CN105353381B - 一种激光测距机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光测距机，包括公共光学系统、激光测距系统和可见光瞄准系统，公共光学系统包括从物方到像方沿光路依次设置的共用物镜镜组、共用转像镜组和分光棱镜，激光测距系统包括沿激光的光路依次设置的激光汇聚透镜和探测器，可见光瞄准系统包括沿可见光的光路依次设置的可见光转像镜组和目镜镜组。该激光测距机为一个激光发射、接收和瞄准共轴式的光学系统，将激光发射系统、激光接收系统和可见光瞄准系统三个独立的光学系统整合到一个系统中，占用空间较小，满足机载的占用空间小的要求，在显著地减少机载激光测距机的空间尺寸和整机重量的前提下，仍能够保证光学系统高的光轴指向精度和高的光学透过率。

Description

一种激光测距机
技术领域
本发明涉及一种激光测距机，具体涉及的是一种机载激光测距机。
背景技术
激光测距机具有操作简单、测量精度高、作用距离远、抗干扰能力强等优点，在军事和民事上均有广泛应用。激光测距机一般包括激光测距系统和可见光瞄准系统。激光测距系统又包括激光发射系统和激光接收系统。激光测距机在工作时，首先利用可见光瞄准光学系统对准被测目标，然后利用激光发射系统发射一束激光至被测目标，散射后的激光回波被激光接收系统接收，从而利用光速和时间差等测量参数确定被测目标和观察点之间的距离。
由于机载激光测距机的特殊性，机载激光测距机通常采用的测距系统是由激光发射系统、激光接收系统和可见光瞄准系统三个独立的光学系统所组成，三个独立的光学系统分别具有各自的光轴。因此在光束传输的过程中，激光发射、激光接收、可见光瞄准三个独立的光学系统需要分别占据相应的传输通道，三者各自具有一定的体积，所以三个独立的光学系统能够占据较大的空间，而且降低了该测距光学系统的灵活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光测距机，用以解决传统的机载激光测距机占据较大的空间的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种激光测距机，包括公共光学系统、激光测距系统和可见光瞄准系统，所述公共光学系统包括从物方到像方沿光路依次设置的共用物镜镜组、共用转像镜组和分光棱镜，分光棱镜用于实现激光和可见光的分光，所述激光测距系统包括沿所述激光的光路依次设置的激光汇聚透镜和探测器，所述可见光瞄准系统包括沿所述可见光的光路依次设置的可见光转像镜组和目镜镜组；
所述激光测距系统的光学焦距为500.8mm，激光光学系统的F数为3～3.2；
所述可见光瞄准系统的光学焦距为221.8mm，可见光光学系统的F数为1.3～1.5。
所述共用物镜镜组的焦距为380～420mm，共用转像镜组的焦距为180～220mm，激光汇聚透镜的焦距为36～45mm，可见光转像镜组的焦距为66～71mm，目镜镜组的焦距为18～23mm。
所述分光棱镜与所述激光汇聚透镜之间的激光光路上设置有窄带干涉滤光片，所述激光汇聚透镜与探测器之间的激光光路上设置有视场光阑。
所述分光棱镜与所述可见光转像镜组之间的可见光光路上设置有可见光光阑，所述可见光转像镜组与所述目镜镜组之间的可见光光路上设置有分划板。
所述共用物镜镜组由从物方到像方沿光路依次设置的第一物镜和第二物镜构成；所述共用转像镜组由从物方到像方沿光路依次设置的第一转像镜和第二转像镜构成；所述可见光转像镜组由从物方到像方沿光路依次设置的第三转像镜和第四转像镜构成；所述目镜镜组由从物方到像方沿光路依次设置的第一目镜、第二目镜和第三目镜构成；
