專利名稱：測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量?jī)x，特別涉及一種能夠準(zhǔn)確且容易地使其望遠(yuǎn)鏡光軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)中心的測(cè)量?jī)x。
測(cè)定距離或者測(cè)量水平角、高低角時(shí)，都應(yīng)該先使測(cè)量?jī)x的望遠(yuǎn)鏡光軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)中心，這種對(duì)準(zhǔn)操作的精度會(huì)影響所述距離測(cè)定或者水平角、高低角的測(cè)定。
此前，在使測(cè)量?jī)x的望遠(yuǎn)鏡光軸與目標(biāo)中心對(duì)準(zhǔn)時(shí)，測(cè)量者需用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)，分別調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡高低角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和水平方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使望遠(yuǎn)鏡的十字線對(duì)準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)。另外，測(cè)量者還要在已經(jīng)斷定的對(duì)準(zhǔn)位置用電子學(xué)方法讀取距離和角度值，并將這些讀得的值顯示在顯示器上。
在上面所述的現(xiàn)有方法中，對(duì)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度會(huì)因不同的測(cè)量者而有所不同，這就產(chǎn)生測(cè)量者的個(gè)人差異。即使由同一測(cè)量者測(cè)量，也會(huì)由于每次測(cè)量時(shí)的調(diào)節(jié)而發(fā)生對(duì)準(zhǔn)精度的差異。另外，對(duì)于遠(yuǎn)距離處的目標(biāo)，問題往往在于難以辨識(shí)目標(biāo)的中心。再有，在調(diào)節(jié)高低角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和水平方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)時(shí)，需鎖緊和釋放一個(gè)鎖緊裝置，并需反復(fù)進(jìn)行細(xì)調(diào)操作，這使操作復(fù)雜，而且需要很多時(shí)間。
鑒于如此情況，本發(fā)明的目的在于提出一種測(cè)量?jī)x，它能自動(dòng)進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡光軸與目標(biāo)中心的對(duì)準(zhǔn)，以消除測(cè)量者的個(gè)人差異，隨之還簡(jiǎn)化對(duì)準(zhǔn)操作，縮短所需時(shí)間。為達(dá)到如此之目的，本發(fā)明的測(cè)量?jī)x包括，使來自測(cè)量?jī)x望遠(yuǎn)鏡的圖像成象的固態(tài)成象器件和向目標(biāo)發(fā)射閃光的發(fā)光部件;還具有測(cè)量控制部件，用以由所述固態(tài)成象器件之發(fā)光部件在閃光狀態(tài)和不閃光狀態(tài)時(shí)的圖象信號(hào)差測(cè)定固態(tài)成象器件上的目標(biāo)中心位置?；蛘甙ㄖ辽倏衫@豎直軸心、水平軸心之一為轉(zhuǎn)動(dòng)中心的望遠(yuǎn)鏡，使所述望遠(yuǎn)鏡的圖像成象的固態(tài)成象器件，用于測(cè)定望遠(yuǎn)鏡角度的角度檢測(cè)器，由所述望遠(yuǎn)鏡向目標(biāo)發(fā)射閃光的發(fā)光部件，用于存儲(chǔ)來自所述固態(tài)成象器件之圖像信號(hào)的存儲(chǔ)器;還具有測(cè)量控制部件，它根據(jù)由角度檢測(cè)器在接收發(fā)光部件在閃光狀態(tài)和不閃光狀態(tài)時(shí)的圖像信號(hào)情況下測(cè)得的角度計(jì)算角位移，再移動(dòng)該兩個(gè)圖像信號(hào)，抵消各圖像信號(hào)的角位移，以計(jì)算兩信號(hào)之差，并由該兩圖像信號(hào)之差測(cè)定目標(biāo)中心。
以下結(jié)合


本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，其中圖1是表示本發(fā)明一種具體實(shí)施例主要部分的說明圖;
