CN101405565B - 用于光学测距的装置以及这种装置的运行方法 - Google Patents

用于光学测距的装置以及这种装置的运行方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101405565B
CN101405565B CN2007800099693A CN200780009969A CN101405565B CN 101405565 B CN101405565 B CN 101405565B CN 2007800099693 A CN2007800099693 A CN 2007800099693A CN 200780009969 A CN200780009969 A CN 200780009969A CN 101405565 B CN101405565 B CN 101405565B
Authority
CN
China
Prior art keywords
photosurface
detecting device
target
ray
hand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007800099693A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101405565A (zh
Inventor
U·斯库尔特蒂-贝茨
B·哈斯
J·斯蒂尔
P·沃尔夫
K·伦茨
C·舒尔特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN101405565A publication Critical patent/CN101405565A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101405565B publication Critical patent/CN101405565B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G01C3/08—Use of electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一个用于光学测距的装置，尤其是一个手持装置，具有一个配有光源(17，18)的发射单元(12)，用于向目标(15)发射光学测量射线(13，20，22)，并且具有一个与发射单元(12)光轴(38)间隔的接收单元(14)，它配有至少一个用于接收由目标(15)返回的光射线(16，49，50)的光学检测器(54)。按照本发明建议，所述接收单元(14)的检测器(54)具有许多相互分开的光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)，它们可以相互独立地激活。本发明还涉及一种用于使光学测距装置运行的方法。

Description

用于光学测距的装置以及这种装置的运行方法
技术领域
本发明涉及一个用于光学测距的装置以及这种装置的运行方法。
背景技术
早就已知光学测距仪作为这种装置并且在其间也大量地在商业上销售。这些仪器发射调制的光射线，它对准所期望的目标表面，要获得该目标与仪器的距离。由定位的目标反射或散射的、返回的光再由仪器部分地检测并且用于求得所寻求的距离。
这种测距仪的使用范围一般包括几厘米至数百米范围的长度。
根据要被测量的距离和目标的反射性能对光源、测量射线质量以及检测器提出不同的要求。
由现有技术已知的光学测距仪在原理上对应于在仪器中必需存在的发射或接收通道的结构分成两类。
一类装置是，发射通道与接收通道间隔地设置，因此各光轴相互平行、但是相互间隔地延伸。另一类装置是单轴测量装置，其中接收通道与发射通道同轴地延伸。
上述的双轴测量系统的优点是，为了选择返回的测量信号无需费事的辐射分段，因此例如也可以更好地抑制从发射通道直接在接收通道中的光学串扰。
另一方面在双轴测距仪中可能存在缺陷，在短的测量距离范围中由于视差可能产生检测问题。在此目标在仪器检测器表面上的成像漂移，它对于大的目标距离还清楚地位于检测器上，随着测量距离变短越来越偏离接收分支的光轴并且在检测器平面中还获得明显的射线横截面变化。
这一点源于在仪器上没有其它措施在近范围检测、即对于目标与测量仪之间的小距离检测的测量信号可能接近零。
尽管这种测量仪对于某些距离范围是最佳的，但是这意味着，明显限制测量仪本身可以达到的测量范围。
由DE 10 130 763A1已知一个用于在大测量范围上光学测距的装置，它具有一个带有光源的发射单元，用于发射调制的光射线到目标上，其中设置在这个测量仪里面的接收单元位于与发射单元的光轴间隔的接收轴上，该接收单元具有一个光学检测器用于接收由目标返回的光射线。按照DE 10 130 763A1的接收单元的检测器的有源光敏表面在射线偏移方向上对于变小的目标距离收缩，这由于返回测量射线的视差产生。
由DE 10 051 302A1已知一个用于近和远范围的具有专用接收器的激光测距仪，它具有一个发射通道和一个接收通道，其中发射通道由一个发射物镜组成，在其焦点中设置激光源，而接收通道由接收物镜组成，一个接收装置位于其焦面中。发射物镜和接收物镜的光轴相互平行地以有限的间距延伸。按照DE 100 51 302A1的激光测距仪的接收装置是一个具有至少两个有源的光电二极管面的光电二极管芯片装置，光电二极管面设置在一个直线上，它相交这个装置的发射和接收物镜的光轴。
发明内容
本发明的目的是，由现有技术在一个用于光学测距的装置中保证，在尽可能大的测量范围上可以测量尽可能恒定的接收信号。
这个目的通过一种用于光学测距的手持装置得以实现，其具有一个配有光源的发射单元，用于在对于人眼可见的频谱波长范围内向目标发射光学测量射线，并且具有一个与发射单元的光轴间隔的接收单元，它配有至少一个用于接收由目标返回的光射线的光学检测器，根据本发明，所述接收单元的检测器具有多个相互分开的光敏面，它们可以相互分开地激活。
按照本发明的用于光学测距的装置具有一个带有光源的发射单元，用于发出光射线，尤其是调制的光测量射线和一个与这个发射单元的光轴间隔的具有至少一个光学检测器的接收单元。该接收单元的检测器以有利的方式具有多个相互分开的、尤其是相互电分开的光敏面，它们在装置运行时可以相互分开地激活。
通过施加电压可以激活一个典型地由至少半导体材料组成的光学检测器的光敏面。即，在检测器光敏面上入射的光典型地转换为电信号并且在后置的电路中检测。
为此按照本发明的装置具有开关设备，它可以接通或断开检测器光敏面的单个或多个局部表面。
通过断开不使用或仅部分使用的光电二极管表面可以明显降低噪声，它原则上由于在检测器上出现的外来光产生，因为只利用那些光敏面，在其上出现对于测量重要的有效光。同时尤其是以有利的方式可以只激活单个的光敏面。
此外由于更小的在运行中有效的光电二极管表面也减小光电二极管以及相关的检测系统的电容。因此可以以更高频率驱动光电二极管，这又使按照本发明的用于光学测距的装置具有更高的测量精确度。
因此以简单和可靠的方式能够扩展对于这个测量仪可达到的测量范围。
