CN100483072C - 测量设备 - Google Patents

Abstract

一种不需要熟练技术，即可容易且迅速地由视野内的背景中检测出反射体，对反射体实施寻址的测量设备。本发明提供的测量设备，其可具有物镜；通过该物镜朝向反射体照射出照明光用的光照射部；藉由照射出距离测量光，对从前述物镜直至前述反射体间的距离实施测量用的距离测量部；依据通过前述物镜入射的入射光，输出视野范围内的图像信息用的图像传感器；与该图像传感器相连接的，对由前述图像传感器输出的前述图像信息实施处理用的图像处理电路；以及与该图像处理电路相连接的，对图像实施显示用的监视器；而且，可以实施距离测量的区域，和依据前述反射体反射后的照明光获得的前述反射体的位置，可以通过图形显示方式显示在被显示于前述监视器处。

Description

测量设备

技术领域

本发明涉及一种能够向反射体照射出诸如红外光和测量光等等的照明光，依据由该反射体反射后的照明光进行直至反射体的距离测量、角度测量用的测量设备。

背景技术

在先前技术中已知的测量设备，具有向反射体照射出红外光的照射部，该照射部设置有物镜，依据通过构成为望远镜一部分的物镜入射的可见光对视野范围内实施观察用的平行校准用光学系统部(视准光学部)，而且这种平行校准用光学系统部具有可以依据通过前述物镜获得的可见光将视野内的图像变换为正立正像用的帕罗棱镜(Porro prism)，和对通过这种帕罗棱镜获得的正立正像实施观察用的目镜部(比如说可以参见日本特开平05-322569号公报)。

而且，在平行校准用光学系统部的目镜部处，安装有作为图像传感器的CCD摄像机的测量设备，也是目前已知的一种测量设备(比如说可以参见日本特开2000-275044号公报)。

而且，能够通过在采用摄像机对需要测量的物体的存在位置实施检测，并且对该物体在摄像机的摄像画面上的实际尺寸的二维坐标实施检测之后，利用距离测量组件对直至该物体的距离实施测量，根据该二维坐标和与物体之间的距离计算出该物体的三维坐标的方式，在短时间里获得精度良好的三维坐标的测量设备，也是目前已知的一种测量设备(比如说可以参见日本特开昭63-083604号公报)。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的对于采用在先前技术中的测量设备，通过目镜对反射体实施观察的场合，存在有需要比较熟练的技术才能够由视野内的背景中检测出反射体的问题，而提供一种新型结构的测量设备，所要解决的技术问题是使其不需要熟练技术，即可以容易且迅速地由视野内的背景中检测出反射体，对反射体实施寻址的测量设备，从而更加适于实用。

为了能够获得上述以及其它的良好技术效果，且为了能够实现本发明的目的，按照在说明书中具体描述的构成形式，本发明提供的是测量设备。本发明提供的这种测量设备可以具有物镜；通过该物镜朝向反射体照射出照明光用的照射部；藉由照射出距离测量光，对从前述物镜直至前述反射体间的距离实施测量用的距离测量部；依据通过前述物镜入射的入射光，输出视野范围内的图像信息用的图像传感器；与该图像传感器相连接的，对由前述图像传感器输出的前述图像信息实施处理用的图像处理电路；以及与该图像处理电路相连接的，对图像实施显示用的监视器；而且可实施距离测量的区域，和依据前述反射体反射后的照明光获得的前述监视器的画面上相对平行校准用光轴的前述反射体的位置，通过图形显示方式显示在被显示于前述监视器处图像上面。

如果采用本发明提供的这种构成形式，将能够获得不需要熟练技术，即可以容易且迅速地由视野内的背景中检测出反射体，对反射体实施寻址的技术效果。

下面，给出的是根据本发明构造的测量设备的最佳实施形式(1)～(8)。而且，在不出现矛盾的条件下，还可以对这些实施形式(1)～(8)实施组合，获得包含在本发明最佳实施形式内的其它种实施形式。

作为实施形式(1)的测量设备，其特征在于还可以进一步具有依据通过前述物镜入射的可见光，对视野范围内实施观察用的平行校准用光学系统部；依据通过前述物镜入射的可见光，将视野范围内的图像变换为正立正像用的正立正像变换光学元件；以及对通过前述正立正像变换光学元件获得的前述正立正像实施观察用的目镜部；而且前述正立正像变换光学元件具有光路分割面，以将由通过前述反射体反射且通过前述物镜的照明光和前述可见光构成的入射光，分割成朝向前述目镜部行进的光，和朝向设置在前述入射光行进方向前方位置处的前述图像传感器行进的光。

