專利名稱：目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在勘測(cè)領(lǐng)域中采用激光束檢測(cè)目標(biāo)反射體的一種目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其中發(fā)自主單元的偏振光束輻照到目標(biāo)反射體上，并且對(duì)由目標(biāo)反射體反射的偏振的反射光束進(jìn)行檢測(cè)。
在土木工程和建筑技術(shù)領(lǐng)域中為了確定參考高度，現(xiàn)在采用旋轉(zhuǎn)的激光輻照系統(tǒng)在一個(gè)水平面內(nèi)進(jìn)行偏振光束的旋轉(zhuǎn)掃描。
近幾年來(lái)，已把可見(jiàn)半導(dǎo)體激光發(fā)展到了用于實(shí)際應(yīng)用中，并且已經(jīng)出現(xiàn)了采用可見(jiàn)半導(dǎo)體激光的旋轉(zhuǎn)輻照系統(tǒng)，這使得進(jìn)行可視勘測(cè)成為可能。在這種旋轉(zhuǎn)激光輻照系統(tǒng)中，為了確保操作人員的安全，要限制激光的輸出。由于這個(gè)原因，在要求對(duì)偏振光束的反射進(jìn)行可視識(shí)別的勘測(cè)和測(cè)量中，其工作距離變得相對(duì)短了。
這樣，在現(xiàn)在采用的旋轉(zhuǎn)激光輻照系統(tǒng)中，對(duì)偏振光束進(jìn)行往復(fù)的掃描來(lái)增加偏振的反射光束的亮度，使工作距離延長(zhǎng)。為了在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)實(shí)現(xiàn)往復(fù)的掃描，必須識(shí)別出掃描位置。為了這一目的，采用了一種目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中在一個(gè)工作位置放置一塊目標(biāo)反射體，并對(duì)由目標(biāo)反射體反射的偏振的反射光束進(jìn)行檢測(cè)，識(shí)別目標(biāo)反射體的位置。
在上述目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)中，為了識(shí)別目標(biāo)反射體，使發(fā)射的光變成偏振光，并使由目標(biāo)反射體反射回的反射光的偏振方向相對(duì)于發(fā)射光的偏振方向發(fā)生變化。這是因?yàn)椴Ａ娴炔恍枰姆瓷潴w具有保持該偏振方向而反射的性質(zhì)，所以，可以進(jìn)行識(shí)別。
在上述旋轉(zhuǎn)激光輻照系統(tǒng)中，用與目標(biāo)反射體的偏振光相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)裝置檢測(cè)反射光。但是，在土木工程或建筑工程的工作現(xiàn)場(chǎng)，常常有許多不需要的反射體，并且反射的方式不固定，包含各種各樣的偏振成分。
因此，當(dāng)發(fā)自旋轉(zhuǎn)激光輻照系統(tǒng)的激光束照射到具有光亮表面的不需要的反射體上，強(qiáng)反射光進(jìn)入主機(jī)的檢測(cè)器時(shí)或者由光學(xué)性質(zhì)與目標(biāo)反射體類似的反射物反射回的反射光進(jìn)入主機(jī)的檢測(cè)器時(shí)，常常錯(cuò)誤地把不需要的反射體檢測(cè)成目標(biāo)反射體，并且在錯(cuò)誤的位置進(jìn)行往復(fù)掃描。
本發(fā)明的目的是要提供一種目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，該目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)在測(cè)量中利用激光束形成基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)平面時(shí)不會(huì)錯(cuò)誤地識(shí)別作為激光束照射目標(biāo)的目標(biāo)反射體。該目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)包括向目標(biāo)反射體發(fā)射偏振輻照光束的一個(gè)激光發(fā)射器，以及一個(gè)用來(lái)檢測(cè)由目標(biāo)反射體反射回的偏振反射光束的反射光束檢測(cè)器，該反射光束檢測(cè)器由檢測(cè)目標(biāo)反射體反射回的偏振反射光束的第一檢測(cè)裝置、檢測(cè)與目標(biāo)反射體反射回的偏振反射光束不同的偏振光束的第二檢測(cè)裝置，以及根據(jù)第一檢測(cè)裝置的輸出與第二檢測(cè)裝置的輸出的比較對(duì)目標(biāo)反射體進(jìn)行識(shí)別的一個(gè)反射光檢測(cè)電路構(gòu)成。


圖1是用于解釋本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖;
圖2是示出上述實(shí)施例中的偏振反射光束檢測(cè)電路的方框圖;
圖3示出上述實(shí)施例中一種目標(biāo)反射體的例子;
圖4示出上述偏振反射光束檢測(cè)電路中的信號(hào)波形;
圖5A和5B分別用于解釋目標(biāo)反射體，偏振照射光束及目標(biāo)反射體的輸出信號(hào)之間的關(guān)系的圖;
圖6是解釋本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的圖;
圖7是解釋本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的圖;
圖8是解釋本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的圖;
圖9示出目標(biāo)反射體的另一個(gè)例子;
圖10示出裝有本發(fā)明的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)的一種激光準(zhǔn)直器的截面圖;
圖11是上述激光準(zhǔn)直器的正面圖;
圖12是沿圖10中A-A線的箭頭方向的剖視圖;以及圖13是上述激光準(zhǔn)直器的激光振蕩器的示意圖。
