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具有 传感器的回射器

阅读：1015发布：2020-05-15

专利汇可以提供具有传感器的回射器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且具有传感器的回射器。本发明涉及一种反射器装置(20)，该反射器装置具有至少一个回射器(21、22)以及至少一个传感器装置(23、24)，所述至少一个传感器装置关于射束入射方向布置在所述回射器(21、22)的下游并且具有传感器(28、28’)。所述传感器装置(23、24)包括具有代码图案的代码元件(26、26’)，并且所述回射器(21、22)、所述代码元件(26、26’)以及所述传感器(28、28’)是按照下面的方式布置的：所述代码元件(26、26’)布置在所述回射器(21、22)与所述传感器(28、28’)之间，并且能够借助于所述传感器(28、28’)来确定关于所述代码图案在所述检测面上的投影的光轴的随角度变化的位置。，下面是具有传感器的回射器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种对目标点进行位置确定和/或标记的特别是用于工业测量或大地测量的反射器装置(20)，所述反射器装置具有：
●至少一个回射器(21、22)，所述至少一个回射器
□借助于平行的特别是同轴的测量射束反射来为所述反射器装置(20)提供位置确定，并且
□为进入所述回射器(21、22)的至少一部分测量辐射提供通过面(33、34)，以及●至少一个传感器装置(23、24)，所述至少一个传感器装置关于测量射束入射方向布置在所述回射器(21、22)的下游，所述至少一个传感器装置具有对穿过所述通过面(33、34)的测量辐射进行记录的传感器(28、28’)，所述传感器(28、28’)限定相对于其检测面正交地取向的光轴，其特征在于，
●所述传感器装置(23、24)包括具有代码图案(47a、47b)的代码元件(26、26’、46a、
46b)，并且
●所述回射器(21、22)、所述代码元件(26、26’、46a、46b)以及所述传感器(28、28’)是按照下面的方式布置的：
□所述代码元件(26、26’、46a、46b)布置在所述回射器(21、22)与所述传感器(28、28’)之间，并且
□能够借助于所述传感器(28、28’)来确定关于所述代码图案(47a、47b)在所述检测面上的投影的光轴的随角度变化的位置。
2.根据权利要求1所述的反射器装置(20)，其特征在于，
所述回射器(21、22)被配置为棱镜，特别是三棱镜，特别是镜像三棱镜，并且所述棱镜包括：
●形成三角形的光进入面(31、32)，以及
●作为光圈，与所述光进入面(31、32)相反的所述通过面(33、34)，特别是其中，●所述通过面(33、34)形成在所述棱镜的一个角部处，特别是其中，所述通过面(33、
34)由所述棱镜的凹入角部形成并且同样限定三角形，和/或
●所述传感器(28、28’)的光轴基本上关于所述通过面(33、34)正交地取向或者关于所述通过面(33、34)以特定角度倾斜地取向。
3.根据权利要求2所述的反射器装置(20)，其特征在于，
所述反射器装置(20)被配置为360°回射器，所述360°回射器具有多个特别是具有六个或八个回射器/传感器装置对，各个回射器/传感器装置对具有回射器(21、22)和传感器装置(23、24)，其中，
●所述多个回射器(21、22)彼此紧挨着布置并且被配置为棱镜，
●所述多个回射器(21、22)在数量上与传感器装置(23、24)的数量相对应，并且●各个传感器装置(23、24)被指派给回射器(21、22)，并且所述回射器(21、22)、所述代码元件(26、26’、46a、46b)以及所述传感器(28、28’)分别根据权利要求1来布置。
4.根据权利要求3所述的反射器装置(20)，其特征在于，
●所述多个回射器/传感器装置对被环形地布置，并且特别是形成环，并且
●所述360°回射器限定360°的总方位角视场，所述回射器/传感器装置对中的各个回射器/传感器装置对覆盖总视场的一部分。
5.根据权利要求4所述的反射器装置(20)，其特征在于，
●由所述棱镜(21、22)的环形布置限定的中心轴A关于所述传感器(28、28’)的光轴正交地延伸，并且
●至少两个特别是三个棱镜(21、22)的光轴具有与所述中心轴A相交的共同点，棱镜(21、22)的光轴的位置由所述棱镜的光进入面(31、32)和所述棱镜的通过面(33、34)的相应中点来限定。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的反射器装置(20)，其特征在于，
●具有三个棱镜的第一棱镜组中的棱镜的所述通过面(33、34)的中点位于第一平面中，并且具有三个棱镜的第二棱镜组中的棱镜(21、22、41)的所述通过面(33、34)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地取向并且具有特定间距，特别是其中，所述平面基本上关于所述中心轴A正交。
7.根据前述权利要求中任一项所述的反射器装置(20)，其特征在于，
●所述代码元件(26、26’、46a、46b)被配置为光掩模，并且特别是通过粘合剂或气相淀积连接至所述回射器(21、22)的所述通过面(33、34)，并且
●所述代码图案(47a、47b)由通过所述光掩模提供的一个或更多个光透射区域提供。
8.根据权利要求7所述的反射器装置(20)，其特征在于，
所述光掩模包括多个随机地特别是伪随机地布置的光透射间隙，并且所述代码图案(47a、47b)由所述间隙提供。
9.根据前述权利要求中任一项所述的反射器装置(20)，其特征在于，
所述传感器装置(23、24)包括分隔件(25、25’、27、27’)，所述分隔件布置在所述代码元件(26、26’、46a、46b)与所述传感器(28、28’)之间或者布置在所述通过面(33、34)与所述代码元件(26、26’、46a、46b)之间，所述分隔件(25、25’、27、27’)被配置为带通滤波器或者长通滤波器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的反射器装置(20)，其特征在于，
所述反射器装置(20)提供具有至少±30°并且高达±60°的高程记录角的视场。
11.根据前述权利要求中任一项所述的反射器装置(20)，其特征在于，
●所述传感器(28、28’)被配置成记录所述代码图案(47a、47b)在所述检测面上的投影的图像，并且
●能够借助于所述图像的图像处理来确定能够随角度变化而投影到所述检测面上的所述代码图案(47a、47b)的位置。
12.根据前述权利要求中任一项所述的反射器装置(20)，其特征在于，
所述反射器装置(20)包括评估单元，所述评估单元适配为借助于所述投影在所述检测面上的位置来获得所述反射器装置(20)相对于进入所述回射器(21、22)的辐射的传播轴的、关于至少一个自由度的空间取向，特别是其中，能够特别借助于所述投影的所述位置的连续记录来确定相对于所述传播轴的偏航角。
13.根据前述权利要求中任一项所述的反射器装置(20)，其特征在于，
●所述传感器(28、28’)被配置为单色BSI传感器，特别是卷帘快门传感器，和/或
●所述传感器(23、24)被配置为偏振分辨传感器，其中，
□不同的特别是邻近的传感器像素被不同地指派偏振敏感矩阵元，并且
□所述传感器借助于不同传感器像素的强度评估来提供Stokes矢量的计算。
14.根据前述权利要求中任一项所述的反射器装置(20)，其特征在于，
所述反射器装置(20)包括具有记录功能的控制单元，所述记录功能被配置为借助于所述传感器的多个读出来对取向测量辐射进行位置分辨检测，至少第一读出是利用与击中所述检测面的取向测量辐射有关的测量信息来执行的，并且第二读出是在不具有这种测量信息的情况下执行的，特别是其中，所述第一读出和所述第二读出与所述测量辐射的发射的接通和断开同步地执行。
15.一种具有根据权利要求1至14中任一项所述的反射器装置(20)的测量辅助仪器，特别是铅锤杆、测量杆或感测工具，所述测量辅助仪器被配置为利用与所述反射器装置(20)有关的限定位置参考来对物体上的目标点进行无接触记录或触觉记录。

