CN105022180A

CN105022180A - 包括由lc单元构成的可变光学衰减单元的距离测量模块

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Publication number: CN105022180A
Application number: CN201510177986.4A
Authority: CN
Inventors: J·辛德林; 保罗·本茨; J·莱斯
Original assignee: Hexagon Technology Center GmbH
Current assignee: Hexagon Technology Center GmbH
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2035-04-15
Also published as: EP2937665A1; EP2937665B1; US10215854B2; US20150309175A1; CN105022180B

Abstract

本发明涉及一种测量设备，特别地涉及准距仪、激光扫描仪、轮廓仪或激光跟踪器，所述测量设备包括电子激光距离测量模块，所述电子激光距离测量模块包括用于激光测量照射的光学发送通道和光学接收通道，其中，在所述光学发送通道和/或所述光学接收通道中设置用于激光测量照射的可变光学衰减单元(100)。根据本发明，射到所述衰减单元(100)上的光(101)被液晶衰减。所述衰减单元(100)包括：至少一个偏振器(P)，其尤其被设计为偏振片(P)；液晶快门(L)，其尤其包括向列型液晶，具有可变透射率；第一分析仪(A1)，其尤其被设计为偏振片(A1)。本发明还涉及包括根据本发明的衰减单元(100)的电子距离测量模块和用于制造根据本发明的衰减单元的方法。

Description

包括由LC单元构成的可变光学衰减单元的距离测量模块

技术领域

本发明涉及包括电子激光距离测量模块的测量设备，尤其是涉及准距仪、激光扫描仪、轮廓仪(profiler)或激光跟踪器，该电子激光距离测量模块包括用于激光测量照射的光学发送通道和光学接收通道，其中，在光学发送通道和/或光学接收通道中设置用于激光测量照射的可变光学衰减单元。

背景技术

一般的光学衰减单元或衰减器尤其用于电子距离测量模块(EDM)中。距离测量模块是例如经纬仪、轮廓仪或激光扫描仪的组件。

现有技术中已知衰减器基本上由电机驱动的中性滤光轮构成。通常，十个至五十个衰减级离散地移动；然而，衰减还可通常被连续设置。

通常，这种衰减器位于EDM的光学发送通道中，但是也用于EDM的接收通道中。将衰减器用于EDM中的一个特定挑战是从非常低到极高的至少5.0(＝10⁵)的光学密度的非常大的设置范围，该范围通常与这两个极端状态之间的发送的指数分布关联。该指数分布意味着，就角度增量而言，衰减按乘法因子而非累加因子减小或增大。

EDM高度需要的信号动态范围第一可归因于待确定及覆盖的从小于1m至大于几千米的大距离范围，第二可归因于以下事实：意图测量背散射显著极小的高度扩散的光散射目标对象、并且还测量具有回射和极高光学性质、以及相应高度密集反射的棱镜目标对象。在这种情况下，信号范围遍及五个数量级(10⁵)，从而形成对于上述高度发送可变性的要求的基础。

目前广泛使用衰减器经常由高密度黑/白摄影胶片(film)。包括全色乳胶的这两种胶片和包括正色乳胶的这两种胶片适于这个目的。这些胶片具有聚酯载体，所以它们的质量轻，尺寸小，制造简单并因此是有成本效益的。

结合数字拍摄的快速发展，传统胶片业务随之同时大范围被取代。感光乳液以及事实上还有载体材料(具有完全令人满意的光学性质)二者的主要制造商正逐渐停止生产和销售这些胶片。尤其是，具有高光学密度的单色乳液的生产受到当前这种发展的影响。

尽管高质量水平的胶片目前仍然可得到，但它们只具有小于3的平均光学密度。尚存的商购胶片不再可实现用正色性胶片实现的所需灰度范围。b/w胶片的当前颜色只实现至多大致OD 2.5的值。即使利用努力开发的显影剂溶液，也不能实现全灰度值再现(即，与之前所需一样大的衰减)。

可用具有OD 2.5的双包胶片实现用于信号范围设置在五个数量级(10⁵)内的一种可能的实现形式。然而，这将具有已知的应该被防止的散射光增加的缺点。另一个缺点将是由于惯性力矩增大导致的开关时间较长。

衰减滤波器的一些变型具有线状或格子状栅格结构，其中，通过增大线的密度或者通过减小栅格的自由开口(free openings)的大小，来实现衰减的单调性增大。另外，通过光学衍射增强衰减。线或栅格结构可另外通过衍射来增强光衰减，可实现比胶片的特征密度曲线高的衰减率。然而，在于具有发射衍射受限光的光源(诸如，激光器)的发送通道中具有栅格状结构的衰减器是不合适的，因为衍射级产生干扰EDM的传感器功能的离散光束方向。

至于电-光衰减器或空间调制器，近二十年来已经尝试了多种技术。除了基于液晶的装置之外，例如，已经提出将磁-光、基于半导体的多量子阱布置或可变形反射镜用作衰减器。迄今为止，只有基于液晶技术的布置(制造商：Boulder NonlinearSystems(博尔德非线性系统))和基于MEMS的微镜技术(制造商：Texas Instrument(德州仪器))被发现在商业产品中使用；在US 2012/0224164A1中也公开了用于衰减器的这种布置。

还可想到到非光学信号衰减，例如，信号路径的电子部件中的信号衰减。在这种情况下，会考虑驱动发光激光二极管用以改变产生的输出光密度、控制接收二极管的APD增益以及驱动电气放大器级(直至模数转换器)以及电-光纤衰减器。

实际上一直有使用这些衰减的可能性，尽管总体上只是用作补充而非仅仅针对信号衰减的功能；这是因为，距离测量模块将覆盖的信号动态范围超出了这些电气衰减方法的可能性，即使是这些电子衰减方法被结合。举例来说，来自反射性物体的信号比来自暗漫射物体表面的信号强至少数百万倍。上述类型的电气接收电路实现了在大致三个数量级范围内的动态范围。

光学衰减器在技术信号发送行为方面是线性的，也就是说，就相位(传播时间)而言并且就幅度而言，它们是线性的，并且发送的信号并不失真，这有利于高度准确地测量EDM模块。

光纤-光学衰减装置也是已知的。尽管它们操作快速并且可甚至以几纳秒的开关时间设置所需信号强度，但它们就机械尺寸而言不妥当地大并且较昂贵。

然而，基于迄今位置提出的可选解决方案的前期产品都不满足OD0至OD5或甚至OD6的高动态范围需求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种衰减器，该衰减器在五个数量级的光学密度动态设置范围内，可实现至少OD5的光学密度。另一个目的是能够通过单一衰减单元使得设定的EDM的信号尽可能大，这导致可减少结构体积和成本。

使用液晶技术显然是实现这些目的所关注的。

直至现在的相当长的时间内，在例如度量衡或消费电子领域中已采用了液晶显示器或液晶屏(LCD)。它们的功能是基于以下事实：如果向液晶施加特定量的电压，则液晶影响光的偏振。

LCD由可将它们的透明度相互独立地改变的段(segment)组成。为此目的，通过各段中的电压独立地控制液晶的取向(alignment)。由背光系统和偏振滤波器产生的对偏振光的透射率因此改变。

为了适用于根据本发明的液晶快门(liquid crystal shutter)，LCD的LC玻璃单元必须在整个自由开口内具有均匀的光学性质。它们必须永久地具有高防漏性和抗老化现象。同样地，将连接到LCD的电极的触点不应该表现出由于老化或腐蚀导致的任何功能限制。这些触点有利地装配有柔性印刷电路板。

在显示器和图像技术领域中最常使用的液晶是向列液晶。表现出液晶相的成分被称为液晶原(mesogen)。非手性液晶原的向列相是最简单的液晶相类型。在所述液晶相中，分子具有相对于所谓“指向矢”(方向的单位矢量)的取向级。所得的优选取向仅仅对于小体积是大体恒定的。分子的质心按统计学分布，类似于液晶：无论发生什么，都没有长距离的位置级。

所谓液晶单元的各种结构用作偏振旋转器。众所周知的是扭曲向列型LCD(TN)；这些单元具有特别简单的构造并且只将偏振旋转90°。

液晶显示器中使用的液晶是有机化合物，这些有机化合物既具有液体的性质又具有固体的性质。一方面，它们是比液体多或少的流体；另一方面，它们表现出从固体得知的性质(诸如，双折射性)。可用也被称为扭曲向列单元的Schadt-Helfrich单元实现简单的液晶显示元件。

可通过非常具体的LC结构实现相对于具有超过10⁵的最大发送的状态的光学额衰减因子。

在TN-LCD的情况下，入射光在进入元件之前被线性偏振。TN-LCD中的分子扭曲导致光偏振方向旋转，从而导致光可穿过旋转90°的第二偏振器，并且单元是透明的。

当在电极处存在电压时，液晶分子(在轴向方向上)主要平行于电场取向并且由此扭曲逐渐被抵消。光偏振方向不再旋转，因此光不再穿过第二偏振滤波器。

TN-LC单元因在打开状态中它们非常高的透射率而被区分，迄今，用其它LCD技术不能实现该打开状态或者难以实现该打开状态。TN单元因此是电压受控的光阀。屏幕可由任意数量的这种单元(像素)组成。

