CN100368764C

CN100368764C - 测量机

Info

Publication number: CN100368764C
Application number: CNB200310102881XA
Authority: CN
Inventors: 金子健治
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Penta Lijing Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: US20040163266A1; JP2004144629A; US7055253B2; DE10349590A1; CN1499170A

Abstract

本发明提供一种可以缩短自动视准操作时间的测量机。具有用于对测点进行视准的第一光学系统，还具有能够以竖直轴及水平轴为中心转动的测量机本体、装在该测量体本体上视角比第一视准光学系统宽的第二视准光学系统，在所述第二视准光学系统进行视准后，由第一视准光学系统进行视准。

Description

测量机

技术领域

本发明涉及测量机，特别是涉及利用视角小的望远镜的光学系统进行视准的测量机。

背景技术

在现有测量机中，将瞄准测点的望远镜的光学系统分支成视准用的光学系统。

专利文献1：特许第3039801号公报。

由于上述望远镜的光学系统的视角狭窄(例如为1°30`)，在从该光学系统分支出来的视准用光学系统中，由于视准范围狭窄，必要顺序地扫描，错开视准范围对测点进行视准，这样，视准需要长时间。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种测量机，其特征在于，具有用于对测点进行视准的第一视准光学系统，还具有能够以竖直轴及水平轴为中心转动的测量机本体、装在测量机本体上且视角比前述第一视准光学系统窄的第二视准光学系统，由第一视准光学系统进行视准后再由第二视准光学系统进行视准。第一和第二视准光学系统每个包括单独的光源，用于向所述测点发出光线，以便相对所述测点视准所述测量机。

另外，本发明的测量机，其特征在于，具有用于对测点进行视准的视准光学系统、能够以竖直轴及水平轴为中心转动的测量机本体，视准光学系统具有图像放大机构。

另外本发明的测量机，其特征在于，具有望远镜光学系统，还具有能够以竖直轴及水平轴为中心转动的测量机本体、装在该测量机本体上且视角比望远镜光学系统宽的视准光学系统，并根据入射到视准光学系统成像的测点的位置信息，将测量机本体以竖直轴及水平轴为中心转动，从而使测点位于望远镜光学系统的视野内。

优选为第二视准光学系统可在图像传感器上成像。

优选为具有根据入射到第二视准光学系统上并在其图像传感器上成像的测点的位置信息，将测量机本体以竖直轴及水平轴为中心转动，使测点位于望远镜光学系统的视野内的自动视准机构。

第一视准光学系统和第二视准光学系统可共用图像传感器。

第一视准光学系统具有全方位反射镜。

优选为第一视准光学系统和第二视准光学系统分别具有视准用光源。

具有上述望远镜光学系统和视准光学系统的测量机，优选为具有根据入射到视准光学系统并在其图像传感器上成像的测点的位置信息将测量机本体以竖直轴及水平轴为中心转动，从而使测点位于望远镜光学系统的视野内的自动视准机构。视准光学系统在实际中可在图像传感器上成像。

本发明的测量机中，通过在望远镜光学系统之上应用视角广的视准光学系统可大幅缩短到视准结束的时间，在自动视准机上也可缩短操作时间。另外，通过广角及望远两个光学系统进行测点的检测和视准，可实现迅速的检测和精确的视准。

附图说明

图1为表示本发明的第一实施方式的测量机的结构的侧视图；

图2为表示第一实施方式的测量机的图像传感器(CDD)、目标识别处理电路、测距机构、水平方向驱动机构及竖直方向驱动机构的关系的图；

图3表示第一实施方式中的视准顺序的流程图；

图4为表示第一实施方式的测量机的视野的图；

图5为表示本发明的第一实施方式的变形例子的测量机的结构的侧视图；

图6为表示本发明的第二实施方式的测量机的结构的侧视图；

图7为表示本发明的第三实施方式的测量机的结构的测视图；

图8为表示本发明的第一～第三实施方式的变形例子的测量机的结构的侧视图。

符号说明：1测量机本体；10望远镜光学系统；30第一视准光学系统；50图像传感器；51图像传感器；52图像传感器；70全方位反射镜；80第一视准光学系统；90图像放大机构；110第二视准光学系统；120第二视准光学系统；130视准光学系统。

