CN106461780A - 补偿的距离测量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在发射时间向目标发射传输的光信号。接收系统的光学子系统接收返回的光信号，其被转换为返回的电信号。至少一个衰减器把衰减施加于在返回的光信号和返回的电信号中的至少一者。随着时间推移，在发射传输的光信号之后，衰减根据时间依赖性衰减函数而变化，使得衰减在自从传输光信号的发射时间开始经过的临界时间是最大值。临界时间取决于光学子系统的至少一个几何参数。从返回的电信号确定接收时间。发射时间和接收时间用于计算测量的距离。

Description

补偿的距离测量的方法和装置

技术领域

本发明涉及电子距离测量领域。更具体地，本发明涉及采用时间依赖性衰减的电子距离测量以补偿测量参数的方法和装置。

背景技术

电子距离测量(EDM)单元用于测量到目标的距离。在飞行时间距离测量中，在激光脉冲的发射和接收之间的时延允许距离计算。发射的脉冲行进至反射器并且回到接收它的检测器。时延与脉冲行进距离成比例。

对于给定的反射器，假设接收的脉冲的功率电平与在感兴趣的范围内的脉冲行进时间(以及脉冲行进距离)的平方成反比。这样，接收的脉冲的功率电平的动态范围可以非常大。

为了容纳该动态范围，现有技术的系统应用衰减函数，使得检测灵敏度随着发送脉冲的发射的随后的时间增加。

通常的现有技术的系统基于具有相对于发送脉冲的固定时序的固定函数使用衰减函数。在2012年8月29日提交的美国专利申请13/597,295描述了系统，其中，相对于发送脉冲的衰减函数和衰减函数的偏移中的至少一个是可变的。

EDM单元用于测量仪器，诸如，全站仪以及固定式的和移动式的扫描仪。全站仪通常以比扫描仪更低的重复率进行距离测量，使得时间可用于确定返回的脉冲的振幅以及设置检测器电路的衰减。

例如，正在返回的脉冲振幅是通过发送第一脉冲确定的，第一脉冲的正在返回的脉冲振幅用于设置指向相同目标的随后发射的脉冲的正在返回的脉冲的衰减。在一些仪器中，在多个测量尝试中调整灰楔光衰减器，直至返回的脉冲信号在固定接收器检测走廊内。

如在WO 2008/089788 A1中描述的另一种方法，是通过基于临近的目标位置的之前的距离测量值预测正在返回的脉冲的振幅来设置衰减水平。

如在WO 2009/039875 A1中描述的又一种方法，是拆分返回的脉冲信号，使用一部分去设置衰减并且延迟其他部分，从而在已设置衰减之后测量所述其他部分的振幅。

然而，期望具有改善的补偿的测量仪器，以获得较快的扫描和/或较适合的动态范围。

概述

根据本发明的实施例提供了用于测量距离的方法和/或装置。这种装置一般可称为测量仪器、测地扫描仪、或具有扫描功能的全站仪。

装置的一些实施例包括传输器、接收系统、至少一个衰减器、检测单元和处理器单元。传输器运转以在发射时间向着目标发射传输的光信号。接收系统包括光学子系统以及光电转换器，光学子系统接收返回的光信号，光电转换器把返回的光信号转换为返回的电信号。

将衰减器配置成把衰减施加于返回的光信号和返回的电信号中的至少一者。随着时间推移，在发射传输的光信号之后，衰减根据时间依赖性衰减函数而变化，使得衰减在自从传输光信号的发射时间开始经过的临界时间处是最大值。临界时间取决于光学子系统的至少一个几何参数。

将检测单元配置成从返回的电信号确定接收时间，并且将处理器单元配置成基于发射时间和接收时间中的至少一者来计算测量的距离。

在一些实施例中，接收系统的光学子系统可以包括第一孔和检测孔。然后，临界时间可以取决于第一孔的尺寸、检测孔的尺寸以及从第一孔到检测孔的距离。

应理解的是，可以通过取决于第一孔和目标之间的距离的第一函数来描述从目标到达第一孔的光量，并且可以通过取决于第一孔和目标之间的距离的第二函数来描述在不施加衰减的情况下经过第一孔到达检测孔的光量。作为这两个函数的组合的结果，返回的光信号在距装置特定的(或临界的)距离处到达的最大值，其也对应于传输的光信号从装置的传输器行进至目标并从目标返回至装置的接收系统的光学子系统的临界时间。如以上提到的，因此，在发射传输的光信号之后，随着时间推移，衰减变化以在自从传输的光信号的发射时间开始经过的临界时间处到达最大值。

