激光测距装置及测距精度修正方法与流程

本发明涉及精密测距技术领域，具体而言，涉及一种激光测距装置及测距精度修正方法。

背景技术：

我国做作为全球制造大国，多年以来先进制造业领域得到了长足的发展。作为先进制造的一项重要技术，高精度绝对测距是大型装备组装中不可或缺的测量手段。

现有的绝对距离测量法包括脉冲飞行时间法、相位测距法、多波长干涉法和调频连续波测量法等等。在精密测距中，相位测距法最为常用。相位测距法，通过对激光光源进行正弦调制，然后探测测量光与参考光的相位差，计算得到测量目标的绝对距离。相位激光测距仪通过探测激光信号的强度信息来进行相位差的计算，但是由于测量环境的干扰和发射激光稳定性的波动，造成了接收到的激光信号的强度发生了变化，使得计算得到的相位信息不能准确的反映出目标距离。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光测距装置及测距精度修正方法，能够通过该激光测距装置的调制及测距控制电路对参考信号和回波信号进行比对产生调制幅度修正信号，从而对调制激光进行修正，使用修正后的激光能够降低大气对调制激光的干扰，进而提升了激光测距装置的测量精度。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种激光测距装置，包括：调制信号源电路、激光器、分光棱镜、参考光路探测器、回波接收探测器和调制及测距控制电路；

调制信号源电路与激光器电连接，用于输出调制电流信号到激光器以产生调制激光，分光棱镜设置在调制激光的光路上，用于将调制激光分为检测光束和参考光束，参考光路探测器设置在参考光束的出光方向，用于接收参考光束，并输出参考信号，回波接收探测器接收经目标物反射回的检测光束，并输出回波信号，其中回波信号包括与目标距离对应的相位信号和与大气干扰对应的调制幅度信号，调制及测距控制电路分别与回波接收探测器、参考光路探测器和调制信号源电路电连接，用于接收回波信号和参考信号，处理计算后输出目标距离，同时输出调制幅度修正信号到调制信号源电路。

可选地，调制及测距控制电路包括：调制信号产生模块、回波与参考信号采样模块、波形幅度比较修正模块和测相计算模块；

调制信号产生模块产生调制信号并输出给调制信号源电路，回波与参考信号采样模块实时同步采集回波信号和参考信号，将与大气干扰相关的调制幅度信号和参考信号送入波形幅度比较修正模块，将与目标距离相关的相位信号送入测相计算模块，波形幅度修正模块接收参考信号和与大气干扰对应的调制幅度信号，进行波形幅度比较并产生调制幅度修正信号送入调制信号产生模块，测相计算模块接收与目标距离相关的相位信号，进行计算得到相位差数据并解算成相应的测量距离信息。

可选地，激光测距装置还包括光束准直镜，光束准直镜设置在检测光束的光路上。

可选地，激光测距装置还包括回波会聚镜，回波会聚镜设置在经目标物反射回的检测光束的光路上。

可选地，光束准直镜贴合设置在分光棱镜检测光束的出光口。

可选地，回波会聚镜贴合设置在回波接收探测器的入光侧。

本发明实施例的另一方面，提供一种测距精度修正方法，包括：

调制信号源电路产生调制电流信号对激光器进行调制；

激光器输出调制激光；

调制激光通过分光棱镜分为检测光束和参考光束，其中，检测光束朝向目标物出射；

参考光路探测器接收参考光束并将参考光束转换为参考信号输出；

回波接收探测器接收经目标物反射回的检测光束，并转换为回波信号输出，其中，回波信号包括与目标距离对应的相位信号和与大气干扰对应的调制幅度信号；

调制及测距控制电路分别接收参考信号和回波信号，处理计算后输出目标距离，同时输出调制幅度修正信号到调制信号源电路。

可选地，调制及测距控制电路分别接收参考信号和回波信号，处理计算后输出目标距离，同时输出调制幅度修正信号到调制信号源电路包括：

调制及测距控制电路对回波信号中与大气干扰对应的调制幅度信号和参考信号进行比对，输出调制幅度修正信号；

调制及测距控制电路对回波信号中与目标距离对应的相位信号进行计算，输出目标距离。

可选地，激光测距装置包括光束准直镜，调制激光通过分光棱镜分为检测光束和参考光束及回波接收探测器接收经目标物反射回的检测光束，并转换为回波信号输出之间，该测距精度修正方法还包括：

