CN106104204A - 具有扫描功能的距离测量仪器 - Google Patents

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Abstract

一种测量仪器被公开。该测量仪器(500)包括前透镜组件(525)、距离测量模块(505)和偏转模块(515)。前透镜组件包括沿仪器光轴(510)的光路以及距离测量模块被配置为沿测量路径发射和接收光辐射。偏转模块被布置在距离测量模块和前透镜组件之间以使测量路径穿过仪器光轴偏转。

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的领域。更具体地，本公开涉及利用光辐射的偏转的距离测量。
背景技术
图1示意性地示出了测量员105使用合作目标110和安装在三脚架120上的智能型全站仪(robotic total station)115的典型的现有技术方案100。智能型全站仪115也可和非合作目标一起使用来测量它们的位置。智能型全站仪115具有带有用于测量到目标110的距离125的共轴的电子距离测量(EDM)系统的望远镜。智能型全站仪可经由通信信道130被遥控。望远镜通过在垂直方向135上围绕第一轴线(在图1中未示出)以及方位角上围绕第二轴线140的旋转来瞄准。
当望远镜的轴线瞄准目标位置时，望远镜的仰角和方位角连同距离测量结果一起被记录。望远镜和EDM的光轴围绕一根或两根旋转轴线旋转以从一个目标位置转移到另一个目标位置。
图2示意性示出了安装在三角架210上的、用于测量场景(比如建筑物215和环境220)以获得在由虚线225、230、235、240指示的垂直和方位角界线上的测量点的3D云的3D激光扫描器205的典型的现有技术方案200。扫描器205典型地具有旋转镜以在垂直方向245上高速地扫描仪器光轴(即，EDM的轴线)。旋转镜被安装在围绕轴线250低速地方位旋转的扫描头上。
扫描器205的EDM以高重复率自由运转，并且没有瞄准特定目标位置。望远镜的仰角和方位角连同每个距离测量结果一起被记录。
扫描器205的方位角、仰角和距离测量结果不如全站仪(比如图1的全站仪115)的这些数据精确，并且EDM光束没有瞄准特定目标位置。全站仪115相比扫描器205具有更高测量精度的优点，但是扫描器205相比全站仪115具有以更高的重复率获得点测量结果的优点。
图3示意性示出了测量员305使用目标310和安装在三角架320上的智能型全站仪315的现有技术方案300。在第一模式中，如已经在图1中示出的，测量员305可使用全站仪315以执行对安装在由测量员305手持的杆上的特定目标310的距离测量。在第二模式(或扫描模式)中，全站仪315可被用来获得场景(比如建筑物325和环境330)的点测量结果的3D云。当全站仪315被用在这种第二模式(扫描模式)时，虚线335、340、345、350指示测量结果的垂直和方位角界线。用如在图3中的全站仪获得点测量结果的密集云通常是慢且繁琐的，因为望远镜必须为每个测量点重新定位。
另一种类型的现有技术扫描全站仪可使望远镜连续旋转，同时以相当高的速率(约1000Hz)获得距离测量结果。但是这样的设计仍然被望远镜的大惯性限制。
概述
本公开力图提供克服上述中的至少一些缺点的测量仪器的至少一些实施例。更具体地，本公开的目的在于提供至少一些实施例，这些实施例提供了全站仪的测量精度和以比全站仪更高的重复率获得点测量结果的密集云的能力。
为了实现这些，具有如在独立权利要求中限定的特征的测量仪器被提供。本公开的另外的有利的实施例在从属权利要求中被限定。
根据一些实施例，测量仪器包括前透镜组件、距离测量模块和偏转模块。前透镜组件包括沿仪器光轴的光路，距离测量模块被配置为沿测量路径发射和接收光辐射。偏转模块被布置在距离测量模块和前透镜组件之间以使测量路径穿过仪器光轴偏转。
在这些实施例中，偏转模块被布置在距离测量模块(或EDM)和前透镜组件之间是有利的，因为仪器既提供了如全站仪的测量(即，当执行对特定目标的距离测量时，具有全站仪的精度)，又提供了具有以类似于大地测量扫描器的重复率执行的测量的对场景的扫描。
因此，偏转模块可被插入在测量仪器的距离测量模块和前透镜组件之间的光路中。测量仪器可以是全站仪，使得在第一模式中，在偏转模块是静止的情况下测量可被执行，其中，仪器通过旋转/移动主体的至少一些部分(比如它的中心单元或照准仪)来瞄准特定目标。在第一模式中，仪器的主体的部分被移动使得仪器光轴指向目标。在第二模式中，通过经由偏转模块使仪器的测量路径穿过仪器光轴偏转，测量仪器可被操作来执行对场景(包括，例如建筑物)的扫描。
总之，距离测量模块是被配置为执行用来确定从仪器到目标或到场景的其他元素(或点)的距离的距离测量的模块。距离测量模块例如可以是电子距离测量(EDM)系统。距离测量模块可包括用来沿着发射路径朝向目标或场景(例如，建筑物)发射光辐射的发射器以及用来沿着接收路径接收在目标或场景的元素上反射的光辐射(例如，反射的光脉冲)的接收器。距离例如可以基于飞行时间测量被计算。
总之，前透镜组件是在发射路径中的光学组(或组件)，其包括具有某种折射特性或效果的最后的光学元件(例如，发散/会聚透镜)，在最后的光学元件处或在其后，测量光束射出(或离开)测量仪器。类似地，前透镜组件是包括具有某种折射特性的最前面的光学元件(例如，发散/会聚透镜)的光学组(或组件)，当测量光束进入测量仪器时或已经进入测量仪器后遇到最前面的光学元件。仪器的前透镜组件例如可以是透镜。
根据实施例，偏转模块可包括其被安装用于旋转运动使得测量路径随着偏转元件的旋转而偏转的至少一个偏转元件。可选地，偏转模块可包括被安装用于平移位移使得测量路径随着偏转元件的平移位移而偏转的至少一个偏转元件。
根据实施例，仪器还可包括操作来旋转至少一个偏转元件或平移至少一个偏转元件的驱动元件。因此，驱动元件可以操作来产生至少一个偏转元件的摆动旋转运动。为了实现至少这些目的，驱动元件可包括三相电机或直流电机。可选地，驱动元件可操作来产生至少一个偏转元件的连续旋转运动。为了实现至少这个目的，驱动元件可包括具有固定旋转速度的至少一个电机。根据又一个替代方案，驱动元件可以操作来产生至少一个偏转元件到选定方向的定向的旋转运动。
一般地，仪器(或仪器的驱动元件)可配备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。
根据实施例，仪器还可包括操作来检测至少一个偏转元件的旋转角度的角传感器或线性传感器。例如，角传感器可以是角编码器。可选地或附加地，仪器可配备操作来检测至少一个偏转元件的平移位移的位移传感器。
根据实施例，仪器还可包括操作来通过驱动元件控制至少一个偏转元件的旋转运动和/或平移位移的驱动控制器。
根据实施例，驱动控制器可响应于角度传感器和/或位移传感器来分别根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。
