FR2938659A3 - Dispositif de mesure de distance par laser - Google Patents

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Abstract

Dispositif de mesure de distance par laser comprenant une partie d'émission (20') ayant un dispositif générateur de laser d'une première largeur de bande spectrale disposée sur un trajet optique d'émission (20) et une lentille de collimation (22). La partie d'émission (20') comporte un filtre optique d'une deuxième largeur de bande spectrale inférieure à la première largeur de bande spectrale. Le dispositif de mesure de distance par laser comporte également une partie de réception (30') ayant un dispositif de réception et de conversion photoélectrique (31) pour recevoir le faisceau de mesure réfléchi par l'objet devant être mesuré et le convertir en signal électrique. Avec le filtre optique, la majorité des parties inutiles du faisceau laser émis par le laser est filtrée de telle sorte que la proportion utile du faisceau de mesure du faisceau laser est améliorée et la capacité de portée du dispositif de mesure de distance par laser dans un environnement brillant ou de forte luminosité est augmentée.

Description

1 DISPOSITIF DE MESURE DE DISTANCE PAR LASER
La présente invention concerne un dispositif de mesure de distance par laser, et plus particulièrement un dispositif portatif de mesure de distance par laser. Les dispositifs de mesure de distance par laser sont largement utilisés dans la construction, la décoration intérieure et d'autres domaines, grâce à leur grande précision de mesure. Ils présentent une plage de mesure allant jusqu'à des dizaines de mètres et sont généralement conçus pour être des dispositifs portatifs. Les principes de mesure généraux sont les suivants : un émetteur émet un faisceau de mesure modulé en intensité vers un objet devant être mesuré ; le faisceau de mesure est réfléchi ou diffusé par l'objet et est capté par un récepteur photoélectrique et la distance depuis l'objet devant être mesuré est déterminée sur la base de la position de phase du faisceau de mesure modulé par rapport à l'émetteur. Dans l'art antérieur, un dispositif de filtre avec une largeur de bande prédéterminée est généralement disposé en face du récepteur photoélectrique. Le faisceau de mesure modulé émis par l'émetteur a une largeur de bande inférieure à la largeur de bande du dispositif de filtre de telle sorte qu'à la fois le faisceau de mesure réfléchi par l'objet et de la lumière parasite, ou du bruit, à l'intérieur de la largeur de bande du filtre sont reçus par le récepteur photoélectrique, alors que la majeure partie de la lumière parasite est filtrée par le dispositif de filtre. Cependant, quand elle est utilisée dans un environnement extérieur de forte luminosité, l'intensité de la lumière parasite dans l'arrière-plan augmente. Par conséquent, la lumière parasite reçue par le récepteur photoélectrique augmente et le rapport signal sur bruit (le rapport des signaux du faisceau de mesure réfléchi reçus par le récepteur photoélectrique sur les signaux de lumière parasite reçus par le récepteur photoélectrique) diminue, ce qui entraîne la réduction de la capacité de portée et de la distance de mesure efficace du dispositif de mesure de distance par laser en comparaison avec les capacités de mesure en intérieur. Pour améliorer la capacité de portée du dispositif de mesure de distance par laser dans un environnement brillant ou par forte luminosité, la largeur de bande du dispositif de filtre peut être rétrécie pour filtrer davantage des signaux de bruit (c'est-à-dire les signaux de lumière parasite), cependant, des parties utiles supplémentaires du signal du faisceau de mesure sont également être filtrées si la largeur de bande du dispositif de filtre est rétrécie. Par conséquent, quand la partie utile du signal du faisceau de mesure reçu par le récepteur photoélectrique est réduite avec le bruit, le rapport signal sur bruit n'est pas amélioré efficacement. En outre, pour des raisons de sécurité, une limite est fixée pour la puissance d'émission du dispositif de mesure de distance par laser. Actuellement, la limite supérieure de la puissance maximale est de 1 mW. Par conséquent, la capacité de portée du dispositif de mesure de distance par laser ne peut pas être améliorée en augmentant arbitrairement la puissance d'émission de l'émetteur. Pour surmonter les problèmes expliqués ci-dessus, la présente invention concerne un dispositif de mesure de distance par laser ayant un rapport signal sur bruit plus élevé, et en particulier, un dispositif de mesure de distance par laser avec une capacité de portée améliorée dans