[发明专利]基于光栅多级衍射CCD分段复用的激光三角测距装置及方法

权利要求书

1.基于光栅多级衍射CCD分段复用的激光三角测距装置，其特征在于，包括激光器(1)以及沿光轴依次布置的准直镜(3)、光栅(4)、聚焦镜(5)和CCD相机(6)，其中，所述激光器(1)用于发射激光并照射至待测对象(2)的表面以产生散射光，该散射光经所述准直镜(3)准直后变成平行光，再经所述光栅(4)产生至少两级衍射光束，最后经所述聚焦镜(5)聚焦在所述CCD相机(6)上形成与衍射光束一一对应的各级成像点；所述光栅(4)的刻线与水平面呈预设夹角，以使CCD相机(6)上形成的各级成像点依次错开，并使得待测距离在CCD相机上成像为多级线段，通过各级线段上对应成像点的坐标确定待测距离，以此完成激光三角测距。

2.如权利要求1所述的基于光栅多级衍射CCD分段复用的激光三角测距装置，其特征在于，相邻两级衍射光束间的衍射角差Δβ满足如下条件：

Δβ≤H/F2

其中，Δβ为相邻两级衍射光束间的衍射角差，F2为聚焦镜的焦距，H为CCD相机的接收宽度。

3.如权利要求2所述的基于光栅多级衍射CCD分段复用的激光三角测距装置，其特征在于，相邻两级衍射光束间的衍射角差Δβ采用如下公式计算：

Δβ＝λ/d

其中，d为光栅的刻线间距，λ为激光的波长。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于光栅多级衍射CCD分段复用的激光三角测距装置，其特征在于，所述光栅(4)的刻线与水平面间的夹角θ满足如下条件：

其中，θ为光栅刻线与水平面间的夹角，F2为聚焦镜的焦距，为衍射光束焦点的直径。

5.基于光栅多级衍射CCD分段复用的激光三角测距方法，其采用如权利要求1-4任一项所述的装置实现，其特征在于，包括如下步骤：

S1激光照射至待测对象的表面产生散射光，散射光经准直镜(3)准直后变成平行光，再经光栅(4)产生至少两级衍射光束，最后经聚焦镜(5)聚焦在CCD相机(6)上形成与衍射光束一一对应的一组成像点；

S2移动待测对象，并重复步骤S1以形成另一组与衍射光束一一对应的成像点；

S3重复步骤S2以形成多组与衍射光束对应的成像点，根据CCD相机(6)成像范围内对应成像点的坐标确定待测对象的移动距离，以此完成待测对象的激光三角测距。

6.如权利要求5所述的基于光栅多级衍射CCD分段复用的激光三角测距方法，其特征在于，根据CCD相机成像范围内对应成像点的坐标确定待测对象的移动距离，具体为：标定出CCD相机成像范围内各级成像点坐标与待测对象相对于起始位置的移动距离间的转换关系；从CCD相机中提取出对应成像点的坐标，将其代入对应的转换关系中计算获得待测对象相对于起始位置的移动距离。