CN105091869B - 经纬仪 - Google Patents

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Abstract

经纬仪。本发明涉及一种大地测量仪器，特别是例如用于经纬仪或者大地测量概览、摄影测量或轴向相机的大地测量望远镜，该大地测量望远镜包括成像光学系统(1)，该成像光学系统(1)限定光轴(A)并且包括用于通过目镜(128)和/或在用于对准和/或提供所瞄准的目标对象的图像的相机传感器上对目标对象成像的观测光束路径。根据本发明，成像光学系统(1)在观测光束路径上包括至少两个衍射光学元件。

Description

经纬仪
技术领域
本发明涉及例如用于经纬仪的大地测量望远镜，该大地测量望远镜包括成像光学系统，该成像光学系统限定光轴并且包括用于通过目镜和/或在用于对准(registering)和/或提供瞄准的目标对象的图像的相机传感器上对目标对象成像的观测光束路径。
背景技术
对于许多应用，特别是用于大地测量、构造和军事应用以及例如用于通过目镜的直接目视观测和/或用于通过相机的图像记录，需要瞄准装置，特别是望远镜。在大地测量的范围内，纯粹的观测与对瞄准的目标对象的距离测量的结合在这里是特别重要的，为了这种结合的目的，除了针对望远镜光束路径的光学系统部件之外，在相应的大地测量仪器中还需要用于耦合和去耦合传输射线或距离测量射线的光学组件的集成。特别是，要求的距离测量的高测量精度需要所涉及的光束路径和指定组件的非常稳定的位置和角度。
特别是，例如考虑到光强度、成像质量以及聚焦和放大机制，望远镜的光学设置由望远镜的功能来确定。与诸如例如具有用于接收光束的光学接收器的光电测距仪这样的光学测量仪器相比，望远镜中的光束例如由人眼来接收，为了这个目的，具有相应非常高的质量的成像是必要的。对于光学领域的工程师的挑战在于，生产具有短的安装长度但是一般高成像质量的望远镜。为了实现这种成像质量，需要校正光学像差，诸如球面和彩色、彗差(coma)和失真。这些校正通过光学部件来执行，其中，诸如透镜的曲率、数目、具有相关的光学性质的材料和校正部件的布置这样的参数、以及这些部件的高精确的制造和在望远镜中的精确对准有助于图像质量。
在望远镜中，就其在望远镜的图像平面的分辨率而言，所要求的高成像质量需要产生衍射受限的图像。特别是，图像平面上的图像圆半径范围(即由上述光学像差导致的图像平面上的来自目标对象的接收光束的光点)作为下限应当仅由衍射极限来确定并且仅为微米的小数部分。为了能够实现这一点，需要用于将(总)像差限制为小于可见光的波长的四分之一(即大约100nm至200nm)的校正。
这里，色差的校正一直是个挑战。众所周知的是，针对不同的波长，介质的折射率对波长的依赖性，因此，特别地，折射作用的透镜同样对波长的依赖性导致了图像平面/“焦平面(in-focus plane)”针对不同波长的相互偏移。作为针对这一现象的常规补救措施，研制出了消色差的透镜(消色差透镜(achromats))。这些消色差透镜(其最普遍是用作“消色差双合透镜(doublet)”)的特征是具有不同色散(即具有针对不同波长的不同折射率)的部件的组成部分。这里，使用最频繁的是由火石(flint)玻璃和冕玻璃(crown glass)制成的元件的整体(ensemble)。使用消色差透镜，能够实现针对两个波长的色上至少大致无像差的图像。然而，针对色上校正范围外的其它波长的图像仍然位于焦平面的前面或后面；这种残差也被称为“次级光谱(secondary spectrum)”。能够通过使用具有不同材料的多于两个透镜的组合来进一步减小色差。
