專利名稱：基于液晶光閥原理相位測量的校準方法、校準裝置和測距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于液晶光閥原理相位測量的校準方法、校準裝置和測距裝置屬于光電測
距領(lǐng)域，尤其涉及基于液晶光閥原理相位測量的校準方法、校準裝置和測距裝置。
背景技術(shù)：
自1947年世界上第一個光電測距儀專利注冊，歷經(jīng)六十余年的發(fā)展，高精度長距
離相位式光電測距儀已相當成熟，在高精度測量工作中早已成為主力，并與其他測量技術(shù)
結(jié)合，組成了功能豐富的全站儀等高效率的測繪儀器。但由于大型測距儀價格高昂及外型
尺寸，重量較大等方面的限制，直至上世紀90年代以前，在200米內(nèi)的短程、中精度測量工
作中，光電測距儀未能成為主流。甚低精度的超聲測距儀曾一度大量生產(chǎn)。 直至20世紀的最后十年，隨著半導體激光器和數(shù)字電路的長足發(fā)展，激光測距技
術(shù)才越來越更廣泛應(yīng)用于建筑裝修、電力、水利、通訊、環(huán)境、建筑、警務(wù)、消防、爆破、航海、
鐵路、軍事反恐等領(lǐng)域，毫米級別測量精度的相位式激光測距產(chǎn)品已經(jīng)逐步在200米內(nèi)的
短程:S^:測距工作中占主導地位。但由于小型短程激光測距儀價格上的敏感及性能要求與
高精度長距離光電測距儀工作的差異，使得小型激光測距儀在技術(shù)與傳統(tǒng)的高精度長測程 光電測距儀有較大的差異。這正是促成我們要加大小型光電測距儀的研究創(chuàng)新力度和提出 有關(guān)新發(fā)明的原因。 基于測相位差原理的激光測距裝置是用調(diào)制的激光光束照射被測目標，光束經(jīng)被 測目標反射后折回，將光束往返過程產(chǎn)生的相位變化，換算成被測目標的距離，應(yīng)用于短距 離高精度的距離測量，其測量的準確性和精度受裝置內(nèi)部零部件特性的影響。激光測距儀 器的精度要求越高，其電路的復(fù)雜度與精密器件的需求量就大大提高。因此環(huán)境因素，例如 溫度以及器件使用壽命對器件性能的影響，導致器件產(chǎn)生的相位漂移不可忽視?，F(xiàn)有技術(shù) 多利用內(nèi)外光路的相位差補償原理消除電路系統(tǒng)的附加相移，確保測量數(shù)據(jù)不受外界環(huán)境 因素的影響。消除附加相移的相位差補償原理，簡述如下 設(shè)測距信號先后經(jīng)內(nèi)光路和外光路行程所遲后的相位差各為W *和W ,， A W為 儀器內(nèi)部信號發(fā)生器件產(chǎn)生的電子信號在電路傳送和光電轉(zhuǎn)換過程中所產(chǎn)生的附加相移， 則內(nèi)、外光路測距信號e *和e,在鑒相器中對比相結(jié)果為
①內(nèi)二W內(nèi)+ AW
。外=W外+ A W 上式中，A W隨儀器在不同環(huán)境而而產(chǎn)生工作狀態(tài)的變化，為隨機相移，無法通過 精確計算求解，所以在測距時，交替使用內(nèi)、外光路進行測相，在交替過程的短時間內(nèi)，可以 認為附加相移沒有變化，于是取內(nèi)、外光路比相結(jié)果的差值作為測量結(jié)果，艮卩
①=①外一①內(nèi)=W外一W內(nèi) 以上結(jié)果①已經(jīng)消除了附加相移不穩(wěn)定的影響，從而保證了測距的精度。 現(xiàn)有技術(shù)中采用一個光波發(fā)射裝置產(chǎn)生一路光波，需要利用光束轉(zhuǎn)換裝置改變光路，得到內(nèi)、外兩路光，光束轉(zhuǎn)換裝置的多次轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生機械負荷，機械磨損不可避免，且電 路響應(yīng)時間長，另外帶有光束轉(zhuǎn)換裝置必然導致電路復(fù)雜，體積大，成本高?，F(xiàn)有技術(shù)采用 一個光波發(fā)射裝置產(chǎn)生一路光波，需要由分光透鏡同時產(chǎn)生內(nèi)外兩路光波，因此需采用雙 APD(雪崩二極管)接收裝置，接收同時傳輸?shù)墓獠?，由于APD浪費電路空間、且成本較高。
