專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝在具有對(duì)標(biāo)尺進(jìn)行平行校正的望遠(yuǎn)鏡的電子水平儀(level)等測(cè)量機(jī)上的、能夠使望遠(yuǎn)鏡的焦點(diǎn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
作為安裝在電子水平儀上的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)，例如有圖10、圖11所示的機(jī)構(gòu)(參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。該自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)作為水平校正光學(xué)系統(tǒng)，被安裝在望遠(yuǎn)鏡20上，該望遠(yuǎn)鏡20具有物鏡21a、聚焦透鏡21b、水平校正軸的自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)22、分束器23、焦點(diǎn)板20a、以及目鏡20b，該自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)具有使聚焦透鏡21b沿著水平光學(xué)系統(tǒng)的光軸移動(dòng)的步進(jìn)馬達(dá)41、控制步進(jìn)馬達(dá)41的驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路4，并且，還具有線傳感器24，該線傳感器24從分束器23取入在利用望遠(yuǎn)鏡20對(duì)標(biāo)尺進(jìn)行水平校正時(shí)的物體像、并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)在放大器25被放大后，在A/D轉(zhuǎn)換器27被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)被存儲(chǔ)于RAM 28內(nèi)之后，再被傳送到微型計(jì)算機(jī)3。微型計(jì)算機(jī)3執(zhí)行以下控制以存儲(chǔ)在RAM 28內(nèi)的數(shù)字信號(hào)為基礎(chǔ)，求取標(biāo)尺上的標(biāo)記(在白底的表面以等間隔顯示多個(gè)黑色的標(biāo)記，而形成有多個(gè)圖案)的間距，以該間距為基礎(chǔ)，求取望遠(yuǎn)鏡20和標(biāo)尺的距離，并使聚焦透鏡21b移動(dòng)，直到到達(dá)與該距離相對(duì)應(yīng)的位置。在從驅(qū)動(dòng)電路4向步進(jìn)馬達(dá)41輸出了由微型計(jì)算機(jī)3的控制所產(chǎn)生的信號(hào)時(shí)，利用步進(jìn)馬達(dá)41的驅(qū)動(dòng)將聚焦透鏡21b移動(dòng)到聚焦位置并停止，望遠(yuǎn)鏡20的焦點(diǎn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺。
此時(shí)，在使聚焦透鏡21b移動(dòng)到聚焦透鏡21b的可移動(dòng)范圍中的目鏡20b一側(cè)的終端時(shí)，由于望遠(yuǎn)鏡20聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)的位置，因此，線傳感器24的輸出信號(hào)如圖11(a)所示，成為平坦的波形。在使聚焦透鏡21b從望遠(yuǎn)鏡20聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)的位置的狀態(tài)移動(dòng)到物鏡21a一側(cè)之前，微型計(jì)算機(jī)3根據(jù)線傳感器24的輸出信號(hào)的峰值，將范圍α設(shè)定為閾值，并使聚焦透鏡21b向著物鏡21a一側(cè)移動(dòng)，直到線傳感器24的輸出信號(hào)變?yōu)榇笥诘扔讦?。在該過(guò)程中，如圖11(b)所示，在線傳感器24的輸出信號(hào)已經(jīng)變?yōu)榇笥诘扔讦習(xí)r，使聚焦透鏡21b暫時(shí)停止，求出位于α內(nèi)的信號(hào)分量中的某個(gè)部分的長(zhǎng)度β，并且，還求出作為β的中心位置的中心線CL。在α內(nèi)的信號(hào)分量存在多個(gè)位置時(shí)，對(duì)每個(gè)位置求取中心線CL的位置，對(duì)各中心線CL的間隔進(jìn)行平均，求取該平均值。該平均值與線傳感器24上的圖像中標(biāo)尺(1)的標(biāo)記的間距相當(dāng)，因此以該間距為基準(zhǔn)來(lái)求取望遠(yuǎn)鏡20和標(biāo)尺的距離。通過(guò)以該距離為基礎(chǔ)使聚焦透鏡21b移動(dòng)到指定位置，從而能夠正確地對(duì)標(biāo)尺進(jìn)行聚焦。若望遠(yuǎn)鏡20的焦點(diǎn)自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺，則線傳感器24的輸出信號(hào)變?yōu)閳D11(c)所示的波形。
(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)日本專(zhuān)利公開(kāi)特開(kāi)2001-12949號(hào)公報(bào)(第2頁(yè)-第3頁(yè)，圖2、圖3)在以往技術(shù)中，在使對(duì)顯示等間隔圖案的標(biāo)尺進(jìn)行水平校正的測(cè)量機(jī)的焦點(diǎn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，由于以線傳感器24的輸出信號(hào)的電平超過(guò)閾值α為條件來(lái)判斷出聚焦透鏡21b大致位于聚焦位置，并且，以此時(shí)的線傳感器24的輸出信號(hào)為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算標(biāo)尺上的標(biāo)記的間距，因此，有可能不能利用標(biāo)尺的狀態(tài)來(lái)檢測(cè)聚焦透鏡大致位于聚焦位置。
即，標(biāo)尺通常不限于在均一亮度的環(huán)境下使用，在標(biāo)尺的周?chē)馨禃r(shí)，即使使聚焦透鏡21b在移動(dòng)范圍內(nèi)移動(dòng)，線傳感器24的輸出電平有時(shí)也不超過(guò)閾值α。反之，在望遠(yuǎn)鏡的水平校正范圍內(nèi)存在比標(biāo)尺還要亮的部分情況下，對(duì)比標(biāo)尺還要亮的部分進(jìn)行水平校正，在線傳感器24的電平超過(guò)閾值α?xí)r，將標(biāo)尺以外的部分誤判為標(biāo)尺，則不得以要重做，而重新做需要時(shí)間。
標(biāo)尺沒(méi)有必要覆蓋望遠(yuǎn)鏡的視野內(nèi)整個(gè)區(qū)域，例如，在使用標(biāo)尺的上端或下端來(lái)執(zhí)行測(cè)量的情況下，由于標(biāo)尺以外的背景部分也包含在線傳感器24的輸出信號(hào)內(nèi)，因此，在線傳感器24的輸出信號(hào)中的、相當(dāng)于背景部分的輸出信號(hào)的電平超過(guò)閾值α?xí)r，若執(zhí)行用于檢測(cè)成為了聚焦?fàn)顟B(tài)的聚焦檢測(cè)處理，則有可能執(zhí)行基于錯(cuò)誤判斷的測(cè)距。
即，在處理線傳感器24的輸出信號(hào)的情況下，若執(zhí)行以錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)或信號(hào)電平低的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來(lái)求取標(biāo)尺上的圖案的間距的運(yùn)算處理，則會(huì)產(chǎn)生測(cè)距結(jié)果錯(cuò)誤、或測(cè)距精度惡化的問(wèn)題。
