(57)【要約】  反射性のターゲットを連続追跡し、当該ターゲットまでの距離測定を行うためのレーザトラッカ（７０）であって、当該レーザトラッカ（７０）は、垂直軸を定義する台と、ビーム誘導ユニットとを有し、当該ビーム誘導ユニットは、測定光を放出し、当該ターゲットにて反射された当該測定光の少なくとも一部を受光するように構成されており、当該ビーム誘導ユニットは、前記垂直軸を中心として前記台に対して相対旋回可能であり、かつ、当該垂直軸と実質的に直交する傾斜軸を中心として前記台に対して相対旋回可能である。前記トラッカはさらに、干渉法を用いてターゲットまでの距離の変化を求めるための干渉計（１０）として構成された距離測定ユニット（１０）と、当該干渉計（１０）のために前記測定光を生成するための干渉計レーザビーム源（２０）と、前記台に対して前記ビーム誘導ユニットの相対方向を求めるための角度測定機能とを有する。前記干渉計レーザビーム源（２０）はレーザダイオード（２０）として構成されており、さらに、前記レーザダイオード（２０）は、規定された放出波長と少なくとも１０ｍのコヒーレント長とを有する単一縦モードで前記測定光を生成するように構成されている。
2015501437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射性のターゲット（２５，８１）を連続的に追跡して当該ターゲット（２５，８１）までの距離を求めるためのレーザトラッカ（７０）であって、
・垂直軸を規定する台（７２）と、
・測定光を放出し、前記ターゲット（２５，８１）において反射された当該測定光の少なくとも一部を受光するためのビーム誘導ユニット（７１）と
を有し、
前記ビーム誘導ユニット（７１）は電動式で、前記垂直軸を中心として、かつ、当該垂直軸に対して実質的に直交する傾斜軸を中心として、前記台（７２）に対して相対旋回可能であり、
前記レーザトラッカ（７０）はさらに、
・干渉法を用いて前記ターゲット（２５，８１）までの距離の変化を求めるための、干渉計（１０）として構成された距離測定ユニット（１０）と、
・前記干渉計（１０）のために前記測定光（７６）を生成するための干渉計レーザビーム源（２０）と、
・前記台（７２）に対する前記ビーム誘導ユニット（７１）の相対方向を求めるための角度測定機能と
を有する、レーザトラッカ（７０）において、
前記干渉計レーザビーム源（２０）はレーザダイオード（２０）として構成されており、
前記レーザダイオード（２０）は、規定された放出波長と少なくとも１０ｍのコヒーレント長とを有する単一縦モードで前記測定光（７６）を生成するように設けられた波長選択性部品を有し、
とりわけ、少なくとも１０ｍの前記コヒーレント長は前記干渉計（１０）により検出可能である
ことを特徴とする、レーザトラッカ（７０）。
【請求項２】
・前記レーザダイオードは第１の共振器ユニットを有し、当該第１の共振器ユニットは、当該レーザダイオードにより生成可能でありかつ同時に生じる複数のレーザモードを規定し、各レーザモードによりそれぞれ異なるモード波長が規定されており、かつ、それぞれ異なるモード波長のダイオード光が生成可能であるように構成されており、
・前記波長選択性部品は第２の共振器ユニットとして機能し、当該波長選択性部品と前記レーザダイオードとが協働することにより、前記複数のレーザモードから主レーザモードが抽出可能であるように構成されており、
・前記主レーザモードのみを含む単一縦モードの前記測定光（７６）としてダイオード光が放出可能であることにより、当該測定光（７６）の放出波長およびコヒーレント長が規定され、
とりわけ、前記波長選択性部品は回折格子として構成されている、
請求項１記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項３】
前記レーザダイオード（２０）は、
・分布帰還型レーザ、
・分布ブラッグ反射型レーザ、
・ファイバブラッググレーティングレーザ、
・外部空洞ダイオードレーザ、
・ダイオードポンピング型固体レーザ、
・離散モードレーザ、または、
・マイクロチップレーザ
として構成されている、
請求項１または２記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項４】
前記測定光（７６）の放出波長は６００ｎｍ〜７００ｎｍ、特に６３０ｎｍ〜６３５ｎｍであるか、または８５０ｎｍ〜９００ｎｍ、特に８５０ｎｍ〜８５５ｎｍであるか、または８９２ｎｍ〜８９６ｎｍである、
請求項１から３までのいずれか１項記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項５】
前記レーザトラッカ（７０）は制御ユニットを有し、
前記レーザダイオード（２０）は、前記測定光（７６）の放出波長が所定の放出波長領域内において単一縦モードで可変であり、
特に、前記放出波長は、前記制御ユニットにより制御されて、前記レーザダイオード（２０）の温度変化によって、および／または、当該レーザダイオード（２０）に流れる電流の変化によって変化することができる、
請求項１から４までのいずれか１項記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項６】
前記制御ユニットにより、前記測定光（７６）の放出パワーが変化するように前記レーザダイオード（２０）を駆動制御することができる、
請求項５記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項７】
前記レーザトラッカ（７０）は、
前記放出波長が、規定された波長領域内に連続的にあるように、前記レーザダイオード（２０）により生成された測定光（７６）を安定化させるための波長安定化ユニット（２１）を
有し、
とりわけ、前記波長安定化ユニット（２１）は吸収セルとして構成されており、
とりわけ、前記レーザトラッカ（７０）は、前記波長安定化ユニット（２１）と前記干渉計レーザビーム源（２０）とを接続するための接続光ファイバ（９ａ）を有する、
請求項１から６までのいずれか１項記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項８】
前記レーザトラッカ（７０）は少なくとも１つの光ファイバ（９，９ａ，９ｂ）を有し、
前記測定光（７６）は前記光ファイバ（９，９ａ，９ｂ）により導光され、特に前記干渉計（１０）まで導光され、
とりわけ、前記レーザダイオード（２０）により生成された前記測定光（７６）は、前記光ファイバ（９，９ａ，９ｂ）に入力される、
請求項１から７までのいずれか１項記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項９】
前記測定光（７６）は前記光ファイバ（９，９ａ，９ｂ）により、前記ビーム誘導ユニット（７１）に入力される、
請求項８記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項１０】
前記レーザトラッカ（７０）は、前記垂直軸を中心として前記台（７２）に対して相対旋回可能な支持部材を有し、
前記ビーム誘導ユニット（７１）は、前記傾斜軸を中心として前記支持部材に対して相対旋回可能な照準ユニットとして構成されており、
