TWI526705B - 雷射尺及其測量方法 - Google Patents

雷射尺及其測量方法 Download PDF

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雷射尺及其測量方法
本發明係有關於一種雷射尺及其測量方法。
習知的雷射尺通常配備有LCD螢幕，用以顯示測量距離或者設定資訊，也因為雷射尺配備LCD螢幕，導致其體積無法進一步縮小。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種雷射尺及其測量方法，利用手機與雷射尺無線連接，使得雷射尺不需配備LCD螢幕，可縮小雷射尺體積，更方便攜帶。此外，又加入影像擷取裝置，以顯示被測物影像，可方便使用者瞄準被測物。
本發明之雷射尺包括一頻率產生器、一第一雷射發射器、一第二雷射發射器、一雷射接收器、一影像擷取裝置、一數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)及一控制模組。頻率產生器用於發出一第一頻率訊號、一第二頻率訊號、一第三頻率訊號、一第四頻率訊號及一比較頻率訊號。第一雷射發射器設置於頻率產生器之一側，且由第一頻率訊號驅動發出一第一雷射光束至一被測物。第二雷射發射器設置於第一雷射發射器之一側，且由第二頻率訊號驅動發出一第二雷射光束。雷射接收器設置於第二雷射發射器之一側，雷射接收器接收由被測物反射回來的第一雷射光束且轉換成一第一雷射訊號及接收第二雷射光束且轉換成一第二雷射訊 號，第一雷射訊號與第三頻率訊號混頻產生一測量訊號，第二雷射訊號與第四頻率訊號混頻產生一參考訊號。影像擷取裝置設置於雷射接收器之一側，用以攝取被測物之影像。數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)設置於影像擷取裝置之一側，此數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)用以控制影像擷取裝置及發射、接收一無線訊號。控制模組設置於數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)之一側，此控制模組用以控制頻率產生器、控制第一雷射發射器、控制第二雷射發射器、接收來自雷射接收器之訊號及接收比較頻率訊號。
其中第一頻率訊號、第二頻率訊號、第三頻率訊號、第四頻率訊號、比較頻率訊號之頻率分別為f1 Hz、f2 Hz、f3 Hz、f4 Hz、fc Hz，且f1、f2、f3、f4、fc滿足以下條件：f1-f3=f2-f4=fc。
其中影像擷取裝置包括一鏡頭及一影像感測裝置。
其中影像感測裝置為一電荷耦合元件(CCD)或者為一互補式金氧半導體(CMOS)影像感測元件。
其中第一雷射發射器及第二雷射發射器分別為一半導體雷射。
其中雷射接收器為一崩潰光二極體(APD)或者為一光二極體(PD)。
其中控制模組為一微控制器(Microcontroller,MCU)。
其中無線訊號為一WIFI訊號或者為一NFC(Near Field Communication)訊號。
本發明之雷射尺的測量方法，包括下列步驟：令一行動電子裝置與雷射尺透過一無線訊號連接；令雷射尺擷取一被測物之影像，並將被測物之影像透過無 線訊號傳輸至行動電子裝置之螢幕；觸控行動電子裝置之螢幕使雷射尺進行測距；令一頻率產生器分別發出一第一頻率訊號驅動一第一雷射發射器發出一第一雷射光束至一被測物、一第二頻率訊號驅動一第二雷射發射器發出一第二雷射光束；令一雷射接收器接收由被測物反射回來的第一雷射光束且轉換成一第一雷射訊號及接收第二雷射光束且轉換成一第二雷射訊號，第一雷射訊號與一第三頻率訊號混頻產生一測量訊號，第二雷射訊號與一第四頻率訊號混頻產生一參考訊號；令一控制模組接收測量訊號、參考訊號及一比較頻率訊號且計算出測量訊號與參考訊號之一相位差值，再利用此相位差值計算出雷射尺至被測物之一測距值；令雷射尺將測距值透過無線訊號傳輸至行動電子裝置之螢幕。
