李哲 趙景煥 楊建坤 劉曉波 馬波

摘 要：文章立足于專利文獻(xiàn)，對國內(nèi)外涉及激光測距技術(shù)的專利申請進(jìn)行統(tǒng)計和分析，梳理了激光測距技術(shù)的發(fā)展線路，并對四種主要的激光測距技術(shù)進(jìn)行介紹和分析，并總結(jié)該專利技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，為相關(guān)領(lǐng)域的專利審查工作提供技術(shù)支持，并為企業(yè)、高校和科研院所了解專利申請的現(xiàn)狀提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：激光測距；專利分析；技術(shù)路線

1 激光測距技術(shù)的主要技術(shù)概述

由于激光的獨(dú)特特性，如方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，因此激光常被用作光電測距的光源，激光測距技術(shù)（laser range measure）也就應(yīng)運(yùn)而生。激光測距是光學(xué)、激光技術(shù)、精密機(jī)械、電子學(xué)、微電子以及光電子學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)的綜合應(yīng)用。隨著激光技術(shù)、電子技術(shù)、計算技術(shù)和集成光學(xué)的發(fā)展，激光測距正朝著數(shù)字化、自動化、低成本、小型輕便化的方向發(fā)展，測距的測程、精度也得到了極大提高。

激光測距技術(shù)在各種測量行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，無論是在軍事領(lǐng)域，還是在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)建設(shè)方面，都起著重要的作用[1-2]。與一般的光學(xué)測距系統(tǒng)相比，激光測距具有測量精確度高、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小和重量輕等一系列的優(yōu)點(diǎn)。

為充分發(fā)揮激光測距技術(shù)的優(yōu)勢，克服其存在的各種技術(shù)問題，推動激光測距技術(shù)的應(yīng)用，國內(nèi)外研究者一直在開展多方面的研究和實(shí)驗。文章通過專利文獻(xiàn)信息對激光測距技術(shù)進(jìn)行了梳理和分析。

2 激光測距技術(shù)專利申請整體狀況分析

2.1 全球?qū)＠暾埛治?/p>

為了研究激光測距技術(shù)的發(fā)展情況，我們對激光測距技術(shù)的全球申請進(jìn)行了檢索并按照歷年的申請量進(jìn)行了統(tǒng)計分析。

2.2 國內(nèi)專利申請量分析

為了研究激光測距技術(shù)國內(nèi)專利申請量的趨勢，我們在CNABS數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行了檢索，并對檢索到的專利申請數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析：隨著我國光器件、光學(xué)系統(tǒng)以及信號處理等一系列關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，我國專利申請量急劇增長，在短短數(shù)年內(nèi)增長到數(shù)十倍，在2013年達(dá)到603件。這也說明了我國激光測距技術(shù)雖然發(fā)展時間不是很長，但是卻發(fā)展迅速，正處于技術(shù)發(fā)展期，未來還有較好的發(fā)展前景。

3 激光測距技術(shù)發(fā)展線路

激光測距技術(shù)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(fā)射的激光脈沖通過光學(xué)透鏡照射到待測目標(biāo)上，通過目標(biāo)的漫反射再由接光學(xué)透鏡接收，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⒔?jīng)過信號調(diào)理電路后，再經(jīng)運(yùn)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(fù)頻率高等優(yōu)點(diǎn)。但是脈沖法測距本質(zhì)上是測量由發(fā)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(shù)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(shù)之一，主要應(yīng)用于對遠(yuǎn)距離目標(biāo)的距離測量。

3.2 干涉法激光測距

利用波的干涉進(jìn)行測距是精密測距方法中的經(jīng)典，干涉法激光測距的原理是激光器發(fā)射出的激光經(jīng)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(jīng)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(tǒng)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(dá)到半個波長，精度可達(dá)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(dú)特性質(zhì)，在地殼變形的測繪、預(yù)報地震與火山以及地下爆炸的偵查中得到了實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用，但是因為干涉法激光測距系統(tǒng)測出的距離僅為相對距離，所以該方法的應(yīng)用不是很廣泛。相關(guān)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(fā)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(fā)射面與發(fā)光源、光電接收系統(tǒng)擺放在三個點(diǎn)，構(gòu)成一個三角形光路，如果物面發(fā)生移動，可根據(jù)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(jié)構(gòu)簡單易實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性，特別是在高亮度、單色性好、方向性強(qiáng)的激光的出現(xiàn)之后，加上新型光電掃描技術(shù)與陣列型光電探測器的發(fā)展，并采用微機(jī)控制與新的信息處理技術(shù)相結(jié)合的方式，使得傳統(tǒng)的三角測距方法又煥發(fā)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(tǒng)正接收或傾斜接收光電接收系統(tǒng)傾斜接收。光源與接收系統(tǒng)如何放置主要取決于測量系統(tǒng)所要測試的目標(biāo)，測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，測量系統(tǒng)其他輔助設(shè)備的設(shè)計等方面因素。

相關(guān)的專利申請主要有：JPH0712554A（公開日：1995年1月17日，申請人：NISSAN MOTOR，發(fā)明人： 藤；元 ）。該申請要求保護(hù)一種三角激光測距裝置，其利用三角法測距原理，用半導(dǎo)體激光器和透鏡搭建激光測距系統(tǒng)，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(fā)出的調(diào)制光波在被測距離上往返一次所產(chǎn)生的相位變化量，再結(jié)合調(diào)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(yīng)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(biāo)限制在與儀器精度相稱的某一特定點(diǎn)上，對這種測距儀大多配置被稱為合作目標(biāo)的反射鏡。

相位式激光測距也是激光測距的主流技術(shù)之一，相關(guān)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(fā)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(fā)明人：GOAN R；SALLEE B）、CN101813472A（公開日：2010年8月25日，申請人：武漢大學(xué)，發(fā)明人：許賢澤；于濤）。上述專利申請都是運(yùn)用相位式激光測距原理，對各種待測目標(biāo)進(jìn)行距離檢測，并且取得了良好的技術(shù)效果。

4 結(jié)束語

目前，國內(nèi)外對激光測距技術(shù)的研究取得了一定的發(fā)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(yù)計未來專利申請量還將進(jìn)一步持續(xù)增長。通過文章的激光測距專利技術(shù)綜述，有利于相關(guān)領(lǐng)域的審查員、我國企業(yè)和科研院所了解激光測距技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，也有利于我國企業(yè)和科研院所加強(qiáng)自主創(chuàng)新，促進(jìn)我國激光測距技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王古常，孫斌，萬強(qiáng)，等.軍用脈沖激光測距技術(shù)與研究現(xiàn)狀[J].光學(xué)與光電技術(shù)，2003，4.

[2]范滇元.激光測距技術(shù)的發(fā)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(shù)的研究[J].激光與紅外，2007，1.