检测光束通过光束准直镜进行准直后朝向目标物出射。

可选地，激光测距装置还包括回波会聚镜，调制激光通过分光棱镜分为检测光束和参考光束及回波接收探测器接收经目标物反射回的检测光束，并转换为回波信号输出之间，该测距精度修正方法还包括：

经目标物反射回的检测光束通过回波会聚镜进行会聚再射向回波接收探测器。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种激光测距装置及测距精度修正方法，包括调制信号源电路、激光器、分光棱镜、参考光路探测器、回波接收探测器和调制及测距控制电路。通过调制信号电路与激光器电连接，对激光器发出的激光进行调制使激光器产生调制激光，进而利用调制激光进行测距。通过分光棱镜设置在调制激光的光路上，利用分光棱镜将激光器发出的调制激光分为检测光束和参考光束，从而通过检测光束进行距离测量，利用参考光束进行调制激光的修正。通过将参考光路探测器设置在参考光束的出光方向，利用参考光路探测器将参考光束转换为参考信号，进而利用参考信号作为激光调制修正的参考对象。回波接收探测器接收经目标物反射回的检测光束，并输出回波信号，其中回波信号包括与目标距离对应的相位信号和与大气干扰对应的调制幅度信号，进而通过调制及测距控制电路对回波信号和上述参考信号进行处理，产生调制幅度修正信号，对调制电流信号源电路产生的调制电流信号进行修正，进而对调制激光进行修正，进而使修正后的调制激光受到大气干扰的影响减少，从而提升了该激光测距装置对于距离测量的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的激光测距装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的测距精度修正方法的流程图之一；

图3为本发明实施例提供的测距精度修正方法的流程图之二；

图4为本发明实施例提供的测距精度修正方法的流程图之三；

图5为本发明实施例提供的测距精度修正方法的流程图之四。

图标：100-调制信号源电路；200-激光器；300-分光棱镜；400-光束准直镜；500-参考光路探测器；600-回波会聚镜；700-回波接收探测器；800-调制及测距控制电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种激光测距装置，如图1所示，包括：调制信号源电路100、激光器200、分光棱镜300、参考光路探测器500、回波接收探测器700和调制及测距控制电路800。

调制信号源电路100与激光器200电连接，用于输出调制电流信号到激光器200以产生调制激光，分光棱镜300设置在调制激光的光路上，用于将调制激光分为检测光束和参考光束，参考光路探测器500设置在参考光束的出光方向，用于接收参考光束，并输出参考信号，回波接收探测器700接收经目标物反射回的检测光束，并输出回波信号，其中回波信号包括与目标距离对应的相位信号和与大气干扰对应的调制幅度信号，调制及测距控制电路800分别与回波接收探测器700、参考光路探测器500和调制信号源电路100电连接，用于接收回波信号和参考信号，处理计算后输出目标距离，同时输出调制幅度修正信号到调制信号源电路100。

需要说明的是，第一，调制信号源电路100可以输出正弦调制电流信号，并发送到激光器200对激光进行调制，产生具有测距所需的正弦信号的调制激光，为接下来的测距工作提供信号基础。当然，在实际应用中调制信号源电路100输出的调制电流信号还可以是其他周期性信号，比如，余弦信号等。

调制电流信号的频率可根据实际使用时的情况进行设置。具体地，调制电流信号的频率需要使其波长大于待测距离的两倍，进而使该激光测距装置在测距时能够实现通过相位差进行测距。示例地，调制电流信号的频率设置为10～200mhz之间，比如，10mhz、50mhz、100mhz或200mhz等。

第二，激光器200发出的激光在需要有更好的方向性的同时还需要方便激发，由于激光脉冲能量越低则发射频率越高，因此上述激光器200发出的激光频率应该为高频，示例的，选用出射激光波长为633nm的激光器200。以使激光器200发出的调制激光有更好的方向性的同时还方便激发。当然，在本公开的其他实施例中，激光器200的规格还可以是波长为532nm、633nm、780nm或1064nm等。

第三，示例地，激光器200发出的调制激光的功率设置为0.2～5mw之间，以使调制激光具有较强的强度，进而使得调制激光在测距过程中受到干扰的影响较小，示例地，调制激光的功率设置为0.2mw、1mw或5mw等。

第四，示例的，分光棱镜300设置为正方体，将输入的调制激光分为相互垂直的检测光束和参考光束，进而利用检测光束对目标物进行测量，同时利用参考光束进行后续的调制修正。当然，在本公开的其他实施例中，分光棱镜300还可以是其他形状，比如，三角棱镜等；经分光棱镜300分出的检测光束和参考光束也可以是不相互垂直的情况。

