專利名稱：距離測(cè)量?jī)x器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及距離測(cè)量?jī)x器和距離測(cè)量方法。具體地，本發(fā)明涉及這樣一種距離測(cè)量?jī)x器和方法，其中向物體發(fā)射調(diào)制測(cè)量光，以及其中檢測(cè)和分析從物體接收回的測(cè)量光?；谶@個(gè)分析確定代表到物體距離的值。
背景技術(shù)：
常規(guī)的距離測(cè)量?jī)x器包括測(cè)量光的激光生成脈沖，以及向物體引導(dǎo)測(cè)量光的脈沖 的光學(xué)器件。向光傳感器提供從物體接收回的測(cè)量光脈沖，以生成與光脈沖相應(yīng)的電信號(hào)， 并放大和分析電脈沖信號(hào)。所述分析包括在隨后脈沖之間的發(fā)生時(shí)間的確定，以基于所確 定的發(fā)生時(shí)間來確定到物體的距離。已經(jīng)知道的是，可在測(cè)量精度、測(cè)量速度和距離測(cè)量范圍中的至少一個(gè)方面改進(jìn) 常規(guī)的距離測(cè)量?jī)x器和方法。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上問題，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有改進(jìn)性能的距離測(cè)量?jī)x器和距離測(cè)量方法，特別在精 度或速度方面。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，該距離測(cè)量?jī)x器包括可變?cè)鲆娣糯笃鳎糜诜糯笏鶛z測(cè)的信 號(hào)，其中當(dāng)所檢測(cè)的信號(hào)具有低強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)用較大的增益；以及其中當(dāng)所檢測(cè)的信號(hào)具有相 對(duì)高強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)用相對(duì)較低的增益。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，該距離測(cè)量?jī)x器包括第一分析器，用于分析所檢測(cè)的 信號(hào)，從而可基于該分析的結(jié)果設(shè)置所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆?。根?jù)另一實(shí)施例，該距離測(cè)量?jī)x器包括信號(hào)延遲模塊，用于延遲所檢測(cè)的信號(hào)的 第一部分，其中在延遲所述第一部分的同時(shí)，執(zhí)行所檢測(cè)的信號(hào)的第二部分的第一分析。然 后，可從所檢測(cè)的信號(hào)的所分析的第二部分導(dǎo)出增益值，以及將所導(dǎo)出的增益值提供至可 變?cè)鲆娣糯笃?，從而?dāng)所檢測(cè)的信號(hào)的所延遲的第一部分用于放大時(shí)，設(shè)置可變?cè)鲆娣糯?器的增益。然后，可變?cè)鲆娣糯笃鲗⒏鶕?jù)當(dāng)前提供的增益值放大所檢測(cè)的信號(hào)。在特定實(shí)施例中，確定增益值，使得從可變?cè)鲆娣糯笃鬏敵龅乃糯蟮男盘?hào)具有 基本恒定的強(qiáng)度，其相對(duì)地獨(dú)立于所檢測(cè)的信號(hào)的強(qiáng)度。然后，對(duì)于所放大的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一 步分析，其中這個(gè)分析相對(duì)地獨(dú)立于原始檢測(cè)的信號(hào)的強(qiáng)度。在實(shí)踐中這可能特別有利，因 為依據(jù)物體到測(cè)量?jī)x器的距離和物體的反射率，從物體接收回的測(cè)量光和相應(yīng)檢測(cè)的信號(hào) 可以以多個(gè)數(shù)量級(jí)改變。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種距離測(cè)量?jī)x器，包括至少一個(gè)光源；至少一個(gè) 光檢測(cè)器；光學(xué)器件，用于向物體引導(dǎo)從所述至少一個(gè)光源發(fā)射的測(cè)量光，以及向所述至少 一個(gè)檢測(cè)器引導(dǎo)從所述物體接收回的測(cè)量光；信號(hào)延遲模塊；第一信號(hào)分析器；以及可變 增益放大器；其中所述至少一個(gè)光傳感器的輸出連接至所述信號(hào)延遲模塊的輸入；所述至少一個(gè)光傳感器的輸出連接至所述第一信號(hào)分析器的信號(hào)輸入；所述信號(hào)延遲模塊的輸出連接至所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)輸入；以及所述第一信號(hào)分析器的輸出連接至所述可 變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬖O(shè)置輸入。在本申請(qǐng)的上下文中，術(shù)語“連接”不限于表示直接連接，還應(yīng)涵蓋與中間元件的 功能性連接。例如，如果第一元件的輸出連接至第二元件的輸入，這包括電子導(dǎo)體基本上未 改變地從第一元件向第二元件的輸入提供所輸出的信號(hào)的直接連接，這還包括連接是經(jīng)由 一個(gè)或多個(gè)額外元件，例如修改從第一元件輸出的信號(hào)然后將其輸入至第二元件的中間放 大器或?yàn)V波器。此外，連接是功能性連接，因?yàn)槿绻麖牡谝辉敵龅男盘?hào)經(jīng)歷逐漸或迅速 的改變，則可對(duì)于第二元件的輸入應(yīng)用相應(yīng)的并且可能修改的改變。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，信號(hào)延遲模塊將輸入的信號(hào)延遲預(yù)定信號(hào)延遲時(shí)間，然后將 其輸出。信號(hào)延遲時(shí)間可大于或等于與第一信號(hào)分析器關(guān)聯(lián)的處理時(shí)間、與可變?cè)鲆娣糯?器關(guān)聯(lián)的處理時(shí)間、以及第一信號(hào)分析器的處理時(shí)間和可變?cè)鲆娣糯笃鞯奶幚頃r(shí)間的總和 之一。在本發(fā)明的上下文中將與第一信號(hào)分析器關(guān)聯(lián)的處理時(shí)間定義為從對(duì)于第一信 號(hào)分析器的輸入施加理想瞬時(shí)階梯信號(hào)到第一信號(hào)分析器的輸出進(jìn)入并保持于在第一信 號(hào)分析器的輸出所建立的最終值的0. 5至1. 5倍的值范圍內(nèi)所經(jīng)過的時(shí)間。類似地，在本發(fā)明的上下文中將與可變?cè)鲆娣糯笃麝P(guān)聯(lián)的處理時(shí)間定義為將處理 的輸出從第一信號(hào)分析器提供至可變?cè)鲆娣糯笃魉?jīng)過的時(shí)間，以及可變?cè)鲆娣糯笃鲗⑵?放大率調(diào)節(jié)至其最終值以具有所調(diào)節(jié)的放大率的最終值的0. 5至1. 5倍內(nèi)的精度的時(shí)間。根據(jù)示例性實(shí)施例，信號(hào)延遲時(shí)間大于0. 5ns、1. 0ns、3ns、5ns和7ns之一。根據(jù)示例性實(shí)施例，第一信號(hào)分析器被配置為在其輸出處提供輸出信號(hào)，其表示 向其信號(hào)輸入提供的輸入信號(hào)的強(qiáng)度。