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CN106324582A - 一种基于时间飞行法的激光雷达系统 - Google Patents

一种基于时间飞行法的激光雷达系统 Download PDF

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CN106324582A CN201610972464.8A CN201610972464A CN106324582A CN 106324582 A CN106324582 A CN 106324582A CN 201610972464 A CN201610972464 A CN 201610972464A CN 106324582 A CN106324582 A CN 106324582A
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Abstract

本发明适用于雷达技术领域，提供了一种基于时间飞行法的激光雷达系统，包括：用于产生激光的激光器；对所述激光的发射光路进行偏转控制，以对预设范围内的目标物体发射激光的光路扫描单元；与所述激光器发射的激光发射光路同轴，用于接收通过所述光路扫描单元反射的目标物体反射光，并输出电信号的反射光接收单元；根据所述电信号，生成所述装置与所述目标物体之间的距离信息，并将多个所述距离信息进行处理，生成预设范围内的目标物体位置信息的信号处理单元；以及容纳所述激光器、光路扫描单元及反射光接收单元的壳体，所述壳体在所述光路扫描单元与所述目标物体之间设有滤光件。相对于现有技术，本发明的光路结构简单，可靠性强，成本更低。

Description

一种基于时间飞行法的激光雷达系统
技术领域
本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种基于时间飞行法的激光雷达系统。
背景技术
激光雷达作为一种测距设备，具有精度高、抗干扰能力强，反应速度快等优点，适用于多种使用环境。
在实际应用中，激光测距主要包括飞行时间测距以及三角测距两种，其中，飞行时间测距是通过激光雷达内部的光学结构，将激光投射到特定方向上的物体，当激光接触到物体上时，会反射回部分光线，激光雷达接收该反射回的光线以后，可以通过计算激光在发射到接收到反射光这个过程中的飞行时间，来计算出雷达到所照射物体之间的距离。当需要通过单一光路获取多个角度范围的物体的距离时，只能使用滑环将整个激光雷达进行转动，来实现对转动范围内所照射到的物体进行测距。
但是，为了对多个角度范围内所照射到的物体进行测距，采用滑环的方式对雷达进行转动会产生雷达转动部分使用寿命短的问题，且现有可转动激光雷达的光路设计较为复杂，成本较高。
发明内容
本发明实施例提供一种基于时间飞行法的激光雷达系统、系统，旨在解决现有激光雷达因采用滑环作为转动部分所产生的寿命短、结构复杂及成本高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种基于时间飞行法的激光雷达系统，所述系统包括：
用于产生激光的激光器；
对所述激光的发射光路进行偏转控制，以对预设范围内的目标物体发射激光的光路扫描单元；
与所述激光器发射的激光发射光路同轴，用于接收通过所述光路扫描单元反射的目标物体反射光，并输出电信号的反射光接收单元；
根据所述电信号，生成所述装置与所述目标物体之间的距离信息，并将多个所述距离信息进行处理，生成预设范围内的目标物体位置信息的信号处理单元；以及
容纳所述激光器、光路扫描单元及反射光接收单元的壳体，所述壳体在所述光路扫描单元与所述目标物体之间设有滤光件。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明相对于传统采用滑环作为转动机构的装置而言，利用光路扫描单元对激光的发射光路进行偏转控制，只需要对光路进行控制即可，不需要将整个激光雷达装置进行偏转实现多角度的扫描，这样，避免了驱动整个激光雷达装置的复杂滑环结构，只需进行光路偏转，其雷达结构的实现可以更为简单，同时，由于不需要滑环来转动整个激光雷达装置，降低了磨损度，使用寿命更长；另外，将反射光接收单元与激光发射光路进行同轴设置，使得激光的光路结构更为简单，从而使得激光雷达装置的成本更低。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于时间飞行法的激光雷达系统的剖面结构图；
图2是本发明实施例提供的激光雷达系统的整体结构图；
图3是本发明实施例提供的激光雷达系统的第一视角结构图；
