CN101539423B - 勘测装置和勘测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了勘测装置和勘测系统。所述勘测装置包括：旋转器53、56和61，用于沿水平方向偏转距离测量光和用于在旋转照射中投射距离测量光；至少一个扩展元件62，用于增大距离测量光沿垂直方向的散布角；以及装置，用于附着或拆卸扩展元件，以使扩展元件能够被插入距离测量光轴和从距离测量光轴被去除。

Description

勘测装置和勘测系统

技术领域

本发明涉及当由单个勘测(surveying)操作者或者由两个或更多个勘测操作者的协作来执行勘测操作时的勘测装置和勘测系统。

背景技术

在土木工程工作中所执行的勘测操作中，例如在道路建筑中的勘测操作中，对道路两侧的位置、高程的差异、道路的宽度等执行测量，并且同时测量多个测量点。因此，勘测操作是将由两个或更多个勘测操作者执行的协作操作。

在JP-A-2006-337302中公开了一种勘测装置，通过该勘测装置，可以同时对多个测量点进行测量。

在根据JP-A-2006-337302的勘测装置中，在旋转照射中投射用于形成参考平面的激光束，并且形成参考平面，其中所述激光束包括三个或更多个扇形激光束，所述激光束中的至少一个是倾斜的。进一步地，根据当待测量对象一方的光检测单元接收到多个扇形激光束时的时间差来测量仰角。而且，通过接收来自待测量对象的反射激光束，在接收到反射激光束的时刻从扇形激光束的投射方向来测量水平角。进一步地，勘测装置在旋转照射中投射沿垂直方向散布的距离测量光。然后，接收来自待测量对象的反射距离测量光，并且对到待测量对象的距离执行电光距离测量。基于仰角和测量的距离来计算待测量对象在垂直方向的位置，并且测量待测量对象的三维位置。

通过如上所述的勘测装置，通过在旋转照射中投射扇形激光束和沿垂直方向散布的距离测量光，即投射在存在于在水平方向的全圆周内和这两种类型的激光束沿垂直方向散布的范围内的多个待测量对象上，可以同时对存在于扇形激光束和距离测量光的投射范围内的多个待测量对象执行测量(在下文中被称为“多测量”)。

通过如上所述的勘测装置，在旋转照射中投射沿垂直方向散布的距离测量光。然后，接收来自待测量对象的反射光，并且执行电光距离测量。因此，每个距离测量光的光强度被减小，并且噪声光的影响变得更强，因此这导致测量精度降低。进一步地，由于距离测量光以高的速度旋转，所以一个测量的测量时间短。而且，待平均的距离测量数据不多，因此不可能提高测量精度。为了提高测量精度，必须在旋转照射中多次投射光，测量需要更长的时间，因此降低了工作效率。

进一步地，由于距离测量光沿垂直方向散布，所以当待测量距离更长时接收光的光强度减小更多。因此，这些导致可以被测量的距离延长的问题以及其他问题。

全站仪被称为装置，通过该装置，可以以更高的精度对测量点进行测量。全站仪具有跟踪功能。例如，与基于设计的勘测操作的情况类似，勘测操作者将待测量对象(棱镜)移动到每个测量点。全站仪跟踪每个待测量对象并且对每个测量点执行测量。

具有跟踪功能的全站仪可以由一个操作者操作(单人操作测量)。可以以高精度进行测量并且测量的工作效率也高，但是不可能同时在多个点执行测量。因此，在必须同时对多个点执行测量的情况下，工作效率急剧降低。

JP-A-2004-212058公开了一种方法，通过该方法，在旋转照射中投射两个或更多个扇形激光束(其中至少一个扇形激光束是倾斜的)，形成水平参考平面，并且从倾斜的扇形激光束的倾斜角来确定相对于水平参考平面的仰角。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种勘测装置和勘测系统，通过它们，有可能同时对多个点执行多测量，也有可能执行单人操作测量，并且进一步地，有可能以高精度实现测量。

为了达到以上目的，本发明提供一种勘测装置，其包括：旋转器，用于沿水平方向偏转距离测量光和用于在旋转照射中投射距离测量光；至少一个扩展元件，用于增大距离测量光沿垂直方向的散布角；以及装置，用于附着(attach)或拆卸所述扩展元件，以使所述扩展元件能够被插入距离测量光轴和从距离测量光轴被去除。

而且，本发明提供如上所述的勘测装置，其中所述旋转器具有用于沿水平方向偏转距离测量光轴的仰角旋转镜，所述仰角旋转镜能够围绕水平轴旋转，所述仰角旋转镜具有多个反射表面，至少一个扩展元件与所述仰角旋转镜的一个表面相对地布置并且能够与所述仰角旋转镜一体地旋转，以及当距离测量光轴由所述仰角旋转镜的一个表面偏转时，距离测量光穿过所述扩展元件。进一步地，本发明提供如上所述的勘测装置，其中所述旋转器具有用于沿水平方向偏转距离测量光轴的仰角旋转镜，并且距离测量光通过光路被投射，在所述光路中提供所述扩展元件中的至少一个以允许距离测量光穿过。而且，本发明提供如上所述的勘测装置，其中所述仰角旋转镜围绕水平轴旋转，并且选择距离测量光被投射的光路。进一步地，本发明提供如上所述的勘测装置，其中所述扩展元件由扩展元件保持单元相对于所述仰角旋转镜保持，所述扩展元件保持单元围绕仰角轴旋转，并且选择距离测量光被投射的光路。