TN单元的其它发展形式是STN单元(“超扭曲向列”)、DSTN单元(“双超扭曲向列”)和TSTN单元(“三超扭曲向列”)。

在STN-LCD的情况下，分子的扭转角增至180°至270°。结果，电-光特性曲线(相对于控制电压的衰减)变化；曲线变得相当陡。然而，对于灰度衰减器的构造，应该能以高精度的微调方式设置灰度级。然而，在具有较大扭曲(180°…360°)的STN液晶的情况下，分子取向对突然更陡的电压做出反应；结果，能设置黑-白状态而非灰度级。由于发送率微调的可能性的这种缺少，根据本发明，STN单元不太适于衰减单元。

然而，相比之下，可用TN单元设置具有高分辨率的灰度值。

DSTN液晶单元的复杂构造造成其制造期间相对高的花费。因此，开发出导致重量更轻的较平坦显示器的新方法。这种新解决方案的名称为“三超扭曲向列”型LCD(TSTN)。用装配在单元的前方和后方(偏振器和玻璃之间)的两个专用膜来补偿一般STN技术的颜色干扰。这些膜具有对应于这种技术的另一个名字：FST，其含义是“膜-超-扭曲(Film-Super-Twisted)”(有时候，其中只使用一个补偿膜的显示器被称为FST-LCD，具有两个或更多个膜的显示器被称为TST-LCD；指定FSTN同样是膜-STN惯用的)。改进的对比度(高达18：1)、较低的重量、较平坦和不太复杂的设计有助于TSTN-LC显示器得到认可。在笔记本计算机中，这种显示器第一次被实现为“VGA屏”。

随着平板电视的商业化，近十年来，为LCD发展带来了新动力。

各种类型的LC单元已经被开发用于显示器产品，即，扭曲向列(TN)、垂直取向(VA)、面内开关(IPS)和边缘场开关(FFS)。指定是指液晶分子的布置和/或在电驱动时它们的移动。

至于LCD电视领域，目前的主流是其两种主要类型：垂直向列(VA)屏和面内开关(IPS)屏。主要差异在于液晶如何相对于基底板布置。

在VA单元的情况下，细长分子垂直于两个玻璃载体板，而在IPS或FFS单元的情况下，分子位于屏幕的平面内。

VA屏幕具有与TN单元相当的构造。两个电极均被布置成与液晶间隙相对。VA屏幕的优点在于比TN屏幕(<1000:1)的情况下更高的对比度(通常>>1000:1)；然而，VA单元的最大透射率通常低于TN单元的最大透射率。

在面内开关(IPS)技术的情况下，电极在平行于显示表面的平面内彼此并排布置。当施加电压时，分子在屏幕的平面内旋转；省去了TN显示器通常的螺旋形状。IPS减小了对比度对视角的依赖性(所述依赖性实际上被称为对观察方向或注视方向的依赖性)。

由单个但非常大的像素组成的单元是衰减器所需的。这个像素不容易用IPS单元来实现，在IPS单元中，电极被装配在基底一侧。然而，如果将单元设计为反射元件，则显示器技术中已知的矩阵状电极布置可完全有利。

FFS单元已经被开发用于移动手持装置(诸如，手机或平板PC)的显示器。

FFS技术与IPS技术是相当的。电极的布置同样是在基底的一侧，以产生所谓的面内场。然而，在IPS技术的情况下，建立矩阵的正电极和负电极彼此交替，而在FFS技术的情况下，条带电极都具有相同的电势并且布置在公共大面积反电极(counterelectrode)前方。这样增加了单元的光学效率；举例来说，最大透视率几乎与TN单元的情况(基准值100％)一样高(95％)。其他两种技术在IPS的情况下透射率是80％而在VA的情况下透射率是80％。

FFS单元的特定优点是可使用的大入射角和由于偏振光的自动补偿导致的广消色差性。在FFS单元的情况下，与介电各向异性(即，介电常数取决于入射角)关联的效应被衰减。这与和其它液晶不同的正液晶的相反行为有关；举例来说，VA获取负介电各向异性Δε<0。

针对FFS单元被优化并且具有-30℃至+80℃的广温度范围的液晶也可得到。

衰减、进而对比度随相对于LC单元的入射角或视角的变化而变化。然而，为了寻求的衰减器，该单元旨在以高对比度提供足够大的入射角或视角范围。

这个角度依赖性是由LC单元的类型和偏振器的布置二者限定的。关于施加的电场，LC单元可被细分为两种类型，即，具有纵向电场和横向(边缘)电场的单元。在电压U>0V的状态下，雪茄烟形状的分子在TN单元的情况下沿着轴向电场旋转90°，同样地在VA单元的情况下垂直于轴向电场旋转90°；在这种情况下，视角小并且不对称，因为由于90°倾斜角导致的LC膜的偏振影响在不同的倾斜视角(视场，FOV)下是变化的。具体来说，黑色变色灰色。

在用于屏幕的LC的情况下，通过单轴或双轴相延迟膜，部分省去了这种干扰效果，变得精确。结果，LC层出现的偏振状态变成不太依赖于视角并且衰减一直高(“漏光减少”)。

如果由于外部横向电压导致分子取向保持受限于固定平面、由此分子在一个平面内移动并且重新取向，则固有视角大于纵向驱动的LC单元的情况。然而，仍然存在在光束路径或视角倾斜的情况下交叉偏振器的有限的阻挡(漏光)程度，这又要求另外的补偿膜。对于显示器技术已知的相位补偿膜是A膜和C膜，在A膜中，光轴位于膜平面内，在C膜中，光轴垂直于膜平面定向。优选地，在邦加球(Poincarésphere)表现方式的辅助下，设计作为专用相位延迟器的、由偏振器、各种相位补偿膜和液晶层组成的、具有改进视场的光学构造的构造。可通过邦加球逐个膜地跟踪用于不同入射角的偏振状态，可检查由整个LC单元产生的光束的偏振状态的最佳消光。

对于本发明的LC单元，在开口状态下的所有事件的情况下都需要最高可能的透射率。具有固有残余吸收的诸如A膜或C膜的额外的膜因此不是好的解决方案。

寻求的LC单元因此旨在在没有补偿膜的情况下进行管理。就这方面而言，IPS-LC单元是有利的，因为它们在没有相位补偿膜的情况下已经覆盖了较大的角范围。

然而，IPS技术不适于具有大光束直径的单像素结构；横跨段的光束上的电场的均匀性是不充分的。

所有这些向列型LCD在透射中需要在两侧上的偏振器。在这种情况下，一侧带有粘合剂层的聚合物偏振膜可被直接施加于向列型LCD单元的玻璃板。通过向单元施加电压，可以控制光偏振的旋转角或两个正交偏振状态之间的相位延迟；由此可设置衰减。可通过LC衰减器的非常具体的构造实现OD5或更高的光学密度。

已经提到的本发明的目的是提供一种衰减器，该衰减器作为单独的衰减器单元可将传感器信号在10⁵的动态范围内变化。

由于甚至10⁴的衰减因子都难以实现，因此采用由两个LCD衰减器单元组成的布置作为替代实施方式。作为电子距离测量模块的发送器侧衰减器单元，举例来说，如果具有10²的低对比度没有偏振影响的LC单元布置在接收通道中，则具有较高对比度外加10⁴的OD联接的偏振LC单元将是可接受的。作为没有偏振影响的LC单元，将考虑到“液晶智能眼镜”、“悬浮粒子单元”或其它光散射或吸收单元(诸如，例如，作为衰减器的聚合物分散液晶)。

因此，本发明的一个目的是提供尤其用于电子距离测量模块的可变光学衰减单元。

尤其是，旨在将产生的衰减在至少五个数量级的动态范围内进行微调，从几乎完全透明调节成10⁵的衰减。

另外，一个目的将是尽可能只用单个光学单元来实现这个所需的功能。

这些目的是通过独立权利要求的主题来实现的。可从从属权利要求的主题收集出有利的新扩展。

本发明提供了一种可变光学衰减单元，尤其涉及用于大地测量设备(特别地，经纬仪)的电子距离测量模块。根据本发明，射到衰减单元上的光被液晶衰减。所述衰减单元包括：至少一个偏振器，其尤其被设计为偏振片；液晶快门，其尤其包括向列型液晶，具有可变透射率；第一分析仪，其尤其被设计为偏振片。

根据本发明的衰减单元因此具有非常简单的构造。

有利地，偏振器的偏振片和/或分析仪的偏振片被设计成单面自粘合膜并且粘合性结合到透明载体(例如，玻璃基底或玻璃基底板)上，和/或在一面上设置有抗反射层，特别地，抗反射层被优化成660nm至1550nm的光谱范围。