un environnement brillant ou de forte luminosité. La présente invention concerne un dispositif de mesure de distance par laser ayant une partie d'émission disposée sur un trajet optique d'émission qui émet un faisceau de mesure vers un objet devant être mesuré. La partie d'émission comprend un dispositif générateur de laser pour émettre un faisceau laser avec une première largeur de bande spectrale en utilisant une lentille de collimation. La partie d'émission comporte également un filtre optique avec une deuxième largeur de bande spectrale inférieure à la première largeur de bande spectrale. Le dispositif de mesure de distance par laser comprend en outre une partie de réception disposée sur un trajet optique de réception. La partie de réception comprend un objet de réception et un dispositif de réception et de conversion photoélectrique qui reçoit le faisceau de mesure réfléchi par l'objet devant être mesuré et le convertit en signal électrique. Dans l'art antérieur, aucun élément de filtre optique n'est disposé sur le trajet optique d'émission du dispositif de mesure de distance par laser. De même, dans l'art antérieur, la puissance effective du faisceau de mesure est seulement une partie de la puissance totale du faisceau laser émis depuis le dispositif générateur de laser. Par conséquent, dans l'art antérieur, la puissance effective du faisceau de mesure est significativement inférieure à la limite supérieure de la puissance maximale autorisée. En comparaison avec le dispositif de mesure de distance par laser sans élément de filtre optique sur le trajet optique d'émission, le dispositif de mesure de distance par laser décrit dans la présente invention comporte un filtre optique ayant une largeur de bande spectrale inférieure à la largeur de bande spectrale du faisceau laser. Cela permet aux parties non nécessaires du faisceau laser émis depuis le dispositif générateur de laser d'être filtrées par le filtre optique. Par conséquent, la proportion du faisceau de mesure utile du faisceau laser émis depuis le dispositif générateur de laser peut être améliorée à l'intérieur des limites de la puissance maximale d'émission autorisée par les réglementations de sécurité, et la puissance des parties utiles du faisceau de mesure émis depuis le filtre optique peut être proche de ou égale à la limite supérieure de la puissance maximale autorisée par les réglementations de sécurité. Par conséquent, le rapport signal sur bruit est amélioré et la capacité de portée du dispositif de mesure de distance par laser dans un environnement brillant ou de forte luminosité est améliorée. Le premier filtre optique peut être un filtre optique à bande étroite. Le premier filtre optique peut être disposé entre le dispositif générateur de laser et la lentille de collimation. Le premier filtre optique peut être contenu à l'intérieur du dispositif 15 générateur de laser. Le premier filtre optique peut être disposé sur un côté de la lentille de collimation éloigné du dispositif générateur de laser. Le premier filtre optique peut être un film optique ayant une fonction de filtre. Le film optique peut être recouvert sur au moins un côté de la lentille de 20 collimation. La partie de réception peut également comprendre un deuxième filtre optique. Le deuxième filtre optique et le premier filtre optique peuvent avoir des caractéristiques similaires de filtre. Le deuxième filtre optique et le premier filtre optique peuvent avoir des 25 caractéristiques similaires de dérive de température. Le deuxième filtre optique peut avoir une troisième largeur de bande spectrale inférieure à ladite première largeur de bande spectrale. La troisième largeur de bande spectrale peut être inférieure ou égale à la deuxième largeur de bande spectrale. 30 Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de mesure de distance par laser, comprenant : une partie d'émission disposée sur un trajet optique d'émission qui émet un faisceau de mesure vers un objet devant être mesuré, comprenant : - un dispositif générateur de laser pour émettre un faisceau laser ayant une première largeur de bande spectrale ; et - une lentille de collimation; une partie de réception disposée sur un trajet optique de réception, ladite partie de 5 réception comprenant : - un objet de réception ; et - un dispositif de réception et de conversion photoélectrique pour recevoir le faisceau de mesure réfléchi par l'objet devant être mesuré et le convertir en un signal électrique ; 10 dans lequel ladite partie d'émission comprend en outre un premier filtre optique ayant une deuxième largeur de bande spectrale inférieure à ladite première largeur de bande spectrale et la partie de réception comprend en outre un deuxième filtre optique. La figure 1 illustre schématiquement un trajet optique d'une mesure de 15 distance d'un dispositif de mesure de distance par laser selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. La figure 2 est un schéma d'une largeur de bande spectrale d'un filtre optique à bande étroite sur un trajet optique d'émission et une largeur de bande spectrale d'un faisceau laser selon la figure 1. 