CN104849718A - 激光测距仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光测距仪。其包括：发射光学系统；该发射光学系统包括：准直器；在准直器所在的发射光路上设有用于产生内光路以实现取样的第一折射板，以及用于接收所述内光路光线的内光路光纤；在发射光路和内光路之间设有内外光路切换装置，内外光路切换装置在阻断所述发射光路时，导通内光路，以达到内光路测量的目的；在阻断所述内光路时，导通所述发射光路，以达到外光路测量的目的。该结构避免了现有技术的内光路电机转轴的轴向窜动对测量精度带来的负面影响。

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CN201203670Y公开了一种激光测距仪中的发射光学系统包括：光阑2、激光器和设于激光器光线输出端的准直器1；，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。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。

上述现有的激光测距仪所存在不足：

1、内光路切换装置4在内、外光路切换时，由于内光路的光程有一段是通过与内光路电机4-1转轴固定相连的折射棱镜4-2传输的，内光路电机4-1的轴向窜动会带来内光路光程的变化，这种变化量在高精度测距时对精度有显著的影响。

2、测距仪在用反射棱镜测量时，发射光线会在经过上述折射棱镜4-2第一面时，一小部分光线形成表面反射，其他到全反射面时再全部反射，两个反射面的光线产生混叠进入接收系统，在高精度测量时有显著的影响(近距离测量时由于发射光线很强棱镜第一表面反射相对也强)。

3.接光纤端面是固定在光学系统焦点上的，近距离测量时由于光学系统成像的原因焦点位置后移，光纤的受光面需增大，否则接收进入接收光纤的能量就减小，导致测量误差增加；而光纤的受光面不能无限增加，且受光面越大，外界光噪声也越大，测量误差就会加大；同时光纤越粗就越硬，制造的工艺性也越差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现高精度测距的激光测距仪。

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；该发射光学系统包括：准直器；在准直器所在的发射光路上设有用于产生内光路以实现取样的第一折射板，以及用于接收所述内光路光线的内光路光纤；在发射光路和内光路之间设有内外光路切换装置，内外光路切换装置在阻断所述发射光路时，导通内光路；在阻断所述内光路时，导通所述发射光路。

进一步优选地，所述内外光路切换装置包括：内光路电机及与内光路电机的转轴固定相连的用于阻断所述发射光路或内光路的挡光片。

可选的方案是：所述第一折射板的一侧设有与该第一折射板平行设置的用于延伸所述内光路的第二折射板，挡光片设于内光路上且于第二折射板的下游，并处于发射光路上的第一折射板的下游。

进一步优选地，该激光测距仪还包括接收光学系统，该接收光学系统包括：前后同设于中心轴线上的物镜组和接收光学组件，以及设于接收光学组件一侧的用于会聚接收光线的接收透镜组，在中心轴线上且依次设于接收光学组件后端的调焦镜、转像棱镜组和目镜分划板组件；第二分叉光纤器的总端口正对接收透镜组设置，以接收来自该接收透镜组的光线；第二分叉光纤器的一分叉端经接收光纤与第一分叉光纤器的一分叉端相连；第一分叉光纤器的总端口设有光电转换器；所述内光路光纤与第一分叉光纤器的另一分叉端相连。

进一步优选地，该激光测距仪还包括辅助夜照明系统，该系统包括：光源、正对该光源设置的夜照明光纤，该夜照明光纤与第二分叉光纤器的另一分叉端相连。

进一步优选地，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；第二分叉光纤器的总端口与反光斜面相对，以接收来自反光斜面的光线；第二分叉光纤器与反光斜面之间依次设有会聚接收光线的接收透镜组和减光装置。

进一步优选地，在发射光路上设有第一折射板；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；使用时，发射光路上的光线依次经第一折射板、第二折射板反射后从透镜射出；经目标物体反射回的光线经物镜组6、半反半透光板7-2、反光斜面7-3、接收透镜组25后汇聚进入第二分叉光纤器29。

第二分叉光纤器的总端口输出的照明光线经所述反光斜面反射，然后沿所述中心轴线射向分划板组件。

进一步优选地，所述接收光学组件还包括透光板；所述第二折进一步优选地，所述接收光纤包括多个光纤束，在所述第二分叉光纤器的总端口的端面上，所述接收光纤中的各光纤束的端部直线排列，或使用单根光纤（优选单根直径为0.4-1mm的光纤），将其挤压呈矩形或椭圆形（即为：锥形光纤）后直线排列。所述接收光纤中的各光纤束的端部排列形成的线段的中点，与所述第二分叉光纤器的总端口的端面中心重合；所述夜照明光纤中的多根光纤的端面围绕接收光纤分布。

