CN105589075A - 具有扫描功能的距离测量仪器 - Google Patents

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Abstract

本文公开了具有扫描功能的距离测量仪器。测量仪器(500)包括距离测量模块(505)、分离器(525)和偏转模块(515)。距离测量模块被配置成沿着发射路径(501)发射光辐射并沿着接收路径(502)接收光辐射。发射路径和接收路径在分离器处被并入测量光束(503)。可选择地在距离测量模块和分离器之间放置偏转模块。偏转模块被配置成在分离器处对准发射路径和接收路径，并被配置成横过仪器光轴(510)偏转发射路径和接收路径中的至少一个。

Description

具有扫描功能的距离测量仪器
技术领域
本公开涉及电子距离测量领域。更具体地，本公开涉及具有光学辐射偏转的距离测量。
背景技术
图1示意性地示出测量员105使用合作目标110以及安装在三脚架120上的智能全站仪(robotictotalstation)115的典型的现有技术情形100。智能全站仪115还可以与非合作目标一起被用于测试它们的位置。智能全站仪115具有望远镜，望远镜具有用于测量至目标110的距离125的共轴电子距离测量(EDM)系统。可经由通信信道130远程控制智能全站仪。通过围着第一轴线(在图1中未示出)在竖直方向135上的旋转和围着第二轴线140方位地旋转来对准望远镜。
当望远镜轴线对准目标位置时，与距离测量值一起记录望远镜的高度和方位。望远镜和EDM的光轴围着旋转轴线中的一个或两个旋转，以从一个目标位置转移到另一个目标位置。
图2示意性地示出用于测量诸如建筑物215和环境220的场景的安装在三脚架210上的3D激光扫描仪205的典型的现有技术情形200，以便获取在由虚线225、230、235、240指示的竖直和方位角的范围内的所测点的3D云。扫描仪205通常具有旋转镜，以便在竖直方向245上快速扫描仪器的光轴(即，EDM轴线)。将旋转镜安装在扫描头上，该扫描头围绕轴线250方位地低速旋转。
扫描仪205的EDM以高重复速率自由运行，并不对准特定目标位置。与每一个距离测量值一起记录望远镜的高度和方位。
扫描仪205的方位角、仰角和距离测量值不像诸如图1的全站仪115的全站仪的这些测量值一样精确，且EDM光束不对准特定目标位置。全站仪115与扫描仪205相比具有更高测量精度的优势，而扫描仪205与全站仪115相比具有以高很多的重复速率获取点测量值的优势。
图3示意性地示出测量员305使用目标310以及安装在三脚架320上的智能全站仪315的现有技术情形300。在第一模式中，测量员305可使用全站仪315来进行至安装在测量员305持有的杆上的特定目标310的距离测量，如已经在图1中示出的。在第二模式中(或扫描模式中)，全站仪315可被用于获取对诸如建筑物325和环境330的场景的点测量值的3D云。虚线335、340、345、350指示当全站仪315被用于该第二、扫描模式中时的测量值的竖直和方位角范围。使用如图3中的全站仪获取点测量值的密集云通常缓慢并麻烦，因为必须为每一个测量点重新定位望远镜。
另一种类型的现有技术扫描全站仪可当以相当高的速率(大约1000Hz)获取距离测量值的时候使望远镜连续旋转。该设计仍然被望远镜的大惯性限制。
发明内容
本公开设法提供测量仪器的至少一些实施方式，其克服上述缺点的至少一些。更具体地，本公开旨在提供至少一些实施方式，这些实施方式提供全站仪的测量精度和以远远高于全站仪的重复速率获取点测量值的密集云的能力。
为了达到这个目的，提供了具有如独立权利要求中定义的特征的测量仪器。在从属权利要求中定义的是本公开的进一步有利的实施方式。
根据一些实施方式，测量仪器包括距离测量模块、分离器(splitter)和偏转模块。距离测量模块被配置成沿着发射路径发射光辐射并沿着接收路径接收光辐射。发射路径和接收路径在分离器处被并入测量光束中。可选择地在距离测量模块和分离器之间放置偏转模块。偏转模块被配置成在分离器处对准发射路径和接收路径，并被配置成横过(across)仪器光轴偏转发射路径和接收路径中的至少一个。
在这些实施方式中，可选择地将偏转模块安排在距离测量模块(或EDM)和分离器之间。仪器既可以提供如全站仪的测量值，即当进行到特定目标的距离测量时，具有全站仪的精度，也可以提供场景的扫描，其具有以相似于测地扫描仪的重复速率进行的测量。
在这些实施方式中，分离器可被视为充当混合器，因为发射路径和接收路径被合并到一起以形成从仪器到将对其进行距离测量的目标或场景的测量光束。分离器可被定义成具有分离点，在分离点处偏转模块被配置成对准发射路径和接收路径。然后分离点可被视为相当于混合点。因此，尽管在本公开中常常称作具有分离点的分离器，但是还可通过称作具有混合点的混合器来描述实施方式。
尽管分离器(或混合器)在仪器之中将测量光束分成发射路径和接收路径(即从分离器/混合器至距离测量模块)，但是分离器(或混合器)将发射路径和接收路径引导到从分离器/混合器延伸到目标的共用测量光束中。应理解，在仪器之外来自分离器(或者来自分离器的分离点或混合点)的所发射的信号(例如，从仪器的EDM发出的光脉冲)和所接收的信号(例如，在目标处反射的和指向仪器的EDM的光)的重叠形成测量光束。还应理解，发射路径和接收路径可总是在仪器之中重叠，例如，在其中分离器(或混合器)被安排在仪器的距离测量模块和前透镜(或者其他光元件)之间的光路径中的配置中。换言之，从分离器(或分离器的分离点)沿着光路径通过前透镜到目标的发射路径的一部分可与从目标沿着光路径通过前透镜到分离器(或分离器的分离点)的接收路径的一部分重叠。发射路径和接收路径的这些重叠部分的结合形成测量光束的至少一部分。
通常，距离测量模块是被配置成进行距离测量的模块，用于确定从仪器到目标或到场景的其它元素(或点)的距离。例如，距离测量模块可以是电子距离测量(EDM)系统。距离测量模块可包含用于沿着发射路径朝着目标或场景(例如，建筑物)发射光辐射(或光脉冲)的发射器和用于接收沿着接收路径在目标或场景的元素(例如，发射的光脉冲)处反射的光辐射的接收器。例如，可基于飞行时间的测量计算距离。
在这些实施方式中，在发射路径和接收路径被结合到测量光束之前(如从发射器沿着发射路径可见的)和之后(如从接收器沿着接收路径可见的)在发射路径和接收路径上单独进行偏转。
根据一些实施方式，可将偏转模块插入在距离测量模块和测量仪器的分离器之间的光路径中。测量仪器可以是全站仪，从而在第一模式中，测量可以在偏转模块为静止的情况下进行，其中，仪器通过主体的至少一些部件诸如其中心单元或照准仪的旋转/运动对准特定目标。在此第一模式中，仪器的主体的部件被移动，从而使得仪器光轴指向目标。在第二模式中，测量仪器可被操作以通过经由偏转模块将仪器的发射路径和接收路径中的至少一个横过仪器光轴偏转来进行对场景(例如，包含建筑物)的扫描。
根据一种实施方式，偏转模块可包括至少一个偏转元件，该至少一个偏转元件被安装为用于旋转运动，从而通过偏转元件的旋转来偏转测量路径。可选择地，偏转模块可包括至少一个偏转元件，其被安装为用于平移位移，从而使用偏转元件的平移位移来偏转测量路径。
