專(zhuān)利名稱(chēng)：用于確定距離的裝置和方法
用于確定距離的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定距離的裝置和方法。本發(fā)明意義上的用于確 定距離的裝置和方法基于這樣的原理，即發(fā)送光脈沖并且測(cè)量在光脈沖的 發(fā)送開(kāi)始和該光脈沖的被一個(gè)目標(biāo)反射的部分的到達(dá)之間的傳播時(shí)間。到 反射目標(biāo)的距離在此作為所測(cè)量的傳輸時(shí)間和光速乘積的一半而得到。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于確定距離的裝置利用了用于發(fā)送光脈沖的發(fā) 射單元、具有至少一個(gè)光電元件的接收器矩陣以及控制單元，該控制單元 與該發(fā)射單元和該接收器矩陣相連接并且控制它們。該發(fā)射單元被構(gòu)造用 于，在向該發(fā)射單元的第 一控制輸入端施加一個(gè)觸發(fā)信號(hào)時(shí)發(fā)送一個(gè)光脈 沖，其中光脈沖的光可來(lái)自可見(jiàn)頻鐠或者其它的電磁輻射頻鐠區(qū)。在紅外 頻率區(qū)的不可見(jiàn)光例如適于在用于確定距離的裝置中的應(yīng)用。
接收器矩陣具有提供輸出信號(hào)的測(cè)量輸出端。該輸出信號(hào)由測(cè)量信號(hào) 導(dǎo)出，該測(cè)量信號(hào)由接收器矩陣的至少一個(gè)光電元件才艮據(jù)/^射到其上的光 來(lái)產(chǎn)生。有利地，發(fā)射單元和接收器矩陣被這樣選擇，使得接收器矩陣的 光電元件對(duì)由發(fā)射單元發(fā)送的光脈沖的波長(zhǎng)的光>^應(yīng)特別強(qiáng)，這樣由接收
器矩陣輸出的輸出信號(hào)具有與具有該波長(zhǎng)的、^L接收的光的強(qiáng)度特別強(qiáng)的 相關(guān)性。
由W0 99/34235公開(kāi)了一種用于攝取三維距離圖像的方法和裝置，其 按照所謂的時(shí)間-飛行-方法所描述的基本原理工作。在此，確定持續(xù)時(shí)間 的光脈沖^L送并且同時(shí)與此相聯(lián)系，即通過(guò)光脈沖的發(fā)送的確定的持續(xù) 時(shí)間向上積分(累加積分)出光電元件的光電流。光電流的積分也同時(shí)隨 光脈沖的發(fā)送的結(jié)束而結(jié)束。因?yàn)閺腗送的光脈沖的^L^射的部分到達(dá) 光電元件的時(shí)刻起該光電元件輸出明顯更高的光電流并且該光電流被積 分直至光脈沖的發(fā)送結(jié)束，所以積分器狀態(tài)在測(cè)量周期結(jié)束時(shí)得知關(guān)于被 反射的光脈沖以多少延遲到達(dá)光電元件，并且得知至應(yīng)一射的目標(biāo)的距離多 大。
即總是所接收的、所發(fā)射的光脈沖的^L^射的部分對(duì)積分器狀態(tài)起作 用，因?yàn)樵诜瓷涞墓饷}沖完全入射到光電元件上之前積分時(shí)間結(jié)束。在目 標(biāo)和光電元件之間的距離越短，在此被接收的、被發(fā)送的光脈沖的祐^^射 的部分的由光電元件檢測(cè)并積分的第一區(qū)段就越大。按照飛行時(shí)間方法的 距離測(cè)量因此主要基于，將被接收的、被發(fā)送的光脈沖的被反射的部分的 僅僅一個(gè)部分區(qū)段進(jìn)行向上積分。為了改善測(cè)量精度，在上述的引用文獻(xiàn)中還建議，附加地進(jìn)行暗電流和環(huán)境光(Background)的測(cè)量，其中沒(méi)有光脈沖被發(fā)送并且由此積分結(jié) 果在測(cè)量周期上僅僅重現(xiàn)由環(huán)境光引起的光電流部分。為了使得測(cè)量結(jié)果 附加地也不與反射目標(biāo)的反射系數(shù)相關(guān)，進(jìn)行具有不同的長(zhǎng)度的積分時(shí)間 的兩個(gè)測(cè)量，并且將各個(gè)測(cè)量結(jié)果通過(guò)減法和商進(jìn)4亍標(biāo)準(zhǔn)化。所有已知的通過(guò)測(cè)量光脈沖的傳輸時(shí)間的用于確定距離的方法具有的 缺點(diǎn)是，被發(fā)送的光脈沖的被反射的部分的強(qiáng)度隨著至反射目標(biāo)的距離成 平方地下降。由此使得所^巨離確定的信噪比隨著至反射目標(biāo)的距離的增 大而變壞。該已知的用于確定距離的方法另一個(gè)缺點(diǎn)在于，對(duì)于該距離確 定原則上只有被反射的光脈沖的一部分被積分，其中該被積分的部分的大 小與光脈沖的傳輸時(shí)間相關(guān)。由此，測(cè)量的信噪比附加變壞，因?yàn)樵诤愣?的噪聲信號(hào)的對(duì)面是更小的、被積分的有用信號(hào)。本發(fā)明通過(guò)這樣的裝置來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，它具有-一個(gè)用于發(fā)送光脈沖的發(fā)射單元，該光脈沖具有預(yù)給定的脈沖持續(xù) 時(shí)間，以前面的上升沿開(kāi)始并且以后面的下降沿結(jié)束，其中發(fā)射單元有一 個(gè)第一控制輸入端可用并且被構(gòu)造來(lái)在對(duì)該第一控制輸入端施加一個(gè)發(fā) 送開(kāi)始信號(hào)時(shí)發(fā)送一個(gè)預(yù)給定持續(xù)時(shí)間的光脈沖，-一個(gè)具有至少一個(gè)光電元件的接收器矩陣，其中接收器矩陣具有用 于輸出信號(hào)的測(cè)量輸出端并且被構(gòu)造來(lái)輸出 一個(gè)由光電元件根據(jù)在該光 電元件上入射的光所產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)導(dǎo)出的輸出信號(hào)，和一一個(gè)控制單元，該控制單元與該發(fā)射單元和該接收器矩陣相連接并 且被構(gòu)造來(lái)產(chǎn)生發(fā)送開(kāi)始信號(hào)和將其向發(fā)射單元輸出，并且將輸出信號(hào)從 接收器矩陣接受并進(jìn)行求值，其特征在于，它具有兩個(gè)積分器，它們或者都與同一個(gè)光電元件相連 接，或者與兩個(gè)分離的光電元件相連接，這兩個(gè)分離的光電元件被這樣設(shè) 置并且構(gòu)造，使得兩個(gè)光電元件檢測(cè)同一個(gè)祐反射的光脈沖。接收器矩陣 在此可利用一個(gè)用于一個(gè)積分器控制信號(hào)的第二控制輸入端，通過(guò)該積分 器控制信號(hào)這兩個(gè)積分器可彼此不相關(guān)地被激活。這些積分器分別被構(gòu)造 來(lái)將由相應(yīng)的光電元件根據(jù)入射到其上的光來(lái)產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)在一個(gè)通
過(guò)該積分器控制信號(hào)所預(yù)給定的積分時(shí)間上進(jìn)行積分，及由此產(chǎn)生一個(gè)積 分器狀態(tài)并將該積分器狀態(tài)作為輸出信號(hào)輸出。此外，控制單元被構(gòu)造來(lái) 借助光脈沖的發(fā)送和積分器的對(duì)應(yīng)于該,皮發(fā)送的光脈沖的積分器狀態(tài)的 求值形成距離值。為了確定距離值，該控制單元首先引起一個(gè)預(yù)給定脈沖持續(xù)時(shí)間的光 脈沖并且以不同的時(shí)間延遲啟動(dòng)第 一和第二積分器。在第 一積分時(shí)間開(kāi)始 時(shí)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)與積分器控制信號(hào)之間的時(shí)間流逝以下也稱(chēng)作等待時(shí)期。 在其相應(yīng)的積分時(shí)間上積分器將測(cè)量信號(hào)積分并且這樣形成兩個(gè)可能相等的、然而通常不同的積分器狀態(tài)。積分器狀態(tài)與^L^射的光脈沖的傳播 時(shí)間以及對(duì)積分器的開(kāi)始和相應(yīng)的積分時(shí)間的相應(yīng)時(shí)間延遲有關(guān)。該控制 單元分別直接從兩個(gè)積分器狀態(tài)中形成距離信號(hào)(并且因此與例如在DE 101 53 742公開(kāi)的教導(dǎo)不同)。積分器控制信號(hào)例如是積分器開(kāi)始信號(hào)或者積分器停止信號(hào)，利用積 分器控制信號(hào)開(kāi)始或者停止相應(yīng)的積分器。因此，在積分器開(kāi)始信號(hào)與積 分器停止信號(hào)之間對(duì)積分器流逝相應(yīng)的積分時(shí)間。積分控制信號(hào)也可以是 積分器接通信號(hào)，接通(激活)相應(yīng)的積分器持續(xù)積分器接通信號(hào)的持續(xù) 時(shí)間，使得相應(yīng)的積分器接通時(shí)間的持續(xù)時(shí)間與相應(yīng)的積分時(shí)間相應(yīng)。本發(fā)明具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即為了采集^Jl射的光脈沖設(shè)置有兩個(gè)可相 互獨(dú)立控制的積分器，使得積分器特別是可以在時(shí)間上相繼地開(kāi)始，由此 更大量的被反射的光脈沖4^P落入兩個(gè)積分器的累加的積分時(shí)間中。對(duì)距 離測(cè)量重要的是，每個(gè)積分器具有積分時(shí)間，該積分時(shí)間最大與光脈沖的 脈沖寬度相應(yīng)，使得用積分器必須可以只采集*1射的光脈沖的前面或者 后面的部分，以便獲得距離信息。相應(yīng)地，利用積分器可以只采集被反射 的光脈沖的能量的一部分。兩個(gè)具有不同積分時(shí)間的積分器，這兩個(gè)分別模糊并且因此可以比所發(fā)送的光脈沖更長(zhǎng))可以集中地釆集被反射的光脈 沖的全部能量。在短距離和M射的光脈沖的相應(yīng)短的傳播時(shí)間的情況 下，首先開(kāi)始的積分器采集能量的更大的部分，而在光脈沖的更長(zhǎng)的傳播 時(shí)間的情況下，稍后開(kāi)始的和稍后結(jié)束積分的積分器采集^L^射的光脈沖 能量的更大部分。這在兩重意義上提高了距離測(cè)量的精度測(cè)量誤差確定 并且潛在很小數(shù)量的被采集的光子被最佳地使用。