例如，輸出信號(hào)可表示輸入信號(hào)的峰值，其中輸入信 號(hào)的最大振幅可表示峰值。然而，第一信號(hào)分析器可確定其他值(例如總和能量和其他適 當(dāng)值)，以表示輸入信號(hào)的強(qiáng)度或其他特征。根據(jù)示例性實(shí)施例，可變?cè)鲆娣糯笃魇悄M放大器。在這里的示例性實(shí)施例中，可 變?cè)鲆娣糯笃靼ǔㄆ麟娐?。根?jù)其他示例性實(shí)施例，可變?cè)鲆娣糯笃魇菙?shù)字放大器。在這里的示例性實(shí)施例 中，可變?cè)鲆娣糯笃靼ǘ鄠€(gè)固定增益放大器。根據(jù)示例性實(shí)施例，該距離測(cè)量?jī)x器包括第二信號(hào)分析器，其具有連接至所述可 變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵龅牡谝恍盘?hào)輸入。因此，第二信號(hào)分析器接收放大的檢測(cè)信號(hào)用于以 后分析。具體地，放大的信號(hào)可具有基本上額定的強(qiáng)度，從而由第二信號(hào)分析器執(zhí)行的分析 可基本上獨(dú)立于接收信號(hào)的強(qiáng)度。根據(jù)示例性實(shí)施例，第二信號(hào)分析器被配置為確定向其輸入提供的信號(hào)的預(yù)定信 號(hào)特征的發(fā)生時(shí)間。例如，信號(hào)特征可定義為信號(hào)電平超過預(yù)定電平的發(fā)生。根據(jù)示例性 實(shí)施例，預(yù)定電平是固定電平。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，預(yù)定電平是取決于某些其他輸入的 可變電平。例如，可變電平可取決于表示所檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度的第一信號(hào)分析器的輸出。根據(jù)示例性實(shí)施例，第二信號(hào)分析器包括連接至所述第一信號(hào)分析器的輸出的第 二信號(hào)輸入。根據(jù)另一實(shí)施例，第二信號(hào)分析器被配置為相對(duì)于指向物體的測(cè)量光的脈沖的發(fā)射時(shí)間確定所述信號(hào)特征的發(fā)生時(shí)間。根據(jù)這里的示例性實(shí)施例，從所述光源發(fā)射的測(cè)量光的一部分直接入射在所述光檢測(cè)器上，而不向所述物體引導(dǎo)和從所述物體返回。測(cè)量光的這個(gè)部分生成第一檢測(cè)脈沖 信號(hào)，根據(jù)其強(qiáng)度對(duì)其放大并通過第二信號(hào)分析器分析以識(shí)別第一發(fā)生時(shí)間。隨后，從物體 接收回的測(cè)量光的脈沖生成第二檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)其強(qiáng)度對(duì)其放大并通過第二信號(hào)分析器分 析以確定第二發(fā)生時(shí)間。然后，可基于第一和第二發(fā)生時(shí)間的差確定值，其中這個(gè)值表示物 體到測(cè)量?jī)x器的距離。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，至少一個(gè)光源可包括高功率脈沖二極管激光器和脈 沖微芯片激光器。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，距離測(cè)量?jī)x器的至少一個(gè)光源包括信號(hào)激光器和光放 大器，所述光放大器包括至少一個(gè)光纖，其摻雜有稀土元素，例如鉺和鐿。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)， 摻雜光纖激光器具有優(yōu)于用作常規(guī)距離測(cè)量?jī)x器中的光源的Q開關(guān)微芯片激光器的優(yōu)勢(shì)。 例如，Q開關(guān)微芯片激光器不允許光脈沖的發(fā)射時(shí)間的精確限定，而摻雜光纖激光器考慮了 發(fā)射光脈沖的精確定時(shí)。例如，可在使用摻雜光纖激光器時(shí)，從例如約20ps或IOps的測(cè)量 儀器實(shí)現(xiàn)光脈沖的發(fā)射時(shí)間的限定。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種距離測(cè)量方法，包括向物體發(fā)射測(cè)量光的脈 沖；從所述物體接收脈沖測(cè)量光，以及生成與從所述物體接收的測(cè)量光的脈沖相應(yīng)的脈沖 信號(hào)；將所生成的脈沖信號(hào)的第一部分延遲預(yù)定時(shí)間；在延遲所生成的脈沖信號(hào)的第一部 分的同時(shí)，生成用于表示所生成的脈沖信號(hào)的強(qiáng)度的強(qiáng)度信號(hào)；使用取決于所生成的強(qiáng)度 信號(hào)的增益來放大所生成的脈沖信號(hào)的所延遲的第一部分；基于放大的生成的脈沖信號(hào)的 延遲的第一部分來確定表示距離的值。
參照附圖，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的以下具體描述，本發(fā)明的以上和其他有益 特征將更加清楚。應(yīng)注意，并非本發(fā)明的所有可能實(shí)施例都有必要展示這里識(shí)別的每個(gè)或 任意優(yōu)點(diǎn)。圖1是根據(jù)本發(fā)明的距離測(cè)量?jī)x器的實(shí)施例的功能元件的示意性視圖；圖2、3是圖1中所示的距離測(cè)量?jī)x器的細(xì)節(jié)的示意性視圖；圖4示出圖1中所示的第一信號(hào)分析器的另一實(shí)施例；圖5、6、7是圖1中所示的可變?cè)鲆娣糯笃鞯牧硪粚?shí)施例的視圖；圖8是根據(jù)另一實(shí)施例的距離測(cè)量?jī)x器的細(xì)節(jié)的視圖；圖9是根據(jù)另一實(shí)施例的距離測(cè)量?jī)x器的細(xì)節(jié)的視圖；圖10是具有不同強(qiáng)度的檢測(cè)脈沖的示意性視圖；圖11是圖1中所示的第二信號(hào)分析器的另一實(shí)施例的視圖；圖12是圖1中所示的第二信號(hào)分析器的另一實(shí)施例的視圖；以及圖13是根據(jù)另一實(shí)施例的距離測(cè)量?jī)x器的細(xì)節(jié)的視圖；圖14是根據(jù)另一實(shí)施例的距離測(cè)量?jī)x器的細(xì)節(jié)的視圖；圖15、16是可用在圖1中所示的距離測(cè)量?jī)x器的光源的另一實(shí)例的示意性視圖。
具體實(shí)施例方式在以下描述的示例性實(shí)施例中，盡可能用同樣的標(biāo)號(hào)表示功能和結(jié)構(gòu)類似的元 件。因此，為了理解特定實(shí)施例的各個(gè)元件的特征，應(yīng)參照其他實(shí)施例以及本發(fā)明的發(fā)明內(nèi) 容的描述。
圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的距離測(cè)量?jī)x器的實(shí)施例的框圖。距離測(cè)量?jī)x器1生成并向遠(yuǎn)程物體3發(fā)射測(cè)量光，其中入射測(cè)量光的部分被漫射， 使其能夠由儀器1接收。分析從物體接收的測(cè)量光，以確定物體3到儀器1的距離。為此， 儀器1包括光源5，其生成測(cè)量光；光學(xué)器件7，其將從光源5發(fā)射的測(cè)量光引導(dǎo)至物體3， 以及從物體接收回測(cè)量光。儀器1還包括光檢測(cè)器9，用于檢測(cè)從物體3接收回的測(cè)量光， 以及生成與從檢測(cè)器接收回的光的強(qiáng)度相應(yīng)的電信號(hào)。在本發(fā)明中使用的術(shù)語“測(cè)量光”通常應(yīng)涵蓋適于距離測(cè)量的任何波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范 圍的電磁輻射，例如微波輻射、可見光和不可見光。在所示實(shí)施例中，光源5是激光器，例如 微芯片激光器、摻雜光纖激光器或其他適合激光器。從激光器發(fā)射的光9進(jìn)入棱鏡11，后者 包括部分反射表面13和鏡面14。從部分反射表面13反射發(fā)射的光9的小監(jiān)測(cè)部分10，從 而使其入射在將所述部分10引導(dǎo)到監(jiān)測(cè)器9上的鏡面14。儀器1還包括分析器和控制系統(tǒng)21，用于分析所檢測(cè)的測(cè)量光，確定測(cè)量結(jié)果， 和控制整個(gè)儀器。將發(fā)射的光9的監(jiān)測(cè)部分10引導(dǎo)到檢測(cè)器，使得分析和控制系統(tǒng)21監(jiān)測(cè)發(fā)射的 測(cè)量光。例如，分析和控制系統(tǒng)21可確定與距離測(cè)量相關(guān)的該部分10的特定特征的發(fā)生 時(shí)間。例如，可基于從光源5發(fā)射的光9的監(jiān)測(cè)部分10的檢測(cè)和分析來確定距離測(cè)量的開 始時(shí)間。從源5發(fā)射的光9的較大部分17穿過部分反射表面13，并從鏡面15反射，并進(jìn)而 從反射鏡18反射，從而沿著透鏡23的光軸21引導(dǎo)從反射鏡18反射的測(cè)量光。圖1中將 透鏡23示意性表示為一個(gè)透鏡元件。然而，實(shí)際上，透鏡23可包括多個(gè)透鏡元件，以形成 適合于沿著光軸21向物體3引導(dǎo)測(cè)量光的物體透鏡。為此，透鏡23可具有以可變距離將 測(cè)量光聚焦于物體3上的功能。透鏡23的截面較大，必須能夠向物體發(fā)射測(cè)量光，其中超 過截面的部分用于接收從物體23反射回的測(cè)量光25，以及用于將這個(gè)測(cè)量光25引導(dǎo)到檢 測(cè)器9上。在參照?qǐng)D1所示的示例性實(shí)施例中，由反射表面13和14來分開引導(dǎo)到物體的光 脈沖的部分，以入射在檢測(cè)器9上，所述檢測(cè)器9是同樣接收從物體反射回的光脈沖的相同 檢測(cè)器。因此，從入射在相同檢測(cè)器9上的光脈沖導(dǎo)出距離測(cè)量的開始時(shí)間和停止時(shí)間。 在其他實(shí)施例中，通過其他原理確定距離測(cè)量的開始時(shí)間。例如，儀器可包括額外的光檢測(cè) 器，例如PIN 二極管，用于接收向物體發(fā)射的光脈沖的一部分。然后，可基于這種額外檢測(cè) 器的輸出信號(hào)生成距離測(cè)量的開始時(shí)間。此外，可以直接根據(jù)從光源發(fā)射光脈沖的觸發(fā)信號(hào)的發(fā)生時(shí)間確定距離測(cè)量的開 始時(shí)間?？紤]到在確定開始時(shí)間時(shí)可能的時(shí)間延遲和偏移，可例如相對(duì)于到儀器的已知距 離所設(shè)置的物體來校準(zhǔn)儀器。檢測(cè)器9通常包括傳感器部分，用于接收入射光；和電路部分，用于生成與入射 光的強(qiáng)度相應(yīng)的電信號(hào)。檢測(cè)器9可包括放大器，用于調(diào)整所生成的電信號(hào)的信號(hào)電平和 阻抗，使其適于由分析器和控制系統(tǒng)21進(jìn)行的隨后分析。
分析和控制系統(tǒng)21包括分析器31，用于分析在檢測(cè)器9的輸出29處提供的電信號(hào)的形狀或特征。然而，從檢測(cè)器9輸出的信號(hào)的強(qiáng)度可依據(jù)物體3到儀器1的距離和 物體3的反射率以多個(gè)數(shù)量級(jí)改變。因此，由檢測(cè)器9提供的信號(hào)具有很高的動(dòng)態(tài)范圍，而 分析器31具有由分析器31的配置所確定的有限動(dòng)態(tài)范圍。因此，分析器和控制系統(tǒng)21包 括可變?cè)鲆娣糯笃?3，其被配置為以適當(dāng)增益放大由檢測(cè)器9提供的信號(hào)，使得放大的信 號(hào)具有在適于分析器31所分析的縮減動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的強(qiáng)度。將可變?cè)鲆娣糯笃?3的輸出35 連接至分析器31的第一信號(hào)輸入36。在本發(fā)明中使用的術(shù)語“可變?cè)鲆娣糯笃鳌辈粦?yīng)限制為如下放大器，即始終具有大 于1的增益，使得從可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵?5所輸出的信號(hào)電平始終大于向可變?cè)鲆娣糯?器33的信號(hào)輸入37提供的信號(hào)的信號(hào)電平。因此，可將可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬖O(shè)置為小 于1的值。分析器和控制系統(tǒng)21包括信號(hào)分析器41，用于確定由可變?cè)鲆娣糯笃?3使用 的增益，其中代表增益的信號(hào)從信號(hào)分析器41的輸出42輸出，并提供至可變?cè)鲆娣糯笃?3 的增益設(shè)置輸入43。將信號(hào)分析器41的信號(hào)輸入45連接至檢測(cè)器9的輸出29，使得信號(hào) 分析器41接收由光檢測(cè)器9生成的檢測(cè)信號(hào)的一部分。信號(hào)分析器41被配置為基于輸出 信號(hào)的特征(例如光檢測(cè)器9的輸出信號(hào)的強(qiáng)度)確定增益。為此，信號(hào)分析器41必須處 理輸入的信號(hào)。這樣的處理將依據(jù)信號(hào)分析器41的配置采用一定的處理時(shí)間量。在比信 號(hào)到達(dá)信號(hào)分析器41的信號(hào)輸入45的時(shí)間稍晚的時(shí)間，由可變?cè)鲆娣糯笃?3施加的代表 增益的信號(hào)將在信號(hào)分析器41的輸出42可用。此外，當(dāng)代表增益的信號(hào)在信號(hào)分析器41 的輸出42可用并提供至可變?cè)鲆娣糯笃?3的增益設(shè)置輸入43時(shí)，可變?cè)鲆娣糯笃?3將 依據(jù)可變?cè)鲆娣糯笃鞯呐渲眯枰欢ǖ臅r(shí)間量，直到根據(jù)輸入的增益值精確地調(diào)節(jié)了放大 器的增益。這個(gè)時(shí)間量指的是可變?cè)鲆娣糯笃?3的處理時(shí)間。接下來，可變?cè)鲆娣糯笃?3 準(zhǔn)備在比以下時(shí)間稍晚的時(shí)間點(diǎn)準(zhǔn)備好對(duì)給定檢測(cè)信號(hào)的放大，即要通過可變?cè)鲆娣糯蟮?信號(hào)在檢測(cè)器9的輸出29可用時(shí)的時(shí)間。因此，在所示實(shí)例中，可變?cè)鲆娣糯笃?3的信號(hào)輸入不直接連接至光檢測(cè)器9的 輸出29，并且將信號(hào)延遲模塊51設(shè)置在光檢測(cè)器9和可變?cè)鲆娣糯笃?3之間的信號(hào)路徑 中。更詳細(xì)地，延遲模塊51具有信號(hào)輸入52，其連接至光檢測(cè)器9的輸出29 ；并且延遲模 塊51的信號(hào)輸出53連接至可變?cè)鲆娣糯笃?3的信號(hào)輸入37。延遲模塊被配置為在其輸 入52處接收給定信號(hào)，并且構(gòu)成在其輸出53處可用的基本相同或相似的信號(hào)，其中以預(yù)定 延遲時(shí)間將輸出的信號(hào)相對(duì)于輸入的信號(hào)延遲。