用于确定距离的装置和方法

专利名称：用于确定距离的装置和方法
用于确定距离的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定距离的装置和方法。本发明意义上的用于确 定距离的装置和方法基于这样的原理，即发送光脉冲并且测量在光脉冲的 发送开始和该光脉沖的被一个目标反射的部分的到达之间的传播时间。到 反射目标的距离在此作为所测量的传输时间和光速乘积的一半而得到。
在现有技术中已知的用于确定距离的装置利用了用于发送光脉沖的发 射单元、具有至少一个光电元件的接收器矩阵以及控制单元，该控制单元 与该发射单元和该接收器矩阵相连接并且控制它们。该发射单元被构造用 于，在向该发射单元的第 一控制输入端施加一个触发信号时发送一个光脉 冲，其中光脉冲的光可来自可见频镨或者其它的电磁辐射频镨区。在红外 频率区的不可见光例如适于在用于确定距离的装置中的应用。
接收器矩阵具有提供输出信号的测量输出端。该输出信号由测量信号 导出，该测量信号由接收器矩阵的至少一个光电元件才艮据/^射到其上的光 来产生。有利地，发射单元和接收器矩阵被这样选择，使得接收器矩阵的 光电元件对由发射单元发送的光脉冲的波长的光>^应特别强，这样由接收
器矩阵输出的输出信号具有与具有该波长的、^L接收的光的强度特别强的 相关性。
由W0 99/34235公开了一种用于摄取三维距离图像的方法和装置，其 按照所谓的时间-飞行-方法所描述的基本原理工作。在此，确定持续时间 的光脉沖^L送并且同时与此相联系，即通过光脉冲的发送的确定的持续 时间向上积分(累加积分)出光电元件的光电流。光电流的积分也同时随 光脉冲的发送的结束而结束。因为从M送的光脉冲的^L^射的部分到达 光电元件的时刻起该光电元件输出明显更高的光电流并且该光电流被积 分直至光脉冲的发送结束，所以积分器状态在测量周期结束时得知关于被 反射的光脉冲以多少延迟到达光电元件，并且得知至应一射的目标的距离多 大。
即总是所接收的、所发射的光脉沖的^L^射的部分对积分器状态起作 用，因为在反射的光脉冲完全入射到光电元件上之前积分时间结束。在目 标和光电元件之间的距离越短，在此被接收的、被发送的光脉冲的祐^^射 的部分的由光电元件检测并积分的第一区段就越大。按照飞行时间方法的 距离测量因此主要基于，将被接收的、被发送的光脉冲的被反射的部分的 仅仅一个部分区段进行向上积分。为了改善测量精度，在上述的引用文献中还建议，附加地进行暗电流和环境光(Background)的测量，其中没有光脉冲被发送并且由此积分结 果在测量周期上仅仅重现由环境光引起的光电流部分。为了使得测量结果 附加地也不与反射目标的反射系数相关，进行具有不同的长度的积分时间 的两个测量，并且将各个测量结果通过减法和商进4亍标准化。所有已知的通过测量光脉冲的传输时间的用于确定距离的方法具有的 缺点是，被发送的光脉冲的被反射的部分的强度随着至反射目标的距离成 平方地下降。由此使得所^巨离确定的信噪比随着至反射目标的距离的增 大而变坏。该已知的用于确定距离的方法另一个缺点在于，对于该距离确 定原则上只有被反射的光脉沖的一部分被积分，其中该被积分的部分的大 小与光脉冲的传输时间相关。由此，测量的信噪比附加变坏，因为在恒定 的噪声信号的对面是更小的、被积分的有用信号。本发明通过这样的装置来解决现有技术的缺点，它具有-一个用于发送光脉冲的发射单元，该光脉冲具有预给定的脉冲持续 时间，以前面的上升沿开始并且以后面的下降沿结束，其中发射单元有一 个第一控制输入端可用并且被构造来在对该第一控制输入端施加一个发 送开始信号时发送一个预给定持续时间的光脉冲，-一个具有至少一个光电元件的接收器矩阵，其中接收器矩阵具有用 于输出信号的测量输出端并且被构造来输出 一个由光电元件根据在该光 电元件上入射的光所产生的测量信号导出的输出信号，和一一个控制单元，该控制单元与该发射单元和该接收器矩阵相连接并 且被构造来产生发送开始信号和将其向发射单元输出，并且将输出信号从 接收器矩阵接受并进行求值，其特征在于，它具有两个积分器，它们或者都与同一个光电元件相连 接，或者与两个分离的光电元件相连接，这两个分离的光电元件被这样设 置并且构造，使得两个光电元件检测同一个祐反射的光脉冲。接收器矩阵 在此可利用一个用于一个积分器控制信号的第二控制输入端，通过该积分 器控制信号这两个积分器可彼此不相关地被激活。这些积分器分别被构造 来将由相应的光电元件根据入射到其上的光来产生的测量信号在一个通
过该积分器控制信号所预给定的积分时间上进行积分，及由此产生一个积 分器状态并将该积分器状态作为输出信号输出。此外，控制单元被构造来 借助光脉冲的发送和积分器的对应于该,皮发送的光脉冲的积分器状态的 求值形成距离值。为了确定距离值，该控制单元首先引起一个预给定脉沖持续时间的光 脉冲并且以不同的时间延迟启动第 一和第二积分器。在第 一积分时间开始 时发送开始信号与积分器控制信号之间的时间流逝以下也称作等待时期。 在其相应的积分时间上积分器将测量信号积分并且这样形成两个可能相等的、然而通常不同的积分器状态。积分器状态与^L^射的光脉冲的传播 时间以及对积分器的开始和相应的积分时间的相应时间延迟有关。该控制 单元分别直接从两个积分器状态中形成距离信号(并且因此与例如在DE 101 53 742公开的教导不同)。积分器控制信号例如是积分器开始信号或者积分器停止信号，利用积 分器控制信号开始或者停止相应的积分器。因此，在积分器开始信号与积 分器停止信号之间对积分器流逝相应的积分时间。积分控制信号也可以是 积分器接通信号，接通(激活)相应的积分器持续积分器接通信号的持续 时间，使得相应的积分器接通时间的持续时间与相应的积分时间相应。本发明具有这样的优点，即为了采集^Jl射的光脉冲设置有两个可相 互独立控制的积分器，使得积分器特别是可以在时间上相继地开始，由此 更大量的被反射的光脉冲4^P落入两个积分器的累加的积分时间中。对距 离测量重要的是，每个积分器具有积分时间，该积分时间最大与光脉冲的 脉沖宽度相应，使得用积分器必须可以只采集*1射的光脉冲的前面或者 后面的部分，以便获得距离信息。相应地，利用积分器可以只采集被反射 的光脉冲的能量的一部分。两个具有不同积分时间的积分器，这两个分别模糊并且因此可以比所发送的光脉冲更长)可以集中地釆集被反射的光脉 冲的全部能量。