CN101553707A

CN101553707A - 坐标测量设备

Info

Publication number: CN101553707A
Application number: CNA2007800091865A
Authority: CN
Inventors: D·迈耶; R·朱姆布伦; T·詹森; B·布劳尼克
Original assignee: Leica Geosystems AG
Current assignee: Leica Geosystems AG
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2027-01-04
Also published as: AU2007204542A1; CN102680983A; WO2007079600A1; CA2636381A1; JP2011123079A; EP1971821B1; CN102680983B; JP2009523235A; EP2261601B1; EP2261601A1; US8031331B2; EP1971821A1; US20100253931A1; CN101553707B; AU2007204542B2; JP5755891B2; JP5558003B2; CA2636381C

Abstract

本发明涉及坐标测量设备，具有：光学距离测量装置(200、300)，用于测量至可在空间内移动的测量辅助装置(5)的距离；具有变焦距物镜的相对于至少两个轴可旋转的变焦距照相机(106)；和用于对测量辅助装置(5)粗略定位的环视照相机(104)。距离测量装置(200、300)的光输出和光接收光学装置(101、102)、变焦距照相机(106)和环视照相机(104)设置在共同的、相对于至少两个轴(A、Z)可旋转的载体(1)上。距离测量装置(200、300)的光轴(111)和环视照相机(104)的光轴(112)优选地在所述坐标测量设备之外同轴伸展。优选地，距离测量装置(200、300)的子单元设置在所述载体(1)上和可旋转的中间单元(2)上，且通过光导体(501－508)相互连接。

Description

坐标测量设备

技术领域

本发明涉及坐标测量设备领域，特别是涉及根据相应独立权利要求的前序部分所述的具有距离测量装置、变焦距照相机和环视照相机(

)的坐标测量设备。

背景技术

这种坐标测量设备例如由WO 03/062744 A1已知。在那里说明了一种设备，在该设备中，可移动的载体具有两个距离测量装置的各个部件，所述部件与余下的部件通过光纤光导体相连接。在此这些余下的部件设置在设备的固定基座中。载体可围绕两个轴旋转，使得因此光导体必须能围绕这两个轴移动。此外在载体上设有变焦距照相机和环视照相机。所述照相机的光路输入耦合到距离测量器的光路中，从而所有的光路或光轴在载体之外基本同轴地伸展。

US 2003/0020895 A1说明了绝对距离测量器，其中输出光学装置和光电部件一方面固定在移动的平台上，另一方面固定在设备的基座处，且通过光纤相互连接。

EP 0 759 538 A2说明了一种激光系统，其中为了热解耦而通过光纤使激光源与余下的部件脱离(absetzen)。

在DE 102 35 888 A1中说明了一种具有摄像装置的自动准直测量装置。由摄像装置所摄取的图像在显示器上被显示，其中通过显示装置可以在图像上标记测量点。测量装置具有高度放大的光学准直照相机系统。摄像装置被构造为广角照相机。广角照相机的光路基本平行于准直照相机系统的光路。准直照相机系统具有两个准直装置：一方面为准直照相机，另一方面为十字传感器。这两个准直装置用于使得准直照相机系统与目标标记精确地对准，其中一个更确切地说安装在户外，另一个更确切地说安装在封闭的空间中。如果准直照相机系统被对准，则利用光学距离测量器确定至目标标记的距离，该光学距离测量器的光轴与准直照相机系统的光轴同轴。广角照相机也被视为(第三)替代准直装置，且用于对目标标记的粗略定位。因此所述广角照相机用作环视照相机。环视照相机的和距离测量装置的光轴由此平行且彼此分开、即不同轴。需要高精确性的两个系统元件(距离测量和准直)由此同轴布置。以较低精确性工作的系统元件(用于粗略定位的环视照相机)单独地且与之平行地布置，因为与从精确准直向距离测量的转变相比，在从粗略定位向对目标标记的精确准直转变时视差校准不必满足很高的要求。

EP 1 610 092 A1说明了一种测量设备，其中距离测量装置与光学瞄准器同线布置。光学瞄准器没有变焦距功能。可以从光学瞄准器的光路将图像输出耦合到第一图像传感器上。具有自己的光学装置的第二图像传感器被设置用于以大30倍的张角检测图像。可以通过电子切换有选择地显示第一或第二图像传感器的图像。该文件并未公开用于跟踪测量辅助装置的装置，也未公开变焦距照相机。在一种实施形式中，第一和第二图像传感器的光路在设备之外同线延伸。但为此要求共同的输出光学装置具有两个单独的同中心的透镜系统，也就是说，(多个)输出透镜的内部区域被形成用于成像至一个图像传感器，而环形地围绕该内部区域布置的外部区域被形成用于成像至另一图像传感器。

