[发明专利]用于多维地测量目标对象的测量装置和测量设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于借助光学测量射线测量在测量装置和目标对象之间的距离的测量装置。本发明尤其是涉及用于多维地测量目标对象的测量装置。

背景技术

市面上常见的激光测距仪通常基于连续测量相位的并且同时混合到较小频率范围中的外差式方法。光源（激光）的强度以及探测器的灵敏度以高频方式带有相对彼此小的频率偏移被调制。由此，形成低频差拍，其相位与测量对象的距离成比例。

在所述方法中，重要的优点是对于在低频信号处理范围中的电子设备的低时间分辨率要求。另一方面，要求时间连续的测量，所述测量通常比在发送器和接收器之间的脉冲循环时间持续地更长。因此需要在发送路径和接收路径之间的良好的光学隔离。

例如由DE 10235562 A1公开了这种激光测距仪。

3D激光扫描仪组合了距离测量和机械扫描仪的功能，机械扫描仪提供了实现在定义的反射角下顺序测距的可能性。该用于距离确定的方法通常是测量脉冲循环时间的方法。短脉冲激光器产生光脉冲，所述光脉冲经由发送路径对准由扫描仪瞄准的测量点。由测量点反向散射的脉冲经由接收路径被成像到快速探测器上。针对所瞄准的测量点确定在脉冲生成和接收之间的光传播时间以及因此确定距离。

3D激光扫描仪的特征尤其是在于，在扫描仪组件内部接收路径的光轴与发送路径的光轴一致（没有视差）。机械偏转单元（扫描仪）仅仅被需要一次并且因此仅仅也必须被对准一次。在发送路径和接收路径之间仅仅存在小的光学隔离要求。因为涉及测量脉冲循环时间的方法，因此另一方面存在对信号处理电子装置的时间分辨力的高要求。

这种激光扫描仪例如在US 5988862或EP 01209441 B1中描述。

发明内容

针对上面描述的测距仪迄今不存在扫描元件。上面提到的两个路径的光学隔离的困难导致必需也在机械扫描单元内分离发送路径和接收路径。

针对发送路径和接收路径的单独的扫描仪单元又必须也针对所有扫描仪位置相互非常好地被对准，使得两个路径的光轴足够好地彼此平行。标定该要求的参数是探测器的大小。

探测器大小同时也确定接收路径的视场，针对良好的信噪比该视场又要尽可能保持得小。因此，在该意义上的理想探测器是大面积传感器阵列，在该大面积传感器阵列上分别仅仅对于信号分析重要的那个区域被激活。

本发明的核心是将大面积的时间分辨性光学传感器与针对发送路径和接收路径分离的光学系统组合，用于基本上按照现有技术构造的角度分辨性激光测距。

这通过用于多维测量对象的装置来实现，其中单个对象点的距离通过光传播时间测量来进行并且光射线顺序地沿着线或者二维地扫描对象的整个待测表面。特征在于：同时在针对发送路径和接收路径的分离的光学系统中使用大面积的时间分辨性光学传感器。

在此，光学传感器尤其是具有带有大量像素的探测面，其中每个像素具有至少一个SPAD（单光子雪崩光电二极管）并且其中大量像素中的每一个与分析装置连接；

这种构型的优点尤其是：

–对通过混合和测量相位的方法的电子信号处理的时间分辨力的要求比类似精度的脉冲传播时间测量的小。  

–在发送路径和接收路径之间（尤其是对于测量相位的方法所需的）光学分离非常好。  

–基于大面积探测器而对发送路径和接收路径的调整要求较小。  

–能够改善信噪比并且由此能够改善作用范围，由此使用带有可选择像素的探测器阵列。  

–通过使用SPAD探测器阵列而节省了费用。

此外，本发明装置具有至少一个下面的优点：

–扩大了测距装置的接收光学系统关于探测器的调整容差；

–减少了对于接收光学系统的要求和复杂度；

–提高了尤其是在测量小距离时的动态范围；

–优化了尤其是在测量大距离时的信噪比；和/或

–减少了集成电路的为分析所需的芯片面积。