專利名稱：測量物體方向和距離的激光雷達(dá)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光雷達(dá)設(shè)備和方法，用于利用激光束測量物體方向和從激光雷達(dá)設(shè)備到物體的距離。
背景技術(shù)：
作為一種能測量物體方向和從激光雷達(dá)設(shè)備到物體的距離的激光雷達(dá)設(shè)備，具有例如Hoashi等人在日本專利No. 2789741中披露的公知設(shè)備。Hoashi等人的激光雷達(dá)設(shè)備包括發(fā)射作為進(jìn)入測量區(qū)域的輸出光的激光束或激光脈沖的激光束發(fā)生裝置，輸出光具有光軸，檢測在輸出光由位于測量區(qū)域的物體反射之后到達(dá)并作為輸入光的反射激光束或反射激光脈沖的光檢測裝置，允許輸出光從其中透過而禁止輸入光透過的光頻隔離器，以及電控單元(ECU)。激光束發(fā)生裝置是例如產(chǎn)生包括激光束和激光脈沖的激光發(fā)射的激光雷達(dá)二極管。光檢測裝置是例如將入射激光束或入射激光脈沖轉(zhuǎn)換成電流的光電二極管，該電流是入射激光束或入射激光脈沖的強(qiáng)度的函數(shù)。光頻隔離器反射輸入光，光頻隔離器反射的輸入光被導(dǎo)向光檢測裝置。為了實(shí)現(xiàn)這些功能， 光頻隔離器優(yōu)選地位于輸出光的光軸上。根據(jù)輸出激光束和輸入激光束的相位差、或者利用光速計(jì)算激光脈沖發(fā)射和接收之間的飛行時(shí)間，電控單元(ECU)計(jì)算從設(shè)備到物體的距離，如果存在物體的話。此外，Hoashi等人的激光雷達(dá)設(shè)備包括凹面鏡，凹面鏡將輸出光朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)、并將物體反射回來的輸入光朝光檢測裝置偏轉(zhuǎn)。此外，凹面鏡設(shè)置成旋轉(zhuǎn)高達(dá)360度，使得水平方向的角掃描范圍可以達(dá)到高達(dá)360度。需要注意的是，在Hoashi等人的光學(xué)激光器中，投射光學(xué)系統(tǒng)包括激光束發(fā)生裝置、光頻隔離器和凹面鏡，光檢測系統(tǒng)包括凹面鏡和光頻隔離器。投射光學(xué)系統(tǒng)和光檢測裝置部分同軸地設(shè)置。更詳細(xì)地，光頻隔離器和物體之間的輸出光和輸入光的軸線是相同的。如上所述，Hoashi等人的激光雷達(dá)設(shè)備或者類似類型的激光雷達(dá)設(shè)備，輸出光和輸入光的軸線相同，光頻隔離器設(shè)置成位于輸出光和輸入光共同的軸線上。激光束發(fā)生裝置發(fā)射的輸出光通過光頻隔離器，但物體反射回來的輸入光被光頻隔離器反射。一般地，在激光束或激光脈沖分別通過光頻隔離器和由光頻隔離器反射的過程中都可以造成激光束或激光脈沖衰減。因此，在激光束或激光脈沖分別通過光頻隔離器和由光頻隔離器反射的過程中束分裂效率降低。這導(dǎo)致激光雷達(dá)設(shè)備一些元件的特殊結(jié)構(gòu)，例如，具有較大鏡板而擴(kuò)大有效光接收面積以提高束分裂效率的較大鏡子。這與減小設(shè)備尺寸的趨勢相沖突。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種激光雷達(dá)設(shè)備，它具有改進(jìn)的束分裂效率、以及提高檢測物體方向和從設(shè)備到物體的距離的準(zhǔn)確性，并且由于投射光學(xué)系統(tǒng)和光檢測系統(tǒng)的
3同軸結(jié)構(gòu)，不會犧牲激光雷達(dá)設(shè)備的小尺寸。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種激光雷達(dá)設(shè)備，該激光雷達(dá)設(shè)備測量物體的距離和到物體的方向，物體處于激光雷達(dá)設(shè)備的測量區(qū)域。該激光雷達(dá)設(shè)備包括激光束發(fā)生裝置、光檢測裝置、鏡子組件、光偏轉(zhuǎn)裝置以及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。激光束發(fā)生裝置產(chǎn)生具有軸線的激光束，并將激光束朝測量區(qū)域發(fā)射。光檢測裝置檢測被位于測量區(qū)域的物體反射回來的反射激光束。鏡子組件包括通孔以及反射面。通孔穿過鏡子組件與從激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束的軸線同軸，并且使激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束透過。反射面布置成與激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束的軸線成預(yù)定角度、并將從物體反射的反射激光束朝光檢測裝置反射。光偏轉(zhuǎn)裝置將激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)，并將位于測量區(qū)域的物體反射回來的激光束朝鏡子組件偏轉(zhuǎn)，其中，光偏轉(zhuǎn)裝置具有旋轉(zhuǎn)軸線和鏡面。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置使光偏轉(zhuǎn)裝置繞光偏轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使得光偏轉(zhuǎn)裝置的鏡面轉(zhuǎn)動到沿著測量區(qū)域的方向朝向。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于測量處于激光雷達(dá)設(shè)備的測量區(qū)域的物體的距離的方法包括如下步驟產(chǎn)生具有軸線的激光束、并將激光束朝測量區(qū)域發(fā)射；將激光束分裂成導(dǎo)向測量區(qū)域的第一激光束和導(dǎo)向光檢測裝置的第二激光束；通過光檢測裝置檢測第二激光束以估計(jì)第二激光束的強(qiáng)度；根據(jù)第二激光束的強(qiáng)度估計(jì)激光束發(fā)生裝置的輸出功率；將激光束發(fā)生裝置的估計(jì)輸出功率與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較；根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)激光束發(fā)生裝置的輸出功率；通過鏡子組件的反射面將來自物體的反射第一激光束反射到光檢測裝置；通過光檢測裝置檢測來自物體的反射第一激光束；以及根據(jù)輸出激光束與輸入激光束的相位差、或者利用光速計(jì)算激光束的發(fā)射和接收之間的飛行時(shí)間計(jì)算從激光雷達(dá)設(shè)備到物體的距離。


從下面給出的詳細(xì)描述以及從本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，可以更加完全地理解本發(fā)明，這不能認(rèn)為是將本發(fā)明限制在這些具體的實(shí)施例，而是應(yīng)該認(rèn)為是僅僅為了解釋和理解的目的。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備的示意圖；圖2是根據(jù)圖1所示的第一實(shí)施例的激光雷達(dá)的具有通孔的鏡子的示意圖；圖3是圖2所示鏡子的剖視圖和仰視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備的示意圖；圖5是根據(jù)圖4的第二實(shí)施例的包括半鍍銀鏡子的激光雷達(dá)的鏡子組件的剖視圖和仰視圖；圖6是解釋激光輸出控制裝置執(zhí)行的激光二極管的反饋控制操作的流程圖，該操作調(diào)節(jié)圖4所示激光雷達(dá)的激光二極管的激光束輸出強(qiáng)度；圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的修改的激光雷達(dá)的鏡子的剖視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備的示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的激光雷達(dá)的光束變換裝置透射的以及凹面鏡平
4反射部分偏轉(zhuǎn)的輸出光的投影圖；圖11是根據(jù)第四實(shí)施例的激光雷達(dá)中使用的凹面鏡的示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備的示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的激光雷達(dá)的衍射光柵件透射的以及凹面鏡平面鏡部分偏轉(zhuǎn)的輸出光的投影圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備的示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的激光雷達(dá)的衍射光柵件透射的以及凹面鏡平面鏡部分偏轉(zhuǎn)的輸出光的投影圖；以及圖16是現(xiàn)有激光雷達(dá)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。相同的構(gòu)成部分在所有附圖中用相同的參考標(biāo)號表示。第一實(shí)施例參看圖1-3，下面將描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100的示意圖。根據(jù)圖1所示，激光雷達(dá)設(shè)備100包括激光二極管10和光電二極管20。激光雷達(dá)設(shè)備100被設(shè)計(jì)成根據(jù)激光二極管10發(fā)射的輸出光LO與物體反射回來并被光電二極管20 接收的輸入光L3的相位差、或者利用光速計(jì)算輸出光LO發(fā)射和輸入光L3接收之間的飛行時(shí)間檢測到位于測量區(qū)域中的物體的方向，如果物體存在的話，以及檢測從激光雷達(dá)設(shè)備到物體的距離。在此實(shí)施例中，激光二極管10發(fā)射激光脈沖。響應(yīng)于圖1中未圖示的激光二極管控制器的命令信號，激光二極管10發(fā)射具有軸線的激光脈沖，作為進(jìn)入測量區(qū)域的輸出激光束L0。