其結(jié)果是，作為用于自動(dòng)地使望遠(yuǎn)鏡20的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺的處理的自動(dòng)對(duì)焦失敗，從而或者使自動(dòng)對(duì)焦的處理時(shí)間變長(zhǎng)、使操作效率低下，或者使自動(dòng)對(duì)焦的精度惡化而使測(cè)量結(jié)果受到惡劣影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述以往問(wèn)題而作出的，其目的在于可靠且迅速地檢測(cè)出聚焦透鏡處于聚焦位置上。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在有關(guān)技術(shù)方案1的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)為，測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)，其被安裝在具備望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量機(jī)上，所述望遠(yuǎn)鏡具有在物鏡和目鏡的間配置了焦點(diǎn)板和使之成像于所述焦點(diǎn)板上的聚焦透鏡的水平校正光學(xué)系統(tǒng)，將按等間隔配置了多個(gè)圖案的標(biāo)尺作為水平校正對(duì)象，使對(duì)于所述標(biāo)尺的焦點(diǎn)自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)，該測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)具有驅(qū)動(dòng)單元，使所述聚焦透鏡沿著所述水平校正光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向移動(dòng)；位置檢測(cè)單元，檢測(cè)所述水平校正光學(xué)系統(tǒng)中的所述聚焦透鏡的位置；光電轉(zhuǎn)換單元，將成像于所述焦點(diǎn)板上的物體像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；頻率檢測(cè)單元，檢測(cè)由所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出所產(chǎn)生的電信號(hào)的頻率；距離計(jì)算單元，在監(jiān)視通過(guò)所述位置檢測(cè)單元的檢測(cè)所得到的所述聚焦透鏡的位置以及通過(guò)所述頻率檢測(cè)單元的檢測(cè)而得到的頻率、且所述聚焦透鏡的位置改變的過(guò)程中，以利用所述頻率檢測(cè)單元檢測(cè)出對(duì)應(yīng)于該位置預(yù)先設(shè)定的特定頻率為條件，以所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出信號(hào)為基礎(chǔ)，計(jì)算從所述望遠(yuǎn)鏡移動(dòng)到所述標(biāo)尺的距離；以及，驅(qū)動(dòng)控制單元，以所述距離計(jì)算單元的計(jì)算值和所述位置檢測(cè)單元的的檢測(cè)輸出為基礎(chǔ)，來(lái)控制所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)，確定所述聚焦透鏡的位置。
(作用)若由于驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)而使聚焦透鏡沿著水平校正光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向移動(dòng)，則利用位置檢測(cè)單元檢測(cè)聚焦透鏡的位置，并且，利用光電轉(zhuǎn)換單元將相當(dāng)于成像于焦點(diǎn)板上的物體像的物體像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)、以改變聚焦透鏡的位置的過(guò)程中，利用頻率檢測(cè)單元檢測(cè)出對(duì)應(yīng)于該位置、預(yù)先設(shè)定的特定頻率時(shí)，聚焦透鏡位于聚焦位置，并以光電轉(zhuǎn)換單元的輸出信號(hào)為基礎(chǔ)，利用距離計(jì)算單元計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡到標(biāo)尺的距離，因此，能夠可靠且迅速地檢測(cè)出聚焦透鏡位于聚焦位置。
即，若用望遠(yuǎn)鏡中對(duì)等間隔配置了多個(gè)圖案的標(biāo)尺進(jìn)行水平校正后，則在光電轉(zhuǎn)換單元中，取入了在焦點(diǎn)板上成像的物體像，并從光電轉(zhuǎn)換單元輸出與物體像的明暗相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。電平按照物體像的明暗而改變的電信號(hào)成為頻率按照聚焦透鏡的位置而改變的電信號(hào)。而且，由于能夠按照聚焦透鏡的位置、以及從望遠(yuǎn)鏡到標(biāo)尺的距離之間的關(guān)系，設(shè)聚焦透鏡位于聚焦位置上時(shí)、按照標(biāo)尺上的圖案所檢測(cè)出的頻率而預(yù)先求出電信號(hào)的頻率，因此，在聚焦透鏡的位置變化的過(guò)程中，監(jiān)視聚焦透鏡的位置和電信號(hào)的頻率，在聚焦透鏡的位置變化時(shí)，在該位置檢測(cè)出特定頻率時(shí)，能夠判斷為聚焦透鏡大致位于聚焦位置。電信號(hào)的頻率即使在標(biāo)尺處于不均一亮度的環(huán)境下，也能夠被正確檢測(cè)，并且，即使在僅僅對(duì)標(biāo)尺中的、標(biāo)尺的上端或下端執(zhí)行水平校正時(shí)也能夠被正確檢測(cè)，因此，能夠可靠且迅速地檢測(cè)出聚焦透鏡大致位于聚焦位置上。
設(shè)聚焦透鏡大致位于聚焦位置而求出了從望遠(yuǎn)鏡到標(biāo)尺的距離之后，以從望遠(yuǎn)鏡到標(biāo)尺的距離以及聚焦透鏡的位置為基礎(chǔ)，來(lái)控制驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)，并執(zhí)行聚焦透鏡的定位，由此能夠使焦點(diǎn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺。這種情況下，通過(guò)執(zhí)行規(guī)定聚焦透鏡的停止位置的控制來(lái)作為針對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)控制，從而能夠執(zhí)行聚焦透鏡的定位。例如，就與距離計(jì)算單元的計(jì)算值相對(duì)應(yīng)的聚焦透鏡而言的聚焦位置、與位置檢測(cè)單元的檢測(cè)值(聚焦透鏡的位置)的差成為0時(shí)，執(zhí)行使借助于驅(qū)動(dòng)單元而使聚焦透鏡的移動(dòng)停止的控制，由此能夠?qū)⒕劢雇哥R定位在聚焦位置上。
在技術(shù)方案2中，其結(jié)構(gòu)為，在技術(shù)方案1所述的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)中，所述頻率檢測(cè)單元，在根據(jù)所述位置檢測(cè)單元的檢測(cè)輸出而僅僅提取出由所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出而產(chǎn)生的電信號(hào)中的、假定為所述聚焦透鏡位于聚焦位置時(shí)從所述標(biāo)尺上的圖案而檢測(cè)出的特定頻率分量。
(作用)在頻率檢測(cè)單元從由光電轉(zhuǎn)換單元的輸出而產(chǎn)生的電信號(hào)中檢測(cè)該頻率時(shí)，設(shè)聚焦透鏡處于聚焦位置上時(shí)，根據(jù)聚焦透鏡的位置而僅僅提取出假定為從標(biāo)尺上的圖案而檢測(cè)出的特定頻率分量的處理，例如，為了執(zhí)行帶通濾波處理，在標(biāo)尺處于亮度不均一的環(huán)境下時(shí)，即使在由光電轉(zhuǎn)換單元的輸出所產(chǎn)生的電信號(hào)上，作為噪聲而重疊了從標(biāo)尺上的圖案以外的部分得到的信號(hào)，也能夠僅僅提取出從標(biāo)尺上的圖案中所得到的頻率分量，能夠更正確地檢測(cè)與聚焦透鏡的位置相對(duì)應(yīng)的特定頻率，能夠更正確地執(zhí)行聚焦透鏡位于聚焦位置的判斷。
在技術(shù)方案3中，其結(jié)構(gòu)為，在技術(shù)方案2所述的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)中，所述距離計(jì)算單元具有移動(dòng)平均處理單元，計(jì)算由于所述頻率檢測(cè)單元的提取所得到的特定頻率分量的絕對(duì)值，并以預(yù)先設(shè)定的標(biāo)尺區(qū)域區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)對(duì)該計(jì)算值實(shí)施移動(dòng)平均處理；判定單元，針對(duì)所述移動(dòng)平均處理單元的處理結(jié)果，來(lái)判斷最大值是否超過(guò)了閾值；標(biāo)尺區(qū)域設(shè)置單元，以由所述判斷單元而得到了肯定的判斷結(jié)果為條件，將以所述最大值為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域與所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)地進(jìn)行設(shè)置；以及，運(yùn)算單元，將由所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出所得到的電信號(hào)中的、所述標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的電信號(hào)周期作為所述標(biāo)尺上的圖案間的間距，來(lái)計(jì)算從所述望遠(yuǎn)鏡到所述標(biāo)尺的距離。