優(yōu)選地，兩個(gè)積分器的積分時(shí)間等長(zhǎng)和在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施變形方 案中與所發(fā)送的光脈沖的脈沖寬度相應(yīng)。同樣，當(dāng)在第一積分器的積分時(shí) 間結(jié)束時(shí)開(kāi)始第二積分器的積分時(shí)間時(shí)，這是優(yōu)選的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施 變形方案中，在發(fā)送光脈沖同時(shí)開(kāi)始第 一積分器的積分時(shí)間并且光脈沖的 脈沖寬度與光脈沖到最遠(yuǎn)的采集目標(biāo)的傳播時(shí)間相應(yīng)。在這樣的情況下等 待持續(xù)時(shí)間等于零。除了優(yōu)選的變形方案之外，根據(jù)該變形方案這兩個(gè)積分時(shí)間直接接 著，也可能的是兩個(gè)積分器的積分時(shí)間重疊或者兩個(gè)積分時(shí)間之間存在時(shí) 隙。只要已知重疊的時(shí)間或者時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間，則在這兩種情況下在本發(fā) 明的意義下多巨離測(cè)量是可能的。積分器了解至少兩個(gè)工作狀態(tài)，可通過(guò)積分控制信號(hào)來(lái)選擇工作狀 態(tài)。在第一工作狀態(tài)中積分器積分施加在輸入端上的輸入信號(hào)一段時(shí)間 (積分時(shí)間)，在其它工作狀態(tài)中積分器存儲(chǔ)通過(guò)輸入信號(hào)的積分形成的積分器狀態(tài)。此外，可以通it^目應(yīng)的積分控制信號(hào)來(lái)復(fù)位或者輸出積分器 的積分器狀態(tài)。積分器例如可以是電容器，該電容器對(duì)相應(yīng)的積分時(shí)間的持續(xù)時(shí)間與 光電元件相連。在相應(yīng)的積分時(shí)間之外，相應(yīng)的電容的電荷可以傳輸?shù)椒?配給相應(yīng)電容器的蓄電池上，在該蓄電池中經(jīng)過(guò)多個(gè)測(cè)量循環(huán)收集相應(yīng)電 容器的電荷，以便以?xún)?yōu)選的方式經(jīng)過(guò)多個(gè)測(cè)量循環(huán)通it^巨離測(cè)量能夠?qū)崿F(xiàn) 更到的測(cè)量精度。蓄電池也可以是電容器，該電容器可以具有比相應(yīng)用作 積分器的電容更大的電容。為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)積分器，必須兩個(gè)蓄電池，結(jié)果 在本發(fā)明的意義上兩個(gè)蓄電池同樣起積分器的作用。甚至，如果積分時(shí)間 不重疊，使得唯一的電容器在第 一積分時(shí)間結(jié)束之后將其電荷傳輸?shù)降谝?蓄電池并且接著在第二積分時(shí)間之后將其電荷傳輸?shù)降诙铍姵?，可能?過(guò)唯一的電容器將兩個(gè)蓄電池與光電元件相連。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明設(shè)置兩個(gè)積分器的方式，有光電元件輸出的測(cè)量信號(hào) 的連續(xù)積分通過(guò)兩個(gè)積分器中的一個(gè)是可能的，而其它積分器正好處于存 儲(chǔ)的工作狀態(tài)中。由此，根據(jù)本發(fā)明的裝置也是新的且有利的用于距離測(cè) 量的方法的基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)形成了本發(fā)明的第二方面。根據(jù)本發(fā)明的裝置的有利的變形方案是從屬權(quán)利要求的主題并且在 下面被闡述。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施變形方案中，光電元件是矩形的、優(yōu)選是方形的 并且具有l(wèi)OOpm到300nm之間的邊長(zhǎng)、特別是200,的邊長(zhǎng)。具有這樣 大的邊長(zhǎng)的光電元件由于大的面而具有對(duì)射光特別大的敏感度并且因此
產(chǎn)生了特別大的光電流，該光電流是具有改進(jìn)的信噪比(Signalrauchabstand)和由此具有降低的測(cè)量誤差的距離確定的前提。特別優(yōu)選地，接收器矩陣具有多個(gè)光電元件和對(duì)每個(gè)光電元件具有第 一和第二積分器，其中光電元件設(shè)置成二維場(chǎng)。所有具有這種帶有多個(gè)光 電元件的接收器矩陣的實(shí)施變形方案具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即不僅產(chǎn)生單個(gè)距 離值而且產(chǎn)生距離值的二維場(chǎng)，該二維場(chǎng)為一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)Jt的目標(biāo)的三 維圖。為了簡(jiǎn)化單個(gè)的光電元件的控制，在此優(yōu)選施加在第二控制輸入端 上的積分器控制信號(hào)被同時(shí)給所有第一和第二積分器，使得對(duì)控制積分和 存儲(chǔ)的工作狀態(tài)并不需要單獨(dú)選擇單個(gè)積分器，而是以?xún)蓚€(gè)優(yōu)選彼此獨(dú)立的組來(lái)控制。結(jié)合實(shí)施變形方案，當(dāng)光電元件分別與電容比較小的電容器相連時(shí)，這是特別有利的，電容器通it^自應(yīng)的積分控制好交替地在相應(yīng)第 一和第二積分時(shí)間結(jié)束之后與電容大于蓄電池和相應(yīng)第一和第二積分器的第一和第二電容器相連，以《更將相應(yīng)的在第一積分時(shí)間期間聚集的電荷 傳輸?shù)降?一蓄電池而將在第二積分時(shí)間期間聚集的電荷傳輸給第二蓄電根據(jù)本發(fā)明的裝置可以具有光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在接收器矩陣 之前并且構(gòu)造為，將由發(fā)射單元發(fā)送的類(lèi)型的光投影到接收器矩陣上。這 種光學(xué)系統(tǒng)例如提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即由光學(xué)系統(tǒng)所反射的光可以聚集和 聚焦成盡最大可能清晰的圖像地投影到比光學(xué)系統(tǒng)的直徑小的接收器矩 陣上，使得提高入射到單個(gè)光電元件上的光的強(qiáng)度。按照根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施變形方案，發(fā)射單元構(gòu)造 為，發(fā)送紅外光。紅外光提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即其對(duì)人是不可見(jiàn)的，使得 可以使用本發(fā)明，由于所發(fā)送的光脈沖不會(huì)使人受干擾，并且可被傳統(tǒng)的 光學(xué)系統(tǒng)和接收器矩陣亳無(wú)問(wèn)題地處理。發(fā)射單元優(yōu)選地構(gòu)造為，發(fā)射不同強(qiáng)度的光脈沖，其中通過(guò)施加在第 一控制輸入端上的發(fā)送開(kāi)始信號(hào)可預(yù)給定強(qiáng)度。本發(fā)明的實(shí)施變形方案能 夠?qū)嵤┡c相應(yīng)條件匹配的距離確定，使得例如在具有比較多的背景光的環(huán) 境中可以使用比具有少的或者沒(méi)有背景光的環(huán)境更大強(qiáng)度的光脈沖。在用于距離確定的裝置的所有實(shí)施變形方案中，控制單元可以具有計(jì) 時(shí)器，該計(jì)時(shí)器構(gòu)造為，向控制單元顯示由控制單元預(yù)給定的時(shí)期的過(guò)去 時(shí)間。計(jì)時(shí)器的設(shè)置也能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)施用于距離確定的復(fù)雜測(cè)量過(guò)程。在具有計(jì)時(shí)器的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施變形方案中，控制單元構(gòu)造為， 以第一活動(dòng)時(shí)期預(yù)給定的積分時(shí)間實(shí)施測(cè)量循環(huán)并且在此通過(guò)發(fā)射相應(yīng) 的積分器控制信號(hào)首先激活第一積分器而在第一活動(dòng)時(shí)期的第一過(guò)去時(shí) 間之后去激活第一積分器并且激活第二積分器。第一和第二積分器的順序 的激活形成了多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施變形方案的基礎(chǔ)，該裝置能夠 實(shí)施用于確定距離的減小誤差的測(cè)量。關(guān)于后面所述的實(shí)施變形方案，控制的單元優(yōu)選構(gòu)造為，在實(shí)施測(cè)量 循環(huán)期間在第一活動(dòng)時(shí)期的第二從第一活動(dòng)時(shí)期的第一過(guò)去時(shí)間的時(shí)刻 起被測(cè)量的過(guò)去時(shí)間之后去激活第二積分器。這兩個(gè)因此彼此直接跟隨的 積分時(shí)間等長(zhǎng)并且在第 一活動(dòng)時(shí)期的持續(xù)時(shí)間方面相應(yīng)。光脈沖的脈沖寬 度也可以與活動(dòng)時(shí)期的持續(xù)時(shí)間相應(yīng)并且由此與兩個(gè)積分時(shí)間相應(yīng)。由計(jì) 時(shí)器預(yù)給定的第 一活動(dòng)時(shí)期因此不僅可以確定光脈沖的脈沖寬度而且可 以確定關(guān)于其持續(xù)時(shí)間的兩個(gè)積分積分時(shí)間。在一個(gè)與此獨(dú)立的優(yōu)選實(shí)施變形方案中，控制單元構(gòu)造為，激活發(fā)射 單元持續(xù)第一活動(dòng)時(shí)期的第一過(guò)去時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，即在首先開(kāi)始的積分 器的整個(gè)積分時(shí)間期間發(fā)送光脈沖。