CN116892915A - 测量器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测量器，搭载了减小尺寸的器械高度计测部。在具有将光向测量器主体的铅垂轴下方照射而进行测距并计算器械高度的器械高度计测部的测量器中，上述器械高度计测部具有：射出光的送光部；分束器，从上述送光部射出的光入射到该分束器，分割为参照光与测距光，将上述参照光向参照光路送出，将上述测距光向测距光路送出；第一受光部，对上述参照光进行受光；第二受光部，对上述测距光向上述测量器主体的铅垂轴下方射出而被测距对象物反射回来的光进行受光；以及运算部，基于上述第一受光部与上述第二受光部的受光信号，计算上述器械高度。通过不需要择一地射出参照光与测距光的快门以及快门的驱动部的构成，减小尺寸地构成。

Description

测量器
技术领域
本申请发明涉及一种测量器，具备进行测距并计算器械高度的器械高度计测部。
背景技术
在测量作业中，首先通过校准作业以及求心作业将测量器主体水平地配置在基准点的铅垂上，然后，求出从测量器主体的光学中心到铅垂下方的基准点为止的高度即器械高度。存在如下的测量器：作为器械高度计测部而具有用于计测器械高度的测距装置，向测量器主体的铅垂下方射出测距光而进行计测，并自动地计算器械高度。
在此，使用图4对以往的测距装置进行说明。图4是以往的测距装置940的光学的构成图。
测距装置940具有发光部951、准直透镜952、作为分色棱镜的分束器954、受光部955、快门956、以及对物透镜957。从送光部951射出的光通过准直透镜952成为平行光，向分束器954入射而分割为测距光L2和参照光R2，并通过快门956择一地射出。参照光R2朝向受光部955而被受光部955受光，测距光L2通过对物透镜957而向测量器主体的铅垂轴下方射出，被测距对象物即作为基准点的测标902反射回来，由受光部955受光。根据参照光R2以及测距光L2的受光信号之间的差分计算出到对象物的距离。
在此，基于快门956的择一的测距光L2与参照光R2的射出，通过切换板的移动来进行(例如专利文献1)。切换板通过驱动部而移动，将光的射出的两个光路的一方堵塞而使另一方畅通，将射出光的光路择一地切换为参照光路/测距光路。
专利文献1：日本特开2008-232881号
但是，快门不是电子部件等，而是可动型的切换板，也需要使切换板移动的驱动部，因此包括快门的测距装置成为尺寸比较大的装置。由于组装在测量器主体中，因此作为测距装置优选使器械高度计测部减小尺寸。
发明内容
本发明是鉴于该情况而进行的，提供搭载有减小尺寸的器械高度计测部的测量器。
为了解决上述问题，在本公开的某个方式中，在具有将光向测量器主体的铅垂轴下方照射而进行测距并计算器械高度的器械高度计测部的测量器中，其构成为，上述器械高度计测部具有：射出光的送光部；分束器，从上述送光部射出的光入射到该分束器，分割为参照光与测距光，将上述参照光向参照光路送出，将上述测距光向测距光路送出；对上述参照光进行受光的第一受光部；第二受光部，对上述测距光向上述测量器主体的铅垂轴下方射出而被测距对象物反射回来的光进行受光；以及运算部，基于上述第一受光部与上述第二受光部的受光信号，对上述器械高度进行计算。
根据该方式，使用两个受光部，参照光由第一受光部受光，测距光由第二受光部受光，参照光路与测距光路不同，因此不需要使用快门来择一地切换参照光路与测距光路。不需要快门以及驱动快门的驱动部，能够使器械高度计测部的大小比以往更减小尺寸。另外，以往具有在基于快门对光路进行切换的过程中无法进行测距这样的问题，但通过使用两个受光部而光路的切换时间消失，能够连续输出计测结果。除此之外，使用了光的测距装置，使用利用到接受到参照光与测距光为止的时间差来计算距离的飞行时间方式(Time ofFlight方式)即ToF方式，其中有简单地计测到检测到反射光为止的时间差的直接ToF方式(Direct ToF方式)即DToF方式、以及根据相位差来计算距离的间接ToF方式(Indirect ToF方式)即iToF方式。在使用快门的测距装置中，优选为iToF方式，但在本构成的器械高度计测部中不使用快门，能够使用dToF方式与iToF方式中的任意方式。
