专利名称：光学测距装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种测距装置及方法，特别涉及一种光学测距的装置及方法。
背景技术：
距离是测量中一个重要的测量，现在，距离测量的方法主要有三种直接丈量法，视距测量法，电磁波测距。直接丈量法易受地形限制，丈量较长距离时，比较费时、费力；视距测量法操作不便，适合于低精度的近距离测量；电磁波测距应用较广的是光学测距，分为直接方法和相位测距，直接方法即测量光往返目标所需要时间，然后通过光速和大气折射率计算出距离，相位测距即测出发射和接收光波的相位差得到目标的距离。由于直接测量方法中的测量光往返目标所需要时间的测定是比较困难，所以常用的光学测距方法是相位测距。在现有的光学测距方法中，测定目标物与出射光一定要垂直，否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离；另一方面，现有光学测距方法对环境的依赖性较高，如，若被测目标表面漫反射过于严重，则无法接收返回信号；若被测目标为光源、孔等无法反射光线的物体时，则无法测量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光学测距装置及方法，以实现简单、方便且精确的距离测量，并解决被测目标不能为光源、孔等的问题。本发明提供的一种光学测距装置的特征在于包括第一测量杆，与被测目标之间的距离为待测距离；第二测量杆，与第一测量杆平行并与被测目标、第一测量杆三者处于同一平面上，第一测量杆处于该第二测量杆与被测目标之间；两个挡板，都位于第一测量杆上并且位置均可沿着第一测量杆平移，分别作为第一挡板、第二挡板；狭缝，位于第二测量杆上并可沿着第二测量杆平移，分别观察第一挡板和第二挡板挡住被测目标的位置，当观察到被测目标关于第一挡板尺寸对称时，记录此时狭缝处于第二测量杆上的位置为第一位置；当观察到被测目标关于 第二挡板尺寸对称时，记录此时狭缝处于第二测量杆上的位置为第二位置，第一位置与第二位置之间的距离为y，第一挡板与第二挡板之间的距离为h，第一测量杆与第二测量杆之间的间距为a，待测距离为X，待测距离根据公式X = ah/(y-h)即可计算出来。进一步，本发明提供的光学测距装置还可以具有这样的特征第二测量杆上设有标尺，能够直接读出第一位置与第二位置之间的距离y。进一步，本发明提供的光学测距装置还可以具有这样的特征第一测量杆上设有标尺，能够直接读出第一挡板与第二挡板之间的距离h。进一步，本发明提供的光学测距装置还可以具有这样的特征挡板的形状为矩形长条，挡板的色彩明度与被测目标的色彩明度不一致。进一步，本发明提供的光学测距装置还可以具有这样的特征第一挡板和第二挡板分别对狭缝的张角必须既小于被测目标对狭缝的张角又大于被测目标对狭缝的张角的1/3。进一步，本发明提供的光学测距装置还可以具有这样的特征被测目标为光源。进一步，本发明提供的光学测距装置还可以具有这样的特征被测目标为孔。另外，本发明提供的一种光学测距方法的特征在于采用第一测量杆来规定其与被测目标之间的距离为待测距离；采用与第一测量杆平行并与被测目标、第一测量杆三者处于同一平面上，第一测量杆处于该第二测量杆与被测目标之间的第二测量杆；采用都位于第一测量杆上并且位置均可沿着第一测量杆平移的两个挡板来分别作为第一挡板、第二挡板；采用位于第二测量杆上并可沿着第二测量杆平移的狭缝来观察第一挡板和第二挡板挡住被测目标的位置，当观察到被测目标关于第一挡板尺寸对称时，记录此时狭缝处于第二测量杆上的位置为第一位置；当观察到被测目标关于第二挡板尺寸对称时，记录此时狭缝处于第二测量杆上的位置为第二位置，第一位置与第二位置之间的距离为y，第一挡板与第二挡板之间的距离为h，第一测量杆与第二测量杆之间的间距为a，待测距离为X，待测距离根据公式X = ah/ (y-h)即可计算出来。进一步，本发明提供的光学测距方法还可以具有这样的特征第一挡板和第二挡板分别对狭缝的张角必须既小于被测目标对狭缝的张角又大于被测目标对狭缝的张角的1/3。发明作用与效果本发明提供的光学测量装置及方法通过狭缝的瞄准来测量，测量精度高，装置结构简单，测量成本低，测量过程灵活简便，实用性强，测定目标物可以是光源、孔等无法反射光线的物体，对环境的依赖性较小，应用场合较广。
