CN108351416A - 激光测距仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光测距仪（10、10'、10''）、尤其是手持式激光测距仪（10'、10''），所述激光测距仪以用于进行激光测距的装置为出发点，所述进行激光测距的装置具有至少一个用于发出激光辐射（30）的发送装置（28）、用于接收从远离的物体（34）上返回的激光辐射（30'）的接收光学器件（56）以及具有至少一个用于探测所接收的激光辐射（30'）的探测装置（22），其中借助于所述发送装置（28）的投射装置（20）以周期性地扫过角度范围α（46）的方式发出所述激光辐射（30），从而能够在所述远离的物体（34）上显出所投射的激光线（52）。按照本发明，所述激光测距仪（10、10'、10''）的接收光学器件（56）具有为了探测而将来自角度范围γ（60）的激光辐射（30'）投射到所述探测装置（22）上的棱面光学器件（62）。此外，本发明涉及一种用于借助于所述激光测距仪（10、10'、10''）来确定远离的物体（34）的表面上的间距的方法。

Description

激光测距仪

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的激光测距仪、尤其是手持式激光测距仪。

背景技术

已经提出过所述类型的激光测距仪，对于所述激光测距仪来说借助于发送装置的投射装置以周期性地扫过一定的角度范围的方式来发出激光辐射。比如在DE 10 0163 09A1、DE 10 2011 005 277 A1和DE 10 2011 089 325 A1中已经提出了这样的激光测距仪。

发明内容

所提出的激光测距仪、尤其是手持式激光测距仪以下述激光测距仪为出发点，所述激光测距仪具有至少一个用于发出激光辐射的发送装置、用于接收从远离的物体上返回的激光辐射的接收光学器件以及具有至少一个用于探测所接收的激光辐射的探测装置，其中借助于所述发送装置的投射装置以周期性地扫过角度范围α的方式发出所述激光辐射，从而能够在所述远离的物体上显出所投射的激光线。按照本发明，所述接收光学器件具有为了探测而将来自角度范围γ的激光辐射投射到所述探测装置上的棱面光学器件。

在一种实施例中，所述激光测距仪是手持式测量仪，该手持式测量仪能够在不借助于运送装置和/或保持装置的情况下仅仅用手、优选用一只手来操控。尤其所述手持式激光测距仪被设置用于：在测量过程中由操作者用手至少来操控、优选携带、尤其优选保持。为此，所述激光测距仪的总质量尤其小于2kg、优选小于1kg、特别优选小于500g。此外，在所述激光测距仪的一种优选的实施方式中，所述测距仪的所有组件都被安置在基本上将所述组件包围的壳体中。尤其这个壳体的最长的一侧的长度小于30cm、有利地小于20cm、特别有利地小于15cm。在一种应用实例中，所述手持式激光测距仪能够在手工业的工作中比如用于测量物品或者内部空间。

在一种作为替代方案或者补充方案的实施方式中，所述按本发明的激光测距仪也能够作为固定的装置来实现并且/或者用作固定的装置。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述按本发明的激光测距仪用在车辆中、尤其是用在机动车中。在一种如此设计的实施方式中，所集成的激光测距仪优选能够在车辆的导航过程中用于测量间距并且/或者结合所述车辆的安全机构、尤其是结合制动装置来使用。

“设置”尤其应该是指专门地“编程”、“设计”和/或“构造”。物体被“设置”用于执行特定的功能尤其应该是指，该物体在至少一种使用状态和/或运行状态中履行并且/或者执行这种特定的功能或者被设计用于履行所述功能。

所述激光测距仪的、用于发出激光辐射的发送装置具有至少一个优选以激光器、半导体激光器或者激光二极管的形式构成的光源，所述光源朝远离的物体的方向——下面也使用其同义词：朝目标物体的方向——尤其发出在时间上经过调制的光、优选是激光辐射。时间上的调制在此能够连续地并且/或者周期性地、比如正弦状地进行。同样能够朝目标物体的方向发出光脉冲。此外，也能够比如非周期性地、像比如以所谓的伪噪声脉冲序列的形式发出脉冲列。尤其所述发送装置也能够包括多个发出辐射的、具有统一的或者不统一的种类的装置、尤其是多个激光光源。

在一种实施方式中，所述激光辐射能够处于对人眼来说看得见的光谱的波长范围内，也就是尤其处于380nm到780nm之间。所述激光测距仪的使用者能够有利地在不借助于光学的辅助器件的情况下看出由所述激光测距仪所发射的激光辐射并且尤其能够作为所投射的激光标记而看到所述激光辐射的到所述远离的物体上的投射。在一种作为替代方案的实施方式中，所述激光辐射能够处于对人眼来说看不见的光谱的波长范围内，也就是尤其低于380nm或者高于780nm。在这种情况下，由所述激光测距仪所发射的激光辐射对所述激光测距仪的操作者来说只能借助于光学的辅助器件（对于处于红外的波长范围内的激光辐射来说比如是红外摄像机）。

所述发送装置被设置用于：沿着不同的方向、尤其是相对于激光测距仪和/或基准方向沿着不同的相对方向发出激光辐射。优选所述发送装置被设置用于：如此发出激光辐射，使得代表着所述激光辐射的激光束周期性地扫过角度范围α。为了调节并且改变所述激光辐射的辐射方向，所述发送装置具有投射装置。所述投射装置被设置用于：使所述激光辐射——下面使用其同义词：激光束——朝不同的方向、尤其是相对于所述激光测距仪、比如相对于所述激光测距仪的壳体朝不同的相对方向转向并且/或者偏向。为此，所述投射装置具有至少一个激光束转向器件。“激光束转向器件”是对本领域的技术人员来说显得意义的器件、但是优选是空间上的光调制器（SLM）、衍射的光学器件、用于使激光器和/或发送装置的光学器件回转的机构、具有多个微型镜子的微型镜子阵列、但是特别优选是一个单个的微型镜子。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述发送装置的投射装置具有至少一个以至少能够一维地偏移的方式得到支承的镜子，在使用所述镜子的情况下以能够周期性地变化的相对方向在所述角度范围α中能够发出或者发出激光辐射。

所述至少一个镜子能够作为微型镜子来实现。微型镜子尤其具有大于0.5mm²、有利地大于1mm²、特别有利地大于2mm²的镜面。优选所述镜面能够借助于电信号、尤其是通过至少一个静电的执行器至少朝一个方向回转。作为替代方案或者补充方案，所述镜面能够借助于电信号、尤其是通过至少一个静电的执行器朝两个方向、尤其是朝两个正交的方向回转。

所述激光束转向器件使所发射的激光束连续地在尤其恒定的、优选能够预先给定的角度范围α内回转。所述激光测距仪的投射装置和/或控制装置被设置用于：检测、控制并且/或者优选调节所发射的激光辐射的角度、也就是尤其是所发射的激光辐射的相对方向之间的角度。在一种实施方式中，所述投射装置允许以周期性地扫过所述角度范围α的方式发出所述激光束，方法是：使所述激光束在两个对所述角度范围α进行定义和限制的相对方向之间尤其连续地来回回转。“相对方向”应该是指相对于所述激光测距仪、比如相对于所述激光测距仪的壳体或者相对于基准方向的方向。因此，所述激光束周期性地扫过所述角度范围α，也就是周期性地使其偏移。尤其以大于20Hz、优选大于40Hz、特别优选大于60Hz的频率来周期性地扫过所述角度范围α。对于所述激光束的偏移的高的周期性的重复率来说，借助于激光束来投射到所述目标物体上的激光点如此顺畅地在所述目标物体上运动，使得观察者、所述激光测距仪的操作者在所述远离的物体上注意到所投射的、尤其是实线的、优选连续地发光的投射线或者激光线，所述投射线或者激光线尤其与有待测量的距离相对应。

除了所述光源和所述投射装置之外，所述发送装置也能够具有另外的、尤其是射束成形的和/或射束转向的和/或对所述激光辐射的特性产生影响的光学的元件、比如透镜、滤波器、衍射的元件、镜子、反射器、在光学上透明的玻璃或者类似器件。尤其能够设置下述光学的元件，所述光学的元件有利地使所述激光束聚焦并且/或者准直。

由所述借助于所发出的激光束来照亮的目标物体反射的并且/或者散射的、也就是返回的激光束至少部分地被所述激光测距仪所探测并且用于获取有待测量的距离。返回的激光束在此借助于用于对所接收的光、尤其是所接收的返回的激光辐射进行探测的探测装置至少部分地被探测到。在此，所述探测装置应该是指至少一个探测元件，所述探测元件根据入射的光强来提供探测信号。“探测元件”是指对辐射敏感的、尤其是像光电二极管一样的光敏的元件、比如PIN二极管、Avalanche Photo Diode（APD）（雪崩光电二极管）、不过也指（经过调制的）CCD芯片和CMOS像素。在一种实施方式中，所述至少一个探测元件通过Single-Photon-Avalanche-Diode（SPAD）（单光子雪崩二极管）来构成，在另一种实施方式中通过多个未耦合的或者相耦合的SPAD来构成、尤其是由SPAD阵列来构成。