图4是本发明实施例提供的另一种基于时间飞行法的激光雷达系统的第一视角结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-4所示为本发明提供的一种基于时间飞行法的激光雷达系统的具体实施例，该装置包括：用于产生激光的激光器111；对所述激光的发射光路进行偏转控制，以对预设范围内的目标物体发射激光的光路扫描单元10；与所述激光器111发射的激光发射光路同轴，用于接收通过所述光路扫描单元10反射的目标物体反射光，并输出电信号的反射光接收单元20；根据所述电信号，生成所述装置与所述目标物体之间的距离信息，并将多个所述距离信息进行处理，生成预设范围内的目标物体位置信息的信号处理单元106；以及容纳所述激光器111、光路扫描单元10及反射光接收单元的壳体100，所述壳体100在所述光路扫描单元与所述目标物体之间设有滤光件109。
在本发明实施例中，所述光路扫描单元10包括：一沿所述激光发射光轴设置，用于遮挡所述激光照射到所述滤光件109所反射回的散杂光的遮光件110，该遮光件110可以减少激光在传导过程中产生的激光散射光。作为遮光件110的一种具体实施例，所述遮光件110为一端抵近所述激光器111的发射口，另一端抵近所述滤光件109的筒状结构(可以为圆形筒状结构或方形筒状结构)，其中，遮光件110抵近滤光件可以减少激光在透过滤光件时产生的少数反射光。
在本发明实施例中，所述光路扫描单元10还包括：偏转镜108；以及与所述偏转镜108连接，用于对所述偏转镜108进行转动控制的转动机构，其中，所述偏转镜108可以为反射镜或棱镜。其中，使用反射镜时可以简化光路，减少光路中的损失。转动机构包括：与所述反射镜或棱镜连接的受控驱动电机101，受控驱动电机101可通过获取外部控制信号或者其它途径如装置内的控制电路的控制信号驱动反射镜或棱镜的偏转。
在本发明实施例中，光路扫描单元10的转动机构包括：用于获取转动角度信息的转动角度编码器102，具体的，所述转动角度编码器102可以为一编码盘，所述编码盘与一光电开关107信号连接。通过编码盘获取角度信息并控制所述光电开关107以控制所述受控驱动电机101转动，实现装置转动扫描的过程。当然，编码盘仅是作为转动角度编码器102的一种可实施的方式，作为控制受控驱动电机101转动的方式，本领域技术人员还可以通过其它手段实现，例如，可利用齿轮机构实现对电机的转矩输出，并通过计算速度比来实现控制转动的角度。
在本发明实施例中，结合图3所示，所述滤光件109为正圆台结构，正圆台结构表示的是滤光件的结构为部直径小于下部直径的圆柱，并在内部形成一可容纳所述光路扫描单元10转动的腔体；其中，在所述腔体的底部、和/或滤光件109的几何反射角所指向的地方，设有用于吸收所述发射激光在所述滤光件所反射的回光的第一吸光部113。第一吸光部113可用涂抹吸光材料的方式，来达到吸收激光在滤光件109所反射回的杂光，避免杂光影响到反射光接收单元的精确度。
结合图4所示，作为本实施例中滤光件109的另一种实施方式，所述滤光件109为倒圆台结构，其中，倒圆台结构是指上部直径大于下部直径的倒锥形圆柱结构，其内部形成一可容纳所述光路扫描单元转动的腔体；其中，在所述腔体的顶部，和/或滤光件109的几何反射角所指向的地方，设有用于吸收所述发射激光在所述滤光件所反射的回光的第二吸光部。第二吸光部可用涂抹吸光材料的方式，来达到吸收激光在滤光件109所反射回的杂光，避免杂光影响到反射光接收单元的精确度。
在本发明实施例中，所述第一吸光部或第二吸光部为表面具有吸光层的凹槽，以第一吸光部为例，其可以是设置在腔体底部的凹槽113，其中，凹槽113的表面涂有吸光层，吸光层可以是光吸收能力较好的材料制作。凹槽113应位于所述发射激光在所述滤光件所反射的回光的光路上。当然，第一吸光部也可以仅仅是涂覆有吸光材料的部位。
在本发明实施例中，反射光接收单元包括：将所述目标物体反射光进行会聚的聚光组件104；以及接收所述聚光组件104会聚的目标物体反射光，并输出电信号的光电探测器112。其中，聚光组件104的中轴处设有用于容纳所述激光器的通孔，将激光器设置在聚光组件104的中轴处，可以保证激光器的发射光路与反射光接收光路同轴，避免因光路不同轴产生误差。并且，该设计可以减少激光雷达光路系统的复杂度，大大降低结构所占用空间大小，还节省了制造成本，有利于提高企业的生产效益。
在本发明实施例中，所述聚光组件104包括非球面透镜105。其中，非球面透镜105可以会聚光线实现平行输出，提高透光质量，同时，还可以提高光电探测器112的灵敏度，增加激光雷达的有效测量距离。该非球面透镜105可以采用塑料材质，可以降低重量，节省成本。