具体来说，临界时间对应于(临界的)光行进距离(即，装置和目标之间的距离的两倍)，对于该光行进距离，在光学子系统的检测孔处获得最大光量。换句话说，对于目标(在此反射传输的光信号)至装置的特定位置或距离，获得最大的返回的光信号。

装置还可以包括补偿元件，以减少在第一函数和第二函数中的至少一者对于返回的电信号的影响。

在一些实施例中，从传输的光信号的发射时间直至临界时间，衰减在增加。这样，虽然一般来说，返回的光信号的强度的依赖与在目标和装置之间的距离的平方成反比(或与在目标和装置之间的传输的光信号的行进时间成反比)，然而发明人已经认识到返回的光信号(以及因此的返回的电信号)的强度或功率电平首先增加直至临界距离，以到达最大值。这样，并不是在发射传输的光信号之后直接减少返回的光信号(或者返回的电信号)的功率的衰减，而是将会增加衰减直至到达临界时间。例如，临界时间可以在大约0.1至0.5微秒的范围内，其对应于距目标大约15至75米的临界距离。

在一些实施例中，将衰减器配置成使得在返回的光信号和返回的电信号中的至少一者的衰减在临界时间之后减少。在临界距离之外(即，对于较大的距离)，返回的光信号将主要受距离的平方的倒数的变化的影响。

在一些实施例中，光学元件可以设置在第一孔，以把返回的光信号导向设置在检测孔处的检测器上。临界时间可以取决于这种光学元件的特征以及设置在接收单元的光学子系统内的或者设置在返回的光信号的光路上的任何其他光学元件的特征。因此，临界时间专门针对特定装置，并且更具体地说，是针对在装置的接收单元中的光学元件。

在本文中描述的实施例提供改善的补偿，从而减少从目标接收的光的功率电平的光学依赖性元件的变化。

在一些实施例中，装置还可包括校准单元，其用于在校准程序期间确定临界时间。校准程序可以在工厂或者在现场进行，并且其可以针对光学子系统的基本配置而执行。校准程序也可在现场执行，以便考虑在光学子系统中或者在返回的光信号的光路中的光学元件的相比于基本配置的任何增加，即，对于装置的任何新配置。

在一些实施例中，传输的光信号包括至少一个光脉冲。在一些实施例中，传输的光信号包括多个光脉冲。

在一些实施例中，装置还可包括控制器，其配置成针对正在行进的传输的光信号(例如，光脉冲)，从与发射正在行进的传输的光信号相关的时间事件直至接收与正在行进的传输的光信号对应的返回的光信号、或者直至发射随后的传输的光信号、或者直至自从与发射时间相关的时间事件开始经过的时间周期超出阈值，随着时间推移，调节衰减器的衰减。时间事件可以是光脉冲自身的发射，但是也可以是参考脉冲或与光脉冲的发射相关的另一个信号的接收，诸如在与朝向目标不同的另一个方向上反射的光脉冲的一部分。

例如，针对正在行进的光脉冲，从发射它的时间直至它返回，使用时间依赖性衰减函数来调节衰减器，用于测量与这个特定光脉冲关联的距离。

出于这个目的，装置可以包括控制器，其适于使得衰减控制信号发生器使用时间依赖性衰减函数来产生时间依赖性衰减控制信号。衰减控制信号因此可以在时间上与发射时间相关。

在一些实施例中，装置还可包括校正单元，其用于针对至少一个环境参数补偿返回的电信号。

在一些实施例中，处理器单元可以用来针对通过衰减器对在返回的光信号和返回的电信号中的至少一者施加衰减而造成的接收时间的时移校正在接收时间和测量距离中的至少一者。

一些实施例还包括信号延迟模块、信号分析器以及可变增益放大器，信号延迟模块用于把返回的电信号的一部分延迟预先确定的时间，信号分析器用于生成指示返回的电信号强度的强度信号，可变增益放大器用于使用取决于强度信号的增益来放大返回的电信号的延迟部分，并且检测单元用于通过从由可变增益放大器放大之后的返回的电信号的延迟部分来确定接收时间，由此来从返回的电信号确定所述接收时间。

