CN1152116A

CN1152116A - 电子水准仪的水平位置误差修正机构

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Publication number: CN1152116A
Application number: CN96119290.9A
Authority: CN
Inventors: 熊谷薰
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 1997-06-18
Anticipated expiration: 2016-11-22
Also published as: JPH09145358A; EP0790484B1; EP0790484A2; EP0790484A3; DE69622984D1; US5777899A; JP3460074B2; DE69622984T2; CN1079942C

Abstract

本发明电子水准仪的水平位置误差修正机构中，校准光学系统瞄准标尺，运算处理装置对光电变换器的输出信号进行运算处理，计算高度差。形成于望远镜光学系统的补偿装置修正电子水准仪的倾斜，保持水平位置，吊挂在该补偿装置下的悬垂光学构件因补偿装置的倾斜而前后左右摇摆，倾斜角检测装置检测出悬垂光学构件的倾斜角，运算处理装置根据倾斜角检测装置的检测信号可计算补偿装置的倾斜角数据信号，修正悬垂光学构件的水平位置误差。

Description

电子水准仪的水平位置误差修正机构

本发明涉及能够使用光电变换器将标尺的条纹图像变换为电气信号，利用得到的电气信号自动测量高度差等的电子水准仪的振动误差修正机构，特别是在补偿装置上设置检测倾角的手段，计算一定时间的平均倾角和光电变换时间的平均倾角之差，以修正振动引起的电子水准仪的水平位置误差，并根据一定时间的平均倾角和预先存储的水平位置误差，修正补偿装置的水平误差的机构。

历来，在进行直接水准测量等情况下，都使用水准仪和标尺。即测量者使用水准仪、目视标尺的刻度，以测定高度差。使用这种老式的水准仪进行的测量会产生由测量者引起的读数误差。为了消除该读数误差，研制出用电子学方法进行标尺刻度操作的电子水准仪。这种电子水准仪具有例如，能够从标尺一侧发出包含规定信号的光，在电子水准仪一侧接收这光并加以识别，读取标尺刻度的结构。

本申请人研制了能够以电子学方式读取高度差的电子水准仪。该电子水准仪，如图2所示，使用将第1种条纹A、第2种条纹B和第3种条纹R按相等距离(p)反复配置的电子水准仪标尺2。亦即形成3种条纹为1组、各组相连续，若配置于最左边的定义为0组，记为R(0)、A(0)、B(0)，则反复配置为R(1)、A(1)、B(1)、R(2)、A(2)、B(2)、……。并且所有的条纹以相等的间隔p重复，因此，能用与该间隔对应的信号作为基准信号。

而例如第3种条纹R是宽度固定为8毫米的黑色条纹，第1种条纹A是将黑色部分的宽度调制为600毫米1周期，第2种条纹B是将黑色部分的宽度调制为570毫米1周期。

这里对求电子水准仪用的标尺2的水平位置的原理进行说明。电子水准仪用的标尺2的第1种条纹A是将黑色部分的宽度调制成为600毫米1周期，因此，如果取调制幅度为0～10毫米，则第1种条纹的宽度DA由下式给出。

DA＝5×(1+SIN(2×π×X/600-π/2))……(1)式

其中，X＝(10毫米、40毫米、70毫米……)。

同样，电子水准仪用的标尺2的第2种条纹B是将黑色部分的宽度调制成570毫米1周期，因此，第2种条纹的宽度DB由下式给出。

DB＝5×(1+SIN(2×π×X/570+π/2))……(2)式

其中，X＝(20毫米、50毫米、80毫米……)。

而且，在第(1)式和第(2)式，附加有±π/2的偏移，这是为了在信号处理中使第1种条纹A产生的信号和第2种条纹B产生的信号容易分离。

第1种条纹A和第2种条纹B的周期只有很小的差异，因此在两者的最小公倍数的距离上出现同样的条纹。在本实施例中，在600毫米和570毫米的最小公倍数11400毫米处出现同样的条纹。从而，第1种条纹A产生的信号和第2种条纹B产生的信号的相位差在0～11400毫米的范围中从0变化到2π。

