激光測距裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光測距裝置，屬于測量領(lǐng)域。所述裝置包括激光發(fā)射器、激光接收器、相位測量器和處理器：激光發(fā)射器用于發(fā)射第一參考激光，第一參考激光的頻率大于第一閾值；激光接收器用于接收第一測量激光，第一測量激光為第一參考激光經(jīng)待測物反射后返回激光測距裝置的激光；相位測量器用于測量第一參考激光與第一測量激光的第一相位差；處理器用于確定初始距離，根據(jù)第一相位差和初始距離計(jì)算激光測距裝置與待測物間的距離。本發(fā)明提供的激光測距裝置用于測量距離。本發(fā)明提供的激光測距裝置提高了距離測量的精度。
【專利說明】
激光測距裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，特別涉及一種激光測距裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在工程中需要對距離進(jìn)行測量的場景越來越多，而且，工程 上對距離測量精度的要求也越來越高，因此，提供滿足一定精度要求的激光測距裝置十分 必要。
[0003] 相關(guān)技術(shù)中，激光測距裝置可以發(fā)出脈沖激光，該脈沖激光經(jīng)待測物反射后返回 激光測距裝置，激光測距裝置測量發(fā)射脈沖激光和接收脈沖激光的時(shí)間差，利用該時(shí)間差 和光速即可計(jì)算得到激光測距裝置距該待測物的距離值。
[0004] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：
[0005] 發(fā)射脈沖激光測距時(shí)測距精確度主要受到時(shí)間差測量精確度的影響，然而由于時(shí) 間測量技術(shù)的限制，現(xiàn)有技術(shù)中激光測距裝置對上述時(shí)間差的測量精度較差，這就導(dǎo)致激 光測距裝置對距離的測量精度也較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種激光測距裝置。所述激光測 距裝置包括:激光發(fā)射器、激光接收器、相位測量器和處理器：
[0007] 所述激光發(fā)射器用于發(fā)射第一參考激光，所述第一參考激光的頻率大于第一閾 值；
[0008] 所述激光接收器用于接收第一測量激光，所述第一測量激光為所述第一參考激光 經(jīng)待測物反射后返回所述激光測距裝置的激光；
[0009] 所述相位測量器用于測量所述第一參考激光與所述第一測量激光的第一相位差；
[0010] 所述處理器用于確定初始距離，根據(jù)所述第一相位差和所述初始距離計(jì)算所述激 光測距裝置與所述待測物間的距離。
[0011] 可選的，所述激光發(fā)射器包括第一振蕩器和激光調(diào)制器；
[0012] 所述第一振蕩器用于產(chǎn)生第一電信號；
[0013] 所述激光調(diào)制器用于根據(jù)所述第一電信號生成所述第一參考激光；
[0014] 所述激光調(diào)制器還用于發(fā)射所述第一參考激光。
[0015] 可選的，所述相位測量器包括光電探測器和測相器；
[0016] 所述光電探測器用于將所述第一測量激光轉(zhuǎn)換為第二電信號；
[0017] 所述測相器用于測量所述第二電信號和所述第一電信號之間的電信號相位差，將 所述電信號相位差確定為所述第一相位差。
[0018] 可選的，所述激光發(fā)射器還用于發(fā)射第二參考激光，所述第二參考激光的頻率小 于第二閾值，所述第二閾值小于所述第一閾值；
[0019] 所述激光接收器還用于接收第二測量激光，所述第二測量激光為所述第二參考激 光經(jīng)所述待測物反射后返回所述激光測距裝置的激光；
[0020] 所述相位測量器還用于測量所述第二參考激光與所述第二測量激光的第二相位 差；
[0021] 所述處理器還用于根據(jù)所述第二相位差確定所述初始距離。
[0022] 可選的，所述相位測量器還包括第二振蕩器和混頻器；
[0023]所述第二振蕩器用于產(chǎn)生第三電信號，所述第三電信號的頻率與所述第一電信號 的頻率的差值小于第三閾值；
[0024]所述混頻器用于將所述第三電信號和所述第一電信號進(jìn)行差頻，得到第一差頻信 號；
[0025]所述混頻器還用于將所述第三電信號和所述第二電信號進(jìn)行差頻，得到第二差頻 信號；
