一种激光测距仪及其光学收发系统、接收透镜技术方案

本发明专利技术公开了一种激光测距仪及其光学收发系统、接收透镜，其特征在于：接收透镜为由非球面部分的主镜和球面部分的副镜组成的复合透镜，所述副镜设置在所述主镜的非球面接收面上且远离所述主镜的轴心。本发明专利技术可以极大地缩小近距离探测盲区，并使得接收盲区的物距无限接近0mm，提高使用异轴光学系统的近距离激光测距仪的探测性能。测距仪的探测性能。测距仪的探测性能。

【技术实现步骤摘要】
一种激光测距仪及其光学收发系统、接收透镜


[0001]本专利技术涉及一种激光测距仪，尤其涉及用于近距离测量的激光测距仪的光学收发系统以及接收透镜。

技术介绍

[0002]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，其光学系统的特性直接影响测距仪的精度与灵敏度。用于激光测距仪的光学系统结构有很多，大体可以分为同轴和异轴光学系统两大类。同轴光学系统是指发射光路和接收光路共轴的光学系统，可以实现零探测盲区，但它的系统复杂、成本高、不便于装调，因此，大部分激光测距仪中的发射和接收是平行光轴分布，即使用异轴光学系统结构。异轴光学系统仅使用准直物镜和接收透镜两个光学元件，结构简单、便于调协，但其发射光路和接收光路是离轴的。当近距离测距时，反射的离轴光斑通过光学接收系统后的焦点会偏离光接收器的中心，使得探测信号变弱甚至无法获得有效信号，从而出现探测盲区。另仪器的小型化是市场趋势，影响激光测距仪尺寸的一个重要因素在于接收透镜的尺寸，因此，近距离、小型化的测距仪的研究越来越受到关注。
[0003]在中国专利CN102313882B中公开了激光测距仪的光学系统结构，并具体公开了“所述激光测距仪的光学系统结构，包括激光发射光源，置于激光发射光源之前的准直物镜，光接收器以及汇聚反射光线至光接收器的接收透镜，其中所述接收透镜是一自由曲面光学元件，它由非球面曲面部分和超环面部分组成，其中无限远的反射光线穿过所述的自由曲面接收透镜的非球面曲面部分聚焦在所述光接收器上，近距离的反射光线穿过所述的自由曲面接收透镜的超环面部分覆盖在所述光接收器的表面。非球曲面部分和超环面部分可以组合在一起形成复合物镜，二者可相互独立或胶合在一起形成组合透镜。
……
近距离测量时，通过自由曲面透镜的超环面部分透镜的光束，在子午面和弧矢面形成扇形光束，所形成的立体扇形光束在接收面上覆盖。这样，理论上测量范围就能从毫米到无限远”。
[0004]然而上述专利中存在的问题为：1、制作成本高；2、近距离测量有限。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出一种接收盲区可无限接近探测极限0的激光测距仪的光学系统及接收透镜。
[0006]一种激光测距仪的接收透镜，其特征在于：为由非球面部分的主镜和球面部分的副镜组成的复合透镜，所述副镜设置在所述主镜的非球面接收面上且远离所述主镜的轴心。
[0007]其中，所述主镜远离其轴心位置处设置有通槽，所述副镜胶合在所述通槽处。或者所述主镜边缘开设一补盲槽，所述补盲槽的槽面设置为球面并形成所述副镜。
[0008]优选的，所述盲槽为扇形槽，所述扇形槽由所述主镜边缘朝向所述主镜的轴心方向开设，且扇形槽宽度由主镜边缘朝主镜轴心方向变窄。
[0009]优选的，所述主镜的左右两侧设有切面。
[0010]2、一种激光测距仪的光学收发系统，还包括半导体激光器，位于所述半导体激光器前端的准直物镜，所述准直物镜与所述接收透镜轴线平行设置，所述接收透镜的后端设置探测器。其中，所述接收光学系统的离轴量为8.1～12.6mm。
[0011]3、一种激光测距仪，包括上述光学系统。
[0012]由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的有益效果：1、由于本专利技术的接收透镜为非球面和球面组合而成的复合自由曲面透镜，其中远距离的反射光线穿过所述的接收透镜的非球面部分聚焦在探测器（如APD）上，近距离的反射光线穿过所述接收透镜的球面部分覆盖在所述探测器（如APD）的表面。通过扇形槽的球面区域对近距离接收光线的偏折处理，可以极大地缩小近距离探测盲区，并使得接收盲区的物距无限接近0mm，提高使用异轴光学系统的近距离激光测距仪的探测性能。