说明书全文

具有传感器的回射器

技术领域

[0001] 本发明涉及优选用于大地测量(geodetic surveying)领域的反射器装置，该反射器装置提供了其自身相对于测量设备的取向的确定。

背景技术

[0002] 用于在大地测量领域或者建筑或施工领域中确定位置的测量系统是众所周知的。该测量系统的示例是由具有测向测距仪(direction and range meter)的固定测量设备(例如，全站仪)以及对待测量或待表征的点进行标记的测量辅助仪器(例如，铅锤杆)组成的系统。例如，在公报文献EP 1 686 350中描述了现有技术的大地测量装置。由如下固定激光发射器组成的布局系统也是已知的，即，该固定激光发射器借助于激光射束生成位置参考，该位置参考可以由待标记点处的激光接收器接收。因此，通过具有已知位置并因此提供位置参考的固定设备与接收或标记或可瞄准的测量辅助装置的相互作用来执行测量活动，以使得针对位置测量或放样(setting-out)，可以准确地确定例如建筑物的内部区域或外部区域中的或者道路施工中的各个地形点(诸如，陆地测量点或施工工地物体上的点)的位置。

[0003] 关于测量设备的配置，已知有许多不同实施方式。例如，现代全站仪具有用于对记录的测量数据进行数字后处理和存储的微处理器。该设备通常具有紧凑且集成的设计，其中，设备中通常存在同轴测距元件以及计算单元、控制单元和存储单元。根据全站仪的开发水平，还可以集成以下装置的机动化：瞄准(targeting)或照准(sighting)装置，以及在使用回射器(retroreflector)(例如，全方位(all-round)棱镜)作为目标物体的情况下的用于自动目标搜索和跟踪的装置。作为人机联系装置，全站仪可以包括具有显示器和输入装置(例如，小键盘)的电子显示/控制单元(通常为具有电子数据存储器装置的微处理器计算单元)。向显示/控制单元提供由电气传感器记录的测量数据，使得该显示/控制单元可以确定、以光学方式显示以及存储目标点的位置。从现有技术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例如可以被配置为数据记录器或现场计算机的外部外围部件(例如，到测量辅助仪器或者到可手持的数据记录设备)的无线电链路。

[0004] 为了照准或瞄准待测量的目标点，通用类型的大地测量设备包括作为照准装置的瞄准望远镜(target telescope)(例如，光学望远镜)。瞄准望远镜通常能绕相对于测量设备基座的垂直直立轴以及水平倾斜轴旋转，使得该望远镜可以通过枢转和倾斜来与待测点对准。除了光学观察通道以外，现代设备可以包括用于记录图像的相机，该相机被集成到瞄准望远镜中并且例如被同轴地或平行地对准，在该情况下，在显示/控制单元的显示器上和/或在用于远程控制的外围设备(例如，数据记录器)的显示器上，所记录的图像可以被特别表示为实况图像。

[0005] 作为标准，当前的测量设备到目前为止包括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，另外在望远镜中集成了另一单独的ATR 光源和对该波长敏感的特殊ATR检测器(例如，CCD表面传感器)。

[0006] 在许多大地测量应用中，通过在目标点处放置专门配置的测量辅助仪器或目标物体(例如，测量杆)来执行对点的测量。这通常包括具有反射器(例如，全方位棱镜)的铅锤尺，以限定测量路径或限定测量点。针对这样的测量任务，通常在目标物体与中央测量设备之间传输数据、指令、语音以及其它信息项，以便控制测量处理以及建立或登记测量参数。这种数据的示例是目标物体的标识信息项(例如，所使用的棱镜的类型)、铅锤尺的倾斜度、反射器在地面上方的高度、反射器常数或诸如温度或气压之类的测量值。需要这些信息项或依赖于情况(situation-contingent)的参数，以便允许对由具有棱镜的铅锤杆限定的测量点进行高精度瞄准和测量。

