JP4024896B2 - レーザ距離測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザによる距離測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のレーザ距離測定装置は、ドイツ国特許公開第４３４０７５６号（DE 43 40 756 A1）により周知である。この種のレーザレーダにより、光パルスが入射した物体の距離を測定し、特に空間の予め決められた基準方向に対して物体が配置されている角度までも測定することができる。物体の距離は、光速を考慮して測定されたパルスの走行時間から開始すると測定される。この装置において、この距離測定の精度は、本質的には、次の３つの影響パラメータ、すなわち、
(ａ) 電子制御評価システムに接続された時間測定ユニットの解像度、
(ｂ) 受信信号に重畳されるノイズ、
(ｃ) 信号変化（signal dynamics）の結果生じる走行時間測定誤差の電子制御評価システムで生じる補償の精度、
に依存する。
【０００３】
統計的測定誤差は、最初の２つの影響パラメータ(ａ)，(ｂ)から生じ、これらは、複数の測定値における値の生成を平均化することによって低減される。特に厳しいのは、３番目の影響パラメータ(ｃ)であり、これは、主に、前置増幅器の増幅の線形範囲が、実際に現れる信号変化との比較に制限されるという事実に起因する。なお、前置増幅器は、一般にオプトエレクトロニック光検出器の後に接続されている。従って、ドイツ国特許第４３４０７５６号にて周知のレーザレーダにおいて行ったように、対応する測定訂正値に基づいて受光パルスの測定ピーク値に依存する信号変化の結果として生じる走行時間測定誤差の補償は、変調の比較的小なる範囲での所望の結果につながるのみである。対照的に、前置増幅器の変調がその線形増幅範囲を越えて生じた場合、特に前置増幅器の出力信号の期間の延長を引き起こす飽和効果が生じる。これは、走行時間測定誤差につながり、これは、もはやピーク値検出によって補償できなくなる。これは、特に、出力信号の後端縁部や前端縁部も走行時間測定に使用したときに著しい。これに加えて、これらの影響が、温度、電圧、バッチ（batch） に強く依存するという事実がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡単な方法で、信号変化の結果生じる走行時間測定誤差の信頼性のある補償を、特に作動条件の違いや物体の反射率の違いを考慮して、確実に常時行うレーザ距離測定装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、光パルスの受光中に光検出器を流れる全電荷量を測定するとともに受光パルスのパルス幅を測定する手段を含む電子制御評価システムにおいて満足される。
本発明のレーザ距離測定装置は、パルスレーザと、光偏向装置と、オプトエレクトロニクス光検出器を有する光検出器と、電子制御評価システムとを有する。かかる装置において、パルスレーザが制御されて光パルスを発射し、次に発射される光パルスが光偏向装置によって偏向されて角度を変えて測定領域に入る。測定領域に配置された物体から反射されて戻る光パルスは、光検出装置によって受光される。光偏向装置からの物体の距離を表す検知信号が、光パルスの発射及び受光間の時間から、光速を考慮してパルス発射時間方法により、電子制御評価システムにおいて見いだされ、信号変化の結果として現れる走行時間測定誤差に対して補償も行われる。
【０００６】
さらに、本発明において、信号変化の結果として生じる走行時間誤差の補償が、測定された電荷やパルス幅に応じて行われる。この補償は、光偏向装置から所定の距離に配置されて反射率が異なる少なくとも１つの基準物体に対して測定された電荷やパルス幅及びパルス走行時間の結果として、電子制御評価システムによって測定された修正値の各々に基づいている。
【０００７】
