CN101738609B - 雷射测距装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种雷射测距装置及其控制方法，可以测量远距离及近距离的目标物，所述雷射测距装置包括发射组件，用以对该目标物发射测量光、接收组件，用以接收该目标物反射该测量光的反射光、反射组件，用以反射该反射光至该接收组件、聚焦透镜，用以将该反射光透过该反射组件聚焦在该接收组件、以及驱动模块，藉由转动以调整该反射组件的角度；以及控制单元，依据该接收组件接收该反射光的强度大小与预定值比较的结果以控制该驱动模块是否转动。

Description

雷射测距装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种雷射测距装置，尤其是指一种可以测量远距离及近距离的雷射测距装置及其控制方法。

背景技术

在现今离轴系统的雷射尺，因为内部的光学系统是符合本身的测量范围而设计配置，所以因为光学系统的限制，使得雷射尺的测量范围通常必须大于0.3m以上的某一段范围，原因在于当目标物在近距离时，例如是0.3m以内，由于光发射到目标物而反射回来的光入射角度太大，使得以原本的光学系统所导引的反射光无法到达接收装置，而无法接收到反射光信号，进而无法由该反射光信号去计算以取得目标物的距离。而现今技术中，亦有提出解决无法近距离测量的缺点的技术手段，利用移动接收装置的方式，调整接收装置的位置去接收各种角度入射的光信号，于美国专利号为US005949531A的专利文献中，公开一种距离测量装置，利用弹片的一端装设有接收器，一端固设于装置本体，在该弹片下方装置有凸轮机构，该凸轮机构被驱动产生旋转时，因凸轮表面轮廓形状，会带动该弹片的上下变动，因此，藉由控制经过设计表面形状的凸轮，由其转动的角度量，就可以控制装设于该弹片一端的接收器产生上下位置的调整，而达到控制该接收器位置，以接收各种角度入射的光信号，但是，利用弹片及凸轮来控制接收器的位置变化，会需要较大的空间来设置弹片及凸轮，且弹片及凸轮会有材料的疲劳及磨损而造成定位点误差等等的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺点，提供一种在不改变收光效率及环境光干扰下，可以缩小整体体积，且可以达到较大范围测量的雷射测距装置及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种雷射测距装置，用于测量远距离及近距离的目标物，包括发射组件，用以对该目标物发射测量光、接收组件，用以接收该目标物反射该测量光的反射光、反射组件，用以反射该反射光至该接收组件、聚焦透镜，用以将该反射光会聚在该反射组件、以及驱动模块，藉由转动以调整该反射组件的角度；以及控制单元，依据该接收组件接收该测量光的强度大小与预定值比较的结果以控制该驱动模块是否转动。

本发明另提供一种雷射测距装置的控制方法，用于测量近距离及远距离的目标物，包括对目标物发出测量光、接收由目标物反射的反射光，并对应输出电信号、以及比较该电信号与预定值，其中当该电信号小于该预定值时，调整该反射组件。

实施本发明的雷射测距装置及其控制方法，具有以下有益效果：可以测量远距离及近距离的目标物，使得雷射测距装置有更大的测量范围，而且因为直接利用驱动模块来控制反射组件的位置，及利用接收组件所接收的光强度来判定是否反射光已聚焦在接收组件，所以一方面不会有因为组件磨损而产生误差，另一方面更因使用的组件尺寸小而不需较大的体积来容纳相关组件，因此可以达到测量范围大及准确、制造成本降低、装置体积缩小等功效。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合附图作详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例的雷射测距装置方块图；

图2是本发明实施例的雷射测距装置远距测量示意图；

图3是本发明实施例近距测量示意图；

图4是本发明实施例近距测量示意图；

图5是本发明实施例的反射组件装配于转轴的示意图；

图6是本发明实施例的雷射测距装置的控制方法流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，是本发明第一实施例雷射测距装置方块图。本发明第一实施例的雷射测距装置，包括发射组件101、聚焦透镜106、接收组件102、驱动模块103、反射组件104、以及控制单元105。

该发射组件101，用以对目标物发射测量光Lm。于本实施例中，该发射组件101是雷射模块，当该雷射测距装置欲对该目标物进行测距时，该雷射模块会对该目标物发射测量光Lm，当该测量光Lm到达该目标物后，会被该目标物反射回来，成为反射光Lr。

该聚焦透镜106，用以将该反射光Lr通过该反射组件104聚焦在该接收组件102。该聚焦透镜106用以会聚由该目标物反射的该反射光Lr，再藉由该反射组件104将该反射光Lr聚焦在该接收组件106的感测表面上。于本实施例中，该聚焦透镜106是凸透镜，于一实施例中，该聚焦透镜106是非球面镜片。

该接收组件102，用以接收由该目标物反射该测量光Lm的该反射光Lr。于本实施例中，该接收组件102是雪崩二极管(Avalanche Photodiode，简称APD)，当该雪崩二极管接收到该反射光Lr，感测该光的强度大小，而对应输出电信号，例如是电压，当感测的光强度愈强，则该电压值就愈大，反之，则该电压值就愈小。

