具有测量光束均匀化的测量装置制造方法及图纸

具有测量光束均匀化的测量装置。本发明专利技术涉及一种光学测量装置(1)，该光学测量装置具有：用于放置测量装置(1)的基座；和瞄准单元(3)，该瞄准单元可相对于该基座旋转并且限定用于瞄准待测量的目标物体(40)的目标轴(9)。瞄准单元(3)具有用于沿待测量的目标物体(40)的方向发射光学测量辐射(10、10i、10d、10h)的第一射束光束路径(20、20a)。瞄准单元(3)还具有衍射光学元件(30)，其被布置或可布置在射束光束路径(20、20a)中，使得光学测量辐射(10、10i、10d、10h)被均匀化。

A Measuring Device for Measuring Beam Homogenization

【技术实现步骤摘要】
具有测量光束均匀化的测量装置
本专利技术涉及根据权利要求1的前序所述的用于协调测量目标物体的测量装置，并且涉及根据权利要求13的前序所述的协调测量方法。
技术介绍
用于测量目标物体的协调测量技术装置经常基于光学测量系统操作。这些装置通常沿待测量的目标物体的方向发射光学辐射(特别是激光辐射)，根据其来确定距离和角位置(即，目标物体的极坐标)，这通常随后加以进一步处理。在该过程中待测量的目标物体将一部分所发射的辐射反射回该装置，由此被接收并转换成用于距离确定的电信号。除了测量天然存在的目标外，还可以将特殊目标标记或反射器贴附至目标物体，或者例如将移动测量棒用作目标物体。在这里，所发射的光学辐射可以被用于基于飞行时间或相位测量原理或这些原理的组合的电光距离测量，举例来说，如在EP1757956、JP4843128、EP1311873、EP1450128、EP1882959、EP1043602、WO2006/063739或其它中描述的。所发射的光学辐射还可以被用于目标物体的识别和/或角度测量。例如，目标标记可以例如以反向反射器或目标物体的视觉特征(例如，角落、边缘、对比区域的边界等)的形式来具体实施，举例来说，如在WO2011/141447或EP1791082中所描述的。在这方面，以脉冲化或连续方式发射的光学辐射可以由测量装置发射，以支持目标在视场中的识别。可以利用装置中的位置敏感光学接收元件来执行采用角坐标的这种类型的目标物体的识别和/或测量，例如，利用CCD或CMOS技术的区域传感器、基于横向光电效应的PSD、或者一个或更多个光感受器(诸如光电二极管、二分电池(bi-cell)、正交二极管、SPAD阵列等)的布置。对于角度确定来说，该测量装置通常设置有一个或更多个角度计或测角仪，利用一个或更多个角度计或测角仪，该装置或其部件可以旋转以用于瞄准目的并且可以确定角位置。这里可以利用角度计评估，经由利用该装置的目标轴精确地瞄准目标物体来执行目标的角度测量。然而，尤其是在适用于此的协作目标的情况下，还可以在具有角度计的装置的光电角度测量单元(ATR)的视场内执行目标物体的不精确瞄准。通过在视场内确定与理想瞄准的偏差，随后通过该偏差校正角度计测量值(自动目标识别或目标方向测量ATR)。例如在JP3748112或GB2353862中描述了类似过程。在测量装置中，绕角度计的旋转轴的移动可以手动和/或通过马达执行。对于距离和角度确定来说，在每种情况下都可以使用由装置发射的分离或共同辐射，即，针对两个功能使用同一个测量光束或辐射源，或者在每种情况下，一个测量光束用于距离测量，一个光束用于角度确定或目标识别。对于非协作目标的测量，测量光束的发散必须尽可能小，优选被衍射限制，因为否则距离测量会由于未定义的目标物体照明而不提供所需的测量准确度。在协调测量技术中，针对角度确定和距离确定都需要高测量准确度。例如，在测量或大地测量领域使用视距仪或全站仪，其具有几毫米甚或小于一毫米的距离测量准确度。这里在针对三棱镜或反向反射目标标记的测量中需要几公里的测量区域，或者针对无反射器测量来说，需要几百到一千米以上的测量区域。角度测量的准确度通常在小于2弧秒到10弧秒的范围内，优选为1弧秒、0.5弧秒或以下。而且，由于这种测量装置通常用于具有广泛变化的环境条件(诸如温度、湿度等)的恶劣环境中，因此这些要求变得更加困难。通过在测量装置中集成越来越多的功能，装置内部的光路或光束路径变得越来越复杂。测量装置例如可以具有：用于距离测量的光束路径、可见引导光束、自动目标搜索、自动目标识别、自动目标对齐、目视观察、概览摄像机、缩放功能、图像记录、目标照明、光学数据通信、内部参照部分等。