所述激光测距仪在进行近距离测距时，由于第二折射板对来自物镜组的光线形成中央遮挡，导致在所述第二分叉光纤器的总端口的端面上形成环形光圈；由于所述的各光纤束的端部呈直线排列（即构成一线段），使得处于该线段两端的光纤束能够被所述环形光圈覆盖，进而使接收光纤获得相应的光线，使得所述光电转换器可获得相应的光信号，进而满足相应的测量需求。

反射板和反光斜面设于透光板两侧。

本发明具有积极的效果：（1）本发明通过挡光片在切断发射光路时，导通内光路光线，以达到内光路测量的目的，在切断内光路光线时，导通发射光路，以达到外光路测量的目的；该结构避免了现有技术的内光路电机转轴的轴向窜动对测量精度带来的负面影响。（2）在接收光纤和反光斜面之间设有减光装置,在近距离测量时接收光强很强，所以减光装置减向黑区,同时把棱镜第一表面的反射光也减小，达到减小测距误差的目的。（3）将所述接收光纤改为直线排列的锥形光纤,在受光面不增加的情况下，增加受光半径，使得所述接收光纤中的部分光纤束能够被所述环形光圈覆盖，以增加近距离测量时的接收光强；（4）增设第二分叉光纤器，将接收光纤和夜照明光纤分别与该第二分叉光纤器的两个分叉端相连,将夜照明光线在接收端反向射入部分光路，透过半透半反光板（即所述的反光斜面）沿主光轴进入所述目镜分划板组件，照亮其中的分划板刻划线，方便在暗处观察。即，利用部分接收光路将夜照明光线反向射入望远系统,照亮分划板,解决了传统夜照明需在望远系统插入夜照明导光器件来照亮分划板，导光器件阻碍部分成像光线的问题。

附图说明

图1为现有技术的激光测距仪的结构示意图；

图2为实施例1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所述第二分叉光纤器的总端口的端面结构示意图；

图5为图4中的一种变型结构；

图6为实施例2的激光测距仪的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

见图2，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。

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上设有用于产生内光路24以实现取样的第一折射板22，以及用于接收所述内光路24光线的内光路光纤5；在发射光路21和内光路24之间设有内光路切换装置4。

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的转轴固定相连的挡光片4-3；通过外部控制，驱动内光路电机4-1带动挡光片4-3动作，在阻断所述发射光路21时，导通内光路24；在阻断所述内光路24时，导通所述发射光路21。

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、第一分叉光纤器9以及与第一分叉光纤器9的总端口正对设有光电转换器10；所述内光路光纤5和接收光纤8的后端分别与第一分叉光纤器9的一对分叉端相连。

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分别与转换电机3和内光路电机4-1的电源控制输入端相连。转换电机3和内光路电机4-1的也可采用与相应驱动电路相连的外部控制按钮直接人为控制其分别动作。

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。

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；第二分叉光纤器29的总端口与反光斜面7-3相对，其间同轴设有透镜组25，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。

第二分叉光纤器29的总端口正对接收透镜组25设置，以接收来自该接收透镜组25的光线；第二分叉光纤器29的一分叉端经接收光纤8与第一分叉光纤器9的一分叉端相连。

该激光测距仪还包括辅助夜照明系统，该系统包括：光源28、正对该光源28设置的夜照明光纤27，该夜照明光纤27与第二分叉光纤器29的另一分叉端相连。

所述接收光纤8包括多个光纤束（其中，光纤的直径为8μm~100μm），在所述第二分叉光纤器29的总端口的端面上，所述接收光纤8中的各光纤束的端部直线排列，或所述接收光纤8包括多根光纤，使用单根光纤（直径为0.4-1mm），将其挤压呈矩形或椭圆形（即为：锥形光纤）后直线排列。所述接收光纤8中的各光纤束的端部排列形成的线段的中点，与所述第二分叉光纤器29的总端口的端面中心重合；所述夜照明光纤27中的多根光纤的端面围绕接收光纤8分布。

