激光測距技術專利技術綜述

李哲 趙景煥 楊建坤 劉曉波 馬波

摘 要：文章立足于專利文獻，對國內外涉及激光測距技術的專利申請進行統計和分析，梳理了激光測距技術的發展線路，并對四種主要的激光測距技術進行介紹和分析，并總結該專利技術的發展狀況，為相關領域的專利審查工作提供技術支持，并為企業、高校和科研院所了解專利申請的現狀提供參考依據。

關鍵詞：激光測距；專利分析；技術路線

1 激光測距技術的主要技術概述

由于激光的獨特特性，如方向性強、亮度高、單色性好、相干性好等優點，因此激光常被用作光電測距的光源，激光測距技術（laser range measure）也就應運而生。激光測距是光學、激光技術、精密機械、電子學、微電子以及光電子學等多學科和技術的綜合應用。隨著激光技術、電子技術、計算技術和集成光學的發展，激光測距正朝著數字化、自動化、低成本、小型輕便化的方向發展，測距的測程、精度也得到了極大提高。

激光測距技術在各種測量行業中得到了廣泛的應用，無論是在軍事領域，還是在科學技術、生產建設方面，都起著重要的作用[1-2]。與一般的光學測距系統相比，激光測距具有測量精確度高、分辨率高、抗干擾能力強、體積小和重量輕等一系列的優點。

為充分發揮激光測距技術的優勢，克服其存在的各種技術問題，推動激光測距技術的應用，國內外研究者一直在開展多方面的研究和實驗。文章通過專利文獻信息對激光測距技術進行了梳理和分析。

2 激光測距技術專利申請整體狀況分析

2.1 全球專利申請分析

為了研究激光測距技術的發展情況，我們對激光測距技術的全球申請進行了檢索并按照歷年的申請量進行了統計分析。

2.2 國內專利申請量分析

為了研究激光測距技術國內專利申請量的趨勢，我們在CNABS數據庫中進行了檢索，并對檢索到的專利申請數據進行了統計分析：隨著我國光器件、光學系統以及信號處理等一系列關鍵技術的發展，我國專利申請量急劇增長，在短短數年內增長到數十倍，在2013年達到603件。這也說明了我國激光測距技術雖然發展時間不是很長，但是卻發展迅速，正處于技術發展期，未來還有較好的發展前景。

3 激光測距技術發展線路

激光測距技術主要分為四種方法：脈沖式激光測距、干涉法激光測距、三角法激光測距和相位式激光測距。

3.1 脈沖式激光測距

脈沖式激光測距原理基于光的傳播速度為恒量c，激光器發射的激光脈沖通過光學透鏡照射到待測目標上，通過目標的漫反射再由接光學透鏡接收，經過光電轉換器件轉變為電信號并經過信號調理電路后，再經運算直接測得光往返一次所需時間，然后計算出距離。脈沖式激光測距具有測量速度快、重復頻率高等優點。但是脈沖法測距本質上是測量由發射激光到收到反射回的激光的時間差，由于受到反射物表面的高低不平及時間測量技術等因素的限制，這種測距裝置的精度一般較低。脈沖式激光測距是激光測距的主流技術之一，主要應用于對遠距離目標的距離測量。

3.2 干涉法激光測距

利用波的干涉進行測距是精密測距方法中的經典，干涉法激光測距的原理是激光器發射出的激光經過分束器，分為相互垂直的兩束光，其中一束光射向了反射透鏡，另一束光則反射到了光電器件，經過反射透鏡的光反射出一部分并透過一部分，透過的光又照射到反射鏡，該反射鏡反射回的光與反射透鏡反射的光相疊加。

干涉法激光測距系統中采用的激光波長很短，又因激光具有很好的單色性，其波長精度很高，所以此方法的分辨率最高可以達到半個波長，精度可達微米級。干涉法激光測距的高精度是任何其他激光測距方法都無法比擬的。目前，干涉法激光測距以其具有的精度高的獨特性質，在地殼變形的測繪、預報地震與火山以及地下爆炸的偵查中得到了實質性的應用，但是因為干涉法激光測距系統測出的距離僅為相對距離，所以該方法的應用不是很廣泛。相關的專利申請主要有：JP2012013574 A （公開日：2012年1月19日，申請人：KO COM KENKYUSHO KK；OPTICAL COMB INC，發明人：

；元伸）等。

3.3 三角法激光測距

三角法測距，是將被測物的發射面與發光源、光電接收系統擺放在三個點，構成一個三角形光路，如果物面發生移動，可根據三角形相似原理求出光敏面上光斑的移動距離，反之如果知道光敏面上光斑的移動量也可求出物面的移動量。該方法結構簡單易實現，具有較強的應用性，特別是在高亮度、單色性好、方向性強的激光的出現之后，加上新型光電掃描技術與陣列型光電探測器的發展，并采用微機控制與新的信息處理技術相結合的方式，使得傳統的三角測距方法又煥發出新的生命。三角法激光測距形式多樣，可使激光斜入射到物面上，也可以使激光正入照射到物面上，通過光電接收系統正接收或傾斜接收光電接收系統傾斜接收。光源與接收系統如何放置主要取決于測量系統所要測試的目標，測量系統的結構，測量系統其他輔助設備的設計等方面因素。

相關的專利申請主要有：JPH0712554A（公開日：1995年1月17日，申請人：NISSAN MOTOR，發明人： 藤；元 ）。該申請要求保護一種三角激光測距裝置，其利用三角法測距原理，用半導體激光器和透鏡搭建激光測距系統，檢測被測物的距離信息，具有較高的精度。

3.4 相位式激光測距

相位式激光測距是通過測量相位延遲間接測量時間的方法代替直接測量激光往返所需的時間的高精度測量方法，即利用激光器發出的調制光波在被測距離上往返一次所產生的相位變化量，再結合調制光波的波長，計算出該相位延遲所代表的距離[3]。相位式激光測距一般應用在精密測距中，由于其精度高，一般為毫米級，為了有效地反射信號，使測定的目標限制在與儀器精度相稱的某一特定點上，對這種測距儀大多配置被稱為合作目標的反射鏡。

相位式激光測距也是激光測距的主流技術之一，相關的專利申請主要有： US5241360 A（公開日：1993年8月31日，申請人：CUBIC AUTOMATIC REVENEU COLLECTION GROUP，發明人：Claiborne M.Key；Jeffrey S.Brumfield； Kevin R.Baker）、US6163372 A（公開日：2000年12月19日，申請人：MARCONI AEROSPACE DEFENSE SYSTEMS INC，發明人：GOAN R；SALLEE B）、CN101813472A（公開日：2010年8月25日，申請人：武漢大學，發明人：許賢澤；于濤）。上述專利申請都是運用相位式激光測距原理，對各種待測目標進行距離檢測，并且取得了良好的技術效果。

4 結束語

目前，國內外對激光測距技術的研究取得了一定的發展，主要集中在脈沖式激光測距和相位式激光測距兩方面，而且預計未來專利申請量還將進一步持續增長。通過文章的激光測距專利技術綜述，有利于相關領域的審查員、我國企業和科研院所了解激光測距技術的發展現狀，也有利于我國企業和科研院所加強自主創新，促進我國激光測距技術產業的發展。

參考文獻

[1]王古常，孫斌，萬強，等.軍用脈沖激光測距技術與研究現狀[J].光學與光電技術，2003，4.

[2]范滇元.激光測距技術的發展和展望[J].自動化與儀器儀表，2007，

3.

[3]汪濤.相位激光測距技術的研究[J].激光與紅外，2007，1.