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包括干涉仪和限定密集线谱的吸收介质的测量设备的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】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-P6r0t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，S卩，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(gascell))。这里，根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，CXD或CID摄像机((XD =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。
[0020]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 Geosystems 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N0.11187614.0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。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的欧洲专利申请中，描述了与确定激光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，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时，在谱线图中存在一方位(orientat1n) ( S卩，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体实施，即，以至少1m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 correlat1n)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，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。
[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，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的温度和/或通过修改作为调谐参数的施加至激光二极管的电流作的方式可变。
[0060]为了在启动测量设备时控制发射波长，根据本发明，控制与评估单元可以按这样的方式具体实施，即，当使述测距仪进入操作时，被提供用于设置发射波长的、用于激光二极管的调谐参数按这样的方式来设置，即，根据所设置的调谐参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。
[0061]而且，具体来说，测距仪包括干涉仪检测器，该干涉仪检测器针对与该物体间的相应距离，用于检测测量辐射，并且用于基于该测量辐射来生成干涉仪输出变量。
[0062]根据本发明的特定【具体实施方式】，激光二极管被按这样的方式具体实施，S卩，发射波长通过改变所述至少一个调谐参数而在该波长范围内按无跳模方式可变。
[0063]而且，本发明涉及一种用于并且利用测距仪的干涉仪的校准方法，该测距仪用于确定与物体间的距离的变化，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；和吸收介质，该吸收介质限定该波长范围内的多个已知吸收谱线。而且，提供了:存储器，该存储器具有用于吸收介质的存储的谱线图，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。
[0064]在该校准方法的范围中，通过改变至少一个测量参数来执行限定的样本测量；根据样本测量导出样本测量结果；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该基准进行比较；以及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。
[0065]本发明的另一方面涉及一种用于利用测距仪的干涉仪来确定与物体间的距离的变化的方法，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；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，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。