激光束發(fā)生裝置包括激光二極管10和未示出的激光二極管控制器。激光二極管控制器通過向激光二極管10發(fā)送命令信號控制激光二極管10的運(yùn)行。在從激光二極管10發(fā)射激光脈沖的情況下，命令信號含有電流脈沖信號。光電二極管20相當(dāng)于光檢測裝置。輸出激光束LO被處于測量區(qū)域的物體反射， 形成反射激光束或輸入激光束L3。接著，反射的激光束L3由光電二極管20檢測并被轉(zhuǎn)換成電信號，其幅度是反射激光束L3的強(qiáng)度的函數(shù)。在此實(shí)施例中，物體反射的激光束的僅僅一部分，在物體表面上反射角接近0度的這部分激光束能返回到激光雷達(dá)設(shè)備，如圖1的平行線L3所示。物體反射的其它部分激光束不能被檢測，因?yàn)樵谖矬w表面的反射角偏離0 度。激光雷達(dá)設(shè)備100還包括光學(xué)透鏡60和鏡子組件300。光學(xué)透鏡60和鏡子組件 300都設(shè)置成與輸出激光束LO的中心軸線同軸。光學(xué)透鏡60是一種準(zhǔn)直透鏡，它將激光二極管10發(fā)射的激光束LO轉(zhuǎn)變成平行光線的激光脈沖。光學(xué)透鏡60相當(dāng)于激光束準(zhǔn)直裝置。在此實(shí)施例中，鏡子組件300對應(yīng)于鏡子30。鏡子30基本形成為具有兩個(gè)表面的板。鏡子30具有相當(dāng)于鏡子30—個(gè)表面的反射面31以及通孔32。反射面31設(shè)置成與輸出激光束LO的軸線成預(yù)定角度。通孔32具有中心軸線并穿透鏡子30，使得通孔32的中心軸線與反射面31交叉。根據(jù)本發(fā)明的激光雷達(dá)設(shè)備100布置成使得輸出激光束LO和輸入激光束L3同軸。鏡子30布置成使輸出激光束LO通過通孔32。即，輸出激光束LO通過通孔32，而輸入激光束L3被鏡子30反射。通孔32和輸出激光束LO具有公共軸線。此外，鏡子30的反射面31反射輸入激光束L3，使其朝向光電二極管20。鏡子組件300相當(dāng)于光束隔離裝置。根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100還包括旋轉(zhuǎn)裝置400。旋轉(zhuǎn)裝置400布置成可以繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線與輸出激光束LO的軸線相同，使得在水平方向的角掃描范圍可以高達(dá)360度。旋轉(zhuǎn)裝置400包括凹面鏡401，它將輸出激光束LO朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)、并將物體反射回來的輸入激光束L3朝鏡子30偏轉(zhuǎn)。凹面鏡401的焦點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)裝置400的旋轉(zhuǎn)軸線上。旋轉(zhuǎn)裝置400是具有凹形表面的裝置的一個(gè)例子。凹形表面是凹面鏡401。旋轉(zhuǎn)裝置400的旋轉(zhuǎn)角決定將被檢測物體的方向。凹面鏡401相當(dāng)于包括具有凹形表面的裝置的光偏轉(zhuǎn)裝置。為了驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置400執(zhí)行連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，提供電機(jī)50。電機(jī)50具有驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置400和凹面鏡401的輸出軸51。電機(jī)50是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的一個(gè)例子。步進(jìn)電機(jī)可以作為電機(jī)50。在步進(jìn)電機(jī)中，將整個(gè)旋轉(zhuǎn)分成多個(gè)步長。如果將步進(jìn)電機(jī)控制成每個(gè)步長具有非常小的旋轉(zhuǎn)角度，就可以使旋轉(zhuǎn)裝置400高分辨率地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。因此，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測定物體的方向。此外，也允許使用除步進(jìn)電機(jī)以外的其它類型的電機(jī)作為電機(jī)50。 例如，也可以使用伺服電機(jī)。如果使用軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)的電機(jī)作為電機(jī)50，就容易計(jì)算旋轉(zhuǎn)裝置400指向測量區(qū)域時(shí)所需的時(shí)間。因此，激光二極管控制器的運(yùn)行模式是，將電流脈沖作為命令信號輸出到激光二極管10的時(shí)刻與電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到所需數(shù)值時(shí)的到達(dá)時(shí)刻同步。結(jié)果，激光二極管10以精確時(shí)刻發(fā)射輸出激光束L0，以在所需方向檢測物體。 因此，可以快速地計(jì)算物體的方向和到物體的距離。在此實(shí)施例中，為了檢測電機(jī)50的旋轉(zhuǎn)角度，提供旋轉(zhuǎn)角度傳感器52，并將其連接到電機(jī)50。將電機(jī)50的輸出軸51的角度轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字電信號的旋轉(zhuǎn)編碼器可以作為旋轉(zhuǎn)角度傳感器52的一個(gè)例子。如上所述， 可以接受任何類型的電動機(jī)作為電機(jī)50。并且，在此實(shí)施例中，提供外殼3以容納激光二極管10、光電二極管20、鏡子組件 300、光學(xué)透鏡60和旋轉(zhuǎn)裝置400。這樣，可以防止這些元件暴露在灰塵中或受到物理沖擊。 外殼3具有光學(xué)窗口 4，輸出激光束LO和輸入激光束L3可以通過光學(xué)窗口分別從設(shè)備100 發(fā)射出去和進(jìn)入設(shè)備100。因此，光學(xué)窗口 4與凹面鏡401在豎直方向上對齊。光學(xué)窗口 4 環(huán)繞凹面鏡401，并具有環(huán)形形狀，其中心位于輸出激光束LO的中心軸線與環(huán)形光學(xué)窗口 4 的橫截面交叉的點(diǎn)上。光學(xué)窗口 4由例如透明玻璃的透明板5覆蓋，以便防止設(shè)備100的凹面鏡401和其它元件暴露在灰塵中。透明板5設(shè)置成一角度，該角度與輸出激光束LO和輸入激光束L3的軸線成直角的角度略微偏離。因此，即使輸出激光束LO被透明板5反射， 反射的輸出激光束也不會具有與輸出激光束LO和輸入激光束L3相同的軸線。因此，透明板5反射輸出激光束LO不會產(chǎn)生干擾測定物體到設(shè)備100的距離的任何噪音。下面參看圖2和3，詳細(xì)討論此實(shí)施例中相當(dāng)于鏡子30的鏡子組件300。圖2是根據(jù)圖1所示第一實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100的具有通孔32的鏡子30的示意圖。如圖2所示，鏡子組件300的鏡子30的形狀類似于一塊板，它具有一個(gè)表面33以。鏡子30的表面31對應(yīng)于反射面。在表面31 的中心附近形成通孔32，從而從表面33到相反表面31穿透鏡子40。圖3是圖2所示鏡子30的剖視圖和俯視圖。在此實(shí)施例中，通孔32形成為使得輸出激光束LO穿過通孔32，即通孔32的中心軸線設(shè)置成與輸出激光束LO的中心軸線相同。從圖3可以看出，通孔32在此實(shí)施例中是空的。如圖3所示，通孔32形成為具有軸線的管狀。通孔32的軸線與輸出激光束LO的軸線重合。通孔32沿著其軸線具有圓形橫截面34。即，如果通孔32投影到垂直輸出激光束LO中心軸線的平面上，如圖3所示，則通孔32的投影圖像是中心在點(diǎn)Xl的圓34，點(diǎn)Xl 是輸出激光束LO的橫截面的中心。通孔32具有恒定的直徑D1。通孔32可以具有諸如橢圓形等的其它形狀的橫截面。如上所述，在根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100中，激光二極管10、鏡子30的通孔 32和光學(xué)透鏡60設(shè)置成與輸出激光束LO的中心軸線同軸。光學(xué)透鏡60將激光二極管10 發(fā)射的激光束轉(zhuǎn)換成激光脈沖的平行光線。通孔32的直徑Dl根據(jù)激光二極管10和光學(xué)透鏡60的光學(xué)特性確定。例如，將通孔32的直徑Dl定為略大于由光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的平行光線激光脈沖的直徑。反之，允許光學(xué)透鏡60設(shè)計(jì)成使激光二極管10發(fā)射的激光束準(zhǔn)直，使其最大寬度小于通孔32的直徑Dl。根據(jù)鏡子30的通孔32或光學(xué)透鏡60的這種設(shè)計(jì)，可以防止輸出光LO從鏡子30的表面33的任何反射。此外，允許在激光雷達(dá)設(shè)備100中，鏡子組件還包括未圖示的光學(xué)元件，用于將激光束發(fā)生裝置10發(fā)射的輸出激光束LO朝測量區(qū)域透射、以及將位于測量區(qū)域的物體反射回來的輸出激光L3經(jīng)過光偏轉(zhuǎn)裝置41反射。在這種情況下，鏡子組件30的通孔32至少部分地被光學(xué)元件覆蓋。優(yōu)選地，光學(xué)元件是由具有高的光透過率的材料制成。下面解釋激光雷達(dá)設(shè)備100的操作。首先，激光二極管控制器將命令信號發(fā)送到激光二極管10。命令信號含有例如電流脈沖，電流脈沖使激光二極管10輸出與電流脈沖成比例的激光脈沖L0。即，從激光二極管10發(fā)射寬度與電流脈沖成比例的激光脈沖L0。從激光二極管10發(fā)射的激光脈沖LO在其行進(jìn)過程中將稍微漫射，因?yàn)榧す饷}沖LO在其剛剛從激光二極管10射出之后具有初始漫射角。接著，將激光脈沖LO通過光學(xué)透鏡60轉(zhuǎn)換成平行激光脈沖LO。