CN115876171A - 具有用于回射的改进的角度入射范围的目标对象 - Google Patents

Abstract

具有用于回射的改进的角度入射范围的目标对象。本发明涉及一种目标对象，其提供用于回射的大角度入射范围和减少量的干扰反射，其被配置成提供绕竖直轴线的360°全向回射及相对于水平线的±45°角度入射范围。目标对象包括八个三棱镜4至11，其是以这些三棱镜的轮廓嵌入八面体形状中的方式围绕布置轴线布置的，其中的四个三棱镜被布置成嵌入第一锥体26中，且其中的另外四个三棱镜8至11被布置成嵌入第二锥体27中。第一和第二锥体中的各个皆包括锥底和四个侧表面，第一和第二锥体的锥底是彼此平行布置的。遮蔽部件在轴向上布置在第一和第二锥体之间，且确保在相对于布置轴线的斜光入射的情况下，第一和第二锥体中的一个至少部分地被遮蔽部件遮蔽。

Description

具有用于回射的改进的角度入射范围的目标对象

技术领域

本发明涉及一种目标对象，特别是用于大地测量、施工测量或工业测量的目标对象，其中，该目标对象提供用于回射的大角度入射范围以及减少量的干扰反射。

背景技术

举例来说，在大地测量中，要测量或放样的目标点的位置测量是间接发生的，例如，其中，测量杆上的目标对象(例如，由诸如三棱镜、反射箔或球形反射器的回射器提供的)是通过坐标测量装置(例如，通过使用全站仪或视距仪)来测量的。由于将测量杆的尖端放置在地形中的实际目标点上，因此该目标点的位置可以因目标对象与杆的尖端之间的可确定空间关系而导出。这种方法特别允许测量和记录或者放样因坐标测量装置与点之间的障碍物而不能直接测量或放样的该点。

目前的实践是确保杆在关注点上完全竖直，并且补偿该杆的长度的位置。然而，调平杆需要时间，并且希望对目标位置采取测量而无需调平该杆。

测量仪器(诸如经纬仪、自动全站仪(全定位系统TPS)、激光跟踪仪、自动对准装置、测距装置、以及激光扫描仪)已经使用了数十年以测量自然对象和目标标记装置。例如，对测量装置与目标对象之间的水平距离、高度差、方向角或相对坐标进行测量。

通过使用可视瞄准装置来手动地执行瞄准，或者借助于例如具有象限二极管或图像摄像机的电光传感器完全自动地执行瞄准。

测量仪器具有至少一个光发射器，该光发射器在反射目标对象的方向上沿着仪器的目标轴线发射辐射。测量仪器包括用于接收回射辐射的光学布置(自动目标识别ATR)。基于反射光，仪器自动将其自身与目标对象对准。这种瞄准应当尽可能准确地朝向反射器单元上的光学标记和校准中心。仪器相对于目标对象上的对准的角度测量是以两个维度(沿水平方向和竖直方向)来进行的。而且，测距单元(激光雷达，LiDAR)确定测量仪器与目标对象之间的倾斜距离。这确定了目标对象相对于仪器的空间坐标。

测量仪器可选地配备有目标搜索单元(所谓的强力搜索(powersearch)功能)。这些传感器还需要足够好的反射器布置，尤其是在500m或1000m的长距离处，以生成足够高的反射信号。

举例来说，目标标记装置被配置为配备有反射器单元和气泡水准器的手持杆。另选地或者另外地，GNSS或GPS天线和/或目标标识单元被附接至杆的上杆端(所谓的智能杆)。

如果杆例如通过携带或附接至移动车辆被移动(也没有GPS天线)，则可以利用诸如全站仪的测量仪器来跟踪这些杆。在跟踪过程期间，使测量仪器与目标单元上的反射部件连续对准，并且借助于机动对准单元沿水平和竖直取向来跟随该路径。完整的测量系统由机器人全站仪和杆单元的组合组成，而用户位于杆(也被称为操纵杆(rover))处。

杆通常不被用于确定反射器的中心的坐标，而被用于确定连接至反射器的点的坐标。这样的点可以是杆的立足点或者施工车辆的铲斗。因此，在测量点与反射器的中心之间存在杠杆臂，当确定该点的坐标时，测量误差可以通过该杠杆臂渐渐产生(creep)。

现有技术的解决方案通常具有关于倾斜光入射的缺点，例如，其中，回射被限制在与垂直入射成±30°的竖直测量范围内。其它问题是在没有参考反射器中心以及没有固定位置参考的情况下的干扰反射。这种反射使到反射器中心的自动对准变复杂，在最坏的情况下失去目标对象。

通常，现有技术的解决方案被优化用于杆的垂直安装，其中，准确度随着倾斜安装而降低。通过围绕偏航角旋转，反射器设置的反射中心在横向上变化，例如在水平和竖直方向上变化。测量准确度通常被降低至5mm到10mm。

反射光束的布置是分开的，这使得准确的自动瞄准变困难。随着围绕偏航角的旋转，用于距离测量以及用于自动瞄准的信号强度也变化。

可用于回射的回射器的进入区域仅是总光进入表面的一小部分。例如，如果进入表面朝向测量仪器完全对准，则边缘无效。然而，如果反射器相对于视线倾斜，则反射光束的孔径减小。因此，棱镜需要一定的尺寸，这表明了更大的重量。

具有倾斜杆并因此也具有倾斜反射器布置的应用迄今为止通常不是问题。先前目标对象的最常见的使用位置是使用铅锤或IMU的竖直设置，该竖直设置与激光跟踪器或全站仪的自动目标识别(ATR)的瞄准光束同时瞄准，以确定反射器中心的水平和竖直方向，从而也间接地确定杆上的立足点。

为了简化测量员的测量过程，新的反射器布置应当提供对于杆的竖直设置以及倾斜设置所达到的测量准确度。已知的360°反射器布置具有不能以足够的准确度来标记目标点的缺点，特别是方向确定的准确度根据该杆的取向并因此根据该反射器装置的取向是不够的。因此，本发明的目的是提供这样的一种目标对象，即，该目标对象使得能够更准确且更便宜地进行目标点的空间检测。