从在所发出的激光辐射与从所述目标物体的表面上返回的激光辐射之间所实施的相位比较中，能够在使用所述激光测距仪的控制装置和/或测评装置的情况下查明光传播时间并且通过光速来确定所述激光测距仪与所述目标物体之间的所寻找的、沿着所发射的激光束的方向的间距。所述激光测距仪的典型的测量范围处于几厘米到几百米的距离范围内。所获取的沿着所发射的光束的方向的距离测量值随后由所述激光测距仪的控制装置和/或测评装置继续进行处理，并且/或者借助于所述激光测距仪的输出装置、比如在使用显示器或者声学的输出装置的情况下来输出给所述激光测距仪的操作者。作为替代方案或者补充方案，所述距离测量值也能够为了进行进一步的处理而被传输给另外的装置、比如车辆控制机构、外部的数据处理装置或者类似装置。

从所述目标物体上尤其是通过反射和/或散射而返回的激光束在使用接收光学器件的情况下被接收。所述接收光学器件在此被设置用于：接收来自角度范围γ的光以及尤其是激光辐射并且将其投射、优选成像到所述探测装置、尤其是探测元件上。优选所述接收光学器件被设置用于：接收来自多个不同的角度子范围σ的光以及尤其是激光辐射并且将其投射到所述探测装置上。按照本发明，所述接收光学器件为此而具有将来自从角度范围γ的激光辐射投射到所述探测装置上的棱面光学器件。

借助于所述按本发明的、以棱面光学器件的形式构成的接收光学器件，可以将来自优选宽的角度范围γ的光以及尤其是光辐射投射到所述探测装置上。尤其借助于所述投射装置以大的发送角度从所述激光测距仪上发射的光辐射能够通过所述棱面光学器件被投射到所述探测装置上，从而也能够沿着方向以所发射的光辐射的大的偏移来实现距离确定。

此外，所述激光测距仪、尤其是其控制装置和/或其投射装置和/或其测评装置和/或其探测装置被设置用于：尽快地确定相对于至少两个、优选多个不同的测量点、也就是沿着所述激光束的不同的发射方向的间距。特别优选所述激光测距仪被设置用于：在平面上——下面被称为投射面——在所述角度范围α中尤其尽快地确定具有不同的相对方向的特定数目的间距。优选所述激光测距仪、尤其是其投射装置和/或其控制装置检测所述相对方向的、尤其是相对于彼此的定向和/或有利地相对于所述激光测距仪或者相对于所述激光测距仪的组件的定向。“尽快地”在一种实施例中尤其是指，所述激光测距仪、尤其是其控制装置和/或其投射装置和/或其测评装置和/或其探测装置被设置用于：在500ms之内、有利地在100ms之内、特别有利地在50ms之内确定至少两个间距。

在一种实施方式中，具有不同的相对方向的间距的数目能够通过使用者来预先给定或者选择，其中所述激光测距仪沿着所述不同的相对方向来确定间距。在一种作为替代方案或者补充方案的实施方式中，这个数目也能够在测距仪内部、比如通过所述控制装置和/或所述测评装置来预先给定。因此，沿着不同的相对方向的间距测量的数目能够根据所述角度范围α或者所述目标物体上的有待间接地测量的距离的长度来估计并且/或者计算并且预先给定。

通过所述激光测距仪的按本发明的设计方案，能够以特别小的设计上的开销舒适地、间接地测量所述目标物体上的两个只能用所述激光束来到达的点之间的距离，而所述激光测距仪则不必放在所述点之一上。优选在使用三角函数的情况下从多次沿着不同的相对方向在所述激光测距仪与所述目标物体之间进行的距离测量以及在所述相对方向之间围成的角度中获取有待间接地确定的距离。在此能够特别有利地用按键按压在短的时间之内、尤其在小于一秒的时间之内来测量这样的距离。操作者能够为了测量所述距离而有利地停留在与所述距离隔开的位置上。同时，能够以所投射的激光线的形式来给有待测量的距离作标记。

作为与所述激光测距仪隔开的距离的长度的获取的补充，所述激光测距仪此外被设置用于：用所述激光束来确定并且输出所述激光测距仪与所述目标物体之间的直接的间距。

“棱面光学器件”尤其是指一种接收光学器件，该接收光学器件将角度范围γ——所述接收光学器件的所谓的视野——划分为角度子范围σ并且由此划分为子视野。在此，将每个角度子范围σ投射、优选成像到所述探测装置、尤其是其探测元件上。优选所述角度子范围σ分别用所述棱面光学器件的一个棱面来投射、优选成像到所述探测装置上。能够有利地通过这种方式借助于作为接收光学器件的棱面光学器件将来自优选大的角度范围γ的、从远离的物体上返回的、也就是尤其是所反射的和/或所散射的激光辐射投射、优选成像到所述探测装置、尤其是探测元件上。

可以有利地借助于所述棱面光学器件来取代传统的、光线强的并且相应地昂贵的宽角光学器件。这样的宽角光学器件以所述探测元件出于成本原因及设计原因应该尽可能地小（比如10mm的长度）的要求为出发点必须具有小的、比如f=10mm的焦距。除此以外，将尽可能多的辐射功率从所述目标物体上的每个激光点投射到所述探测装置上的要求则要求小的光圈值f/＃，所述小的光圈值在所提到的实例中大约为f/＃=0.9。所述棱面光学器件能够避开传统的、光线强的宽角光学器件的这些缺点，所述传统的光线强的宽角光学器件由于其接近于1的光圈值而不仅在制造中而且在校正中都特别复杂并且麻烦。尤其在使用所述棱面光学器件的情况下可以大幅度地降低所述激光测距仪的接收光学器件中的透镜以及剧烈弯曲的表面的数目。通过将所述角度范围γ划分为能够借助于所述棱面光学器件相应地尤其同时被投射到所述探测装置、尤其是其探测元件上的角度子范围σ这种方式，能够以预先给定的角度范围γ和预先给定的探测器尺寸来显著地减轻由设计所引起的、对所述接收光学器件的要求。优选对于所述棱面光学器件来说，所述角度子范围σ中的每个角度子范围都通过与所述角度子范围σ的数目相对应的棱面之一来投射、优选成像到所述探测装置上。由此，在缓和临界的光圈值f/＃的同时，能够应对如对于宽角光学器件来说所需要的那样的特别短的焦距。

因为所述激光测距仪以在所述角度范围α内扫描的方式来工作，也就是说借助于所述发送装置的投射装置以周期性扫过所述角度范围α的方式来发出所述激光辐射，所以在每个时刻、也就是在所述角度范围γ内还总是仅仅照亮所述接收光学器件的视野的一个激光点。由此，能够有利地实现所述探测装置上的像点与所述目标物体上的激光点之间的明确的分配关系、比如通过所述投射装置的偏移角来确定。

尤其所述棱面光学器件允许接收来自整个角度范围γ的、在时间上在所述角度范围α内扫描地发送到所述目标物体上的激光束的返回的激光辐射。

在所述激光测距仪的一种实施方式，所述棱面光学器件包括多个以聚焦的光学的透镜的形式构成的n个棱面，其中所述n个棱面将所述角度范围γ划分为与所述棱面的数目n相对应的角度子范围σ，并且所述n个棱面中的每个棱面都将所属的角度子范围σ投射到所述探测装置上。

由此，将所述接收光学器件的整个视野、也就是所述角度范围γ划分为n个角度子范围σ，其中每个角度子范围σ被投射、优选成像到所述探测装置、尤其是其探测元件上。所述相应的角度子范围σ的投射或者成像在此通过聚焦的光学的透镜来进行，使得返回的激光辐射优选对于大的距离来说在聚焦的情况下被投射到所述探测装置的至少一个探测元件上。

通过将所述视野、也就是所述角度范围γ划分为n个子视野或者角度子范围σ这种方式，可以在将临界的光圈值f/＃缓和了n倍的同时，将所述接收光学器件的焦距扩大n倍。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述棱面光学器件包括多个球面的或者非球面的光学的透镜。

球面的透镜由于结构形式的原因而代表着特别简单的透镜，对于所述透镜来说在光学上起作用的表面球面地成形、也就是成形为球体的表面截取部分。球面的透镜的使用能够有利地为制造成本的降低作贡献。此外，能够在经济上特别容易地并且由此成本低廉地作为具有两个凸出的表面或者具有一个凸出的和一个平坦的表面的球面的透镜来制造尤其聚焦的会聚透镜。

与球面的透镜相类似，非球面的透镜为旋转对称结构，不过在剖视中并非圆形。出于这个原因，非球面的透镜相对于球面的透镜能够具有有利的投射特性，因为尤其由于原理引起的像差、比如光行差、像散性或者类似现象出现的机率大大降低。

