本發(fā)明涉及測距儀技術領域，尤其涉及一種基于led光源進行測距的測距儀。

背景技術：

現有技術中，測距離的儀器通常采用激光測距儀，激光測距儀是利用調制激光的某個參數實現對目標的距離測量的儀器。按照測距方法分為相位法測距儀和脈沖法測距儀，脈沖式激光測距儀是在工作時向目標射出一束或一序列短暫的脈沖激光束，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。相位法激光測距儀是利用檢測發(fā)射光和反射光在空間中傳播時發(fā)生的相位差來檢測距離的。

激光測距儀的應用非常廣泛，遠到衛(wèi)星測量，近到室內裝修，精度可以達到毫米級，軍事和工業(yè)級的激光測距儀可以探測很遠的距離，但民用或家用激光測距儀卻只能探測幾十米的距離，即使在最理想條件下也就100米左右，關鍵的原因就是國家對民用的激光器的光功率有極其嚴格的限制，以激光測距儀為例，激光的發(fā)射功率不得大于1mw，這就大大限制了探測距離，只能在接收器的靈敏度和信號處理上不斷改進提高，但畢竟是信號太弱，探測距離已不可能有更加顯著的提高了，這對于戶外的探測就沒有什么實用價值。

技術實現要素：

針對上述技術中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種基于led光源的測距儀，用相同波長的led(發(fā)光二極管)光源替代ld(激光二極管)光源，同時用改進了的適合led光發(fā)射的發(fā)射透鏡裝置把led光變成類似于ld的平行光束，不僅節(jié)約了成本，且增大了功率，而且還大大增加了探測距離。

為了達到上述目的，本發(fā)明公開了一種基于led光源的測距儀，包括：發(fā)射系統、接收系統和處理系統，所述處理系統分別與發(fā)射系統和接收系統電連接，所述發(fā)射系統包括led光源和發(fā)射透鏡裝置，led光源發(fā)出的光通過發(fā)射透鏡裝置發(fā)射出去，所述接收系統包括聚焦透鏡裝置和探測器，探測器與處理系統連接，聚焦透鏡裝置接收發(fā)射透鏡裝置發(fā)射出的被目標物體反射回來的光，聚焦到探測器上，探測器將反射光信息轉換成電信號發(fā)送到處理系統中處理。

其中，所述發(fā)射透鏡裝置為一個將led光源發(fā)出的點光源的光變?yōu)槠叫泄馐膯瓮雇哥R，所述單凸透鏡位于測距儀的出光口，且led光源位于單凸透鏡的焦點位置，led光源發(fā)出的光經過單凸透鏡后平行射出，所述單凸透鏡和led光源共軸設置。

其中，所述發(fā)射透鏡裝置為雙透鏡結構，包括一個凸透鏡和一個凹透鏡，凸透鏡靠近led光源，且led光源與凸透鏡的中心之間的距離大于一倍焦距，所述凹透鏡平行于凸透鏡，且靠近出光口位置，所述凹透鏡與凸透鏡的中心距離小于凸透鏡的像距，且凸透鏡的成像位置就是凹透鏡右測焦點位置；所述凸透鏡、凹透鏡和led光源共軸設置。

其中，所述發(fā)射透鏡裝置為雙透鏡結構，包括一個大凸透鏡和一個小凸透鏡，大凸透鏡靠近led光源，且led光源與大凸透鏡之間的距離大于一倍焦距，所述小凸透鏡靠近出光口位置，且小凸透鏡與大凸透鏡之間的距離大于大凸透鏡的像距，且大凸透鏡的成像位置就是小凸透鏡左測焦點位置，使得小凸透鏡右側的出射光線為平行光，所述大凸透鏡和小凸透鏡與led光源共軸設置。

其中，所述發(fā)射透鏡裝置為全內反射透鏡，所述led光源安裝設置在全內反射透鏡的一端，所述全內反射透鏡的另一端朝向出光口位置。

其中，在出光口的前端，且同時平行于發(fā)射透鏡裝置和聚焦透鏡裝置的位置還設置有取樣裝置，所述取樣裝置為三角形的取樣棱鏡，取樣棱鏡分別與發(fā)射透鏡裝置與聚焦透鏡裝置的一部分重疊，該取樣裝置僅對于脈沖法測距而設置，如采用相位法測距則不需要該取樣裝置。

其中，所述led光源為單燈光源或者多燈光源，且led光源發(fā)出紅色的光或者紅外光，主波長范圍在600～2000nm之間。

其中，所述led光源上設置有強度調節(jié)器和led光源出射光的角度調節(jié)器，所述強度調節(jié)器和角度調節(jié)器為手動調節(jié)、機械調節(jié)或自動調節(jié)，所述led光源的光束發(fā)散角的角度調節(jié)范圍為0度到5度。