通过自粘合膜可以形成根据本发明的衰减单元的非常紧凑的构造和简单地生产。

为了能够具有高对比度，根据本发明的衰减单元就以下方面进行优化：

-使用在一个偏振状态下具有高透射率并且在另一个偏振状态下具有低透射率的高对比度偏振器；

-优化使用的各个波长；

-分析仪和偏振器的自由开口内的均匀度；

-液晶单元的自由开口内的均匀度(特别地，还涉及在光通过的过程中可能出现的倾斜和相位变化)；

-足够的敏感度和/或分辨率，以得到最大透射状态和最小透射状态之间能微调的期望衰减；

-解决由于温度漂移(例如“参考延迟＝-0.4％/K”(双折射)的漂移)必须就软件而言被补偿而导致的潜在问题；

-考虑例如在相对于具有相同方位角取向的激光束的取向的情况下，液晶快门的等对比度曲线。

具有用于一个振荡方向的高透射率和用于另一个、正交振荡方向的最低可能透射率的简单且成本有效的偏振器是包括取向吸收分子的塑料膜或横向布置的金属纳米结构。在650nm、800nm或1550nm下高达500,000的对比度值能用这类膜来实现。

根据一个有利的实施方式，液晶快门包括“扭曲向列”型液晶单元TN-LCD。特别地，偏振器和分析仪A1具有相互交叉的偏振方向，即，相对于彼此旋转90°的偏振方向。在这种情况下，尤其液晶单元TN-LCD能在“常白模式”下操作。

扭曲向列型液晶单元可通过相当特别简单的构造被区分。TN-LC单元在常白模式下的操作对能耗降低具有积极效应。

根据一不同实施方式，液晶快门L包括“FFS”液晶单元FFS-LCD。FFS代表“边缘场开关”。FFS技术是基于与液晶快门的基底或玻璃表面平行取向的横向电场，其中，电极E+和反电极E-位于单元的同一侧并由绝缘层彼此分开。在电极边缘处的非常强的场振幅能够产生有效且快速的开关。与IPS技术相比，该电极结构在打开状态下产生了较高的透射率。然而单元结构的尺寸有限；在仅具有单个像素的单元的情况下(如本发明所期望的)，电极之间的距离变大，这导致了所需的驱动电压U较高，并导致在中空电极或条电极的边缘(界限)处的场强E上升到非常大的值，该非常大的值朝向像素中心下降。在与液体厚度相比较大的像素尺寸的情况下，导致单元中心中的场实际为零，并在那里不再存在衰减功能。通常，这种液晶快门在常黑模式(即，在无电压状态下光通道被阻塞)下操作；该单元通过施加电压而变得透明。

根据另一个实施方式，液晶快门包括“垂直对齐向列”液晶单元VAN-LCD。在VA技术的情况中，成自然布置(即，在静止状态下或者没有施加任何电压的情况下)的液晶分子相对于两个玻璃基底或玻璃载体垂直取向。在没有驱动电压的状态下，分子轴保持相对于玻璃板平面的垂直位置，并且与交叉的偏振器相结合，透射率是最小的(“黑色”或“常黑”)。当施加的电压U增大时，分子旋转偏离这个垂直位置。LC分子的倾斜角越大，透射率就变得越大。结果可设置灰度值进而设置所需的光学密度。为了使液晶分子在电场E的作用下旋转偏离电场线，VA单元需要具有负介电各向异性的液晶混合物。

在不存在电压的情况下，分子几乎理想地沿着光束轴线取向。在这种情况下，光偏振没有改变，这与交叉偏振器相结合导致高对比度，并且进入单元的光无法穿过单元。随着电压的增大，分子旋转偏离光束轴线，并且与分子结构固定的折射率椭圆体也是如此。双折射开始生效，横过液晶的光束经历偏振变化，这导致在穿过第一分析仪时透射率增大。VA屏一般在由于高对比度的“常黑”布置下操作，这意味着，LC元件在没有被施加电压的情况下是不透明的。为了使液晶分子LC在没有电压的状态下垂直于两个基底玻璃GS取向，所述基底玻璃设有电极稳定的聚合物SP。

有利地并且以与上述任何实施方式相结合的方式，提供第二分析仪，第二分析仪同样被尤其设计为偏振片。尤其是，这个分析仪的偏振片同样被设计成单面自粘合膜并且粘合结合到透明载体上和/或在一面上设置有抗反射层。

根据一个实施方式，偏振器和/或分析仪被设计为线性偏振器。

根据不同实施方式，它们被设计为圆形偏振器。在这种情况下，圆形偏振器被尤其设计为线性偏振器与λ/4相位板的组合。

根据另一个实施方式，偏振器和/或分析仪被设计为广角偏振器，尤其是，包括由偏振器和相位板构成的夹层结构或组合结构。有利地，由此可以降低倾斜激光束下交叉偏振器的所谓“漏光”效应，其是高光学密度所必须的。

液晶通常具有被优化成650nm或1550nm的光波长的色差。

根据一个实施方式，液晶与分隔件元件混合。有利地，所述分隔件元件具有3μm至10μm(尤其是，3μm至7μm)的直径。特别地，所述分隔件元件被设计作为纤维或玻璃珠。

由于分隔件元件的小尺寸，因此导致潜在的由所述分隔件元件造成的干扰散射光效应最少。

在至少-20℃至+60℃的温度范围内，根据本发明的衰减单元的液晶通常具有比10毫秒短的开关时间(对于低于0℃的温度)，特别地，不到1毫秒的开关时间(对于高于0℃的温度)。

本发明的另一个主题是一种具有光学发送通道和光学接收通道的电子距离测量模块(EDM)。根据本发明，在这种情况下，根据上述实施方式中的一个的根据本发明的衰减单元布置在光学发送通道或光学接收通道中，或者布置在这两个通道中。

根据一个实施方式，电子距离测量模块包括光学发送通道中的根据本发明的衰减单元和具有可变透射率的仅仅与偏振无关的液晶快门，但在光学接收通道中没有指定的偏振器和/或分析仪。举例来说，在动态散射模式(DSM)的原理下工作的LC单元是没有偏振的，其中，它们的可设置衰减范围通常小于500。

根据不同实施方式，电子距离测量模块同样包括光学发送通道中的根据本发明的衰减单元，而在光学接收通道中布置偏振选择分束器，偏振选择分束器用于将接收光偏振选择分束成在光学路径中的偏振选择分束器的下游具有不同偏振的两个部分光束，根据本发明的衰减单元布置在所述部分光束的光学路径中。在这种情况下，期望将部分光束设置成相同的光学路径长度和相同的光传播时间。

根据另一个实施方式，类似于上述实施方式，电子距离测量模块同样包括光学发送通道中的根据本发明的衰减单元，并且在光学接收通道中包括偏振选择分束器，偏振选择分束器用于将接收光偏振选择分束成在光学路径中的偏振选择分束器的下游的具有不同偏振的两个部分光束。然而，根据这个实施方式，在两个部分光束中的一个部分光束中，在光学路径中的偏振选择分束器的下游布置λ/2板。接着将两个部分光束馈送到根据本发明的公共衰减单元。特别地，根据这个示例性实施方式，同样，部分光束被设置成相同的光学路径长度和相同的光传播时间。

本发明的另一个主题是一种用于制造根据本发明的衰减单元的方法。该方法包括以下步骤：

-在被设置用于所述偏振器和所述第一分析仪的位置之间布置所述液晶快门，并且向所述液晶快门施加电压，特别地，5V和20V pp及0.2kHz至2kHz之间的矩形电压；

-将所述液晶快门绕着入射激光束的光学轴线旋转，直到观测的激光信号实现最小值，特别地，具有±1°至±2°的角度容差；

-特别地，在偏振器被设计为偏振片的情况下，通过将所述偏振片粘合性结合到所述液晶快门的玻璃基底板上，来将所述偏振器连接到所述液晶快门；

-将所述第一分析仪设置在所述液晶快门的下游，特别地，取代定位在上游的Glan-Thompson棱镜，如果合适的话；

-将所述第一分析仪绕着所述入射激光束的光学轴线旋转，直到观测的激光信号实现最小值，特别地，具有±0.1°或更精确的角度容差；

-如果合适的话——在第一分析仪被设计为偏振片的情况下——将所述偏振片粘合性结合到所述液晶快门的玻璃基底板上。

因此，总结根据本发明的制造方法的这个第一实施方式。

根据一个扩展，出于为衰减单元装配第二分析仪的目的，在以上步骤之后，执行下面的其它方法步骤：

-在所述液晶快门后面布置第二分析仪A2，在所述液晶快门被切断电压时执行所述布置；

-将所述第二分析仪绕着所述入射激光束的光学轴线旋转，直到观测的激光信号实现最大值，尤其是，具有±1°或±5°的角度容差，在所述液晶快门被切断电压时执行所述旋转。

因此，也总结了根据本发明的制造方法的这个修改实施方式。

为了使根据本发明的衰减单元可实现所需规范，对于根据本发明的制造方法，必要的是偏振器、分析仪和液晶快门的光学轴线相互对准达到至少1°的精度，特别地，偏振器和分析仪的光学轴线相互对准达到0.1°的精度或更精确。在这种情况下，有利地使用辅助激光源测量和监测所述对准。