在一些实施例中，针对当前的距离测量，使用之前的距离测量的信息来修改衰减函数。

在一些实施例中，基于时间依赖性衰减函数，可以产生时间依赖性衰减控制信号以控制衰减器。衰减控制信号可以取决于在先的测量的参数。

方法的一些实施例包括在发射时间向着目标发射传输的光信号、通过光学子系统接收返回的光信号、把返回的光信号转换为返回的电信号、调节用于对在返回的光信号和返回的电信号中的至少一者施加衰减的衰减器的衰减水平、从返回的电信号确定接收时间以及至少基于发射时间和接收时间来计算测量的距离。

随着时间推移，在发射传输光信号之后，根据时间依赖性衰减函数而调节衰减，使得衰减在自从传输的光信号的发射时间开始经过的临界时间处是最大值。临界时间取决于光学子系统的至少一个几何参数(或者多个几何参数)。

可以想象到使用在以上描述的实施例中列举的特征的所有可能的组合的其他实施例。具体来说，可以理解的是，参考装置描述的实施例的特征可以与参考方法描述的实施例组合，反之亦然。

附图简述

参考绘图，将会从以下描述的实施例中更容易理解本发明的这些和其他的方面和特征，其中：

图1示意性地示出一种距离测量系统，本发明的实施例可以在其中实施；

图2根据本发明的一些实施例，显示距离测量的时序图；

图3示意性示出从在第一距离处的目标返回的光信号；

图4示意性示出从在第二距离处的目标返回的光信号；

图5示意性示出从在第三距离处的目标返回的光信号；

图6显示从目标返回的光的水平随着时间的变化；

图7根据本发明的一些实施例，显示随着时间的变化的时间依赖性衰减函数；

图8显示被施加了时间依赖性衰减的返回的信号水平随着时间的变化；

图9根据本发明的一些实施例，显示用于测量距离的装置的示意图；

图10A显示第一函数的示例，其把到达图9中的第一孔的光量与在第一孔和目标之间的距离D关联；

图10B显示第二函数的示例，其把经过第一孔并且到达图9中的检测孔的光量与在第一孔和目标之间的距离D关联；

图11A根据本发明的实施例，显示第一衰减配置；

图11B根据本发明的实施例，显示第二衰减配置；

图11C根据本发明的实施例，显示第三衰减配置；

图11D根据本发明的实施例，显示第四衰减配置；

图12根据本发明的一些实施例，显示用于测量距离的装置的示意图；

图13示出由于施加的衰减而在衰减的电信号中的失真；

图14是根据本发明的一些实施例的接收系统的电子部分的示意图；

图15A根据本发明的一些实施例，显示检测单元的第一示例；

图15B根据本发明的一些实施例，显示检测单元的第二示例；

图15C根据本发明的一些实施例，显示检测单元的第三示例；以及

图16根据本发明的一些实施例，显示操作距离测量系统的方法的流程图。

详细描述

图1示意性地示出一种距离测量系统100，本发明的实施例可以在其中实施。系统控制器105可以经由控制信号110与传输信号控制器115通信，以协调系统操作。系统控制器105向传输信号控制器115发出控制信号110，以开始测量。传输信号控制器115向激光子系统125发出传输脉冲控制信号120。激光子系统125通过发射传输的光信号130来响应。传输的光信号130如所示出地可以是单一的脉冲，或者是诸如在国际专利申请公开WO 2013/030651 A1中描述的脉冲组或其他有符号的模式。

传输的光信号130经过分路器135。来源于传输的光信号130的能量的一部分传到检测器元件140，以为传输的光信号130提供参考飞行时间(TOF)处理器145的发射时间。来源于传输的光信号130的能量的一部分经过光学子系统150并被指向在系统100之外的目标155。来源于目标155的返回的光信号经过光学子系统150至光电转换器160。光电转换器160向检测单元165提供返回的电信号。检测单元165从返回的电信号确定接收时间。

TOF处理器145确定激光脉冲130飞行的相应时间，并且把作为结果的飞行时间值转换为相应的测量距离，也就是例如在数据储存165中存储的。飞行时间处理器145可以是单独的处理器，或者可以是在计算机中运行的进程，该计算机也运行系统控制器105和/或脉冲控制器115的进程和/或其他进程。为了便于阐述，功能性在此参考图1中的特定元件描述，但是为了方便，功能性可以被组合在一个或多个元件中或者分配给其他元件。

传输器125可选地为自由运行的激光系统，其在不需要传输命令的情况下发射传输的光信号。控制信号110、传输控制器115和传输控制信号120以虚线显示，以指示如果传输器125是自由运行的，则这些均不需要。

