包括干涉儀和絕對距離測量單元的激光跟蹤器和用于激光跟蹤器的校準(zhǔn)方法
【專利摘要】用于連續(xù)地跟蹤反射目標(biāo)(97)并且用于確定相對于該目標(biāo)(97)的距離的激光器跟蹤器(90)包括用于發(fā)射測量輻射(96)并且用于接收在目標(biāo)(97)處反射的測量輻射(96)的至少一部分的束方位單元(95)。激光跟蹤器(90)另外包括用于確定相對于目標(biāo)(97)的距離的改變的干涉儀，包括用于生成測量輻射(96)使得測量輻射(96)以相干單模方式存在的激光二極管；以及絕對距離測量單元，其用于為相對于目標(biāo)(97)的距離確定測量距離值?？刂坪驮u估單元被設(shè)計成以通過在相對于目標(biāo)(97)的距離的變化情況下執(zhí)行的限定的樣本測量的方式來確定測量輻射(96)的干涉儀波長，其中，針對對目標(biāo)(97)的至少兩個不同的距離實(shí)現(xiàn)樣本測量，測量輻射(96)朝目標(biāo)(97)恒定地方位，并且在干涉儀波長保持穩(wěn)定的情況下，針對相對于目標(biāo)(97)的至少兩個不同的距離中的每個確定干涉儀輸出變量。而且，由絕對距離測量單元提供針對相對于目標(biāo)(97)的至少兩個不同的距離的至少兩個測量距離值，并且至少基于至少兩個測量距離值和分別確定的干涉儀輸出變量來確定測量輻射(96)的干涉儀波長。
【專利說明】包括干涉儀和絕對距離測量單元的激光跟蹤器和用于激光跟蹤器的校準(zhǔn)方法
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的包括干涉儀的激光跟蹤器和根據(jù)權(quán)利要求12的前序部分的用于和利用激光跟蹤器的校準(zhǔn)方法。
[0002]對于在光學(xué)計量的領(lǐng)域內(nèi)的測量，波長穩(wěn)定的氣體激光器(HeNe激光器)常常用作光源。所述氣體激光器基本上具有高的波長穩(wěn)定性(依賴于穩(wěn)定方法)和幾百米的大的相干長度。結(jié)果，所述束源特別適合于用作頻率和波長基準(zhǔn)并且使得能實(shí)現(xiàn)對于干涉測量系統(tǒng)來說大的測量范圍。典型用途例如包括線性干涉儀、波長基準(zhǔn)、振動計，和在激光跟蹤器中作為干涉儀光源的使用。
[0003]然而，對于特別是激光跟蹤器的通常期望的小型化，氣體激光源(HeNe激光光源)的使用的一個缺點(diǎn)是其標(biāo)注尺寸定義光輸出。光源的輸出這里明顯地依賴于激光管的長度，即管越長，可獲得的發(fā)射性能越好。另外，這樣的激光源通常展示相對大的功率耗散。另一缺點(diǎn)是操作所需要的高壓電源。例如，為讓激光器點(diǎn)火，必須提供大約7000V的電壓，而在操作期間，必須提供大約1500V的電壓，作為其結(jié)果，在這樣的光源的使用期間，必須使用特殊部件(例如高壓電源和護(hù)罩)并且必須采取安全措施。甚至對磁場(例如由內(nèi)部馬達(dá)或外部電焊變壓器產(chǎn)生)的敏感性和管的有限壽命(典型地約15，000工作小時)使HeNe激光器的使用成為缺點(diǎn)-例如因為必須常常以巨大代價替換系統(tǒng)中的光源。
[0004]另選的光源在這個上下文中例如是激光二極管。它們通常是緊湊的、成本效益合算的并且具有低的功率消耗。然而，常規(guī)的法布里-珀羅激光二極管不適合作為干涉儀光源，因為它們具有相對小的相干長度并且不以單模方式(縱向)發(fā)射(即，以多個波長發(fā)射)。
[0005]然而，能夠使用的束源例如是
[0006]-分布式反饋激光器(DFB)(具有周期性結(jié)構(gòu)化的有源介質(zhì)，例如光柵)，
[0007]-分布式布拉格反射激光器(DBR)(具有在有源介質(zhì)外部但布置于公共芯片上的光學(xué)光柵)，
[0008]-光纖布拉格光柵激光器(FBG)(大體上根據(jù)DFB激光器，但是具有在外部光纖中的光柵)，
[0009]-外腔二極管激光器(ECDL)(使用外部高度穩(wěn)定腔例如利用全息光柵使激光二極管穩(wěn)定)，
[0010]-二極管泵浦固態(tài)激光器(DPSS)，
[0011 ]-分立模式激光器(DMD)，和/或
[0012]-微芯片激光器。
[0013]束源這里被構(gòu)造成使得所發(fā)射的激光束相對于具有數(shù)個10m的大小的相干長度(或〈1MHz的譜線寬度)的波長是單模。
[0014]對于這樣的激光二極管作為干涉儀光源或作為波長基準(zhǔn)的使用，附加的特定波長的相當(dāng)穩(wěn)定保持是需要的。如所知的，這能夠例如利用光譜方法使用吸收介質(zhì)(例如使用氣室)的吸收譜線實(shí)現(xiàn)。為了穩(wěn)定而使用吸收池的缺點(diǎn)進(jìn)而是與此相關(guān)聯(lián)的所需空間。
[0015]另選地，任何波長原則上能夠被簡單地設(shè)定，并且在產(chǎn)生期間，借助于外部波長測量器具識別。如果為此設(shè)定的二極管參數(shù)(諸如例如溫度和電流)被存儲并且在它下次開啟時恢復(fù)，則應(yīng)該再次獲得原始波長。然而，例如由于二極管的老化效應(yīng)和由此引起的波長變化，這個穩(wěn)定能力的實(shí)現(xiàn)是困難的，并且對所發(fā)射的波長繼續(xù)具有不確定性。
[0016]對于這樣的測量器具的要求類似地可轉(zhuǎn)移到具有用于確定距離變化的干涉儀單元的測量設(shè)備。這里，被構(gòu)造用于對目標(biāo)點(diǎn)的連續(xù)跟蹤和這個點(diǎn)的位置的坐標(biāo)確定的測量設(shè)備能夠通常組合在術(shù)語激光跟蹤器下。目標(biāo)點(diǎn)能夠在這種情況下由測量設(shè)備的光學(xué)測量束特別是激光束瞄準(zhǔn)的后向反射單元(例如立方棱鏡)表示。激光束被以平行方式反射回到測量設(shè)備，其中反射束被設(shè)備的捕獲單元捕獲。這里，例如使用用于角度測量的傳感器探知該束的發(fā)射方向或接收方向，該傳感器被指派給系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)鏡或目標(biāo)鎖定單元。另外，通過捕獲束，例如使用飛行時間(time-of-flight)或相位差測量來探知測量器具到目標(biāo)點(diǎn)的距離。
[0017]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激光跟蹤器能夠另外構(gòu)造有光學(xué)圖像捕獲單元，所述光學(xué)圖像捕獲單元具有二維光敏陣列，例如(XD或CID相機(jī)(CXD =電荷耦合器件；CID =電荷注入器件)或基于CMOS陣列的相機(jī)，或具有像素陣列傳感器和圖像處理單元。激光跟蹤器和相機(jī)這里具體地安裝在彼此之上，使得它們相對于彼此的位置不能改變。例如，相機(jī)被布置以可連同激光跟蹤器一起繞后者的大體上垂直的軸線旋轉(zhuǎn)，但是以能夠獨(dú)立于激光跟蹤器而上下樞轉(zhuǎn)，并且具體地因此以與激光束的光學(xué)器件分開。具體地，相機(jī)能夠具有魚眼光學(xué)器件，進(jìn)而由于相機(jī)的非常大的圖像捕獲區(qū)域，能夠避免相機(jī)的樞轉(zhuǎn)或至少是以有限方式而需要。另外，相機(jī)能夠被構(gòu)造(例如依賴于相應(yīng)用途)成可繞僅一個軸線樞轉(zhuǎn)。在另選實(shí)施方式中，相機(jī)可以以集成設(shè)計連同激光光學(xué)器件一起安裝于公共殼體中。
