CN100510777C - 光波距离测定方法及光波距离测定装置 - Google Patents

光波距离测定方法及光波距离测定装置 Download PDF

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Abstract

一种光波距离测定方法，其中包括：在具有聚焦功能的光波距离测定装置中，将从聚焦的聚焦透镜的位置得到的到测定对象物的参考距离与通过光波距离测定得到的测定距离进行比较的步骤，以及将与所述参考距离大致相等的测定距离作为测定结果的步骤。

Description

光波距离测定方法及光波距离测定装置
技术领域
本发明涉及非棱镜形式的光波距离测定方法及光波距离测定装置。
背景技术
利用光波的距离测定装置是通过向测定对象物照射测距光，并接收测定对象物反射的反射光来测定从测定位置到测定对象物的距离的装置。一般，光波距离测定装置分为需要反射棱镜(直角棱镜)作为测定对象物的光波距离测定装置和无反射棱镜而对建筑物等的对象物直接照射测距光并利用测定对象物的反射光进行测距的非棱镜形式的光波距离测定装置，但两个装置中大致结构、距离测定原理大致相同。
图4中就距离测定装置的要部进行说明。
距离测定装置由以下部分构成：照射/接收测距光的光学部分1、驱动发光源2的驱动电路3、将接收的测距光变换成电信号的受光电路4及根据来自该受光电路4的信号运算距离的距离运算电路5；用以照射/接收测距光的所述光学部分1由以下部分构成：发射测距光6的所述发光源2、将来自该发光源2的所述测距光6照射到建筑物等的测定对象物7的照射光学系统8、引导来自所述测定对象物7的反射测距光6’的受光光学系统9、接收由该受光光学系统9引导的所述反射测距光6’的受光部10、将时钟信号发送给所述距离运算电路5的定时电路11。
在所述测距光6的光路与参考光18(后述)的光路途中设有光路切换遮光器(chopper)(未图示)，可择一地截断光路。
用光路切换遮光器使参考光18的光路截断的状态下，从所述发光源(例如半导体激光器)2射出的所述测距光(脉冲激光或调制激光)6经过投射侧半反射镜12、光纤13在反射镜14偏向，朝向照射光学系统8即物镜15。用该物镜15大致变成平行光束的所述测距光6经由所述物镜15向所述测定对象物7投射。在该测定对象物7反射的所述反射测距光6’再次朝向所述物镜15。朝向该物镜15的所述反射测距光6’由所述物镜15会聚，所述反射测距光6’在所述反射镜14上偏向，并透过光纤16、受光侧半反射镜17在所述受光部10上成像，所述反射测距光6’由所述受光部10所接收。
另外，用光路切换遮光器截断测距光6的光路的状态下，从所述发光源2射出的所述测距光6在所述投射侧半反射镜12分割并反射，所述测距光6作为参考光18在所述受光侧半反射镜17上反射并偏向，所述参考光18入射到所述受光部10。
所述受光部10接收所述反射测距光6’或所述参考光18，电气部分(未图示)将接收的所述反射测距光6’、参考光18变换成电信号，所述距离运算电路5用两个电信号运算到所述测定对象物7的距离。
对照图5，基于所述反射测距光6’的受光信号与所述参考光18的受光信号说明运算距离时的作用。
在用所述光路切换遮光器截断所述参考光18的光路的状态下，用所述驱动电路3驱动所述发光源2使测距光以脉冲光的方式发射。与发光同步的脉冲信号作为发光脉冲P1输入到所述距离运算电路5。经由所述物镜15照射的所述测距光6在所述测定对象物7上反射，所述测距光6成为所述反射测距光6’，该反射测距光6’经由所述受光光学系统9入射到所述受光部10。来自该受光部10的受光信号被所述受光电路4进行放大等所要的信号处理后，由该受光电路4发射受光脉冲R1并入射到所述距离运算电路5。
所述距离运算电路5对所述发光脉冲P1与所述受光脉冲R1间的时钟数进行计数，即所述距离运算电路5运算时间，并通过时钟数乘以光速来大致运算距离。并且，用发光脉冲P1与受光脉冲R1间的相位差来运算精密测定距离，通过核对精密测定与时钟数的粗测定来运算到测定对象物7的距离。
另外，在用所述光路切换遮光器截断测距光6的光路的状态下，用所述驱动电路3驱动所述发光源2进行脉冲发光。脉冲光作为所述参考光18经过所述投射侧半反射镜12、受光侧半反射镜17入射到所述受光部10。
基于发光脉冲P1与受光脉冲R1用所述距离运算电路5测定内部参考光路。测定电路包含误差，可通过从所述测距光6的到测定对象物7为止的测定值减去内部参考光路的值来消除误差。
通过从到测定对象物7为止的测定值减去所述参考光18的内部参考光路的测定值，并加上补正值，得到精密测定距离。
接着，进行测距的情况，例如为穿过玻璃测量到测定对象物的距离的场合，或者为在测定对象物之间存在金属网的场合等。这时，还存在来自玻璃或金属网等非测定对象物的反射光，因而所述受光部10输出如图6所示的基于所述反射测距光6’的受光脉冲R1之外还输出基于来自非测定对象物的所述反射光的受光脉冲R2。因此，所述距离运算电路5计算时钟数的场合，不能判断要计算受光脉冲R1还是受光脉冲R2的时钟数，若计算受光脉冲R2的时钟数则成为误测定，或者发生两个测定值而导致误操作。
另外，关于光波距离计公开有特开平5-232230号公报和特开2001-153655号公报。
发明内容
