CN113138389A - 一种异形镜、激光接收系统和激光测距系统 - Google Patents

一种异形镜、激光接收系统和激光测距系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异形镜、激光接收系统和激光测距系统。其中异形镜包括：第一区域和第二区域，其中，所述第一区域为平行平板，所述第一区域镀窄带滤光膜，所述第二区域为凸透镜，所述第二区域设置在所述第一区域的边缘。本实施例的技术方案，通过设置包括镀有窄带滤光膜的平行平板和设置在平行平板边缘的凸透镜的异形镜，不仅能够消除光线中的白光，达到抗白光干扰的能力，还可以对光线进行折射，尤其是异形镜设置在激光接收系统时，可以将接收镜射出的光线中，无法射入探测器的光线进行折射，使其射入探测器，减小探测盲区。通过设置单块的异形镜，方便安装，且无需在激光接收系统中进行其他改进，减小激光接收系统的重量和成本。

Description

一种异形镜、激光接收系统和激光测距系统
技术领域
本发明实施例涉及测距装置技术领域，尤其涉及一种异形镜、激光接收系统和激光测距系统。
背景技术
激光测距在很多领域被广泛应用。激光测距光学系统一般包括激光器、激光准直物镜、激光接收器件和激光接收物镜。目前的激光测距光学系统对较远目标物的距离测量具有很好的精度和很高的效率，然而对于较近或超近的目标物的情况，目标物的反射光相对激光接收子系统的光轴倾斜角度较大，经过接收物镜的汇聚作用后也很难进入激光接收器件的接收区域，导致无法对近距离目标实施测量。
发明内容
本发明提供一种异形镜、激光接收系统和激光测距系统，以实现。
第一方面，本发明实施例提供了一种异形镜，配置于激光接收系统中，包括：第一区域和第二区域，其中，所述第一区域为平行平板，所述第一区域镀窄带滤光膜，所述第二区域为凸透镜，所述第二区域设置在所述第一区域的边缘。
第二方面，本发明实施例还提供了一种激光接收系统，包括接收镜、探测器和如本发明任一实施例提供的异形镜，其中，所述异形镜设置在所述接收镜和所述探测器之间，所述异形镜用于将所述接收镜接收的光信号聚焦至所述探测器；其中，
所述异形镜的第一区域的窄带滤光膜对射入的所述光信号进行滤光处理，并将滤光处理后的光信号射入所述探测器，所述异形镜的第二区域对射入的所述光信号进行聚焦到所述探测器。
第三方面，本发明实施例还提供了一种激光测距系统，包括激光发射系统、处理器和如本发明任一实施例提供的激光接收系统，其中，
所述激光发射系统用于发射光信号；
所述激光接收系统用于接收所述光信号；
所述处理器与所述激光接收系统电连接，用于根据接收的所述光信号进行测距处理。
本发明实施例提供的技术方案，通过设置包括镀有窄带滤光膜的平行平板和设置在平行平板边缘的凸透镜的异形镜，不仅能够消除光线中的白光，达到抗白光干扰的能力，还可以对光线进行折射，尤其是异形镜设置在激光接收系统时，可以将接收镜射出的光线中，无法射入探测器的光线进行折射，使其射入探测器，减小探测盲区。通过设置单块的异形镜，方便安装，且无需在激光接收系统中进行其他改进，减小激光接收系统的重量和成本。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种异形镜的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的被测物体与激光测距系统距离为1000m时被测物体的漫反射光被探测器接收的示意图；
图3为本发明实施例提供的被测物体与激光测距系统距离为1.5m时被测物体的漫反射光被探测器接收的示意图；
图4为本发明实施例提供的被测物体与激光测距系统距离为1214mm时被测物体的漫反射光被探测器接收的示意图；
