包括干涉儀和限定密集線譜的吸收介質的測量設備的制作方法
【專利摘要】一種測量設備，該測量設備包括用于生成單模測量輻射的可調諧激光二極管，所述激光二極管被按這樣的方式設計為激光束源，即，該測量輻射的發射波長借助于調諧參數的變化而在一波長范圍內可變；包括限定該波長范圍內的吸收譜線的吸收介質；包括具有用于該吸收介質的譜線圖的存儲器；包括用于確定吸收率的檢測器；以及包括控制與評估單元，該控制與評估單元用于按根據以該發射波長保持穩定的方式所確定的吸收率的這種方式，借助于所述至少一個調諧參數來調節該發射波長。該控制與評估單元按這樣的方式來設計，即，當執行校準模式時，該譜線圖中的方位依靠限定的樣本測量(71)隨著至少一個測量參數的變化來執行的事實而實現，根據該樣本測量(71)導出樣本測量結果(72)，基于所存儲的譜線圖，對該樣本測量結果(72)與至少一個基準(73、74)進行比較(75)，其中，在該比較的背景下，至少利用所述基準(73、74)來協調該樣本測量結果(72)，并且按根據該協調和基于算法評估的方式來確定(76)該譜線圖中的方位，并且可以按根據該譜線圖中的所確定的方位的方式，來確定和/或設置(77)該測量輻射的發射波長。
【專利說明】包括干涉儀和限定密集線譜的吸收介質的測量設備
[0001]本發明涉及包括根據權利要求1的前序的干涉儀的測量設備，并且涉及根據權利要求13的前序的用于并且利用干涉儀的校準方法。
[0002]對于光學度量領域的測量來說，波長穩定化氣體激光器(HeNe激光器)通常被用作光源。這些大致具有高的波長穩定性(取決于穩定化過程)和數百米的長相干長度。結果，這些射束源特別適于用作頻率和波長標準，并且使得能夠實現干涉儀測量系統的極大測量范圍。典型應用包括例如線性干涉儀、波長標準、振動計以及用作激光跟蹤器中的干涉儀光源。
[0003]然而，使用氣體激光光源(HeNe激光光源)(具體來說，激光跟蹤器)的缺點(考慮到通常在小型化之后所尋求的)是其尺寸，其確定了輻射通量。在這種情況下，該光源的功率顯著取決于激光管的長度，即，可實現發射功率隨著管的長度增加而增加。而且，這種激光光源通常具有相對較高的功耗。另外的缺點由操作所需的高電壓供應構成。舉例來說，必須提供大約7000V的電壓，以激著(igniting)激光器，并且在操作期間必須提供大約1500V的電壓，作為其結果，在利用這種光源時必須使用專門組件(例如，高電壓電源和屏蔽)，而且必須采取安全措施。與磁場(例如，由內部電動機或外部焊接變壓器所產生的)有關的靈敏度和管子的有限壽命(通常大約為15000操作小時)在利用HeNe激光器時也是不利的，例如，因為通常需要以極大的成本來更換該系統中的光源。
[0004]在這種情況下，例如，激光二極管是另選光源。這些本身是緊湊的、有成本效益，并且具有低功耗。然而，常規的Fabry-P6r0t激光二極管不適合作為干涉儀光源，因為這些具有相當短的相干長度，并且不按(縱向)單模方式發射(即，它們以多個波長發射)。
[0005]然而，例如，可以將下列用作射束源:
[0006].分布式反饋激光器(DFB)(具有周期性地構造的有源介質，例如，光柵)，
[0007].分布式布拉格反射激光器(DBR)(在有源介質外側具有光柵但設置在公共芯片上)，
[0008].光纖布拉格光柵激光器(FBG)(大致類似DFB激光器，但在外部光纖中具有光柵)，
[0009].外腔二極管激光器(ECDL)(借助于外部高穩定腔來穩定化激光二極管，例如，利用全息光柵)，
[0010].二極管抽運固態激光器(DPSS)，
[0011 ].離散模式激光器(DMD)，和/或
[0012].微芯片激光器。
[0013]這里，該射束按這樣的方式來具體實施，S卩，所發射的激光束在波長方面采用單模方式，具有數十米級別的相干長度(或者線(line)寬〈1MHz)。
[0014]另外需要針對已知波長的穩定化，以將這種激光二極管用作干涉儀光源或者用作波長標準。舉例來說，這可以以光譜方法產生吸收介質的吸收譜線(例如，利用氣室(gascell))。這里，根據所采用的吸收介質，在希望波長范圍中可以出現非常多的吸收譜線。一方面，如此多的吸收譜線因而可用，即使在因制造而導致激光二極管的發射波長散射的情況下，也總是可以獲得用于穩定化目的一條吸收譜線；另一方面，每當光源啟動時還需要明確地標識該譜線，以便確定發射波長。
[0015]為此，原則上，能夠簡單地利用外部波長測量設備來穩定化任何譜線，并且在生產期間標識后者。如果針對此而設置的、諸如溫度和電流這樣的二極管參數被存儲并且在下一次接通期間重新建立，則對于完美驅動電子的情況來說，其應當能夠再一次達到初始譜線，并且利用短波長掃描重新得到其。通過存儲相應最后值，在設置二極管參數時的可能變化作為老化的結果可以被俘獲。然而，該方法對驅動電子的質量有高要求，而且在吸收譜線之間的可能較小波長距離的情況下非常易受影響。
[0016]對該測量設備的需求可以類似地傳遞至包括用于確定距離變化的干涉儀單元的測量裝置。這里，用于連續跟蹤目標點并且確定該點的位置而具體實施的測量裝置通常可以協調地被術語激光跟蹤器所包含。在這種情況下，目標點可以通過反射器單元(例如，立方體棱鏡)來表示，其通過測量裝置的光學測量射束(具體來說，激光束)來瞄準。該激光束被平行反射回至測量裝置，所反射的射束被該裝置的獲取單元獲取。在該過程中，例如，借助于用于角測量的傳感器來建立該射束的發射或接收方向，其被指配給該系統的偏轉鏡或瞄準單元。而且，除了獲取該射束以外，例如，還借助于渡越(flight)時間或相差測量來建立測量設備與目標點間的距離。
[0017]根據現有技術的激光跟蹤器可以另外利用如下各項來具體實施:利用光學圖像獲取單元(具有二維光敏陣列，例如，CXD或CID攝像機((XD =電荷耦合器件，CID =電荷注入器件)、或者基于CMOS陣列的攝像機、或者具有像素陣列傳感器)并且利用圖形處理單元。這里，激光跟蹤器和攝像機，具體來說，按不能修改其彼此相對的位置的這種方式而組裝在彼此上。舉例來說，攝像機可以繞其大致豎直的軸與激光跟蹤器一起旋轉，但其可以獨立于激光跟蹤器而上下樞轉，并由此具體來說與激光束的光學單元分離地設置。具體來說，攝像機可以包括魚眼鏡頭光學單元，并且攝像機的樞轉可以避免，或者至少僅被要求限制至因攝像機的極大圖像獲取區而造成的程度。而且，可能的是，攝像機例如根據相應應用而被具體實施為僅繞一個軸樞轉。在另選實施方式中，攝像機在集成設計中可以與激光光學單元一起安裝在公共外殼中。
[0018]通過獲取并評估所謂的具有標記的輔助測量儀器的圖像(借助于圖像獲取與圖形處理單元)，其相對彼此的相對位置已知，能夠推斷出空間中該儀器的和設置在該輔助測量儀器(例如探針)上的物體的方位。與目標點的所確定的空間位置一起，還可以絕對地和/或相對于激光跟蹤器，來精確確定空間中該物體的位置和方位。
[0019]這種輔助測量儀器可以通過所謂的感測工具來具體實施，其利用在目標物體的一點上的其接觸點來方位。該感測工具具有標記(例如，光點)和反射器，該反射器表示感測工具上的目標點，并且可以通過跟蹤器的激光束來瞄準，其中，與感測工具的接觸點相對的標記的位置和反射器的位置被精確地獲知。按本領域技術人員已知的方式，輔助測量儀器例如還可以是手持式掃描儀，其配備用于針對免接觸表面測量的距離測量，從而精確地獲知被用于測量相對于設置在掃描儀上的光點和反射器的距離的掃描儀測量射束的方向和位置。例如，在EP 0553266中描述了該類型掃描儀。
