CN104730532B - 距离测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种距离测量装置及其方法。公开了一种激光距离测量装置及其控制方法。更具体地，本文公开的是使用激光能够快速测量水平和竖直距离的激光距离测量装置及其控制方法。激光距离测量装置可以包括光发射器、光接收器、感测单元和控制器，该控制器被构造成进行控制操作以通过所述光发射器发射分裂激光，获取指示发射所述分裂激光的时间和通过感测单元感测到从目标位置反射的分裂激光的时间之间的差的时间差信息，以及使用所述时间差信息计算到目标位置的距离。

Description

距离测量装置及其方法

本申请要求2013年12月18日提交的韩国专利申请No.10-2013-0158205和2014年1月2日提交的韩国专利申请No.10-2014-0000086的优先权，这些韩国专利申请如同在此进行了全面阐述一样通过引用并入于此。

技术领域

本发明涉及距离测量装置以及距离测量方法。

背景技术

本发明的距离测量装置使用光来测量距离测量装置和距离测量装置周围的对象之间的距离。使用光来测量距离的方法包括三角测量法、基于飞行时间(TOF)和基于相移的方法。

激光距离测量装置可以使用激光测量从激光距离测量装置的位置(在下文称为“测量位置”)到对象或者要被进行距离测量的点的位置(在下文称为“目标位置”)之间的距离。采用激光距离测量装置的距离测量方法基于从激光距离测量装置照射的激光在从激光达到的目标位置反射之后返回到激光距离测量装置花费的时间来测量距离。这种激光距离测量装置不仅可以用于测量测量位置和特定点之间的距离而且还可以用于测量从测量位置到特定线、平面或者空间中的多个点的距离。

最近的通过激光距离测量装置在三维空间中测量距离的方法包括1)使用平面传感器的、利用在激光反射之后到达激光距离测量装置所花费的时间的距离测量方法、2)通过用透镜折射激光来测量距离的方法。然而，使用平面传感器的方法对于测量具有角度限制。因此，利用这个方法，可能难以从0度到360度的水平范围内测量距离，并且照射激光需要很多能量。另外，通过用透镜折射激光来测量距离的方法可能由于折射激光的透镜的机械特性而减慢距离测量，并且导致误差。因此，需要一种能够在竖直/水平方向上进行快速且三维的距离测量同时抑制了以上缺陷的方法。

发明内容

因此，本发明致力于距离测量装置及其方法，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或更多个问题。

本发明的目的是提供使用三角测量法和TOF这两者可以增强距离测量的准确性的距离测量装置及其方法。

本发明的另一个目的是提供一种使用特定激光测量在竖直方向上排列的点中每个点的距离并且通过转动结构来360度测量距离的激光距离测量装置及其方法。

本发明的其它优点、目的及特征一部分将在以下的说明书中进行阐述，并且一部分对于本领域的技术人员来说在研读以下内容后将变得清楚，或者可以从本发明的实践获知。本发明的这些目的和其它优点可以通过在本书面描述及其权利要求书及附图中具体指出的结构来实现和获得。

为了实现这些目的和其它优点，并且根据本发明的目的，如这里所具体实施和广泛描述的，一种距离测量装置，该距离测量装置包括：光发射器，其被构造成将距离测量光束发射到对象上；光接收器，其被构造成感测由对象反射的并且由距离测量装置收集的光；第一距离计算器，其被构造成通过使用第一测量方案感测到的光来计算所述距离测量装置和所述对象之间的第一距离值；第二距离计算器，其被构造成通过使用第二测量方案感测到的光来计算所述距离测量装置和所述对象之间的第二距离值；以及控制器，该控制器被构造成：将第一距离值、第二距离值与基准距离相比较，根据比较结果分配权重，并且确定距离测量装置和对象之间的最终距离。

在本发明的另一个方面中，一种距离测量装置的距离测量方法，该方法包括以下步骤：将距离测量光束发射到对象上；感测由对象反射的并且由所述距离测量装置收集的光；通过使用第一测量方案感测到的光来计算所述距离测量装置和所述对象之间的第一距离值；通过使用第二测量方案感测到的光来计算所述距离测量装置和所述对象之间的第二距离值；将第一距离值、第二距离值与基准距离相比较，根据比较结果分配权重，并且确定所述距离测量装置和所述对象之间的最终距离。

在本发明的另一个方面中，一种激光距离测量装置包括：光发射器；光接收器；感测单元；以及控制器，该控制器被构造成进行控制操作以通过所述光发射器发射分裂激光，获取指示发射所述分裂激光的时间和通过感测单元感测到从目标位置反射的分裂激光的时间之间的差的时间差信息，以及使用所述时间差信息计算到目标位置的距离。

在本发明的进一步方面中，一种激光距离测量方法包括以下步骤：通过光发射器发射线激光，获取指示发射所述线激光的时间和通过感测单元感测到从目标位置反射的线激光的时间之间的差的时间差信息，以及使用所述时间差信息计算到目标位置的距离。

应该理解的是，对本发明的以上概述和以下详述都是示例性和解释性的，并旨在对所要求保护的本发明提供进一步的解释。

附图说明

附图被包括在本申请中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本申请中且构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1例示使用三角测量法的距离测量装置的基本操作；