当液晶快门相对于激光束在EDM模块中安装和对准时，应该考虑以下内容：

-通过等对比度曲线图确定最佳取向角。(在本申请的描述部分中将更详细地说明这个术语)。

-最佳取向角影响元件的衰减曲线。

-应该防止来自液晶单元的光学表面的背反射导致的干扰影响。

当正确执行该方法时，实现了1至10⁵的对比度可变设置范围，由此，实现了所需规范。在这种情况下，对比度被理解为意味着可设置的最大透射率和最小透射率之间的比率。如果最大透射率小于1，则为了可实现10⁵的对比度，需要超过10⁵的光学密度。

对根据所述的方法制造的TN液晶快门进行的一系列测试表明，可实现高达1:250,000的对比度值。特别地，TN液晶快门因此看起来特别适于根据本发明的衰减单元。

此外，用与FFS结构并排的TN单元在液晶快门的透光状态下，实现了最高透射率值，这有利于能够使光源的光功率受限制，并减少尤其在电池操作仪器的情况下的能耗。

附图说明

以下，基于附图中示意性示出的具体示例性实施方式，仅仅以示例方式更详细描述本发明，同时讨论了本发明的其它优点。在附图中，更具体的细节是：

图1a示出其中使用电子距离测量模块的作为大地测量设备的第一示例的经纬仪；

图1b示出其中使用电子距离测量模块的作为大地测量设备的第二示例的地面扫描仪；

图2示出图1b中的扫描仪的一个可能的基础光学构造的示意图；

图3示意性示出根据本发明的光学衰减单元的基本原理；

图4示出根据本发明的光学衰减单元的一个优选实施方式的工作的图示；

图5示出根据本发明的TN-LC单元的衰减的可调节性作为与反射目标的距离的函数的示图；

图6示出对于根据本发明的TN-LC单元而言，测得的激光强度作为施加在单元的基底板之间的电压和驱动频率的函数；

图7示出根据本发明的FFS液晶快门的构造的示图；

图8示出根据本发明的VA液晶快门VA-LCD的构造的示图；

图9示出包括电极稳定的聚合物的液晶分子的混合物和相关制造方法的示图；

图10示出TN-LC单元的对比度的角度(视角)依赖性的示图；

图11示出作为用于液晶分子取向层的、根据本发明的液晶快门的TN单元的玻璃基底上施加的聚合物层的动作模式的示图；

图12示出基于透射率测绘的各种激光入射角作为各种视角下施加于TN单元的电压U的函数的电-光特征曲线；

图13示出在没有TN-LCD与偏振器的组合的情况下、液晶分子与透射光中的分隔件的混合物的TN液晶单元的显微图；

图14示出根据本发明的TN-LC衰减单元的对比度行为的示图；

图15示出相对于激光束方向而言LCD倾斜角的影响的定性图示；

图16以表格形式示出用于制造根据本发明的液晶快门的根据本发明的方法的概况；

图17示出在混合偏振(s偏振和p偏振)输入光的情况下根据本发明的光学衰减单元的一个实施方式；

图18示出在混合偏振(s偏振和p偏振)输入光的情况下根据本发明的光学衰减单元的另一个实施方式；

图19示出在混合偏振(s偏振和p偏振)输入光的情况下根据本发明的光学衰减单元的图18中的实施方式的替代实施方式；

图20示出用于分开未偏振接收照射的偏振选择分束器PB的示例；

图21示出包括根据本发明的光学衰减单元的根据本发明的电子距离测量模块的第一实施方式的光学构造的示意图；以及

图22示出包括根据本发明的光学衰减单元的根据本发明的电子距离测量模块的第二实施方式的光学构造的示意图。

具体实施方式

图1a示出其中使用电子距离测量模块的作为大地测量设备的第一示例的经纬仪。经纬仪11包括底部1，上部件2可旋转地安装于底部1上。可枢转地安装在上部件2上并且包括具有光轴线5(瞄准轴线)的物镜6的瞄准单元3通常装配有被设计用于发射激光束9的激光源和激光检测器，因此提供用于确定目标对象位置的距离测量功能。此外，经纬仪11配备有输出单元4，尤其是，装配有显示器。此外，该设备具有用于与对象对准的两个相互垂直的轴线7、8(垂直轴线7和倾斜轴线8)。

图1b示出其中使用电子距离测量模块的作为大地测量设备的第二示例的三维或二维无接触地扫描远程对象的地面扫描仪20。激光扫描仪20可适于对静态或动态对象进行特定的检测、拍摄、数字化等。激光扫描仪20可旋转地安装在底座1上并且可通过绕着两个枢转轴进行360°枢转用360°×360°的视场扫描完整的全景，因此可通过沿对象的方向的反射镜(未示出)发射的测量光束21来扫描具有多个对象的场景。

图2示出其中使用根据现有技术的电子或光电衰减单元的、图1b中的扫描仪20的一个可能的基础光学构造的示意图。来自光源LS(通常是激光器)的发射光被首先引导到通向光学放大器EDFA(“掺铒光纤放大器”)的发送光路径TP(发送通道)上，光学放大器EDFA通常以可变方式光学放大输入光。接着，光前进至分束器BS，在分束器BS中，光的一部分被偏转到基准光路径R，在基准光路径R中布置有可变光学衰减单元VOA。来自发送光路径TP的光的其它部分进一步前进至介电分束器SBS，在介电分束器SBS处，光被偏转至旋转反射镜RM，光例如相对于旋转轴线以45°的角度射到旋转反射镜RM的表面上，使得光在此处在旋转反射镜RM的上游相对于其方向大体以直角被偏转，成为沿待扫描对象的方向的测量光21。旋转反射镜RM通常可旋转360°，如箭头105所指示的。在对象处散射或反射的光和从对象产生的其它光联合起来作为扫描光SL在接收光路径RP上前进，回到旋转反射镜RM并且在此处根据实施方式的类型被透射到光谱选择分束器SBS。然后，接收路径RP中的光被物镜或聚焦透镜FL聚焦，例如，到达作为光波导的光纤的光学输入上，被从此处馈送到检测器Det，就像来自参考光路径R的光一样。可主要用光传递光纤实现图示的光路径R、TP和RP。

扫描仪20的上部件(所述上部件以被虚线包围的方式指示)被安装在底座1上，相对于底座1，所述上部件可水平旋转，如箭头106指示的。

图3示意性示出根据本发明的光学衰减单元100的基本原理；图4中示出了所述衰减单元100的一个优选实施方式的工作。用液晶快门(TN-LC)L实现衰减单元100的核心。液晶快门L包括设置有薄聚合物层的两个基底玻璃GS(在下文中也被指定为“基底板”或“覆盖玻璃”)，通过擦拭工艺(wiping process)将薄聚合物层的分子取向。通过擦拭将分子取向也被称为“刷毛(brushing)”。被聚合物涂布的基底玻璃GS被布置成相互只相距很小的距离，这通过图3中的相互偏移布置示出。液晶(优选地，向列型液晶)布置在两个基底玻璃GS之间。在TN单元的情况下，液晶分子平行于位于覆盖玻璃GS上的聚合物取向。如果两个基底板GS相对于彼此枢转90°(这是图4中示出的示例中的情况)，则在液晶中出现螺旋形结构；在螺旋结构旋转90°的情况下，如这个示例中一样，这被称为TN(“扭曲向列”)。

旋转后的向列液晶具有造成线性偏振光的振荡平面复合(follow)其螺旋形状的性质。偏振复合某些前提下的手性结构的扭曲(＝莫金极限(Mauguin Limit))。如果在TN单元处存在电场，则分子沿着该电场取向并且螺旋形状消失。线性偏振光不再旋转。这种特定性质使得TN单元成为可变偏振旋转器。

由于开关速度往往很高，因此板间距离很小并且液晶层很薄。

图4的左手部分示出在没有向基底板施加电压的情况下TN液晶单元的工作。这是通过两个板之间的间断接触线102指示的。根据图示的实施方式，偏振器P被设计成自支承方式并且分析仪A1被设计为粘附性结合到第二(在这里是，上)基底板后侧(-相对于入射光的方向-)的偏振膜(也被称为偏振片)，其中，偏振器P和分析仪A1具有线性的、相互交叉的偏振。射到偏振器P上并且未发生偏振或圆形偏振的光例如在它射到液晶快门L上之前被线性偏振。由于两个基底板GS之间的90°螺旋结构形式的液晶手性结构，导致光偏振旋转90°，使得线性偏振光也可经过分析仪A1。

图4的右手部分示出在两个基底板GS(闭合接触线102)之间存在电压的情形。液晶此时沿着电场取向，偏振方向不再在液晶快门L中旋转，这样光可不再经过分析仪A1。

根据图4中示出的实施方式，因此，液晶快门L在静止状态(即，没有施加电压)下是透明的，并且当施加电压时阻挡光通过。因此，这个实施方式或其操作功能是在“常白模式”下工作的。

