激光雷达和激光探测设备制造技术

一种激光雷达和激光探测设备，所述激光雷达包括：发射装置，所述发射装置适宜于产生激光束，所述发射装置绕转轴转动；出射装置，所述发射装置所产生的激光束从所述出射装置出射以进行探测，所述出射装置的主光轴与所述转轴之间的夹角小于或等于45°；接收装置，所述发射装置所产生的激光束经外界反射形成的反射光从所述接收装置入射；探测装置，所述探测装置适宜于对从所述接收装置入射的反射光进行光电转换。所述激光雷达应用于飞行装置上时，所述发射装置所产生的激光束绕转轴360°旋转，在垂直所述转轴的平面内呈弧线扫描，从而能够使最大部分的激光束投射至地面，能够有效减少激光雷达能量浪费，提高激光雷达光能利用率。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达和激光探测设备
本专利技术涉及激光探测领域，特别涉及一种激光雷达和激光探测设备。
技术介绍
激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。激光雷达的工作原理是利用光波往返于雷达和目标之间所用的时间来评估距离的大小。机载激光雷达技术是以飞行器作为载体，通过激光雷达对地面进行扫描，以获取地面的三维及反射强度信息。机载激光雷达技术无法完全取代传统的航空摄影作业方式，但由于激光雷达能够为道路和建筑施工提供准确的高程数据，因此机载激光雷达技术已经成为世界各国进行大面积数值地表数据绘制的重要发展方向。但是目前应用于飞行器的准固态激光雷达往往存在激光雷达能量浪费的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种激光雷达和激光探测设备，以减少激光雷达能量浪费、提高其能量利用率。为解决上述问题，本专利技术提供一种激光雷达，包括：发射装置，所述发射装置适宜于产生激光束，所述发射装置绕转轴转动；出射装置，所述发射装置所产生的激光束从所述出射装置出射以进行探测，所述出射装置的主光轴与所述转轴之间的夹角小于或等于45°；接收装置，所述发射装置所产生的激光束经外界反射形成的反射光从所述接收装置入射；探测装置，所述探测装置适宜于对从所述接收装置入射的反射光进行光电转换。可选的，所述出射装置的主光轴与所述转轴平行。可选的，所述出射装置包括沿光路依次设置的至少一个出射透镜；所述出射装置的主光轴至少贯穿沿光路的最后一个出射透镜各个表面的曲率中心。可选的，所述发射装置包括至少一个激光器。可选的，所述发射装置包括多个激光器；在垂直于所述出射装置的主光轴的平面内，所述多个激光器呈阵列排布。可选的，所述接收装置的主光轴与所述转轴的夹角小于或等于45°。可选的，所述出射装置的主光轴与所述转轴平行；所述接收装置的主光轴与所述转轴平行。可选的，所述接收装置包括沿光路依次设置的至少一个入射透镜；所述接收装置的主光轴至少贯穿沿光路的第一个入射透镜各个表面的曲率中心。可选的，所述探测装置包括至少一个探测器。可选的，所述发射装置包括至少一个激光器；所述至少一个探测器与所述至少一个激光器一一对应。可选的，所述探测装置包括多个探测器；在垂直于所述接收装置的主光轴的平面内，所述多个探测器呈阵列排布。可选的，所述激光雷达具有用于固定连接的安装板，所述转轴垂直于所述安装板。可选的，还包括：保护罩，所述保护罩包围所述发射装置、所述出射装置、所述接收装置和所述探测装置。可选的，所述保护罩的形状为半球形。相应的，本专利技术还提供一种激光探测设备，包括：激光雷达，所述激光雷达为本专利技术的激光雷达；飞行装置，所述激光雷达装载于所述飞行装置上。可选的，在进行探测时，所述出射装置的主光轴与重力方向的夹角小于或等于45°。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案中，所述出射装置的主光轴与所述转轴的夹角小于或等于45°。因此所述激光雷达应用于飞行装置上时，所述发射装置所产生的激光束绕转轴360°旋转，在垂直所述转轴的平面内呈弧线扫描，从而能够使最大部分的激光束投射至地面，能够有效减少激光雷达能量浪费，提高激光雷达光能利用率。本专利技术可选方案中，所述出射装置的主光轴与所述转轴平行。因此所述激光雷达应用于飞行装置上时，所述发射装置所产生的激光束垂直投射至地面，从而能够使尽可能多的激光能量用于探测，能够有效减少激光雷达能量浪费，提高激光雷达光能利用率，而且使主光轴与所述转轴平行，能够有效降低光路设计难度，有利于降低装配难度、提高光路精度。本专利技术可选方案中，所述发射装置包括多个激光器，所述探测装置包括多个探测器；所述多个激光器和所述多个探测器均绕转轴360°旋转。与传统机载激光雷达相比，绕转轴转动的所述多个激光器和所述多个探测器能够等效于同时用多个激光测距模块实现测距，因此能够省去体积大且价格昂贵的高速扫描机构，有利于集成度的提高和制造成本的降低；而且，所述多个激光器和所述多个探测器的配置，也能够在保证激光雷达高测量频率的前提下，降低对单个激光器高重频的要求，并且突破单探测器对激光脉冲时间间隔的限制。本专利技术可选方案中，所述至少一个探测器与所述至少一个激光器一一对应，从而能够有效避免高速扫描机构引起的光斑偏离感光面，有利于提高探测精度。