本發(fā)明屬于激光雷達領(lǐng)域，尤其涉及一種基于時間飛行法的激光雷達光學系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光雷達作為一種測距設(shè)備，具有精度高、抗干擾能力強，反應(yīng)速度快等優(yōu)點，適用于多種使用環(huán)境。

在實際應(yīng)用中，激光測距主要包括飛行時間測距以及三角測距兩種，其中，飛行時間測距是通過激光雷達內(nèi)部的光學系統(tǒng)，將激光投射到特定方向上的物體，當激光接觸到物體上時，會反射回部分光線，激光雷達接收該反射回的光線以后，可以通過計算激光在發(fā)射到接收到反射光這個過程中的飛行時間，來計算出雷達到所照射物體之間的距離。而當需要通過單一光路獲取多個角度范圍的物體的距離時，只能使用滑環(huán)將整個激光雷達進行轉(zhuǎn)動，來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)所照射到的物體進行測距。

但是，為了對多個角度范圍內(nèi)所照射到的物體進行測距，采用滑環(huán)的方式對雷達進行轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生雷達轉(zhuǎn)動部分使用壽命短的問題，且現(xiàn)有可轉(zhuǎn)動激光雷達的光路設(shè)計較為復(fù)雜，成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種基于時間飛行法的激光雷達光學系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，通過對多個角度范圍內(nèi)所照射到的物體進行測距，采用滑環(huán)的方式對雷達進行轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生雷達轉(zhuǎn)動部分使用壽命短的問題，且現(xiàn)有可轉(zhuǎn)動激光雷達的光路設(shè)計較為復(fù)雜，成本較高的問題。

本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種基于時間飛行法的激光雷達光學系統(tǒng)，包括：

激光器；

光路掃描裝置，對所述激光器發(fā)射的激光光路進行偏轉(zhuǎn)，使其射向目標物體；

聚光組件，將所述光路掃描裝置反射的目標物體反射光進行會聚；以及

光電探測器，接收所述聚光組件會聚的目標物體反射光，并輸出電信號；

其中，所述聚光組件及光電探測器均與所述激光器發(fā)射光軸位于同一軸線。

本發(fā)明實施例提供了一種基于時間飛行法的激光雷達光學系統(tǒng)，通過激光器發(fā)射激光，通過光路掃描裝置對所述激光器發(fā)射的激光光路進行偏轉(zhuǎn)，使其射向目標物體，并通過聚光組件，將所述光路掃描裝置反射的目標物體反射光進行會聚，然后，通過光電探測器接收所述聚光組件會聚的目標物體反射光，并輸出電信號，實現(xiàn)多角度的激光掃描，使用方便，本發(fā)明有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用滑環(huán)的方式對雷達進行轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致雷達轉(zhuǎn)動部分使用壽命短的問題，還可以簡化可轉(zhuǎn)動激光雷達的光路設(shè)計，降低激光雷達的設(shè)計及制造成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種基于時間飛行法的激光雷達光學系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的另一種基于時間飛行法的激光雷達光學系統(tǒng)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種聚光組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例提供了一種基于時間飛行法的激光雷達光學系統(tǒng)，通過激光器發(fā)射激光，通過光路掃描裝置對所述激光器發(fā)射的激光光路進行偏轉(zhuǎn)，使其射向目標物體，并通過聚光組件，將所述光路掃描裝置反射的目標物體反射光進行會聚，然后，通過光電探測器接收所述聚光組件會聚的目標物體反射光，并輸出電信號，實現(xiàn)多角度的激光掃描，使用方便，本發(fā)明有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用滑環(huán)的方式對雷達進行轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致雷達轉(zhuǎn)動部分使用壽命短的問題，還可以簡化可轉(zhuǎn)動激光雷達的光路設(shè)計，降低激光雷達的設(shè)計及制造成本。

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實現(xiàn)進行詳細描述。

參見圖1、圖2，本發(fā)明實施例提供了一種基于時間飛行法的激光雷達光學系統(tǒng)，包括：激光器10，光路掃描裝置20，對激光器10發(fā)射的激光光路進行偏轉(zhuǎn)，使其射向目標物體，聚光組件30，將光路掃描裝置20反射的目標物體反射光進行會聚，以及光電探測器40，接收聚光組件30會聚的目標物體反射光，并輸出電信號，本發(fā)明通過光路掃描裝置20，對激光器10發(fā)射的激光光路進行偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)多角度的激光掃描，使用方便，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用滑環(huán)的方式對雷達進行轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致雷達轉(zhuǎn)動部分使用壽命短的問題，還可以簡化可轉(zhuǎn)動激光雷達的光路設(shè)計，降低激光雷達的設(shè)計及制造成本。