发明内容

因此本发明的目的在于，提供一种开头部分所述类型的坐标测量设备，其相比于现有技术改善了测量精度。

所述目的通过具有相应独立权利要求的特征的坐标测量设备得以实现。

该坐标测量设备优选包括：

·至少一个光学距离测量装置，用于测量至在空间内可移动的测量辅助装置的距离，和具有用于跟踪该测量辅助装置的第一测量和控制回路；

·相对于至少两个轴可旋转的变焦距照相机，具有变焦距物镜和用于使得测量辅助装置到光电图像转换器上的成像的大小保持恒定的第二测量和控制回路；

·用于对测量辅助装置粗略定位的环视照相机；

·其中距离测量装置的光输出光学装置和光接收光学装置、变焦距照相机和环视照相机布置在共同的、相对于至少两个轴可旋转的载体上；

其中距离测量装置的光轴和环视照相机的光轴在坐标测量设备之外同轴伸展。

因此可以实现光学部件在载体上总体特别节省位置的布置。

至少一个距离测量装置优选地是干涉仪测量设备、基于激光光束的绝对值距离测量器或两者的组合。因此距离测量装置的光输出和光接收光学装置以及距离测量装置的余下元件在载体中并以与之一起移动的方式来布置。产生至少一个经准直的光束用于测量至测量辅助装置的距离。在移动测量辅助装置时，被反射的光束的位移通过照相机或位置灵敏探测器来检测，通过第一测量和控制回路移动载体用于跟踪测量辅助装置。

在此优选地，在所接收的光束的光路中，首先设有至环视照相机的光的第一输出耦合装置。由此环视照相机尽可能靠近光学装置的输出口，因此可以具有大的张角。按照其目的，环视照相机具有比变焦距照相机大的张角。典型地，环视照相机的张角为10°或更大，而变焦照相机的张角例如在1°和10°之间根据至测量辅助装置的距离可变化(例如在1°时距离为15m，在10°时距离为1.5m)。

优选接下来设置至传感器的光的第二输出耦合装置，该传感器提供用于跟踪测量辅助装置的测量参量。所述第二输出耦合装置设置在未被第一输出耦合装置输出耦合的、也即透过的光分量的光束中。所述传感器是位置转换器，其检测在转换器的面上的光斑的位置。在本发明的一种替代实施形式中，代替位置转换器，环视照相机提供用于跟踪测量辅助装置的测量参量。

优选地，第一和第二输出耦合装置围绕所接收的光的轴相对旋转至少几乎90°。透过的光通过第一输出耦合装置的镜所获得的非对称性由此通过第二输出耦合装置的对此旋转的镜再次得到补偿。

在本发明的优选实施形式中，变焦距照相机的和距离测量装置的光路分别经由单独的输出光学装置、即以双轴的方式引导。换句话说：变焦距照相机的光轴和距离测量装置的光路在坐标测量设备和测量辅助装置之间的区域中不同轴地伸展。因此，虽然在分析和协调变焦距照相机的数据和余下传感器的数据时必须考虑这些光线径迹之间的距离，但光学结构得到了简化。

在本发明的另一优选实施形式中，变焦距照相机的光轴在坐标测量设备之外同样与距离测量装置的和环视照相机的光轴同轴地伸展。在此，光学结构因此是比较昂贵的，为此分析比较简单。为此优选在被第一输出耦合装置输出耦合的光的光路中设置第三输出耦合装置。该第三输出耦合装置因此被设置用于将光输出耦合至变焦距照相机。

在此，不同的照相机或距离测量器可同时工作。这与如下装置相反，即在所述装置的情况下，通过可折叠的镜(Speigel)进行光的转向，由此在这种装置中，各个测量装置仅仅可交替地和相互排他地工作。

优选地，输出耦合装置中的至少一个是波长相关的分束器。也就是说，不同的照相机和距离测量装置以及位置探测装置至少部分地在不同的波长范围内工作。因此可以使这些测量装置的相互影响最小化。另外，在某一波长范围内所接收的光能的大部分可到达所分配的探测器。

在本发明的优选实施形式中，变焦距照相机的光电图像转换器相对于变焦距照相机的光轴非对称地布置，且图像转换器的中点偏离距离测量装置的光轴。

坐标测量设备优选具有：

·至少一个光学距离测量装置；

·用于发射和接收光的装置；

·发送接收单元，其相对于中间单元或载体围绕轴、例如方位轴可旋转地布置；

·中间单元，其相对于基座单元围绕另一轴、例如与第一轴不平行的顶轴可旋转地布置，由此发送接收单元相对于基座单元围绕两个轴可旋转地布置；

·其中光学距离测量装置具有第一子单元，该子单元布置在发送接收单元上且与之一起移动；

·光学距离测量装置具有第二子单元，并且用于传递光的至少一个光导体布置在距离测量装置的第一和第二子单元之间；

其中第二子单元布置在中间单元上且与之一起移动。

由此，一个或多个光导体在子单元之间只需沿着唯一移动的轴被引导。

在本发明的另一实施形式中，第一距离测量器的第二子单元设置在中间单元上，第二距离测量器的第二子单元设置在基座单元中。视距离测量器的类型而定，第二子单元包括一个或多个如下元件：激光光源、调制器、分束器、隔离器、探测器、光导体中的输入耦合装置等。

在本发明的优选实施形式中，至少一个距离测量装置的至少一个光电探测器设置在发送接收单元中。由此，第一光导体中的温度引起的长度变化(例如通过测量光束)可以通过在第二光导体中的类似的长度变化(例如通过基准光束)来补偿。