[0007] 另外，需要确定或以限定方式(例如，垂直地)调整分别相对于相应辅助仪器的相关空间方向的空间取向或倾斜度，以与布置在辅助仪器上的反射器的确定位置一起获得要借助于该仪器确定的测量点。例如，这种取向可以借助于倾斜传感器来确定，该倾斜传感器以相对于反射器的确定位置和布局来设置。

[0008] 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。以这种方式，可以确定测量辅助仪器的滚转(roll)和俯仰(pitch)(即，绕相应水平轴的相应旋转)。然而，在技术上被较复杂地配置的是确定在第三空间方向中绕垂直轴(例如，铅锤尺的纵轴)的旋转，所谓的测量辅助仪器偏航(yaw)。

[0009] 为此目的，现有技术中已知借助于测量仪器的部分上的附加装置的解决方案。例如，在这种情况下，相应装置通过全站仪等被照亮，并且还可以借助于入射角或代码成像来推导偏航角。例如，可以从EP 2 916 104A1中获知这种解决方案。

[0010] 这种解决方案的缺点是：除了通常存在的反射器以外，在测量辅助仪器上还设置至少一个另外部件，因此与这种仪器的配置有关的复杂性增加，和/或这些仪器具有相对大的空间范围。由此可以提供的记录角度(即，可能的测量范围)因该布置而受到限制。此外，取向的确定(特别是与倾斜传感器的使用有关)仅能在相应有限的传感器准确度范围内来实现。此外，附加部件分别带来与位置和取向的确定有关的附加误差源(例如，因机械负荷造成较低准确度或失效值而导致的倾斜传感器相对于反射器的未确定的角度偏移)。

[0011] 根据EP 1 200 853的解决方案(其中，棱镜具有用于测量射束的小通道开口，并且该测量射束部分地直接击中(strike)传感器(以与针孔相机成像类似的方式))在可实现的准确度方面也具有相当大的缺点。只有在极大限制的情况下才能实现辐射在传感器上的位置的精确确定，因为该确定准确度极其重要地取决于测量距离、射束质量以及环境状况(雾、雨、灰尘)。轻微的污垢(例如，甚至是以棱镜外表面上的指纹的形式)可能导致通过传感器上的小开口传输的辐射的不对称成像或位移，并因此在例如借助于基于阈值的形心确定的评估期间导致测量误差。由于只评估了单个非常小的点，因此对应的误差影响实际上是检测不到的，并且导致室外现场测量的鲁棒性受到极大限制。此外，在对该单元进行测距的情况下，由于反射器内部的结构所致反射，所以可能发生针对该单元的测距方面的相当大的测量误差。

发明内容

[0012] 因此，本发明的目的是提供一种改进的紧凑装置，该紧凑装置允许特别是在多达三个自由度(三个旋转自由度)的情况下进行较可靠且较准确的取向确定，以用于测量目的。特别地，本发明在多达六个自由度中(三个平移自由度中以及三个旋转自由度中)提供较可靠且较准确的位置确定。

[0013] 该目的是通过独立权利要求的特征化特征的实施来实现的。以另选或有利的方式对本发明进行细化的特征可以在从属专利权利要求中找到。

[0014] 本发明基于以下构思：对代码投影的位置进行入射角相关检测，该代码投影可以通过进入反射器的电磁辐射来生成。

[0015] 本发明涉及一种对目标点进行位置确定和/或标记的特别是用于工业测量或大地测量的反射器装置。所述反射器装置包括至少一个回射器，所述至少一个回射器借助于平行的特别是同轴的射束反射来为所述反射器装置提供位置确定并且为进入所述回射器的至少一部分辐射提供通过面(passage surface)。

[0016] 作为大地测量方面的回射器，通常使用提供对应的平行射束反射的三棱镜或三垂面反射镜(triple mirror)。如果用测量设备瞄准反射器，则测量射束被反射回该测量设备，并且借助于能由此在所述测量设备处记录的信号，例如可以借助于飞行时间计算来确定距所述反射器的距离。总测量辐射截面中的一部分特别是可忽略的一小部分可以穿过根据本发明设置的反射器并且不被反射回来。为此设置的所述通过面例如可以通过切掉三棱镜的角部来制造。

[0017] 所述反射器装置还包括至少一个传感器装置，所述至少一个传感器装置关于射束入射方向布置在所述回射器的下游，所述至少一个传感器装置具有对穿过所述通过面的辐射进行记录的传感器，所述传感器限定相对于其检测面正交地取向的光轴。

[0018] 所述传感器例如可以被配置为全局快门传感器或卷帘快门传感器。这种情况下的分辨率至少对应于VGA，全分辨率下的图像频率至少有20Hz，特别是至少50Hz。所述传感器可以被配置为CCD或CMOS，可选地被配置为线性传感器或表面传感器。当使用2D传感器(表面传感器)时，每像素获得小视场，使得记录较少的背景光并改善信噪比。在利用1D传感器(线性传感器)的情况下，可以执行较快速的数据记录。

[0019] 所述传感器还可以被配置为背照式传感器(作为前照式传感器的另选方案)。利用这样的传感器类型，可以记录相对大的入射角范围，使得在多个回射器/传感器对的布置的情况下，可以获得总视场的改善的覆盖范围(特别是在边缘区域中具有交叠的情况下)，或者需要较少数量的这种对。

[0020] 所述传感器装置还包括具有代码图案的代码元件。所述代码元件例如被配置为光掩模并且包括用于传输电磁辐射的限定区域。在这种情况下，可以将所述元件的表面的剩余部分涂覆成不透光，特别是对于全站仪的测量激光辐射的波长来说是不透明的。

