CN1721818A - 测量系统 - Google Patents

Abstract

一种测量系统，从目标侧射出导向光，在测量仪侧接收导向光，以使望远镜朝向目标的大致方向上，缩短了自动瞄准所需的时间，在该测量系统中，能够除去由窗玻璃等反射体反射的导向光，准确进行测量仪的自动瞄准。目标具有射出导向光的导向光发送器；导向光发送器具有光源、使从光源发出的光成为直线偏振光的偏光板、以及使该直线偏振光成为圆偏振光的导向光的1/4波长板。测量仪具有接收上述导向光以检测出上述导向光发送器方向的方向检测器；瞄准准备装置，在自动瞄准装置起动前根据来自方向检测器的输出信号使望远镜朝向目标的方向；方向检测器具有：使圆偏振光的导向光成为直线偏振光的1/4波长板；以及仅使该直线偏振光通过的偏光板。

Description

测量系统

技术领域

本发明涉及从目标侧由一个人能够对测量仪进行远程控制的测量系统。

背景技术

用现有的全站仪(电子式测距测角仪)等测量仪来测定测量点的位置等，必须对设置在测量点上的目标进行瞄准，近几年为了减轻瞄准目标的劳力和减小操作员的习惯所造成的瞄准误差，也出现了具有自动瞄准装置的测量仪。所谓自动瞄准装置是指沿着测量仪的望远镜的瞄准轴(光轴)射出瞄准光，接收由目标反射来的瞄准光，求出目标的方向，使望远镜自动地朝向目标的方向的装置。具有这种自动瞄准装置的测量仪，具有遥控装置，即使一个人也能够从远离测量仪主体的地方进行测量。

但是，若根据从遥控装置来的指令，对具有这种自动瞄准装置的测量仪进行测量，则为了在望远镜的狭窄视场内捕捉目标，必须使望远镜在很宽的范围内进行扫描，所以存在的问题是自动瞄准很费时间，不能顺利地进行测量。

为了解决这一问题，已知有以下列专利文献1所公开的测量仪。该专利文献1所公开的测量仪示于图6和图7。

该测量仪11在正面和背面具有接收从遥控装置27来的信号光的受光单元25、26。该信号光还作为用于了解遥控装置27的位置的导向光。各受光单元25、26如图7所示，形成棱锥形，具有4个受光面A、B、C、D。

那么，当直角棱镜等反射棱镜23附近的操作者把遥控装置27朝向测量仪进行操作时，从遥控装置27射出的信号光进入受光单元25内。若受光单元25的顶点T朝向遥控装置27的方向，则朝向4个受光面A、B、C、D的信号光的入射光量相等，但是若受光单元25的顶点T不是朝向遥控装置27的方向，则朝向4个受光面A、B、C、D的导向光入射光量不相等。因此，利用未图示的控制装置对来自4个受光面A、B、C、D的输出进行比较，从而计算出遥控装置27的方向，使望远镜12朝向遥控装置27的方向。若望远镜12的瞄准轴O朝向遥控装置27的方向，即反射棱镜23的方向，则测量仪11的前面上所设置的LED 31点亮，使操作者获悉这种情况。然后利用未图示的自动瞄准装置使望远镜12自动地瞄准反射棱镜23的方向。

在该测量仪中，在自动瞄准之前，由受光单元25、26迅速寻找到反射棱镜23的方向，所以不必在很宽的范围内使窄视场的望远镜12进行扫描，寻找反射棱镜23，能够缩短反射棱镜23瞄准结束前的时间，使测量顺利进行。

[专利文献1]日本专利第3075384号公报

[专利文献2]日本专利申请特开2003-273471号公报

但是，利用上述专利文献1所公开的测量仪11，若在测量仪的后方有窗玻璃等反射体时，则会出现从遥控装置27射出的信号光(导向光)被反射体反射之后，射入到背面的受光单元25上的情况。在这种情况下，出现的问题是：测量仪11将会判断在反射体的方向上存在反射棱镜23，测量仪11的望远镜12不能朝向反射棱镜23的方向，在自动瞄准开始前的瞄准准备中产生错误动作，可能无法自动瞄准。

发明内容

本发明正是为解决上述问题而提出，其目的在于提供这样的测量系统，其从目标侧射出导向光，在测量仪侧，接收导向光使望远镜朝向目标的大致方向上，缩短了自动瞄准所需的时间，并且该测量系统能够除去由窗玻璃等反射体反射的导向光，准确地进行自动瞄准。

