專(zhuān)利名稱(chēng)：脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種測(cè)距裝置，屬于半導(dǎo)體激光及光電子技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有YAG脈沖激光測(cè)距機(jī)測(cè)距工作最近距離很難小于30米即有一個(gè)測(cè)距機(jī)工作盲區(qū)。對(duì)于便攜式小型YAG脈沖激光測(cè)距機(jī)，長(zhǎng)時(shí)間工作頻率低于10次/分，測(cè)距精度難以提高，工作壽命受器件壽命的限制。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置，在近距離及無(wú)人為合作目標(biāo)場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量目標(biāo)的距離和速度。
本實(shí)用新型的目的可通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其包括信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)和微處理器(7)、顯示器(13)，其中，微處理器(7)是由CPU、鎖存器、EPROM及其外圍電路組成的單片機(jī)系統(tǒng)。信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)由脈沖半導(dǎo)體激光器LD(14)、切邊透鏡(16)組成，信號(hào)接收系統(tǒng)由與切邊透鏡(16)切邊緊貼的切邊聚焦透鏡(17)、限制光闌(18)、干涉濾光片(19)、雪崩光電二極管(20)組成，其中脈沖半導(dǎo)體激光器LD(14)與驅(qū)動(dòng)電路(2)相連，驅(qū)動(dòng)電路(2)與微處理器(7)相接，雪崩光電二極管(20)連接在接收放大電路(4)中，該電路分別與峰值采樣電路(5)、成形電路(6)相連接，峰值采樣電路(5)和t-v變換電路(8)與模數(shù)電路(9)相連，模數(shù)變換電路(9)接在微處理器(7)上。對(duì)信號(hào)接收、信號(hào)發(fā)射采用微機(jī)處理控制，從而大大提高了數(shù)據(jù)處理速度、提高測(cè)距精度和減小測(cè)距盲區(qū)。其光學(xué)系統(tǒng)裝置圖(一)，如圖2。
在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，為保證測(cè)距精度，本實(shí)用新型信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)中可加設(shè)一反光鏡(15)，使脈沖半導(dǎo)體激光器LD轉(zhuǎn)向90°，這種結(jié)構(gòu)有利于總體結(jié)構(gòu)合理布局，并利于激光內(nèi)部光路校正。如圖3.本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)裝置圖(二)所示。
為使測(cè)距精度更加精確，本實(shí)用新型的信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)可采用內(nèi)部校正光路裝置(12)，其由電機(jī)(22)和與電機(jī)(22)連接的遮光板(23)、光路隔離板(24)上的聚焦透鏡(25)、反光器(21)組成。內(nèi)部校正光路裝置(12)受微處理器(7)控制，從而提高測(cè)距精度。
本實(shí)用新型采用的半導(dǎo)體激光器LD的驅(qū)動(dòng)電路(2)由微處理器之CPU提供Sp信號(hào)，由反向門(mén)電路D5隔離反相，再由反向門(mén)電路D6、D7和電阻R34、電容C20組成積分型單穩(wěn)態(tài)電路得到負(fù)向窄脈沖，由反向門(mén)電路D8反相，經(jīng)三極管V18、V19電流放大，最后由功率場(chǎng)效應(yīng)管V21產(chǎn)生大電流窄脈沖驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器LD。時(shí)基電路N1為一振蕩器，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管V13經(jīng)由電感L2貯能升壓，整流二極管V14、V16整流，穩(wěn)壓二極管V15、V17穩(wěn)壓，分別為電流放大和功率管提供工作電壓。
