根据实施方案，距离测量系统包括光源(2a)、光检测器(4a)、测量光学装置(3)、参比光学装置(5，5a，5b，5c)、可变衰减器(6a，6b，6c，6d，6f)和光选择器(7)。测量光学装置(3)被构造为将由所述光源(2a)发射的光投射至待测量的靶(200)，并且用于引导从所述靶(200)反射的光朝向光检测器(4a)。参比光学装置(5，5a，5b，5c)被构造为在所述系统内引导由光源(2a)发射的光朝向光检测器(4a)作为内部参比光。可变衰减器(6a，6b，6c，6d，6f)被构造为调节入射到光检测器(4a)上的光的强度，并且包括布置在测量光学装置(3)和光检测器(4a)之间的光路中的衰减滤波器(6a)，和耦接衰减滤波器(6a)以移动衰减滤波器(6a)的驱动器(6c)。光选择器(7)被构造为选择性导向由测量光学装置(3)或参比光学装置(5，5a，5b，5c)引导的光至光检测器(4a)。根据实施方案，光选择器(7)耦接驱动器(6c)和衰减滤波器(6a)中的至少一者，并且通过驱动器(6c)和衰减滤波器(6a)一起移动。根据实施方案，沿着由驱动器(6c)引起的和衰减滤波器(6a)移动(M，M’)相同的方向，衰减滤波器(6a)具有变化透射率的第一和第二截面(6a’，6a”)，在第一截面(6a’)中所述透射率从更高透明度变化至更低透明度，并且在第二截面(6a”)中，所述透射率从更高透明度变化至更低透明度。根据实施方案，可变衰减器(6a，6b，6c，6d，6f)还包括支撑衰减滤波器(6a)和光选择器(7)的载体(6b)，其中载体(6b)具有可围绕旋转杆(6d)旋转的圆形形状，并且其中当被载体(6b)支撑时衰减滤波器(6a)是圆周表面的一部分。
距离测量系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种能够以光学方式测量靶和系统的距离的距离测量系统，更特别地，涉及这种系统的紧凑、轻型和便宜结构。
背景技术
[0002] 为了确定靶和距离测量系统的距离，可利用多种技术。这些技术通常涉及朝向靶发射一些类型的辐射(例如光、超声波和雷达)，并且接收从靶反射回来的辐射的一部分。系统和靶的距离通过熟练技术人员熟知的几种方案中的一种来确定；因此忽略详细描述。
一些例子在现有技术文献US4,113,381、US 5,241,360、US 6,765,653或US 2004/0246461中有所描述。例如，一些系统通过测定发射至靶的辐射和从靶接受的反射的辐射之间的相位差来计算系统和靶的距离，而其他系统测量辐射发射至靶和在系统接收反射的辐射之间的延时。例如，距离的测量可通过发射调制微波或红外载波信号(被所述靶反射)至靶而完成。然后距离可例如通过发射和接收多种频率并测定针对各频率至靶的波长整数来确定。
[0003] 根据上述现有技术的这些系统(其使用作为辐射)通常包括光源、光检测器、和测量光学装置，所述测量光学装置用于将由光源发射的光投射至靶，并且用于引导从所述靶反射的光往后朝向光检测器。
[0004] 靶可以是具有比较低反射率的所谓非协作靶(例如建筑物、石头、树木或其他环境对象的壁)或具有比较高反射率的所谓协作靶(例如棱镜或反射镜)。为了使光检测器适应反射光的变化强度(接收自不同靶)，所述系统常常还包括可变衰减器以调节入射到光检测器上的光的强度。
发明内容
[0005] 本发明的实施方案涉及一种具有特别紧凑和轻型结构的距离测量系统，所述距离测量系统可以低成本制造，同时保持高的精确度。本发明的另外实施方案涉及提供增加的测量速度的距离测量系统和方法。
[0006] 根据实施方案，距离测量系统包括光源、光检测器、测量光学装置和可变衰减器。根据实施方案，距离测量系统还包括参比光学装置和光选择器。
[0007] 光源可以是例如用于发射可见光或红外光的激光器或发光二极管(LED)。光可以例如是脉冲调制的或调制的，特别是包括载波信号。
[0008] 光检测器可以是能够传感光的任何光敏元件，特别是半导体元件。光检测器可以例如是光电二极管，特别是雪崩光电二极管。
[0009] 测量光学装置被构造为将由光源发射的光投射至待测量的靶，并且用于引导从靶反射的光朝向光检测器。
[0010] 参比光学装置被构造为在所述系统内引导由光源发射的光朝向光检测器作为内部参比光。因此，由参比光学装置引导的内部参比光运行预定距离从光源至光检测器，而不离开所述系统。该内部参比光用于校准系统的测量，以及因此用于增加系统的精确度。
[0011] 测量光学装置和参比光学装置例如可以各自包括数个光学透镜、转向元件、滤光器和光纤。
[0012] 可变衰减器包括布置在测量光学装置和光检测器之间的光路中的衰减滤波器、支撑衰减滤波器的载体、和耦接载体以移动载体和衰减滤波器的驱动器。因此，可变衰减器被构造为调节入射到光检测器上的光的强度。衰减滤波器可例如是密度滤波器，特别是中密度滤波器，并进一步特别是灰楔滤光器。另外，强调的是可变衰减器的载体和衰减滤波器例如可以是单独元件或制成整体。
[0013] 光选择器被构造为选择性导向由测量光学装置或参比光学装置引导的光至光检测器。
[0014] 根据第一实施方案，光选择器耦接驱动器和衰减滤波器中的至少一者，并且因此通过驱动器和衰减滤波器一起移动。根据实施方案，光选择器被可变衰减器和衰减滤波器的载体支撑，并且通过驱动器和载体移动。因此，一个单一驱动器(例如马达)足以移动可变衰减器的衰减滤波器和光选择器。由于可以避免用于光选择器的单独驱动器，因此所述系统具有特别紧凑和轻型结构以及低的制造成本。
