專利名稱：測量裝置和測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及當通過單個測量操作人員或通過兩個或兩個以上測 量操作人員合作來執(zhí)行測量操作時的測量裝置和測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在土木工程工作中進行的測量(surveying)操作中，例如在道路建 設(shè)的測量操作中，在道路兩側(cè)的位置、具有高差的位置、道路的寬度 位置等上進行測定(measurement)，并且同時測定多個測定點。因此， 測量操作是通過兩個或兩個以上測量操作人員進行的合作的操作。
JP-A-2006-337302中公開了一種測量裝置，通過該測量裝置，可 同時對多個測定點進行測定。
在根據(jù)JP-A-2006-337302的測量裝置中，在旋轉(zhuǎn)照射中投射用于 形成基準面的激光束，這些激光束包括三個或三個以上扇形激光束， 其中至少一個激光束是傾斜的；并形成基準面。此外，根據(jù)待測定對 象一側(cè)的光檢測單元接收多個扇形激光束時的時間差來測定俯仰角。 并且，通過接收來自待測定對象的反射激光束，根據(jù)在接收反射激光 束的那一刻扇形激光束的投射方向來測定水平角。此外，測量裝置在 旋轉(zhuǎn)照射中投射沿垂直方向展開的測距光。然后，接收來自待測定對 象的反射測距光，并對到待測定對象的距離執(zhí)行電光距離測定?；?俯仰角和所測定的距離來計算待測定對象的垂直方向上的位置，并測 定待測定對象的三維位置。
利用以上描述的測量裝置，通過在旋轉(zhuǎn)照射中投射扇形激光束和 沿垂直方向展開的測距光，可以同時對存在于扇形激光束和測距光的 投射范圍內(nèi)的多個待測定對象、即存在于這兩種激光束的水平方向的整個圓周內(nèi)以及垂直方向的展開范圍內(nèi)的多個待測定對象執(zhí)行測定 (下文稱為"多測定")。
通過以上描述的測量裝置，在旋轉(zhuǎn)照射中投射沿垂直方向展開的 測距光。然后，接收來自待測定對象的反射光，并執(zhí)行電光距離測定。 結(jié)果，每個測距光的光強減小，并且噪聲光的影響變得更大，這使得 測定精度減小。此外，由于測距光高速旋轉(zhuǎn)，所以一次測定的測定時 間很短。而且，沒有很多距離測定數(shù)據(jù)可以平均，并且不可能提高測 定精度。為了提高測定精度，必須在旋轉(zhuǎn)照射中多次投射光，測定需 要更長的時間，并且工作效率降低。
此外，由于測距光沿垂直方向展開，所以當待測定距離越長時， 所接收的光的光強降低得更多。因此，存在可測定的距離加長的問題 以及其它問題。
已知，全站儀是用于以更高精度對測定點進行測定的部件。全站 儀具有跟蹤功能。例如，與基于設(shè)計的測量操作的情形類似，測量操 作人員將待測定對象(棱鏡)移動到每個測定點。全站儀跟蹤每個待 測定對象并在每個測定點上執(zhí)行測定。
具有跟蹤功能的全站儀可由一個操作人員操作(單人操作測定)。 可在高精度下進行測定，并且測定的工作效率也很高，但是它不可能 在多個點同時執(zhí)行測定。因此，在必需在多個點同時執(zhí)行測定的情況 下，工作效率極度下降。
JP-A-2004-212058 7>開一種方法，通過該方法，在旋轉(zhuǎn)照射中投 射兩個或兩個以上扇形激光束，其中至少一個扇形激光束是傾斜的； 形成水平基準面；并根據(jù)傾斜扇形激光束的傾斜角確定相對于水平基 準面的俯仰角。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供一種測量裝置和測量系統(tǒng)，通過它們，可以 在多個點上同時執(zhí)行多測定，并且還可執(zhí)行單人操作測定，并以高精度完成測定。
為了實現(xiàn)以上目標，本發(fā)明提供一種測量裝置，該測量裝置包括 用于發(fā)射測距光的光源、用于使測距光沿朝向待測定對象的方向偏轉(zhuǎn) 的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡、用于使測距光以高于俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的速度偏轉(zhuǎn)的高速偏 轉(zhuǎn)鏡、用于投射測距光的測距光投射單元以及用于控制對高速偏轉(zhuǎn)鏡 和俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的驅(qū)動的運算控制單元。
并且，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中高速偏轉(zhuǎn)鏡賦予測 距光沿俯仰方向的振幅。此外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其 中高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的光軸通過部分上，經(jīng)由高速偏轉(zhuǎn)鏡 才殳射測距光，并經(jīng)由聚光部件接收由待測定對象反射的反射測距光。 并且，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在俯仰 旋轉(zhuǎn)鏡的一個表面上，并且俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的另一個表面用作反射鏡。此 外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中通過利用高速偏轉(zhuǎn)鏡的鏡 面來設(shè)置俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的鏡面，并且俯仰旋轉(zhuǎn)鏡通過利用驅(qū)動單元來驅(qū) 動用于固定高速偏轉(zhuǎn)鏡的固定單元而使測距光沿待測定對象的方向 偏轉(zhuǎn)。并且，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中測距光才殳射單元 包括用于在旋轉(zhuǎn)照射中4更射測距光的旋轉(zhuǎn)器、圖像旋轉(zhuǎn)器以及用于旋 轉(zhuǎn)所述圖像旋轉(zhuǎn)器的圖像旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)單元，并且其中可通過圖像旋轉(zhuǎn)
器旋轉(zhuǎn)單元來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)器，以便使由高速偏轉(zhuǎn)鏡反射的測距光的偏轉(zhuǎn) 方向指向朝向待測定對象的方向。此外，本發(fā)明提供如上所述的測量
裝置，其中測距光投射單元具有用于使測距光沿朝向待測定對象的方 向偏轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡，其中高速偏轉(zhuǎn)鏡中的兩個設(shè)置在彼此相對的位 置，并且其中高速偏轉(zhuǎn)鏡包括具有不同移動方向的反射表面，并且經(jīng) 由這兩個高速偏轉(zhuǎn)鏡投射的測距光的偏轉(zhuǎn)方向可以調(diào)節(jié)，以便使它指 向待測定對象。并且，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中在通過 偏轉(zhuǎn)范圍擴展部件擴展的俯仰方向上的偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)投射測距光，并且 其中經(jīng)由聚光部件接收由待測定對象反射的反射測距光。此外，本發(fā)
明提供如上所述的測量裝置，該測量裝置還包括用于投射兩個或兩個以上扇形光束的扇形光束投射單元，其中至少 一個扇形光束是傾斜
