CN103261962B - 用于检查或测量对象的设备、光学组件、方法，以及用于制造结构的方法 - Google Patents

Abstract

提供用于检查或测量对象的***的光学组件，该光学组件被配置为在该***被指向目标时作为单元与***一起移动，并且消除对可以相对于***的其它部分移动的大扫描（指向）反射镜的需要。该光学组件包括反射折射光学器件，该反射折射光学器件被配置为折叠被引导通过该***的出口的指向光束和测量光束的光路，以压缩该光学组件的大小。

Description

用于检查或测量对象的设备、光学组件、方法，以及用于制造 结构的方法

相关申请/优先权的要求

本申请涉及并要求2010年10月25日递交的临时申请序列号61 /455,768的优先权，该临时申请以引用的方式并入本文。

背景技术

激光雷达是一种多功能计量***，其提供对对象（通常称为目标）的非接触式和真正的单操作者检查。激光雷达计量技术提供对象检查，其在诸如航天、可替代能源、天线、卫星、超大铸件、以及其它大规模应用的许多行业中获取高质量对象检查数据中尤其有用。

在通过引用并入本文的美国专利4,733,609、4,824,251、 4,830,486、4,969,736、5,114,226、7,139,446、7,925,134以及日本专利#2,664,399中公开了激光雷达***的已知概念。来自激光雷达***的激光束（在本文中称为“测量光束”）由激光雷达***光学器件来控制，并从激光雷达***被引导并到达目标。被从激光雷达***引导的激光束可以穿过分光器，该分光器将激光束沿着测量路径引导并引导到目标，并且分出一部分激光束到处理***，该处理***在美国专利4,733,609、4,824,251、4,830,486、4,969,736、5,114,226、7,139,446、7,925,134以及日本专利#2,664,399中进行了公开，并且其不形成本发明的一部分。被沿着测量路径引导的激光束被目标反射或散射，反射或散射的激光束的一部分在激光雷达***处被接收回，在激光雷达***中，其被检测和处理以提供关于目标的信息。对反射或散射的光的检测和处理根据美国专利4,733,609、4,824,251、 4,830,486、4,969,736、5,114,226、7,139,446、7,925,134以及日本专利#2,664,399来提供，这些专利通过引用并入本文，且不形成本发明的一部分。本发明涉及光学组件，指向光束（pointing beam）和测量激光束从激光雷达***透射通过该光学组件。

现有的激光雷达***具有相对较大的旋转扫描（指向）反射镜，其相对于激光雷达***的其它部分进行旋转，并被用于实现光束指向。该反射镜导致***不稳定和偏振问题。现有***也不是消色差的，因此，两个波长（例如，指向光束波长和测量光束波长）不能被同时聚焦到空间中的一部分上。另外，现有***限制了照相机的视场，该照相机指向与激光雷达相同的方向。

发明内容

本发明是在考虑到上述情形而做出的，本发明的一个目的在于提供一种设备，该设备包含作为设备的一部分的可以作为单元移动的光学组件，并且该设备被配置用来将测量光束引导通过光学组件的出口（outlet），该光学组件被配置用来折叠（fold）被引导通过光学组件的出口的测量光束的光路。

本发明的另一个目的在于提供用于沿着视线聚焦光束的光学组件，其包括共同协作将来自光源的光束沿着延伸穿过透镜的视线进行聚焦的透镜、扫描反射器和固定反射器，其中，透镜、扫描反射器和固定反射器相对于彼此定向，从而使得来自光源的光束被扫描反射器反射到固定反射器，并且来自固定反射器的反射光由扫描反射器再次反射并沿着穿过透镜的视线被引导，其中，扫描反射器可以相对于光源、透镜和固定反射器移动，以调整光束沿着视线的聚焦。

本发明的另一个目的在于提供一种用于检查或测量对象的方法，通过使用被配置用来引导测量光束穿过光学组件的出口的光学组件来将测量光束指向对象，该光学组件被配置用来折叠被引导通过光学组件的出口的测量光束的光路。

本发明的另一个目的在于提供一种用于装置结构的方法，其包括：基于设计信息来生产结构；通过使用设备来获得结构的形状信息；通过布置生产的结构来获得结构的形状信息；将获得的形状信息与设计信息进行比较。

根据下面的详细描述和附图，本发明的另外的特征将变得显而易见。

附图说明

图1是可以采用根据实施例的光学组件的类型的激光雷达***的示意图；

图2是可以采用根据实施例的光学组件的优选类型的激光雷达***的正视图；

图3（A）、图3（B）和图3（C）是根据第一实施例的光学组件的不同版本的例子；

图4示出根据第一实施例的光学组件的另一个例子的反射折射部分；

图5示出根据第一实施例的光学组件的某些性能能力（performancecapability）；以及

图6示出根据第一实施例的光学组件的另外的性能能力。

图7a是根据第二实施例的光学组件的一个版本的示意图；

图7b是示出通过隅角立方镜（corner cube）和平面反射镜提供的反射方案的图7a的光学组件的裂解的示意图。

图8a和图8b是根据第二实施例的光学组件的第二版本的侧面和顶面示意图；

图8c是示出通过这些元件的反射顶部提供的反射方案的图8a和图8b的光学组件的裂解的示意图；并且

图9-13是根据第二实施例的光学组件的另外的概念的示意图。

图14是结构制造***700的框图；以及

图15是示出结构制造***700的处理流程的流程图。

具体实施方式

将在下面参考附图解释根据本发明的激光雷达***100的实施例。然而，本发明不限于此。

当前的这些实施例提供紧凑型光学组件（有时称为集成光学组件或IOA），其在激光雷达***中有用，并且在各种其它光学***中也有用。

在激光雷达***中，光学组件被配置为在激光雷达***被指向目标时作为单元与激光雷达***一起移动，并且消除对可以相对于激光雷达***的其它部分移动的大扫描（指向）反射镜的需要。

该光学组件被设计为紧凑型，并且利用相对简单的元件的组装来引导指向光束和测量光束并将其聚焦在光学雷达***的出口处。

根据第一实施例的光学***包括反射折射光学器件，其可以作为单元与激光雷达一起移动，并且将指向光束和测量光束两者引导到激光雷达***所指向的目标，同时消除对可以相对于激光雷达***的其它部件移动以引导指向光束的扫描（指向）反射镜的需要。在可见（例如，诸如610nm到750nm附近的红色）波长范围中产生指向光束，并且在不同的预定波长范围（例如，诸如0.7μm到10μm附近的红外、或IR）中产生测量光束。指向光束和测量光束由作为单元与激光雷达***一起移动的本实施例的紧凑型光学组件来处理，以避免使用可以相对于激光雷达的其它部件移动的扫描（指向）反射镜的方式，引导来自激光雷达***的指向光束和测量光束（并引导到目标）。

该光学组件包括反射折射光学器件，该反射折射光学器件包括提供大部分光焦度（optical power）并允许在两个所需的波长之间更容易的消色差的凹反射镜。凹反射镜将光路在其自身上折叠，以基本上降低光学组件的总体大小。光学组件的大小被设计为足够小，以允许照相机被置于激光雷达***的移动部分，并通过使用允许照相机光轴与测量光束的轴共线的冷反射镜或反射窗口来消除视差效应。凹反射镜帮助对***进行消色差，同时还折叠光路以产生允许整个光学组件作为单元与用于扫描的激光雷达***一起旋转的紧凑型光学***，从而消除现有***的昂贵的且累赘的旋转（指向）反射镜。

