CN102549380B - 光学距离测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于光学测量至目标对象（15）的距离的一种测量装置（10）。该测量装置（10）具有一个发送装置（12）以把光学测量射线（13）发送到该目标对象（15），并具有一个接收装置（14），该接收装置具有一个探测面（66）以探测从目标对象（15）返回的光学测量射线（16），还具有一个分析装置（36）。该探测面（66）具有多个像素，其中每个像素都具有至少一个光敏感元件，并且其中多个像素中的每一个都与该分析装置（36）相连接。该分析装置和该接收装置如此来构造，使得从该目标对象返回的光学射线同时照射了多个像素。该分析装置如此来构造，使得给多个距离确定装置中的至少一个传输了多个像素的探测信号，相应的距离确定装置根据探测信号来探测距离数据，其中该距离数据与该测量装置与该目标对象之间的距离相关。该分析装置构造用于根据对距离数据的分析来确定该测量装置与该目标对象之间的距离，其中该距离数据通过多个距离确定装置而被确定。

Description

光学距离测量仪

发明领域

本发明涉及用于借助光学测量射线测量在测量装置与目标对象之间距离的一种测量装置。

发明背景

已知有如下的光学距离测量设备，其把时间调制的光束在目标对象的方向上对准，其中应该确定该目标对象到该测量设备的距离。由所针对的目标对象反射或散射返回的光由该设备至少部分地被探测，并用于确定要测量的距离。典型的测量范围在此处于从几厘米至几百米的距离范围内。

为了能够利用光束来测量至目标对象的距离，该光束比如在其强度上被时间调制。比如可以发送光脉冲，并测量光脉冲从发送直至探测到之间的传播时间，并由此计算到目标对象的距离。但是为此必须发送非常短的光脉冲，并采用非常快速的探测电子装置，以能够获得足够精确的测量结果。代替地可以对光束在其强度上在时间上周期地进行调制，并利用在发送的与探测的光信号之间的相位偏移，以确定传播时间并从而确定至目标对象的距离。激光距离测量的原理以比如利用激光束强度的连续调制的术语“Time of Flight Ranging，飞行时间”而众所周知。

另外还已知的是所谓的三维（3D）相机，其中除了对要拍摄对象的光学成像之外，还应该探测在要拍摄对象的表面到该相机的范围的相应距离。该相机为此具有一个成像光学装置，该光学装置把对象的图像清晰地投射到其后所设置的探测器表面。该探测器在此具有多个矩阵状设置的像素。每个像素在此都可以确定诸如由目标对象表面区域所反的光的颜色或光强的图像信息。附加地还可以确定与该相机和目标对象的相应表面区域之间的距离有关的信息。为此可以利用时间调制的激光射线来照射该目标对象，并把由目标对象所反射的并借助成像光学装置在该探测器上所成像的射线通过确定飞行时间而用于确定与至目标对象相应表面区域的距离有关的位置分辨信息。

然而，这种三维相机除了位置分辨的、具有多个像素的探测器之外，还需要具有一个成像光学装置，以把该目标对象的每个表面区域精确地成像在像素上，其中由该像素所确定的探测信号然后可以用于确定至相应表面区域的距离。这需要相对复杂的聚焦光学装置以及对每个像素探测信号的单个分析能力。

与此相反，简单的距离测量设备仅仅用于确定在该测量设备与目标对象或者该目标对象上利用激光束瞄准的一个点之间的距离。在此不需要位置分辨地确定距离。通常确定平均距离就足够了。这种距离测量设备通常用在手持设备中，以比如在一个房间内确定某一位置到周围目标对象诸如墙或装备的距离。手持距离测量设备在此优选地应该具有尽可能简单、坚固和造价合理的构造，并能够实现简单的操作。

在DE 10 2006 013 290 A1中公开了用于光学距离测量的一种装置，其中接收单元的探测器具有多个相互分离的光敏感表面，其可以相互分离地被激活。每个光敏感表面在此具有一个光电二极管比如PIN二极管或APD（Avalanche Photo Diode,雪崩光电二极管）、或者CCD芯片来作为光敏感元件。这些光敏感元件确定模拟探测信号，该探测信号对应于所接收光的强度。这些光敏感表面可以选择性地被激活，并以这种方式组合为一个总探测面，该总探测面能够尽可能好地与由光源所照射的探测器面的子区域相匹配，以如此来改善信噪比。

