專利名稱：一種激光測距裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光測距領域，特別涉及一種激光測距裝置。
背景技術：
激光測距儀是利用激光對目標的距離進行準確測定的儀器，激光測距儀在工作時 通過由激光發(fā)射系統(tǒng)向目標物射出激光，由激光測距儀的反射光接收系統(tǒng)中的探測器接收 由目標物反射回來的激光，從而根據(jù)激光的傳輸時間和激光的波長，計算出到測量點到目 標物的距離。測量距離是激光測距技術的核心指標之一，其取決于接收系統(tǒng)中探測器的靈敏度 和從目標物反射回的可收集光功率，在激光發(fā)射功率和探測器靈敏度一定的情況下，提高 從目標物發(fā)射回的可收集光功率的有效辦法就是最大可能地收集反射光。目前，激光測距儀的實現(xiàn)方案，根據(jù)激光發(fā)射系統(tǒng)光軸與反射光接收系統(tǒng)光軸是 重疊，可分為偏軸方案和同軸方案，其中，偏軸方案的優(yōu)點在于由于激光發(fā)射系統(tǒng)光軸和反 射光接收系統(tǒng)光軸不重疊，因而使得系統(tǒng)整體排布簡單；同軸方案的優(yōu)點在于偏軸方案的 優(yōu)點在于由于激光發(fā)射系統(tǒng)光軸和反射光接收系統(tǒng)光軸重疊，因而使得反射光接收系統(tǒng)具 有與激光發(fā)射系統(tǒng)同樣的對稱性，從而可以更好地收集以激光發(fā)射系統(tǒng)光軸對稱的反射 光。發(fā)明人在實現(xiàn)本實用新型時發(fā)現(xiàn)，上述偏軸方案在應用時，對于測量遠距離的目 標物時，反射光近似平行于光軸，通過反射光接收系統(tǒng)中的聚焦透鏡后可以會聚在位于光 軸上的探測器上，然而在測量近距離的目標物時，由于反射光與光軸會偏離一定的角度，反 射光經(jīng)過聚焦透鏡后的會聚光將落于光軸外，導致出現(xiàn)近距離目標物的反射光就不能會聚 到探測器上的問題，影響了反射光的收集，降低了從目標物反射回的可收集光功率，進而影 響了激光測距儀的測量距離的準確度。與偏軸方案類似，上述同軸方案在應用時，由于激光發(fā)射裝置的調節(jié)不精確或用 戶在使用時不能保持激光方向和目標物垂直等原因可能會引起反射光與光軸不完全平行， 因而也存在同樣的近距離目標物的反射光就不能會聚到探測器上的問題。
實用新型內(nèi)容為了解決激光測距系統(tǒng)全面收集反射光的問題，提高收集到的目標物反射回的可 收集光功率，進而提高激光測距儀的測量距離的準確度，本實用新型提供了一種激光測距 裝置，該激光測距裝置包括激光發(fā)射系統(tǒng)和反射光接收系統(tǒng)，反射光接收系統(tǒng)包括聚焦 透鏡、光電探測器，其特征在于，反射光接收系統(tǒng)還包括位于聚焦透鏡和光電探測器之間的圓臺反射構件，圓臺反射構件接收經(jīng)過聚焦透 鏡折射后的光，將接收到的光會聚到光電探測器上。其中，圓臺反射構件距聚焦透鏡一側的直徑大于圓臺反射構件距聚焦透鏡一側。其中，圓臺反射構件為內(nèi)鍍反射物質的中空圓臺反射鏡；或，圓臺反射構件為外鍍?nèi)瓷淠さ膶嵭耐该鲌A臺反射體。其中，激光發(fā)射系統(tǒng)的光軸和反射光接收系統(tǒng)的光軸重疊。其中，激光發(fā)射系統(tǒng)的光軸和反射光接收系統(tǒng)的光軸平行。進一步地，反射光接收系統(tǒng)還包括濾波片，濾波片位于聚焦透鏡前，濾波片對接 收的目標物反射后的光線進行濾波后，出射到聚焦透鏡；或，濾波片位于聚焦透鏡和圓臺反射構件之間，濾波片對接收的聚焦透鏡折射后的光 線進行濾波后，出射到圓臺反射構件；或，濾波片位于圓臺反射構件和光電探測器之間，濾波片對接收的圓臺反射構件出射 后的光線進行濾波后，出射到光電探測器。其中，激光發(fā)射系統(tǒng)包括激光器和準直透鏡。本實用新型實施例提供的技術方案的有益效果是通過在激光測距裝置中的反射光接收系統(tǒng)中的聚焦透鏡和探測器之間設置可進 行光的收集的圓臺反射構件，有效解決激光測距系統(tǒng)無法全面收集反射光的問題，從而不 論測量距離的近遠或在其它原因所導致的反射光與光軸不平行的情形下，都可以使到達接 收系統(tǒng)的反射光收集到探測器敏感而上，從而提高收集到的目標物反射回的可收集光功 率，進而提高激光測距儀的測量距離的準確度。
