激光测距仪用到哪些透镜？

日期： 2025.05.28

来源: 鼎鑫盛光学

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什么是激光测距仪？
激光测距仪（Laser Rangefinder）是一种利用激光技术测量目标距离的电子设备。它通过向目标发射激光脉冲或连续激光束，并分析反射回来的光信号，计算出设备与目标之间的精确距离。以下是关于激光测距仪的详细说明：
一、核心原理
激光测距仪主要基于两种测量原理：
1. 脉冲时间飞行法（Time-of-Flight, TOF）
向目标发射短脉冲激光，测量激光从发射到反射回来的时间差（ t ），利用光速（ c ）计算距离：

适用场景：长距离测量（数百米至数公里），如地形测绘、军事目标定位。
2. 相位差测距法（Phase-Shift）
发射调制的连续激光波，比较发射波与反射波的相位差，通过相位偏移计算时间差和距离。
优势：短距离测量精度更高（毫米级），常用于工程测绘或工业检测。
二、核心组件
1. 激光发射器
产生特定波长（如905nm、1550nm）的激光束，常见类型包括激光二极管（Diode）或光纤激光器。
2. 光学系统
发射端：准直透镜（将发散激光变为平行光）。
接收端：聚焦透镜（将反射光汇聚到探测器）。
其他辅助元件：滤光片（消除干扰光）、分光镜（收发一体设计）等。
3. 光电探测器
接收反射光并转换为电信号，如雪崩光电二极管（APD）或PIN二极管。
4. 信号处理单元
- 计算时间差或相位差，转换为距离数值，并通过显示屏输出。
三、主要类型
1. 手持式激光测距仪
- 便携设计，适用于高尔夫、狩猎、建筑测量等场景，测量范围通常为20米至1公里。
2. 工业级测距仪
高精度（毫米级），用于机械加工、自动化控制或桥梁监测。
3. 军用测距仪
长距离（数公里）、抗干扰性强，常集成于火炮、无人机等武器系统。
4. 卫星激光测距仪
用于测量地球与卫星之间的距离（精度达厘米级），支持卫星轨道校准。
四、典型应用
建筑与工程：测量房屋尺寸、地形高程、施工放样。
体育与户外：高尔夫测距、狩猎瞄准、登山导航。
军事与安防：目标定位、火炮校准、边境监控。
自动驾驶：LiDAR（激光雷达）实时感知周围障碍物距离。

科学研究：卫星测距、冰川厚度监测、地震断层分析。

激光测距仪中用到哪些光学透镜？

1. 准直透镜（Collimating Lens）
作用：将激光器（如激光二极管）发出的发散光束转换为平行光（准直光束），确保激光以高方向性和低发散角射出，从而提高测距精度和有效距离。
类型：通常为非球面透镜或复合透镜，用于减少像差，优化光束质量。
2. 聚焦透镜（Focusing Lens）
作用：接收目标反射回来的微弱激光信号，将其聚焦到光电探测器（如雪崩光电二极管APD或PIN二极管）上，增强信号强度以提高信噪比。
设计：可能采用球面或非球面透镜，具体取决于系统对聚焦精度的要求。
3. 保护窗口透镜（Protective Window Lens）
作用：安装在设备外壳开口处，保护内部光学元件免受灰尘、水汽或物理损伤，同时允许激光透射。
材料：通常为高透光率的光学玻璃或耐刮擦材料（如石英）。
4. 分光透镜/分束器（Beam Splitter）
适用场景：在收发一体式系统中，通过分光镜将发射光路与接收光路分离，可能结合透镜实现共孔径设计。
功能：允许发射和接收光共享同一光学通道，但需镀膜处理以优化特定波长的透射/反射效率。
5. 扩束透镜组（Beam Expander）
作用：某些高精度测距仪中，通过组合凹透镜和凸透镜扩大激光束直径，进一步降低发散角，提升远距离测量的稳定性。
应用：常见于长距离（如数公里级）或高精度测距场景。
6. 滤光片（Filter）
补充说明：虽非传统透镜，但常与透镜配合使用，滤除非激光波长的杂散光（如环境光），确保探测器仅接收有效信号。

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