其中，聚光組件30及光電探測器40均與激光器10發(fā)射光軸位于同一軸線，可以實現(xiàn)無盲區(qū)探測，使得激光探測的更為全面，得到的探測結(jié)果更為準確。

在本發(fā)明實施例中，激光雷達用于通過測量發(fā)射激光以及接收到目標物體反射回的回波激光信號之間的時間差來計算出激光雷達與目標物體的距離信息。而本發(fā)明實施例中的激光雷達光學系統(tǒng)設(shè)置于與激光雷達設(shè)備上，用于形成激光發(fā)射光路及接收光路，以支持激光雷達設(shè)備的正常工作。

在本發(fā)明的實施例中，激光雷達設(shè)備可為飛行激光雷達、基于三角測距原理的激光雷達、結(jié)構(gòu)光激光雷達、或者其他類型激光雷達的任意替換組合，以實現(xiàn)同樣的作用效果，在本實施例中較佳選擇為飛行激光雷達。

在本發(fā)明的實施例中，上述飛行激光雷達光結(jié)構(gòu)通過光路掃描裝置20可實現(xiàn)270度、360度或其他預(yù)設(shè)角度的多角度掃描探測，能夠測量100米范圍內(nèi)的目標物體的距離和方位信息，測量頻率高，且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

其中，飛行激光雷達可以通過單線或者多線的方式進行掃描探測，本發(fā)明具體不做限制。

在本發(fā)明的一個實施例中，該激光器10為可發(fā)射準直激光的激光器，包括但不限于為光纖激光器，氣體激光器，固體激光器，該激光器可以為單個或者多個激光器的任一組合，具體根據(jù)實際情況設(shè)定，本發(fā)明不做限定。

在本發(fā)明的另一個實施例中，參見圖1、圖2、該激光器10包括激光產(chǎn)生元件11，以及設(shè)于激光產(chǎn)生元件11發(fā)射光路上的準直鏡組12，其中，該激光產(chǎn)生元件11可為激光二極管，由于激光二極管發(fā)射角比同類產(chǎn)品更小，在通過準直鏡組12進行準直后，可以使得激光二極管發(fā)射的激光能量更集中，使得發(fā)射出的激光在100米處的光斑直徑小于200mm，從而可以實現(xiàn)遠距離的激光掃描，使用方便，且成本不高。

在本發(fā)明實施例中，該激光二極管的波長可為635nm、650nm、670nm、860nm、980nm等等，本發(fā)明優(yōu)選的，該激光二極管可為紅外波段的高功率納秒級脈沖激光二極管。

在本發(fā)明實施例中，參見圖1、圖2，準直鏡組12包括至少兩個用于對所述激光進行準直的柱面鏡121。通過采用至少兩個柱面鏡121對激光二極管11發(fā)射的激光進行準直，可以使激光二極管的快軸和慢軸都能很好的被準直，準直后的激光發(fā)射角較小，激光的能量更加集中，能夠?qū)崿F(xiàn)更遠距離的探測。

在本發(fā)明實施例中，準直鏡組12包括一個用于準直激光慢軸的慢軸柱面鏡1211，以及兩個用于準直激光快軸的快軸柱面鏡1212。由于快軸發(fā)散角比較大，單個柱面鏡準直效果會比較差，因此通過慢軸柱面鏡1211以及快軸柱面鏡1212配合使用，分別準直激光的快軸和慢軸，使得準直后的激光發(fā)射角小，激光能量更集中，實現(xiàn)更遠距離的探測。

進一步，該準直鏡組12還可以為圓透鏡或者圓透鏡組，但是由于使用單個的園透鏡進行激光準直時，會產(chǎn)生像差難以消除，發(fā)散角很大的情況，當使用使用圓透鏡組進行激光準直時，會產(chǎn)生無法消除激光二極管的像散，發(fā)散角也比柱面鏡準直差的情況，因此，本發(fā)明中，優(yōu)選的準直鏡組12包括至少兩個用于對所述激光進行準直的柱面鏡121。

在本發(fā)明實施例中，激光準直鏡組12準直后的激光的發(fā)散角優(yōu)選為小于10mrd(毫弧度)，可使激光器10所發(fā)射出的激光能量更集中，實現(xiàn)更遠距離的探測。

參見圖3、在本發(fā)明實施例中，光路掃描裝置20包括偏轉(zhuǎn)鏡21以及與偏轉(zhuǎn)鏡21連接，用于對偏轉(zhuǎn)鏡21進行轉(zhuǎn)動控制的轉(zhuǎn)動機構(gòu)22。