即，如果将水平位置上的第1种条纹A产生的信号的相位记为φA，水平位置的第2种条纹B产生的信号的相位记为φB，则电子水准仪用的标尺2的水平位置H为：

H＝11400×((φB-φA-π)/2π))毫米……(3)

下面对计算电子水准仪1和电子水准仪用的标尺2的距离的方法加以说明。

用上述的电子水准仪1读取电子水准仪用的标尺2，进行傅利叶变换，则如图4的功率谱所示，得到第1种条纹A的周期分量、第2种条纹B的周期分量、第3种条纹R和第1种条纹A、第2种条纹B为1组的周期分量(周期为基准信号的3倍)，以及基准信号(与条纹相等间距p对应的信号〕的周期分量。一旦电子水准仪1和电子水准仪用的标尺2的距离减小，谱群即向低频侧移动。在谱群中周期最小的是基准信号(与条纹相等间距p对应的信号。由于该相等间距定为p，根据透镜的成像公式，可以计算出电子水准仪1和电子水准仪用的标尺2的距离。

即如图9所示，电子水准仪用的标尺2的相等间距p由电子水准仪1的透镜形成像w，因此，如果以L表示从透镜到电子水准仪用的标尺2的距离，d表示从透镜到像w的距离，则

L＝d(p/w)，由于d≌f(f为透镜的焦距)，所以，

L＝d(p/w)≌f(p/w)。

而且，由电子水准仪1的透镜所成的像w，如果以C表示线性传感器15的1个像素的长度，以k表示线性传感器15所得与相等间距p相当的周期的一个波长，则w＝Ck。从而，电子水准仪1和电子水准仪用的标尺2的距离L为：

L＝((f/C×k))×(p)…………(4)

从而可以求出电子水准仪1和电子水准仪用的标尺2的大概距离。

下面说明水平高度的测定原理。

首先说明远距离测定的情况。

如图13所示，如果将线性传感器15得到的信号进行傅利叶变换，可以得到与相等间距p相当的信号。以θ表示以快速傅利叶变换求得的相位，以θm为与水平位置相当的线性传感器15的地址位置(第m比特)的相位，则H1为：

H1＝(θm/360度)×p…………(5)

即，可以在相等间距p内精密测定水平位置H1(精密测定)。

又，为了求得水平位置，有必要求出其偏离电子水准仪用标尺2上形成的相等间距p的条纹初始位置的大概位置。这里，对基准信号(与相等间距p相当的信号)的前后半个间距将线性传感器15的输出信号加以积分。如果再将该积分值每三个抽取一个(乘积检波)，如图14所示，可以得到相当于第1种条纹A的信号1、相当于第2种条纹B的信号2和相当于第3种条纹R的信号3。但是，第3种条纹R幅度没有调制，而且与第1种条纹A和第2种条纹B的最大调制幅度10毫米相比，第3种条纹R只有8毫米宽，因此，相当于第3种条纹R的信号3，积分值大致一定，与信号1和信号2相比，大致为其80％。

第3种条纹R、第1种条纹A和第2种条纹B以决定了的顺序反复配置，因此，能判决所抽取的信号是第3种条纹R、第1种条纹A、第2种条纹B中的哪一种。还有，为了去除荫影等干扰光的影响，以相当于第3种条纹R的信号为基准，如图15所示，得到(A-R)、(B-R)的信号。

下面从(A-R)、(B-R)的信号中选择一组包含与水平位置对应的线性传感器15的地址位置(第m比特)且含有基准信号的R、(A-R)、(B-R)的信号，如果求出(A-R)和(B-R)的相位，就能够求出这是电子水准仪用标尺2什么位置的第1种条纹A、第2种条纹B、第3种条纹R的组合。

这里以Am表示(A-R)信号，Bm表示(B-R)信号，Wa表示(A-R)信号的最大振幅的1/2，Wb表示(B-R)信号的最大振幅的1/2，则(A-R)和(B-R)的相位分别为

φ_a＝SIN^-1(Am/Wa) …………(6)