(作用)若對(duì)于利用帶通濾波處理所得到的特定頻率分量計(jì)算其絕對(duì)值，并針對(duì)所計(jì)算出的絕對(duì)值實(shí)施移動(dòng)平均處理，則能夠僅提取具有連續(xù)性的信號(hào)分量。此時(shí)，在根據(jù)標(biāo)尺上的圖案所得到的信號(hào)分量是具有連續(xù)性的分量時(shí)，由移動(dòng)平均處理所得到的電平變大。對(duì)此，若在提取出了連續(xù)性少的信號(hào)分量作為對(duì)標(biāo)尺以外的背景等進(jìn)行水平校正所得到的信號(hào)時(shí)，對(duì)該信號(hào)分量實(shí)施移動(dòng)平均處理，則該信號(hào)電平變低。于是，在利用移動(dòng)平均處理所得到的信號(hào)電平的最大值超過(guò)閾值時(shí)，設(shè)聚焦透鏡大致位于聚焦位置，將以最大值為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域與光電轉(zhuǎn)換單元的輸出信號(hào)相對(duì)應(yīng)地設(shè)定為標(biāo)尺區(qū)域，將標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的電信號(hào)的周期(波的間隔)設(shè)為標(biāo)尺上的圖案間的間距，計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡到標(biāo)尺的距離，由此能夠僅使用明亮的電平的信號(hào)分量來(lái)計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡到標(biāo)尺的距離，從而能夠求出更高精度的距離。
在技術(shù)方案4中，其結(jié)構(gòu)為，在技術(shù)方案2所述的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)中，所述光電轉(zhuǎn)換單元具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，所述距離計(jì)算單元具有移動(dòng)平均處理單元，計(jì)算由所述頻率檢測(cè)單元的提取所得到的特定頻率分量的絕對(duì)值，并以預(yù)先設(shè)定的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，對(duì)該計(jì)算值實(shí)施移動(dòng)平均處理；光量修正系數(shù)計(jì)算單元，以在所述移動(dòng)平均處理單元中使用的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域中的光量的最大值以及從光電轉(zhuǎn)換元件組的輸出信號(hào)中得到的光量的最大值的差為基礎(chǔ)，計(jì)算光量修正系數(shù)；光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算單元，使按照所述光量修正系數(shù)計(jì)算單元的計(jì)算所得到的光量修正系數(shù)與所述移動(dòng)平均處理單元的處理結(jié)果相乘；判斷單元，判斷所述光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算單元的乘法運(yùn)算結(jié)果的最大值是否超過(guò)閾值；標(biāo)尺區(qū)域設(shè)置單元，以由所述判斷單元得到了肯定的判斷結(jié)果為條件，將以所述最大值為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域與所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)地進(jìn)行設(shè)置；以及運(yùn)算單元，將由所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出所產(chǎn)生的電信號(hào)中的、所述標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的電信號(hào)的周期作為所述標(biāo)尺上的圖案間的間距，來(lái)計(jì)算從所述望遠(yuǎn)鏡到所述標(biāo)尺的距離。
(作用)若針對(duì)利用帶通濾波處理所得到的特定頻率分量計(jì)算其絕對(duì)值，并對(duì)所計(jì)算出的絕對(duì)值實(shí)施移動(dòng)平均處理，則能夠僅僅提取出具有連續(xù)性的信號(hào)分量。此時(shí)，在標(biāo)尺上的圖案是正在寫(xiě)入的信號(hào)分量是具有連續(xù)性的分量時(shí)，由移動(dòng)平均處理所產(chǎn)生的電平變大。對(duì)此，在提取了連續(xù)性少的信號(hào)分量作為對(duì)標(biāo)尺以外的背景等執(zhí)行水平校正所得到的信號(hào)時(shí)，若對(duì)該信號(hào)分量實(shí)施移動(dòng)平均處理，則該信號(hào)電平變低。另一方面，在比標(biāo)尺還要亮的部分被寫(xiě)入背景、從寫(xiě)入到背景內(nèi)的像所得到的信號(hào)分量具有連續(xù)性時(shí)，與寫(xiě)入標(biāo)尺上的圖案的信號(hào)的電平相比，從寫(xiě)入到背景內(nèi)的像所得到的信號(hào)的電平較大，不能原樣地提取標(biāo)尺像。因此，我們考慮將比標(biāo)尺明亮的部分寫(xiě)入背景，在執(zhí)行過(guò)移動(dòng)平均處理后，執(zhí)行光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算處理。具體來(lái)說(shuō)，針對(duì)利用帶通濾波處理所得到的特定頻率分量計(jì)算其絕對(duì)值，并且，針對(duì)計(jì)算出的絕對(duì)值，以預(yù)先設(shè)定的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，對(duì)該計(jì)算值實(shí)施移動(dòng)平均處理，以在移動(dòng)平均處理中使用的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域中的光量的最大值和根據(jù)光電轉(zhuǎn)換元件組的輸出信號(hào)所得到的光量的最大值的差為基礎(chǔ)，來(lái)計(jì)算光量修正系數(shù)。以其為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算使各光電轉(zhuǎn)換元件的輸出信號(hào)的電平成為光量最大值的光量修正系數(shù)。例如，在寫(xiě)入了標(biāo)尺圖案的電信號(hào)(光電轉(zhuǎn)換元件的輸出信號(hào))的電平為光量最大值的1/2時(shí)，將光量修正系數(shù)設(shè)定為2來(lái)執(zhí)行求取，在與寫(xiě)入了背景的像有關(guān)的電信號(hào)的電平大致為光量最大值時(shí)，將光量修正系數(shù)設(shè)為1來(lái)執(zhí)行求取。求取了光量修正系數(shù)后，對(duì)由移動(dòng)平均處理所得到的信號(hào)乘以光量修正系數(shù)。如此，對(duì)寫(xiě)入了標(biāo)尺圖案的電信號(hào)實(shí)施移動(dòng)平均處理所得到的信號(hào)乘以2，對(duì)有關(guān)寫(xiě)入到背景內(nèi)的像的電信號(hào)實(shí)施移動(dòng)平均處理所得到的信號(hào)乘以1，使寫(xiě)入了標(biāo)尺圖案的信號(hào)電平大于有關(guān)寫(xiě)入到背景內(nèi)的信號(hào)電平。此后，在利用光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算處理所得到的信號(hào)(有關(guān)標(biāo)尺圖案的信號(hào))的電平的最大值超過(guò)閾值時(shí)，設(shè)聚焦透鏡大致處于聚焦位置，將以最大值為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域與光電轉(zhuǎn)換單元的輸出信號(hào)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行設(shè)置，將標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的電信號(hào)的周期(波的間隔)作為標(biāo)尺上的圖案間的間距，計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡到標(biāo)尺的距離，由此能夠求取更高精度的距離。另外，即使在比標(biāo)尺還要明亮的部分被寫(xiě)入到背景內(nèi)時(shí)，也能夠更迅速且正確地檢測(cè)出聚焦透鏡大致位于聚焦位置。