以有利的方式分别只激活检测器的多个光敏面中的、在其上出现返回的光学测量射线的绝大部分的那个光敏面或那些光敏面。这能够检测足够强烈的测量信号，同时可以明显减少在检测器光敏面的未使用部位中出现的外来光分量。这能够在检测的测量信号中实现更好的信噪比信号，因此不仅可以明显改善测量仪的分辨率而且可以明显改善测量仪达到的测距范围。
按照本发明的装置具有开关，它可以接通或断开检测器的单个光敏面。各光敏面例如可以这样激活，对于每个表面以一个共同的接地向外部、即例如由二极管外壳导引一个接头。因此可以通过接通相应接头起到激活并且由此使用那个表面的作用。还可以选择对于多个表面使一个多路转换器直接组合在光电二极管里面。
在一个有利的实施例中检测器光敏面的包络线在射线偏移方向上对于由于返回的射线视差产生的变小的目标距离收缩。在此包络线是一个假想的曲线，它可以以最小的距离位于检测器光敏面的边缘周围。以这种方式可以保证，对于每个目标距离使足够的测量信号入射到检测器各正好有效的局部表面上。尤其是这样选择整个光学检测器表面的形状，使得在近范围内也在检测器表面上存在足够振幅的信号。这进一步改善可用光与外来光的比例，由此也在紧靠的范围中提高本装置的测量精确度并由此扩大仪器达到的测量范围。
在一个可选的实施例中检测器光敏面的包络线可以在射线偏移方向上对于由于返回射线的视差产生的变小的目标距离扩展。这一点尤其可以补偿对于变小的目标距离放大的测量射线直径。
检测器光敏面的包络线以有利的方式具有一个对称轴，它位于装置的发射单元和接收单元的光轴的公共平面里面。通过使从目标返回的测量射线对于一个变小的目标距离侧面在发射单元和接收单元的光轴的公共平面内水平偏移，使检测器以有利的方式具有一个在这个方向中伸长的形状。通过这种方式考虑返回的测量信号的方向与测量仪与目标距离的关系。以有利的方式这样选择接收单元检测器的光敏面尺寸，使足够的信号、例如也在近范围落入到检测器的各有效的局部表面上。
此外，这也能够以有利的方式考虑返回的测量信号强度与测量仪与目标距离的关系。
根据对于强度与走过的行程的距离平方定理，近范围的返回测量信号明显大于远离测量装置的目标的返回测量信号。
因此垂直于发射单元和接收单元的光轴的公共平面的检测器所有光敏面包络线的延展可以在该程度上减小，如同光信号由于更短的行程距离在近范围中增加那样。这一点的优点还在于，由于减小的检测器延展尽管还有足够的近范围光落入到检测器上，但是检测器由于其在这个方向上变小的有效光敏面不能通过近范围的光过调制。
这个效应只能通过相向的效应限制，由于返回的测量射束变差的聚焦对于更短的目标距离，测量射束的直径强烈增加，并因此使在一个小的检测器表面上产生的返回测量信号的功率密度可能变得太小。在这种情况下一个检测器是有利的，在该检测器中检测器光敏局部表面的包络线在射线偏移方向上对于变小的目标距离不减小，而是正好延展。
对于检测器表面的大小或检测器各个敏感的局部表面只能够保证，通过远离目标的光线在检测器表面上起作用的表面、即一个在检测器范围中有效表面足够地大，用于在这种情况下尽可能地检测所有的信号，因为远离的测量目标导致相对弱化的检测信号。这一点同样由距离平方定理推断，检测强度位于该定理下面。
检测器有效表面的侧面延展应该相应地这样大，使还有来自于检测器紧靠近范围的足够光线到达各有效的检测器表面上。由于短的行程在近范围中得到的高信号电平在这种情况下对于检测全部信号强度不是必需的。
所要求装置的另一优点是，测量仪的检测器的电容特性由于按照本发明的有效检测器表面形状产生积极影响。太大的有效检测器表面将增加检测器的电容，因此时间响应特性或与其等效的测量系统频率特性将不再对应于测量系统的时间或频率分辨率的必需要求。
以有利的方式使按照本发明的用于光学测距的装置能够通过使用激光，尤其是激光二极管作为光源实现。激光和尤其是激光二极管中在电磁射线的所有可见频率范围中即刻经济地获得。尤其是激光二极管由于其紧凑的尺寸和相当高的输出功率尤其适用于光学测距的装置，尤其是这种手持装置。
因此按照本发明的光学测距装置能够在装置与一个目标之间的大距离测量范围上实现尽可能恒定的接收或检测信号。
按照本发明装置的一个实施例的下面附图以及相应描述中给出按照本发明装置的其它优点。
附图说明
附图中示出一个按照本发明的实施例。说明、附图以及权利要求包含许多特征组合。专业人员可以单独地考虑这些特征、尤其是不同实施例的特征并且组成有意义的其它实施例。
附图中：
图1示出按照本发明的光学测距装置的实施例示意图，
图2示出在测量目标距离变化时在检测面中测量射束变化的示意图，
图3示出按照本发明装置的检测器表面的俯视图，
图4以示意图示出用于按照本发明装置的检测器的可选择实施例的俯视图，
图5以示意图示出按照本发明装置的检测器的另一实施例，
图6以示意图示出按照本发明装置的检测器的另一实施例，
图7以示意图示出按照本发明装置的检测器的另一实施例，
图8以示意图示出按照本发明装置的检测器的另一实施例。
具体实施方式
在图1中以示意方式示出按照本发明的用于光学测距的装置，具有用于描述其功能的最重要部分。按照本发明的仪器10具有外壳11，在其中设置用于产生测量信号13的发射装置12以及用于检测由目标15返回的测量信号16的接收装置14。
该发射装置12包括一个光源17，它在图1的实施例中通过半导体激光二极管18实现。但是同样可以在按照本发明的装置中使用其它的光源。激光二极管18以对于人眼可见光束的形式发射激光射线20。
为此通过控制器24驱动激光二极管18，该控制器通过相应的电路产生二极管18电输入信号19的调制。通过这种二极管电流调制能够使用于测距的光测量信号13同样以期望的方式调制。
激光射束20接着穿过物镜28形式的准直镜头26，该物镜在图1中以简化的方式以唯一的透镜30形式表示。该物镜28在这个实施例中选择位于一个调整组装体32上，它在原理上能够例如为了调整改变物镜在所有空间方向上的位置。
但是也可以选择使准直镜头26已经是激光二极管的组成部分或者与其固定连接。
在通过物镜28以后得到一个平行光束37形式的例如振幅调制的信号13，它沿着发射单元12的光轴传播，如同在图1中简示的那样。在按照本发明装置的发射分支中还具有一个最好可控的射线偏转40，它能够使测量信号13在迂回一个目标的条件下直接、即在仪器内部偏转到仪器10的接收单元14。通过这种方式产生仪器内部的参考段42，它能够实现测量系统的精整或调整。
如果通过按照本发明的装置执行距离测量，则测量射线13穿过仪器10端壁45中的光学窗44离开按照本发明装置的外壳11。光学窗的打开可以通过快门46控制。对于实际的测量将测量仪10对准目标15，要获得目标与测量仪的距离48。在所期望的目标15上反射的或者散射的信号16形成返回的射束49或50，它以确定的部分再返回到测量仪10里面。
通过仪器10端面45上的进入窗47使返回的测量射线16耦入到测量仪里面并且在图1的实施例中偏转到接收镜头52上。
在图1中示例地为了表明示出对于两个不同的目标距离48的两个返回的测量射束49或50。对于大的目标距离并且在这种情况下大意味着比接收镜头52的焦距大，由目标返回的信号16平行于接收装置14的光轴51入射。这种情况在图1的实施例中通过测量射束49代表。随着变小的目标距离入射到测量仪里面的返回信号16由于视差总是更多地相对于接收单元14的轴51倾斜。作为用于这种返回的测量射束在距离测量装置的近范围中的示例在图1中示出射束50。
