用于测量光渡越时间的方法技术

一种用于测量光渡越时间的方法和装置，特别是用于照相机，所述方法通过至少一个发射器（１２）将由时钟脉冲控制器时钟控制的第一光信号在至少一个光路（１４）中通过反射物体（Ｏ）发射到接收器（１３）上，以检测由于物体（Ｏ）的靠近、存在和／或距离而造成的第一光信号的变化。通过至少一个接收器（１３）接收来自于光路（１４）的第一光信号。在接收器（１３）上检测由第一光信号引起的接收信号，并且为了确定渡越时间在比较器（１５）中循环地比较由时钟脉冲控制器（１１）时钟控制的、并且不由光路（１４）产生的第二信号，以在比较器（１５）的输出端上产生比较值，该比较值这样用于调节发射信号和／或第二信号的振幅值，即接收信号和第二信号至少在比较器的输入端上基本上大小相同。同时，当来自光路１４的接收信号以及第二信号被调节成在比较器１５的输入端上相同大小时，周期性地检测在来自光路１４的接收信号以及第二信号之间的、在时钟交变时出现的对应于光渡越时间的时钟交变信号（ＴＷ）。根据在另一比较器（１６）中对来自光路（１４）的接收信号和第二信号之间的时钟交变信号（ＴＷ）的振幅的比较来确定出差值。通过移相器（１７）改变差值（Ｓ１６），直到差值（Ｓ１６）最小化，优选为零，该移相器用于改变接收信号和第二信号的相位的相位迟延。在最小化差值中产生的移相器的迟延用于确定光渡越时间。由此而提出一种用于测量光渡越时间的方法，该方法也可以通过廉价的元件和低频的放大器来工作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种及装置，特别是用 于根据权利要求1和18的前述部分所述的照相机。
技术介绍
在许多应用领域中必须确定出参照物相对其他物体的距离。这 种^f吏用范围除了在所有的照相才几系统中以外，也在4几动车领域或枳j 器人
中应用。在此，现有技术出现以下技术问题如果在发光二极管上施加 脉冲的电压，那么该发光二极管就以所提供的电压的节律发光。反 射的物体可以将反射的光功率反射给光电二极管，该光电二极管优 先位于发射的LED的附近。反射信号的大小取决于LED的发射功 率、物体的反射角度和物体与发射的LED的间距。在反射的物体(例如手)的间距(例如 一米)中，4吏用通用的具有例如100mA 脉冲电流的LED、例如15。的开放角度和通用的低成本光电二极管(例如Osram制造的BPW34)的情况时，将在光电二极管中产生通过手的反射产生的例如几|iA的光电流。这种光电流一般通过反 射的物体的间距来改变，从而在大于一米的距离中该光电流在光电二极管中可能仅为几pA。为了测量反射的物体的距离，则可以对发射和接收信号之间的光渡越时间进行测量，然而在上述的情况 下，在光电二极管中的接收电流非常d、时将难以确定出准确的入射点。更加困难的是，进入到光电二极管或连接的放大器中的信号不 产生利用其发出信号的边缘陡度。光电二极管作为低通滤波器来工 作，特别是当该光电二极管选择较大(大的接收面)用于提高灵敏度时。光渡越时间在15 cm的间距中为大约1 ns。基于上述光电二 极管和前置放大器的低通特性，接收信号的上升时间可以始终为 10(as。发射的LED也具有明显的上升时间，该上升时间是在低成本 光电二极管的低通特性之下的数量级。该上升时间通常在5到10 ns 的范围内并且在后续的说明中不再赘述。因此，反射信号的准确的入射时间点的检测表现出明显的困难 性，并且许多专利申请都着手于检测反射信号的准确的入射时间点 的改进。通常已知的是，较大的反射间距，例如10到100 m可以以这 种方法来简单地确定。另外，从大约3m到250 m的测量要易于0 到3 m的附近区域中的测量，在该附近区域的测量中必须以ns的 准确度来测量，这有需要在GHz范围内的光电二极管和放大器。更 加困难地还涉及到待测量的物体的环境光、温度及相应的反射角。 通常这些参数对于距离测量是意义重大的。但是，在此在实验中经 常使用到很强大的发射功率(例如，IOW脉冲激光)。甚至在即使准确地确定了接收信号的时间点时，也将发生另一 个不希望的效果。在光电二极管中的额外的杂散光将改变接收信号 的振幅和上升时间，以至于距离测量也会纟皮杂散光所影响。用于距离测量的可行性方案是测量发出光线的发射器、反射光 线的物体和接收器之间的光渡越时间。基于高的光速和测量的预期 的准确度，目前利用非常快速的放大器和特意选择较小的光电二极管来工作，该光电二才及管可以以例如100MHz的高频运行。由DE 100 22 054Al已知一种光学测距传感器，其中，为了测 量距离，在发射光线和接收光线之间引起相移。为此，具有最小振 幅的接收信号与振荡器的电压一同输送给同步整流器。因此，源自 光路的信号与纯电传输的信号一同输送到同步整流器的输入端。通 过控制迟延件来调整位于同步整流器的输出端的输出信号如此长 的时间，直至前缀符号发生转换，直到在输出端上的两个信号的平 均值为零。在此，同步整流器的目的在于，信号被非常精确地分拆 成相位。与组件相关的迟延、老化及温度影响被单独地参考及补偿。 甚至在使用参考光路时导电地通过迟延件的影响进行调整。因此， 相移90°或270。的光电二极管信号和纯电传输的信号被输送给传统 的同步整流器用于检相。为此，在同步整流器之前的信号是不为零 的，平均值可以大致为零，通过该目的接收信号的相应的信号段保 持同长。