[0066]在该过程中，执行根据本发明的校准方法，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，作为吸收强度的函数，来调节所述发射波长，其中，作为谱线图中的所建立的方位的函数，来确定和/或设置该测量辐射的发射波长。而且，借助于干涉仪输出变量，按距离测量模式来确定与该物体间的距离的变化。
[0067]根据本发明，在该校准方法或用于确定距离变化的方法的范围内，测量辐射的发射波长可以作为测量参数而改变，而且在该过程中，可以连续获取吸收强度。
[0068]具体来说，根据本发明，可以通过连续获取吸收强度，而将测量参数相关样本吸收谱线确定为样本测量结果；和/或作为测量参数相关样本吸收谱线与该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该已知吸收谱线的互相关和/或借助于最小二乘平差，来达成谱线图中的方位。
[0069]另选的是，根据本发明，在该校准方法或用于确定距离变化的方法的范围内，与物体间的距离可以作为测量参数而在样本测量的范围内改变；可以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；可以针对与该物体间的所述至少两个不同的距离中的每一个，利用干涉仪来将干涉仪输出变量确定为样本测量结果；以及可以基于该已知距离、干涉仪输出变量以及所述多个已知吸收谱线，来达成谱线图中的方位，具体来说，确定和/或设置发射波长。
[0070]具体来说，根据本发明，在该过程中借助于绝对距离测量单元通过确定距离，来确定与该物体间的所述至少两个不同的已知距离。
[0071]而且，本发明涉及一种存储在机器可读介质中的计算机程序产品，该计算机程序产品用于控制执行根据本发明的方法的样本测量。而且，具体来说，如果所述计算机程序产品在根据本发明的测距仪的控制与评估单元中执行，则该计算机程序产品被设置用于执行:根据本发明的方法的、根据样本测量导出样本测量结果；根据本发明的方法的、对样本测量结果至少与多个已知吸收谱线进行比较；根据本发明的方法的、确定谱线图中的方位；以及根据本发明的方法的、确定和/或设置发射波长。
[0072]下面，将基于附图中示意性地描绘的具体示例性实施方式，按纯粹示例性的方式，对根据本发明的方法和根据本发明的装置进行更详细说明，并且还讨论了本发明的进一步优点。详细地说:
[0073]图1示出了根据本发明的、包括光学设计的测距仪的实施方式；
[0074]图2示出了借助于同步检测来稳定化发射波长的原理；
[0075]图3示出了用于稳定化发射波长的“谱线边侧(side-of-line) ”过程的原理；
[0076]图4示出了用于根据本发明的测距仪的、可以调节的激光器模块的实施方式，其包括激光束源、吸收室以及控制与评估单元；
[0077]图5示出了根据本发明的用于校准过程的框图；
[0078]图6a_d示出了根据本发明的、利用测距仪的校准的第一实施方式；以及
[0079]图7示出了根据本发明的激光跟踪器的实施方式与根据本发明的校准的另一实施方式。
[0080]图1示出了根据本发明的、包括光学设计I的测距仪的实施方式，该光学设计I具有被具体实施为干涉仪射束源的激光二极管10、吸收室20、干涉仪单元30以及绝对距离测量单元40，该绝对距离测量单元40包括被具体实施为激光二极管或SLED的另一射束源41。激光二极管被用于向干涉仪30提供测量辐射11，用于确定与物体间的距离变化，其中，该绝对距离测量单元40能够确定与物体间的绝对距离。还示出了控制与评估单元2，其至少用于借助于温度和电流调节来控制激光二极管10，并且用于评估来自吸收室20的信号。而且，其还被用于处理通过干涉仪单元30和绝对距离测量单元40生成的测量数据(例如，具体距离或干涉仪输出变量)。
[0081]在稳定化模式的范围中，吸收室20被用于实现测量辐射针对波长标准的稳定化，即，在这种情况下，针对由吸收室20中的吸收介质(例如，碘12)限定的吸收谱线(例如，大约633nm)。具体来说，可以将不同稳定化方法用于该稳定化，举例来说，如同步检测(在中心吸收谱线周围调制光学频率)、借助于恒定光学频率(通过磁调制)下的塞曼(Zeeman)效应的“谱线边侧”过程或稳定化。
[0082]在同步检测的范围内(参照图2)，生成该波长的连续变化(并且由此，在其基础上测量的距离变化)，其在增加的距离噪声下基本上变得显著，然而，其中，该距离噪声可以根据增加的测量速率和随后的积分或同步化距离测量而在很大程度上被消除。
[0083]该“谱线边侧”过程(参照图3)基于借助于在一吸收值下吸收的稳定化(例如，在大约40%吸收下的稳定化)，该吸收值大致对应于吸收室20 (通常被具体实施为气室)的对应吸收谱线的最大梯度。因为谱线的吸收取决于吸收介质(例如，碘气)的气压，并由此取决于吸收室的温度，所以在这种情况下，吸收室20的温度必须保持非常恒定。
