CN113406599A - 接收物镜及激光测距仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种接收物镜及激光测距仪，涉及激光测距仪的技术领域，接收物镜利用物镜本体、第一补偿透镜以及第二补偿透镜相结合的方式，能使近距离测量目标点的反射光连续投射到光电接收器上。当测量目标与接收物镜之间的距离较近时，反射测量光可以在第一补偿透镜和第二补偿透镜的作用下投射到光电接收器上。由于近距离远一点的目标反射测量光相对比较弱，而第一补偿透镜的第二曲面汇聚的能量比较强，近距离近一点的目标反射测量光比较强，但第三曲面汇聚的能量比较弱，这样在近距离测量中设置第一补偿透镜以及第二补偿透镜，就能使近距离目标反射光汇聚到光电接收器上既连续又均匀，就能保证测量近距离的测量质量。这是一种创新技术。

Description

接收物镜及激光测距仪

技术领域

本发明涉及激光测距仪技术领域，尤其是涉及一种接收物镜及激光测距仪。

背景技术

激光测距仪在工程测量，建筑测量以及家庭装修等方面都有广泛的应用。常用的手持激光测距仪一般基于相位测量原理。此类测距仪的测量距离从几亳米到数百米，测量精度达亳米级以上。

如图1所示现有的技术中典型的激光测距仪光学系统，包含激光发射光源1、准直物镜2、测量目标3、接收物镜4、光电接收器5、对光源进行调节电路6、控制单元7、以及测量结果显示单元8。

准直物镜2和接收物镜4光轴平行，光接收器5的光接收面位于接收物镜4的焦点上。另外，发射光路和接收光路中还有一个内光路，以补偿电路中产生的漂移误差。

测量远距离目标3时，反射光以平行光的方式入射到接收物镜4上，然后聚汇于接收物镜4的焦点即光电接收器5的接收面上。测量近距离时，从目标3反射回来的反射光以轴外光方式倾斜入射到接收物镜4上，与接收物镜4的光轴有一夹角，因此成像就偏离接收物镜4的焦点，从而使光电接收器无法接收到入射的反射测量光，于是测量无法进行，没有数据显示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接收物镜及激光测距仪，以解决现有的激光测距仪在近距离处测量距离不准或者无法测量的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供的一种接收物镜，所述接收物镜包括：物镜本体，所述物镜本体包括沿入光侧朝向出光侧方向间隔设置的第一入光面和第一出光面，所述第一入光面包括向所述入光侧凸出的第一曲面；

所述第一出光面上设置有第一补偿透镜和第二补偿透镜，所述第一补偿透镜包括第二入光面和第二出光面，所述第二补偿透镜包括第三入光面和第三出光面，所述第二入光面和第三入光面均与所述第一出光面贴合；

所述第二出光面包括向所述出光侧凸出的第二曲面，沿所述入光侧向出光侧方向，所述第二曲面的光轴朝所述物镜本体的光轴所在方向倾斜，所述第二曲面用于汇聚照射在第一入光面第一入射光线，以使第一入射光线的出射光的光斑至少一部分落在接收面内，所述第一入射光线与所述物镜本体的光轴的夹角在第一角度范围内；

所述第三出光面为向所述入光侧凹陷的第三曲面，沿所述入光侧向出光侧方向，所述第三曲面光轴朝所述物镜本体的光轴所在方向倾斜，所述第三曲面用于发散照射在第一入光面的第二入射光线，以使第二入射光线的出射光的光斑至少一部分落在接收面内；所述第二入射光线与所述物镜本体的光轴的夹角在第二角度范围内，所述第二角度范围的最小值等于所述第一角度范围的最大值；

所述接收面垂直于物镜本体的光轴，且位于所述物镜本体出光侧的焦点上。

进一步的，所述第一补偿透镜为球面透镜；所述第二补偿透镜为圆柱透镜。

第二方面，本发明实施例提供的一种激光测距仪，所述激光测距仪包括上述的接收物镜。

进一步的，所述激光测距仪还包括激光发射光源、准直物镜和光电接收器，所述准直物镜用于接收激光发射光源发出的光并将其汇聚到测量目标上；

所述接收物镜用于接收由测量目标反射的光，所述光电接收器位于物镜本体的出光侧的焦点处。

进一步的，所述准直物镜的光轴与所述接收物镜的光轴沿第一方向平行且间隔设置；

所述准直物镜的光轴与所述接收物镜的光轴之间的距离为8毫米-16毫米。

进一步的，所述第二补偿透镜为圆柱透镜，所述第一补偿透镜在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的距离和所述第二补偿透镜在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的距离相等。

