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1、(10)申请公布号 CN 104285125 A (43)申请公布日 2015.01.14 C N 1 0 4 2 8 5 1 2 5 A (21)申请号 201380023845.6 (22)申请日 2013.05.06 12166955.0 2012.05.07 EP G01B 9/02(2006.01) G01B 11/02(2006.01) G01S 7/497(2006.01) G01S 17/36(2006.01) G01S 17/10(2006.01) (71)申请人莱卡地球系统公开股份有限公司 地址瑞士海尔博瑞格 (72)发明人 T鲁斯 B伯克姆 伊斯萨尔瓦德 (74)专利代理。
2、机构北京三友知识产权代理有限 公司 11127 代理人吕俊刚 刘久亮 (54) 发明名称 包括干涉仪和限定密集线谱的吸收介质的测 量设备 (57) 摘要 一种测量设备，该测量设备包括用于生成单 模测量辐射的可调谐激光二极管，所述激光二极 管被按这样的方式设计为激光束源，即，该测量辐 射的发射波长借助于调谐参数的变化而在一波长 范围内可变；包括限定该波长范围内的吸收谱线 的吸收介质；包括具有用于该吸收介质的谱线图 的存储器；包括用于确定吸收率的检测器；以及 包括控制与评估单元，该控制与评估单元用于按 根据以该发射波长保持稳定的方式所确定的吸收 率的这种方式，借助于所述至少一个调谐参数来 调节该发。
3、射波长。该控制与评估单元按这样的方 式来设计，即，当执行校准模式时，该谱线图中的 方位依靠限定的样本测量(71)随着至少一个测 量参数的变化来执行的事实而实现，根据该样本 测量(71)导出样本测量结果(72)，基于所存储 的谱线图，对该样本测量结果(72)与至少一个基 准(73、74)进行比较(75)，其中，在该比较的背景 下，至少利用所述基准(73、74)来协调该样本测 量结果(72)，并且按根据该协调和基于算法评估 的方式来确定(76)该谱线图中的方位，并且可以 按根据该谱线图中的所确定的方位的方式，来确 定和/或设置(77)该测量辐射的发射波长。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申。
4、请进入国家阶段日 2014.11.06 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2013/059375 2013.05.06 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/167525 DE 2013.11.14 (51)Int.Cl. 权利要求书5页 说明书14页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书5页 说明书14页 附图5页 (10)申请公布号 CN 104285125 A CN 104285125 A 1/5页 2 1.一种测距仪(1、90)，该测距仪(1、90)用于利用干涉仪(30)来确定与物体间的距离 的变化，该干涉仪(30)用于。
5、生成针对与所述物体间的相应距离的干涉仪输出变量，所述测 距仪(1、90)包括： 可调谐激光二极管(10、61)，该可调谐激光二极管(10、61)被具体实施为干涉仪激 光束源，该干涉仪激光束源用于按这样的方式来生成测量辐射(11、96)，即，所述测量辐射 (11、96)按纵向单模方式呈现，并且所述测量辐射(11、96)的发射波长通过改变至少一个 调谐参数而在特定波长范围(82、85)内可变， 吸收介质，该吸收介质限定所述波长范围(82、85)内的多个已知吸收谱线， 存储器，该存储器具有用于所述吸收介质的存储的谱线图(81)，该谱线图在各个情况 下指定针对所述波长范围(82、85)内的相应吸收波长。
6、的吸收强度， 检测器(65)，该检测器(65)用于确定所述吸收强度，以及 控制与评估单元(2)，该控制与评估单元(2)按这样的方式具体实施，即，当执行距离 测量模式时，借助于所述至少一个调谐参数，作为所确定的吸收强度的函数，按所述发射波 长保持稳定的这种方式，来调节所述发射波长，并由此能够借助于所述干涉仪输出变量来 确定与所述物体间的距离的变化， 其特征在于， 所述控制与评估单元(2)还按这样的方式具体实施，即，当依靠以下步骤来执行校准 模式时，在所述谱线图(81)中存在一方位： -在所述控制与评估单元(2)的控制下，通过改变至少一个测量参数来执行限定的样 本测量(71、84)， -根据所述样。