φ_b＝SIN^-1(Bm/Wb)-2×π(10/570)…………(7)

式(7)的尾数部分是由于相当于第2种条纹B的信号的位置与相当于第1种条纹A的信号错开10毫米。

然后，将(6)、(7)式代入(3)式，就能够得到与第1种条纹A对应的信号在电子水准仪用标尺2上的水平位置。而且，如果包含水平位置的基准信号属于第3种条纹R，就在该水平位置上减去10毫米，如果包含水平位置的基准信号属于第2种条纹B，就在该水平位置加10毫米即可。结果，可以得到水平位置的大概的水平高度H2。(粗略测定)。

如上所述，水平高度H，可以在求出水平位置上的基准信号的相位(精密测定)，又根据第1种条纹A和第2种条纹B的相位差，求出与水平位置相当的基准信号以电子水准仪用的标尺2的条纹初始位置为基准处于什么位置(粗略测定)后，根据精密测定的H1和粗略测定的H2的位数对照求出。

下面说明近距离测定的情况。

在近距离测定的情况下，由于能够得到第1种条纹A、第2种条纹B和第3种条纹R的鲜明的图像，其直接测定信号幅度方面与远距离测定那样在进行傅利叶变换后，进行乘积检波求水平高度相比，可望得到更高的精度。

首先，像图16所示那样，为了求出线性传感器15的输出信号脉冲的上升缘、下降缘，将输出信号微分。根据这些上升缘和下降缘，可以求出黑色部分的边缘之间的间隔。再求出相当于黑色部分的中心的比特。该比特的间隔成为第1种条纹A、第2种条纹B和第3种条纹R的相等间距p的基准信号。

于是，一旦求出相当于水平位置的地址位置(第m比特)前后的基准信号，基准信号的宽度，由于在电子水准仪的标尺2上相当于10毫米，假设前后的基准信号分别为Nf(第Nf比特)、Nb(第Nb比特)，则H1(精密测定)为：

H1＝((m-Nf)/(Nb-Nf))×10…………(8)

又，设Ne为基准信号的末尾位置，Ns其初始位置，n为个数，则各基准信号的间隔的平均值为：

k＝(Ne-Ns)/n

将该k值代入(4)式，可以得到电子水准仪1和电子水准仪的标尺2的大概距离。

然后，从开头起对黑色部分每3个抽取1个，识别宽度固定的第3种条纹R后，由于按照第3种条纹R、第1种条纹A、第2种条纹B的顺序配置着，可确定第3种条纹R、第1种条纹A、第2种条纹B的相应位置。

又在决定包含相当于水平位置的线性传感器15的地址位置(第m比特)的基准信号属于第3种条纹R、第1种条纹A、第2种条纹B三种条纹中的哪一种的同时，决定其相当于第几组。即，如果是R(n)、A(n)、B(n)，就称为第n组。

于是，根据(1)式，

D_A＝5×(1+SIN(2×π×Xa/600-π/2))

其中Xa＝30×n+10，所以可以根据D_A求出n。

从而，

n＝(10/π)×(φ_a+(π/2))-(1/3)……(9)

φ_a＝SIN^-1((D_A/5)-1)

φ_a在0～2π之间存在着两个，但是，根据n为整数的条件，只选择一个。以na为其组号，则在电子水准仪的标尺2上存在着600毫米的周期(即每20组为一周期)，因此，

n＝20×d×na

其中d＝0、1、2、3……。

然后使用该n求第2种条纹B的宽度D_B。再取

X＝30×n+20

代入(2)式后，将D_B加以比较，一致时的n就是所求的组号。根据该n、m所属的第3种条纹R、第1种条纹A和第2种条纹B的种类，水平高度H2(粗略测定)大致为：

在第3种条纹R的情况下，H2＝30×n

在第1种条纹A的情况下，H2＝30×n+10

在第2种条纹B的情况下，H2＝30×n+20……(10)