发明内容

可能需要一种用于光学距离测量的测量装置，尤其与前述的常规距离测量设备相比，该测量装置允许简单地构造其中所使用的电子部件、尤其用于分析探测信号的分析部件。

另外还可能需要一种距离测量装置，该测量装置尽可能具有以下优点至少之一：

–针对探测器而扩展了该距离测量装置的接收光学装置的调整公差；

–降低了复杂性以及对接收光学装置的要求；

–提高了尤其在测量小距离时的动态范围；

–优化了尤其在测量大距离时的信噪比；和/或

–缩小了集成电路的用于分析所需的芯片面积。

根据本发明的用于光学距离测量的测量装置具有发送装置以发送光学测量射线至目标对象上，还具有接收装置，该接收装置具有探测面以探测从目标对象返回的光学测量射线，该测量装置还具有分析装置，该分析装置具有多个距离确定装置。该接收装置的探测面在此具有多个像素，其中每个像素都具有至少一个光敏感元件。多个像素中的每一个都与该分析装置直接地或间接地通过其他中间连接的元件相连接。该分析装置如此来构造，使得给多个距离确定装置中的至少一个传输了多个像素的探测信号，根据探测信号，相应的距离确定装置确定距离数据，所述距离数据与在该测量装置与该目标对象之间的距离相关。该分析装置此外构造用于基于距离数据的分析来确定在该测量装置与该目标对象之间的距离，其中距离数据已经通过多个距离确定装置而被确定。

该发送装置可以是一个光源，比如以LED、激光器或激光二极管的形式，其将光以时间调制的方式发送至该目标对象。所述时间调制在此可以连续地和/或周期地、比如正弦状地来进行。也可以发送脉冲序列，比如非周期地，比如以所谓伪噪声脉冲序列的形式。

每个像素可以直接地或比如中间接入多路复用器地与该分析装置相连，其中该多路复用器构造用于选择性地转发多个像素的探测信号。这样比如就可以实现单个像素或一组像素的探测信号能够与其他像素的探测信号无关地由该分析装置来分析。

该发送装置和接收装置优选地如此来构造并相互协调，使得从该目标对象返回的光学测量射线在正常的测量条件下、也即比如在从几厘米至几百米的测量距离下同时照射多个像素。但是，多个像素同时被照射的这个事实，在此不应象在常规3D相机中一样被用于探测目标对象的成像或者探测与目标对象表面上单个子区域的距离有关的空间分辨，而是应该如下还更详细解释的，尤其实现了与探测敏感性和/或调整公差有关的优点。在该测量装置和该目标对象之间的距离在此基于对多个像素的探测信号、尤其同时被照射的多个像素的分析而被确定。

该发送装置为此可以发送测量射束，该测量射线的截面足够大，使得从该目标对象返回的测量射束的部分始终照射多个像素。为了把从目标对象返回的测量射线成束并传导到探测面上，为了以这种方式提供足够强的探测信号，可以在从该发送装置至该接收装置的光学路径中设置一个简单的光学装置，比如以一个或多个透镜的形式。该简单的光学装置可以造价节省并耗费降低地作为非自动聚焦的光学装置（“Fix-Fokus，定焦”）来构造。因为，仅当该目标对象位于与焦距和像平面相应的至该测量装置的物距中时，那么这种非自动聚焦的、具有固定焦距的光学装置才可以最佳地、也即以最小的光斑直径把从目标对象返回的测量射束聚焦到该接收装置的探测面上，所以，由该目标对象返回的测量射线同时照射的像素数量可能根据在该目标对象与该测量物镜之间的距离而变化。比如，该光学接收***针对远离的具有大物距的目标对象的测量射线接收而进行优化，这可能意味着如此来选择焦距和像距，使得针对大的物距而达到几何成像条件。从而在大距离的情况下能够在像平面中达到最小的光斑直径（“die Abbildung ist scharf，成像清晰”）。通过确定焦距和像平面，在近距的目标对象的情况下所照射的像素数量可能远大于远离的目标对象的情况。在近距的目标对象的情况下，返回的测量射线可能不再清晰地成像，使得该探测面的照射区域可能相应变大。