图5为本发明实施例提供的被测物体与激光测距系统距离为600mm时被测物体的漫反射光被探测器接收的示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种异形镜的示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种异形镜的正视图；
图8是本发明实施例提供的一种激光接收系统的结构示意图；
图9为基于激光接收系统对距离1214mm处的被测物漫反射光被探测器接收的示意图；
图10是本发明实施例三提高的一种激光测距系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在激光测距系统中，当被测物体与激光测距系统距离较远时，被测物体对激光漫反射光与激光测距系统的夹角小，可看做平行光处理，进入被激光测距系统中的接收镜的漫反射光可很好地被探测器接收，示例性的，参见图2，图2是本发明实施例提供的被测物体与激光测距系统距离为1000m时被测物体的漫反射光被探测器接收的示意图。
当被测物靠近激光测距系统时，被测物与激光测距系统的夹角增大，部分进入接收镜的漫反射光不能被探测器接收到。示例性的，参见图3、图4和图5，其中，图3、图4和图5分别为被测物体与激光测距系统距离为1.5m、1214mm和600mm时被测物体的漫反射光被探测器接收的示意图。根据图3、图4和图5可知当被测物与激光测距系统距离减小时，进入接收镜的漫反射光无法被探测器完全接收，存在探测盲区。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种异形镜的结构示意图，该异形镜用于配置在激光接收系统中，对接收的光信号进行聚焦处理。
异形镜包括第一区域10和第二区域20，其中，异形镜一体成型。第一区域为平行平板，无焦距。第一区域10镀窄带滤光膜，其中，窄带滤光膜可以是785nm、905nm、945nm、975nm、1080nm、1310nm、1550nm、2000nm等任一种的窄带滤光膜，该窄带滤光膜的带宽可以是小于或等于25nm。窄带滤光膜可过滤白光，消除白光影响，配置有上述异形镜的激光接收系统的白光抗干扰能力可达到100000LUX。可选的，窄带滤光膜可镀在第一区域10的前表面或者后表面。可选的，第一区域10还可以镀增透膜，例如第一区域10的前表面镀增透膜，后表明镀窄带滤光膜。
第二区域20为凸透镜，第二区域20设置在第一区域10的边缘，用于对射入的光信号进行折射，例如在激光接收系统，第二区域20可以将射入的光信号折射至探测器，以减少激光接收系统的探测盲区。可选的，第二区域20为球面或非球面，在一些实施例中，第二区域20为弯月透镜。
参见图1，在一些实施例中，第一区域10为正方体区域或长方体区域，第二区域20设置在第一区域的至少一个侧面。需要说明的是，第二区域的数量可以1、2、3或4，分别设置在第一区域10的侧面上。
可选的，第二区域20设置为两个，分别设置在第一区域10的相对侧面，即可以设置在第一区域10的上下侧面或者左右侧面。通过在第一区域的不同侧面设置一个或多个第二区域，以提高异形镜的适用范围，例如，在一些激光接收系统只需要对接收镜上下区域的光信号进行折射，无需对左右区域的光信号进行折射，可使用在第一区域10的相对侧面设置第二区域的异形镜，或者使用两个在一个侧面配置有第二区域的异形镜。
可选的，第一区域的厚度为1mm-5mm，正方体区域或长方体区域的前表面的边长为3mm-20mm，第二区域的曲率半径为1mm-50mm。
