CN1110399A - 测量仪 - Google Patents

Abstract

一种测量仪，具有至少可绕竖直轴心或水平轴心 为轴转动的望远镜，检测望远镜角度的角度检测器， 用来存储来自一固态成象器件之图像信号的存储器， 还具有测量控制部件，用以根据角度检测器在收入发 光器件在闪光状态和不闪光状态时各自的图像信号 情况下检得的角度来计算角位移，移动该图像信号， 抵消各图像信号的角位移，从而计算该两图像信号的 差，并由该两图像信号的差测出目标中心位置。

Description

本发明涉及一种测量仪，特别涉及一种能够准确且容易地使其望远镜光轴对准目标中心的测量仪。

测定距离或者测量水平角、高低角时，都应该先使测量仪的望远镜光轴对准目标中心，这种对准操作的精度会影响所述距离测定或者水平角、高低角的测定。

此前，在使测量仪的望远镜光轴与目标中心对准时，测量者需用望远镜瞄准，分别调节望远镜高低角调节机构和水平方向调节机构，使望远镜的十字线对准待测目标。另外，测量者还要在已经断定的对准位置用电子学方法读取距离和角度值，并将这些读得的值显示在显示器上。

在上面所述的现有方法中，对准的准确度会因不同的测量者而有所不同，这就产生测量者的个人差异。即使由同一测量者测量，也会由于每次测量时的调节而发生对准精度的差异。另外，对于远距离处的目标，问题往往在于难以辨识目标的中心。再有，在调节高低角调节机构和水平方向调节机构时，需锁紧和释放一个锁紧装置，并需反复进行细调操作，这使操作复杂，而且需要很多时间。

鉴于如此情况，本发明的目的在于提出一种测量仪，它能自动进行望远镜光轴与目标中心的对准，以消除测量者的个人差异，随之还简化对准操作，缩短所需时间。为达到如此之目的，本发明的测量仪包括，使来自测量仪望远镜的图像成象的固态成象器件和向目标发射闪光的发光部件;还具有测量控制部件，用以由所述固态成象器件之发光部件在闪光状态和不闪光状态时的图象信号差测定固态成象器件上的目标中心位置。或者包括至少可绕竖直轴心、水平轴心之一为转动中心的望远镜，使所述望远镜的图像成象的固态成象器件，用于测定望远镜角度的角度检测器，由所述望远镜向目标发射闪光的发光部件，用于存储来自所述固态成象器件之图像信号的存储器;还具有测量控制部件，它根据由角度检测器在接收发光部件在闪光状态和不闪光状态时的图像信号情况下测得的角度计算角位移，再移动该两个图像信号，抵消各图像信号的角位移，以计算两信号之差，并由该两图像信号之差测定目标中心。

以下结合附图说明本发明的一种具体实施方式，其中：

图1是表示本发明一种具体实施例主要部分的说明图;

图2是表示该实施例的操作说明图;

图3是表示固态成象器件偏差与相应于该偏差的角度之间的关系说明图;

图4是表示该实施例的控制方框图。

图1表示本发明一种具体实施例的主要部分，它包括位于望远镜光轴0上的物镜1，反射几乎全部红外光的二向色镜2，聚光透镜3和诸如CCD成象器件的固态成象器件4。在面对所述二向色镜2的位置处设有三棱反射镜5。受夹持的该三棱反射镜的一侧位置设有发射诸如近红外光之调制光闪光的发光部件6、聚光透镜7，另一侧位置相对地设有受光器件8和聚光透镜9。

以下描述该实施例的工作情况。

自所述发光体6发出的出射光在所述三棱反射镜5和两向色镜2上被反射，通过所述物镜1，射向图中未示出的目标棱镜。被该目标棱镜反射的回程光通过与所述出射光同一的路径到达所述两向色镜2。大部分光被该两向色镜2反射，再于所述三棱反射镜5反射，射向受光器件8。所述三棱反射镜5反射之回程光通过聚光透镜9，会聚于受光器件8上。一部分回程光透过所述两向色镜2，通过所述聚光透镜3投射到所述固态成象器件4上。

由所述出射光波和回程光波的位相差可测定距离。

经过所述物镜1射向所述固态成象器4的可见光透过所述两向色镜2，被聚光透镜3聚集而成象在所述固态成象器件4上。如图2所示那样，所成的象被显示在诸如液晶监视器、CRT等显示装置上。

图2（A）表示具有安装在三脚架10上的目标棱镜11周围的图象。当前述发光部件6发光时，除可见光之外，可以得到重叠于其上的、来自目标棱镜11之回程光的图像。因此，若取得所述发光部件6闪光情况下和不闪光情况下的图象差，则可如图2（B）所示那样，得到只由来自目标棱镜11的反射光（回程光）12形成的、与该目标棱镜11几乎同样大小的图像。