本发明的目的在于：在测定中途及背景上存在易对测定产生影响的玻璃、金属网等的非测定对象物时，也能可靠地测定到测定对象物的距离。
为达成上述目的，本发明的光波距离测定方法中包括：在具有聚焦功能的光波距离测定装置中，将从聚焦的聚焦透镜的位置得到的到测定对象物的参考距离与通过光波距离测定得到的测定距离进行比较的步骤，以及将与所述参考距离大致相等的测定距离作为测定结果的步骤；另外，本发明的光波距离测定方法中包括：在具有聚焦功能的光波距离测定装置中，从对所述测定对象物聚焦的所述聚焦透镜的位置求出所述参考距离的步骤，以及基于该参考距离测定设定范围内的步骤。
另外，本发明的光波距离测定装置是具有聚焦功能的光波距离测定装置，其中设有：检测聚焦透镜的位置的聚焦位置检测部；光波距离测距部；存储预先求得的聚焦透镜的位置与到测定对象物的距离的对比关系的存储部；以及从聚焦透镜的位置与所述对比关系求出参考距离，同时将所述光波距离测距部得到的测距距离与参考距离进行比较，在该测距距离与所述参考距离大致相等时判定为测定距离的控制运算部。另外，本发明的光波距离测定装置中设有：形成测定对象物的像的图像受光部和基于来自该图像受光部的受光信号求出对比度并调整所述聚焦透镜的位置使对比度成为最大的聚焦驱动机构，基于对比度最大时的聚焦透镜的位置求出参考距离；另外，本发明的光波距离测定装置在参考距离与光波距离测定所得的测定结果有差异时，显示或发出警告。
并且，本发明的光波距离测定装置是具有聚焦功能的光波距离测定装置，其中设有：检测聚焦透镜的位置的聚焦位置检测部；存储预先求得的聚焦透镜的位置与到测定对象物点的距离的对比关系和与到所述测定对象物点的距离对应设定的测定范围的存储部；以及从聚焦透镜的位置与对比关系求出参考距离，并在与该参考距离对应的范围内进行测定的控制运算部。
依据本发明，在具有聚焦功能的光波距离测定装置中，由于包括将从聚焦的聚焦透镜的位置得到的到测定对象物的参考距离与光波距离测定得到的测定距离进行比较的步骤，以及将与所述参考距离大致相等的测定距离作为测定结果的步骤，因此能够防止来自非测定对象物的反射光入射时的误操作、误测定，改善操作性并提高测定的可靠性。并且，能够通过限定测定范围对测定对象物进行有选择的测定。
另外，依据本发明，在具有聚焦功能的光波距离测定装置中设有：检测聚焦透镜的位置的聚焦位置检测部；光波距离测距部；存储预先求得的聚焦透镜的位置与到测定对象物的距离的对比关系的存储部；以及从聚焦透镜的位置与所述对比关系求出所述参考距离，同时将所述光波距离测距部得到的测距距离与参考距离进行比较并在该测距距离与所述参考距离大致相等时判定为测定距离的控制运算部，因此能够防止来自非测定对象物的反射光入射时的误操作、误测定，改善操作性并提高测定的可靠性。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的概略结构图。
图2是表示本发明的实施例的作用的说明图。
图3是表示本发明的实施例的作用的说明图。
图4是表示传统例的距离测定装置的要部的概略图。
图5是表示该传统例的信号发生状态的说明图。
图6是表示该传统例中，在测定中途存在非测定对象物时的信号的发生状态的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图就实施本发明的最佳方式进行说明。
图1表示本实施例的光波距离测定装置的概略结构，图中20表示光学系统，21表示控制系统。
首先，就所述光学系统20进行说明。
在光轴22上设有物镜23、反射镜24、分色镜25、聚焦透镜26、正立正像棱镜27。
在所述反射镜24的反射光轴上设有发光部28，该发光部28由测距部29驱动发光，测距光6最好射出与自然光不同波长的光例如红外光。该测距光6用准直透镜31变换成平行光束并入射到所述反射镜24。该反射镜24上反射的所述测距光6偏向所述光轴22方向，经由所述物镜23向测定对象物7照射。
所述分色镜25是将反射测距光6’反射并使自然光透过的光学部件，在所述分色镜25的反射光轴上设有测距光受光部32。在所述测定对象物7上反射，并由所述物镜23会聚的所述反射测距光6’，在所述分色镜25上反射，由所述测距光受光部32所接收。该测距光受光部32将受光信号发送给所述测距部29。
该测距部29中，基于所述测距光受光部32的所述反射测距光6’的受光结果以及内部参考光(未图示)的受光结果测定到所述测定对象物7的距离，所述测距部29将测定结果发送给控制运算部33。还有，所述测距部29的结构与图4所示的相同。
所述正立正像棱镜27具有多个反射面，将入射的倒立像以正立像的形式射出，反射面中至少一面为半反射镜。来自所述测定对象物7的自然光透过所述分色镜25入射到所述正立正像棱镜27。该正立正像棱镜27将所述测定对象物7的像以正立像的形式射出，并将入射光的一部分分割分离后射出入射光的一部分。
所述聚焦透镜26通过具备聚焦马达(未图示)的聚焦驱动机构34沿所述光轴22进行位置调整，所述聚焦透镜26的位置由线性编码器或者检测所述聚焦马达的旋转数的旋转式编码器等的聚焦位置检测部35检出。
所述聚焦透镜26被位置调整，透过所述正立正像棱镜27的正立像在分划板(reticle)36上成像，该分划板36上的像经由目镜37可由测定者辨认。另外，由所述正立正像棱镜27分割的入射光的一部分在所述分划板36的共轭位置的图像受光部38上成像，该图像受光部38将受光结果作为图像信号输出给图像处理部39。
