AT508504B1 - Vorrichtung zur entfernungsmessung - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung mit einer opto-elektronischen Entfernungsmesseinrichtung nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfasst eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von optischen Signalen, insbesondere von Lasersignalen, und zumindest zwei Empfangseinrichtungen zum Empfangen von optischen Signalen, die von im Objektraum befindlichen Objekten reflektiert wurden. Den Empfangseinrichtungen ist eine Schaltstufe (33) nachgeschaltet, die bei der Messung jeweils das Signal jener Empfangseinrichtung (14a und 14b) zur Entfernungsmessung heranzieht, die von den empfangenen optischen Signalen in einem optimalen Dynamikbereich angesteuert wird. Optional ist eine Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtungen in eine oder zwei, vorzugsweise orthogonale Richtungen, vorgesehen. Eine Auswerteeinrichtung ermittelt aus der Laufzeit bzw. der Phasenlage zwischen den ausgesandten optischen Signalen und den empfangenen optischen Signalen Entfernungswerte. Die Empfangseinrichtungen (14a, 14b) sind in einem Strahlengang (20a) der empfangenen optischen Signale (20) hintereinander angeordnet und sind für die empfangenen optischen Signale (20) zumindest teilweise durchlässig.

Claims (13)

  1. österreichisches Patentamt AT508 504B1 2013-02-15 genen Laser-Signale 20 in abgeschwächter Form passieren. In einer besonderen Ausführung der Vorrichtung kann zwischen dem ersten und dem zweiten Empfangselement eine abschwächende Schicht, z.B. eine Graufilter-Schicht, vorgesehen werde. Der durch die vordere Empfangseinrichtung 14a hindurchgegangene Anteil der empfangenen Laser-Signale gelangt zur zweiten Empfangseinrichtung 14b, die beispielsweise als pin-Diode ausgebildet ist. Alternativ kann diese ebenfalls als Avalanche-Photodiode ausgebildet sein. [0022] Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Bauelement 22, in das eine vordere und eine hintere Empfangseinrichtung 14a, 14b integriert sind. Das Bauelement 22 ist so in dem Strahlengang 20a der empfangenen Laser-Signale 20 positioniert, dass seine Längsachse mit der optischen Achse des Strahlengangs 20a zusammenfällt. [0023] Die vordere Empfangseinrichtung 14a ist als Avalanche-Photodiode mit hoher Empfindlichkeit ausgebildet. Sie besitzt einen Stapelschichtaufbau, bestehend aus einer ersten p-dotierten Halbleiterschicht p1, einer eigenleitenden (intrinsischen), aber hochohmigen Schicht i, einer zweiten p-dotierten Halbleiterschicht p2 und einer n-dotierten Halbleiterschicht n. Zwei Elektroden, nämlich eine Kathode k und eine Anode a sind auf den Oberflächen der ersten p-dotierten Halbleiterschicht p1 bzw. der n-dotierten Halbleiterschicht n ausgebildet. Alle Schichten der Avalanche-Photodiode sind teillichtdurchlässig ausgebildet, so dass die empfangenen Laser-Signale 20 gedämpft durch die Avalanche-Photodiode hindurchtreten können. [0024] Die hintere Empfangseinrichtung 14b ist als pin-Diode mit hoher Empfindlichkeit ausgebildet. Sie besitzt einen Stapelschichtaufbau, bestehend aus einer p-dotierten Halbleiterschicht p, einer eigenleitenden (intrinsischen), aber hochohmigen Schicht i und einer n-dotierten Halbleiterschicht n. Zwei Elektroden, nämlich eine Kathode k und eine Anode a sind auf den Oberflächen der p-dotierten Halbleiterschicht p bzw. der n-dotierten Halbleiterschicht n ausgebildet. [0025] Die Elektroden a, k beider Empfangseinrichtungen 14a und 14b haben im Allgemeinen kreisförmige Öffnungen und bilden somit Aperturblenden für den Strahlengang 20a der reflektierten Laser-Signale 20 begrenzende Aperturblende ausgebildet. Die Blendenöffnungen dieser Aperturblenden begrenzen die aktiven Flächen der jeweiligen Empfangseinrichtung 14a und 14b, wodurch der Einfluss von Streulicht minimiert wird. Wie aus Fig. 4 ersichtlich nimmt der Durchmesser der Blendenöffnungen der Aperturblenden - in Richtung des Strahlengangs 20a gesehen - zu bzw. ist jeweils an den breiter werdenden Strahlengang 20a angepasst. [0026] Die beiden Empfangseinrichtungen 14a, 14b sind im Abstand voneinander angeordnet. Im Raum dazwischen ist ein optisches Dämpfungselement 16, z.B. ein Graufilter angeordnet. Dieses Dämpfungselement 16 kann beispielsweise durch einen Kleber mit definierter Lichtdurchlässigkeit gebildet werden. Alternativ dazu ist das Dämpfungselement 16 aus Glas oder Kunststoff hergestellt und mit den beiden Empfangseinrichtungen 14a, 14b verklebt. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Entfernungsmessung mit einer opto-elektronischen Entfernungsmesseinrichtung nach einem Signal-Laufzeitverfahren, mit einer Sendeeinrichtung zum vorzugsweise kontinuierlichen bzw. quasikontinuierlichen Aussenden von optischen Signalen, insbesondere von Lasersignalen, und zumindest zwei Empfangseinrichtungen zum Empfangen von optischen Signalen, insbes. von Lasersignalen, die von im Objektraum befindlichen Objekten reflektiert werden, wobei den Empfangseinrichtungen eine Schaltstufe nachgeschaltet ist, die bei der Messung jeweils das Signal jener Empfangseinrichtung (14a und 14b) zur Entfernungsmessung heranzieht, die von den empfangenen optischen Signalen innerhalb ihres optimalen Dynamikbereichs angesteuert wird, ferner mit einer Auswerteeinrichtung, die gegebenenfalls eine mehrkanalige Zeitmesseinrichtung umfasst und aus der Laufzeit bzw. der Phasenlage zwischen den ausgesandten optischen Signalen und den empfangenen optischen Signalen Entfernungswerte ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtungen (14a und 14b) in einem Strahlengang (20a) der empfangenen optischen Signale (20) hintereinander angeordnet sind und, gegebenenfalls mit Ausnahme 4/7 österreichisches Patentamt AT508 504B1 2013-02-15 der hintersten Empfangseinrichtung (14b), für die empfangenen optischen Signale (20) zumindest teilweise durchlässig sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Empfangseinrichtung (14a oder 14b) die empfangenen optischen Signale dämpft und/oder filtert.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Empfangseinrichtungen ein optisches Dämpfungs- (16) und/oder Filterelement angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Dämpfungsgrad dem maximalen Dynamikbereich der ersten Empfangseinrichtung (14a) entspricht.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtungen (14a und 14b) unterschiedlich große Dynamikbereiche aufweisen.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Empfangseinrichtung als Avalanche-Photodiode ausgebildet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Empfangseinrichtung als pin-Diode ausgebildet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer Empfangseinrichtung (14a, 14b) zumindest eine lichtundurchlässige Elektrode (a, k) als den Strahlengang (20a) der empfangenen optischen Signale (20) begrenzende Aperturblende ausgebildet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf mehreren, vorzugsweise allen Empfangseinrichtungen (14a, 14b) jeweils zumindest eine lichtundurchlässige Elektrode (a, k) als den Strahlengang (20a) der empfangenen optischen Signale (20) begrenzende Aperturblende ausgebildet ist, wobei - in Richtung des Strahlengangs (20a) gesehen - die Elektroden größer werdende Blendenöffnungen aufweisen.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtungen (14a, 14b) in fixem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise der Raum zwischen benachbarten Empfangseinrichtungen mit einem transparenten oder lichtabschwächenden oder -filternden und/oder elektrisch isolierendem Material, z.B. einem Kleber, ausgefüllt ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Empfangseinrichtungen in ein Bauelement (22) integriert sind.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderste Empfangseinrichtung (14) im Fokus (20b) des Strahlengangs (20a) der empfangenen optischen Signale (20) positioniert ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtungen in eine Richtung.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtungen in zwei, vorzugsweise orthogonale Richtungen. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/7
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