CN210514622U - 激光测距仪光学结构以及激光测距仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光测距领域，具体而言，涉及一种激光测距仪光学结构以及激光测距仪。一种激光测距仪光学结构，包括：测量组件、指示光组件、第一滤光镜、接收组件。测量组件用于发出测量激光。指示光组件用于发出指示光，指示光为可见光。第一滤光镜设置于测量激光和指示光的出光光路上，用于将测量激光和指示光调整至光路重合。接收组件用于接收经过待测量物体反射的反射光中的测量激光。通过设置指示光组件，能够发出可见光作为指示光，在测量的过程中能够显示目标物体的具***置，从而使得利用激光测距时能够同时显示物体的具***置。

Description

激光测距仪光学结构以及激光测距仪

技术领域

本申请涉及激光测距领域，具体而言，涉及一种激光测距仪光学结构以及激光测距仪。

背景技术

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，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。目前激光测距仪已经实现市场普及，从军工、工业到民用都有广泛的应用场景。

但是目前常见的激光测距仪，可见的激光测距仪一般探测距离都比较近。远距离激光测距仪都只能测量出物体的距离，但是不能直接看到测量物体的具***置。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光测距仪光学结构以及激光测距仪，其旨在改善现有的激光测距仪不能测试出物体的具***置的问题。

第一方面，本申请提供一种技术方案：

一种激光测距仪光学结构，包括：

测量组件，测量组件用于发出测量激光；

指示光组件，指示光组件用于发出指示光，指示光为可见光；

第一滤光镜，第一滤光镜能够使测量激光通过并使指示光反射；第一滤光镜设置于测量激光和指示光的出光光路上，用于将测量激光和指示光调整至光路重合；以及

接收组件，用于接收经过待测量物体反射的反射光中的测量激光。

通过设置指示光组件，能够发出可见光作为指示光，在测量的过程中能够显示目标物体的具***置。由于测量激光和指示光的光路重合，从而使得利用测量激光测距时，指示光能够同时显示物体的具***置。

在本申请的其他实施例中，上述测量组件包括准直透镜和激光源；第一滤光镜设置在激光源的出光侧；准直透镜设置在第一滤光镜的出光侧，用以将重合的测量激光和指示光转换为平行光；指示光组件包括指示光源；第一滤光镜与激光源发出的测量激光的光轴的夹角等于第一滤光镜与指示光源发出的指示光的光轴的夹角。

通过准直透镜将测量激光和指示光的光路重合后输出，使得在测量的过程中，同时能够显示出待测量物体的具***置。

在本申请的其他实施例中，第一滤光镜与激光源发出的测量激光的光轴的夹角为30-60°；

第一滤光镜与指示光组件发出的指示光的光轴的夹角为 30-60°。

在本申请的其他实施例中，测量组件包括第一准直透镜和激光源，第一准直透镜设置在激光源的出光侧，第一准直透镜用于将激光源发出的测量激光转换为平行光；

指示光组件包括第二准直透镜和指示光源；第二准直透镜设置在指示光源的出光侧，第二准直透镜用于将指示光源发出的指示光转换为平行光；

第一滤光镜设置在第一准直透镜和第二准直透镜的出光侧；

第一滤光镜与经过第一准直透镜后的测量激光的光轴之间的夹角等于第一滤光镜与经过第二准直透镜后的指示光的光轴之间的夹角。

第一准直透镜、第二准直透镜分别将测量激光和指示光准直后再经过第一滤光镜，使得二者的光轴重合。

在本申请的其他实施例中，第一滤光镜与经过第一准直透镜后的测量激光的光轴之间的夹角为30-60°；

第一滤光镜与经过第二准直透镜后的指示光的光轴之间的夹角为30-60°。

在本申请的其他实施例中，接收组件包括接收镜组和探测器；

接收镜组用于接收经过待测量物体反射的反射光，并选择性地将反射光中的测量激光输出；

探测器用于接收反射光中的测量激光。

接收镜组选择性地接收反射光中的测量激光，提高测量的准确性，方便计算。

在本申请的其他实施例中，接收镜组包括汇聚透镜和第二滤光镜，汇聚透镜设置在反射光的入光光路，用于将反射光汇聚至探测器；第二滤光镜设置在汇聚透镜的出光侧，第二滤光镜平行于汇聚透镜。

