專利名稱：光波距離測定方法及光波距離測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非棱鏡形式的光波距離測定方法及光波距離測定裝置。
背景技術(shù)：
利用光波的距離測定裝置是通過向測定對象物照射測距光，并接收測定對象物反射的反射光來測定從測定位置到測定對象物的距離的裝置。一般，光波距離測定裝置分為需要反射棱鏡(直角棱鏡)作為測定對象物的光波距離測定裝置和無反射棱鏡而對建筑物等的對象物直接照射測距光并利用測定對象物的反射光進(jìn)行測距的非棱鏡形式的光波距離測定裝置，但兩個(gè)裝置中大致結(jié)構(gòu)、距離測定原理大致相同。
圖4中就距離測定裝置的要部進(jìn)行說明。
距離測定裝置由以下部分構(gòu)成照射/接收測距光的光學(xué)部分1、驅(qū)動(dòng)發(fā)光源2的驅(qū)動(dòng)電路3、將接收的測距光變換成電信號的受光電路4及根據(jù)來自該受光電路4的信號運(yùn)算距離的距離運(yùn)算電路5；用以照射/接收測距光的所述光學(xué)部分1由以下部分構(gòu)成發(fā)射測距光6的所述發(fā)光源2、將來自該發(fā)光源2的所述測距光6照射到建筑物等的測定對象物7的照射光學(xué)系統(tǒng)8、引導(dǎo)來自所述測定對象物7的反射測距光6’的受光光學(xué)系統(tǒng)9、接收由該受光光學(xué)系統(tǒng)9引導(dǎo)的所述反射測距光6’的受光部10、將時(shí)鐘信號發(fā)送給所述距離運(yùn)算電路5的定時(shí)電路11。
在所述測距光6的光路與參考光18(后述)的光路途中設(shè)有光路切換遮光器(chopper)(未圖示)，可擇一地截?cái)喙饴贰?br> 用光路切換遮光器使參考光18的光路截?cái)嗟臓顟B(tài)下，從所述發(fā)光源(例如半導(dǎo)體激光器)2射出的所述測距光(脈沖激光或調(diào)制激光)6經(jīng)過投射側(cè)半反射鏡12、光纖13在反射鏡14偏向，朝向照射光學(xué)系統(tǒng)8即物鏡15。用該物鏡15大致變成平行光束的所述測距光6經(jīng)由所述物鏡15向所述測定對象物7投射。在該測定對象物7反射的所述反射測距光6’再次朝向所述物鏡15。朝向該物鏡15的所述反射測距光6’由所述物鏡15會聚，所述反射測距光6’在所述反射鏡14上偏向，并透過光纖16、受光側(cè)半反射鏡17在所述受光部10上成像，所述反射測距光6’由所述受光部10所接收。
另外，用光路切換遮光器截?cái)鄿y距光6的光路的狀態(tài)下，從所述發(fā)光源2射出的所述測距光6在所述投射側(cè)半反射鏡12分割并反射，所述測距光6作為參考光18在所述受光側(cè)半反射鏡17上反射并偏向，所述參考光18入射到所述受光部10。
所述受光部10接收所述反射測距光6’或所述參考光18，電氣部分(未圖示)將接收的所述反射測距光6’、參考光18變換成電信號，所述距離運(yùn)算電路5用兩個(gè)電信號運(yùn)算到所述測定對象物7的距離。
對照圖5，基于所述反射測距光6’的受光信號與所述參考光18的受光信號說明運(yùn)算距離時(shí)的作用。
在用所述光路切換遮光器截?cái)嗨鰠⒖脊?8的光路的狀態(tài)下，用所述驅(qū)動(dòng)電路3驅(qū)動(dòng)所述發(fā)光源2使測距光以脈沖光的方式發(fā)射。與發(fā)光同步的脈沖信號作為發(fā)光脈沖P1輸入到所述距離運(yùn)算電路5。經(jīng)由所述物鏡15照射的所述測距光6在所述測定對象物7上反射，所述測距光6成為所述反射測距光6’，該反射測距光6’經(jīng)由所述受光光學(xué)系統(tǒng)9入射到所述受光部10。來自該受光部10的受光信號被所述受光電路4進(jìn)行放大等所要的信號處理后，由該受光電路4發(fā)射受光脈沖R1并入射到所述距離運(yùn)算電路5。
