CN101770030A - 测距装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测距装置及其控制方法，该测距装置包括光发射组件，用以发出测量光、光接收系统，用以接收由该目标物反射该测量光的反射光，并且对应输出感测信号、比较器，包括参考信号输入端，用以接收参考信号、信号输入端，用以接收该感测信号，以及比较结果输出端，依据该参考信号与该感测信号的比较结果，输出比较结果信号、以及处理控制模块，用以提供该参考信号以及对应该比较结果信号调整该参考信号。本发明利用动态调整阀值的方式，达到提高准确度、测量范围及避免受目标物材质影响测量的准确度。

Description

测距装置及其控制方法

技术领域

本发明是一种测距装置，尤其是指一种可动态调整阀值的测距装置及其控制方法。

背景技术

现今雷射测距仪的光接收系统中，由目标物反射的光信号经过光电转换组件转换为电信号，并经过放大电路的放大，最后再使用比较器，判断输入的信号是来自目标物的信号或是外界噪声，一般来说，判断的方法是利用比较器比较预设固定参考电压的参考电位与输入的信号，而比较后的结果，就用来判断输入的信号是外界噪声或是来自目标物的信号。通常参考电位应大于外界噪声，而小于来自目标物的信号，所以来自目标物的信号输入比较器后，会因为输入的信号大于参考电位，而让比较器输出高电位。反之，当外界噪声输入比较器后，比较器输出低电位，最后若是比较器输出高电位时，再利用从发射信号到产生高电位的经过时间计算目标物的距离。但若以上述的方式，在距离测量时，会有准确度不佳的问题，请参阅图1所示，是已知测距仪的信号波形图，横轴表示经过时间；纵轴表示输入信号值大小。图1中的水平线Vth是表示参考电位值，而S的曲线则代表输入比较器的接收信号值大小，因此在固定的参考电位下，一旦接收的信号值大于参考电位，即会输出高电位，并依据输出高电位当时的时间来计算距离，如图1中的A点位置为比较器输出高电位的时间点，但是正确的时间点，应是在S的波峰所对应的B点位置，即信号值于波峰输出高电位的时间点才是正确的时间点，因此，以固定参考电位方式，所计算的结果，将会有如图1中A点与B点之间的误差。上述情形尤其会发生在目标物是在近距离或是为高反射物质时，而造成准确度不佳的问题。另外，若目标物是在远距离或是为低反射物质时，因为输入的信号值较低，即使仍高于噪声值，但因低于固定的参考电位，所以比较器不会输出高电位，因此无法计算目标物距离，所以使用固定参考电位的比较器来进行距离测量，会有准确度不佳，测量范围小及易受目标物材质影响测量的准确度等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中测距装置的准确度不佳、测量范围小及准确度易受目标物材质影响的缺陷，提供一种测距装置及其控制方法，可改善测量的精度。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种测距装置，用以对目标物进行测距，包括：

光发射组件，用以发出测量光；

光接收系统，用以接收由该目标物反射该测量光的反射光，并且对应输出感测信号；

比较器，包括参考信号输入端，用以接收参考信号、信号输入端，用以接收该感测信号，以及比较结果输出端，依据该参考信号与该感测信号的比较结果，输出比较结果信号；以及

处理控制模块，用以提供该参考信号以及对应该比较结果信号调整该参考信号。

根据本发明所述的测距装置，该比较结果信号包括触发信号及未触发信号，该处理控制模块更包括于既定时间内，且在该比较器未输出该触发信号时，调降该参考信号。

根据本发明所述的测距装置，该处理控制模块更包括以间隔值，依次调降该参考信号。

根据本发明所述的测距装置，该处理控制模块更包括在该比较器输出该触发信号时，停止调降该参考信号值。

根据本发明所述的测距装置，该处理控制模块更包括在该既定时间之后，且该比较器仍未输出该触发信号时，发出错误信号。

本发明还提供了一种测距装置的控制方法，用于对目标物进行测距，该测距装置包括光发射组件、光接收系统、比较器、以及处理控制模块，该控制方法包括下列步骤：

A、发射测量光，并提供预设的参考信号；

B、接收由该目标物反射的反射光，并且产生对应的感测信号；以及

C、于既定时间内，调降该参考信号值。

根据本发明所述的控制方法，该测距装置更包括显示装置，其中该控制方法更包括位于所述步骤C之后的步骤D：

该处理控制模块于该既定时间后，该比较器未因该感测信号值高于该参考信号值输出对应的比较结果信号时，该处理控制模块发出错误信号，并由该显示装置对应该错误信号显示讯息。

