CN115308755B - 一种旁轴式激光测距装置及测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旁轴式激光测距装置及测距方法，属于激光测距技术领域，所述装置包括基准信号发生器、切换开关、移相器、激光驱动器、阵列激光器、接收主透镜、光接收管、信号调理电路和处理器。本发明针对传统旁轴式激光测距装置需要添辅助收光装置矫正光路，引入的光机制造复杂、测量不准确等缺点，无需添加副透镜或反射收光装置等辅助收光装置矫正光路，简化了光机结构和制造，降低成本；采用多路移相通道的方法改变测量光束方向，使得矫正光路可以灵活的根据需要进行调整，测量更准确；无需机械结构即可实现光路的矫正，稳定可靠。

Description

一种旁轴式激光测距装置及测距方法

技术领域

本发明属于激光测距技术领域，具体涉及一种旁轴式激光测距装置及测距方法。

背景技术

旁轴式激光测距装置在对近端物体进行测量时，接收光轴和发射光轴之间存在一定的间距并且受光轴夹角的影响。为了提升在整个测量范围内测量信号的稳定度和准确度，德国莱卡公司在专利号为CN1034142C、专利名称为测距设备中提出了在接收光机构中增加近距离辅助收光装置，其在光接收器旁边添加反射收光板或在主透镜后添加副透镜，以此完成对测量光路的矫正。添加副透镜或反射收光装置会对原有主接收透镜的有效面积产生影响，使光学结构变得复杂，并且在加大制造难度的同时引入了更多的不确定因素，增加光机成本，影响测量准确性。

因此，本发明提供了一种旁轴式激光测距装置及测距方法，以至少解决上述部分技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种旁轴式激光测距装置及测距方法，以至少解决上述部分技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种旁轴式激光测距装置，包括基准信号发生器、切换开关、移相器、激光驱动器、阵列激光器、接收主透镜、光接收管、信号调理电路和处理器，所述处理器分别连接基准信号发生器和切换开关，所述基准信号发生器连接切换开关，所述切换开关连接移相器，所述移相器连接激光驱动器，所述激光驱动器连接阵列激光器，阵列激光器发射端口和光接收管接收端口分别对准被测物体，所述接收主透镜位于被测物体与光接收管之间，所述光接收管连接信号调理电路，所述信号调理电路接入至处理器；所述移相器有多路移相通道，各移相通道的输出端相连并接入激光驱动器，移相器具有多个输入端，移相器输入端数量与移相通道数量相同。

进一步地，所述激光驱动器有多个，激光驱动器数量与阵列激光器发光点数量相同，每个激光驱动器输出端连接到阵列激光器的一个发光点。

进一步地，所述移相器有多个，移相器数量与阵列激光器发光点数量相同。

进一步地，所述移相器的移相通道的移相数值不同。

进一步地，所述切换开关有多个，切换开关数量与移相器数量相同，每个切换开关连接到一个移相器的一个移相通道，所述切换开关为单刀多掷开关。

一种旁轴式激光测距装置的测距方法，包括以下步骤：

步骤1、处理器控制基准信号发生器产生调制信号；

步骤2、处理器控制切换开关将调制信号输送至移相器默认的移相通道，然后激光驱动器接收调制信号并驱动阵列激光器产生第一光信号，第一光信号经被测物体反射；

步骤3、被测物体反射后的第一光信号由接收主透镜汇聚至光接收管，然后经信号调理电路送往处理器处理得到被测物体的初次测量距离；

步骤4、处理器根据初次测量距离判定是否为近距离测量，若是近距离测量，处理器根据初次测量距离调节切换开关，使调制信号连接到移相器对应测量的移相通道上进行移相，然后激光驱动器接收移相后的调制信号并驱动阵列激光器产生具有角度偏转的第二光信号，第二光信号经被测物体反射，被测物体反射后的第二光信号由接收主透镜汇聚至光接收管，最后经信号调理电路送往处理器处理得到光路误差补偿后的被测物体距离。

进一步地，在所述步骤2中，默认的移相通道为直通，默认的移相通道的移相数值为零。

进一步地，在所述步骤4中，对应测量的移相通道的移相数值不为零。

进一步地，在所述步骤4中，近距离测量的判定为：处理器根据固定光路误差得到近端距离，并将近端距离作为启动近端光路补偿的阈值，当初次测量距离小于该阈值时，判定初次测量距离是近距离测量，当初次测量距离大于该阈值时，判定初次测量距离不是近距离测量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