设图像中心与所述光轴0一致，很容易从图象算出所述回程光12的水平方向偏差H和竖直方向偏差V。使望远镜光轴分别沿水平方向和竖直方向移过H和V，就能使望远镜光轴与目标棱镜11对准。

以下由图4说明测量控制部分。

在前述光轴0的所需位置处，设置电子快门15，来自所述物镜1的入射光通过该电子快门15，成象于所述固态成象器件4上。对于该固态成象器件4，它与A/D转换器16及显示器22相连。所述A/D转换器16与第一存储器17及第二存储器18相连，而所述第一存储器17和第二存储器18又顺次与减法电路19及第三存储器20相连。

把计算器21接至所述电子快门15、第一存储器17、第二存储器18、减法电路19、第三存储器20以及显示器22上。对于计算器21来说，还与测距电路23、竖向驱动控制器24及水平驱动控制器26相连。由所述竖向驱动控制器24使竖向用之马达25被驱动，而由所述水平驱动控制器26使水平用之马达27被驱动。另外，分别设置测定望远镜光轴0之高低角用的竖向用编码器28和测定其水平角用的水平用编码器29，而将所述竖向编码器28和水平编码器29的信号输入前述之计算器21。

下面描述其工作过程。

所述测距电路23包含前述发光部件6和受光器件8，由所述出射光波和回程光波的位相差计算距离，再经所述计算器21将此计算结果显示于显示器22上。

来自所述物镜1的入射光成象于所述固态成象器件4上，并在该固态成象器4上进行光电转换。固态成象器件4的图像信号由所述A/D转换器16转换成数字信号。由于所述计算器21的同步信号与测距电路23的发光部件6的闪光定时同步，因而所述发光部件6为闪光状态时的图像信号储存在第一存储器17中，而所述发光部件6为不闪光状态时的图像信号储存在第二存储器18中。

所述减法电路19计算所述第一存储器17和第二存储器18的图像信号差，所得差值结果输入所述第三存储器20中。该第三存储器20中储存的图像信号是如图2（B）所示之图像数据。根据该图像数据，所述计算器21计算所述反射光（回程光）12的中心关于所述光轴0的水平方向偏差H和竖直方向偏差V。

如图3所示，将所述固态成象器件4配置在透镜的焦距f位置，若入射到所述固态成象器件4的反射光（回程光）12的入射角为θ，则其偏离光轴0的偏差X为tanθ。利用所得之偏差X，就能唯一地确定需要调整的望远镜转角。由此，不管到目标棱镜的距离1a、1b或1c的大小如何，通过计算图像上的水平方向偏差H和竖直方向偏差，就能求出望远镜要修正的水平角和高低角。

算出水平方向偏差H和竖直方向偏差V，则所述计算器21通过所述竖向驱动控制器24及水平驱动控制器26分别驱动竖向用之马达25和水平用之马达27，使所述反射光（回程光）12的中心对准所述光轴0。

另一方面，所述计算器21可按角度值计算水平方向偏差H和竖直方向偏差V。

于是，可由前述竖向编码器28将望远镜光轴的高低角及由所述水平编码器29将望远镜光轴的水平角输入所述计算器21。根据此高低角、水平角以及偏差V和偏差H，就能求得目标中心位置的高低角和水平角，并可将该测得值显示在显示器22上。

由于，根据相应于所述偏差求得的水平角和高低角以及望远镜光轴0的角度，就可以在测得望远镜光轴0未对准目标中心时，测定目标中心位置的水平角和高低角。

以上，求出测量仪主体为静止状态时所述发光部件6在闪光情况下和不闪光情况下的图象差，从而得到来自目标棱镜11的反射光（回程光）12的图象。以下说明，在测量仪主体为转动的情况下，也可以由所述发光部件6在闪光情况下和不闪光情况下的图像差，求得来自目标棱镜11的反射光（回程光）12的图像。

所述计算器21根据来自所述竖向编码器28和水平编码器29的脉冲信号计算测量仪图像上像移动的快慢程度。因此，计算器21就算出与所算得的图像上移动快慢无关的快门速度，并控制和驱动所述电子快门15的速度，达到该快门速度。

另外，与所述发光部件6的闪光定时同步地驱动所述电子快门15，并将该发光部件6闪光状态下的图像信号收入前述第一存储器17中记忆之，而将所述发光部件6不闪光状态下的图像信号收入所述第二存储器18中记忆之。

对照图2（C），表示假定该测量仪只绕竖直轴转动时的图像情况。图2（C）中的实线表示移动测量仪，使目标棱镜与望远镜的平行校正轴对准，同时发光部件6发光的情况。继而，发光器件6不发光，同时收入图像，测量仪转动，用虚线表示这时的图像。在这样收入的两幅图像中产生偏移量X。因此，如果求得这样的两个图像之差，使目标棱镜11的图像偏移X，就不会得到相对于目标棱镜11的图像不同的图像。