图2是例示根据本发明的一个实施方式的距离测量装置的基本操作的框图；

图3描绘了通过控制信号发射特定频率的距离测量光束到测量位置以及从测量位置反射的所发射的距离测量光束回到距离测量装置；

图4是例示从上方看到的转动基板的转动特定角度的图；

图5是详细例示电力和通信连接器的图；

图6和图7是例示随着距离测量装置向前移动和距离测量位置在竖直方向上移动，测量距离测量装置和周围对象之间的距离的图；

图8例示通过调换光发射器和光接收器的竖直位置构造距离测量装置；

图9是例示配备有该距离测量装置的机器人真空清洁器的图；

图10是例示根据本发明的另一个实施方式的距离测量装置的框图；

图11是例示根据本发明的一个实施方式的距离测量装置的操作的流程图；

图12是例示根据本发明的另一个实施方式的激光距离测量装置的框图；

图13是例示根据本发明的另一个实施方式的激光距离测量装置和用该激光距离测量装置来测量到目标位置的距离的图；

图14是例示用根据本发明的另一个实施方式的激光距离测量装置测量到目标位置的距离的流程图；

图15是例示根据本发明的另一个实施方式的采用线激光(line laser)的激光距离测量装置的图；以及

图16是例示根据本发明的另一个实施方式的采用分裂激光(split laser)的激光距离测量装置的图；

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施方式，在附图中例示出了本发明的优选实施方式的示例。贯穿附图尽可能地用相同的附图标记代表相同或类似部分。本领域技术人员容易理解的是根据本说明书中公开的实施方式的构造可应用于多种设备。例如，这些设备包括用于通过识别周围对象来确定要遵循的路径的机器人、感测绕着设备和周围对象的精细移动的设备、给盲人通知障碍物的设备、识别用户的移动的设备以及创建三维图像的设备。

在下文，将参照图1描述基于三角测量法的距离测量方法的基本操作。

图1是例示使用三角测量法的距离测量装置的基本操作的框图。

距离测量装置100包括光发射器110和光接收器120。

在下文，将详细描述这些组件。

光发射器110可以包括被构造成发射距离测量光束1的光源112。光发射器110可以还包括光源透镜114。

光接收器120包括光接收透镜124，该光接收透镜124被构造成将随着距离测量光束1从周围对象130反射而产生的光3会聚到光接收传感器122上。光接收传感器122感测光接收传感器122上收集返回光3的位置。

如图1所示，光发射器110向周围对象130发射距离测量光束1。当距离测量光束1到达周围对象130时，其以指向多个方向的光5的形式从周围对象的表面T反射。在多个方向上反射的光的一部分3由距离测量装置100中包括的光接收透镜124在光接收器120的光接收传感器122处进行收集。

距离测量装置100和周围对象130之间的距离被定义成d，光源透镜114和光接收透镜124之间的距离被定义成g，并且光接收透镜124的焦距被定义成f。另外，光源112相对于水平线7倾斜的角度被定义成θ，并且光被收集在光接收传感器122上的位置被定义成p。光的位置p的值可以相对于被设定成“0”的光接收传感器122的中心来确定。一旦确定了值f、g和θ，距离测量装置100的光接收传感器122可以感测光的位置p并且获得满足以下给出的算式1的距离测量装置100和距离测量位置之间的距离d：

算式1：

图2是例示根据本发明的一个实施方式的距离测量装置的基本操作的框图。

图2示出采用基于图1例示的三角测量法的距离测量方法的示例性距离测量装置。

距离测量装置300可以包括光发射器310、光接收器320、转动驱动单元330、通信单元350、控制器360、电源370以及电力和通信连接器390。

光发射器310和光接收器320可以固定到转动基板303。转动基板绕着竖直线转动。尽管光接收器320在图2中被例示成固定在光发射器310上方，但光发射器310可以固定在光接收器320上方。光发射器310可以包括光源312和光源透镜314。光源312可以采用作为定向光源的诸如激光二极管(LD)和发光二极管(LED)这样的光源。作为光源透镜314，可以使用准直器透镜将来自光源312的光改变成准直光或者会聚光。

光接收器320可以包括光接收传感器322、光接收透镜324和波长滤波器326。光接收透镜324将光会聚到光接收传感器322上，并且光接收传感器322感测由光接收透镜324会聚的光的位置。波长滤波器326防止具有与光源312的波长不同的光被光接收传感器322感测到。

转动驱动单元330使得转动基板绕着竖直线转动。当转动基板303转动时，固定到转动基板303的光发射器310和光接收器320也一起转动。随着光发射器310和光接收器320转动，测量位置水平移动。转动驱动单元330可以按照多种方式构造来使转动基板303转动。例如，转动驱动单元330可以使用转动驱动马达339、第一转动滑轮331、第二转动滑轮333和转动带337来使转动基板303转动。

控制器360的转动控制器364控制转动驱动马达339以使转动驱动马达339转动。当转动驱动马达339转动时，固定到转动驱动马达339的第一转动滑轮331也转动。当第一转动滑轮331转动时，第一转动滑轮331和第二转动滑轮333所固定于的转动带337转动。随着转动带337转动，第二转动滑轮333转动。由于第二转动滑轮333固定到转动基板303，所以当第二转动滑轮333转动时转动基板303转动。

通信单元350、控制器360和电源370可以设置在主基板301上。控制器360可以包括距离计算器362、转动控制器364、空间信息计算单元366和光发射控制器368。距离计算器362基于包含从光接收传感器322传送的光的位置p的值的测量信号计算距离测量装置300和测量位置之间的距离。转动控制器364控制转动驱动单元330。空间信息计算单元366基于由距离计算器362计算的距离和从转动驱动单元330发送的转动角度创建空间信息数据。例如，转动驱动单元330可以包括编码器。该编码器可以向空间信息计算单元366发送与每个距离测量位置相对应的转动基板303的角度的编码器信息。光发射控制器368控制光发射器310。具体地，光发射控制器368控制包括在光发射器310中的光源312。另外，控制器360控制距离测量装置300的整体操作。控制器360可以通过通信单元350以有线或者无线方式向外部装置发送由空间信息计算单元366创建的空间数据。

外部电力或者内部电力根据控制器360的控制施加到电源370，以供应每个组件的操作必要的电力。

电力和通信连接器390将主基板301连接到转动基板303以向转动基板303供应电力并且允许控制和测量信号在主基板301和转动基板303之间传递。在图2的示例中，使用多个电刷391、393、395和397以及转动环392、394、396和398将电力供应到转动基板303，并且控制和测量信号在主基板301和转动基板303之间传递。电刷和转动环成对设置。详细描述将参照图5给出。

