具有校正裝置以考慮串?dāng)_的光學(xué)距離測(cè)量設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出用于光學(xué)距離測(cè)量的一種測(cè)量裝置（1）。該測(cè)量裝置（1）具有發(fā)送裝置（3）、接收裝置（7）、調(diào)制裝置（5）、分析裝置（9）和校正裝置（11）。該發(fā)送裝置在此被實(shí)施用于向?qū)ο螅?3）發(fā)送第一信號(hào)（15）。該調(diào)制裝置（5）在此被實(shí)施用于對(duì)該第一信號(hào)（15）進(jìn)行調(diào)制。該接收裝置（7）在此被實(shí)施用于探測(cè)第二信號(hào)（17）。該分析裝置（9）在此被實(shí)施用于接收并分析該第二信號(hào)（17）。該校正裝置（11）被實(shí)施用于在接通該調(diào)制裝置（5）并低于可預(yù)給定功率閾值來(lái)驅(qū)動(dòng)該發(fā)送裝置（3）的情況下來(lái)校正該測(cè)量裝置（1）。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有校正裝置以考慮串?dāng)_的光學(xué)距離測(cè)量設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]已知光學(xué)距離測(cè)量設(shè)備，所述光學(xué)距離測(cè)量設(shè)備可以確定在該距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離。為此距離測(cè)量設(shè)備在朝向該目標(biāo)對(duì)象的方向上發(fā)送光束，并探測(cè)從該對(duì)象所反射的以及在朝向該距離測(cè)量設(shè)備的方向上所返回的光。

【背景技術(shù)】
[0002]距離的確定可以借助飛行時(shí)間法，也稱(chēng)作time-of-flight法。在此可以在時(shí)域或在頻域中來(lái)進(jìn)行這種測(cè)量。在時(shí)間測(cè)量時(shí)，例如短的激光脈沖可以在時(shí)間點(diǎn)處向目標(biāo)對(duì)象發(fā)送并且在該目標(biāo)對(duì)象處被散射或反射。該測(cè)量輻射的一部分例如通過(guò)接收光學(xué)裝置到達(dá)光學(xué)接收器，并在時(shí)間點(diǎn)tff±處到達(dá)該光學(xué)接收器。由所測(cè)量的飛行時(shí)間
和光速Ctl來(lái)計(jì)算該目標(biāo)對(duì)象的距離d。
[0003]在頻域中進(jìn)行測(cè)量時(shí)或者按照相位飛行時(shí)間法，光源的光學(xué)輻射可以在其強(qiáng)度上例如以正弦形來(lái)加以調(diào)制。被調(diào)制的輻射被發(fā)送到該目標(biāo)對(duì)象，并在那里被散射或反射。被反射的輻射的一部分例如通過(guò)接收光學(xué)裝置到達(dá)光學(xué)接收器。所接收的正弦形強(qiáng)度調(diào)制的輻射根據(jù)該目標(biāo)對(duì)象的距離而與被發(fā)送的正弦形強(qiáng)度調(diào)制的信號(hào)之間具有相位偏移。根據(jù)所接收的與所發(fā)送的信號(hào)之間的相位差、已知的調(diào)制頻率以及光速，可以計(jì)算至該目標(biāo)對(duì)象的距離。代替示例提到的正弦形強(qiáng)度調(diào)制，可以選擇矩形脈沖和其他的調(diào)制形式。距離與相位之間關(guān)聯(lián)的多重性可以通過(guò)在多個(gè)緊密相鄰頻率情況下進(jìn)行測(cè)量而得到解決。但是上述距離測(cè)量設(shè)備的測(cè)量精確度并不總是令人滿(mǎn)意的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]從而需要一種測(cè)量裝置和一種方法，它們能夠改善距離測(cè)量的測(cè)量精確度和可靠性。
[0005]這種需求可以通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的本發(fā)明主題而得到滿(mǎn)足。本發(fā)明的有利的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中加以描述。
[0006]下文中詳細(xì)討論了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的一種裝置的特征、細(xì)節(jié)和可能的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出用于光學(xué)距離測(cè)量的一種測(cè)量裝置。該測(cè)量裝置具有發(fā)送裝置、調(diào)制裝置、接收裝置、分析裝置和校正裝置。該發(fā)送裝置被實(shí)施為把第一信號(hào)發(fā)送到對(duì)象上。該調(diào)制裝置被實(shí)施為例如周期地在強(qiáng)度、幅度和/或在頻率上調(diào)制該第一信號(hào)。該接收裝置在此被實(shí)施為探測(cè)第二信號(hào)，并例如轉(zhuǎn)發(fā)到該分析裝置。該分析裝置被設(shè)置用于接收并分析該第二信號(hào)。例如該分析裝置可以被設(shè)置用于根據(jù)在該第一和第二信號(hào)之間的相位差、已知的調(diào)制頻率和光速來(lái)確定該測(cè)量裝置與該對(duì)象之間的距離。該校正裝置被實(shí)施為，在該調(diào)制裝置接通以及在該發(fā)送裝置低于可預(yù)給定功率閾值被驅(qū)動(dòng)期間校正該測(cè)量裝置。也即在調(diào)制裝置例如以全功率被驅(qū)動(dòng)以及該發(fā)送裝置例如以非常低的功率被驅(qū)動(dòng)或者被關(guān)閉期間，來(lái)進(jìn)行校正。在此該功率閾值涉及由該發(fā)送裝置所發(fā)射的光學(xué)輸出功率，尤其是涉及平均的光學(xué)輸出功率。
[0008]該第二信號(hào)在此是由該接收裝置所接收的信號(hào)。在校正測(cè)量時(shí)，該第二信號(hào)可以?xún)H僅具有光學(xué)背景輻射。相反，在距離測(cè)量時(shí)，該第二信號(hào)不僅可以具有背景輻射，而且還可以具有從對(duì)象返回的測(cè)量輻射。
[0009]換句話(huà)說(shuō)，本發(fā)明的理念所基于的是以下的知識(shí)，即在調(diào)制裝置與接收裝置之間或者在發(fā)送路徑與接收路徑之間發(fā)生了串?dāng)_(也稱(chēng)為crosstalk)，并且這可能導(dǎo)致系統(tǒng)距離測(cè)量誤差。一方面，該串?dāng)_可能導(dǎo)致供電電壓和接收裝置的靈敏性發(fā)生變化。另一方面，通過(guò)該串?dāng)_可能改變用于由該接收裝置探測(cè)該第二信號(hào)的掃描窗口的寬度，因?yàn)榇蜷_(kāi)和關(guān)閉掃描窗口的電信號(hào)受到影響。
[0010]尤其在利用SPAD (Single Photon Avalanche D1den,單光子雪崩二極管)來(lái)實(shí)施該接收裝置時(shí)，其中該調(diào)制裝置、該接收裝置和該分析裝置可以集成在一個(gè)芯片中，一方面在調(diào)制裝置和接收裝置之間可能產(chǎn)生例如影響該SPAD的供電電壓的串?dāng)_。另一方面，在調(diào)制裝置與分析裝置之間可能產(chǎn)生影響掃描窗口或容器(Bin)的寬度的串?dāng)_。
[0011]在通過(guò)該校正裝置對(duì)本發(fā)明的測(cè)量裝置進(jìn)行校正時(shí)，對(duì)該串?dāng)_加以考慮。為此在接通調(diào)制裝置的情況下來(lái)進(jìn)行這種校正。同時(shí)該發(fā)送裝置在校正期間低于預(yù)給定的功率閾值被驅(qū)動(dòng)。例如該發(fā)送裝置作為激光器或激光二極管來(lái)實(shí)施，并在校正期間低于激光器閾值被驅(qū)動(dòng)，使得向該目標(biāo)對(duì)象不發(fā)射測(cè)量輻射或發(fā)射少到可忽略的測(cè)量輻射，或者該激光器以相當(dāng)微小的效率來(lái)工作。這樣例如就可以在光路中省略機(jī)械快門(mén)，其中該機(jī)械快門(mén)將不必要地增大該測(cè)量裝置的尺寸。尤其在手持距離測(cè)量裝置中可能有利的是，通過(guò)省略機(jī)械關(guān)閉裝置來(lái)降低重量。
[0012]這樣，在發(fā)送路徑和接收路徑之間的電串?dāng)_已經(jīng)在校正期間就通過(guò)驅(qū)動(dòng)該調(diào)制裝置而充分存在，而不探測(cè)從目標(biāo)對(duì)象所反射的輻射。這樣就可以簡(jiǎn)單而有效地確定系統(tǒng)測(cè)量誤差，并在之后的距離測(cè)量中考慮該系統(tǒng)測(cè)量誤差。
[0013]該測(cè)量裝置可以是手持的或靜止安裝的距離測(cè)量裝置。該發(fā)送裝置可以是光學(xué)輻射的源，例如激光二極管、尤其紅色激光二極管。該發(fā)送裝置也可以被稱(chēng)作發(fā)射器。該發(fā)送裝置被實(shí)施以朝向?qū)ο髞?lái)發(fā)送第一信號(hào)。該對(duì)象也可以被稱(chēng)作目標(biāo)對(duì)象。該第一信號(hào)也可以被稱(chēng)作測(cè)量福射或信號(hào)光。例如該第一信號(hào)可以具有635或650nm的波長(zhǎng)。在此該發(fā)送裝置在距離測(cè)量時(shí)可以以例如約30mA的直流電流(DC電流)來(lái)供電。在校正測(cè)量時(shí)，該電流可以低于例如為20mA、優(yōu)選1mA并尤其為5mA的預(yù)給定極限值。
[0014]該調(diào)制裝置也可以被稱(chēng)作片上激光調(diào)制器，并且例如可以具有振蕩器。該調(diào)制裝置在此被實(shí)施為在強(qiáng)度、幅度和/或頻率上來(lái)改變?cè)摰谝恍盘?hào)。例如該調(diào)制裝置可以周期地、例如正弦形地調(diào)制該第一信號(hào)。在DC激光二極管電流例如為30mA的情況下，這例如可以通過(guò)以5mA的AC幅度對(duì)激光二極管電流進(jìn)行調(diào)制來(lái)進(jìn)行。
[0015]該接收裝置可以是探測(cè)器，其例如具有至少一個(gè)雪崩光電二極管、也稱(chēng)作Avalanche-Photo-D1de(APD)、或者至少一個(gè)單光子雪崩二極管(SPAD)。該接收裝置被實(shí)施為探測(cè)第二信號(hào)。該第二信號(hào)在此例如在距離測(cè)量時(shí)不僅可以具有從目標(biāo)對(duì)象反射的或射回的測(cè)量輻射，而且還可以具有背景輻射。在校正測(cè)量時(shí)，該第二信號(hào)可以?xún)H包含有背景輻射。該第二信號(hào)被傳輸?shù)皆摲治鲅b置，在該分析裝置中例如可以借助一種算法來(lái)確定該測(cè)量裝置與該目標(biāo)對(duì)象之間的距離。
[0016]該分析裝置例如可以是控制單元。該分析裝置尤其可以作為專(zhuān)用集成電路、也稱(chēng)作ASIC來(lái)實(shí)施。在此該分析裝置例如可以控制時(shí)間測(cè)量和/或該第一信號(hào)的調(diào)制和/或該接收裝置的調(diào)制。在該接收裝置作為SPAD來(lái)實(shí)施的情況下，該分析裝置尤其可以給該接收裝置所接收的數(shù)字信號(hào)分配不同的計(jì)數(shù)器。這些計(jì)數(shù)器或計(jì)數(shù)器讀數(shù)在此代表了不同的探測(cè)周期。這些探測(cè)周期可以被稱(chēng)作容器寬度或掃描窗口。在距離測(cè)量時(shí)，探測(cè)周期的總和應(yīng)該對(duì)應(yīng)于被調(diào)制的第一信號(hào)的周期。換句話(huà)說(shuō)，在探測(cè)周期期間，周期調(diào)制的探測(cè)信號(hào)的周期重復(fù)的相位區(qū)域被檢測(cè)，并在計(jì)數(shù)器中把相應(yīng)的數(shù)字探測(cè)信號(hào)進(jìn)行累加。根據(jù)數(shù)字計(jì)數(shù)器的在許多探測(cè)周期上所累加的計(jì)數(shù)器結(jié)果，可以推斷在所發(fā)送的第一信號(hào)與所接收的第二信號(hào)之間的相位差，并由此來(lái)確定該目標(biāo)對(duì)象的距離。
[0017]該校正裝置可以作為單獨(dú)的單元或者例如作為該分析裝置的部分來(lái)實(shí)施。該校正裝置被實(shí)施為對(duì)該測(cè)量裝置進(jìn)行校正。為此該校正裝置例如可以操控該調(diào)制裝置，以開(kāi)始該發(fā)送裝置的調(diào)制并同時(shí)把DC供電保持低于規(guī)定閾值。也就是說(shuō)，該校正裝置可以如此來(lái)操控該發(fā)送裝置，使得其在該調(diào)制裝置激活期間不發(fā)送或僅發(fā)送少量的測(cè)量輻射。在校正測(cè)量期間所接收的、僅包含有背景輻射的第二信號(hào)可以用于計(jì)算出在距離測(cè)量時(shí)的系統(tǒng)測(cè)量誤差。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該校正裝置被實(shí)施為在校正該測(cè)量裝置時(shí)對(duì)該接收裝置與該調(diào)制裝置之間的串?dāng)_加以考慮。串?dāng)_在此可以是實(shí)際獨(dú)立的信號(hào)通道之間不期望的相互影響。該串?dāng)_例如可以是電感性的或電容性的。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該第二信號(hào)在校正測(cè)量時(shí)僅具有光學(xué)背景輻射。與此相反，在距離測(cè)量時(shí)，該第二信號(hào)不僅具有背景輻射，而且還具有從對(duì)象返回的測(cè)量輻射。該背景輻射在此例如可以是均勻分布的光學(xué)輻射。與測(cè)量輻射相反，該背景輻射沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制。代替地，該背景輻射可以理解為未必未調(diào)制的、但與該第一信號(hào)不相干的輻射。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該接收裝置可以與該分析裝置集成地來(lái)實(shí)施。集成在此可以意味著，該接收裝置一體地、也即與該分析裝置一起實(shí)施在一個(gè)組件中。例如該接收裝置以及該分析裝置都可以在一個(gè)芯片中來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該測(cè)量裝置的這種擴(kuò)展方案中，所述的校正是特別有利的，因?yàn)樵谠摻邮昭b置集成在該分析裝置中時(shí)串?dāng)_的效應(yīng)可能是特別明顯的。
[0021]另外所有的裝置都可以任意地相互組合。例如該接收裝置可以與該分析裝置一體地或集成地來(lái)實(shí)施。另外該接收裝置、該分析裝置和該校正裝置也可以綜合為一個(gè)單元。所述的所有裝置、以及該發(fā)送裝置都可以集成在一個(gè)芯片上。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該接收裝置具有至少一個(gè)雪崩光電二極管(APD)或至少一個(gè)單光子雪崩二極管(SPAD)。尤其在基于SPAD的距離測(cè)量情況下，該分析裝置和該接收裝置可以并排集成在同一芯片中。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該發(fā)送裝置作為激光器、尤其作為激光二極管來(lái)實(shí)施。例如可以使用具有635或650nm波長(zhǎng)的紅色激光二極管。在此該校正裝置可以被實(shí)施用于在校正過(guò)程期間低于激光器閾值來(lái)驅(qū)動(dòng)該激光器，也即不發(fā)射測(cè)量輻射。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的第二方面而描述了用于對(duì)前述測(cè)量裝置進(jìn)行校正的一種方法。該方法具有以下的步驟:驅(qū)動(dòng)發(fā)送裝置以低于可預(yù)給定功率閾值的功率來(lái)發(fā)送第一信號(hào)；尤其以全功率輸入來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)制裝置，以調(diào)制該發(fā)送裝置的第一信號(hào)；借助接收裝置來(lái)探測(cè)第二信號(hào)，并基于該第二信號(hào)借助校正裝置來(lái)校正該測(cè)量裝置。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下文對(duì)示例實(shí)施方式的說(shuō)明并參照附圖來(lái)向?qū)I(yè)人員闡明，但這些示例實(shí)施方式不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種測(cè)量裝置的連接框圖，
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一種測(cè)量裝置的一部分，
圖3示出了在利用未調(diào)制的背景光進(jìn)行照射時(shí)以及在發(fā)送裝置和調(diào)制裝置都接通時(shí)該第二信號(hào)的理論掃描值和所測(cè)量的掃描值的圖示，
圖4示出了在利用未調(diào)制的背景光進(jìn)行照射時(shí)以及在發(fā)送裝置接通和調(diào)制裝置關(guān)閉時(shí)所測(cè)量的掃描值的圖示，
圖5示出了在利用未調(diào)制的背景光進(jìn)行照射時(shí)以及在發(fā)送裝置關(guān)閉和調(diào)制裝置接通時(shí)所測(cè)量的掃描值的圖示，
圖6示出了在借助該校正裝置進(jìn)行校正之后所測(cè)量的掃描值的圖示，
圖7示出了在不同溫度下激光二極管的特征曲線(xiàn)。
[0027]所有的附圖僅僅是本發(fā)明裝置或其根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的組成部分的示意圖。在附圖中尤其距離和大小關(guān)系沒(méi)有按照比例來(lái)加以再現(xiàn)。在不同的附圖中相對(duì)應(yīng)的元件被設(shè)置有相同的參考數(shù)字。

【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1示出了測(cè)量裝置I的橫截面。該測(cè)量裝置I在此可以是手持距離測(cè)量設(shè)備。該測(cè)量裝置I可以具有殼體19，在該殼體中設(shè)置有發(fā)送裝置3、調(diào)制裝置5、接收裝置7、分析裝置9和校正裝置11。該發(fā)送裝置3被實(shí)施用于向目標(biāo)對(duì)象13發(fā)送第一信號(hào)15。為此該發(fā)送裝置3可以具有諸如半導(dǎo)體激光二極管的光源21和物鏡23。該激光二極管在此例如可以具有如在圖7中所示的與溫度有關(guān)的特征曲線(xiàn)。在圖7中在此在X軸上示出以mA為單位的電流，在Y軸上示出以mW為單位的功率。右邊的曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于在50°C時(shí)的特征曲線(xiàn)，中間的曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于在40°C時(shí)的特征曲線(xiàn)，左邊的曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于在25°C時(shí)的特征曲線(xiàn)。
[0029]該激光器或該激光二極管通過(guò)可調(diào)節(jié)的DC電流而被接通，或者在功率上被調(diào)節(jié)。該激光器開(kāi)始發(fā)射光的閾值例如為25mA。該激光器例如在距離測(cè)量時(shí)以30mA的DC電流被驅(qū)動(dòng)。該激光功率在此例如在激光類(lèi)II時(shí)被限制為ImW的平均功率。在接通該調(diào)制裝置5時(shí)的調(diào)制電流例如處于1mA或5mA。
[0030]也稱(chēng)為測(cè)量輻射的該第一信號(hào)15可以在其幅度或頻率上并尤其在其強(qiáng)度上通過(guò)調(diào)制裝置5被短暫地調(diào)制。在距離測(cè)量期間，該第一信號(hào)15可以通過(guò)光學(xué)窗口 27而離開(kāi)該測(cè)量裝置I。在離開(kāi)該測(cè)量裝置I之后，該第一信號(hào)15在位于與該測(cè)量裝置I距離31處的目標(biāo)對(duì)象13上被散射或反射。被反射的輻射33穿過(guò)另一光學(xué)窗口 35入射到該測(cè)量裝置I中，并在那里連同未調(diào)制的背景輻射一起作為第二信號(hào)17由接收裝置7來(lái)探測(cè)。該接收裝置7在此情況下可以具有接收光學(xué)裝置37和接收探測(cè)器39。該第二信號(hào)17由該接收裝置7傳輸?shù)皆摲治鲅b置9。在該分析裝置9中，該目標(biāo)對(duì)象13與該測(cè)量裝置I的距離31被借助相位飛行時(shí)間法確定。