圖1示出裝有按照本發(fā)明的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)的一種激光旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)。這個(gè)激光旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)主機(jī)1和一個(gè)目標(biāo)反射體2，該反射體被旋轉(zhuǎn)在離旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)主機(jī)1一定距離的地方。
首先，給出對(duì)旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)主機(jī)1的描述。
旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)主機(jī)1包括激光發(fā)射器3、旋轉(zhuǎn)單元4、反射光檢測(cè)器5、旋轉(zhuǎn)控制器6、及發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)器7。
先描述激光發(fā)射器3。
在發(fā)射線偏振光的偏振輻照光束的激光二極管10的光軸上，從激光二極管10開(kāi)始順序設(shè)置準(zhǔn)直透鏡11，第一λ/4雙折射片12，以及穿孔鏡13。準(zhǔn)直透鏡11把發(fā)自激光二極管10的線偏振光的偏振輻照光束變成平行光束，然后由第一λ/4雙折射片12轉(zhuǎn)換成圓偏振光。圓偏振光的偏振輻照光束穿過(guò)穿孔鏡13照射到旋轉(zhuǎn)單元4上。
旋轉(zhuǎn)單元4使來(lái)自激光發(fā)射器3的偏振輻照光束沿水平方向射出并進(jìn)行掃描。在一個(gè)旋轉(zhuǎn)支架15上設(shè)有一塊把發(fā)自激光發(fā)射器3的偏振輻照光束的光軸旋轉(zhuǎn)90°的五邊形棱鏡14，該旋轉(zhuǎn)支架15繞偏振輻照光束的光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且該旋轉(zhuǎn)支架15通過(guò)從動(dòng)齒輪16和驅(qū)動(dòng)齒輪17與掃描馬達(dá)18相連接。
由目標(biāo)反射體2反射回來(lái)的偏振反射光束入射到旋轉(zhuǎn)單元4。入射到五邊形棱鏡14上的偏振反射光束射向穿孔鏡13后轉(zhuǎn)向，由穿孔鏡13將偏振反射光束反射到反射光檢測(cè)器5中。
下面將給出對(duì)反射光檢測(cè)器5的描述。
在穿孔鏡13的反射光軸上，從穿孔鏡13開(kāi)始順序設(shè)置聚光透鏡20，第二λ/4雙折射片21，針孔22，雙色鏡或偏振光束分光鏡23，以及由光二極管和其它元件組成的第一光探測(cè)器24，并且在偏振光束分光鏡23的反射光軸上設(shè)置由光二極管和其它元件組成的第二光探測(cè)器25。上述第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25的輸出信號(hào)輸入到偏振反射光束檢測(cè)器電路26。
偏振光束分光鏡23把入射到反射光檢測(cè)器5的偏振反射光束分光后，導(dǎo)向第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25，第二塊λ/4雙折射片21和偏振光束分光鏡23的設(shè)置方式使得發(fā)自激光發(fā)射器3的偏振輻照光束兩次穿過(guò)λ/4雙折射片，偏振方向變換后，返回主機(jī)1的偏振反射光束射向第一光探測(cè)器24，并且偏振方向與發(fā)自激光發(fā)射器3的偏振輻照光束的偏振方向相同的返回主機(jī)1的偏振反射光束射向第二光探測(cè)器25。
現(xiàn)在參考著圖2給出對(duì)偏振反射光束檢測(cè)電路26的一個(gè)例子描述。
上述第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25的輸出通過(guò)放大器31和放大器35輸入差分放大器32，該差分放大器32的輸出通過(guò)同步檢測(cè)器33輸入差分放大器34。上述第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25的輸出通過(guò)放大器31和放大器35輸入加法放大器36，該加法放大器36的輸出通過(guò)同步檢測(cè)器38輸入差分放大器39。該差分放大器39和差分放大器34的輸出信號(hào)輸入旋轉(zhuǎn)控制器6。
上述偏振反射光束檢測(cè)電路26設(shè)有一個(gè)振蕩電路40，它把用來(lái)進(jìn)行同步檢測(cè)的時(shí)鐘信號(hào)輸給同步檢測(cè)器33和同步檢測(cè)器38，同時(shí)把進(jìn)行脈沖調(diào)制必須的時(shí)鐘信號(hào)輸出發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)器7。
上述旋轉(zhuǎn)控制器6根據(jù)來(lái)自反射光檢測(cè)器5的信號(hào)對(duì)掃描馬達(dá)18的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，并且旋轉(zhuǎn)控制器6使發(fā)自激光發(fā)射器3的偏振輻照光束以目標(biāo)反射體2為中心往復(fù)掃描。
發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)器7根據(jù)來(lái)自偏振反射光束檢測(cè)電路26的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)發(fā)自激光二極管10的偏振輻照光束進(jìn)行脈沖調(diào)制。
現(xiàn)在參考圖3給出對(duì)目標(biāo)反射體2。
在基板27上形成一個(gè)反射層28。在圖中的左半部粘貼上一塊λ/4雙折射片29。反射層28的暴露部分用作保持入射光束的偏振方向并反射的反射部分，而上述λ/4雙折射片29部分用作偏振光轉(zhuǎn)換反射器，它相對(duì)于入射光束轉(zhuǎn)換反射光的偏振方向并進(jìn)行反射。上述反射層28由循環(huán)反射材料構(gòu)成，并且設(shè)置了多個(gè)小的三面直角棱鏡或球形反射器。上述λ/4雙折射片29有使偏振反射光束相對(duì)于入射光束產(chǎn)生λ/4相位差的作用。