由于需要大量光学组件，不仅装置设计变得更加困难，而且测量光束的特性也受到影响，可能会受到很大的负面影响。测量光束特性或测量光束质量对测量准确度起着决定性作用。在相干测量辐射的情况下出现测量准确度的损害(例如由于出现所谓的斑点)，即，由于物体表面处的后向散射引起的光学干涉，这导致接收信号强度的变化。而且，测量不准确度尤其是由于测量光束的轮廓(通常是所谓的高斯(Gaussian)轮廓)而出现，其尤其对于测量协作目标物体而言是不利的。另外，光脉冲的横向或径向强度分布是时间依赖的，其结果是时间依赖和角度依赖的照明场。由于这些因素，例如所测量的距目标物体的距离不利地取决于到目标的方向，并且另外随时间不恒定。这意味着，对于距待测量目标的同一个实际存在距离来说，对于按不同时间和按相对于该目标的不同角度的测量，测量出不同距离；换句话说，存在测量不确定性。而且，目标识别在目标的不均匀照明的情况下并且还在偏振变化的情况下变得更加困难。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于协调测量目标物体的改进测量装置或改进协调测量方法。一个特殊目的是提供一种具有改进测量光束的测量装置。这些目的通过独立权利要求的主旨来实现，并且有利地通过附属权利要求的特征精炼。从描述和关联图中可以得出本专利技术的进一步优点。本专利技术的目的是提供一种用于协调测量目标物体的光学测量装置，例如经纬仪、全站仪、激光跟踪仪、激光扫描仪、或激光调平装置。所述测量装置具有至少一个光源，优选为激光源，其用于生成至少一个光学(特别是脉冲化)测量光束。而且，所述装置具有相对于所述测量装置的基座可绕至少一个轴(特别是绕两个轴)旋转的瞄准单元，其中，所述瞄准单元限定用于瞄准待测量的目标物体(特别是协作目标物体)的目标轴，并且具有用于在该待测量的目标物体的方向上引导和发射所述光学测量光束的光束路径，并且所述装置具有接收光学单元。用于此目的的所述光束路径例如具有从现有技术已知的光学单元或光学元件。而且，所述瞄准单元具有至少一个衍射光学元件(DOE)。所述DOE被这样具体实施并且被布置或可布置(在优选实施方式中的DOE不是永久性地布置在所述光束路径中，而是可以因情况不同，或者根据应用类型、测量任务或目标物体全部布置在那里，或者部分地布置在那里，例如在存在被划分成不同有效区域的DOE的情况下)在所述光束路径中，使得所述测量光束在发射之前被均匀化(homogenized)。均匀化在此理解为意指使测量光束一致，或者在合适时使测量光束脉冲一致，使得因混合而消除或至少显著降低所述测量光束的强度和光谱分布的不均匀性或不均一性或不均等分布或空间或时间变化。例如，所述衍射光学元件被具体实施用于混合所述测量光束，特别是用于生成一个接一个放置的多个至少部分重叠的部分光束。由于混合，不均等分布在某种程度上被调平，并且获得均一或至少更均一的测量光束，即，均匀测量光束。所述衍射光学元件被具体实施为用于均匀化所述测量光束内的时间和/或空间强度分布的选项。另选地或者另外地，所述DOE被具体实施用于均匀化所述测量光束在物体空间中的模式(优选地通过将它们混合)，和/或用于均匀化所述测量光束的所述光学波前(特别是其平滑化)，和/或在远场中对所述光源进行成像。在此，例如经由在相位板处解相关光学相位，来执行所述混合并由此执行所述波前的调平。作为进一步附加或进一步另选，在具有脉冲测量光束的装置中，经由DOE实现对在光束横截面上变化的测量光束脉冲的飞行时间的均匀化。在所述测量装置的开发中，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于协调测量目标物体(40)的光学测量装置(1)，特别是经纬仪、全站仪、激光扫描仪或激光跟踪仪，所述光学测量装置具有：至少一个光源(55)，特别是激光光源，所述至少一个光源用于生成至少一个光学测量光束(10、10i、10h、10d)，特别是脉冲测量光束；以及瞄准单元(3)，所述瞄准单元能够绕至少一个轴，特别是绕两个轴(7、8)，相对于所述测量装置(1)的基座旋转，其中，所述瞄准单元(3)·定义用于瞄准待测量的目标物体(40)、特别是协作目标物体的的目标轴(9)，并且·具有用于沿待测量的目标物体(40)的方向发射所述光学测量光束(10、10i、10h、10d)的光束路径(20)，其特征在于所述瞄准单元(3)具有至少一个衍射光学元件(30)，其中，所述至少一个衍射光学元件(30)被以使得所述测量光束(10、10i、10h、10d)在发射之前被均匀化的方式，具体实施并且被布置或能够布置在所述光束路径(20、20a)中。