在本说明书中，需要在“消色差透镜”和“复消色差透镜(apochromats)”之间进行区分；这表示校正的类型，即针对两个或三个正确聚焦的波长，而不是其它波长的散焦的程度。因此，通过利用具有尽可能低的色散的眼镜而不是具有通常相对高的色散的常规眼镜，即使在特定的校正区域之外，也能够改进消色差透镜和复消色差透镜二者的作用方式。包含氟石(CaF2)的眼镜具有特别低的色散，并且用这种材料制成的这样两个透镜通过彼此组合，已经能够导致很显著的校正。
针对不同波长的阿贝数的差也被称为“局部色散”P。除了折射率n和阿贝数ν之外，相对局部色散P作为用于可视系统的质量标准也非常重要。通过示例的方式，相对局部色散Pg,F与两个波长g＝435.8nm和F＝486.1nm相关。普通眼镜的特征是相对局部色散Pg,F＝ag,F+bg,F·νd，该关系式描述了所谓的正常线。常数ag,F和bg,F通常被设置为ag,F＝1.7241和bg,F＝-0.008382，并且νd表示针对波长d＝587.6nm的阿贝数。通过示例的方式，Naumann/"Bauelemente der Optik[Optical modules]",Chapter 3.3.2"Optische [Optical glasses]"(Carl Hanser Verlag publishers,6th edition)中描绘和描述了这些关系式。
可以以数学方式描述色校正的优化。为此，对于由彼此接触的两个薄透镜组成的双合透镜，材料的阿贝数被用于确定透镜的正确的焦距。提出以下要求：
f1·ν1+f2·ν2＝0
这里，f1和f2表示两个透镜针对Fraunhofer D线(D-line)(λ＝589.2nm)的焦距，ν1和ν2是第一透镜和第二透镜的材料的关联的阿贝数。由于这些透镜的阿贝数为正，因此这些焦距中的一个必须为负，即，关联的透镜必须是发散的，以便满足所述条件。
将结合本专利申请的附图来更详细地例示和解释色差的原理。
对于诸如望远镜这样的成像系统，在可能的情况，在整个可见光谱上存在对于聚焦图像(in-focus image)的需求，即，存在对于次级光谱的减少或消除的需求。通常要求的内容是，纵向色差(次级光谱)小于物镜的焦距的0.2％。
然而相对昂贵的许多光学专用眼镜部分地已知用于校正可视系统的光学像差。具有可能严重偏离正常眼镜的相对局部色散的相对局部色散的专用眼镜特别适合于在宽的光谱范围内的色校正(色差的减小)，即用于降低或提高次级光谱。
具有折射光学元件(主要是玻璃透镜)的常规望远镜通常具有许多缺点，特别是还作为需要用于产生目标对象的高质量图像的上述各种校正的结果。通过示例的方式，这些常规望远镜涉及光学器件的大的安装尺寸、许多分散的相应元件和高的总重量以及各个元件在光束路径上的困难且复杂的调整，这一起导致了高的生产成本。
为了克服这些缺点，近年来出现了各种方法。首先，这些方法与玻璃元件由塑料元件的替换有关。这可能表现在以下的事实：塑料制品的光学质量可以同时很大程度上接近玻璃制品的光学质量。这种替换使得首先重量减少，并且此外在单个元件成本上的降低，特别是如果通过成形或注射成型而得到的制品是可能的。如果满足多种功能的整体部件的使用是可能的，则尤其可以降低系统成本；这也减少了必要的相应调整步骤的数目。
其次，通过使用衍射光学元件(例如菲涅耳透镜)，出现了进一步的优点，结果，光线的定向影响/偏转的强度不再取决于光学传递的光学元件中的光学路径长度，而是取决于衍射光学元件的衍射结构的类型和几何分布，结果，实现了体积方面的进一步减小以及因此相应元件的质量和重量。同样仍然将结合附图更详细地例示和解释菲涅耳透镜的设置和功能。
通过针对更换玻璃透镜的衍射光学结构，能够由单个元件来替换由多个相应透镜组成的系统。在这个处理中，利用特别适合于此的衍射光学元件，可以校正球面像差和色差二者。特别是，衍射光学元件的第一衍射级(衍射的第一级)被用于色校正。为此，可见光谱中的阿贝数通常在-3.5和-3.3之间(取决于分别使用的材料)，因此与具有折射效果的光学元件(例如由玻璃或塑料制成)相比，阿贝数为负数。常规眼镜具有在20到80之间的阿贝数。因此，需要仅具有非常弱的效果的衍射透镜用于折射透镜的色校正。未发现利用更高级衍射的校正是有利的，因为衍射结构失去了其衍射特性并且甚至表现出更多折射的特性。