下面，對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行描述。
基于來(lái)自振蕩器電路40的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)發(fā)自激光二極管10的偏振輻照光束進(jìn)行調(diào)制，該激光二極管10由發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)單元7所驅(qū)動(dòng)。準(zhǔn)直透鏡11把發(fā)自激光二極管10的線偏振光的偏振輻照光束轉(zhuǎn)變成平行光束，這個(gè)光束在通過(guò)第一λ/4雙折射片12后進(jìn)一步變成圓偏振的偏振輻照光束。圓偏振的輻照光束通過(guò)穿孔透鏡13，被五邊形棱鏡14變成水平方向射出。
掃描馬達(dá)18通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪17和從動(dòng)齒輪16使五邊形棱鏡14旋轉(zhuǎn)。開(kāi)始，五邊形棱鏡14的旋轉(zhuǎn)范圍是繞整個(gè)圓周旋轉(zhuǎn)，從五邊形棱鏡14射出的偏振輻照光束沿整個(gè)圓周掃描。
通過(guò)沿整個(gè)圓周掃描，偏振輻照光束通過(guò)目標(biāo)反射體2。當(dāng)通過(guò)目標(biāo)反射體2時(shí)，偏振輻照光束被目標(biāo)反射體2反射，該偏振反射光束射入五邊形棱鏡14。
如前所述，目標(biāo)反射體2的半個(gè)面只是反射層28，而另一半在反射層28上粘貼著λ/4雙折射片29。因此，在反射層28的暴露部分反射的偏振反射光束是圓偏振光，它保留著入射偏振輻照光束的偏振狀態(tài)。通過(guò)λ/4雙折射片29后在反射層28上反射、進(jìn)而通過(guò)λ/4雙折射片29的偏振反射光束是圓偏振光，相對(duì)于入射偏振輻照光束的偏振狀態(tài)位相偏離λ/2。
在目標(biāo)反射體2上反射回的偏振反射光束被五邊形棱鏡14偏轉(zhuǎn)90°，進(jìn)入穿孔鏡13，該穿孔鏡13把反射光束反射到聚光透鏡20上。將該聚光透鏡20反射光束，作為會(huì)聚光射入第二λ/4雙折射片21。以圓偏振光返回的反射光束由第二λ/4雙折射片21轉(zhuǎn)換成線偏振光，射入針孔22。如上所述，在反射層28的暴露部分反射的反射光束與穿過(guò)λ/4雙折射片29反射的反射光束之間的位相差為λ/2，所以，由第二λ/4雙折射片21轉(zhuǎn)換成線偏振光的兩束反射光束之間偏振面相差90°。
針孔22具有使相對(duì)于由主機(jī)發(fā)出的偏振輻照光束光軸偏離的不正對(duì)的反射光束不能進(jìn)入光探測(cè)器24和25的作用，并且穿過(guò)針孔22的反射光束射入偏振光束分光鏡23。
偏振光束分光鏡23具有透過(guò)偏振方向與發(fā)自激光發(fā)射器3的偏振輻照光束相差180°的光束和反射偏振方向與發(fā)自激光束發(fā)射器3的偏振輻照光束相差90°的光束的作用。透過(guò)偏振光束分光鏡23的反射光束被分成互相垂直的偏振分量，光探測(cè)器24和25分別接收被分開(kāi)的反射光束。
第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25接收光的狀態(tài)，當(dāng)在主機(jī)以外兩次穿過(guò)λ/4雙折射片的偏振反射光束即在目標(biāo)反射體2的λ/4雙折射片29部分反射的偏振反射光束進(jìn)入反射光探測(cè)器5時(shí)，根據(jù)第二λ/4雙折射片21與偏振光束分光鏡23的關(guān)系，進(jìn)入第一光探測(cè)器24的光量比進(jìn)入第二光探測(cè)器25的光量多。當(dāng)未通過(guò)λ/4雙折射片的偏振反射光束即在目標(biāo)反射體2的反射層28的暴露部分或在其它不需要的反射器上反射的偏振反射光束進(jìn)入時(shí)，則進(jìn)入第二光探測(cè)器25的光通量比進(jìn)入第一光探測(cè)器24的光量多。
求出射入第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25的偏振反射光束的入射光量之差，可以識(shí)別入射的偏振反射光束是在目標(biāo)反射體2的反射層28的暴露部分反射的，還是在λ/4雙折射片29部分反射的。
下面，給出更詳細(xì)的描述。
在反射光束兩次穿過(guò)λ/4雙折射片29的情況下，進(jìn)入反射光檢測(cè)器5的第一光探測(cè)器24的光量比進(jìn)入第二光探測(cè)器25的光量多。其信號(hào)如圖4中的a和b所示。光探測(cè)器24和25輸出的信號(hào)被放大器31和35放大，并由差分放大器32得到它們的差。這個(gè)信號(hào)如圖4中的c所示。當(dāng)差分放大器32的輸出信號(hào)被來(lái)自振蕩器電路40的時(shí)鐘1進(jìn)行同步檢測(cè)時(shí)，得到相對(duì)于偏壓為正的電壓(圖4中的d)，當(dāng)它被時(shí)鐘2進(jìn)行同步檢測(cè)時(shí)，得到相對(duì)于偏壓為負(fù)的電壓(圖4中的e)。當(dāng)求出由同步檢測(cè)而得到的電壓之差(d-e)時(shí)，差分放大器34輸出相對(duì)于偏壓為正的電壓(圖4中的f)。
在反射光束不穿過(guò)λ/4雙折射片29的情況下，進(jìn)入反射光檢測(cè)器5的第二光探測(cè)器25的光量比進(jìn)入第一光探測(cè)器24的光量多。這兩個(gè)信號(hào)在圖4中以h和i給出。光探測(cè)器24和25的輸出信號(hào)被放大器31和35放大，其差由差分放大器32得到。這個(gè)信號(hào)在圖4中以j給出。當(dāng)差分放大器32的輸出信號(hào)被來(lái)自振蕩器電路40的時(shí)鐘1進(jìn)行同步檢測(cè)時(shí)，得到相對(duì)于偏壓為負(fù)的電壓(圖4中的k)。當(dāng)它被時(shí)鐘2同步檢測(cè)時(shí)，得到相對(duì)于偏壓為負(fù)的電壓(圖4中的l)。當(dāng)求出由同步檢測(cè)所得到的電壓之差(k-l)時(shí)，差分放大器34輸出相對(duì)于偏壓為負(fù)的電壓(圖4中的m)。
