CN220855189U - 一种测距测角装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种测距测角装置。该装置包括激光发射部件和激光接收部件。激光发射部件包括激光器和激光复制组件。激光复制组件用于将激光器发射的单束第一激光复制为多束第二激光。激光接收部件包括光电探测器。光电探测器用于接收经由待测目标反射的多束第三激光，并将多束第三激光分别转换为相应的电信号。其中，电信号用于确定测距测角装置与待测目标之间的距离和/或空间角度。可以理解，该装置通过激光复制组件，能够将激光器发射的单束激光复制成多束激光。这些多束激光被发射到待测目标后，覆盖了待测目标表面的多个点位置。如此，基于这多个点的距离信息来确定测距测角装置与待测目标之间的距离，有利于提升测距的准确性。

Description

一种测距测角装置

技术领域

本实用新型涉及激光测距技术领域，具体而言，涉及一种测距测角装置。

背景技术

激光测距仪是利用激光对待测目标的距离进行准确测量的设备。在操作过程中，激光测距仪向待测目标发射细束激光，随后利用光电探测器接收待测目标反射回的激光，并通过计时器测量激光从发射到接收所需的时间，从而计算出激光测距仪与待测目标的距离。

现有技术中，激光测距仪通常采用单点式光源，仅能够获得待测目标表面上一个点的距离信息。而基于单一点的距离信息进行测距，难免会引发测量误差。因此，现有技术存在测距不准的问题。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种测距测角装置。

第一方面，本实用新型提供了一种测距测角装置。所述装置包括激光发射部件和激光接收部件；其中，

所述激光发射部件包括激光器和激光复制组件；所述激光复制组件用于将所述激光器发射的单束第一激光复制为多束第二激光；其中，所述多束第二激光被发射至待测目标；

所述激光接收部件包括光电探测器；所述光电探测器用于接收经由所述待测目标反射的多束第三激光，并将所述多束第三激光分别转换为相应的电信号；其中，所述电信号用于确定所述测距测角装置与所述待测目标之间的距离和/或空间角度。

在其中一个实施例中，所述激光复制组件为超透镜，所述超透镜是偏振无关型光学元件或偏振相关型光学元件。

在其中一个实施例中，当所述超透镜是偏振无关型光学元件时，所述激光发射部件还包括旋转组件，所述旋转组件与所述超透镜相连接。

在其中一个实施例中，所述超透镜包括衬底和设置于所述衬底表面的纳米结构，所述纳米结构与所述激光器相向设置；

所述旋转组件包括电机以及与所述电机相连接的传动构件；

所述传动构件与所述衬底相连接。

在其中一个实施例中，所述传动构件为齿轮。

在其中一个实施例中，当所述超透镜是偏振相关型光学元件时，所述激光发射部件(10)还包括起偏器；

所述起偏器设置于所述激光器(102)和所述超透镜之间。

在其中一个实施例中，所述激光发射部件(10)还包括旋转组件(106)，所述旋转组件(106)与所述起偏器相连接。

在其中一个实施例中，所述装置还包括倾角传感器，用于测量所述测距测角装置相对于水平面的空间角度。

在其中一个实施例中，所述激光发射部件还包括激光出射镜片，所述激光出射镜片与所述激光复制组件间隔设置，并设置于所述激光复制组件的出光侧。

在其中一个实施例中，所述激光接收部件还包括激光入射镜片，所述激光入射镜片与所述光电探测器间隔设置，并设置于所述光电探测器的入光侧。

上述测距测角装置中，通过激光发射部件内的激光复制组件，将单束激光复制为多束激光。这些多束激光经过待测目标反射，由光电探测器捕获，并随后转换成对应的电信号，以此来确定测距测角装置与待测目标之间的距离和/或空间角度。可以理解，该装置通过引入激光复制组件，能够将激光器发射的单束激光复制成多束激光。这些多束激光被发射到待测目标后，覆盖了待测目标表面的多个点位置。如此，基于这多个点的距离信息来确定测距测角装置与待测目标之间的距离，无疑会提升测距的准确性。此外，基于这多个点的距离信息，还可以确定测距测角装置与待测目标之间的空间角度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种测距测角装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的另一种测距测角装置的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的超透镜的调制相位测试时的光路图；

