CN108427108B - 一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机 - Google Patents

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Abstract

一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，包括主体、透镜、激光器、反射镜、参考光探测器、测量光探测器；激光器和透镜安装在主体的两个相对的侧面上；参考光探测器和测量光探测器安装在主体另外的两个相对的侧面上；所述激光器、透镜、参考光探测器、测量光探测器的中心在同一平面内，反射镜安装在主体内，反射镜垂直于上述平面；所述反射镜上设有光阑，光阑为椭圆形孔；所述激光器的中心和透镜的中心连线，与，参考光探测器的中心和测量光探测器的中心连线相交于一点，该点与光阑的中心重合。

Description

一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机
技术领域
本发明涉及一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，属于激光测量技术领域。
背景技术
目前，激光测距装置中，光学结构设计根据设计原理可以分为收发同轴和收发异轴两类；根据适应目标的类型可以分为有合作目标和非合作目标两类。现有的光学结构中，大多采用了合作目标，在非合作目标下不能有效地实现对测量光的收集，且设置合作目标的方式具有使用局限，某些环境下(目标不断运动、随时切换不同目标等)不适合设置合作目标，因此采用合作目标的激光测距装置的应用环境较为受限。对于采用收发异轴技术方案的激光测距装置，会在近距离时存在一定的测量盲区，无法实现测量目的；而对于采用收发同轴技术方案的激光测距装置，其内部光学结构设计复杂，且出射激光准直调节以及测量光对焦的操作过多，应用性差，适用范围小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，采用了三路分光的三路分光器，同时光阑与反射镜为一体化设计，解决了近距离测量盲区，简化了设备结构，透镜具备可调节能力，应用更为方便，适用范围更广。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，包括主体、透镜、激光器、反射镜、参考光探测器、测量光探测器；
激光器和透镜安装在主体的两个相对的侧面上；参考光探测器和测量光探测器安装在主体另外的两个相对的侧面上；所述激光器、透镜、参考光探测器、测量光探测器的中心在同一平面内，反射镜安装在主体内，反射镜垂直于上述平面；
所述反射镜上设有光阑，光阑为椭圆形孔；所述激光器的中心和透镜的中心连线，与，参考光探测器的中心和测量光探测器的中心连线相交于一点，该点与光阑的中心重合；
所述激光器发射激光，一部分激光经反射镜反射后射进参考光探测器，另一部分激光通过光阑后经透镜输出，输出的激光照射到外部目标后反射；外部目标反射的激光通过透镜后照射在反射镜上进行二次反射，二次反射后的激光照射进测量光探测器。
上述用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，还包括透镜夹持体和透镜固定体，透镜固定体用于将透镜固定在透镜夹持体上，透镜夹持体可调节的安装在主体上。
上述用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，还包括激光器固定件，激光器固定件用于将激光器固定在主体上。
上述用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，还包括测量光探测器夹持体和测量光探测器固定体，测量光探测器固定体用于将测量光探测器固定在测量光探测器夹持体上，测量光探测器夹持体可调节的安装在主体上。
上述用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，所述激光器发射的激光波长范围为：630nm～670nm。
上述用于激光测距装置的收发同轴一体化结构光机，所述光阑的长轴与短轴之比为：
Figure BDA0001508141410000021
且短轴半径不大于1mm。
上述用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，所述透镜采用N-BK7光学玻璃材料，透镜的一面为平面，另一面为凸面，所述凸面为圆弧形，透镜焦距为：18mm～22mm。
上述用于激光测距装置的收发同轴一体化结构光机，激光器与光阑中心的距离为3mm～7mm。