圖2是表示該實(shí)施例的操作說明圖;
圖3是表示固態(tài)成象器件偏差與相應(yīng)于該偏差的角度之間的關(guān)系說明圖;
圖4是表示該實(shí)施例的控制方框圖。
圖1表示本發(fā)明一種具體實(shí)施例的主要部分，它包括位于望遠(yuǎn)鏡光軸0上的物鏡1，反射幾乎全部紅外光的二向色鏡2，聚光透鏡3和諸如CCD成象器件的固態(tài)成象器件4。在面對(duì)所述二向色鏡2的位置處設(shè)有三棱反射鏡5。受夾持的該三棱反射鏡的一側(cè)位置設(shè)有發(fā)射諸如近紅外光之調(diào)制光閃光的發(fā)光部件6、聚光透鏡7，另一側(cè)位置相對(duì)地設(shè)有受光器件8和聚光透鏡9。
以下描述該實(shí)施例的工作情況。
自所述發(fā)光體6發(fā)出的出射光在所述三棱反射鏡5和兩向色鏡2上被反射，通過所述物鏡1，射向圖中未示出的目標(biāo)棱鏡。被該目標(biāo)棱鏡反射的回程光通過與所述出射光同一的路徑到達(dá)所述兩向色鏡2。大部分光被該兩向色鏡2反射，再于所述三棱反射鏡5反射，射向受光器件8。所述三棱反射鏡5反射之回程光通過聚光透鏡9，會(huì)聚于受光器件8上。一部分回程光透過所述兩向色鏡2，通過所述聚光透鏡3投射到所述固態(tài)成象器件4上。
由所述出射光波和回程光波的位相差可測(cè)定距離。
經(jīng)過所述物鏡1射向所述固態(tài)成象器4的可見光透過所述兩向色鏡2，被聚光透鏡3聚集而成象在所述固態(tài)成象器件4上。如圖2所示那樣，所成的象被顯示在諸如液晶監(jiān)視器、CRT等顯示裝置上。
圖2(A)表示具有安裝在三腳架10上的目標(biāo)棱鏡11周圍的圖象。當(dāng)前述發(fā)光部件6發(fā)光時(shí)，除可見光之外，可以得到重疊于其上的、來自目標(biāo)棱鏡11之回程光的圖像。因此，若取得所述發(fā)光部件6閃光情況下和不閃光情況下的圖象差，則可如圖2(B)所示那樣，得到只由來自目標(biāo)棱鏡11的反射光(回程光)12形成的、與該目標(biāo)棱鏡11幾乎同樣大小的圖像。
設(shè)圖像中心與所述光軸0一致，很容易從圖象算出所述回程光12的水平方向偏差H和豎直方向偏差V。使望遠(yuǎn)鏡光軸分別沿水平方向和豎直方向移過H和V，就能使望遠(yuǎn)鏡光軸與目標(biāo)棱鏡11對(duì)準(zhǔn)。
以下由圖4說明測(cè)量控制部分。
在前述光軸0的所需位置處，設(shè)置電子快門15，來自所述物鏡1的入射光通過該電子快門15，成象于所述固態(tài)成象器件4上。對(duì)于該固態(tài)成象器件4，它與A/D轉(zhuǎn)換器16及顯示器22相連。所述A/D轉(zhuǎn)換器16與第一存儲(chǔ)器17及第二存儲(chǔ)器18相連，而所述第一存儲(chǔ)器17和第二存儲(chǔ)器18又順次與減法電路19及第三存儲(chǔ)器20相連。
把計(jì)算器21接至所述電子快門15、第一存儲(chǔ)器17、第二存儲(chǔ)器18、減法電路19、第三存儲(chǔ)器20以及顯示器22上。對(duì)于計(jì)算器21來說，還與測(cè)距電路23、豎向驅(qū)動(dòng)控制器24及水平驅(qū)動(dòng)控制器26相連。由所述豎向驅(qū)動(dòng)控制器24使豎向用之馬達(dá)25被驅(qū)動(dòng)，而由所述水平驅(qū)動(dòng)控制器26使水平用之馬達(dá)27被驅(qū)動(dòng)。另外，分別設(shè)置測(cè)定望遠(yuǎn)鏡光軸0之高低角用的豎向用編碼器28和測(cè)定其水平角用的水平用編碼器29，而將所述豎向編碼器28和水平編碼器29的信號(hào)輸入前述之計(jì)算器21。
下面描述其工作過程。
所述測(cè)距電路23包含前述發(fā)光部件6和受光器件8，由所述出射光波和回程光波的位相差計(jì)算距離，再經(jīng)所述計(jì)算器21將此計(jì)算結(jié)果顯示于顯示器22上。
來自所述物鏡1的入射光成象于所述固態(tài)成象器件4上，并在該固態(tài)成象器4上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。固態(tài)成象器件4的圖像信號(hào)由所述A/D轉(zhuǎn)換器16轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由于所述計(jì)算器21的同步信號(hào)與測(cè)距電路23的發(fā)光部件6的閃光定時(shí)同步，因而所述發(fā)光部件6為閃光狀態(tài)時(shí)的圖像信號(hào)儲(chǔ)存在第一存儲(chǔ)器17中，而所述發(fā)光部件6為不閃光狀態(tài)時(shí)的圖像信號(hào)儲(chǔ)存在第二存儲(chǔ)器18中。