因为单个像素的探测信号可以相互独立地被分析，所以该接收装置和该分析装置就可以构造用于：基于对仅仅来自从该发送装置所照射的目标对象面的光返回照射的像素的探测信号分析，来确定在该测量装置与该目标对象之间的距离。换句话说，该分析装置比如可以首先在一个预测量中确定探测面的哪些像素实际接收了该发送装置的测量射线以及哪些像素仅仅探测了背景射线，并接着可以仅仅把由该测量射线所照射的像素的探测信号来用于实际的距离确定。由此可以大大提高信噪比。

为了能够确定在该测量装置与该目标对象之间的距离，该分析装置可以具有多个距离确定装置（部分也作为“Binning-Schma，合并方案”而公开）。距离确定装置可以构造用于确定数据，其中所述数据与在该测量装置和该目标对象之间要确定的距离相关，并从而能够最终从中确定所期望的距离。比如可以确定在该发送装置的一次发送直至在该探测面上探测到从该目标对象返回的测量射线之间测量射线的飞行时长，并由此确定所期望的距离。该距离确定装置为此可以把由该发送装置所提供的与时间调制发送的测量射线有关的信息与该接收装置所提供的探测信号相比较。在周期调制发送测量射线的情况下，比如可以由在一个发送信号与一个探测信号之间的相位差来确定相应的距离。

原则上一个唯一的距离确定装置就可以足够用于确定在该测量装置与该目标对象之间的距离。为了使距离确定装置的数量保持得少，把单个像素或一组像素的探测信号比如借助多路复用器依次传输到一个距离确定装置，这可能是有利的。由于对探测信号的这种顺序处理，这可能导致总测量时长的延长。代替地可以给每个像素分配一个自己的距离确定装置。在这种情况下，可以尽可能在时间上相互平行地由多个像素的每个探测信号来分别确定一个距离，并可以由所确定的多个距离最终比如通过取平均来确定在该装置与该目标对象之间的一个最终要确定的距离。当然，对此可能必要的是，在该测量装置中设置非常大数量的距离确定装置，这可能使该测量装置的构造和制造变得复杂。

可以说，作为这两个极端可替换方案之间的中间路线，可以把多个像素与一个距离确定装置相连接，并且该距离确定装置可以构造用于基于所述多个像素的探测信号来确定与距离相关的数据。在此所推荐的分析装置从而具有多个距离确定装置，并能够构造用于基于该距离确定装置所确定的与距离有关的数据来确定在该测量装置和该目标对象之间的距离，比如通过求平均值。

通过采用多个距离确定装置，可以减少用于找到接收测量射线的像素所需的时间，因为通过灵活选择的选择算法可以并行地分析变化的像素组合。

在一个像素中所包含的光敏感元件的数量或单个光敏感元件的面积可以根据像素在该接收装置的探测面中的位置而可变地进行选择。比如可以已知的是，从该目标对象返回的测量射线可以根据该目标对象与该测量装置的距离而投射在另一位置和/或以另外的截面面积投射到该接收装置的探测面。在一个像素中光敏感元件的数量或面积从而可以与位置相关地与所期待投射的光强相匹配。通过在一个像素中光敏感元件的面积和/或数量的匹配，可以优化该测量装置的动态范围。通过像素面积与激光光斑尺寸的匹配，可以优化信噪比。

如果比如在该发送装置与该接收装置之间的光路径中设置一个非自动聚焦的光学装置，该光学装置构造用于为远离的目标对象成像或者最佳聚焦，那么就可以针对远离的目标对象把返回的测量射线以小的光斑直径来聚焦。在该探测面的这样一个区域中，每个像素仅仅包含一个唯一的光敏感元件或仅少量的光敏感元件，那么这可能是有利的。如果利用这样一个定焦测量装置来瞄准靠近的目标对象，那么返回的测量射线就不能在该探测面上作为小的光斑而聚焦，而是可能散焦地投射到该探测面的一个较大子平面上。总之在这种情况下那么就比在目标对象远离的情况下更多的像素被照射。从而在该探测面的被照射子区域的边缘区域中分别把多个光敏感元件组合为一个单个的像素（或“sub-array，子阵列”或“cluster，族”），这可能是有利的。

比如该发送装置和该接收装置可以相邻地沿着视差轴来设置。这种所谓的双轴测量***可具有如下的优点，即不需要耗费的射线分离来选择返回的测量射束。从该发送装置发射的并从该目标对象返回的测量射束在这种情况下可以按照目标对象的距离而在沿视差轴的另一位置上投射到该探测面上，并具有不同的截面。在这种情况下，在一个像素中所包含的光敏感元件的数量根据沿着视差轴上像素的位置而变化，这可能是有利的。在靠近发送装置的像素中在一个像素中所包含的光敏感元件的数量选择得少于在远离发送装置的像素中的情况，这尤其可能是有利的。

代替地，该发送装置和该接收装置可以相互同轴地设置。在这种单轴测量装置中，比如可以借助半透明镜来达到使由返回射线所照射的探测面区域的中心与目标对象的距离无关地很大程度上保持位置不变。然而在该探测面上所照射区域的截面可以继续与该目标对象的距离有关。在目标对象远离并且光学装置具有长焦距的情况下，可能出现小的照射光斑，在目标对象靠近的情况下出现较大的照射光斑。在靠近探测面中心的像素中在一个像素中所包含的光敏感元件的数量选择得少于在远离探测面中心的像素中的情况，这可能是有利的。

本发明的可能的观点、优点和扩展已在前文中参照本发明的各个实施方式进行了阐述。说明、所属附图以及权利要求包含有多个组合特征。专业人员把这些特征、尤其不同实施例的特征也单个地考虑，并组合成有意义的其他特征组合。

附图说明

下面参照附图来阐述本发明的实施方式以及其中所包含的分观点。附图仅仅是示意性的，并且不是真正按比例的。在附图中相同的或类似的参考符号表示相同的或类似的元件。

图1示出了根据本发明一个实施方式的用于光学距离测量的一个测量装置。

图2示出了根据本发明一个实施方式的一种测量装置的两个光敏感元件的示意性电路图，其中所述光敏感元件与一个组合器相连。

图3示出了根据本发明一个实施方式的一种测量装置的接收装置的探测面的俯视图。

图4示出了根据本发明一个实施方式的一种测量装置的接收装置的可代替探测面的俯视图。

图5示出了一个单个的光敏感元件，其与一个距离确定装置相连。

图6示出了两个光敏感元件，其通过一个多路复用器与一个距离确定装置相连。

图7示出了各具有9个光敏感元件的两个像素，其通过组合器和多路复用器与一个距离确定装置相连。

图8示出了具有像素的接收装置的探测面，其中在像素中所包含的元件的数量根据位置而变化，并且其通过组合器和多路复用器与多个距离确定装置相连。

具体实施方式

在图1中示意地示出了一种根据本发明的用于光学距离测量的装置10以阐述其功能，其具有最重要的部件。

该测量装置10具有一个机壳11，在该机壳中设置有一个发送装置12用于发送光学测量射线13，以及具有一个接收装置14用于探测从目标对象15返回的测量射线16。

该发送装置12包含有光源，其在所示的实施例中通过半导体激光二极管18来实现。该激光二极管18以对于人眼可见的光束22的形式来发送激光射线20。该激光二极管18为此通过一个控制设备24来运行，该控制设备通过相应的电子装置来产生该激光二极管18的电输入信号19的时间调制。通过二极管电流的这种调制，能够实现对用于距离测量的光学测量射线13同样以所期望的方式在其强度上进行时间调制。

该激光射束20接着穿过以物镜28形式的一个视准光学装置26，其在图1中以简化的方式以一个单个透镜的形式示出。该物镜28在该实施例中可选地位于一个调节模拟器32上，其中该调节模拟器原则上能够在全部三个空间方向上来改变该物镜的位置，比如出于调整目的。然而代替地该视准光学装置26或者也可以已经是该激光二极管18的组成部分或者与其固定连接。

穿过该物镜28之后，获得了该测量射线13的、以近似平行光束37形式的比如幅度调制的信号，其中该光束沿着发送单元12的光轴38而传播。

在该发送装置12中此外还可以具有优选可开关的射线偏转器40，其允许把该测量射线13完全或部分地绕过该目标对象15直接地、也即在设备内部偏转到该接收装置14上。这样就可以生成设备内部的参照段42，该参照段允许该测量装置的校准以及平衡。

如果利用该测量装置10来实施距离测量，那么该测量射线13就穿过在该测量装置10的前壁45中的光学窗口44而离开该测量装置的机壳11。比如可以通过快门46来保证该光学窗口44的打开。为了进行真正的测量，该测量装置10然后被对准目标对象15，其中应该确定该目标对象至该测量装置10的距离48。在所期望的目标对象15上所反射或散射的信号16以返回射束49或50的形式构成了返回的光学测量射线16，返回射束某一部分再次返回到该测量装置10中。

通过该测量装置10前壁45上的入射窗口47，返回的测量射线16输入耦合到该测量装置10中，并然后如图1所示投射到一个接收光学装置52上。

在图1中为了说明而示例地示出两个不同目标对象距离48的两个返回的测量射束49及50。对于大的对象距离，其中大可以解释为相对于接收光学装置52的焦距而言是大的，从该目标对象15返回的光学测量射线16近似平行于该接收装置14的光轴51而入射。这种情况在图1的实施例中通过该测量射束49来表示。随着对象距离的变小，在该测量装置中入射的返回测量射线16由于视差而相对于该接收装置14的光轴51倾斜得越来越大。作为这种返回测量射束的例子，在图1中在该测量装置的邻近区域中示出了该射束50。

在图1中同样仅示意地通过一个单个透镜来表示的该接收光学装置52把返回的测量射线16的射束聚焦到在该接收装置14中所设置的接收探测器54的探测面66上。该探测器54为了探测光学测量射线而具有多个像素。每个像素都具有至少一个光敏感元件。通过在该探测面66中所设置的光敏感元件，其中这些元件单个地或成组组合地在像素中成矩阵状布置并与一个分析装置36相连接，入射的返回测量射线16被转换为电信号55，并被传输至该分析装置36中的其他分析单元。

由单个光敏感元件或光敏感元件组合所生成的探测信号可以被传输给在该分析装置36中所包含的距离确定装置。距离确定装置可以累加探测信号，并由此生成一个信号，该信号对应于投射到相应光敏感元件上的光信号或光强的与时间有关的强度。通过把该信号与一个激励信号相联系，其中该激励信号表明了由该发送装置所发射的光子率的时间曲线，就可以推断从该发送装置至该目标对象并再次返回到该接收装置的光子飞行时间。如果该发送装置对所发送的光比如进行正弦状周期调制，那么就可以由在所发送的和所探测的测量射线之间的相位差来确定飞行时间。

图2示出了两个光敏感元件101、101`，其探测信号被分别转发到一个“或”门103。该“或”门103用作组合器104，其方式是，它不仅接受该第一光敏感元件101的探测信号，而且接受该第二光敏感元件101`的探测信号，并在输出105上输出输入信号的组合信号。

图3示出了具有未校正视差的激光距离测量装置的探测装置54的探测面110。在此在该探测面110上示出了圆形的激光光斑109，其直径根据在该测量装置与该目标对象之间的距离L而变化。在此假定了一个理想的透镜，对于最佳调整到大距离的情况，其具有f=30mm的焦距、d=4mm的直径以及5mm的视差。该激光射线在此假定具有1mrad的发散度。在该探测面110的该扩展方案中有利的是，像素111的大小以及在相应像素111中光敏感元件101的数量沿着视差轴113而增加。该视差轴在此被假定为在探测面平面与如下一个平面之间的交线，其中该平面由接收光学装置的光轴和该距离测量装置的激光射线轴所伸展确定。应看到，如果激光射束从一个远离的目标对象返回，那么在该激光光斑109所投射的一个第一区域114中，设置了小的像素，其分别仅包含有一个唯一的光敏感元件。如果该目标对象约0.5至1m远，那么在该激光光斑109`所投射的一个区域115中，设置了较大的像素，其分别具有四个光敏感元件。对目标对象非常近的情况，那么在该激光光斑109``所投射的另一区域116中，设置了尤其大的像素，其具有8或16个光敏感元件。该接收光学装置在此如此优化，使得在目标对象距离最远时实现了尽可能好的成像质量，也即在探测面上尽可能小的激光光斑直径。

