CN107037441A - 激光跟踪器和确定到目标的距离变化的方法 - Google Patents

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Abstract

激光跟踪器和确定到目标的距离变化的方法。本发明涉及一种激光跟踪器(1)，该激光跟踪器(1)具有：距离测量单元，被构造成干涉仪(21)；激光束源(20)，被构造成激光二极管；底座(40)，限定竖轴线；束引导单元(43)，用于发出测量辐射且用于接收在目标上反射的测量辐射(22)的至少一部分，可围绕竖轴线和倾斜轴线通过马达枢转；以及角度测量功能，激光束源(20)集成到热电温度稳定室(2)中，至少以下部件设置在TEC室(2)内：激光二极管(3)，准直光学器件(4)，光学微型隔离器单元(5)，至少一个偏振保持光纤耦合器(7)，该至少一个偏振保持光纤耦合器(7)用于针对干涉仪(21)的测量辐射(22)。

Description

激光跟踪器和确定到目标的距离变化的方法
技术领域
本发明涉及用于确定相对于目标的距离变化的激光跟踪器，该激光跟踪器具有干涉仪和位于热电温度稳定室中的激光束源，该激光束源被构造成激光二极管，该热电温度稳定室下文中被称为TEC室；位于TEC室中的激光二极管在相应干涉仪中的用途；以及用于确定到目标的相对距离的方法。
背景技术
被构造成用于渐进跟踪目标点和确定该点的坐标位置的测量装置通常可以概括在术语激光跟踪器下。目标点在这种情况下可以由回射单元(retroreflective unit)(例如，立方体棱镜)来表示，其通过使用该测量装置的光测量束来瞄准，光测量束具体为激光束。激光束被平行地反射回测量装置，其中，所反射束使用装置的捕捉单元来捕捉。束的发射或接收方向在这种情况下例如借助于用于角度测量的传感器来确定，该传感器与系统的偏折镜或瞄准单元关联。另外，从该测量装置到目标点的距离随着束的捕捉而被确定，例如借助于运行时间或相位差测量，或借助于斐索原理来确定，此外越来越多地作为现代系统中的标准特征的是在传感器上确定所接收束与零位置的偏移。
借助于由此可测量的该偏移，可以确定回射器的中心与激光束在反射器上的入射点之间的位置差，并且随着该偏差的变化可以校正和/或跟踪激光束的对准，使得传感器上的偏移减小，具体地为“零”，因此束沿反射器中心的方向对准。以跟踪激光束对准的方式，可以执行目标点的渐进目标跟踪(跟踪)，并且可以相对于测量装置渐进确定目标点的距离和位置。跟踪在这种情况下可以借助于偏折镜的对准变化来实现，该偏折镜可由马达移动并且被设置为使激光束偏折，和/或可通过使具有束引导激光光学单元的瞄准单元枢转来移动。
根据现有技术的激光跟踪器可以被另外具体实施为具有光学图像捕捉单元，具体地为具有二维光敏感传感器，该二维光敏感传感器具有图像处理单元，具体地为具有照相机，其光学单元与激光束的光学单元分开设置。借助于图像捕捉单元和图像处理单元，利用对具有标记的所谓测量辅助仪器的图像的捕捉和分析，其中，该标记相对于彼此的相对位置已知，可以得出设置在测量辅助仪器上的对象(例如，探针)在空间上的方位。此外，连同所确定的目标点的空间位置，可以绝对和/或相对于激光跟踪器精确地确定对象在空间上的位置和方位。
在例如欧洲专利申请14179319.2中描述了这种激光跟踪器和用于进行六自由度确定的方法，该方法具体地借助于对应的测量辅助仪器进行。
现有技术的激光跟踪器至少具有用于距离测量的测距仪，其中，该测距仪可以被构造成例如干涉仪。因为这种距离测量单元仅能够测量相对距离变化，所以除了干涉仪之外，在当前的激光跟踪器中还安装所谓的绝对测距仪。例如，WO2007/079600A1中描述了用于距离确定的测量装置的这种组合。
用于距离测量的干涉仪在此环境中将HeNe气体激光器用作光源，因为长相干长度和由此支持的测量范围。HeNe激光器的相干长度在这种情况下可以为数百米，使得使用较简单的干涉仪结构可以实现工业计量中所需的范围。绝对测距仪和使用HeNe激光器用于距离测量的干涉仪例如从WO2007/079600A1已知。