而且，本发明提供一种勘测装置，其包括：光源，用于发射距离测量光；距离测量光投射单元，用于朝着存在待测量对象的空间投射来自所述光源的距离测量光以作为点型距离测量光或作为扇形距离测量光；扇形束旋转投射单元，用于在旋转照射中投射两个或更多个扇形束，其中至少一个扇形束是倾斜的；水平角检测单元，用于检测扇形束或距离测量光沿投射方向的水平角；仰角检测单元，用于检测点型距离测量光沿投射方向的仰角或用于检测扇形束接收单元产生的仰角；距离测量单元，用于通过接收来自待测量对象的反射距离测量光来测量到待测量对象的距离；反射扇形束接收单元，用于接收从待测量对象反射的扇形束的反射光；距离测量光切换单元，用于选择从距离测量光投射单元投射的点型距离测量光或扇形距离测量光之一；以及运算单元，用于基于距离测量单元产生的距离测量结果、基于水平角检测单元产生的检测结果、以及基于仰角检测单元产生的检测结果来计算待测量对象的三维位置。进一步地，本发明提供如上所述的勘测装置，其中投射光切换单元具有：扩展元件，用于增大距离测量光沿垂直方向的散布角；以及装置，用于插入和去除扩展元件以用于将扩展元件附着到距离测量光轴或从距离测量光轴拆卸扩展元件。而且，本发明提供如上所述的勘测装置，其中所述扩展元件是双凸透镜。进一步地，本发明提供如上所述的勘测装置，其中所述扩展元件是光栅元件。而且，本发明提供如上所述的勘测装置，其中，当所述扩展元件被去除时，所述仰角旋转镜进一步沿垂直方向旋转并且偏转距离测量光轴。进一步地，本发明提供如上所述的勘测装置，其中所述扩展元件可以选自距离测量光沿垂直方向具有不同散布角的多个扩展元件。

而且，本发明提供一种勘测系统，其包括勘测装置和待测量对象，其中所述勘测装置包括：距离测量光投射单元，用于朝着待测量对象投射点型距离测量光或扇形距离测量光；距离测量光投射方向检测单元，用于检测距离测量光投射单元产生的投射方向；距离测量光接收单元，用于接收从待测量对象反射的点型距离测量光或扇形距离测量光；扇形束旋转投射单元，用于在旋转照射中投射两个或更多个扇形束，其中至少一个扇形束是倾斜的；扇形束投射方向检测单元，用于检测扇形束的投射方向；第一通信单元；距离测量光切换单元，用于切换点型距离测量光和扇形距离测量光，以及其中待测量对象包括：运算单元；反射器，用于反射从距离测量光投射单元投射的距离测量光；扇形束接收单元，用于接收来自扇形束旋转投射单元的扇形束；以及第二通信单元，用于通过将包括来自扇形束接收单元的信号的信号给予第一通信单元和从第一通信单元获取所述信号来执行通信，其中当选择点型距离测量光时所述运算单元基于来自距离测量光投射方向检测单元和来自距离测量光接收单元的信号来计算待测量对象的三维位置，以及其中所述运算单元基于来自扇形束投射方向检测单元和/或距离测量光投射方向检测单元的信号、基于来自距离测量光接收单元的信号、以及基于在第一通信单元处接收的来自第二通信单元的信号来计算待测量对象的三维位置。

进一步地，本发明提供如上所述的勘测系统，其中投射光切换单元包括：扩展元件，用于增大距离测量光沿垂直方向的散布角；以及装置，用于将扩展元件插入距离测量光轴和从距离测量光轴去除扩展元件。而且，本发明提供如上所述的勘测系统，其中所述扩展元件是双凸透镜。进一步地，本发明提供如上所述的勘测系统，其中所述扩展元件是光栅元件。

本发明提供一种勘测装置，其包括：旋转器，用于沿水平方向偏转距离测量光和用于在旋转照射中投射距离测量光；至少一个扩展元件，用于增大距离测量光沿垂直方向的散布角；以及装置，用于附着或拆卸所述扩展元件，以使所述扩展元件能够被插入距离测量光轴和从距离测量光轴被去除。可以选择和投射具有沿垂直方向的散布角的扇形距离测量光、具有平行延伸的光通量的点型距离测量光、或具有不同散布角的扇形距离测量光来作为距离测量光。因此，有可能选择电光测量的方面，并且提高勘测装置的适用性。

而且，本发明提供如上所述的勘测装置，其中所述旋转器具有用于沿水平方向偏转距离测量光轴的仰角旋转镜，所述仰角旋转镜能够围绕水平轴旋转，所述仰角旋转镜具有多个反射表面，至少一个扩展元件与所述仰角旋转镜的一个表面相对地布置并且能够与所述仰角旋转镜一体地旋转，并且当距离测量光轴由所述仰角旋转镜的一个表面偏转时，距离测量光穿过扩展元件。因此，勘测装置具有简单的构造，并且可以通过从具有沿垂直方向的散布角的扇形距离测量光、具有平行束的点型距离测量光或具有不同散布角的扇形距离测量光中进行选择来投射距离测量光。

进一步地，本发明提供如上所述的勘测装置，其中所述旋转器具有用于沿水平方向偏转距离测量光轴的仰角旋转镜，并且距离测量光通过光路被投射，在所述光路中提供所述扩展元件中的至少一个以允许距离测量光穿过。因此，勘测装置具有简单的构造，并且可以通过从具有沿垂直方向的散布角的扇形距离测量光、具有平行束的点型距离测量光或具有不同散布角的扇形距离测量光中进行选择来投射距离测量光。