如果偏振滤波器(偏振器P和分析仪A1)相互平行地布置，则在没有电压的情况下单元是暗的并且只有在电压增大的情况下变得透明。于是这被称为“常黑模式”。尽管这种类型表现出与视角或激光入射角相关的更对称的等对比度图(这方面以下将进一步说明)，但这在TN-LC单元的情况下就最大对比度而言不及常白模式，因此，根据本发明，常白模式是优选的。在TN单元的情况下常白模式的另一个优点是，实际上不存在液晶的双折射(延迟)的温度漂移问题；这是因为，在最大衰减的状态下，TN-LC单元在激光束方向上的双折射并不存在或者至少是最小的。因此，主要通过偏振器对或者通过TN-LC单元仅仅第二级中的性质来确定最大衰减。

图5示出作为高度反射目标的距离D的函数的根据本发明的TN-LC单元的衰减(即，透射率T的倒数1/T)的可调节性，距离D将通过距离测量模块而测量。为了获得可评价信号(即，在检测器没有饱和的情况下)，在目标非常靠近的情况下，必须设置10⁵的非常高的衰减。对于更远的目标，例如，对于例如10,000米的距离，所需的衰减变得越来越小，降至完全透射(1/T＝1)。当然，打开状态下的透射率小于100％，可实现的值是80％。因此，元件必须提供10⁵/0.80＝1.25·10⁵的衰减。

图6示出对于根据本发明的TN-LC单元而言测得的激光强度I(单位：安培)作为施加在基底板之间的电压U和驱动频率F的函数。这是示图还揭示了，根据本发明的LC单元能够使可调节对比度高达至少10⁵。驱动电压F在100Hz和2000Hz之间的频率变化对光学行为没有显著影响。

因此，伴随根据本发明的TN液晶快门的操作的典型方式，出现以下现象：

用频率范围在20Hz和2kHz之间的AC电压来驱动LC单元。用温度确定最佳驱动。在高于0℃的温度下，LC液晶的开关速度在毫秒范围内，最佳驱动频率因此大致是1kHz；在低于0℃的温度下，针对大致100Hz的驱动频率实现更好的衰减设置。

图7示出根据本发明的FFS液晶快门FFSN-LCD的构造。FFS代表“边缘场开关”(在没有向电极施加电压(“U关”)的情况下的附图的左手部分，在向电极施加电压(“U开”)的情况下的附图的右手部分中)。FFS技术是基于平行于液晶快门的玻璃表面GS或基底取向的横向电场。该图示出带有电极构造的单元构造，其中，电极E+和反电极E-位于单元的同一侧上并且通过绝缘层B相互分开。在液晶LC的方向上，在各情况下，电极的被涂覆所谓的通常由聚合物组成的定向层OL。电场E在附图的右手边的一半被描绘为线。电极边缘处非常强的电场幅度使得能够进行有效且快速的开关。相比于IPS技术，该电极构造在打开状态下产生较高的透射率。然而，单元结构的尺寸有限。在只具有单个像素的单元的情况下(如本发明所期望的)，电极之间的距离变大，这导致高驱动电压U并且造成条电极或中空电极的边缘(界限)处的电场强度E增至非常大的值，这些非常大的值向着像素的中心降低。在相比液晶厚度的大像素尺寸的情况下，单元中心中的电场实际上是零，实际上导致不再提供开关或衰减功能。

根据图7中示出的布置，这个液晶快门在常黑模式下操作，即，在无电压状态(“U关”)下阻挡光101的通过；在被施加电压的情况下，单元变得透明。

由于可用FFS单元实现相对高的对比度，因此成矩阵结构的这个单元类型适用作距离测量模块的接收通道中的可变光学衰减器(VOA)。在这种情况下，矩阵结构由许多(例如，10至1000个)像素的阵列组成。在这种情况下，衍射效应另外增加了对比度。

图8示出根据本发明的VA液晶快门VA-LCD的构造。在VA技术的情况下，成自然布置(即，在安静状态下或者没有施加任何电压的情况下)的液晶分子LC相对于两个玻璃基底或玻璃载体GS垂直取向。在没有驱动电压U的状态下，分子轴线保持相对于它们的玻璃板平面的垂直位置，并且与交叉的偏振器相结合，透射率是最小的(“黑色”或“常黑”)。当施加的电压U增大时，分子旋转偏离这个垂直位置。LC分子的倾斜角越大，透射率变得越大。结果可设置灰度值进而所需的光学密度。为了使液晶分子LC在电场E的作用下旋转偏离电场线，VA单元需要具有负介电各向异性Δε<0的液晶混合物。

在不存在电压U的情况下，分子几乎理想地沿着光束轴线取向。在这种情况下，光偏振没有改变，这与交叉偏振器相结合导致高对比度，进入单元的光101无法穿过单元(T＝0)。随着电压U的增大，分子旋转偏离光束轴线，因此与分子结构固定的折射率椭圆体也如此。双折射开始生效，贯穿液晶的光束101经历偏振变化，这导致在穿过第一分析仪A1时透射率增大。VA屏通常在归因于高对比度的常黑布置(如这里示出的)下操作，这意味着，LC元件在没有被施加的电压的情况下是不透明的。

为了使液晶分子LC在没有电压的状态下垂直于两个基底玻璃GS取向，所述基底玻璃设有电极稳定的聚合物SP。这在图9中示出。该图另外指示可能的制造过程，在该制造过程中，通过施加高电压将电极性支持分子取向并且在这种情况下通过归因于用UV(“U＝高+UV”)光照射进行的聚合将这些分子转换成固态。在这种情况下，液晶分子具有大致2nm至5nm的长度，而聚合物分子通常具有大致100nm的长度。

图10示出TN-LC单元的对比度(视角)的角度依赖性(90°)。对比度的视角依赖性对应于激光入射方向并且通常以这种所谓“等对比度曲线”的形式示出，其中，LC单元的法线和激光束(＝极角Φ)之间的角度和方位角(＝旋转角φ)被用作坐标。在单元的偏振器的方向上，极角为零。分布不是旋转对称的，而是以在1:10⁵、1:10⁴和1:10³的对比度值下从内部区域向外彼此连续的线在等对比度曲线中表现的从极角0°偏离的偏移量以形成这些线，在各情况下，1:10⁵、1:10⁴和1:10³的对比度值代表具有相同对比度的区域。根据这个图示，最大对比度的区域以方位角270°出现在直线上的中心下方。

图11示出根据本发明的液晶快门L的TN单元的玻璃基底GS上施加的特定聚合物层的动作模式。根据这个示例，界定TN-LC单元的玻璃板GS上的透明电极由氧化铟锡(ITO)组成。位于ITO电极上方的是用作用于液晶分子的定向层的大致10nm厚的、擦拭聚合物层OL。聚合物层的分子没有在各向同性平行于玻璃基底GS的平面中布置，而是具有所谓的预倾角ε。这个角度一直在擦拭或摩擦方向上对准，在图11的左手部分中用大双箭头103、104指示该方向。杆状液晶分子平行于聚合物膜的分子取向并且粘附于这些分子。由于聚合物结合部位的预倾角ε，举例来说，只可形成穿过液晶的顺时针方向的螺旋结构。于是，逆时针方向上的螺旋结构就是不可能的。

这个预倾角ε还影响螺旋轴线的取向，因此相对于覆盖玻璃法线(基底)按一定角度倾斜双折射液晶的光学轴线。螺旋分子链的这种倾斜产生在两个偏振方向之间的相位延迟，使得TN单元的输出处的偏振获取椭圆部分，因此对比度减小。然后，等对比度曲线不再相对于TN单元的表面法线对称。另外，作为施加电压的函数的透射率特征曲线基本上取决于TN单元上的激光束的入射角。在VA单元类型的情况下，通常不存在等对比度图线的这种不对称。

图12示出用于各种激光入射角的电-光特征曲线。1和10^-6之间的透射率T被绘制成在视角(方位、极性或水平、垂直)为(0°,0°)至(+3°,+3°)的情况下作为施加到TN单元的控制电压U(单位：V)的函数。

TN-LC衰减器相对于激光束的取向还影响作为施加电压的函数的透射率特征曲线。

在这些测量中，TC单元被精确垂直于激光轴线(Z轴线)取向并且在两个方向(也就是说，在Hz方向和V方向)上都以矩阵状方式倾斜，逐步从0°倾斜至+3°。强度特征曲线随LCD的倾斜而变化。在这种情况下，极小值沿着电压轴线移位，透射率的最小值同样变化。

根据这个图示，可从TN-LCD相对于激光束的错误取向推导出以下内容作为结论：第一，可实现的对比度变化；第二，透射率-电压特征曲线也变化。

LCD特征曲线相对于TN-LCD取向的这种明显依赖性是当TN液晶快门被装入EDM模块中时必须要考虑的重要方面；特别地，据此洞悉需要细致调节单元。

根据以上图表，明显的是，能用TN-LC单元实现高于0D5(105)的最大衰减。在这种情况下，应该仔细确保衰减器元件以在Hz和V方向上倾斜的方式被装入EDM模块中，相对于激光束正确对准。