在短距离和M射的光脉冲的相应短的传播时间的情况 下，首先开始的积分器采集能量的更大的部分，而在光脉冲的更长的传播 时间的情况下，稍后开始的和稍后结束积分的积分器采集^L^射的光脉冲 能量的更大部分。这在两重意义上提高了距离测量的精度测量误差确定 并且潜在很小数量的被采集的光子被最佳地使用。优选地，两个积分器的积分时间等长和在一个特别优选的实施变形方 案中与所发送的光脉冲的脉冲宽度相应。同样，当在第一积分器的积分时 间结束时开始第二积分器的积分时间时，这是优选的。在一个优选的实施 变形方案中，在发送光脉冲同时开始第 一积分器的积分时间并且光脉沖的 脉冲宽度与光脉冲到最远的采集目标的传播时间相应。在这样的情况下等 待持续时间等于零。除了优选的变形方案之外，根据该变形方案这两个积分时间直接接 着，也可能的是两个积分器的积分时间重叠或者两个积分时间之间存在时 隙。只要已知重叠的时间或者时隙的持续时间，则在这两种情况下在本发 明的意义下多巨离测量是可能的。积分器了解至少两个工作状态，可通过积分控制信号来选择工作状 态。在第一工作状态中积分器积分施加在输入端上的输入信号一段时间 (积分时间)，在其它工作状态中积分器存储通过输入信号的积分形成的积分器状态。此外，可以通it^目应的积分控制信号来复位或者输出积分器 的积分器状态。积分器例如可以是电容器，该电容器对相应的积分时间的持续时间与 光电元件相连。在相应的积分时间之外，相应的电容的电荷可以传输到分 配给相应电容器的蓄电池上，在该蓄电池中经过多个测量循环收集相应电 容器的电荷，以便以优选的方式经过多个测量循环通it^巨离测量能够实现 更到的测量精度。蓄电池也可以是电容器，该电容器可以具有比相应用作 积分器的电容更大的电容。为了实现两个积分器，必须两个蓄电池，结果 在本发明的意义上两个蓄电池同样起积分器的作用。甚至，如果积分时间 不重叠，使得唯一的电容器在第 一积分时间结束之后将其电荷传输到第一 蓄电池并且接着在第二积分时间之后将其电荷传输到第二蓄电池，可能通 过唯一的电容器将两个蓄电池与光电元件相连。通过根据本发明设置两个积分器的方式，有光电元件输出的测量信号 的连续积分通过两个积分器中的一个是可能的，而其它积分器正好处于存 储的工作状态中。由此，根据本发明的装置也是新的且有利的用于距离测 量的方法的基础，该基础形成了本发明的第二方面。根据本发明的装置的有利的变形方案是从属权利要求的主题并且在 下面被阐述。在本发明的一个实施变形方案中，光电元件是矩形的、优选是方形的 并且具有lOOpm到300nm之间的边长、特别是200,的边长。具有这样 大的边长的光电元件由于大的面而具有对射光特别大的敏感度并且因此
产生了特别大的光电流，该光电流是具有改进的信噪比(Signalrauchabstand)和由此具有降低的测量误差的距离确定的前提。特别优选地，接收器矩阵具有多个光电元件和对每个光电元件具有第 一和第二积分器，其中光电元件设置成二维场。所有具有这种带有多个光 电元件的接收器矩阵的实施变形方案具有这样的优点，即不仅产生单个距 离值而且产生距离值的二维场，该二维场为一个或者多个应Jt的目标的三 维图。为了简化单个的光电元件的控制，在此优选施加在第二控制输入端 上的积分器控制信号被同时给所有第一和第二积分器，使得对控制积分和 存储的工作状态并不需要单独选择单个积分器，而是以两个优选彼此独立的组来控制。结合实施变形方案，当光电元件分别与电容比较小的电容器相连时，这是特别有利的，电容器通it^自应的积分控制好交替地在相应第 一和第二积分时间结束之后与电容大于蓄电池和相应第一和第二积分器的第一和第二电容器相连，以《更将相应的在第一积分时间期间聚集的电荷 传输到第 一蓄电池而将在第二积分时间期间聚集的电荷传输给第二蓄电根据本发明的装置可以具有光学系统，该光学系统设置在接收器矩阵 之前并且构造为，将由发射单元发送的类型的光投影到接收器矩阵上。这 种光学系统例如提供了这样的优点，即由光学系统所反射的光可以聚集和 聚焦成尽最大可能清晰的图像地投影到比光学系统的直径小的接收器矩 阵上，使得提高入射到单个光电元件上的光的强度。按照根据本发明的装置的一个优选的实施变形方案，发射单元构造 为，发送红外光。红外光提供了这样的优点，即其对人是不可见的，使得 可以使用本发明，由于所发送的光脉冲不会使人受干扰，并且可被传统的 光学系统和接收器矩阵亳无问题地处理。发射单元优选地构造为，发射不同强度的光脉冲，其中通过施加在第 一控制输入端上的发送开始信号可预给定强度。本发明的实施变形方案能 够实施与相应条件匹配的距离确定，使得例如在具有比较多的背景光的环 境中可以使用比具有少的或者没有背景光的环境更大强度的光脉沖。在用于距离确定的装置的所有实施变形方案中，控制单元可以具有计 时器，该计时器构造为，向控制单元显示由控制单元预给定的时期的过去 时间。计时器的设置也能够实现实施用于距离确定的复杂测量过程。在具有计时器的一个特别优选的实施变形方案中，控制单元构造为， 以第一活动时期预给定的积分时间实施测量循环并且在此通过发射相应 的积分器控制信号首先激活第一积分器而在第一活动时期的第一过去时 间之后去激活第一积分器并且激活第二积分器。第一和第二积分器的顺序 的激活形成了多个根据本发明的装置的实施变形方案的基础，该装置能够 实施用于确定距离的减小误差的测量。关于后面所述的实施变形方案，控制的单元优选构造为，在实施测量 循环期间在第一活动时期的第二从第一活动时期的第一过去时间的时刻 起被测量的过去时间之后去激活第二积分器。这两个因此彼此直接跟随的 积分时间等长并且在第 一活动时期的持续时间方面相应。光脉冲的脉沖宽 度也可以与活动时期的持续时间相应并且由此与两个积分时间相应。由计 时器预给定的第 一活动时期因此不仅可以确定光脉冲的脉沖宽度而且可 以确定关于其持续时间的两个积分积分时间。在一个与此独立的优选实施变形方案中，控制单元构造为，激活发射 单元持续第一活动时期的第一过去时间的持续时间，即在首先开始的积分 器的整个积分时间期间发送光脉沖。在此意义上，当控制单元构造为在实施测量循环期间通it4l射发送开 始信号和积分器开始信号来同时激活发射单元和第一积分器，这是有利 的。因此，通itJL射单元不早于第一积分器被激活而是使光脉冲的发送的 开始与的第一积分时间的开始相一致的方式，在实施测量循环时可以避免 在激活第一积分器时，由发射单元发送的光脉沖已经经过了一段并且积分 器可能并未采集被反射的光脉冲的第一部分。因此，从中得到的第一积分 器的积分器状态未被读出，是光脉冲的前面部分还是光脉冲的后面部分， 光脉冲未被第一积分器采集。由此，不可能确定距目标的距离，该目标处 于比该段更小的距离中。特别优选地，控制单元构造为，实施多个测量循环，其中第一积分器 和第二积分器构造为，存储测量循环之间的它们的相应积分器状态并且因此对测量信号积分多个测量循环，以及控制单元构造为在实施多个测量循 环之后接收并且分析相应由第一积分器和第二积分器输出的输出信号。在 相应循环期间分别进行才艮据入射到相应光电元件上的光产生的测量信号 的积分和在相应的积分时间结束时的积分器状态被累加多个测量循环，即 相加。因为所发送的光脉冲的最大强度出于各种原因受到限制，所以本发 明的实施允许相应积分器状态累加多个测量循环，由此结果可以实施具有 减小测量误差的距离确定。
