专利名称：电光测距仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的电光测距仪、 一种具
有这种测距仪的测量设备以及一种根据权利要求12的前序部分的在测距
仪中生成脉冲式激光射束的方法。
背景技术：
在很多测地应用中，发射激光是必须的或者是有利的。这尤其涉及 测地精度通常处于毫米或者亚毫米范围内的电光测距，例如可以通过脉
冲渡越时间测量原理或者相位测量原理实现所述测地精度。例如在EP 0 738 899 Bl或者WO2004/074773中对用于测距的符合此类的适当方法和 系统进行了描述。
测地应用要求在相对远的距离上进行测距，这对射束源提出了很高 的要求。如果射束源所提供的射束具有良好限定的光脉冲形状，那么对 于高精度测距是有利的。因此，对于根据渡越时间测量原理的精确测距 而言，射束源必须被脉冲化到纳秒范围内、必须具有高的脉冲峰值功率 并且必须具有非常好的射束质量，例如具有平坦且不弯曲的发射波前 (Emissionswellenfront)。
将测地设备的激光发射应用于这一重要领域对功率和模结构 (Modenstruktur)提出了要求。虽然在连续发射时功率达到毫瓦的范围， 但对于在相对远距离上进行测距而言，功率达到几十瓦的范围是有利的， 这可以在脉冲模式下特别是通过短的高能量脉冲来实现。此外，应当提 供尽可能小且均匀的射束截面，以使得小结构的分辨率(eine Aufl6simg kleiner Strukturen)也是可行的。射束截面或者射束轮廓应当在整个测量 距离上尽可能保持不变或者仅微小地改变。
在现有技术的测地测距中，经常使用激光二极管作为激光源。然而，这些半导体激光器的缺点是，它们在多模工作模式下发射，并且作为边 发射器，它们具有在几何形状上的不良射束截面。
因此，在现有技术中存在各种方法，通过适当选择激光器类型、特 殊工作模式以及射束成形装置，将激光源的发射转换为精确测地应用可 利用的形式。
例如，WO 01/84077公开了一种光学测距仪，其通过布置在下游的 射束成形光学系统来如此偏转边发射激光二极管的部分射束并将其引导 至物镜的光阑，以使得该部分射束基本填满该光闹。然而，激光二极管 的发射仍然具有多模特性。
此外，为了提升功率还可以将一个阵列中的多个单独的激光二极管 的发射组合到一个共同的射束中，这种组合的缺点是相干性很差。
目前在市场上可购买到的发射面积为1X3 um的窄带半导体激光器 允许衍射受限的发射，但是该窄带半导体激光器仅对于小于1瓦的脉冲 峰值功率的脉冲范围具有例如5000小时的可接受的使用寿命。更高的脉 冲峰值或者峰值功率将对光出射面造成不可逆转的损伤(COD: catastrophic optical damage破坏性光学损伤)。
形成用于更高功率范围的发射宽度为100至500um的宽带发射器 能够在脉冲模式下在小于l^sec内承受高达几十瓦的最大脉冲功率，但 是这种宽带发射器具有非常差的发射特性(Abstrahlcharakteristik)，即多 模工作。借助衍射元件的或者安装到外部腔体(Kav旭t)中的射束成形 尽管能够优化发射特性，但却带来巨大成本开销，例如在谐振器调节方 面或者与窄带发射器相比质量明显受限(衍射解决方案)。
EP 1 517 415和WO 2005/029114公开了一种用于改善测地设备中激 光射束的发射的激光源，在该激光源中通过模选择部件来干预多模发射 激光二极管的射束，使得由该激光源发射的激光射束具有单模特性。为 此，提出了借助其内设有模选择部件的外部腔体来驱动边发射器或者垂 直半导体发射器，该模选择部件例如是单模光纤或者谐振镜 (Resonatorspiegel)，它们构成了模选择谐振器结构。为了补偿由于延长 的腔体而导致的更大脉冲持续时间，可以釆用具有负散射的部件进行脉