的；用于接收從待測定對象反射的反射扇形光束的扇形光束接收單 元；以及用于檢測扇形光束投射單元的扇形光束投射方向的扇形光束 投射方向檢測單元，其中運算控制單元基于來自扇形光束接收單元以 及來自扇形光束投射方向檢測單元的信號計算待測定對象的方向。并 且，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中運算控制單元控制高速偏 轉(zhuǎn)鏡和旋轉(zhuǎn)單元，以便基于所獲取的待測定對象的方向?qū)⑺渡涞臏y 距光才更射到待測定對象。此外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其 中高速偏轉(zhuǎn)鏡是MEMS鏡。
并且，本發(fā)明提供一種測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括測量裝置和待 測定對象，其中測量裝置包括用于投射測距光的測距光投射單元， 該單元具有用于發(fā)射測距光的光源、用于使測距光沿朝向待測定對象 的方向偏轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡、以及用于使測距光以高于俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的速 度偏轉(zhuǎn)的高速偏轉(zhuǎn)鏡；用于檢測來自測距光4殳射單元的測距光的投射 方向的投射方向檢測單元；用于基于來自待測定對象的反射光測定距 離的測距單元；用于在旋轉(zhuǎn)照射中投射兩個或兩個以上扇形光束的扇 形光束投射單元，其中至少一個扇形光束是傾斜的；第一通信單元； 以及用于控制對俯仰旋轉(zhuǎn)鏡和高速偏轉(zhuǎn)鏡的驅(qū)動的運算控制單元，并 且其中待測定對象具有用于反射測距光的反射器、用于接收扇形光束 的扇形光束接收單元、以及用于將來自扇形光束接收單元的信號傳送 到第 一通信單元的第二通信單元。
本發(fā)明提供如上所述的測量系統(tǒng)，其中高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在俯仰旋 轉(zhuǎn)鏡的光軸通過部分上，經(jīng)由高速偏轉(zhuǎn)鏡投射測距光，并經(jīng)由聚光部 件接收由待測定對象反射的反射測距光。并且，本發(fā)明提供如上所述 的測量系統(tǒng)，其中高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的一個表面上，并且 俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的另一個表面用作反射鏡。此外，本發(fā)明提供如上所述的 測量系統(tǒng)，其中測距光投射單元包括用于在旋轉(zhuǎn)照射中投射測距光的 旋轉(zhuǎn)器、圖像旋轉(zhuǎn)器以及用于旋轉(zhuǎn)所述圖像旋轉(zhuǎn)器的圖像旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)單元，并且其中可通過圖像旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)單元來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)器，以便使由 高速偏轉(zhuǎn)鏡反射的測距光的偏轉(zhuǎn)方向指向朝向待測定對象的方向。并 且，本發(fā)明提供如上所述的測量系統(tǒng)，其中測距光投射單元具有用于 使測距光沿朝向待測定對象的方向偏轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡，其中高速偏轉(zhuǎn) 鏡中的兩個設(shè)置在彼此相對的位置，并且其中高速偏轉(zhuǎn)鏡包括具有不 同移動方向的反射表面，并且經(jīng)由這兩個高速偏轉(zhuǎn)鏡投射的測距光的 偏轉(zhuǎn)方向可以調(diào)節(jié)，以便使它指向待測定對象。此外，本發(fā)明提供如 上所述的測量系統(tǒng)，其中以通過偏轉(zhuǎn)范圍擴展部件擴展的高低方向上 的偏轉(zhuǎn)范圍投射測距光，并且其中經(jīng)由聚光部件接收由待測定對象反 射的反射測距光。
本發(fā)明提供一種測量裝置，該測量裝置包括用于發(fā)射測距光的光 源、用于使測距光沿朝向待測定對象的方向偏轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡、用于 使測距光以高于俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的速度偏轉(zhuǎn)的高速偏轉(zhuǎn)鏡、用于投射測距 光的測距光投射單元以及用于控制對高速偏轉(zhuǎn)鏡和俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的驅(qū) 動的運算控制單元。因此，在較寬范圍內(nèi)存在多個待測定對象的情況 下，通過在旋轉(zhuǎn)照射中才殳射扇形光束，可以同時對多個待測定對象執(zhí) 行測定。并且在存在一個待測定對象的情況下，通過纟殳射點型光，可 以在高精度的情況下執(zhí)行測定。因此，可以通過單個測量裝置對多個 待測定對象執(zhí)行較寬范圍內(nèi)的測定以及高精度的測定。此外，光密度 不會降低，并且可以對長距離執(zhí)行測定，因為可以通過放大點型光而 形成扇形測距光。
并且，本發(fā)明4是供如上所迷的測量裝置，該測量裝置還包括用 于才殳射兩個或兩個以上扇形光束的扇形光束投射單元，其中至少 一個 扇形光束是傾斜的；用于接收從待測定對象反射的反射扇形光束的扇 形光束接收單元；以及用于檢測扇形光束才殳射單元的扇形光束4殳射方 向的扇形光束沖殳射方向檢測單元，其中運算控制單元基于來自扇形光 束接收單元以及來自扇形光束投射方向檢測單元的信號計算待測定 對象的方向。因此，可以快速且精確地獲得來自待測定對象的反射光，并提高測量操作的效率。
此外，本發(fā)明提供一種測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括測量裝置和待
測定對象，其中測量裝置包括用于投射測距光的測距光投射單元， 該單元具有用于發(fā)射測距光的光源、用于使測距光沿朝向待測定對象 的方向偏轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡、以及用于使測距光以高于俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的速 度偏轉(zhuǎn)的高速偏轉(zhuǎn)鏡；用于檢測來自測距光投射單元的測距光的投射 方向的投射方向檢測單元；用于基于來自待測定對象的反射光測定距 離的測距單元；用于在旋轉(zhuǎn)照射中投射兩個或兩個以上扇形光束的扇 形光束^:射單元，其中至少一個扇形光束是傾斜的；第一通信單元； 以及用于控制對俯仰旋轉(zhuǎn)鏡和高速偏轉(zhuǎn)鏡的驅(qū)動的運算控制單元，并 且其中待測定對象具有用于反射測距光的反射器、用于接收扇形光束 的扇形光束接收單元、以及用于將來自扇形光束接收單元的信號傳送 到第一通信單元的第二通信單元。因此，可以在測量裝置和待測定對 象之間給出并取得測定數(shù)據(jù)和信息，并且可以在寬范圍內(nèi)以高工作效 率執(zhí)行測定。


圖1是在執(zhí)行多測定的情況下的本發(fā)明第一實施例的示意圖； 圖2是示出執(zhí)行單人操作測定的情形的本發(fā)明第 一 實施例的示意
圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的測量裝置的示意框圖4是示出測量裝置的旋轉(zhuǎn)單元的局部視圖5是示出測量裝置的測距光學系統(tǒng)的示意框圖6是沿圖3中的箭頭A截取的箭頭圖，并且圖6是示出測量裝
置的基準面形成單元的布置的示意圖7是通過利用測量裝置執(zhí)行單人操作測定的情況下的旋轉(zhuǎn)單元
的局部視圖8是本發(fā)明第二實施例的旋轉(zhuǎn)單元的局部視圖，其示出執(zhí)行多測定時的旋轉(zhuǎn)單元；圖9是本發(fā)明第二實施例中的測距光的軌跡的說明圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的測量裝置的示意圖；圖11是示出本發(fā)明第三實施例中的測距光學單元的示意圖；以及圖12是示出本發(fā)明第四實施例中的測距光學單元的示意圖。