20 En référence à la figure 1, un dispositif de mesure de distance par laser d'un mode de réalisation préféré de la présente invention comprend une partie d'émission 20' disposée sur un trajet optique d'émission 20 et une partie de réception 30' disposée sur un trajet optique de réception 30. La partie d'émission 20' comprend un émetteur laser 21, un groupe de lentilles de collimation 22 et un premier filtre 25 optique à bande étroite 23. La partie de réception 30' comprend un dispositif de réception et de conversion photoélectrique 31, un deuxième filtre optique à bande étroite 32 et une lentille convergente 33. L'émetteur laser 21 émet un faisceau laser 24. Le faisceau laser 24 est collimé en un faisceau laser collimé par le groupe de lentilles de collimation 22. Le faisceau laser collimé est ensuite filtré en utilisant le 30 premier filtre optique à bande étroite 23, et un faisceau laser de mesure 24' est produit et émis depuis le dispositif de mesure de distance par laser. Le faisceau laser de mesure 24' est réfléchi ou diffusé par un objet 40 devant être mesuré. La lentille convergente 33 utilisée comme un objectif de réception fait converger un faisceau laser réfléchi 24", lequel faisceau laser réfléchi 24" est filtré par le deuxième filtre optique à bande étroite 32 disposé entre le dispositif de réception et de conversion photoélectrique 31 et la lentille convergente 33. Le faisceau laser réfléchi 24" est reçu par le dispositif de réception et de conversion photoélectrique 31 et est converti en signaux électriques correspondants. Les signaux électriques contenant les informations de mesure de distance sont transmis à un processeur de signal (non présenté sur la figure), et la distance entre le dispositif de mesure de distance par laser et l'objet 40 est calculée par le processeur de signal en utilisant les signaux électriques.
En référence à la figure 2, le premier filtre optique à bande étroite 23 disposé dans le trajet optique d'émission 20 a une largeur de bande spectrale inférieure à une largeur de bande spectrale du faisceau laser 24. Elle filtre la partie du faisceau laser 24 à l'extérieur de la largeur de bande du premier filtre optique à bande étroite 23 une fois que le faisceau laser 24 a traversé le premier filtre optique à bande étroite 23. La puissance d'émission du laser du dispositif de mesure de distance par laser est la puissance d'émission du faisceau laser de mesure 24'. La puissance du faisceau laser à l'intérieur de la largeur de bande du premier filtre optique à bande étroite 23 (c'est-à-dire la puissance du faisceau laser de mesure 24') peut être améliorée en ajustant la puissance d'émission de l'émetteur laser 21, de telle sorte que l'intensité des signaux laser effectifs soit améliorée autant que possible selon la considération que la puissance d'émission du faisceau laser de mesure 24' ne dépasse pas une limite supérieure de la puissance maximale prescrite par les réglementations de sécurité. Quand la puissance du faisceau laser avec la largeur de bande du premier filtre optique à bande étroite 23 est améliorée, le rapport signal sur bruit est également amélioré. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le deuxième filtre optique à bande étroite 32 est disposé sur le trajet optique de réception 30 et est utilisé pour filtrer les signaux de lumière parasite dans l'environnement de mesure, de telle sorte que les signaux de lumière parasite à l'extérieur de la largeur de bande du deuxième filtre optique à bande étroite 32 soient filtrés. Etant donné la distance de mesure accrue de la présente invention, l'intensité du faisceau laser réfléchi est affaiblie de manière exponentielle. Pour améliorer le rapport signal sur bruit des signaux électriques reçus par le dispositif de réception et de conversion photoélectrique 31 et améliorer la distance maximale de mesure en même temps, la perte d'énergie du faisceau laser réfléchi 24" doit être réduite autant que possible. De préférence, la largeur de bande du deuxième filtre optique à bande étroite 32 est fixée pour être égale à la largeur de bande du premier filtre optique à bande étroite 23.
