一种激光雷达同轴光学系统及激光雷达技术方案

本申请涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种激光雷达同轴光学系统。该激光雷达光学系统包括发射光学单元、接收光学单元，发射光学单元包括激光器、准直透镜、MEMS振镜，接收光学单元包括接收透镜、带孔反射镜，其中，在激光器发射光束的后续光路上依次设置准直透镜、带孔反射镜、MEMS振镜，激光器发射光束经准直透镜准直后，穿过带孔反射镜的小孔入射MEMS振镜，MEMS振镜将入射激光偏转反射到目标物上，目标物反射光经MEMS振镜反射进入接收光学单元。本申请采用共轴光路设计，发射、接收光路经过带孔反射镜合束，合束后的激光再经过MEMS振镜扫描出射激光，激光雷达光学系统调试方便，且因为合束，光信号损失少，大大提高探测距离。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达同轴光学系统及激光雷达
本申请涉及人工智能
，尤其涉及一种激光雷达同轴光学系统及激光雷达。
技术介绍
激光雷达是以激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动距离探测设备，其具有体积小，测量精度高的优点，被广泛应用于无人驾驶、自动导航车（AutomaticGuidedVehicle，AGV）、机器人等领域。目前常见的激光雷达，其发射光束和接收光束采用非同轴设计，此种设计的激光雷达光束不会对光电接收器构成威胁，但是，从实际应用的结果来看这种非同轴设计存在着许多不足之处，首先，在非同轴激光雷达结构的情况下为保证发射光束与接收光束始终保持共轴或平行，需要对发射部件和接收部件进行调试，耗时耗力，且在户外等环境下操作困难；其次在使用过程中，以下问题均可能引起发射光束光轴和接收光束光轴的不平行：半导体激光器的状态、各光学部件的工作状态与位置变化，四季环境温度的变化均会导致发射光轴与接收光轴的不平行，进而影响激光雷达精确程度；另外非同轴结构意味着两套光学装置，增加了整个激光雷达的体积，光路上存在探测盲区。
技术实现思路
本申请的目的在于提出一种激光雷达同轴光学系统及激光雷达，通过共轴光路设计，将发射和接收的光路经过带孔反射镜合束以后，再经过MEMS振镜扫描，解决了现有非同轴激光雷达存在的调试费时费力，受光学元件、环境影响大，体积大的问题。为达此目的，本申请实施例采用以下技术方案：第一方面，一种激光雷达光学系统，包括发射光学单元、接收光学单元，发射光学单元，发射光学单元包括激光器、准直透镜、MEMS振镜，接收光学单元包括接收透镜、带孔反射镜，其中，在激光器发射光束的后续光路上依次设置准直透镜、带孔反射镜、MEMS振镜，激光器发射光束经准直透镜准直后，穿过带孔反射镜的小孔入射MEMS振镜，MEMS振镜将入射激光偏转反射到目标物上，目标物反射光经MEMS振镜反射进入接收光学单元。可选的，所述的激光器发射光束入射MEMS振镜的入射角为25-30度，MEMS振镜对激光器发射光束偏转角度为正负20度。可选的，所述的激光器发射光束入射MEMS振镜的入射角为26-28度，MEMS振镜对激光器发射光束偏转角度为正负10度。可选的，所述的带孔反射镜平面与激光器发射光束之间的夹角为30—60度。可选的，所述的带孔反射镜平面与激光器发射光束之间的夹角为45度。可选的，所述的接收透镜光轴与激光器发射光束光轴互相垂直。可选的，所述的一种激光雷达光学系统，还包括外壳、窗口镜，所述的发射光学单元、接收光学单元设置在外壳内，窗口镜设置在外壳上，所述的激光发射光束经发射光学单元MEMS振镜偏转后，经窗口镜后射出，目标物反射的激光经MEMS振镜再次反射进入接收光学单元。可选的，所述的一种激光雷达光学系统，以准直镜头、带孔反射镜、MEMS振镜和接收镜头的中心所在的平面为基准面，所述的窗口镜与基准面之间的夹角大于0度，且小于20度。可选的，所述的窗口镜与基准面之间的夹角大于0度，且小于15度。第二方面，一种激光雷达，包括所述的激光雷达光学系统，还包括主控板、光电电路板，所述光电电路板上设置有光电传感器，所述主控板通过电路与光电电路板、激光雷达光学系统连接，所述光电电路板通过电路与激光雷达光学系统连接。本申请的一个实施例采用共轴光路设计，使得发射和接收的光路经过带孔反射镜合束，合束后的激光再经过MEMS振镜扫描出射激光，激光雷达光学系统调试方便，且因为合束，光信号损失少，大大提高探测距离，同时无需对激光束整形，光学系统工作稳定可靠；激光雷达光学系统体积小，结构简单，便于安装运输。本申请的另一个实施例采用倾斜式窗口镜，避免了窗口镜反射回的光进入接收光学单元，影响测量精度。