如果不是只对1组条纹进行判断，而是对前后几处进行判断，可以使条纹玷污等原因引起的差错率减少。

从而，根据与第3种条纹R、第1种条纹A和第2种条纹B相当的信号的黑色部分宽度求基准信号，决定与水平位置相当的地址位置的基准信号，以进行精密的测定，根据与第1种条纹A和第2种条纹B相当的信号的相位差进行粗略测定，根据对该精密测测定H1和粗略测定H2的位数对照可以求出水平高度H2。

在上面对使用调制的第1种条纹A和第2种条纹B加上未调制的第3种条纹R对调制过的条纹信号进行区别的测定方法进行了说明。但是，如果根据与检测出的两种条纹相当的信号求出各自的波长等，能够识别第1种条纹A的信号和第2种条纹B的信号，可以不使用第3种条纹进行测定。

上述电子水准仪可以自动求出高低处的高度差，但是，在存在微小振动的室外测量中，内藏于电子水准仪中的补偿装置也发生振动，因而有，悬垂向下的悬垂光学构件振动引起测定误差和构件的偏差等引起的补偿装置的水平位置修正误差的问题。

特别是在振动大的桥梁上测量时其不良影响特别显著，迫切要求有对付振动的方法，在水平误差上，迫切要求即使是使用已广泛使用的补偿装置也能够得到高精度的水平位置。

本发明做成校准光学系统瞄准标尺，运算处理装置对光电变换器的输出信号进行运算处理，计算高度差，而且形成于望远镜光学系统，用于保持水平位置的补偿装置修正电子水准仪的倾斜，保持其水平位置，由该补偿装置悬垂向下的悬垂光学构件随着补偿装置的倾斜而向前后左右摇动，倾斜角检测装置检测出悬垂光学构件的倾斜角，运算处理装置根据倾斜角检测装置的检测信号对补偿装置的倾斜角数据信号进行运算，可以修正悬垂光学构件的水平位置误差。

附图1～12表示本发明的实施例。

图1表示本发明实施例电子水准仪1的构成。

图2说明本实施例电子水准仪的标尺2。

图3是表示本发明电子水准仪1的外观立体图。

图4表示输出信号的功率谱。

图5是表示本实施例的补偿器12的立体图。

图6说明本实施例的补偿器12。

图7说明本实施例中倾斜的补偿器12。

图8表示本实施例的运算处理装置16的构成。

图9说明本实施例的水平距离的测定原理。

图10(a)表示第1受光、发光部127a和第2受光、发光部127b的输出电压。

图10(b)表示受光、发光部为一对的情况下的输出电压。

图11说明本实施例的补偿器12去除振动引起的测定误差的情况。

图12是水平位置修正误差存储装置1677的说明图。

图13表示一个在长距离测定时从线性传感器获得的信号经傅利叶变换得到的对应于相等间距的信号。

图14图示了通过对参考信号的积分和取样所得到的信号。

图15是表示对于图14所示信号处理后所得到信号的波形图。

图16是用来说明在短距离测量中获得参考信号的方法的波形图。

下面根据附图对本发明的实施例加以说明。

如图1～图3所示，本实施例的测量装置由电子水准仪1和电子水准仪用的标尺2构成。电子水准仪1，如图3所示，载置于校平装置100上。如图1所示，由物镜部11、补偿器12、光束分离器13、目镜部14、线性传感器15、运算处理装置16以及倾斜角检测部500构成。

物镜部11用于形成电子水准仪用的标尺2的电子学方式读取用的条纹的像。本实施例的物镜部11由物镜和内部透镜构成，移动内部透镜可以对电子水准仪用的标尺2的条纹进行对焦。光束分离器13用于将光束分成朝目镜部14方向和朝线性传感器15方向两部分。目镜部14用于测量者目视电子水准仪的标尺2。物镜部11和目镜部14还相当于观察电子水准仪用的标尺2的目视刻度用的校准光学系统，而物镜部11和线性传感器15相当于测定光学系统。

补偿装置12用于修正电子水准仪1的倾斜，如图5～图6所示，由补偿装置的主体120、由该补偿装置主体120向下悬垂的悬垂光学构件121、用于悬吊悬垂光学构件121的4根吊线122、122、……、第1反射镜123、第2反射镜124、棱镜125、反射标志126、第1受光、发光部127a和第2受光、发光部127b构成。

