CN211826520U - 激光光路系统及激光测距装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种激光光路系统及激光测距装置，属于激光测距技术领域。激光光路系统，包括：激光器接口、离轴抛物面镜以及光电转换器；激光器接口的光轴与离轴抛物面镜的准面垂直，离轴抛物面镜的镜面上形成有第一通孔，激光器接口位于第一通孔远离离轴抛物面镜的镜面的一侧开口，光电转换器位于离轴抛物面镜的焦点。激光测距装置，包括：激光器、处理器以及上述任意一项的激光光路系统，处理器与激光光路系统的光电转换器信号连接，激光器与激光光路系统的激光器接口连接。本实用新型的目的在于提供一种激光光路系统及激光测距装置，能够省去激光光路系统中对应于激光器的分光装置，以简化激光光路系统的结构，降低装配难度，降低空间占用。

Description

激光光路系统及激光测距装置

技术领域

本实用新型涉及激光测距技术领域，具体而言，涉及一种激光光路系统及激光测距装置。

背景技术

在激光测距领域，实现测距的方法有两大类，一种为飞行时间测距法，另一种为相位式测距法，其中，常用的测距方法为飞行时间测距法，其基本原理为测定激光脉冲从发射到经目标物反射后被接收的飞行时间，利用该飞行时间根据光在对应介质中的传播速度进行计算，得出发射装置到目标位置之间的距离。

一般激光测距装置包括激光器、回光反射镜、聚光透镜、回光接收器以及参考光接收器。其中，激光器发出的光束经过分光处理后形成参考光束和工作光束；参考光接收器用于接收激光器发出激光脉冲时的参考光束，以转换为电信号来标记激光脉冲发出的起始飞行时刻；回光接收器用于接收工作光经目标物反射形成的回光，以转换为电信号来标记激光脉冲发出后的结束飞行时刻；从而可根据起始飞行时刻和结束飞行时刻，得出激光脉冲发出后经目标物反射后返回的飞行时间。

但是，现有的上述结构中，由于需要对应激光器设置专门的分光装置，以将激光器发出的激光脉冲分为参考光和工作光，并且需要控制分光比例，以保证工作光具有较高强度，所以其装配难度较高，实施相对困难，且结构相对复杂空间占用较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光光路系统及激光测距装置，能够省去激光光路系统中对应于激光器的分光装置，以简化激光光路系统的结构，降低装配难度，降低空间占用。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型实施例的一方面，提供一种激光光路系统，包括：激光器接口、离轴抛物面镜以及光电转换器；激光器接口的光轴与离轴抛物面镜的准面垂直，离轴抛物面镜的镜面上形成有第一通孔，激光器接口位于第一通孔远离离轴抛物面镜的镜面的一侧开口，光电转换器位于离轴抛物面镜的焦点。

可选地，激光器接口与第一通孔之间设置有准直镜，准直镜的准直光轴与激光器接口的光轴重合。

可选地，离轴抛物面镜远离激光器接口的一侧设置有滤光片，激光器接口的光轴经过滤光片。

可选地，滤光片上形成有第二通孔，第二通孔与第一通孔同轴设置。

可选地，第一通孔的侧壁粗糙度在3.2微米至12.5微米之间。

可选地，第一通孔的孔径与激光束的光斑直径的差值在0毫米至0.3毫米之间。

可选地，第二通孔的孔径与激光束的光斑直径的差值在0毫米至0.3毫米之间。

本实用新型实施例的另一方面，提供一种激光测距装置，包括：激光器、处理器以及上述任意一项的激光光路系统，处理器与激光光路系统的光电转换器信号连接，激光器与激光光路系统的激光器接口连接。

可选地，激光器通过光纤与激光器接口连接。

可选地，激光测距装置还包括操作终端，操作终端分别与处理器和激光器信号连接。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实用新型实施例提供的一种激光光路系统，包括激光器接口、离轴抛物面镜以及光电转换器。在离轴抛物面镜的镜面上形成有第一通孔，激光器接口位于该第一通孔远离离轴抛物面镜的镜面的一侧的开口上，而光电转换器位于离轴抛物面镜的镜面的焦点上，其中，激光器接口的光轴与离轴抛物面镜的准面垂直。在实际使用时，通过激光器接口能够将激光器接入该激光光路系统中，当激光器发出激光脉冲时，激光脉冲能够通过激光接口沿激光接口的光轴入射该激光光路系统，激光脉冲穿过离轴抛物面镜上的第一通孔后可以从该激光光路系统向目标物出射。由于激光器发出的激光脉冲必然会有少部分激光(约5％左右)分布在束散角度之外，因此该部分激光会照射在第一通孔的侧壁上，在第一通孔的侧壁漫反射下，射向光电转换器，该部分激光经光电转换器转换为电信号，能够作为参考光标记激光脉冲的初始飞行时刻。当激光脉冲中分布在束散角度内的激光，最终经过第一通孔出射被目标物反射后形成回光后，回光中垂直于离轴抛物面镜的准面的光束能够被离轴抛物面镜反射至处于焦点处的光电转换器，通过光电转换器将该回光转换为电信号，能够作为工作光标记激光脉冲的结束飞行时刻。通过将光电转换器转换后的电信号发送到处理器等装置，进行计算最终能够得出目标物距离该激光光路系统的距离。该激光光路系统采用上述结构，能够省去对应于激光器的分光装置，从而简化该激光光路系统的整体结构，降低装配难度，并且能够减少该激光光路系统的空间占用。

