专利名称：激光雷达测距系统接收模块中的二次光路聚焦结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光雷达系统，尤其涉及一种激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂� 路聚焦结构。
背景技术：
目前，激光雷达测距系统的工作原理是发射�？槎阅勘晡锓⑸湟患す庑藕牛儆� 接收�？榻邮沼赡勘晡锫瓷浠乩吹墓庑藕牛砀梅瓷湫藕偶扑愠瞿勘晡锏木嗬�。接收 �？榘ň劢构庋？�、光电探测�？�。通过聚焦光学�？榘压庑藕啪劢沟焦獾缣讲饽？� 的光传感器上，由于加工精度和装配误差，造成发射模块光轴和接收�？榈墓庋低彻庵� 不共轴，光焦点在光传感器上的位置变化，超出其有效感应区，导致无法探测到光信号，雷 达测距失败。这就需要改变传感器的位置，在原先Z向(光轴)线性调节的基础上再加上X 向和Y向(垂直光轴的平面)线性调节，虽然理论上能达到测量目标，但是在实际操作中，调 节装配非常困难。同时系统中没有光阑，信号干扰大，稳定性较差。此外，普通只一次聚焦 的系统中，不用滤光片，信号干扰大，测量不稳定。如果要加滤光片，由于要考虑光路对滤光 片的入射角要求，镀膜难度大，成本非常高，没有竞争力。
发明内容
为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供了一种激光雷达测距系统接收 �？橹械亩喂饴肪劢菇峁梗唤鲆子诩庸ぃ业鹘诩虻シ奖�。本发明的技术方案是这样构成的一种激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴� 聚焦结构，它包括一次聚焦光学�？楹凸獾缣讲饽？椋涮卣髟谟谒拱ㄉ栌谝淮尉劢� 光学模块的聚焦处的一次聚焦光阑调节�？橐约吧栌谝淮尉劢构饫坏鹘谀？楹凸獾缣讲� �？橹涞亩尉劢构庋？椋凰鲆淮尉劢构饫坏鹘谀？榘ü饫缓陀美炊怨饫辉诖怪� 光轴和平行光轴的CTZ三向位置进行调节并能将光阑固定在调节好的位置的三维调整固 定机构；所述二次聚焦光学�？榘ㄓ美唇淮尉劢构庋？榫劢购蟮墓庾贾背善叫谢蚪� 似平行光的准直透镜组、与准直透镜组位于同一光轴上且用来将准直透镜组准直的平行或 近似平行光汇聚到光电探测�？榈幕憔弁妇底橐约坝美窗沧白贾蓖妇底楹突憔弁妇底榈� 安装支架。本发明的工作原理说明如下本发明改变现有接收�？橹欢怨饴方幸淮尉劢� 为对光路进行二次聚焦，从而可将原先需要对光电探测�？榈腃CD感应�？榻械娜�(X 向、Y向、Z向)复杂调节，分离到多处进行单维精密调节，从而不仅使调节工作简单易行，而 且减少了各部件的加工难度。具体来说，本发明在通过一次聚焦光学�？槎怨饴方幸淮� 聚焦后，首先，在一次聚焦光学�？榈木劢勾Ψ胖靡淮尉劢构饫坏鹘谀？椋は韧ü齔向调 节使一次聚焦光学�？榈木劢沟阄恢糜牍饫坏奈恢弥睾希俣怨饫唤卸恢�(X向、Y 向)调节，使一次聚焦光学�？榈木劢沟阄挥诠饫恢行奈恢茫佣山邮账枋映∧诘墓庑� 号，屏蔽视场外的杂散光，同时消除发射�？楣庵岷徒邮漳？楣庵岵还仓嵩斐傻挠跋欤档土讼钟屑际踔械募庸さ鹘谖侍猓黄浯危痉⒚骼迷錾璧亩尉劢构庋？樵俅问占� 光阑处的光信号，先将一次聚焦后的光先进行准直，将光准直成平行或近似平行光后，再将 准直的平行或近似平行光进行二次聚焦，使光汇聚到光电探测�？榈腃CD感应区上，这样 就只需对二次聚焦光学模块进行Z向(光轴)光学对焦调节即可达到测量目标。由于二次聚 焦是对平行光或近似平行光聚焦，因此不仅可使二次聚焦光学�？