此外還有方案采用雙LD(激光管)發(fā)生兩路光波信號形成內(nèi)外光路并通過 APD(雪崩二極管)分別接收所述信號達到消除基底信號的相位。所述方案在實施過程中， 由于雙LD在工作工程中，工作時間和工作環(huán)境不同而導致兩個LD的工作狀態(tài)不同而無法 完全消除基底信號；此外由于LD器件離散性較大，不同管子之間的差異也直接造成較大誤 差。 現(xiàn)有技術(shù)采用如下的校準方法 (1)單發(fā)單收系統(tǒng)，即單路發(fā)送光束單路接收光路信號，通過一個可控制的機械裝 置實現(xiàn)內(nèi)外光路的切換，通過計算切換前后內(nèi)外光路的相位值進行相位校正，消除環(huán)境不 確定相位干擾。由于采用物理機械開關(guān)，機械響應(yīng)時間長(一般為數(shù)百毫秒級別)，不可實 時校準，且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，容易產(chǎn)生機械磨損和故障，使用壽命短，不適合作為工業(yè)精密儀 器使用。 (2)單發(fā)雙收系統(tǒng)，即單路發(fā)射光束并通過雙路分別接收內(nèi)、外光路信號，兩路接 收信號分別進行處理并計算其相位差，從而消除環(huán)境不確定相位干擾。該系統(tǒng)采用兩個雪 崩二極管(Avalanche Photo Diode，APD)分別接收內(nèi)外光路信號，由于APD價格昂貴，使用 兩個APD不僅成本高，而且雙路放大電路容易產(chǎn)生同頻干擾。 (3)雙發(fā)單收系統(tǒng)，即雙路發(fā)射光束并通過單路分別先后接收內(nèi)、外光路信號，兩 路接收信號分別進行處理并計算其相位差，從而消除環(huán)境不確定相位干擾。該系統(tǒng)采用兩 個光電發(fā)生裝置分別發(fā)生兩路光波信號，而由于兩路光電發(fā)生裝置，特別是激光管，在工作 時極容易產(chǎn)生不同溫度漂移無法用上述原理進行消除，從而產(chǎn)生測量距離的漂移。
綜上所述，以上三種解決方案在實際應(yīng)用中均存在缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種響應(yīng)時間短，使用壽命 長，成本低、防止同頻干擾的基于液晶光閥原理相位測量的校準方法、校準裝置和測距裝置。 本發(fā)明的目的是通過以下措施來達到的，基于液晶光閥原理相位測量的校準方法 包括步驟 系統(tǒng)光波發(fā)射裝置發(fā)射一光波通過第一液晶光閥至被測目標，光波被被測目標反 射折回，折回的光波通過光學裝置聚焦，由收裝置接收，接收的光波作為系統(tǒng)測量的外光 路； 光波在通過第一液晶光閥的同時，部分光波被第一液晶光閥反射，反射的光波通 過第二液晶光閥，通過第二液晶光閥的光波直接被接收裝置接收，通過第二液晶光閥的光 波將作為系統(tǒng)相位測量基底參考的內(nèi)光路； 系統(tǒng)在工作時將先后切換第一液晶光閥與第二液晶光閥，使接收裝置將先后接收 到的內(nèi)光路光波、外光路兩路光波進行相位比較，輸出消除基底參考的信號。
本發(fā)明的校準裝置包括 —光波發(fā)射裝置，用于發(fā)射光路信號，此光波信號具有穩(wěn)定的頻率、相位和幅度；
光電轉(zhuǎn)換裝置，用于分別接收由被測目標反射折回的外光路和經(jīng)第一液晶光閥反 射的內(nèi)光路信號； 液晶光閥，用于電路控制的光路切換開關(guān)，以切換外光路和內(nèi)光路的光路開關(guān)，同 時能反射外光路光波至內(nèi)光路，液晶光閥為液晶屏、液晶光閥、壓控石英光閥或其他壓控晶 體光閥； 鑒相器，用于分別接收所述光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的信號，并將分別先后將兩路信號 進行相位比較輸出消除基底的相位差信號。 混頻器，用于將光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的兩路信號分別先后與同一混頻信號進行混 頻，放大后輸出至鑒相器。 光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器包含于一接收裝置內(nèi)，接收裝置為光電二極管、光電三極 管、雪崩二極管或光電倍增管。 振蕩器，用于產(chǎn)生并輸出所述高頻振蕩信號和混頻信號，振蕩器為晶振、鎖相環(huán)、 倍頻器、分頻器或直接數(shù)字頻率合成器； 放大裝置，用于接收光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出信號，進行放大并輸出。 光波發(fā)射裝置接收到的第一高頻振蕩信號調(diào)制生成一調(diào)制光波，并將光波通過第
一液晶光閥作為外光路信號發(fā)射至被測目標；同時光波被第一液晶光閥反射并通過第二液
晶光閥作為內(nèi)光路信號，光電轉(zhuǎn)換裝置對內(nèi)光路信號和外光路信號分別進行光電轉(zhuǎn)換并輸
