CN108572357A - 激光测距仪及其棱镜及光传输器模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光测距仪及其棱镜及光传输器模块，包括：棱镜座；用于发射或接收不可见光的光束的光传输器，具有管脚，且沿着光轴方向发射或接受光束；棱镜组，不可见光的光束入射到棱镜组并从棱镜组离开，棱镜组固定在棱镜座内，且具有斜面，斜面从棱镜座内露出；驱动印刷电路板，位于斜面上方，光传输器的管脚折弯后电连接在驱动印刷电路板上，且驱动印刷电路板与光轴方向夹第一角；屏蔽罩，焊接在驱动印刷电路板上；以及固定组件，连接在棱镜座上，且固定驱动印刷电路板，在固定组件上，设置有使光传输器从中露出的避让孔。该方案有效利用了有限空间的大小和形状，结构紧凑且可对光传输器的焦距和位置进行调整，简单易操作。

Description

激光测距仪及其棱镜及光传输器模块

技术领域

本发明涉及激光测距技术，更具体地说，涉及一种激光测距仪及其棱镜及光传输器模块。

背景技术

图1是已知的激光测距仪10的光路图，该激光测距仪10在申请号为201610165479.3的中国专利申请中描述。如图1所示，该激光测距仪10包括发射筒和接收筒，在发射筒和接收筒内分别设置有第一光学系统100和第二光学系统200。第一光学系统100依序包括目镜组101、棱镜组102、调焦镜片103、以及物镜组104。第二光学系统200依序包括目镜组201、棱镜组202、调焦镜片203、以及物镜组204。可见光经物镜组104、204成像后，移动调焦镜片103、203以调整聚焦的位置，之后可见光分别经棱镜组102、202产生正立影像，使用者可由目镜组101、201观看该正立影像。

图2是图1中第一光学系统100的棱镜组102的示意图。如图2所示，棱镜组102包括屋脊型棱镜1021、第一棱镜1022、第二棱镜1023、以及第三棱镜1024。

结合图1和图2，在棱镜组102的上方或下方设置有光发射器105，光发射器105发出不可见光的光束，该光束进入第三棱镜1024，并在第三棱镜1024内发生反射，之后依次进入第二棱镜1023、第一棱镜1022，并经第一棱镜1022反射到物镜组104，并从物镜组104向外投射。

该光束由远方的物体反射后经第二光学系统200的物镜组204进入棱镜组202，由棱镜组202内的棱镜反射，之后由光接收器(未图示)接收。这样可以计算出物体的距离。

光发射器105可以是激光二极管。为了让流经激光二极管的瞬间大电流减少损耗，激光二极管的管脚直接垂直焊接在驱动印刷电路板上。为了屏蔽激光二极管向周围发射的电磁波干扰，还会在驱动印刷电路板上焊接金属屏蔽罩。激光二极管、驱动印刷电路板、金属屏蔽罩共同构成光发射器部组，其总体尺寸较大。光发射器105发射的光线垂直入射到第三棱镜1024，因此驱动印刷电路板竖直设置在棱镜组102的上方或下方。由于发射筒内的空间有限，这对光发射器部组的设置造成了局限。在仅考虑光发射器部组的设置的情况下，又会导致发射筒的尺寸过大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中激光测距仪的光发射器部组的设置会导致发射筒的尺寸过大的缺陷，提供一种激光测距仪及其棱镜及光传输器模块，可有效利用有限的空间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种棱镜及光传输器模块，包括：

棱镜座；

用于发射或接收不可见光的光束的光传输器，具有管脚，且沿着光轴方向发射或接受光束；

棱镜组，所述不可见光的光束入射到所述棱镜组并从所述棱镜组离开，所述棱镜组固定在所述棱镜座内，且具有斜面，所述斜面从所述棱镜座内露出；

驱动印刷电路板，位于所述斜面上方，所述光传输器的管脚折弯后电连接在所述驱动印刷电路板上，且所述驱动印刷电路板与所述光轴方向夹第一角；

屏蔽罩，焊接在所述驱动印刷电路板上；以及

固定组件，连接在所述棱镜座上，且固定所述驱动印刷电路板；在所述固定组件上，设置有使光传输器从中露出的避让孔。

根据本发明所述的棱镜及光传输器模块，所述固定组件包括：

连接在所述棱镜座上的承座，所述承座包括沿着光轴方向延伸的连接部、以及与所述连接部夹第一角的承托部，所述承托部承托所述驱动印刷电路板；以及

弹性压片，所述弹性压片包括相互连接的固定部和自由部，所述固定部固定连接在所述承座上，所述自由部压紧在所述屏蔽罩上。

根据本发明所述的棱镜及光传输器模块，在所述承座的连接部上，设置有沿着光轴方向延伸的腰形孔；所述棱镜及光传输器模块还包括连接件，所述连接件通过所述腰形孔并锁紧在所述棱镜座上，将所述承座固定。