在本发明的另一优选实施形式中，至少一个距离测量装置的所发射的和返回的光束在第一和第二子单元之间经由同一光导体来引导。由此可以特别简单地引导光纤。

在本发明的另一优选实施形式中，至少一个距离测量装置的所发射的和返回的光束在第一和第二子单元之间经由分开的光导体来引导。利用这种装置还可以补偿光导体的长度变化。

本发明的另一优选实施形式具有第一和第二距离测量装置。在这种情况下，两个距离测量装置的光束在第一和第二子单元之间分别经由分开的光导体来引导。由此光束可以分别分开地被处理，且这些距离测量装置可以在中间单元中在空间上相互独立地设置。该实施形式包括如下变型方案，即各个距离测量器分别具有一个或两个光导体。

本发明的另一优选实施形式具有分别带有所发射的和返回的光束的第一和第二距离测量装置。在此，第一距离测量装置的至少一个光束和第二距离测量装置的至少一个光束在第一和第二子单元之间经由同一光导体来引导。因此一方面可以通过距离测量器至少之一的平行伸展的双光导体实现补偿，另一方面可以通过对两个距离测量器的双重使用减少光导体的数量。

本发明的另一优选实施形式具有分别带有所发射的和返回的光束的第一和第二距离测量装置。在此，第一以及第二距离测量装置的所有光束在第一和第二子单元之间经由同一光导体来引导。因此光导体的数量最少。为了补偿温度波动，光导体优选具有集成温度测量装置，例如通过平行于且靠近于光导体伸展的电阻线。

在本发明的另一优选实施形式中，光源设置在中间单元中，并构成第二子单元。至少一个距离测量装置的余下的元件由此构成第一子单元，并设置在发送接收单元中。

在本发明的另一优选实施形式中，至少一个距离测量装置的各个子单元也设置在基座单元上。例如，距离测量装置的三个子单元如此分布，使得输出光学装置设置在发送接收单元上，探测器单元设置在中间单元上，光源设置在基座单元上。或者，第一距离测量器的光源和探测器单元设置在中间单元上，第二距离测量器的光源和探测器单元设置在基座单元上。因此，具有不同功能的子单元基本上可以分布在发送接收单元、中间单元和基座单元上，以便获得光学的、热技术的和机械的特性的最佳组合。

在本发明的优选实施形式中，在发送接收单元中，将λ/4板或四分之一波长板设置在至少两个距离测量器至少之一的所发射的以及返回的光的光路中。由此，在一个或多个光导体中，发出的光相对于所接收的光旋转，由此对极化相关的延迟和光导体的和其它光学元件的其它非对称性进行均衡。因此，四分之一波长板尽可能靠近光输出光学装置来安装。

其它优选的实施形式可由从属权利要求得到。

附图说明

下面借助附图中所示的优选实施例详细说明发明主题。其中：

图1示出坐标测量设备；

图2示出具有分开的激光光源的装置；

图3示出其中所使用的输出耦合装置的反射特性；

图4示出具有通过光导体分开的距离测量器的装置；

图5示出其中所使用的输出耦合装置的反射特性；

图6示出具有通过两个光导体分开的距离测量器的装置；

图7示出具有通过两个光导体部分地分开的干涉距离测量器的装置。

图8示出具有通过光导体分开的绝对距离测量器的装置；

图9示出由图7和8的装置构成的组合；

图10示出由图7和8的装置构成的组合，其中多次利用光导体之一；

图11示出具有通过两个光导体部分地分开的干涉距离测量器的另一装置；

图12示出具有通过两个光导体部分地分开的绝对距离测量器的装置；和

图13和14示出分离成子单元的距离测量器的其它装置。

在附图中所使用的附图标记及其含义在附图标记列表中集中列出。在图中相同的部分原则上标有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意性地示出坐标测量设备的结构，具有围绕两个轴可移动的发送接收单元1、围绕轴可移动的中间单元2、和基座单元3。中间单元2相对于基座单元3可围绕垂直轴或方位轴A旋转，发送接收单元1相对于中间单元2可围绕水平顶轴或仰角轴Z旋转。在此，中间单元2具有第一支柱21和第二支柱，其中在左右支承发送接收单元1。但本发明也可以在仅通过一个支柱单侧支承发送接收单元1的装置中实现。

在发送接收单元1上布置光学元件，用于设备的不同测量照相机和距离测量器的光输出和光接收。这些光学元件与发送接收单元1一起移动，且通过控制装置按照所接收的光来对准目标或测量辅助装置5并自动地跟踪所述目标或测量辅助装置5。从发送接收单元1围绕方位轴A和顶轴(Zenitachse)Z的所测量的旋转以及从至目标5的距离中以已知的方式确定目标5的位置。通过变焦距照相机106检测目标5处的标记，由此以公知的方式确定目标5的空间方向、即围绕三个坐标轴的方向。

下面说明不同的布置，所述布置一方面在发送接收单元1上的测量照相机的布置方面以及另一方面在距离测量器向发送接收单元1和中间单元2的分配方面有所区别。毫不费力地由此得出照相机装置与距离测量装置的其它组合，所述其它组合同样落入本发明范围内。

图2示出具有分开的激光光源301的装置。该装置具有载体装置100，其中不同的照相机104、106、位置转换器108、绝对距离测量器(ADM)装置200和干涉仪装置300布置在所述载体装置上，并且与载体装置100一起移动。用于干涉仪装置300的HeNe激光器301并不与载体装置100一起移动，而是经由光导体503而脱离。HeNe激光器301布置在中间单元2上。