延遲模塊51可包括例如延遲線、表面聲 波設(shè)備或適用于將輸入信號(hào)延遲預(yù)定時(shí)間量的其他設(shè)備。在所示實(shí)例中，選擇延遲模塊的 延遲時(shí)間，使其大于信號(hào)分析器41的處理時(shí)間與可變?cè)鲆娣糯笃?3的處理時(shí)間的總和。通 過這樣的設(shè)置，可以完成可變?cè)鲆娣糯笃?3的增益的設(shè)置，直到要通過設(shè)置增益放大的信 號(hào)到達(dá)可變?cè)鲆娣糯笃?3的信號(hào)輸入37。例如，如果信號(hào)分析器41被配置使其具有3ns 的處理時(shí)間，并且如果可變?cè)鲆娣糯笃?3被配置使其具有2ns的處理時(shí)間，則將延遲模塊 設(shè)計(jì)為，使其具有5ns或6ns或更多的延遲時(shí)間。如上所述，信號(hào)分析器41被配置為確定向其輸入45提供的信號(hào)的強(qiáng)度。在所示 實(shí)施例中，信號(hào)分析器41被配置為，使其檢測(cè)向其輸入45提供的信號(hào)的波峰振幅作為信號(hào) 強(qiáng)度。此外，信號(hào)分析器41具有重置輸入55，可向其施加預(yù)定信號(hào)，用于重置信號(hào)分析器，使其開始分析向其信號(hào)輸入45提供的下一信號(hào)。例如，如果要分析的信號(hào)是脈沖形狀，則 信號(hào)分析器41可確定脈沖的強(qiáng)度，或在給定實(shí)例中，確定脈沖的峰值，并在其輸出42提供 相應(yīng)信號(hào)。要由可變?cè)鲆娣糯笃?3使用的代表增益的該信號(hào)的電平將保持恒定，直到信號(hào) 分析器41通過向其重置輸入55提供重置信號(hào)被重置。之后，信號(hào)分析器41被準(zhǔn)備，以分 析向其信號(hào)輸入45提供的下一脈沖信號(hào)的強(qiáng)度。圖2中更詳細(xì)地示出信號(hào)分析器41和可變?cè)鲆娣糯笃?3的配置。圖2是分析器和控制系統(tǒng)21的一部分的元件的示意性視圖。在所示實(shí)例中，可變 增益放大器包括x/y除法器61，其中x/y除法器61的χ輸入連接至可變?cè)鲆娣糯笃鞯男?號(hào)輸入37，以及其中x/y除法器61的y輸入連接至可變?cè)鲆娣糯笃?3的增益設(shè)置輸入43。 如圖2所示，可以在延遲模塊51的輸出53和x/y除法器的χ輸入之間的信號(hào)路徑中提供 固定增益放大器63。x/y除法器的信號(hào)輸出連接至可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵?5，或提供可變 增益放大器的輸出35。信號(hào)分析器41包括高速峰值檢測(cè)器和保持模塊67，其具有信號(hào)輸入S，以提供 信號(hào)分析器41的信號(hào)輸入45 ；重置輸入，以提供信號(hào)分析器41的重置輸入55 ；和輸出0， 其連接至模擬MAX模塊69的第一信號(hào)輸入S1，所述模擬MAX模塊69輸出向其輸入S1和S2 提供的兩個(gè)信號(hào)的最大值。輸入S2用于向信號(hào)分析器41提供信號(hào)Sf，其中信號(hào)Sf代表要 向可變?cè)鲆娣糯笃?3施加的最大增益。MAX模塊69的輸出0連接至MUX模擬模塊71的第一信號(hào)輸入S1, MUX模擬模塊71 還包括第二信號(hào)輸入S2、信號(hào)輸出0和選擇輸入C。MUX模塊被配置為依據(jù)向其選擇輸入C 提供的選擇信號(hào)，輸出向其輸入S1和S2提供的兩個(gè)信號(hào)之一。在第一實(shí)施方式中，其中選擇信號(hào)選擇輸AS2作為MUX模塊的71的輸出，可向MUX 模塊71的輸入S2提供與電平Vg相應(yīng)的固定增益，以將可變?cè)鲆娣糯笃?3的增益設(shè)置為由 電平Vg代表的值。然后，將x/y除法器61的增益設(shè)置為1/Vg，其獨(dú)立于向信號(hào)分析器41的 輸入45提供的信號(hào)S的強(qiáng)度。這個(gè)實(shí)施方式有效地禁用信號(hào)分析器41，并且可在不期望根 據(jù)輸入的信號(hào)S的強(qiáng)度對(duì)輸入的信號(hào)S進(jìn)行適應(yīng)放大時(shí)使用。在第二實(shí)施方式中，其中選擇信號(hào)被選擇，從而選擇MUX模塊71的輸入S1用于輸 出，啟用信號(hào)分析器41的強(qiáng)度分析操作，其中在信號(hào)分析器41的輸出42提供的增益值取 決于向輸入45提供的信號(hào)S的強(qiáng)度。然而，可通過向MAX模塊69的S2輸入提供代表最大 增益的信號(hào)電平Sf來設(shè)置最大增益。圖3是分析器和控制模塊21的其他元件的更詳細(xì)視圖。如圖3所示，信號(hào)分析器 31包括快速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器75，其具有模擬輸入76，其從可變?cè)鲆娣糯笃?3的輸出35接 收放大的信號(hào)S/\，其中Stl是分析器41的輸出42，例如信號(hào)S的最大振幅。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器75由時(shí)鐘81來驅(qū)動(dòng)，從而根據(jù)時(shí)鐘81確定的速率來取樣向輸入76提供的信號(hào)電平，并 且根據(jù)時(shí)鐘81確定的速率在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出77處使得代表向輸入76提供的信號(hào) 電平的數(shù)字值可用。然后，將這些數(shù)字值寫入存儲(chǔ)器83中由地址生成器85選擇的地址處。 地址生成器85也由時(shí)鐘81驅(qū)動(dòng)，從而根據(jù)時(shí)鐘81確定的速率前進(jìn)由地址生成器85選擇 的地址。因此，將模擬輸入信號(hào)的隨后數(shù)字讀取存儲(chǔ)在隨后的存儲(chǔ)器位置中。存儲(chǔ)器83可 由控制器91訪問，所述控制器91可以是任意適合的計(jì)算設(shè)備或設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，例如個(gè)人計(jì)算 機(jī)或其他硬件。
控制器91可連接至用戶接口設(shè)備(例如顯示器92和鍵盤93)，或其他適合的用戶 接口(例如觸摸屏)。訪問存儲(chǔ)器83的控制器91可執(zhí)行記錄的數(shù)字值的分析。例如，控制器可確定數(shù) 字化的信號(hào)的特征，例如超過閾值的信號(hào)值的出現(xiàn)或數(shù)字化的脈沖信號(hào)的重心?？刂破?1還可計(jì)算在確定的信號(hào)特征發(fā)生時(shí)的時(shí)間。此外，如果在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ) 有兩個(gè)隨后的數(shù)字化脈沖，則控制器可根據(jù)存儲(chǔ)器地址確定兩個(gè)信號(hào)的重心，然后基于時(shí) 鐘81的速率計(jì)算兩個(gè)脈沖的發(fā)生之間的時(shí)間長(zhǎng)度，以前進(jìn)地址發(fā)生器85。