在一种作为替代方案的实施方式中，所述棱面光学器件也能够包括多个梯度透镜，在所述梯度透镜中折射率在空间上变化。

尤其所述棱面光学器件的棱面能够相应相同地构成，或者作为替代方案为了改进所述棱面光学器件的投射特性而能够相应不同地构成。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述棱面光学器件在相邻的棱面之间具有第一器件，所述第一器件抑制在所述棱面之间的光线的光学上的串扰。

这样的第一器件比如能够代表着在所述棱面光学器件的光学的透镜之间所设置的滤波器、反射器、吸收器或者类似器件。所述第一器件允许降低、尤其是完全避免相邻的棱面之间的光线的光学上的串扰。

“吸收器”在这方面尤其应该是指一种元件，该元件至少部分地被设置用于吸收并且/或者转换能量。优选这尤其应该是指一种元件，该元件被设置用于吸收辐射、优选电磁辐射并且特别优选吸收可见光。优选这尤其应该是指一种对于可见光来说具有至少0.6、优选至少0.8并且特别优选至少0.9的吸收度的元件。

在一种实施方式中，所述第一器件、尤其是所述滤波器、所述反射器和/或所述吸收器相应地以分离层的形式来构成。所述分离层优选完全在所述棱面光学器件的相应相邻的棱面之间延伸。

通过这种方式，能够在所述棱面光学器件的各个棱面的透镜之间进行光学上的分离。就这样能够避免接收信号的交叠和/或叠加、尤其是来自借助于不同的棱面所投射的不同的角度子范围σ的激光辐射及背景光的交叠和/或叠加。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述接收光学器件具有第二器件，所述第二器件允许将角度子范围Ω、尤其是所述角度子范围σ通过所述n个棱面按顺序地投射到所述探测装置上。

在此，所述第二器件构造为机械的闭锁装置或者挡板，所述机械的闭锁装置或者挡板形成至少部分地不透光的、能够机械地运动的元件并且在所述激光测距仪的接收路径中处于所述探测装置之前、尤其所述探测元件之前。

所述第二器件原则上能够被设置在所述接收路径中的不同的位置上、比如沿着所述接收路径的方向看要么被设置在所述接收光学器件的前面要么被设置在其后面、尤其是要么被设置在所述棱面光学器件的前面要么被设置在其后面。在一种实施例中，所述第二器件、尤其是所述闭锁装置沿着所述接收路径的方向看直接被设置在所述接收光学器件的后面、也就是说被设置在接收光学器件与探测元件之间。

在一种示范性的实施方式中，所述第二器件能够以缝隙闭锁装置、尤其是薄片-缝隙闭锁装置、球形窝-闭锁装置、辊子-闭锁装置、百叶窗-闭锁装置、轧刀-闭锁装置的形式或者以其它对本领域的技术人员来说显得有意义的闭锁装置和/或光调制器的形式来构成，所述闭锁装置和/或光调制器至少基本上不透光地遮盖所述接收光学器件的能够选择的区域。通过对于所述接收光学器件的能够选择的区域的不透光的遮盖，优选能够产生所述接收光学器件的优选所定义的、能够选择的并且对光线来说可以透过的区域。所述接收光学器件的对光线来说可以透过的区域就这样“能够激活”。所述接收光学器件的这些所定义的、能够选择的并且对光线来说可以透过的区域此外允许将能够选择的角度子范围Ω、优选是各个棱面的角度子范围σ投射到所述探测装置上。

所述闭锁装置如此能够调节、优选能够以电子的方式调节，从而至少在所述激光测距仪的运行状态的期间所述接收光学器件的、在其角度范围方面所定义的、能够选择的并且对光线来说可以透过的区域——也就是所述角度子范围Ω、优选是所述接收光学器件的角度子范围σ——关于其位置能够被改变、尤其是能够相对于所述接收光学器件来移动。所述移动在此要么能够以离散的步距来进行要么能够在连续的运动中进行。通过这种方式，在所述激光测距仪的一种实施方式中可以使透光的区域、尤其是所述角度子范围Ω、优选是所述角度子范围σ通过或者相对于所述接收光学器件来运动或者对其进行扫描。此外，可以激活单个的和/或多个相邻的具有角度子范围σ的棱面，而所有其它的角度子范围则不透光地被遮盖。

所述角度子范围Ω在此通常表示具有Ω＜α的任意范围的角度子范围，因而比如能够不透光地遮盖一个单个的棱面、多个棱面或者仅仅遮盖一个或者多个棱面的部分区域，所述部分区域又相应地定义角度子范围σ。优选所述角度子范围Ω刚好代表着一个棱面的角度子范围σ，因而所述闭锁装置或者挡板允许能够有选择地实现（“激活”）通过单个的棱面或者也通过多个棱面进行的光入射，而其它的棱面则不透光地被遮盖并且由此阻止通过这些被遮盖的棱面进行的光入射。通过这种方式，所述能够调节的闭锁装置由于对于单个区域或者单个棱面的按顺序的遮盖而允许借助于所述n个棱面将角度子范围Ω或者尤其将通过所述n个棱面来限定的角度子范围σ按顺序地投射到所述探测装置上。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述第二器件作为至少部分地透光的、能够机械地运动的元件来构成，所述元件具有双重的帷幕或者缝隙。所述帷幕的开口或者所述缝隙能够基本上垂直于所述接收路径通过所述接收路径来运动，从而从所述探测元件看角度子范围Ω、尤其是角度子范围σ对光线的穿透来说保持没有约束。所述接收光学器件的角度范围γ的、其余被所述闭锁装置所遮盖的部分有利地不透光地被遮盖。如果使所述惟幕的开口或者所述缝隙运动，那么所述角度子范围Ω、尤其是所述角度子范围σ就可以借助于所述n个棱面按顺序地投射到所述探测装置上。

通过至少对于所述棱面光学器件的部分区域的不透光的掩盖，可以有利地实现所述接收光学器件的射电的效率的改进，方法是：减少对角度子范围Ω的投射来说无关紧要的棱面或者棱面区域或者棱面部分区域的透射。

在一种作为替代方案的或者补充方案的实施方式中，所述第二器件也能够作为LC显示器来实现，所述LC显示器被设置在所述接收光学器件的孔径光圈平面的里面或者附近。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述相对方向与所述角度子范围Ω、尤其是所述角度子范围σ相耦合，能够以所述相对方向借助于所述投射装置来发出激光辐射，将从所述角度子范围Ω、尤其是所述角度子范围σ入射的电磁辐射投射到所述探测装置上。

“能够发出”尤其是指，借助于所述投射装置在所述激光测距仪的运行期间、尤其在测距的期间在实际上发出激光辐射。

有利地通过下述方向——以所述方向借助于所述投射装置来发出激光辐射——与所述角度子范围Ω、优选与所述角度子范围σ——从所述角度子范围Ω、优选所述角度子范围σ入射的电磁辐射被投射到所述探测装置上——的耦合，能够降低在对所述棱面光学器件的、未使用的和/或不需要的角度范围Ω、优选不需要的棱面进行测量的期间的透射。尤其通过主动地受到控制的、优选扫描的第二器件、比如闭锁装置、挡板、LC显示器或者类似器件，能够抑制对于背景辐射、尤其是背景光的、直接随着入射光瞳的大小、尤其是随着棱面的数目而线性地增加的探测。

由此能够显著地降低背景辐射的下述份额、尤其是背景光的下述份额，所述背景辐射的份额、尤其是所述背景光的份额在测量过程中与返回的激光辐射一起被投射到所述探测装置上。由此可以在测距时明显地改进、尤其是明显地提高信噪比。此外，就这样能够降低所实施的测量的持续时间并且提高测量的质量。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述接收光学器件具有第三器件、尤其是光谱滤波器，所述第三器件允许至少部分地对从所述角度范围γ入射的电磁辐射进行滤波。

在一种实施方式中，所述第三器件构造为光谱滤波器，所述光谱滤波器根据所定义的标准来选择或者过滤入射的电磁辐射、尤其是光。通过这种方式，能够有利地将首先由返回散射或者所反射的激光辐射和其它的辐射贡献、尤其是背景光或者类似辐射构成的入射的辐射至少部分地降低到令人注意的激光辐射。优选比如可以使用滤波器，用于根据波长、极化状态或者所述电磁辐射的入射方向来进行有选择的滤波。

比如光谱的带通滤波器或者滤色镜适合用于对通过所述接收光学器件入射的电磁辐射在其波长方向进行滤波并且由此仅仅让所期望的激光辐射不受阻拦地到达所述探测装置、尤其是探测元件上。

在一种实施方式中，所述第三器件直接被施加在所述接收光学器件的至少一个表面上、尤其是被施加在所述棱面中的每个棱面的至少一个表面上。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，最大的角度范围α_最大为至少30度、优选为至少60度，特别优选至少为90度，在该最大的角度范围内借助于所述发送装置的投射装置以周期性地扫过所述角度范围α的方式发出所述激光辐射。

