一种测距系统及其镜片结构的制作方法

本实用新型涉及光学系统，特别为一种测距系统及其镜片结构。

背景技术：

激光测距的一种原理是：激光通过准直系统后，发射出去的光束到达测距目标，经测距目标反射回来的光线，被接收器接收，通过计算光在空气中飞行时间，从而能计算出被测物体的距离。

现有已有的光学系统，通常是准直系统需要独立一个光学系统，接收器需要另外一个独立的光学系统。即激光发射出去需要一个光学系统，而接收激光需要另外一个光学系统来完成。由于存在两个独立的光学系统，会存在一定的误差，如果发射跟接收的光学系统能够共用一个光学结构，那么系统的精度能够大大提升。

目前市面上已经有一种激光器能集激光发射和光线接收为一体，但是缺少一个与该发射和接收一体的激光器相配套的光学结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：克服以上缺点提供一种测距系统及其镜片结构,该测距系统在光线的发射和接收共用一个光学系统，整个系统的测距误差小，精度更高；该测距系统的镜片结构，适用于发射和接收功能为一体的激光器，具有提升测距系统测量精度的功能。

本实用新型通过如下技术方案实现：

方案一：

一种用于测距系统的镜片结构，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的用于将入射光线扩束成平行光线的准直扩束镜组和用于将扩束后的平行光线汇聚到被测目标上的汇聚透镜组；

所述准直扩束镜组包括沿光线线入射方向依次设置的第一镜片和第二镜片,所述汇聚透镜组包括沿光线线入射方向依次设置的第三镜片和第四镜片；

所述第一镜片为弯月型透镜，所述第二镜片为双凸型透镜，第三镜片沿光线入射方向的第一镜面为平面，第四镜片沿光线入射方向的第二镜面为平面；第一镜片和第二镜片之间的空气间隔为10-20mm,第二镜片和第三镜片之间的空气间隔为10-50mm，第三镜片和第四镜片之间的空气间隔为2-15mm；

所述的各个镜片满足以下光学条件：

n1为1.8～1.85，v1为20～26，1r1为6～7mm，1r2为7～8mm，d1为3.5～4.5mm；

n2为1.8～1.85，v2为20～26，2r1为20～25mm，2r2为-100～-150mm，d2为5.5～6mm；

n3为1.8～1.85，v3为20～26，3r2为20000～25000mm，d3为3～9mm；

n4为1.5～1.6，v4为50～60，4r1为10000～20000mm，d4为3～7mm；

其中，n1～n4依次为第一镜片至第四镜片的折射率，v1～v4依次为第一镜片至第四镜片的阿贝系数，1r1、2r1、4r1依次为第一镜片、第二镜片和第四镜片的第一镜面的曲率半径，1r2、2r2、3r2依次为第一镜片至第三镜片的第二镜面的曲率半径，d1～d4依次为第一镜片至第四镜片的中心厚度。

优选地，第一镜片、第二镜片和第四镜片采用相同的玻璃材质。

优选地，第一镜片、第二镜片和第四镜片为h-zf52a光学玻璃。

优选地，所述第三镜片采用h-k9l光学玻璃。

方案二：

一种测距系统，其特征在于：所述测距系统包括方案一所述的用于测距系统的镜片结构，所述测距系统还包括光环形器、光发射机、光接收机、光纤、以及控制模块，所述光环形器包括第一端口、第二端口、以及第三端口；

所述第一端口正对光发射机的激光发射口，用于接收光发射机发射的激光并能将该激光转换至第二端口进行输出；

所述第二端口正对光纤的入口，所述光纤的出口正对镜片结构的第一镜片的第一镜面中心；所述第二端口用于接收第一端口输入的激光并向所述的光纤输出光线，以及用于接收经过被测目标、镜片结构、以及光纤反馈回来的光线并能将该反馈光线转换至第三端口；

所述第三端口正对光接收机的激光接收口，用于接收第二端口转换来的光线并向光接收机输出反馈回来的光线；

所述控制模块分别与光接收机和光发射机相连接，用于根据光接收机接收到光线与光发射机发射出光线之间的时间差、以及光线的速度，从而计算出被测目标与所述镜片结构之间的距离。

较之前技术而言，本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型一种测距系统及其镜片结构,该测距系统在光线的发射和接收共用一个光学系统，整个系统的测距误差小，精度更高；该测距系统的镜片结构，适用于发射和接收功能为一体的激光器，具有提升测距系统测量精度的功能。

