[發明專利]基于光強檢測的調頻激光測距系統快速調焦裝置及方法

有效

• 申請號: 202011360183.X
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112505655B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 郭天茂;劉柯;滕曉;鮑晨興;王曉光
• 申請（專利權）人: 北京航天計量測試技術研究所
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S7/483;G01S17/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 許姣

本發明提出一種基于光強檢測的調頻激光測距系統快速調焦裝置及方法，能夠快速、準確地進行調焦。可調諧激光器發射的測量激光經分束器分光后，一路進入耦合器，另一路進入環形器；測量光出環形器后經過光纖法蘭出射，然后經光路系統匯聚于光束匯聚點；經被測目標反射后返回的光通過環形器進入耦合器，與經分束器分光后的參考光進行耦合拍頻，拍頻后的低頻光進入光電探測器；經光電探測器探測后轉換成電信號送入采集與處理模塊，采集與處理模塊解算得到電信號的幅值信息，電信號的幅值信息對應光信號的光強值；調焦電機的角度與調焦鏡在其運動行程中的位置對應，由此利用回波光強表征調焦效果，尋找的調焦過程中的光強最強位置即是最佳調焦位置。

技術領域

本發明屬于調頻激光測距技術領域，特別涉及一種基于光強檢測的調頻激光測距系統快速調焦裝置及方法。

背景技術

調頻激光測距技術是一種應用于中近距離的高精度激光測距技術，其測量精度可以達到幾十微米量級，并且無需合作目標，可實現非接觸測量。調頻激光測距系統的光路系統是一個聚焦光路，根據其測距原理，當被測物體表面位于光束焦點或焦點附近時，距離測量的結果才是最準確的。因此實現調焦快速、準確對調頻激光測距系統而言非常重要。

調頻激光測距系統中通常會在發射激光中耦合一束可見光，用于指示測量光所在的位置。常用的調焦裝置是對可見光進行聚焦，通過相機和圖像處理裝置分析可見光光斑的大小，確定最佳的聚焦位置。在一定距離范圍上這種裝置也能實現對測量光的聚焦，但是由于可見光與測量光之間存在色差，測量光不可能與可見光匯聚在同一點上，無法直接對測量光進行聚焦，導致最終的測量結果誤差大。因此實現對測量光的快速、準確聚焦非常重要。

通過測量可見光光斑大小實現調焦的方法存在以下弊端：

1、測量光與可見光的波長相差較大，兩者無法聚焦于一點，因此靠可見光調焦的方法存在較大誤差，僅適用于近距離測量時的調焦場景；

2、系統中需要加入用于采集光斑圖像的相機與用于識別光斑大小的圖像處理裝置，系統復雜度會大大增加；

3、圖像處理的速度較慢，無法滿足快速調焦的要求。

綜上，現有調焦裝置中由于相機與圖像處理裝置的存在，導致調焦裝置復雜度大大增加，圖像處理速度慢，無法滿足快速調焦的要求，并且調焦方法從根源上即存在無法針對測量光進行調焦的固有缺陷。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種基于光強檢測的調頻激光測距系統快速調焦裝置，能夠快速、準確地對測量光進行調焦。

基于光強檢測的調頻激光測距系統快速調焦裝置，所述調頻激光測距系統的光路系統包括：依次同軸設置的準直鏡組、調焦鏡和匯聚鏡；所述調焦鏡由調焦電機驅動沿光束軸向上下運動移動實現調焦；

所述調焦裝置包括：可調諧激光器、分束器、環形器、耦合器、光電探測器、采集與處理模塊和控制模塊；

所述可調諧激光器發射的測量激光經所述分束器分光后，一路作為參考光進入耦合器，另一路作為測量光進入環形器；所述測量光出環形器后經過光纖法蘭出射，然后依次經所述準直鏡組、調焦鏡、匯聚鏡匯聚于光束匯聚點；

經被測目標反射后返回的光通過所述環形器進入耦合器，與經所述分束器分光后的參考光進行耦合拍頻，拍頻后的低頻光進入光電探測器；經光電探測器探測后轉換成電信號送入采集與處理模塊，所述采集與處理模塊解算得到電信號的幅值信息，所述電信號的幅值信息對應光信號的光強值；所述采集與處理模塊與所述控制模塊相連；

所述調焦電機配備有角度測量單元，用于實時測量所述調焦電機的角度并發送給采集與處理模塊，所述調焦電機的角度與所述調焦鏡在其運動行程中的位置對應；

所述調焦鏡運動行程的兩端分別設置有限位機構，所述限位機構與所述控制模塊相連；

同時所述控制模塊控制調焦電機的啟停及工作模式。