出，鑒相器分別接收光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的信號，并將兩路信號進行相位比較輸出消除基底
的相位差信號。 光波發(fā)射裝置包括時鐘發(fā)生器、調(diào)制驅(qū)動電路、發(fā)光裝置，其中發(fā)光裝置在驅(qū)動器 的驅(qū)動下發(fā)射光波，該發(fā)光裝置可以為激光二極管(Laser Diode， LD)、發(fā)光二極管(Light Emitting Diode， LED)或其他的發(fā)光器件。作為本發(fā)明的一個實施例，光波發(fā)射裝置可以 為激光波發(fā)射裝置，如激光二極管，發(fā)射激光。 第一液晶光閥與第二液晶光閥均包含驅(qū)動電路、液晶光閥、輔助光學器件，其中輔 助光學器件協(xié)助液晶光閥完成內(nèi)外光路的完整性與封閉性。該液晶光閥可以為液晶光閥、 晶體光電開關(guān)或其他電控光路開關(guān)。 第一液晶光閥和第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置對準，使光波直接入射到該光電轉(zhuǎn) 換裝置中；也可以在第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有反射鏡，以改變光路，便于光電 轉(zhuǎn)換裝置接收；還可以在第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間連接有光信號傳輸線，該傳輸 線可以為光纖、導光管。 光電轉(zhuǎn)換裝置可以為光電二極管、光電三極管、APD、光電倍增管等光電轉(zhuǎn)換裝置。
光電轉(zhuǎn)換裝置可以先接收外光路光波，再接收內(nèi)光路光波，或先接收內(nèi)光路光波， 再接收外光路光波。 光波發(fā)射裝置、光電轉(zhuǎn)換裝置、液晶光閥、鑒相器、混頻器、接收裝置、振蕩器、放大 裝置安裝在殼體上，光波發(fā)射裝置的前端安裝設(shè)置透鏡，在透鏡前端安裝設(shè)置第一液晶光 閥，光波通過第一液晶光閥至被測目標，在殼體上安裝設(shè)置有接收透鏡，在光波被被測目標 反射折回后，通過接收透鏡，在接收透鏡后面設(shè)置有接收裝置，在接收裝置前端安裝設(shè)置透
6鏡，在第一液晶光閥與接收裝置之間設(shè)置有第二液晶光閥。 本發(fā)明第一液晶光閥與第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置對準，使光波直接入射到該 光電轉(zhuǎn)換裝置中。 本發(fā)明在第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有反射鏡以改變光路，便于光電轉(zhuǎn) 換裝置接收。 本發(fā)明在第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間連接有光信號傳輸線，該傳輸線可以 為光纖、導光管。 本發(fā)明接收裝置可是由光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器組成。
本發(fā)明接收裝置可以是光電混頻裝置。 本發(fā)明的測距裝置包括振蕩器、光波發(fā)射裝置、第一液晶光閥、第二液晶光閥、光 電轉(zhuǎn)換裝置，以及高頻放大裝置、混頻器，低頻放大裝置和鑒相器，用于信號調(diào)理和相位獲 取。由振蕩器產(chǎn)生同頻率同相位的第一高頻振蕩信號和第二高頻振蕩信號，光波發(fā)射裝置 接收來自振蕩器的第一高頻振蕩信號、調(diào)制光波，并發(fā)射作為光路信號；此光波通過第一液 晶光閥至被測目標，被被測目標反射后折回，光電轉(zhuǎn)換裝置接收返回的外光路信號，進行光 電轉(zhuǎn)換后輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再由高頻放大裝置進行放大并輸出， 混頻器接收來自放大裝置的信號與振蕩器輸出的第二高頻振蕩信號進行混頻，輸出混頻后 的信號，所述混頻信號被低頻放大裝置放大后進入鑒相器。與此同時，光波被第一液晶光閥 反射光波通過第二液晶光閥作為內(nèi)光路信號的光波，如所述外光路信號流程，最后內(nèi)光路 和外光路分別被鑒相器鑒相并輸出相位差信號。 振蕩器可以為晶振、石英振蕩器、PLL(鎖相環(huán))、DDS(直接數(shù)字頻率合成器)或其 他頻率發(fā)生器件和電路。 混頻器可以為模擬乘法器、下變頻混頻器或其他電子混頻器和光電二極管、光電
