[发明专利]具有补偿温度变化的光学平台的测量仪器

说明书

本发明涉及一种测量仪器(300)，其包括底座(320)、具有光轴(315)的光学系统(310)、附接到底座(320)的平台(350)以及光学部件(330)。光学系统(310)可以适合于接收和/或发送光。光学部件(330)位于光轴(315)处或接近光轴(315)。接收的和/或发送的光穿过光学部件(330)。平台(350)包括致动构件(370)，该致动构件(370)布置成作用在光学部件(330)上以用于使其移动。致动构件(370)可以是响应于温度的，以便响应于温度变化而引起光学部件(330)相对于底座(320)沿光轴(315)的位移。

技术领域

本公开总体上涉及测量领域。特别地，本公开涉及构造成确定到目标的距离的测量仪器。

背景

在测量技术中，物体的位置通过测量角度和距离来确定。为此，测量仪器或大地测量仪器包括电子距离测量装置(EDM)，其可以使用不同的技术来估计EDM自身与目标物体之间的距离。一种这样的技术是所谓的“飞行时间(time-of-flight)”方法，其中通过测量光的光学脉冲的往返来估计到目标物体的距离。使用光学源，例如激光器，朝向目标发射光学脉冲，希望脉冲的至少一些部分将在目标处反射并返回到从其发射脉冲的测量装置，然后在该测量装置中由光电检测器检测脉冲。如果精确地测量光学脉冲行进到目标物体和从目标物体返回所花费的时间，则可以计算出到目标物体的距离的良好估计。

如果光学脉冲在数个方向上被发射，则可以确定到物体上数个点的距离。如果每个脉冲的发射角受到良好的控制(或者通过旋转EDM或大地测量仪器本身，或者通过例如使用镜子在已知方向上偏转所发射的光学脉冲)，则可以创建并使用距离和发射角之间的映射，以便建立物体表面的三维测绘。这样，大地测量仪器可以用作三维(3D)扫描仪。

由于目标物体上不同点(或区域)之间的光学特性(例如反射率)的差异可能很大，因此各个返回(反射)的光学脉冲可能在例如幅度方面不同，并且要求EDM的接收端具有相对高的动态范围，以便其能够检测具有变化特性的输入光学脉冲。

当前技术领域的挑战是提供一种具有更稳定的动态范围的大地测量仪器。

概述

因此，本公开的目的是至少部分地满足上面所说明的要求。为了达到这个目的，提供了如独立权利要求中限定的测量仪器。进一步的实施方案在从属权利要求中被限定。

根据一些实施方案，提供了测量仪器。该测量仪器包括底座(chassis)、具有光轴的光学系统、附接到底座的平台(stage)和光学部件。光学系统可适合于接收和/或发送光(比如，例如，光的光学脉冲或光束)。光学部件位于光轴处，或接近光轴。接收的和/或发送的光可以穿过光学部件。平台包括致动构件，该致动构件布置成作用在光学部件上，以用于使光学部件移动。致动构件可以是响应于温度的，以便响应于温度变化而引起光学部件相对于底座沿光轴的位移。

已经认识到，由于温度变化，测量仪器的动态范围可能改变，特别是减小。温度变化可以例如改变接收器的电子器件(例如，诸如放大器或衰减器)，从而影响测量仪器的动态范围。此外，温度变化可能导致光学元件附接至其的仪器的底座膨胀，并因此改变这些不同光学元件的结构和/或光学布置，从而也影响在仪器的接收器处接收到的光的量。特别地，将目标处反射的光(诸如，例如光学脉冲)中继到接收器的光学部件的(沿仪器的光轴)的位置(即，所接收到的光所穿过的光学部件的位置)可能由于温度升高或降低而改变，从而影响在接收器处从光学部件接收到的光量。类似地，将所发送的光(诸如，例如光学脉冲)中继到目标的光学部件(沿仪器的光轴)的位置(即，所发送的光穿过其的光学部件的位置)可能由于温度升高或降低而改变，从而影响从仪器发送的光的量，这进而影响在接收器处接收到的光的量。

应当理解，在本公开中，有时可以描述光学部件可以将接收到的光或接收到的光学脉冲(即，在目标处被反射的光)传输到接收器。在这种情况下，术语“传输”可以指在大地测量仪器内光从光学部件到接收器的内部传输。可以互换地描述的是，当接收到的光穿过光学部件时，光学部件将接收到的光中继到接收器。