图2根据一些实施例，在200显示距离测量的时序图。时间t1是传输的光信号205(诸如，用于测量的光脉冲)的发射时间。时间t2是相应的返回的光信号210(即正在返回的光脉冲或者代表在目标处的被传输的光脉冲的反射的反射光脉冲)的接收时间。从时间差δt＝t2-t1推导出距离测量值。时间t3是随后测量的传输的光信号215的发射时间。时间差t3-t1是传输的光信号重复间隔。

虽然图2中的示例显示在各自的返回的光脉冲的峰值处的时间t1和t2和t3，然而返回的光的接收时间可以以其他方式(诸如，脉冲的或脉冲组的前沿的、或计算出的重心的的阈值或返回的光信号的其他特征)来确定。

图3在300示意性地示出来源于与光学子系统310距离为A的目标305的返回的光信号。从距离A处的目标反射的传输的光信号的大部分由光学子系统310收集，但仅该光的一小部分到达检测器315。

图4在400示意性地示出来源于与光学子系统310距离为C的目标405的返回的光信号。从距离C处的目标反射的传输的光信号的小部分由光学子系统310收集，但该光的大部分到达检测器315。

图5在500示意性地示出来源于与光学子系统310距离为B的目标505的返回的光信号。距离B大于距离A并且小于距离C。采用距离B处的目标，从距离B处的目标反射并且到达检测器315的传输的光信号量处于最大值。

图6在600显示在不对返回的光信号或返回的电信号施加时间依赖性衰减的情况下来源于目标的返回的光的水平随着传输的光的发射的随后的时间的变化。对应于图5中的设置，来源于距离B处的目标的返回的光的水平605是最大值。对应于图3中的设置，来源于距离A处的目标的返回的光的水平610小于来源于距离B处的目标的返回的光的水平。对应于图4中的设置，来源于距离C处的目标的返回的光的水平615也小于来源于距离B处的目标的返回的光的水平。

图7在700显示期望的时间依赖性衰减函数705随着传输的光的发射的随后的时间的变化。施加这种时间依赖性衰减可以大体上减少由检测返回的光而产生的返回的光和/或电信号的动态范围。

根据一些实施例，距离测量系统或装置100可以配备衰减器(在图1中未显示，但根据各种可能的配置在图9-12中显示)，其配置成对在返回的光信号和返回的电信号中的至少一者施加衰减。参考图7，随着时间推移，在发射传输光信号之后，根据时间依赖性衰减函数衰减变化(或者衰减器的衰减水平是可调节的)，使得衰减在自从传输的光信号的发射时间开始经过的临界时间是最大值。

图7显示衰减函数，其中，随着从传输的光信号的发射时间(或者从与传输的光信号的发射时间相关的任何时间事件)直至临界时间的时间变化，衰减在增加。在临界时间之后，衰减随着时间的变化而减少。

临界时间至少取决于接收系统的光学子系统的几何参数。再次参考图5，临界时间对应于光行进距离(B)，对于该光行进距离(B)，在光学子系统的检测器315处获得光的最大量，即，对于该距离，从目标反射并且到达检测器315的传输的光信号的量是最大值。

如在图1和图3-5中示意性地示出的，光学元件(诸如透镜，)可以设置在第一孔，以把到达光学子系统150、310的返回的光信号导向检测器160、315。

图8在800显示被施加了时间依赖性衰减705的返回的信号水平随着在传输的光的发射的随后的时间的变化。衰减施加于返回的光和/或施加于由检测返回的光而产生的电信号，以下参考示例来解释。来源于距离B处的目标的返回的信号水平805大体上与来源于距离A处的目标的返回的信号水平810相同。来源于距离C处的目标的返回的信号水平815是不受影响的，因为衰减在与距离C对应的时间时是最小的。

图9根据本发明的一些实施例，显示用于测量距离的装置900的示意图。装置900包括用于在发射时间向着目标915发射传输的光信号的传输器。目标915并不形成装置900的一部分。