[0084]一般来说，通过激光二极管10来提供具有无跳模可调谐波长范围的激光，以供稳定化，因而，就波长而言，可以调谐至希望的吸收谱线。而且，所生成的激光具有长相干长度，具体来说，至少1m,优选为至少50m。
[0085]这里，借助于控制与评估单元2，通过调节施加至二极管10的电流和/或二极管10的温度(参照图4)来调谐激光二极管10的发射波长。
[0086]根据本发明，对测距仪进行校准，以便设置或标识发射波长。为此，初始地执行限定的样本测量。该样本测量首先可以由借助于吸收室20的吸收测量构成，其中，测量辐射11的发射波长按受控方式通过控制与评估单元2来改变。这里，发射波长可以通过改变施加至二极管10的电流和/或二极管10的温度来改变。在该过程中，作为二极管的改变电流和/或温度的函数，可以连续获取吸收行为(例如，吸收强度)作为测量结果(吸收谱线)。另一方面，可以在改变与物体间的距离时进行样本测量，其中，借助于干涉仪单元30在各个情况下确定干涉仪输出变量作为测量结果，而且，例如借助于绝对距离测量单元40来测量与物体间的距离。
[0087]通过比较相应测量结果(吸收行为或干涉仪输出变量)与至少一个基准，而在校准范围内确定谱线图中的方位，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，该谱线图在各个情况下指定针对调谐波长范围内的相应吸收波长的吸收强度。在该比较的范围内，确定该方位，作为样本测量结果至少与该基准的比较的函数。这里，该基准例如可以通过针对吸收波长的相应吸收强度(其由谱线图限定并且从该谱线图获知)来具体实施。
[0088]当在改变发射波长的情况下，将一吸收强度确定为波长的函数时，该比较允许标识谱线图的特定区域，其至少在很大程度上对应于所检测的吸收谱。这里，该比较可以借助于“最佳拟合”、互相关或者借助于不同类型的最小二乘平差来达成。作为该执行标识的结果，能够向所检测的吸收谱指配波长。如果在谱线图中标识这种区域(即，如果确定该方位)，则可以借助于激光二极管的开环或闭环控制，将发射波长设置为已知吸收强度(来自谱线图)的函数。而且，该发射波长的精确波长可以根据从谱线图获知的、有关该波长的吸收强度的附加相关性导出。
[0089]如果在各个情况下针对与物体间的多个不同距离来确定干涉仪输出变量，则可以在考虑与在样本测量中分别呈现的物体间的距离的情况下来确定谱线图中的方位，所确定的干涉仪输出变量和基准(例如，针对所样本的吸收介质的已知吸收线谱)以及发送波长可以由其确定。
[0090]图2示出了借助于同步检测来稳定化发射波长的原理。这里，发送曲线51示出了所标绘的吸收介质针对相对频率Δ f的发送或吸收行为(发送=1-吸收)。与此类似,示出了发送曲线51的导数(derivative) 52，其中，导数52被用于控制稳定化。在吸收最大值53处，其对应于发送最小值，梯度等于“0”，并且在相对于吸收最大值53的增加偏差的情况下，在量值方面快速增加。作为由于在区域54中微分52而生成的该陡峭侧翼的结果，可以通过连续形成连续测量吸收的导数而快速且准确地检测并标识该吸收相对于吸收最大值53的变化。利用该信息，可以按这样的方式通过控制回路来控制激光二极管，即，测量辐射的发射波长在吸收最大值周围的限定范围内连续呈现。可以借助于导数52来快速且准确地确定发射波长相对于吸收最大值53的相应偏差，并且可以在需要时更新该波长。举例来说，可以将锁定放大器用于此。
[0091]在同步检测的范围内，利用针对施加至激光二极管的电流的调制频率(抖动频率)来连续修改发射波长，以使该发射波长在吸收最大值53(=谱线中心)周围“抖动”，并由此可以实现基本的稳定化。可以通过过滤测量信号而减少、特别地消除由此产生的距离噪声。
[0092]图3示出了用于稳定化发射波长的“谱线边侧”过程的原理。这里，将发送曲线51的一个侧翼上的工作点54或相当小的工作范围选择为稳定化基础。作为该工作点54处的、就绝对值而言相对较大梯度的结果，可以快速且准确地检测该吸收相对于该点54的偏差，并且可以借助于电流和/或温度的变化而基于该检测来调节激光二极管。为了保持吸收介质的恒定吸收行为，吸收介质的或吸收室的温度在该类型稳定化期间必须保持大致恒定。
[0093]图4示出了用于根据本发明的测距仪的、可以调节的激光器模块的实施方式，其包括激光束源61、吸收室62以及控制与评估单元63。这里，激光束源61被具体实施为激光二极管，例如，实施为分布式反馈(DFB)激光器或分布式布拉格反射器(DBR)激光器,其中，所发射测量辐射按纵向单模方式呈现，并且特别地，具有至少1m的相干长度。第一分束器64a用于将稳定化用的、由射束源61生成的激光辐射分开成测量辐射11和基准辐射。继而利用第二分束器64b来分开该基准辐射，其中，所述基准辐射的第一分量通过气室62发送，并且碰撞第一光电检测器65。而且，设置第二光电检测器66，用于检测该基准辐射的第二分量。可以通过两个光电检测器65、66生成的信号65a、66a用于借助控制与评估单兀63来调节激光二极管的温度63a(经由TEC)和电流63b (I)。测量辐射11可以被耦合到用于光传输的光纤中，或者其可以被引导作为自由射束。而且，设置了隔离体67。