所述距離運(yùn)算電路5對所述發(fā)光脈沖P1與所述受光脈沖R1間的時(shí)鐘數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即所述距離運(yùn)算電路5運(yùn)算時(shí)間，并通過時(shí)鐘數(shù)乘以光速來大致運(yùn)算距離。并且，用發(fā)光脈沖P1與受光脈沖R1間的相位差來運(yùn)算精密測定距離，通過核對精密測定與時(shí)鐘數(shù)的粗測定來運(yùn)算到測定對象物7的距離。
另外，在用所述光路切換遮光器截?cái)鄿y距光6的光路的狀態(tài)下，用所述驅(qū)動(dòng)電路3驅(qū)動(dòng)所述發(fā)光源2進(jìn)行脈沖發(fā)光。脈沖光作為所述參考光18經(jīng)過所述投射側(cè)半反射鏡12、受光側(cè)半反射鏡17入射到所述受光部10。
基于發(fā)光脈沖P1與受光脈沖R1用所述距離運(yùn)算電路5測定內(nèi)部參考光路。測定電路包含誤差，可通過從所述測距光6的到測定對象物7為止的測定值減去內(nèi)部參考光路的值來消除誤差。
通過從到測定對象物7為止的測定值減去所述參考光18的內(nèi)部參考光路的測定值，并加上補(bǔ)正值，得到精密測定距離。
接著，進(jìn)行測距的情況，例如為穿過玻璃測量到測定對象物的距離的場合，或者為在測定對象物之間存在金屬網(wǎng)的場合等。這時(shí)，還存在來自玻璃或金屬網(wǎng)等非測定對象物的反射光，因而所述受光部10輸出如圖6所示的基于所述反射測距光6’的受光脈沖R1之外還輸出基于來自非測定對象物的所述反射光的受光脈沖R2。因此，所述距離運(yùn)算電路5計(jì)算時(shí)鐘數(shù)的場合，不能判斷要計(jì)算受光脈沖R1還是受光脈沖R2的時(shí)鐘數(shù)，若計(jì)算受光脈沖R2的時(shí)鐘數(shù)則成為誤測定，或者發(fā)生兩個(gè)測定值而導(dǎo)致誤操作。
另外，關(guān)于光波距離計(jì)公開有特開平5-232230號公報(bào)和特開2001-153655號公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在測定中途及背景上存在易對測定產(chǎn)生影響的玻璃、金屬網(wǎng)等的非測定對象物時(shí)，也能可靠地測定到測定對象物的距離。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的光波距離測定方法中包括在具有聚焦功能的光波距離測定裝置中，將從聚焦的聚焦透鏡的位置得到的到測定對象物的參考距離與通過光波距離測定得到的測定距離進(jìn)行比較的步驟，以及將與所述參考距離大致相等的測定距離作為測定結(jié)果的步驟；另外，本發(fā)明的光波距離測定方法中包括在具有聚焦功能的光波距離測定裝置中，從對所述測定對象物聚焦的所述聚焦透鏡的位置求出所述參考距離的步驟，以及基于該參考距離測定設(shè)定范圍內(nèi)的步驟。
另外，本發(fā)明的光波距離測定裝置是具有聚焦功能的光波距離測定裝置，其中設(shè)有檢測聚焦透鏡的位置的聚焦位置檢測部；光波距離測距部；存儲預(yù)先求得的聚焦透鏡的位置與到測定對象物的距離的對比關(guān)系的存儲部；以及從聚焦透鏡的位置與所述對比關(guān)系求出參考距離，同時(shí)將所述光波距離測距部得到的測距距離與參考距離進(jìn)行比較，在該測距距離與所述參考距離大致相等時(shí)判定為測定距離的控制運(yùn)算部。另外，本發(fā)明的光波距離測定裝置中設(shè)有形成測定對象物的像的圖像受光部和基于來自該圖像受光部的受光信號求出對比度并調(diào)整所述聚焦透鏡的位置使對比度成為最大的聚焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，基于對比度最大時(shí)的聚焦透鏡的位置求出參考距離；另外，本發(fā)明的光波距離測定裝置在參考距離與光波距離測定所得的測定結(jié)果有差異時(shí)，顯示或發(fā)出警告。
