CN110045388A - 一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达，包括可调谐激光器、光束控制装置、光电探测器，所述可调谐激光器与光束控制装置通过光纤连接，所述可调谐激光器与光电探测器通过控制器连接，所述可调谐激光器，用于发射不同波长的探测激光；所述光束控制装置，用于对所述可协调激光器发射的所述探测激光进行激光准直及激光光路调整；所述光电探测器，用于探测所述探测激光经测量物体所反射而得到的反射激光；所述控制器，用于根据所述反射激光对所述可调谐激光器所发射的探测激光的波长进行调整。本发明由于解决了现有的激光雷达造价高、稳定性差、使用寿命短的问题，满足了实际应用需求。

Description

一种激光雷达

技术领域

本发明涉及三维扫描技术领域，特别是涉及一种激光雷达。

背景技术

随着智能城市，3D打印和无人驾驶车辆的概念提出，三维激光扫描技术在三维建模中变得越来越流行。激光扫描技术可以提供物体表面的精确三维空间信息，并且可以根据获得的信息实现三维模型的重建。激光雷达(LIDAR)由于其强大的方向性，快速的测距速度和强大的抗干扰性，激光雷达可以作为三维模型重建的关键测量工具。目前，激光雷达广泛应用于地表形貌测绘、军事侦察、大气探测、三维重建技术、无人飞机和汽车等领域。

激光雷达是以发射激光光束探测目标的位置、速度等特征量的***，激光雷达主要是通过，分析向目标发射的激光光束和接收从目标反射回的激光光束，可获得目标的相关信息，然后结合三维重建技术就可以实现目标物体的重建。然而现有的激光雷达结构复杂，体积相对较大，且成本较高，不利于实际应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够对激光光束准直和调节的激光雷达。

根据本发明提供的激光雷达，包括：包括可调谐激光器、光束控制装置及光电探测器，所述可调谐激光器与光束控制装置通过光纤连接，所述可调谐激光器与光电探测器通过控制器连接，

所述可调谐激光器，用于发射不同波长的探测激光；

所述光束控制装置，用于对所述可协调激光器发射的所述探测激光进行激光准直及激光光路调整；

所述光电探测器，用于探测所述探测激光经测量物体所反射而得到的反射激光；

所述控制器，用于根据所述反射激光对所述可调谐激光器所发射的探测激光的波长进行调整。

根据本发明提供的激光雷达，包括可调谐激光器、光束控制装置、光电探测器，所述可调谐激光器与光束控制装置通过光纤连接，所述可调谐激光器与光电探测器通过控制器连接；通过所述光束控制装置将所述可调谐激光器发射的所述探测激光进行准直与光路调整后，所述光电探测器对所述探测激光经测量物体所反射而得到的反射激光进行探测，并将最终的探测结果反馈至所述控制器，以使所述控制器根据所述光电探测器的探测结果对所述可调谐激光器所发射的所述探测激光进行波长的调整，提高了所述激光雷达的可靠性，且其结构简单、成本低，使用寿命长且便于安装，满足了实际应用需求。

另外，根据本发明上述的激光雷达，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述光束控制装置包括第一准直透镜组及棱镜，

所述第一准直透镜组，用于准直和收聚所述可协调激光器发射的发散的所述探测激光；

所述棱镜，用于调整准直后的所述探测激光的角度，其中，所述棱镜对不同波长的所述探测激光的调整角度不同。

进一步地，所述第一准直透镜组包括依序设置的第一准直透镜、第二准直透镜及第三准直透镜，所述第一准直透镜、第二准直透镜及第三准直透镜同轴设置，

所述第一准直透镜，用于对所述可调谐激光器发射的所述探测激光进行第一激光准直；

所述第二准直透镜，用于对经所述第一准直透镜进行第一激光准直后的所述探测激光进行激光收聚；

所述第三准直透镜，用于对经所述第二准直透镜进行激光收聚后的所述探测激光进行第二激光准直。

进一步地，所述第一准直透镜及所述第二准直透镜为球面透镜、自由曲面透镜、柱面镜、光锥、二元衍射器件或多片复合式透镜中的至少一种；所述第三准直透镜为球面透镜、非球面透镜或多片复合式透镜中的至少一种。

进一步地，所述光束控制装置还包括一光栅，所述光栅设于所述棱镜远离所述第一准直透镜组的一侧，所述光栅用于对经所述棱镜进行角度调整后的所述探测激光进行衍射。

进一步地，所述光束控制装置靠近所述可调谐激光器的一端还设有一与所述第一准直透镜同轴设置的第二准直透镜组，所述第二准直透镜组包括依序设置的第四准直透镜、第五准直透镜及第六准直透镜，