专利文献DE 199 41 638 C1公开了具有望远镜和用于发射测量辐射的激光装置的大地测量仪器，其中，在用于射出的激光的激发光束路径中使用了衍射光学元件。这里，衍射光学元件被实施为设置有结构全息图(hologram)的透明板，该透明板布置在激发光束路径上的偏转元件的上游或下游并且用于使准直的激发射线以同心发散的方式衍射为圆形光束。
US 6,501,541 B2公开了一种具有瞄准望远镜的电子测距仪器，并且具体地，公开了一种衍射光学元件，针对来自在望远镜的观测光束路径上的目标对象的光的波长选择光束偏转，该衍射光学元件在该仪器的接收光束路径上被实施为菲涅耳镜或衍射光栅。因此，该衍射光学元件在该申请中的使用没有导致重量的基本减少或仪器的安装尺寸/部件数目方面的减少，因为这里使用的功能还能够通过常规的波长选择和射线偏转元件(诸如例如棱镜)来实现，如同样在该文献的描述中证实的。
US 6,587,244 B1涉及一种用于大地测量仪器(例如经纬仪)的光学通信系统。以该专利文献为基础的本发明用于解决实现仪器针对目标对象与仪器之间的短距离和长距离二者的满意的功能的问题，而为此不需要延长仪器中的所需的检测路径。在该专利中公开的光学装置在接收光束路径上的光检测器的上游包括衍射光学元件，特别是菲涅耳透镜或衍射光栅，但是没有成像光学系统指派给该接收波束路径。为了将所述光成分引导至光电探测器的目的，结合在零衍射级和第一衍射级下的会聚功能，所公开的衍射光学元件在不影响通信光的情况下传输通信光的平行光部分。
WO 2010/097346 A1公开了具有望远镜的大地测量仪器。为了在位于关联的光学装置的对准区域内的目标对象平面的所有点的所使用的检测器的接收表面上实现聚焦成像的效果(根据该发明想得到该效果)，提出了使用特别是沿着其水平轴线具有场曲率的成像物镜，或者使用在焦距上产生依赖入射角度的变化的衍射结构来作为彼此的替代方案。
在来自现有技术的上述布置的光学系统中，衍射光学元件在每种情况下仅被用于实现单一功能。例如针对光学成像质量/色校正，在处理中实现的结果绝对肯定地不会是理想的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紧凑设置的大地测量仪器，特别是用于使得观测者能够通过目镜直接目视观测目标对象的大地测量望远镜。
这里，与一般的常规仪器相比，部分目的是实现重量上的减少。
另外的部分目的在于确保在宽的波长范围内，特别是在光谱的可见部分中的高成像质量。
本发明的另外的优点从说明书和关联的附图显现。
发明的主题是一种大地测量仪器，特别是例如用于经纬仪、或者大地测量概览、摄影测量或轴向相机的大地测量望远镜，该大地测量仪器包括成像光学系统，该成像光学系统限定光轴并且包括用于通过目镜和/或在用于对准和/或提供瞄准的目标对象的图像的相机传感器上对目标对象成像的观测光束路径。根据本发明，成像光学系统在观测光束路径上包括至少两个衍射光学元件。
通过示例的方式，所述至少两个衍射光学元件中的至少一个可以被实施为由衍射和折射的、特别是非球面或球面的透镜构成的混合透镜，其中
-所述至少两个衍射光学元件中的第一衍射光学元件以光学透明材料制成的单个透镜的形式被整体上实施为物镜，并且至少一个透镜表面具有衍射结构，
-所述至少两个衍射光学元件的第二衍射光学元件被实施为聚焦部件(聚焦构件)，其可沿着光轴移动并且包括至少一个衍射光学元件，并且
-观测光束路径在物镜和聚焦构件之间进行限定。
