CN108226941B - 一种可视化调光装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可视化调光装置与方法。包括沿光路依次设置的光源、准直物镜、成像物镜、成像面、分划板及图像采集及处理装置，还包括二自由度微动台；待测目标位于准直物镜与成像物镜之间；成像面位于成像物镜的焦点位置处；分划板紧靠成像面并与实际接收器的靶面同轴，且实际接收器靶面中心轴的延长线经过分划板的十字刻划线的中心；光源通过支架安装在二自由度微动台上；光源出射光束通过准直物镜准直后照射待测目标表面，待测目标表面将光束反射后，通过成像物镜成像在成像面上，所呈光斑与分划板的十字刻划线叠加后进入图像采集及处理装置。解决了现有调光方法调节效率低、精度差的问题。

Description

一种可视化调光装置与方法
技术领域
本发明涉及一种用于激光测距仪等小靶面光学系统的调光方法与装置，特别涉及一种基于高分辨率相机的可视化调光方法与装置。
背景技术
对于激光测距等仪器，需要通过物镜收集回波光束，将能量集中在对应探测器的靶面上。该靶面涉及成本等因素，面积通常较小，加之物镜和探测器的加工/装配误差，紧靠公差难以保证物镜焦点与靶面中心重合，此时就需要一种调光方法与装置，通过调整出射光束角度或靶面位置，将物镜焦点与靶面中心调至重合。
目前采用小孔光阑是常用的一种调光手段。在探测器靶面的中心处设置小孔光阑，通过调整出射光束角度或靶面位置，当光束通过小孔光阑时认为已将物镜焦点与靶面中心调至重合。这种方法结构简单，易于实现。
但这种方法属于“盲调”，调整过程中无法掌握偏差方向和偏差量，因此调节效率低；另外，当靶面的轴向装配误差较大，处于离焦位置时，由于光斑较大，仅靠小孔光阑是否通光来判断调光结果，其调节精度较低。因此该方法仅限于套数较少且精度要求不高的情况。
直接观测探测器信号强度也是一种常用的调光方法。通过将探测器靶面获取的信号引出，在调整出射光束角度或靶面位置过程中观察信号强度的改变，认为在信号强度最大时即调整到位。该方法的优势在于将最终效果直接作为判定依据，调光精度高。
但该方法同样属于“盲调”，需要有一定的工程经验，调光效率低，且在进行批量调整时，需要切换探测器接线，操作繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种可视化调光方法与装置，以带有十字刻划线的分划板代替了传统的小孔光阑，采用高分辨率相机实时观测焦点误差量，解决了现有调光方法调节效率低、精度差的问题。
本发明的技术解决方案是提供一种可视化调光装置，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的光源、准直物镜、成像物镜、成像面、分划板及图像采集及处理装置，还包括二自由度微动台；
待测目标位于准直物镜与成像物镜之间；
上述成像面位于成像物镜的焦点位置处；
上述分划板紧靠成像面并与实际接收器的靶面同轴，且实际接收器靶面中心轴的延长线经过分划板的十字刻划线的中心；
光源通过支架安装在二自由度微动台上，可实现光源水平向和垂直向的微调；
光源出射光束通过准直物镜准直后照射待测目标表面，待测目标表面将光束反射后，通过成像物镜成像在成像面上，所呈光斑与分划板的十字刻划线叠加后进入图像采集及处理装置。
优选地，上述成像面为毛玻璃或硫酸纸。
优选地，上述图像采集及处理装置包括高分辨率相机与显示设备，上述高分辨率相机用于采集光斑与分划板的十字刻划线的叠加图像，上述显示设备与高分辨率相机连接，用于显示高分辨率相机采集的图像。此时的高分辨率相机只作为图像采集装置，将图像实时传递给显示设备，不带有数据处理的功能，将显示设备显示的数据手动输入至二自由度微动台，对光源位置进行调节。
优选地，上述图像采集及处理装置包括高分辨率相机及数据处理模块，上述二自由度微动台为电动位移台；
上述高分辨率相机用于采集光斑与分划板的十字刻划线的叠加图像，上述数据处理模块用于计算光斑的偏移量，并将偏移量反馈至电动位移台，电动位移台用于根据数据处理模块反馈的偏移量自动调整光源的位置。