载体装置100具有第一输出耦合装置101，该第一输出耦合装置将沿着距离测量器的光轴112从外部射入到载体装置100中的光分开。所述光的一部分被输出耦合至环视照相机104。环视照相机104具有特有的光学装置和图像转换器(Bildwandler)105。环视照相机104典型地具有约10度的张角()和例如30-50mm的焦距，且用于对测量目标5粗略定位。为了检测反射目标5，载体装置100优选具有反射体照射装置110，其照射优选至少与环视照相机104的张角一样大的角度范围。输出耦合装置101、102、103的直径例如为约20-25mm。

环视照相机104的分析电子装置和/或分析软件例如检测在环视照相机104的可视范围内的一个或多个特别亮的光点，所述光点因此分别对应于反射目标5。由此确定所述光点在环视照相机104的图像中的位置，又从中确定出轴位置的变化，其中所述轴位置使载体装置100和所述一个或多个距离测量器的光线对准目标5。因此可以实现自动的目标检测和距离测量器对目标5的“锁定(Lock-on)”。

未被第一输出耦合装置101输出耦合的光到达第二输出耦合装置102，该第二输出耦合装置将一部分光输出耦合至位置转换器108。所述光分量是距离测量器200、300之一的、优选干涉仪装置300的返回的光的光束。位置传感器108具有特有的光学装置和例如位置灵敏二极管109。该位置灵敏二极管提供模拟信号，所述模拟信号在位置灵敏二极管109的面上以二维方式表示光束位置。对此可替代地，也可以使用具有所分配的数字信号处理的传感器阵列或图像转换器(CCD、CMOS等)用于确定位置。跟踪控制器根据如此所确定的位置来控制发送接收单元1的位置移动，从而光束跟随反射目标5的运动。

第一输出耦合装置101和第二输出耦合装置102的空间布置在该图中仅仅示意性地示出。由第一输出耦合装置101输出耦合的光的光入射面的方位实际上与图面平行(“p”)。而由第二输出耦合装置102输出耦合的光的光入射面的方向与图面垂直(“s”)，且仅仅为了图示的目的才翻转到图面中。第一输出耦合装置101对测量光束的影响(该影响引起测量光束中的不对称性)通过影响第二输出耦合装置102来补偿。该不对称性是光的垂直和水平极化分量之间的相移。

变焦距照相机106同样作为载体装置100的一部分而布置在发送接收单元1上。变焦距照相机106具有特有的光入射光学装置并从而具有特有的光轴111，该光轴在发送接收单元1之外并不与迄今所述的元件的光轴112叠合，而是优选基本上与之平行伸展。这种装置在下面称为双轴装置。变焦距照相机106检测目标5在图像传感器107上的标记。根据这些标记的成像，以公知的方式确定目标5的方向，并且还控制变焦距照相机106的变焦距因子(zoom faktor)，使得目标5的在图像转换器107上的成像基本上总是具有相同的大小。例如，变焦距照相机106具有50至500mm放大的焦距的10倍变焦距。

在本发明的优选实施形式中，变焦距照相机106的光路在发送接收单元1之外平行于距离测量器200、300的光路。如果目标5被检测和跟踪，则距离测量器200、300的光束持续地对准目标5的反射体。在这种情况下，通常可从目标看到特殊的、反射的或者自发光的标记点，这些标记点的成像允许确定目标5的方向。因此从变焦距照相机106来看，目标5始终移动平行光路111、112的间隔。此外，变焦距自动装置保持目标5的成像的大小恒定。因此，目标5在变焦距照相机106的图像转换器107上的成像始终移动相对于光轴111相同的距离。因此，优选图像转换器107也以相对于变焦距照相机106的光轴111移位的方式来布置。也即光轴111并不穿过图像传感器107的中心。由此图像转换器107得到最佳利用，且可以更高效地实现对图像数据的分析。可替代地，虽然图像传感器107也可以不移位地被布置，然而处于距离测量光束侧的图像点条带不被读出，或者在图像处理中不被考虑。

测量装置，如环视照相机104、变焦距照相机106、位置转换器108和两个距离测量器200、300，优选以不同的波长范围工作。图3与此相应地示意性地示出如在根据图1的装置中所使用的输出耦合装置的反射特性C(s，p)。水平轴表示波长，反射光分量R(百分比)沿着垂直轴绘出。第一输出耦合装置101优选对在550nm及以下波长范围内的入射光全部分量进行反射、即输出耦合。环视照相机104被优化用以在约550nm的范围内运行。因此，反射器照明装置110优选也主要辐射在该范围内的光。第二输出耦合装置102输出耦合约633nm的光的一部分、例如约20％。这是干涉仪装置300优选工作的范围。因此，一方面干涉仪装置300获得返回的光的主要部分，另一方面位置转换器108获得有限的且良好定义的光束作为用于发送接收单元1的跟踪的基础。图3示出理想的曲线变化；实际上所实现的特性曲线在所采用的波长的情况下基本符合预先规定，在其它波长的情况下则有所不同。如上所述，第一输出耦合装置101和第二输出耦合装置102从辐射方向上看相对旋转，从而被输出耦合的光分量的轴相互垂直、或者垂直于(s)和平行于(p)图面。因此，两个输出耦合装置的选择性透明的镜也以相对旋转90°的方式布置。两个镜对所透射的或未输出耦合的光的不同极化分量的作用由此得以补偿。

