本發(fā)明屬于光學技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實現(xiàn)激光收發(fā)光路光軸平行或共光軸的校準方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在激光探測領(lǐng)域中經(jīng)常需要發(fā)射激光照射目標物并且接受從目標物返回的激光信號來對需要探測的目標進行探測。必須通過激光發(fā)射和接收光路的共光軸或光軸平行的校準才可以確保測距或者目標探測的足夠精度。因此激光收發(fā)光路光軸平行或共光軸校準一直都是激光測距領(lǐng)域必須面對的難題之一。目前，傳統(tǒng)共光軸校準是通過小孔光闌對比光斑中心進行校準，人眼觀察判定引入不確定誤差。而光軸平行校準需要使用多個平面發(fā)射鏡調(diào)整光軸，以最終實現(xiàn)共光軸進行校準。多個鏡片的使用更大可能地帶來誤差，復雜的結(jié)構(gòu)也給校準工作帶來極大的不方便，而且操作這些復雜的結(jié)構(gòu)對光學系統(tǒng)進行光軸校準也要求相當程度的專業(yè)知識。普通的激光雷達用戶可能缺少校準用的元件和執(zhí)行校準的技能訓練而無法自行完成校準工作，因此提供一種操作簡便且直觀易懂的光軸調(diào)節(jié)手段可以為用戶提供更多的便利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的實施例關(guān)于一種激光光路光軸校準方法，包括將第一光束經(jīng)過第一透鏡在成像裝置上形成第一圖像，將來自第一光源的第二光束經(jīng)過反射鏡和第二透鏡照射待測對象，經(jīng)過第二透鏡和第一透鏡將待測對象在成像裝置上形成第二圖像，以及調(diào)整待測對象的方位和俯仰的至少之一直至第一圖像和第二圖像在成像裝置的成像中心重合。

在一些實施例中，第一光源位于第二透鏡的等效焦平面上，第二光束經(jīng)過反射鏡和第二透鏡轉(zhuǎn)換為平行光。

在一些實施例中，第一光束由第二光源發(fā)出，第二光源與第一光源相同或不同。

在一些實施例中，所述方法還包括調(diào)整第二光源的方位和俯仰的至少之一直至第一圖像和第二圖像在成像裝置的成像中心重合。

在一些實施例中，所述方法還包括調(diào)整第二光源到第一透鏡的距離。

在一些實施例中，所述方法還包括調(diào)整第一光源到第二透鏡的距離。

在一些實施例中，第一光束在通過反射鏡反射后入射到第一透鏡。

在一些實施例中，來自第一光源的光在經(jīng)過第一透鏡后通過反射鏡反射而入射到第二透鏡。

本公開的實施例還包括一種激光光路光軸校準系統(tǒng)，包括第一光源，第一透鏡，第二透鏡，反射鏡，成像裝置以及調(diào)整裝置，其中第一透鏡用于將第一光束成像裝置上形成第一圖像，第一光源用于發(fā)射第二光束以經(jīng)過反射鏡和第二透鏡照射待測對象，以及調(diào)整裝置用于基于待測對象經(jīng)過第二透鏡和第一透鏡在成像裝置上形成的第二圖像和第一圖像是否在成像裝置的成像中心重合來調(diào)整待測對象的方位和俯仰的至少之一。

在一些實施例中，第一光源位于第二透鏡的等效焦平面上，第二光束經(jīng)過反射鏡和第二透鏡轉(zhuǎn)換為平行光。

本公開的實施例有助于解決至少一些現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了可以用于快速裝調(diào)激光收發(fā)光路的光軸平行或共光軸校準的方法及系統(tǒng)，相對于現(xiàn)有技術(shù)可同時解決激光收發(fā)光路光軸平行和共光軸的校準，而且校準方法更為簡便、快速和直觀，校準結(jié)果也因此更加準確可靠。