根据实施例，至少一个偏转元件可包括棱镜、多面镜和具有扇形的弯曲镜面的盘中的至少一个。棱镜可具有任意数量的面，以及多面镜可具有任意数量的面。为了仅示例的目的，至少一个偏转元件可以是具有围绕旋转轴分布的六个到十个面的棱镜。
根据实施例，至少一个偏转元件可以是具有扇形的弯曲镜面的盘，扇形的弯曲镜面成形来在以恒定的速度旋转时，提供对测量路径的线性偏转。根据另一个实施例，扇形的弯曲镜面可成形来在以恒定的速度旋转时，提供对测量路径的非线性偏转。
根据实施例，仪器可还包括偏转透镜组件。在本实施例中，利用偏转透镜组件，由偏转元件引起的光学位移可被转换为光学偏转，以便产生穿过光轴的测量路径的角度偏转。偏转透镜组件可以是偏转模块的部分或单独的实体。偏转透镜组件和偏转模块的偏转元件一起操作以将偏转元件的运动转变成角度偏转。
应该理解的是，仪器还可包括目标跟踪器和伺服模块。目标跟踪器可具有操作来区分在测量仪器的附近的至少一个特定目标和其他目标的检测模块。伺服模块可被配置为响应于目标跟踪器瞄准仪器光轴，使得特定目标在距离测量模块的视野内。
进一步地，仪器可包括摄像头。摄像头例如可操作来获得静止的图像和视频图像中的至少一个。进一步地，摄像头可具有与仪器光轴共轴的摄像头光轴。摄像头然后可操作来获得对控制伺服模块瞄准仪器光轴有用的图像。
进一步地，仪器可包括光学目镜模块，其具有与仪器光轴共轴的目镜光轴。
根据实施例，距离测量模块可包括光学发射点和光学接收点。进一步地，仪器可包括中心单元、照准仪和基座，其中，光学发射点、光学接收点和偏转模块位于中心单元中。中心单元可被安装在照准仪上用于围绕第一轴线旋转，以及照准仪可被安装在基座上用于围绕与第一轴线交叉(例如，正交于第一轴线)的第二轴线旋转，使得仪器光轴围绕旋转点是可旋转的。
根据实施例，距离测量模块可以受控的重复率被操作以获得一系列距离测量结果，偏转模块可以受控的偏转率被操作，以及，偏转平面可以被定向使得以给定的速度围绕第一轴线和第二轴线中的一个扫掠仪器光轴能够获得在二维极坐标网格中以定距离间隔的一系列距离测量结果。受控的重复率、受控的偏转率和给定的速度例如可被选择以获得在二维极坐标网格中具有类似的角度间隔的距离测量结果。
根据实施例，受控的偏转率可以是非线性的，以及受控的重复率可被改变以获得距离测量结果之间的选定角度间隔。
根据实施例，仪器还可包括同步器、用于围绕第一轴线旋转中心单元的第一可控驱动器、以及用于围绕第二轴线旋转照准仪的第二可控驱动器。在本实施例中，同步器可被配置为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，以便获得具有选定角度间隔的距离测量的网格。
根据实施例，偏转模块被配置为移位发射路径和接收路径中的任何一个。进一步地，前透镜组件被配置为将发射路径或接收路径的位移转换为穿过仪器光轴的角度偏转。
根据实施例，仪器还可包括混合器。偏转模块可光学地位于距离测量模块和混合器之间。特别地，混合器可位于偏转模块和前透镜组件之间。混合器可以是分束器。
特别地，混合器可认为充当分离器，因为仪器和目标之间的测量光束在仪器内被分到发射路径和接收路径中。发射路径是光辐射通过仪器沿其被发射的路径，而接收路径是光辐射通过仪器沿其被接收的路径。发射路径和接收路径在混合器被合并在一起以形成测量光束。混合器可被限定为具有混合点，在该混合点偏转模块被配置为瞄准发射路径和接收路径。混合点也可被称为分离点。因此，尽管在本公开中，它被称为具有混合点的混合器，实施例也可通过提及具有分离点的分离器被描述。
虽然分离器(或混合器)在仪器内将测量光束分到发射路径和接收路径，即，从分离器/混合器到距离测量模块，分离器(或混合器)引导在从分离器/混合器延伸到目标的共同的测量光束内的发射路径和接收路径。应该理解的是，发射信号(例如，从仪器的EDM发射的光脉冲)和来自仪器外的分离器/混合器(或分离点/混合点)的接收信号(例如，在目标处反射的并指向仪器的EDM的光)的重叠形成了测量光束。同样应该理解的是，发射路径和接收路径可已经在仪器内重叠，例如在其中分离器(或混合器)被布置在仪器的距离测量模块和前透镜之间的光路中的配置中。换言之，从分离器(或分离点)穿过前透镜沿着朝向目标的光路的发射路径的一段可重叠从目标沿着光路穿过前透镜到分离器(或分离点)的接收路径的一段。发射路径和接收路径的这些重叠段的组合形成测量光束的至少部分。
混合器例如可包括部分反射表面，通过部分反射表面，从距离测量模块发射来的光辐射沿发射路径传递，以及，部分反射表面反射经由与发射路径不同的接收路径到达距离测量模块的光辐射。
进一步地，混合器可包括部分反射表面，通过部分反射表面传递经由接收路径到达的光辐射，以及，部分反射表面反射沿发射路径发射来的光辐射。
混合器的部分反射表面可在分束器棱镜内或在光学元件的表面内。
应该理解的是，偏转模块可操作来偏转在偏转平面中的测量路径。例如，偏转平面可包括仪器光轴并可相对于由仪器光轴和第一轴线限定的平面以倾斜的角度放置。特别是，倾斜的角度可以是在30度到60度之间。可选地，偏转平面可与由仪器光轴和第一轴线限定的平面重合。作为另一个替代方案，偏转平面可与由仪器光轴和第一轴线限定的平面正交。
在本申请的上下文中，用语测量仪器可以是可交换地代替术语全站仪、测量单元、测量仪器或大地测量仪器，以及，反之亦然。本公开的目的在于提供起全站仪作用(即，具有全站仪的特征和结构)，但是配备有元件，且特别是偏转模块的、用于提供如用大地测量扫描器所获得的扫描功能的测量仪器的至少一些实施例。
本公开涉及在权利要求中和前述的实施例中叙述的特征的所有可能组合。本公开的各种实施例的另外的目的和优点将在下面通过示例实施例的方式进行描述。
附图简述
本公开的这些以及其他方面和特征将根据下面参考附图描述的实施例更易于理解。
图1示意性示出了测量员使用合作目标和智能型全站仪的现有技术方案；
图2示意性示出了在三角架上的进行场景测量的扫描器的现有技术方案；
图3示意性示出了测量员使用智能型全站仪以获得场景的点测量结果的3D云的现有技术方案；
图4A、图4B和图4C示意性示出了根据一些实施例的测量仪器；
图5是根据一些实施例的EDM子系统的示意图；
图6是根据一些实施例的EDM子系统的示意图；
图7是根据一些实施例的EDM子系统的示意图；
图8是根据一些实施例的EDM子系统的示意图；
图9是根据一些实施例的EDM子系统的示意图；
图10示出了根据一些实施例的偏转元件；
图11A到11E分别示出了利用图10的偏转元件的在零度的旋转角度、十度的旋转角度、二十度的旋转角度、二十五度的旋转角度和三十五度的旋转角度的光束路径；
图12A到12C分别示出了利用图10的偏转元件相对于前透镜组件在零度的旋转角度、十度的旋转角度、二十度的旋转角度的光束路径；
图13示出了根据一些实施例的偏转元件的另外的例子；
图14示出了根据一些实施例的偏转元件的另外的例子；
图15A示出了根据一些实施例的围绕轴线旋转的偏转元件；
图15B示出了根据一些实施例的围绕轴线摆动的偏转元件；
图16A、图16B和图16C根据一些实施例示出了利用偏转元件的线性运动的光束路径的偏转；
图17A、图17B和图17C示出了根据一些实施例的最后一个透镜组件对通过光楔偏转的光束路径的影响；
图18示意性示出了具有分离的发射路径和接收路径以及具有混合点的混合器的实施例；
图19示出了根据一些实施例的测量光束的概念；
图20进一步示出了根据一些实施例的测量光束；
图21示意性示出了根据一些实施例的测量仪器的轴线；
图22A示出了根据一些实施例的、具有围绕偏转点在第一方向上偏转的发射路径和接收路径的测量仪器；
图22B示出了根据一些实施例的、具有围绕偏转点在第二方向上偏转的发射路径和接收路径的测量仪器；
图23示出了根据一些实施例的具有集成的跟踪模块的测量系统；
图24示出了根据一些实施例的跟踪系统的框图；
图25示出了根据一些实施例的具有集成的查看器模块的测量系统；
图26示意性示出了第一种类型的分束器的操作；
图27示意性示出了第二种类型的分束器的操作；
图28示意性示出了第三种类型的分束器的操作；
图29示意性示出了第四种类型的分束器的操作；
图30A示出了根据一些实施例的、作为具有混合点的混合器使用的分束器；
图30B示意性示出了穿过图30A的分离器的发射光束的路径；
图30C示意性示出了穿过图30A的分离器的接收光束的路径；
图31A示出了根据一些实施例的、被配置用于中心单元的垂直光束偏转和方位扫掠的测量仪器；
图31B示出了利用图31A的仪器配置获得的测量结果的图案；
图32A示出了根据一些实施例的、被配置为用于中心单元的垂直扫掠以及在正交于图31A的平面的平面中的光束偏转的测量仪器；
图32B示出了利用图32A的配置获得的测量结果的图案；
图33A示出了根据一些实施例的、被配置为利用中心单元的方位扫掠和/或垂直扫掠的用于在倾斜的平面内的光束偏转的测量仪器；以及
图33B示出了利用图33A的仪器配置获得的测量结果的图案。
如图中所示，出于示意的目的，元件和区域的大小可被放大，并且，因此元件和区域被提供以说明实施例的一般的结构。自始至终，相似的参考数字指的是相似的元件。
详细描述
本发明现在将在下文参考附图进行更全面地描述，在附图中示出示例性实施例。然而，本发明可以很多不同的形式实施并不应被理解为对本文所陈述的实施例的限制，这些实施例是通过例子来提供的。
图4A示意性示出了根据一些实施例的测量仪器400。仪器400包括具有仪器光轴410的中心单元405(比如望远镜组件)。望远镜组件405被安装用于围绕两个轴线旋转：在照准仪415的耳轴上围绕第一(耳轴)轴线420旋转，以及在基座425上围绕第二(方位)轴线430旋转。
图4B示出了采用假想线的照准仪415以显示限定耳轴轴线420的耳轴445的图4A的仪器。望远镜组件405围绕耳轴轴线420的旋转由箭头450指示。照准仪415围绕方位轴线430的旋转由箭头455指示。
如在图4C中示出的，仪器还可包括偏转模块455，使得电子距离测量(EDM)模块475的名义上对准光轴410的测量光束是如由箭头440指示的围绕第三旋转轴线435可偏转的。图4C示出了从EDM 475延伸到偏转模块475(在该模块它被偏转)的光路。EDM 475和偏转模块455被布置在测量仪器的中心单元405内。
图5是根据一些实施例的电子距离测量(EDM)子系统500的示意图。距离测量模块505沿发射路径发射光辐射以及沿着接收路径接收光辐射。在图5中，在EDM 505和偏转模块515之间的发射路径和接收路径与EDM子系统500的光轴510重叠。偏转模块515偏转发射路径和接收路径中的至少一个穿过仪器的光轴510。偏转由箭头520指示。在这个例子中，偏转模块515位于前透镜组件525的后面。角度偏转界限以530和535指示。
在图5中，EDM的光轴被表示为510。尽管发射路径和接收路径(即，往返EDM的光辐射)在图5中被表示为在EDM 505和偏转模块515之间是重叠的，应该理解的是，EDM一方面可包括用于发射光辐射的激光源，另一方面可包括用于检测在目标或任何物体(或环境)反射的光辐射的检测器(或接收器)，光辐射已经经由偏转模块515和前透镜组件525从激光源朝向目标或任何物体(或环境)被发射。激光源和检测器可以是被布置在EDM 505中的两个不同的位置的两个分开的实体，以及，因此，发射路径和接收路径可以是不同的并且由例如在EDM 505内的分离器分开的。可选地，尽管没有表示成在图5中的那样，发射路径和接收路径在偏转模块515和EDM 505之间可被分开。
图6是如在图5中的EDM子系统600的示意图，其中，偏转模块包括至少一个偏转元件640，当至少一个偏转元件640旋转或移动时偏转发射路径和接收路径中的至少一个。
图7是如在图6中的EDM子系统700的示意图，其中，偏转元件640由驱动元件745旋转或移位。
在一些实施例中，驱动元件745产生偏转元件640的摆动旋转运动。在一些实施例中，驱动元件745产生偏转元件640的连续旋转运动。在一些实施例中，驱动元件745产生指向选定方向的偏转元件640的定向旋转运动。
在一些实施例中，驱动元件745是具有基本上恒定的旋转速度的电机。在一些实施例中，驱动元件745是三相电机和直流电机中的一个。在一些实施例中，驱动元件745包括压电元件。
图8是如在图7中的EDM子系统800的示意图，还包括用于测量偏转元件640的旋转角度的角度传感器850或用于测量偏转元件540的平移位移的另一类型的传感器。
在一些实施例中，角度传感器850用于检测偏转元件640相对于光轴510的旋转的角度。可选地，位移传感器可被配置为检测偏转元件640相对于光轴510的平移位移。在一些实施例中，角度传感器850是角度编码器。
图9是如在图8中的EDM子系统900的示意图，还包括与驱动元件745通信的驱动控制器955，以及角度传感器850，用于通过驱动元件745控制偏转元件640的旋转运动(和/或平移位移)。
在一些实施例中，驱动控制器955响应于角度传感器850(或位移/运动传感器)来根据偏转元件640的旋转角度(或偏转元件640的平移位移)控制驱动元件745。
参考图4A到4C和图5到图9，参考图5到图9所述的子系统500到子系统900可被安装在如参考图4A到4C所述的、使仪器410的光轴对准子系统500到子系统900的光轴510的全站仪400的中心单元405内。因此，具有被布置在它的中心单元内的偏转模块515的全站仪被提供。
这样的测量仪器或全站仪既提供根据第一模式的具有全站仪的精度的特定目标测量，又提供根据第二种模式的以大地测量扫描器的速度的场景扫描。
图10在1000处示出了偏转元件的第一个实施例，该偏转元件可被用作在参考图6到图9描述的子系统600到子系统900中的用640表示的偏转元件。偏转元件可以是如由箭头1010所示的围绕旋转轴1015旋转的棱镜1005。光束1020穿过棱镜1005，并且作为光束1025射出。棱镜1005被示为具有围绕旋转轴线1015分布的八个面。在一些实施例中，棱镜1005可具有围绕旋转轴线1015分布的六个到十个面。
当棱镜1005旋转时可操作来移位发射路径和/或接收路径。图11A到图11E示出了光路随着棱镜1005的旋转而偏转。
图11A在1100处示出了如1105所指示的处于零度旋转角度的棱镜1005。入射光束路径1110和出射光束路径1115是对准的。
图11B在1120处示出了如1115所指示的相对于图11A处于顺时针方向上的十度旋转角度的棱镜1005。出射光束路径1135相对于入射光束路径1110向下移动，并且平行于入射光束路径1110的延伸线。参考数字1115示出了入射光束1110在棱镜1005中的延伸线。尽管不必要，应该理解的是，在一些实施例中，出射光束的如由1115所表示的名义上的光路，即在具有如在图11A中的零度旋转角度的配置中的光束路径，可对准子系统(偏转元件1005被布置在该子系统中)的正常的光轴。
图11C在1140示出了如1145所指示的相对于图11A处于顺时针方向上的二十度的旋转角度的棱镜1005。出射光束路径1155相对于入射光束路径1110比在图11B中更进一步向下移位，并且平行于入射光束路径1110的延伸线1115。
图11D在1160处示出了如1165所指示的相对于图11A处于顺时针方向上的二十五度的旋转角度的棱镜1005。出射光束路径1175相对于入射光束路径1110向上移位，并且平行于入射光束路径1110(的延伸线1115)。
图11E在1180处示出了如1185所指示的相对于图11A处于顺时针方向上的三十五度的旋转角度的棱镜1005。出射光束路径1195相对于入射光束路径1110比在图11D中稍微较少地向上移位，并且平行于入射光束路径1110。
在图11A到图11E中的一系列图像示出了当棱镜1005被旋转时光束路径朝一个方向移位以及当入射光束从一个面转换到下一个面时立即往回跳转。将连续的旋转转变成光束的重复且线性的位移具有优势。相比于例如机械元件的摆动运动，连续的旋转需要非常小的能量来维持，并且引起非常小的摆动。
在一些实施例中，偏转元件还可包括在发射路径和/或接收路径上的偏转透镜组件，使得发射路径和/或接收路径的位移被转变成穿过仪器的光轴的角度偏转。图12A到图12C示出了光束路径随着棱镜1005的旋转而偏转以及引入偏转透镜组件1202的影响。
图12A在1200处示出了如1205所指示的如在图11A中的在零度的旋转角度的棱镜1005。入射光束路径1110和出射光束路径1115是对准的。偏转透镜组件1202具有以1215所示的焦距f。出射光束路径没有偏转地穿过偏转透镜组件1202到焦点1210。
图12B在1220处示出了如1225所指示的、相比于在图12A中的配置的处于十度的旋转角度(即，如在图11B中)的棱镜1005。出射光束路径1135相对于入射光束路径1110被移位。出射光束路径1135然后穿过偏转透镜组件1202，并且以偏转角1230偏转到焦点1210。
图12C在1240处示出了如1245所指示的、如在图11C中的处于二十度的旋转角度的棱镜1005。出射光束路径1155相对于入射光束路径1110更进一步被移位。出射光束路径1155然后穿过偏转透镜组件1202，并且以偏转角1250偏转到焦点1210。
在图12A到图12C中的一系列图像示出了出射光束路径随棱镜1005被旋转以每个偏转增量被定向到焦点1210。焦点1210是偏转的光束的旋转点。
在一些实施例中，当棱镜1005旋转时可操作来移位接收路径，比如通过使接收路径沿着棱镜1005的旋转轴线1015与发射路径间隔开以及平行于发射路径。在一些实施例中，偏转透镜组件也可放置于接收路径中，使得随着棱镜1005的旋转的接收路径的位移被转变成穿过仪器光轴的角度偏转。在另一些实施例中，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13在1300处示出了偏转元件的又一个例子，该偏转元件可以被用作在参考图6到图9所描述的子系统600到子系统900中的偏转元件640。在这个例子中，偏转元件可以是多面镜1305，如1310所指示的围绕旋转轴线1315旋转。多面镜1305被示为具有围绕旋转轴线1315分布的六个面。在一些实施例中，多面镜1305可具有二十到四十个那样的面。沿着路径1320到达的光束可从镜子1305的面被反射以沿着另一个路径1325离开。另一个路径1325可随着镜子1305的旋转而偏转，使得离开光束路径(即离开光束的指向)可围绕旋转轴线1315被扫掠。换言之，离开光束路径1325围绕旋转轴线旋转，如在1330所指示的，同时它保持与旋转轴线1315正交。
图14在1400处示出了偏转元件的又一个例子，该偏转元件可以被用作在参考图6到图9所描述的子系统600到子系统900中的偏转元件640。在这个例子中，偏转元件可以是具有扇形的弯曲镜面1410的镜盘1405。镜盘1405可如由箭头1415所示的围绕旋转轴线1420旋转。沿着入射光束路径1425入射的光束可沿着出射光束路径1430被偏转。出射光束路径1430可随着镜盘1405围绕旋转轴线1420的旋转来回被偏转。
在一些实施例中，扇形的弯曲镜面1410可以被成形来当以恒定的旋转速度围绕旋转轴线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。在一些其它实施例中，扇形的弯曲镜面1410可以成形来当以恒定的旋转速度围绕旋转轴线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11A到图11E、图12A到图12C、图13和图14的例子显示了沿着顺时针方向旋转的偏转元件。在一些实施例中，偏转元件可沿着相反的(逆时针)方向旋转。在一些实施例中，偏转元件可交替地沿着顺时针方向和逆时针方向旋转(即，摆动)。
应该理解的是，在图11到图14中所示的例子中，假如偏转元件(比如棱镜、多面镜或具有扇形的弯曲镜面的盘)被旋转使得入射光束在两个面之间的边缘射入偏转元件，则光束可被分成两束，并且偏转则可变得不明确。为此，偏转元件的旋转可被调整以避免射在两个面之间的边缘。可选地，仪器可被配置使得当边缘位于光束的光路中时没有测量结果被捕获或使得在这种条件下捕获的任何测量结果不被记录或不考虑在内。虽然为实现一定次数的偏转扫掠大量的面将需要更低的旋转速度，但是这将在另一方面导致更多边缘妨碍测量结果，然后测量结果因为模糊而不得不忽略。
图15A在1500处示出了以1510一般地示出的偏转元件的例子，该偏转元件可用作在参考图6到图9描述的子系统600到子系统900中偏转元件640。偏转元件1510可沿着如箭头1530所指示的一个方向(例如，逆时针)围绕光轴1520旋转。
图15B在1550处示出了以1560一般地示出的偏转元件的例子，该偏转元件可用作在参考图6到图9描述的子系统600到子系统900中的偏转元件640。偏转元件1560可交替地沿着如箭头1570所指示的顺时针方向和逆时针方向围绕光轴1520旋转(即，摆动)。
图16A、图16B和图16C示出了根据一些实施例的随着偏转元件的线性运动的光束路径的偏转。
图16A在1600处示出了沿着偏转元件1625(其在本例中是透镜(或透镜组件))的光轴1605的入射光束路径1610。透镜被安装用于穿过光轴1605的线性运动。在图16A到图16C中示出的具体的例子中，透镜1625正交于光轴1605移动。在图16A中，出射光束路径1615同样位于透镜1625的光轴1605上并且对准入射光束路径1610。
图16B在1620处示出了相对于入射光束路径1630向下移位的透镜1625。作为结果，出射光束路径1635相对于入射光束路径1630的延伸线以一定角度向下偏转。
图16C在1640处示出了相对于入射光束路径1650向上移位的透镜1625。出射光束路径1655相对于入射光束路径1650的延伸线以一定角度向上偏转。
在一些实施例中，光束可通过偏转元件的线性位移而偏转。
图17A到图17C示出了其中偏转元件是通过线性驱动元件大体上横向于偏转透镜组件1712的光轴1710移位的光楔1705的例子。
在图17A中在1700处，入射光束路径1715被光楔1705向着光轴1710偏转。出射光束路径1720沿着光轴1710延伸。
在图17B中在1730处，光楔1705如箭头1735所指示的向上移动。入射光束路径1715偏转(或被移位)到光轴1710下面。出射光束路径1740可通过偏转透镜组件1712穿过光轴1715向上偏转。
在图17C中在1760处，光楔1705如箭头1765所指示的向下移动。入射光束路径1715被偏转到光轴1710上面。出射光束路径1770可通过偏转透镜组件1712穿过光轴1715向下偏转。
图18示意性示出了具有(含混合点/分离点的)混合器1825和分离的发射路径和接收路径的实施例1800，在混合器1825中，发射路径和接收路径合并以形成测量光束。发射路径从EDM 505沿着路径1805延伸到偏转模块515，然后随着经由可选的镜子1815和1820沿着路径1810的偏转到达混合器1825，接着沿着路径1830经过前透镜组件525。接收路径从路径1830穿过前透镜组件525到达混合器1825的混合点，然后经由镜子1835沿着路径1840到达偏转模块515，然后因为被偏转，沿着路径1845到达EDM 505。镜子以例子的方式被示出；镜子可在发射路径中和/或在接收路径中被放置或作为设计选择两者中都不被放置。不用任何镜子，发射路径和接收路径将沿着不同的方向，例如如由包括混合器1825的混合点的分离器的光学特性限定的彼此垂直的两个方向。因此，在一些实施例中，将设想偏转模块包括两个偏转元件，一个被布置在发射路径中以及一个被布置在接收路径中。EDM的发射器和接收器也可彼此分离地被布置。
从混合器1825穿过前透镜组件525沿着路径1830到目标的发射路径段和从目标沿着路径1830穿过前透镜组件525到混合器1825的接收路径段重叠。发射路径和接收路径的这些重叠的段的组合形成测量光束。
如参考图26到图30将更详细地说明的，混合器1825的混合点可以是分离点，或位于被配置为将光束分离成两条路径的分离器中的点。在本实施例中，所发射的光辐射和所反射的光辐射传递在光束1830中被分成发射路径和接收路径。
图19在1900处示出了测量光束1905的概念。朝向目标1915的发射路径段1910(例如，沿着图18的路径1830)与接收路径段1920(例如，沿着图18的路径1830)重叠。从仪器1925所发射的光和被仪器1925接收的从目标1915反射的光的任何部分形成测量光束1905。
图20还在2000处示出了测量光束2005的示例。从仪器2010沿着由箭头2015示出的发射路径段所发射的光和从目标反射的并且沿着由箭头2020和2025示出的接收路径段被仪器2010接收的光形成测量光束2005。
在一些实施例中，前透镜组件具有光轴并且在离透镜一定距离处提供焦点。混合器(的混合点)可沿着前透镜组件的光轴位于前透镜组件(或前透镜组件的后透镜表面)和偏转模块的偏转元件之间，离前透镜组件(或后透镜表面)比到焦点的距离小。应该理解的是，前透镜组件可被配置为与测量仪器的其他光学元件结合将光束(例如，沿着发射路径和/或接收路径传播的光)聚焦在被称作仪器的焦点(假设其他的光学元件影响焦点的位置)的焦点处。进一步地，应该理解的是，前透镜组件一般可与用于将偏转元件的移动转变成角度偏转的偏转模块的任何偏转透镜组件不同。
在一些实施例中，距离测量模块包括在接收路径中的光接收点处的光检测器，其大致位于沿着接收路径的仪器的焦点处。在一些实施例中，距离测量模块包括在发射路径中的光发射点处的光发射器，其大致位于沿着发射路径的仪器的焦点处。
图21示意性示出了测量仪器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上用于围绕第一(耳轴)轴线2120旋转。为围绕与第一(耳轴)轴线2120交叉(例如，正交于第一轴线2120)的第二(方位的)轴线2130旋转，照准仪2115被安装在基座2125上，使得仪器光轴围绕旋转点是可旋转的。
图22A在2200处是具有距离测量模块2202、偏转模块2204、镜子2206、2208和2230、(具有混合点的)混合器2210和前透镜组件2212的测量装置的示意图。名义上的、非偏转的发射路径由虚线2214和2216所指示。名义上的、非偏转的接收路径由虚线2214和2218所指示。来自距离测量模块2202的光传输点的光信号沿着发射路径段2220到偏转模块2204。发射路径通过偏转模块2204从名义路径2216、2214偏转，如由偏转的发射路径段2222、2224、2226和2228所指示的。
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到混合器2210，并且然后沿着接收路径段2232和2234到偏转模块2204以及沿着接收路径段2236到距离测量模块2202的光接收点。
在图22A的例子中，发射路径和接收路径两者都围绕在混合器2210处的偏转点被偏转。
图22B在2250处示出了图22A的具有在相反的方向偏转的发射路径和接收路径的测量装置。来自EDM 2202的光信号沿着发射路径段2220到偏转模块2204。发射路径通过偏转模块2204从名义路径2216、2214偏转，如由偏转的发射路径段2268、2270、2272和2274所指示的。
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到混合器2210，并且然后沿着接收路径段2278和2280到偏转模块2204以及沿着接收路径段2236到EDM 2202。
图23示出了根据一些实施例的具有集成的跟踪模块的测量系统2300。来自距离测量模块2305的光信号沿着发射路径段2310到偏转模块2315。发射路径从名义上的路径由偏转模块2315在如箭头2330所指示的偏转界线2320、2325之间偏转。从偏转模块2315发射的光信号穿过分束器2335。返回光信号经由前透镜组件2380穿过分束器2335到偏转模块2315。
分束器例如可以是色分束器，它反射某些波长或某些波长范围的光而它对其他波长是透明的。对于利用色分束器的实现，距离测量模块2305和跟踪模块2340可使用不同的波长。
跟踪器模块2340发射跟踪光信号，跟踪光信号沿着路径段2345传递到分束器2335并且沿着路径段2350射出。路径段2350是在偏转界线2320、2325内以及一般与测量光束共轴。跟踪器模块2340具有由界线2355、2360限定的视野以能够跟踪目标。
图24是跟踪系统2400的框图。跟踪器模块2340位于仪器的中心单元内，比如在图21的望远镜组件2105内。跟踪器模块2340向目标2415发射跟踪光信号2410，以及若有的话从目标2415接收跟踪返回信号2420。跟踪器模块2340经由控制信号2430引导伺服控制2425以根据需要激活伺服驱动器2435，从而保持中心单元的光轴瞄向目标，如由箭头2440示意性指示的。
跟踪器模块2340包括检测模块和伺服控制模块，检测模块用于将在测量仪器附近的至少一个特定目标与其他目标区别开来，伺服控制模块(比如伺服控制2425和伺服驱动2435)响应于跟踪器模块操作来瞄准仪器光轴使得特定目标在距离测量模块的视野内。
图25示出了根据一些实施例的具有集成的查看器模块2540的测量系统2500。来自距离测量模块2505的光信号沿着发射路径段2510到偏转模块2515。发射路径从名义上的路径由偏转模块2515在如箭头2530所指示的偏转界线2520、2525之间偏转。从偏转模块2515发射的光信号穿过分束器2535和前透镜组件2580。返回光信号经由前透镜组件2580穿过分束器2535到偏转模块2515。
如上面在参考图24所描述的实施例中提到的，分束器2535例如可以是色分束器。例如，当距离测量模块2505在不可视区中运行时，分束器可反射可视区。如另一个例子，如果距离测量模块2505在可视区运行，分束器可反射在可视区中的光，但是具有使来自(和/或到达)距离测量模块的可见光穿过的缺口。
查看器模块2540具有沿着路径段2545传递到分束器2535并且沿着路径段2550射出的虚轴。路径段2550是在偏转界线2520、2525内以及一般与测量光束共轴。查看器模块2540具有由界线2555、2560限定的视野以能够查看目标。在一些实施例中，查看器模块2540是允许操作员基本上沿着测量光束的光轴查看目标的光学目镜。在一些实施例中，查看器模块2540是操作来基本上沿着测量光束的光轴获得目标的静止图像和/或视频的摄像头。在一些实施例中，摄像头驱动允许操作员沿着测量光束的光轴查看目标的图像的显示器。
图26示意性示出了在2600处的第一种类型的混合器：分束器2605的操作。沿着路径2610的入射光束被分成沿路径2615的第一出射光束和沿路径2620的第二出射光束。分束器2605是在玻璃盘上的标准分束器，其使用由于从空气到玻璃的过渡导致反射或均匀的涂层来分离光束。
在一些实施例中，玻璃盘具有部分反射表面，所发射的光辐射沿着发射路径穿过部分反射表面，并且反射经由接收路径到达的光辐射，或反之亦然。在一些实施例中，均匀的涂层具有根据波长差异地反射的色度属性。
图27示意性示出了在2700处的第二种类型的混合器：分束器2705的操作。分束器2705是包括具有不同水平的反射率的表面涂层的玻璃盘。中心区域2710比周围的环形区域2715具有相对较低水平的反射率。通过使一部分穿过中心区域2710以提供中心出射光束2725，以及反射由入射光束2720的直径2730和中心区域2710的直径限定的环形的部分以使环形的出射光束2735转向，入射光束2720被分离。在一些实施例中，具有不同的反射率的区域是相反的，高反射率在中心区域2710中以及相对低的反射率在环形区域2715中。在一些实施例中，这些涂层是彩色的，基于波长差异地反射。
图28示意性示出了在2800处的第三种类型的混合器：分束器2805的操作。分束器2805是包括具有均匀涂层的内部反射表面2810的立方体元件。沿着轴线2820到达的入射光束2815的一部分穿过表面2810以形成沿着轴线2820的出射光束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的出射光束2830。在一些实施例中，涂层可以是彩色的，基于波长差异地反射。
图29示意性示出了在2900处的第四种类型的混合器：分束器2905的操作。分束器2905是包括具有不同水平的反射率的内部反射表面2910的立方体元件。中心区域2915比周围的环形区域2920具有相对较低水平的反射率。通过使一部分穿过中心区域2915以提供中心出射光束2930，以及反射由入射光束2925的直径2935和中心区域2915的直径限定的环形的部分以使环形的出射光束2940转向，入射光束2925被分离。在一些实施例中，具有不同的反射率的区域可以是相反的，高反射率在中心区域2915中以及相对低的反射率在环形区域中。在一些实施例中，这些涂层可以是彩色的，基于波长差异地反射。
图30A根据一些实施例示出了在3000处在透视图中的另外的混合器：作为混合点(或分离点)使用的分束器3005，例如作为图18的混合器1825的混合点。分束器3005由第一玻璃块3010和第二玻璃块3015组成。第一玻璃块3010具有前表面3020、后表面3035和在与第二玻璃块3015的前表面交界处的底面。部分反射涂层3025在第一玻璃块3010的底面和第二玻璃块3015的前表面之间的交界处被提供。第二玻璃块3015具有后表面3030。部分反射涂层3025可具有比周围的环形区域3045具有相对低水平的反射率的中心区域3040；在一些实施例中，区域3040和3045的相对反射率是相反的，或这些区域可以任何其他期望的配置被布置。
图30B在3060处示意性示出了穿过图30A的分束器3005的发射光束3062的路径。发射光束3062沿路径3064穿过前表面3020进入第一玻璃块3010。发射光束3602然后从后表面3035沿着路径3066、从前表面3020沿着路径3068和从后表面3030穿过部分反射涂层3025的中心区域3040被反射以穿过前表面3020沿着路径3070作为光束3072出射。
图30C示意性示出了在3080处的穿过图30A的分束器3005的接收光束的路径。接收光束3082沿路径3084穿过前表面3020进入第一玻璃块3010。接收光束然后从部分反射涂层3025的反射环形区域3045沿着路径3086、从前表面3020沿着路径3088和从后表面3035被反射以穿过前表面3020沿着路径3090作为光束3092出射。
