CN103069298B - 激光测速枪光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种激光测速枪，包括：激光射线发射器，其在光轴上设置有激光射线发出装置和短距离透镜，并且在所述光轴上、在所述激光射线发出装置与所述短距离透镜之间的中间位置处设置有适合于允许激光射线透过并向CCD摄像机反射可见光的分束器；激光射线接收器，其在光轴上设置有激光射线接收装置和长距离透镜，并且在所述光轴上、在所述激光射线接收装置与所述长距离透镜之间的中间位置处设置有适合于允许激光射线透过并从目标向CCD摄像机反射可见光的分束器；以及两个CCD摄像机，其中一个CCD摄像机与所述激光射线发射器的光学元件相关联并从其分束器接收反射光，另一个CCD摄像机与所述激光射线接收器的光学元件相关联并从其分束器接收反射光。

Description

激光测速枪光学系统
技术领域
本发明涉及车辆速度的测量。更具体地，本发明涉及一种改进的激光测速枪。
背景技术
本领域已知的警用测速摄像机采用专用的激光发射器/接收器，该激光发射器/接收器耦合到位于同一主体或外壳内的摄像机，该摄像机用于获取正由激光器组件测量其速度的车辆的图像。通过计算由激光枪所发出的激光与从目标车辆返回至激光枪的反射激光之间的时间差来准确地获得速度测量值。
为了提供在测量时车辆行驶速度的证据，摄像机获取车辆的图像(在现代激光枪中其通常以数字形式完成)，该图像使得可以识别该车辆。在现有技术中，激光枪摄像机通常由组装在激光枪主体上的不同模块组成。图1示意性地示出了这种类型的激光枪的三种现有技术结构。在所有实例中，图像获取元件(摄像机)1安装在激光发射器/接收器的外壳上，高于或低于外壳。因为摄像机位于激光枪主体上的不同位置，所以摄像机需要与激光枪发射器对准且需要与激光束对准，以使得所获取的图像与被测速的车辆相符。然而，因为这种结构(如图1中所示)，现有技术中的激光枪可能变得不容易对准。例如，如果摄像机模块受到撞击(例如，掉落，或离开汽车时被碰撞，或被扔在后座上等)而改变了其校准，则这可能导致拍摄到错误的车辆的图像，换句话说，正在被测速的车辆可能与在测量时所拍摄的照片中描绘的车辆不是同一辆。这一问题导致许多针对超速驾驶员的法律程序中的问题，使得难以使法院确信归属于某一驾驶员的所测量的速度实际上正是照片中的汽车的速度。
因此，显然非常需要提供一种免受上述问题困扰的激光测速枪，并且该激光测速枪在测量速度和匹配对正确车辆的测量这两者上是可靠的。
发明内容
本发明涉及的一种激光测速枪，其包括：
a)激光射线发射器，其在光轴上设置有激光射线发出装置和短距离透镜，并且在所述光轴上、在所述激光射线发出装置与所述短距离透镜之间的中间位置处设置有适合于允许激光射线透过并从目标向CCD摄像机反射可见光的分束器；
b)激光射线接收器，其在光轴上设置有激光射线接收装置和长距离透镜，并且在所述光轴上、在所述激光射线接收装置与所述长距离透镜之间的中间位置处设置有适合于允许激光射线透过并从目标向CCD摄像机反射可见光的分束器；
c)两个CCD摄像机，其中一个CCD摄像机与所述激光射线发射器的光学元件(短距离透镜)相关联并从其分束器接收反射光，另一个CCD摄像机与所述激光射线接收器的光学元件(长距离透镜)相关联并从其分束器接收反射光。
根据本发明，所有的元件都组装在单个外壳内。
在本发明一个实施例中，所述激光测速枪包括一个用于获取位于50m至400m距离处的图像的长距离透镜和一个用于获取位于15m至60m距离处的图像的短距离透镜。尽管在一个实施例中所述长距离透镜的焦距大约是126mm，并且所述短距离透镜的焦距大约是50mm，但是当然，上述尺寸仅是作为示例而提供，也可以根据可用元件和具体装置的要求而采用其它尺寸。
