一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法及装置与流程

1.本发明涉及光学测距仪技术领域，具体涉及一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法及装置。


背景技术：

2.近年来，随着科学技术与电子技术的提高，激光测距产品的种类发展比较繁多，适用的环境也逐步扩大。体育比赛、射击测距、工业测量等领域均有运用。大部分产品采用有倍率的望远系统与测距模块的组合，对100m～2000m范围内，甚至对超远距离目标进行测量。
3.望远系统具有一定的放大被绿，对观测的目标具有放大作用，所以对远距离的目标观测比较精准。但是由于带有放大倍率的光学系统通常视场角较小，在使用过程中需要人眼处于合适的位置，即出瞳距离，如果没有经过专业培训，短时间内无法适应，并且只能单只眼镜进行目标观察与接收，无法达到双眼同时观察与瞄准目标，这就造成了观察、瞄准目标速度慢，使用繁琐，非常不适用对近距离(0.1m～200m) 目标的观察、瞄准。同时，户外使用的测距仪测距精度通常为米级或者分米级；最小测量距离大于3米。
4.为了满足对近距离(0.1m～200m)目标进行快速、精准(测距精度达到厘米级、毫米级)的观测与瞄准，还能兼顾在双眼睁开的情况下使用，亟待设计出一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法及装置，由于反射式光学系统在设计中放大倍率为1倍，采用反射式光学系统可以双眼同时观察瞄准，相对于具有放大倍率的光学系统，能够增加视场、提供良好的视野，同时与激光测距模块相结合，使得瞄准更为方便并且测距范围更为精细。


