本實用新型屬于激光雷達(dá)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光雷達(dá)作為一種測距設(shè)備，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)，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(dá)內(nèi)部的光學(xué)結(jié)構(gòu)，將激光投射到特定方向上的物體，當(dāng)激光接觸到物體上時，會反射回部分光線，激光雷達(dá)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(dá)到所照射物體之間的距離。而當(dāng)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(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)所照射到的物體進(jìn)行測距。

但是，為了對多個角度范圍內(nèi)所照射到的物體進(jìn)行測距，采用滑環(huán)的方式對雷達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生雷達(dá)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(dá)的光路設(shè)計較為復(fù)雜，成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例提供一種基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)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(jìn)行測距，采用滑環(huán)的方式對雷達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生雷達(dá)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(dá)的光路設(shè)計較為復(fù)雜，成本較高的問題。

本實用新型實施例是這樣實現(xiàn)的，一種基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)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(jìn)行偏轉(zhuǎn)，使其射向目標(biāo)物體；

聚光組件，將所述光路掃描裝置反射的目標(biāo)物體反射光進(jìn)行會聚；以及

光電探測器，接收所述聚光組件會聚的目標(biāo)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。

優(yōu)選的，所述激光器包括：

激光產(chǎn)生元件；以及

設(shè)于所述激光產(chǎn)生元件發(fā)射光路上的準(zhǔn)直鏡組；

所述準(zhǔn)直鏡組包括至少兩個用于對所述激光進(jìn)行準(zhǔn)直的柱面鏡。

優(yōu)選的，所述光路掃描裝置包括：

偏轉(zhuǎn)鏡；以及

與所述偏轉(zhuǎn)鏡連接，用于對所述偏轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述偏轉(zhuǎn)鏡包括反射鏡或棱鏡。

優(yōu)選的，所述準(zhǔn)直鏡組包括一個用于準(zhǔn)直激光慢軸的慢軸柱面鏡，以及兩個用于準(zhǔn)直激光快軸的快軸柱面鏡。

優(yōu)選的，所述聚光組件包括一聚光透鏡，所述聚光透鏡在軸心處設(shè)有一容納所述激光器的通孔。

優(yōu)選的，所述聚光透鏡為非球面透鏡。

優(yōu)選的，所述聚光透鏡的焦距與口徑的比值小于1。

優(yōu)選的，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括一沿所述激光發(fā)射光軸設(shè)置，用于遮擋所述偏轉(zhuǎn)鏡雜散光的遮光部件。

優(yōu)選的，所述遮光部件的內(nèi)徑略大于所述激光的發(fā)射光斑直徑。

本實用新型實施例提供了一種基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)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(jìn)行偏轉(zhuǎn)，使其射向目標(biāo)物體，并通過聚光組件，將所述光路掃描裝置反射的目標(biāo)物體反射光進(jìn)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(biāo)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，本實用新型有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用滑環(huán)的方式對雷達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致雷達(dá)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(dá)的光路設(shè)計，降低激光雷達(dá)的設(shè)計及制造成本。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的一種基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)示意圖；

圖2是本實用新型實施例提供的另一種基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)示意圖；

圖3是本實用新型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

為了使本實用新型的目的、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，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型實施例提供了一種基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)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(jìn)行偏轉(zhuǎn)，使其射向目標(biāo)物體，并通過聚光組件，將所述光路掃描裝置反射的目標(biāo)物體反射光進(jìn)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(biāo)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，本實用新型有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用滑環(huán)的方式對雷達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致雷達(dá)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(dá)的光路設(shè)計，降低激光雷達(dá)的設(shè)計及制造成本。

以下結(jié)合實施例對本實用新型的具體實現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述。

參見圖1、圖2，本實用新型實施例提供了一種基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)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(jìn)行偏轉(zhuǎn)，使其射向目標(biāo)物體，聚光組件30，將光路掃描裝置20反射的目標(biāo)物體反射光進(jìn)行會聚，以及光電探測器40，接收聚光組件30會聚的目標(biāo)物體反射光，并輸出電信號，本實用新型通過光路掃描裝置20，對激光器10發(fā)射的激光光路進(jìn)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(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致雷達(dá)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(dá)的光路設(shè)計，降低激光雷達(dá)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(zhǔn)確。

在本實用新型實施例中，激光雷達(dá)用于通過測量發(fā)射激光以及接收到目標(biāo)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(dá)與目標(biāo)物體的距離信息。而本實用新型實施例中的基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于與激光雷達(dá)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(dá)設(shè)備的正常工作。

