CN101446490B - 激光测距仪 - Google Patents

Abstract

为解决在同一激光测距仪中实现无反射棱镜测距模式和有反射棱镜测距模式，本发明涉及一种激光测距仪。其包括：发射光学系统；发射光学系统包括光阑，该光阑与光阑移位装置相连，以控制光阑移入或移出发射光学系统的发射光路。在无反射棱镜测距模式下，将光阑移出发射光路，从而激光测距仪中的光电转换器可接收得较强的被测物体表面的漫反射光线，进而满足无反射棱镜测距模式的测距需要。在有反射棱镜测距模式下，将光阑移入发射光路，由于反射棱镜有着非常好的反射效率，光阑能有效地减弱从激光测距仪射出的发射光束的功率，并满足发射光束的发散角的需要，故而满足了有反射棱镜测距模的测距工作。

Description

激光测距仪

技术领域

本发明涉及一种激光测距仪。

背景技术

激光测距装置的基本机构已为公知。例如：中国专利文献公告号CN2265525Y公开了一种脉冲半导体激光测距装置，包括：信号发射系统、信号接收系统、微处理器和显示器，其信号发射系统由脉冲半导体激光器、切边透镜组成，信号接收系统由与切边透镜切边紧贴的聚焦透镜、限制光阑、干涉滤光片、雪崩光电二极管组成。中国专利文献公告号CN1034142C公开了一种测距设备，具有一个由半导体激光器产生的可见光测量光束；一个准直器物镜，用于在准直器物镜的光轴的方向把测量光束进行准直；一个调制测量光束的电路装置；一个接收物镜，用于接收和把一个远距离被测物体反射回来的测量光束成像到一个接收装置上；一个可接入的光偏转装置，用于产生一个介于半导体激光器和接收装置之间的内部参考距离；和一个电子分析装置，用于测出和显示所测量的被测物体的距离。其中，接收装置有一段光导纤维与光电转换器连接，其中为测量远距离物体把光导纤维入射面安置在接收物镜的成像平面内，并且可控制入射面由此位置垂直于光轴移动。

现有的激光测距仪的测距模式，包括无反射棱镜测距模式和有反射棱镜测距模式。在无反射棱镜测距模式下进行测距时，激光测距仪是靠接收被测物体表面的漫反射光线来进行测距的，测量范围一般为0.5-400m，因此要求测量光束具有较大的功率，且要求发射光束的发散角较小，以减小由于被测物体表面的不平整带来的误差。在有反射棱镜测距模式下进行测距时，由于反射棱镜有着非常好的反射效率，测量范围一般为1.5-5000m，因此要求发射光束的功率不能太大，同时为便于在远距离测量时照准目标，这要求发射光束的发散角不能过小。显然，上述两种测距模式对激光测距仪的要求是截然相反的，因此不利于同时在同一激光测距仪中实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种同一激光测距仪中实现无反射棱镜测距模式和有反射棱镜测距模式的激光测距仪。

为解决上述技术问题，本发明的激光测距仪，包括：发射光学系统；发射光学系统包括光阑，其特点是：该光阑与一光阑移位装置相连，光阑移位装置用于控制光阑移入或移出发射光学系统的发射光路。

所述光阑移位装置为转换电机，转换电机的转轴与光阑的一端固定连接。

所述光阑为矩形孔光阑。

所述发射光学系统还包括激光器和设于激光器光线输出端的准直器；在准直器前端的所述发射光路上设有用于折射光线的内光路切换装置，内光路切换装置的一侧设有用于接收所述折射光线的内光路光纤；所述发射光学系统还包括接收光学系统；接收光学系统包括：物镜组、设于物镜组后端的接收光学组件、设于接收光学组件一侧的用于接收反射光线的接收光纤、分叉光纤器以及与分叉光纤器的末端相连的光电转换器；所述内光路光纤和接收光纤与分叉光纤器的分叉端相连。