[0018]通過使用圖像捕獲單元和圖像處理單元捕獲和評估輔助測量儀器(具有多個標(biāo)記，標(biāo)記相對于彼此的距離已知)的圖像，能夠推導(dǎo)出儀器的和在空間中布置于輔助測量儀器上的對象(例如探測器)的對準(zhǔn)。連同目標(biāo)點(diǎn)的所確定的空間位置一起，進(jìn)一步能夠精確地確定對象在空間中絕對地和/或相對于激光跟蹤器的位置和對準(zhǔn)。
[0019]這樣的輔助測量儀器能夠由稱為接觸感測工具的物體具體實(shí)現(xiàn)，該接觸感測工具以它們的接觸點(diǎn)定位于目標(biāo)對象的點(diǎn)上。接觸感測工具具有標(biāo)記(例如光點(diǎn))和反射器，其表示接觸感測工具上的目標(biāo)點(diǎn)并且能夠使用來自跟蹤器的激光束命中，其中標(biāo)記和反射器相對于接觸感測工具的接觸點(diǎn)的位置是精確地已知的。以本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的方式，輔助測量儀器還可以是用于針對無接點(diǎn)表面勘測操作的距離測量而配備的掃描器，例如手持式的，其中相對于布置于掃描器上的光點(diǎn)和反射器，用于距離測量的掃描器測量束的方向和位置是確切地已知的。例如，在EP 0553266中描述了這樣的掃描器。
[0020]此外，在逐漸作為標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代跟蹤器系統(tǒng)中，使用傳感器(PSD)來探知所接收到的測量束與零位置的偏差。在這一點(diǎn)上，PSD旨在被理解成意指在模擬域中局部操作并且能夠用來確定傳感器區(qū)域上的光分布的焦點(diǎn)的區(qū)域傳感器。在這種情況下，來自傳感器的輸出信號借助于一個或更多個光敏區(qū)域而產(chǎn)生并且依賴于光焦點(diǎn)的相應(yīng)位置。可以使用下游或集成電子裝置來評估該輸出信號并且用來探知焦點(diǎn)。在這種情況下，能夠非常迅速地(微秒范圍)并且以納米分辨率探知碰撞光點(diǎn)的焦點(diǎn)的位置。
[0021]這個PSD能夠用來確定所捕獲到的束的碰撞點(diǎn)與伺服控制零點(diǎn)的偏差，并且該偏差能夠被視為用于將激光束重調(diào)整到目標(biāo)的基礎(chǔ)。出于這個目的并且為了實(shí)現(xiàn)高水平的精度，這個PSD的視場被選擇為比較小的，即，對應(yīng)于測量激光束的束直徑。使用PSD的捕獲相對于測量軸線同軸地發(fā)生，作為其結(jié)果，PSD的捕獲方向?qū)?yīng)于測量方向。
[0022]對于距離測量，現(xiàn)有技術(shù)中的激光跟蹤器具有至少一個距離測量裝置，所述距離測量裝置例如可能形式為干涉儀。因為這樣的距離測量單元僅能夠測量相對距離改變，所以除干涉儀之外，在現(xiàn)今的激光跟蹤器中安裝了稱為絕對距離計的物體。例如，用于距離確定的測量裝置的這樣的組合借助于來自Leica Geosystems AG的產(chǎn)品AT901而獲知。
[0023]在這個方面用于距離測量的干涉儀由于大的相干長度和由此許可的測量范圍，能夠?qū)eNe氣體激光器或上述激光二極管作為光源，該激光二極管在功率消耗和空間要求方面具有上述優(yōu)點(diǎn)。例如，具有HeNe激光器的用于確定距離的絕對距離計和干涉儀的組合從WO 2007/079600A1已知。例如，在歐洲專利申請n0.11187614.0中描述了激光二極管作為干涉儀激光光源的使用。
[0024]對于可靠距離測量或距離改變的測量，在相對于上面提到的優(yōu)點(diǎn)而期望的激光二極管的使用期間，這里所使用的測量輻射的波長必須保持穩(wěn)定并且被精確地知道(具體地到幾個皮米內(nèi))。使用對二極管的限定的驅(qū)動來再現(xiàn)這樣的確定進(jìn)而已知的波長在這個上下文中不能夠絕對可靠地發(fā)生。
[0025]因此本發(fā)明的目的是提供具有干涉儀的改進(jìn)的激光跟蹤器和對應(yīng)的方法，其中，用于為干涉儀生成激光輻射的裝置在它們的整體上被構(gòu)造成緊湊的，并且能夠使用設(shè)備以可靠的且清楚的方式確定所發(fā)射的激光輻射的發(fā)射波長。
[0026]本發(fā)明的特定目的是提供具有用于使發(fā)射波長穩(wěn)定的裝置的改進(jìn)的激光跟蹤器和可調(diào)諧的激光二極管，其中，該激光二極管的當(dāng)前發(fā)射波長可被清楚地確定。
[0027]本發(fā)明的另一特定目的是提供改進(jìn)的激光跟蹤器，其中，由激光二極管發(fā)射的用于跟蹤器的干涉儀的輻射對于波長而言是可調(diào)諧的并且該波長是可精確地確定的。
[0028]這些目的由獨(dú)立權(quán)利要求的表征特征的實(shí)現(xiàn)方式來實(shí)現(xiàn)。能夠在從屬專利權(quán)利要求中找到以另選的或有利的方式進(jìn)一步擴(kuò)展本發(fā)明的特征。
[0029]此外，在歐洲專利申請編號EP 12166955.0中描述了與針對測量器具(例如激光跟蹤器)中的干涉測量而提供的二極管的波長的確定有關(guān)的另選方面。
[0030]本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)地跟蹤反射目標(biāo)并且用于確定到該目標(biāo)的距離的激光跟蹤器。這里，該激光跟蹤器具有:基部，其限定豎直軸線；以及束導(dǎo)向單元，其用于發(fā)射測量輻射并且用于接收在目標(biāo)處反射的測量輻射的至少一部分的束導(dǎo)向單元，其中，束導(dǎo)向單元能夠以馬達(dá)驅(qū)動方式相對于基部繞豎直軸線和與該豎直軸線大體上正交的傾斜軸線樞轉(zhuǎn)。另外，提供了:干涉儀，所述干涉儀用于使用干涉法來確定到所述目標(biāo)的所述距離的變化，其具有可調(diào)諧激光二極管，該可調(diào)諧激光二極管被構(gòu)造成以所述測量輻射是為相干且縱向單模的方式產(chǎn)生用于所述干涉儀的所述測量輻射的干涉儀激光束源；絕對距離測量單元，其用于確定針對到所述目標(biāo)的距離的測量距離值、以及角度測量功能體，其用于確定所述束導(dǎo)向單元相對于所述基部的方位。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，另外提供的控制和評估單元被構(gòu)造成使得，在校準(zhǔn)模式的執(zhí)行期間，通過通過以下步驟來確定所述測量輻射的干涉儀波長:在改變到目標(biāo)的距離的同時執(zhí)行限定的樣本測量，其中，樣本測量針對到目標(biāo)的至少兩個不同的距離而發(fā)生，測量輻射對目標(biāo)連續(xù)地對準(zhǔn)并且在使干涉儀波長保持穩(wěn)定的同時利用干涉儀針對到目標(biāo)的至少兩個不同的距離中的每個來確定干涉儀輸出變量。這里，通過使用所述絕對距離測量單元確定距離來提供在每種情況下針對到所述目標(biāo)的所述至少兩個不同的距離的至少兩個測量距離值。至少基于至少兩個測量距離值和分別確定的干涉儀輸出變量確定測量輻射的干涉儀波長。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，作為激光二極管而提供的束源還能夠用來實(shí)現(xiàn)用于激光跟蹤器的緊湊干涉儀，其中，光源(具有大的相干長度的激光二極管)相對于氣室未被另外穩(wěn)定，而是由二極管的穩(wěn)定(低噪聲)且精確的驅(qū)動而保持穩(wěn)定。為了確定光源的波長，除干涉儀還使用存在于激光跟蹤器中的絕對距離計，具體地利用用戶的主動貢獻(xiàn)。