發(fā)明效果從以上說(shuō)明中我們可以了解到，根據(jù)技術(shù)方案1的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)，能夠可靠且迅速地檢測(cè)聚焦透鏡位于聚焦位置。
根據(jù)技術(shù)方案2，能夠更正確地執(zhí)行聚焦透鏡位于聚焦位置的判斷。
根據(jù)技術(shù)方案3，能夠區(qū)分標(biāo)尺和背景，能夠求取更高精度地距離。
根據(jù)技術(shù)方案4，即使在比標(biāo)尺還要明亮的部分被寫(xiě)入到背景內(nèi)時(shí)，也能夠更迅速且正確地檢測(cè)聚焦透鏡大致位于聚焦位置。


圖1是用于說(shuō)明將本發(fā)明應(yīng)用于電子水平儀時(shí)的電子水平儀和標(biāo)尺的關(guān)系的立體圖。
圖2是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)的方框結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示從望遠(yuǎn)鏡到標(biāo)尺的距離與聚焦透鏡位于聚焦位置時(shí)的位置之間的關(guān)系的特性圖。
圖4是用于說(shuō)明聚焦透鏡位于非聚焦?fàn)顟B(tài)時(shí)的動(dòng)作的波形圖。
圖5是用于說(shuō)明聚焦透鏡大致位于聚焦位置時(shí)的作用的波形圖。
圖6是用于說(shuō)明檢測(cè)等間隔圖案的間距的方法的波形圖。
圖7是本發(fā)明的其他實(shí)施例，是用于說(shuō)明比聚焦透鏡大致位于聚焦位置時(shí)的標(biāo)尺還要明亮的部分被寫(xiě)入到背景內(nèi)時(shí)的作用的波形圖。
圖8是用于說(shuō)明光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算處理的圖。
圖9是本發(fā)明其他實(shí)施例，是用于說(shuō)明聚焦透鏡大致位于聚焦位置時(shí)的標(biāo)尺被配置在比背景還要明亮的環(huán)境時(shí)的作用的波形圖。
圖10是表示以往例子的方框結(jié)構(gòu)圖。
圖11是用于說(shuō)明以往例子的動(dòng)作的波形圖。
具體實(shí)施例方式
以下，基于實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是用于說(shuō)明應(yīng)用了本發(fā)明的電子水平儀和表尺的關(guān)系的立體圖，圖2是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)的方框結(jié)構(gòu)圖。
在這些圖中，電子水平儀2是作為利用望遠(yuǎn)鏡20對(duì)標(biāo)尺1進(jìn)行水平校正、測(cè)量水平校正位置的高度h的測(cè)量機(jī)而被構(gòu)成的。在標(biāo)尺1上，在白底的表面上沿著標(biāo)尺1的上下方向(軸方向)按等間隔顯示有多個(gè)黑色的標(biāo)記11。各標(biāo)記11的上下方向的寬度尺寸不是完全相同的尺寸，多種尺寸的標(biāo)記11按照規(guī)定順序被配置在標(biāo)尺1上。即，在標(biāo)尺1上，由各標(biāo)記11所形成的多個(gè)圖案按等間隔形成為條碼圖案。標(biāo)尺1通常按正立狀態(tài)放置，但也有按以頂面C為基準(zhǔn)，將標(biāo)尺1在上向方向反轉(zhuǎn)的倒立狀態(tài)來(lái)放置的情況。這種情況下，利用電子水平儀2來(lái)測(cè)量從頂面C到水平校正位置的距離h(以下與正立狀態(tài)的情況相同，稱(chēng)為水平校正位置的高度h)。并且，在標(biāo)尺1的里面(背面)，為了能夠使用標(biāo)尺1而設(shè)置了同樣的條碼圖案(圖中未示)。此外，由于即使上下顛倒標(biāo)尺1，也能夠通過(guò)軟件功能來(lái)讀出標(biāo)尺1，因此，有可能在操作者使用標(biāo)尺1時(shí)，會(huì)弄錯(cuò)標(biāo)尺1的上下方向。
望遠(yuǎn)鏡20如圖2所示，作為水平校正光學(xué)系統(tǒng)，具有物鏡21a、聚焦透鏡21b、自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(補(bǔ)償中心)22、分束器23、焦點(diǎn)板20a、以及目鏡20b。聚焦透鏡21b、自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)22、分束器23以及焦點(diǎn)板20a被配置排列于連結(jié)物鏡21a和目鏡20b的光軸上。自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)22具有即使在電子水平儀的水平校正軸傾斜的情況下，也自動(dòng)地在水平方向(水平校正面)執(zhí)行校正的機(jī)構(gòu)。用具有水平校正光學(xué)系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡20中對(duì)標(biāo)尺1等水平校正對(duì)象進(jìn)行水平校正時(shí)，由于該水平校正而受光的光信號(hào)經(jīng)由物鏡21a、聚焦透鏡21b、傾斜自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)22以及分束器23而作為物體像成像于焦點(diǎn)板20a上。為了根據(jù)與標(biāo)尺1的距離來(lái)調(diào)整成像于焦點(diǎn)板20a上的物體像的聚焦?fàn)顟B(tài)，例如是聚焦、非聚焦，而設(shè)置了聚焦透鏡21b，為了能使該聚焦透鏡21b沿著水平校正光學(xué)系統(tǒng)的光軸在規(guī)定范圍能移動(dòng)，而沿著水平校正光學(xué)系統(tǒng)的光軸往復(fù)自由地配置聚焦透鏡21b。為了使該聚焦透鏡21b沿著水平校正光學(xué)系統(tǒng)的光軸移動(dòng)，在聚焦透鏡21b上，經(jīng)由齒條齒輪等機(jī)構(gòu)(圖中未示)而連接有馬達(dá)41。該馬達(dá)41作為驅(qū)動(dòng)單元能夠應(yīng)答來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路4的脈沖信號(hào)而沿著水平校正光學(xué)系統(tǒng)的光軸移動(dòng)聚焦透鏡21b。驅(qū)動(dòng)電路4根據(jù)來(lái)自微型計(jì)算機(jī)3的指令來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并將該脈沖信號(hào)輸出到馬達(dá)41。
水平校正光學(xué)系統(tǒng)中的馬達(dá)41的位置由位置傳感器5檢測(cè)。位置傳感器5作為檢測(cè)水平校正光學(xué)系統(tǒng)中的聚焦透鏡21b的位置檢測(cè)單元，例如使用光學(xué)傳感器(線性編碼器)、磁傳感器、或者檢測(cè)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)量的旋轉(zhuǎn)量傳感器等來(lái)構(gòu)成，位置傳感器5的檢測(cè)輸出被輸入給微型計(jì)算機(jī)3。
在望遠(yuǎn)鏡20附近，在與焦點(diǎn)板20a共軛的位置上配置有線傳感器24。線傳感器24與物鏡21a、聚焦透鏡21b、自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)22、分束器23一起構(gòu)成了圖象光學(xué)系統(tǒng)，其作為由分束器23分支的光信號(hào)在其受光面受光、將受光面上所形成的物體像(相當(dāng)于成像于焦點(diǎn)板20a上的物體像的物體像)根據(jù)其明暗而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換單元而被構(gòu)成。線傳感器24在利用望遠(yuǎn)鏡20對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)的標(biāo)尺1執(zhí)行了水平校正時(shí)，為了輸出有關(guān)標(biāo)尺1上的所有圖案的電信號(hào)，例如使用2048象素的CCD(Charge Couple device)來(lái)構(gòu)成與2048象素相對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件，在利用放大器25對(duì)由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)進(jìn)行放大后，將其輸入到A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器27。A/D轉(zhuǎn)換器27與時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器26的時(shí)鐘信號(hào)同步地對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并且，將所保持的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并輸出到RAM 28。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器27的轉(zhuǎn)換動(dòng)作所得到的數(shù)字信號(hào)作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，被順序記錄到RAM 28的指定區(qū)域內(nèi)，所記錄的數(shù)據(jù)被傳送到微型計(jì)算機(jī)3。