利用这一点，与具有常规光学系统的望远镜相比，观测光束路径的大致更为紧凑的实施方式变得可能，关联的是在重量方面的显著减少。照惯例通常包括三个独立透镜的物镜有利地由整体实施的光学部件替换。作为聚焦部件(聚焦构件)以沿着光轴可移动的方式布置的结果，出于由用户的眼睛目视观测的目的或出于在相机传感器上成像的目的，能够以用户和/或应用相关的方式并且在焦点上使目标对象的图像聚焦。
衍射光学元件可以由玻璃、塑料或玻璃和人造品的组合构成。特别是，即另选地或另外，它们可以通过复制技术来制造。通过复制技术得到的制品通常具有成本减少的效果。
特别是，物镜可以包括由冕玻璃制成的材料。另选地或另外，物镜可以包括具有通过复制技术施加的附加层材料的材料。这里，如果所施加的层材料的厚度小于50μm，特别是考虑到成形保真度，则是有利的。在具有平面实施方式和通过复制技术施加的层材料的光学元件的情况下，层厚度还可以高达约0.15mm，而对于成形保真度没有显著不利。
根据一个实施方式，可移动的聚焦部件可以包括通过复制技术制造的火石玻璃和元件。特别是，可移动的聚焦构件可以包括球面塑料透镜和衍射塑料透镜。
根据另一实施方式，物镜和聚焦部件二者分别包括冕玻璃和火石玻璃的组合作为材料。
具体而言，物镜被实施为混合物(即，由折射的、特别是非球面或球面的、具有衍射结构的透镜构成)。
根据另一实施方式，衍射非球面结构通过压印或注射成型来制造，特别其中，非球面具有小尺寸。
根据另一实施方式，物镜和聚焦部件二者分别被实施为混合物。
通过示例的方式，物镜和聚焦部件二者可以被分别整体上实施为独立元件。照惯例通常包括三个独立透镜的物镜由整体实施的光学部件替换，并且聚焦部件照惯例替换针对该功能所使用的两个光学元件。
特别是，衍射光学元件被实施用于通过其第一级衍射来进行色校正，并且同时用于抑制零和/或更高级衍射。特别是，这可以通过在针对这些衍射级的衍射的情况下产生大的弥散圈的方式来实施。这里还可以实施的是，利用小于总成像强度的5％的分量来实施对更高级衍射的剩余强度的成像。
根据一个实施方式，叠加的非球面用于校正球面像差。作为其结果，可以消除或至少减小不受色差的校正影响的球面像差。
根据另一实施方式，采用的透镜中的至少一个的孔具有性质不同的不同的区域。具体地，这些区域可以是具有不同的焦距的不同的区域。通过示例的方式，这作为用于电子测距仪的近场光学器件的实施方式是有利的。
根据另一实施方式，衍射光学元件被实施为实现不同的功能。可能除了待由这些衍射元件实现的其它功能之外，这些功能还可以是光谱或非光谱光束分离。
根据另一实施方式，衍射光学元件被实施用于特别是通过扩展的焦距范围在多个光学传感器上成像。
附图说明
在下列图中以示例性的方式描述本发明。这里，相同的附图标记表示等同的结构元件。详细而言：
图1示意性地示出了根据现有技术的视距仪望远镜的设置；
图2a示出了透镜的色差和关联的校正选项的原理；
图2b示出了菲涅耳透镜的设置和功能；
图3a更详细地示出了根据图1的常规望远镜的典型实施方式的观测光束路径；
图3b示出了作为用于在图3a中描述的观测光束路径的光学系统的质量准则，在观测光束路径的输出处形成的作为空间频率的函数的调制；
图4a示出了针对根据本发明的大地测量望远镜的光束路径的光学系统；
图4b示出了用于构造根据本发明的光学系统的物镜111的重要参数；
图4c示出用于构造根据本发明的光学系统的聚焦构件的重要参数；以及
图4d示出了作为用于在图4a中描述的观测光束路径的光学系统的质量标准，在观测光束路径的输出处形成的作为空间频率的函数的调制。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据现有技术的视距仪望远镜的设置，其中，望远镜物镜仅由前透镜11表示。该设置大致对应于在EP 1 081 459B1中公开的布置。该系统中的所有必要的光学部件都在公共的光轴A上被对准。在该光轴A上布置有出射反射镜或出射棱镜12，通过出射反射镜或出射棱镜12，三个发送器/发射器S1、S2和S3中的一个的相应光束被定向在该光轴A的方向上。中心反射镜装置12确保了相应的发送器侧光束产生同轴效果。