而且，本发明提供如上所述的勘测装置，其中：光源，用于发射距离测量光；距离测量光投射单元，用于朝着存在待测量对象的空间投射来自所述光源的距离测量光以作为点型距离测量光或作为扇形距离测量光；扇形束旋转投射单元，用于在旋转照射中投射两个或更多个扇形束，其中至少一个扇形束是倾斜的；水平角检测单元，用于检测扇形束或距离测量光沿投射方向的水平角；仰角检测单元，用于检测点型距离测量光沿投射方向的仰角或用于检测扇形束接收单元产生的仰角；距离测量单元，用于通过接收来自待测量对象的反射距离测量光来测量到待测量对象的距离；反射扇形束接收单元，用于接收从待测量对象反射的扇形束的反射光；距离测量光切换单元，用于选择从距离测量光投射单元投射的点型距离测量光或扇形距离测量光之一；以及运算单元，用于基于距离测量单元产生的距离测量结果、基于水平角检测单元产生的检测结果、以及基于仰角检测单元产生的检测结果来计算待测量对象的三维位置。因此，有可能选择电光测量的方面，并且提高勘测装置的适用性。

进一步地，本发明提供如上所述的勘测装置，其中投射光切换单元具有：扩展元件，用于增大距离测量光沿垂直方向的散布角；以及装置，用于附着或拆卸扩展元件以用于将扩展元件插入距离测量光轴或从距离测量光轴去除扩展元件。因此，勘测装置具有简单的构造，并且可以通过从具有沿垂直方向的散布角的扇形距离测量光、具有平行束的点型距离测量光或具有不同散布角的扇形距离测量光中进行选择来投射距离测量光。

而且，本发明提供如上所述的勘测系统，其包括勘测装置和待测量对象，其中所述勘测装置包括：距离测量光投射单元，用于朝着待测量对象投射点型距离测量光或扇形距离测量光；距离测量光投射方向检测单元，用于检测距离测量光投射单元产生的投射方向；距离测量光接收单元，用于接收从待测量对象反射的点型距离测量光或扇形距离测量光；扇形束旋转投射单元，用于在旋转照射中投射两个或更多个扇形束，其中至少一个扇形束是倾斜的；扇形束投射方向检测单元，用于检测扇形束的投射方向；第一通信单元；距离测量光切换单元，用于切换点型距离测量光和扇形距离测量光，以及其中待测量对象包括：运算单元；反射器，用于反射从距离测量光投射单元投射的距离测量光；扇形束接收单元，用于接收来自扇形束旋转投射单元的扇形束；以及第二通信单元，用于通过将包括来自扇形束接收单元的信号的信号给予第一通信单元和从第一通信单元获取所述信号来执行通信，其中当选择点型距离测量光时所述运算单元基于来自距离测量光投射方向检测单元和来自距离测量光接收单元的信号来计算待测量对象的三维位置，以及其中所述运算单元基于来自扇形束投射方向检测单元和/或距离测量光投射方向检测单元的信号、基于来自距离测量光接收单元的信号、以及基于在第一通信单元处接收的来自第二通信单元的信号来计算待测量对象的三维位置。因此，有可能选择电光测量的方面，并且提高勘测装置的适用性。

进一步地，本发明提供如上所述的勘测系统，其中投射光切换单元包括：扩展元件，用于增大距离测量光沿垂直方向的散布角；以及装置，用于将扩展元件插入距离测量光轴和从距离测量光轴去除扩展元件。因此，勘测装置具有简单的构造，并且可以通过从具有沿垂直方向的散布角的扇形距离测量光、具有平行束的点型距离测量光或具有不同散布角的扇形距离测量光中进行选择来投射距离测量光。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的示意图，其示出执行多测量的情况；

图2是在执行单人操作测量的情况下本发明的一个实施例的示意图；

图3是根据本发明的勘测装置的示意性框图；

图4是示出根据本发明的勘测装置的旋转单元的部分视图；

图5是示出勘测装置的距离测量光学系统的示意性框图；

图6是沿着图3中的箭头A的箭头图，并且图6是示出勘测装置的参考平面形成单元的布置的示意图；

图7是在通过使用勘测装置执行单人操作测量的条件下旋转单元的部分视图；

图8是另一实施例的旋转单元的部分视图，其示出当执行单人操作测量时的旋转单元；以及

图9是又一实施例的部分视图，其示出当执行单人测量时的旋转单元。

具体实施方式

下面将通过参考附图给出对用于实现本发明的最佳模式的描述。

首先，参考图1和图2，将在本发明的一个实施例中给出对勘测系统的一般特征的描述。

勘测系统包括勘测装置1和至少一个光检测装置7。勘测装置1和光检测装置7可以通过通信装置彼此给予和获取数据。

图1示出通过使用勘测装置1和多个待测量对象2来执行多测量的情况。

勘测装置1通过三脚架8被安装在已知点处，以及可以在旋转照射中以恒定速度投射用于形成参考平面的激光束5，并且可以在旋转照射中投射距离测量光6。每个待测量对象2具有包括反射棱镜的光检测装置7、以及杆10，并且光检测装置7被安装在杆10上的已知高度。光检测装置7接收从勘测装置1投射的激光束，并且将激光束反射到勘测装置1。

