CN2811945Y - 光学测距装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型旨在提供一种结构简单，易于制造的光学测距装置。该光学测距装置包含一个光发射器，一个使光发射器所发出的测量光准直的准直物镜系统，一个接收反射测量光并使其汇聚的接收物镜系统，一个接收穿过接收物镜系统的反射测量光并输出相应电信号的光接收器，以及一个对该电信号进行分析处理以确定被测距离的控制分析回路，接收物镜系统进一步包含第一光学部分和第二光学部分，其中第一光学部分接收远距离反射测量光并将其汇聚成像到光接收器的光接收面上，第二光学部分接收近距离反射测量光将其汇聚并投射到光接收器的光接收面上。通过将接收物镜系统分成分别接收远距离、近距离反射测量光的第一和第二光学部分，从而避免移动光接收面或者在接收光路上增加其他的光学偏转元件，简化了光学测距装置的内部结构，降低了制造难度，有利于实现该光学测距装置的批量制造。

Description

光学测距装置
技术领域
本实用新型涉及一种光学测距装置，即一种通过测量发射出去的测量光和从测物体返回的测量光之间的差异来确定被测距离的光学测距装置。
背景技术
在大地测量、工程测量、以及日常生活中经常发生的测量活动中，光学测距装置的应用日益广泛。
1997年2月5日公开的欧共体专利EP00701702B1中揭示了一种光学测距设备，该设备发出可见测量光到被测物体上，并接收从被测物体反射回来的测量光，然后测量二者之间的差异来确定测距设备到被测物体之间的距离。为了解决近距离物体反射回来的测量光通过接收物镜后的成像偏离接收物镜焦点的问题，EP00701702B1揭示了两种解决方案：一种方案是采用机械结构带动光接收面在接收物镜的聚焦平面内移动；另一种方案是光接收面固定，在接收物镜之前或者之后的适当位置添加光学偏转元件，用以将近距离反射光偏转到光接收面上。
然而无论采用机械结构还是另外添加光学偏转元件都会使测距设备的结构更加复杂，增加了制造难度。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种结构简单，易于制造的光学测距装置。
为实现上述目的，本实用新型的光学测距装置包含一个发出测量光的光发射器，一个使光发射器所发出的测量光准直的准直物镜系统，一个接收反射测量光并使其汇聚的接收物镜系统，一个接收穿过接收物镜系统的反射测量光的光接收器，以及一个控制光发射器发光、并对光接收器输出的电信号进行分析处理以确定被测距离的控制分析回路，接收物镜系统进一步包含第一光学部分和第二光学部分，其中第一光学部分接收远距离反射测量光并将其成像到光接收器的光接收面上，第二光学部分接收近距离反射测量光将其汇聚并投射到光接收器的光接收面上。通过将接收物镜系统分成分别接收远距离、近距离反射测量光的第一和第二光学部分，从而避免移动光接收面或者在接收光路上增加其他的光学偏转元件，简化了光学测距装置的内部结构，降低了制造难度，有利于实现该光学测距装置的批量制造。
作为本实用新型的光学测距装置的一种改进，该接收物镜系统的第一光学部分的光轴平行于准直物镜系统的光轴。
作为本实用新型的光学测距装置的另一种改进，光接收器的光接收面固定在接收物镜系统的第一光学部分的焦点上。
为本实用新型的光学测距装置的一种改进，接收物镜系统的第一和第二光学部分不重叠。
作为本实用新型的光学测距装置的另一种改进，接收物镜系统的两个光学部分为两个相互独立的透镜。
作为本实用新型的光学测距装置的另一种改进，接收物镜系统还可以是一个复合透镜。
附图说明
图1是本实用新型的光学测距装置的示意图。
具体实施方式
如图1所示的是本实用新型的光学测距装置的一种具体实施方式。本具体实施方式的光学测距装置包含一个光发射器1，一个准直物镜系统2，一个接收物镜系统3，一个光接收器4，以及一个控制分析回路5。
光发射器1最好是一个可见光发射器，例如半导体激光二极管。在其他实施方式中，光发射器1也可以是其他合适的光源。控制分析回路5控制光发射器1的发光时间和所发出光束的特性，例如频率、强度等等。光发射器1被设置在准直物镜系统2的光轴21上，并且其激光发射点基本上位于准直物镜系统2的焦点22处。光发射器1发出的发散的测量光束11在穿过准直物镜系统2之后成为准直的测量光束12。
准直的测量光束12在被测物体6表面发生漫反射，其中一部分测量光被反射到接收物镜系统3上。较远距离处的被测物体可以看成位于无穷远处，此时接收物镜系统3接收到的反射测量光束是一个平行光光束。接收物镜系统3包含一个用于接收远距离被测物体的平行的反射测量光束311的第一光学部分31。第一光学部分31具有一条光轴312平行于准直物镜系统2的光轴21。平行的反射测量光束311通过接收物镜系统3的第一光学部分31后成为汇聚光束313并成像于第一光学部分31的焦点314处。由于距离越远第一光学部分31接收到的反射测量光越弱，因此将光接收器4的光接收面41设置在第一光学部分31的焦点313处，以充分接收远距离反射测量光。光接收器4接收反射测量光后将其转换成为相应的电信号并输出到控制分析回路5中，以便于控制分析回路5分析光接收器4接收到的测量光和光发射器1发出的测量光之间的差异，从而根据该差异确定被测距离。正如本领域的普通技术人员所知，这种差异可以是时间差异也可以是相位差异。在此光接收器包含一个光电转换装置，可以是雪崩光电二级管，也可以是其他合适的光电转换装置，例如PIN光电二极管等。在本具体实施方式中，光接收器的光接收面是光电转换装置的光敏面，而在其他实施方式中也可以是其他将光线传导到光电转换装置的光敏面上的光传导装置(例如光导纤维)的光接收面。
而对于接收物镜系统3而言，近距离被测物体(如图1中虚线所示)的反射测量光束321是一个相对于第一光学部分31的光轴312倾斜的发散光束，因此如果用第一光学部分31接收近距离反射测量光束321，则其成像在沿着光轴312的方向和垂直于光轴312的方向都偏离第一光学部分31的焦点314。为此接收物镜系统3还包含另一个第二光学部分32用于接收近距离反射测量光束321。第二光学部分32位于第一光学部分31的侧面，并且没有被第一光学部分31覆盖。近距离反射测量光束321通过第二光学部分32后被汇聚成为光束322。由于近距离反射光强度足够强，只要将光束322的一部分光投射到光接收面41上即可产生足够强度的电信号，并且由于近距离范围内在对不同距离进行测量时，光束322的聚焦位置变化很大，因此只要对第二光学部分32进行预先设计以及调整使光束322在近距离测量范围内总是聚焦于光接收面41之前或者之后的合适位置处就可以满足测量需求。
本具体实施方式中接收物镜系统3的第一光学部分31和第二光学部分32做在一起形成一个复合透镜。在其他实施方式中，接收物镜系统3的第一光学部分31和32还可以是两个相互独立的透镜。
通过将接收物镜系统分成接收远距离反射测量光和近距离反射测量光的两个部分，避免在光学测距装置中附加使光接收器的光接收面移动的机械装置或者使光线再次偏转的其他光学元件，从而简化了光电测距装置的内部结构，降低了制造难度，更有利于实现大规模生产。
上述的具体实施方式和附图只是对本实用新型的原理和构思进行说明和解释，而并非要对本实用新型的保护范围进行限制。本技术领域的普通技术人员可以很容易的想到，在不脱离本实用新型的精神和范畴的前提下，本实用新型所涉及的光学测距装置还有很多修改方案和替代方案。本实用新型的保护范围由权利要求确定。