补偿装置主体120的四个角上安装有4根吊线122、122、……，从而能够将悬垂光学构件121悬垂向下。

悬垂光学构件121会随着电子水准仪1的倾斜而朝前后左右摇动，其上表面形成第2反射镜124，其下表面形成反射标志126。射入第1反射镜123的光线被反射到悬垂光学构件121上的第2反射镜124，第2反射镜124反射的光线进入棱镜125，被棱镜辐射到目镜部。悬垂光学构件121能够前后左右自由摇动地悬垂着，因此，能够与电子水准仪1的倾斜相对应。

在悬垂光学构件121的下表面形成有反射标志126。在与该反射标志126相向的位置上配置着：用于检测倾斜的悬垂光学构件121的反射标志126的第1受光、发光部127a和第2受光、发光部127b。第1受光、发光部127a和第2受光、发光部127b设置于以反射标志126为中心左右对称的位置上。检测第1受光、发光部127a和第2受光、发光部127b的输出信号的相位差，就能够检测出悬垂光学构件121的倾斜角。

也就是说，如图7所示，如果悬垂光学构件121倾斜，第1受光、发光部127a和第2受光、发光部127b的输出信号就不平衡，测定该不平衡的量，就能够求出悬垂光学构件121的倾斜角。

补偿器12相当于补偿装置，第1受光、发光部127a、第2受光、发光部127b和反射标志126相当于倾斜角检测装置。而反射标志126相当于反射构件。

线性传感器15用于将由物镜部11形成的电子水准仪标尺2的条纹图像变换为电信号。本实施例使用CCD线性传感器。该线性传感器15，只要是至少一维地配置着光电二极管的线性图像传感器，采用哪一种传感器都行。

运算处理装置16相当于信号处理部，由放大器161、取样保持电路162、A/D变换器163、RAM164、时钟驱动器165和微电脑166构成。在该运算处理装置16上连接着显示器167。而且，本实施例的运算处理装置16包含有倾斜角数据信号形成装置、第1倾斜角信号存储装置、第2倾斜角信号存储装置、一定时间平均倾斜角检测装置、光电变换时间平均倾斜角检测装置、修正量运算装置和水平位置修正误差存储装置。

这里根据图1对本实施例的电子水准仪1上装载的运算处理装置16详细加以说明。放大器161用于将线性传感器15来的信号加以放大，取样保持电路162用于根据时钟驱动器165来的定时信号将放大过的电信号取样保持。A/D变换器163用于对取样保持的电信号进行A/D变换。而RAM164用于存储A/D变换过的数字信号。微电脑166用于进行各种运算处理。

物镜部11、光束分离器13和目镜14相当于望远镜光学系统，线性传感器15相当于光电变换器。

运算处理装置16上连接着倾斜角检测部500、操作部550和显示部167。

倾斜角检测部500，由用于驱动第1受光、发光部127a和第2受光、发光部127b发光的发光部驱动器510、用于将第1受光、发光部127a的受光信号加以A/D变换的第1 A/D变换器520a，和用于将第2受光、发光部127b的受光信号加以A/D变换的第2A/D变换器520b构成。

这里根据图8对微电脑166所起的作用加以说明，运算处理装置16，由基准信号形成部1661、条纹信号形成部1662、条纹组检测部1663、运算部1664、倾斜角数据信号形成装置1671、第1倾斜角信号存储装置1672、第2倾斜角信号存储装置1673、一定时间平均倾斜角检测装置1674、光电变换时间平均倾斜角检测装置1675、修正量运算装置1676，以及水平位置修正误差存储装置1677构成。

基准信号形成部1661根据从线性传感器15得来的电信号，在远距离测定的情况下用快速傅利叶变换形成相当于相等间距p的基准信号，在近距离测定的情况下将线性传感器15的输出信号加以微分，根据上升边缘、下降边缘形成基准信号。