未被第二输出耦合装置102输出耦合的光被引导至距离测量器200、300。所述光优选首先经由光线扩展或聚焦光学装置7并且接下来经由λ/4板或四分之一波长板4引导。四分之一波长板4的光轴相对于光电调制器205的晶体的C轴和干涉仪装置300光的输出极化旋转45度。该光轴恰好只影响ADM装置200的波长，且就干涉仪装置300的波长而言引起轻微的信号损失。可替代地，也可以使用宽带作用的四分之一波长板4，其以尽可能理想的方式影响两个波长。在本发明的另一优选实施形式中，四分之一波长板4沿着光线径迹进一步朝向输出耦合装置或者在输出耦合装置之外布置。由此也补偿输出耦合装置中的非对称性，但为此四分之一波长板4必须更大。

在四分之一波长板4之后，光被波长相关的分束器320分成ADM装置200的和干涉仪装置300的分量。例如，ADM装置200以780nm的波长工作，干涉仪装置300以633nm的波长工作。

ADM装置200具有用于产生测量光束的激光二极管201。从中发出的光束通过用于屏蔽返回的光的隔离器202引向极化分束器203，并从那里经由光电调制器205引至波长相关的分束器320。射出的光束通过波长相关的分束器320，经由前述部件以相反的顺序到达目标5，并在那里被反射。反射光在ADM装置200中通过极化分束器203被引向ADM探测器204。这种ADM装置200的工作方式基本上是公知的。也可以使用其他ADM装置和方法，其中测量光束例如可以通过波长相关的分束器320来输入和输出耦合。在WO 03/062744A1中详细说明了这种ADM的实例。如在本发明的其它实施形式一样，在此基本上也可以使用其它类型的ADM，如相位计。

干涉仪装置300使用HeNe激光器301的光，该HeNe激光器在本发明的该实施形式中并非布置在发送接收单元1上，而是布置在中间单元2中。HeNe激光器301的光通过光导体501被引至干涉仪装置300。在此，在光导体501的端部处分别以公知的方式设有准直仪600。或者，准直仪600被实施为光导体的终端的部分，例如作为Grin(渐变折射率(graded-index))准直仪，其中输出光束的直径例如约为0.5mm。可替代地，可以在光导体的端部之前布置透镜用于准直或者作为射束成形器，用于直径例如约为5mm的输出光束。

从光导体501射出的光被分束器302分成基准光路径305和测量光路径。测量光路径经过声光调制器303，并与基准光路径一起到达极化分束器304。极化分束器304将测量光继续引导至波长相关的分束器320，并将返回的测量光与基准光一起通过用于产生干涉极化分量的极化滤光器306在45°下转向干涉仪探测器307。这种干涉仪装置300的工作方式基本上是已知的。也可以使用其它干涉仪装置和方法，其中测量光束例如可以通过波长相关的分束器320来输入和输出耦合。在WO03/062744A1中详细说明了这种干涉仪的实例。如本发明的其它实施形式一样，在此基本上也可以使用其它类型的干涉仪(具有正交探测的迈克耳逊(Michelson)、塞曼分裂(Zeeman-Split))。

在本实施形式以及其它实施形式的未详细说明的其它变型方案中，只存在两个距离测量装置200、300中的一个。

图4示出具有恰好通过一个光导体分开的距离测量器200、300的装置。另外在该装置中，变焦距照相机106的光路111在载体装置100和目标5之间的区域中与距离测量器200、300的光路112同轴。下面仅说明与根据图2的前述实施形式的区别，余下的元件具有相同的原理结构和功能。

被第一输出耦合装置101分离的入射光在该第一输出耦合装置101之后被第三输出耦合装置103再一次分离，且被分到环视照相机104和变焦距照相机106上。优选地这两个照相机在分别不同的波长范围内在功能上被优化。

在根据图4的实施形式的变型方案中，ADM装置200、HeNe激光器301和干涉仪装置300布置在基座单元3上，而不是中间单元2上，且通过共同所使用的光导体502以光学方式相互连接。

图5示出其中所使用的输出耦合装置的反射特性：与前述实施形式不同，第一输出耦合装置101包括约550nm的光波长范围在内也输出耦合约880nm及以上的这种光波长范围。第三输出耦合装置103将这些光波长范围彼此分开，并分别将约880nm的光波长范围引导至变焦距照相机106，将约550nm的光波长范围引导至环视照相机104。

距离测量器200、300的测量光分量在第二输出耦合装置102之后通过四分之一波长板4和射束成形器(Strahlformer)6被引导到光导体502中，由距离测量器200、300射出的测量光束也反向地通过其被引出。射束成形器6将测量光束扩展至4-5mm，且例如代替Grin准直仪而被使用。

光导体502相互独立地传递极化分量，因此保持极化。这种光导体具有优选的轴或主轴(其方向通过向垂直于光纤方向的层面上的投影来限定)，其中光必须沿着所述轴或主轴被极化，以便相同极化地被传递。这表明，也针对垂直于所述主轴的极化方向保持极化。