附图说明图1是本申请实施例1提供的激光雷达光学系统示意图。图2是本申请实施例1提供的万模块连接示意图。图3是本申请实施例2提供的激光雷达光学系统示意图。图4是本申请实施例2提供的激光雷达光学系统基准面与窗口镜位置关系示意图。图中：1、激光器；2、准直透镜；3、带孔反射镜、4、MEMS振镜；5、接收透镜；6、窗口镜；7、基准面；8、主控板；9、光电电路板；10、光电传感器；11、外壳。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。实施例1如图1所示，一种激光雷达光学系统，包括发射光学单元、接收光学单元，发射光学单元包括激光器1、准直透镜2、MEMS振镜4，接收光学单元包括接收透镜5、带孔反射镜3，其中，在激光器发射光束的后续光路上依次设置准直透镜2、带孔反射镜3、MEMS振镜4，激光器发射光束经准直透镜2准直后，穿过带孔反射镜3的小孔入射MEMS振镜4，MEMS振镜4将入射激光偏转反射到目标物上，目标物反射光经MEMS振镜4反射进入接收光学单元。所述的激光器发射光束入射MEMS振镜4的入射角为25-30度，MEMS振镜4对激光器发射光束偏转角度为正负20度。激光器发射光束入射MEMS振镜4的入射角越小，接收光路的通光比就越高，接收单元能够接收的光信号强度越大，激光雷达光学系统探测距离越远。但是激光器发射光束入射MEMS振镜4的角度过小，则会影响激光器、带孔反射镜、接收透镜的布局，造成占用空间过大的问题。激光器发射光束入射MEMS振镜4的入射角为25-30度时，能够在保证通光比的前提下还能满足结构空间限制的要求。MEMS振镜4实现的光学扫描角度取决于振镜摆扫的角幅度，振镜摆扫角度越大，光学扫描角度就越大，则激光雷达的范围越大。所述的带孔反射镜3平面与激光器发射光束之间的夹角为30—60度。带孔反射镜3平面与激光器发射光束之间的夹角为30-60度时，带孔反射镜3与激光器、接收透镜之间的空间紧凑，装配简单；所述的激光雷达光学系统还包括外壳11、窗口镜6，所述的发射光学单元、接收光学单元设置在外壳11内，窗口镜6设置在外壳上，所述的激光发射光束经发射光学单元的MEMS振镜4偏转后，经窗口镜6后射出，目标物反射的激光穿过窗口镜6，经MEMS振镜4再次反射进入接收光学单元。激光雷达，包括所述的激光雷达光学系统，还包括主控板8、光电电路板9，所述光电电路板9上设置有光电传感器10，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括发射光学单元、接收光学单元，发射光学单元包括激光器、准直透镜、MEMS振镜，接收光学单元包括接收透镜、带孔反射镜，其中，在激光器发射光束的后续光路上依次设置准直透镜、带孔反射镜、MEMS振镜，激光器发射光束经准直透镜准直后，穿过带孔反射镜的小孔入射MEMS振镜，MEMS振镜将入射激光偏转反射到目标物上，目标物反射光经MEMS振镜反射进入接收光学单元。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括发射光学单元、接收光学单元，发射光学单元包括激光器、准直透镜、MEMS振镜，接收光学单元包括接收透镜、带孔反射镜，其中，在激光器发射光束的后续光路上依次设置准直透镜、带孔反射镜、MEMS振镜，激光器发射光束经准直透镜准直后，穿过带孔反射镜的小孔入射MEMS振镜，MEMS振镜将入射激光偏转反射到目标物上，目标物反射光经MEMS振镜反射进入接收光学单元。2.根据权利要求1所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述的激光器发射光束入射MEMS振镜的入射角为25-30度，MEMS振镜对激光器发射光束偏转角度为正负20度。3.根据权利要求2所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述的激光器发射光束入射MEMS振镜的入射角为26-28度，MEMS振镜对激光器发射光束偏转角度为正负10度。4.根据权利要求3所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述的带孔反射镜平面与激光器发射光束之间的夹角为30—60度。5.根据权利要求4所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述的带孔反射镜平面与激光器发射光束之...

【专利技术属性】
技术研发人员：疏达，李远，杨野，张海武，贺兴华，
申请(专利权)人：北醒北京光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11