[0015] 根据第二实施方案(可结合上述第一实施方案)，可变衰减器的衰减滤波器沿着和由驱动器引起的移动相同的方向具有变化透射率的第一和第二截面。因此，沿着衰减滤波器的移动方向，连续布置第一和第二截面。在各第一和第二截面中的透射率从更高透明度变化至更低透明度或从更低透明度变化至更高透明度。换言之，沿着和由驱动器引起的衰减滤波器的移动相同的方向，衰减滤波器的透明度具有至少两个最大值和至少两个最小值。使用具有变化透射率的至少两个截面的衰减滤波器具有下列优点：这些截面中的一者可用于测量非协作靶，并且另一个截面可用于测量协作靶。
[0016] 根据实施方案，可变衰减器的衰减滤波器的第一截面的透明度的最大值和衰减滤波器的第二截面的透明度的最小值依次邻近布置，并且第一截面的透明度的最小值和第二截面的透明度的最大值依次邻近布置。例如，第一和第二截面可以是无端环的部分(例如无端环可以被选择器中断)。如果在定位衰减滤波器使得测量光学装置和光检测器之间的光路布置在衰减滤波器的两个截面之间的情况下开始测量，只通过少量移动衰减滤波器就可非常快的达到透明度的最大值(这有利于开始非协作靶的测量)和透明度的最小值(这有利于开始协作靶的测量)。因此，进行测量所需要的时间明显减少。另外，可以使用更慢的驱动器以移动可变衰减器，因此降低制造成本。
[0017] 根据实施方案，光选择器被布置在可变衰减器的衰减滤波器的第一和第二截面之间。如果在定位衰减滤波器使得测量光学装置和光检测器之间的光路布置在彼此紧邻的衰减滤波器的两个截面之间的情况下开始测量，光选择器中断测量光学装置和光检测器之间的光路，并且当开始测量时可布置在参比光学装置和光检测器之间的光路中。因此，当开始测量时光选择器可选择性导向从参比光学装置接收的内部参比光朝向光检测器。在协作和非协作靶的测量过程中也可以非常快地从该开始位置达到衰减滤波器的合适的衰减。因此，在各测量开始时可进行系统的校准，而不会引起明显的延时。
[0018] 根据实施方案，可变衰减器的衰减滤波器限定平碟表面，其中变化透射率的两个截面形成碟的截面。光选择器布置在碟的位置，在此处变化透射率的一个截面的透明度的最小值和衰减滤波器的变化透射率的另一截面的透明度的最大值依次邻近布置。衰减滤波器可例如直接安装至光选择器。
[0019] 或者，可以例如设置可变衰减器的载体以安装光选择器。可变衰减器的载体和衰减滤波器也可例如通过赋予碟中间杆而形成整体。
[0020] 根据第三实施方案(可结合上述第一和第二实施方案中的至少一个)，可变衰减器的载体具有可围绕中间旋转杆旋转的圆形形状。旋转杆耦接驱动器以使载体旋转。圆形形状可以例如是碟或轮的形状。另外，当被载体支撑时可变衰减器的衰减滤波器是圆周表面的一部分。这种圆周表面的例子是圈环的圆柱形表面、截头圆锥表面或周边表面。表面的上述类型的变化或组合是可行的。另外，本发明不限于圆周表面的上述例子。例如，可变衰减器的衰减滤波器可以是旋转表面例如旋转实体的侧面的一部分。
[0021] 当被载体支撑时限定圆周表面的衰减滤波器的使用具有下列优点：衰减滤波器沿着和由驱动器引起的载体(以及因此甚至衰减滤波器)的移动相同的方向具有较大延伸，同时整体上保持可变衰减器的紧凑结构。另外，衰减滤波器形成无端环。该无端环不必是连续的，但是例如可被选择器中断。
[0022] 根据进一步的实施方案，检测器设置在由衰减滤波器限定的圆周表面内。通过将检测器布置在该圆周表面的内部，所述系统具有特别紧凑的结构。根据实施方案，甚至可变衰减器的驱动器或距离测量系统的其他组件布置在由衰减滤波器限定的该圆周表面内。
[0023] 根据实施方案，衰减滤波器的变化透射率的第一和第二截面沿着由衰减滤波器限定的圆周表面的圆周方向延伸。该圆周方向对应于由驱动器引起的载体的移动方向(以及因此也对应于衰减滤波器的移动方向)。
[0024] 根据实施方案，相比在测量光学装置和光检测器之间的光路，在参比光学装置和光检测器之间的光路进入由衰减滤波器限定的所述圆周表面中更接近可变衰减器的载体的区域。
[0025] 根据进一步实施方案，光选择器引起进入和离开光选择器的光束的平行位移。或者或另外，光选择器被构造为使得光入射到光选择器上，并且当驱动器移动载体以及因此也移动选择器时，由光选择器发射的光正交于光选择器的移动方向取向。
[0026] 根据实施方案，光选择器具有第一和第二镜面，第一镜面可沿由参比光学装置限定的光轴布置，并且第二镜面可同时沿由检测器限定的光轴布置。第一和第二镜面的位置可通过使用驱动器使光选择器和可变衰减器一起移动而改变。就此而言，光选择器可以是棱镜，例如特别是菱形棱镜。在该情况下，其具有一些优点：如果棱镜被取向为使得棱镜的第一和第二镜面之间的光路平行于载体旋转杆的旋转的轴而取向。或者或另外，棱镜的第一和第二镜面之间的光路可以例如正交于可变衰减器的载体而取向。
[0027] 根据进一步的实施方案，所述系统还包括第二光源，其用于发射可引导通过测量光学装置的调节光。第二光源可以是例如用于发射可见光的灯、灯泡、激光器或发光二极管(LED)。通过使用这种第二光源，可以以特别容易的方式进行测量光学装置的调节，因为测量光学装置可从接近系统内部的光检测器的位置被照射。因此，由第二光源发射的光沿这样的方向穿过测量光学装置，该方向和当进行靶的距离测量时使用的方向相反。
