CN103293529B - 激光测距装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光测距装置，包含：一激光模组，用于产生准直的测量光束；一接收物镜，形成有第一曲面用于接收来自测定对象的反射光束，该接收物镜的光轴与所述测量光束的出射光轴平行；一光电转换器，用于对所述反射光束在接收物镜的焦平面上所成像进行光电转换，该光电转换器的受光面位于接收物镜的焦平面上；其中，接收物镜还形成有不用于所述第一曲面的曲率的第二曲面，该第二曲面用于部分地将经过接收物镜的反射光束聚集到焦平面上形成一个连续光带。本发明的激光测距装置能有效提升对近距离测量对象的测量精度。

Description

激光测距装置
技术领域
本发明涉及一种激光测距装置，属于光学设备领域。
背景技术
激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪的基本结构为：含有一个激光发生器；一个位于激光发生器发射端的准直物镜或准直镜组，用于将激光发生器发出的激光转变成一束准直测量光束并发射出去；一个接收物镜，用于接收从被测物体反射回来的反射测量光束并聚焦成像；一个设置在测距仪内部的光电转换器，用于接收反射测量光束的成像并将光信号转换为相应电信号，光电转换器的感光面位于接收物镜的焦平面上，该电信号经处理后得出测距结果。
在测定对象离开的距离较大的情况下，入射的测量光束与反射测量光束的光路基本平行，因此反射测量光束经过接收物镜后会聚集在光信号接收器的接收区域上。但是，对于测定对象离开较近的情况，如图1所示，被测定对象漫射的反射测量光束相对于接收物镜的光轴会有大的倾斜，经过接收物镜后会聚集在偏离光信号接收器的接收区域的位置，难以在光信号接收器的接收区域上成像，使得测距变得困难。
已有的解决上述问题的手段有：1、采用细长形状的光接收装置（APD），用以接收近距离测量的反射光线聚焦后的成像，采用此方法的需要特别制作APD，通用性差，且成本较高；2、在接收物镜上设置两个嵌套的或分离的副透镜，测定时反射光束经过接收物镜聚焦后会形成3个光斑，而越近距离的测量，上述3个光斑将相互交接与转换，使经较近测量对象的反射光束能够被光信号接收器接收到。采用此方法，由于需要额外在主接收物镜上设置2个副透镜，对制造精度要求高，且精确地交接和转换3个光斑是较为困难的。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种激光测距装置，能够有效地解决集成测距装置近距离测量时的反射光束接收问题，经近距离测量对象漫射的反射光束经过接收物镜的第一曲面和第二曲面聚集后，汇聚成一个位于焦平面的连续光带。
为了实现上述目标，本发明提供一种激光测距装置，包括：
一激光模组，用于产生准直的测量光束；
一接收物镜，形成有第一曲面用于接收来自测定对象的反射光束，该接收物镜的光轴与所述测量光束的出射光轴平行；
一光电转换器，用于对所述反射光束在所述接收物镜的焦平面上所成像进行光电转换，该光电转换器的受光面位于接收物镜的焦平面上；
所述接收物镜还形成有不同于所述第一曲面的曲率的第二曲面，该第二曲面用于部分地将经过接收物镜的反射光束聚集到焦平面上形成一个连续光带，且所述第二曲面设置在所述接收物镜的光轴远离出射光轴的一侧。
前述的激光测距装置，所述第二曲面的切线斜率呈线性变化。
前述的激光测距装置，所述第二曲面的切线斜率呈二次曲线变化。
前述的激光测距装置，所述第二曲面是柱面或球面中的一种。
前述的激光测距装置，所述接收物镜构成为一面凸起一面平直的透镜，所述第二曲面突出地形成于平直的一面。
前述的激光测距装置，所述接收物镜构成为一面凸起一面平直的透镜，所述第二曲面凹陷地形成于平直的一面。
前述的激光测距装置，所述光电转换器接收所述第二曲面聚集的光束。
本发明的有益之处在于：提供一种激光测距装置，能够有效地接收出射测量光束打在近距离物体产生的散射光并汇聚至光电转换器的受光面，结构简单，容易实现，提升测距能力 ，尤其提高对近距离测量对象的测量精度。
附图说明
图1是现有的激光测距装置近距离测距时的原理示意图；
图2是本发明激光测距装置近距离测距时的原理示意图；
图3是本发明激光测距装置近距离测距时的光带示意图；
图4a-4b是本发明激光测距装置的第二曲面的示意图；
图5是本发明激光测距装置的第二曲面又一实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图2，本发明的激光测距装置包括：激光模组1，用于产生准直的测量光束2，并射向测量对象M；接收物镜3，其形成有第一曲面31用于接收来自测定对象M的反射光束10，该接收物镜3的光轴7与所述测量光束2的出射光轴6平行；光电转换器4，用于对所述反射光束10在所述接收物镜的焦平面8上所成像进行光电转换，该光电转换器4的受光面9位于接收物镜的焦平面上8；其中，所述接收物镜3还形成有不用于所述第一曲面31的曲率的第二曲面32，该第二曲面43用于部分地将经过接收物镜3的反射光束聚集到焦平面8上形成一个连续光带11。也就是，经过测量对象反射的反射光束10射入接收物镜3的第一曲面31折射后，部分地经过第二曲面32，并聚集成特定尺寸及光强度的连续光带11。该连续光带11聚集到光电转换器4的受光面9，如图3所示。
在一些实施例中，第二曲面32的切线斜率是线性变化的，如圆弧面上连续的一段，如图4a所示。在另外一些实施例中，第二曲面32的切线斜率呈二次曲线的变化。如图4b所示，改变第二曲面32的第一部分32a和/或第二部分32b，可得到不同形状、光强度等的连续光带11。
在一些实施例中，接收物镜3构造为一面凸起一面平直的透镜3，第一曲面31形成于其凸起的一面，第二曲面32形成于其平直的一面。在优选的实施例中，第二曲面32突出地形成于接收物镜3的平直的一面，如图2所示；第二曲面32也可以是凹陷地形成于接收物镜3的平直的一面，如图5所示。
在一些实施例中，第二曲面32构造为一种柱面，在另外的一些实施例中，第二曲面32构造为一种球面。显然地，根据本发明的教导，本发明的第二曲面32可以是任何具有线性变化特性的在焦平面8上可形成连续光带11的曲面。
在一些实施例中，还可以对第二曲面32的表面做镀膜处理，用以减少干扰光对测距操作的影响。
本发明的激光测距装置对远距离测量对象进行测距操作时，激光模组1产生的测量光束2并射向测量对象M，经测量对象M漫射后形成近似平行于测量光束的入射光轴6的反射光束10，反射光束10经过接收物镜3的聚焦后聚集在位于焦平面8的光电转换器4的受光面9（光信号接收区域），该光电转换器4将接收到的光信号转换至电信号并通过一处理器（未示出）处理后得出测距结果。此时光电转换器4已经可以接收到接收物镜3投射的光束，并基于该投射的光束所成像而得出测距结果。
本发明的激光测距装置对近距离或超近距离测量对象进行测距操作时，激光模组1产生的测量光束2并射向测量对象M，由于待测量对象M与接收物镜3距离较小，因此经测量对象M漫射后的反射光束10会与接收物镜3的光轴7呈一定角度地，也就是倾斜地射入接收物镜3，如图2所示，该反射光束10经第一曲面聚焦后，部分地射入第二曲面32，第二曲面32将该部分射入的反射光线10聚集形成一个连续光带11，图2和图3中示例行地表示出经过第二曲面聚集后的投射光束12所形成的连续光带11，该连续光带11仍然能够覆盖到光电接收器4的受光面9（光信号接收区域），因此而计算出测距的结果。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明权利要求书的保护范围内。

