CN1316279C - 安装在测量装置上面用的自动聚焦机构 - Google Patents

Abstract

一种测量装置用的自动聚焦机构，具有一照准带图形标记(11)的水准标尺(1)的望远镜(20)和一光电装置(24)，该机构包括：一步进电机，用于从可移动范围的一端朝相反一端移动一调焦透镜(21b)；一微处理器(3)，用于在光电装置上获取水准标尺上图形标记的间距值，以便根据其所获得的间距值获取到水准标尺的距离值；和一细调装置(3，4，41)，用于将该调焦透镜(21b)移动到对应于该距离值的位置。

Description

安装在测量装置上面用的自动聚焦机构

技术领域

本发明涉及一种安装(或集成)在如电子水准仪之类测量装置上用的自动聚焦机构，该机构具有一个照准水准标尺(或测杆)用的望远镜。

背景技术

通常，作为这种类型的测量装置，已审日本专利申请NO.184042/1993公开了一种水准仪，它是一种带有望远镜的测量装置。该水准仪通过望远镜照准其上标有条形码的水准标尺。然后对预先存储的条形码图形和所照准的条形码进行比较，以得到一个所照准的位置。该水准仪中带有一个光电装置，用于把所照准的图象转换成电信号。手动操作一个把所照准的图象成象在该光电装置上的调焦透镜，以便前后移动该调焦透镜。

这种常规的测量装置具有下述缺点。也就是，由于聚焦操作必须手动完成，因此需花费时间完成聚焦操作。另外，完成聚焦操作所需的时间主要取决于完成聚焦操作的测量员的熟练程度。众所周知在摄影器材等领域中有多种自动聚焦机构。在每一种自动聚焦机构中，需要专用于此目的的如传感器、反射镜等的光学装置。为了在这种常规的测量装置上添加这类自动聚焦机构，需要对传统机构进行大量的修改或添加，从而导致了成本的增加。

发明内容

由于上述问题，本发明的目的是提供一种不需要对传统测量装置进行大量的修改就能对水准标尺进行聚焦的自动聚焦机构。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种安装在测量装置上用的、具有一个照准其上等间距地印有图形标记的水准标尺的望远镜和一个把由望远镜照准的图象转换成电信号的光电装置的自动聚焦机构，以便对水准标尺进行自动调焦。该自动聚焦机构包括：驱动装置，用于从调焦透镜的可移动范围的一端朝相反一端移动望远镜的调焦透镜；间距计算装置，用于获取在光电装置上的那个位置处的水准标尺的图形标记的间距值，该间距计算装置能在调焦透镜调焦到水准标尺上之前的某一状态下获取该间距值，从而根据上述间距计算装置所获得的间距值获得到该水准标尺的距离值；以及细调装置，用于将调焦透镜移到对应于该距离值的位置。

当调焦透镜从调焦透镜的可移动范围内的一端朝相反一端移动时，便逐渐进行对水准标尺的聚焦。一旦调焦进行到一定程度，即使水准标尺没有被完全聚焦，也能得到水准标尺的图形标记的间距值。由于水准标尺的间距是恒定的且预先已知，便可根据所获得的间距值计算出到水准标尺的距离。换句话说，如果到水准标尺的距离大，则间距变小，且，如果距离短，则间距值变大。这样，一旦获得到水准标尺的距离值，则可确定对应于到水准标尺的距离值的调焦透镜的位置。因此，通过把调焦透镜移到对应于到水准标尺的距离值的位置，调焦透镜就可对水准标尺进行精确地聚焦。

一旦调焦透镜移到可移动范围的一端，接着便被驱动从这一端移到相反的一端。一般说来，水准标尺被设置在远离测量装置的位置。当由望远镜照准一个短距离时，望远镜的焦平面深度小。当照准一个长距离时，焦平面深度变大。因此，调焦透镜可移动范围的上述一端最好为对应于无穷远距离的位置，而且调焦透镜被朝向物镜驱动，以便由间距计算装置得出该间距值。

根据本发明的第二个方面，提供一种安装在测量装置上用的、具有一个照准其上等间距地印有图形标记的水准标尺的望远镜和一个把由望远镜照准的图象转换成电信号的光电装置的自动聚焦机构，以便对水准标尺进行自动调焦。该自动聚焦机构包括：驱动装置，用于把望远镜的调焦透镜移动到所述调焦透镜的可移动范围内的一预定位置；间距计算装置，用于获取在光电装置上该水准标尺的图形标记的间距值，以便根据间距计算装置所获得的间距值获得到该水准标尺的距离值；以及细调装置，用于将调焦透镜移到对应于该距离值的位置。