本发明还提供一种利用上述的可视化调光装置的可视化调光方法，包括以下步骤：
1)、调整光源出射光束经过准直物镜准直后照射待测目标；
2)、照射待测目标将光束反射后通过成像物镜成像在成像面上；
3)、成像面所呈光斑与分划板的十字刻划线叠加后进入图像采集及处理装置；
4)、根据图像采集及处理装置反馈的光斑的偏移量，调整二自由度微动台，使光斑位于分划板的十字刻划线的中心位置。
优选地，当图像采集及处理装置包括高分辨率相机与显示设备时，上述步骤3)具体为：成像面所呈光斑与分划板的十字刻划线叠加后进入高分辨率相机，高分辨率相机采集光斑与分划板的十字刻划线叠加图像后通过显示设备显示；
上述步骤4)具体为：观测显示设备上光斑的偏移量，将偏移量人工输入二自由度微动台，调整光源的位置，使光斑位于分划板的十字刻划线的中心位置。
优选地，当图像采集及处理装置包括高分辨率相机及数据处理模块时，上述步骤3)与步骤4)具体为：成像面所呈光斑与分划板的十字刻划线叠加后进入高分辨率相机，数据处理模块计算光斑的偏移量，并将偏移量反馈至电动位移台，电动位移台根据数据处理模块反馈的偏移量自动调整光源位置，使光斑位于分划板的十字刻划线的中心位置。
本发明的有益效果是：
1、本发明以带有十字刻划线的分划板代替了传统的小孔光阑，采用数据采集及处理装置实时观测焦点误差量，具有可视化、调节效率高、调节精度高的优势；尤其在批量生产过程中，可提高装配效率和设备性能；
2、本发明还可以包括数据处理模块，实时显示光源所需调整量；二自由度微动台为电动位移台，以图像识别结果为反馈将光源调整到位，实现自动调整，具有更高的调节效率。
附图说明
图1为本发明可视化调光装置示意图；
图中附图标记为：1-光源，2-支架，3-二自由度微动台，4-准直物镜，5-待测目标，6-成像物镜，7-毛玻璃，8-分划板，9-相机，10-显示设备。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例一
从图1可以看出，该实施例可视化调光装置主要包括光源1、支架2、二自由度微动台3、准直物镜4、成像物镜6、成像面、分划板8、相机9及显示设备10。在该实施例中成像面为毛玻璃7，在其他实施例中成像面还可以为硫酸纸等元件上。
光源1通过支架2安装在二自由度微动台3上，可实现光源1水平向和垂直向的微调，准直物镜4位于光源1的出光口处，待测目标5位于准直物镜4与成像物镜6之间，成像面位于成像物镜6的焦点位置处，分划板8的十字刻划线中心位于实际接收器靶面中心轴的延长线上，相机9与显示设备10电连接。
结合图1阐述调光方法的原理：光源1的出射光束经过准直镜头后打在待测目标5表面，反射后通过成像物镜6打在毛玻璃7上并成像，所呈光斑与分划板8的十字刻划线叠加后进入相机9，并在显示设备10中显示出来；在显示设备10上观测光斑的偏移量，通过调整二自由度微动台3，使光斑位于十字刻划线的中心位置。
实施例二
该实施例与实施例一不同之处在于不包括显示设备10，但是包括一个数据处理模块，数据处理模块通过图像处理，以灰度值为依据，识别十字刻划线中心和光斑成像位置，计算出光斑的偏移量，且二自由度微动台3为电动位移台，相机9采集的图像通过数据处理模块直接得到光斑的偏移量，电动位移台根据偏移量自动调节光源1的位置，使光斑位于十字刻划线的中心位置。
上述方法和实施例中是通过相机9观测焦面处回波光束的焦点相对于十字刻划线的偏差量，同时可对光斑尺寸进行定性评估，因此该方法可实现对焦点轴向位置和径向位置进行可视化调光，大大提高调光的效率和精度。本发明的实施不局限于上述具体实施方案，只要是通过相机9观测成像在硫酸纸或毛玻璃7上的焦点，与十字刻划线进行位置比较，从而进行可视化调光的方法、装置和系统均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可视化调光装置，其特征在于：包括沿光路依次设置的光源(1)、准直物镜(4)、成像物镜(6)、成像面、分划板(8)及图像采集及处理装置，还包括二自由度微动台(3)；