通过汇聚透镜能够将反射光汇聚后传输至探测器。

在本申请的其他实施例中，测量光为近红外激光。

探测器对于近红外激光更加灵敏，使得测量更加地灵敏。

第二方面，本申请提供一种技术方案：

一种激光测距仪，激光测距仪包括如上述的激光测距仪光学结构；

控制器，接收组件、测量组件、指示光组件均连接于控制器；以及

电源模块，电源模块连接于控制器，为激光测距仪的整个电路***提供电能。

该激光测距仪通过电路光路的精确配合，测量精度可达毫米级。

在本申请的其他实施例中，激光测距仪还包括显示模块、通信模块以及按键模块；

显示模块连接于控制器，用于显示控制器发出的信息；

通信模块连接于控制器，用于与外部终端设备无线通信交换数据；

按键模块连接于控制器，用于人机交互界面输入操作，并将输入信息传输至控制器。

显示模块、通信模块以及按键模块使得该激光测距仪使用更加方便，灵活性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种激光测距仪光学结构的发射光路示意图；

图2为本申请实施例提供的第二种激光测距仪光学结构的发射光路示意图；

图3为本申请实施例提供的第二种激光测距仪光学结构的接收光路示意图；

图4为本申请实施例提供的激光测距仪的结构示意图；

图标：100-激光测距仪光学结构；110-激光源；120-指示光源；131-第一滤光镜；132-准直透镜；1311-第一准直透镜；1312-第二准直透镜；130-接收组件；140-接收镜组；141-汇聚透镜；142-第二滤光镜；150-探测器；200-控制器；300-电源模块；400-显示模块；500- 通信模块；600-按键模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

本申请实施方式提供了一种激光测距仪光学结构100，包括：测量组件、指示光组件、第一滤光镜131以及接收组件130。测量组件用于发出测量激光。测量激光的波长通常不在可见光波长范围内，肉眼不可见。例如测量激光可以选择近红外激光(波长在780～2526nm 范围内)。指示光组件用于发出指示光，指示光为可见光(波长在 380～780nm范围内)。第一滤光镜131能够使测量激光透过，使得指示光被反射掉。第一滤光镜131设置于测量激光和指示光的出光光路上，用于将测量激光和指示光调整至光路重合。接收组件130用以接收经过待测量物体反射的反射光中的测量激光。

通过设置指示光组件，能够发出可见光作为指示光，在测量的过程中能够显示目标物体的具***置。由于测量激光和指示光的光路重合，从而使得利用测量激光测距时，指示光能够同时显示物体的具***置。

进一步地，测量组件发出的测量激光照射至物体上，用于测量物体的距离。同时指示光组件发出的指示光照射在物体上，用于显示物体的具***置。从而实现同时测量物体的距离以及显示物体的具体的位置。测量激光和指示光被物体表面的反射到接收镜组140，经过接收镜组140的处理后，到达探测器150，探测器150接收反射光中的测量激光，并将信息传输至外接的处理器，进而计算出物体的距离。在此过程中，由于指示光与测量激光同时照射在物体上，因此实现了在测量目标物体距离的同时显示了物体的具***置。

进一步地，上述的测量组件包括激光源110。指示光组件包括指示光源120。激光源110和指示光源120均可以选择LED发光元件。LED 发光元件发出的均为点光源。指示光源120发出的为可见光，激光源 110发出的为不可见的激光。

在本申请一些实施方式中，测量组件包括激光源110和准直透镜 132。第一滤光镜131设置在激光源110的出光侧。准直透镜132设置在第一滤光镜131的出光侧，用以将重合的测量激光和指示光转换为平行光。指示光组件包括指示光源120。第一滤光镜131设置在指示光的出光侧。

进一步地，第一滤光镜131与测量激光光轴的夹角等于第一滤光镜131与指示光光轴的夹角。

可选地，第一滤光镜131与激光源110发出的测量激光的光轴的夹角为30-60°；第一滤光镜131与指示光源120发出的指示光的光轴的夹角为30-60°。

可选地，第一滤光镜131与激光源110发出的测量激光光轴的夹角为45°，第一滤光镜131与指示光源120发出的指示光光轴的夹角也为45°。

参照图1，第一滤光镜131设置在激光源110的出光侧，同时也设置在指示光源120的出光侧。并且第一滤光镜131相对激光源110 和指示光源120均倾斜设置。准直透镜132设置在第一滤光镜131 的出光侧。第一滤光镜131与激光源110发出的测量激光的光轴之间的夹角(图1中角α)为45°，第一滤光镜131与指示光源120发出的测量激光的光轴之间的夹角(图1中角β)也为45°，两个夹角相等。即图1中角α和角β相等。

