CN203772260U - 一种光纤激光测距光机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤激光测距光机系统，包括激光发射组件、激光接收组件和发射固定调节组件；激光发射组件包括光纤激光器、准直透镜组；激光接收组件包括聚焦透镜组、窄带滤光片、激光探测器屏蔽罩、激光探测器以及PCB板；发射固定调节组件包括发射固定块、水平方向调节螺栓和定位螺栓。本实用新型结构紧凑、外形小巧，有利于三维激光扫描系统的集成；调节机构简单，操作方便；激光发散角小，接收口径大，光能利用率高，有利于提高系统的测量距离和测距精度。

Description

一种光纤激光测距光机系统

技术领域

本实用新型属于激光测距、三维激光扫描领域，具体涉及到一种光纤激光测距光机系统。

背景技术

三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一种高新技术。三维激光扫描技术利用激光测距原理，通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性、不接触性、穿透性、实时性、动态性、主动性、高密度、高精度、数字化、自动化等特性，其应用推广引起了测量技术的又一次革命。

最近几年，三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，三维激光扫描设备也逐渐商业化。三维激光扫描仪已成功在文物保护、城市建筑测量、地形测绘、工厂改造、变形监测、大型结构管道设计、飞机船舶制造、公路铁路建设、隧道工程、桥梁建设、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、军事分析等领域里应用。但是，随着三维激光扫描技术的发展，对三维激光扫描仪也提出了更高的要求。譬如，小体积、轻重量、高分辨率、大测量范围、高测距精度等高性能的三维激光扫描仪成了各大测绘仪器制造商及科研院所追逐的目标。

激光测距光机系统作为三维激光扫描仪的核心部件，其性能决定了三维激光扫描仪的性能。如光机系统的体积越小，三维激光扫描仪中扫描镜的尺寸就越小，从而有利于三维激光扫描仪体积的减小和重量的降低；再如光机系统中准直透镜组准直后的激光发射角越小，聚焦透镜组的口径越大，越有利于提高光机系统的测量范围和测距精度，从而提高三维激光扫描仪的测量范围和测距精度。而目前存在两种形式的激光测距光机系统：一种是激光发射光轴与激光接收光轴共轴，其优点是光机系统体积比较小，其缺点是系统需要分光，光能利用率低，严重影响系统的测量范围；另一种是激光发射光轴与激光接收光轴平行，其优点是系统不需要分光，光能利用率高，其缺点是体积偏大，光轴不好调节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述第二种形式的光机系统现有技术的不足，提供一种结构紧凑、体积小、光能利用率高并能有效实现光轴调节的适用于三维激光扫描仪的光纤激光测距光机系统。

本实用新型提供一种光纤激光测距光机系统，包括激光发射组件、激光接收组件和发射固定调节组件；

所述激光发射组件包括光纤激光器、第一镜筒以及用于将光纤激光器发射的激光准直成平行光的准直透镜组；所述光纤激光器的发射端上方连接有准直透镜组，所述准直透镜组设置于第一镜筒内部； 

所述激光接收组件包括聚焦透镜组、窄带滤光片、激光探测器屏蔽罩、激光探测器、PCB板和第二镜筒；所述聚焦透镜组的下方设置有所述窄带滤光片，所述窄带滤光片的下方设置有激光探测器，且所述窄带滤光片的边缘置于激光探测器屏蔽罩上方，所述激光探测器屏蔽罩和激光探测器均安装于PCB板上；所述聚焦透镜组、窄带滤光片、激光探测器屏蔽罩、激光探测器、PCB板均设置于第二镜筒的内部；

所述发射固定调节组件包括发射固定块，所述发射固定块套设于所述第一镜筒的外部，且所述发射固定块连接于所述第二镜筒的外部。

所述激光接收组件还包括能够调节PCB板位置的螺丝弹簧机构，所述螺丝弹簧机构设置于所述PCB板上。

所述准直透镜组的光轴与聚焦透镜组的光轴相互平行设置。

所述发射固定调节组件还包括水平方向调节螺栓和沿水平方向设置的弹簧；所述水平方向调节螺栓沿水平方向设置于所述发射固定块的内部，并处于所述第一镜筒的一侧，所述弹簧也沿水平方向设置于所述发射固定块的内部，并对应处于所述第一镜筒的另一侧。

所述发射固定调节组件还包括定位螺栓，所述定位螺栓沿水平方向穿设通过所述发射固定块的内部，且能够固定所述发射固定块与第二镜筒之间的位置。

本实用新型具有的优点在于：

本实用新型中的光纤激光测距光机系统，其结构紧凑、外形小巧，有利于三维激光扫描系统的集成，有利于其体积的减小和重量的降低；其激光发散角小、接收口径大、光能利用率高，有利于提高系统的测量距离和测距精度；其调节机构简单，操作方便，能够有效实现光轴调节。