微型計(jì)算機(jī)(CPU)3是具有作為頻率檢測(cè)單元的功能而被構(gòu)成的，所述頻率檢測(cè)單元以RAM 28內(nèi)所記錄的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，來(lái)檢測(cè)由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)的頻率，并且，微型計(jì)算機(jī)3還具有作為距離計(jì)算單元的功能，所述距離計(jì)算單元用于監(jiān)視由位置傳感器5的輸出得到的聚焦透鏡21b的位置、和由線傳感器24的輸出得到的電信號(hào)的頻率，在聚焦透鏡21b的位置變化的過(guò)程中，以檢測(cè)出與該位置相對(duì)應(yīng)地預(yù)先設(shè)定的特定頻率為條件，即以檢測(cè)出聚焦透鏡21b大致處于聚焦位置為條件，基于由線傳感器24的輸出所產(chǎn)生的電信號(hào)來(lái)計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離。
微型計(jì)算機(jī)3是具有作為驅(qū)動(dòng)控制單元的功能而被構(gòu)成的，所述驅(qū)動(dòng)控制單元以距離計(jì)算單元的計(jì)算值以及位置傳感器5的檢測(cè)輸出為基礎(chǔ)，來(lái)控制馬達(dá)41的驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行聚焦透鏡21b的定位。作為用于執(zhí)行聚焦透鏡21b的定位的控制，能夠執(zhí)行規(guī)定了聚焦透鏡21b的停止位置的控制。例如，在就距離計(jì)算單元的計(jì)算值所對(duì)應(yīng)的聚焦透鏡21b而言的聚焦位置和位置傳感器5的檢測(cè)值(聚焦透鏡21b的位置)的差已經(jīng)變?yōu)?時(shí)，能夠執(zhí)行使得由馬達(dá)41的驅(qū)動(dòng)而導(dǎo)致的聚焦透鏡21b的移動(dòng)停止的控制。
在ROM 31內(nèi)，如圖3所示，記錄了表示在聚焦透鏡21b位于聚焦位置時(shí)的、聚焦透鏡21b的水平校正光學(xué)系統(tǒng)的位置(1)、與聚焦透鏡21b位于聚焦位置時(shí)的、從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離(d)之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)作為與標(biāo)尺1上的圖案的明暗相對(duì)應(yīng)的交流信號(hào)(與亮度相對(duì)應(yīng)的交流信號(hào))而被輸出，并且，還作為頻率根據(jù)聚焦透鏡21b的位置而變化的交流信號(hào)被輸出。該交流信號(hào)在標(biāo)尺1處于距離望遠(yuǎn)鏡20近的位置上時(shí)變?yōu)榫劢範(fàn)顟B(tài)時(shí)，成為低頻率的信號(hào)，在標(biāo)尺1從望遠(yuǎn)鏡20依次變遠(yuǎn)的位置上分別變?yōu)榫劢範(fàn)顟B(tài)時(shí)，依次變?yōu)楦哳l率的信號(hào)。由此，能夠與聚焦透鏡21b的位置相對(duì)應(yīng)地預(yù)先求取在聚焦透鏡21b處于聚焦位置上時(shí)的、線傳感器24的輸出信號(hào)的頻率、與聚焦透鏡21b處于聚焦位置上時(shí)的、從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離之間的關(guān)系的關(guān)系。
因此，在本實(shí)施例中，在ROM 31內(nèi)存儲(chǔ)有表示在聚焦透鏡21b處于聚焦位置時(shí)的位置、以及假定為在聚焦透鏡21b處于聚焦位置時(shí)從標(biāo)尺1的圖案檢測(cè)出的頻率之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
這樣，在本實(shí)施例中，由于判斷為聚焦透鏡21b大致位于聚焦位置，因此，微型計(jì)算機(jī)3基于與存儲(chǔ)在ROM 31內(nèi)的特性值等有關(guān)的表和數(shù)據(jù)等來(lái)監(jiān)視由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)的頻率，并且，對(duì)由位置傳感器5的輸出所得到的聚焦透鏡21b的位置進(jìn)行監(jiān)視，在聚焦透鏡21b的位置變化的過(guò)程中，在檢測(cè)出與該位置相對(duì)應(yīng)地預(yù)先設(shè)定的特定頻率時(shí)，設(shè)聚焦透鏡21b大致位于聚焦位置，以線傳感器24的輸出信號(hào)為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離。微型計(jì)算機(jī)3在判斷出聚焦透鏡21b大致處于聚焦位置后，以從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離和由位置傳感器5的檢測(cè)所得到的聚焦透鏡21b的位置為基礎(chǔ)，來(lái)控制馬達(dá)41的驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行聚焦透鏡21b的再次定位。
即，微型計(jì)算機(jī)3具有作為驅(qū)動(dòng)控制單元的功能，作為用于規(guī)定聚焦透鏡21b的停止位置的控制，在與從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離相對(duì)應(yīng)的聚焦透鏡21b的聚焦位置、以及由位置傳感器5的檢測(cè)所得到的聚焦透鏡21b的位置的差變?yōu)?時(shí)，使借助于馬達(dá)41來(lái)執(zhí)行的聚焦透鏡21b的移動(dòng)停止，并執(zhí)行聚焦透鏡21b在聚焦位置上的定位。此外，借助于微型計(jì)算機(jī)3的運(yùn)算所得到的測(cè)量結(jié)果被顯示在顯示部32的畫(huà)面上。
接下來(lái)，基于圖4和圖5來(lái)說(shuō)明具體的動(dòng)作。首先，若自動(dòng)焦點(diǎn)按鈕33被操作，則微型計(jì)算機(jī)3開(kāi)始自動(dòng)焦點(diǎn)處理，伴隨著該處理的指令被提供給驅(qū)動(dòng)電路4，以從驅(qū)動(dòng)電路4向馬達(dá)41順序輸出脈沖信號(hào)。應(yīng)答該脈沖信號(hào)、馬達(dá)41旋轉(zhuǎn)時(shí)，聚焦透鏡21b暫時(shí)移動(dòng)到聚焦透鏡21b的可移動(dòng)范圍中的、目鏡20b一側(cè)的終端并停止。此時(shí)，望遠(yuǎn)鏡20處于聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)的位置的狀態(tài)。當(dāng)在無(wú)限遠(yuǎn)的位置上不存在標(biāo)尺1時(shí)，如圖4(a)所示，越是能夠從線傳感器24來(lái)特定標(biāo)尺1，則標(biāo)尺1越不鮮明，從而是整體上模糊的信號(hào)，成為大致平坦波形的信號(hào)。此時(shí)，執(zhí)行用于基于線傳感器24的輸出信號(hào)而利用微型計(jì)算機(jī)3提取特定頻率分量的帶通濾波處理，則得到如圖4(b)所示的信號(hào)。這種情況下，在微型計(jì)算機(jī)3中，由于標(biāo)尺1處于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，即使執(zhí)行了用于僅僅提取假定為按照標(biāo)尺1上的圖案所檢測(cè)出的特定頻率的帶通濾波處理，如圖4(c)所示，提取出的信號(hào)分量的最大值M也不會(huì)超過(guò)閾值L，因此，設(shè)聚焦透鏡21b不處于聚焦位置，使聚焦透鏡21b按規(guī)定速度順序移動(dòng)到物鏡21a一側(cè)。