假設(shè)存儲(chǔ)器中存 儲(chǔ)的這兩個(gè)數(shù)字化脈沖的第一個(gè)相應(yīng)于由光源5發(fā)射并且直接入射在光檢測(cè)器9上的光脈 沖9的監(jiān)測(cè)部分10，而存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的這 種數(shù)字化光脈沖的第二個(gè)相應(yīng)于引導(dǎo)到物體3并 從物體3接收回的發(fā)射的光脈沖的部分17，則兩個(gè)分析的信號(hào)之間的時(shí)間長(zhǎng)度代表物體3 到測(cè)量?jī)x器1的距離，其中可通過將時(shí)間長(zhǎng)度乘以光速除以2來計(jì)算物體的距離。如圖1所示的距離測(cè)量?jī)x器還包括致動(dòng)器95，由控制器91驅(qū)動(dòng)并用于改變光學(xué) 器件7的光軸21的取向。例如，光學(xué)器件7、光源5和檢測(cè)器9可以被設(shè)置為相對(duì)于位于地 面上的臺(tái)座圍繞水平軸和垂直軸可旋轉(zhuǎn)的模塊。然后，控制器91可驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器95，從而可 通過測(cè)量光掃描物體3，其中如上所述確定物體3的隨后掃描點(diǎn)到測(cè)量?jī)x器1的距離。結(jié)果 數(shù)據(jù)(還稱為點(diǎn)云)可由控制器91存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(例如圖1中所示的硬盤97)中，用于以 后的分析。以下將描述本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例。圖4是可具有與參照上述圖1所示類似結(jié)構(gòu)的距離測(cè)量?jī)x器Ia的分析器和控制 器21a的一部分的示意性視圖。圖4中所示的信號(hào)分析器41a提供高速峰值檢測(cè)器和保持 模塊和MAX模塊的組合功能，由圖2中的虛線所示的功能框41’表示。信號(hào)分析器41a包 括增益1緩沖器，例如，可操作放大器101，其具有經(jīng)由理想二極管103提供輸入信號(hào)S的非 反向輸入，以及從其輸出提供反饋的反向輸入。保持電容器105連接至操作放大器101的 非反向輸入，并在重置開關(guān)107的操作時(shí)通過代表最大增益的電壓Sf來充電。圖5示出可類似于圖1所示結(jié)構(gòu)的距離測(cè)量?jī)x器Ib的分析器和控制系統(tǒng)21b的 可變?cè)鲆娣糯笃?3b的示例性實(shí)施例?？勺?cè)鲆娣糯笃?3b包括xy乘法器111，其具有χ 輸入，經(jīng)由恒定增益放大器63b向其提供要放大的信號(hào)S，其中還可省略放大器63b并向xy 乘法器的χ輸入直接提供要放大的信號(hào)S。操作放大器113經(jīng)由電阻器在其反向輸入處接 收代表往復(fù)增益的信號(hào)Stl，并且操作放大器113的非反向輸入接地。操作放大器113的輸 出在輸出35b處提供可變?cè)鲆娣糯笃?3b的輸出0，其中操作放大器131的輸出還連接至xy 乘法器111的y輸入。經(jīng)由電阻器R將xy乘法器的輸出作為反饋提供至操作放大器113 的反向輸入。圖6是可變?cè)鲆娣糯笃?3c的其他實(shí)施例的示意性視圖，其相比于圖5的實(shí)施例 可具有增強(qiáng)帶寬，特別地針對(duì)輸入信號(hào)S的低電平?？勺?cè)鲆娣糯笃?3c包括xy乘法器 121，其具有X輸入，經(jīng)由固定增益放大器63c向其提供要放大的信號(hào)S ；和Y輸入，連接至 xy除法器123的輸出。xy除法器具有X輸入，向其提供恒定信號(hào)(圖6中表示為“1)；和Y 輸入，向其提供往復(fù)增益&。圖14是作為圖6所示的可變?cè)鲆娣糯笃鞯淖冃偷目勺冊(cè)鲆娣糯笃?31的另一實(shí) 施例的示意性視圖。在圖14所示的可變?cè)鲆娣糯笃?31中，乘法器1211的Y輸入連接至乘法器261的輸出，后者從差分放大器263和265的輸出接收其χ和y輸入。這樣的設(shè)置 允許通過向差分放大器263、265和乘法器261提供的常數(shù)a、b和c來定形除法函數(shù)。還可 提供乘法器和差分放大器的其他額外組合，以增加用于定形除法函數(shù)的常數(shù)a、b、c...的 數(shù)目。圖7示出可用在圖1中所示的距離測(cè)量?jī)x器中的可變?cè)鲆娣糯笃?3d的另一實(shí)施 例。可變?cè)鲆娣糯笃?3d包括xy乘法器127，其具有X輸入，向其提供要放大的信號(hào)S ；和 輸出，其連接至另一 xy乘法器129的X輸入。xy乘法器129的輸出提供可變?cè)鲆娣糯笃?33d的輸出。將往復(fù)增益Stl提供至平方根器131的輸入，并且平方根器131的輸出連接至 xy除法器133的Y輸入。將(圖7中的“1”表示的)恒定信號(hào)提供至xy除法器133的X 輸入。將xy除法器133的輸出連接至xy乘法器127和129的Y輸入。
圖8示出可用在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的距離測(cè)量?jī)x器中的分析器和控制系統(tǒng)21e的 另一實(shí)施例的一部分。在圖8所示的實(shí)施例中，使用數(shù)字電子器件實(shí)施信號(hào)分析器41e和 可變?cè)鲆娣糯笃?3e。信號(hào)分析器41e包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器141，向其提供由光檢測(cè)器生成 的信號(hào)S。由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器141來數(shù)字化信號(hào)，并將其作為數(shù)字信號(hào)提供至最大編碼器 143，其在信號(hào)分析器41e的輸出42e處提供接收的數(shù)字值的最大值。可變?cè)鲆娣糯笃?3e包括數(shù)字可變?cè)鲆娣糯笃?51，其具有被提供來自延遲模塊 51e的要放大的信號(hào)的信號(hào)輸入?？蓪⒃谛盘?hào)分析器41e的輸出42e處提供的峰值信號(hào)的 數(shù)字表示直接提供至數(shù)字可變?cè)鲆娣糯笃?51的數(shù)字增益輸入。在圖8所示的實(shí)施例中， 提供查詢表153以接收峰值的表示，并將該峰值解譯成向數(shù)字可變?cè)鲆娣糯笃?51的數(shù)字 增益輸入提供的增益。預(yù)先制備查詢表，以考慮數(shù)字可變?cè)鲆娣糯笃?51的可能的非線性 效應(yīng)，或?yàn)榱嘶谛盘?hào)分析器41e檢測(cè)的峰值放大信號(hào)S而實(shí)現(xiàn)將施加的增益的期望進(jìn)一 步改變。圖9是根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的分析器和控制系統(tǒng)21f的部分的示意性視圖。 系統(tǒng)21f的信號(hào)分析器41f包括多個(gè)高速比較器和鎖存器的陣列161。例如，比較器和鎖存 器的數(shù)目可以為6。向每個(gè)比較器和鎖存器提供要分析的信號(hào)S，并且信號(hào)分析器41f還包 括多個(gè)最大編碼器的陣列163，其中每個(gè)最大編碼器連接至比較器和鎖存器的陣列161的 相應(yīng)鎖存器。多個(gè)最大編碼器163的輸出形成分析的信號(hào)S的數(shù)字表示。最大編碼器163 的這些輸出還驅(qū)動(dòng)相應(yīng)數(shù)目的高速打開/關(guān)閉開關(guān)放大器33f，從而其輸出35f提供延遲的 和放大的信號(hào)S，其中為了放大而應(yīng)用的增益取決于信號(hào)S的峰值電平。現(xiàn)在參照?qǐng)D1，其中信號(hào)分析器31通常被配置為確定由光源9生成的信號(hào)S的信 號(hào)特征的發(fā)生時(shí)間。