附图说明

图1为本实用新型提供的光纤激光测距光机系统的结构剖面主视图；

图2为本实用新型提供的光纤激光测距光机系统的结构俯视图；

图3为本实用新型中激光接收组件结构仰视图；

图4为本实用新型提供的光纤激光测距光机系统的结构侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参阅图1、图2和图3，本实用新型提供一种光纤激光测距光机系统，在该实施例中，所述光纤激光测距光机系统包括：激光发射组件1、激光接收组件2和激光发射固定调节组件3。

所述激光发射组件1包括光纤激光器11、准直透镜组12和第一镜筒。所述光纤激光器11用于发射脉冲激光，发射的激光波长为1550nm。所述光纤激光器11的上方设置有准直透镜组12，且所述准直透镜组12与光纤激光器11通过FC接头连接。所述准直透镜组12用于将光纤激光器11发射的激光准直成平行光，准直后的激光发射角为0.35mrad。准直透镜组12中的准直透镜双面均镀有波长1550nm±20nm的增透膜，且所述准直透镜组12设置于第一镜筒中。

所述激光接收组件2包括聚焦透镜组21、窄带滤光片22、激光探测器屏蔽罩23、激光探测器24、PCB板25和第二镜筒26。所述聚焦透镜组21采用三片球面透镜，通光孔径为45mm，焦距为65mm，聚焦透镜组21用于将窄带滤光片22滤波后的激光回波聚焦到激光探测器24，聚焦透镜组21采用共轴的三片球面透镜设计，球面双面镀有波长1550nm±20nm的增透膜。所述聚焦透镜组21的下方间隔一定间距设置有所述窄带滤光片22，其采用中心波长为1550nm、半高宽20nm的带通滤光片，所述窄带滤光片22用于对所述激光发射组件1发射的激光经物体反射后的激光回波进行滤波。所述窄带滤光片22的边缘部分置于激光屏蔽罩23上方，二者直接接触没有间距。所述窄带滤光片22的中心正下方设置有激光探测器24（二者存在一定间距），而所述激光探测器屏蔽罩23和激光探测器24均安装于PCB板25上。所述激光探测器屏蔽罩23用于屏蔽杂散光，其中心设有一通孔，只允许一定角度的激光进入激光探测器24。所述激光探测器24采用中心响应波长1550nm的雪崩光电二极管，其有效接收直径为80um，响应度为90KV/W1550nm，可以将微弱的光信号转换为电压信号。由于聚焦透镜组21的焦距为65mm，激光探测器23的接收直径为80um，因此，该系统的接收视场角为1.2mrad。如图1和图3所示，所述PCB板25上设置有4个螺丝弹簧机构27，通过调节该4个螺丝弹簧机构27可以调节PCB板25的前后位置，并由于窄带滤光片22位于激光屏蔽罩23上方，且所述激光屏蔽罩23和激光探测器24均安装于PCB板25上，因此可以实际调节激光探测器24与聚焦透镜组21的间距，进而调节激光探测器24的接收面与通过窄带滤光片22的聚焦透镜组21的光轴垂直。以上所述聚焦透镜组21、窄带滤光片22、激光探测器屏蔽罩23、激光探测器24以及PCB板25均至置于第二镜筒26内部，且所述螺丝弹簧机构27也设置于第二镜筒26底部的相应位置处。所述激光探测器24为InGaAs雪崩光电二级管。

如图1所示，所述激光发射组件1与所述激光接收组件2同向设置，即要求准直透镜组12与聚焦透镜组21同向设置，即光轴相互平行设置，这样激光发射组件1发出的激光经过前面物体的漫反射再进入到激光接收组件2中。

如图2和图4所示，所述发射固定调节组件3设置于所述激光发射组件1的第一镜筒的外部，包括发射固定块、水平方向调节螺栓和定位螺栓。所述发射固定块包括第一发射固定块31a、第二发射固定块31b。所述水平方向调节螺栓包括第一水平方向调节螺栓32a、第二水平方向调节螺栓32b。所述定位螺栓包括第一定位螺栓33a、第二定位螺栓33b。

所述第一发射固定块31a、第二发射固定块31b以4个螺栓36固定套接于所述激光发射组件1的第一镜筒的外部，其中第一发射固定块31a设置于所述第一镜筒的一侧，所述第二发射固定块31b设置于所述第一镜筒的另一侧。所述第一发射固定块31a内装设有相互平行且沿光轴方向（即Z轴方向）上下设置的第一弹簧34a和第二弹簧34b，且所述第一弹簧34a和第二弹簧34b均沿水平X轴方向设置，其孔位分别与所述第二发射固定块31b中相互平行且沿光轴方向上下设置的第一水平方向调节螺栓32a和第二水平方向调节螺栓32b的孔位相对应，即所述第一水平方向调节螺栓32a、第二水平方向调节螺栓32b也均对应所述第一弹簧34a、第二弹簧34b的位置沿着水平X方向设置。通过调节第一水平方向调节螺栓32a、第二水平方向调节螺栓32b，对应改变所述第一弹簧34a、第二弹簧34b的压缩量，进而使处于第一水平方向调节螺栓32a和第一弹簧34a之间、第二水平方向调节螺栓32b和第二弹簧34b之间的所述第一镜筒沿着水平X轴方向发生位置改变。由于所述第一发射固定块31a和第二发射固定块31b与激光发射组件1单方向间隙配合，即水平X 轴方向间隙配合，水平Y轴方向无间隙配合。所述第一水平方向调节螺栓32a、第二水平方向调节螺栓32b分别控制激光发射组件1对第一弹簧34a和第二弹簧34b的压缩量，从而通过调节第一水平方向调节螺栓32a及第二水平方向调节螺栓32b实现激光发射组件1的光轴在水平X轴方向上的调节。