本发明实施例中的激光雷达装置可以与提供的测距信息作为导航信息，因此，本发明实施例中，所述激光雷达装置可以应用到各种系统中，例如，本实施例中所述的激光雷达装置可以用在例如无人汽车、自行车、轮椅等载具上提供测距信息，以利用激光雷达所具有的精度高、测距范围广、延迟低的特点，提高载具在自动导航过程中所获取的位置信息的时效性及准确性，增强载具的自动导航性能。
本发明实施例中，光路扫描单元相对于传统采用滑环作为转动机构的装置而言，利用光路扫描单元对激光的发射光路进行偏转控制，只需要对光路进行控制即可，不需要将整个激光雷达装置进行偏转实现多角度的扫描，这样，避免了驱动整个激光雷达装置的复杂滑环结构，只需进行光路偏转。例如在本发明实施例中，光路扫描单元可以通过受控驱动电机驱动偏转镜将激光反射到不同的角度即可，这样，其雷达结构的实现可以更为简单，这样，可避免滑环来转动整个激光雷达装置，降低了磨损度，使用寿命更长；另外，将反射光接收单元与激光发射光路进行同轴设置，使得激光的光路结构更为简单，从而使得激光雷达装置的成本更低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括：
用于产生激光的激光器；
对所述激光的发射光路进行偏转控制，以对预设范围内的目标物体发射激光的光路扫描单元；
与所述激光器发射的激光发射光路同轴，用于接收通过所述光路扫描单元反射的目标物体反射光，并输出电信号的反射光接收单元；
根据所述电信号，生成所述装置与所述目标物体之间的距离信息，并将多个所述距离信息进行处理，生成预设范围内的目标物体位置信息的信号处理单元；以及
容纳所述激光器、光路扫描单元及反射光接收单元的壳体，所述壳体在所述光路扫描单元与所述目标物体之间设有滤光件。
2.如权利要求1所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述光路扫描单元包括：
一沿所述激光发射光轴设置，用于遮挡所述激光照射到所述滤光件所反射回的散杂光的遮光件。
3.如权利要求2所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述遮光件一端抵近所述激光器的发射口，另一端抵近所述滤光件。
4.如权利要求1所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述光路扫描单元包括：
偏转镜；以及
与所述偏转镜连接，用于对所述偏转镜进行转动控制的转动机构。
5.如权利要求4所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述偏转镜为反射镜或棱镜。
6.如权利要求4所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述转动机构包括：
与所述反射镜或棱镜连接的受控驱动电机。
7.如权利要求4所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述转动机构包括：
用于获取转动角度信息的转动角度编码器。
8.如权利要求1所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述滤光件为正圆台结构，并在内部形成一可容纳所述光路扫描单元转动的腔体；
其中，在所述腔体的底部，设有用于吸收所述发射激光在所述滤光件所反射的回光的第一吸光部。
9.如权利要求1所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述滤光件为倒圆台结构，并在内部形成一可容纳所述光路扫描单元转动的腔体；
其中，在所述腔体的顶部，设有用于吸收所述发射激光在所述滤光件所反射的回光的第二吸光部。
10.如权利要求8或9所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述第一吸光部或第二吸光部为表面具有吸光层的凹槽，所述凹槽位于所述发射激光在所述滤光件所反射的回光的光路上。
11.如权利要求1所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，反射光接收单元包括：
将所述目标物体反射光进行会聚的聚光组件；以及
接收所述聚光组件会聚的目标物体反射光，并输出电信号的光电探测器。
12.如权利要求11所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述聚光组件的中轴处设有用于容纳所述激光器的通孔。
13.如权利要求11或12所述的基于时间飞行法的激光雷达系统，其特征在于，所述聚光组件为非球面透镜。
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