[0028] 根据实施方案，光选择器包括包括外反射表面，其用于导向所述调节光朝向所述测量光学装置。因此，光选择器可不仅用于将由测量光学装置或参比光学装置引导的光选择性引导至光检测器，而且甚至将由第二光源发射的光选择性引导至测量光学装置。
[0029] 根据实施方案，还提供邻近光检测器布置的球形透镜。根据进一步的实施方案，测量光学装置包括光纤和邻近所述光纤布置的球形透镜，其中衰减滤波器可通过操作可变衰减器而布置在测量光学装置的球形透镜和光检测器的球形透镜之间。相对于穿过衰减滤波器的光路，在可变衰减器的衰减滤波器之前和之后使用球形透镜具有下列优点：穿过衰减滤波器的光的光束基本上平行取向。另外，球形透镜不需要经常校准，因为球形透镜可例如通过使用仅具有四个支撑点的透镜支架而自调整。此外，球形透镜相对较为便宜，因此进一步降低制造成本。然而，除了球形透镜之外的其他透镜可例如用在所有实施方案中。
[0030] 根据实施方案，参比光学装置包括耦接光源的光纤，并且光选择器可通过操作可变衰减器而布置在参比光学装置的光纤和邻近光检测器的球形透镜之间。根据实施方案，参比光学装置还包括邻近光纤布置的球形透镜，并且光选择器可通过操作可变衰减器而布置在参比光学装置的球形透镜和邻近光检测器的球形透镜之间。然而，球形透镜用于参比光学装置是任选的。例如，可提供孔径而不是球形透镜，同时仍获得令人满意的功能，因为内部参比光通常具有足够的强度。
[0031] 根据实施方案，所述系统还包括光电断路器，其用于检测设置在可变衰减器的载体的定位销的存在与否，其中定位销和光电断路器被布置为使得定位销的存在指示安装至可变衰减器的光选择器布置在参比光学装置和光检测器之间的光路中。根据可替换的实施方案，定位销的不存在指示光选择器布置在参比光学装置和光检测器之间的光路中。通过使用这种光电断路器，可以在高精确度和低成本的情况下发现可变衰减器的起始位置。根据可替换的实施方案，定位销和选择器或衰减滤波器形成为整体。
[0032] 根据进一步的实施方案，提供操作距离测量系统的方法，该方法包括决定朝向所述距离测量系统反射光的靶的种类，所述种类的靶至少包括具有低反射率的靶和具有高反射率的靶；和取决于在所述距离测量系统的光检测器处通过衰减滤波器接收的光的强度，调节所述距离测量系统的衰减滤波器的透明度。如果所述种类的靶鉴定使用具有低反射率的靶，在所述衰减滤波器的透明度最高的情况下开始所述衰减滤波器的透明度的调节。另外，如果所述种类的靶鉴定使用具有高反射率的靶，在所述衰减滤波器的透明度最低的情况下开始所述衰减滤波器的透明度的调节。以这种方式，可以非常迅速地达到衰减滤波器(其良好地调节至相应种类的靶)的衰减。
[0033] 根据实施方案，所述方法还包括下列步骤：鉴定待使用的靶的种类，导向由所述内部光源产生的光至所述待测量的靶；和通过所述衰减滤波器在所述光检测器处接收被所述靶反射的光。
[0034] 根据实施方案，在所述衰减滤波器的透明度调节的过程中，如果所述种类的靶鉴定使用具有低反射率的靶，所述衰减滤波器的透明度逐渐降低。另外，在所述衰减滤波器的透明度调节的过程中，如果所述种类的靶鉴定使用具有高反射率的靶，所述衰减滤波器的透明度逐渐增加。
[0035] 根据实施方案，待使用的靶的种类通过接收鉴定待进行测量种类的用户输入而确定。用户的该输入包括鉴定使用协作靶还是非协作靶。根据可替换的实施方案，例如基于从靶接收的光的强度，自动确定使用协作靶还是非协作靶。
[0036] 根据实施方案，上述方法还包括例如一个或多个另外的步骤，例如通过直接引导来自内部光源的光朝向光检测器来校准光检测器、并且检测在由光源发射的光和被光检测器接收的光之间的相位差的步骤，或者检测导向至靶的光和从靶接收的反射光之间的相位差以计算靶的相对距离的步骤。
[0037] 使用上述距离测量系统，例如可进行上述方法。
[0038] 根据进一步的实施方案，提供勘测设备，其包括外壳和支撑外壳的底座，其中外壳包括上述距离测量系统。根据实施方案，勘测设备还具有用户界面，其用于由用户输入待进行测量的种类或待使用的种类的靶中的至少一个。底座可例如是三脚架。勘测设备可例如是电子测距仪。
附图说明
[0039] 参照附图，前述以及其他有利的特征从本发明的示例性实施方案的下面详述中将更明显。注意并非所有本发明的可行实施方案都必须显示出本文中鉴定的优点中的各种和每种或任一种。
[0040] 图1示出根据第一实施方案的距离测量系统的示意性部分分解图；
[0041] 图1A示出根据第一实施方案的距离测量系统的示意性剖视图；
[0042] 图1B示出在图1A的选择的元件上的俯视图；
[0043] 图1C示出图1A的选择的元件在第一操作状态的放大示意性剖视图；
[0044] 图1D示出图1A的选择的元件在第二操作状态的放大示意性剖视图；
[0045] 图1E示出图1A的选择的元件在第三操作状态的放大示意性剖视图；
[0046] 图2A示意性示出在实施方案中使用的可变衰减器的选择的元件上的透视图；
[0047] 图2B示意性示出图2A的可变衰减器的衰减滤波器和光选择器，所述衰减滤波器在一个平面中展开；
[0048] 图3A示出根据第二实施方案的距离测量系统的示意性剖视图；
[0049] 图3B示出图3A的选择的元件上的俯视图；
[0050] 图3C示出图3A的选择的元件在第一操作状态的放大示意性剖视图；
[0051] 图3D示出图3A的选择的元件在第二操作状态的放大示意性剖视图；