在图1的实施例中同样只示意地通过唯一的透镜象征表示的接收镜头52准直返回的测量信号16并且将其射束聚焦在接收检测器54的光敏表面66上。该检测器54为了检测光学测量射线例如具有至少一个光电二极管，例如PIN二极管或APD(雪崩光电二极管)或者也可以具有至少一个CCD芯片作为光敏元件。此外当然也能够实现其它的、专业人员公知的面检测器作为接收检测器。面检测器通常通过其有效的光敏表面66垂直于接收分支的光轴对准。入射的光信号通过接收检测器54转换成电信号55并且输送到按照本发明装置的评价单元36里面继续评价。
在图1的实施例中同样不受限制地安置在调整组装体53上的接收镜头52基本位于其检测器有效表面66的焦距间距里面，因此来自远离测量仪的目标的入射射线基本聚焦在检测器上或者其光敏面上。
但是对于与目标的小距离要注意，对于在目标上反射或散射的测量光斑的成像位置随着离开接收透镜焦点增加。因此返回的测量射线随着目标到测量仪变小的距离总是继续偏离接收装置的光轴并因此也总是偏离发射装置的光轴。此外返回的测量射束由于在接收物镜上变化的成像比例不再准确地聚焦在检测器平面上。随着变短的目标距离在检测器平面上得到总是变大的测量光斑。
其它在仪器中存在的、对于理解按照本发明的装置不是必需的部件不再相关地描述。但是要注意，测量仪当然也具有控制和评价单元36。
在图2中为了清晰以示意的方式示出目标与测量仪的距离与测量光斑在检测面并因此也在检测器平面上的位置或尺寸之间的关系。图2示出按照现有技术在由测量目标返回的测量信号16的视向上的检测器平面64的视图。以标记符号56表示发射单元12的光轴38与接收单元14光轴51的公共平面。返回的射线16对于非常大的目标距离的测量光斑58中心地位于接收单元14的光轴51上并且在检测器表面64上聚焦成小的光斑。因为检测器54基本位于接收镜头52的焦距距离里面，因此从光学上看来自无限远的光线由于光学成像定理直接聚焦在检测器平面上。在图2中为了表明关系以虚线示出按照现有技术的检测器的“传统”检测器平面64。
随着测量仪10到目标15距离48的增加使返回的信号16越来越倾斜地入射到接收物镜52上，由此测量光斑也在检测器平面上在图2中在箭头61的方向上偏移。
因此在图2中同样示出的对于目标15与测量仪10之间的小的目标距离48的测量光斑60偏离接收装置的光轴51并且在其伸长、尤其是侧面伸长上明显加大。
对于非常小的测量目标15与测量仪之间的测量距离48在检测器平面中产生返回的测量信号16的测量光斑62，它再一次明显加大并且也还更远地离开接收单元14的光轴51。要被检测的测量光斑随着测量目标15与测量仪10的相对距离48的这种偏移可能导致，对于非常小的目标距离返回的信号16不再落入到测量接收器54的有效表面64上，如同在图2中要通过“传统”的测量接收器虚线表示的表面64所表示的那样。
为了改变测量光斑在接收单元14的检测平面中的大小和位置要考虑，按照本发明的检测器54的有效光敏面66相应地构成并且要在下面描述。
图3示出按照本发明装置的检测器的光敏表面66的第一实施例。接收单元14的检测器54在这种情况下具有多个光敏面70，72和74，它们相互分开并且在其总体上形成检测器的光敏面66。尤其是检测器的光敏面在电上相互分开，由此能够只使一个光敏面70-74接通激活，即，例如施加电压，使出现的光转换成电信号。检测器的局部表面70，72和74尤其可以具有相同的尺寸、即面积或者也可以不同大小地构成。
为了激活检测器的光敏局部表面例如对于每个表面可以从二极管外壳中引出一个接头，由此通过相应地接通或控制这种接头可以控制并有选择地使用各光敏局部部件。这一点在图4至8中象征性表示的电连接导线57表示。为此具有相应的开关，它们能够根据相应的控制信号激活检测器54的各优选的局部表面或所有局部表面。对于多个表面也可以选择将多路转换器直接组合到检测器54里面，例如组合到光电二极管里面。
对于目标15与测量仪10之间非常大的目标距离48，测量光斑58完全位于光敏的局部表面70上。在这种情况下，即对于大的测量距离通过相应的开关设备，仅仅使光敏表面70激活接通，因此使这个光敏表面起到检测器表面的作用并且使光测量信号转变为电测量信号。同时不激活同样存在的检测器的局部表面72和74，例如在这些光敏表面上不施加电压，因此在这些表面上出现的光线无助于产生电信号。如果比后面的要被测量的目标15更靠近测量仪的另一目标的外来光线要进入测量仪，但是由于没有激活、即没有接通光敏表面72和74将也不检测这个外来光线。因此这个外来光也不会导致比由测量光束58产生的激活表面70的测量信号增加的背景噪声。
尤其是对于非常大的测量距离激活的有效表面70以有利的方式在检测面中具有一个这样的侧面延伸，它保证完全检测由这种远离目标返回的测量射线16或49。作为侧面方向在这里是垂直于测量信号方向的方向。因此光敏表面70的尺寸基本上等于或略大于对于很大的目标距离的测量光斑的尺寸。如果现在随着目标距离48在箭头61方向上的减小测量光斑偏离初始的接收轴51，则如同在图2中所示的那样，测量光斑的孔径或侧面延展加大。在此侧面方向是垂直于方向61的方向，测量射线束漂移偏移到该方向。
在射线偏移对于变小的目标距离48的方向61上面检测器总体上具有一个伸长的外形。在此在测量信号的偏移方向上延展大于、尤其明显大于与其正交的，即侧面方向上的延展。
在返回的测量射束偏移时产生一种状况，在该状况测量射束例如至少部分地扫过两个光敏表面70或72的一部分，如同在图3中通过虚线表示的测量光斑63所示的那样。在这样的状况中通过相应的测量技术检测，反射的测量射线束(这里是射线束63)的一大部分位于哪个光敏表面70或72上，由此在距离测量时在这个配置中可以只激活接通那个敏感表面(这里是70或72)，在其上出现绝大部分返回射线。通过断开不使用或只是部分使用的光电二极管可以明显减少由于外来光引起的噪声，因为只利用检测器的那个局部表面，在其上最佳地出现可用光。具有相当多的外来光分量的那些检测器表面相应地被断开。因此在获得与目标15的距离时尤其是在这个实施例中每次总是只激活检测器的一个光敏表面。但是在可选的实施例中也可以激活多个的局部表面，尤其是如果测量信号同时在多个局部表面上出现并且例如两个局部表面的信号和比各独立观察的局部表面的信号产生更少噪声的时候。在这种情况下按照本发明也可以激活检测器的多个局部表面。
为了确定这些表面或局部表面，它们具有最多的有效光分量并因此具有最高的“信噪比”，例如可以在实际的距离测量之前进行一个短的测试测量，其仅仅用于获得在接收单元检测器的各个光敏表面上的信号分量。然后在这个测试测量期间通过相应规定的开关设备短时间激活光学检测器所有或几个光敏局部表面。通过这种方法可以确定，最强的光信号在哪个光敏局部表面上产生，为了决定，是否仅仅激活单个表面或者是否多个表面、它们是所有供使用的光敏表面的实际局部分量产生一个更好的测量信号，尤其是一个更好的信噪比。
在一个测量目标15到测量仪10的测量距离48很小时，在测量仪中测量光斑继续在图3中箭头61的方向移动，因此可以例如仅仅激活光敏表面74并且可以按照本发明断开由测量信号不再或只是部分加载的光敏表面70或仅仅部分加载的光敏表面72。
图4示出按照本发明的检测器54的一个可选的实施例，其中可以放置或绘制在光敏表面周围的一个包络线165在方向61上、即在返回的测量射束的偏移方向上对于变小的测量目标物距离缩小。
在垂直于接收单元14光轴15的方向上检测器的光敏表面170，172或174的延展以有利的方式仍然至少这样大，使由目标15在近范围内返回的测量信号至少部分地还落入到光敏表面174上。这一点尤其表示，对于到一个目标15的短距离48情况用于按照距离平方定律明显增加的光强，可以使在这种距离使用的光敏表面174选择得明显更小。这一点以有利的方式使检测器的电容减小，因此明显提高测量系统的时间响应特性或类似的频率特征。
因此以有利的方式使放置或绘制在检测器平面中光敏表面周围的包络线165在射线偏移方向61上对于变小的目标距离缩小。在图4中同样示出这样一个包络线165。在此包络线基本跟随光敏表面的边界，其中包络线在箭头61方向上、即在射线偏移方向上的变化对于变小的目标距离在两个局部表面之间插补。
不仅光敏表面的形状而且其在检测器内部的数量都可以根据实施例变化。因此在图5中示出一个检测器，它具有许多矩形的不同大小的光敏表面270，272，274，其包络线265仍然在射线偏移方向61上对于变小的目标距离48缩小。这些光敏表面270，272，274能够按照本发明在距离测量时再分别单独激活，即接通或断开。
图6示出另一实施例，它只具有两个分开的光敏表面370或372，但是它们同样可以按照上述的原理单个激活。
原则上也可以使位于检测器光敏表面周围的包络线在对于变小的目标距离方向上扩展。这种例如在图7和图8中所示的具有在方向61上扩展的包络线的实施例的优点是，它对于短的测量目标距离考虑返回测量信号的减小的功率密度。由于短的测量目标距离返回的测量射束不再最佳地聚焦于检测器平面里面，因为这种测量仪的准直镜头52通常在非常大的测量目标距离上是最佳的。因为测量光斑在检测面中对于变小的测量目标距离快速加大-对此参见图2中的视图-在检测器上表面上产生减小的测量信号功率密度或强度。图7中示例性的描述了对于短的测量目标距离的测量光斑462。这样的特性尤其对于局部检测表面的缩小的包络线(参见图4至6)使得，只有一小部分测量光斑落在检测器上表面上并因此使检测的测量信号相对较小。可以由此应对这种测量信号在检测器表面上的降低的功率密度效应，使检测器表面在对于变小的目标距离方向61上扩展或者先收缩再扩展，如同在图7中按照本发明的检测器实施例中所示的那样。光敏的检测器表面470，472和474的包络线465在首先在从局部部件470到局部部件472的过渡范围内收缩以后，在对于变短的目标距离方向61上扩展。这样的形状在发明内容的框架内也对应于判据，使检测器的光敏表面这样成形和设置，使这个表面的包络线在射束移动方向上对于变小的目标距离扩展。
在按照本发明装置的具体实施例中，不仅具有相应检测器的各个光敏表面的数量和/或形状当然可以偏离图7中所示的、示例性的实施例。因此例如局部部件472由矩形构成，但是光敏表面的其它局部部件470或474还具有它们在图7中所示的形状。
根据测量装置的设计结构，一方面使距离平方定理的效应以及另一方面使或多或少变差的聚焦效应相互权衡，使两者对于变短的测量目标距离，但是对于测量信号的强度具有相反的作用，并且找到对于光敏面、尤其是对于光敏面的包络线的最佳形状。
图8示出了一个同样可能的按照本发明思想的扩展结构，仅具有两个光敏的局部检测表面570和572，但是其包络线565连续地在对于变小的目标距离方向61上扩展。
但是与光敏表面的包络形状无关地可以分别单独激活光敏表面，因此按照本发明的检测器可以仅仅通过一个或多个局部表面运行。
按照本发明的装置不局限于在描述中所示的实施例。
尤其是按照本发明的装置不局限于所示的检测器各个光敏局部表面的形状或数量。

Claims (10)

1.一种用于光学测距的双轴的手持装置，其具有一个配有光源(17，18)的发射单元(12)，用于在对于人眼可见的频谱波长范围内向目标(15)发射光学测量射线(13，20，22)，并且具有一个接收单元(14)，该接收单元配有至少一个用于接收由所述目标(15)返回的光学的射线(16，49，50)的光学的检测器(54)，其中，所述接收单元(14)的光轴(51)与所述发射单元(12)的光轴(38)平行间隔地设置，其特征在于，所述接收单元(14)的所述检测器(54)具有多个相互分开的光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)，所述光敏面能够相互分开地激活，其中成形和/或设置所述检测器(54)的所述光敏面(470，472，474；570，572)，使所述光敏面(470，472，474；570，572)的包络线(465，565)在射线偏移方向上对于变小的目标距离(48)扩展或缩小。
2.如权利要求1所述的手持装置，其特征在于，设有开关设备，该开关设备能够接通或断开所述检测器(54)的单个光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)。
3.如权利要求1或2所述的手持装置，其特征在于，成形和/或设置所述检测器(54)的所述光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)，使所述光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)的包络线(165，265，365，465，565)在射线偏移方向上对于变小的目标距离(48)具有一个比在与其正交的方向上更大的扩展。
4.如权利要求1所述的手持装置，其特征在于，所述检测器(54)的所述光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)的所述包络线(165，265，365，465，565)具有一个对称轴，所述对称轴位于由所述发射单元的光轴(38)和所述接收单元的光轴(51)形成的公共平面里面。
5.如权利要求1所述的手持装置，其特征在于，所述检测器(54)的所述光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)的延展至少大到能够使通过远的目标距离由目标(15)返回的射线(16，49)的测量光斑(58)完全被检测。
6.如权利要求1所述的手持装置，其特征在于，所述检测器(54)的所述光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)的延展在垂直于所述接收单元(14)的光轴(51)的方向上至少大到能够使从近范围中的目标(15)返回的测量射线(50)还至少部分地落入到所述光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)上。
7.如权利要求1所述的手持装置，其特征在于，所述光源(17，18)是一个激光二极管(18)。
