WO2011029651A1 - Optischer entfernungsmesser - Google Patents

Optischer entfernungsmesser Download PDF

Info

Publication number
WO2011029651A1
WO2011029651A1 PCT/EP2010/060523 EP2010060523W WO2011029651A1 WO 2011029651 A1 WO2011029651 A1 WO 2011029651A1 EP 2010060523 W EP2010060523 W EP 2010060523W WO 2011029651 A1 WO2011029651 A1 WO 2011029651A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
distance
measuring device
pixels
target object
measuring
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/060523
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Eisele
Oliver Wolst
Bernd Schmidtke
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=43004114&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2011029651(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP10741927.7A priority Critical patent/EP2475957B2/de
Priority to RU2012113927/28A priority patent/RU2538418C2/ru
Priority to US13/395,265 priority patent/US8773642B2/en
Priority to CN201080040248.0A priority patent/CN102549380B/zh
Publication of WO2011029651A1 publication Critical patent/WO2011029651A1/de
Priority to US14/309,462 priority patent/US9709677B2/en

Links

Classifications

    • 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
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • 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
    • 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
    • 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
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for measuring a distance between the measuring device and a target object with the aid of optical measuring radiation.
  • Optical distance measuring devices which align a time-modulated light beam in the direction of a target object whose distance from the measuring device is to be determined.
  • the returning light reflected or scattered by the targeted target object is at least partially detected by the device and used to determine the distance to be measured.
  • a typical measuring range is in a range of distances of a few centimeters to several 100 meters.
  • the light beam is, for example, time-modulated in its intensity.
  • light pulses can be emitted and a transit time of a light pulse can be measured from the emission to the detection and from this the distance to the target object can be calculated.
  • very short light pulses must be sent out and a very fast detection electronics are used in order to obtain sufficiently accurate measurement results.
  • a light beam can be periodically modulated in its intensity over time and a phase Shift between the emitted and the detected light signal can be used to determine the transit time and thus the distance to the target object.
  • the principle of laser distance measurement is generally known by the term "time of flight ranging", for example with continuous modulation of the intensity of the laser beam.
  • 3D cameras are known in which, in addition to an optical image of an object to be recorded, the respective distance of an area on the surface of the object to be photographed to the camera is to be detected.
  • the camera has imaging optics which project an image of the object sharply onto a surface of a detector arranged behind it.
  • the detector has a plurality of matrix-like arranged pixels. Each of the pixels can thereby determine image information such as, for example, a color or light intensity of the light reflected from a surface region of the target object.
  • information about a distance between the camera and the corresponding surface area of the target object can be obtained.
  • the target object can be illuminated with time-modulated laser radiation and the radiation reflected back from the target object and imaged on the detector by means of imaging optics can be used to determine spatially resolved information about distances to the respective surface regions of the target object.
  • rangefinders are merely used to determine a distance between the meter and the target object or a laser beam targeted point on the target object.
  • the distance need not be determined spatially resolved. As a rule, it is sufficient to determine a measured distance.
  • Such rangefinders are often used in handheld devices to determine, for example within a room, the distance of a particular location to surrounding targets such as walls or furnishings.
  • a hand-held distance measuring device should preferably have the simplest possible, robust and cost-effective design and allow easy operation.
  • a device for optical distance measurement in which a detector of a receiving unit has a plurality of separate photosensitive surfaces, which are activated separately from each other.
  • Each of the photosensitive surfaces has a photodiode, for example a PIN diode or an APD (Avalanche Photo Diode), or a CCD chip as a photosensitive element.
  • These photosensitive elements detect an analog detection signal corresponding to an intensity of the received light.
  • the light-sensitive surfaces can be selectively activated and combined in this way into a total detection surface, which can be adapted as well as possible to a portion of the detector surface illuminated by a light source, in order thus to improve a signal-to-noise ratio.
  • a measuring device for optical distance measurement which, in particular in comparison with the previously described conventional distance measuring devices, permits a simplified construction of electronic components used therein, in particular of evaluation components for evaluating detection signals.
  • a distance measuring device which if possible has at least one of the following advantages: Expansion of an adjustment tolerance of a receiving optical system of the distance measuring device relative to a detector;
  • the measuring device for optical distance measurement has a transmitting device for emitting optical measuring radiation toward a target object, a receiving device having a detection surface for detecting optical measuring radiation returning from the target object and an evaluation device having a plurality of distance determining devices.
  • the detection surface of the receiving device in this case has a plurality of pixels, wherein each pixel has at least one photosensitive element.
  • Each of the plurality of pixels is connected to the evaluation device directly or indirectly via further intermediate components.
  • the evaluation device is designed in such a way that at least one of the plurality of distance determination devices is supplied with detection signals of a plurality of pixels, on the basis of which the respective distance determination device determines distance data which correlates with the distance between the measurement device and the target object.
  • the evaluation device is designed to determine a distance between the measuring device and the target object based on an evaluation of distance data determined by the plurality of distance determining devices.
  • the transmitting device may be a light source, for example in the form of an LED, a laser or a laser diode, which emits light modulated in time to the target object.
  • the temporal modulation can take place continuously and / or periodically, for example sinusoidally.
  • Pulse trains for example, non- be emitted periodically such as in the form of so-called pseudo-noise pulse sequences.
  • Each of the pixels can be connected to the evaluation device directly or, for example, with the interposition of a multiplexer, which is designed to selectively transmit detection signals of several pixels. In this way it can be achieved, for example, that detection signals of individual pixels or of a group of pixels can be evaluated by the evaluation device independently of detection signals of other pixels.
  • the transmitting device and the receiving device are preferably designed and matched to one another such that optical measuring radiation returning from the target object is illuminated simultaneously under normal measuring conditions, that is, for example at measuring distances of a few centimeters to a few hundred meters.
  • the fact that a plurality of pixels are illuminated simultaneously should not be used, as in conventional SD cameras, to detect an image of the target object or a spatial resolution with respect to the distance to individual subregions on a surface of the target object, but rather should, as explained in more detail below, among other things, allow advantages in terms of a detection sensitivity and / or a Jus- day tolerance.
  • the distance between the measuring device and the target object is determined based on an evaluation of detection signals of a plurality of pixels, in particular a plurality of simultaneously illuminated pixels.
  • the transmitting device can emit a measuring beam whose cross-section is sufficiently large that the portion of the measuring beam returning from the target object always illuminates a plurality of pixels.
  • a simple optical system for example in the form of one or more lenses, can be provided within the optical path from the transmitting device to the receiving device , be provided. This simple optics can be designed to save costs and reduce costs as a non-automatic focusing optics C, fixed focus ").
  • Focusing optics with a fixed focal length can optimally, ie with the smallest spot diameter, focus on the detection surface of the receiving device only if the target object is located in the focal distance and image plane corresponding object distance to the measuring device, a measuring beam returning from the target object the number of pixels illuminated simultaneously by measurement radiation returning from the target object varies depending on a distance between the target object and the measurement object.
  • the optimization of the optical receiving system for the reception of measuring radiation from distant targets with a large object distance can mean that focal length and image distance are to be selected such that the geometric imaging condition is achieved for the large object distance.
  • the smallest spot diameter in the image plane can be achieved.
  • the image is sharp.
  • the focal length and image plane By defining the focal length and image plane, the number of pixels illuminated in the case of a closer target object can be substantially larger In the case of a closer target object, the returning measuring radiation can no longer be sharply imaged, so that the illuminated area of the detection area can be correspondingly larger.
  • the receiving device and the evaluation device can be designed to radiate a distance between the measuring device and the target object based on an evaluation of detection signals excluding pixels, onto which the light of the surface illuminated by the transmitting device of the target object is to determine.
  • the evaluation device can first determine, for example, in a preliminary measurement, which of the pixels of the detection surface actually receive measuring radiation of the transmitting device and which pixels only detect background radiation, and can subsequently use only the detection signals of the pixels illuminated by the measuring radiation for the actual distance determination. As a result, a signal-to-noise ratio can be increased considerably.
  • the evaluation device may comprise a plurality of distance determining devices.
  • a distance determining device may be designed to determine data which correlate with the distance to be determined between the measuring device and the target object and from which therefore ultimately the desired distance is determined For example, a flight duration of measurement radiation between a transmission from the transmission device to a detection of the measurement radiation returning from the target object on the detection surface can be determined and the desired distance determined therefrom In the case of a periodically modulated emitted measuring radiation, for example, a phase difference between a transmission signal and a detection signal to determine a corresponding distance.
  • a single distance determination device can suffice for determining a distance between the measuring device and the target object.
  • each of the pixels can be assigned its own distance determination device.
  • a distance can be determined from each of the detection signals of the plurality of pixels, possibly temporally parallel to one another, and from the plurality of determined distances finally, for example, by averaging a finally determined distance between the device and the target object can be determined.
  • a plurality of pixels can be connected to a distance determination device and the distance determining means may be configured to determine the distance-correlated data based on detection signals of the plurality of pixels.
  • the evaluation device proposed here therefore has a plurality of distance determination devices and can be designed to determine the distance between the measurement device and the target object based on the distance-correlated data determined by the distance determination devices, for example by averaging.
  • the time required for finding the measuring radiation-receiving pixels can be reduced, since by cleverly chosen selection algorithms variable combinations of pixels can be evaluated in parallel.
  • the number of photosensitive elements or the area of the individual photosensitive elements included in a pixel may be variably selected depending on the location of the pixel within the detection area of the receiving device. For example, it may be known that the measuring radiation returning from the target object can impinge on the detection surface of the receiving device depending on the distance of the target object from the measuring device at a different position and / or with a different cross-sectional area.
  • the number or the area of photosensitive elements within a pixel can therefore be adapted to the expected incident light intensity depending on the location.
  • a dynamic range of the measuring device can be optimized.
  • a signal-to-noise ratio can be optimized.
  • the returning measuring radiation with a small spotlight can be used for distant target objects.
  • Diameter to be focused within such a region of the detection surface, it may be advantageous for each of the pixels to have only a single light-sensitive area. contains sensitive element or only a few photosensitive elements. If target objects approaching closer to such a fixed-focus measuring device are sighted, the returning measuring radiation on the detection surface can not be focused as a small spot, but possibly encounters defocused on a larger partial area of the detection surface. Overall, in this case, more pixels are illuminated than in the case of a distant target object. It may therefore be advantageous to combine in each case a plurality of photosensitive elements into a single pixel (or "sub-array" or "cluster") in edge regions of the illuminated partial region of the detection surface.
  • the transmitting device and the receiving device can be arranged side by side along a parallax axis.
  • Such so-called biaxial measuring systems can have the advantage that no elaborate radiation division is necessary for the selection of the returning measuring beam.
  • the measuring beam emitted by the transmitting device and returning from the target object can hit the detection surface at a different location along the parallax axis and have different cross sections.
  • the transmitting device and the receiving device can be arranged coaxially with one another.
  • a monoaxial measuring device it can be achieved, for example with the aid of semitransparent mirrors, that the center of the area of the detection surface illuminated by the returning radiation remains largely position-independent, independently of the distance of the target object.
  • the cross-section of the illuminated area on the detection surface may still depend on the distance of the target object. With distant targets and a wide-focussed lens, a small illuminated spot may result, with closer targets to a larger illuminated spot. It may be advantageous to know the number of photosensitive elements contained in a pixel are to be made smaller in pixels near the center of the detection area than in pixels away from the center of the detection area.
  • FIG. 1 shows an optical distance measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows a schematic circuit of two photosensitive elements connected to a combiner for a measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 shows a plan view of a detection surface of a receiving device for a measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a plan view of an alternative detection surface of a receiving device for a measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 shows a single photosensitive element connected to a distance-determining device.
  • Fig. 6 shows two photosensitive elements which are connected via a multiplexer to a distance determining device.
  • Fig. 7 shows two pixels, each with 9 photosensitive elements, which are connected via combiners and multiplexers to a distance-determining device.
  • Fig. 8 shows a detection surface of a receiving device with pixels in which the number of photosensitive elements included in the pixels varies in a location-dependent manner and which are connected via combiners and multiplexers to a plurality of distance-determining devices.
  • a measuring device 10 for optical distance measurement with the most important components for describing their function is shown in a schematic manner.
  • the measuring device 10 has a housing 11, in which a transmitting device 12 for emitting optical measuring radiation 13 and a receiving device 14 for detecting returning from a target object 15 measuring radiation 16 are arranged.
  • the transmitting device 12 includes a light source, which is realized by a semiconductor laser diode 18 in the illustrated embodiment.
  • the laser diode 18 emits a laser beam 20 in the form of a light beam 22 visible to the human eye.
  • the laser diode 18 is operated via a control unit 24, which by a corresponding electronics generates a temporal modulation of an electrical input signal 19 of the laser diode 18.
  • a modulation of the diode current it is possible to achieve that the optical measuring radiation 13, which is used for measuring the distance, is likewise modulated in its intensity in the desired manner over time.
  • the laser beam 20 then passes through a collimating lens 26 in the form of a lens 28, which is shown in Fig. 1 in a simplified manner in the form of a single lens.
  • the objective 28 is optionally located on an adjustment mimic 32, which in principle makes it possible to change the position of the objective in all three spatial directions, for example for adjustment purposes.
  • the collimating optics 26 may also already be part of the laser diode 18 or be permanently connected thereto.
  • an amplitude-modulated signal, for example, of the measuring radiation 13 results in the form of a nearly parallel light bundle 37 which propagates along an optical axis 38 of the transmitting unit 12.
  • the transmitting device 12 may also be a preferably switchable beam deflection 40 are located, which allows the measuring radiation 13 completely or partially bypassing the target object 15 directly, that is, device internally to redirect to the receiving device 14. In this way, a device-internal reference path 42 can be generated, which allows a calibration or a comparison of the measuring device.
  • the measuring radiation 13 leaves the housing 11 of the measuring device through an optical window 44 in the end wall 45 of the measuring device 10.
  • the opening of the optical window 44 can be secured, for example, by a shutter 46.
  • the measuring device 10 is then aligned with a target object 15 whose distance 48 to the measuring device 10 is to be determined.
  • the signal 16 reflected or scattered at the desired target object 15 forms returning optical Measuring radiation 16 in the form of a returning beam 49 and 50, which comes back to a certain extent back into the measuring device 10.
  • the returning measuring radiation 16 is coupled into the measuring device 10 and then hits, as shown in Fig. 1, on a receiving optics 52nd
  • FIG. 1 two returning measuring beams 49 and 50 for two different target distances 48 are shown by way of example for clarification.
  • the optical measuring radiation 16 returning from the target object 15 falls approximately parallel to the optical axis 51 of the receiving device 14. This case is represented in the embodiment of FIG. 1 by the measuring beam 49.
  • the returning measuring radiation 16 incident in the measuring device is inclined more and more with respect to the optical axis 51 of the receiving device 14 due to a parallax.
  • the beam 50 is shown in Fig. 1.
  • the receiving optics 52 which is likewise symbolized only schematically by a single lens in FIG. 1, focuses the beam of the returning measuring radiation 16 onto the detection surface 66 of a receiving detector 54 provided in the receiving device 14.
  • the detector 54 has a multiplicity for the detection of the optical measuring radiation of pixels.
  • Each of the pixels has at least one photosensitive element.
  • the detection signals generated by a single photosensitive element or a combination of photosensitive elements may be used in an evaluation device.
  • te worn 36 included rangefinders are supplied.
  • a distance determining device can sum up the detection signals and generate therefrom a signal which corresponds to a time-dependent intensity of the light signal or the light intensity striking the respective photosensitive elements. By setting this signal in relation to an excitation signal which indicates the time profile of the photon rate emitted by the transmitting device, it is possible to deduce a photon flight time from the transmitting device to the target object and back again to the receiving device. If the transmitting device, for example, periodically modulates the emitted light in a sinusoidal manner, a time of flight can be determined from a phase difference between the emitted and the detected measuring radiation.
  • Fig. 2 shows two photosensitive elements 101, 101 ', the detection signals are each forwarded to an OR gate 103.
  • the OR gate 103 acts as a combiner 104 by receiving both detection signals of the first photosensitive member 101 and detection signals of the second photosensitive member 101 'and outputting at an output 105 a combined signal of these input signals.
  • FIG. 3 schematically shows a detection surface 110 of a detection device 54 for a laser distance measuring device with uncorrected parallax.
  • circular laser spots 109 or laser spots the diameter of which varies as a function of a distance L between the measuring device and the target object, are indicated on the detection surface 110.
  • the laser radiation was assumed to be at a divergence of 1 mrad.
  • the parallax axis is here assumed to be the intersection line between a detection surface plane and a plane spanned by the optical axis of the receiving optics and the laser beam axis of the distance measuring device. It can be seen that in a first area 114, in the laser spot 109 impinges when the laser beam is reflected from a distant target, small pixels are provided, each containing only a single photosensitive element.
  • a region 115 in which the laser spot 109 'impinges when the target object is about 0.5 to 1 m away, larger pixels each having four photosensitive elements are provided.
  • a further region 116 in which the laser spot 109 "impinges on very close target objects, particularly large pixels with 8 or 16 light-sensitive elements are provided. Laser spot diameter on the detection surface is reached at the greatest distance of the target object.
  • the laser spot 109 is relatively small due to the sharp image.
  • the intensity of the incident light which is composed of returning measuring and background radiation, is relatively low due to the small proportion of the measuring radiation from the distant target object.
  • a total of more measuring radiation is reflected or scattered by the target object back to the detection surface 110.
  • the measuring radiation is no longer focused on the detection surface 110 by the fixed-focus receiving optics.
  • the size of the pixels 101 contained in the detection surface 110 it is possible on the one hand to achieve a laser spot 109 each having a plurality of pixels 111 both at long distances of the target object and at small distances of the target object meets and can be evaluated by them.
  • the size of the active detection surface can be optimally adapted to the size of the laser spot and thus the signal-to-noise ratio. Ratio to be optimized.
  • the dynamic range of the photosensitive elements can be optimally utilized, since the light intensity of the incident light (laser and background portion) is smaller at long distances than at small distances.
  • the area of the individual photosensitive elements can therefore be reduced in the case of the detector surfaces, which are exposed to received measuring radiation only at small distances.
  • the number of photosensitive elements 101 contained in the individual pixels 111 can be increased while the area of the photosensitive elements is the same.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a detection area 110 'for a coaxial laser rangefinder or corrected parallax laser range finder.
  • a correction can be achieved by means of a near-field element or alternative known methods.
  • substantially the aberration dominates through the finite depth of field of the receiving optics, so that a concentric arrangement of the pixels of the same size is advantageous.
  • a laser beam returning from a distant target is well focused and produces a relatively small laser spot 109 near the center 122 of the detection surface 110 ', that is near the optical axis penetration point of the receiving optics through the detection surface plane.
  • a laser beam returning from a closer target produces a substantially larger diameter laser spot 109.
  • the pixels 111 have a smaller area near the center 122 and a smaller number of photosensitive elements 101 contained therein than remote from the center 122 of the detection area 110 ', that is at the edge of the detection surface.
  • FIGS. 5 to 7 individual elements as used for implementing a receiving device according to embodiments of the present invention are shown as a block diagram.
  • FIG. 5 shows a pixel 111 having a single photosensitive element 101.
  • the pixel is connected to a distance determiner 130.
  • FIG. 6 shows two pixels 111, 111 'each having a photosensitive element 101, 101'.
  • the pixels 111, 111 ' are connected to a multiplexer 140, which selectively passes the detection signals supplied by the pixels 111, 111' to a distance determining device 130.
  • FIG. 7 shows an arrangement of two pixels 111, 111 ', each with nine photosensitive elements 101, 101'.
  • the detection signals from the individual photosensitive elements 101, 101 ' are forwarded to a combiner 160, 160', if appropriate after a time delay caused by additional delay elements 150, 150 '.
  • the delay can be used to compensate for differences in transit time and thus the temporal synchronization of the photosensitive elements of a pixel or different pixels.
  • the detection signals are combined.
  • the combined detection signals are passed from the combiners 160, 160 'to a multiplexer 140 and from there to a distance determining device 130.
  • 48 pixels have only a single photosensitive element, 24 pixels each have four photosensitive elements in a 2x2 array and 20 Pixels each have 9 photosensitive elements in a 3x3 array.
  • Each pixel 111 having more than one photosensitive element 101 is accurately connected to a combiner 160, 160 '. There are therefore 44 combiners 160.
  • the outputs of the pixels 111 with only one photosensitive element or the combiner 160 are connected to inputs of K multiplexers 140.
  • An embodiment of the invention is based on the core idea of advantageously configuring the type of arrangement of individual light-sensitive elements in pixels whose signals are combined before they are fed to a time evaluation unit having a plurality of distance determination devices for further evaluation.
  • the amount of photosensitive elements whose signals are combined by means of a combiner forms a pixel.
  • the individual pixels can be operated independently of each other.
  • a phase evaluation of a continuous wave or alternatively a time-of-flight evaluation of a pulse for each individual pixel can be carried out.
  • a combination of a plurality of photosensitive elements to form pixels can be spatially configured such that the signal-to-noise ratio can be optimized both with large and small distances, in particular under strong background lighting with a few distance-determining devices. This can be achieved via a location-dependent adaptation of the size of the pixels or the number of photosensitive elements that are combined to form a pixel.
  • the type of arrangement of optional pixels with only one photosensitive element or pixels with different size and number of photosensitive elements, optimized especially for increasing the signal-to-noise ratio in a laser rangefinder, represents one of the distinguishing features of both conventional laser rangefinders and 3D cameras
  • This arrangement can reduce the requirements for an adjustment of an optical system within the measuring device and can at the same time contribute to an optimized signal-to-noise ratio, even if the receiving device is not located in the image plane of the optical system, as is the case, for example, with fixed-focus Systems can occur.
  • a detection surface can be dimensioned so large that the requirements for the adjustment of the receiving optics can be reduced.
  • the influence of optical aberrations, in particular the defocusing errors due to insufficient depth of field can be minimized. As a result, the demands on the optical quality of the receiving optics can be reduced.
  • Another advantage can be the optimization of the signal-to-noise ratio, especially for large measurement distances under high background light content. This can be achieved by optimally adapting, ie minimizing, the effective detection area at all distances to the size of the actually imaged laser measurement spot in the detection plane. After the measurement has been completed, the signals of exclusively those individual photosensitive elements or pixels with a plurality of photosensitive elements that actually receive laser radiation can be evaluated. As a result, the effective detection area can be reduced and the noise contribution of the background light can be minimized, which can be synonymous with an improvement in the signal-to-noise ratio.
  • a further advantage may be that because of the combination of several photosensitive elements within a pixel, fewer distance determining devices than photosensitive elements are needed. This can reduce a required chip area of an integrated circuit. Especially with laser rangefinders, which typically operate with a fixed focal length, this advantage can play an important role, since the laser spot diameter can then vary depending on the distance of the target object.
  • Fig. 6 illustrates this for a system in which the parallax error is not corrected.
  • the effective detection area that is to say the area which is taken into account in the evaluation of the measurement
  • the number of distance-determining devices required can be reduced still further, in addition to the combination of photosensitive elements Multiplexing is applied.
  • the pixels receiving laser radiation can first be identified and then distributed to the distance determination devices for the actual measurement. If N is the total number of pixels with one or more photosensitive elements and M is the number of distance-determining devices available for evaluation, then N / M preliminary measurements must be performed for identification at maximum.
  • the measuring task can therefore be carried out with a few measurements, ideally with a single measurement.
  • Another advantage may be that individual pixels can be calibrated independently of each other, for example, in terms of phase offset.