とりわけ、前記レーザダイオード（２０）は前記照準ユニット内に配置されている、
請求項１から９までのいずれか１項記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項１１】
前記レーザトラッカ（７０）はさらに、前記ターゲット（２５，８１）までの距離を求めるためのアブソリュート式測距ユニット（３０）を、とりわけ伝搬時間方式および／または位相測定方式の、もしくは／ならびにフィゾー原理のアブソリュート式測距ユニット（３０）を有する、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項１２】
前記アブソリュート式測距ユニット（３０）により求められた距離と、前記距離測定ユニット（１０）により求められた距離変化とに依存して、前記ターゲット（２５，８１）までの精密距離を求めることができる、
請求項１１記載のレーザトラッカ（７０）。
【請求項１３】
レーザダイオード（２０）により生成された測定光（７６）を用いてターゲット（２５，８１）までの距離の変化を干渉法により求めるための、干渉計（１０）として構成された、レーザトラッカ（７０）の距離測定ユニット（１０）における、
・規定された放出波長と、
・少なくとも１０ｍのコヒーレント長と
を有する単一縦モードの測定光（７６）を生成するように構成されたレーザダイオード（２０）の使用。
【請求項１４】
・垂直軸を規定する台（７２）と、
・測定光（７６）を放出し、ターゲット（２５，８１）において反射された測定光の少なくとも一部を受光するためのビーム誘導ユニット（７１）と
を有するレーザトラッカ（７０）を用いて、前記ターゲット（２５，８１）までの距離の変化を干渉法により求める方法であって、
前記ビーム誘導ユニット（７１）は電動式で、前記垂直軸を中心として、かつ、当該垂直軸に対して実質的に直交する傾斜軸を中心として、前記台（７２）に対して相対旋回可能であるように構成されており、
前記レーザトラッカ（７０）はさらに、
・干渉法を用いて前記ターゲット（２５，８１）までの距離の変化を求めるための、干渉計（１０）として構成された距離測定ユニット（１０）と、
・前記干渉計（１０）のために前記測定光（７６）を生成するための干渉計レーザビーム源（２０）と
を有し、
前記方法は、
・前記測定光（７６）を放出するステップと、
・前記ターゲット（２５，８１）において反射された前記測定光の少なくとも一部を受光するステップと、
・相対距離を求めるステップと
を有する方法において、
前記干渉計レーザビーム源（２０）はレーザダイオード（１０）として構成されており、
前記レーザダイオード（２０）は、
規定された放出波長と少なくとも１０ｍのコヒーレント長とを有する単一縦モードで前記測定光（７６）を生成するように設けられた波長選択性部品
を有することを特徴とする、方法。
【請求項１５】
前記放出波長が、規定された波長領域内に連続的にあるように、前記レーザダイオード（２０）により生成された前記測定光（７６）を安定化させる、
請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットに対する相対的な距離変化を求めるための、レーザダイオードを備えた干渉計を有する、請求項１の上位概念に記載の測定機器、とりわけレーザトラッカと、コヒーレント長が長いレーザダイオードの、対応する干渉計における請求項１３に記載の使用と、請求項１４に記載の、ターゲットまでの相対距離を求める方法とに関する。
【０００２】
ターゲット点を連続的に追跡し、当該ターゲット点の座標位置を求めるために構成された測定装置は、一般的に「レーザトラッカ」との用語にまとめることができる。その際には、測定装置の測定ビームの照準対象、とりわけレーザビームの照準対象である再帰反射性単位（たとえば立方体プリズム）により、ターゲット点を表現することができる。レーザビームは平行反射されて測定装置へ戻り、この反射ビームは装置の検出ユニットにより検出される。その際にはビームの放出方向ないしは受光方向が、たとえば、システムの偏向ミラーまたは照準ユニットに配属された角度測定センサを用いて求められる。さらに、ビームを検出することによって、たとえば伝搬時間測定または位相差測定を行うことにより、もしくはフィゾー原理を用いることにより、測定装置からターゲット点までの距離も求められ、また、センサ上においてゼロ位置からの受光ビームの偏差も求められる‐これは、最近のシステムではますます標準的になってきている‐。このようにして測定することが可能な偏差を用いて、再帰性反射体の中心と、当該反射体におけるレーザビームの入射点との間の位置差を求め、センサにおける偏差が低減するように、とりわけ「０」になるように、かつ、反射体中心の方向にビームが向けられるように、上述の位置偏差に依存してレーザビームの方向を補正ないしは追従制御することができる。レーザビームの方向の上述のような追従制御により、ターゲット点の連続的なターゲット追跡（トラッキング）を行うことができ、測定装置に対するターゲット点の相対的な距離および位置を連続的に求めることができる。このような追従制御は、レーザビームを偏向させるように電動式で移動可能な偏向ミラーの方向を変化させることにより、および／または、レーザビーム導光光学系を有する照準ユニットを旋回させることにより実現することができる。
【０００３】
従来技術のレーザトラッカは更に、２次元の光感知アレイを備えた光学的画像検出ユニットと画像処理ユニットとを用いて構成することができる。前記光学的画像検出ユニットは、たとえばＣＣＤカメラ、ＣＩＤカメラ、ＣＭＯＳアレイ型カメラ、またはピクセルアレイセンサ等である。レーザトラッカとカメラとはとりわけ、これら両者の相互間の相対位置が変化しないように取り付けられる。カメラはたとえば、レーザトラッカの実質的に垂直な軸を中心として当該レーザトラッカと一緒に回転可能であるが、レーザトラッカには依存せずに独立して上下方向に旋回可能であるように設けられるので、とりわけ、レーザビームの光学系とは別個に配置される。とりわけ、カメラは魚眼光学系を備えることができ、これによりカメラの撮像領域が非常に大きくなるので、カメラの旋回を回避するかまたは少なくともその必要性を小さくすることができる。さらに、‐たとえば用途に応じて‐カメラを１軸のみを中心として回転可能に構成することもできる。この態様に代えて択一的に、カメラとレーザ光学系とを統合した形で同一の筐体内に一緒に組み込むことも可能である。
【０００４】
‐画像検出ユニットおよび画像処理ユニットを用いて‐、相互間の相対位置が既知である複数のマークを備えたいわゆる測定補助ツールの画像を検出および解析することにより、空間内における、当該測定補助ツールに設置されたオブジェクト（たとえセンサ）の方向を推定することができる。さらに、ターゲット点の求められた空間的位置とともに、空間内における前記オブジェクトの絶対位置および絶対方向を、および／または、レーザトラッカに対する当該オブジェクトの相対位置および相対方向を高精度で求めることができる。
【０００５】