接着，就所述控制系统21进行说明。
该控制系统21主要由以下部分构成：所述测距部29、所述聚焦位置检测部35、所述图像处理部39、所述控制运算部33、垂直角测角部41、水平角测角部42、存储部43、操作部44、显示部45等。
由实验、测量等预先求出在所述图像受光部38上形成所述测定对象物7的像时的所述聚焦透镜26的位置与所述测定对象物7的距离之间的对比关系，对比关系的数据存放到所述存储部43。对比关系的数据及由对比关系求出的与参考距离对应的测定范围的数据可预先存储在所述存储部43内，或者可以写入到存储卡等的存储装置，并将该存储装置安装到所述光波距离测定装置。
另外，所述存储部43中存放有用以操作光波距离测定装置的顺序程序、进行图像处理的图像处理程序等的程序。
以下，就其作用进行说明。
在开始测距之前，对所述测定对象物7进行对焦。手动或自动对焦均可，以下就自动对焦的情况进行说明。
首先，测定者由光学系统20对准测定对象物7来确定光学系统20的对准方向。由所述操作部44指示开始测定。
基于自然光的所述测定对象物7的像形成在所述图像受光部38。
所述聚焦驱动机构34被驱动，进行聚焦。来自所述图像受光部38的图像信号输入到所述图像处理部39，该图像处理部39运算图像的对比度。扫描所述聚焦透镜26抽取图像，比较并运算图像的对比度，且所述图像处理部39判断对比度的大小。对比度成为最大的位置就是聚焦位置，聚焦位置上的该聚焦透镜26的位置被所述聚焦位置检测部35读取并存储，所述聚焦驱动机构34将所述聚焦透镜26移动到对比度最大的位置上。
另外，在特开2001-153655号公报中公开了基于对比度的聚焦作用。
所述聚焦透镜26的聚焦位置从所述聚焦位置检测部35输入到所述控制运算部33，该控制运算部33中根据所述存储部43存放的所述聚焦透镜26的位置与所述测定对象物7的距离之间的对比关系，运算到该测定对象物7的参考距离D0。
如图2所示，由所述聚焦透镜26的聚焦位置求得的距离的测定精度不高，例如相对100m的测定距离含有数m的误差ΔD。
点亮所述发光部28发射测距光6。在所述测定对象物7上反射的反射测距光6’在所述分色镜25上反射并由所述测距光受光部32所接收。基于该测距光受光部32接收的受光信号发生受光脉冲R1。计算从所述发光部28的发光脉冲P1到所述受光脉冲R1的时钟数n1，基于该时钟数n1用所述测距部29进行到所述测定对象物7的粗测定，得到粗测定距离D1。该粗测定距离D1输入到所述控制运算部33。
另外，在所述测定对象物7与光波距离测定装置之间存在玻璃、网等的非测定对象物时，所述测距光受光部32也接收来自该非测定对象物的反射光，并发生受光脉冲R2。所述测距部29由发光脉冲P1到所述受光脉冲R2的时钟数n2运算到非测定对象物的距离D2。
所述控制运算部33中，对所述参考距离D0与所述粗测定距离D1、所述距离D2进行比较，与所述参考距离D0大致一致的所述粗测定距离D1被选择。还有，所述参考距离D0含有误差ΔD，但一般到测定对象物7的距离与到非测定对象物的距离往往相差很大，即使含有数m的误差，在实用上也无影响。
若所述粗测定距离D1即受光脉冲R1被选择，则检出与参考光的相位偏差，并进行精密测定，最终测定到测定对象物7的距离。还有，所述参考距离D0与由光波距离测定得到的粗测定距离D1之间存在误差ΔD以上的差异时，可在所述显示部45上显示警告，或用蜂鸣器等发出警告。
即使非测定对象物存在两个以上时，同样也可以进行与测定对象物的判别，从而能够避免误操作、误测定。
还有，可以对所述受光脉冲R1、受光脉冲R2，分别进行到所述精密测定后，与由所述聚焦透镜26的位置得到的参考距离D0进行对比，选择到测定对象物7的测定距离。
另外，可由所述垂直角测角部41、所述水平角测角部42的检测结果，分别测定与所述测定对象物7相关的垂直角、水平角，这与传统光波距离测定装置相同。
还有，手动聚焦的场合也相同，以目测判断聚焦状态，在操作者判断为聚焦的场合，例如按下完成聚焦的按钮，则该状态下的所述聚焦透镜26的位置输入到所述控制运算部33。
这时，可省略所述聚焦驱动机构34、所述图像受光部38、所述图像处理部39，而且也不需要来自所述图像处理部39的反馈信号。
而且，本发明中可设定与聚焦距离对应的测定距离，有选择地测定测定对象物的距离。例如，在要测定距离近但是反射率低的物体时、测定玻璃或金属网时等。
以下，说明测定方法。
测距前自动或手动进行对焦。基于自然光的玻璃表面或金属网等的测定对象物7的像形成在所述图像受光部38上。所述聚焦透镜26的聚焦位置由所述聚焦位置检测部35输入到所述控制运算部33，在该控制运算部33中，根据所述存储部43存放的所述聚焦透镜26的位置与到所述测定对象物7的距离之间的对比关系，运算到该测定对象物7的参考距离D0。该参考距离D0含有上述的相对测定距离的ΔD的误差。作为与聚焦距离对应的测定范围，例如设定ΔD。还有，测定范围可按测定情况适当设定。
如图3所示，求出与误差ΔD相当的时间t1、t2，计算在t1与t2之间接收的到脉冲R1的时钟数。计数值为n1。基于该时钟数n1用所述测距部29进行到玻璃或金属网的粗测定并得到粗测定距离D1。所述粗测定距离D1还被检测与参考光的相位偏差并进行精密测定，测定出最终的距离。