【技术特征摘要】
2017.12.21 EP 17209646.31.一种用于协调测量目标物体(40)的光学测量装置(1)，特别是经纬仪、全站仪、激光扫描仪或激光跟踪仪，所述光学测量装置具有：至少一个光源(55)，特别是激光光源，所述至少一个光源用于生成至少一个光学测量光束(10、10i、10h、10d)，特别是脉冲测量光束；以及瞄准单元(3)，所述瞄准单元能够绕至少一个轴，特别是绕两个轴(7、8)，相对于所述测量装置(1)的基座旋转，其中，所述瞄准单元(3)·定义用于瞄准待测量的目标物体(40)、特别是协作目标物体的的目标轴(9)，并且·具有用于沿待测量的目标物体(40)的方向发射所述光学测量光束(10、10i、10h、10d)的光束路径(20)，其特征在于所述瞄准单元(3)具有至少一个衍射光学元件(30)，其中，所述至少一个衍射光学元件(30)被以使得所述测量光束(10、10i、10h、10d)在发射之前被均匀化的方式，具体实施并且被布置或能够布置在所述光束路径(20、20a)中。2.根据权利要求1所述的测量装置(1)，其特征在于所述衍射光学元件(30)被具体实施用于混合所述测量光束(10、10i、10h、10d)，特别是用于生成一个接一个布置的多个至少部分重叠的部分光束。3.根据权利要求1或2所述的测量装置(1)，其特征在于所述衍射光学元件(30)被具体实施用于均匀化·所述测量光束(10、10i、10h、10d)内的时间和/或空间强度分布，和/或·所述测量光束(10、10i、10h、10d)的模式，和/或·所述测量光束(10、10i、10h、10d)的波前(18)，特别是其平滑化或调平，和/或·所述测量光束(10、10i、10h、10d)的脉冲飞行时间，和/或·所述光源(55、12)在远场中的成像。4.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(1)，其特征在于为了均匀化，特别是为了时间均匀化，所述测量光束(10、10i、10h、10d)和所述衍射光学元件(30)的相对位置特别是通过以下方式动态地变化，特别是周期性地变化，该方式为：所述衍射光学元件(30)被布置或能够可移动地布置在所述光束路径(20、20a)中，使得所述衍射光学元件(30)能够在整个所述测量光束(10、10i、10h、10d)上动态地移动。5.根据权利要求4所述的测量装置(1)，其特征在于所述衍射光学元件(30)·能够振动，特别是能够垂直于所述测量光束(10、10i、10h、10d)的传播轴振动，和/或·能够旋转，特别是以一偏心率和/或绕所述测量光束(10、10i、10h、10d)的传播轴或者具有相对于所述测量光束的传播轴的平行偏移的轴旋转。6.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(1)，其特征在于所述衍射光学元件(30)·被布置成相对于所述测量光束(10、10i、10h、10d)能够枢转入和枢转出，和/或·具有不同均匀化区域并且相对于所述测量光束(10、10i、10h、10d)能够不同地布置，其特征在于，所述测量光束(10、10i、10h、10d)根据所述布置被不同地均匀化。7.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(1)，其特征在于所述衍射光学元件(30)被具体实施·用于改变所述测量光束(10、10i、10h、10d)特别是在所述远场中和/或从高斯光束轮廓开始的光束轮廓(19g)，和/或用于生成顶帽状光束轮廓，和/或·用于减少或消除所述测量光束(10、10i、10h、10d)的时间和/或方向依赖不均匀性，特别是强度不均匀性。8.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(1)，其特征在于至少一个另外衍射光学元件被布置或能够布置在所述光束路径(20、20a)中，所述至少一个另外衍射光学元件被具体实施用于均匀化所述测量光束(10、10i、10h、10d)。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷托·施图茨，J·莱斯，J·辛德林，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH