CN206584041U - 一种光路*** - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于激光雷达测距领域，提供了一种光路***，包括：用于向目标物体发射至少两条激光信号的激光发射装置；用于接收所述目标物体反射的角度的激光回波信号的信号接收装置；以及用于驱动所述激光发射装置与所述信号接收装置在水平面上绕所述激光雷达设备的一竖直中轴做圆周转动的驱动装置。以实现水平角度的扫描，且通过激光发射装置发射至少两条、接近圆形光斑的准直激光信号，以实现垂直角度的扫描，并在扫描成功后，根据发射激光信号和接收反射后的激光信号之间的时间差，计算得到目标物体的距离，以实现水平扫描360度，可增加了垂直方向扫描范围，实现大范围的三维探测。

Description

一种光路***

技术领域

本实用新型属于激光雷达测距领域，尤其涉及一种光路***。

背景技术

激光雷达作为一种测距设备，具有精度高、抗干扰能力强，反应速度快等优点，适用于多种使用环境。

在实际应用中，目前激光测距主要包括飞行时间测距、三角测距，其中，飞行时间测距是通过激光雷达内部的光学结构，将激光信号投射到特定方向上的物体，当激光信号接触到物体上时，会反射回部分激光回波信号，激光雷达接收该物体反射回的激光回波信号后，可以通过计算发射的激光信号与接收到物体返回的激光回波信号这个过程中的时间，来计算出雷达到被测物体之间的距离。但是，目前，在进行三维激光雷达测距时，需要同时进行水平扫描和垂直扫描，而目前激光测量的范围有限，水平扫描角度无法实现360度扫描，垂直扫描线数为一线和四线，垂直扫描角度很小，无法实现大范围环境三维探测，扫描效果不理想。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种光路***，旨在解决先有技术中，在进行三维激光测距时，水平扫描角度无法实现360度扫描，垂直扫描线数为一线和四线，垂直扫描角度很小，无法实现大范围环境三维探测的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种光路***，包括：