所述減法電路19計(jì)算所述第一存儲(chǔ)器17和第二存儲(chǔ)器18的圖像信號(hào)差，所得差值結(jié)果輸入所述第三存儲(chǔ)器20中。該第三存儲(chǔ)器20中儲(chǔ)存的圖像信號(hào)是如圖2(B)所示之圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)該圖像數(shù)據(jù)，所述計(jì)算器21計(jì)算所述反射光(回程光)12的中心關(guān)于所述光軸0的水平方向偏差H和豎直方向偏差V。
如圖3所示，將所述固態(tài)成象器件4配置在透鏡的焦距f位置，若入射到所述固態(tài)成象器件4的反射光(回程光)12的入射角為θ，則其偏離光軸0的偏差X為tanθ。利用所得之偏差X，就能唯一地確定需要調(diào)整的望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)角。由此，不管到目標(biāo)棱鏡的距離1a、1b或1c的大小如何，通過計(jì)算圖像上的水平方向偏差H和豎直方向偏差，就能求出望遠(yuǎn)鏡要修正的水平角和高低角。
算出水平方向偏差H和豎直方向偏差V，則所述計(jì)算器21通過所述豎向驅(qū)動(dòng)控制器24及水平驅(qū)動(dòng)控制器26分別驅(qū)動(dòng)豎向用之馬達(dá)25和水平用之馬達(dá)27，使所述反射光(回程光)12的中心對(duì)準(zhǔn)所述光軸0。
另一方面，所述計(jì)算器21可按角度值計(jì)算水平方向偏差H和豎直方向偏差V。
于是，可由前述豎向編碼器28將望遠(yuǎn)鏡光軸的高低角及由所述水平編碼器29將望遠(yuǎn)鏡光軸的水平角輸入所述計(jì)算器21。根據(jù)此高低角、水平角以及偏差V和偏差H，就能求得目標(biāo)中心位置的高低角和水平角，并可將該測(cè)得值顯示在顯示器22上。
由于，根據(jù)相應(yīng)于所述偏差求得的水平角和高低角以及望遠(yuǎn)鏡光軸0的角度，就可以在測(cè)得望遠(yuǎn)鏡光軸0未對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)中心時(shí)，測(cè)定目標(biāo)中心位置的水平角和高低角。
以上，求出測(cè)量?jī)x主體為靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所述發(fā)光部件6在閃光情況下和不閃光情況下的圖象差，從而得到來自目標(biāo)棱鏡11的反射光(回程光)12的圖象。以下說明，在測(cè)量?jī)x主體為轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，也可以由所述發(fā)光部件6在閃光情況下和不閃光情況下的圖像差，求得來自目標(biāo)棱鏡11的反射光(回程光)12的圖像。
所述計(jì)算器21根據(jù)來自所述豎向編碼器28和水平編碼器29的脈沖信號(hào)計(jì)算測(cè)量?jī)x圖像上像移動(dòng)的快慢程度。因此，計(jì)算器21就算出與所算得的圖像上移動(dòng)快慢無關(guān)的快門速度，并控制和驅(qū)動(dòng)所述電子快門15的速度，達(dá)到該快門速度。
另外，與所述發(fā)光部件6的閃光定時(shí)同步地驅(qū)動(dòng)所述電子快門15，并將該發(fā)光部件6閃光狀態(tài)下的圖像信號(hào)收入前述第一存儲(chǔ)器17中記憶之，而將所述發(fā)光部件6不閃光狀態(tài)下的圖像信號(hào)收入所述第二存儲(chǔ)器18中記憶之。
對(duì)照?qǐng)D2(C)，表示假定該測(cè)量?jī)x只繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的圖像情況。圖2(C)中的實(shí)線表示移動(dòng)測(cè)量?jī)x，使目標(biāo)棱鏡與望遠(yuǎn)鏡的平行校正軸對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)發(fā)光部件6發(fā)光的情況。繼而，發(fā)光器件6不發(fā)光，同時(shí)收入圖像，測(cè)量?jī)x轉(zhuǎn)動(dòng)，用虛線表示這時(shí)的圖像。在這樣收入的兩幅圖像中產(chǎn)生偏移量X。因此，如果求得這樣的兩個(gè)圖像之差，使目標(biāo)棱鏡11的圖像偏移X，就不會(huì)得到相對(duì)于目標(biāo)棱鏡11的圖像不同的圖像。
據(jù)此，求出兩個(gè)圖像的偏移量X，移動(dòng)二圖像之一，使二者彼此重合，使該偏移量X得以被抵消，從而求得兩個(gè)圖像之差。在收入儲(chǔ)存于所述第一存儲(chǔ)器17的圖像和儲(chǔ)存于所述第二存儲(chǔ)器18的圖像之間的圖像信號(hào)期間的時(shí)間差A(yù)t中進(jìn)行計(jì)數(shù)，由所述水平編碼器29發(fā)出的脈沖數(shù)，就很容易求出望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)角，也即偏移量X。