Dans d'autres modes de réalisation, la largeur de bande du deuxième filtre optique à bande étroite 32 peut être fixée pour être plus étroite ou plus large que la largeur de bande du premier filtre optique à bande étroite 23. Si la largeur de bande du deuxième filtre optique à bande étroite 32 est inférieure à la largeur de bande du premier filtre optique à bande étroite 23, pour filtrer les signaux de lumière parasite plus efficacement, la capacité de portée du dispositif de mesure de distance par laser dans l'environnement brillant ou de forte luminosité est améliorée. Cependant, étant donné qu'une partie du faisceau laser réfléchi 24" est également filtrée, la distance maximale de mesure est réduite en comparaison avec le mode de réalisation préféré. Le deuxième filtre optique à bande étroite 32 est constitué sensiblement du même matériau que le premier filtre optique à bande étroite 23, et ils ont des caractéristiques similaires de filtre et des caractéristiques similaires de dérive de température. L'homme du métier comprendra facilement qu'une lentille de collimation avec une fonction de filtre peut être disposée directement en face de l'émetteur laser 21, de telle sorte que la fixation du premier filtre optique à bande étroite 23 soit retirée. Par exemple, une lentille de collimation avec une fonction de filtre peut être obtenue en recouvrant le groupe de lentilles de collimation 22 susmentionné avec une couche de film optique ayant une fonction de filtre. De la même façon, le deuxième filtre optique à bande étroite 32 disposé sur le trajet optique de réception 30 peut également être retiré en utilisant une lentille convergente ayant une fonction de filtre pour remplacer la lentille convergente ordinaire d'origine. L'homme du métier peut comprendre que le premier filtre optique à bande étroite 23 peut être contenu à l'intérieur de l'émetteur laser 21 et le deuxième filtre optique à bande étroite 32 être contenu à l'intérieur du dispositif de réception et de conversion photoélectrique 31. De même, l'homme du métier peut comprendre que le premier filtre optique à bande étroite 23 ou le film optique ayant une fonction de filtre sur le trajet optique d'émission 20 peut être disposé entre l'émetteur laser 21 et le groupe de lentilles de collimation 22 et peut également être situé sur un côté du groupe de lentilles de collimation 22 éloigné de l'émetteur laser 21. Seuls les trajets optiques de la mesure de distance du dispositif de mesure de distance par laser sont décrits ci-dessus. Les structures mécaniques connexes et les parties de circuit de traitement du signal sont décrites dans l'art antérieur et sont connues de l'homme du métier et ne sont pas décrites ici. Les modes de réalisation préférés décrits ci-dessus sont conçus pour éclairer le principe de la présente invention, et pas pour limiter sa portée. L'homme du métier comprendra facilement que de nombreuses autres modifications et variantes de ces modes de réalisation préférés apparaîtront et peuvent être réalisées.