由光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的激光脈沖LO的平行光線穿過鏡子30的通孔32。接著，穿過鏡子30的通孔32的激光脈沖LO的平行光線變成入射到凹面鏡401的入射激光脈沖LO。凹面鏡401使入射激光脈沖LO偏轉(zhuǎn)，并且從凹面鏡401反射的激光脈沖LO從激光雷達(dá)設(shè)備100朝測量區(qū)域射出以檢測物體。如果在測量區(qū)域具有某一物體，則物體反射從設(shè)備100射出的激光脈沖L0。在物體表面反射角幾乎為零的一部分激光脈沖作為輸入激光束L3被反射回設(shè)備100。在通過光學(xué)窗口之后，輸入激光束L3或輸入激光脈沖L3被凹面鏡401偏轉(zhuǎn)。在這種情況下，凹面鏡401作為聚光透鏡，它將輸入激光束L3聚集到鏡子30，使得其橫截面的面積減小直到所有輸入激光束L3可被鏡子30捕獲。來自凹面鏡401的偏轉(zhuǎn)激光束L3被鏡子30反射。接著，輸入激光束L3進(jìn)入光電二極管20。偏轉(zhuǎn)的激光束L3被光電二極管 20檢測并轉(zhuǎn)換成電信號，電信號的幅度是反射激光束L3強(qiáng)度的函數(shù)。在此結(jié)構(gòu)中，測量在輸出激光束LO從激光二極管10發(fā)射的時(shí)刻與輸入激光束L3 被光電二極管20捕獲的時(shí)刻之間的飛行時(shí)間，以便利用光速獲得處于測量區(qū)域并反射輸出激光束LO的物體到設(shè)備100的距離。物體的方向是根據(jù)驅(qū)動凹面鏡401的電機(jī)50的旋轉(zhuǎn)角度直接得到的。激光雷達(dá)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)圖16是現(xiàn)有的激光雷達(dá)設(shè)備900的示意圖。類似于根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100，公知的激光雷達(dá)設(shè)備900包括激光二極管901、光電二極管902、光頻隔離器903、凹面鏡904、電機(jī)905、光學(xué)窗口 906、外殼907、 第一狹縫908、第二狹縫909和第三狹縫910。設(shè)備900設(shè)計(jì)成，根據(jù)激光二極管901朝測量區(qū)域發(fā)射激光束的時(shí)刻與光電二極管902檢測物體反射的激光束的時(shí)刻之間的飛行時(shí)間， 利用光速檢測物體的距離。物體的方向通過電機(jī)905的旋轉(zhuǎn)角度確定。激光二極管901發(fā)射具有預(yù)定漫射角的激光束。光頻隔離器902使激光二極管 901發(fā)射的激光束通過。凹面鏡904將從激光二極管901射出經(jīng)過光頻隔離器903的激光束朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)。如果測量區(qū)域內(nèi)存在物體，反射的激光束從物體返回。從物體反射的激光束通過凹面鏡904偏轉(zhuǎn)。由于凹面鏡904具有激光二極管901，從物體反射的激光束通過光頻隔離器903朝光電二極管902偏轉(zhuǎn)。激光二極管901、光電二極管902、光頻隔離器903、凹面鏡904和電機(jī)905裝在外殼907內(nèi)，外殼907具有光學(xué)窗口 906。激光束經(jīng)過光學(xué)窗口 906發(fā)射到測量區(qū)域，并被測量區(qū)域中的物體反射返回。在設(shè)備900中，在激光束透過光頻隔離器和激光被光頻隔離器反射的過程中都造成激光束的衰減。與設(shè)備900的情況相比，激光雷達(dá)設(shè)備100不使用光頻隔離器。如上所述，在激光雷達(dá)設(shè)備100中具有以預(yù)定角度設(shè)置的鏡子30，例如，相對輸出激光束LO的軸線成45度的角度設(shè)置。并且，鏡子30具有通孔32，輸出激光束LO經(jīng)過它不會有任何強(qiáng)度損失。并且，鏡子30具有將輸入激光束L3朝光電二極管20反射的反射面 31。因此，根據(jù)本發(fā)明的激光雷達(dá)設(shè)備100的鏡子30改善了輸出激光束LO的發(fā)射和輸入激光束L3的反射過程中的光損失特性。作為鏡子30的光損失特性的改進(jìn)結(jié)果，檢測物體到設(shè)備100的距離的準(zhǔn)確性也得到有效提高。特別是，在此實(shí)施例中，鏡子30的通孔32是空的，這有效改善了在經(jīng)過鏡子30的過程中造成的輸出激光束LO的損失或衰減。并且，在此實(shí)施例中，輸入激光束L3是從鏡子30的反射面31反射的。因此，盡管由于通孔32仍造成輸入激光束L3的一定強(qiáng)度損失，仍可以實(shí)現(xiàn)輸入激光束L3從鏡子30反射面31的近乎完美反射。而在光頻隔離器中不可能實(shí)現(xiàn)近乎完美的反射。因此，這有效改善了輸入激光束L3在設(shè)備100中行進(jìn)過程中的衰減。并且，在此實(shí)施例中，鏡子的通孔32設(shè)計(jì)成，如果將通孔32投影到垂直輸出激光束LO中心軸線的平面上，通孔32的投影圖像是中心處于點(diǎn)Xl的圓形，如圖3所示。因此， 具有最大光強(qiáng)度的輸出激光束LO的中心部分通過通孔32沒有任何強(qiáng)度損失。因此，可以有效地改善設(shè)備100的光損失特性。
8
并且，在此實(shí)施例中，具有在激光二極管10與鏡子30的通孔32之間、并且設(shè)置成與輸出激光束LO的中心軸線同軸的的光學(xué)透鏡60。因此，在經(jīng)過鏡子30的通孔32的過程中，輸出激光束LO是由沒有漫射角的激光脈沖的平行光線構(gòu)成，因?yàn)閺募す舛O管10發(fā)射的漫射激光束脈沖被光學(xué)透鏡60轉(zhuǎn)換成平行激光脈沖LO。這導(dǎo)致通孔32的最小直徑D1， 并且改善了鏡子30在反射輸入激光束L3時(shí)的光損失特性。因此，可以使鏡子30反射造成的輸入激光束L3的強(qiáng)度損失最小。如果將投射光學(xué)系統(tǒng)定義為包括激光二極管10、電機(jī)50、光學(xué)透鏡60、鏡子30和凹面鏡401的組件，將光檢測系統(tǒng)定義為包括凹面鏡401、鏡子30、電機(jī)50和光電二極管20 的組件，則根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100具有改進(jìn)的束分裂效率，提高了檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性，而不會犧牲激光雷達(dá)設(shè)備的小尺寸，因?yàn)橥渡涔鈱W(xué)系統(tǒng)和光檢測系統(tǒng)是同軸結(jié)構(gòu)。第二實(shí)施例參看圖4-7，下面將描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備。圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100A的示意圖。在此實(shí)施例中，與前一個(gè)實(shí)施例的差別在于存在束分裂裝置80以及操作控制器 82和存儲器84的改進(jìn)方法。因此，下面將省略與前一個(gè)實(shí)施例所使用的功能和結(jié)構(gòu)相同的激光雷達(dá)設(shè)備的組成部分的詳細(xì)討論。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的激光雷達(dá)設(shè)備100A包括鏡子組件300A、控制器82和存儲器84?？刂破?2和存儲器84分別相當(dāng)于控制裝置和存儲裝置。在此實(shí)施例中，投射光學(xué)系統(tǒng)包括作為激光束發(fā)生裝置的元件的激光二極管10、作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的電機(jī)50、作為準(zhǔn)直裝置的光學(xué)透鏡60、鏡子組件300A、以及作為光偏轉(zhuǎn)裝置的凹面鏡401 ；光檢測系統(tǒng)包括作為光偏轉(zhuǎn)裝置的凹面鏡401、鏡子組件300A、作為光檢測裝置的元件的光電二極管 20、以及作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的電機(jī)50。鏡子組件300A包括鏡子30和半鍍銀鏡子80。像在第一實(shí)施例的情況下，鏡子30成預(yù)定角度布置，例如，相對輸出激光束LO的軸線成大約45度的角度。并且，鏡子30具有通孔32，輸出激光束LO經(jīng)過它不會有任何強(qiáng)度損失。半鍍銀鏡子80至少部分地覆蓋通孔32。并且，鏡子30具有將輸入激光束L3朝光電二極管20反射的反射面31。輸出激光束LO透過鏡子組件300A的半鍍銀鏡子80。半鍍銀鏡子80將輸出激光束LO分裂成第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2。即，輸出激光束LO的一部分透過鏡子組件300A的半鍍銀鏡子80，而輸入激光束L3被鏡子30偏轉(zhuǎn)。在透過鏡子組件300A之后，第一輸出激光束Ll具有與輸出激光束LO相同的軸線。鏡子30 基本是由具有兩個(gè)表面的板形成。鏡子30具有對應(yīng)于鏡子30 —個(gè)表面的反射面31以及通孔32。反射面31與輸出激光束LO的軸線形成預(yù)定角度。通孔32具有中心軸線并穿透鏡子30，使通孔32的中心軸線與反射面31相交。并且，類似于第一實(shí)施例的情況，旋轉(zhuǎn)裝置400設(shè)計(jì)成繞與第一輸出激光束Ll的軸線相同的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而在水平方向的角掃描范圍可以達(dá)到高達(dá)360度。旋轉(zhuǎn)裝置 400包括凹面鏡401，它將第一輸出激光束Ll朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)并將物體反射回來的輸入激光束L3朝鏡子30偏轉(zhuǎn)。凹面鏡401的焦點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)裝置400的旋轉(zhuǎn)軸線上。與第一實(shí)施例的情況相比，鏡子組件300A包括作為束分裂裝置的半鍍銀鏡子80。