CN111812664A - 一种实现远距与近距测量的激光测距系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现远距与近距测量的激光测距系统，包括激光光源、照准光源、发射透镜一、发射透镜二、接收透镜、棱镜组、图像传感器、感光元件、距离显示单元和目镜，激光光源发出的测距光经发射透镜一后照射到被测物体上，照准光源发出的照准光经发射透镜二后照射到被测物体上，经被测物体上发射的测距光和照准光经接收透镜后入射至棱镜组；通过棱镜组，照准光和测距光被分离，分离后的照准光入射到图像传感器，分离后的测距光入射到感光元件，自然光依次透过棱镜组、距离显示单元入射到目镜。本发明结构简单，使用方便，能够实现产品近距离高精度测量到远距离测量的一体化测量。
Description
技术领域
本发明涉及激光测距装置，尤其涉及了一种实现远距与近距测量的激光测距系统。
背景技术
常见的激光测距仪有测量远距离的，一般可以测到一千到两千米，甚至更远，也有测量近距离的，一般是几十米以内，也有几米以内的，在实际使用中，根据不同的应用需求选择不同的测距产品，却无法在一个产品上实现对远近距离的精确测距需求。
因此，如何提供一种实现远距与近距测量的激光测距系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中的问题，提供了一种实现远距与近距测量的激光测距系统，结构简单，使用方便，能够实现产品近距离高精度测量到远距离测量的一体化测量。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种实现远距与近距测量的激光测距系统，包括激光光源、照准光源、发射透镜一、发射透镜二、接收透镜、棱镜组、图像传感器、感光元件、距离显示单元和目镜，其中，所述激光光源发出的测距光经所述发射透镜一后照射到被测物体上，所述照准光源发出的照准光经所述发射透镜二后照射到被测物体上，经被测物体上发射的测距光和照准光经所述接收透镜后入射至所述棱镜组；通过所述棱镜组，照准光和测距光被分离，分离后的照准光入射到所述图像传感器，分离后的测距光入射到所述感光元件，自然光依次透过所述棱镜组、所述距离显示单元入射到所述目镜。
优选的，棱镜组采用二向色棱镜组。
优选的，二向色棱镜组包括三角形棱镜一、梯形棱镜和三角形棱镜二，其中，所述三角形棱镜一与所述梯形棱镜的底部胶合连接，所述三角形棱镜二与所述梯形棱镜的侧面胶合连接。
优选的，所述接收透镜上附着有补偿棱镜，所述补偿棱镜位于所述接收透镜靠近所述棱镜组的一侧。
优选的，所述感光元件电性连接有测距模块，所述测距模块与距离显示单元电性连接，通过数字形式将距离信息通过距离显示单元进行显示。
优选的，所述测距模块包括前级处理单元、后级处理单元、计时单元和主控单元，所述感光元件与所述前级处理单元相连，所述后级处理单元与所述前级处理单元相连；所述前级处理单元及所述后级处理单元的输出端分别与所述计时单元的第二通道及第三通道相连；所述计时单元与所述主控单元相连，所述主控单元与所述距离显示单元相连。
优选的，所述前级处理单元包括：前级放大电路、前级基准电路及前级比较器；
所述前级放大电路的输出端与所述前级比较器的一个端口相连，所述前级基准电路的输出端与所述前级比较器的另一个端口相连；所述前级比较器的输出端与所述计时单元的第二通道相连。
优选的，所述后级处理单元包括：后级放大电路、后级基准电路及后级比较器；
所述后级放大电路的输出端与所述后级比较器的一个端口相连，所述后级基准电路的输出端与所述后级比较器的另一个端口相连；所述后级比较器的输出端与所述计时单元的第三通道相连。
优选的，所述前级放大电路的输出端与所述后级放大电路的输入端相连。
优选的，所述前级基准电路输出的前级基准电压大于所述后级基准电路输出的后级基准电压。
本发明的有益效果在于：
本发明结构简单，使用方便，不仅可以测量远距离物体，又可测量近距离物体，实现了产品近距离高精度测量到远距离测量的一体化测量，并保证近距离物体及远距离物体的测量精度，提高测距系统的测距能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的结构示意图。
图2附图为本发明棱镜组的结构示意图。
图3附图为本发明测距模块的结构原理图。
其中，图中，
