照射さ
れる標尺のパターンが描かれた面は、再帰反射シートが
貼設されている電子レベルに係り、又前記再帰反射シー
トは色付きの反射シートである電子レベルに係るもので
あり、測定補助光をパルス光として照射することで、電
子レベル用標尺の反射面に生じた陰影の影響が除去さ
れ、又受光素子に入射する反射光を電子シャッタで制限
することでS/N比が向上する。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。
【0023】図1は電子レベルの概観である。電子レベ
ル本体3と、目標地点を概略合わせる照準器5と、該電
子レベル本体3を支え整準する基盤部6と、目標地点に
ある電子レベル用標尺1を視準する接眼レンズ部7と、
目標地点に視準を合わせる合焦ノブ8と、必要に応じて
電子レベル用標尺1に向けて測定補助光11を照射する
投光部9と、前記電子レベル用標尺1からの反射光を入
射する望遠鏡の対物レンズ部10と、電源スイッチ等が
配置される操作部12とから構成される。測定補助光1
1を射出する光源は、例えば、光量が十分であるが測定
できない時、自動で又は手動で作動される。
【0024】図2は電子レベルの投光部9から前記電子
レベル標尺1に向けて測定補助光11を照射している様
子を示している。望遠鏡の視準する標尺の範囲をカバー
する様に前記測定補助光11が縦長楕円状に照射されて
いる。望遠鏡の視界を約1°30′とし近距離の測定が
1mとすれば、望遠鏡と投光部9とを並列に設けたこと
を考慮すると水平に5°垂直に10°程度の広がり角が
必要となる。光源の半導体素子の射出するビームの広が
り角は水平が約8°、垂直が約30°であるので、ビー
ム広がり角の大きい方を垂直方向に合わせれば垂直を調
整するればよいことになる。
【0025】図3に於いて、本発明に係る電子レベル本
体3の概略構成を説明する。
【0026】対物レンズ部10と、コンペンセータ13
と、ビームスプリッタ14と、接眼レンズ部7と、CC
Dリニアセンサ(受光素子)15と、演算処理手段16
と、駆動部17とから構成されている。
【0027】前記対物レンズ部10は、電子レベル用標
尺1のパターンの像を形成する為のものである。本実施
の形態での対物レンズ部10は、対物レンズ20とイン
ターナルレンズ21とから構成されており、該インター
ナルレンズ21を移動させることにより、電子レベル用
標尺1のパターンの像に対するピント合わせを行うこと
ができる。従って、インターナルレンズ21は合焦部に
該当するものである。
【0028】前記コンペンセータ13は、電子レベル本
体3の光軸が多少傾いても、視準線を自動的に水平にす
る為の自動補償機構であり、水平光線を上下に変化させ
て結像させるものである。前記ビームスプリッタ14
は、光を接眼レンズ部7方向と、CCDリニアセンサ1
5方向に分割する為のものである。
【0029】前記接眼レンズ部7は、測量者が、電子レ
ベル用標尺1を目視する為のものである。前記CCDリ
ニアセンサ15はパターン検出部に該当するもので、対
物レンズ部10によって形成された電子レベル用標尺1
のパターン像を電気信号に変換する為のものである。
【0030】本実施の形態では、CCDリニアセンサ1
5が使用されている。該CCDリニアセンサ15は、フ
ォトダイオードを少なくとも1次元的に配置したリニア
イメージセンサであれば、何れのセンサでも採用するこ
とができる。
【0031】演算処理手段16は、アンプ23と、サン
プルホールド24と、A/D変換器25と、RAM26
と、クロックドライバ27と、マイクロコンピュータ2
8と、表示器29とから構成されている。
【0032】前記アンプ23は、CCDリニアセンサ1
5からの電気信号を増幅するものであり、サンプルホー
ルド24は、増幅された電気信号をクロックドライバ2
7からのタイミング信号でサンプルホールドするもので
ある。A/D変換器25は、サンプルホールドされた電
気信号をA/D変換する為のものである。そしてRAM
26は、A/D変換されたデジタル信号を記憶する為の
ものである。又、マイクロコンピュータ28は、各種演
算処理を行うものである。
【0033】前記投光部9は半導体レーザ31、シリン
ドリカルレンズ32から構成され、前記半導体レーザ3
1は前記駆動部17を介し、前記マイクロコンピュータ
28により駆動制御される。前記投光部9、駆動部1
7、マイクロコンピュータ28等により測定補助光11
を前記電子レベル用標尺1にパルス照射する照射装置が
構成される。
【0034】上記した様に望遠鏡で視準する為には測定
補助光11の広がり角は水平に5°垂直に10°程度と
なる。光源の半導体素子の射出するビームの広がり角は
水平が約8°、垂直が約30°であるので、垂直方向の
パワーを持つ前記シリンドリカルレンズ32を配置し、
前記測定補助光11の垂直の広がり角を調整している。
【0035】広がり角を調整された補助光11は前記電
子レベル用標尺1を照射するが、連続に照射される必要
はない。受光素子即ちCCDリニアセンサ15が受光を
感知できる入射光量があれば良い。受光素子がCCDで
あれば入射光量は「電荷を蓄積する時間」と「入射光の照
度」の積となる。受光素子が出力の高いLDであれば数
ミリ秒のパルス発光で十分である。
【0036】CCDリニアセンサ15はノイズ光を受光
しない様に可視光範囲を受光する様になっていることか
ら前記半導体レーザ31は可視光に近いLDとなるが、
発光時間を短く設定することで問題は生じない。前記C
CDリニアセンサ15はパルス発光に同期させて発光の
時のみ受光する様にされている。更に、前記CCDリニ
アセンサ15の前面には前記駆動部17により駆動さ
れ、半導体レーザ31の発光と同期されて開閉する電気