[0020]而且，在現代跟蹤器系統中(按標準化方式日益增加地)，傳感器(PSD)被用于建立所接收的測量射束相對于零位置的偏差。在該情況下，PSD意在被理解成，意指按模擬域局部地操作，并且可以被用于確定在傳感器區域上的光分布的聚焦的區域傳感器。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域生成，并且取決于光聚焦的相應位置。下游側或集成電子(integrated electronic)可以被用于評估該輸出信號并且建立聚焦。在這種情況下，可以非常快速地(微秒范圍)且以納米分辨率探知碰撞光點的聚焦位置。
[0021]該PSD可以被用于確定所獲取射束的碰撞點相對于伺服控制零點的偏差，而且該偏差可以被視為用于針對目標重新調節該激光束的基礎。為此，并且為了實現高精度，該PSD的視場被選定成相對小，即，對應于測量激光束的射束直徑。利用PSD的獲取相對于測量軸同軸地進行，作為其結果，PSD的獲取方向對應于測量方向。
[0022]對于距離測量來說，現有技術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能夠采用干涉儀的形式。因為這種距離測距儀僅可以測量距離的相對變化，所以除了干涉儀以外，還在現今的激光跟蹤器中安裝所謂的絕對距離測量裝置。舉例來說，用于距離確定的測量手段的這種組合借助于來自Leica Geosystems AG的產品AT901而獲知。
[0023]就此而論，被用于距離測量的干涉儀可以(因為由此準許大相干長度和測量范圍)包括HeNe氣體激光器或上述激光二極管作為光源，該激光二極管已經陳述了在功耗和空間需求方面的優點。用于利用HeNe激光器來確定距離的絕對距離測量裝置和干涉儀的組合例如根據WO 2007/079600A1已知。例如在歐洲專利申請N0.11187614.0中對將激光二極管用作干涉儀激光光源進行了描述。
[0024]出于在利用激光二極管(就前述優點而言其廣受歡迎)的情況下可靠的距離測量或者距離變化測量的目的，所采用的測量輻射的波長在該過程中必須穩定化并且精確獲知。這里，如先前提到，對驅動電子的質量寄托了高要求，并且驅動電子的質量在吸收譜線的波長之間的可能較小距離的情況下非常易受影響。因此，盡管再現已知驅動參數和由此生成的穩定化波長，但不能以絕對可靠性來生成重新設置的波長。特別是，例如，如果兩個或更多個吸收譜線以它們之間的較小線距緊密位于一起，并且激光二極管在其啟動時利用這些譜線中的一個穩定化，但用于穩定化的當前譜線不能肯定地確定，則無法精確地確定發射波長。
[0025]因此，本發明的目的是，提供這樣一種利用干涉儀的改進測量設備(具體來說，激光跟蹤器)和方法，其中，用于生成測量距離用的激光輻射的裝置在其總體上具有緊湊的設計，并且可以按可靠且獨特方式來執行所發射的激光輻射的發射波長的裝置側確定或設置。
[0026]本發明的具體目的是，提供這樣一種具有用于穩定化發射波長的裝置和可調諧激光二極管的測量設備(具體來說，激光跟蹤器)，其中，可以明確地確定該激光二極管的當前發射波長。
[0027]本發明的另一具體目的是，提供這樣一種測量設備(具體來說，激光跟蹤器)，其中，特別地，在每一次系統啟動時，可以執行對用于穩定化的吸收譜線的獨特標識。
[0028]這些目的通過實現獨立權利要求的特征化特征來實現。可以根據從屬權利要求，來收集按另選或有利的方式來發展本發明的特征。
[0029]而且，在 申請人:文件參考為KAP-52634-EP的歐洲專利申請中，描述了與確定激光跟蹤器中的二極管的波長(提供用于干涉測量)有關的另選方面，該申請具有和本申請相同的提交日期。
[0030]本發明涉及利用干涉儀的測量設備，更精確地說，涉及一種測距儀，該測距儀用于利用干涉儀來確定與物體間的距離的變化，該干涉儀用于生成針對與該物體間的相應距離的干涉儀輸出變量，該測距儀包括:可調諧激光二極管，該可調諧激光二極管被具體實施為干涉儀激光束源，該干涉儀激光束源用于按這樣的方式來生成測量輻射，即，該測量輻射按縱向單模方式呈現，并且該測量輻射的發射波長通過改變至少一個調諧參數而在特定波長范圍內可變。這里，激光二極管按波長可以在該波長范圍內按無跳模方式調諧的這種方式來具體實施。而且，提供了:吸收介質，該吸收介質限定該波長范圍內的多個已知吸收譜線；存儲器，該存儲器具有用于吸收介質的存儲的譜線圖(譜圖)，該譜線圖在各個情況下指定針對該波長范圍內的相應吸收波長的吸收強度；以及檢測器，該檢測器用于確定吸收強度。而且，測距儀包括:控制與評估單元，該控制與評估單元按這樣的方式具體實施，即，當執行距離測量模式時，借助于所述至少一個調諧參數，作為所確定的吸收強度的函數，按發射波長保持穩定的這種方式，來調節發射波長。
[0031]控制與評估單元還按這樣的方式具體實施，即，當依靠以下步驟來執行校準模式時，在譜線圖中存在一方位(orientat1n) ( S卩，譜線圖中的一區域的標識):在控制與評估單元的控制下，通過改變至少一個測量參數來執行限定的樣本測量，并且根據樣本測量導出樣本測量結果。而且，對樣本測量結果與至少一個基準進行比較，所述至少一個基準基于所存儲的譜線圖，并且對于所限定的樣本測量來說是已知的，其中，在該比較的范圍內對樣本測量結果至少與基準進行比較。而且，作為該比較的函數并且基于算法評估，來建立譜線圖中的方位。作為譜線圖中的所建立的方位的函數，能夠確定和/或設置測量輻射的發射波長，具體來說，其中，當在控制與評估單元的自動控制下使測距儀進入操作時，執行校準模式，并且譜線圖中的在該過程中確定的方位被存儲，用于執行測量模式。
[0032]因此，借助該校準模式，通過與至少一個基準(例如，譜線圖)進行比較，可以在譜線圖中執行對測量輻射的當前初始未知波長的獨特指配，以使波長可以確定并由此變得已知。
[0033]在本發明的范圍中，至少下列各項應當被理解為激光二極管:
[0034].分布式反饋激光器(DFB)(具有周期性地構造的有源介質，例如，光柵)，
[0035].分布式布拉格反射激光器(DBR)(在有源介質外側具有光柵但設置在公共芯片上)，
[0036].光纖布拉格光柵激光器(FBG)(大致類似DFB激光器，但在外部光纖中具有光柵)，
[0037].外腔二極管激光器(ECDL)(借助于外部高穩定腔來穩定化激光二極管，例如，利用全息光柵)，
[0038].二極管抽運固態激光器(DPSS)，
[0039].離散模式激光器(DMD),
[0040]?微芯片激光器,和/或
[0041]?二極管激光器。
[0042]然而，明確地未排除另選的激光二極管實施方式。該二極管可以按這樣的方式具體實施，即，以至少1m的量級的相干長度(或者譜線寬度〈1MHz)來生成所發射的激光束。關于這點，可以設置用于生成測量輻射的波長選擇組件，具體來說，光柵。
[0043]具體來說，利用測距儀的特定【具體實施方式】，根據本發明并且在樣本測量的范圍內，發射波長可以作為測量參數而改變，并且吸收強度可以借助于檢測器而在該過程中連續獲取。具體來說，當按在控制與評估單元的控制下的方式來執行校準模式時，這通過改變所述至少一個調諧參數來執行。
[0044]關于這點，根據本發明，還可以通過連續獲取吸收強度，具體來說，當通過控制與評估單元執行校準模式時，再一次將測量參數相關樣本吸收譜線確定為樣本測量結果。