6冲压縮。
此外，原则上在测地设备中也可以采用其他的激光器类型，例如通 过半导体激光器泵浦的处于单模工作模式下的微芯片固态激光器。然而， 这种微芯片固态激光器具有大尺寸、高能耗和例如由于热效应而导致的 不良工作特性这些缺点。因此，在实践中，这种解决方案在供现场勘测 使用方面的适用性受到限制。
二极管泵浦的固态激光器在射束质量和峰值功率方面满足要求，但 是原理上非常复杂(泵浦激光器具有驱动装置、入射光学系统、放大介 质、质量电路、谐振器)，并且非常昂贵。此外，这些固态激光器还通常 不允许灵活调整脉冲速率，这是因为该灵活调整在低效率的情况下由于 高的热负荷而受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有激光源的测地勘测装置，该激光源的 发射在相同功率情况下具有改善的射束质量、或者在相同射束质量情况 下具有更高功率、或者既具有更高功率也具有改善的射束质量。
本发明的另一个目的在于能够在尺寸、复杂度、能耗和/或构造方面 对具有激光源的测地勘测装置在结构上进行改进。
根据本发明，这些目的通过权利要求l、 11或者12的特征以及通过 从属权利要求的特征来解决，或者说进一步改进这些解决方案。
本发明基于将锥形二极管激光器整合到测地测距仪中。在市场上可 以购买到锥形二极管激光器(即，"tapereddiode laser")或者说单模单发 射器半导体激光器(例如在DE 197 17 571或者WO 98/49759中所述)， 用于几个瓦特范围内的cw激光工作。它们包括脊形波导，该脊形波导具 有类似于窄带发射器那样的非常好的射束质量并且连接到锥形波导，该 锥形波导在实践中接收输出的模并在内部进行放大。因此，在理论上输 出功率为几个瓦特的cw就能够实现近似衍射受限的M、1.5的射束质量。
将锥形二极管激光器整合到测地设备中是有问题的。典型情况下为 1x200 um的发射面积与宽带发射器(Breitstreifenemitter)具有可比性，但是该发射具有非常严重的象散(Astigmatismus)。在快速发散轴或者快 轴上，射束腰部(Strahltaille)位于发射器面处，而与宽带发射器相反的 是，在慢轴上表现出的发射点不是在发射器面上或者发射器面附近，而 是位于脊形波导至锥形波导的过渡部上。由于这种严重非对称的结构， 锥形二极管激光器在锥形长度为2mm的情况下具有大约为600IX m的非 常高的象散。
为了应用于测地设备中，要求调整特殊的光学系统，以便对象散进 行补偿，并同时进行对位于远距离处的目标进行勘测通常所要求的准直 操作，其中，射束截面的平行对称化也是有利的。因此，必须通过光学 系统1对发射点在这两个轴上的发散进行校正或者补偿，并且必须使得 即使在远距离上也能照射目标。这里，将锥形二极管激光器用作射束源 所要求的象散校正与窄带发射器中常用的射束干预措施不同，这是因为 在窄带发射器情况下象散小两个数量级并且不需要进行校正。
通过适当设计光学系统，也可以有效入射到单模光纤内，从而能够 与该光学系统无关地来定位锥形二极管激光器和脉冲的驱动电子设备。
为了在测地测距仪中操作锥形二极管激光器而采用电子脉冲电路作 为控制装置，视渡越时间测量的测量速度和分辨率而定，该电子脉冲电 路在最高为lMHz的重复速率下输出介于一纳秒至几十纳秒之间的脉冲 宽度。由于锥形二极管激光器的发射面相对较大，在脉冲宽度为5至10ns 的情况下输出功率可以超过25W，并且能够实现与产品相关的使用寿命。 因此，脉冲功率与宽带发射器具有可比性，但射束密度高了将近20倍。
