一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统技术方案

本发明专利技术公开一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统，包括：激光器，耦合器，发射和接收复用透镜，旋转扫描机构，探测器，控制处理单元和电源模块。发射和接收复用透镜与耦合器配合，将激光器发出的激光进行准直后向待测物体发射，同时将待测物体表面的反射激光进行汇聚并耦合进探测器中，探测器将探测的信号发送到控制处理单元，发射系统中激光的发射和接收共用一套光学透镜结构。控制处理单元根据激光器发射激光和探测器接收到待测物体表面反射激光的时间差来测量待测物体的距离，根据测量时旋转扫描机构的角度信息得出待测物体所处的方向。本发明专利技术中由于激光的发射和接收共用一套光学透镜结构，成本低。

A laser radar system using transmit and receive optical path multiplexing structure

The invention discloses a laser radar system, the transmitting and receiving optical multiplexing structure includes: a laser, coupler, transmitting and receiving multiplexing lens, rotary scanning mechanism, detector, control unit and power supply module. With the transmitting and receiving lens and multiplexing coupler, the emitted laser is collimated to the object to be measured at the same time will be launched, reflecting the laser measuring object surface aggregation and coupled into the detector, the detector will send a signal to the detection control unit, transmitting and receiving a set of optical lens structure of laser emission system in. The control unit to measure the distance of the object according to the laser emission and laser detector receives the measured surface reflected laser time difference, according to the measurement of the angle information of the rotating scanning mechanism of the object to be measured at the direction of. The invention has the advantages of low cost due to the sharing of a set of optical lens structures with the emission and reception of the laser.