7、本测量(71、84)导出样本测量结果(72)， -对所述样本测量结果(72)与至少一个基准(73、74、83)进行比较(75)，所述至少一 个基准基于所存储的谱线图(81)，并且对于所限定的样本测量(71)来说是已知的，其中， 在所述比较的范围内对所述样本测量结果(72)至少与所述基准(73、74、83)进行比较，以 及 -作为所述比较的函数并且基于算法评估，来建立(76)所述谱线图(81)中的所述方 位，以及 作为所述谱线图(81)中的所建立的方位的函数，能够确定和/或设置(77)所述测量 辐射(11、96)的所述发射波长， 具体来说，其中，当在所述控制与评估单元(2)的自动控制下使所述测距。
8、仪(1、90)进 入操作时，执行所述校准模式，并且所述谱线图(81)中的在该过程中确定的所述方位被存 储，用于执行所述测量模式。 2.根据权利要求1所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 当按在所述控制与评估单元(2)的控制下的方式来执行所述校准模式时，作为测量参 数的所述发射波长依靠改变所述至少一个调谐参数，在所述样本测量(71、84)的范围内改 变，并且借助于所述检测器(65)在该过程中连续获取所述吸收强度。 3.根据权利要求2所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 权 利 要 求 书CN 104285125 A 2/5页 3 当通过所述控制与评估单元(2)连续获取所述吸收强度来执行所。
9、述校准模式时，确定 测量参数相关样本吸收谱线，作为样本测量结果(72)。 4.根据权利要求3所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 当通过所述控制与评估单元(2)来执行所述校准模式时，作为所述测量参数相关样本 吸收谱线与所述已知吸收谱线之间的对应关系的函数，具体来说，借助于所述测量参数相 关样本吸收谱线与所述已知吸收谱线的互相关和/或借助于最小二乘平差，来确定(76)所 述谱线图中的所述方位。 5.根据权利要求3至4中的任一项所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 当通过所述控制与评估单元(2)来执行所述校准模式时， 对所述样本吸收谱线间的距离(87)与所述吸收谱线之间的已知距离进行距离比。
10、较， 并且在考虑所述距离比较的情况下，确定(76)所述谱线图方位，和/或 针对来自所述测量参数相关样本吸收谱线的每一条样本吸收谱线确定所述吸收强 度，并且在考虑所确定的吸收强度的情况下，确定(76)所述谱线图中的所述方位。 6.根据权利要求1所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 当执行所述校准模式时， 与所述物体间的距离作为测量参数而在所述样本测量(71)的范围内改变， 以与所述物体间的至少两个不同的已知距离来执行所述样本测量(71)， 针对与所述物体间的所述至少两个不同的距离中的每一个，利用所述干涉仪(30)而 将所述干涉仪输出变量确定为样本测量结果(72)，以及 基于所述已知距离、所述。
11、干涉仪输出变量以及所述多个已知吸收谱线，来建立所述谱 线图中的所述方位(76)，具体来说，确定所述发射波长。 7.根据权利要求6所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 所述测距仪(1、90)还包括绝对距离测量单元(40)，并且借助于所述绝对距离测量单 元(40)通过确定距离来确定与所述物体间的所述至少两个不同的已知距离。 8.根据权利要求1至7中的任一项所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 所述测距仪(1、90)被具体实施为激光跟踪器(90)，该激光跟踪器(90)用于连续跟踪 被具体实施为目标(97)的所述物体，并且用于确定所述目标(97)的位置，所述跟踪器(90) 包括： 所述激光二极。