所述第一转像镜和第二转像镜构成第一胶合透镜组，所述第三转像镜和第四转像镜构成第二胶合透镜组，所述第二目镜和第三目镜构成第三胶合透镜组。
所述共用物镜镜组为正透镜镜组，所述第一物镜和第二物镜均为正凸透镜；所述共用转像镜组为正透镜镜组，所述第一转像镜为正凸透镜，第二转像镜为负凹透镜；所述激光汇聚透镜为正凸透镜；所述可见光转像镜组为正透镜镜组，所述第三转像镜为正凸透镜，第四转像镜为负凹透镜；所述目镜镜组为正透镜镜组，所述第一目镜为正凸透镜、第二目镜为正凸透镜，第三目镜为负凹透镜。
所述第一物镜的材料为熔融石英，第二物镜的材料为K9，第一转像镜的材料为K9，第二转像镜的材料为F2，所述分光棱镜的材料为ZF6，所述激光汇聚透镜的材料为ZF6，所述第三转像镜的材料为K9，第四转像镜的材料为F2，第一目镜的材料为BaK3，第二目镜的材料为ZF2，第三目镜的材料为ZF2。
所述第一物镜的靠近物方的表面的半径为236mm，靠近像方的表面的半径为1895mm；所述第二物镜的靠近物方的表面的半径为202mm，靠近像方的表面的半径为546mm；第一转像镜的靠近物方的表面的半径为-156mm，靠近像方的表面的半径为223mm；第二转像镜的靠近物方的表面的半径为223mm，靠近像方的表面的半径为-142mm；第三转像镜的靠近物方的表面的半径为123mm，靠近像方的表面的半径为-265mm；第四转像镜的靠近物方的表面的半径为-265mm，靠近像方的表面的半径为-83mm；激光汇聚透镜的靠近物方的表面为非球面，半径为166mm，靠近像方的表面的半径为-48mm；第一目镜的靠近物方的表面的半径为-18mm，靠近像方的表面的半径为-22mm；第二目镜的靠近物方的表面的半径为57mm，靠近像方的表面的半径为-33mm；第三目镜的靠近物方的表面的半径为-33mm，靠近像方的表面的半径为-41mm。
所述第一物镜的焦距为536mm，第二物镜的焦距为216mm，第一转像镜的焦距为-57mm，第二转像镜的焦距为26mm，所述激光汇聚透镜的焦距为178mm，所述第三转像镜的焦距为78mm，第四转像镜的焦距为-22mm，第一目镜的焦距为-15mm，所述第三胶合透镜组的焦距为26.8mm。
所述激光测距系统的有效通光口径为160mm，所述可见光瞄准系统的有效通光口径为158mm。
本发明提供的激光测距机包括激光测距系统和可见光瞄准系统，这两个光学系统共用一个公共光学系统，即在该公共光学系统中激光和可见光共光路，然后通过分光棱镜实现激光和可见光的分光，可见光由可见光瞄准系统接收，激光由激光测距系统发射和接收，所以，该激光测距机为一个激光发射、接收和瞄准共轴式的光学系统，将激光发射系统、激光接收系统和可见光瞄准系统三个独立的光学系统整合到一个系统中，占用空间较小，满足机载的占用空间小的要求，在显著地减少机载激光测距机的空间尺寸和整机重量的前提下，仍能够保证光学系统高的光轴指向精度和高的光学透过率。
附图说明
图1是激光测距机的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，该激光测距机整体上包括三部分：公共光学系统、激光测距系统和可见光瞄准系统。其中，激光接收系统为激光测距机接收外界目标反射的激光回波，通过解算获得外界目标的距离信息。可见光瞄准系统为工作波段位于人眼可见范围的一种瞄准光学系统，激光为人眼不可见且对人眼具有灼伤伤害，这就给激光测距机的瞄准轴线的调试带来极大的不便。通过可见光瞄准系统将激光测距机的瞄准轴线调试转换为将外界目标与激光接收系统的光轴调为一致，这样便间接地实现了激光测距机的瞄准轴线的调试。