附圖說明

本公開提供了附圖以便于對所公開內(nèi)容的進一步理解，附圖構(gòu)成本公開內(nèi)容的一部分，但僅僅是用于圖示出體現(xiàn)所涉及發(fā)明概念的一些方面的非限制性示例，而不是用于做出任何限制。

圖1是根據(jù)本公開一些實施例的激光光路光軸平行校準系統(tǒng)的示意圖。

圖2是根據(jù)本公開一些實施例的激光光路共光軸校準系統(tǒng)的示意圖。

圖3是根據(jù)本公開一些實施例的激光光路光軸校準方法的流程圖。

具體實施方式

下文將使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員向本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員傳達他們工作的實質(zhì)所通常使用的術(shù)語來描述本文說明性實施例的各個方面。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將顯而易見的是，可以僅使用所描述的多個方面中的一些來實踐備選實施例。出于解釋的目的，本文闡述了特定的數(shù)值、材料和配置，以便使說明性的實施例更容易被理解。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將顯而易見的是，在省略了特定細節(jié)的情況下也可以實踐本文的備選實施例。在其它情況下，可以省略或簡化眾所周知的特征，以便不使本文的實施例難于理解。

此外，本文將以最有助于理解說明性實施例的方式將各種操作依次地描述為多個離散的操作。然而，所描述的順序不應當被認為是意味著這些操作必須依賴于所述的順序。尤其是，并不必以所描述的順序來執(zhí)行這些操作。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解盡管術(shù)語第一、第二等可在本文中用于描述各種元素，但這些元素不應由這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將元件彼此區(qū)分開。例如，第一元素可以稱作第二元素，并且相似地，第二元素可以稱作第一元素，而不偏離本發(fā)明的范圍。如本文使用的，術(shù)語“和/或”包括關(guān)聯(lián)的列出項目中的一個或多個中的任一個或全部組合。本文使用的術(shù)語僅是為了描述特定實施例目的并且不意在限制本發(fā)明。如本文使用的，單數(shù)形式“一”和“該”意在也包括復數(shù)形式，除非上下文另外明確指示其他意思。本領(lǐng)域技術(shù)人員將進一步理解術(shù)語“包括”和/或“包含”當在本文使用時，規(guī)定了陳述的特征、整體、步驟、操作、元素和/或部件的存在，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元素、部件和/或其的組合的存在或增加。

另外，術(shù)語“和/或”可表示“和”、“或”、“異或”、“一個”、“一些但不是全部”、“兩者皆不”和/或“兩者皆是”，但所述主題的范圍并不限制在這些方面。在所附的說明書和/或權(quán)利要求中，可使用術(shù)語“包括”和“包含”及其衍生詞，它們應視為相互的同義詞。相似的附圖標記在下文中用于指代相似的部件。