进一步的，以第一出光面的光轴位置为圆心，以所述第一补偿透镜在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的距离为半径形成定位圆，所述第二补偿透镜在第一出光面上的投影的中心在所述定位圆上，且所述第二补偿透镜在第一出光面的投影的尺寸为3亳米*2亳米，所述第二补偿透镜的柱面方向与所述定位圆的径向方向平行。

进一步的，所述第一补偿透镜在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的连线和所述第二补偿透镜在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置的连线所成的夹角为80°-90°。

进一步的，所述第一曲面的焦距为40亳米-45亳米、所述第二曲面的曲率半径为120亳米-140亳米、所述第三曲面的曲率半径为50亳米-70亳米。

进一步的，所述第二曲面的光轴和第三曲面的光轴分别与所述物镜本体的光轴的距离为3毫米-5毫米。

本发明实施例提供的接收物镜包括：物镜本体，所述物镜本体包括沿入光侧朝向出光侧方向间隔设置的第一入光面和第一出光面，所述第一入光面包括向所述入光侧凸出的第一曲面；所述第一出光面上设置有第一补偿透镜和第二补偿透镜，所述第一补偿透镜包括第二入光面和第二出光面，所述第二补偿透镜包括第三入光面和第三出光面，所述第二入光面和第三入光面均与所述第一出光面贴合；所述第二出光面包括向所述出光侧凸出的第二曲面，沿所述入光侧向出光侧方向，所述第二曲面的光轴朝所述物镜本体的光轴所在方向倾斜，所述第二曲面用于汇聚照射在第一入光面第一入射光线，以使第一入射光线的出射光的光斑至少一部分落在接收面内，所述第一入射光线与所述物镜本体的光轴的夹角在第一角度范围内；所述第三出光面为向所述入光侧凹陷的第三曲面，沿所述入光侧向出光侧方向，所述第三曲面光轴朝所述物镜本体的光轴所在方向倾斜，所述第三曲面用于发散照射在第一入光面的第二入射光线，以使第二入射光线的出射光的光斑至少一部分落在接收面内；所述第二入射光线与所述物镜本体的光轴的夹角在第二角度范围内，所述第二角度范围的最小值等于所述第一角度范围的最大值；所述接收面垂直于物镜本体的光轴，且位于所述物镜本体出光侧的焦点上。该物镜的透射原理如下：当目标距离接收物镜的距离比较远时，反射测量光以近似平行光入射到物镜本体的第一入射面上，可以聚焦到接收面处的光电接收器上；而当测量目标与接收物镜之间的距离缩短时，反射测量光与物镜本体的光轴的夹角逐渐增加至第一角度范围内，第一入光面无法将反射测量光汇聚到电接收器，因为第二曲面光轴与物镜本体的光轴倾斜，反射测量光可以在第二曲面的作用下，射向接收面处的光电接收器；而当测量目标与接收物镜之间的距离继续缩短时，反射测量光与物镜本体的光轴的夹角逐渐增加至第二角度范围内，依靠汇聚作用很难将光线投射到光电接收器，因此采用第三曲面，利用第三曲面发散的原理，扩大光斑，从而将反射测量光投射到光电接收器上。这种用物镜本体、第一补偿透镜以及第二补偿透镜相结合的方式，能使近距离测量目标点的反射光连续投射到光电接收器上，又由于近距离远一点的目标反射测量光相对比较弱，而第二曲面汇聚的能量比较强，近距离近一点的目标反射测量光比较强，但第三曲面汇聚的能量比较少，这样在近距离测量中巧妙而精准的设置第一补偿透镜以及第二补偿透镜，就能使近距离目标反射光汇聚到光电接收器上既连续又均匀，就能成功地保证测量近距离的测量质量。这是没有目前没有先例的首创。