用于向目标物体发射至少两条激光信号的激光发射装置；

用于分别接收所述目标物体反射的激光回波信号的信号接收装置；以及

用于驱动所述激光发射装置与所述信号接收装置在水平面上绕所述激光雷达设备的一竖直中轴做圆周转动的驱动装置。

优选的，所述激光发射装置包括：

用于发送至少两条激光信号的激光发射单元；

用于将所述激光发射单元发射的激光信号进行传导的第一光路偏转单元；以及

用于将所述第一光路偏转单元传导过来的激光信号进行准直，以形成接近圆形光斑的准直单元。

优选的，所述信号接收装置包括：

用于将所述目标物体反射的激光回波信号进行聚焦的第一聚焦单元；

用于将所述第一聚焦单元聚焦后的激光回波信号进行传导的第二光路偏转单元；

至少两个设置在所述激光回波信号的传导光路上，可用于接收通过所述第二光路偏转单元传导的激光回波信号，并进行聚焦的第二聚焦单元；以及

至少两个设置于所述激光回波信号的传导光路上，用于分别接收所述第二聚焦单元聚焦后的激光回波信号的光电探测单元。

优选的，所述激光发射单元还包括：

至少两个可用于发射不同角度的激光信号的激光发射模块，且各所述激光发射模块的中心连线垂直于所述激光发射装置与所述信号接收装置进行圆周转动所在的平面。

优选的，所述激光发射模块包括：

用于发射所述激光信号的激光二极管；以及

设置于所述激光信号的光路上，用于将所述激光二极管发射的激光信号进行准直，以使所述激光信号的快轴和慢轴的发散角接近一致的准直器。

优选的，所述第一光路偏转单元包括：

设置于所述激光信号的光路上，用于将所述激光发射单元发射的激光信号进行传导的第一反射模块；以及

设置于所述激光信号的光路上，用于将所述第一反射模块反射的激光信号传导到所述准直单元的第二反射模块。

优选的，所述信号接收装置还包括：

设置于所述第二光路偏转单元以及所述第二聚焦单元之间，用于滤除杂波的过滤单元。

优选的，所述第二光路偏转单元包括：

设置于所述激光回波信号的传导光路上，用于将所述第一聚焦单元聚焦后的激光回波信号进行传导的第三反射模块；以及

设置于所述激光回波信号的传导光路上，用于将所述第三反射模块反射的激光回波信号传导到所述第二聚焦单元的第四反射模块。

优选的，所述准直单元为三片非球面镜透镜组。

优选的，所述第一聚焦单元为三片非球型透镜组，所述第二聚焦单元为微型圆柱透镜。

本实用新型实施例提供了一种光路***，通过激光发射装置向目标物体发射至少两条激光信号，并通过信号接收装置分别接收所述目标物体反射的激光回波信号，通过在进行激光测距时，通过驱动装置驱动激光发射装置以及信号接收装置在水平面上绕激光雷达设备的一竖直中轴做圆周转动，以实现水平角度的扫描，且通过激光发射装置发射至少两条激光信号，以实现垂直角度的扫描，并在扫描成功后，根据发射激光信号和接收反射后的激光信号之间的时间差，计算得到目标物体的距离，以实现水平扫描360度，并可增加垂直方向的扫描范围，实现大范围的三维探测。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种光路***的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种光路***的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种激光发射装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种信号接收装置的接收示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种光路***，通过激光发射装置向目标物体发射至少两条激光信号，并通过信号接收装置分别接收所述目标物体反射的激光回波信号，通过在进行激光测距时，通过驱动装置驱动激光发射装置以及信号接收装置在水平面上绕激光雷达设备的一竖直中轴做圆周转动，以实现水平角度的扫描，且通过激光发射装置发射至少两条激光信号，以实现垂直角度的扫描，并在扫描成功后，根据发射激光信号和接收反射后的激光信号之间的时间差，计算得到目标物体的距离，以实现水平扫描360度，并可增加垂直方向的扫描范围，实现大范围的三维探测。

以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述。

如图1、图2，在本实用新型的一个实施例中，提供了一种光路***，设置于激光雷达设备，包括：用于向目标物体发射至少两条激光信号的激光发射装置10；用于接收目标物体反射的激光回波信号的信号接收装置20；以及用于驱动激光发射装置10与信号接收装置20在水平面上绕激光雷达设备的一竖直中轴做圆周转动的驱动装置30，其中，驱动装置30可以为电机。通过激光发射装置10向目标物体发射至少两条激光信号，可以实现垂直角度的扫描，并通过驱动装置30驱动激光发射装置10与信号接收装置20在水平面上绕激光雷达设备的一竖直中轴做圆周转动，以实现水平扫描360度，并在扫描成功后，根据发射激光信号和接收反射后的激光信号之间的时间差，计算得到目标物体的距离，实现大范围的三维探测。

其中，激光发射装置10与信号接收装置20对称布置。通过将激光发射装置10和信号接收装置对称分布，使整个***结构分布均匀，转动更平稳，结构基本成中心对称，提高***的转动稳定性。

在本实用新型的一个实施例中，竖直中轴可以设置在激光雷达底座上，与激光雷达底座固定连接，当激光发射装置10与信号接收装置20进行转动时，可以将中轴作为中心进行圆周转动，优选的，竖直中轴可设置在雷达底座的中心。

在本实用新型的一个实施例中，激光雷达用于通过测量发射激光以及接收到目标物体反射回的回波激光信号之间的时间差来计算出激光雷达与目标物体之间的距离信息。而本实用新型实施例中的光学***设置于与激光雷达设备上，用于形成激光发射***及激光回波信号接收***，以支持激光雷达设备的正常工作。其中，激光雷达设备为飞行激光雷达。

在本实用新型的一个实施例中，参见图1、图3，激光发射装置10包括：用于发送至少两条激光信号的激光发射单元11，用于将激光发射单元11发射的激光信号进行传导的第一光路偏转单元12，以及用于将第一光路偏转单元12 传导过来的激光信号进行准直，以形成接近圆形光斑的准直单元13。通过激光发射单元11向目标物体发射至少两条激光信号，可增加垂直扫描的扫描范围，并且通过对激光信号进行准直，可以增加激光信号的能量，探测距离可达到100 米以上，可探测范围更多，探测能力更强。

其中，准直单元13包括但不限于库克三片式非球面透镜组或者球面透镜组，本实用新型实施例优选于库克三片式非球面透镜组。

在本实用新型的一个实施例中，参见图3，激光发射单元11包括：至少两个可用于发射不同角度的激光信号的激光发射模块111，且各激光发射模块111 的中心连线垂直于激光发射装置10与信号接收装置20进行圆周转动所在的平面。通过设置多个激光发射模块111，可以发射多路不同角度的激光信号，增加了扫描范围，并且，多个激光发射模块111的中心连线均垂直与激光发射装置10与信号接收装置20进行圆周转动所在的平面，可以具有多种排列方式，可增加垂直方向与水平方向的扫描范围。

其中，多个激光发射模块111的排列方式，为增加垂直方向上的扫描范围，其排列方式整体为上下结构的可以包括多个激光发射模块111从上到下依次呈相互垂直排列、交错排列或者任意形状的排列，如半圆形排列，本实用新型中优选为垂直排列，通过垂直排列的方式可以使得激光发射模块111发射的激光的起始距离一致，使激光信号均匀分布在探测范围内。