装置900可以包括控制器905以及衰减控制信号发生器920，其响应控制器905，以产生在时间上与发射时间相关的至少一个时间依赖性衰减控制信号。

装置900的接收系统925包括光学子系统930，其具有第一孔935和检测孔940。

从目标到达第一孔935的光量可以通过取决于在第一孔和目标之间的距离D的第一函数来描述。第一函数例如在图10A中显示。

图10A显示第一函数的示例，其把到达第一孔935的光量与在第一孔935和目标之间的距离D关联。第一函数例如是1/d²的关系。

在不施加衰减的情况下经过第一孔935并且到达检测孔940的光量可以通过取决于在第一孔935和目标之间的距离D的第二函数来描述。第二函数例如在图10B中显示。

图10B显示第二函数的示例，其把在不施加衰减的情况下经过第一孔935并且到达检测孔940的光量与在第一孔935和目标之间的距离D关联。在一些实施例中，第二函数可以由光学子系统930的设计参数(诸如，第一孔935和第二孔940以及在第一孔935和第二孔940之间的间隔的尺寸)来确定。

接收系统925还包括光电转换器945，以把返回的光信号转换为返回的电信号。

装置900包括至少一个衰减器，诸如可选的光衰减器950和/或可选的电衰减器955。将各个衰减器950、955配置成把衰减分别施加于在返回的光信号和返回的电信号中的至少一者。在发射传输的光信号(或光脉冲)之后，随着时间推移，将衰减调整。衰减根据时间依赖性衰减函数而变化，使得衰减在临界时间最大。

为了这个目的，各个衰减器950、955可以响应来源于衰减控制信号发生器920的控制信号。通过光衰减器950将衰减施加于返回的光信号和/或通过电衰减器955将衰减施加于返回的电信号，以获得衰减的电信号，其补偿至少第一函数和第二函数的组合。可以通过一个或多个合适的光学元件960、965(诸如光纤)把返回的光信号传递至光电转换器940。

图9描绘了几个可选的配置。第一配置在返回的光信号到达光电转换器945之前，使用光衰减器950为第一函数和第二函数补偿返回的光信号。然后，光电转换器945产生用于为第一函数和第二函数补偿的返回的电信号。

第二配置在光电转换器945已把返回的光信号转换为返回的电信号之后，使用电衰减器955为第一函数和第二函数补偿返回的电信号。

第三配置在返回的光信号到达光电转换器945之前，使用光衰减器950为第一函数和第二函数二者的一部分补偿返回的光信号，并且在光电转换器945已把来源于光衰减器950的衰减的返回的光信号转换为部分衰减的返回的电信号之后，为在第一函数和第二函数中的剩余物补偿返回的电信号。

也就是说，对于第一函数和第二函数的补偿全部通过光衰减器950、全部通过电衰减器955、或者部分通过光衰减器950并且部分通过电衰减器955来执行。

检测单元970使用合适的技术(诸如，脉冲的或脉冲组的前沿或计算出的重心的的阈值或返回的光信号的其他特征)来从返回的电信号(或者衰减的电信号)确定接收时间。

将确定的接收时间提供至处理器单元975。处理器单元975也接收与接收的光信号对应的传输的光信号的发射时间。处理器975在一些实施例中是飞行时间处理器，诸如图1中的TOF处理器145。发射时间是从发射参考中确定的，或者是从参考图1描述的传输命令中确定的，或者通过其他合适的方法确定的。

处理器单元975至少基于发射时间和接收时间来计算测量的距离。在测量距离的计算中可选地包括其他参数，诸如由返回的光信号转换为返回的电信号造成的、由电衰减造成的、由电气的或电子的元件造成的、以及由环境影响(诸如，环境温度或环境湿度)造成的延迟和/或失真。

图9中的实施例显示施加于返回的光信号和/或返回的电信号的衰减。这些的和其他的配置在图11A、图11B、图11C和图11D中示出。

图11A显示参考图9描述的第一配置。可选的衰减器945响应来源于衰减控制信号发生器915的衰减控制信号，对返回的光信号施加衰减。

图11B显示参考图9描述的第二配置。可选的衰减器955响应来源于衰减控制信号发生器915的衰减控制信号，对返回的电信号施加衰减。

图11C显示又一个配置。在这个实施例中，可选的光衰减器1155响应来源于衰减控制信号发生器915的衰减控制信号，对在第一孔930和检测孔935之间的返回的光施加衰减。

图11D显示另一个配置。在这个实施例中，可选的光衰减器1180响应来源于衰减控制信号发生器915的衰减控制信号，在返回的光进入孔930之前对返回的光施加衰减。

一些实施例使用在图11A、图11B、图11C和图11D中的配置中的任意两个或更多个的组合以用于使返回的光信号和返回的电信号中任一或两者的衰减。

图12显示这种组合，具有在光学子系统1205中的可选的光衰减器950、1155、1180，以及在电气子系统1210中的可选的衰减器955。衰减器950、1155、1180和955中的一个或多个用于使返回的电信号和返回的光信号中的任一或两者衰减。

