光学测距系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种光学测距系统，包括：发光装置，发射测距光线到被测物；非球面光学补偿装置，所述非球面光学补偿装置将从所述被测物反射的光线聚集到光探测器；所述光探测器，接收来自所述非球面光学补偿装置的光线。根据本实用新型专利技术的实施例的技术方案，采用特殊设计的聚焦透镜，综合考虑了远近距离收光情况不同，像差，腔长，通光孔径等问题，获得尽可能强的光信号，从而增强了激光测距仪的测量性能。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学系统，尤其涉及光学测距系统。
技术介绍
绝大多数光学系统都采用光学透镜来收集光信号，激光测距仪也采用光学(聚焦)透镜来接收回到仪器表面的光信号；因此，光学透镜的好坏决定了系统的性能。光学透镜从材料上可以分为玻璃透镜和塑料透镜两大类玻璃透镜的光学均勻性好，机械强度高，比较适合加工和研磨；塑料透镜价格便宜，可以模压成型。对于实际使用中的平凸球面透镜来说，一般有以下几个参数要考虑，如图1所示的实际透镜的几个主要参数中心厚度(central thinkness，简称CT) 102 透镜平面到球面顶点的距离外径(outer diameter,简称0D) 104 透镜的实际半径通光孔径(clear aperature,简称CA) 106 只有进入孔径才能被会聚到焦点工作距离(working distance，简称WD) Ll 透镜平面到焦点的距离有效焦距(effective focus distance，简称EFL) L2 球面顶点道焦点的距离曲率半径(radius，简称R) 108 球面曲率的倒数下面的说明涉及通光孔径、曲率半径、焦距和系统腔长的关系；简单来说，较大的通光孔径需要较大的曲率半径，曲率半径和焦距成正比，焦距的长短决定了光学系统的腔长。由于制造工艺、制造水平的限制，实际的光学系统都不是理想的光学系统，即有像差的存在。像差指的是在光学系统中由透镜材料的特性和透镜表面的几何形状引起的实际与理想的成像偏差。对于常见的球面聚焦透镜，系统像差主要是指所有进入接收透镜的光不会聚焦到一个点上。图2示出了实际光学透镜的聚焦效果。从上图可以看出，在透镜边缘的光线202和透镜中心的光线200在光轴204上的聚焦点不是一个，存在着偏差；当接收光信号的探测器的表面较小时(对于一般的半导体探测器，光敏面在mm2量级)，透镜边缘的光信号不能到达探测器表面，因此将损失者一部分光能量。减少像差的方法可以采用多个球面透镜的组合(类似于采用三透镜或五透镜成像的显微镜等)，但是通过过多的透镜将产生损耗，减少到达探测器的光能量。因此，现有技术采用非球面透镜来减少像差，图3给出了实际中非球面镜的聚焦效果由于到达非球面镜302表面的光都被会聚到近似一个点300上，非球面镜产生的像差将会非常小。对于远距离收光是测量物体离激光测距仪透镜距离较远时，到达透镜表面的光可以认为是平行光，针对理想光学透镜，平行光会被会聚焦焦点上；而对于近距离收光，到达透镜的光不再是平行光，而是有一定的入射角度，这时进入透镜的光将不会被聚焦到焦点上。现有技术中，激光测距仪采用的是玻璃透镜与滤光膜及两个光楔组合而成的光学补偿装置，滤光膜镀在透镜之上，透镜内表面上粘贴有两个直径为5mm光楔，用于接收近距离的光信号，整个光学系统腔长为35mm。由于透镜收光孔径不是很大，而在较远距离QOm 以上)测量时，反射到激光测距仪仪器表面的激光光斑将大于这个孔径，即有一部分能量没有进入透镜从而被光电探测器接收，导致光能量的损失。此外，由于光楔只是对近距离收光有用，对于远距离收光，到达光楔的激光将不会落到探测器表面，这也将会损失一部分信号。此外，由于光楔和透镜不是一个整体，通过两者的表面是会产生一定的损耗。且结构复杂，制造成本及维护成本均较高。为了解决上述问题，需要一种结构简单的光学测距系统。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，提供一种结构简单的光学测距系统。