如果采用作为实施形式(1)的测量设备，将能够获得不需要熟练技术，即可以容易且迅速地由视野内的背景中检测出反射体，对反射体实施寻址，而且还能够对反射体是否位于可以实施距离测量的区域实施迅速识别的技术效果。

作为实施形式(2)的测量设备，其特征在于还可以进一步具有对前述反射体的仰俯角和水平角实施位置测量用的位置测量部；前述图像处理电路将可以实施位置测量的区域显示在前述监视器的画面上。

如果采用作为实施形式(2)的测量设备，将能够获得不需要熟练技术，即可以容易且迅速地由视野内的背景中检测出反射体，对反射体实施寻址，而且还能够对反射体是否位于可以实施位置测量的区域实施迅速识别的技术效果。

作为实施形式(3)的测量设备，其特征在于前述图像处理电路还可以输出在前述反射体位于前述可以实施位置测量的区域时将前述位置测量部设定在自动位置测量模式，在前述反射体位于前述可以实施距离测量的区域时将前述距离测量部设定在自动距离测量模式用的指令信号。

如果采用作为实施形式(3)的测量设备，将能够获得不需要熟练技术，即可以容易且迅速地由视野内的背景中检查出反射体，对反射体实施寻址，而且还能够在反射体位于可以实施位置测量的区域时，自动地对仰俯角和水平角实施位置测量的技术效果。

作为实施形式(4)的测量设备，其特征在于前述图像处理电路还可以在前述反射体位于前述可以实施距离测量的区域时将前述反射体的三维坐标位置显示在前述监视器的画面中，其中三维坐标分别为水平角、仰俯角与前述测量设备至前述反射体的距离。

如果采用作为实施形式(4)的测量设备，将能够获得不需要熟练技术，即可以容易且迅速地由视野内的背景中检查出反射体，对反射体实施寻址，而且还能够对直至反射体间的距离实施距离测量的技术效果。

作为实施形式(5)的测量设备，其特征在于对于按照前述自动位置测量模式和/或前述自动距离测量模式动作的场合，还可以将处于按照前述自动位置测量模式和/或前述自动距离测量模式动作的警告信号，显示在前述监视器的画面中。

作为实施形式(6)的测量设备，其特征在于还可以使前述反射体至少通过点灭、颜色和/或辉度，在前述监视器的画面上实施强调显示，或是通过字符实施显示。

作为实施形式(7)的测量设备，其特征在于还可以在前述监视器的画面上，通过箭头对平行校准轴的移动方向实施显示。

作为实施形式(8)的测量设备，其特征在于还可以通过声音对前述反射体的存在位置实施信息告知。

如果采用作为实施形式(5)至实施形式(8)的测量设备，将能够获得不需要熟练技术，即可以容易且迅速地由视野内的背景中检测出反射体，对反射体实施寻址的技术效果。

在上面的一般说明和下面的详细说明中，均是以举例形式进行的，不难理解，位于权利要求请求保护的范围内的发明创造也是对本发明内容进行说明的一部分。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由上述可知，本发明是有关于一种不需要熟练技术，即可以容易且迅速地由视野内的背景中检测出反射体，对反射体实施寻址的测量设备。本发明提供的测量设备3，其特征在于可以具有物镜13；通过该物镜13朝向反射体照射出照明光用的光照射部11；藉由照射出距离测量光，对从前述物镜13直至前述反射体间的距离实施测量用的距离测量部10；依据通过前述物镜13入射的入射光，输出视野范围内的图像信息用的图像传感器37；与该图像传感器37相连接的，对由前述图像传感器37输出的前述图像信息实施处理用的图像处理电路39；以及与该图像处理电路39相连接的，对图像实施显示用的监视器40；而且，可以实施距离测量的区域，和依据前述反射体反射后的照明光获得的前述反射体的位置，可以通过图形显示方式显示在被显示于前述监视器40处。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

参考附图可以更清楚地理解本发明，各附图在组合入说明书的同时，也构成为说明书的一部分。而且，这些附图以示意图形式说明着本发明的实施形式，起着与对发明的详细描述一起，说明本发明原理的作用。