圖1是根據(jù)本公開一些實施例的激光光路光軸平行校準系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括可選的第一透鏡101、第二透鏡103、可選的第一光源105、成像裝置107、第二光源109、反射鏡111、第三透鏡113以及調(diào)整裝置117。其中第一透鏡101和第一光源105在利用外界入射光的情況下可以省略。系統(tǒng)100用于調(diào)整待測對象115所對應光路的光軸與第一光源105所對應的參考光路的光軸的平行。其中第一光源105位于第一透鏡101的焦平面f1上。第一透鏡101的焦距f1為已知，因此可以通過測量距離確定第一透鏡101的焦平面f1的位置。第一光源105可作為參考光源來使用，以及可以包括任何發(fā)光元件，尤其是可以包括單波長、多波長或白光激光器。根據(jù)成像原理，在系統(tǒng)100中來自第一光源105的入射光經(jīng)過第一透鏡101和第二透鏡103后將在成像裝置107上成第一圖像。在第一透鏡101和第一光源105省略的一些實施例中，可以僅利用第二透鏡103將第一光束在成像裝置107上成像。該第一光束可以是來自激光光路光軸平行校準系統(tǒng)100以外的包括但不限于平行光的參考光線，系統(tǒng)100用于將待測對象115所對應的光路與該參考光線調(diào)整至平行。該第一光束可以經(jīng)過調(diào)制以形成第一圖像，并且如果成像不在焦平面上，也可以通過其自帶的信息進行當前狀態(tài)的判定。該第一光束可以通過光源或其他裝置調(diào)節(jié)后來發(fā)射，同時它也可以自身攜帶各種信息，通過對所攜帶信息的處理，同樣能夠判定光軸平行或者共光軸的特性。在一些實施例中，第二光源109也可以同時作為第一光源105使用而僅需要對光路進行適應性修改。該成像裝置107可以包括能夠以視覺可見的方式對成像進行再現(xiàn)的多種裝置和/或結(jié)構(gòu)。成像裝置107例如包括相機，電荷耦合器件(cdd)，互補金屬氧化物半導體器件(cmos)、顯示屏幕和投影屏幕等等。待測對象115所對應的待測光路中包括第二光源109、反射鏡111、第三透鏡113以及調(diào)整裝置117。待測對象115可以是任何待調(diào)校的對象，包括但不限于其他光源和/或成像裝置，其與第一光源105的角色可以相互替換，也就是說可以調(diào)節(jié)待測對象115和第一光源105中的任一個以使得待測對象115和第一光源105所分別對應的光軸相互平行。

在一個實施例中，待測對象115是例如ccd的光接收裝置。第二光源109例如設(shè)置于第三透鏡113的等效焦平面f`2上，等效焦平面f`2定義為從第二光源109中心經(jīng)反射鏡111反射到第三透鏡113中心的距離值，即光軸線長度，等于第三透鏡113的焦距值f2。第二光源109所發(fā)射的第二光束經(jīng)過反射鏡111反射后入射到第三透鏡113之后平行出射，并照射位于第三透鏡113焦平面f2上的待測對象115。第三透鏡113的焦距f2為已知，因此通過測量距離確定要放置其焦平面和等效焦平面的位置。依據(jù)光路可逆的原理，從被照射的待測對象115所發(fā)出的光經(jīng)第三透鏡113以及第二透鏡103在成像裝置107上成第二圖像。反射鏡111可以為半透半反鏡，或者鍍半透半反膜，以便從待測對象115所發(fā)出的光可以通過反射鏡111進入第二透鏡103，并最終在成像裝置107上成第二圖像。

在一些實施例中，第一圖像和第二圖像包括但不限于光點、光點陣列或預先確定的其他圖案。在一些實施例中，第一圖像和第二圖像包括像元。調(diào)整裝置117用于調(diào)整待測對象115和第一光源105兩者至少之一的方位和/或俯仰，直至第一圖像和第二圖像在成像裝置上重合，其中，待測對象115方位和俯仰包括：待測對象115到第三透鏡113的距離、待測對象115在水平方向的俯仰角以及在垂直方向上的俯仰角；第一光源105的方位和俯仰包括：第一光源105到第一透鏡101的距離、第一光源105在水平方向的俯仰角以及在垂直方向上的俯仰角。在一些實施例中，調(diào)整裝置117連接到待測對象115，并且包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的機械部件以及電力結(jié)構(gòu)來調(diào)整待測對象115的方位和俯仰的至少之一。調(diào)整裝置117可以包括刻度尺、調(diào)節(jié)旋鈕、可動平臺、驅(qū)動馬達和計時器等。調(diào)整裝置117也可以是智能裝置，即可以包括執(zhí)行一個或多個用于驅(qū)動該調(diào)整裝置117動作的軟件或固件程序的專用集成電路(asic)、電子電路、處理器、存儲器、組合邏輯電路和/或提供所描述的調(diào)節(jié)功能的其它合適的組件的，或連接到上述的專用集成電路(asic)、電子電路、處理器、存儲器、組合邏輯電路和/或提供所描述的功能的其它合適的組件。本文中的方位可以包括在三維空間中平移的任何所選自由度，以及俯仰可以包括圍繞著所選定軸的轉(zhuǎn)動和相對于所選定平面的傾角的調(diào)整。