在对经常勘测的呈自然粗糙表面形式的非协调(nicht koopemtive) 目标进行测量时，通过锥形二极管激光器的脉冲工作会出现影响到可实 现精度的问题。测地学上的精确测量通常要求小到亚毫米范围的高精度 距离测量和应当尽可能地与材料表面或者特定入射点无关的高可重复性。
如果以电子脉冲方式驱动锥形二极管激光器，则在脊形波导起振过 程(Einschwingvorgang)期间，能量分布沿着激光的纵模是变化的。这 就导致，光谱分布随着脉冲的持续时间而发生偏移，也就是说光谱分量 是时间相关的。这种相关性在粗糙表面情况下由于出现斑点而会影响测量精度或者可重复性(Wiederholgenauigkeit)。粗糙表面可能由于在观察 平面中出现斑点而表现出强烈的光谱相关性，这将导致光谱不同的响应。 由于因光谱相关的反射率而导致相应地优先反射脉冲的或早或晚部分， 结果是脉冲的可探测到的峰在其时间上的位置发生偏移。因此，该测量 与目标的表面或者横向位置相关。因此，可以借助于对脊形波导和锥形 波导独立供电而实现对锥形二极管激光器的驱动的进一步优化。在这种 情况下，二极管驱动器可以包括两个部分，它们允许不同的驱动方式， 特别是允许提供不同的电流强度。脊形波导能够保持在连续波模式下， 使得仅锥形波导被脉冲地驱动。
因为与在cw模式下几个瓦特的设计相比，在脉冲模式下锥形二极管 激光器具有平均非常低的热负荷(几个毫瓦)，因此通常可以忽略对锥形 波导中的射束质量具有严重负面影响的热透镜形成(thermische Linsenbildung )。
诸如脊形波导内的DFB (分布式反馈)之类的栅结构的引入，不但 允许空间单模，而且允许光谱单模(单频)，这有助于对粗糙、非协调目 标进行勘测，这是因为单频工作不会引起斑点图案的波动，这种波动特 别在部份遮蔽(Teilabschattimg)的情况下可能导致错误的距离信息。
通过应用相应驱动装置，或者补充地通过对二极管激光器的调整以 及通过应用考虑了锥形二极管激光器的特性的光学系统，锥形二极管激 光器也能够用于测地设备，或者能够改进所述锥形二极管激光器，使得 能够在工作范围、测量精度(在距离上和横向上)以及测量速度方面获 得提高，或者在相同参数情况下能够降低开销和复杂度。
下面，将结合在附图中示意性示出的实施例，纯粹示例性地更详细 地描述根据本发明的电光测距仪和测地勘测设备以及适于该目的的根据 本发明的激光源。具体地说，
图1示出了根据本发明的具有锥形二极管激光器的测距仪的示意图； 图2示出了在锥形二极管激光器中模分布随电流脉冲的时间变化9图3示出了由于斑点造成的粗糙目标的反射率的光谱响应图； 图4示出了激光脉冲的图和两个横向位置的反射强度的曲线； 图5示出了锥形二极管激光器的根据本发明的独立供电的示意图； 图6示出了用于驱动锥形二极管激光器的根据现有技术的电路布置 的示意图7示出了用于驱动锥形二极管激光器的电路布置的示意图8示出了用于根据本发明来驱动锥形二极管激光器的电路布置的 示意图9示出了用于根据本发明的测距仪的发射光学系统的第一实施方 式的示意图10示出了用于根据本发明的测距仪的发射光学系统的第二实施 方式的示意图ll示出了用于根据本发明的测距仪的发射光学系统的第三实施方 式的示意图12示出了用于根据本发明的测距仪的发射光学系统的第四实施 方式的示意图；以及
图13示出了根据本发明的测地勘测设备的示意图。
具体实施例方式
图l在示意图中例示了具有锥形二极管激光器l的测距仪4的结构。 该测距仪具有激光源控制装置6和作为发射光学系统5的激光源的用于 发射激光射束的锥形二极管激光器1。激光射束作为测量射束MS而被发 射到待勘测的目标ZI，从那里作为反射测量射束RS而被接收光学系统7 和探测器8部分地接收，由估算单元9针对至目标ZI的距离对探测器8 的信号进行估算。根据本发明，发射光学系统5被形成为用于同时补偿 由于锥形二极管激光器1的射束在快轴和慢轴上不同的发射位置所造成 的影响。因此，发射光学系统5进行象散补偿，与此同时进行激光射束 的准直。