基本上，第一实施例包括作为激光雷达***的一部分的可以作为单元移动的光学组件，并且被配置为引导指向光束和测量光束通过激光雷达***的出口。该光学组件包括反射折射光学器件，其被配置为折叠被引导通过激光雷达***的出口的指向光束和测量光束的光路，以压缩该光学器件的大小。

第一实施例可以以各种方式实现。例如，光学组件包括具有透射部分的窗口，通过该窗口的透射部分，指向光束和测量光束被引导到激光雷达***的出口。中继***将来自光纤的指向光束和测量光束引导到该窗口的反射区域，并且反射折射光学器件通过该窗口的透射部分将来自该窗口的反射区域的指向光束和测量光束接收并反射回去，以折叠被引导通过激光雷达***的出口的指向光束和测量光束的光路，从而压缩光学组件的大小。凹反射镜将光路在其自身上折叠。换句话说，部分光路重叠。对于测量光束的光路，凹反射镜与该窗口的反射区域之间的光路重叠。换句话说，光学组件具有两个以上的来自光源的光的方向。

在本实现方式的一个特定版本中，光学组件包括至少一个可移动光学器件，以改变由反射折射光学器件反射并通过该窗口的透射部分引导回来的指向光束和测量光束的聚焦。在另一个特定版本中，通过移动多个光学器件来改变由反射折射光学器件反射并通过该窗口的透射部分引导回来的指向光束和测量光束的聚焦，所述多个光学器件的特征在于低光焦度且大量的球差。

在第一实施例的另一个实现方式中，该窗口包括透射在包括指向光束和测量光束中的每个的波长范围中的预定波长范围中的光的冷反射镜，并且透射指向光束和测量光束的光纤位于冷反射镜的中心位置。反射折射光学器件从光纤接收指向光束和测量光束并将指向光束和测量光束通过冷反射镜反射回去，在冷反射镜中光束被引导到激光雷达***的出口。照相机140被放置为使得其接受由冷反射镜122上的涂层所反射的光，从而允许照相机的视线与指向光束和测量光束的轴共线。冷反射镜122允许照相机光轴与测量光束的轴共线。

在本实现方式的一个特定版本中，光学组件包括至少一个可移动光学器件，以改变由反射折射光学器件反射并通过该冷反射镜引导回来的指向光束和测量光束的聚焦。在另一个特定版本中，通过移动多个光学器件来改变由反射折射光学器件反射并通过该冷反射镜引导回来的指向光束和测量光束的聚焦，所述多个光学器件的特征在于低光焦度且大量的球差。

根据本发明第二实施例的基本方面，该光学组件被配置为沿着视线引导指向光束和测量光束并通过激光雷达***的出口。该光学组件包括：光源、透镜、扫描反射器和固定反射器，其共同协作以将来自光源的指向光束和测量光束沿着延伸通过透镜的视线进行聚焦。光源、透镜、扫描反射器和固定反射器相对于彼此进行定向，从而使得来自光源的指向光束和测量光束由扫描反射器反射到固定反射器，并且来自固定反射器的被反射的指向光束和测量光束由扫描反射器再次反射并沿着视线引导通过透镜，并且扫描反射器可以相对于光源、透镜和固定反射器移动，以沿着视线调整指向光束和测量光束的聚焦。

根据第二实施例的优选版本，扫描反射器包括逆向反射器（retroreflector），固定反射器包括平面反射镜。光源、透镜和平面反射镜都相对于光学组件的支撑结构位于固定位置上，并且逆向反射器相对于这些固定位置可以移动，以改变指向光束和测量光束沿着视线的聚焦。

下面的详细描述还提供第二实施例的光学组件的若干版本。在一个版本中，逆向反射器包括具有至少三个反射表面的隅角立方镜，所述至少三个反射表面被定向为使得（i）来自光源的指向光束和测量光束通过隅角立方镜被反射到平面反射镜，（ii）从平面反射镜反射的指向光束和测量光束被再次通过隅角立方镜反射，并且（iii）以基本上不受隅角立方镜在与至少一个预定方向成横向的方向上的移动或者隅角立方镜相对于所述预定方向的旋转的影响的方式，隅角立方镜在所述预定方向上的移动对指向光束和测量光束沿着视线的聚焦进行调整。

在根据第二实施例的光学组件的另一个版本中，扫描反射器包括提供对指向光束和测量光束的两次反射的反射顶部，固定反射器包括也提供对指向光束和测量光束的两次反射的反射顶部，其中，这两个反射顶部的节线（nodal line）相对于彼此在预定的取向上。

下面的详细描述还提供了用于配置和定向光学组件的部件的概念（例如，用于第二实施例）。这些概念被设计用来，例如，减少光学组件的重量，并改进光学组件的性能，同时尽可能地保持光学组件紧凑。

在一个概念中，由扫描反射器反射并沿着视线被引导通过透镜的指向光束和测量光束被折叠反射镜反射，该折叠反射镜折叠被引导通过透镜的指向光束和测量光束的视线。光源包括由折叠反射镜支撑的光纤。

在另一个概念中，透镜、光束源和平面反射镜以这样的方式被支撑，从而使得它们可以作为一个单元相对于逆向反射器移动，并且，其中，视线随着该单元移动。

在另一个概念中，由扫描反射器反射并沿着视线被引导通过透镜的指向光束和测量光束被偏振分束器反射，该偏振分束器折叠被引导通过透镜的指向光束和测量光束的视线，并且，其中，光源包括位于相对于折叠被引导通过透镜的指向光束和测量光束的视线的偏振分束器的预定位置的光纤。

在另一个概念中，光源包括由单片构件支撑的光纤，该单片构件具有充当平面反射镜的一个部分、以及折叠由扫描反射器反射并沿着视线被引导通过透镜的指向光束和测量光束的视线的另一个部分。

在另一个概念中，光源包括由也支撑平面反射镜的透射构件支撑的光纤。

第一实施例

如上所述，本发明提供一种光学组件，其可以作为单元与激光雷达***一起移动，并且被配置为透射来自激光雷达***的指向光束和测量光束，其中，这些光束可以被引导到激光雷达***所指向的目标。结合在通过引用并入本文的美国专利4,733,609、4,824,251、 4,830,486、4,969,736、5,114,226、7,139,446、7,925,134以及日本专利#2,664,399中描述的类型的激光雷达***来在本文中描述本发明，并且根据这些描述，对本领域技术人员来说，可以使用各种类型的激光雷达***来实现本发明的方式是显而易见的。

图1和图2示出包括在本申请中公开的所有实施例的激光雷达***。如图1和图2所示，激光雷达***100产生处于可见（例如，红色）波长范围中的指向光束以及处于不同（例如，红外、TR）波长范围中的测量光束，并且将指向光束和测量光束引导（透射）到激光雷达***的出口120。指向光束被用于识别测量光束被引导到的目标106上的点。指向光束和测量光束的激光源不同。控制单元可以控制激光雷达***100。在本实施例中，激光雷达***100具有控制单元。但是，与激光雷达***100耦接的分开的***也可以具有控制单元。