使用HeNe激光光源然而关于通常期望的激光跟踪器的大小的微型化具有缺点，该大小决定了光功率。光源的功率在这种情况下显著依赖于激光管的长度，即，管越长，可实现的发射功率越大。另外，这种激光源通常呈现较高等级的功率耗散。工作所需的高压电源呈现另外的缺点。例如，为激光器的启动必须提供大约7000V的电压，并且在工作期间必须提供大约1500V的电压，借此，必须使用特殊部件(例如，高压电源单元和屏蔽件)，并且在使用这种光源时必须采取安全措施。管子关于磁场(例如，该磁场由内部马达或外部焊接变压器产生)的敏感性和有限使用寿命(例如通常为大约15000个工作小时)也使得HeNe激光器的使用是不利(例如，因为必须经常以昂贵方式在系统中更换光源)。
原则上，HeNe激光器可以用二极管来替换，作为针对干涉仪的光源。这些激光二极管就其本身而言紧凑、成本合算，且具有低功耗。具体以下激光二极管源经常用作干涉仪光源：
-分布反馈激光器(DFB)(具有周期性构造的活性介质，例如，晶格)，
-分布布拉格反射激光器(DRB)(具有光晶格，该光晶格在活性介质外部但设置在共享的芯片上)，
-光纤光栅激光器(FBG)(基本上根据DEB激光器，但在外部光纤中晶格)，
-外腔二极管激光器(ECDL)(借助于外部高度稳定腔来使激光二极管稳定，该腔例如具有全息晶格)，
-二极管泵浦固态激光器(DPSS)，
-离散模式激光器(DMD)，
-微芯片激光器，和/或
-面发光激光器(VCSEL)。
束源在这种情况下被构造成使得所发射激光束关于波长为单模，具有数十米的数量级的相干长度的(和/或线宽<1MHz)。
另外，在已知波长处的稳定性对于这种激光二极管用作干涉仪光源或波长标准是必要的。这例如可以(例如，使用气体室)在吸收介质的吸收线上光谱地执行。在这种情况下，依赖于所使用的吸收介质，相当大量的吸收线可以发生在期望波长范围内。在一方面，如此多的吸收线存在，以至于即使在激光二极管的发射波长的制造相关分散的情况下，也总是可以为了稳定性而实现吸收线，在另一方面，在每次重启光源以建立发射波长时必须明确地识别该线。
为了该目的，原则上可以在任何合适且限定的线上容易地稳定，并且这可以使用外部波长计在生产中识别。借助于为了该目的而设置的二极管参数的存储和再现，二极管参数例如温度和电流，利用优秀控制电子器件，应该再次落在初始线上并使用短波长扫描再次找到该线。可以通过存储相应的最后值来克服二极管由于老化而引起的设置参数的可能变化。
对测量装置的要求可类似地转移到具有用于确定距离变化的干涉仪单元的测量装置。在这种情况下，被构造成渐进跟踪目标点和确定该点的坐标位置的测量装置通常可以被概括在术语激光跟踪器下。在这种情况下，目标点在这种情况下可以由回射单元(例如，立方体棱镜)来表示，其通过使用测量装置的光测量束来瞄准，该测量束具体地为激光束。激光束被平行反射回测量装置，其中，所反射束使用装置的捕捉单元来捕捉。在这种情况下，束的发射或接收方向例如借助于用于角度测量的传感器来确定，该传感器与系统的偏折镜或瞄准单元关联。另外，从该测量装置到目标点的距离随着束的捕捉而被确定，例如借助于运行时间或相位差测量来确定。
例如欧洲专利申请EP 2 589 982中描述了激光二极管用作干涉仪激光源。欧洲专利申请EP 2 662 661和EP 2 662 702中描述了用于使发射波长稳定以用于激光跟踪器中的另外可调谐激光二极管，具体地，其中，为了稳定可以进行对吸收线的明确识别，尤其在每次重启系统时。最后，欧洲专利申请14179139.2描述了用于关注的类型的坐标测量装置的完整系统，该坐标测量装置用于测量在目标对象的表面上的坐标，具体地被实施为具有激光跟踪器，该激光跟踪器具有激光二极管束源。
特定激光二极管用于激光跟踪器的干涉仪的用途提供关于与其关联的空间要求的优点，然而，结果是同时显著小于具有更大相干长度的HeNe气体激光器。与也可以提供具有合适相干长度的测量辐射的气体激光源相比，另外，操作二极管不需要高压电源。此外，这种激光二极管具有较低的功耗。
具有根据现有技术的激光二极管的关注的类型的激光跟踪器系统此外通常具有激光二极管的特定控制，在这种环境下，激光跟踪器和激光二极管的控制单元被构造成使得测量辐射的发射波长在特定发射波长范围内可以以单模方式纵向变化。在这种情况下，发射波长会由于由控制单元控制的、激光二极管的温度变化和/或施加于激光二极管的电流而变化。此外，激光二极管可以借助于控制单元来控制，使得测量辐射的发射功率可调。