在慢轴上看，连同脊形波导2和锥形波导3在内地示出锥形二极管形波导3上。脊形波导2可以具有用于生成
光谱的和空间的单模(Monomodigkeit)的光谱反馈装置，特别是具有纵 向折射率分布(Brechungsindexprofil)的周期性结构。另选地，锥形二极 管激光器1还可以具有用于生成光谱的和空间的单模的外部光谱反馈装 置，特别是通过脊形波导2的具有波长选择元件的部分透光的出射局部 镜(Bereichspiegel-Auskopplung)而生成光谱的和空间的单模。
激光源控制装置6被形成为用于生成脉冲激光射束的脉冲电路，该 激光射束的脉冲持续时间小于500 ns并且其脉冲峰值功率大于1 W，在 这里，锥形二极管激光器1具有用于脊形波导和锥形波导的独立供电系 统。结果，可以提供两种不同的驱动方式，例如向脊形波导和锥形波导 提供不同的电流强度，使得能够利用对脊形波导2的连续波驱动来操作 锥形二极管激光器。
图2示出了在锥形二极管激光器中模分布关于电流脉冲J(t)的随时间
的变化。如果锥形二极管激光器以电子脉冲的方式工作，则在激光的纵 模上的能量分布随着脊形波导的起振过程的持续时间而变化，在图2下 方通过波长范围从960 nm至980 nm的时间相关的光谱分量例示了这种 情况。例如，这导致在各个激光脉冲的脉冲持续时间上光谱分布从长波 区域偏移至短波部分。
尽管通常非协调目标在它们的光谱反射率中不会表现出陡峭的梯 度，但是表面的粗糙度可能由于在观察平面中生成斑点而表现出对波长 的强相关，在图3中示出了这种情况。示出了在相同距离但是两个不同 横向位置处，由斑点造成的粗糙目标的反射率在光谱上的不同响应。
在图4中示出了激光脉冲以及两个横向位置的反射强度的变化对测 量的影响。在沿着粗糙目标横向移动测地设备的测量射束时，可能会由 于激光脉冲内的光谱变化而导致所表示的距离发生显著的改变。由于处 于短波光谱中的信号更强，所述短波光谱在所选用的脉冲的起始位置处 占主要部分，因此虚线表示的位置使得时间重心向着脉冲的起始位置偏 移，这导致与实线所示的第二种情况不同的渡越时间，进而导致不同的 测量距离。因此，脉冲光谱的时间变化通过对所接收的斑点图案
ii(Speckle-Muster)的光谱相关而被转换为测量距离的变化。因此，在非 协调目标的情况下或者待勘测目标的粗糙表面的情况下，如果针对不同 的横向位置来测量完全相同的距离或者例如该目标横向地移动，那么在 脉冲变化期间的光谱变化对于完全相同的距离将导致变化的测量结果。
图5示出了锥形二极管激光器的根据本发明的独立供电系统的示意 图。 一种避免这种消极影响测量精度的特性的可能方式是对脊形波导2 和锥形波导3进行独立驱动或供电。对于通常要求高测量精度的测地应 用而言，这里脊形波导2的连续波工作是有利的，这使得波长稳定。在 这种连续波驱动的情况下，在锥形波导3的脉冲放大期间沿激光纵模的 光谱分布在时间上是恒定的。这种几个安培的脉冲工作限于锥形波导3。
相应的驱动电路例如由供电部11构成，供电部分11具有用于脊形 波导2的直流电部12以及用于锥形波导3的脉冲驱动器13，在这里使用 公共电极14作为接地。
光谱分布的另一稳定措施(用于生成脊形波导2的光谱的和空间的 单模)可以通过在脊形波导2内的光谱反馈装置来实现，具体地说可以 通过纵向折射率分布的周期性结构来实现。这例如可以通过在DFB (分 布式反馈激光器)或者DBR (分布式布拉格反射激光器)的情况下典型 地设计沿着脊形波导的纵向折射率分布而实现。另选地或者另外地，可 以借助于脊形波导2的具有波长选择元件(例如光栅或者棱镜)的部分 透光的出射局部镜而实现外部反馈。