在聚焦透鏡21b移動(dòng)到物鏡21a一側(cè)的過(guò)程中，順序改變根據(jù)聚焦透鏡21b的位置來(lái)執(zhí)行帶通濾波處理時(shí)的頻率(特定頻率)，并且，用微型計(jì)算機(jī)3監(jiān)視線傳感器24的輸出信號(hào)的狀態(tài)。若伴隨著聚焦透鏡21b的移動(dòng)，標(biāo)尺1上的圖案的明暗作為信號(hào)振幅被觀測(cè)到，則例如如圖5(a)所示，從線傳感器24輸出與各光電轉(zhuǎn)換元件(象素)的位置相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)S1、S2、S3等。此時(shí)，在微型計(jì)算機(jī)3中，執(zhí)行用于提取與聚焦透鏡21b的位置相對(duì)應(yīng)的特定頻率分量的帶通濾波處理，如圖5(b)所示，僅僅提取出與標(biāo)尺1上的等間隔圖案相對(duì)應(yīng)的頻率分量的信號(hào)S11、S31。即，信號(hào)S1、S3具有相同的頻率分量，由于假定為寫(xiě)入了標(biāo)尺1的圖案，因此，利用帶通濾波處理提取出與信號(hào)S1、S3相對(duì)應(yīng)的信號(hào)S11、S31。對(duì)此，信號(hào)S2由于其頻率分量與信號(hào)S1、S2不同，因此，作為關(guān)于標(biāo)尺1以外的背景的信號(hào)，而通過(guò)帶通濾波處理被除去。
另一方面，即使執(zhí)行帶通濾波處理，在提取了多個(gè)被假定為寫(xiě)入了標(biāo)尺1的圖案的信號(hào)時(shí)，不能原樣地基于由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)來(lái)高精度地計(jì)算出從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離。
因此，在本實(shí)施例中，為了更高精度地計(jì)算距離，對(duì)利用帶通濾波處理所得到的特定頻率分量的絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算，針對(duì)該計(jì)算值實(shí)施移動(dòng)平均處理。若實(shí)施了移動(dòng)平均處理，則在信號(hào)分量?jī)?nèi)具有周期的連續(xù)性的部分，其電平變高。
例如，對(duì)于利用帶通濾波處理所得到的信號(hào)S11、S31，計(jì)算其絕對(duì)值，使用預(yù)先設(shè)定的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A、例如是相當(dāng)于標(biāo)尺1上的70個(gè)圖案的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A，來(lái)實(shí)施移動(dòng)平均處理，則如圖5(c)所示，得到了信號(hào)S12、S32的波形。這種情況下，由于信號(hào)S11的信號(hào)分量具有連續(xù)性，因此，信號(hào)S12的電平變高。與此相對(duì)，信號(hào)S31由于其信號(hào)分量的連續(xù)性少，因此，信號(hào)S32的電平變低。此后，判斷利用移動(dòng)平均處理所得到的信號(hào)的最大值是否超過(guò)閾值L。這種情況下，由于最大值M1超過(guò)了閾值L，因此，判斷為處于大致聚焦?fàn)顟B(tài)。之后，以與最大值M1相對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件(象素)的位置為基礎(chǔ)，電信號(hào)S1作為寫(xiě)入了標(biāo)尺1的電信號(hào)，如圖5(d)所示，對(duì)作為線傳感器24的輸出的電信號(hào)，將以最大值M1為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A設(shè)定為標(biāo)尺區(qū)域。
接下來(lái)，如圖5(e)所示，將屬于標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的信號(hào)分量(電信號(hào)S1)的周期T(波的間隔)作為標(biāo)尺1上的圖案間的間距，以該間距為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離?；谠撚?jì)算值，使聚焦透鏡21b移動(dòng)到指定位置，并使其停止于該位置，由此能夠?qū)⒕劢雇哥R21b定位在聚焦位置上。
這種情況下，微型計(jì)算機(jī)3除了作為前述的距離計(jì)算單元和頻率檢測(cè)單元的功能之外，還用作判斷單元、標(biāo)尺區(qū)域設(shè)定單元和計(jì)算單元。其中，所述判斷單元對(duì)由頻率檢測(cè)單元的提取所得到的特定頻率分量的絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算，并以預(yù)先設(shè)定的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A為基礎(chǔ)，對(duì)該計(jì)算值實(shí)施移動(dòng)平均處理；所述標(biāo)尺區(qū)域設(shè)定單元，以利用該判斷單元得到了肯定的判斷結(jié)果為條件，將以所述最大值為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A與線傳感器24的輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)地來(lái)設(shè)置；所述運(yùn)算單元，將由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)中的標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的電信號(hào)的周期T作為標(biāo)尺1上的圖案間的間距，來(lái)計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡1到標(biāo)尺1的距離。
在本實(shí)施例1中，針對(duì)由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)，執(zhí)行帶通濾波處理，以提取特定頻率分量，并且，針對(duì)所提取出的特定頻率分量求取其絕對(duì)值，對(duì)其絕對(duì)值實(shí)施移動(dòng)平均處理，由于以移動(dòng)平均處理的結(jié)果的最大值超過(guò)閾值為條件，來(lái)判斷聚焦透鏡21b大致處于聚焦位置，因此，能夠更迅速且正確地檢測(cè)出聚焦透鏡21b處于聚焦位置。
由于在判斷為聚焦透鏡21b處于大致聚焦位置之后，基于從標(biāo)尺1的等間隔圖案所得到的信號(hào)分量中的、屬于標(biāo)尺區(qū)域的信號(hào)分量(信號(hào)S1)的周期T，來(lái)計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離，因此，能夠高精度地求取距離，并且，還能夠?qū)⒕劢雇哥R21b更正確地定位于聚焦位置上。
在求取等間隔圖案的間距時(shí)，如圖6所示，能夠采用下述方法對(duì)于由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)設(shè)定規(guī)定閾值α，求取超過(guò)了閾值α的信號(hào)分量的中心間隔p1、p2、p3、p4，求取各中心間隔p間的平均值。
在聚焦透鏡21b被定位在聚焦位置上后，例如，能夠按照日本專(zhuān)利特開(kāi)平11-183164號(hào)公報(bào)所示的順序來(lái)求取水平校正位置的高度h。
在所述實(shí)施例中，盡管假定標(biāo)尺1被配置在比背景還要亮的環(huán)境內(nèi)，但實(shí)際上，有時(shí)也有將比標(biāo)尺1還亮的部分寫(xiě)入背景內(nèi)的情況。這種情況下，由于標(biāo)尺像的光量相對(duì)降低，因此，有時(shí)不能原樣地提取出標(biāo)尺像。因此，考慮向背景中寫(xiě)入比標(biāo)尺1還要亮的部分，在執(zhí)行了移動(dòng)平均處理后，執(zhí)行光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算的處理。
具體而言，在向背景中寫(xiě)入比標(biāo)尺1還要亮的部分時(shí)，若伴隨著聚焦透鏡21b的移動(dòng)，標(biāo)尺1上的圖案的明暗作為信號(hào)振幅而被觀測(cè)，則例如如圖7(a)所示，從線傳感器24輸出與各光電轉(zhuǎn)換元件(象素)的位置相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)S1’、電信號(hào)S3’等。此時(shí)，在微型計(jì)算機(jī)3中，用于提取與聚焦透鏡21b的位置相對(duì)應(yīng)的特定頻率分量的帶通濾波處理被執(zhí)行，如圖7(b)所示，僅僅提取出與標(biāo)尺1上的等間隔圖案相對(duì)應(yīng)的頻率分量的信號(hào)S11’、S31’。即，由于信號(hào)S11’、S31’具有相同的頻率分量，且假定為寫(xiě)入了標(biāo)尺1的圖案的信號(hào)，因此，能夠被利用帶通濾波處理來(lái)提取出。