勘测装置1可以通过接收从光检测装置7反射的距离测量光6来测量到安装在多个点处的光检测装置7中的每一个的距离。

参考平面形成单元3通过在旋转照射中以恒定速度投射用于形成参考平面的激光束5来形成水平参考平面。用于形成参考平面的激光束5由两个或更多个扇形激光束组成，其中至少一个束以已知角倾斜。(在图中，激光束5由光通量的横截面为N形的三个扇形激光束组成(在下文中，可以被称为“扇形束”))。

勘测装置1在旋转照射中投射用于形成参考平面的激光束5。通过获得当光检测装置7检测到两个或更多个扇形激光束时的时间差，有可能当勘测装置1处于中心时从时间差和倾斜的扇形激光束的倾斜角来确定相对于水平参考平面的仰角。基于该仰角，可以设置倾斜参考平面。勘测装置1接收来自光检测装置7的仰角，并且从仰角被接收的时间通过编码器计算扇形激光束的投射方向。然后，利用这样接收的仰角数据，计算光检测装置7的水平角。可以基于当勘测装置接收来自待测量对象2的反射光时的光检测时间来计算仰角和水平角。

距离测量光投射单元4在旋转照射中投射距离测量光6。距离测量光6是沿垂直方向散布的扇形距离测量光6a，或者是作为具有小直径的近似平行延伸的光通量的点型距离测量光6b。它被设计成使得选择和投射这些类型的光之一。

当投射扇形距离测量光6a时，接收从散布范围内的待测量对象2反射的距离测量光，并且确定到待测量对象2的距离。通过在旋转照射中投射扇形距离测量光6a，有可能同时测量到多个待测量对象2的每一个的距离。而且，从用于形成参考平面的激光束5测量的仰角和从扇形距离测量光6a测量的距离，有可能测量每个待测量对象2在高度方向的位置。

图2示出执行单人操作测量的情况。当执行单人操作测量时，从距离测量光投射单元4投射点型距离测量光6b。

首先，在旋转照射中从勘测装置1投射用于形成参考平面的激光束5。光检测装置7基于来自两个或更多个扇形激光束的每一个的光检测时间差来测量仰角，并且将测量的结果传送到勘测装置1。当从光检测装置7接收到仰角的数据时，勘测装置1从数据被接收的时间通过编码器计算扇形激光束的投射方向。与这样接收的仰角的数据一起，计算光检测装置7的水平角。它可以这样被设计以使从当勘测装置1接收到反射光时来自待测量对象2的反射光的光检测时间来计算仰角和水平角。

从水平角和仰角，确定从勘测装置1看到的光检测装置7的方向，并且沿所确定的方向投射点型距离测量光6b。在这种情况下，距离测量光是具有小的束直径的激光束，并且所述束近似平行地延伸。当点型距离测量光6b被投射到光检测装置7，并且从光检测装置7反射的距离测量光由勘测装置1接收到时，停止在旋转照射中投射用于形成参考平面的激光束5，并且开始跟踪测量。

在用于形成参考平面的激光束5不能检测到待测量对象2的情况下，连续地发射扇形距离测量光6a或点型距离测量光6b，并且可以通过在旋转照射中投射光和通过沿垂直方向移动光来搜索待测量对象2。

在单人操作测量中，距离测量光6的直径小并且光强度高。因此，来自噪声光的影响小，并且可以对长距离进行距离测量。由于在跟踪光检测装置7时执行测量，因此有足够的测量时间，并且测量精度高。

如上所述，根据本发明，在多测量的情况下以沿垂直方向的散布角投射扇形距离测量光6a，以及在单人操作测量的情况下投射具有小的束直径和窄散布的点型距离测量光6b。

现在，参考图3至图5，将给出对勘测装置的描述，通过该勘测装置，有可能在多测量的情况下和在单人操作测量的情况下选择性地投射具有不同束形状的距离测量光6。

勘测装置1主要包括校平单元11、通过校平单元11安装在三脚架8上的主单元12、以及可旋转地安装在主单元12上的旋转器13。

校平单元11被用来执行勘测装置1的校平，并且校平单元11具有沿垂直方向向下投射激光束的点激光束投射单元14。安装勘测装置1的位置可以由点激光束被投射在地面上的点来确定。

距离测量单元15、距离测量光学单元16、仰角旋转轴倾斜检测单元17、倾斜传感器10、主单元控制器19、通信单元21、电源22等被容纳在主单元12中。

距离测量单元15具有距离测量光源(未示出)以及跟踪光源(未示出)。通过第一玻璃纤维24从距离测量光学单元16投射距离测量光6，以及通过第二玻璃纤维26从距离测量光学单元16投射跟踪光25。从待测量对象2反射的反射距离测量光6′通过距离测量光学单元16被接收，并且通过第三玻璃纤维27朝着距离测量单元15被引导。

距离测量单元15通过比较反射距离测量光6′与通过分割距离测量光6所获得的内部参考光(未示出)来执行距离测量。

由倾斜传感器18检测主单元12的倾斜。在旋转器13的下端，设有作为反射镜的旋转环28，并且仰角旋转轴倾斜检测单元17被布置在与旋转环28相对的位置。

仰角旋转轴倾斜检测单元17朝着旋转环28投射检测光，并且由旋转环28反射的检测光被光检测传感器29接收。根据检测光在光检测传感器29上的光检测位置的偏移来检测旋转环28的倾斜，即旋转器13的旋转轴的倾斜。