在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型微處理器邏輯電路可設(shè)置為如圖5所示的電路，即微處理器部分由CPU D10、鎖存器D13、EPROM D14組成的單片機(jī)系統(tǒng)，EPROM可以根據(jù)測(cè)距裝置不同的工作內(nèi)容進(jìn)行選擇，其中CPU D10可采用8051系列、Z80系列、68HCXX系列、PIC165XX系列等。與非門(mén)電路(D15、D16)和D觸發(fā)器(D16)形成激光發(fā)射時(shí)刻到信號(hào)SA時(shí)刻間的脈沖寬度，D觸發(fā)器(D18、D19)、與非門(mén)電路(D20)和D觸發(fā)器(D21、D22)、與非門(mén)電路D23分別為二路標(biāo)準(zhǔn)脈寬信號(hào)，該標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)由分頻器D29提供，分頻器的輸入信號(hào)與CPU時(shí)脈頻率為同一晶振G1產(chǎn)生。在CPU控制下，三路信號(hào)分時(shí)經(jīng)與非門(mén)電路(D24、D25)，最后由與非門(mén)電路(D26)、恒流二極管(V27)、三極管(V26)組成的t-v轉(zhuǎn)換電路將脈寬變?yōu)殡妷海３衷陔娙?C24)上，再經(jīng)運(yùn)算放大器(N3)跟隨輸出，反向門(mén)電路(D27)為一受微機(jī)控制的放電支路。三極管(V22、V24)及其外圍阻容元件組成對(duì)SB信號(hào)峰值放大的峰值采樣電路(5)，再經(jīng)三極管(V25)在電容(C22)形成與信號(hào)幅度成正比的電壓，再經(jīng)運(yùn)算放大器(N2)跟隨輸出，同樣反向門(mén)電路(D9)為受微機(jī)控制的放電支路。上述運(yùn)算放大器(N2、N3)二路電壓在微機(jī)控制下由模擬開(kāi)關(guān)(D30)分時(shí)送至模數(shù)變換電路A/D(9)，A/D為變換器(D32)進(jìn)行A/D變換、再由CPU處理。芯片(D33)為一串行接口，完成與外界的串行信號(hào)傳送，由CPU提供的激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)反向門(mén)電路(D11、D12)送至驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)固化在EPROM中的程序，機(jī)外車(chē)速信號(hào)Sv和送機(jī)外的制動(dòng)信號(hào)Sz直接由CPU提供，顯示數(shù)據(jù)由CPU數(shù)據(jù)總線DB直接輸出，顯示控制信號(hào)dip由CPU提供，串行輸出信號(hào)R0、串行輸入信號(hào)R1、車(chē)速信號(hào)Sv、制動(dòng)信號(hào)Sz，顯示控制信號(hào)dip以及數(shù)據(jù)總線的輸出等可以根據(jù)需要配置。
另外，本實(shí)用新型的顯示電路可由帶驅(qū)動(dòng)器的液晶顯示器F1組成，該顯示器數(shù)據(jù)直接由數(shù)據(jù)總線DB提供，控制信號(hào)dip由CPU直接提供，顯示電路也可以用砷化鎵數(shù)碼管，或可根據(jù)需要省去顯示器，由串行接口輸出測(cè)距結(jié)果。
本實(shí)用新型采用了高壓控制型接收放大電路，其包括三極管(V2、V3、V4)組成的放大電路，由跟隨器(V6)產(chǎn)生行信號(hào)SA輸出給峰值采樣電路(5)，確定其信號(hào)幅值大小，進(jìn)而由微處理器(7)根據(jù)信號(hào)幅值提供脈沖調(diào)光信號(hào)PWM(10)。跟隨器(V5)分二路輸出一路由施密特觸發(fā)器(D1、D2)組成噪聲成形電路，另一路由施密特觸發(fā)器(D3、D4)組成回收信號(hào)成形電路(6)，噪聲成形電路經(jīng)三極管(V9)發(fā)射極和自微處理器(7)的脈沖調(diào)光信號(hào)PWM(10)經(jīng)三極管(V8)發(fā)射極共同連在三極管(V7)之基極組成了高壓控制電路(11)，從而控制雪崩光電二極管V1(20)的工作高壓。
本實(shí)用新型之優(yōu)越性通過(guò)與已有技術(shù)YAG的比較如下表
從上表可看出本實(shí)用新型適用于近距離和需要快速反應(yīng)的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合，尤其適用無(wú)人為合作目標(biāo)場(chǎng)合。實(shí)現(xiàn)快速、精確測(cè)量目標(biāo)的距離和速度。下面通過(guò)實(shí)施例詳述。
附

圖1本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例工作原理框圖。
附圖2本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)裝置圖(一)。
附圖3本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)裝置圖(二)。