Abstract

Es wird eine Messvorrichtung (10) zur optischen Messung einer Entfernung zu einem Zielobjekt (15) beschrieben. Die Messvorrichtung (10) weist eine Sendeeinrichtung (12) zur Aussendung optischer Messstrahlung (13) auf das Zielobjekt (15) hin, eine Empfangseinrichtung (14) mit einer Detektionsfläche (66) zur Detektion von von dem Zielobjekt (15) zurücklaufender optischer Messstrahlung (16) und eine Auswerteeinrichtung (36) auf. Die Detektionsfläche (66) weist eine Vielzahl von Pixeln auf, wobei jedes Pixel mindestens ein lichtempfindliches Element aufweist und wobei jedes der Vielzahl von Pixeln mit der Auswerteeinrichtung (36) verbunden ist. Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung sind derart ausgelegt, dass von dem Zielobjekt zurücklaufende optische Messstrahlung eine Mehrzahl von Pixeln gleichzeitig beleuchtet. Die Auswerteeinrichtung ist derart ausgelegt ist, dass zumindest einer der Mehrzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen Detektionssignale einer Mehrzahl von Pixeln zugeleitet werden, auf Basis derer die jeweilige Entfernungsbestimmungseinrichtung Entfernungsdaten ermittelt, die mit der Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt korrelieren. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt ist, eine Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt basierend auf einer Auswertung von Entfernungsdaten, die durch die Mehrzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen ermittelt wurden, zu ermitteln.