具體實施方式
下文將通過參照附圖描述用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳才莫式。首先，參照圖1和圖2，將描述本發(fā)明一個實施例中的測量系統(tǒng)的一般特征。該測量系統(tǒng)包括測量裝置1和至少一個光^r測裝置7。測量裝置 1和光檢測裝置7可以經(jīng)由通信手段給予彼此數(shù)據(jù)以及從彼此取得數(shù)據(jù)。圖1示出通過利用測量裝置1和多個待測定對象2來執(zhí)行多測定 的情形。測量裝置1經(jīng)由三腳架8安裝在已知點上，可以在旋轉(zhuǎn)照射中以 恒定速度投射用于形成基準面的激光束5,并且可以在旋轉(zhuǎn)照射中投 射測距光6。每個待測定對象2具有包括反射棱鏡的光檢測裝置7和 桿10,并且光檢測裝置7安裝在桿10的已知高度上。光檢測裝置7 接收從測量裝置1投射的激光束，并將激光束反射給測量裝置1。通過接收從光^r測裝置7反射的測距光6，測量裝置1可以測定 到安裝在多個點處的每個光檢測裝置7的距離。通過在旋轉(zhuǎn)照射中以恒定速度投射用于形成基準面的激光束5, 基準面形成單元3形成水平基準面。用于形成基準面的激光束5由兩 個或兩個以上扇形激光束組成，其中至少一個激光束傾斜已知角度。 (在圖中，激光束5由具有N形形狀的光流(luminous flux)橫截面 的三個扇形激光束組成(下文可稱為"N形扇形光束，，))。測量裝置1在旋轉(zhuǎn)照射中投射用于形成基準面的激光束5。通過 獲得光檢測裝置7檢測兩個或兩個以上扇形激光束時的時間差，可以 根據(jù)該時間差以及傾斜扇形激光束的傾斜角確定相對于測量裝置1位 于中心的水平基準面的俯仰角?；诟┭鼋?，可以設(shè)置傾斜基準面。
測距光投射單元4在旋轉(zhuǎn)照射中投射測距光6。測距光6是作為 以小直徑近似平行地前行的光流的點型測距光6b,并且可以通過稍后 描述的高速偏轉(zhuǎn)鏡62以高速度往復地執(zhí)行掃描。由于測距光6高速 振動(vibrate)，所以也可能具有預定振幅并形成基本沿垂直方向展開的 扇形測距光6a。
測距光投射單元4設(shè)計成使得可以通過選擇點型測距光6b或扇 形測距光6a作為測距光來進行投射。扇形測距光6a有兩種情形扇 形測距光6a具有在光學上沿俯仰方向展開的光流橫截面的情形；以及 具有小直徑的點型光根據(jù)需要以 一 定角度在俯仰方向上往復掃描的 情形。
當投射扇形測距光6a時，接收從展開范圍內(nèi)的待測定對象2反射 的測距光，并確定到待測定對象2的距離。通過在旋轉(zhuǎn)照射中才殳射扇 形測距光6a,可以同時測定到上述多個待測定對象2中的每個待測定 對象2的距離。并且，根據(jù)由用于形成基準面的激光束5測定的俯仰 角以及由扇形測距光6a測定的距離，可以測定每個待測定對象2在高 度方向的4立置。
圖2示出執(zhí)行單人操作測定的情形。當進行單人操作測定時，從 測距光投射單元4投射點型測距光6b。
首先，在旋轉(zhuǎn)照射中從測量裝置1投射用于形成基準面的激光束 5。光檢測裝置7基于來自兩個或兩個以上扇形激光束中的每個扇形 激光束的光檢測時間之差來測定俯仰角，并將測定結(jié)果傳送給測量裝 置l。測量裝置1接收俯仰角數(shù)據(jù)，并接收從待測定對象2反射的反 射光?；谠诮邮辗瓷涔獾哪且豢探嵌葯z測器上的值，檢測水平角。 關(guān)于俯仰角，測量裝置1可基于來自待測定對象2的反射光的光檢測時間之差來計算俯仰角。根據(jù)水平角和俯仰角，確定從測量裝置1觀察的光檢測裝置7的 方向，并沿所確定的方向投射點型測距光6b。在此情況下，測距光是 具有小光束直徑的激光束，并且這些光束近似平行地前行。當向光檢 測裝置7投射點型測距光6b并通過測量裝置1接收從光檢測裝置7 反射的測距光時，停止在旋轉(zhuǎn)照射中投射用于形成基準面的激光束5， 并開始通過跟蹤的測定。在無法通過用于形成基準面的激光束5來檢測待測定對象2的情 況下，連續(xù)發(fā)射扇形測距光6a或跟蹤光25，并且可以通過在旋轉(zhuǎn)照 射中投射這些光并使這些光沿垂直方向偏移來搜尋待測定對象2。在單人操作測定中，測距光6的直徑較小，并且光強較高。因此， 來自噪聲光的影響較小，并且可以對長距離進行距離測定。由于在跟 蹤光檢測裝置7的同時執(zhí)行測定，所以有足夠的時間測定，并且測定 精度較高。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在多測定情形以及單人操作測定的情形， 可以選擇并投射具有不同光束形狀的測距光6。在多測定情況下，以 沿垂直方向的展開角(spreading angle)投射扇形測距光6a。在單人操作 測定的情況下，投射具有小直徑和窄展開的點型測距光6b。 現(xiàn)在，參照圖3至圖7,下文將描述本發(fā)明的第一實施例。 測量裝置1主要包括校平單元11、經(jīng)由校平單元11安裝在三腳 架8 (見圖2 )上的主單元12、以及可旋轉(zhuǎn)地安裝在主單元12上的旋 轉(zhuǎn)器13。校平(leveling)單元11用于執(zhí)行測量裝置1的校平，并且校平單元 11具有沿垂直方向向下4殳射激光束的點激光束"l殳射單元14。安裝測 量裝置1的位置可由投射有點激光束的地表面上的點確定。測距單元15、測距光學單元16、俯仰(elevation)旋轉(zhuǎn)軸傾斜檢 測單元17、傾斜傳感器IO、主單元控制器19、通信單元21、電源22 等容納在主單元12內(nèi)。13測距單元15具有測距光源(未示出)和跟蹤光源(未示出)。 從測距光學單元16經(jīng)由第一玻璃纖維24投射測距光6，并從測距光 學單元16經(jīng)由第二玻璃纖維26投射跟蹤光25。經(jīng)由測距光學單元 16接收從待測定對象2反射的反射測距光6，，并經(jīng)由第三玻璃纖維 27將反射測距光6，引導向測距單元15。
測距單元15通過將反射的測距光6'與通過分割測距光6而獲得 的內(nèi)部基準光(未示出)進行比較來執(zhí)行距離測定。
通過傾斜傳感器18檢測主單元12的傾斜。在旋轉(zhuǎn)器13的下端， 提供作為反射鏡的旋轉(zhuǎn)環(huán)28,并在與旋轉(zhuǎn)環(huán)28相對的位置設(shè)置俯仰 旋轉(zhuǎn)軸傾斜檢測單元17。
俯仰旋轉(zhuǎn)軸傾斜檢測單元17向旋轉(zhuǎn)環(huán)28投射檢測光，并通過光 檢測傳感器29接收由旋轉(zhuǎn)環(huán)28反射的檢測光。根據(jù)光檢測傳感器29 上的檢測光的光檢測位置的偏差來檢測旋轉(zhuǎn)環(huán)28的傾斜，即，旋轉(zhuǎn) 器13的旋轉(zhuǎn)軸的傾斜。
旋轉(zhuǎn)環(huán)28還實現(xiàn)作為水平角檢測編碼器31的圖案環(huán)(pattern ring)的功能。基于來自圖案檢測單元32的信號，檢測水平角。水平 角檢測編碼器31具有基準點，并用作絕對編碼器，它可從基準點檢 測角度。
現(xiàn)在，參照圖5，將描述測距光學單元16。
在圖5中，附圖標記30表示測距光軸，并且測距光軸30與旋轉(zhuǎn) 器13的旋轉(zhuǎn)軸一致。聚光透鏡36、鏡子35和分束器37設(shè)置在測距 光光軸30上。聚光透鏡43和跟蹤光光檢測傳感器44設(shè)置在來自分 束器37的反射光光軸47上。聚光透鏡45和圖像光檢測傳感器46設(shè) 置在分束器37的透射光光軸48上。