したがって、上述の測定機器により位置および方向が測定されるオブジェクトは、たとえば測定センサそのものでなくてもよく、測定補助ツールとすることができる。この測定補助ツールは測定システムの一部として、測定を行うために、標的物に対して相対的に機械的に規定された位置に、または、当該測定中に定められる位置にされ、この標的物の測定された位置および方向を介して、測定センサの位置と、場合によってはその方向とを推定することができる。
【０００６】
このような測定補助ツールは、接触点が標的物の１点に位置決めされるいわゆる接触探知器具により具現化することができる。この接触探知器具は、たとえば光点等である複数のマークと、当該接触探知器具に設置されたターゲット点となる反射体とを有し、当該反射体にレーザトラッカのレーザビームが照準される。ここで、接触探知器具の接触点に対するマークおよび反射体の相対位置は正確に既知である。測定補助ツールは、当業者に公知であるように、たとえば、非接触方式で表面測定を行うための手持ち式の距離測定用スキャナとすることができ、この距離測定に用いられるスキャナ測定ビームの、前記光点と、当該スキャナに設置され反射体とに対する相対方向および相対位置は、正確に既知とされる。たとえば欧州特許公報 EP 0 553 266 に、上述の構成のスキャナが記載されている。
【０００７】
従来技術のレーザトラッカは、距離測定を行うために少なくとも１つの測距装置を有し、この測距装置はたとえば干渉計として構成することができる。この測距ユニットは相対的な位置変化しか測定することができないので、今日のレーザトラッカには干渉計の他にさらに、いわゆるアブソリュート式測距装置も組み付けられる。たとえば、上述のような距離測定手段を組み合わせた構成は、ライカジオシステム社の製品番号ＬＴＤ５００により公知となっている。
【０００８】
ここで距離測定に用いられる干渉計は、光源として主にＨｅＮｅガスレーザを用いる‐これは、ＨｅＮｅガスレーザのコヒーレント長が長く、それにより測定可能距離が長くなるからである‐。ＨｅＮｅガスレーザのコヒーレント長は数百ｍにもなることがあるので、比較的簡単な干渉計構成で、産業用測定技術に必要とされる到達範囲に達することができる。ＨｅＮｅレーザを用いて距離測定を行うためにアブソリュート式測距装置と干渉計とを併用することは、たとえばＷＯ２００７／０７９６００Ａ１から公知である。
【０００９】
しかし、ＨｅＮｅレーザ光源を用いることの欠点は、一般的に要求されるレーザトラッカの小型化の観点からすると、光パワーを決定するサイズが大きいことである。光源の出力はレーザ管の長さに著しく依存する。すなわち、レーザ管が長いほど、実現可能な放出パワーが大きくなる。その上、上述の形式のレーザ源は通常、比較的高いパワー散逸を示す。他に、動作に高電圧供給部が必要であるという欠点もある。たとえば、レーザの点弧を行うためには約７，０００Ｖの電圧を供給する必要があり、また動作中には、約１，５００Ｖの電圧を供給しなければならないので、このような光源を用いるときには特別な部品（たとえば高電圧電源回路とシールド）を用いなければならず、かつ、安全措置をとらなければならなくなる。また、磁界（たとえば、内蔵モータまたは外部溶接トランスにより生成される磁界）に影響を受けやすいこと、および、管の寿命が限られていること（たとえば約１５，０００動作時間）ことも、ＨｅＮｅレーザを使用することの欠点となる。というのもたとえば、システムにおいて光源を交換するコストがしばしば高くなってしまうからである。
【００１０】
それゆえ本発明の課題は、測距用レーザ光を生成するための手段の全体の構成がコンパクトであり、かつ、距離測定に必要な精度と、産業用測定に必要とされる大きな測定可能範囲とを、とりわけ１０ｍの最小到達範囲を少なくとも実現できるように、測距用に放出されるレーザ光を生成できる、改善されたレーザトラッカを実現することである。
【００１１】
本発明は特に、距離測定に必要な精度と、最低１０ｍの所要測定可能距離とを少なくとも維持しながら、所要スペースが改善された測距ユニットを備えたレーザトラッカを実現することを課題とする。
【００１２】
さらに、本発明は特に、測距装置として干渉計を用いるレーザトラッカにおいて、光学的部品の所要スペースおよび消費エネルギー、特に光源と、当該光源のために設けられる給電ユニットの所要スペースおよび消費エネルギーが、従来技術と比較して格段に小さいレーザトラッカを実現することも課題とする。
【００１３】
前記課題は、独立請求項の特徴部分に記載の構成要件を実施することにより解決される。従属請求項から、本発明を択一的または有利に発展させる実施形態を導き出すことができる。
【００１４】
本発明は、反射性のターゲットを連続追跡し、当該ターゲットまでの距離測定を行うためのレーザトラッカを対象としており、当該レーザトラッカは、垂直軸を定義する台と、ビーム誘導ユニットとを有し、当該ビーム誘導ユニットは、測定光を放出し、当該ターゲットにて反射された当該測定光の少なくとも一部を受光するように構成されており、当該ビーム誘導ユニットは、前記垂直軸を中心として前記台に対して相対旋回可能であり、かつ、当該垂直軸と実質的に直交する傾斜軸を中心として前記台に対して相対旋回可能である。ここで垂直軸と傾斜軸とは、両軸間の角度がちょうど９０°であるかないしは約９０°、たとえば８８．５°であるように相互に位置決めされている。ここで、軸の相対位置を正確に規定して、それぞれ対応する位置値をレーザトラッカに記憶することができ、特に、測定値の補償のために用いることができる。レーザトラッカはさらに、干渉計として構成された、干渉法を用いてターゲットまでの距離変化を求める測距ユニットと、当該干渉計のための測定光を生成する干渉計レーザビーム源と、前記台に対する前記ビーム誘導ユニットの相対方向を求めるための角度測定機能も有する。前記測距ユニットはとりわけ、規定された検出帯域幅を有し、この検出帯域幅はたとえば５０ＭＨｚである。ここで前記干渉計レーザビーム源はレーザダイオードとして構成されており、このレーザダイオードはさらに、前記測定光を単一縦モードで、かつ規定通りの放出波長と少なくとも１０ｍのコヒーレント長とで生成できるように構成されている。その際には特に、干渉計を用いて少なくとも１０ｍのコヒーレント長を検出することができる。とりわけ前記レーザダイオードは、少なくとも２０ｍのコヒーレント長を有する測定光を、特に少なくとも５０ｍのコヒーレント長を有する測定光を生成できるように構成することができる。
【００１５】
前記レーザダイオードは、測定光を単一縦モードで、かつ規定通りの放出波長と少なくとも１０ｍのコヒーレント長とで生成できるように配置された、波長選択性部品を有する。
【００１６】
レーザトラッカの干渉計と共に特定のレーザダイオードを本発明のように使用することは、これに関連する所要スペースに関して有利であり、コヒーレント長は長くしながら、所要スペースはＨｅＮｅレーザと比較して格段に縮小することができる。上述のＨｅＮｅガスレーザ源も、適切なコヒーレント長で測定光を放出できるが、このＨｅＮｅガスレーザ源との相違点として、ダイオードの動作のために高電圧供給部を用いる必要もなくなる。さらに、上述のレーザダイオードの消費エネルギーは比較的低い。
【００１７】