[0033]對于干涉儀和絕對距離計的同時測量，后向反射器以被跟蹤方式移動(也就是說干涉儀束相對于目標(biāo)連續(xù)地對準(zhǔn))，其中，基于這里的兩個距離計的測量距離差，并且具體地基于兩個近似波長以及利用大氣數(shù)據(jù)壓力、濕度和溫度的知識，僅僅經(jīng)由激光二極管的工作參數(shù)而穩(wěn)定的干涉儀輻射的波長能夠在幾個皮米(pm)內(nèi)確定。
[0034]如此確定的波長進(jìn)一步用于激光跟蹤器的干涉測量。另外，利用絕對距離計(ADM)和干涉儀(IFM)在激光跟蹤器的正常測量操作中的另外的連續(xù)模擬測量，能夠繼續(xù)確定并且可能連續(xù)地更新干涉儀波長。結(jié)果，能夠執(zhí)行跟蹤器的連續(xù)校準(zhǔn)(自校準(zhǔn))。
[0035]另外，具有關(guān)于吸收譜線未被另外穩(wěn)定的具有大的相干長度的激光二極管作為光源的干涉儀(根據(jù)本發(fā)明)的使用同樣允許對移動目標(biāo)的AIFM測量(=利用ADM和IFM的組合測量)。AIFM( = ADM+IFM)利用在ADM測量期間的相對距離改變的知識并且將在ADM測量期間的相對距離改變考慮在內(nèi)而許可對移動目標(biāo)的測量(“及時鎖定”)，該改變已經(jīng)由干涉儀在沒有已知絕對距離的情況下測量。為此，在單獨(dú)的ADM測量期間由根據(jù)本發(fā)明的激光二極管的高度穩(wěn)定驅(qū)動所提供的波長穩(wěn)定性、以及IFM波長的非常近似的知識是充分的。然而，為了以與激光跟蹤器的典型使用對應(yīng)的高測量速率執(zhí)行測量，必須精確地知道波長。為此，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)。
[0036]激光二極管在本發(fā)明背景下被理解成至少為
[0037]-分布式反饋激光器(DFB)(具有周期性結(jié)構(gòu)化的有源介質(zhì)，例如光柵)，
[0038]-分布式布拉格反射激光器(DBR)(具有在有源介質(zhì)外部但布置于公共芯片上的光學(xué)光柵)，
[0039]-光纖布拉格光柵激光器(FBG)(大體上根據(jù)DFB激光器，但是具有在外部光纖中的光柵)，
[0040]-外腔二極管激光器(ECDL)(使用外部高度穩(wěn)定腔例如利用全息光柵使激光二極管穩(wěn)定)，
[0041]-二極管泵浦固態(tài)激光器(DPSS)，
[0042]-分立模式激光器(DMD)，
[0043]-微芯片激光器,和/或
[0044]-二極管激光器。
[0045]然而，不明確排除另選的激光二極管實(shí)施方式。這里，二極管能夠被構(gòu)造成使得所發(fā)射的激光束生成有數(shù)10m的大小的相干長度(或譜線寬度〈1MHz)。在這一點(diǎn)上，能夠提供波長選擇性組件，具體地光學(xué)光柵，以用于生成測量輻射。
[0046]具體地，測量輻射的干涉儀波長可根據(jù)本發(fā)明通過改變至少一個工作參數(shù)而改變，并且控制和評估單元能夠被構(gòu)造成使得用于激光二極管的至少一個工作參數(shù)是精確地可調(diào)整的，使得由于至少一個工作參數(shù)的精確調(diào)整，干涉儀波長是可設(shè)定的使得它被近似地知道。
[0047]利用二極管的這樣確切的且可靠的驅(qū)動，干涉儀波長不僅能夠如此精確地調(diào)整(例如通過設(shè)定二極管電流和二極管溫度)以致于波長被近似地知道，但是所述波長也能夠保持穩(wěn)定。波長的近似知識能夠另外用于干涉儀波長的(精確的)計算或確定。
[0048]因此，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)執(zhí)行校準(zhǔn)模式時，能夠依賴于近似地已知的干涉儀波長來進(jìn)一步確定測量輻射的干涉儀波長。
[0049]在一個特定實(shí)施方式中，控制和評估單元根據(jù)本發(fā)明被構(gòu)造成使得當(dāng)啟動激光跟蹤器的操作時，針對激光二極管的該至少一個工作參數(shù)被設(shè)定成使得激光二極管的先前操作狀態(tài)大體上再現(xiàn)，具體地最后的先前操作狀態(tài)大體上再現(xiàn)。
[0050]因此在一個對應(yīng)的實(shí)施方式中設(shè)計了用于根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的啟動方法，使得最初在系統(tǒng)最后關(guān)閉時存儲的工作參數(shù)(用于二極管)被恢復(fù)，并且結(jié)果大體上在先操作周期的波長被生成。最后，能夠以被跟蹤方式移位后向反射器，并且能夠根據(jù)兩個距離計的所測量到的距離差(和兩個大致的波長并且利用大氣數(shù)據(jù)壓力、濕度和溫度的知識)確定用于干涉儀的波長。
[0051]在這個上下文中，同樣能夠攔截由通過在每種情況下存儲最后值而老化所引起的二極管的調(diào)整參數(shù)中的改變。
[0052]對于工作參數(shù)的類型，激光二極管的可變參數(shù)能夠構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的至少一個工作參數(shù)和/或穿過激光二極管的可變電流能夠構(gòu)成至少一個工作參數(shù)。因此，能夠通過改變二極管的電流和/或溫度來改變二極管的干涉儀波長。
[0053]本發(fā)明的另一個方面涉及控制和評估單元的實(shí)施方式。能夠根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造后者使得，當(dāng)正在執(zhí)行測量模式時，使用至少一個工作參數(shù)來調(diào)節(jié)干涉儀波長使得干涉儀波長保持穩(wěn)定。
[0054]在這種情況下，在控制和評估單元的控制下，能夠在正在執(zhí)行測量模式的同時連續(xù)地執(zhí)行校準(zhǔn)模式，具體地其中，在校準(zhǔn)模式期間確定的測量輻射的干涉儀波長被存儲用于執(zhí)行測量模式。
[0055]因此，例如使用另外的ADM測量，能夠連續(xù)地監(jiān)測、確定和更新干涉儀波長。
[0056]對于根據(jù)本發(fā)明的激光二極管的實(shí)施方式，激光二極管能夠被構(gòu)造成使得干涉儀波長能夠生成有至少10m的相干長度。