圖10是信號(hào)S的可能時(shí)間脈沖形狀的示意性視圖。圖IOa示出相對(duì)小峰值的脈 沖171，而圖IOb示出相對(duì)大峰值的脈沖172。由tp指示信號(hào)峰值的發(fā)生時(shí)間。由于不能 夠容易地確定峰值的發(fā)生時(shí)間tp，所以信號(hào)分析器31可被配置為確定與峰值的發(fā)生時(shí)間tp 不同的特征的發(fā)生時(shí)間tf。例如，可將發(fā)生時(shí)間tf定義為在信號(hào)超過預(yù)定恒定閾值Lc時(shí) 的時(shí)間。清楚地，時(shí)間tf發(fā)生早于峰值時(shí)間tp，其中g(shù)tp-tf取決于信號(hào)的強(qiáng)度。期望確定 表示獨(dú)立于信號(hào)的強(qiáng)度的峰值tp的發(fā)生時(shí)間的特征時(shí)間tf。圖11示出可用于圖1中所示的距離測(cè)量?jī)x器中的信號(hào)分析器31g的實(shí)施例。信 號(hào)分析器31g包括快速比較器181，其具有從延遲模塊(圖11中未示出)接收要分析的信號(hào)的第一輸入，并具有連接至乘法器183的輸出的第二輸入。乘法器183具有連接至信 號(hào)分析器31g的第二信號(hào)輸入185的輸入，所述輸入連接至信號(hào)分析器41的輸出并表示由 可變?cè)鲆娣糯笃?3施加的增益。乘法器被配置為將提供至其輸入的信號(hào)乘以固定因數(shù)，例 如在示例性實(shí)施例中的0. 5。然后，比較器181的輸出Sd可提供階梯狀信號(hào)，其在輸入36g 處提供的信號(hào)超過在輸入85處提供的信號(hào)時(shí)改變值，并與固定因數(shù)相乘。然后，可將信號(hào) Sd的值的改變的發(fā)生時(shí)間用作分析的信號(hào)的特征時(shí)間tf，并且相比于使用在上述圖10中所 示的恒定閾值，這種特征時(shí)間tf是在改變的信號(hào)強(qiáng)度下信號(hào)的峰值的發(fā)生時(shí)間tp的更好表
7J\ O現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖3中所示的信號(hào)分析器還包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器187，其將信號(hào)分 析器41提供的并代表要應(yīng)用于可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆娴哪M值解譯成數(shù)字值。這個(gè)數(shù)字 值可由控制器91訪問，并且可在由控制器91確定信號(hào)的發(fā)生時(shí)間時(shí)考慮。
圖12示出信號(hào)分析器31h的另一實(shí)例，其具有類似于圖11所示的配置，其中乘法 器183a連接至快速比較器181a的輸入。對(duì)于快速比較器181a的其他輸入都提供要分析 的放大信號(hào)。然而，提供乘法器183a和比較器181h的陣列，其中乘法器183a被配置為將 他們的輸入信號(hào)與不同的固定向量X1, ...，Xi, ...，xn相乘。輸出S dl，· · ·，Sdi j · · ·，Sdn 表 示分析的信號(hào)的不同特征的發(fā)生時(shí)間，其中不同的發(fā)生時(shí)間是信號(hào)超過由乘法器183h的 乘法因數(shù)Xi所確定的不同信號(hào)電平的那些時(shí)間。這允許分析在信號(hào)的不同電平處的發(fā)生 時(shí)間，其中信號(hào)噪聲將在不同的信號(hào)電平處不同。然后，在不同電平處分析信號(hào)的可能性可 提高總精度。圖13示出可用在距離測(cè)量?jī)x器的實(shí)施例中的分析和控制系統(tǒng)21k的元件的另一 實(shí)施例。分析和控制系統(tǒng)21k包括信號(hào)分析器41k，用于確定在向信號(hào)分析器41k和延遲 模塊51k提供信號(hào)S時(shí)用于放大信號(hào)S所使用的增益。圖13中所示的元件的配置類似于圖 2中所示的配置，其中可變?cè)鲆娣糯笃?3k實(shí)施為乘法器111k。然而，在圖13所示的配置 中，不平衡變壓器251分別連接至信號(hào)分析器41k的輸出42k和延遲模塊51k的輸出53k， 用于經(jīng)由兩個(gè)對(duì)稱線路向乘法器Illk提供各個(gè)信號(hào)。此外，在信號(hào)分析器41k的輸出42k 和乘法器Illk的輸入之間的對(duì)稱線路中提供電平移位器253。另一不平衡變壓器251連接 至乘法器Illk的對(duì)稱線路輸出，從而放大信號(hào)的輸出35k也在對(duì)稱線路上。圖15示出可用在圖1中所示的距離測(cè)量?jī)x器中的光源5i的可能實(shí)施例。光源 5i包括由控制器91i驅(qū)動(dòng)的信號(hào)激光器201，其以由控制器91i確定的重復(fù)速率生成光脈 沖，并且其范圍可以是例如從IkHz至1000kHz。信號(hào)激光器201可具有例如從1至20mW的 范圍的輸出功率。然而，還可使用例如具有約5W的峰值功率的基本更高輸出功率的光源。 信號(hào)激光器可包括溫度穩(wěn)定性，或者不包括。由具有第一級(jí)205和第二級(jí)207的雙級(jí)放大器203放大信號(hào)激光器生成的激光， 其中每個(gè)級(jí)包括單模稀土摻雜光纖209和波長(zhǎng)劃分復(fù)用器211。在該實(shí)例中，用于摻雜光纖 的稀土元素是餌。經(jīng)由波長(zhǎng)劃分復(fù)用器211將待放大的光和泵浦光都提供至摻雜光纖205。泵浦光 由泵浦激光器213生成，并經(jīng)由分束器215提供至級(jí)205和207的波長(zhǎng)劃分復(fù)用器211。 為了避免在第二級(jí)207中光的自發(fā)發(fā)射及其放大，在兩個(gè)級(jí)205和207之間提供光濾波器217。濾波器217可包括光學(xué)隔離器、波長(zhǎng)濾波器和時(shí)間柵極器件，例如聲光調(diào)制器、電光調(diào) 制器和可飽和吸收器。在本實(shí)施例中，濾波器217是窄帶波長(zhǎng)濾波器和光學(xué)隔離器。在參照上述圖15所示的實(shí)施例中，在單模稀土摻雜光纖中放大光，其中經(jīng)由波長(zhǎng) 劃分復(fù)用器將泵浦光提供至光纖。還可使用雙包層光纖，其在將泵浦光所提供至的包層中 具有單模稀土摻雜芯。然后，泵浦光進(jìn)入包層上的芯。盡管以上參照?qǐng)D15示出的光源的實(shí)施例包括兩級(jí)放大器，但是還可使用具有多 于兩個(gè)放大級(jí)的光源。圖16示意性示出可用在圖1中所示的儀器中的光源5j的另一實(shí)施例。圖16中 的光源5j包括信號(hào)激光器201j，其用于生成向循環(huán)器221的端口 1提供的輸出光。這個(gè) 光從循環(huán)器221的端口 2輸出，以提供至稀土摻雜光纖209 j。從光纖209 j發(fā)射的放大信號(hào) 穿過波長(zhǎng)劃分復(fù)用器221 j，并從組合濾波器和反射鏡223反射，從而其可再次穿過波長(zhǎng)劃 分復(fù)用器221j，以在摻雜光纖209j中進(jìn)一步放大。進(jìn)一步放大的光在端口 2處進(jìn)入循環(huán)器 221，并在端口 3處離開循環(huán)器221，以形成可向物體發(fā)射的測(cè)量光9j。摻雜光纖209利用來自泵浦激光器213 j的光進(jìn)行泵浦，所述泵浦激光器213 j經(jīng) 由波長(zhǎng)劃分復(fù)用器221 j耦合在光纖中。盡管參照本發(fā)明示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是明顯地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員來說，許多代替、修改和變型是清楚的。因此，這里闡述的本發(fā)明示例性實(shí)施例是示例 性的，并非任何方式的限制。在不脫離隨后權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況 下可做出各種修改。