具体实施方式

第一实施方式

如图1所示，第一实施方式的测量机具有：测量机本体1、望远镜光学系统10、第一视准光学系统30、第二视准光学系统110，通过由第一视准光学系统30接收从测量机本体1内的光源29发出被角形立方体(测点)60发出的反射光，检测出角形立方体60在图像传感器50上的位置，根据该位置信息进行通过移动测量机本体，使角形立方体60位于望远镜光学系统10(第二视准光学系统110)的视野内的视准。

在此，第一视准光学系统30用于在望远镜光学系统10或第二视准光学系统110进行视准之前，使角形立方体60发出的反射光进入望远镜光学系统10或第二视准光学系统110的视野内，由物透镜31、视准光用棱镜32、光源29、第二光闸38及半棱镜33构成。另一方面，用于手动视准的望远镜光学系统10由物透镜11、光源19、视准光用棱镜12、分支棱镜13、焦点调节透镜14、调像棱镜15，焦点板16及目镜17构成。与此相对，用于自动视准的第二视准光学系统110由物镜11、光源19、视准光用棱镜12、分支棱镜13、第一光闸1 8及半棱镜33构成。与望远镜光学系统10共用物镜11、光源19、视准光用棱镜12及分支棱镜13。

在望远镜光学系统10中，经过物镜11入射，透过分支棱镜13的光束(光轴20)，经过焦点调节透镜14、调像棱镜15，在焦点板16上成像，可以与在焦点板16上描出的视准线等一起用目镜17观察。另一方面，在第二视准光学系统110中，经过物镜11入射，由分支棱镜13垂直反射的反射光束经过可开闭的第一光闸18、半棱镜33，在图像传感器50(CCD)上成像。

在望远镜光学系统10和第二视准光学系统110之外个别设置的第一视准光学系统30中，经过物镜31入射的光束(光轴40)，经过可开闭的第二光闸38由半棱镜33垂直反射，在图像传感器50上成像。该图像传感器50共用于从分支棱镜13发出的反射光及从半棱镜33发出的反射光的成像。由于光闸驱动机构5不能同时打开第一光闸的18及第二光闸38，因此在图像传感器50上成像的，只能为从分支棱镜13发出的反射光及从半棱镜33发出的反射光中的一种。

如图2所示，图像传感器50连接有目标识别处理电路55及位置认识处理电路59。该目标识别处理电路55为判断图像传感器50是否接收到从角形立方体60发出的反射光的电路。通过该目标识别处理电路55判断出图像传感器50接收到从角形立方体60发出的反射光的时候，角形立方体60位于第1视准光学系统30的视野内。位置识别处理电路59为，当通过目标识别处理电路55判断出图像传感器50接收到从角形立方体60发出的反射光的时候(角形立方体60位于第一视准光学系统30的视野内的时候)，根据图像传感器50的输出(从角形立方体60发出的反射光)，检测角形立方体60的位置和视野框的中央位置的偏差。通过目标识别处理电路55判断出没有接收到从角形立方体60发出的反射光的时候，及位置识别处理电路59检测出角形立方体60的位置和视野框的中央位置相错的时候，通过与目标识别处理电路55及位置识别处理电路59分别连接的水平方向驱动机构56及竖直方向驱动结构57使测量机本体1移动。

在上述的构成中，按照图3所示的顺序进行由本实施方式的测量机的视准。即，将角形立方体60配置在测点上(步骤S1)之后，关闭第一光闸18，打开第二个光闸38，驱动图像传感器50。从光源29，经过视准光用棱镜32，向测量机外部送出用于视准的光束(步骤S2)。

在由图像传感器50接收到从角形立方体60发出的反射光的时候(步骤S3中的YES)，由检测出在图像传感器50中的反射光的位置可知角形立方体60存在于第一视准光学系统30的视野框内，。另一方面，当由图像传感器50没有接收到从角形立方体60发出的反射光的时候(步骤S3中的NO)，角形立方体60不存在于第一视准光学系统的视野框内，使测量机本体1在水平方向和竖直方向移动直至接收到反射光(步骤S4)，在接收到反射光的地方可检测出图像传感器50上的反射光的位置(步骤S3)。