[0057]此外，根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施方式，干涉儀的用于接收測量輻射的干涉儀接收器單元與絕對距離測量單元的接收單元不同，即絕對距離測量單元具有在結(jié)構(gòu)上分開或被認(rèn)為應(yīng)該在結(jié)構(gòu)上與干涉儀的接收器單元分開的接收單元。特別地，干涉儀和絕對距離測量單元這里能夠共享束源。
[0058]本發(fā)明的另一個方面涉及一種具有吸收介質(zhì)的根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器。在這一點(diǎn)上，所述激光跟蹤器具有:吸收介質(zhì)，所述吸收介質(zhì)在波長范圍內(nèi)限定多個已知吸收譜線；存儲器，所述存儲器具有針對吸收介質(zhì)的存儲的譜線圖譜，該譜線圖譜在相應(yīng)的吸收波長的波長范圍內(nèi)在每種情況下規(guī)定一個吸收強(qiáng)度；以及檢測器，所述檢測器用于確定吸收強(qiáng)度。跟蹤器的這樣的構(gòu)造被提供用于依賴于在每種情況下當(dāng)前確定的吸收強(qiáng)度使干涉儀波長穩(wěn)定。
[0059]在執(zhí)行校準(zhǔn)模式的同時，能夠具體地根據(jù)本發(fā)明基于所提供的測量距離值、干涉儀輸出變量、多個已知吸收譜線和所確定的吸收強(qiáng)度來探知譜線圖譜中的方位，具體地其中，依賴于所探知到的方位確定干涉儀波長。
[0060]根據(jù)本發(fā)明，激光跟蹤器能夠此外具有吸收池，該吸收池具有吸收介質(zhì)，具體地其中，碘氣體形成該吸收介質(zhì)并且干涉儀波長在500nm到650nm之間，具體地在630nm到635nm之間。
[0061]本發(fā)明還涉及一種用于和利用激光跟蹤器的校準(zhǔn)方法，所述激光跟蹤器包括:干涉儀，所述干涉儀用于使用干涉法來確定到所述目標(biāo)的所述距離的變化，其具有可調(diào)諧激光二極管，該可調(diào)諧激光二極管被構(gòu)造成以所述測量輻射為相干且縱向單模的方式產(chǎn)生用于所述干涉儀的所述測量輻射的干涉儀激光束源。
[0062]在校準(zhǔn)方法期間，測量輻射的干涉儀波長通過在改變到目標(biāo)的距離的同時執(zhí)行限定的樣本測量來確定，其中，樣本測量因到目標(biāo)的至少兩個不同的距離而被執(zhí)行，并且測量輻射相對于目標(biāo)連續(xù)地對準(zhǔn)以及在使干涉儀波長保持穩(wěn)定的同時利用干涉儀針對到目標(biāo)的至少兩個不同的距離中的每個來確定干涉儀輸出變量。另外，通過使用所述絕對距離測量單元確定距離來提供在每種情況下針對到所述目標(biāo)的所述至少兩個不同的距離的至少兩個測量距離值。至少基于至少兩個測量距離值和分別確定的干涉儀輸出變量確定測量輻射的干涉儀波長。
[0063]根據(jù)較特定實(shí)施方式，依賴于所提供的測量距離值、干涉儀輸出變量和測量到的吸收強(qiáng)度探知譜線圖譜中的方位，該譜線圖譜在每種情況下針對相應(yīng)的吸收波長規(guī)定一個吸收強(qiáng)度的，具體地其中，依賴于所探知到的方位確定干涉儀波長。
[0064]在本發(fā)明背景下，此外能夠通過用戶人工移位目標(biāo)來改變到目標(biāo)的距離。
[0065]本發(fā)明還涉及一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其被存儲在機(jī)器可讀載體上，用于則控制樣本測量的執(zhí)行，并且用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法的干涉儀波長的確定，具體地如果在根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的控制和評估單元上執(zhí)行計算機(jī)程序產(chǎn)品。
[0066]將在下面參照附圖中所示意性地例示的具體示例性實(shí)施方式以具體示例性形式更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，其中，還將對本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行討論。具體地:
[0067]圖1示出了具有被構(gòu)造成干涉儀束源的激光二極管的根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的光學(xué)結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式；
[0068]圖2示出了使用激光跟蹤器的根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)；
[0069]圖3示出了針對根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器和使用該跟蹤器的根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)處理的實(shí)施方式；以及
[0070]圖4示出了附加地具有吸收池的根據(jù)本發(fā)明和根據(jù)圖1的激光跟蹤器的光學(xué)結(jié)構(gòu)的另一個實(shí)施方式。
[0071]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的光學(xué)結(jié)構(gòu)1的實(shí)施方式，其具有:激光二極管10，其被構(gòu)造成干涉儀束源；干涉儀單元20 ;以及絕對距離測量單元30，其具有具體地被構(gòu)造成激光二極管或SLED的另一個束源31。使用激光二極管，提供用于干涉儀20的測量輻射11以確定到對象的距離的變化，其中，絕對距離測量單元30能夠用來確定到對象的絕對距離。另外，控制和評估單元2用于通過至少溫度和/或電流調(diào)節(jié)的方式控制激光二極管10。此外，能夠借助其來處理由干涉儀單元20和絕對距離測量單元30所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)(例如確定的距離或干涉儀輸出變量)。
[0072]這里通過使用控制和評估單元2來調(diào)諧穿過二極管10的電流和/或二極管10的溫度而調(diào)諧激光二極管10的干涉儀波長或發(fā)射波長。由于提供對用于驅(qū)動激光二極管10的工作參數(shù)的精確調(diào)整，能夠設(shè)定在二極管10處發(fā)射的輻射的波長使得用于干涉儀測量的干涉儀波長是至少近似地已知的。
[0073]一般而言，激光二極管10給激光提供無模式跳轉(zhuǎn)的可調(diào)諧波長范圍。所生成的激光另外具有大的相干長度，具體地至少10m,優(yōu)選地至少50m。
[0074]為了識別干涉儀波長，控制和評估單元2根據(jù)本發(fā)明提供校準(zhǔn)功能體。對于在執(zhí)行這個功能體時發(fā)生的校準(zhǔn)，首先，執(zhí)行限定的樣本測量。樣本測量在到目標(biāo)或?qū)ο蟮木嚯x變化的情況下執(zhí)行，其中，在每種情況下確定一個干涉儀輸出變量作為使用干涉儀20針對各個樣本測量的測量結(jié)果，并且此外使用絕對距離測量單元30測量到對象的距離。