其中，所述led光源信號的調制頻率為1mhz到1000mhz。

其中，所述發(fā)射系統上還設置有l(wèi)d光源，所述ld光源與led光源通過模式切換開關切換使用，且ld光源與led光源均與處理系統電連接。

本發(fā)明的有益效果是：

與現有技術相比，本發(fā)明公開的基于led光源的測距儀，用相同波長的led光源替代ld光源，同時用改進適合led光源發(fā)射的發(fā)射透鏡裝置，把led光源變成類似于ld光源的平行光束。由于led光源成本相比于激光二極管(ld)極為低廉，電光轉換效率又高出十幾倍，且單顆led光源芯片的光率可以達到幾瓦，壽命長達幾萬小時，用led光源替代ld光源做測距儀的光源不僅降低了成本，功率越大成本降低的越明顯，而且還大大增加了探測距離。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結構框圖；

圖2為本發(fā)明第一實施例結構框圖；

圖3為本發(fā)明發(fā)射透鏡裝置的第一種結構示意圖；

圖4為本發(fā)明發(fā)射透鏡裝置的第二種結構示意圖；

圖5為本發(fā)明發(fā)射透鏡裝置的第三種結構示意圖；

圖6為本發(fā)明發(fā)射透鏡裝置的第四種結構示意圖；

圖7為本發(fā)明第二實施例結構框圖。

主要元器件說明：

1、發(fā)射系統2、接收系統

3、處理系統4、取樣裝置

11、led光源12、發(fā)射透鏡裝置

21、聚焦透鏡裝置22、探測器

31、觸發(fā)器32、計數器

33、顯示器34、放大和濾波模塊

35、比較和整形模塊。

具體實施方式

為了更清楚地表述本發(fā)明，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步地描述。

請參閱圖1-圖2，本發(fā)明提供一種基于led光源的測距儀，該測距儀可以為脈沖法測量的測距儀，也可以是以相位法測量的測距儀，在本實施例中，以脈沖法測量的測距儀的機構具體說明本發(fā)明結構的應用。在本實施例中，led光源的測距儀包括：發(fā)射系統1、接收系統2和處理系統3，發(fā)射系統1與接收系統2之間連接設置有取樣裝置4，觸發(fā)顯示系統3分別與發(fā)射系統1和接收系統2電連接，在本實施例中，發(fā)射系統1包括led光源11和發(fā)射透鏡裝置12，接收系統2包括聚焦透鏡裝置21和探測器22，處理系統3包括放大和濾波模塊34、比較和整形模塊35、觸發(fā)器31、計數器32和顯示器33，在本實施例中，探測器22與放大和濾波模塊34電連接，放大和濾波模塊34與比較和整形模塊35電連接，比較和整形模塊35與觸發(fā)器31電連接，觸發(fā)器31與計數器32電連接，計數器32與顯示器33電連接，且計數器32與觸發(fā)器31同時與led光源11電連接。在本實施例中，led光源11發(fā)出的光通過發(fā)射透鏡裝置12后從出光口出去，發(fā)射透鏡裝置12主要是將led光源發(fā)散的光源匯聚成像ld激光光源一樣的平行光束，通過發(fā)射透鏡裝置12發(fā)出去的光照射到目標物體上，又反射回來，被接收系統2上的聚焦透鏡裝置21接收，聚焦透鏡裝置21包括聚焦透鏡211和濾光片212，反射回來的平行光通過聚焦透鏡211后匯聚在一起，再經過濾光片212的雜散光過濾，被探測器22接收，探測器22將探測的光電信息傳遞到放大和濾波模塊34中進行放大和濾波處理后，再經過比較和整形模塊35的比較及整形后傳遞給了觸發(fā)器31，觸發(fā)器31與led光源11和計數器32同時連接，觸發(fā)器31接收到光電信號后，由計數器32對光路信息進行技術并計算出具體的距離，并在顯示器33上顯示，同時，觸發(fā)器31在還沒有檢測到具體數據之前，不斷觸發(fā)led光源11發(fā)射光源。在本實施例中，計數器32計數的基礎，在于取樣裝置4的取樣，在本實施例中，取樣裝置4設置為三角形的取樣棱鏡，且取樣棱鏡分別與發(fā)射透鏡裝置12與聚焦透鏡裝置21平行，并且取樣棱鏡分別與發(fā)射透鏡裝置12與聚焦透鏡裝置21的一部分重疊，以便于更好地接受發(fā)射和反射回光線信息。

