CN1688867B - 测量仪器用的电子显示和控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种大地测量用测量仪器(12)用的电子显示和控制装置，包含捕获装置(1′)和用于探测和再现测量范围(11)的显示装置以及用于控制测量过程的输入装置。测量过程所需的射线束(S)从辐射源发射并通过对准装置在其发射方向如此被影响，使得该射线束可在测量范围(11)内被对准到所选择的目标点上，而不必进行捕获装置的移动。在此情况下，通过使位置标记(3a)在屏幕上移动来进行目标点的确定和测量过程的起动。通过把显示装置与用于输入数据的装置合适组合，可提供一种特有的操作模块，该操作模块也可独立和脱离于测量仪器(12，12′)来应用，并与该测量仪器通过通信装置建立连接。把这种模块与多个测量仪器一起作为传感部件来应用，能够实现可遥控的大地测量用测量***。

Description

测量仪器用的电子显示和控制装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的电子显示和控制装置以及根据权利要求15所述的大地测量用测量仪器、根据权利要求23所述的模块部件以及根据权利要求24所述的大地测量用测量***。
背景技术
为了捕获测量环境中的规定点的特性，特别是具有空间关系的数据，以往，许多测量装置是公知的。在此情况下，作为空间标准数据，列举出：包含可能现有的基准点在内的测量仪器的位置，以及针对测量点的方位、距离和角度。以往的改善大多涉及使用精度和速度得到提高的新的技术方法。
这种测量装置的一个众所周知的例子是经纬仪。关于现有技术的大地测量用测量装置的概述由以下文献提供，即：“ElektronischeEntfernungs-und Richtungsmessung”von R.Joeckel und M.Stober，4.Auflage，Verlag Konrad Witter，Stuttgart 1999，以及“Electronic DistanceMeasurement”von J.M.Rüeger，4.Auflage，Springer-Verlag，Berlin，Heidelberg 1996。然而，这种装置总是需要一位直接在仪器旁工作的使用者，该使用者大多借助于专门的定向装置，例如光学望远镜把测量仪器调整到要测量的点上。
根据通常对于肉眼和测量过程共同要利用的射线路径，这种仪器要求在望远镜的制造方法中的技术配设，由此产生实施方式的限制。
通过把大地测量仪器与相对于该仪器可移动或者可独立携带的屏幕进行组合，从人机工程学和安全技术方面来看，可取得优势。在此情况下，望远镜的常规目镜由电子捕获装置所取代，从而无需象以往那样由操作人员在仪器旁值守，并没有了由于使用肉眼而产生的要求或限制。仪器的控制以及因而要执行的测量通过屏幕的显示器以及数据和控制指令用的合适的输入装置以电子的方式进行。然后，在进行了对准之后，可采用各种方法进行测量，例如通过采用三角测量或者借助于激光器来测量与补充距离测量的角度偏差。
专利文献JP 02130409A和JP 03167412A公开了经纬仪与摄像机的组合体，使用该组合体将实现迅速和精确的三维测量。在此，采用两个经纬仪-摄像机组合体同时执行以下工作，即：采用各自的摄像机捕获图像，以及借助于经纬仪进行角度测量。在此情况下，摄像机和经纬仪的轴各自平行，使得经纬仪的角度测量与由该组合体的摄像机所捕获的图像联系在一起。可从至少两个以不同角度所捕获的图像推导出成像物体的三维位置。
欧洲专利申请EP 0 481 278和从属的德国实用新型DE 90 07 731 U公开了一种可光电显示的空间点的定位用的测量装置。该测量装置具有可移动的测量头，该测量头具有作为目标探测仪器的照相机以及测距仪器，该测距仪器的目标轴相互精确对准。目标点是通过以下方式来测量的，即：使用照相机探测该目标点，随后把照相机轴对准到目标点上。测距仪器的精确对准也与此相结合，从而使其轴同样具有要测量的点。
在同一申请人的申请号为01127378的欧洲专利申请书中描述了一种测量仪器，该测量仪器通过将捕获装置和显示装置分离，以人机工程学的有利方式进行操作。通过把显示装置与输入数据装置合适组合，可提供一种特有的操作模块，该操作模块也可独立和脱离于测量仪器来应用，并与该测量仪器通过通信装置建立连接。把这种模块与多个测量仪器一起用作传感部件，可形成可遥控的大地测量用测量***。在所示的测量范围内，位置标记是可移位的，可通过该位置标记确定测量过程的参数并起动测量过程。后续的测量过程把测量仪器的为测量所需要的部件对准到通过位置标记所确定的位置上，并执行测量。