图1为表示根据本发明构造的一种测量设备的设置状态用的示意性侧面图。

图2为表示根据本发明构造的一种测量设备的设置状态用的示意性平面图。

图3为说明根据本发明构造的一种测量设备中光学部分用的示意性说明图。

图4为表示根据本发明构造的光照射部给出的红外光、距离测量光的照射范围的一个实例用的示意图。

图5为说明根据本发明构造的测量设备中显示内容的一个实例用的示意性说明图，其中图5A为说明直角棱镜处于可以实施位置测量的区域时的状态用的示意性说明图，图5B为表示直角棱镜处于可以实施位置测量的区域且设定在自动位置测量模式时，通过运算方式求解出仰俯角和水平角并对其实施显示的状态用的示意图，图5C为表示直角棱镜处于可以实施距离测量的区域且设定在自动位置测量模式和自动距离测量模式时，通过运算方式求解出仰俯角、水平角和距离并对其实施显示的状态用的示意图。

2：直角棱镜(反射体)                            3：测量设备

9：平行校准用光学系统部                        11：光照射部

13：物镜                                       19：目镜(目镜部)

36：运算组件                                   37：图像传感器

39：图像处理电路                               40：监视器

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的测量设备其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在附图和实施形式中，通常采用相同的参考标号对相同和类似部分给予标注。

实施例

在图1中，参考标号1表示的是测量工作台，参考标号2表示的是设置在测量点处的、作为反射体使用的直角棱镜(棱镜)。在这种测量工作台1处还设置着测量设备3。测量设备3具有固定工作台4和水平转动部5。在固定工作台4处还设置有使水平转动部5转动用的、呈公知构成形式的转动组件(图中未示出)。

水平转动部5如图2所示，可以相对固定工作台4沿箭头A所示的方向转动。该水平转动部5具有支撑部(托架部)6。在支撑部6处设置有垂直方向转动轴7，而且在支撑部6的内部处还设置有使垂直方向转动轴7转动用的、呈公知构成形式的转动机械组件(图中未示出)。在该垂直方向转动轴7处设置着测量设备用望远镜部8。测量设备用望远镜部8可以通过水平运动部5的转动沿水平方向运动，并且可以通过垂直方向转动轴7的转动，如图1中沿箭头B所示的方向沿垂直方向转动。

在这种测量设备用望远镜部8处还如图3所示，设置有平行校准用光学系统部9、距离测量用光学系统部10、光照射部11、光接收部12。平行校准用光学系统部9用于对直角棱镜2实施平行校准。平行校准用光学系统部9可以具有物镜13、光路合成棱镜14、光路分割棱镜15、对焦透镜16、帕罗棱镜(正立正像变换光学元件)17、焦点镜18、作为目镜部的目镜19，从而构成为望远镜。

物镜13具有贯穿部20。光路合成棱镜14构成为光照射部11的一部分。光照射部11具有激光二极管21、准直透镜22、反射棱镜23和24。激光二极管21可以发射出作为测量光(照明光)的红外激光光P(比如说，波长为800纳米)，准直透镜22用于将这种红外激光光P聚光至视野角范围。

光路合成棱镜14用于使光照射部11的光轴01与物镜13的平行校准用光轴0相吻合，并且具有反射面14a。红外激光光P被反射棱镜23和24反射，导入至物镜13，通过该贯穿部20出射至外部，朝向直角棱镜2照射。图4表示的是红外激光光P的照射范围Q1，该照射范围Q1与可以对直角棱镜2的水平角和仰俯角实施位置测量的区域相对应。这种可以实施位置测量的区域的角度通过视野角表述时，位于大约1°至1.5°(大约1度至1.5度)的范围内。

与这种可以实施位置测量的区域相对应的红外激光光P，通过与如后所述的图像处理电路39相连接的、诸如CCD、CMOS等等的图像传感器37实施获取。该图像传感器37可以依据光接收结果，输出作为图像信息的图像信号。构成该图像传感器37的一个画面的图像传感器像素，与由该画面中心起的直角棱镜2的水平角和仰俯角相对应。因此，通过由对与可以实施位置测量的区域相对应的红外激光P实施接收的图像传感器37上的画面中像素位置，可以计算出直角棱镜2的水平角和仰俯角。