權(quán)利要求
一種距離測(cè)量?jī)x器，包括至少一個(gè)光源；至少一個(gè)光檢測(cè)器；光學(xué)器件，用于向物體引導(dǎo)從所述至少一個(gè)光源發(fā)射的測(cè)量光，以及向所述至少一個(gè)檢測(cè)器引導(dǎo)從所述物體接收回的測(cè)量光；信號(hào)延遲模塊；第一信號(hào)分析器；以及可變?cè)鲆娣糯笃?；其中所述至少一個(gè)光傳感器的輸出連接至所述信號(hào)延遲模塊的輸入；所述至少一個(gè)光傳感器的輸出連接至所述第一信號(hào)分析器的信號(hào)輸入；所述信號(hào)延遲模塊的輸出連接至所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)輸入；以及所述第一信號(hào)分析器的輸出連接至所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬖O(shè)置輸入。
2.如權(quán)利要求1所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中由所述信號(hào)延遲模塊提供的信號(hào)延遲時(shí)間 大于與所述第一信號(hào)分析器關(guān)聯(lián)的處理時(shí)間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中由所述信號(hào)延遲模塊提供的信號(hào)延遲 時(shí)間大于與所述可變?cè)鲆娣糯笃麝P(guān)聯(lián)的處理時(shí)間。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中由所述信號(hào)延遲模塊提供的信號(hào) 延遲時(shí)間大于0. 5ns。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中信號(hào)延遲時(shí)間包括表面聲波設(shè)備。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第一信號(hào)分析器被配置為在 其輸出處提供輸出信號(hào)，其表示向其信號(hào)輸入提供的輸入信號(hào)的峰值。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第一信號(hào)分析器包括振幅檢 測(cè)器。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第一信號(hào)分析器包括重置輸入。
9.如權(quán)利要求1至7之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述可變?cè)鲆娣糯笃靼ǔㄆ?電路。
10.如權(quán)利要求9所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述除法器電路包括操作放大器和乘法 器電路。
11.如權(quán)利要求1至9之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述可變?cè)鲆娣糯笃靼ǔㄆ?電路和第一乘法器電路，其中所述除法器電路的輸出連接至所述第一乘法器電路的第一輸 入。
12.如權(quán)利要求11所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述除法器電路的第一輸入連接至所 述第一信號(hào)分析器的輸出，以及所述第一乘法器的第二輸入連接至所述信號(hào)延遲模塊的輸出o
13.如權(quán)利要求11所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述可變?cè)鲆娣糯笃鬟€包括第二乘法 器，其中所述第二乘法器的第一輸入連接至所述信號(hào)延遲模塊的輸出，所述第二乘法器的 輸出連接至所述第一乘法器的第二輸入。
14.如權(quán)利要求13所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述可變?cè)鲆娣糯笃鬟€包括平方根器， 其中所述平方根器的輸入連接至所述第一信號(hào)分析器的輸出，以及所述平方根器的輸出連 接至所述除法器電路的第一輸入。
15.如權(quán)利要求1至8之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述可變?cè)鲆娣糯笃靼〝?shù)字可 變?cè)鲆娣糯笃鳌?br>
16.如權(quán)利要求15所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述可變?cè)鲆娣糯笃鬟€包括最大編碼 器和查詢表，其中所述最大編碼器的輸出連接至所述查詢表的輸入，以及所述查詢表的輸 出連接至所述數(shù)字可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬖O(shè)置輸入。
17.如權(quán)利要求1至8之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述可變?cè)鲆娣糯笃靼ǘ鄠€(gè)比 較器、鎖存器和固定增益放大器。
18.如權(quán)利要求1至17之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，還包括第二信號(hào)分析器，其具有連 接至所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵龅牡谝恍盘?hào)輸入，其中所述第二信號(hào)分析器被配置為確定 向其第一輸入提供的信號(hào)的信號(hào)特征的發(fā)生時(shí)間。
19.如權(quán)利要求18所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第二信號(hào)分析器被配置為確定作為 在向所述第二信號(hào)分析器的第一輸入提供的信號(hào)超過預(yù)定電平時(shí)的時(shí)間的發(fā)生時(shí)間。
20.如權(quán)利要求19所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述預(yù)定電平是固定電平。
21.如權(quán)利要求20所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述預(yù)定電平是取決于所述第一信號(hào)分 析器的輸出的可變電平。
22.如權(quán)利要求21所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第二信號(hào)分析器包括連接至所述第 一信號(hào)分析器的輸出的第二信號(hào)輸入。