半鍍銀鏡子80布置成與輸出激光束LO的軸線同軸，即與通孔32的軸線同軸。圖5是根據(jù)圖4的第二實(shí)施例的具有半鍍銀鏡子80的激光雷達(dá)的鏡子組件300A 的剖視圖和仰視圖。如圖5所示，根據(jù)此實(shí)施例的鏡子組件300A將輸出激光束LO分成第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2。第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2的方向彼此不同。 第一輸出激光束Ll具有與第一實(shí)施例的輸出激光束LO相同的光路。即，第一輸出激光束 Ll入射到凹面鏡401。如圖5所示，通孔32形成為具有軸線的管狀。通孔32的軸線與輸出激光束LO的軸線重合。這意味著通孔32的軸線與第一輸出激光束Ll的軸線重合。通孔32沿著其軸線具有圓形橫截面34。S卩，如果通孔32如圖5所示投影到垂直第一輸出激光束Ll的軸線的平面上，則通孔32的投影圖像是中心在點(diǎn)Xl的圓34，點(diǎn)Xl是第一輸出激光束Ll的橫截面的中心。通孔32具有恒定的直徑Dl。通孔32可以具有諸如橢圓形等的其它形狀的橫截半鍍銀鏡子80覆蓋通孔32。在該實(shí)施例中，如圖5所示，通過將銀鏡子80投影到垂直第一輸出激光束Ll的軸線的平面上獲得的半鍍銀鏡子80的投影圖像具有圓形形狀。 即，半鍍銀鏡子80具有大體橢圓形形狀，因?yàn)椴贾贸梢赃@種方式傾斜的橢圓在投影到水平面上時(shí)具有圓形投影圖像。并且，由半鍍銀鏡子80分裂的第二輸出激光束L2被導(dǎo)向光電二極管20并通過光電二極管20檢測，以便測量其強(qiáng)度。由光電二極管20檢測的第二輸出激光束L2的強(qiáng)度與激光二極管10發(fā)射的輸出激光束LO的強(qiáng)度有關(guān)。因此，如果采用反饋控制操作來控制激光二極管10，則輸出激光束LO的強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)到合適值。在此實(shí)施例中，控制器82和存儲器84執(zhí)行反饋控制操作，以控制激光二極管10?？刂破?2可以由具有中央處理器(CPU)的微計(jì)算機(jī)構(gòu)成。存儲器84可以由諸如只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、永久性存儲器等的存儲器構(gòu)成?？刂破?2和存儲器84構(gòu)成調(diào)節(jié)激光二極管10的輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度的輸出強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置的一個(gè)例子?？刂破?2執(zhí)行反饋控制操作，此反饋控制操作由存儲在存儲器84中的計(jì)算機(jī)程序限定。反饋控制操作包括以下步驟根據(jù)第二輸出激光束L2的強(qiáng)度估計(jì)激光二極管10 的輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度、將輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度與基準(zhǔn)值對比、以及校正輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度。反饋控制操作是以預(yù)定間隔、或者僅僅當(dāng)滿足預(yù)定條件時(shí)開始執(zhí)行， 例如設(shè)備100A的操作員打開控制設(shè)備的開關(guān)時(shí)開始執(zhí)行。圖6是解釋控制器82和存儲器84執(zhí)行的激光二極管10反饋控制操作的流程圖， 該反饋控制操作調(diào)節(jié)激光二極管10的輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度。在步驟S10，估計(jì)激光二極管10的輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度。更具體地，由于光電二極管20檢測的第二輸出激光束L2的強(qiáng)度與激光二極管10發(fā)射的輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度有關(guān)，因此根據(jù)光電二極管20檢測的第二輸出激光束L2的強(qiáng)度可以得到激光二極管10的輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度。接著，在步驟S20，將激光二極管10的輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度的估計(jì)值與基準(zhǔn)值對比。更具體地，判斷光電二極管20檢測的第二輸出激光束L2的強(qiáng)度是否大于閾值。第二輸出激光束L2的強(qiáng)度的閾值取決輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度的基準(zhǔn)值。一般地，激光二極管10的輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度正比于光電二極管20檢測的第二輸出激光束L2的強(qiáng)度。換句話說，如果第二輸出激光束L2的強(qiáng)度大于閾值，則輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度大于基準(zhǔn)值。因此，如果輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度大于基準(zhǔn)值，則在步驟S20的判斷結(jié)果是 “否”，程序執(zhí)行到步驟S30。在步驟S30，通過減小控制器82控制的命令信號的幅度，校正輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度。命令信號是由激光二極管驅(qū)動模塊供應(yīng)的，激光二極管驅(qū)動模塊在圖4中未圖示， 它連接到激光二極管10、控制器82和存儲器84。作為這個(gè)步驟操作的結(jié)果，輸出激光束LO 的輸出強(qiáng)度減小，并變成允許范圍以內(nèi)。接著，程序執(zhí)行到步驟S10。與這種情況相反，如果輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度小于或等于基準(zhǔn)值，則在步驟 S20的判斷結(jié)果為“是”，則結(jié)束激光二極管10的反饋控制操作。在此實(shí)施例中，鏡子組件300A的束分裂裝置80將輸出激光束LO分裂成第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2。束分裂裝置80包括半鍍銀鏡子。第一輸出激光束Ll入射到凹面鏡401，而第二輸出激光束L2射向光電二極管20。并且，根據(jù)光電二極管20檢測的第二輸出激光束L2強(qiáng)度，執(zhí)行反饋控制操作以調(diào)節(jié)輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度。因此，可以根據(jù)輸出激光束LO的實(shí)際輸出強(qiáng)度恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度。并且，如果束分裂裝置80由半鍍銀鏡子構(gòu)成，可以有效分裂輸出激光束L0。因此，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100A得到改進(jìn)的束分裂效率，并提高物體方向和距離的檢測準(zhǔn)確性，并且由于投射光學(xué)系統(tǒng)和光檢測系統(tǒng)的同軸結(jié)構(gòu)而不會犧牲激光雷達(dá)設(shè)備的小尺寸。第二實(shí)施例的修改參看圖7，下面解釋根據(jù)第二實(shí)施例的修改的激光雷達(dá)設(shè)備。圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的修改的鏡子組件300B的剖視圖。在第二實(shí)施例的修改中，與第二實(shí)施例的差別僅是利用鏡子組件300B代替鏡子組件300A。因此，將省略與先前實(shí)施例中所用的功能和結(jié)構(gòu)相同的激光雷達(dá)設(shè)備的組成部分的詳細(xì)討論。如圖7所示，輔助鏡子90設(shè)置在鏡子組件300B中，以將輸出激光束LO分成第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2。在這種情況下，分光裝置包括輔助鏡子90。輔助鏡子90設(shè)計(jì)成阻擋穿過鏡子30的通孔32的一部分輸出激光束L0。此外，輔助鏡子90連接到鏡子30，使得第一輸出激光束Ll射入到凹面鏡401，而第二輸出激光束L2射向光電二極管20。因此，在根據(jù)第二實(shí)施例修改的激光雷達(dá)設(shè)備中，將得到與先前實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。第三實(shí)施例參看圖8，下面將描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100B。圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100B的示意圖。在此實(shí)施例中，與第一實(shí)施例的差別在于具有第一狹縫93的第一蓋件92以及具有第二狹縫96的第二蓋件95。因此，將省略與第一實(shí)施例中所用的功能和結(jié)構(gòu)相同的激光雷達(dá)設(shè)備的組成部分的詳細(xì)討論。如在第一實(shí)施例中的情況一樣，鏡子30成預(yù)定角度設(shè)置，例如，相對輸出激光束LO的軸線成45度的角度。并且，鏡子30具有通孔32，輸出激光束LO由此經(jīng)過而沒有任何強(qiáng)度損失。并且，鏡子30具有將輸入激光束L3朝光電二極管20反射的反射板31。鏡子 30基本是由具有兩個(gè)表面的板形成的。鏡子30具有對應(yīng)于鏡子30—個(gè)表面的反射面31 以及通孔32。