[0031]尤其在大距離或者強(qiáng)背景光的情況下，距離測(cè)量的測(cè)量結(jié)果由于不利的信噪比而可能失真。因此根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置I可以執(zhí)行校正測(cè)量，以改善測(cè)量結(jié)果的可靠性。在校正測(cè)量時(shí)，例如在該分析裝置9中所設(shè)置的校正裝置可以如此來(lái)操控該發(fā)送裝置3，使得該發(fā)送裝置低于功率閾值被驅(qū)動(dòng)。也即，在校正測(cè)量期間實(shí)際上不發(fā)送可探測(cè)的第一信號(hào)15。例如在此情況下激光二極管低于激光器閾值來(lái)運(yùn)行。在此該校正裝置11被實(shí)施用于在校正過(guò)程期間接通該調(diào)制裝置5。這樣僅僅未調(diào)制的背景輻射到達(dá)該接收裝置7，其中該背景輻射的探測(cè)已經(jīng)受到由于該調(diào)制裝置5的運(yùn)行而引起的串?dāng)_的影響。所述串?dāng)_在此可能在該調(diào)制裝置5與該接收裝置7之間和/或在該調(diào)制裝置5與該分析裝置9之間發(fā)生。借助在這些條件下所探測(cè)的第二信號(hào)，可以確定由串?dāng)_所決定的系統(tǒng)誤差，并在隨后的距離測(cè)量中加以考慮。這可以明顯提高距離31的測(cè)量精確度。
[0032]在圖2中示出了測(cè)量裝置I的另一實(shí)施例。在此圖2示出了電路板，其上布置有以激光二極管形式的發(fā)送裝置3，帶有驅(qū)動(dòng)器和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。另外在該電路板上還布置有8MHz振蕩器，μ控制器、能量源41、高壓發(fā)生器43和模擬低頻路徑45。另外該電路板還具有接收裝置7，其中該接收裝置作為APD或SPAD來(lái)實(shí)施并具有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。另外在該電路板上還設(shè)置有分析裝置9，該分析裝置作為ASIC來(lái)實(shí)施，其被實(shí)施用于進(jìn)行時(shí)間測(cè)量和/或用于調(diào)制該發(fā)送裝置3和/或該接收裝置7。在該分析裝置9中設(shè)置有調(diào)制裝置5。
[0033]借助圖3至6來(lái)詳細(xì)討論該調(diào)制裝置5的運(yùn)行對(duì)串?dāng)_的影響。在此在圖3至6中分別在X軸上不出了八個(gè)掃描窗口，也稱(chēng)為容器。這八個(gè)掃描窗口對(duì)應(yīng)于一個(gè)掃描周期，并且從每個(gè)掃描窗口中來(lái)獲得掃描值、即所謂的采樣值。在Y軸上示出了所探測(cè)的第二信號(hào)相對(duì)于其在調(diào)制周期上的平均值而以百分比表示的標(biāo)稱(chēng)強(qiáng)度。在圖3和4中為了確定這些值，在此采用了常規(guī)的設(shè)備，其中在常規(guī)設(shè)備的情況下可以機(jī)械阻塞由該目標(biāo)對(duì)象13所反射的輻射33，以表明串?dāng)_的效應(yīng)。但在本發(fā)明的測(cè)量裝置I中不需要機(jī)械元件來(lái)進(jìn)行校正。
[0034]圖3示出了在發(fā)送路徑和接收路徑之間串?dāng)_的問(wèn)題。在所示的例子中在發(fā)送路徑中接通調(diào)制裝置5時(shí)并且在高于激光器閾值來(lái)驅(qū)動(dòng)該激光二極管時(shí)確定測(cè)量值。在此從該目標(biāo)對(duì)象13所反射的輻射33在接收側(cè)被阻塞，使得僅僅利用恒定的未調(diào)制的背景光來(lái)照射該接收裝置7。由該接收裝置7所接收的第二信號(hào)17與該調(diào)制頻率相周期同步地被掃描。在這種條件下得到了以矩形測(cè)量點(diǎn)來(lái)表示的、基本正弦形的曲線(xiàn)。在探測(cè)周期上的正弦形由該發(fā)送路徑與接收路徑之間的串?dāng)_決定。在此，串?dāng)_例如影響了該接收裝置的靈敏性和/或掃描窗口的寬度。