图4示出了图3测试时在观察面上的结果示意图；

图5示出了本实用新型实施例所提供的多束第二激光传输至观察面上的结果示意图。

具体实施方式

现将在下文中参照附图更全面地描述本实用新型，在附图中示出了各实施方式。然而，本实用新型可以以许多不同的方式实施，并且不应被解释为限于本实用新型阐述的实施方式。相反，这些实施方式被提供使得本实用新型将是详尽的和完整的，并且将向本领域技术人员全面传达本实用新型的范围。通篇相同的附图标记表示相同的部件。再者，在附图中，为了清楚地说明，部件的厚度、比率和尺寸被放大。

本实用新型使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而非旨在成为限制。除非上下文清楚地另有所指，否则如本实用新型使用的“一”、“一个”、“该”和“至少之一”并非表示对数量的限制，而是旨在包括单数和复数二者。例如，除非上下文清楚地另有所指，否则“一个部件”的含义与“至少一个部件”相同。“至少之一”不应被解释为限制于数量“一”。“或”意指“和/或”。术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或更多个的任何和全部组合。

除非另有限定，否则本实用新型使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本领域技术人员所通常理解的含义相同的含义。如共同使用的词典中限定的术语应被解释为具有与相关的技术上下文中的含义相同的含义，并且除非在说明书中明确限定，否则不在理想化的或者过于正式的意义上将这些术语解释为具有正式的含义。

“包括”或“包含”的含义指明了性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合，但是并未排除其他的性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在······下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向，例如旋转90度或者在其它方向，并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

本实用新型参照作为理想化的实施方式的截面图描述了实施方式。从而，预见到作为例如制造技术和/或公差的结果的、相对于图示的形状变化。因此，本实用新型描述的实施方式不应被解释为限于如本实用新型示出的区域的具体形状，而是应包括因例如制造导致的形状的偏差。例如，被示出或描述为平坦的区域可以典型地具有粗糙和/或非线性特征。而且，所示出的锐角可以被倒圆。因此，图中所示的区域在本质上是示意性的，并且它们的形状并非旨在示出区域的精确形状并且并非旨在限制权利要求的范围。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种测距测角装置。该测距测角装置包括激光发射部件10和激光接收部件20。

激光发射部件10包括激光器102和激光复制组件104。激光复制组件104用于将激光器102发射的单束第一激光复制为多束第二激光。其中，多束第二激光被发射至待测目标。

激光接收部件20包括光电探测器202。光电探测器202用于接收经由待测目标反射的多束第三激光，并将多束第三激光分别转换为相应的电信号。其中，电信号用于确定测距测角装置与待测目标之间的距离和/或空间角度。

具体而言，首先，针对于激光发射部件10，介绍其具体的结构信息，如下：

激光器102，用于在进行测距测角工作时，发射一束脉冲激光，即第一激光。该第一激光的持续时间通常很短。

可选地，激光器102可以选用固体激光器、气体激光器、半导体激光器或光纤激光器等等。

在一具体示例中，激光器102使用工作波长为1550nm的半导体激光器。当然，激光器102也可以使用其他工作波长的半导体激光器，例如通常情况下使用的工作波长为905nm的半导体激光器。工作波长为1550nm的半导体激光器相较于工作波长为905nm的半导体激光器而言，优势在于能在确保人眼安全的前提下以更高的发光功率工作，从而实现更长的探测距离。此外，工作波长为1550nm的半导体激光器的发散角更小，其光束的能量更加集中，从而能够对距离较远的较小平面进行测量。

激光复制组件104，设置于激光器102的出光侧，并与激光器102间隔设置，用于将单束第一激光复制为多束第二激光，并将该多束第二激光发射至待测目标。进一步地，激光复制组件104用于对单束第一激光进行准直和复制，形成多束第二激光。

