CN114966608A - 一种小型化大范围的激光测距仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化大范围的激光测距仪，属于激光测距技术领域，包括单目望远系统、激光发射系统以及激光接收系统，其中所述单目望远系统包括可见光线依次通过的物镜系统、调焦系统、分光棱镜组、透明液晶显示单元以及目镜系统；所述激光发射系统包括激光光源和发射透镜；所述激光接收系统包括激光反射光信号依次通过的物镜系统、调焦系统、分光棱镜组、接收透镜、滤光片和激光接收器。本发明通过在单目望远激光测距仪中加入调焦系统，实现了单目望远激光测距仪焦距的调节，扩大了单目望远激光测距仪使用范围。

Description

一种小型化大范围的激光测距仪
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，更具体的说是涉及一种小型化大范围的激光测距仪。
背景技术
激光测距仪主要包含脉冲式激光测距仪，相位式激光测距仪和三角法激光测距仪。脉冲式激光测距仪中最常见的就是望远镜激光测距仪，包括一个望远镜和激光发射接收模块，主要用于中远距离的激光测距，脉冲式激光测距的过程是：测距仪发射的激光经被测量物体反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，光速和往返时间乘积的一半就是测距仪和被测量物体之间的距离，然后此距离信息显示在目镜的焦面上被观察者接收和读取。
在实际单目望远镜测距仪产品中，会因系统本身存在许多使用限制，比如无法看清近距离的物体。目前市面上的望远镜测距仪主要用于中远距离的激光测距，一般最近可视距离大于5米，且体积较大，携带不便。测量距离与物镜系统的设计有关，固定单一的系统无法同时满足近距离和远距离观测，这使得测距仪的望远测距范围受到很大局限，市场上的单目望远镜测距仪往往都是牺牲近距离观测效果，满足远距离观测功能。而部分双目望远镜测距仪虽具有调焦功能，但体积较大，不便携带。
因此，如何提供一种能够同时满足近距离和远距离观测需求的小型化激光测距仪是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种小型化大范围的激光测距仪，用于扩大激光测距仪的使用范围，使单目激光望远镜测距仪最近可观测距离达到2米，可观测距离范围扩大为2米到2000米。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种小型化大范围的激光测距仪，包括：单目望远系统、激光发射系统以及激光接收系统，其中所述单目望远系统包括可见光线依次通过的物镜系统、调焦系统、分光棱镜组、透明液晶显示单元以及目镜系统；所述激光发射系统包括激光光源和发射透镜；所述激光接收系统包括激光反射光信号依次通过的物镜系统、调焦系统、分光棱镜组、接收透镜、滤光片和激光接收器。
优选的，所述调焦系统包括调焦负透镜，所述调焦负透镜位于所述物镜系统和分光棱镜组中间，调焦负透镜沿所述单目望远系统光轴方向进行前后移动，通过移动调焦负透镜，可以使激光测距仪在观测2米和2000米物体时的焦平面在系统同一位置。
优选的，所述单目望远系统和所述激光接收系统使用同一套物镜系统、调焦系统和分光棱镜组，以减小激光测距仪的体积。
优选的，所述透明液晶显示单元位于所述目镜系统的焦面位置，通过目镜系统看清被测物体的同时也能看清透明液晶显示单元显示的距离信息。
优选的，所述分光棱镜组包括胶合棱镜和屋脊半五棱镜，其中，
所述胶合棱镜包括等腰棱镜和补偿棱镜，所述等腰棱镜包括依次连接的激光输入面兼反射面、反射兼输出面以及第一分光面；所述补偿棱镜包括依次连接的第二分光面、激光反射面以及激光输出面，所述等腰棱镜的第一分光面与补偿棱镜的第二分光面重叠设置在一起；
所述屋脊半五棱镜包括屋脊光输入面兼反射面、屋脊顶面和屋脊光输出面；
所述等腰棱镜的激光输入面与所述屋脊半五棱镜的屋脊光输出面平行设置。通过分光棱镜组的上述设计进一步的减小激光测距仪的体积，实现小型化。
优选的，所述激光光源包括激光发光二极管。
优选的，所述物镜系统包括物镜胶合透镜。
优选的，所述目镜系统包括目镜胶合透镜和目镜正透镜。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种一种小型化大范围的激光测距仪，具有以下有益效果：