根据一种实施方式，仪器还可包括驱动元件，驱动元件可运行以旋转至少一个偏转元件或以平移至少一个偏转元件。因此，驱动元件可运行以产生至少一个偏转元件的摇摆旋转运动。对于至少这些目的，驱动元件可包括三相电动机或直流电动机。
可选择地，驱动元件可运行以产生至少一个偏转元件的连续旋转运动。对于至少这个目的，驱动元件可包括具有恒定旋转速度的至少一个电动机。根据又一个备选实施方式，驱动元件可运行以产生至少一个偏转元件的至所选方向的定向旋转运动。
通常，仪器(或仪器的驱动元件)可配备有用于提供至少一个偏转元件的旋转或平移位移的压电元件。
根据一种实施方式，仪器还可包括可运行以检测至少一个偏转元件的旋转角度的角度传感器或线性传感器。例如，角度传感器可以是角度编码器。可选择地或额外地，仪器还可配备有位移传感器，位移传感器可运行以检测至少一个偏转元件的平移位移。
根据一种实施方式，仪器还可包括驱动控制器，其运行以通过驱动元件控制至少一个偏转元件的旋转运动和/或平移位移。
根据一种实施方式，驱动控制器可响应于角度传感器和/或位移传感器，以分别依据至少一个偏转元件的旋转角度和/或平移位移来控制驱动元件。
根据一种实施方式，至少一个偏转元件包括棱镜、多面镜和具有扇贝形弯曲镜面的盘中的至少一种。棱镜可具有任何数量的面，且多面镜可具有任何数量的面。仅仅出于示例性的目的，至少一个偏转元件可以是具有围绕旋转轴线分布的六到十个面的棱镜。
根据一种实施方式，至少一个偏转元件可以是具有扇贝形弯曲镜面的盘，扇贝形弯曲镜面的形状被设计成当以恒定速度旋转时提供测量路径的线性偏转。根据另一个实施方式，扇贝形弯曲镜面的形状可以被设计成当以恒定速度旋转时提供测量路径的非线性偏转。
根据一种实施方式，仪器还可包括发射路径中的偏转透镜组件。偏转模块可运行以移动发射路径，由此发射路径的位移通过偏转透镜组件转换成横过光轴的角度偏转。偏转透镜组件可以是偏转模块的部件或独立的实体。偏转透镜组件与偏转模块的偏转元件一起运行以将偏转元件的运动转换成角度偏转。
根据另一个实施方式，仪器还可包括接收路径中的偏转透镜组件。偏转模块可运行以移动接收路径，由此接收路径的位移通过偏转透镜组件转换成横过光轴的角度偏转。
在一些实施方式中，仪器还可包括具有光轴的前透镜组件，从而在离前透镜的特定距离处创建仪器的焦点。分离器(或者分离器的分离点)然后可沿着前透镜组件的光轴在前透镜组件(或者前透镜组件的后透镜表面)和偏转模块的偏转元件之间位于距离前透镜(或者后透镜表面)的个距离处，该距离小于离焦点的距离。应理解，前透镜组件可被配置成结合测量仪器的其他光元件在焦点处聚焦光束(即，沿着发射路径和/或接收路径传播的光)，焦点被称之为仪器的焦点。另外，应理解，前透镜组件可通常与用于将偏转元件的运动转换为角度偏转的偏转模块的任何偏转透镜组件不同。
通常，在发射路径中，前透镜组件是光学组(或组件)，其包含具有特定折射特性或效应的最后的光学元件(例如，发散/汇聚透镜)，在该最后的光学元件处或在该最后的光学元件之后，测量光束退出(或离开)测量仪器。类似地，前透镜组件是光学组(或组件)，其包含具有特定折射特性或效应的第一光学元件(例如，发散/汇聚透镜)，当进入测量仪器时或进入测量仪器之后，测量光束与第一光学元件相遇。仪器的前透镜组件例如可以是透镜。
在一些实施方式中，距离测量模块可包括位于接收路径中的光检测器，该光检测器沿着接收路径位于接近仪器的焦点处。另外，距离测量模块可包括位于发射路径中的光发射器(opticaltransmitter)，该光发射器从前透镜组件沿着发射路径位于接近仪器的焦点处。
应理解，仪器还可包括目标追踪器和伺服模块。目标追踪器可具有检测模块，检测模块可运行以将在测量仪器附近的至少一个特定目标从其他目标区分出。伺服模块可被配置成响应于目标追踪器以对准仪器光轴，从而使得特定目标位于距离测量模块的视野范围之内。
另外，仪器可包括相机。例如，相机可运行以获取静止图像和视频图像中的至少一个。而且，相机可具有相机光轴，相机光轴与仪器光轴同轴。然后，相机可运行以获取对于控制伺服模块以对准仪器光轴有用的图像。
另外，仪器可包括光学目镜模块，光学目镜模块具有与仪器光轴同轴的目镜光轴。
根据一种实施方式，距离测量模块可包括光发射点和光接收点。另外，仪器可包括中心单元、照准仪和基底，其中，光发射点、光接收点、分离器(或者分离器的分离点)以及偏转模块位于中心单元中。中心单元可被安装在照准仪上以用于围绕第一轴线的旋转，以及照准仪可被安装在基底上以用于围绕与第一轴线交叉(例如，正交于)的第二轴线的旋转，从而使得仪器光轴可围绕旋转点旋转。
在一些实施方式中，分离器(或混合器)可包括部分反射表面，从距离测量模块发射的光辐射沿着发射路径穿过部分反射表面行进。部分反射表面可被安排成反射经由接收路径在距离测量模块处到达的光辐射，其中接收路径与反射路径不同。另外，分离器(或混合器)可包括部分反射表面，经由接收路径到达的光辐射穿过部分反射表面行进，且部分反射表面反射沿着发射路径发射的光辐射。
在一些实施方式中，分离器(混合器)的部分反射表面可位于光束分离器棱镜或光学元件表面中。
根据一种实施方式，距离测量模块可以受控制的重复速率运行，以便获取一系列距离测量值，偏转模块可以受控制的偏转速率运行，且偏转平面可以被定向为使得围绕第一轴线和第二轴线的其中一个以给定速度的仪器光轴的扫掠实现在二维极坐标网格中间隔开的一系列距离测量值的获取。例如，可选择受控制的重复速率、受控制的偏转速率和给定速度，以获取在极坐标网格的两个维度中具有相似的角间隔的距离测量值。
根据另一个实施方式，受控制的偏转速率可以是非线性的，且受控制的重复速率可被改变以获取在距离测量值之间的选定角间隔。
根据一种实施方式，仪器还可包括用于使中心单元围着第一轴线旋转的第一可控驱动器、用于使照准仪围着第二轴线旋转的第二可控驱动器，和同步器。在本实施方式中，同步器可被配置成操作第一可控驱动器、第二可控驱动器、偏转模块和距离测量单元中的一个，以便获取具有选定角间隔的距离测量值的网格。
应理解，偏转模块可运行以在偏转平面上偏转测量路径。例如，偏转平面可包含仪器光轴，并可位于与由仪器光轴和第一轴线定义的平面成倾斜角处。具体地，倾斜角可以是在30度和60度之间。可选择地，偏转平面可与由仪器光轴和第一轴线定义的平面相一致。作为另一个备选项，偏转平面可与由仪器光轴和第一轴线定义的平面正交。
在本申请的语境中，可将词语测量仪器用术语全站仪、勘测单元、勘测仪器或测地仪可互换地替换，且反之亦然。本公开旨在提供测量仪器的至少一些实施方式，该测量仪器用作全站仪(即具有全站仪的特性和结构)，但配备有元件，并更具体地配备有偏转模块，以用于提供诸如由测地扫描仪获取的扫描功能。
本公开涉及记载在权利要求和在前述实施方式中的特征的所有可能的组合。在下文中通过示例性实施方式描述了本公开的各种实施方式的其他目标和优势。
附图说明
从下文中参考附图描述的实施方式中更容易地理解本公开的这些和其他方面和特征，附图中:
图1示意性地示出测量员使用合作目标以及智能全站仪的现有技术情形；
图2示意性地示出在三脚架上的扫描仪测量场景的现有技术情形；
图3示意性地示出了测量员使用智能全站仪以获取场景的点测量的3D云的现有技术情形；
