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一、红外测距仪概述
利用红外技术进行距离传感的红外传感器实则属于红外测距仪，是电磁波测距仪的重要分支。按照载波的不同，电磁波测距仪可分为光电测距仪和微波测距仪。光电测距是以光波运载测距信号测量两点之间距离的一种测距方法。与传统的钢尺测距法相比，光电测距法具有精度高、灵活机动、作业迅速以及受地形影响较小等特点。
光电测距仪中，按光源的不同又可分为激光测距仪和红外测距仪。自上世纪六十年代以来，光电测距技术、特别是采用半导体红外光源的红外测距技术得到了迅猛发展，红外测距仪也已成为各种工程中常用的测量工具。
二、红外测距的专利起源与主要原理
紧跟光电技术和红外技术的发展，美国公司于1960年首次提出一种红外测距系统的专利申请，公开号为US3054898 A，开辟了利用红外信号测量距离的专利市场。上述装置由传统的光学系统搭建而成，通过感测物体散射的红外线或辐射的热量，将光信号转化为电信号，由电信号的强弱判断物体的远近。但该申请由于光学系统调节困难、操作繁琐，物体散射或辐射的红外信号微弱，其探测效果差、精度低，应用范围极为受限。随后几年内，法、德、美等国家相继申请了利用红外光的宏观光学特性制作的测量仪器（通常为经纬仪或红外准直望远镜），如1965年的法国申请FR1589358A、1967年的德国申请GB1154150 A等。
随后，德国公司于1967年、美国公司于1974年分别提出利用红外光源测距的方法或设备的专利申请（公开号分别为GB1184955 A、US3921095 A），利用红外光的波动特性，使红外测距技术迈上新的台阶。上述申请采用的分别是相位差法和脉冲法测量距离。在接下来的几十年中，红外测距相关的各项技术层出不穷，但上述两种方法始终被广泛应用，成为红外测距领域的基石。
1.相位差法
相位差法是测定调制光波往返于待测距离上的相位差，间接求得距离的方法。由于红外光频率范围约为3×1011 Hz ～ 4×1014 Hz，精确测定高频率的相位极为困难，因此通常利用调制光使光波的强度随调制信号变化。这样，发出的光波经调制器调制后，往返于待测距离，相位计比较出发射信号与接收信号之间的相位差，得到距离值。
相位差法的测量精度依赖于相位计精度。由于相位计的测相精度不难达到1/1000，因而相位差法的精度较高，不难达到厘米量级。在精密测距仪中普遍采用的是相位差法。
2.脉冲法
脉冲法是直接测定红外信号往返于待测距离上的时间，结合红外在空气中传播的速度求得距离的方法。在光源发出光脉冲信号的同时，还输出一电脉冲信号作为计时起始信号，同时触发电子门打开，开始计数时标脉冲的个数。光源发出的光脉冲被待测目标反射后由接收器接收，并关闭电子门终止时标脉冲计数。电子门由开到闭的时间可通过已知的时标脉冲信号频率与脉冲个数乘积求得。
脉冲法的测量精度依赖于时间测定精度。由于时标脉冲的频率有限，计时精度只能达到10-8 s量级，即测距精度仅为0.5 ～ 1 m，因此脉冲法适合远距离测量。
3.光学参数法
光学参数法是利用红外光的各种物理特性间接测量距离的一类方法的统称，包括但不限于光信号转化为电信号的强弱判断距离的方法，利用红外光准直性结合传统的三角测量法、几何测量法得到距离信息的方法，利用待测物体表面散射的红外光按照平方反比规律衰减的原理而测距的方法，以及预先建立发射的红外光辐射功率与距离之间的关系、通过可接收的红外功率间接得到与待测物体间的距离值的方法等等。
这一类方法分支众多、应用灵活，精度往往因各类方法的使用环境、设备特征而各有差异。
三、专利分析
1. 红外测距技术发展
随着美国率先打破了该领域专利空白的局面，英、法、德、日等发达国家也纷纷投入研究。