反射率が異なる基準物体を使用することによって、物体毎に実際に現れる全反射率を簡単な方法で考慮することが可能となり、対応する修正値を見つけることができる。光偏向装置からの基準物体の距離は分かっているので、対応する所望の走行時間も分かっている。次に、実際に測定されたパルス走行時間と所望の走行時間との偏差が、関係する修正値の規準として使用され、または対応する修正機能を形成するために使用される。各反射率により導出された修正値や修正機能の関係は、対応して測定された電荷やパルス幅と関連するように行われる。測定領域に配置された物体から反射されて戻る光パルスの受光中、光検出器を流れる全電荷量やこの受光パルスのパルス幅は、この光パルスの受光中に最初に測定され、その後、対応する修正値が呼び出されたり、対応する修正機能が起動されたりする。電荷の測定は、走行時間の測定とは無関係に、すなわち、特別な電荷測定回路によって行われ、関係する走行時間測定回路に接続された前置増幅器の起こり得る過剰変調は、電荷測定値に影響を与えない。対照的に、各走行時間測定回路によってパルス幅を判定することが基本的に可能である。測定された電荷量やパルス幅に依存して信号変化の結果として生じた走行時間測定誤差の補償の後、走行時間測定と関係した前置増幅器の起こり得るオーバ変調と対応する飽和効果とは、この補償に影響を与えない。本発明のレーザ距離測定装置の効果は、特に、所定の反射率が基準物体の画定位置に存在することが必要ではないという事実にあることが分かる。この基準物体は、較正されたり、またはアライメントされる必要がない。重大さが、少しもエージング作用に帰因しない。基準物体に対しては、光偏向装置から所定の間隔で配置されることと、測定されるべきシナリオ（scenario）で実際の使用において現れる反射率を有することだけが必要である。
【０００８】
基準物体は、制限されてモニタされる走査角度範囲の外側に便宜上配置され、故に、連続して角度を変えることによって偏向される発射パルス光ビームによってこの範囲の外側も掃引される。このように、走査角度範囲内の物体の検出は、基準物体によって邪魔されない。基準物体も、物体内に存在することができる。
連続する基準物体の場合、これは、反射率が変化し、特に、反射率が徐々に変化し、検出すべき物体によって実際の使用で現れる反射率の全てが現れた場合、これは便宜的である。
【０００９】
また、基準物体は、所定数の基準物体素子によって形成することもできる。基準物体素子の表面に、発射パルス光ビームが順々に入射し、これらの表面は反射率が異なる。この場合、光偏向装置から同じ距離に配置された基準物体素子に対して得られた測定値は、電子制御評価システムにおいて１つの適切な多項式にまとめられ、場合によっては多項式によって中間値を判定する可能性がある。
【００１０】
修正値の測定に必要な測定値を得るために装置の通常の動作前にまたは通常の動作中に、基準物体を効率良く走査することができる。反復走査は、特に、動作中に可能となることが好ましく、修正値が実際の動作条件に常時適用される。
実行する際に好ましい変形例において、受光パルスの測定されたパルス幅が特定の境界値を越えたとき、信号変化の結果として生じる走行時間誤差の補償が、測定された電荷量に依存して、さらに、対応して導出された修正値や機能に基づいて行われる。この境界値は、発射光パルスのパルス幅の２乃至１０倍と少なくとも同一であることが好ましい。この境界値を越えた場合、これは、関係する前置増幅器が極端に過剰変調されて、補償が測定された電荷量に依存して便宜的に行われたことを示している。
【００１１】
本発明のレーザ距離測定装置の有効な実施例が従属する請求項に示されている。
【００１２】
【実施例】
本発明を、実施例及び図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、モータ３１は、水平回転プレート２８を駆動して垂直軸１７を中心とする連続回転運動を行う。回転トランスデューサ２９の角度は、回転プレート２８の周縁部に設けられ、フォーク状の光バリアとして形成され、ライン３２を介して電子制御評価システム１０の図示せぬ制御ステージに接続されている。
【００１３】
円形円筒体２７は、上面が回転軸１７に対して４５度の角度に配置されるように回転プレート２８に配置されている。本体２７の上面は、回転ミラー１６として形成されている。回転ミラー１６も、ミラープレートに形成され、これは、ミラーキャリアを介して回転プレート２８に固定されている。回転ミラー１６の上に、同様な平坦偏向ミラー１９が配置されている。このミラー１９は、幅の狭い形状を採り、そのミラー面は、回転軸１７に対して４５度の角度をなしている。ミラー１９も、円形円筒体になっている。しかし、偏向ミラー１９も、平坦ミラープレートとして形成することもできる。
