CN112666537A - 一种单光子测距仪光轴调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单光子测距仪光轴调节机构，包括前支架和后支架，利用前支架对镜头进行固定支撑及角度粗调，利用后支架实现对镜头进行固定支撑及角度精调，设计了精调组件的结构和连接方式，实现不同方向的角度精调，调节方式简单、调节范围大且调节精度高。

Description

一种单光子测距仪光轴调节机构

技术领域

本发明属于光轴调节机构领域，特别涉及一种单光子测距仪光轴调节机构。

背景技术

激光测距是通过发射激光到目标表面再接收目标表面反射回来的激光信号，记录激光信号往返时间来计算并得到与目标距离的一种测距方法。传统的激光测距系统通常使用线性光电探测器来探测返回的激光信号，这需要接收数千到万级别的光子信号才能正常测距，所以进行超远距离测距时，传统的激光测距系统需要提高激光功率并增大接收口径，才能使探测器接收到足够强的返回激光信号，但这就会使测距系统总体功耗增加，同时装置体积也变得更加庞大。相比传统的激光测距系统，单光子测距仪能够实现单光子级别的光电灵敏度探测，进行超远距离测距时，即使反射回来的激光信号极弱到只有单个光子级别，接收装置依然能够正常响应并实现测距。单光子测距仪相比传统的激光测距系统，整体降低了功耗、体积和成本，具有测量距离远、体积小和功耗低等优点，在星载、机载等领域有着非常广泛的应用前景。

但是，传统激光测距系统探测距离一般在数千米或数百米范围内，很容易接收到足够强的返回激光信号，所以对激光信号发射与接收光轴的平行度要求相对较低。而单光子测距仪探测距离通常在几十到数百千米，如果激光信号发射和接收光轴不平行，则很难接受到返回的激光光子信号。现有技术中，实现单光子测距仪的超远距离探测的重要制约因素为光轴调节机构的高精密性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种单光子测距仪光轴调节机构，包括前支架和后支架，利用前支架对镜头进行固定支撑及角度粗调，利用后支架实现对镜头进行固定支撑及角度精调，调节方式简单、调节范围大且调节精度高。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种单光子测距仪光轴调节机构，包括前支架和后支架；

前支架设置于镜头上，包括前支架圈和前支架座；前支架圈为圆环结构，用于固定镜头，前支架圈安装于前支架座上，且在X或Y方向位置可调节，实现镜头的角度粗调；所述X和Y方向为沿单光子测距仪光轴调节机构坐标系中X轴和Y轴的方向；

后支架设置于镜头的端部，包括后支架圈，后支架座和精调组件；

后支架座用于支撑镜头；

后支架圈安装于后支架座上方，且设有与镜头端部匹配的圆孔，用于固定镜头；

精调组件设于后支架圈上，用于对镜头X方向和Y方向角度进行精调；

所述单光子测距仪光轴调节机构坐标系以镜头总长度1/2处为原点，镜头轴向为Z轴，垂直于调节机构安装面的方向为Y轴，X轴、Y轴和Z轴的方向符合右手定则。

进一步的，前支架圈通过螺杆安装于前支架座，前支架座上设有通孔，螺杆与通孔配合后上下运动实现Y方向调节，通过固定螺母固定。

进一步的，前支架座所设通孔在水平面的截面形状为由两条沿X方向的直线和直线端部之间的圆弧围成的封闭区域，螺杆在通孔中沿X方向移动带动前支架圈移动。

进一步的，前支架圈由上下两段结构围成，上段结构和下段结构的两端均设置耳片，通过螺钉与耳片配合实现上下两段结构的连接。

进一步的，后支架圈设有通孔，精调组件为调节螺钉，调节螺钉沿后支架圈所设圆孔的径向与通孔配合，调节螺钉尾部指向镜头，通过旋转调节螺钉推动镜头，实现角度精调。

进一步的，调节螺钉成对安装，对数≥2。

进一步的，精调组件包括沿Y方向分布的调节螺钉组Y，用于实现Y方向的角度精调，以及沿X方向分布的调节螺钉组X，用于实现X方向的角度精调。

进一步的，固定螺母为2个，分别设于前支架座的上方和下方。

进一步的，后支架圈与镜头的端部之间为间隙配合。

进一步的，前支架和后支架之间的距离为1/4镜头总长度～3/4镜头总长度的范围内。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明一种单光子测距仪光轴调节机构，利用前支架对镜头进行固定支撑及角度粗调，利用后支架实现对镜头进行固定支撑及角度精调，调节方式简单、调节范围大且调节精度高。

(2)本发明一种单光子测距仪光轴调节机构中，前支架可进行X和Y两方向的移动，进而能实现镜头在X、Y两个方向的快速调节。

(3)本发明一种单光子测距仪光轴调节机构中，精调组件能同时实现镜头在X、Y两个方向的手动精调，可利用螺距较小的调节螺钉获得更高的调节精度。

(4)本发明一种单光子测距仪光轴调节机构结构简单，安装方便，具有较大地可调节范围，粗调和精调两级调节使调节过程更方便快捷，调节精度更高。

附图说明

图1为本发明一种单光子测距仪光轴调节机构示意图；

图2为前支架结构示意图；

图3为后支架结构示意图；

图4为包含本发明单光子测距仪光轴调节机构的单光子测距仪发射接收部分示意图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