[0026] 所述測相器用于測量所述第一差頻信號和所述第二差頻信號的差頻相位差，將所 述差頻相位差確定為所述電信號相位差。
[0027] 可選的，所述激光接收器包括凸透鏡；
[0028] 所述凸透鏡用于會聚所述第一測量激光。
[0029] 可選的，所述激光測距裝置還包括顯示頻；
[0030] 所述顯示頻用于顯示所述激光測距裝置與所述待測物間的距離值。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：
[0032]通過測量第一參考激光和第一測量激光之間的第一相位差，并通過初始距離和該 第一相位差計(jì)算得到該激光測距裝置與該待測物之間的距離，使得激光測距裝置不需要通 過測量時(shí)間差來計(jì)算距離值，而是通過測量相位差來計(jì)算距離值，由于相位差的測量精度 比時(shí)間差的測量精度高，因此，可以顯著地提高激光測距裝置對距離的測量精度。
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。
[0034]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光測距裝置100的結(jié)構(gòu)框圖。
[0035] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光發(fā)射器101的結(jié)構(gòu)框圖。
[0036] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的相位測量器103的結(jié)構(gòu)框圖。
[0037] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的測相器1032的結(jié)構(gòu)框圖。
[0038] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的A、B、C、D波形示意圖。
[0039] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的相位測量器103的結(jié)構(gòu)框圖。
[0040] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光測距裝置100的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0042]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光測距裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該激 光測距裝置100包括:激光發(fā)射器101、激光接收器102、相位測量器103和處理器104。
[0043]該激光發(fā)射器101用于發(fā)射第一參考激光，該第一參考激光的頻率大于第一閾值。 [0044]該激光接收器102用于接收第一測量激光，該第一測量激光為該第一參考激光經(jīng) 待測物110反射后返回該激光測距裝置1〇〇的激光。
[0045] 該相位測量器103用于測量該第一參考激光與該第一測量激光的第一相位差。 [0046]該處理器104用于確定初始距離，根據(jù)該第一相位差和該初始距離計(jì)算該激光測 距裝置100與該待測物間110的距離。
[0047] 為了使讀者對本發(fā)明的技術(shù)過程有直觀的了解，下面本發(fā)明將對激光測距裝置 1〇〇測量距離的原理進(jìn)行簡要說明。
[0048] 例如，第一參考激光的光強(qiáng)為^二六以以^^+巾：^第一測量激光為第一參考激光 經(jīng)待測物110反射后返回該激光測距裝置100的激光，因此，第一測量激光與第一參考激光 之間存在著相位延遲，則第一測量激光的光強(qiáng)為l2 = Asin( ? t+傘1-? tD)，其中，tD為接收 第一測量激光和發(fā)射第一參考激光的時(shí)間差，則第一測量激光和第一參考激光的相位差A(yù)
= CO tD。
[0049] 待測物110距激光測距裝置100的距離可以用以下公式計(jì)算： ，將
代入上述公式中，上述公式可變形為
，其中，A (^為 相位差A(yù) <})中不足2jt的部分，N為正整數(shù)。