接着，根据在上述步骤S3中检测出的图像传感器50上的反射光的位置信息，将检测机本体1在水平方向和竖直方向移动，使反射光位于图像传感器50的中央(步骤S5)。然后关闭第二光闸38并停止光源29及图像传感器50。由此，可使角形立方体60(测点)位于第二视准光学系统110及望远镜光学系统10的视野框内。

其次，利用望远镜光学系统10或第二视准光学系统110，代替在上述步骤S3中检测出角形立方体60的第一视准光学系统30进行视准(步骤S6)。

然后，再按下述进行视准。

在用手动进行视准的情况下，操作者一边通过望远镜光学系统10的目镜17观察，一边通过在水平方向和竖直方向转动测量机本体1使角形立方体60位于视野框的中心(步骤S7)。

在自动进行视准的情况下，首先打开第一光闸18，驱动图像传感器50，使光源19发光。接着，检测通过第二视准光学系统110入射到图像传感器50上的角形立方体的反射光在图像传感器50上的位置，为使反射光位于视野框的中心通过在水平方向和竖直方向转动测量机本体1，进行视准(步骤S7)。

如上述，在用手动或自动进行视准后，利用位置检测装置(图中没有示出)可测定从测量机到角形立方体60的距离和角度。

在该第一视准光学系统30中，通过使第一视准光学系统的焦点距离比现有的视准光学系统短，可以使其视角比现有的视角1°30`宽。因此，如图4所示，由于第一视准光学系统30的视野41比第二视准光学系统110的视野21宽，因此即使角形立方体60进入不到视野21中，也容易进入视野41中。由于利用该结构，用第一视准光学系统30可一次捕捉到更广的范围，因此直至视准结束的时间可大幅缩短，跟现有相比可加速视准动作。另外，由于第一视准光学系统30的视角为宽角度，可以由宽广的范围内，可在更广的范围内将视准时的情况记录在图像传感器50上。另外，通过切换广角和望远二个光学系统，可进行角形立方体60的检测和视准，因此可实现迅速的检测和精确的视准。另外，为了更提高上述效果，优选为使视准光学系统的视角为望远镜光学系统的视角的10倍以上。

作为第一实施方式的变形例子，如图5所示，将与图像传感器50不同的另外的第二图像传感器51设置在第一视准光学系统30中，省略半棱镜33及第二光闸38，第一光闸18。利用这种结构，可以不需要二个光闸的开闭控制。

在该变形例子中，目标识别处理电路55和位置识别处理电路59与图像传感器51连接。目标识别处理电路55判断图像传感器51是否接收到从角形立方体60发出的反射光。当通过上述目标识别处理电路55判断出图像传感器51接收到从角形立方体60发出的反射光的时候，为角形立方体60位于第一视准光学系统30的视野内的时候。当目标识别处理电路55判断出图像传感器5 1接收到从角形立方体60发出的反射光时(角形立方体60位于第一视准光学系统30的视野内时)，及第一视准光学系统30与第二视准光学系统110或望远镜光学系统10切换时，位置识别处理电路59根据图像传感器51的输出(从角形立方体60发出的反射光)，检测出角形立方体60的位置与视野框的中央位置的偏差。当由目标识别处理电路55判断出没有接收到从角形立方体60发出的反射光的情况下，及位置识别处理电路59检测出角形立方体60的位置与视野框的中央位置错位的情况下，通过与目标识别处理电路55及位置识别处理电路59分别连接的水平方向驱动机构56及竖直方向驱动机构57使测量机本体1移动。

另外，用于视准的光束可从光源19、29中的一个光源送出。再者，也可以不在测量机本体1内设置光源19、29而在测量机本体1的外部设置别的外部光源，由该外部光源发出光对角形立方体60进行视准。

第二实施方式

本实施方式中，与第一实施方式相同的部件使用相同的符号表示。

如图6所示，第一视准光学系统80具有：配置在测量机本体1的上部，且能入射至少测量机本体1的大约半球的全体的光的全方位反射镜70、用于在图像传感器52上成像的成像透镜71、视准光用棱镜72。在该结构中，由安装在全方位反射镜70上方的光源79发出的光束，通过设在全方位反射镜70上的视准光用棱镜72反射，射到测量机外部。另一方面，从测量机外部入射到全方位反射镜70上的光束，在全方位反射镜70上反射，由成像透镜71，在图像传感器52上成像。另外，测量机本体1，可以竖直轴3为中心