的シャッタ30を設け、ノイズ光の受光を妨げる様にな
っていてもよい。
【0037】前記電子レベル用標尺1のパターンが描か
れた面は、反射しやすい再帰反射シートが貼設されてお
り、該再帰反射シート表面に図4で示すパターンが描か
れている。再帰反射シートに描かれたパターンは白黒パ
ターンに比べて視準光を検出しやすく、測定補助光11
をより反射する。又パターン或は地のいずれか一方のみ
再帰反射面としても良い。更に通常の再帰反射シートは
グレー色に見えるが、色付きの再帰反射シートとするこ
とで更にパターンの視認性を向上することもできる。
【0038】以下、作動を説明する。
【0039】前記マイクロコンピュータ28が前記駆動
部17を介して前記半導体レーザ31をパルス発光させ
る。該半導体レーザ31から発せられる可視光、近赤外
光レーザ光線は前記シリンドリカルレンズ32により垂
直方向のみが集光され、垂直が10°、水平が約8°の
広がり角を持つ楕円状の光束が照射される(図2参
照)。
【0040】前記半導体レーザ31から射出されるレー
ザ光線の強さは、木陰等の影響を受けない程度とされ
る。前記電子レベル用標尺1で反射された反射光は前記
対物レンズ部10を介して入射され、前記ビームスプリ
ッタ14で接眼レンズ7方向とCCDリニアセンサ15
方向に分割される。該CCDリニアセンサ15の前面に
は前記電気的シャッタ30が設けられ、前記半導体レー
ザ31と同期駆動され、前記電子レベル用標尺1からの
反射光が入射する時だけ開放されるので、外来光の入射
が抑制され、その為S/N比が向上する。
【0041】前記電気的シャッタ30を通して反射光が
入射し、前記CCDリニアセンサ15には前述した電子
レベル用標尺1のパターンが投影される。前記アンプ2
3はCCDリニアセンサ15からの電気信号を増幅する
ものであり、サンプルホールド24は、増幅された電気
信号をクロックドライバ27からのタイミング信号でサ
ンプルホールドするものである。A/D変換器25は、
サンプルホールドされた電気信号をA/D変換し、前記
RAM26はA/D変換されたデジタル信号を記憶する
為のものである。
【0042】前記マイクロコンピュータ28は、前記R
AM26から受光信号を呼込み、遠距離であれば、受光
素子からの信号をフーリエ変換し、或はプロダクト検波
し、更に水平位置に於ける基準信号の位相を求め(精測
定)、又、水平位置に相当する基準信号が、電子レベル
用標尺1のパターン開始位置を基準に何れの位置にある
かを第1のパターンA、第2のパターンBの位相差より
求め(粗測定)、これら精測定した水平位置H1と粗測
定した水準高H2を桁合わせする等の演算処理を行う。
【0043】又、前記マイクロコンピュータ28は、近
距離であれば第1のパターンAと第2のパターンBと第
3のパターンRの信号幅を直接測定し、何番目ブロック
に該当するか等の演算処理を行う。
【0044】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、木陰等
の影響を除去する様にパルスの測定補助光を電子レベル
用標尺に照射し測定するので、精度の高い測定を行うこ
とができる。又、必要とされる部分だけ測定補助光をパ
ルス照射するので、低電力で作動し、更に、パルス発光
に応じて電子シャッタを駆動するので外乱光の入射を抑
制できS/N比が向上する、等の優れた効果を発揮す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施が実施される電子レベル本体の外
観図である。
【図2】本発明の実施の形態での測定状態を示す説明図
である。
【図3】本発明の実施の形態の構成を示すブロック図で
ある。
【図4】電子レベル用標尺のパターンを示す説明図であ
る。
【図5】リニアセンサの受光信号をフーリエ変換した場
合の信号図である。
【図6】受光信号をパターン毎に分離した場合の信号図
である。
【図7】図6の信号から外乱光の影響を除去した場合の
信号図である。
【符号の説明】
1 電子レベル用標尺 3 電子レベル本体 7 接眼レンズ部 9 投光部 15 CCDリニアセンサ 16 演算処理手段 17 駆動部 30 電気的シャッタ 31 半導体レーザ 32 シリンドリカルレンズ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 視準する標尺に配されたパターンを光電
    変換し高低差を求める電子レベルに於いて、前記標尺を
    照射する測定補助光をパルス照射する照射装置を備えた
    ことを特徴とする電子レベル。
  2. 【請求項2】 視準する前記標尺範囲をカバーする様に
    前記測定補助光は扇状に照射する請求項1の電子レベ
    ル。
  3. 【請求項3】 照射装置の発光源として半導体レーザを
    具備し、該半導体レーザの射出ビームは垂直方向に一致
    してビーム広がり角が大きい請求項1の電子レベル。
  4. 【請求項4】 電子レベル用標尺からの反射光を受光す
    る受光素子にシャッタを配設し、該シャッタが前記照射
    装置と同期駆動される請求項1の電子レベル。
  5. 【請求項5】 電子レベル用標尺からの反射光を受光す
    る受光素子が前記パルス照射に同期して受光する請求項
    1の電子レベル。
  6. 【請求項6】 パルス照射される標尺のパターンが描か
    れた面は、再帰反射シートが貼設されている請求項1の
    電子レベル。
  7. 【請求項7】 前記再帰反射シートは色付きの反射シー
    トである請求項6の電子レベル。
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