三極管、APD(雪崩二極管)、光電倍增管等具有混頻功能的光電混頻裝置。 光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器可以由一個接收裝置代替，該接收裝置可同時實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)
換裝置和混頻器的功能。接收裝置可以為光電二極管、光電三極管、APD、PMT(光電倍增管)
等具有光電轉(zhuǎn)換功能的裝置。 高頻放大裝置將接收的高頻電信號進行放大，低頻放大裝置將混頻后的低頻電信 號進行放大， 高頻放大裝置和低頻放大裝置均可省略，或者省略其一。采用一個接收裝置代替 光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器，那么高頻放大裝置可以省略，然后可以在接收裝置之后直接連接 低頻電放大裝置，成本較低。 本發(fā)明的測距裝置采用本發(fā)明的校準方法和校準裝置。 本發(fā)明采用單路光波發(fā)射裝置分別在液晶光閥上產(chǎn)生內(nèi)、外光路信號，再通過一 個信號接收裝置分別接收內(nèi)光路信號和外光路信號的返回信號，然后兩信號進行相位比較 得到相位差以實現(xiàn)相位補償和校準的目的，避免了環(huán)境變化在電路中引入不確定的相位噪 音，提高了激光測距的測量精度，增加了系統(tǒng)的測距穩(wěn)定度，減少了環(huán)境因素對測距誤差的 影響，降低了系統(tǒng)對元器件的性能要求，從而減低了系統(tǒng)的成本，加強了激光測距在各行業(yè) 的應(yīng)用。



附圖










附圖 附圖 附圖 附圖 附圖 附圖 附圖 附圖 附圖 附圖 附圖 附圖
1是本發(fā)明實施例提供的相位測量的校準方法的實現(xiàn)流程圖； 2是本發(fā)明實施例的采用液晶光閥相位測量和校準裝置的原理框圖 3是本發(fā)明第一實施例提供的相位測量的校準裝置的原理框圖
4是本發(fā)明第二實施例提供的相位測 5是本發(fā)明第三實施例提供的相位測 6是本發(fā)明第四實施例提供的相位測 7是本發(fā)明第五實施例提供的相位測 8是本發(fā)明第六實施例提供的相位測 9是本發(fā)明第七實施例提供的相位測 10是本發(fā)明第八實施例提供的相位》 11是本發(fā)明實施例提供的相位領(lǐng) 12是本發(fā)明實施例提供的相位領(lǐng)
的校準裝置的原理框圖 的校準裝置的原理框圖 的校準裝置的原理框圖 的校準裝置的原理框圖 的校準裝置的原理框圖 的校準裝置的原理框圖 t的校準裝置的原理框圖 的校準裝置的原理結(jié)構(gòu)圖； 的校準裝置的原理結(jié)構(gòu)13是本發(fā)明實施例提供的相位測量的校準裝置的結(jié)構(gòu)圖
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。 如附圖1所示，本發(fā)明實施例提供的相位測量的校準方法的實現(xiàn)流程，詳述如下
本發(fā)明實施例利用液晶光閥的單發(fā)單收雙光路相位測量的校準方法，采用一個光 波發(fā)射裝置通過液晶光閥分別產(chǎn)生內(nèi)、外光路信號，再通過一個信號接收裝置分別接收內(nèi) 光路信號和外光路信號的返回信號，并對內(nèi)光路與外光路的返回信號進行相位比較，從而 消除附加相移，實現(xiàn)相位誤差的補償和校準的目的。 在步驟S101中，一光波發(fā)射裝置發(fā)射一光波通過第一液晶光閥至被測目標，所述 光波被被測目標反射折回后被一接收裝置接收，其中，所述光波作為外光路信號，由高頻振 蕩信號調(diào)制生成； 在步驟S102中，所述光波在經(jīng)過所述第一液晶光閥時，同時產(chǎn)生第二光波通過第 二液晶光閥至所述接收裝置，其中所述第二光波作為基底參考的內(nèi)光路信號，由所述高頻 振蕩信號調(diào)制生成； 在步驟S103中，所述接收裝置將先后接收到的兩路所述光波進行相位比較，輸出 消除基底的信號。 在本發(fā)明實施例中，進行相位比較的兩路光波可以為與混頻信號進行混頻后的光
波，其中與兩路光波進行混頻的混頻信號可以為同一高頻振蕩信號，也可為頻率相同，相位
相同或具有固定相位差的兩路高頻振蕩信號。 在本發(fā)明實施例中，上述兩路光波均為激光。 在本發(fā)明實施例中，接收裝置可以先接收第一光波，再接收第二光波，或先接收第 二光波，再接收第一光波。作為本發(fā)明的一個實施例，接收裝置可以為光電二極管、光電三 極管、APD、光電倍增管等具有光電轉(zhuǎn)換功能的裝置。
如附圖2所示，本發(fā)明實施例提供的采用雙發(fā)單收的相位測量的校準裝置的結(jié)構(gòu)