本发明实施例提供的激光测距仪包括上述的接收物镜。因为本发明实施例提供的激光测距仪引用了上述的接收物镜，所以，本发明实施例提供的激光测距仪也具备接收物镜的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中激光测距仪的原理图；

图2为本发明实施例提供的接收物镜的示意图；

图3为图2中A-A方向的剖视图；

图4为图2中B-B方向的剖视图；

图5为本发明实施例提供的激光测距仪的原理图；

图6为本发明实施例提供的激光测距仪的第一补偿透镜的原理图；

图7为图6中光电接收器上的光斑显示图；

图8为本发明实施例提供的激光测距仪的第二补偿透镜的原理图；

图9为图8中光电接收器上的光斑显示图。

图标：1-激光发射光源；2-准直物镜；3-测量目标；4-接收物镜；5-光电接收器；6-调节电路；7-控制单元；8-显示单元；

100-物镜本体；110-第一曲面；200-第一补偿透镜；210-第二曲面；300-第二补偿透镜；310-第三曲面；400-接收面；510-第二光斑；520-第三光斑。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明实施例提供的接收物镜4用于安装在激光测距离的接收光路中，用于将发射测量光汇聚到光电接收器5的接收面400上。

如图2-图4所示，接收物镜4包括：物镜本体100，所述物镜本体100包括沿入光侧朝向出光侧方向间隔设置的第一入光面和第一出光面，所述第一入光面包括向所述入光侧凸出的第一曲面110，第一曲面110具有汇聚功能，第一曲面110可以为非球面结构。第一出光面可以为与物镜本体100光轴垂直的平面。

所述第一出光面上设置有第一补偿透镜200和第二补偿透镜300，第一补偿透镜200和第二补偿透镜300可以均位于物镜本体100的下半部分，在激光测距仪中，第一补偿透镜200和第二补偿透镜300具体位于靠近发射光轴的一侧，且沿左右方向间隔设置。

所述第一补偿透镜200包括第二入光面和第二出光面，所述第二补偿透镜300包括第三入光面和第三出光面，所述第二入光面和第三入光面均与所述第一出光面贴合。所述第二入光面和第三入光面均与所述第一出光面可以通过胶合的方式连接。在其他的实施方式，物镜本体100、第一补偿透镜200和第二补偿透镜300可以为一体结构，则第二入光面和第三入光面分别与第一出光面之间不具有接缝。

所述第二出光面包括向所述出光侧凸出的第二曲面210，所述第二曲面210光轴与所述物镜本体100的光轴倾斜，也就是说，沿入光侧向出光侧方向，第二曲面210的光轴朝物镜本体100的光轴方向倾斜，所述第二曲面210用于汇聚照射在第一入光面第一入射光线，以使第一入射光线的出射光的光斑至少一部分落在接收面400内，所述第一入射光线与所述物镜本体100的光轴的夹角在第一角度范围内。

所述第三出光面为向所述入光侧凹陷的第三曲面310，所述第三曲面310的光轴与所述物镜本体100的光轴倾斜，也就是说，沿入光侧向出光侧方向，第三曲面310的光轴与物镜本体100的光轴方向倾斜，所述第三曲面310用于发散照射在第一入光面的第二入射光线，以使第二入射光线的出射光的光斑至少一部分落在接收面400内；所述第二入射光线与所述物镜本体100的光轴的夹角在第二角度范围内。

所述第二角度范围的最小值等于所述第一角度范围的最大值，从而可以使测量可以连续进行，避免产生空点(无法测量的距离)。

所述接收面400垂直于物镜本体100的光轴，且位于所述物镜本体100出光侧的焦点上，用于采集接收物镜4出射的光。只有接收物镜4出射的光投射到接收面400的范围内，光电接收器5才能够进行距离的测量。