测量光束可以穿过分光器102，其将测量光束（和指向光束）沿着测量路径104引导并引导到目标106，并通过电路108发送测量光束的一部分，在电路108中，激光束的该部分以在美国专利 4,733,609、4,824,251、4,830,486、4,969,736、5,114,226、7,139,446、 7,925,134以及日本专利#2,664,399中描述的方式被处理。在图1中，该分光器是由102标识的底部分光器。沿着测量路径104引导的测量光束被从目标106反射，并且被反射或散射的测量光束的一部分在激光雷达***100处被接收回，在激光雷达***100中，这部分光束被图1中示出的顶部分光器引导到检测器并被检测和处理，以提供关于目标106的信息。对来自测量光束的反射或散射的辐射的检测和处理在激光雷达***100的底座（base）110中提供，并且被配置为根据美国专利4,733,609、4,824,251、4,830,486、4,969,736、5,114,226、 7,139,446、7,925,134以及日本专利#2,664,399对反射的辐射进行检测和处理，这些专利通过引用的方式并入并且不形成本实施例的一部分。简而言之，光学外差检测（opticalheterodyne detection）提供被引导到目标106并从其反射的源光束。然后，返回的光束在光检测器（photo detector）上与本地振荡器光束混合，以提供可以被处理为提供关于目标106的详细信息的光学干涉图案。光学外差技术利用源光束与反射光束的可逆性（reciprocity）。例如，这些光束基本上是相同的波长并且在相同的光轴上被引导。测量路径104与目标路径 104相同。这提供了改进的信噪比（SNR）和提高了的灵敏度。SNR 足够得高，从而使得与已知直接检测***相比，可以使用小的接收孔径。小的接收器孔径可以被想象为能够被***到有限的接入区域中的非常小的透镜。由于小的接收器孔径仍然可以提供关于目标的详细信息，因此相干***的光学部件可以被制造得非常小，并提供扫描速度和精度的相关增加。例如，使用二分之一英寸孔径的相干光学***可以比在直接光学检测***中使用的四英寸孔径获得更多的关于目标的信息。本发明针对光学组件，指向光束和测量光束透射通过该光学组件到激光雷达***的出口120。

在已知激光雷达***中，提供可移动反射镜用于将指向光束引导到目标。可移动反射镜与透射测量光束的光学器件分开，并且需要相对较大的激光雷达壳体，以容纳可移动反射镜和激光雷达光学器件二者。本发明相对紧凑，这是由于测量光束和指向光束两者都由相对紧凑的光学组件来产生，该光学组件可以作为单元与激光雷达***100 一起移动。此外，本发明的光学组件被设计为执行其光束透射/接收功能时相对地稳定。提供电子电机用于移动光学组件。在本实施例中，光学组件可以相对于不同方向的两个轴移动。这两个轴通过如图 2所示的YX平面和XY平面定位。这两个轴是Z轴和X轴。提供编码器用于监视光学组件的位置。控制单元可以通过光学组件的位置来控制电子电机的功率。

如图2所示，激光雷达***100包括其中放置并固定有光学组件的壳体（例如，可旋转圆柱体112），从而使得光学组件作为单元相对于激光雷达***的底座110与圆柱体112一起移动。激光雷达***包括壳体112中的出口120，并且辐射（例如，在指向光束和测量光束的两个波长中）从激光雷达***被引导通过该出口。底座110包括激光雷达***的处理特征，其在美国专利4,733,609、4,824,251、 4,830,486、4,969,736、5,114,226、7,139,446、7,925,134以及日本专利#2,664,399中进行了公开。

这些实施例中的第一实施例的光学组件114的基本特征可以从图 3（A）到图3（C）认识到。在图3（A）中，光学组件114包括：指向光束和测量光束透射通过其的光纤（由光纤尖端116表示）、将指向光束和测量光束从光纤116引导到窗口112的小反射区域126的中继***124（在图3（A）到图3（C）的实施例中也被称为折叠反射镜）、以及接收来自窗口112的反射区域126的指向光束和测量光束并将其通过窗口122反射回去的反射折射光学器件128，在窗口 122中，这些光束被引导通过壳体112的出口120。窗口122具有在一侧上的形成反射区域126的小的镀银区域，以及在其另一侧上的涂层，该涂层允许红色和红外范围中的辐射被透射过该窗口并到达输出孔径120。照相机140被放置为使得其接受由窗口122上的涂层所反射的光，从而允许照相机的视线与指向光束和测量光束的轴共线。应当注意，虽然照相机140的位置和取向在图（3）中被示出，但是，在图3（B）、图3（C）和图4中示出的第一实施例的版本中照相机 140也可以相对于窗口122被类似地定位和定向。

另外，光学组件114被配置为接收从目标106反射或散射的至少一些辐射，并将该辐射通过光纤116引导回去。光纤116可以具有光纤光束合成器，其将可见（例如，红色）波长范围中的指向光束与不同的例如红外（IR）波长范围中的测量光束组合。指向光束和测量光束从分开的光源产生，并通过位于底座110内部的光纤光束合成器以本领域技术人员公知的方式来组合。

本实施例的激光雷达***100具有指向光束和测量光束。但是，激光雷达***100可以具有测量光束，而没有指向光束。例如，测量光束为可见的。因此，在这种情况中，测量光束也可以是指向光束。本实施例的激光雷达***100在指向光束与测量光束之间具有不同的波长区域。但是，激光雷达***100可以具有相同的波长区域，诸如可见区域。

在图3（A）中，光学组件114包括中继***124和反射折射光学器件128，中继***124将指向光束和测量光束从光纤116引导到窗口122的小反射区域126，反射折射光学器件128接收来自窗口 122的小反射区域126的指向光束和测量光束并将其通过窗口122的透射部分反射回窗口122的反射区域126，在反射区域126，该光束被引导通过壳体的出口120。反射折射光学器件128包括球面反射镜 130和一个或多个光学器件，辐射（即，来自指向光束和测量光束的辐射）被从球面反射镜130反射，该辐射被引导通过该一个或多个光学器件。在图3（A）的实施例中，光学组件包括至少一个可移动光学器件132，以改变从球面反射镜130反射并通过窗口122反射回去的辐射的聚焦。光学器件132可以是双凹的或者可以是平凹的，其中至少一个凹部分134面向折叠反射镜122。可移动光学器件132被配置为将从球面反射镜130反射的辐射聚焦在目标处，并且还被配置用来减少由透射透镜表面反射的杂散辐射（重影图像）通过光纤116被引导回去。具体地说，光学器件132的凹部分134具有远离光纤共轭的弯曲中心，以降低由透镜表面所反射的杂散辐射通过光纤被引导回去的可能性。此外，相对于光学组件固定的透镜135对球差进行校正以允许在目标处的有限衍射的聚焦光斑。球面反射镜将光路在其自身上折叠。换句话说，部分光路重叠。对于测量光束的光路，凹反射镜与反射区域126之间的光路重叠。换句话说，来自光源的光的行进方向在光学组件中改变。从反射区域126到凹反射镜的方向与从凹反射镜到反射区域126的方向不同。在第一实施例的另一个特定版本中，如图3B和图3C所示，光学组件包括可以作为一个组相对于球面反射镜130和窗口122移动的光学器件集合136。在图3B和图3C的实施例中，通过移动光学器件集合136来改变由反射折射光学器件反射并通过该窗口122引导回来的指向光束和测量光束的聚焦，光学器件集合136的特征在于低光焦度（optical power）且大量的球差。这样，在图3B的例子中，光学器件集合136相对地靠近窗口122，以提供短距离（例如，大约1米）的聚焦，并且，在图3C中，光学器件集合136相对地靠近球面反射镜130，以提供相对较长的距离（例如，大约60米）的聚焦。移动组136的位置在这两个极限之间可以连续地改变，以允许测量光束和指向光束在距离激光雷达光学组件的例如1与60米之间的任何距离处被聚焦。