其中第一頻率訊號、第二頻率訊號、第三頻率訊號、第四頻率訊號、比較頻率訊號之頻率分別為f1 Hz、f2 Hz、f3 Hz、f4 Hz、fc Hz，且f1、f2、f3、f4、fc滿足以下條件：f1-f3=f2-f4=fc。
其中第一雷射發射器及第二雷射發射器分別為一半導體雷射。
其中雷射接收器為一崩潰光二極體(APD)或者為一光二極體(PD)。
其中控制模組為一微控制器(Microcontroller,MCU)。
其中無線訊號為一WIFI訊號或者為一NFC(Near Field Communication)訊號。
其中行動電子裝置為一手機。
為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。
10‧‧‧雷射尺
11‧‧‧第一雷射發射器
12‧‧‧第二雷射發射器
13‧‧‧反射鏡
14‧‧‧雷射接收器
15‧‧‧聚焦透鏡
16‧‧‧影像擷取裝置
17‧‧‧數位訊號處理器
18‧‧‧控制模組
19‧‧‧頻率產生器
20‧‧‧第一帶通濾波器
21‧‧‧第二帶通濾波器
22‧‧‧控制面板
23‧‧‧WIFI訊號
24‧‧‧WIFI訊號
30‧‧‧被測物
S1‧‧‧第一頻率訊號
S2‧‧‧第二頻率訊號
S3‧‧‧第三頻率訊號
S4‧‧‧第四頻率訊號
SC‧‧‧比較頻率訊號
L1‧‧‧第一雷射光束
L2‧‧‧第二雷射光束
SM‧‧‧測量訊號
SR‧‧‧參考訊號
S201、S202、S203、S204‧‧‧步驟
S205、S206、S207、S208‧‧‧步驟
S209、S210、S211、S212‧‧‧步驟
S213、S214‧‧‧步驟
第1圖係依據本發明之雷射尺之一實施例之示意圖。
第2圖係依據本發明之雷射尺的測量方法之一實施例的流程圖。
請參閱第1圖，第1圖係依據本發明之雷射尺之一實施例之示意圖。如圖所示，雷射尺10包括一第一雷射發射器11、一第二雷射發射器12、一反射鏡13、一雷射接收器14、一聚焦透鏡15、一影像擷取裝置16、一數位訊號處理器17、一控制模組18、一頻率產生器19、一第一帶通濾波器20、一第二帶通濾波器21及一控制面板22。控制面板22包括一啟動按鈕(未圖示)可用以開啟或關閉雷射尺10之電源。數位訊號處理器17可接收來自一手機(未圖示)的一WIFI訊號23，使雷射尺10與手機(未圖示)無線連結、可控制影像擷取裝置16以拍攝一被測物30之影像，並將被測物30之影像以一WIFI訊號24傳送至與雷射尺10無線連結的手機(未圖示)之螢幕及可命令控制模組18進行測距。控制模組18可依不同需求發出訊號控制頻率產生器19，使頻率產生器19發出頻率為f1 Hz之一第一頻率訊號S1，以驅動第一雷射發射器11發射出一第一雷射光束L1，或者發出頻率為f2 Hz之一第二頻率訊號S2，以驅動第二雷射發射器12發射出一第二雷射光束L2，或者發出頻率為f3 Hz之一第三頻率訊號S3至雷射接收器14，或者發 出頻率為f4 Hz之一第四頻率訊號S4至雷射接收器14、或者發出頻率為fcHz之一比較頻率訊號SC至第二帶通濾波器21，且第一頻率訊號、第二頻率訊號、第三頻率訊號、第四頻率訊號、比較頻率訊號之頻率值滿足以下條件：f1-f3=f2-f4=fc。第一雷射光束L1射向一被測物30，被測物30可將第一雷射光束L1反射，改變其行進方向射向雷射尺10，再由聚焦透鏡15聚焦後由雷射接收器14接收且轉換成一第一雷射訊號，此第一雷射訊號與第三頻率訊號S3混頻產生一測量訊號SM。第二雷射光束L2射出後，將被一反射鏡13反射改變行進方向後由雷射接收器14接收且轉換成一第二雷射訊號，此第二雷射訊號與第四頻率訊號S4混頻產生一參考訊號SR。第一帶通濾波器20只允許頻率為(f1-f3)Hz及(f2-f4)Hz之訊號通過，第二帶通濾波器21只允許頻率為fc Hz之訊號通過，所以當測量訊號SM與參考訊號SR通過第一帶通濾波器20及比較頻率訊號SC通過第二帶通率濾波器21時可濾除其中的雜訊。