it匕夕卜，由WO 01/90778 Al已知一种用于通过测量渡越时间来 测量距离的方法，其中发射信号和在接收器上的接收信号通过相同 的时钟频率来控制。这样确定的控制信号借助于移相器这样地移 相，即通过渡越时间测量而确定的对于目标物体的距离和实际距离 之间的距离偏差被最小化。目的在于，在高频时优化具有渡越时间 的耳又一羊点。由EP 706 648 Bl已知，冲全测光发射器和光4妄收器之间的光4言 号，并补偿外部光线影响、温度影响或寿命影响。光发射器通过时 钟发生器来时间段和交替地工作。在至少 一 个光路的调整了振幅的 光线也许通过另外的光发射器(例如补偿光源)的光线这样作用到 光接收器上，即接收信号不产生时钟同步的信号分量。光接收器的 接收信号输送到同步解调器，该同步解调器将接收信号又分成对应 于两个光源的信号分量。这些信号分量在比较器中相互对比，其中 产生对应于零状态的信号而不带有杂散光部分。如果在比较器的输 出端上没有对应于这种零状态的信号，输送给光源的辐射功率将进 一步调整，直到达到这种状态。由DE 103 22 552 Al已知，在物体上反射的光线以及来自于第 二光路的光线平行或角度相同地导向接收器，该第二光路源于其他 的发射器或补偿光源。换句话i兌，如果一个光源的光线一方面乂人前 面射入到光电二极管中并且从另一光源侧向地耦合，那么在光信号 中的"永冲电流的上升时间在侧向的井禺合中明显增力口。因此，在侧向 耦合时杂散光具有较大的影响。因此，在完全补偿中产生的、在光 强度-光电流特征曲线上的无因次的点又是在光电二极管的特征曲 线上的受杂散光影响而损失的线段。因此，用于接收信号和补偿信 号的相同的入射角是最佳化的。
技术实现思路
基于这样的现有技术，本专利技术的目的在于，提出一种用于测量 光渡越时间的方法，该方法特别在照相机中也可以通过廉价部件和 低频放大器工作。该目的通过具有斥又利要求1的特征的方法和具有权利要求18 的特征的装置来实现。至少两个发射器的时钟信号被传输给接收器，着两个发射器可以是LED形式的光源或补偿光源。光源向物体发射光线，物体的 距离/反射可以被测定。被反射的光导向接收器。补偿光源将源于固 定距离的光直接发射到接收器中。从光源和4卜偿光源接收到的信号 相互比较并且借助于振幅和相位调节将彼此调节至尽可能小的差 异，从而补偿反射、环境光、温度和老化的影响。随后，振幅调节 或相位调节的调节值对应于反射或光渡越时间的值。为此，源于光 源和补偿光源的时钟周期的接收信号优选地划分为大至四个相同 的片段。如果光源的接通时间以片段A和B表示，并且补偿光源的 接通时间以C和D表示，那么片段A和C进行比较并且借助于相 移调节至具有尽可能小的差异。片段B和D借助于振幅调节来类似 地调节至具有尽可能小的差异。在片段A和C存在关于光渡越时间 的信息，在片段B和D中存在关于反射系数的信息。然后，从移相收器之间的距离。补偿可以完全消除时钟同步信号分量，也就是说/f又仅实际的放 大器噪声被保留。因此，光电二极管放大器具有非常高的放大系数， 或甚至于可以设计为高放大系数的限幅放大器。因此，在时钟脉冲转换时发生的时钟脉冲交流信号祐)险测并且 由该信号确定出通过移相器最小化的差值。从移相器的延迟中可以 确定光渡越时间并且由此而确定出光源和物体或4妄收器之间的距 离。补偿可以一方面消除时钟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量光渡越时间的方法，特别是用于照相机（１０），所述方法具有以下步骤：－通过至少一个发射器（１２）将由时钟脉冲控制器（１１）时钟控制的第一光信号在至少一个光路（１４）中通过反射物体（Ｏ）发射到至少一个接收器（１３）上以检测由 于物体（Ｏ）接近、存在和／或远离引起的所述第一光信号的变化，－通过所述至少一个接收器（１３）接收来自于光路（１４）的所述第一光信号，－在所述接收器（１３）上检测由所述第一光信号引起的接收信号，－传输由所述时钟脉冲控制 器（１１）时钟控制的第二信号，所述第二信号不由所述光路（１４）产生或通过已知其距离的路径产生，－以时钟控制的方式将来自所述光路（１４）的所述接收信号和所述第二信号进行比较，从而在所述比较器（１５）的输出端上产生比较值，所述比较器这样 用于调节发射信号和／或所述第二信号的振幅值，即所述接收信号和所述第二信号至少在比较器的输入端上基本同样大小，－当来自所述光路（１４）的接收信号和所述第二信号的大小被调节成在所述比较器（１５）的输入端上大小基本相同时，以时钟控制的方式 检测在来自所述光路（１４）的接收信号与所述第二信号之间的、在时钟交变时产生的对应于光渡越时间的时钟交变信号（ＴＷ），－通过在另一比较器（１６）中比较来自所述光路（１４）的所述接收信号和所述第二信号之间的这些时钟交变信号（ＴＷ）的振幅 来确定出差值（Ｓ１６），－通过用于改变所述接收信号和第二信号的相位的相位迟延的移相器（１７）改变差值（Ｓ１６），直到所述差值（Ｓ１６）最小化，优选为零，－使用差值最小化时产生的移相器的迟延来确定光渡越时间。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：格尔德赖梅，
申请(专利权)人：格尔德赖梅，
类型：发明
国别省市：DE[德国]