优选地，第一活动时期持续10到100ns之间，特别是持续20ns。这 样被测量的第一活动时期适于达到数米距离的距离确定。20ns适于达到 3m的距离测量。在根据本发明的装置的一个实施变形方案中，控制单元可以具有A/D 转换器，该转换器构造为，将由接收器矩阵接收的输出信号转换成数字表 示并且作为结果值输出。输出信号转换成数字表示提供了这样的优点，数 字地并且由此不考虑A/D转换时的量化误差无损地实施接下来的输出信 号的分析。在此，对光电元件可分别设置一A/D转换器，通过转换器立即 将测量信号转换成数字信号，使得可以不用电容器以数字方式进行积分和 累加。在由电容器构造积分器的情况下，相应的形成积分器的电容器分配 有专用的A/D转换器，4吏得每个光电元件分配有两个A/D转换器。因此，本发明的实施变形方案的进一步实施具有带有算术逻辑单元的 控制单元，该算术逻辑单元与A/D转换器相连并且构造为，根据预先确定 的计算规则将由A/D转换器转换的、由第一积分器或者所属累加器输出的 第一优选累加过的结果值和由A/D转换器转换的由第二积分器或者所属 累加器输出的第二优选累加过的结果值彼此结合并且输出计算结果。在, 、 200 200此，该计算规则特别优选为4匸4+J，其中 ^ 以及 ^ ,其中s为计算结构、c为光速、T为第一活动时期(对具有信号i2M圣达到6m 的达到3m的测量距离，例如为20ns，与光脉冲经过6m的信号路径的传 播时间相应)，&为由A/D转换器转换的例如经过200个测量循环所累加 的第一结果值而&由A/D转换器转换的例如通过经过200个测量循环所 累加的第二结果值。计算规则将第二距离确定的结果值这样地结合，使得 提供误差减小的计算结果和由此测量结果。此外，整个所采集的光能量作 为两个结果值的和& + A2i^AJ巨离确定中。控制单元可以构造为，在实施具有第一活动时期的第一测量循环之后 实施第二活动时期的第二测量循环，其中第二活动时期短于第一活动时 期。在此，控制单元还可以构造为，在实施第二测量循环时在发送发送开 始信号之后可以流逝等待时期并且在等待时期流逝之后发送积分器控制
信号以开始第一积分器。因为测量误差随着距离变大而增加，所以通过实 施具有等待时期的第二测量循环设置由用于更大距离的专用测量，其中通 过等待时期避免了在由远距的目标反射的光脉沖的部分可返回到接收器 矩阵之前在等待时期期间干扰影响已使第一积分器的输出信号变差。特别优选地，发射单元构造为，发送不同脉冲宽度的光脉冲，其中脉沖宽度由控制单元通过发送开始信号来预给定，以及控制单元构造为，以 具有第一脉冲宽度和第一强度的光脉冲实施第一测量循环而以具有第二脉冲宽度和第二强度的光脉冲实施第二测量循环，其中，第一脉冲宽度大 于第二脉冲宽度而第一强度低于第二强度。该实施变形方案具有这样的优 点，即对第二测量循环在相似能耗情况下由于更短的脉冲宽度而可以设置 更高的光脉冲强度，其中更高的强度能够实现对距离远的目标的距离确定 的额外改进的测量结果。在根据本发明的装置的一个有利的实施中，控制单元构造为，根据输 出信号，第一测量循环的接收器矩阵确定感兴趣区域距接收器矩阵的距离并且测量等待时期，该等待时期小于或者等于光通it^目应于双倍距离的段 的传播时间。这提供了这样的优点，即第二误差减小的测量可以精确地调 节到距离区域，在距离区域中感兴趣的目标通过第一测量循环来定位。在 此，感兴趣的区域例如可以以这样的方式确定，即生成对接收器矩阵的单 个光电元件确定的距离值的柱状图并且从该柱状图中导出距感兴趣区域 的距离。该导出可以涉及最经常碰到的距离值、柱状图的重点或者最少发 现的距离值，其中可以使用公知的统计分析方法。有利的是，对于该实施变形方案所选择的积分时间对应于一个活动时 期，该活动时期由光脉冲至在所感兴趣的距离区域的中心的目标的传播时 间减去等待时期。优选的是，在此光脉冲的脉冲宽度等于第二活动时期，使得在第二测 量周期的执行期间所发出的光脉冲的脉冲宽度与其间第 一积分器对测量 信号积分的时期一样长。根据本发明的装置的所有实施变形方案都可以拥有图像传感器，该图 像传感器被构造用于采集在二维图像中的、特别是在二维彩色图像中的被 投影到图像传感器上的图像区域，并且这样设置，使得被图像传感器所采 集的图像区域和被接收器矩阵所采集的图像区域至少在部分区域中相交， 其中构造了控制单元，将在部分区域中的被分析的输出信号和二维图像结
合为三维图像，使得该三维图像在每个像点都具有距离值。特别优选的是，在此图〗象传感器具有比接收器矩阵更高的分辨率，其 中该接收器矩阵包括用于距离测量的光电元件。由于对于光的敏感性的更 小的要求，相对于接收器矩阵的光电元件，图像传感器的像点的尺寸可以 被极大地减小，使得图像传感器的多个像点可以被分配给接收器矩阵的每 个光电元件。本发明的第二方面涉及一种用于确定距离的改善的方法，具有以下步骤-发出可预先确定的脉冲宽度的光脉冲，-在第一活动时期的第一流逝时间期间将光电元件的光电流积分， -任选地将在多个测量周期上的这样获得的第一积分器状态累积 -输出第一输出信号，-在第一活动时期的第二流逝时间期间将光电元件的光电流积分，该 第二流逝时间直揍接在第 一活动时期的第 一流逝时间之后，-任选地将在多个测量周期上的这样获得的第二积分器状态累积-输出第二输出信号，-通过分析第一和第二输出信号确定光脉冲的信号传播时间。