TWI642906B

TWI642906B - 手持式毫米波距離量測裝置

Info

Publication number: TWI642906B
Application number: TW106137825A
Authority: TW
Inventors: 柯俊吉; 林育正
Original assignee: 萬旭電業股份有限公司
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2017-11-01
Publication date: 2018-12-01
Also published as: TW201918690A

Abstract

一種手持式毫米波距離量測裝置，係應用於一待量測目標，該手持式毫米波距離量測裝置包含一目標瞄準單元及一毫米波單元，該毫米波單元連接至該目標瞄準單元。該目標瞄準單元係用以瞄準該待量測目標；在該目標瞄準單元瞄準該待量測目標之後，該毫米波單元發送一毫米波至該待量測目標，使得該待量測目標反射一反射波至該毫米波單元；在該毫米波單元接收該反射波之後，該毫米波單元處理該反射波以計算該待量測目標與該毫米波單元之間之一距離。

Description

手持式毫米波距離量測裝置

本發明係有關於一種距離量測裝置，特別是一種手持式毫米波距離量測裝置。

距離量測裝置，例如雷射距離量測裝置，係用以量測及計算待量測目標與距離量測裝置之間的距離。距離量測裝置係廣泛地被應用；例如，當使用者在登山時，使用者即可利用距離量測裝置量測距離，例如，量測往下的山谷與使用者之間的距離，使得使用者能得知往下的山谷與使用者之間的距離。

然而，目前的距離量測裝置的缺點為量測距離不夠長，且目前的距離量測裝置容易受不良的量測環境(例如下雨或霧氣)干擾，使得目前的距離量測裝置不能容易地量測距離。

為改善上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種手持式毫米波距離量測裝置。

為達成本發明之上述目的，本發明之手持式毫米波距離量測裝置係應用於一待量測目標，該手持式毫米波距離量測裝置包含：一目標瞄準單元；及一毫米波單元，該毫米波單元連接至該目標瞄準單元。其中該目標瞄準單元係用以瞄準該待量測目標；在該目標瞄準單元瞄準該待量測目標之後，該毫米波單元發送一毫米波至該待量測目標，使得該待量測目標反射一反射波至該毫米波單元；在該毫米波單元接收該反射波之後，該毫米波單元處理該反射波以計算該待量測目標與該毫米波單元之間之一距離。

再者，如上所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該目標瞄準單元包含：一雷射指示器，該雷射指示器連接至該毫米波單元。其中該雷射指示器係用以發射一雷射光以瞄準該待量測目標。

再者，如上所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該目標瞄準單元更包含：一望遠鏡，該望遠鏡連接至該雷射指示器。其中該雷射光瞄準該待量測目標之一雷射光點經由該望遠鏡被察看。

再者，如上所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波單元包含：一微控制器，該微控制器連接至該目標瞄準單元。

再者，如上所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波單元更包含：一射頻前端子單元，該射頻前端子單元電性連接至該微控制器。

再者，如上所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波單元更包含：一天線結構，該天線結構電性連接至該射頻前端子單元。其中該射頻前端子單元係透過該天線結構發送該毫米波至該待量測目標；該射頻前端子單元係透過該天線結構接收該反射波。

再者，如上所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波單元更包含：一數位訊號處理器，該數位訊號處理器電性連接至該微控制器及該射頻前端子單元。其中該數位訊號處理器係用以進行一時域降噪處理、一時域轉頻域轉換、一頻域降噪與窗函數處理、一固定誤警率之計算、一訊號峰值之搜尋、一距離計算、一速度計算及一角度計算。

再者，如上所述之手持式毫米波距離量測裝置，更包含：一顯示單元，該顯示單元電性連接至該毫米波單元。其中在該毫米波單元處理該反射波以計算該待量測目標與該毫米波單元之間之該距離之後，該顯示單元顯示該待量測目標與該毫米波單元之間之該距離。

再者，如上所述之手持式毫米波距離量測裝置，更包含：一電源供應單元，該電源供應單元電性連接至該目標瞄準單元、該毫米波單元及該顯示單元。其中該電源供應單元係用以供電予該目標瞄準單元、該毫米波單元及該顯示單元。

