CN201497810U

CN201497810U - 激光测距装置

Info

Publication number: CN201497810U
Application number: CN2009202092229U
Authority: CN
Inventors: 蔡立高; 吴身健; 刘自伟
Original assignee: Ningbo Sunny Instruments Co Ltd
Current assignee: Ningbo Sunny Instruments Co Ltd
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2019-09-04

Abstract

一种激光测距装置，包括：激光测量光束发射装置、光学接收装置、光电接收转换装置，光学接收装置设有一光补偿体装置，该装置为一折射体设置在接收物镜之后、光电接收转换装置之前、入射光轴的一侧，该补偿体具有两个反射面将偏离光电转换器接收区的光线转移到光电转换器接收区域范围内，所述激光测量光束发射装置由激光光源、改变激光光源发射测量光束角度的出射反光镜、测量光束发射调整装置组成，测量光束发射调整装置为一悬臂结构，悬臂的顶端设有一半球形万向节的连接机构。本实用新型的优点是消除测量的盲区，增大了最小可测距离的范围，提高了测量精度，消除了测量盲区，降低了设备的成本。

Description

激光测距装置

技术领域

本实用新型涉及一种光学测距装置，特别涉及一种激光测距装置。

背景技术

激光测距仪是一种常用的使用光学手段测量距离的测量工具，其工作原理及构造通常为使用一个激光发射装置，将发射光束投射到被测物体上，由测距仪的光接收装置接收投射到被测物上反射的光线，再利用光敏元件将其转换成电信号，然后通过计算出出射和接收的时间差和相位差再计算出测量点和被测目标物之间的距离。

然而在测量中，发射光路和接收光路却常常是分开的，也就是说，两者的光轴是不一致的，这就导致了发射的激光测量光束则接收时就会出现如下状况：1、出射的光线不在接收光路的探测范围之内，2、即使是能探测，测距仪需要在一个很大量程的环境中使用，而简单的光学系统无法使远距离和近距离的光线均进入光敏元器件的光敏感区成像，使整个测程中出现至少一个测量“盲区”。

为解决这些问题现有的方法有以下四种：第一种方式是增大光敏区面积，但只能增加有限的测量范围将测量“盲区”略微减小，而其带来的副作用却相当大，其一，根本无法实现0.1m以下的超近距离测量；其二，由于光敏区增大，导致外界杂光的干扰增强，反而导致最大量程中的最远点变近，这种方法并不能很好地解决问题。第二种方式是增加出射光强度，在近距离时反射光增强，也会起到一些作用，但是，近距离和超近距离根本无法实现，而且因为增大出射光强度，会引入很多的危险因素，无法给予使用者以安全防护，安全法规也无法通过。第三种方式是移动光敏元件，在测量时，将光敏元件置于一个可以移动的空间内，根据测量位置的不同，对应的移动光敏元件，来“寻找”汇聚光线的最强点。这种方式在理论上讲应该是最好的，但是在实际应用中，会来带很多的问题，比如，机构复杂，稳定性差，因为需要移动很大的区域，传动机构无法精确定位，另外，让测距仪做到自动寻找目标聚焦点将是一个很复杂的系统工程，故此，在实际应用特别是手持式设备中很少采用。第四种方式是现在普遍采用的方式即采用各种方式将接收的光导入到光敏器件的光敏区。其常用的方式有反射、漫反射、折射、衍射等，用的比较多的是反射法。

目前业内测距仪上已有采用反射方法进行光学补偿，如中国专利94192114.x所公开的技术(参见图1)就是上述第四种常用方法中反射法的应用，其采用的方式是，设置一个反光镜x9，将光学系统无法偏转到光敏器件上的光线通过这个反光镜x9偏转到一条光纤x8上，通过这条光纤将光导入到光敏器件的光敏区域中。这种方法虽然解决了将接收的光导入到光敏器件的光敏区，但其缺点也很明显，第一，光纤的使用会引入很大的干扰因素，且由于光纤接收范围较大，光纤入射、出射端要独立设计，导致结构复杂加工难度大；第二，因为此技术中只使用了一块反光镜x9，其与光敏元件不可能实现无缝贴合，而为了实现长程测量，光学系统汇聚的光点很小，这就导致汇聚在反光镜和光敏区空隙地方的光无法接收，也就会出现一段“盲区”，这段位置中，或许无法测量，或许接收到的信号很弱，而且在此区域，由于测量光束信号比较弱会给后期的软件计算处理带来很大的困难。