榈耐妇底樯杓萍蚧� 且当在准直透镜组和汇聚透镜组之间设置滤光片，还可消除光路对滤光片的入射角要求， 降低了滤光片的镀膜技术要求。本发明上述技术方案中，为了消除透镜系统设计和加工的误差，所述准直透镜组 和汇聚透镜组的光学参数相同或相近，且光学结构对称或近似对称。为了便于对二次聚焦光学模块进行Z向(光轴)光学对焦调节，所述固定镜架由 套置于准直透镜组外周的固定套筒构成；所述活动镜架由活动套置于固定套筒体内且套 置于汇聚透镜组外周的活动套筒构成，活动套筒的外筒壁固定连接有径向向外延伸的导向 凸块，所述固定套筒的筒壁上开设有供导向凸块径向向外伸出且沿平行光轴方向移动的滑 槽；所述一维调节装置包括套置于固定套筒外的调节环、套置于调节环外的推环以及用来 将调节环和推环固定连接在一起的螺钉，所述调节环的内周壁与固定套筒的外周壁以螺纹 方式连接，所述导向凸块伸出滑槽的外端部夹持于推环的端部内凸缘和调节环的端面之 间；所述锁紧装置由开设于固定套筒筒壁上的径向螺纹通孔和连接于该径向螺纹通孔内的 紧定螺钉构成。所述准直透镜组的物焦面位置与一次聚焦光学�？榈暮蠼姑嫖恢弥睾�。所述三维调整固定机构包括与一次聚焦光学�？楣潭拥耐夤潭ㄌ�、设于外固 定套体内且能相对外固定套沿平行光轴方向进行Z向调节固定的中间连接套、设于中间连 接套体内且能相对中间连接套在垂直光轴的平面内进行X向和Y向移动的内活动套以及用 来对内活动套的X向和Y向位置进行调节和固定的二维调节锁紧装置；所述光阑固定安装 于内活动套体内。所述二维调节锁紧装置包括分别顶压于内活动套的X向和Y向一侧侧壁上的调节 螺杆以及分别顶压于内活动套的X向和Y向另一侧侧壁上的弹性压力组件和止动螺钉，所 述弹性压力组件由顶杆和连接于顶杆与中间连接套之间的弹簧组成，所述中间连接套的体 内开设有便于调节螺杆、止动螺钉和弹性压力组件各自移动调节的多个通道。在准直透镜组和汇聚透镜组之间的光路上还可设有滤光片。由于滤光片放置在准 直的平行或近似平行光路上，在滤光片上的光入射角基本上是以0度入射的，因此可降低 滤光片的镀膜难度。较之现有技术而言，本发明的有益效果如下本发明通过改变现有的光路系统，消 除了发射模块光轴和接收�？楣庵岵还仓嵩斐傻挠跋欤饩隽诵藕啪劢沟阄恢媚岩缘鹘�、 视场内信号阻挡而造成雷达测距失败、滤光片的镀膜难度大等诸多问题，从而克服了现有 技术中存在的加工和调节困难，使得系统的实现更加容易。本发明不仅结构紧凑，调节简 便，而且性能优越。
图1是本发明提供的激光雷达测距系统接收模块中的二次光路聚焦结构实施例示意图。图2是图1中的一次聚焦光阑调节�？榈慕峁狗糯笫疽馔�。图3是图2的A-A剖视图，图中省略外固定套23。图4是图1中的二次聚焦光学�？榈慕峁狗糯笫疽馔迹�4是图5的B-B剖视图。图5是图4的侧视图。图中标号说明1、一次聚焦光学�？椋�2、一次聚焦光阑调节�？椋�3、二次聚焦光学 �？椋�4、光电检测模块，5、中间连接套，6、内活动套，7、光阑，8、压圈，9、调节螺杆，10、顶杆， 11、弹簧，12、止动螺钉，13、紧定螺钉，14、固定套筒，15、推环，16、螺钉，17、调节环，18-1, 准直透镜组，18-2、汇聚透镜组，19、压圈，20、活动套筒，21、紧定螺钉，22、滤光片，23、外固 定套，24、导向凸块。
具体实施例方式下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明内容进行详细说明