在一些實施例中，調(diào)整裝置117還連接到第一光源105以調(diào)整其方位和俯仰的至少之一。調(diào)整裝置117可選地還用于調(diào)節(jié)第一光源105距離第一透鏡101的距離、待測對象115距離第三透鏡113的距離、第一光源105的方位、第一光源105的俯仰、待測對象115的方位和待測對象115的俯仰之中的一個或多個，以便將第一圖像和第二圖像調(diào)整為光斑最小的清晰圖像。在一些實施例中，在調(diào)整過程期間將第一光源105和其所成的第一圖像所對應的參考光路保持不動，從而在成像裝置107保持不動的情況下第一圖像也將保持不變。當調(diào)整裝置117調(diào)整待測對象115的方位或俯仰時第二圖像將在成像裝置107上出現(xiàn)位置變化。由此在調(diào)整過程中將第二圖像與第一圖像進行位置的比對，當?shù)诙D像與第一圖像在成像裝置107的中心，例如中心像元處重合時，可以確定第一圖像與第二圖像所分別對應的光路的光軸已經(jīng)調(diào)整到相互平行。反之，也可以固定待測對象115從而使得第二圖像固定不動，通過調(diào)節(jié)第一光源的方位或俯仰使得第一圖像與第二圖像重合來完成光軸平行調(diào)整?？傊?，只需調(diào)節(jié)待測對象115和第一光源205之中一個對象的相對位置即可實現(xiàn)光軸平行的調(diào)整。

圖2是根據(jù)本公開另一些實施例的激光光路共光軸校準系統(tǒng)200的示意圖。系統(tǒng)200與系統(tǒng)100類似地包括可選的第一透鏡201、第二透鏡203、可選的第一光源205、成像裝置207、第二光源209、反射鏡211、第三透鏡213以及調(diào)整裝置217。系統(tǒng)200用于調(diào)整待測對象光路與參考光路光軸的共軸。與系統(tǒng)100不同的是，系統(tǒng)200中來自第一光源205的光在經(jīng)過第一透鏡201后通過反射鏡211反射而入射到第二透鏡203，并且之后在成像裝置207上形成第一圖像。反射鏡211可以是半透半反鏡，或者鍍半透半反膜。反射鏡211同時用于參考光路和待測光路中以便于共光軸的調(diào)節(jié)。類似于系統(tǒng)100，系統(tǒng)200中的調(diào)整裝置217基于待測對象115經(jīng)過第三透鏡213和第二透鏡203在所述成像裝置207上形成的第二圖像和第一圖像是否在成像裝置的成像中心207重合來調(diào)整待測對象115的方位和俯仰的至少之一或者第一光源205的方位和俯仰的至少之一。在調(diào)整過程中將第二圖像與第一圖像進行位置的比對，當?shù)诙D像與第一圖像在成像裝置207的中心，例如中心像元處重合時，可以確定第一圖像與第二圖像所分別對應的光路的光軸已經(jīng)調(diào)整到共光軸。通過增大第二透鏡203的口徑，系統(tǒng)100或200也可以設(shè)計成包括多個第一光源和多個待測對象以便以一發(fā)多收、多發(fā)一收或者多發(fā)多收等形式進行光軸的校準。例如，第二光源209可以包括多于一個的發(fā)光源，系統(tǒng)100或200均可用于對第二光源209中的任何一個發(fā)光源的光軸進行校準。