所述发射固定调节组件3在第二镜筒26的外壁与激光接收组件2通过销钉35连接，即所述第一发射固定块31a通过销钉与第二镜筒26的外部相连接，并满足激光发射组件1与激光接收组件2之间的位向要求。在所述第一发射固定块31a和第二镜筒26的侧壁上设置有对应的销钉孔，通过销钉将二者连接。连接后所述激光发射组件1和发射固定调节组件3整体可绕销钉35做微量旋转，从而实现激光发射组件1的光轴在Y方向上的调节。所述第一发射固定块31a、所述第二发射固定块31b内部沿着水平方向的X轴方向设置有相互平行设置的第一定位螺栓33a和第二定位螺栓33b，第一发射固定块31a和第二发射固定块31b上具有对应的上述两个定位螺栓设置的通孔，该两个螺栓通孔分别设置于所述销钉孔的两侧。待激光发射组件1通过销钉旋转到合适的角度，使光轴的位置调节好后，通过固定第一定位螺栓33a和第二定位螺栓33b，分别将第一发射固定块31a和第二发射固定块32b固定锁紧到激光接收组件2的第二镜筒26上。

图1和图2中，X轴方向和Y轴方向为所述光纤激光测距光机系统设置时所处水平面的直角坐标系的两个相互垂直方向，其中X轴方向为所述发射固定块的水平面的宽度方向，所述Y轴方向为所述发射固定块的沿水平面的长度方向，且所述发射固定块沿着宽度方向设置于所述第二镜筒26的外部。与所述X轴方向和Y轴方向均垂直的方向为光轴所处的Z轴方向。

将该实施例应用于三维激光扫描仪中，由于所述系统体积为86 mm×78 mm×56mm，因此三维激光扫描仪扫描镜的轴向尺寸最大为78mm，有利于三维激光扫描仪体积的减小和重量的降低。又由于激光发射组件1与激光接收组件2的光轴可以调节平行，且接收视场角1.2mrad大于激光发射的发散角0.35mrad，因此可以很好的保证激光回波被激光接收组件2接收。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种光纤激光测距光机系统，其特征在于，包括激光发射组件、激光接收组件和发射固定调节组件；

所述激光发射组件包括光纤激光器、第一镜筒以及用于将光纤激光器发射的激光准直成平行光的准直透镜组；所述光纤激光器的发射端上方连接有准直透镜组，所述准直透镜组设置于第一镜筒内部； 

所述激光接收组件包括聚焦透镜组、窄带滤光片、激光探测器屏蔽罩、激光探测器、PCB板和第二镜筒；所述聚焦透镜组的下方设置有所述窄带滤光片，所述窄带滤光片的下方设置有激光探测器，且所述窄带滤光片的边缘置于激光探测器屏蔽罩上方，所述激光探测器屏蔽罩和激光探测器均安装于PCB板上；所述聚焦透镜组、窄带滤光片、激光探测器屏蔽罩、激光探测器、PCB板均设置于第二镜筒的内部；

所述发射固定调节组件包括发射固定块，所述发射固定块套设于所述第一镜筒的外部，且所述发射固定块连接于所述第二镜筒的外部。

2.根据权利要求1所述的光纤激光测距光机系统，其特征在于，所述激光接收组件还包括能够调节PCB板位置的螺丝弹簧机构，所述螺丝弹簧机构设置于所述PCB板上。

3.根据权利要求2所述的光纤激光测距光机系统，其特征在于，所述准直透镜组的光轴与聚焦透镜组的光轴相互平行设置。

4.根据权利要求3所述的光纤激光测距光机系统，其特征在于，所述发射固定调节组件还包括水平方向调节螺栓和沿水平方向设置的弹簧；所述水平方向调节螺栓沿水平方向设置于所述发射固定块的内部，并处于所述第一镜筒的一侧，所述弹簧也沿水平方向设置于所述发射固定块的内部，并对应处于所述第一镜筒的另一侧。

5.根据权利要求4所述的光纤激光测距光机系统，其特征在于，所述发射固定调节组件还包括定位螺栓，所述定位螺栓沿水平方向穿设通过所述发射固定块的内部，且能够固定所述发射固定块与第二镜筒之间的位置。