如图1-图5所示为本发明提供的一种激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢� 结构，它包括一次聚焦光学�？�1和光电探测�？�4，其特征在于它还包括设于一次聚焦 光学�？�1的聚焦处的一次聚焦光阑调节�？�2以及设于一次聚焦光阑调节�？�2和光电 探测�？�4之间的二次聚焦光学�？�3 ；所述一次聚焦光阑调节�？�2包括光阑7和用来对 光阑7在垂直光轴和平行光轴的CTZ三向位置进行调节并能将光阑7固定在调节好的位置 的三维调整固定机构；所述二次聚焦光学�？�3包括用来将一次聚焦光学�？�1聚焦后的 光准直成平行或近似平行光的准直透镜组18-1、与准直透镜组18-1位于同一光轴上且用 来将准直透镜组18-1准直的平行或近似平行光汇聚到光电探测�？�4的汇聚透镜组18-2 以及用来安装准直透镜组18-1和汇聚透镜组18-2的安装支架。所述准直透镜组18-1和汇聚透镜组18-2的光学参数相同或相近，且光学结构对 称或近似对称。所述安装支架包括用来安装准直透镜组18-1的固定镜架、用来安装汇聚透镜组 18-2且能带动汇聚透镜组18-2相对固定镜架沿光轴方向移动的活动镜架、连接于固定镜 架和活动镜架之间且用来带动活动镜架沿光轴方向移动调节的一维调节装置以及连接于 固定镜架和活动镜架之间且用来将活动镜架固定在调节好的位置的锁紧装置。所述固定镜架由套置于准直透镜组18-1外周的固定套筒14构成；所述活动镜架 由活动套置于固定套筒14体内且套置于汇聚透镜组18-2外周的活动套筒20构成，活动套 筒20的外筒壁固定连接有径向向外延伸的导向凸块M，所述固定套筒14的筒壁上开设有 供导向凸块M径向向外伸出且沿平行光轴方向移动的滑槽；所述一维调节装置包括套置 于固定套筒14外的调节环17、套置于调节环17外的推环15以及用来将调节环17和推环 15固定连接在一起的螺钉16，所述调节环17的内周壁与固定套筒14的外周壁以螺纹方式 连接，所述导向凸块对伸出滑槽的外端部夹持于推环15的端部内凸缘和调节环17的端面 之间；所述锁紧装置由开设于固定套筒14筒壁上的径向螺纹通孔和连接于该径向螺纹通 孔内的紧定螺钉21构成。所述准直透镜组18-1的物焦面位置与一次聚焦光学�？�1的后焦面位置重合。所述三维调整固定机构包括与一次聚焦光学�？�1固定连接的外固定套23、设于外固定套23体内且能相对外固定套23沿平行光轴方向进行Z向调节固定的中间连接套5、 设于中间连接套5体内且能相对中间连接套5在垂直光轴的平面内进行X向和Y向移动的 内活动套6以及用来对内活动套6的X向和Y向位置进行调节和固定的二维调节锁紧装置； 所述光阑7固定安装于内活动套6体内。所述二维调节锁紧装置包括分别顶压于内活动套6的X向和Y向一侧侧壁上的调 节螺杆9以及分别顶压于内活动套6的X向和Y向另一侧侧壁上的弹性压力组件和止动螺 钉12，所述弹性压力组件由顶杆10和连接于顶杆10与中间连接套5之间的弹簧11组成 (弹簧11的一端作用于顶杆10上，另一端作用于固定连接在中间连接套5上的紧定螺钉13 上)，所述中间连接套5的体内开设有便于调节螺杆9、止动螺钉12和弹性压力组件各自移 动调节的多个通道。在准直透镜组18-1和汇聚透镜组18-2之间的光路上设有滤光片22。本发明上述实施例的调节方法说明如下