利用常规GNSS RTK操纵杆，勘测是缓慢的并且包括多个步骤。对于每次测量，通常需要使杆保持竖直，同时读取控制器屏幕上的测量数据并将杆移动至正确位置。计算被附接在1.8m或2m杆上的反射器或GPS天线的位置。为了获得在屏幕上示出的正确测量数据(即，为了示出杆尖的位置)，必须使杆保持竖直。

近来，现代杆已经出现在使用位置不再必须完全竖直的地方。为了精确地确定或指示杆或操纵杆(具有GNSS单元的杆)的足尖，在测量期间也可以使杆保持倾斜。目标对象的竖直设置和由此反射器单元的竖直设置应当确保在这种偏斜设置下的先前坐标测量准确度。

举例来说，通过使用特殊的IMU传感器技术(例如，其中，将IMU数据和GNSS数据进行组合)，或者使用组合摄像机、IMU以及可选地GNSS传感器的数据和处理的视觉惯性系统，来执行杆尖与杆足之间的倾斜补偿。这种视觉惯性系统通过应用从同时定位和地图构建(SLAM)中已知的算法，来解决空间中的固体的六个自由度的问题。

诸如建筑物角部、墙壁、栅栏、灯杆的点、或诸如汽车的障碍物下面的点通常不能利用竖直杆进行直接测量。例如，为了测量建筑物角部，必须确定附近的点，并且必须针对该点执行补偿测量。

对于各种应用，已经证明以这样的方式形成目标对象是有利的，即，可以从不止一个方向、有利地从所有方向来瞄准和测量这些目标对象。因此，携带目标对象并将其竖立在不同点的测量员不需要在每次竖立该目标对象时确保相对于测量仪器的正确取向。而且，通常在具有变化的仪器设置的测量过程中测量同一固定点，被定位在固定点处的目标对象是从不同方向被瞄准的。在交通路线的施工中(例如，在道路隧道的施工中)，通常从基本上相反的方向对同一个测量点或目标对象进行测量，在每种情况下不希望对目标对象进行重新定向。可以从大角度范围(特别是在水平方向上360°以及在竖直方向上大于±45°)进行测量的目标对象对于移动对象的测量也是理想的。

由于现代的杆不需要竖直对准，因此反射器与视线的角度取向可以导致任何值。因而，新的反射器应当在方位和仰角两个方向上具有大视场。

这种目标对象的最简单的情况是具有球形反射器的目标对象，然而，由于球形反射器只能在小距离上进行测量，因此关于球形反射器的潜在用途受到限制。对于即使在长距离上的测量，也通常使用大尺寸的回射反射箔或三棱镜。它们的实质上更高程度的回射准许在数百或数千米内进行距离测量。然而，与球形反射器相反，它们仅在处于三棱镜或反射箔的有限方位角对准范围内的有限竖直方向范围内回射光束。通常，在±45°的水平范围和±35°的竖直范围内的光束是以高强度回射的。为了获得所谓的360°或全向反射器，可以使用由多个回射器组成的目标对象。

EP 0846278描述了具有多个三棱镜的360°反射器。三棱镜是以这样的方式设置的，即，相邻三棱镜的侧表面彼此接触，结果，在从一个三棱镜到相邻三棱镜的回射通过时，相邻棱镜的光瞳至少部分地接触。因此，该布置充当全向反射器，其反射来自方位平面(例如，在目标/杆的竖直布置的情况下的水平面)中的所有入射方向的光。本专利的图5示出了保持器中的全向反射器。然而，全向反射器不太适合于近距离的测量，这是因为该测量在小距离上由于干扰或破坏的反射而被篡改。

DE 10209895描述了一种全向反射器，其包括采用两个棱锥形式的八个三棱镜的布置，这两个棱锥是以其锥底朝向彼此服务来定向的。由于三棱镜的特殊布置，减小了在水平角范围内的干扰反射，特别是双重反射。然而，在偏离水平面的大竖直角度的情况下，仍然存在干扰反射，这构成了显著的麻烦因素，特别是在施工机械的自动引导和控制的情况下。干扰反射不是由三重反射生成的，而是由任何其它潜望镜(periscopic)式光路生成的，其中，光束在特定取向上被反射回到全站仪。为了形成可定位的目标对象，在棱镜布置上设置有保持部分，在该保持部分上可以安装铅锤测量标杆。保持部分从下方直接安装在棱镜布置上，这导致例如当将铅锤测量标杆粗略地放置在表面上时，考虑作用在易碎的三棱镜上的力。

所描述的现有技术中的布置的共同缺点是在偏离水平面的竖直角度(例如，超过±30°)处发生干扰反射。干扰反射是由反射器单元发射的背向反射，但是没有参考标记中心并且没有固定位置参考。只有三重反射光束被锚定至物理直角棱镜的反射中心。因此，可能发生源自相对于实际工作棱镜横向地定位并且不在测量光束的方向上进行对准的棱镜的反射。

现有技术的布置的另一问题是，它们对于通常由玻璃形成的反射部件因外部机械作用而损坏的敏感性。该敏感性特别是由于以下事实：用于辐射的全向反射的布置必须利用玻璃部分形成，该玻璃部分的光进入表面覆盖360°方位角范围，而没有外部保护装置。为了保持玻璃部分，大多数布置具有被直接连接至玻璃部分的保持部分，其结果是外力的作用被传输至易碎的玻璃部分，尤其是传输至镜表面。对玻璃棱镜的三个镜表面进行研磨和抛光，使得它们的相互角度在亚弧度秒的准确度内正交，以生成与入射光束的偏差通常小于5弧度秒的回射光束。而且，各个表面的平面度处于微米或亚微米范围内。由保持部分或粘结胶引起的外力降低了镜表面的平面度，这导致反射光束的角扩展并且缩短了测量仪器的最大测量距离。

由于目标对象通常是以这样的方式来使用的，即，它由地形中的测量员进行设置和移动，目标对象应当是手持式和便携式的，因此尽可能轻。由此，通常使用具有低重量的保持装置，诸如铅锤测量标杆。反射器布置的高重量和铅锤测量标杆的低重量导致容易掉落的不平衡目标对象，并且敏感的玻璃部分容易破裂。在越来越频繁地设计其中反射器布置附加地承载GPS的目标对象的情况下，这个问题发生的程度甚至更大。在将目标对象安装在施工机械上的交通路线施工中，由于震颤，还将相当大的力作用在目标对象上，这导致振动，特别是在保持部分与反射器布置之间的连接上施加相当大的应力。

