CN107238840B - 脉冲激光高速测距光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲激光高速测距光学系统，包括外壳，还包括装设于外壳内的以下机构：望远镜机构，用于锁定被测目标；激光测距机构，用于发射和接收脉冲激光；红色激光发射机构，用于发射红色激光；及控制机构，用于控制驱动脉冲激光高速测距光学系统的运作；所述激光测距机构所发射的脉冲激光的光轴、所述红色激光发射机构所发射的红色激光的光轴及望远镜机构的成像光轴三轴同轴设置。本发明实施便于对系统的安装、调校、标定及检测测量目标，有效提高测量效率，便于使用者使用。

Description

脉冲激光高速测距光学系统
技术领域
本发明涉及测距仪技术领域，尤其涉及一种脉冲激光高速测距光学系统。
背景技术
利用脉冲激光及TOF测距原理制造的用来测距、测速的传感器，其测量速度快(可高达1KHZ)，测量距离远，测量精度高，已开始进入各种行业的测量、检测及监控等。由于技术及其它各方面的原因，传感器采用的脉冲激光多为不可见光。由于其光谱的不可见性，给传感器的安装、调校、标定及检测测量目标带来很大的困难与不便；在安装标定时，需要借助其它设备(如CCD摄像镜头等)才能知道传感器标定的目标或检测的目标，特别是远距离检测测量目标时，非常困难标定检测的目标。
发明内容
本发明为解决现有脉冲高速传感器安装、调试和标定检测目标麻烦的技术问题，提供了一种脉冲激光高速测距光学系统。
本发明提供了一种脉冲激光高速测距光学系统，包括外壳，还包括装设于外壳内的以下机构：
望远镜机构，用于锁定被测目标；
激光测距机构，用于发射和接收脉冲激光；
红色激光发射机构，用于发射红色激光；
及控制机构，用于控制驱动脉冲激光高速测距光学系统的运作；
所述激光测距机构所发射的脉冲激光的光轴、所述红色激光发射机构所发射的红色激光的光轴及望远镜机构的成像光轴三轴同轴设置。
进一步地，所述望远镜机构包括装设于外壳一端的物镜、装设于外壳另一端的目镜、装设于外壳内所述物镜焦平面处的分划板及装设于物镜与目镜之间的第一等腰直角棱镜和第二等腰直角棱镜。
进一步地，所述第一等腰直角棱镜第二等腰直角棱镜垂直放置。
进一步地，所述红色激光发射机构包括红色激光发生器、装设于第一等腰直角棱镜一侧直角面的第三等腰直角棱镜及装设于红色激光发生器与第三直角等腰棱镜之间的红光扩束镜；所述第三等腰直角棱镜用于将红色激光耦合进望远镜机构，使其与望远镜机构共光轴。
进一步地，所述第三等腰直角棱镜的底面设有对应红色激光光波高透而其它光波高反的光学薄膜。
进一步地，所述第三等腰直角棱镜的斜面与第一等腰直角棱镜直角面形状大小相匹配。
进一步地，所述激光测距机构包括脉冲激光发生器、配置于第二等腰直角棱镜直角面的第四等腰直角棱镜、配置于脉冲激光发生器与第四直角等腰棱镜之间的激光扩束镜、配置于外壳上用于接收脉冲激光的脉冲激光接收镜及用于接收经过脉冲激光接收镜聚集的脉冲激光的光电转换器；所述第四等腰直角棱镜用于调整脉冲激光发射方向使得脉冲激光经第二等腰直角棱镜后耦合进望远镜系统，使其与望远镜机构，红色激光发射机构构成共轴光学系统。
进一步地，所述第四等腰直角棱镜的底面设有脉冲激光光波高透而可见光光波高反的光学薄膜，所述第四等腰直角棱镜的直角面设有对应脉冲激光光波高透的增透膜。
进一步地，所述第四等腰直角棱镜的斜面与第二等边直角棱镜的直角面形状大小相匹配。
进一步地，所述脉冲激光采用不可见光，优选波长为905nm；所述红色激光波长范围为635nm～650nm，优选为635nm。
本发明的有益效果是：本发明实施例通过将激光测距机构所发射的脉冲激光的光轴、所述红色激光发射机构所发射的红色激光的光轴与望远镜机构的光轴同轴设置，形成同轴光路；当在室内或近距离使用本发明时，可红色激光指示系统检测的目标物及目标点；当远距离使用传感器时，可利用系统中的望远镜机构标定被检测目标物或目标点，并且可随时检查，标定传感器检测的目标物是否发生偏离；本发明实施例便于对系统的安装、调校、标定及检测测量目标，有效提高测量效率，便于使用者使用。
附图说明
图1为本发明脉冲激光高速测距光学系统一个实施例的拆分结构图。
图2为本发明脉冲激光高速测距光学系统一个实施例拆分结构的主视图。
图3为本发明脉冲激光高速测距光学系统一个实施例拆分结构的俯视图。
图4为本发明脉冲激光高速测距光学系统一个实施例的立体图。