该反射组件104，用以反射该反射光Lr至该接收组件102。于本实施例中，该反射组件104是反射镜，于一实施例中，该反射组件104是棱镜。更具体来说，该反射组件104将通过该聚焦透镜106的该反射光Lr反射至该接收组件102，使该接收组件102接收该反射光Lr。其中该反射组件104固接于该驱动模块103的转轴上，请参图5所示，是该反射组件104装配于转轴示意图，该反射组件104装设于该驱动模块103的转轴1031，因此，该驱动模块103的转轴1031转动时，该反射组件104亦会对应转动。

该驱动模块103，藉由转动以调整该反射组件104的角度。具体而言，该驱动模块103依据转动信号，进行步进式固定角度的转动，其中该转动信号包括顺时针转动信号及该逆时针转动信号。于本实施例中，该驱动模块103是步进马达。于一实施例中，该驱动模块103是伺服马达。举例来说，当该步进马达接收到该顺时针转动信号时，转轴会转动一固定角度，若再接收到该顺时针转动信号时，再转动一固定角度，当连续输入该顺时针转动信号时，则顺时针方向连续转动至该顺时针转动信号未输入至该步进马达时，停止转动。相反地，当该步进马达接收到该逆时针转动信号时，则会逆时针方向转动一固定角度。

控制单元105，依据该接收组件102接收该测量光Lm的强度大小，与预定值比较的结果以控制该驱动模块103是否转动。具体来说，由该接收组件102输出的电信号会先经过模/数转换后，将该电信号转换成数字信号，输入到该控制单元105，当该控制单元105接收到该数字信号后，将该数字信号代表的数值与预定值比较，当该数字信号低于该预定值时，该控制单元105发出该转动信号以控制该驱动模块103转动，直至该该数字信号高于该预定值时，停止发出该转动信号，以停止该驱动模块103的转动。于本实施例中，该控制单元105是微处理器(micro control unit，简称MCU)，于一实施例中，该控制单元105是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、中央处理器(Center Processing Unit，简称CPU)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)、复杂可编程逻辑组件(Complex Programmable LogicDevice，简称CPLD)。举例来说，当该接收组件102接收测量光Lm后，依据该测量光Lm的强度而输出对应的电压值，例如是2V，经过模/数转换后，将该电压值转换为数字值，输入至该控制单元105，与一预定值进行比较，当该电压值低于该预定值时，则输出该转动信号至该驱动模块103，以控制该驱动模块103进行转动。

请参阅图2至图4所示，用以说明本发明第一实施例雷射测距装置在对目标物进行测量距离的动作示意图。如图2所示，当目标物在远距离，该发射组件101发出测量光Lm，经由碰到目标物而反射的反射光Lr入射到该聚焦透镜106，因为目标物在远距离，所以反射光Lr入射到该聚焦透镜106的入射角(与该聚焦透镜106光轴的夹角)较小，所以经过该聚焦透镜106偏离光轴的角度不大，因此，反射组件104反射由该聚焦透镜106折射的反射光Lr，其反射角度会等于入射角度，因此依照此光学系统的设计，会将大部分反射光Lr反射在接收组件102上，而因为接收组件102接收到大部分的反射光Lr，而对应输出较高的电压值，控制单元105接收电压值，并与预定值进行比较的结果为电压值高于预定值，此时依据测量光Lm的相位差而算出目标物的距离。

如图3所示，当目标物在近距离，该发射组件101发出测量光Lm，经由碰到目标物而反射的反射光Lr入射到该聚焦透镜106，因为近距离，所以反射光Lr入射到该聚焦透镜106的入射角较远距离反射的入射角为大，所以经过该聚焦透镜106偏离光轴的角度也较大，因此，反射组件104反射由该聚焦透镜106折射的反射光Lr，其反射角度会较远距离的反射角度更小，因此依同一光学系统的设计，大部分反射光Lr此时会聚焦在A点，而非在接收组件102的接收面上，此时，该接收组件102因为未接收到反射光Lr，所以对应输出较低的电压值，由该控制单元105接收该电压值，并与预定值进行比较的结果为电压值低于预定值，此时，控制单元105发出该转动信号至该驱动模块103，以控制该驱动模块103进行步进式固定角度的转动，此时，装设于驱动模块103的转轴1031的反射组件104，因为转轴1031的转动，而有角度变化，同样地，因为反射组件104的角度改变，所以反射光Lr的入射角也对应的改变，因此，改变了反射光Lr的聚焦位置，而慢慢的接近接收组件102，并且于该驱动模块103转动的同时，控制单元105持续比较由接收组件102输出的电压值是否大于预定值。

请参阅图4，当该反射光Lr的聚焦位置移动到接收组件102的表面上时，因为接收组件102又接收到大部分的反射光Lr，此时会输出较高的电压值，因此当该电压值又超过该预定值时，则停止该驱动单元103的转动，并且依据测量光Lm的相位差而算出目标物的距离。

