共路等光程扫描激光雷达制造技术

本实用新型专利技术涉及一种共路等光程扫描激光雷达，属于激光测量领域。激光器发出的激光经过透反镜，反射光由初始信号探测器接收，产生初始信号。透射光由MEMS扫描镜将激光进行扫描反射，被反射的激光经过离轴抛物面反射镜准直反射，然后经过大口径收发系统扩束发射。激光经被测物体反射后，由大口径收发镜头会聚接收，经过原光路返回至透反镜上，经透反镜反射至回波信号探测器，产生测量信号，与初始信号比较，得被测物体的距离信息。本实用新型专利技术具有光路体积小、光路结构简单、器件数量少、系统体积小和重量轻等优点。同时由于发射系统和接收系统共路且等光程，使被测物体被扫描的时间与位置与探测器接收的时间与位置在时间和空间上相等，从而提高检测精度。

Common Equal Optical Path Scanning Lidar

【技术实现步骤摘要】
共路等光程扫描激光雷达
本技术涉及一种激光测量领域，具体是一种共路等光程扫描激光雷达，属于激光测量领域。
技术介绍
随着生产、生活智能化水平的提高。对于周围环境信息的获取速度和精度的要求越来越高。激光雷达因其所具有的测量精度高、抗干扰能力强等优点，在工程测量、航天探测、农业生产、环境监测等领域都得到了广泛的应用。由于激光的束散角较小，因此其视场范围有限。传统的激光雷达多采用电机带动反射镜、棱镜旋转或使用振镜来实现对发射光束的偏转，通过反射面的旋转来增大光线的出射角度，从而增大激光雷达视场。但以上方式都存在扫描速度慢、体积较大等问题，无法实现系统的小型化。因此使用微机电系统(MEMS)替代传统电机扫描方式，可以使激光雷达的系统简化，重量减轻，同时可以通过程序控制MEMS扫描镜工作方式，实现特定方式的扫描。此外，常用的同轴收发激光雷达。发射系统的光轴与接收系统的光轴重合，这种结构的优点在于激光雷达的扫描视场的中心与接收视场的中心重合，利于信息的接收与处理。但发射系统的存在会对接收系统产生遮挡，进而减小了接收系统的有效接收面积。
技术实现思路
本技术的目的在于克服传统激光雷达收发结构同轴但不共路且发射和接收光路存在光程差的问题。提供一种共路等光程扫描激光雷达。本技术目的是通过如下技术方案实现的：共路等光程扫描激光雷达，包括激光器、初始信号探测器、透反镜、回波信号探测器、MEMS扫描镜、离轴抛物面反射镜和大口径收发系统。激光器发出的激光经过45°放置的透反镜，一部分向前传播，另一部分被90度反射后，由初始信号探测器接收，产生初始信号。向前传播的激光，由MEMS扫描镜将激光进行扫描反射，被反射的激光经过离轴抛物面反射镜准直反射，准直后的激光经过大口径收发系统扩束发射。激光经被测物体反射后，由大口径收发镜头会聚接收，经过原光路返回至透反镜上，经透反镜反射，由回波信号探测器接收，产生测量信号，经与初始信号比较，得到被测物体的距离信息。激光器与回波信号探测器相对于透反镜成镜像放置，保证激光器与透反镜间的距离和回波信号探测器与透反镜间的距离相等，从而确保发射光路与接收光路光程相等。所述MEMS扫描镜可在程序控制下实现特定视场角和特定方式的扫描。所述大口径收发镜头具有正向扩束，方向会聚的作用，其结构包括但不限于折射式结构、反射式结构和折反射式结构。所述MEMS扫描镜安装在抛物面反射镜的焦点位置处。本技术中，采用发射光路与接收光路共路等光程设计。通过激光发射与接收共路的设计，可以压缩光路体积、简化光路结构、减少器件数量、减小系统体积和重量，同时由于发射系统和接收系统共路且等光程，使被测物体被扫描的时间与位置与探测器接收的时间与位置在时间和空间上相等，从而提高检测精度。有益效果(1)本技术公开的一种共路等光程扫描激光雷达。可以实现激光发射系统与回波接收系统共光路、等光程。保证了发射信号与接收信号在时间与空间上相对应，从而提高检测精度。(2)本技术公开的一种共路等光程扫描激光雷达。采用MEMS扫描镜产生反射光角度偏转，可以实现快速大范围激光扫描测量，同时简化系统结构和体积。(3)本技术公开的一种共路等光程扫描激光雷达。采用离轴抛物面反射镜与望远镜同轴组合，同时实现对发射激光的准直扩束和对接收信号的会聚接收。简化了光路结构，减少了光学器件的使用，减小了系统体积和重量。附图说明图1为本技术实施例的收发共路扫描激光雷达工作原理图；图2为本技术实施例中结构示意图；图3为本技术实施例中MEMS扫描镜与离轴抛物面反射镜组合图；图4为本技术实施例中大口径收发系统的工作原理图。