在距离大的情况下，该激光光斑109由于清晰的成像而是相对较小的。同时由返回的测量射线和背景射线所组合的入射光的强度由于来自远离的目标对象的测量射线的微小分量而是相对较小的。在目标对象位置较近的情况下，总计较多的测量射线从目标对象反射或散射回到探测面110。同时该测量射线穿过该定焦接收光学装置而不再清晰地成像在该探测面110上。

总之，出于对具有轻微发散激光射线以及定焦接收光学装置的激光距离测量仪的几何形状的考虑，对于所接收的激光射线的分量，在距离大的情况下，在探测器平面中得到随着距离成平方下降的光强，在距离小的情况下，得到随着距离而保持恒定的光强。背景射线的强度分量相反则第一近似地与距离无关。

利用在该探测面110中所包含的像素101的大小的如图3所示的与位置有关的扩展方案，一方面能够实现不仅在目标对象距离大、而且在目标对象距离小的情况下激光光斑109分别投射到多个像素上，并能够由其进行分析。有效探测面的大小在此可以最佳地与激光光斑的大小相匹配，并从而优化了信噪比。另一方面，利用这种与位置有关的扩展方案，还可以最佳地利用光敏感元件的动态范围，因为在大距离情况下所投射光（激光和背景分量）的光强比在小距离情况下小。仅在小距离情况下施加有所接收测量射线的探测器面的情况下，从而可以减小单个光敏感元件的面积。在其中所接收测量射线的强度近似保持恒定的探测器区域中，在光敏感元件面积保持不变的情况下，在单个像素111中所包含的光敏感元件101的数量可以增加。

图4示出了共轴激光距离测量仪或具有校正视差的激光距离测量仪的探测面110`的一个实施方式。这种校正可以借助近区域元件或者代替的已知方法来实现。在这种情况下，由于接收光学装置的有限景深，成像缺陷基本占主导地位，如此使得同心布置相同大小的像素是有利的。从远离的目标对象所返回的激光射线被良好地聚焦，并在探测面110`中心122附近、也即在该接收光学装置的光轴穿过探测面平面的交点附近产生一个相对小的激光光斑109。从近处的目标对象所返回的激光射线产生具有大得多直径的一个激光光斑109`。与远离该探测面110`的中心122的、也即在探测面边缘上的相比，该像素111在中心122附近具有较小的面积，并且其中包含较少数量的光敏感元件101。

在图5至7中作为框图示出了如被用于实现根据本发明实施方式的接收装置的单个的元件。

图5示出了一个像素111，其具有一个单个的光敏感元件101。该像素与一个距离确定装置130相连接。

图6示出了两个像素111、111`，其分别具有一个光敏感元件101、101`。该像素111、111`与一个多路复用器140相连接，该多路复用器把由像素111、111`所提供的探测信号有选择地转发到一个距离确定装置130。

在图7中示出了两个像素111、111`的一种布置，其中像素分别具有新的光敏感元件101、101`。来自单个光敏感元件101、101`的探测信号，必要时在由附加的延迟元件150、150`所导致的时间延迟之后，被分别转发到一个组合器160、160`。该延迟可以用于补偿传输时差并从而用于一个像素或不同像素的光敏感元件的时间同步。在该组合器160、160`中把探测信号相互组合。所组合的探测信号从组合器160、160`传输到多路复用器140，并由此开始转发到一个距离确定装置130。