根据本发明的方法提供了 一种改善的距离测量，因为在通过第 一活动 时期的流逝时间和第一活动时期的第二流逝时间的开始标志的时刻的之 前和之后，光电元件的光电流被积分为各自己的输出信号，其中第一和第 二输出信号包含关于对光脉冲的在相应的传播时间之后到达的M射的 部分的转换时刻的相对时间状态的信息，在该信息的基础上，实现了减小 误差地确定光脉冲的信号传播时间，并且由此减小误差地确定了至反射的 目才示的多巨离。优选的是才艮据本发明的方法的一个变形方案，其中第一活动时期与光 脉沖的可预先确定的脉冲持续时间相同。该方法变形方案一方面节省了能 量，因为所发出的光脉冲并不比光电流在其间进行积分的第 一活动时期更 长，并且另一方面并不会由于在所发出的光脉冲的脉沖宽度之外，会歪曲 确定距离的结果的光电元件的光电流被引入距离确定中，从而劣化距离确 定的结果。 有利的是，在一种方法变形方案中，光脉冲的强度可以在发出光脉冲 的步骤中被预先给定。通过这种方式，距离确定的实施可以与在测量环境 中相应存在的环境光匹配，其中例如在具有多个环境光的环境中4吏用更大 强度的光脉冲。为了减小在距离确定中的测量误差，在一种方法变形方案中，在输出 第一输出信号和输出第二输出信号的步骤之前，发出光脉沖、在第一活动 时期的第 一流逝时间上对光电流积分和在第 一活动时期的第二流逝时间 上对光电流积分的步骤被多次执行，由此通过平均、例如通过形成算术平 均值而减小了测量误差。为了还能够确定小的距离，在才艮据本发明的方法的一种优选的变形方 案中，发出光脉冲和将光电流积分的步骤在第一活动时期的第一流逝时间 期间同时执行。替代地，在一种方法变形方案中，在发出光脉冲的开始和在第一活动 时期的第一流逝时间期间的光电流的积分的开始之间，让一个等待时期流逝。该替代的方法变形方案适合于i^巨离的目标的距离确定，其中提供了 减小误差的测量结果以供使用，其方式是在其中还没有所发出的光脉冲的 ^L^射的部分回到光电元件的等待时期期间，光电元件的光电流不被积 分，并且由此不可以影响距离确定的测量结果。特别优选的是一种根据本发明的方法的变形方案，其中进行两个测量 周期，其中在第一测量周期中，光脉冲的发出和在第一活动时期的第一流 逝时间上的光电流的积分的步骤被同时执行，并且在第二测量周期中，在 发出光脉冲的步骤的开始和在积分的步骤的开始之间，让等待时期流逝。 在该方法变形方案中，通过第一测量周期确定具有至JI巨离确定的位置的小 的距离反射目标的测量结果，并且通过第二测量周期确定具有更大的距离 的Jl射目标的测量结果，其中对于具有更大的距离的目标的测量结果由于 设置了等待时期而具有减小的测量误差。在该方法变形方案的继续中，等待时期通过关于至感兴趣区的距离来 分析第一测量周期的输出信号而被确定，其中等待时期小于或等于光通过 相应于至感兴趣区的两倍距离的段的传播时间而被测定。在该方法变形方 案中，通过分析第一测量周期的输出信号确定了一个距离，第二测量周期 的等待时期被与该距离协调，以特别是针对在至感兴趣区的距离的范围中 的距离，确定距离确定的误差减小的测量结果。
由于所发出的光脉冲的所>^射的部分的强度是平方减小的，距离确定 的质量随着增大的距离而减小， 一种方法变形方案是优选的，其中在第一 测量周期中在发出光脉冲的步骤中发出具有第一脉冲宽度的和第一强度 的光脉冲，并且在第二测量周期中在发出光脉冲的步骤中发出具有第二脉 冲宽度的和第二强度的光脉冲，其中第一脉冲宽度大于第二脉冲宽度，并 且第一强度小于第二强度。较大的第二强度引起了所发出的光脉冲的M 射的部分的相应增大的强度,使得在第二测量周期中执行的距离确定对于 大的距离在测量结果方面被改善。在所有的方法变形方案中，第一输出的输出信号和第二输出的输出信 号根据预先确定的运算规则被彼此运算，其中预先确定的运算规则的结果表示了距离。特别优选的是该运算规则^兰l + tA ，其中S是计算结4、 4+4j果，c是光速，T是第一活动时期，&是由A/D转换器转换的第一结果值， 并且&是由A/D转换器转换的第二结果值。根据本发明的方法可以包括摄:^维图像、特别是摄取彩色图像，以 及将二维图像和所分析的初始信号结合为三维图像的步骤，其中该三维图 像在每个像点都具有距离值。


以下本发明将借助实施例的附图进一步阐述，其中图l以框图的形式示出了根据本发明的装置的一个实施例；图2以流程图的形式示出了根据本发明的方法的一种变形方案；图3示出了根据本发明的方法的一种变形方案的时间进程的总览 图；图4示出了根据本发明的方法的另一种变形方案的时间进程的总览 图；图5示出了带有两个连接至其上的积分器的光电二极管形式的光电 元件的第一电路变形方案；并且图6示出了带有两个连接至其上的积分器的光电二极管形式的光电
元件的第二电路变形方案。图1在框图中示出了根据本发明的装置的一个实施例。该用于确定距离的装置划分为三个主要部件，发射单元IO、接收器矩阵20和控制单元 30，它们通过信号线路彼此相连。发射单元IO被构造为针对通过控制单 元30的引发而发出光脉冲，其中所发出的光脉冲的脉沖宽度和强度由控 制单元30预先给定。所发出的光脉沖的被目标反射的部分到达光学系统 40，该光学系统将入射的祐^^射的部分投影到光电元件21上或者光电元 件21的二维区域上。光电元件21形成了接收器矩阵20的部分，该接收 器矩阵针对每个光电元件21都具有一个第一积分器22和第二积分器23， 它们的积分输入端与光电元件21的输出端相连。光电元件21根据入射到 其上的光的强度生成光电流，该光电流到达第一积分器22和第二积分器 23的积分器输入端。第一积分器22和笫二积分器23分别拥有控制输入端，其中在该装置 的一个实施形式中，为了确定距离，第一积分器22或第二积分器23的全 部的控制输入端都彼此相连，使得第一积分器22可以独立于第二积分器 23地被激活，然而第一积分器22不能独立于其余的第一积分器22地被 激活。第一积分器22和第二积分器23的控制输入端与控制单元30相连， 控制单元30被构造用于控制第一积分器22和第二积分器23。每个第一 积分器22和第二积分器23此外都拥有用于输出信号的输出端，其可以由 控制单元30单独地读取。积分器22和23被构造用于在通过控制单元30 激活时，将处于积分器输入端的光电流积分并且由此形成积分器状态。在 通过控制单元30引发时，积分器22和23将通过积分形成的积分器状态 作为输出信号输出。控制单元30拥有A/D转换器32，其与积分器22和23的输出端相连， 并且被构造用于将由积分器22和23输出的输出信号转换为数字表示。A/D 转换器32与算术逻辑单元33相连，该算术逻辑单元被构造用于分析来自 积分器22和23的并且被转换为数字表示的输出信号。算术逻辑单元根据预先给定的计算规则将数字化的输出信号33进行 运算，并且为被分配给每个光电元件21的积分器22和23的输出信号求 得结果值，该值说明了描述这样的段的距离，该段位于相应的光电元件标的点之间