在水平方向转动

还可以水平轴6为中

在竖直方向摇动。

望远镜光学系统10与第一实施方式相同，由物镜11、光源19、视准光用棱镜12、分支棱镜13、焦点调节透镜14、调像棱镜15、焦点板16和目镜17构成。另一方面，第二视准光学系统120由物镜11、光源19、视准光用棱镜12及分支棱镜13构成，构成部件全部可与望远镜光学系统10共用。

在第二实施方式中，目标识别处理电路55和位置识别处理电路59与图像传感器52连接。

第二实施方式中测量机的视准按图3所示的顺序进行。即，在将角形立方体60配置在测点后(步骤S1)，驱动图像传感器52。从光源79，经过视准光用棱镜72，将视准用的光束送出至测量机外部(步骤S2)。

在由图像传感器52接受从角形立方体60发出的反射光的情况下(步骤S3中的YES)，由检测出图像传感器52上的反射光的位置可知角形立方体60存在于第一视准光学系统80的视野框内。另一方面，在图像传感器52没有接收到从角形立方体60发出的反射光的情况下(步骤S3中的NO)，角形立方体60不存在于第一视准光学系统80的视野框内，将测量机本体1在竖直方向移动至接收到反射光(步骤S4)，在接受反射光的地方可检测出图像传感器52上的反射光的位置(步骤S3)。

接着，根据在上述步骤S3中检测出的图像传感器52上的反射光的位置信息，将检测机本体1在水平方向和竖直方向移动，使反射光位于图像传感器52的中央(步骤S5)。然后停止光源79及图像传感器52。由此，可使角形立方体60(测点)位于第二视准光学系统120及望远镜光学系统10的视野框内。

其次，利用望远镜光学系统10或第二视准光学系统120代替在上述步骤S3中检测出角形立方体60的第一视准光学系统80进行视准(步骤S6)。

然后，再按下述进行视准。

在用手动进行视准的情况下，操作者一边通过望远镜光学系统10的目镜17观察，一边通过在水平方向和竖直方向转动测量机本体1，使角形立方体60位于视野框的中心(步骤S7)。

在自动进行视准的情况下，首先，驱动图像传感器50，使光源19发光。接着，检测出通过第二视准光学系统120入射到图像传感器50上的角形立方体的反射光在图像传感器50上的位置，为使反射光位于视野框的中心通过在水平方向和竖直方向转动测量机本体1进行视准(步骤S7)。

由此，在用手动或自动进行视准后，利用位置检测装置(没有图示)可测定从测量机到角形立方体60的距离和角度。

利用以上的结构，由于可以一次捕捉测量机周围360°的范围，由此，不需要为检测角形立方体60将测量本体1在水平方向转动，因此可比现有加速自动视准动作。另外，视准可不用望远镜光学系统10或第二视准光学系统120而用第一视准光学系统80进行。另外，视准用光束也可只从光源19、79中的一个光源送出。另外，也可以不设置光源19、79，而是利用外部光源的反射光对角形立方体60进行视准。另外，其他的结构、作用和效果与第一实施方式相同。

第三实施方式

在本实施方式中，与第一实施方式相同的部件用相同的符号表示。

如图7所示，在第三实施方式中，具有视准光学系统130，代替第一实施方式中的第一视准光学系统30及第二视准光学系统110。即视准光学系统130由物镜11、光源19、视准光用棱镜12、分支棱镜13和图像放大机构90构成，其中物镜11、光源19、视准光用棱镜12和分支棱镜13与望远镜光学系统10共用。

视准光学系统130中，通过在分支棱镜13和图像传感器50之间设置的图像放大机构90，可将视准光学系统130从广角切换至望远，从物镜11入射光束，一部分被分支棱镜13反射后，在图像传感器50上成像。结果，因为一个光学系统中兼用视角大的光学系统和视角小的光学系统，可使测量机本体1紧凑。

第三实施方式的测量机的视准按下列顺序进行。即，在将角形立方体60配置在测点上后，驱动图像传感器50，将图像放大机构90置于广角侧。从光源19，经过视准光用棱镜12，将视准用光束至测量机外部。