12、管(10、61)，所述激光二极管(10、61)用于生成具有至少10 m的相干 长度的所述测量辐射(11、96)， 基部(92)，该基部(92)限定竖直轴(94)， 射束引导单元，该射束引导单元用于发射所述测量辐射(11、96)，并且用于接收在所 述目标(97)处反射的测量辐射，其中，所述射束引导单元能够绕所述竖直轴(94)和大致正 交于所述竖直轴(94)的倾斜轴，相对于所述基部(92)按电机驱动方式枢转，以及 权 利 要 求 书CN 104285125 A 3/5页 4 角测量功能，该角测量功能用于确定所述射束引导单元相对于所述基部(92)的对 准， 其中，具体来说，所述激光跟踪器(90)包括。
13、： 支承部(93)，该支承部(93)能够相对于所述基部(92)绕所述竖直轴(94)按电机驱 动方式枢转，并且限定所述倾斜轴，以及 瞄准单元(95)，该瞄准单元(95)被具体实施为射束引导单元，并且该瞄准单元(95) 能够相对于所述支承部(93)，绕所述倾斜轴按电机驱动方式枢转，所述瞄准单元(95)包 括望远镜单元，该望远镜单元用于发射所述测量辐射(11、96)，并且用于接收在所述目标 (97)处反射的测量辐射的至少一部分。 9.根据权利要求1至8中的任一项所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 所述测距仪(1、90)包括吸收室(20、62)，该吸收室(20、62)包括所述吸收介质，特别 地，。
14、其中，碘气形成所述吸收介质，并且所述发射波长位于500nm到650nm之间，特别地，位 于630nm到635nm之间，和/或 所述发射波长以在所述控制与评估单元(2)的控制下，通过修改作为调谐参数的所述 激光二极管(10、61)的温度和/或通过修改作为调谐参数的施加至所述激光二极管(10、 61)的电流的方式可变。 10.根据权利要求1至9中的任一项所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 所述控制与评估单元(2)按这样的方式具体实施，即，当使所述测距仪(1、90)进入操 作时，被提供用于设置所述发射波长的、用于所述激光二极管(10、61)的调谐参数按这样 的方式来设置，即，根据所设置的调谐参。
15、数大致再现先前操作状态，具体来说，大致再现最 后一次操作状态。 11.根据权利要求1至10中的任一项所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 所述测距仪(1、90)包括干涉仪检测器，该干涉仪检测器针对与所述物体间的相应所 述距离，用于检测所述测量辐射(11、96)，并且用于基于所述测量辐射来生成所述干涉仪输 出变量。 12.根据权利要求1至11中的任一项所述的测距仪(1、90)， 其特征在于， 所述激光二极管被按这样的方式具体实施，即，所述发射波长通过改变所述至少一个 调谐参数而在所述波长范围(82、85)内按无跳模方式可变。 13.一种用于并且利用测距仪的干涉仪(30)的校准方法，该测距仪用。
16、于确定与物体间 的距离的变化，所述测距仪包括： 可调谐激光二极管(10、61)，该可调谐激光二极管(10、61)被具体实施为干涉仪激 光束源，该干涉仪激光束源用于按这样的方式来生成测量辐射(11、96)，即，所述测量辐射 (11、96)按纵向单模方式呈现，并且所述测量辐射(11、96)的发射波长通过改变至少一个 调谐参数而在特定波长范围(82、85)内可变， 吸收介质，该吸收介质限定所述波长范围(82、85)内的多个已知吸收谱线， 权 利 要 求 书CN 104285125 A 4/5页 5 存储器，该存储器具有用于所述吸收介质的存储的谱线图(81)，该谱线图在各个情况 下指定针对所述波长范围。
17、(82、85)内的相应吸收波长的吸收强度，以及 检测器(65)，该检测器(65)用于确定所述吸收强度， 其特征在于， 通过改变至少一个测量参数来执行所限定的样本测量(71)， 根据所述样本测量(71)导出样本测量结果(72)， 对所述样本测量结果(72)与至少一个基准(73、74、83)进行比较(75)，所述至少一 个基准基于所存储的谱线图(81)，并且对于所限定的样本测量(71)来说是已知的，其中， 在所述比较(75)的范围内对所述样本测量结果(72)至少与所述基准(73、74、83)进行比 较，以及 作为所述比较的函数并且基于算法评估，来建立(76)所述谱线图(81)中的方位。 14.一种。
18、用于利用测距仪的干涉仪(30)来确定与物体间的距离的变化的方法，该干涉 仪(30)用于生成针对与所述物体间的相应距离的干涉仪输出变量，所述测距仪包括： 可调谐激光二极管(10、61)，该可调谐激光二极管(10、61)被具体实施为干涉仪激 光束源，该干涉仪激光束源用于按这样的方式来生成测量辐射(11、96)，即，所述测量辐射 (11、96)按纵向单模方式呈现，并且所述测量辐射(11、96)的发射波长通过改变至少一个 调谐参数而在特定波长范围(82、85)内可变， 吸收介质，该吸收介质限定所述波长范围(82、85)内的多个已知吸收谱线， 存储器，该存储器具有用于所述吸收介质的存储的谱线图(81)，。
