專利名稱：激光測(cè)距儀和適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，特別是涉及一種適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在激光測(cè)距儀中，利用測(cè)定調(diào)制光波往返于被測(cè)距離的差值間接的求得待測(cè)距離。在激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)中，通常包含一個(gè)可接入的通過(guò)激光偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)光路切換的裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)介于半導(dǎo)體激光器和接收裝置之間的內(nèi)部參考距離。在進(jìn)行一次完整的測(cè)量時(shí)，通常是先測(cè)得內(nèi)部參考距離值，然后再接收外部被測(cè)距離的信號(hào)，根據(jù)內(nèi)部參考值對(duì)外部被測(cè)距離的信號(hào)進(jìn)行處理，得到待測(cè)距離值。整個(gè)測(cè)量過(guò)程分為了測(cè)量參考值和測(cè)量外部被測(cè)信號(hào)值，且在硬件上包含了一個(gè)可切換外部光路和內(nèi)部光路的機(jī)構(gòu)。但是現(xiàn)有的切換激光測(cè)距儀光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部光路和外部光路的機(jī)構(gòu)，往往通過(guò)機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)一個(gè)用于換擋的光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)，參見(jiàn)中國(guó)專利“激光測(cè)距儀的內(nèi)外光路切換裝置”(專利號(hào)ZL200820164922. 6)，其通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)遮光板轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)距儀內(nèi)外光路的轉(zhuǎn)換。通過(guò)機(jī)械實(shí)現(xiàn)切換，往往存在響應(yīng)速度慢，對(duì)實(shí)現(xiàn)切換的執(zhí)行裝置要求高，為了提高精度和可靠性導(dǎo)致成本提高?，F(xiàn)在尚沒(méi)有一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔可靠，能夠有效實(shí)現(xiàn)激光測(cè)距儀光路切換的光學(xué)系統(tǒng)或裝置。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了一類具有折射率變化特性的一類晶體，稱為折變晶體。折變晶體包括光折變晶體和電光晶體。在不同強(qiáng)度激光的照射下，折射率會(huì)發(fā)生變化的晶體叫光折變晶體，如BaTiO3晶體。在外加電場(chǎng)的變化的情況下，折射率發(fā)生變化的晶體叫電光晶體，如磷酸二氫鉀(KDP)晶體。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)可靠并能有效實(shí)現(xiàn)光路切換的適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，包括入射光路系統(tǒng)，其特征在于，還包括出射光路系統(tǒng)，出射光路系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生激光光源的激光管、用于將激光光源產(chǎn)生的激光轉(zhuǎn)換為沿第一方向射出的直線激光束的準(zhǔn)直透鏡組、用于對(duì)準(zhǔn)直透鏡組產(chǎn)生的直線激光束進(jìn)行光路切換的光路切換組件，光路切換組件包括能改變自身折射率的折變晶體，折變晶體形成有與第一方向傾斜相交的用于接受激光束的入射界面、用于出射激光束的第一出射界面。具體而言，為了實(shí)現(xiàn)激光折變的切換，上述折變晶體還形成有用于出射作為參考信號(hào)的激光束的第二出射界面。并且上述第二出射界面垂直于上述入射界面。更進(jìn)一步而言，上述第二出射界面與上述第一方向傾斜相交。上述第一出射界面與上述入射界面平行。為了實(shí)現(xiàn)折射率的變化，對(duì)于折變晶體的選擇，我們選擇兩種較為優(yōu)選的折變晶體，它們是折射率因入射的激光束功率變化而變化的光折變晶體以及折射率因加載的電場(chǎng)變化而變化的電光晶體。另外，為了實(shí)現(xiàn)激發(fā)折變晶體折射率的變化，對(duì)于電光晶體，在光路切換組件中還設(shè)有相應(yīng)的電場(chǎng)系統(tǒng)和電場(chǎng)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)具體需要激發(fā)電光晶體。而對(duì)于光折變晶體，則通過(guò)激光管發(fā)出的激光的強(qiáng)度來(lái)激發(fā)光折變晶體。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)的完整功能，上述入射光路系統(tǒng)包括用于接收激光束的光學(xué)窄帶濾波片。上述入射光路系統(tǒng)還包括用于聚集散射光的聚光鏡。上述入射光路系統(tǒng)還包括用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器。本實(shí)用新型的激光測(cè)距儀除了包括上述的光學(xué)系統(tǒng)之外，還包括用于控制上述激光管的激光調(diào)制模塊、用于接收和處理上述光電轉(zhuǎn)換器信號(hào)的信號(hào)處理模塊、與上述激光調(diào)制模塊和信號(hào)處理模塊電連接的主控模塊、與上述主控模塊電連接的人機(jī)界面。本實(shí)用新型的有益之處在于采用的折變晶體本身位置固定，光路切換通過(guò)改變折射率實(shí)現(xiàn)，而且其本身的光學(xué)參數(shù)穩(wěn)定，可靠性高；無(wú)活動(dòng)件的機(jī)械切換結(jié)構(gòu)，組件少，裝配簡(jiǎn)單。

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型中的光路切換組件的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。圖中附圖標(biāo)記的含義1、激光管，2、準(zhǔn)直透鏡組，3、折變晶體，5、光學(xué)窄帶濾波片，6、聚光鏡，7、光電轉(zhuǎn)換器，8、入射界面，9、第一出射界面，10、第二出射界面；A、入射光路系統(tǒng)，B、出射光路系統(tǒng)，C、光路切換組件，L、第一方向；al、入射光線,a2、第一折射光線,a3、測(cè)量光線,a4、第二折射光線，a5、全反射光線，a6、參考光線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步的介紹。參照?qǐng)D1所示，本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)主要包括入射光路系統(tǒng)A、出射光路系統(tǒng)B、光路切換組件C，其中，出射光路系統(tǒng)B用于產(chǎn)生用于測(cè)量的激光源實(shí)現(xiàn)激光束對(duì)被測(cè)量的目標(biāo)物進(jìn)行照射，入射光路系統(tǒng)A，實(shí)現(xiàn)將被目標(biāo)物反饋的光線收集并測(cè)量，光路切換組件C的作用在于使出射光路系統(tǒng)B產(chǎn)生的激光不再出射至目標(biāo)后返回，而是在激光測(cè)距儀中直接回到入射光路系統(tǒng)中的光電轉(zhuǎn)換器7作為參考信號(hào)。出射光路中主要設(shè)有用于產(chǎn)生激光源的激光管1、用于將激光光源產(chǎn)生的激光轉(zhuǎn)換為沿第一方向射出的直線激光束的準(zhǔn)直透鏡組2。光路切換組件C設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡組2出射光線的一側(cè)，具體而言是折變晶體3設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡組2出射光線的一側(cè)以實(shí)現(xiàn)光路切換。作為優(yōu)選方案，入射光路系統(tǒng)A包括用于接收激光束的光學(xué)窄帶濾波片5、用于聚集散射光的聚光鏡6、用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器7，光學(xué)窄帶濾波片5設(shè)置在聚光鏡6和光電轉(zhuǎn)換器7之間，其中聚光鏡6的一側(cè)為光線入射的一側(cè)。以下結(jié)合圖2，對(duì)本實(shí)用新型的光路切換組件進(jìn)行詳細(xì)介紹。光路切換組件包括能改變自身折射率的折變晶體，我們選擇的折變晶體是希望其能在自身位置不發(fā)生移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，僅通過(guò)外部激發(fā)使其折射率發(fā)生變化，從而使光路實(shí)現(xiàn)切換。如前所述，作為優(yōu)選方案，我們可以選擇折射率因入射的激光束功率變化而變化的光折變晶體以及折射率因加載的電場(chǎng)變化而變化的電光晶體，因?yàn)樗鼈兙捎煞亲陨淼耐獠康淖兓ぐl(fā)折射率的變化。如果要做進(jìn)一步的優(yōu)選，電光晶體的可控性更高一些，在選用電光晶體作為折變晶體時(shí)，在光路切換組件中還相應(yīng)設(shè)置有電場(chǎng)系統(tǒng)和電場(chǎng)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)激發(fā)。我們可以通過(guò)在電光晶體的兩端設(shè)置晶體極片，并在晶體極片上加載電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)電光晶體加載電場(chǎng)的目的，當(dāng)然也可以采用其他的方法。參照?qǐng)D2，折變晶體一般形成有與第一方向傾斜相交的用于接受激光束的入射界面8、用于出射激光束的第一出射界面9。當(dāng)需要照射外部的目標(biāo)物時(shí)，調(diào)整折變晶體的折射率，使入射光線al入射到入射界面8進(jìn)而折射為第一折射光線入射a2至第一出射界面，經(jīng)過(guò)再次折射形成與原入射光線平行的測(cè)量光線a3對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行照射。需要進(jìn)行光路切換時(shí)，如圖2所示實(shí)施例，如果想通過(guò)折變晶體3本身完成全部光路切換所需的光路轉(zhuǎn)折，適當(dāng)設(shè)置入射光線al與入射界面8之間的角度和折變晶體3在切換時(shí)的折射率，能使第二折射光線a4在出射界面的入射角大于折變晶體3的全反射角，產(chǎn)生全反射光線a5入射到與第一出射界面9不同的界面上，進(jìn)而折射出參考光線a6作為參考信號(hào)的激光束。此時(shí)，折變晶體3還需形成有用于出射作為參考信號(hào)的激光束的與第一出射界面9不同的第二出射界面10。