8.一种用于使如权利要求1至7中任一项所述的用于光学测距的双轴的手持装置运行的方法，其特征在于，位于这个手持装置中的接收单元(14)的一个检测器(54)具有多个相互分开的光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)，其中在测距时只激活一部分现有光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)，其中成形和/或设置所述检测器(54)的所述光敏面(470，472，474；570，572)，使所述光敏面(470，472，474；570，572)的包络线(465，565)在射线偏移方向上对于变小的目标距离(48)扩展或缩小。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在测量距离时只激活所述检测器(54)的一个光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在测距时只激活所述装置的所述检测器(54)的出现绝大部分从目标(15)返回的光学的射线(16，49，50)的光敏面(70，72，74；170，172，174；270，272，274；370，372，374；470，472；570，572)。
CN2007800099693A 2006-03-23 2007-02-08 用于光学测距的装置以及这种装置的运行方法 Expired - Fee Related CN101405565B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006013290A DE102006013290A1 (de) 2006-03-23 2006-03-23 Vorrichtung zur optischen Distanzmessung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung
DE102006013290.4 2006-03-23
PCT/EP2007/051193 WO2007107408A1 (de) 2006-03-23 2007-02-08 Vorrichtung zur optischen distanzmessung sowie verfahren zum betrieb einer solchen vorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101405565A CN101405565A (zh) 2009-04-08
CN101405565B true CN101405565B (zh) 2011-05-25

Family

ID=37964995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800099693A Expired - Fee Related CN101405565B (zh) 2006-03-23 2007-02-08 用于光学测距的装置以及这种装置的运行方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7760335B2 (zh)
EP (1) EP2002208B1 (zh)
CN (1) CN101405565B (zh)
DE (1) DE102006013290A1 (zh)
WO (1) WO2007107408A1 (zh)

Families Citing this family (72)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007053852A1 (de) * 2007-11-12 2009-05-14 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur optischen Distanzmessung
US9482755B2 (en) 2008-11-17 2016-11-01 Faro Technologies, Inc. Measurement system having air temperature compensation between a target and a laser tracker
WO2010125492A1 (en) 2009-04-29 2010-11-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. A laser diode based multiple-beam laser spot imaging system for characterization of vehicle dynamics
US8659749B2 (en) 2009-08-07 2014-02-25 Faro Technologies, Inc. Absolute distance meter with optical switch
DE102009029364A1 (de) 2009-09-11 2011-03-24 Robert Bosch Gmbh Messvorrichtung zur Messung einer Entfernung zwischen der Messvorrichtung und einem Zielobjekt mit Hilfe optischer Messstrahlung
DE102009029372A1 (de) * 2009-09-11 2011-03-24 Robert Bosch Gmbh Messvorrichtung zur Messung einer Entfernung zwischen der Messvorrichtung und einem Zielobjekt mit Hilfe optischer Messstrahlung
US8619265B2 (en) 2011-03-14 2013-12-31 Faro Technologies, Inc. Automatic measurement of dimensional data with a laser tracker
US9400170B2 (en) 2010-04-21 2016-07-26 Faro Technologies, Inc. Automatic measurement of dimensional data within an acceptance region by a laser tracker
US9772394B2 (en) 2010-04-21 2017-09-26 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for following an operator and locking onto a retroreflector with a laser tracker
US9377885B2 (en) 2010-04-21 2016-06-28 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for locking onto a retroreflector with a laser tracker
TWI448666B (zh) * 2010-06-15 2014-08-11 Pixart Imaging Inc 依據環境溫度以校正測距裝置所量測之待測物之待測距離之校正方法與其相關裝置
US8902408B2 (en) 2011-02-14 2014-12-02 Faro Technologies Inc. Laser tracker used with six degree-of-freedom probe having separable spherical retroreflector