圖1是本實用新型實施例提供的激光測距裝置的示意圖；圖2是本實用新型實施例提供的激光測距裝置的具體示意圖；圖3是本實用新型實施例提供的激光測距裝置中的圓臺反射構件的具體示意圖；圖4是本實用新型實施例提供的激光測距裝置偏軸情況下，測量近距離目標物的 示意圖；圖5是本實用新型實施例提供的激光測距裝置偏軸情況下，測量遠距離目標物的 示意圖；圖6是本實用新型實施例提供的激光測距裝置同軸情況下，測量近距離目標物的 示意圖；圖7是本實用新型實施例提供的激光測距裝置同軸情況下，反射鏡遮光時，測量 近距離目標物的示意圖；圖8是本實用新型實施例提供的激光測距裝置同軸情況下，測量遠距離目標物的 意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新 型實施方式作進一步地詳細描述。實施例為了有效解決激光測距系統(tǒng)無法全面收集反射光的問題，從而不論測量距離的近 遠或在其它原因所導致的反射光與光軸不平行的情形下，都可以使到達接收系統(tǒng)的反射光 收集到探測器敏感面上，從而提高收集到的目標物反射回的可收集光功率，進而提高激光測距儀的測量距離的準確度，參見圖1，本實用新型實施例提供了一種激光測距裝置，該裝 置包括激光發(fā)射系統(tǒng)101，該系統(tǒng)用于向目標物發(fā)射用于進行測量的激光；其中，該激光 發(fā)射系統(tǒng)包括一個激光器1011、一個或一組準直透鏡1012 ；反射光接收系統(tǒng)102，該系統(tǒng)用于接收從目標物反射回來的反射光；其中，該反射 光接收系統(tǒng)包括一個用于接收反射光并使之聚焦的聚焦透鏡1021、一個光電探測器用于 接收反射光并根據(jù)接收的反射光的功率進行光電轉換器1023、一個位于聚焦透鏡和光電探 測器之間的圓臺反射構件1022，其中，該圓臺反射構件1022，用于使經(jīng)過聚焦透鏡1021折 射后的反射光充分收集到光電探測器1023上。具體實現(xiàn)時，本實用新型中的圓臺反射構件1022可以是內(nèi)鍍反射物質的中空圓 臺反射鏡；或，外鍍?nèi)瓷淠さ膶嵭耐该鲌A臺反射體，其中，中空的圓臺反射鏡，即在一個全 臺結構內(nèi)側鍍上反射物質；外鍍?nèi)瓷淠さ膶嵭耐该鲌A臺反射體，即在一個實心圓臺玻璃 外側鍍上全反射膜，其中，材質不限制于玻璃，任何透光效果滿足要求的材質都可以使用， 如透明樹脂材質等，本實施例僅以玻璃為例進行說明。本實用新型的反射光接收系統(tǒng)還可以包括一個濾波片，該濾波片用于濾除激光傳 輸過程中的背景光，從而進一步提高測量的精度，其中，該濾波片可以位于聚焦透鏡前，也 可以位于聚焦透鏡與圓臺反射構件之間，還可以位于圓臺反射構件與光電探測器之間。本實用新型提供的激光測距裝置的激光發(fā)射系統(tǒng)和反射光接收系統(tǒng)可以采用同 軸或偏軸方案。針對上述偏軸方案、同軸方案，下面對本實用新型實施例提供的激光測距裝置進 行詳細說明，詳見下文示例 1激光測距裝置的激光發(fā)射系統(tǒng)和反射光接收系統(tǒng)為偏軸的情況將本實用新型實施例提供的圓臺反射構件應用于偏軸方案時，參見圖2，激光發(fā)射 系統(tǒng)包括激光器11和準直透鏡12 ；反射光接收系統(tǒng)包括聚焦透鏡14、圓臺反射構件15、濾 波片16以及光電探測器17，其中，光電探測器17位于聚焦透鏡14的聚焦焦點上，圓臺反射 構件15位于聚焦透鏡14和光電探測器17之間，濾波片16位于光電探測器17與圓臺反射 構件15之間，如前所述，該濾波片16也可以位于聚焦透鏡14前端，或，位于聚焦透鏡14與 圓臺反射構件15之間。