[發明專利]具有校準裝置的光學距離測量設備

有效

• 申請號: 201080044801.8
• 申請日: 2010-09-20
• 公開（公告）號: CN102656423A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: A.艾塞勒;O.沃爾斯特;B.施米特克
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G01C25/00;G01S17/36;G01S17/32;G01S7/497
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李少丹;李家麟

技術領域

本發明涉及用于借助光學射線測量在測量裝置與目標對象之間距離的一種測量裝置。這種測量裝置也被稱作光學距離測量設備，并可以作為單獨的、比如手持的設備或者以另一裝置、比如工具來設置。本發明尤其涉及一種光學距離測量設備，其裝備有校準裝置，以能夠通過對真正的距離測量進行校準來提高距離測量儀的測量精確度。

背景技術

已知有如下的光學距離測量設備，其把時間調制的光束在向目標對象的方向上對準，其中應該確定該目標對象到該測量設備的距離。從所朝向的目標對象反射或反向散射的返回的光至少部分地由該測量設備來探測，并用于確定要測量的距離。典型的測量范圍在此處于從幾厘米至幾百米的距離范圍處。

由US?2007/0182949?A1公開了一種距離測量設備，其具有用于采用連續調制的光來照射目標對象的光源、具有雪崩光電二極管陣列的固體圖像傳感器、和用于處理由雪崩光電二極管所輸出信號的許多電路，以提供與從該目標對象反射到光電二極管上的光相關的數據。所述電路具有多路復用器，該多路復用器設計用于把雪崩光電二極管所輸出的信號在不同分周期在不同的存儲裝置中累加。

用作光子計數器的雪崩光電二極管在此接收從目標對象返回反射的光以及附加地存在的背景射線，并在其輸出上生成相應的電脈沖，其中時間脈沖密度與投射的光功率相關。借助多路復用器裝置來進行雪崩光電二極管脈沖的讀出。其可以與用作光源的激光器的調制相同步地被運行，使得雪崩光電二極管的脈沖根據相應探測事件、也即比如在雪崩光電二極管中所吸收光子的時間點來遞增不同的數字計數器。光源調制照射該目標對象所用的一個時間周期在此被劃分為許多子周期。與子周期數量相對應數量的數字計數器被提供，其中在每個子周期期間對應于在子周期期間所接收的探測脈沖來相應地遞增相應被分配的數字計數器。這樣就可以在測量時間上來累加探測事件。一個單個的周期比如可以具有納秒范圍內的時長，而整個測量時間就可以包含有許多這種周期并且比如持續幾個毫秒或幾秒。通過測量事件在數字計數器中的累加，可以記錄與子周期內探測事件的時間發生有關的一類探測事件直方圖。一旦在數字計數器的計數狀態中以足夠的統計精度進行由光源所發射的經調制的光的加標記的調制，那么就可以通過相位分析來推斷在發送和探測之間光的傳播時間，并從而推斷在該距離測量設備與目標對象的距離。這種激光距離測量原理通常作為比如利用激光束強度連續或脈沖調制的術語“Time?of?Flight?Ranging，飛行時間測距”而已知。

以這種方式工作的分析裝置也被稱作所謂的“裝倉構架（Binning?-Architektur）”，其中通過該分析裝置與一個參照相同步地記錄探測信號，也即關于所采用的調制測量光的周期性而把其時間出現進行相應的累加，該分析裝置在距離測量設備中對光敏探測器的探測信號進行接收和分析。這種裝倉構架比如可以利用一種延遲鎖定延遲鏈（DLL）來實現。

要注意的是，比如以上述方式基于光子計數器、多路復用器裝置和裝倉構架而工作的距離測量設備不能提供總是滿意的測量精確度。

發明內容

因此可能需要一種距離測量設備，其中改善了測量精確度并尤其改善了測量精確度的可靠性。

這種需求可以利用根據權利要求1所述的一種測量裝置來滿足。該測量裝置的其他擴展在從屬權利要求中被說明。

所推薦的測量裝置的觀點可以認為是基于以下的知識和想法：

比如在上述的距離測量設備中會把以下識別為測量誤差以及測量不精確的原因：即測量結果可能受子周期時間長度的強烈影響，其中所調制的測量光的整個周期被劃分為所述的子周期，并在子周期期間通過遞增所分配的計數器來累加其探測信號。尤其當長度差隨機建立并且是未知的時，那么子周期的不同長度可能作用為系統所決定的誤差源，并在確定要測量的距離時引起系統誤差。這種系統誤差原則上與噪聲導致的誤差不同，因為其不能通過較長的測量時間而縮小，而是通常僅借助該距離測量設備的更精確的校準而縮小。

從而本發明推薦了一種距離測量設備，其附加地具有一個校準裝置，借助該校準裝置能夠以有利的方式來校準該測量設備。

所推薦的用于光學距離測量的測量裝置在此具有發送裝置以向目標對象發送周期調制的光學測量射線，具有接收裝置用于探測從目標對象返回的光學測量射線，以及具有分析裝置以接收并分析該接收裝置的探測信號。另外該測量裝置還具有校準裝置以校準該測量裝置，該校準裝置設計用于根據對與該發送裝置所發送的調制測量射線不相關的不相關射線的探測來校準該測量裝置、并尤其校準該測量裝置的分析裝置。