该专利技术中另有一种反射的方式进行光偏转，如图2中所示，虽然将光纤这部分舍去了，去掉了一些干扰因素，起到了技术改进的作用，但是，反光镜x12和光敏器件X11光敏区的空隙导致测量“盲区”问题依然没有得到解决，且不能最大限度缩小光程差。

该专利技术中还有另一种方法，如图3所示，图中X1为激光光源、X2为出射反光镜、X3为光接收物镜。采用的是折光组合方式，这种方式是在光敏器件前端加入折光组件X4，利用折光组件的折光特性将光线偏转至光敏器件X5的光敏区中。这种方式也存在比较大的问题，其一，引入了一个折光组件后，因为光学材料的两个面会有反射光，在远距离测量时，会将本来就很弱的测量信号更加削弱；其二，折光组件会引入很多的杂散光，降低了信噪比，影响测量距离和精确度；其三，此折光组件要求较精密，加工难度比较大，装配时的工艺水平要求也比较高，无疑会是使成本增加很多。

发明内容

本实用新型的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种激光测距装置。本实用新型包括：激光测量光束发射装置、光学接收装置、光电接收转换装置，激光测量光束发射装置的激光光源发射出准直激光光束通过出射反光镜转向发射，经被测目标物体反射，由光学接收装置的接收物镜汇聚焦进入到光电接收转换装置，通过光电信号转换并经数据处理和计算得出被测距离数据，当被测目标物体处于近距离和超近距离时，被反射的光线无法直接进入到光电接收转换装置的接收区域范围内时，光线能通过设置在光学系统区域内的光补偿体装置进入到光电接收转换装置，通过光电信号转换并经数据处理和计算得出被测距离数据。其特征在于光学接收装置设有一光补偿体装置，该装置为一折射体设置在接收物镜之后、光电接收转换装置之前、入射光轴的一侧，该补偿体具有两个反射面将偏离光电转换器接收区的光线转移到光电转换器接收区域范围内，所述激光测量光束发射装置由激光光源、改变激光光源发射测量光束角度的出射反光镜、测量光束发射调整装置组成，测量光束发射调整装置为一悬臂结构，悬臂的顶端设有一半球形万向节的连接机构，该机构中心轴向设有一孔，用螺钉与机架固定连接，悬臂的臂长方向可以前后移动。

本实用新型的优点是结构简单，消除测量的盲区，增大了最小可测距离的范围，提高了测量精度，降低了设备的成本。

附图说明

图1已有技术的反射法导光系统的示意图；

图2有技术的光偏转法导光系统的示意图；

图3有技术的折光组合法导光系统的示意图；

图4远距离光线入射接收原理示意图；

图5近距离光线入射接收原理示意图；

图6近距离光线入射接收原理示意图局部放大图；

图7超近距离光线入射接收示意图；

图8出射光线角度调整示意图；

图9出射光线水平出射位置调整示意图；

图10超近距离光线入射接收结构图；

图11近距离光线入射接收结构图；

图12出射光线出射俯仰角度调整结构图；

图13出射光线出射水平角度调整结构图；

图14出射光线出射位置调整结构图。

图中：X1激光光源、X2出射反光镜、X3光接收物镜、X4折光组件、X5光敏器件、x8光纤、x9反光镜、X11光敏器件、x12反光镜、1光接收物镜、2光补偿体装置、3光敏器件、4入射光光线、5光线、6光线、7光线、8光线、9光线、9a光线、9b光线、10测量光束发射调整装置、11接收光路反光镜、12光线、12a光线、12b光线、13光线、14出射反光镜、15螺钉、a反射面、b反射面，c折射体。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

