CN114325735A - 一种多点光发射测距装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电测距领域，公开一种多点光发射测距装置及方法。一种多点光发射测距装置包括：三个及以上光发射通道、光信号接收通道、信号开关矩阵、信号发生器、处理单元。信号发生器在处理单元的控制下产生调制信号，并通过信号开关矩阵连接到指定的光发射通道，投射到被测面，接收透镜将被测面反射的光汇聚于光接收管，再通过信号调理电路送给处理单元计算，得出被测面的距离信息。本发明还公开一种多点光发射测距方法，多个光发射管围绕光接收管呈几何关系排布，且多个光发射管的投射方向呈一定角度，该角度固定或可调。多个光发射管在被测面形成不重叠的投射点，一次测量过程中，不用调整测距设备投射方向和位置即可获取被测面的位置信息。

Description

一种多点光发射测距装置及方法
技术领域
本发明涉及光电测距技术领域，特别是一种多点光发射测距装置及方法。
背景技术
目前的光发射测距装置只有一个或二个对外的光投射口用于测距，其主要应用在点与点之间距离的测量或简单的面积、体积和勾股测量。在对面积测量时，至少需要测量两次才能得出结果，体积测量时则需要至少三次才能得出结果。对表面多点进行测量时，需要手动多次调整测距装置位置、投射方向，并需要多次启动测量过程，或需要配合机械结构进行调整，整个测量过程操作繁琐，导致测量缓慢，且在手动调整过程中很容易引入误差，最终影响到测量结果的准确度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对只有一个或二个投射口的激光测距装置存在的应用范畴受限、操作繁琐、测量过程缓慢、容易引入误差等问题，提供了一种多点光发射测距装置及方法。
本发明采用的技术方案如下：一种多点光发射测距装置，包括：三个及以上光发射通道、光信号接收通道、信号开关矩阵、信号发生器、处理单元和接收透镜，所述光信号接收通道包括信号调理电路和光接收管，信号发生器在处理单元控制下产生调制信号，并通过信号开关矩阵连接到指定的光发射通道，投射到被测面，接收透镜将反射光汇聚于光接收管，转换为电信号后，通过信号调理电路送给处理单元，得出被测面的距离信息。
进一步的，所述光发射通道由对应的驱动电路和光发射管组成，光发射管是激光二极管或发光二极管。
进一步的，所述光信号接收通道，由光接收管和信号调理电路组成，所述光接收管采用光敏器件，包括且不限于使用PIN（positive-intrinsic-negative）管、APD（avalanchephotodiode）管和光电倍增管。
进一步的，所述信号发生器具备一路或多路独立的信号输出通道，可以在所述处理单元的控制下，在一路或多路通道上独立输出指定的调制信号。
进一步的，所述多个光发射通道通过信号开关矩阵，在所述处理单元的控制下连接到所述信号发生器的输出通道，通过所述信号开关矩阵的切换，任意光发射通道可以连接到信号发生器的任意一路输出通道。
进一步的，所述多个光发射管围绕光接收管及接收透镜呈几何关系排布，几何关系排布包括且不限于对称排列和非对称排列。
进一步的，所述多个光发射管的出光轴可以平行或呈一定的夹角，该发射夹角固定或可调，调整方式可由电动夹角调整机构驱动。
进一步的，所述号处理单元采用MCU或者DSP。
本发明还公开了上述多点光发射测距装置的方法，具体包括以下过程：
步骤S1，处理单元通过三个及以上光发射通道将调制信号分时或同时投射到被测面；
步骤S2，处理单元根据三个及以上从被测面反射回来的信号，计算得到三个及以上光发射通道与被测面的距离信息；
步骤S3，处理单元根据不共线的三点决定一个平面公理和三个及以上光发射通道位置关系和三个及以上光发射通道的出光轴之间的夹角，通过三角函数计算出被测面和测距装置的相对位置信息。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
（1）采用多点投射，一次测量过程即可获取被测面的多点距离信息。不用调整测距装置投射方向和位置，有效提高测量速度，简化测量操作过程。
（2）所有的测量均在一次测量过程中完成，有效避免多次测量过程中带来的测量误差，提升了测量结果的准确度。
附图说明
图1是本发明一种多点光发射测距装置的示意图。
图2是本发明一种三点光发射管围绕接收透镜排布的结构实施例。
图3是本发明一种三点光发管夹角的结构实施例。
图4是本发明一种多点光发管排布的结构实施例。
图5是本发明一种多点光发管排布的结构实施例。
附图标记：1-处理单元；2-信号发生器；3-信号开关矩阵；4-信号调理电路；5-光接收管；6-驱动电路；7-光发射管；8-被测面；9-接收透镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示，为本发明一种多点光发射测距装置的示意图，包括：三个及以上光发射通道、光接收通道、信号开关矩阵3、信号发生器2，处理单元1和接收透镜9。每个光发射通道包括一个驱动电路6和一个光发射管7，光接收通道包括光接收管5和信号调理电路4。