[0075]通過全面地考慮相應(yīng)的干涉儀輸出變量和關(guān)聯(lián)的距離，能夠從至少兩個這樣的樣本測量得到干涉儀波長。為此目的，使用絕對距離測量單元30所確定的到目標(biāo)的距離中的差別能夠與針對這個距離變化所確定的干涉儀信號相比較。所述干涉儀信號例如由交替地相長干涉和相消干涉的連續(xù)檢測生成，其中，在相長干涉與相消干涉之間的轉(zhuǎn)變的數(shù)量(干涉儀計數(shù))被計數(shù)和跟蹤，并且能夠從其中得到距離變化。
[0076]在干涉儀波長的確定期間，另外還能夠考慮由于激光二極管10的確切精細(xì)驅(qū)動而近似地已知的用于干涉儀的波長和為絕對距離測量而生成的第二激光輻射的第二波長。在這一點(diǎn)上，氣候信息(諸如例如氣壓和/或氣溫)能夠另外集成到干涉儀波長的確定中并且在這里被考慮在內(nèi)。
[0077]用于確定干涉儀波長的測量輻射11在到目標(biāo)的距離的變化期間被進(jìn)一步連續(xù)地指向目標(biāo)。連續(xù)干涉儀信號和針對距離變化的干涉測量值與其的偏差的接收由此成為可能的。連同針對到目標(biāo)的距離的變化的第二(基準(zhǔn))值一起(例如根據(jù)絕對距離測量單元30對于相應(yīng)不同的距離的測量結(jié)果)能夠使用計算特別是曲線擬合(例如“最佳擬合”)來確定干涉儀波長。
[0078]圖2示意性地例示了根據(jù)本發(fā)明的利用激光跟蹤器40的校準(zhǔn)。根據(jù)圖1，激光跟蹤器40能夠在這種情況下例如具有帶控制和評估單元2的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)1，其中控制和評估單元2提供校準(zhǔn)模式。
[0079]另外例示了目標(biāo)42，例如后向反射器，其從第一位置移位到第二位置。這個位置改變由箭頭43指示。激光跟蹤器40的測量激光束41指向目標(biāo)42并且至少部分地從其向后反射并且在跟蹤器40處被接收。所述束41由相應(yīng)地規(guī)定的激光二極管生成作為具有大的相干長度(具體地為至少10m，優(yōu)選地為至少50m)的無模式跳轉(zhuǎn)激光束。在目標(biāo)42離激光跟蹤器40的第一距離45由目標(biāo)42的第一定位定義。在激光跟蹤器40與目標(biāo)42之間的第二距離46由所指示的目標(biāo)42到第二位置的移位43另外定義。這產(chǎn)生在第一目標(biāo)定位與第二目標(biāo)定位之間的距離差47。
[0080]為了執(zhí)行校準(zhǔn)，跟蹤器40的測量激光束41在移位操作期間保持連續(xù)地指向目標(biāo)42，使得由移位43所產(chǎn)生的距離的改變能夠被跟蹤器40跟蹤。為此目的，在正發(fā)生的目標(biāo)42的位置的改變期間連續(xù)地讀取由跟蹤器40中的干涉儀所生成的信號，并且表示距離差47的值由于這些干涉測量而以高度的精度探知到。為此目的，干涉儀使用測量激光輻射41。例如，能夠捕獲到交替地相長干涉和相消干涉的數(shù)目，其中，該數(shù)目能夠?qū)?yīng)于相長干涉與相消干涉之間的相應(yīng)轉(zhuǎn)變(其被稱為干涉儀計數(shù))。
[0081]另外，為了校準(zhǔn)，使用絕對距離測量單元確定到目標(biāo)42的兩個距離45、46。根據(jù)本發(fā)明，探知到的距離值因此被指派給利用干涉儀針對這些距離45、46所產(chǎn)生的相應(yīng)值。結(jié)果，能夠針對至少兩個距離45、46形成相應(yīng)的值對。依賴于這些值對，能夠精確地確定測量輻射41的干涉儀波長，具體地在幾個皮米內(nèi)。
[0082]特別地，利用絕對值距離計所確定的距離值能夠用于目標(biāo)42的各個位置并且鏈接至所關(guān)聯(lián)的干涉儀值。能夠另外計算距離45、46之間的差47，并且，與此并行地，能夠得到干涉儀值的差，其中，所述干涉儀差值例如進(jìn)而能夠由干涉儀計數(shù)的數(shù)目實(shí)現(xiàn)。然后，能夠根據(jù)這些差(距離和干涉儀輸出變量)推導(dǎo)出波長。
[0083]具體地，對于這個計算，另外能夠考慮絕對距離測量單元的和測量輻射的近似地已知的波長，進(jìn)而能夠提高計算精確度或能夠降低計算誤差。另外，還能夠在計算中考慮當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)。
[0084]基于如此校準(zhǔn)的干涉儀，結(jié)果能夠執(zhí)行高度精確的距離測量和對距離改變的測量。具體地，在每種情況下，為此使用了能夠由絕對距離測量單元和干涉儀這兩者提供的信肩、Ο
[0085]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器90的實(shí)施方式，其包括具有反射器97的輔助測量儀器91。激光跟蹤器90包括基部92和支架93，其中，支架93被布置為使得它可相對于基部92繞由基部92所限定的樞轉(zhuǎn)軸線94(豎直軸線)樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。而且，目標(biāo)鎖定單元95以目標(biāo)鎖定單元95能夠相對于支架93繞傾斜軸線(平移軸線)樞轉(zhuǎn)的方式布置于支架93上。作為為所提供的目標(biāo)鎖定單元95繞這個性質(zhì)的兩個軸線對準(zhǔn)的可能性的結(jié)果，由這個單元95所發(fā)射的激光束96 (測量束)能夠靈活地對準(zhǔn)并且因此目標(biāo)能夠被命中。這里，樞轉(zhuǎn)軸線94和傾斜軸線被布置成彼此大體上正交，即與確切的軸線正交性的小偏差能夠是預(yù)定的并且存儲在系統(tǒng)中，例如用于補(bǔ)償由此產(chǎn)生的測量誤差。
[0086]在所示出的布置中，激光束96指向反射器97并且在后者處向后反射回到激光跟蹤器90。能夠借助于這個測量激光束96具體地借助于飛行時間測量結(jié)果、借助于相位測量原理或借助于斐索(Fizeau)原理來確定到反射器97的距離。為此目的，激光跟蹤器90包括:距離測量單元(絕對距離測量單元)，其用于確定跟蹤器90與反射器97之間的這個距離；以及角度測量單元，其使得能夠確定目標(biāo)鎖定單元95的位置，借助于其能夠以限定方式對準(zhǔn)和引導(dǎo)激光束96，并且因此使得能夠確定激光束96的傳播方向。另外，跟蹤器90包括用于借助于干涉法來確定到目標(biāo)的距離的變化的干涉儀單元。
[0087]而且，激光跟蹤器90具體地目標(biāo)鎖定單元95包括圖像捕獲單元以用于確定在傳感器或CMOS上的傳感器曝光在捕獲到的圖像中的位置的目的，或具體地是被實(shí)現(xiàn)成CCD或像素傳感器陣列相機(jī)。這樣的傳感器許可在檢測器上對捕獲到曝光的位置敏感檢測。