移動(dòng)一個(gè)圖像，使二圖像重疊后的處置與前述之測(cè)量?jī)x不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的情況一樣，說明從略。
于是，就可以使光軸0與目標(biāo)棱鏡11的中心對(duì)準(zhǔn)，而沒有來自測(cè)量者的任何人為操作。此外，光軸0與目標(biāo)棱鏡11的位置就定位于固戊成象器件4的二次圖像上，所以能高精度地定位，而與目標(biāo)棱鏡11與測(cè)量?jī)x間的距離無關(guān)。
另外，無論測(cè)量?jī)x為靜止?fàn)顟B(tài)或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，使光軸0與目標(biāo)棱鏡11的中心對(duì)準(zhǔn)，均無需測(cè)量者的人為操作。
在棱鏡中心對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡光軸0時(shí)，由于測(cè)量?jī)x內(nèi)的LED發(fā)光，或者將信息顯示在所述顯示器22上，使測(cè)量者知道棱鏡中心對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的光軸0。
若是間歇的實(shí)行前述定位操作，即使在測(cè)量者移動(dòng)目標(biāo)棱鏡11時(shí)，所述望遠(yuǎn)鏡也追蹤目標(biāo)棱鏡11。目標(biāo)棱鏡11不會(huì)脫離望遠(yuǎn)鏡的視界，這大大簡(jiǎn)化了操作。
在測(cè)定目標(biāo)中心位置之水平角和高低角時(shí)，無需對(duì)準(zhǔn)所述望遠(yuǎn)鏡光軸0就能測(cè)定它們，并可由顯示器22將此測(cè)定值顯示給測(cè)量者。從而，由于無需使望遠(yuǎn)鏡光軸0對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心位置便能測(cè)定角度，使操作性及測(cè)量精度得到改善。
再有，所述望遠(yuǎn)鏡光軸0通常由設(shè)在望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)中的十字線表示，本實(shí)施例中，則是照明該十字線，從而能夠得到圖像。另外，雖然上述實(shí)施例中設(shè)有電子快門15，但只要嚴(yán)密地限制由所述計(jì)算器21收入第一存儲(chǔ)器17和第二存儲(chǔ)器18的圖像信號(hào)與所述發(fā)光部件6的閃光對(duì)合，就可以省略所述電子開關(guān)15。另外，除了前述發(fā)光部件6外，還可設(shè)置另外的目標(biāo)定位用的發(fā)光部件，使此發(fā)光部件閃光，同樣能求得該發(fā)光部件在閃光情況和不閃光情況下的差。再若使用電子快門和強(qiáng)輻射輸出的發(fā)光部件，在短時(shí)間內(nèi)使電子快門的釋放與發(fā)光部件的閃光處于同步狀態(tài)，則能增大背景與目標(biāo)棱鏡圖像的強(qiáng)度差。再有，上述實(shí)施例中設(shè)置第一、第二和第三3組存儲(chǔ)器，但也可以在一個(gè)存儲(chǔ)器中設(shè)定第一、第二和第三區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分別可以如第一、第二和第三存儲(chǔ)器一樣地工作。望遠(yuǎn)鏡也可以繞著豎直軸心和水平軸心二者中的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，角度檢測(cè)器并不限于編碼器，也可以使用差接變壓器作為角度檢測(cè)器。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量?jī)x，具有使來自測(cè)量?jī)x望遠(yuǎn)鏡的圖像成象于其上的固態(tài)成象器件，向目標(biāo)發(fā)射閃光的發(fā)光部件，還具有測(cè)量控制部件，用來由所述固態(tài)成象器件的發(fā)光部件在閃光狀態(tài)和不閃光狀態(tài)時(shí)各自的圖像信號(hào)差測(cè)出固態(tài)成象器件上的目標(biāo)中心位置。
