飞秒激光测距装置和方法制造方法及图纸

技术编号:14338339 阅读:136 留言:0更新日期:2017-01-04 11:17
一种飞秒激光测距装置,包括第一参考光路、第二参考光路以及测量光路,所述第一参考光路和所述第二参考光路具有固定的光程差,所述第一参考光路和所述第二参考光路上分别设置有快门,所述快门用于在测距过程中切换参考光路以使用相应的参考光进行测量。一种飞秒激光测距装置方法,为所述第一参考光和所述第二参考光的干涉信号设定一个死区范围,在数据采集过程中,当所述测量光的干涉信号进入正在使用中的参考光的死区范围时,控制关闭该路参考光所对应的快门,并打开另一路参考光对应的快门;在计算被测物距离时,使用所述固定的光程差对两路参考光之间的切换所带来的测量距离的偏差进行补偿。本发明专利技术可有效解决飞秒激光测距存在的死区问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光测距
,尤其是一种飞秒激光测距装置和方法
技术介绍
目前对于激光测距仪器,分别在测量精度、量程和测距速度等性能上有很大提高,但是在现代科技发展中的工业生产、国防和科研领域等对精密测距技术在实现绝对距离测量的同时更对测量速度、量程和精度三个方面提出更高要求。现有的激光测距仪已经无法满足日益增长的技术发展要求。20世纪末期出现的新型飞秒激光器,使激光测距技术出现了革命性的转机,迅速成为国际上测距研究的一大热点。在先进的飞秒激光测距原理开发过程中,其原理缺陷之一便是测量光干涉信号与参考光干涉信号接近时出现的混叠现象导致测量无法继续,从而限制整个仪器的测距范围,该现象出现的区域被称为死区。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足,提供一种飞秒激光测距装置和方法,解决上述死区问题。为实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种飞秒激光测距装置,包括第一参考光路、第二参考光路以及测量光路,所述第一参考光路和所述第二参考光路具有固定的光程差,所述第一参考光路和所述第二参考光路上分别设置有快门,所述快门用于在测距过程中切换参考光路以使用相应的参考光进行测量。进一步地:所述第一参考光路、第二参考光路以及测量光路经过以下光路配置实现,所述光路配置包括第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第一分光镜、第二分光镜、第一快门、第二快门,所述第三反光镜与被测物安装在一起,飞秒激光器的信号光通过所述第一分光镜分为参考光和测量光,所述参考光通过所述第二分光镜分为第一参考光和第二参考光,所述第一参考光经过所述第二分光镜的反射后通过所述第一快门,再经过所述第一反光镜的反射后反向通过所述第一快门,再次经过所述第二分光镜的反射后,通过所述第一分光镜后与飞秒激光器的本振光汇合在同一方向上;所述第二参考光通过所述第二分光镜后通过所述第二快门,再经过所述第二反光镜的反射后,反向通过所述第二快门、所述第二分光镜以及所述第一分光镜后与飞秒激光器的本振光汇合在同一方向上,所述测量光经过所述第三反光镜的反射后返回所述第一分光镜,再经过所述第一分光镜的反射后与飞秒激光器的本振光汇合在同一方向上。所述光路配置还包括设置在所述第一分光镜和所述第三反光镜之间的第三快门。所述光路配置还包括设置在本振光光路上的半透半反镜,从所述半透半反镜通过的本振光与在所述半透半反镜上反射的所述测量光、所述第一参考光和所述第二参考光汇合在同一方向上。所述第一快门和所述第二快门分别连接到电机,通过所述电机控制开闭。一种飞秒激光测距方法,使用所述飞秒激光测距装置进行测距;其中为所述第一参考光和所述第二参考光的干涉信号设定一个死区范围,在数据采集过程中,当所述测量光的干涉信号进入正在使用中的参考光的死区范围时,控制关闭该路参考光所对应的快门,并打开另一路参考光对应的快门;其中在计算被测物距离时,使用所述固定的光程差对两路参考光之间的切换所带来的测量距离的偏差进行补偿。进一步地:在被测物在逐渐远离飞秒激光器的情况下,当测量光未进入第一参考光的死区时,打开所述第一快门并关闭所述第二快门,当测量光进入第一参考光死区时,打开所述第二快门并关闭所述第一快门。在被测物在逐渐靠近飞秒激光器的情况下,当测量光未进入第二参考光的死区时,打开所述第二快门并关闭所述第一快门,当测量光进入第二参考光死区时,打开所述第一快门并关闭所述第二快门。根据以下公式计算被测物距离:D=c2ngΔt=c2ngΔτΔff1]]>其中c是光速,ng为空气折射率,f1为飞秒激光的信号光频率,f2为飞秒激光的本振光频率,Δf=f1-f2,Δτ为参考光和测量光的干涉信号在时域上因距离产生的时延,根据实时采集的数据进行计算,所述距离计算包括用所述固定的光程差补偿因切换参考光路带来的偏差。本专利技术的有益效果包括:本专利技术的飞秒激光测距装置和方法通过可切换的双参考光路,使用快门控制双参考光路进行适时切换,可以有效解决飞秒激光测距中死区问题,扩大整个测量仪器的测距范围,实现精准测距。本专利技术可以广泛用于各种大范围、实时的飞秒激光跟踪测距领域。附图说明图1为本专利技术实施例的测距原理光学系统原理图;图2、图3、图4表示被测物在逐渐远离激光测距仪的过程;图5、图6、图7表示被测物在逐渐靠近激光测距仪的过程。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参阅图1,在一种实施例中,一种飞秒激光测距装置,包括第一参考光路、第二参考光路以及测量光路,所述第一参考光路和所述第二参考光路具有固定的光程差,所述第一参考光路和所述第二参考光路上分别设置有快门,所述快门用于在测距过程中切换参考光路以使用相应的参考光进行测量。如图1所示,在优选的实施例中,所述第一参考光路、第二参考光路以及测量光B路经过以下光路配置实现,所述光路配置包括第一反光镜M1、第二反光镜M2、第三反光镜M3、第一分光镜S1、第二分光镜S2、第一快门O1、第二快门O2,第三反光镜M3与被测物安装在一起,在测距过程中是随被测物同步移动的,D为待测距离,飞秒激光器的信号光S通过所述第一分光镜S1分为参考光和测量光B,所述参考光通过所述第二分光镜S2分为第一参考光A和第二参考光A1,所述第一参考光A经过所述第二分光镜S2的反射后通过所述第一快门O1,再经过所述第一反光镜M1的反射后反向通过所述第一快门O1,再次经过所述第二分光镜S2的反射后,通过所述第一分光镜S1后与飞秒激光器的本振光L汇合在同一方向上;所述第二参考光A1通过所述第二分光镜S2后通过所述第二快门O2,再经过所述第二反光镜M2的反射后,反向通过所述第二快门O2、所述第二分光镜S2以及所述第一分光镜S1后与飞秒激光器的本振光L汇合在同一方向上,所述测量光B经过所述第三反光镜M3的反射后返回所述第一分光镜S1,再经过所述第一分光镜S1的反射后与飞秒激光器的本振光L汇合在同一方向上。如图1所示,光电探测器PD用来接收测量中的光学信号,将其转化为电信号供后面的计算模块使用。如图1所示,在进一步优选的实施例中,所述光路配置还包括设置在所述第一分光镜S1和所述第三反光镜M3之间的第三快门O3。如图1所示,在优选的实施例中,所述光路配置还包括设置在本振光L光路上的半透半反镜,从所述半透半反镜通过的本振光L与在所述半透半反镜上反射的所述测量光B、所述第一参考光A和所述第二参考光A1汇合在同一方向上。所述第一快门O1和所述第二快门O2可以分别连接到电机(未图示),电机可以集成在快门结构中,通过所述电机控制开闭。另外第三快门O3也可以配备电机来进行控制。参阅图1至图7,在另一种实施例中,一种飞秒激光测距方法,其可使用上述任一实施例的飞秒激光测距装置进行测距;其中为所述第一参考光A和所述第二参考光A1的干涉信号设定一个死区范围,在数据采集过程中,当所述测量光B的干涉信号进入正在使用中的参考光的死区范围时,控制关闭该路参考光所对应的快门,并打开另一路参考光对应的快门;其中在计算被测物距离时,使用所述固定的光程差对两路参考光之间的切换所带来的测量距离的偏差进行补偿。参阅图1至图4,在优选实施例中,在被测物在逐渐本文档来自技高网...
飞秒激光测距装置和方法