所述激光测距装置由激光测量光束发射装置、光学接收装置、光电接收转换装置组成，所述光学接收装置设有一光补偿体装置2，光补偿体装置2为一折射体c设置在接收物镜1之后、光电接收转换装置的光敏器件3之前、入射光轴的一侧，折射体c采用了反射面a、反射面b和折光体c的联合补偿方案，当被测目标物体处于远距离的情况下，入射光光线4可看作是平行入射光，入射光光线4直接会聚于光敏器件3的接收范围区内，此时近距和超近距的光补偿体装置2并不起作用，参见图4。

当被测目标物体处于近距离和超近距离时，被反射的光线无法直接进入到光电接收转换装置的光敏器件3接收区域范围内时，会产生“盲区”由于聚焦后的光点处于反射面a和光敏器件3光敏区域之间的空隙处，光敏器件3无法接收到光信号，独立的光补偿体装置2采用了定位于光接收物镜1之后、光电接收转换装置的光敏器件3之前、入射光轴的一侧的独立的光补偿体装置。接收到的会聚光线有一部分光线6、光线7、光线8通过光补偿体装置2的顶端进入到折射体c内部，或者发生折射或者通过反射面a和反射面b的反射后通过折射体c的下端出射至光敏器件3的接收区域范围内。起到消除“测量盲区”的作用。参见图5、图6，图11为具体结构图，图7和图10所描述的是超近距离测量时的光线接收状况，当物距和焦距相近甚至小于焦距时，光学接收装置接收到的光线无法成像或者是无法直接投射到光敏器件3的接收区域范围内，致使光敏器件3无法接收到光信号，此时，光补偿体装置2起到了将光补偿转移至光敏器件3的作用，接收到的光线5，被位于光敏器件3前端的折射体c上的补偿面a反射后至光敏元件3的接收区域范围内。本实用新型通过使用反射面和折射体的作用可以大大增大测距仪的量程，使超近距离的测量距离更短，并且消除了整个测量方案中存在的测量“盲区”，同时大大提高了测量精度。

所述激光测量光束发射装置由激光光源、出射反光镜14、测量光束发射调整装置10组成，此装置用以修正测量光束的出射位置和方向，使测量光束出射点的位置和出射角度更为合适。激光光源的光束经出射反光镜14改变角度，测量光束发射调整装置10为一悬臂结构，悬臂的顶端设有一半球形万向节的连接机构，该机构中心轴向设有一孔，用螺钉15与机架固定连接，调节时，此半圆球有万向节的功能，可以调节出射光束的任意方向，如光线9a，光线9b方向和光线12a，光线12b方向，可以保证可以调节测量光束9和12在某个测量点上的光点位置，使测量光束在全量程内均处于光学系统的可接收范围之内。参见图8、图12、图13，

图9和图14所描述的是光线的出射位置调整，在测量光束发射调整装置10的悬臂上的孔保证了调节机构在水平位置如图9和图14上所示可以左右做少量移动，悬臂的臂长方向可以前后移动，用以保证出射光路的光轴可以平行移动，使光路不止可以全量程能被光学系统接收到，而且能保证出射测量光束光轴和接收光学系统光轴处于最佳距离，测量光束发射调整装置10即可调整测量光束9、光束13发射光源的位置，调节测量光束9与接收光路光轴的相对位置，使测量光束同时满足在量程的近点和远点均可以被接收光路收到。在将水平位置和出射角度调整好以后，将悬臂孔中的螺钉15紧固，将整套系统固定，采用单固定件固定，不仅可以提高操作效率，而且有利于减小因为过多紧固件造成的应力干扰，提高整体系统的稳定性。

Claims

1.一种激光测距装置，包括：激光测量光束发射装置、光学接收装置、光电接收转换装置，其特征在于所述光学接收装置设有一光补偿体装置，该装置为一折射体设置在接收物镜之后、光电接收转换装置之前、入射光轴的一侧，该补偿体具有两个反射面将偏离光电转换器接收区的光线转移到光电转换器接收区域范围内，所述激光测量光束发射装置由激光光源、改变激光光源发射测量光束角度的出射反光镜、测量光束发射调整装置组成，测量光束发射调整装置为一悬臂结构，悬臂的顶端设有一半球形万向节的连接机构。

2.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于测量光束发射调整装置的悬臂结构顶端的中心位置设有一孔，用螺钉与机架固定连接，悬臂的臂长方向可以前后移动。