反射面31與輸出激光束LO的中心軸線形成預(yù)定角度。鏡子30基本由具有兩個(gè)表面的板形成。鏡子30具有對應(yīng)于鏡子30—個(gè)表面的反射面31以及通孔32。反射面31與輸出激光束LO的軸線形成預(yù)定角度。通孔32具有其中心軸線并穿透鏡子30，使通孔32的中心軸線與反射面31相交。并且，類似于第一實(shí)施例的情況，旋轉(zhuǎn)裝置400布置成繞與輸出激光束LO的軸線相同的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而在水平方向的角掃描范圍可以達(dá)到高達(dá)360度。旋轉(zhuǎn)裝置400 包括凹面鏡401，它將輸出激光束LO朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)并將物體反射回來的輸入激光束L3朝鏡子30偏轉(zhuǎn)。凹面鏡401的焦點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)裝置400的旋轉(zhuǎn)軸線上。根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100B包括具有第一狹縫93的第一蓋件92、具有第二狹縫96的第二蓋件95、以及固定第二蓋件95的框架件94。第一蓋件92設(shè)置成與輸出激光束LO和輸入激光束L3同軸。更詳細(xì)地，第一蓋件 92位于鏡子組件300的鏡子30與凹面鏡401之間。第一蓋件92形成為基本具有板形，并固定在外殼3上，使第一蓋件92至少與激光二極管10和電機(jī)50保持固定距離。第一蓋件 92的第一狹縫93的內(nèi)周壁是具有中心軸線的圓柱形。即，第一狹縫93是在第一蓋件92中形成的圓柱形孔。優(yōu)選地，第一狹縫93的中心軸線與輸出激光束LO的中心軸線同軸。但是，還允許第一狹縫93的中心軸線與輸出激光束LO的中心軸線平行但偏離。第二蓋件95設(shè)置為與從鏡子30反射的輸入激光束L3同軸。因此，第二蓋件95 位于鏡子30與光電二極管20之間。第二蓋件95形成為基本具有板形，并由框架件94以及被外殼3直接支撐的第一蓋件92固定。第二蓋件95還被固定以與鏡子30保持相對位置。第二蓋件95的第二狹縫96的內(nèi)周壁是具有中心軸線的圓柱形。即，第二狹縫96是在第二蓋件95中形成的圓柱形孔。如果在鏡子30和光電二極管20之間行進(jìn)的輸入激光束的軸線97被限定，則狹縫95的中心軸線與鏡子30和光電二極管20之間行進(jìn)的輸入激光束的軸線97同軸。除了具有圖1所示激光雷達(dá)設(shè)備100中包括的鏡子組件300的構(gòu)成部分之外，在圖8所示的激光雷達(dá)設(shè)備100B中包括具有第一狹縫93的第一蓋件92和具有第二狹縫96 的第二蓋件95。但是，也可以使用圖4和5所示的鏡子組件300A，而不是圖2_3所示的鏡子組件300。在根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100B中，包括具有第一狹縫93的第一蓋件92和具有第二狹縫96的第二蓋件95。因此，由于通過第一蓋件92和第二蓋件95阻擋輸出激光束LO和輸入激光束L3偏離恰當(dāng)光路的部分，可以改進(jìn)光譜效率并提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性。此外，由于圓柱形第一和第二狹縫93和96，可以得到有效阻擋特性，以阻擋輸出激光束LO和輸入激光束L3偏離恰當(dāng)光路的部分。因此，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100B得到改進(jìn)的光譜效率，并提高物體方向和距離的檢測準(zhǔn)確性，并且由于投射光學(xué)系統(tǒng)和光檢測系統(tǒng)的同軸結(jié)構(gòu)而不會犧牲激光雷達(dá)設(shè)備的小尺寸。因此，在根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100B中可以得到與先前實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。第四實(shí)施例參看圖9，下面描述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100C。圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100C的示意圖。在此實(shí)施例中，與第一實(shí)施例的差別在于旋轉(zhuǎn)裝置400A與圖4所示的具有凹面鏡401的旋轉(zhuǎn)裝置30的不同結(jié)構(gòu)，以及存在作為光束轉(zhuǎn)換裝置的光學(xué)元件500。旋轉(zhuǎn)裝置 400A包括凹面鏡410，凹面鏡410包括具有凹形鏡面411a的凹反射部分411以及具有平鏡面41 的平反射部分412。因此，將省略與第二實(shí)施例中所用的功能和結(jié)構(gòu)相同的激光雷達(dá)設(shè)備的組成部分的詳細(xì)討論。如圖9所示，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100C包括鏡子組件300A、控制器82 和存儲器84。在此實(shí)施例中，投射光學(xué)系統(tǒng)包括作為激光束發(fā)生裝置的元件的激光二極管 10、作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的電機(jī)50、作為準(zhǔn)直裝置的光學(xué)透鏡60、鏡子組件300A、以及作為光偏轉(zhuǎn)裝置的凹面鏡410 ；光檢測系統(tǒng)包括作為光偏轉(zhuǎn)裝置的凹面鏡410、鏡子組件300A、作為光檢測裝置的元件的光電二極管20、以及作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的電機(jī)50。鏡子組件300A包括鏡子30和半鍍銀鏡子80。如上所述，鏡子30成預(yù)定角度設(shè)置，例如，相對輸出激光束LO的軸線成大約45度的角度。并且，鏡子30具有通孔32，輸出激光束LO經(jīng)過它不會有任何強(qiáng)度損失。并且，鏡子30具有將輸入激光束L3朝光電二極管20反射的反射面31。由鏡子30透過的輸出激光束LO變成第一輸出激光束Li，而輸入激光束L3被鏡子30反射。在透過鏡子組件300A之后，第一輸出激光束Ll具有與輸出激光束LO相同的軸線。鏡子30基本由具有兩個(gè)表面的板形成。鏡子30具有對應(yīng)于鏡子30—個(gè)表面的反射面31以及通孔32。反射面31與輸出激光束LO的軸線形成預(yù)定角度。通孔32具有其中心軸線并穿透鏡子30，使通孔32的中心軸線與反射面31相交。根據(jù)此實(shí)施例的鏡子組件300A將輸出激光束LO分裂成第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2，如圖5所示。第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2的方向彼此不同。 第一輸出激光束Ll入射到凹面鏡410。并且提供外殼3，用于裝激光二極管10、光電二極管 20、鏡子組件300、光學(xué)透鏡60和旋轉(zhuǎn)裝置400A。外殼3具有光學(xué)窗口 4，第一輸出激光束 Ll和輸入激光束L3可以通過它分別從設(shè)備100發(fā)射出去和進(jìn)入設(shè)備100。光學(xué)窗口 4由例如透明玻璃的透明板5覆蓋，以便防止設(shè)備100的凹面鏡401和其它元件暴露在灰塵中， 如根據(jù)上述第二實(shí)施例的設(shè)備100A —樣。并且，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100C包括旋轉(zhuǎn)裝置400A。旋轉(zhuǎn)裝置400A布置成繞與第一輸出激光束Ll的軸線相同的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而在水平方向的角掃描范圍可以達(dá)到高達(dá)360度。旋轉(zhuǎn)裝置400A包括凹面鏡410，凹面鏡410將第一輸出激光束Ll朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)并將物體反射回來的輸入激光束L3朝鏡子30偏轉(zhuǎn)。凹面鏡410對應(yīng)于光偏轉(zhuǎn)裝置。為了驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置400A執(zhí)行連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，提供電機(jī)50。電機(jī)50具有驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置400和凹面鏡410的輸出軸51。電機(jī)50對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。為了檢測電機(jī)50的旋轉(zhuǎn)角度，提供旋轉(zhuǎn)角度傳感器52，它連接到電機(jī)50。旋轉(zhuǎn)裝置400A的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例中給出的旋轉(zhuǎn)裝置400不同。即，與旋轉(zhuǎn)裝置400的情況相比，此實(shí)施例中使用的旋轉(zhuǎn)裝置400A包括凹面鏡410，其結(jié)構(gòu)與圖1所示的凹面鏡401不同。凹面鏡410產(chǎn)生由透過光學(xué)元件500的第一輸出激光束Ll的如圖10所示的第一輸出激光束Ll的投影圖案。圖11是在此實(shí)施例中使用的旋轉(zhuǎn)裝置400A的示意圖。如圖11所示，旋轉(zhuǎn)裝置400A具有凹面鏡410。凹面鏡410包括具有凹形鏡面411a 的凹反射部分411以及具有平鏡面41 的平反射部分412。凹面鏡410的表面由平反射部分412的平鏡面41 和凹形鏡面411a覆蓋，使平鏡面41 被凹形鏡面411a包圍。并且， 平鏡面41 的設(shè)計(jì)使激光二極管10發(fā)射的第一輸出激光束Ll射到平鏡面41 并被平鏡面41 反射。