其次，针对于激光接收部件20，介绍其具体的结构信息，如下：

光电探测器202，用于接收经由待测目标反射的多束第三激光，并将多束第三激光分别转换为相应的电信号。其中，多束第三激光可以是多束第二激光中的部分激光或全部激光。需要说明，部分激光表明多束第二激光发射至待测目标后，经由待测目标(漫)反射，有一部分第二激光被光电探测器202接收到，还有一部分第二激光未被光电探测器202接收。全部激光表明多束第二激光发射至待测目标后，经由待测目标(漫)反射，全部的第二激光都被光电探测器202接收到。光电探测器202接收到的激光称之为第三激光。

可选地，光电探测器202使用单光子雪崩二极管(Single photon avalanchediodes,SPADs)作为探测元件，对第三激光进行检测。单光子雪崩二极管具有单光子的探测能力，在入射光信号较微弱的情况下也能产生电信号，有助于区分不同光束中激光脉冲的功率峰值位置，进而计算不同激光光束对应的待测目标点与测距测角装置之间的距离。最终再经过计算分析后得到测距测角装置与待测目标之间的距离和/或空间角度。在一具体示例中，待测目标可以是待测平面。

上述测距测角装置中，通过激光发射部件10内的激光复制组件104，将单束激光复制为多束激光。这些多束激光经过待测目标反射，由光电探测器202捕获，并随后转换成对应的电信号，以此来确定测距测角装置与待测目标之间的距离和/或空间角度。可以理解，该装置通过引入激光复制组件104，能够将激光器102发射的单束激光复制成多束激光。这些多束激光被发射到待测目标后，覆盖了待测目标表面的多个点位置。如此，基于这多个点的距离信息来确定测距测角装置与待测目标之间的距离。此外，基于这多个点的距离信息，还可以确定测距测角装置与待测目标之间的空间角度。

在一个实施例中，激光复制组件104为超透镜，超透镜是偏振无关型光学元件或偏振相关型光学元件。偏振无关型光学元件包括纳米圆柱、纳米方柱和纳米十字柱中的一种或多种。偏振相关型光学元件包括纳米鳍和/或纳米椭圆柱。

如前所述，在超透镜是偏振无关型光学元件的情况下，以下将详细介绍激光发射部件10的具体结构。

超透镜包括衬底1044和设置于衬底1044表面的纳米结构1042。该纳米结构1042与激光器102相向设置。其中，

衬底1044，若激光器102使用工作波长为1550nm的半导体激光器，为保证该激光器的光束具有高透过率，衬底1044的材料可以选用二氧化硅。

纳米结构1042，由周期性排列的不同几何尺寸的纳米柱结构组成。纳米结构1042的材料可以采用单晶硅材料。以圆柱形纳米柱为例，随着纳米柱半径的变化，纳米柱对入射激光的调制相位大小也会随之发生变化。如此可将设计的光束准直相位和光束复制相位叠加后，与相应位置不同半径的纳米柱相匹配，从而实现对相应位置出射激光的相位调制作用，进而实现光束的准直与光束的复制效果。

进一步地，在一个实施例中，激光发射部件10还包括旋转组件106。该旋转组件106与超透镜相连接，用于驱动超透镜旋转。可选地，超透镜可以旋转0～180度。

在一具体示例中，旋转组件106包括电机以及与电机相连接的传动构件。该传动构件与超透镜的衬底1044相连接。传动构件例如可以为齿轮。

具体而言，当电机接收到控制信号后，开始旋转一定角度，并带动齿轮与超透镜的衬底1044一同旋转，从而达到驱动超透镜的纳米结构1042旋转一定角度的目的。

如前所述，在超透镜是偏振相关型光学元件的情况下，以下将介绍激光发射部件10的具体结构。

当超透镜是偏振相关型光学元件时，激光发射部件(10)还包括起偏器。起偏器设置于激光器(102)和超透镜之间。

具体而言，当入射激光的偏振方向与超透镜的设计方向相同时，超透镜能够产生相应方向的光束复制效果。

进一步地，激光发射部件(10)还包括旋转组件(106)，旋转组件(106)与起偏器相连接，用于驱动起偏器旋转。在一示例中，旋转组件106包括电机以及与电机相连接的传动构件。该传动构件与起偏器相连接。传动构件例如可以为齿轮。当电机接收到控制信号后，开始旋转一定角度，并带动齿轮与起偏器一同旋转，从而达到驱动起偏器旋转一定角度的目的。