該示例中激光發(fā)射系統(tǒng)和反射光收集系統(tǒng)處于偏軸狀態(tài)(即激光發(fā)射系統(tǒng)的光 軸與反射光接收系統(tǒng)的光軸不重合，圖2所示的點化線為光軸)。圓臺反射構件如圖3所示， 為兩端直徑不同的圓臺結構，其中，近聚焦透鏡端的直徑大于近光電探測器端的直徑，光線 可以在圓臺內(nèi)側進行反射光線從大口徑端入射后，如果光線射到與圓臺側壁則被反射，經(jīng) 過一次或多次反射后會聚到小口徑端出射。該圓臺反射構件可以是中空的圓臺反射鏡，即 在一個喇叭狀的圓筒結構內(nèi)側鍍上反射物質(如水銀等)；也可以是外側鍍?nèi)瓷淠さ膶?心全臺透明材質全反射鏡，具體實現(xiàn)時，可以通過在一個實心圓臺玻璃外側鍍上全反射膜 從而得到該圓臺反射構件。下面分別從目標物為遠距離和近距離兩種情況分別進行說明參見圖4，當測量距離較近，目標物33為近距離的情況，激光器11產(chǎn)生激光經(jīng)過準 直透鏡12射出，并在遇到目標物33時反射，由于目標物距離較近，由于目標物的漫反射等原因，此時反射光不再與接收系統(tǒng)光軸平行，在沒有圓臺反射構件15的情況下，反射光經(jīng) 過聚焦透鏡聚焦14后會聚于接收系統(tǒng)光軸之外虛擬像點P點(虛擬光線用虛線表示)而 不能被光電探測器接收，測距系統(tǒng)不能工作。但在具有圓臺反射構件15的情況下，通過聚 焦透鏡14后的光在圓臺反射構件側壁反射，最終通過濾波片16后入射到光電探測器17的 敏感面。根據(jù)不同的入射角度，光線在圓臺反射構件15側壁的反射次數(shù)將不同，但最終都 能會聚到光電探測器17的探測而上。本實用新型的激光測距系統(tǒng)可以采用任何測距電路 方案，包括脈沖式和相位式，本實施例不做限制。參見圖5，當測量距離較遠，目標物33處于遠距離的情況。激光通過發(fā)射系統(tǒng)的激 光器11和準直透鏡12準直后出射，在遇到目標物33時發(fā)生反射，反射光傳輸?shù)浇邮障到y(tǒng) 而被聚焦透鏡14聚焦。由于此時目標物距離接收系統(tǒng)很遠，因而反射光近似平行于接收系 統(tǒng)光軸，從而經(jīng)過聚焦透鏡14后被直接通過濾波片16后聚焦到位于聚焦透鏡焦點的光電 探測器17上，而不會和圓臺反射構件15側面相交。即該情況下，圓臺反射構件不會對接收 系統(tǒng)產(chǎn)生作用，接收系統(tǒng)就可以很好地實現(xiàn)收光功能。示例 2激光測距裝置的激光發(fā)射系統(tǒng)和反射光接收系統(tǒng)為同軸的情況下面分別從目標 物為遠距離和近距離兩種情況分別進行說明—、當目標物為近距離時，將本實用新型實施例提供的圓臺反射構件應用于同軸 方案時，參見圖6，激光器11產(chǎn)生激光，準直透鏡12將激光器11產(chǎn)生的激光準直出射，反 射鏡53將準直透鏡12出射后的激光反射后射出，當測量距離較近，目標物33處于近距離 的情況，此時相對于反射光接收系統(tǒng)，反射光不再是平行光，而是與光軸成一定角度的發(fā)散 光，該發(fā)散光在沒有圓臺反射構件15的情況下將被聚焦透鏡14聚焦到探測器的后方P點 而非經(jīng)過濾波片16會聚到處于聚焦透鏡14焦點上的光電探測器17的敏感面上，因此將有 部分反射光不能被光電探測器接收，這部分光線在圖6(a)中標示為光電探測器14前的斜 線陰影部分。該情形體現(xiàn)到光電探測器的探測平面上由圖6(b)所示。