图13示出由于施加的衰减而在返回的电信号中的失真。在这个示例中，显示在没有施加衰减的理想系统中的脉冲1305随时间的变化。当施加衰减时作为结果的脉冲1310如通过箭头1315所指出的，是失真的(例如，脉冲形状已改变)和/或延迟的。

图14是接收系统925的电子部分的示意图1400。接收系统925由处理器1405控制。在一些实施例中，处理器1405也充当系统控制器单元105和/或处理器单元975，以计算测量的距离。

处理器1405加载储存的表格1410，其具有一系列的时间增量中的每一个的衰减值，代表期望的时间依赖性衰减函数。可以以这种设置从一个测量到下一个来改变衰减函数，然而改变的程度可以通过电路响应次数来限制。

现场可编程门阵列(FPGA)1415从表格1410中依次检索每个衰减值。通过数模转换器(DAC)1420把每个衰减值转换成一个或多个衰减控制信号U1(t)、U2(t)、U3(t)、U4(t)，其中的每个用于设置各自的可变衰减器955、950、1155、1180的衰减水平。

光电转换器945把返回的光信号转换为返回的电信号。可变的电衰减器955把返回的电信号衰减和/或通过光衰减器950、1155、1180中的一个或多个使返回的光信号衰减。

通过模数转换器(ADC)1425把作为结果的衰减的电信号转换为数字值的时间序列。FPGA1430从返回的光信号确定接收时间。

在图14中把FPGA1415和FPGA1430显示为单独的项，但是如果期望的话，可以在单一设备中或者在多个设备上分布地执行它们的功能。

在一些实施例中，表格1410中的值说明环境温度和/或环境湿度。在一些实施例中，为环境温度和/或环境湿度的多个范围中的每一个提供表格，例如，通过在做出现场的距离测量之前校准装置。在现场中的环境温度和/或环境湿度是从用户输入或本地传感器数据和/或从远程源检索的天气信息确定的。

在一些实施例中，表格1410的值是在现场做出测量之前通过校准而确定的。为了这个目的，距离测量系统可以配备校准单元，用于校准光学子系统。可以在工厂或者在现场执行校准。

图15A在1500显示检测单元970的第一示例，其用于从(衰减的)返回的电信号确定接收时间。ADC1505把返回的电信号数字化，并且将作为结果的数据传至处理器1510，诸如，中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)。处理器1510从数据确定接收时间。

图15B在1530显示检测单元970的第二示例，其用于从返回的电信号确定接收时间。水平阈值比较器1535把返回的电信号与阈值比较，以指示返回的电信号超出预先确定的阈值的时间，并且把结果传至处理器1540，诸如CPU、DSP或FPGA。处理器1540从阈值指示确定接收时间。

图15C在1560显示检测单元970的第三示例，其用于从返回的电信号确定接收时间。恒比甄别器1565通过找到斜率处于零时的时间来确定返回的电信号的最大水平。处理器1570从在斜率处于零时的时间确定接收时间。

图16根据本发明的一些实施例，在1600显示操作距离测量系统的方法的流程图。

在步骤1605，在发射时间向目标发射传输的光信号。在步骤1610，针对衰减，根据时间依赖性衰减函数，调节衰减器的衰减水平。在步骤1615，把衰减施加于返回到光信号(其对应于光传输信号在目标的反射)和返回的电信号(其对应于返回的光信号的电转换)。

在步骤1620，从返回的电信号确定接收时间。在步骤1625，至少基于发射时间和接收时间来计算测量的距离。进程可选地在步骤1625返回，以重复用于随后的测量的步骤1605-1625。

在一些实施例中，可以产生在时间上与发射时间相关的至少一个时间依赖性衰减控制信号，以控制衰减器的衰减水平。

参考图16描述的方法可以与参考图1-15描述的装置或距离测量系统的任何特征或实施例合并。

详细参考在附图中示出的本发明的实施方式。在整个绘图及下面的详细描述中，使用相同的参考指示符来指示相同或类似的部件。

为了清楚的目的，在本文所描述的实施方式中并未显示和描述所有的常规特征。应当理解的是，在任意这种实际实施方式的开发中，必须做出许多与特定实施方式相关的决定以实现开发者的特定目标，例如遵守与应用和商业相关的约束，且这些特定目标将随实施方式的不同和开发者的不同而变化。此外，应理解的是，这种开发上的努力可能复杂且耗时，但是，对于那些本领域中的普通技术人员来说，仍然是实现具有本公开的好处的工程的常规任务。