图8示出了具有校正视差的距离测量装置的一个特殊实施方式，其中采用了N=92个像素111的这种元件。在此48个像素仅具有一个单个的光敏感元件，24个像素分别具有4个以2×2布置的光敏感元件，20个像素分别具有9个以3×3布置的光敏感元件。具有多于一个光敏感元件101的每个像素111都正好与一个组合器160、160`相连接。由此得出有44个组合器160。具有仅一个光敏感元件的像素111的输出或组合器160的输出与K个多路复用器140的输入相连。该多路复用器140的输出又与M>=2个距离确定装置130相连。在此必然既不是M=K也不是M=N。示例地示出了不同大小和不同光敏感元件数量的三个像素111的连接。在图11中阴影示出的一个面表明了一个有效的探测器面170，其包含有实际由激光光斑109的激光所照射的并能够借助其来实施至目标对象的距离测量的那些像素111。

最后应该再次换个说法来总结本发明实施方式的观点和优点。

本发明的一个实施方式基于的是如下一个核心想法，即以有利的方式来构造在像素中单个光敏感元件的布置方式，其中其信号被组合，之后其被传输给一个具有多个距离确定装置的时间分析单元用于进一步分析。其信号借助组合器而被组合的光敏感元件的集合在此构成了像素。

这些单个的像素可以相互独立地被运行。尤其可以针对每个单个的像素实施连续波的相位分析，或者代替地实施脉冲的飞行时间分析。

多个光敏感元件到像素的组合在空间上可以如此来构造，使得不仅在大距离上、而且在小距离上、尤其在强背景照明的情况下利用少量的距离确定装置就可以优化信噪比。这可以通过在探测面上与位置相关地匹配像素的大小以及组合为一个像素的光敏感元件的数量来实现。

在激光距离测量仪中，具有仅一个光敏感元件的像素、或者具有不同大小和不同光敏感元件数量的可选像素的、专门为提高信噪比而优化的布置方式不仅相对于常规的激光距离测量仪、而且相对于3D相机都体现出了不同特征之一。如例如在定焦***中可能出现的，即使该接收装置没有位于光学装置的像平面中，这种布置也可以降低测量装置中对调整光学装置的要求，并同时能够有利于优化的信噪比。

探测面可以设计得如此大，使得能够降低对调整接收光学装置的要求。此外可以使光学成像缺陷的影响最小化，尤其是由于景深太小而由于散焦而导致的缺陷。由此可以降低对接收光学装置的光学质量的要求。

另一优点是能够尤其在大测量距离时在高背景光分量的情况下优化信噪比。这可以如此来实现，即在所有距离下的有效探测面最佳地与探测平面中实际成像的激光测量光斑的大小相匹配，也即能够被最小化。在完成测量之后，可以有针对地仅仅对来自实际接收激光射线的那些单个光敏感元件或具有多个光敏感元件的像素的信号进行分析。由此能够缩小有效探测面，并最小化背景光的噪声量，这与改善信噪比可能是同等重要的。

另一优点可能是，由于在一个像素中组合了多个光敏感元件，从而需要比所存在的光敏感元件少的距离确定装置。这可以缩小集成电路的所需的芯片面积。尤其在通常以定焦工作的激光距离测量仪中，该优点可能具有重要的意义，因为激光光斑直径则可能根据目标对象的距离而变化。图6针对一个***而将此示出，其中在该***中没有对视差误差进行校正。为了如前所述通过最小化有效探测面来优化信噪比，在激光光斑直径较大的情况下，也即通常在目标对象的距离较小的情况下，也可以与此相应地仅需要较小分辨率的探测器。这种情形可以通过位置相关地把光敏感元件组合为像素而被充分利用。

因为有效探测面、也即在测量分析中所考虑的面通常小于整个探测面，所以所需的距离确定装置的数量还可以进一步降低，其方式是，除了组合光敏感元件之外，还采用了多路复用器。在这种情况下可以借助暂时的测量来首先识别接收激光射线的像素，并接着针对真正的测量将其分配到距离确定装置上。如果N是具有一个或多个光敏感元件的像素的总数目，M是提供用于分析的距离确定装置的数目，那么就最多必须实施取整的N/M次暂时测量以进行识别。该测量任务从而可以以很少的测量、在理想情况下以唯一一次测量来实施。