条纹信号形成部1662，在远距离测定的情况下对基准信号的前后半间距积分，将该积分值每3个抽取一个(乘积检波)，以此形成第1种条纹信号和第2种条纹信号，在近距离测定的情况下也借助抽取动作形成第1种条纹信号和第2种条纹信号。

条纹组检测部1663，在近距离测定的情况下将第1种条纹A的宽度D_A和第2种条纹B的宽度D_B加以比较，以此决定相当于水平位置的条纹组是第几组。

运算部1664，在远距离测定的情况下根据描准线附近的第1种条纹信号和第2种条纹信号的相位计算出高度差，在近距离的情况下根据特别规定的条纹组计算出高度差。

而且由于电子学方法读取用的条纹21间距是相等，根据透镜的成像公式，可以计算出电子水准仪1和电子水准仪用的标尺2的距离(水平距离)，还可以用运算部1664计算出高度差，所以，上述这些功能相当于测定部。

即，如图9所示，电子水准仪用的标尺2的相等间距p由电子水准仪1的透镜成像为w，所以，假设从透镜到电子水准仪的标尺2的距离为L，从透镜到像w的距离为d，则

L=d(p/w)

由于 (f为透镜的焦距)，所以，

而且，电子水准仪1的透镜所成的像w，如果将线性传感器15的一个像素的长度记为C，与线性传感器15所得相等间距p相当的频率的一个波长为k，则w=Ck。因而，电子水准仪1和电子水准仪用的标尺2的距离L为

L= (f/(C×k)))×(p)……(4)

由式(4)可以求出电子水准仪1和电子水准仪用的标尺2的水平距离。

倾斜角数据信号形成装置1671用于根据第1受光、发光部127a和第2受光、发光部127b的受光信号形成相当于悬垂光学构件121的倾斜角的数据信号。如图10(a)所示，如果悬垂光学构件121发生倾斜，第1受光、发光部127a的输出电压就变成(a)的样子，第2受光、发光部127b的输出电压就变成(b)的样子。而各输出电压的峰值部分相当于悬垂光学构件121的反射标志126位于受光、发光部的正上方的情况。而在受光、发光部为一对的情况下，变成图10(b)所示的情况。因此，如果将第1受光、发光部127a和第2受光、发光部127b的受光信号用第1A/D变换器520a和第2D/A变换器520b进行AD变换，计算其相位差，则可以得到悬垂光学构件121的倾斜方向和倾斜角。

还有，在受光部为1对的情况下，借助于计算A/D变换器520b的输出，可以得到悬垂光学构件121的倾斜方向和倾斜角。在受光、发光部为2对的情况下，与1对的情况相比，灵敏度为其2倍，可以进行高灵敏度的测定。

第1倾斜角信号存储装置1672，如图11所示，用于在一定时间中取入、存储由倾斜角数据信号形成装置1671得到的补偿器12的倾斜角数据信号。这里所谓一定时间，是指长于补偿器的固有振动周期，短于电子水准仪1的测定时间范围内的时间。

第2倾斜角信号存储装置1673，如图11所示，用于在作为光电变换器的线性传感器15测光的时候，取入、存储由倾斜角数据信号形成装置1671得到的补偿器12的倾斜角数据信号。

而运算处理装置16在电子水准仪1的测定开始之前测定来自线性传感器15的输出信号，决定较佳曝光相应的线性传感器15的接收时间。因此，线性传感器15的测光时间开始于从第1倾斜角信号存储装置1672存储的一定时间的起算点起，在上述较佳曝光相应的接收时间的判决操作完成之后。

一定时间平均倾斜角检测装置1674，是用于将第1倾斜角信号存储装置1672存储的补偿器12的倾斜角数据信号累加，计算一定时间平均倾斜角检测信号C_ave的。

光电变换时间平均倾斜角检测装置1675，是用于将第2倾斜角信号存储装置1673存储的补偿器12的倾斜角数据信号累加，计算光电变换时间平均倾斜角检测信号M_ave的。该光电变换平均倾斜角检测信号M_ave与运算处理装置16计算的高度相关

