CN111352084A - 一种光学装调装置及采用其装调待调激光雷达的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学装调装置，用于对待调光学装置进行装调，其包括激光光源，分划板，分光棱镜，调焦单元，图像采集单元和显示单元，其中，激光光源发射的光通过分划板后，经过分光棱镜形成第一路光和第二路光，其中，第一路光穿透分光棱镜打到图像采集单元上，在图像采集单元上形成分化板的分化像；第二路光经分光棱镜折射到调焦单元后，第二路光穿过调焦单元后再经待调光学装置反射，反射后的光通过调焦单元和分光棱镜透射后，在图像采集单元上成像，并通过显示单元显示。该装置可用于完成待调激光雷达的装调，不仅装调过程操作步骤简单，还提高装调效率和精度。

Description

一种光学装调装置及采用其装调待调激光雷达的方法

技术领域

本发明涉及光学装置装调技术领域，尤其涉及一种光学装调装置及采用其装调待调激光雷达的方法。

背景技术

光学装置的装调是其在使用前必要的操作，尤其是针对激光雷达，其作为高精密的光电传感器，在使用时激光雷达发射光路的准直度、接收光路的聚焦性以及收发两光路的平行性是影响激光雷达测距精度等的主要因素。因此，在激光雷达的研制过程中，其光机系统的装配调试显得尤为重要，装调的精密程度直接决定了激光雷达的良率。

目前，激光雷达常用的光学装调手段是采用平行光管、CCTV镜头和多台相机，搭建装调测试台，该装调手段比较复杂，且更换使用环境后，需重新搭建装调测试台，同时不可避免的存在多种误差，从而多种误差的累积降低了光学装调的精度，光学装调效率低。因此，急需提供一种新的技术方案，提高激光雷达装调的精度和效率，使装调过程操作简单方便。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种光学装调装置及采用其装调待调激光雷达的方法，通过对光学装调装置的结构设计，避免了采用多部件完成装调要求的误差累积，提高了装调过程的精度，同时提高了光学装调的效率。

具体地：本发明提供一种光学装调装置，用于对待调光学装置进行装调，其包括激光光源，分划板，分光棱镜，调焦单元，图像采集单元和显示单元，其中，所述激光光源发射的光通过所述分划板后，经过所述分光棱镜形成第一路光和第二路光，其中，所述第一路光穿透所述分光棱镜，打到所述图像采集单元上，在所述图像采集单元上形成所述分化板的分化像；所述第二路光折射到所述调焦单元；所述光穿过所述调焦单元后，经待调光学装置反射后，反射后的光可通过所述调焦单元和所述分光棱镜透射后，在图像采集单元上成像，并通过显示单元显示；可实现对无穷远到有限距离范围内的待调光学装置探测。

进一步可选地，所述调焦单元包括调焦镜组和望远物镜，其中，所述调焦镜组为负透镜镜组，所述望远物镜为正透镜镜组；其中，望远物镜在该装置中固定不动，调焦镜组能够相对望远物镜前后移动以改变调焦单元的焦距，使其能够看清不同距离的物体。

进一步可选地，所述激光光源和所述分划板之间设有一准直镜；用于将具有大发散角的激光光源准直成平行光。

进一步可选地，所述图像采集单元为相机，所述相机位于所述光学装调装置的像方焦平面上，并位于所述分光棱镜远离所述调焦单元的一侧，且所述相机与所述分划板正交于所述分光棱镜的中心；该相机不仅可以采集待调激光雷达的图像，还采集分划板的图像。

进一步可选地，还包括一四维调节机构，所述四维调节机构能够实现所述光学装调装置的方位倾斜调节，俯仰倾斜调节、水平平移调节和高低平移调节；提高该光学装调装置的操作自动化，提高装调效率。

进一步可选地，所述待调光学装置为待调激光雷达，所述待调激光雷达包括发射端，所述发射端包括一激光发射器，所述光学装调系统的激光光源发射的光与所述激光发射器发射的光波长相等。

进一步可选地，所述分光棱镜接收所述激光光源和/或所述激光发射器发射的光的面为分光面，所述分光面镀半透半反膜，所述半透半反膜的工作波长与所述激光发射器发射的光的波长相等。