在第一实施例的另一个特定版本中，其反射折射部分在图4中示出，窗口122包含被称为“冷反射镜”的部分，这是由于其透射指向光束和测量光束的可见红色和IR波长范围的辐射，并反射较短波长的辐射。光纤116被置于冷反射镜122的中心位置中的孔137处，并且以结合图3A、图3B和图3C所描述的方式，反射折射光学器件从光纤116接收指向光束和测量光束的辐射，并将该辐射通过冷反射镜 122反射回去并反射到激光雷达壳体112的出口120。第一实施例的该版本还可以包括一个双凹或平凹光学器件（例如，如图3A中的 132所示），以改变通过冷反射镜反射回来的辐射的聚焦（并且该冷反射镜的凹表面134具有远离光纤共轭的弯曲中心，以减少由透镜表面所反射的杂散辐射（重影图像）通过光纤被引导回去）。或者，第一实施例的该版本可以包括多个移动光学器件（例如，如图3B和图 3C中的136所示），这多个移动光学器件被配置为：使得由反射折射光学器件反射并通过冷反射镜122引导回去的指向光束和测量光束的聚焦通过移动光学器件集合136来改变，该光学器件集合136的特征在于低光焦度且大量的球差。

图5示出根据当前这些实施例的第一实施例的光学组件的性能的例子。在图5的例子中，示出在1、2、5、24和60米处的性能（针对IR光），其中，对于所有位置，红光都被很好地聚焦。图5（以及展示A）示出光斑图（spot diagram），其指示本领域技术人员应该熟知的光学***的性能级别。在图5（以及展示A）中的实线圆指示由激光雷达光学***的波长和孔径限定的衍射极限。衍射极限表示该光学***的最佳的可能的性能，正如本领域技术人员所很好理解的。针对1、2、5、24和60米的每个目标距离的三个图示出光纤相对于反射折射光学***128和/或中继***124离轴地移动时的性能。针对每个目标距离的三个图为：左上图是关于离轴距离0mm、右上图是关于离轴距离0.3mm、以及中下图是关于离轴距离 0.5mm。“+”标记指示不同光束的焦点位置；如果所有这些标记都在限定衍射极限的圆内或靠近该圆，那么透镜的性能是被衍射限制的，正如本领域技术人员所很好理解的。

激光雷达的测量目标的三维位置的能力的一个重要方面在于分解在垂直于激光雷达的指向(光)轴的平面中的光斑位置的能力。这通过精确地测量指向整个光学组件的转向组件的两个指向角来完成。但是，在某些情况中，在垂直于指向轴的平面中的目标位置的空间分辨率可以通过由光学组件在目标处成像的光斑的大小来限制。换句话说，在目标处成像的光斑越小，可以确定的三维中的目标的位置越佳。因此，在图5中示出的性能示出，使用在本文献中描述的类型的***所实现的典型的性能可以是衍射限制的，正如本领域技术人员所清楚的。

另外，成像的光斑的大小确定了可以由光学组件收集多少光。如果更多的光被聚焦到目标上，那么更多的光被目标反射或散射，并且该反射或散射的光中的适当的一部分被该光学组件收集并被聚焦返回到光纤116，从而允许对激光雷达与目标之间的距离进行精确的测量。换句话说，使用由通过引用并入本文的美国专利4,733,609、 4,824,251、4,830,486、4,969,736、5,114,226、7,139,446、7,925,134 以及日本专利#2,664,399描述的技术，越小的光斑允许越多的测量光返回到光学组件，并且进行越精确的距离测量。

图6示出使用根据当前这些实施例的光学组件的作为移动组136 的轴位置的函数的测量光束和指向光束的焦点位置的例子。在图6中示出的曲线图示出特定地针对图3B和图3C中示出的配置的移动组位置，并且演示了从1米到60米的距离（从激光雷达壳体112到目标）需要将可移动的光学器件组136移动大约47mm。

正如本领域技术人员将会认识到的，第一实施例的光学组件114 是紧凑的且刚性的，并且对大部分的光焦度使用凹反射镜130。此外，凹反射镜130不产生色差。在图3A-3C的实施例中，窗口122 具有添加到该窗口的一侧的小的镀银区域126（产生小的模糊）。窗口122的另一侧将具有波长选择涂层，该波长选择涂层透射预定（例如，可见红色、IR）波长范围的光，并且，除了用于可见指向光束的波长外，该波长选择涂层反射光谱的可见部分的光。这允许照相机 140使用其余的可见光以观看由激光雷达***测量的场景。

此外，应当注意到，主反射镜130是凹的，并且在优选实施例中，其是球面的。主反射镜130可以帮助对光学组件进行消色差。通过图3（A）的实施例中的双凹或平凹移动透镜132可以实现聚焦。还可以通过在主反射镜130与冷反射镜122之间移动透镜组136（图 3B、图3C）来实现聚焦。

这样，第一实施例的反射折射光学组件提供紧凑型光学组件，其被设计用来（i）消除对移动反射镜的需要（消除有问题的多普勒效应），（ii）将两种波长（红色和IR）同时聚焦。位于凹反射镜130 与窗口（或冷反射镜）122之间的可移动透镜132或透镜组136通过在本文中描述并示出的部件来实现聚焦。

此外，光学组件被设计为提供离窗口（或冷反射镜）122的1米到60米的连续的聚焦范围。在窗口（或冷反射镜）的后表面上的模糊相当小，并且由中继器124引入的色差被反射折射光学器件所校正。

因此，第一实施例提供在激光雷达***中有用的紧凑型光学组件，这是由于其消除了对相对于激光雷达***的其它部分可移动的大扫描（指向）反射镜的需要。另外，第一实施例的紧凑型光学组件具有使用提供大部分光焦度的凹反射镜的反射折射配置，并且允许在指向光束和测量光束的两个所需波长之间更容易的消色差。凹反射镜将光路在其自身上折叠，以基本上降低总体大小。***的大小应当足够小以允许照相机140（图2、图3A）被置于激光雷达***的移动部分上，从而通过使用允许照相机光轴与测量光束的轴共线的冷反射镜或反射窗口来消除视差效应。由于窗口（或冷反射镜）122是在光被投射到目标之前的最后一个光学元件，因此该新的光学组件允许使用宽视场照相机140，通过将照相机的视点配置为从窗口（或冷反射镜） 122反射掉，该照相机可以以相同的方向并沿着与激光雷达相同的轴指向。该模糊较小，并且在激光雷达操作期间，不会导致在目标产生的光斑的大小的显著增大。

因此，从前述描述可以看出，当前这些实施例提供用于激光雷达***的紧凑型光学组件，其包含作为单元与激光雷达***一起移动并将指向光束和测量光束透射到激光雷达***的出口的反射折射光学器件，同时消除了对相对于激光雷达***的其它部分可移动的扫描（指向）反射镜的需要。在考虑前述描述的情况下，可以在各种类型的激光雷达***中实现当前这些实施例的光学组件的方式对本领域技术人员将会是显而易见的。