【００１４】
偏向ミラー１６の中心領域２４は、パルスレーザ１１からの光を発射レンズ３３及び偏向ミラー１９を介して受け取る。光ビームは、最初は水平であるが、レーザレーダのフロントディスク４１までの水平方向に回転ミラー１６によって偏向せしめるために、反射ミラー１９で下方に偏向される。発射パルス光ビーム２１は、フロントディスク４１から測定領域１３に入る。測定領域１３において、例えば、光反射物体１４が存在すると仮定する。散乱光は、自動平行ビーム路において、物体１４から受光パルス光ビーム２０としてフロントディスク４１を介して通過して回転ミラー１６に戻る。
【００１５】
受光パルス光ビーム２０は、発射光２１及び特に中心ビーム１８が入射する中心領域２４の周辺の回転ミラー１６の環状領域４７に入射し、次に、偏向ミラー１９を通り越して干渉フィルタ２６に入る。フィルタ２６の後方に、受光レンズ２５が配置されている。この受光レンズ２５は、レーザレーダに非常に近接配置された物体を問題の無い状態で認識するために、焦点距離が異なる領域２５’，２５”を有する。
【００１６】
受光レンズ２５は、受光した光を集束せしめて光検出器２３に入れる。受光レンズ２５は、光検出器２３とともに光検出装置２２を形成する。
回転ミラー１６と回転プレート２８とモータ３１とは、光偏向装置１５の一部であり、これらによって、発射パルス光ビーム２１と受光パルス光ビーム２０とを回転軸１７の周囲に回転させることができる。このように、最大３６０度までの走査角度領域を実現することができる。
【００１７】
図２を参照すると、フロントディスク４１は、およそ１８０度に亘って延在する。この範囲は、例えば、乗物の前方に位置する領域をモニタするには十分である。
図２において、図１の平面図に加えて、回転ミラー１６の角度位置と発射光ビーム２１との角度位置とが示されている。発射パルス光ビーム２１は、角度スキャンを行い、走査面５３を画定する。最大走査角度範囲５４は、図２によると１８０度に亘り延在する。
【００１８】
本実施例において、パルスレーザ１２は、電子制御評価システム１０によって制御されて、３ナノ秒（ｎｓ）乃至４ｎｓの持続時間を有する光パルスを発射する。他の実施例において、光パルスの持続時間は、例えば、１ｎｓ乃至５０ｎｓの間の値を採る。さらに、光偏向装置１５も、電子制御評価システム１０に接続されている。例えば、光偏向装置１５は、１５００ｒｐｍの回転速度に設定されている。回転速度は、通常５００ｒｐｍから１０，０００ｒｐｍの範囲内にある。光偏向装置１５の角度は、角度位置トランスデューサ２９によってライン３２を介して、電子制御評価システム１０に接続された制御ステージに瞬間に送られる。
【００１９】
光パルス１２は、発射レンズ３３及びミラー１９，１６を介して測定領域１３に発射される（図１及び図５参照）。光パルス１２は、走行時間Ｔの後受光パルス１２’（図１参照）として光検出装置２２によって受光される。光検出器２３は、本実施例においては、フォトダイオード、特にアバランシェダイオードによって形成され（図１、図５及び図６参照）、受光した光パルスから対応する電気信号を生成し、電気信号は、図示した実施例においてはトランスインピーダンス増幅器３８（図６参照）による前置増幅器によって増幅され、次にコンパレータ３４の入力部に供給される。このコンパレータ３４は、検出しきい値７９を画定する基準入力３５（図３乃至図４参照）を有する。コンパレータの出力信号は、受光パルス１２’のパルス幅を測定するために使用され、本実施例においては、同時に走行時間を測定するために使用される。トランスインピーダンス増幅器３８及びコンパレータ３４（図６参照）は、電子制御評価システム１０（図１参照）に接続している。
【００２０】
図６を参照すると、光パルス１２の受光中に光検出器２３を流れる全電荷量を測定する手段も、設けられている。この手段は、ショットキダイオード３７を介して光検出器２３に直列に接続されたコンデンサＣと、コンデンサＣの後に接続されたバッファ増幅器３６とを、含む。コンデンサＣの自由端は接地され、光検出器２３のカソードは、対応するバイアス電圧を生成する電位Ｖに接続されている。
【００２１】