所述投射装置相应地被设计用于：在至少30度、优选至少60度、特别优选至少90度的最大的角度范围α_最大内使所述激光辐射偏移。所述激光辐射的偏移能够在这个角度范围之内至少以尤其小于1度、优选小于0.1度的离散的步距进行。特别优选所述激光辐射的偏移能够在相应的角度范围之内连续地或者准连续地、尤其以尤其小于0.01度的步距来进行。

在此要说明，所述最大的角度范围α_最大预先给定用于使所述激光辐射偏移的、在技术上可能的角度范围，也就是下述角度范围，在所述角度范围内能够以周期性地扫过所述角度范围α的方式来发出所述激光辐射。所述最大的角度范围α_最大因此不得与原则上任意的角度范围α混淆，在所述角度范围α中进行所述激光束的实际上的周期性的偏移（扫描）。尤其由此能够以周期性地扫过处于所述最大的角度范围α_最大之内的任意的角度范围α（α≤α_最大）、比如5度、13度、26度或者类似角度直至α_最大的角度范围的方式发出所述激光束。

由此，能够通过这种方式使所发射的激光束在大的角度范围α内偏移、尤其是对其进行扫描。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述角度范围γ大于或者等于所述最大的角度范围α_最大。就这样，全部的由所述激光辐射借助于所述投射装置周期性地扫过的具有α≤α_最大的角度范围α可以借助于所述接收装置、尤其是借助于所述棱面光学器件来投射到所述探测装置上。所述接收光学器件的角度范围γ优选与所述投射装置的整个角度范围α_最大重叠，使得每个沿着所述最大的角度范围α_最大之内的角度范围α的任意的方向所发射的激光束的返回的激光辐射被所述接收光学器件所检测到并且能够为了探测而投射到所述探测装置、尤其是所述探测元件上。

在所述激光测距仪的一种示范性的实施方式中，所述棱面光学器件包括五个以聚焦的光学的透镜的形式、尤其是以将激光辐射聚焦的光学的透镜的形式构成的棱面，其中所述五个棱面将至少60°的角度范围划分为五个各为12°的角度子范围σ，并且所述五个棱面中的每个棱面都将所属的12°的角度子范围σ投射并且/或者成像到所述探测装置上。

至少60°的角度范围γ代表着对于所述激光测距仪的实现来说优选的、贴近实用的角度范围。此外，将所述至少60°的角度范围γ划分为五个分别为12°的角度子范围这种方式代表着所述激光测距仪的一种优选的实施方式，在该实施方式中向所述接收光学器件所提出的技术上的要求——每个棱面大的入射光瞳、所述棱面光学器件的焦距以及类似要求——以及关于其制造应该加以考虑的经济上的边界条件——剧烈弯曲的表面的数目、各个棱面透镜的结构以及类似边界条件——相互权衡。

但是要说明，所述棱面光学器件作为替代方案也能够由与此不同的数目的、具有不同的角度子范围σ的棱面和不同的角度范围γ所构成。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述棱面光学器件一体地来实现，尤其是作为一体的注塑构件或者注射压缩模塑构件来实现。

“一体地”尤其应该是指，所述棱面光学器件作为单个的、优选材料锁合的构件来制成，因而其优选不是包括多个单个的彼此接合的棱面，并且所述棱面光学器件的各个棱面不能从彼此上面松开而在此没有受到损坏。

在一种实施方式中，所述棱面光学器件作为注塑构件以注塑方法来制成。作为注塑构件，在使用注塑模具、尤其是注塑模的情况下来制造所述棱面光学器件，合适的材料被喷射到所述注塑模中并且随后进行硬化。尤其透明的玻璃或者塑料材料、像比如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物适合用于借助于注塑方法来制造所述棱面光学器件。就这样，能够特别容易地并且在经济上成本低廉地制造所述棱面光学器件。能够在很大程度上避免后来为了遵守质量要求而对所述棱面光学器件进行的研磨。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述探测装置具有至少一个SPAD、优选SPAD阵列。

单光子雪崩二极管、简称SPAD只要其以所谓的盖革模式来运行就能够具有以下特性：它们不像传统的类似地工作的光敏的元件一样提供线性地取决于入射的辐射的探测信号，而是随着每个冲击的光子产生单个的信号。所述SPAD具有能够瘫痪的响应特性，因而其在光子的冲击之后在一定的可能处于比如1到100ns的范围内的死区时间里不能重新激活。能够用下述计数速率来给冲击到SPAD上的光子计数，所述计数速率由此受到所述死区时间的限制。优选所述探测装置、尤其是探测元件因此有利地取代一个唯一的大面积的SPAD而具有大量较小的、以SPAD阵列的形式构成的SPAD。优选相应地所述SPAD阵列的多个SPAD被合并成所述探测元件的一个像素，其中在一个单个的像素中所包含的SPAD的探测信号借助于组合器、尤其是“或门”或者以总线的形式相组合。通过这种方式能够提高由一个像素最大能够达到的光子计数速率或者缩短所述像素的、在各个探测事件之间的死区时间。此外，能够在SPAD与组合器或者总线之间布置脉冲缩短器，用于在时间上缩短由所述SPAD所产生的数字信号并且由此能够实现所述系统的缩短的总死区时间和得到提高的光子计数速率。

由于尤其是包括组合器、或门或者类似器件的探测器线路的数字的输出端，能够有利地特别快速而容易地提供所述探测器信号。与模拟的光敏的元件、比如雪崩光电二极管（APD）相比，能够提高探测速度和信号提供速度。

因为所述接收光学器件的每个棱面都将被投射到目标物体上的激光点在角度子范围σ内投射到所述探测元件上，所以返回的激光束的、被投射到探测元件上的光点根据下述方向通过所述探测元件来飘移，沿着所述方向发射出所述激光辐射。SPAD的阵列的使用在此允许有利地保证，借助于所述棱面所接收的激光辐射始终被投射到所述探测装置上、尤其是被投射到所述探测元件上。尤其所述SPAD阵列为此能够具有沿着至少一个方向纵长的（拉长的）伸展度，该伸展度具有大量的SPAD。优选所述SPAD阵列在此如此定向，使得所述SPAD阵列的这个纵长的伸展度处于投射平面中。

要说明，所述探测元件上的所投射的光点的、与所述棱面的数目相对应的多义的位置能够配属于所述激光辐射的每个光学的发射角。优选所述多义性能够通过所述探测装置上的投射与所述目标物体上的激光点之间——也就是所述探测装置上的光点与所发射的激光辐射的光学的发射角之间——的明确的分配关系来解决。

在所述激光测距仪的一种实施方式中，所述棱面光学器件的聚焦的光学的透镜将激光辐射如此投射到所述探测装置的SPAD阵列上，从而照亮所述SPAD阵列的至少2×2个SPAD。尤其在最佳的投射条件下照亮所述SPAD阵列的至少2×2个SPAD。

由此，由于设计原因而保证，返回的激光束的所投射的或者所成像的光点至少不小于所述SPAD阵列的一个SPAD。就这样，能够排除以下情况：在能够检测的视野或者角度范围γ中产生探测间隙或者盲点，如果所述激光点落到所述SPAD的相邻的有效的表面、尤其是光敏的表面之间就会出现所述探测间隙或者盲点。尤其对于多个SPAD、尤其是所述SPAD阵列的至少2×2个SPAD的照明是重要的，如果所述SPAD阵列的所使用的SPAD具有低的填塞系数、也就是由光敏的表面对非光敏的表面构成的小的比例。

在一种实施方式中，对于所述SPAD阵列的至少2×2个SPAD的照明的要求能够通过对于所述棱面光学器件的聚焦的光学的透镜的调节或者通过所述棱面光学器件的光学的设计来实现。

最后要提到，前面的解释也能够以类似的对本领域的技术人员来所熟知的方式套用到所述按本发明的激光测距仪的二维的应用情况上。在这样的实施例中，借助于所述发送装置的一种备选地构成的投射装置以周期性地扫过空间角度范围A的方式来发出所述激光束。此外，所述接收光学器件具有二维地构成的棱面光学器件，为了探测而借助于所述二维地构成的棱面光学器件将从所述空间角度范围Г返回的激光投射、优选成像到所述探测装置上。所述各个棱面在此将所述空间角度范围Г划分为空间角度子范围Σ。

此外，提出一种按本发明的、用于借助于按本发明的激光测距仪来确定远离的物体的表面上的间距的方法，对于所述方法来说

·借助于所述发送装置的投射装置以周期性地扫过角度范围α的方式将激光辐射发射到远离的物体上，

·借助于棱面光学器件将从所述远离的物体上返回的激光辐射投射到至少一个探测装置上，

·其中获取所述激光测距仪与所述远离的物体之间的沿着不同的相对方向的距离以及所述相对方向之间的角度，并且在使用三角函数的情况下从至少两个沿着不同的相对方向所获取的距离以及在这些至少两个相对方向之间围成的角度中计算所述远离的物体的表面上的间距。