图5为本发明脉冲激光高速测距光学系统一个实施例另一个角度的立体图。
其中：
1、外壳；
2、望远镜机构；
3、红色激光发射机构；
4、激光测距机构；
21、物镜；
22、目镜；
23、分划板；
24、第一等腰直角棱镜；
25、第二等腰直角棱镜；
31、红色激光发生器；
32、第三等腰直角棱镜；
33、红光扩束镜；
41、脉冲激光发生器；
42、第四等腰直角棱镜；
43、激光扩束镜；
44、脉冲激光接收镜；
45、光电转换器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1～图5所示，本发明提供了一种脉冲激光高速测距光学系统，包括外壳1，还包括装设于外壳1内的以下机构：
望远镜机构2，用于锁定被测目标；
激光测距机构4，用于发射和接收脉冲激光；
红色激光发射机构2，用于发射红色激光；
及控制机构，用于控制驱动脉冲激光高速测距光学系统的运作；
所述激光测距机构4所发射的脉冲激光的光轴、所述红色激光发射机构3所发射的红色激光的光轴及望远镜机构2的成像光轴三轴同轴设置。
本发明实施例通过将激光测距机构4所发射的脉冲激光的光轴、所述红色激光发射机构3所发射的红色激光的光轴与望远镜机构2的光轴同轴设置，形成同轴光路；当在室内或近距离使用本发明时，可红色激光指示系统检测的目标物及目标点；当远距离使用传感器时，可利用系统中的望远镜机构3标定被检测目标物或目标点，并且可随时检查，标定传感器检测的目标物是否发生偏离；本发明实施例便于对系统的安装、调校、标定及检测测量目标，有效提高测量效率，便于使用者使用。
在一个可选实施例中，所述望远镜机构3包括装设于外壳1一端的物镜21、装设于外壳1另一端的目镜22、装设于外壳1内所述物镜21焦平面处的分划板23及装设于物镜21与目镜22之间的第一等腰直角棱镜24和第二等腰直角棱镜25。
本实施例中，物镜21作为为望远镜物镜兼两种激光发射准直镜，当作为望远镜物镜时，其作用是将需要锁定的目标物在其焦平面处成一倒立缩小的实像；第一等腰直角棱镜24和第二等腰直角棱镜25为两个完全相同的等腰直角棱镜，在光路中起转像及折叠光路的作用，结合物镜21将物镜21所成的倒立缩小的实像在其焦平面上变成正立的相似的实像。目镜22用于供检测者观察物镜在焦平面上所成的像。分划板23带有“+”形，便于检测者定位。
在一个可选实施例中，所述第一等腰直角棱镜与第二等腰直角棱镜垂直放置。
本实施例中，所述第一等腰直角棱镜24的底面与第二等腰直角棱镜25的底面平行有利于后续脉冲激光、红色激光及自然光的折射，也便于起转像及折叠光路的作用。
在一个可选实施例中，所述红色激光发射机构3包括红色激光发生器31、装设于第一等腰直角棱镜24一侧直角面的第三等腰直角棱镜32及装设于红色激光发生器31与第三直角等腰棱镜32之间的红光扩束镜33；所述第三等腰直角棱镜32用于将红色激光耦合进望远镜机构2，使其与望远镜机构2共光轴。
本实施例中，红色激光发生器31发射的激光经过第三等腰直角棱镜32与第一等腰直角棱镜24后，垂射入第二等腰直角棱镜25中，与脉冲激光、望远镜系统的成像光轴成共轴。
在一个可选实施例中，所述第三等腰直角棱镜32的底面设有对应红色激光光波高透而其它光波高反的光学薄膜。
本实施例中，设置红色激光高透而白光高反的光学薄膜，便于红色激光通过而其它自然光不通过直接反射，有利于各光线的折射。
在一个可选实施例中，所述第三等腰直角棱镜32的斜面与第一等腰直角棱镜24直角面形状大小相匹配。
本实施例中，所述第三等腰直角棱镜32的斜面与第一等腰直角棱镜24直角面形状大小相匹配便于操作且使得结构更加简洁。
在一个可选实施例中，所述激光测距机构4包括脉冲激光发生器41、装设于第二等腰直角棱镜25直角面的第四等腰直角棱镜42、装设于脉冲激光发生器41与第四直角等腰棱镜42之间的红光扩束镜43、装设于外壳1上用于接收脉冲激光的脉冲激光接收镜44及用于接收经过脉冲激光接收镜44聚集的脉冲激光的光电转换器45；所述第四等腰直角棱镜42用于调整脉冲激光发射方向使得脉冲激光经第二等腰直角棱镜25耦合进望远镜机构2，使其与望远镜机构2，红色激光发射机构3构成共轴光学系统。
本实施例中，脉冲激光发生器41所发射的激光经第四等腰直角棱镜42后进入第二等腰直角棱镜25中与红色激光、望远镜机构的光轴同轴；而光电转换器45用于接收脉冲激光，并转化成电信号传递给控制机构，便于控制机构进行测距。
