CN104777486A - 手持式激光近距离测距仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电技术领域。手持式激光近距离测距仪，包括一激光测距仪主体，激光测距主体包括一测量光学***，测量光学***包括一激光发射器，激光发射器的发射端设有透P光滤S光的第一偏振分光片；第一偏振分光片的发射的偏振光朝向一偏振分光镜，偏振分光镜的反射方向朝向一出光口，出光口的发光方向朝向目标物；偏振分光镜后方设有透P光滤S光的第二偏振分光片，第二偏振分光片后方设有接收端光电部件，出光口、偏振分光镜、第二偏振分光片、接收端光电部件前后依次排布，出光口与接收端光电部件的连线与偏振分光镜的反光面呈45°夹角。本发明测量近距离目标物更为精确，误差更小，操作方便，同时解决了目标物体漫反射带来的严重的非线性。

Description

手持式激光近距离测距仪
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及激光测距仪。
背景技术
手持式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。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光测距仪光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。传统手持式激光测距仪多采用离轴光学***接收激光反射回波，当目标物出现在较远距离(大于10米)之外，回光基本为平行光，通过非球面接收透镜聚焦在光电雪崩二极管(APD)上，其中APD的感光面为直径0.23毫米(参见附图1)。但是由于***焦距不可变，所以当测距仪测量近距离(尤其是2～5米)目标时，则会出现如下问题：激光发射的光斑并不能直接被APD接收(参见附图2)，并且靠光线自由反射，会带来较为严重的非线性，所以需要辅助光路设计才能使APD接收到良好的信号光。
发明内容
本发明的目的在于提供手持式激光近距离测距仪，以解决上述至少一个技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
手持式激光近距离测距仪，包括一激光测距仪主体，所述激光测距主体包括一测量光学***，其特征在于，所述测量光学***包括一激光发射器，所述激光发射器的发射端设有透P光滤S光的第一偏振分光片；
所述第一偏振分光片的发射的偏振光朝向一偏振分光镜，所述偏振分光镜的反射方向朝向一出光口，所述出光口的发光方向朝向目标物；
所述偏振分光镜后方设有透P光滤S光的第二偏振分光片，所述第二偏振分光片后方设有接收端光电部件，所述出光口、所述偏振分光镜、所述第二偏振分光片、所述接收端光电部件前后依次排布，所述出光口与所述接收端光电部件的连线与所述偏振分光镜的反光面呈45°夹角。
本发明优化了传统激光测距仪的光路结构，使激光发射的光斑被接收端光电部件良好的接收。本发明相比于传统手持式激光测距仪，测量近距离目标物更为精确，误差更小，操作方便，同时解决了目标物体漫反射带来的严重的非线性，而且也不影响远距离接收光的稳定性，远近皆宜。本方案根本解决了远测程和小盲距之间的矛盾。
本发明中用到了两个透P滤S的偏振分光片，分别为第一偏振分光片、第二偏振分光片，一个偏振分光镜(PBS)，其原理是当偏振光入射PBS时，PBS会反射入射光的S偏振光(偏振方向垂直入射线)，并且让P偏振光(偏振方向平行入射线)通过。首先，激光发射器发射激光经过第一偏振分光片，滤掉S光，透过p光，再经过偏振分光镜PBS发生45度偏折，偏折光照射到被测物(漫发射物体)上，发生发射，反射回来的部分光沿着光路经过偏振分光镜PBS透射，又经第二偏振片入射到接收端光电部件上，由此接收端光电部件上接收到稳定的激光光斑信号。
所述测量光学***包括一准直透镜，所述准直透镜位于所述出光口与所述偏振分光镜之间。