19、该谱线图在各个情况 下指定针对所述波长范围(82、85)内的相应吸收波长的吸收强度，以及 检测器(65)，该检测器(65)用于确定所述吸收强度， 其中， 执行根据权利要求13所述的校准方法，并且 在距离测量模式下， -按在特定测量间隔期间所述发射波长保持稳定的这种方式，借助于所述至少一个调 谐参数，作为所述吸收强度的函数，来调节所述发射波长，其中，作为所述谱线图(81)中的 所建立的方位的函数，来确定和/或设置(77)所述测量辐射(11、96)的所述发射波长，并 且 -借助于所述干涉仪输出变量来确定与所述物体间的距离的变化。 15.根据权利要求13或14所述的方法， 其特征在于， 所述测量辐射。
20、(11、96)的所述发射波长作为测量参数而改变，并且在该过程中，连续 获取所述吸收强度，具体来说，其中， 通过连续获取所述吸收强度，而将测量参数相关样本吸收谱线确定为样本测量结果 (72)，和/或 作为所述测量参数相关样本吸收谱线与所述已知吸收谱线的对应关系的函数，具体 来说，借助于所述测量参数相关样本吸收谱线与所述已知吸收谱线的互相关和/或借助于 最小二乘平差，来达成(76)所述谱线图中的所述方位。 16.根据权利要求13或14所述的方法， 权 利 要 求 书CN 104285125 A 5/5页 6 其特征在于， 与物体间的距离作为测量参数而在所述样本测量(71)的范围内改变， 以与所述物。
21、体间的至少两个不同的已知距离来执行所述样本测量(71)， 针对与所述物体间的所述至少两个不同的距离中的每一个，利用所述干涉仪(30)来 将所述干涉仪输出变量确定为样本测量结果，以及 基于所述已知距离、所述干涉仪输出变量以及所述多个已知吸收谱线，来达成(76) 所述谱线图中的所述方位，具体来说，确定和/或设置(77)所述发射波长， 具体来说，其中，借助于绝对距离测量单元(40)通过确定所述距离，来确定与所述物 体间的所述至少两个不同的已知距离。 17.一种存储在机器可读介质中的计算机程序产品， 所述计算机程序产品用于控制执行根据权利要求13至16中的任一项所述的方法的 样本测量(71)，并且 具。
22、体来说，如果所述计算机程序产品在根据权利要求1至12中的任一项所述的测距 仪(1、90)的控制与评估单元(2)中执行，则所述计算机程序产品用于执行： -根据权利要求13至16中的任一项所述的方法的、根据所述样本测量(71)导出所述 样本测量结果(72)， -根据权利要求13至16中的任一项所述的方法的、对所述样本测量结果至少与多个已 知吸收谱线进行比较(75)， -根据权利要求13至16中的任一项所述的方法的、确定(76)所述谱线图(81)中的所 述方位，以及 -根据权利要求13至16中的任一项所述的方法的、确定和/或设置(77)所述发射波 长。 权 利 要 求 书CN 104285125 A。
23、 1/14页 7 包括干涉仪和限定密集线谱的吸收介质的测量设备 0001 本发明涉及包括根据权利要求1的前序的干涉仪的测量设备，并且涉及根据权利 要求13的前序的用于并且利用干涉仪的校准方法。 0002 对于光学度量领域的测量来说，波长稳定化气体激光器(HeNe激光器)通常被用 作光源。这些大致具有高的波长稳定性(取决于稳定化过程)和数百米的长相干长度。结 果，这些射束源特别适于用作频率和波长标准，并且使得能够实现干涉仪测量系统的极大 测量范围。典型应用包括例如线性干涉仪、波长标准、振动计以及用作激光跟踪器中的干涉 仪光源。 0003 然而，使用气体激光光源(HeNe激光光源)(具体来说，激光。
24、跟踪器)的缺点(考 虑到通常在小型化之后所寻求的)是其尺寸，其确定了辐射通量。在这种情况下，该光源 的功率显著取决于激光管的长度，即，可实现发射功率随着管的长度增加而增加。而且，这 种激光光源通常具有相对较高的功耗。另外的缺点由操作所需的高电压供应构成。举例来 说，必须提供大约7000V的电压，以激着(igniting)激光器，并且在操作期间必须提供大约 1500V的电压，作为其结果，在利用这种光源时必须使用专门组件(例如，高电压电源和屏 蔽)，而且必须采取安全措施。与磁场(例如，由内部电动机或外部焊接变压器所产生的) 有关的灵敏度和管子的有限寿命(通常大约为15000操作小时)在利用HeNe。
