CN104412120A - 利用动态脉冲宽度调节的测距方法 - Google Patents

Abstract

用于测量至物体的距离的方法包括：发射具有限定的测量脉冲宽度的脉冲激光，其中，激光的脉冲宽度动态可调；接收从物体反射的具有限定的测量脉冲宽度的脉冲激光的至少一部分；以及借助于接收到的激光精确确定至物体的距离。此外，该方法的特征在于：通过执行测试测量按照自动且连续的方式预调节发射的激光的实际脉冲宽度以提供限定的测量脉冲宽度，其中，通过以下步骤执行所述测试测量：发射一定量的具有实际脉冲宽度的调节激光，接收从物体反射的调节激光的至少一部分，并且通过接收到的调节激光来确定至物体的测试距离。此外，执行如下步骤：基于距离标准(MPEF)限定测量脉冲宽度区域(Rl-Rj)，其中，距离标准(MPEF)根据测试距离来提供至少最大激光发射水平；以及预调节实际激光脉冲宽度，使得经预调节的脉冲宽度位于测量脉冲宽度区域(Rl-Rj)的限度内并提供测量脉冲宽度。

Description

利用动态脉冲宽度调节的测距方法

本发明总体上涉及一种用于测量至物体的距离的方法以及一种用于测量至物体的距离的电子测距仪。

对真实世界的物体的数据采集和随后的计算机模型生成是在许多行业中具有利益，并且用于包括建筑、厂房设计、测量、制造质量控制、医疗成像与建设以及制图与地理应用的许多应用。为了获得物体的精确坐标或三维(3D)模型以及该物体在真实世界中所存在的区域，有必要进行精确测量或对构成物体的表面及周边区域的元素进行采样。从历史上看，使用每小时最多数十或数百个样本的速率提供样本的技术来执行这种采样。

诸如利用LIDAR扫描的技术这样的扫描技术中的最新进展已经带来了在约数小时、数分钟或甚至数秒钟内在大的面积上采集物理表面上的数以亿计的点样本的能力。在扫描过程中，扫描装置使用激光束对包含感兴趣的结构的一场景进行扫描，并且由该扫描装置捕捉从该场景反射的光束。扫描装置因此测量了位于场景中可见的表面上的大量的点。每个扫描点在3D空间中在一定测量误差内具有测得的位置，该位置通常相对于扫描仪的本地坐标系统中的点(x，y，z)而被记录成。得到的点的集合通常被称为一个或更多个点云，其中，每个点云可包括位于所扫描的视野中的很多不同表面上的点。

常规的扫描系统不原生地创造点，而是创建具有被转换为x、y和z坐标的相关联的镜角(mirror angle)的范围集合。将这些原本的测量值映射成x、y和z轴坐标的功能取决于如何组装扫描仪，并且对于高精度系统，该功能对每个扫描仪是不同的并且是温度和其它环境条件的函数。通常由被称为校准参数的数的集合来表示扫描仪系统之间的差异。

对于觇标(target)的精确位置的获取，特别是在测量领域中，现今主要使用全站仪。可以由不反射物体或诸如棱镜的反射物体来代表这样的觇标。全站仪是在测量中使用的手动操作的光学仪器。全站仪是电子经纬仪(转镜(transit))、电子测距仪(EDM)及运行在计算机(诸如被称为数据收集器的远程计算机)上的软件的组合。使用全站仪，可以确定从仪器到待测量的点的角度和距离。借助于三角法和三角测量，角度和距离可以用于按绝对值来计算测量点的实际位置(x、y和z或北向、东向和高度)的坐标或仪器相距已知点的位置的坐标。现代的全站仪仪器借助于光电扫描例如被刻蚀在位于所述仪器内的旋转玻璃圆柱体或圆盘上的极精确的数字条形码来测量角度。

随着上述系统使用激光工作并使得能够测量相对远的距离内的物体，当进入执行这样的测量的区域时，对人和动物组织的危害性(尤其对人类的眼睛受到损伤)是相当高的。

鉴于激光安全性，DE 10 2005 027 208描述了一种以根据至物体的距离而降低激光功率或关闭激光的方式控制激光扫描仪的方法。此外，提出了在扫描过程中限定固定的激光功率。以最大激光输出功率开始扫描。如果被测量的最小距离小于所处理的安全距离，则停止扫描，按比例降低激光输出功率并再次开始扫描。这个过程是反复的。如果被测量的距离小于限定的最小激光输出并且是最小的激光输出功率步长的最小安全距离，则取消扫描。