特别地，对于实现高对比度的TN-LC单元，还由于混合到用于实现作为玻璃板之间的分隔件的功能的液晶-玻璃纤维、塑料纤维或玻璃珠中，而造成进一步出现散射光问题。通过激光波长和液晶的双折射(延迟)(Gooch-Tarry曲线)而限定板间隔的宽度。

根据本发明，在这种情况下，使用具有在3μm和10μm之间的最短可能长度的圆柱形分隔件来减少散射光的产生。另选地，还使用小玻璃珠；小玻璃珠的优点在于比小圆柱形杆具有小得多的尺寸和面积占比，这导致在激光束通过期间产生甚至更少的散射光。另外，注意要确保在所使用波长下的分隔件和液晶的折射率也尽可能地对应。

使用最小可能的分隔件(短纤维或小玻璃珠)一般不是通常商业化应用的。因此，其中使用惯例较大分隔件的标准液晶单元不适于具有与本发明力求的光学质量对应的高对比度的衰减器。

图13示出在没有将TN-LCD与偏振器组合的情况下，透射光中的TN-LCD的显微图。

在显微图中可分辨出作为分隔件的小白杆X。纤维具有3.9μm×27μm的大尺寸并且是清晰可见的，这证实它们散射光达到相当大的程度。包括这种大分隔件和另外还包括这种大量的这种分隔件的单元不适于根据本发明的组件。

具有极少散射光和高对比度的LC单元的其中一个适于本发明的不同实施方式在空置光学开口中没有分隔件，并且在这种情况下，分隔件特定地定位在单元的没有在光学上使用的外部区域中。

图14示出其它表现形式的根据本发明的TN-LC衰减单元的对比度行为。该图的左手部分示出在所谓的等对比度图线中以轮廓线表现方式，分别被表现为图的水平轴和垂直轴的在(-3°,-3°)至(+3°,+3°)的角度范围(Hz,V)内影响TN-LC衰减器相对于激光束的取向在对比度上的影响的测量结果，和在右手条形图中的测得对比度(对应于轮廓线)的值。

在LC单元上的垂直激光入射的情况下，可用偏振器的合适精确取向实现高达10⁵的非常高的衰减或对比度值。然而，如果单元仅仅相对于激光束略微倾斜，则衰减显著减小。这种行为是电视屏幕中已知的并且在技术术语中被称为“倾斜入射下的漏光”。

对于每种类型的LC单元，尤其是，对于TN-LC单元，因此重要的是考虑等对比度图线并且相对于激光束设置单元的最佳角度。

因此，可在(-2.5°,+1.5°)至(+1°,-2.5°)的角度范围(Hz,V)的带内实现最高对比度值。

然而，最高对比度值不应当已在过低驱动电压下实现；否则，特征曲线太陡并且设置精度不精确。因此，对比度依赖性的又一种变现方式对于单元优化也是必须的。图14的右手部分示出，一旦再作为水平和垂直角度的函数，在哪些电压下实现最大对比度值。这个图示还揭示了，在10V至14V的电压下，角度范围(Hz,V)＝(-3°,+1°)通过(0°,0°)至(+1°,-3°)是最佳适于作为电-光衰减器的应用。

图15示出TN单元的按照激光入射角的四个角象限(Hz<0,V>0；Hz>0V>0；Hz<0,V<0；Hz>0,V<0)划分的、相对于激光束方向的倾斜角对特征曲线分布的影响的定性图示。这个图示应该与图14进行比较，其中，应该注意，针对“V”角度以相同方式进行图示，但针对“Hz”角反映在“0线”上。

椭圆形作为LC单元背离LC单元上的激光束垂直射入的倾斜的标识，标记沿激光源方向从单元返回的激光背反射LR，所述激光背反射取决于LC单元的倾斜。

如果特征曲线的单调和充分梯度容差和角度容差是头等重要的，则按照这个图示，具有高对比度的LC单元的最佳取向可见于左上和右下的角象限。另一方面，如果特征曲线的最大衰减进而最大对比度是头等重要的，则在这个图中，右上的角象限中的最佳角度是最合适的；这是因为，一般来说，最高对比度值位于所述角象限中。

图16以表格形式概述示出用于制造“扭曲向列”型的根据本发明的液晶快门的根据本发明的方法。开发出这种特定制造方法，以能够制造具有高达10⁵或更高的所需较高可能对比度值的根据本发明的LC衰减器。具体地，尝试并且研究用于制造TN-LC单元的根据本发明的方法。优选地，通过辅助激光源测量并监测安装期间的各种对准。

在该方法的第一步骤中，液晶单元尽可能准确地垂直地或以相对于入射激光束101的光学轴线的某些其它精确限定的极角布置在激发光束路径中的偏振器P和第一分析仪A1的位置之间(另外参见图3)。在这种情况下，Glan-Thompson棱镜(GTP)初始通常在分析仪A1的位置处用作辅助。于是，LCD充当玻璃板。例如，用16V(pp)/0.2..2kHz的矩形电压驱动LCD。结果，偏振很大程度上保持不受单元影响。

根据马勒定律(Malus'law)，偏振器、分析仪和辅助分析仪(GTP)的光学主动轴线应该被相互对准达到0.1°或更好的精度(参见步骤4)。因此，步骤2要求，关于相对于偏振器的LC单元的激光轴线的角度对准被校正至+/-1.5...2°。否则，TN单元还用作光学相位板，以减小对比度。最大衰减在旋转+/-2°的情况下减小20％，并且在旋转+/-5...6°的情况下变差100％。

在步骤3中，接着，将偏振器P粘合性结合或光学胶结到第一玻璃基底板的面对光束路径的那一侧。在这种情况下，优选的是粘合性结合，特别是使用偏振器P被设计为偏振片的一侧已经存在的粘合剂膜进行粘合性结合。

在步骤4中，第一分析仪A1定位在光束路径中，以替代初始使用的Glan-Thompson棱镜。

在步骤5中，为了改变其偏振取向，分析仪A1接着绕着入射激光束的光学轴线旋转，直到检测器信号实现最小值。然后，通过偏振器P和分析仪A1的线性偏振的交叉对准，通过施加到TN-LC单元上的电压来实现最大衰减。

优选地，在步骤6中，接着，将具体被设计为偏振片的分析仪A1(尤其是带有单面粘合剂膜)沿着从LC液晶快门的光产生方向被粘合性结合到第二玻璃基底板的后侧。

由偏振器、TN-LCD和分析仪组成的个体LC衰减器可具有过低的衰减，能实现的最大对比度为例如仅仅80,000而不是大于100,000。因此，包括串联布置的第二分析仪的第二实施方式是有利的，即，将第二分析仪插入第一分析仪后面的光束路径中。

在根据本发明的制造方法的第二实施方式的可选其它步骤中，就这个方面而言，在步骤7中，在切断电压的情况下布置第二分析仪A2。

在最终步骤8中，接着将分析仪A2绕着光束的光学轴线旋转，直到在LCD中仍然切断电压的情况下穿过激光束的光的信号实现最大。在这个第二旋转步骤中，理想的是±1°...±5°的精度。这个调节并不太关键，因为第二分析仪基本上只被设置用于补偿分析仪A1定位中的误差，以实际上根据需要能够真正实现大于10⁵的可能对比度。

通过之前的制造步骤完成根据本发明的LC衰减单元(尤其是，处于“常白”布置的TN-LC单元)。

根据本发明的制造方法的一个特定实施方式，因此，这种方法是基于以下(结构)特征：

这里描述的LC衰减器由以下部分组成：

-粘合性结合的偏振片P，其一侧自粘合并且一侧被涂覆抗反射层；

-LCD开关L；

-第一粘合性结合分析仪片A1，其一侧自粘合并且一侧没有被涂覆抗反射层；

-可选地，还有第二粘合性结合分析仪片A2，其一侧自粘合并且一侧被涂覆抗反射层，其中，两个分析仪A1和A2都布置在光束的输出端(光学路径中的LC单元的下游)。

在这些TN-LC单元的构造中，有意不用双折射补偿膜，以保持打开状态下的透射率尽可能高。真实的是，LC液晶特别的介电各向异性将高衰减因子限于特定入射方向，并且显示器技术公开了将与正-负双折射结合的单轴和双轴相位延迟膜二者作为扩展角度范围的偏振补偿器。举例来说，具有面内光学轴线的A膜和/或具有垂直于膜平面取向的光学轴线的C膜是惯例。由此，具有最大衰减的角度范围可以是对称的并且被扩展。通过扩展等对比度图，衰减元件的安装容差也被放宽。然而，相当大程度减小的最大透射率和组件复杂度是不利的。打开状态中的TN-LC元件的最大透射率将通过提到的补偿膜降至低于60％，结果，将不适用作根据本发明的用于大地测量设备的距离测量模块的衰减器。