[0052] 图4A示出根据第三实施方案的距离测量系统在第一操作状态的示意性剖视图；
[0053] 图4B示意性示出图4A的实施方案中使用的可变衰减器的衰减滤波器和光选择器在第一操作状态的正视图；
[0054] 图4C示出图4A的距离测量系统在第二操作状态的示意性剖视图；
[0055] 图4D示意性示出图4A的实施方案中使用的可变衰减器的衰减滤波器和光选择器在第二操作状态的正视图；
[0056] 图5是包括根据实施方案的距离测量系统的勘测设备的示意性剖视图；
[0057] 图6示意性示出在操作状态图5的勘测设备上的侧视图；
[0058] 图7A示出根据实施方案的方法的流程图；
[0059] 图7B示出可在图7A的方法中使用的另外方法步骤的流程图；和
[0060] 图7C示出可在图7B的方法中使用的可替换的或另外方法步骤的流程图。
具体实施方式
[0061] 在下述示例性实施方案中，功能和结构类似的元件尽可能由类似的附图标记来表示。因此，为了理解特定实施方案的各个组件的特征，应该参照本发明的其他实施方案和概述的描述。
[0062] 在附图中，功能彼此紧密涉及或是一般单元的一部分的元件由相同的附图标记来表示，但通过不同的字符来区别。例如，在实施方案中，附图标记6a至6g鉴定可变衰减器6的不同元件等。功能和结构类似但彼此不同的不同实施方案的元件由星号来区别。
[0063] A)第一实施方案(图1，1A-1E)
[0064] 图1和1A至1E示意性示出根据第一实施方案的距离测量系统在三种不同操作状态下的不同视图。尽管图1和1A示意性示出整个系统，但是图1B至1E示出其选择的元件。
[0065] 图1示出示意性部分分解图。图1A、1C、1D和IE分别示出示意性剖视图。图1B示意性示出俯视图。在图1和1A中，一些元件也绘制为符号。
[0066] Al)在第一实施方案中使用的操作状态
[0067] 不同操作状态为：
[0068] A11)通过直接引导来自内部光源2a的光经过参比光学装置5朝向光检测器4a来校准距离测量系统的光接收器4的光检测器4a的第一操作状态。该第一操作状态示于图1、1A、1B和1C。
[0069] A12)通过导向由内部光源2a发射和由靶200反射的光经过测量光学装置3朝向光接收器4的光检测器4a来相对于靶200进行距离测量的第二操作状态。图1D示出该第二操作状态。
[0070] A13)通过引导由第二光源8发射的调节光朝向测量光学装置3的光纤3e来调节测量光学装置3的光纤3e的第三操作状态。第三操作状态示于图1E中。
[0071] A2)根据第一实施方案的距离测量系统的通常结构
[0072] 下面，参比图1和1A-1E来描述根据第一实施方案的距离测量系统的通常结构。
[0073] 根据第一实施方案的距离测量系统包括光源2a、测量光学装置3、参比光学装置5和接收单元15。
[0074] 在本实施方案中，光源2a是发射朝向测量光学装置3和参比光学装置5的光的激光二极管。合适的激光二极管类型HL6501MG可得自SascoHolz GmbH Berlin，Motardstrasse 54，13629，Germany。然而，本发明不限于使用激光二极管或激光器光源。可使用任何其他的光源，例如用于发射可见光或红外光的发光二极管。由光源发射的光可例如是调制的，特别是包括载波信号。然而，甚至可以使用脉冲调制光。
[0075] 在本实施方案中，测量光学装置3将由光源2a发射的光投射到靶200，测量靶200相对于距离测量系统15的距离。测量光学装置3还导向从所述靶200反射的光朝向接收单元15的光检测器4a。
[0076] 在本实施方案中，参比光学装置5在所述系统内导向由光源2a发射的光朝向接收单元15的光检测器4a作为内部参比光。下面将参照图5进一步详细地描述测量光学装置3和参比光学装置5。测量光学装置3和参比光学装置5各自可例如包括数个光学元件，例如透镜、转向元件、滤光器和光纤。
[0077] 在图1A中所示的第一实施方案中，接收单元15包括光接收器4(包括光检测器4a)、光选择器7和可变衰减器6。
[0078] 在第一实施方案中，光接收器4包括光检测器4a、球形透镜4b和滤光器4c。球形透镜4b设置在滤光器4c和光检测器4a之间。光检测器4a可以是能够传感光的任何光敏元件，特别是半导体元件。例如，光检测器可以是光电二极管，特别是雪崩光电二极管。合适的光检测器类型AD230-8TO52S1可得自Silicon Sensor GmbH，Ostendstrasse 1，12459Berlin，Germany。然而，本发明不限于具有上述结构的光接收器4。例如，可以使用普通透镜来代替球形透镜。或者，可以忽略透镜和滤光器中的至少一者。
[0079] 在本实施方案中，光选择器7是具有第一镜面7a和第二镜面7b的菱形棱镜7，其引起进入和离开菱形棱镜7的光的光束的平行位移。因此，进入菱形棱镜7和离开菱形棱镜7的光的光束是基本上平行的。第一镜面7a可布置在参比光学装置5的光纤5a(参比光纤)的光程中，并且第二镜面7b可同时布置在由光检测器4a的球形透镜4b限定的光程中。合适的菱形棱镜可得自Sinocera Photonics Inc.，No.355，PuHui Road，Jiading，Shanghai 201821，China。在本实施方案中，菱形棱镜的大小为2mm＊2mm＊5mm。然而，本发明不限于这些尺寸或使用菱形棱镜作为光选择器7。在本实施方案中，菱形棱镜7的外壳7d(在位于第一和第二镜面7a，7b附近的光入射表面和光射出表面的旁边)基本上是不透明。因此，在本实施方案中，当距离测量系统在第一操作状态下时(即例如菱形棱镜7如图1和1A-1C中所示定位)，菱形棱镜7的外壳7d阻断由测量光学装置3引导的光朝向光检测器4a。然而，由参比光学装置5引导的光可经过光入射和射出表面而入射到菱形棱镜7的外壳7d上，并从其中射出。在本实施方案中，外壳7d是单独元件，其固定地附接棱镜7并且被可变衰减器6的载体6b支撑。然而，根据可替换的实施方案，例如菱形棱镜的覆层(例如不透明颜色)构成外壳。根据进一步可替换的实施方案，外壳和可变衰减器6的载体