如图5所示，该物镜的透射原理如下：当目标距离接收物镜4的距离比较远时，反射测量光以近似平行光入射到物镜本体100的第一入射面上，可以聚焦到接收面400处的光电接收器5上，并形成第一光斑；而当测量目标3与接收物镜4之间的距离缩短时，例如缩短至2米到8米，反射测量光与物镜本体100的光轴的夹角逐渐增加至第一角度范围(A1-A2)内，第一入光面无法将反射测量光汇聚到电接收器，因为第二曲面210光轴与物镜本体100的光轴倾斜，反射测量光可以在第二曲面210的作用下，射向接收面400处的光电接收器5，并形成第二光斑510；而当测量目标3与接收物镜4之间的距离继续缩短时，例如缩短至0.1米到2米，反射测量光与物镜本体100的光轴的夹角逐渐增加至第二角度范围(A2-A3)内，依靠汇聚作用很难将光斑投射到光电接收器5，因此采用第三曲面310，利用圆柱面镜发散的原理，扩大光斑，从而将反射测量光投射到光电接收器5上，并形成第三光斑520。这种用物镜本体100、第一补偿透镜200以及第二补偿透镜300相结合的方式，能使近距离测量目标3点的反射光连续投射到光电接收器5上，由于近距离远一点的目标反射测量光相对比较弱，而第二曲面210汇聚的能力比较强，而近距离近一点的目标反射测量光比较强，但第三曲面310汇聚的能量比较弱，这样在近距离测量中设置第一补偿透镜200以及第二补偿透镜300，就能使近距离目标反射光汇聚到光电接收器5上既连续又均匀，就能保证测量近距离的测量质量。

第一补偿透镜200的第二曲面210和第二补偿透镜300的第三曲面310分别在物镜本体100的几何位置以及曲率半径，由测距仪结构、第一曲面110的参数以及发射光轴和接收光轴之间距离而定。

所述第一补偿透镜200可以为球面透镜。所述第二补偿透镜300可以为圆柱透镜，圆柱透镜上的第三曲面310的横截面为曲线，测量反射光先后经过第一曲面110和第三曲面310后，以扇形光束投射到光电接收器5上，圆柱透镜相比于常规的凹面镜而言，其能量汇聚效果更佳。

如图5-图9所示，本发明实施例提供的激光测距仪包括上述的接收物镜4。因为本发明实施例提供的激光测距仪引用了上述的接收物镜4，所以，本发明实施例提供的激光测距仪也具备接收物镜4的优点。

所述激光测距仪还包括激光发射光源1、准直物镜2和光电接收器5。所述激光发射光源1用于发出测量光，所述准直物镜2用于接收激光发射光源1发出的光并将其汇聚到测量目标3上，测量目标3反射测量光，所述接收物镜4用于接收由测量目标3反射的光，所述光电接收器5位于物镜本体100的出光侧的焦点处。

所述准直物镜2的光轴与所述接收物镜4的光轴沿第一方向平行且间隔设置；第一补偿透镜200和第二补偿透镜300可以位于物镜本体100靠近准直物镜2的一侧。

所述准直物镜2的光轴与所述接收物镜4的光轴之间的距离可以为8毫米-16毫米。

所述第二补偿透镜300可以为圆柱透镜，圆柱透镜相比于常规的凹面镜而言，其能量汇聚效果更佳。所述第一补偿透镜200在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的距离和所述第二补偿透镜300在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的距离可以相等。

以第一出光面的光轴位置为圆心，以所述第一补偿透镜200在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的距离为半径形成定位圆，所述第二补偿透镜300在第一出光面上的投影的中心可以在所述定位圆上，且所述第二补偿透镜在第一出光面的投影为矩形，矩形的尺寸为3亳米*2亳米。所述第二补偿透镜的柱面方向可以与所述定位圆的径向方向平行。

所述第一补偿透镜200在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的连线和所述第二补偿透镜300在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置的连线所成的夹角为80-90°。

所述第一补偿透镜200在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的连线与竖直方向的夹角可以为40°-45°。所述第二补偿透镜300在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置的连线与竖直方向的夹角可以为40°-45°。

