[发明专利]测距法和测距仪

说明书

本发明涉及用激光测定至某一目标的距离的一种激光测距法，并涉及实现该测距法的测距仪。更具体地说，本发明涉及用伪随机信号调制过的激光进行的距离测量。

这种用激光测定至某一目标的绝对距离的方法业已广泛应用于土木工程和建筑业的距离测量，防止与运动物体碰撞的距离测量，作为遥控机器人的可视信息的距离测量，和检查炼铁过程中所使用的转炉或铸桶中耐火材料的损坏或疲劳程度的距离测量等。

激光测距法通常分为三类，即相位比较法，脉冲调制法和伪随机信号调制法。下面概括介绍这三种方法。

（1）相位比较法

例如，日本专利申请公开昭-62-75363即公开了相位比较法。下面参照图1说明这种方法。

激光振荡器21发出的激光由半反射镜27分配到两个光路中。一个光路上的激光进入声光调制器22中。声光调制器22产生频率因与高频振荡器23发出的高频信号相互作用而频移的衍射光。该衍射光经由反射镜44传送到目标17。探测器43监控着该衍射光，即激光。在目标17上反射的光经由半反射镜28进入外差探测器40中。

另一方面，从半反射镜27供到另一光路上的激光通过半反射镜28作为参考光进入外差探测器40中。外差探测器40外差地探测表示来自目标的反射波与来自半反射镜28的参考光之间的频差的差频信号。由于差频信号的相位正比地滞后于至目标的距离，所述至目标的距离可通过检测来自高频振荡器23的参考信号与所述差频信号之间的相位差的鉴相器42测定。

由于相位比较法采用连续波发送系统，因而不能将来自目标的反射光与来自目标以外的无用光（例如反射光、漏泄光等）加以区别，因此可能会产生大的误差。特别是，当灵敏度高到能检测出微弱的反射光时，与光的接收有关的光学系统可以检测出来自与发射激光有关的光学系统的微弱漏泄光，而且可将其叠加到来自目标的反射光，使其与该反射光相干扰从而使相位紊乱，结果误差大。

（2）脉冲调制法

例如，日本专利申请公开昭-58-76784就介绍了一种脉冲调制法。下面参看图2说明这个方法。

半反射镜27将来自激光振荡器21的激光分配到两个光路。一光路上的光进入由高频振荡器23所驱动的声光调制器22。在声光调制器22中，激光被调制成频率经过频移的衍射光。该衍射光通过缝隙29，由透镜54加以会聚，然后进入光调制器24。在光调制器24中，用来自脉冲发生器50的脉冲信号对入射的激光进行脉冲调制。经脉冲调制的激光通过光发送系统11然后射向目标17。从目标17反射回来的光波通过光接收系统12和半反射镜28，然后进入光探测元件25。

另一光路上来自半反射镜27的激光在半反射镜28上反射之后，进入光探测元件25，作为参考光。光探测元件25根据参考光对来自目标17的脉冲反射波进行外差探测，从而产生表示反射光与参考光之间的频差的差频信号脉冲波形。该差频信号脉冲波形经中频放大器51放大之后，由探测器52探测，从而成为探测脉冲波形。

由于该探测脉冲波形延迟了激光至目标的往返距离所需要的传播时间，因而信息处理电路53通过测定脉冲发生器50产生脉冲时与接收来自目标17的反射光而获得探测脉冲波形时两者之间的时差计算所述至目标的距离。

脉冲调制法采用间断波传送系统，因而即使存在由障碍物反射回来的无用光，也可以及时将目标反射回来的光与该来自障碍物的光区别开来。但在脉冲调制法中，不仅脉冲光的功率平均来说都小，而且待发送的激光其峰值功率因装置结构和安全问题而受到限制。因此当目标对光的反射率小时，测定不了至目标的距离。因此当目标对光的反射率小时，可以在目标上粘上（例如）在其表面具有大量细反射性物质的反射带以增加反射光量。但粘贴这类反射带的工艺是复杂的。

（3）伪随机信号调制法

例如，日本专利申请公开昭-58-166281就曾经介绍过一种伪随机信号调制法。下面参看图3说明该调制法。

在调制器24中用伪随机信号发生器60所产生的伪随机信号在强度上调制由激光振荡器21所产生的激光。经调制的激光照射到目标17上。从目标17上反射回来的光为光探测元件25所接收之后。被转换成电信号。这里，电信号的波形存储在一高速存储器62中。在延迟相关器61中，计算伪随机信号发生器60所产生的伪随机信号与存储在高速存储器62中的接收伪随机信号之间的相关性，同时使伪随机信号依次延迟。相关处理的结果送到显示记录器63。