在一个可选实施例中，所述第四等腰直角棱镜42的底面设有脉冲激光光波高透而可见光光波高反的光学薄膜，所述第四等腰直角棱镜42的直角面设有对应脉冲激光光波高透的增透膜。
本实施例中，设置脉冲激光高透而白光高反的光学薄膜，便于脉冲激光通过而自然光不通过直接反射，有利于各光线的折射；而设置脉冲激光高透的增透膜有利于增加脉冲激光的穿透强度。
在一个可选实施例中，所述第四等腰直角棱镜42的斜面与第二等边直角棱镜25的直角面形状大小相匹配。
本实施例中，所述第四等边直角棱镜42的斜面与第二等边直角棱镜25的直角面形状大小相匹配便于操作且使得结构更加简洁。
在一个可选实施例中，所述脉冲激光采用不可见光，优选波长为905nm；所述红色激光波长范围为630nm～650nm，优选为635nm。
在一个具体实施例中，所述脉冲激光发生器41与红色激光发生器31可交换位置设置；结构灵活，便于操作。
在本说明书的描述中，参考术语“一个可选实施例中”、“具体地”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“在一个可选实施例中”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种脉冲激光高速测距光学系统，包括外壳(1)，其特征在于，还包括装设于外壳(1)内的以下机构：
望远镜机构(2)，用于锁定被测目标，包括装设于外壳(1)一端的物镜(21)、装设于外壳(1)另一端的目镜(22)、及装设于物镜(21)与目镜(22)之间的第一等腰直角棱镜(24)和第二等腰直角棱镜(25)，所述第一等腰直角棱镜(24)与第二等腰直角棱镜(25)垂直放置；
红色激光发射机构(3)，用于发射红色激光，包括红色激光发生器(31)、装设于第一等腰直角棱镜(24)一侧直角面的第三等腰直角棱镜(32)，所述第三等腰直角棱镜(32)用于将红色激光耦合进望远镜机构(2)，使其与望远镜机构(2)共光轴；
激光测距机构(4)，用于发射和接收脉冲激光，包括脉冲激光发生器(41)和配置于第二等腰直角棱镜(25)直角面的第四等腰直角棱镜(42)，所述第四等腰直角棱镜(42)用于调整脉冲激光发射方向使得脉冲激光经第二等腰直角棱镜(25)后耦合进望远镜机构(2)，使其与望远镜机构(2)，红色激光发射机构(3)构成共轴光学系统；
控制机构，用于控制驱动脉冲激光高速测距光学系统的运作；
所述激光测距机构(4)所发射的脉冲激光的光轴、所述红色激光发射机构(3)所发射的红色激光的光轴及望远镜机构(2)的成像光轴三轴同轴设置。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光高速测距光学系统，其特征在于，所述望远镜机构(2)还包括装设于外壳(1)内所述物镜(21)焦平面处的分划板(23)。
3.根据权利要求1所述的脉冲激光高速测距光学系统，其特征在于，所述红色激光发射机构(3)还包括装设于红色激光发生器(31)与第三直角等腰棱镜(32)之间的红光扩束镜(33)。
4.根据权利要求1所述的脉冲激光高速测距光学系统，其特征在于，所述第三等腰直角棱镜(32)的底面设有对应红色激光光波高透而其它光波高反的光学薄膜。
5.根据权利要求1所述的脉冲激光高速测距光学系统，其特征在于，所述第三等腰直角棱镜(32)的斜面与第一等腰直角棱镜(24)直角面形状大小相匹配。
6.根据权利要求1所述的脉冲激光高速测距光学系统，其特征在于，所述激光测距机构(4)还包括配置于脉冲激光发生器(41)与第四直角等腰棱镜(42)之间的激光扩束镜(43)、配置于外壳(1)上用于接收脉冲激光的脉冲激光接收镜(44)及用于接收经过脉冲激光接收镜(44)聚集的脉冲激光的光电转换器(45)。
7.根据权利要求1所述的脉冲激光高速测距光学系统，其特征在于，所述第四等腰直角棱镜(42)的底面设有脉冲激光光波高透而可见光光波高反的光学薄膜，所述第四等腰直角棱镜(42)的直角面设有对应脉冲激光光波高透的增透膜。
8.根据权利要求1所述的脉冲激光高速测距光学系统，其特征在于，所述第四等腰直角棱镜(42)的斜面与第二等腰直角棱镜(25)的直角面形状大小相匹配。
9.根据权利要求1所述的脉冲激光高速测距光学系统，其特征在于，所述脉冲激光采用不可见光，其波长为905nm；所述红色激光波长范围为635nm～650nm。
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