并且，本發(fā)明的光波距離測定裝置是具有聚焦功能的光波距離測定裝置，其中設(shè)有檢測聚焦透鏡的位置的聚焦位置檢測部；存儲預(yù)先求得的聚焦透鏡的位置與到測定對象物點(diǎn)的距離的對比關(guān)系和與到所述測定對象物點(diǎn)的距離對應(yīng)設(shè)定的測定范圍的存儲部；以及從聚焦透鏡的位置與對比關(guān)系求出參考距離，并在與該參考距離對應(yīng)的范圍內(nèi)進(jìn)行測定的控制運(yùn)算部。
依據(jù)本發(fā)明，在具有聚焦功能的光波距離測定裝置中，由于包括將從聚焦的聚焦透鏡的位置得到的到測定對象物的參考距離與光波距離測定得到的測定距離進(jìn)行比較的步驟，以及將與所述參考距離大致相等的測定距離作為測定結(jié)果的步驟，因此能夠防止來自非測定對象物的反射光入射時(shí)的誤操作、誤測定，改善操作性并提高測定的可靠性。并且，能夠通過限定測定范圍對測定對象物進(jìn)行有選擇的測定。
另外，依據(jù)本發(fā)明，在具有聚焦功能的光波距離測定裝置中設(shè)有檢測聚焦透鏡的位置的聚焦位置檢測部；光波距離測距部；存儲預(yù)先求得的聚焦透鏡的位置與到測定對象物的距離的對比關(guān)系的存儲部；以及從聚焦透鏡的位置與所述對比關(guān)系求出所述參考距離，同時(shí)將所述光波距離測距部得到的測距距離與參考距離進(jìn)行比較并在該測距距離與所述參考距離大致相等時(shí)判定為測定距離的控制運(yùn)算部，因此能夠防止來自非測定對象物的反射光入射時(shí)的誤操作、誤測定，改善操作性并提高測定的可靠性。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例的作用的說明圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例的作用的說明圖。
圖4是表示傳統(tǒng)例的距離測定裝置的要部的概略圖。
圖5是表示該傳統(tǒng)例的信號發(fā)生狀態(tài)的說明圖。
圖6是表示該傳統(tǒng)例中，在測定中途存在非測定對象物時(shí)的信號的發(fā)生狀態(tài)的說明圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖就實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行說明。
圖1表示本實(shí)施例的光波距離測定裝置的概略結(jié)構(gòu)，圖中20表示光學(xué)系統(tǒng)，21表示控制系統(tǒng)。
首先，就所述光學(xué)系統(tǒng)20進(jìn)行說明。
在光軸22上設(shè)有物鏡23、反射鏡24、分色鏡25、聚焦透鏡26、正立正像棱鏡27。
在所述反射鏡24的反射光軸上設(shè)有發(fā)光部28，該發(fā)光部28由測距部29驅(qū)動(dòng)發(fā)光，測距光6最好射出與自然光不同波長的光例如紅外光。該測距光6用準(zhǔn)直透鏡31變換成平行光束并入射到所述反射鏡24。該反射鏡24上反射的所述測距光6偏向所述光軸22方向，經(jīng)由所述物鏡23向測定對象物7照射。
所述分色鏡25是將反射測距光6’反射并使自然光透過的光學(xué)部件，在所述分色鏡25的反射光軸上設(shè)有測距光受光部32。在所述測定對象物7上反射，并由所述物鏡23會聚的所述反射測距光6’，在所述分色鏡25上反射，由所述測距光受光部32所接收。該測距光受光部32將受光信號發(fā)送給所述測距部29。