[0035]用菱形來(lái)表示的、與X軸平行的曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于沒(méi)有串?dāng)_的理想系統(tǒng)的理論掃描值。在理想系統(tǒng)中，在全部掃描窗口中都探測(cè)到相同的掃描值。
[0036]為了能夠校正由串?dāng)_導(dǎo)致的誤差，必須已知與圖3中的測(cè)量值相對(duì)應(yīng)的串?dāng)_向量。在例如手持激光距離測(cè)量設(shè)備中，不能容易地確定串?dāng)_向量。在制造時(shí)進(jìn)行一次校正就可以了。但是也可能由于溫度波動(dòng)、過(guò)程波動(dòng)和電壓波動(dòng)、以及由于老化而使串?dāng)_在幅度和相位上產(chǎn)生變化。從而可能需要在每次距離測(cè)量之前執(zhí)行校正測(cè)量。為了阻止信號(hào)光到達(dá)該探測(cè)器，必須有例如機(jī)械快門(mén)來(lái)中斷該光路。但這種元件增大了該設(shè)備的尺寸，并引起附加成本。從而在斷開(kāi)激光器的情況下或者在低于激光器閾值來(lái)驅(qū)動(dòng)該激光器的情況下，校準(zhǔn)測(cè)量是有利的。
[0037]圖4示出了在用未調(diào)制的背景光進(jìn)行照射、斷開(kāi)該調(diào)制裝置5以及低于激光器閾值來(lái)驅(qū)動(dòng)該發(fā)送裝置3、也即激光器DC關(guān)閉的情況下所測(cè)量的第二信號(hào)的掃描值。相應(yīng)的值在與X軸相平行的曲線(xiàn)中用圓形所表示的測(cè)量值來(lái)示出。為了進(jìn)行比較，示出了在發(fā)送路徑中接通調(diào)制裝置5以及高于激光器閾值來(lái)驅(qū)動(dòng)該發(fā)送裝置3的情況下的正弦形測(cè)量曲線(xiàn)，如圖3所已知的。
[0038]如圖4所示，在斷開(kāi)該調(diào)制裝置5的情況下測(cè)量值幾乎對(duì)應(yīng)于沒(méi)有串?dāng)_時(shí)的理想理論值。從而可以總結(jié)得出，串?dāng)_主要由該調(diào)制裝置5引起。從而必須接通該調(diào)制裝置5來(lái)確定串?dāng)_向量。
[0039]圖5現(xiàn)在示出了在未調(diào)制的背景光、接通調(diào)制裝置5以及低于預(yù)給定功率閾值來(lái)驅(qū)動(dòng)該發(fā)送裝置3情況下該接收信號(hào)的掃描值。另外在圖5中還示出了在接通調(diào)制裝置5以及高于激光器閾值來(lái)驅(qū)動(dòng)該發(fā)送裝置3情況下已經(jīng)由圖3和圖4所已知的掃描值曲線(xiàn)。兩個(gè)曲線(xiàn)相重疊。由此能夠總結(jié)得出，串?dāng)_向量近似與激光二極管的DC工作點(diǎn)無(wú)關(guān)。
[0040]在圖6中重新示出了由圖3、4和5所已知的測(cè)量曲線(xiàn)，其中該測(cè)量曲線(xiàn)是正弦形的并且是在接通該調(diào)制裝置5以及接通發(fā)送裝置的情況下所記錄的。另外在圖6中還示出了已校正的測(cè)量曲線(xiàn)，該測(cè)量曲線(xiàn)近似平行于X軸延伸并幾乎對(duì)應(yīng)于圖3的理論曲線(xiàn)。在此將每個(gè)容器的所測(cè)量的距離測(cè)量掃描值(激光器DC接通，調(diào)制裝置接通)都除以每個(gè)容器的校正測(cè)量的掃描值(激光器DC斷開(kāi)，調(diào)制裝置接通)。在此將在距離測(cè)量時(shí)所記錄的容器I的值除以在校正測(cè)量時(shí)所記錄的容器I的值。對(duì)于其他容器的值也同樣類(lèi)似地進(jìn)行。