S卩，凹面鏡410的平鏡面41 設(shè)置成與第一輸出激光束Ll的軸線同軸。旋轉(zhuǎn)裝置400A具有旋轉(zhuǎn)軸線51a，它形成為電機(jī)50的輸出軸51的軸線。旋轉(zhuǎn)軸線51a與輸出激光束LO和第一輸出激光束Ll在激光二極管10與凹面鏡410之間的部分軸線對齊。凹面鏡401的凹反射部分411的焦點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)裝置400A的旋轉(zhuǎn)軸線51a上。因此，在物體反射回來的輸入激光束L3被凹面鏡410的凹反射部分411反射之后，輸入激光束L3會聚到位于旋轉(zhuǎn)軸線51a上的焦點(diǎn)。如圖10所示，凹面鏡410的平反射部分412在垂直旋轉(zhuǎn)軸線51a的平面上的投影圖像是圓形。即，當(dāng)具有旋轉(zhuǎn)裝置400A的激光雷達(dá)設(shè)備100C設(shè)置在水平面上時(shí)，第一輸出激光束Ll沿著水平方向從激光雷達(dá)設(shè)備100C發(fā)出。因此，如果在測量區(qū)域中準(zhǔn)備一個(gè)垂直面F、并且第一輸出激光束Ll入射到垂直面F上，第一輸出激光束Ll的強(qiáng)度的分布具有圓形形狀，如圖10所示。并且，如圖9所示，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100C包括作為光束轉(zhuǎn)換裝置的光學(xué)元件500。光學(xué)元件500位于輸出激光束LO在激光二極管10與設(shè)備100C外部的測量區(qū)域之間的軸線上。光學(xué)元件500包括透射型衍射光柵。輸出激光束LO透過光學(xué)元件500，并轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定投影圖案，該預(yù)定投影圖案覆蓋比由光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的輸出激光束LO的橫截面大的橫截面。入射到光學(xué)元件500的激光束是光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的平行光線激光束。在光學(xué)元件500中，入射激光束散開，使輸出激光束LO的直徑在穿過光學(xué)元件500后增大。因此， 與未包括光學(xué)元件500的情況相比，在測量區(qū)域的物體的目標(biāo)表面上的照射面積也增大。圖10是表示光學(xué)元件500產(chǎn)生的第一輸出激光束Ll在垂直面F上的示例性投影圖案Pl的示意圖。當(dāng)具有旋轉(zhuǎn)裝置400A的激光雷達(dá)設(shè)備100C設(shè)置在水平面上、并且第一輸出激光束Ll沿著水平方向從激光雷達(dá)設(shè)備100C發(fā)出時(shí)，獲得投影圖案Pl。因此，如果在測量區(qū)域中準(zhǔn)備一個(gè)垂直面F、并且第一輸出激光束Ll入射到垂直面F上，第一輸出激光束Ll的強(qiáng)度的分布具有圓形形狀，如圖10所示。在圖10中表示出光學(xué)元件500產(chǎn)生的環(huán)形投影圖案P1。在被平反射部分412的平鏡面41 偏轉(zhuǎn)之后，環(huán)形投影圖案Pl被繪制到垂直于第一輸出激光束Ll的軸線的平面 F上。環(huán)形投影圖案Pl包括暗區(qū)Al和明區(qū)A2，其中照射到明區(qū)A2的第一輸出激光束Ll 的強(qiáng)度大于照射到暗區(qū)Al的第一輸出激光束Ll的強(qiáng)度。暗區(qū)Al被明區(qū)A2包圍。利用一些公知的光譜技術(shù)也可以產(chǎn)生除了環(huán)形投影圖案Pl以外的其它圖案。在此實(shí)施例中，通孔32具有圓形橫截面，其與第一輸出激光束Ll的軸線相同，如圖5所示。即，如果通孔32投影到垂直于第一輸出激光束Ll的軸線的平面上，則通孔32 的投影圖像是圓。通孔32可以具有諸如橢圓形等的其它形狀的橫截面。并且，鏡子組件300A包括作為束分裂裝置的半鍍銀鏡子80。半鍍銀鏡子80設(shè)計(jì)成與輸出激光束LO的軸線同軸，即與通孔32的軸線同軸。鏡子組件300A將輸出激光束LO 分裂成第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2。第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束 L2的方向彼此不同。第一輸出激光束Ll具有與第一實(shí)施例的輸出激光束LO相同的光路。 即，第一輸出激光束Ll入射到凹面鏡401。因此，可以執(zhí)行反饋控制操作，根據(jù)光電二極管 20檢測的第二輸出激光束L2的強(qiáng)度，調(diào)節(jié)輸出激光束LO的輸出強(qiáng)度，如圖4所示。根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100C具有前面實(shí)施例可以達(dá)到的相同優(yōu)點(diǎn)。激光雷達(dá)設(shè)備100C還具有位于在激光二極管10與測量區(qū)域之間的輸出激光束LO的軸線上的光學(xué)元件500。輸出激光束LO透過光學(xué)元件500，并轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定投影圖案，該預(yù)定投影圖案覆蓋比由光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的輸出激光束LO的橫截面大的橫截面。因此，物體反射回來的輸入激光束L3的分布被設(shè)計(jì)成防止輸入激光束L3進(jìn)入通孔32。因此，可以有效防止輸入激光束L3在穿過鏡子組件300A的過程中造成的損失或衰減。并且，在激光雷達(dá)設(shè)備100C中，具有凹形表面的凹面鏡342將激光二極管10發(fā)射的第一輸出激光束Ll朝設(shè)備100C外部的測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)，并且如果存在物體的話，將來自測量區(qū)域的物體的輸入激光束L3朝鏡子30偏轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100C 具有改進(jìn)的束分裂效率，提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性，而不會犧牲激光雷達(dá)設(shè)備的小尺寸。并且，凹面鏡410包括具有平鏡面41 的平反射部分412，其設(shè)計(jì)使激光二極管 10發(fā)射的輸出激光束LO射到平鏡面41 并被平鏡面41 反射。因此，可以防止當(dāng)?shù)谝惠敵黾す馐鳯l被凹面鏡410偏轉(zhuǎn)時(shí)引起的漫射現(xiàn)象。因此，激光雷達(dá)設(shè)備100C具有改進(jìn)的束分裂效率，提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性。并且，設(shè)備100C包括位于激光雷達(dá)10與鏡子組件300A的通孔32之間的輸出激光束LO的軸線上的光學(xué)元件500。在這種結(jié)構(gòu)中，僅僅輸出激光束LO進(jìn)入光學(xué)元件500。 即，輸入激光束L3不透過光學(xué)元件500。這樣，光學(xué)元件500不會使輸入激光束L3衰減。 因此，激光雷達(dá)設(shè)備100C具有改進(jìn)的束分裂效率，提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性。并且，光學(xué)元件500包括透射型衍射光柵，以產(chǎn)生輸出激光束LO的預(yù)定投影圖案。 在光學(xué)元件500中，入射激光束散開，使輸出激光束LO的直徑在穿過光學(xué)元件500后增大。 因此，與未包括光學(xué)元件500的情況相比，在測量區(qū)域的物體的目標(biāo)表面F上的照射面積也增大。因此，光束轉(zhuǎn)換裝置包括光學(xué)元件500。因而，通過光學(xué)元件500可以容易和確保實(shí)現(xiàn)光束轉(zhuǎn)換裝置的功能。輸出激光束LO的預(yù)定投影圖案包括暗區(qū)Al和明區(qū)A2，其中照射到明區(qū)A2的輸出激光束LO的強(qiáng)度大于照射到暗區(qū)Al的輸出激光束LO的強(qiáng)度。這樣，鏡子組件300A可以減少輸入激光束L3通過通孔32產(chǎn)生的輸入激光束L3的損失。因此，激光雷達(dá)設(shè)備100C 具有改進(jìn)的束分裂效率，提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性。并且，在根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100C中，可以得到與前面實(shí)施例相同的優(yōu)
點(diǎn)ο第五實(shí)施例參看圖12-13，下面將描述根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100D。