图标：101-激光器；102-透反镜；103-初始信号探测器；104-回波信号探测器；105-MEMS扫描镜；106-离轴抛物面反射镜；107-大口径收发系统。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的就似乎方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。激光器发出的激光经过45°放置的透反镜，一部分向前传播，另一部分被90度反射后，由初始信号探测器接收，产生初始信号。向前传播的激光，由MEMS扫描镜将激光进行扫描反射，被反射的激光经过离轴抛物面反射镜准直反射，准直后的激光经过大口径收发系统扩束发射。激光经被测物体反射后，由大口径收发镜头会聚接收，经过原光路返回至透反镜上，经透反镜反射，由回波信号探测器接收，产生测量信号，经与初始信号比较，得到被测物体的距离信息。如图1，为本技术实施例的收发共路扫描激光雷达工作原理图。激光器发出激光，经过透反镜，一部分被反射，形成初始信号，另一部分通过透反镜向前传播，经过扫描收发光路发射，经物体反射后的激光被同一光路会聚接收，经过透反镜反射后，形成测量信号，并进行信号处理。如图2，为采用上述工作原理的共路等光程扫描激光雷达的具体结构。所述共路等光程扫描激光雷达包括激光器101、透反镜102、初始信号探测器103、回波信号探测器104、MEMS扫描镜105、离轴抛物面反射镜106、大口径收发系统107。激光器101反射激光，经过透反镜102一部分被90°反射，被初始信号探测器103接收，形成初始信号。另一部分由MEMS扫描镜105将激光进行扫描反射，被反射的激光经过离轴抛物面反射镜106准直反射，准直后的激光经过大口径收发系统107扩束发射。激光经被测物体反射后，由大口径收发镜头107会聚接收，经过原光路返回至透反镜上，经透反镜102反射，由回波信号探测器104接收，产生测量信号。如图3所示，为本技术实施例中MEMS扫描镜105与离轴抛物面反射镜106组合图。MEMS扫描镜放置在离轴抛物面反射镜106的焦点位置处。经过MEMS扫描镜反射的激光，通过离轴抛物面反射镜后形成平行光。经过被测反射后的激光，经过离轴抛物面反射镜聚焦后，会聚在MEMS扫描镜上，由MEMS扫描镜反射后，向后传播。如图4所示，本技术实施例中大口径收发系统的工作原理图。激光经过离轴抛物面反射镜后形成平行光。平行光经过所述大口径收发系统扩束后，向前传播。经过被测物体反射后的激光，通过大口径收发系统会聚接收后，以相同的光路返回。以上所述的具体描述，对专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限定本专利技术的保护范围，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.共路等光程扫描激光雷达，其特征在于：包括激光器、初始信号探测器、透反镜、回波信号探测器、MEMS扫描镜、离轴抛物面反射镜和大口径收发系统；激光器发出的激光经过45°放置的透反镜，一部分向前传播，另一部分被90度反射后，由初始信号探测器接收，产生初始信号；向前传播的激光，由MEMS扫描镜将激光进行扫描反射，被反射的激光经过离轴抛物面反射镜准直反射，准直后的激光经过大口径收发系统扩束发射；激光经被测物体反射后，由大口径收发镜头会聚接收，经过原光路返回至透反镜上，经透反镜反射，由回波信号探测器接收，产生测量信号，经与初始信号比较，得到被测物体的距离信息。

【技术特征摘要】
1.共路等光程扫描激光雷达，其特征在于：包括激光器、初始信号探测器、透反镜、回波信号探测器、MEMS扫描镜、离轴抛物面反射镜和大口径收发系统；激光器发出的激光经过45°放置的透反镜，一部分向前传播，另一部分被90度反射后，由初始信号探测器接收，产生初始信号；向前传播的激光，由MEMS扫描镜将激光进行扫描反射，被反射的激光经过离轴抛物面反射镜准直反射，准直后的激光经过大口径收发系统扩束发射；激光经被测物体反射后，由大口径收发镜头会聚接收，经过原光路返回至透反镜上，经透反镜反射，由回波信号探测器接收，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹杰，杨骜，张芳华，王非，张佳利，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：新型
国别省市：北京,11