原理，為了便于說明，僅示出與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分。一光波發(fā)射裝置根據(jù)接收到的第
一高頻振蕩信號調(diào)制生成一調(diào)制光波，并將所述光波通過第一液晶光閥作為外光路信號發(fā)
射至被測目標；同時所述光波被第一液晶光閥反射并通過第二液晶光閥作為內(nèi)光路信號。
光電轉(zhuǎn)換裝置對所述內(nèi)光路信號和外光路信號分別進行光電轉(zhuǎn)換并輸出。最后鑒相器分別
接收光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的信號，并將兩路信號進行相位比較輸出消除基底的相位差信號。 在本發(fā)明實施例中，光波發(fā)射裝置包括時鐘發(fā)生器、調(diào)制驅(qū)動電路、發(fā)光裝置，其
中光波發(fā)射裝置在驅(qū)動器的驅(qū)動下發(fā)射光波，該光波發(fā)射裝置可以為激光二極管(Laser
Diode，LD)、發(fā)光二極管(Light Emitting Diode， LED)或其他的發(fā)光器件。作為本發(fā)明的
一個實施例，光波發(fā)射裝置可以為激光波發(fā)射裝置，如激光二極管，發(fā)射激光。 第一液晶光閥與第二液晶光閥均包含驅(qū)動電路、液晶光閥、輔助光學器件，其中輔
助光學器件協(xié)助液晶光閥完成內(nèi)外光路的完整性與封閉性。該液晶光閥可以為液晶光閥、
晶體光電開關(guān)或其他電控光路開關(guān)。 在本發(fā)明實施例中，第一液晶光閥與第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置對準，使光波 直接入射到該光電轉(zhuǎn)換裝置中；也可以在第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有反射鏡以 改變光路，便于光電轉(zhuǎn)換裝置接收；還可以在第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間連接有光 信號傳輸線，該傳輸線可以為光纖、導光管。 在本發(fā)明實施例中，光電轉(zhuǎn)換裝置可以為光電二極管、光電三極管、APD、光電倍增 管等光電轉(zhuǎn)換裝置。光電轉(zhuǎn)換裝置可以先接收外光路光波，再接收內(nèi)光路光波，或先接收內(nèi) 光路光波，再接收外光路光波。 如附圖3所示，本發(fā)明第一實施例提供的相位測量的校準裝置的結(jié)構(gòu)，為了便于 說明，僅示出與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分，本校準裝置包括振蕩器、光波發(fā)射裝置程、第一 液晶光閥、第二液晶光閥、光電轉(zhuǎn)換裝置，以及高頻放大裝置、混頻器，低頻放大裝置和鑒相 器用于信號調(diào)理和相位獲取。 由振蕩器產(chǎn)生同頻率同相位的第一高頻振蕩信號和第二高頻振蕩信號，光波發(fā)射 裝置接收來自振蕩器的第一高頻振蕩信號、調(diào)制光波，并發(fā)射作為光路信號；此光波通過第 一液晶光閥至被測目標，由被測目標反射后折回，光電轉(zhuǎn)換裝置接收返回的外光路信號，進 行光電轉(zhuǎn)換后輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再由高頻放大裝置進行放大并輸 出，混頻器接收來自放大裝置的信號與振蕩器輸出的第二高頻振蕩信號進行混頻，輸出混 頻后的信號，所述混頻信號被低頻放大裝置放大后進入鑒相器。與此同時，所述光波被第一 液晶光閥反射光波通過第二液晶光閥作為內(nèi)光路信號的光波，如所述外光路信號流程，最 后內(nèi)光路和外光路分別被鑒相器鑒相并輸出相位差信號。 在本發(fā)明實施例中，振蕩器可以為晶振、石英振蕩器、PLL(鎖相環(huán))、DDS(直接數(shù) 字頻率合成器)或其他頻率發(fā)生器件和電路。 在本發(fā)明實施例中，混頻器可以為模擬乘法器、下變頻混頻器或其他電子混頻器 和光電二極管、光電三極管、APD(雪崩二極管)、光電倍增管等具有混頻功能的光電混頻裝 置。(如日本濱松公司(HAMAMATSU)的S9717，德國SILIC0NSENS0R的AD230和AD500)