接下來(lái)，針對(duì)利用帶通濾波處理所得到的波形(包含信號(hào)S11’和信號(hào)S31’)，計(jì)算其絕對(duì)值，使用預(yù)先設(shè)置的標(biāo)值區(qū)間區(qū)域A、例如是相當(dāng)于標(biāo)尺1上的70個(gè)圖案的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A，來(lái)對(duì)該計(jì)算值實(shí)施移動(dòng)平均處理，則得到圖7(c)所示的波形(包含信號(hào)P1’和信號(hào)P3’)。
在利用移動(dòng)平均處理得到了信號(hào)P1’和信號(hào)P3’時(shí)，原樣地將P3’變?yōu)樽畲笾岛蟮谋尘芭卸闃?biāo)尺。
因此，在本實(shí)施例中，在利用移動(dòng)平均處理得到了信號(hào)P1’和信號(hào)P3’時(shí)，對(duì)信號(hào)P1’和信號(hào)P3’實(shí)施光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算處理。例如，如圖8(a)所示，針對(duì)線傳感器24的各光電轉(zhuǎn)換元件的電信號(hào)(輸出信號(hào))，將標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A內(nèi)的光量的最大值和全體光量的最大值B1相比較。具體而言，以與電信號(hào)S1’相對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A中的光量的最大值MA1和全體光量的最大值B1的差為基礎(chǔ)，來(lái)計(jì)算光量修正系數(shù)α1。同樣，以與電信號(hào)S3’相對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A中的光量的最大值MA2和全體光量的最大值B1的差為基礎(chǔ)，來(lái)計(jì)算光量修正系數(shù)α2。這種情況下，由于電信號(hào)MA1的電平約是最大值B1的1/2，因此，如圖8(b)所示，光量修正系數(shù)α1大約設(shè)定為2。與此相對(duì)，由于電信號(hào)MA2的電平是最大值B1，因此，光量修正系數(shù)α1設(shè)定為1。接下來(lái)，對(duì)求出的光量修正系數(shù)執(zhí)行移動(dòng)平均處理后，對(duì)圖7(c)的全體執(zhí)行乘法運(yùn)算。在求取了光量修正系數(shù)α1和光量修正系數(shù)α2的值時(shí)，對(duì)光量修正系數(shù)α1和信號(hào)P1’執(zhí)行乘法運(yùn)算處理，并對(duì)光量修正系數(shù)α2和信號(hào)P3’執(zhí)行乘法運(yùn)算處理。若執(zhí)行了這些處理，則如圖7(d)所示，信號(hào)P1’變?yōu)樾盘?hào)P11’，信號(hào)P3’變?yōu)镻31’。這種情況下，由于光量修正系數(shù)α1＞光量修正系數(shù)α2，因此，信號(hào)P11’的電平變得信號(hào)P31’的電平大。
此后，判斷由光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算處理所得到的信號(hào)的最大值是否超過(guò)了閾值L。這種情況下，由于最大值M1’超過(guò)了閾值L，因此，判斷為聚焦透鏡21b大致處于聚焦位置，并且，以與信號(hào)P11’的最大值M1相對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件(像素)的位置為基礎(chǔ)，判斷為信號(hào)S1’為寫(xiě)入了標(biāo)尺1的信號(hào)。在信號(hào)P11’的最大值M1’超過(guò)閾值L時(shí)，以與信號(hào)P11’的最大值M1’相對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件(像素)的位置為基礎(chǔ)，將以最大值M1’為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A如圖7(e)所示地，對(duì)作為線傳感器24的輸出的電信號(hào)設(shè)定為標(biāo)尺區(qū)域。
接下來(lái)，如圖7(f)所示，將屬于標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的信號(hào)分量(電信號(hào)S1’)的周期T(波的間隔)作為標(biāo)尺1上的圖案間的間距，以該間距為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離。以該運(yùn)算值為基礎(chǔ)，使聚焦透鏡21b移動(dòng)到指定位置，并使其停止在該位置上，由此能夠?qū)⒕劢雇哥R21b定位在聚焦位置上。
在本實(shí)施例中，針對(duì)由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)，執(zhí)行帶通濾波處理，提取出特定的頻率分量，并且，對(duì)所提取出的特定頻率分量，求取其絕對(duì)值，對(duì)該絕對(duì)值實(shí)施移動(dòng)平均處理，針對(duì)移動(dòng)平均處理結(jié)果實(shí)施光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算處理，以該處理結(jié)果的最大值超過(guò)閾值為條件，判斷為聚焦透鏡21b大致位于聚焦位置，由此，即使在比標(biāo)尺1亮的部分寫(xiě)入背景內(nèi)時(shí)，也能夠更迅速且正確地檢測(cè)出聚焦透鏡21b大致位于聚焦位置。
這種情況下，微型計(jì)算機(jī)3除了作為前述的距離計(jì)算單元和頻率檢測(cè)單元的功能外，還用作以下功能移動(dòng)平均處理單元，對(duì)由頻率檢測(cè)單元的提取所得到的特定頻率分量的絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算，以預(yù)先設(shè)定的標(biāo)值區(qū)間區(qū)域A為基礎(chǔ)，對(duì)該計(jì)算值實(shí)施移動(dòng)平均處理；光量修正系數(shù)計(jì)算單元，以所述移動(dòng)平均處理單元中使用的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A的最大值、和從光電轉(zhuǎn)換元件組的輸出信號(hào)得到的光量的最大值的差為基礎(chǔ)，來(lái)計(jì)算光量修正系數(shù)；光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算單元，對(duì)由所述光量修正系數(shù)計(jì)算單元的計(jì)算所得到的光量修正系數(shù)、和所述移動(dòng)平均處理單元的處理結(jié)果執(zhí)行乘法運(yùn)算；判斷單元，判斷所述光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算單元的乘法結(jié)果的最大值是否超過(guò)閾值；標(biāo)尺區(qū)域設(shè)置單元，以利用該判斷單元得到了肯定的判斷結(jié)果為條件，將以所述最大值為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A與線傳感器24的輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)地執(zhí)行設(shè)定；以及，運(yùn)算單元，將由線傳感器24的輸出所得到的電信號(hào)中的、標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的電信號(hào)的周期T作為標(biāo)尺1上的圖案間的間距，來(lái)計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離。
