基于一维衍射光学元件DOE的激光雷达系统技术方案

本公开涉及一种基于一维衍射光学元件DOE的激光雷达系统。包括激光发射装置、一维DOE、光学转镜、激光接收装置。激光发射装置，用于发射激光束；一维DOE，用于将激光束分束成光强均匀分布的一维点阵激光束；光学转镜，能够围绕转轴转动，在转动过程中接收一维点阵激光束并调整一维点阵激光束的方向，将一维点阵激光束反射到目标物；一维点阵激光束在目标物上发生漫反射后的回波回到光学转镜，回波经光学转镜反射后被激光接收装置接收。通过设置一维DOE能够使经过一维DOE的激光束分束成光强均匀分布的一维点阵激光束，使光能集中分布在需要的点上，这样，有效地利用激光能量，提高激光雷达系统的扫描效率和探测距离。

Lidar system based on DOE

【技术实现步骤摘要】
基于一维衍射光学元件DOE的激光雷达系统
本公开涉及激光雷达扫描领域，尤其涉及一种基于一维衍射光学元件DOE的激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达技术被广泛应用于自动驾驶、地表形貌测绘、军事侦察、大气探测、机器人视觉等领域。基于飞行时间法TOF(TimeofFlight)和光学扫描系统能够实现不同方向上目标物的距离测量信息。激光雷达的探测距离和测距精度主要受限于光能量：接收到的光能量不高和对出射激光束的光能量利用率不高，导致激光雷达系统的信噪比降低、探测距离小、测距精度差等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本公开提出了一种基于一维衍射光学元件DOE的激光雷达系统，有效地利用激光能量，能够提高激光雷达系统的扫描效率和探测距离。根据本公开的一方面，提供了一种基于一维衍射光学元件DOE的激光雷达系统，包括：激光发射装置、一维DOE、光学转镜、激光接收装置；激光发射装置，用于发射激光束；一维DOE，用于将所述激光束分束成光强均匀分布的一维点阵激光束，其中，所述一维点阵激光束是指照射到一个平面上形成的光斑呈一维阵列分布的多条激光束；光学转镜，能够围绕转轴转动，在转动过程中接收所述一维点阵激光束并调整一维点阵激光束的方向，将所述一维点阵激光束反射到目标物；所述一维点阵激光束在所述目标物上发生漫反射后的回波回到所述光学转镜，回波经光学转镜反射后被所述激光接收装置接收。在一种可能的实现方式中，所述激光雷达系统还包括：准直系统，位于所述激光发射装置和一维DOE之间的光路上，用于压缩所述激光束的发散角，以准直所述激光束。在一种可能的实现方式中，所述激光接收装置包括：光学接收元件和线阵APD探测器，所述光学接收元件用于将接收到的回波会聚到线阵APD探测器。在一种可能的实现方式中，所述一维DOE是透射式DOE。在一种可能的实现方式中，所述一维DOE是反射式DOE。在一种可能的实现方式中，所述反射式DOE和所述光学转镜分离设置。在一种可能的实现方式中，所述光学转镜包括至少两个镀膜的镜面。在一种可能的实现方式中，所述一维点阵激光束包含的光束数量与线阵APD探测器的阵列单元相匹配。根据本公开的另一方面，提供了一种基于一维衍射光学元件DOE的激光雷达系统，包括：激光发射装置、一维DOE、激光接收装置；激光发射装置，用于发射激光束；一维DOE包括：反射式DOE和反射单元，反射式DOE用于将所述激光束分束成光强均匀分布的一维点阵激光束，其中，所述一维点阵激光束是指照射到一个平面上形成的光斑呈一维阵列分布的多条所述激光束；所述一维点阵激光束照射到在目标物上发生漫反射后的回波照射到所述反射单元，回波经所述反射单元反射后被所述激光接收装置接收。在一种可能的实现方式中，所述反射单元为包括至少两个镀膜的镜面的光学转镜。通过设置一维DOE能够使经过一维DOE的激光束分束成光强均匀分布的一维点阵激光束，使光能集中分布在需要的点上，这样，有效地利用激光能量，提高激光雷达系统的扫描效率和探测距离。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。图1示出根据本公开一实施例的激光雷达系统的结构框图。图2示出根据本公开一实施例的激光雷达系统的结构框图。图3示出根据本公开一实施例的激光雷达系统的一维DOE的分束原理图。图4示出根据本公开一实施例的激光雷达系统的结构示意图。图5示出根据本公开一实施例的激光雷达系统的结构示意图。图6示出根据本公开另一实施例的激光雷达系统的结构框图。图7示出根据本公开另一实施例的激光雷达系统的结构示意图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。图1示出根据本公开一实施例的激光雷达系统的结构框图。