附圖4本實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)裝置圖。
附圖5本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)電路圖。
附圖6本實(shí)用新型微處理器邏輯圖。
附圖7本實(shí)用新型接收放大、成形電路及高壓控制電路圖。
附圖8本實(shí)施例顯示器圖。
附圖9本實(shí)用新型應(yīng)用例。
實(shí)施例如圖1、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8，圖1為本實(shí)用新型最佳實(shí)施例工作原理框圖，本實(shí)用新型包括信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)、微處理器(7)和顯示器(13)，如圖4為本實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)裝置圖，其采用了內(nèi)部校正光路裝置(12)，信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)由脈沖半導(dǎo)體激光器(14)、反光鏡(15)、切邊透鏡(16)組成，信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電路(2)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路與微處理器(7)相接，受微處理器(7)控制，驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖5，驅(qū)動(dòng)電路原理圖信號(hào)接收系統(tǒng)由與切邊透鏡(16)切邊緊貼的切邊聚焦透鏡(17)、限制光闌(18)、干涉濾光片(19)、雪崩光電二極管(20)組成，雪崩光電二極管(20)連接在接收放大電路中。圖7為放大電路原理圖，該電路分別與峰值采樣電路(5)、成形電路(6)相連，峰值采樣電路(5)和t-v變換電路(8)與模數(shù)變換電路(9)相連，模數(shù)變換電路(9)接在微處理器(7)上，如圖6，微處理器邏輯圖。在本實(shí)施例中采用了內(nèi)部校正光路裝置，其由電機(jī)(22)和與電機(jī)(22)相連接的遮光板(23)、光路隔板(24)上聚焦透鏡(25)、反光器(21)組成。其工作原理為如圖1，脈沖半導(dǎo)體激光器發(fā)射系統(tǒng)(1)產(chǎn)生激光脈沖并變?yōu)槠叫泄馍湎蚰繕?biāo)，脈沖半導(dǎo)體激光器LD(14)由驅(qū)動(dòng)電路(2)驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)由微處理器CPU系統(tǒng)(7)提供，信號(hào)接收系統(tǒng)(3)接收并匯聚從目標(biāo)反射回來(lái)的微弱信號(hào)，經(jīng)接收放大電路(4)放大，再由峰值采樣電路(5)采集回波信號(hào)，由成形電路(6)得到計(jì)時(shí)結(jié)束信號(hào)，計(jì)時(shí)開(kāi)始信號(hào)由CPU(7)提供和成形電路(6)提供的結(jié)束信號(hào)分別送至t-v變換電路(8)，得到與距離成正比的電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)模數(shù)變換(A/D)電路(9)變換后，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)由CPU(7)處理，峰值采樣電路(5)得到的幅度信號(hào)也由模數(shù)電路A/D(9)變成數(shù)字信號(hào)，再由CPU(7)處理，CPU(7)根據(jù)回波信號(hào)大小提供脈沖調(diào)光信號(hào)PWM(10)，進(jìn)而由高壓控制電路(11)控制雪崩光電二極管的工作高壓，從而使接收到的回波幅度滿足預(yù)定的要求。內(nèi)部校正光路(12)受CPU(7)控制，根據(jù)測(cè)距精度的需要，求得啟動(dòng)脈沖到發(fā)出光脈沖的時(shí)間差，以便對(duì)機(jī)內(nèi)原來(lái)存入的值進(jìn)行修正，測(cè)距結(jié)果經(jīng)CPU(7)計(jì)算處理通過(guò)顯示器(13)，圖8為顯示器圖，或者顯示信號(hào)通過(guò)串行接口送到機(jī)外。如圖4，本實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)裝置圖，脈沖半導(dǎo)體激光器LD(14)發(fā)出光脈沖經(jīng)反光鏡(15)反射，由切邊透鏡(16)變?yōu)槠叫泄馍湎蚰繕?biāo)，從目標(biāo)反射回來(lái)的光脈沖經(jīng)切邊聚焦透鏡(17)經(jīng)限制光闌(18)、干涉濾光片(19)匯聚在雪崩光電二極管V1(20)光敏面上。