Claims (7)

1.一种光学测距装置，包含：
一个发出测量光的光发射器，
一个使所述光发射器所发出的测量光准直的准直物镜系统，
一个接收反射测量光并使其汇聚的接收物镜系统，
一个接收穿过接收物镜系统的反射测量光、并输出相应电信号的光接收器，
以及一个控制所述光发射器发光、并对所述光接收器输出的电信号进行分析处理以确定被测距离的控制分析回路，
其特征在于：所述接收物镜系统进一步包含第一光学部分和第二光学部分，其中第一光学部分接收远距离被测物体的反射测量光并将其汇聚成像到光接收器的光接收面上，第二光学部分接收近距离被测物体的反射测量光将其汇聚并投射到所述光接收器的光接收面上。
2.如权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于：所述接收物镜系统的第一光学部分的光轴平行于所述准直物镜系统的光轴。
3.如权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于：所述光接收器的光接收面固定在所述接收物镜系统的第一光学部分的焦点上。
4.如权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于：所述光发射器为可见光发射器。
5.如上述任一权利要求所述的光学测距装置，其特征在于：所述接收物镜系统的第一和第二光学部分不重叠。
6.如权利要求5所述的光学测距装置，其特征在于：所述接收物镜系统的两个光学部分为两个相互独立的透镜。
7.如权利要求5所述的光学测距装置，其特征在于：所述接收物镜系统还可以是一个复合透镜。
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