與現有技術相比，本發(fā)明主要是在測距儀上，將ld光源替換成led光源，led光源與ld光源相比，特點如下：

1)發(fā)光是發(fā)散的，但封裝好的led燈珠的發(fā)光角度可以集中在幾十度的范圍，附加光學聚焦系統可以做成類似激光束一樣的效果；

2)相應時間相同，紅光led光源的響應時間也小于10^-9秒(納秒)，完全可以像激光ld一樣發(fā)出超短脈沖或被幾百兆hz的高頻調制；

3)led光源不是單色的，但光譜很窄，以635nm紅光led為例，其半高寬只有20多nm，就是說絕大部分光都可以通過激光測距儀的探測器前面的濾光片，通常帶寬也是20多nm；

4)led光源的發(fā)光不是相干的也不是偏振的，但測距儀并不需要這些特性；

5)led光源的發(fā)光效率遠超ld光源，以目前激光測距儀內的激光器為例，輸出的激光功率為1mw，驅動電功率是20多mw，電光轉換效率低于5％，而led的電光轉換效率早已超過60％，就是說相同的電功率驅動led，可以發(fā)出比ld光源強十幾倍的光；

6)led光源的價格極其低廉，目前激光測距儀里1mw激光器的價格是人民幣幾塊錢，而光輸出20多mw的led芯片不到人民幣1分錢，成品燈珠也只有幾分錢，5w大功率紅光led芯片也只有人民幣0.7元，而5w大功率半導體激光要成千上萬元，而且體積龐大；

7)led光源通常都有5萬小時壽命，作為測距使用是足夠了。本發(fā)明用相同波長的led光源替代ld光源，同時用改進適合led光源發(fā)射的發(fā)射透鏡裝置，把led光源變成類似于ld光源的平行光束。由于led光源成本相比于激光二極管(ld)極為低廉，電光轉換效率又高出十幾倍，且單顆led光源芯片的光率可以達到幾瓦，壽命長達幾萬小時，用led光源替代ld光源做測距儀的光源不僅降低了成本，功率越大成本降低的越明顯，而且還大大增加了探測距離。

基于上述的優(yōu)勢，由于led光源的電壓電流特性與ld光源幾乎相同，現有激光測距儀里的發(fā)射、接受、測試、計算和顯示系統都可以直接用在led上，唯一需要改進的就是出射光的發(fā)射透鏡裝置，因為led光源發(fā)光角度比ld光源大，本發(fā)明將發(fā)射平行光的ld光源替換發(fā)射發(fā)散光的led光源的關鍵將發(fā)射透鏡裝置進行一個改進，具體改進方案有以下幾種：

請參閱圖3，為實施例一中發(fā)射透鏡裝置12的結構示意圖，發(fā)射透鏡裝置12為一個將焦點光變?yōu)槠叫泄馐膯瓮雇哥R12a，單凸透鏡12a位于測距儀的出光口，且led光源11位于單凸透鏡12a的焦點位置，以確保從焦點位置發(fā)射的光經過單凸透鏡的折射后成為平行光束，在本實施例中，取樣棱鏡將極少一部分發(fā)射光反射回處理裝置23作為參考光，用于與反射光的對比。在本實施例中，采用凸透鏡結構，就能將發(fā)散型的led光源匯聚成類似與激光平行光線的光，結構簡單，實現容易。

請參閱圖4，為實施例二中發(fā)射透鏡裝置12的結構示意圖，發(fā)射透鏡裝置為雙透鏡結構，包括一個凸透鏡121b和一個凹透鏡122b，凸透鏡121b靠近led光源11，且led光源11與凸透鏡121b中心之間的距離大于凸透鏡的一倍焦距，以便于將led光源發(fā)射的光通過凸透鏡121b匯聚在一起，同時，將凹透鏡122b平行于凸透鏡121b放置，且靠近出光口位置，凹透鏡122b與凸透鏡121b的距離小于凸透鏡121b的像距，這樣，通過凸透鏡121b欲要匯聚在一起的光又通過凹透鏡122b的折射，變成類似激光一樣的平行光束，達到與ld光源一樣的目的。