第二实施例

本发明的第二实施例将具有激光雷达***100，该激光雷达*** 100根据结合图1和图2在上面描述的一般原理进行配置和操作。可以根据图7a和图7b认识根据当前这些实施例的第二实施例的光学组件114的某些基本特征。图7a的光学组件包括：由通过其来引导指向光束和测量光束的光纤130表示的光源、透镜132、扫描反射器 134和在图7a中包括平面反射镜136的固定反射器。这些部件协同工作以将来自光纤130的指向光束和测量光束沿着视线138引导和聚焦，该视线138优选地与该光学组件的光轴一致并且延伸通过透镜132。光纤130、透镜132、扫描反射器134和平面反射镜彼此相对地定向，从而使得来自光纤130的指向光束和测量光束被扫描反射器 134反射到平面反射镜136，并且来自平面反射镜136的反射的指向光束和测量光束再次由扫描反射器134反射，并被通过透镜132沿着视线138引导。然后，指向光束和测量光束被从激光雷达***引导并引导到目标106处。

在图7a中的实施例中，扫描反射器134包含逆向反射器，该逆向反射器优选地是隅角立方镜，该隅角立方镜相对于光纤130、透镜 132和平面反射镜136平移（例如，在z方向上），光纤130、透镜 132和平面反射镜136都被固定以支撑光学组件的结构。隅角立方镜134的移动（或平移）通过改变测量光束在光纤与透镜之间行进的距离来调整指向光束和测量光束沿着视线138的聚焦。隅角立方镜134 具有至少三个反射表面，所述至少三个反射表面被定向为使得（i）来自光源的指向光束和测量光束通过隅角立方镜134被反射到平面反射镜136，（ii）从平面反射镜136反射的指向光束和测量光束被再次通过隅角立方镜134反射，并且（iii）以基本上不受隅角立方镜 134在与至少一个预定方向（例如，在图7a中的z方向）成横向的方向上的移动或者隅角立方镜134相对于所述预定方向的旋转的影响的方式，隅角立方镜134在所述预定方向上的移动对指向光束和测量光束沿着视线138的聚焦进行调整。图7b是图7a的光学组件的裂解的示意图，其示出由隅角立方镜134和平面反射镜136提供的反射方案，其使得指向光束和测量光束的反射不受隅角立方镜134在与z方向成横向的方向上的移动或隅角立方镜相对于z方向的旋转的影响。

光纤132与光纤光束合成器相关联，该光纤光束合成器将可见（例如，红色）波长范围中的指向光束与不同的例如红外（IR）波长范围中的测量光束组合。指向光束和测量光束从分开的光源产生，并且以本领域技术人员公知的方式由光纤光束合成器（其位于底座110的内部）组合。组合的指向光束和测量光束被以本文中描述的方式从光纤130引导并沿着视线138聚焦。

这样，就图7a和图7b中示出的第二实施例的版本而言，指向光束和测量光束沿着视线138被引导，并且通过单个元件（即，隅角立方镜134）的平移并且以对隅角立方镜134在与z方向成横向的方向上的移动或者隅角立方镜相对于z方向的旋转不敏感（即，不受其影响）的方式，调整指向光束和测量光束沿着视线的聚焦。此外，图 7a和图7b中的光学组件极其紧凑，并且由相对较少的元件形成。对于给定的配置，通过相对于固定部件（光纤、平面反射镜和透镜）在不大于大约22mm的距离上的平移，隅角立方镜134可以调整指向光束和测量光束的聚焦，这对光学组件的紧凑性有贡献。

就图7a和图7b的第二实施例的版本而言，指向光束和测量光束沿着视线被引导并被引导到激光雷达***的出口120。指向光束和测量光束从激光雷达***引导测量光束并引导到目标106上的光斑，其中辐射由目标反射和/或散射。根据激光雷达***的原理，以对本领域技术人员显而易见的方式，光学组件114将接收从目标106反射或散射的至少一些辐射，并且该辐射将通过光纤130被引导回去。

测量光束在目标106上的成像光斑的大小确定了由光学组件可以收集多少光。如果更多的光被聚焦到目标上，那么更多的光被目标反射或散射，并且该反射或散射的光中的适当的一部分被该光学组件收集并被聚焦返回到光纤130，从而允许对激光雷达与目标之间的距离进行精确的测量。换句话说，使用由通过引用并入本文的美国专利 4,733,609、4,824,251、4,830,486、4,969,736、5,114,226、7,139,446、 7,925,134以及日本专利#2,664,399描述的技术，越小的光斑允许越多的测量光返回到光学组件，并且进行越精确的距离测量。

在图7a和图7b中示出的第二实施例的版本的光学组件中，提供相对于隅角立方镜134被固定的平面反射镜136，将离开隅角立方镜的第一通过光束通过隅角立方镜发送回去，同时该***保持对平移隅角立方镜相对于z方向的倾倒/倾斜的不敏感。隅角立方镜134在z 方向上的横向平移还导致第一通过上的偏移，但是平面反射镜136通过隅角立方镜将光束反转回去，其在该处拾取相等且反向的偏移，以将其抵消。在每一次通过隅角立方镜时，隅角立方镜的逆向反射性确保输出光束平行于输入光束，而无论隅角立方镜的取向（即，倾倒、倾斜或摇摆）如何。这样，因此图7a中的***在名义上对隅角立方镜的倾倒/倾斜和x/y移动不敏感。图7b示出固定表面反射镜136怎样使得***对隅角立方镜的x/y移动不敏感。

另外，由于激光雷达***使用两种波长，并且该***对背反射敏感，因此隅角立方镜134还可以是三个反射镜的集合（空气-隅角立方镜），而不是固体玻璃的传统的隅角立方镜。然后，每个光束被入射到第一表面反射镜。因此，除了用于提供光焦度的2英寸透镜外，没有能够产生重影图像的表面，该重影图像可以对用于激光雷达的距离测量部件的噪底（noise floor）有贡献。

由于隅角立方镜134被光束横穿两次并且该光束被反射，因此光纤130与透镜132之间的光路是隅角立方镜的移动的四倍；隅角立方镜的1mm的移动将光纤与透镜之间的距离改变4mm。基于大约0.1 的光纤的已知NA，可以看出，基于50mm的输出孔径，固定透镜 132的理想焦距是大约250mm。基于针对物/像关系的牛顿公式，在近焦位置（1米）与远焦位置（60米）之间所需的总的聚焦范围是大约88mm。这转换为88/4=～22mm的隅角立方镜平移。因此，唯一需要的透镜是2英寸直径的物镜132。

该光学组件的其它重大优点在于，由于光路138通过隅角立方镜 134折叠了两次，因此250mm到（88+250）=338mm适合非常紧凑的体积。长焦距意味着对透镜132的像差要求相对于较短的未折叠的***还要放松。

该***与其中（一个或多个）透射光学器件被平移的***之间的主要区别在于，由于光纤是z位置基准，因此聚焦元件（隅角立方镜 134）的移动改变光纤130与最后的透镜元件之间的z位置。因此，该***必须足够精确地知晓隅角立方镜的位置，以对该移动进行简单的校正。当前***参数具有5μm+1.25ppm/米或在1米焦点处最小值6.25μm的轴向位置测量精度。这意味着在最坏的情况中台架（stage）位置必须被测量为6.25/4=1.56μm。在远焦（60m）处，必须只知道台架到80/4=20μm。考虑到该***的所有优点，这似乎是较小的折衷。

就图7a的***而言，输入光纤130正好在发散输出光束的中间。如果***如图7a一样被构建，那么用于保持光纤130的结构会阻挡光，并且，某些光会被直接返回入射到光纤上，从而潜在地引入噪底。在图8a、图8b和图8c中示出的可替代***提供解决这一问题的方法。

