光电测量装置制造方法及图纸

光电测量装置。一种用于距离确定和/或位置确定的光电测量装置(1)包括：用于生成第一波长的光学测量辐射(30、36)的辐射源(35、40、75、310)，其中，所述测量辐射(30、36)以定向的方式被发射到自由空间中。辐射源(35、40、75、310)被设计成使得第一波长在1210nm至1400nm之间的范围内，并且所发射的测量辐射(30、36)的功率在时间上和空间上平均为至少14mW。

Photoelectric measuring device

Photoelectric measuring device. A distance measuring device for photoelectric determination and / or determine the position (1) which is used for generating a first wavelength of optical radiation measurement (30, 36) of the radiation source (35, 40, 75, 310), among them, the measurement of radiation (30, 36) in a directional manner was launched into free space. Radiation sources (35, 40, 75, 310) are designed so that the first wavelength ranges from 1210nm to 1400nm, and the power of the emitted radiation (30, 36) is at an average of at least 14mW in time and space.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及根据权利要求1的前序的光电测量装置以及根据权利要求12的前序的光电测量方法。
技术介绍
已知光电测量装置具有多种形式，基于光辐射使用该光电测量装置确定距离和/或位置。示例为诸如针对大地或工业测量目的的电子视距仪、全站仪、多站仪、或激光扫描仪的大地测量装置、激光跟踪仪、或手持式电子测距仪或测向仪。这些装置共享如下特征：它们包括用于生成测量辐射的至少一个辐射源和诸如透镜、光导纤维或准直器的光学装置，借助于所述光学装置，所生成的测量辐射可以朝向待测的目标被发射到自由空间，由于该原因，这些装置也被称为所谓的自由射束传感器。例如，待测的目标是自然物体或特别设计用于测量目的的目标(例如，回射器)的表面的点。被照射目标以扩散或定向的方式反射测量辐射，使得测量辐射的至少一部分被反射到测量装置上。测量装置具有光电传感器，该光电传感器被设计用于测量辐射的时间分辨检测和/或位置分辨检测，例如，PIN二极管、CMOS芯片或位置敏感探测器(PSD)。基于检测到的测量辐射确定所需的测量变量，例如，距离值或方向值或2D/3D坐标。在这种情况下，各种测量原理是可用的，例如，相位差测量或运行时间测量(飞行时间TOF)或基于斐索(Fizeau)原理的测量。光学测量辐射在这种情况下被理解为不仅在光谱的可见光范围内的电磁辐射，而且还被理解为红外光(即，具有大于约700nm的波长的辐射)。已知光电测量装置使用具有405nm、532nm、635nm、650-690nm、780nm和/或785nm、795nm、808-850nm、905nm、1064nm或1545nm和/或1550nm的波长的测量辐射。例如，以下波长用于制造商LeicaGeosystems的装置：全站仪TPS1200+660nm和785nm、全站仪TCA2003850nm、激光扫描仪HDS3000532nm、激光扫描仪HDS4400905nm、激光扫描仪HDS88001545nm、测距仪DistoD5635nm、激光跟踪仪AT401795nm和机载激光扫描仪ALS801064nm。测量结果的质量和/或所需的测量变量的确定的质量基本上取决于信噪比(SNR)。这进而决定性地取决于所检测到的辐射功率。检测到的高辐射功率有利于能够从噪声和/或从背景辐射中明确和清晰地限定出测量辐射。在这种情况下，所发射的辐射功率越高，检测到的辐射功率(在其他条件一致的情况下)越高。