另外，US 2005/0205755提出了一种根据环境影响以自适应的方式控制激光参数的方法。在这种情况下，在近场(near field)中，激光输出功率被降低以适应激光安全限度。根据实施方式，为了保持安全规则，使用两个距离范围–一个距离范围具有有限的激光输出功率，并且另一个距离范围具有全激光功率。激光功率幅度通过光衰减器(例如滤光轮)从20一直到200个振幅步长是可控的。衰减器根据范围或接收信号强度来设置。

根据DE 10 2005 027 208的技术方案，当扫描正在运行的同时，激光功率是固定的，因此保留了在由待测量的不同距离导致的扫描区域上改变的测量性能的缺点。

根据US 2005/0205755的技术方案，为了满足激光安全性，激光功率(特别是幅度)也是可调的，但仍然保留了一个扫描周期内的改变的测量性能的问题。具体地，对于扫描未考虑系统的信噪比，其中，该比值影响测量质量并取决于到物体的距离，因此随着距离而改变。

因此，本发明的一个目的在于提供一种用于根据激光安全要求和针对距离测量的测量性能来控制激光输出特性的改进方法以及相应的测量装置。

本发明的特定目的在于提供一种改进的激光扫描仪或全站仪，该激光扫描仪或全站仪分别包括用于在觇标的扫描或位置确定时针对人类保证激光安全的功能。

本发明的另一个目的在于提供一种用于控制测量装置以便在扫描和/或觇标的位置确定的同时连续提供针对高质量测量性能的系统设置。

通过实现独立权利要求的特征来实现这些目的。在从属专利权利要求中描述了以另选或有利的方式进一步开发本发明的特征。

本发明涉及一种用于测量至物体的距离的方法，该方法包括发射具有限定测量脉冲宽度的脉冲激光，其中，所述激光的所述脉冲宽度是可调的。此外，执行以下步骤：接收从所述物体反射的具有限定测量脉冲宽度的所述脉冲激光的至少一部分，并且通过所接收到的激光来精确地确定至所述物体的距离。

根据本发明，所发射的激光的所述限定测量脉冲宽度是通过自动且连续的方式预调节所发射的激光的实际脉冲宽度来提供的。所述调节通过执行测试测量来实现的，通过以下步骤来执行所述测试测量：发射一定量的具有实际脉冲宽度的调节激光，接收从所述物体反射的所述调节激光的至少一部分，并且通过所接收到的调节激光确定至所述物体的测试距离。此外，在所述预调节的情况下，基于限定的距离标准来限定测量脉冲宽度区域，其中，所述距离标准根据所述测试距离的至少最大激光发射水平，并且所述实际激光脉冲宽度被预调节为使得经预调节的脉冲宽度位于所述测量脉冲宽度区域的限制内并提供所述测量脉冲宽度。

执行通过限定测量脉冲宽度区域的这种限制，以便通过将每一时间段所发射的激光功率限制为限定的最大水平来满足特定激光安全规则。

就根据本发明的脉冲宽度的微调而言，经预调节的脉冲宽度可以根据确定的测量性能参数在测量脉冲宽度区域内自动且连续地微调，使得经微调的脉冲宽度提供所述测量脉冲宽度。

可以以与预调节同时地执行这样的微调，也就是说，在一个调节步骤内考虑测试距离和测量性能参数二者，并在此基础上调节脉冲宽度。另选地或附加地，可以在激光脉冲宽度的第一预调节之后执行微调，使得脉冲宽度位于测量脉冲宽度区域内。

这两个调节步骤按照连续的方式执行，也就是说，按照特定速率(例如，一秒一次或一微秒一次)执行调节，其中，所述速率可以被限定为使得在测量的同时实时地执行调节。

具体地，根据本发明，测量性能参数可以表示总信噪比。所述总信噪比由一个单激光脉冲内的发射的光子的随机分布(尤其由光子能量的随机分布)产生的光子噪声定义。

另选地或附加地，总信噪比由接收器电子设备(electronics)和/或由在接收从物体反射的激光的检测器侧的信号处理所产生的接收器噪声(噪声信号)定义，特别地，其中，所述检测器被构建为光敏检测器。

