[发明专利]具有校准装置的光学距离测量设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于借助光学射线测量在测量装置与目标对象之间距离的一种测量装置。这种测量装置也被称作光学距离测量设备，并可以作为单独的、比如手持的设备或者以另一装置、比如工具来设置。本发明尤其涉及一种光学距离测量设备，其装备有校准装置，以能够通过对真正的距离测量进行校准来提高距离测量仪的测量精确度。

背景技术

已知有如下的光学距离测量设备，其把时间调制的光束在向目标对象的方向上对准，其中应该确定该目标对象到该测量设备的距离。从所朝向的目标对象反射或反向散射的返回的光至少部分地由该测量设备来探测，并用于确定要测量的距离。典型的测量范围在此处于从几厘米至几百米的距离范围处。

由US 2007/0182949 A1公开了一种距离测量设备，其具有用于采用连续调制的光来照射目标对象的光源、具有雪崩光电二极管阵列的固体图像传感器、和用于处理由雪崩光电二极管所输出信号的许多电路，以提供与从该目标对象反射到光电二极管上的光相关的数据。所述电路具有多路复用器，该多路复用器设计用于把雪崩光电二极管所输出的信号在不同分周期在不同的存储装置中累加。

用作光子计数器的雪崩光电二极管在此接收从目标对象返回反射的光以及附加地存在的背景射线，并在其输出上生成相应的电脉冲，其中时间脉冲密度与投射的光功率相关。借助多路复用器装置来进行雪崩光电二极管脉冲的读出。其可以与用作光源的激光器的调制相同步地被运行，使得雪崩光电二极管的脉冲根据相应探测事件、也即比如在雪崩光电二极管中所吸收光子的时间点来递增不同的数字计数器。光源调制照射该目标对象所用的一个时间周期在此被划分为许多子周期。与子周期数量相对应数量的数字计数器被提供，其中在每个子周期期间对应于在子周期期间所接收的探测脉冲来相应地递增相应被分配的数字计数器。这样就可以在测量时间上来累加探测事件。一个单个的周期比如可以具有纳秒范围内的时长，而整个测量时间就可以包含有许多这种周期并且比如持续几个毫秒或几秒。通过测量事件在数字计数器中的累加，可以记录与子周期内探测事件的时间发生有关的一类探测事件直方图。一旦在数字计数器的计数状态中以足够的统计精度进行由光源所发射的经调制的光的加标记的调制，那么就可以通过相位分析来推断在发送和探测之间光的传播时间，并从而推断在该距离测量设备与目标对象的距离。这种激光距离测量原理通常作为比如利用激光束强度连续或脉冲调制的术语“Time of Flight Ranging，飞行时间测距”而已知。

以这种方式工作的分析装置也被称作所谓的“装仓构架（Binning -Architektur）”，其中通过该分析装置与一个参照相同步地记录探测信号，也即关于所采用的调制测量光的周期性而把其时间出现进行相应的累加，该分析装置在距离测量设备中对光敏探测器的探测信号进行接收和分析。这种装仓构架比如可以利用一种延迟锁定延迟链（DLL）来实现。

要注意的是，比如以上述方式基于光子计数器、多路复用器装置和装仓构架而工作的距离测量设备不能提供总是满意的测量精确度。

发明内容

因此可能需要一种距离测量设备，其中改善了测量精确度并尤其改善了测量精确度的可靠性。

这种需求可以利用根据权利要求1所述的一种测量装置来满足。该测量装置的其他扩展在从属权利要求中被说明。

所推荐的测量装置的观点可以认为是基于以下的知识和想法：

比如在上述的距离测量设备中会把以下识别为测量误差以及测量不精确的原因：即测量结果可能受子周期时间长度的强烈影响，其中所调制的测量光的整个周期被划分为所述的子周期，并在子周期期间通过递增所分配的计数器来累加其探测信号。尤其当长度差随机建立并且是未知的时，那么子周期的不同长度可能作用为系统所决定的误差源，并在确定要测量的距离时引起系统误差。这种系统误差原则上与噪声导致的误差不同，因为其不能通过较长的测量时间而缩小，而是通常仅借助该距离测量设备的更精确的校准而缩小。

从而本发明推荐了一种距离测量设备，其附加地具有一个校准装置，借助该校准装置能够以有利的方式来校准该测量设备。

所推荐的用于光学距离测量的测量装置在此具有发送装置以向目标对象发送周期调制的光学测量射线，具有接收装置用于探测从目标对象返回的光学测量射线，以及具有分析装置以接收并分析该接收装置的探测信号。另外该测量装置还具有校准装置以校准该测量装置，该校准装置设计用于根据对与该发送装置所发送的调制测量射线不相关的不相关射线的探测来校准该测量装置、并尤其校准该测量装置的分析装置。