针对传统旁轴式激光测距装置需要添辅助收光装置（副透镜或反射收光装置）矫正光路，引入的光机制造复杂、测量不准确等缺点，本发明提出了一种旁轴式激光测距装置及测距方法，无需添加副透镜或反射收光装置等辅助收光装置矫正光路，简化了光机结构和制造，降低成本；采用多路移相通道的方法改变测量光束方向，使得矫正光路可以灵活的根据需要进行调整，测量更准确；无需机械结构即可实现光路的矫正，稳定可靠。

附图说明

图1为本发明结构图。

其中，附图标记为：1-光接收管，2-信号调理电路，3-处理器，4-基准信号发生器，5-切换开关，6-移相器，7-激光驱动器，8-阵列激光器，61-移相通道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供的一种旁轴式激光测距装置，包括基准信号发生器4、切换开关5、移相器6、激光驱动器7、阵列激光器8、接收主透镜9、光接收管1、信号调理电路2和处理器3，所述处理器3分别连接基准信号发生器4和切换开关5，所述基准信号发生器4连接切换开关5，所述切换开关5连接移相器6，所述移相器6连接激光驱动器7，所述激光驱动器7连接阵列激光器8，阵列激光器8发射端口和光接收管1接收端口分别对准被测物体，所述接收主透镜9位于被测物体与光接收管1之间，所述光接收管1连接信号调理电路2，所述信号调理电路2接入至处理器3；所述移相器6有多个，移相器6数量与阵列激光器8发光点数量相同。移相器6与激光驱动器7连接，激光驱动器7与阵列激光器8连接，如此移相器6、激光驱动器7和阵列激光器8一一对应。

针对传统旁轴式激光测距装置需要添辅助收光装置副透镜或反射收光装置矫正光路，引入的光机制造复杂、测量不准确等缺点，本发明提出了一种旁轴式激光测距装置及测距方法，所述处理器3由切换开关5控制调制信号连接移相器6的不同移相通道61，从而改变阵列激光器8各发光点的发光相位，在近距离测量时对测量激光光束方向进行调整。本发明无需添加副透镜或反射收光装置等辅助收光装置矫正光路，简化了光机结构和制造，降低成本；采用多路移相通道的方法改变测量光束方向，使得矫正光路可以灵活的根据需要进行调整，测量更准确；无需机械结构即可实现光路的矫正，稳定可靠。

本发明所述激光驱动器7有多个，激光驱动器7数量与阵列激光器8发光点数量相同，每个激光驱动器7输出端连接到阵列激光器8的一个发光点，即激光驱动器7与阵列激光器8的发光点一一对应。多个发光点可发射出多条相同的光信号，保证经物体反射后可被接收的光量。

本发明所述移相器6有多路移相通道61，各移相通道61的输出端相连并接入激光驱动器7，移相器6具有多个输入端，移相器6输入端数量与移相通道61数量相同。移相器6内部移相通道的数量决定了最终测量光束（光信号）可能偏转方向的数量。并且所述移相器6的移相通道61的移相数值不同，从而改变阵列激光器8各发光点的发光相位。

本发明所述切换开关5有多个，切换开关5数量与移相器6数量相同，每个切换开关5连接到一个移相器6的一个移相通道。所述切换开关5在处理器3的控制下进行切换，切换开关5为单刀多掷开关。在一些实施例中，移相器6有两个移相通道，则切换开关5为单刀双掷开关；在一些实施例中，移相器6有三个移相通道，则切换开关5为单刀三掷开关。

一种旁轴式激光测距装置的测距方法，包括以下步骤：

步骤1、处理器3控制基准信号发生器4产生调制信号；

步骤2、处理器3控制切换开关5将调制信号输送至移相器6默认的移相通道，默认的移相通道为直通，默认的移相通道的移相数值为零，然后激光驱动器7接收调制信号并驱动阵列激光器8产生第一光信号，第一光信号经被测物体反射；

步骤3、被测物体反射后的第一光信号由接收主透镜9汇聚至光接收管1，然后经信号调理电路2送往处理器3处理得到被测物体的初次测量距离；

步骤4、处理器3根据初次测量距离判定是否为近距离测量，若是近距离测量，处理器3根据初次测量距离调节切换开关5，使调制信号连接到移相器6对应测量的移相通道上进行移相，然后激光驱动器7接收移相后的调制信号并驱动阵列激光器8产生具有角度偏转的第二光信号并经被测物体反射，被测物体反射后的第二光信号由接收主透镜9汇聚至光接收管1，最后经信号调理电路2送往处理器3处理得到被测物体的测量距离。经过光路补偿后的距离，其误差要远小于初次测量得到的距离。