再者，如上所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波之一波束寬度小於15度；該毫米波之一頻段係介於76千兆赫至81千兆赫之間。

本發明具有長的量測距離，並且可克服不良的量測環境以容易地量測距離。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

10‧‧‧手持式毫米波距離量測裝置

20‧‧‧待量測目標

102‧‧‧目標瞄準單元

104‧‧‧毫米波單元

106‧‧‧毫米波

108‧‧‧反射波

110‧‧‧顯示單元

112‧‧‧電源供應單元

114‧‧‧雷射指示器

116‧‧‧雷射光

118‧‧‧望遠鏡

120‧‧‧雷射光點

122‧‧‧微控制器

124‧‧‧射頻前端子單元

126‧‧‧天線結構

128‧‧‧數位訊號處理器

130‧‧‧數位前端抽取濾波器電路

132‧‧‧第一類比轉數位轉換器

134‧‧‧第二類比轉數位轉換器

136‧‧‧第三類比轉數位轉換器

138‧‧‧第四類比轉數位轉換器

140‧‧‧第一中頻處理子電路

142‧‧‧第二中頻處理子電路

144‧‧‧第三中頻處理子電路

146‧‧‧第四中頻處理子電路

148‧‧‧第一混波器

150‧‧‧第二混波器

152‧‧‧第三混波器

154‧‧‧第四混波器

156‧‧‧第一低雜訊放大器

158‧‧‧第二低雜訊放大器

160‧‧‧第三低雜訊放大器

162‧‧‧第四低雜訊放大器

164‧‧‧第一功率放大器

166‧‧‧第二功率放大器

168‧‧‧多工器

170‧‧‧合成器

172‧‧‧斜坡產生器

174‧‧‧第一接收子天線

176‧‧‧第二接收子天線

178‧‧‧第三接收子天線

180‧‧‧第四接收子天線

182‧‧‧第一發送子天線

184‧‧‧第二發送子天線

186‧‧‧類比轉數位轉換電路

188‧‧‧中頻處理電路

190‧‧‧混波電路

192‧‧‧低雜訊放大電路

194‧‧‧功率放大電路

196‧‧‧接收天線

198‧‧‧發送天線

200‧‧‧發射按鈕

圖1為本發明之手持式毫米波距離量測裝置之一實施例方塊圖。

圖2為本發明之手持式毫米波距離量測裝置之另一實施例方塊圖。

圖3為本發明之毫米波單元之一實施例方塊圖。

圖4為本發明之射頻前端子單元及天線結構之一實施例方塊圖。

圖5為本發明之手持式毫米波距離量測裝置之一實施例外觀圖。

在本揭露當中，提供了許多特定的細節，藉以提供對本發明之具體實施例之徹底瞭解；然而，本領域技術人員應當知曉，在沒有一個或更多個該些特定的細節的情況下，依然能實踐本發明；在其他情況下，則未顯示或描述眾所周知的細節以避免模糊了本發明之主要技術特徵。茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參考圖1，其係為本發明之手持式毫米波距離量測裝置之一實施例方塊圖。一手持式毫米波距離量測裝置10係應用於一待量測目標20；該手持式毫米波距離量測裝置10包含一目標瞄準單元102及一毫米波單元104；該毫米波單元104連接至該目標瞄準單元102。

該目標瞄準單元102係用以瞄準該待量測目標20；在該目標瞄準單元102瞄準該待量測目標20之後，該毫米波單元104發送一毫米波106至該待量測目標20，使得該待量測目標20反射一反射波108至該毫米波單元104；在該毫米波單元104接收該反射波108之後，該毫米波單元104處理該反射波108以計算該待量測目標20與該毫米波單元104之間之一距離。

該毫米波106之一波束寬度(beam width)可為例如但本發明不限制為小於15度；該毫米波106係為一調頻連續波(frequency modulated continuous wave，通常簡稱為FMCW)、一脈波(pulse wave)或一頻率移位按鍵(frequency shift keying，通常簡稱為FSK)波；該毫米波106之一頻段係介於76千兆赫(GHz)至81千兆赫(GHz)之間，或介於60千兆赫(GHz)至90千兆赫(GHz)之間。

