CN1503914A - 测距装置、测距方法及光电转换电路 - Google Patents

测距装置、测距方法及光电转换电路 Download PDF

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Abstract

测距装置1包括：激光发射器3，用于发射脉冲激光；反射光接收器4，用于接收反射光；距离计算机10，用于由直到接收到反射光的经过时间得出距离；距离显示器8，用于显示到上述测量物体的距离。距离计算机10包括：计数器11，用于当上述反射光满足特定条件时计数频率；表产生部件12，用于通过合计计数，产生对应于距离的频率分布表；距离确定器13，用于将上述频率分布表中的频率超过阈值的点确定为到测量物体的距离；距离选择器15，用于当确定多个距离时选择特定距离，并在距离显示器8上显示该距离。当计算多个距离时，能适当地显示这些距离，提高灵活性和功能性。

Description

测距装置、测距方法及光电转换电路
技术领域
本发明涉及测距装置和测距方法，通过该测距装置和测距方法，使用激光等等来通过非接触方法测量至测量物体的距离，以及涉及能用来有利于这种测距装置的光电转换电路。
背景技术
在传统的这种已知测距装置和方法中，将脉冲测量光(诸如激光)发射到测量物体，测量光从该测量物体反射回并被接收所需的时间，并由该经过时间和激光的传播速度计算到该测量物体的距离。然而，当由此用脉冲激光照射测量物体以及然后接收从该测量物体反射回的光时，所接收的不仅是反射激光而且还有变为噪声光(noiselight)的自然光等等。噪声光很难与从该测量物体反射回的光区分开来，因此问题在于很难精确地测量距离。
当用这种方式执行测距时，只要测量物体的位置没有变化，在测量光发射后，总是以固定时间长度接收来自测量物体的反射光，但接收噪声光的时间是随机的。鉴于此，已经提供一种方法，由此，当脉冲测量光发射向测量物体以及反射光满足用于每次发射的特定条件时，根据距离(或经过时间)执行频率计数，将为所有重复执行的测量光发射计数的频率相加以便产生对应于距离的频率分布表(直方图)，以及将该频率分布表中总计数处于其最大值的距离视为到该测量物体的距离。
在如上产生的频率分布表中，接收来自测量物体的反射光的时间总是恒定的，以及在表示该位置的距离(或经过时间)处，计数相对高。然而，由于接收噪声光的时间是随机的，因此对重复执行的每个频率计数进行对应于不同改变距离(或经过时间)的频率计数，并且在频率分布表中的各个距离(或经过时间)处，合计的计数相对低。因此，如果将对应于一点的距离用作到该测量物体的距离，在该点如上所述产生的频率分布表中的频率增加(例如当其超过特定阈值时)就能通过消除随机发生的噪声光的影响来精确地测量该距离。
然而，不幸的是，利用该测距方法，将面临下述问题。
第一问题如下：特别地，当测量物体很大，以及从测距装置发射的所有激光照射该测量物体时，似乎足以计算对应于表示频率分布表中的高计数的点的距离，但当测量物体相对小并且激光还照射测量物体周围的区域，以致来自周围物体的反射光也返回时，或当在测距装置的激光照射区内的变动距离处有多个测量物体，以致反射光从每个测量物体返回时，在频率分布表中有多个表示高计数的点。在诸如这些情况中，计算多个距离，但如何处理多个距离以及如何显示它们的问题大大地影响测距装置的灵活性、功能性等等。
第二问题如下：特别地，当通过窗玻璃，用激光照射测量物体来测量到测量物体的距离时，也总是对应于至该窗玻璃的距离接收由该窗玻璃反射的激光。总的来说，由窗玻璃反射的光强度较低，但由于由光接收器接收的近距离物体的反射光的强度大于更远距离的物体的反射光的强度，对于由光接收器检测的反射光强度来说，较远测量物体的反射光不容易与来自较近窗玻璃的反射光区别，因此以计数两者结束，或仅计数来自窗玻璃的反射光。在诸如此的情况下，存在频率分布表中的对应于至窗玻璃的距离的计数将增加的危险，以致于将对应于该窗玻璃的位置的距离错误地确定为到测量物体的距离。类似地，如果树枝等等在物体的前面，则接收来自树枝的反射光，并且这些树枝可能被错误地判定为测量物体。
第三个问题如下：即，当通过窗玻璃查看测量物体来测量距离时，或当通过树枝查看测量物体来测量距离时，也始终接收来自位于测量物体前面的窗玻璃、树枝等等的反射光。因此，存在频率分布表中对应于那障碍物的距离的频率将很高，以致将这些距离确定为至测量物体的距离的危险，所以测量的到测量物体的结果将不精确。
此外，频率分布表中的频率增加的位置会受当测量期间，将该测距装置握在手中时用户手的摇动、测量环境中的大气波动、以及其他这种效应的影响，其问题在于：所测量的距离是不一致的，或在频率分布表中可出现具有似乎为噪声的极其大的峰值的频率，并且直接使用这些频率导致不正确的距离测量。同时，当测量纵向展开的测量物体的距离时，诸如当通过非垂直地观察建筑物的墙测量到该建筑物的距离时，如果在宽范围的距离上频率增加，则很难确定该距离。
第四问题如下：特别地，来自测量物体的反射光随着至该测量物体的距离改变，随测量物体的类型改变(这是因为例如，测量物体本身的反射率有差异)，同时也随测量条件改变(诸如在明还是暗的位置实施测量，以及是否在晴朗、多云、下雨、起雾的天气条件下实施测量等等)，以致于根据这些因素，频率分布表中的计数能大大地变动。因此，极难确定用于频率分布表中的将被视为是测量物体的位置的距离的频率水平(level of frequency)。
特别地，为通过测距装置内的内部算法处理来执行该确定，普通原理是预置一确定阈值，并将频率分布表中的具有超过该确定阈值的频率的距离自动确定为至测量物体的距离。在这种情况下，如果预置的确定阈值太高，担心找不到超过该阈值的频率，以及不能规定到该测量物体的距离；但另一方面，如果确定阈值太低，可找到超过该阈值的许多频率，使得不可能指定这些中的哪一个为到该测量物体的距离。
此外，在诸如此的激光测距装置中，当到该测量物体的距离增加时，反射光的强度变弱，以致要求高灵敏度来检测微弱光，还必须精确地检测极其短的时间。已经将雪崩光电二极管用作满足这些要求的光电转换元件。
因此，当需要以高灵敏度(高放大系数)和高响应速率检测微弱光时，通常使用雪崩光电二极管。
然而，由于它们的高灵敏度，雪崩光电二极管还具有低稳定性的缺点。特别地，相对于指定强度的光的电流的比例(称为电流放大因子)是所施加的反向偏压的函数。同时，当所施加的反向偏压接近反向击穿电压时，电流放大因子趋向剧烈增加。因此，为增加光检测灵敏度，最好使用接近反向击穿电压的电压作为将施加的反向偏压。
然而，温度影响反向击穿电压，以致于如果反向偏压接近反向击穿电压，反向击穿电压中的变化将大大地改变电流放大因子。
该情形如图14所示，该图是反向偏压和电流放大因子(表示当指定光量进入时流过的电流量的值)之间的关系图。当该关系如实线所示时，如果将反向偏压设置为V0，那么电流放大因子为α0。然而，当反向击穿电压中的变化使得该关系偏移(如虚线所示时)，电流放大因子变为α0′。
当发生这种情况时，如果使用雪崩光电二极管与激光测距装置一起检测来自测量物体的反射光，检测器的输出与反射光量无关地改变，在用于所接收的反射光的测量时间中发生误差，在极端的情况中，甚至不可能测量。
因此，将使得检测器内保持温度恒定的设备增加到传统单元中，或以较低电流放大因子使用雪崩光电二极管，以便雪崩光电二极管能稳定地操作。在前者情况下，由于用来保持温度恒定的设备的成本而增加装置的成本，在后者情况下，因为对能检测的光有限制，故当雪崩光电二极管与激光测距装置一起使用时，可测量的距离变得更短。
发明内容
本发明企图解决这些问题。
特别地，本发明的第一目的是提供具有良好的灵活性或功能性的测距装置和方法，用于如上所述计算多个距离并以适当的方式显示这些距离。
本发明的第二目的是允许精确地测量到测量物体的距离，而不受来自障碍物的反射光的影响，即使窗玻璃、树枝、或其他这种障碍物出现在测量物体的前面。
本发明的第三目的是允许执行精确的测距，例如，即使当在频率分布表中有大峰值的频率，或当在宽范围上增加频率时。
本发明的第四目的是允许使用阈值精确地抽取对应于测量物体的频率，以及如上所述，当确定到测量物体的距离为频率分布表中的频率超出特定阈值时的点处的距离时，精确地测量到测量物体的距离。
本发明的第五目的是提供利用在高电流放大因子时稳定操作的雪崩光电二极管的光电转换电路，以及利用该电路的激光测距装置。
为实现第一目的，属于本发明的第一测距装置包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从测量物体反射回的光；距离计算机，用于根据从发射测量光直到接收到反射光的经过时间，得出到测量物体的距离；距离显示器，用于显示到测量物体的距离。此外，距离计算机包括计数器，用于当反射光满足特定条件时，计数对应于距离的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的测量光的频率，产生对应于距离的频率分布表；距离确定器，用于将频率分布表中的总计数超过特定阈值时的点确定为到测量物体的距离；以及距离选择器，用于当距离确定器确定到测量物体的多个距离时，从该多个距离中选择特定距离，以及在距离显示器上显示所选定的距离。
为实现第一目的，属于本发明的第二测距装置，正如第一测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从测量物体反射回的光；距离计算机，用于根据从发射测量光直到接收到反射光的经过时间，得出到测量物体的距离；距离显示器，用于显示到测量物体的距离。然而，关于该测距装置，距离计算机包括：计数器，用于当反射光满足特定条件时，计数对应于经过时间的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的测量光的频率，产生对应于经过时间的频率分布表；距离确定器，用于将转换成距离的经过时间确定为到测量物体的距离，在该经过时间，由表产生部件产生的频率分布表中的总计数超过特定阈值；以及距离选择器，用于当距离确定器确定到测量物体的多个距离时，从该多个距离中选择特定距离，以及在距离显示器上显示所选定的距离。
如上所述，当有被测量光照射的多个物体时，从这些物体的每一个返回反射光，以便计算多个距离。在这种情况下，通过第一和第二测距装置，由距离选择器选择特定距离，以及通过适当地选择和显示多个距离，能获得具有良好灵活性和功能性的测距装置。
为如上所述选择和显示适当的距离，距离选择器选择最长距离并在距离显示器上显示它。相反，距离选择器可选择最短距离并在距离显示器上显示它。此外，距离选择器从多个距离中选择第n个(其中，n为正整数)最长距离，并在距离显示器上显示它。
距离选择器可构造为由用户的外部操作来设置选择条件，在任一情况下，当距离确定器确定到测量物体的多个距离时，根据在距离选择器中设置的选择条件选择特定距离，并在距离显示器上显示。
当距离确定器确定到测量物体的多个距离时，该距离选择器根据使用条件等等选择距离并在距离显示器上显示它。例如，可将用于观测测量物体的探测器的焦点用作使用条件，以便当焦点远时，距离选择器选择长距离，当焦点近时，距离选择器选择短距离。还能将测距时的天气用作使用条件，以便当下雨或下雪测量到目标的距离时，距离选择器选择长距离。能由用户切换和设置这些使用条件等等。
当距离确定器确定到测量物体的多个距离时，也能将距离选择器设计成该距离选择器确定有多个测量物体，并在距离显示器上显示多个距离。在这种情况下，可同时在距离显示器上显示所有多个距离，或可在距离显示器上陆续显示该多个距离。
还能将反射光强度用作在上述第一和第二测距装置的计数器中采用的特定条件。在这种情况下，当反射光的强度超过特定强度阈值时，计数器执行频率计数。
为实现上述第一目的，属于本发明的第一测距方法包括步骤：朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从测量物体反射回的光的经过时间，确定到测量物体的距离。在该方法中，首先朝测量物体重复发射脉冲测量光，当每次发射的反射光满足特定条件时，执行对应于距离的频率计数，通过合计在执行特定多次的所有测量光发射中计数的频率，产生对应于距离的频率分布表，将频率分布表中的总计数超过特定阈值的点确定为到测量物体的距离，并显示该距离。在这种情况下，当确定到测量物体的多个距离时，从这些距离中选择特定距离并显示。
为实现上述第一目的，属于本发明的第二测距方法，正如上述第一测距方法，包括步骤：朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从测量物体反射回的光的经过时间，确定到测量物体的距离。此时，朝测量物体重复发射脉冲测量光，当每次发射的反射光满足特定条件时，执行对应于经过时间的频率计数，通过合计在执行特定多次的所有测量光发射中计数的频率，产生对应于经过时间的频率分布表，由经过时间得出距离，在该经过时间，频率分布表中的总计数超过阈值，将该距离确定为到测量物体的距离并显示该距离。通过该方法，当确定到测量物体的多个距离时，从这些距离选择特定距离并显示。
通过如上执行的第一和第二测距方法，当有被测量光照射的多个物体并计算多个距离时，例如，通过适当地选择和显示多个距离，能获得具有良好灵活性和功能性的测距方法。
此外，还能将反射光强度用作用于在上述第一和第二测距方法中执行频率计数的特定条件，以及当反射光的强度超出特定强度阈值时，计数该频率。
如上所述，通过属于本发明的第一和第二测距装置及第一和第二测距方法，朝测量物体重复发射脉冲测量光，通过合计在所有上述测量光发射中计数的频率，产生对应于距离或经过时间的频率分布表，以及将频率分布表中的总计数超出阈值的点确定为到测量物体的距离；此时，当确定到测量物体的多个距离时，从该多个距离选择和显示一个特定距离。因此，当有被测量光照射的多个物体，以及反射光从这些物体的每一个返回，以便计算多个距离时，或当计算测量物体周围的各物体的距离时，通过利用距离选择器适当地选择和显示特定距离，能获得具有良好灵活性和功能性的测距装置。
为实现上述第二目的，属于本发明的第三测距装置包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从测量物体反射回的光；距离计算机，用于根据从发射测量光直到接收到反射光的经过时间，得出到测量物体的距离。此外，距离计算机包括：计数器，用于当反射光满足特定条件时，计数对应于距离的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的测量光的频率，产生对应于距离的频率分布表；以及距离确定器，用于将由表产生部件产生的频率分布表中的总计数超过特定阈值的点确定为到测量物体的距离。此时，根据频率分布表中的距离，改变和设置由距离确定器进行确定所用的阈值。此外，最好将阈值设置成随距离增加而降低。
为实现上述第二目的，属于本发明的第四测距装置，正如上述第三测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从测量物体反射回的光；距离计算机，用于根据从发射测量光直到接收到反射光的经过时间，得出到测量物体的距离。然而，对于该测距装置，距离计算机包括：计数器，用于当反射光满足特定条件时，计数对应于经过时间的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的测量光的频率，产生对应于经过时间的频率分布表；以及距离确定器，用于将转换成距离的经过时间确定为到测量物体的距离，在该经过时间，由表产生部件产生的频率分布表中的总计数超过特定阈值。根据上述频率分布表中的经过时间来改变和设置由该距离确定器使用的阈值。此外，在这种情况下，最好将阈值设置成随频率分布表中的经过时间增加而降低。
如上所述，当用激光照射测量物体并测量到测量物体的距离时，来自附近物体的反射光强度通常较大。对于上述第三和第四测距装置，将距离确定器构造成通过使用根据频率分布表中的距离或经过时间改变和设置的阈值(最好设置成随距离或经过时间增加而减小)，得出到测量物体的距离，以便不论测量物体是近还是远，都能执行精确的距离测量(测距)。
此外，当通过窗玻璃或树枝查看测量物体来测量到测量物体的距离时，来自窗玻璃等等的反射光强度低于当测量物体与这些障碍物处在相同的位置时的反射光强度，但由于窗玻璃等等比测量物体近，有时连同测量物体的反射光一起计数来自窗玻璃等等的反射光。即使在诸如上述的情况下，因为本发明的距离确定器通过使用根据距离或经过时间改变和设置的阈值来确定测量物体，所以不会将位于附近的窗玻璃等等错误地识别为测量物体，以致于能精确地测量到测量物体的距离。
此外，能将反射光的强度用作上述第三和第四测距装置中的计数器使用的特定条件，在任一情况下，当反射光的强度超过特定强度阈值时，计数器执行频率计数。
为实现上述第二目的，属于本发明的第三测距方法包括步骤：朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从测量物体反射回的光的经过时间，确定到测量物体的距离。在该方法中，首先朝测量物体重复发射脉冲测量光，当对于每次发射的反射光满足特定条件时，执行对应于距离的频率计数，通过合计在执行特定多次的所有测量光发射中计数的频率，产生对应于距离的频率分布表，以及将频率分布表中的总计数超过被设置成根据距离改变的阈值的点确定为到测量物体的距离。在这种情况中，最好将该阈值设置成随距离增加而减小。