本発明のレーザトラッカの具体的な実施形態では、前記レーザダイオードは第１の共振器ユニットを有し、当該第１の共振器ユニットは、当該レーザダイオードにより生成可能でありかつ同時に生じる複数のレーザモードを規定し、各レーザモードによりそれぞれ異なるモード波長が規定されており、かつ、それぞれ異なるモード波長のダイオード光が生成可能であるように構成されている。この実施形態では、前記波長選択性部品はさらに、第２の共振器ユニットとして機能し、当該波長選択性部品とレーザダイオードとが協働することにより、前記複数のレーザモードから主レーザモードが抽出可能であるように構成されている。このような構成により、前記ダイオード光は、前記主レーザモードのみを含む単一縦モードの測定光として放出することができ、これにより、当該測定光の放出波長およびコヒーレント長が規定される。その際にはとりわけ、前記波長選択性部品は回折格子として構成されている。
【００１８】
本発明にしたがって干渉計と共に用いるためには、前記ダイオードにより放出されるレーザ光のコヒーレント長は数十ｍと長くする必要がある。このようなコヒーレント性を実現するためには、本発明において使用される前記レーザダイオードないしはダイオードレーザは、波長選択性デバイスを有することとなる。前記ビーム源としてはたとえば、
・分布帰還型レーザ（ＤＦＢ）（活性媒質に周期的なパターンを、たとえば回折格子を有する）、
・分布ブラッグ反射型レーザ（ＤＢＲ）（活性媒質の外側かつ同一のチップ上に設けられた回折格子を有する）、
・ファイバブラッググレーティングレーザ（ＦＢＧ）（基本的にはＤＦＢレーザ型であるが、外部ファイバに回折格子を有する）、
・外部空洞型ダイオードレーザ（ＥＣＤＬ）（外部の高安定性空洞を用いて、たとえばホログラフィック格子を用いてレーザダイオードを安定化させる）、
・ダイオードポンピング型固体レーザ（ＤＰＳＳ）、
・離散モードレーザ（ＤＭＤ）、および／または、
・マイクロチップレーザ
を使用することができる。その際には前記ビーム源は、放出するレーザビームの波長がシングルモードとなり、コヒーレント長が数十ｍ（ないしは線幅が１ＭＨｚ未満）のオーダになるように構成される。このことにより、本発明では、単一モードの測定光を生成するために波長選択性部品を、とりわけ回折格子を設けることができる。
【００１９】
ダイオードにより放出される波長に関しては、可視光領域内の放出スペクトル領域、とりわけ「赤色波長領域」の放出スペクトル領域が、または、近赤外線領域の放出スペクトル領域が有利である。したがって、測定光の放出波長は本発明では６００ｎｍ〜７００ｎｍの間、特に６３０ｎｍ〜６３５ｎｍの間とすることができ、または８５０ｎｍ〜９００ｎｍの間、特に８５０ｎｍ〜８５５ｎｍの間とすることができ、または８９２ｎｍ〜８９６ｎｍの間とすることができる。放出波長が可視光波長領域内にある実施形態では（たとえば６３０〜６３５ｎｍ）、ダイオードが放出する赤色レーザ光は干渉測定に使用できるだけでなく、マーキング光としても使用することができる。標的物上にこのように赤色スポットを生成することにより、たとえばレーザトラッカのユーザが照準点を目視できるようにすることが可能である。
【００２０】
本発明はさらに、レーザダイオードの駆動制御も対象とする。本発明ではこの駆動制御では、レーザトラッカは制御ユニットを有することができ、レーザダイオードは、測定光の放出波長が所定の放出波長領域内において単一縦モードで可変であるように構成することができる。その際には、レーザダイオードの温度を変化させることにより、および／または、レーザダイオードに流れる電流を変化させることにより、制御ユニットにより放出波長を制御して変化できるように構成することができる。さらに、測定光の放出パワーが変化するように、前記制御ユニットによってレーザダイオードを駆動制御することもできる。
【００２１】
放出される光が単一モードとなる所定の領域内において、すなわち、実質的に、尖鋭に規定された所定の波長（狭い線幅）を有する所定の領域内において、上述のように波長を変化できることにより、放出波長の波長領域を同調可能に、かつ特にモードホップフリーとなるようにすることができる。このような特定の領域によってさらに、波長安定化ユニットにより定められた吸収線に光をマッチングさせることもできる。
【００２２】
こうするために、本発明では前記レーザトラッカは、前記レーザダイオードにより生成された測定光を安定化させるための波長安定化ユニットを有することができ、これにより、規定された波長領域内に放出波長が連続的にあるようにすることができる。その際には特に、前記波長安定化ユニットは吸収セルとして構成されている。このような安定化は、レーザダイオードを干渉計用の光源として使用するのに有利であるか、ないしは、光源のビーム品質に拠っては必要とされる。たとえば、前記波長安定化ユニットは、規定された吸収線を有する外部気体セル（吸収セル）とすることができる（たとえば、６３３ｎｍに対応するヨウ素セル）。
【００２３】
さらに、前記レーザトラッカは本発明では、前記波長安定化ユニットと干渉計レーザビーム源とを接続するための接続光ファイバを有することができる。このような構成により、レーザビーム源によって生成された光を接続ファイバにより波長安定化ユニットまで導光し、当該波長安定化ユニットに入力させることができる。
【００２４】
光を生成するビーム源からビーム誘導ユニットまでの測定光の導光と、その後に行われる送光とに関しては、本発明では前記レーザトラッカは一般的に、少なくとも１つの光ファイバを有することができる。この光ファイバにより前記測定光を、特に干渉計まで導光することができる。その際には特に、前記レーザダイオードにより生成された測定光はこの光ファイバに入力される。このような構成によってさらに、前記光ファイバを用いて測定光をビーム誘導ユニットに入力することもできる。
【００２５】
光ファイバによってビーム導光を行うことにより、たとえば、波長安定化ユニットまたはビーム源等の光学的部品をレーザトラッカのそれぞれ異なる部分に配置することができ、たとえば、前記ビーム源をトラッカの台または支持部材に組み込み、波長安定化ユニットを照準ユニットに組み込むことができる（または、設置場所を逆にすることも可能である）。このような構成により、トラッカの構造上の構成のフレキシビリティを向上させることができる。
【００２６】
さらにトラッカの構成に関しては、レーザトラッカは本発明では、垂直軸を中心として前記台に対して相対旋回可能な支持部材を有することができ、かつ、前記ビーム誘導ユニットは、傾斜軸を中心として前記支持部材に対して相対旋回可能な照準ユニットとして構成することができる。このような実施形態では、前記支持部材を前記台に対して実質的に水平方向（アジマス方向）に相対旋回させたり、前記照準ユニットを前記支持部材に対して垂直方向（上下方向）に相対旋回させることにより、レーザビームの方向を調整することができる。さらに、サーボモータにより上述のような旋回を行うことにより、反射性のターゲット（たとえば接触探知器具に設置された反射体）の位置変化に応じて測定光の導光を行うこともできる。
【００２７】
ここで本発明では、前記レーザダイオードを照準ユニット内に設置することができる。このような構成により（従来のようにガスレーザビーム源を用いた場合と比較して）スペースが削減され、このスペース削減は、レーザトラッカの構造上の構成に関して格別な利点となる。