提升精度向来是测量领域各种仪器的要义。由于红外测距的基本理论已日趋成熟，如何进一步地提高红外测距精度成为所有人关注的焦点。由于脉冲法计时精度和测距精度低，适用于远距离测量，但效果又不及激光测距，因此针对此方法的研究成果远不及其他方法。而相位差法精度高、适合精密测量、红外光优势明显，研究水平已逐渐趋于成熟。其中提高测距精度的手段主要有：采用多个调制频率提高相位差精确度（如US3619058 A）、使用偏振光或同相电路正交相微分电路消除背光散射噪声（如JPH085742 A、US2011181861 A1）、靠固定延时电路、延时调整回路等电路结构调整相位误差（如JP2009236657 A）等。光学参数法中还有利用红外光的各类物理特性和参数得到待测距离的方法，提高精度的手段涉及多点测量（如EP1186928 A2）、二维光斑阵列（如GB0226242 D0）、消除检测死角及检测盲区（如US5825481 A、JP2007010346 A）等。
2.红外测距技术的应用
随着红外测距技术的发展与完善，基于该原理而设计的测距传感器也得到了广泛应用。图1展示了红外测距传感器开始应用在各个领域的时间，从中可见其应用范围之广，涵盖军事、地形测量、地图测绘、医疗、三维建模、天文设备、照相摄像设备、车辆避障、自主移动设备的避障、小型家电、生活设备等等。同时，上世纪末至本世纪初，红外测距传感器的应用趋于多样化，尤其在涉及各领域的自主移动机器人中的应用也迅速崛起。
四、結论
目前，我国涉及红外测距技术或红外测距传感器的专利申请主要为应用型，且授权量较低，多为泡沫申请。而各研究所、高校的研究方向又偏重理论，推广缓慢、应用范围窄。根据中国的发展现状，本课题提出以下建议：
（1）我国知识产权相关部门应及时发布红外测距传感器的行业专利预警信息，为我国红外传感器研究团队及制造业提供决策信息辅助。
（2）加强企业与高校、科研院所之间的合作，形成产、学、研联动格局，促进产业化不断走向深入。
（3）加强自主创新能力，提高专利保护意识。
利用红外技术进行距离传感的红外传感器实则属于红外测距仪，是电磁波测距仪的重要分支。按照载波的不同，电磁波测距仪可分为光电测距仪和微波测距仪。光电测距是以光波运载测距信号测量两点之间距离的一种测距方法。与传统的钢尺测距法相比，光电测距法具有精度高、灵活机动、作业迅速以及受地形影响较小等特点。
光电测距仪中，按光源的不同又可分为激光测距仪和红外测距仪。自上世纪六十年代以来，光电测距技术、特别是采用半导体红外光源的红外测距技术得到了迅猛发展，红外测距仪也已成为各种工程中常用的测量工具。
二、红外测距的专利起源与主要原理
紧跟光电技术和红外技术的发展，美国公司于1960年首次提出一种红外测距系统的专利申请，公开号为US3054898 A，开辟了利用红外信号测量距离的专利市场。上述装置由传统的光学系统搭建而成，通过感测物体散射的红外线或辐射的热量，将光信号转化为电信号，由电信号的强弱判断物体的远近。但该申请由于光学系统调节困难、操作繁琐，物体散射或辐射的红外信号微弱，其探测效果差、精度低，应用范围极为受限。随后几年内，法、德、美等国家相继申请了利用红外光的宏观光学特性制作的测量仪器（通常为经纬仪或红外准直望远镜），如1965年的法国申请FR1589358A、1967年的德国申请GB1154150 A等。
随后，德国公司于1967年、美国公司于1974年分别提出利用红外光源测距的方法或设备的专利申请（公开号分别为GB1184955 A、US3921095 A），利用红外光的波动特性，使红外测距技术迈上新的台阶。上述申请采用的分别是相位差法和脉冲法测量距离。在接下来的几十年中，红外测距相关的各项技术层出不穷，但上述两种方法始终被广泛应用，成为红外测距领域的基石。
1.相位差法
