[发明专利]用于确定与物体的距离的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定与物体的距离的方法，包括以下步骤：

-通过光发射器发射发射光束，

-通过光接收器接收接收光束，其中接收光束作为发射光束在物体处的反射结果而出现，以及

-基于发射和接收光束的传播时间确定距离，

-其中以矩形波形调制信号对发射光束进行幅度调制，以及

-其中调制信号具有在多个组中出现的多个矩形脉冲。

本发明另外地涉及用于确定与物体的距离的装置，包括：光发射器，用于发射发射光束；光接收器，用于接收接收光束，其中接收光束作为发射光束在物体处的反射结果而出现；以及估计单元，用于基于发射和接收光束的传播时间确定物体的距离，其中以矩形波形调制信号对发射光束进行幅度调制，且其中所述调制信号具有在多个组中出现的多个矩形脉冲。

背景技术

从DE 40 27 990 C1已知该类型的方法和装置。

本发明特别地涉及所谓的激光扫描器，该激光扫描器被设计为三维地测量空间区域和/或物体。例如在DE 103 61 870A1中描述了这种激光扫描器。该已知的激光扫描器具有可以围绕垂直轴旋转的测量头。该测量头包含可以围绕水平轴旋转的转子。转子发射发射光束并接收从物体反射的接收光束。(本发明含义内的反射不一定需要是全反射，而是还可以是发射的光束的漫反射或散射)。根据发射光束和接收光束的传播时间确定测量头和物体之间的距离。转子和测量头的旋转使得有可能以360°的方位角和约270°的仰角移动发射光束。以这种方式，有可能测量已知激光扫描器周围的实际整个空间。针对这种激光扫描器的典型应用例如是建筑物(内部和/或外部)、隧道的测量，或者诸如船体的大物体的测量。

可以以各种方式确定发射和接收光束的传播时间。在原理上，在脉冲传播时间方法和CW(连续波)方法之间有区别。在脉冲传播时间方法中，发射光束针对每个测量操作仅包含短发射脉冲。测量直到反射的脉冲到达接收器的时间。在CW方法中，发射(至少基本上)连续的发射光束，且基于发射和接收光束之间的相移确定传播时间。在这种情况下，一般借助于调制信号对发射光束进行幅度调制，且发射和接收的光束中的调制信号的相移用于确定传播时间。调制频率越高，则在此可以越准确地确定距离。然而，随着调制频率增加，明确性(unambiguity)范围减小；这是因为在360°的相位周期后，发射和接收光束之间的相移重复。

因此导言中引用的DE 40 27 990 C1提出了根据CW方法的具有调制的发射光束的距离测量装置，其中以矩形波形调制信号对发射光束进行幅度调制，该矩形波形调制信号具有第一相对高的调制频率，且其中在特定数目的调制信号周期之后，中断所述发射光束相对长的时间段。该中断可以被理解为幅度调制，其中第二调制信号具有第二较低的调制频率。换句话说，以第一较高的和第二较低的调制频率对在这种情况下的发射光束进行幅度调制，其中两个不同的调制频率确定明确性范围。后者显著地大于当仅使用一个调制频率时。

在DE 43 03 804 A1中，就在整个信号周期的持续时间范围内平均的发射光强度被以第二较低的调制频率的幅度调制减小来说，根据DE 40 27 990 C1的方法被认为是不利的。据说这导致信号/噪声比的减小且因此具有如下效果：不再可以测量具有低反射率的物体。为了避免该不利，DE 43 03 804 A1提出以第一较高和第二较低的调制频率交替地调制发射光束，也就是说，在每个情况下，在每个时间间隔中仅以两个调制频率中的一个来调制发射光束。然而，由于每个物体需要测量两次，所以该方法导致延长的测量时间。由于然后仅可以相对慢地旋转发射光束，因此特别是在激光扫描器的情况下，该较高的测量时间是不利的。

发明内容

针对该背景，本发明的目的是详细说明导言中提及类型的方法和装置，其中可用的光功率被最佳地利用以获得大信号/噪声比，且该方法和装置还提供高测量准确度以及大明确性范围。

根据本发明的一方面，通过导言中提及类型的方法和装置实现该目的，其中矩形脉冲组以相对于彼此变化的时间间隔出现且具有变化数目的矩形脉冲。