[发明专利]光电测距仪和包括光电测距仪的测量仪器

说明书

光电测距仪和包括光电测距仪的测量仪器。一种具有类激光光源的测距仪。本发明涉及具体用于激光扫描仪、激光跟踪仪、断面仪、经纬仪或全站仪的测距仪。在本发明的一具体实施方式中，所述测距仪的被设置用于发射脉冲化光信号的光源在此被设置为光纤放大器(例如，EDFA，即，掺铒光纤放大器)，其通过按脉冲化方式操作的超辐射发光二极管(SLD)以光学方式泵浦。

技术领域

本发明涉及测距仪的类激光光源，特别是用于激光扫描仪、断面仪(profiler)或经纬仪的类激光光源。

背景技术

在电子或光电测距领域已知各种原理和方法。一种方法包括向要测量的目标发射脉冲化的电磁辐射(举例来说，如激光)，并且随后接收来自作为散射回的物体的该目标的回波，从而基于该脉冲的渡越时间，来确定相距要测量目标的距离。这种脉冲渡越时间测量装置当时作为许多领域的标准解决方案具有优势。

然而，目前配备有激光源(例如，根据具有高测量准确度、具体具有地距离噪声的激光扫描仪)的测距仪通常在由此生成的数据点云内展示诸如强度噪声的伪像，指示其中的波状、崎岖表面，而不是实际上呈现所采样和要成像的平滑、平坦表面。出现激光的强度噪声按已知方式显现，特别是在利用激光瞄准粗糙表面时。这里，散射回的光在亮度上具有颗粒状粒化作用。

这种颗粒状干涉现象指示散射光的“斑点状图案”，或者简称“斑点”，该现象可以在以光学方式照明粗糙物体表面，并且在时间和空间两方面充分相干以造成这种现象时观察到。造成这种情况的光散射表面的不均匀性在此具有数量级在激光波长与几十微米(μm)之间的尺寸。

当高相干光辐射入射在不均匀表面上(在当前情况下，入射到具有粗糙表面的物体上)时产生斑点；该光随后透射或反射并且沿检测器的方向传播。所散射光展示前述粒化作用。所散射辐射沿传播方向具有不规则场和强度分布以及近似雪茄状形状 (具有高能量密度的区域)。接着，粒状强度分布可在距离传感器的接收透镜上观察到。所接收功率、并因此接收信号在具有激光束的扫描仪在要测量物体上移动时不规则地改变。这些效应提供了该物体的不自然亮度再现。而且，该距离测量值有噪声。

术语斑点被用于单个光点和用于整个干涉图案两者。根据所采用成像系统，在“主观”斑点与“客观”斑点之间进行区别。如果该斑点不借助于透镜部件或其它光学装置而直接成像到屏幕或相机上，则这被称为“主观”斑点。

在“客观”斑点的情况下，可以在被激光所照明的表面周围容易地借助于作为投影面的纸张而观察到斑点分布或其中变化。这些干涉图案中的斑点的平均尺寸主要根据相干激发光的波长、该激发光束的直径或者等效于其的直径、照明面积的大小以及关联的几何形状来确定。

相比之下，在“主观”斑点的情况下涉及借助于光学系统(这包括人眼)来成像该干涉图案。如果通过散射物体生成的光图案借助于光学系统成像，则该图像中的斑点图案被称为“主观”的，并且平均斑点尺寸因而取决于该成像系统的光学参数，举例来说，如焦距f和光瞳直径d_e。

如果光源具有多种模式M，例如，采用像脉冲化Fabry-Perot(FP)激光二极管的方式，则创建有关平均独立斑点场的M。这些M场不相干地叠加，当在目标物体上扫描激光束时的接收信号强度的强度和以及变化根据因子(M的平方根)来缩减。对于光谱宽带光源(举例来说，如超辐射发光二极管(superluminescent diode，SLD))的情况来说，因该光谱比在常规多模式激光二极管的情况下更宽而放大了这种平滑效应，而且，SLD的光谱没有间隙。

可以计算接收光瞳处(而且对于接收二极管的情况来说，在视场光阑处)的斑点的典型直径。该平均斑点直径近似为：

这里，“Dist”意指照明表面与接收光瞳之间的距离，而“d_spot”意指照明表面上的光束直径。