在水准标尺和测量装置相隔一个相对地大于一中间距离的距离处设置的情况下，如果调焦透镜的位置被移动到包括通常待设定的距离的一预定位置处，则焦平面深度相对变大。因此，即使调焦透镜不是从可移动范围的一端移动的，也可得到水准标尺上所标明的图形标记的间距值，从可移动范围的一端移动调焦透镜的做法乃是本发明的第一方面的情况。

本发明均上述和其它目的及附带的优点，参考结合下述附图的详细说明将变得更加清楚。

附图说明

图1为表示使用电子水准仪的方式的透视图；

图2为表示该电子水准仪配置的方框图；

图3A到图3C为表示由调焦透镜的移动而产生的一线性传感器的输出信号的变化图。

具体实施方式

参见图1，附图标记1表示水准标尺(或测杆)。该水准标尺1由一个带有望远镜的电子水准仪2进行照准，从而测量出所照准位置的高度“h”。水准标尺1上有多个黑色的条形标记11，这些条形标记11是图形标记的一种形式且沿水准标尺1的长度方向彼此相邻地设置。条形标记11在水准标尺1的白色表面上等间距地相互平行且垂直于水准标尺1的长度。水准标尺1通常如图1的左侧所示竖直地放在地板或地面上(即，常规状态)。水准标尺1有时也如图1的右侧所示倒立地放在顶板C上(即，头朝下放置)。在水准标尺1倒立地使用时，测量顶板C到所照准位置的距离值“h”。该距离值与在常规状态时的测量情况相同在下文中也称为所照准位置的高度“h”。虽然图中未示出，但数字印制在水准标尺1的背面，以便操作者在用自己的眼睛进行目视照准时也能使用。因此，不会把水准标尺1的顶端错当成底部。如下文中进行的详细描述所述，沿水准标尺1的长度所测量的条形标记11的宽度的尺寸(宽度尺寸)彼此不相等，但几种宽度是按预定的顺序设置的。

参见图2，电子水准仪2中带有望远镜20。在望远镜20中提供有：具有物镜21a和调焦透镜21b的光学系统21；和自动倾斜补偿机构(补偿器)22。由分束器23把水准标尺1的光学接收图象分束给线性传感器24，该线性传感器24作为光电装置。通过分束器23的图象构成一个照准光学系统，而且分束给线性传感器24的图象构成一个成象光学系统。该照准光学系统包括上述光学系统21、自动倾斜补偿机构22、分束器23、聚焦板20a和目镜20b。成象光学系统包括上述光学系统21、自动倾斜补偿机构22、分束器23和线性传感器24。线性传感器24把水准标尺1的光学接收图象转换成电信号并把它输出到放大器25。经放大器25所放大的信号以与时钟驱动器26的时钟信号同步的方式送到采样保持装置27。采样保持装置27所保持的信号由A/D(模/数)转换器转换成数字信号。将该转换成数字信号的信号存储在随机存取存储器(RAM)28中。微处理器3根据存储在RAM28中的信号确定每个条形标记11的宽度尺寸。微处理器3还由条形标记11的宽度和预先存储在只读存储器(ROM)31中的列表值确定出所照准位置的高度“h”。驱动电路29为用于控制线性传感器24的操作的电路。由于照准光学系统的光轴和成象光学系统的光轴相互重合，所以使得水准标尺1上的照准位置与成象光学系统中的照准位置相互重合。微处理器3和光电装置24构成了间距计算装置。

在照准水准标尺1时，调焦透镜21b必须沿光轴移动以使其聚焦在水准标尺1上。为了满足这一要求，在本发明中，调焦透镜21b配有一步进电机41。该步进电机41和下面将描述的驱动电路4构成了移动调焦透镜21b的驱动装置。步进电机41和调焦透镜21b通过一个如齿条齿轮机构之类的机构彼此机械地耦联。这样，通过操纵步进电机41便可使调焦透镜21b自动地沿光轴移动。数字4表示步进电机41的驱动电路。步进电机41的动作由微处理器3控制。微处理器3与一个自动聚焦按钮(未示出)连接。驱动电路4、步进电机41和微处理器3构成了细调装置。当按下自动聚焦按钮时，微处理器3立即使调焦透镜21b移动到其可移动范围内的目镜20b一侧的端部。在这种情况下，望远镜20处于调焦到无穷远距离的位置的状态。这时要投影到线性传感器24上的图象并未清晰到足以确定或识别水准标尺1，但它通常是模糊的。线性传感器24的输出信号变得如图3A所示的那样平坦。微处理器3根据线性传感器24的输出信号的峰值设定一个范围α。之后，微处理器3操纵调焦透镜21b朝物镜21a移动直到输出信号变得大于α。当线性传感器24的输出信号如图3B所示地超过范围α时，调焦透镜21b的移动马上停止。可得到位于或落入范围α内的部分的长度β，且可得到作为长度β的中心位置的中心线CL。位于范围α内的线性传感器24的输出信号的部分用多个点表示。因此，可得到每部分的中心线CL的位置。如果对各中心线CL间的距离进行平均，则该平均值对应于显示在线性传感器24的图象上的水准标尺1的条形标记11的间距值。当离水准标尺1的距离值大时，则间距值变小。换句话说，当水准标尺1处在较短距离时，则间距值变大。随后可根据每个中心线CL间的平均值得到电子水准仪2和水准标尺1之间的距离值。一旦如上所述获得离水准标尺1的距离值，微处理器3便操纵调焦透镜21b移动到一个对应于电子水准仪2和水准标尺1之间的距离值的位置，从而使调焦透镜21b精确地聚焦在水准标尺1上。这样，一旦调焦透镜21b精确地聚焦到水准标尺1上，线性传感器24的输出信号将如图3C所示。之后，例如按照日本专利申请NO.350620/1997所描述的过程便可得到所照准位置的高度。