[0021] 所述回射器、所述代码元件以及所述传感器按以下方式(刚性地)布置：所述代码元件布置在所述回射器与所述传感器之间，并且能够借助于所述传感器来确定关于所述代码图案在所述检测面上的投影的光轴的随角度变化的位置。

[0022] 将特定代码成像到所述传感器上为评估所述投影的位置提供了非常准确的可能性。例如可以借助于图像处理来高度准确地确定所述传感器上的投影位置。以这种方式，确定入射角具有相应高的准确度。

[0023] 特别地，所述传感器布置在相对于所述代码元件的特定距离处，以便提供取决于入射角的投影。为此目的，可以在两个部件之间设置特定的间隔件。因此，所述传感器装置可以包括布置在所述代码元件与所述传感器之间的分隔件(间隔件)，在这种情况下，所述分隔件还可以被配置为带通滤波器或长通滤波器。特别地，长通滤波器可以结合硅传感器的短通滤波器特性(截止)来提供所需的带通滤波器功能。

[0024] 在一个实施方式中，所述反射器装置可以包括具有记录功能的控制单元，所述记录功能被配置为借助于所述传感器的多个读出来对测量辐射进行位置分辨检测。在这种情况下，至少第一读出是利用与击中所述检测面的测量辐射有关的测量信息来执行的，并且第二读出是在不具有这种测量信息的情况下执行的，特别是其中，所述第一读出和所述第二读出与所述测量辐射的发射的接通和断开同步地执行。根据所记录的测量数据，可以获得差异信息，例如根据该差异信息，清除与激光辐射共同记录的背景光或环境光。

[0025] 因此，借助于传感器的图像记录例如可以以交替图像记录的形式在具有传入激光辐射和不具有传入激光辐射的情况下交替地进行。为此目的，所述测量设备(例如，全站仪)以受控方式接通和断开激光发射。结果，可以生成差异图像，关于在断开激光器的情况下记录的环境光被清除，即，可以从在接通激光器的情况下获得的图像信息中减去在断开激光器的情况下获得的图像信息。

[0026] 特别地，所述图像记录还与所述测量设备上的激光器的切换以下列方式中的一种方式进行同步：

[0027] ·测量设备(例如，全站仪)可以实时地或者以预定义的时间偏移(例如，提前几微秒或几毫秒)，经由无线电、WLAN、蓝牙、当前的移动无线电标准等发射触发信号。所述信号由所述反射器装置记录并处理，以用于同步的图像记录的目的(特别是在考虑时间偏移的同时)。

[0028] ·预先将所述测量设备的内部时钟和所述反射器装置的内部时钟这两者同步。因此，可以借助于各自的时间来确定所述图像记录与所述光发射之间的同步。然后可以借助该信息相应地驱动所述传感器。借助于硬件支持的NTP(网络时间协议)，可以实现非常准确的同步。

[0029] ·作为另选方案，所述传感器可以异步地运行，即，例如可以以比执行所述激光器的接通和断开高的帧速率来记录图像。然后可以借助所述图像确定同步。在这种情况下，频率是已知的，但必须例如借助对各个像素或像素组进行IQ解调制(通过sin()和cos()确定时间相关性)来计算相位。

[0030] ·作为另选方案，激光器随着各个图像进行切换(例如，50Hz的接通断开周期和100Hz的同步图像记录)，或者激光器更慢地进行切换(例如，按10Hz)，并且在每个接通或断开阶段记录多个图像。

[0031] 结合图像记录，可以对多个记录图像进行平均，以便降低图像信息中的噪声。

[0032] 特别地，所述图像传感器可以以分箱(binned)模式操作(将多个像素按模拟方式进行求和或平均，并以较高的帧速率读出)。由于较高的帧速率，这可以在两个方面降低噪声：空间上(在分箱模式下每个像素的噪声较少)和时间上。

[0033] 在一个实施方式中，仅可以有意地读出所述图像传感器的子区域(关注区域)(例如，仅是生成的光点中的一些光点)，以便节省CPU功率和电池电力和/或为了增加帧速率。特别地，该子区域在所述传感器上的位置实时地自适应(例如，借助于局部分辨的强度监测或者借助于图像处理)，以便持续提供对所述传感器上的投影的记录。

[0034] 在接收到测量信号时，可以借助于通信链路向所述测量设备确认所述接收，并且在这种情况下，可以发送所瞄准的目标的标识信息(目标ID)。当在所述测量设备的范围内存在多个360°棱镜或反射器装置时，这是有利的，以便避免对另一反射器装置的可能的错误测量。

[0035] 所述测量设备的用于在测量空间中快速找到回射器的扫描搜索射束的发射也可以在发射的搜索辐射(例如，采用扇形)被检测器记录在所述反射器装置中时借助于所述反射器装置来进行确认。

[0036] 除了取向确定以外，所述反射器装置也因此可以被用于搜索(功率搜索)。此外，所述反射器装置可以提供自标识(目标ID)的发送。

[0037] 作为另选方案或者另外地，可以将这样的分隔件布置在所述通过面与所述代码元件之间。

[0038] 在一个实施方式中，所述回射器可以被配置为棱镜，特别是三棱镜，特别是镜像三棱镜，并且所述棱镜包括例如形成三角形的光进入面，以及作为光圈，与所述光进入面相反的所述通过面。

[0039] 特别地，所述通过面可以形成在所述棱镜的一个角部处，特别是其中，所述通过面由所述棱镜的凹入角部形成并且同样限定三角形。例如，可以通过抛光掉或切掉角来提供所述角部的凹部。进入所述棱镜的一部分辐射可以透过所述通过面在所述棱镜后侧无反射地离开所述棱镜。