當(dāng)偏振輻照光束掃描圖3中的目標(biāo)反射體2時(shí)，反射光檢測(cè)電路26的差分放大器34的輸出成為圖5B所示的波形。在差分放大器34的輸出出現(xiàn)正信號(hào)，在正信號(hào)的下降邊之后一定時(shí)間內(nèi)有負(fù)信號(hào)的下降邊時(shí)，則識(shí)別為目標(biāo)反射體2，并由旋轉(zhuǎn)控制器6控制和驅(qū)動(dòng)掃描馬達(dá)18，使五邊形棱鏡14往復(fù)旋轉(zhuǎn)，從而使發(fā)自旋轉(zhuǎn)輻照系統(tǒng)主機(jī)1的偏振輻照光束以目標(biāo)反射體2為中心往復(fù)掃描。
采用目標(biāo)反射體2時(shí)，如果偏振輻照光束的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)時(shí)，反射光探測(cè)電路26的差分放大器34的輸出信號(hào)的正負(fù)變?yōu)橄喾吹捻樞颉?br> 由旋轉(zhuǎn)輻照系統(tǒng)主機(jī)1射出的偏振輻照光束由鏡子等反射一次入射到目標(biāo)反射體2上并反射回來(lái)時(shí)，差分放大器34的輸出信號(hào)的正負(fù)順序成為旋轉(zhuǎn)方向與接收反射光束時(shí)偏振輻照光束的旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)的順序。因此，可以識(shí)別是在目標(biāo)反射體2以外反射一次而返回的反射光束，還是由目標(biāo)反射體2反射回來(lái)的反射光束。
現(xiàn)在，參考圖6說(shuō)明第二個(gè)實(shí)施例。在圖6中對(duì)與圖1中相同的元件標(biāo)以同樣的符號(hào)，這里不再作詳細(xì)的描述。
在圖6給出的實(shí)施例中設(shè)有一個(gè)校準(zhǔn)顯示單元41。
校準(zhǔn)顯示單元41包括一個(gè)位置識(shí)別器42和一個(gè)顯示器43。在來(lái)自反射光束檢測(cè)電路26的表示第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25接收光的狀態(tài)的信號(hào)輸入位置識(shí)別器42的同時(shí)輸入來(lái)自檢測(cè)設(shè)在旋轉(zhuǎn)單元4上的五邊形棱鏡14的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的編碼器44的信號(hào)。
根據(jù)校準(zhǔn)顯示單元41的顯示，使旋轉(zhuǎn)單元4停止旋轉(zhuǎn)，可以很容易把偏振輻照光束的照射點(diǎn)準(zhǔn)確地與目標(biāo)反射體2的反射層28的暴露部分和λ/4雙折射片29部分之間的邊界對(duì)準(zhǔn)。
當(dāng)偏振輻照光束照射在目標(biāo)反射體2的任意位置上時(shí)，反射光檢測(cè)電路26的差分放大器34的輸出信號(hào)如圖4和圖5所示的那樣。差分放大器34的輸出信號(hào)相對(duì)于偏壓為正電壓時(shí)，偏振輻照光束位于圖5中的目標(biāo)反射體2的左邊;差分放大器34的輸出信號(hào)相對(duì)于偏壓為負(fù)電壓時(shí)，偏振輻照光束位于圖5中的目標(biāo)反射體2的右邊;差分放大器34輸出信號(hào)為偏壓值，而檢測(cè)有無(wú)反射光的差分放大器39的輸出信號(hào)相對(duì)于偏壓為正電壓時(shí)，偏振輻照光束位于圖5中目標(biāo)反射體2的中心。位置識(shí)別器42對(duì)這三種狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，并將其識(shí)別結(jié)果輸入顯示器43。偏振輻照光束不處于中心時(shí)，由表示移動(dòng)方向的箭頭43a和箭頭43c進(jìn)行顯示;處于中心時(shí)，在中央的43b顯示上進(jìn)行顯示。
由于設(shè)有校準(zhǔn)顯示單元41，可以由一個(gè)操作人員很容易地并且準(zhǔn)確地靠顯示器43進(jìn)行偏振輻照光束的校準(zhǔn)調(diào)整。
現(xiàn)在，參考圖7說(shuō)明第三個(gè)實(shí)施例。
圖7所示的實(shí)施例有自動(dòng)聚焦功能。利用自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)測(cè)量旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)主機(jī)1與目標(biāo)反射體2之間的距離，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整射出的偏振輻照光束聚焦位置。
在圖7中，對(duì)與圖6中相同的部件標(biāo)以相同的符號(hào)。
在圖7所示的激光發(fā)射器3的準(zhǔn)直透鏡11與第一λ/4雙折射片12之間設(shè)有自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)45，自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)45由聚焦控制器46驅(qū)動(dòng)。來(lái)自反射光束檢測(cè)電路26的第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25的光接收狀態(tài)和來(lái)自編碼器44的位置信號(hào)輸給聚焦控制器46。
通過(guò)檢測(cè)偏振輻照光束通過(guò)目標(biāo)反射體2的λ/4雙折射片29部分的寬度和通過(guò)反射層28的暴露部分的寬度時(shí)的角度，根據(jù)角度和目標(biāo)反射體2的寬度可以反過(guò)來(lái)計(jì)算出旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)主機(jī)1與目標(biāo)反射體2之間的距離。