根据本发明所述的控制方法，该既定时间是由该预设的该参考信号调降至预设最低的参考信号的时间。

根据本发明所述的控制方法，该步骤C更包括下列步骤：

在该参考信号值高于该感测信号值时，以间隔值依次调降该参考信号值。

根据本发明所述的控制方法，该步骤C更包括在经过该既定时间后，停止调降该参考信号值。

实施本发明的测距装置及其控制方法，具有以下有益效果：在进行测距操作时，藉由调整该参考信号值，调降该比较器参考信号输入端的输入信号，因此，藉由可动态调整比较器的参考信号的方式，不论该目标物是在远距离或是近距离；目标物表面是高反射材质或是低反射材质，只要接收的该电信号值在预设的范围内，皆可以较准确的测得该目标物的距离，并且可藉由改变调整该间隔值的大小，而调整该测距装置的精度，因此本发明可以达到测量范围较大且较高的准确度及精度的功效，并且不易被受测物的材质及距离，影响测量结果的准确度及精度。

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

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是已知测距仪的信号波形图。

图2是本发明实施例的测距装置方块图。

图3是用于本发明实施例的比较器的参考信号值调降的间隔值大小比较示意图。

图4是应用于本发明实施例的控制方法流程图。

具体实施方式

请参阅图2所示，是本发明实施例的测距装置方块图。本发明实施例的测距装置20，包括光发射组件201、光接收系统202、比较器203、处理控制模块204、以及显示装置205。

该光发射组件201，用以发出测量光ML。于本实施例中，该光发射组件201是雷射二极管，用以在欲对目标物进行测距时，发出光信号做为该测量光ML，而该目标物的表面被该测量光ML照射到时，会反射该测量光ML而成为反射光RL。

该光接收系统202，用以接收由该目标物反射该测量光ML的该反射光RL，并且对应输出感测信号ES。该光接收系统202于本发明实施例中更包括光电转换组件2021，用以转换该反射光RL的信号为电信号、以及放大器2022，用以放大该电信号成为该感测信号ES。该光电转换组件2021于本实施例是雪崩二极管(Avalanche Photo Diode，简称APD)。当该光电转换组件2021接收到该反射光RL时，会将所接收到的光信号转换成电信号输出，例如是电流或电压，而因为该光电转换组件2021所输出的电信号微弱，所以再通过该放大器2022将该电信号增强，并且将该电信号转为该感测信号ES，以利后级比较器进行信号比较，其中该感测信号ES可以是电流或电压。于一实施例中，在该光电转换组件2021可以将该放大器2022整合在一起，即该光电转换组件2021在感测该反射光RL时，经过内部电路后，直接输出该感测信号ES。该比较器203，包括参考信号输入端RVI，用以接收参考信号RV、信号输入端ESI，用以接收该感测信号ES，以及比较结果输出端CRO，依据该参考信号RV与该感测信号ES的比较结果，输出比较结果信号CRS，其中该比较结果信号CRS包括触发信号及未触发信号。于本实施例中，该比较器203为放大器，其中该参考信号输入端RVI为反相输入端(-)，该信号输入端ESI为该非反相输入端(+)，于一实施例中，该比较器203是具有比较器功能的集成电路IC。于另一实施例中，该比较器203亦可以是整合在该处理控制模块204中的比较单元。附带一提，该比较器203可以依据该感测信号ES，而置换为电压比较器或电流比较器。因此，当该比较器203的参考信号输入端RVI的信号值低于该比较器203的该信号输入端ESI的信号值时，该比较器203输出的该比较结果信号CRS是该触发信号，反之，则该比较结果信号CRS是该未触发信号，于一实施例中，该触发信号是高准位或低准位，该未触发信号是低准位或高准位，于本实施例中，是以该比较器203的参考信号输入端RVI的信号值低于该比较器203的信号输入端ESI的信号值时，该触发信号是该高准位为例。应当理解的是，在该比较器203的参考信号输入端RVI的信号值低于该比较器203的信号输入端ESI的信号值时，该触发信号被决定是高准位或低准位可以依照电路的设计与程序的控制决定，例如，藉由对调在该参考信号输入端RVI与该信号输入端ESI的输入信号来源达成。