光パルス１２’の受光中に光検出器２３を流れる全電荷量を測定するこれらの手段Ｃ，３６，３７は、受光パルス１２’のパルス幅を測定し且つ走行時間を測定する手段３４，３８と同様に、電子制御評価システム１０（図１参照）の一部である。
コンパレータ３４の出力信号は、例えば、電子制御評価システムのカウンタ（図示せず）に供給され、カウンタは、周波数発生器によってクロックされる。
【００２２】
電子制御評価システム１０は、マイクロプロセッサも含む。
電子制御評価システム１０に接続された図示せぬカウンタは、光検出装置２２によって受光されるパルス１２’の発射で開始され、このカウンタは、コンパレータ３４の出力信号によって停止される。これに対する必須条件は、関係する検出しきい値７９（図３及び図４参照）を越えていることである。次に、カウントの結果が、例えばマイクロプロセッサによって使用されて、関係するパルス走行時間Ｔを計算し、これから次に示す式により光偏向装置からの物体１４の距離ｄを計算する。
【００２３】
ｄ＝ｃ・ｔ／２
但し、ｃは、光速である。
光偏向装置１５の瞬間の角度位置も、例えば電子制御評価システム１０のマイクロプロセッサにライン３２（図１参照）を介して送られているので、物体１４の極座標に関する対応する情報は、例えば、電子制御評価システム１０に接続されたインターフェースを通過し、システム１０において、例えばナビゲーション信号やエラー信号などのさらなる用途に対して利用される。
【００２４】
図５に示すように、基準物体８６が、限定されてモニタされる走査角度範囲５４（図２も参照）の外側に配列されて、このモニタされる走査角度範囲５４の外側で発射パルス光ビーム２１によって掃引される。ビーム２１は、偏向されて角度変化が増大する。
図示した実施例において、黒色の環形ダイアフラム８７を、基準物体８６の表面３０の縁部に設けることができ、ここに、発射パルス光ビーム２１が入射し、望ましくない散乱光による影響を防止している。
【００２５】
限定されモニタされる角度走査範囲５４の外側に配置されている基準物体８６の表面３０は、発射パルス光ビーム２１によって照射され、表面３０の反射率が異なる。この点において、この表面３０は、好ましくは回転自在光偏向装置１５の回転軸１７と同心円上の円弧に沿って延在し、好ましくは、反射率は、円弧に沿ってステップの無い状態で（in stepless manner）変化する。
【００２６】
この表面３０は、箔や下塗り（undercoat） などによって形成することができ、高い初期反射率を呈し、黒色のダイの上を反射率が増加するように塗られている。
または、基準物体８６は、所定数の基準物体素子によって形成することもでき、これらの素子は、回転自在光偏向装置１５の回転軸１７と同心円上の円弧上に間隔を開けて配置され、発射パルス光ビーム２１によって順々に照射される基準物体素子の各々は、反射率が異なる。
【００２７】
この関係において、光偏向装置１５から同一間隔で配置された試験物体素子に対して得られた測定値は、多項式によって組み合わせることができ、中間値は、多項式を介して判別できる。
図５において、レーザレーダによって形成されるレーザ距離測定装置は、フロントディスク４１を備えた筐体１１５に収納されている。フロントディスク４１は、１８０度に亘って湾曲されて、筐体の下方領域に設けられている。
【００２８】
図３及び図４から分かるように、走行時間測定誤差は、信号変化の結果として現れ、後述する方法で、本発明のレーザ距離測定装置によって補償される。
図３に、光検出装置２２のオプトエレクトロニクス光検出器２３によって受光され、前置増幅器として機能するトランスインピーダンス増幅器３８（図６参照）によって増幅された３つの異なる光パルス１２’を示す。これらの光パルスは、それぞれ最大信号電圧８０，８１，８２を有する。対応する低ノイズしきい値の結果、全受光パルス１２’は、コンパレータ３４の基準入力３５に設定された検出しきい値７９を確実に越えている。しかし、受光パルス１２’の立ち上がり端部が検出しきい値７９を越えた後の時間ｔは、各パルス１２’毎に異なる。図示した実施例において、時間差は、例えば、１．２ｎｓであり、これは、およそ２０ｃｍの測定誤差に相当する。最大値８２の光パルス１２’のベース時間８３に対するこの時間及び測定誤差（例えば、最大値８０，８１の信号に対しては８４，８５）は、例えば、電子制御評価システム１０のマイクロプロセッサに保存され、修正の目的に対して利用することができる。