本发明还提供一种采用上述任一所述的光学装调装置的装调待调激光雷达的方法，其包括待调激光雷达发射端的光路的准直度调节，具体方法如下：打开所述待调激光雷达的激光发射器，并调节所述调焦镜组使所述光学装调装置可观察所述待调激光雷的发射端；调节所述发射端的对焦位置使所述发射端发射的光通过所述光学装调装置成像到所述图像采集单元上，并在所述显示单元上显示出清晰的图像，且所述清晰的像位于所述分化像的中心位置。

进一步可选地，还包括待调激光雷达发射端的光路和接收端的光路的平行性调节，所述接收端包括一探测器，所述光机部件包括一接收镜，所述探测器与所述接收镜在同一光轴上，且所述接收镜位于所述探测器与所述光学装调装置之间；具体方法如下：调节所述光学装调装置，使所述光学装调装置的光轴与所述待调激光雷达接收端的接收镜的光轴重合；关闭所述待调激光雷达的激光发射器，调节所述调焦镜组使所述光学装调装置可观察到所述接收镜之后的区域；调节所述接收端的探测器，使所述探测器在所述显示单元上形成到清晰的像，且所述清晰的像位于所述分化像的中心位置。

进一步可选地，还包括待调激光雷达接收端的光路的聚焦性调节，具体方法如下：调节所述光学装调装置，使所述光学装调装置的光轴与所述待调激光雷达接收端的接收镜的光轴重合；打开所述待调激光雷达的激光发射器,调节所述调焦镜组使所述光学装调装置可观察待调激光雷的发射端；将所述接收端的探测器的信号引入到一示波器上，移动所述探测器，将所述探测器固定在所述示波器上出现最大信号的位置。

本发明提供的光学装调装置，通过对该调焦目镜组的调节实现不同距离的探测；在用于激光雷达装调中，可以实现激光雷达发射端的光路的准直性、激光雷达的端的光路的聚焦性，及发射端和接收端两光路的平行性的装调，该光学装调过程的操作简单方便避免了采用多部件完成上述装调要求的误差累积，提高了装调精度和装调效率。且其还具有可视化程度高、体积小、价格便宜的优点，提高用户体验感。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本实施例中光学装调装置机构示意图；

图2本实施例中光学装调装置及待调激光雷达的光路装调示意图。

其中：1-激光光源；2-准直镜；3-分划板；4-分光棱镜；5-调焦镜组；6-望远物镜；7-相机；8-计算机；9-激光发射器；10-光机部件；101-接收镜；11-探测器；12-示波器；13-四维调节机构；131-转动部；132-升降部；133-移动部；14-第一集成单元

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构，但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此，下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

下面结合附图1对本发明中的具体实施方式的内容进行详细描述：

实施例

如图1-2所示，本发明提供一种用于待调激光雷达的光学装调装置，其中，该待调激光雷达包括发射端、接收端和光机部件10，该光学装调装置其包括激光光源1，分划板3，分光棱镜4，调焦单元，图像采集单元和显示单元，其中，激光光源1发射的光通过分划板3后，经过分光棱镜4形成第一路光和第二路光，其中，第一路光穿透分光棱镜4打到图像采集单元上，在图像采集单元上形成分化板3的分化像；第二路光经分光棱镜4折射到调焦单元后，第二路光穿过调焦单元后再经待调光学装置反射，反射后的光通过调焦单元和分光棱镜4透射后，在图像采集单元上成像，并通过显示单元显示。

上述光学装调装置通过调节调焦单元，可实现对无穷远到有限距离范围内的探测；将该装置调至观察无穷远模式下，可用于观察和调节激光雷达发射光束的准直性；将该装置调到观察有限距离范围模式下，可用于观察激光雷达的接收镜101的聚焦情况，且该装置具备收发共用的双功能，可进行激光雷达接收端和发射端的两光路的平行性的装调。不仅装调过程操作步骤简单，还避免了采用多部件完成上述装调要求的误差累积，提高装调效率和精度，同时该装置还具有可视化程度高、体积小、生产成本低的优点。