[0045]在本發明的范圍內，而且可以作為測量參數相關樣本吸收譜線與已知吸收譜線的對應關系的函數，具體來說，借助于測量參數相關樣本吸收譜線與已知吸收譜線的互相關(cross correlat1n)和/或借助于最小二乘平差,來確定譜線圖中的方位。具體來說，當通過控制與評估單元執行校準模式時，發生該方位的這種確定。
[0046]由此可以通過利用激光二極管的短波長(其可根據電流和/或溫度的變化來調諧)掃描和在該過程中獲得的吸收譜的同時記錄，來標識所使用的吸收譜線。通過對吸收譜的所觀察部分(其中，波長在該過程中仍未知)與針對在吸收室中使用的氣體的已知吸收譜(具有作為波長的函數的吸收的譜線圖)進行比較，可以通過在譜線圖中建立方位(建立譜線圖中的一區域)來標識所觀察的譜線，并且由此，可以將該譜線指配給波長。舉例來說，該比較可以通過互相關來達成。
[0047]針對該方法的條件是，二極管的波長在足夠大的調諧區域(例如，0.1nm)上，按無跳模方式調諧，其中，實際需求波長范圍還取決于如何好地獲知起始波長，即，激光二極管的最后設置操作參數能否如何好地再現。
[0048]這里，可以按在最后切斷期間呈現的操作參數被初始地再現的這種方式來配置該二極管啟動方法，作為其結果，以某一不確定性獲知波長。隨后，執行短波長掃描，并且利用近似獲知的起始波長，借助于比較(例如，通過與已知基準譜互相關)，來獨特地標識在該過程中檢測到的譜線。針對所選擇吸收譜線的穩定化可以在該基礎上進行。
[0049]具體來說，根據本發明，可以對樣本吸收譜線間的距離與吸收譜線間的已知距離進行距離比較，并且可以在考慮該距離比較的情況下，確定譜線圖方位，和/或可以針對來自測量參數相關樣本吸收譜線中的每一條樣本吸收譜線確定吸收強度，并且可以在考慮所確定的吸收強度的情況下，確定譜線圖中的方位。這些步驟還具體地在通過控制與評估單元來執行校準模式時進行。
[0050]因此，對樣本測量結果與基準或者與譜線圖進行比較以便在譜線圖中建立方位，可以通過比較相應線距或者通過比較針對譜線的相應吸收水平來進行。
[0051]根據本發明另一方面，關于執行測距儀的校準模式，涉及作為在樣本測量的范圍內的測量參數的、與物體間的距離的改變。在這種情況下，以與該物體間的至少兩個不同的已知距離來執行樣本測量，針對與該物體間的所述至少兩個不同的距離中的每一個，利用干涉儀而將干涉儀輸出變量確定為樣本測量結果，以及基于該已知距離、干涉儀輸出變量以及所述多個已知吸收譜線，來建立譜線圖中的方位，具體來說，確定發射波長。
[0052]具體來說，根據本發明，測距儀可以包括絕對距離測量單元，并且可以借助于絕對距離測量單元通過確定距離來確定所述至少兩個不同的與該物體間的已知距離。
[0053]例如，如果反射器在通過干涉儀和絕對距離測量裝置的同時測量期間，按跟蹤方式移位(干涉儀總是在目標上)，則可以利用兩個距離測量裝置的測量距離差和兩個(已知)接近波長，并且利用獲知的大氣壓力、濕度以及溫度數據，針對具有幾微微米(Pm)準確度的干涉儀，來評估針對未知譜線被穩定化的測量輻射的波長；作為其結果，可以利用針對相應吸收介質的譜圖(譜線圖)來標識所采用穩定化譜線。
[0054]在測距儀的【具體實施方式】中，根據本發明，測距儀可以被具體實施為激光跟蹤器，該激光跟蹤器用于連續跟蹤被具體實施為一目標的該物體，并且用于確定該目標的位置。所述跟蹤儀可以包括:激光二極管，該激光二極管用于生成具有至少10m(具體來說，至少50m)的相干長度的測量輻射；限定豎直軸的基部；射束引導單元，該射束引導單元用于發射測量輻射，并且用于接收在該目標處反射的測量輻射，其中，該射束引導單元可以繞所述豎直軸和大致正交于該豎直軸的傾斜軸，相對于基部按電機驅動方式樞轉；以及角測量功能，該角測量功能用于確定射束引導單元相對于基部的對準。
[0055]根據本發明，激光跟蹤器還可以包括:支承部，該支承部可以相對于基部繞豎直軸按電機驅動方式樞轉，并且限定傾斜軸；和瞄準單元，該瞄準單元被具體實施為射束引導單元，并且該瞄準單元可以相對于支承部，繞所述傾斜軸按電機驅動方式樞轉，所述瞄準單元包括望遠鏡單元，該望遠鏡單元用于發射測量輻射，并且用于接收在該目標處反射的測量輻射的至少一部分。
[0056]為了避免因不正確假定的波長而造成的測量誤差，每當該系統或激光跟蹤器啟動時，都可以明確地標識吸收譜線(其例如被用于穩定化)。按照根據本發明的校準，除了干涉儀以外，這還可以通過依靠利用存在的絕對距離測量裝置，通過激光跟蹤器來實現，并且依靠用戶移動該連續測量目標而由用戶主動參與，并由此，在各個情況下，提供與該目標間的不同距離。
[0057]本發明另一方面涉及選擇吸收介質。可以根據需求或希望發射波長來選擇吸收介質。關于這點，根據本發明，測距儀包括吸收室，該吸收室包括吸收介質，具體來說，其中，碘氣形成吸收介質，并且發射波長位于500nm到650nm之間，具體來說，位于630nm到635nm之間。
[0058]作為吸收介質的碘具有對激光跟蹤器有吸引力的波長范圍，具體來說，具有大約633nm的多個吸收譜線。結果，限定如此多的吸收譜線，即使在來自激光二極管的發射波長的因制造導致的散射的情況下，用于穩定化的吸收譜線也總是位于鄰近；然而，每當光源啟動時，需要明確地標識該譜線。
[0059]而且，關于調諧發射波長，根據本發明，發射波長可以以在控制與評估單元的控制下，通過修改作為調諧參數的激光二極管的溫度和/或通過修改作為調諧參數的施加至激光二極管的電流作的方式可變。
[0060]為了在啟動測量設備時控制發射波長，根據本發明，控制與評估單元可以按這樣的方式具體實施，即，當使述測距儀進入操作時，被提供用于設置發射波長的、用于激光二極管的調諧參數按這樣的方式來設置，即，根據所設置的調諧參數大致再現先前操作狀態，具體來說，大致再現最后一次操作狀態。
[0061]而且，具體來說，測距儀包括干涉儀檢測器，該干涉儀檢測器針對與該物體間的相應距離，用于檢測測量輻射，并且用于基于該測量輻射來生成干涉儀輸出變量。
[0062]根據本發明的特定【具體實施方式】，激光二極管被按這樣的方式具體實施，S卩，發射波長通過改變所述至少一個調諧參數而在該波長范圍內按無跳模方式可變。
[0063]而且，本發明涉及一種用于并且利用測距儀的干涉儀的校準方法，該測距儀用于確定與物體間的距離的變化，該測距儀包括:可調諧激光二極管，該可調諧激光二極管被具體實施為干涉儀激光束源，該干涉儀激光束源用于按這樣的方式來生成測量輻射，即，該測量輻射按縱向單模方式呈現，并且該測量輻射的發射波長通過改變至少一個調諧參數而在特定波長范圍內可變；和吸收介質，該吸收介質限定該波長范圍內的多個已知吸收譜線。而且，提供了:存儲器，該存儲器具有用于吸收介質的存儲的譜線圖，該譜線圖在各個情況下指定針對該波長范圍內的相應吸收波長的吸收強度；以及檢測器，該檢測器用于確定吸收強度。
[0064]在該校準方法的范圍中，通過改變至少一個測量參數來執行限定的樣本測量；根據樣本測量導出樣本測量結果；對樣本測量結果與至少一個基準進行比較，所述至少一個基準基于所存儲的譜線圖，并且對于所限定的樣本測量來說是已知的，其中，在該比較的范圍內對樣本測量結果至少與該基準進行比較；以及作為該比較的函數并且基于算法評估，來建立譜線圖中的方位。