1-激光光源；2-照准光源；3-发射透镜一；4-发射透镜二；5-接收透镜；6-棱镜组；61-三角形棱镜一；62-梯形棱镜；63-三角形棱镜二；7-图像传感器；8-感光元件；9-距离显示单元；10-目镜；11-补偿棱镜；12-前级处理单元；121-前级放大电路；122-前级基准电路；123-前级比较器；13-后级处理单元；131-后级放大电路；132-后级基准电路；133-后级比较器；14-计时单元；15-主控单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1-2，本发明提供了一种实现远距与近距测量的激光测距系统，包括激光光源1、照准光源2、发射透镜一3、发射透镜二4、接收透镜5、棱镜组6、图像传感器7、感光元件8、距离显示单元9和目镜10，其中，激光光源1发出的测距光经发射透镜一3后照射到被测物体上，照准光源2发出的照准光经发射透镜二4后照射到被测物体上，经被测物体上发射的测距光和照准光经接收透镜5后入射至棱镜组6；通过棱镜组6，照准光和测距光被分离，分离后的照准光入射到图像传感器7，分离后的测距光入射到感光元件8，自然光依次透过棱镜组6、距离显示单元9入射到目镜10。
其中，图像传感器7可采用作为像素的集合体的CCD，CMOS传感器等，各像素能够确定受光面(拍摄面)上的位置，各像素通过入射光轴为原点的正交坐标来确定位置。通过求出上述图像传感器7上的规定的像素的位置(坐标)，便可得出相对该规定的像素的入射光轴的视场角(从像素的位置得到的入射光轴的角度)。由于入射光轴与被测物体的方向一致，能简单且迅速地进行基于图像传感器7进行自动照准。
棱镜组6采用二向色棱镜组。二向色棱镜组包括三角形棱镜一61、梯形棱镜62和三角形棱镜二63，其中，三角形棱镜一61与梯形棱镜62的底部胶合连接，三角形棱镜二63与梯形棱镜62的侧面胶合连接。照准光通过三角形棱镜一61的多个面反射、透射，实现了照准光的分离；测距光通过三角形棱镜一61与梯形棱镜62的多个面的反射、透射，实现了测距光的分离。
在另一种实施例中，接收透镜5上附着有补偿棱镜11，补偿棱镜11位于接收透镜5靠近棱镜组6的一侧。补偿棱镜11用于接收透镜5的测量盲区内的被测物体反射回来的测距光回波信号进行补偿。测量盲区是由于发射系统与接收系统非同轴设置，因此，近距离的被测物体反射回来的测距光回波信号相对于接收系统的偏折角度就越大，此时经接收透镜聚焦后，测距光回波信号会聚焦在偏离感光元件的一个位置，因此，无法测量其距离，造成较大的测量盲区，当在接收透镜上设置一补偿棱镜后，接收透镜在接收到被测物体反射的测距光回波信号后，补偿棱镜会将该测距光回波信号中偏折角度较大，即，聚焦后偏离感光元件的激光回波信号通过补偿棱镜的折射，汇聚到感光元件上，实现测盲区内的物体的测距，从而使得测距系统可同时实现远距离以及近距离的物体的测距，检测范围更大，检测数据更为准确。
参阅附图3，感光元件8电性连接有测距模块，测距模块与距离显示单元9电性连接，通过数字形式将距离信息通过距离显示单元进行显示。
测距模块包括前级处理单元12、后级处理单元13、计时单元14和主控单元15，感光元件8与前级处理单元12相连，后级处理单元13与前级处理单元相连12；前级处理单元12及后级处理单元13的输出端分别与计时单元14的第二通道及第三通道相连；计时单元14与主控单元15相连，主控单元15与距离显示单元9相连。通过计时单元14记录前级处理单元12和后级处理单元13发送各处理信号时的时间信息并将其发送主控单元15，主控单元15选取接收到各信号的时间信息，并根据该时间信息计算被测物的距离。由此，不仅可以测量远距离物体，又可测量近距离物体，并保证近距离物体及远距离物体的测量精度，提高测距装置能力。
其中，感光元件8，用于接收被测物体反射的回波信号，并将回波信号转换为电脉冲信号；前级处理单元12，用于对电脉冲信号进行前级放大处理，并在经过前级放大处理的电脉冲信号的电压值大于等于前级基准电压时，向计时单元14发送前级处理信号；后级处理单元13，用于对经过前级放大处理的电脉冲信号进行后级放大处理，并在经过后级放大处理的电脉冲信号的电压值大于等于后级基准电压时，向计时单元14发送后级处理信号；计时单元14，用于记录激光脉冲信号出射时的第一时间信息，记录接收到前级处理信号时的第二时间信息以及记录接收到后级处理信号时的第三时间信息；主控单元15，用于根据时间信息计算被测物体的距离。
前级处理单元12包括：前级放大电路121、前级基准电路122及前级比较器123；前级放大电路121的输出端与前级比较器123的一个端口相连，前级基准电路122的输出端与前级比较器123的另一个端口相连；前级比较器123的输出端与计时单元14的第二通道相连。
前级放大电路121，用于对电脉冲信号进行前级放大处理；前级基准电路122，用于向前级比较器输出前级基准电压；前级比较器123，用于在经过前级放大处理的电脉冲信号的电压值大于等于前级基准电压时，向计时单元发送前级处理信号。
后级处理单元13包括：后级放大电路131、后级基准电路132及后级比较器133；后级放大电路131的输出端与后级比较器133的一个端口相连，后级基准电路132的输出端与后级比较器133的另一个端口相连；后级比较器133的输出端与计时单元14的第三通道相连。