6b形成整体。强调的是本发明不限于具有这种外壳的菱形棱镜。事实上，甚至可以忽略外壳。
[0080] 在本实施方案中，可变衰减器6的主要构件是衰减滤波器6a、载体6b和驱动器6c。
[0081] 中密度滤波器在本实施方案中用作衰减滤波器6a。根据实施方案，灰楔滤光器用作衰减滤波器。然而，本发明不限于某种衰减滤波器。通过参照图2A，2B进一步详细地描述衰减滤波器。
[0082] 在本实施方案中，载体6b由不透明塑料材料制成，并且具有碟形。然而，本发明不限于不透明载体6b或塑料材料。此外，本发明不限于具有碟形的载体。载体可例如具有任何圆形形状，并且甚至具有轮形。另外，本发明不限于具有圆形形状的载体。载体6b通过旋转杆6d围绕中间旋转轴A可旋转。旋转杆6d布置在载体6b的中间，并且耦接驱动器6c的驱动杆6f。载体6b支撑衰减滤波器6a和光选择器7。然而，载体6b与衰减滤波器6a和光选择器7中的至少一个不必是单独元件，而可例如一体地形成整体。
[0083] 在本实施方案中，驱动器是马达6c，特别是步进马达。可变衰减器6通过旋转载体6b的旋转杆6d经过驱动杆6f(其耦接马达6c的内部齿轮6g)而操作。因此，载体6b与衰减滤波器6a和光选择器7一起围绕旋转轴A旋转。合适的步进马达可得自VID
29-05-03型，其来自DataInstrumentation Technology Ltd，North Unit 4/f，H-2Bld.，East IndustrialPark，Overseas Chinese Town，Shenzhen 518053，China。强调的是本发明不限于某种驱动器、或使用步进马达、或包括用于操作可变衰减器6的内部齿轮的马达。
手动可例如用作驱动器而代替马达。
[0084] 由于载体6b同时支撑衰减滤波器6a和选择器7，因此当可变衰减器6响应马达6c的操作而操作时，衰减滤波器6a和选择器7与载体6b一起围绕旋转轴A旋转。因此，一个单一驱动器足以使衰减滤波器6a和选择器7移位。
[0085] 衰减滤波器的详述(图2A，2B)
[0086] 现在通过参照图2A和2B更详细地解释衰减滤波器6a和支撑其的载体6b。后面将继续描述第一实施方案。
[0087] 图2A示意性示出第一和第二实施方案中使用的支撑衰减滤波器6a和选择器7的载体6b的透视图。
[0088] 当被载体6b支撑时衰减滤波器6a是圆周圆柱表面的一部分。衰减滤波器6a的第一和第二截面6a’和6a”沿着圆柱表面的圆周方向延伸。由图1和1A至1E与图2A的比较可看到，当安装至载体6b时，衰减滤波器6a围绕接收单元15的光接收器4。这导致接收单元15的特别紧凑结构。就此而言，强调的是本发明不限于限定圆周圆柱表面的衰减滤波器。事实上，根据可替换的实施方案，衰减滤波器可以例如限定围绕驱动器或光接收器4的截头圆锥表面、或圈环表面、或其他圆周表面。
[0089] 图2B示意性示出当在一个平面中展开时的衰减滤波器6a和选择器7。在图2B-1中，阴影区域象征衰减l/T(T )的量，白色区域象征透明度T的量。这由衰减滤波器6a上的图进一步象征。在该图中，垂直y-轴指示衰减l/T的量，并且水平x-轴指示展开衰减滤波器6a的长度L。当如图2A中所示安装至载体6b时，图2B中所示的展开衰减滤波器6a的最左和最右部分结合在一起，因此形成无端环。在本实施方案中，选择器7是该无端环的一部分。
[0090] 如图2B中所示，当安装至载体6b时沿着和衰减滤波器6a的移动M相同的方向，衰减滤波器6a具有：第一截面6a’，其中透射率从低透明度T(以及因此高衰减l/T)变化至高透明度T(以及因此低衰减l/T)；和第二截面6a”，其中透射率从低透明度变化至高透明度。这种衰减滤波器可以以已知方式例如通过光化学或印刷技术来制造。然而，强调的是本发明不限于具有图2B中所示的特性的衰减滤波器。例如，透射率或者可在两个截面中从高透明度变化至低透明度。此外，衰减滤波器可例如具有多于或少于两个变化透射率的截面。在本实施方案中，选择器7布置在两个截面6a’和6a”之间，以及因此布置在其中衰减滤波器6a具有最高透明度的区域和其中衰减滤波器6a具有最低透明度的区域之间。
[0091] 现在继续描述第一实施方案。
[0092] 在本实施方案中，衰减滤波器6a的变化透射率用于使所述系统适用于被光接收器4的光检测器4a实际接收的光的强度。从靶200反射和被光接收器4接收的光的强度取决于距离D(参见图6)和靶200的种类(可以使用协作或非协作靶)而改变。甚至空气闪烁、空气湿度和空气清洁度对于被光接收器4接收的光的强度具有一些影响。
[0093] 下面进一步详细地解释上述接收单元15的功能。
[0094] All)第一实施方案的第一操作状态