[0065]本發明的另一方面涉及一種用于利用測距儀的干涉儀來確定與物體間的距離的變化的方法，該干涉儀用于生成針對與該物體間的相應距離的干涉儀輸出變量，該測距儀包括:可調諧激光二極管，該可調諧激光二極管被具體實施為干涉儀激光束源，該干涉儀激光束源用于按這樣的方式來生成測量輻射，即，該測量輻射按縱向單模方式呈現，并且該測量輻射的發射波長通過改變至少一個調諧參數而在特定波長范圍內可變；吸收介質，該吸收介質限定該波長范圍內的多個已知吸收譜線；存儲器，該存儲器具有用于吸收介質的存儲的譜線圖，該譜線圖在各個情況下指定針對該波長范圍內的相應吸收波長的吸收強度；以及檢測器，該檢測器用于確定吸收強度。
[0066]在該過程中，執行根據本發明的校準方法，并且在距離測量模式下，按在特定測量間隔期間發射波長保持穩定的這種方式，借助于所述至少一個調諧參數，作為吸收強度的函數，來調節所述發射波長，其中，作為譜線圖中的所建立的方位的函數，來確定和/或設置該測量輻射的發射波長。而且，借助于干涉儀輸出變量，按距離測量模式來確定與該物體間的距離的變化。
[0067]根據本發明，在該校準方法或用于確定距離變化的方法的范圍內，測量輻射的發射波長可以作為測量參數而改變，而且在該過程中，可以連續獲取吸收強度。
[0068]具體來說，根據本發明，可以通過連續獲取吸收強度，而將測量參數相關樣本吸收譜線確定為樣本測量結果；和/或作為測量參數相關樣本吸收譜線與該已知吸收譜線的對應關系的函數，具體來說，借助于測量參數相關樣本吸收譜線與該已知吸收譜線的互相關和/或借助于最小二乘平差，來達成譜線圖中的方位。
[0069]另選的是，根據本發明，在該校準方法或用于確定距離變化的方法的范圍內，與物體間的距離可以作為測量參數而在樣本測量的范圍內改變；可以以與該物體間的至少兩個不同的已知距離來執行樣本測量；可以針對與該物體間的所述至少兩個不同的距離中的每一個，利用干涉儀來將干涉儀輸出變量確定為樣本測量結果；以及可以基于該已知距離、干涉儀輸出變量以及所述多個已知吸收譜線，來達成譜線圖中的方位，具體來說，確定和/或設置發射波長。
[0070]具體來說，根據本發明，在該過程中借助于絕對距離測量單元通過確定距離，來確定與該物體間的所述至少兩個不同的已知距離。
[0071]而且，本發明涉及一種存儲在機器可讀介質中的計算機程序產品，該計算機程序產品用于控制執行根據本發明的方法的樣本測量。而且，具體來說，如果所述計算機程序產品在根據本發明的測距儀的控制與評估單元中執行，則該計算機程序產品被設置用于執行:根據本發明的方法的、根據樣本測量導出樣本測量結果；根據本發明的方法的、對樣本測量結果至少與多個已知吸收譜線進行比較；根據本發明的方法的、確定譜線圖中的方位；以及根據本發明的方法的、確定和/或設置發射波長。
[0072]下面，將基于附圖中示意性地描繪的具體示例性實施方式，按純粹示例性的方式，對根據本發明的方法和根據本發明的裝置進行更詳細說明，并且還討論了本發明的進一步優點。詳細地說:
[0073]圖1示出了根據本發明的、包括光學設計的測距儀的實施方式；
[0074]圖2示出了借助于同步檢測來穩定化發射波長的原理；
[0075]圖3示出了用于穩定化發射波長的“譜線邊側(side-of-line) ”過程的原理；
[0076]圖4示出了用于根據本發明的測距儀的、可以調節的激光器模塊的實施方式，其包括激光束源、吸收室以及控制與評估單元；
[0077]圖5示出了根據本發明的用于校準過程的框圖；
[0078]圖6a_d示出了根據本發明的、利用測距儀的校準的第一實施方式；以及
[0079]圖7示出了根據本發明的激光跟蹤器的實施方式與根據本發明的校準的另一實施方式。
[0080]圖1示出了根據本發明的、包括光學設計I的測距儀的實施方式，該光學設計I具有被具體實施為干涉儀射束源的激光二極管10、吸收室20、干涉儀單元30以及絕對距離測量單元40，該絕對距離測量單元40包括被具體實施為激光二極管或SLED的另一射束源41。激光二極管被用于向干涉儀30提供測量輻射11，用于確定與物體間的距離變化，其中，該絕對距離測量單元40能夠確定與物體間的絕對距離。還示出了控制與評估單元2，其至少用于借助于溫度和電流調節來控制激光二極管10，并且用于評估來自吸收室20的信號。而且，其還被用于處理通過干涉儀單元30和絕對距離測量單元40生成的測量數據(例如，具體距離或干涉儀輸出變量)。
[0081]在穩定化模式的范圍中，吸收室20被用于實現測量輻射針對波長標準的穩定化，即，在這種情況下，針對由吸收室20中的吸收介質(例如，碘12)限定的吸收譜線(例如，大約633nm)。具體來說，可以將不同穩定化方法用于該穩定化，舉例來說，如同步檢測(在中心吸收譜線周圍調制光學頻率)、借助于恒定光學頻率(通過磁調制)下的塞曼(Zeeman)效應的“譜線邊側”過程或穩定化。
[0082]在同步檢測的范圍內(參照圖2)，生成該波長的連續變化(并且由此，在其基礎上測量的距離變化)，其在增加的距離噪聲下基本上變得顯著，然而，其中，該距離噪聲可以根據增加的測量速率和隨后的積分或同步化距離測量而在很大程度上被消除。
[0083]該“譜線邊側”過程(參照圖3)基于借助于在一吸收值下吸收的穩定化(例如，在大約40%吸收下的穩定化)，該吸收值大致對應于吸收室20 (通常被具體實施為氣室)的對應吸收譜線的最大梯度。因為譜線的吸收取決于吸收介質(例如，碘氣)的氣壓，并由此取決于吸收室的溫度，所以在這種情況下，吸收室20的溫度必須保持非常恒定。
[0084]一般來說，通過激光二極管10來提供具有無跳模可調諧波長范圍的激光，以供穩定化，因而，就波長而言，可以調諧至希望的吸收譜線。而且，所生成的激光具有長相干長度，具體來說，至少1m,優選為至少50m。
[0085]這里，借助于控制與評估單元2，通過調節施加至二極管10的電流和/或二極管10的溫度(參照圖4)來調諧激光二極管10的發射波長。
[0086]根據本發明，對測距儀進行校準，以便設置或標識發射波長。為此，初始地執行限定的樣本測量。該樣本測量首先可以由借助于吸收室20的吸收測量構成，其中，測量輻射11的發射波長按受控方式通過控制與評估單元2來改變。這里，發射波長可以通過改變施加至二極管10的電流和/或二極管10的溫度來改變。在該過程中，作為二極管的改變電流和/或溫度的函數，可以連續獲取吸收行為(例如，吸收強度)作為測量結果(吸收譜線)。另一方面，可以在改變與物體間的距離時進行樣本測量，其中，借助于干涉儀單元30在各個情況下確定干涉儀輸出變量作為測量結果，而且，例如借助于絕對距離測量單元40來測量與物體間的距離。
[0087]通過比較相應測量結果(吸收行為或干涉儀輸出變量)與至少一個基準，而在校準范圍內確定譜線圖中的方位，所述至少一個基準基于所存儲的譜線圖，并且對于所限定的樣本測量來說是已知的，其中，該譜線圖在各個情況下指定針對調諧波長范圍內的相應吸收波長的吸收強度。在該比較的范圍內，確定該方位，作為樣本測量結果至少與該基準的比較的函數。這里，該基準例如可以通過針對吸收波長的相應吸收強度(其由譜線圖限定并且從該譜線圖獲知)來具體實施。