在根据现有技术的自由束设置中的激光二极管束源的典型构造通常包括具有准直光学单元、自由束隔离器以及到光纤中的耦合器的激光二极管，其中，通常二极管和准直光单元位于热电温度稳定室(TEC室)中。当在激光跟踪器中使用这种设置时，然而，特别不利的是作为激光跟踪器中的工作温度范围大的结果，指向稳定性需要束方向的主动控制，以保持到光纤中的耦合效率。除了与此关联的对激光束源的复杂的控制和校准之外，附加地限制了激光跟踪器中要求的空间的进一步优化。因此，仅在实验室条件下才能够实现这种激光二极管束源的更加微型化。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在激光跟踪器中的改进的激光束源，其中，用于生成用于距离测量的激光辐射的装置整体被构造的更紧凑，并且在这种情况下，可以生成用于距离测量发射的激光辐射，使得测量辐射的发射波长可在特定发射波长范围内以单模方式纵向变化。
发明的具体目的是提供关于空间要求进行了改进的一种具有距离测量单元的激光跟踪器，其中，在同时具有用于距离确定的至少10米的所需测量范围的情况下，至少维持了所需精度。
本发明的另外具体目的是提供一种具有作为测距仪的干涉仪的激光跟踪器，其中，光学部件具有比现有技术显著低的空间要求，光学部件具体为为了该目的而设置的束源和电源单元。
这些目的通过实施独立权利要求的特征来实现。以另选或有利方式改善本发明的特征可以从从属专利权利要求来得出。
本发明描述了一种用于渐进跟踪反射目标并用于确定到目标的距离的激光跟踪器，该激光跟踪器具有：距离测量单元，该距离测量单元被构造成干涉仪，该距离测量单元用于借助于干涉法确定到该目标的距离变化；激光束源，该激光束源被构造成激光二极管，该激光束源用于生成针对该干涉仪的测量辐射；底座，该底座限定竖轴线；束引导单元，该束引导单元用于发射测量辐射，并且用于接收在该目标上反射的测量辐射的至少一部分，其中，该束引导单元可围绕该竖轴线和关于底座的倾斜轴线通过马达枢转，该倾斜轴线具体地相对于竖轴线大致正交；以及角度测量功能，该角度测量功能用于确定该束引导单元相对于该底座的对准，其中，该激光跟踪器的特征在于：激光束源集成到热电温度稳定室中，该热电温度稳定室在下文中被称为TEC室，其中，至少以下部件被设置在TEC室内：
-激光二极管，
-准直光学器件，
-光学微型隔离器单元，以及
-至少一个偏振保持光纤耦合器，该至少一个偏振保持光纤耦合器用于针对干涉仪(21)的测量辐射。
在这种情况下，温度稳定可以借助于TEC室通过冷却以及还通过加热来执行。具体地，对本领域技术人员清楚的是，即使缩写TEC是源于“thermo-electric cooler(热电冷却器)”，TEC也还可以(或唯一地)用于加热。
所生成的激光辐射的波长主要借助于由TEC室进行的温度调节来稳定。将准直光学单元、微型隔离器单元以及光纤耦合器集成到温度稳定TEC室中在这种情况下还具有另外的优点，具体地为因此，例如，确保了激光辐射到至少一个光纤耦合器中的合适的耦合效率，具体唯一地通过TEC室的温度调节来实现。因此，如在来自现有技术的传统激光源中例程的、对束方向的主动控制以维持到光纤中的耦合效率不再需要，由此降低了的机械电子开支例如使得能够对激光二极管束源进一步微型化并由此能够优化激光跟踪器中的空间要求。
关于由激光二极管发射的波长，处于可见光范围内的发射光谱范围是有利的，具体地处于“红波长范围”或处于近红外范围。例如，在发射波长范围处于可见波长范围内的一个实施方式中，激光束源所发射的红激光不仅可以用于干涉法测量，还可以用作标记光。例如可以凭借在目标对象上生成红斑来使得瞄准点对激光跟踪器1的用户在视觉上可见。此外，红波长范围内的激光二极管具体地还提供关于在红波长范围内发光的另选束源和可与其一起使用的稳定单元的所需空间优点。
因此，本发明的另外实施方式的特征在于：测量辐射的发射波长在500nm至800nm之间，具体地在630nm至635nm之间；或在850nm至900nm之间，具体地在850nm至855nm之间或在892nm至896nm之间。
激光跟踪器中的空间要求的进一步优化可以由激光束源的模块化结构来实现。因此，根据本发明，在另外的实施方式中，以下附加部件设置在TEC室内：