此外，控制单元30拥有计时器31,其被构造用于显示由控制单元30 预先给定的时期的流逝时间。该计时器能够实现用于确定距离的复杂方法 的执行，该执行提供了具有減少的测量误差的结果。图2以流程图的方式示出了才艮据本发明的方法的一种变形方案，其在 步骤100中以发出第一强度和第一脉冲宽度的光脉冲而开始。与发出光脉 冲的开始同时，在步骤IIO中开始将光电元件的光电流在第一活动时期的 第一流逝时间期间积分。在第一活动时期的第一流逝时间之后，随后直接 将光电元件的光电流在第一活动时期的第二流逝时间上积分(步骤120 )。 为了减小距离确定的测量误差，在让一个等待时期流逝之后，在步骤120 之后又M至步骤100，该等待时期保证了在光电流的在第一活动时期的 第一流逝时间上的重新积分期间，没有所发出的光脉冲的被远处的目标所 反射的部分到达。步驟100至120在所示的例子中被重复50次，其中重 复的次数取决于确定距离的情形、例如对于测量最大可用的时间，或者取 决于对运动目标的距离确定。在50次重复之后，该方法以步骤130继续，在该步骤中，进行第一 和第二输出信号的第一分析。第一和第二输出信号表示了通过在步骤110 和120中分别形成的积分器状态，该状态在读取之后被复位。在步骤140 中，在分析的过程中确定了感兴趣区域，目标似乎位于该区域中，针对该 目标应该通过第二测量确定改善的测量结果。在步骤150中又发出了光脉 冲，其中该光脉冲现在具有第二强度和第二脉冲宽度，并且其中第二强度 大于第一强度并且第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度。在步骤100中所发出 的光脉冲的脉冲宽度等于第一活动时期，而第二脉冲宽度相对于第 一活动 时期缩短了等待时期的长度，该等待时期估算为光通过至感兴趣区域的距 离的传播时间的两倍。在步骤150之后，在步骤170中开始在第二活动时 期的第一流逝时间上对光电元件的光电流积分开始之前，在步骤160中让 该等待时期流逝。在此，第二活动时期对应于第一活动时期的持续时间减 去等待时期。在第二活动时期的第一流逝时间之后，在步骤180中，在第 二活动时期的重新的流逝时间上进行光电流的积分的第二步骤。随后，该 方法又重复50次地M回步骤150，如以前已经采用的那样通过将多个 距离确定平均、例如通过形成算术平均值来改善距离确定的测量结果。在进行50次重复之后，在步骤190中进行第一和第二输出信号的第 二分析，其中由于更高的第二强度和设置了等待时期，测量结W目对于在 步骤13Q中所确定的测量结果得到改善。在随后的步骤200中，录取二维 的彩色图像，该图^^l^的步骤210中被以确定的距离值结合为三维图 像。图3示出了根据本发明的一种变形方案的时间进程的总览图。所示的 坐标系在四个子坐标系1)至4)中示出了不同的信号，它们分别在以纳 秒ns表示的时间t上绘出。在子坐标系1)中绘出了发送开始信号，在 其施加时，发射单元发出光脉冲。在该情形中，要发出的光脉冲的脉冲宽 度通过所施加的发送开始信号的持续时间预先给定，并且要发出的光脉冲 的强度通过发送开始信号的幅度来预先给定。在图3中所示的根据本发明 的方法的变形方案中，由此在零时刻以发出20ns的脉冲宽度和平均的强 度的光脉冲而开始。子图2 )示出了由光电元件所输出的光电流，其中由于噪声和背景光， 光电流在任何时候都大于零并且不恒定。大约在16ns之后，由目标反射 的光脉冲到达光电元件，使得对于在16和36ns之间的时间段可以确定增 大的光电流，it^目应地在子图2)中被示出。与发出第一光脉冲同时，在 零时刻通过预先给定在子图3)中所示的积分器控制信号，使得第一积分 器将光电流积分成为积分器状态。在第一积分器的持续20ns的活动的时 间流逝之后，积分器被去激活并且第二积分器被激活另外的20ns。在此还要再次指出的是，两个积分器的积分时间(活动阶段)也可以 重叠，或者在两个活动阶段之间可以有间隙。只要该重叠的时间段或者该 间隙的持续时间是已知的，则在两种情况中，在本发明意义中的距离测量 都是可能的。由在子图2)中所示的、与第一和第二积分器的激活阶勤目比由于所 反射的光脉冲而提高的光电流的相对状况的比较而明显可见的是，第一和 第二积分器状态的差别包含关于光脉冲的传播时间延迟的信息。如果第一 和第二积分器的积分器状态的差别得到为零，则分别在第一和第二积分器的激活阶段中，一定有由于反射的光脉冲而增大的光电流的相同大小的部 分到达光电元件。这意味着，反射的目标位于距被用于确定距离的装置这 样的距离，使得光至该目标和从该目标返回至该装置的传播时间为10ns。 由此，至反射的目标的距离通过将所测量的10ns与光速的一半相乘得到， 在该例子中传播时间为10ns得到大约1. 5m。在图3所示的例子中，传播时间大约为16ns，因此第二积分器的积 分器状态具有比第一积分器的积分器状态高四倍的值，这才艮据在为分析而 设置的计算规则中的考虑得到大约2. 5m的确定的距离。在距离确定的第一执行之后，等待大约160ns的等待时期，该时期保 证了没有所发出的光脉冲的由远处目标所反射的部分歪曲随后的测量。在 所示的例子中，距离确定I^被重复50次，这在子图1)至4)中没有被 示出。距离确定的重复和在例如50次测量周期上的积分器状态的累加或 累积因此也是经常必需的，因为在极端情况中，相应的光电元件在一个测 量周期的积分时间期间不《"险测到所反射的光脉冲的 一个光子，因为所反 射的光脉冲的能量如此微弱，使得理论上每个测量周期只能期望得到一个 光子的一部分，并且由此在统计上不是在每个测量周期中都可以预计检测 到光子。第一个50次测量周期的测量结果被使用，以确定等待时期的长度， 其持续时间小于或者等于光在至感兴趣区域的两倍距离上的传播时间。在 本实施例中等待时期被确定为10ns，并且所发出的光脉冲的脉冲宽度相 应地被缩短10ns。