[0088]此外，輔助測量儀器91包括觸覺傳感器，可以使其接觸點(diǎn)99與待測量的目標(biāo)對象接觸。在這個接觸存在于接觸感測工具91與目標(biāo)對象之間的同時，能夠確切地確定接觸點(diǎn)99在空間中的位置并且因此確定在目標(biāo)對象上的點(diǎn)的坐標(biāo)。這個確定使用接觸點(diǎn)99相對于反射器97和相對于布置于輔助測量儀器91上的標(biāo)記98的限定的相對定位而發(fā)生，所述標(biāo)記例如能夠?qū)崿F(xiàn)為發(fā)光二極管。另選地，標(biāo)記98還能夠被以以下方式實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)例如利用具有限定波長的輻射照射它們時，它們反射(作為后向反射器實(shí)現(xiàn)的輔助點(diǎn)標(biāo)記98)入射的輻射(具體地展示特定光照特性)；或它們具有限定的圖案或色彩編碼。因此能夠根據(jù)標(biāo)記98在利用圖像捕獲單元的傳感器所捕獲到的圖像中的位置或分布來確定接觸感測工具91的方位。
[0089]在另選實(shí)施方式(這里未示出)中，根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器具有與圖像捕獲單元分開的用于發(fā)射激光束的束導(dǎo)向單元，該激光束能夠同樣地被方位到反射器97上。這里，激光束和圖像捕獲單元這兩者能夠在每種情況下以馬達(dá)驅(qū)動方式繞兩個軸線樞轉(zhuǎn)，并且作為其結(jié)果，能夠以由激光束命中的目標(biāo)97和輔助測量儀器91的標(biāo)記98能夠借助于圖像捕獲單元捕獲到的方式來對準(zhǔn)。
[0090]為了使將激光束96與反射器97對準(zhǔn)，在根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器90上設(shè)置有照明裝置，其用于利用具有特定波長、具體地在紅外波長范圍內(nèi)、的輻射來照明反射器97 ;并且另外，在各個跟蹤器90上布置具有位置敏感檢測器的至少一個優(yōu)選兩個相機(jī)。能夠借助于相機(jī)檢測在反射器97處反射并且輻射回到激光跟蹤器90的光照輻射，并且反射器97在相應(yīng)檢測器上的位置能夠利用位置敏感檢測器中的每個成像。因此能夠借助于激光跟蹤器90來確定反射器的兩個成像位置，并且能夠基于這些成像目標(biāo)位置(例如，根據(jù)攝影測量學(xué)的已知原理)找到目標(biāo)(反射器97)，以及能夠以目標(biāo)被測量束96命中的方式將目標(biāo)鎖定單元95對準(zhǔn)。
[0091]而且，能夠基于在每種情況下使用激光跟蹤器90所捕獲到的兩個圖像來確定反射器的近似位置。能夠根據(jù)一般幾何原理或三角測量原理(例如根據(jù)三角形的幾何結(jié)構(gòu)原理或借助于正弦和/或余弦定律)確定這個位置。而且，為了近似地確定該位置，能夠使用攝影測量學(xué)(立體攝影測量學(xué))中的已知處理。為此目的，相機(jī)在跟蹤器90上相對于彼此的相對位置和具體地對準(zhǔn)也是已知的。
[0092]在這個上下文中，照明裝置和相機(jī)能夠分別布置于限定的位置，例如在圖像捕獲單元、束導(dǎo)向單元、目標(biāo)鎖定單元95、支架93或基部92上。
[0093]使用相機(jī)相對于激光束96的發(fā)射方向的定位的知識，激光束96能夠?qū)Ψ瓷淦?7的所探知到的近似位置對準(zhǔn)并且能夠耦合(鎖住)到其。結(jié)果，能夠迅速地使束96對準(zhǔn)，而與激光發(fā)射方向與相機(jī)的捕獲方向之間的在結(jié)構(gòu)上引起的偏移無關(guān)，并且能夠確定由相機(jī)和激光束96的光軸所給予的視差。具體地，激光束96能夠直接與目標(biāo)97對準(zhǔn)，即，沒有迭代式的中間步驟。
[0094]具體地，作為確定反射器97的近似位置的替代方案或附加地，能夠根據(jù)在檢測器(在激光跟蹤器90上)上所捕獲和成像的目標(biāo)位置來確定到反射器97的(近似)距離。還能夠借助于通常有效的幾何原理例如借助于直三角形高度定理和/或借助于正弦和/或余弦定律來產(chǎn)生這個確定。
[0095]而且，激光束96的根據(jù)本發(fā)明的對準(zhǔn)還能夠在用于確定輔助測量儀器91 (3D激光跟蹤器)的方位的圖像捕獲單元出-DoF相機(jī))的激光跟蹤器不存在的情況下找到應(yīng)用。
[0096]此外，圖3示出了針對根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)的過程。為此目的，利用輔助測量儀器91的不同位置100a-C，執(zhí)行對輔助測量儀器91的測量。通過利用絕對距離測量單元的測量，針對各個位置lOOa-c，知道到跟蹤器90的距離，其中，絕對距離測量單元包括另一個激光束源(除用于產(chǎn)生用于干涉儀的測量輻射的二極管之外)。根據(jù)本發(fā)明通過用于二極管的非常精確的且魯棒的驅(qū)動電子裝置，由激光二極管產(chǎn)生的用于激光跟蹤器90的干涉儀的測量輻射保持穩(wěn)定，使得測量輻射的波長是高度恒定的-至少對于校準(zhǔn)處理來說。由此確定的波長在這種情況下大體上依賴于激光二極管的工作參數(shù)(例如電流和溫度)并且依賴于用于二極管的驅(qū)動電子裝置。
[0097]在一個特定實(shí)施方式中，由激光二極管所生成的用于激光跟蹤器90的干涉儀的測量輻射還能夠使用波長穩(wěn)定單元(吸收池)穩(wěn)定至發(fā)射波長并且因此是近似地已知的。雖然到固定波長的穩(wěn)定是可能的，但是為了正確且可靠的距離測量(使用干涉儀的距離的改變的測量)，這個波長必須在大小方面是已知的。執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)以確定這個波長。
[0098]為此目的，在根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)期間，使用激光跟蹤器90的干涉儀在位置100a-C中的至少兩個處(具體地連續(xù)地在位置100a與位置100c之間的多個位置處)確定干涉儀輸出變量。這里，發(fā)射器97以被跟蹤方式跟隨，即測量束在這個測量過程期間連續(xù)地指向反射器97。例如，干涉儀輸出變量可以是干涉儀脈沖的數(shù)量(計數(shù))，其通過使相長干涉和相消干涉的捕獲交替給出并且能夠被計數(shù)的(例如零差干涉儀)給出或由基準(zhǔn)信號與測量信號之間的相位差給出(例如外差干涉儀)。而且，在每種情況下，(使用ADM)測量或給出到反射器97的絕對距離。如此測量到的針對各個位置的干涉儀輸出變量和相應(yīng)距離由將各個近似地已知的波長(針對絕對距離計和干涉儀)考慮在內(nèi)的算法評估。作為其結(jié)果，能夠非常精確地估計激光二極管的測量輻射的當(dāng)前波長。具體地，大氣數(shù)據(jù)(諸如例如氣壓、濕度和周圍溫度)另外被考慮用于這個估計。根據(jù)特定實(shí)施方式，還能夠基于對發(fā)射波長的估計并且利用在使用波長穩(wěn)定單元的吸收介質(zhì)的譜線圖譜來確定譜線圖譜中的方位，其指示針對相應(yīng)波長的吸收強(qiáng)度(針對吸收池)。結(jié)果，能夠識別用于穩(wěn)定的吸收介質(zhì)的吸收譜線并且因此能夠確定發(fā)射波長。