为实现上述第二目的，属于本发明的第四测距方法，正如上述第三测距方法，包括步骤：朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从测量物体反射回的光的经过时间，确定到测量物体的距离。此时，朝测量物体重复发射脉冲测量光，当对于每次发射的反射光满足特定条件时，执行对应于经过时间的频率计数，通过合计在执行特定多次的所有测量光发射中计数的频率，产生对应于经过时间的频率分布表，以及由经过时间得出距离，在该经过时间，频率分布表中的总计数超过被设置成根据经过时间改变的阈值，并将该距离确定为到测量物体的距离。该方法中，最好将该阈值设置成随经过时间增加而降低。
通过如上执行的第三和第四测距方法，通过使用根据频率分布表中的距离或经过时间改变和设置的阈值(最好设置成随距离或经过时间增加而减小)来确定到测量物体的距离。因此，不管测量物体近还是远，都能执行精确的距离测量(测距)。此外，当通过窗玻璃或树枝查看测量物体，来测量到测量物体的距离时，即使连同测量物体的反射光一起计数来自窗玻璃等等的反射光，由于在这些方法中，通过使用根据距离或经过时间改变和设置的阈值来确定测量物体，所以不会错误地将位于附近的任何窗玻璃等等识别为测量物体，从而允许精确地测量到测量物体的距离。
在上述第三和第四测距方法中，能将反射光的强度用作执行频率计数的上述特定阈值，以及当反射光强度超过特定强度阈值时执行频率计数。
如上所述，通过上述第三和第四测距装置以及第三和第四测距方法，重复朝测量物体发射脉冲测量光，通过合计在所有上述测量光发射中计数的频率，产生对应于距离或经过时间的频率分布表，以及将频率分布表中的总计数超过被设置成根据距离或经过时间改变的阈值(最好设置成随距离或经过时间增加而减小)的点确定为到测量物体的距离。因此，不管测量物体近还是远，都能精确地执行距离测量(测距)。
具体来说，当通过窗玻璃或树枝查看测量物体来测量到测量物体的距离时，有时连同测量物体的反射光一起计数来自窗玻璃等等的反射光。即使在这种情况下，因为这些测距装置的距离确定器通过使用根据距离或经过时间改变和设置的阈值来确定测量物体，所以不会错误地将位于附近的任何窗玻璃等等识别为测量物体，从而允许精确地测量到测量物体的距离。
为实现上述第三目的，属于本发明的第五测距装置包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从测量物体反射回的光；以及距离计算机，用于根据从发射测量光直到接收到反射光的经过时间，得出到测量物体的距离。此外，距离计算机包括：计数器，用于当反射光满足特定条件时，计数对应于距离的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的测量光的频率，以及通过执行移动平均(moving averaging)来产生对应于距离的频率分布表，在该移动平均中用包括距离本身以及该距离前后的那些距离的多个距离处的平均频率代替用该方式合计的每个距离处的频率；以及距离确定器，用于将由表产生部件产生的频率分布表中的总计数超过特定阈值的点确定为到测量物体的距离。
为实现上述第三目的，属于本发明的第六测距装置，如同上述第五测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从测量物体反射回的光；以及距离计算机，用于根据从发射测量光直到接收到反射光的经过时间，得出到测量物体的距离。然而，对于该测距装置，距离计算机包括：计数器，用于当反射光满足特定条件时，计数对应于经过时间的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的测量光的频率，以及通过执行移动平均来产生对应于经过时间的频率分布表，在该移动平均中，用包括经过时间本身以及该经过时间前后的那些经过时间的多个经过时间处的平均频率代替用该方式合计的每个经过时间处的频率；以及距离确定器，用于将转换成距离的经过时间确定为到测量物体的距离，在该经过时间，频率分布表中的总计数超过特定阈值。
在上述第五和第六测距装置中，期望最好能可变地设置用于在移动平均中进行平均计算的多个距离或经过时间的数目。
因此，通过第五和第六测距装置，使用已经历移动平均的计数，而不是直接使用来自计数器的计数产生频率分布表。因此，在通过窗玻璃或树枝查看测量物体来测量距离的情况下，即使当由于来自窗玻璃等等的反射光，在频率分布表中具有大峰值的频率，或即使当由于噪声光具有大峰值的频率时，通过执行移动平均能降低该峰值，其中，由于采用包括峰值以及该峰值前后的峰值的多个频率的平均频率，所以允许精确地测量到测量物体的距离。
此外，即使在测量期间将测距装置握在手中，由于用户手的摇晃、测量环境中的大气波动，以及其它这些影响，从而使频率分布表中的频率增加的位置有变化，通过使用移动平均来降低该变化的影响，仍然能精确地测量距离。另外，当测量具有纵向扩展(即，具有宽度)的测量物体的距离时，正如在测量具有看起来倾斜的墙的建筑物的距离时的情况，在宽范围的距离上增加计数，但如果对该频率进行移动平均，则能确定该宽距离范围中的中间部分，以致于仍然能精确的距离测量。
特别地，通过执行移动平均，能使频率分布表中出现的具有大的峰值的频率平滑，能强调宽范围上增加的频率的中间部分，能消除高噪声频率的影响，能确定宽范围的中间部分，并且即使在上述情形中，也将能精确地测量距离。
能将反射光的强度用作上述第五和第六测距装置的计数器中使用的特定条件，在任一情况下，当反射光强度超过特定强度阈值时，计数器执行频率计数。
为实现上述第三目的，属于本发明的第五测距方法包括步骤：朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从测量物体反射回的光的经过时间，确定到测量物体的距离。在该方法中，首先朝测量物体重复发射脉冲测量光，当对于每次发射的反射光满足特定条件时，执行对应于距离的频率计数，通过合计在执行特定多次的所有测量光发射中计数的频率，以及通过执行移动平均，产生对应于距离的频率分布表，在该移动平均中，用包括距离本身以及该距离前后的那些距离的多个距离处的平均频率代替用该方式合计的每个距离处的频率；以及将当频率分布表中总计数超过特定阈值的点确定为到测量物体的距离。
为实现上述第三目的，属于本发明的第六测距方法，正如上述第一测距方法，包括步骤：朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从测量物体反射回的光的经过时间，确定到测量物体的距离。此时，朝测量物体重复发射脉冲测量光，当对于每次发射的反射光满足特定条件时，执行对应于经过时间的频率计数；通过合计在执行特定多次的所有测量光发射中计数的频率，以及通过执行移动平均，产生对应于经过时间的频率分布表，在该移动平均中，用包括经过时间本身以及该经过时间前后的那些经过时间的多个经过时间处的平均频率代替用该方式合计的每个经过时间处的频率；由该经过时间得出距离，在该经过时间，频率分布表中的总计数超过特定阈值，并将该距离确定为到测量物体的距离。
对于如上构造的第五和第六测距方法，由于通过执行计数的移动平均产生频率分布表，能使频率分布表中具有大峰值的频率平滑，以及能强调宽范围上增加的频率的中间部分；因此，能消除高噪声频率的影响，能确定宽范围的中间部分，以及能精确地测量距离。
此外，在上述第五和第六测距方法中，能将反射光的强度用作用于执行频率计数的上述特定条件，以及当反射光的强度超过特定强度阈值时，执行频率计数。
通过如上所述属于本发明的第五和第六测距装置以及第五和第六测距方法，朝测量物体重复发射脉冲测量光，以及通过合计在所有上述测量光发射中计数的频率，以及通过使由此合计的频率经历移动平均，产生对应于距离或经过时间的频率分布表，以及将频率分布表中总计数超出阈值的点确定为到测量物体的距离。通过由此执行移动平均，使频率分布表中出现的具有大峰值的频率平滑，以及强调在宽范围上增加的频率的中间部分。因此，能消除高噪声频率的影响，以及能确定宽范围的中间部分，并且精确距离测量是可能的。
为实现上述第四发明目的，属于本发明的第七测距装置包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从测量物体反射回的光；以及距离计算机，用于根据从发射测量光直到接收到反射光的经过时间，得出到测量物体的距离。此外，距离计算机包括：计数器，用于当反射光满足特定条件时，计数对应于距离的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的测量光的频率，产生对应于距离的频率分布表；以及距离确定器，用于将由表产生部件产生的频率分布表中的总计数超出特定阈值的点确定为到测量物体的距离。在这种情况下，设置距离确定器进行确定时使用的多种类型的阈值。