该处理控制模块204，用以提供该参考信号RV以及对应该比较结果信号CRS调整该参考信号RV。于本发明实施例中，该处理控制模块204更包括处理器2041，依据指令，调整及输出数字信号、以及数/模转换器2042，用以将该数字信号转换为模拟信号的电信号，传送至该比较器203。更具体来说，该处理控制模块204在该测距装置20进行测距操作时，该处理器2041会依据指令输出对应的该数字信号，并且通过该数/模转换器2042将该数字信号转换成模拟信号的电信号，输入该比较器203的参考信号输入端RVI，做为该参考信号RV。

值得一提的是，该数字信号会依据被下达的指令而有所不同，因此可藉由下达的指令控制该数字信号，而且该数/模转换器2042对应该数字信号输出模拟信号，并输出至该比较器203的该参考信号输入端RVI，做为该参考信号RV，因而该比较器203的该参考信号RV可以由下达的指令被调整。于一实施例中，该处理控制模块204可以是等效电路来实施。在另一实施例中，该处理控制模块204可以是微处理器(Micro Compute Processor，简称MCU)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、中央处理器(central processing unit，CPU)、可编程逻辑组件(complex programmable logic device，CPLD)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或是系统单芯片(system on-chip，SOC)。于本发明实施例中，该处理器是微处理器(Micro Compute Processor，简称MCU)。于一实施例中，该处理器是数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、中央处理器(central processing unit，CPU)、可编程逻辑组件(complexprogrammable logic device，CPLD)、现场可编程门阵列(field programmable gatearray，FPGA)或是系统单芯片(system on-chip，SOC)。于另一实施例中，该处理器是等效电路。

该显示装置205，依据该处理控制模块204的信号进行对应的显示，于本实施例中，该显示装置205是液晶显示器。于一实施例中，该显示装置205可以是七段LED显示器或TFT液晶显示器。

当该测距装置20进行测量目标物的测距操作时，例如是操作者按下测量按键(图未示)，该处理控制模块204会控制该光发射组件201发出测量光ML，并且开始计时经过时间，另外，该处理控制模块204会开始提供该比较器203的该参考信号输入端RVI预设的该参考信号RV，而该光接收系统202持续感测，并且依据感测的结果对应产生并输出该感测信号ES至该比较器203的该信号输入端ESI。于一实施例中，该测距装置20开机时，该处理控制模块204即开始提供该比较器203预设的该参考信号RV。继而在既定时间内，且在该比较器203未输出高准位之前，该处理控制模块204会依次以间隔值调降该参考信号RV值，当该既定时间之后，且该比较器203仍未输出高准位时，该处理控制模块204发出错误信号，由该显示装置205接收，并且对应显示讯息，例如测量失败，提供给操作者。于本实施例中，该既定时间是该处理控制模块204执行一次由该预设的该参考信号RV值调降至预设最低的参考信号RV值的动作，其中该预设最低的参考信号RV值可以设定是系统噪声信号值。于一实施例中，该预设最低的参考信号RV值可以设定是该预设的参考信号RV值的固定比例，例如该预设的参考信号RV值是2伏特，该固定比例为70％，则该预设最低的参考信号RV值是1.4伏特。值得一提的是，若设定该间隔值愈大，则该测距装置20的精度及准确度就会降低，请参阅图3所示，是用于本发明实施例的比较器的该参考信号值调降的该间隔值大小比较示意图，用以说明当该处理控制模块204以间隔值较大或较小调降该参考信号RV值时，对该测距装置20的精度及准确度的影响比较。如图3所示，横轴表示经过时间；纵轴表示信号值；曲线S是该比较器203的该信号输入端ESI输入的信号波形；C点为预设的该参考信号RV值；C1为以第一间隔值调降该参考信号RV值的第一参考信号值；C2为以第二间隔值调降该参考信号RV值的第二参考信号值，其中该第二间隔值是大于该第一间隔值。由图3中可知，曲线S的波峰发生在T1的时间点，意即依据T1的时间所计算的距离，会是理论上最正确的目标物距离。因为初始提供该比较器203的该参考信号输入端RVI是预设的该参考信号RV值C，而在此时该信号输入端ESI的信号值是低于该预设的参考信号RV值C，所以在该比较器203的该比较结果输出端CRO不会产生高准位，因而该处理控制模块204开始依次调降该参考信号RV值。假设该处理控制模块204是以该第一间隔值调降该预设的该参考信号RV值为该第一参考信号值，此时该信号输入端ESI的信号值会高于该第一参考信号值，因此该比较器203在T2的时间点输出高准位，或者，该处理控制模块204是以该第二间隔值调降该预设的该参考信号RV值为该第二参考信号值，此时该信号输入端ESI的信号值也会高于该第二参考信号值，该比较器203亦会在T3的时间点输出高准位。可以发现的是，以第一间隔值及第二间隔值分别调降该参考信号RV值，可以得到T2及T3的时间，若以T2及T3的时间分别计算距离值，则以T2的时间会比以T3的时间所计算出来的距离值准确，原因在于，T1所代表的是可以算出正确距离的时间值，而因为T2又比T3接近T1，所以T2所计算出来的距离值会较接近T1所代表的正确距离值。而且也因为第一间隔值小于第二间隔值，所以能算出距离的单位也就更小，亦即测距的精度可更高。因此由上述说明，可以知道该间隔值的大小，会影响到该测距装置20的准确度及精度。

