基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统技术方案

本实用新型专利技术涉及民用二维激光雷达系统技术领域，特别涉及一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统，包括激光发射模组、扫描平台、信息处理装置和激光接收模组，所述激光发射模组包括激光发射电路和激光发射器，激光发射电路与激光发射器连接，在激光发射器的正上方设有呈倾斜状安装的第一聚焦透镜，所述扫描平台设在第一聚焦透镜的上方等。本实用新型专利技术可充分发挥TOF测程远、角分辨率高的特点，能够更有效的利用空间，结构紧凑，能实现高速、高分辨率，采用近中远得扫描形式，可以有效的解决孔径效应，消除测距盲区，同时可调节光路，测距具有更高的准确性，动平衡调节，高频率具有更小的转矩。

Miniaturized coaxial lidar system based on TOF

【技术实现步骤摘要】
基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统
本技术涉及民用二维激光雷达系统
，特别涉及一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达广泛应用于扫描检测目标障碍物或生成空间物体的点云数据，作为一种高精度的传感器广泛应用于扫地机器人、AVG商用服务机器人等领域。以目前市场上的2D激光雷达为例，介绍了2D激光雷达的大体组成和工作原理，即激光二极管发射一束激光，经过目标反射后，被激光接收器接收，激光接收器准确测量光脉冲从激光发射到激光接收之间的时间，在乘以光束就可测出背景目标与传感器之间的距离。现有的2D激光雷达有三角测距、相位式测距、TOF测距，其中TOF测距具有测程远，方位分辨率高等特点，但目前市面基于TOF测距的激光雷达多采用发射与接收相互平行方式，由于孔径效应具有一定的盲区。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本技术的目的是：提供了一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统，以解决上述问题。本技术的技术方案是通过以下技术措施来实现的：一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统，包括激光发射模组、扫描平台、信息处理装置和激光接收模组，所述激光发射模组包括激光发射电路和激光发射器，激光发射电路与激光发射器连接，在激光发射器的正上方设有呈倾斜状安装的第一聚焦透镜，所述扫描平台设在第一聚焦透镜的上方，扫描平台能够沿其轴向360°旋转以用于接收激光发射器经第一聚焦透镜发射出的激光，所述激光接收模组接收扫描平台反射到目标并经目标反射回来的激光，所述信息处理装置分别与激光发射电路和激光接收模组连接。下面是对上述技术技术方案的进一步的优化或/和改进：优选的，信息处理装置包括微控制器、计时模块、键盘模块和外接接口，计时模块、键盘模块、外接接口均与微控制器连接，微控制器与激光发射电路连接，用于向激光发射电路发送触发信号。优选的，所述激光接收模组包括伽利略望远系统、窄带滤光片、第二聚光透镜，窄带滤光片固定安装在第二聚光透镜的正前方，伽利略望远系统与微控制器连接，所述窄带滤波片的带宽小于10nm；伽利略望远系统的倍率为2-3倍。优选的，扫描平台包括底座、扫描反射镜、旋转编码器和光电开关以及用于驱动底座旋转的电机，扫描反射镜呈倾斜状固定安装在底座上，旋转编码器与电机连接以用于控制扫描平台的旋转速度，旋转编码器与光电开关连接。优选的，所述激光发射器为脉冲式激光二极管PLD，且其脉冲频率不低于18KHz,其峰值脉冲功率不低于50W。优选的，还包括电源管理模块，所述电源管理模块分别向微控制器、激光发射电路和扫描平台提供工作电源。本技术通过激光发生器射出激光通过第一聚焦透镜进行聚焦后反射出去，通过电机驱动底座进行360°的旋转，扫描反射镜将第一聚焦透镜发射出的激光再次发射到周围360°范围，激光遇到目标物体反射激光，反射的激光被扫描反射镜接收，反射到TR棱镜，TR棱镜反射到激光接收模组，能够有效解决现有的激光收发时的平行光轴所带来的孔径效应问题，可充分发挥TOF测程远、角分辨率高的特点，能够更有效的利用空间，结构紧凑，能实现高速、高分辨率，采用近中远得扫描形式，可以有效的解决孔径效应，消除测距盲区，同时可调节光路，测距具有更高的准确性，动平衡调节，高频率具有更小的转矩。附图说明附图1为本技术的结构示意图。附图2为本技术的电控制框图。附图中的编号分别为：1、激光发射模组，2、扫描平台，3、信息处理装置，4、激光接收模组，5、第一聚焦透镜，6、窄带滤光片，7、第二聚光透镜，8、底座，9、扫描反射镜，10为电源管理模块。具体实施方式本技术不受下列实施例的限制，可根据本技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。下面结合实施例及附图对本技术做进一步的描述：如图1、2所示，一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统，包括激光发射模组1、扫描平台2、信息处理装置3和激光接收模组4，所述激光发射模组1包括激光发射电路和激光发射器，激光发射电路与激光发射器连接，在激光发射器的正上方设有呈倾斜状安装的第一聚焦透镜5，所述扫描平台2设在第一聚焦透镜5的上方，扫描平台2能够沿其轴向360°旋转以用于接收激光发射器经第一聚焦透镜5发射出的激光，所述激光接收模组4接收扫描平台2反射到目标并经目标反射回来的激光，所述信息处理装置3分别与激光发射电路和激光接收模组4连接。上述第一聚焦透镜5可采用现有技术中的TR棱镜。第一聚焦透镜5的安装时的倾斜角度可为45°。本技术的工作原理是利用脉冲激光飞行时间法进行激光测距的二维激光雷达，进行工作。本技术的工作过程是：激光发生器射出激光通过第一聚焦透镜5进行聚焦后反射出去，通过电机驱动底座进行360°的旋转，扫描反射镜将第一聚焦透镜发射出的激光再次发射到周围360°范围，激光遇到目标物体反射激光，反射的激光被扫描反射镜接收，反射到TR棱镜，TR棱镜反射到激光接收模组，能够有效解决现有的激光收发时的平行光轴所带来的孔径效应问题，可充分发挥TOF测程远、角分辨率高的特点，能够更有效的利用空间，结构紧凑，能实现高速、高分辨率，采用近中远得扫描形式，可以有效的解决孔径效应，消除测距盲区，同时可调节光路，测距具有更高的准确性，动平衡调节，高频率具有更小的转矩。可根据实际需要对上述一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统进行进一步的优化或/和改进：如附图1、2所示，信息处理装置包括微控制器、计时模块、键盘模块和外接接口，计时模块、键盘模块、外接接口均与微控制器连接，微控制器与激光发射电路连接，用于向激光发射电路发送触发信号。上述根据实际需要，可将经过第一聚焦透镜5进行聚焦的光线经过光电器件、电流电压转换电路和滤波整形电路的处理后，发射至计时模块记录初始时刻。上述的键盘模块可作为功能按键，用于向微控制器输入数据；外接接口可采用USB转串口的接口单元，以实现与外界环境进行数据的交互。计时模块用于记录激光发射电路被触发后发射出激光的初始时间和激光接收模组接收的发射激光的结束时间，并将开始时间和结束时间分别发送至微控制器。如图1、2所示，所述激光接收模组包括伽利略望远系统、窄带滤光片6、第二聚光透镜7，窄带滤光片6固定安装在第二聚光透镜7的正前方，伽利略望远系统与微控制器连接，所述窄带滤波片6的带宽小于10nm；伽利略望远系统的倍率为2-3倍。上述的伽利略望远系统根据需要可包括光电器件、前置放大模块、滤波主放模块和时刻鉴别模块，用于实现对第二聚光透镜7接收到的激光进行处理并将结束时刻发送至计时模块。如图1、2所示，扫描平台包括底座8、扫描反射镜9、旋转编码器和光电开关以及用于驱动底座旋转的电机，扫描反射镜9呈倾斜状固定安装在底座8上，旋转编码器与电机连接以用于控制扫描平台的旋转速度，旋转编码器与光电开关连接。上述的旋转编码器是用来测量转速并配合PWM技术可以实现快速调速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。扫描平台中驱动底座8旋转的电机可为中空无刷电机。根据需要，所述激光发射器为脉冲式激光二极管PLD，且其脉冲频率不低于18KHz,其峰值脉冲功率不低于50W。如图1所示，还包括电源管理模块10，所述电源管理模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统，其特征在于包括激光发射模组、扫描平台、信息处理装置和激光接收模组，所述激光发射模组包括激光发射电路和激光发射器，激光发射电路与激光发射器连接，在激光发射器的正上方设有呈倾斜状安装的第一聚焦透镜，所述扫描平台设在第一聚焦透镜的上方，扫描平台能够沿其轴向360°旋转以用于接收激光发射器经第一聚焦透镜发射出的激光，所述激光接收模组接收扫描平台反射到目标并经目标反射回来的激光，所述信息处理装置分别与激光发射电路和激光接收模组连接。