所述内光路切换装置包括：内光路电机及与内光路电机的转轴固定相连的折射棱镜；所述内光路光纤的光线入射端面与折射棱镜相对，并在折射棱镜进入所述发射光路时，内光路光纤适于接收来自所述折射棱镜的折射光线。

所述物镜组后端与接收光学组件之间设有遮光套。

所述物镜组和接收光学组件同设于中心轴线上，接收光学组件后端的中心轴线上依次设有调焦镜、转像棱镜组和目镜分划板组件。

所述接收光学组件包括前后设置在中心轴线上的反光斜面和半反半透光板；接收光纤的光线入射端面与反光斜面相对，以接收来自反光斜面的光线；所述半反半透光板的前端面上设有高反膜。

上述技术方案中，在发射光路上所述光阑的前端设有第一折射板，遮光套上设有通孔；在中心轴线上所述反光斜面与物镜组之间设有第二折射板；第一折射板与第二折射板相对设置，且遮光套上的通孔设于第一折射板与第二折射板之间；使用时，发射光路上的光线经第一折射板反射后穿过遮光套上的通孔，经第二折射板反射后从透镜射出。

上述技术方案中，还包括透光板；所述第二折射板和反光斜面设于透光板两侧；所述遮光套的后端套于第二折射板上。

本发明具有积极的效果：(1)本发明的激光测距仪中，光阑与光阑移位装置相连，以控制光阑移入或移出发射光学系统的发射光路。在无反射棱镜测距模式下进行测距时，将光阑移出发射光路，从而激光测距仪中的光电转换器可接收得较强的被测物体表面的漫反射光线，进而满足无反射棱镜测距模式的测距需要。在有反射棱镜测距模式下进行测距时，将光阑移入发射光路，由于反射棱镜有着非常好的反射效率，光阑能有效地减弱从激光测距仪射出的发射光束的功率，并满足发射光束的发散角的需要，故而满足了有反射棱镜测距模的测距工作。因此，本发明的一个激光测距仪中便能分别在无反射棱镜测距模式和有反射棱镜测距模式下进行测距工作，方便了使用。(2)本发明的激光测距仪中，光阑移位装置为转换电机，结构简单，成本低廉；光阑为矩形孔光阑，适于有效减弱发射光束的功率，以满足有反射棱镜测距模式下的测距需要。(3)本发明的激光测距仪采用相位法测距，为了补偿激光测距仪中测距控制及计算电路系统和光电转换的飘移，需要对飘移量进行测量，具体方法是，将发射光经内光路切换装置和内光路光纤直接耦合到光电转换器中进行测量。通过光纤的全反射作用可以大大改善接受光的相位均匀性，从而减小了测量误差。内光路光纤和接收光纤与分叉光纤器相连，简化了光学系统的结构，同时使得电子电路的布局可以非常容易，减小了仪器内部的干扰，从而降低了产品成本，提高了可靠性。(4)本发明的内光路切换装置采用了一只内光路电机带动折射棱镜，当需要测量内光路时，内光路电机带动折射棱镜转到发射光束和分叉光纤的内光路光纤之间，将发射光耦合到光电转换器中。(5)本发明中，物镜组后端与接收光学组件之间设有遮光套，使物镜组后端面反射的光线大部分被遮光套吸收，而无法进入到光电转换器中，从而大大减小了相位法测距的周期误差。(6)本发明中，半反半透光板的前端面上设有高反膜，以将物镜组接收的大部分激光光线经半反半透光板的前端面及反光斜面反射后，送入接收光纤；同时半反半透光板将其余的光线送至目镜分划板组件，以供人工观察。

附图说明

图1为实施例1的激光测距仪的结构示意图，其中，光阑被移入发射光学系统的发射光路；

图2为光阑被移出发射光学系统的发射光路时的激光测距仪的结构示意图；

图3为图1中的接收光学组件及第二折射板的放大结构示意图；

图4为图2中的A向视图。

具体实施方式

(实施例1)