国际PCT申请WO 99/60335中公开了一种大地测量装置，该大地测量装置使用照相机探测目标范围并显示在屏幕上。可在该范围内选择目标，并使用测距仪通过以下方式测量其距离，即：把测距仪作为完整仪器与其轴一起对准到所选择的目标上。在此情况下，照相机和测距仪要么共同要么相互独立地通过电动机移动。
现有技术的所有装置针对某一点的每次测量都需要使装置整体移动或者使测量头移动，该测量头含有捕获装置和测量装置或者至少完整的测量装置。因此，对于每个测量过程都必须使测量仪器的部件移动，这些部件较大和较重，并且大多数需要电伺服电动机，从而产生对时间和能量的增长的需求。然而，恰恰对于现场适用的***，能量消耗是对使用时间和可靠性产生影响的量，从而随之带来其直接优势的减少。此外，较大和较重部件的频繁移动导致磨损的增加，或者要求部件的减少磨损或者耐磨损的技术配置。
另一缺点是各仪器必须各自具有自身的定向装置，以便把测量仪器的轴对准到目标上。即使当对于专门的测量任务，所有目标总是位于捕获装置的探测范围内时，对于各测量过程，也必须进行装置或者至少两个部件即捕获装置和测量装置的移动。
在自动目标跟踪的情况下，产生一个类似缺点。在此，如果目标由所发射的射线有源照射，并且根据所反射的射线被识别或跟踪，则在现有技术的装置的情况下，要么必须使捕获装置不断移动，要么必须进行捕获装置和照射装置的移动协调，这具有上面描述的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置，作为测量仪器用的电子显示和控制装置或者作为测量仪器，该装置减少为测量所需要的移动或者为此所需要的时间和能量需求。
另一目的是减少光电显示和控制装置或者同类测量仪器的结构的复杂性。
另一目的是使光电显示和控制装置或者同类测量仪器小型化。
另一目的是提供在没有变更视野的情况下，在测量仪器的探测范围内使用有源照射进行目标跟踪的可能性。
这些目的是根据本发明通过权利要求1和15的特征以及通过从属权利要求的特征来达到的，或者使解决方案得到进一步发展。
作为本发明的基础的思想是，使测量所需要的射线束在光学***的探测范围内移动，而不要求光学***整体或者较大部件的为此通常所需要的移动。这可通过把电子捕获装置的光学部件用于发射射线束来实现。使用通过捕获装置的光学***所发射的射线，基本上可对所有探测的并在显示装置上显示的目标进行测量，而不必使捕获装置的光轴或者测量仪器的其它独立部件移动。在此情况下，捕获装置涉及成像装置，该成像装置是为了针对测量点确定目标点而使用的。为执行测量所需要的检测器也可装入在其它测量仪器内，从而例如采用具有根据本发明的电子显示和控制装置的测量仪器使用射线进行目标的确定和照射，然而该测量由一个或多个其它仪器执行。在以下说明例中，只要没有其它说明，就以此为出发点，即：所有为测量过程所需要的部件都集成在测量仪器内。
在此情况下，就广义而言，本发明涉及通过直接由人要操作的定向装置被光学对准到测量点上的所有测量仪器。
在此，“大地测量用测量仪器”概念一般总是应理解为以下测量仪表，该测量仪表具有用于测量或者检查具有空间关系的数据的装置。特别是，这涉及测量针对基准点或测量点的距离和/或方位或角度。此外，然而还可存在有其它装置，例如卫星辅助定位(例如GPS、GLONASS或者GALILEO)用的部件，这些装置可用于补充的测量或者数据捕获。特别是，这里，这种大地测量用测量仪器应理解为经纬仪和作为视距仪的所谓总站，该视距仪具有电子角度测量和电光测距仪。同样，本发明适合于应用在具有类似功能性的专业化装置中，例如在军用罗盘中或者在工业建筑或者过程监控中；对此，该***同样被包含在“大地测量用测量仪器”概念中。
要探测的测量范围和要瞄准的测量点的图像通过光学***在电子捕获装置上成像，该图像通过显示装置是可见的。测量仪器或者经纬仪的粗对准现可通过一个位置标记的定位在屏幕上进行。该位置标记可通过各种装置，例如通常也在计算机范围内用于控制屏幕显示器的装置来移动。根据所选择的模式，可通过位置标记的位移实现测量仪器整体的跟踪或对准和/或根据本发明的针对通过位置标记所定义的点的测量过程的执行。
在此情况下，例如可确定各种测量点，这些测量点在输入结束后被自动扫描，或者也可以直接通过位置标记的定位，执行针对当前点的各自所调整的要捕获的参数的测量过程。
测量过程的数据和结果可显示在屏幕上。在此情况下，该显示可采用渐强文字的形式，也可以在自身的显示区域内。后者可作为屏幕的分离部分来实施，这些分离部分例如成像为放大的图像分段或基准点，然后针对该图像分段或基准点进行对准。
此外，接触敏感平面屏幕的应用也可使得无需使用专门的输入装置，从而可使显示装置和输入装置得以小型化和模块化实施。显示装置或输入装置的另一实施可能性是与也可用于其它应用的仪器的连接。例如通过通信网络用的接口或者应用标准计算机，特别是可携带的膝上计算机或者笔记本计算机，可使用其它附加功能。通过应用计算机，可使用附加的、可能的话通用软件。此外，所捕获的测量数据可立即被保存在可用的存储器内，并在与大地测量用测量仪器分离之后，也可在其它应用场合使用。这种优点可与互联网连接相结合，通过互联网连接，可进行补充的数据传送或者遥控。
