激光测距技术专利技术综述

李哲 赵景焕 杨建坤 刘晓波 马波

摘 要：文章立足于专利文献，对国内外涉及激光测距技术的专利申请进行统计和分析，梳理了激光测距技术的发展线路，并对四种主要的激光测距技术进行介绍和分析，并总结该专利技术的发展状况，为相关领域的专利审查工作提供技术支持，并为企业、高校和科研院所了解专利申请的现状提供参考依据。

关键词：激光测距；专利分析；技术路线

1 激光测距技术的主要技术概述

由于激光的独特特性，如方向性强、亮度高、单色性好、相干性好等优点，因此激光常被用作光电测距的光源，激光测距技术（laser range measure）也就应运而生。激光测距是光学、激光技术、精密机械、电子学、微电子以及光电子学等多学科和技术的综合应用。随着激光技术、电子技术、计算技术和集成光学的发展，激光测距正朝着数字化、自动化、低成本、小型轻便化的方向发展，测距的测程、精度也得到了极大提高。

激光测距技术在各种测量行业中得到了广泛的应用，无论是在军事领域，还是在科学技术、生产建设方面，都起着重要的作用[1-2]。与一般的光学测距系统相比，激光测距具有测量精确度高、分辨率高、抗干扰能力强、体积小和重量轻等一系列的优点。

为充分发挥激光测距技术的优势，克服其存在的各种技术问题，推动激光测距技术的应用，国内外研究者一直在开展多方面的研究和实验。文章通过专利文献信息对激光测距技术进行了梳理和分析。

2 激光测距技术专利申请整体状况分析

2.1 全球专利申请分析

为了研究激光测距技术的发展情况，我们对激光测距技术的全球申请进行了检索并按照历年的申请量进行了统计分析。

2.2 国内专利申请量分析

为了研究激光测距技术国内专利申请量的趋势，我们在CNABS数据库中进行了检索，并对检索到的专利申请数据进行了统计分析：随着我国光器件、光学系统以及信号处理等一系列关键技术的发展，我国专利申请量急剧增长，在短短数年内增长到数十倍，在2013年达到603件。这也说明了我国激光测距技术虽然发展时间不是很长，但是却发展迅速，正处于技术发展期，未来还有较好的发展前景。

3 激光测距技术发展线路

激光测距技术主要分为四种方法：脉冲式激光测距、干涉法激光测距、三角法激光测距和相位式激光测距。

3.1 脉冲式激光测距

脉冲式激光测距原理基于光的传播速度为恒量c，激光器发射的激光脉冲通过光学透镜照射到待测目标上，通过目标的漫反射再由接光学透镜接收，经过光电转换器件转变为电信号并经过信号调理电路后，再经运算直接测得光往返一次所需时间，然后计算出距离。脉冲式激光测距具有测量速度快、重复频率高等优点。但是脉冲法测距本质上是测量由发射激光到收到反射回的激光的时间差，由于受到反射物表面的高低不平及时间测量技术等因素的限制，这种测距装置的精度一般较低。脉冲式激光测距是激光测距的主流技术之一，主要应用于对远距离目标的距离测量。

3.2 干涉法激光测距

利用波的干涉进行测距是精密测距方法中的经典，干涉法激光测距的原理是激光器发射出的激光经过分束器，分为相互垂直的两束光，其中一束光射向了反射透镜，另一束光则反射到了光电器件，经过反射透镜的光反射出一部分并透过一部分，透过的光又照射到反射镜，该反射镜反射回的光与反射透镜反射的光相叠加。

干涉法激光测距系统中采用的激光波长很短，又因激光具有很好的单色性，其波长精度很高，所以此方法的分辨率最高可以达到半个波长，精度可达微米级。干涉法激光测距的高精度是任何其他激光测距方法都无法比拟的。目前，干涉法激光測距以其具有的精度高的独特性质，在地壳变形的测绘、预报地震与火山以及地下爆炸的侦查中得到了实质性的应用，但是因为干涉法激光测距系统测出的距离仅为相对距离，所以该方法的应用不是很广泛。相关的专利申请主要有：JP2012013574 A （公开日：2012年1月19日，申请人：KO COM KENKYUSHO KK；OPTICAL COMB INC，发明人：

；元伸）等。

3.3 三角法激光测距

三角法测距，是将被测物的发射面与发光源、光电接收系统摆放在三个点，构成一个三角形光路，如果物面发生移动，可根据三角形相似原理求出光敏面上光斑的移动距离，反之如果知道光敏面上光斑的移动量也可求出物面的移动量。该方法结构简单易实现，具有较强的应用性，特别是在高亮度、单色性好、方向性强的激光的出现之后，加上新型光电扫描技术与阵列型光电探测器的发展，并采用微机控制与新的信息处理技术相结合的方式，使得传统的三角测距方法又焕发出新的生命。三角法激光测距形式多样，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，通过光电接收系统正接收或倾斜接收光电接收系统倾斜接收。光源与接收系统如何放置主要取决于测量系统所要测试的目标，测量系统的结构，测量系统其他辅助设备的设计等方面因素。

相关的专利申请主要有：JPH0712554A（公开日：1995年1月17日，申请人：NISSAN MOTOR，发明人： 藤；元 ）。该申请要求保护一种三角激光测距装置，其利用三角法测距原理，用半导体激光器和透镜搭建激光测距系统，检测被测物的距离信息，具有较高的精度。

3.4 相位式激光测距

相位式激光测距是通过测量相位延迟间接测量时间的方法代替直接测量激光往返所需的时间的高精度测量方法，即利用激光器发出的调制光波在被测距离上往返一次所产生的相位变化量，再结合调制光波的波长，计算出该相位延迟所代表的距离[3]。相位式激光测距一般应用在精密测距中，由于其精度高，一般为毫米级，为了有效地反射信号，使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪大多配置被称为合作目标的反射镜。

相位式激光测距也是激光测距的主流技术之一，相关的专利申请主要有： US5241360 A（公开日：1993年8月31日，申请人：CUBIC AUTOMATIC REVENEU COLLECTION GROUP，发明人：Claiborne M.Key；Jeffrey S.Brumfield； Kevin R.Baker）、US6163372 A（公开日：2000年12月19日，申请人：MARCONI AEROSPACE DEFENSE SYSTEMS INC，发明人：GOAN R；SALLEE B）、CN101813472A（公开日：2010年8月25日，申请人：武汉大学，发明人：许贤泽；于涛）。上述专利申请都是运用相位式激光测距原理，对各种待测目标进行距离检测，并且取得了良好的技术效果。

4 结束语

目前，国内外对激光测距技术的研究取得了一定的发展，主要集中在脉冲式激光测距和相位式激光测距两方面，而且预计未来专利申请量还将进一步持续增长。通过文章的激光测距专利技术综述，有利于相关领域的审查员、我国企业和科研院所了解激光测距技术的发展现状，也有利于我国企业和科研院所加强自主创新，促进我国激光测距技术产业的发展。

参考文献

[1]王古常，孙斌，万强，等.军用脉冲激光测距技术与研究现状[J].光学与光电技术，2003，4.

[2]范滇元.激光测距技术的发展和展望[J].自动化与仪器仪表，2007，

3.

[3]汪涛.相位激光测距技术的研究[J].激光与红外，2007，1.