在本实用新型的一个实施例中，激光发射单元111包括可激光器或者激光二极管，其中，激光器包括但不限于光纤激光器，气体激光器，固体激光器。

在本实用新型的一个实施例中，参见图3，当激光发射单元111包括，用于发射所述激光信号的激光二极管1111，以及设置于激光信号的光路上，用于将激光二极管发射的激光信号进行准直，以使激光信号的快轴和慢轴的发散角接近一致的准直器1112。通过使用激光二极管1111作为信号源，经过准直器 1112准直激光二极管1111发射的激光信号的快轴，使激光二极管1111发射的激光信号的快轴和慢轴发散角基本一致，使得激光信号的发散角更小，能量更集中，可探测的更远，可达100米以上。

在本实用新型实施例中，其中，激光二极管1111可以为多个，参见图3，激光二极管1111以16个为例，通过设置16个激光二极管1111在垂直方向上，通过上下排列的16个激光二极管1111可以实现垂直方向上的30度范围的扫描，并且通过驱动装置30的驱动，使得光路***实现360度的水平扫描，并且可探测大100米以上的目标物体，极大的增加了三维探测的范围。

其中，准直器1112可以为微型柱面镜。

在本实用新型的一个实施例中，第一光路偏转单元12包括设置于激光信号的光路上，用于将激光发射单元11发射的激光信号进行传导的第一反射模块 121，以及设置于激光信号的光路上，用于将第一反射模块121反射的激光信号传导到准直单元13的第二反射模块122。通过使用第一反射模块121以及第二反射模块122改变激光信号的发射方向，使整个光路***体积更紧凑。

其中，第一反射模块121以及第二反射模块122包括但不限于反射镜、棱镜，本实用新型优选于反射镜。

其中，第一反射模块121与第二反射模块122可相互平行布置。

在本实用新型的一个实施例中，参见图1、图4，信号接收装置20包括：用于将目标物体反射的激光回波信号进行聚焦的第一聚焦单元21，用于将第一聚焦单元21聚焦后的激光回波信号进行传导的第二光路偏转单元22，至少两个设置在激光回波信号的传导光路上，可用于接收通过第二光路偏转单元22 传导的激光回波信号，并进行聚焦的第二聚焦单元23，以及至少两个设置于激光回波信号的传导光路上，用于分别接收第二聚焦单元23聚焦后的激光回波信号的光电探测单元24。通过设置多个激光发射单元111，比如激光二极管1111，进行激光信号的发射，激光信号的发射角度不同。在经过目标物体反射后，通过第一聚焦单元21、第二光路偏转单元22以及第二聚焦单元23的处理后，通过对应的光电探测单元24接收，不同角度的激光信号只有对应的光电探测单元 24可以接收到，在通过飞行时间进行计算，就可以得到目标的角度信息，以及距离信息，从而实现三维探测。

在本实用新型的一个实施例中，第一聚焦单元21为3片非球面透镜组，使用3片非球面透镜组聚焦激光回波信号，接收的激光回波信号比球面透镜组光斑更小，光电探测单元24接收的激光回波信号的能量比球面透镜组更强，信噪比更高，探测距离更远。

在本实用新型的一个实施例中，第二光路偏转单元22包括：设置于激光回波信号的传导光路上，用于将第一聚焦单元21聚焦后的激光回波信号进行传导的第三反射模块221，以及设置于激光回波信号的传导光路上，用于将第三反射模块221反射的激光回波信号传导到所述第二聚焦单元23的第四反射模块 222。通过使用第三反射模块221与第四反射模块222改变激光回波信号的返回方向，使整个光路***体积更紧凑。

其中，第三反射模块221以及第四反射模222包括但不限于反射镜、棱镜，本实用新型优选于反射镜。

其中，第三反射模块221与第四反射模块222可相互平行布置。

在本实用新型的一个实施例中，第二聚焦单元23可为微型圆柱透镜，可有效防止其他激光回波信号的串扰。

在本实用新型的一个实施例中，通过使用非球面透镜组和微型圆柱透镜结合接收回波信号，信号光斑小，接收***口径大，体积小，有效防止信号串扰。

在本实用新型的一个实施例中，光电探测单元24与激光发射单元111的个数相同，参见图4，激光发射单元111的个数为16个为例，光电探测单元24 也为16个，每个激光发射的激光信号，经目标物体反射后，都由对应的光电探测单元24接收，及不同发射角度的激光信号，经目标物体反射后，形成的不同角度的激光回波信号由不同的光电探测单元24接收，每个激光发射单元111 都具有唯一对应的光电探测单元24。