附图说明图1是摆镜扫描方式的结构示意图；图2是旋转棱镜扫描方式的结构示意图；图3是旋转正多面体扫描方式的结构示意图；图4是现有一种将现有准固态激光雷达应用于飞行器的示意图；图5是现有准固态激光雷达的光路示意图；图6是所述激光雷达实施例的三维结构示意图；图7是图6所示激光雷达实施例的剖面结构示意图；图8是本专利技术激光探测设备一实施例的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术中的机载激光雷达存在能量浪费的问题。大多数商用机载激光雷达中使用一个激光光源、一个光电探测器和一组扫描系统。目前机载激光雷达的限制因素主要包括如下几点。首先，扫描系统的工作方式和运动速度是限制系统数据采集能力的重要因素。参考图1至图3，示出了现有机载激光雷达典型的几种扫描结构示意图，其中，图1是摆镜扫描方式的结构示意图；图2是旋转棱镜扫描方式的结构示意图；图3是旋转正多面体扫描方式的结构示意图。为了实现高的数据采集率，机械扫描系统的扫描速度必须极高，有的扫描系统是一维运动，有的还要做二维运动，这就导致了机载激光雷达设备昂贵，体积也很难做小。此外高速扫描还会导致不同距离目标的回波到达探测器上的光斑位置变化，影响光学系统的接收效率。其次，激光器的发射重复频率是限制系统数据采集能力的另一个重要因素，激光器的发射重频越高，数据采集能力越强，但是光源价格越高。再次，限制系统数据采集能力的第三个重要因素是探测器，由于只有一个探测器，必须保证两次回波脉冲具有一定的时间间隔，因此地面起伏越大，允许发射的脉冲时间间隔就越长。目前，有一种机载激光雷达是通过将现有准固态激光雷达应用于飞行器，参考图4，示出了现有一种将现有准固态激光雷达应用于飞行器的示意图。结合参考图5，示出了现有准固态激光雷达的光路示意图。准固态多线机械旋转式激光雷达的主要应用场合是置于汽车车顶进行360°旋转，扫描周围环境。因此如图5所示，所述准固态激光雷达的激光器11和探测器14均绕中心转轴10转动；而出射透镜12的主光轴12a和接收透镜13的主光轴13a与所述中心转轴10相垂直。因此如图4所示，可以看到，当这种激光雷达应用于飞行器上时，多个扫描光束绕转轴360°旋转，只有较小部分角度投射至地面，造成激光雷达能量极大浪费。为解决所述技术问题，本专利技术提供一种激光雷达，包括：发射装置，所述发射装置适宜于产生激光束，所述发射装置绕转轴转动；出射装置，所述发射装置所产生的激光束从所述出射装置出射以进行探测，所述出射装置的主光轴与所述转轴之间的夹角小于或等于45°。由于所述出射装置的主光轴与所述转轴的夹角小于或等于45°，因此所述激光雷达应用于飞行装置上时，所述发射装置所产生的激光束绕转轴360°旋转，在垂直所述转轴的平面内呈弧线扫描，从而能够使最大部分的激光束投射至地面，能够有效减少激光雷达能量浪费，提高激光雷达光能利用率。为使本专利技术的上述目的、特征和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达，其特征在于，包括：发射装置，所述发射装置适宜于产生激光束，所述发射装置绕转轴转动；出射装置，所述发射装置所产生的激光束从所述出射装置出射以进行探测，所述出射装置的主光轴与所述转轴之间的夹角小于或等于45°；接收装置，所述发射装置所产生的激光束经外界反射形成的反射光从所述接收装置入射；探测装置，所述探测装置适宜于对从所述接收装置入射的反射光进行光电转换。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达，其特征在于，包括：发射装置，所述发射装置适宜于产生激光束，所述发射装置绕转轴转动；出射装置，所述发射装置所产生的激光束从所述出射装置出射以进行探测，所述出射装置的主光轴与所述转轴之间的夹角小于或等于45°；接收装置，所述发射装置所产生的激光束经外界反射形成的反射光从所述接收装置入射；探测装置，所述探测装置适宜于对从所述接收装置入射的反射光进行光电转换。2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述出射装置的主光轴与所述转轴平行。3.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述出射装置包括沿光路依次设置的至少一个出射透镜；所述出射装置的主光轴至少贯穿沿光路的最后一个出射透镜各个表面的曲率中心。4.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射装置包括至少一个激光器。5.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述发射装置包括多个激光器；在垂直于所述出射装置的主光轴的平面内，所述多个激光器呈阵列排布。6.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述接收装置的主光轴与所述转轴的夹角小于或等于45°。7.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述出射装置的主光轴与所述转轴平行；所述接收装置的主光轴与所述转轴平行。8.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31