在上述实例中，值α被设定。也可采用下述的实例。即，为了用来获得电子水准仪2和水准标尺1之间的距离值，在水准标尺上设置条形码的密度(或暗度)的水平(level)差γ。大于γ的差值被用于获取该距离值。作为另一个实例，进行傅立叶变换以获得一周期值(period)，然后用来获得该距离值。

在上述实施例中，当按下自动聚焦按钮时，调焦透镜21b立即移动到可移动范围的一端，并从该端移动到相反的一端。当水准标尺1从一个观测点移动到另一观测点时，在电子水准仪2和水准标尺1之间的距离没有大的改变的情况下，可采用如下的配置。也就是，把前一聚焦位置，即对应于在水准标尺1正好移动到下一观测点之前的电子水准仪2和水准标尺1之间的距离的调焦透镜21b的那一位置，存储在存储器中。在照准已处在下一观测点的水准标尺1的过程中，当按下自动聚焦按钮时，调焦透镜21b没有移到可移动范围的一端，而移动到了上述前一聚焦位置。之后，在该位置，得到了每个中心线CL间的平均值，以便在进行目前的照准时将调焦透镜21b调焦到水准标尺1上。或者是，在每次进行测量时将离水准标尺的距离值存储在存储器中。对所存储的几个距离值进行平均，以得到一个平均距离值。在进行下一个照准时，立即把调焦透镜21b移动到对应于该平均距离值的位置。

由上述说明可看出，根据本发明，测量装置中的望远镜的聚焦不需要新增加传感器就可自动地进行。

很明显，用于测量装置的上述自动聚焦机构达到了以上提到的所有目的并具有广泛的商业用途。应该明白的是，上面所描述的本发明的特定形式只是代表性的，本领域技术人员将很容易在不脱离这些教导的范围内进行一些修改。

因此，在确定本发明的全部范围时应以下面的权利要求书为基准。

Claims (3)

1、一种安装在测量装置上面用的自动聚焦机构，其具有照准其上等间距地标有图形标记(11)的水准标尺(1)用的望远镜(20)，和把由所述望远镜(20)照准的图象转换成电信号的光电装置(24)，以便对所述水准标尺(1)进行自动调焦，所述自动聚焦机构包括：

驱动装置(4，41)，用于从所述望远镜(20)的调焦透镜(21b)的可移动范围的一端朝相反一端移动所述调焦透镜(21b)；

间距计算装置，用于获取在所述光电装置(24)上的那个位置处的所述水准标尺(1)的图形标记(11)的间距值，所述间距计算装置能在所述调焦透镜(21b)调焦到该水准标尺(1)上之前的一状态下获取该间距值，从而根据上述间距计算装置所获得的间距值获得到该水准标尺(1)的距离值；以及

细调装置(3，4，41)，用于将所述调焦透镜(21b)移到对应于该距离值的位置。

2、根据权利要求1的自动聚焦机构，其中所述调焦透镜(21b)的可移动范围的所述一端是对应于无穷远距离的一个位置，且其中所述调焦透镜(21b)被朝向物镜(21a)驱动，以便由所述间距计算装置得到该间距值。

3、一种安装在测量装置上面用的自动聚焦机构，其具有照准其上等间距地标有图形标记(11)的水准标尺(1)用的望远镜(20)，和把由所述望远镜(20)照准的图象转换成电信号的光电装置(24)，以便对所述水准标尺(1)进行自动调焦，所述自动聚焦机构包括：

驱动装置(4，41)，用于把所述望远镜(20)的调焦透镜(21b)移到所述调焦透镜(21b)的可移动范围内的一预定位置；

间距计算装置，用于获取在所述光电装置(24)上的所述水准标尺(1)的图形标记(11)的间距值，从而根据所述间距计算装置所获得的间距值获得到该水准标尺(1)的距离值；以及

细调装置(3，4，41)，用于将所述调焦透镜(21b)移到对应于该距离值的位置。

Images