作为基于塑料的偏振膜(吸收、反射、纳米线等)的替代，也可以使用本领域的技术人员已知的其它类型的偏振器(诸如，偏振棱镜、布氏片(Brewster plate)或介电涂布分束器)。

之前的图被定向成是在输入光进入具有线性偏振(尽管不一定是排他性的)的液晶的情况下衰减单元的图示。上述TN-LC单元的替代实施方式是使LC元件被配备圆形偏振器以替代线性偏振器。圆形偏振器通常基本上由具有λ/4相位板的线性偏振器的组合构成。

图17示出无偏振效应并且结果还可用于接收器侧的衰减单元的一个实施方式。通过透镜使经过光纤被引导的接收光变平行。接收光101是s偏振照射和p偏振照射的混合。混合偏振光射到被设计为薄膜立方偏振器的偏振选择分束器PB上，分束器PB将入射光分成两个相互垂直的偏振部分(s和p)，成为相互垂直平面上的部分光束101a和101b。在图20中示出偏振选择分束器PB的可能实施方式。λ/2板布置在光束路径的下游，使得下游的部分光束101a的偏振对应于另一个部分光束101b的偏振。因此，在横跨这两个部分光束的部分上的光束上延伸的单个液晶快门L满足衰减或对比度调节的需要。

图18示出在图示情况下用于经由馈送光纤(接收光纤EF)提供的s偏振和p偏振接收光的混合的衰减单元的另一个实施方式。接收光101被透镜111变平行，然后以倾斜角射到第一偏振分束器PB1上，即，相对于接收照射以布鲁斯特角(Brewsterangle)安装的玻璃板PB1上。按照两个偏振方向s和p，光被成比例发送或者反射到简易反射镜M7上，简易反射镜M7大致相对于源自透镜111的平行接收光101的方向以与偏振分束器PB1相同的角度安装。接着被反射镜M7进一步反射的光作为部分光束101a进一步前进至液晶快门L1，被偏振分束器PB1发送的光作为部分光束101b前进至第二液晶快门L2，第二液晶快门L2相对于第一液晶快门L1以旋转90°的方式布置在光束路径中。

光因此被按照两个偏振方向被分开，然后被以可设置方式相互分开的两个液晶快门L1、L2衰减。然后，之后在光束路径中进一步存在玻璃板PB2和另一个反射镜M8的另外组合，玻璃板PB2相对于光传播以布鲁斯特角安装并且用作第二偏振分束器，另一个反射镜M8大致平行于偏振分束器PB2安装。出于将光进一步引导到光电检测器(例如，光电二极管)的目的，通过这个由偏振分束器PB2和反射镜M8组成的第二组合，再次组合之前相互分开并且相互独立衰减的两个部分光束，以形成公共光束，公共光束经由透镜112被引导到另一个光纤AF的接收开口上。

面对射入光的分束器PB1、PB2的接收表面优选地在各情况下被实施为偏振反射镜表面。

这里描述的低损失LC衰减单元(光损失通常是20％)因此具有以下表征特征：

-偏振组件在各情况下以倾斜角(即，相对于光传播方向的不等于90°的倾斜角)安装。

-该布置对于两个偏振方向都是生效的，因此还适用于接收通道，因为被从目标对象反射回的光不再100％偏振(偏振程度在50％和100％之间)。

-这个示例示出了两个光纤(输入光纤EF和输出光纤AF)之间的衰减单元的布置；然而，还可将衰减单元在没有透镜的情况下用在光自由辐射(light free-radiating)的布置中。

图19示出衰减单元针对图17的替代实施方式，该替代实施方式与图17的不同之处在于，两个离散的液晶快门L1和L2而非λ/2板设置在光束路径中作为偏振选择分束器PB的薄膜立方偏振器的下游，并且两个部分光束101a和101b中具有不同偏振的光因此被馈送到所述液晶快门。关于这个实施方式，以与之前图18中的实施方式相同的方式，重要的是，薄膜立方偏振器下游的光路径具有相同的光学长度，因此具有相同的传播时间。

与图19中的衰减单元类似的衰减单元还可用于在光学发送通道中和光学接收同奥中都具有液晶快门并且具有TN液晶单元和线性偏振接收光的电子距离测量模块(EDM)中。举例来说，这是包括发送器方衰减单元(如图3中一样)和具有偏振选择行为的两个接收方衰减单元(如图19中一样)的实施方式。按照这个示例，所有这三个元件都被实施为具有TN结构的LC元件。在这种情况下，偏振感应分束器再次设置在接收通道中的两个LC单元的上游，使得合适的偏振被馈送到各个LC元件。

类似地，按照根据本发明的EDM的不同实施方式，按照包括根据图3的发送器侧衰减元件和如图17中一样的具有偏振选择行为的单个接收方衰减元件的这个示例，衰减器组合可用于与图18类似的布置。这两个元件被实施为具有TN结构的LC元件。偏振敏感分束器再次设置在接收通道中的LC元件的上游，其中，分束器的一个输出通道之后是λ/2板，使得偏振对应于第一输出。结果，具有加倍面积的单个LC元件再次在下游光束路径中是足够的。替代基于TN拓扑的LC元件，还可以使用根据VA或FFS原理工作的LC单元。

图20示出了作为用于将未偏振接收照射分束的偏振选择分束器PB的示例的在玻璃板上的立方薄膜偏振器，在各情况下，薄膜偏振器具有相对于入射光方向以45°布置的主动分束器表面。这里的分束器PB被布置成，使得入射光方向在各种情况下相对于图像平面的p偏振光基本上透射而没有偏转，而s偏振光相对于图像平面以90°的角度偏转。

然而，如图18中所示，分束角度还可不同于90度。如果偏振分束器同时执行LC单元的入射侧偏振器的功能，则消光或分束率必须足够高，即，大于10⁵。具有这种高分束比率的偏振分束器是已知的；示例是双Glan-Taylor棱镜、Glan-Thompson棱镜或接近布鲁斯特角的薄膜偏振器。

图21示出用于经纬仪11的根据本发明的一个可能基础光学构造的示意图。来自通常被设计为激光器或激光二极管的光源LS的发射光被透镜110准直并且被引导到分束器BS上，一部分光从分束器BS被作为参考光R偏转，直至45°偏转反射镜M1上，偏转反射镜M1布置在经纬仪的观测望远镜的光学轴线5上。按照图示的示例，根据本发明的第一光学衰减单元L1布置在位于其间的光路径上。沿着光学轴线5的参考光R接着被进一步引导直至反射镜M2，从反射镜M2接着进一步在穿过根据本发明的另一个光学衰减单元L3之后前进到光学检测器Det上。

被分束器BS分束的光的其它部分沿着发送通道TP(发送光路径)前进至偏转反射镜M3，从偏转反射镜M3前进到另一个45°偏转反射镜M4，45°偏转反射镜M4同样布置在光学轴5上并且将射入光作为测量光21沿待观察或作为目标的对象的方向引导。

源自对象的接收光被物镜或聚焦透镜FL沿着接收通道RP收集并且被聚焦到被涂覆的基底板SM(例如，涂覆玻璃板)上，涂覆基底板SM用作光谱选择反射镜并且设置有对于IR光或NIR光而言具有反射性但在其它情况下光学透明(即，至少在可见光谱范围内)的层。被基底板SM偏转的光同样通过反射镜M2被进一步偏转，从反射镜M2经过衰减单元L3之后前进到检测器Det上。在没有被IR和/或NIR光组件反射出去的情况下，接收光的剩余部分沿望远镜的观测光束路径、在没有通过基底板SM显著改变的情况下进一步前进直至聚焦元件107，聚焦元件107能沿着光学轴线5移动。光束路径包括在聚焦元件107的图像平面中的布置在光学轴线5的更远下游的刻线(reticle)108，并且最后在末端包括用于观测者的目镜109。

作为变型，发送通道可装配有TN-LC元件并且接收通道可装配有偏振不敏感散射模式LC元件(智能眼镜)。

图22示出相对于如以上图2中示出的扫描仪的可能基础光学构造的实施方式的根据本发明的修改形式。

自发送光路径TP(发送通道)上的光源LS(通常是激光器)的发射光首先被透镜110准直并且前进到根据本发明的第一可变光学衰减单元L1，其中，根据需要设置强度。光接着前进至偏转反射镜M5，从偏转反射镜M5被引导到另一个偏转反射镜M6。从此处，光前进到入射点以相对于垂直的45°角度射到旋转反射镜RM的表面上，使得光在此处在旋转反射镜RM的上游相对于其方向以直角被偏转，成为沿待扫描对象的方向的测量光21。旋转反射镜RM通常可旋转360°，如箭头105所指示的。在对象处散射或反射的光和从对象产生的其它光联合起来作为扫描光SL沿测量光路径RP前进回到旋转反射镜RM并且从此处被引导到聚焦透镜FL。按照这个图示实施方式，将偏转反射镜M6沿其光学轴装配(例如，粘合性结合)到聚焦透镜FL的中心。然而，聚焦透镜FL和偏转反射镜M6还可相互分开地布置。所有这些都重要的是，在接收光通道RP中，只有最小可能比例的光被偏转反射镜M6遮挡。光被聚焦透镜FL集中，使得它射到根据本发明的另一个光学衰减单元L4的接收表面上，与根据本发明的可变光学衰减单元的以上示出实施方式相比，例如，通过装配在后侧的反射镜，该另一个光学衰减单元L4没有在透射时操作，而是在偏转时操作。根据需要被衰减单元L4反射和衰减的光接着被引导到检测器Det上。