另外，根据某个方式，其构成为，上述送光部射出的光为可视激光，上述测距光向上述测量器主体的铅垂轴下方作为激光求心点而照射。根据该方式，能够将向铅垂下方照射的可见光作为激光求心点，并以此为标记来进行求心作业。
另外，在某个方式中，其构成为，上述第一受光部以及上述第二受光部的受光元件具有相同的温度特性。受光部所使用的光学元件具有温度特性、即光电转换时间的温度变化特性，该特性根据各个光学元件而产生偏差。测距光与参照光由一个受光部受光，因此能够准确地消除该特性的偏差，但其反面，在参照光与测距光(由测距反射物反射后的光)中受光信号量之差较大，因此测定的边界具有极限。为了解决该问题，使用使发光光量可变的应用程序、部件而施加滤波器，但与其相对应而部件数量增加，测距装置的尺寸也变大。在本构成中也使用两个受光部，并分别使用温度特性相同的受光元件来进行信号处理，由此能够减小电路规模。
发明效果
如根据以上的说明可知的那样，能够提供搭载了减小尺寸的器械高度计测部的测量器。
附图说明
图1是本发明的优选实施方式的测量器与测标的立体图。
图2是表示该测量器与测标的概略构成的说明图。成为局部断面图。
图3表示器械高度计测部的光学构成。
图4表示以往的器械高度计测部(测距装置)的光学构成。
符号说明
1：测量器
12：主体外壳(测量器主体)
28：铅垂轴
40：器械高度计测部
51：送光部
53：分束器
54：第一受光部
57：第二受光部
90：运算部
L：测距光
R：参照光
T：器械高度
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。实施方式不限定发明而为例示，实施方式所记载的所有的特征、其组合不一定限于是发明的本质性的特征、组合。另外，在以下的实施方式以及变形例的说明中，对于相同的构成标注相同的附图标记而适当地省略重复说明。
(测量器1)
图1是本发明的优选实施方式的测量器1与测标2的立体图。图2是表示测量器1与测标2的概略构成的说明图。在图2中成为局部断面图。
测量器1是具备测距·测角功能的全站仪。测标2为测量基准点，设置在标石3的点上。
测量器1具备作为测量器的壳体的主体外壳12。主体外壳12相当于本申请请求保护的测量器主体。主体外壳12具有2根支柱14，在2根支柱14之间沿着水平轴H能够转动地轴支承有视准望远镜16。
在主体外壳12的下部配设有显示器20与操作键组21。显示器20在画面上显示需要的信息。操作键组21是对需要的设定条件、命令进行输入的输入单元。
另外，主体外壳12配设于校准台25，校准台25以载放于三脚架8的状态固定于三脚架8。
在处于主体外壳12的下部的固定部24配设有轴筒26。轴筒26在其内侧插入有与主体外壳12垂直地设置的铅垂轴28，经由滚珠轴承能够转动地轴支承于固定部24。由此，主体外壳12相对于固定部24能够以铅垂轴28为中心转动。校准台25具有对倾斜进行微调的调整螺纹，在其之上固定有固定部24。通过调整螺纹的转动将测量器1调整为水平。
在轴筒26的上端部与铅垂轴28的上端部形成有相互对置的凸缘部，并在此设置有旋转编码器22。旋转编码器22是水平角传感器，检测主体外壳12的旋转量。