修正量运算装置1676求一定时间平均倾斜角检测装置1674得到的一定时间平均倾斜角检测信号C_ave与光电变换时间平均倾斜角检测装置1675得到的光电变换时间平均倾斜角检测信号M_ave的差，

S＝一定时间平均倾斜角检测信号C_ave-光电变换时间平均倾斜角检测信号M_ave。

以所得到的S为修正量，换算成高度，从而可以消除由于补偿器12的振动引起的水平误差。

亦即，由于补偿器12和电子水准仪1是成一整体安装的，所以可以消除电子水准仪1的振动的水平误差。

这里根据图12对使用水平位置修正误差存储装置1677的具体例子加以说明。

补偿器12使反射镜123、124及棱镜125作实际运动，以在光学上修正瞄准方向的倾斜。

补偿器12在制造时调整瞄准方向和倾斜随动性。即，瞄准方向调整吊线的悬垂状态，对随动性则用追加重量、或使基准位置偏移的办法调整。将该随动性调整于误差范围内，但是，1级水平的高精度时，调整不容易，通常不使用补偿器12。

图12表示随动性偏离的状态下和理想状态下的C_ave，修正量与补偿器12的移动量成正比增加。再者，修正量不是只有正比增加的情况，也有成2次方变化的情况。

因而，也可以根据上述实施例，算出平均值的倾斜位置，预先根据水平位置修正误差存储装置1677中的误差量，修正分别具有的补偿器12的误差。采用该方法，可以实现高精度的倾斜修正。

显示器167是用于显示测定结果的，操作部550是使用者开始测定时操作的。

运算处理装置16由，基准信号形成部1661、条纹信号形成部1662、条纹组检测部1663、运算部1664、倾斜角数据信号形成装置1671、第1倾斜角信号存储装置1672、第2倾斜角信号存储装置1673、一定时间平均倾斜角检测装置1674、光电变换时间平均倾斜角检测装置1675、修正量运算装置1676和水平位置修正误差存储装置1677构成，但是也可以采用由微电脑承担全部功能的结构。

具有所述结构的本发明，其自动瞄准标尺求出高度差的电子水准仪由：包含具有用于形成该标尺条纹的信号的光电变换器的测定光学系统和瞄准所述标尺用的校准光学系统的望远镜光学系统、以及用于计算处理所述光电变换器的输出信号的运算处理装置构成；所述望远镜光学系统中形成有用于修正所述电子水准仪的倾斜、保持水平位置的补偿装置；该补偿装置包含根据该补偿装置的倾斜而使其前后左右摇动的吊挂着的悬垂光学构件，具备用于检测该悬垂光学构件的倾斜角的倾斜角检测装置；根据该倾斜角检测装置的检测信号，所述运算处理装置能够计算补偿装置的倾斜角数据信号。因此，这种结构具有能够消除悬垂光学构件振动的影响，修正电子水准仪的水平位置误差的效果。

修正量运算装置还能够将一定时间平均倾斜角检测装置得到的一定时间平均倾斜角检测信号C_ave和从水平位置修正误差存储装置得到的修正量换算成高度，进行修正，以此修正补偿器的水平位置修正误差。

又，本发明的倾斜角检测装置至少包含一对受光、发光元件，运算处理装置的倾斜角数据信号形成装置也可根据受光元件的输出信号计算补偿装置的倾斜角数据信号，因此，能以高分辨率检测出倾斜角数据信号，而且也能够检测出其倾斜方向。

在本发明的运算处理装置中包含：用于在一定时间中取入、存储所述补偿装置的倾斜角数据信号的第1倾斜角信号存储装置，和用于在所述光电变换器正在测光时取入、存储所述补偿装置的倾斜角数据信号的第2倾斜角信号存储装置，而且在运算处理装置中包含：用于根据第1倾斜角信号存储装置的存储数据计算一定时间平均倾斜角检测信号的一定时间平均倾斜角检测装置、用于根据第2倾斜角信号存储装置的存储数据计算光电变换时间平均倾斜角检测信号的光电变换时间平均倾斜角检测装置，以及计算所述一定时间平均倾斜角检测信号与光电变换时间平均倾斜角检测信号之差，以该差值所相当的倾斜角为修正量的修正量运算装置，所以具有可在短时间内消除电子水准仪的振动引起的水平位置误差而又不对高度测量造成不良影响的效果。