对在捕获装置和显示装置中迄今设有直接观察装置的望远镜进行分开，可使使用者独立于捕获装置的对准而占有方便的人机工程学有利的位置。测量仪器也可放置在迄今不可用的范围内，例如角落或者狭窄通道内。
如果把显示装置和输入装置进行模块化布置，则可把这些装置在结构上与本身的大地测量用测量仪器分开。与大地测量用测量仪器的连接可通过通信装置，例如有线或无线连接来建立，该大地测量用测量仪器现主要仍仅由外壳和物镜部件以及传感元件连同从属控制部件一起构成。在此方面，以下，有线连接总是应理解为用于传送数据的所有挠性通信连接，然而特别是玻璃纤维和铜电缆。
这种分开可使作为纯传感单元的许多大地测量用测量仪器的控制借助于中央控制和评价单元得以实现。后者可耐气候，例如可安置在车辆内。除了该优点以外，对于仪器和操作人员来说，搭载在车辆内也使其它附加部件的应用得以实现，这些附加部件在安装于单个测量仪器上的情况下，其重量受到制约。使用多个传感单元可以实现针对共同或不同点的简化同时测量、大地测量用测量仪器相互间的对准或者甚至交替使用，在该交替使用的情况下，总是传感单元的仅一部分用于测量，而另一部分被运送到其它地点。同时所用的传感单元的测量范围的显示可相继在同一屏幕上进行，或者也可以同时在屏幕上，在自身的显示范围内，例如采用窗口技术或者分屏技术进行。
通过电子显示，可毫无问题地推导出针对在显示中所显示的并通过位置标记所选择的目标点的水平和垂直角。在该坐标的应用中，测量仪器的射线束在捕获装置的对准没有变化的情况下被引向目标点。在一实施方式的情况下，在捕获装置的物镜前，在发射方向上进行射线束的输入耦合，从而与其连接的光学部件也由待发射的射线利用。通过利用一种共用物镜，可减少外壳开口和透镜的数量，这有助于结构简化。
射线束的必要影响可基本上通过在光学***固定的情况下的辐射源的移动，或者通过在辐射源固定情况下的光学部件的移动或改变来进行。此外，然而也可使根据本发明的辐射源和光学部件同时移动。
用于使辐射源移动的合适装置例如采用压电元件、静电可调致动器或者小型电动机的形式。由光学部件的移动或改变所引起的射线束的影响可采用各种方式进行。一方面，基本上可以使用相同的元件，这些元件也可用于使辐射源移动。另一方面，也可使光学部件的受到射线束照射的区域的光学特性发生变化。对此的可能性是改变反射表面的角度，该改变可通过反射镜的翻转和旋转、可旋转双楔的扭转或者表面的变形来实现。作为所谓的连续膜片可变形反射镜(CMDM：ContinuousMembrane Deformable Mirror)的可变形反射镜表面例如在专利文献US6,384,952中公开。
以下，根据在附图中示意性示出的实施例，对根据本发明的电子显示和控制装置、根据本发明的测量仪器和大地测量用测量***以纯示例方式作进一步说明。
附图说明
图1是根据本发明的电子显示和控制装置的部件图；
图2是根据本发明的对准装置的第一实施方式，其中，辐射源可移动地形成；
图3是根据本发明的对准装置的第二实施方式，其中，射线束的发射方向可由可移动的反射镜来影响；
图4是根据本发明的对准装置的第三实施方式，其中，射线束的发射方向可由双楔来影响；
图5是根据本发明的对准装置的第四实施方式，其中，辐射源可移动地形成并可通过校准控制装置来检查；
图6是根据本发明的传感单元和处理单元分开的大地测量用测量仪器的图；
图7是根据本发明的位置标记和射线束在平面屏幕的显示中的相互作用的图；
图8是在使用经纬仪测量两个目标的情况下的根据本发明的位置标记和射线束的相互作用的图；
图9是应用根据本发明的具有供交替测量用的多个大地测量仪器的大地测量***的图；
图10是把发射机和接收机集成在载体元件上的第一实施方式的图；
图11是使发射机和接收机固定定位的一实施方式的图；
图12是把发射机和接收机集成在载体元件上的第二实施方式的图；以及
图13是把发射机和接收机集成在载体元件上并使射线束在捕获装置上追加内部光学成像的第三实施方式的图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电子显示和控制装置的部件图，该装置可用于不同类型的测量仪器的对准和测量数据的捕获。在此情况下，物镜部分1a与电子捕获装置1b一起形成为测量过程所需要的捕获装置1。肉眼用的直接观察装置由图像捕获用的合适装置，例如摄像机或者CCD照相机所取代。该电子装置除了结构优点以外，还可实现肉眼不能直接接触到的光谱范围的选择性或扩展性利用。在此处例示的实施方式中，在捕获装置1内另外集成有辐射源1c和对准装置1d，从而使捕获装置1的各部分不仅可供捕获装置1b的射线路径利用，而且可供辐射源1c的射线路径利用。