图4A、图4B和图4C示意性地示出根据一些实施方式的测量仪器；
图5是根据一些实施方式的EDM子系统的原理图；
图6示出根据一些实施方式的偏转元件；
图7A-E示出光束路径，其中图6的偏转元件分别位于零度旋转角、十度旋转角、二十度旋转角、二十五度旋转角和三十五度旋转角处；
图8A-C示出光束路径，其中图6的偏转元件相对于前透镜组件分别位于零度旋转角、十度旋转角和二十度旋转角处；
图9示出根据一些实施方式的偏转元件的另一个示例；
图10示出根据一些实施方式的偏转元件的另一个示例；
图11A示出根据一些实施方式的围着轴线旋转的偏转元件；
图11B示出根据一些实施方式的围着轴线摇摆的偏转元件；
图12A、图12B和图12C示出根据一些实施方式的光束路径的偏转以及偏转元件的线性运动；
图13A、图13B和图13C示出根据一些实施方式的在被光楔偏转的光束路径上的最终透镜组件的效果；
图14示意性地示出具有独立的发射路径和接收路径的实施方式和根据一些实施方式的分离器；
图15示出根据一些实施方式的测量光束的概念；
图16还示出根据一些实施方式的测量光束；
图17示意性地示出根据一些实施方式的测量仪器的轴线；
图18A示出根据一些实施方式的测量装置，具有在第一方向上围着偏转点偏转的发射路径和接收路径；
图18B示出根据一些实施方式的测量装置，具有在第二方向上围着偏转点偏转的发射路径和接收路径；
图19示出根据一些实施方式的测量系统，其具有集成的追踪模块；
图20示出根据一些实施方式的追踪系统的方框图；
图21示出根据一些实施方式的测量系统，其具有集成的查看模块；
图22示意性地示出第一类型的光束分离器(beamsplitter)的运行；
图23示意性地示出第二类型的光束分离器的运行；
图24示意性地示出第三类型的光束分离器的运行；
图25示意性地示出第四类型的光束分离器的运行；
图26A示出用于作为根据一些实施方式的混合点(或分离点)使用的光束分离器；
图26B示意性地示出通过图26A的光束分离器发射的光束的路径；
图26C示意性地示出通过图26A的光束分离器接收的光束的路径；
图27A示出根据一些实施方式的配置为用于中心单元的竖直光束偏转和方位扫描的测量仪器；
图27B示出使用图27A的仪器配置获取的测量值图案；
图28A示出根据一些实施方式的配置为用于中心单元的竖直扫描和在正交于图27A的平面的平面中的光束偏转的测量仪器；
图28B示出使用图28A的配置获取的测量值图案；
图29A示出根据一些实施方式的配置为用于为在倾斜平面中的光束偏转的测量仪器，其具有中心单元的方位和/或竖直扫描；以及
图29B示出使用图29A的仪器配置获取的测量值图案。
如在附图中示出的，为了说明的目的可能夸大了元件的尺寸和区域，并且提供了元件的尺寸和区域以示出实施方式的总体结构。全文中相似的附图标记表示相似的元件。
具体实施方式
在下文参考附图更充分地描述本发明，附图中示出了示例性实施方式。然而，本发明可在许多不同形式中呈现，并不应被解释为限制于本文中提出的实施方式，而是以示例的方式提供了这些实施方式。
图4A示意性地示出根据一些实施方式的测量仪器400。仪器400包含中心单元405，诸如望远镜组件，其具有仪器光轴410。望远镜组件405被安装成围绕两个轴线旋转：在照准仪415的耳轴上安装成围绕第一(耳轴)轴线420旋转；以及在基底425上安装成围绕第二(方位)轴线430旋转。
图4B示出图4A的仪器，其中以虚线示出照准仪415，以显示定义耳轴轴线420的耳轴445。箭头450表示望远镜组件405围绕耳轴轴线420的旋转。箭头495表示望远镜组件415围绕方位轴线430的旋转。
如图4C中示出的，仪器还可包含偏转模块455，从而使得与光轴410标称对齐的电子距离测量(EDM)模块475的测量光束可围绕第三旋转轴线435偏转，如箭头440示出的。图4C示出从EDM475到偏转模块455延伸的光路径，光路径在偏转模块处被偏转。EDM475和偏转模块455被安排在测量仪器400的中心单元405中。
图5是根据一些实施方式的电子距离测量子系统500的原理图。距离测量模块(EDM)505沿着发射路径501发射光辐射并沿着接收路径502接收光辐射。偏转模块515可横过仪器的光轴510偏转发射路径501和接收路径502中的至少一个。图5中未示出具体的偏转。然而，将参考图18更详细地描述该方面。
发射路径501和接收路径502在分离器/混合器525的分离点或混合点526处合并到测量光束503。如在例如参考图22-26进一步解释的，在一些实施方式中，光束分离器可具有表面(或多个表面)，该表面(或多个表面)具有其反射率(例如，取决于半径)不同的区域。在这些实施方式中，分离点在光束分离器表面上是固定的，且光系统被设计成偏转光束并将其对准分离点。然而，在一些其他实施方式中，可设想分离点在光束分离器表面上移动。
偏转模块515可选择地位于EDM505和分离器525之间。如在图5中示出的，子系统500可包含至少一个镜子，该镜子被用于在分离点526处分开之后将接收路径502再次对准与发射路径501相同的总方向，在本示例中为EDM505的方向上。图5中，发射路径501和接收路径502在分离器525(或分离点526)和EDM505之间是平行的(但是分开的且远离的)。应理解，发射路径501和接收路径502在分离点526和EDM505之间不一定是平行的，且可遵循不同的方向。
EDM505可包括：发射器或激光源506，其被用于沿着发射路径501发射光辐射；以及检测器507(或接收器)，其被用于检测在从激光源(经由偏转模块515和分离器525)朝着其发射光辐射的目标或任何物品(或环境)处反射的光辐射。激光源和检测器可以是在EDM505中的两个不同位置处安排的两个单独的实体。
分离器525在仪器的子系统500中将发射路径501和接收路径502分开在两个不同的路径上。偏转模块515被配置成使得发射路径501和接收路径502在分离器525的分离点526处相遇，从而在分离点526(或分离器525)和偏转模块515之间，发射路径501和接收路径502是分开的且远离的，而从分离点(或分离器)并在子系统500之外，发射路径和接收路径被合并在测量光束中(即，发射路径和接收路径重叠)。
在不损失一般性的情况下并出于解释的目的，图5还示出偏转模块可包含至少一个偏转元件540以随着其旋转或移动而偏转发射路径501和接收路径502中的至少一个。另外，图5示出偏转元件可由驱动元件545旋转或移动。驱动元件545可产生偏转元件540的摇摆旋转运动。在一些实施方式中，驱动元件545可产生偏转元件540的连续旋转运动。在一些实施方式中，驱动元件545可产生偏转元件540到所选方位的指向性旋转运动。
在一些实施方式中，驱动元件545可以是具有大体上恒定旋转速度的电动机。在一些实施方式中，驱动元件545可以是三相电动机和直流电动机中的一种。在一些实施方式中，驱动元件545可包含压电元件。
图5还示出仪器可配置有用于测量旋转角的角度传感器550或用于测量偏转元件540的平移位移的另一种类型的传感器。在一些实施方式中，角度传感器550可运行以检测偏转元件540相对于光轴510的旋转角(或者偏转元件540相对于光轴510的平移位移)。在一些实施方式中，角度传感器550可以是角度编码器。仪器500还可配备有驱动控制器555，驱动控制器555与驱动元件545和角度传感器550进行通信，以由驱动元件545控制偏转元件540的旋转运动(和/或平移位移)。