根据本发明所述的棱镜及光传输器模块，所述驱动印刷电路板与位于所述斜面上且靠近所述驱动印刷电路板的一棱边平行。

根据本发明所述的棱镜及光传输器模块，所述棱镜组依序包括屋脊型棱镜、以及第三棱镜，所述屋脊型棱镜具有所述斜面；所述第三棱镜露于所述棱镜座之外以接收所述光传输器所发射的光线或者将光线反射到所述光传输器。

根据本发明所述的棱镜及光传输器模块，在所述承托部上设有所述避让孔。

根据本发明所述的棱镜及光传输器模块，在所述棱镜座上，设置有与所述光传输器正对且沿着光轴方向延伸的光束行进通道。

根据本发明所述的棱镜及光传输器模块，所述第一角是90°～170°。

根据本发明所述的棱镜及光传输器模块，所述承座还包括设置在所述承托部下端的挡缘，所述挡缘与所述驱动印刷电路板相抵。

本发明还提供了一种激光测距仪，包括第一光学系统和第二光学系统，所述第一光学系统和第二光学系统中的至少一者包括：

目镜组；

如上所述的棱镜及光传输器模块；以及

物镜组。

实施本发明的激光测距仪及其棱镜及光传输器模块，具有以下有益效果：有效利用了有限空间的大小和形状，结构紧凑且可对光发射器的焦距和位置进行调整，简单易操作。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是已知的激光测距仪的光路图；

图2是图1中第一光学系统的棱镜组的示意图；

图3是本发明中激光测距仪的光路图；

图4是本发明中第一光学系统的中棱镜及光传输器模块的棱镜组及光发射器的示意图；

图5是本发明中棱镜及光传输器模块的立体示意图；

图6是本发明中棱镜及光传输器模块的俯视图；

图7是本发明中棱镜及光传输器模块的沿图6中A-A的剖视图。

图8是本发明中棱镜及光传输器模块的分解示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图3是本发明中激光测距仪30的光路图；如图3所示，该激光测距仪30包括发射筒和接收筒，在发射筒和接收筒内分别设置有第一光学系统300和第二光学系统400。第一光学系统300依序包括目镜组301、棱镜组302、调焦镜片303、以及物镜组304。第二光学系统400依序包括目镜组401、棱镜组402、调焦镜片403、以及物镜组404。可见光经物镜组304、404成像后，移动调焦镜片303、403以调整聚焦的位置，之后可见光分别经棱镜组302、402产生正立影像，使用者可由目镜组301、401观看该正立影像。

图4是本发明中第一光学系统300中棱镜及光传输器模块310的棱镜组302及光发射器305的示意图。如图4所示，棱镜组302依序包括屋脊型棱镜3021、第一棱镜3022、第二棱镜3023以及第三棱镜3024。在本实施例中，第一棱镜3022为四角棱镜，第二棱镜3023为五角棱镜，第三棱镜3024为三角棱镜。屋脊型棱镜3021邻近于第一棱镜3022，且屋脊型棱镜3021与第一棱镜3022组合成施密特-别汉棱镜组，上述可见光的成像可由施密特-别汉棱镜组转成正立影像，可见光入射第一棱镜3022，在第一棱镜3022中多次反射后离开第一棱镜3022，然后进入屋脊型棱镜3021，再经多次反射后离开屋脊型棱镜3021而转成正立影像。

在施密特-别汉棱镜组的上方或下方设有光传输器，在第一光学系统300中，光传输器是光发射器305，光发射器305发出不可见光(例如红外光)的光束，该光束经由第三棱镜3024并在第三棱镜3024内发生反射后，进入第二棱镜3023，该光束通过第二棱镜3023后进入第一棱镜3022，第一棱镜3022上形成镀膜，容许可见光通过但会反射不可见光，因此进入第一棱镜3022的上述不可见光的光束由第一棱镜3022的镀膜反射后，经由物镜组304向前方投射。

回到图3，第二光学系统400的棱镜组402包括屋脊型棱镜4021、第一棱镜4022、第二棱镜4023以及第三棱镜4024,且屋脊型棱镜4021与第一棱镜4022组合成施密特-别汉棱镜组，该不可见光的光束由远方的物体反射后经由第二光学系统400的物镜组404进入棱镜组402，该光束进入第一棱镜4022后，由第一棱镜4022反射后，经由第二棱镜4023后，由光接收器接收，可以藉此计算出该物体的距离。