本发明通过设有准直透镜，从而将偏折光经过准直透镜准直发射出平行光至目标物，从而提高对目标物距离的检测。
所述接收端光电部件是光电雪崩二极管。
所述激光测距仪主体还包括一控制***，所述控制***连接一计时器，所述控制***连接所述激光发射器，通过所述控制***控制所述激光发射器发射激光束，并同步控制所述计时器进行计时；
所述控制***还连接所述接收端光电部件，当所述接收端光电部件接收到光电信号后，给予所述控制***一反馈信号，当所述控制***获得反馈信号后，所述计时器停止计时；
所述激光测距仪主体的控制***通过所述计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标物的距离。
所述接收端光电部件是CCD传感器或者CMOS传感器，所述接收端光电部件的传感方向朝向一摄影镜头；
所述控制***内设有一微型处理器***，所述接收端光电部件连接所述微型处理器***，所述微型处理器***设有一图像采集处理电路。
本发明通过将激光发射器经光学部件发射到目标物上，反射回接收端光电部件，在接收端光电部件表面成像，摄像镜头采集多点光斑图像，实现光电转换，输出图像数据传输到图像采集处理电路，图像采集处理模块根据采集到的光斑的大小，从而推算目标物的相距位置。本发明通过光斑大小与测定激光束从发射到接收的时间两路测量方式同步进行，从而提高了对距离的测定精度。
所述接收端光电部件是CCD传感器，所述测量光学***还包括一CCD驱动板，所述CCD传感器接收出射光束的光强信息，所述CCD驱动板记录CCD传感器上的光强信息，并传送给微型处理器***进行存储。CCD传感器体积小、质量轻、功耗小、性能稳定、寿命长，作为光学测量器件的相应速度快、图像畸变小、无残像等显著特点。
所述激光测距仪主体包括一壳体，所述壳体上设有一通孔，以所述通孔为所述出光口；
所述偏振分光镜、所述第一偏振分光片、所述第二偏振分光片、所述接收端光电部件、所述激光发射器均位于所述壳体内；
所述壳体上设有一用于显示测量数值的显示屏，所述显示屏连接所述控制***。
作为一种优选方案，所述激光发射器的发光方向朝上，所述激光发射器的垂直轴正上方设有所述第一偏振分光片，所述第一偏振分光片的上方设有所述偏振分光镜，所述偏振分光镜的水平同轴前方设有准直透镜，所述准直透镜的发光方向朝向目标物，在所述偏振分光镜的水平轴上的后方设有所述第二偏振分光片，所述第二偏振分光片的后方为接收端光电部件。
所述壳体的外壁纵截面呈T型，所述壳体内设有一中空腔体，所述中空腔体的纵截面呈T型，所述壳体上端的长度大于所述壳体下端的长度；
所述偏振分光镜、所述第二偏振分光片、所述接收端光电部件位于所述壳体的上端内部，所述第一偏振分光片、所述激光发射器均位于所述壳体的下端内部。
本发明通过优化了壳体的结构，从而缩小了壳体的体积，且通过T型结构，便于用户受持。
所述壳体的下端外壁上设有一开关，所述开关连接所述控制***。通过开启所述开关，通过控制***控制各个测距用部件的进行工作。
附图说明
图1为目标物出现在较远距离时，传统手持式激光测距仪的光路图；
图2为目标物在10米以下距离时，传统手持式激光测距仪的光路图；
图3为本发明内部整体结构图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参照图3，手持式激光近距离测距仪，包括一激光测距仪主体，激光测距主体包括一测量光学***，测量光学***包括一激光发射器1，激光发射器1的发射端设有透P光滤S光的第一偏振分光片2；第一偏振分光片2的发射的偏振光朝向一偏振分光镜3，偏振分光镜3的反射方向朝向一出光口，出光口的发光方向朝向目标物6；偏振分光镜3后方设有透P光滤S光的第二偏振分光片4，第二偏振分光片4后方设有接收端光电部件5，出光口、偏振分光镜3、第二偏振分光片4、接收端光电部件5前后依次排布，出光口与接收端光电部件5的连线与偏振分光镜3的反光面呈45°夹角。本发明优化了传统激光测距仪的光路结构，使激光发射的光斑被接收端光电部件5良好的接收。