在本发明中，范围噪声(range noise)(或者如在本申请内等效使用的“总信噪比”)应被理解为由于发射的(例如，激光)和/或接收到的和/或检测到的和/或处理的信号所导致的距离不确定性。这种不确定性通常由理论上假定的围绕信号的不同信号水平的出现和/或检测导致。此外，范围噪声应被理解为伴随电子产品(例如，检测器或用于信号处理的处理单元)出现的噪声。在这种情况下，范围噪声至少受到检测器电子设备和/或激光源发射的光子的随机分布的影响。这种系统的范围噪声至少与激光脉冲宽度直接相关。确实，脉冲宽度越小，光子越适时地“分组”发射。给定脉冲的光子之间的时间抖动减小。这导致降低的发射光子噪声和更低的范围噪声。光脉冲的宽度与相应的范围噪声之间的依赖关系在恒定的脉冲能量下和在接收器的带宽内是线性的。短脉冲有助于将作为范围噪声的附加源的散斑效应最小化。该特征的目的在于使用距离信息和信噪比信息二者来控制脉冲宽度，以便减小扫描系统(例如，LIDAR系统)的范围噪声。

关于总范围噪声的影响，能够通过以下操作来降低总范围噪声：在光子噪声是范围噪声的主要来源的情况下，减小脉冲宽度；或者在接收器噪声是范围噪声的主要来源的情况下，增大脉冲宽度，其中，脉冲宽度在测量脉冲宽度区域内被减小或增大。

换句话说，根据本发明的特定实施方式，通过以下操作来调节范围噪声或总信噪比：在光子噪声与接收器噪声和总信噪比相比占主导的情况下，减小脉冲宽度，或者在接收器噪声与光子噪声和总信噪比相比占主导的情况下，增大脉冲宽度。因此，脉冲宽度在测量脉冲宽度区域内被减小或增大，特别地，其中，总信噪比被减小。

关于本发明的特定实施方式，所述测量性能参数表示所述检测器的信号水平范围，并且经预调节的脉冲宽度被微调以使得接收到的激光与所述信号水平范围相匹配。

此外，脉冲能量能够被设置为通过改变脉冲宽度(涉及FWHM＝半最大值下的全宽)与激光测距仪的接收器侧的特定且有利的信号水平范围相匹配。改变激光脉冲宽度的这种方法扩展了装置的接收到的信号动态范围，并且保证了较小的总振幅非线性误差。

现在参照根据本发明的规定的距离标准的方面，在本发明的特定实施方式的情况下，由用于通过根据被测量的测试距离计算最大激光发射水平来限定测量脉冲宽度区域的算法给出所述距离标准，其中，可以以实时的方式执行所述计算。

通过根据本发明的进一步的实施方式，通过查找表给出所述距离标准，所述查找表用于通过将被测量的测试距离与依据所述查找表被分配给特定脉冲宽度范围的距离相比较来限定测量脉冲宽度区域。

根据本发明，使用一个或多个之前(距离)测量的信息来确定脉冲宽度。

根据本发明，可以在测量程序的执行期间动态地(即，使用预先限定的实现速率(actualisation rate)(例如，实时地)和/或自主地)调节脉冲宽度。

此外，考虑到物体的位置的确定，根据本发明，可以执行以下步骤：确定脉冲激光的发射方向，并且从所确定的激光的方向和精确测量的距离得到所述物体的位置。

此外，根据本发明，可以按照激光安全规则为每个距离限定最大激光发射水平，即，如果为系统限定激光等级1，则最大激光发射水平被相应地限定。

具体地，可以按照待测量的距离和对应的测量模式来限定发射水平。

本发明还涉及一种用于测量至物体的距离的电子测距仪，该电子测距仪包括：光束源，其用于发射具有限定的测量脉冲宽度的脉冲激光，其中，所述激光被设计成使得所述激光脉冲宽度是可调的；接收装置，其接收从所述物体反射的所述脉冲激光的至少一部分；测距装置，其用于借助于由所述接收装置接收到的所述脉冲激光精确测量至所述物体的所述距离；以及控制和处理单元。