所述三个发送器/发射器S1、S2和S3可以是任何类型的辐射源，特别是光源，并且发射不同的和/或光谱可分离的波长范围。通过示例的方式，发送器S1在波长或波长范围λ2下发射，发送器S2在波长或波长范围λ3下发射，并且发送器S3在波长或波长范围λ4下发射。通过示例的方式，这些波长范围中的至少一个不同于对于肉眼可见的环境光，环境光在下面被称为λ1并且具有在约400nm到700nm之间的波长。来自这三个发送器S1、S2和S3中的每一个的辐射以从图1可看到的方式传播，其中，发送器S1和S2的光线是例如通过部分透射的反射镜表面13和14重定向到朝向反射镜12的方向。
通过示例的方式，λ2可以设置为用于自动目标对准的波长，并且位于红外线或可见光范围内。根据该示例，λ4位于与λ2偏离的红外线范围内，并且λ3位于光的可见光范围内但是是低衍射光束。还可能的是，仅提供具有相应的频谱宽带发射光谱的单个发送器，并且与用于使辐射在不同的波长范围内并以不同发散度交替发射的适当的滤波器和物镜结合来使用所述发送器。
通过反射镜12，相应的发射射线沿轴线A同轴地定向到目标对象的表面O上，来自表面O的该辐射经由附接到表面O的诸如反向棱镜(retroprism)、反射膜、回射器、具有识别特征的目标板这样的反射镜或反射器或者以扩散的方式辐射回到或散射回到物镜11。这意味着从目标对象的表面O反射的射线沿着轴线A同轴地重新进入物镜11。
根据该示例的三个传感器装置的光束路径设置在反射镜12的在观测光束路径(即，从对象辐射回的光的光束路径)上的下游。这里，这可以尤其是位置感应的二维传感器21(诸如PSD芯片、CCD芯片、CMOS芯片或任何其它光ASIC)。在观测光束路径的进一步的路线上布置有聚焦单元，该聚焦单元仅由透镜22指示，并且用于与用于目视观测的目镜28结合来产生目标对象的聚焦图像或者将所述图像投射到相机传感器的传感器区域上。
在距离/测量组合23的情况下，这应该达到两个目的，即，首先，用于经由至少一个反射器或至少一个目标标记器(marker)到待测量的目标对象的距离测量，其次，到没有这种目标特性的自然的目标对象的距离测量。为此并且就不旨在针对每种类型的测量使用单独的传感器装置而言，距离/测量组合23必须被配置为仅对发送器S2和S3的波长范围λ3和λ4感应，指派发送器S3用于上述两个类型的距离测量。通过示例的方式，这可以通过使用适当的光谱滤波器来实现。另选地，远离轴线A向单元23反射的表面可以具有相应的波长选择实施方式。
聚焦构件22布置在目镜28的光束路径上，辐射在可见光波长范围λ1(即入射到目标对象上的环境光)内。如果期望不仅在可视望远镜通道11、18、22和28中，而且还在图像传感器21上产生聚焦图像，则有利的是以已知本身具有聚焦选项的方式来实施望远镜系统11。这是因为通过分光棱镜18使通向二维传感器21的光束路径远离光轴A，分光棱镜18通过其部分反射的表面18a使光偏转朝向传感器21。但是，该棱镜18还具有前面部分反射的表面18b，该表面18b使入射光向反射镜15偏转，反射镜15进而将所述光引导至距离/测量组合23上。优选地，为了具有不同波长的入射光线的有效的光谱分离的目的，将反射镜表面18a和18b实施为高质量薄层膜。
图2a例示了透镜的色差和关联的校正选项的原理。这里，左手部分图像阐明了针对不同的光波长(针对蓝光的较短波长b，针对绿光或黄光的中等长度波长m，以及针对红光的较长波长r)的不同焦距。在色上未校正透镜S的情况下，存在明显的色差CA，即，不同的光波长之间的焦点的移位。中心部分图像例示了具有与玻璃互补的色散特性的衍射光学元件S+DOE的使用适合于校正透镜的色差。结果，成像系统的色差CA显著减小。右手部分图像例示了具有独立元件的组合的消色差双合透镜AD(例如，由冕玻璃和火石玻璃制成)同样适合于可见光谱的范围。