[0041]最后要注意，諸如“具有”或類(lèi)似的表述不應(yīng)排除可以設(shè)置其他的元件或步驟。另外還應(yīng)指出的是，“一個(gè)”不應(yīng)排除多個(gè)。另外，結(jié)合不同實(shí)施方式所述的特征可以任意地相互組合。另外還應(yīng)注意，在權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為是對(duì)權(quán)利要求范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.用于光學(xué)距離測(cè)量的測(cè)量裝置(I)，該測(cè)量裝置(I)具有 發(fā)送裝置(3 )，用于向?qū)ο?13 )發(fā)送第一信號(hào)(15); 調(diào)制裝置(5)，用于對(duì)該第一信號(hào)(15)進(jìn)行調(diào)制； 接收裝置(7)，用于探測(cè)第二信號(hào)(17)； 分析裝置(9)，用于接收并分析該第二信號(hào)(17)； 其特征在于，該測(cè)量裝置(I)另外還具有校正裝置(11)，該校正裝置被實(shí)施用于在接通該調(diào)制裝置(5)并低于可預(yù)給定功率閾值來(lái)驅(qū)動(dòng)該發(fā)送裝置(3)的情況下來(lái)校正該測(cè)量裝置(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置(I)， 其中該校正裝置(11)被實(shí)施用于在校正該測(cè)量裝置(I)時(shí)對(duì)在該接收裝置(7 )與該調(diào)制裝置(5 )之間的串?dāng)_和/或在該分析裝置(9 )與該調(diào)制裝置(5 )之間的串?dāng)_加以考慮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的測(cè)量裝置(I)， 其中該第二信號(hào)(17)在校正時(shí)具有光學(xué)背景輻射； 其中該第二信號(hào)(17)在距離測(cè)量時(shí)具有光學(xué)背景輻射以及從該對(duì)象(13)所返回的光學(xué)輻射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的測(cè)量裝置(I)， 其中該接收裝置(7 )與該分析裝置(9 )相集成地來(lái)實(shí)施。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的測(cè)量裝置(I)， 其中該接收裝置(7)具有雪崩光電二極管或單光子雪崩二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的測(cè)量裝置(I)， 其中該發(fā)送裝置(3)作為激光器來(lái)實(shí)施； 其中該激光器在校正時(shí)低于激光器閾值而被驅(qū)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的測(cè)量裝置(I)， 其中該校正裝置(11)被實(shí)施用于校正該測(cè)量裝置(I )，其方式是，由該接收裝置(7)在距離測(cè)量期間所探測(cè)的第二信號(hào)(17)除以在校正測(cè)量期間所探測(cè)的第二信號(hào)(17)。
8.用于校正根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的測(cè)量裝置(I)的方法，該方法具有以下的步驟 驅(qū)動(dòng)發(fā)送裝置(3)以低于可預(yù)給定功率閾值的功率來(lái)發(fā)送第一信號(hào)(15)； 驅(qū)動(dòng)調(diào)制裝置(5)以調(diào)制該發(fā)送裝置(3)的第一信號(hào)(15)； 借助接收裝置(7 )來(lái)探測(cè)第二信號(hào)(17 );以及 借助校正裝置(11)基于該第二信號(hào)(17 )來(lái)校正該測(cè)量裝置(I)。
【文檔編號(hào)】G01C3/08GK104303011SQ201380025794
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月18日
【發(fā)明者】A.艾澤勒, B.施密特克 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司