一种激光测距光学系统及其主波信号取样方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光测距技术领域，具体地说涉及一种激光测距光学系统及其主波信号取样方法。
【背景技术】
[0002]激光测距是指利用射向测距目标的激光束来测量目标距离的一种测量技术。通过激光光源发射激光束，绝大部分的激光束经过激光发射系统发射至测距目标，并经测距目标反射后返回，作为回波激光束；回波激光束经过光电探测器接收，作为回波信号；很小一部分的激光束汇聚至光电探测器，作为主波信号；通过回波信号和主波信号的比较分析，结合测距方程得出所测量距离。
[0003]现有的激光测距系统中，光学系统有两种设计方案:一种是发射光路和接收光路分离的设计，整个系统较为复杂，难以做成小型化；另一种是发射光路和接收光路同轴的设计，其主波信号和回波信号需要经过不同的光电探测器，存在电路延时差异，降低测量精度。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种结构紧凑，成本低，测量精度高，有效防止过强的主波信号对光电探测器造成损坏，适用范围广的激光测距光学系统及其主波信号取样方法。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]—种激光测距光学系统，包括依次排列的接收物镜、场镜、变换物镜和光电探测器，所述接收物镜、场镜和变换物镜设置为同光轴结构，所述场镜位于所述接收物镜的焦点处，所述接收物镜和场镜之间设置有反射镜一，所述反射镜一的中心位于接收物镜的光轴上，且所述反射镜一与接收物镜的光轴呈45°设置，所述反射镜一的一侧设置有反射镜二，所述反射镜一和反射镜二的中心位于同一直线并与所述接收物镜的光轴垂直。
[0007]进一步，所述反射镜二与所述接收物镜的光轴平行设置。
[0008]进一步，所述反射镜一、反射镜二表面均镀有对激光光束高反射率的膜。
[0009]进一步，所述接收物镜的中央位置设置有通孔，所述通孔的孔径大于激光光束的直径。
[0010]进一步，所述接收物镜、场镜和变换物镜的表面均镀有对激光光束高透过率的膜。
[0011]进一步，所述光电探测器设置有对激光光束响应的光敏面，所述光敏面设置在所述变换物镜的焦点位置。
[0012]另，本发明还提供一种激光测距光学系统的主波信号取样方法，包括如下步骤:
[0013](I)激光光束以45°的入射角度入射至反射镜一，所述激光光束入射的一侧与反射镜二所在的位置不同侧，所述激光光束的一部分被反射镜一反射并贯穿通孔，作为发射光束；所述激光光束的另一部分透射过反射镜一，作为透射光束；
[0014](2)透射光束入射到反射镜二，并经反射镜二反射，作为反射光束；
[0015](3)反射光束再次入射到反射镜一，所述反射光束的一部分被反射镜一反射，作为取样光束；
[0016](4)取样光束依次经过场镜和变换物镜，最后入射至光敏面，获得主波信号。
[0017]进一步，所述发射光束贯穿通孔到达测距目标，并经测距目标反射，作为接收光束；所述接收光束入射至接收物镜，再依次经过场镜和变换物镜，最后入射至光敏面，获得回波信号。
[0018]进一步，所述主波信号的光强可以通过改变所述反射镜二的反射率进行调节。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]1、本发明采用发射光路和接收光路同轴的设计，通过反射镜二的反射作用，完成主波信号的取样工作，结构紧凑、成本低。
[0021]2、本发明采用一个光电探测器，完成回波信号和主波信号的接收工作，避免产生电路延时差异，测量准确度高。
[0022]3、本发明可以根据发射激光的光强，调整反射镜二的反射率，从而调整主波信号的光强，有效防止过强的主波信号对光电探测器造成损坏。
[0023]4、本发明中的激光光束可以为连续激光或者脉冲激光，适用范围广。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的整体结构示意图；
[0025]图2是本发明的接收物镜俯视结构示意图。
[0026]附图中:接收物镜1、通孔11、反射镜一 2、反射镜二 3、场镜4、变换物镜5、光电探测器6、激光光束71、发射光束72、透射光束81、反射光束82、取样光束83、接收光束9。
【具体实施方式】
[0027]为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0028]实施例一:
[0029]如图1所示，一种激光测距光学系统，包括依次排列的接收物镜1、场镜4、变换物镜5和光电探测器6，所述接收物镜1、场镜4和变换物镜5表面均镀有对激光光束71高透过率的膜，所述光电探测器6设置有对激光光束71响应的光敏面，所述光敏面设置在所述变换物镜5的焦点位置。
[0030]所述接收物镜I用于接收所述接收光束9，所述场镜4对偏离所述接收物镜I焦点的取样光束83、接收光束9进行汇聚，所述变换物镜5用于改变取样光束83、接收光束9的光斑大小，使其与所述光敏面大小相匹配，所述光电探测器6用于完成回波信号和主波信号的接收工作，避免产生电路延时差异，测量准确度高。
[0031]如图2所示，所述接收物镜I的中央位置设置有通孔11，所述通孔11的孔径大于激光光束71的直径，确保所述激光光束71能够顺利通过。
[0032]实施例二:
[0033]如图1所示，所述接收物镜1、场镜4和变换物镜5设置为同光轴结构，所述场镜4位于所述接收物镜I的焦点处，所述接收物镜I和场镜4之间设置有反射镜一 2，所述反射镜一 2采用边缘夹持方式，其中心位于接收物镜I的光轴上，并且所述反射镜一 2与接收物镜I的光轴呈45°设置，促使发射光路和接收光路同轴。
[0034]所述反射镜一 2的一侧设置有反射镜二 3，所述反射镜二 3与所述接收物镜I的光轴平行设置，所述反射镜一 2和反射镜二 3的中心位于同一直线并与所述接收物镜I的光轴垂直，通过反射镜二 3的反射作用，完成主波信号的取样工作，结构紧凑、成本低。
[0035]所述反射镜一 2、反射镜二 3表面均镀有对激光光束高反射率的膜，所述反射镜一2对激光光束71的反射率为Rl，透射率为Tl，并且Tl = 1-Rl，99.5 % <R1〈 100 %，所述反射镜二 3对激光光束71的反射率为R2，并且0〈R2〈100%，根据发射激光72的光强，调整反射镜二 3的反射率R2，从而调整主波信号的光强，促使主波信号的光强与回波信号的光强大小相近，有效防止过强的主波信号对光电探测器6造成损坏，所述激光光束71可以为连续激光或者脉冲激光，适用范围广。
[0036]实施例三:
[0037]如图1-2所示，所述激光光束71为脉冲激光，功率为P，光束直径为20mm，脉宽为10ns，波长为1064nm，所述反射镜一 2对激光光束71的反射率Rl = 99.8%，透射率为Tl =0.2%,所述反射镜二 3对激光光束71的反射率为R2 = 90%，所述通孔11的孔径为25mm，本实施例的激光测距光学系统主波信号取样方法，包括如下步骤:
[0038](I)激光光束71以45°的入射角度入射至反射镜一 2，所述激光光束71入射的一侧与反射镜二 3所在的位置不同侧，所述激光光束71