根据本发明，所述电子测距仪包括预调节功能，其中，在执行所述预调节功能时，按照由所述控制和处理单元控制的自动且连续的方式来预调节实际的激光脉冲宽度；换句话说：通过按照由所述控制和处理单元控制的自动且连续的方式预调节所述实际激光脉冲宽度来提供所发射的激光的限定的脉冲宽度。在预调节的情况下，通过以下步骤来执行试验测量：发射一定量的具有实际脉冲宽度的经调节的激光；接收从所述物体反射的经调节的激光的至少一部分；以及通过接收到的经调节的激光确定至所述物体的测试距离。此外，完成如下操作：基于所限定的距离标准来限定测量脉冲宽度区域，其中，所述距离标准根据所述测试距离提供至少一个最大激光发射水平；以及预调节实际激光脉冲宽度，使得经预调节的脉冲宽度位于所述测量脉冲宽度区域的限度内并提供所述测量脉冲宽度。

参照本发明的特定实施方式，所述控制和处理单元被配置成使得根据本发明的用于测量至物体的距离的方法是可执行的。

就使用根据本发明的电子测距仪的测量装置而言，具有所述电子测距仪的激光扫描仪还可以包括：底座，其限定垂直轴；支承件，其可围绕所述垂直轴相对于所述底座旋转并限定水平轴；光束引导单元(特别是反射镜)，其可围绕所述垂直轴和所述水平轴相对于所述底座旋转；以及第一角度测量装置，其用于确定从所述光束源发出并使用所述光束引导单元引导的脉冲激光的方向。

本发明的另一个方面涉及一种用于确定物体的位置的大地测量装置，特别是全站仪，其包括所述电子测距仪。所述大地测量装置还可以包括：底座，其限定垂直轴；支承件，其可围绕所述垂直轴相对于所述底座旋转并限定水平轴；瞄准单元，其可围绕所述垂直轴和所述水平轴相对于所述底座旋转并用于将所述脉冲激光引导向所述物体，所述瞄准单元具有所述光束源和望远镜；以及第二角度测量装置，其用于确定所述瞄准单元相对于所述底座和所述支承件的取向。

除了如上所述的激光脉冲宽度的自适应控制外，还能够在一个脉冲周期内动态地调节接收器(检测器)的带宽，以确保脉冲宽度与带宽的最佳匹配并最大化测量的灵敏度和精度。

此外，本发明涉及一种具有存储在机器可读介质上的程序代码的计算机程序产品，所述程序代码被配置成自动执行并操作根据本发明的用于测量至物体的距离的方法，特别是如果所述程序在根据本发明的测量仪的控制单元上执行。

在下面将参照伴随附图的示例性实施方式来详细描述本发明，其中：

图1示出了根据至物体的距离限定关于眼睛安全的激光发射的最大允许发射激光功率的曲线图。

图2示出了根据本发明的用于根据至物体的距离来限定允许的脉冲宽度范围的第一实施方式。

图3示例性地例示了根据本发明的由于光子噪声和取决于接收信号幅度A的接收器噪声导致的范围噪声的来源。

图4是例示了根据本发明的用于调节激光脉冲宽度的第一实施方式的示意框图。

图5a和图5b是示出了根据本发明的控制激光源以产生具有限定脉冲宽度的激光的示意框图。

图6示出了根据本发明的包括调节功能的激光扫描仪的第一实施方式。

图7示出了根据本发明的包括调节功能的全站仪的第一实施方式。

图1示出了取决于至物体或觇标的距离限定最大允许照射量MPE的曲线图。最大允许照射量MPE限定了对于在限定的时间段内照射在人眼上是可容忍的激光的量(例如，具有限定的波长和能量)，其中，通常由近场11中的最大安全发射来限制激光输出功率。

为了保证根据本发明的测量装置在整个测量范围上在特定激光级(特别是激光级1)内发射，通常由近场11中的最大安全发射来限制激光输出功率或激光脉冲能量。激光功率等于最大允许激光能量的距离被称为NOHD(标称眼危害距离)，也就是说，如果至物体的距离较近，则激光照射可能会造成眼睛损伤。

本发明所提出的自适应脉冲宽度控制特征是一种使用可变的激光脉冲宽度以便保证激光发射在任何距离处低于由特定激光级给出的容忍发射限度的技术。

受到近场11限制的激光发射与距离D处的人眼安全功率限度之间的差12限定用于例如通过本发明的脉冲宽度调节来调节激光照射的容许范围。

图2示出了根据本发明的取决于至物体的距离d限定脉冲宽度区域R1-Rj(j为整数)。当然，本发明不限于所示出的区域R1-Rj的数量的限定，而是可以基于不同数量个的限定区域。本发明的测量装置包括使用这样划分为特定距离R1-Rj以便通过将激光输出功率限制为由MPE功能MPEF给出的最大人眼安全发射来满足激光安全规则的调节功能。