现有技术的另一个问题是当三棱镜的光进入表面湿润时发生干扰反射。在这当中，棱镜表面上的水滴尤其可能因雨、降雪或溅水而造成。反射光束的孔径的有效尺寸是按水滴的所有横截面的总和来减小的。在最坏的情况下，剩余自由孔径可能减小到几乎为零。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的目标对象，其消除了现有技术的缺陷。

一个特别的目的是提供一种目标对象，其对于高达360°的角度范围提供高强度的回射，并且其对于倾斜入射提供增加的范围。

这些目的是通过实现独立权利要求的特征的至少一部分来实现的。按另选或有利的方式进一步开发本发明的特征在附属专利权利要求中进行了描述。

本发明涉及一种目标对象，特别是用于大地测量、施工测量以及工业测量的目标对象，该目标对象具有四个三棱镜的布置，所述三棱镜中的各个三棱镜皆具有光进入表面以及三个反射表面。这四个三棱镜是以这样的方式围绕布置轴线设置的，即，它们的(外)轮廓可以嵌入到锥体中(例如，其中，可以将它们的轮廓适配到锥体中，匹配锥体的形状或者形成锥体)，该锥体具有锥底(pyramid base)以及位于不同平面中的四个侧表面，其中，这些平面的公共交点形成与锥底相对的锥尖(pyramid tip)(例如，其中，这四个侧表面的公共交点形成锥尖)。

对于这四个三棱镜中的各个三棱镜，该三棱镜的反射表面中的一个反射表面与锥底平行排列(align)，并且该三棱镜的其它两个反射表面中的各个反射表面皆与这四个三棱镜中的相应相邻三棱镜的反射表面平行排列。

根据本发明的一个方面，该目标对象包括遮蔽部件，该遮蔽部件在轴向(相对于布置轴线)上布置在锥底的一侧上(例如，紧邻锥体)，其中，在垂直于布置轴线的方向上，该遮蔽部件的不透明部分延伸超过与锥底平行排列的四个反射表面的最大延伸范围。

根据本发明的另一方面，该目标对象包括不透明阻挡组件，该阻挡组件被设置在围绕锥尖的区域中，其中，该阻挡组件阻挡光穿过三棱镜的光进入表面，由此，减少所述三棱镜中的各个三棱镜的光进入表面的有效可用尺寸。

另选地，作为目标对象具有不透明阻挡组件的代替，所述三棱镜中的各个三棱镜皆被配置成具有与光进入表面和三个反射表面不同的另一棱镜表面。该另一棱镜表面是与锥底相对地设置的，特别是其中，该另一棱镜表面与锥底平行，这例如导致该四个三棱镜的轮廓具有截锥形状。

遮蔽部件的另一种可能的用途是这样的一种布置，即，其中目标对象包括第一回射器和第二回射器(例如，其中，第一回射器和第二回射器被配置为三棱镜)，并且第一回射器和第二回射器是在布置轴线上彼此相邻地沿轴向布置的。该遮蔽部件在轴向上设置在第一回射器与第二回射器之间，其中，该遮蔽部件的不透明部分在垂直于布置轴线的方向上沿径向延伸超过第一回射器与第二回射器两者的径向延伸范围。在相对于布置轴线的斜光入射的情况下，第一回射器和第二回射器中的一个回射器至少部分地被遮蔽部件的不透明部分遮蔽。

举例来说，所述三棱镜中的各个三棱镜皆具有光进入表面、以及在每种情况下彼此成直角定向的三个反射表面。该三棱镜是以这样的方式来配置的，即，反射中心(对于三重反射光束)与三棱镜顶点之间的距离不大于5mm，尤其是不大于3mm。

该目标对象被配置成针对围绕该布置轴线的360°的光入射范围，特别是针对垂直于该布置轴线的光入射提供回射，更特别是其中，该目标对象具有四个三棱镜。

在另一实施方式中，该目标对象包括八个三棱镜，所述三棱镜中的各个三棱镜皆具有光进入表面以及三个反射表面。该八个三棱镜是以这样的方式围绕布置轴线布置的，即，这些三棱镜的轮廓可以嵌入八面体形状中，其中，这八个三棱镜中的四个三棱镜被布置成嵌入第一锥体中，并且这八个三棱镜中的另外四个三棱镜被布置成嵌入第二锥体中。第一锥体和第二锥体中的各个锥体皆包括锥底以及四个侧表面，其中，第一锥体和第二锥体的锥底是彼此平行布置的。

第一锥体是以这样的方式形成的，即，被嵌入第一锥体中的四个三棱镜中的各个三棱镜的一个反射表面与锥底平行排列，并且被嵌入第一锥体中的四个三棱镜中的各个三棱镜的相应的另外两个反射表面是与被嵌入第一锥体中的邻近三棱镜的反射表面相邻地布置的。

第二锥体是以这样的方式形成的，即，被嵌入第二锥体中的四个三棱镜中的各个三棱镜的一个反射表面与锥底平行排列，并且被嵌入第二锥体中的四个三棱镜中的各个三棱镜的相应的另外两个反射表面是与被嵌入第二锥体中的邻近三棱镜的反射表面相邻地布置的。

换句话说，这八个三棱镜中的各个三棱镜中的被嵌入这两个锥体中的一个锥体中的四个三棱镜高效地反射来自上半球的角度的光线，并且这八个三棱镜中的各个三棱镜中的四个三棱镜高效地反射来自下半球的角度的光线，其中，遮蔽部件在轴向上被布置在第一锥体与第二锥体之间，并且确保在相对于布置轴线的斜光入射的情况下，第一锥体和第二锥体中的一个锥体至少部分地被遮蔽部件所遮蔽。

这八个三棱镜中的各个三棱镜皆具有由该三棱镜的三个反射表面的公共交点所形成的三棱镜顶点，并且该三棱镜顶点分别被布置在第一锥体和第二锥体的对应锥底上。

在另一实施方式中，该目标对象包括被布置在第一锥体和第二锥体中的至少一个锥体的锥尖周围的区域中的不透明阻挡组件。该阻挡组件阻挡光穿过第一锥体和第二锥体中的所述至少一个锥体的三棱镜的光进入表面，从而减小第一锥体和第二锥体中的所述至少一个锥体的所述三棱镜中的各个三棱镜的光进入表面的尺寸。