Description

BESCHREIBUNG
OPTISCHER ENTFERNUNGSMESSER
GEBI ET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung einer Entfernung zwischen der Messvorrichtung und einem Zielobjekt mit Hilfe von optischer Messstrahlung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es sind optische Entfernungsmessgeräte bekannt, die einen zeitlich modulierten Lichtstrahl in Richtung auf ein Zielobjekt hin, dessen Abstand zu dem Messgerät ermittelt werden soll, ausrichten. Das von dem angepeilten Zielobjekt reflektierte oder gestreute, rücklaufende Licht wird von dem Gerät zumindest teilweise detektiert und zur Ermittlung der zu messenden Entfernung verwendet. Ein typischer Messbereich liegt dabei in einem Bereich von Entfernungen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren 100 Metern.
Um die Entfernung zu dem Zielobjekt mit einem Lichtstrahl messen zu können, wird der Lichtstrahl beispielsweise in seiner Intensität zeitlich moduliert. Es können beispielsweise Lichtpulse ausgesendet werden und eine Laufzeit eines Lichtpulses von der Aussendung bis zur Detektion gemessen werden und daraus die Entfernung zu dem Zielobjekt errechnet werden. Hierzu müssen jedoch sehr kurze Lichtpulse ausgesendet werden und eine sehr schnelle Detektionselektronik verwendet werden, um ausreichend genaue Messergebnisse erhalten zu können. Alternativ kann ein Lichtstrahl in seiner Intensität zeitlich periodisch moduliert werden und eine Phasenver- Schiebung zwischen dem ausgesendeten und dem detektierten Lichtsignal verwendet werden, um die Laufzeit und damit die Entfernung zum Zielobjekt zu bestimmen. Das Prinzip der Laserentfernungsmessung ist allgemein unter der Bezeichnung„Time of Flight Ranging" beispielsweise mit kontinuierlicher Modulation der Intensität des Laserstrahls bekannt.
Es sind ferner sogenannte dreidimensionale (3D) Kameras bekannt, bei denen zusätzlich zu einer optischen Abbildung eines aufzunehmenden Objektes auch der jeweilige Abstand eines Bereichs auf der Oberfläche des aufzunehmenden Objektes zu der Kamera detektiert werden soll. Die Kamera weist hierzu eine abbildende Optik auf, die ein Bild des Objektes scharf auf eine Oberfläche eines dahinter angeordneten Detektors projiziert. Der Detektor weist dabei eine Vielzahl Matrix-artig angeordneter Pixel auf. Jedes der Pixel kann dabei eine Bildinformation wie beispielsweise eine Farbe oder Lichtintensität des von einem Oberflächenbereich des Zielobjekts reflektierten Lichtes ermitteln. Zusätzlich kann eine Information über eine Entfernung zwischen der Kamera und dem entsprechenden Oberflächenbereich des Zielobjekts ermittelt werden. Hierzu kann das Zielobjekt mit zeitlich modulierter Laserstrahlung beleuchtet werden und die von dem Zielobjekt rückreflektierte und auf den Detektor mit Hilfe einer Abbildungsoptik abgebildete Strahlung durch Bestimmen der Flugzeit dazu verwendet werden, um eine ortsaufgelöste Information über Entfernungen zu den jeweiligen Oberflächenbereichen des Zielobjektes zu ermitteln.
Allerdings benötigt eine solche dreidimensionale Kamera zusätzlich zu einem ortsauflösenden Detektor mit einer Vielzahl von Pixeln auch eine abbildende Optik, um jeden Oberflächenbereich des Zielobjektes genau auf ein Pixel abzubilden, wobei das von diesem Pixel ermittelte Detektionssignal dann zur Bestimmung der Entfernung zu dem jeweiligen Oberflächenbereich herangezogen werden kann. Dies erfordert eine verhältnismäßig komplizierte, fokussierende Optik sowie die Möglichkeit einer einzelnen Auswertung von Detektionssignalen jedes der Pixel.
Im Gegensatz hierzu werden einfache Entfernungsmessgeräte lediglich dazu verwendet, eine Entfernung zwischen dem Messgerät und dem Zielobjekt bzw. einem mit einem Laserstrahl anvisierten Punkt auf dem Zielobjekt zu ermitteln. Die Entfernung braucht dabei nicht ortsaufgelöst bestimmt werden. Es genügt in der Regel, eine gemit- telte Entfernung zu bestimmen. Solche Entfernungsmessgeräte werden häufig in Hand-gehaltenen Geräten eingesetzt, um beispielsweise innerhalb eines Raumes den Abstand eines bestimmten Ortes zu umgebenden Zielobjekten wie zum Beispiel Wänden oder Einrichtungsgegenständen zu bestimmen. Ein Hand-gehaltenes Entfernungsmessgerät sollte dabei vorzugsweise einen möglichst einfachen, robusten und kostengünstigen Aufbau aufweisen und eine einfache Bedienung ermöglichen.
Aus der DE 10 2006 013 290 AI ist eine Vorrichtung zur optischen Distanzmessung bekannt, bei der ein Detektor einer Empfangseinheit eine Mehrzahl von voneinander getrennten lichtempfindlichen Flächen aufweist, die getrennt voneinander aktivierbar sind. Jede der lichtempfindlichen Flächen weist dabei eine Fotodiode, beispielsweise eine PIN-Diode oder eine APD (Avalanche Photo Diode), oder einen CCD-Chip als lichtempfindliches Element auf. Diese lichtempfindlichen Elemente ermitteln ein analoges Detektionssignal, das einer Intensität des empfangenen Lichtes entspricht. Die lichtempfindlichen Flächen können selektiv aktiviert werden und auf diese Weise zu einer Gesamtdetektionsfläche kombiniert werden, die einem von einer Lichtquelle beleuchteten Teilbereich der Detektorfläche möglichst gut angepasst sein kann, um auf diese Weise ein Signal- Rausch- Verhältnis zu verbessern.
OFFENBARUNG UND MÖGLICHE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Es kann ein Bedarf an einer Messvorrichtung zur optischen Entfernungsmessung bestehen, die, insbesondere im Vergleich zu den zuvor beschriebenen herkömmlichen Entfernungsmessgeräten, einen vereinfachten Aufbau von darin verwendeten Elektronikkomponenten, insbesondere von Auswertekomponenten zur Auswertung von Detek- tionssignalen, zulässt.
Ferner kann ein Bedarf an einer Entfernungsmessvorrichtung bestehen, die möglichst zumindest einen der nachfolgenden Vorteile aufweist: - Aufweitung einer Justagetoleranz einer Empfangsoptik der Entfernungsmessvorrich- tung bezogen auf einen Detektor;
- Reduzierung einer Komplexität und von Anforderungen an eine Empfangsoptik;
- Erhöhung eines Dynamikbereiches insbesondere bei der Messung kleiner Entfernungen;
- Optimierung eines Signal- Rausch- Verhältnisses insbesondere bei der Messung großer Entfernungen; und/oder
- Verringerung einer für die Auswertung benötigten Chipfläche einer integrierten Schaltung.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur optischen Entfernungsmessung weist eine Sendeeinrichtung zur Aussendung optischer Messstrahlung auf ein Zielobjekt hin, eine Empfangseinrichtung mit einer Detektionsfläche zur Detektion von von dem Zielobjekt zurücklaufender optischer Messstrahlung und eine Auswerteeinrichtung mit einer Mehrzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen auf. Die Detektionsfläche der Empfangseinrichtung weist dabei eine Vielzahl von Pixeln auf, wobei jedes Pixel mindestens ein lichtempfindliches Element aufweist. Jedes der Vielzahl von Pixeln ist mit der Auswerteeinrichtung direkt oder indirekt über weitere zwischengeschaltete Bauelemente verbunden. Die Auswerteeinrichtung ist derart ausgelegt ist, dass zumindest einer der Mehrzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen Detektionssignale einer Mehrzahl von Pixeln zugeleitet werden, auf Basis derer die jeweilige Entfernungsbestimmungseinrichtung Entfernungsdaten ermittelt, die mit der Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt korrelieren. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt ist, eine Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt basierend auf einer Auswertung von Entfernungsdaten, die durch die Mehrzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen ermittelt wurden, zu ermitteln.
Die Sendeeinrichtung kann eine Lichtquelle, beispielsweise in Form einer LED, eines Lasers oder einer Laserdiode sein, die Licht zeitlich moduliert hin zu dem Zielobjekt aussendet. Die zeitliche Modulation kann hierbei kontinuierlich und/oder periodisch, beispielsweise sinusartig, erfolgen. Es können auch Pulszüge, beispielsweise nicht- periodisch wie z.B. in Form von sogenannten Pseudo-Noise-Pulsabfolgen ausgesendet werden.
Jedes der Pixel kann direkt oder beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Multi- plexers, der dazu ausgelegt ist, Detektionssignale mehrerer Pixel selektiv weiterzuleiten, mit der Auswerteeinrichtung verbunden sein. Auf diese Weise kann zum Beispiel erreicht werden, dass Detektionssignale einzelner Pixel oder einer Gruppe von Pixeln unabhängig von Detektionssignalen anderer Pixel von der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden können.
Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung sind vorzugsweise derart ausgelegt und aufeinander abgestimmt, dass von dem Zielobjekt zurücklaufende optische Messstrahlung unter normalen Messbedingungen, das heißt beispielsweise bei Messabständen von wenigen Zentimetern bis zu einigen 100 Metern, eine Mehrzahl von Pixeln gleichzeitig beleuchtet werden. Die Tatsache, dass eine Mehrzahl von Pixeln gleichzeitig beleuchtet wird, soll hierbei jedoch nicht wie bei herkömmlichen SD- Kameras dazu benutzt werden, ein Abbild des Zielobjektes bzw. eine räumliche Auflösung hinsichtlich der Entfernung zu einzelnen Teilbereichen auf einer Oberfläche des Zielobjektes zu detektieren, sondern soll, wie weiter unten noch detaillierter erläutert, unter anderem Vorteile hinsichtlich einer Detektionsempfindlichkeit und/oder einer Jus- tagetoleranz ermöglichen. Die Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt wird dabei basierend auf einer Auswertung von Detektionssignalen mehrerer Pixel, insbesondere mehrerer der gleichzeitig beleuchteten Pixel, ermittelt.
Die Sendeeinrichtung kann hierzu einen Messstrahl aussenden, dessen Querschnitt ausreichend groß ist, dass der von dem Zielobjekt zurücklaufende Anteil des Messstrahls stets eine Mehrzahl von Pixeln beleuchtet. Um die von dem Zielobjekt zurücklaufende Messstrahlung zu bündeln und auf die Detektionsfläche zu leiten, um auf diese Weise für ein ausreichend starkes Detektionssignal zu sorgen, kann innerhalb eines optischen Weges von der Sendeeinrichtung zu der Empfangseinrichtung eine einfache Optik, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Linsen, vorgesehen sein. Diese einfache Optik kann kostensparend und aufwandsreduzierend als nicht-automatisch- fokussierende Optik C,Fix- Fokus") ausgestaltet sein. Da eine solche nicht-automatisch- fokussierende Optik mit fester Brennweite einen von dem Zielobjekt zurücklaufenden Messstrahl nur dann optimal, d.h. mit kleinstem Spot-Durchmesser, auf die Detekti- onsfläche der Empfangseinrichtung fokussieren kann, wenn sich das Zielobjekt in dem der Brennweite und Bildebene entsprechenden Objektabstand zu der Messvorrichtung befindet, kann die Anzahl von Pixeln, die durch von dem Zielobjekt zurücklaufende Messstrahlung gleichzeitig beleuchtet werden, in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Messobjekt variieren. Beispielsweise kann die Optimierung des optischen Empfangssystems für den Empfang von Messstrahlung von weit entfernten Zielobjekten mit großem Objektabstand bedeuten, dass Brennweite und Bildabstand so zu wählen sind, dass für den großen Objektabstand die geometrische Abbildungsbedingung erreicht wird. Somit kann bei großer Entfernung der kleinste Spot-Durchmesser in der Bildebene erreicht werden C.die Abbildung ist scharf"). Durch die Festlegung der Brennweite und Bildebene kann die Anzahl von Pixeln, die im Falle eines näher liegenden Zielobjektes beleuchtet werden, wesentlich größer sein als bei einem weit entfernten Zielobjekt. Bei einem näher liegenden Zielobjekt kann die zurücklaufende Messstrahlung nicht mehr scharf abgebildet werden, so dass der beleuchtete Bereich der Detektionsfläche entsprechend größer werden kann.
Da die Detektionssignale einzelner Pixel unabhängig voneinander ausgewertet können, können die Empfangseinrichtung und die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt werden, eine Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt basierend auf einer Auswertung von Detektionssignalen ausschließlich von Pixeln, auf die Licht der von der Sendeeinrichtung beleuchteten Fläche des Zielobjektes rückgestrahlt wird, zu ermitteln. Mit anderen Worten kann die Auswerteeinrichtung beispielsweise zunächst in einer Vorabmessung ermitteln, welche der Pixel der Detektionsfläche tatsächlich Messstrahlung der Sendeeinrichtung empfangen und welche Pixel lediglich Hintergrundstrahlung detektieren, und kann anschließend für die tatsächliche Entfernungsbestimmung lediglich die Detektionssignale der von der Messstrahlung beleuchteten Pixel verwenden. Hierdurch kann ein Signal- Rausch- Verhältnis erheblich erhöht werden.
Um die Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt ermitteln zu können, kann die Auswerteeinrichtung eine Mehrzahl an Entfernungsbestimmungseinrich- tung (teilweise auch als„Binning-Schema" bekannt) aufweisen. Eine Entfernungsbe- stimmungseinrichtung kann dazu ausgelegt sein, Daten zu ermitteln, die mit der zu bestimmenden Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt korrelieren und aus denen daher letztendlich die gewünschte Entfernung ermittelt werden kann. Beispielsweise kann eine Flugdauer von Messstrahlung zwischen einer Aussendung von der Sendeeinrichtung bis zu einer Detektion der von dem Zielobjekt zurücklaufenden Messstrahlung auf der Detektionsfläche zu ermittelt werden und daraus die gewünschte Entfernung bestimmt werden. Die Entfernungsbestimmungseinrichtung kann hierzu eine von der Sendeeinrichtung bereitgestellte Information über die zeitliche Modulation ausgesendeter Messstrahlung mit von der Empfangseinrichtung bereitgestellten Detektionssignalen vergleichen. Im Fall einer periodisch modulierten ausgesendeten Messstrahlung kann beispielsweise aus einem Phasenunterschied zwischen einem Aussendungssignal und einem Detektionssignal eine entsprechende Entfernung ermittelt werden.