同时，如在子图1)中所示的那样，所发出的光脉冲的 强度通过预先给定相应地增大的发送开始信号而提高。在10ns的等待时 期的流逝之后，在时刻10010ns通过预先给定的在子图3)中所示的用于 第一积分器的积分器控制信号开始光电流的积分。在时刻10020ns，第一 积分器被关断并且第二积分器被激活。距离确定的该第二测量周期的测量 结^目对于第一测量周期的测量结果具有减小的测量误差，因为所发出的 光脉冲的强度被提高，并且通过设置等待时期而较少地将由于噪声和通过 背景光产生的光电流引入测量结果中。在所示的实施例中，第二测量周期同样如第一测量周期那样被重复 50次，以进一步改善距离确定的测量结果。这50次重复在图3中没有示 出。图4示出了才艮据本发明的方法的另一变形方案的时间进程的总览图。 所示的坐标系在六个子坐标系a)至f )中示出了不同的信号，这些信号 分别被关于时间t而绘出。在子坐标系a)中绘出了具有可预先给定的脉冲宽度的、借助由控制 单元输出至发射单元的发送开始信号而由发射单元发出的光脉冲。在子坐 标系b)中示出的光脉沖是由发射单元发出的、在取决于至所测量的目标 的距离的传播时间之后的、被目标所反射的并且由接收器矩阵所接收的光 脉冲，该光脉冲具有与由发射单元所发出的光脉冲几乎相同的脉沖宽度。
如在子坐标系C)中所示的那样，在可预先给定的等待时间之后(该 等待时间在该情形中大于零并且小于由发射单元所发出的并且由接收器 矩阵所接收的光脉冲的传播时间)，通过控制单元将第一积分器控制信号 发出至第一积分器而启动第一积分器。积分器控制信号可以是具有积分器 的可预先给定的接通持续时间的积分器接通信号或者积分器开始信号。在 接通第一积分器之后，其开始对施加在第一积分器的输入端上的输入信号积分。只要^L^射的发射脉冲还没有以其前边沿到达光电元件21，该积 分(在最理想的考虑中)一直为零。第一积分器的接通持续时间通过活动 时期而预先给定，并且限定了积分时间，该积分时间在所示的情况中等于 光脉冲的脉冲持续时间。然而，因为第一积分器的活动时期在接收到由测 量目标所反射的光脉冲之前开始，所以在第一积分时间期间，只有该光脉 沖的第一部分到达光电元件21，并且导致第一积分器的相应的输入信号， 积分器对该信号积分，如在图4c和4e中所示的那样。位于第一积分时间 末端的第一积分器的积分器状态同样在图4e中示出。在第一积分时间之 后，第一积分器或者通过积分器接通信号或者通过另外的由控制单元输出 给第一积分器的积分器控制信号(在此为积分器停止信号)而关断。同时，如前面对于第一积分器类似地，控制单元将另外的积分器控制 信号发给第二积分器，该信号将第二积分器接通。第二积分器的同样通过 活动时期预先给定的第二积分时间在此也等于脉冲宽度。如图4d)中可以得出的那样，在第二积分时间内只有所反射的光脉 冲的后面的部分到达光电元件21，并且提供第二积分器的相应的输入信 号。所反射的光脉冲的后边沿在第二积分时间结束之前到达光电元件，使 得第二积分器的积分器状态随后不再升高(只要不出现干扰辐射)。在第 二积分时间的末端的第二积分器的积分器状态在图4f)中被示出。在第 二积分器的活动时期结束之后，该积分器如在第 一积分器的情况中类似地 被关断。因为第二积分器直接在第 一积分器关断之后被接通，所以所接收的光 脉冲的全部的能量内容都被用于第一或第二积分器用于生成实际上被使 用的输入信号。图5和6分别示出了关于其构造方面相同的电路。在图5和6中的各 4个图示出了其中电路的相应的开关被操作的顺序。在根据图5和6的实 施变形方案中间的区别在此。
图5和图6中的电路的基本元件是光电二极管PD形式的光电元件21 以及两个积分器22和23，它们分别由电容器Cl和C2形式的电容形成。 两个分别形成积分器的电容器Cl和C2的各一个端子与光电二极管PD的 正极一样通过共同的接地触点彼此相连。两个电容器Cl和C2的各另外的 端子各通过一个开关Sl和S2与光电二极管PD的负;feU目连。由此得到电 路的电节点，在该节点中，光电二极管PD的负极和两个开关S1和S2彼 此相连。在电路的该节点与用于复位电压的电压节点V之间设置了第三开 关作为复位开关RS。下面，首先阐述根据图5a和5d的电路的工作方式。随后将阐述根据 图6a至6d的电路的工作方式。首先-在第一积分时间之前-进行复位过程，其中所有三个开关、类 似复位开关RS和用于电容器Cl和C2的开关Sl和S2被闭合。通过这种 方式，两个电容器C1和C2被充电到作为参考值的复位电压V。这在图5a 和6a中被示出。也就是说，根据图5和6的两个变形方案在复位过程方 面没有区别。在第一积分时间期间，应该形成这样的信号，其依赖于在该积分时间 期间入射到光电二极管PD上的光量。为了生成该信号，根据图5b首先断 开复位开关RS并且同时通过积分器控制信号断开开关S2，使得在第一积 分时间期间，仅仅电容器Cl可以由于依赖于入射的光量而流过光电二极 管的光电流而通过光电二极管PD放电。随着两个开关Sl和S2的断开， 第一积分时间开始，在该时间期间，第一电容器由于光电流而放电。在第 一积分时间的末端，开关S1被断开，使得第一电容器C1不再可以放电。 第一电容器Cl在第一积分时间期间祝故电的量可以视为由于光脉冲而流 过光电二极管PD的光电流的积分。同时，随着第一开关S1的断开，第二 开关S2被闭合，而复位开关RS仍然保持断开。随着第二开关S2的闭合 开始了第二积分时间，在该时间期间，第二电容器C2可以通过光电二极 管PD由于流过光电二极管PD的光电流而放电。该光电流如已经阐述的那 才Ml赖于在第二积分时间窗期间入射到光电二极管PD上的光量。此外， 在闭合第二开关S2后在第二积分时间开始时，进行均衡过程，该过程将 实际的光电流叠加，因为第二电容器C2和光电二极管在第二积分时间开 始时由于第一积分时间而具有不同的初始电压。这都在图5c中被示出。在第二积分时间的末端，第二开关S2也被断开，使得现在所有三个 开关，第一开关S1、第二开关S2和复位开关RS都被断开。反映相应的 积分器状态的、位于电容器Cl和C2上的电压现在可以如前面所描述的那 样被进一步处理，或者它们被直接分析，或者这些电压通过多个测量周期 被累加。根据图6a至6d的实施变形方案与才艮据图5a至5d的实施变形方案的 区别在于，电容器电压在第一和第二积分时间期间如何形成。在图6b中可以看出，在第一积分时间开始时只有复位开关RS通it^目 应的积分器控制信号被断开。