圖6(b)中外圓為所 有通過聚焦透鏡14的光線在探測平面上所形成的像，然而光電探測器敏感面(圖6(b)中 內(nèi)圓所示)小于該像，因此圖6(b)中內(nèi)外圓之間圓環(huán)區(qū)域的光將不能被光電探測器探測。 但在存在圓臺反射構件的情況下，圖6中斜線陰影區(qū)域內(nèi)的光線經(jīng)過聚焦透鏡后將和圓臺 反射構件的側壁相交而被反射，經(jīng)過一次或多次反射后最終會聚于探測器敏感面上，即解 決了此部分光不能被接收的問題。采用圓臺反射構件可以使很大發(fā)散角范圍的光都能經(jīng)過 不同次數(shù)反射后會聚到探測器上。實際應用中，對于同軸方案，由于發(fā)射裝置中的存在的反射鏡，該反射鏡不可避免 地遮擋部分反射回光，在近距離測量中尤為嚴重。如果測量距離很近將有可能使整個光電 探測器敏感面都被遮擋而不能接收到任何光線，詳見圖7所示，激光器11產(chǎn)生激光，準直透 鏡12將激光器11產(chǎn)生的激光準直出射，反射鏡53將準直透鏡12出射后的激光反射后射 出。圖7(a)中入射到聚焦透鏡14的光線分為兩個區(qū)域，中心區(qū)域用反斜線陰影標示，邊緣 區(qū)域用正斜線陰影標示。中心區(qū)域的光都被反射鏡53所遮擋，這部分光如果不被遮擋，經(jīng) 過聚焦透鏡14將全部覆蓋光電探測器17敏感面，但由于被反射鏡53遮擋，光電探測器敏 感面上沒有光線入射，反應在光電探測器探測平面上如圖7(b)所示，圖7(b)中小圓表示探 測器敏感面，該圓用反斜線陰影填充表示光電探測器敏感面全部被反射鏡53所遮擋。在沒有圓臺反射構件15的情況下，正斜線標示的邊緣區(qū)域入射光經(jīng)過聚焦透鏡14后將會聚 到探測器后P點，這些光線在經(jīng)過光電探測器探測平面時落在光電探測器敏感面外，即圖 7(b)中內(nèi)圓與外圓之間(用正斜線陰影標示)，也不能被探測器接收，從而此時光電探測器 不能接收到任何光線，而不能進行測距。但如果使用圓臺反射構件15，正斜線標示的邊緣光 將能夠通過圓臺反射構件15反射而最終會聚到光電探測器敏感面上完成測量。另外，同軸方案也可能存在反射光相對于接收系統(tǒng)斜入射(類似偏軸方案中近距 離測量)的問題。該情形可以來自于發(fā)射系統(tǒng)反射鏡的角度偏差而導致的出射光與接收系 統(tǒng)光軸不完全重合或測量時出射光與測量物體反射面的不完全垂直。本發(fā)明的第二實施例 裝置也同樣可以解決該問題，具體分析同第一優(yōu)選實施例中的近距離測量。二、當目標物為遠距離時，參見圖8，提供了同軸遠距離的測量示意圖，該實施例采 用發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)同軸的方案(即發(fā)射系統(tǒng)的出射光軸和接收系統(tǒng)的光軸重合，或出 射激光與接收系統(tǒng)光軸重合)。其中，激光發(fā)射系統(tǒng)包括依次排列的激光器11、準直鏡12、 反射鏡53，反射鏡53位于接收系統(tǒng)聚焦透鏡的中心使得激光出射方向偏轉90度沿接收系 統(tǒng)的光軸發(fā)射至目標物33。發(fā)射系統(tǒng)中的反射鏡應在保證出射激光被全部反射的情況下盡 量減小尺寸避免其對回光的過多遮擋。反射鏡53可以是普通反射鏡也可以是全反射棱鏡。 反射光接收系統(tǒng)包括聚焦透鏡14、圓臺反射構件15、濾波片16以及光電探測器17，其中光 電探測器17位于聚焦透鏡14的焦點上，濾波片16位于光電探測器17與圓臺反射構件15 之間，也可以位于聚焦透鏡14前端或聚焦透鏡14與圓臺反射構件15之間。本實用新型提供的激光測距裝置，通過在激光測距裝置中的反射光接收系統(tǒng)中的 聚焦透鏡和探測器之間設置可進行光的收集的圓臺反射構件，有效解決激光測距系統(tǒng)無法 全面收集反射光的問題，從而不論測量距離的近遠或在其它原因所導致的反射光與光軸不 平行的情形下，都可以使到達接收系統(tǒng)的反射光收集到探測器敏感面上，從而提高收集到 的目標物反射回的可收集光功率，進而提高激光測距儀的測量距離的準確度。本實用新型實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單 元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保 護范圍之內(nèi)。