-至少一个分束器，该至少一个分束器用于生成针对干涉仪的测量辐射和至少一个另外的辅助辐射，该至少一个另外的辅助辐射具体地为针对干涉仪的基准辐射；和
-至少一个另外的光纤耦合器，该至少一个光纤耦合器用于至少一个另外的辅助辐射。
在另外的实施方式中，TEC室中的光学微型隔离器单元具有两个微型隔离器，该两个微型隔离器被设置为使得调整由激光二极管生成的辐射，使得相当于至少一个分束器产生辐射的偏振面的垂直或平行方位。这是特别有利的，因为分束器通常不具有偏振保持层。
根据本发明，在另外的实施方式中，借助于监测与控制单元来监测TEC室，该监测与控制单元确保测量辐射到TEC室的至少一个光纤耦合中的预定最佳耦合效率，具体地借助于TEC室的温度调节。特别是与可能设置的、用于分别初始化激光跟踪器或TEC室的外部自平衡单元合作，该实施方式使得激光束源在激光跟踪器系统的各种优选实施方式中能够模块化使用，具体地关于空间要求以及光和电子器件花费。这种自平衡单元例如可以附接到激光跟踪器外壳的吊杆臂，并且可以含有一个或更多个镜子、反射器和/或传感器。具体地在欧洲专利申请EP 2 687 866 A1、EP 2 746 806 A1和EP 2 746 807 A1中详细描述了自平衡单元的具体有利的实施方式(这里未示出)。
激光束源在各种测量系统中的模块化使用由另外具体的实施方式具体例示，其中，TEC室和TEC室的监测与控制单元集成到单个外壳中，并且激光束源借助于TEC室的监测与控制单元来预校准以独立操作。
根据本发明，激光二极管可以被实施为布拉格镜激光二极管(DBR激光二极管)、分布反馈激光器(DFB激光器)、具有位于下游的体积全息晶格(VHG)的法布里-佩罗激光二极管或实施为面发光器(VCSEL)。
在另外的实施方式中，激光跟踪器具有至少一个光纤，其中，该测量辐射和/或该至少一个辅助辐射可以借助于光纤来引导，具体地，其中，可以由激光束源生成的辐射耦合到光纤中。借助于由光纤进行的束引导，例如，光学部件可以设置在激光跟踪器的不同部分中。由此可以提高关于跟踪器的结构构造的灵活性。
在激光跟踪器的一个具体实施方式中，该激光跟踪器另外具有波长稳定单元，该波长稳定单元用于使由激光束源生成的测量辐射稳定以使得发射波长持续存在于限定的波长范围内，具体地，其中，波长稳定单元被构造成吸收室，具体地，其中，该激光跟踪器包括用于将该波长稳定单元连接到激光束源的光连接光纤。这例如使得能够清楚识别用于稳定的吸收线，具体地为在每次启动系统期间，或使得能够连续监测系统状态或调整测量辐射的期望发射波长，具体地，其中，测量辐射的发射波长在特定发射波长范围内以单模方式纵向可变。
发射波长的光谱范围理想地调整到所用吸收室的光谱范围，使得在两个光谱范围之间实现最宽的可能波长交叠。频繁使用的吸收室具体在以下范围内操作：
-532nm-770nm(J吸收线)，
-760nm(O吸收)，
-780nm-795nm(Rb吸收线)。
本发明的另外实施方式描述了一种激光跟踪器，该激光跟踪器具有支撑件，该支撑件可相对于底座围绕竖轴线枢转，并且其中，束引导单元被构造成可相对于支撑件围绕倾斜轴线枢转的瞄准单元。
在该实施方式中，另外的实施方式是可能的，另外的实施方式根据空间要求、机制、热量生成或电子而可能是优选的，例如：
-激光束源设置在瞄准单元或支撑件中，或者
-激光束源设置在瞄准单元或支撑件中，并且同时波长稳定单元设置在瞄准单元或支撑件中，其中，可选地，测量辐射和/或至少一个辅助辐射可以借助于光纤来耦合到支撑件和/或瞄准单元中。
此外，本发明涉及根据本发明的激光束源在激光跟踪器的距离测量单元中的用途，该距离测量单元被构造成干涉仪，该激光跟踪器用于借助于可以由激光束源产生的测量辐射通过干涉法确定到目标的距离变化。
此外，本发明包括一种通过使用激光跟踪器借助于干涉法来确定到目标的距离变化的方法，该激光跟踪器具有：底座，该底座限定竖轴线；束引导单元，该束引导单元用于发射测量辐射，并且用于接收在目标上反射的测量辐射的至少一部分，其中，该束引导单元可围绕竖轴线和关于该底座的倾斜轴线通过马达枢转，该倾斜轴线相对于竖轴线大致正交；距离测量单元，该距离测量单元被构造成干涉仪，该距离测量单元用于借助于干涉法确定到目标的距离变化；以及干涉仪激光束源，该干涉仪激光束源被构造成激光二极管，干涉仪激光束源用于生成针对干涉仪的测量辐射，并且该方法具有以下步骤：发射测量辐射；接收在目标上反射的测量辐射的至少一部分；以及确定相对距离，其中，该方法的特征在于：该激光束源集成到热电温度稳定室中，该热电温度稳定室在下文中被称为TEC室中，其中，至少以下部件设置在TEC室内：