在一些实施方式中，驱动控制器555可响应于角度传感器(或位移传感器)550以根据偏转元件540的旋转角(或者偏转元件540的平移位移)控制驱动元件545。
尽管图5示出了根据一种实施方式的形成示例性偏转模块的元件的一些细节，但是图5中示出的子系统500的偏转模块515可以是提供横过仪器的光轴偏转发射路径和接收路径中的至少一个的功能的任何偏转模块。
参考4A-C和5，参考图5描述的子系统500可以被安装在如参考图4A-C描述的全站仪400的中心单元405中，其中仪器410的光轴与子系统500的光轴510对齐。因此，提供了具有偏转模块515的全站仪，偏转模块515被安排在全站仪的中心单元中。
这种测量仪器或全站仪提供具有全站仪的精度的根据第一模式的对特定目标的测量和具有测地扫描仪的速度的根据第二模式的对场景的扫描。
图6在1000处示出偏转元件的第一实施方式，该偏转元件可被用作参考图5描述的子系统500中用540表示的偏转元件。偏转元件可以是棱镜1005，棱镜1005如箭头1010所示地围绕旋转轴线1015旋转。光束1020横穿棱镜1005并作为光束1025离开。棱镜1005被示出为具有围绕旋转轴线1015分布的八个面。在一些实施方式中，棱镜1005可具有围绕旋转轴线1015分布的六到十个面。
棱镜1005可运行以随着其旋转而移动发射路径和/或接收路径。图7A-图7E示出随着棱镜1005的旋转的光束路径的偏转。
图7A在1100处示出如以1105指示的位于零度旋转角处的棱镜1005。进入光束路径1110和退出光束路径1115是对齐的。
图7B在1120处示出如以1115指示的位于相对于图7A在顺时针方向上的十度旋转角处的棱镜1005。退出光束路径1135相对于进入光束路径1110被向下移动，且退出光束路径1135与进入光束路径1110的延长线平行。附图标记1115示出棱镜1005中的入射光束1110的延伸。尽管不是必要的，但是应理解在一些实施方式中，可将如由1115表示的射出光束的标称光路径(即，在具有如图7A中的零度旋转角的配置中的光束路径)可以与偏转元件1005被安排在其中的子系统的标称光轴对齐。
图7C在1140处示出如以1145指示的位于相对于图7A在顺时针方向上的二十度旋转角处的棱镜1005。退出光束路径1155相对于进入光束路径1110比在图7B中被更向下地移动，且退出光束路径1155与进入光束路径1110的延长线平行。
图7D在1160处示出如以1165指示的位于相对于图7A在顺时针方向上的二十五度旋转角处的棱镜1005。退出光束路径1175相对于进入光束路径1110被向上移动，且退出光束路径1175与进入光束路径1110平行。
图7E在1180处示出如以1185指示的位于相对于图7A在顺时针方向上的三十五度旋转角处的棱镜1005。退出光束路径1195相对于进入光束路径1110比在图7D中被稍微地较少向上移动，且退出光束路径1195与进入光束路径1110平行。
图7A-7E中的一组图像示出当旋转棱镜1005时光束路径在一个方向上被移动，且当入射光束从一个面转换到下一个面时，光束路径立刻跳回。这具有将连续旋转转换成重复的且线性的光束移动的优势。例如与机械元件的摇摆运动相比，连续旋转需要非常少的能量来维持，且导致非常小的振动。
在一些实施方式中，偏转元件还可包含在发射路径和/或接收路径中的偏转透镜组件，从而将发射路径和/或接收路径的移动转换成横过仪器的光轴的角度偏转。图8A-图8C示出随着棱镜1005的旋转的光束路径的偏转和引入偏转透镜组件1202的影响。
图8A在1200处示出如以1205指示的位于零度旋转角处的棱镜1005。进入光束路径1110和退出光束路径1115为对齐的。偏转透镜组件1202具有在1215处示出的焦距f。退出光束路径无偏转地穿过偏转透镜组件1202行进到焦点1210。
图8B在1220处示出如以1225指示的与图8A中示出的配置相比位于十度旋转角处(即，与图7B中的相同)的棱镜1005。退出光束路径1135相对于进入光束路径1110被移动。退出光束路径1135然后穿过偏转透镜组件1202行进并以偏转角1230朝着焦点1210被偏转。
图8C在1240处示出如以1245指示的如图7C中的位于二十度旋转角处的棱镜1005。退出光束路径1155相对于进入光束路径1110被进一步移动。退出光束路径1155然后穿过偏转透镜组件1202行进并以偏转角1250朝着焦点1210被偏转。
图8A-图8C中的一系列图像示出退出光束路径随着棱镜1005被旋转在每一个偏转增量处朝向焦点1210被引导。焦点1210是偏转的光束的旋转点。
在一些实施方式中，棱镜1005可运行以随着其旋转而移动接收路径，例如通过使得接收路径沿着棱镜1005的旋转轴线1015与发射路径隔开并平行于发射路径。在一些实施方式中，偏转透镜组件还可位于接收路径中，从而使得随着棱镜1005的旋转的接收路径的移动转化为横过仪器的光轴的角度偏转。在一些其他实施方式中，两个完全独立的偏转元件可被用于发射路径和接收路径。
图9在1300处示出偏转元件的其他示例，该偏转元件可被用为参考图5描述的子系统500中的偏转元件540。在此示例中，偏转元件可以是多面镜1305，其如以1310所示地围着旋转轴线1315旋转。多面镜1305被示出为具有围绕旋转轴线1315分布的八个面。在一些实施方式中，多面镜1305可具有二十到四十个这样的面。沿着路径1320到达的光束可以从镜1305的面被反射，以沿着另一个路径1325离开。这个其他路径1325可以随着镜1305的旋转而被偏转，从而离开光束路径(即，离开光束的指向)可围绕旋转轴线1315扫掠。换言之，离开光束路径1325围着旋转轴线旋转，如以1330指示的，同时它保持垂直于旋转轴线1315。
图10在1400处示出偏转元件的其他示例，该偏转元件可被用为参考图5描述的子系统500中的偏转元件540。在此示例中，偏转元件可以是镜盘1405，其具有扇贝形弯曲镜面1410。镜盘1405可如箭头1415所示地围绕旋转轴线1420旋转。沿着进入光束路径1425进入的光束可沿着退出光束路径1430被偏转。退出光束路径1430可以随着镜盘1405围着旋转轴线1420的旋转被来回偏转。
在一些实施方式中，扇贝形弯曲镜面1410的形状可以被设计为当以恒定旋转速度围着旋转轴线1420旋转时提供发射路径和接收路径中的至少一个的线性偏转。在一些其他实施方式中，扇贝形弯曲镜面1410的形状可以被设计为当以恒定旋转速度围着旋转轴线1420旋转时提供发射路径和接收路径中的至少一个的非线性偏转。
图7A-图7E、图8A-图8C、图9和图10的示例示出以顺时针方向旋转的偏转元件。在一些实施方式中，偏转元件可在相反(逆时针)方向上旋转。在一些实施方式中，偏转元件可在顺时针和逆时针方向上交替旋转(即，摇摆)。