在本發(fā)明實施例中，光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器可以由一個接收裝置代替，該接收裝 置可同時實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器的功能(如日本濱松公司(HAMAMATSU)的S9717，德國SILICON SENSOR的AD230和AD500)。作為本發(fā)明的一個實施例，接收裝置可以為光電二極 管、光電三極管、APD、PMT(光電倍增管)等具有光電轉(zhuǎn)換功能的裝置。(如日本濱松公司 (HAMAMATSU)的S9717，德國SILICON SENSOR的AD230和AD500) 在本發(fā)明實施例中，高頻放大裝置將接收的高頻電信號進行放大，價格昂貴，低頻 放大裝置將混頻后的低頻電信號進行放大，價格相對較低，如果電路的其他器件性能良好， 高頻放大裝置和低頻放大裝置均可省略，或者省略其一。如果采用一個接收裝置代替光電 轉(zhuǎn)換裝置和混頻器，那么高頻放大裝置可以省略，然后可以在接收裝置之后直接連接低頻 電放大裝置，成本較低。 如附圖4所示，本發(fā)明第二實施例提供的相位測量的校準裝置的結(jié)構(gòu)，為了便于 說明，僅示出與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分，本校準裝置包括振蕩器、光波發(fā)射裝置、第一液 晶光閥、第二液晶光閥、低頻放大裝置、鑒相器，以及 光電混頻裝置，用于分別接收所述內(nèi)光路光波和由被測目標反射折回的所述外光 路光波進行光電轉(zhuǎn)換，并分別與混頻信號進行混頻，并分別輸出混頻后的信號。
在本發(fā)明實施例中，光電混頻裝置替代光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器。(如日本濱松公司 (HAMAMATSU)的S9717，德國SILICON SENSOR的AD230和AD500) 如附圖5、附圖6、附圖7所示，本發(fā)明實施例的基于液晶光閥相位測量和校準裝置 的光路電路結(jié)構(gòu)圖，鎖相環(huán)和驅(qū)動電路根據(jù)高頻振蕩信號驅(qū)動光波發(fā)射裝置發(fā)射光波，所 發(fā)射的光波分別被第一液晶光閥透射作為外光路信號；與此同時所述光波發(fā)射裝置發(fā)射光 波被第一液晶光閥反射后通過第二液晶光閥作為內(nèi)光路信號。內(nèi)外光路分別被接收裝置接 收并通過偏置電路和從所述鎖相環(huán)輸出的高頻混頻信號進行光電轉(zhuǎn)換、混頻，并經(jīng)低頻放 大器放大后輸出到鑒相器。所述鑒相器將兩次接收到的信號進行相位比較最后輸出得到消 除基底參考的相位。 在本發(fā)明實施例中，光波發(fā)射裝置發(fā)射光波通過第一液晶光閥后與接收裝置對 準，使光波直接入射到接收裝置中；也可以在第二液晶光閥與接收裝置之間設(shè)置反射鏡或 反射鏡組以改變光路，便于接收裝置接收，如附圖6所示；還可以在第二液晶光閥與接收裝 置之間安裝光信號傳輸線完成內(nèi)光路光信號傳輸，如附圖7所示，該傳輸線可以為光纖、光 導管或其他光學通光元件。 作為在本發(fā)明實施例，第一液晶光閥可以設(shè)置在返回的外光路信號后，作為切換 外光路信號的光波發(fā)射裝置發(fā)射光波通過第一液晶光閥后與接收裝置對準，使光波直接入 射到接收裝置中。 如附圖8、附圖9、附圖10所示，實施例在所述內(nèi)外光路中移動第一液晶光閥和第 二液晶光閥位置并取得與附圖5相同效果。此實施例可以是在外光路中增加一分光片分出 外光路與內(nèi)光路，第一液晶光閥放置于返回的外光路信號后，用來開啟和切斷外光路；也可 以將第二液晶光閥放置于反射鏡之后用來開啟和切斷內(nèi)光路；如附圖9所示。也可以將第 二液晶光閥放置于光信號傳輸線之后用來開啟和切斷內(nèi)光路；如附圖10所示。還可以基于 上述兩種實施例，分別移動第一液晶光閥在外光路內(nèi)的位置和第二液晶光閥在內(nèi)光路內(nèi)的 位置以起到分別開啟和切斷各自光路的作用。 在附圖5、附圖8發(fā)明實施例中，采用基于液晶光閥的單發(fā)單收的校準裝置可以應(yīng) 用于測距裝置的校準，包括連續(xù)式相位激光測距裝置、脈沖式相位激光測距裝置的校準，與已知的測距裝置組合且連接在一起，用于補償相位誤差等環(huán)境因素導致測距裝置電路產(chǎn)生 的誤差。在本發(fā)明實施例中，可以采用控制電路控制內(nèi)外光路的開關(guān)或切換，避免使用機 械開關(guān)控制，且采用控制電路控制的響應(yīng)時間快，接收內(nèi)外光路信號的間隔時間間小，切換 間隔時間為毫秒級別，可認為電路切換期間的周圍環(huán)境不變，電路未受影響，不影響測量精 度。