在此意義上，當(dāng)控制單元構(gòu)造為在實(shí)施測(cè)量循環(huán)期間通it4l射發(fā)送開(kāi) 始信號(hào)和積分器開(kāi)始信號(hào)來(lái)同時(shí)激活發(fā)射單元和第一積分器，這是有利 的。因此，通itJL射單元不早于第一積分器被激活而是使光脈沖的發(fā)送的 開(kāi)始與的第一積分時(shí)間的開(kāi)始相一致的方式，在實(shí)施測(cè)量循環(huán)時(shí)可以避免 在激活第一積分器時(shí)，由發(fā)射單元發(fā)送的光脈沖已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一段并且積分 器可能并未采集被反射的光脈沖的第一部分。因此，從中得到的第一積分 器的積分器狀態(tài)未被讀出，是光脈沖的前面部分還是光脈沖的后面部分， 光脈沖未被第一積分器采集。由此，不可能確定距目標(biāo)的距離，該目標(biāo)處 于比該段更小的距離中。特別優(yōu)選地，控制單元構(gòu)造為，實(shí)施多個(gè)測(cè)量循環(huán)，其中第一積分器 和第二積分器構(gòu)造為，存儲(chǔ)測(cè)量循環(huán)之間的它們的相應(yīng)積分器狀態(tài)并且因此對(duì)測(cè)量信號(hào)積分多個(gè)測(cè)量循環(huán)，以及控制單元構(gòu)造為在實(shí)施多個(gè)測(cè)量循 環(huán)之后接收并且分析相應(yīng)由第一積分器和第二積分器輸出的輸出信號(hào)。在 相應(yīng)循環(huán)期間分別進(jìn)行才艮據(jù)入射到相應(yīng)光電元件上的光產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào) 的積分和在相應(yīng)的積分時(shí)間結(jié)束時(shí)的積分器狀態(tài)被累加多個(gè)測(cè)量循環(huán)，即 相加。因?yàn)樗l(fā)送的光脈沖的最大強(qiáng)度出于各種原因受到限制，所以本發(fā) 明的實(shí)施允許相應(yīng)積分器狀態(tài)累加多個(gè)測(cè)量循環(huán)，由此結(jié)果可以實(shí)施具有 減小測(cè)量誤差的距離確定。
優(yōu)選地，第一活動(dòng)時(shí)期持續(xù)10到100ns之間，特別是持續(xù)20ns。這 樣被測(cè)量的第一活動(dòng)時(shí)期適于達(dá)到數(shù)米距離的距離確定。20ns適于達(dá)到 3m的距離測(cè)量。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施變形方案中，控制單元可以具有A/D 轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為，將由接收器矩陣接收的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字表 示并且作為結(jié)果值輸出。輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字表示提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，數(shù) 字地并且由此不考慮A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的量化誤差無(wú)損地實(shí)施接下來(lái)的輸出信 號(hào)的分析。在此，對(duì)光電元件可分別設(shè)置一A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)轉(zhuǎn)換器立即 將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，使得可以不用電容器以數(shù)字方式進(jìn)行積分和 累加。在由電容器構(gòu)造積分器的情況下，相應(yīng)的形成積分器的電容器分配 有專(zhuān)用的A/D轉(zhuǎn)換器，4吏得每個(gè)光電元件分配有兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。因此，本發(fā)明的實(shí)施變形方案的進(jìn)一步實(shí)施具有帶有算術(shù)邏輯單元的 控制單元，該算術(shù)邏輯單元與A/D轉(zhuǎn)換器相連并且構(gòu)造為，根據(jù)預(yù)先確定 的計(jì)算規(guī)則將由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的、由第一積分器或者所屬累加器輸出的 第一優(yōu)選累加過(guò)的結(jié)果值和由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的由第二積分器或者所屬 累加器輸出的第二優(yōu)選累加過(guò)的結(jié)果值彼此結(jié)合并且輸出計(jì)算結(jié)果。在, 、 200 200此，該計(jì)算規(guī)則特別優(yōu)選為4匸4+J，其中 ^ 以及 ^ ,其中s為計(jì)算結(jié)構(gòu)、c為光速、T為第一活動(dòng)時(shí)期(對(duì)具有信號(hào)i2M圣達(dá)到6m 的達(dá)到3m的測(cè)量距離，例如為20ns，與光脈沖經(jīng)過(guò)6m的信號(hào)路徑的傳 播時(shí)間相應(yīng))，&為由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的例如經(jīng)過(guò)200個(gè)測(cè)量循環(huán)所累加 的第一結(jié)果值而&由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的例如通過(guò)經(jīng)過(guò)200個(gè)測(cè)量循環(huán)所 累加的第二結(jié)果值。計(jì)算規(guī)則將第二距離確定的結(jié)果值這樣地結(jié)合，使得 提供誤差減小的計(jì)算結(jié)果和由此測(cè)量結(jié)果。此外，整個(gè)所采集的光能量作 為兩個(gè)結(jié)果值的和& + A2i^AJ巨離確定中?？刂茊卧梢詷?gòu)造為，在實(shí)施具有第一活動(dòng)時(shí)期的第一測(cè)量循環(huán)之后 實(shí)施第二活動(dòng)時(shí)期的第二測(cè)量循環(huán)，其中第二活動(dòng)時(shí)期短于第一活動(dòng)時(shí) 期。在此，控制單元還可以構(gòu)造為，在實(shí)施第二測(cè)量循環(huán)時(shí)在發(fā)送發(fā)送開(kāi) 始信號(hào)之后可以流逝等待時(shí)期并且在等待時(shí)期流逝之后發(fā)送積分器控制
信號(hào)以開(kāi)始第一積分器。因?yàn)闇y(cè)量誤差隨著距離變大而增加，所以通過(guò)實(shí) 施具有等待時(shí)期的第二測(cè)量循環(huán)設(shè)置由用于更大距離的專(zhuān)用測(cè)量，其中通 過(guò)等待時(shí)期避免了在由遠(yuǎn)距的目標(biāo)反射的光脈沖的部分可返回到接收器 矩陣之前在等待時(shí)期期間干擾影響已使第一積分器的輸出信號(hào)變差。特別優(yōu)選地，發(fā)射單元構(gòu)造為，發(fā)送不同脈沖寬度的光脈沖，其中脈沖寬度由控制單元通過(guò)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)來(lái)預(yù)給定，以及控制單元構(gòu)造為，以 具有第一脈沖寬度和第一強(qiáng)度的光脈沖實(shí)施第一測(cè)量循環(huán)而以具有第二脈沖寬度和第二強(qiáng)度的光脈沖實(shí)施第二測(cè)量循環(huán)，其中，第一脈沖寬度大 于第二脈沖寬度而第一強(qiáng)度低于第二強(qiáng)度。該實(shí)施變形方案具有這樣的優(yōu) 點(diǎn)，即對(duì)第二測(cè)量循環(huán)在相似能耗情況下由于更短的脈沖寬度而可以設(shè)置 更高的光脈沖強(qiáng)度，其中更高的強(qiáng)度能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)距離遠(yuǎn)的目標(biāo)的距離確定 的額外改進(jìn)的測(cè)量結(jié)果。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)有利的實(shí)施中，控制單元構(gòu)造為，根據(jù)輸 出信號(hào)，第一測(cè)量循環(huán)的接收器矩陣確定感興趣區(qū)域距接收器矩陣的距離并且測(cè)量等待時(shí)期，該等待時(shí)期小于或者等于光通it^目應(yīng)于雙倍距離的段 的傳播時(shí)間。這提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即第二誤差減小的測(cè)量可以精確地調(diào) 節(jié)到距離區(qū)域，在距離區(qū)域中感興趣的目標(biāo)通過(guò)第一測(cè)量循環(huán)來(lái)定位。在 此，感興趣的區(qū)域例如可以以這樣的方式確定，即生成對(duì)接收器矩陣的單 個(gè)光電元件確定的距離值的柱狀圖并且從該柱狀圖中導(dǎo)出距感興趣區(qū)域 的距離。該導(dǎo)出可以涉及最經(jīng)常碰到的距離值、柱狀圖的重點(diǎn)或者最少發(fā) 現(xiàn)的距離值，其中可以使用公知的統(tǒng)計(jì)分析方法。有利的是，對(duì)于該實(shí)施變形方案所選擇的積分時(shí)間對(duì)應(yīng)于一個(gè)活動(dòng)時(shí) 期，該活動(dòng)時(shí)期由光脈沖至在所感興趣的距離區(qū)域的中心的目標(biāo)的傳播時(shí) 間減去等待時(shí)期。優(yōu)選的是，在此光脈沖的脈沖寬度等于第二活動(dòng)時(shí)期，使得在第二測(cè) 量周期的執(zhí)行期間所發(fā)出的光脈沖的脈沖寬度與其間第 一積分器對(duì)測(cè)量 信號(hào)積分的時(shí)期一樣長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的裝置的所有實(shí)施變形方案都可以擁有圖像傳感器，該圖 像傳感器被構(gòu)造用于采集在二維圖像中的、特別是在二維彩色圖像中的被 投影到圖像傳感器上的圖像區(qū)域，并且這樣設(shè)置，使得被圖像傳感器所采 集的圖像區(qū)域和被接收器矩陣所采集的圖像區(qū)域至少在部分區(qū)域中相交， 其中構(gòu)造了控制單元，將在部分區(qū)域中的被分析的輸出信號(hào)和二維圖像結(jié)