为了实现该光学装调装置对无穷远到有限距离范围内的探测本实施例中优选的，调焦单元包括调焦镜组5和望远物镜6，其中，调焦镜组5为负透镜镜组，望远物镜6为正透镜镜组；其中望远物镜6在该装置中固定不动，调焦镜组5能够相对望远物镜6前后移动以改变调焦单元的焦距，使其能够看清不同距离的物体。望远物镜6位于靠近待调激光雷达的一侧，用于收集外界待调激光雷达上的光束，同时出射由光学装调装置内部的激光束。

优选的，激光光源1位于光学装调装置的最顶端，且靠向该光学装调装置显示单元一侧，对光学装调装置提供照明光源的作用。为了提高激光光源1发射的光的利用率，优选的，激光光源1和分划板3之间设有一准直镜2；用于将具有大发散角的激光光源1准直成平行光，之后再照射到分划板3上。

优选的，图像采集单元为相机7，相机7位于光学装调装置的像方焦平面上即待调激光雷达在无穷远处所成的像位置所在的平面，并位于分光棱镜4远离调焦单元的一侧，其该相机7与分划板3正交于分光棱镜4的中心，相机7与分划板3形成共轭关系，因此相机7不仅可以采集待调激光雷达的图像，还采集分划板3的图像。为了提高相机7采集的图像的效果，优选的，相机7的感光面光谱范围涉及可见光波段和待调激光雷达使用的波长。

本实施例中相机7与分划板3形成共轭关系，优选的，分划板3位于准直镜2与分光棱镜4之间，并位于光学装调装置的物方焦平面上，用于为光学装调装置提供标准的分划像。本实施例中优选的，分划板3为带有刻度尺的“十字”叉丝，且准直的平行光照射到分划板3上形成亮“十字”叉丝的暗场照明，故分划板303将准直的平行光分割并重新整形成二次光源，作为出射光源经分光棱镜4和调焦单元射出光学装调装置并照射到待调激光雷达上。

优选的，分光棱镜4位于分划板3的下方，同时位于调焦镜组5与相机7之间；分光棱镜4将分划板3上出射的激光束折转到调焦镜组5上，同时从光学装调装置接收的外界光束透射到相机7上。优选的，分光棱镜4接收激光光源1和/或激光发射器9发射的光的面为分光面，分光面镀半透半反膜，半透半反膜的工作波长与激光发射器9发射的光的波长相等，改变分光棱镜4的透射和反射率，使二者的比例为1:1，提高了相机7采集的图像的质量。为了进一步提高相机7采集的图像的质量，优选的，分光面镀高透射膜，该高透射的工作波长只允许可见光通过。

优选的，显示单元为计算机8，该计算机8位于光学装调装置的远离待调激光雷达一端。为了便捷地将图像采集单元上成像通过显示单元显示，优选的，相机7通过传输数据线与计算机8相连。

如图2所示，按照光线传播顺序是：光学装调装置的激光光源1发射出的光通过准直镜2后在分划板3上形成准直光束，该准直光束被分划板3分割并整形成特定形状的目标光源，分划板3作为二次光源，出射的激光束通过分光棱镜4后，折转进入调焦镜组5和望远物镜6射出该光学装调装置；射出的光经过待调激光雷达反射，同时待调激光雷达自身的反射光均进入光学装调装置，先由望远物镜6，再通过调焦镜组5和分光棱镜4透射之后，聚焦到相机7上成像，最后在计算机8上显示出分划板3的像和待调激光雷达的像。

为了优化该光学装调装置使用时的操作，优选的，该光学装调装置还包括一四维调节机构13，该四维调节机构13能够实现光学装调装置的方位倾斜调节，俯仰倾斜调节、水平平移调节和高低平移调节。

优选的，该光学装调装置为一体化的设计，在不同装调环境下搬运时也不需考虑该装调装置本身的调节，提高装调效率和精度。

优选的，光学装调装置有三个集成单元，即第一集成单元14、第二集成单元和第三集成单元，其中第一集成单元14包括激光光源1，准直镜2，分划板3，分光棱镜4，调焦镜组5，望远物镜6和相机7，第二集成单元包括显示单元即计算机8，第三集成单元包括四维调节机构13，且第三集成单元与第一集成单元14形成机械连接。通过四维调节机构13的控制，实现光学装调装置与待调激光雷达相对位置的精密有效的调节。