25、激光器时也 是不利的，例如，因为通常需要以极大的成本来更换该系统中的光源。 0004 在这种情况下，例如，激光二极管是另选光源。这些本身是紧凑的、有成本效益，并 且具有低功耗。然而，常规的Fabry-Prot激光二极管不适合作为干涉仪光源，因为这些具 有相当短的相干长度，并且不按(纵向)单模方式发射(即，它们以多个波长发射)。 0005 然而，例如，可以将下列用作射束源： 0006 分布式反馈激光器(DFB)(具有周期性地构造的有源介质，例如，光栅)， 0007 分布式布拉格反射激光器(DBR)(在有源介质外侧具有光栅但设置在公共芯片 上)， 0008 光纤布拉格光栅激光器(FBG)(大致类似。
26、DFB激光器，但在外部光纤中具有光 栅)， 0009 外腔二极管激光器(ECDL)(借助于外部高稳定腔来稳定化激光二极管，例如，利 用全息光栅)， 0010 二极管抽运固态激光器(DPSS)， 0011 离散模式激光器(DMD)，和/或 0012 微芯片激光器。 0013 这里，该射束按这样的方式来具体实施，即，所发射的激光束在波长方面采用单模 方式，具有数十米级别的相干长度(或者线(line)宽1MHz)。 0014 另外需要针对已知波长的稳定化，以将这种激光二极管用作干涉仪光源或者用作 波长标准。举例来说，这可以以光谱方法产生吸收介质的吸收谱线(例如，利用气室(gas cell)。这里，根。
27、据所采用的吸收介质，在希望波长范围中可以出现非常多的吸收谱线。一 方面，如此多的吸收谱线因而可用，即使在因制造而导致激光二极管的发射波长散射的情 说 明 书CN 104285125 A 2/14页 8 况下，也总是可以获得用于稳定化目的一条吸收谱线；另一方面，每当光源启动时还需要明 确地标识该谱线，以便确定发射波长。 0015 为此，原则上，能够简单地利用外部波长测量设备来稳定化任何谱线，并且在生产 期间标识后者。如果针对此而设置的、诸如温度和电流这样的二极管参数被存储并且在下 一次接通期间重新建立，则对于完美驱动电子的情况来说，其应当能够再一次达到初始谱 线，并且利用短波长扫描重新得到其。通。
28、过存储相应最后值，在设置二极管参数时的可能变 化作为老化的结果可以被俘获。然而，该方法对驱动电子的质量有高要求，而且在吸收谱线 之间的可能较小波长距离的情况下非常易受影响。 0016 对该测量设备的需求可以类似地传递至包括用于确定距离变化的干涉仪单元的 测量装置。这里，用于连续跟踪目标点并且确定该点的位置而具体实施的测量装置通常可 以协调地被术语激光跟踪器所包含。在这种情况下，目标点可以通过反射器单元(例如，立 方体棱镜)来表示，其通过测量装置的光学测量射束(具体来说，激光束)来瞄准。该激光 束被平行反射回至测量装置，所反射的射束被该装置的获取单元获取。在该过程中，例如， 借助于用于角测量的传。
29、感器来建立该射束的发射或接收方向，其被指配给该系统的偏转镜 或瞄准单元。而且，除了获取该射束以外，例如，还借助于渡越(flight)时间或相差测量来 建立测量设备与目标点间的距离。 0017 根据现有技术的激光跟踪器可以另外利用如下各项来具体实施：利用光学图像获 取单元(具有二维光敏阵列，例如，CCD或CID摄像机(CCD电荷耦合器件，CID电荷注 入器件)、或者基于CMOS阵列的摄像机、或者具有像素阵列传感器)并且利用图形处理单 元。这里，激光跟踪器和摄像机，具体来说，按不能修改其彼此相对的位置的这种方式而组 装在彼此上。举例来说，摄像机可以绕其大致竖直的轴与激光跟踪器一起旋转，但其可以独 。
30、立于激光跟踪器而上下枢转，并由此具体来说与激光束的光学单元分离地设置。具体来说， 摄像机可以包括鱼眼镜头光学单元，并且摄像机的枢转可以避免，或者至少仅被要求限制 至因摄像机的极大图像获取区而造成的程度。而且，可能的是，摄像机例如根据相应应用而 被具体实施为仅绕一个轴枢转。在另选实施方式中，摄像机在集成设计中可以与激光光学 单元一起安装在公共外壳中。 0018 通过获取并评估所谓的具有标记的辅助测量仪器的图像(借助于图像获取与图 形处理单元)，其相对彼此的相对位置已知，能够推断出空间中该仪器的和设置在该辅助测 量仪器(例如探针)上的物体的方位。与目标点的所确定的空间位置一起，还可以绝对地 和/或。