即，目標(biāo)反射體2被偏振輻照光束掃描時(shí)由目標(biāo)反射鏡2反射的偏振反射光束在第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25上表現(xiàn)的光接收狀況如圖5所示，通過(guò)計(jì)數(shù)從反射光束檢測(cè)電路26輸出的正信號(hào)的上升邊到負(fù)信號(hào)的上升邊之間編碼器44輸出的脈沖數(shù)便可求出與目標(biāo)反射鏡2的寬度對(duì)應(yīng)的與五邊形棱鏡14的旋轉(zhuǎn)中心相對(duì)的中心角。目標(biāo)反射體2的寬度是已知的，因此可以計(jì)算出旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)主機(jī)1與目標(biāo)反射體2之間的距離。計(jì)算結(jié)果輸入自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)45，自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)45便產(chǎn)生與所測(cè)得的距離適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)的動(dòng)作。
在上面的解釋中，是求從正信號(hào)的上升邊到負(fù)信號(hào)的上升邊之間的掃描角度，但是，也可以測(cè)量從正信號(hào)上升邊到負(fù)信號(hào)上升邊之間的時(shí)間，根據(jù)與掃描速度的關(guān)系求出距離。但是，這時(shí)，相對(duì)于掃描速度的設(shè)定值的誤差成為距離測(cè)量誤差，所以，用不受掃描速度設(shè)定值的誤差影響的檢測(cè)角度的方法測(cè)量距離是準(zhǔn)確、可靠的。
現(xiàn)在，參考圖8和9對(duì)第四個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述。
第四個(gè)實(shí)施例設(shè)置有相對(duì)于目標(biāo)反射體調(diào)整和控制偏振輻照光束的照射位置的功能。
把旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)主機(jī)1從圖1所示的位置轉(zhuǎn)動(dòng)90°而設(shè)置，以使主機(jī)旋轉(zhuǎn)單元47以垂直軸心為中心旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)主機(jī)1成為使旋轉(zhuǎn)單元4繞水平軸旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。因此，由旋轉(zhuǎn)單元4射出的偏振輻照光束沿垂直方向掃描。
現(xiàn)在對(duì)在本實(shí)施例中采用的在圖9中給出的目標(biāo)反射體2′進(jìn)行描述。
目標(biāo)反射體2′，由對(duì)角線(分割線)分割矩形反射層28的表面，所分割的一部分粘貼上λ/4雙折射片29。
分割方法不限于用對(duì)角線分割。只要偏振輻照光束橫向掃描目標(biāo)反射體2′時(shí)，由分界線分割的目標(biāo)反射體2′上的掃描線的線長(zhǎng)之比當(dāng)偏振輻照光束的橫掃位置在垂直于掃描方向的方向上移動(dòng)時(shí)以指定的關(guān)系逐漸改變，任何一種分割方法都可以。
下面，參考圖2和圖8說(shuō)明運(yùn)行情況。
根據(jù)掃描位置在反射層28的暴露部分和λ/4雙折射片29部分的寬度來(lái)檢測(cè)偏振輻照光束照射到目標(biāo)反射體2′上的位置。如上所述，有兩種方法檢測(cè)該寬度一種是根據(jù)偏振輻照光束旋轉(zhuǎn)時(shí)，在第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25上的反射光束的光接收時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)的方法另一種是利用與旋轉(zhuǎn)單元4同軸安裝的編碼器44根據(jù)角度進(jìn)行檢測(cè)的方法。這里，說(shuō)明采用編碼器44的方法，這種方法不會(huì)由于旋轉(zhuǎn)單元4的旋轉(zhuǎn)速度而造成誤差。
偏振輻照光束對(duì)目標(biāo)反射體2′沿垂直方向掃描。偏振輻照光束穿過(guò)目標(biāo)反射體2′時(shí)，由目標(biāo)反射體2′反射的偏振反射光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)單元4進(jìn)入反射光檢測(cè)器5，分別由第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25接收。偏振反射光束檢測(cè)電路26檢測(cè)第一光探測(cè)器24和第二光探測(cè)器25的光接收狀況。
編碼器44檢測(cè)反射光檢測(cè)電路26的差分放大器34的輸出信號(hào)相對(duì)于偏壓為正電壓時(shí)旋轉(zhuǎn)單元4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及輸出信號(hào)相對(duì)于偏壓為負(fù)電壓時(shí)旋轉(zhuǎn)單元4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。這樣得到的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度之比與上述的線段之比對(duì)應(yīng)。通過(guò)求轉(zhuǎn)動(dòng)角度之比，可以判斷偏振輻照光束在目標(biāo)反射體2′上的掃描位置。位置識(shí)別器(圖中未畫(huà)出)根據(jù)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度之比判別偏振輻照光束照射在目標(biāo)反射體2′的哪個(gè)位置。根據(jù)這一判別結(jié)果，主機(jī)的旋轉(zhuǎn)單元47使旋轉(zhuǎn)輻照主機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)，把偏振輻照光束的照射位置改變到目標(biāo)反射體2′上所期望的位置。