公共光学系统中的光路组成为激光和可见光的混合光，然后在该公共光学系统的末端利用分光棱镜实现激光和可见光的分光，可见光部分射入到可见光瞄准系统中，激光部分由激光测距系统发射和接收。
激光测距系统的光学焦距为500.8mm，F数为3～3.2；可见光瞄准系统的光学焦距为221.8mm，F数为1.3～1.5。
如图1所示，公共光学系统包括从物方到像方沿光轴依次设置的共用物镜镜组1、共用转像镜组2和分光棱镜3，分光棱镜实现激光和可见光的分光。在本实施例中，分光棱镜为一个立方棱镜，内部设置有与光轴呈45°夹角的胶合面，在该胶合面上镀有一层可见光透射及激光反射膜，混合光通过该胶合面时，可见光反射出去，激光进行透射，实现可见光和激光的分光。
激光测距系统包括沿激光的光路依次设置的窄带干涉滤光片4、激光汇聚透镜5、激光接收视场光阑6和雪崩光电探测器7。可见光瞄准系统包括沿可见光的光路依次设置的可见光转像镜组9、分划板10和目镜镜组11。
该激光测距机中的透镜或者透镜组均有一定的焦距范围，其中，共用物镜镜组1的焦距为380～420mm，共用转像镜组2的焦距为180～220mm，激光汇聚透镜5的焦距为36～45mm，可见光转像镜组9的焦距为66～71mm，目镜镜组11的焦距为18～23mm。
在本实施例中，共用物镜镜组1由从物方到像方沿光路依次设置的第一物镜和第二物镜构成；共用转像镜组2由从物方到像方沿光路依次设置的第一转像镜和第二转像镜构成；可见光转像镜组9由从物方到像方沿光路依次设置的第三转像镜和第四转像镜构成；目镜镜组11由从物方到像方沿光路依次设置的第一目镜、第二目镜和第三目镜构成；其中，第一转像镜和第二转像镜构成第一胶合透镜组，第三转像镜和第四转像镜构成第二胶合透镜组，第二目镜和第三目镜构成第三胶合透镜组。
共用物镜镜组1为正透镜镜组，第一物镜和第二物镜均为正凸透镜；共用转像镜组2为正透镜镜组，第一转像镜为正凸透镜，第二转像镜为负凹透镜；激光汇聚透镜5为正凸透镜；可见光转像镜组9为正透镜镜组，第三转像镜为正凸透镜，第四转像镜为负凹透镜；目镜镜组11为正透镜镜组，第一目镜为正凸透镜、第二目镜为正凸透镜，第三目镜为负凹透镜。
第一物镜的材料为熔融石英，第二物镜的材料为K9，第一转像镜的材料为K9，第二转像镜的材料为F2，分光棱镜的材料为ZF6，所述激光汇聚透镜的材料为ZF6，第三转像镜的材料为K9，第四转像镜的材料为F2；第一目镜的材料为BaK3，第二目镜的材料为ZF2，第三目镜的材料为ZF2。
第一物镜的靠近物方的表面的半径为236mm，靠近像方的表面的半径为1895mm；第二物镜的靠近物方的表面的半径为202mm，靠近像方的表面的半径为546mm；第一转像镜的靠近物方的表面的半径为-156mm，靠近像方的表面的半径为223mm；第二转像镜的靠近物方的表面的半径为223mm，靠近像方的表面的半径为-142mm；第三转像镜的靠近物方的表面的半径为123mm，靠近像方的表面的半径为-265mm；第四转像镜的靠近物方的表面的半径为-265mm，靠近像方的表面的半径为-83mm；激光汇聚透镜的靠近物方的表面为非球面，半径为166mm，靠近像方的表面的半径为-48mm；第一目镜的靠近物方的表面的半径为-18mm，靠近像方的表面的半径为-22mm；第二目镜的靠近物方的表面的半径为57mm，靠近像方的表面的半径为-33mm；第三目镜的靠近物方的表面的半径为-33mm，靠近像方的表面的半径为-41mm。
在本实施例中，第一物镜的焦距为536mm，第二物镜的焦距为216mm，第一转像镜的焦距为-57mm，第二转像镜的焦距为26mm，激光汇聚透镜的焦距为178mm，第三转像镜的焦距为78mm，第四转像镜的焦距为-22mm，第一目镜的焦距为-15mm，第三胶合透镜组的焦距为26.8mm。