为实现上述第四目的，属于本发明的第八测距装置，正如上述第七测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从测量物体反射回的光；以及距离计算机，用于根据从发射测量光直到接收到反射光的经过时间，得出到测量物体的距离。然而，对于该测距装置，距离计算机包括：计数器，用于当反射光满足特定条件时，计数对应于经过时间的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的测量光的频率，产生对应于经过时间的频率分布表；以及距离确定器，用于将转换成距离的经过时间确定为到测量物体的距离，在该经过时间，由表产生部件产生的频率分布表中的总计数超出特定阈值。设置用在距离确定器中的多种类型的阈值。
当通过合计由计数器计数的频率来产生频率分布表时，随到测量物体的距离、随测量的物体类型(测量光的反射率)以及随测量条件(诸如亮度和天气)来改变反射光强度。因此，取决于上述变量，对相同测量物体的测距在频率分布表中可产生不同的计数。因此，通过如上所述的第七和第八测距装置，能设置多种类型的阈值，以及根据上述条件切换该阈值，从而允许精确地确定具有对应于测量物体的频率的距离。
因此，最好，对于上述第七和第八测距装置，距离计算机具有用于根据距离确定器的确定，从多种类型的阈值中进行选择的阈值选择器。在这种情况下，最好，当频率分布表中没有一个总计数超过由阈值选择器选择的阈值时，阈值选择器切换为具有小于选定阈值的值的阈值，以及当在频率分布表的总计数中有多个计数超过由阈值选择器选择的阈值时，阈值选择器切换为具有高于选定阈值的值的阈值。
为实现上述第四目的，属于本发明的测距方法包括步骤：朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从测量物体反射回的光的经过时间，确定到测量物体的距离。在该方法中，首先朝测量物体重复发射脉冲测量光，当对于每次发射的反射光满足特定条件时，执行对应于距离的频率计数，通过合计在执行特定多次的所有测量光发射中计数的频率，产生对应于距离的频率分布表，将该频率分布表中总计数超过特定阈值的点确定为到测量物体的距离。在这种情况下，设置多种类型的阈值，以及选择和使用该多种类型的阈值。
此外，能将反射光强度用作由上述第七和第八测距装置中的计数器使用的特定条件，在任一情况下，当反射光强度超过特定强度阈值时，计数器执行频率计数。
为实现上述第四目的，属于本发明的第八测距方法，正如上述测距方法，包括步骤：朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从测量物体反射回的光的经过时间，确定到测量物体的距离。此时，朝测量物体重复发射脉冲测量光，当对于每次发射的反射光满足特定条件时，执行对应于经过时间的频率计数，通过合计在执行特定多次的所有测量光发射中计数的频率，产生对应于经过时间的频率分布表，由该经过时间得出该距离，其中在该经过时间，频率分布表中的总计数超过特定阈值，将该距离确定为到测量物体的距离。通过该方法，设置多种类型的阈值，以及选择和使用该多种类型的阈值。
当通过合计由计数器计数的频率来产生频率分布表时，由于反射光强度随至测量物体的距离、随测量物体的类型(测量光的反射率)以及随测量条件(诸如亮度和天气)而变化，频率分布表中的计数将随上述变量大大地改变。然而，通过根据距离确定条件在多种类型的阈值中切换，能用第七和第八测距方法精确地确定具有对应于测量物体的频率的距离。
由此，最好，在上述第七和第八测距方法中，当频率分布表中没有一个总计数超过特定阈值时，将阈值切换为具有较小值的阈值，当在频率分布表中有多个总计数超过选定阈值时，将阈值切换为具有较高值的阈值。
此外，能将反射光的强度用作上述第七和第八测距方法中用于计数频率的上述特定条件，并且当反射光的强度超过特定强度阈值时，计数频率。
通过如上所述的属于本发明的第七和第八测距装置和第七和第八测距方法，朝测量物体重复发射脉冲测量光，通过合计在所有上述测量光发射中计数的频率，产生对应于距离或经过时间的频率分布表，以及设置多种类型的阈值，用于将频率分布表中的总计数超出阈值的点确定为到测量物体的距离。因此，即使频率分布表中的频率随到测量物体的距离、随测量物体的类型(测量光的反射率)以及随测量条件(诸如亮度和天气)大大地改变，通过根据确定到测量物体的距离时所用的条件来切换该阈值，也能精确地确定具有对应于测量物体的频率的距离。
为实现上述第五目的，属于本发明的光电转换电路是这样一种光电转换电路，其使用雪崩光电二极管，该光电转换电路包括：反向偏压调节部件，用于调节施加于雪崩光电二极管上的反向偏压；测量部件，用于测量流向雪崩光电二极管的电流；基准反向偏压检测部件，用于调节反向偏压并检测特定电流流向雪崩光电二极管时的反向偏压(基准反向偏压)；以及反向偏压设定部件，用于将光电转换期间施加于上述雪崩光电二极管的反向偏压调整为通过将所检测的基准反向偏压乘以特定比率所获得的电压。
通过该光电转换电路，在非测量状态中，由反向偏压调节部件改变施加于雪崩光电二极管的反向偏压，以及由基准反向偏压检测部件检测预定的特定电流流向雪崩光电二极管时的反向偏压。这与测量反向击穿电压等同。此外，在测量期间，由反向偏压设定部件驱动反向偏压调节部件，以及能将施加于雪崩光电二极管的反向偏压调节为通过将上述检测电压乘以特定比率所获得的电压。因此，即使反向击穿电压随温度或其他因素改变，电流放大因子也能保持恒定，从而提供稳定的光检测。因此，能在具有高电流放大因子的反向偏压下使用该电路，以及能稳定地检测微弱光。
可将上述特定比率设置为大于1，但在通常更稳定的使用方法中，将该比率设置成小于或等于1、检测大电流流过时的电压，并以小于此电压的电压使用该电路。此外，如果将该特定比率设置为1，则不驱动电压调节部件，以及直接将基准反向偏压用作光电转换期间的反向偏压。
为实现上述第五目的，在属于本发明的第九测距装置是一种激光测距装置，该测距装置通过将激光照射到测量物体、以及测量发射激光时的点与接收从测量物体反射回的激光时的点之间的时间差，测量到测量物体的距离。其中，用于检测接收来自测量物体反射回的激光的电路具有上述的光电转换电路。
通过该测距装置，因为将上述光电转换电路用于检测从测量物体反射回的激光的电路，故能以总是稳定的高电流放大因子来检测反射光。因此，由于能防止光电检测电路的不稳定性，在任一测量中，任何测量错误或状态是不可能的，并且因为也能稳定检测微弱光，所以能增加可测量的距离。
通过该测距装置，能在各个点，诸如在开始每次测量或每次接通该激光测距装置电源、以特定的时间间隔、或每次温度改变至少特定量时，及时启动反向偏压设定部件，但最好每次测量开始时，或每次接通装置的电源时启动该部件，因为这将产生最精确的结果。
附图说明
图1是表示在本发明的一个实施例中的测距装置的外观的斜视图；
图2是示例说明上述测距装置的结构的框图；
图3是示例说明如何用上述测距装置，通过窗玻璃查看测量物体执行距离测量的图；
图4是示例说明使用上述测距装置执行的测距方法的流程图；
图5是示例说明使用上述测距装置执行的测距方法的流程图；
图6包括当由上述测距装置接收反射光时，反射光强度相对于经过时间的图形，以及示例说明当在该反射光强度超过强度阈值的时间区中设置标记时的状态的图；
图7是由构成上述测距装置的距离计算机部分的计数器形成的计数表的图；
图8示例说明由构成上述距离计算机部分的表产生部件形成的频率分布表；
图9示例说明在执行移动平均前的频率分布表，以及当执行移动平均时的频率分布表；
图10是示例说明在本发明的一个实施例中的光电转换电路的简化图；
图11是示例说明MPU的简化操作的流程图；
图12是所检测的电流值和施加于APD 3的反向偏压间的关系图；
图13是电流放大因子和施加于APD 3的反向偏压间的关系图；
图14是反向偏压和电流放大因子间的关系图。
具体实施方式
下面，通过参考附图，描述视为用于执行本发明的最佳方式的实施例，但这些描述不应当视为限制本发明的范围。
图1表示本发明的第一实施例的测距装置1。该测距装置1包括容纳在外壳2中的激光发射器3和反射光接收器4。外壳2配备有激光发射窗3a和反射光接收窗4a，通过激光发射窗3a发射来自激光发射器3的脉冲激光(测量光)，以及通过反射光接收窗4a接收反射光。在外壳2的上表面设置用于切换打开和关闭电源以及起动测距的第一控制按钮5，以及用于显示选择的第二控制按钮6。在外壳2的后表面上提供探测器窗2a(见图3)，用户(使用该测距装置1来执行测距的人)通过探测器窗2a查看测量物体来测量到测量物体的距离。
图2表示该测距装置1的简化内部结构。除如上所述的结构外，还提供具有距离计算机10的控制器7，以及通过接收来自控制器7的显示信号显示距离的距离显示器8。距离计算机10包括计数器11、表产生部件12、距离确定器13、阈值选择器14以及距离选择器15，将在下面描述它们的详细情况。距离显示器8在探测器窗2a的内部执行距离显示，并设计成当用户观察探测器窗2a时，在其视野内显示该距离。此外，例如，可在外壳2的外部提供执行液晶显示的距离显示器。将控制器7设计成接收第一和第二控制按钮5和6的操作信号的输入。激光发射器3包括脉冲产生电路31、发光元件(半导体激光器)32、以及准直透镜33，而反射光接收器4包括信号接收电路41、光接收元件(光电二极管)42和聚焦透镜43。