[0094]图5示出了根据本发明的用于一般校准过程的示意性框图。在样本测量71的范围中，通过测距仪(例如，激光跟踪器)来生成样本测量结果72。当执行样本测量71时，改变至少一个测量参数(例如，与目标间的距离，或者测量设备的激光二极管的发射波长)，并且生成结果72，作为改变的测量参数的函数。举例来说，这些结果可以根据由测距仪的干涉仪提供的至少一个输出变量来具体实施。而且，例如可以根据由测距仪的检测器所测量的吸收谱，或者根据作为发射波长的函数而获取的吸收强度来具体实施该结果72。
[0095]将所确定的样本测量结果72与至少一个基准或者与已知比较值进行比较75。出于该比较75的目的，针对气室(其设置用于稳定化激光二极管的发射波长)的已知吸收介质，将至少一个谱线图用作基准73，其中，该谱线图针对激光二极管在特定波长范围内的相应发射波长，指定用于吸收介质的相应吸收强度或吸收水平。
[0096]可以根据所执行的样本测量71并且根据在该过程中生成的测量结果72的类型，针对比较75来考虑一个或更多个其他比较变量74。如果在样本测量71的范围内，按相对于目标的不同距离来执行测量，则与该目标间的距离用作已知的其他比较变量74。举例来说，这些距离可以根据特定目标位置来预先确定，或者可以在各个情况下例如通过另外的测距仪来确定。
[0097]在该比较75的范围内，接着在样本测量结果72与各个相关基准73、74之间执行比较，并且在这之后，确定谱线图中的方位76，S卩，可以通过至少对谱线图的已知吸收谱与所测量吸收强度进行比较，来标识(例如，借助于“最佳拟合”)所测量的吸收值与谱线图中的一区域之间的最佳对应，，并且由此，可以进行有关在样本测量71期间呈现的发射波长的陈述。
[0098]能够基于谱线图中的该确定的方位76，重新在另一步骤77中设置测量辐射的发射波长，或者确定该辐射的精确波长。在该过程中，可以通过连续测量吸收并且对应地调节激光二极管(电流和/或温度)来稳定化发射波长。
[0099]图6a_d示出了根据本发明的、利用测距仪的校准的第一实施方式，该测距仪包括激光二极管、吸收室和用于测量该吸收室中的测量辐射的吸收(或发送)的检测器。
[0100]图6a示出了在λ?与λ 2之间的波长范围82内的、针对吸收介质的具有发送行为T的已知发送谱81 (谱线图)的区域。这里，作为波长的函数，发送曲线83针对与吸收介质(例如，碘气)相互作用的辐射来指定该吸收介质的发送或吸收行为。这种发送谱可以在根据本发明的测距仪的存储器中存储为谱线图，并且可以用作基准。另选的是或者另外地,可以针对相应介质来存储吸收谱,其中，吸收曲线的相应曲线轮廓(同样,发送曲线的曲线轮廓)可以取决于曲线点分辨率。
[0101]图6b示出了样本测量84，在其范围内，来自激光二极管的测量辐射的发射波长通过改变调谐参数A(例如，电流和/或温度)而在xl到x2之间的范围85内改变，并且在该过程中通过检测器连续地获取吸收。这里，所测量的发送曲线86示出了所测量的吸收(=1-发送)是调谐参数A的函数。其内发射波长改变的范围85在这种情况下构成波长范围82的一部分(就波长而言)，其中，根据图6a获知发送谱81，S卩，xl和x2位于λ?与入2内，然而，其中，最初没有提供针对所测量的发送曲线86的波长相关性。
[0102]图6c通过对已知发送谱81或已知发送曲线83与所测量的测量-发送曲线86进行比较，而示出了根据本发明的比较。为此，具有已知波长范围82的发送曲线83可以用作该比较的基础。接着，可以按所测量的谱86对应于基准曲线83的最可能程度的这种方式，将所测量的发送曲线86与发送曲线83进行比较。举例来说，这可以借助于已知发送曲线83与所测量的发送曲线86的互相关，或者借助于发送曲线83和所测量的发送曲线86的两个特定吸收谱线之间的相应线距87之间的比较来达成。
[0103]图6d示出了图6c中描绘的比较过程的结果。这里，在xl到x2之间的范围85内的样本测量的范围内所获取的吸收曲线86，已经按这样的方式与已知发送曲线83相匹配，即，该谱(发送与波长的关系)很大程度上对应于范围85。因此，获知谱线图(已知发送谱81)中的方位，并且可以将波长指配给范围85(xl = λ3而χ2= λ 4)。结果，可以独特地指配范围85内的所测量的波长，以使范围85内的相应波长可以在所有情况下被指配给所测量的吸收强度，从而可以精确地确定测量辐射的发射波长。为此，该发射波长可以按这样的方式改变，即在变化期间，除了所获取的吸收以外，还获取时间(times)，并且作为该结果基于随时间获取的吸收，能够推断出在特定时间测量的相应发射波长。结果，例如，能够借助于当前测量的吸收、随时间的吸收的监测以及前一比较来确定当前存在的波长。特别地，在关于这一点，可以考虑激光二极管的温度和施加至该二极管的电流这两者。