图6示出了用于驱动锥形二极管激光器的根据现有技术的电路布置 的示意图。开关元件16经由作为光学元件的锥形二极管激光器4而短接 充有高电压(典型地为20V至200V)的电容器15。然而，另选的是， 该光学元件也可以是在电流流过时发光的另一种部件，例如激光二极管、 LED或者闪光灯。在这里，将该能量的尽可能多的部分作为光脉冲输出。 在如此生成激光脉冲之后，通过充电元件18对电容器15重新充电。
可以采用下列元件作为开关元件16，即，快速场效应晶体管(FET)、 雪崩晶体管、双极晶体管或者允许在低阻抗状态和高阻抗状态之间转换 的其他元件。可以采用驱动器17来驱动该开关元件，在这里可以独立地构造驱动器17或者驱动器17可以是一个IC。
典型地采用电阻器作为向电容器15充电的充电元件18，也可以采 用在充电之后再次变成高阻抗的开关元件，例如晶体管。第一二极管19 具有两个主要功能。第一二极管19 一方面用于对电容器15的充电电流 进行引导，另一方面被用作为光学元件4的脉冲电流的续流二极管。第 一二极管19抑制由光学元件4、电容器15和开关元件16构成的回路中 的振荡，并且避免在光学元件4上出现正电压。
可选的耗散元件20用于更快速地耗散光学元件4的脉冲电流，耗散元 件20必须对于快速的大电流表现为电阻器。通常采用几个欧姆的电阻器。 特别是在大电流情况下使用低阻抗激光二极管时必须要用到耗散元件20。
这种现有技术的电路布置的缺点在于，在充电元件18中损耗了要传 递到电容器15的能量中的50%。此外，要求有高电压。
图7示出了用于驱动作为光学元件4的锥形二极管激光器的经改变 和简化的电路布置，其中，生成了短时的(即，视乎光学元件4而定地 从100ps至几个ns)并且更强的(即，从几百mA至100A以上)电流 脉冲。在该电路布置中，与电感器21—起使用开关元件16，以便生成高 电压。基本原理是，在生成激光脉冲之后，开关元件16并不立即重新变 成高阻抗，而是在特定时段内保持低阻抗，亦即暂时地切换至低阻抗。 此时，输入电压减去第二二极管22和开关元件16上的电压后的电压出 现在电感器21上。因此，此时在电感器21中出现电流，从而能量存储 在电感器21内。如果现在开关元件16重新变为高阻抗，那么由于在电 感器21内有电流持续流动，该电流将仅流经由电容器15、第一二极管 19和耗散元件20限定的路径，从而能量就从电感器21传递至电容器15。 第二二极管22防止了能量从电容器15流回电感器21。现在向电容器15 充电，并且可以如图6所示的电路布置那样输出光脉冲。因此，电感器 21被用作为能量的临时存储器，可以通过电感器21的电感值来设定"在 多长时间内存储多少能量"以及"以多快速度向电容器15输送能量"。 因此，按如下方式形成锥形二极管激光器的供电系统，即，在发射激光 脉冲之后，将用于向电容器15充电的开关元件16暂时地切换到低阻抗状态，电容器15通过电感器21充电。该电路布置相对于图6所示的现有技术的电路布置的优点在于无需外部的高电压，借助于电感器21就能够以低得多的损失向电容器15充电，并且在充电期间能够毫无问题地改变脉冲功率。在谐振工作的情况下，也可以省略该电路布置中的第二二极管22。
图8示意性示出了根据本发明的用于驱动锥形二极管激光器的另一种经过改变的电路布置。该电路布置被用于分别向锥形二极管激光器的两个区域供电或者分别驱动锥形二极管激光器的两个区域。这种锥形二极管激光器具有两个阳极端子或者两个阴极端子， 一个脉冲端子4a和一个直流端子4b。在这里，该电路布置连接到脉冲端子4a，而通常呈受控电流源或者电流受控的电压源形式的直流源23连接到直流端子4b。因此，该供电装置具有用于脊形波导的直流源23，从而该脊形波导能够保持在连续波工作中。
