[發明專利]激光測距系統

無效

• 申請號: 200710072914.9
• 申請日: 2007-01-05
• 公開（公告）號: CN101216562A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 薛志強
• 申請（專利權）人: 薛志強
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S17/10
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所
• 代理人: 張全文

【技術領域】

本發明涉及一種激光測距系統，尤其是涉及一種采用脈沖回波式(TOF，Time-of-Flight)激光測距方式的激光測距系統。

【背景技術】

當前現有的激光測距儀種類較多，利用激光測距的原理也有多種。目前，激光測距所運用的原理大致可分為干涉式、相位式及脈沖回波式三種：

一、干涉式激光測距。干涉式激光測距方式對外界環境的震動極為敏感，并且只能測量相對位移量，所以適合使用在極短距離且外界環境穩定的精密測量上。

二、相位式激光測距。相位式激光測距方式分辨率較高，但由于相位檢測器只能測量到兩信號(發射和接收激光脈沖信號)的相位差，當相位差超過調制波長的一半時，則不易判斷。因此在測量較長距離時，必須將調制頻率變小，但這會使距離的分辨率變差。如果同時要保證高的分辨率與大的測量范圍，就必需利用幾個不同的調制頻率對同一距離作測量，這樣會大大增加系統電路的復雜程度。加上不同目標物的材質會對回波的相位產生誤判的影響，故必須使用一個角錐棱鏡作目標物，使其回波相位不受目標物材質的影響，才能得到真正的實際距離，而這在實際應用上不易達成。并且因為要使用連續光波輸出，過強的輸出功率會傷害人眼，測量距離將因激光輸出功率的限制而受限。

三、脈沖回波式激光測距。脈沖回波式即激光脈沖飛行時間TOF(Time-of-Flight)方式。

一般而言，相位式激光測距的分辨率比脈沖回波式激光測距方式要高，但是脈沖回波式激光測距卻有以下優點：在相同的總平均光功率輸出的條件下，脈沖回波式可測量的距離遠比相位式的要長。這是因為脈沖激光通常可以有很高的瞬間輸出光功率，使較遠處之目標物仍能反射回足夠被檢測到的激光信號強度。單次測距速率較快，可多次測量增加準確度。由于相位檢測器所測量的是兩個連續信號間的相對相位差，因此相位式在測量時間上也比較費時，這對于必須有高速測量速率及多次測量的系統而言，是一個不利因素。脈沖回波式測距的系統架構較為簡單。在分辨率要求不太高的激光測距系統上，脈沖回波式是具有最理想架構的實現方式。

由于脈沖回波式測距是計算發射波與接收回波間的時間差求得待測距離，其中影響測距準確度的主要誤差有：因物體的反射性質不同或測量距離的遠近不同所產生回波脈沖的上升時間(上升沿)與振幅變化帶來的誤差，以及回波的時間差計算誤差。目前的脈沖回波式(TOF)激光測距方式所應用的時間差計算方法，其缺陷是電路或較復雜，或成本較高，亦或精準度低、分辨率低、穩定和可靠性差。采用脈沖回波式激光測距方式的大多數產品存在光學系統、機械結構和電路組成均較為復雜的缺點。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種采用脈沖回波式激光測距方式的激光測距系統，其發射和接收不可見激光信號，采用高集成度和高精度的時間差計算電路。所述激光測距系統光學系統和機械構造簡單，系統簡易、精準度高、誤差小，穩定可靠，且成本較低。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種激光測距系統，其包括發射模塊和接收模塊，所述發射模塊包括由發射透鏡及裝設該發射透鏡的發射腔體組成的發射光學系統、及激光發射器，經由發射光學系統發射脈沖激光信號；所述接收模塊包括由接收透鏡及裝設該接收透鏡的接收腔體組成的接收光學系統、及激光接收器，經由接收光學系統接收脈沖激光信號并將其轉化為脈沖電信號；時間/數字轉換器，用于檢測和計算發射脈沖信號和接收脈沖信號的時間差；時鐘發生器，輸出校準時鐘信號給時間/數字轉換器；以及單片機微控制器，控制所述發射模塊、接收模塊時鐘發生器時間/數字轉換器及時鐘發生器，并據所述時間差計算相應的目標物與激光測距系統所在位置的真實距離。

本發明的激光測距系統采用脈沖回波式原理，發射和接收不可見激光信號，并采用高集成度和高精度的時間差計算電路。光學系統簡潔，時間差的檢測、計算和校準是基于高集成度的CMOS大規模集成電路“時間/數字轉換器”TDC電路來實現的，從而使其實現的激光測距儀整機產品體積小、系統簡易、精確度高，誤差小，穩定可靠、讀數方便直觀，且成本較低。所述激光測距系統可應用于激光測距儀、激光測距望遠鏡，還可應用于激光測速系統、汽車防撞系統等。

【附圖說明】

圖1是本發明激光測距系統的整體模塊示意圖。

圖2是本發明激光測距系統的發射模塊和接收模塊示意圖。

圖3是本發明激光測距系統的整機裝配示意圖。

圖4為本發明激光測距系統的工作原理示意圖。

圖5a是本發明激光測距系統的發射電路框圖。