專利名稱：：高精確度激光測距儀裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明提供一種高精確度激光測距儀裝置，尤指一種具有自動峰值控制回路(automaticpeakcontrol)的激光測距儀裝置，由該裝置可準(zhǔn)確地達(dá)成距離量測。按，激光測距儀長期以來一直是做為距離量測的重要工具之一，其原理乃是由一激光發(fā)射器對目標(biāo)物發(fā)射出一脈沖信號，而再由一低噪聲、高感度的激光接收器接收由目標(biāo)物所反射回來的信號，由該反射信號計算出目標(biāo)物的距離，其公式如下所述Td＝2L/C在上述公式中，Td代表的是發(fā)射的脈沖信號及接收的脈沖信號兩者的間的時間延遲，而L代表的是目標(biāo)物的距離，C所代表的則是光速。而只要精準(zhǔn)地量測出延遲時間Td，則目標(biāo)物的距離L即可得到。為了更精準(zhǔn)地量測出距離，因而準(zhǔn)確地量測出延遲時間Td是必然的，其改善方向可朝以下數(shù)點進(jìn)行1.盡可能地縮窄所發(fā)射出脈沖信號的脈沖寬度。2.從目標(biāo)物所反射回來的接收脈沖信號須要加以穩(wěn)定，因此由目標(biāo)物的反射性不同，造成接收信號的啟始時間點的變動須盡可能維持在最低值。3.需要一高靈敏度的延遲時間測量電路來提升激光測距儀的測量解析度。而由美國專利號碼3,921,095一案上可得知該案是以一啟動式鎖相電路(startablephase-lockedloop)來改善延遲時間的測量，而將解析度提高至10-12秒，在這個發(fā)明中乃是由一個啟動式振蕩器(startableoscillator)的振蕩頻率做為一個參考頻率，該參考頻率于啟動瞬間的初始相位可精確地保留下來，但因為該啟動式振蕩器只能在高速時間脈沖信號下操作，尤其是在ECL邏輯閘元件中操作，因此在以電池做為電力來源的裝置中，其功率消耗乃是一極須克服的問題。而在另一美國專利發(fā)明案，專利號碼為5,075,878一案中的利用取樣技術(shù)來改善延遲時間的量測準(zhǔn)確性，由發(fā)射及接收的脈沖信號取樣出一參考信號，利用此參考信號而得到一取樣波形信號，該取樣波形信號的周期較脈沖信號長。而在此發(fā)明案中，該取樣電路有可能發(fā)生失真問題，因此在電路中會有量測誤差的存在。由上述可知，現(xiàn)有激光測距儀的測距技術(shù)上仍有不足之處，故有待進(jìn)一步改善。因此本發(fā)明的主要目的在提供一種高精確度激光測距儀裝置，該激光測距儀可提高量測解析度，達(dá)到低功率消耗，因而適用于以電池做為電力來源的裝置。為達(dá)成前述的目的，本發(fā)明所提出高精確度激光測距儀裝置，包括有一驅(qū)動電路，是驅(qū)動一紅外線激光二極管對目標(biāo)物發(fā)射脈沖信號；一自動峰值控制回路，是接收目標(biāo)物所反射回來的脈沖信號并控制前述驅(qū)動電路的輸出脈沖信號強(qiáng)度；一放大電路，是將反射回來的脈沖信號放大；一單擊電路，是將前述放大電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)為時脈信號；一時間對振幅轉(zhuǎn)換電路，是連接至前述單擊電路的輸出端，是將時脈信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；一微處理器，是與前述時間對振幅轉(zhuǎn)換電路及驅(qū)動電路連接，以控制前述驅(qū)動電路的觸發(fā)時機(jī)，并提供重置信號予該時間對振幅轉(zhuǎn)換電路；一顯示器，是與前述微處理器連接，將微處理器的距離量測計算結(jié)果顯示出來。其中該自動峰值控制回路包含有一崩潰光檢知器，是將感測到的光信號轉(zhuǎn)為電流信號輸出；一信號接收電路，是接收前述崩潰光檢知器的電流信號，并轉(zhuǎn)換為電壓信號；一峰值保持電路，是連接至該信號接收電路的輸出端，將其電壓信號的峰值固定；一積分電路，是連接至該峰值保持電路的輸出端，并將其輸出電壓信號與一參考電壓比較取得一電壓差值，將該電壓差值做積分動作；一高壓電源電路，是連接至該積分電路的輸出端，其輸出端則與前述驅(qū)動電路及信號接收電路連接，控制驅(qū)動電路的發(fā)射信號強(qiáng)度，及崩潰光檢知器的增益。