在本發(fā)明實施例中，偏轉(zhuǎn)鏡優(yōu)選為具有平面反射結(jié)構(gòu)的反射鏡，實際應(yīng)用中也可以是棱鏡等可對光路進行偏轉(zhuǎn)以導(dǎo)向目標物體的光路偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，通過偏轉(zhuǎn)鏡21對激光器10發(fā)射的激光光路進行偏轉(zhuǎn)，進一步，通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)22帶動偏轉(zhuǎn)鏡21進行轉(zhuǎn)動，可實現(xiàn)270度、360度或其他預(yù)設(shè)角度的掃描探測，且轉(zhuǎn)動機構(gòu)22只對偏轉(zhuǎn)鏡21進行轉(zhuǎn)動，而無需如現(xiàn)有技術(shù)通過使用滑環(huán)將整個激光雷達進行轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)所照射到的物體進行測距，可有效提高激光雷達的穩(wěn)定性和使用壽命。

進一步，該轉(zhuǎn)動機構(gòu)22可通過電機的方式進行驅(qū)動，當進行激光掃描時，通過電機運行時產(chǎn)生動力，控制轉(zhuǎn)動機構(gòu)22進行轉(zhuǎn)動，進而可實現(xiàn)270度、360度或其他預(yù)設(shè)角度的多角度掃描探測，整體結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

在本發(fā)明實施例中，偏轉(zhuǎn)鏡21包括但不限于反射鏡或棱鏡。

在本發(fā)明實施例中，參見圖2，聚光組件30包括一聚光透鏡31，聚光透鏡31在軸心處設(shè)有一容納激光器10的通孔311。通過在聚光透鏡31的中心通孔311放置激光器10，當激光器10發(fā)射激光后，通過光路掃描裝置20將激光器發(fā)射的激光發(fā)射到目標物體上，目標物體將照射在其上的激光折射返回，通過聚光透鏡31接收目標物體返回的回波激光信號，使得激光發(fā)射系統(tǒng)和回波激光接收系統(tǒng)共軸，可實現(xiàn)半徑為0-100m范圍的探測，減少光路系統(tǒng)的占用體積，節(jié)省成本，同時保證測距的準確性。

其中，聚光透鏡31為非球面透鏡，接收口徑大，可以接收到的信號能量高，焦距短，裝置的體積小，非球面透鏡的匯聚光斑小，讓進入透鏡的信號能量更好的被光電探測原件接收到，探測靈敏度更高。降低系統(tǒng)體積。非球面透鏡匯聚光斑小，讓進入透鏡的回波激光更好的被光電探測器40接收到，使得光電探測器40的探測靈敏度更高。能夠接收到100米以外的目標返回信號。

在本發(fā)明實施例中，非球面透鏡可為塑料透鏡，該塑料透鏡可以直接開模加工，成本遠低于玻璃透鏡，并且不易破碎。

在本發(fā)明實施例中，聚光透鏡31的焦距與口徑的比值優(yōu)選為小于1，在保證接收系統(tǒng)口徑的前提下盡可能地減小激光雷達光學系統(tǒng)的整體體積，且可以降低激光雷達的設(shè)計及制造成本，提高企業(yè)效益。

在本發(fā)明實施中，激光雷達光學系統(tǒng)還包括一沿激光發(fā)射光軸設(shè)置，用于遮擋偏轉(zhuǎn)鏡21雜散光的遮光部件50。該遮光部件50與偏轉(zhuǎn)鏡21連接，可根據(jù)轉(zhuǎn)動機構(gòu)22的帶動下，和偏轉(zhuǎn)鏡21一體轉(zhuǎn)動。進一步，該遮光部件50為一L型圓筒，其內(nèi)徑略大于所述激光的發(fā)射光斑直徑。

在本發(fā)明實施例中，遮光部件50的一端抵近激光器10的激光發(fā)射口。當激光雷達在激光發(fā)射光路上設(shè)有透光殼體時，遮光部件50相對激光發(fā)射口的另一端抵近激光雷達的殼體，以阻擋激光射在透光殼體上產(chǎn)生的散雜光，避免散雜光對激光雷達的光電探測器40的干擾，提高激光雷達探測反射光時的準確度。

本發(fā)明實施例提供了一種基于時間飛行法的激光雷達光學系統(tǒng)，通過激光器發(fā)射激光，通過可轉(zhuǎn)動的光路掃描裝置對所述激光器發(fā)射的激光光路進行偏轉(zhuǎn)，使其射向多個角度的目標物體，并通過聚光組件，將所述光路掃描裝置反射的目標物體反射光進行會聚，然后，通過光電探測器接收所述聚光組件會聚的目標物體反射光，并輸出電信號，實現(xiàn)多角度的激光掃描。本發(fā)明實施例有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用滑環(huán)的方式對雷達進行轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致雷達轉(zhuǎn)動部分使用壽命短的問題，還可以簡化可轉(zhuǎn)動激光雷達的光路設(shè)計，降低激光雷達的設(shè)計及制造成本。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。