图2中所示的组件可以不是必要的，并且因此距离测量装置可以具有比图2少或者多的组件。

在图2中，使用距离测量光束10来测量距离测量装置300和周围对象380之间的距离。

控制器360的光发射控制器368向光发射器310发送控制信号使得光源312向周围对象380发射距离测量光束10。接着，距离测量光束10到达周围对象380。当距离测量光束10到达周围对象380时，其以分裂成很多部分的光的形式50从周围对象的表面A反射。在被反射并且分裂成很多部分的光的一部分30经由距离测量装置300中包括的光接收透镜324收集在光接收器320的光接收传感器322上。光接收传感器322通过测量信号向距离计算器362传送在光接收传感器322上收集的光的位置p的值。为了感测p的正确值，可以将波长滤波器326设置在光接收透镜324和光接收传感器322之间。波长滤波器326仅允许具有与光源312的光相同波长的光透过并且防止其它外部光被光接收传感器322感测到。光接收传感器322可以通过数字或者模拟感测信号向距离计算器362传送p的值。

控制器360的距离计算器362使用参照图1描述的算式1基于包含由光接收传感器322接收的光的位置p的值的测量信号可以获得周围对象的表面A和距离测量装置300之间的距离。

如上所述，使用TOF或者相移可以计算出距离测量装置和周围对象之间的距离。

参照图2，距离测量装置300可以如下所述在TOF方案中使用距离测量光束10测量距离测量装置300和周围对象380之间的距离。

控制器360的光发射控制器368向光发射器310发送控制信号使得光源312将距离测量光束10发射到测量位置上。在此，测量位置是周围对象的表面A。距离测量光束10到达测量位置。当距离测量光束10到达测量位置时，其以分裂成很多部分的光的形式50从测量位置反射。在被反射并且分裂成很多部分的光的一部分30经由距离测量装置300中包括的光接收透镜324由光接收器320的光接收传感器322收集。

为了准确地感测光30，波长滤波器326可以设置在光接收透镜324和光接收传感器322之间。波长滤波器326仅允许具有与光源312的光相同波长的光透过并且防止其它外部光被光接收传感器322感测到。

使用光源312发射距离测量光束10的时间与从测量位置反射回的发射光被距离测量装置300的光接收传感器322感测到的时间之间的差，距离计算器362可以计算出距离测量装置300和周围对象380之间的距离。

具体地，当距离测量光束10的光速是c并且距离测量光速10被发射的时间与光从测量位置反射的发射光被距离测量装置300的光接收传感器322感测到的时间之间的差是Td时，距离测量装置300和周围对象380之间的距离可以是1/2×c×Td。

参照图2，距离测量装置300可以如下所述在相移方案中使用距离测量光束10测量距离测量装置300和周围对象380之间的距离。

控制器360的光发射控制器368向光发射器310发送具有特定频率的控制信号使得光源312将距离测量光束10发射到测量位置上。在此，测量位置是周围对象的表面A。接着，距离测量光束10到达周围对象380。当距离测量光束10到达周围对象380时，其以分裂成很多部分的光的形式50从周围对象的表面反射。在被反射并且分裂成很多部分的光的部分30经由距离测量装置300中包括的光接收透镜324在光接收器320的光接收传感器322上收集。

光接收传感器322可以使用感测的光30产生测量信号，并且距离计算器362可以通过将当距离测量光束10发射到测量位置时所使用的特定频率的控制信号与使用在从测量位置反射之后返回到距离测量装置300的光30产生的测量信号相比较来估计相移，并且基于估计的相移计算距离。

图3描绘了根据具有特定频率f的控制信号由距离测量装置300将距离测量光束10发射到测量位置上。在此，测量位置是周围对象的表面A。图3还描绘了当根据具有特定频率的信号而发射的距离测量光束10从测量位置反射时产生的光30返回到距离测量装置300。在图3中，距离测量装置300和测量位置之间的距离是d，距离测量光束10和返回的反射光30之间的测量到的相移是k，并且距离测量光束10和返回的反射光的波长是l(＝光速c/控制信号的频率)。

如上所述，距离计算器362可以通过将当距离测量光束10发射到测量位置时所使用的特定频率的控制信号与在从测量位置反射之后返回到距离测量装置300的光30相比较来估计相移，并且基于估计的相移计算距离。

如上所述，可以按照多种方式来计算距离。空间信息计算单元366基于与每个测量位置对应的由距离计算器362计算的距离和从转动驱动单元330发送的转动角度创建空间信息数据。由于距离测量装置300的转动基板303绕着竖直线转动，所以距离测量装置300可以通过从一个距离测量位置到另一个距离测量位置移动而估计距离。下面参照图4描述相关细节。

图4是例示从上方看转动基板303绕着竖直线转动特定角度的图。控制器360的转动控制器364可以驱动转动驱动单元330以使转动基板303绕着竖直线转动。

在图4中，随着位于第一水平线60上的距离测量位置根据转动基板303的转动而水平地移动，测量距离测量装置300和周围对象380之间的距离。

在图4中，距离测量装置300测量距离测量装置300和测量点A之间的距离，并且根据转动基板303的转动来测量距离测量装置300和测量点B之间的距离。

当转动基板303逆时针转动时，从右向左实现测量。当转动基板303顺时针转动时，从左向右实现测量。如参照图2描述的，每次当转动基板303转动特定角度时，距离测量装置300可以测量距离测量装置300和周围对象380之间的距离。

图5是详细例示电力和通信连接器390的图。在图5的示例中，使用多个电刷391、393、395和397和转动环392、394、396和398将电力供应到转动基板303，并且控制和测量信号在主基板301和转动基板303之间传递。

第一电刷391、第二电刷383、第三电刷395和第四电刷397直接或者间接连接到主基板301。第一转动环392、第二转动环394、第三转动环396和第四转动环398固定到转动基板303。转动基板303上固定转动环的位置可以取决于电刷391、393、395和397的位置。

在图5中，第一电刷391和第二电刷393分别接触第一转动环392和第二转动环394，以允许控制和测量信号在主基板301和转动基板303之间传递。在此情况下，可以使用第一电刷391和第一转动环392来传递从主基板301向转动基板303发送的控制信号。例如，位于主基板301上的光发射控制器368可以通过第一电刷391和第一转动环392向位于转动基板303上的光源312发送控制信号。

另外，可以使用第二电刷393和第二转动环394来传递从转动基板303向主基板301发送的测量信号。例如，基于由位于转动基板303上的光接收传感器322感测的光而产生的测量信号可以经由第二转动环394和第二电刷393被发送到位于主基板301上的距离计算器362。