在另一实施方式中，第一锥体和第二锥体中的至少一个锥体的所述三棱镜中的各个三棱镜皆被配置成具有与光进入表面和三个反射表面不同的另一棱镜表面。该另一棱镜表面是以这样的方式布置的，即，将该另一棱镜表面布置成与锥底相对，特别是其中，该另一棱镜表面与锥底平行，从而导致第一锥体和第二锥体中的所述至少一个锥体的所述四个三棱镜的轮廓为截锥形状。

在另一实施方式中，遮蔽部件包括被布置在遮蔽部件的不透明部分上的标记，该不透明部分延伸超过与锥底平行排列的所述四个反射表面的最大延伸范围，其中，该标记提供针对所述三棱镜中的一个三棱镜的反射中心(对于三重反射光束)的位置指示。例如，在如上所述设置的八个三棱镜的情况下，遮蔽部件是在轴向上布置在所述锥体与另一锥体之间(例如，紧邻所述锥体以及锥底一侧上的另一锥体)的。

在另一实施方式中，该遮蔽部件包括标记，该标记被布置在遮蔽部件的不透明部分上，其中，该标记提供针对所述回射器中的一个回射器的反射中心的位置指示。

在另一实施方式中，该遮蔽部件(例如，完全地)环绕布置轴线，特别是其中，该遮蔽部件的不透明部分被具体实施为平面环形表面。

在另一实施方式中，该遮蔽部件例如完全环绕布置轴线。例如，在径向上延伸超过第一回射器和第二回射器两者的径向延伸部分的不透明部分被具体实施为平面环形表面。

在另一实施方式中，该目标对象包括支承框架，该支承框架包括四个接纳部(reception)并且在可应用的情况下包括八个接纳部，这些接纳部是以这样的方式围绕布置轴线布置的，即，这些接纳部的轮廓(公共外轮廓)与所述锥体匹配，并且在可应用的情况下与另一锥体匹配。所述接纳部中的各个接纳部皆由三个相互垂直的平面来定界。该支承框架包括夹式安装件(clip mount)，该夹式安装件被布置在所述锥体的角部处并且在可应用的情况下布置在另一锥体的角部处，该夹式安装件被配置成将该四个三棱镜并且在可应用的情况下将另外四个三棱镜以无张力且固定布置保持在接纳部中。

形成支承框架的这三个相互垂直的平面被配置为实心的并且优选为无穿孔板，特别是实心金属板/片。因此，所述接纳部中的各个接纳部皆由三个相互垂直的实心板、特别是实心金属板来定界。

该支承框架提供高稳定性和刚性。例如，支承框架是由金属注模材料或纤维增强材料制成的。目标对象的支承框架被配置成沿着杆从目标对象的底部向目标对象的顶部耗散力，并因此能够鲁棒地承载例如GNSS传感器。

代替使用夹式安装件，可以将棱镜胶合在一起或者胶合至支承框架。然而，这可能在光学器件上引起不希望的热和机械应力并且破坏反射激光的波前，而这是通过使用具有如上所述的夹式安装件的支承框架来避免的。无论如何，可以想到的是，其中，将所述四个三棱镜(以及在可应用的情况下八个三棱镜)中的各个三棱镜的两个反射表面(其与四个三棱镜(以及在可应用的情况下八个三棱镜)中的另一个三棱镜的反射表面之一相邻布置)胶合在一起。按这种布置，所述四个三棱镜以及所述另外四个三棱镜中的各个三棱镜皆具有由该三棱镜的三个反射表面的公共交点所形成的三棱镜顶点。该三棱镜顶点被布置在对应锥底上，特别是其中，该三棱镜顶点被布置在布置轴线上。

由于使用了如上所述的支承框架，因此目标对象不需要棱镜之间的任何直接相互粘附，从而不会产生光机械应力。诸如N-BK7的易于加工的玻璃类型足以作为三棱镜的材料而不会引起任何干扰反射。

例如，该目标对象还包括位于布置轴线上的所述远端中的一个远端处的接口，并且该接口被配置为将目标对象连接至配对物，特别是测量员的杆或保护帽。

在另一实施方式中，该目标对象包括被布置在所述远端中的一个远端处并且被配置为保护目标对象免受轴向碰撞水滴的保护帽。该保护帽包括排水通道，例如，其中，该保护帽具有截锥形状。与布置轴线垂直的截面从所述远端中的所述一个远端向另一远端变窄，并且与布置轴线垂直的最大截面大于回射器或三棱镜的径向延伸范围。

在另一实施方式中，该保护帽具有进气口以及排气口。该排气口是从所述远端中的所述一个远端朝向另一远端布置的，例如，其中，该排气口被配置成生成与棱镜的所述光进入表面中的一个光进入表面平行的气流。该目标对象还具有气动喷嘴，该气动喷嘴被配置成生成到光进入表面上的空气喷射。

在另一实施方式中，该光进入表面配备有疏水光学涂层。

在另一实施方式中，该(例如，上)保护帽具有用于GNSS天线和/或视觉惯性系统附件的适配器。

在另一实施方式中，该保护帽具有用于自动化目标标识器(identificator)的适配器。

在另一实施方式中，该保护帽具有目标标识器，该目标标识器被配置成提供与目标对象和/或目标ID有关的目标对象信息。例如，棱镜类型指示反射中心的所谓的附加常数，其具有不同于零的值。尤其对于补偿测量，重要的是，正确的反射器类型是已知的，并且在利用坐标测量机器进行测量的背景下应用正确的光学规格和补偿参数。可以是唯一的目标ID被用于标识一组多个目标对象内的目标对象。目标对象信息是由目标标识器的所定义的光学特性来提供的，例如，所定义的反射率图案、颜色编码、极化编码、和/或借助于要由全站仪检测的发送信号。