应理解，在图7-10中示出的示例中，假如诸如棱镜、多面镜或具有扇贝形弯曲镜面的盘的偏转元件被旋转从而使得入射光束在两个面之间的边缘处达到偏转元件，光束可能被分成两个，且然后偏转可能变为不清楚的。为了这个目的，偏转元件的旋转可被调节成避免光束达到两个面之间的边缘。可选择地，仪器可被配置使得当边缘位于光束的光路径时没有测量值被捕获(例如，通过控制距离测量模块的操作)，或被配置使得在这种情况下捕获的任何测量值不被记录或不被考虑。尽管更多的面需要更低的旋转速度以达到特定数量的偏转扫掠，但是另一方面这导致更多妨碍测量的边缘，且然后由于模糊性必须丢弃这些测量值。
图11A在1500处示出以1510总体表示的偏转元件的示例，该偏转元件可被用为参考图5描述的子系统500中的偏转元件540。偏转元件1510可如箭头1530所示地绕着光轴1520在一个方向上(例如，逆时针)旋转。
图11B在1550处示出以1560总体表示的偏转元件的示例，该偏转元件可被用为参考图5描述的子系统500中的偏转元件540。偏转元件1560可如箭头1570所示地绕着光轴1520在顺时针方向上和在逆时针方向上交替旋转(例如，摇摆)。
图12A、图12B和图12C示出根据一些实施方式的随着偏转元件的线性运动的光束路径的偏转。
图12A在1600处示出沿着偏转元件1625的光轴1605的进入光束路径1610，在本示例中，偏转元件1625是透镜(或者透镜组件)。该透镜被安装为用于横过光轴1605的线性运动。在图12A-12C中示出的具体示例中，透镜1625正交于光轴1605运动。在图12A中，退出光束路径1615也位于透镜1625的光轴1605上，并且退出光束路径1615与进入光束路径1610对齐。
图12B在1620处示出相对于进入光束路径1630向下移动的透镜1625。因此，退出光束路径1635相对于进入光束路径1630的延长线以一个角度向下偏转。
图12C在1640处示出相对于进入光束路径1650向上移动的透镜1625。退出光束路径1655相对于进入光束路径1650的延长线以一个角度向上偏转。
在一些实施方式中，可由偏转元件的线性移动偏转光束。
图13A-图13C示出其中偏转元件是光楔1705的示例，光楔1705被线性驱动元件大体上横过偏转透镜组件1712的光轴1710移动。
在图13A中在1700处，由光楔1705将进入光束路径1715朝着光轴1710偏转。退出光束路径1720沿着光轴1710通过。
在图13B中在1730处，如箭头1735所示地将楔1705向上移动。进入光束路径1715被偏转(或移动)到光轴1710下方。退出光束路径1740可被偏转透镜组件1712穿过光轴1715向上偏转。
在图13C中在1760处，如箭头1765所示地将楔1705向下移动。进入光束路径1715被偏转到光轴1710上方。退出光束路径1770可被偏转透镜组件1712穿过光轴1715向下偏转。
图14示意性地示出了具有独立的发射路径和接收路径和混合器(或分离器)1825的实施方式1800，在混合器1825中发射路径和接收路径被合并以形成测量光束。发射路径从EDM505沿着路径1805延伸到偏转模块515，然后沿着路径1810经由可选镜子1815和1820偏转到混合器1825(或者混合器的混合点)，然后经由前透镜组件525沿着路径1830延伸。接收路径从路径1830穿过前透镜组件525延伸到混合器1825，然后经由镜子1835沿着路径1840延伸到偏转模块515，然后沿着路径1845偏转到EDM505。以示例的方式示出镜子；作为设计选择问题，可将镜子放置在发射路径和/或接收路径中或者不放置在发射路径和/或接收路径中的任何一个中。没有镜子时，发射路径和接收路径遵循不同方向，例如，如由包含混合器1825的分离器的光学特性所定义的相互垂直的两个方向。在一些实施方式中，因此可设想，偏转模块包括两个偏转元件，一个被安排在发射路径中，一个被安排在接收路径中。EDM的发射器和接收器可独立于彼此地安排。
从混合器1825穿过前透镜组件525沿着路径1830到目标的发射路径部分与从目标沿着路径1830穿过前透镜组件525到混合器1825的接收路径部分重叠。发射路径和接收路径的这些重叠部分的结合形成测量光束。
如参考图15-19更详细地描述的，混合点1825可以是分离点或位于被配置成将光束分成两个路径的分离器中的点。在本实施方式中，发射的光辐射和反射的光辐射在其中传播的光束1830被分成发射路径和接收路径。
图15在1900处示出测量光束1905的概念。朝着目标1915的发射路径部分1910(例如，沿着图14的路径1830)与接收路径部分1920(例如，沿着图14的路径1830)重叠。从仪器1925发射的光和由仪器1925接收的从目标1915反射的光的任何一部分形成测量光束1905。
图16在2000处还示出测量光束2005的示例。沿着由箭头2015示出的发射路径部分从仪器2010发射的光和沿着由箭头2020和2025示出的接收路径部分从目标反射并由仪器2010接收的光形成测量光束2005。
在一些实施方式中，仪器可配备有具有光轴的前透镜组件，从而在离前透镜的特定距离处创建仪器的焦点。混合器(或分离器)可沿前透镜组件的光轴位于前透镜组件的后透镜表面和偏转元件之间，混合器(或分离器)与后透镜表面的距离小于至焦点的距离。
在一些实施方式中，距离测量模块可包含在接收路径中的光接收点处的光检测器(在图5中以507表示)，其沿着接收路径位于接近前透镜组件的焦点(或者在其他光元件影响焦点的位置的情况下，仪器的焦点)处。在一些实施方式中，距离测量模块可包含在发射路径中的光发射点处的光发射器(在图5中以506表示)，其沿着发射路径近似地位于前透镜组件的焦点(或仪器的焦点)处。
图17示意性地示出测量仪器2100的轴线。中心单元2105具有仪器光轴2110。中心单元2105被安装在照准仪2115上以用于围着第一(耳轴)轴线2120旋转。照准仪2115被安装在基底2125上以用于围着与第一(耳轴)轴线2120交叉(例如，正交)的第二(方位)轴线2130旋转，从而使得仪器光轴可围着旋转点旋转。
图18A是在2200处的测量装置的示意图，该测量装置具有距离测量模块2202、偏转模块2204、镜子2206、2208和2230、混合器2210和前透镜组件2212。标称的、非偏转的发射路径由虚线2214和2216表示。标称的、非偏转的接收路径被虚线2214和2218表示。来自距离测量模块2202的光发射点的光信号沿着发射路径部分2220前进至偏转模块2204。如由偏转的发射路径部分2222、2224、2226和2228表示的，由偏转模块2204将发射路径从标称路径2216、2214偏转。
来自目标(未示出)的返回光信号沿着路径2228经由前透镜组件2212前进至混合器2210，且然后沿着接收路径部分2232和2234前进至偏转模块2204并沿着接收路径部分2236前进至距离测量模块2202的光接收点。
在图18A的示例中，发射路径和接收路径均在混合器2210处围着偏转点被偏转。
图18B在2250处示出图18A的测量装置，其中发射路径和接收路径在相反方向上被偏转。来自EDM2202的光信号沿着发射路径部分2220前进至偏转模块2204。如由偏转的发射路径部分2268、2270、2272和2274表示的，由偏转模块2204将发射路径从标称路径2216、2214偏转。