[0040] 特别地，所述光进入面和所述通过面是不平行的，而是所述光进入面关于所述通过面倾斜或横切(transverse)。

[0041] 所述传感器的光轴可以基本上关于所述通过面正交地取向或者关于所述通过面以特定角度倾斜地取向。这在所述棱镜与所述代码元件之间和/或在所述代码元件与所述传感器之间存在空气间隔的实施方式中可能是特别有利的。通过角度的自适应，全内反射得以避免或减少到较小的区域。

[0042] 所述回射器的所述通过面相应优选地平行于所述传感器的所述检测面取向。特别地，所述回射器的光进入面关于所述检测面倾斜地取向，使得通过所述光进入面和所述检测面来限定夹角。

[0043] 按照根据本发明的一个实施方式，所述反射器装置可以被配置为360°回射器，所述360°回射器具有多个特别是具有六个或八个回射器/传感器装置对，各个回射器/传感器装置对具有回射器和传感器装置。在这种情况下，所述多个回射器彼此紧挨着布置并且被配置为棱镜。此外，所述多个回射器在数量上与传感器装置的数量相对应，并且各个传感器装置被指派给回射器。分别指派给彼此的所述回射器、所述代码元件以及所述传感器根据上述布置来布置。

[0044] 特别地，所述多个回射器/传感器装置对可以被环形地布置，并且特别是形成环，并且所述360°回射器可以限定360°的总方位角视场，所述回射器/传感器装置对中的各个回射器/传感器装置对覆盖总视场的一部分。通过作为环的所述布置，在所述环的中心保留自由空间，该自由空间依然可用于所述传感器或这些传感器的印刷电路板的电气接触。

[0045] 通过配置为360°反射器，可以从所有方位角方向提供有利的瞄准性，并且相比之下，不需要所述反射器装置绕垂直偏航轴的特定取向来准许适当的瞄准并因此可以执行大地测量。

[0046] 360°反射器的配置可以包括由所述棱镜的环形布置限定的关于所述传感器的光轴正交的中心轴A，至少两个特别是三个棱镜的光轴具有与所述中心轴A相交的共同点，棱镜的光轴的位置由所述棱镜的光进入面和所述棱镜的通过面的相应中点来限定。

[0047] 在另一实施方式中，具有三个棱镜的第一棱镜组中的棱镜的所述通过面的中点可以位于第一平面中，并且具有三个棱镜的第二棱镜组中的棱镜的所述通过面的中点可以位于第二平面中。因此，所述棱镜就其位置而言沿中心轴A偏移。特别地，相应邻近的棱镜在其位置方面对应地偏移，特别是交替地偏移。

[0048] 特别地，所述第一平面和所述第二平面彼此平行地取向并且具有特定间距，特别是其中，所述平面基本上关于所述中心轴正交。

[0049] 根据一个实施方式，所述代码元件可以被配置为光掩模，并且特别是通过粘合剂或气相淀积连接至所述回射器的所述通过面。所述代码图案可以由通过所述光掩模提供的一个或更多个光透射区域提供。在这种情况下，光掩模特别意指对光至少部分不透明的表面元件。至少针对所述测量辐射的波长附近的波长范围，存在对光的不透明度(例如，由于反射或吸收)。所述光掩模例如可以通过气相沉积薄膜或另选应用形成(例如，形成在诸如玻璃板或所述棱镜的所述通过面之类的基板上)。

[0050] 特别地，所述光掩模可以包括多个随机地特别是伪随机地布置的光透射间隙(例如，小的圆形表面)，并且所述代码图案可以由所述间隙提供。特别地，所提供的光透射涉及可以由大地测量设备发射的测量辐射的波长附近的(窄)波长范围。特别地，所述间隙在所述光掩模上以有意的且已知的布置分布。

[0051] 所述传感器可以优选地配置为单色BSI传感器(背照式传感器，参见图2)，特别是配置为卷帘快门传感器。

[0052] 所述反射器装置可以提供具有至少±30°并且高达±60°的高程记录角(elevation recording angle)的视场。因此，总记录角度可以介于60°到120°之间。

[0053] 同样地，方位视角范围总共可以为至少60°(各棱镜)。在这种情况下，所述方位视角范围对应于相应能记录的偏航角范围。

[0054] 在一个实施方式中，所述传感器被配置成记录所述代码图案在所述检测面上的投影的图像，并且能够借助于所述图像的图像处理来确定能够随角度变化而投影到所述检测面上的所述代码图案的位置。借助于能以这种方式确定的位置，可以确定进入所述反射器中的所述测量辐射的入射角，并因此确定所述反射器相对于所述测量辐射的发射方向(传播轴)的取向。

[0055] 特别地，所述反射器装置可以包括评估单元，所述评估单元适配为借助于所述投影在所述检测面上的位置来获得所述反射器装置相对于进入所述回射器的辐射的传播轴的、关于至少一个自由度的空间取向。特别地，在这种情况下，能够特别借助于所述投影的所述位置的连续记录来确定相对于所述传播轴的偏航角。

[0056] 本发明还涉及一种具有根据上述实施方式的反射器装置的测量辅助仪器，特别是铅锤杆、测量杆或感测工具。所述测量辅助仪器被配置为利用与所述反射器装置有关的限定位置参考来对物体上的目标点进行无接触记录或触觉记录。借助于所述反射器装置，可以在多达六个自由度中唯一地确定所述测量辅助仪器的位置和取向。特别地，在这种情况下，所述反射器装置还被用于确定相对于所述测量设备与所述测量辅助仪器之间的视线的方位角。

[0057] 通过在所述测量杆上设置传感器以及记录全站仪的特征辐射等，可以将所述测量杆配置为主动辅助。为此目的，所述测量杆可以包括发射器单元并且加以配置以便发送信息。例如，所述测量杆可以生成作为检测到搜索射束的响应的信号，从而向所述全站仪报告所述辐射击中所述反射器(寻找大地测量目标的搜索处理)。此外，可以发送特定目标的ID，从而显示已经找到哪个目标或者当前正在瞄准哪个目标。