为了解决上述问题，根据技术方案1的发明，是一种测量系统，其由用于瞄准的目标以及具有自动地使望远镜的瞄准轴与该目标相一致的自动瞄准装置的测量仪构成，其特征在于：上述目标具有射出导向光的导向光发送器；上述测量仪具有：方向检测器，用于接收上述导向光，检测出上述导向光发送器的方向；以及瞄准准备装置，用于在起动上述自动瞄准装置之前，根据来自上述方向检测器的输出信号，使上述望远镜朝向上述目标的方向上；上述导向光发送器射出圆偏振光的导向光；上述方向检测器具有：偏光变换部，用于使上述圆偏振光的导向光成为直线偏振光；以及偏光板，用于给出一种与借助上述偏光变换部而变成直线偏振光的导向光相一致的偏光面。

根据技术方案2的发明，其特征在于：在根据技术方案1的发明中，上述导向光发送器具有：发光部，用于发出直线偏振光；以及偏光变换部，用于使从该发光部发出的直线偏振光成为圆偏振光的导向光。

根据技术方案3的发明，其特征在于：在根据技术方案2的发明中，上述发光部由光源以及使从该光源发出的光成为直线偏振光的偏光板构成，使上述圆偏振光的导向光成为直线偏振光的偏光变换部和使直线偏振光成为圆偏振光的导向光的偏光变换部，均由1/4波长板构成。

根据技术方案4的发明，其特征在于：在根据技术方案1的发明中，上述导向光发送器具有圆偏振光半导体激光器。

本发明具有这样的效果，若采用技术方案1的发明，则从导向光发送器中射出的圆偏振光的导向光，若由测量仪后方的反射体进行反射，则变成旋转方向翻转了的圆偏振光的反射导向光。从导向光发送器直接射入到方向检测器内的导向光若透过偏光变换部，则变成直线偏振光，能够透过偏光板。但是旋转方向翻转了的反射导向光若透过偏光变换部，则在原来的旋转方向的圆偏振光变成与通过了偏光变换部时相比偏光面偏离90°的直线偏振光，不能透过偏光板。这样来除去由测量仪后方的反射体进行反射的、旋转方向翻转了的圆偏振光的反射导向光，使测量仪的自动瞄准开始前的瞄准准备不会产生错误动作，能够准确地进行自动瞄准。

若采用技术方案2的发明，则因为上述导向光发送器由用于产生直线偏振光的发光部，以及用于使从该发光部发出的直线偏振光成为圆偏振光的导向光的偏光变换部构成，所以，能够实现价格低廉，结构简单的本发明的测量系统。

若采用技术方案3的发明，则因为发光部由光源和偏光板构成，偏光变换部由1/4波长板构成，所以，能够实现价格更低，结构更简单的本发明的测量系统。

若采用技术方案4的发明，则因为导向光发送器具有圆偏振光半导体激光器，能直接射出圆偏振光的导向光，所以，不需要偏光板和偏光变换部，结构非常简单，价格低廉，因此，能够实现更加廉价的测量系统。

附图说明

图1是表示涉及本发明第1实施方式的测量系统的概要的图。

图2是上述测量系统的导向光发送器和方向检测器的方框图。

图3是上述测量系统的整体方框图。

图4是说明上述测量系统的动作的流程图。

图5是说明上述测量系统的效果的图。

图6是表示现有的具有遥控装置的测量仪的图。

图7是上述现有的测量仪中所具有的受光单元的斜视图。

具体实施方式

以下根据附图，详细说明本发明的实施方式。

首先，根据图1～图5，说明本发明的一实施方式。图1是表示本发明的测量系统的概况的图。图2是该测量系统中的导向光发送器和接收导向光的方向检测器的方框图。图3是该测量系统整体的方框图。图4是说明该测量系统的动作的流程图。图5是说明本发明的效果的图。

本实施例的测量系统，如图1所示，由以下两个部分构成：测量仪50，它具有自动瞄准装置；以及目标60，它具有反射棱镜等返回反射体62，用于使光向来的方向上进行反射。测量仪50具有：测量仪主体52，它能够在三角架48上所固定的未图示的校准台上进行水平转动；以及望远镜54，它能够相对于测量仪主体52进行垂直转动。目标60在三角架48上所固定的校准台61上具有：返回反射体62，用于把从测量仪50射出的瞄准光58向测量仪50上反射；以及导向光发送器66，用于向测量仪50射出说明目标60的方向的导向光64。导向光64为一种调制光，使得测量仪50能够分辨出是导向光64。瞄准光58也被调制，使得测量仪50能够分辩出是瞄准光58。