在一种实施方式中，所述激光辐射能够处于对人眼来说看得见的光谱的波长范围内，也就是尤其是处于380nm到780nm之间。所述激光测距仪的操作者能够有利地在不借助于光学的辅助器件的情况下识别由所述激光测距仪所发射的激光辐射并且尤其作为所投射的激光标记而注意到其到远离的物体上的投射。在一种作为替代方案的实施方式中，所述激光辐射也能够处于对人眼来说看不见的光谱的波长范围内，也就是尤其是低于380nm或者高于780nm。在这种情况下，由所述激光测距仪所发射的激光辐射对所述激光测距仪的操作者来说只能借助于光学的辅助器件（比如对于处于红外的波长范围内的激光辐射来说借助于红外摄像机）来识别。

在所述用于确定间距的方法的一种实施方式中，如此以周期性地扫过所述角度范围α的方式发出所述激光辐射，从而在所述远离的物体上显出所投射的激光线。

优选借助于激光束转向器件连续地在尤其恒定的、优选能够预先给定的角度范围α内发出所述激光辐射。尤其以大于20Hz、优选大于40Hz、特别优选大于60Hz的频率来周期性地扫过所述角度范围α。对于所述激光束的偏移的高的周期性的重复率来说，使借助于激光束来投射到所述目标物体上的激光点如此顺畅地在所述目标物体上运动，使得观察者、尤其是所述激光测距仪的操作者在所述远离的物体上注意到所投射的、尤其实线的、优选连续地发光的投射线或者激光线，所述投射线或者激光线尤其与有待测量的距离相对应。

在所述用于确定间距的方法的一种实施方式中，获取所述远离的物体上的由所述激光辐射周期性地扫过的距离的长度、尤其是所投射的激光线的长度。尤其在使用三角函数的情况下从至少两个沿着不同的相对方向所获取的距离以及在这些至少两个相对方向之间所围成的角度中计算所述距离的长度。

在所述用于确定间距的方法的一种实施方式中，在所述激光测距仪的运行状态中如此控制并且/或者调节所述投射装置，使得所述远离的物体上的由所述激光辐射周期性地扫过的距离、尤其是所投射的激光线具有能够预先给定的长度。

通过这种方式，所述激光测距仪的操作者能够特别舒适地描绘远离的物体上的距离并且尤其关于长度对其进行检查。比如操作者能够很快地检查，具有给定的宽度的柜子是否刚好塞进所存在的壁龛中。“运行状态”在这里应该是指所述激光测距仪的控制装置的至少一种能够由操作者来影响的状态，在所述状态中所述控制装置执行能够由操作者选择的调节程序、控制程序和/或计算程序。

所述控制装置调节所投射的线条的长度，方法是：首先获取终点之间的距离——所发出的激光束在所述终点之间周期性地来回运动——并且将其与尤其由操作者预先给定的长度值进行比较。随后所述控制装置如此改变所述两个对所投射的线条的长度进行定义或者限制的相对方向之间的角度，使得所述终点以预先给定的距离彼此隔开地布置。

为了使用者友好地输入所述两个对所述角度范围α进行定义或者限制的相对方向之间的长度值和/或角度，所述激光测距仪能够具有输入单元，借助于所述输入单元能够调节并且/或者能够输入角度和/或长度值。

附图说明

借助于在附图中示出的实施例在以下描述中对本发明进行详细解释。附图、说明书和权利要求以组合的形式包含大量的特征。本领域的技术人员也会适当地单个地研究所述特征并且将其概括为另外的有意义的组合。附图中相同的附图标记表示相同的元件。其中：

图1示出了按本发明的、以手持式1D-线条-激光测距仪的形式构成的激光测距仪的一种设计方案的透视图；

图2示出了图1的手持式1D-线条-激光测距仪的示意性的剖视图；

图3示出了图1的手持式1D-线条-激光测距仪的示意性的俯视图，所述手持式1D-线条-激光测距仪处于示范性的有待测量的环境中；

图4以侧面俯视图（a）并且以正面俯视图（b）示出了在所述按本发明的激光测距仪的一种设计方案中光路的示意图；

图5在关于所发射的激光束的发射角绘示的情况下示出了所述探测元件上的所投射的光点的坐标的图示（a）和所述目标物体的表面上的激光点的坐标的图示（b）；

图6a、b以侧面-俯视图示出了在所述按本发明的具有闭锁装置的激光测距仪的一种设计方案中光路的示意图；

图7示出了所述按本发明的、以手持式激光测距仪的形式构成的激光测距仪的一种作为替代方案的设计方案的透视图；并且

图8示出了按本发明的、用于确定远离的物体的表面上的间距的方法的实施例。

具体实施方式

图1以透视图示出了以手持式1D-线条-激光测距仪10'的形式构成的、像比如在手工业的领域内的工作中、比如在测量物品或者内部空间时能够使用的那样的激光测距仪10的一种实施例。在示范性的测量状况的范围内的这样的使用情况在图3中的示意性的俯视图中示出，在图3中所述手持式激光测距仪10用在有待测量的环境中。所述激光测距仪10的、对于运行来说重要的组件在所述激光测距仪10的剖视图中在图2中示意性地示出。

所述手持式1D-线条-激光测距仪10'的下面借助于附图所描述的原理也能够在其它的实施例的范围内套用到按本发明的激光测距仪10的其它能够执行类似的或者其它任务的实施方式上。尤其所述原理也能够套用到固定的并且能够集成的激光测距仪10上，比如能够套用到被集成到机动车中的激光测距仪10上，所述激光测距仪在所述机动车的导航的期间并且/或者结合所述机动车的安全机构用于测量间距。

所述激光测距仪10如在图1中所示出的那样具有壳体12、显示器14以及操纵元件16、16'，所述操纵元件用于接通并且切断所述激光测距仪10并且用于开始或者配置测量过程。此外，所述激光测距仪10为了对自身进行能量供给而具有未详细示出的能量供给装置、尤其是电池或者蓄电池、优选锂离子蓄电池。所述壳体12接纳对所述激光测距仪10的运行来说重要的和/或有意义的组件。优选所述壳体12包围着这些组件并且对其进行保护，以防止脏物、湿气的挤入并且防止由于撞击或者类似情况引起的机械的影响。

所述激光测距仪10在使用用于对所述激光测距仪10的功能性的组件进行操控的控制装置18的情况下来运行。所述控制装置18为此在信号技术上与这些组件相连接。“控制装置18”由此应该是指具有至少一个控制电子装置的装置，所述控制电子装置则具有用于与所述激光测距仪10的其它组件进行通信的器件，比如用于对投射装置20进行控制和/或调节的器件和/或用于进行数据处理的器件和/或另外的对本领域的技术人员来说显得有意义的器件。所述控制装置18根据至少一项操作者输入和/或测量的测评结果来调节所述激光测距仪10的运行功能参数。“所述控制装置18的控制电子装置”比如可以是指处理器单元连同存储单元并且连同在所述存储单元中所保存的运行程序，所述运行程序在所述控制过程中得到执行。尤其所述控制装置18的电子的构件布置在印刷电路板（电路板）上并且优选以微型控制器的形式来构成。所述控制装置18允许控制所述激光测距仪10并且能够实现其的运行。所述控制装置18为此与所述激光测距仪10的其它功能性的组件、尤其是至少一个投射装置20、探测装置22、数据接口24、尤其是所述显示器14和所述操纵元件16、16'以及挡板控制机构26'和另外的对本领域的技术人员来说显得有意义的组件进行通信。

所述手持式激光测距仪10被设置用于仅仅用手、优选用一只手由操作者来操控。为此，所述手持式激光测距仪的总质量小于500g并且其最长的一侧的尺寸小于15cm。

所述激光测距仪10具有在图2中详细地示出的、用于产生并且发出在时间上经过调制的激光辐射30的发送装置28。所述发送装置28在此包括激光二极管32，该激光二极管用于产生在时间上经过调制的、尤其是连续地并且/或者周期性地经过调制的、处于可见的光谱范围内（比如630nm）的激光辐射30。为了测量所述激光测距仪10到目标物体34的间距（尤其试参照图3），在所述激光测距仪10的运行中通过所述发送装置28的发送光学器件36朝所述目标物体34发送基本上经过准直的激光辐射30。所述发送光学器件36在所述手持式激光测距仪10的在图2所示出的实施方式中包括透镜36b、36c、射束准直器36d以及被集成到所述激光测距仪10的壳体12中的出射窗口36a。在一种作为替代方案的实施例中，所述发送光学器件36也能够具有另外的射束成形的和/或射束转向的和/或对所述激光辐射30的特性产生影响的光学的元件、比如透镜、滤波器、衍射的元件、镜子、反射器、在光学上透明的玻璃或者类似器件。

所述激光测距仪10的发送装置28具有投射装置20，能够借助于该投射装置在使用激光束转向器件38的情况下沿着不同的方向——下面作为同义词：沿着不同的相对方向84a、84b、84c——相对于所述激光测距仪10或者基准方向40以不同的发射角40由所述激光测距仪10发射出所述激光辐射30（尤其也试参照图3）。所述激光束转向器件38在图2所示出的实施例中作为微型镜子38'来实现。所述微型镜子38'具有大约1mm²的镜面，并且如在图2、4a、6a和6b相应地通过所述微型镜子38'的旁边的小的双向的箭头所勾画的那样以能够沿着一维的方向偏移的方式得到了支承。