權利要求一種激光測距裝置，該裝置包括激光發(fā)射系統(tǒng)和反射光接收系統(tǒng)，所述反射光接收系統(tǒng)包括聚焦透鏡、光電探測器，其特征在于，所述反射光接收系統(tǒng)還包括位于聚焦透鏡和光電探測器之間的圓臺反射構件，所述圓臺反射構件接收經(jīng)過聚焦透鏡折射后的光，將所述接收到的光會聚到光電探測器上。
2.如權利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于，所述圓臺反射構件距聚焦透鏡一 側的直徑大于所述圓臺反射構件距聚焦透鏡一側。
3.如權利要求2所述的激光測距裝置，其特征在于，所述圓臺反射構件為內(nèi)鍍反射物 質的中空圓臺反射鏡；或，所述圓臺反射構件為外鍍?nèi)瓷淠さ膶嵭耐该鲌A臺反射體。
4.如權利要求1或2或3所述的激光測距裝置，其特征在于，所述激光發(fā)射系統(tǒng)的光軸 和反射光接收系統(tǒng)的光軸重疊。
5.如權利要求1或2或3所述的激光測距裝置，其特征在于，所述激光發(fā)射系統(tǒng)的光軸 和反射光接收系統(tǒng)的光軸平行。
6.如權利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于，所述反射光接收系統(tǒng)還包括濾波 片，所述濾波片位于所述聚焦透鏡前，所述濾波片對接收的目標物反射后的光線進行濾波 后，出射到聚焦透鏡或，所述濾波片位于所述聚焦透鏡和所述圓臺反射構件之間，所述濾波片對接收的聚焦透 鏡折射后的光線進行濾波后，出射到所述圓臺反射構件；或，所述濾波片位于所述圓臺反射構件和所述光電探測器之間，所述濾波片對接收的圓臺 反射構件出射后的光線進行濾波后，出射到所述光電探測器。
7.如權利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于，所述激光發(fā)射系統(tǒng)包括激光器和 準直透鏡。
專利摘要本實用新型公開了一種激光測距裝置，屬于激光測距領域，該裝置包括激光發(fā)射系統(tǒng)和反射光接收系統(tǒng)，所述反射光接收系統(tǒng)包括聚焦透鏡、光電探測器，所述反射光接收系統(tǒng)還包括位于聚焦透鏡和光電探測器之間的圓臺反射構件，所述圓臺反射構件接收經(jīng)過聚焦透鏡折射后的光，將所述接收到的光會聚到光電探測器上。通過在激光測距裝置中的反射光接收系統(tǒng)中的聚焦透鏡和探測器之間設置可進行光的收集的圓臺反射構件，有效解決激光測距系統(tǒng)無法全面收集反射光的問題，從而不論測量距離的近遠或在其它原因所導致的反射光與光軸不平行的情形下，都可以使到達接收系統(tǒng)的反射光收集到探測器敏感面上，從而提高收集到的目標物反射回的可收集光功率，進而提高激光測距儀的測量距離的準確度。
文檔編號G01S17/08GK201622345SQ20102013956
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月24日 優(yōu)先權日2010年3月24日
發(fā)明者嚴光文, 徐蕾, 李成, 陳金林, 黃夢園 申請人:北京握奇數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限公司