內(nèi)部校正光路由脈沖半導(dǎo)體激光器(14)發(fā)出的部分光脈沖，經(jīng)由電機(jī)(22)控制的遮光板(23)(內(nèi)部校正時(shí)遮光板(23)打開(kāi))，再通過(guò)光路隔離薄板(24)相應(yīng)位置上安裝的聚焦透鏡(25)射向反光器(21)，反射的部分光脈沖匯聚在雪崩光電管二極管(20)光敏面上。本實(shí)施例采用了高壓控制型接收放大電路，如圖7，為接收放大、成形電路及高壓控制電路圖，帶有PWM信號(hào)(10)實(shí)現(xiàn)高壓控制的接收放大電路電原理圖，由目標(biāo)反射回來(lái)的微弱光脈沖信號(hào)經(jīng)雪崩光電二極管V1(20)光電轉(zhuǎn)換后構(gòu)成回波電信號(hào)經(jīng)三極管(V2、V3、V4)組成的放大電路進(jìn)行放大。其后，放大后的回波信號(hào)由跟隨器(V6)產(chǎn)生信號(hào)SA輸出給峰值采樣電路(5)，確定其信號(hào)幅值的大小，進(jìn)而由微機(jī)電路根據(jù)信號(hào)幅值的大小提供PWM信號(hào)(10)；另外由跟隨器V5分二路輸出一路經(jīng)施密特觸發(fā)器(D1、D2)對(duì)雪崩光電二極管(20)和放大電路的噪聲進(jìn)行成形，再經(jīng)電阻、二極管、電容(R18、V11、C11)整流成直流電平控制三極管(V9)，進(jìn)而控制高壓調(diào)整管(V7)；另一路經(jīng)施密特觸發(fā)器(D3、D4)對(duì)回收信號(hào)進(jìn)行成形產(chǎn)生信號(hào)SB輸出給微機(jī)電路作計(jì)時(shí)的結(jié)束信號(hào)。二路成形電路工作門(mén)限分別由電阻(R19、R20、R21)和電阻、二極管(R23、R24、R25、R26、V12)確定。由微機(jī)電路提供的脈沖寬度調(diào)節(jié)信號(hào)PWM(10)經(jīng)電阻、二極管，電容(R17、V10、C9)整流成直流電平控制三極管(V8)進(jìn)而控制高壓調(diào)整管(V7)。噪聲成形電路經(jīng)三極管(V9)和由PWM信號(hào)(10)經(jīng)三極管(V8)二路電平同時(shí)作用在三極管(V7)上控制其工作電流使外部提供的高壓VH在電阻(R14)上產(chǎn)生壓降，三極管(V7)集電極得到經(jīng)控制后的高壓提供給雪崩光電二極管(20)作為其工作電壓，達(dá)到信號(hào)幅度的最佳控制。本實(shí)施例如圖6微處理器(7)的邏輯框圖，CPU采用8031芯片，其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到近距離和快速工作需要無(wú)人為合作目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的場(chǎng)合。如裝在汽車(chē)的前端探測(cè)前方目標(biāo)的距離和目標(biāo)變化的狀態(tài)，以便及時(shí)控制車(chē)上的制動(dòng)系統(tǒng)起防撞保證汽車(chē)安全行駛的作用。再如可以對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)距離、速度測(cè)量?？梢蕴娲颁撈こ摺钡母鞣N距離測(cè)量領(lǐng)域。
應(yīng)用例如圖9，作為本實(shí)施例的一種重要應(yīng)用，半導(dǎo)體激光器組成的測(cè)距裝置用于汽車(chē)防撞安全保證系統(tǒng)。如圖9，本實(shí)用新型脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置(A)裝在汽車(chē)的前端，不斷對(duì)前方目標(biāo)(汽車(chē)、行人或其它障礙物)進(jìn)行測(cè)距，同時(shí)通過(guò)汽車(chē)上的速度傳感器(26)將速度參數(shù)輸入本實(shí)用新型之實(shí)施例裝置內(nèi)，通過(guò)微處理器之CPU對(duì)上述二個(gè)基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算判別，從而確定本汽車(chē)是否處于可能與前方目標(biāo)發(fā)生碰撞的緊急狀態(tài)，再由微處理器CPU輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)(27)，并可根據(jù)緊急的程度來(lái)確定制動(dòng)的頻率和強(qiáng)度，達(dá)到安全行車(chē)防止碰撞的目的。