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de distance par laser, comprenant : une partie d'émission (20') disposée sur un trajet optique d'émission (20) qui émet un faisceau de mesure vers un objet devant être mesuré, comprenant : - un dispositif générateur de laser pour émettre un faisceau laser ayant une première largeur de bande spectrale ; et - une lentille de collimation (22) ; une partie de réception (30') disposée sur un trajet optique de réception (30), ladite partie de réception (30') comprenant : - un objet de réception ; et - un dispositif de réception et de conversion photoélectrique (31) pour recevoir le faisceau de mesure réfléchi par l'objet devant être mesuré et le convertir dans un signal électrique ; dans lequel ladite partie d'émission (20') comprend en outre un premier filtre optique (23) ayant une deuxième largeur de bande spectrale inférieure à ladite première largeur de bande spectrale.
  2. 2. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 1, dans lequel le premier filtre optique (23) est un filtre optique à bande étroite.
  3. 3. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 1, dans lequel le premier filtre optique (23) est disposé entre le dispositif générateur de laser et la lentille de collimation (22).
  4. 4. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 1, dans lequel le premier filtre optique (23) est contenu à l'intérieur du dispositif générateur de laser.
  5. 5. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 1, dans lequel le premier filtre optique (23) est disposé sur un côté de la lentille de collimation (22) éloigné du dispositif générateur de laser.30
  6. 6. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 1, dans lequel le premier filtre optique (23) est un film optique ayant une fonction de filtre.
  7. 7. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 6, dans lequel le 5 film optique est recouvert sur au moins un côté de la lentille de collimation (22).
  8. 8. Dispositif de mesure de distance par laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la partie de réception (30') comprend en outre un deuxième filtre optique (32).
  9. 9. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 8, dans lequel le deuxième filtre optique (32) et le premier filtre optique (23) ont des caractéristiques similaires de filtre. 15
  10. 10. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 8, dans lequel le deuxième filtre optique (32) et le premier filtre optique (23) ont des caractéristiques similaires de dérive de température.
  11. 11. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 8, dans lequel le 20 deuxième filtre optique (32) a une troisième largeur de bande spectrale inférieure à ladite première largeur de bande spectrale.
  12. 12. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 1l, dans lequel la troisième largeur de bande spectrale est inférieure ou égale à la deuxième largeur 25 de bande spectrale.
  13. 13. Dispositif de mesure de distance par laser, comprenant : une partie d'émission (20') disposée sur un trajet optique d'émission (20) qui émet un faisceau de mesure vers un objet devant être mesuré, comprenant : 30 - un dispositif générateur de laser pour émettre un faisceau laser ayant une première largeur de bande spectrale ; et - une lentille de collimation (22) ; 10une partie de réception (30') disposée sur un trajet optique de réception (30), ladite partie de réception (30') comprenant : - un objet de réception ; et - un dispositif de réception et de conversion photoélectrique (31) pour recevoir le faisceau de mesure réfléchi par l'objet devant être mesuré et le convertir en un signal électrique ; dans lequel ladite partie d'émission (20') comprend en outre un premier filtre optique (23) ayant une deuxième largeur de bande spectrale inférieure à ladite première largeur de bande spectrale et la partie de réception (30') comprend en outre un deuxième filtre optique (32).
  14. 14. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 13, dans lequel le deuxième filtre optique (32) et le premier filtre optique (23) ont des caractéristiques similaires de filtre.
  15. 15. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 13, dans lequel le deuxième filtre optique (32) et le premier filtre optique (23) ont des caractéristiques similaires de dérive de température. 20
  16. 16. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 13, dans lequel le deuxième filtre optique (32) a une troisième largeur de bande spectrale inférieure à ladite première largeur de bande spectrale.
  17. 17. Dispositif de mesure de distance par laser selon la revendication 16, dans lequel 25 la troisième largeur de bande spectrale est inférieure ou égale à la deuxième largeur de bande spectrale.15
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