如图1所示，该激光雷达系统可以是基于一维衍射光学元件DOE(DiffractiveOpticalElements)，该激光雷达系统可以包括：激光发射装置、一维DOE、光学转镜、激光接收装置；激光发射装置，用来发射激光束。其中，所述激光束可以为点状激光束，激光发射装置可以为光纤激光器、半导体激光器等。一维DOE，可以固定在激光发射装置的传输光路上，能够将激光束分束成光强均匀分布的一维点阵激光束，其中，一维点阵激光束可以是指照射到一个平面上形成的光斑呈一维阵列分布的多条激光束。一维DOE可以是一种二元衍射光学元件，比如说，台阶状位相光栅、阶梯状光栅、二值相位光栅(例如达曼光栅等)等。利用衍射原理，可以在DOE的表面上，周期性的制备凹槽，其中，一个周期内的刻槽数以及每一个凹槽的槽宽可以根据实际的需求设置。当激光束通过DOE时能够产生不同的光程差，实现对激光束的相位(例如激光束照射的空间坐标)调制，这样，通过这种周期性重复的微细结构，经过优化设计，能够使一定角谱范围内的输出光的光强均等，且能够使激光束的能量分布在所需要的点上。图3示出根据本公开一实施例的激光雷达系统的一维DOE的分束原理图。如图3所示，在一个周期内，在一维DOE2的表面上制备N个不同尺寸的凹槽4，一维DOE2可以是具有1×N分束的、栅格之间不等间距、且周期性重复的线阵二元相位光栅，能够使入射的单色激光束1经过傅里叶变换后，分束为1×N的一维点阵激光束，能够在远场产生夫琅禾费衍射图样，其中，夫琅禾费衍射图样可以是在一个平面上分束为1×N条激光束形成的光强均匀分布的一维光斑点阵3。这样，能够使激光发射装置发射的激光束的能量主要集中分布在所需要的点上，能够有效利用激光束的能量，提高光能利用率。光学转镜可以固定在一维DOE的输出光路上，光学转镜可以包括转轴，且能够围绕转轴匀速转动，在转动过程中实时接收一维DOE分束成的光强均匀分布的一维点阵激光束，由于光学转镜表面的反射从而调整了一维点阵激光束的传输方向，将一维点阵激光束反射到目标物。在一种可能的实现方式中，激光雷达系统还可以包括：转镜驱动机构和控制模块，转镜驱动机构可以为电机等能够带动光学转镜旋转的部件，控制模块可以向转镜驱动机构发送控制信号，以控制转镜驱动机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于一维衍射光学元件DOE的激光雷达系统，其特征在于，包括：激光发射装置、一维DOE、光学转镜、激光接收装置；/n激光发射装置，用于发射激光束；/n一维DOE，用于将所述激光束分束成光强均匀分布的一维点阵激光束，其中，所述一维点阵激光束是指照射到一个平面上形成的光斑呈一维阵列分布的多条激光束；/n光学转镜，能够围绕转轴转动，在转动过程中接收所述一维点阵激光束并调整一维点阵激光束的方向，将所述一维点阵激光束反射到目标物；/n所述一维点阵激光束在所述目标物上发生漫反射后的回波回到所述光学转镜，回波经光学转镜反射后被所述激光接收装置接收。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于一维衍射光学元件DOE的激光雷达系统，其特征在于，包括：激光发射装置、一维DOE、光学转镜、激光接收装置；
激光发射装置，用于发射激光束；
一维DOE，用于将所述激光束分束成光强均匀分布的一维点阵激光束，其中，所述一维点阵激光束是指照射到一个平面上形成的光斑呈一维阵列分布的多条激光束；
光学转镜，能够围绕转轴转动，在转动过程中接收所述一维点阵激光束并调整一维点阵激光束的方向，将所述一维点阵激光束反射到目标物；
所述一维点阵激光束在所述目标物上发生漫反射后的回波回到所述光学转镜，回波经光学转镜反射后被所述激光接收装置接收。


2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述系统还包括：
准直系统，位于所述激光发射装置和一维DOE之间的光路上，用于压缩所述激光束的发散角，以准直所述激光束。


3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述激光接收装置包括：
光学接收元件和线阵APD探测器，
所述光学接收元件用于将接收到的回波会聚到线阵APD探测器。


4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述一维DOE是透射式DOE。

【专利技术属性】
技术研发人员：王世玮，孟玉凰，郑睿童，沈罗丰，
申请(专利权)人：探维科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11