在一些实施例中，第一区域10为圆柱形区域，第二区域20为圆柱形区域的同心外环区域，第二区域的圆心角大于或等于90度。其中，参见图6和图7，其中，图6为本发明实施例提供的另一种异形镜的示意图，第二区域20的圆心角为360度，图7为本发明实施例提供的另一种异形镜的正视图，第二区域20的圆心角为大于90度，示例性的，第二区域20的圆心角可以是90度、180度270度或者360度等，可根据需求设置第二区域20的圆心角。在一些实施例中，异形镜中可以是相对设置两个圆心角小于180的第二区域，以对不同方向的光信号进行折射处理。
可选的，第一区域10的厚度为1mm-5mm，圆柱形区域的前表面和后表面的直径为3mm-20mm，第二区域的曲率半径为1mm-50mm。
在上述实施例的基础上，可以在第二区域的后表面镀窄带滤光膜，实现在对光信号进行折射的基础上，消除白光的干扰。
本实施例的技术方案，通过设置包括镀有窄带滤光膜的平行平板和设置在平行平板边缘的凸透镜的异形镜，不仅能够消除光线中的白光，达到抗白光干扰的能力，还可以对光线进行折射，尤其是异形镜设置在激光接收系统时，可以将接收镜射出的光线中，无法射入探测器的光线进行折射，使其射入探测器，减小探测盲区。通过设置单块的异形镜，方便安装，且无需在激光接收系统中进行其他改进，减小激光接收系统的重量和成本。
实施例二
图8是本发明实施例提供的一种激光接收系统的结构示意图。激光接收系统中包括接收镜200、探测器300和上述实施例提供的异形镜100，其中，异形镜设置在接收镜和探测器之间，异形镜用于将接收镜接收的光信号聚焦至探测器。异形镜的第一区域的窄带滤光膜对射入的光信号进行滤光处理，并将滤光处理后的光信号射入探测器，异形镜的第二区域对射入的光信号进行聚焦到探测器。需要说明的是，激光接收系统中的异形镜可以是上述任一实施例提供的异形镜，图8中的异形镜仅为一种示例，并不是对激光接收系统的限定，且在一些实施例中，激光接收系统可以适用两个异形镜，本实施例中对此不做限定。
示例性的，参见图9，图9为基于激光接收系统对距离1214mm处的被测物漫反射光被探测器接收的示意图。由图9可知，在激光接收系统中增加异形镜后，1214mm处的被测物漫反射光重新偏折至探测器，消除了对1214mm处的被测物的探测盲区。
其中，接收镜、异形镜和探测器设置在同一轴线上，异形镜与接收镜的距离D1与异形镜的第二区域的曲率半径正相关，即异形镜的第二区域的曲率半径越小，D1越小，相应的，异形镜的第二区域的曲率半径越大，D1越大。异形镜与探测器的距离D2与异形镜的第二区域的曲率半径负相关，即异形镜的第二区域的曲率半径越小，D1越大，相应的，异形镜的第二区域的曲率半径越大，D1越小。
本实施例中，可根据激光接收系统的尺寸选择适合的异形镜100，例如当激光接收系统尺寸需求较小时，可选择第二区域的曲率半径较小的异形镜，实现小尺寸的激光接收系统。
示例性的，在一个实施例中，在异形镜100与接收镜200后表面的距离D1为15mm，异形镜100的第一区域为正方体，且第一区域的厚度为2.6mm，边长均为9mm，其中一侧(前表面)距平行平板的中心1.96mm的平板外边缘部分前表面加工成曲率半径为6.21mm的圆弧，圆弧圆心距平板后表面3.21mm,且圆心与后表面中点连线垂直后表面，后表面为平板。第一区域镀905nm窄带滤波膜，且带宽为25nm。
可选的，探测器300的带宽小于或等于25nm，消光比大于或等于9dB。其中，探测器300在白天工作时的信噪比公式可表示为:
RSNR＝Psη/(hν)/[2FmBηPb/(hν)]0.5
其中，Ps为探测器接收的信号功率；η为APD的量子效率；h为普朗克常数；ν为光波频率。
当被测物与激光接收系统的距离为100米，激光功率为75W，入瞳直径27mm时，探测器300接收的光信号功率为3μW,系统带宽为50MHz。光信号为100000LUX时，信噪比为-3.2573dB。如果异形镜100的第一区域的带宽为25nm，消光比为9dB,则信噪比为5.7427，光信号的信噪比大于0时可以被探测。光信号为40000LUX时，信噪比为0.1536dB，光信号的信噪比略大于0时刚好可以被探测。