后级放大电路131，用于对经过前级放大处理的电脉冲信号进行后级放大处理；后级基准电路132，用于向后级比较器输出后级基准电压；后级比较器133，用于在经过后级放大处理的电脉冲信号的电压值大于等于后级基准电压时，向计时单元发送后级处理信号。
在另一种实施例中，前级放大电路121的输出端与后级放大电路131的输入端相连。
在另一种实施例中，前级基准电路122输出的前级基准电压大于后级基准电路132输出的后级基准电压。由此，可使前级处理单元12输出信号的计算结果能够滤除干扰，从而保证的距离测距精度；使后级处理单元13输出信号的计算结果保证远距离的测距距离，从而提高装置测距能力。
前级放大电路121的放大倍数小于前级放大电路与后级放大电路级联后的放大倍数。上述的前级放大电路与后级放大电路为级联的放大电路，即被测物体反射的回波光信号经过光电转换单元转换为脉冲电信号后，先经过前级放大电路初步放大，再经过后级放大电路进行再一次放大，且前级放大电路的放大倍数较小，而后级放大电路的放大倍数较大，即前级放大电路的放大倍数小于后级放大电路的放大倍数。
本发明结构简单，使用方便，不仅可以测量远距离物体，又可测量近距离物体，实现了产品近距离高精度测量到远距离测量的一体化测量，并保证近距离物体及远距离物体的测量精度，提高测距系统的测距能力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，包括激光光源、照准光源、发射透镜一、发射透镜二、接收透镜、棱镜组、图像传感器、感光元件、距离显示单元和目镜，其中，所述激光光源发出的测距光经所述发射透镜一后照射到被测物体上，所述照准光源发出的照准光经所述发射透镜二后照射到被测物体上，经被测物体上发射的测距光和照准光经所述接收透镜后入射至所述棱镜组；通过所述棱镜组，照准光和测距光被分离，分离后的照准光入射到所述图像传感器，分离后的测距光入射到所述感光元件，自然光依次透过所述棱镜组、所述距离显示单元入射到所述目镜。
2.根据权利要求1所述的一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，棱镜组采用二向色棱镜组。
3.根据权利要求2所述的一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，二向色棱镜组包括三角形棱镜一、梯形棱镜和三角形棱镜二，其中，所述三角形棱镜一与所述梯形棱镜的底部胶合连接，所述三角形棱镜二与所述梯形棱镜的侧面胶合连接。
4.根据权利要求1所述的一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，所述接收透镜上附着有补偿棱镜，所述补偿棱镜位于所述接收透镜靠近所述棱镜组的一侧。
5.根据权利要求1所述的一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，所述感光元件电性连接有测距模块，所述测距模块与距离显示单元电性连接，通过数字形式将距离信息通过距离显示单元进行显示。
6.根据权利要求5所述的一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，所述测距模块包括前级处理单元、后级处理单元、计时单元和主控单元，所述感光元件与所述前级处理单元相连，所述后级处理单元与所述前级处理单元相连；所述前级处理单元及所述后级处理单元的输出端分别与所述计时单元的第二通道及第三通道相连；所述计时单元与所述主控单元相连，所述主控单元与所述距离显示单元相连。
7.根据权利要求6所述的一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，所述前级处理单元包括：前级放大电路、前级基准电路及前级比较器；
所述前级放大电路的输出端与所述前级比较器的一个端口相连，所述前级基准电路的输出端与所述前级比较器的另一个端口相连；所述前级比较器的输出端与所述计时单元的第二通道相连。
8.根据权利要求7所述的一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，所述后级处理单元包括：后级放大电路、后级基准电路及后级比较器；
所述后级放大电路的输出端与所述后级比较器的一个端口相连，所述后级基准电路的输出端与所述后级比较器的另一个端口相连；所述后级比较器的输出端与所述计时单元的第三通道相连。
9.根据权利要求8所述的一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，所述前级放大电路的输出端与所述后级放大电路的输入端相连。
10.根据权利要求8或9所述的一种实现远距与近距测量的激光测距系统，其特征在于，所述前级基准电路输出的前级基准电压大于所述后级基准电路输出的后级基准电压。
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