US9001029B2 (en) * 2011-02-15 2015-04-07 Basf Se Detector for optically detecting at least one object
JP5797282B2 (ja) 2011-03-03 2015-10-21 ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド ターゲット装置及び方法
DE102011005740A1 (de) * 2011-03-17 2012-09-20 Robert Bosch Gmbh Messvorrichtung zur Messung einer Entfernung zwischen der Messvorrichtung und einem Zielobjekt mit Hilfe optischer Messstrahlung
US9686532B2 (en) 2011-04-15 2017-06-20 Faro Technologies, Inc. System and method of acquiring three-dimensional coordinates using multiple coordinate measurement devices
GB2504890A (en) 2011-04-15 2014-02-12 Faro Tech Inc Enhanced position detector in laser tracker
US9164173B2 (en) 2011-04-15 2015-10-20 Faro Technologies, Inc. Laser tracker that uses a fiber-optic coupler and an achromatic launch to align and collimate two wavelengths of light
US9482529B2 (en) 2011-04-15 2016-11-01 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional coordinate scanner and method of operation
USD688577S1 (en) 2012-02-21 2013-08-27 Faro Technologies, Inc. Laser tracker
DE102011107645A1 (de) 2011-07-12 2013-01-17 Leica Microsystems Cms Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren von Licht
WO2013112455A1 (en) 2012-01-27 2013-08-01 Faro Technologies, Inc. Inspection method with barcode identification
KR102088685B1 (ko) 2012-12-19 2020-03-13 바스프 에스이 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기
US9041914B2 (en) 2013-03-15 2015-05-26 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional coordinate scanner and method of operation
WO2014198626A1 (en) 2013-06-13 2014-12-18 Basf Se Detector for optically detecting an orientation of at least one object
CN109521397B (zh) 2013-06-13 2023-03-28 巴斯夫欧洲公司 用于光学地检测至少一个对象的检测器
EP3036558B1 (en) 2013-08-19 2020-12-16 Basf Se Detector for determining a position of at least one object
US9557856B2 (en) 2013-08-19 2017-01-31 Basf Se Optical detector
DE102014207599A1 (de) * 2014-04-23 2015-10-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Fotodetektors
US9395174B2 (en) 2014-06-27 2016-07-19 Faro Technologies, Inc. Determining retroreflector orientation by optimizing spatial fit
CN106662636B (zh) 2014-07-08 2020-12-25 巴斯夫欧洲公司 用于确定至少一个对象的位置的检测器
EP2998700B2 (de) * 2014-09-18 2022-12-21 Hexagon Technology Center GmbH Elektrooptischer Distanzmesser und Distanzmessverfahren
JP6578006B2 (ja) 2014-09-29 2019-09-18 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ 少なくとも１個の物体の位置を光学的に求めるための検出器
JP6637980B2 (ja) 2014-12-09 2020-01-29 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ 光学検出器
CN107438775B (zh) 2015-01-30 2022-01-21 特里纳米克斯股份有限公司 用于至少一个对象的光学检测的检测器
JP2016170114A (ja) 2015-03-13 2016-09-23 株式会社東芝 距離測定装置及び光検出器
WO2017012986A1 (en) 2015-07-17 2017-01-26 Trinamix Gmbh Detector for optically detecting at least one object
US10620300B2 (en) 2015-08-20 2020-04-14 Apple Inc. SPAD array with gated histogram construction
JP6755316B2 (ja) 2015-09-14 2020-09-16 トリナミクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 少なくとも１つの物体の少なくとも１つの画像を記録するカメラ
EP3491675B1 (en) 2016-07-29 2022-11-16 trinamiX GmbH Optical sensor and detector for optical detection