处理单元1控制信号发生器2产生调制信号，第一时刻通过信号开关矩阵3将信号发生器2输出的信号连接到光发射通道，将调制信号通过发射管驱动电路6和光发射管7发射出去。接收透镜9将反射光汇聚到光接收管5后转换为电信号，经过信号调理电路4后送给信号处理单元1，计算得到光发射通道到被测面8的距离信息。
第二时刻，处理单元1将信号开关矩阵3切换信号发生器2输出到下一路光发射通道，并再次通过处理单元1分析得到光发射通道到被测面8的距离信息。
如图1所示信号发生器2和信号开关矩阵3之间有多条输入通道，信号开关矩阵3有多条输出通道，处理单元1重复切换信号发生器2输出通道和光发射通道之间的连接，直到所有光发射通道到被测面8的距离信息收集完成。
最后，处理单元1汇总所有光发射通道的距离信息，根据不共线的三点决定一个平面公理和光发射管7位置和光发射管7的出光轴的夹角，通过三角函数计算出被测面的相对位置信息。
这里，采用光发射管7的出光轴夹角可调模式时，处理单元控制夹角调整机构调整好多个光发射管出光轴夹角，采用光发射管出光轴夹角固定模式时，不需要对发射管出光轴夹角进行调整。
如图2和图3所示，为本发明的一种三点光发射管排布的结构实施例，本实施例中有三个光发射管7，三个光发射管7围绕接收透镜呈三角形排列，排列夹角如图2中的θ1、θ2、θ3。并且三个光发射管7的出光轴呈一定夹角θ且夹角θ可调，如图3中的夹角θ，该夹角θ为零时，三个光发射管的投射方向相互平行，即三个光发射管7的光轴相互平行。处理单元1在一次测量中可以获取到被测面8三个点的距离信息，由于三个点不共线，根据三角函数即可计算出测距装置到被测面8的位置关系。
如图4和图5所示，为本发明的一种多点光发管排布的结构实施例，所有的光发射管7围绕接收透镜呈阵列排布，阵列包括且不仅限于圆形阵列、方形阵列或其他异形阵列。图4的实施例有多个光发射管7，多个光发射管7围绕接收透镜呈圆形阵列排布；图5的实施例为多个光发射管7围绕接收透镜呈正方形阵列排布，图5中的实施例包括两层正方形阵列排布。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种多点光发射测距装置，其特征在于，包括：三个及以上光发射通道、光信号接收通道、信号开关矩阵（3）、信号发生器（2）、处理单元(1)和接收透镜（9），所述光信号接收通道包括信号调理电路（4）和光接收管（5），信号发生器(2)在处理单元(1)控制下产生调制信号，并通过信号开关矩阵（3）连接到指定的光发射通道，投射到被测面（8），接收透镜（9）将反射光汇聚于光接收管（5），转换为电信号后，通过信号调理电路（4）送给处理单元（1），得出被测面的距离信息。
2.如权利要求1所述的一种多点光发射测距装置，其特征在于，采用三个及以上光发射通道，每个光发射通道由对应的驱动电路（6）和光发射管（7）组成，光发射管（7）是激光二极管或发光二极管。
3.如权利要求1所述的一种多点光发射测距装置，其特征在于，所述光接收管（5）采用光敏器件。
4.如权利要求1所述的一种多点光发射测距装置，其特征在于，所述信号发生器（2）具备一路或多路独立的信号输出通道，在所述处理单元（1）的控制下独立输出指定的调制信号。
5.如权利要求1所述的一种多点光发射测距装置，其特征在于，所述三个及以上光发射通道通过信号开关矩阵（3），在所述处理单元（1）的控制下连接到所述信号发生器（2）的输出通道，通过信号开关矩阵（3）的切换，任意光发射通道连接到信号发生器（2）的任意一路输出通道。
6.如权利要求2所述的一种多点光发射测距装置，其特征在于，三个及以上光发射管（7）围绕光接收管（5）及接收透镜（9）呈几何关系排布，几何关系排布包括对称排列和非对称排列。
7.如权利要求6所述的一种多点光发射测距装置，其特征在于，三个及以上光发射管（7）的出光轴平行或呈一定的夹角，该发射夹角固定或可调，调整方式由电动夹角调整机构驱动。
8.如权利要求1所述的一种多点光发射测距装置，其特征在于，所述处理单元（1）采用MCU或者DSP。
9.如权利要求1所述的一种多点光发射测距装置的方法，其特征在于，具体包括以下过程：
步骤S1，处理单元（1）通过三个及以上光发射通道将调制信号分时或同时投射到被测面（8）；
步骤S2，处理单元（1）根据三个及以上从被测面（8）反射回来的信号，计算得三个及以上光发射通道与被测面（8）的距离信息；
步骤S3，处理单元（1）根据不共线的三点决定一个平面公理和三个及以上光发射通道位置关系和三个及以上光发射通道的出光轴之间的夹角，通过三角函数计算出被测面和测距装置的相对位置信息。
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