由直角棱镜2反射后的红外激光光P，聚光至物镜13的整个区域并导入至光路分割棱镜15。光路分割棱镜15具有反射面15a。

距离测量用光学系统部10由光投射系统29和光接收系统30构成。光投射系统29具有激光光源31，光接收系统30具有光接收元件33。在光投射系统29和光接收系统30之间还设置有三角形棱镜32。激光光源31可以发射出作为距离测量光的红外激光光。这种红外激光光的波长可以为诸如900纳米，与红外激光光P的波长彼此不同。

这种红外激光光由三角形棱镜32的反射面32a实施反射，并导入至光路分割棱镜15的反射面15a处。如果举例来说，反射面15a可以允许波长小于900纳米的光透射，并且对包含波长为900纳米的红外区域的光实施反射。

导入至该反射面15a处的红外激光光波，将通过物镜13的下半部区域34，作为平面波出射至测量设备用望远镜部8的外部。该照射范围Q2比如图4所示的照射范围Q1窄，而且该照射范围Q2与能够对直至直角棱镜2间的距离实施距离测量的区域相对应。这种可以实施距离测量的区域的角度通过视野角表述时，为大约8’(8arc-minute)。

这种红外激光光波由直角棱镜2反射，返回至物镜13处，通过物镜13的上半部区域35实施聚光，导入至光路分割棱镜15的反射面15a，再通过该反射面15a朝向三角形棱镜32的反射面32b实施反射，由反射面32b实施反射后由光接收元件33实施接收。

由这种光接收元件33给出的输出信号，输入至呈公知构成形式的、作为运算组件的计测电路36。计测电路36对测量设备用望远镜部8至直角棱镜2间的距离实施运算。采用这种构成形式，可以对直至直角棱镜2间的距离实施距离测量。

对于波长小于900纳米的光，将通过光路分割棱镜15、对焦透镜16导入至帕罗棱镜17。帕罗棱镜17具有能够根据通过物镜13获得的可视光，将视野内的图像变换为正立正像的功能。

这种帕罗棱镜17具有光路分割面38。光路分割面38可以将由直角棱镜2反射且通过物镜13而获得的、波长诸如为小于900纳米的红外光和可视光的入射光，分割为朝向构成目镜系统一部分的焦点镜18出射的光，和朝向设置在该入射光行进方向前方处的光接收部12出射的光。

朝向焦点镜18出射的光可以在焦点镜18处成像。操作者可以通过目镜19进行观察的方式，将成像在焦点镜18处的可视图像相对直角棱镜2实施平行校准。

在光接收部12处设置有作为上述图像传感器37使用的、诸如CCD、CMOS等等的摄像元件。图像传感器37与图像处理电路39相连接。图像处理电路39可以对图像传感器37输出的图像信息实施处理。而且，图像处理电路39还与实施显示用的监视器40相连接。

在测量设备3处设置有距离测量用光学系统部10，以及对直角棱镜2的水平角和仰俯角实施位置测量用的位置测量部41。这种位置测量部41可以采用公知的构成形式，所以在这儿省略了对其详细的说明。

在图像处理电路39处设置有处理组件。处理组件用于进行相对平行校准用光轴0，使直角棱镜2的位置能够在监视器40的画面40A处实施识别和显示的处理。

画面40A可以在画面中央图形显示出并如图5A所示的、通过处理组件实施处理后而作为可以实施距离测量的区域的图案Q3，并且可以显示出表示水平角和仰俯角的可以实施位置测量的区域Q4。而且，通过处理组件处理后的、作为水平角和仰俯角的基准位置的十字图案42，也显示在该画面40A中。在通过处理组件处理后的画面40A上，直角棱镜2的位置可以与作为标记Q5的背景图像一同实施显示。

操作者可以通过对该标记Q5的水平方向位置和垂直方向位置实施确认的方式，迅速判断直角棱镜2是否构成为图案Q3。而且，操作者可以朝向可以实施距离测量的区域，迅速地转动平行校准用光学系统部9。

这种标记Q5可以通过燃灭方式实施显示，也可以通过特定颜色和特定辉度对直角棱镜2实施强调显示。而且，还可以通过特定的符号(比如说诸如文字、数字、字母、记号等等)将标记Q5显示在画面中。