所述微型镜子38'与执行器44、这里是静电的执行器相连接，在使用所述投射装置20的控制单元20'的情况下操控所述执行器，使得所述微型镜子38'能够沿着一维的方向受到限定并且尤其能够连续地在至少30°的角度范围内回转或者偏移。“连续地回转”尤其是指以小于0.005度的步距进行的回转。就这样，借助于所述投射装置20的控制单元20'能够沿着尤其一维的方向预先给定并且调节、尤其是控制并且/或者调节发射角40，以所述发射角从所述激光测距仪10的壳体12中发射出所述激光辐射30。因为所述微型镜子38'能够沿着一维的方向回转，所以沿着不同的相对方向84a、84b、84c发射出的激光辐射30撑开了投射平面（“激光扇形”）。

所述投射装置20的控制单元20'允许调节下述角度，以所述角度相对于所述激光测距仪10或者基准方向42发射出所述激光辐射30。为此，所述控制单元20'具有信息输入端、信息处理机构、信息输出端、处理器以及在所述控制单元20'的存储器中所保存的运行程序和/或调节程序和/或控制程序和/或计算程序。尤其“调节”这个概念应该是指，所述控制单元20'输出至少一个特征参量，所述特征参量被设置用于控制并且/或者调节所述激光束转向器件38的执行器44，用于调节所述相对方向84a、84b、84c。

在所述激光测距仪10的至少一种运行模式中，借助于在图2、4、6a和6b中示出的投射装置20，由于通过所述控制单元20'对所述执行器44进行的合适的操控而使所述微型镜子38'如此连续地、尤其是周期性地回转，使得所述激光束30在两个对角度范围α（试参照图4a、附图标记46）进行定义和限制的相对方向84a、84b、84c之间连续地来回回转。如在图3中示出的那样，通过所述微型镜子38'的、在所述镜子的±15度以内的偏移范围内的连续的周期性的回转使所发射的激光辐射30——同样连续地——在60度以内的角度范围α内（附图标记46）回转、尤其是周期性地回转。所发射的激光辐射30在此处于所谓的投射平面中。尤其所述投射平面通过所述激光辐射30的相应两个激光束来定义（在图3中沿着相对方向84a、84b）来定义，以所述微型镜子38'的正的和负的全偏移来发射出所述两个激光束。

如果将所述激光辐射30如在图3中示出的那样投射到目标物体34上，那么由于所述微型镜子38'的连续的回转借助于所述激光辐射30来投射到所述目标物体34上的激光点48连续地在所述目标物体34的表面上漂移。这一点在图3中用双向的箭头50来示出，所述双向的箭头象征着所述激光点48的周期性的来回回转。由此，所发射的激光辐射30周期性地、尤其在周期性的和/或循环的来回运动中扫过所述角度范围α（46）。以大于20Hz的频率来周期性地扫过所述角度范围α（46）。在此，使借助于激光辐射30来投射到所述目标物体34上的激光点48如此顺畅地运动到所述目标物体34上面，使得观察者在所述目标物体34上注意到所投射的、实线的并且连续地发光的投射线或者激光线52。换句话说，在所述激光测距仪10的至少一种运行模式中，以时间上扫描的方式将所述激光辐射30发射到目标物体34上，从而在所述目标物体34上投射一维的激光线52并且由此对所述激光测距仪10的操作者来说看得见。

此外，所述投射装置20的控制单元20'被设置用于：在所述激光测距仪10的运行模式中如此调节所述激光束转向器件38、尤其是所述执行器44，使得所投射的激光线52具有预先给定的长度。通过这种方式，所述激光测距仪10的操作者能够特别舒适地描绘并且检查所述目标物体34上的距离。比如，操作者能够很快地检查，具有给定的宽度的柜子是否则好塞得进所存在的壁龛中。尤其所述激光线52的撑开角和/或长度能够借助于所述操纵元件16、尤其是借助于为了角度的输入而设置的输入单元16'通过操作者来预先给定。

“运行模式”应该是指能够由操作者来影响的运行状态、尤其是所述控制装置18的至少一种运行状态，在该运行状态中所述控制装置18执行能够由操作者选择的调节程序、控制程序和/或计算程序。所述控制装置18被设置用于：执行不同的运行模式。

“调节”在这方面尤其应该是指，所述控制装置18确定所述激光线52的两个终点54a、54b彼此间的距离，将所获取的距离与由操作者预先给定的距离进行比较（在图3中：2.00m）并且而后如此改变对所述激光线52的终点54a、54b进行限定的相对方向84a、84b之间的角度，使得所述终点54a、54b以预先给定的距离彼此隔开地布置。对于所述激光线52的两个终点54a、54b的距离的确定以及由此对于所述激光线52的长度的确定优选间接地在使用三角函数的情况下从多次沿着所述激光测距仪10与所述目标物体34之间的不同的相对方向84a、84b、84c的距离测量以及在所述相对方向84a、84b、84c之间所围成的角度中获取（尤其试参照图3）。

由所述目标物体34的表面反射和/或返回散射的激光辐射30'（在此未详细示出，试参照图5c）通过所述激光测距仪10的接收光学器件56被投射到探测装置22的探测元件22'上并且在那里被探测到。所述探测装置22连同探测元件22'在图2中示出。所述探测装置22在这种实施例中——并且尤其也在图4、6a、6b所示出的实施例中——包括作为探测元件22'的SPAD阵列58（尤其试参照图5c）。所述SPAD阵列58具有沿着投射平面的方向纵长的（拉长的）外形。比如，所述SPAD阵列58的、在投射平面中的尺寸为10mm并且其垂直于所述投射平面的尺寸为1mm。所述SPAD阵列58根据入射的光强、尤其是激光辐射强度而提供空间分辨的探测信号。为此，所述SPAD阵列58包括大量未耦合的或者相耦合的、尤其是能够耦合的SPAD 58'。在一种实施例中，所述SPAD阵列58具有500×50个光敏的SPAD。所述探测装置22在信号技术上与所述激光测距仪10的控制装置18相连接，用于传送探测信号。

从在所发出的激光辐射30与由所述目标物体34的表面返回的、也就是所反射的和/或返回散射的激光辐射30'之间所实施的相位比较中，借助于所述激光测距仪10的控制装置18、尤其是所述控制装置18的测评单元能够获取光传播时间并且能够通过光速来确定所述激光测距仪10与所述目标物体34上的入射点之间的间距。所确定的间距在此相当于所述激光测距仪10的、沿着在这个时刻发射到所述目标物体34上的激光辐射30的方向与所述目标物体34的间距。从所述探测信号中由所述控制装置18所获取的、沿着所发射的激光辐射30的方向的距离测量值随后由所述激光测距仪10的控制装置18来继续处理并且/或者借助于所述激光测距仪10的数据接口24来输出给所述激光测距仪10的操作者。尤其能够在使用所述显示器14的情况下进行输出。作为替代方案或者补充方案，所述距离测量值也能够为了进行继续处理而在使用所述数据接口24的情况下来传输给另外的装置、比如可移动的数据处理装置、比如智能手机、平板电脑、个人电脑、计算机或者类似装置。

如在图1-3中已经勾画的并且在图4、6a和6b中详细示出的那样，所述激光测距仪10按照本发明具有接收光学器件56，该接收光学器件包括至少一个为了探测而将来自角度范围γ（60）的激光辐射30'投射到所述探测装置22上的棱面光学器件62。在此，所述接收光学器件56的角度范围γ（60）包括角度范围α（46），所述激光辐射30借助于所述投射装置20被发射或者能够被发射到所述角度范围α（46）中。换句话说，所述角度范围γ（60）包括角度范围α_最大（本身没有详细地示出），所述角度范围α_最大代表着在技术上最大用激光辐射30能够扫过的、这里60度的角度范围α（46）。如还要结合图5a来解释的那样，所述棱面光学器件62在示范性的实施方式中具有60度的角度范围γ（60），能够从该角度范围γ（60）将所返回的激光辐射30'投射到所述探测装置22上。所述棱面光学器件62为此包括五个以聚焦的、尤其是球面的或者非球面的光学的透镜的形式构成的棱面64a、64b、64c、64d、64e（下面也被称为：64a-e）。每个棱面64a-e都将一个12°的角度子范围σ（附图标记66a-e）投射到所述探测装置22上。所述棱面光学器件62在经济上容易地并且成本低廉地作为一体的注塑件以注塑方法来制成。作为所述棱面光学器件62的材料，优选使用透明的玻璃或者塑料材料、比如聚甲基丙烯酸甲酯。所述棱面光学器件62代表着单个的构件，其棱面64a-e不能从彼此上面松开而不损坏所述棱面光学器件62。