[0088]當在改變發射波長的情況下，將一吸收強度確定為波長的函數時，該比較允許標識譜線圖的特定區域，其至少在很大程度上對應于所檢測的吸收譜。這里，該比較可以借助于“最佳擬合”、互相關或者借助于不同類型的最小二乘平差來達成。作為該執行標識的結果，能夠向所檢測的吸收譜指配波長。如果在譜線圖中標識這種區域(即，如果確定該方位)，則可以借助于激光二極管的開環或閉環控制，將發射波長設置為已知吸收強度(來自譜線圖)的函數。而且，該發射波長的精確波長可以根據從譜線圖獲知的、有關該波長的吸收強度的附加相關性導出。
[0089]如果在各個情況下針對與物體間的多個不同距離來確定干涉儀輸出變量，則可以在考慮與在樣本測量中分別呈現的物體間的距離的情況下來確定譜線圖中的方位，所確定的干涉儀輸出變量和基準(例如，針對所樣本的吸收介質的已知吸收線譜)以及發送波長可以由其確定。
[0090]圖2示出了借助于同步檢測來穩定化發射波長的原理。這里，發送曲線51示出了所標繪的吸收介質針對相對頻率Δ f的發送或吸收行為(發送=1-吸收)。與此類似,示出了發送曲線51的導數(derivative) 52，其中，導數52被用于控制穩定化。在吸收最大值53處，其對應于發送最小值，梯度等于“0”，并且在相對于吸收最大值53的增加偏差的情況下，在量值方面快速增加。作為由于在區域54中微分52而生成的該陡峭側翼的結果，可以通過連續形成連續測量吸收的導數而快速且準確地檢測并標識該吸收相對于吸收最大值53的變化。利用該信息，可以按這樣的方式通過控制回路來控制激光二極管，即，測量輻射的發射波長在吸收最大值周圍的限定范圍內連續呈現。可以借助于導數52來快速且準確地確定發射波長相對于吸收最大值53的相應偏差，并且可以在需要時更新該波長。舉例來說，可以將鎖定放大器用于此。
[0091]在同步檢測的范圍內，利用針對施加至激光二極管的電流的調制頻率(抖動頻率)來連續修改發射波長，以使該發射波長在吸收最大值53(=譜線中心)周圍“抖動”，并由此可以實現基本的穩定化。可以通過過濾測量信號而減少、特別地消除由此產生的距離噪聲。
[0092]圖3示出了用于穩定化發射波長的“譜線邊側”過程的原理。這里，將發送曲線51的一個側翼上的工作點54或相當小的工作范圍選擇為穩定化基礎。作為該工作點54處的、就絕對值而言相對較大梯度的結果，可以快速且準確地檢測該吸收相對于該點54的偏差，并且可以借助于電流和/或溫度的變化而基于該檢測來調節激光二極管。為了保持吸收介質的恒定吸收行為，吸收介質的或吸收室的溫度在該類型穩定化期間必須保持大致恒定。
[0093]圖4示出了用于根據本發明的測距儀的、可以調節的激光器模塊的實施方式，其包括激光束源61、吸收室62以及控制與評估單元63。這里，激光束源61被具體實施為激光二極管，例如，實施為分布式反饋(DFB)激光器或分布式布拉格反射器(DBR)激光器,其中，所發射測量輻射按縱向單模方式呈現，并且特別地，具有至少1m的相干長度。第一分束器64a用于將穩定化用的、由射束源61生成的激光輻射分開成測量輻射11和基準輻射。繼而利用第二分束器64b來分開該基準輻射，其中，所述基準輻射的第一分量通過氣室62發送，并且碰撞第一光電檢測器65。而且，設置第二光電檢測器66，用于檢測該基準輻射的第二分量。可以通過兩個光電檢測器65、66生成的信號65a、66a用于借助控制與評估單兀63來調節激光二極管的溫度63a(經由TEC)和電流63b (I)。測量輻射11可以被耦合到用于光傳輸的光纖中，或者其可以被引導作為自由射束。而且，設置了隔離體67。
[0094]圖5示出了根據本發明的用于一般校準過程的示意性框圖。在樣本測量71的范圍中，通過測距儀(例如，激光跟蹤器)來生成樣本測量結果72。當執行樣本測量71時，改變至少一個測量參數(例如，與目標間的距離，或者測量設備的激光二極管的發射波長)，并且生成結果72，作為改變的測量參數的函數。舉例來說，這些結果可以根據由測距儀的干涉儀提供的至少一個輸出變量來具體實施。而且，例如可以根據由測距儀的檢測器所測量的吸收譜，或者根據作為發射波長的函數而獲取的吸收強度來具體實施該結果72。
[0095]將所確定的樣本測量結果72與至少一個基準或者與已知比較值進行比較75。出于該比較75的目的，針對氣室(其設置用于穩定化激光二極管的發射波長)的已知吸收介質，將至少一個譜線圖用作基準73，其中，該譜線圖針對激光二極管在特定波長范圍內的相應發射波長，指定用于吸收介質的相應吸收強度或吸收水平。
[0096]可以根據所執行的樣本測量71并且根據在該過程中生成的測量結果72的類型，針對比較75來考慮一個或更多個其他比較變量74。如果在樣本測量71的范圍內，按相對于目標的不同距離來執行測量，則與該目標間的距離用作已知的其他比較變量74。舉例來說，這些距離可以根據特定目標位置來預先確定，或者可以在各個情況下例如通過另外的測距儀來確定。
[0097]在該比較75的范圍內，接著在樣本測量結果72與各個相關基準73、74之間執行比較，并且在這之后，確定譜線圖中的方位76，S卩，可以通過至少對譜線圖的已知吸收譜與所測量吸收強度進行比較，來標識(例如，借助于“最佳擬合”)所測量的吸收值與譜線圖中的一區域之間的最佳對應，，并且由此，可以進行有關在樣本測量71期間呈現的發射波長的陳述。
[0098]能夠基于譜線圖中的該確定的方位76，重新在另一步驟77中設置測量輻射的發射波長，或者確定該輻射的精確波長。在該過程中，可以通過連續測量吸收并且對應地調節激光二極管(電流和/或溫度)來穩定化發射波長。
[0099]圖6a_d示出了根據本發明的、利用測距儀的校準的第一實施方式，該測距儀包括激光二極管、吸收室和用于測量該吸收室中的測量輻射的吸收(或發送)的檢測器。
[0100]圖6a示出了在λ?與λ 2之間的波長范圍82內的、針對吸收介質的具有發送行為T的已知發送譜81 (譜線圖)的區域。這里，作為波長的函數，發送曲線83針對與吸收介質(例如，碘氣)相互作用的輻射來指定該吸收介質的發送或吸收行為。這種發送譜可以在根據本發明的測距儀的存儲器中存儲為譜線圖，并且可以用作基準。另選的是或者另外地,可以針對相應介質來存儲吸收譜,其中，吸收曲線的相應曲線輪廓(同樣,發送曲線的曲線輪廓)可以取決于曲線點分辨率。
[0101]圖6b示出了樣本測量84，在其范圍內，來自激光二極管的測量輻射的發射波長通過改變調諧參數A(例如，電流和/或溫度)而在xl到x2之間的范圍85內改變，并且在該過程中通過檢測器連續地獲取吸收。這里，所測量的發送曲線86示出了所測量的吸收(=1-發送)是調諧參數A的函數。其內發射波長改變的范圍85在這種情況下構成波長范圍82的一部分(就波長而言)，其中，根據圖6a獲知發送譜81，S卩，xl和x2位于λ?與入2內，然而，其中，最初沒有提供針對所測量的發送曲線86的波長相關性。
[0102]圖6c通過對已知發送譜81或已知發送曲線83與所測量的測量-發送曲線86進行比較，而示出了根據本發明的比較。為此，具有已知波長范圍82的發送曲線83可以用作該比較的基礎。接著，可以按所測量的譜86對應于基準曲線83的最可能程度的這種方式，將所測量的發送曲線86與發送曲線83進行比較。舉例來說，這可以借助于已知發送曲線83與所測量的發送曲線86的互相關，或者借助于發送曲線83和所測量的發送曲線86的兩個特定吸收譜線之間的相應線距87之間的比較來達成。