鏡子33a反射測距光6，并且鏡子33b沿與測距光6的光路相同 的光路反射跟蹤光25。測距光6的波長不同于跟蹤光25的波長，并 且鏡子33b設(shè)計成用于形成反射薄膜，以便該反射薄膜允許測距光6 穿過并反射跟蹤光25。測距光6和跟蹤光25通過鏡子34和鏡子35偏轉(zhuǎn)，并沿測距光 軸30投射。測距光6和跟蹤光25變成平行光流束，然后經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器 13在水平方向偏轉(zhuǎn)并投射這些平行光流束。由待測定對象2反射的反射測距光6，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器13進入測距光 學單元16。然后，反射測距光6'通過聚光透鏡36會聚，并通過分束 器37的上反射表面38反射。此外，反射測距光6，由鏡子35和鏡子 39反射，并進入第三玻璃纖維27。在穿過上反射表面38的反射跟蹤光25，和可見光(自然光)42中， 反射跟蹤光25，由內(nèi)反射表面41反射。然后，反射跟蹤光25，由聚光 透鏡43會聚，并由跟蹤光光檢測傳感器44接收?？梢姽?2穿過內(nèi) 反射表面41，由聚光透鏡45會聚，并由圖像光檢測傳感器46接收。在上反射表面38上，形成有反射薄膜，該反射薄膜反射所反射 的測距光6',并允許所反射的跟蹤光25，和可見光42穿過。在內(nèi)反射 表面41上，形成有反射表面，該反射表面反射所反射的跟蹤光25'， 并允許可見光42穿過。作為跟蹤光光檢測傳感器44和圖像光檢測傳感器46，采用多個 像素的集合體，如CCD、 CMOS傳感器等。可識別每個像素的地址(在 光檢測元件上的位置)，并可找到每個像素的場角(視角)。測距光學單元16朝向測距光軸30寺殳射測距光6和跟蹤光25，并 且進入測距光學單元16的反射測距光6，、反射跟蹤光25，和可見光42 可單獨接收和檢測。第一玻璃纖維24、鏡子33a、鏡子35、俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56(稍后描述)、 旋轉(zhuǎn)器13等共同組成測距光才殳射光學單元。旋轉(zhuǎn)器13、俯仰旋轉(zhuǎn)鏡 56、分束器37、鏡子35、鏡子39、第三玻璃纖維27等共同組成光檢 測光學單元。運算控制單元19控制測距單元15，還控制驅(qū)動單元，如水平旋 轉(zhuǎn)電動機52和俯仰旋轉(zhuǎn)電動機57 (稍后描述)。當選擇扇形測距光 6a來進行距離測定時，控制測距單元15以便可以在才殳射扇形測距光6a的同時投射用于形成基準面的激光束5，并且通過接收來自待測定 對象2的測距光6'來測定距離。根據(jù)用于形成基準面的激光束5穿過 待測定對象2時的扇形光的時間差來計算俯仰角。基于用于形成基準 面的激光束5穿過待測定對象2時水平角檢測編碼器31的檢測結(jié)果 來確定水平角，并計算待測定對象2的三維位置。
當選擇點型測距光6b來進行距離測定時，執(zhí)行距離測定，并且 基于來自待測定對象2的反射光的光檢測，通過水平角檢測編碼器31 來檢測投射方向的水平角，并通過稍后描述的俯仰角檢測編碼器58 來檢測投射方向上的俯仰角?；诰嚯x測定的結(jié)果、水平角以及由此 檢測的俯仰角，計算待測定對象2的三維位置。
現(xiàn)在，參照圖3和圖4，將描述旋轉(zhuǎn)器13。
旋轉(zhuǎn)器13經(jīng)由軸承51和51可旋轉(zhuǎn)地安裝在主單元12上，并且 以通過水平旋轉(zhuǎn)電動機52使旋轉(zhuǎn)器13在水平方向旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)計而 成。
旋轉(zhuǎn)器13包括旋轉(zhuǎn)機架53、安裝在旋轉(zhuǎn)機架53的上部上的基準 面形成單元3、水平旋轉(zhuǎn)軸傾斜檢測單元54以及與旋轉(zhuǎn)機架53集成 的旋轉(zhuǎn)器罩蓋50。旋轉(zhuǎn)器罩蓋50蓋住水平旋轉(zhuǎn)軸傾斜檢測單元54、 基準面形成單元3和旋轉(zhuǎn)機架53。在圖中，附圖標記49表示功率饋 送環(huán)。經(jīng)由功率饋送環(huán)49,將電功率從主單元12供應(yīng)給旋轉(zhuǎn)器13。
俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機架53的水平旋轉(zhuǎn)軸55周 圍。俯仰旋轉(zhuǎn)電動機57設(shè)置在水平旋轉(zhuǎn)軸55的一端上，并且俯仰角 檢測編碼器58設(shè)置在水平旋轉(zhuǎn)軸55的另一端上。
俯仰角檢測編碼器58的圖案環(huán)59與旋轉(zhuǎn)環(huán)28類似地設(shè)計成反 射鏡。圖案環(huán)59設(shè)置在與水平旋轉(zhuǎn)軸傾斜檢測單元54相對的位置。 從水平旋轉(zhuǎn)軸傾斜檢測單元54才更射的檢測光由圖案環(huán)59反射，并由 水平旋轉(zhuǎn)軸傾斜檢測單元54接收。基于水平旋轉(zhuǎn)軸傾斜檢測單元54 上的檢測位置的偏差，檢測水平旋轉(zhuǎn)軸55的傾斜。俯仰角檢測編碼 器58具有基準點，并且它設(shè)計成絕對編碼器，它可從基準點檢測俯仰角。參照圖4，將描述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56和設(shè)置在俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56上的光 束擴展部件。俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56的兩個表面都設(shè)計成反射表面，并且俯仰旋轉(zhuǎn)鏡 56固定在鏡固定器61上。鏡固定器61經(jīng)由水平旋轉(zhuǎn)軸55可旋轉(zhuǎn)地 安裝在旋轉(zhuǎn)機架53上。俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56的基準位置是相對于沿垂直方 向的測距光軸30傾斜45°的位置，并且測距光軸30從俯仰方向 (elevation direction)偏轉(zhuǎn)到沿水平方向的測距光軸30a的方向。光流形狀(form)調(diào)節(jié)部件81水平地固定在鏡固定器61的下端， 即，與測距光軸30垂直相交的位置。在光流形狀調(diào)節(jié)部件81的中心 部分鉆有孔82，并且從測距光學單元16發(fā)射的測距光6穿過孔82。 光流形狀調(diào)節(jié)部件81具有用于在一個方向上減小穿過的光流的大小 的光學動作。例如，使用雙凸透鏡或光^^收和光發(fā)射光柵。高速偏轉(zhuǎn)鏡62附著在俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56的反射表面上，并且高速偏 轉(zhuǎn)鏡62設(shè)置在與測距光軸30 —致的位置。作為高速偏轉(zhuǎn)鏡62，使用MEMS (微機電系統(tǒng))鏡。當施加高頻 電壓時，該鏡子高速振動，并且反射表面以非常小的角度往復旋轉(zhuǎn)。 例如，它以垂直于圖4中的紙面的線為中心沿俯仰方向小類L模地往復 旋轉(zhuǎn)。因此，從測距光學單元16投射的測距光6穿過孔82,并由高 速偏轉(zhuǎn)鏡62反射。當高速偏轉(zhuǎn)鏡62振動時，測距光6沿俯仰方向從 位置A到位置B往復地執(zhí)行掃描。經(jīng)由振動的高速偏轉(zhuǎn)4免62投射的測距光6由待測定對象2反射， 并且所反射的測距光6'展開地進入旋轉(zhuǎn)器13。光流形狀調(diào)節(jié)部件81 在一個方向上減小反射測距光6，的光流橫截面的大小，并使反射測距 光進入到測距光學單元16中。從俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56的基準位置，通過俯仰旋轉(zhuǎn)電動機57經(jīng)由水平 旋轉(zhuǎn)軸55使俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56沿俯仰方向旋轉(zhuǎn)。從而，可以改變所投射 的測距光6的俯仰角。并且，可以通過俯仰角4企測編碼器58 (見圖3 )來^r測在此情況下的俯仰角。
現(xiàn)在，參照圖6，將描述基準面形成單元3。
基準面形成單元3包括扇形激光束發(fā)射單元63和用于可旋轉(zhuǎn)地 支撐扇形激光束發(fā)射單元63的機構(gòu)單元。該機構(gòu)單元包含受到可旋 轉(zhuǎn)地支撐的旋轉(zhuǎn)機架53和水平旋轉(zhuǎn)電動機52。通過水平角檢測編碼 器31來檢測用于形成基準面的激光束5的投射方向(水平角)。待 測定對象2反射用于形成基準面的激光束5,并且通過光檢測傳感器 經(jīng)由測距光學單元16接收反射光。使用跟蹤光光檢測傳感器44作為 光檢測傳感器。通過檢測在跟蹤光光檢測傳感器44接收用于形成基 準面的激光束5的反射光的那一刻水平角檢測編碼器31的水平角， 可以測定利用測量裝置1作為基準的待測定對象2的水平角。
