[发明专利]光电测量装置、光电测量方法、计算机可读介质

说明书

光电测量装置、光电测量方法、计算机可读介质。一种用于距离确定和/或位置确定的光电测量装置(1)包括：用于生成第一波长的光学测量辐射(30、36)的辐射源(35、40、75、310)，其中，所述测量辐射(30、36)以定向的方式被发射到自由空间中。辐射源(35、40、75、310)被设计成使得第一波长在1210nm至1400nm之间的范围内，并且所发射的测量辐射(30、36)的功率在时间上和空间上平均为至少14mW。

技术领域

本发明涉及光电测量装置以及光电测量方法。

背景技术

已知光电测量装置具有多种形式，基于光辐射使用该光电测量装置确定距离和/或位置。示例为诸如针对大地或工业测量目的的电子视距仪、全站仪、多站仪、或激光扫描仪的大地测量装置、激光跟踪仪、或手持式电子测距仪或测向仪。这些装置共享如下特征：它们包括用于生成测量辐射的至少一个辐射源和诸如透镜、光导纤维或准直器的光学装置，借助于所述光学装置，所生成的测量辐射可以朝向待测的目标被发射到自由空间，由于该原因，这些装置也被称为所谓的自由射束传感器。例如，待测的目标是自然物体或特别设计用于测量目的的目标(例如，回射器)的表面的点。被照射目标以扩散或定向的方式反射测量辐射，使得测量辐射的至少一部分被反射到测量装置上。测量装置具有光电传感器，该光电传感器被设计用于测量辐射的时间分辨检测和/或位置分辨检测，例如，PIN二极管、CMOS芯片或位置敏感探测器(PSD)。基于检测到的测量辐射确定所需的测量变量，例如，距离值或方向值或2D/3D坐标。在这种情况下，各种测量原理是可用的，例如，相位差测量或运行时间测量(飞行时间TOF)或基于斐索(Fizeau)原理的测量。

光学测量辐射在这种情况下被理解为不仅在光谱的可见光范围内的电磁辐射，而且还被理解为红外光(即，具有大于约700nm的波长的辐射)。已知光电测量装置使用具有405nm、532nm、635nm、650-690nm、780nm和/或785nm、795nm、808-850nm、905nm、1064nm或1545nm和/或1550nm的波长的测量辐射。例如，以下波长用于制造商Leica Geosystems的装置：全站仪TPS1200+660nm和785nm、全站仪TCA2003 850nm、激光扫描仪HDS3000 532nm、激光扫描仪HDS4400905nm、激光扫描仪HDS8800 1545nm、测距仪Disto D5 635nm、激光跟踪仪AT401795nm和机载激光扫描仪ALS80 1064nm。

测量结果的质量和/或所需的测量变量的确定的质量基本上取决于信噪比(SNR)。这进而决定性地取决于所检测到的辐射功率。检测到的高辐射功率有利于能够从噪声和/或从背景辐射中明确和清晰地限定出测量辐射。在这种情况下，所发射的辐射功率越高，检测到的辐射功率(在其他条件一致的情况下)越高。在这种情况下，所发射的辐射功率Pe与检测到的辐射功率Pr的比可以通过所谓的雷达探测距离方程来描述(cf.Jelalian,A.V.:Laser Radar Systems.Artech House,1992,page 6)：

其中，ρ：目标的反射系数，D：测量装置的孔径开口和/或检测透镜的直径；R：到目标的距离，η_atm：大气透射系数，以及ηsys：测量装置和/或其检测光学单元的透射系数。

该方程例示出了如下事实：只有所发射的辐射功率的一小部分被再次接收，即所发射的辐射的大部分被“丢失”而未使用。由于到目标的距离作为该到目标的距离的平方被包括在方程式中，所以最大可实现的测量范围在很大程度上取决于测量辐射的发射功率和/或辐射源的能量。因此，高辐射功率对于相对于非常远的目标的测量是特别有利的。现有技术的测量装置具有相对低的平均辐射功率，然而，在小于1毫瓦到几毫瓦的范围内，例如，在来自Leica Geosystems的全站仪TCR1103的情况下的功率是0.95mW，并且在来自Leica Geosystems的测距仪Disto D5的情况下的功率也小于1mW。