[0050] 本發(fā)明提供的激光測距裝置可以測量A ，因此，本發(fā)明可以計(jì)算得到上述A 對應(yīng)的距離值，當(dāng)?shù)谝粎⒖技す獾牟ㄩL小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，也即是，該第一參考激光的頻率大 于該第一閾值時(shí)，△ 對應(yīng)的距離值小于某一閾值，通俗來講，A 對應(yīng)的距離值可以足 夠小，此時(shí)，A 對應(yīng)的距離值雖然不是該待測物1〇〇與該激光測距裝置1〇〇的距離，但是 其可以起到提高距離測量的精度的效果。本發(fā)明可以根據(jù)A巾i對應(yīng)的距離值與該初始距 離即可計(jì)算得到該待測物1〇〇與該激光測距裝置1〇〇的距離。
[0051 ]例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該第一參考激光的頻率可以為150MHz，計(jì)算得到 A小:對應(yīng)的距離值為2.13m，而初始距離為565m，則最終計(jì)算得到的該待測物100與該激光 測距裝置100的距離為562.13m。
[0052]綜上所述，本實(shí)施例提供的激光測距裝置，通過測量第一參考激光和第一測量激 光之間的第一相位差，并通過初始距離和該第一相位差計(jì)算得到該激光測距裝置與該待測 物之間的距離，使得激光測距裝置不需要通過測量時(shí)間差來計(jì)算距離值，而是通過測量相 位差來計(jì)算距離值，由于相位差的測量精度比時(shí)間差的測量精度高，因此，可以顯著地提高 激光測距裝置對距離的測量精度。
[0053] 進(jìn)一步地，如圖2所示，該激光發(fā)射器101包括第一振蕩器1011和激光調(diào)制器1012;
[0054] 該第一振蕩器1011用于產(chǎn)生第一電信號。
[0055] 該激光調(diào)制器1012用于根據(jù)該第一電信號生成該第一參考激光。
[0056] 該激光調(diào)制器1012還用于發(fā)射該第一參考激光。
[0057]在實(shí)際應(yīng)用中，該第一振蕩器1011可以產(chǎn)生第一電信號，該第一電信號為一個(gè)波 動信號，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該第一電信號可以為正弦波電信號，當(dāng)然，該第一電信 號還可以為矩形波信號等，本發(fā)明對此不做具體限定。該激光調(diào)制器1012可以根據(jù)該第一 電信號進(jìn)行激光調(diào)制，生成該第一參考激光，該第一參考激光的振幅、頻率、相位等均與該 第一電信號相同。
[0058] 進(jìn)一步地，如圖3所示，該相位測量器103包括光電探測器1031和測相器1032。
[0059]該光電探測器1031用于將該第一測量激光轉(zhuǎn)換為第二電信號。
[0060]該測相器1032用于測量該第二電信號和該第一電信號之間的電信號相位差，將該 電信號相位差確定為該第一相位差。
[0061] 本發(fā)明提供的測相器1032可以用來測量兩個(gè)電信號之間的相位差。因此，本發(fā)明 提供的相位測量器103需要設(shè)置光電探測器1031，從而把第一測量激光這一光信號轉(zhuǎn)換為 第二電信號，該第二電信號的幅值、頻率以及相位與該第一測量激光的相同。
[0062] 測相器1032可以用于測量該第一電信號和第二電信號的相位差，具體地，如圖4所 示，該測相器1032可以包括RS觸發(fā)器10321、與門10322和計(jì)數(shù)器10323。
[0063] 如圖所示，將第一電信號A輸入至該RS觸發(fā)器10321的R端，將第二電信號B輸入至 該RS觸發(fā)器10321的S端，該RS觸發(fā)器10321在R端為0(即第一電信號為低電平），S端為1(也 即是第二電信號為高電平)時(shí)，泛為1，在R端為1(也即是第一電信號為高電平），S端為0(也即 是第二電信號為低電平)時(shí)j為0。則如圖5所示，將第一電信號A和第二電信號B輸入該RS觸 發(fā)器10321后，輸出端^ _可以輸出一個(gè)脈沖寬度等于第一電信號A和第二電信號B時(shí)延的方 波，將該方波輸入與門10322中作為門控信號C，此外，與門10322中還輸入時(shí)鐘脈沖T，當(dāng)該 門控信號C為高電平（1)時(shí)，時(shí)鐘脈沖T可以通過與門10322,如圖5所示的D即為時(shí)鐘脈沖T在 該門控信號C為高電平時(shí)通過該與門10322的示意圖，計(jì)數(shù)器10323可以記錄通過與門10322 的時(shí)鐘脈沖T的個(gè)數(shù)，則通過該時(shí)鐘脈沖T的個(gè)數(shù)、時(shí)鐘脈沖T的頻率即可計(jì)算該第一電信號 A和該第二電信號B的不足加的相位差。