此外，所示的捕获装置1可具有另外的仪表，该仪表具有一条至少部分相同的射线路径或者采用同轴配置。由于无需直接观察装置，产生了以下的优点，即：减少的位置需求，不再需要光学图像反转，以及没有了肉眼观察方面的限制，例如在激光辐射情况下的护眼要求。
捕获装置1直接与显示单元2连接，该显示单元2相对于该捕获装置1围绕水平轴A可旋转，该显示单元2收纳合适的显示装置。由捕获装置1所探测的测量范围的一部分显示在集成于显示单元2内的作为显示装置的屏幕3上，其图像在此出于更佳可见度的原因而分离和旋转地成像。输入用于控制包括显示单元2在内的捕获装置1以及测量过程的数据例如通过作为输入装置的键盘4进行。作为替代或者补充，然而也可应用其它的输入或控制装置，例如操纵杆、轨迹球或者其它移动敏感装置。键盘4通过电缆5与显示单元2连接。然而，连接的另一可能性也提供无线通信，例如通过应用红外线或者无线电遥控装置。关于测量过程和用于其控制的数据通过键盘4被输入。例如，可针对测量输入顺序编号、当前项目名称或者使用者的标识作为测量过程的背景数据。为了评价通过测量过程所探测的数据，可使用具有存储装置的电子计算机，这些存储装置例如在结构上集成在键盘4的外壳内。
此外，通过键盘4还可采用以下方式直接控制测量过程，即：例如通过光标的定位来输入必要指令。然后，使用合适的输入或控制装置对捕获装置1粗略地如此进行对准和调准，使得可执行预定的测量过程。为了进行控制，可应用众所周知的装置，例如伺服电动机或者其它致动器。如果目标点位于捕获装置1的探测范围内，则可根据本发明放弃捕获装置1的移动。现在可采用以下方式测量目标点，即：在捕获装置1的对准没有变化的情况下，由辐射源1c出射的射线束S通过对准装置1d被如此影响，使得可探测目标点并进行测量。
本发明的各种适合于在经纬仪或者其它大地测量用测量仪器中应用的实施方式在图2-图5中作了图示。
图2示意性示出根据本发明的对准装置的第一实施方式，其中，辐射源可移动地形成。捕获装置包含捕获装置1b作为主要部件，测量范围通过物镜6和聚焦元件6′在该捕获装置1b上成像。物镜6在此是一种合适物镜，该物镜也可由多个光学部件组成。同样，聚焦元件6′在此纯例示成处于物镜6的后面。同样，这种元件也可配置在射线路径中的另一位置，特别是在物镜内。在此情况下，聚焦元件6′可例如作为自动聚焦***或者作为精调的后聚焦元件来形成或者来控制和移动。在该捕获装置的在此由光轴B定义的射线路径中存在有偏转镜元件7。通过该偏转镜元件7和后续的物镜6把由作为辐射源的激光二极管8发射的射线以射线束的形式出射。在物镜6的固定定位的情况下，现可通过激光二极管8的位移，优选的是在平面内的位移，对射线的发射方向进行控制。这种位移可通过作为对准装置9的合适的小型致动器或者定位元件，例如压电元件来实现。把射线束对准到目标点上，现可通过激光二极管8的位移，在光轴B的对准未作变更的情况下进行。作为替代或者补充，为了在平面内位移，也可使激光二极管8翻转，从而使针对偏转镜元件7的角度改变，用于射线束的对准。因此，要发射的射线和捕获装置1b把物镜6作为共用的光学部件来应用。
图3示出根据本发明的对准装置的第二实施方式，其中，射线束的发射方向可由作为对准装置9′的可移动反射镜来影响。捕获装置也具有物镜6、聚焦元件6′以及捕获装置1b。然而，在本实施方式中，激光二极管8固定配置，而作为对准装置9′的反射镜元件可旋转和可翻转地配设。通过反射镜元件的移动，现可对所发射的射线束针对光轴B的对准进行影响和控制。合适的微型可定位反射镜元件例如采用可以静电方式朝两个轴内倾斜的反射镜的形式使用。取代可旋转和/或可翻转的反射镜，也可把可变形的光学元件，例如可变形的反射镜表面作为所谓的连续膜片可变形反射镜(CMDM)安装在相同位置。
图4示出根据本发明的对准装置的第三实施方式，其中，射线束的发射方向可由双楔来影响。捕获装置也具有物镜6、聚焦元件6′以及捕获装置1b。偏转镜元件7和激光二极管8双方固定。现作为对准装置9″使用的是作为光学有效双楔的两个相互可扭转的楔。通过两个楔的相互定位，采用本来公知的方式通过折射来影响射线，从而使射线束偏转并对准到目标点上。作为替代，为了在偏转镜元件7和激光二极管8之间进行所示的定位，也可把双楔安装在射线路径中的其它位置。作为另一例，用虚线示出在物镜6前面的一个可能位置。
图5示出根据本发明的第四实施方式，其中，辐射源可移动地形成并且可通过校准控制装置来检查其零位置。捕获装置具有物镜6、聚焦元件6′以及捕获装置1b，其中，聚焦元件6′直接配置在物镜6的后面。由可通过作为对准装置9的定位元件来定位的激光二极管8所发射的射线通过透镜1g和作为射线分配器而设置的偏转镜元件7′，不仅通过聚焦元件6′和物镜6被发射，而且通过另一透镜1f被引导到图像传感器1e。因此，本实施方式是图2所示的实施方式的变形例。通过附加的图像传感器1e，激光二极管8的定位可独立于探测而由捕获装置1b来校准，或者鉴于校准而检查。
