[發明專利]激光測距裝置

有效

• 申請號: 201010199771.X
• 申請日: 2010-06-09
• 公開（公告）號: CN102278974A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 楊德中;胡云峰;許陽建
• 申請（專利權）人: 南京德朔實業有限公司
• 主分類號: G01C3/32
• 分類號: G01C3/32;G02B17/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于測量被測物體距離的測距裝置，尤其是一種用激光發生器發出的激光信號作為測距信號進行距離測量的激光測距裝置。

背景技術

激光測距裝置廣泛應用于建筑、室內裝潢等領域。但是，現有的激光測距儀，精度水平和測量范圍在日光下明顯變差。其主要原因是，在日光下，日光形成的背景光與有效光信號一起進入到測距儀的接收系統中，導致信噪比下降，從而導致測距能力的下降。

為了提高日光下的測距能力，有以下幾個方面的措施，但都有一定的局限性。

一、提高出射光信號強度

出射激光功率受到安全規范限制，不能大于1mW。使用連續信號測量的方式，出射光信號提升幅度有限。另一種采用非連續信號測量方式，即激光功率在不帶測量信號時低于1mW，帶測量信號時，遠高于1mW。這種方式能提升出射光信號強度，保證平均功率滿足安規要求，但是實現方式復雜，成本高。

二、提高信號接收部分的放大倍數

實際應用中的放大電路，在調高放大倍數時，電路噪聲也會增加。當信號的提升幅度大于噪聲提升幅度時，信噪比增加，至某一放大倍數后，噪聲提升幅度將大于信號的提升幅度，信噪比開始下降。再者，在日光下，信號弱，噪聲強。當放大電路的放大倍數高于某一值時，容易引起產生自激現象，掩蓋了實際信號。所以信號接收部分的放大倍數只能在一個合理的范圍內，不能將提高放大倍數作為提升日光下信噪比的主要方向。

三、使用窄帶濾光片

假設出射激光頻率為635nm，窄帶濾光片的帶寬為635±5nm。日光頻譜很寬，窄帶濾光片能有效抑制帶寬外的日光頻率，但與出射激光相近的日光頻率，則不能被抑制。實際生產中，要將濾光片帶寬收縮至很窄的范圍，會導致帶寬內透過率降低，一定程度上衰減了有效光信號。所以窄帶濾光片的方式能提高日光下的信噪比，但不能徹底解決日光下信噪比低的問題。且在實際生產中，窄帶濾光片加工工序復雜，性能較難控制，成本高。

四、減小信號接收部分的感光面積

由于實際生產和應用中的一些限制，現有的方案都采用光敏元件感光面積大于成像光斑面的方式。這些限制因素主要有：

當成像光斑明顯小于光敏元件的感光面，在工程實現中，將兩者對齊所允許的偏差較大，容易對齊。

在測距儀的長期使用過程中，常用接收物鏡參數會受環境(如溫度變化，濕度變化等因素)影響發生變化，引起成像光斑形狀變化以及光斑位置發生漂移。

同樣在長期使用過程中，熱脹冷縮等因素也會引起感光面與成像光斑間的對齊位置發生微小的移動。

另一個關鍵因素是，現有的測距儀在近距離測量應用時需要大感光面的光敏元件，使得減小感光面積在現有技術中較難實現，解釋如下：

激光測距裝置主要包括：激光發射、接收系統以及激光信號處理系統。如圖1所示，為現有的激光測距裝置的激光發射、接收系統示意圖，包括一激光模組307，用于產生準直的測量光束，該準直測量光束投射到自然粗糙的目標面301上，在目標面301形成光斑302；一接收物鏡305，用于接收所述測量光束的反射光束，接收物鏡305的接收光軸303與測量光束的出射光軸304平行；一光電轉換器306，用于對光斑302在接收物鏡305的焦點處所成像進行光電轉換，該光電轉換器306的感光面位于接收物鏡305的焦平面上。

如圖2所示為光路圖，在遠距離測量時，相對于接收透鏡305的焦距而言，遠處的目標面301相當于在無窮遠處，被目標面301反射回來的激光形成的光束123可以近似地被看成平行于接收光軸303的平行光束，經過接收物鏡305匯聚后聚焦于接收物鏡305的焦點處，并被設置在該處的光電轉換器306的感光面125接收；但是在近距離測量時，由于受到接收物鏡305的接收光軸303與測量光束的出射光軸304之間距離的影響，被目標面301反射回來的激光形成的光束127和接收光軸303成一定角度，經過接收物鏡305匯聚后形成的像偏離接收光軸303，從而偏離感光面125。

如圖3所示，為目標面靠近時，激光反射光斑像位偏移示意圖，以下為感光面與近距離測量關系的分析：

反射光斑經過接收物鏡后，在焦平面上，成像中心與接收光軸的偏移量，可以根據以下公式計算得到。