[0058] 在另一方向中，也可以将信息发送给所述测量杆。为此目的，在杆的部分上不需要附加接收器，相反，可以借助于经调制的电磁辐射传输并由所述传感器记录所述信息。

[0059] 此外，除了记录所述测量辐射以外，所述反射器装置中的所述传感器也可以被配置为总体图像记录。例如，周围环境图像的记录和评估可以有助于确定所述测量杆的位置和布局。

[0060] 所述投影在所述传感器的所述检测面上的撞击位置和取向与进入所述反射器装置的入射角相关。借助所述传感器的校准，可以借助于确定的撞击位置来确定入射角。为此目的，例如，可以采用查找表或表达相关性的函数。

[0061] 所述传感器还可以以滤波器为先导。所述滤波器可以按以下方式进行波长选择性配置和调整：大地测量设备的测量辐射到达所述传感器，但滤除了(例如，反射和/或吸收)来自周围的扰动辐射或杂散反射。所述滤波器可以被配置为间隔件。附图说明

[0062] 下面将借助于附图中示意性地表示的具体示例性实施方式，完全通过示例的方式，对根据本发明的装置进行更详细的描述，还讨论了本发明的其它优点。详细地：

[0063] 图1示出了根据本发明的具有反射器装置的大地测量系统；

[0064] 图2以截面示出了根据本发明的反射器装置的实施方式；以及

[0065] 图3a至图3b示出了可以根据本发明使用的相应代码元件。

具体实施方式

[0066] 图1示出了特别被配置为全站仪或多站(multistation)的测量设备1，该测量设备具有基座、可以绕枢转轴相对于基座枢转的支撑件以及可以绕两个轴(枢转轴和倾斜轴)枢转的瞄准单元。测量激光射束5从瞄准单元发射并且击中被配置为铅垂杆10的测量辅助仪器的根据本发明的反射器装置20。通常情况下，可以由设置在测量设备1上的激光二极管生成的(准直的)激光辐射被用作测量辐射5。反射器装置20具有回射器和传感器装置。

[0067] 针对距离测量，测量辐射5被回射器平行反射回来、由测量设备1记录并且被用于例如借助于飞行时间测量来评估距离信息。借助于瞄准单元的角度设定(即，激光5的发射方向)的确定，可以确定测量辅助仪器10的位置。

[0068] 针对测量辅助仪器10的至少关于旋转自由度11的取向确定(根据本发明，具体是偏航)，辐射5的击中反射器装置20并且未被反射的部分穿过回射器并照亮代码元件(例如，光掩模)。由代码元件提供的代码图案由此被投影到光学下游传感器上(特别是投影到图像传感器上)。传感器被配置为记录以这种方式生成的投影的图像。因此，代码图案可以被记录在图像中，借助于图像处理能够确定投影在图像中的位置，并且通过推导能够确定该投影在传感器上的位置或者在传感器的检测面上的位置。

[0069] 由于传感器装置相对于回射器的刚性布置使得投影在传感器上的位置与入射角相关，所以可以根据所确定的投影位置来确定与测量辐射5的发射方向有关的针对至少一个自由度的方向角。因此，测量辅助仪器10相对于测量设备1的取向确定至少部分地成为可能。

[0070] 在测量期间，测量设备1的空间位置和取向通常是已知的。因此，可以确定测量杆10在空间中(即，在校准测量设备1的坐标系中)的绝对取向。

[0071] 图2以穿过根据本发明的反射器装置20的中心的纵向截面示出了该反射器装置20的实施方式。

[0072] 反射器装置20被配置为360°回射器，并因此在360°的方位角范围内提供测量辐射的反向反射。反射器装置20包括六个单独的三棱镜，通过这些三棱镜的相对环形布置给出360°的总反射范围。在图2中，同样以截面示出代表总共六个棱镜的两个相对的棱镜21和
22。根据本发明，棱镜中的各个棱镜与相应传感器装置组合，其中，同样以所选择的表示代表性地示出所提供的总共六个传感器装置中的两个传感器装置23、24。

[0073] 在这个实施方式中，各个传感器装置23、24包括用作带通滤波器的第一间隔件25、25’，该第一间隔件连接至相应棱镜21、22的相应通过面33、34。特别地，在这种情况下，第一间隔件25、25’可以被配置为由吸收玻璃(例如，来自Schott公司的RG 630)与棱镜部位上的电介质干涉涂层结合地组成的长通滤波器(带通滤波器)，并因此像针对所需测量波长的带通滤波器一样起作用。要理解，本发明总体上还涉及不具有长通滤波器或带通滤波器的实施方式。

[0074] 带通滤波器例如可以被配置有相对窄的滤波器范围，例如，至多50nm至10nm，以便提供优化的扰动环境光抑制。以这种方式，信噪比(SNR)也可以增加(例如高达10.5)。结果，可以进一步提高取向确定的准确度，使得取向确定的可能误差为0.38毫弧度。

[0075] 在各种情况下，相应第一间隔件25、25’跟随有代码元件26、26’。特别地，代码元件26、26’被配置成相对于可以由全站仪发射的测量辐射的波长是半透明的，即，代码元件26、
26’包括针对测量辐射透明的区域以及针对测量辐射不透明(例如反射或吸收)的其它区域。例如，对光透明的区域因此限定代码元件26、26’的相应代码图案。要理解，相应代码图案可以相反地由代码的非透明部分(即，对应的负像(negative))形成。各个代码元件26、
26’的代码图案可以是不同的。

[0076] 代码图案例如可以被配置为圆形、线的形式(例如以条形码的方式平行)或者交叉(参见图3a和图3b)。具有平行线的代码图案在使用1D线性传感器时可能是特别有利的。这种组合可以具有增加的帧速率和改善的信噪比。能以这种方式实现的测量速度可以高于利用表面传感器的测量速度。以这种方式，可以有利地实现实时跟踪。