图6示出根据本发明的具有作为显示单元的模块化布置的接触敏感平面屏幕2′的大地测量用测量仪器12的一实施方式，在该显示单元内还集成有电子评价装置。大地测量用测量仪器12与平面屏幕2′通过无线通信连接来连接，从而使双方部件也可彼此隔开较大距离而配置。在此情况下，捕获装置1′或者大地测量用测量仪器12的影响射线束的对准装置由通过平面屏幕2′而发出的指令来遥控。所探测的测量范围11再次被传送到平面屏幕2′上并在那里被显示。捕获装置1′可由定向装置10移动，从而变化所探测的测量范围11。如果测量范围探测出所有要测量的目标点，例如在建筑监控范围内，或者如果出于其它原因放弃所探测的测量范围11的变化，例如用于获得尽可能简单的仪器结构，则作为替代也可实现根据本发明的没有定向装置10的测量仪器。
一种集成化的布置方式是图7所示的把各种部件组合在作为显示单元的接触敏感平面屏幕2′内。例如，可把屏幕3和键盘的功能组合在该元件内。平面屏幕2′具有作为显示装置的屏幕3，该屏幕3具有细分成进一步的显示区域3b的分段。在该显示区域3b内，可显示例如测量范围的放大部分，或者也可如此处所示显示测量过程的数据。在屏幕3的中间显示有捕获装置的光轴B。该光轴B定义所探测的测量范围的显示的中心点。
测量过程通过可移动的位置标记3a来控制，该位置标记3a可在屏幕3内移动。在接触敏感平面屏幕2′的该实施方式中，用手指或者物件接触就足以使位置标记3a移动。通过对准装置，可使射线束在所探测的测量范围内如此移动，使得把该射线束对准到通过位置标记3a所确定的目标点上。这相当于在屏幕3上的显示中，射线束的位置3c朝位置标记3a的移动。
根据具体布置或者所选择的模式，可通过位置标记3a的位移，准备好起动测量过程。因此，在所示画面中，使位置标记3a从光轴B移动到其中一棵树的作为端部位置的尖部，将自动起动针对该如此确定的目标点的距离和方位的测量。现在，在光轴固定的情况下，通过使射线束移动到目标点并通过与此有联系的测量过程来进行该测量。作为补充，例如还可捕获进一步的数据。例如，可对在光轴B或者另一基准点和目标点之间的角度和绝对高度差进行测量或者进行计算和规定。作为替代，也可通过位置标记3a的移动来确定由多个目标点组成的路径，该路径根据起动指令自动被扫描。对此，射线束由对准装置连续对准到目标点上并各自执行测量过程。因此，在显示中，射线束的位置3c依次扫描通过位置标记3a所选择的点。基本上，然而也可使捕获装置的移动与射线束在测量范围内的移动相联系。例如，可通过键盘输入要测量的点中的一个点的坐标。如果该目标点位于所探测的测量范围外，则捕获装置被粗略地调准到该目标点上，其中，光轴B不必指向该点。然后，通过把射线束随后精确地对准到该目标点上进行测量，在对捕获装置进行了调整之后，该目标点现位于测量范围内。
图8示出在使用作为大地测量用测量仪器12的经纬仪测量两个目标的情况下的根据本发明的位置标记和射线束的相互作用。通过位置标记3a，在通过把光轴对准到一点上而确定的测量范围11内确定了两个目标点，该两个目标点采用位置标记3a的当前位置和以前位置3a′来定义。尽管捕获装置的光轴B继续保持对准到位于测量范围11的中间的原始点上，然而通过射线束S的对准，针对测量范围内的所选择的目标点各自进行测量。
图9示意性示出多个这样形成的大地测量用测量仪器12、12′在根据本发明的大地测量用测量***的范围内的应用。在交替法中，大地测量用测量仪器12和12′交替地执行大地测量用测量。为操作测量仪器12和12′所需要的元件可采用模块部件的形式来配设，在该模块部件内集成有输入装置和/或显示装置。把输入装置和显示装置集成在共用模块部件内的一例是接触敏感平面屏幕2′。作为补充，例如还可应用其它模块部件，该模块部件仅仅具有作为显示装置的屏幕并用于跟踪和控制正在进行中的测量过程。当在这种作为模块化输入装置的接触敏感平面屏幕2′和大地测量用测量仪器12之间存在无线电联络并执行测量时，可把第二大地测量用测量仪器12′或者另外或其它的传感单元带到新的基准点13。在这种根据本发明的***的情况下，可将大地测量用测量仪器12、12′或者其它类似形成的传感单元简单并因而低成本地保持，而放弃自身的显示装置和输入装置。仍仅需一人来操作输入装置，该人可得到安置并可得到免受气候影响的安排。由于在简单运送传感单元方面对人员没有提出专门培训要求，并且可以通过一个集成铅垂而实现遥控的精确定位，可比以往更快速并因而更低成本地执行测量。