在本发明的另一实施例中，所述激光测速枪包括一个I类激光发射器二极管、一个激光接收器、两个半透明反射镜(分束器)和两个CCD摄像机传感器。
附图说明
在附图中：
图1示意性地示出了三种现有技术激光测速枪的结构；
图2示意性地示出了根据本发明的实施例的激光测速摄像机的主要部件；
图3是根据本发明的实施例的激光测速枪的光学结构的示意图；
图4是适合与图3的光学结构一起使用的分束器的特征吸收-透射图；以及
图5(A至D)示出了适用于本发明的一个半透明分束器的特征，其由爱特蒙特光学P/NNT62-636制造。
具体实施方式
根据本发明，提供了包括收发器和接收器单元的系统，其中在每一收发器和每一接收器上，CCD摄像机均设置在同一光学系统上。与现有技术中的装置相比，本发明的系统在测量车速方面更加准确和可靠。本发明的另外的优点是用户可以使用连续显示由激光枪测量速度的车辆的实时图像的高分辨率旋转LCD屏来实时监控他的测量状态。
现在参考图3，其示意性地示出了根据本发明的一个实施例的激光测速枪的光学结构。该系统结构包括在本发明的一个实施例中适用于50m至400m距离的图像的一个长距离透镜(100)、在本发明的一个实施例中适用于15m至60m距离的图像的一个短距离透镜(200)、一个I类激光发射器二极管(300)、一个激光接收器(400)、两个半透明反射镜(分束器)(500)和两个CCD摄像机传感器(分别是600和700)。上述激光枪的元件本身在本领域中是公知的，因此，为简洁起见，在这里不对其进行详细描述。
在这里举例说明的本发明的示例性实施例中，激光发射器二极管(300)发送波长为λ＝905nm±10nm的激光脉冲。这些射束透过以相对于光轴45°角放置的半透明反射镜(500)。该45°的半透明反射镜涂层和组件使得它可以使从760nm至1000nm波长的光(大约90％的信号——以虚线示意性地示出)透过，并使95％的可见光反射(作为分束器)，即，420nm-700nm(以实线示意性地示出)。这可由图4和图5(A至D)中所示的特征分束器示出，图5涉及由爱特蒙特光学P/NNT62-636制造的半透明反射镜(分束器)，这是适合与本发明一起使用的类型的示例。在下面的表1中详细描述了上述NT62-636冷反射镜(ColdMirror)45度AOI20mm直径分束器的特征数据。
表1
直径(mm) 20
尺寸公差(mm) 0.25
厚度(mm) 1.10
入射角(°) 45
衬底 BOROFLOATTM
透射(％) ＞85-1200nm
反射(％) ＞90-650nm
工作温度(℃) +10至+232
RoHS 兼容
将源自激光发射器的激光束不断地发送至短距离透镜(200)，并从此处至用户希望测量其速度的特定汽车。由于比长距离透镜(100)的透镜焦距要小，所以本发明的该示例性实施例的短距离透镜(200)光学元件可以获得在15m至60m距离处的超速汽车的良好品质的图像。示例性且非限制性的长距离透镜焦距是126mm，示例性且非限制性的短距离透镜焦距是50mm。提供这些尺寸来示例本发明的一个实施例，并非意在以任意方式限制本发明。
到达汽车(以可见目标800表示)的部分激光束被反射回激光枪摄像机且被长距离透镜(100)采集。由于比短距离透镜(200)的透镜焦距要大，所以本发明示例性实施例的该长距离透镜(100)光学元件可以获得在50m至400m距离处的超速汽车的良好品质的图像。