导向光发送器66如图2(A)所示，其结构件包括：激光二极管等光源200；送光透镜202，其为柱面透镜，用于将光源200发出的光变成为在垂直方向上较窄、在水平方向上扩宽的宽度较大的扇形光束；偏光板204，用于把透过了送光透镜202的光变成为直线偏振光；以及1/4波长板206，用于把该直线偏振光变成为圆偏振光的导向光64。并且，导向光发送器66在垂直方向摆动，使得导向光64在垂直方向上扫描。当然，也可以是：导向光发送器66利用凸透镜来代替柱面透镜作为送光透镜，利用凸透镜来对从光源200中射出的光进行聚光，作为扩展成圆锥状的扩散光的导向光，而不扫描该导向光。

在测量仪50的测量仪主体52上具有对从导向光发送器66中射出的导向光64的方向进行检测的方向检测器56。因导向光64在垂直方向上扫描，所以即使测量仪50和目标60之间有很大的高度差，也能够由方向检测器66检测出导向光发送器66的方向。并且，当测量仪50和目标60接近，两者的高低差较大时，有可能方向检测器56处于导向光64的扫描范围以外，所以，在这种情况下，导向光发送器66的扫描范围在上下方向上均能够分级错开。

方向检测器56如图2(B)所示，其构成部分包括：受光透镜210，其是用于对圆偏振光的导向光64进行聚光的柱面透镜；1/4波长板212，用于把经过受光透镜210进行聚光后的导向光64从圆偏振光变成为直线偏振光；偏光板214，其给出的偏光面与直接到达的导向光64a通过1/4波长板212而变成直线偏振光LP时的偏光面相一致，以便仅使从导向光发送器66直接到达的导向光64通过；以及长方形的受光元件216，用于接收已通过了偏光板214的导向光64。受光透镜210也可以用复曲面透镜或凸透镜来代替柱面透镜。所谓复曲面透镜是指把柱面透镜弯曲成圆弧状的形状的透镜。在受光透镜210的前方，沿垂直方向设置了对水平受光范围进行限制的未图示的狭缝。并且，方向检测器56固定在测量仪主体52上，直接接收导向光，或者接收测量仪主体25进行水平旋转时的导向光64，对导向光发送器66的水平方向进行检测。

在测量仪50和目标60上分别具有无线机70、72，以便用无线65来处理指令信号和测量结果等。两台无线机70、72具有无方向性天线，使得测量仪50和目标60即使不是正对也能够通信，并利用电波65进行通信。

以下根据图3的方框图，详细说明构成测量系统的测量仪50和目标60的内部构成。

测量仪50具有：驱动部101，用于使望远镜54朝向目标60；测量部109，用于测量望远镜54的水平角和垂直角；瞄准光射出部118，用于向目标60射出瞄准光58；瞄准光接收器120，用于接收由目标60反射的瞄准光58；存储部122，用于存储测角值等数据；以及控制运算部(CPU)100，连接至驱动部101、瞄准光射出部118、测量部109、瞄准光接收器120和存储部122。并且，来自操作输入部124的各种指令和数据也可以输入至控制运算部100。

上述驱动部101包括：使测量仪主体52水平旋转的水平马达102、使望远镜54进行垂直旋转的垂直马达106、以及分别向两个马达102、106供给驱动电流的水平驱动部104和垂直驱动部108。上述测量部109包括：和测量仪主体52一起水平旋转的水平编码器111、和望远镜54一起垂直旋转的垂直编码器110、用于对两个编码器111、110各自的旋转角进行读取的水平测角部112和垂直测角部116、以及图示从略的测距部。

并且，测量仪50具有一种自动瞄准装置，用于把望远镜54的光轴(瞄准轴)自动地对准到目标60上。所谓自动瞄准装置是指，由控制运算部100、瞄准光射出部118、瞄准光接收器120和驱动部101构成，从瞄准光射出部118射出瞄准光58，通过瞄准光接收器120来接收由目标60反射回来的瞄准光58，利用控制运算部100来判断目标60的方向，对驱动部101进行控制，使望远镜54的光轴朝向目标60。

上述测量仪50的内部结构与现有的具备自动瞄准装置的全站仪相同，所以，进一步的说明从略。

本实施例的测量仪50中还具有瞄准准备装置，用于在起动自动瞄准装置之前，预先使望远镜54朝向目标60。本实施例的瞄准准备装置由方向检测器56、无线机70、驱动部101以及与它们相连接的控制运算部100构成，根据从方向检测器56来的输出信号，使望远镜54朝向导向光发送器66，当判断出望远镜54已大致朝向目标60的方向上时，起动自动瞄准装置。