分光棱镜300设置的位置紧靠于激光器200的出光口，以使经分光棱镜300分出的参考光束受到大气干扰的影响尽量减小，进而使该激光测距装置利用参考光束对调制激光的修正能够更加准确，从而进一步的提升了测量距离的精度。

第五，分光棱镜300将调制激光按照90:10～99:1之间的比例进行分光，其中检测光束的占比高于参考光束的占比。示例的，分光比例可以是90:10、95:5或99:1等。

第六，参考光路探测器500设置的位置靠近分光棱镜300参考光束的出光口，使参考光路探测器500能够更及时的将参考光束转换为参考信号，进一步地减少大气等因素对参考光束的干扰，从而提升该激光测距装置的修正精度。

第七，回波接收探测器700的接收端与激光器200的出光口处在与调制激光光路垂直的同一个平面上，以保证回波接收探测器700接收经目标物反射的检测光束时检测光束走过的路程与待测距离的两倍之间误差较小，进而提高该激光测距装置的测量精度。

本发明实施例提供的一种激光测距装置，包括调制信号源电路100、激光器200、分光棱镜300、参考光路探测器500、回波接收探测器700和调制及测距控制电路800。通过调制信号源电路100与激光器200电连接，对激光器200发出的激光进行调制使激光器200产生调制激光，进而利用调制激光进行测距。通过分光棱镜300设置在调制激光的光路上，利用分光棱镜300将激光器200发出的调制激光分为检测光束和参考光束，从而通过检测光束进行距离测量，利用参考光束进行调制激光的修正。通过将参考光路探测器500设置在参考光束的出光方向，利用参考光路探测器500将参考光束转换为参考信号，进而利用参考信号作为激光调制修正的参考对象。回波接收探测器700接收经目标物反射回的检测光束，并输出回波信号，其中回波信号包括与目标距离对应的相位信号和与大气干扰对应的调制幅度信号，进而通过调制及测距控制电路800对回波信号和上述参考信号进行处理，产生调制幅度修正信号，对调制信号源电路100产生的调制电流信号进行修正，进而对调制激光进行修正，进而使修正后的调制激光受到大气干扰的影响减少，从而提升了该激光测距装置对于距离测量的精度。

具体地，调制及测距控制电路800包括：调制信号产生模块、回波与参考信号采样模块、波形幅度比较修正模块和测相计算模块；

调制信号产生模块产生调制信号并输出给调制信号源电路100，回波与参考信号采样模块实时同步采集回波信号和参考信号，将与大气干扰相关的调制幅度信号和参考信号送入波形幅度比较修正模块，将与目标距离相关的相位信号送入测相计算模块，波形幅度修正模块接收参考信号和与大气干扰对应的调制幅度信号，进行波形幅度比较并产生调制幅度修正信号送入调制信号产生模块，测相计算模块接收与目标距离相关的相位信号，进行计算得到相位差数据并解算成相应的测量距离信息。

需要说明的是，调制信号产生模块、回波与参考信号采样模块、波形幅度比较修正模块和测相计算模块之间均采用电连接。

通过调制及测距控制电路800中的调制信号产生模块能够产生调制信号输送到调制信号源电路100使其产生符合要求的调制电流信号，进而利用调制电流信号进行之后的测距工作。回波与参考信号采样模块能够将接收的参考信号和回波信号进行采样和分类，将不同的信号分别传输给波形幅度比较修正模块和测相计算模块，在通过波形幅度比较修正模块和测相计算模块对相应的信号进行处理，进而实现对调制激光的修正并输出目标距离，进而达到减少大气等因素对调制激光的干扰目的，从而实现激光测距精度的提升。

进一步地，激光测距装置还包括光束准直镜400，光束准直镜400设置在检测光束的光路上。

需要说明的是，通过光束准直镜400对分光棱镜300分出的检测光束进行准直，使检测光束能够比较垂直的射向目标物，使检测光束的回路能够尽可能的等于待测距离的两倍，使得最终计算时所用的相位信息能够更加准确，进一步地提升该激光测距装置的测量精度。

进一步地，激光测距装置还包括回波会聚镜600，回波会聚镜600设置在经目标物反射回的检测光束的光路上。

需要说明的是，通过回波会聚镜600对经目标物反射回的检测光束进行会聚，使回波接收探测器700接收到的经目标物反射回的检测光束更加完全、强度更高，进而使回波接收探测器700输出的回波信号更加准确，对该激光测距装置的测量精度具有一定的促进作用。

