[发明专利]分光片及其激光共轴测距仪和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量、观察技术领域，具体涉及一种分光片及其激光共轴测距仪和应用。

背景技术

激光测距仪目前已广泛应用于工业、军事、科学研究等领域，一般的激光测量仪器采用激光发射光轴和激光接收光轴分离的工作方式，这种方式不但仪器体积大、制造成本高、以及测量信号信噪比低，而且对近距离测量和远距离测量都存在较大的测量困难。

为了解决分离光轴存在的困难，传统的方法是采用发射和接收共孔径的方法(共轴方法)，目前采用的方法共轴方法主要有三种，一种是半透/半反方法，该方法使大约50％的发射光能量通过分光片来照明物体，而从物体返回的光能量也只有50％达到检测器用于检测，实现在同一光路中实现激光的发射和接收。半透/半反分光法简单可靠、使用方便，在仪器制造和实验室中得到广泛应用。但是由于这种方法耦合效率低，在只能用于近距离的强反射物体的测距。

另一种为挖孔法。该方法使激光束通过挖孔分光片的一个小孔耦合到测量系统中，发射激光仅使用了一部分发射口径。使物体返回的激光通过分光片的剩余部分反射到接收检测器，挖孔法原理简单，耦合分光的效率也比较高，整个耦合分光光路中只需要一块挖孔镜，没有可动部分，性能稳定,是一种简单可靠的共轴方法，在很多测距仪器中得到应用，但挖孔法将分光片分为发射孔径部分(开口部分)和接收孔径部分(反射部分)，为了使发射能量尽量的进入测量系统，需要尽量增大分光片上的开口，但这样会减少接受孔径，从物体返回的激光的一部分从挖空中泄露，降低了系统测量的灵敏度。另外，由于开孔的存在，当物体很接近镜面反射物体时，物体反射的激光主要分布在开口处，使得这种物体不能正常检测，容易形成测量盲点。

第三种共轴方法是一种偏振耦合分光方法，该技术的基本原理是用偏振分光器件将偏振方向相互垂直的两束线按偏振方向分别进行反射和透射。发射方向的偏振光被偏振分光片反射，在经过λ/4波片变为圆偏光，从物体返回的圆偏振光再次通过λ/4波片后将变为偏振方向为p的偏振光，偏振方向与原偏振方向垂直，偏振分光经将这种光全部透过，这样用偏振分光片就可以实现高效的耦合分光。这种方式的优点是全孔径分光，但由于要求激光是线偏振光，需要在系统中加入偏振片和波片，不但成本高，而且调制困难，由于在传输过程中偏振方向很容易改变，使得测量很容易受到干扰。

US20100321669公开了一种采用简单的挖孔方式实现共轴激光测距激光测距仪，激光二极管发出的激光束经过分光片中的挖孔照射在透镜上后变成平行光束照射在物体上，经物体散射的散射光经透镜汇聚在分光片上，由分光片上的反射部分反射到检测器上进行检测。这种方式简单、制造成本低。但是这种方式在激光测距中的困难在于：二极管激光器是一种发散角在10°*40°左右，从二极管发出的激光随着传播距离的增加将很快扩散，该专利为了使透镜输出的激光很细，必须使分光片(片)上的孔很小，同时该孔必须距离分光片较大距离，使得大部分二极管激光发出的激光不通过小孔照明物体，造成远处物体和光反射很弱的物体测量困难，如直接增大挖空，虽然可以使更多的激光能量用于照明物体，但从物体返回的更多光将通过挖空泄露掉，仍然无法对远处物体或反射性能差的物体进行检测，另外，由于挖空处在测量系统的光轴上，对比较光滑的物体，反射光能量将随与光轴为中心程逐渐衰减的分布，造成开口外反射光能量很低，从反射板反射到过检测器的光很少，造成对这种物体的检测困难。

分析上面的这些分光方法发现：挖孔法利用的是照明光和信号光在分光板上的分布区域不同而采取的二值分光方法，即(照明光全通，该区域无反射信号光，全反区全反信号光而该区域不通过照明光。而半透/半反和偏振分光都采用全区域对照明光和信号光均匀处理方式。在很多情况，由于目标的多样性，照明光和信号光在分光板的分布区域是不同的，挖空法尽管利用了这一特点，但它照明区的二值性使得该方法对很多检测难以达到理想的效果。为了弥补半透/半反和偏振分光在检测中的问题，有必要在设计分光光路上，将它们的分光方式与照明光和检测光在分光板上不同分布结合起来，得到更有效的分光系统。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种分光片，应用于光学系统中时，能够减少反射光的流失，使检测或观察结果更准确。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：