[0095] 图1、1A、1B和1C示出第一操作状态。在第一操作状态中，选择器7被布置为使得由光源2a发射的光被参比光学装置5直接引导经过光纤5a、球形透镜5b、恒定衰减滤波器5c、选择器7的第一和第二镜面7a，7b、滤光器4c和球形透镜4b朝向光检测器4a。通过测量被光检测器4a接收的光的强度，进行系统的校准。
[0096] 在参比光学装置的球形透镜5b后设置恒定衰减滤波器5c，因为由参比光学装置的光纤5a发射的光不穿过衰减滤波器6a以允许在相应光源2a和光检测器4a之间的适应。在本实施方案中，恒定衰减滤波器5c使内部参比光(其被参比光学装置5引导经过选择器
7朝向光检测器4a)的强度适应至被测量光学装置3典型地引导朝向光检测器4a的光(从靶200反射)的强度的量级(级别)。然而，如果在相应光源2a和光检测器4a之间不需要适应，甚至可以忽略恒定衰减滤波器5c。
[0097] 因为选择器7引起进入和离开选择器7的光束的平行位移，在围绕载体6b的旋转杆6d旋转的过程中产生的选择器7的松弛S不劣化测量精确度。
[0098] 在第一操作状态下，从靶200反射和被测量光学装置3导向朝向光检测器4a的光不到达光检测器4a，因为其被选择器7的外壳7d阻断。
[0099] A12)第一实施方案的第二操作状态
[0100] 第二操作状态，其中从靶200反射的光被来自测量光学装置3的光纤3e(接收光纤)导向通过球形透镜3f、衰减滤波器6a、滤光器4c和球形透镜4b朝向光检测器4a，其示于图1D中。该操作状态是这样的状态，其中实际测量靶200和所述系统的距离D。
[0101] 由图1C和1D的比较可看到，相比在光纤3e和光检测器4a之间的光路，在光纤5a和光检测器4a之间的光路进入由所述衰减滤波器6a限定的圆周圆柱表面中更接近载体6b的区域。因此，采用载体6b作为接收单元15的顶部并且采用光检测器4a作为接收单元15的底部，参比光学装置5的光纤5a布置在测量光学装置3的光纤3e上。
[0102] 在第二操作状态中，由参比光学装置5导向朝向光检测器4a的内部参比光不到达光检测器4a，因为其被支撑可变衰减滤波器6a和选择器7的载体6b阻断。此外，在本实施方案中，如果选择器7不布置在参比光学装置5的光程中，参比光学装置5的光轴偏离光接收器4(包括光检测器4a)的光轴。
[0103] A13)第一实施方案的第三操作状态
[0104] 在第一实施方案中，所述系统还包括第二光源(例如LED)8，其用于发射具有可被人眼观察到的波长的调节光。合适的第二光源8可得自SMD-LED型LSL29，其来自Sasco Holz GmbH Berlin，Motardstrasse 54，13629，Germany。然而，本发明不限于使用LED作为第二光源。可以使用发射可见光的任何光源，例如灯、灯泡、或激光器。
[0105] 如图1E中所示，如果选择器7和上述第一操作状态位于相同位置，由第二光源8发射的调节光被设置在选择器7外部的外镜面7c导向朝向光纤3e(接收光纤)。这允许以特别容易的方式调节光纤3e。
[0106] 强调的是本发明不限于镜面7c设置在选择器7上以反射来自第二光源8的光朝向光纤3e。或者，可以使用除了镜面之外的反射表面，甚至和选择器7分离的反射表面。
[0107] 第二光源8不必一直或每次测量都操作，而只在如果进行测量光学装置的光纤3e的调节的情况下操作。这通常只在特殊情况下是必须的(例如在系统制造或维修时)。
[0108] 在本实施方案中，在第三操作状态中，关掉光源2a。因此，没有内部参比光被参比光学装置5导向朝向光检测器4a。因此，也没有光从靶200反射，并被测量光学装置3导向朝向光检测器4a。
[0109] A3)涉及所有操作状态的第一实施方案的另外特征
[0110] 从第一操作状态开始，通过导向内部参比光至光检测器4a并测量其强度来进行光检测器4a的校准。此后，马达6c被控制为使得载体6b、衰减滤波器6a和光选择器7以顺时针方向M或逆时针方向M’共同旋转至第二操作状态。当如上所述参照图2A和2B使用具有变化透射率的衰减滤波器时，如果遵守非协作靶进行顺时针方向的旋转，而如果遵守协作靶进行逆时针方向的旋转。因此，当遵守协作靶时，最低透明度以及因此最高衰减度用于开始测量。另一方面，当遵守非协作靶时，通过使用最高透明度以及因此仅最低衰减度而用于开始测量。
[0111] 在本实施方案中，球形透镜3f和5b分别邻近测量光学装置3和参比光学装置5的光纤3e和5a布置。球形透镜4f设置在光检测器4a的前面。当光穿过衰减滤波器6a(如图1D中所示)或恒定衰减滤波器5c(如图1A和1C中所示)时，球形透镜3f，4b和5b用于提供有利的平行光束。合适的球形透镜可得自Sinocera Photonics Inc.，No.355，PuHui Road，Jiading，Shanghai 201821，China。在本实施方案中，球形透镜直径为5mm。然而，本发明不限于这些尺寸或使用球形透镜。
[0112] 如图1A和1B中所示，在本实施方案中，平行旋转轴A延伸的定位销6e设置在载体6b的底部上。光电断路器9可检测在某些位置定位销6e存在与否。在实施方案中，定位销6e和光电断路器9定位为使得当选择器7布置在参比光学装置5的光纤5a和光检测器4a之间的光路中时，定位销6e被光电断路器9检测。因此，如果光电断路器9检测存在定位销6e，所述系统在相应上述第一和第三操作状态下，并准备校准分别调节接收光纤3e的光检测器4a。第一操作状态是用于测量的良好起始点。