如上概述的，当结合本发明提及三棱镜时，它们应在最广泛的意义上被理解为是指用于回射光束的透明材料的不同成形体，其具有原则上是任何希望形式的光瞳截面或孔径区域(例如，梯形、三角形或六边形)，该光瞳截面或孔径区域用于使这些光束进入或离开该成形体以及在每种情况下彼此成直角定向的三个平坦反射表面，并且所述光束具有三重反射。

三棱镜的回射效果来源于三面镜的回射效果，其中，在每种情况下三个镜面以直角彼此邻接。如果光落入这样的三面镜中，则光线在所有三个镜面处被反射，从三面镜射出的光线平行延伸并且相对于入射光线横向偏移。平行度在一些弧度秒内以实现几公里的长距离。这种回射在相对于光进入表面的法线的特定入射角范围内是可能的。

不是所有落入光进入表面的光都被回射。只有落入三棱镜的光瞳的光可以被回射。该光瞳是由光进入表面的侧边缘并且由光进入表面的侧边缘在虚拟棱镜顶点处的点反射所生成的那些(直的和扭结的)线来限定的。虚拟棱镜顶点是在向三棱镜里面看时可见的棱镜顶点，但是由于棱镜玻璃的折射，它只是明显的。

例如，在垂直于三棱镜的光进入表面的光入射的情况下，对于旋转对称的三棱镜，生成最大的光瞳或孔径区域，并因此生成最大的光回射量。

在光进入三棱镜的入射角改变的情况下，光瞳的形状和尺寸改变。随着入射角的增加，光瞳表面变得更小并且更多地位于光进入表面的边缘。最后，在特定入射角的情况下，该区域消失，并且不再有光被回射。

还可以想到这样的一种布置，即，其中具有三角形光进入表面的多个三棱镜是以邻近三棱镜的侧表面彼此接触的这种方式来设置的。在这种情况下，三棱镜可以具有不同的尺寸，并且它们的光进入表面相对于贯穿三棱镜顶点的空间对角线具有不同的角度。这在回射的情况下对于特定的规定角度范围是有用的。

当组合用于360°目标对象的多个三棱镜时，还可想到的是确保在回射从一个三棱镜过渡到邻近三棱镜时，其光瞳沿着相对长的路径接触。而随着入射角的改变，一个三棱镜的光瞳区域减小，邻近三棱镜的光瞳区域增加，光瞳区域的总和总是保持较大。从而，大量的光以该光进入三棱镜布置中的入射角度连续地被回射。

另外，由于邻近三棱镜的光瞳区域的边缘线沿着相对大的范围平行排列，因此，反射光射束在空间上彼此靠近定位。例如，在利用三棱镜布置来三维确定坐标的情况下，这提供了高测量准确度，并且用于自动测量。

由于干扰反射可能源自针对实际工作棱镜横向定位并且未沿测量光束的方向对准的三棱镜，因此，精确地遮蔽这些相邻的三棱镜使得即使竖直角度偏离水平面达大于±30°，也可以减少干扰反射。

如上概述的，本发明的一个方面是，八个三棱镜是以这样的方式围绕布置轴线布置的，即，这些三棱镜的轮廓可以被嵌入八面体形状中，其中，这八个三棱镜中的四个三棱镜被布置成嵌入第一锥体中，并且这八个三棱镜中的另外四个三棱镜被布置成嵌入第二锥体中。第一锥体和第二锥体中的各个锥体皆包括锥底以及四个侧表面，其中，第一锥体和第二锥体的锥底是彼此平行布置的。遮蔽部件在轴向上被布置在第一锥体与第二锥体之间，并且确保在相对于布置轴线的斜光入射的情况下，第一锥体和第二锥体中的一个锥体至少部分地被遮蔽部件所遮蔽。

还可以想到的是，以将遮蔽部件在轴向上布置在回射器之间的这种方式，将回射器(特别是三棱镜)布置为目标对象的反射部件，以用于沿着布置轴线对光辐射进行回射，该布置轴线被配置为对从垂直于该布置轴线的方向入射的光进行回射。将该遮蔽部件配置成在垂直于布置轴线的方向上沿径向大于第一回射器和第二回射器，使其自身远离布置轴线，这确保在相对于布置轴线的倾斜光入射的情况下，所述回射器中的一些回射器至少部分地被遮蔽部件所遮蔽。

由于只有光进入表面的光瞳区域提供希望的回射，因此即使测量仪器被正确对准，三棱镜的角部的区域也是无效的。然而，如果这些区域被针对光进入表面的法线具有大角度的光束照射，则可能导致干扰反射。为了减少这些干扰反射，有利的是减小朝向三棱镜的角部的光入射表面，尤其是对于靠近支承框架的上端杆和下端杆的角部。这种减少可以通过利用不透明材料(例如，漆)覆盖这些角来实现，或者通过使用所谓的截顶直角棱镜来实现。

对于常规瞄准标记布置的情况来说，在空间上分离的三棱镜处另外发生反射，并且这同样导致有错误的距离测量。这主要在短距离范围(例如，短于25m的距离)内是明显的，为此，在这种瞄准标记布置的情况下必需保持最小距离。与之相反，借助于根据本发明的一个方面的棱镜布置，即使在短距离上，也可以有可靠的测量范围，该棱镜布置具有彼此非常紧密地挨着定位的反射。

为了保持三棱镜稳定和紧凑，目标对象具有安装件或保持件。然后，可以以不会发生光进入表面被该安装件遮掩的方式来设置三棱镜。360°的水平角范围因此是有效反射的。而且，有利地将三棱镜和安装件设计和布置成使得特定竖直角度范围(特别是至少±45°或更大)是反射性的。

附图说明

下面，参照附图中示意性地示出的工作示例，完全通过示例的方式，对本发明进行更详细例示。附图中利用相同的标号来标注相同的要素。所述实施方式通常不按真实比例示出，并且这些实施方式也不应被解释为限制本发明。

