专利名称：激光测距仪和适用于激光测距仪的光学系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学系统，特别是涉及一种适用于激光测距仪的光学系统。
背景技术：
在激光测距仪中，利用测定调制光波往返于被测距离的差值间接的求得待测距离。在激光测距仪的光学系统中，通常包含一个可接入的通过激光偏转实现光路切换的装置，用于产生一个介于半导体激光器和接收装置之间的内部参考距离。在进行一次完整的测量时，通常是先测得内部参考距离值，然后再接收外部被测距离的信号，根据内部参考值对外部被测距离的信号进行处理，得到待测距离值。整个测量过程分为了测量参考值和测量外部被测信号值，且在硬件上包含了一个可切换外部光路和内部光路的机构。但是现有的切换激光测距仪光学系统内部光路和外部光路的机构，往往通过机械装置驱动一个用于换挡的光学元件实现，参见中国专利“激光测距仪的内外光路切换装置”(专利号ZL200820164922. 6)，其通过驱动装置带动遮光板转动，实现测距仪内外光路的转换。通过机械实现切换，往往存在响应速度慢，对实现切换的执行装置要求高，为了提高精度和可靠性导致成本提高。现在尚没有一种结构简洁可靠，能够有效实现激光测距仪光路切换的光学系统或装置。随着技术的发展，人们发现了一类具有折射率变化特性的一类晶体，称为折变晶体。折变晶体包括光折变晶体和电光晶体。在不同强度激光的照射下，折射率会发生变化的晶体叫光折变晶体，如BaTiO3晶体。在外加电场的变化的情况下，折射率发生变化的晶体叫电光晶体，如磷酸二氢钾(KDP)晶体。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于，提供一种结构可靠并能有效实现光路切换的适用于激光测距仪的光学系统。本实用新型采用的技术方案是适用于激光测距仪的光学系统，包括入射光路系统，其特征在于，还包括出射光路系统，出射光路系统包括用于产生激光光源的激光管、用于将激光光源产生的激光转换为沿第一方向射出的直线激光束的准直透镜组、用于对准直透镜组产生的直线激光束进行光路切换的光路切换组件，光路切换组件包括能改变自身折射率的折变晶体，折变晶体形成有与第一方向倾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。具体而言，为了实现激光折变的切换，上述折变晶体还形成有用于出射作为参考信号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。更进一步而言，上述第二出射界面与上述第一方向倾斜相交。上述第一出射界面与上述入射界面平行。为了实现折射率的变化，对于折变晶体的选择，我们选择两种较为优选的折变晶体，它们是折射率因入射的激光束功率变化而变化的光折变晶体以及折射率因加载的电场变化而变化的电光晶体。另外，为了实现激发折变晶体折射率的变化，对于电光晶体，在光路切换组件中还设有相应的电场系统和电场控制系统，能够根据具体需要激发电光晶体。而对于光折变晶体，则通过激光管发出的激光的强度来激发光折变晶体。为了实现本实用新型的光学系统的完整功能，上述入射光路系统包括用于接收激光束的光学窄带滤波片。上述入射光路系统还包括用于聚集散射光的聚光镜。上述入射光路系统还包括用于进行光电转换的光电转换器。本实用新型的激光测距仪除了包括上述的光学系统之外，还包括用于控制上述激光管的激光调制模块、用于接收和处理上述光电转换器信号的信号处理模块、与上述激光调制模块和信号处理模块电连接的主控模块、与上述主控模块电连接的人机界面。本实用新型的有益之处在于采用的折变晶体本身位置固定，光路切换通过改变折射率实现，而且其本身的光学参数稳定，可靠性高；无活动件的机械切换结构，组件少，装配简单。
图1是本实用新型一个优选实施例的结构示意图；图2是本实用新型中的光路切换组件的一个优选实施例的示意图。图中附图标记的含义1、激光管，2、准直透镜组，3、折变晶体，5、光学窄带滤波片，6、聚光镜，7、光电转换器，8、入射界面，9、第一出射界面，10、第二出射界面；A、入射光路系统，B、出射光路系统，C、光路切换组件，L、第一方向；al、入射光线,a2、第一折射光线,a3、测量光线,a4、第二折射光线，a5、全反射光线，a6、参考光线。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型的实施例作进一步的介绍。参照图1所示，本实用新型的光学系统主要包括入射光路系统A、出射光路系统B、光路切换组件C，其中，出射光路系统B用于产生用于测量的激光源实现激光束对被测量的目标物进行照射，入射光路系统A，实现将被目标物反馈的光线收集并测量，光路切换组件C的作用在于使出射光路系统B产生的激光不再出射至目标后返回，而是在激光测距仪中直接回到入射光路系统中的光电转换器7作为参考信号。出射光路中主要设有用于产生激光源的激光管1、用于将激光光源产生的激光转换为沿第一方向射出的直线激光束的准直透镜组2。光路切换组件C设置在准直透镜组2出射光线的一侧，具体而言是折变晶体3设置在准直透镜组2出射光线的一侧以实现光路切换。作为优选方案，入射光路系统A包括用于接收激光束的光学窄带滤波片5、用于聚集散射光的聚光镜6、用于进行光电转换的光电转换器7，光学窄带滤波片5设置在聚光镜6和光电转换器7之间，其中聚光镜6的一侧为光线入射的一侧。以下结合图2，对本实用新型的光路切换组件进行详细介绍。光路切换组件包括能改变自身折射率的折变晶体，我们选择的折变晶体是希望其能在自身位置不发生移动和转动时，仅通过外部激发使其折射率发生变化，从而使光路实现切换。