31、相对于激光跟踪器，来精确确定空间中该物体的位置和方位。 0019 这种辅助测量仪器可以通过所谓的感测工具来具体实施，其利用在目标物体的一 点上的其接触点来方位。该感测工具具有标记(例如，光点)和反射器，该反射器表示感测 工具上的目标点，并且可以通过跟踪器的激光束来瞄准，其中，与感测工具的接触点相对的 标记的位置和反射器的位置被精确地获知。按本领域技术人员已知的方式，辅助测量仪器 例如还可以是手持式扫描仪，其配备用于针对免接触表面测量的距离测量，从而精确地获 知被用于测量相对于设置在扫描仪上的光点和反射器的距离的扫描仪测量射束的方向和 位置。例如，在EP 0553266中描述了该类型扫描仪。 0。
32、020 而且，在现代跟踪器系统中(按标准化方式日益增加地)，传感器(PSD)被用于建 立所接收的测量射束相对于零位置的偏差。在该情况下，PSD意在被理解成，意指按模拟域 说 明 书CN 104285125 A 3/14页 9 局部地操作，并且可以被用于确定在传感器区域上的光分布的聚焦的区域传感器。在这种 情况下，来自传感器的输出信号借助于一个或更多个光敏区域生成，并且取决于光聚焦的 相应位置。下游侧或集成电子(integrated electronic)可以被用于评估该输出信号并且 建立聚焦。在这种情况下，可以非常快速地(微秒范围)且以纳米分辨率探知碰撞光点的 聚焦位置。 0021 该PSD可。
33、以被用于确定所获取射束的碰撞点相对于伺服控制零点的偏差，而且该 偏差可以被视为用于针对目标重新调节该激光束的基础。为此，并且为了实现高精度，该 PSD的视场被选定成相对小，即，对应于测量激光束的射束直径。利用PSD的获取相对于测 量轴同轴地进行，作为其结果，PSD的获取方向对应于测量方向。 0022 对于距离测量来说，现有技术的激光跟踪器具有至少一个距离测量装置，所述距 离测量装置例如能够采用干涉仪的形式。因为这种距离测距仪仅可以测量距离的相对变 化，所以除了干涉仪以外，还在现今的激光跟踪器中安装所谓的绝对距离测量装置。举例来 说，用于距离确定的测量手段的这种组合借助于来自Leica Geos。
34、ystems AG的产品AT901 而获知。 0023 就此而论，被用于距离测量的干涉仪可以(因为由此准许大相干长度和测量范 围)包括HeNe气体激光器或上述激光二极管作为光源，该激光二极管已经陈述了在功耗和 空间需求方面的优点。用于利用HeNe激光器来确定距离的绝对距离测量装置和干涉仪的 组合例如根据WO 2007/079600A1已知。例如在欧洲专利申请No.11187614.0中对将激光 二极管用作干涉仪激光光源进行了描述。 0024 出于在利用激光二极管(就前述优点而言其广受欢迎)的情况下可靠的距离测 量或者距离变化测量的目的，所采用的测量辐射的波长在该过程中必须稳定化并且精确获 知。。
35、这里，如先前提到，对驱动电子的质量寄托了高要求，并且驱动电子的质量在吸收谱线 的波长之间的可能较小距离的情况下非常易受影响。因此，尽管再现已知驱动参数和由此 生成的稳定化波长，但不能以绝对可靠性来生成重新设置的波长。特别是，例如，如果两个 或更多个吸收谱线以它们之间的较小线距紧密位于一起，并且激光二极管在其启动时利用 这些谱线中的一个稳定化，但用于稳定化的当前谱线不能肯定地确定，则无法精确地确定 发射波长。 0025 因此，本发明的目的是，提供这样一种利用干涉仪的改进测量设备(具体来说，激 光跟踪器)和方法，其中，用于生成测量距离用的激光辐射的装置在其总体上具有紧凑的 设计，并且可以按可靠且独。
36、特方式来执行所发射的激光辐射的发射波长的装置侧确定或设 置。 0026 本发明的具体目的是，提供这样一种具有用于稳定化发射波长的装置和可调谐激 光二极管的测量设备(具体来说，激光跟踪器)，其中，可以明确地确定该激光二极管的当 前发射波长。 0027 本发明的另一具体目的是，提供这样一种测量设备(具体来说，激光跟踪器)，其 中，特别地，在每一次系统启动时，可以执行对用于稳定化的吸收谱线的独特标识。 0028 这些目的通过实现独立权利要求的特征化特征来实现。可以根据从属权利要求， 来收集按另选或有利的方式来发展本发明的特征。 0029 而且，在申请人文件参考为KAP-52634-EP的欧洲专利申请。
37、中，描述了与确定激光 说 明 书CN 104285125 A 4/14页 10 跟踪器中的二极管的波长(提供用于干涉测量)有关的另选方面，该申请具有和本申请相 同的提交日期。 0030 本发明涉及利用干涉仪的测量设备，更精确地说，涉及一种测距仪，该测距仪用于 利用干涉仪来确定与物体间的距离的变化，该干涉仪用于生成针对与该物体间的相应距离 的干涉仪输出变量，该测距仪包括：可调谐激光二极管，该可调谐激光二极管被具体实施为 干涉仪激光束源，该干涉仪激光束源用于按这样的方式来生成测量辐射，即，该测量辐射按 纵向单模方式呈现，并且该测量辐射的发射波长通过改变至少一个调谐参数而在特定波长 范围内可变。这里。