下面，将通过参考图4和5所示的流程图来描述使用如上构造的测距装置1测量到测量物体的距离时的操作。在用圆A所示之处连接图4和5的流程，并一起构造单个流程。
在此所述的例子将如图3所示，使用测距装置1，通过窗玻璃WG测量至远处测量物体OB的距离。当使用测距装置1来测量到测量物体OB的距离时，首先，如图3所示，用户操作第一控制按钮5同时透过探测器窗2a观看并通过窗玻璃WG查看测量物体OB。结果，接通电源，将操作信号从第一控制按钮5输入到控制器7，开始距离测量操作(步骤S2)。执行步骤S4所示的相应的预处理，并执行诸如清除各个存储器的初始化处理。
接着，启动单个测量定时器(步骤S6)，以及设置强度阈值TL(步骤S8)。然后，启动定时器计数器(步骤S10)，以及由控制器7起动脉冲产生电路31以便从发光元件32发射脉冲激光(步骤S12)。该激光透过准直透镜33并从激光发射窗3a到测量物体(在图2和3中用箭头A表示激光)。
用这种方式，从测距装置1发射的激光A首先击中位于附近的窗玻璃WG，以及反射一些光(箭头B2)。剩余的激光到达测量物体OB。此时，反射到达测量物体OB的激光，用箭头B1表示。然后，部分由窗玻璃WG反射的光(用箭头B2表示)以及由测量物体OB反射的光(用箭头B1表示)(该部分是反射到测距装置1的光)入射到反射光接收窗4a内(见图2的箭头B)，在此处，在到达光接收元件42之前，由聚焦透镜43聚焦。当用反射光如此照射光接收元件42时，将对应于反射光的强度的信号发送给信号接收电路41，以及该信号接收电路41在将其发送给控制器7前放大或者处理该信号。
因此，在控制器7接收如图6(A1)所示的反射光信号(步骤S14)，以及由距离计算机10根据该接收信号测量对测量物体OB的距离，如下所述。在图6(A1)中，水平轴表示经过时间，其原点是当从激光发射器3发射脉冲激光时的点，垂直轴表示所接收的反射光强度。特别地，图6(A1)表示从步骤S12中激光发射器3发射脉冲激光时的时间起，由反射光接收器4接收的反射光强度随时间的变化。
当检测该反射光时，系统查找反射光强度超过在步骤S8中设置的强度阈值TL的点，以及记录该点所处的时间区(步骤S16)。根据在步骤S10启动的定时器计数器的计数，如图6(B)所示，通过划分成固定的时间间隔(诸如12.5ns)来形成这些时间区。因此，例如，当反射光强度如图6(A1)所示时，如图6(B)的第一行所示，在包括超过强度阈值TL(在这些图中用一条点划线表示)的峰值P11至P17的位置的时间区中设置标记，以及在步骤S16记录已经设置这些标记的时间区Z5、Z6、Z8、Z11、Z16、Z17和Z18。
能将从由激光发射器3发射脉冲激光的点直到由反射光接收器4接收反射光为止的经过时间转换成距离，以及通过使用激光的空间传播速度，将上述时间区转换成相应的距离区。在此的描述中，用相同符号Z1，Z2，...，表示时间区和距离区，相应区具有同样的标记。然后，如图7所示，增加一个计数并记录在每个距离区中，在该每个距离区中在计数表中设置一个上述标记，通过构成控制器7的距离计算机10的一部分的计数器11，相应于不同距离区Z1，Z2，...形成该计数表。在上述情况中，将一个计数记录在每个距离区Z5、Z6、Z8、Z11、Z16、Z17和Z18中。
此外，在该例子中，图3中的窗玻璃WG处于距离区Z5中，以及测量物体OB靠近距离区Z16。因此，相信图6(A1)中的峰值P11和P12是来自窗玻璃WG的反射光，以及峰值P15、P16和P17是来自目标OB的反射光，以及相信其他峰值P13和P14是检测为噪声光的自然光等的结果。
在该例子中，从上述步骤S6至S18的流程包括总共520次迭代，以及在步骤S20判断是否已经完成520次测量。在该阶段，如上所述执行用第一激光脉冲照射，流程转向步骤S22，等待单个测量定时器时间过去(例如，1ms后)，然后，转到步骤S24，在该点，停止单个测量定时器。
然后，流程转到步骤S6，重启单个测量定时器，以及开始通过用第二激光脉冲照射的测量。此后，与第一次相同，执行强度阈值TL的设置(步骤S8)、启动定时器计数器(步骤S10)、发射脉冲激光(步骤S12)、以及接收反射光(步骤S14)。因此，图6(A2)表示对于通过脉冲激光的第二次照射，强度随所接收的反射光的经过时间的变化。在此，在包括超过在步骤S8中设置的强度阈值TL的峰值P21至P25的位置的时间区中，如图6(B)的第二行所示设置标记，以及在步骤S16中记录已经设置这些标记的时间区Z5、Z6、Z10、Z14和Z15。
然后，正如用脉冲激光第一次照射那样，增加一个计数并记录在每个距离区中，其中，如图7所示，在计数表中设置一个上述标记。在这种情况下，增加一个计数并记录在每个距离区Z5、Z6、Z10、Z14和Z15中，  由于第一时间周期已经在距离区Z5和Z6中记录一个计数，所以在这些区中的记录计数为2。
图7表示当以单个测量定时器的设定时间间隔(诸如1ms)执行520次脉冲激光照射时，计数表中的计数。一旦用这种方式完成脉冲激光的520次照射，流程转向步骤S26，在此对不同距离区中的计数进行移动平均。处理该移动平均，其中，例如，在包括第n个距离区Zn以及该Zn前后的区的距离区Zn-1、Zn和Zn+1处的平均计数被重置为用于图7的计数表中的距离区Zn的计数。下面将讨论该移动平均的目的、效果等等。
距离计算机10的表产生部件12从已经经历该移动平均的计数表产生图8中所示的频率分布表(直方图)。在由此产生的频率分布表中，在对应于窗玻璃WG的位置的距离区Z5和对应于测量物体OB的位置的距离区Z16中的计数较大，在此处极有可能总是生成反射光。
然后，距离确定器13确定在该频率分布表中是否有超过随距离(距离区)改变的确定阈值P的频率，并在超过确定阈值的距离区中设置标记(步骤S28和S30)。此时，由于在对应于窗玻璃WG的位置的距离区Z5和对应于测量物体OB的位置的距离区Z16中，频率分布表中的计数较大，如果使用由图8中的虚线表示的具有恒定值的确定阈值Q来确定超过该值的频率，将在对应于窗玻璃WG的位置的距离区Z5和对应于测量物体OB的位置的距离区Z16中都设置标记。
因此，使用设置成如图8中的一条点划线表示的随距离改变的确定阈值P(即，设置成随距离增加而减小)，做出确定。因此，在对应于窗玻璃WG的位置的距离区Z5中不设置标记，而仅在对应于测量物体OB的位置的距离区Z16中设置标记，从而提供到测量物体OB的更精确的距离测量。然而，任一确定阈值P或Q可用在本发明的测距装置和方法中。
然后，流程转向步骤S32，在此检测标记位置，即，已经设置标记的距离区。在该点，如果相对于确定阈值P的大小，计数低，则不设置任何标记，相反，如果相对于确定阈值P的大小计数高，则多个距离区中的计数可能超过确定阈值P，可能设置多个标记。这就是将阈值选择器14提供给距离计算机10，以及将多种类型的阈值预置为确定阈值P的原因。例如，将图8中所示的确定阈值P设置为已经平行向上移动的确定阈值(具有大值的确定阈值的类型)P’，以及已经平行向下移动的确定阈值(具有小值的确定阈值类型)P”。
然后，在阈值选择器14中，如果没有标记，流程转向步骤S34至步骤S38，具有小值的类型的确定阈值P”被选择为确定阈值P，以及重复步骤S26至S32。另一方面，如果有太多标记，流程转向步骤S36至步骤S38，选择具有大值的类型的确定阈值P’，以及重复步骤S26至S32。这将设置标记调整到适当的数目。
上述描述是将多种类型阈值预定为确定阈值P的情形，但另一种可能性是预定初始确定阈值以及该确定阈值的递增和递减宽度，以便当有太多标记时，在步骤S38中，确定阈值递增1，以及当有太少标记时，在步骤S38中，确定阈值递减1，重复步骤S26至S32直到获得所需标记数目。
然后，通过在已经设置标记的位置的距离区前后的距离区的计数的基础上执行加权平均，得出对应于已经设置标记的距离区的重力位置的中心(步骤S40)，将该重力位置的中心计算为到测量物体OB的距离(步骤S42)，以及由距离显示器8显示该计算距离(步骤S44)。
此外，当在上述流程中设置多个标记时，根据第二控制按钮6的操作启动距离选择器14，从多个标记中选择特定标记，以及由距离显示器8显示那个标记的重力位置的中心处的距离。
当如上所述，用测距装置1测量到测量物体OB的距离时，通过将时间区转换成距离区来形成图7中所示的计数表。然而，可使用时间区“原样”产生计数表。在这种情况下，也可将时间区用作图8中的频率分布表的水平轴，以及能由在设置标记的位置处的经过时间来计算到测量物体OB的距离。此外，在图6(A1)和6(A2)中，强度阈值TL是恒定值，但代替地可为随经过时间改变的强度阈值。更具体地说，也可使用随经过时间增加而减小的强度阈值。