在一些實施例中，可以僅利用反射鏡211使第一光束經(jīng)第二透鏡203在成像裝置207上成像。該光束可以是來自激光光路光軸平行校準系統(tǒng)200以外的參考光線，該參考光線入射到反射鏡211并反射到第二透鏡203并隨后成像，系統(tǒng)200用于將待測對象215所對應的光路與該參考光線調(diào)整至平行。該光束可以經(jīng)過調(diào)制以形成第一圖像，并且如果成像不在焦平面上，也可以通過其自帶的信息進行當前狀態(tài)的判定。該第一光束可以通過光源或其他裝置調(diào)節(jié)后來發(fā)射，同時它也可以自身攜帶各種信息，通過對所攜帶信息的處理，同樣能夠判定光軸平行或者共光軸的特性。在一些實施例中，第二光源209也可以同時作為第一光源205使用而僅需要對光路進行適應性修改。

圖3是根據(jù)本公開一些實施例的激光光路光軸校準方法的流程圖。該校準方法使用類似圖1或2所示的系統(tǒng)100或200執(zhí)行，因所涉及的部件和執(zhí)行的動作已在上文中描述，因此對方法步驟的描述不在贅述。在該校準方法的步驟301中，經(jīng)過第二透鏡103、203將包括但不限于平行光的第一光束在成像裝置107、207上形成第一圖像。例如，可以經(jīng)過第一透鏡101、201和第二透鏡103、203將作為參考光源的第一光源105、205在成像裝置107、207上形成第一圖像。形成第一圖像所使用的光路的光軸定義為第一光軸。在步驟303中，將來自第二光源109、209的第二光束經(jīng)過反射鏡111、211和第三透鏡113、213照射待測對象115、215。在步驟305中，經(jīng)過第三透鏡113、213和第二透鏡103、203將待測對象115、215在成像裝置107、207上形成第二圖像。形成第二圖像所使用的光路的光軸定義為第二光軸。在步驟307中，調(diào)整待測對象的方位和俯仰的至少之一直至第一圖像和第二圖像在成像裝置107、207的成像中心重合。在第一圖像和第二圖像為光斑最小的清晰圖像，并在成像裝置107、207的成像中心重合時，可確定第一光軸已經(jīng)校準為與第二光軸平行或共軸。待測對象115、215和第一光源105、205可以互換，即只需調(diào)整兩者之一。第一光源105、205以及待測對象115、215均可以是一個或多個以進行成批的校準，或者對該一個或多個之中任何一個的校準。

本發(fā)明的示例的上述具體實施方式無意窮舉，也無意限制本發(fā)明為上面公開的明確形式。雖然為說明目的而在上文描述了本發(fā)明的特定示例，但相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人中將認識到在本發(fā)明范圍內(nèi)可能實現(xiàn)各種相當?shù)男薷摹ｋm然各種過程或框圖可能在本申請中以給定順序陳述，但在備選實施例中可以不同順序執(zhí)行這些步驟的例程，或者實施具有不同順序的框圖的系統(tǒng)。一些過程或框可以被刪除，移動，添加，細分，組合和/或修改以提供備選或子組合。此外，雖然有些過程或框圖可能顯示為連續(xù)執(zhí)行，但可反之并行執(zhí)行或?qū)崿F(xiàn)這些過程或框圖，或者可在不同的時間執(zhí)行或?qū)崿F(xiàn)這些過程或框圖。此外，本文中指出的任何特定數(shù)值只是示例。要理解備選實施例中可采用不同的值或范圍。

如上所述，描述本發(fā)明某些特性或方面時使用的特殊術(shù)語不應視為暗示該術(shù)語在本文重新定義以被限制為與該術(shù)語相關(guān)聯(lián)的本發(fā)明任何特定的特征、特性或方面。通常，在所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應理解為將本發(fā)明限制為說明書中公開的特定示例，但上述具體實施方式部分明確定義了此類術(shù)語時除外。相應地，本發(fā)明的實際范圍不但包括公開的示例，而且包括根據(jù)權(quán)利要求書實踐或?qū)嵤┍景l(fā)明的所有等同方式。