原则上，图6至图8所示的电路布置还适于驱动和向工作在脉冲模式下的其他元件供电并且也适于其他应用目的，而与这些电路布置是和锥形二极管激光器一起使用还是用在测距仪中无关。特别是，这些电路布置还可以与其他类型的激光二极管或者发光部件一起使用。
图9是利用从快轴和慢轴来看叠加的视图或者光路而示出在发射光学系统的第一实施方式中对锥形二极管激光器进行象散补偿以及对激光射束进行(平行)准直的示意图。从锥形波导3发射的射束在快轴光路FA中通过柱面透镜24匹配于慢轴光路SA的发散度，优选地呈非球面的在后的透镜25对这两个轴的激光射束进行准直，并且可选地经由另一个光学部件将该激光射束作为测量射束发射至待勘测的目标。以第一实施方式为例可以如下给定光学参数。在快轴中，柱面透镜24被形成为直径为250um、f= 170 P m的梯度折射率柱面透镜(Gradientenindex-Zylinderlinse)，并且定位在距发射面大约20 U m的距离处。透镜25是焦距为19 mm且直径为6 mm的非球面透镜，并且布置在柱面透镜24之后大约17 mm的距离处。柱面透镜24的位置偏离了准直位置几个um，以便允许与慢轴的发散度接近的7°的残留发散度(Restdivergenz)。因此，柱面透镜
1424稍微失调，并通过柱面透镜24和非球面透镜25的特定组合实现快轴 的准直。对称的射束直径可以通过选择透镜焦距而获得。随后，非球面 透镜对射线束进行准直。射束直径是4.5 mm并且衍射被限定为0.1 mrad。
图10同样利用从快轴和慢轴来看叠加的视图或者光路示出了用于 根据本发明的测距仪的发射光学系统的第二实施方式。在该实施方式中， 使用两个柱面透镜的组合作为发射光学系统，这两个柱面透镜被形成和 布置为使得第一柱面透镜26对快轴光路FA的激光射束进行准直，第二 柱面透镜27对慢轴光路SA进行准直。因此，彼此独立地对慢轴和快轴 的光路进行准直，这也使得能够以特定轴的方式将锥形二极管激光器中 不同的发射位置及其象散考虑在内。
图ll示出了用于根据本发明的测距仪的发射光学系统的第三实施方 式。在该光学系统中应用球面透镜28 (或者由于快轴的高发散度而应用 非球面透镜)和柱面透镜29。将透镜28的焦距选择为使得在快轴光路 FA的发散度已知的情况下，在该轴的准直位置上实现所期望的直径(对 于测地应用来说为几个mm)。由于其是球面透镜，折射能力也对慢轴有 影响，并导致中间图像(Zwischenbild)。将柱面透镜29 (由于发散度较 小通常不必将其形成为非球面)的折射能力选择为使得快轴光路FA的射 束直径对应于慢轴光路SA的射束直径，从而产生对称的射束截面。这里， 慢轴的中间图像位于柱面透镜29的焦平面上。由柱面透镜29和设置在 其前方的特别是呈非球面的透镜28构成的组合改变了发射，使得透镜28 对快轴的激光射束进行准直，而柱面透镜29对慢轴的激光射束进行准直。
图12示出了在从快轴和慢轴来看叠加的视图或者光路中的发射光 学系统的第四实施方式。在该实施方式中，通过单个衍射元件30来代替 两个透镜的顺序布置方式，面对锥形二极管激光器的端面30a或者正面 被形成为使得快轴光路FA的发散度配合于慢轴光路SA的发散度，并且 远离锥形二极管激光器的端面30b或者背面对这两个轴的激光射束进行 准直。另选地，第二实施方式的光路也可以通过单个元件来实现。于是， 以如此方式集成的光学系统将衍射元件30的第一端面30a上的发散度调 整柱面透镜或者快轴准直柱面透镜的效果与折射元件30的第二端面30b上的旋转对称透镜或者第二柱面透镜的效果组合起来，从而仅需要一个光学元件用于射束成形。