通过对射线束进行的相对于光轴可变的对准，产生的要求是，也要对接收装置的对准进行跟踪或匹配。基本上，在此方面，在根据本发明的装置的情况下的射线束的发射和接收可彼此独立地布置。例如，可使接收装置通过电路或计算机得以电子控制和移动，使得该接收装置对通过射线束的对准所产生的接收条件加以考虑。不过，出于技术复杂性以及在尺寸、重量和能量消耗方面的仪器配设的原因，合理的是，使辐射源和接收装置固定定位，并对所发出和接收的射线束的对准共同进行处理，或者也可以把辐射源和接收装置安装在一个共用载体元件上，并使该载体元件移动。该两个替代方案的不同的实施方式例在图10至图13示出。
图10示出把作为辐射源的激光二极管8和接收装置14集成在共用载体元件15上的第一实施方式。可移动的激光二极管8把射线发射到双面偏转镜元件7a的第一倾斜面上，该射线从该偏转镜元件7a通过物镜6作为射线束出射。在射线束被反射之后被物镜6接收的射线从背面反射的反射镜元件7b被引导到偏转镜元件7a的第二面上，并从那里被引导到接收装置14，该接收装置14例如由光电二极管构成。不仅激光二极管8而且接收装置14都由作为对准装置的共用载体元件15保持，并可借助于该共用载体元件15一致移动，其中，激光二极管8和接收装置14使其发射方向或接收方位在该例中相互对准地来配置。通过一致移动进行辐射源和接收装置14的相互协调的定位，因而不需要具有从属致动器的第二控制装置。在本实施方式中，通过可调整的聚焦元件6′进行聚焦，该聚焦元件6′配置在射线路径中的物镜6的后面。
图11示出使激光二极管8和接收装置14固定定位的一替代实施方式。固定定位的激光二极管8把射线通过偏转镜元件7发射到双面偏转镜元件7a的第一倾斜面上，该射线从该偏转镜元件7a通过具有作为对准装置9″的后置的相互可扭转的楔的物镜6出射。因此，该实施方式类似于图4所示版本的实施方式。在反射后被物镜6接收的射线从背面反射的反射镜元件7b被引导到偏转镜元件7a的第二面上，并从那里被引导到固定定位的接收装置14。
图12示出把辐射源和接收装置14集成到载体元件15上而成为集成的发送接收单元16的第二实施方式。在本实施方式中，从可通过载体元件15′而移动定位的激光二极管8发射的射线通过安装在物镜6a前面的偏转镜元件7c经由盖元件17作为射线束出射。在此情况下，发送接收单元16内的射线通过透镜1h被引导到相对于偏转镜元件7c固定定位的透镜1i。通过该射线路径，以针对光轴B的角度实现射线束的发射，该发射依赖于发送接收单元16的定位。在反射后由物镜6′接收的射线从背面反射的反射镜元件7b被引导到偏转镜元件7d，并从那里被引导到集成在发送接收单元16内的接收装置14。由于射线束不是通过物镜6′被发射，因而在通过物镜6′进行的射线接收的情况下，针对发射方向实现图像反转。这样，可通过相同定向的位移，借助于发送接收单元16实现对激光二极管8和接收装置14的合适定位。
图13示出把辐射源和接收装置14集成在载体元件15上的第三实施方式。通过使射线束内部光学成像在捕获装置1b上，不再需要通过人工产生的点指明射线束在探测范围内的位置。从激光二极管8通过透镜1h和1i所产生的射线通过构成为射线分配器的偏转镜元件7″被划分成第一和第二分射线，并且第一分射线通过物镜6作为射线束被发射。第二分射线通过可分配有用于避免串扰的快门19的反向反射器18，重又被引导到偏转镜元件7″，并从那里通过透镜6b被引导到构成为射线分配器的第二偏转镜元件7′，在那里产生第三和第四分射线。该偏转镜元件7′让从激光二极管8所产生的射线的第三分射线落到捕获装置1b上，从而使该射线的参考点与射线束在探测范围内的位置对应。第四分射线被引向接收装置14。通过发送接收单元16′的合适定位，可使安装在载体元件15″上的激光二极管8和接收装置14相同定向地位移并因此对准。
不言而喻，所示的图示出多个实施方式中的一个，并且专业人员例如在应用其它光学部件或者传感单元、偏离的射线路径或者其它对准装置、操作元件和输入元件的情况下，可推导出替代实施方式。特别是，对辐射源和接收装置的调整也可采用其它的在此未作明示的位移方法，例如通过多个轴上的旋转或倾斜来进行。同样，根据本发明的装置可应用于具有其它功能范围的类似测量装置，例如总站或者纯测距仪，或者应用于具有类似但专门功能的测量装置，例如军用罗盘或者工业监控设备部件。

Claims (35)

1.一种大地测量用测量仪器（12，12’），具有：
辐射源(8)，用于发射供执行测量过程用的可见或不可见射线束(S)；
接收装置(14)，用于探测所反射的射线束(S)的射线并把该射线转换成信号；
电子评价装置，用于评价信号；以及
电子显示装置(3)，用于视觉显示由捕获装置(1，1')所探测的测量范围(9)；以及
输入装置(4)，用于输入数据和用于控制捕获装置(1，1')和测量过程；
其中，由显示装置(3)提供一个位置标记(3a)；并且
其中，通过位置标记(3a)的定位来规定空间测量用的测量点的确定；
其中，
设有对准装置(9，9'，9″)，这些对准装置使射线束(S)的发射方向相对于捕获装置(1，1')的定向实现可变对准，对准装置(9，9'，9″)和捕获装置(1，1')如此配设和配置，使得射线束(S)借助于捕获装置(1，1')的物镜(6)被发射，