具体而言，使用偏振相关型光学元件对x偏振与y偏振方向的激光光线产生相互垂直的光束复制的分布，从而实现将超透镜固定，仅旋转光路中的起偏器(如偏振片)实现水平方向与竖直方向光束复制的效果，从而计算测距测角装置与待测目标之间的距离和空间角度。

在一个实施例中，激光发射部件10还包括激光出射镜片108。激光出射镜片108与激光复制组件104间隔设置，并设置于激光复制组件104的出光侧。

具体而言，在测距测角装置工作时，激光器102发射一束持续时间很短的第一激光，经由激光复制组件104将该束第一激光准直与复制后，多束第二激光透过激光出射镜片108传输至外界环境中。再经过一段待测距离后，复制后的多束第二激光传输至待测目标的相应位置上，并被待测目标上相应的点反射。

可选地，激光出射镜片108，可以由二氧化硅材料构成。这样能够保证对工作波长为1550nm的激光光束的高透过率。同时因二氧化硅的硬度较高，所以能起到保护超透镜及内部的电子元件的功能。

在一个实施例中，激光接收部件20还包括激光入射镜片204。激光入射镜片204与光电探测器202间隔设置，并设置于光电探测器202的入光侧。

具体而言，在测距测角装置工作时，经由待测目标反射的多束激光，先经过激光入射镜片204后，传输至光电探测器202的探测元件上，光电探测器202将光信号转换为电信号。

可选地，激光入射镜片204，可以由二氧化硅材料构成。这样能够保证对工作波长为1550nm的激光光束的高透过率。同时因二氧化硅的硬度较高，所以能起到保护超透镜及内部的电子元件的功能。

在一个实施例中，该测距测角装置还包括倾角传感器304、显示部件306和处理器302(例如微处理器)。倾角传感器304、显示部件306分别与处理器302电连接。

具体而言，倾角传感器304，能够以重力加速度的方向为依据，测量测距测角装置的横截面(可以是与超透镜相平行的平面)与重力加速度的夹角。由于重力加速度的方向与水平面相垂直，因此也可为该测距测角装置提供水平面为基准面。以水平面为基准，获得待测目标相对水平面的空间角度。

处理器302，作为测距测角装置的控制中心，能够向激光器102、显示部件306等执行器发送指令，使其按照预设的参数工作，也可接收并处理倾角传感器304与光电探测器202发送过来的电信号。在测距测角装置进行测距测角工作时，根据操作人员的输入与预设的程序，首先向超透镜的旋转组件106发送旋转一定角度的信号，之后启动激光器102并发射第一激光脉冲，与此同时处理器302中的计时单元开始计时，并启动光电探测器202。在光电探测器202接收到返回的第三激光脉冲后，将接收到的多束第三激光脉冲的功率信息以电信号的形式传输给处理器302。处理器302通过与计时单元的计时结果进行对比，得到不同激光经过相应的路程所花费的时间长度，从而计算得到不同激光对应的路程长度。再通过对不同激光对应的路程长度的进一步分析与计算，可知待测目标相对测距测角装置的空间角度。

显示部件306，经过分析计算得到测距与测角结果后，需要将距离及角度数据显示出来，供操作人员读取。显示装置能够通过液晶显示器(Liquid crystal display,LCD)屏幕将目前的测距测角装置与待测目标之间的距离与角度信息显示出来，也可显示该测量结果使用的参考平面是水平面或测距测角装置的横截面。

在一个实施例中，该测距测角装置还包括电池、导线等。电池为测距测角装置中的电驱动元件提供电能，从而驱动这些元件完成相应的功能。此外，这些电驱动的元件通过导线相互连接，完成电信号的传输及供能的功能。