根据本发明的实施例，可以使用各种类型的操作系统(OS)、计算机平台、固件、计算机程序、计算机语言和/或通用机器来实施组件、进程步骤和/或数据结构。方法的部分可以作为在处理电路上运行的编程进程来运行。处理电路可采用处理器和操作系统的许多组合、或独立设备的形式。进程可以作为通过这种硬件、通过单独的硬件、或者通过其中的任何组合执行的指令来实施。软件可以储存在机器可读的程序储存设备上。使用面向对象的编程语言可以容易地实施计算元件，从而根据需要来例示每个需要的元件。

那些本领域中的技术人员将会认识到，在不脱离本文中公开的发明概念的范围和精神的情况下，也可使用通用性稍差的设备，诸如硬布线设备、包括现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑设备(CPLD)的现场可编程逻辑设备(FPLD)、专用集成电路(ASCI)等。

根据本发明的实施例，在诸如便携式计算设备、个人计算机、工作站计算机、大型计算机、或运行操作系统的高性能服务器的数据处理计算机上可以部分地实施本方法。方法也可以在多处理器系统上、或在包括各种外围设备(诸如，输入装置、输出装置、显示器、点击设备、存储器、储存设备、用于向处理器(处理器组)传输数据和从处理器(处理器组)传输数据的媒体接口等)的计算环境中实施。这种计算机系统或计算环境可以是局域联网的，或是通过互联网连接的。

以上描述的任何方法和它们的实施例可以部分地借助于计算机程序来实施。计算机程序可以加载在以上描述的装置上。因此，本发明也涉及其在执行以上的以上描述的方法和它们的实施中的任意一个的部分的装置上执行时的计算机程序。

本发明也涉及包括以上提到的计算机程序的计算机可读介质或计算机程序产品。计算机可读介质或计算机程序产品可以例如是磁带、光存储盘、磁盘、磁光盘、CD ROM、DVD、CD、闪存单元等，计算机程序永久或暂时地储存于其中。本发明也涉及计算机可读介质(或者涉及计算机程序产品)，其具有用于执行本发明的任意一个方法的计算机可执行指令。

本发明也涉及可以安装在已经在现场的装置上的固件更新，即，作为计算机程序产品传递到现场的计算机程序。这应用于以上描述的方法和装置中的每一个。

虽然在详细示例的基础上描述了本发明的实施例，然而详细描述仅用来为技术人员提供更好的理解，而并不旨在限制本发明的范围。本发明的范围而是由所附的权利要求限定的。

Claims (25)

1.一种用于测量距离的装置，包括：

-传输器，其用于在发射时间向着目标发射传输光信号，

-接收系统，包括：

光学子系统，其接收返回的光信号，以及

光电转换器，其把所述返回的光信号转换为返回的电信号，

-至少一个衰减器，其对所述返回的光信号和所述返回的电信号中的至少一者施加衰减，所述衰减根据时间依赖性衰减函数随着在发射所述传输的光信号之后的时间推移而变化，使得所述衰减在自从所述传输的光信号的发射时间开始经过的临界时间处是最大值，所述临界时间取决于所述光学子系统的至少一个几何参数，

-检测单元，其从所述返回的电信号确定接收时间，以及

-处理器单元，其至少基于所述发射时间和所述接收时间来计算测量的距离。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光学子系统包括第一孔和检测孔，所述临界时间取决于在所述第一孔的尺寸、所述检测孔的尺寸以及从所述第一孔到所述检测孔的距离中的至少一者。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，光学元件设置在所述第一孔处，以把所述返回的光信号导向设置在所述检测孔处的检测器。

4.根据以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述临界时间对应于一光行进距离，对于所述光行进距离，在所述光学子系统的检测孔处获得最大光量。

5.根据以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中，从所述传输的光信号的发射时间直至所述临界时间，所述衰减在增加。

6.根据以上权利要求中的任意一项所述的装置，还包括校准单元，其用于在校准程序期间确定所述临界时间。

7.根据以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述衰减器配置成使得所述返回的光信号和所述返回的电信号中的所述至少一者的衰减在所述临界时间之后减少。