铅垂轴28形成为中空圆筒状，铅垂轴28的中心线V的延长线与水平轴H正交。将水平轴H与中心线V的正交点作为测量器1的中心点O。对视准望远镜16进行轴支承的主体外壳12围绕中心线V转动，因此通过设置于水平轴H的角度传感器18与上述旋转编码器22来检测视准望远镜16的围绕水平轴H的旋转量、围绕中心线V的旋转量。即，中心线V是测量器主体的铅垂轴。
在铅垂轴28的上方配置有用于计算测量器1的器械高度T的器械高度计测部40。器械高度计测部40是向测距对象物射出测距光L，对反射回来的光进行解析而计测出到测距对象物的距离的无棱镜光波距离装置。器械高度计测部40的光轴构成为与中心线V一致，从器械高度计测部40射出的测距光L通过铅垂轴28的中空部而从测量器1的底面向下方射出。
(器械高度计测部40)
图3是器械高度计测部40的光学系统的构成图。
器械高度计测部40具有送光部51、准直透镜52、分束器53、第一受光部54、半透半反镜55、对物透镜56、第二受光部57。
送光部51是射出可视激光的光源，由激光二极管(LD)构成。准直透镜52配置在送光部51的前方，从送光部51射出的光通过准直透镜52而成为平行光。准直透镜52的光轴构成为与中心线V一致，且光轴线通过测量器1的中心点O。分束器53、半透半反镜55以及对物透镜56依次配置在准直透镜52的光轴上。
分束器53是如下的光学部件：由分色棱镜形成，对入射光的一部分进行反射，使剩余的一部分通过，由此对光进行分割。从准直透镜52射出的光向分束器53入射，被分割为参照光R与测距光L。参照光R被向朝向第一受光部54的参照光路送出而由第一受光部54受光。测距光L向直接通过的测距光路送出而朝向半透半反镜55。
朝向半透半反镜55的测距光L直接通过半透半反镜55而朝向对物透镜56，通过该对物透镜56而向测量器主体的铅垂轴下方射出。然后，被测量器1下方的测距对象物(在本实施方式中为测标2)反射，按照相同路径返回测量器1，这次被半透半反镜55反射而朝向第二受光部57并由第二受光部57受光。
器械高度计测部40具有运算部90。第一受光部54以及第二受光部57由雪崩光电二极管(APD)形成，第一受光部54以及第二受光部57中的受光信号向运算部90(参照图2)输出。运算部90是具有存储器与CPU的微计算机。解析程序储存于存储器。运算部90对第一受光部54以及第二受光部57的受光信号进行解析，根据两个受光信号的差分求出到测标2的距离。通过掌握测量器1的中心点O以及器械高度计测部40的光学部件的配置关系(特别是送光部51的送光点)，并将测距结果与从中心点O到器械高度计测部40为止的高度相加，由此计算出器械高度T。所计算出的器械高度T显示于显示器20。
(计算方法)
在此，说明使用了第一受光部54以及第二受光部57这两个受光体的器械高度计测部40的作为测距装置的距离计算方法。以下的运算由运算部90实施。
如图4所示那样，在以往构成的测距装置940中，通过一个受光部955对测距光与参照光进行受光。由测距装置940计测出的距离Da如以下所述。
Da＝C/2×(T光路1-T光路2)
C：光速，T：光的飞行时间，光路1：参照光路，光路2：测距光路
与此相对，由器械高度计测部40计测出的距离D如以下所述。
D＝Da＝C/2×(T光路1-(T光路2-ΔT))
ΔT＝T基准-T光路2
ΔT：第一受光部的受光与第二受光部的受光的时间差
通过对ΔT进行校正，由此变得与以往的计算方法同等。
因此，首先，使用器械高度计测部40对距离已知的测距对象物进行测距，由此计算出已知距离下的ΔT。将其作为T基准而存储于运算部90的存储器。每当由器械高度计测部40进行测距时就计算ΔT并进行校正，由此能够以与以往同等的精度进行测距。