根据图2b例示了菲涅耳透镜的设计和功能。这里，例示了具有常规实施方式的透镜(1，在上面)和具有相同焦距的菲涅耳透镜(2，在下面)。菲涅耳透镜或者更准确地“阶梯菲涅耳透镜”是由法国物理学家Augustin Jean Fresnel大约在1822年发明的光学透镜。作为所应用的结构原理的结果，大透镜的重量和体积普遍减小；这尤其在具有短焦距的透镜的情况下具有效果，在正常的形式下，具有短焦距的透镜很厚并且相当重。通过细分成环状的区域使得菲涅耳透镜的体积的减小。在这些区域中的每一个中，厚度减小，因此透镜获得了一系列的环形的阶梯(step)。由于光在通过透镜表面时只发生折射，因此折射角不取决于透镜厚度(即，被通过的透镜的体积)，而仅取决于两个表面之间的角度。所述透镜保持其焦距，与常规透镜相比，厚度显著减小并且重量减小；然而，作为阶梯结构的结果，成像质量通常降低。
图3a更详细地示出了根据图1的常规望远镜的典型实施方式的观测光束路径。这里，透镜组合11'对应于物镜和聚焦构件22'，同样地实施为透镜组合，对应于聚焦透镜。参考标志16和17表示必要时布置在光束路径上的光谱滤波器或者偏转或去耦合元件。同样地，透镜组合28'在这里描述代替目镜28，另一光学偏转元件或偏转棱镜19例如布置在所述透镜组合的在光束路径上的上游。从该详细的考虑得出的是，常规望远镜的光学观测系统具有多个分散的光学元件，需要相对高的重量、针对布置的高的空间要求、在待使用的独立光学元件的选择方面的细致的相互匹配及其在光束路径上的细致调整。
图3b示出了调制，更准确地在观测光束路径的输出处(即，在目镜28'处)形成的按循环每毫米(“cycles/mm”)或线对每毫米(LP/mm)测量的、作为空间频率F(“spatialfrequency”)的函数的调制传递M(按照百分比％)，作为用于在图3a中描述的观测光束路径的光学系统的成像质量的准则。最后一个参数构成针对图像分辨率(即，针对可辨识的线间距)的测量。逻辑上，对于最低的空间频率，因此出现了几乎100％的调制传递或对比度传输，并且该对比度传输值在更高的空间频率的方向上始终下降。这里，该图中的上面的曲线描述了由衍射极限引起的理论上理想的轮廓。明显的是，针对两个描述的孔径角0.08°和0.75°的曲线(对应于相机中的几乎关闭的挡位(stop)和稍微打开的挡位)显著地偏离了该理想曲线，针对更大的孔径角的曲线更显著地偏离理想轮廓。在常规的MTF(“调制传递函数”)示例中，针对挡位或孔径角指定了两个值，即矢状(sagittal)或径向(radial)值和切向(tangential)值。这里，术语“矢状/径向”和“切向”涉及径向值r通常大于切向值t的图像圆周和点。然而，针对0.08°的孔径角，在该示例中尚不能区分这两个值。相比之下，对于更低的空间频率，针对0.75°曲线的切向值显著地低于针对径向值的曲线，并且同样显著地偏离针对0.08°的曲线。
图4a示出了用于根据本发明的大地测量望远镜的具有光束路径A的成像光学系统1，该成像光学系统1包括物镜111、聚焦构件122和目镜128。根据本发明的成像光学系统1的光束路径上的其余光学元件对应于图3a中的光学元件。特别是，成像光学系统1及其各部件匹配以在光谱的接近于红外线部分的可见光下(特别是在350nm到800nm之间的波长范围中)产生瞄准的目标对象的聚焦图像。在图4b和图4c中描述根据本发明的成像光学系统1的细节。
图4b以示例性的方式例示了用于构造根据本发明的光学系统的物镜111的可能的参数，该物镜被实施为由在正面111a(在观测光束路径上来自目标对象)的非球面透镜和在背面111b的衍射光学元件组成的混合透镜。通过示例的方式，物镜可以用作具有衍射结构的玻璃基板(球面前侧)，该玻璃基板粘附地接合到后侧并且被实施为塑料复制品。物镜111替换按照根据图3a的常规布置的三合透镜(lens triplet)11'。