控制模組18包括一第一類比數位轉換器(未圖示)及一第二類比數位轉換器(未圖示)，比較頻率訊號SC傳送至控制模組18後將由第一類比數位轉換器轉成一數位比較頻率訊號，測量訊號SM與參考訊號SR傳送至控制模組18後將由第二類比數位轉換器轉成一數位測量訊號與一數位參考訊號，控制模組18先利用數位測量訊號、數位參考訊號及數位比較頻率訊號計算出測量訊號與參考訊號之一相位差值，再利用相位差值計算出雷射尺10至被測物30之一測距值。控制模組18再將此測距值傳送至數位訊號處理器17，數位訊號處理器17接收到控制模組18所傳送的被測物30之測距值後，可以WIFI訊號24傳送此測距值至與雷射尺10無線連結的手機(未圖示)之螢幕，且將接收到的測距值儲存於手機(未圖示)之記憶體內。
上述實施例中的頻率值f1可為100.0 M、頻率值f2可為2.5 M、頻率值f3可為99.99375 M、頻率值f4可為2.49375 M、頻率值fc可為6.25 K。
上述實施例中的影像擷取裝置可包括鏡頭及影像感測裝置，影像感測裝置可為電荷耦合元件(CCD)或者為互補式金氧半導體(CMOS)影像感測元件。
上述實施例中的第一雷射發射器11可為半導體雷射(Semiconductor Laser)，第二雷射發射器12可為半導體雷射(Semiconductor Laser)。
上述實施例中的雷射接收器14可為崩潰光二極體(APD)或者為光二極體(PD)。
上述實施例中的控制模組18可為微控制器(Microcontroller,MCU)。
上述實施例中的WIFI訊號可改為NFC(Near Field Communication)訊號。
請參閱第2圖，第2圖係依據本發明之雷射尺的測量方法之一實施例的流程圖。本實施例概略來說，係先將手機執行應用程式(App)，使手機與雷射尺透過WIFI訊號連線，雷射尺攝取被測物之影像後透過WIFI訊號回傳至手機螢幕，使用者再觸控手機螢幕以啟動雷射尺測距功能，待測距完成後雷射尺再將所測得的測距值透過WIFI訊號傳送至手機螢幕，且將接收到的測距值儲存於手機之記憶體內。利用手機螢幕來顯示被測物之影像及測距值，雷射尺本身即不需再配備顯示螢幕，使得雷射尺體積可進一步縮小，更容易攜帶。底下配合第2圖詳細說明此實施例操作過程：步驟S201：開啟雷射尺電源。當開啟控制面板22之電源開 關後即啟動雷射尺10，接著進行步驟S202。
步驟S202：手機執行應用程式(App)與雷射尺連線。當手機 執行應用程式(App)後，手機即發出WIFI訊號23(如第1圖所示)且由數位訊號處理器17接收，使得手機與雷射尺10透過WIFI訊號連線，接著進行步驟S203。
步驟S203：攝取被測物之影像。當手機與雷射尺10連線後， 數位訊號處理器17即命令影像擷取裝置16開始攝取被測物30之影像，接著進行步驟S204。
步驟S204：傳送被測物之影像至手機。數位訊號處理器17將影像擷取裝置16所攝取的被測物30之影像透過WIFI訊號24(如第1圖所示)傳送至手機，由手機之螢幕顯示被測物30之影像，接著進行步驟S205。
步驟S205：判斷是否觸控手機螢幕？當確認使用者觸控手機螢幕則接著進行步驟S206，當使用者未觸控手機螢幕則接著進行步驟S204。
步驟S206：開始測距。當使用者觸控手機螢幕後，數位訊號處理器17即命令控制模組18開始測距，接著進行步驟S207。
步驟S207：頻率產生器驅動雷射發射器。頻率產生器19分別發出頻率為f1 Hz之第一頻率訊號S1、頻率為f2 Hz之第二頻率訊號S2、頻率為f3 Hz之第三頻率訊號S3、頻率為f4 Hz之第四頻率訊號S4、頻率為fc Hz之比較頻率訊號SC，其中的第一頻率訊號S1驅動第一雷射發射器11發出第一雷射光束L1至被測物30，第二頻率訊號S2驅動第二雷射發射器12發出第二雷射光束L2至反射鏡13，頻率值fc=f1-f3=f2-f4，接著進行步驟S208。