图1为本发明在实施例中的光学测距装置的结构示意图；图2为本发明在实施例中的光学测距装置的参数示意图；图3为本发明在实施例中的第二测量杆和狭缝的结构示意图；图4为本发明在实施例中的第一测量杆和两个挡板的结构示意图；图5为本发明在实施例中的光学测距人眼观察效果示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作详细阐述。图1为本实施例中的光学测距装置的结构示意图。如图1所示，被测目标I的形状为圆形、颜色为白色，两个挡板的颜色为黑色。一种与光学测距方法相对应的光学测距装置包括第一测量杆2、第二测量杆5，第一挡板3、第二挡板4、狭缝6。其中，第一测量杆2与第二测量杆5上都设有标尺，两者相互平行。被测目标1、第一测量杆2、第二测量杆5三者处于同一平面上。第一挡板3和第二挡板4都为黑色，两者都处于第一测量杆2上并能够沿着第一测量杆2上下平移其位置，狭缝6处于第二测量杆5上，也能够沿着第二测量杆5上下平移其位置。图2为本实施例中的光学测距装置的参数示意图。图5为本发明在实施例中的光学测距人眼观察效果示意图。如图2，5所示，测量时，首先根据被测目标I的位置，用第一测量杆2来规定由其到被测目标I之间的距离为待测距离X，根据被测目标I的高度调整第一挡板3和第二挡板4至合适高度固定住，读出两者之间的距离为h。上下平移狭缝在第二测量杆上的高度，当人眼通过狭缝观察到被测目标I所述第一挡板3尺寸对称时，记录此时狭缝处于第二测量杆5上的位置为第一位置；当观察到所述被测目标I关于所述第二挡板4尺寸对称时，记录此时狭缝处于所述第二测量杆5上的位置为第二位置，读出第一位置与第二位置之间的距离为y，第一测量杆2和第二测量杆5之间的距离为a，则，通过公式X =ah/(y-h)即可计算出待测距离。图3为本实施例中的第二测量杆和狭缝的结构示意图；图4为本实施例中的第一测量杆和两个挡板的结构示意图。如图3、4所示，第一挡板3、第二挡板4都为矩形长条，两者的色彩明度与被测目标I的色彩明度存在明显的差异。实现表明，当第一挡板3、第二挡板4分别对狭缝6的张角既小于被测目标I对狭缝6的张角又大于1/3倍被测目标对狭缝6的张角时，人眼最容易辨别被测目标是否关于挡板尺寸对称，所以本发明提供的光学测距装置在该条件下测到的待测距离最准确。本实施例中的被测目标I与观测狭缝的距离较近，当两者的距离较远的时候还可以在狭缝上装一个望远镜片来实现远距离测量。无论被测目标I是孔，光源还是具体的事物，无论被测目标的形状为对称还是不对称，本实施例中提供的光学测距装置和方法都能够实现准确测量。实施例作用与效果本实施例中的光学测距装置及方法将挡板置于测定目标物和测量杆之间，由人眼通过测量杆上的狭缝观察的同时沿测量杆移动狭缝，根据人眼分别观察到的挡板挡住被测目标的上下距离对称线时狭缝的两个位置，得到该两个位置间的距离，从而计算出物体到测量杆的距离。设计简单合理，测量成本低，测量过程灵活简便，实用性强，抗环境的干扰能力强，应用场合较广。
权利要求
1.一种光学测距装置，其特征在于，包括 第一测量杆，与被测目标之间的距离为待测距离； 第二测量杆，与所述第一测量杆平行并与所述被测目标、所述第一测量杆三者处于同一平面上，所述第一测量杆处于该第二测量杆与所述被测目标之间； 两个挡板，都位于所述第一测量杆上并且均可沿着所述第一测量杆平移，分别作为第一挡板、第二挡板；以及 狭缝，位于所述第二测量杆上并可沿着所述第二测量杆平移，分别观察所述第一挡板和所述第二挡板挡住所述被测目标的位置，当观察到所述被测目标关于所述第一挡板尺寸对称时，记录此时狭缝处于所述第二测量杆上的位置为第一位置；当观察到所述被测目标关于所述第二挡板尺寸对称时，记录此时狭缝处于所述第二测量杆上的位置为第二位置，所述第一位置与所述第二位置之间的距离为y，所述第一挡板与所述第二挡板之间的距离为h，所述第一测量杆与所述第二测量杆之间的间距为a，所述待测距离为X，所述待测距离根据公式X = ah/ (y-h)即可计算出来。
