CN201622345U - 一种激光测距装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种激光测距装置，属于激光测距领域，该装置包括：激光发射系统和反射光接收系统，所述反射光接收系统包括：聚焦透镜、光电探测器，所述反射光接收系统还包括：位于聚焦透镜和光电探测器之间的圆台反射构件，所述圆台反射构件接收经过聚焦透镜折射后的光，将所述接收到的光会聚到光电探测器上。通过在激光测距装置中的反射光接收系统中的聚焦透镜和探测器之间设置可进行光的收集的圆台反射构件，有效解决激光测距系统无法全面收集反射光的问题，从而不论测量距离的近远或在其它原因所导致的反射光与光轴不平行的情形下，都可以使到达接收系统的反射光收集到探测器敏感面上，从而提高收集到的目标物反射回的可收集光功率，进而提高激光测距仪的测量距离的准确度。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光测距领域，特别涉及一种激光测距装置。
背景技术
激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器，激光测距仪在工作时通过由激光发射系统向目标物射出激光，由激光测距仪的反射光接收系统中的探测器接收由目标物反射回来的激光，从而根据激光的传输时间和激光的波长，计算出到测量点到目标物的距离。
测量距离是激光测距技术的核心指标之一，其取决于接收系统中探测器的灵敏度和从目标物反射回的可收集光功率，在激光发射功率和探测器灵敏度一定的情况下，提高从目标物发射回的可收集光功率的有效办法就是最大可能地收集反射光。
目前，激光测距仪的实现方案，根据激光发射系统光轴与反射光接收系统光轴是重叠，可分为偏轴方案和同轴方案，其中，偏轴方案的优点在于由于激光发射系统光轴和反射光接收系统光轴不重叠，因而使得系统整体排布简单；同轴方案的优点在于偏轴方案的优点在于由于激光发射系统光轴和反射光接收系统光轴重叠，因而使得反射光接收系统具有与激光发射系统同样的对称性，从而可以更好地收集以激光发射系统光轴对称的反射光。
发明人在实现本实用新型时发现，上述偏轴方案在应用时，对于测量远距离的目标物时，反射光近似平行于光轴，通过反射光接收系统中的聚焦透镜后可以会聚在位于光轴上的探测器上，然而在测量近距离的目标物时，由于反射光与光轴会偏离一定的角度，反射光经过聚焦透镜后的会聚光将落于光轴外，导致出现近距离目标物的反射光就不能会聚到探测器上的问题，影响了反射光的收集，降低了从目标物反射回的可收集光功率，进而影响了激光测距仪的测量距离的准确度。
与偏轴方案类似，上述同轴方案在应用时，由于激光发射装置的调节不精确或用户在使用时不能保持激光方向和目标物垂直等原因可能会引起反射光与光轴不完全平行，因而也存在同样的近距离目标物的反射光就不能会聚到探测器上的问题。
实用新型内容
为了解决激光测距系统全面收集反射光的问题，提高收集到的目标物反射回的可收集光功率，进而提高激光测距仪的测量距离的准确度，本实用新型提供了一种激光测距装置，该激光测距装置包括：激光发射系统和反射光接收系统，反射光接收系统包括：聚焦透镜、光电探测器，其特征在于，反射光接收系统还包括：
位于聚焦透镜和光电探测器之间的圆台反射构件，圆台反射构件接收经过聚焦透镜折射后的光，将接收到的光会聚到光电探测器上。
其中，圆台反射构件距聚焦透镜一侧的直径大于圆台反射构件距聚焦透镜一侧。
其中，圆台反射构件为内镀反射物质的中空圆台反射镜；或，圆台反射构件为外镀全反射膜的实心透明圆台反射体。
其中，激光发射系统的光轴和反射光接收系统的光轴重叠。
其中，激光发射系统的光轴和反射光接收系统的光轴平行。
进一步地，反射光接收系统还包括：滤波片，滤波片位于聚焦透镜前，滤波片对接收的目标物反射后的光线进行滤波后，出射到聚焦透镜；或，
滤波片位于聚焦透镜和圆台反射构件之间，滤波片对接收的聚焦透镜折射后的光线进行滤波后，出射到圆台反射构件；或，
滤波片位于圆台反射构件和光电探测器之间，滤波片对接收的圆台反射构件出射后的光线进行滤波后，出射到光电探测器。
其中，激光发射系统包括激光器和准直透镜。