Claims (8)

1.一种激光测距装置，包括：
一激光模组，用于产生准直的测量光束；
一接收物镜，形成有第一曲面用于接收来自测定对象的反射光束，该接收物镜的光轴与所述测量光束的出射光轴平行；
一光电转换器，用于对所述反射光束在所述接收物镜的焦平面上所成像进行光电转换，该光电转换器的受光面位于接收物镜的焦平面上；
其特征是，所述接收物镜还形成有不同于所述第一曲面的曲率的第二曲面，该第二曲面用于部分地将经过接收物镜的反射光束聚集到焦平面上形成一个连续光带，且所述第二曲面设置在所述接收物镜的光轴远离出射光轴的一侧。
2.如权利要求1的激光测距装置，其特征是，所述第二曲面的切线斜率呈线性变化。
3.如权利要求1的激光测距装置，其特征是，所述第二曲面的切线斜率呈二次曲线变化。
4.如权利要求1的激光测距装置，其特征是，所述第二曲面是柱面或球面中的一种。
5.如权利要求1-4中任意之一的激光测距装置，其特征是，所述接收物镜构成为一面凸起一面平直的透镜，所述第二曲面突出地形成于平直的一面。
6.如权利要求1-4中任意之一的激光测距装置，其特征是，所述接收物镜构成为一面凸起一面平直的透镜，所述第二曲面凹陷地形成于平直的一面。
7.如权利要求1的激光测距装置，其特征是，所述光电转换器接收所述第二曲面聚集的光束。
8.如权利要求1的激光测距装置，其特征是，所述第二曲面经过镀膜处理。
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