所述第一曲面110的焦距为40亳米-45亳米。所述第二曲面210的曲率半径为120亳米-140亳米。所述第三曲面310的曲率半径为50亳米-70亳米。

所述第二曲面210的光轴和第三曲面310的光轴分别与所述物镜本体100的光轴的距离为3毫米-5毫米。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种接收物镜，其特征在于，所述接收物镜(4)包括：物镜本体(100)，所述物镜本体(100)包括沿入光侧朝向出光侧方向间隔设置的第一入光面和第一出光面，所述第一入光面包括向所述入光侧凸出的第一曲面(110)；

所述第一出光面上设置有第一补偿透镜(200)和第二补偿透镜(300)，所述第一补偿透镜(200)包括第二入光面和第二出光面，所述第二补偿透镜(300)包括第三入光面和第三出光面，所述第二入光面和第三入光面均与所述第一出光面贴合；

所述第二出光面包括向所述出光侧凸出的第二曲面(210)，沿所述入光侧向出光侧方向，所述第二曲面(210)的光轴朝所述物镜本体(100)的光轴所在方向倾斜，所述第二曲面(210)用于汇聚照射在第一入光面第一入射光线，以使第一入射光线的出射光的光斑至少一部分落在接收面(400)内，所述第一入射光线与所述物镜本体(100)的光轴的夹角在第一角度范围内；

所述第三出光面为向所述入光侧凹陷的第三曲面(310)，沿所述入光侧向出光侧方向，所述第三曲面(310)光轴朝所述物镜本体(100)的光轴所在方向倾斜，所述第三曲面(310)用于发散照射在第一入光面的第二入射光线，以使第二入射光线的出射光的光斑至少一部分落在接收面(400)内；所述第二入射光线与所述物镜本体(100)的光轴的夹角在第二角度范围内，所述第二角度范围的最小值等于所述第一角度范围的最大值；

所述接收面(400)垂直于物镜本体(100)的光轴，且位于所述物镜本体(100)出光侧的焦点上。

2.根据权利要求1所述的接收物镜，其特征在于，所述第一补偿透镜(200)为球面透镜；所述第二补偿透镜(300)为圆柱透镜。

3.一种激光测距仪，其特征在于，所述激光测距仪包括权利要求1或2所述的接收物镜(4)。

4.根据权利要求3所述的激光测距仪，其特征在于，所述激光测距仪还包括激光发射光源(1)、准直物镜(2)和光电接收器(5)，所述准直物镜(2)用于接收激光发射光源(1)发出的光并将其汇聚到测量目标(3)上；

所述接收物镜(4)用于接收由测量目标(3)反射的光，所述光电接收器(5)位于物镜本体(100)的出光侧的焦点处。

5.根据权利要求4所述的激光测距仪，其特征在于，所述准直物镜(2)的光轴与所述接收物镜(4)的光轴沿第一方向平行且间隔设置；

所述准直物镜(2)的光轴与所述接收物镜(4)的光轴之间的距离为8毫米-16毫米。

6.根据权利要求5所述的激光测距仪，其特征在于，所述第二补偿透镜(300)为圆柱透镜，所述第一补偿透镜(200)在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的距离和所述第二补偿透镜(300)在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的距离相等。

7.根据权利要求6所述的激光测距仪，其特征在于，以第一出光面的光轴位置为圆心，以所述第一补偿透镜(200)在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的距离为半径形成定位圆，所述第二补偿透镜(300)在第一出光面上的投影的中心在所述定位圆上，且所述第二补偿透镜(300)在第一出光面的投影的尺寸为3亳米*2亳米，所述第二补偿透镜(300)的柱面方向与所述定位圆的径向方向平行。

8.根据权利要求3所述的激光测距仪，其特征在于，所述第一补偿透镜(200)在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置之间的连线和所述第二补偿透镜(300)在第一出光面上的投影的中心与第一出光面的光轴位置的连线所成的夹角为80°-90°。

9.根据权利要求3所述的激光测距仪，其特征在于，所述第一曲面(110)的焦距为40亳米-45亳米、所述第二曲面(210)的曲率半径为120亳米-140亳米、所述第三曲面(310)的曲率半径为50亳米-70亳米。

10.根据权利要求3所述的激光测距仪，其特征在于，所述第二曲面(210)的光轴和第三曲面(310)的光轴分别与所述物镜本体(100)的光轴的距离为3毫米-5毫米。

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