合為三維圖像，使得該三維圖像在每個(gè)像點(diǎn)都具有距離值。特別優(yōu)選的是，在此圖〗象傳感器具有比接收器矩陣更高的分辨率，其 中該接收器矩陣包括用于距離測(cè)量的光電元件。由于對(duì)于光的敏感性的更 小的要求，相對(duì)于接收器矩陣的光電元件，圖像傳感器的像點(diǎn)的尺寸可以 被極大地減小，使得圖像傳感器的多個(gè)像點(diǎn)可以被分配給接收器矩陣的每 個(gè)光電元件。本發(fā)明的第二方面涉及一種用于確定距離的改善的方法，具有以下步驟-發(fā)出可預(yù)先確定的脈沖寬度的光脈沖，-在第一活動(dòng)時(shí)期的第一流逝時(shí)間期間將光電元件的光電流積分， -任選地將在多個(gè)測(cè)量周期上的這樣獲得的第一積分器狀態(tài)累積 -輸出第一輸出信號(hào)，-在第一活動(dòng)時(shí)期的第二流逝時(shí)間期間將光電元件的光電流積分，該 第二流逝時(shí)間直揍接在第 一活動(dòng)時(shí)期的第 一流逝時(shí)間之后，-任選地將在多個(gè)測(cè)量周期上的這樣獲得的第二積分器狀態(tài)累積-輸出第二輸出信號(hào)，-通過(guò)分析第一和第二輸出信號(hào)確定光脈沖的信號(hào)傳播時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的方法提供了 一種改善的距離測(cè)量，因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)第 一活動(dòng) 時(shí)期的流逝時(shí)間和第一活動(dòng)時(shí)期的第二流逝時(shí)間的開(kāi)始標(biāo)志的時(shí)刻的之 前和之后，光電元件的光電流被積分為各自己的輸出信號(hào)，其中第一和第 二輸出信號(hào)包含關(guān)于對(duì)光脈沖的在相應(yīng)的傳播時(shí)間之后到達(dá)的M射的 部分的轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相對(duì)時(shí)間狀態(tài)的信息，在該信息的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了減小 誤差地確定光脈沖的信號(hào)傳播時(shí)間，并且由此減小誤差地確定了至反射的 目才示的多巨離。優(yōu)選的是才艮據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)變形方案，其中第一活動(dòng)時(shí)期與光 脈沖的可預(yù)先確定的脈沖持續(xù)時(shí)間相同。該方法變形方案一方面節(jié)省了能 量，因?yàn)樗l(fā)出的光脈沖并不比光電流在其間進(jìn)行積分的第 一活動(dòng)時(shí)期更 長(zhǎng)，并且另一方面并不會(huì)由于在所發(fā)出的光脈沖的脈沖寬度之外，會(huì)歪曲 確定距離的結(jié)果的光電元件的光電流被引入距離確定中，從而劣化距離確 定的結(jié)果。 有利的是，在一種方法變形方案中，光脈沖的強(qiáng)度可以在發(fā)出光脈沖 的步驟中被預(yù)先給定。通過(guò)這種方式，距離確定的實(shí)施可以與在測(cè)量環(huán)境 中相應(yīng)存在的環(huán)境光匹配，其中例如在具有多個(gè)環(huán)境光的環(huán)境中4吏用更大 強(qiáng)度的光脈沖。為了減小在距離確定中的測(cè)量誤差，在一種方法變形方案中，在輸出 第一輸出信號(hào)和輸出第二輸出信號(hào)的步驟之前，發(fā)出光脈沖、在第一活動(dòng) 時(shí)期的第 一流逝時(shí)間上對(duì)光電流積分和在第 一活動(dòng)時(shí)期的第二流逝時(shí)間 上對(duì)光電流積分的步驟被多次執(zhí)行，由此通過(guò)平均、例如通過(guò)形成算術(shù)平 均值而減小了測(cè)量誤差。為了還能夠確定小的距離，在才艮據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選的變形方 案中，發(fā)出光脈沖和將光電流積分的步驟在第一活動(dòng)時(shí)期的第一流逝時(shí)間 期間同時(shí)執(zhí)行。替代地，在一種方法變形方案中，在發(fā)出光脈沖的開(kāi)始和在第一活動(dòng) 時(shí)期的第一流逝時(shí)間期間的光電流的積分的開(kāi)始之間，讓一個(gè)等待時(shí)期流逝。該替代的方法變形方案適合于i^巨離的目標(biāo)的距離確定，其中提供了 減小誤差的測(cè)量結(jié)果以供使用，其方式是在其中還沒(méi)有所發(fā)出的光脈沖的 ^L^射的部分回到光電元件的等待時(shí)期期間，光電元件的光電流不被積 分，并且由此不可以影響距離確定的測(cè)量結(jié)果。特別優(yōu)選的是一種根據(jù)本發(fā)明的方法的變形方案，其中進(jìn)行兩個(gè)測(cè)量 周期，其中在第一測(cè)量周期中，光脈沖的發(fā)出和在第一活動(dòng)時(shí)期的第一流 逝時(shí)間上的光電流的積分的步驟被同時(shí)執(zhí)行，并且在第二測(cè)量周期中，在 發(fā)出光脈沖的步驟的開(kāi)始和在積分的步驟的開(kāi)始之間，讓等待時(shí)期流逝。 在該方法變形方案中，通過(guò)第一測(cè)量周期確定具有至JI巨離確定的位置的小 的距離反射目標(biāo)的測(cè)量結(jié)果，并且通過(guò)第二測(cè)量周期確定具有更大的距離 的Jl射目標(biāo)的測(cè)量結(jié)果，其中對(duì)于具有更大的距離的目標(biāo)的測(cè)量結(jié)果由于 設(shè)置了等待時(shí)期而具有減小的測(cè)量誤差。在該方法變形方案的繼續(xù)中，等待時(shí)期通過(guò)關(guān)于至感興趣區(qū)的距離來(lái) 分析第一測(cè)量周期的輸出信號(hào)而被確定，其中等待時(shí)期小于或等于光通過(guò) 相應(yīng)于至感興趣區(qū)的兩倍距離的段的傳播時(shí)間而被測(cè)定。在該方法變形方 案中，通過(guò)分析第一測(cè)量周期的輸出信號(hào)確定了一個(gè)距離，第二測(cè)量周期 的等待時(shí)期被與該距離協(xié)調(diào)，以特別是針對(duì)在至感興趣區(qū)的距離的范圍中 的距離，確定距離確定的誤差減小的測(cè)量結(jié)果。
由于所發(fā)出的光脈沖的所>^射的部分的強(qiáng)度是平方減小的，距離確定 的質(zhì)量隨著增大的距離而減小， 一種方法變形方案是優(yōu)選的，其中在第一 測(cè)量周期中在發(fā)出光脈沖的步驟中發(fā)出具有第一脈沖寬度的和第一強(qiáng)度 的光脈沖，并且在第二測(cè)量周期中在發(fā)出光脈沖的步驟中發(fā)出具有第二脈 沖寬度的和第二強(qiáng)度的光脈沖，其中第一脈沖寬度大于第二脈沖寬度，并 且第一強(qiáng)度小于第二強(qiáng)度。較大的第二強(qiáng)度引起了所發(fā)出的光脈沖的M 射的部分的相應(yīng)增大的強(qiáng)度,使得在第二測(cè)量周期中執(zhí)行的距離確定對(duì)于 大的距離在測(cè)量結(jié)果方面被改善。在所有的方法變形方案中，第一輸出的輸出信號(hào)和第二輸出的輸出信 號(hào)根據(jù)預(yù)先確定的運(yùn)算規(guī)則被彼此運(yùn)算，其中預(yù)先確定的運(yùn)算規(guī)則的結(jié)果表示了距離。特別優(yōu)選的是該運(yùn)算規(guī)則^蘭l + tA ，其中S是計(jì)算結(jié)4、 4+4j果，c是光速，T是第一活動(dòng)時(shí)期，&是由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的第一結(jié)果值， 并且&是由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的第二結(jié)果值。根據(jù)本發(fā)明的方法可以包括攝:^維圖像、特別是攝取彩色圖像，以 及將二維圖像和所分析的初始信號(hào)結(jié)合為三維圖像的步驟，其中該三維圖 像在每個(gè)像點(diǎn)都具有距離值。


以下本發(fā)明將借助實(shí)施例的附圖進(jìn)一步闡述，其中圖l以框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例；圖2以流程圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的一種變形方案；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的一種變形方案的時(shí)間進(jìn)程的總覽 圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種變形方案的時(shí)間進(jìn)程的總覽 圖；圖5示出了帶有兩個(gè)連接至其上的積分器的光電二極管形式的光電 元件的第一電路變形方案；并且圖6示出了帶有兩個(gè)連接至其上的積分器的光電二極管形式的光電