见图1-4，本实施例的激光测距仪，包括：发射光学系统、接收光学系统和测距控制及计算电路系统。

发射光学系统包括光阑2、激光器和设于激光器光线输出端的准直器1。

见图4，光阑2为矩形孔光阑。光阑2的一端与转换电机3的转轴固定相连，转换电机3用于控制光阑2移入或移出发射光学系统的发射光路21。

在准直器1前端的发射光路21上设有用于折射光线的内光路切换装置4，内光路切换装置4的一侧设有用于接收所述折射光线的内光路光纤5。

所述内光路切换装置4包括：内光路电机4-1及与内光路电机4-1的转轴固定相连的折射棱镜4-2；所述内光路光纤5的光线入射端面与折射棱镜4-2相对，并在折射棱镜4-2进入所述发射光路21时，内光路光纤5适于接收来自所述折射棱镜4-2的折射光线。

接收光学系统包括：物镜组6、设于物镜组6后端的接收光学组件7、设于接收光学组件7一侧的用于接收反射光线的接收光纤8、分叉光纤器9以及与分叉光纤器9的末端相连的光电转换器10；所述内光路光纤5和接收光纤8与分叉光纤器9的分叉端相连。光电转换器10包括：光电转换器、距离计算电路和显示电路等。光电转换器10的光电信号输出端与测距控制及计算电路系统的光电信号输入端相连。测距控制及计算电路系统的光阑控制输出端及内光路测量控制输出端分别与转换电机3的电源控制输入端和内光路电机4-1的电源控制输入端相连。

所述物镜组6和接收光学组件7同设于中心轴线11上，接收光学组件7后端的中心轴线11上依次设有调焦镜13、转像棱镜组14和目镜分划板组件15。

见图3，所述接收光学组件7包括前后设置在中心轴线11上的反光斜面7-3和半反半透光板7-2；接收光纤8的光线入射端面与反光斜面7-3相对，以接收来自反光斜面7-3的光线；所述半反半透光板7-2的前端面上设有高反膜。

所述第二折射板17和反光斜面7-3设于透光板7-1两侧。透光板7-1主要起支撑第二折射板17和反光斜面7-3的作用。

在发射光路21上所述光阑2的前端设有第一折射板16，遮光套12上设有通孔12-1；在中心轴线11上所述反光斜面7-3与物镜组6之间设有第二折射板17；第一折射板16与第二折射板17相对设置，且遮光套12上的通孔12-1设于第一折射板16与第二折射板17之间；使用时，发射光路21上的光线经第一折射板16反射后穿过遮光套12上的通孔12-1，经第二折射板17反射后从透镜6射出。

还具有黑色橡胶制成的遮光套12。所述遮光套12的后端套于第二折射板17上，遮光套12的前端套于物镜组6的后端上。

在相位法测距中，一个重要的技术指标就是周期误差，而周期误差差生的原因就是由于同频干扰。在图1和3中，发射光束通过第二折射板17后穿过物镜组6出射，必然在物镜组6的后端面上发生微弱的反射，这些反射光经通过漫射后有一部分进入到光电转换器中形成干扰，这些干扰在有反射棱镜测距模式下测量时，由于回光信号较强，形成不了较大的误差。但在无有反射棱镜测距模式下测量时，由于回光信号非常的微弱，会导致较大的误差，实验表明其对周期误差的影响在5mm左右。而在本实施例中，物镜组6反射的光线大部分被遮光套12其吸收，而无法进入到光电转换器中，从而大大减小了周期误差。

如图2，在无反射棱镜测距模式下进行测距时，光阑2移出发射光路21，从而激光测距仪中的光电转换器10可接收得较强的被测物体19表面的漫反射光线，进而满足无反射棱镜测距模式的测距需要。此时激光测距仪射出的发射光束的功率为5mW，发散角约为0.4mrad。