[0099]輔助測量儀器91通常能夠由用戶引導(dǎo)并且其位置由用戶移位，其中，激光96保持連續(xù)地指向發(fā)射器97 (目標(biāo))。結(jié)果，能夠提供跟蹤器90與反射器97之間的各種距離并且能夠產(chǎn)生干涉儀信息。
[0100]圖4示出了另外具有一個吸收池50的根據(jù)圖1的根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的光學(xué)結(jié)構(gòu)1的另一個實(shí)施方式。
[0101]在穩(wěn)定模式期間，吸收池50用來實(shí)現(xiàn)測量輻射11到波長基準(zhǔn)的穩(wěn)定化，即，在這種情況下到由吸收池50的吸收介質(zhì)(例如碘，12)所限定的吸收譜線(例如，大約633nm)。具體地，不同的穩(wěn)定方法能夠被用于穩(wěn)定，諸如例如同步式檢測(光學(xué)頻率關(guān)于中央吸收譜線的調(diào)制)、(通過磁調(diào)制)在恒定光學(xué)頻率下借助于塞曼(Zeeman)效應(yīng)的“譜線邊”處理或穩(wěn)定。
[0102]在同步式檢測期間，生成了波長的連續(xù)改變(并且因此基于其所測量到的距離的改變)，其主要將它本身顯現(xiàn)為增加的距離噪聲，其中，距離噪聲然而能夠通過增加的測量速率和后續(xù)集成或同步距離測量基本上消除。
[0103]“譜線邊”處理基于借助于在吸收值處的吸收的穩(wěn)定，所述吸收值大體上對應(yīng)于通常實(shí)現(xiàn)成氣室的吸收池50的對應(yīng)吸收譜線的最大梯度(例如在大約40%吸收處的穩(wěn)定)。因為譜線的吸收依賴于吸收介質(zhì)(例如碘氣)的氣壓并且因此依賴于吸收池的溫度，所以吸收池50的溫度在這種情況下必須保持非常恒定。
[0104]為了穩(wěn)定，使用控制和評估單元2來調(diào)節(jié)用于激光二極管10的工作參數(shù)(例如電流和/或溫度)，使得測量輻射11以大體上恒定的波長發(fā)射。為此目的，吸收池50中的吸收水平被連續(xù)地測量，其中，使用控制和評估單元2來處理在該處理中所生成的測量信息并且生成用于二極管10的對應(yīng)控制信號(由箭頭21、22指示)。
[0105]對于附加的吸收池50的吸收介質(zhì)，還存儲了譜線圖譜(線譜)，該譜線圖譜限定了針對相應(yīng)波長介質(zhì)的相應(yīng)吸收強(qiáng)度。在一個特定實(shí)施方式中，還能夠使用吸收檢測器來測量特別是連續(xù)測量當(dāng)前吸收強(qiáng)度，其能夠指派給池50。
[0106]另外能夠根據(jù)本發(fā)明在測量輻射11 (根據(jù)圖1)的干涉儀波長的確定中考慮當(dāng)前測量到的吸收強(qiáng)度以及線譜的知識。通過吸收池50，首先能夠發(fā)生輻射11的另選的或附加的穩(wěn)定，并且其次，當(dāng)考慮基準(zhǔn)(譜線圖譜)時，能夠?qū)崿F(xiàn)波長確定的增加的準(zhǔn)確度。
[0107]如果在每種情況下針對到對象的多個不同的距離確定了一個干涉儀輸出變量，則在將在樣本測量期間存在的對象的相應(yīng)距離、所確定的干涉儀輸出變量和基準(zhǔn)(例如所使用的吸收介質(zhì)的已知吸收線譜)考慮在內(nèi)的同時，另外能夠確定譜線圖譜中的方位，并且能夠從其中確定干涉儀波長。
[0108]應(yīng)理解，這些描繪的圖僅示意性地描繪了可能的示例性實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明，各種方法能夠同樣地與彼此并且與現(xiàn)有技術(shù)的校準(zhǔn)和/或干涉測量方法、與現(xiàn)有技術(shù)的用于確定距離的方法以及與現(xiàn)有技術(shù)的通用測量設(shè)備(特別是激光跟蹤器)組合。根據(jù)本發(fā)明的方面還能夠在諸如例如全站儀和視距儀這樣的大地測量勘測裝置的【技術(shù)領(lǐng)域】中找到應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于連續(xù)地跟蹤反射目標(biāo)(42、97)并且用于確定到該目標(biāo)(42、97)的距離的激光跟蹤器(40、90)，該激光跟蹤器(40、90)包括: ?基部(92)，所述基部定義豎直軸線(94)， ?束導(dǎo)向單元(95)，所述束導(dǎo)向單元(95)用于發(fā)射測量輻射(11、41、96)并且用于接收在所述目標(biāo)(42、97)處反射的所述測量輻射(11、41、96)的至少一部分，其中，所述束導(dǎo)向單元(95)能夠以馬達(dá)驅(qū)動方式相對于所述基部(92)繞所述豎直軸線(94)和與所述豎直軸線(94)大體上正交的傾斜軸線樞轉(zhuǎn)， ?干涉儀(20)，所述干涉儀(20)用于使用干涉法來確定到所述目標(biāo)(42、97)的所述距離的變化，其具有可調(diào)諧激光二極管(10)，該可調(diào)諧激光二極管(10)被構(gòu)造成以所述測量輻射(11、41、96)是為相干且縱向單模的方式產(chǎn)生用于所述干涉儀(20)的所述測量輻射(11、41、96)的干涉儀激光束源， ?絕對距離測量單元(30)，所述絕對距離測量單元(30)用于確定針對到所述目標(biāo)(42、97)的距離(45、46)的測量距離值，以及 ?角度測量功能體，所述角度測量功能體用于確定所述束導(dǎo)向單元(95)相對于所述基部(92)的方位， 其特征在于 控制和評估單元(2)，該控制和評估單元(2)被構(gòu)造成使得在校準(zhǔn)模式的執(zhí)行期間通過以下步驟來確定所述測量輻射(11、41、96)的干涉儀波長?在改變到所述目標(biāo)(42、97)的所述距離(45、46)的同時執(zhí)行限定的樣本測量，其中ο所述樣本測量針對到所述目標(biāo)(42、97)的至少兩個不同的距離(45、46)而發(fā)生，ο所述測量輻射(11、41、96)對所述目標(biāo)(42、97)連續(xù)地對準(zhǔn)，并且在使所述干涉儀波長保持穩(wěn)定的同時利用所述干涉儀(20)針對到所述目標(biāo)(42、97)的所述至少兩個不同的距離(45、46)中的每個來確定干涉儀輸出變量，并且 ο通過使用所述絕對距離測量單元(30)確定距離來提供在每種情況下針對到所述目標(biāo)(42、97)的所述至少兩個不同的距離(45、46)的至少兩個測量距離值，以及 ?至少基于所述至少兩個測量距離值和分別確定的干涉儀輸出變量來確定所述測量輻射(11、41、96)的干涉儀波長。
2.如權(quán)利要求1所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 所述測量輻射(11、41、96)的所述干涉儀波長可通過改變至少一個工作參數(shù)改變，并且所述控制和評估單元(2)被構(gòu)造成使得針對所述激光二極管(10)的所述至少一個工作參數(shù)可被精確調(diào)整使得，由于所述至少一個工作參數(shù)的所述精確調(diào)整，所述干涉儀波長是可設(shè)定成使得它是近似地已知的。