另一方面，在標(biāo)尺1配置在比背景還要亮的環(huán)境內(nèi)時(shí)，在執(zhí)行了包含光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算處理的處理時(shí)，得到了圖9(a)-(f)所示的波形。這種情況下，若關(guān)于在移動(dòng)平均處理中所得到的信號(hào)P1、P3，來(lái)實(shí)施光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算處理，則信號(hào)P1和信號(hào)P3的電平差縮小，但是，由于相對(duì)于信號(hào)S11，信號(hào)S31的連續(xù)性小，因此，信號(hào)P31沒(méi)有超過(guò)信號(hào)P11。并且，以波形(d)的最大值M1超過(guò)閾值L為條件，設(shè)聚焦透鏡21b大致位于聚焦位置，設(shè)定以最大值M1為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域A(圖9(e))、將屬于標(biāo)尺區(qū)域的信號(hào)分量(電信號(hào)S1)的周期T(波的間隔)作為標(biāo)尺1上的圖案間的間距，以該間距為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算從望遠(yuǎn)鏡20到標(biāo)尺1的距離，基于該計(jì)算值將聚焦透鏡21b移動(dòng)到指定位置，并使其停止在該位置上，由此能夠?qū)⒕劢雇哥R21b定位在聚焦位置上。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)，它被安裝在具有望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量機(jī)上，以等間隔排列了多個(gè)圖案的標(biāo)尺作為水平校正對(duì)象，使焦點(diǎn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)所述標(biāo)尺，其中，所述望遠(yuǎn)鏡具有水平校正光學(xué)系統(tǒng)，該水平校正光學(xué)系統(tǒng)在物鏡和目鏡之間排列有焦點(diǎn)板、和在所述焦點(diǎn)板上成像的聚焦透鏡，該測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)的特征在于，具有驅(qū)動(dòng)單元，使所述聚焦透鏡沿著所述水平校正光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向移動(dòng)；位置檢測(cè)單元，檢測(cè)所述水平校正光學(xué)系統(tǒng)中的所述聚焦透鏡的位置；光電轉(zhuǎn)換單元，將成像于所述焦點(diǎn)板上的物體像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；頻率檢測(cè)單元，檢測(cè)由所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出所得到的電信號(hào)的頻率；距離計(jì)算單元，監(jiān)視由所述位置檢測(cè)單元的檢測(cè)所得到的所述聚焦透鏡的位置以及由所述頻率檢測(cè)單元的檢測(cè)所得到的頻率，在所述聚焦透鏡的位置改變的過(guò)程中，以由所述頻率檢測(cè)單元檢測(cè)出對(duì)應(yīng)于該位置預(yù)先設(shè)定的特定頻率為條件，基于所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出信號(hào)，來(lái)計(jì)算從所述望遠(yuǎn)鏡到所述標(biāo)尺的距離；以及，驅(qū)動(dòng)控制單元，基于所述距離計(jì)算單元的計(jì)算值和所述位置檢測(cè)單元的檢測(cè)輸出，來(lái)控制所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行所述聚焦透鏡的定位。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述頻率檢測(cè)單元根據(jù)所述位置檢測(cè)單元的檢測(cè)輸出，僅僅提取出由所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出所得到的電信號(hào)中的、被假定為所述聚焦透鏡位于聚焦位置時(shí)從所述標(biāo)尺上的圖案被檢測(cè)出的、特定頻率分量。
3.如權(quán)利要求2所述的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述距離計(jì)算單元具有移動(dòng)平均處理單元，計(jì)算由所述頻率檢測(cè)單元的提取所得到的特定頻率分量的絕對(duì)值，基于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域，對(duì)該計(jì)算值實(shí)施移動(dòng)平均處理；判斷單元，針對(duì)所述移動(dòng)平均處理單元的處理結(jié)果，來(lái)判斷最大值是否超過(guò)閾值；標(biāo)尺區(qū)域設(shè)置單元，以利用所述判斷單元而得到了肯定的判斷結(jié)果為條件，將以所述最大值為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域與所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)地進(jìn)行設(shè)置；以及運(yùn)算單元，以由所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出所得到的電信號(hào)中所述標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的電信號(hào)的周期作為所述標(biāo)尺上的圖案間的間距，來(lái)計(jì)算從所述望遠(yuǎn)鏡到所述標(biāo)尺的距離。
4.如權(quán)利要求2所述的測(cè)量機(jī)的自動(dòng)焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換單元具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，所述距離計(jì)算單元具有移動(dòng)平均處理單元，計(jì)算由所述頻率檢測(cè)單元的提取所得到的特定頻率分量的絕對(duì)值，并基于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域，對(duì)該計(jì)算值實(shí)施移動(dòng)平均處理；光量修正系數(shù)計(jì)算單元，基于所述移動(dòng)平均處理單元所使用的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域中的光量的最大值和從光電轉(zhuǎn)換元件組的輸出信號(hào)所得到的光量的最大值的差，來(lái)計(jì)算光量修正系數(shù)；光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算單元，將由光量修正系數(shù)計(jì)算單元的計(jì)算所得到的光量修正系數(shù)與所述移動(dòng)平均處理單元的處理結(jié)果相乘；判斷單元，判斷所述光量修正系數(shù)乘法運(yùn)算單元的乘法運(yùn)算結(jié)果的最大值是否超過(guò)了閾值；標(biāo)尺區(qū)域設(shè)置單元，以利用所述判斷單元而得到了肯定的判斷結(jié)果為條件，將以所述最大值為中心的標(biāo)尺區(qū)間區(qū)域與所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)地進(jìn)行設(shè)置；以及，運(yùn)算單元，將由所述光電轉(zhuǎn)換單元的輸出所得到的電信號(hào)中所述標(biāo)尺區(qū)域內(nèi)的電信號(hào)的周期作為所述標(biāo)尺上的圖案間的間距，來(lái)計(jì)算從所述望遠(yuǎn)鏡到所述標(biāo)尺的距離。
全文摘要
本發(fā)明能夠可靠且迅速地檢測(cè)出聚焦透鏡位于聚焦位置上。在利用馬達(dá)(41)使聚焦透鏡(21b)沿水平校正光學(xué)系統(tǒng)的光軸移動(dòng)的過(guò)程中，用線傳感器24將伴隨著望遠(yuǎn)鏡(20)的水平校正的物體像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用A/D轉(zhuǎn)換器(27)將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)，并存儲(chǔ)在RAM(28)內(nèi)，基于該數(shù)據(jù)，在微型計(jì)算機(jī)(3)中監(jiān)視由上述電信號(hào)的頻率，在檢測(cè)出聚焦透鏡(21b)的位置所對(duì)應(yīng)的特定頻率時(shí)，設(shè)聚焦透鏡(21b)大致位于聚焦位置，基于線傳感器(24)的輸出信號(hào)來(lái)求取從望遠(yuǎn)鏡(20)到標(biāo)尺(1)的距離，根據(jù)該距離以及由位置傳感器5的輸出所得到的聚焦透鏡21b的位置，將聚焦透鏡21b定位在聚焦位置上。
文檔編號(hào)G02B7/28GK1825152SQ20061000953
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者西田信幸, 東海林直樹(shù), 長(zhǎng)尾崇司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社掃佳