【技术保护点】
一种飞秒激光测距装置,其特征在于,包括第一参考光路、第二参考光路以及测量光路,所述第一参考光路和所述第二参考光路具有固定的光程差,所述第一参考光路和所述第二参考光路上分别设置有快门,所述快门用于在测距过程中切换参考光路以使用相应的参考光进行测量。

【技术特征摘要】
1.一种飞秒激光测距装置,其特征在于,包括第一参考光路、第二参考光路以及测量光路,所述第一参考光路和所述第二参考光路具有固定的光程差,所述第一参考光路和所述第二参考光路上分别设置有快门,所述快门用于在测距过程中切换参考光路以使用相应的参考光进行测量。2.如权利要求1所述的飞秒激光测距装置,其特征在于,所述第一参考光路、第二参考光路以及测量光路经过以下光路配置实现,所述光路配置包括第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第一分光镜、第二分光镜、第一快门、第二快门,所述第三反光镜与被测物安装在一起,飞秒激光器的信号光通过所述第一分光镜分为参考光和测量光,所述参考光通过所述第二分光镜分为第一参考光和第二参考光,所述第一参考光经过所述第二分光镜的反射后通过所述第一快门,再经过所述第一反光镜的反射后反向通过所述第一快门,再次经过所述第二分光镜的反射后,通过所述第一分光镜后与飞秒激光器的本振光汇合在同一方向上;所述第二参考光通过所述第二分光镜后通过所述第二快门,再经过所述第二反光镜的反射后,反向通过所述第二快门、所述第二分光镜以及所述第一分光镜后与飞秒激光器的本振光汇合在同一方向上,所述测量光经过所述第三反光镜的反射后返回所述第一分光镜,再经过所述第一分光镜的反射后与飞秒激光器的本振光汇合在同一方向上。3.如权利要求1所述的飞秒激光测距装置,其特征在于,所述光路配置还包括设置在所述第一分光镜和所述第三反光镜之间的第三快门。4.如权利要求2或3所述的飞秒激光测距装置,其特征在于,所述光路配置还包括设置在本振光光路上的半透半反镜,从所述半透半反镜通过的本振光与在所述半透半反镜上反射的所述测量光、所述第一参考光和所述第二参考光...

【专利技术属性】
技术研发人员:倪凯周倩王兰兰王晓浩吴冠豪胡凯
申请(专利权)人:清华大学深圳研究生院
类型:发明
国别省市:广东;44

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