[發(fā)明專利]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方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380024376.X
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN104285160A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設計）人: T·魯斯;B·伯克姆
• 申請（專利權）人: 萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/10;G01S17/36;G01B9/02;G01S17/66
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

本發(fā)明涉及根據權利要求1的前序部分的包括干涉儀的激光跟蹤器和根據權利要求12的前序部分的用于和利用激光跟蹤器的校準方法。

對于在光學計量的領域內的測量，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。結果，所述束源特別適合于用作頻率和波長基準并且使得能實現對于干涉測量系統(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、振動計，和在激光跟蹤器中作為干涉儀光源的使用。

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)的使用的一個缺點是其標注尺寸定義光輸出。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。另一缺點是操作所需要的高壓電源。例如，為讓激光器點火，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(例如高壓電源和護罩)并且必須采取安全措施。甚至對磁場(例如由內部馬達或外部電焊變壓器產生)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-例如因為必須常常以巨大代價替換系統(tǒng)中的光源。

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)。

然而，能夠使用的束源例如是

-分布式反饋激光器(DFB)(具有周期性結構化的有源介質，例如光柵)，

-分布式布拉格反射激光器(DBR)(具有在有源介質外部但布置于公共芯片上的光學光柵)，

-光纖布拉格光柵激光器(FBG)(大體上根據DFB激光器，但是具有在外部光纖中的光柵)，

-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)，

-二極管泵浦固態(tài)激光器(DPSS)，

-分立模式激光器(DMD)，和/或

-微芯片激光器。

束源這里被構造成使得所發(fā)射的激光束相對于具有數個10m的大小的相干長度(或<1MHz的譜線寬度)的波長是單模。

對于這樣的激光二極管作為干涉儀光源或作為波長基準的使用，附加的特定波長的相當穩(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(例如使用氣室)的吸收譜線實現。為了穩(wěn)定而使用吸收池的缺點進而是與此相關聯(lián)的所需空間。

另選地，任何波長原則上能夠被簡單地設定，并且在產生期間，借助于外部波長測量器具識別。如果為此設定的二極管參數(諸如例如溫度和電流)被存儲并且在它下次開啟時恢復，則應該再次獲得原始波長。然而，例如由于二極管的老化效應和由此引起的波長變化，這個穩(wěn)定能力的實現是困難的，并且對所發(fā)射的波長繼續(xù)具有不確定性。

對于這樣的測量器具的要求類似地可轉移到具有用于確定距離變化的干涉儀單元的測量設備。這里，被構造用于對目標點的連續(xù)跟蹤和這個點的位置的坐標確定的測量設備能夠通常組合在術語激光跟蹤器下。目標點能夠在這種情況下由測量設備的光學測量束特別是激光束瞄準的后向反射單元(例如立方棱鏡)表示。激光束被以平行方式反射回到測量設備，其中反射束被設備的捕獲單元捕獲。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)的偏轉鏡或目標鎖定單元。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點的距離。

根據現有技術的激光跟蹤器能夠另外構造有光學圖像捕獲單元，所述光學圖像捕獲單元具有二維光敏陣列，例如CCD或CID相機(CCD＝電荷耦合器件；CID＝電荷注入器件)或基于CMOS陣列的相機，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，但是以能夠獨立于激光跟蹤器而上下樞轉，并且具體地因此以與激光束的光學器件分開。具體地，相機能夠具有魚眼光學器件，進而由于相機的非常大的圖像捕獲區(qū)域，能夠避免相機的樞轉或至少是以有限方式而需要。另外，相機能夠被構造(例如依賴于相應用途)成可繞僅一個軸線樞轉。在另選實施方式中，相機可以以集成設計連同激光光學器件一起安裝于公共殼體中。