【００２８】
本発明はさらに、ターゲットまでの正確な距離の特定も対象とする。こうするためには、レーザトラッカはさらに、ターゲットまでの距離を求めるためのアブソリュート式測距ユニットを、特に、伝搬時間測定方式および／または位相測定方式のアブソリュート式測距ユニット、ならびに／もしくは、フィゾー原理のアブソリュート式測距ユニットを有することができる。さらに、前記アブソリュート式測距ユニットにより求められた距離と、前記距離測定ユニットにより求められた距離変化とに依存して、ターゲットまでの正確な距離を求めることもできる。干渉計の測定結果と測距装置（アブソリュート式測距装置）の測定結果とを上述のように考慮することにより、ターゲットまでの正確な距離を求めることができ、かつ、正確な距離を連続的に更新することができる。ここでは、干渉計は高精度の距離測定値を出力する。両距離測定装置がそれぞれ、特に放出波長が異なるビーム源（特に、それぞれ組み込まれた検出に応じて放出波長が異なるビーム源）を有することができる。
【００２９】
本発明はさらに、レーザダイオードにより生成される測定光を用いて干渉法によりターゲットまでの距離変化を求めるレーザトラッカの、干渉計として構成された距離測定ユニットにおける、規定された放出波長と少なくとも１０ｍのコヒーレント長とを有する単一縦モードの測定光を生成するように構成されたレーザダイオードの使用にも関する。前記コヒーレント長はとりわけ、少なくとも２０ｍないしは５０ｍである。
【００３０】
本発明では、レーザダイオードないしは干渉計ビーム源と、ビーム調整部品（たとえば波長安定化ユニット）は、種々の実施態様とすることができ、たとえば、波長安定化された可視赤色光（たとえば６３３ｎｍ近傍）を生成することができる。このような構成では、既に市販されているシステム構成要素（たとえば再帰反射体）との高い両立性を実現することができ、さらに、可視光ポインタを追加する必要もなくなる。前記光源と（波長安定化用の）吸収セルとは空間的に分離して設置することができ、たとえば、光源はトラッカの望遠鏡内に設置し、吸収セルは支持部材内に設置して、ファイバを用いて当該光源と吸収セルとを接続することができる。
【００３１】
他の１つの実施形態では、レーザダイオードは、波長安定化されない可視光を放出するように構成することができる。たとえば、参照干渉計において（アブソリュート式測距装置を併用する場合）光を供給するためには、安定化されていないレーザ可視光を使用することができる。その際には特に、生じる波長を正確に知っておく必要はない（実際に生じた波長を、測定時に十分に正確に求めることができる）。この実際の波長は、僅か数ｍｓの絶対距離測定の間だけ一定であればよいので、波長の長時間ドリフトが問題になることはなく、光源の電流安定化および温度安定化による波長安定化だけで十分である。
【００３２】
さらに、アブソリュート式測距装置の２回の測定（測定レートはたとえば５０Ｈｚ）の合間の時間に、参照干渉計を用いて、より高い測定レート（たとえば１０００Ｈｚ）で測定を行うこともできる。その際には、現在の干渉計波長を連続的に、たとえば絶対距離測定を行うごとに求め、その間を補間する。
【００３３】
このような実施形態では、非常にコンパクトな干渉計光源を用いることが可能なので、上述の実施形態はこの干渉計光源の所要スペースに関して有利である。それゆえ更には、改良形態として非可視波長を用いることもできる。その際には、可視光ポインタを追加して用いる。
【００３４】
他の１つの実施形態は、レーザトラッカの測定光の構成に関するものであり、ここでは測定光は、小型吸収セル（たとえばＲｂ，Ｃｓ：７８０ｎｍ，７９５ｎｍ，８５２ｎｍ，８９４ｎｍ）に最適な波長を有し、波長安定化される。このような構成により、光学的部品の所要スペースを（赤色波長領域の場合と比較して）格段に縮小することができる。
【００３５】
さらに、他の１つの実施形態では、前記光は電気通信領域内の波長を有するか、または、数ｍのコヒーレント長の任意の波長を有することができ、かつ、波長安定化することができる。このような実施形態は特に所要スペースに関して、赤色波長領域を放出するビーム源、および、これと共に用いられる安定化ユニットと比較して有利である。
【００３６】
さらに本発明は、レーザトラッカを用いて干渉法によりターゲットまでの距離変化を求める方法にも関する。このレーザトラッカは、垂直軸を規定する台と、測定光を放出して前記ターゲットにて反射された当該測定光の少なくとも一部を受光するビーム誘導ユニットとを有し、前記ビーム誘導ユニットは電動式で、前記垂直軸と、当該垂直軸に対して実質的に直交する傾斜軸とを中心として前記台に対して相対旋回可能であるように構成されている。さらに、干渉法を用いて前記ターゲットまでの距離変化を求めるための、干渉計として構成された距離測定ユニットと、当該干渉計のための測定光を生成するための干渉計レーザビーム源とが設けられている。さらに、前記測定光の放出と、前記ターゲットにおいて反射された前記測定光の少なくとも一部の受光と、相対距離の特定とが行われる。その際には、前記干渉計レーザビーム源はレーザダイオードとして構成されており、さらに、前記レーザダイオードは、規定された放出波長と少なくとも１０ｍのコヒーレント長とを有する単一縦モードで前記測定光を生成するように構成されている。とりわけ前記レーザダイオードは、少なくとも２０ｍのコヒーレント長を有する測定光を、特に少なくとも５０ｍのコヒーレント長を有する測定光を生成するように構成することができる。
【００３７】
本発明の方法ではさらに、放出波長が連続的に、規定された波長領域内にあるように、前記レーザダイオードにより生成された測定光の安定化を行うこともできる。
【００３８】
以下、図面に概略的に示した具体的な実施例を単に一例として参照して、本発明の装置および本発明の方法を詳細に説明し、また、本発明の他の利点も説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来技術のレーザトラッカに設置される距離測定用の光学部品とカメラとの配置構成を示す。
【図２】干渉計と、当該干渉計用の測定光を生成するレーザダイオードとを備えた、本発明のレーザトラッカを示す。
【図３】レーザトラッカに設置される干渉計用のビーム源としてのレーザダイオードを含めた光学部品の、本発明の構成の第１の実施形態を示す。
【図４】干渉計用のビーム源としてのレーザダイオードと導光体とを有するレーザトラッカの本発明の測定光学系の他の実施形態を示す。
【図５】レーザトラッカ用のレーザダイオードを備えた干渉計装置の本発明の基本的構成を示す。
【図６】波長安定化ユニットを備えた、干渉計用の測定光を生成するレーザダイオードを含むレーザトラッカの本発明の測定光学系の他の実施形態を示す。
【図７】レーザダイオードと波長安定化ユニットと導光体とを有する、レーザトラッカの本発明の測定光学系の別の実施形態を示す。
【図８】本発明のレーザトラッカに設けられたレーザダイオードと波長選択性部品とにより行われる測定光の生成の概略図である。
【００４０】
図１に、従来技術のレーザトラッカに設置された、カメラ１５０を有する距離測定のための部品から構成された光学的システム１００と、それとは別体のＨｅＮｅレーザ光源１１０とを示す。