在图5的示例中，第三电刷395和第四电刷397分别接触第三转动环396和第四转动环398以向转动基板393提供电力。在此情况下，可以使用第三电刷395和第三转动环396来从主基板301向转动基板303供应电力。另外，可以使用第四电刷397和第四转动环398将转动基板303接地。

优选的是，转动环彼此隔开。优选的是，转动环之间的空间用非导电材料填充。

另外，转动环可以位于引导槽中，以允许每个电刷仅接触与其配对的相应转动环。

优选的是，电刷和转动环由非常导电的材料形成。具体地，电刷优选地由具有高电导率和高弹性的材料形成。另外，优选的是电刷和转动环的彼此接触的部分不露到外部以防止灰尘和外界物质卡在电刷和转动环之间。

以上描述的电力和通信连接器390可以按照多种方式构造。例如，当需要时，可以调整电刷和转动环的数量。另外，电刷和转动环可以相对于转动基板303的上端和下端设置在光发射器310和光接收器320之间。

图6和图7是例示随着距离测量装置向前移动和距离测量位置在竖直方向上移动，测量距离测量装置和周围对象之间的距离的图；

在图6的示例中，距离测量装置300测量周围对象410和距离测量装置300之间的距离。在此示例中，测量位置是周围对象410的表面E。

在图7的示例中，随着距离测量装置300向前移动，周围对象410和距离测量装置300之间的距离被测量。在此示例中，测量位置是周围对象410的表面F。

在图6和图7中，随着距离测量装置300向前移动，距离测量位置上下移动。在所例示的示例中，距离测量位置从距离测量点E移动到距离测量点F。在另一方面，如果距离测量装置300向后移动，则距离测量点向上移动。

光源312被构造成使得距离测量光束10以特定角度θ发射到周围对象。因此，距离测量装置300可以前后移动以将距离测量点上下移动以测量到周围对象的距离。

另外，由于距离测量光束维持特定角度θ，所以距离测量装置300通过前后移动可测量距离测量装置300和具有不同高度的周围对象之间的距离。

优选的是，距离测量光束10和水平线线11之间的角度θ是锐角。角度θ可以取决于光源312和光接收传感器322之间的距离。

图8例示通过调换光发射器310和光接收器320的位置来构造距离测量装置300。如图7所示，光发射器310可以设置在光源320上方。在此情况下，当距离测量装置300向前移动时距离测量位置向上移动，并且当距离测量装置300向后移动时距离测量位置向下移动。

图9是例示配备有该距离测量装置300的机器人真空清洁器700的图。一旦周围对象和机器人清洁器之间的距离被测量并且对应的空间数据发送到根据本发明的一个实施方式的机器人清洁器，机器人清洁器基于接收到的信息确定其移动。

在下文，将参照图10和图11给出根据本发明的一个实施方式的距离测量装置及其操作的描述。

图10是例示根据本发明的另一个实施方式的距离测量装置的框图。

在下文，将参照图1到图9中例示的细节描述图10的实施方式。

参照图10，距离测量装置400可以包括光发射器410、光接收器420、第一距离计算器430、第二距离计算器440和控制器450。

光发射器410可以将距离测量光束发射到与距离测量装置400隔开的对象上。

光发射器410可以包括被构造成发射距离测量光束的光源112、光源透镜114和衍射装置(未示出)。

光源112可以发射距离测量光束，并且包括LED或者LD。

光源透镜114可以使得发射的距离测量光束平行于水平线照射。

衍射装置可以将距离测量光束分裂成多个光束以发送到对象。如果光发射器410包括衍射装置，则其可以不包括光源透镜114。

随着被衍射装置分裂的光束入射在光接收器420中包括的光接收传感器122上，可以在多个角度较精确地测量距离测量装置400和对象之间的距离。

光接收器420可以包括光接收透镜124和光接收传感器122。

光接收透镜124使得从对象反射的光聚集在光接收传感器122上。

光接收传感器122可以接收并且感测通过光接收透镜124聚集的反射光。

第一距离计算器430按照第一测量方案通过接收到的反射光可以计算距离测量装置400和对象之间的第一距离值。

第二距离计算器440按照第二测量方案通过接收到的反射光可以计算距离测量装置400和对象之间的第二距离值。

控制器450检查计算出的第一距离值和第二距离值是否小于基准距离。当控制器450确认第一距离值和第二距离值小于基准距离时，控制器450可以给第一距离值施加第一权重，并且基于施加的第一权重计算距离测量装置400和对象之间的距离。

当控制器450确认第一距离值和第二距离值大于基准距离时，控制器450可以给第二距离值施加权重，并且基于施加的权重计算距离测量装置400和对象之间的距离。

在下文，下面将参照图11更详细描述组成距离测量装置400的元件的操作。

图11是例示根据本发明的一个实施方式的距离测量装置的操作的流程图。

距离测量装置400的光发射器410发射距离测量光束到与距离测量装置400隔开的对象上(步骤S101)。

距离测量装置400的光接收器420接收当距离测量光束从对象反射时产生的反射光(步骤S103)。

距离测量装置400的第一距离计算器按照第一测量方案基于接收到的反射光可以计算距离测量装置400和对象之间的第一距离值(步骤S105)。

根据一个实施方式，第一测量方案可以是如图1例示的三角测量法。如图1所例示，三角测量法是使用光源透镜和光接收透镜之间的距离、光接收透镜的焦距、光源和水平线之间的角度、和光接收传感器上的收集光的位置来计算距离测量装置400和对象之间的距离的方案。根据该方案，当距离测量装置400和对象之间的距离改变时，光接收器420上收集反射光的位置改变。距离测量装置400通过感测改变的位置可以计算距离测量装置400和对象之间的距离。

距离测量装置400的第二距离计算器440按照第二测量方案通过接收到的反射光可以计算距离测量装置400和对象之间的第二距离值(步骤S107)。

根据一个实施方式，第二测量方案可以是如图2所例示的飞行时间(TOF)。如上所述，TOF是使用距离测量装置400发射光的时间和发射光通过从对象反射返回到距离测量装置400的时间之间的差来计算距离测量装置400和对象之间的距离的方案。