其中該自動峰值控制回路包含有一崩潰光檢知器，是將感測到的光信號轉(zhuǎn)為電流信號輸出；一信號接收電路，是接收前述崩潰光檢知器的電流信號，并轉(zhuǎn)換為電壓信號；一峰值保持電路，是連接至該信號接收電路的輸出端，將其電壓信號的峰值固定；一A/D轉(zhuǎn)換器，是連接至該峰值保持電路的輸出端，并將其輸出電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送至微處理器；一D/A轉(zhuǎn)換器，是連接至微處理器的輸出端，并將微處理器送出的信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；一高壓電源電路，是連接至該D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端接收其輸出的模擬信號，其輸出端則與前述驅(qū)動電路及信號接收電路連接，控制驅(qū)動電路的發(fā)射信號強(qiáng)度，及崩潰光檢知器的增益。其中該時間對振幅轉(zhuǎn)換電路包含有一正反器，其輸入端的與單擊電路的輸出端及微處理器連接，由單擊電路及微處理器決定其輸出時脈信號寬度；一線性充電電路，是將正反器的輸出時脈信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出；一A/D轉(zhuǎn)換器，是將該線性充電電路的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入微處理器。其中該驅(qū)動電路的透過一極化分光器，對發(fā)射的脈沖信號進(jìn)行合光處理。其中該正反器的為一R-S正反器。為使審查員能進(jìn)一步了解本發(fā)明的設(shè)備及方法設(shè)計以及其他目的，以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是本發(fā)明的電路方塊圖。圖2是本發(fā)明驅(qū)動電路的電路圖。圖3是本發(fā)明信號接收電路的電路圖。圖4是本發(fā)明峰值保持電路的電路圖。圖5是本發(fā)明積分電路的電路圖。圖6是本發(fā)明高壓電源電路的電路圖。圖7是本發(fā)明放大電路及單擊電路的電路圖。圖8是本發(fā)明的計時偏差原理9是本發(fā)明R-S正反器的電路圖。圖10是本發(fā)明線性充電電路的電路圖。圖11是本發(fā)明時間對振幅轉(zhuǎn)換電路的時序圖。圖12是本發(fā)明另一較佳實施例的電路方塊圖。有關(guān)本發(fā)明所提出的高精確度激光測距儀裝置，請參閱圖1所示，其包括一極化分光器10，是對發(fā)射的激光脈沖信號做合光處理；一驅(qū)動電路20，是驅(qū)動一紅外線激光二極管21發(fā)出脈沖信號；一自動峰值控制回路30，包含有一崩潰光檢知器35，該自動峰值控制回路30是接收目標(biāo)物所反射回來的信號并控制前述驅(qū)動電路20的輸出脈沖信號強(qiáng)度及崩潰光檢知器35的偏壓值。一放大電路40，是與前述自動峰值控制回路30連接，以便對反射回來的脈沖信號做放大處理；一單擊電路50，是連接至前述放大電路40的輸出端，是將放大電路40輸出的電壓信號轉(zhuǎn)為時脈信號；一時間對振幅轉(zhuǎn)換電路60，是連接至前述單擊電路50的輸出端，是將時脈信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；一微處理器70，是分別與前述時間對振幅轉(zhuǎn)換電路60及驅(qū)動電路20連接，控制前述驅(qū)動電路20的觸發(fā)時機(jī)，并依前述數(shù)字信號做距離計算處理；一液晶顯示器80，是與前述微處理器70連接，將微處理器70的距離量測計算結(jié)果顯示出來；其中該自動峰值控制回路30包含有一崩潰光檢知器35，是將感測到的光信號轉(zhuǎn)為電流信號輸出；一信號接收電路31，是連接至前述崩潰光檢知器35，并將其輸出電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號；一峰值保持電路32，是連接至該信號接收電路31的輸出端，將其電壓信號的峰值固定；一積分電路33，是連接至該峰值保持電路32的輸出端，并將其輸出電壓信號與一參考電壓比較取得一電壓差值，將該電壓差值做積分動作；一高壓電源電路34，是連接至該積分電路33的輸出端，其輸出端則與前述驅(qū)動電路20及信號接收電路31連接，控制驅(qū)動電路20的發(fā)射信號強(qiáng)度，及崩潰光檢知器35的增益。