另外，在上述实施例中，当使用确定阈值P时，根据标记数量来改变和选择确定阈值，但也可手动改变确定阈值P。此外，根据外部条件，可预先改变最初使用的确定阈值。例如，当条件为亮并且有许多将变为噪声的自然光时，诸如在白天，可将确定阈值P设置为高，以及在晚上，可将确定阈值P设置为低。
上述描述是单个测量物体OB的简单建模的例子，但当通过探测器2a，实际使用测距装置1来观察测量物体时，在将测量的测量物体附近会有物体。因此，从激光发射器3发射的激光不仅照射测量物体，而且照射其周围的物体，反射光接收器4也接收来自这些物体的反射光。因此，在图8中所示的频率分布表中的多个距离区中，计数较大，以及有多个超过确定阈值的距离区。此外，存在通过探测器2a同时观察多个接近的测量物体以及目的是测量到该多个测量物体的距离的情形，在此，将有多个超过确定阈值的距离区。
在诸如这些情况中，在该实施例中，流程转向步骤S40，同时仍然在多个距离区中设置标记，计算用于每个标记的重力位置的中心，以及确定多个距离。然后，由距离选择器14从上述多个距离中选择一个特定的距离，并由距离显示器8显示该距离。
因此，例如，由距离选择器14所做的选择可包括：选择最大距离并在距离显示器8上显示它；选择最小距离并在距离显示器8上显示它；或选择第n个最大距离(其中n为正整数)并在距离显示器8上显示它。可提前编程将采用的这些选择方法的任何一个，但也可将系统设计成通过操作第二控制按钮6来选择和设置该方法。
用于如上所述选择距离的可以想到的条件包括被测距的物体的类型、测距期间的天气条件以及其他类似使用条件，也可将系统设计为允许通过操作第二控制按钮6来切换和设置这些条件。在这种情况下，根据用户操作第二控制按钮6设置的选择条件，距离选择器14选择一个特定距离，以及在距离显示器上显示该距离。
当距离选择器14根据使用条件等等选择距离并在距离显示器8上显示它时，该使用条件可是例如，通过其观察测量物体的探测器2a的焦点位置(诸如焦点环(focal ring)的位置)。在这种情况下，当在较远处聚焦探测器2a时，距离选择器15将选择较大的距离，当焦点较近时，距离选择器15将选择较短的距离，并在距离显示器上显示该距离。此外，能将测距期间的天气用作使用条件。例如，当在下雨或下雪情况下测量至目标的距离时，将掺合来自雨点或雪花的反射光，但由于来自更近雨点或雪花的反射光具有较大的影响，距离选择器14选择较大的距离。因此，能通过操作第二控制按钮6，根据用户需要切换和设置这些使用条件等等。
也可将该系统设计成当距离确定器13确定到测量物体的多个距离时，距离选择器14确定有多个测量物体，以及在距离显示器8上显示该多个距离。在这种情况下，在距离显示器8上同时显示该多个距离，或陆续依次切换和显示该多个距离。在这种情况下，通过操作第二控制按钮6，可实现显示模式的切换，以及实现在显示器中切换该多个距离。
此外，如上所述，在使用测距装置1的距离测量中，在图7中所示并通过合计计数值520次而形成的计数表中，在步骤S26中，对每个距离区的计数执行移动平均。这将在下面描述。
图9(A)示出通过直接使用还未经过移动平均的计数表中的频率来产生频率分布表的例子。通过该图中的频率分布表，在距离区Z5中计数具有大的峰值，以及在距离区Z14至Z18的范围内计数增加。这是因为，例如，由来自测量物体OB前面的树枝等等的反射光在距离区Z5中生成峰值。因为树枝等等无纵向深度，仅在距离区Z5中计数高，而在其之前和之后的距离区Z4和Z6的计数低。在这里，测量物体OB是具有一些纵向深度的测量物体，因此，在宽度范围的距离区Z14至Z18中，总计数高。
如果使用确定阈值P来检测图9(A)中所示的频率分布表，即，还未经过移动平均的频率分布表中，具有高于该阈值的频率的距离区，那么在所有距离区Z5和Z14至Z18中设置标记，其表示如该图中所示的高频率，以及将所有这些确定为到测量物体的距离。因此，问题在于所确定的到该测量物体的距离是不确定的，这导致不精确的测量。
由此，在本实施例中，在步骤S26中执行移动平均。这包括例如，执行移动平均，其中得出用于图9(A)的频率分布表中的第n个距离区Zn，包括在该距离区之前的一个区(Zn-1)和在该距离区之后的一个距离区(Zn+1)的平均值。例如，如果第n个距离区Zn的计数为Cn，第(n-1)个距离区Zn-1的计数为Cn-1，以及第(n+1)个距离区Zn+1的计数为Cn+1，那么用值(Cn-1+Cn+Cn+1)/3代替第n个距离区Zn的计数Cn。
图9(B)表示该移动平均的结果，其中，在距离区Z5中的峰值变得较低，以及在距离区Z14至Z18中的频率在两端变得较低(即，在距离区Z14和Z18处)，其强调中间部分。如果使用确定阈值P来检测已经经过移动平均的图9(B)的频率分布表中具有高于该阈值的频率的距离区，那么仅在距离区Z15至Z17的范围中设置标记，其导致精确测量到测量物体的距离。
此时，通过使用分别为特定距离区Zn前一个和后一个的距离区Zn-1和Zn+1执行移动平均，但替代地可使用两个或多个之前或之后的距离区执行移动平均。当这样做时，即使在较宽范围距离区上的频率增加，仍然能强调中间部分，因此能精确地测量到测量物体的距离。
上述实施例结合下述全部：
(1)当确定存在多个时距离，从该多个距离中选择和显示到测量物体的特定距离的功能(距离选择器)，
(2)根据距离(经过时间)改变和设置用于将总计数超过特定阈值的点确定为到测量物体的距离的阈值的功能，
(3)移动平均的功能，其中，用包括一个距离本身及该距离前后的那些距离的多个距离处的平均频率代替在每个距离处合计的频率，以及
(4)改变或选择用于将总计数超过特定阈值的点确定为到确定测量物体的距离的多个阈值的功能(阈值选择器)。
然而，如果根据需要，选择这些功能(1)至(4)的至少一个就足够了，则在上述实施例中不必需要所有功能。
下面，将参考附图来描述本发明的一个实施例中的光电转换电路。
图10是示例说明构造本发明的一个实施例的光电转换电路的简化图。该电路主要包括MPU(微处理单元)71，并且构成图2中的激光测距装置1的部分。MPU 71是控制器7部分，并且还控制距离测量。此外，APD(雪崩光电二极管)42对应于图2中的光接收元件42。
APD电压设置电路44从MPU 71接收命令，并将指定值的反向偏压提供给APD 42。这产生对应于所施加的反向偏压的流向APD 42的电流，该电流由电流检测电路45检测，由A/D转换器46转换成数字值，并输入到MPU 71。
为显示与权利要求书的关系，APD电压设定电路44对应于反向偏压调节部件，电流检测电路45和A/D转换器46对应于用于测量流向雪崩光电二极管的电流的装置，以及MPU 71中的程序对应于基准反向偏压检测部件和反向偏压设定部件。
参考图11和12来描述该电路的操作。图11是示例说明MPU71的简化操作的流程图，图12是示例说明检测电流值和电流放大因子与施加于APD 42的反向偏压的关系图。
每次输入距离测量命令时，启动图11的流程图中所述的操作。MPU 71首先测量流过APD 42的电流将达到特定值的反向偏压。具体地说，分阶段(in stage)增加提供给APD电压设定电路44的命令电压值，其使施加于APD 42的反向偏压分阶段增加，每次发生此操作时，经电流检测电路45测量流过APD 42的电流。然后，将检测电流值和特定值间的差值位于可容许范围内时的反向偏压称为基准反向偏压。
参考图12，当上述特定电流值为I1以及用实线表示该特性时，基准反向偏压为V1，但当用虚线表示该特性时，基准反向偏压为V1’。
接着，MPU 71通过将由此得出的反向偏压(基准反向偏压)乘以特定比率来确定电压，以及将该电压经APD电压设定电路44施加于APD 42，作为在测量中使用的反向偏压。因此，如图12所示，当特性处于用实线表示的状态中时，反向偏压变为V0，而当特性处于用虚线表示的状态中时，反向偏压变为V0’。不管APD的特征处于用实线表示的状态或是用虚线表示的状态，所检测的电流值保持恒定。在这种情况下，如图13所示，APD 42的电流放大因子保持在恒定值α0，不管APD 42的特征是处于用实线表示的状态中还是处于用虚线表示的状态中。
在上述描述中，每次输入距离测量命令时，启动图11的流程图中所述的操作，但也可在另一适当的时间启动，诸如，每次接通激光测距装置的电源时、按特定时间间隔、或每次按至少特定量改变温度时。
MPU 71执行该状态中的距离测量。特别地，把来自激光二极管32(图2)的脉冲激光对准测量物体，由APD 42检测反射光，以及根据从发射脉冲激光的点和检测到反射光的点之间的时间间隔得出到测量物体的距离。在这里，稳定测量是可能的，因为即使温度变化，APD 42的电流放大因子也保持为恒定值α0。
可在测量等等领域中，以及汽车之间的距离测量、照相机的自动对焦等等中利用属于本发明的测距装置和测距方法。此外，属于本发明的光电转换电路能用在测距装置等等中。

Claims (45)

