CN104457689A - 一种用于近距离激光测距仪的光学接发结构 - Google Patents

一种用于近距离激光测距仪的光学接发结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于光学系统设计技术领域，具体涉及一种用于近距离激光测距仪的光学接发结构。激光器发射的光束经过接收透镜上的离轴通孔发射出去，遇到目标物后发生漫反射，通过接收透镜收集反射光会聚到位于后焦面的探测器上；激光器发射的光束与接收透镜轴线平行。所述接收透镜上的离轴通孔的离轴距离h按照如下方法确定：根据选定的接收透镜的焦距f与探测器的敏感面尺寸r，按照几何光学原理计算最近探测距离为L时会聚光能够覆盖整个探测面的离轴距离h。本发明所述用于近距离激光测距仪的光学接发结构能够大大改善近距离测距的能力，并且有效减少占用体积，利于仪器的小型化，接收透镜的探测能力较之前可以向近距离方向大大拓展探测范围。

Description

一种用于近距离激光测距仪的光学接发结构
技术领域
本发明属于光学系统设计技术领域，具体涉及一种用于近距离激光测距仪的光学接发结构。
背景技术
激光测距仪中的探测部分为光学接收系统，它的光学特性直接影响到测距仪的灵敏度与精度。激光测距仪中的光学系统包括发射系统和接收系统，绝大部分激光测距仪中的发射和接收光学系统是平行光轴分布，由于非共光路的设计缺陷使得近距离测距时，发射的离轴光斑通过光学接收系统后的成像光点会偏离探测元件中心，使得探测信号变弱甚至无法获得有效信号，从而影响测距仪的精度或无法工作。仪器的小型化是市场趋势，影响激光测距仪尺寸的一个重要因素在于接收透镜的尺寸，因此，近距离、小型化的测距仪的研制越来越受到关注。
目前，解决近距离激光测距的方法主要有：共光路的光学系统设计；接收透镜切边使接收系统光轴尽可能接近发射系统光轴。共光路方法是将光学发射与光学接收使用同一个光学系统，它的系统复杂、成本高、不便于装调，此方法往往不会被采纳。接收透镜切边方法是将圆透镜距轴心一定距离的位置按照轴线方向水平切掉一个弧边（或对称切掉两个弧边），以便在安装时能够将接收光轴与发射光轴尽可能近。但是此方法缺点是切边位置不能离轴心太近，削减了接收口径而影响远距离的探测能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于近距离激光测距仪的光学接发结构，以解决上述激光测距仪在近距离测距时无法工作的问题，通过该结构能够最大限度的接近共轴情况，从而提升近距离探测的能力，并且同时可以切边处理以减小透镜尺寸，利于仪器的小型化。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种用于近距离激光测距仪的光学接发结构，其结构如下：激光器发射的光束经过接收透镜上的离轴通孔发射出去，遇到目标物后发生漫反射，通过接收透镜收集反射光会聚到位于后焦面的探测器上；激光器发射的光束与接收透镜轴线平行。
所述接收透镜上的离轴通孔的离轴距离h按照如下方法确定：根据选定的接收透镜的焦距f与探测器的敏感面尺寸r，按照几何光学原理计算最近探测距离为L时会聚光能够覆盖整个探测面的离轴距离h。
所述接收透镜上的离轴通孔的直径按照发射激光器的光束直径适当选取，确保光束能顺利穿过。
所述接收透镜上与离轴通孔对称的另一侧根据最远探测距离所需要的最小接收镜口径大小适当切掉一个弧边。
本发明所取得的有益效果为：
本发明所述用于近距离激光测距仪的光学接发结构能够大大改善近距离测距的能力，并且有效减少占用体积，利于仪器的小型化，接收透镜的探测能力较之前可以向近距离方向大大拓展探测范围。在被测波长为633nm的条件下，对于一个直径为45.72mm、焦距为74.9mm的双胶合透镜（ThorlabsAC508-075-A），最近的探测距离为1m，用此方法实现的光学接发系统的近距离探测能力可以提升到0.5m，与此同时，也可以降低其占用空间，为仪器的小型化创造条件。
附图说明
图1为本发明所述用于近距离激光测距仪的光学接发结构示意图；
图2为接收透镜几何光学原理示意图；
图3为接收透镜侧视图；
图4为接收透镜主视图；
图中：1、接收透镜；2、探测器；3、激光器；4、目标物。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明所述用于近距离激光测距仪的光学接发结构如下：激光器3发射的光束经过接收透镜1上的离轴通孔发射出去，遇到目标物4后发生漫反射，通过接收透镜1收集反射光会聚到位于后焦面的探测器2上。
上述结构的实现方法如图2所示，首先根据选定的接收透镜1的焦距f与探测器2的敏感面尺寸r，按照几何光学原理计算最近探测距离为L时会聚光能够覆盖整个探测面的离轴距离h，R代表探测器几何尺寸的半径；如图3、图4所示，在接收透镜1上离轴位置h处钻通孔，直径按照发射激光器的光束直径适当选取，确保光束能顺利穿过，并在接收透镜1上与通孔对称的另一侧根据最远探测距离所需要的最小接收镜口径大小适当切掉一个弧边。
将接收透镜1固定，在其后焦面的轴心位置放置探测器2，其上的通孔作为激光发射窗，沿着通孔轴线方向放置发射激光器3。调整发射激光束与接收透镜1轴线平行，这样就得到了拥有近距离探测能力为L的光学接发结构。

Claims (4)

1.一种用于近距离激光测距仪的光学接发结构，其特征在于：其结构如下：激光器（3）发射的光束经过接收透镜（1）上的离轴通孔发射出去，遇到目标物（4）后发生漫反射，通过接收透镜（1）收集反射光会聚到位于后焦面的探测器（2）上；激光器（3）发射的光束与接收透镜（1）轴线平行。
2.根据权利要求1所述的用于近距离激光测距仪的光学接发结构，其特征在于：所述接收透镜（1）上的离轴通孔的离轴距离h按照如下方法确定：根据选定的接收透镜（1）的焦距f与探测器（2）的敏感面尺寸r，按照几何光学原理计算最近探测距离为L时会聚光能够覆盖整个探测面的离轴距离h。
3.根据权利要求1所述的用于近距离激光测距仪的光学接发结构，其特征在于：所述接收透镜（1）上的离轴通孔的直径按照发射激光器的光束直径适当选取，确保光束能顺利穿过。
4.根据权利要求1所述的用于近距离激光测距仪的光学接发结构，其特征在于：所述接收透镜（1）上与离轴通孔对称的另一侧根据最远探测距离所需要的最小接收镜口径大小适当切掉一个弧边。
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