【００２９】
前置増幅器、本実施例においては、トランスインピーダンス増幅器３８（図６参照）が線形増幅範囲で動作している限りは、最大値、すなわちピーク値８０，８１，８２に応じて信号変化の結果として生じる走行時間誤差の補償を行うことが基本的に可能であり、これは、ピーク値検出器によって可能である。
しかし、図４から分かるように、前置増幅器、すなわちトランスインピーダンス増幅器３８が線形範囲を越えて動作しているとき、また、少なくとも後端縁部も走行時間の測定に使用されないとき、これは、もはや可能ではない。図４に示すように、過剰変調につながる飽和効果は、前置増幅器の関係する出力信号が時間について延長される、すなわち、後端縁部がかなり後で検出しきい値７９よりも再び小さくなるという飽和につながる（図４、過剰変調信号参照）。
【００３０】
本発明により、電子制御評価システム１０は、信号変化の結果として生じる走行時間測定誤差の補償が、前述の手段Ｃ，３６，３７；３４，３８によって行われるように構成されている。なお、これらの手段Ｃ，３６，３７；３４，３８は、光検出器２３を流れる全電荷量を測定し、または、測定された電荷量やパルス幅に応じて受光パルス１２’のパルス幅を測定する手段である。さらに、この手段は、反射率が異なるとともに光偏向装置１５から所定の間隔で配置された少なくとも１つの基準物体８６（図５参照）に対して測定された電荷やパルス幅、及びパルス走行時間に対して、電子制御評価システム１０によって見いだされた各々の訂正値に基づいて動作するものである。
【００３１】
基準物体８６の表面３０の異なる反射率は、基準物体８６が発射パルス光ビーム２１によって掃引されると、順々に作用する。補償に必要な訂正値は、基準物体８６について測定された電荷、パルス幅、パルス走行時間を参照して、電子制御評価システム１０によって判定される。光偏向装置１５までの基準物体８６の距離は分かっているので、所望の走行時間を直に測定することができ、次に、これと、実際に測定されたパルス走行時間とを比較することができる。次に、走行時間の偏差は、各々の訂正値、または訂正機能の規準として機能する。結果としての訂正値は、例えば、電子制御評価システム１０に保存される。
【００３２】
次に、各物体１４（図１参照）が走査角度範囲５４（例えば図２参照）内で検出された場合、光パルスの受光中に光検出器２３を流れる電荷量や、受光パルスのパルス幅が、光パルスの受光中に最初に測定され、次に、前に測定された訂正値が呼び出されて、対応する訂正機能を起動せしめることができる。前置増幅器、またはトランスインピーダンス増幅器３８の起こり得る過剰変調と、対応する飽和効果とは、関係する補償に影響を与えず、故に測定装置の精度に影響を与えない。
【００３３】
前述の如く、光パルス１２’の受光中に光検出器２３を流れる全電荷量を測定する手段は、オプトエレクトロニクス光検出器２３とショットキィダイオード３７を介して直列に接続されたコンデンサＣと、この後に接続されたバッファ増幅器と、からなる（図６参照）。
パルス幅は、例えば、カウンタ（図示せず）によって測定することができ、このカウンタは、同様に電子制御評価システム１０に接続されるとともに、コンパレータ３４の出力信号によって制御される（図６参照）。このコンパレータ３４の出力信号は、本実施例においては、走行時間を測定するために同時に使用される。
【００３４】
基準物体８６に対する特定数の走査の間に得られた測定値が、電子制御評価システム１０において平均化されるとき、より高い測定精度が得られる。
電子制御評価システム１０は、好ましい実施例において次のように構成されている。すなわち、電子制御評価システム１０は、受光パルス１２’の測定されたパルス幅が特定の境界値を越えたときに、信号変化の結果として現れる走行時間測定誤差の補償が、測定された電荷量に依存するとともに対応する測定された訂正値に基づいて最初に行われるように、構成されている。この境界値は、例えば、発射光パルス１２のパルス幅の値と少なくとも同じとすることができる。故に、この境界値は、前置増幅器、すなわちトランスインピーダンス増幅器３８が過剰変調されているという事実（図４のオーバ変調信号参照）の徴候である。補償は、例えば、それぞれ測定されたパルス幅に応じて前もって行われている。