夜照明光纤27中的多根光纤的端面围绕接收光纤8分布。

所述激光测距仪在进行近距离测距时，由于第二折射板17对来自物镜组6的光线形成中央遮挡，导致在所述第二分叉光纤器29的总端口的端面上形成环形光圈；由于所述的各光纤束的端部呈直线排列即构成一线段，使得处于该线段两端的光纤束能够被所述环形光圈覆盖，进而使接收光纤8获得相应的光线，使得所述光电转换器10可获得相应的光信号，进而满足相应的测量需求。

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2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。

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。

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。 

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例的变型在于：所述第一折射板22的一侧设有与该第一折射板22平行设置的用于延伸所述内光路24的第二折射板23，挡光片4-3设于内光路24上且于第二折射板23的下游，并处于发射光路21上的第一折射板22的下游。

其余结构与实施例1一致。

Claims (9)

1.一种激光测距仪，包括发射光学系统；其特征在于：该发射光学系统包括：准直器（1）；在准直器（1）所在的发射光路（21）上设有用于产生内光路（24）以实现取样的第一折射板（22），以及用于接收所述内光路（24）光线的内光路光纤（5）；在发射光路（21）和内光路（24）之间设有内外光路切换装置（4），内外光路切换装置（4）在阻断所述发射光路（21）时，导通所述内光路（24）；在阻断所述内光路（24）时，导通所述发射光路（21）。

2.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于：所述内外光路切换装置（4）包括：内光路电机（4-1）及与内光路电机（4-1）的转轴固定相连的用于阻断所述发射光路（21）或内光路（24）的挡光片（4-3）。

3.根据权利要求2所述的激光测距仪，其特征在于：所述第一折射板（22）的一侧设有与该第一折射板（22）平行设置的用于延伸所述内光路（24）的第二折射板（23），挡光片（4-3）设于内光路（24）上且于第二折射板（23）的下游，并处于发射光路（21）上的第一折射板（22）的下游。

4.根据权利要求2或3所述的激光测距仪，其特征在于：该激光测距仪还包括接收光学系统，该接收光学系统包括：前后同设于中心轴线（11）上的物镜组（6）和接收光学组件（7），以及设于接收光学组件（7）一侧的用于会聚接收光线的接收透镜组（25），在中心轴线（11）上且依次设于接收光学组件（7）后端的调焦镜（13）、转像棱镜组（14）和目镜分划板组件（15）；

第二分叉光纤器（29）的总端口正对接收透镜组（25）设置，以接收来自该接收透镜组（25）的光线；第二分叉光纤器（29）的一分叉端经一接收光纤（8）与第一分叉光纤器（9）的一分叉端相连；第一分叉光纤器（9）的总端口设有光电转换器（10）；

所述内光路光纤（5）与第一分叉光纤器（9）的另一分叉端相连。

5.根据权利要求4所述的激光测距仪，其特征在于：该激光测距仪还包括辅助夜照明系统，该系统包括：光源（28）、正对该光源（28）设置的夜照明光纤（27），该夜照明光纤（27）与第二分叉光纤器（29）的另一分叉端相连。

6.根据权利要求5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）；第二分叉光纤器（29）的总端口与反光斜面（7-3）相对，以接收来自反光斜面（7-3）的光线；第二分叉光纤器（29）与反光斜面（7-3）之间依次设有接收透镜组（25）和减光装置（26）。

7.根据权利要求6所述的激光测距仪，其特征在于：在发射光路（21）上设有第一折射板（16）；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；使用时，发射光路（21）上的光线依次经第一折射板（16）、第二折射板（17）反射后从透镜（6）射出；经目标物体反射回的光线经物镜组（6）、半反半透光板（7-2）、反光斜面（7-3）、接收透镜组（25）后汇聚进入第二分叉光纤器（29）。

8.根据权利要求4所述的激光测距仪，其特征在于：所述接收光纤（8）包括多个光纤束，在所述第二分叉光纤器（29）的总端口的端面上，所述接收光纤（8）中的各光纤束的端部直线排列，或各光纤束的端部被挤压呈矩形或椭圆形后排列。

9.根据权利要求8所述的激光测距仪，其特征在于：所述接收光纤（8）中的各光纤束的端部排列形成的线段的中点，与所述第二分叉光纤器（29）的总端口的端面中心重合；

所述夜照明光纤（27）中的多根光纤的端面围绕接收光纤（8）分布。