MPEF(距离标准)针对物体与光源之间的每个距离限定最大激光发射水平(在限定的时间间隔内)，其中，不允许超出该最大激光发射水平，以便保持由(由特定MPE功能限定的)激光安全规则限定的特定激光级。

照射在物体上且没有超出所述距离标准的激光的量取决于激光源与物体之间的距离，其中，所述距离标准根据之前测量的测试距离来提供至少最大激光发射水平。根据本发明，当激光脉冲按照限定的频率从激光源被发射时，在限定的时间间隔内照射在被瞄准的物体上的激光的量同样取决于该脉冲到脉冲频率。

此外，照射在物体上的激光的量取决于单个脉冲的脉冲宽度，其中，具体地，使用给定频率发射脉冲。根据本发明，每个脉冲的脉冲宽度被连续调节，使得给定的照射限度(例如，MPEF或距离标准)不被超出。

为了该目的，装置测量范围d被划分成若干个距离范围R1-Rj。每个范围与特别是按照激光安全规则限定的最大允许发射强度(最大激光发射水平)相关联。

基于对至物体的测试距离的测量，范围R1-Rj中的一个可以被标识以限定具有最大脉冲宽度值和最小脉冲宽度值的脉冲宽度范围。因此，存在给定或限定的范围，在该范围中，可针对至物体的精确距离测量来调节发射的激光脉冲的宽度。根据预定的标准，范围的限度被设置为使得每个脉冲宽度(分别以给定的脉冲到脉冲频率和激光功率或者幅度)在该限度内的情况下，所述预定的标准被实现。

此外，图2示出了当使用恒定的脉冲宽度时与接收到的能量相对应的曲线16。另一个曲线15例示了当利用根据本发明的脉冲宽度调节时接收到的能量。一方面，就近场测量而言，通过脉冲调节降低接收到的能量。另一方面，对于远程测量，接收到能量增益(与恒定的脉冲宽度相比)。

根据特定的实施方式，图3例示了由于光子噪声22和取决于接收信号幅度A的接收器噪声23(信号噪声)导致的范围噪声的个体来源，其中，通过范围噪声的个体来源的组合来确定总范围噪声性能。

根据本实施方式，总SNR信息被附加地使用以在预先限定的距离范围内调节脉冲宽度(根据参照图2描述的过程)。因此，由与所选择的距离范围相关联的限度来限制最大(和最小)脉冲宽度。这种调节的目的是给定的距离范围内范围的噪声RN的减小。

由于接收器噪声23导致的范围噪声RN在幅度范围N1内占主导，并且由于光子噪声22导致的范围噪声在幅度范围N2内占主导。

如果由激光发射器产生的光子噪声22是总范围噪声RN的主要来源，则减小脉冲宽度以便降低总范围噪声RN。如果接收器噪声23是范围噪声RN的主要来源，则可以增加脉冲宽度以便降低范围噪声RN。

如能够从图3中看出的，改善的接收器噪声曲线23’表示具有针对接收器噪声占主导而增加的脉冲宽度(与由于接收器噪声23导致的脉冲宽度相比)的经改善的总范围噪声RN，并且改善的光子噪声曲线22’表示如果光子噪声占主导，通过减小脉冲宽度而得到的总范围噪声的改善。

在改变脉冲宽度的情况下，由通过预先限定的标准(例如，激光安全规则)的功率限度给出的最大(允许的)脉冲宽度来限制允许的改变。

对于长距离测量(long range measurement)，接收器噪声23通常是范围噪声的主要来源。对于这样的长距离，使用宽的激光脉冲。由较宽的脉冲产生的较高的脉冲能量导致较低的总范围噪声RN。

对于短距离，激光脉冲宽度将被减小以保证给定的范围内的人眼安全发射。此外，较短的激光脉冲有助于限制接收到的信号的动态，并且降低发射器光子噪声22，发射器光子噪声22是近场中的范围噪声RN(直至“光线照射极限距离(Scheinwerfergrenzdistanz)”)的限制参数。