2.根据权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于 其中，所述第二测量杆上设有标尺，能够直接读出所述第一位置与所述第二位置之间的距离I。
3.根据权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于 其中，所述第一测量杆上设有标尺，能够直接读出所述第一挡板与所述第二挡板之间的距离h。
4.根据权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于 其中，所述挡板的形状为矩形长条，所述挡板的色彩明度与所述被测目标的色彩明度不一致。
5.根据权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于 其中，所述第一挡板和所述第二挡板分别对所述狭缝的张角必须既小于所述被测目标对狭缝的张角又大于所述被测目标对狭缝的张角的1/3。
6.根据权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于 其中，所述被测目标为光源。
7.根据权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于 其中，所述被测目标为孔。
8.一种光学测距方法，其特征在于 采用第一测量杆来规定其与被测目标之间的距离为待测距离； 采用与所述第一测量杆平行并与所述被测目标、所述第一测量杆三者处于同一平面上，所述第一测量杆处于该第二测量杆与所述被测目标之间的第二测量杆； 采用都位于所述第一测量杆上并且位置均可沿着所述第一测量杆平移的两个挡板来分别作为第一挡板、第二挡板；以及 采用位于所述第二测量杆上并可沿着所述第二测量杆平移的狭缝来观察所述第一挡板和所述第二挡板挡住所述被测目标的位置，当观察到所述被测目标关于所述第一挡板尺寸对称时，记录此时狭缝处于所述第二测量杆上的位置为第一位置；当观察到所述被测目标关于所述第二挡板尺寸对称时，记录此时狭缝处于所述第二测量杆上的位置为第二位置，所述第一位置与所述第二位置之间的距离为y，所述第一挡板与所述第二挡板之间的距离为h，所述第一测量杆与所述第二测量杆之间的间距为a，所述待测距离为X，所述待测距离根据公式X = ah/ (y-h)即可计算出来。
9.根据权利要求8所述的光学测距方法，其特征在于 其中，所述第一挡板和所述第二挡板分别对所述狭缝的张角必须既小于所述被测目标对狭缝的张角又大于所述被测目标对狭缝的张角的1/3。
全文摘要
对应于一种光学测距方法的光学测距装置包括第一测量杆，与被测目标间的距离为待测距离x；第二测量杆，与第一测量杆平行，两者间距为a并同时与被测目标处于一平面上，第一测量杆在第二测量杆与被测目标之间；两个挡板，都位于第一测量杆上并且位置均可沿着第一测量杆平移，作为第一挡板、第二挡板；狭缝，位于第二测量杆上并可沿着第二测量杆平移，当通过狭缝分别观察到被测目标关于第一挡板和第二挡板尺寸对称时，记录下第一挡板和第二挡板处于第二测量杆上的位置，这两个位置间的距离为y，第一挡板与第二挡板之间的距离为h，根据公式x＝ah/(y-h)即可计算出待测距离。
文档编号G01C3/00GK103063191SQ20121019162
公开日2013年4月24日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者李湘宁, 孙惠, 薛登攀 申请人:上海理工大学