距离测量装置400的控制器450检查计算出的第一距离值和第二距离值是否小于基准距离(步骤S109)。

根据一个实施方式，基准距离可以是形成用于将在第一测量方案和第二测量方案中计算的距离中的一个距离确定为距离测量装置400和对象之间的实际距离的基础的距离。

距离分辨率是指示距离测量装置400和对象之间的距离多么精确的指标。距离测量装置400和对象之间的距离可以取决于每个方案的距离分辨率。

三角测量法方案的距离分辨率可以取决于距离测量装置400和对象之间的距离。具体地，随着距离测量装置400和对象之间的距离减小，三角测量法方案的距离分辨率可以增加，并且可以随着距离测量装置400和对象之间的距离增大而减小。

TOF方案的距离分辨率可以根据光接收器420的响应速度、从模拟信号到数字信号的转换速度和距离测量光束的脉冲宽度确定。然而，如果充分量的光入射在光接收器420上，则TOF方案的距离分辨率可以是恒定的，与距离测量装置400和对象之间的距离无关。

如果距离测量装置400和对象之间的距离小于或者等于特定距离，则三角测量法方案可以具有比TOF方案高的距离分辨率并且因而更准确。

在另一方面，如果距离测量装置400和对象之间的距离大于或者等于特定距离，则三角测量法方案可以具有比TOF方案低的距离分辨率，因而三角测量法方案中的距离测量可能比TOF方案中的更不准确。

根据本发明的一个实施方式，可以设定基准距离，并且测量距离可以与基准距离比较以确定提供较准确的距离测量的距离测量方案。

当确认第一距离值和第二距离值小于基准距离时，控制器450给第一距离值分配第一权重(步骤S111)，并且基于所分配的第一权重计算距离测量装置400和对象之间的最终距离(步骤S113)。

也就是说，如果在第一测量方案中计算的第一距离值和在第二测量方案中计算的第二距离值都小于基准距离，则控制器450可以确定在第一测量方案中计算的第一距离值比在第二测量方案中计算的第二距离值准确。

控制器450可以通过将在第一测量方案中计算的第一距离值乘以权重来计算距离测量装置400和对象之间的距离。

例如，当距离测量装置400和对象之间的距离是d，在第一测量方案中获得的第一距离是x1，在第二测量方案中获得的第二距离是x2，并且权重是y时，距离测量装置400和对象之间的距离可以由算式d＝(y×x1+x2)/2计算。

根据一个实施方式，权重可以是1.2。然而，该值仅仅是示例性的，并且权重可以取决于第一距离和基准距离之间的差。例如，第一距离值和基准距离之间的差增大意味着第一距离值减小。这转而意味着在三角测量法方案中测量的距离值减小。因此，权重y可以被设定成较大值。这是因为随着测量的距离值减小，三角测量法方案的分辨率变高。

相反，第一距离值和基准距离之间的差减小意味着第一距离值增大。这转而意味着在三角测量法方案中测量的距离值增大。因此，权重y可以被设定成较小值。这是因为随着测量的距离值增大，三角测量法方案的分辨率变低。

根据另一个实施方式，控制器450可以通过对在第一测量方案中计算的第一距离值和在第二测量方案中计算的第二距离值的每个施加权重来计算距离测量装置400和对象之间的距离。

也就是说，控制器450可以将在第一测量方案中计算的第一距离值乘以第一权重并将在第二测量方案中计算的第二距离值乘以第二权重，因而计算距离测量装置400和对象之间的距离。在此，第一权重可以大于第二权重。

例如，当距离测量装置400和对象之间的距离是d，在第一测量方案中获得的第一距离是x1，在第二测量方案中获得的第二距离是x2，第一权重是y1，并且第二权重是y2时，距离测量装置400和对象之间的距离可以由算式d＝(y1×x1+y2×x2)/2计算。在此，第一权重y1可以被设定成大于y2的值。y1的值可以是1.2，并且y2的值可以是0.8。然而，本发明的实施方式不限于此。y1和y2的值可以取决于第一距离值和基准距离之间的差。例如，第一距离值和基准距离之间的差增大意味着第一距离值减小。这转而意味着在三角测量法方案中测量的距离值减小。因此，y1可以被设定成大于1.2的值，并且y2可以被设定成小于0.8的值。这是因为随着测量的距离值减小，三角测量法方案的分辨率变高。

相反，第一距离值和基准距离之间的差减小意味着第一距离值增大。这转而意味着在三角测量法方案中测量的距离值增大。因此，y1可以被设定成大于1并且小于1.2的值，并且y2可以被设定成小于1并且大于0.8的值。这是因为随着测量的距离值增大，三角测量法方案的分辨率变低。

当确认第一距离值和第二距离值大于基准距离时，控制器450给第二距离值分配权重(步骤S115)，并且基于所分配的权重计算距离测量装置400和对象之间的最终距离(步骤S117)。

也就是说，如果在第一测量方案中计算的第一距离值和在第二测量方案中计算的第二距离值都大于基准距离，则控制器450可以确定在第二测量方案中计算的第二距离值比在第一测量方案中计算的第一距离值准确。

控制器450可以通过将在第二测量方案中计算的第二距离值乘以权重来计算距离测量装置400和对象之间的距离。

例如，当距离测量装置400和对象之间的距离是d，在第一测量方案中获得的第一距离是x1，在第二测量方案中获得的第二距离是x2，并且权重是y时，距离测量装置400和对象之间的距离可以由算式d＝(x1+y×x2)/2计算。

根据一个实施方式，权重可以是1.2。然而，该值仅仅是示例性的，并且权重可以取决于第一距离和基准距离之间的差。例如，第一距离值和基准距离之间的差增大意味着第一距离值减小。这转而意味着在三角测量法方案中测量的距离值减小。因此，权重y可以被设定成较小值。这是因为随着测量的距离值减小，三角测量法方案的分辨率变高。