请参阅图6，是本发明实施例的雷射测距装置的控制方法流程图，其中该雷射测距装置包括发射组件101、接收组件102、驱动模块103、反射组件104、控制单元105、以及聚焦透镜106，该控制方法包括下列步骤：

如步骤S501，发出测量光。此步骤该发射组件101对目标物发出该测量光Lm。

如步骤S502，接收反射光。此步骤由目标物反射该测量光Lm的该反射光Lr会经过该聚焦透镜106而会聚在该反射组件104上，由该接收组件102接收该反射光Lr，并且对应该反射光Lr的亮度，输出该电信号。

如步骤S503，比较该电信号与该预定值。此步骤该控制单元105接收输入的该电信号，并且将该电信号与一预定值进行比较，而得出比较结果。

如步骤S504，电信号是否小于预定值。此步骤该控制单元105比较该电信号与该预定值的比较结果是否该电信号小于该预定值，若是，则进行步骤S505；若否，则进行步骤S506。

如步骤S505，调整反射组件角度。此步骤该控制单元105发出该转动信号，该驱动模块103接收该转动信号后开始转动，以调整该反射组件104的角度，并且回到步骤S503，由该控制单元105继续比较电信号值与预定值。

如步骤S506，计算目标物距离。此步骤该控制单元105依据所接收的该电信号而计算出目标物的距离。

本发明的雷射测距装置及其控制方法利用接收组件102感测反射光Lr，并且对应输出电信号，而该控制单元105在该输出电信号的值小于预定值时，表示此时的目标物距离太近，所以造成反射组件104反射该反射光Lr时，无法将该反射光Lr大部分地反射在接收组件102上，所以接收组件102因为感测到的光太少，输入该控制单元105的电信号值就会小于预定值，而使得控制单元105控制驱动模块103转动，以改变反射组件104的反射角度，进而改变光的路径，当光的路径又通过接收组件102的时候，接收组件102因为又感测到大部分的反射光Lr，所以输入该控制单元105的电信号值又高于预定值，而控制该驱动模块103停止转动，以固定该反射组件104的角度，而让近距离的目标物反射的反射光Lr能由该接收组件102接收，藉以计算出目标物的距离，因此，本发明的雷射测距装置可以测量远距离及近距离的目标物，使得雷射测距装置有更大的测量范围，而且因为直接利用驱动模块来控制反射组件的位置，及利用接收组件所接收的光强度来判定是否反射光已聚焦在接收组件，所以利用本发明一方面不会有因为组件磨损而产生误差，另一方面更因使用的组件尺寸小而不需较大的体积来容纳相关组件，因此利用本发明可以达到测量范围大及准确、制造成本降低、装置体积缩小等功效。

本发明虽以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的范围，本技术领域的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种雷射测距装置，用于测量远距离及近距离的目标物，其特征在于，包括：

发射组件，用以对该目标物发射测量光；

接收组件，用以接收该目标物反射该测量光的反射光，而对应该反射光的强度大小，输出电信号；

反射组件，用以反射该反射光至该接收组件；

聚焦透镜，用以将该反射光通过该反射组件聚焦在该接收组件；

驱动模块，藉由转动以调整该反射组件的角度；以及

控制单元，依据该电信号与该预定值比较以控制该驱动模块是否转动。

2.如权利要求1所述的雷射测距装置，其特征在于，当该电信号低于该预定值，该控制单元控制该驱动模块转动。

3.如权利要求2所述的雷射测距装置，其特征在于，更包括该控制单元控制该驱动模块转动至该电信号高于该预定值。

4.如权利要求1所述的雷射测距装置，其特征在于，该反射组件固接于该驱动模块的转轴上。

5.如权利要求1所述的雷射测距装置，其特征在于，该驱动模块是伺服马达或步进马达。

6.一种雷射测距装置的控制方法，用于测量近距离及远距离的目标物，其特征在于，该雷射测距装置包括发射组件、接收组件、驱动模块、反射组件、控制单元以及聚焦透镜，该控制方法包括：

对目标物发出测量光；

接收由目标物反射的反射光，并对应输出电信号；

比较该电信号与预定值；以及

当该电信号小于该预定值时，调整该反射组件以改变该反射光的路径。

7.如权利要求6所述的雷射测距装置的控制方法，其特征在于，该接收由目标物反射的该反射光，并对应输出该电信号，更包括藉由该聚焦透镜及该反射组件使该反射光聚焦在该接收组件，并且该接收组件对应接收的该反射光的亮度，输出该电信号。

8.如权利要求6所述的雷射测距装置的控制方法，其特征在于，更包括当该电信号小于该预定值时，该控制单元发出转动信号，控制该驱动模块转动以调整该反射组件。

9.如权利要求8所述的雷射测距装置的控制方法，其特征在于，更包括当该电信号大于该预定值时，该控制单元停止发出该转动信号。

10.如权利要求8或9所述的雷射测距装置的控制方法，其特征在于，更包括该电信号大于该预定值时，该控制单元依据所接收的该电信号而计算出目标物的距离。

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