要说明，所提到的、与棱面光学器件62相关的数值、比如60度、12度和类似数值在这种实施例中仅仅代表着这种实施例的示范性地选择的优选的数值。能够考虑有偏差的、对本领域的技术人员来说显得有意义的、用于所述角度范围γ（60）以及最大能够扫过的角度范围α_最大的数值。此外要说明，所述激光测距仪10的在图1-3中示出的实施例的发送及接收光学器件在投射平面中并排放置，而在图4和6所示出的实施例中所述发送及接收光学器件则垂直于所述投射平面并排放置地布置。

所述棱面光学器件62在相邻的棱面64a-e之间分别具有以吸收器68'和/或滤波器68''的形式构成的第一器件68，所述第一器件抑制所述棱面64a-e之间的光线的光学上的串扰。所述吸收器68'和/或滤波器68''相应地构造为完全在所述接收光学器件56的相应相邻的棱面64a-e之间延伸的分离层（尤其试参照图4a和4b）。此外，所述棱面光学器件62在其表面上具有未详细示出的、以光谱滤色镜70'的形式构成的第三器件70，所述第三器件允许对从所述角度范围γ（60）中入射的电磁辐射在其波长方面至少部分进行滤波。在使用所述第一和第三器件的情况下，有利地降低对测量结果的精度有着不利的影响的、干扰性的背景辐射。

在图4a和图4b中，示意性地以侧视图（所观察的xz-平面相当于所述投射平面）或者以正视图（xy平面）示出了所述激光测距仪10的主要的光学的组件，即具有微型镜子38'的投射装置20、探测元件22'和棱面光学器件62'。首先借助于透镜36b、36c和准直器36d将激光辐射30成形为经过聚焦的激光辐射束或者激光束。这个如此成形的激光辐射30通过所述微型镜子38'来偏移并且在给定的时刻相对于基准方向42以所定义的角度从所述激光测距仪10中发射出来。由所述棱面光学器件62的每个棱面64a-e投射到所述探测元件22'上的角度子范围σ（66a-e）在几何上的光学器件的范围内通过虚线来示出，所述虚线限定了相应的角度子范围σ（66a-e）。所述角度子范围σ（66a-e）的总和撑开所述角度范围γ（60）。

如在图4b中在正视图中所示出的那样，所述激光测距仪10的光学的组件、尤其是所述发送及接收路径沿着y方向隔开了偏差间距74。就这样，发送路径和接收路径彼此独立，因而所发射的激光辐射30在光学上与所接收的激光辐射30'去除耦联。此外，如此可以避免可能使对于所接收的测量信号的测评变得困难的视差效应。

在一种运行模式中所述激光测距仪10扫描地进行工作、也就是说借助于所述发送装置28的投射装置20以周期性地扫过所述角度范围α（附图标记46）的方式发出所述激光辐射30（试参照图3），在这种运行模式中在每个时刻从所述角度范围γ（60）始终仅仅照亮所述接收光学器件56的视野的仅仅一个激光点48。在此，所述激光点48典型地处于一个、尤其是一个唯一的棱面64a-e的角度子范围σ（66a-e）中。在图4a所示出的情况中，所述激光点48（只要投射到目标物体34上）处于从左边数第四个棱面（棱面64d）的角度子范围σ中并且由所述第四棱面来投射到所述探测元件22'上。

图5b的图表的图示示出了所发射的激光辐射30的、被投射到所述目标物体34上的激光点48的位置76与投射平面中的所发射的激光束30的发射角40（光学的发射角）——以及由此间接地与所述微型镜子38'的回转角（机械的偏移角）——的相关性。所述机械的回转角在此通过所述光学的发射角40的一半的数值来产生。图5b中的图表的纵坐标以任意的单位来给出。

图5a以类似的方式示出了相应地借助于所述五个棱面64a-e投射到所述探测元件22'上的光点80的、取决于与投射平面中的所发射的激光束30的发射角40（光学的发射角）——并且由此也又间接地取决于所述微型镜子38'的回转角（机械的偏移角）——的位置78a-e。在此，每个棱面64a-e都将被投射到所述目标物体34上的激光点48在至少12度的角度子范围σ（66a-e）内投射到所述探测元件22'上。整个被投射到所述探测元件22'上的角度范围γ（60）作为所述角度子范围σ（66a-e）的具有60度的总和来产生。能够为所述激光辐射30的每个光学的发射角40明确地分配所述探测元件22'上的所投射的光点80的位置78a-e。

能够有利地实现所述探测装置22上的映像与所述目标物体34上的激光点48之间——也就是所述探测装置22上的光点80与所发射的激光辐射30的光学的发射角40之间——的明确的分配关系。

关于所述激光测距仪10的棱面光学器件62的焦距如此对其进行设计，使得所述聚焦的光学的棱面64a-e将所接收的激光辐射30'如此投射到所述探测装置22的SPAD阵列58上，从而照亮所述SPAD阵列58的至少2×2个SPAD 58'。这一点示意性地在图5c中借助于具有多个SPAD 58'的SPAD阵列58的截取部分来示出，其中所述SPAD阵列58的至少2×2个SPAD58'由入射的激光辐射30'的光点80照亮。所述四个被照亮的、处于2×2布置结构中的SPAD58'的布置情况在图5c中用附图标记88来标识。

在使用所述激光测距仪10的情况下，对操作者来说能够尽快地确定相对于多个不同的测量点、也就是沿着所述激光辐射30的不同的相对方向84a、84b、84c的间距。在这种实施例中，所述激光测距仪10允许在一秒钟之内在周期性地扫过的角度范围α（46）内实施多次距离测量。所述有待实施的距离测量的次数能够通过菜单在使用所述操纵元件16的情况下通过操作者来调节。有待实施的距离测量的次数以及其相对方向84a、84b、84c、也就是其所属的角度——以所述角度来实施所述测量——能够自动地通过所述激光测距仪10的控制装置18来获取并且由此在测距仪内部来预先给定。通过所述激光测距仪10的按本发明的设计方案，能够舒适地、间接地测量所述目标物体34上的两个只能用激光束来到达的、不可接近的点之间的距离，而所述激光测距仪10则不必放在所述点之一上。有待间接地确定的距离在使用三角函数的情况下从所述激光测距仪10与所述目标物体34之间的沿着不同的相对方向84a、84b、84c的多次距离测量以及在所述相对方向84a、84b、84c之间所围成的角度中由所述激光测距仪10的控制装置18来获取。这样的距离的测量和/或投射在此用按钮按压在短时间之内、尤其在小于一秒钟的时间之内来测量。操作者能够在测量过程中有利地停留在与所述距离隔开的位置上。同时，能够以所投射的激光线52的形式来给有待测量的距离作标记。

如在图6a和6b中所示出的那样，所述接收光学器件56在这种实施例中也具有以挡板26的形式构成的第二器件82，所述挡板形成不透光的、能够机械地运动的元件并且在所述激光测距仪10的接收路径中处于所述棱面光学器件62与所述探测装置22之间（在图2中示意性地作为方框来示出）。所述挡板26作为能够借助于挡板-控制机构26'用电来调节的缝隙闭锁装置来实现，并且被设置用于：相应地不遮盖单个的能够选择的棱面64a-e，而所述棱面光学器件62的另外的棱面64a-e则不透光地被遮盖。视窗在图6a和6b中用附图标记86来示出。通过这种方式，仅仅来自在这种实施例中与棱面64a-e（在图6a中棱面64d；在图6b中棱面64c）的能够选择的角度子范围σ（66a-e）相同的、能够选择的角度子范围Ω的激光辐射30'单个地被投射到所述探测装置22上。通过所述另外的棱面64a-e入射到所述接收路径中的电磁辐射则被所述挡板26所阻止。

对于透光的棱面64a-e的选择在所述第二器件82的一种特别简单的实施方式中通过所述挡板26的、尤其是相对于所述接收光学器件56的位置的变化来进行。移位在此以离散的、相应与角度子范围σ（66a-e）相对应的步距来进行。这通过图6b与图6a的比较而变得清楚。如果使所述挡板26的开口运动，那么所述角度子范围σ（66a-e）（通常是所述角度子范围Ω）就可以借助于所述n个棱面64a-e按顺序地投射到所述探测装置22上（在这里以从右往左的顺序：角度子范围66d，而后角度子范围66c）。

对于所述投射的棱面64a-e、也就是所属的角度子范围σ(66a-e)的选择与下述方向相耦合，以所述方向借助于所述投射装置20发出所述激光辐射30。由此，在测量期间中将来自下述角度子范围σ(66a-e)的透射光遮住，从所述角度子范围σ(66a-e)没有接收任何返回的光辐射30'。在图6a中比如所述角度子范围66a、b、c和66e被遮住，而角度子范围66d则是透光的。因此，显著地降低在测量过程中与被返回散射的或者被反射的激光辐射30'一起被投射到所述探测装置22上的背景光的份额并且由此降低所实施的测量的持续时间并且提高其质量。