元件的第二電路變形方案。圖1在框圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例。該用于確定距離的裝置劃分為三個(gè)主要部件，發(fā)射單元IO、接收器矩陣20和控制單元 30，它們通過(guò)信號(hào)線路彼此相連。發(fā)射單元IO被構(gòu)造為針對(duì)通過(guò)控制單 元30的引發(fā)而發(fā)出光脈沖，其中所發(fā)出的光脈沖的脈沖寬度和強(qiáng)度由控 制單元30預(yù)先給定。所發(fā)出的光脈沖的被目標(biāo)反射的部分到達(dá)光學(xué)系統(tǒng) 40，該光學(xué)系統(tǒng)將入射的祐^^射的部分投影到光電元件21上或者光電元 件21的二維區(qū)域上。光電元件21形成了接收器矩陣20的部分，該接收 器矩陣針對(duì)每個(gè)光電元件21都具有一個(gè)第一積分器22和第二積分器23， 它們的積分輸入端與光電元件21的輸出端相連。光電元件21根據(jù)入射到 其上的光的強(qiáng)度生成光電流，該光電流到達(dá)第一積分器22和第二積分器 23的積分器輸入端。第一積分器22和笫二積分器23分別擁有控制輸入端，其中在該裝置 的一個(gè)實(shí)施形式中，為了確定距離，第一積分器22或第二積分器23的全 部的控制輸入端都彼此相連，使得第一積分器22可以獨(dú)立于第二積分器 23地被激活，然而第一積分器22不能獨(dú)立于其余的第一積分器22地被 激活。第一積分器22和第二積分器23的控制輸入端與控制單元30相連， 控制單元30被構(gòu)造用于控制第一積分器22和第二積分器23。每個(gè)第一 積分器22和第二積分器23此外都擁有用于輸出信號(hào)的輸出端，其可以由 控制單元30單獨(dú)地讀取。積分器22和23被構(gòu)造用于在通過(guò)控制單元30 激活時(shí)，將處于積分器輸入端的光電流積分并且由此形成積分器狀態(tài)。在 通過(guò)控制單元30引發(fā)時(shí)，積分器22和23將通過(guò)積分形成的積分器狀態(tài) 作為輸出信號(hào)輸出?？刂茊卧?0擁有A/D轉(zhuǎn)換器32，其與積分器22和23的輸出端相連， 并且被構(gòu)造用于將由積分器22和23輸出的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示。A/D 轉(zhuǎn)換器32與算術(shù)邏輯單元33相連，該算術(shù)邏輯單元被構(gòu)造用于分析來(lái)自 積分器22和23的并且被轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示的輸出信號(hào)。算術(shù)邏輯單元根據(jù)預(yù)先給定的計(jì)算規(guī)則將數(shù)字化的輸出信號(hào)33進(jìn)行 運(yùn)算，并且為被分配給每個(gè)光電元件21的積分器22和23的輸出信號(hào)求 得結(jié)果值，該值說(shuō)明了描述這樣的段的距離，該段位于相應(yīng)的光電元件標(biāo)的點(diǎn)之間
此外，控制單元30擁有計(jì)時(shí)器31,其被構(gòu)造用于顯示由控制單元30 預(yù)先給定的時(shí)期的流逝時(shí)間。該計(jì)時(shí)器能夠?qū)崿F(xiàn)用于確定距離的復(fù)雜方法 的執(zhí)行，該執(zhí)行提供了具有減少的測(cè)量誤差的結(jié)果。圖2以流程圖的方式示出了才艮據(jù)本發(fā)明的方法的一種變形方案，其在 步驟100中以發(fā)出第一強(qiáng)度和第一脈沖寬度的光脈沖而開(kāi)始。與發(fā)出光脈 沖的開(kāi)始同時(shí)，在步驟IIO中開(kāi)始將光電元件的光電流在第一活動(dòng)時(shí)期的 第一流逝時(shí)間期間積分。在第一活動(dòng)時(shí)期的第一流逝時(shí)間之后，隨后直接 將光電元件的光電流在第一活動(dòng)時(shí)期的第二流逝時(shí)間上積分(步驟120 )。 為了減小距離確定的測(cè)量誤差，在讓一個(gè)等待時(shí)期流逝之后，在步驟120 之后又M至步驟100，該等待時(shí)期保證了在光電流的在第一活動(dòng)時(shí)期的 第一流逝時(shí)間上的重新積分期間，沒(méi)有所發(fā)出的光脈沖的被遠(yuǎn)處的目標(biāo)所 反射的部分到達(dá)。步驟100至120在所示的例子中被重復(fù)50次，其中重 復(fù)的次數(shù)取決于確定距離的情形、例如對(duì)于測(cè)量最大可用的時(shí)間，或者取 決于對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離確定。在50次重復(fù)之后，該方法以步驟130繼續(xù)，在該步驟中，進(jìn)行第一 和第二輸出信號(hào)的第一分析。第一和第二輸出信號(hào)表示了通過(guò)在步驟110 和120中分別形成的積分器狀態(tài)，該狀態(tài)在讀取之后被復(fù)位。在步驟140 中，在分析的過(guò)程中確定了感興趣區(qū)域，目標(biāo)似乎位于該區(qū)域中，針對(duì)該 目標(biāo)應(yīng)該通過(guò)第二測(cè)量確定改善的測(cè)量結(jié)果。在步驟150中又發(fā)出了光脈 沖，其中該光脈沖現(xiàn)在具有第二強(qiáng)度和第二脈沖寬度，并且其中第二強(qiáng)度 大于第一強(qiáng)度并且第二脈沖寬度小于第一脈沖寬度。在步驟100中所發(fā)出 的光脈沖的脈沖寬度等于第一活動(dòng)時(shí)期，而第二脈沖寬度相對(duì)于第 一活動(dòng) 時(shí)期縮短了等待時(shí)期的長(zhǎng)度，該等待時(shí)期估算為光通過(guò)至感興趣區(qū)域的距 離的傳播時(shí)間的兩倍。在步驟150之后，在步驟170中開(kāi)始在第二活動(dòng)時(shí) 期的第一流逝時(shí)間上對(duì)光電元件的光電流積分開(kāi)始之前，在步驟160中讓 該等待時(shí)期流逝。在此，第二活動(dòng)時(shí)期對(duì)應(yīng)于第一活動(dòng)時(shí)期的持續(xù)時(shí)間減 去等待時(shí)期。在第二活動(dòng)時(shí)期的第一流逝時(shí)間之后，在步驟180中，在第 二活動(dòng)時(shí)期的重新的流逝時(shí)間上進(jìn)行光電流的積分的第二步驟。隨后，該 方法又重復(fù)50次地M回步驟150，如以前已經(jīng)采用的那樣通過(guò)將多個(gè) 距離確定平均、例如通過(guò)形成算術(shù)平均值來(lái)改善距離確定的測(cè)量結(jié)果。在進(jìn)行50次重復(fù)之后，在步驟190中進(jìn)行第一和第二輸出信號(hào)的第 二分析，其中由于更高的第二強(qiáng)度和設(shè)置了等待時(shí)期，測(cè)量結(jié)W目對(duì)于在 步驟13Q中所確定的測(cè)量結(jié)果得到改善。在隨后的步驟200中，錄取二維 的彩色圖像，該圖^^l^的步驟210中被以確定的距離值結(jié)合為三維圖 像。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種變形方案的時(shí)間進(jìn)程的總覽圖。所示的 坐標(biāo)系在四個(gè)子坐標(biāo)系1)至4)中示出了不同的信號(hào)，它們分別在以納 秒ns表示的時(shí)間t上繪出。在子坐標(biāo)系1)中繪出了發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，在 其施加時(shí)，發(fā)射單元發(fā)出光脈沖。在該情形中，要發(fā)出的光脈沖的脈沖寬 度通過(guò)所施加的發(fā)送開(kāi)始信號(hào)的持續(xù)時(shí)間預(yù)先給定，并且要發(fā)出的光脈沖 的強(qiáng)度通過(guò)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)的幅度來(lái)預(yù)先給定。在圖3中所示的根據(jù)本發(fā)明 的方法的變形方案中，由此在零時(shí)刻以發(fā)出20ns的脈沖寬度和平均的強(qiáng) 度的光脈沖而開(kāi)始。子圖2 )示出了由光電元件所輸出的光電流，其中由于噪聲和背景光， 光電流在任何時(shí)候都大于零并且不恒定。大約在16ns之后，由目標(biāo)反射 的光脈沖到達(dá)光電元件，使得對(duì)于在16和36ns之間的時(shí)間段可以確定增 大的光電流，it^目應(yīng)地在子圖2)中被示出。與發(fā)出第一光脈沖同時(shí)，在 零時(shí)刻通過(guò)預(yù)先給定在子圖3)中所示的積分器控制信號(hào)，使得第一積分 器將光電流積分成為積分器狀態(tài)。在第一積分器的持續(xù)20ns的活動(dòng)的時(shí) 間流逝之后，積分器被去激活并且第二積分器被激活另外的20ns。在此還要再次指出的是，兩個(gè)積分器的積分時(shí)間(活動(dòng)階段)也可以 重疊，或者在兩個(gè)活動(dòng)階段之間可以有間隙。只要該重疊的時(shí)間段或者該 間隙的持續(xù)時(shí)間是已知的，則在兩種情況中，在本發(fā)明意義中的距離測(cè)量 都是可能的。由在子圖2)中所示的、與第一和第二積分器的激活階勤目比由于所 反射的光脈沖而提高的光電流的相對(duì)狀況的比較而明顯可見(jiàn)的是，第一和 第二積分器狀態(tài)的差別包含關(guān)于光脈沖的傳播時(shí)間延遲的信息。如果第一 和第二積分器的積分器狀態(tài)的差別得到為零，則分別在第一和第二積分器的激活階段中，一定有由于反射的光脈沖而增大的光電流的相同大小的部 分到達(dá)光電元件。這意味著，反射的目標(biāo)位于距被用于確定距離的裝置這 樣的距離，使得光至該目標(biāo)和從該目標(biāo)返回至該裝置的傳播時(shí)間為10ns。 由此，至反射的目標(biāo)的距離通過(guò)將所測(cè)量的10ns與光速的一半相乘得到， 在該例子中傳播時(shí)間為10ns得到大約1. 5m。在圖3所示的例子中，傳播時(shí)間大約為16ns，因此第二積分器的積 分器狀態(tài)具有比第一積分器的積分器狀態(tài)高四倍的值，這才艮據(jù)在為分析而 設(shè)置的計(jì)算規(guī)則中的考慮得到大約2. 5m的確定的距離。在距離確定的第一執(zhí)行之后，等待大約160ns的等待時(shí)期，該時(shí)期保 證了沒(méi)有所發(fā)出的光脈沖的由遠(yuǎn)處目標(biāo)所反射的部分歪曲隨后的測(cè)量。在 所示的例子中，距離確定I^被重復(fù)50次，這在子圖1)至4)中沒(méi)有被 示出。