来自目标(未示出)的返回光信号沿着路径2274经由前透镜组件2212前进至混合器2210，且然后沿着接收路径部分2278和2280前进至偏转模块2204并且沿着接收路径部分2236前进至EDM2202。
图19示出根据一些实施方式的测量系统2300，其具有集成的追踪模块。来自距离测量模块2305的光信号沿着发射路径部分2310前进至偏转模块2315。如箭头2330表示的，发射路径在偏转界限2320、2325之间被偏转模块2315从标称路径偏转。从偏转模块2315发射的光信号穿过光束分离器2335行进。返回光信号经由前透镜组件2380穿过光束分离器2335行进到偏转模块2315。
例如，光束分离器可以是彩色光束分离器，其中，它反射特定波长或特定波长范围之内的光，而它对其他波长是透明的。对于具有彩色光束分离器的实施方案，距离测量模块2305和追踪模块2340可使用不同的波长。
追踪模块2340发射追踪光信号，追踪光信号沿着路径部分2345行进至光束分离器2335并沿着路径部分2350退出。路径部分2350位于偏转界限2320、2325之内并大体上与测量光束同轴。追踪模块2340具有由界限2355、2360定义的视野范围，以实现对目标的追踪。
图20示出追踪系统2400的方框图。追踪模块2340位于仪器的中心单元之内，例如位于图17的中心单元(或望远镜组件)2105之内。追踪模块2340朝着目标2415发射追踪光信号2410并且如果有任何追踪返回信号2420，则从目标2415接收追踪返回信号2420。追踪模块2340经由控制信号2430指示伺服控制2425以根据需要激活伺服驱动器2435，以维持中心单元的光轴朝着目标对准，如由箭头2440示意性地表示的。
追踪模块2340包含检测模块，检测模块运行以将测量仪器附近的至少一个特定目标从其他目标中区分开，并且响应于追踪模块的伺服控制模块，诸如伺服控制2425和伺服驱动器2435的伺服控制模块运行以对准仪器光轴，从而使得特定目标位于距离测量模块的视野范围之内。
图21示出根据一些实施方式的测量系统2500，其具有集成的查看模块2540。来自距离测量模块2505的光信号沿着发射路径部分2510前进至偏转模块2515。如箭头2530表示的，发射路径在偏转界限2520、2525之间被偏转模块2515从标称路径偏转。从偏转模块2515发射的光信号穿过光束分离器2535和前透镜组件2580行进。返回光信号经由前透镜组件2580穿过光束分离器2535行进到偏转模块2515。
如在上文中参考图19描述的实施方式中提到的，光束分离器2535例如可以是彩色光束分离器。例如，当距离测量模块2505运行于不可见范围之内时，光束分离器可反射可见范围。作为另一个示例，如果距离测量模块2505运行于不可见范围，光束分离器可反射可见范围中的光，但具有使来自(和/或至)距离测量模块的可见光通过的缺口。
查看模块2540具有假想轴线，该假想轴线沿着路径部分2545行进至光束分离器2535并沿着路径部分2550退出。路径部分2550位于偏转界限2520、2525之内并大体上与测量光束同轴。查看模块2540具有由界限2555、2560定义的视野范围，以实现对目标的查看。在一些实施方式中，查看模块2540是光学目镜，光学目镜允许人类操作员查看大体上沿着测量光束的光轴的目标。在一些实施方式中，查看模块2540是相机，相机可运行以捕获大体上沿着测量光束的光轴的目标的静止图像和/或视频。在一些实施方式中，相机驱动显示器，显示器允许人类操作员查看沿着测量光束的光轴的目标的图像。
图22示意性地在2600处示出第一类型的混合器(光束分离器2605)的运行。沿着路径2610的入射光束被分成沿着路径2615的第一退出光束和沿着路径2620的第二退出光束。光束分离器2605是玻璃板上的标准的光束分离器，或者使用由于从空气到玻璃的过渡的反射或者使用均匀涂层来分离光束。
在一些实施方式中，玻璃板具有部分反射表面，发射的光辐射沿着发射路径穿过该部分反射表面行进，且该部分反射表面反射经由接收路径到达的光辐射，或反之亦然。在一些实施方式中，均匀涂层具有基于波长不同地反射的光谱特性。
图23示意性地在2700处示出第二类型的光束分离器混合器(光束分离器2705)的运行。光束分离器2705是玻璃板，该玻璃板包括具有不同反射率的表面涂层。中心区域2710具有比周围环形区域2715低的反射率。通过将一部分穿过中心区域2710行进以提供中心退出光束2725并反射由入射光束2720的直径2730和由中心区域2710的直径所定义的环形部分以使环形退出光束2735转向来分离入射光束2720。在一些实施方式中，具有不同反射率的区域是相反的，其中在中心区域2710中具有高反射率并且在环形区域2715中具有相对低的反射率。在一些实施方式中，这些涂层是彩色的、基于波长不同地反射。
图24示意性地在2800处示出第三类型的混合器(光束分离器2805)的运行。光束分离器2805是立方体元件，该元件包括具有均匀涂层的内部反射表面2810。沿着轴线2820到达的入射光束2815的一部分穿过表面2810行进以形成沿着轴线2820的退出光束2825。入射光束2815的另一部分被表面2810反射以形成沿着另一个轴线2835的退出光束2830。在一些实施方式中，涂层可以是彩色的、基于波长不同地反射。
图25示意性地在2900处示出第四类型的混合器(光束分离器2905)的运行。光束分离器2905是立方体元件，该元件包括具有不同反射率的内部反射表面2910。中心区域2915具有比周围环形区域2920低的反射率。通过将一部分穿过中心区域2915行进以提供中心退出光束2930并反射由入射光束2925的直径2935和由中心区域2915的直径所定义的环形部分以使环形退出光束2940转向来分离入射光束2925。在一些实施方式中，具有不同反射率的区域可以是相反的，在中心区域2915中具有高反射率并且在环形区域中具有相对低的反射率。在一些实施方式中，这些涂层可以是彩色的、基于波长不同地反射。
图26A在3000处示出另一个混合器(光束分离器3005)的透视图，其根据一些实施方式被用作混合点(或分离点)，例如，如图14的混合器(或者混合点)1825。光束分离器3005由第一玻璃块3010和第二玻璃块3015组成。玻璃块3010具有前表面3020、后表面3035和底表面，底表面位于与玻璃块3015的前表面的交界面处。在玻璃块3010的底表面和玻璃块3015的前表面之间的交界面处提供部分反射涂层3025。玻璃块3015具有后表面3030。部分反射涂层3025可具有中心区域3040，中心区域3040具有比周围环形区域3045低的反射率；在一些实施方式中，区域3040和3045的相对反射率是相反的，或者以任何其他期望的配置安排这些区域。
图26B示意性地在3600处示出穿过图26A的光束分离器3005的发射光束3062的路径。发射光束3062沿着路径3064穿过前表面3020进入玻璃块3010。然后，发射光束3602从后表面3035沿着路径3066、从前表面3020沿着路径3068、以及从后表面3030穿过表面3025的中心区域3040被反射，以穿过表面3020沿着路径3070作为光束3072退出。