[0104]图7示出了根据本发明的针对激光跟踪器90的实施方式，包括具有反射器97的辅助测量仪器91。激光跟踪器90包括基部92和支承部93，其中，支承部93被设置成可以绕由基部92限定的枢轴94 (竖直轴)相对于基部92枢转或者旋转。而且，瞄准单元95按这样的方式设置在支承部93上，S卩，瞄准单元95可以绕倾斜轴(旋转轴(transit axis))相对于支承部93枢转。作为由此设置的瞄准单元95绕两个轴的对准选项，通过该单元95发射的激光束96可以灵活对准，并由此可以瞄准目标。这里，枢轴94和倾斜轴彼此大致正交地设置，即，相对于精确轴正交的较小偏差可以预定并存储在系统中，例如，用于补偿由此产生的测量误差。
[0105]在示出的布置结构中，激光束96在反射器97上被引导，并且在反射器97处被回反射至激光跟踪器90。可以借助于该测量激光束96，具体来说，借助于渡越时间(time-of-f light)测量、借助于相位测量原理或者借助于Fizeau原理,来确定与反射器97之间的距离。为此，激光跟踪器90包括:距离测量单元(绝对距离测量单元)，其用于确定跟踪器90与反射器97之间的该距离；和角测量单元，其使得可以确定瞄准单元95的位置，借助于其，可以对准并且按限定方式引导激光束96，并且因此，使得可以确定激光束96的传播方向。而且，跟踪器90包括干涉仪单元，其用于借助干涉测量法来确定与目标之间的距离的变化。
[0106]而且，激光跟踪器90，具体来说，瞄准单元95包括图像获取单元(出于确定在所获取的图像中的、在传感器或CMOS上的传感器曝光位置的目的)，或者具体来说，被具体实施为CCD或像素传感器阵列摄像机。这种传感器准许对检测器上的所获取的曝光的位置敏感检测。
[0107]而且，辅助测量仪器91包括触觉传感器，其接触点99可以与要测量的目标物体相接触。虽然感测工具91与目标物体之间存在该接触，但可以在空间中精确地确定接触点99的位置，并且因此确定目标物体上的点的坐标。利用接触点99的、与反射器97有关并且与设置在辅助测量仪器91上的标记98有关的限定相对定位来进行该确定，该标记例如可以被具体实施为发光二极管。另选的是，标记98还可以按这样的方式具体实施，S卩，这些标记在它们被以具有限定波长的辐射(具体来说，展示特定照射特征)照射时反射入射辐射(具体实施为反射器的辅助点标记98)，例如，或者这些标记具有限定图案或颜色编码。因此，可以根据标记98在利用图像获取单元的传感器获取的图像中的位置或分布来确定感测工具91的方位。
[0108]在另选实施方式(这里未示出)中，根据本发明的激光跟踪器具有与图像获取单元分离的、用于发射激光束的射束引导单元，其同样可以被引导到反射器97上。这里，激光束和图像获取单元两者可以在各个情况下按电机驱动方式绕两个轴枢转，并且作为其结果，可以按这样的方式对准，即，可以借助于图像获取单元来获取被激光束瞄准的目标97和辅助测量仪器91的标记98。
[0109]为了在反射器97上对准激光束96，用于利用具有特定波长(具体来说，在红外波长范围中)的辐射来照射反射器97的装置被相应地设置在根据本发明的激光跟踪器90上，而且另外，将具有位置敏感检测器的至少两个摄像机设置在每一个跟踪器90中。可以借助于摄像机来检测在反射器97处反射并且辐射回至激光跟踪器90的照射辐射，并且可以利用该位置敏感检测器中的每一个来成像反射器97在相应检测器上的位置。因此，可以借助于激光跟踪器90来确定反射器的两个成像位置，并且作为这些成像目标位置的函数来发现该目标(反射器97)(例如，根据公知的摄影测量原理)，并且按由测量射束96瞄准目标的这种方式来对准瞄准单元95。
[0110]而且，可以基于在各个情况下利用激光跟踪器90获取的两个图像来确定反射器的近似位置。该位置可以根据一般几何学或三角学原理来确定，例如，根据三角形的几何构造原理或者借助于正弦和/或余弦定律。而且，为了粗略地确定该位置，可以使用在摄影测量(立体摄影测量)中的公知处理。为此，获知该相对位置，并且具体来说，摄像机在跟踪器90上的彼此对准。
[0111]关于这点，该照射装置和摄像机可以设置在例如成像获取单元、射束引导单元、瞄准单元95、支承部93或基部92上的相应限定位置中。
[0112]利用获知的摄像机相对于激光束96的发射方向的定位,激光束96可以针对反射器97的所建立的近似位置来对准，并且可以耦合至其(锁定)。结果，尽管在激光发射方向与摄像机的获取方向之间有结构上导致的偏移，但可以快速地对准射束96，并且可以解决由摄像机的光轴和激光束96引起的视差。具体来说，激光束96可以直接对准在目标97上，即，没有反复的中间步骤。