本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果是：
通过在激光测距装置中的反射光接收系统中的聚焦透镜和探测器之间设置可进行光的收集的圆台反射构件，有效解决激光测距系统无法全面收集反射光的问题，从而不论测量距离的近远或在其它原因所导致的反射光与光轴不平行的情形下，都可以使到达接收系统的反射光收集到探测器敏感而上，从而提高收集到的目标物反射回的可收集光功率，进而提高激光测距仪的测量距离的准确度。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的激光测距装置的示意图；
图2是本实用新型实施例提供的激光测距装置的具体示意图；
图3是本实用新型实施例提供的激光测距装置中的圆台反射构件的具体示意图；
图4是本实用新型实施例提供的激光测距装置偏轴情况下，测量近距离目标物的示意图；
图5是本实用新型实施例提供的激光测距装置偏轴情况下，测量远距离目标物的示意图；
图6是本实用新型实施例提供的激光测距装置同轴情况下，测量近距离目标物的示意图；
图7是本实用新型实施例提供的激光测距装置同轴情况下，反射镜遮光时，测量近距离目标物的示意图；
图8是本实用新型实施例提供的激光测距装置同轴情况下，测量远距离目标物的意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
实施例
为了有效解决激光测距系统无法全面收集反射光的问题，从而不论测量距离的近远或在其它原因所导致的反射光与光轴不平行的情形下，都可以使到达接收系统的反射光收集到探测器敏感面上，从而提高收集到的目标物反射回的可收集光功率，进而提高激光测距仪的测量距离的准确度，参见图1，本实用新型实施例提供了一种激光测距装置，该装置包括：
激光发射系统101，该系统用于向目标物发射用于进行测量的激光；其中，该激光发射系统包括一个激光器1011、一个或一组准直透镜1012；
反射光接收系统102，该系统用于接收从目标物反射回来的反射光；其中，该反射光接收系统包括：一个用于接收反射光并使之聚焦的聚焦透镜1021、一个光电探测器用于接收反射光并根据接收的反射光的功率进行光电转换器1023、一个位于聚焦透镜和光电探测器之间的圆台反射构件1022，其中，该圆台反射构件1022，用于使经过聚焦透镜1021折射后的反射光充分收集到光电探测器1023上。
具体实现时，本实用新型中的圆台反射构件1022可以是内镀反射物质的中空圆台反射镜；或，外镀全反射膜的实心透明圆台反射体，其中，中空的圆台反射镜，即在一个全台结构内侧镀上反射物质；外镀全反射膜的实心透明圆台反射体，即在一个实心圆台玻璃外侧镀上全反射膜，其中，材质不限制于玻璃，任何透光效果满足要求的材质都可以使用，如透明树脂材质等，本实施例仅以玻璃为例进行说明。
本实用新型的反射光接收系统还可以包括一个滤波片，该滤波片用于滤除激光传输过程中的背景光，从而进一步提高测量的精度，其中，该滤波片可以位于聚焦透镜前，也可以位于聚焦透镜与圆台反射构件之间，还可以位于圆台反射构件与光电探测器之间。
本实用新型提供的激光测距装置的激光发射系统和反射光接收系统可以采用同轴或偏轴方案。
针对上述偏轴方案、同轴方案，下面对本实用新型实施例提供的激光测距装置进行详细说明，详见下文：
示例1
激光测距装置的激光发射系统和反射光接收系统为偏轴的情况：
将本实用新型实施例提供的圆台反射构件应用于偏轴方案时，参见图2，激光发射系统包括激光器11和准直透镜12；反射光接收系统包括聚焦透镜14、圆台反射构件15、滤波片16以及光电探测器17，其中，光电探测器17位于聚焦透镜14的聚焦焦点上，圆台反射构件15位于聚焦透镜14和光电探测器17之间，滤波片16位于光电探测器17与圆台反射构件15之间，如前所述，该滤波片16也可以位于聚焦透镜14前端，或，位于聚焦透镜14与圆台反射构件15之间。