Prinzipiell kann eine einzige Entfernungsbestimmungseinrichtung für die Ermittlung einer Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt genügen. Um die Anzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen gering zu halten, kann es vorteilhaft sein, die Detektionssignale einzelner Pixel oder einer Gruppe von Pixeln zum Beispiel mit Hilfe eines Multiplexers nacheinander an eine Entfernungsbestimmungseinrichtung zu leiten. Aufgrund einer derart sequentiellen Verarbeitung von Detektionssignalen kann es zu einer Verlängerung einer Gesamtmessdauer kommen. Alternativ kann jedem der Pixel eine eigene Entfernungsbestimmungseinrichtung zugeordnet sein. In diesem Fall kann aus jedem der Detektionssignale der Vielzahl von Pixeln jeweils eine Entfernung bestimmt werden, möglicherweise zeitlich parallel zueinander, und aus der Vielzahl von bestimmten Entfernungen kann schließlich beispielsweise durch Mittelung eine letztendlich zu bestimmende Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Zielobjekt ermittelt werden. Allerdings kann es hierzu notwendig sein, eine sehr große Anzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen in der Messvorrichtung vorzusehen, was den Aufbau und die Fertigung der Messvorrichtung kompliziert gestalten kann.
Sozusagen als Mittelweg zwischen diesen beiden extremen Alternativen kann eine Mehrzahl von Pixeln mit einer Entfernungsbestimmungseinrichtung verbunden sein und die Entfernungsbestimmungseinrichtung kann dazu ausgelegt sein, die entfer- nungskorrelierten Daten basierend auf Detektionssignalen der Mehrzahl von Pixeln zu bestimmen. Die hier vorgeschlagene Auswerteeinrichtung weist daher eine Mehrzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen auf und kann dazu ausgelegt sein, die Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt basierend auf den von den Entfernungsbestimmungseinrichtungen bestimmten entfernungskorrelierten Daten zu bestimmen, beispielsweise durch Mittelwertbildung.
Durch Einsatz einer Mehrzahl an Entfernungsbestimmungseinrichtungen kann die Zeit, die für das Auffinden der Messstrahlung empfangenden Pixel benötigt wird, reduziert werden, da durch geschickt gewählte Auswahlalgorithmen variable Kombinationen von Pixeln parallel ausgewertet werden können.
Die Anzahl von lichtempfindlichen Elementen oder die Fläche der einzelnen lich- tempflindlichen Elemente, die in einem Pixel enthalten sind, kann abhängig vom Ort des Pixels innerhalb der Detektionsfläche der Empfangseinrichtung variabel ausgewählt sein. Beispielsweise kann bekannt sein, dass die von dem Zielobjekt zurücklaufende Messstrahlung abhängig vom Abstand des Zielobjekts von der Messvorrichtung an einer anderen Position und/oder mit einer anderen Querschnittsfläche auf die Detektionsfläche der Empfangseinrichtung auftreffen kann. Die Anzahl bzw. die Fläche von lichtempfindlichen Elementen innerhalb eines Pixels kann demnach ortsabhängig an die zu erwartende auftreffende Lichtintensität angepasst werden. Durch Anpassung der Flächen und/oder Anzahl der lichtempfindlichen Elemente innerhalb eines Pixels kann ein Dynamikbereich der Messvorrichtung optimiert werden. Durch Anpassung der Pixel- Flächen an eine Laserfleckgröße kann ein Signal- Rausch- Verhältnis optimiert werden.
Wenn beispielsweise im Lichtweg zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung eine nicht-automatisch-fokussierende Optik, die für weitentfernte Zielobjekte abbildend bzw. optimal fokussierend ausgelegt ist, angeordnet ist, kann für weit entfernte Zielobjekte die zurücklaufende Messstrahlung mit einem kleinen Fleck- bzw. Spot- Durchmesser fokussiert werden. Innerhalb eines solchen Bereiches der Detektionsfläche kann es vorteilhaft sein, dass jedes der Pixel lediglich eine einziges lichtemp- findliches Element oder nur wenige lichtempfindliche Elemente enthält. Wenn mit einer solchen Fix- Fokus- Messvorrichtung näher liegende Zielobjekte anvisiert werden, kann die zurücklaufende Messstrahlung auf der Detektionsfläche nicht als kleiner Fleck fo- kussiert werden, sondern trifft eventuell defokussiert auf eine größere Teilfläche der Detektionsfläche. Insgesamt werden in diesem Fall dann mehr Pixel beleuchtet als im Fall eines weit entfernt liegende Zielobjektes. Daher kann es vorteilhaft sein, in Randbereichen des beleuchteten Teilbereiches der Detektionsfläche jeweils eine Mehrzahl von lichtempfindlichen Elementen zu einem einzelnen Pixel (oder„sub-array" oder „Cluster") zusammenzufassen.
Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung nebeneinander entlang einer Parallaxenachse angeordnet sein. Solche sogenannte biaxiale Messsysteme können den Vorteil haben, dass keine aufwändige Strahlungsteilung zur Selektion des rücklaufenden Messstrahls notwendig ist. Der von der Sendeeinrichtung ausgestrahlte und von dem Zielobjekt zurücklaufende Messstrahl kann in diesem Fall je nach Entfernung des Zielobjektes an einer anderen Stelle entlang der Parallaxenachse auf die Detektionsfläche treffen und unterschiedliche Querschnitte aufweisen. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die Anzahl von lichtempfindlichen Elementen, die in einem Pixel enthalten sind, abhängig vom Ort des Pixels entlang der Parallaxenachse zu variieren. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, die Anzahl von lichtempfindlichen Elementen, die in einem Pixel enthalten sind, in Pixeln nahe der Sendeeinrichtung kleiner zu wählen als in Pixeln entfernt von der Sendeeinrichtung.
Alternativ können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung koaxial zueinander angeordnet sein. Bei einer solchen monoaxialen Messvorrichtung kann beispielsweise mit Hilfe semitransparenter Spiegel erreicht werden, dass das Zentrum des von der rücklaufenden Strahlung beleuchteten Bereichs der Detektionsfläche unabhängig von der Entfernung des Zielobjekts weitgehend orts-konstant bleibt. Allerdings kann der Querschnitt des beleuchteten Bereichs auf der Detektionsfläche weiterhin von der Entfernung des Zielobjektes abhängen. Bei weit entfernten Zielobjekten und einer Optik mit weiter Brennweite kann es zu einem kleinen beleuchteten Fleck kommen, bei näher liegenden Zielobjekten zu einem größeren beleuchteten Fleck. Es kann vorteilhaft sein, die Anzahl von lichtempfindlichen Elementen, die in einem Pixel enthalten sind, in Pixeln nahe dem Zentrum der Detektionsfläche kleiner zu wählen als in Pixeln entfernt von dem Zentrum der Detektionsfläche.
Mögliche Aspekte, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung wurden vorangehend mit Bezug auf einzelne Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die Beschreibung, die zugehörigen Figuren sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale, insbesondere auch die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele, auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
KU RZE BESCHREIBUNG DER FIGU REN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung und darin enthaltene Teilaspekte mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder ähnliche Elemente.
Fig. 1 zeigt eine Messvorrichtung zur optischen Entfernungsmessung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematisierte Schaltung von zwei lichtempfindlichen Elementen, die mit einem Kombinierer verbunden sind, für eine Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Detektionsfläche einer Empfangseinrichtung für eine Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine alternative Detektionsfläche einer Empfangseinrichtung für eine Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 zeigt eine einzelnes lichtempfindliches Element, das mit einer Entfernungsbestimmungseinrichtung verbunden ist.
Fig. 6 zeigt zwei lichtempfindliche Elemente, die über einen Multiplexer mit einer Entfernungsbestimmungseinrichtung verbunden sind.
Fig. 7 zeigt zwei Pixel mit jeweils 9 lichtempfindlichen Elementen, die über Kombinierer und Multiplexer mit einer Entfernungsbestimmungseinrichtung verbunden sind.
Fig. 8 zeigt eine Detektionsfläche einer Empfangseinrichtung mit Pixeln, bei denen die Anzahl von in den Pixeln enthaltenen lichtempfindlichen Elementen ortsabhängig variiert und welche über Kombinierer und Multiplexer mit mehreren Entfernungsbestimmungseinrichtungen verbunden sind.
DETAILI ERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
In Fig. 1 ist in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 zur optischen Entfernungsmessung mit den wichtigsten Komponenten zur Beschreibung ihrer Funktion dargestellt.
Die Messvorrichtung 10 weist ein Gehäuse 11 auf, in dem eine Sendeeinrichtung 12 zur Aussendung optischer Messstrahlung 13 sowie eine Empfangseinrichtung 14 zur Detektion von von einem Zielobjekt 15 zurücklaufender Messstrahlung 16 angeordnet sind.
Die Sendeeinrichtung 12 beinhaltet eine Lichtquelle, die im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Halbleiter-Laserdiode 18 realisiert ist. Die Laserdiode 18 sendet einen Laserstrahl 20 in Form eines für das menschliche Auge sichtbaren Lichtbündels 22 aus. Die Laserdiode 18 wird dazu über ein Steuergerät 24 betrieben, das durch eine entsprechende Elektronik eine zeitliche Modulation eines elektrischen Eingangssignals 19 der Laserdiode 18 erzeugt. Durch eine derartige Modulation des Diodenstromes lässt sich erreichen, dass die optische Messstrahlung 13, welche zur Entfernungsmessung genutzt wird, ebenfalls in gewünschter Weise zeitlich in ihrer Intensität moduliert wird.
Das Laserstrahlbündel 20 durchläuft anschließend eine Kollimationsoptik 26 in Form eines Objektivs 28, das in Fig. 1 in vereinfachter Weise in Form einer einzelnen Linse dargestellt ist. Das Objektiv 28 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel optional auf einer Verstellmimik 32, die prinzipiell eine Änderung der Position des Objektivs in allen drei Raumrichtungen, beispielsweise zu Justagezwecken, ermöglicht. Alternativ kann die Kollimationsoptik 26 jedoch auch bereits Bestandteil der Laserdiode 18 sein bzw. fest mit dieser verbunden sein.
Nach Durchlaufen des Objektivs 28 ergibt sich ein beispielsweise Amplitudenmoduliertes Signal der Messstrahlung 13 in Form eines nahezu parallelen Lichtbündels 37, das sich entlang einer optischen Achse 38 der Sendeeinheit 12 ausbreitet.
In der Sendeeinrichtung 12 kann sich zudem noch eine vorzugsweise schaltbare Strahlumlenkung 40 befinden, die es gestattet, die Messstrahlung 13 ganz oder teilweise unter Umgehung des Zielobjektes 15 direkt, das heißt geräteintern, auf die Empfangseinrichtung 14 umzulenken. Auf diese Weise kann eine geräteinterne Referenzstrecke 42 erzeugt werden, die eine Kalibrierung bzw. einen Abgleich der Messvorrichtung gestattet.
Wird mit der Messvorrichtung 10 eine Entfernungsmessung durchgeführt, verlässt die Messstrahlung 13 das Gehäuse 11 der Messvorrichtung durch ein optisches Fenster 44 in der Stirnwand 45 der Messvorrichtung 10. Die Öffnung des optischen Fensters 44 kann beispielsweise durch einen Shutter 46 gesichert sein. Zur eigentlichen Messung wird die Messvorrichtung 10 dann auf ein Zielobjekt 15 hin ausgerichtet, dessen Entfernung 48 zur Messvorrichtung 10 ermittelt werden soll. Das an dem gewünschten Zielobjekt 15 reflektierte oder gestreute Signal 16 bildet zurücklaufende optische Messstrahlung 16 in Form eines zurücklaufenden Strahlenbündels 49 bzw. 50, das zu einem gewissen Teil wieder in die Messvorrichtung 10 zurückgelangt.
Durch ein Eintrittsfenster 47 an der Stirnseite 45 der Messvorrichtung 10 wird die zurücklaufende Messstrahlung 16 in die Messvorrichtung 10 eingekoppelt und trifft dann, wie in Fig. 1 dargestellt, auf eine Empfangsoptik 52.
In Fig. 1 sind exemplarisch zur Verdeutlichung zwei zurücklaufende Messstrahlenbündel 49 bzw. 50 für zwei unterschiedliche Zielobjektentfernungen 48 eingezeichnet. Für große Objektentfernungen, wobei groß als groß gegenüber der Brennweite der Empfangsoptik 52 interpretiert werden kann, fällt die vom Zielobjekt 15 zurücklaufende optische Messstrahlung 16 annähernd parallel zur optischen Achse 51 der Empfangseinrichtung 14 ein. Dieser Fall ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durch das Messstrahlenbündel 49 repräsentiert. Mit kleiner werdender Objektentfernung wird die in die Messvorrichtung einfallende zurücklaufende Messstrahlung 16 aufgrund einer Parallaxe immer mehr gegenüber der optischen Achse 51 der Empfangseinrichtung 14 geneigt. Als Beispiel für ein solches rücklaufendes Messstrahlenbündel im Nahbereich der Messvorrichtung ist in Fig. 1 das Strahlenbündel 50 eingezeichnet.
Die Empfangsoptik 52, die in Fig. 1 ebenfalls nur schematisch durch eine einzelne Linse symbolisiert ist, fokussiert das Strahlenbündel der zurücklaufende Messstrahlung 16 auf die Detektionsfläche 66 eines in der Empfangseinrichtung 14 vorgesehenen Empfangsdetektors 54. Der Detektor 54 weist zur Detektion der optischen Messstrahlung eine Vielzahl von Pixeln auf. Jedes der Pixel weist mindestens eine lichtempfindliches Element auf. Durch die in der Detektionsfläche 66 vorgesehenen lichtempfindlichen Elemente, die einzeln oder in Gruppen zusammengefasst in Pixeln Matrix-artig angeordnet und mit einer Auswerteeinrichtung 36 verbunden sind, wird die einfallende zurücklaufende Messstrahlung 16 in ein elektrisches Signal 55 umgewandelt und der weiteren Auswertung in der Auswerteeinrichtung 36 zugeführt.
Die von einem einzelnen lichtempfindlichen Element oder einer Kombination von lichtempfindlichen Elementen generierten Detektionssignale können den in einer Auswer- teeinrichtung 36 enthaltenen Entfernungsbestimmungseinrichtungen zugeführt werden. Eine Entfernungsbestimmungseinrichtung kann die Detektionssignale aufsummieren und daraus ein Signal erzeugen, das einer zeitabhängigen Intensität des auf die jeweiligen lichtempfindlichen Elemente auftreffenden Lichtsignals bzw. der Lichtintensität entspricht. Indem dieses Signal in Relation zu einem Anregungssignal gesetzt wird, das den zeitlichen Verlauf der von der Sendeeinrichtung emittierten Photonenrate angibt, kann auf eine Photonenflugzeit von der Sendeeinrichtung hin zu dem Zielobjekt und wieder zurück zu der Empfangseinrichtung geschlossen werden. Falls die Sendeeinrichtung das ausgesendete Licht beispielsweise sinusartig periodisch moduliert, kann eine Flugzeit aus einem Phasenunterschied zwischen der ausgesendeten und der detektierten Messstrahlung ermittelt werden.
