[发明专利]光电测距设备

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的光电测距方法，根据权利要求17的前序部分的光电测距设备，以及根据权利要求11的前序部分的用于光电测距的接收电路。

背景技术

从现有技术可以充分了解普通类型的光电测距设备。它们的测距范围是几十米，并且常常是手持设备。它们主要用于建筑测量或者内部修饰，例如，用于房屋的三维测量。测距设备的其它使用领域是测地和工业测量。利用已知的测距设备测距的基本原理基于对由测距设备发且由所瞄准物体反射的电磁辐射的特性随时间的变化的评价。为此，测距设备配备了用于发射强度可调制的辐射的发射机。手持设备主要采用可见波长频谱中的光辐射，以便于测量点的瞄准。光辐射被所瞄准的物体反射，并由测距设备中安装的接收机检测。根据所接收的辐射相比于发射机发射的辐射的时滞来得到与被测物体的距离。

在已知的测距设备中，通常使用用于将所接收的由被测物体反射的辐射变换为电信号的Pin光电二极管或雪崩光电二极管作为检测器。基于相位测量原理确定距离的测距设备是非常普遍的。在这样的设备中，电接收信号直接叠加在雪崩光电二极管上，或者在预放大之后与混合器频率叠加，以给出低频测量信号。对于该低频信号，确定其相位，并将此相位与参考信号的相位进行比较。低频测量信号的测量相位和参考信号的相位之间的差值是与被测物体的距离的量度。

EP-B-0 738 899描述了用于可见光辐射的激光二极管的性能以及相关的测距精度问题。为了改进测距的精度，EP-B-0 738 899提出了利用小于2纳秒的脉冲宽度来调制所发射的激光辐射。该已知设备的调制频率在约50MHz的区域中。例如，在脉冲的脉冲宽度为1纳秒而周期为20纳秒的情况下，在这些已知设备中需要约20毫瓦的脉冲功率，以便实现通常能够确保足够的视觉确定度的1毫瓦的平均功率。还可以利用市场上销售的3毫瓦激光器实现所提出类型的调制，而无需接受与连续3毫瓦工作相比增大的脉冲功率所导致的激光器使用寿命方面的相对较大的牺牲。作为短脉冲和高脉冲功率的结果，实现了激光辐射的短相干长度。这导致由被测瞄准物体的总体粗糙的表面反射的辐射的大致粒状强度分布的降低。该粒状强度分布也被称为斑点，并且影响所能实现的测量精度。

WO 02/16964描述了一种测距方法和设备，该方法和设备基于对由被测瞄准物体反射的光测量辐射的相位测量。向被测物体发送由测量设备发射的经强度调制的光测量辐射，被测物体反射的测量辐射的一部分被设置在测量设备中的接收机检测，并被转换为电测量信号。然后，将该电测量信号与通过对经过已知参考距离的测量光分量进行检测和转换而生成的参考信号进行比较，以便根据相位差来确定测量设备和被测物体之间的距离。提出利用脉冲串调制发射测量辐射，仅在依赖于有效脉冲串时长的时间间隔期间评估接收机的测量信号。

有效脉冲串时间是存在脉冲串信号的时段，然而，在死时间(dead time)期间，在作为发射机的激光器二极管处不存在信号。脉冲串和死时间序列的周期被称为脉冲串周期。脉冲串信号具有占空比，占空比的定义是有效脉冲串时间与脉冲串周期的百分比。因此，脉冲串调制与脉冲调制的区别在于，在测量周期的整个时段上准连续地存在调制信号。在脉冲串调制的情况下，另一方面，仅在测量周期的一部分期间存在调制信号，因此，仅在有效脉冲串时间期间发射脉冲序列。根据上述定义，在脉冲调制的情况下，占空比总是100％，而在脉冲串调制的情况下，该值总是小于100％。例如，可以通过利用方波调制的脉冲串信号实现脉冲串调制。

通过仅在有效脉冲串期间评估接收机的测量信号，可以提高信号/噪声比(S/N)。可以通过最大平均输出功率为1毫瓦的激光器的简化示例来对此进行解释。如果代替在已知设备的情况下发射的具有2.5毫瓦峰值功率的测量辐射，发射峰值功率为25毫瓦、占空比为10％的激光脉冲串，则再次得到1毫瓦的平均激光功率。由于仅在有效脉冲串时段期间评估所接收的信号，所以得到相同的总信号，其中，如果对连续信号求和，该总信号将增加。然而，由于在周期的90％期间不进行评估，所以噪声的90％也能够被抑制。在该简化的示例中，这导致信号/噪声比(S/N)提高了√(10)(即10的平方根)因子。

可以原则上利用仅限于单个峰值的有效脉冲串时长来实现脉冲串调制。然而，便利的是，将有效脉冲串时长选择为，使得所得到的占空比为约5％到约50％，优选地，为约10％到约40％。