附带一提，于本发明实施例中，该预设的该参考信号RV值是依据该光接收系统202可输出该感测信号ES的最大值与在测距时的最佳状态所输出该感测信号ES值，二者之间的某一值来定义，其中该最佳状态是指对目标物为高反射材质及在最佳的测量距离，该光接收系统202能对应输出最强的感测信号ES值。于一实施例中，该预设的该参考信号RV值是在出厂前对该测距装置20进行各种环境噪声的侦测，以取得该系统噪声电位，并且在该系统噪声电位值与该光接收系统202输出该电信号的最大值之间的任何一值决定该预设的该参考信号RV值，其中该预设的该参考信号RV值可以由操作者自行设定于上述区间的某一值，或是由可输出该感测信号ES最大值的固定比例定义。于一实施例中，该测距装置20每次开机时，先进行环境噪声的侦测，以取得该系统噪声电位。

一旦该比较器203的该参考信号RV值低于该信号输入端ESI输入的信号值时，意即该感测信号ES值高于该参考信号RV值，该比较器203输出该触发信号，此时该处理控制模块204接收该比较器203输出的该触发信号，并纪录接收到该触发信号的时间点，以取得发射该测量光到接收该触发信号的经过时间，并且依据该经过时间，计算出距离值，并通过该显示装置205将该距离值进行显示。

本发明另一实施例是测距装置20，是以扫描模式进行测距，意即对于发出的测量光ML做连续且实时显示该测量光ML所指示的目标物距离。当该测距装置20被进行测距操作时，例如是操作者持续按住测量按键(图未示)，与前一实施例动作相同的部份，在此不再赘述，不同的地方在于，该处理控制模块204在该既定时间内，该比较器203的该比较结果输出端CRO仍未输出高准位时，自动重复执行测距操作。于一实施例中，该测距装置20于连续重复执行预定次数测距操作后，该处理控制模块204发出该错误信号至该显示装置205提供该操作者测量失败的讯息。

以下将说明本发明实施例的测距装置20的控制方法，该控制方法可以使得该测距装置20在对目标物执行测量的操作时，不论该目标物是在远距离或近距离，目标物表面是高反射材质或低反射材质，皆可以测量得较精确的距离。

请参阅图4，是应用于本发明实施例的控制方法流程图，用以说明本发明实施例的测距装置20对目标物进行测距的控制方法流程。

于本发明实施例中的测距装置20的控制方法，其中该测距装置20包括光发射组件201、光接收系统202、比较器203、以及处理控制模块204，当该测距装置20对目标物进行测距操作时，该控制方法包括下列步骤：

步骤S401，发射测量光ML，并提供预设的参考信号RV。于本步骤中，是控制该光发射组件201发出该测量光ML，同时该处理控制模块204开始进行时间的计时，并且提供预设的该参考信号RV至该比较器203的该参考信号输入端RVI。