上述用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，所述反射镜所在平面，与透镜的平面的夹角为：43°～47°。
上述用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，所述反射镜所在平面，与透镜的平面的夹角为θ，当光阑的长轴为a，短轴为b时，夹角θ为
Figure BDA0001508141410000031
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明的收发同轴一体化光机，采用了三路分光的三路分光器，同时光阑与反射镜为一体化设计，除去了光路中多种结构，实现了光路结构的简化，在降低成本的同时减少了机械结构的复杂程度；
(2)本发明的收发同轴一体化光机，透镜通过透镜固定体可调节的安装在主体上，增加了透镜和光机对应用环境的适应能力；
(3)本发明的收发同轴一体化光机，提供了一种与测量信号分支相同的方式设置参考信号，有利于避免共模信号的干扰；
(4)本发明的收发同轴一体化光机，还兼具有使用多波长光源的功能，根据使用需求可以更换使用的激光器，以达到不同环境的使用要求；
(5)本发明的收发同轴一体化光机，具有装配简单、易于调节的特点，不需要复杂的安装操作工序，以及繁琐的调试环节。
附图说明
图1为用于激光测距装置的收发同轴一体化结构光机的结构示意图；
图2为光机内三束分光的传输示意图；
图3为光机测量过程的优选实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
图1为本发明用于激光测距装置的收发同轴一体化结构光机的结构示意图，本发明采用了三路分光的三路分光器，同时光阑与反射镜11为一体化设计，除去了光路中多种结构，实现了光路结构的简化，在降低成本的同时减少了机械结构的复杂程度。一种用于激光测距装置的收发同轴一体化结构光机，包括主体5、透镜夹持体6、透镜7、透镜固定体8、激光器9、激光器固定件10、反射镜11、参考光探测器12、测量光探测器13、测量光探测器夹持体14、测量光探测器固定体15；透镜7采用N-BK7光学玻璃材料，透镜7的一面为平面，另一面为凸面，所述凸面为圆弧形，透镜焦距为：18mm～22mm，本实施例中为20mm。
激光器9和透镜7安装在主体5的两个相对的侧面上；参考光探测器12和测量光探测器13安装在主体5另外的两个相对的侧面上；所述激光器9、透镜7、参考光探测器12、测量光探测器13的中心在同一平面内，反射镜11安装在主体5内，反射镜11垂直于上述平面；
反射镜11上设有光阑，光阑为椭圆形孔，光阑的长轴与短轴之比为
Figure BDA0001508141410000041
本实施例中取值为
Figure BDA0001508141410000042
所述激光器9的中心和透镜7的中心连线，与，参考光探测器12的中心和测量光探测器13的中心连线相交于一点，该点与光阑的中心重合；激光器9与光阑的距离为3mm～7mm，本实施例中距离为5mm，反射镜11所在平面，与透镜7的平面的夹角为：43°～47°，本实施例中夹角为45°。
透镜固定体8用于将透镜7固定在透镜夹持体6上，透镜夹持体6通过细牙螺纹可调节的安装在主体5上。透镜固定体8的可调节设计为透镜7增加了活动结构，使得其与激光器9之间的相对距离可以调节，增加了透镜7和光机对应用环境的适应能力。同时采用单透镜设计，使用单个透镜而非整个透镜组实现光的准直和会聚功能，减少了结构的复杂程度，提高了光学系统的透过率，减少了光路中的光损耗，降低了由透镜造成的光能损失。
激光器固定件10用于将激光器9固定在主体5上。激光器9发射的激光波长范围为：630nm～670nm，本实施例中激光波长为650nm。
测量光探测器固定体15用于将测量光探测器13固定在测量光探测器夹持体14上，测量光探测器夹持体14通过细牙螺纹可调节的安装在主体5上。由于测量光经过会聚后得到的光斑极小，因此测量光探测器夹持体14设计为可以在较大范围内自由移动，同时具备精密调整测量光探测器13位置的能力，以保证测量光探测器13对测量光的有效接收。
所述激光器9发射激光，一部分激光经反射镜11反射后射进参考光探测器12，参考光探测器12用于将参考光信号转换为电信号，另一部分激光通过光阑后经透镜7输出，输出的激光照射到外部目标后反射；外部目标反射的激光通过透镜7后照射在反射镜11上进行二次反射，二次反射后的激光照射进测量光探测器13，测量光探测器13用于将测量光信号转换为电信号。通过透镜7实现对激光器9发出的发散光整形准直，变为平行光从发射口出射，依据收发同轴的设计理念，将激光的发射口和测量光的返回接收口设计为采用同一个光窗口，避免了测量盲区。