本实用新型实施例提供的一种激光测距装置，采用上述的激光光路系统，结构更加紧凑，装配难度较低，且空间占用较小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的激光测距装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的激光光路系统的结构示意图。

图标：110-激光器接口；120-离轴抛物面镜；121-第一通孔；130-光电转换器；140-准直镜；150-滤光片；151-第二通孔；210-激光器；220-光纤。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种激光光路系统，如图1所示，包括：激光器接口110、离轴抛物面镜120以及光电转换器130；激光器接口110的光轴与离轴抛物面镜120的准面垂直，离轴抛物面镜120的镜面上形成有第一通孔121，激光器接口110位于第一通孔121远离离轴抛物面镜120的镜面的一侧开口，光电转换器130位于离轴抛物面镜120的焦点。

将激光器210通过激光器接口110接入该激光光路系统时，激光器210发出的激光脉冲，分布于束散角度内的激光(作为工作光)能够经第一通孔121出射后被目标物反射，再经离轴抛物面镜120反射至光电转换器130，分布于束散角度外的激光(作为参考光)能够通过第一通孔121的侧壁反射至光电转换器130。

需要说明的是，第一，离轴抛物面镜120的准面，是指形成该离轴抛物面镜120的抛物面镜面的无数抛物线，对应的准线所构成的平面。

第二，激光器接口110的光轴是指激光器接口110连接激光器210后，激光器210所出射激光的光线方向。

第三，通常第一通孔121的孔径不小于激光器210发出的激光脉冲的光斑直径，以避免束散角度内的激光被第一通孔121的侧壁反射至光电转换器130降低射向目标物的激光(即工作光)的强度。

本实用新型实施例提供的一种激光光路系统，包括激光器接口110、离轴抛物面镜120以及光电转换器130。在离轴抛物面镜120的镜面上形成有第一通孔121，激光器接口110位于该第一通孔121远离离轴抛物面镜120的镜面的一侧的开口上，而光电转换器130位于离轴抛物面镜120的镜面的焦点上，其中，激光器接口110的光轴与离轴抛物面镜120的准面垂直。结合图1和图2所示，在实际使用时，通过激光器接口110能够将激光器210接入该激光光路系统中，当激光器210发出激光脉冲时，激光脉冲能够通过激光接口沿激光接口的光轴入射该激光光路系统，激光脉冲穿过离轴抛物面镜120上的第一通孔121后可以从该激光光路系统向目标物出射。由于激光器210发出的激光脉冲必然会有少部分激光(约5％左右)分布在束散角度之外，因此该部分激光会照射在第一通孔121的侧壁上，在第一通孔121的侧壁漫反射下，射向光电转换器130，该部分激光经光电转换器130转换为电信号，能够作为参考光标记激光脉冲的初始飞行时刻。当激光脉冲中分布在束散角度内的激光，最终经过第一通孔121出射被目标物反射后形成回光后，回光中垂直于离轴抛物面镜120的准面的光束能够被离轴抛物面镜120反射至处于焦点处的光电转换器130，通过光电转换器130将该回光转换为电信号，能够作为工作光标记激光脉冲的结束飞行时刻。通过将光电转换器130转换后的电信号发送到处理器等装置，进行计算最终能够得出目标物距离该激光光路系统的距离。该激光光路系统采用上述结构，能够省去对应于激光器210的分光装置，从而简化该激光光路系统的整体结构，降低装配难度，并且能够减少该激光光路系统的空间占用。

可选地，如图1所示，激光器接口110与第一通孔121之间设置有准直镜140，准直镜140的准直光轴与激光器接口110的光轴重合。

在该激光光路系统中还设置准直镜140，当激光器210经过激光器接口110接入到该激光光路系统中时，激光器210出射的激光脉冲，经激光器接口110后能够被准直镜140准直，使该激光光路系统最终出射的光束能够具有更好的方向性。当然，受限于准直镜140的材料和原理特性，经过准直镜140准直后的激光脉冲还是会存在分布于束散角度外的部分激光，该激光还可以作为参考光被离轴抛物面镜120上的第一通孔121的侧壁反射至光电转换器130。

可选地，如图1所示，离轴抛物面镜120远离激光器接口110的一侧设置有滤光片150，激光器接口110的光轴经过滤光片150。

在离轴抛物面镜120远离激光器接口110的一侧设置滤光片150，并使激光器接口110的光轴可经过滤光片150。能够使该激光光路系统外部的环境光被滤光片150滤除(环境光通常与激光器210发射的激光脉冲的波长不同)，从而避免与激光器接口110的光轴重合的环境光被离轴抛物面镜120反射至光电转换器130，减小环境光对光电转换器130标记激光脉冲结束飞行时刻造成干扰，能够提高采用该激光光路系统的激光测距装置的测量准确性。

