一种环形复合透镜小型化激光收发共孔径装置的制作方法

本发明属于激光探测技术领域，特别是一种环形复合透镜小型化激光收发共孔径装置。

背景技术：

激光测距技术可应用于民用及科研等领域，具有极高的测距精度，是目前应用最为广泛的测距手段之一。传统激光测距装置采用收发分孔径方式，即发射光路和接收光路分置。对于收发镜头而言，可以保证有效通光孔径，提高收发效率，但会造成激光测距设备体积过大，无法满足某些体积受限情况下的应用；而光轴分离会导致测距系统信噪比低，且对测距范围要求较高，对于近场及远场测距存在较大困难。

收发共孔径方式是为解决收发分孔径方式存在的诸多弊端而提出的一种新型方法。该方式的发射光轴和接收光轴位于同一孔径内的，需借助一个分光镜进行光束分离，且发射光束和接收光束共用同一光学整形透镜。

美国专利us20100321669，采用单一透镜结构：使用单一焦距透镜，一方面无法对收发光路分别进行聚焦与整形，另一方面，收发共焦点情况会造系统长径比受到限制。

还有一些装置为避免单一透镜所造成的无法分别对收发光束整形的问题，在激光光源与单一焦距透镜之间加入额外的预整形透镜对出射光束进行整型。中国专利申请号201610828345，在光束源与分光片之间设置有用于将发散光聚拢的第二透镜(即预整形镜片)。预整形镜片的引入，必然需要更多的轴向空间，会造成装置长度过长。

上述问题的存在使得传统激光收发共孔径装置无法满足在体积受限场合下，如小型激光测距机的使用要求。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种环形复合透镜小型化激光收发共孔径装置，以解决现有的激光收发共孔径装置体积较大，无法满足在体积受限场合下的使用要求。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种环形复合透镜小型化激光收发共孔径装置，包括固定外壳、环形复合透镜、探测系统模块；所述环形复合透镜固定于固定外壳内的前端，探测系统模块固定于固定外壳内的后端；

所述环形复合透镜在现有的凸面镜的凸面中心设有圆形凸台，且凸台前端面为圆凸面，形成由接收透镜外环与中心发射透镜组成的凸字形透镜面，所述环形复合透镜的轴向与探测系统的反射镜的反射平面夹角为45度。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)采用环形复合透镜设计，可有效突破传统激光收发共孔径装置的长径尺寸限制，并可避免传统多光学镜组对装配精度的高要求，实现了激光收发共孔径装置小型化与模块化，保证了激光收发共孔径装置的光学精度。

(2)采用电磁屏蔽结构与灌封设计，可抵抗恶劣的工作环境与内外电磁干扰；

(3)本发明的环形复合透镜小型化激光收发共孔径装置结构简单，可靠性高，成本低，具有通用性。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明一种环形复合透镜小型化激光收发共孔径装置结构剖面图。

图2是环形复合透镜的结构剖面示意图。

图3是本发明一种环形复合透镜小型化激光收发共孔径装置测距光路原理图。

图4是环形复合透镜的分体结构剖面示意图。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本发明的一种环形复合透镜小型化激光收发共孔径装置，包括固定外壳1、环形复合透镜2、探测系统模块3；所述环形复合透镜2固定于固定外壳1内的前端，探测系统模块3固定于固定外壳1内的后端；

结合图2，所述环形复合透镜2在现有的凸面透镜的凸面中心设有圆形凸台，且凸台前端面为圆凸面，形成由接收透镜部2b与发射透镜部2a组成的凸字形透镜面，所述环形复合透镜2的轴向与探测系统的反射镜32的反射平面夹角为45度；

结合图3，环形复合透镜2的作用原理为：发射透镜部2a对激光发射光束40进行整型与准直为出射光束41，接收透镜部2b对从目标返回的入射光束43进行聚焦为聚焦入射光束42，并使聚焦入射光束42光路经过反射镜32折转汇聚至接收传感器模块34。

通过控制环形复合透镜2与探测系统模块3之间的距离，即可调整环形复合透镜2的焦点位置，装配时可在存在加工误差情况下将发射透镜部2a的焦点调整至激光发射模块35出光部。

进一步的，所述固定外壳1内设有环形凸台，对环形复合透镜2的安装位置进行限位；所述环形复合透镜2的前端通过压环21固接在固定外壳1的内部前端，环形复合透镜2的后端设有环形垫圈23，环形垫圈对环形复合透镜2起保护作用及保护作用，避免安装过程压坏环形复合透镜2及使用过程的冲击。