该激光测距机的一组各个组成部分的具体参数见表1(单位为mm)。
表1
另外，在本实施例中，通过透镜的参数设置，能够使激光测距系统的有效通光口径为160mm，可见光瞄准系统的有效通光口径为158mm。
将来自被测目标反射回来的激光光束和可见光束会聚进入本系统中，使激光光学系统的光轴与可见光瞄准光学系统的光轴和二为一，实现了激光测距与可见光瞄准共孔径的光学系统。共用物镜镜组1所收集的激光光束和可见光束以平行光传输方式入射到立方棱镜3上，其工作面将激光光束透射，将可见光束反射，从而使激光光束和可见光束分别进入各自的传输通道。
可见光光栏8为一金属性质的结构元件，通过其控制进入可见光瞄准光学系统的光束实用口径，以调节外界光线的强弱；可见光转像镜组9将外界目标所入射的可见光束投射到分划板10上。由于共用物镜镜组1、共用转像镜组2、立方棱镜3实现了激光接收与可见光共孔径技术，所以其性能参数已确定，由此确定可见光转像镜组9的性能参数，其对可见光的放大倍率约为10×；分划板10为一平板光学元件，根据可见光瞄准光学系统所要求的放大倍率刻有分划线，实现对被测目标瞄准的功能；目镜镜组11将通过分划板10的像在出瞳处进入人眼，观察瞄准外界目标。
窄带干涉滤光片4为一光学元件，通过在红外玻璃基地材料上镀制窄带干涉滤光膜形成，对激光实现滤波功能；激光汇聚透镜5将经过滤波的激光光束进行汇聚，从而与所使用的激光探测器达到匹配；激光接收视场光栏6为一金属性质的结构元件，通过其控制所接收的激光光束的视场，从而避免过多的背景光进入，减少杂散光的干扰；雪崩光电探测器7为一光电探测器，其最佳工作波段为激光光束的峰值波长，对入射到其光敏面上的激光光束进行光电转换，产生激光测距所需的回波信号，然后对该回波信号进行处理，得出距离信息。
上述对于该激光测距机的工作过程进行了相应地描述，由于激光测距机的使用原理以及工作过程属于常规技术，这里不做赘述。
综上所述，本发明提供的激光测距机为一种有效的激光接收与瞄准共轴式光学系统，通过将激光测距系统的光轴与可见光瞄准系统的光轴和二为一，从而减小了机载激光测距机的整机体积和重量，使得机载光电产品的整机性能、整体布局及设计灵活性有了显著提高和改善。
上述实施例中，窄带干涉滤光片、视场光阑、可见光光阑和分划板的作用均是对光线信号进行优化处理，作为其他的实施例，这些部件还可以不设置或者根据具体要求进行对应设置。
上述实施例中，分光棱镜为激光光束透射、可见光束反射的棱镜；作为其他的实施例，还可以使用激光光束反射、可见光束透射的分光棱镜。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光测距机，其特征在于，包括公共光学系统、激光测距系统和可见光瞄准系统，所述公共光学系统包括从物方到像方沿光路依次设置的共用物镜镜组、共用转像镜组和分光棱镜，分光棱镜用于实现激光和可见光的分光，所述激光测距系统包括沿所述激光的光路依次设置的激光汇聚透镜和探测器，所述可见光瞄准系统包括沿所述可见光的光路依次设置的可见光转像镜组和目镜镜组；
所述激光测距系统的光学焦距为500.8mm，激光光学系统的F数为3～3.2；
所述可见光瞄准系统的光学焦距为221.8mm，可见光光学系统的F数为1.3～1.5。
2.根据权利要求1所述的激光测距机，其特征在于，所述共用物镜镜组的焦距为380～420mm，共用转像镜组的焦距为180～220mm，激光汇聚透镜的焦距为36～45mm，可见光转像镜组的焦距为66～71mm，目镜镜组的焦距为18～23mm。