旋转环28还实现作为水平角检测编码器31的模式环的功能。基于来自模式检测单元32的信号来检测水平角。水平角检测编码器31具有参考点，并且充当绝对编码器，其可以检测来自参考点的角。

现在，参考图5，将给出对距离测量光学单元16的描述。

在图5中，参考数字30表示距离测量光轴，并且距离测量光轴30与旋转器13的旋转轴一致。聚光透镜36、平面镜35和分束器37被布置在距离测量光轴30上。聚光透镜43和跟踪光光检测传感器44被布置在来自分束器37的反射光光轴47上。聚光透镜45和图像光检测传感器46被布置在分束器37的透射光光轴48上。

距离测量光6由平面镜33a反射，以及跟踪光25沿着与距离测量光6的光路相同的光路由平面镜33b反射。距离测量光6具有不同于跟踪光25的波长的波长，以及平面镜33a被设计成形成反射膜，以使该反射膜允许距离测量光6穿过，以及反射跟踪光25。

距离测量光6和跟踪光25由平面镜34和平面镜35偏转，并且沿着距离测量光轴30投射。距离测量光6和跟踪光25被转变成平行光通量束，然后所述平行光通量束通过旋转器13沿水平方向被偏转并且被投射。

由待测量对象2反射的反射距离测量光6′通过旋转器13进入距离测量光学单元16。然后，反射距离测量光6′由聚光透镜36会聚，并且由分束器37的上反射表面38反射。进一步地，反射距离测量光6′由平面镜35和平面镜39反射，并且进入第三玻璃纤维27。

在穿过上反射表面38的反射跟踪光25′和可见光(自然光)42中，反射跟踪光25′由内反射表面41反射。然后，反射跟踪光25′由聚光透镜43会聚，并且由跟踪光光检测传感器44接收。可见光42穿过内反射表面41，由聚光透镜45会聚，并且由图像光检测传感器46接收。

在上反射表面38上形成反射膜，所述反射膜反射反射距离测量光6′并且允许反射跟踪光25′和可见光42穿过。在内反射表面41上形成反射表面，所述反射表面反射反射跟踪光25′并且允许可见光42穿过。

采用多个像素的集合，例如CCD、CMOS传感器等，以作为跟踪光光检测传感器44和图像光检测传感器46。可以识别每个像素的地址(在光检测元件上的位置)，并且可以找到每个像素的视场角(视角)。

距离测量光6和跟踪光25由距离测量光学单元16朝着距离测量光轴30投射，并且反射距离测量光6′、反射跟踪光25′、以及进入距离测量光学单元16的可见光42可以分别被接收和检测。

主单元控制器19控制距离测量单元15，并且还控制驱动单元，例如稍后将描述的水平旋转电机52和仰角旋转电机57。当选择扇形距离测量光6a进行距离测量时，控制距离测量单元15以使可以与扇形距离测量光6a的投射同时地投射用于形成参考平面的激光束5，并且通过接收来自待测量对象2的距离测量光6′来测量距离。从当用于形成参考平面的激光束5穿过待测量对象2时扇形光的时间差来计算仰角。基于当用于形成参考平面的激光束5穿过待测量对象2时水平角检测编码器31产生的检测结果确定水平角，并且计算待测量对象2的三维位置。

当选择点型距离测量光6b进行距离测量时，执行距离测量，并且基于来自待测量对象2的反射光的光检测，由水平角检测编码器31检测投射方向的水平角，并且由稍后将描述的仰角检测编码器58检测沿投射方向的仰角。基于距离测量的结果、基于水平角、以及基于这样检测的仰角，计算待测量对象2的三维位置。

现在，参考图3，将给出对旋转器13的描述。

旋转器13通过轴承51和52被可旋转地安装在主单元12上，并且它以下述方式被设计，即使得旋转器13由水平旋转电机52沿水平方向旋转。

旋转器13包括旋转架53、安装在旋转架53的上部上的参考平面形成单元3、水平旋转轴倾斜检测单元54以及与旋转架53一体化的旋转器盖50。旋转器盖50覆盖水平旋转轴倾斜检测单元54、参考平面形成单元3和旋转架53。在该图中，参考数字49表示供电环。通过供电环49，电力从主单元12被供应到旋转器13。

仰角旋转镜56被可旋转地围绕旋转架53上的水平旋转轴55布置。仰角旋转电机57设在水平旋转轴55的一端，并且仰角检测编码器58设在水平旋转轴55的另一端。

仰角检测编码器58的模式环59类似于旋转环28被设计成反射镜。旋转环28被布置在与水平旋转轴倾斜检测单元54相对的位置。从水平旋转轴倾斜检测单元54投射的检测光由模式环59反射，并且由水平旋转轴倾斜检测单元54接收。基于水平旋转轴倾斜检测单元54上的检测位置的偏移，检测水平旋转轴55的倾斜。仰角检测编码器58具有参考点，并且它被设计成绝对编码器，其可以检测来自参考点的仰角。

参考图4，将给出对仰角旋转镜56和设在仰角旋转镜56上的束扩展元件的描述。

仰角旋转镜56的两个平面被设计成反射表面，并且仰角旋转镜56被保持在镜架61上。镜架61通过水平旋转轴55被可旋转地安装在旋转架53上。仰角旋转镜56的参考位置是相对于沿垂直方向延伸的距离测量光轴30倾斜45°的位置，并且距离测量光轴30从仰角方向偏转到沿水平方向延伸的距离测量光轴30a的方向。