[0113]具体来说，作为另选例，或者除了确定反射器97的近似位置以外，还可以根据在检测器(激光跟踪器90)上获取并成像的目标位置来确定与反射器97之间的粗略距离。还可以借助于通常有效的几何原理(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)来达成该确定。
[0114]而且，激光束96的根据本发明的对准还可以找到在没有用于确定辅助测量仪器91的方位的图像获取单元出-DoF摄像机)的激光跟踪器(3D激光跟踪器)的情况下的应用。
[0115]而且，图7示出了根据本发明的针对另一校准的过程。为此，以辅助测量仪器91的不同位置10a-1OOc来执行关于该辅助测量仪器91的测量。针对每一个位置10a-1OOc,获知与跟踪器90之间的距离。举例来说，在各个情况下借助于利用绝对距离测量单元的测量来确定该距离，其中，该绝对距离测量单元包括另一激光束源(除了用于生成针对干涉仪的测量辐射的二极管以外)。通过激光二极管生成的、用于激光跟踪器90的干涉仪的测量辐射借助于波长稳定化单元(吸收室)而被稳定化至一发射波长，从而其被粗略地获知。由此预定的波长可以大致取决于激光二极管的操作参数(电流和温度)并且取决于用于该二极管的驱动电子。尽管可以稳定化至一固定波长作为其结果，但此外就用于正确且可靠的距离测量(利用干涉仪距离变化的测量)的量值而言，该波长必须已知。执行校准，以便确定或者以便重新设置该波长。
[0116]为此，在位置10a-1OOc中的至少两个位置处，利用激光跟踪器90的干涉仪来确定干涉仪输出变量，具体来说，在位置10a与位置10c之间的多个位置处连续确定。这里，反射器97按跟踪方式被跟随，即在该测量过程期间，将测量射束连续引导至反射器97。举例来说，该变量可以是许多干涉仪脉冲(计数)，其通过交替获取破坏性和建设性干涉来获得，并且其可以被计数(例如，零差干涉仪)，或者根据基准信号与测量信号之间的相位差(例如，外差干涉仪)来获得。而且，在各个情况下测量或预定与反射器97之间的绝对距离。根据考虑相应粗略获知的波长(针对绝对距离测量单元并且针对干涉仪)的算法，来评估针对每一个位置和相应距离如此测量的干涉仪输出变量。结果，可以非常精确地估算针对激光二极管的测量辐射而呈现的波长。具体来说，对于该估算来说，另外考虑大气数据，举例来说，如气压、湿度以及周围温度。基于对发射波长的估算和将谱线图用于波长稳定化单元的吸收介质，来确定谱线图中的方位。结果，可以标识用于稳定化的吸收介质的吸收谱线，并由此可以确定发射波长。
[0117]应当明白，这些所描绘的图仅示意性地描绘了可能的示例性实施方式。根据本发明，不同的方法同样可以彼此地，并且与现有技术的稳定化和/或干涉测量方法、与用于确定距离的方法以及与一般测量设备(具体来说，激光跟踪器)组合。根据本发明的方面，还可以找到在大地测量装置(举例来说，如全站仪和视距仪)方面的应用。
【权利要求】
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)，S卩，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)所述测量福射(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⑵的自动控制下使所述测距仪(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， 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?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: ?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，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(I 1、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)，S卩，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)，S卩，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(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， 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。
【文档编号】G01S17/36GK104285125SQ201380023845
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2012年5月7日
【发明者】T·鲁斯, B·伯克姆, 伊斯·萨尔瓦德 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司