如前所述，作为优选方案，我们可以选择折射率因入射的激光束功率变化而变化的光折变晶体以及折射率因加载的电场变化而变化的电光晶体，因为它们均可由非自身的外部的变化激发折射率的变化。如果要做进一步的优选，电光晶体的可控性更高一些，在选用电光晶体作为折变晶体时，在光路切换组件中还相应设置有电场系统和电场控制系统，以实现激发。我们可以通过在电光晶体的两端设置晶体极片，并在晶体极片上加载电压实现对电光晶体加载电场的目的，当然也可以采用其他的方法。参照图2，折变晶体一般形成有与第一方向倾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。当需要照射外部的目标物时，调整折变晶体的折射率，使入射光线al入射到入射界面8进而折射为第一折射光线入射a2至第一出射界面，经过再次折射形成与原入射光线平行的测量光线a3对目标物进行照射。需要进行光路切换时，如图2所示实施例，如果想通过折变晶体3本身完成全部光路切换所需的光路转折，适当设置入射光线al与入射界面8之间的角度和折变晶体3在切换时的折射率，能使第二折射光线a4在出射界面的入射角大于折变晶体3的全反射角，产生全反射光线a5入射到与第一出射界面9不同的界面上，进而折射出参考光线a6作为参考信号的激光束。此时，折变晶体3还需形成有用于出射作为参考信号的激光束的与第一出射界面9不同的第二出射界面10。作为优选，第二出射界面10垂直于入射界面8，第二出射界面10与第一方向L倾斜相交，第一出射界面9与入射界面8平行。这样一来如图2所示，本实用新型的光学系统能够有效的实现激光束的折变切换。需要说明的是，折变晶体3在测量时的折射率小于在获取参考信号时的折射率。本实用新型的激光测距仪除了包括上述的光学系统之外，为了实现一个激光测距仪的完整功能，本实用新型的激光测距仪还包括激光调制模块、信号处理模块、主控模块、人机界面等。其中，激光调制模块负责控制光学系统中的激光管，使其发射出我们所期望的激光束、信号处理模块主要用于处理光电转换器的信号，主控模块用于控制激光调制模块、信号处理模块和接收它们反馈的信息。人机界面主要提供给使用者一个能与主控模块交流及对主控模块进行控制的界面。主控模块分别与激光调制模块、信号处理模块、人机界面电连接。以上通过对所列实施方式的介绍，阐述了本实用新型的基本构思和基本原理。但本实用新型绝不限于上述所列实施方式，凡是基于本实用新型的技术方案所作的等同变化、改进及故意变劣等行为，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.适用于激光测距仪的光学系统，包括入射光路系统，其特征在于，还包括出射光路系统，上述出射光路系统包括用于产生激光光源的激光管、用于将上述激光光源产生的激光转换为沿第一方向射出的直线激光束的准直透镜组、用于对上述准直透镜组产生的直线激光束进行光路切换的光路切换组件，上述光路切换组件包括能改变自身折射率的折变晶体，上述折变晶体形成有与上述第一方向倾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；上述入射光路系统还包括用于进行光电转换的光电转换器。
2.根据权利要求1所述的适用于激光测距仪的光学系统，其特征在于，上述折变晶体还形成有用于出射作为参考信号的激光束的第二出射界面。
3.根据权利要求2所述的适用于激光测距仪的光学系统，其特征在于，上述第二出射界面垂直于上述入射界面。
4.根据权利要求3所述的适用于激光测距仪的光学系统，其特征在于，上述第二出射界面与上述第一方向倾斜相交。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的适用于激光测距仪的光学系统，其特征在于，上述第一出射界面与上述入射界面平行。
6.根据权利要求5所述的适用于激光测距仪的光学系统，其特征在于，上述折变晶体包括折射率因入射的激光束功率变化而变化的光折变晶体以及折射率因加载的电场变化而变化的电光晶体。
7.根据权利要求6所述的适用于激光测距仪的光学系统，其特征在于，上述入射光路系统包括用于接收激光束的光学窄带滤波片。
8.根据权利要求7所述的适用于激光测距仪的光学系统，其特征在于，上述入射光路系统还包括用于聚集散射光的聚光镜。
9.激光测距仪，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的光学系统。
10.根据权利要求9所述的激光测距仪，其特征在于，还包括用于控制上述激光管的激光调制模块、用于接收和处理上述光电转换器信号的信号处理模块。
11.根据权利要求10所述的激光测距仪，其特征在于，还包括与上述激光调制模块和信号处理模块电连接的主控模块。
12.根据权利要求11所述的激光测距仪，其特征在于，还包括与上述主控模块电连接的人机界面。
专利摘要本实用新型公开了一种激光测距仪和适用于激光测距仪的光学系统，包括入射光路系统、出射光路系统、用于进行光路切换的光路切换组件，上述出射光路系统包括用于产生激光光源的激光管、用于将上述激光光源产生的激光转换为沿第一方向射出的直线激光束的准直透镜组，上述光路切换组件包括能改变自身折射率的折变晶体；本实用新型的有益之处在于采用的光折变晶体本身位置固定，切换通过加载的电压改变折射率实现，而且其本身的光学参数稳定，可靠性高；无活动件的机械切换结构，组件少，装配简单。
文档编号G01S7/48GK202886599SQ20122055428
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者陈武, 周其伟 申请人:南京德朔实业有限公司