据此，求出两个图像的偏移量X，移动二图像之一，使二者彼此重合，使该偏移量X得以被抵消，从而求得两个图像之差。在收入储存于所述第一存储器17的图像和储存于所述第二存储器18的图像之间的图像信号期间的时间差At中进行计数，由所述水平编码器29发出的脉冲数，就很容易求出望远镜的转角，也即偏移量X。

移动一个图像，使二图像重叠后的处置与前述之测量仪不转动时的情况一样，说明从略。

于是，就可以使光轴0与目标棱镜11的中心对准，而没有来自测量者的任何人为操作。此外，光轴0与目标棱镜11的位置就定位于固戊成象器件4的二次图像上，所以能高精度地定位，而与目标棱镜11与测量仪间的距离无关。

另外，无论测量仪为静止状态或转动状态，使光轴0与目标棱镜11的中心对准，均无需测量者的人为操作。

在棱镜中心对准望远镜光轴0时，由于测量仪内的LED发光，或者将信息显示在所述显示器22上，使测量者知道棱镜中心对准望远镜的光轴0。

若是间歇的实行前述定位操作，即使在测量者移动目标棱镜11时，所述望远镜也追踪目标棱镜11。目标棱镜11不会脱离望远镜的视界，这大大简化了操作。

在测定目标中心位置之水平角和高低角时，无需对准所述望远镜光轴0就能测定它们，并可由显示器22将此测定值显示给测量者。从而，由于无需使望远镜光轴0对准目标棱镜的中心位置便能测定角度，使操作性及测量精度得到改善。

再有，所述望远镜光轴0通常由设在望远镜光学系统中的十字线表示，本实施例中，则是照明该十字线，从而能够得到图像。另外，虽然上述实施例中设有电子快门15，但只要严密地限制由所述计算器21收入第一存储器17和第二存储器18的图像信号与所述发光部件6的闪光对合，就可以省略所述电子开关15。另外，除了前述发光部件6外，还可设置另外的目标定位用的发光部件，使此发光部件闪光，同样能求得该发光部件在闪光情况和不闪光情况下的差。再若使用电子快门和强辐射输出的发光部件，在短时间内使电子快门的释放与发光部件的闪光处于同步状态，则能增大背景与目标棱镜图像的强度差。再有，上述实施例中设置第一、第二和第三3组存储器，但也可以在一个存储器中设定第一、第二和第三区域，每个区域分别可以如第一、第二和第三存储器一样地工作。望远镜也可以绕着竖直轴心和水平轴心二者中的一个转动。另外，角度检测器并不限于编码器，也可以使用差接变压器作为角度检测器。

Claims (10)

1、一种测量仪，具有使来自测量仪望远镜的图像成象于其上的固态成象器件，向目标发射闪光的发光部件，还具有测量控制部件，用来由所述固态成象器件的发光部件在闪光状态和不闪光状态时各自的图像信号差测出固态成象器件上的目标中心位置。

2、一种测量仪，具有至少可绕竖直轴心和水平轴心之一为轴心转动的望远镜，使来自该望远镜的图像成象于其上的固态成象器件，检测望远镜角度的角度检测器，向目标发射闪光的发光器件，用于存储来自所述固态成象器件之图像信号的存储器，还具有测量控制部件，用于根据角度检测器在收入发光器件于闪光状态和不闪光状态时各自的图像信号检得的角度，计算角位移，并由该二图像信号的差测出目标中心位置。

3、一种如权利要求1或2所述的测量仪，其特征在于，测量控制部件具有计算器，用以计算出现在固态成象器件内的望远镜光轴与目标中心位置的偏差。

4、一种如权利要求3所述的测量仪，其特征在于具有计算器，用来根据检测望远镜角度之角度检测器的输出及与所得偏差相对应的角度值，求得目标中心位置的水平角及高低角。

5、一种如权利要求4所述的测量仪，其特征在于具有分别显示由所述计算器求得的目标中心位置之水平角和高低角的显示装置。

6、一种如权利要求4所述的测量仪，其特征在于当得到目标中心位置的水平角和高低角时，发出声、光等信息。

7、一种如权利要求1或2所述的测量仪，其特征在于，测量控制部件有两个存储图像信号的存储器，控制这两个存储器收入图像信号的时间，将发光器件闪光情况下的图像信号收入一个存储器中，并将发光器件不闪光情况下的图像信号收入另一存储器中。

8、一种如权利要求1或2所述的测量仪，其特征在于，望远镜可以分别单独地绕竖直轴心和水平轴心转动地支承着，并设有马达，使所述望远镜相对于所述两轴心转动，测量控制部件驱动所述马达，以消除计算器算出的偏差。

9、一种如权利要求8所述的测量仪，其特征在于，具有当望远镜光轴对准目标中心位置情况下发出声、光等信息的结构。

10、一种如权利要求1或2所述的测量仪，其特征在于设置电子快门，通过该电子快门收入图像。

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