在图9至12中所示的光学系统原则上也可以与由独立供电系统驱动的锥形二极管激光器一起使用，而与光学系统的应用无关。特别是这些发射光学系统也可以与其他类型的锥形二极管激光器一起使用，用于象散校正和准直。
图13示出了作为根据本发明的测地勘测设备31的一个示例的视距仪的示意图，该视距仪包括电光测距仪，在该示例中该电光测距仪的部
件和功能以分布式方式设置在勘测设备31内，因此在结构上被集成在一起。测距仪的发射部件4'(即具有激光源控制装置和发射光学系统的激光源)和光学系统32以及用于检测待勘测目标的探测器8'作为组件位于勘测设备31的壳体内。
激光射束是由用于生成射束的锥形二极管激光器和布置在其后的发射光学系统发射的，并且经由射束偏转元件33入射到勘测设备31的光学系统32内。用于检测和勘测目标的光学系统32具有物镜32a和目镜32b。在这些部件之间设置有聚焦元件32c和反射偏转装置32d，借助于这些部件，从发射部分4'发出并入射到光学系统32的光路内的射束经由物镜32a而发射出来。从目标反射回的射束进而被物镜32a获得，并且该射束的一部分被反射偏转装置32d引导至探测器8'。
在该系统中，发射部件4'的射束能够与探测器8'协作而用于测量至目标的距离。所示的实施例仅为根据本发明的测地勘测设备的多种可能实施方式中的一种，并且被用于示例性地说明这些部件的一种可能的协同工作方式。
应当明白，所示附图仅示意性示出可能的实施方式的示例。因此，根据本发明，所采用的部件也能够以其他组合方式和排列顺序来应用。此外，本领域技术人员采用例如具有衍射效果的补充的或者另选的光学部件，以及通常在激光物理或者激光技术中采用的具有相同或相似效果或者功能的部件，都将落入本发明的范围之内。
权利要求
1. 一种电光测距仪(4)，其包括·具有激光源控制装置(6)的激光源，用以生成脉冲持续时间小于500ns并且脉冲峰值功率大于1W的脉冲激光射束，·发射光学系统(5)，用于将作为测量射束(MS)的激光射束发射到待勘测的目标(ZI)，·具有估算单元(9)的探测器(8，8')和接收光学系统(7)，用于接收和估算由目标(ZI)反射的测量射束(RS)，以便进行测距，其特征在于，所述激光源具有锥形二极管激光器(1)，该锥形二极管激光器(1)具有用于脊形波导(2)和锥形波导(3)的独立供电系统，并且其特征还在于，所述发射光学系统(5)被形成为用于对激光射束进行象散补偿和准直。
2. 根据权利要求1所述的测距仪(4)，其特征在于，所述独立供电 系统向所述脊形波导(2)和所述锥形波导(3)提供两个不同的电流强 度。
3. 根据权利要求1或2所述的测距仪(4)，其特征在于，所述锥形 二极管激光器(1)具有用于所述脊形波导(2)的连续波驱动。
4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的测距仪(4)，其特征在于， 所述锥形二极管激光器(1)具有在所述脊形波导(2)内用于生成光谱 的和空间的单模的光谱反馈装置，特别是具有纵向折射率分布的周期性 结构。
5. 根据权利要求1至3中任意一项所述的测距仪(4)，其特征在于， 所述锥形二极管激光器(1)具有外部光谱反馈装置，用于生成光谱的和 空间的单模，特别是通过所述脊形波导(2)的具有波长选择元件的部分 透光的出射局部镜来生成光谱的和空间的单模。
6. 根据前述权利要求中任意一项所述的测距仪(4),其特征在于， 如此形成具有用于向所述锥形二极管激光器提供能量的电容器(15)的所述供电系统，即，在发射激光脉冲之后，用于向所述电容器(15)充电的开关元件(16)被暂时地切换至低阻抗，其中，所述电容器(15) 经由电感器(21)而充电。
