CN2572337Y - 光波测距仪 - Google Patents

Abstract

一种光波测距仪，可使用可视光照射目标反射物体来测量距离、高度角、水平角等。为了防止从一个可视光半导体激光器光源(1)中出射的出射光(20)发生散射，可使其通过遮光筒(9)，然后依次通过变形三角棱镜(7)、正立棱镜(6)进行折射，经过瞄准望远镜的调焦透镜(8)进行光学调整，然后穿过物镜(11)使出射光(20)会聚后照射到目标反射物体(30)上，以此来进行距离的测量。可以制作出小型化、轻型化、价格又便宜的光波测距仪。

Description

光波测距仪

技术领域

本实用新型是关于在光波测距仪安装一个光学测距计，通过这个光学测距计来测量发射到目标反射物体(固体、液体、棱镜等)上经过折射和反射以后的光，来测量到达物体的距离。

背景技术

固定测量位置把可视光照射到目标反射物体(30)上，用红外光测量到达测点位置的距离，这是根据日本专利第6-60203号大家所共知的光波测距计的技术。在这个技术中要使用两个发光元件，一个是照射用的可视光元件，另一个是光波测距仪本身要使用的，出射光的光波为从物镜上发射的可视光以及红外光这两个波长的光。以前光学部件太多，而且还要对二轴进行光学调整，光学部件的过多束缚了产品小型化的发展。

还有，一般的测量仪器的分类有电子经纬仪、光波测距仪等，为了在测量点上设定测量仪器的铅直轴的中心的目的，都要安装上定中心望远镜。

发明内容

本实用新型的目的是使用一个可视光发光元件射出的出射光照射目标反射物体来进行到达目标反射物体的距离的测量，使得提供的光波测距仪具有小型化、价格便宜等多功能的特点。

本实用新型的技术方案是：一种光波测距仪，在光波测距仪上安装了光波测距计，上述的光波测距计包含以下几个部分：

一个测距用的一个可视光半导体激光器光源，从这个可视光半导体激光器光源发射出的出射光经过第一个光学透镜形成了平行出射光；

一个由第二光学透镜组成的望远镜的目镜部分；

一个正立的棱镜和一个变形三角形棱镜以及用于聚光调整的调焦透镜；

在贯通孔上配置了一个双色棱镜，在上述贯通孔中配置有遮光筒；

物镜。

为了解决上述的课题，安装了本实用新型的光波测距计的光学测距仪，它使用一个可视光半导体激光器光源，这个发光光源发射出的会聚的出射光照射到目标反射物体上，据此便可以进行到达目标反射物体的距离、水平角、高度角的测量。

本实用新型的作用：

根据本实用新型的光波测距仪，其使用的光波测距计中发光源一个可视光半导体激光器光源只需要一个光学光轴，这与使用两个发光源需要两个光学光轴相比光学部件的个数、电子元件的个数都减少了，而且光学轴的调整时间也比过去减少了1/3以下。还有，光波测距计的构造更加小型化、轻型化、价格也便宜，所以作为整个装置来说，光波测距仪的小型轻型化、价格便宜成为可能。

附图说明

附图1是本实用新型中光波测距仪的外观图；

附图2是本实用新型中所用的光波测距仪中的光波测距计的部件图；

附图3是本实用新型中表示的一个光波测距仪的具体实施例的剖面图，即用光波测距计测量正下方的测量点的示意图；

附图4是本实用新型中表示的一个光波测距仪的具体实施例的剖面图，即用光波测距计测量天顶的测量点的示意图；

附图5是本实用新型中表示的一个光波测距仪的具体实施例的剖面图，即附图4测量的天顶周围的示意图。其中：

[1]、可视光半导体激光器光源；[2]、光学透镜(第一光学透镜)；[3]、三角棱镜；[4]、三角棱镜；[5]、光学透镜(第二光学透镜)；[6]、正立棱镜；[7]、变形三角棱镜；[8]、调焦透镜；[9]、遮光筒；[10]、光栅；[11]、物镜；[12]、双色棱镜；[13]、反射棱镜；[14]、光纤；[15]、接收元件；[16]、可变光阑；[17]、焦点镜；[18]、瞄准望远镜目镜部；[19]、隔离器；[20]、出射光；[21]、反射光；[22]、镀膜；[23]、内部校正光；[24]、双色棱镜的贯通孔；[25]、微型计算机(电子回路)；[26]、双色棱镜的镀膜；[30]、目标反射物体；[31]、高度角轴中心；[33]、铅直轴的贯通孔；[34]、铅直轴；A、整平台；B、支架；C、提手；D、光波测距计；E、提手孔；