[0077] 此外，传感器装置23、24各包括传感器28、28’、布置在传感器28、28’与代码元件26、26’之间的相应第二间隔件27、27’(例如，特别由硼硅酸盐冕玻璃制成的玻璃体)。

[0078] 在代码元件26、26’与下游传感器28、28’之间，还可能发生衍射。可以调整代码图案以使衍射聚焦，并且例如，具有相应调整的直径的圆孔在传感器上生成最优投影(即，在传感器上最大限度地锐化成像)。这也可以借助于小菲涅尔透镜或波带片来实现。作为另选方案，例如，还可以选择在传感器上生成交叉等的衍射图案。

[0079] 在棱镜21、22向外朝向的端侧，这些棱镜分别包括光进入面31、32以及沿所述装置的中心的方向的、分别相反的通过面33、34。为了形成这样的光通过面33、34，在三棱镜21、22的情况下，例如，可以移除(例如，切除掉、磨光掉、抛光掉)光轴上的三角(triple corner)。

[0080] 由所示装置产生的总视场(即，在360°的方位角范围内)在仰角方向上连续提供至少±15°的视角(仰角)(与方位角正交；总孔径角至少为30°)。

[0081] 特别地，根据一个特定实施方式，至少基本上±30°或±35°的仰角可以连续成像(即60°或70°的仰角视场)。

[0082] 360°反射器的这种反射器装置20还具有以下优点：传感器的光轴至少基本上与棱镜的光轴同轴或平行。因此，全站仪的测距单元的测量辐射可以同时用于反射器装置20的取向确定或者承载该装置的杆的取向确定。此外，传感器装置完全集成到反射器中并且从外部不可见。因此，反射器装置20是非常紧凑地配置的。另一优点是由此获得的、用于抵抗来自外部的环境影响(例如，湿气、灰尘)的非常好的隔离。由于提供了集成部件，因此装置的总重量增加相对较低。

[0083] 如图2所示，相对的棱镜21和棱镜22一方面就其定位而言分别沿中心轴A偏移，并且另一方面，通过面33与第一棱镜21的进入面31之间的角度以及通过面34与第二棱镜22的进入面32之间的角度优选地大小相同但就方向而言是相反的。在所示出的示例性实施方式中，相应邻近的棱镜对应地不同取向。

[0084] 由于这种偏移布置(三个棱镜向上倾斜并且三个棱镜向下倾斜)，所以所述传感器装置中的三个传感器装置位于第一平面中，并且另外三个传感器装置位于第二平面中，其中这些平面彼此平行取向并且优选地关于中心轴A正交。

[0085] (三角形)通过面33、34的内径优选地按以下方式配置：所述内径大于传感器28、28’的检测面。以这种方式，即使在大入射角的情况下也可以提供取向确定。另选地，通过面
33、34的内径可以选择成较小，使得一方面检测范围减小，但棱镜顶点切除掉的尺寸同样较小。这允许在全站仪与反射器之间的小距离的情况下改善距离可测量性。

[0086] 该反射器装置20的六个传感器被有线连接在该装置内部。传感器的信号或者利用传感器记录的图像被发送至处理单元，该处理单元提供取向的计算。该处理单元例如可以设置在反射器装置20中或者与全站仪1(TPS)一起设置。作为该处理单元的功能，可以将原始数据或已处理的数据对应地发送至TPS。

[0087] 在反射器装置20的定向照亮的情况下，根据装置20的偏航状态(即，根据装置20相对于射束源的与绕垂直轴A的旋转有关的取向)，照亮棱镜21、22中的至少一个棱镜。辐射进入所讨论的棱镜并被部分反射回来。辐射的未反射部分可以穿过对应的通过面33、34并导致将代码图案投影到(可能是通过代码元件26、26’进行的)传感器28、28’上。通过识别在传感器28、28’中的哪个传感器上有更多的电磁辐射撞击，在第一步骤中，可以确定面向射束源的传感器28、28’/反射器21、22，并且可以确定近似的偏航角。

[0088] 在第二步骤中，可以通过对投影在传感器上、投影在传感器28、28’的检测面上的投影位置进行评估来计算精确的偏航角。

[0089] 针对评估(特别是根据传感器类型)，例如可以在传感器表面上方执行强度观察。作为另选方案或者另外地，可以借助于图像处理来评估能由传感器生成的图像(该图像包括成像的入射辐射)。在这种情况下，例如，可以应用亮度评估或对比度评估，以便获得撞击位置。

[0090] 在另选实施方式(未示出)中，可能已经利用由棱镜和指派的传感器装置组成的四个组合集的装置提供了360°方位角覆盖。

[0091] 传感器23、24例如可以被配置为图像传感器(CCD或CMOS)，或者被配置为对测量辐射的波长敏感的位置分辨检测器。特别地，传感器23、24是卷帘快门传感器类型。

[0092] 在一个实施方式中，传感器可以被配置为BSI(背照式)传感器。特别地，该传感器类型具有放大的可记录角度范围，使得可以提供可记录视场的对应的有利尺寸。这种BSI传感器可以被具体实施为卷帘快门传感器或者全局快门传感器。

[0093] 传感器还可以设置有偏振矩阵(例如，Sony IMX250MZR)。在这种情况下，按类似于RGB颜色矩阵的方式，在像素的前方有一个由例如2x2个单元组成的矩阵，该矩阵允许对接收到的光进行偏振敏感检测。在TPS发射偏振测量辐射期间，可以因此借助于测量杆上的偏振敏感检测来确定滚转角。由此可以消除另外使用倾斜传感器来进行全6DOF取向确定。利用棱镜后面的图像传感器，因此可以确定测量杆的所有旋转自由度。