38、，激光二极管按波长可以在该波长范围内按无跳模方式调谐的这种方式 来具体实施。而且，提供了：吸收介质，该吸收介质限定该波长范围内的多个已知吸收谱线； 存储器，该存储器具有用于吸收介质的存储的谱线图(谱图)，该谱线图在各个情况下指定 针对该波长范围内的相应吸收波长的吸收强度；以及检测器，该检测器用于确定吸收强度。 而且，测距仪包括：控制与评估单元，该控制与评估单元按这样的方式具体实施，即，当执行 距离测量模式时，借助于所述至少一个调谐参数，作为所确定的吸收强度的函数，按发射波 长保持稳定的这种方式，来调节发射波长。 0031 控制与评估单元还按这样的方式具体实施，即，当依靠以下步骤来执行校准模式 。
39、时，在谱线图中存在一方位(orientation)(即，谱线图中的一区域的标识)：在控制与评估 单元的控制下，通过改变至少一个测量参数来执行限定的样本测量，并且根据样本测量导 出样本测量结果。而且，对样本测量结果与至少一个基准进行比较，所述至少一个基准基于 所存储的谱线图，并且对于所限定的样本测量来说是已知的，其中，在该比较的范围内对样 本测量结果至少与基准进行比较。而且，作为该比较的函数并且基于算法评估，来建立谱线 图中的方位。作为谱线图中的所建立的方位的函数，能够确定和/或设置测量辐射的发射 波长，具体来说，其中，当在控制与评估单元的自动控制下使测距仪进入操作时，执行校准 模式，并且谱线图。
40、中的在该过程中确定的方位被存储，用于执行测量模式。 0032 因此，借助该校准模式，通过与至少一个基准(例如，谱线图)进行比较，可以在谱 线图中执行对测量辐射的当前初始未知波长的独特指配，以使波长可以确定并由此变得已 知。 0033 在本发明的范围中，至少下列各项应当被理解为激光二极管： 0034 分布式反馈激光器(DFB)(具有周期性地构造的有源介质，例如，光栅)， 0035 分布式布拉格反射激光器(DBR)(在有源介质外侧具有光栅但设置在公共芯片 上)， 0036 光纤布拉格光栅激光器(FBG)(大致类似DFB激光器，但在外部光纤中具有光 栅)， 0037 外腔二极管激光器(ECDL)(借。
41、助于外部高稳定腔来稳定化激光二极管，例如，利 用全息光栅)， 0038 二极管抽运固态激光器(DPSS)， 0039 离散模式激光器(DMD)， 0040 微芯片激光器，和/或 0041 二极管激光器。 0042 然而，明确地未排除另选的激光二极管实施方式。该二极管可以按这样的方式具 说 明 书CN 104285125 A 10 5/14页 11 体实施，即，以至少10m的量级的相干长度(或者谱线宽度1MHz)来生成所发射的激光束。 关于这点，可以设置用于生成测量辐射的波长选择组件，具体来说，光栅。 0043 具体来说，利用测距仪的特定具体实施方式，根据本发明并且在样本测量的范围 内，发射波长。
42、可以作为测量参数而改变，并且吸收强度可以借助于检测器而在该过程中连 续获取。具体来说，当按在控制与评估单元的控制下的方式来执行校准模式时，这通过改变 所述至少一个调谐参数来执行。 0044 关于这点，根据本发明，还可以通过连续获取吸收强度，具体来说，当通过控制与 评估单元执行校准模式时，再一次将测量参数相关样本吸收谱线确定为样本测量结果。 0045 在本发明的范围内，而且可以作为测量参数相关样本吸收谱线与已知吸收谱线的 对应关系的函数，具体来说，借助于测量参数相关样本吸收谱线与已知吸收谱线的互相关 (cross correlation)和/或借助于最小二乘平差，来确定谱线图中的方位。具体来说，。
43、当 通过控制与评估单元执行校准模式时，发生该方位的这种确定。 0046 由此可以通过利用激光二极管的短波长(其可根据电流和/或温度的变化来调 谐)扫描和在该过程中获得的吸收谱的同时记录，来标识所使用的吸收谱线。通过对吸收 谱的所观察部分(其中，波长在该过程中仍未知)与针对在吸收室中使用的气体的已知吸 收谱(具有作为波长的函数的吸收的谱线图)进行比较，可以通过在谱线图中建立方位 (建立谱线图中的一区域)来标识所观察的谱线，并且由此，可以将该谱线指配给波长。举 例来说，该比较可以通过互相关来达成。 0047 针对该方法的条件是，二极管的波长在足够大的调谐区域(例如，0.1nm)上，按无 跳模方式调。