請參考圖2，其係為本發明之手持式毫米波距離量測裝置之另一實施例方塊圖；圖2所示之元件與圖1所示之元件相同者，為簡潔因素，故於此不再重複其敘述；該手持式毫米波距離量測裝置10更包含一顯示單元110及一電源供應單元112；該目標瞄準單元102包含一雷射指示器114及一望遠鏡118。

該顯示單元110電性連接至該毫米波單元104；該電源供應單元112電性連接至該目標瞄準單元102、該毫米波單元104及該顯示單元110；該雷射指示器114連接至該毫米波單元104；該望遠鏡118連接至該雷射指示器114。

該顯示單元110可為例如但本發明不限制為一有機發光二極體(organic light emitting diode，通常簡稱為OLED)顯示器或一液晶顯示器(liquid crystal display，通常簡稱為LCD)；該電源供應單元112可為例如但本發明不限制為一電池。其中，在一具體實施例，本發明採用功率較小的該雷射指示器114，或是本發明亦可採用發光二極體以取代該雷射指示器114。

再者，在另一具體實施例，本發明則採用功率較高的該雷射指示器114(可測距)，因此本發明將可同時具備毫米波測距功能以及雷射測距功能；毫米波及雷射皆可做為長距離測距，但毫米波幾乎不受環境干擾且精度約可達1/2000，而雷射精度在無環境干擾可達1/20000，但在受到環境干擾時，誤差就大於1/10，故應用上雷射較適合在良好環境下使用來獲得較高精密度，毫米波則適合在較惡劣環境下使用且可獲得最穩定及最可靠性的量測。

在該毫米波單元104處理該反射波108以計算該待量測目標20與該毫米波單元104之間之該距離之後，該顯示單元110顯示該待量測目標20與該毫米波單元104之間之該距離。該電源供應單元112係用以供電予該目標瞄準單元102、該毫米波單元104及該顯示單元110。該雷射指示器114係用以發射一雷射光116以瞄準該待量測目標20；該雷射光116瞄準該待量測目標20之一雷射光點120係經由該望遠鏡118被使用者所察看。

請參考圖3，其係為本發明之毫米波單元之一實施例方塊圖；圖3所示之元件與圖1~2所示之元件相同者，為簡潔因素，故於此不再重複其敘述；該毫米波單元104包含一微控制器122、一射頻前端子單元124、一天線結構126及一數位訊號處理器128。

該微控制器122連接至該目標瞄準單元102；該射頻前端子單元124電性連接至該微控制器122；該天線結構126電性連接至該射頻前端子單元124；該數位訊號處理器128電性連接至該微控制器122及該射頻前端子單元124。

該射頻前端子單元124係透過該天線結構126發送該毫米波106至該待量測目標20；該射頻前端子單元124係透過該天線結構126接收該反射波108。該數位訊號處理器128係用以進行數位訊號處理，包含但不限制一時域降噪處理、一時域轉頻域轉換、一頻域降噪與窗函數處理、一固定誤警率之計算、一訊號峰值之搜尋、一距離計算、一速度計算及一角度計算；其中，該訊號峰值必須大於該固定誤警率且重複出現。

該微控制器122、該射頻前端子單元124及該數位訊號處理器128可為例如但本發明不限制為互補式金氧半場效電晶體(CMOSFET)架構；該天線結構126係採用陣列天線技術，以提供高天線增益(大於10dBi)及窄波束寬度(小於15度)以避免接收到非所量測訊號。

請參考圖4，其係為本發明之射頻前端子單元及天線結構之一實施例方塊圖；圖4所示之元件與圖1~3所示之元件相同者，為簡潔因素，故於此不再重複其敘述。該射頻前端子單元124包含一數位前端抽取濾波器電路130、一類比轉數位轉換電路186、一中頻處理電路188、一混波電路190、一低雜訊放大電路192、一功率放大電路194、一多工器168、一合成器170及一斜坡產生器172；該天線結構126包含一接收天線196及一發送天線198。