如图1，在有反射棱镜测距模式下进行测距时，光阑2移入发射光路21，由于反射棱镜20有着非常好的反射效率，光阑2能有效地减弱从激光测距仪射出的发射光束的功率，并满足发射光束的发散角的需要，此时激光测距仪射出的发射光束的功率为0.5mW，发散角约为2.4mrad。由于光线在通过光阑2的狭缝时产生了衍射，扩大了发散角，这样在远距离测量时就便于照准棱镜，从而解决了棱镜测量和无棱镜测量相互兼容的问题。

Claims (10)

1.一种激光测距仪，包括发射光学系统；发射光学系统包括光阑(2)，其特征在于：该光阑(2)与一光阑移位装置相连，光阑移位装置用于控制光阑(2)移入或移出发射光学系统的发射光路(21)，以在无反射棱镜测距模式下进行测距时，将光阑(2)移出发射光路(21)，而在有反射棱镜测距模式下进行测距时，将光阑(2)移入发射光路(21)。

2.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于：所述光阑移位装置为转换电机(3)，转换电机(3)的转轴与光阑(2)的一端固定连接。

3.根据权利要求2所述的激光测距仪，其特征在于：所述光阑(2)为矩形孔光阑。

4.根据权利要求1-3之一所述的激光测距仪，其特征在于：所述发射光学系统还包括激光器和设于激光器光线输出端的准直器(1)；在准直器(1)前端的所述发射光路(21)上设有用于折射光线的内光路切换装置(4)，内光路切换装置(4)的一侧设有用于接收所述折射光线的内光路光纤(5)；

所述发射光学系统还包括接收光学系统；接收光学系统包括：物镜组(6)、设于物镜组(6)后端的接收光学组件(7)、设于接收光学组件(7)一侧的用于接收反射光线的接收光纤(8)、分叉光纤器(9)以及与分叉光纤器(9)的末端相连的光电转换器(10)；所述内光路光纤(5)和接收光纤(8)与分叉光纤器(9)的分叉端相连。

5.根据权利要求4所述的激光测距仪，其特征在于：所述内光路切换装置(4)包括：内光路电机(4-1)及与内光路电机(4-1)的转轴固定相连的折射棱镜(4-2)；所述内光路光纤(5)的光线入射端面与折射棱镜(4-2)相对，并在折射棱镜(4-2)进入所述发射光路(21)时，内光路光纤(5)适于接收来自所述折射棱镜(4-2)的折射光线。

6.根据权利要求4所述的激光测距仪，其特征在于：所述物镜组(6)后端与接收光学组件(7)之间设有遮光套(12)。

7.根据权利要求6所述的激光测距仪，其特征在于：所述物镜组(6)和接收光学组件(7)同设于中心轴线(11)上，接收光学组件(7)后端的中心轴线(11)上依次设有调焦镜(13)、转像棱镜组(14)和目镜分划板组件(15)。

8.根据权利要求4所述的激光测距仪，其特征在于：所述接收光学组件(7)包括前后设置在中心轴线(11)上的反光斜面(7-3)和半反半透光板(7-2)；接收光纤(8)的光线入射端面与反光斜面(7-3)相对，以接收来自反光斜面(7-3)的光线；所述半反半透光板(7-2)的前端面上设有高反膜。

9.根据权利要求8所述的激光测距仪，其特征在于：在发射光路(21)上所述光阑(2)的前端设有第一折射板(16)，遮光套(12)上设有通孔(12-1)；在中心轴线(11)上所述反光斜面(7-3)与物镜组(6)之间设有第二折射板(17)；第一折射板(16)与第二折射板(17)相对设置，且遮光套(12)上的通孔(12-1)设于第一折射板(16)与第二折射板(17)之间；使用时，发射光路(21)上的光线经第一折射板(16)反射后穿过遮光套(12)上的通孔(12-1)，经第二折射板(17)反射后从透镜(6)射出。

10.根据权利要求9所述的激光测距仪，其特征在于：还包括透光板(7-1)；所述第二折射板(17)和反光斜面(7-3)设于透光板(7-1)两侧；所述遮光套(12)的后端套于第二折射板(17)上。

Images