【００３５】
測定が、異なる位置の基準物体８６で行われる場合、前置増幅器の線形及び非線形変調範囲内の出力パルス幅、または電荷測定によって測定された大きさは、所定のしきい値によって見いだされた走行時間に対してプロットすることかできる。
光偏向装置１５から基準物体８６までの距離が分かっているので、関係機能を直接形成することができ、これも、外側のシナリオ（outer scenario）での測定に加えられる。解像度を改善するために、平均値の算出は、前述の如く、電子制御評価システム１０において実行される。
【００３６】
一方、既述したように、パルス幅と電荷とを測定することができる。図７を参照して、信号評価の一例を説明する。この信号評価は、電子制御評価システム１０において行われる。システム１０において、測定された距離の修正は、信号変化の結果として現れる走行時間測定誤差を補償するために、受光パルスの測定されたパルス幅に依存して行われる。図７（ｂ）のグラフにおいて、信号の大きさは時間に対して記録され、光パルスの発射と受光パルスの前端縁部の発現との間の時間Ｔが測定される。測定時間Ｔ２は、光パルスの発射と、受光パルスの後端縁部との間の時間である。この関係において、各端縁部は、検出しきい値を通過した時間についての測定を行うことによって検出される。次に、受光ビームのパルス幅は、２つの値Ｔ１，Ｔ２から判定することができる。パルス幅の値は、（Ｔ２−Ｔ１）に等しく、または、（Ｔ１−Ｔ２）の大きさと同じである。図７（ａ）に、修正の関係を示す。この図において、ｐｓの単位で引用された修正値が、測定されたパルス幅ΔＴに対して示されている。この修正曲線は、３ｎｓの大きさのオーダの測定されたパルス幅の値で始まり、次に示す関係式に応じて測定された距離を修正するために使用される。
【００３７】

但し、
Ｒは、修正された距離であり、
Ｆは、測定されたパルス幅の関数となる測定誤差であり、
ΔＴは、測定されたパルス幅であり、
ｃは、光速である。
【００３８】
特定の反射率が基準物体８６の限定された位置に存在する必要性はない。基準物体８６は、較正される必要も、またはアライメントされる必要もない。基準物体８６の表面３０の反射率は、外側のシナリオ（outside scenario）に現れる全反射率を考慮して便宜的に選択されたり、適宜の次数の多項式についての中間値を判別するためにこの多項式によってリンクされる特定の基準点を形成するように選択される。
【００３９】
このように、信号変化の結果として生じる走行時間測定誤差の信頼性のある補償が、いずれの場合も行われる。所望の反射率を備えたシナリオ（scenario）が、組織的な測定誤差が無い状態で検出される。このようにして、１ｍｍ未満の測定精度が、複数の走査にわたる平均値処理によって得られる。
修正値を判別するために必要な測定値を得るために、基準物体をレーザレーダの通常の動作前にまたは通常の動作中に検出することができる。スキャンの反復は、特に、動作中に可能であることが好ましく、故に、修正値が実際の動作条件にいつでも適用される。
【００４０】
他の概念において、レーザ距離測定装置、特に電子制御評価システム１０は、最初に列挙したドイツ国特許公開第４３４０７５６号や、対応するアメリカ合衆国特許第５４５５６６９号に記載したように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザレーダとして実現されたレーザ距離測定装置の構成図である。
【図２】図１の回転ミラーとそのスキャンニング角度範囲とを示す平面図である。
【図３】受光パルスの強度が異なる場合の時間に対する信号電圧の関係を示すグラフである。
【図４】受光パルスの強度が異なる場合の時間に対する信号電圧の関係を示し、過剰変調により得られた信号を前置増幅器の線形範囲内にある２つの信号と対比した様子を示す図である。
【図５】ビーム路へと導入された基準物体の機能を説明するために回転ミラーが９０度回転した位置にある図１と同様な図である。
【図６】電荷測定手段を含むレーザレーダの電子制御評価システムの一部を示す図である。
【図７】増幅修正の修正曲線を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電子制御評価システム