本發(fā)明實施例采用單發(fā)射單接收系統(tǒng)，毫秒級光路切換時間，完全消除APD和LD自身 的共模影響，達到較所述雙APD與雙LD方案更高的精度。 如附圖11、附圖12、附圖13所示，本發(fā)明的校準裝置包括一光波發(fā)射裝置l，光 電轉(zhuǎn)換裝置，第一液晶光閥，第二液晶光閥，鑒相器、混頻器、接收裝置、振蕩器、放大裝置構(gòu) 成，光波發(fā)射裝置、光電轉(zhuǎn)換裝置、液晶光閥、鑒相器、混頻器、接收裝置、振蕩器、放大裝置 安裝在殼體上，光波發(fā)射裝置1的前端安裝設(shè)置透鏡2，在透鏡2前端安裝設(shè)置第一液晶光 閥3，光波通過第一液晶光閥3至被測目標，在殼體上安裝設(shè)置有接收透鏡5，在光波被被測 目標反射折回后，通過接收透鏡5，在接收透鏡后面設(shè)置有接收裝置7，在接收裝置7前端安 裝設(shè)置透鏡6，在第一液晶光閥3與接收裝置7之間設(shè)置有第二液晶光閥4。
鑒相器是采用數(shù)字傅里葉變化計算相位，模數(shù)轉(zhuǎn)換和微處理器采用TI公司 MSP430系列單片機和SILICON LAB公司的C8051系列單片機。混頻器是采用日本濱松公 司的S9717，德國SILICON SENSOR的AD230和AD500。光電轉(zhuǎn)換裝置采用日本濱松公司的 S9717，德國SILICON SENSOR的AD230和AD500。光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器包含于一接收裝置 內(nèi)，接收裝置日本濱松公司的S9717，德國SILIC0NSENS0R的AD230和AD500。振蕩器采用 TI公司的CDCE925或CDCEL925或FUJITSU公司的MB15系列鎖相環(huán)。放大裝置采用TI公 司0PA354、 0PA357或ADI公司的AD8065高精度儀表放大器。 光波發(fā)射裝置接收到的第一高頻振蕩信號調(diào)制生成一調(diào)制光波，并將光波通過第 一光閥作為外光路信號發(fā)射至被測目標；同時光波被第一光閥反射并通過第二光閥作為 內(nèi)光路信號，光電轉(zhuǎn)換裝置對內(nèi)光路信號和外光路信號分別進行光電轉(zhuǎn)換并輸出，鑒相器 分別接收光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的信號，并將兩路信號進行相位比較輸出消除基底的相位差信 號。 本發(fā)明第一液晶光閥與第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置對準，使光波直接入射到該 光電轉(zhuǎn)換裝置中。 本發(fā)明在第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有反射鏡以改變光路，便于光電轉(zhuǎn) 換裝置接收。 本發(fā)明在第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間連接有光信號傳輸線，該傳輸線可以 為光纖、導光管。 本發(fā)明接收裝置是由光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器組成。
本發(fā)明接收裝置可以是光電混頻裝置。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于液晶光閥原理相位測量的校準方法，包括步驟系統(tǒng)光波發(fā)射裝置發(fā)射一光波通過第一液晶光閥至被測目標，光波被被測目標反射折回，折回的光波通過光學裝置聚焦，由收裝置接收，接收的光波作為系統(tǒng)測量的外光路；光波在通過第一液晶光閥的同時，部分光波被第一液晶光閥反射，反射的光波通過第二液晶光閥，通過第二液晶光閥的光波直接被接收裝置接收，通過第二液晶光閥的光波將作為系統(tǒng)相位測量基底參考的內(nèi)光路；系統(tǒng)在工作時將先后切換第一液晶光閥與第二液晶光閥，使接收裝置將先后接收到的內(nèi)光路光波、外光路兩路光波進行相位比較，輸出消除基底參考的信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶光閥原理相位測量的校準方法，其特征是由振蕩 器產(chǎn)生同頻率同相位的第一高頻振蕩信號和第二高頻振蕩信號，光波發(fā)射裝置接收來自振 蕩器的第一高頻振蕩信號、調(diào)制光波，并發(fā)射作為光路信號；此光波通過第一液晶光閥至 被測目標，被被測目標反射后折回，光電轉(zhuǎn)換裝置接收返回的外光路信號，進行光電轉(zhuǎn)換后 輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再由高頻放大裝置進行放大并輸出，混頻器接 收來自放大裝置的信號與振蕩器輸出的第二高頻振蕩信號進行混頻，輸出混頻后的信號， 所述混頻信號被低頻放大裝置放大后進入鑒相器，光波被第一液晶光閥反射光波通過第二 液晶光閥作為內(nèi)光路信號的光波，最后內(nèi)光路和外光路分別被鑒相器鑒相并輸出相位差信 號。