1、一种测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从上述测量物体反射回的光；距离计算机，用于根据从发射上述测量光直到接收到上述反射光的经过时间，得出到上述测量物体的距离；距离显示器，用于显示到上述测量物体的距离，
其特征在于，上述距离计算机包括：计数器，用于当上述反射光满足特定条件时，计数对应于距离的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的上述测量光的上述频率，产生对应于距离的频率分布表；距离确定器，用于将上述频率分布表中总计数超过特定阈值的点确定为到上述测量物体的距离；以及距离选择器，用于当上述距离确定器确定到上述测量物体的多个距离时，从多个距离中选择特定距离，以及在上述距离显示器上显示所选定的距离。
2、一种测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从上述测量物体反射回的光；距离计算机，用于根据从发射上述测量光直到接收到上述反射光的经过时间，得出到上述测量物体的距离；距离显示器，用于显示到上述测量物体的距离，
其特征在于，上述距离计算机包括：计数器，用于当上述反射光满足特定条件时，计数对应于经过时间的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的上述测量光的上述频率，产生对应于经过时间的频率分布表；距离确定器，用于将转换成距离的经过时间确定为到上述测量物体的距离，在该经过时间，上述频率分布表中的总计数超过特定阈值；以及距离选择器，用于当上述距离确定器确定到上述测量物体的多个距离时，从多个距离中选择特定距离，以及在上述距离显示器上显示所选定的距离。
3、如权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，上述距离确定器确定到上述测量物体的多个距离，上述距离选择器选择最长距离并在上述距离显示器上显示它。
4、如权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，当上述距离确定器确定到上述测量物体的多个距离时，上述距离选择器选择最短距离并在上述距离显示器上显示它。
5、如权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，当上述距离确定器确定到上述测量物体的多个距离时，上述距离选择器从上述多个距离中选择第n个最长距离并在上述距离显示器上显示它，其中，n为正整数。
6、如权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，上述距离选择器被配置为由用户通过外部操作设置选择条件，以及当上述距离确定器确定到上述测量物体的多个距离时，根据在上述距离选择器中设置的上述选择条件来选择特定距离，并在上述距离显示器上显示该特定距离。
7、如权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，当上述距离确定器确定到上述测量物体的多个距离时，上述距离选择器根据使用条件等等选择距离并在上述距离显示器上显示它。
8、如权利要求7所述的测距装置，其特征在于，将用于观测上述测量物体的探测器的焦点用作上述使用条件，当上述焦点远时，上述距离选择器选择长距离，当上述焦点近时，上述距离选择器选择短距离。
9、如权利要求7所述的测距装置，其特征在于，将测距时的天气用作上述使用条件，当在下雨或下雪的情况下测量到上述目标的距离时，上述距离选择器选择长距离。
10、如权利要求7至9的任何一个所述的测距装置，其特征在于，能由用户切换和设置上述使用条件等等。
11、如权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，当上述距离确定器确定到上述测量物体的多个距离时，上述距离选择器确定有多个上述测量物体，并在上述距离显示器上显示多个距离。
12、如权利要求11所述的测距装置，其特征在于，同时在上述距离显示器上显示所有上述多个距离。
13、如权利要求11所述的测距装置，其特征在于，在上述距离显示器上陆续显示上述多个距离。
14、一种测距方法，其中，朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从上述测量物体反射回的光的经过时间，确定到上述测量物体的距离，
其特征在于，朝测量物体重复发射上述脉冲测量光，
当每次发射的上述反射光满足特定条件时，执行对应于距离的频率计数，
通过合计在执行特定多次的所有上述测量光发射中计数的频率，产生对应于距离的频率分布表，
将上述频率分布表中的总计数超过特定阈值的点确定为到上述测量物体的距离，
显示由此确定的到上述测量物体的距离，以及
当确定到上述测量物体的多个距离时，从上述多个距离中选择一个特定距离并显示该特定距离。
15、一种测距方法，其中，朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从上述测量物体反射回的光的经过时间，确定到上述测量物体的距离，
其特征在于，朝测量物体重复发射上述脉冲测量光，
当对于每次发射的上述反射光满足特定条件时，执行对应于经过时间的频率计数，
通过合计在执行特定多次的所有上述测量光发射中计数的频率，产生对应于经过时间的频率分布表，
由经过时间得出距离，在该经过时间，上述频率分布表中的总计数超过特定阈值，将该距离确定为到上述测量物体的距离，
显示由此确定的到上述测量物体的距离，以及
当确定到上述测量物体的多个距离时，从上述多个距离中选择一个特定距离并显示该特定距离。
16、一种测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从上述测量物体反射回的光；距离计算机，用于根据从发射上述测量光直到接收到上述反射光的经过时间，得出到上述测量物体的距离，
其特征在于，上述距离计算机包括：计数器，用于当上述反射光满足特定条件时，计数对应于距离的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的上述测量光的频率，产生对应于距离的频率分布表；以及距离确定器，用于将由上述表产生部件产生的上述频率分布表中的总计数超过特定阈值的点确定为到上述测量物体的距离，以及
根据上述频率分布表中的距离来改变和设置上述阈值。
17、如权利要求16所述的测距装置，其特征在于，将上述阈值设置成随上述频率分布表中的距离增加而降低。
18、一种测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从上述测量物体反射回的光；距离计算机，用于根据从发射上述测量光直到接收到上述反射光的经过时间，得出到上述测量物体的距离，
其特征在于，上述距离计算机包括：计数器，用于当上述反射光满足特定条件时，计数对应于经过时间的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的上述测量光的频率，产生对应于经过时间的频率分布表；以及距离确定器，用于将转换成距离的经过时间确定为到上述测量物体的距离，在该经过时间，由上述表产生部件产生的上述频率分布表中的总计数超过特定阈值，以及
根据上述频率分布表中的经过时间来改变和设置上述阈值。
19、如权利要求18所述的测距装置，其特征在于，将上述阈值设置成随上述频率分布表中的经过时间增加而降低。
20、如权利要求16至19的任何一个所述的测距装置，其特征在于，将上述反射光的强度用作上述特定条件，以及当上述反射光的强度超过一个特定强度阈值时，上述计数器执行频率计数。
21、一种测距方法，其中，朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从上述测量物体反射回的光的经过时间，确定到上述测量物体的距离，
其特征在于，朝测量物体重复发射上述脉冲测量光，
当对于每次发射的上述反射光满足特定条件时，执行对应于距离的频率计数，
通过合计在执行特定多次的所有上述测量光发射中计数的频率，产生对应于距离的频率分布表，以及
将上述频率分布表中的总计数超过被设置成根据距离改变的阈值的点确定为到上述测量物体的距离。
22、如权利要求21所述的测距方法，其特征在于，将上述阈值设置成随上述频率分布表中的距离增加而降低。
23、一种测距方法，其中，朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从上述测量物体反射回的光的经过时间，确定到上述测量物体的距离，
其特征在于，朝测量物体重复发射上述脉冲测量光，
当对于每次发射的上述反射光满足特定条件时，执行对应于经过时间的频率计数，
通过合计在执行特定多次的所有上述测量光发射中计数的频率，产生对应于经过时间的频率分布表，以及
由经过时间得出距离，并将该距离确定为到上述测量物体的距离，在该经过时间，上述频率分布表中的总计数超过被设置成根据经过时间改变的阈值。