在本实用新型的一个实施例中，每个光电探测单元的前面都设置有一个第二聚焦单元23，在信号接收装置20接收激光回波信号时，首先通过第二聚焦单元23将从一定角度反射回来的激光回波信号进行聚焦，去除其他信号的串扰后，在通过光电探测单元24接收，以得到目标物体的角度信息。

在本实用新型的一个实施例中，设置于第二光路偏转单元22以及第二聚焦单元23之间，还包括用于滤除杂波的过滤单元25。其中，该过滤单元25可以为滤光片，激光回波信号在通过滤光片时，其他波长的光都被滤除，提高了***信噪比，增加***在强光下的探测距离。

在本实用新型的一个实施例中，为更好的滤出杂波，可以分别在光电探测单元24与第二聚焦单元23之间、第二聚焦单元23以及第二光路偏转单元22 之间，第二光路偏转单元22与第一聚焦单元21之间都可以设置滤光片，可以有效的将杂波滤除，提高了***信噪比，增加***在强光下的探测距离。

上述实施例提供了一种光路***，通过激光发射装置向目标物体发射至少两条激光信号，并通过信号接收装置分别接收所述目标物体反射的激光回波信号，通过在进行激光测距时，通过驱动装置驱动激光发射装置以及信号接收装置在水平面上绕激光雷达设备的一竖直中轴做圆周转动，以实现水平角度的扫描，且通过激光发射装置发射至少两条激光信号，以实现垂直角度的扫描，并在扫描成功后，根据发射激光信号和接收反射后的激光信号之间的时间差，计算得到目标物体的距离，以实现水平扫描360度，并可增加垂直方向的扫描范围，实现大范围的三维探测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光路***，应用于激光雷达设备，其特征在于，所述光路***包括：

用于向目标物体发射至少两条激光信号的激光发射装置；

用于接收所述目标物体反射的激光回波信号的信号接收装置；以及

用于驱动所述激光发射装置与所述信号接收装置在水平面上绕所述激光雷达设备的一竖直中轴做圆周转动的驱动装置。

2.如权利要求1所述的光路***，其特征在于，所述激光发射装置包括：

用于发送至少两条激光信号的激光发射单元；

用于将所述激光发射单元发射的激光信号进行传导的第一光路偏转单元；以及

用于将所述第一光路偏转单元传导过来的激光信号进行准直，以形成接近圆形的光斑的准直单元。

3.如权利要求1所述的光路***，其特征在于，所述信号接收装置包括：

用于将所述目标物体反射的激光回波信号进行聚焦的第一聚焦单元；

用于将所述第一聚焦单元聚焦后的激光回波信号进行传导的第二光路偏转单元；

至少两个设置在所述激光回波信号的传导光路上，可用于接收通过所述第二光路偏转单元传导的激光回波信号，并进行聚焦的第二聚焦单元；以及

至少两个设置于所述激光回波信号的传导光路上，用于分别接收所述第二聚焦单元聚焦后的激光回波信号的光电探测单元。

4.如权利要求2所述的光路***，其特征在于，所述激光发射单元还包括：

至少两个可用于发射不同角度的激光信号的激光发射模块，且各所述激光发射模块的中心连线垂直于所述激光发射装置与所述信号接收装置进行圆周转动所在的平面。

5.如权利要求4所述的光路***，其特征在于，所述激光发射模块包括：

用于发射所述激光信号的激光二极管；以及

设置于所述激光信号的光路上，用于将所述激光二极管发射的激光信号进行准直，以使所述激光信号的快轴和慢轴的发散角接近一致的准直器。

6.如权利要求2所述的光路***，其特征在于，所述第一光路偏转单元包括：

设置于所述激光信号的光路上，用于将所述激光发射单元发射的激光信号进行传导的第一反射模块；以及

设置于所述激光信号的光路上，用于将所述第一反射模块反射的激光信号传导到所述准直单元的第二反射模块。

7.如权利要求3所述的光路***，其特征在于，所述信号接收装置还包括：

设置于所述第二光路偏转单元以及所述第二聚焦单元之间，用于滤除杂波的过滤单元。

8.如权利要求3所述的光路***，其特征在于，所述第二光路偏转单元包括：

设置于所述激光回波信号的传导光路上，用于将所述第一聚焦单元聚焦后的激光回波信号进行传导的第三反射模块；以及

设置于所述激光回波信号的传导光路上，用于将所述第三反射模块反射的激光回波信号传导到所述第二聚焦单元的第四反射模块。

9.如权利要求2所述的光路***，其特征在于，所述准直单元为三片非球面镜透镜组。

10.如权利要求3所述的光路***，其特征在于，所述第一聚焦单元为三片非球型透镜组，所述第二聚焦单元为微型圆柱透镜。