Fig. 2 zeigt zwei lichtempfindliche Elemente 101, 101', deren Detektionssignale jeweils an ein ODER-Gatter 103 weitergeleitet werden. Das ODER-Gatter 103 wirkt als Kombinierer 104, indem es sowohl Detektionssignale des ersten lichtempfindlichen Elements 101 als auch Detektionssignale des zweiten lichtempfindlichen Elements 101' aufnimmt und an einem Ausgang 105 ein kombiniertes Signal dieser Eingangssignale ausgibt.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Detektionsfläche 110 einer Detektionseinrichtung 54 für eine Laser- Entfernungsmessvorrichtung mit unkorrigierter Parallaxe. Hierbei sind kreisförmige Laserflecke 109 oder Laserspots, deren Durchmesser abhängig von einer Entfernungen L zwischen der Messvorrichtung und dem Zielobjekt variiert, auf der Detektionsfläche 110 eingezeichnet. Es wurde hierbei eine ideale Linse mit einer Brennweite f = 30 mm, einem Durchmesser d = 4 mm und einer Parallaxe von 5 mm für den Fall optimaler Justage auf große Entfernungen angenommen. Die Laserstrahlung wurde dabei mit einer Divergenz von 1 mrad angenommen. Es ist bei dieser Ausgestaltung der Detektionsfläche 110 vorteilhaft, dass die Größe der Pixel 111 bzw. die Anzahl von lichempfindlichen Elementen 101 innerhalb jeweiliger Pixel 111 entlang der Parallaxenachse 113 zunimmt. Die Parallaxenachse wird hierbei als die Schnittgerade zwischen einer Detektionsflächenebene und einer Ebene, die von der optischen Achse der Empfangsoptik und der Laserstrahlachse der Entfernungsmessvorrichtung aufgespannt wird, angenommen. Es ist zu erkennen, dass in einem ersten Bereich 114, in dem der Laserfleck 109 auftrifft, wenn der Laserstrahl von einem weit entfernten Zielobjekt zurückgestrahlt wird, kleine Pixel vorgesehen sind, die jeweils nur ein einziges lichtempfindliches Element enthalten. In einem Bereich 115, in dem der Laserfleck 109' auftrifft, wenn das Zielobjekt etwa 0,5 bis 1 m entfernt ist, sind größere Pixel mit jeweils vier lichtempfindlichen Elementen vorgesehen. In einem weiteren Bereich 116, in dem der Laserfleck 109" für den Fall sehr naher Zielobjekte auftrifft, sind besonders große Pixel mit 8 bzw. 16 lichtempfindlichen Elementen vorgesehen. Die Empfangsoptik ist dabei so optimiert, dass die bestmögliche Abbildungsqualität, das heißt der kleinstmög- liche Laserfleckdurchmesser auf der Detektionsfläche, bei der größten Entfernung des Zielobjekts erreicht wird.
Bei großen Entfernungen ist der Laserfleck 109 aufgrund der scharfen Abbildung verhältnismäßig klein. Gleichzeitig ist die aus zurücklaufender Mess- und Hintergrundstrahlung zusammengesetzte Intensität des auftreffenden Lichtes aufgrund des geringen Anteils der Messstrahlung von dem weit entfernten Zielobjekt verhältnismäßig gering. Bei näher positionierten Zielobjekten wird insgesamt mehr Messstrahlung vom Zielobjekt zurück zur Detektionsfläche 110 reflektiert bzw. gestreut. Gleichzeitig wird die Messstrahlung durch die Fix- Fokus- Empfangsoptik nicht mehr scharf auf die Detektionsfläche 110 abgebildet.
In Summe ergibt sich aus einer geometrischen Betrachtung für einen Laser- Entfernungsmesser mit leicht divergentem Laser- Strahl und Fix- Fokus- Empfangsoptik für den Anteil der empfangenen Laserstrahlung bei großen Entfernungen eine quadratisch über der Entfernung abfallende und bei geringen Entfernungen eine über der Entfernung konstante Licht- Intensität in der Detektorebene. Der Intensitätsanteil der Hintergrundstrahlung ist hingegen in erster Näherung entfernungsunabhängig.
Mit einer wie in Fig. 3 dargestellten ortsabhängigen Ausgestaltung der Größe der in der Detektionsfläche 110 enthaltenen Pixel 101 kann zum einen erreicht werden, dass sowohl bei großen Entfernungen des Zielobjektes als auch bei kleinen Entfernungen des Zielobjektes ein Laserfleck 109 jeweils auf eine Mehrzahl von Pixeln 111 trifft und von diesen ausgewertet werden kann. Die Größe der aktiven Detektionsfläche kann dabei optimal an die Größe des Laserflecks angepasst und somit das Signal- Rausch- Verhältnis optimiert werden. Zum anderen kann mit einer solchen ortsabhängigen Ausgestaltung auch der Dynamik-Bereich der lichtempfindlichen Elemente optimal ausgenutzt werden, da die Lichtintensität des auftreffenden Lichtes (Laser- und Hintergrund- Anteil) bei großen Entfernungen geringer ist als bei kleinen Entfernungen. Bei den Detektorflächen, die nur bei geringen Entfernungen mit empfangener Messstrahlung beaufschlagt werden, kann daher die Fläche der einzelnen lichtempfindlichen Elemente reduziert werden. In den Detektorbereichen, in denen die Intensität der empfangenen Messstrahlung nahezu konstant bleibt, kann die Anzahl von in den einzelnen Pixeln 111 enthaltenen lichtempfindlichen Elementen 101 bei gleichbleibender Fläche der lichtempfindlichen Elemente vergrößert werden.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Detektionsfläche 110' für einen koaxialen Laserentfernungsmesser oder einen Laserentfernungsmesser mit korrigierter Parallaxe. Eine solche Korrektur kann mit Hilfe eines Nahbereichselementes oder alternativer, bekannter Methoden erreicht werden. In einem solchen Fall dominiert im Wesentlichen der Abbildungsfehler durch die endliche Schärfentiefe der Empfangsoptik, so dass eine konzentrische Anordnung der Pixel gleicher Größe vorteilhaft ist. Ein von einem weit entfernten Zielobjekt zurücklaufender Laserstrahl wird gut fokussiert und erzeugt einen relativ kleinen Laserfleck 109 in der Nähe des Zentrums 122 der Detektionsfläche 110', das heißt in der Nähe des Durchstoßpunktes der optischen Achse der Empfangsoptik durch die Detektionsflächenebene. Ein von einem näher liegenden Zielobjekt zurücklaufender Laserstrahl erzeugt einen Laserfleck 109" mit wesentlich größerem Durchmesser. Die Pixel 111 weisen in der Nähe des Zentrums 122 eine geringere Fläche und eine geringere Anzahl von darin enthaltenen lichtempfindlichen Elementen 101 auf als entfernt vom Zentrum 122 der Detektionsfläche 110', das heißt am Rand der Detektionsfläche.
In den Fig. 5 bis 7 sind einzelne Elemente, wie sie zur Realisierung einer Empfangseinrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, als Blockschema dargestellt.
Fig. 5 zeigt ein Pixel 111 mit einem einzelnen lichtempfindlichen Element 101. Das Pixel ist mit einer Entfernungsbestimmungseinrichtung 130 verbunden. Fig. 6 zeigt zwei Pixel 111, 111' mit jeweils einem lichtempfindlichen Element 101, 101'. Die Pixel 111, 111' sind mit einem Multiplexer 140 verbunden, der die von den Pixeln 111, 111' gelieferten Detektionssignale selektiv an eine Entfernungsbestimmungseinrichtung 130 weiterleitet.
In Fig. 7 ist eine Anordnung von zwei Pixeln 111, 111' mit jeweils neun lichtempfindlichen Elementen 101, 101' dargestellt. Die Detektionssignale von den einzelnen lichtempfindlichen Elementen 101, 101' werden, gegebenenfalls nach einer durch zusätzliche Verzögerungselemente 150, 150' bewirkten zeitlichen Verzögerung, jeweils an einen Kombinierer 160, 160' weitergeleitet. Die Verzögerung kann der Kompensation von Laufzeitunterschieden und damit der zeitlichen Synchronisation der lichtempfindlichen Elemente eines Pixels oder verschiedener Pixel dienen. In den Kombinierern 160, 160' werden die Detektionssignale miteinander kombiniert. Die kombinierten Detektionssignale werden von den Kombinierern 160, 160' an einen Multiplexer 140 und von dort aus weiter an eine Entfernungsbestimmungseinrichtung 130 geleitet.
Fig. 8 zeigt eine spezielle Ausführungsform für eine Entfernungsmessvorrichtung mit korrigierter Parallaxe unter Verwendung solcher Elemente für N = 92 Pixel 111. Hierbei weisen 48 Pixel lediglich ein einzelnes lichtempfindliches Element auf, 24 Pixel weisen jeweils vier lichtempfindliche Elemente in einer 2x2-Anordnung auf und 20 Pixel weisen jeweils 9 lichtempfindliche Elemente in einer 3x3-Anordnung auf. Jedes Pixel 111 mit mehr als einem lichtempfindlichen Element 101 ist genau mit einem Kombinierer 160, 160' verbunden. Es gibt demnach 44 Kombinierer 160. Die Ausgänge der Pixel 111 mit nur einem lichtempfindlichen Element bzw. der Kombinierer 160 sind mit Eingängen von K Multiplexern 140 verbunden. Die Ausgänge der Multiplexer 140 sind wiederum mit M>=2 Entfernungsbestimmungseinrichtungen 130 verbunden. Es gilt dabei weder notwendigerweise M = K noch M = N. Exemplarisch sind die Verbindungen für drei Pixel 111 verschiedener Größe und Anzahl lichtempfindlicher Elemente dargestellt. Eine in Fig. 11 schraffiert dargestellte Fläche gibt eine effektive Detektorfläche 170 an, die diejenigen Pixel 111 umfasst, die tatsächlich vom Laserlicht des Laserflecks 109 beleuchtet werden und anhand derer eine Entfernungsmessung zu dem Zielobjekt durchgeführt werden kann. Abschließend sollen Aspekte und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung noch einmal mit anderen Worten zusammengefasst werden:
Eine Ausführungsform der Erfindung beruht auf dem Kerngedanken, die Art der Anordnung einzelner lichtempfindlicher Elemente in Pixeln, deren Signale kombiniert werden, bevor sie einer zeitlichen Auswerteeinheit mit einer Mehrzahl an Entfernungsbestimmungseinrichtungen zur weiteren Auswertung zugeführt werden, in vorteilhafter Weise auszugestalten. Die Menge an lichtempfindlichen Elementen, deren Signale mittels eines Kombinierers zusammengefasst werden, bildet dabei ein Pixel.
Die einzelnen Pixel können unabhängig voneinander betrieben werden. Insbesondere kann eine Phasen-Auswertung einer kontinuierlichen Welle oder alternativ eine Flugzeitauswertung eines Pulses für jedes einzelne Pixel ausgeführt werden.
Eine Kombination mehrerer lichtempfindlicher Elemente zu Pixeln kann räumlich derart ausgestaltet werden, dass das Signal- Rausch- Verhältnis sowohl bei großen als auch bei kleinen Entfernungen insbesondere unter starker Hintergrundbeleuchtung mit wenigen Entfernungsbestimmungseinrichtungen optimiert werden kann. Erreicht werden kann dies über eine über die Detektionsfläche ortsabhängige Anpassung der Größe der Pixel bzw. der Anzahl von lichtempfindlichen Elementen, die zu einem Pixel kombiniert werden.
Die speziell auf Erhöhung des Signal- Rausch- Verhältnisses bei einem Laserentfernungsmesser hin optimierte Art der Anordnung von wahlweise Pixeln mit nur einem lichtempfindlichen Element oder Pixeln mit unterschiedlicher Größe und Anzahl von lichtempfindlichen Elementen stellt eines der Unterscheidungsmerkmale sowohl zu herkömmlichen Laserentfernungsmessern als auch zu 3D-Kameras dar. Diese Anordnung kann die Anforderungen an eine Justage einer Optik innerhalb der Messvorrichtung senken und kann gleichzeitig zu einem optimierten Signal- Rausch- Verhältnis beitragen, auch wenn die Empfangseinrichtung nicht in der Bildebene der Optik liegt, wie dies zum Beispiel bei Fix- Fokus-Systemen auftreten kann. Eine Detektionsfläche kann so groß dimensioniert sein, dass die Anforderungen an die Justage der Empfangsoptik verringert werden können. Außerdem kann der Einfluss optischer Abbildungsfehler, insbesondere der Fehler durch Defokussierung aufgrund zu geringer Schärfentiefe, minimiert werden. Dadurch können die Anforderungen an die optische Qualität der Empfangsoptik verringert werden.
Ein weiterer Vorteil kann die Optimierung des Signal- Rausch- Verhältnisses insbesondere bei großen Messentfernungen unter hohem Hintergrundlicht-Anteil sein. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die effektive Detektionsfläche bei allen Entfernungen optimal an die Größe des tatsächlich abgebildeten Lasermessflecks in der Detekti- onsebene angepasst, das heißt minimiert werden kann. Nach abgeschlossener Messung können gezielt die Signale von ausschließlich denjenigen einzelnen lichtempfindlichen Elementen bzw. Pixeln mit mehreren lichtempfindlichen Elementen ausgewertet werden, die tatsächlich Laserstrahlung empfangen. Dadurch kann die effektive Detektionsfläche reduziert und der Rauschbeitrag des Hintergrundlichtes minimiert werden, was gleichbedeutend mit einer Verbesserung des Signal- Rausch- Verhältnisses sein kann.
Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass aufgrund der Zusammenfassung mehrerer lichtempfindlicher Elemente innerhalb eines Pixels weniger Entfernungsbestimmungseinrichtungen als lichtempfindliche Elemente vorhanden sind benötigt werden. Dies kann eine benötigte Chipfläche einer integrierten Schaltung reduzieren. Insbesondere bei Laserentfernungsmessern, die in der Regel mit einer festen Brennweite arbeiten, kann dieser Vorteil eine wichtige Rolle spielen, da der Laserfleckdurchmesser dann in Abhängigkeit von der Entfernung des Zielobjekts variieren kann. Fig. 6 verdeutlicht dies für ein System, bei dem der Parallaxen- Fehler nicht korrigiert ist. Um das Signal- Rausch- Verhältnis wie zuvor beschrieben durch Minimierung der effektiven Detektionsfläche zu optimieren, kann bei größeren Laserfleck- Durchmessern, das heißt in der Regel bei geringeren Entfernungen des Zielobjektes, dementsprechend auch nur eine geringere Auflösung des Detektors benötigt werden. Dieser Umstand lässt sich durch die ortsabhängige Kombination von lichtempfindlichen Elementen zu Pixeln ausnutzen. Da die effektive Detektionsfläche, das heißt die Fläche, die in der Auswertung der Messung berücksichtigt wird, in der Regel kleiner ist als die gesamte Detektionsfläche, kann die Anzahl benötigter Entfernungsbestimmungseinrichtungen noch weiter reduziert werden, indem zusätzlich zur Kombination von lichtempfindlichen Element en auch noch ein Multiplexen angewandt wird. Mit Hilfe vorläufiger Messungen können in diesem Fall die Laserstrahlung empfangenden Pixel zunächst identifiziert und anschließend für die eigentliche Messung auf die Entfernungsbestimmungseinrichtungen verteilt werden. Ist N die Gesamtzahl an Pixeln mit einer oder mehreren lichtempfindlichen Elementen und M die Anzahl der zur Auswertung zur Verfügung stehenden Entfernungsbestimmungseinrichtungen, dann müssen maximal aufgerundet N/M vorläufige Messungen zur Identifizierung durchgeführt werden. Die Messaufgabe kann daher mit wenigen Messungen, im Idealfall mit einer einzigen Messung, durchgeführt werden.
Ein weiterer Vorteil kann darin liegen, dass einzelne Pixel unabhängig voneinander kalibriert werden können, zum Beispiel hinsichtlich eines Phasen- Offsets.