１１ パルスレーザ
１２ 発射光パルス
１２’ 受光パルス
１３ 測定領域
１４ 物体
１５ 光偏向装置
１６ 回転ミラー
１７ 筐体
１８ 中心入射光ビーム
１９ 偏向ミラー
２０ 受光パルスビーム
２１ 発射パルス光ビーム
２２ 光検出装置
２３ オプトエレクトロニクス光検出器
２４ 中心領域
２５ 受光レンズ
２５’，２５” 別々の焦点距離
２６ 干渉フィルタ
２７ 円形円筒体
２８ 回転プレート
２９ 角度位置トランスデューサ
３０ 表面
３１ モータ
３２ ライン
３３ 発射レンズ
３４ コンパレータ
３５ 基準入力
３６ バッファ増幅器
３７ ショットキィダイオード
３８ トランスインピーダンス増幅器
４１ フロントディスク
４７ 環状領域
５３ 走査面
５４ 走査角度範囲
７９ 検出しきい値
８０ 信号電圧
８１ 信号電圧
８２ 信号電圧
８３ ベース時間
８４ 時間測定誤差
８５ 時間測定誤差
８６ 基準物体
８７ 環形ダイアフラム
１１５ 筐体
Ｃ コンデンサ

Claims (24)

1. パルスレーザ（１１）と、光偏向装置（１５）と、オプトエレクトロニクス光検出器（２３）を有する光検出装置（２２）と、電子制御評価システム（１０）とを有するレーザ距離測定装置であって、パルスレーザ（１１）が制御されて光パルス（１２）を発射し、発射される次の光パルス（１２）が光偏向装置（１５）によって偏向されて角度が変化して測定領域（１３）へと入り、測定領域（１３）に配置された物体（１４）から反射されて戻る光パルス（１２’）が光検出装置（２２）によって受光され、光偏向装置（１５）からの物体（１４）の距離を表す検知信号が光パルス（１２，１２’）の発射及び受光間の時間から光速を考慮してパルス走行時間方法により電子制御評価システム（１０）において見いだされ、検知信号変化の結果として現れる走行時間測定誤差に対して補償も行われるレーザ距離測定装置であって、電子制御評価システム（１０）は、光パルス（１２’）の受光中に光検出器（２３）を流れる全電荷量を測定するとともに受光パルス（１２’）のパルス幅を測定する手段（Ｃ，３６，３７；３４，３８）を含み、前記電子制御評価システム（１０）は、少なくとも１つの基準物体（８６）に関して受光された受光パルス（１２’）の電荷及び／又はパルス幅に基づいて得られたパルス走行時間と所望のパルス走行時間との偏差を修正値として用いて、物体（１４）に関する前記走行時間測定誤差を補償し、前記物体（１４）に関して測定された受光パルス（１２’）のパルス幅が特定のしきい値を越えたとき、前記基準物体（８６）に関して受光された受光パルス（１２’）の電荷に基づいて得られた修正値又は修正関数を用いて、物体（１４）に関する前記走行時間測定誤差を補償し、基準物体（８６）は、光偏向装置（１５）から画定された距離に配置されるとともに異なる反射率を有することを特徴とするレーザ距離測定装置。
2. 基準物体（８６）は、限定されてモニタされる走査角度範囲（５４）の外側に配置され、連続的に変化する角度によって偏向される発射パルス光ビーム（２１）によって掃引されることを特徴とする請求項１記載のレーザ距離測定装置。
3. 基準物体（８６）は、反射率が変化する表面（３０）を有し、表面（３０）には発射パルス光ビーム（２１）が入射し、表面（３０）は回転自在光偏向手段（１５）の回転軸（１７）と同心円上の円弧に沿って延在し、反射率は円弧に沿って変化することを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ距離測定装置。
4. 前記基準物体（８６）の反射率はステップの無い状態で変化することを特徴とする請求項３記載のレーザ距離測定装置。
5. 表面（３０）は、箔、下地、または高い初期反射率の部材によって形成され、黒色塗料によって反射率が増加するように塗られていることを特徴とする請求項３または請求項４記載のレーザ距離測定装置。
6. 基準物体（８６）は、所定数の基準物体素子によって形成され、発射パルス光ビーム（２１）が次々と入射する各基準物体素子の表面は、反射率が異なることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ距離測定装置。