具体实施方式

参照附图，就关于本实用新型的光波测距仪进行说明。首先根据图2就光波测距仪进行说明。通过光波测距计(D)来进行测量时，可视光半导体激光器光源(1)发出的出射光(20)通过光学透镜(2)后变成了平行光，经过棱镜(3)、(4)折射，然后通过透镜(5)会聚，接着被变形三角棱镜(7)折射，再通过正立的棱镜(6)，经过调焦透镜(8)进行会聚调整，接着穿过配置在双色棱镜(12)的贯通孔(24)上的遮光筒(9)，最后通过物镜(11)出射，同时从目标反射物体(30)上反射回来的反射光(21)也入射到物镜(11)中。通过物镜(11)被会聚的入射光(21)被双色棱镜(12)、反射棱镜(13)折射后，通过可变光阑(16)入射到光纤(14)中，接着导入发光元件(15)中，通过发光元件(15)进行光电转换，变成了电信号。若使得出射光(20)在透镜(2)和透镜(5)之间的光线成为平行光，则在它们之间配置了滤光栅(10)和隔离器(5)等来进行光学调整。

被变换的电器信号通过电器回路(25)、微型计算机后，振幅、波形发生变换，经过微型计算机处理后表示出距离测量值并输出，这与公认的光波测距仪是相同的。

用瞄准望远镜瞄准目标反射物体(30)时，可视光半导体激光器光源(1)的出射光(20)通过瞄准望远镜调焦透镜(8)和瞄准望远镜的焦点进行同一的光学调整作用，其结合成的焦点被照射到目标反射物体(30)上。

以前是使用激光器经纬仪来照射目标反射物体(30)，而现在可视光半导体激光器光源的发射则是由脉冲驱动来发射可见光激光器光线，而且还通过调整光波位相来进行距离的测量。

关于可视光半导体激光器光源和位相可调的发光元件方式的光波测距仪有大家所公知的日本专利6-6020号、日本专利2001-137727、日本专利2001-357674、日本专利第2117517号等。

还有关于以脉冲激光二极管为发光元件，以脉冲驱动方式的光波测距仪通过日本专利特公昭58-26558号通告、特公昭60-1590号通告来获知。

脉冲激光二极管，因为它的构造的原理导致了它的出射光的发光领域很大，所以用光学***来对其进行会聚，使其会聚成很小的光点是很困难的，还有用眼睛对照射到目标反射物体测量点上的红外光的观察也很困难。

相对于以上情况，使用了CW(连续波)半导体激光器使得发光领域可达到微米级，这就使得发光元件发射的出射光在光学***中更加容易会聚成很小的光点成为了可能，而且照射到物体上的光线的光亮度很高，这对于照射到目标反射物体上的测量点的确认更加容易。

图1、3说明了通过瞄准望远镜瞄准目标物体。在上述的光波测距仪中，在这个光波测距仪的整平台(A)上配置有一个柱型部分(B)，它相对于上述整平台(A)，在水平方向可以围铅直轴(34)旋转，这个铅直轴(34)、上述整平台(A)以及上述柱型部分(B)是各自相互贯通的，在它的旋转轴的中心进行了设计，配置了一个贯通孔(33)。转动光波测距仪，高度角显示为180度的位置时固定光波测距仪，对光波测距仪的正下方的测量点进行照射，作为定中心器来说，它与定中心望远镜具有相同的作用，所以可以不要定中心望远镜，因为可同时进行到高度轴中心的距离的测量，所以还可以测量光波测距仪的机器高度。