US10502830B2 (en) 2016-10-13 2019-12-10 Waymo Llc Limitation of noise on light detectors using an aperture
WO2018077870A1 (en) 2016-10-25 2018-05-03 Trinamix Gmbh Nfrared optical detector with integrated filter
US11428787B2 (en) 2016-10-25 2022-08-30 Trinamix Gmbh Detector for an optical detection of at least one object
US11860292B2 (en) 2016-11-17 2024-01-02 Trinamix Gmbh Detector and methods for authenticating at least one object
KR102452770B1 (ko) 2016-11-17 2022-10-12 트리나미엑스 게엠베하 적어도 하나의 대상체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기
CN106871940B (zh) * 2016-12-26 2019-06-21 杭州科聪自动化有限公司 传感器、智能机器人、自动化生产线、工业机器人
DE102017101945A1 (de) * 2017-02-01 2018-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Messanordnung mit einem optischen Sender und einem optischen Empfänger
DE102017106380B4 (de) * 2017-03-24 2021-10-07 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zum Erfassen von Objekten
EP3392676B1 (de) * 2017-04-18 2020-07-01 Espros Photonics AG Optoelektronische sensoreinrichtung und verfarhen zu deren kontrolle
WO2018193045A1 (en) 2017-04-20 2018-10-25 Trinamix Gmbh Optical detector
WO2018205006A1 (en) * 2017-05-11 2018-11-15 Huawei Technologies Co., Ltd. Time-of-flight apparatus
KR102568462B1 (ko) 2017-06-26 2023-08-21 트리나미엑스 게엠베하 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하는 검출기
EP3646057A1 (en) 2017-06-29 2020-05-06 Apple Inc. Time-of-flight depth mapping with parallax compensation
EP3428574A1 (en) * 2017-07-11 2019-01-16 Fondazione Bruno Kessler Device for measuring a distance and method for measuring said distance
EP3438699A1 (de) * 2017-07-31 2019-02-06 Hexagon Technology Center GmbH Distanzmesser mit spad-anordnung zur berücksichtigung von mehrfachzielen
US10955552B2 (en) 2017-09-27 2021-03-23 Apple Inc. Waveform design for a LiDAR system with closely-spaced pulses
DE102017222969A1 (de) * 2017-12-15 2019-06-19 Ibeo Automotive Systems GmbH Verfahren zur verbesserten Nah- und Ferndetektion einer LIDAR Empfangseinheit
DE102017222972A1 (de) * 2017-12-15 2019-07-04 Ibeo Automotive Systems GmbH Empfangsanordnung zum Empfang von Lichtsignalen
DE102017222974A1 (de) 2017-12-15 2019-06-19 Ibeo Automotive Systems GmbH Anordnung und Verfahren zur Ermittlung einer Entfernung wenigstens eines Objekts mit Lichtsignalen
CN111465870B (zh) 2017-12-18 2023-08-29 苹果公司 使用可寻址发射器阵列的飞行时间感测
JP7013925B2 (ja) * 2018-02-23 2022-02-01 株式会社デンソー 光学的測距装置およびその方法
DE102018109544A1 (de) 2018-04-20 2019-10-24 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Abstandsbestimmung
CN109283510B (zh) * 2018-08-17 2021-08-31 南京矽力微电子技术有限公司 光感测装置和电子设备
EP3620822A1 (en) * 2018-09-06 2020-03-11 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Non-contiguous layouts for photosensitive apparatus
US11561284B2 (en) * 2018-11-02 2023-01-24 Waymo Llc Parallax compensating spatial filters
CN113330328B (zh) 2019-02-11 2024-06-14 苹果公司 深度感测方法及装置
US11500094B2 (en) 2019-06-10 2022-11-15 Apple Inc. Selection of pulse repetition intervals for sensing time of flight
US11555900B1 (en) 2019-07-17 2023-01-17 Apple Inc. LiDAR system with enhanced area coverage