扇形激光束發(fā)射單元63包括用于形成基準面的激光束發(fā)射源64 (如LD)、或分離棱鏡65、 66和67與設(shè)置在分離棱鏡65、 66和67 的退出表面上的聚光部件68、 69和70。使用圓柱形透鏡、衍射光柵 等作為聚光部件68、 69和70。分離棱鏡65、 66和67將從扇形激光 束發(fā)射單元63發(fā)射的激光束分成三個部分。此外，通過聚光部件68、 69和70,將激光束橫截面調(diào)節(jié)成具有在垂直方向具有橫截面較長軸 的橢圓形光流橫截面。三個橫截面長軸相對于彼此傾斜已知角度。
接下來，參照圖4，將描述光檢測裝置7。
光檢測裝置7設(shè)置在桿10上的已知位置處，并且光檢測裝置7 主要包括用于接收形成基準面的激光束5的光檢測裝置72、用于反射 測距光6的諸如棱《竟73的反射器、用于與測量裝置1的通信單元21 通信的光檢測側(cè)通信單元74、光4企測側(cè)控制運算單元75、光檢測側(cè) 操作單元(未示出)以及光檢測側(cè)顯示單元(未示出)。
采用諸如無線電通信、光通信等方法作為通信單元21和光檢測 側(cè)通信單元74的通4言方法。
光檢測側(cè)控制運算單元75基于光檢測裝置72接收用于形成基準 面的激光束5時每個扇形激光束的光檢測時間的時間差來計算俯仰角。可通過光檢測側(cè)通信單元74將計算結(jié)果傳送給測量裝置1 。 現(xiàn)在，將描述操作。圖4示出執(zhí)行多測定的情形。鏡固定器61固定在光流形狀調(diào)節(jié) 部件81垂直于水平測距光軸30a前行的位置。因此，從測距光學單元16 4殳射的測距光6穿過孔82,并通過高 速偏轉(zhuǎn)鏡62沿水平方向偏轉(zhuǎn)。當在高速偏轉(zhuǎn)鏡62上施加高頻電壓時， 反射表面沿俯仰方向以非常小的角度往復地高速旋轉(zhuǎn)。于是，測距光 6沿俯仰方向在預定角度范圍內(nèi)高速振動。然后，通過旋轉(zhuǎn)器罩蓋50 的投射窗60投射測距光以作為扇形測距光6a。在執(zhí)行多測定的情況 下，除了俯仰角較大偏轉(zhuǎn)的情形之外，將俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56的俯仰角設(shè) 為固定角度。同時，在從扇形激光束發(fā)射單元63投射用于形成基準面的激光 束5的情形下，驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)電動機52,并在旋轉(zhuǎn)照射中寺殳射用于形 成基準面的激光束5和測距光6。由于用于形成基準面的激光束5和測距光6沿垂直方向展開并且 在整個圓周上旋轉(zhuǎn)，所以可以在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)測定，并且可以測定位 于才殳射范圍內(nèi)的多個待測定對象2 (見圖1)。扇形測距光6a顯然示 為是沿俯仰方向展開。但是，點型光沿俯仰方向往復地掃描，光強不 會減小，而是等于點光，并且可以對長距離進行測定。接收來自棱鏡73的反射測距光6，，并在測距單元15處測定距離。 通過檢測在接收測距光6，的那一刻水平角檢測編碼器31的角度，測 定水平角。從光檢測側(cè)通信單元74傳送由光檢測裝置7測定的俯仰 角，并且可以獲得關(guān)于待測定對象2的俯仰角。根據(jù)距離測定的結(jié)果 和俯仰角，可以確定待測定對象2的高度。因此，可以確定每個待測 定對象2的三維數(shù)據(jù)。圖7示出執(zhí)行單人操作測定的情形。當測定操作從多測定變換為單人操作測定時，驅(qū)動俯仰旋轉(zhuǎn)電動 機57，并使鏡固定器61繞水平旋轉(zhuǎn)軸55旋轉(zhuǎn)180。。將光流形狀調(diào)節(jié)部件81從測距光軸30脫離，并且沒有附著高速 偏轉(zhuǎn)鏡62的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56的反射表面到達與測距光學單元16相對 的位置。因此，投射從測距光學單元16發(fā)射的測距光6作為具有窄 光束直徑的點型光。為了將高速偏轉(zhuǎn)鏡62從測距光6的光路脫離， 可以使鏡固定器61沿圖4中的逆時針方向旋轉(zhuǎn)90。。
首先，作為準備，從扇形激光束發(fā)射單元63投射用于形成基準 面的激光束5。驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)電動機52，并在旋轉(zhuǎn)照射中4殳射用于形 成基準面的激光束5。
當獲得來自待測定對象2的反射光時，可測定關(guān)于待測定對象2 的水平角。從光檢測側(cè)通信單元74傳送在光檢測裝置7處獲得的俯 仰角數(shù)據(jù)?；谠谕ㄐ艈卧?1處接收的俯仰角數(shù)據(jù)，可以獲取待測 定對象2的方向。關(guān)于俯仰角，接收來自待測定對象2的用于形成基 準面的激光束5的反射光，并且可以通過測量裝置1根據(jù)光檢測時間 之差來計算俯仰角。
從測距單元15纟更射測距光6和跟蹤光25,并通過水平旋轉(zhuǎn)電動 機52使旋轉(zhuǎn)器13旋轉(zhuǎn)。通過俯仰旋轉(zhuǎn)電動機57使鏡固定器61旋轉(zhuǎn)， 并且可以使投射方向指向待測定對象2。
當跟蹤光25捕獲待測定對象2并通過棱鏡73反射測距光6時， 可執(zhí)行單人操作距離測定。即使當待測定對象2移動時，仍可通過檢 測反射的跟蹤光25，來跟蹤待測定對象2。
在檢測測 距光6'的那一刻通過水平角檢測編碼器31和俯仰角檢 測編碼器58來測定水平角和俯仰角?；诰嚯x測定的結(jié)果，確定待 測定對象2的高度，并且可以實現(xiàn)待測定對象2的三維數(shù)據(jù)的測定。
關(guān)于俯仰角，可使用由光檢測裝置7獲得的俯仰角。
在單人操作測定的情況下，測距光6的光強較高，并且反射光的 光檢測時間4^長。因此，可以對長距離進行測定。并且，由于可根據(jù) 需要多次執(zhí)行測定，所以測定精度較高。
接下來，參照圖8和圖9，將描述第二實施例。在圖8中，用相同符號表示與圖4中所示等效的組件。諸如主單元12的布置是第一 實施例中的等效物，在該圖中沒有示出。在第二實施例中，用諸如MEMS鏡的高速偏轉(zhuǎn)鏡62取代第一實 施例中的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56的反射表面之一。另一反射表面是正常型平 面鏡，它不會在反射測距光6時對測距光6賦予任何光學動作。高速偏轉(zhuǎn)鏡62在非常小的角度范圍內(nèi)沿俯仰方向在從測距光學 單元16 "^射的測距光6上執(zhí)行往復掃描，并且測量裝置1對存在于 掃描范圍內(nèi)的待測定對象2執(zhí)行測定。首先，在旋轉(zhuǎn)照射中投射用于形成基準面的激光束(N形扇型光 束)5。接收來自待測定對象2 (光檢測裝置7)的反射光，并獲得光 檢測裝置7的水平角。接著，通過光檢測裝置7接收用于形成基準面 的激光束5，并獲得相對于測量裝置1的俯仰角。然后，將俯仰角數(shù) 據(jù)傳送給測量裝置1。根據(jù)水平角以及由此獲得的俯仰角，測量裝置1計算待測定對象 2的方向?；谟嬎憬Y(jié)果，驅(qū)動俯仰旋轉(zhuǎn)電動機57,并確定高速偏轉(zhuǎn) 鏡62的俯仰角(見圖3)。接著，固定高速偏轉(zhuǎn)鏡62的俯仰角。然后，驅(qū)動高速偏轉(zhuǎn)鏡62 本身(使反射表面振動)，并使其沿俯仰方向以非常小的角度往復地 旋轉(zhuǎn)。通過高速偏轉(zhuǎn)鏡62的振動，投射出從測距光學單元16投射的 點光作為扇形激光束用于進行距離測定，這些扇形激光束看起來具有 小的展開。圖9是說明第二實施例中投射的測距光6的軌跡的圖。在圖9中， 符號C表示水平測距光軸30a的軌跡，即，在當高速偏轉(zhuǎn)鏡62不振 動時只通過高速偏轉(zhuǎn)鏡62的傾斜來反射測距光6的情況下測距光6 的軌跡。符號D表示在高速偏轉(zhuǎn)鏡62振動并且進一步地高速偏轉(zhuǎn)鏡 62的俯仰角改變的情況下測距光6的實際軌跡。在圖9中，附圖標記 73表示待測定對象2的棱鏡。當軌跡D穿過棱鏡73時，獲得反射測 距光6'。在第二實施例中，基于提前獲取的待測定對象2的水平角和俯仰 角控制高速偏轉(zhuǎn)鏡62的俯仰角，并且不需要增加測距光6的表觀展 開角。測距光6的展開角可以是使得當通過俯仰旋轉(zhuǎn)電動機57調(diào)節(jié) 高速偏轉(zhuǎn)4竟62的俯仰角時吸收誤差的值。