[0064] 可選的，該激光發(fā)射器101還用于發(fā)射第二參考激光，該第二參考激光的頻率小于 第二閾值，該第二閾值小于該第一閾值。
[0065]該激光接收器102還用于接收第二測量激光，該第二測量激光為該第二參考激光 經(jīng)該待測物110反射后返回該激光測距裝置100的激光。
[0066]該相位測量器103還用于測量該第二參考激光與該第二測量激光的第二相位差。 [0067]該處理器104還用于根據(jù)該第二相位差確定該初始距離。
[0068]與上述同理的，本發(fā)明提供的激光測距裝置100可以測量第二參考激光和第二測 量激光不足加的相位差，因此，當(dāng)?shù)诙⒖技す獾牟ㄩL大于某一閾值，也即是，該第二參考 激光的頻率小于該第二閾值時(shí)，第二參考激光的波長大于該待測物110和該激光測距裝置 100之間的距離值，此時(shí)，通過測量第二參考激光和第二測量激光不足2JI的相位差即可計(jì)算 得出該待測物110和該激光測距裝置100之間的距離值。具體地，該待測物110和該激光測距 裝置100之間的距離值為
_，其中，D為該待測物110和該激光測距裝置100之間 的距離值，A2為第二參考激光的波長，A巾2為第二參考激光和第二測量激光不足加的相位 差。在本發(fā)明中，該處理器104可以將利用上述公式計(jì)算得到的D確定為該初始距離，該初始 距離可以反映該待測物110和該激光測距裝置100之間的距離值，但是，由于h的值較大，因 此，該初始距離的精度不高，講該初始距離與上文所述的A 對應(yīng)的距離值結(jié)合起來即可 得到精度較高的該待測物110和該激光測距裝置100之間的距離值。
[0069] 進(jìn)一步地，如圖6所示，該相位測量器103還包括第二振蕩器1033和混頻器1034。 [0070]該第二振蕩器1033用于產(chǎn)生第三電信號，該第三電信號的頻率與該第一電信號的 頻率的差值小于第三閾值。
[0071]該混頻器1034用于將該第三電信號和該第一電信號進(jìn)行差頻，得到第一差頻信 號。
[0072]該混頻器1034還用于將該第三電信號和該第二電信號進(jìn)行差頻，得到第二差頻信 號。
[0073]該測相器1032用于測量該第一差頻信號和該第二差頻信號的差頻相位差，將該差 頻相位差確定為該電信號相位差。
[0074]如上所述，該第一參考激光的頻率大于第一閾值，也即是，該第一電信號的頻率大 于第一閾值，同樣地，第二電信號的頻率也大于該第一閾值。測量高頻信號之間的相位差會 出現(xiàn)很多干擾因素，導(dǎo)致測量精度較低，例如，高頻信號中的寄生參量會導(dǎo)致信號出現(xiàn)相位 偏移等。為了提高相位差的測量精度，本發(fā)明還可以對該第一電信號和第二電信號進(jìn)行差 頻，以降低該第一電信號和第二電信號的頻率，從而提高相位差的測量精度，而且，經(jīng)過差 頻后的第一電信號與經(jīng)過差頻后的第二電信號的相位差和未經(jīng)過差頻的第一電信號與未 經(jīng)過差頻的第二電信號的相位差相等，因此，對該第一電信號和第二電信號進(jìn)行差頻也不 會增加額外的運(yùn)算邏輯。
[0075] 例如，第一電信號為A sin(?t+<i)i)，第二電信號為A sin(?t+<i)i-?tD)，第三電 信號為A siWont+ci)。），經(jīng)過與第三電信號差頻后，第一電信號變?yōu)榈谝徊铑l信號A sin( O-Oilt+^l-^Q)，經(jīng)過與第三電信號差頻后，第二電信號變?yōu)榈诙铑l信號4 31]1(|〇-W 1 | t+ 1_ Q- W tD)，由此可見，經(jīng)過與第二電彳目號差頻后，第一電彳目號和第二電彳目號的頻 率值降低了，而它們之間的相位差卻沒有發(fā)生變化。
[0076]至于該測相器1032測量該第一差頻信號和該第二差頻信號的差頻相位差的技術(shù) 過程與尚未所述同理，本發(fā)明在此不再贅述。
[0077] 進(jìn)一步地，該激光接收器102包括凸透鏡;該凸透鏡用于會聚該第一測量激光。 [0078] 進(jìn)一步地，如圖7所示，該激光測距裝置100還包括顯示屏105;該顯示屏105用于顯 示該激光測距裝置與該待測物間的距離值。