相位差法是测定调制光波往返于待测距离上的相位差，间接求得距离的方法。由于红外光频率范围约为3×1011 Hz ～ 4×1014 Hz，精确测定高频率的相位极为困难，因此通常利用调制光使光波的强度随调制信号变化。这样，发出的光波经调制器调制后，往返于待测距离，相位计比较出发射信号与接收信号之间的相位差，得到距离值。
相位差法的测量精度依赖于相位计精度。由于相位计的测相精度不难达到1/1000，因而相位差法的精度较高，不难达到厘米量级。在精密测距仪中普遍采用的是相位差法。
2.脉冲法
脉冲法是直接测定红外信号往返于待测距离上的时间，结合红外在空气中传播的速度求得距离的方法。在光源发出光脉冲信号的同时，还输出一电脉冲信号作为计时起始信号，同时触发电子门打开，开始计数时标脉冲的个数。光源发出的光脉冲被待测目标反射后由接收器接收，并关闭电子门终止时标脉冲计数。电子门由开到闭的时间可通过已知的时标脉冲信号频率与脉冲个数乘积求得。
脉冲法的测量精度依赖于时间测定精度。由于时标脉冲的频率有限，计时精度只能达到10-8 s量级，即测距精度仅为0.5 ～ 1 m，因此脉冲法适合远距离测量。
3.光学参数法
光学参数法是利用红外光的各种物理特性间接测量距离的一类方法的统称，包括但不限于光信号转化为电信号的强弱判断距离的方法，利用红外光准直性结合传统的三角测量法、几何测量法得到距离信息的方法，利用待测物体表面散射的红外光按照平方反比规律衰减的原理而测距的方法，以及预先建立发射的红外光辐射功率与距离之间的关系、通过可接收的红外功率间接得到与待测物体间的距离值的方法等等。
这一类方法分支众多、应用灵活，精度往往因各类方法的使用环境、设备特征而各有差异。
三、专利分析
1. 红外测距技术发展
随着美国率先打破了该领域专利空白的局面，英、法、德、日等发达国家也纷纷投入研究。
提升精度向来是测量领域各种仪器的要义。由于红外测距的基本理论已日趋成熟，如何进一步地提高红外测距精度成为所有人关注的焦点。由于脉冲法计时精度和测距精度低，适用于远距离测量，但效果又不及激光测距，因此针对此方法的研究成果远不及其他方法。而相位差法精度高、适合精密测量、红外光优势明显，研究水平已逐渐趋于成熟。其中提高测距精度的手段主要有：采用多个调制频率提高相位差精确度（如US3619058 A）、使用偏振光或同相电路正交相微分电路消除背光散射噪声（如JPH085742 A、US2011181861 A1）、靠固定延时电路、延时调整回路等电路结构调整相位误差（如JP2009236657 A）等。光学参数法中还有利用红外光的各类物理特性和参数得到待测距离的方法，提高精度的手段涉及多点测量（如EP1186928 A2）、二维光斑阵列（如GB0226242 D0）、消除检测死角及检测盲区（如US5825481 A、JP2007010346 A）等。
2.红外测距技术的应用
随着红外测距技术的发展与完善，基于该原理而设计的测距传感器也得到了广泛应用。图1展示了红外测距传感器开始应用在各个领域的时间，从中可见其应用范围之广，涵盖军事、地形测量、地图测绘、医疗、三维建模、天文设备、照相摄像设备、车辆避障、自主移动设备的避障、小型家电、生活设备等等。同时，上世纪末至本世纪初，红外测距传感器的应用趋于多样化，尤其在涉及各领域的自主移动机器人中的应用也迅速崛起。
四、結论
目前，我国涉及红外测距技术或红外测距传感器的专利申请主要为应用型，且授权量较低，多为泡沫申请。而各研究所、高校的研究方向又偏重理论，推广缓慢、应用范围窄。根据中国的发展现状，本课题提出以下建议：
（1）我国知识产权相关部门应及时发布红外测距传感器的行业专利预警信息，为我国红外传感器研究团队及制造业提供决策信息辅助。
（2）加强企业与高校、科研院所之间的合作，形成产、学、研联动格局，促进产业化不断走向深入。
（3）加强自主创新能力，提高专利保护意识。