又由于包含水平位置修正误差存储装置，所以可以修正补偿装置的水平位置修正误差，进行高精度的水平位置测定。

Claims

1.一种电子水准仪的水平位置误差修正机构，其特征在于，在瞄准标尺，自动算出高度差的电子水准仪中，包含具有用于形成该标尺条纹的信号的光电变换器的测定光学系统和瞄准所述标尺用的校准光学系统的望远镜光学系统，以及用于计算处理所述光电变换器的输出信号的运算处理装置；所述望远镜光学系统中形成有用于修正所述电子水准仪的倾斜、保持水平位置的补偿装置；该补偿装置包含根据该补偿装置的倾斜而使其前后左右摇动的吊挂着的悬垂光学构件，具备用于检测该悬垂光学构件的倾斜角的倾斜角检测装置；所述运算处理装置根据该倾斜角检测装置的检测信号计算补偿装置的倾斜角数据信号，修正所述悬垂光学构件水平位置误差。

2.根据权利要求1所述的电子水准仪的水平位置误差修正机构，其特征在于，倾斜角检测装置由：形成于悬垂光学构件的反射构件、为了把光射向该反射构件而与所述反射构件相对配置的发光元件，以及用于接收由该发光元件发射后，在所述反射构件反射的光，以检测随所述补偿装置的倾斜大小而变化的反射光的光量的受光元件构成；运算处理装置包含用于根据所述受光元件的输出计算所述补偿装置的倾斜角数据信号的倾斜角数据信号形成装置。

3.根据权利要求1所述的电子水准仪的水平位置误差修正机构，其特征在于，倾斜角检测装置包含至少1对受光、发光元件，运算处理装置包含用于根据所述受光元件的输出信号计算所述补偿装置的倾斜角数据信号的倾斜角数据信号形成装置。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的电子水准仪的水平位置误差修正机构，其特征在于，运算处理装置中包含：用于在一定时间中取入、存储所述补偿装置的倾斜角数据信号的第1倾斜角信号存储装置，和用于在所述光电变换器正在测光时取入、存储所述补偿装置的倾斜角数据信号的第2倾斜角信号存储装置，而且运算处理装置中包含：用于根据第1倾斜角信号存储装置的存储数据计算一定时间平均倾斜角检测信号的一定时间平均倾斜角检测装置、用于根据第2倾斜角信号存储装置的存储数据计算光电变换时间平均倾斜角检测信号的光电变换时间平均倾斜角检测装置，以及用于根据所述一定时间平均倾斜角检测信号与光电变换时间平均倾斜角检测信号，修正由振动引起的水平位置误差的修正量运算装置。

5.根据权利要求4所述的电子水准仪的水平位置误差修正机构，其特征在于，所述一定时间为长于补偿装置的固有振动周期，短于电子水准仪的测定时间范围内的时间，而光电变换时间是从所述一定时间的起算点起至少经过所述光电变换器的最佳曝光时间的计量时间后起算的。

6.根据权利要求4所述的电子水准仪的水平位置误差修正机构，其特征在于，修正量运算装置根据预先测定、存储的补偿装置的水平位置修正误差存储装置和所述一定时间平均倾斜角检测装置的检测信号，而不是根据一定时间平均倾斜角检测信号和光电变换时间平均倾斜角检测信号，对电子水准仪的水平位置进行修正。

7.根据权利要求4所述的电子水准仪的水平位置误差修正机构，其特征在于，修正量运算装置根据预先测定、存储的补偿装置的水平位置的水平位置修正误差存储装置和所述一定时间平均倾斜角检测装置的检测信号以及光电变换时间平均倾斜角检测信号，而不是根据一定时间平均倾斜角检测信号和光电变换时间平均倾斜角检测信号，对电子水准仪的水平位置进行修正。