如上所述，按照本發(fā)明，由于能可靠地識(shí)別目標(biāo)反射體，所以可以防止掃描操作的誤識(shí)別。
本發(fā)明不限于激光旋轉(zhuǎn)照射系統(tǒng)，也可以用于提供固定參考線的激光參考水平線設(shè)定系統(tǒng)。
圖10至圖13示出了本發(fā)明用于激光參考水平線設(shè)定系統(tǒng)的情況。
在把水泥管埋到地下的典型操作中，典型的作業(yè)有挖掘地面、把水泥管放入挖掘的濠溝，然后再進(jìn)行掩埋的方法。
每隔一定的直線區(qū)間，從地面向下挖掘到大于掩埋水泥管的深度，在溝底臨時(shí)設(shè)置的基底上放置水泥管。
水泥管被用作城市供水、污水排放，或輸送液體的流動(dòng)通道，以一定的傾斜度設(shè)置，沒(méi)有彎曲。如果埋下的水泥管沿水平方向或垂直方向彎曲，液體會(huì)滯留或阻塞，或者可能泄漏到土壤中，從而失去流動(dòng)通道的功能。因此，掩埋水泥管道時(shí)，必須有一條適當(dāng)?shù)膮⒖季€。
激光參考水平線設(shè)定系統(tǒng)是利用發(fā)射激光束來(lái)提供參考線的。激光束適宜于作這樣的參考線，這是由于它既不會(huì)像線繩那樣在長(zhǎng)距離下松弛，也不影響施工，同時(shí)也不會(huì)被施工人員或水泥管道切斷。
激光參考水平線設(shè)定系統(tǒng)具有一個(gè)激光準(zhǔn)直器和一個(gè)靶目標(biāo)。把激光準(zhǔn)直器放在挖掘的濠溝的一端，靶目標(biāo)放在濠溝的另一端。靶目標(biāo)的位置利用勘測(cè)儀器比如經(jīng)緯儀確定。
然后，由激光準(zhǔn)直器發(fā)射出激光束，調(diào)整它使得激光束照射到靶目標(biāo)的中心。在完成激光準(zhǔn)直器的調(diào)整后，激光準(zhǔn)直器發(fā)射出的激光束就成為放置水泥管的參考線。
在靠近框架51的前端安裝著一個(gè)俯仰框架53，它可以繞水平放置俯仰軸52轉(zhuǎn)動(dòng)，激光振蕩器55設(shè)置成可以繞擺動(dòng)軸54轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)軸與俯仰框架53相垂直。
在俯仰框架53的下側(cè)面有一個(gè)向后伸展的水平輔助框架56，在水平輔助框架56上伸出一根水平桿57，在水平桿57與框架51之間設(shè)置了一根彈簧58，在圖10中沿順時(shí)針?lè)较蚶瓌?dòng)俯仰框架53。在框架51的基底上安裝著一個(gè)俯仰馬達(dá)59，一根俯仰螺絲60與俯仰馬達(dá)59的輸出軸相連接。螺母61與俯仰螺絲60相嚙合，在螺母61上伸出的桿62與桿57相連結(jié)。
在俯仰框架53的一個(gè)側(cè)面上安裝著一個(gè)垂直輔助框架63，一個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)65通過(guò)一個(gè)齒輪箱64安裝在垂直輔助框架63上。一根引導(dǎo)軸66和一根擺動(dòng)螺絲67由齒輪箱64沿水平方向伸展，擺動(dòng)螺絲67與擺動(dòng)馬達(dá)65的輸出軸相連接。旋在擺動(dòng)螺絲67上的螺母塊68與引導(dǎo)軸66滑動(dòng)嵌合。
由激光振蕩器55的后端水平伸出的桿69與螺母塊68上伸出的連接桿70相連接。一根彈簧71在水平方向上，即圖12中向右的方向拉激光振蕩器55。該彈簧設(shè)在桿69與垂直輔助框架63之間。
當(dāng)俯仰馬達(dá)59和擺動(dòng)馬達(dá)65驅(qū)動(dòng)下，激光振蕩器55可以在彼此互相垂直的兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
下面，參考著圖13簡(jiǎn)短地描述一下激光振蕩器55。
在這個(gè)圖中，標(biāo)號(hào)72表示激光束發(fā)射器，線偏振激光束由此發(fā)射器發(fā)射出。由激光束發(fā)射器72發(fā)出的激光束穿過(guò)一塊半反射鏡73或一塊穿孔鏡及一塊λ/4雙折射片74。光被轉(zhuǎn)換成圓偏振的激光束75，并朝著目標(biāo)反射體2發(fā)射出去。
由目標(biāo)反射體2反射的反射光束75′進(jìn)入激光振蕩器55，并且穿過(guò)λ/4雙折射片74。穿過(guò)λ/4雙折射片74后，反射光束75′被轉(zhuǎn)變成線偏振光，并在半反射鏡73上反射到半反射鏡76上。半反射鏡76把反射光束75′分光，穿過(guò)此半反射鏡的那部分反射光束75′被引導(dǎo)穿過(guò)準(zhǔn)直透鏡77和一塊偏振片78照射第一光探測(cè)器79，剩余的反射光束75′被引導(dǎo)穿過(guò)準(zhǔn)直透鏡80和一塊偏振片81照射到第二光探測(cè)器82。偏振片78和偏振片81的偏振面彼此偏差90°。
把第一光探測(cè)器79和第二光探測(cè)器82設(shè)計(jì)成產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所接收的光通量的電信號(hào)，并把第一光探測(cè)器79和第二光探測(cè)器82的信號(hào)輸入到控制器83?？刂破?3比較來(lái)自第一光探測(cè)器79的信號(hào)和來(lái)自第二光探測(cè)器82的信號(hào)，并且它們的偏差?；谟?jì)算的結(jié)果，控制器83對(duì)俯仰馬達(dá)59的驅(qū)動(dòng)單元84和擺動(dòng)馬達(dá)65的驅(qū)動(dòng)單元85發(fā)出驅(qū)動(dòng)命令。
當(dāng)接受來(lái)自控制器83的驅(qū)動(dòng)命令，驅(qū)動(dòng)單元84和85分別驅(qū)動(dòng)俯仰馬達(dá)59和擺動(dòng)馬達(dá)65，來(lái)消除偏差。
下面，將對(duì)運(yùn)行進(jìn)行描述。
目標(biāo)反射體2被設(shè)置在靶目標(biāo)的位置。由激光振蕩器55發(fā)射出圓偏振激光束，用手動(dòng)粗調(diào)框架51的位置，使激光束朝目標(biāo)反射體2發(fā)射。驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)馬達(dá)65，在水平方向上在一定的角度內(nèi)對(duì)激光振蕩器55往復(fù)掃描。當(dāng)接收到由目標(biāo)反射體2反射回來(lái)的反射光束75′時(shí)，控制器83停止擺動(dòng)馬達(dá)65的往復(fù)掃描，然后變成自動(dòng)微調(diào)。