[0113] 合适的光电断路器类型CPI-210T可得自Endrich BauelementeVertriebs GmbH，Hauptstrasse 56，72202Nagold，Germany。强调的是定位销和光电断路器的使用仅是可选择的。或者，选择器的位置可例如被马达的输出直接检测，在马达具有机械限动器时特别是如此。
[0114] B)第二实施方案(图3A-3D)
[0115] 图3A至3D示意性示出根据第二实施方案的距离测量系统在两种不同操作状态下的不同视图。
[0116] 图3A、3C和3D分别示出示意性剖视图。图3B示意性示出俯视图。
[0117] 不同操作状态是上述相对于第一实施方案的第一和第二操作状态。第一操作状态示于图3A，3B和3C，而第二操作状态示于图3D。
[0118] 第二实施方案的接收单元15＊的结构和功能非常类似于上述第一实施方案的接收单元15的结构和功能。因此参照第一实施方案的描述。
[0119] 在图3A，3B和3C中示出的第一操作状态中，由光源2a发射的光被参比光学装置＊5和光选择器7 导向朝向光检测器4a。该光被光检测器4a接收为内部参比光。从靶200反射和被测量光学装置3导向朝向光检测器4a的光被支撑支撑衰减滤波器6a和光选择器＊
7 的载体6b阻断。
[0120] 在图3D所示的第二操作状态中，从靶200反射和被测量光学装置3导向朝向光检测器4a的光经过衰减滤波器6a被光检测器4a接收。被参比光学装置5导向朝向光检测器4a的内部参比光被可变衰减器6的载体6b阻断。
[0121] 第二实施方案和第一实施方案基本区别之处在于球形透镜5b被光学孔径5b＊取代。如果被参比光学装置的光纤5a导向朝向光检测器4a的光的强度足够高，这种光学孔＊径5b 提供足够的精确度。
[0122] 此外，在第二实施方案中忽略设置第二光源8和光选择器7＊处的外镜面。另外，在第一实施方案中用作光选择器7的菱形棱镜被包括两个平行镜面7a和7b的光选择器7＊取代。
[0123] C)第三实施方案(图4A-4D)
[0124] 图4A和4C示意性示出根据第三实施方案的距离测量系统在两种不同操作状态下＊＊的剖视图。图4B和4D示意性示出第三实施方案中使用的衰减滤波器6 的正视图。
[0125] 不同操作状态是上述相对于第一实施方案的第一和第二操作状态。第一操作状态示于图4A和4B，并且第二操作状态示于图4C和4D中。
[0126] 第三实施方案的结构和功能非常类似于上述第一实施方案的结构和功能。因此参照第一实施方案的描述。
[0127] 在图4A和4B中示出的第一操作状态下，由光源2a发射的光被参比光学装置5和光选择器7导向朝向光检测器4a。该光被光检测器4a接收为内部参比光。从靶200反射和被测量光学装置3导向朝向光检测器4a的光被光选择器7的外壳7d阻断。在本实施方案中，光选择器7的外壳7d由光选择器7的第二镜面7b的外不透明覆层构成。为了促进理解图4A和4C，间隙示于元件7b和7d之间，其事实上不必存在于本实施方案中。然而，强调的是本发明根本不限于这种外壳或具有外壳的光选择器。
[0128] 在图4C和4D中示出的第二操作状态下，从靶200反射和被测量光学装置3导向朝向光检测器4a的光经过衰减滤波器6a被光检测器4a接收。被参比光学装置5导向朝向光检测器4a的内部参比光不到达光检测器4a，因为参比光学装置5的光轴偏离光接收器4(包括光检测器4a)的光轴。
[0129] 第三实施方案和第一实施方案的区别之处在于忽略第二光源8和在光选择器7处的外镜面。
[0130] 另外，在第三实施方案中，可变衰减器6＊＊的载体、衰减滤波器和旋转杆成整体。＊＊
因此，选择器7被衰减滤波器6a 直接支撑。
[0131] 根据第三实施方案，衰减滤波器6a＊＊具有平碟形式。如图4B和4D中的图所象征＊＊ ＊＊的，衰减滤波器6a 沿着衰减滤波器6a 移动M的方向具有两个改变透射率的截面6a’，
6a”，其中透射率在第一和第二截面6a’，6a”中都从更低透明度改变至更高透明度。在两个截面6a’，6a”之间的位置安装光选择器7。
[0132] 此外，在第三实施方案中，球形透镜被普通透镜3f＊＊、4b＊＊和5b＊＊取代。另外，＊＊ ＊＊没有内部齿轮的马达6c 被用作驱动器以旋转衰减滤波器6a 。
[0133] D)勘测设备(图5)
[0134] 图5是包括根据上述实施方案的距离测量系统的勘测设备(例如望远镜单元)的示意性剖视图。
[0135] 这种勘测设备经常安装在三脚架上(如图6中所示)。
[0136] 勘测设备1包括具有光源2a的传送器单元2。传送器单元2还包括耦接马达2b的滤光器2c。通过使用马达2b，滤光器2c可在由光源2a限定的光路中插入或移除，以使系统1适应使用非协作靶或协作靶。强调的是使用滤光器2c和附接马达仅是可选择的。
[0137] 勘测设备1还包括测量光学装置3，其包括中间镜3a、第一和第二透镜3b和3c、半透镜3d和光纤3e(接收光纤)。然而，本发明不限于具有这种结构的测量光学装置。
[0138] 为了测量靶200和勘测设备1的距离，通过使用中间镜3a，由光源2a发射的光被投射通过第一和第二透镜3b和3c朝向靶200。被靶200反射的光导向通过第二透镜3c和第一透镜3b朝向半透镜3d。光的一部分被半透镜3d反射并被中间镜3a的背侧导向到光纤3e中。中间镜3a的位置可通过使用支托3a’来调节以确保从靶200反射的光的一部分进入测量光学装置3的光纤3e。测量光学装置3的光纤3e连接接收单元15。半透镜3d可例如具有波长依赖性反射率，其对于由光源2a发射的光特别高。