該數位前端抽取濾波器電路130電性連接至該微控制器122及該數位訊號處理器128；該類比轉數位轉換電路186電性連接至該數位前端抽取濾波器電路130；該中頻處理電路188電性連接至該類比轉數位轉換電路186；該混波電路190電性連接至該中頻處理電路188；該低雜訊放大電路192電性連接至該混波電路190；該功率放大電路194電性連接至該混波電路190；該多工器168電性連接至該混波電路190及該功率放大電路194；該合成器170電性連接至該多工器168；該斜坡產生器172電性連接至該合成器170；該接收天線196電性連接至該低雜訊放大電路192；該發送天線198電性連接至該功率放大電路194。該多工器168可為例如但本發明不限定為一一對四多工器；該合成器170可為例如但本發明不限定為一20GHz合成器；該中頻處理電路188所處理的訊號頻率可為例如但本發明不限定為小於20MHz。

該類比轉數位轉換電路186包含一第一類比轉數位轉換器132、一第二類比轉數位轉換器134、一第三類比轉數位轉換器136及一第四類比轉數位轉換器138；該中頻處理電路188包含一第一中頻處理子電路140、一第二中頻處理子電路142、一第三中頻處理子電路144及一第四中頻處理子電路146；該混波電路190包含一第一混波器148、一第二混波器150、一第三混波器152及一第四混波器154；該低雜訊放大電路192包含一第一低雜訊放大器156、一第二低雜訊放大器158、一第三低雜訊放大器160及一第四低雜訊放大器162；該功率放大電路194包含一第一功率放大器164及一第二功率放大器166；該接收天線196包含一第一接收子天線174、一第二接收子天線176、一第三接收子天線178及一第四接收子天線180；該發送天線198包含一第一發送子天線182及一第二發送子天線184。

該第一類比轉數位轉換器132電性連接至該數位前端抽取濾波器電路130；該第二類比轉數位轉換器134電性連接至該數位前端抽取濾波器電路 130；該第三類比轉數位轉換器136電性連接至該數位前端抽取濾波器電路130；該第四類比轉數位轉換器138電性連接至該數位前端抽取濾波器電路130；該第一中頻處理子電路140電性連接至該第一類比轉數位轉換器132；該第二中頻處理子電路142電性連接至該第二類比轉數位轉換器134；該第三中頻處理子電路144電性連接至該第三類比轉數位轉換器136；該第四中頻處理子電路146電性連接至該第四類比轉數位轉換器138；該第一混波器148電性連接至該第一中頻處理子電路140；該第二混波器150電性連接至該第一混波器148及該第二中頻處理子電路142；該第三混波器152電性連接至該第二混波器150及該第三中頻處理子電路144；該第四混波器154電性連接至該第三混波器152及該第四中頻處理子電路146；該第一低雜訊放大器156電性連接至該第一混波器148；該第二低雜訊放大器158電性連接至該第二混波器150；該第三低雜訊放大器160電性連接至該第三混波器152；該第四低雜訊放大器162電性連接至該第四混波器154；該第一功率放大器164電性連接至該第四混波器154；該第二功率放大器166電性連接至該第四混波器154及該第一功率放大器164；該第一接收子天線174電性連接至該第一低雜訊放大器156；該第二接收子天線176電性連接至該第二低雜訊放大器158；該第三接收子天線178電性連接至該第三低雜訊放大器160；該第四接收子天線180電性連接至該第四低雜訊放大器162；該第一發送子天線182電性連接至該第一功率放大器164；該第二發送子天線184電性連接至該第二功率放大器166。圖4所示之射頻電路部份係利用超外差式電路將毫米波降至所需要之中頻訊號；中頻訊號處理部份乃將類比中頻訊號取樣並做數位化處理；雜訊處理演算法部份乃先判定訊號為所需訊號並移除不需要的訊號；距離處理演算法乃將判定為量測物訊號作距離換算；速度處理演算法乃將判定為量測物訊號作速度換算；角度處理演算法乃將判定為量測物訊號作角度換算。

請參考圖5，其係為本發明之手持式毫米波距離量測裝置之一實施例外觀圖；圖5所示之元件與圖1~4所示之元件相同者，為簡潔因素，故於此不再重複其敘述。其中，該雷射指示器114係設置於該望遠鏡118的鏡頭周圍；該毫米波單元104設置於該望遠鏡118的上面；該顯示單元110設置於該望遠鏡118的上面及該毫米波單元104的後面。該手持式毫米波距離量測裝置10更包含一發射按鈕200，該發射按鈕200電性連接至該毫米波單元104且設置於該毫米波單元104的上面；當該發射按鈕200被使用者按壓時，該毫米波單元104即發送該毫米波106以測量距離。再者，圖5係為單筒望遠鏡型式，本發明亦可為雙筒望遠鏡型式。