图示的光路径TP和RP可至少部分地由光传递光纤来实现。

以由虚线包围的方式指示的扫描仪20的上部件安装在底座1上，所述上部件能相对于底座1水平旋转，如箭头106所指示的。

在以上示例中被指定为“反射镜”或“偏转反射镜”的光学元件当然还可通过不同的光学反射或偏转元件(例如，通过棱镜)来实现。

Claims

1.一种测量设备，尤其是准距仪、激光扫描仪、轮廓仪或激光跟踪器，所述测量设备包括电子激光距离测量模块，所述电子激光距离测量模块包括用于激光测量照射的光学发送通道和光学接收通道，其中，在所述光学发送通道和/或所述光学接收通道中设置用于激光测量照射的可变光学衰减单元(100)，

其特征在于，

所述衰减单元(100)以射到所述衰减单元(100)上的激光测量照射(101)被液晶(LC)衰减的方式进行构造和设计，并且出于此目的，所述衰减单元(100)至少包括：

·偏振器(P)，该偏振器(P)尤其被设计为偏振片(P)，特别是被设计为单面自粘合膜并且粘合性结合到透明载体(GS)上和/或在一面上设置有抗反射层，或者与所述透明载体(GS)胶结，

·液晶快门(L，L1，L2)，该液晶快门(L，L1，L2)尤其包括向列型液晶，该液晶快门(L，L1，L2)具有可设定的可变透射率(T)，以及

·第一分析仪(A1)，该第一分析仪(A1)尤其被设计为偏振片(A1)，特别是被设计为单面自粘合膜并且粘合性结合到透明载体(GS)上和/或在一面上设置有抗反射层，或者与所述透明载体(GS)胶结。

2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，

所述液晶快门(L，L1，L2)

·包括扭曲向列型液晶单元TN-LCD，尤其是，所述偏振器(P)和所述第一分析仪(A1)具有相互交叉的偏振方向，即，相对于彼此旋转90°的偏振方向，其中，特别是液晶单元TN-LCD能在常白模式下操作，或者

·包括垂直取向的向列型液晶单元VA-LCD，或者

·包括边缘场开关液晶单元FFS-LCD。

3.根据权利要求1或2所述的测量设备，其特征在于，

·设置第二分析仪(A2)，所述第二分析仪(A2)尤其被设计为偏振片(A2)，特别是被设计为单面自粘合膜并且粘合性结合到透明载体(GS)上和/或在一面上设置有抗反射层，或者与所述透明载体(GS)胶结，并且

·尤其是，所述第一分析仪(A1)和所述第二分析仪(A2)布置在“光束的输出”处，并且特别是由此导致在至少3°的角度范围内能实现10⁵的对比度。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的测量设备，其特征在于，

所述偏振器(P，A1，A2)

·被设计为线性偏振器或圆形偏振器，尤其是，其中，所述圆形偏振器被设计为线性偏振器与λ/4相位板的组合，或者

·被设计为广角偏振器，尤其是包括由偏振器和相位板构成的夹层结构或组合结构，和/或

·被设计为基于塑料的偏振膜-吸收、反射、纳米线-偏振棱镜，尤其是，双Glan-Taylor棱镜、Glan-Thompson棱镜、接近布鲁斯特角的布氏片/薄膜偏振器、或者介电涂布分束器。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的测量设备，其特征在于，

所述偏振器(P，A1，A2)与液晶快门(L，L1，L2)的组合具有在平行和垂直偏振取向之间的高达大于10⁵的高对比度并且同时在平行偏振取向的情况下具有高达大于80％的高透射率。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的测量设备，其特征在于，

所述液晶(LC)具有被优化成650nm、800nm或1550nm的光波长的色差和/或尤其是所述液晶与具有低光散射的分隔件元件(SP)混合，所述分隔件元件特别是具有3μm至15μm的长度，并且，尤其是，所述分隔件元件(SP)被设计为纤维或玻璃珠，尤其是，其中，所述液晶快门(L，L1，L2)具有比10毫秒短的开关时间，特别是在-20℃至+60℃的温度范围内具有不到1毫秒的开关时间。

7.根据权利要求6所述的测量设备，其特征在于，

所述液晶没有与通向所述液晶快门(L，L1，L2)的光学使用开口的光通道区域中的分隔件元件(SP)混合，并且分隔件元件(SP)仅仅在通向所述液晶快门(L，L1，L2)的光学使用开口的光通道区域外的边缘区域中被混合到所述液晶(LC)。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的测量设备，其特征在于，

根据权利要求1至6中的任一项所述的衰减单元(100)布置在以下的至少一个中：

·所述光学发送通道，和

·所述光学接收通道，

尤其是，根据权利要求1至6中的任一项所述的衰减单元(100)布置在所述光学发送通道和所述光学接收通道中。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的测量设备，其特征在于，

·所述衰减单元(100)布置在所述光学发送通道中，并且

·在所述光学接收通道中布置具有能设定的可变透射率的无偏振器和/或无分析仪的液晶快门(L、L1、L2)。

10.根据权利要求1至7中的任一项所述的测量设备，其特征在于，

·所述衰减单元(100)布置在所述光学发送通道中，并且

·在所述光学接收通道中布置用于将接收光(101)偏振选择分束成具有不同偏振(s，p)的两个部分光束(101a，101b)的偏振选择分束器(PB，PB1，PB2)，相应的液晶快门(L1，L2)布置在所述部分光束的光学路径中，尤其是，其中，所述部分光束(101a，101b)被设定成相同的光学路径长度和相同的光传播时间。

11.根据权利要求1至7中的任一项所述的测量设备，其特征在于，

·所述衰减单元(100)布置在所述光学发送通道中，并且

·在所述光学接收通道中布置用于将接收光(101)偏振选择分束成具有不同偏振(s，p)的两个部分光束(101a，101b)的偏振选择分束器(PB)，其中，两个部分光束(101a，101b)结合在一起前进至液晶快门(L，L1，L2)，其中，在所述两个部分光束(101a，101b)中的一个部分光束中，在所述光学路径中的所述液晶快门(L，L1，L2)的上游布置λ/2板，尤其是，其中，所述部分光束(101a，101b)被设定成相同光学路径长度和相同的光传播时间。

12.一种用于制造根据权利要求1至10中的任一项所述的衰减单元(100)的方法，该方法包括：

·在被设置用于所述偏振器(P)和所述第一分析仪(A1)的位置之间布置所述液晶快门(L，L1，L2)，并且向所述液晶快门(L，L1，L2)施加电压(U)，尤其是，5V和20Vpp及0.2kHz至2kHz之间的矩形电压；

·将所述液晶快门(L，L1，L2)绕着入射激光束(101)的光学轴线旋转，直到观测的激光信号实现最小值，尤其是，具有±1°至±2°的角度容差；

·尤其是，在偏振器(P)被设计为偏振片的情况下，通过将所述偏振片粘合性结合到所述液晶快门(L，L1，L2)的玻璃基底板(GS)上，将所述偏振器(P)连接到所述液晶快门(L，L1，L2)；

·将所述第一分析仪(A1)定位在所述液晶快门(L，L1，L2)的下游，尤其是，取代定位在上游的Glan-Thompson棱镜，如果合适的话；

·将所述第一分析仪(A1)绕着所述入射激光束(101)的光学轴线旋转，直到观测的激光信号实现最小值，尤其是，具有±0.1°或更精确的角度容差；

·如果合适的话，在分析仪(A1)被设计为偏振片的情况下，将所述偏振片粘合性结合到所述液晶快门(L，L1，L2)的玻璃基底板(GS)上。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

·在所述液晶快门(L，L1，L2)后面布置第二分析仪(A2)，在所述液晶快门(L，L1，L2)处切断电压时执行所述布置；以及

·将所述第二分析仪(A2)绕着入射激光束(101)的光学轴线旋转，直到观测的激光信号实现最大值，尤其是，具有±1°至±5°的角度容差，在所述液晶快门(L，L1，L2)处切断电压时执行所述旋转。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，

偏振器(P)、分析仪(A1，A2)和液晶快门(L，L1，L2)的至少两个公共光学轴线被准确地取向成0.1°或更大的相互精度，尤其是，其中，使用辅助激光源测量和监测所述取向。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的方法，其特征在于，

能实现10⁵或更大的因子作为最大透射率/反射率和最小透射率/反射率之间的可设定比率。