扩展距离测量光6沿垂直方向的散布角的扩展元件62被保持在镜架61上。扩展元件62处于与仰角旋转镜56的一个表面相对的位置，并且它相对于相对表面成45°角倾斜。因此，扩展元件62沿垂直于距离测量光轴30的方向延伸。

使用双凸透镜或光栅元件来作为扩展元件62。

从仰角旋转镜56的参考位置，仰角旋转镜56通过水平旋转轴55由仰角旋转电机57沿仰角方向旋转。由此，可以改变投射距离测量光6的仰角。而且，在该情况下的仰角可以由仰角检测编码器58检测(参见图3)。

现在，参考图6，将给出对参考平面形成单元3的描述。

参考平面形成单元3包括扇形激光束发射单元63和用于可旋转地支撑扇形激光束发射单元63的机械单元。机械单元包含可旋转支撑的旋转架53和水平旋转电机52。用于形成参考平面的激光束5的投射方向(水平角)由水平角检测编码器31检测。用于形成参考平面的激光束5由待测量对象2反射，并且反射光通过距离测量光学单元16由光检测传感器接收。使用跟踪光光检测传感器44来作为光检测传感器。通过在跟踪光光检测传感器44接收用于形成参考平面的激光束5的反射光的时刻检测水平角检测编码器31的水平角，以勘测装置1作为参考可以测量待测量对象2的水平角。

扇形激光束发射单元63包括：用于形成参考平面的激光束发射源64(例如LD)，分离棱镜65、66和67，以及布置在分离棱镜65、66和67的出射表面上的光通量横截面调节元件68、69和70。使用柱面透镜、衍射光栅等来作为光通量横截面调节元件68、69和70。从扇形激光束发射单元63发射的激光束由分离棱镜65、66和67分离成三个部分。进一步地，通过光通量横截面调节元件68、69和70，调节激光束横截面以具有横截面长轴在垂直方向的椭圆形光通量横截面。三个横截面长轴相对于彼此成已知角倾斜。扇形激光束的光轴被设计成在旋转中心O彼此相交。

接着，参考图4，将描述光检测装置7。

光检测装置7设在杆10上的已知位置，并且光检测装置7主要包括用于接收用于形成参考平面的激光束5的光检测单元72、用于反射距离测量光6的反射器(例如棱镜73)、用于与勘测装置1的通信单元21通信的光检测方通信单元74、光检测方控制运算单元75、光检测方操作单元(未示出)、以及光检测方显示单元(未示出)。

采用诸如无线电通信、光通信等之类的方法来作为通信单元21和光检测方通信单元74的通信方法。

光检测方控制运算单元75基于当光检测单元72接收用于形成参考平面的激光束5时每个扇形激光束的光检测时间的时间差来计算仰角。计算的结果可以由光检测方通信单元74传送到勘测装置1。

现在，将给出对操作的描述。

图4示出执行多测量的情况。镜架61被保持在一个位置，以使扩展元件62垂直地截断距离测量光轴30a。

所以，距离测量光6由仰角旋转镜56沿水平方向偏转。当距离测量光6穿过扩展元件62时，光通量的横截面沿垂直方向被扩展并且光被投射。

同时，在用于形成参考平面的激光束5从扇形激光束发射单元63被投射的条件下，水平旋转电机52被驱动，并且用于形成参考平面的激光束5和距离测量光6在旋转照射中被投射。

由于用于形成参考平面的激光束5和距离测量光6具有沿垂直方向的散布并且在全圆周上旋转，所以可以在宽范围内实现测量，并且可以测量定位在投射范围内的多个待测量对象2(参见图1)。当同时使用多个勘测装置1时，不同地调制用于形成参考平面的激光束5以防止无线电干扰(人为干扰)，并且可以在光检测装置7一方辨别激光束。

接收来自棱镜73的反射距离测量光6′，并且在距离测量单元15处测量距离。通过在距离测量光6′被接收的时刻检测水平角检测编码器31的角，测量水平角。由光检测装置7测量的仰角从光检测方通信单元74被传送，并且可以获得相对于待测量对象2的仰角。从距离测量的结果和仰角，可以确定待测量对象2的高度。因此，可以确定每个待测量对象2的三维数据。

图7示出执行单人操作测量的情况。

当测量操作从多测量转变到单人操作测量时，驱动仰角旋转电机57，并且镜架61围绕水平旋转轴55旋转90°。

扩展元件62从距离测量光轴30a分离。因此，距离测量光6作为具有窄束直径的点光被投射。为了从距离测量光6的光路中分离扩展元件62，镜架61可以旋转180°的角。仰角旋转镜56充当用于插入和去除扩展元件62的装置。

首先，作为准备，从扇形激光束发射单元63投射用于形成参考平面的激光束5。驱动水平旋转电机52，并且在旋转照射中投射用于形成参考平面的激光束5。

根据两个或更多个扇形激光束的光检测的时间差，由光检测装置7测量仰角，并且测量的结果被传送到勘测装置1。当接收到来自光检测装置7的仰角时，勘测装置1基于接收仰角数据的时刻通过编码器计算扇形激光束的投射方向。通过协调这样接收的仰角数据，计算光检测装置7的水平角。可以基于来自待测量对象2的反射光的光检测的时间由勘测装置1计算仰角和水平角。

从距离测量单元15投射距离测量光6和跟踪光25，并且旋转器13由水平旋转电机52旋转。镜架61由仰角旋转电机57旋转，并且投射方向朝着待测量对象2被导向。

当跟踪光25捕获待测量对象2并且距离测量光6由棱镜73反射时，可以执行单人操作距离测量。即使当待测量对象2移动时，也可以通过检测反射跟踪光25′来跟踪待测量对象2。