该实施形式的迄今所述的元件在发送接收单元1中并以与其可移动的方式来布置。光导体502通向余下的元件，所述余下的元件在中间单元2上且以与其可移动的方式来布置。这些余下的元件是ADM装置200、干涉仪装置300和所分配的HeNe激光器301。类似于图2的实施形式，所述两个距离测量器的测量光束通过波长相关的分束器320汇集或分开。波长相关的分束器320同样布置在中间单元2上。

图6示出具有通过两个光导体分开的距离测量器的装置。载体装置100在此与根据图4的实施形式相同地示出，并且其中所使用的输出耦合装置101、102、103的反射特性也是相同的。但可替代地，在两个实施形式中，这些元件也可以双轴布置。在此，在四分之一波长板4之后，在发送接收单元1中，通过波长相关的分束器320分开到达的光束。被用于两个距离测量器200、300的被分开的光分别通过特有的极化保持光导体503、504引至中间单元2。ADM装置200、干涉仪装置300和HeNe激光器301布置在中间单元2上，并与之可移动的方式布置。在该实施形式的变型方案中，ADM装置200或HeNe激光器301和可选地还有干涉仪装置300布置在基座单元3上。代替准直仪，在发送接收单元1中例如使用用于光扩展的射束成形器6。

两个光导体503、504出于热技术的原因和出于位置原因优选地分别单独地通过发送接收单元1的右侧和左侧支柱被引导穿过顶轴Z。

在根据图4和6的实施形式中，必须考虑光导体502、503、504的因变热而引起的长度变化。这优选地通过对温度、例如设备中的温度进行测量来实现。在本发明的优选变型方案中，例如由镍构成的金属线平行于且尽可能靠近于光导体、例如在光导体的包皮中被引导。借助线的电阻，利用电阻测量装置来确定线的平均温度。由此自动地确定光导体的平均长度变化，并用于校正距离测量。

图7示出具有通过两个光导体部分地分开的干涉距离测量器的装置。在该装置中，HeNe激光器301和干涉仪装置300的声光调制器(AOM)303远离载体或发送接收单元1，且位于中间单元2上。从HeNe激光器301出发，激光束利用分束器302被分成测量路径和基准路径，其中基准路径具有较少的能量分量，例如约10％。基准路径经过第一极化保持光导体505，测量路径经过声光调制器303并且然后经过第二极化保持光导体506。测量路径和基准路径的这种分开引导减少了温度影响，因为两个路径至少几乎相同地遭受温度波动。为此，两个光导体布置在共同的导向装置或包皮510中。在光导体505、506的起始端和末端分别布置用于汇集或扩展光束的准直仪600。准直仪601或者在声光调制器303的情况下光纤输入耦合装置用作用于第一数量级分量的滤光器，也就是说，仅仅频移分量才被输入耦合到光导体506中。测量路径和基准路径从中间单元经由两个光导体505、506被引至发送接收单元1，在那里发生基准光束和测量光束的干涉。为此，返回的测量光束通过极化分束器310与射出的测量光束分开，且被引至分束器313。该分束器313使测量光束和基准光束叠加，并将两者引导到干涉仪探测器307。两个分束器310、313和干涉仪探测器307因此布置在发送接收单元1上。

声光调制器303用作被反射的测量光束的隔离器，使得无需用于保护HeNe激光器301的附加隔离。可替代地，也可以不调制测量光束而调制基准光束，但是其中在测量光路径中必须布置隔离器。

准直仪602优选具有较大的焦距，例如18mm，由此产生测量光束的足够的直径，例如4-5mm。可替代地，准直仪602的焦距是例如为2mm的短焦距，接下来在相应的光导体的末端之前布置伽利略望远镜(未单独示出)，如在根据图4和6的实施形式中所示。

在本发明的该实施形式中，发热元件在中间单元2中并且远离发送接收单元1中的热敏光元件。

图8示出具有通过光导体分开的绝对距离测量器的装置。在发送接收单元1上仅设有四分之一波长板4和用于光导体504的准直仪600。将四分之一波长板4布置在发送接收单元1上用于补偿在光导体504中的不同相位延迟：就射出的光束而言，激光束的相互正交的分量遭受不同的且未知的延迟。在90°相移之后，即在通过四分之一波长板4变换成圆周形极化光、通过目标5反射和通过四分之一波长板4重新移相之后，这些分量旋转了90度，即相对于光导体504的主轴相互交换。因此每个分量在回程上都经历了其它分量在去程上已经经历过的延迟。由此延迟中的差别得以补偿。为了使补偿发挥最佳作用，在准直仪603的情况下光导体504的极化轴与光电调制器205的极化轴对准，即与之平行。