該信號接收電路31是透過崩潰光檢知器35接收由目標(biāo)物所反射回來的激光脈沖信號，而將接收到的脈沖信號經(jīng)處理后，傳送到峰值保持電路32，由峰值保持電路32偵測出接收信號的振幅強(qiáng)度，并與一參考電壓值做比較取其電壓差值，利用積分電路33對此電壓差值做積分處理，積分處理完的輸出信號傳遞至高壓電源電路34，借此控制高壓電源電路34的輸出電壓，而此輸出電壓是用以控制驅(qū)動電路20的輸出信號強(qiáng)度，以及崩潰光檢知器35的增益。一旦此回路達(dá)到穩(wěn)定時，接收信號的強(qiáng)度與參考電壓值彼此之間的電壓差值可維持在零。請參考圖2所示，該驅(qū)動電路20是接收由高壓電源電路34所提供的電壓及微處理器70的觸發(fā)信號以使激光半導(dǎo)體以正確時間產(chǎn)生激光脈沖。請參考圖3所示，該信號接收電路31其崩潰光檢知器35是偏壓值由一去耦濾波器310連接至崩潰光檢知器35的負(fù)端，接收崩潰光檢知器35的輸出電流信號，輸入至一轉(zhuǎn)阻放大器311，由該轉(zhuǎn)阻放大器311將由崩潰光檢知器35送出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并送入一射極隨耦器312及一共射極放大器313，以便將此電壓信號經(jīng)放大處理后送至峰值保持電路32及放大電路40。請參考圖4所示，該峰值保持電路32中主要是由一緩沖器321接收由信號接收電路31所輸出的信號，再經(jīng)過一級主要由運(yùn)算放大器OP1所組成的峰值維持電路322將信號峰值固定后輸出至積分電路33，使其輸出信號強(qiáng)度的與輸入信號的脈波強(qiáng)度成正比關(guān)系。請參考圖5所示，該積分電路33是由一積分器構(gòu)成，是將峰值保持電路32的輸出信號與參考電壓比較，將兩者的差值經(jīng)過積分放大處理后送入高壓電源電路34，借由積分電路33以消除自動峰值控制回路30的穩(wěn)態(tài)誤差。請參考圖6所示，該高壓電源電路34的由一脈寬調(diào)變器U501及一升壓電路組成，其中脈寬調(diào)變器U501的輸出脈寬的由積分電路33的輸出電壓信號所控制，而高壓電源電路34的輸出電壓則分別提供至驅(qū)動電路20及崩潰光檢知器35，因此可以控制驅(qū)動電路20的激光輸出脈沖信號強(qiáng)度及崩潰光檢知器35的增益。請參考圖7所示，該放大電路40是由一偏壓穩(wěn)定回路41、一放大器U201及一低通濾波器42所組成，為防止放大器U201的直流電壓漂移經(jīng)放大器U201放大輸出而使單擊電路50產(chǎn)生誤動作，故由偏壓穩(wěn)定回路41來穩(wěn)定放大器的輸入偏壓，同時該放大器U201輸入端的偏壓是由輸出端回授經(jīng)低通濾波器42所調(diào)整，如此可穩(wěn)定輸入偏壓不受溫度變化所影響。而單擊電路50主要的由一集成電路U401所構(gòu)成，其功能主要是將放大電路40的輸出電壓信號轉(zhuǎn)為寬度為定值的數(shù)字脈沖信號后輸入R-S正反器61，做為觸發(fā)用，即使因目標(biāo)物的反射率不同導(dǎo)致反射信號的強(qiáng)弱度不同，在經(jīng)過自動峰值控制回路30處理后，其輸出脈波的振幅將保持定值，因此經(jīng)由放大電路40及單擊電路50處理后，因振幅變動而產(chǎn)生的計時偏差(timingjitter)的問題即可解決。請參考圖8(A)所示，即使在相同的距離隨著目標(biāo)物的反射率不同，導(dǎo)致接收到的反射信號強(qiáng)度也不一樣，因此經(jīng)過放大電路40后，其輸出信號有強(qiáng)度不同的變化，如圖中所示C曲線代表高反射度物體，D曲線則是代表低反射度物體經(jīng)放大電路40輸出的信號，圖8(B)中的輸出信號C′及D′為對應(yīng)的比較器的輸出所引起的計時偏差(timingjitter)，然而再經(jīng)過自動峰值控制回路30后，其輸出脈波的振幅寬度則皆保持為一定值，如此一來則計時偏差(timingjitter)的問題即可解決。