[发明专利]借助于干涉测量的高分辨率距离测量

说明书

借助于干涉测量的高分辨率距离测量。本发明涉及一种借助于干涉测量来测量距离的方法和测量仪器，该方法和测量仪器借助于测量辐射和相对于该测量辐射被频率偏移的参考辐射，频率偏移由载波信号所致动的移频器产生，其中，在推导距离测量的范围内，系统时钟与用于捕获载波信号的载波频率的参考计数器分离，并且注意系统时钟和参考时钟尽可能不同，以获得相位信息，并且从而实现分辨率的提高。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于确定到回射目标的距离的方法，并且涉及用于执行如根据权利要求8所述的本发明所述的方法的测量仪器。

背景技术

如例如用于工业测量的激光跟踪仪或测地测量仪器(例如，经纬仪或全站仪)的测距仪通常被实现为干涉仪或具有与干涉单元的组合，例如，根据脉冲飞行时间原理的距离测量与干涉测量的组合。

可通过使用干涉测量方法来获得非常高的精度。这里，使用干涉仪的距离测量的可实现分辨率(例如，基于相长干涉和相消干涉之间的计数转换可实现的距离测量精度)由所发射的激光的波长限定。因此，通常将可实现分辨率基本上指定为测量辐射的波长的一半的整数倍，因为激光必须在其通向目标和返回的路上两次行进相同的路径。

用于干涉测量仪器(例如，用于连续跟踪目标点的激光跟踪器)的目标点以及该点的坐标位置确定可由回射单元(例如，立方体棱镜)表示，测量设备的光学测量光束(特别地，激光束)瞄准该回射单元。激光束被平行反射回到测量仪器，其中，反射光束被设备的捕获单元捕获。在激光跟踪器的示例中，在该过程中例如借助于用于角度测量的传感器来确定光束的发射或接收方向，这些传感器被分配给系统的偏转镜或瞄准单元。此外，例如，借助于飞行时间或相位差测量在捕获光束时确定从测量仪器到目标的距离。

考虑到由此促成的大的相干长度和测量范围，气体激光器(例如，HeNe激光器)通常被用作干涉仪的光源。另选地，近来也越来越多地使用二极管激光器，所述二极管激光器本身是紧凑且成本有效的，并且与气体激光器相比具有较低的功耗。

通常还需要稳定到已知波长，特别是对于使用激光二极管作为干涉仪光源或作为波长标准。举例来说，这可以在光谱方式下在吸收介质的吸收线上(例如，使用气室)实现。

现有技术已经公开了不同的干涉测量方法，例如，用于测量相对距离变化的各种相对简单的测量布置以及借助于干涉测量来测量绝对距离的复杂布置，或者相对干涉距离测量与所谓的绝对测距仪的组合。

举例来说，在Leica Geosystems AG的产品AT901中已知用于确定距离的测量装置的组合。例如，在WO 2007/079600 A1中已知用于使用HeNe激光器来确定距离的绝对测距仪和干涉仪的组合。

根据基本干涉测量原理(例如借助于相长干涉到相消干涉的转换对波长增量进行计数)，干涉仪测量距离的相对变化，通常无法区分目标物体是远离测量器具(instrument)移动还是目标物体朝向测量器具移动。

用于推导出方向信息项的选项(关于到目标的距离是增大还是减小的信息)包括例如出于确定干涉输出信号的目的，将频率偏移(shift)参考辐射叠加在目标处发射和反射的测量辐射上，其中，随后，例如可借助于多普勒效应确定方向信息项。

为了执行距离变化的正确测量，尤其是在跟踪目标时的连续正确测量，借助于干涉仪，必须在测量期间确保由干涉效应产生的干涉仪信号(例如，强度最大值和最小值)的连续捕获和正确读出。这里，确定距离的变化取决于检测到的干涉仪信号的数量(波长增量)。

特别地，根据现有技术的常规干涉仪原则上受到限制，因为距离测量的分辨率受限于基本上由测量辐射的波长的一半给出的波长增量，这是因为来自干涉仪输出信号的波长增量的计数器只能推导出整个360度相移并且因为在目标静止的情况下不能推导出相位信息。

发明内容