通过将第一滤光镜131与指示光源120发出的测量激光的光轴之间的夹角设置为等于第一滤光镜131与激光源110发出的测量激光的光轴之间的夹角，使得指示光源120发出的指示光经过第一滤光镜 131反射后能够与透过第一滤光镜131的测量激光重合。进而使得指示光与测量激光沿相同的光路发射出，照射在待测量的目标物体的同一位置上，从而实现在测量物体距离的同时对物体的具***置进行显示。

在本申请其他可选的实施方式中，上述的准直透镜132可以选择其他能够将测量激光和指示光转换为平行光的光学元件，例如凸透镜、凸透镜组、凹透镜和凸透镜组等。

在本申请其他可选的实施方式中，上述的第一滤光镜131与指示光源120发出的测量激光的光轴之间的夹角的角度值可以根据实际的设置位置选择其他角度值。第一滤光镜131与激光源110发出的测量激光的光轴之间的夹角值可以根据实际的设置位置选择其他角度值。二者保持相等即可。例如，均为60°、均为50°等。

在本申请一些实施方式中，测量组件包括第一准直透镜1311和激光源110，第一准直透镜1311用于将测量组件发出的测量激光转换为平行光输出至第一滤光镜131。第一准直透镜1311设置在激光源110的出光侧。指示光组件包括指示光源120和第二准直透镜1312，第二准直透镜1312用于将指示光组件发出的指示光转换为平行光输出至第一滤光镜131。第二准直透镜1312设置在指示光源120的出光侧。第一滤光镜131设置在第一准直透镜1311和第二准直透镜 1312的出光侧。

进一步地，第一滤光镜131与经过第一准直透镜1311后的测量激光的光轴之间的夹角等于第一滤光镜131与经过第二准直透镜 1312后的指示光的光轴之间的夹角。

进一步可选地，第一滤光镜131与经过第一准直透镜1311后的测量激光的光轴之间的夹角为30-60°；第一滤光镜131与经过第二准直透镜1312后的指示光的光轴之间的夹角为30-60°。

进一步可选地，第一滤光镜131与经过第一准直透镜1311后的测量激光的光轴之间的夹角为45°；第一滤光镜131与经过第二准直透镜1312后的指示光的光轴之间的夹角为45°。

参照图2，第一准直透镜1311设置在激光源110的出光侧，激光源110发出的测量激光经过第一准直透镜1311的处理后，成为平行光。第一滤光镜131设置在第一准直透镜1311的出光侧，经过第一准直透镜1311的平行的测量激光透过第一滤光镜131。第二准直透镜1312设置在指示光源120的出光侧，指示光源120发出的指示光经过第二准直透镜1312的处理后，成为平行光。第一滤光镜131 相对于第一准直透镜1311和第二准直透镜1312倾斜设置。并且第一滤光镜131与经过第一准直透镜1311的测量激光的光轴之间的夹角 (图2中角γ)为45°，第一滤光镜131经过第二准直透镜1312的指示光的光轴之间的夹角(图2中角δ)也为45°，两个夹角相等。即图2中角γ和角δ相等。

通过将第一滤光镜131与经过第二准直透镜1312的指示光的光轴之间的夹角设置为等于第一滤光镜131与经过第一准直透镜1311 的测量激光的光轴之间的夹角，使得指示光源120发出的指示光经过第一滤光镜131反射后能够与透过第一滤光镜131的测量激光重合。进而使得指示光与测量激光沿相同的光路发射出，照射在待测量的目标物体上，从而实现在测量物体距离的同时对物体的具***置进行显示。

在本申请其他可选的实施方式中，上述的第一准直透镜1311和第二准直透镜1312均可以选择其他能够将测量激光和指示光转换为平行光的光学元件，例如凸透镜、凸透镜组、凹透镜和凸透镜组等。

在本申请其他可选的实施方式中，上述的第一滤光镜131与经过第二准直透镜1312的指示光的光轴之间的夹角的角度值可以根据实际的设置位置选择其他角度值。上述的第一滤光镜131与经过第一准直透镜1311的测量激光的光轴之间的夹角的角度值可以根据实际的设置位置选择其他角度值。二者保持相等即可。例如，均为60°、均为50°等。

