[发明专利]具有接收器链的电光飞行时间测距仪

说明书

具有接收器链的电光飞行时间测距仪。提供根据飞行时间原理的电光测距仪，其具有从所接收到的光脉冲生成数字信号的接收器链，该接收器链包括：光电检测器；第一增益级，特别是跨阻抗放大器或电流模式电子器件，用于将来自光电检测器的与返回光脉冲相关联的输入电流转换成输出电压；滤波器；模数转换器，数字信号提供光脉冲的强度‑时间延迟与电信号的信号形状‑时间延迟之间的明确关系，为此，光电检测器、第一增益级以及模数转换器彼此自适应，使得即使第一增益级示出对光电检测器的输入电流的非线性时不变响应或者明确定义的时不变饱和响应，模数转换器(和滤波器之后的任何其它接收器链部件(若有的话))在其线性工作范围内也仍保持不限幅。

技术领域

本发明涉及根据飞行时间原理的电光测距仪(electro-optic distance meter)。

背景技术

用于确定期望距离的各种原理和方法在光学和/或光电距离测量领域中是已知的。一种方法是朝着待测量目标发射脉冲电磁辐射(例如，激光)，并且随后接收来自该目标(作为反向散射物体)的回波，其中，到待测量目标的距离可以基于脉冲的传播时间来确定。这种脉冲式飞行时间(ToF，即，time-of-flight)测距仪在许多领域中作为标准解决方案随时间而盛行。

使用两种不同的方法来检测返回脉冲。

在所谓的阈值方法中，当入射到所使用的测距仪的检测器上的辐射在结合TIA(Transimpedance Amplifier，跨阻抗放大器)或SPAD或SiPM利用APD(Avalanche PhotoDiode，雪崩光电二极管)或Pin-二极管将光信号转换成电信号之后的强度然后超过特定阈值时，检测到所接收的光脉冲，其中，这通常是借助于比较器级(即，比较器)来实现的。该阈值防止来自背景或电子器件的噪声和干扰信号被不正确地检测为有用信号，即，作为所发射的光脉冲的反向散射光。

阈值方法的一个缺点是，例如，在例如由较大测量距离或较低反射目标造成的弱反向散射脉冲的情况下，如果脉冲强度降低到检测阈值以下(即，低于阈值)，则检测不再可能。

另一缺点是在阈值方法的范围内通常使用的许多已知的时间-数字转换器(time-to-digital converters，TDC)的复杂结构和/或相对于比较器信号的时间确定缺乏精度(即，过低的分辨率)。另外，必须校正所谓的距离走动(range walk)(因过改变的幅值而造成的距离误差/漂移)。

另一种方法是基于反向散射转换脉冲的采样(WFD方法，波形数字化)。因此，在这种情况下检测返回信号，使用具有TIA或SPAD或SiPM的APD/Pin二极管将由检测器获取的辐射转换成电信号，利用ADC对该电信号进行采样，在所采样的范围内标识脉冲，并且最终以较高的精度按时间顺序确定所述脉冲的位置。通过使用与所发送的信号的发射速率或编码序列同步的所接收到的信号的足够数量的采样值和/或总和，在不利的情况下也可以标识有用的信号，以使也可以测量有噪声或经受干扰的更大距离或背景场景。数字相位测量是这种测量方法的亚变体。

在这种所谓的波形数字化方法(WFD方法)中，电子接收器电路的有限线性调制范围也是有问题的。在接近的范围内，信号可以使接收器饱和，使得所接收到的信号的在从光信号转换成电信号之后的形状不再被正确地查明，并且传播时间、往返延迟时间因信号畸变而以不足够的准确度被确定。

因此，目前已知的并且基于脉冲渡越时间/飞行时间原理的测量原理的实质缺点是根据检测阈值进行信号检测的限制或者是接收器电子器件(特别是TIA)的饱和。

另外的缺点是由限制这些影响的期望产生的关于技术组件的要求，举例来说，如大动态范围。