需要注意的是，在本发明中，棱镜组302不限于以上的实施例，棱镜组302也可以是阿贝棱镜组，即仅包括三块棱镜，其中上述实施例中的第一棱镜3022、第二棱镜3023可以由一块棱镜代替。同样地，棱镜组402也可以是阿贝棱镜组。即，在本发明中，第一光学系统300中的棱镜组302与第二光学系统400的棱镜组402可以有四种组合：棱镜组302、402均为施密特-别汉棱镜组；棱镜组302、402均为阿贝棱镜组；棱镜组302为施密特-别汉棱镜组，而棱镜组402为阿贝棱镜组；棱镜组302为阿贝棱镜组，而棱镜组402为施密特-别汉棱镜组。

在本实施例中，光发射器305为雷射二极管(laser diode)，光接收器为崩溃光二极管(avalanche photodiode)。

图5是本发明中棱镜及光传输器模块310的立体示意图；图6是本发明中棱镜及光传输器模块310的俯视图；图7是本发明中棱镜及光传输器模块310沿图6中A-A的剖视图；图8是本发明中棱镜及光传输器模块310的分解示意图。如图5-8所示，光发射器305借助于固定组件安装在棱镜组302上，从而共同形成棱镜及光传输器模块310。该棱镜及光传输器模块310包括棱镜座306，在棱镜座306内设置有用于固定棱镜组302的多个台阶孔，这些台阶孔包括高度依序增加的第一台阶孔3061、第二台阶孔3062、以及第三台阶孔3063。第三棱镜3024与第二棱镜3023粘接在一起。组装时，将第二棱镜3023从外侧固定到第一台阶孔3061内，而第三棱镜3024则露于第一台阶孔3061之外且部分高出棱镜座306，以便接收光发射器305所发射的光线。第一棱镜3022固定在第二台阶孔3062内，且屋脊型棱镜3021固定在第三台阶孔3063内。

将不可见光的光束入射到棱镜组302的方向定义为光轴Y方向。屋脊型棱镜3021包括斜面3021a，屋脊型棱镜3021固定在第三台阶孔3063内时，该斜面3021a从棱镜座306中露出。

该棱镜及光传输器模块310还包括固定组件，包括连接在棱镜座306上的承座307、以及连接在承座307上的弹性压片311。该承座307包括大体沿着光轴Y方向延伸的连接部3071、以及与该连接部3071夹一第一角α的承托部3072。在连接部3071上，设置有两个沿着光轴Y方向延伸的腰形孔3073。在棱镜座306上，设置有对应的连接孔(未图示)。采用连接件3074通过腰形孔3073并锁紧在棱镜座306上，将承座307固定。此时承托部3072优选地与屋脊型棱镜3021的斜面3021a平行。连接件3074可以是螺丝。

该棱镜及光传输器模块310还包括位于斜面3021a上方的驱动印刷电路板308，光发射器305的管脚焊接在驱动印刷电路板308上且受其驱动。需要特别提及的是，光发射器305的管脚并不是垂直焊接在驱动印刷电路板308上，而是折弯后焊接在驱动印刷电路板308上。这样，该驱动印刷电路板308受到承座307的承托部3072的承托时，光发射器305的光束沿着光轴Y方向行进，驱动印刷电路板308与光轴方向夹一第一角α，第一角α可以是例如90°～170°。驱动印刷电路板308优选地与屋脊型棱镜3021的位于斜面3021a上且靠近驱动印刷电路板308的一棱边平行，该棱边也与光轴Y方向夹第一角α；也就是在Y-Z方向上，驱动印刷电路板308到屋脊型棱镜3021的间隙相等。第一角α为130～140°角,且该棱边与驱动印刷电路板308平行时，可以最大限度地利用有限的空间。在承托部3072上，设有避让孔(未图示)，以便光发射器305从中露出。在棱镜座306上，设置有与光发射器305正对且沿着光轴Y方向延伸的光束行进通道3064。光发射器305的光束可通过光束行进通道3064而到达第三棱镜3024。为了避免光发射器305发出的部分杂散光线进入邻近的棱镜，在光发射器305与光束行进通道3064之间，还设置有遮光环313。该遮光环313与光发射器305对接，且其上设置有在朝向光发射器的方向上渐缩的孔。

为了更可靠地固定驱动印刷电路板308，在承托部3072的下端，设置有挡缘3075，该挡缘3075从承托部3072垂直延伸，且与驱动印刷电路板308的下端相抵。

为了屏蔽光发射器305向周围发射的电磁波干扰，在驱动印刷电路板308上还焊接有屏蔽罩309。该屏蔽罩309优选地由铜等金属冲压件制成,覆盖在光发射器305周围。但本发明不限于此,该屏蔽罩309也可以是屏蔽电布。该光发射器305、驱动印刷电路板308、屏蔽罩309共同构成光传输器部组。光传输器部组通过固定组件固定在棱镜座306上，其中固定组件中的承座307起着承托作用，而固定组件中的弹性压片311则将光传输器部组压紧在承座307上。