或者，它可以設(shè)計成在使得測距光6穿過棱鏡73的范圍4殳射測 距光6以節(jié)省功率。
當在第二實施例中執(zhí)行單人操作測定時，可以停止高速偏轉(zhuǎn)鏡62 的振動，并且它可用作只反射測距光6的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56?；蛘撸蓪?高速偏轉(zhuǎn)鏡62的后表面設(shè)計成反射表面，使鏡固定器61以90°或 180°的角度旋轉(zhuǎn)，并反射測距光6。
并且，可以使用小鏡子，以便高速改變測距光6的偏轉(zhuǎn)方向，而 無需通過振動來驅(qū)動高速偏轉(zhuǎn)鏡62。并且，通過與俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56組 合，可使測距光6高速地指向待測定對象2。通過使用在多測定中利 用用于形成基準面的激光束5獲得的俯仰角和水平角，可以通過沿朝 向待測定對象的方向投射測距光6來執(zhí)行多測定，并且可以在單人操 作測定中高速地執(zhí)行瞄準。
現(xiàn)在，參照圖10和圖11，將描述本發(fā)明的第三實施例。
在第三實施例中，它可以設(shè)計成使得通過高速偏轉(zhuǎn)鏡62來使進 入測距光學單元16的測距光6振動。
在圖10和圖11中，用相同的符號表示與圖3和圖4所示等效的 組件，這里不再詳細描述。
在第三實施例中，應(yīng)用高速偏轉(zhuǎn)鏡62作為在第一實施例中使用 的鏡子33a (見圖5)。
首先，將描述測距單元15的光學系統(tǒng)的一般特征。
激光二極管85是用于發(fā)射測距光6的發(fā)光源。半反射鏡86設(shè)置 在激光二極管85的光軸上。通過半反射鏡86，反射測距光6的一部 分以作為內(nèi)部基準光87。然后，經(jīng)由半反射鏡88通過光檢測器89接 收測距光6的這一部分。在穿過半反射鏡86之后，測距光6經(jīng)由可變密度濾光器91和半反射鏡92進入第一玻璃纖維24的入射端?？勺兠芏葹V光器91的密度沿圓周方向改變。當通過密度改變電 動機93使可變密度濾光器91旋轉(zhuǎn)時，會改變所投射的測距光6的光 密度值。密度可變電動機93的旋轉(zhuǎn)由運算控制單元19控制。在進入測距光學單元16之后，所反射的測距光6，經(jīng)由第三玻璃 纖維27進入測距單元15,并由半反射鏡88反射而進入光檢測器89。基于進入光檢測器89的內(nèi)部基準光87和所反射的測距光6，，測 定到待測定對象2的距離?？勺兠芏葹V光器91調(diào)節(jié)所投射的測距光6 的光強，以便使所反射的測距光6'的光密度等于或相當于內(nèi)部基準光 87的光密度。在圖10中，附圖標記90表示用于跟蹤的LD，它發(fā)射 跟蹤光25。接下來，將描述測距光學單元16。在通過第一玻璃纖維24引導之后，從第一玻璃纖維24的出口端 發(fā)射出測距光6。然后，測距光由高速偏轉(zhuǎn)鏡62反射，并進入測距光 學單元16。高速偏轉(zhuǎn)鏡62是MEMS鏡。它由運算控制單元19控制，并且沿 預定方向往復地傾斜并移動反射表面。高速偏轉(zhuǎn)鏡62具有與如圖5 所示的鏡子33a的功能等效的功能，并且沿由鏡子94反射的跟蹤光 25的光軸反射測距光6。鏡子94具有與鏡子33b的功能等效的功能。 鏡子94將MEMS控制光95(稍后描述)與測距光6分離，反射MEMS 控制光95,并使MEMS控制光95進入圖像傳感器96。優(yōu)選地，它設(shè) 計成使得MEMS控制光95的波長不同于測距光6的波長，并且鏡子 94設(shè)計成二向色鏡，它允許測距光6通過、但反射MEMS控制光95。圖像傳感器96是具有預定面積的二維傳感器，并且圖像傳感器 96檢測MEMS控制光95的光流橫截面的形狀，還檢測MEMS控制 光95的振幅方向。將檢測結(jié)果輸出到運算控制單元19。基于來自圖 像傳感器96的檢測結(jié)果以及來自編碼器101的檢測結(jié)果，運算控制 單元19控制圖像旋轉(zhuǎn)器電動機99的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)相位。圖像旋轉(zhuǎn)器97設(shè)置在高速偏轉(zhuǎn)鏡62和鏡子94之間。 圖像旋轉(zhuǎn)器97包括圖像旋轉(zhuǎn)棱鏡98、用于旋轉(zhuǎn)圖像旋轉(zhuǎn)棱鏡98
的圖像旋轉(zhuǎn)器電動機99、以及用于檢測圖像旋轉(zhuǎn)棱鏡98等的旋轉(zhuǎn)角
的編碼器101。
圖像旋轉(zhuǎn)器是一種光學部件(一個部分或多個部分的組合)，它 通過光學部件的旋轉(zhuǎn)基于反射或折射或反射和折射的組合、利用反射 或折射(其次數(shù)和是偶數(shù))來使圖像旋轉(zhuǎn)。通常，當圖像旋轉(zhuǎn)器97 旋轉(zhuǎn)半圏時，圖像旋轉(zhuǎn)一圈。在本實施例中，圖像旋轉(zhuǎn)器97與在旋 轉(zhuǎn)照射中投射測距光6的旋轉(zhuǎn)器13的旋轉(zhuǎn)同步，并以旋轉(zhuǎn)器13的旋 轉(zhuǎn)速度的1/2的速度旋轉(zhuǎn)。因此，將通過高速偏轉(zhuǎn)鏡62的測距光6的 振幅方向(偏轉(zhuǎn)方向)調(diào)節(jié)為變成相對于旋轉(zhuǎn)器固定的某個方向。
并在旋轉(zhuǎn)照射中投射測距光。并且，旋轉(zhuǎn)器13使來自待測定對象2 的反射光偏轉(zhuǎn)，并使反射光進入測距光學單元16。在下文中，將描述 旋轉(zhuǎn)器13。
鏡固定器61經(jīng)由水平旋轉(zhuǎn)軸55可旋轉(zhuǎn)地支撐在旋轉(zhuǎn)機架53上， 并且通過俯仰旋轉(zhuǎn)電動機57使鏡固定器61沿垂直方向繞水平旋轉(zhuǎn)軸 55旋轉(zhuǎn)(見圖3)。
鏡固定器61固定兩個表面皆為反射表面的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56,還固 定第一圓柱形透鏡102 (用作偏轉(zhuǎn)范圍擴展部件)和光流形狀調(diào)節(jié)部 件103。俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56固定在相對于測距光軸30成45°角的位置(基 準位置)。第一圓柱形透鏡102固定在基準位置，以便使第一圓柱形 透鏡102位于測距光軸30上。此外，光流形狀調(diào)節(jié)部件103固定成 使得光流形狀調(diào)節(jié)部件103垂直于水平測距光軸30a設(shè)置。第一圓柱 形透鏡102設(shè)置在與高速偏轉(zhuǎn)鏡62共軛的位置。