其特征在于，辐射源(8)、接收装置(14)以及对准装置(9，9'，9″)如此构成和配置，使得不仅从辐射源(8)发射的射线、而且由接收装置(14)接收的射线都通过对准装置(9，9'，9″)被引导。
2.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其中所述位置标记(3a)是十字线。
3.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其中使得射线束(S)借助于该物镜(6)被发射。
4.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
对准装置(9，9'，9″)配设成，使射线束(S)的对准如此实现，使得在所探测的测量范围(11)的显示中使射线束的位置(3c)与位置标记(3a)一致，从而利用供执行测量过程用的射线束(S)。 
5.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
对准装置(9，9'，9″)具有以下装置中的至少一项：
定位元件(9)，用于辐射源的二维位移；
可旋转的和/或可翻转的反射面(9')；以及
相互可扭转的透射双楔(9″)。
6.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
设有校准控制装置，该校准控制装置具有图像传感器(1e)，该图像传感器检测射线束(S)的发射方向，从而进行独立于捕获装置(1，1')的对射线束(S)的发射方向的探测。
7.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
显示装置(3)如此配设，使得测量范围(11)内的射线束(S)的显示通过至少一个可辨别地显示的图像点进行，这要么
通过计算射线束(S)在测量范围(11)内的位置和电子显示分配给该位置的图像点进行，要么
通过把射线直接光学成像在捕获装置(1，1')内进行。
8.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
通过输入装置(4)在视觉显示装置(3)内，来定位位置标记(3a)。
9.根据权利要求8所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
通过输入装置(4)在视觉显示装置(3)内以不连续的阶段来定位位置标记(3a)。
10.根据权利要求8所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
通过输入装置(4)在视觉显示装置(3)内以图像点的方式来定位位置标记(3a)。
11.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于， 
输入装置(4)和显示装置(3)如此配设，使得通过位置标记(3a)的定位来起动测量过程的至少一部分。
12.根据权利要求11所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其中输入装置(4)和显示装置(3)如此配设，使得通过位置标记(3a)的定位来起动：
·捕获装置(1，1')的控制，和/或
·对准装置(9，9'，9″)的控制。
13.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
所探测的测量范围(11)或者测量范围(11)的各部分的视觉显示可以通过捕获装置(1，1')和/或显示装置(3)而缩小、放大和/或变化其分辨率。
14.根据权利要求13所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其中通过改变把捕获装置(1，1')的图像点数据分配给显示装置(3)的方式而缩小、放大和/或变化其分辨率。
15.根据权利要求14所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
以电子方式把捕获装置(1，1')的图像点数据分配给显示装置。
16.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
捕获装置(1，1')包含以下装置中的至少一项：
CCD照相机，
CMOS照相机，
摄像机，
低亮度级放大器，
熵图照相机，
光谱选择性检测器，以及
光谱滤波器。
17.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
捕获装置具有自动聚焦***(6')，该自动聚焦***是物镜的组成部分 或者定位在射线路径中的物镜外面。