2.本实用新型一种测距系统及其镜片结构,该系统的路光斑点小于0.031um，激光光线能力集中度高，效果优良。

3.本实用新型一种测距系统及其镜片结构还具有结构简单、便于推广应用的优点。

附图说明

图1为本实用新型种测距系统及其镜片结构的结构示意图；

图2为本实用新型种测距系统及其镜片结构的光路示意图；

图3为本实用新型种测距系统及其镜片结构的光路光斑图。

标号说明：1-第一端口、2-第二端口、3-第三端口、4-准直扩束镜组、5-汇聚透镜组、6-被测目标、7-光环形器、8-光纤、9-光发射机、10-光接收机、a-第一镜片、b-第二镜片、c-第三镜片、d-第四镜片。

具体实施方式

下面结合附图说明对本实用新型做详细说明：

实施例一：

一种用于测距系统的镜片结构，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的用于将入射光线扩束成平行光线的准直扩束镜组4和用于将扩束后的平行光线汇聚到被测目标6上的汇聚透镜组5；

所述准直扩束镜组4包括沿光线线入射方向依次设置的第一镜片a和第二镜片b,所述汇聚透镜组5包括沿光线线入射方向依次设置的第三镜片c和第四镜片d；

所述第一镜片a为弯月型透镜，所述第二镜片b为双凸型透镜，第三镜片c沿光线入射方向的第一镜面为平面，第四镜片d沿光线入射方向的第二镜面为平面；第一镜片a和第二镜片b之间的空气间隔为10-20mm,第二镜片b和第三镜片c之间的空气间隔为10-50mm，第三镜片c和第四镜片d之间的空气间隔为2-15mm；

所述的各个镜片满足以下光学条件：

n1为1.8～1.85，v1为20～26，1r1为6～7mm，1r2为7～8mm，d1为3.5～4.5mm；

n2为1.8～1.85，v2为20～26，2r1为20～25mm，2r2为-100～-150mm，d2为5.5～6mm；

n3为1.8～1.85，v3为20～26，3r2为20000～25000mm，d3为3～9mm；

n4为1.5～1.6，v4为50～60，4r1为10000～20000mm，d4为3～7mm；

其中，n1～n4依次为第一镜片至第四镜片的折射率，v1～v4依次为第一镜片至第四镜片的阿贝系数，1r1、2r1、4r1依次为第一镜片、第二镜片和第四镜片的第一镜面的曲率半径，1r2、2r2、3r2依次为第一镜片至第三镜片的第二镜面的曲率半径，d1～d4依次为第一镜片至第四镜片的中心厚度。

优选地，第一镜片a、第二镜片b和第四镜片d采用相同的玻璃材质。

优选地，第一镜片a、第二镜片b和第四镜片d为h-zf52a光学玻璃。

优选地，所述第三镜片c采用h-k9l光学玻璃。

实施例二：

一种测距系统，其特征在于：所述测距系统包括实施例一所述的用于测距系统的镜片结构，所述测距系统还包括光环形器7、光发射机9、光接收机10、光纤8、以及控制模块，所述光环形器7包括第一端口1、第二端口2、以及第三端口3；

所述第一端口1正对光发射机9的激光发射口，用于接收光发射机9发射的激光并能将该激光转换至第二端口2进行输出；

所述第二端口2正对光纤8的入口，所述光纤8的出口正对镜片结构的第一镜片a的第一镜面中心；所述第二端口2用于接收第一端口1输入的激光并向所述的光纤8输出光线，以及用于接收经过被测目标6、镜片结构、以及光纤8反馈回来的光线并能将该反馈光线转换至第三端口3；

所述第三端口3正对光接收机10的激光接收口，用于接收第二端口2转换来的光线并向光接收机10输出反馈回来的光线；

所述控制模块分别与光接收机和光发射机相连接，用于根据光接收机接收到光线与光发射机发射出光线之间的时间差、以及光线的速度，从而计算出被测目标6与所述镜片结构之间的距离。

图3为本实用新型种测距系统及其镜片结构的光路光斑图，从图中可以看出光路光斑点小于0.031um，说明激光光斑小，激光光线能力集中度高，效果优良。

其工作原理和过程如下：光发射机发出的光线，经过光环形器7的第一端口1，由于光环行器7是一种非互易的光学器件，在第一端口1发射的脉冲激光光线能够很小的损耗的通过第二端口2输出到光纤8中，光纤8经过准直扩束镜组4成平行光束后，经过汇聚镜组5，将光线发射到被测目标6上，根据光线的可逆性原理，被测目标6反射回来的光线，经过汇聚镜组5，再经过准直扩束镜组4，后回到光纤8中，光纤8中的光线再经过第二端口2从第三端口3输出，被光接收器接收，控制模块通过计算脉冲激光从发射到接收所用的时间，计算出被测物体的距离，或者被测物体震动的情况。

尽管本实用新型采用具体实施例及其替代方式对本实用新型进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本实用新型的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本实用新型不受任何意义上的限制。