在图8a、图8b和图8c中示出的光学组件14a提供第二实施例的第二版本，并且其包括：提供指向光束和测量光束的光源的光纤 130a、透镜132a、扫描反射器134a和固定反射器136a。扫描反射器 134a包含提供指向光束和测量光束的两次反射的反射顶部，固定反射器136a包含也提供指向光束和测量光束的两次反射的反射顶部。此外，反射顶部134a和136a的节线140、142相对于彼此分别处于预定的取向上。

在图8a、图8b和图8c中示出的本发明的版本以与图7a和图7b 的版本大致类似的方式来工作。反射顶部134a具有一对反射表面，这一对反射表面被定向为使得（i）来自光源的指向光束和测量光束被通过反射顶部134a反射到固定反射顶部136a，并且从固定反射顶部136a反射的指向光束和测量光束被再次通过反射顶部134a反射，并且（ii）在至少一个预定方向（例如，图8a中的z方向）上的反射顶部134a的移动调整指向光束和测量光束沿着视线138a的聚焦。图 8c是图8a和图8b的光学组件的裂解的示意图，示出通过反射顶部 134a和固定反射顶部136a提供的反射方案。这样，指向光束和测量光束沿着视线138a被引导，并且，通过单个元件（反射顶部134a）相对于固定反射顶部136a、透镜132a和光纤130a在z方向上的平移，沿着视线的指向光束和测量光束的聚焦被调整。图8a、图8b和图8c中的光学组件极其紧凑，并且由相对较少的元件形成。与之前的版本一样，反射顶部134a可以通过相对于固定部件（光纤130a、固定反射顶部136a和透镜132a）在不大于22mm的距离上的平移来调整指向光束和测量光束的聚焦，这对光学组件114a的紧凑性有贡献。

图8a、图8b和图8c的光学组件解决输入光纤正好位于发散输出光束的中间的问题，使得用于保持光纤的结构会阻挡光，并且，某些光会被直接返回入射到光纤上，从而导致大的噪底。具体地说，代替平移隅角立方镜和使用固定反射器，光学组件被分成两个反射顶部 134a、136a。反射顶部134a代替隅角立方镜平移，并且，反射顶部 136a被固定并相对于平移的反射顶部134a关于光轴旋转90°。该光学组件实现与图7a中的***相同的优点，以及一个主要优点和一个缺点。来自输入光纤130的指向光束和测量光束到达移动的反射顶部 134a，并且由反射顶部134a向下平移。然后，指向光束和测量光束到达固定反射顶部136a，其将这些光束偏移到页面（page）中。然后，这些光束通过反射顶部134a返回并扩展出来，但是平行于输入光纤130a。但是，由于反射顶部136a，这些光束相对于光纤130在图8a和图8b的-y方向上平移。因此，不存在模糊或背反射的问题。但是，缺点在于，如果平移顶部绕z轴旋转，那么这些理想的特性将不再保持完全真实。

如果反射顶部134a在平移的同时绕y旋转，那么其充当顶部且不改变角度。如果其绕x旋转，那么反射顶部134a充当平面反射镜，但是由于固定反射顶部136a绕z轴旋转90度，因此固定反射顶部136a去除了该角度改变。如果反射顶部134a在x中偏移，那么其的确会偏移光束，但是，然后，固定反射顶部136a充当反射镜（如在图7a的***中）并且第二次通过反射顶部134a校正该偏移。最终，如果反射顶部134a在y中偏移，那么其与平面反射镜一样，因此不存在光束的改变。

一系列的第一表面反射镜（以形成反射顶部134a、136a的两个顶棱镜的形式）被用来改变光纤130a与固定透镜132a之间的轴向距离。该***在名义上对移动元件（反射顶部134a）的倾倒/倾斜和 x/y偏移不敏感。来自两个顶部***的输出光束相对于输入光纤130a偏移，因此不存在模糊或背反射问题。另外，由于所有表面都是第一表面反射镜，因此不存在可以产生重影反射的界面。光束路径的折叠性质使得其非常紧凑，从而允许稳定的机械结构。该***的长焦距意味着固定反射顶部136a可能是现成的颜色校正的双合透镜（doublet）。

图9-13示意性地示出用于配置和定向第二实施例的光学组件的部件的各种概念。

例如，如图9所示，由扫描反射器134反射并沿着视线138被引导通过透镜的指向光束和测量光束被折叠反射镜144反射，该折叠反射镜144折叠被引导通过透镜132的指向光束和测量光束的视线 138。如图9所进一步示出的，光纤130可以位于折叠反射镜144 中。

本发明的光学组件被设计为被聚焦在距离透镜132的1米到60 米的范围处。当图9中示出的***被聚焦在距离透镜1米处时，更少的光被引导到目标，但是光损耗仅有几个百分点。当光学组件被聚焦在60米处时，通过将隅角立方镜134移动大约22mm，光束的绝大部分进入透镜132的孔径，因此，基本上全部的光都被用于形成照射在目标上的光斑。

另外，如图10中所示意性地示出的，透镜132、光束源（即，光纤130）和平面反射镜136以这样的方式被支撑，从而使得它们可以作为一个单元相对于逆向反射器134移动，并且，其中，视线随着该单元移动。这样，如图10所示，透镜132、平面反射镜和光纤130 由盒子146支撑，从而使得所有这些部件可以作为单元相对于逆向反射器134移动。因此，对逆向反射器和可以“相对于”彼此移动的其它部件（光纤、透镜、固定反射器）的提及可以是指，其它部件由支撑结构所固定，并且逆向反射器相对于支撑结构移动，或者用于其它部件的支撑结构（例如，图6中的盒子146）能够使那些其它的部件作为单元相对于逆向反射器134移动（例如，旋转）。

此外，也是如图10所示，由扫描反射器134反射并沿着视线被引导通过透镜132的指向光束和测量光束被偏振分束器板150反射，该偏振分束器板150（以类似于图9中所示的方式）折叠被引导通过透镜的指向光束和测量光束的视线138。在图10中，偏振分束器板150具有能够使偏振分束器板150充当偏振分束器的偏振分束涂层，以及在平面反射镜136上提供四分之一波片148，以调整从平面反射镜136反射的光束的偏振。在图6中，作为光束源的光纤130由在相对于偏振分束器板150的预定位置上的一个圆点表示。

这样，在图10中示出的概念中，偏振分束器板（PBS）150被用于防止沿着视线被引导的光耦合回光纤130中。由于测量光束是线性偏振的，因此，通过两次穿过以45度定向的四分之一波片（QWP）148，其偏振态可以被旋转90度。在这种情况中，QWP 148还具有第二表面反射镜136，该第二表面反射镜136以图7a中示出并结合图7a描述的方式来充当该***的反射镜136。光纤130被靠近PBS板150的后表面放置。由于其是PBS板并且输入表面相对于该光纤以45度倾斜，因此离开后表面的任何反射都不会返回到该光纤。隅角立方镜134是固体玻璃，这是由于其是现成的部分并且由于这增加了光纤与透镜之间的轴向距离（物理距离）。在该光学组件中不存在模糊。