1、本发明首次在单目激光望远测距仪系统中加入调焦系统，实现了单目望远系统物镜焦距的调节，扩大了激光测距仪望远和测距范围，使激光测距仪最近可观测距离达到2米，可观测距离范围扩大为2米到2000米，实现激光测距仪的大范围观测。同时，本发明采用单片调焦负透镜构成调焦系统，减小了激光测距仪的产品体积。
2、本发明单目望远系统和激光接收系统使用同一套物镜系统、调焦系统和分光棱镜组，在减小激光测距仪的体积的同时节约了制造成本。
3、本发明采用胶合棱镜和屋脊半五棱镜的搭配设计，设计巧妙合理，使激光测距仪更加的小巧轻便，实现激光测距仪小型化。
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为本发明实施例提供的整体光学系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的分光棱镜组光路示意图；
图3为本发明实施例提供的单目望远系统的可见光光路示意图；
图4为本发明实施例提供的激光接收系统光路示意图；
图5为本发明实施例提供的调焦系统原理示意图；
其中，1-物镜胶合透镜；2-调焦负透镜；3-胶合棱镜；31-等腰棱镜；32-补偿棱镜；4-屋脊半五棱镜；5-LCD液晶显示单元；6-目镜胶合透镜；7-目镜正透镜；8-发射透镜；9-激光发射二极管；10-激光接收器；11-滤光片；12-接收透镜；a-2000米观测时调焦负透镜位置；b-2米观测时调焦负透镜位置；L1-2000米观测时调焦负透镜和物镜胶合透镜的间距；L2-2米观测时调焦负透镜和物镜胶合透镜的间距。
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。
本发明公开了一种小型化大范围的激光测距仪，包括：单目望远系统、激光发射系统以及激光接收系统，其中所述单目望远系统包括可见光线依次通过的物镜系统、调焦系统、分光棱镜组、液晶显示单元以及目镜系统；所述激光发射系统用于发射激光光源，具体包括激光光源和发射透镜；所述激光接收系统包括激光反射光信号依次通过的物镜系统、调焦系统、分光棱镜组、接收透镜、滤光片和激光接收器。
如图1所示，作为优选方案，在一个具体实施例中，单目望远系统包括由物镜胶合透镜1构成的物镜系统，调焦负透镜2构成的调焦系统，胶合棱镜3和屋脊半五棱镜4构成的分光棱镜组，透明的LCD液晶显示单元5构成的透明液晶显示单元，目镜胶合透镜6和目镜正透镜7构成的目镜系统；
用于发射激光光源的激光发射系统包括激光发光二极管9构成的激光光源和激光发光二极管9发射光路上的发射透镜8；
激光接收系统包括激光反射光信号依次通过的物镜胶合透镜1、调焦负透镜2、分光棱镜组的胶合棱镜3、接收透镜12和激光接收器10。
在该实施例中，单目望远系统和激光接收系统使用同一套物镜系统(物镜胶合透镜1)、调焦系统(调焦负透镜2)和分光棱镜组(胶合棱镜3)，如此设计减小了激光测距仪的体积。
如图2所示，在一个实施例中，分光棱镜组包括胶合棱镜3和屋脊半五棱镜4，胶合棱镜3由等腰棱镜31和补偿棱镜32胶合而成，等腰棱镜31设有依次连接的激光输入面兼反射面310、反射兼输出面311以及第一分光面312；补偿棱镜32设有依次连接的第二分光面320、激光反射面321以及激光输出面322；屋脊半五棱镜4设有屋脊光输入面兼反射面410，屋脊顶面411，屋脊光输出面412，而且胶合棱镜的激光输入面310和屋脊半五棱镜的输出面412平行。
本发明可见光的传播路径为：可见光依次穿过物镜胶合透镜1、调焦负透镜2，进入激光输入面310，然后经反射兼输出面311进行反射，反射的可见光在第一分光面312进行反射，在激光输入面兼反射面310再次反射后透过反射兼输出面311进入屋脊半五棱镜4，再进入目镜系统，实现望远功能；激光在第一分光面312和与第一分光面重叠设置的第二分光面320透过，进入激光接收系统，实现测距功能。通过这样的棱镜设计，达到望远和接收系统共用物镜和棱镜的目的，减小系统体积，进一步实现激光测距仪小型化。
下面分别对单筒望远系统和激光接收系统的光路分别进行介绍。
如图3所示，可见光光线从物镜胶合透镜1进入，经过调焦负透镜2，胶合棱镜3和屋脊半五棱镜4，LCD液晶显示单元5，目镜胶合透镜6，目镜正透镜7最后被人眼接收，从而构成单筒望远系统的光路。
如图4所示，激光接收系统中，被测目标的激光反射信号经过物镜胶合透镜1，调焦镜片2，胶合棱镜3，接收透镜12，滤光片11，最终被激光接收器10接收。