由激光振蕩器55發(fā)出的圓偏振激光束75在目標(biāo)反射體2的偏振變換反射單元和反射單元之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如前所述，在偏振變換反射單元和反射單元上反射時(shí)圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向不同。因此，進(jìn)入激光振蕩器55的反射光束75′穿過(guò)λ/4雙折射片74后，在偏振變換反射單元上反射時(shí)與在反射單元上反射時(shí)，成為偏振面不同的線偏振光束。
如果把偏振片78的偏振面與在上述偏振變換反射單元上反射的激光束的偏振面調(diào)成一致，則到達(dá)偏振片81的反射光束75′就被偏振片81所屏蔽，不會(huì)被第二光探測(cè)器82檢測(cè)到。
來(lái)自第一光探測(cè)器79的檢測(cè)信號(hào)與來(lái)自第二光探測(cè)器82的檢測(cè)信號(hào)之間有差別?？刂破?3算出兩個(gè)信號(hào)的偏差，并向驅(qū)動(dòng)單元85發(fā)出驅(qū)動(dòng)命令。該驅(qū)動(dòng)命令包括擺動(dòng)馬達(dá)65的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)量，驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)馬達(dá)65使在圖3中圓偏振激光束75向右移動(dòng)。
從反射單元反射回來(lái)的反射光束75′進(jìn)入激光振蕩器55時(shí)，射向第一光探測(cè)器79的激光束被偏振片78所屏蔽，控制器83計(jì)算的偏差與上述偏差符號(hào)相反，驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)馬達(dá)65，使在圖3中圓偏振激光束75向左移動(dòng)。
當(dāng)圓偏振激光束75與偏振變換反射單元和反射單元之間的邊界對(duì)準(zhǔn)時(shí)，來(lái)自第一光探測(cè)器79的信號(hào)與來(lái)自第二光探測(cè)器82的信號(hào)之間的偏差變成0。俯仰馬達(dá)59和擺動(dòng)馬達(dá)65均不被驅(qū)動(dòng)，激光振蕩器55的位置被固定下來(lái)。
靠上面的操作，在水平方向進(jìn)行位置調(diào)整。
為了調(diào)整垂直方向上的位置，把目標(biāo)反射體2轉(zhuǎn)90°，從而使控制器83控制俯仰馬達(dá)59。經(jīng)過(guò)與上面所述相類似的步驟，可以調(diào)整垂直方向上的位置。
進(jìn)而，如果目標(biāo)反射體2的位置由于某種原因比如振動(dòng)而產(chǎn)生偏離，來(lái)自第一光探測(cè)器79的信號(hào)與來(lái)自第二光探測(cè)器82的信號(hào)之間再次出現(xiàn)偏差?？刂破?3驅(qū)動(dòng)俯仰馬達(dá)59和擺動(dòng)馬達(dá)65來(lái)消除這一偏差，自動(dòng)地把激光束的照射位置調(diào)整到與目標(biāo)反射體2的中心對(duì)準(zhǔn)。
在上述實(shí)施例中，激光振蕩器55在兩個(gè)方向上，即水平方向和垂直方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，而它也可以只在一個(gè)方向上調(diào)整。另外，激光振蕩器55的λ/4雙折射片74可以不使用，可以在反射層28的一半粘貼上一塊與激光振蕩器55發(fā)射出的線偏振激光束的偏振面成45°的偏振片，在反射層28的另一半粘貼上另一塊與其激光偏振面成90°的偏振片。如上所述，在本實(shí)施例中，有多種改型。
另外，在上述實(shí)施例中是把激光振蕩器裝在框架51和框架53上，可以自由搖動(dòng)，但是，只要是在二個(gè)方向搖動(dòng)的結(jié)構(gòu)就行，所以，也可以采用球形軸承等結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，它包括一個(gè)朝目標(biāo)反射體發(fā)射偏振輻照光束的激光束發(fā)射器和一個(gè)用于檢測(cè)由目標(biāo)反射體反射的偏振反射光束的反射光束檢測(cè)器。
2.按照權(quán)利要求1的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于反射光束檢測(cè)器包括用來(lái)檢測(cè)由目標(biāo)反射體反射的偏振反射光束的第一光探測(cè)器裝置，用來(lái)檢測(cè)與由目標(biāo)反射體反射的偏振反射光束不同的偏振光束的第二光探測(cè)器裝置，以及一個(gè)基于比較第一光探測(cè)器裝置的輸出和第二光探測(cè)器裝置的輸出用來(lái)對(duì)目標(biāo)反射體進(jìn)行識(shí)別的反射光束檢測(cè)電路。
3.按照權(quán)利要求2的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于偏振輻照光束是圓偏振光。
4.按照權(quán)利要求2的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于偏振輻照光束是線偏振光。
5.按照權(quán)利要求2的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于目標(biāo)反射體的反射面被分成多個(gè)平面，所分割的反射面中至少一個(gè)平面只由反射層構(gòu)成，用作反射保持偏振輻照光束的偏振方向的偏振反射光束的反射面，所分割開(kāi)的反射面中的至少一個(gè)面由雙折射層和反射層構(gòu)成，用作偏振變換反射鏡，它反射變換了偏振反射光束的偏振方向的偏振反射光束。