圖12是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100D的示意圖。在此實(shí)施例中，與第一實(shí)施例的差別在于旋轉(zhuǎn)裝置400B與第四實(shí)施例所用的旋轉(zhuǎn)裝置400A的不同結(jié)構(gòu)，以及不存在作為設(shè)備100C中包括的光束轉(zhuǎn)換裝置的光學(xué)元件 500。旋轉(zhuǎn)裝置400B具有凹面鏡420。因此，將省略與第四實(shí)施例中所用的功能和結(jié)構(gòu)相同的激光雷達(dá)設(shè)備的組成部分的詳細(xì)討論。如圖12所示，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100D包括鏡子組件300A、控制器82 和存儲器84。在此實(shí)施例中，投射光學(xué)系統(tǒng)包括作為激光束發(fā)生裝置的元件的激光二極管 10、作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的電機(jī)50、作為激光束準(zhǔn)直裝置的光學(xué)透鏡60、鏡子組件300A、以及作為光偏轉(zhuǎn)裝置的凹面鏡420 ；光檢測系統(tǒng)包括作為光偏轉(zhuǎn)裝置的凹面鏡420、鏡子組件 300A、作為光檢測裝置的元件的光電二極管20、以及作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的電機(jī)50。鏡子組件300A包括鏡子30和半鍍銀鏡子80。如第一實(shí)施例的情況一樣，鏡子30成預(yù)定角度設(shè)置，例如，相對輸出激光束LO的軸線成大約45度的角度。并且，鏡子30具有通孔32，輸出激光束LO經(jīng)過它不會有任何強(qiáng)度損失。并且，鏡子30具有將輸入激光束L3朝光電二極管20反射的反射面31。輸出激光束LO透過鏡子30變成第一輸出激光束Li，而輸入激光束L3被鏡子組件300A的鏡子30反射。在透過鏡子組件300A之后，第一輸出激光束Ll具有與輸出激光束LO相同的軸線。鏡子30基本是由具有兩個(gè)表面的板形成的。鏡子30具有對應(yīng)于鏡子30 —個(gè)表面的反射面 31以及通孔32。反射面31與輸出激光束LO的軸線形成預(yù)定角度。通孔32具有其中心軸線并穿透鏡子30，使通孔32的中心軸線與反射面31相交。根據(jù)此實(shí)施例的鏡子組件300A將輸出激光束LO分裂成第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2。第一輸出激光束Ll和第二輸出激光束L2的方向彼此不同。第一輸出激光束Ll具有與第一實(shí)施例的輸出激光束LO相同的光路。即，第一輸出激光束Ll射到凹面鏡420上。并且提供外殼3，用于裝激光二極管10、光電二極管20、鏡子組件300、光學(xué)透鏡 60和旋轉(zhuǎn)裝置400B。外殼3具有光學(xué)窗口 4，輸出激光束LO和輸入激光束L3可以通過它分別從設(shè)備100發(fā)射出去和進(jìn)入設(shè)備100。光學(xué)窗口 4由諸如透明玻璃的透明板5覆蓋， 以便防止設(shè)備100的凹面鏡420和其它元件暴露在灰塵中，像根據(jù)上述第二實(shí)施例的設(shè)備 100A 一樣。并且，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100D包括旋轉(zhuǎn)裝置400B。旋轉(zhuǎn)裝置400B布置成繞與第一輸出激光束Ll的軸線相同的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而在水平方向的角掃描范圍可以達(dá)到高達(dá)360度。旋轉(zhuǎn)裝置400B包括凹面鏡420，凹面鏡420將第一輸出激光束Ll朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)并將物體反射回來的輸入激光束L3朝鏡子30偏轉(zhuǎn)。凹面鏡420對應(yīng)于光偏轉(zhuǎn)裝置。為了驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置400B執(zhí)行連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，提供電機(jī)50。電機(jī)50具有驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置400B和凹面鏡420的輸出軸51。電機(jī)50對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。為了檢測電機(jī)50 的旋轉(zhuǎn)角度，提供旋轉(zhuǎn)角度傳感器52，并將其連接到電機(jī)50。凹面鏡420包括具有凹形鏡面421a的凹反射部分421以及具有平鏡面42 的平反射部分422。凹面鏡420的表面由平反射部分422的平鏡面42 和凹形鏡面421a覆蓋， 使平鏡面41 被凹形鏡面421a包圍。并且，平鏡面42 設(shè)計(jì)成使第一輸出激光束Ll射到平鏡面42 并被平鏡面42 反射。S卩，凹面鏡420的平鏡面42 設(shè)置成與第一輸出激光束Ll的軸線同軸。旋轉(zhuǎn)裝置400B具有旋轉(zhuǎn)軸線51a，它形成為電機(jī)50的輸出軸51的軸線。旋轉(zhuǎn)軸線51a與輸出激光束LO在激光二極管10和凹面鏡420之間的軸線一致。凹面鏡401的凹反射部分421的焦點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)裝置400B的旋轉(zhuǎn)軸線51a上。因此，在物體反射回來的輸入激光束L3被凹面鏡420的凹反射部分421反射之后，輸入激光束L3會聚到位于旋轉(zhuǎn)軸線51a 上的焦點(diǎn)。并且，在根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100D中，凹面鏡420的平反射部分422包括反射型衍射光柵。平反射部分422將第一輸出激光束Ll朝測量區(qū)域反射，并將第一輸出激光束Ll轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生預(yù)定投影圖案，該預(yù)定投影圖案覆蓋比光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的輸出激光束LO的橫截面大的橫截面。入射到平反射部分422的激光束Ll是光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的平行光線的激光束。入射激光束散開，使輸出激光束LO的直徑通過平反射部分422反射后增大。圖13是表示由包括反射型衍射光柵的平反射部分422產(chǎn)生的第一輸出激光束Ll 的示例性投影圖案Pl的示意圖。當(dāng)具有旋轉(zhuǎn)裝置400B的激光雷達(dá)設(shè)備100D設(shè)置在水平面上、并且第一輸出激光束Ll沿著水平方向從激光雷達(dá)設(shè)備100D發(fā)出時(shí)，獲得投影圖案Pl。因此，如果在測量區(qū)域中準(zhǔn)備一個(gè)垂直面F、并且第一輸出激光束Ll入射到垂直面F上，第一輸出激光束Ll的強(qiáng)度的分布具有圓形形狀，如圖13所示。在圖13中表示出由平反射部分422產(chǎn)生的環(huán)形投影圖案P1。在被平反射部分422 的平鏡面42 偏轉(zhuǎn)之后，環(huán)形投影圖案Pl被繪制到垂直于第一輸出激光束Ll的軸線的平面F上。環(huán)形投影圖案Pl包括暗區(qū)Al和明區(qū)A2，其中照射到明區(qū)A2的第一輸出激光束 Ll的強(qiáng)度大于照射到暗區(qū)Al的第一輸出激光束Ll的強(qiáng)度。暗區(qū)Al被明區(qū)A2包圍，類似于圖10所示的情況。根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100D具有前面實(shí)施例可以達(dá)到的相同優(yōu)點(diǎn)。激光雷達(dá)設(shè)備100D還具有包括反射型衍射光柵的凹面鏡420的平反射部分422。平反射部分 422位于激光二極管10與測量區(qū)域之間的輸出激光束LO的軸線上。第一輸出激光束Ll被凹面鏡420的平反射部分422反射，并轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定投影圖案，該預(yù)定投影圖案覆蓋比光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的輸出激光束LO的橫面積大的橫截面。因此，物體反射回來的輸入激光束 L3的分布被設(shè)計(jì)成防止輸入激光束L3進(jìn)入通孔32。因此，可以有效改善輸入激光束L3在穿過鏡子組件300A的過程中造成的損失或衰減。并且，在激光雷達(dá)設(shè)備100D中，作為具有凹形表面的物體的凹面鏡442將激光二極管10發(fā)射的輸出激光束LO朝設(shè)備100D外部的測量區(qū)域反射，并且如果存在物體的話， 將來自測量區(qū)域中的物體的輸入激光束L3朝鏡子30偏轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100D具有改進(jìn)的束分裂效率，提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性，而不會犧牲激光雷達(dá)設(shè)備的小尺寸。并且，凹面鏡420包括具有平鏡面42 的平反射部分422，其設(shè)計(jì)成使激光二極管10發(fā)射并且被半鍍銀鏡子80分裂的第一輸出激光束Ll射到平鏡面42 并被平鏡面42 反射。因此，可以防止凹面鏡420反射輸出激光束LO的過程中引起的光束漫射現(xiàn)象。因此，激光雷達(dá)設(shè)備100D具有改進(jìn)的束分裂效率，提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性。