【００４１】
システム１００が動くときに、たとえば、システム１００を支持する構造体１７１全体が旋回するときに、レーザダイオード１３１と干渉計１２０とを備えたアブソリュート式測距装置１３０がカメラ１５０と共に同時に動き、これにより両者の方向が一緒に変化するように、アブソリュート式測距装置１３０とカメラ１５０とが配置されている。このカメラ１５０はとりわけズームカメラである。このカメラ１５０は自身の光学系を有し、この光学系は、前記アブソリュート式測距装置１３０と干渉計装置１２０とに共通の光軸１６１に対して実質的に平行な光軸１６２を有する。
【００４２】
それに対して、ＨｅＮｅレーザ１１０は台ユニット１７２に別個に、たとえば支持部材または固定台に別個に組み付けられており、前記構造体１７１と一緒には動かず、生成した測定光を導光体１０９により、前記システム１００に対して、特に干渉計１２０に対して供給する。
【００４３】
アブソリュート式測距装置１３０ではターゲットまでの距離を求めることができ、干渉計１２０の測定結果を考慮することにより、ターゲットまでの正確な距離と距離変化とを連続的に求めることができる。
【００４４】
図２に本発明のレーザトラッカ７０を示す。このレーザトラッカ７０は画像検出ユニット７５と測定補助ツール８０とを有し、この測定補助ツール８０はたとえば接触探知器具等である。センサ上ないしは検出画像におけるセンサ感光部分の位置を特定するために、前記画像検出ユニット７５はＣＭＯＳを有するか、または、特にＣＣＤカメラまたはピクセルセンサアレイカメラとして構成されている。このようなセンサにより、検出した感光部分の位置検知を行うことができる。さらに、前記測定補助ツール８０はセンサを有し、このセンサのコンタクト点８３と、測定対象の標的物とをコンタクトさせることができる。接触探知器具８０と標的物とがこのようにコンタクトしている間に、空間内におけるコンタクト点８３の位置を求めることができ、この位置により、標的物における１点の座標を正確に求めることができる。これは、反射体８１と、前記測定補助ツール８０に設置されたマーク８２とに対するコンタクト点８３の規定された相対位置決めを利用して求められる。前記マーク８２はたとえば、発光ダイオードとすることができる。これに代えて択一的に、マーク８２が照射されたときに、たとえば規定の波長の光がマーク８２に照射されたときに、入射したこの光を当該マーク８２が反射させ（再帰性反射体として設けられた補助点マーク８２）、特に所定の発光特性を示すように、または、当該マーク８２が所定のパターンまたはカラーコードを示すように、当該マーク８２を構成することも可能である。画像検出ユニット７５のセンサにより検出された画像におけるマーク８２の位置または分布から、接触探知器具８０の方向を求めることができる。
【００４５】
位置検出を行うためには、レーザトラッカ７０から、測定補助ツール８０に配置された反射体８１の方向に測定レーザビーム７６を放出し、当該反射体８１からトラッカ７０に向けて測定レーザビーム７６を平行反射させて戻し、トラッカ７０に設置された受光ユニットを用いて検出する。このレーザトラッカ７０は、当該トラッカ７０と反射体８１との間の距離を求めるための測距手段と角度測定装置とを有し、この角度測定装置は、レーザビーム７６を規定通りに方向調整して送るためのビーム誘導ユニットの位置を求め、これによりレーザビーム７６の伝搬方向を求めるためのものである。レーザビーム７６の方向は特に、ビームガイド光学系と特に少なくとも１つのビーム源とを組み込んだビーム誘導ユニットの旋回により、またはミラーの旋回により調整することができる。前記ビーム誘導ユニットは、とりわけ照準ユニットである。
【００４６】
レーザトラッカ７０から反射体８１までの距離検出をするために、トラッカ７０内にアブソリュート式測距装置が組み込まれており、特に、トラッカ７０と反射体８１との間の距離変化を求めるために、当該トラッカ７０内に干渉計が組み込まれている。このアブソリュート式測距装置は、測定光を生成するための第１のレーザダイオードを有し、これにより、たとえば伝搬時間測定を用いて、もしくは位相測定原理またはフィゾー原理にしたがって、ターゲットないしは反射体８１までの距離を求めることができる。本発明では干渉計に、第２のレーザダイオードからの別の測定光を供給する。この測定光は、干渉計に直接入射するか、または導光体を用いて干渉計まで導光されて当該干渉計に入力されるように、レーザダイオードにて放出することができる。ここで第２のレーザダイオードは、当該第２のレーザダイオードにより生成される測定光がシングルモード（single-mode）であり、大きなコヒーレント長を、特に少なくとも１０ｍのコヒーレント長を、有利には５０ｍのコヒーレント長を有するように構成されている。正確な距離測定を実現するためには、両測距手段の測定結果を共に用いて結合することができる。
【００４７】
レーザトラッカ７０に設置される干渉計に、コヒーレント長が長いレーザダイオードをこのように用いることは、たとえば、レーザダイオードの所要スペースについて有利であり（この所要スペースは、上述のようなレーザダイオードに代えてビーム源として用いた場合のＨｅＮｅガスレーザの所要スペースと比較して格段に小さくなる）、また、エネルギー消費量が比較的少なくなること、システムの起動後にダイオードが迅速に測定光を放出できること、高電圧供給部（これはたとえば、ＨｅＮｅガスレーザに必要とされる）を削減できるという利点も奏する。
【００４８】
図３に、レーザトラッカに設置される光学システム１の干渉計１０用のビーム源としてレーザダイオード２０を含む光学部品の本発明の構成を示す。このシステム１はさらに、たとえばレーザダイオードまたはＳＬＥＤ（スーパールミネセントＬＥＤ）等である別のビーム源３１を有するアブソリュート式測距装置（ＡＤＭ）３０と、カメラ５０とを有する。
【００４９】
アブソリュート式測距装置３０のビーム源３１から出力されたビームは、戻り光を遮蔽するためのアイソレータ３２によって偏光ビームスプリッタ３３へ導光され、この偏光ビームスプリッタ３３から電気光学変調器３４によって波長依存性ビームスプリッタ４１へ導光される。波長に依存してビーム分割を行うこのビームスプリッタ４１は、特に、両光源２０，３１の放出波長が異なる場合に使用される。戻り光はアブソリュート式測距装置３０において、偏光ビームスプリッタ３３によりＡＤＭ検出器３５へ送られる。特にこの点では、測定光ビームをたとえば波長依存性ビームスプリッタ４１により入出力させることができる他のＡＤＭ構成や手法を用いることができる。このような測距装置の一例が、ＷＯ０３／０６２７４４Ａ１に開示されている。この実施形態では基本的に、本発明の他の実施形態と同様、たとえば位相測定装置等の他の種類のＡＤＭを用いることも可能である。
【００５０】