[0013]2、本专利技术的复合自由曲面接收透镜包括相互独立的非球面曲面部分和球面部分，非球面占主要部分，球面占次要部分，二者可胶合，也可一次加工成型。
[0014]3、本专利技术位于远离非球面透镜光轴的位置上开设一球面扇形槽，避免了槽的位置离轴心太近而大大削弱远距离的探测能力。
[0015]4、控制缩小接收光学系统和发射光学系统光轴间隙（即接收光学系统的离轴量），能够在不影响测量精准度的前提下控制测量盲区范围。
[0016]5、本专利技术采用开扇形槽的方式以及对主镜进行左右切面的方式，能够减轻接收透镜的重量和体积，有利于激光测距仪的小型化设计。
附图说明
[0017]本专利技术的附图说明如下：图1为本实施例中的激光测距仪的光学收发系统的测量原理图；图2为实施例中的接收透镜的轴测图一；图3为实施例中接收透镜的轴测图二；图4为物距为1mm时的探测器接收光线仿真结果；图5为物距为0mm时的探测器接收光线仿真结果。
实施方式
[0018]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0019]实施例1：如图1
‑
5所示，本实施例提供一种激光测距仪的光学收发系统以及接收透镜。
[0020]其中，所述光学收发系统包括发射系统和接收系统，所述发射系统包括半导体激光器（LD）1和准直物镜2，所述接收系统包括接收透镜4和探测器（如APD）5。所述半导体激光器（LD）1发射光源，经过准直物镜2准直射出，遇到检测目标物3后发生漫反射。反射光束穿
过所述接收透镜4后聚焦在探测器（如APD）5上。
[0021]本实施例中的接收系统和发射系统光轴的间隙，即接收光学系统的离轴量设置为8.1～12.6mm，可选择但不限于8.1mm、9.3mm、10.6mm、11.2mm或12.6mm。如此一来不但缩小了激光测距仪的体积使得小型化便于实现，而且有助于控制测量盲区。
[0022]另外，本实施例中的接收透镜为由非球面部分的主镜和球面部分的副镜组成的复合自由曲面光学元件。所述副镜设置在所述主镜的非球面接收面上且远离所述主镜的轴心。所述副镜与所述主镜之间可独立制造，所述主镜的远离其轴心的一侧设置有通槽，将所述副镜外轮廓设置为与所述主镜通槽一致，之后将所述副镜胶合在所述主镜的通槽处。
[0023]作为另一实施方式，所述主镜与所述副镜也可一体成型，如在所述主镜的接收面上进行开槽后设置所述副镜。在本实施例中，在所述主镜的非球面接收面的边缘开设补盲槽，所述补盲槽设置所述副镜，也就是说所述补盲槽的槽面为球形曲面。
[0024]在本实施例中，所述副镜的外轮廓可为任何形状，优先选择较为好制作的圆形、半圆形、扇形等。本实施例中，选择在所述主镜上开设扇形槽，并在扇形槽设置为球形副镜。所述扇形槽由所述主镜边缘朝向所述主镜的轴心的方向开设，且越靠近主镜轴心扇形槽的宽度越窄，见图2。
[0025]作为一个原则，所述扇形槽距离主镜的中心距应在满足补盲条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光测距仪的接收透镜，其特征在于：为由非球面部分的主镜和球面部分的副镜组成的复合透镜，所述副镜设置在所述主镜的非球面接收面上且远离所述主镜的轴心。2.如权利要求1所述的激光测距仪的接收透镜，其特征在于：所述主镜与所述副镜胶合为一体。3.如权利要求2所述的激光测距仪的接收透镜，其特征在于：所述主镜远离其轴心位置处设置有通槽，所述副镜胶合在所述通槽处。4.如权利要求1所述的激光测距仪的接收透镜，其特征在于：所述主镜边缘开设一补盲槽，所述补盲槽的槽面设置为球面并形成所述副镜。5.如权利要求4所述的激光测距仪的接收透镜，其特征在于：所述补盲槽为扇形槽，所述扇形槽由所述主...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯文林，王观静芸，廖飞，杨晓占，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：