距离测量方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子距离测量领域。更具体地，本发明涉及用于使用可选择的参数检 测激光脉冲来进行电子距离测量的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 在飞行时间距离测量中，激光脉冲的发射和接收之间的时延使得能够计算距离。 发射的脉冲行进到反射器并且返回到接收它的检测器。该时延与脉冲行进距离成比例。对 于给定的反射器，接收的脉冲的功率水平被假设为在感兴趣的范围内与脉冲行进时间（以 及脉冲行进距离）的平方成反比。接收的脉冲的功率水平的动态范围因此可以相当大。为 了适应此动态范围，现有技术系统应用衰减函数使得在发射发送脉冲之后检测灵敏度随时 间提商。
[0003] 然而，典型的现有技术系统使用基于固定函数的衰减函数，该固定函数相对于发 送脉冲具有固定的定时。
[0004] 这样的后果是不适于多种测量场景。
【发明内容】
[0005] 根据本发明的实施方案提供具有较高适应性的电子距离测量方法和装置。
[0006] 根据本发明的一些实施方案提供使用激光脉冲的距离测量，其中衰减函数和该衰 减函数相对于发送脉冲的偏移中的至少一个是可变的，以适应不同的测量需要。该衰减函 数确定在一个检测间隔上的检测灵敏度，而该偏移确定该衰减函数相对于发送脉冲的定 时。
[0007] -些实施方案提供了在一些数量的测量循环内固定衰减函数和该衰减函数相对 于发送脉冲的偏移中的至少一个，并使用源自该结果的信息以修改该衰减函数和该衰减函 数相对于发送脉冲的偏移中的任一个或两个，以用于后续测量。
[0008] -些实施方案提供一种测量距离的方法,包括：选择测量参数,包括衰减函数、衰 减启动时间、衰减复位时间，以及发射时间；在该发射时间处发射光脉冲并且在该衰减启动 时间处启动该衰减函数；确定在一个最大可测量时间内是否接收到返回脉冲；如果在该最 大可测量时间内未接收到返回脉冲，则重新开始该过程，以及如果在该最大可测量时间内 接收到返回脉冲，则使用该返回脉冲的至少一个特性来确定一个测量距离，将该返回脉冲 的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较以确定是否修改所述测量参数中的至少 一个，如果确定修改，则修改所述测量参数中的至少一个以进行另一个测量，并且进行该另 一个测量。
[0009] 在一些实施方案中，所选择的发射时间在该衰减启动时间之前。
[0010] 在一些实施方案中，所选择的发射时间晚于该衰减启动时间。
[0011] 在一些实施方案中，如果在该最大可测量时间期间检测到超过一个检测阈值的返 回脉冲，则通过选择将降低检测灵敏度的测量参数来进行另一个测量，修改所述测量参数 中的至少一个以进行该另一个测量。
[0012] 在一些实施方案中，选择将降低检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该 时间偏移中的至少一个。
[0013] 在一些实施方案中，如果在该最大可测量时间期间未检测到返回脉冲，则重新开 始该过程包括选择将提高检测灵敏度的测量参数来进行一个后续测量。
[0014] 在一些实施方案中，选择将提高检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该 时间偏移中的至少一个。
[0015] 在一些实施方案中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定该 发射时间和返回脉冲接收时间之间的行进时间。
[0016] 在一些实施方案中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定返 回脉冲幅度。
[0017] 在一些实施方案中，所述至少一个定义的限度包括下列中的至少一个：返回脉冲 幅度；以及该发射时间和返回脉冲接收时间之间经过的时间。在一些实施方案中，发射时间 是由源自发送脉冲的参考脉冲确定的，针对发送脉冲和参考脉冲之间的时间偏移调整发射 时间和返回脉冲接收时间之间经过的时间以获得脉冲行进时间。
[0018] 在一些实施方案中，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比 较包括根据多个之前的测量确定所述至少一个定义的限度的特征。
[0019] 在一些实施方案中，根据多个之前的测量确定所述至少一个定义的限度的特征包 括根据所述多个之前的测量推断一个近似函数。
[0020] 在一些实施方案中，该近似函数被确定为多个之前的测量值的平均。
[0021] 在一些实施方案中，该近似函数包括直线函数、指数函数和周期性函数中的一个。
[0022] 在一些实施方案中，修改所述测量参数中的至少一个包括确定一个最佳测量参数 组和一个可接受的测量参数组中的一个。
[0023] 在一些实施方案中，确定一个最佳测量参数组包括确定位于至少一个范围的中点 附近的至少一个测量参数。
[0024] 在一些实施方案中，确定一个可接受的测量参数组包括确定位于一个范围内的至 少一个测量参数。
[0025] 在一些实施方案中，确定该发射时间使得测量是多个周期性测量中的一个。
[0026] 在一些实施方案中，确定该发射时间使得测量是多个非周期性测量中的一个。
[0027] 另一些实施方案提供用于执行这样的方法的装置。
【附图说明】
[0028] 从下文参照附图描述的实施方案将更容易理解本发明的这些和其他方面和特征， 其中：
[0029] 图1示意性地例示了根据本发明的一些实施方案的用于实现距离测量方案的系 统 100 ;