在这种情况下，所发射的辐射功率Pe与检测到的辐射功率Pr的比可以通过所谓的雷达探测距离方程来描述(cf.Jelalian,A.V.:LaserRadarSystems.ArtechHouse,1992,page6)：其中，ρ：目标的反射系数，D：测量装置的孔径开口和/或检测透镜的直径；R：到目标的距离，ηatm：大气透射系数，以及ηsys：测量装置和/或其检测光学单元的透射系数。该方程例示出了如下事实：只有所发射的辐射功率的一小部分被再次接收，即所发射的辐射的大部分被“丢失”而未使用。由于到目标的距离作为该到目标的距离的平方被包括在方程式中，所以最大可实现的测量范围在很大程度上取决于测量辐射的发射功率和/或辐射源的能量。因此，高辐射功率对于相对于非常远的目标的测量是特别有利的。现有技术的测量装置具有相对低的平均辐射功率，然而，在小于1毫瓦到几毫瓦的范围内，例如，在来自LeicaGeosystems的全站仪TCR1103的情况下的功率是0.95mW，并且在来自LeicaGeosystems的测距仪DistoD5的情况下的功率也小于1mW。通过使用最短可能的脉冲(即，使用基本上小于1:100的占空比)对发射器进行适当调制，进行尝试以增加灵敏度并因此增加测量范围。在这种情况下，与占空比成反比(inverseto)的脉冲功率高于平均辐射功率。在这种情况下，相应地改善了脉冲检测和信噪比，尽管长距离和/或在远距离处的目标是不可测量的或者仅可被不充分或不精确地测量。
技术实现思路
然而，高辐射功率对于具有(如许多自然表面所具有的)低反射率和/或小的反射系数的测量目标也是重要的。在这种情况下，自然目标也被理解为人造结构(例如，混凝土、沥青或金属)。然而，即使在使用诸如反射膜、平面反射器(石英猫眼)或回射器的非天然的合作目标(即，专门设计用于测量目的并且以定向和/或成束方式反射辐射的目标)的情况下，高功率是有利的，因为尤其是位于到目标的长距离处的其反射表面(例如，大约0.001m2)相对于测量辐射横截面的面积是较小的，所以在这种情况下，实践中也只有所发射的辐射的一部分被反射。还要考虑的是，作为接收器光学单元的几何限制的结果，整体反射的测量辐射通常不能被检测到，而是大多数入射在测量装置上的孔径和/或接收光学单元之外。出于上述原因，关于可实现的精度和范围，测量辐射的最高可能功率是期望的，和/或测量辐射的低功率相对于可实现的精度和/或测量范围是不利的。雷达测距方程也涉及待测量的自然物体表面的反射或后向散射的程度。反射率越高，接收信号越高。反射率是具有显著的波长依赖性的物体特异性光谱特征函数。因此，有利地为测量仪器的测量辐射选择波长，在该测量辐射下为测量仪器提供的目标物体具有高反射率。此外，在通过自由空间和/或大气期间尽可能少地衰减的测量辐射是有利的，其在上述方程中以高的大气透射系数表示。因为透射是波长相关的，所以相对较强地衰减的波长的测量辐射是不利的，因为尽管所发射的测量辐射的高功率，接收到的测量辐射的功率和因此接收信号的电平由此较低，特别是在较长的测量距离处。另一方面，升高的噪声对信噪比和因此对测量结果具有负面影响。升高的和/或高的噪声首先在室外测量的情况下发生，主要由于太阳辐射，所述太阳辐射直接入射或作为环境光漫射在接收光学单元上并且然后在测量装置的传感器上。具体地在瞄准和测量明亮表面(诸如，白色房屋外墙)的情况下，背景辐射是大量的，接收单元中的散粒噪声电平(shotnoiselevel)增加并且降低了信噪比并因此降低了测量精度。因此，相对于测量结果的质量和/或所需要的测量变量的确定的质量，环境辐射和/或外部辐射的最小可能接收是有利的。相对于所描述的(干扰)因素，从现有技术已知的测量装置和/或其辐射源的所发射的波长具有缺点，所述缺点首先涉及检测到的辐射功率与发射的辐射功率的比，并且在下文将详细描述。因此，本专利技术的目的是提供一种用于距离测量和/或位置测量的改进的光电测量装置。所述目的通过独立权利要求的特性化特征的实现来实现。根据从属权利要求和说明书(包括附图说明)可以推断出以另选或有利的方式改进本专利技术的特征。如果没有另外明确说明，在本文件中以另一种方式示出或公开的本专利技术的所有实施方式都可以彼此组合。本专利技术涉及一种用于距离确定和/或位置确定的光电测量装置，所述光电测量装置包括用于生成第一波长的光学测量辐射的至少一个辐射源。该测量装置还包括用于测量辐射的位置分辨检测和/或时间分辨检测的光电传感器。