[0094] 换句话说，在一个特定实施方式中，传感器可以被配置为偏振分辨传感器，不同的(特别是邻近的)传感器像素被指派不同的偏振敏感矩阵元，并且所述传感器借助于不同传感器像素的强度评估来提供Stokes矢量的计算。

[0095] 反射器装置20提供特别是关于偏航移动(即，反射器装置20绕中心轴A的旋转)的空间取向的确定。其它两个旋转自由度(滚转角和俯仰角)例如可以借助于重力倾斜仪来确定或者(部分地)同样借助于反射器装置20来确定。为了确定所有三个旋转自由度中的取向，优选将为此目的记录的测量数据一起处理。例如，如果滚转位置和俯仰位置是借助于倾斜传感器确定的，则可以唯一地计算出测量杆关于全站仪的方位角取向。

[0096] 利用反射器装置20的取向确定是借助于并且相对于击中该装置20的测量辐射(例如，由全站仪发射的测量辐射)的传播轴来执行的。

[0097] 由于反射器装置20的配置，因此传感器上的产生的投影与进入棱镜的辐射的入射角相关。因此，可以借助于所确定的投影位置来获得反射器装置20相对于测量辐射的传播轴的方位角。

[0098] 如果在测量辐射入射的同时，反射器装置20绕轴A旋转，则传感器上的投影位置会有所不同。在这种情况下，如果测量辐射离开一个棱镜的视场并进入邻近棱镜的视场，则测量辐射不再击中先前的传感器，而是被定向到该邻近传感器中。

[0099] 根据本发明，另选地，不仅可以借助于图像来执行取向评估，而且可以执行对投影位置的连续监测，并且可以通过投影位置的相应变化(同样连续的)推导出取向。

[0100] 偏航的测量被固定至所述设备，即，该测量是相对于极轴来执行的。例如，倾斜传感器(倾斜计)相对于重力进行测量。如果测量杆因此至少基本上垂直放置，则平行于方位角对应发生偏航和/或可以简单地确定所有三个空间角度。测量杆的位置与垂直取向的偏差越大，所得到的测量准确度就越低，但是，根据本发明的系统允许至少高达70°或80°的测量杆倾斜度的可靠且完整的空间取向确定(利用附加的倾斜传感器)。

[0101] 图3a和图3b示出了可以根据本发明使用的代码元件46a和46b的相应实施方式。代码元件46a、46b被配置为光掩模，该光掩模对于其表面上方的光来说大部分是不透明的。

[0102] 代码元件46a提供三分支交叉47a形式的代码图案。为此目的，胶片上的形成交叉47a的区域没有被涂覆成不透光，而是被配置成至少对于照明测量辐射而言(随角度变化地)透光。

[0103] 如果代码元件46a被对应地照亮，则交叉47a被投影到传感器上。利用传感器，可以生成表示该投影的图像。通过图像处理，借助于所述图像，可以确定交叉47a在图像中的位置并因此确定在传感器上的位置。由于入射角度的相关性，因此该位置又允许直接推导出照明辐射的入射角，使得可以在至少一个或两个自由度中确定反射器装置相对于照明辐射的传播方向的取向。

[0104] 图3b示出了具有如下代码图案的代码元件46b，即，该代码图案具有对光透明的小区域(间隙)47b的随机布置。在所示示例中，这些区域47b被配置为所谓的针孔，即，优选地由代码元件的不透辐射涂层的对应间隙形成的小透明孔的形式。孔47b随机地或伪随机地分布在代码元件46b的表面上。然而，孔47b的位置(即，这些孔47b的相对布置)是已知的，以评估由此能产生的投影。

[0105] 在这种情况下，针孔47b的数量不需要过大，并且例如在不期望的太阳辐射对评估产生影响的情况下，相对较小的数量足以实现足够的冗余。

[0106] 透光的孔47b的数量可以介于10到30之间。通常情况下，即使在强烈的扰动影响下，所述孔的至少四个孔的投影仍保持易于评估。在这种情况下，这种孔47b的直径优选地选自从50μm至150μm的范围。

[0107] 例如，因棱镜外侧上的污垢而造成的扰动可能导致成像针孔在传感器上的不规则的亮度分布，并因此指示可能未正确地确定强度形心。在这种情况下，在评估由传感器记录的图像或评估传感器信号时，还可以排除相对较暗的针孔，以便提高测量的准确度。

[0108] 由于在评估期间可以分析整个代码图案，因此与单个针孔相比，显著提高了这种冗余代码图案的鲁棒性。在只有一个孔或单个针孔的解决方案中，即使在该光通道轻微和/或部分结垢的情况下，也存在错误或不可靠的信号评估的缺点。

[0109] 例如，如果因所有针孔的全局扰动，成像针孔彼此之间的距离受到极大的扰动(该扰动可以通过与已知图案的预期距离和分布进行比较来识别)，则可以在扰动消息(例如，清除请求)中使该扰动被用户所知。因此可以避免不正确的测量。

[0110] 因此，根据本发明的使用代码图案的方法允许测量装置进行自分析的能力。如果与存储的代码图案(例如，一种查找表)的相关性不足(例如由于斑点的亮度不同或者相对距离的不一致)，则可以将该测量归类为不够可靠。

[0111] 如果可用的测量能力降低到阈值之下(例如，在大雨期间)，则可能要求用户完全丢弃所述测量。然后，用户例如可以借助于水准测量仪对应地直立设置测量杆。根据本发明的方法的优点在于可以与测量结果分开地对用户进行通知，因此可以避免未被注意到的不正确的测量。

[0112] 要理解，这些表示附图仅示意性地表示可能的示例性实施方式。各种方法可以根据本发明同样地彼此进行组合以及与现有技术的大地测量系统相结合。

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具有传感器的回射器

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