一種用于激光測距儀的光學結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種距離測量儀器設備技術領域，尤其涉及一種用于激光測距儀的光學結構。
【背景技術】
[0002]激光測距儀的用途越來越多，在工程測量、建筑測量以及家庭裝修方面有著廣泛的應用。常用的激光測距儀一般基于相位測量和脈沖測量原理。相位測量精度高些，但測量距離僅在數百米以內；脈沖測量測距遠些，其精度相對較低。圖1是現有技術中一種典型的相位測距儀的光學系統結構，包含激光發射光源1、準直物鏡2、測量目標3、接收物鏡4、光電接收器5、對光源進行調制的電路6、控制計算單元7以及測量結果顯示單元8，準直物鏡2和接收物鏡4光軸平行。光電接收器位于接收物鏡4的焦點A上。另外，在發射光路的光路中還有一個內光路，作為測量內部標準以及補償電路中產生的漂移誤差。
[0003]測量遠距離時，反射光以平行光的方式入射到接收物鏡4上，然后匯聚到接收物鏡焦點A處。即光電接收器5上。在近距離測量時，反射光以軸外光傾斜入射到接收物鏡4上，與接收物鏡4的光軸有一夾角，因而成像偏離接收物鏡焦點，從而使光電接收器無法接收到反射測量光線，測量不能進行。
[0004]現測距儀光學系統結構中很多技術都致力于解決近距離測量這一課題。例如借助圖2中所示的曲面反射鏡9或圖3中所示的棱鏡10或圖4中兩種位距組合附加透鏡30，但這些技術必須要和特殊形狀的光電接收器5 (如圖5所示)相配，才能解決近距離測量問題。
[0005]顯然這些技術要么不能保證所有近距離的反射光線都能匯聚到光電接收器上，要么要用特制的光電接收器來和他們相配，否則測量就有誤差。但是這樣制造成本就會增加。
【實用新型內容】
[0006]為了克服現有技術中的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種能校準近距離測量誤差的激光測距儀。
[0007]為了實現上述發明目的，本實用新型公開一種用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，包括:光源，該光源用于發射一激光束；第一物鏡，該第一物鏡用于對該激光束整形后發射至一測量目標；第二物鏡，該第二物鏡接收來自不同距離的該測量目標的反射光并形成一出射光束；光縫，該第二物鏡的出射光束經該光縫后被一光電接收器接收。
[0008]更進一步地，該第二物鏡為一自由曲面光學元件。
[0009]更進一步地，該第二物鏡為一漸進式多焦點光學元件。
[0010]更進一步地，該第二物鏡由一主鏡片和一副鏡片組成，該主鏡片和副鏡片一體成型為一復合自由曲面透鏡或膠合而成或相互獨立。
[0011]更進一步地，該副鏡片為以下光學元件的一種或多種所形成的復合曲面:雙曲柱面、拋物柱面、非球柱面、超環柱面、圓柱面、凹透鏡、凸透鏡、棱鏡。
[0012]更進一步地，該副鏡片位于遠離主鏡片的光軸的位置上。
[0013]更進一步地，該光縫為一窄帶光縫。
[0014]更進一步地，該第一物鏡為一準直物鏡。
[0015]更進一步地，該第一物鏡與該第二物鏡的相互平行。
[0016]與現有技術相比較，本實用新型所公開的技術方案結構簡單，可以通過一塊鏡片實現對近距離光線的補償，克服了現有技術中無法測量近距離目標的缺點或方案復雜成本較高的缺點。第二、由于使用一塊鏡片同時測量遠距離目標和近距離目標，使測量的穩定性好，因此測量性能較現有技術更加優越。
【附圖說明】
[0017]關于本實用新型的優點與精神可以通過以下的實用新型詳述及所附圖式得到進一步的了解。
[0018]圖1是現有技術中一種較為典型的相位測距儀光路圖；
[0019]圖2是現有技術中借用曲面反射鏡的接收光路圖；
[0020]圖3是現有技術中使用光楔的接收光路圖；
[0021]圖4是現有技術中兩種位距組合附加透鏡接收光路圖；
[0022]圖5是現有技術中特殊專用光電接收器的結構示意圖；
[0023]圖6是本實用新型所涉及的多焦點漸進式物鏡光路圖；
[0024]圖7是本實用新型所涉及的由主鏡及副鏡組成的自由曲面接收物鏡光路圖；
[0025]圖8是本實用新型所涉及的主鏡與副鏡膠合成復合自由曲面接收物鏡光路；
[0026]圖9是本實用新型所涉及的主鏡與副鏡相互獨立的自由曲面接收物鏡光路。主要圖示
[0027]1、11-發射光源LD2、12-準直物鏡
[0028]3、13-測量目標4、14-自由曲面接收物鏡
[0029]5、15-光電接收器(APD) 6_調制電路
[0030]7-控制計算單元8-測量結果顯示單元
[0031]9-反射曲面10-光楔
[0032]16-光縫21-主鏡片
[0033]22-副鏡片30-附加透鏡。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施例。
[0035]如無特別說明，本文中出現的類似于“第一”、“第二”的限定語并非是指對時間順序、數量、或者重要性的限定，而僅僅是為了將本技術方案中的一個技術特征與另一個技術特征相區分。同樣地，本文中出現的類似于“一”的限定語并非是指對數量的限定，而是描述在前文中未曾出現的技術特征。同樣地，本文中在數詞前出現的類似于“大約”、“近似地”的修飾語通常包含本數，并且其具體的含義應當結合上下文意理解。同樣地，除非是有特定的數量量詞修飾的名詞，否則在本文中應當視作即包含單數形式又包含復數形式，在該技術方案中即可以包括單數個該技術特征，也可以包括復數個該技術特征。
[0036]為了對本實用新型的結構特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用下列實施例說明:
[0037]本實用新型涉及一種基于發射光軸和接收光軸相互平行的激光測距儀光學系統結構，包括激光發射光源，置于激光發射光源前的準直物鏡，光電接收器以及匯聚反射光到所述的光電接收器的接收物鏡，其中所述的物鏡是一自由曲面光學元件，使無限遠的反射光線和近距離的反射光線均能通過該接收透鏡有效到達到所述的光電接收器上。