该示例中激光发射系统和反射光收集系统处于偏轴状态(即激光发射系统的光轴与反射光接收系统的光轴不重合，图2所示的点化线为光轴)。圆台反射构件如图3所示，为两端直径不同的圆台结构，其中，近聚焦透镜端的直径大于近光电探测器端的直径，光线可以在圆台内侧进行反射：光线从大口径端入射后，如果光线射到与圆台侧壁则被反射，经过一次或多次反射后会聚到小口径端出射。该圆台反射构件可以是中空的圆台反射镜，即在一个喇叭状的圆筒结构内侧镀上反射物质(如水银等)；也可以是外侧镀全反射膜的实心全台透明材质全反射镜，具体实现时，可以通过在一个实心圆台玻璃外侧镀上全反射膜从而得到该圆台反射构件。下面分别从目标物为远距离和近距离两种情况分别进行说明：
参见图4，当测量距离较近，目标物33为近距离的情况，激光器11产生激光经过准直透镜12射出，并在遇到目标物33时反射，由于目标物距离较近，由于目标物的漫反射等原因，此时反射光不再与接收系统光轴平行，在没有圆台反射构件15的情况下，反射光经过聚焦透镜聚焦14后会聚于接收系统光轴之外虚拟像点P点(虚拟光线用虚线表示)而不能被光电探测器接收，测距系统不能工作。但在具有圆台反射构件15的情况下，通过聚焦透镜14后的光在圆台反射构件侧壁反射，最终通过滤波片16后入射到光电探测器17的敏感面。根据不同的入射角度，光线在圆台反射构件15侧壁的反射次数将不同，但最终都能会聚到光电探测器17的探测而上。本实用新型的激光测距系统可以采用任何测距电路方案，包括脉冲式和相位式，本实施例不做限制。
参见图5，当测量距离较远，目标物33处于远距离的情况。激光通过发射系统的激光器11和准直透镜12准直后出射，在遇到目标物33时发生反射，反射光传输到接收系统而被聚焦透镜14聚焦。由于此时目标物距离接收系统很远，因而反射光近似平行于接收系统光轴，从而经过聚焦透镜14后被直接通过滤波片16后聚焦到位于聚焦透镜焦点的光电探测器17上，而不会和圆台反射构件15侧面相交。即该情况下，圆台反射构件不会对接收系统产生作用，接收系统就可以很好地实现收光功能。
示例2
激光测距装置的激光发射系统和反射光接收系统为同轴的情况：下面分别从目标物为远距离和近距离两种情况分别进行说明：
一、当目标物为近距离时，将本实用新型实施例提供的圆台反射构件应用于同轴方案时，参见图6，激光器11产生激光，准直透镜12将激光器11产生的激光准直出射，反射镜53将准直透镜12出射后的激光反射后射出，当测量距离较近，目标物33处于近距离的情况，此时相对于反射光接收系统，反射光不再是平行光，而是与光轴成一定角度的发散光，该发散光在没有圆台反射构件15的情况下将被聚焦透镜14聚焦到探测器的后方P点而非经过滤波片16会聚到处于聚焦透镜14焦点上的光电探测器17的敏感面上，因此将有部分反射光不能被光电探测器接收，这部分光线在图6(a)中标示为光电探测器14前的斜线阴影部分。该情形体现到光电探测器的探测平面上由图6(b)所示。图6(b)中外圆为所有通过聚焦透镜14的光线在探测平面上所形成的像，然而光电探测器敏感面(图6(b)中内圆所示)小于该像，因此图6(b)中内外圆之间圆环区域的光将不能被光电探测器探测。但在存在圆台反射构件的情况下，图6中斜线阴影区域内的光线经过聚焦透镜后将和圆台反射构件的侧壁相交而被反射，经过一次或多次反射后最终会聚于探测器敏感面上，即解决了此部分光不能被接收的问题。采用圆台反射构件可以使很大发散角范围的光都能经过不同次数反射后会聚到探测器上。
实际应用中，对于同轴方案，由于发射装置中的存在的反射镜，该反射镜不可避免地遮挡部分反射回光，在近距离测量中尤为严重。如果测量距离很近将有可能使整个光电探测器敏感面都被遮挡而不能接收到任何光线，详见图7所示，激光器11产生激光，准直透镜12将激光器11产生的激光准直出射，反射镜53将准直透镜12出射后的激光反射后射出。图7(a)中入射到聚焦透镜14的光线分为两个区域，中心区域用反斜线阴影标示，边缘区域用正斜线阴影标示。中心区域的光都被反射镜53所遮挡，这部分光如果不被遮挡，经过聚焦透镜14将全部覆盖光电探测器17敏感面，但由于被反射镜53遮挡，光电探测器敏感面上没有光线入射，反应在光电探测器探测平面上如图7(b)所示，图7(b)中小圆表示探测器敏感面，该圆用反斜线阴影填充表示光电探测器敏感面全部被反射镜53所遮挡。在没有圆台反射构件15的情况下，正斜线标示的边缘区域入射光经过聚焦透镜14后将会聚到探测器后P点，这些光线在经过光电探测器探测平面时落在光电探测器敏感面外，即图7(b)中内圆与外圆之间(用正斜线阴影标示)，也不能被探测器接收，从而此时光电探测器不能接收到任何光线，而不能进行测距。但如果使用圆台反射构件15，正斜线标示的边缘光将能够通过圆台反射构件15反射而最终会聚到光电探测器敏感面上完成测量。