24、如权利要求23所述的测距方法，其特征在于，将上述阈值设置成随上述频率分布表中的经过时间增加而降低。
25、如权利要求21至24的任何一个所述的测距方法，其特征在于，上述特定条件为：当上述反射光的强度超过一个特定强度阈值时执行频率计数。
26、一种测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从上述测量物体反射回的光；以及距离计算机，用于根据从发射上述测量光直到接收到上述反射光的经过时间，得出到上述测量物体的距离，
其特征在于，上述距离计算机包括：计数器，用于当上述反射光满足特定条件时，计数对应于距离的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的上述测量光的频率，以及通过执行移动平均，产生对应于距离的频率分布表，在该移动平均中，用该方式合计的每个距离处的频率由包括该距离本身以及该距离前后的那些距离的多个距离处的平均频率代替；以及距离确定器，用于将上述频率分布表中的总计数超过特定阈值的点确定为到上述测量物体的距离。
27、如权利要求26所述的测距装置，其特征在于，可变地设置用于在上述移动平均中计算平均值的上述多个距离。
28、一种测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从上述测量物体反射回的光；以及距离计算机，用于根据从发射上述测量光直到接收到上述反射光的经过时间，得出到上述测量物体的距离，
其特征在于，上述距离计算机包括：计数器，用于当上述反射光满足特定条件时，计数对应于经过时间的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的上述测量光的频率，以及通过执行移动平均，产生对应于经过时间的频率分布表，在该移动平均中，用该方式合计的每个经过时间处的频率由包括该经过时间本身以及该经过时间前后的那些经过时间的多个经过时间处的平均频率代替；以及距离确定器，用于将转换成距离的经过时间确定为到上述测量物体的距离，在该经过时间，上述频率分布表中的总计数超过特定阈值。
29、如权利要求28所述的测距装置，其特征在于，可变地设置用于在上述移动平均中计算平均频率的上述多个经过时间。
30、一种测距方法，其中，朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从上述测量物体反射回的光的经过时间，确定到上述测量物体的距离，
其特征在于，朝测量物体重复发射上述脉冲测量光，
当对于每次发射的上述反射光满足特定条件时，执行对应于距离的频率计数，
通过合计在执行特定多次的所有上述测量光发射中计数的频率，以及通过执行移动平均，产生对应于距离的频率分布表，在该移动平均中，用该方式合计的每个距离处的频率由包括该距离本身以及该距离前后的那些距离的多个距离处的平均频率代替；以及
将上述频率分布表中的总计数超过特定阈值的点确定为到上述测量物体的距离。
31、如权利要求30所述的测距方法，其特征在于，可变地设置用于在上述移动平均中计算平均值的上述多个距离。
32、一种测距方法，其中，朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从上述测量物体反射回的光的经过时间，确定到上述测量物体的距离，
其特征在于，朝测量物体重复发射上述脉冲测量光，
当对于每次发射的上述反射光满足特定条件时，执行对应于经过时间的频率计数；
通过合计在执行特定多次的所有上述测量光发射中计数的频率，以及通过执行移动平均，产生对应于经过时间的频率分布表，在该移动平均中，用该方式合计的每个经过时间处的频率由包括该经过时间本身以及该经过时间前后的那些经过时间的多个经过时间处的平均频率代替；
由该经过时间得出距离，并将该距离确定为到上述测量物体的距离，在该经过时间，上述频率分布表中的总计数超过一个特定阈值。
33、如权利要求32所述的测距方法，其特征在于，改变用于在上述移动平均中计算平均值的上述多个经过时间。
34、一种测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从上述测量物体反射回的光；以及距离计算机，用于根据从发射上述测量光直到接收到上述反射光的经过时间，得出到上述测量物体的距离，
其特征在于，上述距离计算机包括：计数器，用于当上述反射光满足特定条件时，计数对应于距离的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的上述测量光的频率，产生对应于距离的频率分布表；以及距离确定器，用于将当由上述表产生部件产生的上述频率分布表中的总计数超出特定阈值的点确定为到上述测量物体的距离，以及
设置多种类型的上述阈值。
35、一种测距装置，包括：测量光发射器，用于朝测量物体发射脉冲测量光；反射光接收器，用于接收从上述测量物体反射回的光；以及距离计算机，用于根据从发射上述测量光直到接收到上述反射光的经过时间，得出到上述测量物体的距离，
其特征在于，上述距离计算机包括：计数器，用于当上述反射光满足特定条件时，计数对应于经过时间的频率；表产生部件，用于通过合计相对于重复发射特定多次的上述测量光的频率，产生对应于经过时间的频率分布表；以及距离确定器，用于将转换成距离的经过时间确定为到上述测量物体的距离，在该经过时间，由上述表产生部件产生的上述频率分布表中的总计数超出特定阈值，以及
设置多种类型的上述阈值。
36、如权利要求34或35所述的测距装置，其特征在于，上述距离计算机具有阈值选择器，用于根据上述距离确定器的确定来选择和使用所述多种类型的阈值。
37、如权利要求36所述的测距装置，其特征在于，当频率分布表中没有一个总计数超过由上述阈值选择器选择的阈值时，上述阈值选择器切换到具有小于上述选定阈值的值的阈值。
38、如权利要求36所述的测距装置，其特征在于，当在上述频率分布表中有多个总计数超过由上述阈值选择器选择的阈值时，上述阈值选择器切换到具有大于上述选定阈值的值的阈值。
39、一种测距方法，其中，朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从上述测量物体反射回的光的经过时间，确定到上述测量物体的距离，
其特征在于，朝测量物体重复发射上述脉冲测量光，
当对于每次发射的上述反射光满足特定条件时，执行对应于距离的频率计数，
通过合计在执行特定多次的所有上述测量光发射中计数的频率，产生对应于距离的频率分布表，
将上述频率分布表中的总计数超过特定阈值的点确定为到上述测量物体的距离，
设置多种类型的上述阈值，以及选择和使用上述多种类型的阈值。
40、一种测距方法，其中，朝测量物体发射脉冲测量光，以及根据直到接收到从上述测量物体反射回的光的经过时间，确定到上述测量物体的距离，
其特征在于，朝测量物体重复发射上述脉冲测量光，
当对于每次发射的上述反射光满足特定条件时，执行对应于经过时间的频率计数，
通过合计在执行特定多次的所有上述测量光发射中计数的频率，产生对应于经过时间的频率分布表，
由该经过时间得出该距离，将该距离确定为到上述测量物体的距离，其中在该经过时间，上述频率分布表中的总计数超过特定阈值，
设置多种类型的上述阈值，以及选择和使用上述多种类型的阈值。
41、如权利要求39或40所述的测距方法，其特征在于，从上述多种类型的阈值选择特定阈值，以及当上述频率分布表中没有一个总计数超过上述特定阈值时，将上述阈值切换为具有较小值的阈值。
42、如权利要求39或40所述的测距方法，其特征在于，从上述多种类型的阈值选择特定阈值，以及当在上述频率分布表中有多个总计数超过上述特定阈值时，将上述阈值切换为具有较高值的阈值。
43、一种光电转换电路，其中，使用雪崩光电二极管，其特征在于，该光电转换电路包括：反向偏压调节部件，用于调节施加于上述雪崩光电二极管上的反向偏压；电流测量部件，用于测量流向上述雪崩光电二极管的电流；基准反向偏压检测部件，用于调节上述反向偏压并检测特定电流流向上述雪崩光电二极管时的反向偏压，该反向偏压为基准反向偏压；以及反向偏压设定部件，用于将光电转换期间施加于上述雪崩光电二极管的反向偏压调整为通过将上述检测的基准反向偏压乘以特定比率所获得的电压。
44、一种激光测距装置，其通过将激光照射到测量物体上并测量当发射激光时的点以及当接收到从测量物体反射回的激光时的点之间的时间差，从而测量到测量物体的距离，其特征在于，用于检测从测量物体反射回的激光的接收的电路具有如权利要求43所述的光电转换电路。
45、如权利要求44所述的激光测距装置，其特征在于，在开始每次测量前或每次接通所述测距装置电源时，启动上述反向偏压设定部件。
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