-激光二极管，
-准直光学器件，
-光学微型隔离器单元，以及
-至少一个偏振保持光纤耦合器，该至少一个偏振保持光纤耦合器用于针对干涉仪的测量辐射。
此外，方法的另外实施方式的特征在于：执行由激光束源生成的测量辐射的稳定，使得发射波长连续存在于针对波长的限定的容差范围内。
附图说明
下文中将基于在附图中示意性例示的特定示例性实施方式仅以示例的方式更详细地描述根据本发明的激光器和根据本发明的方法，其中，还将描述本发明的另外优点。附图中：
图1示出了根据本发明的位于TEC室中的激光二极管束源的结构；
图2示出了根据本发明的具有干涉仪和用于生成针对干涉仪的测量辐射的激光束源的激光跟踪器的光学结构；
图3a和图3b示出了根据本发明的激光跟踪器的示例性实施方式；
图4a和图4b示出了根据本发明的激光跟踪器的另外实施方式，其中将激光束源设置在瞄准单元的支撑件中；
图5a和图5b示出了根据本发明的激光跟踪器的另外实施方式，其中将激光束源设置在瞄准单元中；
图6a和图6b示出了根据本发明的激光跟踪器的另外实施方式，其中将激光束源设置在支撑件中并且将波长稳定单元设置在支撑件中；
图7a和图7b示出了根据本发明的激光跟踪器的另外实施方式，其中将激光束源设置在支撑件中并且将波长稳定单元设置在瞄准单元中；以及
图8a和图8b示出了据本发明的激光跟踪器的另外实施方式，其中将激光束源设置在瞄准单元中并且将波长稳定单元设置在支撑件中。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的激光束源20的结构，该激光束源20具有位于热电温度稳定室2中的激光二极管3，热电温度稳定室2在下文中被称为TEC室。激光二极管3、具有准直光学单元4’、4”的准直单元4、以及随后的微型隔离器单元5和去耦单元6位于密封屏蔽的TEC室2中，激光二极管3例如DBR二极管。去耦单元6具体具有偏振保持光纤耦合器单元7，该偏振保持光纤耦合器单元7用于将所生成的测量辐射耦合到光纤10中，并且可选地，借助于至少一个分束器，在所精确示出的示例中为一个分束器8；可以具有用于耦合到另外的光纤11、11*(未示出)的另外的通用光纤耦合单元，在所示的示例中为一个另外的光纤耦合单元9。如果使用了分束器，则微型隔离器单元5优选地具有两个微型隔离器5’、5”，这两个微型隔离器5’、5”被设置为使得使由激光二极管3生成的辐射被调整成使得相对于分束器生成辐射的偏振面的垂直或平行方位，分束器在所示的示例中为该一个分束器8，。因为分束器通常不具有偏振保持层，所以特别是有利的。
此外，在图1中指示了监测与控制单元12，借助于该监测与控制单元12TEC室2被监测，以通过TEX室进行的温度调节来使测量辐射的波长稳定。此外，根据本发明将准直单元4、微型隔离器单元5以及去耦单元6集成到温度稳定TEC室另外具有以下效果：通过温度调节，同时确保了测量辐射22到TEC室2的至少一个(偏振保持)光纤耦合器7中的优化的耦合效率。因此，不需要对束方向的主动控制以保持到光纤10中的耦合效率，并且由此降低了的机械电子开支例如使得能够对激光二极管束源进一步微型化并由此能够优化激光跟踪器中的空间要求。
具体地，具有处于可见光范围内的发射光谱范围的激光二极管3是特别有利的，可见光范围具体地处于“红波长范围”或处于近红外范围。例如，在发射波长范围处于可见波长范围内的实施方式中，激光束源所发射的红激光不仅可以用于干涉仪测量，还可以用作标记光。例如可以凭借在目标对象上生成红斑来使得瞄准点对激光跟踪器1的用户在视觉上可见。
此外，在所示的示例中，温度稳定TEC室2和TEC室的监测与控制单元12被集成到激光束源的单个外壳13中，其中，例如，激光束源20可以借助于TEC室的监测与控制单元12来预生产校准以独立操作。
