一种干涉测距仪中的散斑减轻方法，该方法包括以下步骤：向待测量目标（11）发送具有至少一个波长λ的光辐射（12）；接收由所述目标（11）沿光轴（OA）散射回的所述光辐射（12）的一部分，其中，所述光辐射（12）形成散斑场；将所接收到的光辐射（12）转换为至少一个接收信号；通过绝对或增量干涉距离测量来从所接收到的信号确定到所述目标（11）的真实距离。在该方法中，确定相对于光轴（OA）的真实指向，其中，对由于散斑效应引起的距离误差进行校正。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】干涉测距仪中的散斑减轻方法和对应的测距仪本专利技术涉及根据权利要求I的前序部分的在干涉测距仪中减轻散斑的方法以及根据权利要求12的前序部分的干涉测距仪。已知在电子距离测量领域中有各种原理和方法。一个方法在于向待测量(survey)目标发射经频率调制的电磁辐射(例如，光)，随后接收来自后向散射对象(理想情况下，仅来自待测量目标)的一个或更多个回波，因此待测量目标可以具有两个镜面(例如后向反射器)并具有漫射后向散射特性。在干涉仪装置中，使用激光光源进行距离测量。所接收到的信号与从所发射的光信号得到的第二信号叠加。所得到的混合乘积(干涉图)的拍频是到目标对象的距离的测度。这种类型的干涉测量是光电测距的公知技术，其优点是具有极高的测量精度和散粒噪声受限的灵敏度。存在各种进一步的实施方式，包括工作在固定波长的增量干涉仪和可以使用许多的离散波长(多波长干涉测量)、频率调制连续波干涉测量(FMCW)或白光干涉 测量的绝对距离仪。绝对距离计利用了干涉测量相位φ对波长λ的灵敏度。在原理上最简单的该实施方式中，激光源的光频被线性调谐。如下所示，对于小的波长改变，距离d由下式得出 , λ2 φ_5] dH,丨)下面的讨论还适用于多波长干涉测量，在多波长干涉测量中，同时测量多个波长处的相位差。对于两个离散波长λρ λ2的情形，在公式(I)中，可以进行以下替换CU =A2-Apdcb = Φ 2_ Φ I 和A = %/νΛζ。当将该技术应用于非协同(non-cooperative)目标时，会出现所谓散斑(speckle)的公知效应，这导致测量精度劣化。这表现为由于目标的粗糙度和目标相对于测量光束的夹角而导致的测量区域内的深度变化引起的随机测量波动。这些效应是由于激光的相干性引起的散斑而导致的干涉测量相位φ的随机性，根据公式(1)，这会导致测量误差。借助于诸如传统相位计或TOF技术的使用非相干光的光电测距技术，能够减轻该效应，在使用非相干光的光电测距技术中，利用散斑平均化来减小观察到的距离变化。遗憾的是，这些非相干技术有其它缺点，例如测量精度有限或测量灵敏度有限，这些缺点使得它们不能代替干涉测量技术。在现有技术中做了许多工作来解决幅度随机化的问题，因为幅度随机化问题会引起由于破坏性干涉而导致的检测遗漏情况。实际上，在W. Goodman的Some fundamentalproperties of speckle (J. Opt. Soc. Am, Vol. 66，No. 11，1976，p. 1145ff)中表明，各个检测器位置处的灵敏度I的密度函数服从指数分布，_] pii^A-1M (2)因此，干涉测量幅度的概率密度JocVJ服从瑞利型(Rayleigh-type)分布P (A)=P(I (A)) · dl/dA Α 丨 A2100111 p(A)^F)eTF)l{J)因此，检测到用于进行测量的光不充分的概率可能很大。用于减轻这些幅度波动的效应的方法是基于对去相关后的散斑图案的测量的，该方法通常称为散斑差异性(speckle diversity)。然而，相位随机化问题没有像幅度变化问题那样吸引很多努力。针对U. Vry和A. F. Fercher 的〃Higher-order statistical properties of speckle fields and theirapplication to rough-surface interferometry〃( J. Opt. Soc. Am. A3 (1986)，p. 988ff)中的多波长干涉测量的上下文，披露了对光学相位与波长变化进行去相关，由于相位与距离有关，所以这会导致距离波动。 根据Y.Salvade 的Distance Measurement by Multiple WavelengthInterferometry^CThesisj University of Neuchatelj 1999)，对于如图 I所不的成像配置，在与合成波长A= A1 . A2/(ArA2)相对应的两个波长λ 2处的散斑场的归一化相关系数由下式给出ΓI Γ · f,、 / \ A / _ 1 V hi , / \ 4ττ _ ομ(χ) = €ρ —^Ax-2dj tana) exp ~—d\x) exp —~j L Λ J I Λ‘ J (4)其中，0,是目标粗糙度，a是目标相对于光轴的倾角，Cp是光瞳函数(pupilfunction)的归一化自相关，Ci1是透镜到成像平面的距离，M是成像光学装置的放大率，d(x)包含目标的系统性距离/高度特性(profile) ,, j j _ X Ul f1 i、「001 71 d(.x) 二 2么 + r JllOC-- ----I H--L 」W 0 7M 2dX Μ)(5)两个波长处的测量之间的干涉测量相位差的变化由下式给出 2j tiQ 2 ησι=-~ — π arcsin\μ | + arcsin2L 」 ' 3n(6)根据式(1)，当测量粗糙倾斜的目标时会导致随机的范围波动。