【技术特征摘要】
2017.12.29 CN 20172189810061.一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统，其特征在于包括激光发射模组、扫描平台、信息处理装置和激光接收模组，所述激光发射模组包括激光发射电路和激光发射器，激光发射电路与激光发射器连接，在激光发射器的正上方设有呈倾斜状安装的第一聚焦透镜，所述扫描平台设在第一聚焦透镜的上方，扫描平台能够沿其轴向360°旋转以用于接收激光发射器经第一聚焦透镜发射出的激光，所述激光接收模组接收扫描平台反射到目标并经目标反射回来的激光，所述信息处理装置分别与激光发射电路和激光接收模组连接。2.根据权利要求1所述的一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统，其特征在于信息处理装置包括微控制器、计时模块、键盘模块和外接接口，计时模块、键盘模块、外接接口均与微控制器连接，微控制器与激光发射电路连接，用于向激光发射电路发送触发信号。3.根据权利要求1所述的一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统，其特征在于所述激光接收模组包括伽利略望远系统、窄带滤光片、第二聚光透镜，窄带滤光片固定安装在第二聚光透镜的正前方，伽利略望远系统与微控制器连接，所述窄带滤波片的带宽小于10nm；伽利略望远系统的倍率为2-3倍。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统，其特征在于扫描平台包括底座、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，徐跃明，严波，冯坤亮，
申请(专利权)人：合肥嘉东光学股份有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34