特别是与可能提供的、用于分别初始化激光跟踪器1或TEC室2的外部自平衡单元60(这里未示出，参见图3)合作，该实施方式使得激光束源20能够在激光跟踪器系统的各种优选实施方式中模块化使用，具体地是关于空间要求以及光和电子开支。
图2示出了根据本发明的激光跟踪器1的光学结构，该激光跟踪器1具有干涉仪21和用于生成针对干涉仪21的测量辐射22的激光束源20。在这种情况下，激光跟踪器1的光学结构具有根据本发明的激光束源20和用于将使用激光束源20生成的激光辐射耦合到测量束路径中的准直器23。辐射在借助于从激光束源20到准直器23的光纤10示出的构造中引导，但另选地还可以直接地或通过光偏折装置耦合到测量束路径中。
光学结构另外具有干涉仪单元21，借助于该干涉仪单元21，可以检测并测量到目标的距离变化。使用束源20生成的辐射用作干涉仪21的测量辐射22，在干涉仪21中被分成基准路径和测量路径，并且在测量束在目标上反射之后，在检测器24上将辐射束连同基准束一起检测。此外，根据现有技术的激光跟踪器通常还具有另外的测量部件25，例如绝对测距单元，其通常具有单独的束源，其中，从而生成的辐射可以借助于分束器连同干涉仪辐射在共享测量束路径上一起引导。
图3a在正视图中示出了根据本发明的激光跟踪器1的示例性实施方式。激光跟踪器1包括底座40，该底座40可紧固在这里被示出为三脚架41形式的保持装置。支撑件42附接到底座40，以可围绕纵轴线44旋转的方式安装。支撑件42包括从支撑件42的下部向上突出的第一杆和第二杆，束引导单元43安装在第一杆和第二杆上，以可围绕横轴线45借助于轴46倾斜。支撑件42在底座40上的安装以及束引导单元43在支撑件42上的安装这两者优选地被具体实施为非固定轴承。由此使作为温度影响的结果的轴向误差和由此产生的精度损失最小化。另外，轴46的依赖于温度的膨胀不重要且不影响轴承的张力。由此，轴承的张力在整个温度使用范围内保持恒定。
多个光学单元可以设置在束引导单元43上，其中，在所示的示例中，仅示出了用于目标跟踪功能的一个物镜模块50，其具有光学距离测量装置的激光发射与接收光学单元51。
底座40优选地具有用于激光跟踪器1的自平衡和/或初始化的自平衡单元60。该自平衡单元60例如可以附接到底座40的吊杆臂61，并且可以包含一个或更多个镜子、反射器和/或传感器。具体在欧洲专利申请EP 2 687 866 A1、EP 2 746 806 A1和EP 2 746 807A1中详细描述了自平衡单元60的有利的实施方式(这里未示出)。
激光跟踪器1另外具有分析和控制单元70。该分析和控制单元70在这里通过示例设置在支撑件42中。
图3b在侧视图中示出了来自图3a的激光跟踪器1。激光跟踪器1的构造也可以从该图来得出，其具有底座40，该底座40设置在三脚架41上；支撑件42，该支撑件42紧固在底座上以围绕纵轴线44可旋转；以及束引导单元43，该束引导单元43被安装为围绕横轴线45可旋转。另外，示出了从光学距离测量装置的激光发射与接收光学单元51发射的激光测量束22。
图4a至图8b示出了的激光跟踪器1的示例性实施方式，其中具有激光束源20在支撑件42或束引导单元43中的可能设置，其中，图6a、图6b、图7a、图7b以及图8a、图8b所示的示例性实施方式还包括波长稳定单元30，各波长稳定单元30例如设置在支撑件42或束引导单元中。
激光束源20和/或波长稳定单元30的各种设置的优点和不足主要是由于空间原因或关于激光跟踪器的独立部件的热量生成而可能提供的系统规范而产生，例如，用于防止由于用户造成的燃烧的、束引导单元43的最大许可温度。例如，诸如可能为激光束源20这样的热量生成部件优选地设置于支撑件42中，因为束引导单元43经常已经包括另外的热量生成部件。
依赖于激光束源20在支撑件42(图4a、图4b、图6a、图6b、图7a、图7b)或束引导单元43(图5a、图5b、图8a、图8b)中的设置，波导系统从激光束源20穿过轴46到束引导单元43中(图4a、图4b、图6a、图6b、图7a、图7b)，并且如果提供，则波导系统从激光束源20到波长稳定单元30，还可能穿过轴46，该波长稳定单元30还可以设置在支撑件42(图6a、图6b、图8a、图8b)，以及还设置在束引导单元43(图7a、图7b)这两者中。因此，激光测量束22经由波导系统耦合到物镜模块50和激光发射与接收光学单元51中。