例如，使用雙凸透鏡或光接收和光發(fā)射光柵作為光流形狀調(diào)節(jié)部 件103，并且光流形狀調(diào)節(jié)部件103沿俯仰方向擴展或減小光流^f黃截 面以便調(diào)節(jié)光流橫截面的形狀。第二圓柱形透鏡104設(shè)置在光流形狀調(diào)節(jié)部件103的中心部分，即，設(shè)置在水平測距光軸30a上，以作為 偏轉(zhuǎn)范圍擴展部件。偏轉(zhuǎn)范圍擴展(extending)部件是相對于所發(fā)射的光的旋轉(zhuǎn)方向具 有不同角放大率的光學系統(tǒng)。例如，使用圓柱體透鏡、變形擴展器等。 也可使用正常型光束擴展器?，F(xiàn)在將描述第三實施例的操作。圖10和圖11中的每個圖表示執(zhí)行多測定情況下的布置。第一圓 柱形透鏡102設(shè)置在測距光軸30上，并且第二圓柱形透鏡104設(shè)置 在水平測距光軸30a上。高速偏轉(zhuǎn)4竟62由運算控制單元19驅(qū)動。反射表面沿一個方向振 動。在通過高速偏轉(zhuǎn)鏡62使測距光6和MEMS控制光95在預定方向 上高速振動的同時反射測距光6和MEMS控制光95。圖像旋轉(zhuǎn)器97使測距光6繞光軸旋轉(zhuǎn)，以便通過始終保持某個 固定關(guān)系而使測距光6進入俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56。圖像旋轉(zhuǎn)器97由運算控 制單元19控制，以便使由俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56反射的測距光6始終沿俯仰 方向l展動。通過高速偏轉(zhuǎn)鏡62使MEMS控制光95與測距光6整體地振動， 并通過圖像旋轉(zhuǎn)器97使MEMS控制光95整體地旋轉(zhuǎn)。因此，通過利 用圖像傳感器96檢測光流橫截面的形狀以及MEMS控制光95的振幅 方向，可以檢測光流橫截面的形狀以及測距光6的振幅方向。基于圖 像傳感器96的檢測結(jié)果，同步控制鏡固定器61的旋轉(zhuǎn)和圖像旋轉(zhuǎn)棱 鏡98的旋轉(zhuǎn)。測距光6的一部分可通過鏡子94來分離，并且可用作MEMS控 制光95。在從測距光學單元16投射之后，通過第一圓柱形透鏡102和第 二圓柱形透鏡104擴展測距光6的振幅角，并且測距光變成扇形測距 光6a，并通過旋轉(zhuǎn)器13的旋轉(zhuǎn)而在旋轉(zhuǎn)照射中4殳射扇形測距光6a。 由于扇形測距光6a是通過放大點型光而形成的，所以光強較高，并且可以對長距離執(zhí)行測定。
通過光流形狀調(diào)節(jié)部件103將從待測定對象2反射并具有展開角 的反射扇形測距光6a，會聚成平行光束。然后，反射扇形測距光進入 測距光學單元16,并通過測距單元15測定距離。
與其它實施例中已經(jīng)描述的相同，從扇形激光束發(fā)射單元63投 射用于形成基準面的激光束5。
接下來，將描述執(zhí)行單人操作測定的情形。
在單人操作測定的情況下，使鏡固定器61旋轉(zhuǎn)90°或180°的 角度，以便將第一圓柱形透鏡102、光流形狀調(diào)節(jié)部件103和第二圓 柱形透鏡104從測距光軸30和水平測距光軸30a脫離。停止對高速偏 轉(zhuǎn)鏡62和圖像旋轉(zhuǎn)器97的驅(qū)動。
在旋轉(zhuǎn)照射中投射用于形成基準面的激光束5，并提前測定待測 定對象2的水平角和俯仰角。
經(jīng)由圖像旋轉(zhuǎn)器97通過鏡子34和鏡子35反射測距光。此外， 在點型光的狀態(tài)中通過俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56反射測距光，并沿水平測距光 軸30a投射測距光。并且，跟蹤光25由鏡子34和鏡子35反射，并進 一步由俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56反射，并且沿水平測距光光軸30a投射跟蹤光。
當通過跟蹤光光檢測傳感器44檢測跟蹤光25時，開始跟蹤。此 外，反射的點型測距光6，經(jīng)由測距光學單元16進入測距單元15,并 測定距離。
圖12示出本發(fā)明的第四實施例。第四實施例是從第三實施例發(fā) 展而來的變型。不使用圖像旋轉(zhuǎn)器97。通過兩個MEMS鏡來放大進 入測距光學單元16的測距光6，以便控制振幅方向。在圖12中，用 相同的符號表示與圖10和圖11所示等效的組件，這里不再詳細描述。
在第四實施例中，兩個MEMS鏡106和107設(shè)置在彼此相對的位 置。通過第一玻璃纖維24引導的測距光6由MEMS鏡106和107反 射，并進入測距光學單元16。
使MEMS鏡106的反射表面振動，以便使例如進入MEMS鏡107
26的測距光6沿垂直于紙面的方向振動，并且使MEMS鏡107的反射表 面振動，以便使反射光平行于紙面振動。MEMS鏡106和MEMS鏡 107的振動相位由運算控制單元19 (見圖10)控制，并且由鏡子94 反射的測距光6指向相對于俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56固定的某個方向。例如，在如圖12所示的情況下，由MEMS鏡107反射的測距光 6#皮放大，以便使測距光平行于紙面前行。在通過俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56沿垂 直于紙面的方向反射測距光6的情況下，沿垂直于紙面的方向放大由 MEMS鏡107反射的測距光6。放大后的測距光6經(jīng)由測距光學單元16進入第一圓柱形透鏡102 和第二圓柱形透鏡104。放大角被擴展，通過旋轉(zhuǎn)器13在旋轉(zhuǎn)照射中 才殳射測距光以作為扇形測距光6a,并執(zhí)行多測定。當執(zhí)行單人操作測定時，俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56旋轉(zhuǎn)90?；?80°的角 度。從光軸收回第一圓柱形透鏡102和第二圓柱形透4免104。通過停 止MEMS鏡106和MEMS鏡107,經(jīng)由測距單元15和旋轉(zhuǎn)器13投 射點型測距光6b。多測定和單人操作測定的操作是如第三實施例所述的等效物，這 里不再詳細描述。在第四實施例中，MEMS鏡106和MEMS鏡107實現(xiàn)高速偏轉(zhuǎn) 鏡62的功能，還實現(xiàn)作為第三實施例中的圖像旋轉(zhuǎn)器97的功能。在第四實施例中，可通過利用兩個MEMS鏡106和107而設(shè)置成 使得測距光6的放大方向處于恒定方向。等效操作可通過應(yīng)用可在兩 個軸上驅(qū)動的單個MEMS鏡而由該MEMS鏡來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種測量裝置，包括用于發(fā)射測距光的光源、用于使所述測距光沿朝向待測定對象的方向偏轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡、用于使所述測距光以高于所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的速度偏轉(zhuǎn)的高速偏轉(zhuǎn)鏡、用于投射所述測距光的測距光投射單元以及用于控制對所述高速偏轉(zhuǎn)鏡和所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的驅(qū)動的運算控制單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其中所述高速偏轉(zhuǎn)鏡給予所述 測JJ巨光沿俯仰方向的振幅。
3. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其中所述高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在所 述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的光軸通過部分上，經(jīng)由所述高速偏轉(zhuǎn)鏡投射所述測距 光，并經(jīng)由聚光部件接收由所述待測定對象反射的反射測距光。
4. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其中所述高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在所 述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的一個表面上，并且所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的另 一個表面用作 反射鏡。
5. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其中通過使用所述高速偏轉(zhuǎn)鏡 的鏡面來設(shè)置所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的鏡面，并且通過驅(qū)動單元來驅(qū)動用于 固定所述高速偏轉(zhuǎn)鏡的固定單元，所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡使所述測距光沿所 述待測定對象的方向偏轉(zhuǎn)。
6. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其中所述測距光投射單元包括 用于在旋轉(zhuǎn)照射中才更射所述測距光的旋轉(zhuǎn)器、圖像旋轉(zhuǎn)器和用于旋轉(zhuǎn) 所述圖像旋轉(zhuǎn)器的圖像旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)單元，并且其中所述旋轉(zhuǎn)器可通過 所述圖像旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)單元進行調(diào)節(jié)，以便使由所述高速偏轉(zhuǎn)鏡反射的 所述測距光的偏轉(zhuǎn)方向指向朝向所述待測定對象的方向。
7. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其中所述測距光投射單元具有 用于使所述測距光沿朝向所述待測定對象的方向偏轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡， 其中所述高速偏轉(zhuǎn)鏡中的兩個高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在彼此相對的位置，并 且其中所述高速偏轉(zhuǎn)鏡包括具有不同移動方向的反射表面，并且經(jīng)由所述兩個高速偏轉(zhuǎn)4竟投射的所述測距光的偏轉(zhuǎn)方向可進行調(diào)節(jié)，以便 使它指向所述待測定對象。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的測量裝置，其中以通過偏轉(zhuǎn)范圍擴展 部件擴展的俯仰方向上的偏轉(zhuǎn)范圍^:射所述測距光，并經(jīng)由聚光部件 接收由所述待測定對象反射的反射測距光。
9. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，還包括用于才殳射兩個或兩個 以上扇形光束的扇形光束^:射單元，其中所述扇形光束的至少其中之 一是傾斜的；用于接收從所述待測定對象反射的反射扇形光束的扇形 光束接收單元；以及用于檢測所述扇形光束投射單元的扇形光束投射 方向的扇形光束投射方向檢測單元，其中所述運算控制單元基于來自 所述扇形光束接收單元以及來自所述扇形光束投射方向檢測單元的 信號計算所述待測定對象的方向。
10. 如權(quán)利要求6所述的測量裝置，其中所述運算控制單元控制 所述高速偏轉(zhuǎn)鏡和所述旋轉(zhuǎn)單元，以便基于所獲取的所述待測定對象 的方向?qū)⑺渡涞臏y距光投射到所述待測定對象。
11. 如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的測量裝置，其中所 述高速偏轉(zhuǎn)鏡是MEMS鏡。
12. —種測量系統(tǒng)，包括測量裝置和待測定對象，其中所述測量 裝置包括用于4殳射測距光的測距光才殳射單元，其具有用于發(fā)射所述測距光 的光源、用于使所述測距光沿朝向所述待測定對象的方向偏轉(zhuǎn)的俯仰 旋轉(zhuǎn)鏡、以及用于使所述測距光以高于所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的速度偏轉(zhuǎn)的 高速偏轉(zhuǎn)鏡；投射方向檢測單元；用于基于來自所述待測定對象的反射光測定距離的測距單元； 用于在旋轉(zhuǎn)照射中投射兩個或兩個以上扇形光束的扇形光束投射單元，其中所述扇形光束的至少其中之一是傾斜的；第一通信單元；以及用于控制對所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡和所述高速偏轉(zhuǎn)鏡的驅(qū)動的運算控 制單元，并且其中所述待測定對象具有 用于反射所述測距光的反射器； 用于接收所述扇形光束的扇形光束接收單元；以及 用于將來自所述扇形光束接收單元的信號傳送給所述第一通信 單元的第二通信單元。
13. 如權(quán)利要求12所述的測量系統(tǒng)，其中所述高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在 所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的光軸通過部分上，經(jīng)由所述高速偏轉(zhuǎn)鏡投射所述測 距光，并經(jīng)由聚光部件接收由所述待測定對象反射的反射測距光。
14. 如權(quán)利要求12所述的測量系統(tǒng)，其中所述高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在 所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的一個表面上，并且所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的另一個表面用 作反射鏡。
15. 如權(quán)利要求12所述的測量系統(tǒng)，其中所述測距光投射單元包 括用于在旋轉(zhuǎn)照射中投射所述測距光的旋轉(zhuǎn)器、圖像旋轉(zhuǎn)器、以及用 于旋轉(zhuǎn)所述圖像旋轉(zhuǎn)器的圖像旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)單元，其中所述旋轉(zhuǎn)器可通 過所述圖像旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)單元進行調(diào)節(jié)，以便使由所述高速偏轉(zhuǎn)鏡反射 的所述測距光的偏轉(zhuǎn)方向指向朝向所述待測定對象的方向。
16. 如權(quán)利要求12所述的測量系統(tǒng)，其中所述測距光投射單元具 有用于使所述測距光沿朝向所述待測定對象的方向偏轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn) 鏡，其中所述高速偏轉(zhuǎn)鏡中的兩個高速偏轉(zhuǎn)鏡設(shè)置在彼此相對的位 置，并且其中所述高速偏轉(zhuǎn)鏡包括具有不同移動方向的反射表面，并 且經(jīng)由所述兩個高速偏轉(zhuǎn)鏡投射的所述測距光的偏轉(zhuǎn)方向可進行調(diào) 節(jié)，以便使它指向所述待測定對象。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的測量系統(tǒng)，其中以通過偏轉(zhuǎn)范圍 擴展部件擴展的俯仰方向上的偏轉(zhuǎn)范圍投射所述測距光，并且其中經(jīng) 由聚光部件接收由所述待測定對象反射的反射測距光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測量裝置，該測量裝置包括用于發(fā)射測距光6的光源、用于使所述測距光沿朝向待測定對象的方向偏轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn)鏡56、用于使所述測距光以高于所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的速度偏轉(zhuǎn)的高速偏轉(zhuǎn)鏡62、用于投射所述測距光的測距光投射單元以及用于控制對所述高速偏轉(zhuǎn)鏡和所述俯仰旋轉(zhuǎn)鏡的驅(qū)動的運算控制單元。
文檔編號G01C15/00GK101566473SQ20091012832
公開日2009年10月28日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者大友文夫, 林邦廣, 熊谷熏 申請人:株式會社拓普康