相反，第一距离值和基准距离之间的差减小意味着第一距离值增大。这转而意味着在三角测量法方案中测量的距离值增大。因此，权重y可以被设定成较大值。这是因为随着测量的距离值增大，三角测量法方案的分辨率变低。

根据另一个实施方式，控制器450可以通过对在第一测量方案中计算的第一距离值和在第二测量方案中计算的第二距离值的每个施加权重来计算距离测量装置400和对象之间的距离。

也就是说，控制器450可以将在第一测量方案中计算的第一距离值乘以第一权重并将在第二测量方案中计算的第二距离值乘以第二权重，因而计算距离测量装置400和对象之间的距离。在此，第一权重可以小于第二权重。

例如，当距离测量装置400和对象之间的距离是d，在第一测量方案中获得的第一距离是x1，在第二测量方案中获得的第二距离是x2，第一权重是y1，并且第二权重是y2时，距离测量装置400和对象之间的距离可以由算式d＝(y1×x1+y2×x2)/2计算。在此，第一权重y1可以被设定成小于y2的值。y1的值可以是0.8，并且y2的值可以是1.2。然而，本发明的实施方式不限于此。y1和y2的值可以取决于第一距离值和基准距离之间的差。例如，第一距离值和基准距离之间的差增大意味着第一距离值减小。这转而意味着在三角测量法方案中测量的距离值减小。因此，y1可以被设定成小于1并且大于0.8的值，并且y2可以被设定成大于1并且小于1.2的值。这是因为随着测量的距离值减小，三角测量法方案的分辨率变高。

相反，第一距离值和基准距离之间的差减小意味着第一距离值增大。这转而意味着在三角测量法方案中测量的距离值增大。因此，y1可以被设定成小于1并且大于0.8的值，并且y2可以被设定成大于1并且小于1.2的值。这是因为随着测量的距离值增大，三角测量法方案的分辨率变低。

尽管以上描述的图1到图11中的实施方式假定采用不同测量方案，但是以下描述的图12到图16的另一实施方式假定采用一个测量方案。当然，图1到图11中例示的实施方式和图12到图16中例示的实施方式的组合也在本发明的范围内。

图12是例示根据本发明的另一实施方式的激光距离测量装置的框图。

激光距离测量装置100可以包括距离测量单元110和转动驱动单元120。距离测量单元110可以包括光发射器111、光接收器112、感测单元113、控制器114、电源115和输出单元116。图12中所示的组件可以不是必要的，并且因此激光距离测量装置100可以具有比图12少或者多的组件。

在下文，将逐个描述上述组件。

距离测量单元110可以照射激光到目标位置并且收集从目标位置反射的激光，因而使用照射时间和感测时间之间的差来测量距离。距离测量单元110可以包括光发射器111、光接收器112、感测单元113、控制器114、电源115和输出单元116。

光发射器111可以发送激光到目标位置上以测量距离。具体地，光发射器111不仅可以发射照射到沿着特定方向的线的点上的典型激光，还可以发射以垂直于地面的方向上的直线的形式照射的线激光，以及照射在沿着垂直于地面的直线的多个点上的分裂激光。用户可以进行选择以使上述类型的激光中的一种由光发射器111照射出。另外，激光通过光发射器111发射的时间可以存储在存储器117中作为照射时间，并且可以用于计算距离。下面将参照图15和图16描述使用线激光和分裂激光来测量到目标位置的距离的方法。

光接收器112可以将从目标位置反射的激光向感测单元113会聚。由于从光发射器111发射的激光在目标位置处在多个方向上进行反射，反射的激光的强度低于从光发射器111发射的激光的强度。如果激光的强度低，则感测单元113不容易感测到激光。因此，光接收器112可以会聚激光以使得感测单元113容易感测到反射的激光。

感测单元113可以感测由光接收器112收集的激光。激光被感测单元113感测到的时间可以存储在存储器117中作为感测时间，并且可以用于计算距离。

控制器114通常控制激光距离测量装置的整体操作。例如，控制器114实现与激光输出、计算时间差，距离测量单元的转动等有关的控制和处理。

另外，控制器114可以调节发射的激光的输出强度。激光的输出强度可以影响距离测量。如果照射的激光过强，则反射的激光的输出也变强。这可能对距离测量有利，但是可损坏目标位置或者将用户置于危险中。在另一方面，如果照射的激光过弱，则反射的激光的输出也变弱。这可以导致不能够进行距离测量。因此，用户需要根据用于距离测量的环境适当调节激光的输出强度。用户可以通过经控制器114调节激光的输出强度来实现准确的距离测量。

另外，控制器114可以调节激光被发射期间的输出持续时间。激光的输出持续时间也可以影响距离测量。随着激光的输出持续时间增大，距离测量中的误差可以最小化。因此，用户可以通过经控制器114调节输出持续时间来实现准确的距离测量。

外部电力和内部电力根据控制器114的控制施加到电源115。因此，电源115提供用于各个组件的操作需要的电力。电源115可以包括例如电池、连接端口、电源控制器和充电监测器。电池可以是内置电池，其可充电并且可拆除地连接到终端的机身以进行充电。

输出单元116被构造成产生视觉、听觉或者触觉输出，输出单元116可以包括显示器、声音输出模块、报警单元和触觉模块。

存储器117可以存储用于控制器114的处理和控制的程序，临时存储输入/输出数据。数据的使用频率可以存储在存储器117中。存储器117可以包括至少一种类型的存储介质，诸如闪存存储器、硬盘、多媒体微型卡、卡型存储器(例如，安全数字(SD)存储器或极速数字(XD)存储器)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘、光盘。

接口(未示出)充当激光距离测量装置100和与激光距离测量装置100连接的全部装置之间的路径。接口接收从外部装置发送的数据，或者接收所供应的电力并且将其递送到激光距离测量装置中的每个组件，或者允许激光距离测量装置中的数据递送到外部装置。

转动驱动单元120可以使距离测量单元110水平地转动360度。因此，转动驱动单元120能够实现任意方向上的针对空间的距离测量。

以上描述的本发明的实施方式可以使用例如软件、硬件或者其组合在通过计算机等可读取的记录介质中实现。

当用硬件实现时，可以用以下至少一种来实现本说明书中描述的本发明的实施方式：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器和用于执行功能的电气单元。在一些情况下，可以由控制器150实现本说明书中描述的实施方式。