Claims (6)

1.一种光波距离测定方法，其中包括：在具有聚焦功能的光波距离测定装置中，将从对测定对象物聚焦状态的聚焦透镜的位置得到的到测定对象物的参考距离与通过光波距离测定得到的测定距离进行比较的步骤，以及将与所述参考距离大致相等的测定距离作为测定结果的步骤。
2.一种光波距离测定方法，其中包括：在具有聚焦功能的光波距离测定装置中，从对测定对象物聚焦状态的聚焦透镜的位置求出参考距离的步骤，以及在基于该参考距离所设定的范围内进行测定的步骤。
3.一种光波距离测定装置，该装置具有聚焦功能，其中设有：检测对测定对象物聚焦状态的聚焦透镜的位置的聚焦位置检测部；光波距离测距部；存储预先求得的所述聚焦透镜的位置与到测定对象物的距离的对比关系的存储部；以及从对测定对象物聚焦状态的聚焦透镜的位置与所述对比关系求出参考距离，同时将所述光波距离测距部得到的测距距离与参考距离进行比较，在该测距距离与所述参考距离大致相等时判定为测定距离的控制运算部。
4.如权利要求3所述的光波距离测定装置，其特征在于：设有形成测定对象物的像的图像受光部和基于来自该图像受光部的受光信号求出对比度并调整所述聚焦透镜的位置使对比度成为最大的聚焦驱动机构，基于对比度最大时的聚焦透镜的位置求出参考距离。
5.如权利要求3所述的光波距离测定装置，其特征在于：在参考距离与光波距离测定所得的测定结果有差异时，显示或发出警告。
6.一种光波距离测定装置，该装置具有聚焦功能，其中设有：检测对测定对象物聚焦状态的聚焦透镜的位置的聚焦位置检测部；存储预先求得的聚焦透镜的位置与到测定对象物点的距离的对比关系和与到所述测定对象物点的距离对应设定的测定范围的存储部；以及从对测定对象物聚焦状态的聚焦透镜的位置与对比关系求出参考距离，并在与该参考距离对应的范围内进行测定的控制运算部。
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