图4中，上述光波测距仪，为了在搬运时方便，在光波测距仪的左右两侧的柱上配置了提手(C)，在这个提手上制成了贯通孔(E)，它可以使得上述光波测距仪(D)的出射光(20)和出射光(20)照射到目标反射物体(30)上反射回来的反射光(21)通过。转动光波测距计(D)，在高度显示为0度(天顶)的位置时固定光波测距计(D)，与此同时可进行照射到光波测距仪正上方的测量点的距离的测量。

瞄准望远镜中的目镜部分，最先记载于日本专利2001-357674中，并且配备有良好的CCD摄像头、液晶显示器等。

根据图2，上述光波测距仪中，上述可视光半导体激光器光源(1)的出射光(20)的光轴上配置的第1光学透镜(2)和第2光学透镜(5)之间配置了一个滤波器以及具有光学部件的光栅(10)，入射到上述光波测距仪(D)的接收元件(15)中的反射光(21)的光量可以通过可变光阑(16)来进行控制电压的施加，通过配置的微型计算机可以读取这个可变光阑(16)的控制电压，基于上述可变光阑(16)的控制电压，通过控制微型计算机可检测出上述反射光的光量，当反射光(21)中的光量特别大的时候，通过控制光栅(10)来减小入射到上述接收元件(15)中的反射光(21)的光量。通过目标反射物体(30)的反射光(21)的光量显著变大的情况下，则超过了其中一个可变光阑(16)的控制范围，因为在这种情况下不能进行稳定的距离测量，所以要通过微型计算机(25)来对可变光阑的控制电压进行经常性的监视，当可变光阑超过标准值时，则可以通过设定好的微机的程序设计器来进行控制。并且，在第一个光学透镜(2)和第二个光学透镜(5)之间配置了滤波器和光学部件驱动光阑(10)，它们与可变光阑(15)一起共同控制入射到接收元件中的反射光能量。

根据图2，上述光波测距仪中，色棱镜(12)因为它的反射面上镀有镀膜(26)，所以只能对特定的波长进行反射。本实用新型中对670nm以下的短波长的进行反射，对670nm以上的波长则透过镀膜(26)。

因此，采用光波长为650nm的可视光半导体激光器光源(1)的时候，通过双色棱镜(12)的镀膜(26)的出射光(20)全部被反射，则形成了出射光(20)通过设定的贯通孔(24)出射。

本实用新型所使用的双色棱镜(12)是由二块玻璃研磨成的，在一块玻璃上进行镀膜然后与另一块进行粘接，使用专用的工具设置贯通孔(24)，在贯通孔(24)内配置遮光筒(9)，防止出射光(20)发生散射，在入射到接收元件(15)时会对距离测量值产生不好的影响。

上述光波测距仪中，发光元件可视光半导体激光器光源(1)是在CW(连续波)的情况下使用的，其发出的出射光(20)照射到目标反射物体(30)上时，CW(连续波)驱动上述可视光半导体激光器光源(1)，在测量距离时，它以10倍以上的脉冲功率来进行脉冲驱动。用CW(连续波)来驱动可射光发光元件(1)，起出射光(20)照射到目标反射物体(30)上的时候，通常情况下，出射光(20)的光输出都是在可目视的安全的光输出范围内，但是在安全的光输出范围中，目标反射物(30)的反射率很低的情况下，在大多数情况下出射光(20)在照射的同时进行距离的测量是很困难的。鉴于这种状况，通过使用脉冲功率比在数10倍以上的脉冲电流来驱动可视光半导体激光器光源(1)，使其在瞬间输出功率很大的出射光(20)，这就使得在目视安全范围内测量大范围的目标反射物体(30)成为可能。无论是发光波长、红外光还是半导体激光器，上述的脉冲驱动方法都可以使用。

根据图2，上述光波测距仪中，关于上述可视光半导体激光器光源(1)中射出的上述出射光(20)照射到目标反射物体(30)上的状况，可以利用微型计算机内的程序设计器来使得测距用的可视光半导体激光器光源(1)和内部校正用的半导体激光器光源(1-2)进行交互的脉冲驱动。这种光波测距仪使用了两个半导体激光器光源，其中一个可视光半导体激光器光源(1)达到上述的目的，另一个半导体激光器光源(1-2)被用以光波测距仪的内部光的校正，出射光通过光纤(23)入射到接收元件(15)，接着进行光波测距计(D)的内部光校正。距离测量时，两个半导体激光器进行距离测量和内部校正的相互切换。