图9示出由图7和8的装置构成的组合。ADM装置200的和干涉仪装置300的测量光束在发送接收单元1中通过波长相关的分束器320叠加或相互分开。四分之一波长板4在ADM测量上得到优化，并且同时鉴于干涉仪测量的最小影响和损耗被设计。两个距离测量器的测量光束因此分别以分开的方式通过特有的光导体504、505、506引至中间单元2或从中间单元2引出。在此，优选ADM装置200的光导体504通过第一支柱21引导，干涉仪装置300的光导体505、506通过第二支柱22引导。这种分开引导允许将两个距离测量器的各个部件分别单独地设置在两个支柱21、22中。在本实施形式的另一变型方案中，ADM装置200的元件或干涉仪装置300的元件(所述在图9中布置在中间单元2中)替代地布置在基座单元3中。

在发送接收单元1中的光学部件的量为此要保持尽可能少，并且在中间单元2中而非在发送接收单元1中尤其设有热源。

图10示出由图7和8的装置构成的组合，其中多次利用光导体之一。由ADM装置200产生的测量光束其中被输入耦合到干涉仪装置300的测量光束中。具有波长相关的分束器320的这种输入耦合装置优选地布置在声光调制器303和所分配的准直仪600之间。

发送接收单元1中的装置在结构方面与图7中的相同。发送接收单元1中的极化分束器310仅在干涉仪的波长范围上起作用，因此将干涉仪的返回的(zurückkehrend)光的至少一部分反射至分束器313，并由此反射至干涉仪探测器307。ADM的光分量基本通过极化分束器310，并经由同一光纤506和中间单元2上的波长相关的分束器320到达ADM装置200。该光导体506具有用于单模传播的截止(cut-off)波长，该截止波长处于ADM的波长(例如780nm)以及干涉仪的波长(例如633nm)之下。

本发明的该实施形式可以实现ADM和干涉仪的高度集成和发送接收单元1上的少量光学元件。为了实现两个距离测量器的光束的良好覆盖而无需特殊耗费，因为这些光束已经在光导体506之前相互组合并在发送接收单元1中经过同样的光学装置。

图11示出具有通过两个光导体部分分开的干涉仪距离测量器的另一装置。干涉仪探测器307在此布置在中间单元2中，所分配的分束器313同样布置在中间单元2中。因此干涉仪的电部件未设置在发送接收单元1中。但光导体505、506的共同波长变化不再相互补偿。因此优选地集成温度测量和补偿，例如如上所述具有平行于光导体505、506的测量线。

图12示出具有通过两个光导体507、508部分分开的绝对距离测量器的装置。从光电调制器205中射出的光束在极化分束器311中分到两个光导体507、508的准直仪600上，所述两个光导体利用其平行于极化分束器311的轴的主轴来定向。

在发送接收单元1中，光束的两个分量在另一极化分束器312中被组合，且通过四分之一波长板4发射。返回的光再次经过四分之一波长板4。每个分量总共旋转了90度，且通过用于回程的所述另一极化分束器312分别引到不同于在去程情况下的光导体507、508。在光导体507、508之间的分量的不同相移因此没有影响。同样的情况适用于对分量的不同吸收。

图13和14示出分离成子单元的距离测量器的其它装置。在此各个子单元也布置在基座单元3上。这特别有益于较重的子单元和/或热损耗较大的子单元。在图13的装置中，HeNe激光器301设置在基座单元3中，且通过光导体与载体装置100中的干涉仪装置300连接。在图14的装置中，包括HeNe激光器301在内，干涉仪装置300也布置在基座单元3中。在这两个变型方案中，ADM装置200分别布置在中间单元2中。ADM装置200用虚线示出，由此表明所述ADM装置200可替代地也可以布置在载体装置100中。

附图标记列表

A 方位轴 112 距离测量器的光轴

Z 顶轴 200 ADM装置

1 发送接收单元 201 激光二极管

2 中间单元 202 隔离器

3 基座单元 203 极化分束器

4 四分之一波长板 204 ADM探测器

5 目标 205 光电调制器

6 射束成形器 300 干涉仪装置

7 扩展光学装置 301 HeNe激光器

21 第一支柱 302 分束器

22 第二支柱 303 声光调制器

10 测量光束 304 极化分束器

100 载体装置 305 基准光路径

101 第一输出耦合装置 306 极化滤光器

102 第二输出耦合装置 307 干涉仪探测器

103 第三输出耦合装置 310-312极化分束器

104 环视照相机 313 分束器

105 环视照相机104的图像转换器 320 波长相关的分束器

106 变焦距照相机 321 隔离器

107 变焦距照相机106的图像转换器 501-508光导体

108 位置转换器 510 双光纤导向装置

109 位置灵敏二极管 600-603准直仪

110 反射器照射装置

111 变焦距照相机的光轴

Claims

1.坐标测量设备，具有：

至少一个光学距离测量装置(200、300)，用于测量至在空间内可移动的测量辅助装置(5)的距离并且具有用于跟踪所述测量辅助装置(5)的第一测量和控制回路；

相对于至少两个轴可旋转的变焦距照相机(106)，具有变焦距物镜和用于使所述测量辅助装置(5)在光电图像转换器(107)上的成像的大小保持恒定的第二测量和控制回路；

用于对所述测量辅助装置(5)粗略定位的环视照相机(104)，

其中距离测量装置(200、300)的光输出和光接收光学装置(101、102)、变焦距照相机(106)和环视照相机(104)布置在共同的、相对于至少两个轴(A、Z)可旋转的载体(1)上，