进一步地，接收组件130包括接收镜组140和探测器150。

接收镜组140用于接收经过待测量物体反射的反射光，并选择性地将反射光中的测量光输出。探测器150用于接收反射光中的测量光。

在本申请一些实施方式中，参照图1或图2，接收镜组140包括汇聚透镜141和第二滤光镜142，第二滤光镜142设置在汇聚透镜141 的出光侧，第二滤光镜142与汇聚透镜141平行设置。

上述的汇聚透镜141可以选择平凸透镜等。

上述的第二滤光镜142选择与第一滤光镜131相同的材质，选择能够使得激光透过，使得可见光被反射掉的滤光元件。

继续参照图1或图2，第二滤光镜142相对汇聚透镜141平行设置，使得经过汇聚透镜141汇聚的待测量物体的反射光能够直接到达 (光路不会发生变化)第二滤光镜142。第二滤光镜142相对探测器 150平行设置，使得透过第二滤光镜142的光束可以直接到达(光路不会发生变化)探测器150，提高传输的速度。同时，由于第二滤光镜142只允许测量激光通过，指示光会被第二滤光镜142反射掉，因此到达探测器150的只有测量激光，避免干扰，提高稳定性与精度。

进一步地，探测器150选择光电探测器。由于一般光电探测器对近红外波段更加灵敏，因此能够有效地提高测量的灵敏度，且测量的距离更远。

进一步地，汇聚透镜141靠近激光源110设置。

需要说明的是，在具体设置时，尽可能保证指示光源120和激光源110之间的距离较小。

该激光测距仪光学结构100能够应用于脉冲法测距或者相位法测距。

本申请的一些实施方式中还提供了一种激光测距仪，该激光测距仪包括如上述实施方式提供的激光测距仪光学结构100、控制器200 以及电源模块300。

进一步地，探测器150、激光源110、指示光源120均连接于控制器200。电源模块300连接于控制器200，电源模块300为激光测距仪的整个电路***提供电能。

进一步地，激光测距仪还包括显示模块400、通信模块500以及按键模块600。显示模块400连接于控制器200，用于显示控制器200 发出的信息。通信模块500连接于控制器200，用于与外部终端设备无线通信交换数据。按键模块600连接于控制器200，用于人机交互界面输入操作，并将输入信息传输至控制器200。

参照图4，控制器200选择微控制器MCU，显示模块400通过电线连接于控制器200，显示模块400用于显示文字、图片、数字信息。电源模块300通过电线连接于控制器200，给激光测距仪的整个电路***提供电能。同时控制器200实时检测电源模块300的电压和温度，进行过压保护和欠压保护。按键模块600通过电线连接于控制器200，按键模块600用于人机交互界面输入操作，控制器200用于接收按键模块600的按键信息后并判断按键输入信息，并控制显示模块400显示相应操作信息。通信模块500通过电线连接于控制器200，通过控制器200的操作，实现该激光测距仪与其他仪器设备的无线通信交换数据。

结合图1、图3和图4，该激光测距仪是这样使用的：

测量时，控制器200控制激光源110发出测量激光，控制器200 记录发射时间t1，测量激光穿过第一滤光镜131，同时指示光源120 也发出指示光，传到第一滤光镜131被反射后，与测量激光沿同样的光轴传播。之后测量激光和指示光同时通过准直透镜132准直发射出去，打到目标物体后反射到汇聚透镜141，汇聚透镜141将反射光汇聚后通过第二滤光镜142(指示光被第二滤光镜142反射掉)后到达探测器150上，探测器150发生光电效应产生脉冲电流传到控制器 200，控制器200通过信号筛选分析，得到接收时间t2，通过运算得出该激光测距仪与目标物体的距离L＝c*(t2-t1)/2(c为测试激光的光速)。

该激光测距仪通过电路光路的精确配合，测量精度可达毫米级。

结合图2、图3和图4，该激光测距仪是这样使用的：

测量时，控制器200控制激光源110发出测量激光，控制器200 记录发射时间t1，测量激光经过第一准直透镜1311准直后，穿过第一滤光镜131，同时指示光源120也发出指示光，指示光经过第二准直透镜1312准直后，传到第一滤光镜131，并被第一滤光镜131发射，改变传播路径，变为与测量激光沿同样的光轴传播。之后测量激光和指示光同时打到目标物体后反射到汇聚透镜141，汇聚透镜141 将反射光汇聚后通过第二滤光镜142(指示光被第二滤光镜142反射掉)后到达探测器150上，探测器150发生光电效应产生脉冲电流传到控制器200，控制器200通过信号筛选分析，得到接收时间t2，通过运算得出该激光测距仪与目标物体的距离L＝c*(t2-t1)/2(c为测试激光的光速)。