所述近距离测量的判定为：处理器3根据固定光路误差得到近端距离，并将近端距离作为启动近端光路补偿的阈值，当初次测量距离小于该阈值时，判定初次测量距离是近距离测量，当初次测量距离大于该阈值时，判定初次测量距离不是近距离测量。

由于步骤4中对应的测量的移相通道具备一定移相，即移相数值不为零，经阵列激光器8上的各个发光点发出的第二光信号相位会根据移相器6的输出不同而有固定差值，使得出射的测量光束发生一定角度的偏转，以达到对近端光路进行调整的目的，以此去除了传统旁轴激光测距仪用于矫正光路的辅助收光装置。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种旁轴式激光测距装置，其特征在于，包括基准信号发生器（4）、切换开关（5）、移相器（6）、激光驱动器（7）、阵列激光器（8）、接收主透镜（9）、光接收管（1）、信号调理电路（2）和处理器（3），所述处理器（3）分别连接基准信号发生器（4）和切换开关（5），所述基准信号发生器（4）连接切换开关（5），所述切换开关（5）连接移相器（6），所述移相器（6）连接激光驱动器（7），所述激光驱动器（7）连接阵列激光器（8），阵列激光器（8）发射端口和光接收管（1）接收端口分别对准被测物体，所述接收主透镜（9）位于被测物体与光接收管（1）之间，所述光接收管（1）连接信号调理电路（2），所述信号调理电路（2）接入至处理器（3）；所述移相器（6）有多路移相通道（61），各移相通道（61）的输出端相连并接入激光驱动器（7），移相器（6）具有多个输入端，移相器（6）输入端数量与移相通道（61）数量相同。

2.根据权利要求1所述的一种旁轴式激光测距装置，其特征在于，所述激光驱动器（7）有多个，激光驱动器（7）数量与阵列激光器（8）发光点数量相同，每个激光驱动器（7）输出端连接到阵列激光器（8）的一个发光点。

3.根据权利要求1所述的一种旁轴式激光测距装置，其特征在于，所述移相器（6）有多个，移相器（6）数量与阵列激光器（8）发光点数量相同。

4.根据权利要求3所述的一种旁轴式激光测距装置，其特征在于，每个所述移相器（6）的移相通道的移相数值不同。

5.根据权利要求1所述的一种旁轴式激光测距装置，其特征在于，所述切换开关（5）有多个，所述移相器（6）有多个，切换开关（5）数量与移相器（6）数量相同，所述切换开关（5）和所述移相器（6）一一对应连接，每个切换开关（5）连接到一个移相器（6）的一个移相通道（61），所述切换开关（5）为单刀多掷开关。

6.一种旁轴式激光测距装置的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、处理器（3）控制基准信号发生器（4）产生调制信号；

步骤2、处理器（3）控制切换开关（5）将调制信号输送至移相器（6）默认的移相通道，然后激光驱动器（7）接收调制信号并驱动阵列激光器（8）产生第一光信号，第一光信号经被测物体反射；

步骤3、被测物体反射后的第一光信号由接收主透镜（9）汇聚至光接收管（1），然后经信号调理电路（2）送往处理器（3）处理得到被测物体的初次测量距离；

步骤4、处理器（3）根据初次测量距离判定是否为近距离测量，若是近距离测量，处理器（3）根据初次测量距离调节切换开关（5），使调制信号连接到移相器（6）对应测量的移相通道上进行移相，然后激光驱动器（7）接收移相后的调制信号并驱动阵列激光器（8）产生具有角度偏转的第二光信号，第二光信号经被测物体反射，被测物体反射后的第二光信号由接收主透镜（9）汇聚至光接收管（1），最后经信号调理电路（2）送往处理器（3）处理得到光路误差补偿后的被测物体距离。

7.根据权利要求6所述的一种旁轴式激光测距装置的测距方法，其特征在于，在所述步骤2中，默认的移相通道为直通，默认的移相通道的移相数值为零。

8.根据权利要求6所述的一种旁轴式激光测距装置的测距方法，其特征在于，在所述步骤4中，对应测量的移相通道的移相数值不为零。

9.根据权利要求6所述的一种旁轴式激光测距装置的测距方法，其特征在于，在所述步骤4中，近距离测量的判定为：处理器（3）根据固定光路误差得到近端距离，并将近端距离作为启动近端光路补偿的阈值，当初次测量距离小于该阈值时，判定初次测量距离是近距离测量，当初次测量距离大于该阈值时，判定初次测量距离不是近距离测量。

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