图1：使用全站仪以及被附接至杆的根据本发明的目标对象的示例性放样工作流程。

图2：根据本发明的目标对象的实施方式，具有以八面体形状布置的八个三棱镜，该目标对象配备有遮蔽部件、阻挡组件、支承框架以及接口。

图3：支承框架的可能设计。

图4：根据本发明的目标对象的实施方式，例示了提供回射的光进入表面的区域。

图5：直角棱镜的可能设计。

图6：根据本发明的目标对象的实施方式，具有以八面体形状布置的八个三棱镜，该目标对象还配备有遮蔽部件、阻挡组件、支承框架以及保护帽。

图7：两个竖直入射角的有效孔径的可视化。

图8：省略不需要的寄生或干扰反射的解决方案。

具体实施方式

图1描绘了使用全站仪3和测量杆2的示例性放样工作流程。测量杆2具有刚性的杆形主体，该主体具有用于接触地面上的测量点的指示器尖端23。主体限定杆轴线24。杆2包括目标对象1(例如，回射器装置)，作为位置给出装置，以用于使杆2处的参考位置的坐标确定可用。目标对象1在相对于尖端23的已知位置处位于主体上。全站仪3被用于重复地确定目标对象1的参考位置。

全站仪3包括望远镜单元，该望远镜单元适于测量距测量杆2的目标对象1的距离以及方向角。可以通过光学望远镜或者通过也位于全站仪3的望远镜单元内部的自动目标识别传感器单元(ATR)在视觉上进行对杆的回射器装置的瞄准。

在过去，测量杆2的最常用使用位置是杆的竖直安装，以确定目标对象1的水平和竖直方向，例如，回射器的反射器中心，并因此间接地确定杆的底部。

为了简化测量员或土木工程师的测量过程，新的全站仪-测量杆系统被配置成与以一定角度设置的杆一起工作。

举例来说，测量杆2还包括惯性测量单元，该惯性测量单元是相对于位置给出装置以限定的空间关系放置在主体上的，例如，其中，惯性测量单元被配置成采用微机电系统(MEMS)的形式并且包括IMU传感器，该IMU传感器包括加速度计和陀螺仪。杆2包括评估装置，该评估装置用于至少基于所确定的参考位置并且基于目标对象相对于尖端23的限定空间关系来导出测量点的位置。高质量杆配备有视觉惯性系统，该视觉惯性系统基于由成像摄像机和IMU传感器给出的信息，来实时计算杆的六个自由度。

通常，目标对象(特别是360°回射器(在垂直于杆轴线的平面中360°))具有在倾斜光束入射的情形下(即，在杆倾斜时)不能以足够的准确度标记目标点的缺点。因此，方向确定的准确度(角度)根据测量杆的对准并因此根据反射器装置的对准是不够的。

图2描绘了目标对象1的示例性实施方式，这里具有围绕布置轴线25彼此相邻地在轴向上设置并且提供八面体形状的相同设计的八个三棱镜4、5、6、7、8、9、10、11。布置轴线25沿着八面体顶点贯穿八面体中心。水平面是垂直于布置轴线25布置的，并且也穿过八面体中心。该八面体是以这样的方式产生的，即，四个三棱镜4至7被布置成嵌入第一锥体26中，并且另外四个棱镜8至11被布置成嵌入另一锥体27中。锥底被布置为彼此平行地位于所述水平面中，其中，这两个锥体中的一个锥体是以这样的方式形成的，即，所述四个三棱镜中的各个三棱镜的一个反射表面与锥底平行排列，并且所述四个三棱镜中的各个三棱镜的相应的另外两个反射表面在每种情况下被布置成与所述四个三棱镜中的另一三棱镜的所述反射表面中的一个反射表面相邻。三棱镜顶点被定向至锥体的基点，并且三棱镜顶点特别地位于锥底中，其中，所述四个三棱镜的各个光进入表面皆相对于形成锥体的侧表面的各个反射表面偏斜。

目标对象具有被布置在围绕两个锥体26、27的锥尖的区域中的不透明阻挡组件13。另选地，三棱镜4、5、6、7、8、9、10、11可以被配置成具有截锥形状(例如，参见图5)。

举例来说，目标对象1还具有接口15、16，该接口位于八面体顶点处并且针对布置轴线25在轴向上布置，该接口用于接纳配对物，特别是测量员的杆2。该接口适合于锥顶点(pyramid apex)的形状。

目标对象1还包括图3所示的支承框架14，该支承框架包括三个正交的金属片，而布置轴线沿着两个竖直金属片的相交线。该薄片的外边缘延伸到棱镜的光进入表面，并且形成用于八个三棱镜4至11的夹式安装件30，其中，以使棱镜的自由孔径的尺寸不减小的这种方式，通过例如位于薄壁端部处的支架来将三棱镜保持在固定布置中。其它类型的安装机构也可以用于以无应力的方式固定棱镜位置。

换句话说，图3所示的支承框架14包括八个接纳部，这些接纳部是以这样的方式围绕布置轴线25布置的，即，这些接纳部的轮廓与锥体26匹配，并且与另一锥体27匹配，所述接纳部中的各个接纳部皆由三个相互垂直的平面来定界，其中，支承框架14包括夹式安装件30，该夹式安装件被布置在锥体26的角部处以及另一锥体27的角部处，该夹式安装件被配置成将所述四个三棱镜以及另外四个三棱镜以无张力且固定布置保持在接纳部中。

如图2所描绘的，遮蔽部件12在轴向上紧挨着所述锥体以及锥底一侧上的另一锥体来布置的。原则上，它与第三水平放置的金属片重合。遮蔽部件12的不透明部分延伸超过所述四个反射表面的最大延伸范围，这四个反射表面与锥底平行排列、自身远离布置轴线25，这确保了在相对于布置轴线25的斜光入射的情况下，第一锥体26和第二锥体27中的一个锥体至少部分地被遮蔽部件12所遮蔽。

图4描绘了根据本发明的目标对象1的另一实施方式，其中，提供希望回射的三棱镜4至11的所谓有效光进入表面17的区域相对于理论上可获得的尺寸被减小。即使测量仪器被正确对准，三棱镜4至11的角部的区域也是无效的，但是可能提供干涉反射。三棱镜5还对测量光束的某些特定的陡峭入射角生成干扰反射。

为了减少所提及的干扰反射，有利的是减小朝向锥顶点的光入射区域，向光进入表面28赋予如图2所示的梯形形状。这种减小可以通过将接口15、16以它们覆盖锥顶点至某一程度的这种方式进行设计，或者通过使用所谓的截顶直角棱镜来实现。

