手持激光测距仪的光路设计

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1、第26卷第12期光机电信息Vol.26No.12OMEInformation文章编号：1007-1180(2009)12-0019-4手持激光测距仪的光路设计夏丽英陈黎敏（常州信息职业技术学院，江苏常州213164）摘要：介绍了手持激光测距仪的光路设计,该光学系统由激光发射、瞄准和激光接收光路等组成，采用短焦距、小孔径、二合一光路布局。重点研究了激光测距仪测距能力的估算及有关参数的确定，测距仪观察光路设计及像差，激光发散光路和激光接收光路设计。该手持式激光测距仪系统具有体积小、重量轻、测程远、操作简便、测距误差小、密封性能好、可靠性高等特点。关键词：激光测距；光路设计；像差中图分类号：T

2、N247；TH761.2文献标识码：AOpticalDesignofHand-heldLaserRangeFinderXIALi-ying，CHENLi-min(ChangzhouCollegeofInformationTechnology，Changzhou213164，China)Abstract:Theopticalpathdesignofthehand-heldlaserrangefinderwasintroducedinthispaper.Theopticalsys-temconsistedoflaseremission,targeting，laseropticalreceiv

3、er,etc.,usingashortfocallength,smallaperture,com-boopticalpathlayout.Itfocusedontheabilityoflaserrangefinderofdistanceestimateandrelatedparameterde-termination,observedlightpathdesignandaberration,laseremissionpathandlaserreceiveropticaldesign.Thehand-heldlaserrangefindersystemhadsuchcharacterist

4、icsassmallsize,lightweight,longmeasurementrange,easyoperation,rangingerror,sealingperformanceandhighreliability.Keywords:laserrangefinder；opticaldesign;aberration*常州信息职业技术学院院级项目《小型高精度激光测距仪》(2006Z-16)www.omeinfo.com.cn19Dec.2009光机电信息第26卷第12期OMEInformationVol.26No.120.1。R为目标距离，若满足测距系统所需要的必要1引言-8精度的

5、最小接收光功率Pmin，则Pe＞Pmin=10W。将手持激光测距仪主要用于测量目标距离，提供以上数据代入公式(1)可以得出，在中等气候条件目标距离数据。它是通过激光脉冲在主机与被测目下，产品的最大测程约为4.3km。标间往返一次所需时间t来确定目标的距离。设被测3光路设计及像差考虑目标与主机间距为L，激光在空中的传播速度为c，8[1]则L=1/(2ct)(c=3×10m/s)。3.1观察光路本手持激光测距仪采用脉冲法测距，激光发射根据技术指标及外形尺寸对激光测距仪物镜和晶体是Nd∶YAG，光学泵浦元件为氙闪光灯。采用雪目镜的性能要求：崩二极管作为光敏接收器件，使用CPLD高速可编程物镜—

6、——视场6.5°，焦距109mm，相对孔径1∶4.2；逻辑芯片作为计数芯片，并利用PIC单片机作为系目镜———视场40°，焦距18mm，相对孔径1∶3.7。[2]统控制核心，控制时间间隔测量模块和显示模块。对物镜需校正的以孔径像差(球差、位置色差和该产品具有体积小、重量轻、操作简单、携带方便、OSC′)为主，由于视场较小，视场像差的数值亦较环境适应性强、性能稳定可靠等特点。本文主要讨小；而目镜的视场较大，视场像差的数值亦较大，论测距仪光路设计的问题。故目镜的像差较正应以轴外像差(象散、场曲、放大率色差畸变、轴外差)为主。2测距能力的估算及有关参数的确定根据像差平衡原理，应以物镜和棱镜组成

7、的物激光测距仪的测程能力主要由大气衰减、激光镜系统与目镜系统进行像差平衡。器输出质量、光学系统性能、采用的光电转换器、设计后，像差的数据如下：视场1=0.0000°，[3]目标特性等因素决定。假如激光光束以Qr的束散角视场2=3.2500°，3种光线波长分别为0.4861、0.5876、定向射向所测目标，在远场情况下激光束的光斑直0.6563μm）径将大于目标面积Ar，由于激光测距仪标准目标为由图1和图2可知，像差呈对称分布，两边缘