此外，该测量装置包括例如透镜、棱镜、准直器、反射镜和/或光纤的光学装置，所述光学装置被设计用于光束引导，使得生成的测量辐射可以朝向待测的目标被发射到自由空间中，并且被目标反射的测量辐射至少部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于距离确定和/或位置确定的光电测量装置(1)，具体地，激光跟踪仪、激光扫描仪、轮廓仪、大地测量装置或光电测向仪或光电测距仪，所述光电测量装置(1)包括：‑用于生成第一波长的光学测量辐射(30、36)的辐射源(35、40、75、310)；‑用于测量辐射的时间分辨检测和/或位置分辨检测的光电传感器(38、82)；‑光学装置(15、34、67、71、77、80、83、84、85、330、340)，其被设计用于光束引导，使得‑所述测量辐射(30、36)能够以定向的方式朝向待测的目标(41、60a、61)发射到自由空间中，并且‑由所述目标(41、60a、61)反射的测量辐射(30b)被至少部分地引导到所述传感器(38、82)上，其特征在于，所述辐射源(35、40、75、310)被设计成使得‑所述第一波长在1210nm至1400nm之间的近红外范围内，以及‑所发射的测量辐射(30、36)的功率在时间平均和空间平均上为至少14mW。

【技术特征摘要】
2015.11.03 EP 15192822.3;2016.07.15 EP 16179816.01.一种用于距离确定和/或位置确定的光电测量装置(1)，具体地，激光跟踪仪、激光扫描仪、轮廓仪、大地测量装置或光电测向仪或光电测距仪，所述光电测量装置(1)包括：-用于生成第一波长的光学测量辐射(30、36)的辐射源(35、40、75、310)；-用于测量辐射的时间分辨检测和/或位置分辨检测的光电传感器(38、82)；-光学装置(15、34、67、71、77、80、83、84、85、330、340)，其被设计用于光束引导，使得-所述测量辐射(30、36)能够以定向的方式朝向待测的目标(41、60a、61)发射到自由空间中，并且-由所述目标(41、60a、61)反射的测量辐射(30b)被至少部分地引导到所述传感器(38、82)上，其特征在于，所述辐射源(35、40、75、310)被设计成使得-所述第一波长在1210nm至1400nm之间的近红外范围内，以及-所发射的测量辐射(30、36)的功率在时间平均和空间平均上为至少14mW。2.根据权利要求1所述的测量装置(1)，其特征在于，所述第一波长在1280nm至1320nm之间，具体地，所述第一波长在1290nm至1310nm之间。3.根据权利要求1所述的测量装置(1)，其特征在于，所述第一波长在1320nm至1400nm之间，具体地，所述第一波长在1325nm至1345nm之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述测量辐射(30、36)以至少40mW的平均功率被发射，具体地，所述测量辐射(30、36)以至少100mW的平均功率被发射。5.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述辐射源(35、40、75、310)被设计为生成具有信号调制的测量辐射(30、36)，具体地，所述辐射源(35、40、75、310)被设计为生成具有突发调制或频率调制的测量辐射(30、36)。6.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述辐射源(35、40、75、310)被设计为-激光源，具体地，激光二极管，尤其是InGaAs或InGaAs激光二极管，或者光纤激光仪，或者-具有光学放大器的超发光LED(SLED)。7.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述光学装置(15、34、67、71、77、80、83、84、85、330、340)被设计成使得：-所述测量辐射(30、36)被发射为发散测量波束，和/或-所述测量辐射(30、36)能够围绕至少一个轴线枢转，具体地，所述测量辐射(30、36)围绕两个轴线枢转，和/或-所述测量装置(1)包括用于发射所述测量辐射(30、36)和用于接收由所述目标(41、60a、61)反射的测量辐射(30b)的共享物镜，和/或-所述光学装置(15、34、67、71、77、80、83、84、85、330、340)对于光谱的可见光范围内的光也基本上是透射的，具体地，为此目的，所述光学装置(15、34、67、71、77、80、83、84、85、330、340)基本上由光学玻璃制成，具体地，由硼硅酸盐玻璃制成，和/或由光学塑料制成。8.根据前述权利要求中任一项所述的测...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·辛德林，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH