CN110927697B - 包括鱼眼透镜的回射器 - Google Patents

Abstract

包括鱼眼透镜的回射器。本发明涉及一种用于目标点的位置确定和/或标记的反射器装置(20)，其包括回射器(21、22)和第一传感器装置，借助于该第一传感器装置，穿过回射器(21、22)的取向测量辐射是能够获取的。第一传感器装置包括提供鱼眼透镜的第一光学组件(25、26)以及第一传感器(23、24)，其中，回射器(21、22)和第一传感器装置以这样的方式布置：穿过回射器(21、22)的取向测量辐射能够借助于第一光学组件(25、26)投射到第一传感器(23、24)的检测表面上。

Description

包括鱼眼透镜的回射器

技术领域

本发明涉及反射器装置，特别是用于大地勘测领域的反射器装置，该反射器装置提供其自身相对于勘测设备的取向的确定。

背景技术

已知各种形式的、用于在大地测量领域或在建筑工地或建筑领域中确定位置的勘测系统。其示例是由固定勘测设备组成的系统，该勘测设备包括方向和距离测量装置(诸如，例如全站仪)以及辅助测量仪器(诸如，铅垂杆，例如，其标记待勘测或待识别的点)。例如在公开EP 1 686 350中描述了来自现有技术的一种大地测量设备。此外，布局系统(layout system)是已知的，由固定的激光发射器组成，其借助于激光束产生位置基准，该位置基准可由待标记点处的激光接收器接收。因此，通过已知位置的固定设备与接收或标记或可瞄准辅助测量装置的相互作用来实现勘测活动，该固定设备因此提供位置基准，由此可以关于位置测量或标出，精确地确定例如位于建筑物的内部或外部区域中或道路建设中的各个地形点(诸如，陆地勘测点或建筑工地物体处的点)的位置。

关于勘测设备的配置，已知许多不同的实施方式。因此，例如现代全站仪具有用于数字进一步处理和存储所获取的测量数据的微处理器。这些设备通常具有紧凑且集成的设计，其中，同轴距离测量元件以及计算、控制和存储单元通常存在于设备中。取决于全站仪的扩展阶段，瞄准(targeting)或照准(sighting)设备的机动化以及-在使用回射器(例如，全方位棱镜)作为目标物体的情况下-用于自动目标搜索和跟踪的装置还可以是集成的。作为人机界面，全站仪可以包括具有显示和输入装置(例如，键盘)的电子显示/控制单元-通常是具有电子数据存储装置的微处理器计算单元。以基于电传感器的方式获取的测量数据被馈送到显示/控制单元，使得能够由显示/控制单元确定、光学显示并存储目标点的位置。现有技术中已知的全站仪还可以具有无线电数据接口，该无线电数据接口用于建立到外部外围部件(例如，到辅助测量仪器或到手持式数据捕获设备，其可以特别地实施为数据记录器或现场计算机)的无线电链路。

为了照准或瞄准待勘测的目标点，通用类型的大地勘测设备包括望远镜瞄准器(诸如，例如，光学望远镜)作为照准设备。望远镜瞄准器通常可相对于测量设备的底座绕垂直轴线以及绕水平倾斜轴线旋转，使得望远镜瞄准器可通过枢转和倾斜而与待勘测点对准。除了光学观察通道之外，现代设备还可以包括用于获取图像的相机，所述相机被集成到望远镜瞄准器中并且例如同轴或平行地对准，其中，所获取的图像可以被特别地表示为显示/控制单元的显示器上和/或用于远程控制的外围设备(诸如，例如，数据记录器)的显示器上的实时图像。

同时，作为标准，传统的勘测设备包括针对用作目标反射器的棱镜的自动目标跟踪功能(ATR：“自动目标识别”)。为此目的，例如，另一个单独的ATR光源和对该波长敏感的特定ATR检测器(例如，CCD区域传感器)被另外集成在望远镜中。

在许多大地测量应用中，通过专门配置的辅助测量仪器或定位在目标点处的目标物体(例如，测杆)来勘测点。这些通常由带有反射器(例如，全方位棱镜)的铅垂标杆(plumbstaff)组成，以限定测量路径或测量点。在这种勘测任务的情况下，通常为了控制测量过程并且为了定义或记录测量参数，在目标物体与中心测量设备之间传送数据、指令、语音和其他信息。这种数据的示例是目标物体的识别信息(例如，所使用的棱镜的类型)、铅垂标杆的倾斜度、反射器高于地面的高度、反射器常数或测量值(诸如，温度或气压)。需要这些信息项或由情况决定的参数，以便能够对由具有棱镜的铅垂杆限定的测量点进行高精度的瞄准和勘测。

另外，需要确定与分别与相应的辅助仪器相关的空间方向有关的空间取向或倾斜度，或者应该以限定的方式(例如，垂直)设置，以便与所确定的布置在辅助仪器处的反射器的位置一起借助于该仪器得出待确定的测量点。这种取向可以例如借助于以相对于反射器的确定位置(position)和定位(location)设置的倾斜传感器来确定。

倾斜传感器的使用允许在两个旋转自由度中进行简单的位置确定。由此可以确定辅助测量仪器的滚转和俯仰(roll and pitch)，也就是说绕水平轴的相应旋转。然而，在技术上更复杂的是确定第三空间方向，绕垂直轴(诸如，例如，铅垂标杆的纵轴)的旋转，即所谓的辅助测量仪器的偏航。

在这方面，现有技术公开了借助于辅助测量仪器的部分上的附加设备的解决方案。这里，相应的设备例如在全站仪等的部分上被照亮，并且还可以基于入射角或代码的成像推导出偏航角。这种解决方案是已知的，例如从EP 2 916 104 A1中已知。

这种类型的解决方案的不利之处在于，除了通常存在的反射器之外，在辅助测量仪器处提供了至少一个另外的部件，并且因此，关于这种仪器的配置的复杂性增加和/或仪器具有相对大的空间范围。此外，对准的确定(特别是关于倾斜传感器的使用)仅在相应的有限传感器精确度的范围内成功。此外，附加部件皆涉及关于位置和取向确定的附加误差源(作为示例，由于机械应力导致的倾斜传感器相对于反射器的非故意的角度偏移导致较低的精确度和/或损坏的值)。

根据EP 1 200 853的解决方案，其中，棱镜具有用于测量光束的小通道开口，并且后者部分地直接撞击在传感器上(以与针孔图像相机成像的情况类似的方式)在可达到的精确度方面也有相当大的缺点。仅以高度条件的方式提供对辐射在传感器上的位置的精确确定，因为该确定精确度关键取决于测量距离、光束质量和环境条件(雾、雨、灰尘等)。轻微污染(例如，甚至以棱镜外表面上的指纹形式)可能导致不对称成像或通过传感器上的小开口传输的辐射偏差，从而导致评估(例如，借助于基于阈值的形心确定)期间的测量误差。由于仅评估了单个非常小的光斑，因此实际上不可检测到对应的误差影响，并且导致户外测量的极大受限的鲁棒性。此外，在关于该单元的距离测量的情况下，由于结构上决定的反射器内部反射，在关于该单元的距离确定期间可能出现相当大的测量误差。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的、紧凑的设备，该设备能够特别是以多达三个自由度(三个旋转自由度)进行更可靠且更精确的取向确定，以用于勘测目的。特别是，本发明为了提供多达六个自由度(三个平移自由度和三个旋转自由度)的更可靠且更精确的位置确定。

本发明基于进入反射器的电磁辐射的入射角相关检测的概念。

本发明涉及一种用于目标点的位置确定和/或标记的反射器装置，特别是用于工业和/或大地勘测的反射器装置。该反射器装置包括回射器，其借助于平行的(特别是同轴的)测量光束反射来为反射器装置提供位置确定，并为测量辐射的、作为取向测量辐射进入回射器的至少一部分提供通过面。

在大地勘测中，提供对应的平行光束反射的三棱镜或三重镜通常用作回射器。如果反射器被勘测设备瞄准，则测量辐射被反射回勘测设备，并且基于在勘测设备处可获取的信号，可以(例如，借助于飞行时间计算)确定关于反射器的距离。整个测量辐射截面的一部分(特别是相对非常小的部分)可以穿过反射器并且不被反射回来。为此目的而设置的通过面可以例如通过切掉三棱镜的角部来制造。

反射器装置还包括第一传感器装置，借助于该第一传感器装置可以获取穿过回射器的取向测量辐射。传感器装置关于测量辐射进入反射器装置的入射方向而被设置在回射器的下游。

第一传感器装置包括提供鱼眼透镜的第一光学组件以及第一传感器。因此，光学组件的作用类似于鱼眼光学单元，并且优选地具有关于上面可提供的整个视场的有利特性。

回射器和第一传感器装置以如下方式被布置：穿过回射器的取向测量辐射可借助于第一光学组件偏转或可投射(特别是可聚焦)到第一传感器的检测表面上。“投射取向测量辐射”此处应该被理解为特别是与“将辐射偏转并且特别地聚焦到检测表面上”同义。

这种光学组件的提供提供了在特定仰角范围内的方位向全方位检测。

第一光学组件的光轴特别地大致平行于通过面取向。

此外，由第一光学组件限定的光轴可以大致与第一传感器的检测表面正交地延伸。

在一个实施方式中，第一光学组件可以限定视场：该视场具有相对于光轴最高130°的(总)高程捕获角(elevative acquisition angle)并且具有360°的方位捕获角。在这种情况下，第一传感器的检测表面被布置成使得光学组件的视场可成像到检测表面上。

第一传感器可以被配置用于确定取向测量辐射在检测表面上的撞击位置，特别是确定撞击位置的形心。

第一传感器可以被实施用于图像捕获，其中，借助于该传感器，取向测量辐射的撞击位置可以在图像中被获取并且可以被确定为图像中的图像位置。

根据一个实施方式，反射器装置包括评估单元，该评估单元被设计用于基于撞击位置关于至少一个自由度得出反射器装置相对于进入回射器的测量辐射的空间取向，特别是其中，相对于进入的辐射的传播轴的偏航角是可确定的，特别是借助于撞击位置地连续捕获来确定。

辐射在传感器的检测表面上的撞击位置与进入反射器装置的入射角相关。基于传感器的校准，可以基于所确定的撞击位置确定入射角。举例来说，查找表或表达相关性的函数可用于此目的。

在一个实施方式中，反射器装置可以包括具有捕获功能的控制单元，其中，捕获功能被配置为借助于传感器的多个读出来对取向测量辐射进行空间分辨检测。在这种情况下，利用关于撞击在检测表面上的取向测量辐射的测量信息实现至少第一读出，并且在没有所述测量信息的情况下实现第二读出，特别是其中，第一读出和第二读出以与打开和关闭测量辐射的发射同步的方式实现。所获取的测量数据可用于得出差分信息，例如，伴随激光辐射同时获取的背景或环境光已经从该差分信息中消除。

借助于传感器的图像捕获因此可以例如以交替地具有和不具有进入的激光辐射的交替图像捕获的形式实现。为此目的，在勘测设备(例如，全站仪)的一部分上以受控方式打开和关闭激光发射。结果，可以生成差分图像，在关闭激光的情况下获取的环境光已经从该差分图像中消除，也就是说，可以从激光打开的情况下的图像信息中减去在关闭激光的情况下获得的图像信息。

此外，图像记录与测量装置的激光的开关同步：

·勘测设备(例如，全站仪)可以经由无线电、WLAN、蓝牙、传统的移动无线电标准等实时地或以预定的时间偏移(例如，提前几微秒或几毫秒)发射触发信号。在反射器装置的一部分上获取信号，并且为了同步图像捕获的目的而处理该信号，特别地，考虑该时间偏移。

·预先同步勘测设备和反射器装置两者的内部时钟。因此，可以基于相应的时间来确定图像捕获与光发射之间的同步。然后可以基于该信息相应地驱动传感器。借助于硬件支持的NTP(网络时间协议)可以实现非常精确的同步。

·另选地，传感器可以异步运行，也就是说可以例如以大于激光打开和关闭的速率的帧速率获取图像。然后可以基于图像确定同步。在这种情况下，频率是已知的，但是必须例如借助于针对每个像素或针对一组像素的“IQ解

调”(通过sin()和cos()确定时间相关性)来计算相位。

·另选地，激光在每个图像上开关(例如，以50Hz的打开和关闭循环以及以100Hz的同步图像捕获)，或者激光开关较慢(例如，以10Hz)并且每次

打开和关闭阶段分别获取多个图像。

与图像捕获相关联，可以对多个获取的图像进行平均，以便减少图像信息中的噪声。

可以特别地在分箱模式(binned mode)下操作图像传感器(多个像素以模拟方式求和或平均，并以较高的帧速率读出)。这在两个不同方面降低了噪声：空间上(在分箱模式下每个像素的噪声较少)和时间上(由于较高的帧速率)。

在一个实施方式中，可以有针对性地仅读出图像传感器的部分区域(感兴趣区域)，以便节省CPU功率和可充电电池功率和/或增加帧速率。该部分区域在传感器上的位置尤其实时地(例如，借助于局部分辨的强度监测或借助于图像处理)调整，以便连续地在传感器上提供激光光斑的捕获。

当接收到测量信号时，可以经由通信连接向勘测设备确认接收，并且在该过程中，传输所瞄准的目标的识别信息(目标ID)。如果多个360°棱镜或反射器装置位于勘测设备的区域中，则该目标ID是有利的，以避免可能错误地测量到不同的反射器装置上。

此外，一旦通过反射器装置中的检测器获取到所发射的搜索辐射(例如，以扇形形式)，就可以借助于反射器装置确认勘测设备的扫描搜索光束的发射，以用于在测量空间中快速找到回射器。

因此，反射器装置不仅可以用于取向确定，而且可以用于搜索和查找(功率搜索)。另外，反射器装置可以提供自识别(目标ID)的通信。

关于光学组件的配置，根据一个实施方式，第一光学组件可包括多个(特别是两个)球面透镜元件，和/或具有非球面表面的光学部件，特别是其中，球面透镜元件和/或光学部件由玻璃或塑料制成。与许多其他材料相比，玻璃的使用使得可以获得相对高的折射率，特别是大于2的折射率。

在一个实施方式中，反射器装置可包括位于回射器与光学组件之间的光耦合元件。

光耦合元件可以接触回射器和/或光学组件。

光耦合元件与回射器和光学组件的相互作用提供了反射器装置的增加的折光力。

此外，可以在传感器的上游设置滤波器。所述滤波器可以以波长选择的方式实施和调整，使得大地勘测设备的测量辐射到达传感器，但是干扰的环境辐射或干扰反射被过滤掉。例如，滤波器可以是光学组件的一部分。

特别是，光耦合元件可以实施为变形耦合元件(anamorphic coupling element)，特别是，由此在与耦合元件的光轴正交的不同方向上提供不同的折光力，并且光学系统例如在水平和垂直方向上具有不同的折光力。结果，变形耦合元件在第一方向上提供与第二方向上的折光力不同的折光力。这导致光学系统配置中的附加自由度。在这方面，可以产生例如相对于方位向视场相应地不同(大)的高程视场。因此，总视场可以有利地结合系统的鱼眼特性进行调整。

在一个实施方式中，通过面可以相对于组件的光轴倾斜地以限定的角度对准。在耦合元件与棱镜之间存在气隙的实施方式中，这可能是特别有利的。通过调整该角度，可以避免全内反射或将其减小到较小的范围。

根据本发明的一个实施方式，回射器可以实施为棱镜(特别是三棱镜)，特别是以反射涂层的方式实施。棱镜可包括形成三角形的光进入面以及作为光圈的、与光进入面相反的通过面。进入棱镜的部分辐射可以穿过通过面、在棱镜后侧离开该棱镜而不被反射。

通过面可以形成在棱镜的角部处，特别是其中，通过面由棱镜的棱镜角(例如，切掉的角)的切口终端形成，并且同样限定三角形。由第一光学组件限定的光轴可以平行于通过面延伸。

在一个实施方式中，反射器装置被构造为360°回射器，其包括多个(特别是包括六个)根据上述实施方式实施的回射器，所述回射器以彼此相邻的方式布置并且实施为棱镜。多个棱镜以环形方式布置，特别是形成环，并且360°回射器限定360°的方位角总视场。

由棱镜的环形布置限定的中心轴线(例如，通过将棱镜投影到平面上而包围的区域的垂直平分线)相对于第一光学组件的光轴平行或同轴地延伸。

在一个实施方式中，至少两个(特别是三个)棱镜的光轴可以与中心轴线具有共同的交点，其中，棱镜的光轴位置由所述棱镜的光进入面的相应中点和所述棱镜的通过面的相应中点限定。

根据一个特定实施方式，反射器装置可包括第二传感器装置，该第二传感器装置包括第二光学组件和第二传感器，其中，第一传感器装置被分配给第一棱镜组，第二传感器装置被分配给第二棱镜组。特别是其中，第一棱镜组和第二棱镜组各包括三个棱镜。

特别是，第一棱镜组和第一传感器装置可以通过第一传感器提供取向测量辐射的捕获，该取向测量辐射可由第一棱镜组提供并且可借助于第一光学组件而被投射到第一传感器上。第二棱镜组和第二传感器装置可以通过第二传感器提供取向测量辐射的捕获，该取向测量辐射可由第二棱镜组提供并且可借助于第二光学组件而被投射到第二传感器上。

在一个实施方式中，第一传感器装置的光轴和第二传感器装置的光轴可以平行或同轴地(相对于彼此)对准，其中，第一传感器装置和第二传感器装置的相应捕获方向是相反的。

在一个实施方式中，第一棱镜组的棱镜的通过面的中点可以位于第一平面中，并且第二棱镜组的棱镜的通过面的中点可以位于第二平面中，其中，第一平面和第二平面彼此平行对准并且处于特定距离，特别是其中，第一平面和第二平面可以与由第一光学组件限定的光轴大致正交。

关于中心轴线上的位置，一个相应棱镜组的棱镜相对于另一相应棱镜组的棱镜偏移地布置。

根据一个实施方式，反射器装置具有总视场，所述总视场具有至少30°、高达60°的高程捕获角(即，高程方向上的视场的总孔径角)，并且360°的方位捕获角。

本发明还涉及一种辅助测量仪器，特别是铅垂杆、测杆或探针工具，该辅助测量仪器包括根据上述实施方式的反射器装置。该辅助测量仪器被实施为用于相对于反射器装置具有限定的位置基准的物体处的目标点的非接触或触觉捕获。借助于反射器装置，可以以多达6个自由度明确地确定辅助测量仪器的位置和取向。在这种情况下，反射器装置特别是用于确定相对于勘测设备与辅助测量仪器之间的视线的方位角。

通过在测量杆上设置传感器并获取全站仪等的特征测量辐射，测量杆可以实施为有源辅助装置。为此目的，测量杆可以包括传输单元并且被实施为用于传递信息。举例来说，测量杆可响应于检测到搜索光束而产生信号，从而通知全站仪辐射然后撞击到反射器上(用于找到大地测量目标的搜索过程)。另外，可以传输所确定的目标的ID，从而指示已找到或当前正在瞄准哪个目标。

在另一个方向上，信息也可以传输到测量杆。这不需要杆的部分上的附加接收器，而是可以借助于调制的电磁辐射来传送信息并且可以由传感器获取该信息。

此外，除了捕获测量辐射之外，反射器装置中的传感器还可以被实施用于一般图像捕获。对周围环境的图像进行的捕获和评估可以有助于例如测量杆的定位(location)和位置(position)确定。

附图说明

下面，基于附图中示意性地例示的具体示例性实施方式，完全通过示例的方式，对根据本发明的方法和根据本发明的装置进行更详细描述，还讨论了本发明的其他优点。在具体图中：

图1示出了包含根据本发明的反射器装置的大地勘测系统；

图2以截面示出了根据本发明的反射器装置的一个实施方式；

图3示出了可由根据本发明的反射器装置提供的视场；

图4示出了根据本发明的反射器装置的光学组件；以及

图5a、图5b和图5c示出了根据本发明的耦合元件的实施方式。

具体实施方式

图1示出了勘测设备1，特别是配置为全站仪或多站仪(multistation)的勘测设备，其包括底座、可绕枢轴相对于底座枢转的支撑件、以及可绕两个轴(枢轴和倾斜轴)枢转的瞄准单元。测量激光束5从瞄准单元发射并撞击在根据本发明的辅助测量仪器的反射器装置20上，该辅助测量仪器被实施为铅垂杆10。(经准直的)激光辐射(其可由设置在勘测设备1处的激光二极管产生)通常用作测量辐射5。反射器装置20具有回射器和传感器装置。

对于距离测量，测量辐射5被回射器平行地反射回来，并且在勘测设备1的一部分上被获取以及例如借助于飞行时间测量来关于距离信息进行评估。辅助测量仪器10的位置可以基于瞄准单元的角位置(即，激光5的发射方向)的确定来确定。

为了确定辅助测量仪器10的取向(至少关于旋转自由度11，特别是偏航)，根据本发明，辐射5的撞击在反射器装置20上并且没有被反射的一部分穿过回射器并借助于鱼眼光学单元被引导到光学下游传感器上(特别是图像传感器上)。基于穿过的辐射部分在传感器上的撞击位置，可以确定与测量辐射5的发射方向有关的至少一个自由度的方向角。在勘测期间，勘测设备1的空间位置和取向通常是已知的。在这方面，可以确定测量杆10在空间中(即，在校准勘测设备1的坐标系中)的绝对取向。

图2以穿过所述反射器装置的中心的纵向截面示出了根据本发明的反射器装置20。

反射器装置20被配置为360°回射器，因此在360°的方位角范围内提供测量辐射的后向反射。反射器装置20包括六个单独的三棱镜，由于它们的相对环形布置，它们产生360°的全反射范围。图2以代表性的方式同样以截面示出了总共六个棱镜中的两个相对的棱镜21和22。

反射器装置20还包括两个传感器23和24以及两个光学组件25和26。光学组件25、26在各种情况下被构造成使得它们提供相应的鱼眼透镜，其具有特定于这种透镜的成像特性。这种组件的详细说明可以在图4中找到。

棱镜21、22在面朝外的端侧包括相应的光进入面31、32，并且包括指向该装置的中心方向的相应的相对通过面33、34。在三角棱镜21、22的情况下，这样的光通过面33、34可以例如通过在光轴上去除(例如，切掉、磨掉、抛光掉)三面角(triple corner)而实现。

另外，光耦合元件27和28被布置在棱镜21、22与光学组件25、26之间。在这种情况下，耦合元件27、28可以直接附接(例如，粘接)到棱镜21、22或者相对于棱镜以限定的间隙定位。借助于所述耦合元件27、28的布置，可以实现系统(耦合元件和光学组件)的总折光力的增加，从而提供视场的优化(特别是关于避免关于方位角和/或仰角视角的视觉中断)。

耦合元件27、28优选由环烯烃共聚物(COC)或聚碳酸酯(PC)制成，但也可以由玻璃(例如，通过3D印刷)制成。

由所示布置产生的总视场(即，在360°的方位角范围内)在高程方向(与方位向正交；相对于水平面，总孔径角至少为60°)上自始至终提供至少±30°的视角(仰角)。

特别地，根据一个特定实施方式，±15°的仰角(相对于水平面)可以至少大致自始至终地成像。

360°反射器的这种反射器装置20的一个优点是：由于借助于特定的光学组件和适配的耦合元件的光的折射，传感器的光轴大致与棱镜同轴。因此，全站仪的距离测量单元的测量辐射可以同时用于确定反射器装置20或承载该装置的杆的取向。此外，传感器装置被完全集成在反射器中，并且从外部不可见。因此，反射器装置20非常紧凑地实施。另一个优点是所得到的、对来自外部的环境影响(例如，湿气、灰尘)非常好的隔离。由于提供集成部件，该装置的总重量增加保持相对较小。

如图2所示，首先，分别相对的棱镜21、22相对于它们沿中心轴线A的定位偏移，其次，第一棱镜21的通过面33与进入面31之间的角度以及第二棱镜22的通过面34与进入面32之间的角度在绝对值方面优选相同，但在方向上相反。在所示的示例性实施方式中，分别相邻的棱镜相应地不同地对准。

由于这种偏移布置(三个向上倾斜的棱镜和三个向下倾斜的棱镜)，光学组件和传感器的相应组合被分配给三个向上倾斜的棱镜和三个向下倾斜的棱镜。

两个传感器23、24中的每一个被布置并设计为在各种情况下从三个棱镜获取光。每个棱镜被分配有耦合元件，其中，这些耦合元件可以以集成设计组合为一体部件(参见图5c)。

由于光学组件25、26的鱼眼特征，这些组件中的每一个提供了适合于所需的捕获角度范围的成像特性。每个鱼眼透镜将在限定的透镜视场中入射的辐射成像到指定的传感器上。在所示的示例中，每个光学组件将来自总共六个棱镜中的三个棱镜(相对于中心轴线A相同地倾斜)的所需辐射成像提供到相应的传感器上。

图3示出了利用根据本发明的一个实施方式的反射器装置20的视场的空间覆盖。相对于可在x方向上成像的方位角(0°-360°)，在y方向上绘制可分别获取的仰角。在0°-360°的整个方位角范围内可获取的、±15°的仰角视场(这里相对于90°方位角(水平面))由两条线y1和y2表示。每个圆扇形区域表示棱镜与分配给所述棱镜的耦合元件和对应地分配的光学组件组合的视场。六个这样的组合的相互作用提供了自始至终关于方位向的可获取性。

在替代实施方式(未示出)中，利用包括棱镜和分配的耦合元件的四个组合组的布置，已经可以提供360°覆盖。

显然，在另一替代实施方式(未示出)中，可以提供与单个光学组件和单个传感器组合的单个棱镜。视场在此相应地限于几何和光学配置，特别是所使用的棱镜的几何和光学配置。然而，结果，关于所提供的大视场的优点适用于单个反射器，其中，光学组件和传感器的有利布置可有助于紧凑且灵活的配置。

传感器23、24可以实施为例如图像传感器(CCD或CMOS)或者实施为对于测量辐射的波长敏感的位置分辨检测器。

反射器装置20提供空间取向的确定，特别是关于偏航移动(即，反射器装置20绕中心轴线A的旋转)。可以例如借助于重力倾斜仪或(部分地)同样基于反射器装置20来确定其他两个旋转自由度(滚转角和俯仰角)。为了确定在所有三个旋转自由度的取向的目的，为此目的而获取的测量数据优选地被共同处理。如果例如借助于倾斜传感器确定了滚转和俯仰位置，则可以明确地计算出测量杆相对于全站仪的方位角取向。

偏航的测量是设备固定的，也就是说，测量是相对于极轴实现的。倾斜传感器(倾斜仪)相对于重力进行测量。如果测量杆因此至少大致垂直地竖立，则偏航相应地平行于方位向发生，并且可以以简单的方式确定所有三个空间角度。测量杆的位置与垂直对准的偏差越大，得到的测量精确度越低，但是根据本发明的系统允许可靠的完整空间取向确定(利用附加倾斜传感器)至少达到70°或80°的测量杆倾斜度。

反射器装置20的360°周围环境以失真的方式在传感器上成像为环形要素，其中，环的中心可以被视为极坐标图的坐标原点。偏航角可以根据成像的测量光束5的角位置确定。径向位置通过俯仰角确定，其也可以根据后者确定。

如果在使用偏振分辨图像传感器(例如，Sony IMX250MZR)的情况下测量辐射5被偏振(例如，通过在具有不同偏振敏感矩阵元素的四个相邻偏振像素上计算斯托克斯矢量)，则也可以纯粹通过测量辐射5的光学检测来确定第三自由度(即，测量杆的滚转角)。因为所有三个旋转自由度可以仅基于光学测量数据来确定，所以这样的实施方式是特别有利的。

换句话说，至少第一传感器可以实施为偏振分辨传感器，其中，相邻的传感器像素被不同地分配偏振敏感矩阵元素，并且传感器提供基于相邻传感器像素的强度评估的斯托克斯矢量的计算。

借助于反射器装置20的取向确定是基于并且相对于撞击在装置20上的测量辐射(例如，在全站仪的一部分上发射的)的传播轴实现的。然后，测量辐射部分地穿过棱镜中的一个，并且通过耦合元件并借助于光学组件偏转并聚焦到传感器上。

传感器为此目的而被实施或被驱动/读出，使得传感器的检测表面上的撞击位置对于撞击的测量辐射是可确定的。这可以例如借助于对撞击辐射的形心确定来完成。为此目的，可以(特别是取决于传感器的类型)在传感器区域上执行例如强度考虑。另选地或另外地，可以借助于图像处理来评估可由传感器产生并且以成像方式包括撞击辐射的图像。在这种情况下，例如可以应用亮度或对比度评估以便得出撞击位置。

除了测量辐射5的信号之外，反射器装置周围环境的环形背景图像也可以用于位置确定和配准(例如，在具有不希望的测量光束中断的测量杆偏移的情况下或者为了绘制周围环境的地图(SLAM))。

同样可以通过惯性传感器(IMU)进行支持，以便在测量光束中断的情况下进一步提高测量稳定性。

由于反射器装置20的配置，传感器上的撞击位置与辐射进入棱镜的入射角相关。因此，可以基于所确定的撞击位置得出反射器装置20相对于测量辐射的传播轴的方位角。

如果反射器装置20在入射的测量辐射的情况下绕轴线A旋转，则辐射在传感器上的撞击位置改变。特别是，在这种情况下，撞击位置的变化在传感器上描绘出圆弧。在这种情况下，如果测量辐射离开棱镜的视场并进入相邻棱镜的视场，则测量辐射不再撞击在先前的传感器上，而是被引导到相对的传感器上。在进一步旋转时，这里也在检测表面上描绘出圆弧。

根据本发明，取向的评估可以替代地不仅仅基于图像来实现，而是可以实现对撞击位置的连续监测，并且可以根据撞击位置的相应变化(同样连续地)推导出取向。

由于在不同情况下来自三个棱镜的辐射被馈送到传感器23和24中的每一个并且所述棱镜在方位向上偏移(例如，在不同情况下偏移60°)，因此传感器在它们的检测表面上、特别是在各种情况下在三个扇形上获取辐射。

图4示出了根据本发明使用的光学组件25'的结构的一个实施方式。组件25'包括四个透镜元件以及带通滤波器。透镜元件优选由玻璃制成，以便提供高折射率。特别是，借助于精密铸造制造非球面形状的透镜元件。

在一个特定实施方式中，组件25'包括至少两个透镜元件以及带通滤波器。至少第一透镜元件(特别是在光入射方向上的前两个透镜元件)优选由玻璃制成，以便提供例如大于1.7的高折射率。透镜元件(特别是前两个透镜元件)具有负折光力，并且以弯月形状的方式弯曲。然后是光圈光阑(aperture stop)。可能布置在光圈光阑下游的透镜元件可以具有正折光力。

这种情况下，耦合元件由于它们的变形而可以产生像散像差。然后光学组件可以被设计为使得由耦合元件产生的像散被部分地补偿，结果是取向测量辐射被聚焦到检测元件上的最小可能光斑。聚焦到最小可能光斑使得聚焦的取向测量辐射与可能的干扰光的良好区分成为可能，所述干扰光例如可以从明亮照明的建筑物发出。

举例来说，该图示出了关于第一透镜元件、在几何角度范围α内通过光学组件25'的光束路径。作为比较示出了进入所述范围α的辐射的光束路径和作为结果提供的观察范围β。根据本发明，比率α:β可以至少为1:1.5或1:2。

图5a示出了根据本发明的反射器装置的棱镜41与耦合元件47的组合。图5b以放大的立体图示出了耦合元件47。耦合元件47例如由玻璃或环烯烃共聚物(COC)或聚碳酸酯(PC)制成，并且被设计用于操纵可由大地勘测设备发射的测量辐射的光束通过方向。因此，耦合元件47有助于所需的反射器装置光学折射能力的增加。

耦合元件47接触到位于棱镜41的光轴上的、棱镜被切掉的角上。例如，耦合元件47可以通过粘接来附接。未被棱镜41反射的测量辐射(即，撞击在由棱镜的切角形成的通过面上的测量辐射)在棱镜的后侧离开棱镜并被耦合元件47偏转。

图5c示出了耦合元件48的另一实施方式。这涉及六个单独元件的集成组合。耦合元件48特别是被设置用于根据图2的反射器装置20中并且同时可连接到六个棱镜。结果，(任选地或同时地)穿过所述棱镜的辐射在各种情况下以期望的方式偏转，并且特别是投射到下游光学组件上。

现代生产方法还允许通过自由表面的生产来将耦合器功能直接集成到棱镜的设计中。以这种方式，节省了额外的部件并且避免了在不同材料界面处的温度效应。因此，耦合元件48可以实施为棱镜的集成组件，特别是与棱镜一体地构成。

显然，这些例示的附图仅示意性地例示了可能的示例性实施方式。根据本发明，各种方法还可以相互组合，以及与现有技术的大地勘测系统组合。

Claims (30)

1.一种用于目标点的位置确定和/或标记的反射器装置，所述反射器装置包括：

·回射器，所述回射器

□借助于平行或同轴的测量光束反射来为所述反射器装置提供位置确定，并且

□为测量辐射的、作为取向测量辐射进入所述回射器的至少一部分提供通过面，

·第一传感器装置，借助于该第一传感器装置能够获取穿过所述回射器的所述取向测量辐射，所述第一传感器装置包括第一光学组件以及第一传感器，所述第一光学组件提供鱼眼透镜，