3.如權(quán)利要求2所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 當(dāng)執(zhí)行所述校準(zhǔn)模式時，依賴于所述近似地已知的干涉儀波長附加地確定所述測量輻射(11、41、96)的所述干涉儀波長。
4.如權(quán)利要求2或3所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 所述控制和評估單元(2)被構(gòu)造成使得當(dāng)啟動所述激光跟蹤器(40、90)的操作時，針對所述激光二極管(10)的所述至少一個工作參數(shù)被設(shè)定成使得所述激光二極管(10)的先前操作狀態(tài)大體上再現(xiàn)，具體地最后的先前操作狀態(tài)大體上再現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 所述激光二極管(10)的可變溫度構(gòu)成所述至少一個工作參數(shù)和/或穿過所述激光二極管(10)的可變電流構(gòu)成所述至少一個工作參數(shù)。
6.如權(quán)利要求2至5中任一項所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 所述控制和評估單元(2)被構(gòu)造成使得當(dāng)正在執(zhí)行測量模式時，使用所述至少一個工作參數(shù)調(diào)節(jié)所述干涉儀波長使得所述干涉儀波長保持穩(wěn)定。
7.如權(quán)利要求6所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 在所述控制和評估單元(2)的控制下，在正在執(zhí)行所述測量模式的同時連續(xù)地執(zhí)行所述校準(zhǔn)模式，具體地其中，在所述校準(zhǔn)模式期間確定的所述測量輻射(11、41、96)的所述干涉儀波長被存儲用于執(zhí)行所述測量模式。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 所述激光二極管(10)被構(gòu)造成使得所述干涉儀波長能夠以至少1m優(yōu)選50m的相干長度生成，和/或 所述干涉儀(20)的干涉儀接收單元和所述絕對距離測量單元(30)的接收器單元不同。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 所述激光跟蹤器(40、90)具有 ?吸收介質(zhì)，所述吸收介質(zhì)在波長范圍內(nèi)定義多個已知吸收譜線， ?存儲器，所述存儲器具有針對所述吸收介質(zhì)的存儲的譜線圖譜，該譜線圖譜在針對相應(yīng)的吸收波長的所述波長范圍內(nèi)在每種情況下規(guī)定一個吸收強(qiáng)度，以及 ?檢測器，所述檢測器用于確定所述吸收強(qiáng)度，以依賴于在每種情況下當(dāng)前確定的吸收強(qiáng)度使所述干涉儀波長穩(wěn)定。
10.如權(quán)利要求9所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 在執(zhí)行所述校準(zhǔn)模式的同時，基于所提供的測量距離值、所述干涉儀輸出變量、所述多個已知吸收譜線和所確定的吸收強(qiáng)度來探知所述譜線圖譜中的方位，具體地其中，依賴于所探知到的方位確定所述干涉儀波長。
11.如權(quán)利要求9或10所述的激光跟蹤器(40、90)，其特征在于 所述激光跟蹤器(40、90)具有吸收池(50)，該吸收池(50)具有吸收介質(zhì)，具體地其中，碘氣體形成所述吸收介質(zhì)并且所述干涉儀波長在500nm到650nm之間，具體地在630nm到635nm之間。
12.一種用于和利用激光跟蹤器(40、90)的校準(zhǔn)方法，所述激光跟蹤器(40、90)包括， ?干涉儀(20)，所述干涉儀(20)用于使用干涉法來確定到所述目標(biāo)(42、97)的所述距離的變化，其具有可調(diào)諧激光二極管(10)，該可調(diào)諧激光二極管(10)被構(gòu)造成以所述測量輻射(11、41、96)為相干且縱向單模的方式產(chǎn)生用于所述干涉儀(20)的所述測量輻射(11、41、96)的干涉儀激光束源，以及 ?絕對距離測量單元(30)，所述絕對距離測量單元(30)用于確定針對到所述目標(biāo)(42、97)的距離(45,46)的測量距離值， 其特征在于 通過以下步驟來確定所述測量輻射(11、41、96)的干涉儀波長?在改變到所述目標(biāo)(42、97)的所述距離(45、46)的同時執(zhí)行限定的樣本測量，其中ο針對到所述目標(biāo)(42、97)的至少兩個不同的距離(45、46)執(zhí)行所述樣本測量，ο所述測量輻射(11、41、96)對所述目標(biāo)(42、97)連續(xù)地對準(zhǔn)，并且在使所述干涉儀波長保持穩(wěn)定的同時利用所述干涉儀(20)針對到所述目標(biāo)(42、97)的所述至少兩個不同的距離(45、46)中的每個來確定干涉儀輸出變量，并且 ο通過使用所述絕對距離測量單元(30)確定距離來提供在每種情況下針對到所述目標(biāo)(42、97)的所述至少兩個不同的距離(45、46)的至少兩個測量距離值，以及 ?至少基于所述至少兩個測量距離值和分別確定的干涉儀輸出變量來確定所述測量輻射(11、41、96)的干涉儀波長。
13.如權(quán)利要求12所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于 依賴于所提供的測量距離值、所述干涉儀輸出變量和測量到的吸收強(qiáng)度來探知譜線圖譜中的方位，該譜線圖譜在每種情況下針對相應(yīng)的吸收波長規(guī)定一個吸收強(qiáng)度，具體地其中，依賴于所探知到的方位確定所述干涉儀波長。
14.如權(quán)利要求12或13所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于 到所述目標(biāo)(42、97)的所述距離(45、46)由用戶人工移動所述目標(biāo)(42、97)而變化。
15.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其被存儲在計算機(jī)可讀載體上， ?用于控制樣本測量的執(zhí)行，并且 ?用于執(zhí)行如權(quán)利要求12至14中任一項所述的校準(zhǔn)方法的干涉儀波長的確定，具體地如果所述計算機(jī)程序產(chǎn)品在如權(quán)利要求1至11中任一項所述的激光跟蹤器(40、90)的控制和評估單元(2)上執(zhí)行。
【文檔編號】G01S17/36GK104285160SQ201380024376
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月7日
【發(fā)明者】T·魯斯, B·伯克姆 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司