图26C示意性地在3080处示出穿过图26A的光束分离器3005的接收光束的路径。接收光束3082沿着路径3084穿过前表面3020进入玻璃块3010。接收光束然后从表面3025的反射环形区域3045沿着路径3086、从前表面3020沿着路径3088、以及从后表面3035被反射，以穿过表面3020沿着路径3090作为光束3092退出。
图26B和26C的比较示出退出光束分离器3005的发射光束3072和进入光束分离器3005的接收光束3082是同轴的。然而，发射光束3062的进入路径3064和接收路径3092的退出路径3090平行于彼此并相互偏移，以便使用单一偏转元件进行发射光信号和接收光信号的同步偏转。表面3025上的涂层图案的中心(即，3040和3045的中心)将是本系统的混合点，围着该混合点偏转发射路径和接收路径。
图27A在3100处示出根据一些实施方式的配置为用于中心单元的竖直光束偏转和方位扫掠的测量仪器3105。诸如望远镜组件3110的中心单元具有距离测量模块，该距离测量模块安装在照准仪3115上以用于围绕耳轴轴线3120旋转。如由箭头3130表示的，照准仪3115可围绕方位轴线3125旋转。方位轴线3125大体上与方位平面垂直。距离测量模块的测量光束3135与中心单元轴线3140标称地对齐，并如由箭头3155示出的，在上角度界限3145和下角度界限3150之间被偏转。角度界限3145和3150定义穿过中心单元轴线3140并大体上垂直于方位平面的平面。
尽管在图27A中未详细示出，但是测量仪器3105的中心单元或望远镜组件3110包含具有距离测量模块、偏转模块和混合器/分离器的子系统，诸如参考图5描述的子系统500或分别参考图14、18A、18B、19和21描述的子系统1800、2200、2250、2300、2500。测量仪器3105可使用这种子系统来扫描如图27B、28B和29B描述的场景。
图27B在3160处示出使用图27A的仪器配置获取的测量值图案。由于距离测量值是通过距离测量模块的运行获取的，测量光束3135在箭头3155的大体上竖直的平面中相对于中心单元轴线3140被反复偏转，例如，从上角度界限3145到下角度界限3150。
通过围绕耳轴轴线3120固定的中心单元3110和围绕方位轴线3125固定的照准仪3115，由箭头3165表示的偏转的测量光束的每一次通过导致以大体上竖直的线排布的一系列测量值。
然而，如箭头3170表示的同时围绕方位轴线3125旋转照准仪3115导致每一次的测量相对于前述的测量值偏移一定方位增量。因此偏转的测量光束的每一次的竖直通过产生测量位置的非竖直线，例如斜线3175。
测量光束3135的连续偏转和照准仪3115的连续旋转产生如被图27B中的点阵列表示的一系列这种线3175、3180等。阵列的每一个点表示至各自的目标位置的距离、高度和方位的一个测量值。方位的测量值的带因此被获取，表示点的3D云。每一个测量值可选择地包含诸如返回信号强度(表示目标表面的反射率(albedo))的关于各自的目标位置的其他信息。
图28A在3200处示出根据一些实施方式的测量仪器3205，其被配置为用于中心单元的竖直扫描和在与图27A中的平面正交的平面中的光束偏转。将具有距离测量模块的望远镜组件3210安装在照准仪3215上。由箭头3225表示的，望远镜组件3210可围绕耳轴轴线3220旋转。耳轴轴线3220大体上与方位旋转轴线3230垂直。距离测量模块的测量光束与中心单元轴线3240标称地对齐，并如由箭头3255示出的，在位于由中心单元轴线3240和耳轴轴线3220定义的平面中的角度界限3245、3250之间被偏转。
图28B在3260处示出使用图28A的仪器配置获取的测量值图案。由于距离测量值是通过距离测量模块的运行获取的，测量光束在箭头3255的平面(由耳轴轴线3220和中心单元轴线3235定义的平面)中例如在角度界限3245和3250之间相对于中心单元轴线3240被反复偏转。
如图28A中所示的，通过围绕方位轴线3230固定的照准仪3215和围绕耳轴轴线3220固定的中心单元3210，由箭头3265表示的偏转的测量光束的每一次通过产生以大体上方位的线排布的一系列测量值。
然而，如箭头3270表示的同时围绕耳轴轴线3220旋转中心单元3210导致每一次的测量相对于前述的测量值偏移大体上竖直的增量。因此方位平面中的偏转的测量光束的每一次的通过产生测量位置的非方位的线，例如斜线3275。
测量光束3235的连续偏转和中心单元3210的连续旋转产生如被图28B中的点阵列表示的一系列这种线3275、3280等。阵列的每一个点表示至各自的目标位置的距离、高度和方位的一个测量值。竖直的测量值的带因此被获取，表示点的3D云。距离测量模块可选择地被配置成获取诸如返回信号强度(表示目标表面的反射率)的关于每一次测量的目标位置的其他信息。
图29A在3300处示出根据一些实施方式的用于在倾斜平面中的光束偏转的测量仪器3305，其具有中心单元的方位和/或竖直扫描。具有距离测量模块的中心单元组件3310安装在照准仪3315上以用于围绕由箭头3325表示的耳轴轴线3320的旋转。如由箭头3335表示的，照准仪3315可围绕方位轴线3330旋转。方位轴线3330大体上与方位平面垂直。距离测量模块的测量光束与中心单元轴线3345标称地对齐，并如由箭头3360示出的，在上角度界限3350和下角度界限3355之间被偏转。角度界限3350和3355定义以3365表示的平面，该平面相对于由耳轴轴线3320和中心单元轴线3345定义的平面倾斜(以小于90度的角度相对于由耳轴轴线3320和中心单元轴线3345定义的平面倾斜)。这个倾斜可以是30度或45度或60度或其他期望的角度。
图29B在3370处示出使用图29A的仪器配置获取的测量值图案。由于距离测量值是通过距离测量模块的运行获取的，测量光束在箭头3360和线3365的平面(在相对于由耳轴轴线3320和中心单元轴线3345定义的平面的选定角度处)中例如在角度界限3350和3355之间相对于中心单元轴线3345被反复偏转。
如图29A中所示的，通过围绕方位轴线3330固定的照准仪3315和围绕耳轴轴线3320固定的中心单元3310，由箭头3375表示的偏转的测量光束的每一次通过产生箭头3360和线3365的倾斜平面的线中的一系列测量值。
然而，如箭头3380表示的同时围绕耳轴轴线3320旋转中心单元3310导致每一次的测量相对于前述的测量值偏移大体上竖直的增量。箭头3360和线3365的倾斜平面中的偏转的测量光束的每一次通过从而产生诸如斜线3385的更倾斜的测量位置的线。
测量光束3340的连续偏转和中心单元3310的连续旋转产生如被图29B中的点阵列表示的一系列这种线3385、3390等。阵列的每一个点表示至各自的目标位置的距离、高度和方位的一个测量值。竖直的测量值的带因此被获取，表示点的3D云。距离测量模块可选择地被配置成获取诸如返回信号强度(表示目标表面的反射率)的关于每一次测量的目标位置的其他信息。
图29B的示例示出当照准仪3315围着方位轴线3330保持固定时测量光束的连续偏转和中心单元3310围着耳轴轴线3320的连续旋转。