所述第四准直透镜，用于对所述可调谐激光器发射的所述探测激光进行第三激光准直；

所述第五准直透镜，用于对经所述第四准直透镜进行第三激光准直的所述探测激光进行激光补偿；

所述第四准直透镜，用于对经所述第五准直透镜进行激光补偿后的所述探测激光进行第四激光准直。

进一步地，所述第四准直透镜及所述第六准直透镜的形状为弯月状，所述第五准直透镜的形状为棱柱状。

进一步地，所述光电探测器与所述控制器之间还设有一预处理模块，所述预处理模块用于对经测量物体所反射的所述反射激光进行光电转换，以得到反射信号，并对所述反射信号进行滤波、整形、较准、补偿及仲裁处理。

进一步地，所述可调谐激光器用于发射1550波段的近红外激光脉冲。

进一步地，所述可调谐激光器与所述激光探头通过LC、SC或FC接口与所述光纤连接。

发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。

附图说明

图1是本发明第一实施例提出的激光雷达的结构示意图；

图2是本发明第一实施例提出的激光雷达的光路示意图；

图3是本发明第二实施例提出的激光雷达的结构示意图；

图4是本发明第二实施例提出的激光雷达的光路示意图；

图5是本发明第二实施例提出的激光雷达中第二准直透镜组的光路示意图。

主要元件符号说明：

可调谐激光器	10	光纤	20
				光束控制装置	30	第一准直透镜组	31
第一准直透镜	311	第二准直透镜	312
				第三准直透镜	313	棱镜	32
光栅	33	第二准直透镜组	34
				第四准直透镜	341	第五准直透镜	342
第六准直透镜	343	光电探测器	40
				控制器	50

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图2，本发明第一实施例提出的一种激光雷达，其中，包括可调谐激光器10、光束控制装置20、光电探测器30，所述可调谐激光器10与光束控制装置30通过光纤20连接，所述可调谐激光器10与光电探测器30通过控制器40连接。其中，本实施例中，所述可调谐激光器10与所述激光探头30通过LC、SC或FC接口与所述光纤20连接，所述光电探测器采用PD光电探测器。

进一步地，所述可调谐激光器10，用于发射近红外激光脉冲的探测激光；所述光束控制装置30，用于对所述可协调激光器10发射的探测激光进行激光准直及激光光路调整；所述光电探测器40，用于探测所述探测激光经测量物体所反射而得到的反射激光；所述控制器50，用于根据所述反射激光对所述可调谐激光器10所发射的探测激光的波长进行调整。

进一步地，所述光束控制装置30包括第一准直透镜组31及棱镜 32，所述第一准直透镜组31设于所述光束控制装置30靠近所述可调谐激光器10的一侧，所述棱镜32设于所述光束控制装置30靠近所述光电探测器40的一侧。所述第一准直透镜组31，用于准直和收聚所述可协调激光器发射的发散的所述探测激光；所述棱镜32，用于调整准直后的所述探测激光的角度，其中，所述棱镜32对不同波长的所述探测激光的调整角度不同。

其中，所述第一准直透镜组31包括依序设置的第一准直透镜311、第二准直透镜312及第三准直透镜313。所述第一准直透镜311、第二准直透镜312及第三准直透镜313同轴设置。

具体的，所述第一准直透镜311设于所述光束控制装置30靠近所述调谐激光器10的一侧。所述第一准直透镜311，用于对所述可调谐激光器10发射的所述探测激光进行第一激光准直。

具体的，所述第二准直透镜312设于所述第一准直透镜311与所述第二准直透镜312之间。所述第二准直透镜312，用于对经所述第一准直透镜311进行第一激光准直后的所述探测激光进行激光收聚。

具体的，所述第三准直透镜313设于所述光束控制装置30靠近所述棱镜32的一侧。所述第三准直透镜313，用于对经所述第二准直透镜312进行激光收聚后的所述探测激光进行第二激光准直。

其中，所述第一准直透镜311及所述第二准直透镜312为球面透镜、自由曲面透镜、柱面镜、光锥、二元衍射器件或多片复合式透镜中的至少一种；所述第三准直透镜313为球面透镜、非球面透镜或多片复合式透镜中的至少一种。本实施例中，所述第一准直透镜311及所述第二准直透镜312的透镜类型一致，均为凸透镜，所述第三准直透镜313为凹透镜，且所述第一准直透镜311的曲率大于所述第二准直透镜312的曲率。可以理解的，在本发明其他实施例中，所述第一准直透镜311及所述第二准直透镜312的透镜类型也可以不一致，所述第一准直透镜311及所述第二准直透镜312的透镜类型及曲率也可以一直，在此不做限制。在此还需要说明的是，本实施例中，所述第一准直透镜组31中各透镜的类型、顺序及曲率可根据实际需求进行调整，在此不做限制。