综上可知，以待测目标为待测平面为例，在测距测角装置进行工作时，光电探测器202将电信号传输至处理器302中进行分析，结合处理器302中的时钟计时信息，能够得到不同激光经过相应的路程所花费的时间长度，从而计算得到不同激光对应的路程长度。再通过对不同激光对应的路程长度的进一步分析与计算，以该测距测角装置的横截面为参照平面，可知待测平面相对测距测角装置的空间角度。结合倾角传感器304探测到的该测距测角装置相对水平面的空间角度，可知待测平面相对水平面的空间角度。此外，以待测平面相对测距测角装置的空间角度为参考，可知测距测角装置的横截面与待测平面是否相互平行，从而调整测距测角装置的空间角度，使得测距测角装置的横截面与待测平面相互平行。此时测距测量得到的长度为与两平面都垂直的线段的长度，如此测距的结果更加精准。

在一个实施例中，详细介绍超透镜的具体设计过程，包括如下所述(一)－(四)。

超透镜的设计思路：为了能够实现对激光器102发出的第一激光的准直与光束复制的功能，在该超透镜的相位设计中，需要设计准直相位和光束复制相位。将这两个相位设计完成后，再将这两个相位相叠加，构成超透镜的调制相位。

(一)准直相位的设计

(二)光束复制相位的设计

(三)光束复制相位的目标图像设计

(四)超透镜调制相位的计算与测试

将准直相位与光束复制相位相叠加，构成超透镜的调制相位，即完成了调制相位的计算。将该调制相位与超透镜中相应半径的纳米结构相匹配后，第一激光穿过该超透镜后，调制相位被叠加到相应相位超透镜位置的光束上，从而调制该光束的相位。通过瑞利索莫菲衍射公式可计算这些光束传输到观察面上的结果，即进行该调制相位的测试。以N＝3为例，超透镜的调制相位测试时的光路图如图3所示，在观察面上的结果示意图如图4所示。由图4可见，在观察面上能够观察到三个复制后的第二激光形成的光斑，其中相邻光斑之间的距离相同。

在一个实施例中，涉及计算测距测角装置与待测目标之间的距离和空间角度的具体过程。在上述实施例的基础上，该过程包括：

在完成激光脉冲光束的发射与接收后，通过处理器302中的计时单元，再结合光电探测器202接收到的光束功率随时间的分布，可得知几束激光脉冲从发射到接收之间的时间差。以光束复制数为三为例(在实际应用中可增加激光光束复制的数量，从而实现精度更高的测距测角工作)，可知这三束激光脉冲从发射至接收的时间长度分别为t₁、t₂和t₃。根据光速为c(c＝3×10⁸m/s)，这三束激光脉冲从发射至接收通过的路程分别为：

d₁＝c×t₁

d₂＝c×t₂

d₃＝c×t₃

由于激光出射镜片108与激光入射镜片204的距离很近，因此这几束光束从激光器102至待测目标的传输路程与从待测目标反射回来至光电探测器202的路程几乎相等。因此这三束激光脉冲从待测目标反射到光电探测器202的路程分别为：

根据第一束与第二束激光光束从待测目标至光电探测器202的路程D₁与D₂，能够计算出这两束激光光束在待测目标上发生反射的位置的连线相对测距测角装置的横截面的角度α₁：

同理可根据第二束与第三束激光光束从待测目标至光电探测器202的路程D₂与D₃，计算出这两束激光光束在待测目标上发生反射的位置的连线相对测距测角装置的横截面的角度α₂：

其中β为前述计算的第二激光的衍射角。如果待测目标的表面为平滑的平面，tan(α₁)的值应与tan(α₂)相同，并由此可计算出α₁与α₂的值：

当α₁与α₂的值不相等时，待测目标的表面为不平滑的平面，则显示部件306中会显示α₁与α₂的值，并提示该待测目标的表面为不平滑的平面。当α₁与α₂的值相等时，该待测目标的表面为平滑的平面，则在这三束激光光束确定的竖直平面上，待测目标相对测距测角装置的横截面的角度为α₁。将超透镜旋转90°后，得到水平方向上的三束激光，之后再次进行测距测角工作，可知在上述的三束激光光束确定的水平平面上，待测目标相对测距测角装置横截面的角度γ。根据这两个平面上待测目标相对测距测角装置横截面的角度α₁与γ，可得到以该测距测角装置的横截面为参照平面时，待测目标相对测距测角装置的空间角度。通过与倾角传感器304提供的水平基准面对比，可知待测目标相对水平面的空间角度。当待测目标相对测距测角装置的空间角度为0°时，即α₁与γ均为0°时，待测目标的表面与测距测角装置的横截面相互平行，测量得到的长度D₂为与两平面都垂直的线段的长度，即测距测角装置与待测目标之间的距离。