請再參考圖1所示，該時間對振幅轉(zhuǎn)換電路60是由一R-S正反器61、一線性充電電路62及一A/D轉(zhuǎn)換器63所組成。前述單擊電路50的輸出脈沖信號與微處理器70的觸發(fā)信號送入R-S正反器61處理后(詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)請參考圖9所示)由其正相輸出端輸出觸發(fā)信號控制線性充電電路62中(詳細(xì)電路如圖10所示)晶體管開關(guān)Q9的導(dǎo)通與否，而此觸發(fā)信號的脈寬是與激光測距儀的發(fā)射信號及接收信號其延遲時間成一正比關(guān)系。又線性充電電路62包含有一定電流源621，當(dāng)R-S正反器61的觸發(fā)脈沖信號導(dǎo)通晶體管Q9時，電流流經(jīng)晶體管Q9向電容C23充電，因此可由電容C23的電壓得知觸發(fā)脈沖信號的脈寬，而其中一運(yùn)算放大器OP4是做為一緩沖放大器，另一運(yùn)算放大器OP5則是對A/D轉(zhuǎn)換器63做增益及補(bǔ)償調(diào)整。由運(yùn)算放大器OP5輸出電壓，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器63將電容C23的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入微處理器70，由微處理器70讀取數(shù)字信號計算出目標(biāo)物的距離，再顯示于液晶顯示器80上，而完成距離量測，同時微處理器70在讀取A/D轉(zhuǎn)換器63的輸出數(shù)字信號后，即刻送出一重置信號予線性充電電路62，將電容C23的電壓放電為零。該時間對振幅轉(zhuǎn)換電路60的時序圖如圖11所示，其中a代表發(fā)射信號，b代表接收信號，c代表R/S正反器61的輸出，d代表線性充電電路62的充電狀態(tài)，e則代表由微處理器70所送出的重置信號。請參考圖12所示，是為本發(fā)明的另一較佳實施例，與前一實施例不同處在于自動峰值控制回路30的變化設(shè)計，如該自動峰值控制回路30當(dāng)中的積分電路33是由一組A/D轉(zhuǎn)換器36及D/A轉(zhuǎn)換器37取代，其中該A/D轉(zhuǎn)換器36的連接于峰值保持電路32的輸出端及微處理器70之間，將由峰值保持電路32輸出的模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后送至微處理器70，由微處理器70將該數(shù)字信號與其內(nèi)部一參考數(shù)值作比較后而自動修正此一信號的大小，由此取代了原有積分電路33的功能。而再由微處理器70將修正過后的信號輸出至D/A轉(zhuǎn)換器37，由D/A轉(zhuǎn)換器將該輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后輸出至高壓電源電路34。由以上所述，本發(fā)明的優(yōu)點在于經(jīng)由自動峰值控制回路取得接收信號的大小，經(jīng)由積分電路控制高壓電源電路，以改變崩潰光檢知器的增益及驅(qū)動電路的發(fā)射信號強(qiáng)度，使對于不同反射率的目標(biāo)物其反射接收信號的強(qiáng)度均為定值，則計時偏差(timingjitter)的問題將被排除，精確度因而提高。綜上所述，本發(fā)明設(shè)計可將激光測距儀裝置的距離量測精確度提高至1公分，具備顯著的功效增進(jìn)，實為一極具產(chǎn)業(yè)利用價值的設(shè)計，因此，本發(fā)明符合發(fā)明專利要件，故依法提出申請。權(quán)利要求1.一種高精確度激光測距儀裝置，其特征在于，包含有一驅(qū)動電路，是驅(qū)動一紅外線激光二極管對目標(biāo)物發(fā)射脈沖信號；一自動峰值控制回路，是接收目標(biāo)物所反射回來的脈沖信號并控制前述驅(qū)動電路的輸出脈沖信號強(qiáng)度；一放大電路，是將反射回來的脈沖信號放大；一單擊電路，是將前述放大電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)為時脈信號；一時間對振幅轉(zhuǎn)換電路，是連接至前述單擊電路的輸出端，是將時脈信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；一微處理器，是與前述時間對振幅轉(zhuǎn)換電路及驅(qū)動電路連接，以控制前述驅(qū)動電路的觸發(fā)時機(jī)，并提供重置信號予該時間對振幅轉(zhuǎn)換電路；一顯示器，是與前述微處理器連接，將微處理器的距離量測計算結(jié)果顯示出來。