CN1071890C

CN1071890C - 距离测定装置

Info

Publication number: CN1071890C
Application number: CN96112744.9A
Authority: CN
Inventors: 笹川润
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1996-10-10
Publication date: 2001-09-26
Anticipated expiration: 2016-10-10
Also published as: DE69608066D1; DE69608066T3; JPH09105625A; EP0768542A1; EP0768542B2; CN1155069A; DE69608066T2; US5760905A; EP0768542B1

Abstract

一种测距装置，其特征在于，在从测定对象至受光变换手段的光路上靠近受光变换手段且在光轴Q2外设有偏向手段。测定光束经投射系统照射测定对象，测定对象反射的反射光经受光系统成像在受光变换手段上，进行测定位置至测定对象的距离测量。同时在测定对象为反射板或自然物体等场合，漫反射光的一部分经偏向手段偏向受光变换手段测定距离。这样，可以一个装置测定长、短距离，同时能减少部件费用，使装置小型轻量化，改善操作性。

Description

距离测定装置

本发明涉及距离测定装置，尤其涉及将可见光或不可见光作为测定光束照射测定对象、用光接收变换手段接收测定对象所反射的反射光测定从测定位置至测定对象物间距离的距离测定装置。

从已有技术来看，已知的距离测定装置，通常取可见光或不可见光，或调制光或脉冲光作为测定光束照射测定对象物，接收测定对象物所反射的反射光，测定从测定位置至测定对象物的距离。

通常，这类距离测定装置大致上由，用于辐射/接收测定光的光学部分，将接收到的测定光变换为电信号并计算距离的电气部分所组成。

辐射/接收测定光的光学部分由，从光源发出测定光的发光部，将来自发光部的测定光照射测定对象物的照射光学系统，导引来自测定对象物的反射光的受光光学系统，和由受光部接收所导引的反射光的受光部构成。

图6(A)为大致表示这类距离测定装置的光学配置图。在图6(A)中，发光部有辐射测定光的光源1。该测定光由反射镜2反射到作为照射光学系统的物镜3，物镜3将这种反射的测定光变成大致平行光束。这种大致平行光束的测定光照射到测定对象物4上。测定对象物4将测定光再次反射到物镜3。测定对象物4沿物镜3的光轴方向设置。

经过反射镜2的反射，物镜3将这种反射光成像在受光部的受光手段5上。

如图6(A)所示，测定对象物4有，设于要测定对象物处作为递归反射棱镜的三面直角棱镜，反射板，构成测定对象的物体自身等。

如图6(A)例所示，一般的测量器，在辐照射光学系统和受光光学系统共用一个物镜3(单孔透镜型)情况下，物镜在其上下、左右、中心部和外周部分照射光学系统和受光光学系统进行配置。另外，已知的还有照射光学系统和受光光学系统具有独立的物镜(双孔透镜型)。

可是，在上述结构的距离测定装置(下面简称为“测距装置”)中，当测定对象物4为三面直角棱镜时，如图6(A)所示，照射平行光和反射平行光会产生偏差。因此，即使包含光源1的照射光学系统和包含受光传感器5的受光光学系统不处于同轴位置，不管该距离如何都可进行距离测定。也即，远距离，近距离都可测定。

一方面，如图6(B)所示，实际测定对象物6为反射板或自然物体等时，照射测定对象6的测定光变成以其照射的位置J1为中心被漫射了的反射光。此时的反射层其表面上形成递归反射的微小球状玻璃或微小棱镜。自然物体具有某种程度的反射特性。

照射到测定对象物的测定光为漫射的反射光，在测距装置与测定对象物距离远的情况下，近于平行物镜3光轴的反射光入射于受光光学系统。因此，即使照射光学系统和受光光学系统分开配置，受光部也能获得测距所需的反射光。

另一方面，在测距装置与测定对象间距离近的情况下，被测定对象漫射的入射受光光学系统的反射光，相对于物镜3的光轴有大的倾斜，因此，反射光变成难以成像在受光(光敏)传感器5上的状态。