7. 根据前述权利要求中任意一项所述的测距仪(4)，其特征在于， 所述供电系统具有用于所述脊形波导(2)的直流源(23)，特别是具有 受控电流源或者电流受控的电压源。
8. 根据前述权利要求中任意一项所述的测距仪(4)，其特征在于， 所述发射光学系统(5)具有下列另选方式中的一种 由柱面透镜(24)和布置在其后方的特别是非球面的透镜(25) 构成的组合，其中，-形成并设置所述柱面透镜(24)、特别是梯度折射率柱面透镜或 者非球面柱面透镜，使得快轴的发散度配合于慢轴的发散度，并 且-所述透镜(25)对这两个轴的激光射束进行准直； 由两个柱面透镜(26、 27)构成的组合，形成并设置这两个柱面 透镜，使得-第一柱面透镜(26)对快轴的激光射束进行准直，并且 -第二柱面透镜(27)对慢轴的激光射束进行准直； 由柱面透镜(29)和布置在其前方的特别是非球面的透镜(28)构成的组合，其中，-所述透镜(28)对快轴的激光射束进行准直，并且 -所述柱面透镜(29)对慢轴的激光射束进行准直； 一体式或者多部件式衍射元件(30)，其中， -面对所述锥形二极管激光器(1)的端面(30a)被形成为，使得 快轴的发散度配合于慢轴的发散度，并且-远离所述锥形二极管激光器(1)的端面(30b)对这两个轴的激 光射束进行准直。
9. 根据前述权利要求中任意一项所述的测距仪(4)，其特征在于， 所述发射光学系统(5)被形成为用于生成基本呈圆形或者正方形射束截面的激光射束。
10. 根据前述权利要求中任意一项所述的测距仪(4)，其特征在于， 所述发射光学系统(5)具有用于引导射束的单模光纤。
11. 一种测地勘测设备(16)，特别是整合式工作站、视距仪或者激 光扫描器，其特征在于根据权利要求1至10中任意一项所述的测距仪。
12. —种在具有激光源的测距仪(4)内生成脉冲持续时间小于500 ns 且脉冲峰值功率大于1W的脉冲激光射束的方法，该激光源具有用于将 作为准直后的测量射束(MS)的激光射束发射至待勘测目标(ZI)的发 射光学系统，其特征在于，所述激光源具有锥形二极管激光器(1)，该 锥形二极管激光器(1)的脊形波导(2)和锥形波导(3)被独立地驱动。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述脊形波导(2) 的连续波工作。
14. 根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于通过光谱反馈 装置来生成光谱的和空间的单模。
15. 根据权利要求12至14中任意一项所述的方法，其特征在于， 开关元件(16)被暂时地切换至低阻抗状态，其中，所述开关元件(16) 用于经由电感器(21)向电容器(15)充电，该电容器被用于向所述锥 形二极管激光器提供能量。
全文摘要
一种电光测距仪(4)，其具有作为激光源的锥形二极管激光器(1)；用于生成脉冲激光射束的激光源控制器(6)；具有估算单元(9)的探测器(8)和接收光学系统(7)，用于接收和估算由目标(ZI)反射的测量射束(RS)以便进行测距，所述电光测距仪具有用于脊形波导(2)和锥形波导(3)的独立供电系统，并具有对激光射束进行象散补偿和准直的发射光学系统(5)。
文档编号G01C3/00GK101490503SQ200780027100
公开日2009年7月22日 申请日期2007年7月12日 优先权日2006年7月17日
发明者劳伦特·施陶费尔, 彼得·基佩弗, 托马斯·延森, 雷托·施图茨 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司