其特征在于，

距离测量装置(200、300)的光轴(112)和环视照相机(104)的光轴(112)在所述坐标测量设备之外同轴伸展。

2.如权利要求1所述的坐标测量设备，其中在所接收的光束的光路中，首先设有至所述环视照相机(104)的光的第一输出耦合装置(101)。

3.如权利要求2所述的坐标测量设备，其中接下来设置至传感器(108)的光的第二输出耦合装置(102)，所述传感器提供用于跟踪所述测量辅助装置的测量参量。

4.如权利要求3所述的坐标测量设备，其中所述第一输出耦合装置(101)在第一输出耦合方向上对光输出耦合，所述第二输出耦合装置(102)在第二输出耦合方向上对光输出耦合，其中所述第一输出耦合方向和第二输出耦合方向在所接收的光束的方向上看至少几乎相互垂直地伸展。

5.如权利要求2所述的坐标测量设备，其中环视照相机(104)提供用于跟踪所述测量辅助装置的测量参量。

6.如权利要求1至5中任一项所述的坐标测量设备，其中变焦距照相机(106)的光路和距离测量装置(200、300)的光路分别经由单独的输出光学装置被引导。

7.如权利要求1至5中任一项所述的坐标测量设备，其中变焦距照相机(106)的光轴(111)在所述坐标测量设备之外与距离测量装置(200、300)的和环视照相机(104)的光轴(112)同轴伸展。

8.如从属于权利要求3的权利要求7所述的坐标测量设备，其中在由所述第一输出耦合装置(101)输出耦合的光的光路中设置第三输出耦合装置(103)，该第三输出耦合装置(103)被设置用于将光输出耦合至变焦距照相机(106)。

9.如权利要求2至8中任一项所述的坐标测量设备，其中输出耦合装置(101、102、103)中的至少一个是波长相关的分束器。

10.如权利要求6所述的坐标测量设备，其中变焦距照相机(106)的光电图像转换器(107)相对于变焦距照相机的光轴(111)非对称地设置，所述图像转换器(107)的中点相对于变焦距照相机(106)的光轴(111)与距离测量装置(200、300)的光轴(112)偏离。

11.特别是如权利要求1至10中任一项所述的坐标测量设备，具有：

至少一个光学距离测量装置(200、300)；

用于发射和接收光的装置；

发送接收单元(1)，其相对于中间单元(2)围绕轴(Z)可旋转地设置；

中间单元(2)，其相对于基座单元(3)围绕另一轴(A)可旋转地设置，由此所述发送接收单元(1)相对于所述基座单元(3)围绕两个轴(A、Z)可旋转地设置；

其中所述光学距离测量装置(200、300)具有第一子单元，该第一子单元设置在所述发送接收单元(1)上且与之一起移动；

所述光学距离测量装置(200、300)具有第二子单元，用于传递光的至少一个光导体(501-508)设置在所述距离测量装置(200、300)的第一和第二子单元之间，

其特征在于，

所述第二子单元设置在所述中间单元(2)上且与之一起移动。

12.如权利要求11所述的坐标测量设备，其中至少一个距离测量装置(200、300)的至少一个光电探测器(204、307)设置在所述发送接收单元(1)中。

13.如权利要求11或12所述的坐标测量设备，其中至少一个距离测量装置(200、300)的所发射的和返回的光束在所述第一和第二子单元之间通过相同的光导体(501-504)引导。

14.如权利要求11或12所述的坐标测量设备，其中至少一个距离测量装置的所发射的和返回的光束在所述第一和第二子单元之间通过分开的光导体(505、506)引导。

15.如权利要求11至14中任一项所述的坐标测量设备，包括第一和第二距离测量装置(200、300)，其中这两个距离测量装置的光束在所述第一和第二子单元之间分别通过分开的光导体(503、504；505、506)引导。

16.如权利要求11至14中任一项所述的坐标测量设备，包括分别具有所发射的和返回的光束的第一和第二距离测量装置(200、300)，其中所述第一距离测量装置(200)的至少一个光束和第二距离测量装置(300)的至少一个光束通过在所述第一和第二子单元之间的同一光导体(506)引导。

17.如权利要求11至14中任一项所述的坐标测量设备，包括分别具有所发射的和返回的光束的第一和第二距离测量装置(200、300)，其中所述第一以及第二距离测量装置(200、300)的所有光束在所述第一和第二子单元之间通过同一光导体(502)引导。

18.如权利要求11所述的坐标测量设备，其中光源(301)设置在所述中间单元(2)中，所述至少一个距离测量装置(200、300)的余下的元件设置在所述发送接收单元(1)中。

19.如权利要求11至17中任一项所述的坐标测量设备，其中至少一个距离测量装置(200、300)的各个子单元也设置在所述基座单元(3)上，且通过光导体与所述中间单元(2)和/或所述发送接收单元(1)上的其它子单元连接，特别是至少一个光源(201、301)设置在所述基座单元(3)上。

20.如权利要求11至19中任一项所述的坐标测量设备，其中在所述发送接收单元(1)中，将四分之一波长板(4)设置在所述至少两个距离测量器(200、300)中的至少之一的所发射的以及返回的光束的光路中。

21.如权利要求11至20中任一项所述的坐标测量设备，其中所述至少一个光导体(501-508)是极化保持光导体。