本发明相比于传统手持式激光测距仪，测量近距离目标物6更为精确，误差更小，操作方便，同时解决了目标物6体漫反射带来的严重的非线性，而且也不影响远距离接收光的稳定性，远近皆宜。本方案根本解决了远测程和小盲距之间的矛盾。本发明中用到了两个透P滤S的偏振分光片，分别为第一偏振分光片2、第二偏振分光片4，一个偏振分光镜3(PBS)，其原理是当偏振光入射PBS时，PBS会反射入射光的S偏振光(偏振方向垂直入射线)，并且让P偏振光(偏振方向平行入射线)通过。首先，激光发射器1发射激光经过第一偏振分光片2，滤掉S光，透过p光，再经过偏振分光镜3PBS发生45度偏折，偏折光照射到被测物(漫发射物体)上，发生发射，反射回来的部分光沿着光路经过偏振分光镜3PBS透射，又经第二偏振片入射到接收端光电部件5上，由此接收端光电部件5上接收到稳定的激光光斑信号。
测量光学***包括一准直透镜7，准直透镜7位于出光口与偏振分光镜3之间。本发明通过设有准直透镜7，从而将偏折光经过准直透镜7准直发射出平行光至目标物6，从而提高对目标物6距离的检测。
接收端光电部件5是光电雪崩二极管。激光测距仪主体还包括一控制***，控制***连接一计时器，控制***连接激光发射器1，通过控制***控制激光发射器1发射激光束，并同步控制计时器进行计时；控制***还连接接收端光电部件5，当接收端光电部件5接收到光电信号后，给予控制***一反馈信号，当控制***获得反馈信号后，计时器停止计时；激光测距仪主体的控制***通过计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标物6的距离。
接收端光电部件5是CCD传感器或者CMOS传感器，接收端光电部件5的传感方向朝向一摄影镜头；控制***内设有一微型处理器***，接收端光电部件5连接微型处理器***，微型处理器***设有一图像采集处理电路。本发明通过将激光发射器1经光学部件发射到目标物6上，反射回接收端光电部件5，在接收端光电部件5表面成像，摄像镜头采集多点光斑图像，实现光电转换，输出图像数据传输到图像采集处理电路，图像采集处理模块根据采集到的光斑的大小，从而推算目标物6的相距位置。本发明通过光斑大小与测定激光束从发射到接收的时间两路测量方式同步进行，从而提高了对距离的测定精度。
接收端光电部件5是CCD传感器，测量光学***还包括一CCD驱动板，CCD传感器接收出射光束的光强信息，CCD驱动板记录CCD传感器上的光强信息，并传送给微型处理器***进行存储。CCD传感器体积小、质量轻、功耗小、性能稳定、寿命长，作为光学测量器件的相应速度快、图像畸变小、无残像等显著特点。
激光测距仪主体包括一壳体，壳体上设有一通孔，以通孔为出光口；偏振分光镜3、第一偏振分光片2、第二偏振分光片4、接收端光电部件5、激光发射器1均位于壳体内；壳体上设有一用于显示测量数值的显示屏，显示屏连接控制***。
作为一种优选方案，激光发射器1的发光方向朝上，激光发射器1的垂直轴正上方设有第一偏振分光片2，第一偏振分光片2的上方设有偏振分光镜3，偏振分光镜3的水平同轴前方设有准直透镜7，准直透镜7的发光方向朝向目标物6，在偏振分光镜3的水平轴上的后方设有第二偏振分光片4，第二偏振分光片4的后方为接收端光电部件5。壳体的外壁纵截面呈T型，壳体内设有一中空腔体，中空腔体的纵截面呈T型，壳体上端的长度大于壳体下端的长度；偏振分光镜3、第二偏振分光片4、接收端光电部件5位于壳体的上端内部，第一偏振分光片2、激光发射器1均位于壳体的下端内部。本发明通过优化了壳体的结构，从而缩小了壳体的体积，且通过T型结构，便于用户受持。
壳体的下端外壁上设有一开关，开关连接控制***。通过开启开关，通过控制***控制各个测距用部件的进行工作。