另外，同轴方案也可能存在反射光相对于接收系统斜入射(类似偏轴方案中近距离测量)的问题。该情形可以来自于发射系统反射镜的角度偏差而导致的出射光与接收系统光轴不完全重合或测量时出射光与测量物体反射面的不完全垂直。本发明的第二实施例装置也同样可以解决该问题，具体分析同第一优选实施例中的近距离测量。
二、当目标物为远距离时，参见图8，提供了同轴远距离的测量示意图，该实施例采用发射系统和接收系统同轴的方案(即发射系统的出射光轴和接收系统的光轴重合，或出射激光与接收系统光轴重合)。其中，激光发射系统包括依次排列的激光器11、准直镜12、反射镜53，反射镜53位于接收系统聚焦透镜的中心使得激光出射方向偏转90度沿接收系统的光轴发射至目标物33。发射系统中的反射镜应在保证出射激光被全部反射的情况下尽量减小尺寸避免其对回光的过多遮挡。反射镜53可以是普通反射镜也可以是全反射棱镜。反射光接收系统包括聚焦透镜14、圆台反射构件15、滤波片16以及光电探测器17，其中光电探测器17位于聚焦透镜14的焦点上，滤波片16位于光电探测器17与圆台反射构件15之间，也可以位于聚焦透镜14前端或聚焦透镜14与圆台反射构件15之间。
本实用新型提供的激光测距装置，通过在激光测距装置中的反射光接收系统中的聚焦透镜和探测器之间设置可进行光的收集的圆台反射构件，有效解决激光测距系统无法全面收集反射光的问题，从而不论测量距离的近远或在其它原因所导致的反射光与光轴不平行的情形下，都可以使到达接收系统的反射光收集到探测器敏感面上，从而提高收集到的目标物反射回的可收集光功率，进而提高激光测距仪的测量距离的准确度。
本实用新型实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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 (7)
1.一种激光测距装置，该装置包括：激光发射系统和反射光接收系统，所述反射光接收系统包括：聚焦透镜、光电探测器，其特征在于，所述反射光接收系统还包括：
位于聚焦透镜和光电探测器之间的圆台反射构件，所述圆台反射构件接收经过聚焦透镜折射后的光，将所述接收到的光会聚到光电探测器上。
2.如权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述圆台反射构件距聚焦透镜一侧的直径大于所述圆台反射构件距聚焦透镜一侧。
3.如权利要求2所述的激光测距装置，其特征在于，所述圆台反射构件为内镀反射物质的中空圆台反射镜；或，所述圆台反射构件为外镀全反射膜的实心透明圆台反射体。
4.如权利要求1或2或3所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光发射系统的光轴和反射光接收系统的光轴重叠。
5.如权利要求1或2或3所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光发射系统的光轴和反射光接收系统的光轴平行。
6.如权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述反射光接收系统还包括：滤波片，所述滤波片位于所述聚焦透镜前，所述滤波片对接收的目标物反射后的光线进行滤波后，出射到聚焦透镜：或，
所述滤波片位于所述聚焦透镜和所述圆台反射构件之间，所述滤波片对接收的聚焦透镜折射后的光线进行滤波后，出射到所述圆台反射构件；或，
所述滤波片位于所述圆台反射构件和所述光电探测器之间，所述滤波片对接收的圆台反射构件出射后的光线进行滤波后，出射到所述光电探测器。
7.如权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光发射系统包括激光器和准直透镜。
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