8.根据以上权利要求中的任意一项所述的装置，还包括控制器，其配置成针对正在行进的传输的光信号，从与发射所述正在行进的传输的光信号相关的时间事件直至接收与所述正在行进的传输的光信号对应的所述返回的光信号、或者直至发射随后的传输的光信号、或者直至自从所述时间事件开始经过的时间周期超出阈值，随着时间推移，调节所述衰减器的衰减。

9.根据以上权利要求中的任意一项所述的装置，还包括校正单元，其用于针对至少一个环境参数来补偿所述返回的电信号。

10.根据权利要求1-5中的任意一项所述的装置，还包括补偿元件，其减少所述第一函数和第二函数中的至少一者对于所述返回的电信号的影响。

11.根据以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述处理器单元用于针对通过所述衰减器对所述返回的光信号和所述返回的电信号中的至少一者施加的衰减而造成的所述接收时间的时移来校正所述接收时间和所述测量的距离中的至少一者。

12.根据以上权利要求中的任意一项所述的装置，还包括：

a.信号延迟模块，其用于把所述返回的电信号的一部分延迟预先确定的时间，

b.信号分析器，其用于生成指示所述返回的电信号的强度的强度信号，以及

c.可变增益放大器，其用于使用取决于所述强度信号的增益来放大所述返回的电信号的延迟部分，

其中，所述检测单元用于通过从在由所述可变增益放大器放大之后的、所述返回的电信号的所述延迟部分确定接收时间，来从所述返回的电信号确定所述接收时间。

13.根据以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述衰减函数被使用来自之前的距离测量的信息来针对当前的距离测量进行修改。

14.一种操作距离测量系统的方法，包括：

a.在发射时间向目标发射传输的光信号，

b.通过光学子系统接收返回的光信号，

c.把所述返回的光信号转换为返回的电信号，

d.在发射所述传输的光信号之后，随着时间推移，根据时间依赖性衰减函数而调节用于向所述返回的光信号和所述返回的电信号中的至少一者施加衰减的衰减器的衰减水平，使得所述衰减在自从所述传输的光信号的发射时间开始经过的临界时间处是最大值，所述临界时间取决于所述光学子系统的至少一个几何参数，

e.从所述返回的电信号确定接收时间，以及

f.至少基于所述发射时间和所述接收时间来计算测量的距离。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述光学子系统包括第一孔和检测孔，所述临界时间取决于在所述第一孔的尺寸、所述检测孔的尺寸以及从所述第一孔到所述检测孔的距离中的至少一者。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述临界时间对应于一光行进距离，对于所述光行进距离，在所述光学子系统的检测孔处获得最大光量。

17.根据权利要求14-16中任意一项所述的方法，其中，从所述传输的光信号的发射时间直至所述临界时间，所述衰减在增加。

18.根据权利要求14-17中任意一项所述的方法，还包括校准所述装置用于确定所述临界时间。

19.根据权利要求14-18中的任意一项所述的方法，其中，对所述返回的光信号和所述返回的电信号中的所述至少一者的所述衰减在所述临界时间之后减少。

20.根据权利要求14-19中的任意一项所述的方法，其中，针对正在行进的传输的光信号，在发射所述正在行进的传输的光信号之后直至接收与所述正在行进的传输的光信号对应的所述返回的光信号或者直至发射随后的传输的光信号或者直至自从所述发射时间开始经过的时间超出阈值，随着时间推移，调节所述衰减。

21.根据权利要求14-20中的任意一项所述的方法，其中，所述传输的光信号包括至少一个光脉冲。

22.根据权利要求14-21中的任意一项所述的方法，还包括针对至少一个环境参数补偿衰减的电信号。

23.根据权利要求14-22中的任意一项所述的方法，其中，施加所述衰减函数造成所述接收时间的时移，并且所述方法还包括针对所述时移校正所述接收时间和所述测量的距离中的至少一者。

24.根据权利要求14-23中的任意一项所述的方法，还包括：

a.把所述衰减的电信号的一部分延迟预先确定的时间，

b.生成指示所述衰减的电信号的强度的强度信号，以及

c.使用取决于所述强度信号的增益来放大所述衰减的电信号的延迟部分，

其中，从所述衰减的电信号确定接收时间包括：从在由所述可变增益放大器放大之后的、所述衰减的电信号的所述延迟部分确定所述接收时间。

25.根据权利要求14-24中的任意一项所述的方法，还包括：使用来自之前的距离测量的信息来针对当前的距离测量修改所述衰减函数。