本发明中激光发射系统和激光接收系统光路设计的原理是一样的，将激光二极管放在激光接收器的位置，也能实现激光发射的功能；将激光接收器放在激光二极管的位置，也能实现激光接收的功能，因此在另外的实施例中，激光二极管与激光接收器的位置可以互换。
本发明的测距过程是：单目望远系统能够观察被测目标，激光发射系统的激光发光二极管9发出激光，经过发射透镜8后出射，到达被测目标后光信号反射，反射的光信号被激光接收系统接收，根据发射激光和接收激光的信号时间差，经过电路和软件处理计算出被测目标的距离，并在LCD液晶显示单元5显示距离信息。
单目望远系统的调焦负透镜可沿着单目望远系统光轴进行前后移动。由光学成像的高斯公式(1/像距+1/物距＝1/焦距)可知，在焦距固定的望远物镜系统中，观测2米时的像距比观测2000米时的像距大，他们的焦面不在一个位置。添加调焦负透镜后，沿着单目望远镜光轴移动调焦镜片，使焦距变化，可以使被测物体无论在2米(近距离)还是2000米(远距离)都能清晰成像，通过目镜都能同时看清被测物体和LCD液晶显示信息。如此设计不仅可以缩短单目望远系统望远镜的长度，也可以缩小产品体积，使得激光测距仪的物镜系统更加小型化。
如图5所示，在调焦系统中，物镜胶合透镜1作为聚焦模块，主要功能是聚光成像；物镜负透镜2作为调焦模块，主要功能是改变焦平面位置。在除物镜负透镜2以外的所有镜片位置固定不动时，通过移动调焦模块，可以使测距仪在观测2米和2000米物体时的焦平面在系统同一位置。沿望远镜光轴方向前后移动调焦模块，聚焦模块和调焦模块之间存在L1、L2的距离使得观测2000米和2米时的系统总长相等。图5中的a位置是2000米测距时调焦镜片的位置，此时物镜与调焦负透镜之间的距离是L2；b位置是2m测距时调焦镜片的位置，此时物镜与调焦负透镜之间的距离是L1。这两种情况的焦平面位置一致，系统总长相等，实际使用中可以实现激光测距仪2米到2000米的大范围观测。
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 (8)

1.一种小型化大范围的激光测距仪，其特征在于，包括单目望远系统、激光发射系统以及激光接收系统，其中所述单目望远系统包括可见光线依次通过的物镜系统、调焦系统、分光棱镜组、透明液晶显示单元以及目镜系统；所述激光发射系统包括激光光源和发射透镜；所述激光接收系统包括激光反射光信号依次通过的物镜系统、调焦系统、分光棱镜组、接收透镜、滤光片和激光接收器。
2.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于，所述调焦系统包括调焦负透镜，所述调焦负透镜位于所述物镜系统和分光棱镜组中间，调焦负透镜沿所述单目望远系统光轴方向进行前后移动。
3.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于，所述单目望远系统和所述激光接收系统使用同一套物镜系统、调焦系统和分光棱镜组。
4.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于，所述透明液晶显示单元位于所述目镜系统的焦面位置。
5.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于，所述分光棱镜组包括胶合棱镜和屋脊半五棱镜，其中，
所述胶合棱镜包括等腰棱镜和补偿棱镜，所述等腰棱镜包括依次连接的激光输入面、反射兼输出面以及第一分光面；所述补偿棱镜包括依次连接的第二分光面、激光反射面以及激光输出面，所述等腰棱镜的第一分光面与补偿棱镜的第二分光面重叠设置在一起；
所述屋脊半五棱镜包括屋脊光输入面兼反射面、屋脊顶面和屋脊光输出面；
所述等腰棱镜的激光输入面与所述屋脊半五棱镜的屋脊光输出面平行设置。
6.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于，所述激光光源包括激光发光二极管。
7.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于，所述物镜系统包括物镜胶合透镜。
8.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于，所述目镜系统包括目镜胶合透镜和目镜正透镜。
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