[0038]測量近距離時，通過接收物鏡的光束，出射光形成扇形光束，經由一光縫覆蓋到光接收器的光接收面上。當測量遠距離目標時，反射測量光以平行光入射到接收物鏡，通過接收物鏡，聚焦到光接收器的光接收面上，通過接收物鏡的光線經過一光縫，因此測量遠距離目標時，透過接收物鏡的非平行反射測量光不會覆蓋到光接收器的光接收面上，這樣不會產生干涉。這樣，理論上測量范圍就能從毫米到無限遠。
[0039]本實用新型所述的激光測距儀光學系統結構的詳細結構見圖6，包括激光發射光源11，置于激光發射光源前的準直物鏡12，測量目標13，光電接收器5以及自由曲面接收物鏡14。從激光發射光源11發出來的發射光線經準直物鏡準直后發射到測量目I標3上，這時光束在測量目標13上產生漫反射，這些以各種角度反射回來的光線被接收物鏡接收。圖7是多焦點漸進式自由曲面接收透鏡，無限遠反射光線和近距離反射光線均能有效到達到光電接收器5上。
[0040]圖7是本實用新型所涉及的由主鏡及副鏡組成的自由曲面接收物鏡光路如圖7所示，無限遠的反射光線通過自由曲面主鏡部分21匯聚到光電接收器15上，近距離反射光線通過自由曲面副鏡部分22形成一定約束的發散，此時通過副鏡22的光束，以扇形光束α角投射到自由曲面接收物鏡主鏡的焦平面上，經過光縫16后匯聚成一狹帶光束覆蓋在所述的光電接收器15上。
[0041]在另一種較佳實施例中，自由曲面接收物鏡的主鏡部分21和自由曲面接收物鏡的副鏡部分22可以是兩獨立部分膠合而成復合透鏡，如圖8所示。其中自由曲面接收物鏡的主鏡部分21和自由曲面接收物鏡的副鏡部分22可以分為互相獨立的兩部分，構成復合透鏡，如圖9所示。由于近距離目標的反射光的光強大于遠距離目標的反射光，因此將副鏡22設計在遠離主鏡21的光軸位置。
[0042]采用不同的副鏡自由曲面結構，如雙曲柱面、拋物柱面、非球柱面、圓柱面、超環柱面以及這些曲面和各種透鏡、棱鏡等光學元件組成的復合曲面，可以得到不同形狀的扇形光束和長短寬窄不同的光縫。此外它們還要與主鏡部分的參數相匹配。
[0043]本實用新型所述的自由曲面光學是根據現代光學系統對信號接收、轉化、存儲、傳遞等要求，構造任意形狀的光學表面和設計方法。任意形狀的光學元件稱為自由曲面光學元件，自由曲面是非球面發展升級階段，其形狀可能是形狀復雜、各種變異的透鏡、棱鏡、反射鏡及其組合體，難以用少量參考數確定其外形，往往以一系列離散點集合來表示外形，多用NURBS造型方法描述。
[0044]本說明書中所述的只是本實用新型的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對本實用新型的限制。凡本領域技術人員依本實用新型的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本實用新型的范圍之內。
【主權項】
1.一種用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，包括: 一光源，所述光源用于發射一激光束； 一第一物鏡，所述第一物鏡用于對所述激光束整形后發射至一測量目標； 一第二物鏡，所述第二物鏡接收來自不同距離的所述測量目標的反射光并形成一出射光束； 一光縫，所述第二物鏡的出射光束經所述光縫后被一光電接收器接收。2.如權利要求1所述的用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，所述第二物鏡為一自由曲面光學元件。3.如權利要求1所述的用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，所述第二物鏡為一漸進式多焦點光學元件。4.如權利要求1所述的用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，所述第二物鏡由一主鏡片和一副鏡片組成，所述主鏡片和副鏡片一體成型為一復合自由曲面透鏡或膠合而成或相互獨立。5.如權利要求4所述的用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，所述副鏡片為以下光學元件的一種或多種所形成的復合曲面:雙曲柱面、拋物柱面、非球柱面、超環柱面、圓柱面、凹透鏡、凸透鏡、棱鏡。6.如權利要求4所述的用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，所述副鏡片位于遠離主鏡片的光軸的位置上。7.如權利要求1所述的用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，所述光縫為一窄帶光縫。8.如權利要求1所述的用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，所述第一物鏡為一準直物鏡。9.如權利要求1所述的用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，所述第一物鏡與所述第二物鏡的相互平行。
【專利摘要】本實用新型公開一種用于激光測距儀的光學結構，其特征在于，包括：光源，該光源用于發射一激光束；第一物鏡，該第一物鏡用于對該激光束整形后發射至一測量目標；第二物鏡，該第二物鏡接收來自不同距離的該測量目標的反射光并形成一出射光束；光縫，該第二物鏡的出射光束經該光縫后被一光電接收器接收。
【IPC分類】G01S7/481
【公開號】CN205027896
【申請號】CN201520822508
【發明人】李燦成, 喬佰文
【申請人】江蘇徠茲光電科技股份有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年10月22日