可以理解，本实用新型提供的实施例，基于多个点的距离信息的差异，能够确定测距测角装置与待测目标表面之间的空间角度，从而根据该空间角度判断测距测角装置是否与待测目标表面平行。当待测目标表面相对测距测角装置的空间角度为0°时，待测平面与测距测角装置的横截面相互平行，这样使得测距的结果更加精准。

下面以一具体示例详细介绍测距测角装置的设计及工作过程，包括如下所述的1-2。

1、超透镜的设计：

1.1 准直相位的设计

1.2 光束复制相位的设计

1.3光束复制超透镜调制相位的计算与测试：

将准直相位与光束复制相位相叠加，构成光束复制超透镜的调制相位，即完成了调制相位的计算。将该调制相位与超透镜中相应半径的纳米结构1042相匹配后，第一激光穿过该超透镜后，调制相位被叠加到通过超透镜相应相位位置的光束上，从而调制该光束的相位。通过瑞利索莫菲衍射公式可计算这些光束传输到观察面上的结果如图5所示。

2、距离与角度的测量计算

角度的测量计算：

当t₁＝6.6666×10^-9s，t₂＝7.5814×10^-9s，t₃＝1.0214×10^-8s。

此时，

d₁＝c×t₁＝1.9998m

d₂＝c×t₂＝2.2744m

d₃＝c×t₃＝3.0642m

这三束激光脉冲从待测目标反射到光电探测器202的路程分别为：

根据第一束与第二束激光光束从待测目标至光电探测器202的路程D₁与D₂，能够计算出这两束激光光束在待测目标上发生反射的位置的连线相对测距测角装置横截面的角度α₁；根据第二束与第三束激光光束从待测目标至光电探测器202的路程D₂与D₃，能够计算出这两束激光光束在待测目标上发生反射的位置的连线相对测距测角装置横截面的角度α₂：

由α₁与α₂相等可知，待测目标为平滑的平面，且在竖直的方向上该平面与测距测角装置横截面之间的角度为30°。由于该角度不为0°，因此待测目标的表面与测距测角装置的横截面不相互平行，此时测得的距离数据不准确，应调整测距测角装置的空间角度后再对距离数据进行测量。

角度与距离的测量计算：

当t₁＝1.0874×10^-8s，t₂＝1.0218×10^-8s，t₃＝1.0874×10^-8s。

此时，

d₁＝c×t₁＝3.2622m

d₂＝c×t₂＝3.0654m

d₃＝c×t₃＝3.2622m

这三束激光脉冲从待测目标反射到光电探测器202的路程分别为：

根据第一束与第二束激光光束从待测目标至光电探测器202的路程D₁与D₂，能够计算出这两束激光光束在待测目标上发生反射的位置的连线相对测距测角装置横截面的角度α₁；根据第二束与第三束激光光束从待测目标至光电探测器202的路程D₂与D₃，能够计算出这两束激光光束在待测目标上发生反射的位置的连线相对测距测角装置横截面的角度α₂：

由α₁与α₂相等可知，待测目标为平滑的平面，且在竖直的方向上该平面与测距测角装置横截面之间的角度为0°。此时，将超透镜旋转90°后，通过与上述流程相同的方法，能够计算出在水平的方向上该平面与测距测角装置横截面之间的角度为0°。由于在竖直方向与水平方向上，该平面与测距测角装置之间的角度均为0°，因此待测目标的表面与测距测角装置的横截面相互平行，此时待测表面与测距测角装置之间的准确距离为D₂的数值，即1.5327m。

本实用新型提供的以上实施例，可以实现如下一种或几种技术效果：

1)将一束激光利用超透镜复制为多束，多束激光脉冲对待测目标不同位置与测距测角装置的直线距离进行测量。通过分析各个激光光束的路程差异，可计算出待测目标在光束复制的平面上相对测距测角装置横截面的角度。从而在测量直线距离的同时，测量待测目标相对测距测角装置的在一个方向上的角度；

