[發(fā)明專利]電光距離測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380020023.2
• 申請(qǐng)日: 2013-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104204843B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T.雷蒂;B.貝克姆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萊卡地球系統(tǒng)公開(kāi)股份有限公司
• 主分類號(hào): G01S7/491
• 分類號(hào): G01S7/491;G01S7/499;G01S17/36
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 蔣駿,張懿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及如在對(duì)應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的前序中所述的電光距離測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

從例如EP 0 205 406、EP 0 313 518、EP-A-1 647 838、WO 97/18486和EP專利申請(qǐng)?zhí)?0 405 078知道相關(guān)距離測(cè)量裝置。所述申請(qǐng)的內(nèi)容被整體地通過(guò)引用并入以便闡明用于絕對(duì)距離測(cè)量的Fizeau方法的運(yùn)行。US 3,424,531描述了使用光調(diào)制器的距離測(cè)量裝置，其將光透射開(kāi)啟和關(guān)閉，類似于旋轉(zhuǎn)的齒輪。

圖1示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于測(cè)量絕對(duì)距離的距離測(cè)量裝置：光源101通常在可見(jiàn)光或紅外范圍內(nèi)發(fā)射光，具有中心波長(zhǎng)λ，源的譜寬Δλ是足夠?qū)挼模员愦_保低相干性光發(fā)射。由寬帶源101發(fā)射的平行光束照亮偏振射束分離器102，其確保用于發(fā)射射束中的一個(gè)的線性偏振狀態(tài)。偏振射束通過(guò)在相對(duì)側(cè)具有電極104的電光晶體103。入射光束被以45°偏振至電光晶體103的主軸，稱為慢（非尋常）和快（尋常）軸，分別地具有不同的折射率n_e＞n_o。從在入射光場(chǎng)的正交軸上的投影引起的兩個(gè)波在其之間具有90°偏振角的情況下在電光晶體103中傳播。所述電極104允許施加平行于電光晶體103的主結(jié)晶軸中的一個(gè)的電場(chǎng)。由信號(hào)源108生成具有頻率f的正弦電信號(hào)并將其施加于電極104。此電場(chǎng)生成晶體的慢和快光軸之間的折射率差的修改。因此在兩個(gè)正交波之間引入相位調(diào)制。相對(duì)于慢軸as和快軸af的調(diào)制指數(shù)的值取決于用于所考慮的晶體取向的電光系數(shù)r、分別地慢軸和快軸的折射率的立方、電極之間的距離間隙、晶體長(zhǎng)度和光波長(zhǎng)以及電信號(hào)的電壓振幅。由小箭頭來(lái)指示沿著光路徑的一個(gè)或多個(gè)偏振方向。

在電光晶體103的輸出端處，將四分之一波片105在其軸相對(duì)于電光晶體103的主軸以45°定向的情況下放置。光束在通過(guò)四分之一波片105之后沿著要測(cè)量的距離傳遞而到達(dá)目標(biāo)。拐角反射鏡106或其它反射元件被固定到目標(biāo)，其將光反射回到光源。在第二次通過(guò)四分之一波片105之后，回光的兩個(gè)正交波旋轉(zhuǎn)90度并第二次穿過(guò)電光晶體103，現(xiàn)在是在相反的方向上。現(xiàn)在沿著快軸調(diào)制第一次沿著慢軸調(diào)制的波，同時(shí)現(xiàn)在沿著慢軸調(diào)制第一次沿著快軸調(diào)制的波。光所經(jīng)歷的調(diào)制對(duì)于在正向和反向方向上傳遞的光而言是相同的，但是在其到目標(biāo)和返回的路上被延遲波的飛越時(shí)間。回光和發(fā)射光的一部分然后在第二起偏器輸出端口處被重組。兩個(gè)結(jié)果線性波現(xiàn)在可以相干涉。根據(jù)該干涉在振幅方面被調(diào)制的結(jié)果射束被光接收機(jī)107捕捉。

因此，基本上，生成來(lái)自激光器或來(lái)自寬帶光源的光束并由聚焦光學(xué)單元引導(dǎo)到偏振射束分離器上以便使光線性偏振，并且隨后被電光調(diào)制器、λ/4延遲器和出口光學(xué)單元引導(dǎo)到測(cè)量路徑上。沿著測(cè)量路徑返回的光通過(guò)所述的元件直到偏振射束分離器，并被后者引導(dǎo)到檢測(cè)器上。評(píng)估單元用于基于檢測(cè)器信號(hào)來(lái)確定測(cè)量路徑的長(zhǎng)度。

在本上下文中相關(guān)的是在這種方法中在調(diào)制器中對(duì)輸出和返回測(cè)量光進(jìn)行調(diào)制。通過(guò)所述調(diào)制的頻率的變化，確定所檢測(cè)測(cè)量光束的最小強(qiáng)度（或基本上同義地，強(qiáng)度的導(dǎo)數(shù)的零點(diǎn)交叉）。根據(jù)最小頻率來(lái)確定測(cè)量裝置與后向反射器或半合作目標(biāo)之間的測(cè)量路徑的長(zhǎng)度。半合作目標(biāo)例如通過(guò)漫反射而沿著入射光的方向返回入射光的至少一部分。

基于Fizeau原理（Fizeau-priciple）的當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的距離測(cè)量裝置使用具有展示出Pockels效應(yīng)的大塊晶體的電光調(diào)制器。為了達(dá)到全調(diào)制所要求的幾個(gè)100V（在～1mm的晶體寬度以上）的電壓，調(diào)制器需要～1W的電驅(qū)動(dòng)功率，并且將晶體被放置在電諧振器中。設(shè)置特別的調(diào)制頻率要求諧振器的機(jī)械調(diào)諧，因此限制測(cè)量速率（至例如20 Hz）。

期望的是通過(guò)使用距離測(cè)量裝置中的集成光學(xué)調(diào)制器來(lái)加速測(cè)量。然而，由于距離測(cè)量裝置的測(cè)量原理要求光在相反的方向上兩次通過(guò)調(diào)制器，所以已知單通過(guò)調(diào)制器是不合適的。

發(fā)明內(nèi)容

因此本發(fā)明的目的是使用由輸出和返回光穿過(guò)的集成光學(xué)調(diào)制器來(lái)創(chuàng)建距離測(cè)量裝置。

本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是創(chuàng)建具有電光調(diào)制器的距離測(cè)量裝置，該電光調(diào)制器可以以與已知調(diào)制器相比較低的調(diào)制電壓和較低的功率消耗來(lái)操作。

這些目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)。

電光距離測(cè)量裝置因此包括集成電光調(diào)制器，其轉(zhuǎn)而包括非線性光學(xué)材料的光學(xué)波導(dǎo)以及行波電極，該行波電極被布置成當(dāng)向電極施加電壓時(shí)在波導(dǎo)的調(diào)制區(qū)中生成（行進(jìn)）電場(chǎng)，從而對(duì)通過(guò)波導(dǎo)的光的相位進(jìn)行調(diào)制。其中