2.一種測(cè)量?jī)x，具有至少可繞豎直軸心和水平軸心之一為軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的望遠(yuǎn)鏡，使來自該望遠(yuǎn)鏡的圖像成象于其上的固態(tài)成象器件，檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡角度的角度檢測(cè)器，向目標(biāo)發(fā)射閃光的發(fā)光器件，用于存儲(chǔ)來自所述固態(tài)成象器件之圖像信號(hào)的存儲(chǔ)器，還具有測(cè)量控制部件，用于根據(jù)角度檢測(cè)器在收入發(fā)光器件于閃光狀態(tài)和不閃光狀態(tài)時(shí)各自的圖像信號(hào)檢得的角度，計(jì)算角位移，并由該二圖像信號(hào)的差測(cè)出目標(biāo)中心位置。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于，測(cè)量控制部件具有計(jì)算器，用以計(jì)算出現(xiàn)在固態(tài)成象器件內(nèi)的望遠(yuǎn)鏡光軸與目標(biāo)中心位置的偏差。
4.一種如權(quán)利要求3所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于具有計(jì)算器，用來根據(jù)檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡角度之角度檢測(cè)器的輸出及與所得偏差相對(duì)應(yīng)的角度值，求得目標(biāo)中心位置的水平角及高低角。
5.一種如權(quán)利要求4所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于具有分別顯示由所述計(jì)算器求得的目標(biāo)中心位置之水平角和高低角的顯示裝置。
6.一種如權(quán)利要求4所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于當(dāng)?shù)玫侥繕?biāo)中心位置的水平角和高低角時(shí)，發(fā)出聲、光等信息。
7.一種如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于，測(cè)量控制部件有兩個(gè)存儲(chǔ)圖像信號(hào)的存儲(chǔ)器，控制這兩個(gè)存儲(chǔ)器收入圖像信號(hào)的時(shí)間，將發(fā)光器件閃光情況下的圖像信號(hào)收入一個(gè)存儲(chǔ)器中，并將發(fā)光器件不閃光情況下的圖像信號(hào)收入另一存儲(chǔ)器中。
8.一種如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于，望遠(yuǎn)鏡可以分別單獨(dú)地繞豎直軸心和水平軸心轉(zhuǎn)動(dòng)地支承著，并設(shè)有馬達(dá)，使所述望遠(yuǎn)鏡相對(duì)于所述兩軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量控制部件驅(qū)動(dòng)所述馬達(dá)，以消除計(jì)算器算出的偏差。
9.一種如權(quán)利要求8所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于，具有當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)中心位置情況下發(fā)出聲、光等信息的結(jié)構(gòu)。
10.一種如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于設(shè)置電子快門，通過該電子快門收入圖像。
全文摘要
一種測(cè)量?jī)x，具有至少可繞豎直軸心或水平軸心為軸轉(zhuǎn)動(dòng)的望遠(yuǎn)鏡，檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡角度的角度檢測(cè)器，用來存儲(chǔ)來自一固態(tài)成象器件之圖像信號(hào)的存儲(chǔ)器，還具有測(cè)量控制部件，用以根據(jù)角度檢測(cè)器在收入發(fā)光器件在閃光狀態(tài)和不閃光狀態(tài)時(shí)各自的圖像信號(hào)情況下檢得的角度來計(jì)算角位移，移動(dòng)該圖像信號(hào)，抵消各圖像信號(hào)的角位移，從而計(jì)算該兩圖像信號(hào)的差，并由該兩圖像信號(hào)的差測(cè)出目標(biāo)中心位置。
文檔編號(hào)G01C15/10GK1110399SQ94120490
公開日1995年10月18日 申請(qǐng)日期1994年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月28日
發(fā)明者佐佐木恒夫, 大友文夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康