再者，在一具體實施例，該望遠鏡118以一電子記錄裝置(例如手機或錄影裝置)取代；亦即，該目標瞄準單元102更包含該電子記錄裝置，連接至該雷射指示器114，該雷射光116瞄準該待量測目標20之一雷射光點120係經由該電子記錄裝置被察看。再者，在一具體實施例，本發明可移除該望遠鏡118，而使用者直接目視該雷射光點120。

再者，在一具體實施例，本發明可加入一陀螺儀，本發明測得該待量測目標20的距離資訊之後，即可利用該待量測目標20的距離資訊以計算得知該待量測目標20的高度(差)；例如，第一次先量測該待量測目標20的底部到該手持式毫米波距離量測裝置10的距離，第二次則量測該待量測目標20的頭部到該手持式毫米波距離量測裝置10的距離，再利用該手持式毫米波距離量測裝置10測量從該待量測目標20的底部到該待量測目標20的頭部的轉動的角度，即可計算得知該待量測目標20的高度(差)。

本發明具有長的量測距離，並且可克服不良的量測環境以容易地量測距離；在本發明之一具體實施例當中，本發明的量測距離為250公尺。

然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。

Claims

一種手持式毫米波距離量測裝置，係應用於一待量測目標，該手持式毫米波距離量測裝置包含：一目標瞄準單元；及一毫米波單元，該毫米波單元連接至該目標瞄準單元，其中該目標瞄準單元係用以瞄準該待量測目標；在該目標瞄準單元瞄準該待量測目標之後，該毫米波單元發送一毫米波至該待量測目標，使得該待量測目標反射一反射波至該毫米波單元；在該毫米波單元接收該反射波之後，該毫米波單元處理該反射波以計算該待量測目標與該毫米波單元之間之一距離；其中該目標瞄準單元包含：一雷射指示器，該雷射指示器連接至該毫米波單元；及一望遠鏡，該望遠鏡連接至該雷射指示器，其中該雷射指示器係用以發射一雷射光以瞄準該待量測目標；該雷射光瞄準該待量測目標之一雷射光點經由該望遠鏡被察看。
如申請專利範圍第1項所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波單元包含：一微控制器，該微控制器連接至該目標瞄準單元。
如申請專利範圍第2項所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波單元更包含：一射頻前端子單元，該射頻前端子單元電性連接至該微控制器。
如申請專利範圍第3項所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波單元更包含：一天線結構，該天線結構電性連接至該射頻前端子單元，其中該射頻前端子單元係透過該天線結構發送該毫米波至該待量測目標；該射頻前端子單元係透過該天線結構接收該反射波。
如申請專利範圍第4項所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波單元更包含：一數位訊號處理器，該數位訊號處理器電性連接至該微控制器及該射頻前端子單元，其中該數位訊號處理器係用以進行一時域降噪處理、一時域轉頻域轉換、一頻域降噪與窗函數處理、一固定誤警率之計算、一訊號峰值之搜尋、一距離計算、一速度計算及一角度計算。
如申請專利範圍第5項所述之手持式毫米波距離量測裝置，更包含：一顯示單元，該顯示單元電性連接至該毫米波單元，其中在該毫米波單元處理該反射波以計算該待量測目標與該毫米波單元之間之該距離之後，該顯示單元顯示該待量測目標與該毫米波單元之間之該距離。
如申請專利範圍第6項所述之手持式毫米波距離量測裝置，更包含：一電源供應單元，該電源供應單元電性連接至該目標瞄準單元、該毫米波單元及該顯示單元，其中該電源供應單元係用以供電予該目標瞄準單元、該毫米波單元及該顯示單元。
如申請專利範圍第7項所述之手持式毫米波距離量測裝置，其中該毫米波之一波束寬度小於15度；該毫米波之一頻段係介於76千兆赫至81千兆赫之間。