使得能够选择适当的脉冲宽度的距离和信噪比信息基于至当前瞄准的物体的距离的之前测试测量。

如上所述，对于长距离测量，接收器噪声23通常是范围噪声的主要来源。长距离测量允许比较高的MPE(见图1)，从而允许高的脉冲能量，并因此允许宽的脉冲。所以，较长距离的较低噪声是可实现的。

对于短距离，激光光子噪声22通常是范围噪声的主要来源。短距离测量要求相对低的MPE，并且因此要求低脉冲能量和短脉冲。通过进一步减小脉冲宽度，减小了光子噪声22，这导致了降低的总噪声。

具体地，可以根据接收器带宽来执行脉冲宽度的调节。考虑到给定的接收器带宽，脉冲宽度越长，接收器带宽内的能量就越大。

图4示出了例示根据本发明的用于调节激光脉冲宽度的第一实施方式的示意框图。

在第一步骤中，启动31使用电子测距仪(特别是激光扫描仪)的扫描。出于该原因，限定了特定的扫描场和测量点的点到点分辨率。在开始扫描时，设置32默认的激光脉冲宽度和功率。使用这些设置，确定33至至少一个测量点的测试距离和被记录的这个测量点(像素)的信噪比。

之后，按照限定的查找表或按照用于计算适合的脉冲宽度的限定的算法，利用确定的距离和信噪比信息来设置34激光脉冲宽度。在设置了适合的脉冲宽度后，使用限定的激光器参数继续扫描，并且连续执行36根据33的距离和信噪比确定，基于此，在扫描期间进行激光脉冲宽度34的自动且连续的重置。可以按限定的速率执行激光脉冲宽度的连续设置或调节，即，可以每秒一次地或按1kHz的频率或按从脉冲到脉冲的较高实现速率来进行脉冲宽度的重置。执行这样的自动控制(反馈控制)，直到整个扫描场被扫描并且扫描被完成37，或者直到出现扫描错误和/或扫描被取消38。

这种控制的优点是提供满足给定的激光安全规则的测量设备(如激光扫描仪或全站仪)，并且因此可以被以特定的激光级分类。此外，通过连续地控制并设置脉冲宽度(尤其是通过微调)并且使用该控制，发射的激光功率测量或扫描性能可以显著提高。例如，激光功率可以被调节成使得在测量系统中的光传感器的预先限定的灵敏度范围可以被连续地匹配。

图5a和图5b示出了例示根据本发明的激光源的控制(尤其是激光二极管或植入有激光二极管的光纤放大器的控制)以产生具有限定脉冲宽度的激光的示意框图。针对激光的脉冲宽度的控制，提出了两种不同的拓扑结构。脉冲宽度主要取决于放电电容器的值。

根据图5a中的第一方法，可配置的电容器网络43被用于脉冲宽度的控制。控制器41控制了电容器充电电路42的充电，电容器充电电路42提供电容器43的网络(多个电容器)的充电。用于限定特定脉冲宽度的数字激光脉冲宽度选择46也由控制装置41控制。电容器放电电路44被设置在该系统中以执行电容器43中的每一个的放电以便于控制激光二极管45，使得具有限定脉冲宽度的激光被发射。

根据图5b，第二方法处理若干个并行的充电42a-c电路和放电44a-c电路，其中，控制器41控制用于限定由二极管45发出的激光的脉冲宽度的若干个通道42a、43a、44a至42c、43c、44c。

两个拓扑结构使得能够离散地控制脉冲宽度。在这种情况下，具体地，能够实现64个脉冲宽度步长。脉冲宽度能够从脉冲到脉冲完全动态地改变(在激光重复率的一个周期内)，即，每个单个脉冲可以被产生为具有特定的脉冲宽度。

图6示出了根据本发明的包括调节功能的发明的激光扫描仪50的第一实施方式。

激光扫描仪50提供了一种用于在扫描场内扫描物体51、52、53的扫描功能。根据给定的点到点分辨率，可确定至场中的物体51、52、53上的点的距离和角度。出于这个原因，具有限定脉冲宽度的脉冲激光束55被从扫描仪50发出并且例如通过扫描台50的旋转或设置有扫描台50的反射镜的旋转而在扫描场内被引导。激光的脉冲率和波长被给出，并且在扫描过程期间保持固定。