当用软件实现时，本发明的实施方式(诸如在本说明书中描述的过程和功能)可以由单独的软件模块实现。每个软件模块可以执行本说明书中描述的至少一个功能和操作。软件代码可以通过适当编程语言编写的软件应用实现。可将软件代码存储在存储器117中，并由控制器114执行。

本发明提出激光距离测量装置和方法，该激光距离测量装置通过转动驱动单元转动距离测量单元以发射线性激光或者具有多个分支的形式的分裂激光，能够快速测量从0度到360度的水平范围内和特定竖直角度内相对于竖直空间的距离。在下文，将参照图13描述激光距离测量装置100的结构和使用该激光距离测量装置100测量距离的方法。

图13是例示根据本发明的另一个实施方式的激光距离测量装置和用激光距离测量装置来测量到目标位置的距离的图。

例如，如图13所示，控制器114在光发射器111发射激光的同时可以获取关于照射时间的信息。另外，当照射的激光从目标位置反射并且由光接收器112收集，并且收集的激光被感测单元113感测到时，关于感测时间的信息可以被获取，接着关于照射时间和感测时间之间的时间差的信息可以被获取。使用所获取的关于时间差的信息，可以根据以下给出的算式1计算设置了激光距离测量装置100的测量位置和目标位置之间的距离。

算式1：

D＝1/2*C*Td

在算式1中，D表示测量位置和目标位置之间的距离，C表示光速，并且Td表示照射时间和感测时间之间的时间差。

在下文，将参照图14给出通过本发明提出的激光距离测量装置测量到目标位置的距离的实施方式。

图14是例示根据本发明的另一个实施方式的用激光距离测量装置测量到目标位置的距离的流程图。

控制器114可以控制光发射器111使得光发射器111发射激光到第一目标位置上(步骤S310)。从光发射器111发射的激光可以采取直线、线激光或者通过光栅技术分裂的激光的形式。下面将参照图15和图16描述线激光和分裂激光的形式的激光。

控制器114可以进行控制操作使得从第一目标位置反射的激光通过光接收器112会聚，并且会聚的激光被感测单元113感测到(步骤S320)。从第一目标位置反射的激光的强度可能比从光发射器112发射的激光的强度低的多。因此，光接收器112可以将反射的激光会聚在感测单元113的位置以帮助感测激光。

控制器114可以获取关于照射出激光时的照射时间和感测单元113感测到反射的激光的感测时间之间的时间差的信息(步骤S330)。

使用关于时间差的信息，控制器114可以如以上参照图13描述的获取关于第一目标位置和测量位置之间的距离的信息(步骤S340)。所获取的距离信息可以由输出单元116提供给用户。

为了获取除了关于第一目标位置的距离信息以外还获取关于第二目标位置的距离信息，控制器114可以确定是否使用转动驱动单元转动距离测量单元(步骤S350)。

当进行确定使得获取了关于第二目标位置的距离信息时，控制器114可以控制转动驱动单元120使得距离测量单元110指向第二目标位置(步骤S360)。接着，距离测量单元110可以通过从S310到S340的步骤获取关于测量位置和第二目标位置之间的距离的信息。

当确定不存在要获取其距离信息的另外的目标位置时，控制器114可以通过输出单元116输出所获取的距离信息(步骤S370)。距离信息可以通过显示器提供的视觉效果输出或者通过声音输出模块提供的声学效果输出。

在下文，将参照图15和图16描述根据激光的类型的激光距离测量装置及其测量方法。

图15是例示根据本发明的另一个实施方式的采用线激光的激光距离测量装置的图。

采用线激光的激光距离测量装置可通过光发射器111发射线激光。在此，线激光可以表示以直线的形式以特定长度竖直地发射的激光。发射线激光的方法可以包括使用透镜对发射到点上的激光进行折射使得折射的激光采取具有特定长度的直线的形式的方法，以及通过多个激光束发射具有特定长度的直线形式的线激光的方法。例如，为了如图15所示以10度发射线激光，控制器114可以从64个点将直线的形式的线激光束发射到目标位置。另外，控制器114可以通过光发射器111设置线激光的长度和位置。此外，随着照射时间增加，准确性增强。因此，控制器114可以控制线激光的照射时间使得时间对应于期望的准确性。

例如，发射的线激光可以到达第一目标位置410，激光从第一目标位置410处反射。接着，控制器114可以控制反射的线激光使得反射的线激光通过光接收器112被感测单元113感测到。照射时间和感测时间之间的时间差可以随线激光内的点而变化。如以上参照图2所描述的，使用照射时间和感测时间可以获取关于线激光内的相应点的距离信息。通过关于相应点的距离信息可以获取关于第一目标位置的竖直距离的信息。当需要获取关于第二目标位置420的竖直距离的信息时，如同在获取关于第一目标处理410的距离信息的处理中，控制器114可以通过控制转动驱动单元120使得光发射器111指向第二目标位置420获取关于第二目标位置420的竖直距离的信息。

利用线激光，可以同时测量相对于特定目标点到相应竖直点的距离。因此，取消了用于折射激光的机构，并且因而可以结构上地并稳定地快速测量三维距离信息。

图16是例示根据本发明的另一个实施方式的采用分裂激光的激光距离测量装置的图。

采用分裂激光的激光距离测量装置通过光发射器111发射分裂激光。在此，分裂激光器可以表示被分裂成彼此隔开预定距离的至少两个发射分支的激光。发射分裂激光的方法可以包括使用透镜对发射到点上的激光进行折射以发射多个激光分支的方法，以及通过多个激光发射分裂激光的方法。控制器114可以通过光接收器112设置从激光分裂的激光束的数量、分裂分支的位置、以及分裂分支之间的空间。随着照射时间增加，准确性增强。因此，控制器114可以控制分裂激光的照射时间使得时间对应于期望的准确性。