[0079] 可選的，該處理器104包括單片機(jī)和CPLD(可編程邏輯器件）。
[0080]綜上所述，本實(shí)施例提供的激光測距裝置，通過測量第一參考激光和第一測量激 光之間的第一相位差，并通過初始距離和該第一相位差計(jì)算得到該激光測距裝置與該待測 物之間的距離，使得激光測距裝置不需要通過測量時(shí)間差來計(jì)算距離值，而是通過測量相 位差來計(jì)算距離值，由于相位差的測量精度比時(shí)間差的測量精度高，因此，可以顯著地提高 激光測距裝置對距離的測量精度。
[0081] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過硬件 來完成，也可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計(jì)算機(jī)可讀 存儲介質(zhì)中，上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。
[0082] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光測距裝置，其特征在于，所述激光測距裝置包括激光發(fā)射器、激光接收器、 相位測量器和處理器： 所述激光發(fā)射器用于發(fā)射第一參考激光，所述第一參考激光的頻率大于第一閾值； 所述激光接收器用于接收第一測量激光，所述第一測量激光為所述第一參考激光經(jīng)待 測物反射后返回所述激光測距裝置的激光； 所述相位測量器用于測量所述第一參考激光與所述第一測量激光的第一相位差； 所述處理器用于確定初始距離，根據(jù)所述第一相位差和所述初始距離計(jì)算所述激光測 距裝置與所述待測物間的距離。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于，所述激光發(fā)射器包括第一振蕩器 和激光調(diào)制器； 所述第一振蕩器用于產(chǎn)生第一電信號； 所述激光調(diào)制器用于根據(jù)所述第一電信號生成所述第一參考激光； 所述激光調(diào)制器還用于發(fā)射所述第一參考激光。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光測距裝置，其特征在于，所述相位測量器包括光電探測器 和測相器； 所述光電探測器用于將所述第一測量激光轉(zhuǎn)換為第二電信號； 所述測相器用于測量所述第二電信號和所述第一電信號之間的電信號相位差，將所述 電信號相位差確定為所述第一相位差。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于，所述激光發(fā)射器還用于發(fā)射第二 參考激光，所述第二參考激光的頻率小于第二閾值，所述第二閾值小于所述第一閾值； 所述激光接收器還用于接收第二測量激光，所述第二測量激光為所述第二參考激光經(jīng) 所述待測物反射后返回所述激光測距裝置的激光； 所述相位測量器還用于測量所述第二參考激光與所述第二測量激光的第二相位差； 所述處理器還用于根據(jù)所述第二相位差確定所述初始距離。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光測距裝置，其特征在于，所述相位測量器還包括第二振蕩 器和混頻器； 所述第二振蕩器用于產(chǎn)生第三電信號，所述第三電信號的頻率與所述第一電信號的頻 率的差值小于第三閾值； 所述混頻器用于將所述第三電信號和所述第一電信號進(jìn)行差頻，得到第一差頻信號； 所述混頻器還用于將所述第三電信號和所述第二電信號進(jìn)行差頻，得到第二差頻信 號； 所述測相器用于測量所述第一差頻信號和所述第二差頻信號的差頻相位差，將所述差 頻相位差確定為所述電信號相位差。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于，所述激光接收器包括凸透鏡； 所述凸透鏡用于會聚所述第一測量激光。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于，所述激光測距裝置還包括顯示 頻； 所述顯示頻用于顯示所述激光測距裝置與所述待測物間的距離值。
【文檔編號】G01S17/08GK106054203SQ201610343840
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】江濤, 胡濱
【申請人】奇瑞汽車股份有限公司