该激光测距仪通过电路光路的精确配合，测量精度可达毫米级。

在本申请其他可选的实施方式中，提供一种激光测距仪，其与前述实施方式提供的激光测距仪的结构基本相同，所不同之处在于，该激光测距仪采用相位法计算待测量物体的距离。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光测距仪光学结构，其特征在于，包括：

测量组件，所述测量组件用于发出测量激光；

指示光组件，所述指示光组件用于发出指示光，所述指示光为可见光；

第一滤光镜，所述第一滤光镜能够使所述测量激光通过并使所述指示光反射；所述第一滤光镜设置于所述测量激光和所述指示光的出光光路上，用于将所述测量激光和指示光调整至光路重合；以及

接收组件，用于接收经过待测量物体反射的反射光中的所述测量激光。

2.根据权利要求1所述的激光测距仪光学结构，其特征在于，

所述测量组件包括准直透镜和激光源；所述第一滤光镜设置在所述激光源的出光侧；所述准直透镜设置在所述第一滤光镜的出光侧，用以将重合的所述测量激光和所述指示光转换为平行光；所述指示光组件包括指示光源；所述第一滤光镜与所述激光源发出的测量激光的光轴的夹角等于所述第一滤光镜与所述指示光源发出的所述指示光的光轴的夹角。

3.根据权利要求2所述的激光测距仪光学结构，其特征在于，

所述第一滤光镜与所述激光源发出的测量激光的光轴的夹角为30-60°；

所述第一滤光镜与所述指示光组件发出的所述指示光的光轴的夹角为30-60°。

4.根据权利要求1所述的激光测距仪光学结构，其特征在于，

所述测量组件包括第一准直透镜和激光源，所述第一准直透镜设置在所述激光源的出光侧，所述第一准直透镜用于将所述激光源发出的测量激光转换为平行光；

所述指示光组件包括第二准直透镜和指示光源；所述第二准直透镜设置在所述指示光源的出光侧，所述第二准直透镜用于将所述指示光源发出的指示光转换为平行光；

所述第一滤光镜设置在所述第一准直透镜和所述第二准直透镜的出光侧；

所述第一滤光镜与经过所述第一准直透镜后的测量激光的光轴之间的夹角等于所述第一滤光镜与经过所述第二准直透镜后的指示光的光轴之间的夹角。

5.根据权利要求4所述的激光测距仪光学结构，其特征在于，

所述第一滤光镜与经过所述第一准直透镜后的测量激光的光轴之间的夹角为30-60°；

所述第一滤光镜与经过所述第二准直透镜后的指示光的光轴之间的夹角为30-60°。

6.根据权利要求1-5任一项所述的激光测距仪光学结构，其特征在于，

所述接收组件包括接收镜组和探测器；

所述接收镜组用于接收经过所述待测量物体反射的反射光，并选择性地将所述反射光中的测量激光输出；

所述探测器用于接收所述反射光中的测量激光。

7.根据权利要求6所述的激光测距仪光学结构，其特征在于，

所述接收镜组包括汇聚透镜和第二滤光镜，所述汇聚透镜设置在所述反射光的入光光路，用于将所述反射光汇聚至所述探测器；所述第二滤光镜设置在所述汇聚透镜的出光侧，所述第二滤光镜平行于所述汇聚透镜；所述第二滤光镜能够使测量激光透过，并使指示光反射。

8.根据权利要求1所述的激光测距仪光学结构，其特征在于，

所述测量激光为近红外激光。

9.一种激光测距仪，其特征在于，所述激光测距仪包括如权利要求1-8任一项所述的激光测距仪光学结构；

控制器，所述接收组件、所述测量组件、所述指示光组件均连接于所述控制器；以及

电源模块，所述电源模块连接于所述控制器，为所述激光测距仪的整个电路***提供电能。

10.根据权利要求9所述的激光测距仪，其特征在于，

所述激光测距仪还包括显示模块、通信模块以及按键模块；

所述显示模块连接于所述控制器，用于显示所述控制器发出的信息；

所述通信模块连接于所述控制器，用于与外部终端设备无线通信交换数据；

所述按键模块连接于所述控制器，用于人机交互界面输入操作，并将输入信息传输至所述控制器。

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