步驟S208：雷射接收器接收訊號。被測物30將第一雷射光 束L1反射回雷射尺10，先經由聚焦透鏡15匯聚，再由雷射接收器14接收且轉換成第一雷射訊號，此第一雷射訊號再與第三頻率訊號S3混頻產生測量訊號SM，反射鏡13將第二雷射光束L2反射再由雷射接收器14接收且轉換成第二雷射訊號，此第二雷射訊號再與第四頻率訊號S4混頻產生參考訊號SR，接著進行步驟S209。
步驟S209：帶通濾波器濾除雜訊。第一帶通濾波器20只允 許頻率為(f1-f3)Hz及(f2-f4)Hz之訊號通過，第二帶通濾波器21只允許頻率為fc Hz之訊號通過，測量訊號SM及參考訊號SR通過第一帶通濾波器20、比較頻率訊號SC通過第二帶通濾波器21可將雜訊濾除，接著進行步驟S210。
步驟S210：控制模組接收測量訊號、參考訊號、比較頻率 訊號。控制模組18接收比較頻率訊號SC後由第一類比數位轉換器轉成數位比較頻率訊號，接收測量訊號SM及參考訊號SR後由第二類比數位轉換器轉成數位測量訊號及數位參考訊號，控制模組18先利用數位測量訊號、數位參考訊號及數位比較頻率訊號計算出測量訊號SM與參考訊號SR之相位差值，再利用此相位差值計算出雷射尺10至被測物30之測距值，最後將雷射尺10至被測物30之測距值傳送至數位訊號處理器17，接著進行步驟S211。
步驟S211：傳送測距值至手機。當數位訊號處理器17接收 到測距值後，將透過WIFI訊號24(如第1圖所示)傳送測距值至手機，由手機螢幕顯示測距值，接著進行步驟S212。
步驟S212：手機儲存測距值。手機將接收到的測距值儲存 於記憶體內，接著進行步驟S213。
步驟S213：判斷是否結束測距？當確認結束測距則接著進 行步驟S214。當未結束測距則接著進行步驟S204。
步驟S214：手機終止應用程式(App)。當手機終止應用程式(App)執行後，手機與雷射尺10離線。
上述步驟中的頻率值f1可為100.0 M、頻率值f2可為2.5 M、頻率值f3可為99.99375 M、頻率值f4可為2.49375 M、頻率值fc可為6.25 K。
上述步驟中的影像擷取裝置可包括鏡頭及影像感測裝置，影像感測裝置可為電荷耦合元件(CCD)或者為互補式金氧半導體(CMOS)影像感測元件。
上述步驟中的第一雷射發射器11可為半導體雷射(Semiconductor Laser)，第二雷射發射器12可為半導體雷射(Semiconductor Laser)。
上述步驟中的雷射接收器14可為崩潰光二極體(APD)或者為光二極體(PD)。
上述步驟中的控制模組可為微控制器(Microcontroller,MCU)。
上述步驟中的WIFI訊號可改為NFC(Near Field Communication)訊號。
上述測量方法之一實施例中的手機也可改為其他行動電子裝置，亦應屬本發明之範疇。
10‧‧‧雷射尺
11‧‧‧第一雷射發射器
12‧‧‧第二雷射發射器
13‧‧‧反射鏡
14‧‧‧雷射接收器
15‧‧‧聚焦透鏡
16‧‧‧影像擷取裝置
17‧‧‧數位訊號處理器
18‧‧‧控制模組
19‧‧‧頻率產生器
20‧‧‧第一帶通濾波器
21‧‧‧第二帶通濾波器
22‧‧‧控制面板
23‧‧‧WIFI訊號
24‧‧‧WIFI訊號
30‧‧‧被測物
S1‧‧‧第一頻率訊號
S2‧‧‧第二頻率訊號
S3‧‧‧第三頻率訊號
S4‧‧‧第四頻率訊號
SC‧‧‧比較頻率訊號
L1‧‧‧第一雷射光束
L2‧‧‧第二雷射光束
SM‧‧‧測量訊號
SR‧‧‧參考訊號

Claims (10)

  1. 一種雷射尺，包括：一頻率產生器，該頻率產生器用於發出一第一頻率訊號、一第二頻率訊號、一第三頻率訊號、一第四頻率訊號以及一比較頻率訊號；一第一雷射發射器設置於該頻率產生器之一側，且由該第一頻率訊號驅動發出一第一雷射光束至一被測物；一第二雷射發射器設置於該第一雷射發射器之一側，且由該第二頻率訊號驅動發出一第二雷射光束；一雷射接收器設置於該第二雷射發射器之一側，該雷射接收器接收由該被測物反射回來的該第一雷射光束且轉換成一第一雷射訊號以及接收該第二雷射光束且轉換成一第二雷射訊號，該第一雷射訊號與該第三頻率訊號混頻產生一測量訊號，