距離確定的重復(fù)和在例如50次測(cè)量周期上的積分器狀態(tài)的累加或 累積因此也是經(jīng)常必需的，因?yàn)樵跇O端情況中，相應(yīng)的光電元件在一個(gè)測(cè) 量周期的積分時(shí)間期間不《"險(xiǎn)測(cè)到所反射的光脈沖的 一個(gè)光子，因?yàn)樗?射的光脈沖的能量如此微弱，使得理論上每個(gè)測(cè)量周期只能期望得到一個(gè) 光子的一部分，并且由此在統(tǒng)計(jì)上不是在每個(gè)測(cè)量周期中都可以預(yù)計(jì)檢測(cè) 到光子。第一個(gè)50次測(cè)量周期的測(cè)量結(jié)果被使用，以確定等待時(shí)期的長(zhǎng)度， 其持續(xù)時(shí)間小于或者等于光在至感興趣區(qū)域的兩倍距離上的傳播時(shí)間。在 本實(shí)施例中等待時(shí)期被確定為10ns，并且所發(fā)出的光脈沖的脈沖寬度相 應(yīng)地被縮短10ns。同時(shí)，如在子圖1)中所示的那樣，所發(fā)出的光脈沖的 強(qiáng)度通過(guò)預(yù)先給定相應(yīng)地增大的發(fā)送開(kāi)始信號(hào)而提高。在10ns的等待時(shí) 期的流逝之后，在時(shí)刻10010ns通過(guò)預(yù)先給定的在子圖3)中所示的用于 第一積分器的積分器控制信號(hào)開(kāi)始光電流的積分。在時(shí)刻10020ns，第一 積分器被關(guān)斷并且第二積分器被激活。距離確定的該第二測(cè)量周期的測(cè)量 結(jié)^目對(duì)于第一測(cè)量周期的測(cè)量結(jié)果具有減小的測(cè)量誤差，因?yàn)樗l(fā)出的 光脈沖的強(qiáng)度被提高，并且通過(guò)設(shè)置等待時(shí)期而較少地將由于噪聲和通過(guò) 背景光產(chǎn)生的光電流引入測(cè)量結(jié)果中。在所示的實(shí)施例中，第二測(cè)量周期同樣如第一測(cè)量周期那樣被重復(fù) 50次，以進(jìn)一步改善距離確定的測(cè)量結(jié)果。這50次重復(fù)在圖3中沒(méi)有示 出。圖4示出了才艮據(jù)本發(fā)明的方法的另一變形方案的時(shí)間進(jìn)程的總覽圖。 所示的坐標(biāo)系在六個(gè)子坐標(biāo)系a)至f )中示出了不同的信號(hào)，這些信號(hào) 分別被關(guān)于時(shí)間t而繪出。在子坐標(biāo)系a)中繪出了具有可預(yù)先給定的脈沖寬度的、借助由控制 單元輸出至發(fā)射單元的發(fā)送開(kāi)始信號(hào)而由發(fā)射單元發(fā)出的光脈沖。在子坐 標(biāo)系b)中示出的光脈沖是由發(fā)射單元發(fā)出的、在取決于至所測(cè)量的目標(biāo) 的距離的傳播時(shí)間之后的、被目標(biāo)所反射的并且由接收器矩陣所接收的光 脈沖，該光脈沖具有與由發(fā)射單元所發(fā)出的光脈沖幾乎相同的脈沖寬度。
如在子坐標(biāo)系C)中所示的那樣，在可預(yù)先給定的等待時(shí)間之后(該 等待時(shí)間在該情形中大于零并且小于由發(fā)射單元所發(fā)出的并且由接收器 矩陣所接收的光脈沖的傳播時(shí)間)，通過(guò)控制單元將第一積分器控制信號(hào) 發(fā)出至第一積分器而啟動(dòng)第一積分器。積分器控制信號(hào)可以是具有積分器 的可預(yù)先給定的接通持續(xù)時(shí)間的積分器接通信號(hào)或者積分器開(kāi)始信號(hào)。在 接通第一積分器之后，其開(kāi)始對(duì)施加在第一積分器的輸入端上的輸入信號(hào)積分。只要^L^射的發(fā)射脈沖還沒(méi)有以其前邊沿到達(dá)光電元件21，該積 分(在最理想的考慮中)一直為零。第一積分器的接通持續(xù)時(shí)間通過(guò)活動(dòng) 時(shí)期而預(yù)先給定，并且限定了積分時(shí)間，該積分時(shí)間在所示的情況中等于 光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間。然而，因?yàn)榈谝环e分器的活動(dòng)時(shí)期在接收到由測(cè) 量目標(biāo)所反射的光脈沖之前開(kāi)始，所以在第一積分時(shí)間期間，只有該光脈 沖的第一部分到達(dá)光電元件21，并且導(dǎo)致第一積分器的相應(yīng)的輸入信號(hào)， 積分器對(duì)該信號(hào)積分，如在圖4c和4e中所示的那樣。位于第一積分時(shí)間 末端的第一積分器的積分器狀態(tài)同樣在圖4e中示出。在第一積分時(shí)間之 后，第一積分器或者通過(guò)積分器接通信號(hào)或者通過(guò)另外的由控制單元輸出 給第一積分器的積分器控制信號(hào)(在此為積分器停止信號(hào))而關(guān)斷。同時(shí)，如前面對(duì)于第一積分器類(lèi)似地，控制單元將另外的積分器控制 信號(hào)發(fā)給第二積分器，該信號(hào)將第二積分器接通。第二積分器的同樣通過(guò) 活動(dòng)時(shí)期預(yù)先給定的第二積分時(shí)間在此也等于脈沖寬度。如圖4d)中可以得出的那樣，在第二積分時(shí)間內(nèi)只有所反射的光脈 沖的后面的部分到達(dá)光電元件21，并且提供第二積分器的相應(yīng)的輸入信 號(hào)。所反射的光脈沖的后邊沿在第二積分時(shí)間結(jié)束之前到達(dá)光電元件，使 得第二積分器的積分器狀態(tài)隨后不再升高(只要不出現(xiàn)干擾輻射)。在第 二積分時(shí)間的末端的第二積分器的積分器狀態(tài)在圖4f)中被示出。在第 二積分器的活動(dòng)時(shí)期結(jié)束之后，該積分器如在第 一積分器的情況中類(lèi)似地 被關(guān)斷。因?yàn)榈诙e分器直接在第 一積分器關(guān)斷之后被接通，所以所接收的光 脈沖的全部的能量?jī)?nèi)容都被用于第一或第二積分器用于生成實(shí)際上被使 用的輸入信號(hào)。圖5和6分別示出了關(guān)于其構(gòu)造方面相同的電路。在圖5和6中的各 4個(gè)圖示出了其中電路的相應(yīng)的開(kāi)關(guān)被操作的順序。在根據(jù)圖5和6的實(shí) 施變形方案中間的區(qū)別在此。
圖5和圖6中的電路的基本元件是光電二極管PD形式的光電元件21 以及兩個(gè)積分器22和23，它們分別由電容器Cl和C2形式的電容形成。 兩個(gè)分別形成積分器的電容器Cl和C2的各一個(gè)端子與光電二極管PD的 正極一樣通過(guò)共同的接地觸點(diǎn)彼此相連。兩個(gè)電容器Cl和C2的各另外的 端子各通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)Sl和S2與光電二極管PD的負(fù);feU目連。由此得到電 路的電節(jié)點(diǎn)，在該節(jié)點(diǎn)中，光電二極管PD的負(fù)極和兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1和S2彼 此相連。在電路的該節(jié)點(diǎn)與用于復(fù)位電壓的電壓節(jié)點(diǎn)V之間設(shè)置了第三開(kāi) 關(guān)作為復(fù)位開(kāi)關(guān)RS。下面，首先闡述根據(jù)圖5a和5d的電路的工作方式。隨后將闡述根據(jù) 圖6a至6d的電路的工作方式。首先-在第一積分時(shí)間之前-進(jìn)行復(fù)位過(guò)程，其中所有三個(gè)開(kāi)關(guān)、類(lèi) 似復(fù)位開(kāi)關(guān)RS和用于電容器Cl和C2的開(kāi)關(guān)Sl和S2被閉合。通過(guò)這種 方式，兩個(gè)電容器C1和C2被充電到作為參考值的復(fù)位電壓V。這在圖5a 和6a中被示出。也就是說(shuō)，根據(jù)圖5和6的兩個(gè)變形方案在復(fù)位過(guò)程方 面沒(méi)有區(qū)別。在第一積分時(shí)間期間，應(yīng)該形成這樣的信號(hào)，其依賴(lài)于在該積分時(shí)間 期間入射到光電二極管PD上的光量。為了生成該信號(hào)，根據(jù)圖5b首先斷 開(kāi)復(fù)位開(kāi)關(guān)RS并且同時(shí)通過(guò)積分器控制信號(hào)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2，使得在第一積 分時(shí)間期間，僅僅電容器Cl可以由于依賴(lài)于入射的光量而流過(guò)光電二極 管的光電流而通過(guò)光電二極管PD放電。隨著兩個(gè)開(kāi)關(guān)Sl和S2的斷開(kāi)， 第一積分時(shí)間開(kāi)始，在該時(shí)間期間，第一電容器由于光電流而放電。在第 一積分時(shí)間的末端，開(kāi)關(guān)S1被斷開(kāi)，使得第一電容器C1不再可以放電。 第一電容器Cl在第一積分時(shí)間期間祝故電的量可以視為由于光脈沖而流 過(guò)光電二極管PD的光電流的積分。同時(shí)，隨著第一開(kāi)關(guān)S1的斷開(kāi)，第二 開(kāi)關(guān)S2被閉合，而復(fù)位開(kāi)關(guān)RS仍然保持?jǐn)嚅_(kāi)。隨著第二開(kāi)關(guān)S2的閉合 開(kāi)始了第二積分時(shí)間，在該時(shí)間期間，第二電容器C2可以通過(guò)光電二極 管PD由于流過(guò)光電二極管PD的光電流而放電。該光電流如已經(jīng)闡述的那 才Ml賴(lài)于在第二積分時(shí)間窗期間入射到光電二極管PD上的光量。此外， 在閉合第二開(kāi)關(guān)S2后在第二積分時(shí)間開(kāi)始時(shí)，進(jìn)行均衡過(guò)程，該過(guò)程將 實(shí)際的光電流疊加，因?yàn)榈诙娙萜鰿2和光電二極管在第二積分時(shí)間開(kāi) 始時(shí)由于第一積分時(shí)間而具有不同的初始電壓。這都在圖5c中被示出。在第二積分時(shí)間的末端，第二開(kāi)關(guān)S2也被斷開(kāi)，使得現(xiàn)在所有三個(gè) 開(kāi)關(guān)，第一開(kāi)關(guān)S1、第二開(kāi)關(guān)S2和復(fù)位開(kāi)關(guān)RS都被斷開(kāi)。