[0103]圖6d示出了圖6c中描繪的比較過程的結果。這里，在xl到x2之間的范圍85內的樣本測量的范圍內所獲取的吸收曲線86，已經按這樣的方式與已知發送曲線83相匹配，即，該譜(發送與波長的關系)很大程度上對應于范圍85。因此，獲知譜線圖(已知發送譜81)中的方位，并且可以將波長指配給范圍85(xl = λ3而χ2= λ 4)。結果，可以獨特地指配范圍85內的所測量的波長，以使范圍85內的相應波長可以在所有情況下被指配給所測量的吸收強度，從而可以精確地確定測量輻射的發射波長。為此，該發射波長可以按這樣的方式改變，即在變化期間，除了所獲取的吸收以外，還獲取時間(times)，并且作為該結果基于隨時間獲取的吸收，能夠推斷出在特定時間測量的相應發射波長。結果，例如，能夠借助于當前測量的吸收、隨時間的吸收的監測以及前一比較來確定當前存在的波長。特別地，在關于這一點，可以考慮激光二極管的溫度和施加至該二極管的電流這兩者。
[0104]圖7示出了根據本發明的針對激光跟蹤器90的實施方式，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和支承部93，其中，支承部93被設置成可以繞由基部92限定的樞軸94 (豎直軸)相對于基部92樞轉或者旋轉。而且，瞄準單元95按這樣的方式設置在支承部93上，S卩，瞄準單元95可以繞傾斜軸(旋轉軸(transit axis))相對于支承部93樞轉。作為由此設置的瞄準單元95繞兩個軸的對準選項，通過該單元95發射的激光束96可以靈活對準，并由此可以瞄準目標。這里，樞軸94和傾斜軸彼此大致正交地設置，即，相對于精確軸正交的較小偏差可以預定并存儲在系統中，例如，用于補償由此產生的測量誤差。
[0105]在示出的布置結構中，激光束96在反射器97上被引導，并且在反射器97處被回反射至激光跟蹤器90。可以借助于該測量激光束96，具體來說，借助于渡越時間(time-of-f light)測量、借助于相位測量原理或者借助于Fizeau原理,來確定與反射器97之間的距離。為此，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之間的該距離；和角測量單元，其使得可以確定瞄準單元95的位置，借助于其，可以對準并且按限定方式引導激光束96，并且因此，使得可以確定激光束96的傳播方向。而且，跟蹤器90包括干涉儀單元，其用于借助干涉測量法來確定與目標之間的距離的變化。
[0106]而且，激光跟蹤器90，具體來說，瞄準單元95包括圖像獲取單元(出于確定在所獲取的圖像中的、在傳感器或CMOS上的傳感器曝光位置的目的)，或者具體來說，被具體實施為CCD或像素傳感器陣列攝像機。這種傳感器準許對檢測器上的所獲取的曝光的位置敏感檢測。
[0107]而且，輔助測量儀器91包括觸覺傳感器，其接觸點99可以與要測量的目標物體相接觸。雖然感測工具91與目標物體之間存在該接觸，但可以在空間中精確地確定接觸點99的位置，并且因此確定目標物體上的點的坐標。利用接觸點99的、與反射器97有關并且與設置在輔助測量儀器91上的標記98有關的限定相對定位來進行該確定，該標記例如可以被具體實施為發光二極管。另選的是，標記98還可以按這樣的方式具體實施，S卩，這些標記在它們被以具有限定波長的輻射(具體來說，展示特定照射特征)照射時反射入射輻射(具體實施為反射器的輔助點標記98)，例如，或者這些標記具有限定圖案或顏色編碼。因此，可以根據標記98在利用圖像獲取單元的傳感器獲取的圖像中的位置或分布來確定感測工具91的方位。
[0108]在另選實施方式(這里未示出)中，根據本發明的激光跟蹤器具有與圖像獲取單元分離的、用于發射激光束的射束引導單元，其同樣可以被引導到反射器97上。這里，激光束和圖像獲取單元兩者可以在各個情況下按電機驅動方式繞兩個軸樞轉，并且作為其結果，可以按這樣的方式對準，即，可以借助于圖像獲取單元來獲取被激光束瞄準的目標97和輔助測量儀器91的標記98。
[0109]為了在反射器97上對準激光束96，用于利用具有特定波長(具體來說，在紅外波長范圍中)的輻射來照射反射器97的裝置被相應地設置在根據本發明的激光跟蹤器90上，而且另外，將具有位置敏感檢測器的至少兩個攝像機設置在每一個跟蹤器90中。可以借助于攝像機來檢測在反射器97處反射并且輻射回至激光跟蹤器90的照射輻射，并且可以利用該位置敏感檢測器中的每一個來成像反射器97在相應檢測器上的位置。因此，可以借助于激光跟蹤器90來確定反射器的兩個成像位置，并且作為這些成像目標位置的函數來發現該目標(反射器97)(例如，根據公知的攝影測量原理)，并且按由測量射束96瞄準目標的這種方式來對準瞄準單元95。
[0110]而且，可以基于在各個情況下利用激光跟蹤器90獲取的兩個圖像來確定反射器的近似位置。該位置可以根據一般幾何學或三角學原理來確定，例如，根據三角形的幾何構造原理或者借助于正弦和/或余弦定律。而且，為了粗略地確定該位置，可以使用在攝影測量(立體攝影測量)中的公知處理。為此，獲知該相對位置，并且具體來說，攝像機在跟蹤器90上的彼此對準。
[0111]關于這點，該照射裝置和攝像機可以設置在例如成像獲取單元、射束引導單元、瞄準單元95、支承部93或基部92上的相應限定位置中。
[0112]利用獲知的攝像機相對于激光束96的發射方向的定位,激光束96可以針對反射器97的所建立的近似位置來對準，并且可以耦合至其(鎖定)。結果，盡管在激光發射方向與攝像機的獲取方向之間有結構上導致的偏移，但可以快速地對準射束96，并且可以解決由攝像機的光軸和激光束96引起的視差。具體來說，激光束96可以直接對準在目標97上，即，沒有反復的中間步驟。
[0113]具體來說，作為另選例，或者除了確定反射器97的近似位置以外，還可以根據在檢測器(激光跟蹤器90)上獲取并成像的目標位置來確定與反射器97之間的粗略距離。還可以借助于通常有效的幾何原理(例如，借助于直角三角形高度定理和/或借助于正弦和/或余弦定律)來達成該確定。
[0114]而且，激光束96的根據本發明的對準還可以找到在沒有用于確定輔助測量儀器91的方位的圖像獲取單元出-DoF攝像機)的激光跟蹤器(3D激光跟蹤器)的情況下的應用。
[0115]而且，圖7示出了根據本發明的針對另一校準的過程。為此，以輔助測量儀器91的不同位置10a-1OOc來執行關于該輔助測量儀器91的測量。針對每一個位置10a-1OOc,獲知與跟蹤器90之間的距離。舉例來說，在各個情況下借助于利用絕對距離測量單元的測量來確定該距離，其中，該絕對距離測量單元包括另一激光束源(除了用于生成針對干涉儀的測量輻射的二極管以外)。通過激光二極管生成的、用于激光跟蹤器90的干涉儀的測量輻射借助于波長穩定化單元(吸收室)而被穩定化至一發射波長，從而其被粗略地獲知。由此預定的波長可以大致取決于激光二極管的操作參數(電流和溫度)并且取決于用于該二極管的驅動電子。盡管可以穩定化至一固定波長作為其結果，但此外就用于正確且可靠的距離測量(利用干涉儀距離變化的測量)的量值而言，該波長必須已知。執行校準，以便確定或者以便重新設置該波長。