波长稳定单元30使得激光辐射的波长保持大致恒定。由此稳定的辐射被引导穿过波导系统到束引导单元43中的干涉仪21。作为具有较大相干长度和波长稳定性的、由此生成的测量辐射22的结果，使用干涉仪21可以高精度地进行对距离变化的测量。
为了借助于波长稳定单元30进行稳定，可以使用激光束源20的辅助辐射(如果存在(如图6a、图6b和图7a、图7b所示))和激光束源20的测量辐射22这两者，或者例如，通过在激光束源外部对激光束源20生成的测量辐射22的分割。
明显的是，这些所例示的附图仅示意性例示了可能的实施方式。根据本发明的各种方法可以彼此组合，并且可以与现有技术的用于测量距离变化的干涉法、与用于距离确定的方法、并且与关注的类型的测量装置(具体地为激光跟踪器)组合。根据本发明的方面还可以用于大地测量装置，诸如全站仪和视距仪。

Claims (13)

1.一种用于渐进跟踪反射目标并用于确定到该目标的距离的激光跟踪器(1)，该激光跟踪器(1)具有：
-距离测量单元，该距离测量单元被构造成干涉仪(21)，该距离测量单元用于借助于干涉法来确定到所述目标的距离变化，
-激光束源(20)，该激光束源(20)被构造成激光二极管，该激光束源(20)用于生成针对所述干涉仪(21)的测量辐射(22)，
-底座(40)，该底座(40)限定竖轴线，
-束引导单元(43)，该束引导单元(43)用于发射所述测量辐射，并且用于接收在所述目标上反射的所述测量辐射(22)的至少一部分，其中，所述束引导单元(43)能够围绕所述竖轴线和关于所述底座(40)的倾斜轴线通过马达枢转，具体地，该倾斜轴线相对于所述竖轴线大致正交，以及
-角度测量功能，该角度测量功能用于确定所述束引导单元(43)相对于所述底座(40)的对准，
所述激光跟踪器的特征在于：所述激光束源(20)集成到热电温度稳定室(2)中，该热电温度稳定室在下文中被称为TEC室，其中，至少以下部件设置在所述TEC室(2)内：
-所述激光二极管(3)，
-准直光学器件(4)，
-光学微型隔离器单元(5)，以及
-至少一个偏振保持光纤耦合器(7)，该至少一个偏振保持光纤耦合器(7)用于针对所述干涉仪(21)的所述测量辐射。
2.根据权利要求1所述的激光跟踪器(1)，
特征在于：所述测量辐射(22)的发射波长在600nm至700nm之间，具体地在630nm至635nm之间，或在850nm至900nm之间，具体地在850nm至855nm之间或在892nm至896nm之间。
3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的激光跟踪器(1)，
所述激光跟踪器(1)的特征在于：以下附加部件设置在所述TEC室(2)内：
-至少一个分束器(8)，该至少一个分束器(8)用于生成针对所述干涉仪(21)的所述测量辐射(22)和至少一个另外的辅助辐射，该至少一个另外的辅助辐射具体地为用于所述干涉仪(21)的基准辐射；和
-至少一个另外的光纤耦合器(9)，该至少一个另外的光纤耦合器(9)用于所述至少一个另外的辅助辐射，
具体地，其中，所述TEC室(2)中的所述光学微型隔离器单元(5)包括两个微型隔离器(5’、5”)，该两个微型隔离器(5’、5”)被设置为使得由所述激光二极管(3)生成的辐射被调整成使得相对于所述至少一个分束器(8)产生所述辐射的所述偏振面的垂直或平行方位。
4.根据前述权利要求中任一项所述的激光跟踪器(1)，
所述激光跟踪器(1)的特征在于：所述激光束源(20)的所述TEC室(2)借助于监测与控制单元(12)来监测，该监测与控制单元(12)确保所述测量辐射(22)到所述TEC室(2)的所述至少一个光纤耦合器(7)中的预定最佳耦合效率，具体地借助于所述TEC室(2)的温度调节来确保，
具体地，其中，所述TEC室(2)和所述TEC室的所述监测与控制单元(12)集成到所述激光束源(13)的单个外壳中，并且所述激光束源(20)借助于所述TEC室的所述监测与控制单元(12)来预校准以独立操作。
5.根据前述权利要求中任一项所述的激光跟踪器(1)，