而且，可以由图像处理电路39向位置测量部41发出指令信号，当如图5(B)所示，直角棱镜2位于可以实施位置测量的区域Q4处时，将位置测量部41设定在可实施自动位置测量模式，自动地进行水平角Xg和仰俯角Yg的测量，并且将测量出的水平角Xg和仰俯角Yg显示在画面40A处。而且，可以由相对十字图案42的标记Q5的位置读取出水平角X1和仰俯角Y1，所以能够对十字图案42的位置处的水平角和仰俯角实施修正，进而能够对直角棱镜2的中心位置处的水平角和仰俯角实施显示。而且，还可以在如图5(C)所示的、直角棱镜2位于作为可以实施距离测量的区域的图案Q3处时，向位置测量部41和计测电路36发出指令信号，将位置测量部41设定在可实施自动位置测量模式，将计测电路36设定在可实施自动距离测量模式，自动地对水平角Xg、仰俯角Yg、测量设备3至直角棱镜2间的距离Zg实施测量，并且将测量出的三维坐标位置Xg、Yg、Zg显示在画面40A处。

在上面对本发明的实施形式进行的说明中，可以在画面上通过箭头对平行校准轴的移动方向实施显示，也可以改变直角棱镜2的燃灭频率，对该直角棱镜2的位置实施强调显示。

而且，也可以通过声音告知直角棱镜2的存在位置，还可以在进行自动位置测量模式、自动距离测量模式时给出警告显示。

操作者可以在不脱离本发明的范围和主题的条件下，容易地对本发明的构成形式进行多种多样的改动。从这一角度考虑，本发明还包括着对本发明进行的各种改进和变更，这些改进和变更均包含在权利要求请求保护的范围和等价物的范围之内。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1、一种测量设备，其特征在于其包括：

物镜；

通过该物镜朝向反射体照射出照明光用的照射部；

藉由照射出距离测量光，对从前述物镜直至前述反射体间的距离实施测量用的距离测量部；

依据通过前述物镜入射的入射光，输出视野范围内的图像信息用的图像传感器；

与该图像传感器相连接的，对由前述图像传感器输出的前述图像信息实施处理用的图像处理电路；

以及与该图像处理电路相连接的，对图像实施显示用的监视器；

而且可以实施距离测量的区域，和依据前述反射体反射后的照明光获得的前述监视器的画面上相对平行校准用光轴的前述反射体的位置，通过图形显示方式显示在被显示于前述监视器处图像上面。

2、根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于还进一步具有：

依据通过前述物镜入射的可见光，对视野范围内实施观察用的平行校准用光学系统部；

依据通过前述物镜入射的可见光，将视野范围内的图像变换为正立正像用的正立正像变换光学元件；

以及对通过前述正立正像变换光学元件获得的前述正立正像实施观察用的目镜部；

而且前述正立正像变换光学元件具有光路分割面，以将由通过前述反射体反射且通过前述物镜的照明光和前述可见光构成的入射光，分割成朝向前述目镜部行进的光，和朝向设置在前述入射光行进方向前方位置处的前述图像传感器行进的光。

3、根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于还进一步具有对前述反射体的仰俯角和水平角实施位置测量用的位置测量部；前述图像处理电路将可以实施位置测量的区域显示在前述监视器的画面上。

4、根据权利要求3所述的测量设备，其特征在于其中所述的图像处理电路输出在前述反射体位于前述可以实施位置测量的区域时将前述位置测量部设定在自动位置测量模式，在前述反射体位于前述可以实施距离测量的区域时将前述距离测量部设定在自动距离测量模式用的指令信号。

5、根据权利要求4所述的测量设备，其特征在于其中所述的图像处理电路在前述反射体位于前述可以实施距离测量的区域时将前述反射体的三维坐标位置显示在前述监视器的画面中，其中三维坐标分别为水平角、仰俯角与前述测量设备至前述反射体的距离。

6、根据权利要求4所述的测量设备，其特征在于对于按照前述自动位置测量模式和/或前述自动距离测量模式动作的场合，将处于按照前述位置测量模式和/或前述距离测量模式动作的警告信号，显示在前述监视器的画面中。

7、根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于其中所述的反射体至少通过点灭、颜色和/或辉度，在前述监视器的画面上实施强调显示，或是通过字符实施显示。

8、根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于在前述监视器的画面上，通过箭头对平行校准轴的移动方向实施显示。

9、根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于通过声音对前述反射体的存在位置实施信息告知。

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