US11733359B2 (en) 2019-12-03 2023-08-22 Apple Inc. Configurable array of single-photon detectors
JP2020042049A (ja) * 2019-12-12 2020-03-19 株式会社東芝 距離測定装置及び光検出器
CN111352095A (zh) * 2020-04-17 2020-06-30 深圳市镭神智能系统有限公司 一种激光雷达接收系统及激光雷达
US11681028B2 (en) 2021-07-18 2023-06-20 Apple Inc. Close-range measurement of time of flight using parallax shift

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0837301A2 (en) * 1996-10-17 1998-04-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Position detecting element and range sensor
US6301003B1 (en) * 1998-08-05 2001-10-09 Denso Corporation Optical distance measuring apparatus selectively activating a matrix of light sensitive cells

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10051302C5 (de) * 2000-10-13 2007-12-27 Jenoptik Ag Laserentfernungsmessgerät für den Nah- und Fernbereich mit speziellem Empfänger
DE10130763A1 (de) 2001-06-26 2003-01-02 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur optischen Distanzmessung über einen grossen Messbereich
JP2003149338A (ja) * 2001-11-09 2003-05-21 Denso Corp 物体認識装置及び距離測定装置
JP2005265606A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 距離測定装置
US7532311B2 (en) * 2005-04-06 2009-05-12 Lockheed Martin Coherent Technologies, Inc. Efficient lidar with flexible target interrogation pattern

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0837301A2 (en) * 1996-10-17 1998-04-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Position detecting element and range sensor
US6301003B1 (en) * 1998-08-05 2001-10-09 Denso Corporation Optical distance measuring apparatus selectively activating a matrix of light sensitive cells

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007107408A1 (de) 2007-09-27
US20090009747A1 (en) 2009-01-08
US7760335B2 (en) 2010-07-20
DE102006013290A1 (de) 2007-09-27
CN101405565A (zh) 2009-04-08
EP2002208B1 (de) 2017-09-06
EP2002208A1 (de) 2008-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101405565B (zh) 用于光学测距的装置以及这种装置的运行方法
CN101405613B (zh) 用于光学测距的装置
CN102549381B (zh) 光学距离测量装置
RU2538418C2 (ru) Оптический дальномер
US9638520B2 (en) Measuring apparatus and measuring device for measuring a target object in a multidimensional manner
US9348018B2 (en) Measurement device for measuring a distance between the measurement device and a target object using an optical measurement beam
US9007600B2 (en) Laser radar system
JP3158707B2 (ja) 車両用光レーダ装置
KR101785253B1 (ko) 라이다 장치
US10955531B2 (en) Focal region optical elements for high-performance optical scanners
US6603534B2 (en) Laser range finder for large ranges of measurement with a special receiver
JP6833924B2 (ja) 光電センサ及び物体検出方法
CN208350032U (zh) 共轴收发探测装置
KR101695040B1 (ko) 레인지 측정기
WO2023201159A1 (en) Photosensor having range parallax compensation
WO2023201160A1 (en) Detector having parallax compensation
KR20210072671A (ko) 라이다 모듈
US20230375672A1 (en) Lidar device with spatial light modulators
CN217954744U (zh) 激光雷达接收系统及具有其的激光雷达
KR20230095767A (ko) 모듈형 플래시 라이다 장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110525

Termination date: 20150208

EXPY Termination of patent right or utility model