从而，物镜3将上述测定对象物6所反射的反射光成像在偏离受光传感器5的位置上。其结果，在受光传感器5上实际接收的光量极少，故使测距困难。

使用上述反射层或自然物体作为测定对象物6的测定方法，从提高所谓不选择测定对象的通用性的观点看，如上所述的将激光作为测定光束的光波距离计，其要求过高。

这里，对使用反射板或自然物体作为测定对象物6进行近距离测定情况下，可考虑在物镜3和测定对象物6侧的光路内设置校正用的棱镜7(参见图7(A))或透镜8(参见图7(B))，借助这种棱镜7或透镜8将由测定对象物6所漫射的部分反射光成像在光敏(受光)元件5上。

因而，在使用棱镜7或透镜8的情况下，有必要在长距离测定时从光路中卸掉棱镜7或透镜8，而在近距离测定时将它们插入光路中。因此，作为校正用的添加部件，大大提高了费用，而且出现所谓引起装置主体等重的新问题。

为区分测定操作而需对棱镜7或透镜8进行插卸操作，故使操作烦杂。如会发生所谓虽用三面直角棱镜4作为测定对象物而会在插入棱镜7或透镜8状态下进行测定、虽以反射板或自然物体作为测定对象物6而会在卸掉棱镜7或透镜8状态下进行测定的误操作。

本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种用一个装置就能测定长距离和近距离、同时既能减少校正用其它部件的费用又能使装置主体小型轻量化、而且能改善操作性的测距装置。

为完成上述目的，本发明用于测定从测定位置到测定对象物距离的距离测定装置，其特征在于，备有：

设有光照射光学系统对所述对象物照射测定光束的光照射系统；

设有受光光学系统和受光变换手段的受光系统，所述受光光学系统将所述对象物反射的光导向所述受光变换手段，所述受光变换手段将所接收到的光变换为电信号以计算从所述测定位置到所述对象物的距离；和

设置在所述受光光学系统的光路附近至少将所述对象物反射的倾斜于所述受光光学系统的光轴进入所述受光系统的光的一部分偏向到所述受光变换手段的偏向手段。

本发明用于测定从测定位置到测定对象物距离的距离测定装置，其特征在于，备有：

设置在所述受光光学系统的光路附近至少将所述对象物反射的在偏离所述受光变换手段的某个位置对所述对象物成象的光的一部分偏向到所述受光变换手段的偏向手段。

所述偏向手段由漫射元件构成。

所述偏向手段由反射元件构成。

所述偏向手段由折射元件构成。

所述偏向手段由衍射元件构成。

所述测定对象物为设于要测定对象物处的递归反射棱镜。

所述递归反射棱镜可为三面直角棱镜。

所述测定对象物为设于要测定对象物处的反射板。

所述测定对象物为该物体本身。

附图说明

图1(A)为表示本发明实施例1测距装置长距离测定时的光学说明图；

图1(B)为表示本发明实施例1测距装置近距离测定时的光学说明图；

图2为表示本发明实施例2测距装置近距离测定时的光学说明图；

图3为表示本发明实施例3测距装置近距离测定时的光学说明图；

图4为表示本发明实施例4测距装置近距离测定时的光学说明图；

图5为表示本发明实施例5测距装置近距离测定时的光学说明图；

图6(A)为表示已有技术测距装置长距离测定时的光学说明图；

图6(B)为表示已有技术测度装置近距离测定时的光学说明图；

图7(A)为表示已有技术能够近距离测定的测距装置在使用棱镜情况下的近距离测定时的光学说明图；

图7(B)为表示已有技术测距装置在使用透镜情况下的近距离测定时的光学说明图。

第一实施例

下面，根据附图说明适用于光波测距仪的本发明测距装置的实施例1。

图1(A)为使用三面直角棱镜一般测定时的光学说明图，图1(B)为使用反射板近距离测定时的光学说明图。

图1(A)中，测距装置10备有：光源11，对光源射出的测定光束进行反射的反射镜12，使反射镜12所反射的测定光束成为平行光束的物镜13，设于未图示测定对象物处的实质上构成测定对象物的三面直角棱镜14，由毛玻璃等漫射元件构成的偏向手段15，和受光变换手段16。

光源11和受光变换手段16配置在物镜13的焦点位置上。图1(A)中，符号Q1为从光源至三面直角棱镜14的发光系统及从三面直角棱镜14至受光变换手段16的受光系统的中心光路，Q2为光学系统的光轴。反射镜12沿光轴Q2的方向反射测定光束，并将反射光反射到与光轴Q2正交的方向上。