所述激光跟踪器(1)的特征在于：所述激光二极管(3)被构造成布拉格镜激光二极管，即DBR激光二极管，或被构造成具有位于下游的体积全息晶格VHG的法布里-佩罗激光二极管或被构造成面发光器VCSEL。
6.根据前述权利要求中任一项所述的激光跟踪器(1)，
所述激光跟踪器(1)的特征在于：所述激光跟踪器(1)包括至少一个光纤，其中，所述测量辐射(22)和/或所述至少一个辅助辐射能够借助于光纤来引导，具体地，其中，能够由所述激光束源(20)生成的辐射被耦合到光纤中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的激光跟踪器(1)，
所述激光跟踪器(1)的特征在于：所述激光跟踪器(1)包括波长稳定单元(30)，该波长稳定单元(30)用于使由所述激光束源(20)生成的所述测量辐射(22)稳定，使得所述发射波长持续存在于限定的波长范围内，具体地，其中，所述波长稳定单元(30)被构造成吸收室，具体地，其中，所述激光跟踪器(1)包括用于将所述波长稳定单元(30)连接到所述激光束源(20)的光连接光纤。
8.根据前述权利要求中任一项所述的激光跟踪器(1)，
所述激光跟踪器(1)的特征在于：所述激光跟踪器(1)包括支撑件(42)，该支撑件(42)能够相对于所述底座(40)围绕所述竖轴线枢转，并且所述束引导单元(43)被构造成能够相对于所述支撑件(42)围绕所述倾斜轴线枢转的瞄准单元。
9.根据权利要求8所述的激光跟踪器(1)，
所述激光跟踪器(1)的特征在于：所述激光束源(20)设置在所述瞄准单元(43)中，
具体地，其中，所述波长稳定单元(30)设置在所述支撑件(42)中，其中，所述测量辐射(22)和/或所述至少一个辅助辐射能够借助于光纤耦合到所述支撑件(42)中。
10.根据权利要求8所述的激光跟踪器(1)，
所述激光跟踪器(1)的特征在于：所述激光束源(20)设置在所述支撑件(42)中，其中，所述测量辐射(22)和/或所述至少一个辅助辐射能够借助于光纤耦合到所述瞄准单元(43)中，
具体地，其中，所述波长稳定单元(30)设置在所述支撑件(42)中，其中，所述测量辐射(22)和/或所述至少一个辅助辐射能够借助于光纤耦合到所述瞄准单元(43)中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的激光束源(20)在激光跟踪器(1)的距离测量单元中的用途，该距离测量单元被构造成干涉仪(21)，该距离测量单元用于借助于能够由所述激光束源(20)产生的所述测量辐射(22)通过干涉法确定到目标的距离变化。
12.一种通过使用激光跟踪器(1)借助于干涉法确定到目标的距离变化的方法，该激光跟踪器(1)具有：
-底座(40)，该底座(40)限定竖轴线，
-束引导单元(43)，该束引导单元(43)用于发射测量辐射(22)并且用于接收在所述目标上反射的所述测量辐射(22)的至少一部分，其中，所述束引导单元(43)能够围绕所述竖轴线和关于所述底座(40)的倾斜轴线通过马达枢转，该倾斜轴线相对于所述竖轴线大致正交；
-距离测量单元，该距离测量单元被构造成干涉仪(21)，该距离测量单元用于借助于干涉法确定到所述目标的距离变化；
-干涉仪激光束源(20)，该干涉仪激光束源(20)被构造成激光二极管(3)，该干涉仪激光束源(20)用于生成针对所述干涉仪(21)的所述测量辐射(22)，
并且该方法具有以下步骤：
-发射所述测量辐射(22)，
-接收在所述目标上反射的所述测量辐射(22)的所述至少一部分，以及
-确定所述相对距离，
所述方法的特征在于：所述激光束源(20)集成到热电温度稳定室(2)中，该热电温度稳定室在下文中被称为TEC室，其中，至少以下部件设置在所述TEC室(2)内：
-激光二极管(3)，
-准直光学器件(4)，
-光学微型隔离器单元(5)，以及
-至少一个偏振保持光纤耦合器(7)，该至少一个偏振保持光纤耦合器(7)用于针对所述干涉仪(21)的所述测量辐射(22)。
13.根据权利要求12所述的方法，
所述方法的特征在于：执行对由所述激光束源(20)生成的所述测量辐射(22)的稳定化，使得所述发射波长连续存在于针对波长的限定的容差范围内。
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