根据扫描仪50与扫描区域中的物体51、52、53之间的不同距离，激光的脉冲宽度在扫描的同时被连续地调节。至于测量点，确定了距离，可以根据各个确定的距离针对待发射的脉冲来限定测量脉冲宽度区域(测量脉冲宽度区域限定最大激光发射水平)，并且因此能够保证激光的人眼安全。与对树53或人52的测量相比，为了测量建筑物51，使用产生较高的脉冲能量的较宽的脉冲宽度(因为较大的距离)。为了防止人52的眼睛损伤，照射在人52上的激光能量必须减小到安全水平。根据本发明，通过调节脉冲宽度来执行这种减小。

此外，可以在保持人眼安全水平的区域内微调脉冲宽度，使得距离测量的性能被优化。具体地，可以分别考虑由激光源侧的光子噪声所导致的信噪比和/或由接收器或检测器产生的接收器噪声所导致的信噪比来执行这样的微调。

图7示出了包括根据本发明的调节功能的创新的全站仪60的第一实施方式。全站仪60能够测量精确的距离和角度，并且因此能够确定物体62的准确位置。此外，全站仪60可以提供比使用根据图6的扫描仪50更慢地执行扫描的扫描功能，至于引导测量激光65，需要移动TPS60的结构性瞄准单元，而不是仅移动反光镜。

从全站仪60发出的具有限定的激光功率(限定的幅度、脉冲宽度和脉冲频率)的激光65照射在觇标62上(这里：反射觇标，例如，回射棱镜)，其中，由全站仪60的操作者61来引导觇标。根据本发明，基于检测到的至觇标62、62a的测量距离、检测到的、由总信噪比(光子噪声和/或加性噪声(例如接收器噪声))基本限定的测量性能、所选择的测量模式或觇标类型来调节激光65的脉冲宽度。当觇标62的第一位置中的距离大于第二位置62a上的距离时，当操作员从他的第一位置61移动到具有至全站仪60的更小距离的位置61a时，调节脉冲宽度。凭借至觇标的距离的这种减小，所发出的激光脉冲的脉冲宽度也被减小，以便减小在限定的时间间隔内发出的激光的总量并防止激光束可导致的眼睛损伤。

Claims (14)

1.一种用于测量至物体(51、52、53、62、62a)的距离的方法，该方法包括：

●发射具有限定的测量脉冲宽度的脉冲激光(55、65)，其中，所述激光(55、65)的所述脉冲宽度可调，

●接收从所述物体(51、52、53、62、62a)反射的具有所述限定的测量脉冲宽度的所述脉冲激光(55、65)的至少一部分，以及

●借助于接收到的激光(55、65)精确确定至所述物体(51、52、53、62、62a)的所述距离(d)，

其特征在于，通过以下步骤按照自动且连续的方式预调节所发射的激光(55、65)的实际脉冲宽度来提供所发射的激光(55、65)的所述限定的测量脉冲宽度：

●通过以下步骤来执行测试测量(33)：

○发射一定量的具有所述实际脉冲宽度的调节激光，

○接收从所述物体(51、52、53、62、62a)反射的所述调节激光的至少一部分，以及

○借助于所接收到的调节激光来确定至所述物体(51、52、53、62、62a)的测试距离，

●基于限定的距离标准(MPEF)来限定测量脉冲宽度区域(Rl-Rj)，其中，所述距离标准(MPEF)根据所述测试距离提供至少最大激光发射水平；以及

●预调节所述实际激光脉冲宽度，使得经预调节的脉冲宽度位于所述测量脉冲宽度区域(Rl-Rj)的限度内并提供所述测量脉冲宽度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所确定的测量性能参数在所述测量脉冲宽度区域(R1-Rj)内自动且连续地微调经预调节的脉冲宽度，使得经微调的脉冲宽度提供所述测量脉冲宽度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量性能参数表示由以下项限定的总信噪比：

●由在一个单个激光脉冲内发射的光子的随机分布特别是由光子能量的随机分布产生的光子噪声(22)；和/或

●由接收器电子设备和/或由在接收从所述物体(51、52、53、62、62a)反射的所述激光(55、65)的检测器侧的信号处理所产生的接收器噪声(23)，特别是其中，所述检测器被构建为光敏检测器。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述总信噪比通过以下步骤被调节：