其中，本实例中，所述棱镜32的纵截面为等腰三角形，所述探测激光经所述第一准直透镜组31时的衍射角度小于所述探测激光经所述棱镜32时的衍射角度。

可以理解的，所述可调谐激光器10所发射的探测激光经所述光纤20至所述光束控制装置30内，此时，所述光束控制装置30内所述第一准直透镜组31内的所述第一准直透镜311进行第一激光准直，所述第二准直透镜312对经所述第一准直透镜311进行第一激光准直后的所述探测激光进行激光收聚，所述第三准直透镜313对经所述第二准直透镜312进行激光收聚后的所述探测激光进行第二激光准直，所述光束控制装置30内的所述棱镜32对进行第二激光准直后的所述探测激光调整至预设的衍射角度，此时所述光电探测器40将经测量物体所反射的反射激光的反射结果发送至所述控制器50，所述控制器50根据所述光电探测器40的探测结果控制所述可调谐激光器10 发射相应波长的探测激光。在本发明其他实施例中，所述光电探测器 40的数量还可以为多个，多个所述光电探测器40均与所述控制器50 连接，所述控制器50可以通过分时或同时控制多个所述光电探测器 40对所需扫描的物体进行扫描，在此不作限制。

根据本发明提供的激光雷达，包括可调谐激光器10、通过光纤 20与所述可调谐激光器10连接的光束控制装置30、用于对反射的激光束进行探测的光电探测器40，以及用于连接所述可调谐激光器10 及所述光电探测器40的控制器50；通过所述光束控制装置30将所述可调谐激光器10发射的所述探测激光进行准直与光路调整后，所述光电探测器40对所述探测激光经测量物体所反射而得到的所述反射激光进行探测，并将最终的探测结果反馈至所述控制器50，以使所述控制器50根据所述光电探测器40的探测结果对所述可调谐激光器10所发射的所述探测激光进行波长的调整，提高了所述激光雷达的可靠性，结构简单效率稳定，同时不要辅助装置，所以体积相对很小，且使用寿命长且便于安装，满足了实际应用需求。

在本发明其他实施例中，所述光电探测器40与所述控制器50之间还设有一预处理模块，所述预处理模块用于对经测量物体所反射的所述反射激光进行光电转换，以得到反射信号，并对所述反射信号进行滤波、整形、较准、补偿及仲裁处理。

如上所述，所述预处理模块通过其对应的光电转换电路将所述反射激光的光信号转换为对应的反射信号的电信号，再将所述反射信号经其上的滤波电路进行滤波后转发至整形电路，所述整形电路将整形后的所述反射信号转发至其上的校准电路进行校准与补偿，最终所述预处理模块对校准补偿后的所述反射信号进行仲裁，并将仲裁结果发送至所述控制器50，以使所述控制器50根据仲裁结果调整所述可调谐激光器10所发射的所述探测激光的波长。

可以理解的，所述预处理模块可以包含上述所有的信号处理过程，或可以包含其中部分的信号处理过程，例如所述预处理模块中可以没有对所述反射信号进行整形的过程或没有其他对所述反射信号进行处理的过程，在此不再赘述。

请参阅图3至图4，对于第二实施例中激光雷达，本实施例中的激光雷达与第一实施例中的激光雷达大抵相同，不同之处在于本实施例中的激光雷达在第一实施例的基础上，所述光束控制装置还包括一光栅33，所述光栅33设于所述棱镜靠近所述光电探测器的一侧，所述光栅33用于对经所述棱镜进行角度调整后的所述探测激光进行衍射。其中，所述光栅33衍射角度的计算公式为：λ为探测激光的波长，θ为衍射角度，d为光栅常数。

此外，本实施例中，所述光电探测器采用线阵APD光电探测器。

本实施例在第二实施例的基础上进一步完善了激光雷达，进一步提高了所述激光雷达的可靠性，结构简单、效率稳定，同时不要辅助装置，所以体积相对很小，且使用寿命长且便于安装，满足了实际应用需求。

需要说明是，本实施例重点说明的是与上一实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分未重复描述，可以相互参见，且各实施例之间的技术特征可以根据本领域技术人员的常规技术手段进行选择性组合。

请参阅图5，对于第三实施例中激光雷达，本实施例中的激光雷达与第二实施例中的激光雷达大抵相同，不同之处在于本实施例中的激光雷达在第一实施例的基础上，所述光束控制装置30靠近所述可调谐激光器10的一端还设有一与所述第一准直透镜311同轴设置的第二准直透镜组34，所述第二准直透镜组34包括依序设置的第四准直透镜341、第五准直透镜342及第六准直透镜343，所述第四准直透镜341的形状为弯月状，所述第五准直透镜342的形状为棱柱状，本实施例中，所述第五准直透镜342的的纵截面为梯形。其中，所述第四准直透镜341用于对所述可调谐激光器10发射的所述探测激光进行第三激光准直；所述第五准直透镜342用于对经所述第四准直透镜341进行第三激光准直的所述探测激光进行激光补偿；所述第六准直透镜343用于对经所述第五准直透镜342进行激光补偿后的所述探测激光进行第四激光准直。