实际上，所测得的距离的标准不确定性可以由下式粗略估计σ — tana — 2C7)其中，a分别是成像系统的分辨率和倾角。在US 5，811，826中，公开了通过测量平面表面反射的相干光束的散斑图案来遥感该平面表面的方位的方法和装置。利用两个不同频率的辐射来照射该表面，并将对应的散斑图案进行比较，以确定第一散斑图案相对于第二散斑图案的偏移的幅度和方向。散斑图案偏移的幅度和方向表示对象的方位，即，该方法测量当将光频从第一频率改变为第二频率f2时的散斑图案的横向偏移，以计算表面的入射角和方位角。虽然该方法使得能够类似于表面方位来确定表面特性，但是该方法在不同的时间使用两个不同波长，其频谱特性会导致图案的充分的横向偏移。本专利技术的一个目的是提供一种改进的干涉测距测量方法(特别是用于倾斜目标)以及对应地设计的干涉测距仪。本专利技术的进一步目的是提供一种仅利用一个单波长或者同时利用一个以上波长或者在没有波长改变的情况下能够确定散斑场的特性的方法和测距仪。根据本专利技术，这些目的是通过权利要求I和12的特征以及从属权利要求的特征实现的，或者这些解决方案被进一步开发。本专利技术涉及干涉测距仪中的散斑减轻方法，在该方法中，利用散斑场的特征来确定各个距离测量的指向。与现有技术相比并根据本专利技术，在单波长处对散斑图案进行测量，从而在无需确定表面的方位的情况下对散斑导致的测量误差进行校正。然而，本专利技术不限于使用一个单一频率，并且还可以要求保护使用多个频率。因而，与US 5，811，826的方法在一定程度上类似，本专利技术利用了散斑场的特征。 然而，与US 5,811,826的方法相比，没有测量表面的特征，而是根据在单一频率而不是两个频率处的测量来计算指向。然而，本专利技术不限于使用一个单一频率，并且还可以使用多个频率。本专利技术涉及减少在使用干涉测量绝对距离传感器测量到相对于光轴倾斜的目标的距离时的范围波动。该方法实现了主要受目标粗糙度而不是受测量点内的总深度分布限制的测量精度。该技术避免了当前被认为不可避免的式(6)中所示的由相位去相关效应引起的距离误差。本质上，通过基于散斑场的测量本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.14 EP 09179135.01.一种用于干涉测距仪中的散斑减轻的方法，该方法包括以下步骤 向待测量目标(11)发送具有至少一个波长、的光辐射(12); 接收由所述目标(11)沿光轴(OA)散射回的光辐射(12)的一部分，其中，所述光辐射(12)形成散斑场； 将所接收到的光辐射(12)转换为至少一个接收信号； 通过具有相位去相关误差补偿的绝对或增量干涉距离测量来从所接收到的信号确定到所述目标(11)的真实距离， 该方法的特征在于 确定到所述散斑场的至少一个点的所述干涉测量相对于所述光轴(OA)的指向，其中，具体地说，使用K个检测器(23，45)或者通过将至少一个检测器相对于所述散斑场移动来至少部分地解析所述散斑场。2.根据权利要求I所述的方法，该方法的特征在于 确定指向的步骤包括以下步骤确定到对应点的指向距离d。3.根据权利要求I或2所述的方法，该方法的特征在于 所述光辐射(12)包括多个波长作为 -多个离散波长， -频率调制连续波或者 -白光。4.根据权利要求2至3中的任意一项所述的方法，该方法的特征在于 在与距离估计相关联的特定时间实例估计所述指向，或者 连续地跟踪所述指向并确定加权平均值。5.根据权利要求4所述的方法，该方法的特征在于 在对激光进行频率调制期间跟踪所述指向，具体地说，如果指向相对于激光波长的灵敏度超过预定阈值，则将所记录的数据标记为潜在地受到蝙蝠翼效应的影响。6.根据前述权利要求2至5中的任意一项所述的方法，该方法的特征在于 所接收到的光辐射(12)被并行地转换为多个接收信号Ak，各个接收信号覆盖区域Dk，其中，I彡k彡K，所述检测器(23，45)生成所述接收信号其中，X表示区域Dk的空间扩展。7.根据权利要求6所述的方法，该方法的特征在于 从所接收到的信号Ak估计所述指向。8.根据权利要求6或7所述的方法，该方法的特征在于 基于所述多个接收信号Ak的和A = E kAk...
【专利技术属性】
技术研发人员：马塞尔·罗纳，伊斯·萨尔瓦德，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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