本实施例提供的技术方案，通过在激光接收系统中的接收镜和探测器之间设置异形镜，异形镜不仅对光线中的白光进行滤除，提高了激光接收系统的抗白光能力，还对原光路中无法射入探测器的光线进行折射，使之可以射入探测器，减小了激光接收系统的探测盲区，使得激光接收系统可对远距离和近距离的被测物均可进行高精度检测，提高了激光接收系统的适用性。
实施例三
图10是本发明实施例三提高的一种激光测距系统的结构示意图，激光发射系统210、处理器220和上述实施例提供的激光接收系统230，其中，
激光发射系统210用于发射光信号，其中，激光发射系统210可以包括激光发射组件、合光装置和准直镜。
激光接收系统230用于接收光信号，并将接收的光信号发送至处理器200。处理器220与激光接收系统230电连接，用于根据接收的光信号进行测距处理。
本实施例的技术方案，通过在激光测距系统的激光接收系统中设置异形镜，不仅对光线中的白光进行滤除，提高了激光接收系统的抗白光能力，还对原光路中无法射入探测器的光线进行折射，使之可以射入探测器，减小了激光接收系统的探测盲区，使得激光测距系统可对远距离和近距离的被测物均可进行高精度检测，提高了激光测距系统的适用性。同时由于异形镜安装方式简单，使用方式灵活，成本低，在提高激光测距系统探测精度的基础上，减小了激光测距系统的成本。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种异形镜，其特征在于，配置于激光接收系统中，包括：第一区域和第二区域，其中，所述第一区域为平行平板，所述第一区域镀窄带滤光膜，所述第二区域为凸透镜，所述第二区域设置在所述第一区域的边缘。
2.根据权利要求1所述的异形镜，其特征在于，所述第一区域为正方体区域或长方体区域，所述第二区域设置在所述第一区域的至少一个侧面。
3.根据权利要求2所述的异形镜，其特征在于，所述第二区域设置为两个，分别设置在所述第一区域的相对侧面。
4.根据权利要求1所述的异形镜，其特征在于，所述第一区域为圆柱形区域，所述第二区域为所述圆柱形区域的同心外环区域，所述第二区域的圆心角大于或等于90度。
5.根据权利要求2或4所述的异形镜，其特征在于，所述第一区域的厚度为1mm-5mm，所述第二区域的曲率半径为1mm-50mm。
6.根据权利要求5所述的异形镜，其特征在于，所述正方体区域或长方体区域的前表面的边长为3mm-20mm，所述圆柱形区域的前表面的直径为3mm-20mm。
7.根据权利要求1所述的异形镜，其特征在于，所述窄带滤光膜的带宽小于或等于25nm。
8.一种激光接收系统，其特征在于，包括接收镜、探测器和如权利要求1-6任一所述的异形镜，其中，所述异形镜设置在所述接收镜和所述探测器之间，所述异形镜用于将所述接收镜接收的光信号聚焦至所述探测器；其中，
所述异形镜的第一区域的窄带滤光膜对射入的所述光信号进行滤光处理，并将滤光处理后的光信号射入所述探测器，所述异形镜的第二区域对射入的所述光信号进行聚焦到所述探测器。
9.根据权利要求8所述的激光接收系统，其特征在于，所述接收镜、所述异形镜和所述探测器设置在同一轴线上，所述异形镜与所述接收镜的距离与所述异形镜的第二区域的曲率半径正相关，所述异形镜与所述探测器的距离与所述异形镜的第二区域的曲率半径负相关。
10.一种激光测距系统，其特征在于，包括激光发射系统、处理器和如权利要求8或9所述的激光接收系统，其中，
所述激光发射系统用于发射光信号；
所述激光接收系统用于接收所述光信号；
所述处理器与所述激光接收系统电连接，用于根据接收的所述光信号进行测距处理。
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