优选的，待调激光雷达还包括接收端和光机部件(10)，接收端包括一探测器11，光机部件10包括一接收镜101，探测器11与接收镜101在同一光轴上，且接收镜101位于探测器11与光学装调装置之间。在使用该光学装调装置对待调激光雷达进行装调前，优选的，待调激光雷达的光机部件10设置在靠近光学装调装置设有调焦单元的一端，且正对调焦单元；同时该光学装调系统的激光光源1发射的光与待装调激光雷达的激光发射器9发射的光波长相等。

优选的，使用该光学装调装置对待调激光雷达进行装调的方法如下：

第一步，打开待调激光雷达的激光发射器9，并调节调焦镜组5使光学装调装置可观察待调激光雷的发射端；调节发射端的对焦位置使发射端发射的光通过光学装调装置成像到相机7上，并在计算机8上显示出清晰的图像，同时该清晰的图像位于分化像即“十字”分划像的中心位置，表明待调激光雷达的发射端的光轴与光学装调装置的光轴平行，即完成了待调激光雷达发射端的光路的准直度调节。

第二步，调节光学装调装置，使光学装调装置的光轴与待调激光雷达接收端的接收镜101的光轴重合；关闭待调激光雷达的激光发射器9，调节调焦镜组5使光学装调装置可观察到接收镜101之后的区域；，调节该待调激光雷达接收端的探测器11，使在计算机8上观察到探测器11清晰的像，再次调节探测器11位置，使该清晰的像位于计算机8显示屏的中心区域，分化像的中心位置；完成了待调激光雷达发射端的光路和接收端的光路的平行性调节。

第三步，打开待调激光雷达的激光发射器9,调节调焦镜组5使光学装调装置可观察待调激光雷的发射端；将接收端的探测器11的信号引入到一示波器12上，移动探测器11，将探测器11固定在示波器12上出现最大信号的位置，该位置为接收端的最佳焦平面，即完成了待调激光雷达接收端的光路的聚焦性的调节。

优选的，四维调节调节该光学装调装置，使使光学装调装置的光轴与待调激光雷达接收端的接收镜101的光轴重合。

如图1所示，优选的，四维调节机构13包括移动部，升降部，和转动部，其中控制转动部131相对光学装调装置上下摆动，实现该光学装调装置的俯仰调节，控制转动部131相对光学装调装置左右摆动，实现该光学装调装置的水平方向上的倾斜；控制升降部132相对光学装调装置上下移动，实现该光学装调装置高低升降；控制移动部133相对光学装调装置进行平移，实现该光学装调装置在水平方向上的移动；这些调节可能给均需要进行，最终的目的是使光学装调装置的光轴与待调激光雷达接收镜101的光轴重合。进一步优选的，四维调节机构13在计算机的控制下进行工作，该计算机不仅显示出相机采集的待调激光雷达的像，并判断该图像是否符合预设要求，从而控制四维调节机构13对光学装调装置进行移动，实现闭合控制。

本实例中提供的光学装调装置，不仅能够用于激光雷达的装调，也适用于成像镜头、复杂的同轴光路的装调中，同时使用该光学装调装置对待调激光雷达进行装调并不局限于本实施例中的方法，也可以先调节完待装激光雷达的接收端，最后调节待装激光雷达的接收端的发射端，同样能够高效精准的完成待调激光雷达的装调，且该光学装调装置一体化构造，进行不同装调过程中也不需考虑装置本身的调节，简化光学装调过程的操作，提高装调的精度和效率。