针对物镜111的可能的实施方式的最重要的参数如下：
衍射结构的相位函数使用二次(r2)和四次(即，四乘幂，r4)径向术语，以校正(特别是完全地校正)色差：
其中，Ci：衍射结构的系数。
必须以2πm为模将相位进行分解，以获得衍射元件。
这里，衍射的级数为m＝1。
在设计阶段中监测最小的周期；它根据最大梯度来进行计算：
梯度的最大值通常位于透镜边缘，在这种情况下，在例如20mm处。
最精细的周期应当大于20μm。
于是，利用λC＝555nm，表面轮廓z计算如下：
图4c以示例性的方式例示了用于构造根据本发明的光学系统的聚焦构件122的可能的参数，该聚焦构件被实施为由在正面122a的衍射光学元件和在背面122b的非球面透镜组成的双合透镜。
针对聚焦构件122的一个可能的实施方式的最重要的参数如下：
衍射结构的设计工作波长：555nm
衍射结构布置在聚焦构件的正面。
菲涅耳透镜的相位函数如下：
于是，利用λC＝555nm，表面轮廓z计算如下：
图4d以与图3b的示例直接比较的方式示出了在观测光束路径的输出处(即，在目镜128处)形成的作为空间频率F的函数的调制M，作为用于在图4a中描述的观测光束路径的根据本发明的光学系统的成像质量的标准。与图3b相比，显而易见的是，针对该系统的所有曲线都具有距理想轮廓的较不显著的距离，特别是，这些曲线在它们当中具有显著更小的偏差。从约160线对每毫米的空间频率向前，针对孔径角0.75°的切向值的曲线仅明显低于针对该角度的径向值的曲线和针对孔径角0.08°的曲线，后面的两条曲线几乎不能以可辨认的方式彼此偏离。这验证了与利用常规系统相比，利用根据本发明的光学布置实现了显著更好的成像质量。
应当理解的是，这些描述的图仅示意性地例示了可能的示例性实施方式。所述各种方法同样可以彼此组合，并且与来自现有技术的方法和大地测量望远镜进行组合。

Claims (27)

1.一种经纬仪，该经纬仪包括：
激光发射器，该激光发射器被配置为向目标对象发射激光测量束；
距离测量传感器；以及
大地测量望远镜，该大地测量望远镜包括：
成像光学系统(1)，该成像光学系统(1)包括由所述望远镜的功能确定的物镜组件，其中，所述成像光学系统(1)限定光轴(A)并且包括用于在通过目镜(128)能观测到的中间图像平面上和/或在用于提供和/或对准所瞄准的目标对象的图像的相机传感器上对所述目标对象成像的观测光束路径，
其特征在于，
所述成像光学系统包括出射反射镜或出射棱镜，所述出射反射镜或所述出射棱镜在所述观测光束路径中被布置在所述光轴上，并且被配置为将所述激光测量束沿着所述光轴同轴地引向所述目标对象，
所述成像光学系统包括分束器，所述分束器在所述观测光束路径中，即，在从所述目标对象照射回来的光的光束路径中，被布置在所述出射反射镜或所述出射棱镜的下游，所述分束器被适配为使从所述对象照射回来的所述激光测量束的至少一部分偏离所述光轴而朝向所述距离测量传感器，
所述成像光学系统(1)在所述观测光束路径上具有至少两个衍射光学元件，并且
所述物镜组件包括所述至少两个衍射光学元件中的作为衍射物镜部件的第一衍射光学元件。
2.根据权利要求1所述的经纬仪，
其特征在于，
所述至少两个衍射光学元件中的至少一个被实施为由具有衍射结构的折射透镜构成的混合透镜。
3.根据权利要求2所述的经纬仪，
其特征在于，
所述折射透镜是非球面或球面的。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的经纬仪，
其特征在于，
所述至少两个衍射光学元件包括玻璃、塑料或者玻璃和塑料的组合，和/或通过复制技术来制造。