請參閱圖5，為實施例三中發(fā)射透鏡裝置12的結構示意圖，發(fā)射透鏡裝置為雙透鏡結構，包括一個大凸透鏡121c和一個小凸透鏡122c，大凸透鏡121c靠近led光源11，且led光源11與大凸透鏡121c中心之間的距離大于大凸透鏡的一倍焦距，理由與實施例二一樣，不同之處是，凹透鏡變成了小凸透鏡122c，將小凸透鏡122c防止在靠近出光口位置，且小凸透鏡122c與大凸透鏡121c之間的距離大于大凸透鏡121c的一倍焦距，且大凸透鏡的成像點就是小凸透鏡左側的焦點，這樣，通過大凸透鏡121c匯聚的光，匯聚到成像點后又繼續(xù)發(fā)散，發(fā)散的光通過小凸透鏡122c后平行，大凸透鏡121c的成像點也是小凸透鏡122c的焦點位置，大凸透鏡121c與小凸透鏡122c平行設置。

請參閱圖6，為實施例四中發(fā)射透鏡裝置12的結構示意圖，發(fā)射透鏡裝置為全內反射透鏡(tir透鏡，totalinternalreflection)12d，led光源安裝設置在全內反射透鏡12d的一端，全內反射透鏡12d的另一端朝向出光口位置，且全內反射透鏡2d的一部分與取樣裝置的位置平行且重疊，全內反射透鏡12d是軸對稱設計提供的一種圓形光斑，既可以組合成多顆ked成為陣列透鏡，也可以單顆加支架以方便安裝和控光,利用全內反射透鏡，將發(fā)散的led光源11轉變?yōu)槠叫泄馐?/p>

以上是本發(fā)明的關于發(fā)射透鏡裝置的幾種結構，這幾種結構在本實施例的測距儀上均適用，同時不限于這幾種結構，目的是把led的發(fā)散光轉變?yōu)槠叫泄?。需要說明的是，本發(fā)明中的led光源11可以為單燈光源，也可以為多燈光源，多個led的發(fā)光波長可以相同也可以不同，且led光源的連接方式可以是串聯、并聯或串并聯，多顆led組成的光源可以是2顆或2顆以上共用一組發(fā)射透鏡裝置12，也可以是每顆芯片單獨使用一組發(fā)射透鏡裝置12。在本實施例中，優(yōu)選的為，led光源11發(fā)出紅色的光或者紅外光，主波長范圍在600～2000nm之間，這主要是為了與ld激光光源發(fā)射的光一樣。以確保led光源11的低成本、低功耗，大功率和大探測距離。在本實施例中，led的封裝形式不限，可以是仿流明結構、smd、emc、cob等；led光源的基板材料可以是陶瓷、鋁、銅、電路板等；同時led芯片表面涂敷硅膠或環(huán)氧樹脂保護層，保護層的形狀可以是平的也可以是圓弧面的；

在本發(fā)明中，可以led光源11上還進一步設置有強度和角度調節(jié)器以及頻率調節(jié)器，頻率調節(jié)器的調制頻率為1mhz到1000mhz，強度和角度調節(jié)器可以為手動調節(jié)、機械調節(jié)或自動調節(jié)，led光源11的光束發(fā)散角的角度調節(jié)范圍為0度到5度，但是也不局限于可調節(jié)，還可以設計成固定方式，具體以使用場合決定，在本發(fā)明中，角度可調主要是為了適應目標反射面的大小及平整度，以進一步提高測距儀的實用性。

請參閱圖7，在本發(fā)明中，為了使測距儀功能更多，還可以進一步在發(fā)射系統1上還設置有l(wèi)d光源，ld光源與led光源通過模式切換開關切換使用，且ld光源與led光源均與觸發(fā)顯示系統電連接，同樣通過觸發(fā)器31進行觸發(fā)控制，只需要提供一個ld光源接入的信號，即可實現led光源與ld光源的轉換，此方法屬于現有技術，本發(fā)明中不在贅述。

本發(fā)明中上述介紹的為脈沖法測距儀，本發(fā)明的發(fā)射透鏡裝置12適用于相位法測距儀，相位法測距儀不同之處在于其自身的結構，包括發(fā)射系統1b、接收系統2b、處理系統3b，在本實施例中，處理系統3b包括相移測量與距離計算裝置31b以及信號源32b，發(fā)射系統1通過信號源32b與相移測量與距離計算裝置31b電連接，同樣，接收系統2也通過相移測量與距離計算裝置31b電連接，與脈沖法測距儀不同之處在于，發(fā)射系統1b包括led光源11b、發(fā)射透鏡裝置12b、發(fā)射單元13b和調制信號源14b，調制信號源與信號源32b的混頻模塊321b連接，接收系統2b包括聚焦透鏡裝置21b、探測器22b，探測器22b也與信號源32b的混頻模塊322b連接，而兩組混頻模塊同時與相移測量與距離計算裝置31b進行分析處理。