6.按照權(quán)利要求2的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)檢測(cè)偏振變換反射部分與反射部分之間的邊界來(lái)檢測(cè)目標(biāo)反射體的中心。
7.按照權(quán)利要求2的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)顯示器，用來(lái)顯示反射光束檢測(cè)電路的輸出信號(hào)。
8.按照權(quán)利要求2至7中的一個(gè)權(quán)利要求的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于主機(jī)設(shè)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)單元，它使偏振輻照光束的發(fā)射器可旋轉(zhuǎn)。
9.按照權(quán)利要求8的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于在旋轉(zhuǎn)單元上設(shè)有一個(gè)編碼器。
10.按照權(quán)利要求8的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)檢測(cè)裝置，它根據(jù)由反射光束檢測(cè)電路和裝在旋轉(zhuǎn)單元上的編碼器的輸出檢測(cè)目標(biāo)反射體的寬度。
11.按照權(quán)利要求8的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)檢測(cè)裝置，它根據(jù)反射光束檢測(cè)電路的輸出和偏振反射光束的接收時(shí)間檢測(cè)目標(biāo)反射體的寬度。
12.按照權(quán)利要求5至11中的一個(gè)權(quán)利要求的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于目標(biāo)反射體上偏振變換反射部分的寬度與反射部分的寬度之比隨位置而改變。
13.按照權(quán)利要求12的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)用來(lái)檢測(cè)目標(biāo)反射體的偏振變換反射部分的寬度和反射部分的寬度的檢測(cè)器，以及一個(gè)根據(jù)偏振變換反射部分的寬度與反射部分的寬度之比判斷偏振輻照光束照射在目標(biāo)反射體上的位置的判別器，由該判別器得到輻照位置信號(hào)。
14.按照權(quán)利要求12的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)用來(lái)檢測(cè)目標(biāo)反射體的偏振變換反射部分的寬度和反射部分的寬度的檢測(cè)器，以及一個(gè)根據(jù)偏振變換反射部分的寬度與反射部分的寬度之比判斷偏振輻照光束照射在目標(biāo)反射體上的位置的判別器，根據(jù)該判別器輸出的輻照位置信號(hào)控制偏振輻照光束的發(fā)射方向。
15.按照權(quán)利要求10或11的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)用來(lái)檢測(cè)目標(biāo)反射體的偏振變換反射部分的寬度和反射部分的寬度的檢測(cè)器，以及一個(gè)聚焦控制器，該聚焦控制器根據(jù)上述檢測(cè)器的輸出計(jì)算目標(biāo)反射體的距離，得到距離信號(hào)后，根據(jù)該距離信號(hào)使聚焦機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
16.按照權(quán)利要求13或14的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)用來(lái)檢測(cè)目標(biāo)反射體的偏振變換反射部分的寬度和反射部分的寬度的檢測(cè)器，以及一個(gè)聚焦控制器，該聚焦控制器根據(jù)上述檢測(cè)器的輸出計(jì)算目標(biāo)反射體的距離，得到距離信號(hào)后，根據(jù)該距離信號(hào)使聚焦機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
17.按照權(quán)利要求1或2的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于具有激光束發(fā)射器和反射檢測(cè)器的激光振蕩器支持成可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)。
18.按照權(quán)利要求17的目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)用來(lái)使激光振蕩器旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)單元，以及根據(jù)第一探測(cè)裝置和第二探測(cè)裝置的比較驅(qū)動(dòng)上述驅(qū)動(dòng)單元的一個(gè)控制器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種目標(biāo)反射體檢測(cè)系統(tǒng)，其中激光束朝向一個(gè)目標(biāo)反射體發(fā)射出，并接收反射光束來(lái)檢測(cè)出目標(biāo)反射體的存在還是不存在，以及其位置；從而提供了一個(gè)激光束發(fā)射器和一個(gè)反射光束檢測(cè)器，而且激光束發(fā)射器用于朝著目標(biāo)反射體發(fā)射偏振的輻照光束，反射光束檢測(cè)器用來(lái)檢測(cè)由目標(biāo)反射體反射回來(lái)的偏振的反射光束；反射光束檢測(cè)器具有第一探測(cè)裝置，第二探測(cè)裝置，以及一個(gè)反射光束檢測(cè)電路。
文檔編號(hào)G01C15/00GK1106534SQ94115159
公開(kāi)日1995年8月9日 申請(qǐng)日期1994年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月9日
發(fā)明者大友文夫, 林邦廣, 古平純一, 西澤裕之, 吉野健一郎, 平野聰, 小川洋平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康