該測距部29中，基于所述測距光受光部32的所述反射測距光6’的受光結(jié)果以及內(nèi)部參考光(未圖示)的受光結(jié)果測定到所述測定對象物7的距離，所述測距部29將測定結(jié)果發(fā)送給控制運(yùn)算部33。還有，所述測距部29的結(jié)構(gòu)與圖4所示的相同。
所述正立正像棱鏡27具有多個(gè)反射面，將入射的倒立像以正立像的形式射出，反射面中至少一面為半反射鏡。來自所述測定對象物7的自然光透過所述分色鏡25入射到所述正立正像棱鏡27。該正立正像棱鏡27將所述測定對象物7的像以正立像的形式射出，并將入射光的一部分分割分離后射出入射光的一部分。
所述聚焦透鏡26通過具備聚焦馬達(dá)(未圖示)的聚焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34沿所述光軸22進(jìn)行位置調(diào)整，所述聚焦透鏡26的位置由線性編碼器或者檢測所述聚焦馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)數(shù)的旋轉(zhuǎn)式編碼器等的聚焦位置檢測部35檢出。
所述聚焦透鏡26被位置調(diào)整，透過所述正立正像棱鏡27的正立像在分劃板(reticle)36上成像，該分劃板36上的像經(jīng)由目鏡37可由測定者辨認(rèn)。另外，由所述正立正像棱鏡27分割的入射光的一部分在所述分劃板36的共軛位置的圖像受光部38上成像，該圖像受光部38將受光結(jié)果作為圖像信號輸出給圖像處理部39。
接著，就所述控制系統(tǒng)21進(jìn)行說明。
該控制系統(tǒng)21主要由以下部分構(gòu)成所述測距部29、所述聚焦位置檢測部35、所述圖像處理部39、所述控制運(yùn)算部33、垂直角測角部41、水平角測角部42、存儲部43、操作部44、顯示部45等。
由實(shí)驗(yàn)、測量等預(yù)先求出在所述圖像受光部38上形成所述測定對象物7的像時(shí)的所述聚焦透鏡26的位置與所述測定對象物7的距離之間的對比關(guān)系，對比關(guān)系的數(shù)據(jù)存放到所述存儲部43。對比關(guān)系的數(shù)據(jù)及由對比關(guān)系求出的與參考距離對應(yīng)的測定范圍的數(shù)據(jù)可預(yù)先存儲在所述存儲部43內(nèi)，或者可以寫入到存儲卡等的存儲裝置，并將該存儲裝置安裝到所述光波距離測定裝置。
另外，所述存儲部43中存放有用以操作光波距離測定裝置的順序程序、進(jìn)行圖像處理的圖像處理程序等的程序。
以下，就其作用進(jìn)行說明。
在開始測距之前，對所述測定對象物7進(jìn)行對焦。手動(dòng)或自動(dòng)對焦均可，以下就自動(dòng)對焦的情況進(jìn)行說明。
首先，測定者由光學(xué)系統(tǒng)20對準(zhǔn)測定對象物7來確定光學(xué)系統(tǒng)20的對準(zhǔn)方向。由所述操作部44指示開始測定。
基于自然光的所述測定對象物7的像形成在所述圖像受光部38。
所述聚焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34被驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行聚焦。來自所述圖像受光部38的圖像信號輸入到所述圖像處理部39，該圖像處理部39運(yùn)算圖像的對比度。掃描所述聚焦透鏡26抽取圖像，比較并運(yùn)算圖像的對比度，且所述圖像處理部39判斷對比度的大小。對比度成為最大的位置就是聚焦位置，聚焦位置上的該聚焦透鏡26的位置被所述聚焦位置檢測部35讀取并存儲，所述聚焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34將所述聚焦透鏡26移動(dòng)到對比度最大的位置上。