7. 前記所定数の基準物体素子は、回転自在光偏向装置（１５）の回転軸（１７）と同心円上の円弧上に間隙を介して配置されていることを特徴とする請求項６記載のレーザ距離測定装置。
8. 光偏向装置（１５）から同一の距離に配置された基準物体素子について受け入れた測定値は、多項式によって１つにリンクされ、中間値は多項式によって判定されることを特徴とする請求項６または請求項７記載のレーザ距離測定装置。
9. 光偏向装置（１５）は、３６０゜の偏向角度を掃引することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載のレーザ距離測定装置。
10. 前記光偏向装置（１５）は、回転の１つの方向に連続して回転することを特徴とする請求項９記載のレーザ距離測定装置。
11. １つの光パルス（１２’）の受光中に光検出器（２３）を流れる全電荷量を測定する手段（Ｃ，３６，３７）は、光検出器（２３）と直列に接続されたコンデンサ（Ｃ）と、コンデンサの後に接続されたバッファ増幅器（３６）とを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のレーザ距離測定装置。
12. コンデンサ（Ｃ）は、ダイオードを介して光検出器（２３）と直列に接続されていることを特徴とする請求項１１記載のレーザ距離測定装置。
13. 前記ダイオードはショットキィダイオードであることを特徴とする請求項１２記載のレーザ距離測定装置。
14. 光検出器（２３）は、前置増幅器を介してコンパレータの１つの入力部に接続され、コンパレータは、検出しきい値（７９）を画定する基準入力を有し、コンパレータの出力信号は受光パルス（１２’）のパルス幅を測定するために使用されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のレーザ距離測定装置。
15. 前記前置増幅器はトランスインピーダンス増幅器（３８）であることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ距離測定装置。
16. コンパレータ（３４）の出力信号は、走行時間を同時に測定するために使用されることを特徴とする請求項１５記載のレーザ距離測定装置。
17. 基準物体（８６）は、修正値の測定に必要な測定値を得るために装置の通常動作の前または通常の動作中に反復して検知されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１つに記載のレーザ距離測定装置。
18. 基準物体（８６）について特定数の走査中に得られた測定値は、電子制御評価システム（１０）において精度を上げるために平均処理されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１つに記載のレーザ距離測定装置。
19. しきい値は、前置増幅器がかなり過剰変調されたりまたは飽和された値に相当することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１つに記載のレーザ距離測定装置。
20. 前記しきい値は、発射光パルス（１２）のパルス幅の２乃至１０倍、２乃至５倍の値と少なくとも同一であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１つに記載のレーザ距離測定装置。
21. 電子制御評価システム（１０）は、走行時間及びパルス幅を測定する時間測定ユニットを含むことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１つに記載のレーザ距離測定装置。
22. 電子制御評価システム（１０）は、マイクロプロセッサを含むことを特徴とする請求項１乃至２１の１つに記載のレーザ距離測定装置。
23. オプトエレクトロニクス光検出器は、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１つに記載のレーザ距離測定装置。
24. 前記フォトダイオードはアバランシェダイオード（２３）であることを特徴とする請求項２３に記載のレーザ距離測定装置。

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