[0139] 通过使用直接观察光学装置11，靶200可通过测量光学装置3的半透明镜3d和第一和第二透镜3b，3c而被用户观察。直接观察光学装置11并未进一步详细描述，因为其是本领域技术人员所熟知的。
[0140] 另外，设置光纤5a(参比光纤)和参比光学装置5(此处用于反射由光源2a发射的光的一部分光的半透明镜)以直接导向来自光源2a的光至接收单元15，而不会离开系统1的外壳13。因此，参比光学装置的光纤5a提供内部参比光至接收单元15。参比光学装置5的半透明镜相对于由光源2a发射的光的传播方向倾斜45°。
[0141] 接收单元15具有在上述第一至第三实施方案中进一步详细解释的结构。
[0142] 微控制器12是接收单元的一部分并放置在接收单元15上。微控制器控制接收单元15和传送器单元2(以及因此光源2a)的操作。为了允许由光源2a发射的辐射的调制，传送器单元2通过同轴电缆10连接接收单元15。通过确定由传送器单元2的激光二极管2a发射的光和被接收单元15的检测器4a接收的光之间的相位差，微控制器12进行系统的校准(如果光由参比光学装置5提供)或检测靶200和距离测量系统之间的距离D(如果光被靶200反射)。
[0143] 另外，用户界面14连接微控制器12以输入待进行的测量类型。根据实施方案，该类型的测量包括使用协作还是非协作靶的信息。或者，勘测设备可使用微控制器12来自动检测靶的种类(例如通过检测靶的反射率)。
[0144] 强调的是本发明不限于具有上述参照图5的结构的勘测设备。事实上，勘测设备的上述元件的一些或全部可被忽略或被其他元件取代。另外，可设置附加元件。
[0145] E)电子测距仪(图6)
[0146] 引入上述实施方案的距离测量系统的电子测距仪示意性示于图6中，以给出在操作条件下引入距离测量系统的勘测设备的例子。
[0147] 在图6中，电子测距仪包括含有上述距离测量系统1的外壳13。外壳13被三脚架100支撑以允许通过已知方式围绕两个垂直旋转轴旋转外壳而使电子测距仪与靶200对齐。图6中所示的靶200是棱镜，以及因此协作靶被棒201支撑。
[0148] 然而，本发明不限于电子测距仪或协作靶特别是棱镜的使用。甚至可使用非协作靶。另外，本发明可适用于任何设备，特别是勘测设备。
[0149] F)操作勘测设备的方法(图7A-7C)
[0150] 下面，通过参照图7A至7C来解释操作上述勘测设备的方法的实施方案。
[0151] 根据图7A中所示的第一实施方案，在第一步骤S5中，判断靶的种类是具有高反射率的协作靶还是具有低反射率的非协作靶。
[0152] 如果使用非协作靶，在步骤S61中调节衰减滤波器的透射率，这开始于衰减滤波器的最高透明度以及因此低衰减度。在步骤S71中透明度取决于在光检测器处接收的光的强度而逐渐降低。
[0153] 或者，如果使用协作靶，在步骤S62中调节衰减滤波器的透射率，这开始于衰减滤波器的最低透明度以及因此高衰减度。此后，在步骤S72中衰减滤波器的透明度取决于在光检测器处接收的光的强度而逐渐增加。
[0154] 在衰减滤波器被足够调节至被光检测器接收的光的强度后，在步骤S8中在结束方法之前检测靶的距离。此后可以开始进一步测量。
[0155] 根据进一步的实施方案，在步骤S8中，检测在导向至靶的光和从靶反射的反射光之间的相位差以计算靶的距离。
[0156] 根据进一步的实施方案，该方法包括图7B中所示的另外步骤。
[0157] 因此，在第一步骤S1中鉴定待使用的靶的种类。靶的种类例如包括协作靶和非协作靶。因此，在实施方案中已经在步骤S1中决定靶的种类。或者，可只在从靶反射的光在光检测器处接收后进行决定(稍后将参照步骤S3和S4来进行描述)。
[0158] 此后，在步骤S3中，将由内部光源产生的光导向至待测量的靶。这可例如通过使用上述测量光学装置来进行。
[0159] 在步骤S5进行所述方法之前，例如通过使用测量光学装置，在步骤S4中被靶反射的光几乎立即经过(特别是可变)衰减滤波器在光检测器处接收。
[0160] 根据进一步的实施方案，该方法包括图7C中示出的可替换的或另外的步骤。
[0161] 因此，在实施方案中，在第一步骤S1中基于鉴定待进行测量的类型的用户输入来鉴定靶的种类。因此，该类型的测量包括使用协作靶还是非协作靶的信息。
[0162] 在第二步骤S2中，通过直接引导来自内部光源的光朝向光检测器而校准光检测器。因此，所述系统进入上述第一操作状态，其中光选择器导向内部参比光至光检测器。此后，在下列步骤S3中，进入上述第二操作状态，并如上所述继续所述方法。或者，还可直接在步骤S5进行所述方法。
[0163] 提出的系统的优点是其具有特别紧凑结构，并且可以以低制造成本来制造，同时保持高精确度。提出的方法的优点是可特别迅速地到达合适的衰减。
[0164] 尽管参照某些示例性实施方案来描述了本发明，但是明显的是本领域技术人员将明白多种选择、修改和改变。因此，本文中阐述的本发明的示例性实施方案旨在是示意性的，并且不以任何方式限定。在不偏离所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下可进行各种改变。