图5示出了所谓的截顶直角棱镜19的可能实施方式。它具有与光进入表面28和三个反射表面不同的另一表面29。该表面29被布置成与锥底相对，特别是其中，该表面29平行于锥底。在围绕一个布置轴线25的四个直角棱镜的锥形布置的情况下，生成截锥形状。

由于在使用截顶直角棱镜时不存在图2所示的目标对象1的锥顶点，因此整个布置具有减小的重量。这样，当使用未修改的三棱镜时，回射棱镜的尺寸可以增加25％，而不增加目标对象1的初始重量和尺寸。例如，这使得回射的强度更强，从而导致测量距离增加。

在图6所示的本发明的另一实施方式中，将保护帽20、21附接至接口15、16，该接口旨在确保目标对象1的防冲击安装。为此，将保护帽20、21以这样的方式进行设计，即，如果外力或扭矩作用(例如，在目标对象1掉落时)，则保护帽20、21首先被撞击并且该力被直接引导至杆。没有来自外部的力分量被引导到玻璃棱镜(除非加速棱镜质量的惯性力)，因此几乎没有任何力被传输至三棱镜4至11。

在一个实施方式中实现保护帽20、21，其中，保护帽20、21具有截锥形，其中，该截锥的顶表面被指向八面体中心，并且截锥的底部被设计成在径向上大于反射器布置。

除了使免受外力之外，保护帽20还保护光进入表面免受水滴，水滴减少了在光学上洁净的棱镜孔径和/或可以导致干扰反射。而且，保护帽20设置有排水通道，由此，可能积聚在保护帽上的更大量的水可以从棱镜表面排出。

在图6所示的实施方式中，保护帽20设置有进气口22以及排气口。该排气口被布置成朝向光进入表面，特别是平行于这些光进入表面。目标对象1配备有允许空气喷射到光进入表面上的气动喷嘴。借助于平行于光进入表面定向的气动喷嘴，表面的干燥特别高效。5mN至50mN的短脉冲式空气喷射不仅去除光进入表面上的大水滴，而且去除光进入表面上的小水滴。

为了促进水滴在光进入表面上的自由流动，这些光进入表面在指向外部侧上配备有疏水性光学涂层。疏水性涂层使水滴的接触面积收缩几个数量级，使得粘附力相应地降低，并且弱的空气喷射足以保持入口表面无水。

举例来说，遮蔽部件12在上侧和下侧还具有标记18。这些标记提供针对由所述三棱镜中的一个三棱镜限定的反射中心的位置指示。当在望远镜的目镜上瞄准全站仪时，标记记号简化了到倾斜定位的杆的视觉瞄准。在遮蔽部件12的另一实施方式中，该遮蔽部件是由橡胶制成的，其相对于机械冲击提供附加保护。

通常，当目标对象1的结构(举例来说，如图6所示)是高度点对称时，这是有利的，这使得可以在倾斜设置中使用目标对象1，这与迄今为止通常使用的竖直设置相反。通过实现本发明的多个方面，可以构建目标对象1，该目标对象在水平角度范围内提供360°的全向回射并且在竖直角度范围内提供至少±45°的回射，其中干扰反射的出现显著减少。而且，目标对象1可以在下雨或下雪的天气条件下使用，这是因为三棱镜4至11的光进入表面可以通过保护帽20、21以及主动空气喷射装置来保持没有水滴。

图7示出了在“常规”三棱镜中的光束路径的所谓展开表示，即，没有根据本发明的遮蔽部件12(图2)和在锥尖处没有根据本发明的阻挡组件13(图2)/没有根据本发明的采用截锥19(图5)的形状的三棱镜。该展开表示允许将光线绘制为连续的线而没有反射，这使得孔径、渐晕等更可见。利用这种表示，可以更好地理解光束击中三棱镜的处于孔径中的光进入表面28的路径。区域a、b以及c对应于棱镜的镜像化图像的表示。描绘了两个不同的入射光束31、31'的两个有效孔径(＝光线边界)，该入射光束以两个选定的入射角沿仰角方向进入目标对象的棱镜，并且具有对应的回射离开光束32、32'。

在变体x中，入射光束31以接近0°的竖直角度进入棱镜，即，入射光束31近似垂直于布置轴线25(图2)，而在变体y中，入射光束31'以90°的竖直角度进入棱镜，即，入射光束31'平行于布置轴线25(例如，当布置轴线竖直定向时从天顶或天底方向照射)。

图8描绘了根据本发明的实施方式的目标对象中的三棱镜的展开表示，其中，借助于根据本发明的遮蔽部件12(图2)和锥尖处的阻挡组件(13)/采用截锥19(图5)的形状的三棱镜，来抑制在一定光束入射仰角方向上发生的寄生信号内反射和伪回射。

举例来说，例如，通过去除所谓的远端棱镜角部(借助于阻挡组件13或者采用截锥19的形状的三棱镜)并且遮蔽部件12阻挡从陡峭的入射角(接近天顶或天底)回射的光，该回射的光原本将干扰来自另一半球的对应棱镜的回射(例如，阻挡下半球的棱镜上的陡峭光束入射，这是因为该光束被上半球上的棱镜更好地回射)。另外，去除的棱镜角部和遮蔽部件还提供了干扰反射的减少(例如，没有三重回射反射)。

尽管上面例示了本发明，但是部分参照一些优选实施方式，必须理解，可以作出这些实施方式的许多修改例和不同特征的组合。这些修改例全部落入所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种目标对象(1)，特别是用于大地测量、施工测量以及工业测量的目标对象，所述目标对象(1)具有四个三棱镜(4至7)的布置，所述三棱镜(4至7)中的各个三棱镜皆具有光进入表面以及三个反射表面，其中

●所述四个三棱镜(4至7)是以这样的方式围绕布置轴线(25)布置的，即，这四个三棱镜的轮廓能够嵌入锥体(26)中，所述锥体具有锥底以及位于不同平面中的四个侧表面，其中，所述平面的公共交点形成与所述锥底相对的锥尖，并且

●对于所述四个三棱镜(4至7)中的各个三棱镜，所述三棱镜的反射表面中的一个反射表面与所述锥底平行排列，并且所述三棱镜的其它两个反射表面中的各个反射表面皆与相应的相邻三棱镜的反射表面平行排列，