可选地，结合图1和图2所示，滤光片150上形成有第二通孔151，第二通孔151与第一通孔121同轴设置。

在滤光片150上形成第二通孔151，能够使激光器210发出的激光脉冲(激光脉冲中束散角度内的部分)经同轴设置的第一通孔121和第二通孔151出射，避免滤光片150对激光脉冲产生的反射，能够降低滤光片150对激光脉冲产生的削减，提高激光脉冲最终射向目标物的强度，提高激光脉冲有效出射距离，使采用该激光光路系统的激光测距装置具有更大的量程。

可选地，第一通孔121的侧壁粗糙度在3.2微米至12.5微米之间。

第一通孔121的侧壁粗糙度示例地，可以是3.2微米、4.5微米、6微米、12.5微米等。通过设置在该范围内的粗糙度，能够使第一通孔121对激光脉冲分布于束散角度外的部分的激光进行相对良好的大角度漫反射，更有利于该部分激光射向光电转换器130。

可选地，第一通孔121的孔径与激光束的光斑直径的差值在0毫米至0.3毫米之间。

示例地，第一通孔121的孔径可以是相比于激光束在第一通孔121处的光斑直径增大0毫米、0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米等。

当第一通孔121的孔径设置在上述范围内，作为工作光的束散角度内的激光脉冲能够较为完全的从第一通孔121经过而不被第一通孔121侧壁反射，使其能够具有相对良好的强度，并能够避免由于第一通孔121过大，而导致离轴抛物面镜120的有效反射面积减小的情况发生。当然，在实际应用中，第一通孔121的孔径还可以根据束散角度以及激光器210出光口与第一通孔121间的距离计算确定相对精确的数值，以保证作为工作光的激光脉冲束散角度内的部分能够良好经过第一通孔121出射，并避免由于第一通孔121过大，而导致离轴抛物面镜120的有效反射面积减小的情况发生。

可选地，第二通孔151的孔径与激光束的光斑直径的差值在0毫米至0.3毫米之间。

将第二通孔151的孔径设置为上述范围，其作用和效果与上述第一通孔121的设置类似，此处不做赘述。

本实用新型实施例的另一方面，提供一种激光测距装置，如图1所示，包括：激光器210、处理器(未示出)以及上述任意一项的激光光路系统，处理器与激光光路系统的光电转换器130信号连接，激光器210与激光光路系统的激光器接口110连接。

通过处理器能够对光电转换器130产生的信号进行处理，最终得出目标物的测量距离。

该激光测距装置采用上述的激光光路系统，结构更加紧凑，装配难度较低，且空间占用较小。

可选地，如图1所示，激光器210通过光纤220与激光器接口110连接。

利用光纤220将激光器210与激光器接口110连接，能够使激光器210能够相对灵活的进行布置，不再局限于激光器接口110附近，可以使该激光测距装置的结构布置更加灵活，便于自定义设置。

可选地，激光测距装置还包括操作终端，操作终端分别与处理器和激光器210信号连接。

通过设置操作终端，能够方便使用者对处理器的处理以及激光器210的开关控制等进行集中、智能化的操作。示例地，操作终端可以是计算机，利用计算机程序对处理器和激光器210进行智能化和可视化处理等，当然，操作终端还可以是其他装置，此处不做限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光光路系统，其特征在于，包括：激光器接口、离轴抛物面镜以及光电转换器；所述激光器接口的光轴与所述离轴抛物面镜的准面垂直，所述离轴抛物面镜的镜面上形成有第一通孔，所述激光器接口位于所述第一通孔远离所述离轴抛物面镜的镜面的一侧开口，所述光电转换器位于所述离轴抛物面镜的焦点。

2.如权利要求1所述的激光光路系统，其特征在于，所述激光器接口与所述第一通孔之间设置有准直镜，所述准直镜的准直光轴与所述激光器接口的光轴重合。

3.如权利要求1或2所述的激光光路系统，其特征在于，所述离轴抛物面镜远离所述激光器接口的一侧设置有滤光片，所述激光器接口的光轴经过所述滤光片。

4.如权利要求3所述的激光光路系统，其特征在于，所述滤光片上形成有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔同轴设置。

5.如权利要求1所述的激光光路系统，其特征在于，所述第一通孔的侧壁粗糙度在3.2微米至12.5微米之间。

6.如权利要求1所述的激光光路系统，其特征在于，所述第一通孔的孔径与激光束的光斑直径的差值在0毫米至0.3毫米之间。

7.如权利要求4所述的激光光路系统，其特征在于，所述第二通孔的孔径与激光束的光斑直径的差值在0毫米至0.3毫米之间。

8.一种激光测距装置，其特征在于，包括激光器、处理器以及如权利要求1至7任一项所述的激光光路系统，所述处理器与所述激光光路系统的光电转换器信号连接，所述激光器与所述激光光路系统的激光器接口连接。

9.如权利要求8所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光器通过光纤与所述激光器接口连接。

10.如权利要求8或9所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距装置还包括操作终端，所述操作终端分别与所述处理器和所述激光器信号连接。

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