例如，如图16所示，通过分裂成三个分支的分裂激光可以到达第三目标位置的上端511、中端512和下端513接着从其反射。接着，控制器114可以控制反射的分裂激光使得反射的分裂激光通过光接收器112被感测单元113感测到。另外，如以上描述的图13的示例中，可以获取关于第三目标位置的上端511、中端512和下端513的距离信息。当需要获取关于第四目标位置的上端521、中端522和下端523的距离信息时，如同在获取关于第三目标位置511、512、513的距离信息的处理中，控制器114可以通过控制转动驱动单元120使得光发射器111指向第四目标位置521、522、523来获取关于第四目标位置521、522、523的距离信息。

当使用分裂激光来测量三维距离时，激光可以以更高强度发射。因此，可以测量到较远对象或者点的距离，并且可以减小距离测量的误差。

如从以上描述明显的，本发明具有以下效果。

根据本发明的实施方式，使用三角测量法和TOF，距离测量的准确性可以明显增强。

对于本领域技术人员而言，很明显，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对本发明做出各种修改和变化。因此，本发明旨在涵盖本发明的落入所附权利要求及其等同物范围内的这些修改和变化。

Claims (13)

1.一种距离测量装置，该距离测量装置包括：

光发射器，其被构造成将第一距离测量光束和第二距离测量光束中的一个发射到对象上；

光接收器，其被构造成感测由对象反射的并且由距离测量装置收集的光；

第一距离计算器，其被构造成当从所述光发射器发射所述第一距离测量光束时，通过使用第一测量方案感测到的光来计算所述距离测量装置和所述对象之间的第一距离值；

第二距离计算器，其被构造成当从所述光发射器发射所述第二距离测量光束时，通过使用第二测量方案感测到的光来计算所述距离测量装置和所述对象之间的第二距离值；以及

控制器，其被构造成将所述第一距离值、所述第二距离值与基准距离相比较，根据比较结果分配权重，并且确定所述距离测量装置和所述对象之间的最终距离，

其中，当从所述控制器接收第一控制信号时，所述光发射器发射所述第一距离测量光束，并且

当从所述控制器接收具有特定频率的第二控制信号时，所述光发射器发射所述第二距离测量光束，并且

其中，所述光发射器和所述光接收器被固定到转动基板上，

所述控制器、所述第一距离计算器和所述第二距离计算器被设置在主基板上，并且

当所述转动基板绕着竖直线转动时，所述光发射器和所述光接收器一起转动，

其中，所述主基板和所述转动基板通过包括多个电刷和转动环的连接器电连接，

所述电刷和所述转动环成对设置，

所述转动环彼此隔开，

所述转动环之间的空间用非导电材料填充，

所述转动环位于引导槽中，以允许每个电刷仅接触与其配对的相应转动环，并且

所述电刷和所述转动环的彼此接触的部分不露到外部以防止灰尘和外界物质卡在所述电刷和所述转动环之间。

2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，当所述第一距离值和所述第二距离值均小于所述基准距离时，所述控制器通过向所述第一距离值分配权重来确定所述最终距离。

3.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，当所述第一距离值和所述第二距离值均大于所述基准距离时，所述控制器通过向所述第二距离值分配权重来确定所述最终距离。

4.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，根据所述基准距离和所述第一距离值之间的差不同地设置所述权重。

5.根据权利要求4所述的距离测量装置，其中，随着所述基准距离和所述第一距离值之间的差变小，所述控制器分配被设置成更小值的权重，以及

随着所述基准距离和所述第一距离值之间的距离变大，所述控制器分配被设置成更大值的权重。

6.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述控制器通过向所述第一距离值和所述第二距离值二者分配权重来确定最终距离。

7.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述第一测量方案是三角测量法，并且所述第二测量方案是飞行时间TOF。

8.一种距离测量装置的距离测量方法，该方法包括以下步骤：

将第一距离测量光束和第二距离测量光束中的一个发射到对象上；

感测由对象反射的并且由所述距离测量装置收集的光；

当从光发射器发射所述第一距离测量光束时，通过使用第一测量方案感测到的光来计算所述距离测量装置和所述对象之间的第一距离值；

当从所述光发射器发射所述第二距离测量光束时，通过使用第二测量方案感测到的光来计算所述距离测量装置和所述对象之间的第二距离值；

将所述第一距离值、所述第二距离值与基准距离相比较，根据比较结果分配权重，并且确定所述距离测量装置和所述对象之间的最终距离，

其中，当接收第一控制信号时，发射所述第一距离测量光束，

当接收具有特定频率的第二控制信号时，发射所述第二距离测量光束，

其中，将光发射器和光接收器固定到转动基板上，

将控制器、第一距离计算器和第二距离计算器设置在主基板上，并且

当所述转动基板绕着竖直线转动时，所述光发射器和所述光接收器一起转动，

其中，所述主基板和所述转动基板通过包括多个电刷和转动环的连接器电连接，

所述电刷和所述转动环成对设置，

所述转动环彼此隔开，

所述转动环之间的空间用非导电材料填充，

所述转动环位于引导槽中，以允许每个电刷仅接触与其配对的相应转动环，并且

所述电刷和所述转动环的彼此接触的部分不露到外部以防止灰尘和外界物质卡在所述电刷和所述转动环之间。

9.根据权利要求8所述的距离测量方法，其中，确定所述最终距离的步骤包括：

当所述第一距离值和所述第二距离值均小于所述基准距离时，通过向所述第一距离值分配权重来确定最终距离。

10.根据权利要求8所述的距离测量方法，其中，确定所述最终距离的步骤包括：

当所述第一距离值和所述第二距离值均大于所述基准距离时，通过向所述第二距离值分配权重来确定最终距离。

11.根据权利要求8所述的距离测量方法，其中，所述权重是根据所述基准距离和所述第一距离值之间的差不同地设置的。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，进行分配和确定的步骤包括：

随着所述基准距离和所述第一距离值之间的距离变小，分配被设置成更小值的所述权重；以及

随着所述基准距离和所述第一距离值之间的距离变大，分配被设置成更大值的权重。

13.根据权利要求8所述的距离测量方法，其中，进行分配和确定的步骤包括：

向所述第一距离值和所述第二距离值二者分配权重，并确定所述最终距离。