进一步地，所述第四准直透镜341及所述第六准直透镜343弯月形的凹面位于入射面，凸位于出射面，所述第四准直透镜341的厚度大于所述第六准直透镜343的厚度。通过所述第四准直透镜341、第五准直透镜342及第六准直透镜343的设置，由于所述第四准直透镜341及第六准直透镜343对近轴边缘光线产生大的折射，有较大的数值孔径，较高的通光效率及激光强度，所述第五准直透镜342具有激光补偿的作用，从而保证光束质量，使所述探测激光具有较小发散角。

可以理解的，本实施例中，所述第四准直透镜341、第五准直透镜342及第六准直透镜343的类型及顺序还可根据实际需求进行调整。如：在本发明其他实施例中，所述第四准直透镜341及所述第五准直透镜342为弯月状，所述第六准直透镜343为棱柱状，即所述探测激光经所述第四准直透镜341及第五准直透镜342进行折射后，在对折射后的所述探测激光进行激光补偿，已通过提高所述第二准直透镜组 34对所述探测激光的准直效果。

本实施例在第二实施例的基础上进一步完善了激光雷达，进一步提高了所述激光雷达的可靠性，结构简单、效率稳定，同时不要辅助装置，所以体积相对很小，且使用寿命长且便于安装，满足了实际应用需求。

需要说明是，本实施例重点说明的是与上一实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分未重复描述，可以相互参见，且各实施例之间的技术特征可以根据本领域技术人员的常规技术手段进行选择性组合。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括可调谐激光器、光束控制装置及光电探测器，所述可调谐激光器与光束控制装置通过光纤连接，所述可调谐激光器与光电探测器通过控制器连接，

所述可调谐激光器，用于发射不同波长的探测激光；

所述光束控制装置，用于对所述可协调激光器发射的所述探测激光进行激光准直及激光光路调整；

所述光电探测器，用于探测所述探测激光经测量物体所反射而得到的反射激光；

所述控制器，用于根据所述反射激光对所述可调谐激光器所发射的探测激光的波长进行调整。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光束控制装置包括第一准直透镜组及棱镜，

所述第一准直透镜组，用于准直和收聚所述可协调激光器发射的发散的所述探测激光；

所述棱镜，用于调整准直后的所述探测激光的角度，其中，所述棱镜对不同波长的所述探测激光的调整角度不同。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述第一准直透镜组包括依序设置的第一准直透镜、第二准直透镜及第三准直透镜，所述第一准直透镜、第二准直透镜及第三准直透镜同轴设置，

所述第一准直透镜，用于对所述可调谐激光器发射的所述探测激光进行第一激光准直；

所述第二准直透镜，用于对经所述第一准直透镜进行第一激光准直后的所述探测激光进行激光收聚；

所述第三准直透镜，用于对经所述第二准直透镜进行激光收聚后的所述探测激光进行第二激光准直。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述第一准直透镜及所述第二准直透镜为球面透镜、自由曲面透镜、柱面镜、光锥、二元衍射器件或多片复合式透镜中的至少一种；所述第三准直透镜为球面透镜、非球面透镜或多片复合式透镜中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述光束控制装置还包括一光栅，所述光栅设于所述棱镜远离所述第一准直透镜组的一侧，所述光栅用于对经所述棱镜进行角度调整后的所述探测激光进行衍射。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述光束控制装置靠近所述可调谐激光器的一端还设有一与所述第一准直透镜同轴设置的第二准直透镜组，所述第二准直透镜组包括依序设置的第四准直透镜、第五准直透镜及第六准直透镜，

所述第四准直透镜，用于对所述可调谐激光器发射的所述探测激光进行第三激光准直；

所述第五准直透镜，用于对经所述第四准直透镜进行第三激光准直的所述探测激光进行激光补偿；

所述第四准直透镜，用于对经所述第五准直透镜进行激光补偿后的所述探测激光进行第四激光准直。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述第四准直透镜及所述第六准直透镜的形状为弯月状，所述第五准直透镜的形状为棱柱状。

8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光电探测器与所述控制器之间还设有一预处理模块，所述预处理模块用于对经测量物体所反射的所述反射激光进行光电转换，以得到反射信号，并对所述反射信号进行滤波、整形、较准、补偿及仲裁处理。

9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述可调谐激光器用于发射近红外激光脉冲的探测激光。

10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述可调谐激光器与所述激光探头通过LC、SC或FC接口与所述光纤连接。