【技术实现步骤摘要】
一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统
本专利技术属于激光雷达领域，具体涉及一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达技术有着多年的研究历史，最初应用于国防、航空航天等领域。近年来随着激光技术和信息处理技术的发展，激光雷达在地图测绘、机器人空间定位、汽车无人驾驶等方面有着越来越多的应用。激光雷达技术在具体的技术方案上有相位测量法、脉冲测量法、三角测量法等，其中脉冲测量法由于测量距离远、测量精度高，受到了广泛的关注。脉冲测量法的具体实现方式为：激光器发射激光，经过准直处理后照射在待测物体表面，有一部分激光在物体表面会被反射，并被探测器接收。根据测量发射激光和接收反射激光的时间差来计算待测物体与激光器之间的距离。现有的激光雷达技术，发射激光和接收激光的光学系统是分离的，发射激光和接收激光采用完全不同的光路。发射激光一般由准直透镜进行，准直透镜将激光器发射的发散角比较大的激光准直成近似平行光后发射出去进行测量；接收激光一般由望远镜结构的透镜进行，望远镜将反射回来的激光进行汇聚，并由探测器接收。现有技术的问题在于：在现有技术中，由于发射激光和接收激光采用不同的光学透镜结构，因此接收到的激光信号和发射的激光信号之间不可避免产生像差，影响激光雷达系统的测量精度。同时，由于发射激光和接收激光采用独立的光学透镜结构，占用的体积大，成本也比较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。本专利技术的一个目的在于提供一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统，发射激光和接收激光采用同一套光学透镜结构，降低激光雷达系统的成本。本专利技术的另一个目的在于提供一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统，发射激光和接收激光采用同一套光学透镜结构，减小接收到的激光信号和发射的激光信号之间的像差，由此提高激光雷达系统的测量精度。为实现上述目的，本专利技术提供一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统，包括：激光器，耦合器，发射和接收复用透镜，旋转扫描机构，探测器，控制处理单元和电源模块。发射和接收复用透镜与耦合器配合，将激光器发出的激光进行准直后向待测物体发射，同时将待测物体表面的反射激光进行汇聚并耦合进探测器中，系统中激光的发射和接收共用一套光学透镜结构。控制处理单元根据激光器发射激光和探测器接收到待测物体表面反射激光的时间差来测量待测物体的距离，根据测量时旋转扫描机构的角度信息得出待测物体所处的方向。本专利技术中的电源模块为激光器、旋转扫描机构、探测器、控制处理单元供电。本专利技术中的探测器为光电转换器件，将激光信号转换为电信号。根据本专利技术的一个实例性的实施例，所述旋转扫描机构为电动旋转平台，发射和接收复用透镜固定在电动旋转平台上，电动旋转平台通过自身的旋转带动发射和接收复用透镜旋转。电动旋转平台自带角度传感器，旋转时将角度信息发送给控制处理单元，控制处理单元根据所获得的角度信息得出待测物体所处的方向。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述旋转扫描机构为激光振镜；激光器发出并通过发射和接收复用透镜后照射在激光振镜的镜面上，激光振镜通过自身镜面的周期性翻转，带动激光的发射角度发生周期性偏转。激光振镜自带角度传感器，旋转时将角度信息发送给控制处理单元，控制处理单元根据所获得的角度信息得出待测物体所处的方向。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述耦合器为光纤环形器。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述耦合器为半透半反镜。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述发射和接收复用透镜为平凸透镜。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述激光器发出的激光为脉冲激光。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述激光器发出的激光的波长为905纳米。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述探测器为雪崩光电二极管。本专利技术与现有技术的区别在于：本专利技术提出了发射和接收光路复用的概念，发射激光和接收激光采用同一套透镜结构，降低了激光雷达的成本，提高了测量精度。通过下文中参照附图对本专利技术所作的描述，本专利技术的其他目的和优点将显而易见，并可帮助对本专利技术有全面的理解。附图说明图1显示本专利技术中的一种实例性的实施例的总体示意图。图2显示本专利技术中的另一种实例性的实施例的总体示意图。图3显示本专利技术中的另一种实例性的实施例的光纤环形器示意图。图4显示本专利技术中的另一种实例性的实施例的半透半反镜示意图。图5显示本专利技术中的另一种实例性的实施例的平凸透镜示意图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露的实施例的全面理解。然而明显的，一个或多个实施例在没有具体细节的情况下也可以被实施。在其它情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。根据本专利技术的一个总体技术构思，提供，包括一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统，包括：激光器102，耦合器103，发射和接收复用透镜104，旋转扫描机105，探测器109，控制处理单元101。发射和接收复用透镜104与耦合器103配合，将激光器102发出的激光进行准直后向待测物体107发射测量激光106，同时将待测物体107表面的反射激光108进行汇聚并耦合进探测器109中，探测器109将测得的信号发送到控制处理单元101，系统中激光的发射和接收共用一套光学透镜结构。控制处理单元101根据激光器102发射测量激光106和探测器109接收到待测物体107表面反射激光108的时间差来测量待测物体107的距离，根据测量时旋转扫描机构105的角度信息得出待测物体107所处的方向。本专利技术中的激光雷达系统还包括电源模块，电源模块为激光器102、旋转扫描机构105、探测器109和控制处理单元101供电。电源模块及其供电方式，作为一种公知常识，在本专利技术的实例性的实施例及相应的附图中，为了使表述简洁，对电源模块不作进一步阐述。本专利技术中的探测器109为光电转换器件，将激光信号转换为电信号。在本专利技术的一个实例性的实施例中，探测器109为雪崩光电二极管。雪崩光电二极管为一种常用的光电探测器，可探测微弱光信号。作为本实例性的实施例的一个优选方案，雪崩光电二极管为加拿大埃赛力达公司的C30737型雪崩光电二极管。在本专利技术的一个实例性的实施例中，如图1所示，旋转扫描机构105为激光振镜。激光振镜为一种常用的光学器件，也称为高速扫描振镜，常见的用途有激光打标机的扫描探头。激光振镜的基本工作原理是，激光振镜的驱动信号电路提供正反偏置电压，即可带动激光振镜的镜面发生偏转，偏转的角度与偏置电压的大小成正比。若对激光振镜提供周期性驱动信号，则激光振镜的镜面会发生周期性偏转，带动照射在镜面的激光发生周期性偏转。在本专利技术的一个实例性的实施例中，激光振镜采用西安励德微系统科技有限公司所产的LM1100型号一维激光振镜，本领域的普通技术人员应理解，其它厂家生产的激光振镜也可应用于本专利技术。激光器102发出测量激光106并通过发射和接收复用透镜104后照射在激光振镜的镜面上，激光振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统，包括：激光器，耦合器，发射和接收复用透镜，旋转扫描机构，探测器，控制处理单元和电源模块；控制处理单元根据激光器发射激光和探测器接收到待测物体表面反射激光的时间差来测量待测物体的距离，根据测量时旋转扫描机构的角度信息得出待测物体所处的方向；其特征在于：发射和接收复用透镜与耦合器配合，将激光器发出的激光进行准直后向待测物体发射，同时将待测物体表面的反射激光进行汇聚并耦合进探测器中，系统中激光的发射和接收共用一套光学透镜结构。

【技术特征摘要】
1.一种采用发射和接收光路复用结构的激光雷达系统，包括：激光器，耦合器，发射和接收复用透镜，旋转扫描机构，探测器，控制处理单元和电源模块；控制处理单元根据激光器发射激光和探测器接收到待测物体表面反射激光的时间差来测量待测物体的距离，根据测量时旋转扫描机构的角度信息得出待测物体所处的方向；其特征在于：发射和接收复用透镜与耦合器配合，将激光器发出的激光进行准直后向待测物体发射，同时将待测物体表面的反射激光进行汇聚并耦合进探测器中，系统中激光的发射和接收共用一套光学透镜结构。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述旋转扫描机构为电动旋转平台，激光器、探测器、控制处理单元、耦合器以及发射和接收复用透镜固定在电动旋转平台上，电动旋转平台通过自身的旋转带动激光器以及发射和接收复用透镜旋转，从而使激光器发射并通过发射和接收复用透镜的测量激光旋转，同时旋转的发射和接收复用透...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐龙舟，
申请(专利权)人：上海博未传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31