该弹性压片311包括相互连接的固定部3111和自由部3112，该固定部3111通过连接件312固定在承座307上，且与光轴Y方向平行。自由部3112与固定部3111之间夹一第二角β。弹性压片311处于自由状态下时，第二角β小于第一角α。弹性压片311的自由部3112压紧在屏蔽罩309上，且发生弹性变形，在弹力的作用下，屏蔽罩309以及与其焊接在一起的驱动印刷电路板308都被压紧在承托部3072上。

为了更稳定地压紧，弹性压片311的自由部3112的数量可以是两个或两个以上。

当需要对光发射器305的位置进行调整时，采用夹具夹住整个光发射器部组，沿着图6、7所示的X方向和Y-Z方向移动，可以实现光发射器305在X方向以及Z方向上的位置调整，同时沿着光轴Y方向的位置也可以变化，从而改变焦距。稍微松开承座307上的连接件3074，并使承座307沿着腰形孔3073的长边方向滑动，亦可将承座307、以及固定在其上的光发射器部组沿着光轴方向调整，实现焦距的调整。当锁紧连接件3074时，光发射器的位置和焦距均保持固定。

需要注意的是，以上的描述中仅以第一光学系统300以及光发射器305为例进行了说明，但本发明不限于此。在第二光学系统400的第一棱镜4022、第二棱镜4023、屋脊型棱镜4021具有相同或类似结构的情况下，以上技术方案也可以应用于第二光学系统400及其接收器。即，第一光学系统300和第二光学系统400的至少一者可以具有以上的棱镜及光传输器模块，只是第一光学系统300的棱镜及光传输器模块中的光传输器是光发射器，且光发射器用于将光束发射到棱镜组；而第二光学系统400的棱镜及光传输器模块中的光传输器是光接收器，且光接收器用于接收棱镜组所反射的光线。

与现有技术相比，本发明的激光测距仪30有效利用了有限空间的大小和形状，结构紧凑且可对光发射器305的焦距和位置进行调整，简单易操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种棱镜及光传输器模块，其特征在于，包括：

棱镜座；

用于发射或接收不可见光的光束的光传输器，具有管脚，且沿着光轴方向发射或接受光束；

棱镜组，所述不可见光的光束入射到所述棱镜组并从所述棱镜组离开，所述棱镜组固定在所述棱镜座内，且具有斜面，所述斜面从所述棱镜座内露出；

驱动印刷电路板，位于所述斜面上方，所述光传输器的管脚折弯后电连接在所述驱动印刷电路板上，且所述驱动印刷电路板与所述光轴方向夹第一角；

屏蔽罩，焊接在所述驱动印刷电路板上；以及

固定组件，连接在所述棱镜座上，且固定所述驱动印刷电路板，在所述固定组件上，设置有使所述光传输器从中露出的避让孔。

2.根据权利要求1所述的棱镜及光传输器模块，其特征在于，所述固定组件包括：

连接在所述棱镜座上的承座，所述承座包括沿着光轴方向延伸的连接部、以及与所述连接部夹第一角的承托部，所述承托部承托所述驱动印刷电路板；以及

弹性压片，所述弹性压片包括相互连接的固定部和自由部，所述固定部固定连接在所述承座上，所述自由部压紧在所述屏蔽罩上。

3.根据权利要求2所述的棱镜及光传输器模块，其特征在于，在所述承座的连接部上，设置有沿着光轴方向延伸的腰形孔；所述棱镜及光传输器模块还包括连接件，所述连接件通过所述腰形孔并锁紧在所述棱镜座上，将所述承座固定。

4.根据权利要求1所述的棱镜及光传输器模块，其特征在于，所述驱动印刷电路板与位于所述斜面上且靠近所述驱动印刷电路板的一棱边平行。

5.根据权利要求2所述的棱镜及光传输器模块，其特征在于，所述棱镜组包括屋脊型棱镜、以及第三棱镜，所述屋脊型棱镜具有所述斜面，所述第三棱镜露于所述棱镜座之外以接收所述光传输器所发射的光线或者将光线反射到所述光传输器。

6.根据权利要求2所述的棱镜及光传输器模块，其特征在于，在所述承托部上设有所述避让孔。

7.根据权利要求6所述的棱镜及光传输器模块，其特征在于，在所述棱镜座上，设置有与所述光传输器正对且沿着光轴方向延伸的光束行进通道。

8.根据权利要求1所述的棱镜及光传输器模块，其特征在于，所述第一钝是90°～170°。

9.根据权利要求2所述的棱镜及光传输器模块，其特征在于，所述承座还包括设置在所述承托部下端的挡缘，所述挡缘与所述驱动印刷电路板相抵。

10.一种激光测距仪，其特征在于，包括第一光学系统和第二光学系统，所述第一光学系统和第二光学系统中的至少一者包括：

目镜组；

如权利要求1-9任一项所述的棱镜及光传输器模块；以及

物镜组。