在本實用新型的實施例中，激光雷達(dá)設(shè)備可為飛行激光雷達(dá)、基于三角測距原理的激光雷達(dá)、結(jié)構(gòu)光激光雷達(dá)、或者其他類型激光雷達(dá)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(dá)。

在本實用新型的實施例中，上述飛行激光雷達(dá)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(biāo)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(dá)可以通過單線或者多線的方式進(jìn)行掃描探測，本實用新型具體不做限制。

在本實用新型的一個實施例中，該激光器10為可發(fā)射準(zhǔn)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，本實用新型不做限定。

在本實用新型的另一個實施例中，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(zhǔn)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(zhǔn)直鏡組12進(jìn)行準(zhǔn)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(yuǎn)距離的激光掃描，使用方便，且成本不高。

在本實用新型實施例中，該激光二極管的波長可為635nm、650nm、670nm、 860nm、980nm等等，本實用新型優(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。

在本實用新型實施例中，參見圖1、圖2，準(zhǔn)直鏡組12包括至少兩個用于對所述激光進(jìn)行準(zhǔn)直的柱面鏡。通過采用至少兩個柱面鏡對激光二極管發(fā)射的激光進(jìn)行準(zhǔn)直，可以使激光二極管的快軸和慢軸都能很好的被準(zhǔn)直，準(zhǔn)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(yuǎn)距離的探測。

在本實用新型實施例中，準(zhǔn)直鏡組12包括一個用于準(zhǔn)直激光慢軸的慢軸柱面鏡1211，以及兩個用于準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)直激光的快軸和慢軸，使得準(zhǔn)直后的激光發(fā)射角小，激光能量更集中，實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的探測。

進(jìn)一步，該準(zhǔn)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(jìn)行激光準(zhǔn)直時，會產(chǎn)生像差難以消除，發(fā)散角很大的情況，當(dāng)使用使用圓透鏡組進(jìn)行激光準(zhǔn)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(zhǔn)直差的情況，因此，本實用新型中，優(yōu)選的準(zhǔn)直鏡組12包括至少兩個用于對所述激光進(jìn)行準(zhǔn)直的柱面鏡。

在本實用新型實施例中，激光準(zhǔn)直鏡組12準(zhǔn)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(yuǎn)距離的探測。

參見圖3、在本實用新型實施例中，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(jìn)行轉(zhuǎn)動控制的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22。

在本實用新型實施例中，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(jìn)行偏轉(zhuǎn)以導(dǎo)向目標(biāo)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(jìn)行偏轉(zhuǎn)，進(jìn)一步，通過轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22 帶動偏轉(zhuǎn)鏡21進(jìn)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(jī)構(gòu)22只對偏轉(zhuǎn)鏡21進(jìn)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(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)所照射到的物體進(jìn)行測距，可有效提高激光雷達(dá)的穩(wěn)定性和使用壽命。

進(jìn)一步，該轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22可通過電機(jī)的方式進(jìn)行驅(qū)動，當(dāng)進(jìn)行激光掃描時，通過電機(jī)運行時產(chǎn)生動力，控制轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22進(jìn)行轉(zhuǎn)動，進(jìn)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。

在本實用新型實施例中，偏轉(zhuǎn)鏡21包括但不限于反射鏡或棱鏡。

在本實用新型實施例中，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(dāng)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(biāo)物體上，目標(biāo)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(biāo)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(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)返回信號。

在本實用新型實施例中，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(yuǎn)低于玻璃透鏡，并且不易破碎。

在本實用新型實施例中，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基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的整體體積，且可以降低激光雷達(dá)的設(shè)計及制造成本，提高企業(yè)效益。

在本實用新型實施中，基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)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(jī)構(gòu)22的帶動下，和偏轉(zhuǎn)鏡21一體轉(zhuǎn)動。進(jìn)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。

在本實用新型實施例中，遮光部件50的一端抵近激光器10的激光發(fā)射口。當(dāng)激光雷達(dá)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(dá)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(dá)的光電探測器40的干擾，提高激光雷達(dá)探測反射光時的準(zhǔn)確度。

本實用新型實施例提供了一種基于時間飛行法的激光雷達(dá)光學(xué)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(jìn)行偏轉(zhuǎn)，使其射向多個角度的目標(biāo)物體，并通過聚光組件，將所述光路掃描裝置反射的目標(biāo)物體反射光進(jìn)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(biāo)物體反射光，并輸出電信號，實現(xiàn)多角度的激光掃描。本實用新型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(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致雷達(dá)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(dá)的光路設(shè)計，降低激光雷達(dá)的設(shè)計及制造成本。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。