[发明专利]具有高信号动态的测距设备及与其匹配的参考光路径

说明书

具有高信号动态的测距设备及与其匹配的参考光路径。用于执行到对象的距离测量的测量仪器(1)，其具有光发射器通道、光接收通道、参考光路径(6)以及评估装置，其中光发射器通道包括发射器单元(7)和光出口元件(20)，光接收通道包括光入口元件(18)和接收单元(17)。测量仪器(1)有助于通过测量光路径(5)到对象并再次返回和通过参考光路径(6)的距离测量。衰减装置(11)使得在参考光路径中获得期望的信号衰减。参考光路径(6)被布局成使得在通过光出口元件(20)之前接收激光测量辐射，将所述激光辐射引导至衰减装置(11)而不与环境接触，并且穿过光入口元件(18)将衰减部分发送至接收单元(17)。

技术领域

本发明涉及具有测距模块的测量仪器，更具体地是视距仪、经纬仪、激光扫描器、轮廓仪或激光跟踪仪，该测距模块包括具有发射器单元的光发射器通道以及具有接收单元的光接收通道。在发射器通道与接收通道之间形成用于激光测量辐射的测量光路径，其中，接收单元使得可以捕获具有不同信号强度的测量信号。通过捕获在参考光路径上引导的激光测量辐射来确定渡越时间(times-of-flight)中的系统误差，这些误差尤其取决于各信号强度。使用所确定的系统误差来改进测得的原始距离值。

背景技术

所接收的关于在测量光路径上引导引导的激光测量辐射的信号的强度首先通过要覆盖的距离范围并其次通过待测量的对象表面的不同反射率来设置。尤其是具有镜面或发光表面的对象在测距模块的接收单元处会根据光学测量射束的入射角产生非常不同的信号幅度。

存在覆盖待确定的较大距离范围的应用，从小于1m到大于几千米，其中，对具有明显较少反向散射的强烈漫散射光的目标对象以及具有后向反射和较高光学质量以及相应的高强度反向辐射的棱镜目标对象进行测量。这里，反向反射和随后接收的信号的信号强度是非常不同的。变化通常超过五个数量级。在该过程中，先前的接收电子设备仅覆盖10位的幅度范围。因为较低动态范围中的信噪比低，所以那里的信号通常保持非使用状态。然后，例如，所采用的信号动态仍然覆盖七个位。

测距单元具有多种系统误差，这会使测量结果失真。一些误差源取决于信号幅度，例如，可调衰减单元中的有效传输时间或者接收单元中的信号失真。通常，精确的测距单元包括参考信号路径或参考光路径，在必要时为了确定参考光渡越时间的目的而在参考信号路径或参考光路径上引导引导参考信号。由于该参考信号通过精确限定的路径，因此可以捕获和补偿或校正例如测距模块中取决于信号幅度的渡越时间中的误差。

对于补偿或校正，重要的是所接收的参考信号没有干扰。此外，测量光路径和参考光路径的信号动态应该尽可能相似。然而，在现有技术中已知的解决方案中，用于距离值的测量信号的动态通常大于可以沿参考光路径获得的信号动态，因此，不能足够好地补偿与参考光路径的信号动态之外的测量信号相关的测量值的与系统信号强度有关的测量误差。

DE 10 2010 032 724 A1描述了一种实现为具有旋转偏转镜的激光扫描器的测量仪器，其中，通过在测量仪器的横梁处的反射来产生参考光路径。这里，旋转镜在距测量仪器一定距离处的待测区域上方以及在带有偏转镜的测量仪器的支座的横梁上方都移动测量射束，使得在镜子的各个旋转期间，除了用于距离值的测量信号之外，还可以确定与从镜子到横梁的固定距离有关的测量信号。为了能够借助于参考测量来捕获取决于信号强度的测量误差，利用棱镜的不同已知亮度在横梁处进行反射。

使用通过在参考光路径上的测量而针对不同的信号强度确定的补偿值来根据各信号强度校正距测量仪器一定距离处的区域的距离值。然而，由于棱镜的高反射率，限制了可以通过在横梁处的棱镜处的反射获得的衰减，因此通常不可能获得足够大的信号动态。因此，在较小信号强度的情况下不可能补偿距离测量误差。

此外，在现有技术的布置中，尤其是在具有反射性外部参考目标的参考光路径的情况下，例如在具有旋转镜的激光扫描器的横梁处沿最低点方向布置，寄生(parasitic)杂散光可能耦合到参考路径中，其中，由于多次反射，杂散光可能具有不同的渡越时间。因此使参考信号的渡越时间失真。