一种单光子测距仪光轴调节机构，包括前支架和后支架；

如图1所示，前支架设置于镜头7的中部(具体的为以1/2镜头7总长度的位置为中心，±1/4镜头7总长度的范围内，优选的为设于1/2镜头7总长度的位置)，包括前支架圈1和前支架座2；前支架圈1为圆环结构，用于夹紧固定镜头7，前支架圈1安装于前支架座2上，且在X或Y方向位置可调节，实现镜头7的角度粗调；前支架圈1夹紧位置位于镜头7中部，固定好后可以为整个镜头7提供主要支撑以及镜头7Z方向上的固定。所述X、Z和Y方向为沿单光子测距仪光轴调节机构坐标系中X轴、Z轴和Y轴的方向；

后支架设置于镜头7的端部(即镜头7的最后端)，包括后支架圈8，后支架座4和精调组件；

后支架座4上方安装后支架圈8，后支架座4实现对镜头7的支撑；

后支架圈8设有与镜头7端部匹配的圆孔，用于固定镜头7；

精调组件设于后支架圈8上，用于对镜头7X方向和Y方向角度进行精调；

所述单光子测距仪光轴调节机构坐标系以镜头7总长度1/2处为原点，镜头7轴向为Z轴，垂直于调节机构安装面的方向为Y轴，X轴、Y轴和Z轴的方向符合右手定则。

进一步的，如图2所示，前支架圈1通过螺杆安装于前支架座2，前支架座2上设有通孔，螺杆与通孔配合后上下运动实现Y方向调节，通过固定螺母3固定。

进一步的，前支架座2所设通孔在水平面的截面形状为由两条沿X方向的直线和直线端部之间的圆弧围成的封闭区域，螺杆在通孔中沿X方向移动带动前支架圈1移动。在旋松固定螺母3后，可以手动在X和Y两个方向快速调节前支架圈1和镜头7的位置，实现镜头7角度的快速调节。

进一步的，前支架圈1由上下两段结构围成，上段结构和下段结构的两端均设置耳片，通过螺钉与耳片配合实现上下两段结构的连接。

进一步的，所述后支架圈8设有通孔，精调组件为调节螺钉，调节螺钉沿后支架圈8所设圆孔的径向与通孔配合，调节螺钉尾部指向镜头7，调节螺钉的头部位于后支架圈8外侧，用于手动旋转调节螺钉，调节螺钉尾部可以通过旋转与镜头7接触，进一步推动镜头7，也可以通过旋转松开镜头7，实现角度精调。

进一步的，调节螺钉成对安装，对数≥2。

进一步的，如图3所示，精调组件包括沿Y方向分布的调节螺钉组Y5，用于实现Y方向的角度精调，以及沿X方向分布的调节螺钉组X6，用于实现X方向的角度精调。

进一步的，固定螺母3为2个，分别设于前支架座2的上方和下方，螺杆穿过通孔后，分别通过2个固定螺母3固定。前支架能将镜头7主体支撑并固定，同时还能防止镜头7出现Z轴方向上的移动。

进一步的，后支架圈8与镜头7的后部之间为间隙配合，即后支架圈8比镜头7后部直径略大。

进一步的，前支架和后支架之间的距离为1/4镜头7总长度～3/4镜头7总长度的范围内，优选的，前支架和后支架之间的距离为1/2镜头7总长度。

实施例1

如图4所示，单光子测距仪光轴主要有发射光轴和接收光轴两部分，光轴平行主要是通过调节两光轴在立体空间中非光轴走向外的两个方向的夹角来实现。为了使调节结构简单有效，应该将调节结构设置在发射端和接收端中相对较小的部分，本次将调节机构设置在接收端上。

前支架圈1内径48mm，外径58mm，底部螺杆长27mm；前支架座2高度21mm，前支架座2所设通孔宽(Z方向)7mm，长(X方向)20mm。前支架圈1通过下部的螺杆和上下两个固定螺母3固定于前支架座2上，松开固定螺母3后，螺杆可以在前支架座2所设通孔中进行X和Y两方向的移动，移动到合适位置后，旋紧固定螺母3，将前支架圈1和镜头7再次固定于前支架座2上，在后支架调节位置不变的情况下，这种设计可以实现镜头7在X和Y两个方向角度的快速调节。具体过程为：进行X方向角度粗调时，略旋松两个固定螺母3，使螺杆能够在前支架座2通孔中进行X方向自由移动即可，推动螺杆左右移动，此时前支架圈1和镜头7主体也会随之移动，从而实现接收光轴在X方向上的大角度快速调节，调节到合适位置后，旋紧固定螺母3，镜头7沿X方向角度粗调结束；进行Y方向角度粗调时，先将两个固定螺母3中位于下方的螺母旋松适当距离，此时再旋转调节上方的固定螺钉3，镜头7主体就会随前支架圈1底端螺杆的运动进行Y方向的调节，调节到合适位置后，旋紧固定螺母3，镜头7Y方向粗调结束。使用不同尺寸的前支架座2配合不同长度的螺杆，可以获得不同的角度调节范围，使用大螺距的螺杆时，可以获得更快的Y方向调节速度。