其特征在于，

所述目标对象(1)包括遮蔽部件(12)，所述遮蔽部件在轴向上布置在所述锥底的一侧上，其中，在垂直于所述布置轴线(25)的方向上，所述遮蔽部件(12)的不透明部分延伸超过与所述锥底平行排列的所述四个反射表面(4至7)的最大延伸范围，其中

●所述目标对象(1)包括不透明的阻挡组件(13)，所述阻挡组件被布置在围绕所述锥尖的区域中，其中，所述阻挡组件(13)阻挡光穿过所述三棱镜(4至7)的所述光进入表面，由此减少所述三棱镜(4、7)中的各个三棱镜的所述光进入表面的有效可用尺寸，

或者

●所述三棱镜(4至7)中的各个三棱镜皆被配置成具有与所述光进入表面和所述三个反射表面不同的另外棱镜表面，其中，所述另外棱镜表面是与所述锥底相对地布置的，特别是其中，所述另外棱镜表面与所述锥底平行。

2.根据权利要求1所述的目标对象(1)，其特征在于，所述三棱镜是以这样的方式来配置的，即，所述反射中心与所述三棱镜的顶点之间的距离不大于5mm，尤其是不大于3mm。

3.根据权利要求1或2所述的目标对象(1)，其特征在于

●所述目标对象(1)包括另外四个三棱镜(8、9、10、11)，所述另外四个三棱镜(8至11)中的各个三棱镜皆具有光进入表面以及三个反射表面，

●所述另外四个三棱镜(8至11)是以这样的方式围绕所述布置轴线(25)布置的，即，所述另外四个三棱镜的轮廓能够嵌入另一锥体(27)中，所述另一锥体具有另一锥底以及位于不同平面中的另外四个侧表面，其中，所述平面的公共交点形成与所述另一锥底相对的另一锥尖，

●对于所述另外四个三棱镜(8至11)中的各个三棱镜，所述三棱镜的反射表面中的一个反射表面与所述另一锥底平行排列，并且所述三棱镜的其它两个反射表面中的各个反射表面皆与相应的相邻三棱镜(8至11)的反射表面平行排列，并且

●所述四个三棱镜以及所述另外四个三棱镜(4至11)是以这样的方式布置的，即，这些三棱镜的轮廓能够被嵌入八面体形状中，其中，所述锥底和所述另一锥底是彼此平行布置的。

4.根据前述权利要求中的一项所述的目标对象(1)，其特征在于，所述遮蔽部件(12)包括标记(18)，所述标记被布置在所述遮蔽部件(12)的所述不透明部分上，其中，所述标记提供针对所述三棱镜中的一个三棱镜的反射中心的位置指示。

5.根据前述权利要求中的一项所述的目标对象(1)，其特征在于，所述遮蔽部件(12)特别是完全地环绕所述布置轴线(25)，更特别地其中，所述遮蔽部件(12)的所述不透明部分被具体实施为平面环形表面。

6.根据前述权利要求中的一项所述的目标对象(1)，其特征在于，所述不透明阻挡组件(13)或所述三棱镜(4至11)被配置成以梯形形状来设置所述三棱镜(4至11)的各个光进入表面。

7.根据前述权利要求中的一项所述的目标对象(1)，其特征在于，所述目标对象(1)包括支承框架(14)，其中，所述支承框架(14)包括四个接纳部并且在可应用的情况下包括八个接纳部，这些接纳部是以这样的方式围绕所述布置轴线(25)布置的，即，这些接纳部的轮廓与所述锥体(26)匹配，并且在可应用的情况下与所述另一锥体(27)匹配，其中，所述接纳部中的各个接纳部皆由三个相互垂直的平面来定界，其中，所述支承框架(14)包括夹式安装件(30)，所述夹式安装件被布置在所述锥体(26)的角部处并且在可应用的情况下布置在所述另一锥体(27)的角部处，所述夹式安装件被配置成将所述四个三棱镜并且在可应用的情况下将所述另外四个三棱镜以无张力且固定的布置保持在所述接纳部中。

8.根据权利要求7所述的目标对象(1)，其特征在于，所述接纳部由三个相互垂直的实心板、特别是实心金属板来定界。

9.根据前述权利要求中的一项所述的目标对象(1)，其特征在于，所述目标对象(1)包括接口，所述接口位于所述布置轴线(25)的远端中的一个远端处，并且所述接口被配置为将所述目标对象(1)连接至配对物，特别是测量员的杆(2)或保护帽。

10.根据权利要求9所述的目标对象(1)，其特征在于，所述目标对象(1)包括被布置在所述远端中的一个远端处并且被配置为使所述目标对象(1)免受轴向碰撞水滴的保护帽，其中，所述保护帽包括排水通道，特别是其中，所述保护帽具有截锥形状，其中，与所述布置轴线(25)垂直的截面从所述远端中的所述一个远端向另一远端变窄，并且与所述布置轴线(25)垂直的最大截面大于所述三棱镜(4至11)的径向延伸范围。

11.根据权利要求10所述的目标对象(1)，其特征在于，所述保护帽(20、21)具有进气口(22)以及排气口，并且所述排气口是从所述远端中的所述一个远端朝向所述另一远端布置的，特别是其中，所述排气口被配置成生成与所述光进入表面中的一个光进入表面平行的气流，并且所述目标对象具有气动喷嘴，所述气动喷嘴被配置成生成到所述光进入表面上的空气喷射。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的目标对象(1)，其特征在于，所述光进入表面配备有疏水光学涂层。

13.根据权利要求10至12中的一项所述的目标对象(1)，其特征在于，所述保护帽(20)具有用于GNSS天线和/或视觉惯性系统附件的适配器。

14.根据权利要求10至13中的一项所述的目标对象(1)，其特征在于，所述保护帽(20)具有用于自动化目标标识器的适配器。

15.根据权利要求10至14中的一项所述的目标对象(1)，其特征在于，所述保护帽(20、21)具有目标标识器，所述目标标识器被配置成提供与所述目标对象的棱镜类型和/或目标ID有关的目标对象信息，特别是其中，所述目标对象信息是由所述目标标识器的定义光学特性和/或借助于要通过全站仪检测的发送信号来提供的。

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