进一步的，所述探测系统模块3包括壳体31、反射镜32、接收传感器模块34、激光发射模块35、控制系统；

所述反射镜32固定在激光发射模块35的前端，用于将环形复合透镜2聚焦的激光信号反射到接收传感器模块34；且反射镜32上设有圆孔，用于激光发射模块35发射激光的通道；所述接收传感器模块34固定在壳体31外部的凹槽内，接收传感器模块34用于接收反射镜32反射过来的激光信号；所述接收传感器模块34、激光发射模块35、控制系统依次位于壳体31内部；所述接收传感器模块34、激光发射模块35均与控制系统相连，控制系统用于分别控制接收传感器模块34、激光发射模块35的接收和发射，同时可将发射参数与接收信号进行整合与预处理并发送出去，交由外部信号处理系统进行最终处理。

进一步的，所述控制系统包括发射驱动电路37、控制电路39，所述驱动电路37分别与激光发射模块35和控制电路39相连，且控制电路39与接收传感器模块34相连；本发明将控制系统的发射驱动电路37和控制电路39分开，将传感器前放电路与预处理电路集成为接收传感器模块34，可有效的减小控制电路板的尺寸，以进一步减小整个激光收发共孔径装置的体积。

进一步的，所述激光发射模块35、发射驱动电路37、控制电路39均设置在壳体31内；壳体31设置在固定外壳1内部，壳体31采用具有磁屏蔽功能的合金材料，可对装置内部产生的电磁干扰进行屏蔽，防止内部干扰信号泄漏影响外部设备，同时可对外部电磁干扰进行屏蔽，防止外部干扰信号侵入，影响内部电路的正常工作。

优选的，壳体31与固定外壳1为可拆卸结构，固定外壳1外部设有后盖24，固定外壳1与后盖24通过螺纹连接，便于对固定外壳1内的壳体31进行拆装；且后盖311采用具有磁屏蔽功能的合金材料。

所述激光发射模块35与发射驱动电路37之间、发射驱动电路37与控制电路39之间、控制电路39与后盖24之间均设有隔离压环36，隔离压环36采用具有磁屏蔽功能的材料，以将激光发射模块35、可产生高频高压电磁干扰信号的发射驱动电路37、控制电路39隔离开，以有效的隔离壳体31内部不同电路与模块间产生的电磁串扰。

所述磁屏蔽材料使用坡莫合金。

进一步的，所述激光发射模块35与发射驱动电路37、控制电路39与控制电路39之间均填充有灌封料，对电路板所在空间进行填充，防止外部冲击对内部电路造成损坏；

进一步的，所述环形复合透镜2与激光发射模块35之间的空腔抽真空或充填有惰性气体，以防止内部霉变及温度变化造成的镜片表面起雾现象。

结合图4，进一步的，所述环形复合透镜2还可以是分体结构，通过分别加工圆柱形中心发射透镜21a与环形的接收透镜环21b，并将中心发射透镜21a使用黑胶固定于接收透镜环21b中心孔内制得，可有效防止激光发射光束40在透镜内部产生的杂光串扰至接收透镜环21b，影响接收系统的正常工作。

实施例1.

本实施例中一种的环形复合透镜小型化激光收发共孔径装置，如应用于小型激光测距机，由于受小型激光测距机体积限制，装置为一直径为φ25mm，高45mm的圆柱体。

所述环形复合透镜2采用分体结构，通过分别加工圆柱形中心发射透镜21a与环形的接收透镜环21b，并将中心发射透镜21a使用黑胶固定于接收透镜环21b孔内制得，防止发射光束在透镜内部产生的杂光串扰至接收透镜环21b，影响接收系统的正常工作。

所述中心发射透镜21a直径设计为10mm，接收透镜环21b直径设计为18mm，则发射和接收的有效通光孔径面积分别78.5mm²和175.84mm²。中心发射透镜21a有效焦距设计为19mm；为充分利用接收传感器模块34的传感器光敏面面积，接收透镜环21b有效焦距设计为25mm，可使聚焦入射光束42光斑恰好覆盖传感器光敏面。

通过控制环形复合透镜2与探测系统模块3之间的距离，调整环形复合透镜2的焦点位置至激光发射模块35的激光发射点处。

装配完成后，通过后盖24走线孔加注黑胶灌封料对所述激光发射模块35与发射驱动电路37、控制电路39与控制电路39所在空间进行填充，防止外部冲击对内部电路造成损坏；对所述环形复合透镜2与激光发射模块35之间的空腔充填氮气，以防止内部霉变及温度变化造成的镜片表面起雾现象。

装置工作过程如下：

1、控制电路39控制发射驱动电路37驱动激光发射模块35，激光发射光束40由激光发射模块35的激光二极管发出，出光点位于中心发射透镜22a焦点处；

2、激光发射光束40穿过所述反射镜32与所述反射镜座33中部通孔，经中心发射透镜22a准直为平行的出射光束41；

3、由目标反射回的入射光束43经过接收透镜环22b聚焦为聚焦入射光束42，经过所述反射镜32将聚焦入射光束42折转至接收传感器模块34的传感器光敏面上；

4、接收传感器模块34将接收到的信号传至控制电路39，并由控制电路39将发射参数与接收信号进行整合与预处理并传出至小型激光测距机后方信号处理系统，解算目标所处距离。