反映相應(yīng)的 積分器狀態(tài)的、位于電容器Cl和C2上的電壓現(xiàn)在可以如前面所描述的那 樣被進(jìn)一步處理，或者它們被直接分析，或者這些電壓通過(guò)多個(gè)測(cè)量周期 被累加。根據(jù)圖6a至6d的實(shí)施變形方案與才艮據(jù)圖5a至5d的實(shí)施變形方案的 區(qū)別在于，電容器電壓在第一和第二積分時(shí)間期間如何形成。在圖6b中可以看出，在第一積分時(shí)間開(kāi)始時(shí)只有復(fù)位開(kāi)關(guān)RS通it^目 應(yīng)的積分器控制信號(hào)被斷開(kāi)。第一和第二開(kāi)關(guān)Sl和S2保持閉合，使得現(xiàn) 在兩個(gè)電容器Cl和C2同時(shí)可以由于流過(guò)光電二極管的光電流而通過(guò)光電 二極管PD放電。在第一積分時(shí)間的末端和在第二積分時(shí)間的開(kāi)始，僅僅第一開(kāi)關(guān)Sl 被斷開(kāi)，而同時(shí)第二開(kāi)關(guān)S2保持閉合，并且復(fù)位開(kāi)關(guān)RS同樣保持?jǐn)嚅_(kāi)； 參見(jiàn)圖6c。這意p未著，第二電容器C2繼續(xù)由于流過(guò)光電二極管PD的、 取決于相應(yīng)地入射到光電二極管PD上的光量的光電流而通過(guò)光電二極管 PD繼續(xù)放電。因?yàn)楣怆姸O管PD和第二電容器C2由此在第二積分時(shí)間 的開(kāi)始具有相同的電位差，所以導(dǎo)致將積分疊加的均衡過(guò)程。在第二積分時(shí)間末端，第二開(kāi)關(guān)S2也通it^目應(yīng)的積分控制信號(hào)斷開(kāi)， 使得現(xiàn)在所有三個(gè)開(kāi)關(guān)都被同樣地?cái)嚅_(kāi)，參見(jiàn)圖6d。如已經(jīng)參照?qǐng)D5d所 描述的那樣，現(xiàn)在電容器C1和C2的電壓可以被讀出并且分析，或者被傳 輸?shù)搅硗獾碾娙萆?，在這些另外的電容上隨后可以累積多個(gè)測(cè)量周期上的 電容器Cl和C2的相應(yīng)的最終電壓。
權(quán)利要求
1.一種用于確定距離的裝置，具有-發(fā)射單元，用于發(fā)送具有預(yù)給定的脈沖寬度的光脈沖，所述脈沖寬度以前上升沿開(kāi)始和以后下降沿結(jié)束，其中所述發(fā)射單元具有第一控制輸入端，并且構(gòu)造為在將發(fā)送開(kāi)始信號(hào)施加在所述第一控制輸入端上時(shí)發(fā)送光脈沖，-接收器矩陣，其具有至少一個(gè)光電元件，其中所述接收器矩陣具有用于輸出信號(hào)的測(cè)量輸出端，并且構(gòu)造為將由測(cè)量信號(hào)導(dǎo)出的輸出信號(hào)輸出，其中所述測(cè)量信號(hào)通過(guò)所述光電元件根據(jù)入射到所述光電元件上的光產(chǎn)生，-控制單元，其與所述發(fā)射單元和所述接收器矩陣相連，并且構(gòu)造為產(chǎn)生所述發(fā)送開(kāi)始信號(hào)并且輸出給所述發(fā)射單元并且由所述接收器矩陣接收和分析所述輸出信號(hào)，其特征在于，所述接收器矩陣具有用于積分器控制信號(hào)的第二控制輸入端以及第一和第二積分器，它們與唯一的或者各光電元件以及與第二控制輸入端相連，它們可通過(guò)所述積分器控制信號(hào)相互獨(dú)立地被激活，并且分別構(gòu)造為將測(cè)量信號(hào)在由所述積分器控制信號(hào)預(yù)給定的積分時(shí)間上積分，并且由此形成每個(gè)積分器狀態(tài)以及將所述積分器狀態(tài)作為輸出信號(hào)輸出，其中控制單元構(gòu)造為，根據(jù)光脈沖的發(fā)送和分配給所述光脈沖的積分器的積分器狀態(tài)的分析來(lái)形成距離信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光電元件是矩形 的，特別是方形的，并且具有100nm到300萍之間的邊長(zhǎng)，特別是200拜 的邊長(zhǎng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2中的一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 接收器矩陣具有多個(gè)光電元件，并JU^每個(gè)光電元件具有第一和第二積分 器，其中所述光電元件設(shè)置在二維區(qū)域中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于光學(xué)系 統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述接收器矩陣之前，并且構(gòu)造為將由發(fā)射單元 發(fā)送的類(lèi)型的光投影到接收器矩陣上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射單元構(gòu)造為發(fā)送紅外光。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 發(fā)射單元構(gòu)造為發(fā)出不同強(qiáng)度的光脈沖，其中可通過(guò)施加在所述第一控制 輸入端上的發(fā)送開(kāi)始信號(hào)預(yù)給定所述強(qiáng)度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 控制單元具有計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器構(gòu)造為，為所述控制單元顯示由所述控制 單元預(yù)給定的時(shí)期的流逝時(shí)間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述控制單元構(gòu)造為， 實(shí)施具有第 一活動(dòng)時(shí)期的測(cè)量周期并且在此通it^L出相應(yīng)的第二積分器 控制信號(hào)首先將所述積分器激活相應(yīng)于所述第 一活動(dòng)時(shí)期的第 一積分時(shí) 間，并且在第一活動(dòng)時(shí)期的第一流逝時(shí)間之后，將所述第一積分器去激活 而激活所述第二積分器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述控制單元構(gòu)造為， 在實(shí)施測(cè)量周期期間將所述第二積分器激活同樣相應(yīng)于所述第 一活動(dòng)時(shí) 期的第二積分時(shí)間，并且在所述第一活動(dòng)時(shí)期的、從所述第一活動(dòng)時(shí)期的 第 一流逝時(shí)間的時(shí)刻所測(cè)量的第二流逝時(shí)間之后凈皮去激活。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或者9中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所 述控制單元構(gòu)造為，將所iUL射單元激活所述第 一活動(dòng)時(shí)期的第 一流逝時(shí) 間的持續(xù)時(shí)間，并且因此觸發(fā)具有相應(yīng)于所述第 一活動(dòng)時(shí)期的脈沖寬度的 光脈沖。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8或者10中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于， 所述控制單元構(gòu)造為，在實(shí)施測(cè)量周期期間通過(guò)同時(shí)發(fā)出發(fā)送開(kāi)始信號(hào)和 積分器控制信號(hào)同時(shí)激活所U射單元和所述第 一積分器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所 述控制單元構(gòu)造為，實(shí)施多個(gè)測(cè)量周期，其中所述第一積分器和所述第二 積分器構(gòu)造為，在測(cè)量周期之間存儲(chǔ)它們相應(yīng)的積分器狀態(tài)并且由此在多 個(gè)測(cè)量周期上對(duì)所述測(cè)量信號(hào)積分，以及所述控制單元構(gòu)造為，在實(shí)施多 個(gè)測(cè)量周期之后接收并且分析相應(yīng)由所述第 一積分器和由所述第二積分 器輸出的輸出信號(hào)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所 述第一活動(dòng)時(shí)期持續(xù)10到100ns、特別是持續(xù)20ns。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所 述控制單元具有A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為，將由所述接收器矩 陣所接收的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字表示并且作為結(jié)果值輸出。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述控制單元具有 算術(shù)邏輯單元，所述算術(shù)邏輯單元與所述A/D轉(zhuǎn)換器相連并且構(gòu)造為，根 據(jù)預(yù)先確定的運(yùn)算規(guī)則使由所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的由所述第一積分器輸 出的第一結(jié)果值與由所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的由所述第二積分器輸出的第 二結(jié)果值實(shí)施運(yùn)算，并且輸出所i^算結(jié)果。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8或者9中的任一項(xiàng)以及根據(jù)權(quán)利要求15所述的,4、裝置，其特征在于，所^算規(guī)則是P！ i + AzA ，其中s為運(yùn)算結(jié)果、2c為光速、T為第一活動(dòng)時(shí)期、Ai為由所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的第一結(jié)果值 并且&為由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的第二結(jié)果值。