[0116]為此，在位置10a-1OOc中的至少兩個位置處，利用激光跟蹤器90的干涉儀來確定干涉儀輸出變量，具體來說，在位置10a與位置10c之間的多個位置處連續確定。這里，反射器97按跟蹤方式被跟隨，即在該測量過程期間，將測量射束連續引導至反射器97。舉例來說，該變量可以是許多干涉儀脈沖(計數)，其通過交替獲取破壞性和建設性干涉來獲得，并且其可以被計數(例如，零差干涉儀)，或者根據基準信號與測量信號之間的相位差(例如，外差干涉儀)來獲得。而且，在各個情況下測量或預定與反射器97之間的絕對距離。根據考慮相應粗略獲知的波長(針對絕對距離測量單元并且針對干涉儀)的算法，來評估針對每一個位置和相應距離如此測量的干涉儀輸出變量。結果，可以非常精確地估算針對激光二極管的測量輻射而呈現的波長。具體來說，對于該估算來說，另外考慮大氣數據，舉例來說，如氣壓、濕度以及周圍溫度。基于對發射波長的估算和將譜線圖用于波長穩定化單元的吸收介質，來確定譜線圖中的方位。結果，可以標識用于穩定化的吸收介質的吸收譜線，并由此可以確定發射波長。
[0117]應當明白，這些所描繪的圖僅示意性地描繪了可能的示例性實施方式。根據本發明，不同的方法同樣可以彼此地，并且與現有技術的穩定化和/或干涉測量方法、與用于確定距離的方法以及與一般測量設備(具體來說，激光跟蹤器)組合。根據本發明的方面，還可以找到在大地測量裝置(舉例來說，如全站儀和視距儀)方面的應用。
【權利要求】
1.一種測距儀(1、90)，該測距儀(1、90)用于利用干涉儀(30)來確定與物體間的距離的變化，該干涉儀(30)用于生成針對與所述物體間的相應距離的干涉儀輸出變量，所述測距儀(1、90)包括: ?可調諧激光二極管(10、61)，該可調諧激光二極管(10、61)被具體實施為干涉儀激光束源，該干涉儀激光束源用于按這樣的方式來生成測量輻射(11、96)，S卩，所述測量輻射(11、96)按縱向單模方式呈現，并且所述測量輻射(11、96)的發射波長通過改變至少一個調諧參數而在特定波長范圍(82、85)內可變， ?吸收介質，該吸收介質限定所述波長范圍(82、85)內的多個已知吸收譜線， ?存儲器，該存儲器具有用于所述吸收介質的存儲的譜線圖(81)，該譜線圖在各個情況下指定針對所述波長范圍(82、85)內的相應吸收波長的吸收強度， ?檢測器(65)，該檢測器(65)用于確定所述吸收強度，以及 ?控制與評估單元(2)，該控制與評估單元(2)按這樣的方式具體實施，即，當執行距離測量模式時，借助于所述至少一個調諧參數，作為所確定的吸收強度的函數，按所述發射波長保持穩定的這種方式，來調節所述發射波長，并由此能夠借助于所述干涉儀輸出變量來確定與所述物體間的距離的變化， 其特征在于， ?所述控制與評估單元(2)還按這樣的方式具體實施，即，當依靠以下步驟來執行校準模式時，在所述譜線圖(81)中存在一方位: -在所述控制與評估單元(2)的控制下，通過改變至少一個測量參數來執行限定的樣本測量(71、84)， -根據所述樣本測量(71、84)導出樣本測量結果(72)， -對所述樣本測量結果(72)與至少一個基準(73、74、83)進行比較(75)，所述至少一個基準基于所存儲的譜線圖(81)，并且對于所限定的樣本測量(71)來說是已知的，其中，在所述比較的范圍內對所述樣本測量結果(72)至少與所述基準(73、74、83)進行比較，以及 -作為所述比較的函數并且基于算法評估，來建立(76)所述譜線圖(81)中的所述方位，以及 ?作為所述譜線圖(81)中的所建立的方位的函數，能夠確定和/或設置(77)所述測量福射(11、96)的所述發射波長， 具體來說，其中，當在所述控制與評估單元⑵的自動控制下使所述測距儀(1、90)進入操作時，執行所述校準模式，并且所述譜線圖(81)中的在該過程中確定的所述方位被存儲，用于執行所述測量模式。
2.根據權利要求1所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 當按在所述控制與評估單元(2)的控制下的方式來執行所述校準模式時，作為測量參數的所述發射波長依靠改變所述至少一個調諧參數，在所述樣本測量(71、84)的范圍內改變，并且借助于所述檢測器(65)在該過程中連續獲取所述吸收強度。
3.根據權利要求2所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 當通過所述控制與評估單元(2)連續獲取所述吸收強度來執行所述校準模式時，確定測量參數相關樣本吸收譜線，作為樣本測量結果(72)。
4.根據權利要求3所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 當通過所述控制與評估單元(2)來執行所述校準模式時，作為所述測量參數相關樣本吸收譜線與所述已知吸收譜線之間的對應關系的函數，具體來說，借助于所述測量參數相關樣本吸收譜線與所述已知吸收譜線的互相關和/或借助于最小二乘平差，來確定(76)所述譜線圖中的所述方位。
5.根據權利要求3至4中的任一項所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 當通過所述控制與評估單元(2)來執行所述校準模式時， ?對所述樣本吸收譜線間的距離(87)與所述吸收譜線之間的已知距離進行距離比較，并且在考慮所述距離比較的情況下，確定(76)所述譜線圖方位，和/或 ?針對來自所述測量參數相關樣本吸收譜線的每一條樣本吸收譜線確定所述吸收強度，并且在考慮所確定的吸收強度的情況下，確定(76)所述譜線圖中的所述方位。
6.根據權利要求1所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 當執行所述校準模式時， ?與所述物體間的距離作為測量參數而在所述樣本測量(71)的范圍內改變， ?以與所述物體間的至少兩個不同的已知距離來執行所述樣本測量(71)， ?針對與所述物體間的所述至少兩個不同的距離中的每一個，利用所述干涉儀(30)而將所述干涉儀輸出變量確定為樣本測量結果(72)，以及 ?基于所述已知距離、所述干涉儀輸出變量以及所述多個已知吸收譜線，來建立所述譜線圖中的所述方位(76)，具體來說，確定所述發射波長。
7.根據權利要求6所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 所述測距儀(1、90)還包括絕對距離測量單元(40)，并且借助于所述絕對距離測量單元(40)通過確定距離來確定與所述物體間的所述至少兩個不同的已知距離。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 所述測距儀(1、90)被具體實施為激光跟蹤器(90)，該激光跟蹤器(90)用于連續跟蹤被具體實施為目標(97)的所述物體，并且用于確定所述目標(97)的位置，所述跟蹤器(90)包括: ?所述激光二極管(10、61)，所述激光二極管(10、61)用于生成具有至少10 m的相干長度的所述測量輻射(11、96)， ?基部(92)，該基部(92)限定豎直軸(94)， ?射束引導單元，該射束引導單元用于發射所述測量輻射(11、96)，并且用于接收在所述目標(97)處反射的測量輻射，其中，所述射束引導單元能夠繞所述豎直軸(94)和大致正交于所述豎直軸(94)的傾斜軸，相對于所述基部(92)按電機驅動方式樞轉，以及?角測量功能，該角測量功能用于確定所述射束引導單元相對于所述基部(92)的對準， 其中，具體來說，所述激光跟蹤器(90)包括: ?支承部(93)，該支承部(93)能夠相對于所述基部(92)繞所述豎直軸(94)按電機驅動方式樞轉，并且限定所述傾斜軸，以及 ?瞄準單元(95)，該瞄準單元(95)被具體實施為射束引導單元，并且該瞄準單元(95)能夠相對于所述支承部(93)，繞所述傾斜軸按電機驅動方式樞轉，所述瞄準單元(95)包括望遠鏡單元，該望遠鏡單元用于發射所述測量輻射(11、96)，并且用于接收在所述目標(97)處反射的測量輻射的至少一部分。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 所述測距儀(1、90)包括吸收室(20、62)，該吸收室(20、62)包括所述吸收介質，特別地，其中，碘氣形成所述吸收介質，并且所述發射波長位于500nm到650nm之間，特別地,位于630nm到635nm之間，和/或 所述發射波長以在所述控制與評估單元(2)的控制下，通過修改作為調諧參數的所述激光二極管(10、61)的溫度和/或通過修改作為調諧參數的施加至所述激光二極管(10、61)的電流的方式可變。