最后，图7以透视图示出了以手持式2D-激光测距仪10''的形式构成的、按本发明的激光测距仪10的一种作为替代方案的设计方案，所述手持式2D-激光测距仪10''具有二维的棱面光学器件90，该二维的棱面光学器件能够从两个维度来投射激光辐射30'。对本发明来说重要的组件彼此仅仅如此有区别，使得所述投射装置和所述接收光学器件56被设置用于：沿着关于两个维度不同的相对方向发出激光辐射30或者从两个维度来接收返回的激光辐射30'。借助于所述发送装置的一种作为替代方案来构成的投射装置以周期性扫过空间角度范围A的方式来发出所述激光辐射30。为了探测而借助于所述二维地构成的棱面光学器件90将从空间角度范围Γ返回的激光投射到探测装置上。各个棱面在此将所述空间角度范围Γ划分为空间角度子范围Σ。

在所述激光测距仪10的一种作为替代方案或者补充方案的实施方式中，所述激光测距仪10具有未详细示出的位置检测单元，所述位置检测单元被设置用于：检测所述激光测距仪10和/或所述投射装置20在空间中的定向。在使用由所述位置检测单元所获取的数据的情况下结合精密马达调节装置，所述激光测距仪10和/或所述投射装置20在测量过程中能够特别精确地并且稳定地定向，从而能够抑制操作者的手的抖动并且/或者确定另外的用于进行距离确定和/或定向的信息。“位置检测单元”尤其应该是指一种单元，该单元被设置用于：检测至少所述激光测距仪10和/或所述投射装置20的、至少相对于重力的定向。优选所述位置检测单元也被设置用于：获取朝空间方向的加速度和/或围绕着轴线的旋转，所述空间方向和/或轴线比如为了获取水平的距离而平行于所述重力的方向来定向。比如，能够向操作者输出所述投射装置20的测量平面的垂直的布置和/或水平的布置情况。

在图8中示出了一种方法图表，该方法图表说明所述按本发明的、用于借助于所述激光测距仪10来确定所述目标物体34的表面上的间距的方法的一种实施方式。在此，在第一方法步骤100中借助于所述发送装置28的投射装置20以周期性地扫过角度范围α（46）的方式将激光辐射30发射到所述目标物体34上。尤其所述激光测距仪10在执行方法步骤100时以如此快速地周期性地扫过所述角度范围α（46）的方式来发出所述激光辐射30，从而在所述远离的物体34上显出所投射的激光线52。

从所述目标物体34上返回的激光辐射30'在第二方法步骤102中借助于所述棱面光学器件62被投射到所述探测装置22上。

在第三方法步骤104中获取沿着相应的相对方向84a、84b、84c的距离，在这个时刻由所述激光测距仪10沿着所述相对方向84a、84b、84c发出激光辐射30。同样，在这个方法步骤104中比如通过所述投射装置20的偏移角来获取所述相对方向84a、84b、84c的所属的发射角40。

在方法步骤106中，在使用三角函数的情况下从至少两个沿着不同的相对方向84a、84b、84c所获取的距离以及在这些至少两个相对方向84a、84b、84c之间围成的角度（比如能够作为所述发射角40的差来获取）中获取所述远离的物体34上的由所述激光辐射30周期性地扫过的距离的长度、尤其是所投射的激光线52的长度。

此外，在另一个可选的方法步骤108中能够将所述目标物体34上的由所述激光辐射30周期性地扫过的距离、尤其是所投射的激光线52调节或者控制到能够预先给定的长度。

所述方法的流程如在图8中通过箭头所示出的那样重复进行。

Claims (18)

1.激光测距仪（10、10'、10''）、尤其是手持式激光测距仪（10'、10''），其具有至少一个用于发出激光辐射（30）的发送装置（28）、用于接收从远离的物体（34）上返回的激光辐射（30'）的接收光学器件（56）以及具有至少一个用于探测所接收的激光辐射（30'）的探测装置（22），其中借助于所述发送装置（28）的投射装置（20）以周期性地扫过角度范围α（46）的方式发出所述激光辐射（30），从而能够在所述远离的物体（34）上显出所投射的激光线（52），其特征在于，所述接收光学器件（56）具有为了探测而将来自角度范围γ（60）的激光辐射（30'）投射到所述探测装置（22）上的棱面光学器件（62）。

2.按权利要求1所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述棱面光学器件（62）包括多个以聚焦的光学的透镜的形式构成的n个棱面（64a、64b、64c、64d、64e），其中所述n个棱面（64a、64b、64c、64d、64e）将所述角度范围γ（60）划分为与所述棱面（64a、64b、64c、64d、64e）的数目n相对应的角度子范围σ（66a-e），并且所述n个棱面（64a、64b、64c、64d、64e）中的每个棱面都将所属的角度子范围σ（66a-e）投射到所述探测装置（22）上。

3.按权利要求1-2中任一项、尤其是按权利要求2所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述棱面光学器件（62）包括多个球面的或者非球面的光学的透镜。

4.按权利要求1-3中任一项所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述棱面光学器件（62）在相邻的棱面（64a、64b、64c、64d、64e）之间具有第一器件（68、68'、68''），所述第一器件抑制棱面（64a、64b、64c、64d、64e）之间的光线的光学上的串扰。

5.按权利要求1-4中任一项所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述接收光学器件（56）具有第二器件（82、26），所述第二器件允许将所述角度子范围σ（66a-e）通过所述n个棱面（64a、64b、64c、64d、64e）按顺序地投射到所述探测装置（22）上。

6.按权利要求1-5中任一项所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述接收光学器件（56）具有第三器件（70），尤其是具有光谱滤波器（70'），所述第三器件允许至少部分地对从所述角度范围γ（60）入射的电磁辐射进行滤波。

7.按权利要求1-6中任一项所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，最大的角度范围α_最大（48'）至少为30度、优选为至少60度，特别优选至少为90度，在所述最大的角度范围内能够借助于所述发送装置（28）的投射装置（20）以周期性地扫过所述角度范围α（46）的方式发出所述激光辐射（30）。

8.按权利要求7所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述角度范围γ（60）大于或者等于所述角度范围α_最大（48'）。

9.按权利要求1-8中任一项所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述棱面光学器件（62）一体地来实现，尤其是作为一体的注塑构件或者注射压缩模塑构件来实现。

10.按权利要求1-9中任一项所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述探测装置（22）具有至少一个SPAD（58'）、尤其是SPAD阵列（58）。

11.按权利要求10所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述棱面光学器件（62）的聚焦的光学的透镜将激光辐射（30'）如此投射到所述探测装置（22）的SPAD阵列（58）上，从而照亮所述SPAD阵列（58）的至少2×2个SPAD（58'）。

12.按权利要求1-11中任一项所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述发送装置（28）的投射装置（20）具有至少一个以至少能够一维地偏移的方式得到支承的镜子（38'），在使用所述镜子的情况下以能够周期性变化的相对方向（84a、84b、84c）在所述角度范围α（46）中发出激光辐射（30）。

13.按权利要求1-12中任一项、尤其是按权利要求5所述的激光测距仪（10、10'、10''），其特征在于，所述相对方向（84a、84b、84c）与所述角度子范围σ（66a-e）相耦合，以所述相对方向借助于所述投射装置（20）来发出激光辐射（30），将从所述角度子范围入射的电磁辐射投射到所述探测装置（22）上。

14. 按前述权利要求中至少一项所述的激光测距仪（10、10'、10''）用在车辆中、尤其是用在机动车中。

15.用于借助于激光测距仪（10、10'、10''）、尤其是按权利要求1-14中任一项所述的激光测距仪（10、10'、10''）来确定远离的物体（34）的表面上的间距的方法，对于所述方法来说

·借助于发送装置（28）的投射装置（20）以周期性地扫过角度范围α（46）的方式将激光辐射（30）发射到所述远离的物体（34）上，

·借助于棱面光学器件将从所述远离的物体（34）上返回的激光辐射（30'）投射到至少一个探测装置（22）上，

·其中获取所述激光测距仪（10）与所述远离的物体（34）之间的沿着不同的相对方向（84a、84b、84c）的距离以及所述相对方向（84a、84b、84c）之间的角度，并且在使用三角函数的情况下从至少两个沿着不同的相对方向（84a、84b、84c）所获取的距离以及在这些至少两个相对方向（84a、84b、84c）之间围成的角度中计算所述远离的物体（34）的表面上的间距。

16.按照权利要求15所述的用于确定间距的方法，其中如此以周期性扫过所述角度范围α（46）的方式来发出所述激光辐射（30），从而在所述远离的物体（34）上显出所投射的激光线（52）。

17.按照权利要求15-16中任一项所述的用于确定间距的方法，其中获取所述远离的物体（34）上的由所述激光辐射（30）周期性地扫过的距离的长度、尤其是所投射的激光线（52）的长度。

18.按照权利要求15-17中任一项所述的用于确定间距的方法，其中在所述激光测距仪（10、10'、10''）的运行状态中如此控制并且/或者调节所述投射装置（20），使得所述远离的物体（34）上的由所述激光辐射（30）周期性地扫过的距离、尤其是所投射的激光线（52）具有能够预先给定的长度。