2)完成一个方向上相对角度的计算后，以该测距测角装置内置的倾角传感器为基准(即以水平面为基准)，可知待测目标相对水平面在一个方向上的角度；

3)使用可旋转式超透镜，能够将光束复制的平面旋转任意角度，即对待测目标在该角度的平面上的相对角度进行测量，从而实现对待测目标的低成本空间角度探测；

4)完成相对空间角度的计算后，以该测距测角装置的横截面为参照平面，可知待测目标相对测距测角装置的空间角度。该空间角度为操作人员提供参考，从而调整测距测角装置的横截面与待测目标的空间角度。当待测目标相对测距测角装置的空间角度为0°时，待测目标的表面与测距测角装置的横截面相互平行，测量得到的长度为与两平面都垂直的线段的长度，这样使得测距结果更加精准；

5)本测距测角装置相比于传统的激光测距仪，仅增加了超透镜及驱动超透镜旋转的旋转组件，因此具有结构简单、成本低、稳定性高(仅使用一颗激光器以及驱动超透镜旋转的简单机械结构有助于提高稳定性)的特点。

同理可对另一个方向上的γ的角度进行测量，根据这两个平面上待测目标相对测距测角装置横截面的角度α₁与γ，以该测距测角装置的横截面为参照平面，可知待测目标相对测距测角装置的空间角度。通过与倾角传感器304提供的水平基准面对比，可知待测目标相对水平面的空间角度。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种测距测角装置，其特征在于，所述测距测角装置包括激光发射部件(10)和激光接收部件(20)；其中，

所述激光发射部件(10)包括激光器(102)和激光复制组件(104)；所述激光复制组件(104)用于将所述激光器(102)发射的单束第一激光复制为多束第二激光；其中，所述多束第二激光被发射至待测目标；

所述激光接收部件(20)包括光电探测器(202)；所述光电探测器(202)用于接收经由所述待测目标反射的多束第三激光，并将所述多束第三激光分别转换为相应的电信号；其中，所述电信号用于确定所述测距测角装置与所述待测目标之间的距离和/或空间角度。

2.根据权利要求1所述的测距测角装置，其特征在于，所述激光复制组件(104)为超透镜，所述超透镜是偏振无关型光学元件或偏振相关型光学元件。

3.根据权利要求2所述的测距测角装置，其特征在于，当所述超透镜是偏振无关型光学元件时，所述激光发射部件(10)还包括旋转组件(106)，所述旋转组件(106)与所述超透镜相连接。

4.根据权利要求3所述的测距测角装置，其特征在于，所述超透镜包括衬底(1044)和设置于所述衬底(1044)表面的纳米结构(1042)，所述纳米结构(1042)与所述激光器(102)相向设置；

所述旋转组件(106)包括电机以及与所述电机相连接的传动构件；

所述传动构件与所述衬底(1044)相连接。

5.根据权利要求4所述的测距测角装置，其特征在于，所述传动构件为齿轮。

6.根据权利要求2所述的测距测角装置，其特征在于，当所述超透镜是偏振相关型光学元件时，所述激光发射部件(10)还包括起偏器；

所述起偏器设置于所述激光器(102)和所述超透镜之间。

7.根据权利要求6所述的测距测角装置，其特征在于，所述激光发射部件(10)还包括旋转组件(106)，所述旋转组件(106)与所述起偏器相连接。

8.根据权利要求1-7任一所述的测距测角装置，其特征在于，所述测距测角装置还包括倾角传感器(304)，用于测量所述测距测角装置相对于水平面的空间角度。

9.根据权利要求1-7任一所述的测距测角装置，其特征在于，所述激光发射部件(10)还包括激光出射镜片(108)，所述激光出射镜片(108)与所述激光复制组件(104)间隔设置，并设置于所述激光复制组件(104)的出光侧。

10.根据权利要求1-7任一所述的测距测角装置，其特征在于，所述激光接收部件(20)还包括激光入射镜片(204)，所述激光入射镜片(204)与所述光电探测器(202)间隔设置，并设置于所述光电探测器(202)的入光侧。