光源11射出可见了光或不可见光，或调制光或脉冲光作为测定光束。光源11的发光时间受未图示的控制部控制。

偏向手段15设置在物镜13与受光变换手段16间的受光路上且靠近受光变换手段16的位置处。偏向手段15设置在光路外的位置上。这样做是为了在入射物镜13的反射光不随该物镜13而偏离能正常成像在受光变换手段16上情况下，不跨越(遮挡)该光束。

偏向手段15，除毛玻璃外，还可用能够自由设定慢射方向或角度类型的偏向手段。使用这类偏向手段情况下，能在受光变换手段16上更有效地接收漫反射光。

测定至测定对象物的距离时，预先将三面直角棱镜14设置于测定对象物处，将该三面直角棱镜14作为实际测定对象物。然后，从光源11向三面直角棱镜14照射测定光束。该测定光束经反射镜12反射，经过物镜13的照射侧成为平行光束后，经三面直角棱镜14反射折回。此时的反射光束是平行光束。

该平行反射光一边由物镜13受光侧会聚一边被反射镜12反射。进而，被反射的平行反射光成像在受光变换手段16上并作为电信号取出，经未图示的测定部及运算部测定至测定对象物的距离。

另一方面，如图1(B)所示，在近距离测定中，用反射板或自然物体作为这种测定对象物17情况下，由光源11射出的经物镜13成为平行光束的测定光束，如箭头所示，在测定对象物17被照射的位置处形成漫射的反射光。因此，入射受光系统的反射光相对于光轴Q2有大的倾斜。

这种被漫射了的反射光的一部分，倾斜入射物镜13的受光侧，照其原有线路被反射镜12反射。

此时，物镜13会聚的反射光，伴随倾斜于物镜13入射，偏离成像位置，经反射镜12成像在未入射于直接受光变换手段16的位置上。由于在该受光变换手段16之前的光轴外配置着本发明的漫射透过的偏向手段15，故通过偏向手段15偏向后的光束入射到受光变换手段16，根据该入射的光束能测定距离。

入射受光变换手段16的光束，虽然是经测定对象物17被漫射的反射光的一部分，进而由偏向手段15偏向，但由于测定对象物处在近距离上，故不会发生因光量不足而不可测定的问题。

因此，远距离测定情况下，根据被作为测定对象物的三面直角棱镜14所反射的平行反射光进行距离测定。而在近距离测定情况下，除三面直角棱镜14外，即使是反射板或自然物体等也能测定距离。此时，测定对象物17即使是具有对平行测定光束漫反射特性的反射板或自然物体，也能通过始终固定的偏向手段15测定距离。而且，在受光侧光学系统中不必使用特殊的驱动手段。

因此，用一个装置就能测定远距离和近距离，在近距离测定情况下，即使测定对象物对测定光束漫反射也能测定距离，尽管如此，但仍无需驱动将漫反射光导向受光变换手段16的近距离测定用光学部件(偏向手段15)的驱动装置等，故能降低费用。而且，由于不需要驱动装置，可实现装置本体的小型、轻量化。而且，通过将近距离测定用光学部件固定，这样与距离或测定对象物的光学反射特性无关，不需要像已有技术那样的将棱镜7或透镜8插入、卸离受光路的预操作，仅以同样的操作就可测定距离，故改善了操作性。

如上所述，在本发明的距离测定装置中，由于在从测定对象物至受光变换手段的光路上靠近受光变换手段的位置处设置有对至少部分反射光偏向的偏向手段，故能用一个装置测定长距离的近距离，同时，不仅能减少校正用添加部件的费用，而且能实现装置本体的小型轻量化，并能改善操作性。

第二实施例

图2表示本发明测距装置的第二实施例，是一个比上述实施例1更具实用性的实施例。图中仅示出该实施例2测距装置的近距离测定状态。与实施例1相同的结构，由于光学原理与实施例1相同，故标以同一符号，并省略其说明(下面，各实施例中也一样)。

测距装置20具有：光源11，发光光纤21，分割棱镜22，反射镜12，物镜13，测定对象物17，闸门(shutter)23,ND滤光器24，偏向手段15,BPF(带通滤光器)25，棱镜26，受光光纤27，受光变换手段16，透镜28,29。