另外，在特開2001-153655號公報(bào)中公開了基于對比度的聚焦作用。
所述聚焦透鏡26的聚焦位置從所述聚焦位置檢測部35輸入到所述控制運(yùn)算部33，該控制運(yùn)算部33中根據(jù)所述存儲部43存放的所述聚焦透鏡26的位置與所述測定對象物7的距離之間的對比關(guān)系，運(yùn)算到該測定對象物7的參考距離DO。
如圖2所示，由所述聚焦透鏡26的聚焦位置求得的距離的測定精度不高，例如相對100m的測定距離含有數(shù)m的誤差ΔD。
點(diǎn)亮所述發(fā)光部28發(fā)射測距光6。在所述測定對象物7上反射的反射測距光6’在所述分色鏡25上反射并由所述測距光受光部32所接收?；谠摐y距光受光部32接收的受光信號發(fā)生受光脈沖R1。計(jì)算從所述發(fā)光部28的發(fā)光脈沖P1到所述受光脈沖R1的時(shí)鐘數(shù)n1，基于該時(shí)鐘數(shù)n1用所述測距部29進(jìn)行到所述測定對象物7的粗測定，得到粗測定距離D1。該粗測定距離D1輸入到所述控制運(yùn)算部33。
另外，在所述測定對象物7與光波距離測定裝置之間存在玻璃、網(wǎng)等的非測定對象物時(shí)，所述測距光受光部32也接收來自該非測定對象物的反射光，并發(fā)生受光脈沖R2。所述測距部29由發(fā)光脈沖P1到所述受光脈沖R2的時(shí)鐘數(shù)n2運(yùn)算到非測定對象物的距離D2。
所述控制運(yùn)算部33中，對所述參考距離D0與所述粗測定距離D1、所述距離D2進(jìn)行比較，與所述參考距離D0大致一致的所述粗測定距離D1被選擇。還有，所述參考距離D0含有誤差ΔD，但一般到測定對象物7的距離與到非測定對象物的距離往往相差很大，即使含有數(shù)m的誤差，在實(shí)用上也無影響。
若所述粗測定距離D1即受光脈沖R1被選擇，則檢出與參考光的相位偏差，并進(jìn)行精密測定，最終測定到測定對象物7的距離。還有，所述參考距離D0與由光波距離測定得到的粗測定距離D1之間存在誤差ΔD以上的差異時(shí)，可在所述顯示部45上顯示警告，或用蜂鳴器等發(fā)出警告。
即使非測定對象物存在兩個(gè)以上時(shí)，同樣也可以進(jìn)行與測定對象物的判別，從而能夠避免誤操作、誤測定。
還有，可以對所述受光脈沖R1、受光脈沖R2，分別進(jìn)行到所述精密測定后，與由所述聚焦透鏡26的位置得到的參考距離D0進(jìn)行對比，選擇到測定對象物7的測定距離。
另外，可由所述垂直角測角部41、所述水平角測角部42的檢測結(jié)果，分別測定與所述測定對象物7相關(guān)的垂直角、水平角，這與傳統(tǒng)光波距離測定裝置相同。
還有，手動(dòng)聚焦的場合也相同，以目測判斷聚焦?fàn)顟B(tài)，在操作者判斷為聚焦的場合，例如按下完成聚焦的按鈕，則該狀態(tài)下的所述聚焦透鏡26的位置輸入到所述控制運(yùn)算部33。
這時(shí)，可省略所述聚焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34、所述圖像受光部38、所述圖像處理部39，而且也不需要來自所述圖像處理部39的反饋信號。
而且，本發(fā)明中可設(shè)定與聚焦距離對應(yīng)的測定距離，有選擇地測定測定對象物的距離。例如，在要測定距離近但是反射率低的物體時(shí)、測定玻璃或金屬網(wǎng)時(shí)等。
以下，說明測定方法。