3.根据权利要求1或2所述的激光测距机，其特征在于，所述分光棱镜与所述激光汇聚透镜之间的激光光路上设置有窄带干涉滤光片，所述激光汇聚透镜与探测器之间的激光光路上设置有视场光阑。
4.根据权利要求1或2所述的激光测距机，其特征在于，所述分光棱镜与所述可见光转像镜组之间的可见光光路上设置有可见光光阑，所述可见光转像镜组与所述目镜镜组之间的可见光光路上设置有分划板。
5.根据权利要求1或2所述的激光测距机，其特征在于，所述共用物镜镜组由从物方到像方沿光路依次设置的第一物镜和第二物镜构成；所述共用转像镜组由从物方到像方沿光路依次设置的第一转像镜和第二转像镜构成；所述可见光转像镜组由从物方到像方沿光路依次设置的第三转像镜和第四转像镜构成；所述目镜镜组由从物方到像方沿光路依次设置的第一目镜、第二目镜和第三目镜构成；
所述第一转像镜和第二转像镜构成第一胶合透镜组，所述第三转像镜和第四转像镜构成第二胶合透镜组，所述第二目镜和第三目镜构成第三胶合透镜组。
6.根据权利要求5所述的激光测距机，其特征在于，所述共用物镜镜组为正透镜镜组，所述第一物镜和第二物镜均为正凸透镜；所述共用转像镜组为正透镜镜组，所述第一转像镜为正凸透镜，第二转像镜为负凹透镜；所述激光汇聚透镜为正凸透镜；所述可见光转像镜组为正透镜镜组，所述第三转像镜为正凸透镜，第四转像镜为负凹透镜；所述目镜镜组为正透镜镜组，所述第一目镜为正凸透镜、第二目镜为正凸透镜，第三目镜为负凹透镜。
7.根据权利要求5所述的激光测距机，其特征在于，所述第一物镜的材料为熔融石英，第二物镜的材料为K9，第一转像镜的材料为K9，第二转像镜的材料为F2，所述分光棱镜的材料为ZF6，所述激光汇聚透镜的材料为ZF6，所述第三转像镜的材料为K9，第四转像镜的材料为F2，第一目镜的材料为BaK3，第二目镜的材料为ZF2，第三目镜的材料为ZF2。
8.根据权利要求6所述的激光测距机，其特征在于，所述第一物镜的靠近物方的表面的半径为236mm，靠近像方的表面的半径为1895mm；所述第二物镜的靠近物方的表面的半径为202mm，靠近像方的表面的半径为546mm；第一转像镜的靠近物方的表面的半径为-156mm，靠近像方的表面的半径为223mm；第二转像镜的靠近物方的表面的半径为223mm，靠近像方的表面的半径为-142mm；第三转像镜的靠近物方的表面的半径为123mm，靠近像方的表面的半径为-265mm；第四转像镜的靠近物方的表面的半径为-265mm，靠近像方的表面的半径为-83mm；激光汇聚透镜的靠近物方的表面为非球面，半径为166mm，靠近像方的表面的半径为-48mm；第一目镜的靠近物方的表面的半径为-18mm，靠近像方的表面的半径为-22mm；第二目镜的靠近物方的表面的半径为57mm，靠近像方的表面的半径为-33mm；第三目镜的靠近物方的表面的半径为-33mm，靠近像方的表面的半径为-41mm。
9.根据权利要求6所述的激光测距机，其特征在于，所述第一物镜的焦距为536mm，第二物镜的焦距为216mm，第一转像镜的焦距为-57mm，第二转像镜的焦距为26mm，所述激光汇聚透镜的焦距为178mm，所述第三转像镜的焦距为78mm，第四转像镜的焦距为-22mm，第一目镜的焦距为-15mm，所述第三胶合透镜组的焦距为26.8mm。
10.根据权利要求1所述的激光测距机，其特征在于，所述激光测距系统的有效通光口径为160mm，所述可见光瞄准系统的有效通光口径为158mm。
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