光源11射出的照明光束，通过发光光纤21由分割棱镜22分成测定光和基准光。其中被分割出的测定光经反射镜12反射后，通过物镜13成为平行光束被测定对象物漫反射。

测定对象物17漫反射的部分反射光，一方面由物镜13受光侧会聚，一方面由反射镜12反射，通过对测定光和基准光进行切换和光闸(shutter)，经ND滤光器24调整到一定光量后，再由偏向手段15偏向到受光光纤。

经偏向手段15偏向的反射光，仅仅其波长对应于光源1射出光束的那部分光束通过BPF25，测定光与基准光相结合透过棱镜26被受光光纤27端面接收后，透过该受光光纤27被受光变换手段16接收作为电信号取出，由未图示的测定部及运算部测定至测定对象的距离。

另一方面，被分割棱镜22分割的其中的的基准光，经该棱镜22反射，透过中继透镜28，经闸门23的通过切换，通过该闸门23，再经中继透镜29，被棱镜26反射引导，成像在受光光纤27上，被受光变换手段16接收识别为由光源11射出的光束基准光。

在能够认为测定对象物近似位于无限远的情况下，一边由物镜13受光侧会聚一边被反射镜12反射，经过闸门23、ND滤光器24、BPF25、棱镜26，成像在受光光纤27上，通过该受光光纤27被受光变换手段16接收。

第三实施例

图3表示本发明测距装置的第三实施例。上述实施例1将一个物镜13分成左右作为发光侧和受光侧，与此相比，图3所示测距装置30取分离成发光侧物镜13a和受光侧物镜13b的双孔透镜。

其它构成与上述实施例1相同，光学原理实质上也相同，故省略说明。

第四实施例

图4表示本发明测距装置的第四实施例。该实施例4在物镜13的光轴上设有倾斜反射镜30。该倾斜反射镜30反射光源11射出的测定光束，使其成为与物镜13光轴同轴的平行光束。在与物镜13光轴同轴上设有受光变换手段16。因此，光源11射出的测定光束，通过物镜13的中部照射测定对象物后，来自测定对象的反射光透过物镜13的周围部。

另一方面，设在受光变换手段16附近具有漫射特性的偏向手段15′，为像去掉光路那样中间开口的环状，在测定对象物具有足够的测定距离情况下，一方面由物镜13会聚，一方面通过偏向手段15′的中间开口成像在受光变换手段16上，在如反射板或自然物体那样的测定对象17场合，偏向手段15′所漫射的光束的一部分被受光变换手段16接收。

第五实施例

图5表示本发明测距装置的实施例5。在具有实施例3所述的双孔物镜13a、13b类型的测距装置50中，用具有反射特性的偏向手段31代替实施例3所示具有漫射特性的偏向手段15。该偏向手段31也适用于具有单孔物镜的测距装置。

此时，偏向手段31倾斜(沿或略沿物镜13产生的集束方向)设置，使反射光导向受光变换手段16。也可取以光轴Q2为中心向图示上方张开的漏斗状。

此外，在上述各实施例中，作为偏向手段虽揭示了具有偏向特性和反射特性，除此之外，也可以是利用如漫射板产生的漫射光、棱镜或凹透镜产生的发散光、或焦距较短的凸透镜产生的一次成像后的发散光的折射部件。

作为折射部件，也可以是使上述透镜极小化折射方向不同的排列在平面上的透镜阵或菲涅尔透镜。进而，若使用将上述透镜的折射方向限定在一个方向中的圆柱透镜，则能更有效地将漫反射光导向受光变换手段16。

除上述折射部件外，也可用利用衍射光栅产生的衍射光的衍射部件。此时，因随漫反射光入射的位置使光栅宽度改变，故能更有效地将漫反射光导向受光变换手段16。进而，也可将作为上述偏向手段的各类部件进行多种组合运用。

Claims

1．一种用于测定从测定位置到测定对象物距离的距离测定装置，其特征在于，备有：

2．一种用于测定从测定位置到测定对象物距离的距离测定装置，其特征在于，备有：

3．如权利要求1、2所述的装置，其特征在于，所述偏向手段由漫射元件构成。

4．如权利要求1、2所述的装置，其特征在于，所述偏向手段由反射元件构成。

5．如权利要求1、2所述的装置，其特征在于，所述偏向手段由折射元件构成。

6．如权利要求1、2所述的装置，其特征在于，所述偏向手段由衍射元件构成。