·光耦合元件，所述光耦合元件位于所述回射器与所述第一光学组件之间，

其中，所述回射器和所述第一传感器装置以如下方式布置：穿过所述回射器的取向测量辐射能够借助于所述第一光学组件偏转并且聚焦到所述第一传感器的检测表面上，

其中，所述光耦合元件与所述回射器和所述第一光学组件的相互作用提供了所述反射器装置的增加的折光力，并且所述光耦合元件接触所述回射器和/或所述第一光学组件。

2.根据权利要求1所述的反射器装置，其特征在于

·所述第一光学组件限定视场，所述视场具有：

□相对于光轴的、高达130°的高程捕获角，并且

□360°的方位捕获角，

□以及

·所述第一传感器的检测表面以如下方式被布置：所述第一光学组件的视场能够成像到所述检测表面上，

和/或

所述反射器装置具有总视场，所述总视场具有：

·至少为30°并且高达60°的高程捕获角，并且

·360°的方位捕获角。

3.根据权利要求1或2所述的反射器装置，其特征在于

所述第一传感器

·被配置为确定所述取向测量辐射在所述检测表面上的撞击位置，和/或

·被实施用于图像捕获，并且所述取向测量辐射的撞击位置能够在图像中获取。

4.根据权利要求3所述的反射器装置，其特征在于

所述反射器装置包括评估单元，该评估单元被设计用于基于所述撞击位置关于至少一个自由度得出所述反射器装置相对于进入所述回射器的测量辐射的传播轴的空间取向。

5.根据权利要求1所述的反射器装置，其特征在于

所述第一光学组件包括多个球面透镜元件和/或具有非球面表面的光学部件。

6.根据权利要求1所述的反射器装置，其特征在于

所述光耦合元件被实施为变形耦合元件，由此在与所述光耦合元件的光轴正交的不同方向上提供不同的折光力。

7.根据权利要求1所述的反射器装置，其特征在于

所述回射器被实施为反射涂层的方式的棱镜，并且所述棱镜包括

·形成三角形的光进入面，以及

·作为光圈的所述通过面，所述通过面与所述光进入面相反。

8.根据权利要求1所述的反射器装置，其特征在于

所述反射器装置被实施为360°回射器，该360°回射器包括多个回射器，所述回射器以彼此相邻的方式布置并且被实施为棱镜，其中

·所述多个棱镜以环形方式布置，并且

·所述360°回射器限定了360°的方位角总视场，

其中，至少两个棱镜的光轴与中心轴线具有共同的交点，其中，棱镜的光轴位置由所述棱镜的所述光进入面的相应中点和所述棱镜的所述通过面的相应中点限定。

9.根据权利要求8所述的反射器装置，其特征在于

所述反射器装置包括第二传感器装置，该第二传感器装置包括第二光学组件和第二传感器，其中，所述第一传感器装置被分配给第一棱镜组并且所述第二传感器装置被分配给第二棱镜组。

10.根据权利要求9所述的反射器装置，其特征在于

·所述第一棱镜组和所述第一传感器装置通过所述第一传感器提供所述取向测量辐射的捕获，该取向测量辐射能够由所述第一棱镜组提供并且能够借助于所述第一光学组件而投射到所述第一传感器上，

·所述第二棱镜组和所述第二传感器装置通过所述第二传感器提供所述取向测量辐射的捕获，该取向测量辐射能够由所述第二棱镜组提供并且能够借助于所述第二光学组件而投射到所述第二传感器上。

11.根据权利要求9或10所述的反射器装置，其特征在于

·所述第一棱镜组的棱镜的通过面的中点位于第一平面中，并且所述第二棱镜组的棱镜的通过面的中点位于第二平面中，并且

·所述第一平面和所述第二平面彼此平行对准。

12.根据权利要求1所述的反射器装置，其特征在于

至少所述第一传感器被实施为偏振分辨传感器，其中

·相邻传感器像素被不同地分配偏振敏感矩阵元素，并且

·所述偏振分辨传感器提供基于所述相邻传感器像素的强度评估的斯托克斯矢量的计算。

13.根据权利要求1所述的反射器装置，其特征在于

所述反射器装置包括具有捕获功能的控制单元，其中，所述捕获功能被配置为借助于所述传感器的多个读出来对所述取向测量辐射进行空间分辨检测，其中，至少第一读出是利用关于撞击在所述检测表面上的取向测量辐射的测量信息实现的，并且第二读出是在没有所述测量信息的情况下实现的。

14.根据权利要求1所述的反射器装置，其特征在于

所述反射器装置是用于工业和/或大地勘测的反射器装置。

15.根据权利要求3所述的反射器装置，其特征在于

所述第一传感器被配置为确定所述撞击位置的形心。

16.根据权利要求4所述的反射器装置，其特征在于

能够借助于所述撞击位置的连续捕获来确定相对于所述传播轴的偏航角。

17.根据权利要求5所述的反射器装置，其特征在于

所述多个球面透镜元件为两个球面透镜元件。

18.根据权利要求5所述的反射器装置，其特征在于

所述球面透镜元件和/或所述光学部件是由玻璃制成的。

19.根据权利要求7所述的反射器装置，其特征在于

所述棱镜为三棱镜。

20.根据权利要求7所述的反射器装置，其特征在于

·所述通过面被形成在所述棱镜的角部处，和/或

·由所述第一光学组件限定的光轴平行于所述通过面延伸。

21.根据权利要求20所述的反射器装置，其特征在于

所述通过面由所述棱镜的切角形成并且同样限定了三角形。

22.根据权利要求8所述的反射器装置，其特征在于

所述360°回射器包括六个回射器。

23.根据权利要求8所述的反射器装置，其特征在于

至少三个棱镜的光轴与中心轴线具有共同的交点。

24.根据权利要求8所述的反射器装置，其特征在于

由所述棱镜的环形布置限定的中心轴线相对于所述第一光学组件的光轴平行或同轴地延伸。

25.根据权利要求9所述的反射器装置，其特征在于

所述第一棱镜组和所述第二棱镜组各包括三个棱镜。

26.根据权利要求10所述的反射器装置，其特征在于

所述第一传感器装置的光轴和所述第二传感器装置的光轴平行或同轴地对准，并且所述第一传感器装置的相应捕获方向和所述第二传感器装置的相应捕获方向是相反的。

27.根据权利要求11所述的反射器装置，其特征在于

所述第一平面和所述第二平面与由所述第一光学组件限定的光轴大致正交。

28.根据权利要求13所述的反射器装置，其特征在于

所述第一读出和所述第二读出以与打开和关闭所述测量辐射的发射同步的方式实现。

29.一种辅助测量仪器，所述辅助测量仪器包括根据权利要求1至28中任一项所述的反射器装置，其中，所述辅助测量仪器被实施为用于相对于所述反射器装置具有限定的位置基准的物体处的目标点的非接触捕获或触觉捕获。

30.根据权利要求29所述的辅助测量仪器，其特征在于

所述辅助测量仪器是铅垂杆、测杆或探针工具。