3. —種基于液晶光閥原理相位測量的校準裝置，包括光波發(fā)射裝置，透鏡，第一液晶 光閥，第二液晶光閥，接收裝置構(gòu)成，光波發(fā)射裝置、透鏡、第一液晶光閥、第二液晶光閥、接 收裝置安裝在殼體上，其特征是光波發(fā)射裝置的前端安裝設(shè)置透鏡，在透鏡前端安裝設(shè)置 第一液晶光閥，在殼體上安裝設(shè)置有接收透鏡，在接收透鏡后面設(shè)置有接收裝置，在接收裝 置前端安裝設(shè)置透鏡，在第一液晶光閥與接收裝置之間設(shè)置有第二液晶光閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液晶光閥原理相位測量的校準裝置，其特征是接收裝 置是由光電轉(zhuǎn)換裝置和混頻器組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液晶光閥原理相位測量的校準裝置，其特征是在殼體 上安裝有光波發(fā)射裝置、光電轉(zhuǎn)換裝置、液晶光閥、鑒相器、混頻器、振蕩器、放大裝置，振蕩 器產(chǎn)生同頻率同相位的第一高頻振蕩信號和第二高頻振蕩信號，光波發(fā)射裝置接收來自振 蕩器的第一高頻振蕩信號、調(diào)制光波，并發(fā)射作為光路信號；此光波通過第一液晶光閥至被 測目標，光電轉(zhuǎn)換裝置接收返回的外光路信號，進行光電轉(zhuǎn)換后輸出電信號，輸出的電信號 為高頻的電信號再由高頻放大裝置進行放大并輸出，混頻器接收來自放大裝置的信號與振 蕩器輸出的第二高頻振蕩信號進行混頻，輸出混頻后的信號，所述混頻信號被低頻放大裝 置放大后進入鑒相器，光波被第一液晶光閥反射光波通過第二液晶光閥作為內(nèi)光路信號的 光波，最后內(nèi)光路和外光路分別被鑒相器鑒相并輸出相位差信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液晶光閥原理相位測量的校準裝置，其特征是第一液 晶光閥與第二液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置對準。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液晶光閥原理相位測量的校準裝置，其特征是在第二 液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有反射鏡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液晶光閥原理相位測量的校準裝置，其特征是在第二 液晶光閥與光電轉(zhuǎn)換裝置之間連接有光信號傳輸線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液晶光閥原理相位測量的校準裝置，其特征是接收裝 置是光電混頻裝置。
10. —種基于液晶光閥原理相位測量的測距裝置，其特征是包括權(quán)利要求1所述的校 準方法和權(quán)利要求3所述的校準裝置。
全文摘要
本發(fā)明基于液晶光閥原理相位測量的校準方法、校準裝置和測距裝置屬于光電測距領(lǐng)域，系統(tǒng)光波發(fā)射裝置發(fā)射一光波通過第一液晶光閥至被測目標，光波被被測目標反射折回，折回的光波通過光學裝置聚焦，由收裝置接收，接收的光波作為系統(tǒng)測量的外光路；光波在通過第一液晶光閥的同時，部分光波被第一液晶光閥反射，反射的光波通過第二液晶光閥，通過第二液晶光閥的光波直接被接收裝置接收，通過第二液晶光閥的光波將作為系統(tǒng)相位測量基底參考的內(nèi)光路；系統(tǒng)在工作時將先后切換第一液晶光閥與第二液晶光閥，使接收裝置將先后接收到的內(nèi)光路光波、外光路兩路光波進行相位比較，輸出消除基底參考的信號。本發(fā)明實現(xiàn)相位補償和校準，提高了激光測距的測量精度，增加了系統(tǒng)的測距穩(wěn)定度。
文檔編號G01S7/497GK101762809SQ20091021457
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者李曙英, 杜學璋, 杜鑫 申請人:廣州北才光電科技有限公司