(1)如图2和图3所示，一次聚焦光阑调节�？�2的调节方法如下 Z向上的调节由中间连接套5相对外固定套23进行移动，使光阑7在光轴上的位置 正好与一次聚焦光学�？�1的聚焦点位置重合后，便可将中间连接套5和外固定套23固定 紧。X向和Y向上的调节松开X向上的止动螺钉12，旋转X向上的调节螺杆9，使光 阑7和内活动套6作为一体相对中间连接套5做X向运动，弹簧7施加弹力进行平衡，调好 位置后，旋紧X向的止动螺钉12 ；同理进行Y向上的位置调节，最后旋紧压圈8，为了防止在 运输，使用等过程中的振动影响，一般要将以上所有可动的调节机构用胶固定，粘牢。(2)如图4和图5所示，二次聚焦光学模块3的调节方法如下松开紧定螺钉21， 调节环17和固定套筒14靠螺纹连接，推环15和调节环17通过螺钉16连接在一起，汇聚 透镜组18-2被压圈19固定在活动套筒20内，旋转推环15，推动活动套筒20在固定套筒 14的滑槽内做直线运动，从而使两组透镜组的相对轴向距离发生变化，改变二次聚焦光学 �？�3的像焦面到光电检测�？�4的CCD感应芯片的位置，从而实现光学对焦的目的，最后 旋紧紧定螺钉21。为了防止在运输，使用等过程中的振动影响，一般要将以上所有可动的调 节机构用胶固定，粘牢。上述实施例仅是为了说明方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以 权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢菇峁梗ㄒ淮尉劢构庋？� (1)和光电探测�？�(4)，其特征在于它还包括设于一次聚焦光学�？�(1)的聚焦处的一 次聚焦光阑调节�？�(2)以及设于一次聚焦光阑调节�？�(2)和光电探测模块(4)之间的 二次聚焦光学�？�(3)；所述一次聚焦光阑调节�？�(2)包括光阑(7)和用来对光阑(7)在 垂直光轴和平行光轴的XYZ三向位置进行调节并能将光阑(7)固定在调节好的位置的三维 调整固定机构；所述二次聚焦光学�？�(3)包括用来将一次聚焦光学�？�(1)聚焦后的光 准直成平行或近似平行光的准直透镜组(18-1)、与准直透镜组(18-1)位于同一光轴上且 用来将准直透镜组(18-1)准直的平行或近似平行光汇聚到光电探测�？�(4)的汇聚透镜 组(18-2)以及用来安装准直透镜组(18-1)和汇聚透镜组(18-2)的安装支架。
2.根据权利要求1所述的激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢菇峁梗涮卣� 在于所述准直透镜组(18-1)和汇聚透镜组(18-2)的光学参数相同或相近，且光学结构对 称或近似对称。
3.根据权利要求1所述的激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢菇峁梗涮� 征在于所述安装支架包括用来安装准直透镜组(18-1)的固定镜架、用来安装汇聚透镜组 (18-2)且能带动汇聚透镜组(18-2)相对固定镜架沿光轴方向移动的活动镜架、连接于固定 镜架和活动镜架之间且用来带动活动镜架沿光轴方向移动调节的一维调节装置以及连接 于固定镜架和活动镜架之间且用来将活动镜架固定在调节好的位置的锁紧装置。