●在所述光子噪声(22)与所述接收器噪声(23)相比相对于所述总信噪比占主导的情况下，减小所述脉冲宽度；或者

●在所述接收器噪声(23)与所述光子噪声(22)相比相对于所述总信噪比占主导的情况下，增大所述脉冲宽度，

其中，所述脉冲宽度在所述测量脉冲宽度区域(R1-Rj)内被减小或增大，特别是其中，所述总信噪比被减小。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量性能参数表示针对所述检测器的信号水平范围，并且经预调节的脉冲宽度被微调以使得接收到的激光与所述信号水平范围匹配。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述距离标准(MPEF)由用于通过根据测量的测试距离计算所述最大激光发射水平来限定所述测量脉冲宽度区域(Rl-Rj)的算法给出。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述距离标准(MPEF)由查找表给出，所述查找表用于通过将测量的测试距离与根据所述查找表而分配给特定脉冲宽度区域的距离进行比较来限定所述测量脉冲宽度区域(Rl-Rj)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述脉冲激光(55、65)的发射的方向，并且从所述激光(51、52、53、62、62a)的被确定的方向和精确测量的距离来得出所述物体(51、52、53、62、62a)的位置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，按照激光安全规则针对每个距离(d)来限定所述最大激光发射水平。

10.一种用于测量至物体(51、52、53、62、62a)的距离(d)的电子测距仪，该电子测距仪包括：

●光束源，其用于发射具有限定的测量脉冲宽度的脉冲激光(55、65)，其中，所述光束源被设计成使得所述激光脉冲宽度可调；

●接收装置，其接收从所述物体(51、52、53、62、62a)反射的所述脉冲激光(55、65)的至少一部分；

●测距装置，其借助于由所述接收装置接收到的所述脉冲激光(55、65)精确测量至所述物体(51、52、53、62、62a)的所述距离(d)；以及

●控制和处理单元，

其特征在于，所述电子测距仪包括预调节功能，其中，在执行所述预调节功能时，通过以下操作按照受到所述控制和处理单元控制的自动且连续的方式预调节(34)实际激光脉冲宽度来提供发射的脉冲激光(55、65)的所述限定的测量脉冲宽度：

●通过以下操作来执行测试测量(33)：

○发射一定量的具有所述实际脉冲宽度的调节激光，

○接收从所述物体(51、52、53、62、62a)反射的所述调节激光的至少一部分，以及

○借助于接收到的调节激光来确定至所述物体(51、52、53、62、62a)的测试距离，

●基于限定的距离标准(MPEF)来限定测量脉冲宽度区域(Rl-R5)，其中，所述距离标准(MPEF)根据所述测试距离提供至少最大激光发射水平，以及

●预调节所述实际激光脉冲宽度，使得经预调节的脉冲宽度位于所述测量脉冲宽度区域(Rl-R5)的限度内并提供所述测量脉冲宽度。

11.根据权利要求10所述的电子测距仪，其特征在于，所述控制和处理单元被配置为使得能够执行根据权利要求1至9中任一项的用于测量至物体的距离的方法。

12.一种激光扫描仪(50)，该激光扫描仪(50)包括根据权利要求10或11的电子测距仪，其特征在于，所述激光扫描仪(50)还包括：

●底座，其限定垂直轴；

●支承件，其能够围绕所述垂直轴相对于所述底座旋转并限定水平轴；

●光束引导单元，特别是反射镜，其能够围绕所述垂直轴和所述水平轴相对于所述底座旋转；以及

●第一角度测量装置，其用于确定从所述光束源发出并被所述光束引导单元引导的脉冲激光(55)的光束的方向。

13.一种大地测量装置(60)，特别是全站仪，所述大地测量装置(60)用于确定物体(62、62a)的位置，所述大地测量装置(60)包括根据权利要求10或11的电子测距仪，其特征在于，所述大地测量装置(60)还包括：

●底座，其限定垂直轴；

●支承件，其能够围绕所述垂直轴相对于所述底座旋转并限定水平轴；

●瞄准单元，其能够围绕所述垂直轴和所述水平轴相对于所述底座旋转并用于将所述脉冲激光引导向所述物体，所述瞄准单元包括：

○所述光束源，以及

○望远镜；以及

●第二角度测量装置，其用于确定所述瞄准单元相对于所述底座和所述支承件的取向。

14.一种具有存储在机器可读介质上的程序代码的计算机程序产品，所述程序代码被配置为自动执行并操作根据权利要求1至9中任一项的用于测量至物体的距离的方法，特别是如果所述程序在根据权利要求10至13中任一项的所述电子测距仪的控制单元上被执行。