后支架的后支架圈8为圆环形，内径52mm，外径62mm，该段接收镜头直径48mm，为间隙配合，便于利用调节螺钉进行角度精调。

精调组件包括沿Y方向分布的调节螺钉组Y5和沿X方向分布的调节螺钉组X6，对镜头7主体通过前支架粗调并固定好后，缓慢旋转调节后支架上的调节螺钉组Y5来实现镜头7在Y方向角度的精调，旋转调节调节螺钉组X6实现镜头7在X方向角度的精调，调节螺钉组Y5包括两个调节螺钉，和调节螺钉组X6包括两个调节螺钉，均为螺距0.5mm的M6调节螺钉。

进行快速调节(即粗调)时，保持后支架上的调节螺钉位置不变，虽然后支架上的调节螺钉顶部会给镜头7后部一部分支撑夹紧作用，但因为镜头7总体较长且后支架的位置较后，所以调节镜头7中部，依然可以对镜头7进行较大范围的角度调节。

进行精调时，前支架圈1具有很好的夹紧固定作用，但是镜头7主体较长，所以后支架上的调节螺钉仍具有一定的小范围角度调节能力。使用前支架圈1将镜头7的角度方向粗调完成后，调节后支架上的调节螺钉进行镜头7角度方向的精调，使接收光轴与发射光轴完全平行。

本次设计中X和Y方向角度的快速调节(粗调)范围约为±4°，这个角度已经完全能够包涵安装误差以及在测距过程中需要的角度调节范围。使用不同尺寸的前支架座2配合不同长度的螺杆，可以获得不同的角度粗调范围。

一般而言，需要的精调范围一般为±1°。以本次使用的调节螺钉螺距为0.5mm，调节螺钉旋转一圈，镜头调节角度约为0°20′，如果使用螺距更小的调节螺钉，则可以获得更高的调节精度。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，包括前支架和后支架；

前支架设置于镜头(7)上，包括前支架圈(1)和前支架座(2)；前支架圈(1)为圆环结构，用于固定镜头(7)，前支架圈(1)安装于前支架座(2)上，且在X或Y方向位置可调节，实现镜头(7)的角度粗调；所述X和Y方向为沿单光子测距仪光轴调节机构坐标系中X轴和Y轴的方向；

后支架设置于镜头(7)的端部，包括后支架圈(8)，后支架座(4)和精调组件；

后支架座(4)用于支撑镜头(7)；

后支架圈(8)安装于后支架座(4)上方，且设有与镜头(7)端部匹配的圆孔，用于固定镜头(7)；

精调组件设于后支架圈(8)上，用于对镜头(7)X方向和Y方向角度进行精调；

所述单光子测距仪光轴调节机构坐标系以镜头(7)总长度1/2处为原点，镜头(7)轴向为Z轴，垂直于调节机构安装面的方向为Y轴，X轴、Y轴和Z轴的方向符合右手定则。

2.根据权利要求1所述的一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，所述前支架圈(1)通过螺杆安装于前支架座(2)，前支架座(2)上设有通孔，螺杆与通孔配合后上下运动实现Y方向调节，通过固定螺母(3)固定。

3.根据权利要求2所述的一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，所述前支架座(2)所设通孔在水平面的截面形状为由两条沿X方向的直线和直线端部之间的圆弧围成的封闭区域，螺杆在通孔中沿X方向移动带动前支架圈(1)移动。

4.根据权利要求1所述的一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，前支架圈(1)由上下两段结构围成，上段结构和下段结构的两端均设置耳片，通过螺钉与耳片配合实现上下两段结构的连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，所述后支架圈(8)设有通孔，精调组件为调节螺钉，调节螺钉沿后支架圈(8)所设圆孔的径向与通孔配合，调节螺钉尾部指向镜头(7)，通过旋转调节螺钉推动镜头(7)，实现角度精调。

6.根据权利要求5所述的一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，所述调节螺钉成对安装，对数≥2。

7.根据权利要求5所述的一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，所述精调组件包括沿Y方向分布的调节螺钉组Y(5)，用于实现Y方向的角度精调，以及沿X方向分布的调节螺钉组X(6)，用于实现X方向的角度精调。

8.根据权利要求2所述的一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，所述固定螺母(3)为2个，分别设于前支架座(2)的上方和下方。

9.根据权利要求1所述的一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，所述后支架圈(8)与镜头(7)的端部之间为间隙配合。

10.根据权利要求1所述的一种单光子测距仪光轴调节机构，其特征在于，所述前支架和后支架之间的距离为1/4镜头(7)总长度～3/4镜头(7)总长度的范围内。

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