技术实现要素：

5.本发明提供的一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法及装置，由于反射式光学系统在设计中放大倍率为1倍，采用反射式光学系统可以双眼同时观察瞄准，相对于具有放大倍率的光学系统，能够增加视场、提供良好的视野，同时与激光测距模块相结合，使得瞄准更为方便并且测距范围更为精细。
6.为了实现上述目标，本发明的技术方案为：一种结合反射式光学系统的高精度激光测距装置，包括反射式光学瞄准镜和激光测距模组，所述激光测距模组固定安装在所述反射式光学瞄准镜顶面，所述反射式光学瞄准镜焦平面上设置有分划板，所述分划板中心与所述激光测距模组中心通过光学校正仪调试重合，保证所述反射式光学瞄准镜与所述激光测距模组光轴同心。
7.进一步的，所述反射式光学瞄准镜包括：目镜瞄准端、析光镜、分划板、照明光源和多层介质膜，所述析光镜固定安装在所述目镜瞄准端对向面，所述多层介质膜镀设在所述析光镜镜面上，所述分划板以及照明光源按一定倾角设置在所述目镜瞄准端与所述析光镜之间，所述照明光源设置在所述分划板后侧为所述分划板提供光照。
8.进一步的，所述多层介质膜对特定光谱长度的光线具有反射作用，同时不影响其
他光线的穿透。
9.进一步的，所述析光镜的凹面焦点处设置有分化图案，所述照明光源通过分化图案射出的光线通过析光镜反射后形成平行光进入所述目镜瞄准端。
10.进一步的，所述照明光源设置为发光二极管、荧光材料或自然光照，所述照明光源所发射的色光与所述多层介质膜的光谱长度对应。
11.进一步的，所述析光镜的放大倍率设置为1倍。
12.进一步的，所述激光测距模组采用脉冲式激光装置，所述脉冲式激光测距装置设置有激光发射端、探测接收端和时间测量芯片，所述激光发射端和探测接收端设置在所述激光测距模组同侧，所述时间测量芯片设置在所述激光测距模组内并与所述激光发射端、探测接收端电性连接。
13.一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法，包括以下步骤：
14.s1：人眼通过目镜瞄准端朝向析光镜处观察目标，此时观测目标发出的光线透过析光镜进入人眼；
15.s2：由于反射式光学瞄准镜当中设置安装有照明光源，照明光源通过分划板射出光线后经过析光镜反射形成平行光束穿过目镜瞄准端进入人眼；
16.s3：由于析光镜的凹面焦点处设置有分化图案，照明光源发射而来的光束经过析光镜的反射平行进入目镜瞄准端同时也将分化图案图像显示在目镜瞄准端处；
17.s4：由于s1当中人眼通过析光镜观测到目标图像，于此同时，照明光源将分化图案显示在人眼处，这时候分化图案与目标图像重合叠加在一起；
18.s5:由于分化图案与目标图像重合叠加在一起，此时认为反射式光学瞄准镜对准观测目标，由于激光测距模组中心和反射式光学瞄准镜中心经过光学校正仪调试重合，此时认为激光测距模组中心对准观测目标；
19.s6：启动激光测距模组，由于激光测距模组采用脉冲式激光测距原理进行测量，通过测量激光的飞行时间来间接换算为距离，由于激光测距模组中安装设置有时间测量芯片、探测接收端和激光发射端，激光发射端发射激光脉冲，脉冲穿过大气到达目标，其中一小部分激光经过目标反射后返回测距点，并且被探测接收端接收，而时间测量芯片能够测出激光发射时刻到反射光被接收时刻之间的时间间距t，根据已知光速，采用公式s＝ct/2(s距离；c激光空气中速度；t发射和接收回波的时间差),从而通过时间测量芯片计算得到激光测距装置与待测目标之间的距离。
20.有益效果：
21.本发明提供的一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法及装置，通过将传统的望远测距系统革新为激光测距装置与反射式光学系统的结合。反射式光学系统由于没有设置倍率与图像放大功能，对应的没有出瞳距离的限制，瞄准时人眼可以处于系统后方不同位置、不同距离均可以观察到清晰、可靠的目标，相对于传统望远测距系统就有观察快、瞄准迅速的优势，同时也可以通过另一眼对所观察的目标所处的大环境进行观察，随时掌握目标所处环境的变化，起到快速定位、辅助微调的作用。同时利用激光测距装置对观测目标进行测距，通过测量脉冲激光的飞行时间从而换算成为距离数据，测量效果更加精准，无需人为计算，操作更为便捷，反应更为迅速。
附图说明
22.图1为本发明一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法及装置反射式光学瞄准镜原理示意图；
23.图2为本发明一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法及装置整体装置两种安装布设示意图；
24.图中标记：1-反射式光学瞄准镜，2-激光测距模组，11-目镜瞄准端，12-析光镜，13-分划板，14-照明光源。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
26.如图所示，本发明公开了一种结合反射式光学系统的高精度激光测距装置，包括反射式光学瞄准镜1和激光测距模组2，所述激光测距模组2固定安装在所述反射式光学瞄准镜1顶面，所述反射式光学瞄准镜1焦平面上设置有分划板13，所述分划板13中心与所述激光测距模组2中心通过光学校正仪调试重合，保证所述反射式光学瞄准镜1与所述激光测距模组2光轴同心。