該第二雷射訊號與該第四頻率訊號混頻產生一參考訊號；一影像擷取裝置設置於該雷射接收器之一側，用以攝取該被測物之影像；一數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)設置於該影像擷取裝置之一側，該數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)用以控制該影像擷取裝置以及發射、接收一無線訊號；以及一控制模組設置於該數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)之一側，該控制模組用以控制該頻率產生器、控制該第一雷射發射器、控制該第二雷射發射器、接收來自該雷射接收器之訊號以及接收該比較頻率訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射尺，其中該第一頻率訊號、該第二頻率訊號、該第三頻率訊號、該第四頻率訊號、該比較頻率訊號之頻率分別為f1 Hz、f2 Hz、f3 Hz、f4 Hz、fc Hz，且f1、f2、f3、f4、fc滿足以下條件：f1-f3=f2-f4=fc。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雷射尺，其中該影像擷取裝置包括一鏡頭以及一影像感測裝置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射尺，其中該影像感測裝置為一電荷耦合元件(CCD)或者為一互補式金氧半導體(CMOS)影像感測元件。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雷射尺，其中該第一雷射發射器以及該第二雷射發射器分別為一半導體雷射。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之雷射尺，其中該雷射接收器為一崩潰光二極體(APD)或者為一光二極體(PD)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雷射尺，其中該控制模組為一微控制器(Microcontroller,MCU)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之雷射尺，其中該無線訊號為一WIFI訊號或者為一NFC(Near Field Communication)訊號。
  9. 一種雷射尺的測量方法，包括下列步驟：令一行動電子裝置與該雷射尺透過一無線訊號連接；令該雷射尺擷取一被測物之影像，並將該被測物之影像透過該無線訊號傳輸至該行動電子裝置之螢幕；觸控該行動電子裝置之螢幕使該雷射尺進行測距；令一頻率產生器分別發出一第一頻率訊號驅動一第一雷射發射器發出一第一雷射光束至一被測物、一第二頻率訊號驅動一第二雷射發射器發出一第二雷射光束； 令一雷射接收器接收由該被測物反射回來的該第一雷射光束且轉換成一第一雷射訊號以及接收該第二雷射光束且轉換成一第二雷射訊號，該第一雷射訊號與一第三頻率訊號混頻產生一測量訊號，該第二雷射訊號與一第四頻率訊號混頻產生一參考訊號；令一控制模組接收該測量訊號、該參考訊號以及一比較頻率訊號且計算出該測量訊號與該參考訊號之一相位差值，再利用該相位差值計算出該雷射尺至該被測物之一測距值；以及令該雷射尺將該測距值透過該無線訊號傳輸至該行動電子裝置之螢幕。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之雷射尺的測量方法，其中該第一頻率訊號、該第二頻率訊號、該第三頻率訊號、該第四頻率訊號、該比較頻率訊號之頻率分別為f1 Hz、f2 Hz、f3 Hz、f4 Hz、fc Hz，且f1、f2、f3、f4、fc滿足以下條件：f1-f3=f2-f4=fc。
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