Claims

Ansprüche
1.
Messvorrichtung (10) zur optischen Entfernungsmessung, insbesondere handgehaltene Messvorrichtung, aufweisend:
eine Sendeeinrichtung (12) zur Aussendung optischer Messstrahlung (13) auf ein Zielobjekt (15) hin;
eine Empfangseinrichtung (14) mit einer Detektionsfläche (110) zur Detektion von von dem Zielobjekt (15) zurücklaufender optischer Messstrahlung (16); und eine Auswerteeinrichtung (36) mit einer Mehrzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Detektionsfläche (110) eine Vielzahl von Pixeln (111) aufweist, wobei jedes Pixel (111) mindestens ein lichtempfindliches Element (101) aufweist;
wobei die Auswerteeinrichtung derart ausgelegt ist, dass zumindest einer der Mehrzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen Detektionssignale einer Mehrzahl von Pixeln zugeleitet werden, auf Basis derer die jeweilige Entfernungsbestimmungseinrichtung Entfernungsdaten ermittelt, die mit der Entfernung^) zwischen der Messvorrichtung (10) und dem Zielobjekt (15) korrelieren, wobei die Auswerteeinrichtung (36) dazu ausgelegt ist, eine Entfernung (48) zwischen der Messvorrichtung (10) und dem Zielobjekt (15) basierend auf einer Auswertung von Entfernungsdaten, die durch die Mehrzahl von Entfernungsbestimmungseinrichtungen ermittelt wurden, zu ermitteln.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Entfernungsbestimmungseinrichtungen (130) jeweils dazu ausgelegt sind, eine Flugdauer von Messstrahlung (13, 16) zwischen einer Aussendung von der Sendeeinrichtung (12) bis zu einer Detektion von von dem Zielobjekt (15) zurücklaufender Messstrahlung (16) zu ermitteln und daraus eine Entfernung zu bestimmen.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messvorrichtung wenigstens einen Multiplexer aufweist, um Detektionssignale von einzelnen Pixeln sequentiell einer Entfernungsbestimmungseinrichtung zuzuleiten.
4. Messvorrichtung nach Anspruch 2, Auswerteeinrichtung (36) dazu ausgelegt ist, die Entfernung (48) zwischen der Messvorrichtung (10) und dem Zielobjekt (15) basierend auf den von den Entfernungsbestimmungseinrichtungen (130) bestimmten Entfernungen zu bestimmen.
5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei wenigstens einige Pixel (111) jeweils eine Mehrzahl von lichtempfindlichen Elementen (101) enthalten.
6. Messvorrichtung nach Anspruch 5, ferner aufweisend wenigstens einen Kombinierer (160), der dazu ausgelegt ist, Detektionssignale von lichtempfindlichen Elementen (101), die in einem einzelnen Pixel (111) enthalten sind, zu kombinieren.
7. Messvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, ferner aufweisend wenigstens einen Pulsverkürzer, um ein von einer SPAD generiertes digitales Signal zeitlich zu verkürzen.
8. Messvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Anzahl von lichtempfindlichen Elementen (101), die in einem Pixel (111) enthalten sind, abhängig vom Ort des Pixels (111) innerhalb der Detektionsfläche (110) der Empfangseinrichtung (14) variiert.
9. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei eine Fläche von lichtempfindlichen Elementen, die in einem Pixel (111) enthalten sind, abhängig vom Ort des Pixels (111) innerhalb der Detektionsfläche (110) der Empfangseinrichtung (14) variiert.
10. Messvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Sendeeinrichtung (12) und die Empfangseinrichtung (14) nebeneinander entlang einer Parallaxenachse (113) angeordnet sind und wobei die Anzahl von lichtempfindlichen Elementen (101), die in einem Pixel (111) enthalten sind, abhängig vom Ort entlang der Par- allaxenachse (113) variiert.
11. Messvorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die Anzahl von lichtempfindlichen Elementen (101), die in einem Pixel (111) enthalten sind, in Pixeln (111) nahe der Sendeeinrichtung (12) kleiner ist als in Pixeln (111) entfernt von der Sendeeinrichtung (12).
12. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Anzahl von lichtempfindlichen Elemente (101), die in einem Pixel (111) enthalten sind, in Pixeln (111) nahe dem Zentrum (122) der Detektionsfläche (110) kleiner ist als in Pixeln (111) entfernt von dem Zentrum (122) der Detektionsfläche (110).
13. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Sendeeinrichtung (12) und die Empfangseinrichtung (14) derart ausgelegt sind, dass eine Anzahl von Pixeln (111), die durch von dem Zielobjekt (15) zurücklaufende optische Messstrahlung (16) gleichzeitig beleuchtet werden, in Abhängigkeit von einem Abstand (48) zwischen dem Zielobjekt (15) und der Messvorrichtung (10) variiert.
14. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend eine nicht-automatisch-fokussierende Optik (52), um von dem Zielobjekt zurücklaufende optische Messstrahlung (16) auf die Detektionsfläche (110) zu leiten.
15. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Empfangseinrichtung (14) und die Auswerteeinrichtung (36) dazu ausgelegt sind, dass Detektionssignale einzelner Pixel (111) unabhängig von Detektionssignalen anderer Pixel (111) von der Auswerteeinrichtung (36) ausgewertet werden können.
16. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Empfangseinrichtung (14) und die Auswerteeinrichtung (36) dazu ausgelegt sind, eine Entfernung (48) zwischen der Messvorrichtung (10) und dem Zielobjekt (15) basierend auf einer Auswertung von Detektionssignalen ausschließlich von Pixeln (111) innerhalb einer effektiven Detektionsfläche (170) , auf die Licht der von der Sendeeinrichtung beleuchten Fläche des Zielobjektes zurückgestrahlt wird, zu ermitteln.
17. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ferner aufweisend wenigstens einen Multiplexer (140), der dazu ausgelegt ist, Detektionssignale mehrerer Pixel (111) selektiv an die Auswerteeinrichtung (36) weiterzuleiten.
PCT/EP2010/060523 2009-09-11 2010-07-21 Optischer entfernungsmesser WO2011029651A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10741927.7A EP2475957B2 (de) 2009-09-11 2010-07-21 Optischer entfernungsmesser
RU2012113927/28A RU2538418C2 (ru) 2009-09-11 2010-07-21 Оптический дальномер
US13/395,265 US8773642B2 (en) 2009-09-11 2010-07-21 Optical distance measuring device
CN201080040248.0A CN102549380B (zh) 2009-09-11 2010-07-21 光学距离测量仪
US14/309,462 US9709677B2 (en) 2009-09-11 2014-06-19 Optical distance measuring device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009029364.7 2009-09-11
DE102009029364A DE102009029364A1 (de) 2009-09-11 2009-09-11 Messvorrichtung zur Messung einer Entfernung zwischen der Messvorrichtung und einem Zielobjekt mit Hilfe optischer Messstrahlung

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/395,265 A-371-Of-International US8773642B2 (en) 2009-09-11 2010-07-21 Optical distance measuring device
US14/309,462 Continuation US9709677B2 (en) 2009-09-11 2014-06-19 Optical distance measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011029651A1 true WO2011029651A1 (de) 2011-03-17

Family

ID=43004114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/060523 WO2011029651A1 (de) 2009-09-11 2010-07-21 Optischer entfernungsmesser

Country Status (6)

Country Link
US (2) US8773642B2 (de)
EP (1) EP2475957B2 (de)
CN (1) CN102549380B (de)
DE (1) DE102009029364A1 (de)
RU (1) RU2538418C2 (de)
WO (1) WO2011029651A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636259A (zh) * 2012-04-25 2012-08-15 清华大学 多孔径的光信号探测系统及方法
EP2998700A1 (de) * 2014-09-18 2016-03-23 Hexagon Technology Center GmbH Elektrooptischer Distanzmesser und Distanzmessverfahren
WO2016096201A1 (de) * 2014-12-18 2016-06-23 Robert Bosch Gmbh Wärmebildkamera
FR3048316A1 (fr) * 2016-02-29 2017-09-01 Sagem Defense Securite Dispositif de detection d'un spot laser
EP3282286A1 (de) * 2016-08-08 2018-02-14 Leuze electronic GmbH + Co KG Optischer sensor
WO2018184942A1 (de) * 2017-04-07 2018-10-11 Robert Bosch Gmbh Lidar-vorrichtung und verfahren zum abtasten eines abtastwinkels und zum auswerten eines detektors
EP3859396A1 (de) * 2016-09-20 2021-08-04 Innoviz Technologies Ltd. Lidar-systeme und -verfahren