此外，在图10中示出的概念中，隅角立方镜134可以被保持固定，并且，平面反射镜、折叠反射镜、透镜和光纤（全部在盒子146 中被支撑）全部关于隅角立方镜的中心线进行旋转。该旋转必须关于隅角立方镜的中心线进行，否则，在旋转期间，光束将会移动到隅角立方镜的边缘外侧。第二实施例的该概念可以降低关于俯仰轴（elevation axis）移动所需的旋转质量（rotating mass），这将允许更小、更轻的俯仰轴电极被使用，并且还会导致产生更少的热（热源是用来移动部件的致动器）。此外，其可以导致更加紧凑的组件。其还可以导致聚焦阶段复杂性的降低，并且导致需要穿过旋转接头（rotating joint）的更少的线缆，从而线缆路由传送更简单，并且由于移动线缆而导致的线缆干扰可以被减少，以提高移动精度，并从而改进仪器性能。这样，图10的概念的该方面可以产生更小、更简单和成本更有效的光学组件，并且，线缆干扰的减少也会提高精度。

此外，如图11所示意性地示出的，光源包括：由单片构件152 支撑的光纤130，该单片构件152具有充当平面反射镜的一个部分 136b，以及折叠由扫描反射器134反射并沿着视线被引导通过透镜 132的指向光束和测量光束的视线138的另一个部分154。

此外，如图12所示意性地示出的，光源可以包含由透射构件（例如，玻璃窗口160）支撑的光纤130，该透射构件在其上具有形成平面反射镜的反射部分136c。另外，如图13所示，光纤可以由申请者称为“蜘蛛”的机械结构162所支撑，该机械结构162包括形成光纤的支撑体的具有中心开口166的一系列支柱164。蜘蛛162可以由诸如铝的轻质金属制成。这样，该光学组件可以包含玻璃板160或者金属板并形成反射部分136c，该玻璃板160具有用于光纤的孔和作为反射镜136c（如图12所示）的镀银区域，该金属板具有保持光纤并让光通过的蜘蛛（图13）和被附接到蜘蛛的加工并抛光的分开的反射镜表面。因此，除了在图12中支撑光纤的透射构件160是一块玻璃，并且在图13中透射构件是蜘蛛162的机械部件之间的（一个或多个）空气间隔以外，图12和图13是类似的。

在图11、图12和图13中示出的概念为根据本发明第二实施例的光学组件提供另外的有利特征。例如，图11的概念使用单个基板，用于两个反射镜并保持光纤。这可以提供更简单的制造，并且可以允许单个基板由相对轻质的铝来形成。对于图12和图13的概念，使用窗口或窗口/蜘蛛布置来代替折叠反射镜，可以降低光学组件的总重量，这是由于其消除了折叠反射镜的重量。此外，图12和图13 的概念可以降低对表面图和反射镜角度位置的另外的容差的要求。其结果是，现在，隅角立方镜平行于透镜的光轴而不是垂直于其移动。这样，由于光学组件具有的反射镜少了一个，因此该光学组件被简化，从而反射镜之间的角度少了一个要满足的规格。此外，当垂直于表面切割（如果我们使用图11的单片金属反射镜概念，则实际上这不是问题）时，光纤孔与反射镜表面之间的角度可以被更直接地控制。此外，在制造期间，可以更容易地保持光纤轴相对于透镜的位置（例如，通过将两个元件都保持在管中），从而降低由于光束不居中于孔径中而产生的离焦（可重复）瞄准误差（boresighterror）。此外，由于光纤孔平行于透镜的光轴，因此还应当更容易地对准二者，并且极大地降低热瞄准误差。另外，隅角立方镜可以更接近于光纤，从而其可以更小。

因此，从前述描述中可以看出，本发明的第二实施例提供用于激光雷达***的紧凑型光学组件，该光学组件包括：光源、透镜、扫描反射器和固定反射器，它们共同协作将来自光源的光束沿着通过透镜延伸的视线进行聚焦，其中，光源、透镜、扫描反射器和固定反射器相对于彼此定向，从而使得（i）来自光源的光束被扫描反射器反射到固定反射器，（ii）来自固定反射器的反射光由扫描反射器再次反射并沿着视线被引导通过透镜，（ii）扫描反射器可以相对于光源、透镜和固定反射器移动，以调整光束沿着视线的聚焦。

在本实施例中，激光雷达***100具有指向光束和测量光束。但是，激光雷达***100可以具有测量光束，而没有指向光束。例如，测量光束为可见的。因此，在这种情况中，测量光束也可以扮演指向光束。本实施例的激光雷达***100在指向光束与测量光束之间具有不同的波长范围。但是，激光雷达***100可以具有相同的波长区域，诸如可见区域。

在可任选的实施例中，光学组件具有透镜132、扫描反射器134 和固定反射器。但是，该光学组件也可以具有透镜132、扫描反射器 134，而没有固定反射器。例如，测量光束可以直接从反射器134被引导到透镜132。

对于激光雷达***100，第二实施例还可以应用于距离测量***，该距离测量***确定反射器或布置有反射器的对象的六个自由度（α、β、d、χ、ψ），其包含角度和距离测量设备，例如，在美国公开申请US2006-0222314（其通过引用并入本文）中公开的激光***。对于激光雷达***100，本发明还可以应用于距离测量***，该距离测量***通过发射与反射的激光的比较来确定测量***与目标点之间的距离以及/或者该距离的改变，例如，在美国公开申请US2011-0181872（其通过引用并入本文）中公开的激光***。

接下来，将对设置有上文中描述的测量设备（激光雷达*** 100）的结构制造***进行解释。

图14是结构制造***700的框图。该结构制造***用于从诸如船舶、飞机等的至少一种材料产生至少一个结构，并且通过轮廓测量设备100来检查该结构。本实施例的结构制造***700包括：上面在实施例中所描述的轮廓测量设备100、设计设备610、成形设备 620、控制器630（检查设备）、以及修理设备640。控制器630包括坐标存储部分631和***分632。

设计设备610产生关于结构的形状的设计信息，并将产生的设计信息发送到成形设备620。此外，设计设备610使得控制器630的坐标存储部分631存储产生的设计信息。设计信息包括指示结构的每个位置的坐标的信息。

成形设备620基于从设计设备610输入的设计信息来产生结构。由成形设备620进行的成形处理包括诸如浇铸、锻造、切割等。轮廓测量设备100测量产生的结构（测量对象）的坐标，并将指示测量到的坐标的信息（形状信息）发送到控制器630。

控制器630的坐标存储部分631存储设计信息。控制器630的***分632从坐标存储部分631读出设计信息。***分632将从轮廓测量设备100接收的指示坐标的信息（形状信息）与从坐标存储部分631读出的设计信息进行比较。基于比较结果，***分632确定该结构是否是根据设计信息成形的。换句话说，***分632确定产生的结构是否是合格品。当结构未根据设计信息成形时，则***分 632确定该结构是否可修理。如果可修理，那么***分632基于比较结果来计算缺陷部分和修理量，并将指示缺陷部分的信息和指示修理量的信息发送到修理设备640。

修理设备640基于从控制器630接收到的指示缺陷部分的信息和指示修理量的信息来执行对该结构的缺陷部分的处理。

图15是示出结构制造***700的处理流程的流程图。关于结构制造***700，首先，设计设备610产生关于结构的形状的设计信息（步骤101）。接下来，成形设备620基于设计信息来产生结构（步骤102）。然后，轮廓测量设备100测量产生的结构，以获得其形状信息（步骤S103）。然后，通过将从轮廓测量设备100获得的形状信息与设计信息进行比较，控制器630的***分632检查该结构是否是真正地根据设计信息产生的（步骤S104）。