所反射的激光束透过半透明反射镜(500)(由于其波长)并到达激光接收器模块(400)。因为不是所有发送的激光束都被采集到，所以激光枪设置有放大器以加强返回信号，还设置有高品质和高灵敏度的接收器以读取它们。测量发送信号与接收信号之间的时间差将确定准确的汽车速度。
为了监测哪一辆车的速度被检查，分别通过短和长距离透镜(200)和(100)以高频连续地对汽车图像进行采样。由于其波长所致，到达半透明反射镜(500)的可见光信号被分束器分别反射至CCD摄像机(600)和(700)。然后将所获取的图像发送至可以使用户实时看到速度被采样的汽车的图像的高品质LCD。
由于CCD摄像机(600)和激光发射器(300)在同样的光轴310上，CCD摄像机(700)和激光接收器(400)在同样的光轴410上，CCD摄像机的焦平面与对应的发射器和接收器的焦平面共轭，并且由于所有的光学系统被提供为一个组件(例如，作为一个金属铸造外壳)，所以所显示的图像总是被测试速度的汽车的图像。用户根据他希望测量的汽车的距离来随着所拍摄相片的汽车而变换透镜。这实现了实际超速汽车的准确和可靠的测量。该装置内所提供的合适的软件(这对于本领域技术人员来说是常规的和易于理解的，因此，为了简洁起见本文不详细描述)确定使用哪一个CCD摄像机(长距离透镜(100)的一个或短距离透镜(200)的一个)。这种双重用途的摄像机透镜(在同一装置中发送/接收激光信号和图像信号)是独特的并具有高测量精度而没有校准问题和不精确。如上面所解释的，由用户在实地实时地作出使用哪一个透镜来获取图像的决定。
发射器模块和接收器模块的光轴彼此平行(图3)，因此，发射器和接收器的焦平面共轭。两个CCD摄像机的焦平面与对应的激光发射器和接收器的焦平面共轭。这意味着，来自两个CCD摄像机的图像也彼此共轭且也都与接收器共轭。换句话说，用户在两个CCD摄像机上看到的图像与接收器上的测量结果彼此共轭。
已经为了示例的目的而提供了优选实施例的所有上述描述，并且所有上述描述并不意在以任何方式限制本发明。本领域技术人员可以明白，可以对本发明的各个元件提出许多变化；例如，可以采用不同的分束器和CCD摄像机，可以使用各种透镜布置，并且可以设计出不同类型的外壳，所有的这些都没有超出本发明的范围。

Claims (5)

1.一种激光测速枪，包括：
a)第一和第二CCD摄像机，其中利用所述第一和第二CCD摄像机使得由于超速行驶被所述激光测速枪测量的车辆的实时图像是连续可见及可识别的；
b)设置在第一光轴上的激光射线发射器、用于获取所述车辆的图像的短距离透镜、以及位于所述激光射线发出装置与所述短距离透镜之间的中间位置处的第一分束器；其中激光射线可透过所述第一分束器，并且利用所述第一分束器使得可以向所述第一CCD摄像机反射来自所述车辆的可见光；
c)设置在与所述第一光轴平行的第二光轴上的激光射线接收器、长距离透镜、以及位于所述激光射线接收装置与所述长距离透镜之间的中间位置处的第二分束器；其中照射到所述车辆的部分激光射线可透过所述第二分束器，并且利用所述第二分束器使得可以向所述第二CCD摄像机反射来自所述车辆的可见光。
2.根据权利要求1所述的激光测速枪，其中，所有的元件都组装在单个外壳内。
3.根据权利要求1所述的激光测速枪，包括：一个用于获取位于50m至400m距离处的图像的长距离透镜和一个用于获取位于15m至60m距离处的图像的短距离透镜。
4.根据权利要求1所述的激光测速枪，包括：一个I类激光发射器二极管、一个激光接收器、两个分束半透明反射镜和两个CCD摄像机传感器。
5.根据权利要求3所述的激光测速枪，其中，所述长距离透镜的焦距大约是126mm，所述短距离透镜的焦距大约是50mm。
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