第一和第二开关Sl和S2保持闭合，使得现 在两个电容器Cl和C2同时可以由于流过光电二极管的光电流而通过光电 二极管PD放电。在第一积分时间的末端和在第二积分时间的开始，仅仅第一开关Sl 被断开，而同时第二开关S2保持闭合，并且复位开关RS同样保持断开； 参见图6c。这意p未着，第二电容器C2继续由于流过光电二极管PD的、 取决于相应地入射到光电二极管PD上的光量的光电流而通过光电二极管 PD继续放电。因为光电二极管PD和第二电容器C2由此在第二积分时间 的开始具有相同的电位差，所以导致将积分叠加的均衡过程。在第二积分时间末端，第二开关S2也通it^目应的积分控制信号断开， 使得现在所有三个开关都被同样地断开，参见图6d。如已经参照图5d所 描述的那样，现在电容器C1和C2的电压可以被读出并且分析，或者被传 输到另外的电容上，在这些另外的电容上随后可以累积多个测量周期上的 电容器Cl和C2的相应的最终电压。
权利要求
1.一种用于确定距离的装置，具有-发射单元，用于发送具有预给定的脉冲宽度的光脉冲，所述脉冲宽度以前上升沿开始和以后下降沿结束，其中所述发射单元具有第一控制输入端，并且构造为在将发送开始信号施加在所述第一控制输入端上时发送光脉冲，-接收器矩阵，其具有至少一个光电元件，其中所述接收器矩阵具有用于输出信号的测量输出端，并且构造为将由测量信号导出的输出信号输出，其中所述测量信号通过所述光电元件根据入射到所述光电元件上的光产生，-控制单元，其与所述发射单元和所述接收器矩阵相连，并且构造为产生所述发送开始信号并且输出给所述发射单元并且由所述接收器矩阵接收和分析所述输出信号，其特征在于，所述接收器矩阵具有用于积分器控制信号的第二控制输入端以及第一和第二积分器，它们与唯一的或者各光电元件以及与第二控制输入端相连，它们可通过所述积分器控制信号相互独立地被激活，并且分别构造为将测量信号在由所述积分器控制信号预给定的积分时间上积分，并且由此形成每个积分器状态以及将所述积分器状态作为输出信号输出，其中控制单元构造为，根据光脉冲的发送和分配给所述光脉冲的积分器的积分器状态的分析来形成距离信号。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电元件是矩形 的，特别是方形的，并且具有100nm到300萍之间的边长，特别是200拜 的边长。
3. 根据权利要求1或者2中的一项所述的装置，其特征在于，所述 接收器矩阵具有多个光电元件，并JU^每个光电元件具有第一和第二积分 器，其中所述光电元件设置在二维区域中。
4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于光学系 统，所述光学系统设置在所述接收器矩阵之前，并且构造为将由发射单元 发送的类型的光投影到接收器矩阵上。
5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的装置，其特征在于，所述发射单元构造为发送红外光。
6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的装置，其特征在于，所述 发射单元构造为发出不同强度的光脉冲，其中可通过施加在所述第一控制 输入端上的发送开始信号预给定所述强度。
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，其特征在于，所述 控制单元具有计时器，该计时器构造为，为所述控制单元显示由所述控制 单元预给定的时期的流逝时间。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制单元构造为， 实施具有第 一活动时期的测量周期并且在此通it^L出相应的第二积分器 控制信号首先将所述积分器激活相应于所述第 一活动时期的第 一积分时 间，并且在第一活动时期的第一流逝时间之后，将所述第一积分器去激活 而激活所述第二积分器。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制单元构造为， 在实施测量周期期间将所述第二积分器激活同样相应于所述第 一活动时 期的第二积分时间，并且在所述第一活动时期的、从所述第一活动时期的 第 一流逝时间的时刻所测量的第二流逝时间之后净皮去激活。
10. 根据权利要求8或者9中的任一项所述的装置，其特征在于，所 述控制单元构造为，将所iUL射单元激活所述第 一活动时期的第 一流逝时 间的持续时间，并且因此触发具有相应于所述第 一活动时期的脉冲宽度的 光脉冲。
11. 根据权利要求8或者10中的任一项所述的装置，其特征在于， 所述控制单元构造为，在实施测量周期期间通过同时发出发送开始信号和 积分器控制信号同时激活所U射单元和所述第 一积分器。
12. 根据权利要求8至11中的任一项所述的装置，其特征在于，所 述控制单元构造为，实施多个测量周期，其中所述第一积分器和所述第二 积分器构造为，在测量周期之间存储它们相应的积分器状态并且由此在多 个测量周期上对所述测量信号积分，以及所述控制单元构造为，在实施多 个测量周期之后接收并且分析相应由所述第 一积分器和由所述第二积分 器输出的输出信号。
13. 根据权利要求8至12中的任一项所述的装置，其特征在于，所 述第一活动时期持续10到100ns、特别是持续20ns。
14. 根据权利要求1至13中的任一项所述的装置，其特征在于，所 述控制单元具有A/D转换器，所述A/D转换器构造为，将由所述接收器矩 阵所接收的输出信号转换成数字表示并且作为结果值输出。
15. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制单元具有 算术逻辑单元，所述算术逻辑单元与所述A/D转换器相连并且构造为，根 据预先确定的运算规则使由所述A/D转换器转换的由所述第一积分器输 出的第一结果值与由所述A/D转换器转换的由所述第二积分器输出的第 二结果值实施运算，并且输出所i^算结果。
16. 根据权利要求8或者9中的任一项以及根据权利要求15所述的,4、装置，其特征在于，所^算规则是P！ i + AzA ，其中s为运算结果、2c为光速、T为第一活动时期、Ai为由所述A/D转换器转换的第一结果值 并且&为由A/D转换器转换的第二结果值。