4.根据权利要求3所述的激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢菇峁梗涮卣� 在于所述固定镜架由套置于准直透镜组(18-1)外周的固定套筒(14)构成；所述活动镜架 由活动套置于固定套筒(14)体内且套置于汇聚透镜组(18-2)外周的活动套筒(20)构成， 活动套筒(20)的外筒壁固定连接有径向向外延伸的导向凸块(24)，所述固定套筒(14)的 筒壁上开设有供导向凸块(24)径向向外伸出且沿平行光轴方向移动的滑槽；所述一维调 节装置包括套置于固定套筒(14)外的调节环(17)、套置于调节环(17)外的推环(15)以及 用来将调节环(17)和推环(15)固定连接在一起的螺钉(16)，所述调节环(17)的内周壁与 固定套筒(14)的外周壁以螺纹方式连接，所述导向凸块(24)伸出滑槽的外端部夹持于推 环(15)的端部内凸缘和调节环(17)的端面之间；所述锁紧装置由开设于固定套筒(14)筒 壁上的径向螺纹通孔和连接于该径向螺纹通孔内的紧定螺钉(21)构成。
5.根据权利要求3所述的激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢菇峁梗涮卣� 在于所述准直透镜组(18-1)的物焦面位置与一次聚焦光学�？�(1)的后焦面位置重合。
6.根据权利要求1所述的激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢菇峁梗涮卣� 在于所述三维调整固定机构包括与一次聚焦光学�？�(1)固定连接的外固定套(23)、设 于外固定套(23)体内且能相对外固定套(23)沿平行光轴方向进行Z向调节固定的中间连 接套(5)、设于中间连接套(5)体内且能相对中间连接套(5)在垂直光轴的平面内进行X向 和Y向移动的内活动套(6)以及用来对内活动套(6)的X向和Y向位置进行调节和固定的 二维调节锁紧装置；所述光阑(7)固定安装于内活动套(6)体内。
7.根据权利要求6所述的激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢菇峁梗涮卣� 在于所述二维调节锁紧装置包括分别顶压于内活动套(6)的X向和Y向一侧侧壁上的调 节螺杆(9)以及分别顶压于内活动套(6)的X向和Y向另一侧侧壁上的弹性压力组件和止 动螺钉(12)，所述弹性压力组件由顶杆(10)和连接于顶杆(10)与中间连接套(5)之间的弹簧(11)组成，所述中间连接套(5)的体内开设有便于调节螺杆(9)、止动螺钉(12)和弹性压 力组件各自移动调节的多个通道。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢� 结构，其特征在于在准直透镜组(18-1)和汇聚透镜组(18-2)之间的光路上设有滤光片 (22)。
全文摘要
本发明涉及一种激光雷达测距系统接收�？橹械亩喂饴肪劢菇峁梗ㄒ淮尉劢构庋？楹凸獾缣讲饽？椋拱ㄉ栌谝淮尉劢构庋？榈木劢勾Φ囊淮尉劢构饫坏鹘谀？榧吧栌谝淮尉劢构饫坏鹘谀？楹凸獾缣讲饽？橹涞亩尉劢构庋？椋灰淮尉劢构饫坏鹘谀？榘ü饫缓陀美炊怨饫辉诖怪惫庵岷推叫泄庵岬腦YZ三向位置进行调节并能将光阑固定在调节好的位置的三维调整固定机构；二次聚焦光学�？榘ㄓ美唇淮尉劢构庋？榫劢购蟮墓庾贾背善叫谢蚪破叫泄獾淖贾蓖妇底椤⒂美唇贾蓖妇底樽贾钡钠叫谢蚪破叫泄饣憔鄣焦獾缣讲饽？榈幕憔弁妇底榧坝美窗沧白贾蓖妇底楹突憔弁妇底榈陌沧爸Ъ�。本发明不仅易于加工，而且调节简单方便。
文档编号G01S7/481GK102121985SQ20101060225
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者何金铃, 林孝同, 郭少琴, 陈新锦, 黄木旺 申请人:福州福特科光电有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