另一方面，本实施例的目标60除具有返回反射体62、导向光发送器66和无线机72以外，还具有与导向光发送器66和无线机72相连接的控制运算部80。

在控制运算部80上还连接了：操作输入部82，用于输入各种指令和数据；以及显示部84，用于显示目标60和测量仪50的状态。

以下根据图4的流程图，说明本实施例的测量系统的动作。

若启动本实施例的测量系统，则目标60进入步骤S1，从导向光发送器66中射出导向光64，然后进入步骤S2，向测量仪50发送用于使测量仪主体52水平旋转的水平旋转指令信号。于是，测量仪50在步骤S101接收水平旋转指令信号，然后进入步骤S102，把水平旋转开始的通知发送给目标60。目标60在步骤S3对测量仪主体52的水平旋转进行确认，从而识别出测量仪50已开始导向光发送器66的水平方向搜索。

测量仪50进入步骤S103，使测量主体52水平旋转，然后，进入步骤S104，接收导向光64，检测出导向光发送器66的水平方向。在此，当在规定时间内不能接收导向光64时，进入步骤S105，把错误通知发送给目标60。目标60若在步骤S4确认错误通知，则进入步骤S5，在显示器84上显示水平方向检测错误，停止动作。

当在步骤S104接收了导向光64时，进入步骤S106，把望远镜54的水平方向位置朝向导向光发送器66而对准，使测量仪主体52停止水平旋转。接着，进入步骤S107，把导向光的OFF指令发送到目标60上。目标60在步骤S6收到导向光的OFF指令时，得知在测量仪50内导向光发送器66的水平方向搜索结束，所以，进入步骤S7，使导向光64为OFF，接着，进入步骤S8，把导向光OFF通知发送到测量仪50。

当测量仪50在步骤S108确认导向光OFF通知时，进入步骤S109，射出瞄准光58，接着，进入步骤S110，把望远镜54的垂直旋转开始的通知发送到目标60。在目标60上通过在步骤S9确认了垂直旋转通知，得知测量仪50已开始目标60的垂直方向搜索。另一方面，在测量仪上，进入步骤S111，使望远镜54垂直旋转，继续进行目标60的垂直方向搜索。

然后，测量仪50进入步骤S112，射出瞄准光58，同时通过对由目标60反射回来的瞄准光58进行接收，检测出目标60的垂直方向。在此，当不能接收瞄准光58时，返回到步骤S101，重复流程步骤，或者进入步骤S113，把错误通知发送到目标60。目标60在步骤S10确认了错误通知时，进入步骤S11，在显示器84上显示出垂直方向检测错误，停止动作。

当在步骤S112接收了瞄准光58时，进入步骤S114，把望远镜54朝向目标60的垂直方向位置而对准，使望远镜54停止。接着，进入步骤S115，开始瞄准动作，把关于正在进行瞄准的意思的通知发给目标60。目标60在步骤S12确认是正在瞄准，从而在测量仪50中，通知自动瞄准装置起动。另一方面，测量仪50进入步骤S116，继续进行自动瞄准动作。

当在步骤S116不能很好地瞄准时，返回到步骤S110，重复流程步骤，或者进入步骤S117，把错误通知发给目标60。当目标60在步骤S13确认了错误通知时，进入步骤S14，向显示部84上输出瞄准错误，停止动作。当在步骤S116，能够很好地瞄准时，进入步骤S118，把瞄准结束通知发给目标60。于是目标60在步骤S15得知在测量仪50上已完成自动瞄准。

于是，测量仪50进入步骤S119，进行测距、测角，接着，进入步骤S120，把测距值、测角值通知给目标60。目标60在步骤S16确认测距值、测角值时，在显示部84上显示出测距值、测角值等的测量结果，结束测量。

当由于错误而使该测量系统停止时，在排除错误原因之后，即可再次开始测量系统的动作也是可以的。

以下说明本实施例产生的效果。在本实施例中，如图5(A)所示，从导向光发送器66射出的导向光64是圆偏振光CP。在该导向光64中，直接射入到方向检测器56的导向光64a如图5(B)所示，当透过1/4波长板212时变成直线偏振光LP，透过偏光板214(其给出的偏光面能够仅使该直线偏振光LP通过)，向受光元件216射入。