18.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
显示装置(3)包含以下装置中的至少一项：
阴极射线管，
平面屏幕，
通信网络接口，以及
具有屏幕的电子计算机。
19.根据权利要求18所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其中所述电子计算机是便携式膝上型计算机。
20.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
输入装置(4)包含以下装置中的至少一项：
接触敏感屏幕，
接触敏感输入区域，
键盘区域，
操纵杆，
轨迹球，
计算机鼠标，
通信网络接口，以及
具有输入装置的电子计算机。
21.根据权利要求20所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其中所述电子计算机是便携式膝上型计算机。
22.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
电子显示装置(3)和输入装置(4)被组合在一个部件。
23.根据权利要求22所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其中所述电子显示装置(3)和输入装置(4)被组合在接触敏感平面屏幕(2')内。 
24.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器（12，12’），
其特征在于，
捕获装置(1，1')和对准装置(9，9'，9″)构成为一个独立模块，并通过有线连接(5)或者无线连接与其它部件连接。
25.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器(12，12')，
其特征在于，
定向装置(10)，用于把捕获装置(1，1')定向到测量范围(11)。
26.根据权利要求25所述的大地测量用测量仪器(12,12’)，
其特征在于，
另外的输入装置，用于控制定向装置(10)。
27.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器(12，12')，
其特征在于，
通过位置标记(3a)的定位来实现测量过程的至少一个参数的确定。
28.根据权利要求27所述的大地测量用测量仪器(12，12')，
其中通过位置标记(3a)的定位来实现：
·供空间测量用的测量点的确定，
·捕获装置(1，1')的控制，
·对准装置(9，9'，9″)的控制，和/或
·定向装置(10)的控制。
29.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器(12，12')，
其特征在于，
辐射源(8)和接收装置(14)配置在可移动的载体元件(15，15'，15″)上。
30.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器(12，12')，
其中所述辐射源(8)、接收装置(14)以及对准装置(9，9'，9″)如此构成和配置，使得不仅从辐射源(8)发射的射线，而且由接收装置(14)接收的射线都通过相互可扭转的透射双楔(9″)而引导。
31.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器(12，12')，
其特征在于，
定向装置具有一种用于使大地测量用测量仪器(12，12')相对于基准 点对准的装置。
32.根据权利要求1所述的大地测量用测量仪器(12，12')，
其特征在于，
输入装置(4)和/或显示装置(3)相对于大地测量用测量仪器(12，12')的对准可独立移动地来安装。
33.根据权利要求32所述的大地测量用测量仪器(12，12')，
其中所述输入装置(4)和/或显示装置(3)相对于大地测量用测量仪器(12，12')的对准围绕水平轴(A)可旋转地来安装。
34.一种大地测量用测量***用的模块部件，具有：
根据权利要求1至33中的任意一项所述的大地测量用测量仪器(12，12')的集成的输入装置和/或显示装置(3)，其中，这些装置构成为独立模块，并通过有线连接(5)或者无线连接与大地测量用测量仪器(12，12')连接。
35.一种大地测量用测量***，具有：
至少两台根据权利要求1至33中的任意一项所述的大地测量用测量仪器(12，12')，以及
根据权利要求34所述的至少一个模块部件；
其中，该至少一个模块部件作为至少两台大地测量用测量仪器(12，12')用的共用输入装置和/或共用显示装置(3)来构成。 
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