图30B和图30C的比较示出了射出分束器3005的发射光束3072和进入分束器3005的接收光束3082是共轴的。但是，发射光束3062的进入路径3064和接收光束3092的出射路径3090是平行的并且彼此偏移，以使用单个的偏转元件促进发射光信号和接收光信号的同时偏转。在表面3025(即3040和3045的中心)上的涂层图案的中心将是这个系统的混合点，发射路径和接收路径围绕该混合点将被偏转。
应该理解的是，在上述的实施例中，分离点在分束器的表面可以是固定的，以及光学系统被设计既用作偏转光束又用作朝向分离点瞄准它。但是，在一些其它实施例中，可以设想，分离点在分束器的表面上移动。
图31A根据一些实施例的示出了在3100处的被配置为用于中心单元的垂直光束偏转和方位扫掠的测量仪器3105。中心单元(比如望远镜组件3110)具有安装在照准仪3115上的用于围绕耳轴轴线3120旋转的距离测量模块。照准仪3115如箭头3130所指示的围绕方位轴线3125是可旋转的。方位轴线3125基本上垂直于方位平面。距离测量模块的测量光束3135是名义上对准中心单元轴线3140的，以及如箭头3155所指示的，在上角度界线3145和下角度界线3150之间被偏转。角度界线3145和3150限定了穿过中心单元轴线3140并且基本上垂直于方位平面的平面。
尽管在图31A中没有详细示出，测量仪器3105的中心单元或望远镜组件3110包括具有距离测量模块、偏转模块和前透镜组件的子系统，比如分别参考图6到图9所描述的子系统600到子系统900或参考图18、图22A、图22B、图23和图25所描述的子系统1800、子系统2200、子系统2250、子系统2300、子系统2500。利用这样的子系统，测量仪器3105可扫描如在图31B、32B和33B中所描述的场景。
图31B示出了在3160处的利用图31A的仪器配置获得的测量结果的图案。当距离测量结果通过距离测量模块的操作被获得时，测量光束3135在基本上垂直的箭头3155的平面中相对于中心单元轴线3140重复地偏转，例如从上角度界线3145到下角度界线3150。
随着中心单元3110关于耳轴轴线3120被固定以及照准仪3115关于方位轴线3125被固定，由箭头3165所指示的偏转的测量光束的每次的通过将导致在基本上垂直的直线中的一系列的测量结果。
但是，如由箭头3170所指示的，围绕方位轴线3125同时旋转照准仪3115导致每次测量相对于先前的测量被偏移方位角增量。因此，偏转的测量光束的每次垂直的经过产生测量位置的非垂直线，比如斜线3175。
测量光束3135的连续的偏转和照准仪3115的连续的旋转导致如在图31B中由点阵表示的一系列这样的线3175、3180等。阵列的每个点代表对于相应的目标位置的距离、仰角和方位的测量结果。由此获得测量结果的方位角条纹，其代表点的3D云。每个测量结果可选地包括关于相应的目标位置的另外的信息，比如返回信号的光亮度(指示目标表面的反射率)。
图32A根据一些实施例示出了在3200处的被配置为用于中心单元的垂直扫掠以及在正交于图31A的平面的光束偏转的测量仪器3205。具有距离测量模块的望远镜组件3210被安装在照准仪3215上。望远镜组件3210如箭头3225所指示的围绕耳轴轴线3220是可旋转的。耳轴轴线3220基本上垂直于旋转方位轴线3230。距离测量模块的测量光束3235是名义上对准中心单元轴线3240的，以及如箭头3255所指示的，在位于由中心单元轴线3240和耳轴轴线3220限定的平面中的角度界线3245、3250之间被偏转。
图32B示出了在3260处的利用图32A的仪器配置获得的测量结果的图案。当距离测量结果通过距离测量模块的操作被获得时，测量光束3235在箭头3255(由耳轴轴线3220和中心单元轴线3235限定的)的平面中相对于中心单元轴线3240，例如在角度界线3245和3250之间重复地偏转。
如在图32A中所示的，随着照准仪3215关于耳轴轴线3230被固定以及中心单元3210关于方位轴线3220被固定，由箭头3265所指示的偏转的测量光束的每次的通过将导致在基本上方位角的直线中的一系列的测量。
但是，如由箭头3270所指示的，围绕耳轴轴线3220同时旋转中心单元3210导致每个测量结果相对于先前的测量结果被偏移了基本上垂直的增量。在方位平面中偏转的测量光束的每次的通过因此产生测量位置的非方位线，比如斜线3275。
测量光束3235的连续的偏转和中心单元3210的连续的旋转导致如在图32B中由点阵表示的一系列这样的线3275、3280等。阵列的每个点代表对于相应的目标位置的距离、仰角和方位的测量结果。由此获得测量结果的垂直条纹，其代表点的3D云。距离测量模块可选地被配置为获得关于每个所测量的目标位置的另外的信息，比如返回信号的光亮度(指示目标表面的反射率)。
图33A根据一些实施例示出了在3300处的被配置为利用中心单元的方位扫掠和/或垂直扫掠的用于在倾斜的平面内的光束偏转的测量仪器3305。中心单元组件3310具有安装在照准仪3315上的用于围绕耳轴轴线3320如箭头3325所指示的旋转的距离测量模块。照准仪3315如箭头3335所指示的围绕方位轴线3330是可旋转的。方位轴线3330基本上垂直于方位平面。距离测量模块的测量光束3340是名义上对准中心单元轴线3345的，以及如箭头3360所指示的，在上角度界线3350和下角度界线3355之间被偏转。角度界线3350和3355限定以3365所指示的平面，该平面对于由耳轴轴线3320和中心单元轴线3345限定的平面是倾斜的(相对于由耳轴轴线3320和中心单元轴线3345限定的平面倾斜小于90度)。这个倾斜可以是30度或45度或60度，或其他期望的角度。
图33B示出了在3370处的利用图33A的仪器配置获得的测量结果的图案。当距离测量结果通过距离测量模块的操作被获得时，测量光束3340在箭头3360和线3365的平面中相对于中心单元轴线3345(以相对于由耳轴轴线3320和中心单元轴线3345限定的平面的选定角度)，例如在角度界线3350和3355之间重复地偏转。
如在图33A中所示的，随着照准仪3315关于方位轴线3330被固定以及中心单元3310关于耳轴轴线3320被固定，由箭头3375所指示的偏转的测量光束的每个经过将导致在箭头3360和线3365的倾斜的平面的线中的一系列的测量结果。
但是，如由箭头3380所指示的，围绕耳轴轴线3320同时旋转中心单元3310导致每个测量结果相对于先前的测量结果偏移基本上垂直的增量。在箭头3360和线3365的倾斜面中的偏转的测量光束的每次的通过因此产生更进一步倾斜的测量位置的线，比如斜线3385。
测量光束3340的连续的偏转和中心单元3310的连续的旋转导致如在图33B中由点阵表示的一系列这样的线3385、3390等。阵列的每个点代表对于相应的目标位置的距离、仰角和方位的测量结果。因此获得测量结果的垂直条纹，其代表点的3D云。距离测量模块可选地被配置为获得关于每个所测量的目标位置的另外的信息，比如返回信号的光亮度(指示目标表面的反射率)。