44、谐，其中，实际需求波长范围还取决于如何好地获知起始波长，即，激光二极管 的最后设置操作参数能否如何好地再现。 0048 这里，可以按在最后切断期间呈现的操作参数被初始地再现的这种方式来配置该 二极管启动方法，作为其结果，以某一不确定性获知波长。随后，执行短波长扫描，并且利用 近似获知的起始波长，借助于比较(例如，通过与已知基准谱互相关)，来独特地标识在该 过程中检测到的谱线。针对所选择吸收谱线的稳定化可以在该基础上进行。 0049 具体来说，根据本发明，可以对样本吸收谱线间的距离与吸收谱线间的已知距离 进行距离比较，并且可以在考虑该距离比较的情况下，确定谱线图方位，和/或可以针对来 自测量参数。
45、相关样本吸收谱线中的每一条样本吸收谱线确定吸收强度，并且可以在考虑所 确定的吸收强度的情况下，确定谱线图中的方位。这些步骤还具体地在通过控制与评估单 元来执行校准模式时进行。 0050 因此，对样本测量结果与基准或者与谱线图进行比较以便在谱线图中建立方位， 可以通过比较相应线距或者通过比较针对谱线的相应吸收水平来进行。 0051 根据本发明另一方面，关于执行测距仪的校准模式，涉及作为在样本测量的范围 内的测量参数的、与物体间的距离的改变。在这种情况下，以与该物体间的至少两个不同的 已知距离来执行样本测量，针对与该物体间的所述至少两个不同的距离中的每一个，利用 干涉仪而将干涉仪输出变量确定为样本。
46、测量结果，以及基于该已知距离、干涉仪输出变量 以及所述多个已知吸收谱线，来建立谱线图中的方位，具体来说，确定发射波长。 0052 具体来说，根据本发明，测距仪可以包括绝对距离测量单元，并且可以借助于绝对 距离测量单元通过确定距离来确定所述至少两个不同的与该物体间的已知距离。 说 明 书CN 104285125 A 11 6/14页 12 0053 例如，如果反射器在通过干涉仪和绝对距离测量装置的同时测量期间，按跟踪方 式移位(干涉仪总是在目标上)，则可以利用两个距离测量装置的测量距离差和两个(已 知)接近波长，并且利用获知的大气压力、湿度以及温度数据，针对具有几微微米(pm)准确 度的干涉仪，。
47、来评估针对未知谱线被稳定化的测量辐射的波长；作为其结果，可以利用针对 相应吸收介质的谱图(谱线图)来标识所采用稳定化谱线。 0054 在测距仪的具体实施方式中，根据本发明，测距仪可以被具体实施为激光跟踪器， 该激光跟踪器用于连续跟踪被具体实施为一目标的该物体，并且用于确定该目标的位置。 所述跟踪仪可以包括：激光二极管，该激光二极管用于生成具有至少10m(具体来说，至少 50m)的相干长度的测量辐射；限定竖直轴的基部；射束引导单元，该射束引导单元用于发 射测量辐射，并且用于接收在该目标处反射的测量辐射，其中，该射束引导单元可以绕所述 竖直轴和大致正交于该竖直轴的倾斜轴，相对于基部按电机驱动方式枢。
48、转；以及角测量功 能，该角测量功能用于确定射束引导单元相对于基部的对准。 0055 根据本发明，激光跟踪器还可以包括：支承部，该支承部可以相对于基部绕竖直轴 按电机驱动方式枢转，并且限定倾斜轴；和瞄准单元，该瞄准单元被具体实施为射束引导单 元，并且该瞄准单元可以相对于支承部，绕所述倾斜轴按电机驱动方式枢转，所述瞄准单元 包括望远镜单元，该望远镜单元用于发射测量辐射，并且用于接收在该目标处反射的测量 辐射的至少一部分。 0056 为了避免因不正确假定的波长而造成的测量误差，每当该系统或激光跟踪器启动 时，都可以明确地标识吸收谱线(其例如被用于稳定化)。按照根据本发明的校准，除了干 涉仪以外，这还。
49、可以通过依靠利用存在的绝对距离测量装置，通过激光跟踪器来实现，并且 依靠用户移动该连续测量目标而由用户主动参与，并由此，在各个情况下，提供与该目标间 的不同距离。 0057 本发明另一方面涉及选择吸收介质。可以根据需求或希望发射波长来选择吸收介 质。关于这点，根据本发明，测距仪包括吸收室，该吸收室包括吸收介质，具体来说，其中，碘 气形成吸收介质，并且发射波长位于500nm到650nm之间，具体来说，位于630nm到635nm 之间。 0058 作为吸收介质的碘具有对激光跟踪器有吸引力的波长范围，具体来说，具有大约 633nm的多个吸收谱线。结果，限定如此多的吸收谱线，即使在来自激光二极管的发射波长 的因制造导致的散射的情况下，用于稳定化的吸收谱线也总是位于邻近；然而，每当光源启 动时，需要明确地标识该谱线。 0059 而且，关于调谐发射波长，根据本发明，发射波长可以以在控制与评估单元的控制 下，通过修改作为调谐参数的激光二极管。