[发明专利]激光雷达测距系统接收模块中的二次光路聚焦结构

说明书

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模块中的二次光路聚焦结构。

背景技术

目前，激光雷达测距系统的工作原理是发射模块对目标物发射一激光信号，再由接收模块接收由目标物漫反射回来的光信号，处理该反射信号计算出目标物的距离。接收模块包括聚焦光学模块、光电探测模块。通过聚焦光学模块把光信号聚焦到光电探测模块的光传感器上，由于加工精度和装配误差，造成发射模块光轴和接收模块的光学系统光轴不共轴，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模块中的二次光路聚焦结构，它不仅易于加工，而且调节简单方便。

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模块中的二次光路聚焦结构，它包括一次聚焦光学模块和光电探测模块，其特征在于：它还包括设于一次聚焦光学模块的聚焦处的一次聚焦光阑调节模块以及设于一次聚焦光阑调节模块和光电探测模块之间的二次聚焦光学模块；所述一次聚焦光阑调节模块包括光阑和用来对光阑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；所述二次聚焦光学模块包括用来将一次聚焦光学模块聚焦后的光准直成平行或近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模块的汇聚透镜组以及用来安装准直透镜组和汇聚透镜组的安装支架。

本发明的工作原理说明如下：本发明改变现有接收模块只对光路进行一次聚焦为对光路进行二次聚焦，从而可将原先需要对光电探测模块的CCD感应模块进行的三维（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模块对光路进行一次聚焦后，首先，在一次聚焦光学模块的聚焦处放置一次聚焦光阑调节模块，预先通过Z向调节使一次聚焦光学模块的聚焦点位置与光阑的位置重合，再对光阑进行二维位置（X向、Y向）调节，使一次聚焦光学模块的聚焦点位于光阑中心位置，从而可接收所需视场内的光信号，屏蔽视场外的杂散光，同时消除发射模块光轴和接收模块光轴不共轴造成的影响，降低了现有技术中的加工调节问题；其次，本发明利用增设的二次聚焦光学模块再次收集经过光阑处的光信号，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模块的CCD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模块的透镜组设计简化，而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模块的后焦面位置重合。