有鉴于此，本技术提供了一种光学测距系统，包括发光装置，发射测距光线到被测物；非球面光学补偿装置，所述非球面光学补偿装置将从所述被测物反射的光线聚集到光探测器；以及所述光探测器，接收来自所述非球面光学补偿装置的光线。通过上述技术方案，能够实现结构简单的光学测距系统。在上述技术方案中，优选地，所述非球面光学补偿装置为整体非球面透镜。在上述技术方案中，优选地，所述整体非球面透镜的边缘部分的曲率半径与中心部分的曲率半径不同。在上述技术方案中，优选地，所述非球面光学补偿装置为半个非球面透镜。在上述技术方案中，优选地，所述发光装置设置在靠近所述半个非球面透镜光轴的一侧，也就是，所述发光装置到所述半个非球面透镜光轴的距离小于所述发光装置到所述半个非球面透镜的外边缘部分的距离。在上述技术方案中，优选地，所述半个非球面透镜的边缘部分的曲率半径与中心部分的曲率半径不同。在上述技术方案中，优选地，进一步包括滤光片，设置在所述非球面光学补偿装置与所述光探测器之间，靠近所述光探测器一侧，也就是所述滤光片到所述光探测器的距离小于所述滤光片到所述非球面光学补偿装置的距离。在上述技术方案中，优选地，所述滤光片与所述非球面光学补偿装置之间的距离为 30mm 至 40mmο在上述技术方案中，优选地，所述滤光片与所述非球面光学补偿装置之间的距离为 35mm0在上述技术方案中，优选地，所述非球面光学补偿装置的光轴与所述发光装置发出的所述测距光线之间的夹角小于等于1度。在上述技术方案中，优选地，所述整体非球面透镜或所述半个非球面透镜设置有中心透镜。在上述技术方案中，优选地，所述发光装置为激光器。在上述技术方案中，优选地，所述非球面光学补偿装置的材料为塑料或树脂。根据上述技术方案，可以获得较大的非球面透镜，避免了像光学系统的像差问题，可以很好的会聚光信号；解决了近距离收光的问题，减少光学系统的元件，也就减少了光信号的损耗；有利于系统的小型化和简单化，提高了光学测距系统的性能。附图说明图1是相关技术中的透镜的示意图；图2是相关技术中的光学透镜的聚集效果图；图3是相关技术中的非球面镜的聚焦效果图；图4是根据本技术实施例的光学测距系统的逻辑框图；图5是图4中示出的光学测距系统中采用的近距离收光补偿非球面透镜的示意图；图6是图5示出的非球面透镜的模拟仿真结果图；图7示出未采用中心补偿透镜的近距离收光效果图；图8示出采用中心补偿透镜的近距离收光效果图；图9示出本技术实施例的采用整体非球面镜的光学系统的示意图；图10示出本技术的实施例的采用半个非球面镜的光学系统的示意图；以及图11示出可以在本技术的实施例中使用的曲率不唯一的球面透镜示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用不同于在此所描述内容的其他方式来实施，因此，本技术并不限于下面公开的具体实施例的限制。图4是根据本技术实施例的光学测距系统的逻辑框图。如图4所示，本技术提供了一种光学测距系统，包括一种光学测距系统400， 包括发光装置402，发射测距光线到被测物；非球面光学补偿装置404，所述非球面光学补偿装置的光轴与所述发光装置发出的所述测距光线平行，所述非球面光学补偿装置404将从所述被测物反射的光线聚集到光探测器；以及所述光探测器406，接收来自所述非球面光学补偿装置的光线。在上述技术方案中，优选地，所述非球面光学补偿装置404为整体非球面透镜。在上述技术方案中，优选地，所述整体非球面透镜的边缘部分的曲率半径与中心部分的曲率半径不同。在上述技术方案中，优选地，所述非球面光学补偿装置也可以是半个非球面透镜。 其好处在于，能够使得发光装置尽可能靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光学测距系统，其特征在于，包括：发光装置，发射测距光线到被测物；非球面光学补偿装置，所述非球面光学补偿装置将从所述被测物反射的光线聚集到光探测器；以及所述光探测器，接收来自所述非球面光学补偿装置的光线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄梦圆，李成，严光文，徐蕾，
申请(专利权)人：北京握奇数据系统有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11