10.根據權利要求1至9中的任一項所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 所述控制與評估單元(2)按這樣的方式具體實施，即，當使所述測距儀(1、90)進入操作時，被提供用于設置所述發射波長的、用于所述激光二極管(10、61)的調諧參數按這樣的方式來設置，即，根據所設置的調諧參數大致再現先前操作狀態，具體來說，大致再現最后一次操作狀態。
11.根據權利要求1至10中的任一項所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 所述測距儀(1、90)包括干涉儀檢測器，該干涉儀檢測器針對與所述物體間的相應所述距離，用于檢測所述測量輻射(I 1、96)，并且用于基于所述測量輻射來生成所述干涉儀輸出變量。
12.根據權利要求1至11中的任一項所述的測距儀(1、90)， 其特征在于， 所述激光二極管被按這樣的方式具體實施，即，所述發射波長通過改變所述至少一個調諧參數而在所述波長范圍(82、85)內按無跳模方式可變。
13.一種用于并且利用測距儀的干涉儀(30)的校準方法，該測距儀用于確定與物體間的距離的變化，所述測距儀包括: ?可調諧激光二極管(10、61)，該可調諧激光二極管(10、61)被具體實施為干涉儀激光束源，該干涉儀激光束源用于按這樣的方式來生成測量輻射(11、96)，S卩，所述測量輻射(11、96)按縱向單模方式呈現，并且所述測量輻射(11、96)的發射波長通過改變至少一個調諧參數而在特定波長范圍(82、85)內可變， ?吸收介質，該吸收介質限定所述波長范圍(82、85)內的多個已知吸收譜線， ?存儲器，該存儲器具有用于所述吸收介質的存儲的譜線圖(81)，該譜線圖在各個情況下指定針對所述波長范圍(82、85)內的相應吸收波長的吸收強度，以及?檢測器(65)，該檢測器(65)用于確定所述吸收強度， 其特征在于， ?通過改變至少一個測量參數來執行所限定的樣本測量(71)， ?根據所述樣本測量(71)導出樣本測量結果(72)， ?對所述樣本測量結果(72)與至少一個基準(73、74、83)進行比較(75)，所述至少一個基準基于所存儲的譜線圖(81)，并且對于所限定的樣本測量(71)來說是已知的，其中，在所述比較(75)的范圍內對所述樣本測量結果(72)至少與所述基準(73、74、83)進行比較，以及 ?作為所述比較的函數并且基于算法評估，來建立(76)所述譜線圖(81)中的方位。
14.一種用于利用測距儀的干涉儀(30)來確定與物體間的距離的變化的方法，該干涉儀(30)用于生成針對與所述物體間的相應距離的干涉儀輸出變量，所述測距儀包括: ?可調諧激光二極管(10、61)，該可調諧激光二極管(10、61)被具體實施為干涉儀激光束源，該干涉儀激光束源用于按這樣的方式來生成測量輻射(11、96)，S卩，所述測量輻射(11、96)按縱向單模方式呈現，并且所述測量輻射(11、96)的發射波長通過改變至少一個調諧參數而在特定波長范圍(82、85)內可變， ?吸收介質，該吸收介質限定所述波長范圍(82、85)內的多個已知吸收譜線， ?存儲器，該存儲器具有用于所述吸收介質的存儲的譜線圖(81)，該譜線圖在各個情況下指定針對所述波長范圍(82、85)內的相應吸收波長的吸收強度，以及?檢測器(65)，該檢測器(65)用于確定所述吸收強度， 其中， ?執行根據權利要求13所述的校準方法，并且 ?在距離測量模式下， -按在特定測量間隔期間所述發射波長保持穩定的這種方式，借助于所述至少一個調諧參數，作為所述吸收強度的函數，來調節所述發射波長，其中，作為所述譜線圖(81)中的所建立的方位的函數，來確定和/或設置(77)所述測量輻射(11、96)的所述發射波長，并且 -借助于所述干涉儀輸出變量來確定與所述物體間的距離的變化。
15.根據權利要求13或14所述的方法， 其特征在于， 所述測量輻射(11、96)的所述發射波長作為測量參數而改變，并且在該過程中，連續獲取所述吸收強度，具體來說，其中， ?通過連續獲取所述吸收強度，而將測量參數相關樣本吸收譜線確定為樣本測量結果(72)，和/或 ?作為所述測量參數相關樣本吸收譜線與所述已知吸收譜線的對應關系的函數，具體來說，借助于所述測量參數相關樣本吸收譜線與所述已知吸收譜線的互相關和/或借助于最小二乘平差，來達成(76)所述譜線圖中的所述方位。
16.根據權利要求13或14所述的方法， 其特征在于， ?與物體間的距離作為測量參數而在所述樣本測量(71)的范圍內改變， ?以與所述物體間的至少兩個不同的已知距離來執行所述樣本測量(71)， ?針對與所述物體間的所述至少兩個不同的距離中的每一個，利用所述干涉儀(30)來將所述干涉儀輸出變量確定為樣本測量結果，以及 ?基于所述已知距離、所述干涉儀輸出變量以及所述多個已知吸收譜線，來達成(76)所述譜線圖中的所述方位，具體來說，確定和/或設置(77)所述發射波長， 具體來說，其中，借助于絕對距離測量單元(40)通過確定所述距離，來確定與所述物體間的所述至少兩個不同的已知距離。
17.一種存儲在機器可讀介質中的計算機程序產品， ?所述計算機程序產品用于控制執行根據權利要求13至16中的任一項所述的方法的樣本測量(71)，并且 ?具體來說，如果所述計算機程序產品在根據權利要求1至12中的任一項所述的測距儀(1、90)的控制與評估單元(2)中執行，則所述計算機程序產品用于執行: -根據權利要求13至16中的任一項所述的方法的、根據所述樣本測量(71)導出所述樣本測量結果(72)， -根據權利要求13至16中的任一項所述的方法的、對所述樣本測量結果至少與多個已知吸收譜線進行比較(75)， -根據權利要求13至16中的任一項所述的方法的、確定(76)所述譜線圖(81)中的所述方位，以及 -根據權利要求13至16中的任一項所述的方法的、確定和/或設置(77)所述發射波長。
【文檔編號】G01S17/36GK104285125SQ201380023845
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年5月6日 優先權日:2012年5月7日
【發明者】T·魯斯, B·伯克姆, 伊斯·薩爾瓦德 申請人:萊卡地球系統公開股份有限公司
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