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2208354A4 (de) 2007-10-10 2010-12-22 Gerard Dirk Smits Bildprojektor mit verfolgung von reflektiertem licht
US9389315B2 (en) 2012-12-19 2016-07-12 Basf Se Detector comprising a transversal optical sensor for detecting a transversal position of a light beam from an object and a longitudinal optical sensor sensing a beam cross-section of the light beam in a sensor region
DE102012223689B3 (de) * 2012-12-19 2014-01-02 Robert Bosch Gmbh Messvorrichtung und Verfahren zur Referenzierung für einen digitalen Laserentfernungsmesser, sowie Laserentfernungsmesser
JP6440696B2 (ja) 2013-06-13 2018-12-19 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つの物体の方位を光学的に検出する検出器
JP2016529474A (ja) * 2013-06-13 2016-09-23 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つの物体を光学的に検出する検出器
US9557856B2 (en) 2013-08-19 2017-01-31 Basf Se Optical detector
US10203399B2 (en) 2013-11-12 2019-02-12 Big Sky Financial Corporation Methods and apparatus for array based LiDAR systems with reduced interference
US9360554B2 (en) 2014-04-11 2016-06-07 Facet Technology Corp. Methods and apparatus for object detection and identification in a multiple detector lidar array
JP6321145B2 (ja) * 2014-05-02 2018-05-09 富士フイルム株式会社 測距装置、測距方法、及び測距プログラム
JP6310784B2 (ja) * 2014-06-23 2018-04-11 鹿島建設株式会社 切羽面監視方法
KR102397527B1 (ko) 2014-07-08 2022-05-13 바스프 에스이 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기
US9377533B2 (en) * 2014-08-11 2016-06-28 Gerard Dirk Smits Three-dimensional triangulation and time-of-flight based tracking systems and methods
US10094927B2 (en) 2014-09-29 2018-10-09 Basf Se Detector for optically determining a position of at least one object
US9823352B2 (en) * 2014-10-31 2017-11-21 Rockwell Automation Safety Ag Absolute distance measurement for time-of-flight sensors
DE102015223675B4 (de) 2014-12-01 2023-09-07 pmdtechnologies ag Lichtlaufzeitsensor für einen optischer Entfernungsmesser
DE102015223674B4 (de) 2014-12-01 2023-09-07 pmdtechnologies ag Lichtlaufzeitsensor für einen optischen Entfernungsmesser
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
US9635231B2 (en) * 2014-12-22 2017-04-25 Google Inc. Time-of-flight camera system and method to improve measurement quality of weak field-of-view signal regions
WO2016120392A1 (en) 2015-01-30 2016-08-04 Trinamix Gmbh Detector for an optical detection of at least one object
US10036801B2 (en) 2015-03-05 2018-07-31 Big Sky Financial Corporation Methods and apparatus for increased precision and improved range in a multiple detector LiDAR array
US10412283B2 (en) 2015-09-14 2019-09-10 Trinamix Gmbh Dual aperture 3D camera and method using differing aperture areas
DE102015116368A1 (de) * 2015-09-28 2017-03-30 Sick Ag Verfahren zur Detektion eines Objekts
EP3168641B1 (de) * 2015-11-11 2020-06-03 Ibeo Automotive Systems GmbH Verfahren und vorrichtung zur optischen distanzmessung
JP6854828B2 (ja) 2015-12-18 2021-04-07 ジェラルド ディルク スミッツ 物体のリアルタイム位置検知
US9866816B2 (en) 2016-03-03 2018-01-09 4D Intellectual Properties, Llc Methods and apparatus for an active pulsed 4D camera for image acquisition and analysis
US11211513B2 (en) 2016-07-29 2021-12-28 Trinamix Gmbh Optical sensor and detector for an optical detection
CN109923372B (zh) 2016-10-25 2021-12-21 特里纳米克斯股份有限公司 采用集成滤波器的红外光学检测器
CN109891265B (zh) 2016-10-25 2023-12-01 特里纳米克斯股份有限公司 用于光学检测至少一个对象的检测器
CN110073243B (zh) 2016-10-31 2023-08-04 杰拉德·迪尔克·施密茨 利用动态体素探测的快速扫描激光雷达
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
US10261183B2 (en) 2016-12-27 2019-04-16 Gerard Dirk Smits Systems and methods for machine perception
DE102017101501B3 (de) * 2017-01-26 2018-01-04 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts in einem Überwachungsbereich
DE102017202353B4 (de) * 2017-02-14 2020-07-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zur ermittlung eines abstands zu einem objekt und entsprechendes verfahren
JP7246322B2 (ja) 2017-05-10 2023-03-27 ジェラルド ディルク スミッツ 走査ミラーシステム及び方法
CN107331723B (zh) * 2017-06-29 2019-09-06 艾普柯微电子（上海）有限公司 感光元件及测距系统
JP2019015697A (ja) * 2017-07-11 2019-01-31 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 距離測定装置及び移動体装置
EP3428574A1 (de) 2017-07-11 2019-01-16 Fondazione Bruno Kessler Vorrichtung zur abstandsmessung und verfahren zur messung des abstands
EP3428683B1 (de) 2017-07-11 2019-08-28 Sick Ag Optoelektronischer sensor und verfahren zur messung einer entfernung
EP3438699A1 (de) * 2017-07-31 2019-02-06 Hexagon Technology Center GmbH Distanzmesser mit spad-anordnung zur berücksichtigung von mehrfachzielen
DE102017213726A1 (de) 2017-08-08 2019-02-14 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung zur Detektion eines Objekts
EP3652555B1 (de) * 2017-08-31 2024-03-06 SZ DJI Technology Co., Ltd. Festkörperlichterfassungs- und entfernungssystem (lidar) und verfahren zur verbesserung der festkörperlichterfassung und entfernungsauflösung (lidar)
DE102017215783A1 (de) * 2017-09-07 2019-03-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Laserentfernungsmessgeräts
DE102017120953A1 (de) 2017-09-11 2019-03-14 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Positionserfassung eines Objekts
US20190093319A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 CNH Industrial America, LLC Automatic grading systems and related methods for performing grading operations
US10591605B2 (en) 2017-10-19 2020-03-17 Gerard Dirk Smits Methods and systems for navigating a vehicle including a novel fiducial marker system
CN108072879A (zh) * 2017-11-22 2018-05-25 深圳市欢创科技有限公司 一种光学测距的方法及装置
US11585902B2 (en) 2017-11-30 2023-02-21 Cepton Technologies, Inc. Optical designs using cylindrical lenses for improved resolution in lidar systems
JP7120756B2 (ja) * 2017-12-05 2022-08-17 シャープ株式会社 受光素子、飛行時間測定装置及び光レーダー装置
US20190285734A1 (en) * 2018-03-14 2019-09-19 Infineon Technologies Ag Detection system with configurable range and field of view
DE102018109544A1 (de) 2018-04-20 2019-10-24 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Abstandsbestimmung
US11002836B2 (en) 2018-05-14 2021-05-11 Rockwell Automation Technologies, Inc. Permutation of measuring capacitors in a time-of-flight sensor
US10996324B2 (en) 2018-05-14 2021-05-04 Rockwell Automation Technologies, Inc. Time of flight system and method using multiple measuring sequences
US10969476B2 (en) 2018-07-10 2021-04-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. High dynamic range for sensing systems and methods
WO2020014902A1 (zh) * 2018-07-18 2020-01-23 深圳市汇顶科技股份有限公司 飞时测距系统及校正方法
EP3608688B1 (de) * 2018-08-09 2021-01-27 OMRON Corporation Entfernungsmessvorrichtung
US10789506B2 (en) * 2018-09-24 2020-09-29 Rockwell Automation Technologies, Inc. Object intrusion detection system and method
CN109188451A (zh) * 2018-10-15 2019-01-11 北京径科技有限公司 一种激光雷达系统
JP2020091117A (ja) * 2018-12-03 2020-06-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測距装置及び測距方法
DE102019107115A1 (de) * 2019-03-20 2020-09-24 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh LIDAR-Vorrichtung für ein Fahrzeug und Verfahren zum Vergrößern der Erfassungsreichweite einer entsprechenden LIDAR-Vorrichtung
US11372320B2 (en) 2020-02-27 2022-06-28 Gerard Dirk Smits High resolution scanning of remote objects with fast sweeping laser beams and signal recovery by twitchy pixel array
DE102020126799A1 (de) 2020-10-13 2022-04-14 Sick Ag Distanzmessung mit einem Lichtlaufzeitverfahren
CN114270208A (zh) * 2020-11-13 2022-04-01 深圳市汇顶科技股份有限公司 飞行时间量测电路及相关系统、电子装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070182949A1 (en) * 2005-12-21 2007-08-09 Cristiano Niclass Method and arrangement for measuring the distance to an object
DE102006013290A1 (de) 2006-03-23 2007-09-27 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur optischen Distanzmessung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung
US7301608B1 (en) * 2005-01-11 2007-11-27 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Photon-counting, non-imaging, direct-detect LADAR

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3832101B2 (ja) † 1998-08-05 2006-10-11 株式会社デンソー 距離測定装置
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
WO2005048319A2 (en) † 2003-11-06 2005-05-26 Yale University Large-area detector
DE102006049935B4 (de) * 2006-10-19 2009-12-17 Ingenieurbüro Spies GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter: Hans Spies, Martin Spies, 86558 Hohenwart) Pulslaufzeitsensor
DE102007003024A1 (de) † 2007-01-20 2008-07-31 Sick Ag Triangulationssensor mit Entfernungsbestimmung aus Lichtfleckposition und -form
US7852463B2 (en) * 2007-08-13 2010-12-14 Honeywell International Inc. Range measurement device
AT506437B1 (de) * 2008-01-31 2011-08-15 Swarovski Optik Kg Beobachtungsgerät mit entfernungsmesser

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7301608B1 (en) * 2005-01-11 2007-11-27 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Photon-counting, non-imaging, direct-detect LADAR
US20070182949A1 (en) * 2005-12-21 2007-08-09 Cristiano Niclass Method and arrangement for measuring the distance to an object
DE102006013290A1 (de) 2006-03-23 2007-09-27 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur optischen Distanzmessung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636259A (zh) * 2012-04-25 2012-08-15 清华大学 多孔径的光信号探测系统及方法
US10006766B2 (en) 2014-09-18 2018-06-26 Hexagon Technology Center Gmbh Electrooptical distance measuring device and distance measuring method
EP2998700A1 (de) * 2014-09-18 2016-03-23 Hexagon Technology Center GmbH Elektrooptischer Distanzmesser und Distanzmessverfahren
EP2998700B1 (de) 2014-09-18 2016-12-07 Hexagon Technology Center GmbH Elektrooptischer Distanzmesser und Distanzmessverfahren
WO2016096201A1 (de) * 2014-12-18 2016-06-23 Robert Bosch Gmbh Wärmebildkamera
IL261253A (en) * 2016-02-29 2018-10-31 Safran Electronics & Defense Laser spot detection device
WO2017148832A1 (fr) * 2016-02-29 2017-09-08 Safran Electronics & Defense Dispositif de détection d'un spot laser
FR3048316A1 (fr) * 2016-02-29 2017-09-01 Sagem Defense Securite Dispositif de detection d'un spot laser
US10670703B2 (en) 2016-02-29 2020-06-02 Safran Electronics & Defense Device for detecting a laser spot
EP3282286A1 (de) * 2016-08-08 2018-02-14 Leuze electronic GmbH + Co KG Optischer sensor
EP3859396A1 (de) * 2016-09-20 2021-08-04 Innoviz Technologies Ltd. Lidar-systeme und -verfahren
WO2018184942A1 (de) * 2017-04-07 2018-10-11 Robert Bosch Gmbh Lidar-vorrichtung und verfahren zum abtasten eines abtastwinkels und zum auswerten eines detektors
CN110476080A (zh) * 2017-04-07 2019-11-19 罗伯特·博世有限公司 用于对扫描角进行扫描并且用于分析处理探测器的激光雷达设备和方法
CN110476080B (zh) * 2017-04-07 2023-12-26 罗伯特·博世有限公司 用于对扫描角进行扫描并且用于分析处理探测器的激光雷达设备和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8773642B2 (en) 2014-07-08
RU2538418C2 (ru) 2015-01-10
RU2012113927A (ru) 2013-10-20
CN102549380A (zh) 2012-07-04
US20150293226A1 (en) 2015-10-15
EP2475957B2 (de) 2018-02-28
US20120262696A1 (en) 2012-10-18
US9709677B2 (en) 2017-07-18
EP2475957A1 (de) 2012-07-18
DE102009029364A1 (de) 2011-03-24
EP2475957B1 (de) 2014-06-18
CN102549380B (zh) 2014-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2475957B1 (de) Optischer entfernungsmesser
EP2686700B1 (de) Messvorrichtung zur messung einer entfernung zwischen der messvorrichtung und einem zielobjekt mit hilfe optischer messstrahlung
EP2475958B1 (de) Optische entfernungsmessvorrichtung
EP2686703B1 (de) Messvorrichtung und messgerät zur mehrdimensionalen vermessung eines zielobjektes
EP2002208B1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung sowie verfahren zum betrieb einer solchen vorrichtung
EP2002281B1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung
EP1405037B1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung über einen grossen messbereich
DE102008019615B4 (de) Optischer Laufzeitsensor zur Raumabtastung
DE102020114938A1 (de) Sender- und empfängerkalibrierung in 1d-abtastlidar
DE102009045323A1 (de) Optisches Entfernungsmessgerät mit Kalibrierungseinrichtung
WO2006024566A1 (de) Vorrichtung verfahren zur optischen distanzmessung
DE102017116492B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Sensors
DE102015100910A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen von Objekten für ein Kraftfahrzeug
WO2018019807A1 (de) Optische anordnung für ein lidar-system, lidar-system und arbeitsvorrichtung
DE102019100929A1 (de) Langstreckendetektor für LIDAR
DE102021130334A1 (de) Optoelektronischer Sensor
DE202016104285U1 (de) Optoelektronischer Sensor zur Erfassung eines Objekts
DE102004029343B4 (de) Zielführungsvorrichtung für ein Fluggerät
WO2015003833A1 (de) Bestimmung eines abstands und eines winkels in bezug auf eine ebene mittels mehrerer entfernungsmessungen
DE102022131518A1 (de) Laserscanner unter Verwendung einer Makroscanstruktur und eines MEMS-Scanspiegels
DE202021106330U1 (de) Optoelektronischer Sensor

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080040248.0

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10741927

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010741927

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 183/DELNP/2012

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012113927

Country of ref document: RU

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13395265

Country of ref document: US