壳体上设有手持部，手持部设有一柔性橡胶层，橡胶层内设有一压电陶瓷材料层，压电陶瓷材料层的电能输出端连接一蓄电***，蓄电***连接控制***。通过压电陶瓷材料层给予控制***工作所需的电量。通过压电陶瓷材料层外设有柔性橡胶层，起到对压电陶瓷材料层的保护外，还可以提高压电陶瓷材料层的电能存储，柔性橡胶层受到人体的握力，经由橡胶层的弹力传递至压电陶瓷材料层上。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.手持式激光近距离测距仪，包括一激光测距仪主体，所述激光测距主体包括一测量光学***，其特征在于，所述测量光学***包括一激光发射器，所述激光发射器的发射端设有透P光滤S光的第一偏振分光片；
所述第一偏振分光片的发射的偏振光朝向一偏振分光镜，所述偏振分光镜的反射方向朝向一出光口，所述出光口的发光方向朝向目标物；
所述偏振分光镜后方设有透P光滤S光的第二偏振分光片，所述第二偏振分光片后方设有接收端光电部件，所述出光口、所述偏振分光镜、所述第二偏振分光片、所述接收端光电部件前后依次排布，所述出光口与所述接收端光电部件的连线与所述偏振分光镜的反光面呈45°夹角。
2.根据权利要求1所述的手持式激光近距离测距仪，其特征在于，所述测量光学***包括一准直透镜，所述准直透镜位于所述出光口与所述偏振分光镜之间。
3.根据权利要求1所述的手持式激光近距离测距仪，其特征在于，所述激光测距仪主体还包括一控制***，所述控制***连接一计时器，所述控制***连接所述激光发射器，通过所述控制***控制所述激光发射器发射激光束，并同步控制所述计时器进行计时；
所述控制***还连接所述接收端光电部件，当所述接收端光电部件接收到光电信号后，给予所述控制***一反馈信号，当所述控制***获得反馈信号后，所述计时器停止计时；
所述激光测距仪主体的控制***通过所述计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标物的距离。
4.根据权利要求3所述的手持式激光近距离测距仪，其特征在于，所述接收端光电部件是光电雪崩二极管。
5.根据权利要求3所述的手持式激光近距离测距仪，其特征在于，所述接收端光电部件是CCD传感器或者CMOS传感器，所述接收端光电部件的传感方向朝向一摄影镜头；
所述控制***内设有一微型处理器***，所述接收端光电部件连接所述微型处理器***，所述微型处理器***设有一图像采集处理电路。
6.根据权利要求5所述的手持式激光近距离测距仪，其特征在于，所述接收端光电部件是CCD传感器，所述测量光学***还包括一CCD驱动板，所述CCD传感器接收出射光束的光强信息，所述CCD驱动板记录CCD传感器上的光强信息，并传送给微型处理器***进行存储。
7.根据权利要求3所述的手持式激光近距离测距仪，其特征在于，所述激光测距仪主体包括一壳体，所述壳体上设有一通孔，以所述通孔为所述出光口；
所述偏振分光镜、所述第一偏振分光片、所述第二偏振分光片、所述接收端光电部件、所述激光发射器均位于所述壳体内；
所述壳体上设有一用于显示测量数值的显示屏，所述显示屏连接所述控制***。
8.根据权利要求7所述的手持式激光近距离测距仪，其特征在于，所述激光发射器的发光方向朝上，所述激光发射器的垂直轴正上方设有所述第一偏振分光片，所述第一偏振分光片的上方设有所述偏振分光镜，所述偏振分光镜的水平同轴前方设有准直透镜，所述准直透镜的发光方向朝向目标物，在所述偏振分光镜的水平轴上的后方设有所述第二偏振分光片，所述第二偏振分光片的后方为接收端光电部件。
9.根据权利要求8所述的手持式激光近距离测距仪，其特征在于，所述壳体的外壁纵截面呈T型，所述壳体内设有一中空腔体，所述中空腔体的纵截面呈T型，所述壳体上端的长度大于所述壳体下端的长度；
所述偏振分光镜、所述第二偏振分光片、所述接收端光电部件位于所述壳体的上端内部，所述第一偏振分光片、所述激光发射器均位于所述壳体的下端内部。
10.根据权利要求9所述的手持式激光近距离测距仪，其特征在于，所述壳体的下端外壁上设有一开关，所述开关连接所述控制***。
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