然后，控制器630的***分632确定产生的结构是否是合格品（步骤S105）。当***分632已经确定产生的结构是合格品（在步骤S105，“是”）时，那么结构制造***700结束处理。另一方面，当***分632已经确定产生的结构有缺陷（在步骤S105，“否”）时，那么其确定产生的结构是否可修理（步骤S106）。

当***分632已经确定产生的结构可修理时（在步骤S106，“是”），那么修理设备640对该结构执行再处理过程（步骤 S107），并且结构制造***700将处理返回到步骤S103。当***分632已经确定产生的结构不可修理（在步骤S106，“否”）时，那么结构制造***700结束处理。至此，结构制造***700完成由图 15的流程图所示出的整个过程。

关于本实施例的结构制造***700，由于本实施例中的轮廓测量设备100可以正确地测量结构的坐标，因此其可以确定产生的结构是否是合格品。此外，当结构有缺陷时，结构制造***700可以对该结构执行再处理过程，以将其修理。

此外，由本实施例中的修理设备640执行的再修理过程可以被替换，诸如让成形设备620再一次执行成形处理。在这种情况中，当控制器630的***分632已经确定该结构可修理时，那么成形设备 620再一次执行成形处理（锻造、切割等）。特别是，例如，成形设备620对应当进行切割却未进行的结构的一部分执行切割处理。通过这样做，结构制造***700可以正确地产生该结构。

在上述实施例中，结构制造***700包括：轮廓测量设备100、设计设备610、成形设备620、控制器630（检查设备）、以及修理设备640。然而，本教导不限于这种配置。例如，根据本教导的结构制造***可以至少包括成形设备和轮廓测量设备。

因此，本发明为用于检查或测量对象的设备、光学组件、方法，以及用于制造结构的方法提供新的和有用的概念。在考虑到前述描述的情况下，可以在各种类型的激光雷达***以及其它类型的光学***和方法中实现这些概念（例如，当前这些实施例的光学组件）的方式对本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (23)

1.一种用于测量到对象的距离的距离测量设备，该距离测量设备包含：

作为距离测量设备的一部分的能够作为一个单元移动的光学组件，所述光学组件包括固定反射器、扫描反射器和聚光透镜，该聚光透镜被配置为将测量光束聚焦到所述对象上；

光源，包括光纤，其中所述聚光透镜、所述光纤和所述固定反射器以使得所述聚光透镜、所述光纤和所述固定反射器能够作为一个单元相对于所述扫描反射器移动的方式被支撑；以及

检测器，被配置为检测沿着测量路径被引导并且被从对象反射而被引导到所述检测器的测量光束，

所述聚光透镜、所述扫描反射器和所述固定反射器共同协作将来自所述光源的光束沿着延伸通过所述聚光透镜的视线进行聚焦，

所述聚光透镜、所述扫描反射器和所述固定反射器相对于彼此定向，从而使得来自所述光源的光束被所述扫描反射器反射到所述固定反射器，并且来自所述固定反射器的反射光由所述扫描反射器再次反射并沿着通过所述聚光透镜的所述视线被引导，其中所述扫描反射器能够相对于所述光源、所述聚光透镜和所述固定反射器移动，以调整测量光束沿着所述视线的聚焦，

所述视线与所述光学组件的光轴一致。

2.根据权利要求1所述的距离测量设备，其中，光学组件被配置为将测量光束沿着视线引导并通过光学组件的出口。

3.根据权利要求2所述的距离测量设备，其中，扫描反射器包括逆向反射器，并且固定反射器包括平面反射镜。

4.根据权利要求3所述的距离测量设备，其中，光源、平面反射镜都相对于光学组件的支撑结构位于固定位置上，并且逆向反射器能够相对于这些固定位置移动，以改变测量光束沿着视线的聚焦。

5.根据权利要求4所述的距离测量设备，其中，逆向反射器包括具有至少三个反射表面的隅角立方镜，所述至少三个反射表面被定向为使得(i)来自光源的测量光束通过隅角立方镜被反射到平面反射镜，并且从平面反射镜反射的测量光束再次通过隅角立方镜被反射，并且(ii)以基本上不受隅角立方镜在与至少一个预定方向成横向的方向上的移动或者隅角立方镜相对于该预定方向的旋转的影响的方式，隅角立方镜在该预定方向上的移动调整测量光束沿着视线的聚焦。

6.根据权利要求2所述的距离测量设备，其中，扫描反射器包括提供对测量光束的两次反射的反射顶部，固定反射器包括也提供对测量光束的两次反射的反射顶部，其中两个反射顶部的节线相对于彼此在预定的取向上。

7.根据权利要求6所述的距离测量设备，其中，由扫描反射器反射并沿着视线引导的测量光束由折叠反射镜反射，该折叠反射镜折叠测量光束的视线。

8.根据权利要求7所述的距离测量设备，其中，光束源和平面反射镜以使得它们能够作为一个单元相对于逆向反射器移动的方式被支撑，并且，视线随着该单元移动。

9.根据权利要求8所述的距离测量设备，其中，光源包括由折叠反射镜支撑的光纤。

10.根据权利要求3所述的距离测量设备，其中，由扫描反射器反射并沿着视线引导的测量光束被偏振分束器反射，该偏振分束器折叠测量光束的视线，并且，光源包括位于相对于折叠测量光束的视线的偏振分束器的预定位置的光纤。

11.根据权利要求3所述的距离测量设备，其中，光源包括由单片构件支撑的光纤，该单片构件具有充当平面反射镜的一个部分、以及折叠由扫描反射器反射的测量光束的视线的另一个部分。

12.根据权利要求3所述的距离测量设备，其中，光源包括由也支撑平面反射镜的透射构件支撑的光纤。

13.根据权利要求1所述的距离测量设备，还包括被配置用来分开测量光束与参考光束的第一分光器。

14.根据权利要求13所述的距离测量设备，还包括被配置用来将从对象反射的测量光束与参考光束混合以测量对象的距离的第二分光器。

15.根据权利要求1所述的距离测量设备，还包括被配置用来将光学组件沿着具有不同方向的两个轴移动的可移动部分。

16.根据权利要求1所述的距离测量设备，其中，光学组件包括具有透射部分的窗口，通过该透射部分，测量光束被引导到光学组件的出口。

17.根据权利要求1所述的距离测量设备，其中，测量光束与指向光束组合。

18.一种用于测量到对象的距离的方法，该方法包括：

使用测量光束照射该对象，使用根据权利要求1所述的距离测量设备中包括的光学组件，该光学组件被配置用来引导测量光束通过光学组件的出口，该光学组件被配置用来折叠被引导通过该光学组件的出口的测量光束的光路。

19.根据权利要求18所述的用于测量到对象的距离的方法，其中，光学组件包括反射折射光学器件。

20.根据权利要求19所述的用于测量到对象的距离的方法，其中，光学组件被配置用来将测量光束沿着视线引导并通过该光学组件的出口。

21.一种用于制造结构的方法，包括：

基于设计信息来生产结构；

通过使用根据权利要求1所述的距离测量设备来获得结构的形状信息；

将获得的形状信息与设计信息进行比较。

22.根据权利要求21所述的用于制造结构的方法，还包括基于比较结果来对结构进行再处理。

23.根据权利要求21所述的用于制造结构的方法，其中，对该结构进行再处理包括再次生产结构。