5.根据权利要求1所述的经纬仪，
其特征在于，
所述望远镜包括聚焦构件，其中
所述物镜组件包括被实施为混合透镜的物镜(111)，并且
所述聚焦构件包括所述至少两个衍射光学元件中的作为衍射聚焦部件(122)的第二衍射光学元件。
6.根据权利要求5所述的经纬仪，
其特征在于，
所述第二衍射光学元件沿着所述光轴可移动地布置。
7.根据权利要求5所述的经纬仪，
其特征在于，
所述衍射物镜部件包括由冕玻璃制成的材料，和/或，作为衍射结构，包括通过复制技术施加的层材料。
8.根据权利要求7所述的经纬仪，
其特征在于，
所述层材料具有小于0.15mm的层厚度。
9.根据权利要求8所述的经纬仪，
其特征在于，
所述层材料具有小于0.05mm的层厚度。
10.根据权利要求5到7中任一项所述的经纬仪，
其特征在于，
所述聚焦构件包括通过复制技术制造的火石玻璃和元件、或者衍射塑料透镜和球面火石玻璃透镜。
11.根据权利要求5所述的经纬仪，
其特征在于，
所述物镜组件整体上仅由通过所述至少两个衍射光学元件中的一个提供的一个光学元件构成。
12.根据权利要求5所述的经纬仪，
其特征在于，
所述聚焦构件整体上由至多两个光学元件构成，所述至多两个光学元件中的一个由所述至少两个衍射光学元件中的一个提供。
13.根据权利要求12所述的经纬仪，
其特征在于，
所述聚焦构件整体上仅由通过所述至少两个衍射光学元件中的一个提供的一个光学元件构成。
14.根据权利要求1所述的经纬仪，其中，所述观测光束路径具有目镜(128)，并且所述光学系统(1)被实施用于在通过所述目镜(128)能观测到的中间图像平面上对所瞄准的目标对象成像，以提供所瞄准的目标对象的图像，
其特征在于，
所述目镜(128)具有所述至少两个衍射光学元件中的一个。
15.根据权利要求14所述的经纬仪，
其特征在于，
所述经纬仪根据权利要求5至12中的任一项来实施并且存在至少三个衍射光学元件，其中，所述目镜(128)包括所述至少三个衍射光学元件中的第三衍射光学元件。
16.根据权利要求1所述的经纬仪，
其特征在于，
所述至少两个衍射光学元件中的至少一个具有衍射非球面结构，该衍射非球面结构通过压印或注射成型来制造。
17.根据权利要求1所述的经纬仪，
其特征在于，
所述至少两个衍射光学元件被实施用于通过其第一级衍射来进行色校正，并且同时用于抑制零和/或更高级衍射。
18.根据权利要求17所述的经纬仪，
其特征在于，
通过在所述零和/或更高级衍射的情况下产生大的弥散圈来抑制所述零和/或更高级衍射。
19.根据权利要求17所述的经纬仪，
其特征在于，
利用小于总成像强度的5％的分量来对更高级衍射的剩余强度成像。
20.根据权利要求1所述的经纬仪，
其特征在于，
在所述至少两个衍射光学元件中的至少一个中使用叠加的非球面以校正球面像差。
21.根据权利要求1所述的经纬仪，
其特征在于，
在所述至少两个衍射光学元件中的至少一个中，至少一个透镜孔具有性质不同的不同的区域。
22.根据权利要求21所述的经纬仪，
其特征在于，
针对用于电子测距仪的近场光学器件，不同的区域具有不同的焦距。
23.根据权利要求1所述的经纬仪，
其特征在于，
所述至少两个衍射光学元件被实施用于实现不同的功能。
24.根据权利要求23所述的经纬仪，
其特征在于，
所述至少两个衍射光学元件被实施用于光谱或非光谱光束分离。
25.根据权利要求1所述的经纬仪，
其特征在于，
所述至少两个衍射光学元件被实施用于在不同的光学传感器上成像。
26.根据权利要求25所述的经纬仪，
其特征在于，
所述至少两个衍射光学元件被实施用于通过扩展的焦距范围在不同的光学传感器上成像。
27.根据权利要求1所述的经纬仪，
其特征在于，
所述经纬仪是全站仪。
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