可选择地，当照准仪3315围着方位轴线3330旋转并且中心单元围着耳轴轴线3320保持固定时，连续偏转测量光束3340。在该运行模式中，方位的测量值的带被获取，表示点的3D云。
在图27A、图27B、图28A、图28B、图29A和图29B的每一个示例中，偏转速率和旋转速率可被按需控制，以便获取二维极坐标网格中的期望的测量密度，诸如在选定角间隔处的测量。例如，可由如图5中所示的子系统500的控制器555控制偏转速率。例如，可由如图20中所示的伺服驱动器2435响应于伺服控制器2425而控制旋转速率。
在一些实施方式中，第一可控驱动器使中心单元围着第一轴线旋转，第二可控驱动器使照准仪围着第二轴线旋转，并且同步器可运行以使第一可控驱动器、第二可控驱动器、偏转模块和距离测量单元的运行同步，从而获取具有选定角间隔的距离测量值的网格。
如图27A、28A或29A的任何一个中示出的测量仪器可作为全站仪以第一模式运行，以便获取单独的点测量值，而无需扫描或偏转(例如，对于给定的测量，其中各自的测量光束3135、3235、3340相对于中心单元轴线固定并且中心单元和照准仪围着它们各自的旋转轴线固定)，或者以第二模式运行，以便获取诸如上文描述的测量值的带。
尽管参考详细的示例描述了本发明，但是详细的示例仅仅用于为技术人员提供更好的理解，并不旨在限制本发明的范围。本发明的范围而是由所附权利要求定义。
例如，尽管已经在上面的实施方式中示出了可通过偏转元件的机械移动或旋转获取测量路径的横过仪器光轴的偏转，但是测量路径的偏转可无须在任何机械移动的情况下获取，具体来说无须旋转或移动仪器的任何部件或任何偏转元件。可使用基于电光效应的偏转元件实现测量路径的偏转，其中偏转元件的诸如其折射率的光学特性(或特征)或甚至其形状可被通过在偏转元件上的电偏压(电压)的装置改变。
另外，当从对附图、公开和所附权利要求的学习中实施所要求保护的发明时，技术人员能够理解并实现所公开的实施方式的变体。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件，且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多数。在相互不同的从属权利要求中记载某些特性这一单纯事实不表示这些特性的组合无法被有利使用。

Claims (16)

1.一种测量仪器(500)，包括：
距离测量模块(505)，其运行以沿着发射路径(501)发射光辐射并沿着接收路径(502)接收光辐射；
分离器(525)，在所述分离器(525)处，所述发射路径和所述接收路径被合并到测量光束中；以及
偏转模块(515)，其光学上地位于所述距离测量模块和所述分离器之间，并运行以使所述发射路径和所述接收路径对准所述分离器，并横过仪器光轴(510)偏转所述发射路径和所述接收路径中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述偏转模块包括至少一个偏转元件(540)，所述至少一个偏转元件(540)被安装为用于旋转运动和/或平移位移，使得所述发射路径和所述接收路径中的至少一个随着所述偏转元件的旋转和/或平移位移而移动。
3.根据权利要求2所述的仪器，还包括驱动元件(545)，所述驱动元件(545)运行以旋转和/或平移所述至少一个偏转元件。
4.根据权利要求3所述的仪器，其中，所述驱动元件运行以产生所述至少一个偏转元件的摇摆旋转运动、所述至少一个偏转元件的连续旋转运动、所述至少一个偏转元件的至所选方向的定向旋转运动和所述至少一个偏转元件的平移位移中的至少一种。
5.根据权利要求3-4中任一项所述的仪器，其中，所述驱动元件包括具有恒定的旋转速度的电动机、三相电动机、直流电动机和压电元件中的至少一种。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的仪器，还包括角度传感器(550)和/或位移传感器(550)，所述角度传感器(550)运行以检测所述至少一个偏转元件的旋转角度，所述位移传感器(550)运行以检测所述至少一个偏转元件的平移位移。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的仪器，还包括驱动控制器，所述驱动控制器运行以通过所述驱动元件控制所述至少一个偏转元件的旋转运动和/或平移位移。
8.根据权利要求7所述的仪器，其中，所述驱动控制器响应于角度传感器和/或位移传感器，以依据所述至少一个偏转元件的旋转角度和/或平移位移来控制所述驱动元件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述偏转模块包含至少一个偏转元件，所述至少一个偏转元件包括棱镜、多面镜和具有扇贝形弯曲镜面的盘中的至少一种。
10.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述偏转模块运行以移动所述发射路径，并且其中所述仪器还包括位于所述发射路径中的偏转透镜组件，由此所述发射路径的位移被转换为横过所述光轴的角度偏转。
11.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述偏转模块运行以移动所述接收路径，并且其中所述仪器还包括位于所述接收路径中的偏转透镜组件，借此所述接收路径的位移转换为横过所述光轴的角度偏转。
12.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，还包括具有光轴的前透镜组件，从而在距离所述前透镜的一定距离处创建所述仪器的焦点，其中，所述分离器沿着所述前透镜组件的所述光轴在所述前透镜组件和所述偏转模块的偏转元件之间位于离所述前透镜组件的一距离处，所述离所述前透镜组件的一距离小于至所述焦点的距离。
13.根据权利要求12所述的仪器，其中，所述距离测量模块包括位于所述接收路径中的光检测器，所述光检测器沿着所述接收路径位于接近所述仪器的所述焦点处，和/或其中所述距离测量模块包括位于所述发射路径中的光发射器，所述光发射器沿着所述发射路径位于接近所述仪器的所述焦点处。
14.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中所述距离测量模块包括光发射点和光接收点，所述仪器还包括中心单元、照准仪和基底，其中所述光发射点、所述光接收点、所述分离器和所述偏转模块位于所述中心单元中。
15.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述分离器包括部分反射表面，所发射的光辐射沿着所述发射路径穿过所述部分反射表面行进，且所述部分反射表面反射经由所述接收路径到达的光辐射，和/或其中所述分离器包括部分反射表面，经由所述接收路径到达的光辐射穿过所述部分反射表面行进，且所述部分反射表面反射沿着所述发射路径发射的光辐射。
16.根据权利要求15所述的仪器，其中，所述部分反射表面位于光束分离器棱镜中，和/或所述部分反射表面是光学元件的表面。
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