待测目标(5)位于准直物镜(4)与成像物镜(6)之间；所述成像面位于成像物镜(6)的焦点位置处；
所述分划板(8)紧靠成像面并与实际接收器的靶面同轴，且实际接收器靶面中心轴的延长线经过分划板(8)的十字刻划线的中心；
光源(1)通过支架(2)安装在二自由度微动台(3)上；
光源(1)出射光束通过准直物镜(4)准直后照射待测目标(5)表面，待测目标(5)表面将光束反射后，通过成像物镜(6)成像在成像面上，所呈光斑与分划板(8)的十字刻划线叠加后进入图像采集及处理装置；所述图像采集及处理装置包括高分辨率相机(9)与显示设备(10)，所述高分辨率相机(9)用于采集光斑与分划板(8)的十字刻划线的叠加图像，所述显示设备(10)与高分辨率相机(9)连接，用于显示高分辨率相机(9)采集的图像。
2.一种可视化调光装置，其特征在于：包括沿光路依次设置的光源(1)、准直物镜(4)、成像物镜(6)、成像面、分划板(8)及图像采集及处理装置，还包括二自由度微动台(3)；
待测目标(5)位于准直物镜(4)与成像物镜(6)之间；所述成像面位于成像物镜(6)的焦点位置处；
所述分划板(8)紧靠成像面并与实际接收器的靶面同轴，且实际接收器靶面中心轴的延长线经过分划板(8)的十字刻划线的中心；
光源(1)通过支架(2)安装在二自由度微动台(3)上；
光源(1)出射光束通过准直物镜(4)准直后照射待测目标(5)表面，待测目标(5)表面将光束反射后，通过成像物镜(6)成像在成像面上，所呈光斑与分划板(8)的十字刻划线叠加后进入图像采集及处理装置；
所述图像采集及处理装置包括高分辨率相机(9)及数据处理模块，所述二自由度微动台(3)为电动位移台；所述高分辨率相机(9)用于采集光斑与分划板(8)的十字刻划线的叠加图像，所述数据处理模块用于计算光斑的偏移量，并将偏移量反馈至电动位移台，电动位移台用于根据数据处理模块反馈的偏移量自动调整光源(1)位置。
3.根据权利要求1或2所述的可视化调光装置，其特征在于：所述成像面为毛玻璃(7)或硫酸纸。
4.一种利用权利要求1-3任一所述的可视化调光装置的可视化调光方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、调整光源(1)出射光束经过准直物镜(4)准直后照射待测目标(5)；
2)、照射待测目标(5)将光束反射后通过成像物镜(6)成像在成像面上；
3)、成像面所呈光斑与分划板(8)的十字刻划线叠加后进入图像采集及处理装置；
4)、根据图像采集及处理装置反馈的光斑的偏移量，调整二自由度微动台(3)，使光斑位于分划板(8)的十字刻划线的中心位置。
5.根据权利要求4所述的利用权利要求1-3任一所述的可视化调光装置的可视化调光方法，其特征在于：当图像采集及处理装置包括高分辨率相机(9)与显示设备(10)时，所述步骤3)具体为：成像面所呈光斑与分划板(8)的十字刻划线叠加后进入高分辨率相机(9)，高分辨率相机(9)采集光斑与分划板(8)的十字刻划线叠加图像后通过显示设备(10)显示；
所述步骤4)具体为：观测显示设备(10)上光斑的偏移量，将偏移量人工输入二自由度微动台(3)，调整光源(1)的位置，使光斑位于分划板(8)的十字刻划线的中心位置。
6.根据权利要求4所述的利用权利要求1-3任一所述的可视化调光装置的可视化调光方法，其特征在于：当图像采集及处理装置包括高分辨率相机(9)及数据处理模块时，所述步骤3)与步骤4)具体为：成像面所呈光斑与分划板(8)的十字刻划线叠加后进入高分辨率相机(9)，数据处理模块计算光斑的偏移量，并将偏移量反馈至电动位移台，电动位移台根据数据处理模块反馈的偏移量自动调整光源(1)位置，使光斑位于分划板(8)的十字刻划线的中心位置。
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