步骤S402，接收由目标物反射该测量光ML的反射光RL，并且产生对应的感测信号ES。于本步骤中，是该光接收系统202会接收由该目标物反射该测量光ML的该反射光RL，并且对应接收到该反射光RL的强度，输出该感测信号ES至该比较器203的该信号输入端ESI，以提供该比较器203与该参考信号进行比较，并且依据比较的结果，产生并输出对应的该比较结果信号CRS至该处理控制模块204，当该感测信号ES高于该参考信号RV时，跳至步骤S404。

步骤S403，于既定时间内，调降该参考信号RV值。本步骤是该测距装置20在该处理控制模块204执行一次由该预设的该参考信号RV值调降至预设最低的参考信号RV值的动作过程中，以间隔值依次调降该参考信号RV值，直到该参考信号RV值低于该感测信号ES值，或是经过该既定时间后，停止调降该参考信号RV值。

步骤S404，显示测距结果。于本步骤中，该处理控制模块204会依据计时该光发射组件201发出测量光ML到该感测信号ES值高于该参考信号RV值而产生该比较结果信号CSS的经过时间，并依据该经过时间计算该目标物的距离，而将该距离值显示于该显示装置205。若是该处理控制模块204于该既定时间后，该比较器203仍未因该感测信号ES值高于该参考信号RV值而输出该比较结果信号CRS，该处理控制模块204发出该错误信号，并由该显示装置205对应该错误信号显示讯息，以通知操作者测距动作失败的讯息。

本发明所提供的一种测距装置及其控制方法，是以在进行测距操作时，藉由调整该参考信号值，调降该比较器参考信号输入端的输入信号，因此，藉由可动态调整比较器的参考信号的方式，不论该目标物是在远距离或是近距离；目标物表面是高反射材质或是低反射材质，只要接收的该电信号值在预设的范围内，皆可以较准确的测得该目标物的距离，并且可藉由改变调整该间隔值的大小，而调整该测距装置的精度，因此本发明可以达到测量范围较大且较高的准确度及精度的功效，并且不易被受测物的材质及距离，影响测量结果的准确度及精度。

本发明虽以实施例揭露如上，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，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)

1.一种测距装置，用以对目标物进行测距，其特征在于，包括：

光发射组件，用以发出测量光；

光接收系统，用以接收由该目标物反射该测量光的反射光，并且对应输出感测信号；

比较器，包括参考信号输入端，用以接收参考信号、信号输入端，用以接收该感测信号，以及比较结果输出端，依据该参考信号与该感测信号的比较结果，输出比较结果信号；以及

处理控制模块，用以提供该参考信号以及对应该比较结果信号调整该参考信号。

2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该比较结果信号包括触发信号及未触发信号，该处理控制模块更包括于既定时间内，且在该比较器未输出该触发信号时，调降该参考信号。

3.如权利要求2所述的测距装置，其特征在于，该处理控制模块更包括以间隔值，依次调降该参考信号。

4.如权利要求3所述的测距装置，其特征在于，该处理控制模块更包括在该比较器输出该触发信号时，停止调降该参考信号值。

5.如权利要求2所述的测距装置，其特征在于，该处理控制模块更包括在该既定时间之后，且该比较器仍未输出该触发信号时，发出错误信号。

6.一种测距装置的控制方法，用于对目标物进行测距，其特征在于，该测距装置包括光发射组件、光接收系统、比较器、以及处理控制模块，该控制方法包括下列步骤：

A、发射测量光，并提供预设的参考信号；

B、接收由该目标物反射的反射光，并且产生对应的感测信号；以及

C、于既定时间内，调降该参考信号值。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，该测距装置更包括显示装置，其中该控制方法更包括位于所述步骤C之后的步骤D：

该处理控制模块于该既定时间后，该比较器未因该感测信号值高于该参考信号值输出对应的比较结果信号时，该处理控制模块发出错误信号，并由该显示装置对应该错误信号显示讯息。

8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，该既定时间是由该预设的该参考信号调降至预设最低的参考信号的时间。

9.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，该步骤C更包括下列步骤：

在该参考信号值高于该感测信号值时，以间隔值依次调降该参考信号值。

10.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，该步骤C更包括在经过该既定时间后，停止调降该参考信号值。

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