作為優(yōu)選，第二出射界面10垂直于入射界面8，第二出射界面10與第一方向L傾斜相交，第一出射界面9與入射界面8平行。這樣一來(lái)如圖2所示，本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)能夠有效的實(shí)現(xiàn)激光束的折變切換。需要說(shuō)明的是，折變晶體3在測(cè)量時(shí)的折射率小于在獲取參考信號(hào)時(shí)的折射率。本實(shí)用新型的激光測(cè)距儀除了包括上述的光學(xué)系統(tǒng)之外，為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)激光測(cè)距儀的完整功能，本實(shí)用新型的激光測(cè)距儀還包括激光調(diào)制模塊、信號(hào)處理模塊、主控模塊、人機(jī)界面等。其中，激光調(diào)制模塊負(fù)責(zé)控制光學(xué)系統(tǒng)中的激光管，使其發(fā)射出我們所期望的激光束、信號(hào)處理模塊主要用于處理光電轉(zhuǎn)換器的信號(hào)，主控模塊用于控制激光調(diào)制模塊、信號(hào)處理模塊和接收它們反饋的信息。人機(jī)界面主要提供給使用者一個(gè)能與主控模塊交流及對(duì)主控模塊進(jìn)行控制的界面。主控模塊分別與激光調(diào)制模塊、信號(hào)處理模塊、人機(jī)界面電連接。以上通過(guò)對(duì)所列實(shí)施方式的介紹，闡述了本實(shí)用新型的基本構(gòu)思和基本原理。但本實(shí)用新型絕不限于上述所列實(shí)施方式，凡是基于本實(shí)用新型的技術(shù)方案所作的等同變化、改進(jìn)及故意變劣等行為，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，包括入射光路系統(tǒng)，其特征在于，還包括出射光路系統(tǒng)，上述出射光路系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生激光光源的激光管、用于將上述激光光源產(chǎn)生的激光轉(zhuǎn)換為沿第一方向射出的直線激光束的準(zhǔn)直透鏡組、用于對(duì)上述準(zhǔn)直透鏡組產(chǎn)生的直線激光束進(jìn)行光路切換的光路切換組件，上述光路切換組件包括能改變自身折射率的折變晶體，上述折變晶體形成有與上述第一方向傾斜相交的用于接受激光束的入射界面、用于出射激光束的第一出射界面；上述入射光路系統(tǒng)還包括用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述折變晶體還形成有用于出射作為參考信號(hào)的激光束的第二出射界面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第二出射界面垂直于上述入射界面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第二出射界面與上述第一方向傾斜相交。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第一出射界面與上述入射界面平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述折變晶體包括折射率因入射的激光束功率變化而變化的光折變晶體以及折射率因加載的電場(chǎng)變化而變化的電光晶體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述入射光路系統(tǒng)包括用于接收激光束的光學(xué)窄帶濾波片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述入射光路系統(tǒng)還包括用于聚集散射光的聚光鏡。
9.激光測(cè)距儀，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光測(cè)距儀，其特征在于，還包括用于控制上述激光管的激光調(diào)制模塊、用于接收和處理上述光電轉(zhuǎn)換器信號(hào)的信號(hào)處理模塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光測(cè)距儀，其特征在于，還包括與上述激光調(diào)制模塊和信號(hào)處理模塊電連接的主控模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光測(cè)距儀，其特征在于，還包括與上述主控模塊電連接的人機(jī)界面。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種激光測(cè)距儀和適用于激光測(cè)距儀的光學(xué)系統(tǒng)，包括入射光路系統(tǒng)、出射光路系統(tǒng)、用于進(jìn)行光路切換的光路切換組件，上述出射光路系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生激光光源的激光管、用于將上述激光光源產(chǎn)生的激光轉(zhuǎn)換為沿第一方向射出的直線激光束的準(zhǔn)直透鏡組，上述光路切換組件包括能改變自身折射率的折變晶體；本實(shí)用新型的有益之處在于采用的光折變晶體本身位置固定，切換通過(guò)加載的電壓改變折射率實(shí)現(xiàn)，而且其本身的光學(xué)參數(shù)穩(wěn)定，可靠性高；無(wú)活動(dòng)件的機(jī)械切換結(jié)構(gòu)，組件少，裝配簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01S7/48GK202886599SQ20122055428
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者陳武, 周其偉 申請(qǐng)人:南京德朔實(shí)業(yè)有限公司