27.本实施例中，所述反射式光学瞄准镜1包括：目镜瞄准端11、析光镜12、分划板13、照明光源14和多层介质膜，所述析光镜12 固定安装在所述目镜瞄准端11对向面，所述多层介质膜镀设在所述析光镜12镜面上，所述分划板13以及照明光源14按一定倾角设置在所述目镜瞄准端11与所述析光镜12之间，所述照明光源14设置在所述分划板13后侧为所述分划板13提供光照。
28.本实施例中，所述多层介质膜对特定光谱长度的光线具有反射作用，同时不影响其他光线的穿透。
29.本实施例中，所述析光镜12的凹面焦点处设置有分化图案，所述照明光源14通过分化图案射出的光线通过析光镜12反射后形成平行光进入所述目镜瞄准端11。
30.本实施例中，所述照明光源14设置为发光二极管、荧光材料或自然光照，所述照明光源14所发射的色光与所述多层介质膜的光谱长度对应。
31.本实施例中，所述析光镜12的放大倍率设置为1倍。
32.本实施例中，所述激光测距模组2采用脉冲式激光装置，所述脉冲式激光测距装置设置有激光发射端、探测接收端和时间测量芯片，所述激光发射端和探测接收端设置在所述激光测距模组2同侧，所述时间测量芯片设置在所述激光测距模组2内并与所述激光发射端、探测接收端电性连接。
33.一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法，包括以下步骤：
34.s1：人眼通过目镜瞄准端11朝向析光镜12处观察目标，此时观测目标发出的光线透过析光镜12进入人眼；
35.s2：由于反射式光学瞄准镜1当中设置安装有照明光源14，照明光源14通过分划板13射出光线后经过析光镜12反射形成平行光束穿过目镜瞄准端11进入人眼；
36.s3：由于析光镜12的凹面焦点处设置有分化图案，照明光源14 发射而来的光束经过析光镜12的反射平行进入目镜瞄准端11同时也将分化图案图像显示在目镜瞄准端11处；
37.s4：由于s1当中人眼通过析光镜12观测到目标图像，于此同时，照明光源14将分化图案显示在人眼处，这时候分化图案与目标图像重合叠加在一起；
38.s5:由于分化图案与目标图像重合叠加在一起，此时认为反射式光学瞄准镜1对准观测目标，由于激光测距模组2中心和反射式光学瞄准镜1中心经过光学校正仪调试重合，此时认为激光测距模组2中心对准观测目标；
39.s6：启动激光测距模组2，由于激光测距模组2采用脉冲式激光测距原理进行测量，通过测量激光的飞行时间来间接换算为距离，由于激光测距模组2中安装设置有时间测量芯片、探测接收端和激光发射端，激光发射端发射激光脉冲，脉冲穿过大气到达目标，其中一小部分激光经过目标反射后返回测距点，并且被探测接收端接收，而时间测量芯片能够测出激光发射时刻到反射光被接收时刻之间的时间间距t，根据已知光速，采用公式s＝ct/2(s距离；c激光空气中速度； t发射和接收回波的时间差),从而通过时间测量芯片计算得到激光测距装置与待测目标之间的距离。
40.对比例
41.针对传统望远系统测距装置以及本发明所提供的结合反射式光学系统的激光测距装置相对比，控制入瞳直径、放大倍率、视场角、出瞳距离等因素不变的情况下，对比两种装置对静止目标测距、运动目标测距所耗时间以及在0.1～100m测距距离精度下的偏差值，得到如下检测项目表：
42.[0043][0044]
由以上表可以见得：
[0045]
传统的望远系统测距装置，由于其放大倍率设置为6倍，视场角设定为3.67
°
的情况下，第一，出瞳距离受限，接收位置需要距离目镜18mm，接收位置受限；第二，静止目标测距所耗时间为5秒，运动目标测距所耗时间为15秒；第三，0.1～100m测距范围下，在3m 极限内无法测距，超过3m，测量精度≤
±
1m；
[0046]
本发明所提出的反射式光学系统测距装置，由于放大倍率设置为 1倍，即没有放大倍率，所以对应的入瞳距离和出瞳距离均不受限，无视场角。在此条件下，第一，入瞳距离和出瞳距离不受限制，接收位置可在任意位置任意角度；第二，静止目标测距所耗时间为2秒，运动目标测距所耗时间为6秒；第三，0.1～100m测距范围下，反射式光学系统测距装置均可完成测距任务，在该范围下测距精度≤
±ꢀ
0.05m；
[0047]
综上所述，本发明所提出的一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法及装置，由于放大倍率设置为1倍，即无放大倍率，所以，对应的入瞳距离和出瞳距离均不受限制，由此在任意环境下，均不受接收位置影响，可在任意测距环境内使用，无受限因素；由于采用脉冲式激光测距原理，相较于传统望远系统测距装置，无读数、计算等复杂的人为操作，由此不会产生误读、误算等人为操作失误。采用时间测量芯片，测量结果更为精准，可将在短距离测量即0.1～100m范围内的测量距离内将精度误差控制在厘米级，而传统望远系统测距装置的精度误差在分米级。
[0048]
本发明提供的一种结合反射式光学系统的高精度激光测距方法及装置，通过将传统的望远测距系统革新为激光测距装置与反射式光学系统的结合。反射式光学系统由于没有设置倍率与图像放大功能，对应的没有出瞳距离的限制，瞄准时人眼可以处于系统后方不同位置、不同距离均可以观察到清晰、可靠的目标，相对于传统望远测距系统就有观察快、瞄准迅速的优势，同时也可以通过另一眼对所观察的目标所处的大环境进行观察，随时掌握目标所处环境的变化，起到快速定位、辅助微调的作用。同时利用激光测距装置对观测目标进行测距，通过测量脉冲激光的飞行时间从而换算成为距离数据，测量效果更加精准，无需人为计算，操作更为便捷，反应更为迅速。
[0049]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。