權(quán)利要求1.脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置，包括信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)(1)、信號(hào)接收系統(tǒng)(3)、微處理器(7)、顯示器(13)，其中微處理器是由CPU(D10)、鎖存器(D13)、EPROM(D14)及其外圍電路組成的單片機(jī)系統(tǒng)，特征在于信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)由脈沖半導(dǎo)體激光器(14)、切邊透鏡(16)組成，信號(hào)接收系統(tǒng)由與切邊透鏡(16)切邊緊貼的切邊聚焦透鏡(17)、限制光闌(18)、干涉濾光片(19)、雪崩光電二極管(20)組成，脈沖半導(dǎo)體激光器(14)與連在微處理(7)上的驅(qū)動(dòng)電路(2)相連，雪崩光電二極管(20)連接在接收放大電路中，該電路分別與接在微處理器上的峰值采樣電路(5)和成形電路(6)相連接。
2.由權(quán)利要求1所述的脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置，特征在于發(fā)射系統(tǒng)(1)中加設(shè)一使脈沖半導(dǎo)體激光器LD轉(zhuǎn)向的反光鏡(15)。
3.由權(quán)利要求2所述的脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置，特征在于發(fā)射系統(tǒng)(1)中裝有內(nèi)部校正光路裝置(12)，所述內(nèi)部校正光路裝置(12)由電機(jī)(22)和與電機(jī)(22)連接的遮光板(23)、光路隔板(24)上的聚焦透鏡(25)、反光器(21)組成。
4.由權(quán)利要求1或2或3所述的脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置，特征在于驅(qū)動(dòng)電路(2)由微處理器(7)的CPU提供SP信號(hào)，SP信號(hào)經(jīng)反向門(mén)電路(D5)與由反向門(mén)電路(D6、D7)、電阻(R34)、電容(C20)組成的積分型單穩(wěn)態(tài)電路相連，并依次與反向門(mén)電路(D8)、三極管(V18、V19)、功率場(chǎng)效應(yīng)管(V21)相連，振蕩器(N1)與功率場(chǎng)效應(yīng)管(V13)柵極相連，功率場(chǎng)效應(yīng)管(V13)的源極上連有電感線圈(L2)，功率場(chǎng)效應(yīng)管(V13)依次與整流穩(wěn)壓元件(V14、V15、V16、V17)相連，脈沖半導(dǎo)體激光器LD并接在二極管(V20)上，二極管(V20)接在場(chǎng)效應(yīng)管(V21)的源極上。
5.由權(quán)利要求1或2或3所述的脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置，特征在于接收放大電路包括功率場(chǎng)效應(yīng)管(V8)、三極管(V3、V4)組成的放大電路，作為跟隨器的三極管(V5、V6)，施密特觸發(fā)器(D1、D2)組成的噪聲成形電路(6)、施密特觸發(fā)器(D3、D4)組成的回收信號(hào)成形電路(6)，噪聲成形電路經(jīng)三極管(V9)之發(fā)射極與微處理器(7)脈沖調(diào)光信號(hào)PWM(10)經(jīng)三極管(V8)發(fā)射極共同連在三極管(V7)之基極上組成的高壓控制電路(11)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置，包括信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)、微處理器和顯示器，其信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)由脈沖半導(dǎo)體激光器、切邊透鏡組成，信號(hào)接收系統(tǒng)由與切邊透鏡切邊緊貼的聚焦透鏡、限制光闌、干涉濾光片、雪崩光電二極管組成，其中脈沖半導(dǎo)體激光器與連在微處理器上的驅(qū)動(dòng)電路相連，雪崩光電二極管與分別接在微處理器上的峰值采樣電路和t-v變換電路上的接收放大電路相連，尤其適用在近距離及無(wú)人為合作目標(biāo)場(chǎng)合的測(cè)距。
文檔編號(hào)G01C3/00GK2265525SQ9623130
公開(kāi)日1997年10月22日 申請(qǐng)日期1996年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月12日
發(fā)明者陸建紅, 關(guān)蕓菁 申請(qǐng)人:陸建紅, 關(guān)蕓菁