測距前自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行對焦?；谧匀还獾牟ＡП砻婊蚪饘倬W(wǎng)等的測定對象物7的像形成在所述圖像受光部38上。所述聚焦透鏡26的聚焦位置由所述聚焦位置檢測部35輸入到所述控制運(yùn)算部33，在該控制運(yùn)算部33中，根據(jù)所述存儲部43存放的所述聚焦透鏡26的位置與到所述測定對象物7的距離之間的對比關(guān)系，運(yùn)算到該測定對象物7的參考距離D0。該參考距離D0含有上述的相對測定距離的ΔD的誤差。作為與聚焦距離對應(yīng)的測定范圍，例如設(shè)定ΔD。還有，測定范圍可按測定情況適當(dāng)設(shè)定。
如圖3所示，求出與誤差ΔD相當(dāng)?shù)臅r(shí)間t1、t2，計(jì)算在t1與t2之間接收的到脈沖R1的時(shí)鐘數(shù)。計(jì)數(shù)值為n1?；谠摃r(shí)鐘數(shù)n1用所述測距部29進(jìn)行到玻璃或金屬網(wǎng)的粗測定并得到粗測定距離D1。所述粗測定距離D1還被檢測與參考光的相位偏差并進(jìn)行精密測定，測定出最終的距離。
權(quán)利要求
1.一種光波距離測定方法，其中包括在具有聚焦功能的光波距離測定裝置中，將從聚焦的聚焦透鏡的位置得到的到測定對象物的參考距離與通過光波距離測定得到的測定距離進(jìn)行比較的步驟，以及將與所述參考距離大致相等的測定距離作為測定結(jié)果的步驟。
2.一種光波距離測定方法，其中包括在具有聚焦功能的光波距離測定裝置中，從對測定對象物聚焦的聚焦透鏡的位置求出所述參考距離的步驟，以及基于該參考距離測定所設(shè)定范圍內(nèi)的步驟。
3.一種光波距離測定裝置，該裝置具有聚焦功能，其中設(shè)有檢測聚焦透鏡的位置的聚焦位置檢測部；光波距離測距部；存儲預(yù)先求得的所述聚焦透鏡的位置與到測定對象物的距離的對比關(guān)系的存儲部；以及從聚焦透鏡的位置與所述對比關(guān)系求出參考距離，同時(shí)將所述光波距離測距部得到的測距距離與參考距離進(jìn)行比較，在該測距距離與所述參考距離大致相等時(shí)判定為測定距離的控制運(yùn)算部。
4.如權(quán)利要求3所述的光波距離測定裝置，其特征在于設(shè)有形成測定對象物的像的圖像受光部和基于來自該圖像受光部的受光信號求出對比度并調(diào)整所述聚焦透鏡的位置使對比度成為最大的聚焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，基于對比度最大時(shí)的聚焦透鏡的位置求出參考距離。
5.如權(quán)利要求3所述的光波距離測定裝置，其特征在于在參考距離與光波距離測定所得的測定結(jié)果有差異時(shí)，顯示或發(fā)出警告。
6.一種光波距離測定裝置，該裝置具有聚焦功能，其中設(shè)有檢測聚焦透鏡的位置的聚焦位置檢測部；存儲預(yù)先求得的聚焦透鏡的位置與到測定對象物點(diǎn)的距離的對比關(guān)系和與到所述測定對象物點(diǎn)的距離對應(yīng)設(shè)定的測定范圍的存儲部；以及從聚焦透鏡的位置與對比關(guān)系求出參考距離，并在與該參考距離對應(yīng)的范圍內(nèi)進(jìn)行測定的控制運(yùn)算部。
全文摘要
一種光波距離測定方法，其中包括在具有聚焦功能的光波距離測定裝置中，將從聚焦的聚焦透鏡的位置得到的到測定對象物的參考距離與通過光波距離測定得到的測定距離進(jìn)行比較的步驟，以及將與所述參考距離大致相等的測定距離作為測定結(jié)果的步驟。
文檔編號G01S17/00GK1712989SQ20051007894
公開日2005年12月28日 申請日期2005年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者大友文夫, 熊谷薰 申請人:株式會社拓普康