23.如權(quán)利要求18至22之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第二信號(hào)分析器包括第 一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，被配置為生成數(shù)字值序列，其代表隨后的向所述第二信號(hào)分析器的 第一信號(hào)輸入提供的信號(hào)讀取。
24.如權(quán)利要求23所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第二信號(hào)分析器被配置為基于所述 第一信號(hào)分析器的輸出處理所生成的數(shù)字值序列。
25.如權(quán)利要求18至24之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第二信號(hào)分析器包括第 二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其具有連接至所述第一信號(hào)分析器的輸出的輸入。
26.如權(quán)利要求18至25之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，還包括觸發(fā)器電路，其具有連接 至所述光源的輸出，其中所述觸發(fā)器電路和所述光源被配置為操作光源，從而發(fā)射隨后的 測(cè)量光脈沖。
27.如權(quán)利要求26所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第二信號(hào)分析器被配置為相對(duì)于隨 測(cè)量光的脈沖的發(fā)射時(shí)間而定的時(shí)間確定所述信號(hào)特征的發(fā)生時(shí)間。
28.如權(quán)利要求27所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述光學(xué)器件被配置為直接向所述檢測(cè) 器引導(dǎo)從所述光源發(fā)射的測(cè)量光的部分，而不向所述物體引導(dǎo)該部分。
29.如權(quán)利要求28所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述第二信號(hào)分析器被配置為確定隨后 的在其第一輸入處接收的信號(hào)脈沖對(duì)的相應(yīng)信號(hào)特征的時(shí)間。
30.如權(quán)利要求1至29之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述至少一個(gè)光源包括至少一個(gè)導(dǎo)光光纖，其摻雜有稀土元素；泵浦激光器，其連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)光光纖；以及信號(hào)激光器，其連接至所述導(dǎo)光光纖；其中所述導(dǎo)光光纖被配置為放大和發(fā)射從所述信號(hào)激光器接收的光作為所述測(cè)量光。
31.如權(quán)利要求30所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述稀土元素包括鐿和鉺中的至少一個(gè)。
32.如權(quán)利要求30或31所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述至少一個(gè)導(dǎo)光光纖是具有單模 光纖芯的雙包層光纖。
33.一種距離測(cè)量方法，包括 向物體發(fā)射測(cè)量光的脈沖；從所述物體接收脈沖測(cè)量光，以及生成與從所述物體接收的測(cè)量光的脈沖相應(yīng)的脈沖信號(hào)；將所生成的脈沖信號(hào)的第一部分延遲預(yù)定時(shí)間；在延遲所生成的脈沖信號(hào)的第一部分的同時(shí)，生成用于表示所生成的脈沖信號(hào)的強(qiáng)度 的強(qiáng)度信號(hào)；使用取決于所生成的強(qiáng)度信號(hào)的增益來放大所生成的脈沖信號(hào)的所延遲的第一部分；基于所生成的脈沖信號(hào)的放大后的所延遲的第一部分來確定表示距離的值。
34.如權(quán)利要求33所述的距離測(cè)量方法，其中強(qiáng)度信號(hào)的生成包括確定所生成的脈 沖信號(hào)的第二部分的最大值。
35.如權(quán)利要求33或34所述的距離測(cè)量方法，其中放大所生成的脈沖信號(hào)的所延遲的 第一部分包括將與所延遲的第一部分相應(yīng)的信號(hào)除以所述強(qiáng)度信號(hào)。
36.如權(quán)利要求33至35之一所述的距離測(cè)量方法，其中確定表示距離的值包括識(shí)別 所生成的脈沖信號(hào)的所放大的第一部分的信號(hào)特征的發(fā)生時(shí)間。
37.如權(quán)利要求33至36之一所述的距離測(cè)量方法，其中相對(duì)于隨向所述物體發(fā)射的測(cè) 量光的脈沖的發(fā)射時(shí)間而定的時(shí)間執(zhí)行識(shí)別所生成的脈沖信號(hào)的所放大的第一部分的信 號(hào)特征的發(fā)生時(shí)間的操作。
38.如權(quán)利要求33至37之一所述的距離測(cè)量方法，還包括生成光脈沖，其中所生成 的光脈沖的第一部分形成向所述物體發(fā)射的測(cè)量光的脈沖；以及接收所生成的光脈沖的第 二部分，而不將其引導(dǎo)到所述物體；以及生成與不引導(dǎo)到所述物體的光的所接收的第二部 分相應(yīng)的脈沖信號(hào)。
39.如權(quán)利要求38所述的距離測(cè)量方法，其中生成第一脈沖信號(hào)，其相應(yīng)于所接收的 不引導(dǎo)到所述物體的光的第二部分；其中生成第二脈沖信號(hào)，其相應(yīng)于從所述物體接收的測(cè)量光的脈沖；以及 其中基于所述第一和第二脈沖信號(hào)之間的時(shí)間長(zhǎng)度確定表示距離的值。
40.如權(quán)利要求33至39之一所述的距離測(cè)量方法，其中通過如權(quán)利要求1至32之一 限定的距離測(cè)量?jī)x器執(zhí)行所述方法。
41.如權(quán)利要求1至32之一所述的距離測(cè)量?jī)x器，其中所述儀器被配置為執(zhí)行如權(quán)利 要求33至39所述的距離測(cè)量方法。
全文摘要
一種距離測(cè)量?jī)x器，包括至少一個(gè)光源(5)；至少一個(gè)光檢測(cè)器(9)；光學(xué)器件(23)，用于向物體(3)引導(dǎo)從所述至少一個(gè)光源發(fā)射的測(cè)量光，以及向所述至少一個(gè)檢測(cè)器引導(dǎo)從所述物體接收回的測(cè)量光；信號(hào)延遲模塊(51)；第一信號(hào)分析器(42)；以及可變?cè)鲆娣糯笃?33)。一種距離測(cè)量方法，包括向物體發(fā)射測(cè)量光的脈沖；從所述物體接收脈沖測(cè)量光，以及生成與從所述物體接收的測(cè)量光的脈沖相應(yīng)的脈沖信號(hào)；將所生成的脈沖信號(hào)的第一部分延遲預(yù)定時(shí)間；生成用于表示所生成的脈沖信號(hào)的強(qiáng)度的強(qiáng)度信號(hào)，同時(shí)延遲所生成的脈沖信號(hào)的第一部分；使用取決于所生成的強(qiáng)度信號(hào)的增益來放大所生成的脈沖信號(hào)的所延遲的第一部分；基于所生成的脈沖信號(hào)的放大后的所延遲的第一部分來確定表示距離的值。
文檔編號(hào)H03G3/30GK101828128SQ200780100859
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者A·達(dá)利尼, R·戴, Y·P·古瑟維 申請(qǐng)人:天寶3D掃描公司