干渉計１０は本発明では、レーザダイオード２０により生成される光を使用する。図中の実施形態では、このダイオード２０はシステム１に直接設置されており、コヒーレント長が長い単一縦モードのレーザ光（single frequency）を生成する。このように生成された測定光は、ビームスプリッタ１１によって参照光路１２と測定光路とに分配される。測定光路は音響光学的変調器１３を通り、参照光路と共に偏光ビームスプリッタ１４に照射される。偏光ビームスプリッタ１４はこの測定光をさらに波長依存性ビームスプリッタ４１へ送り、偏光フィルタ１５を介して、測定光の戻り光を参照光と共に干渉計検出器１６へ偏向する。この干渉計１０の基本的な機能作用は公知であり、波干渉原理に基づいている。特に、測定光をたとえば波長依存性ビームスプリッタ４１によって入出力できる他の干渉計構成や手法を用いることも可能である。このような干渉計の一例がＷＯ０３／０６２７４４Ａ１に記載されている。基本的には、本発明の他の実施形態では他の種類の干渉計（たとえば４象限検出方式のマイケルソン干渉計）を用いることもできる。
【００５１】
光学システム１はさらに、λ／４板４３と、アブソリュート式測距装置３０と干渉計１０とが共用する光軸６１に沿って外部からシステム１に入射した光を分割する部品４２とを有し、当該部品４２により分割された光の一部である第１の部分はオーバービューカメラへ出力され、他の一部の第２の部分は位置変換器へ出力される。オーバービューカメラは自身専用の光学系を有することができ、さらに画像変換器も有することができる。オーバービューカメラは典型的には、約１０°の開口角と、たとえば３０〜５０ｍｍの焦点距離とを有し、測定ターゲットの大まかな位置検出を行うのに用いられる。
【００５２】
反射性のターゲットを検出するために有利には、前記システムはさらに、所定の照明波長を有する反射体照明部も有することができる。この反射体照明部は、有利には少なくともオーバービューカメラの開口角に等しい角度範囲を照明する。
【００５３】
その後、オーバービューカメラの解析電子装置および/または解析ソフトウェアが、オーバービューカメラの視野領域内におけるたとえば１つまたは複数の明るい光点を検出する。この明るい光点は、反射性のターゲットに相当する。この検出結果から、オーバービューカメラの画像内における光点の位置を求め、この位置から、ターゲットの変化および方向を、たとえば測定補助ツール（たとえば接触探知器またはスキャナ）の変化および方向を求め、これにより、レーザトラッカないしはシステム１と、１つまたは複数の測距装置１０，３０の光ビームとを、ターゲットに向けて方向調整することができる。このようにして、自動ターゲット検出と、測距装置１０，３０をターゲットに照準させて「ロックオン」を、すなわちターゲットの連続追跡を実現することができる。
【００５４】
位置変換器に対する光成分は、典型的には、測距装置１０，３０のうちいずれかが、有利には干渉計装置１０が送出した戻り光の光ビームである。この位置変換器は、自身専用の光学系と、たとえば位置検知ダイオードとを有することができる。この位置検知ダイオードは、当該位置検知ダイオードの面上における前記戻り光の光ビームの２次元の位置を表す信号を出力する。この位置検知ダイオードにはとりわけ、センサアレイまたは画像変換素子（たとえばＣＣＤまたはＣＭＯＳ）に、位置検出のためのデジタル信号処理装置を備えつけたものを使用することができる。上述のようにして求められた位置に応じて、閉ループ制御ユニットが、反射性ターゲットの動きに測定光を追従させるように、レーザトラッカの方向を制御することも可能である。
【００５５】
さらに、カメラ５０は、内蔵した画像変換素子を用いてターゲットのマークを検出することもできる。マークの撮像画像に基づいて、たとえば画像処理を行うことにより、ターゲットの方向を求めることができ、さらに、画像変換素子におけるターゲットの結像が実質的に常に等しい大きさを示すように、カメラ５０のズーム率を制御することもできる。こうするためにはカメラ５０は、５０〜５００ｍｍの焦点距離で１０倍ズームの拡大率を有することができる。
【００５６】
図４は、干渉計１０用のビーム源としてのレーザダイオード２０と導光体９とを有するレーザトラッカの本発明の測定光学系１の他の実施形態を示す。レーザダイオード２０はここでも、レーザトラッカの干渉計１０のための測定光を生成するように設けられている。さらにズームカメラ５０も設けられている。
【００５７】
この実施形態ではレーザダイオード２０は、コヒーレント長が長い測定光を、とりわけ、少なくとも１０ｍのコヒーレント長と１ＭＨｚ未満の線幅とを有する測定光を生成するように構成されている。こうするためにレーザダイオードは、放出されるレーザ光が単一縦モードになり、これにより狭幅の特殊な線幅を有する（single-mode Laser）ようにするための波長選択性デバイスを有する。この波長選択性デバイスはたとえば、活性レーザ媒質の周期的パターン（光グレーティング）、活性媒質外部かつ同一チップ上に設けられた回折格子、または、外部ファイバ９に設けられた回折格子パターンである。さらに、ダイオード２０と高安定性の外部空洞とを併用することにより、またはホログラフィック格子と併用することにより、適切なビーム特性を生成することもできる。
【００５８】
上記の実施形態では有利には、レーザダイオード２０は６３３ｎｍの放出波長（赤色の可視スペクトル領域）を有し、これは直線偏光されたシングルモードであり、少なくとも１０ｍのコヒーレント長を有する。この光の放出パワーは０．５ｍＷを上回り、かつ、ダイオード２０の全寿命にわたって高い波長安定性を示す（＜０．３ｐｐｍ）。
【００５９】
とりわけ、６３３ｎｍの波長を有する光をこのように生成できることにより、測定光を同時にポインティングビームとしても用いることができ、これにより、各点の視覚的マーキングのためのビーム源の追加を不要とすることができる。
【００６０】
レーザダイオード２０により生成された光は導光体９によって干渉計１０に入力される。こうするためにはさらに、ファイバ９を干渉計１０に結合するためのコリメータ８も設けられている。干渉計１０の構成は、上述の図３の本発明の実施形態の干渉計構成と同様であるが、本実施形態では、参照光路１２はビームスプリッタ１７により検出器１６へ送られ、測定光路１８はビームスプリッタ１１により導光される。さらに、周波数を変化させるための音響光学変調器１３が光アイソレータとして設けられている。さらにレーザトラッカは、上位概念の従来技術にて典型的に設けられる光学部品（ビーム源、検出器、アイソレータ等）を有するアブソリュート式測距装置３０も有する。
【００６１】
レーザトラッカは２つの別体のユニット７１，７２を有し、カメラ５０とアブソリュート式測距装置３０と干渉計１０とは、他の部品と一緒にビーム誘導ユニット７１に設置されている。この他の部品はとりわけビームガイド部品である。このビーム誘導ユニット７１は、レーザトラッカの構成に応じて異なって構成することができ、たとえば、一体構造の照準ユニットとして、または、アブソリュート式測距装置３０と干渉計１０とを有する測定ユニットを備えたビームガイドユニット（たとえば回転可能なミラー）として構成することができる。さらに、ビーム誘導ユニット７１は台ユニット７２の方向または向きに依存せずに可動であるように構成することができ、特に、２軸を中心として旋回可能であるように構成することができる。このように分離することにより、‐図中の実施形態にて実現されているように‐干渉計ビーム源として構成されたレーザダイオード２０を台ユニット７２に設置し、これにより生成された光を光ファイバ９によってビーム誘導ユニット７１内に入力させ、当該ビーム誘導ユニット７１の方向は、ないしはカメラ５０および測距装置１０，３０の光軸６１，６２の方向は、台７２に対して相対的に変化させることができる。