由图像传感器50接收到从角形立方体60发出的反射光的情况下，由检测出在图像传感器50上的反射光的位置可知角形立方体60存在于视准光学系统130的视野框内。另一方面，图像传感器50没有接收到从角形立方体60发出的反射光的情况下，角形立方体60不存在于视准光学系统130的视野框内，在竖直方向和水平方向移动测量机本体1直至接收到反射光，在接收到反射光的地方可检测在图像传感器50上的反射光的位置。

接着，根据检测的图像传感器50上的反射光的位置信息，在水平方向和竖直方向移动测量机本体1，使反射光位于图像传感器50的中央。另外，停止光源19及图像传感器50。由此，可使角形立方体60(测点)位于视准光学系统130和望远光学系统10的视野框内。

其次，利用望远镜光学系统10或视准光学系统130进行视准。

然后，再按下述进行视准。

在用手动进行视准情况下，操作者一边通过望远镜光学系统10的目镜17观测，一边通过在水平方向和竖直方向转动测量机本体1，使角形立方体60位于视野框的中心。

在自动进行测定的情况下，首先，驱动图像传感器50，将图像放大机构90放在远程(tele)端，使光源19发光。接着，检测通过视准光学系统130，检测出入射在图像传感器50上的角形立方体60的反射光在图像传感器50上的位置，为使反射光位于视野框的中心通过在水平方向和竖直方向转动测量机本体1，进行视准。

如上所述，在用手动或自动进行视准后，利用位置检测装置(图中没有示出)，测定从测量机至角形立方体60的距离和角度。

另外，其他的结构、作用和效果与第一实施方式相同。

其次，参照图8说明上述第一～第三实施方式的变形例子。这个例子是，将光源安装在测量机本体的外部，角形立方体60收入测量机本体1的外部盒62中，在盒62内配置光源61。通过检测从与角形立方体60相邻的光源61发出的直接光，可以检测角形立方体60。

虽参照上述实施方式说明本发明，但本发明不仅限于上述实施方式，可在改进的目的或本发明的思想范围内作各种改良或变更。

Claims

1.一种测量机，其特征在于，具有用于对测点进行视准的第一视准光学系统，能够以竖直轴及水平轴为中心转动的测量机本体、装在测量机本体上视角比所述第一视准光学系统窄的第二视准光学系统，由所述第一视准光学系统进行视准后再由所述第二视准光学系统进行视准，其中第一和第二视准光学系统每个包括单独的光源，用于向所述测点发出光线，以便相对所述测点视准所述测量机。

2.根据权利要求1所述的测量机，其特征在于，所述第二视准光学系统可以在图像传感器上成像。

3.根据权利要求2所述的测量机，其特征在于，具有根据入射到所述第二视准光学系统并在其图像传感器上成像的测点的位置信息，将所述测量机本体以所述竖直轴及水平轴为中心转动使测点位于第一视准光学系统视野内的自动视准机构。

4.根据权利要求3所述的测量机，其特征在于，所述第一视准光学系统和所述第二视准光学系统共用图像传感器。

5.根据权利要求1所述的测量机，其特征在于，所述第一视准光学系统具有全方位反射镜。

6.一种测量机，其特征在于，具有望远镜光学系统，还具有用于对测点进行视准的视准光学系统，可以竖直轴及水平轴为中心转动的测量机本体，所述视准光学系统具有图像放大机构，该图像放大机构用于改变从广角到望远的所述视准光学系统的焦点距离。

7.一种测量机，其特征在于，具有望远镜光学系统，还具有能够以竖直轴及水平轴为中心转动的测量机本体、装在测量机本体上且视角比所述望远镜光学系统宽的视准光学系统，并根据入射所述视准光学系统成像的测点的位置信息，将所述测量机本体以所述竖直轴及水平轴为中心转动，从而使测点位于望远镜光学系统的视野内。

8.根据权利要求7所述的测量机，其特征在于，具有根据入射到所述第二视准光学系统并在其图像传感器上成像的测点的位置信息，将所述测量机本体以所述竖直轴及水平轴为中心转动，从而使测点位于望远镜光学系统视野内的自动视准机构。

9.如权利要求8所述的测量机，其特征在于，所述视准光学系统可以在图像传感器上成像。