在距离测量光6′被检测的时刻由水平角检测编码器31和仰角检测编码器58测量水平角和仰角。基于距离测量的结果，确定待测量对象2的高度，并且可以实现对待测量对象2的三维数据的测量。

对于仰角，可以使用由光检测装置7获得的仰角。

在单人操作测量的情况下，距离测量光6具有高的光强度。因此，可以执行长距离的距离测量。而且，由于通过对准待测量对象2进行测量，因此测量精度高。

图8和图9均代表另一实施例。

在这些实施例中，扩展元件62设在旋转器盖50上。

在旋转器盖50上离距离测量光轴30有180°的位置处布置有透射部分，例如透射窗76和77。在透射窗之一上，即在透射窗76上，安装有扩展元件62。而且在另一透射窗上，即在透射窗77上，安装有纯玻璃窗，因此，透射窗77不具有光学功能。

在仰角旋转镜56的反射表面被布置在与扩展元件62相对的位置处的条件下，(图8)，距离测量光6穿过扩展元件62。光通量的横截面沿垂直方向扩展，并且可以执行多测量。

接着，当仰角旋转镜56旋转90°的角时，反射表面到达与透射窗77相对的位置，并且距离测量光6通过穿过透射窗77被投射。由于扩展元件62未设在透射窗77上，所以可以保持距离测量光6的束的配置。以高的光强度投射光，同时保持光通量具有小直径。因此，可以执行单人操作测量，并且可以进行长距离的距离测量。

作为另一实施例的变化，扩展元件62被布置在旋转器盖50的透射窗76上，并且旋转器盖50被设计成相对于旋转架53旋转。然后，旋转器盖50和用于旋转旋转器盖50的致动器充当用于插入和去除扩展元件62的装置。

在不使仰角旋转镜56旋转90°的角的情况下，如果旋转器盖50相对于旋转架53相对地旋转并且改变透射窗76和透射窗77的位置，则沿垂直方向散布的用于多测量的扇形距离测量光6和用于单人操作测量的点型距离测量光6可以彼此切换。

进一步地，扩展元件62不一定被布置在旋转器13上，并且只要以下述方式布置扩展元件62就足够了，即使得有可能在距离测量光6的光路中插入和去除。

而且，在未在多测量中测量仰角的情况下，可以不使用用于投射扇形束的参考平面形成单元3。

进一步地，关于扇形距离测量光6a的散布角，它可以被设计成，使得多个扩展元件62被布置成具有多个不同的散布角，使得根据距离来选择扩展元件62，以及使得具有足够散布角的扇形距离测量光6a被投射。

例如，仰角旋转镜56可以被设计成具有三个反射表面，并且具有不同散布特性的扩展元件设在两个反射表面上。然后，通过切换仰角旋转镜56的反射表面，可以改变穿过扩展元件的距离测量光的散布角。或者，透射窗可以如图8中所示以三个部分成120°的角设在旋转器盖50上。然后，具有不同散布特性的扩展元件设在两个透射窗上，并且扩展元件相对于仰角旋转镜56以每一120°相对地旋转，使得可以选择距离测量光穿过的扩展元件62。

进一步地，它可以被设计成使得由扩展元件散布的扇形距离测量光6通过仰角旋转镜56的驱动来沿垂直方向旋转。也就是说，通过在沿仰角方向的任意位置处停止仰角旋转镜56，可以改变扇形距离测量光6a的投射方向(即方向性)。

因此，即使当使用散布角比用于形成参考平面的激光束5的散布角更窄的扇形距离测量光6a时，也可以在通过使用用于形成参考平面的激光束5检测到的仰角的范围内测量距离，以及可以使扇形距离测量光6a的散布角更小，并且可以进行更长距离的距离测量。

Claims (10)

1.一种勘测装置，包括：旋转器，用于沿水平方向偏转距离测量光和用于在旋转照射中投射所述距离测量光；至少一个扩展元件，用于增大所述距离测量光沿垂直方向的散布角；以及装置，用于附着或拆卸所述扩展元件，以使所述扩展元件能够被插入距离测量光轴和从距离测量光轴被去除，

其中所述旋转器具有用于沿水平方向偏转所述距离测量光轴的仰角旋转镜，所述仰角旋转镜能够围绕水平轴旋转，所述仰角旋转镜具有多个反射表面，所述至少一个扩展元件与所述仰角旋转镜的一个表面相对地布置并且能够与所述仰角旋转镜一体地旋转，其中，所述仰角旋转镜充当所述用于附着或拆卸所述扩展元件的装置，并且其中所述仰角旋转镜和所述扩展元件被布置为使得所述距离测量光在所述仰角旋转镜的一个表面处被反射为穿过所述扩展元件，以及当所述仰角旋转镜被旋转到使得所述距离测量光在所述仰角旋转镜的另一表面处被反射的位置时，所述扩展元件随着所述仰角旋转镜的旋转而从距离测量光轴分离。

2.根据权利要求1所述的勘测装置，其中所述扩展元件由扩展元件保持单元相对于所述仰角旋转镜保持，所述扩展元件保持单元围绕仰角轴旋转，并且选择所述距离测量光被投射的光路。

