[發明專利]一種激光測距裝置

有效

• 申請號: 202210244585.6
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114355373B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 宋小亮;李楊
• 申請（專利權）人: 成都量芯集成科技有限公司
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S7/481
• 代理公司: 成都春夏知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51317
• 代理人: 夏琴

一種激光測距裝置，主要包括激光器、發射透鏡、接收透鏡、激光接收器、參考光反/散射通路。其原理為激光器發射調制脈沖，大部分測量信號光通過發射透鏡準直后發射至被測物體，接收透鏡將被測物體反/散射光接收并聚焦在激光接收器上后轉換為測量電信號A。小部分參考信號光同時能通過參考光反/散射通路照射在激光接收器上后轉換為參考電信號B。測量電信號A和參考電信號B包含被測物體距離信息，通過對A/B信號的分析得出被測物體的距離。本發明采用發射和接收透鏡中心光軸不同軸的開放式參考光反/散射通路，測量信號光和參考信號光能同時照射到激光接收器，無需光路隔離和切換，結構簡單可靠、測速快、成本低。

技術領域

本發明屬于光電測距領域，涉及一種激光測距裝置。

背景技術

目前相位式激光測距儀主要有兩種實現方法：連續波相位測距和脈沖波相位測距，其中連續波相位測距技術應用以徠卡(LEICA)為典型，脈沖波相位測距技術應用以喜利得（HILTI）為典型（專利申請號US 6917415 B2）。比較這兩種技術相同點在于，均是以發射有調制信息的激光到被測物體，接收被測物體的反/散射光，最終由發射光和接收光的相位差，獲取被測物體的距離信息。

如圖1所示，連續波相位測距需要形成兩路同頻正弦信號，并利用這兩路正弦信號相位差測量光傳播的距離信息。兩路正弦信號，其中一路來自于外光路，通常該路被稱為測量信號，另外一路來自于內光路或由內部相關電路直接產生，通常該路被稱為參考信號。距離信息正是由測量信號和參考信號的相位之差求得。參考信號的產生可以使用電路信號發生，而非必須使用內部光路。比如，使用電路混頻器產生參考通路的相位波形或直接產生表征相位起點的觸發信號，這樣可以降低光路復雜性，但必須保證外光路傳播的唯一路徑，不能有額外的反/散射路徑，否則不能形成準確的測量信號，如圖5所示。

采用連續波相位法的測距過程中，信號處理器需要對測量信號和參考信號進行采樣，要求測量信號通道和參考信號通道相互獨立或采樣時間上有先后，否則兩個同頻信號會混疊，導致相位差信息無法提取，從而無法計算距離信息。實現方式可以采用兩個獨立的信號通道或分時切換信號通道，具體包括：兩個或多個發射器、兩個或多個接收器、一個發射器和一個接收器并增加通道切換裝置等措施實現。特別說明：一個發射器和一個接收器的連續波相位測距方案，其參考信號可以通過電磁式物理開關或液晶光閥等方式進行通道切換產生，也可以是由相關混頻電路或單刀雙擲開關直接產生。

脈沖波測距技術的基本原理是將脈沖發射的激光同時分成兩部分，分別用于產生測量信號和參考信號（見圖2），由于收發激光脈沖存在固定的頻差，使得在接收波上形成了和收發信號相位相關的雙峰信號，其中一個峰值為測量信號，另外一個峰值為參考信號。兩個峰值的間距和脈沖激光在光路中傳播的光程差相關，從而求得被測物體距離。

在測量過程中，只需要發射一次脈沖序列，就可以形成具備測量信號峰值和參考信號峰值的回波。用于產生測量信號和參考信號的脈沖激光必須同源以保證測量精度，光學和電路通道上不能隔離，否則無法形成雙峰信號。

連續波相位測距要求測量信號光路和參考信號光路必須隔離或可分時切換；脈沖波相位測距要求測量信號光路和參考信號光路不能隔離。

考慮到脈沖波相位測距的要求，喜利得（HILTI）提出了一種發射和接收光軸同軸的測距方法（專利申請號 201210157923.9 圖3所示），其內部參考光路通過反射鏡附近散射結構散射到探測器，但這種方式由于發射和接收共用反射鏡，故會造成損失部分發射光功率，進而減弱測距能力。同時來自德國的庫爾特.吉格也提出了一種發射和接收光軸分離（旁軸）的參考光路方案（專利申請號CN01814664.3，公開號CN1449501A，圖4所示），該方案通過反射鏡和激光接收器實現產生參考信號，并利用切換開關對參考信號和測量信號通路進行分時切換，以達到隔離參考信號和測量信號的目的。由于存在兩個激光接收器一致性問題，導致其測距精度變差，生產良率低，生產成本高。

發明內容