另一优点可能是，单个的像素可以比如在相位偏移方面相互独立地进行校准。

Claims (17)

1.用于光学距离测量的测量装置（10），具有：

发送装置（12），用于把光学测量射线（13）发送到目标对象（15）；

接收装置（14），其具有探测面（110）用于探测从目标对象（15）返回的光学测量射线（16）；以及

分析装置（36），其具有多个距离确定装置；

其特征在于，

该探测面（110）具有多个像素（111），其中每个像素（111）都具有至少一个光敏感元件（101）；

其中该分析装置构造为：使得向多个距离确定装置中的至少一个传输多个像素的探测信号，相应的距离确定装置基于所述探测信号来确定距离数据，其中所述距离数据与该测量装置（10）与该目标对象（15）之间的距离（48）相关，

其中该分析装置（36）构造用于基于对通过多个距离确定装置确定的距离数据的分析来确定该测量装置（10）与该目标对象（15）之间的距离（48）。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中所述距离确定装置（130）分别构造用于确定在发送装置（12）的发送直至探测到从该目标对象（15）返回的光学测量射线（16）之间的光学测量射线（13，16）的飞行时长，并由此确定距离。

3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中该测量装置具有至少一个多路复用器，以把单个像素的探测信号顺序地传输给距离确定装置。

4.根据权利要求2所述的测量装置，其中该分析装置（36）构造用于基于由距离确定装置（130）所确定的距离来确定在该测量装置（10）与该目标对象（15）之间的距离（48）。

5.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中至少一些像素（111）分别包含有多个光敏感元件（101）。

6.根据权利要求5所述的测量装置，另外还具有至少一个组合器（160），该组合器构造用于组合在一个单个的像素（111）中所包含的多个光敏感元件（101）的探测信号。

7.根据权利要求5所述的测量装置，其中在一个像素（111）中所包含的光敏感元件（101）的数量根据在该接收装置（14）的探测面（110）中像素（111）的位置而变化。

8.根据权利要求5所述的测量装置，其中在一个像素（111）中所包含的光敏感元件的面积根据在该接收装置（14）的探测面（110）中像素（111）的位置而变化。

9.根据权利要求7所述的测量装置，其中该发送装置（12）和该接收装置（14）相邻地沿着一个视差轴（113）来布置，并且其中在一个像素（111）中所包含的光敏感元件（101）的数量根据沿该视差轴（113）的位置而变化。

10.根据权利要求7所述的测量装置，其中在靠近发送装置（12）的像素（111）中的包含在一个像素（111）中的光敏感元件（101）的数量要小于在远离发送装置（12）的像素（111）中的包含在一个像素（111）中的光敏感元件（101）的数量。

11.根据权利要求7所述的测量装置，其中在靠近探测面（110）中心（122）的像素（111）中的包含在一个像素（111）中的光敏感元件（101）的数量要小于在远离探测面（110）中心（122）的像素（111）中的包含在一个像素（111）中的光敏感元件（101）的数量。

12.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中该发送装置（12）和该接收装置（14）如此来构造，使得由从目标对象（15）返回的光学测量射线（16）同时照射的像素（111）的数量根据在该目标对象（15）与该测量装置（10）之间的距离（48）而变化。

13.根据权利要求1或2所述的测量装置，另外还具有非自动聚焦光学装置（52），以把从目标对象返回的光学测量射线（16）引导到该探测面（110）上。

14.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中该接收装置（14）和该分析装置（36）构造用于对单个像素（111）的探测信号能够与其他像素（111）的探测信号无关地由该分析装置（36）来分析。

15.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中该接收装置（14）和该分析装置（36）构造用于基于仅仅对在有效探测面（170）中像素（111）的探测信号的分析来确定在该测量装置（10）与该目标对象（15）之间的距离（48），其中由该发送装置所照射的目标对象面的光返回照射到所述有效探测面上。

16.根据权利要求1或2所述的测量装置，还具有至少一个多路复用器（140），该多路复用器构造用于把多个像素（111）的探测信号有选择地转发到该分析装置（36）。

17.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述测量装置是手持的测量装置。