用光波测距仪开始测量的时候，通过瞄准望远镜瞄准目标反射物体(30)的方法以及光波测距计的出射光(20)照射目标反射物体(30)的方法，它们大体上分别按一定的顺序同时进行。可视光半导体激光器的出射光(20)具有的一个重要的目的就是照射目标反射物体(30)，但对其进行连续的长时间的照射使得半导体激光器(1-2)的热平衡受到破坏，有可能使光波测距计(D)测量精度受到影响。为了保证两个半导体激光器进行相互驱动时的热平衡均等，通过微型计算机的程序设计器进行了相互驱动周期的设计。反复闪光照射或者同上进行连续的照射的周期等可以进行选择。

此段要说明的是通过可视光半导体激光器光源(1)以及半导体激光器(1-2)进行距离测量的时候，作为脉冲驱动方式，它相对于通过位相可调方法来测量距离的情况来说，它的光学***的构成与配置两个半导体激光器的作用是等效的，而且位相可调方式要变更的部分变得很复杂，所以通过电子回路以及微型计算机的软件程序等来完成。

上述光波测距仪构成中，作为这个光波测距仪的高度角基准的高度角轴(31)以及被配置在整平台上铅直轴(34)，它们各自选择的转动机构通过与驱动源相结合可以为其传输驱动力，根据软件程序的指示，在用可视光照射高度角、水平角的测点仪及地上的测点、天定的测点的同时，便可以对其进行距离等的测量，使用光波测距仪进行测量时，到测量点的高度角、水平角的组合一般都要通过手工来进行。由于用途的不同，把高度角轴以及铅直轴通过动力驱动机构使其结合起来，通过软件程序设计器来设计出高度角、水平角的测量点，在这个测量点上，制成的光波测距仪就能使光波测距计(D)出射光(20)照射到目标反射物体(30)上来进行距离的测量，通过外部控制信号来控制高度角、水平角，同时还具有垂直器、打印机的功能，测量达到测点的距离，这些使得光波测距计成为了多功能的测量仪器。

图2的说明：为了防止可视光半导体激光器光源(1)的出射光(20)入射到瞄准望远镜的目镜部，要在焦点镜(17)和目镜(18)进行镀膜，镀的膜要满足可视光半导体激光器光源(1)的波长要求。

Claims (5)

1、一种光波测距仪，在光波测距仪上安装了光波测距计(D)，其特征在于：上述的光波测距计(D)包含以下几个部分：

一个测距用的一个可视光半导体激光器光源(1)，从这个可视光半导体激光器光源(1)发射出的出射光经过第一个光学透镜(2)形成了平行出射光(20)；

一个由第二光学透镜(5)组成的望远镜的目镜部分；

一个正立的棱镜(6)和一个变形三角形棱镜(7)以及用于聚光调整的调焦透镜(8)；

在贯通孔(24)上配置了一个双色棱镜(12)，在上述贯通孔中配置有遮光筒(9)；

物镜(11)。

2、根据权利要求1所述的光波测距仪，其特征在于：在光波测距仪的整平台(A)上配置有一个柱型部分(B)，该柱型部分(B)相对于整平台(A)在水平方向围铅直轴(34)旋转，这个铅直轴(34)、上述整平台(A)以及上述柱型部分(B)是各自相互贯通的，在它的旋转轴的中心配置了一个贯通孔(33)。

3、根据权利要求1所述的光波测距仪，其特征在于：在光波测距仪的左右两侧的柱上配置了提手(C)，在这个提手上制成了贯通孔(E)。

4、根据权利要求1所述的光波测距仪，其特征在于：在可视光半导体激光器光源(1)的出射光(20)的光轴上配置的第一光学透镜(2)和第二光学透镜(5)之间配置了一个滤波器以及具有光学部件的光栅(10)。

5、根据权利要求1所述的光波测距仪，其特征在于：在双色棱镜(12)的反射面上设置双色棱镜镀膜(26)。

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