具体地，光束准直镜400贴合设置在分光棱镜300检测光束的出光口。

将光束准直镜400贴合设置在分光棱镜300检测光束的出光口，使光束准直镜400对检测光束的准直更加及时，使检测光束的误差路径尽可能的减小，进而使该激光测距装置的测量精度得到进一步提高。

具体地，回波会聚镜600贴合设置在回波接收探测器700的入光侧。

需要说明的是回波会聚镜600贴合设置在回波接收探测器700的入光侧但两者之间并不接触，即存在一定的间隙，此间隙为光路的会聚提供所需的空间。

将回波会聚镜600贴合设置在回波接收探测器700的入光侧，使回波会聚镜600的能够将更多的分散光进行会聚，进而使回波接收探测器700接收到的经目标物反射回的检测光束更加完全，从而提升回波接收探测器700输出的回波信号的准确性。

本发明实施例的另一方面，提供一种测距精度修正方法，如图2所示，包括：

s10，调制信号源电路100产生调制电流信号对激光器200进行调制。

s20，激光器200输出调制激光。

s30，调制激光通过分光棱镜300分为检测光束和参考光束，其中，检测光束朝向目标物出射。

s40，参考光路探测器500接收参考光束并将参考光束转换为参考信号输出。

s50，回波接收探测器700接收经目标物反射回的检测光束，并转换为回波信号输出，其中，回波信号包括与目标距离对应的相位信号和与大气干扰对应的调制幅度信号。

s60，调制及测距控制电路800分别接收参考信号和回波信号，处理计算后输出目标距离，同时输出调制幅度修正信号到调制信号源电路100。

需要说明的是，当不考虑光在空气中的传播速度的时，参考光路探测器500接收参考光束和回波接收探测器700接收经目标物反射回的检测光束为同步进行，不区分先后。当然在本公开的其它实施例中，这两步骤也可以一前一后进行。

通过调制信号源电路100对激光器200进行调制之后，激光器200输出调制激光。调制激光被分光棱镜300分为检测光束和参考光束，利用检测光束，通过回波接收探测器700对检测光束进行转换，利用检测光束转换后的相位信息可以实现距离的测量。利用参考光束，通过参考光路探测器500对参考光束进行转换，再利用参考光束转换后的参考信号通过调制及测距控制电路800与回波信号进行比对修正，进而将调制激光进行修正，进而使调制激光受到大气等因素的影响减小，进而使该激光测距装置受到干扰的影响有所减小，从而提高距离测量的精度。

具体地，调制及测距控制电路800分别接收参考信号和回波信号，处理计算后输出目标距离，同时输出调制幅度修正信号到调制信号源电路100如图3所示，包括：

s61，调制及测距控制电路800对回波信号中与大气干扰对应的调制幅度信号和参考信号进行比对，输出调制幅度修正信号。

s62，调制及测距控制电路800对回波信号中与目标距离对应的相位信号进行计算，输出目标距离。

通过，调制及测距控制电路800对回波信号中与大气干扰对应的调制幅度信号和参考信号进行比对，输出调制幅度修正信号；调制及测距控制电路800对回波信号中与目标距离对应的相位信号进行计算，输出目标距离，使调制及测距控制电路800对回波信号和参考信号的处理更加细致具体，提升了该调制及测距控制电路800的处理效率。

进一步地，激光测距装置包括光束准直镜400，调制激光通过分光棱镜300分为检测光束和参考光束及回波接收探测器700接收经目标物反射回的检测光束，并转换为回波信号输出之间，该测距精度修正方法如图4所示，还包括：

s31，检测光束通过光束准直镜400进行准直后朝向目标物出射。

通过光束准直镜400对检测光束进行准直，使检测光束能够相对垂直的射向目标物，进而使检测光束整个回路的长度能够尽可能的接近待测距离的两倍，进而使该激光测距装置在计算距离时能够更加准确。

进一步地，激光测距装置还包括回波会聚镜600，调制激光通过分光棱镜300分为检测光束和参考光束及回波接收探测器700接收经目标物反射回的检测光束，并转换为回波信号输出之间，该测距精度修正方法如图5所示，还包括：

s51，经目标物反射回的检测光束通过回波会聚镜600进行会聚再射向回波接收探测器700。

通过回波会聚镜600对经目标物反射回的检测光束进行会聚，使回波接收探测器700接收到的经目标物反射回的检测光束更加完全、强度更高，进而使回波接收探测器700输出的回波信号更加准确，对该激光测距装置的测量精度产生一定的促进作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。