17. 根據(jù)權(quán)利要求8至16中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所 述控制單元構(gòu)造為，在以第 一活動(dòng)時(shí)期實(shí)施第 一測(cè)量周期之后以第二活動(dòng) 時(shí)期實(shí)施第二測(cè)量周期，其中所述第二活動(dòng)時(shí)期比所述第一活動(dòng)時(shí)期短。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述控制單元構(gòu)造 為，在實(shí)施所述第二測(cè)量周期時(shí)，在發(fā)出所^JL送開(kāi)始信號(hào)之后，讓等待 時(shí)期流逝并且在所述等待時(shí)期流逝之后發(fā)出用于激活所述第一積分器的 所述積分器控制信號(hào)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求6和權(quán)利要求17或者18中的任一項(xiàng)所述的裝置， 其特征在于，所U射單元構(gòu)造為，發(fā)送不同脈沖寬度的光脈沖，其中所 述脈沖寬度可由所述控制單元通過(guò)所述發(fā)送開(kāi)始信號(hào)來(lái)預(yù)給定，以及所述 控制單元構(gòu)造為，以第一脈沖寬度和第 一強(qiáng)度的光脈沖實(shí)施第 一測(cè)量周期 而以第二脈沖寬度和第二強(qiáng)度的光脈沖實(shí)施第二測(cè)量周期，其中所述第一 脈沖寬度大于所述第二脈沖寬度而所述第 一強(qiáng)度小于所述第二強(qiáng)度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18和19所述的裝置，其特征在于，所述控制單元 構(gòu)造為，根據(jù)所述第一測(cè)量周期的接收器矩陣的所述輸出信號(hào)確定感興趣 區(qū)域距所述接收器矩陣的距離，并且測(cè)量小于或者等于光通it^目應(yīng)于兩倍 距離的段的傳播時(shí)間的等待時(shí)期。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述第二活動(dòng)時(shí)期等于減去所述等待時(shí)期的第 一活動(dòng)時(shí)期。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述第二持續(xù)時(shí)間等于所述 第二活動(dòng)時(shí)期。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1至22中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于圖像 傳感器，所述圖像傳感器構(gòu)造為，采集投影到所述圖像傳感器上的在二維 圖像特別是二維彩色圖像中的圖像區(qū)域，并且這樣地設(shè)置，使得由所述圖 像傳感器采集的圖像區(qū)域與由所述接收器矩陣采集的圖像區(qū)域至少在部 分區(qū)域上重合，其中所述控制單元構(gòu)造為，在所述部分區(qū)域中將所述二維 圖像與所確定的輸出信號(hào)結(jié)合成三維圖像，使得所述三維圖#^每個(gè)像點(diǎn) 都具有距離值。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述圖像傳感器具 有高于所述接收器矩陣的分辨率。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1至24中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所 述第一和第二積分器分別具有電容(Cl、 C2 )，所述電容分別通過(guò)開(kāi)關(guān)(Sl， S2)與所述光電元件(PD)并聯(lián)連接，其中所述開(kāi)關(guān)(Sl， S2)通過(guò)所述 控制單元的積分器控制信號(hào)相互獨(dú)立地?cái)嚅_(kāi)和閉合。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，所述光電元件是光 電二極管(PD)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或者26所述的裝置，其特征在于，所述第一和 第二電^it過(guò)其余開(kāi)關(guān)被充電到相同的輸出電壓。
28. —種用于確定距離的方法，具有以下步驟 —發(fā)送可預(yù)先確定脈沖寬度的光脈沖，-在第 一活動(dòng)時(shí)期的第 一流逝時(shí)間期間將光電元件的光電流積分， -輸出第一輸出信號(hào)，-在第一活動(dòng)時(shí)期的第二流逝時(shí)間期間將所述光電元件的光電流積 分，所述第二流逝時(shí)間直捲接著所述第 一活動(dòng)時(shí)期的第一流逝時(shí)間，-輸出第二輸出信號(hào)，—通過(guò)分析所述第一和第二輸出信號(hào)來(lái)確定所述光脈沖的信號(hào)傳播 時(shí)間。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述第一活動(dòng)時(shí)期等于所述 光脈沖的可預(yù)先確定的脈沖寬度。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28或者29所述的方法，其中在發(fā)送所述光脈沖的 步驟中可預(yù)先給定所述光脈沖的強(qiáng)度。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28至30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中在輸出所述 第 一輸出信號(hào)和輸出所述第二輸出信號(hào)的步驟之前，多次實(shí)施發(fā)送所述光 脈沖、在所述第 一活動(dòng)時(shí)期的第 一流逝時(shí)間期間將所述光電流積分和在所 述第 一活動(dòng)時(shí)期的第二流逝時(shí)間期間將所述光電流積分的步驟。
32. 根據(jù)權(quán)利要求28至31中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，同 時(shí)實(shí)施發(fā)送所述光脈沖和在所述第 一活動(dòng)時(shí)期的第 一流逝時(shí)間期間將所 述光電流積分的步驟。
33. 根據(jù)權(quán)利要求28至31中的任一項(xiàng)所述的方法，其中在發(fā)送所述 光脈沖的步驟的開(kāi)始與在所述第 一活動(dòng)時(shí)期的第 一流逝時(shí)間期間將所述 光電流積分的步驟的開(kāi)始之間，讓等待時(shí)期流逝。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32和33所述的方法，其中實(shí)施兩個(gè)測(cè)量周期，其 中在第一測(cè)量周期中同時(shí)實(shí)施發(fā)送所述光脈沖和在所述第一活動(dòng)時(shí)期的 第一流逝時(shí)間期間將所述光電流積分的步驟，并且在第二測(cè)量周期中在發(fā) 送所述光脈沖的步驟的開(kāi)始與積分步驟的開(kāi)始之間讓所述等待時(shí)期流逝。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中通過(guò)分析關(guān)于距感興趣區(qū)域 的距離的第 一測(cè)量周期的輸出信號(hào)確定所述等待時(shí)期，其中這樣測(cè)定所述 等待時(shí)期，所述等待時(shí)期小于或者等于光通it^目應(yīng)于雙倍的距感興趣區(qū)域 的距離的段的傳播時(shí)間。
36. 根據(jù)權(quán)利要求28、 29和35所述的方法，其中在所述第一測(cè)量周 期中，在發(fā)送所述光脈沖的步驟中發(fā)送具有第一脈沖寬度和第一強(qiáng)度的光 脈沖，而在第二測(cè)量周期中在發(fā)送所述光脈沖的步驟中發(fā)送具有第二脈沖 寬度和第二強(qiáng)度的光脈沖，其中所述第一脈沖寬度大于所述第二脈沖寬度 而所述第一強(qiáng)度低于所述第二強(qiáng)度。
37. 根據(jù)權(quán)利要求28至36中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一被 輸出的輸出信號(hào)和第二被輸出的輸出信號(hào)根據(jù)預(yù)先確定的運(yùn)算規(guī)則相互 結(jié)合，其中預(yù)先確定的運(yùn)算規(guī)則的結(jié)果表示距離。
38. 根據(jù)權(quán)利要求28至37中的任一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)行攝取二 維圖像、特別是彩色圖像的步驟和將所述二維圖像和所確定的輸出信號(hào)結(jié) 合成三維圖像的步驟，其中所述三維圖^Xt每個(gè)像點(diǎn)都具有距離值。
全文摘要
一種用于確定距離的裝置，具有用于發(fā)送光脈沖的發(fā)射單元、帶有至少一個(gè)光電元件的接收器矩陣和控制單元，其中接收器矩陣具有第一和第二積分器，它們與光電元件相連、可相互獨(dú)立地被激活并且分別構(gòu)造為，對(duì)由光電元件輸出的測(cè)量信號(hào)積分由控制單元預(yù)給定的時(shí)間并且由此形成積分器狀態(tài)并且作為輸出信號(hào)輸出積分器狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01S7/487GK101114021SQ20071011195
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者安德烈亞斯·圖恩, 維爾弗里德·瓦格納 申請(qǐng)人:埃里斯紅外線高智力傳感器有限責(zé)任公司