17. 根据权利要求8至16中的任一项所述的装置，其特征在于，所 述控制单元构造为，在以第 一活动时期实施第 一测量周期之后以第二活动 时期实施第二测量周期，其中所述第二活动时期比所述第一活动时期短。
18. 根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述控制单元构造 为，在实施所述第二测量周期时，在发出所^JL送开始信号之后，让等待 时期流逝并且在所述等待时期流逝之后发出用于激活所述第一积分器的 所述积分器控制信号。
19. 根据权利要求6和权利要求17或者18中的任一项所述的装置， 其特征在于，所U射单元构造为，发送不同脉冲宽度的光脉沖，其中所 述脉冲宽度可由所述控制单元通过所述发送开始信号来预给定，以及所述 控制单元构造为，以第一脉冲宽度和第 一强度的光脉冲实施第 一测量周期 而以第二脉冲宽度和第二强度的光脉冲实施第二测量周期，其中所述第一 脉冲宽度大于所述第二脉冲宽度而所述第 一强度小于所述第二强度。
20. 根据权利要求18和19所述的装置，其特征在于，所述控制单元 构造为，根据所述第一测量周期的接收器矩阵的所述输出信号确定感兴趣 区域距所述接收器矩阵的距离，并且测量小于或者等于光通it^目应于两倍 距离的段的传播时间的等待时期。
21. 根据权利要求20所述的装置，其中所述第二活动时期等于减去所述等待时期的第 一活动时期。
22. 根据权利要求21所述的装置，其中所述第二持续时间等于所述 第二活动时期。
23. 根据权利要求1至22中的任一项所述的装置，其特征在于图像 传感器，所述图像传感器构造为，采集投影到所述图像传感器上的在二维 图像特别是二维彩色图像中的图像区域，并且这样地设置，使得由所述图 像传感器采集的图像区域与由所述接收器矩阵采集的图像区域至少在部 分区域上重合，其中所述控制单元构造为，在所述部分区域中将所述二维 图像与所确定的输出信号结合成三维图像，使得所述三维图#^每个像点 都具有距离值。
24. 根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述图像传感器具 有高于所述接收器矩阵的分辨率。
25. 根据权利要求1至24中的任一项所述的装置，其特征在于，所 述第一和第二积分器分别具有电容(Cl、 C2 )，所述电容分别通过开关(Sl， S2)与所述光电元件(PD)并联连接，其中所述开关(Sl， S2)通过所述 控制单元的积分器控制信号相互独立地断开和闭合。
26. 根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述光电元件是光 电二极管(PD)。
27. 根据权利要求25或者26所述的装置，其特征在于，所述第一和 第二电^it过其余开关被充电到相同的输出电压。
28. —种用于确定距离的方法，具有以下步骤 —发送可预先确定脉冲宽度的光脉沖，-在第 一活动时期的第 一流逝时间期间将光电元件的光电流积分， -输出第一输出信号，-在第一活动时期的第二流逝时间期间将所述光电元件的光电流积 分，所述第二流逝时间直捲接着所述第 一活动时期的第一流逝时间，-输出第二输出信号，—通过分析所述第一和第二输出信号来确定所述光脉冲的信号传播 时间。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中所述第一活动时期等于所述 光脉沖的可预先确定的脉冲宽度。
30. 根据权利要求28或者29所述的方法，其中在发送所述光脉沖的 步骤中可预先给定所述光脉冲的强度。
31. 根据权利要求28至30中的任一项所述的方法，其中在输出所述 第 一输出信号和输出所述第二输出信号的步骤之前，多次实施发送所述光 脉冲、在所述第 一活动时期的第 一流逝时间期间将所述光电流积分和在所 述第 一活动时期的第二流逝时间期间将所述光电流积分的步骤。
32. 根据权利要求28至31中的任一项所述的方法，其特征在于，同 时实施发送所述光脉沖和在所述第 一活动时期的第 一流逝时间期间将所 述光电流积分的步骤。
33. 根据权利要求28至31中的任一项所述的方法，其中在发送所述 光脉冲的步骤的开始与在所述第 一活动时期的第 一流逝时间期间将所述 光电流积分的步骤的开始之间，让等待时期流逝。
34. 根据权利要求32和33所述的方法，其中实施两个测量周期，其 中在第一测量周期中同时实施发送所述光脉冲和在所述第一活动时期的 第一流逝时间期间将所述光电流积分的步骤，并且在第二测量周期中在发 送所述光脉冲的步骤的开始与积分步骤的开始之间让所述等待时期流逝。
35. 根据权利要求34所述的方法，其中通过分析关于距感兴趣区域 的距离的第 一测量周期的输出信号确定所述等待时期，其中这样测定所述 等待时期，所述等待时期小于或者等于光通it^目应于双倍的距感兴趣区域 的距离的段的传播时间。
36. 根据权利要求28、 29和35所述的方法，其中在所述第一测量周 期中，在发送所述光脉冲的步骤中发送具有第一脉冲宽度和第一强度的光 脉冲，而在第二测量周期中在发送所述光脉冲的步骤中发送具有第二脉冲 宽度和第二强度的光脉冲，其中所述第一脉沖宽度大于所述第二脉冲宽度 而所述第一强度低于所述第二强度。
37. 根据权利要求28至36中的任一项所述的方法，其中所述第一被 输出的输出信号和第二被输出的输出信号根据预先确定的运算规则相互 结合，其中预先确定的运算规则的结果表示距离。
38. 根据权利要求28至37中的任一项所述的方法，其中进行摄取二 维图像、特别是彩色图像的步骤和将所述二维图像和所确定的输出信号结 合成三维图像的步骤，其中所述三维图^Xt每个像点都具有距离值。
全文摘要
一种用于确定距离的装置，具有用于发送光脉冲的发射单元、带有至少一个光电元件的接收器矩阵和控制单元，其中接收器矩阵具有第一和第二积分器，它们与光电元件相连、可相互独立地被激活并且分别构造为，对由光电元件输出的测量信号积分由控制单元预给定的时间并且由此形成积分器状态并且作为输出信号输出积分器状态。
文档编号G01S7/487GK101114021SQ20071011195
公开日2008年1月30日 申请日期2007年6月14日 优先权日2006年6月14日
发明者安德烈亚斯·图恩, 维尔弗里德·瓦格纳 申请人:埃里斯红外线高智力传感器有限责任公司