与此相反，如图5(A)所示，导向光64由测量仪50后面的玻璃等反射体222进行反射，变成反射导向光64b时，圆偏振光CP′的旋转方向翻转。这样，旋转方向翻转了的圆偏振光CP′，如图5(C)所示，当射入到1/4波长板212时，变成直线偏振光，该直线偏振光LP′具有的偏光面与从导向光发送器66直接到达的导向光64a通过1/4波长板212之后的偏光面相垂直，不能透过偏光板214。这时，导向光64不是垂直射入到反射体220，而是以某一入射角进行射入，于是反射导向光64b不变成圆偏振光，而变成椭圆偏振光，所以，尽管反射导向光64b的某一些通过偏光板214，但实际上导向光64朝向反射体220的入射角为数10度，仍能够用偏光板214来充分除去反射导向光64b。因此，在本实施例中，测量仪50和目标60的侧方的窗玻璃等反射体220发出的反射导向光64b也能够被除去。

这样，当从导向光发送器66射出的导向光64直接射入到方向检测器56内时，受光元件216能接收导向光64，但导向光64被玻璃等反射体220反射后射入到方向检测器56内时，受光元件216不接收导向光64。相应地，该测量仪50中，不会接收由玻璃等反射体220反射的导向光64，使目标60的方向产生错误。

并且，在实施例中，导向光64是水平方向宽，上下幅度窄的扇形光束，所以，用小功率即可到达远方，而且，在垂直方向上扫描，对上下左右很宽的范围进行照射，所以，即使测量仪50和目标60有很大的高低差、测量仪50和目标60没有正对，仍能够实现，设置在测量仪50上的方向检测器56准确地接收导向光64，在自动瞄准开始前预先把望远镜54大致朝向目标60的方向上，准确地进行瞄准准备。

但是，本发明并不仅限于上述实施例，而是能够有各种变形，例如，在上述实施例中，使扇形光束的导向光64一边从导向光发送器66中射出，一边在上下方向上扫描，并且使测量仪主体52进行水平旋转以检测出导向光发送器66的方向，但是对图6和图7所示的现有的测量仪，也能够使图2所示的导向光发送器66和方向检测器56的结构适用于遥控装置27和受光单元25、26。

并且，尽管在上述实施例的导向光发送器66中，把从光源200中发出的光通过偏光板204变成直线偏振光，但由于激光二极管发出直线偏振光，所以也可以省略偏光板204。这样，导向光发送器66若有发出直线偏振光的发光部，则能够省略偏光板204。或者，光源200也可以采用发出圆偏振光的圆偏振光半导体激光器(参见上述专利文献2)。若采用圆偏振光半导体激光器，则能够省略偏光板204和1/4波长板206，导向光发送器66可以采用很简单的结构。再者，在上述实施例的导向光发送器66中，尽管由1/4波长板206把直线偏振光变换成圆偏振光，但是1/4波长板206也可以更改为执行将直线偏振光变换成圆偏振光的适当的偏光变换部。无论哪种情况，导向光发送器66只要能够射出圆偏振光的导向光64即可。

再者，在上述实施例的方向检测器56中，用1/4波长板214来把圆偏振光变换成直线偏振光，但是1/4波长板214也可以更改为能够把圆偏振光变换成直线偏振光的适当的偏光变换部。

Claims (4)

1、一种测量系统，包括用于瞄准的目标，和具有自动地使望远镜的瞄准轴与该目标相一致的自动瞄准装置的测量仪，其特征在于：

上述目标具有射出导向光的导向光发送器；

上述测量仪具有：方向检测器，用于接收上述导向光，以检测出上述导向光发送器的方向；以及瞄准准备装置，用于在起动上述自动瞄准装置之前根据来自上述方向检测器的输出信号，使上述望远镜朝向上述目标的方向；

上述导向光发送器射出圆偏振光的导向光；

上述方向检测器具有：偏光变换部，用于使上述圆偏振光的导向光成为直线偏振光；以及偏光板，用于给出与通过上述偏光变换部而变成直线偏振光的导向光相一致的偏光面。

2、如权利要求1所述的测量系统，其特征在于：上述导向光发送器具有：发光部，用于发出直线偏振光；以及偏光变换部，用于使从该发光部发出的直线偏振光成为圆偏振光的导向光。

3、如权利要求2所述的测量系统，其特征在于：上述发光部包括光源和使从该光源发出的光成为直线偏振光的偏光板，使上述圆偏振光的导向光成为直线偏振光的偏光变换部和使直线偏振光成为圆偏振光的导向光的偏光变换部，均由1/4波长板构成。

4、如权利要求1所述的测量系统，其特征在于：上述导向光发送器具有圆偏振光半导体激光器。

Images