[0030] 图2示出根据本发明的一些实施方案的发送脉冲和对应的接收脉冲；
[0031] 图3A示出根据本发明的一些实施方案的接收脉冲功率作为激光脉冲的飞行时间 的函数的曲线图；
[0032] 图3B示出根据本发明的一些实施方案的接收的脉冲的功率衰减的时间相关性；
[0033] 图4A示出根据本发明的一些实施方案的电子距离测试（EDM)功率与时间的关系 的曲线图；
[0034] 图4B例示了根据本发明的一些实施方案的对于一个发送脉冲序列接收机灵敏度 函数与时间的关系；
[0035] 图5A以立体视图示出根据本发明的一些实施方案的距离测量场景；
[0036] 图5B以正视图示出图5A的场景；
[0037] 图5C示出根据本发明的一些实施方案的来自不同表面的返回脉冲的实施例；
[0038] 图6A不出根据本发明的一些实施方案，将对第一目标的一系列距离测量表不为 接收脉冲功率对时间的函数的一个发送脉冲和对应的返回脉冲的序列；
[0039] 图6B示出根据本发明的一些实施方案，将对第二目标的一系列距离测量表示为 功率对时间的函数的一个发送脉冲和对应的返回脉冲的序列；
[0040] 图7A示出根据本发明的一些实施方案，用于将目标的一系列距离测量作为功率 对时间的函数的一个脉冲重复序列；
[0041] 图7B示出根据本发明的一些实施方案，用于将目标的一系列距离测量作为功率 对时间的函数的另一个脉冲重复序列；
[0042] 图7C示出根据本发明的一些实施方案，用于将目标的一系列距离测量作为功率 对时间的函数的另一个脉冲重复序列；
[0043] 图7D示出根据本发明的一些实施方案，用于将目标的一系列距离测量作为功率 对时间的函数的另一个脉冲重复序列；
[0044] 图8A示出根据本发明的一些实施方案的具有各自的衰减函数的衰减器的一个实 施例；
[0045] 图8B示出根据本发明的一些实施方案的复合衰减函数的一个实施例；
[0046] 图9A示出根据本发明的一些实施方案的多个串联组合的衰减器；
[0047] 图9B示出根据本发明的一些实施方案的多个并联组合的衰减器；
[0048] 图10示意性地例示了根据本发明的一些实施方案的扫描设备的控制系统；
[0049] 图11示出根据本发明的一些实施方案的明确定义的发射机脉冲的一个实施例；
[0050] 图12A示出不适合用于电子距离测量的定义不清的脉冲的一个实施例；
[0051] 图12B示出不适合用于电子距离测量的定义不清的脉冲的一个实施例；
[0052] 图13示出根据本发明的一些实施方案的控制和测量方案；
[0053] 图14A示出根据本发明的一些实施方案的图13的细节；
[0054] 图14B示出根据本发明的一些实施方案的图13的细节；
[0055] 图15示出根据本发明的一些实施方案的图13的测量方案的一个变型；
[0056] 图16A示出根据本发明的一些实施方案的接收机衰减函数；
[0057] 图16B示出根据本发明的一些实施方案的接收机衰减函数；
[0058] 图16C示出根据本发明的一些实施方案的接收机衰减函数；
[0059] 图17A是根据本发明的一些实施方案的电子距离测量的一个定时图；
[0060] 图17B例示了根据本发明的一些实施方案的接收机灵敏度函数与时间的关系的 曲线图；
[0061] 图18示出根据本发明的一些实施方案的接收机灵敏度与时间的关系的曲线图 1800 ；
[0062] 图19例示了根据本发明的一些实施方案的圆形壁内部的扫描；
[0063] 图20例示了根据本发明的一些实施方案的道路表面的扫描；
[0064] 图21示出根据本发明的一些实施方案的用于扫描场景的返回脉冲输入功率与时 间的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0065] 图1示意性例示了用于实施根据本发明的一些实施方案的距离测量方案的系统 100。系统控制器105通过控制信号110与脉冲控制器115和飞行时间（TOF)计算机145通 信以协调系统操作。系统控制器105向脉冲控制器115发出控制信号110以启动测量。脉 冲控制器115向激光子系统125发出激光脉冲控制信号120。激光子系统125通过发射激 光发送脉冲130响应。激光发送脉冲130经过分束器（splitter) 135。来自激光发送脉冲 130的一部分能量被传递到检测器元件140以向飞行时间（TOF)计算机145提供指示激光 发送脉冲130的发射时间的"启动"参考。来自激光发送脉冲130的一部分能量经过光学 子系统150并且被引导在系统100外部的目标155处。来自目标155的返回激光脉冲序列 经过光学系统150到达检测器160。检测器160向TOF计算机145提供指示返回激光脉冲 的检测时间的"停止"参考信号。TOF计算机145确定激光脉冲130的对应飞行时间并且将 产生的飞行时间值转换成对应的测量距离，测量距离例如存储在数据存储器165中。飞行 时间计算机145可以是单独的处理器或可以是在计算机中运行的进程，该计算机还运行系 统控制器105和/或脉冲控制器115的进程和/或其它进程。为了便于例示这里参照图1 的特定元件描述功能，但当可能方便时所述功能可被结合在一个或多个元件中或被分配到 其它元件。
[0066] 图2示出在时间h处发射的发送脉冲205和在时间12处接收的对应的接收脉冲 210。时间间隔St 1= t2-t^表该脉冲的飞行时间，该飞行时间对应于测量距离。尽管图 2的实施例示出时间tjP 12在各自的脉冲的峰值处，但是本领域技术人员将认识到可以其 它方式确定脉冲定时（timing)，诸如前沿的阈值或其它特性。
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