【００６２】
とりわけ、このように構造的に分離させることにより、ビーム誘導ユニット７１にて必要とされる部品の所要スペースを縮小させることができる。というのも、レーザダイオード２０と、当該レーザダイオード２０のために給電部品および制御部品を設置する場合にはこれら部品とを、ビーム誘導ユニット７１から出して台７２内に外付けすることが可能だからである。
【００６３】
図５は、レーザトラッカ用のレーザダイオード２０を備えた干渉計装置の本発明の基本的構成を示す。レーザダイオードにより、少なくとも１０ｍのコヒーレント長を有するシングルモード（単一縦モード）の測定光が生成され、この測定光はビームスプリッタを用いて、参照光路１２上と戻り光路１９上とにおいて導光される。前記測定光のコヒーレント長は、有利には５０ｍである。この光は、反射性ターゲット２５に向けて送られ、ここで反射される。さらに、戻り光路１９に音響光学変調器１３が配置されている。ターゲット２５はここでは可動のターゲット２５であり、干渉計検出器１６を用いて干渉計までの距離の変化を特定および測定する。この距離変化の特定および測定を行うためには、干渉計検出器１６において参照光と測定光とを重畳させて両光を干渉させることにより、測定値を読み取ることができる。
【００６４】
図６に、干渉計１０用の測定光を生成するための干渉計ビーム源としてのレーザダイオード２０と、波長安定化ユニット２１とを備えたレーザトラッカの本発明の測定光学系１の別の実施形態を示す。さらにこの実施形態でも、別の光源３１を有するアブソリュート式測距装置３０とカメラ５０とが設けられており、前記別の光源３１は有利には、レーザダイオードまたはＳＬＥＤとして構成されている。
【００６５】
波長安定化ユニット２１により、（たとえばヨウ素セルを用いて）測定光が規定波長に、たとえば約６３３ｎｍの吸収線に安定化されるように構成されている。一般的には波長安定化ユニット２１は、安定化のために気体セルを有することができる。とりわけ、安定化のために使用できる安定化手法は種々存在しており、たとえば同期検出（"synchroneous detection"：中心吸収線を中心とした光周波数の変調）、「サイド・オブ・ライン」手法、または、ゼーマン効果を利用した一定の光周波数での（磁気変調を用いた）安定化手法を用いることができる。この「サイド・オブ・ライン」手法は、気体セルの対応する吸収線の最大勾配に相当する吸収値で吸収することにより安定化を行うことに基づいている（たとえば、約４０％の吸収率での安定化）。
【００６６】
このような安定化を行うためには、レーザダイオード２０により、モードホップフリーの同調可能な（tuneable）波長領域を有する光が生成され、これにより、所望の吸収線に波長マッチングすることができる。このようにして生成されるレーザ光はさらに、長いコヒーレント長（少なくとも１０ｍ、とりわけ５０ｍ）を有する。
【００６７】
図７に、干渉計１０用の測定光を生成するレーザダイオード２０と、波長安定化ユニット２１と、レーザ光を導光するための導光体９ａ，９ｂとを有する、レーザトラッカの本発明の測定光学系１の他の実施形態を示す。ダイオード２０により生成されたシングルモードレーザ光は、光ファイバ９ａを用いて波長安定化ユニット２１へ導光される。この波長安定化ユニット２１により、レーザ光の波長が十分に一定に維持される。このようにして安定化された光は、別の光ファイバ９ｂによって波長安定化ユニット２１から干渉計１０へ導光される。このようにして生成された、波長安定化された長いコヒーレント長の測定光により、干渉計１０による距離変化の測定を高精度で行うことができる。
【００６８】
アブソリュート式測距装置３０の距離測定結果を併用すると、上述の構成のレーザトラッカによって、ターゲットまでの距離と距離変化とを非常に高精度で求めることができる。図４の実施形態と同様、光ファイバ９ｂを用いて両ユニット７１，７２を結合することにより、レーザダイオード２０および波長安定化ユニット２１は、レーザトラッカの測距手段１０，３０およびカメラ５０から空間的に、とりわけ構造的に分離されている。
【００６９】
図８は、本発明のレーザトラッカに設けられたレーザダイオードと波長選択性部品とにより行われる測定光の生成の概略図である。
【００７０】
レーザダイオードとは典型的には、数ｎｍの帯域幅を有する増幅媒質（レーザ媒質）とレーザ共振器と有する。共振器長は、上述のようなダイオードの空間的な寸法により典型的には最大数ｍｍのオーダにあるので、上述の構成により、ダイオードにより生成される共振器モード９１の間隔はサブナノメータ領域に規定される。このことにより、複数のモード９１を同時に読み取ることができる。すなわち、複数のモード９１を有するレーザ光（マルチモード）を生成することができる。
【００７１】
本発明では、レーザダイオードは追加的な波長選択性デバイスと共に用いられる。このことにより、波長依存性の光フィードバックを生成することができ、これにより、前記波長選択性デバイスは付加的な共振器のように、他のモード９２ａ〜ｃで動作することができる。
【００７２】
このような構成により、レーザ方式の光増幅（そのような構成のレーザダイオードの増幅特性９３を参照）が生じる周波数であって、レーザ共振器のモード９１と追加的な光フィードバックデバイス（波長選択性デバイス）のモード９２ａ〜ｃとが同時に（同じ周波数で）生じる周波数でのみ、レーザ発振が可能であるように、すなわちレーザ光を生成できるようにすることができる。このようにして、レーザ共振器の１つのモード９１のみが選択される。図中に示しているのは、ダイオードの共振器長より格段に長い共振器長を有する波長選択性デバイスの作用である。これにより、前記増幅領域内では、前記波長選択性デバイスにより規定されたモード９２ｂのみが生成される。
【００７３】
また、上述の実施形態に代わる択一的実施形態として、より短い外部共振器を用いて、この外部共振器のモード間隔がレーザダイオードのモード間隔に等しくなるようにする実施形態も可能である。この択一的実施形態は、図面には示していない。このように規定されたモードの尖鋭性が十分に良好であり、かつ、両共振器ではモードが正確に等しくならないという条件を満たせば、この実施形態でも、増幅領域では１つの共通のモードのみが生じるようにし、これによりシングルモード動作を実現することができる。
【００７４】
もちろん、上記の図面は、単に実施可能な実施例を概略的に示しただけであり、本発明では、複数の異なる手法を相互に組み合わせることも可能であり、また、距離変化測定を行うための干渉法または距離検出手法と組み合わせることも可能であり、さらには、従来技術の上位概念の測定機器とりわけレーザトラッカと組み合わせることも可能である。本発明の実施形態はさらに、たとえばトータルステーションやタキメータ等の測地機器にて用いることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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