3.一种勘测装置，包括：光源，用于发射距离测量光；距离测量光投射单元，用于朝着存在待测量对象的空间投射来自所述光源的所述距离测量光以作为点型距离测量光或作为扇形距离测量光；扇形束旋转投射单元，用于在旋转照射中投射两个或更多个扇形束，其中至少一个扇形束是倾斜的；水平角检测单元，用于检测所述扇形束或所述距离测量光沿投射方向的水平角；仰角检测单元，用于检测所述点型距离测量光沿投射方向的仰角或用于检测扇形束接收单元产生的仰角；距离测量单元，用于通过接收来自所述待测量对象的反射距离测量光来测量到所述待测量对象的距离；反射扇形束接收单元，用于接收从所述待测量对象反射的所述扇形束的反射光；距离测量光切换单元，用于选择从所述距离测量光投射单元投射的所述点型距离测量光或所述扇形距离测量光之一；以及运算单元，用于基于所述距离测量单元产生的距离测量结果、基于所述水平角检测单元产生的检测结果、以及基于所述仰角检测单元产生的检测结果来计算所述待测量对象的三维位置，

其中所述距离测量光投射单元具有用于沿水平方向偏转距离测量光轴的仰角旋转镜，所述仰角旋转镜能够围绕水平轴旋转，所述仰角旋转镜具有多个反射表面，其中所述距离测量光切换单元具有用于增大所述距离测量光沿垂直方向的散布角的扩展元件以及用于附着和拆卸所述扩展元件以便将所述扩展元件附着到所述距离测量光轴或从所述距离测量光轴拆卸的装置，其中所述扩展元件与所述仰角旋转镜的一个表面相对地布置并且能够与所述仰角旋转镜一体地旋转，其中，所述仰角旋转镜充当所述用于附着或拆卸所述扩展元件的装置，并且其中所述仰角旋转镜和所述扩展元件被布置为使得所述距离测量光在所述仰角旋转镜的一个表面处被反射为穿过所述扩展元件，以及当所述仰角旋转镜被旋转到使得所述距离测量光在所述仰角旋转镜的另一表面处被反射的位置时，所述扩展元件随着所述仰角旋转镜的旋转而从距离测量光轴分离。

4.根据权利要求1或3所述的勘测装置，其中所述扩展元件是双凸透镜。

5.根据权利要求1或3所述的勘测装置，其中所述扩展元件是光栅元件。

6.根据权利要求1所述的勘测装置，其中，当所述扩展元件被去除时，所述仰角旋转镜进一步沿垂直方向旋转并且偏转所述距离测量光轴。

7.根据权利要求1所述的勘测装置，其中所述扩展元件可以选自所述距离测量光沿垂直方向具有不同散布角的多个扩展元件。

8.一种勘测系统，包括勘测装置和待测量对象，

其中所述勘测装置包括：距离测量光投射单元，用于朝着待测量对象投射点型距离测量光或扇形距离测量光；距离测量光投射方向检测单元，用于检测所述距离测量光投射单元产生的投射方向；距离测量光接收单元，用于接收从所述待测量对象反射的所述点型距离测量光或所述扇形距离测量光；扇形束旋转投射单元，用于在旋转照射中投射两个或更多个扇形束，其中至少一个扇形束是倾斜的；扇形束投射方向检测单元，用于检测所述扇形束的投射方向；第一通信单元；距离测量光切换单元，用于切换所述点型距离测量光和所述扇形距离测量光；运算单元，

以及其中所述待测量对象包括：反射器，用于反射从所述距离测量光投射单元投射的距离测量光；扇形束接收单元，用于接收来自所述扇形束旋转投射单元的所述扇形束；第二通信单元，用于通过将信号给予所述第一通信单元和从所述第一通信单元获取所述信号来执行通信，其中所述信号包括来自所述扇形束接收单元的信号，

其中所述距离测量光投射单元具有用于沿水平方向偏转距离测量光轴的仰角旋转镜，所述仰角旋转镜能够围绕水平轴旋转，所述仰角旋转镜具有多个反射表面，其中所述距离测量光切换单元具有用于增大所述距离测量光沿垂直方向的散布角的扩展元件以及用于附着和拆卸所述扩展元件以便将所述扩展元件附着到所述距离测量光轴或从所述距离测量光轴拆卸的装置，其中所述扩展元件与所述仰角旋转镜的一个表面相对地布置并且能够与所述仰角旋转镜一体地旋转，

其中所述仰角旋转镜充当所述用于附着和拆卸所述扩展元件的装置，并且其中所述仰角旋转镜和所述扩展元件被布置为使得所述距离测量光在所述仰角旋转镜的一个表面处被反射为穿过所述扩展元件，以及当所述仰角旋转镜被旋转到使得所述距离测量光在所述仰角旋转镜的另一表面处被反射的位置时，所述扩展元件随着所述仰角旋转镜的旋转而从距离测量光轴分离，

其中当选择所述点型距离测量光时所述运算单元基于来自所述距离测量光投射方向检测单元和来自所述距离测量光接收单元的信号来计算所述待测量对象的三维位置，

以及其中所述运算单元基于来自所述扇形束投射方向检测单元和/或所述距离测量光投射方向检测单元的信号、基于来自所述距离测量光接收单元的信号、以及基于在所述第一通信单元处接收的来自所述第二通信单元的信号来计算所述待测量对象的三维位置。

9.根据权利要求8所述的勘测系统，其中所述扩展元件是双凸透镜。

10.根据权利要求8所述的勘测系统，其中所述扩展元件是光栅元件。

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