综上，本发明提供一种光学装调装置，用于对待调光学装置进行装调，其包括激光光源，分划板，分光棱镜，调焦单元，图像采集单元和显示单元，其中，激光光源发射的光通过分划板后，经过分光棱镜形成第一路光和第二路光，其中，第一路光穿透分光棱镜，打到图像采集单元上，在图像采集单元上形成分化板的分化像；第二路光经分光棱镜折射到调焦单元后，第二路光穿过调焦单元后再经待调光学装置反射，反射后的光通过调焦单元和分光棱镜透射后，在图像采集单元上成像，并通过显示单元显示。该装置可用于完成待调激光雷达发射端的光路准直性装调；接收端的光路的聚焦装调，以及接收端和发射端的两光路的平行性的装调。不仅装调过程操作步骤简单，一体化的设计，还避免了采用多部件完成上述装调要求的误差累积，提高装调效率和精度，同时该装置还具有可视化程度高、体积小、生产成本低的优点。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种光学装调装置，用于对待调光学装置进行装调，其特征在于，其包括激光光源，分划板，分光棱镜，调焦单元，图像采集单元和显示单元，其中，所述激光光源发射的光通过所述分划板后，经过所述分光棱镜形成第一路光和第二路光，其中，所述第一路光穿透所述分光棱镜打到所述图像采集单元上，在所述图像采集单元上形成所述分化板的分化像；所述第二路光经所述分光棱镜折射到所述调焦单元后，所述第二路光穿过所述调焦单元后再经所述待调光学装置反射，反射后的光可通过所述调焦单元和所述分光棱镜透射后，在所述图像采集单元上成像，并通过所述显示单元显示。

2.如权利要求1所述的一种光学装调装置，其特征在于，所述调焦单元包括调焦镜组和望远物镜，其中，所述调焦镜组为负透镜镜组，所述望远物镜为正透镜镜组。

3.如权利要求1所述的一种光学装调装置，其特征在于，所述激光光源和所述分划板之间设有一准直镜。

4.如权利要求1所述的一种光学装调装置，其特征在于，所述图像采集单元为相机，所述相机位于所述光学装调装置的像方焦平面上，并位于所述分光棱镜远离所述调焦单元的一侧，且所述相机与所述分划板正交于所述分光棱镜的中心。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种光学装调装置，其特征在于，还包括一四维调节机构，所述四维调节机构能够实现所述光学装调装置的方位倾斜调节，俯仰倾斜调节、水平平移调节和高低平移调节。

6.如权利要求5所述的一种光学装调装置，其特征在于，所述待调光学装置为待调激光雷达，所述待调激光雷达包括发射端，所述发射端包括一激光发射器，所述光学装调系统的激光光源发射的光与所述激光发射器发射的光波长相等。

7.如权利要求6所述的一种光学装调装置，其特征在于，所述分光棱镜接收所述激光光源和/或所述激光发射器发射的光的面为分光面，所述分光面镀半透半反膜，所述半透半反膜的工作波长与所述激光发射器发射的光的波长相等。

8.一种采用权利要求6或7所述的光学装调装置的装调待调激光雷达的方法，其特征在于，包括待调激光雷达发射端的光路的准直度调节，具体方法如下：

打开所述待调激光雷达的激光发射器，并调节所述调焦镜组使所述光学装调装置可观察所述待调激光雷的发射端；

调节所述发射端的对焦位置使所述发射端发射的光通过所述光学装调装置成像到所述图像采集单元上，并在所述显示单元上显示出清晰的图像，且所述清晰的像位于所述分化像的中心位置。

9.如权利要求8所述的装调待调激光雷达的方法，其特征在于，还包括待调激光雷达发射端的光路和接收端的光路的平行性调节，所述接收端包括一探测器，所述光机部件包括一接收镜，所述探测器与所述接收镜在同一光轴上，且所述接收镜位于所述探测器与所述光学装调装置之间；具体方法如下：

调节所述光学装调装置，使所述光学装调装置的光轴与所述待调激光雷达接收端的接收镜的光轴重合；

关闭所述待调激光雷达的激光发射器，调节所述调焦镜组使所述光学装调装置可观察到所述接收镜之后的区域；

调节所述接收端的探测器，使所述探测器在所述显示单元上形成到清晰的像，且所述清晰的像位于所述分化像的中心位置。

10.如权利要求9所述的装调待调激光雷达的方法，其特征在于，还包括待调激光雷达接收端的光路的聚焦性调节，具体方法如下：

调节所述光学装调装置，使所述光学装调装置的光轴与所述待调激光雷达接收端的接收镜的光轴重合；

打开所述待调激光雷达的激光发射器,调节所述调焦镜组使所述光学装调装置可观察待调激光雷的发射端；

将所述接收端的探测器的信号引入到一示波器上，移动所述探测器，将所述探测器固定在所述示波器上出现最大信号的位置。

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