在此，第一受光部54的受光元件与第二受光部57的受光元件优选具有相同特性。光学元件的光电转换时间具有温度特性，该温度特性根据受光元件而具有偏差，但通过使用该特性相同的受光部，由此能够消除该偏差而高精度地进行距离测定。具体地说，第一受光部54与第二受光部57优选为相同制品、更优选为相同型号。另外，由此，不需要滤波、信号处理的电路，因此能够减小电路规模。
另外，器械高度计测部40可以使用dToF方式或者iToF方式的任一种。对于dToF方式使用无需高频的TDC(Time To Digital Converter时间数字转换)技术，对于iToF方式使用OC1-Burst等信号处理技术，由此能够减小电路规模而比较低价地进行信号处理。
在本实施方式中，送光部51射出的光为可见光，向测量器1下方照射的测距光L还被用作为求心激光。即，准直透镜52的光轴与铅垂轴28的中心线V一致，测距光L从测量器1的底面向下方射出，因此向测量器1下方的被计测物照射的测距光L被目视辨认为通过中心点O的测量器主体的铅垂轴下方的标记即激光求心点。在求心作业中使该被照射的激光求心点与测标2的中心对准，由此能够将测量器1配置在测标2的铅垂轴上。
在作业者将测标2作为基准点而设置测量器1的情况下，在测标2的大致铅垂上方通过三脚架8配置测量器1，通过校准台25的调整螺纹进行使测量器1水平的校准作业。然后，从送光部51射出的光的一部分作为测距光L而向测标2照射，因此在保持校准状态的同时使测量器1滑动，以使测标2的中心与向测标2照射的测距光L的中心一致，而进行位置调整。通过该求心作业由此从水平状态倾斜，反复进行校准作业与求心作业，将测量器1水平地配置测标2的铅垂上。器械高度计测部40不包括快门，不需要光路切换，能够连续地计算计测值，因此在求心作业时也能够进行器械高度T的计算。由于不需要切换作业，因此能够同时进行求心作业与器械高度计测作业，能够高效地进行测量器1的设置作业。
在本实施方式中，器械高度计测部40不仅具备器械高度计测功能，还具备求心作业用的求心激光照射功能。但并不局限于此，器械高度计测部40也可以构成为，仅具有器械高度计测功能，求心作业另行进行。例如，也可以具备求心望远镜等，在求心作业中使用以往的构成也没有问题。
在本实施方式中，器械高度计测部40配置在铅垂轴28的上方，其光学部件也全部配置在铅垂轴28的上方。但是并不局限于此，也可以将送光部51安装于主体外壳12，将准直透镜52、对物透镜56配置在中空的铅垂轴28的内部等，将器械高度计测部40的光学部件的一部分配置于铅垂轴28、固定部24等。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但上述的实施方式是本发明的一个例子，基于本领域技术人员的知识能够将这些进行组合，这样的方式也包含在本发明的范围中。

Claims (3)

1.一种测量器，具有将光向测量器主体的铅垂轴下方照射而进行测距、并计算器械高度的器械高度计测部，该测量器的特征在于，
上述器械高度计测部具有：
送光部，射出光；
分束器，从上述送光部射出的光入射到该分束器，并分割为参照光与测距光，将上述参照光向参照光路送出，将上述测距光向测距光路送出；
第一受光部，对上述参照光进行受光；
第二受光部，对上述测距光向上述测量器主体的铅垂轴下方射出而被测距对象物反射回来的光进行受光；以及
运算部，基于上述第一受光部和上述第二受光部的受光信号，计算上述器械高度。
2.如权利要求1所述的测量器，其特征在于，
上述送光部射出的光为可视激光，
上述测距光被作为激光求心点向上述测量器主体的铅垂轴下方照射。
3.如权利要求1或2所述的测量器，其特征在于，
上述第一受光部的受光元件以及上述第二受光部的受光元件具有相同的温度特性。
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