图33B的例子示出了当照准仪3315关于方位轴线3330保持固定时，测量光束3340的连续的偏转以及中心单元3310围绕耳轴轴线3320的连续旋转。
可选地，当照准仪3315围绕方位轴线3330旋转以及中心单元关于耳轴轴线3320保持固定时，测量光束3340连续地偏转。在这种操作的模式中，代表点的3D云的测量结果的方位条纹被获得。
在图31A、图31B、图32A、图32B、图33A和图33B的每个例子中，偏转速度和旋转速度可如所需的被控制以获得在两维极坐标网格中的期望的测量密度(比如以选定角度间隔的测量)。偏转速度可被控制，例如通过图9的控制器955。旋转速度可被控制，例如通过在图24中示出的响应于伺服控制器2425的伺服驱动器2435。
在一些实施例中，第一可控驱动器使中心单元围绕第一轴线旋转，第二可控驱动器使照准仪围绕第二轴线旋转，以及同步器操作来同步第一可控驱动器、第二可控驱动器、偏转模块和距离测量单元的操作，以便获得具有选定角度间隔的距离测量结果的网格。
如在图31A、图32A或图33A的任何一个中示出的测量仪器可以第一模式被操作，作为全站仪以获得各个点测量结果而无需扫掠或偏转(例如，对于给定的测量，相应的测量光束3135、3235、3340相对于中心单元轴线是固定的以及中心单元和照准仪关于它们各自的旋转轴线是固定的)或测量仪器可以第二模式操作以获得比如上述的测量条纹。
尽管本发明已经参考详细的例子被描述，但是详细的例子仅用来给技术人员提供更好的理解，而不是旨在限制本发明的范围。本发明的范围由所附的权利要求限定。
例如，尽管在上面的实施例中已经示出穿过仪器光轴的测量路径的偏转通过偏转元件的机械位移或旋转可实现，但是测量路径的偏转可以被获得而无需任何机械运动，并且特别是无需旋转或移动仪器或任何偏转元件的任何部分。测量路径的偏转可利用偏转元件基于电子光学效应实现，其中，偏转元件的光学特性(或特征)(比如它的折射率或甚至它的形状)可通过在偏转元件上的电偏压(电压)的应用被改变。
此外，技术人员在实践本发明时通过研究附图、本公开及所附权利要求书能够理解并实现公开实施例的其它变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除另外的元件，并且不定冠词“一(a)”或“一(an)”不排除复数。某些特征在相互不同的从属权利要求中被详述的纯粹事实并不指示这些特征的组合不能有利地被使用。

Claims (16)

1.一种测量仪器(500)，包括：
前透镜组件(525)，其具有沿着仪器光轴(510)的光路，
距离测量模块(505)，其操作来沿着测量路径发射和接收光辐射，以及
偏转模块(515)，其光学地位于所述距离测量模块和所述前透镜组件之间并且操作来使所述测量路径穿过所述仪器光轴偏转。
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(640)，所述至少一个偏转元件被安装用于旋转运动和/或平移位移，使得所述测量路径随着所述偏转元件的旋转和/或平移位移而偏转。
3.根据权利要求2所述的仪器，还包括操作来旋转和/或平移所述至少一个偏转元件的驱动元件(745)。
4.根据权利要求3所述的仪器，其中，所述驱动元件操作来产生以下中的至少一个：所述至少一个偏转元件的摆动旋转运动、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到选定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。
5.根据权利要求3到4中的任一项所述的仪器，其中，所述驱动元件包括以下中的至少一个：具有恒定的旋转速度的电机、具有恒定的平移速度的电机、三相电机、直流电机和压电元件。
6.根据权利要求2到5中的任一项所述的仪器，还包括角度传感器(850)和/或位移传感器，所述角度传感器操作来检测所述至少一个偏转元件的旋转角度，所述位移传感器操作来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到6中的任一项所述的仪器，还包括驱动控制器(955)，所述驱动控制器操作来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所述角度传感器和/或位移传感器以根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的任一项所述的仪器，其中，所述偏转模块包括包含下列项中的至少一种的至少一个偏转元件：棱镜(1000)、多面镜(1300)、具有扇形的弯曲镜面的盘(1400)。
10.根据权利要求2到9中的任一项所述的仪器，还包括偏转透镜组件(1600、1620、1640)，其中，由于所述偏转元件导致的光学位移被转变成光学偏转，以产生所述测量路径的穿过所述光轴的角度偏转。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的仪器，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(405)、照准仪(415)和基座(425)，其中，所述光发射点、所述光接收点和所述偏转模块位于所述中心单元。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的仪器，其中，所述偏转模块操作来在偏转平面中使所述测量路径偏转。
13.根据权利要求12所述的仪器，其中，所述距离测量模块以受控的重复率被操作以获得一系列距离测量结果，所述偏转模块以受控的偏转率被操作，以及，偏转平面被定向使得以给定的速度围绕所述第一轴线和所述第二轴线中的一个扫掠所述仪器光轴能够获得在二维极坐标网格中间隔开的所述一系列距离测量结果。
14.根据权利要求11到13中的任一项所述的仪器，还包括：
第一可控驱动器，其用于使所述中心单元围绕所述第一轴线旋转，
第二可控驱动器，其用于使所述照准仪围绕所述第二轴线旋转，以及
同步器，其同步所述第一可控驱动器、所述第二可控驱动器、所述偏转模块和所述距离测量单元的操作，以便获得具有选定角度间隔的距离测量结果的网格。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的仪器，其中，所述偏转模块被配置为移位发射路径和接收路径中的任何一个，并且其中，所述前透镜组件被配置为将所述发射路径或所述接收路径的位移转变成穿过所述仪器光轴的角度偏转。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的仪器，还包括混合器(1825)，其中，所述偏转模块光学地位于所述距离测量模块和所述混合器之间。
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