本发明通过将反射镜11的部分反射膜层去除，形成一个无反射膜的空窗，从而实现激光器发出的部分激光可以透过的目的，达到光阑的效果，双面反射的能力使得激光器9发出的部分激光被反射至参考光探测器12，同时被测物反射回的测量光被另一反射面反射至测量光探测器13，达到三路分光的效果，如图2光机内三束分光的传输示意图所示。实现对参考光和测量光的双参量同时测量，用于对比测量光和参考光的差异，有利于提高光机的光信号测量范围和测量结果的准确性。透镜夹持体6和测量光探测器固定体15的可调节设计，简化了出射激光准直调节以及测量光对焦的操作复杂程度，减少了调节时间，增加了结构对器件差异性的适应能力。
本实施例中，反射镜11所在平面，与透镜7的平面的夹角为θ，当光阑的长轴为a，短轴为b时，建立上述夹角θ与长轴a、短轴b的模型关系，具体为
Figure BDA0001508141410000051
上述模型可保证光阑投影到透镜7的平面上为圆形，有利于激光器9发射的激光的传输。图3为光机测量过程的优选实施例示意图。
此外本发明的收发同轴一体化光机，提供了一种与测量信号分支相同的方式设置参考信号，有利于避免共模信号的干扰。同时本发明还兼具有使用多波长光源的功能，根据使用需求可以更换使用的激光器，以达到不同环境的使用要求
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，其特征在于：包括主体(5)、透镜(7)、激光器(9)、反射镜(11)、参考光探测器(12)、测量光探测器(13)；
激光器(9)和透镜(7)安装在主体(5)的两个相对的侧面上；参考光探测器(12)和测量光探测器(13)安装在主体(5)另外的两个相对的侧面上；所述激光器(9)、透镜(7)、参考光探测器(12)、测量光探测器(13)的中心在同一平面内，反射镜(11)安装在主体(5)内，反射镜(11)垂直于上述平面；
所述反射镜(11)上设有光阑，将反射镜(11)的部分反射膜层去除形成所述光阑，光阑为椭圆形孔；所述激光器(9)的中心和透镜(7)的中心连线，与，参考光探测器(12)的中心和测量光探测器(13)的中心连线相交于一点，该点与光阑的中心重合；
所述激光器(9)发射激光，一部分激光经反射镜(11)反射后射进参考光探测器(12)，另一部分激光通过光阑后经透镜(7)输出，输出的激光照射到外部目标后反射；外部目标反射的激光通过透镜(7)后照射在反射镜(11)上进行二次反射，二次反射后的激光照射进测量光探测器(13)；
还包括透镜夹持体(6)和透镜固定体(8)，透镜固定体(8)用于将透镜(7)固定在透镜夹持体(6)上，透镜夹持体(6)可调节的安装在主体(5)上；
还包括测量光探测器夹持体(14)和测量光探测器固定体(15)，测量光探测器固定体(15)用于将测量光探测器(13)固定在测量光探测器夹持体(14)上，测量光探测器夹持体(14)可调节的安装在主体(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，其特征在于：还包括激光器固定件(10)，激光器固定件(10)用于将激光器(9)固定在主体(5)上。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，其特征在于：所述激光器(9)发射的激光波长范围为：630nm～670nm。
4.根据权利要求1所述的一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，其特征在于：所述光阑的长轴与短轴之比为：
Figure FDA0002429015820000021
且短轴半径不大于1mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，其特征在于：所述透镜(7)采用N-BK7光学玻璃材料，透镜(7)的一面为平面，另一面为凸面，所述凸面为圆弧形，透镜焦距为：18mm～22mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，其特征在于：激光器(9)与光阑中心的距离为3mm～7mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，其特征在于：所述反射镜(11)所在平面，与透镜(7)的平面的夹角为：43°～47°。
8.根据权利要求1所述的一种用于激光测距装置的收发同轴一体化光机，其特征在于：所述反射镜(11)所在平面，与透镜(7)的平面的夹角为θ，当光阑的长轴为a，短轴为b时，夹角θ为
Figure FDA0002429015820000022
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