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精確度激光測距儀裝置，其特征在于，該自動峰值控制回路包含有一崩潰光檢知器，是將感測到的光信號轉(zhuǎn)為電流信號輸出；一信號接收電路，是接收前述崩潰光檢知器的電流信號，并轉(zhuǎn)換為電壓信號；一峰值保持電路，是連接至該信號接收電路的輸出端，將其電壓信號的峰值固定；一積分電路，是連接至該峰值保持電路的輸出端，并將其輸出電壓信號與一參考電壓比較取得一電壓差值，將該電壓差值做積分動作；一高壓電源電路，是連接至該積分電路的輸出端，其輸出端則與前述驅(qū)動電路及信號接收電路連接，控制驅(qū)動電路的發(fā)射信號強(qiáng)度，及崩潰光檢知器的增益。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精確度激光測距儀裝置，其特征在于，該自動峰值控制回路包含有一崩潰光檢知器，是將感測到的光信號轉(zhuǎn)為電流信號輸出；一信號接收電路，是接收前述崩潰光檢知器的電流信號，并轉(zhuǎn)換為電壓信號；一峰值保持電路，是連接至該信號接收電路的輸出端，將其電壓信號的峰值固定；一A/D轉(zhuǎn)換器，是連接至該峰值保持電路的輸出端，并將其輸出電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送至微處理器；一D/A轉(zhuǎn)換器，是連接至微處理器的輸出端，并將微處理器送出的信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；一高壓電源電路，是連接至該D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端接收其輸出的模擬信號，其輸出端則與前述驅(qū)動電路及信號接收電路連接，控制驅(qū)動電路的發(fā)射信號強(qiáng)度，及崩潰光檢知器的增益。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高精確度激光測距儀裝置，其特征在于，該時間對振幅轉(zhuǎn)換電路包含有一正反器，其輸入端的與單擊電路的輸出端及微處理器連接，由單擊電路及微處理器決定其輸出時脈信號寬度；一線性充電電路，是將正反器的輸出時脈信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出；一A/D轉(zhuǎn)換器，是將該線性充電電路的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入微處理器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精確度激光測距儀裝置，其特征在于，該驅(qū)動電路的透過一極化分光器，對發(fā)射的脈沖信號進(jìn)行合光處理。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精確度激光測距儀裝置，其特征在于，該正反器的為一R-S正反器。全文摘要一種高精確度激光測距儀裝置,主要是利用一自動峰值控制回路以提高量測精準(zhǔn)度,該自動峰值控制回路是由一信號接收電路、一峰值保持電路、一積分電路及一高壓電源電路組成,因隨著目標(biāo)物其反射率的不同,接收的信號強(qiáng)度也不同,而透過信號接收電路及峰值保持電路等處理,使對于不同反射率的目標(biāo)物其反射接收信號強(qiáng)度皆為定值,則計時偏差的問題將被排除,精確度亦因而提高至1cm。文檔編號G01C3/00GK1384371SQ01115839公開日2002年12月11日申請日期2001年5月9日優(yōu)先權(quán)日2001年5月9日發(fā)明者簡碧堯,劉德偉,黃瑞峰,洪志偉,林志賢,劉華唐申請人:亞洲光學(xué)股份有限公司