并且，在此實(shí)施例中，平反射部分422包括反射型衍射光柵，它將激光束轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定投影圖案。在這種結(jié)構(gòu)中，需要在鏡子組件300A與經(jīng)過凹面鏡420的測量區(qū)域之間提供任何諸如圖9所示光學(xué)元件500的光學(xué)元件。因此，可以減小激光雷達(dá)設(shè)備的尺寸。因此，根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100D具有改進(jìn)的束分裂效率，提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性，而不會犧牲激光雷達(dá)設(shè)備的小尺寸。并且，平反射部分422包括反射型衍射光柵，以產(chǎn)生第一輸出激光束Ll的預(yù)定投影圖案。在平反射部分422中，入射激光束散開，使輸出激光束LO的直徑增大。因此，與未包括光學(xué)元件500的情況相比，在測量區(qū)域的物體的目標(biāo)表面F上的照射面積也增大。因此，通過平反射部分422可以容易和確保實(shí)現(xiàn)光束轉(zhuǎn)換裝置的功能。第一輸出激光束Ll的預(yù)定投影圖案Pl包括暗區(qū)Al和明區(qū)A2，其中照射到明區(qū) A2的第一輸出激光束Ll的強(qiáng)度大于照射到暗區(qū)Al的第一輸出激光束Ll的強(qiáng)度。這樣，鏡子組件300A可以減少輸入激光束L3通過通孔32產(chǎn)生的輸入激光束L3的損失。因此，激光雷達(dá)設(shè)備100D具有改進(jìn)的束分裂效率，提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性。并且，在根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100D中，可以得到與前面實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)ο第六實(shí)施例參看圖14-15，下面描述根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100E。圖14是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100E的示意圖。在此實(shí)施例中，與第四實(shí)施例的差別在于旋轉(zhuǎn)裝置400C與旋轉(zhuǎn)裝置400B的不同結(jié)構(gòu)，因?yàn)樾D(zhuǎn)裝置400C包括與凹面鏡420不同的凹面鏡430。因此，將省略與第四實(shí)施例中所用的功能和結(jié)構(gòu)相同的激光雷達(dá)設(shè)備的組成部分的詳細(xì)討論。激光雷達(dá)設(shè)備100E具有包括凹面鏡430的旋轉(zhuǎn)裝置400C。凹面鏡430包括具有凹形鏡面431a的凹反射部分431以及具有平鏡面43 的平反射部分432。反射部分431 具有與第四實(shí)施例中給出的反射部分421相同的結(jié)構(gòu)。凹反射部分431的凹形鏡面431a 包圍平反射部分432的平鏡面43加。平反射部分432的平鏡面43 位于激光二極管10發(fā)射的輸出激光束LO的軸線上。更詳細(xì)地，由半鍍銀鏡子80分裂的第一輸出激光束Ll照射到平鏡面43加。旋轉(zhuǎn)裝置400C具有旋轉(zhuǎn)軸線51a，它形成為電機(jī)50的輸出軸51的軸線。旋轉(zhuǎn)軸線51a與輸出激光束LO和第一輸出激光束Ll在激光二極管10與凹面鏡430之間的軸線重合。凹面鏡430的凹反射部分431的焦點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)裝置400B的旋轉(zhuǎn)軸線51a上。因此，在物體反射回來的輸入激光束L3被凹面鏡430的凹反射部分431偏轉(zhuǎn)之后，輸入激光束L3 會聚到位于旋轉(zhuǎn)軸線51a上的焦點(diǎn)。并且，在根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100E中，凹面鏡430的平反射部分432包反射型衍射光柵。平反射部分432將激光二極管10發(fā)射并透過半鍍銀鏡子80的輸出激光束LO朝測量區(qū)域反射，并將輸出激光束LO轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生預(yù)定投影圖案，該預(yù)定投影圖案覆蓋比光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的輸出激光束LO的橫截面大的橫截面。入射到平反射部分432的激光是光學(xué)透鏡60準(zhǔn)直的平行光線的激光束。入射激光束散開，使第一輸出激光束Ll的直徑通過平反射部分432偏轉(zhuǎn)后增大。圖15是表示包括反射型衍射光柵的平反射部分432產(chǎn)生的第一輸出激光束Ll的示例性投影圖案P2的示意圖。投影圖案P2與投影圖案Pl不同。當(dāng)具有旋轉(zhuǎn)裝置400C的激光雷達(dá)設(shè)備100E設(shè)置在水平面上、并且第一輸出激光束Ll沿著水平方向從激光雷達(dá)設(shè)備100E發(fā)出時(shí)，獲得投影圖案P2。因此，如果在測量區(qū)域中準(zhǔn)備一個(gè)垂直面F、并且第一輸出激光束Ll入射到垂直面F上，第一輸出激光束Ll的強(qiáng)度的分布具有矩形形狀，如圖15所示。如圖15所示，投影圖案P2在平行于旋轉(zhuǎn)軸線51a的垂直方向具有三個(gè)矩形區(qū)域。 因此，投影圖案P2是具有較長邊和較短邊的長窄狀的矩形。即，投影圖案P2包括暗區(qū)A3 和一對明區(qū)A4，暗區(qū)A3夾在一對明區(qū)A4之間。長邊的長度Wl大于短邊的長度W2，如圖15 所示。根據(jù)此實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備100E，可以得到與第五實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。并且，平反射部分432將入射激光束轉(zhuǎn)換成具有投影圖案P2。投影圖案P2具有一對明區(qū)A4以及夾在這對明區(qū)A4之間的暗區(qū)A3。因此，鏡子組件300A可以減小照射通孔32的輸入激光束L3產(chǎn)生的輸入激光束L3的損失。因此，激光雷達(dá)設(shè)備100E具有改進(jìn)的束分裂效率，提高檢測物體方向和距離的準(zhǔn)確性，并且，投影圖案P2具有長窄狀矩形的形狀，矩形長邊平行于旋轉(zhuǎn)軸線51a;并具有一對明區(qū)A4，該對明區(qū)沿平行于旋轉(zhuǎn)軸線51a的方向?qū)祬^(qū)A3夾在中間。因此，可以提高物體方向的分辨率。實(shí)施例的修改雖然為了更好地理解本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明原理的情況下，可以按不同方式實(shí)施本發(fā)明。例如，在第一和第二實(shí)施例中，光學(xué)透鏡60處于激光二極管10和鏡子30之間。光學(xué)透鏡60相當(dāng)于準(zhǔn)直裝置。但是，也可以去除光學(xué)透鏡60。在這種情況下，輸出激光束LO 漫射并穿過通孔32。并且，優(yōu)選地，光學(xué)透鏡60包括會聚透鏡。并且，在第一和第二實(shí)施例中，鏡子的通孔32設(shè)計(jì)成，如果通孔32投影到垂直輸出激光束LO中心軸線的平面上，通孔32的投影圖像是圓形。但是，也允許通孔32的投影圖像是矩形和其它形狀。并且，在第二實(shí)施例中，采用光電二極管20檢測第二輸出激光束L2和輸入激光束 L3。但是，優(yōu)選地使用兩個(gè)光電二極管，一個(gè)用于檢測第二輸出激光束L2，另一個(gè)用于檢測輸入激光束L3。在這種情況下，如果可以使用分散裝置，則它處于鏡子組件300A與光電二極管20之間。并且，在第三實(shí)施例中，設(shè)備包括具有第一狹縫93的第一蓋件92以及具有第二狹縫96的第二蓋件95。但是，允許僅僅包括第一和第二蓋件92、96之一。并且，用適于僅僅透射激光束的濾光片覆蓋狹縫93、96。在第三實(shí)施例中，狹縫93、96形成圓形形狀。但是，狹縫的形狀并不限于圓形。諸如多邊形等其它形狀也可以接收。此外，第二、第四、第五和第六實(shí)施例的激光雷達(dá)設(shè)備還可以包括第三實(shí)施例公開的具有第一狹縫93的第一蓋件92以及第二蓋件95。在第四、第五和第六實(shí)施例中，鏡子組件300A包括半鍍銀鏡子80。但是，允許鏡子組件300A不包括半鍍銀鏡子80。
權(quán)利要求
1.一種激光雷達(dá)設(shè)備，用于測量物體的距離和到物體的方向，所述物體處于所述激光雷達(dá)設(shè)備的測量區(qū)域，所述激光雷達(dá)設(shè)備包括激光束發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生具有軸線的激光束、并將激光束朝測量區(qū)域發(fā)射； 光檢測裝置，用于檢測由處于測量區(qū)域的物體反射回來的反射激光束； 鏡子組件，所述鏡子組件包括反射面，所述反射面布置成與激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束的軸線成預(yù)定角度、并將物體反射回來的反射激光束朝光檢測裝置反射；光偏轉(zhuǎn)裝置，用于將激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)、并將處于測量區(qū)域的物體反射回來的激光束朝所述鏡子組件偏轉(zhuǎn)，光偏轉(zhuǎn)裝置具有旋轉(zhuǎn)軸線和鏡面；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，用于使光偏轉(zhuǎn)裝置繞光偏轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使得光偏轉(zhuǎn)裝置的鏡面被轉(zhuǎn)動到沿著測量區(qū)域的方向朝向； 其特征在于，所述激光雷達(dá)設(shè)備還包括通孔，所述通孔穿過所述鏡子組件、與從激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束的軸線同軸、并且使激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束通過；以及光束轉(zhuǎn)換裝置，用于將激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定投影圖案的轉(zhuǎn)換激光束，所述光束轉(zhuǎn)換裝置布置成位于激光束發(fā)生裝置與測量區(qū)域之間的激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束的光路上；其中，所述光束轉(zhuǎn)換裝置將激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定投影圖案， 該預(yù)定投影圖案覆蓋比入射激光束橫截面大的區(qū)域；光偏轉(zhuǎn)裝置的鏡面具有包括平鏡面的平反射部分、和包括凹形鏡面的凹反射部分，所述凹形鏡面具有位于所述光偏轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸線上的焦點(diǎn)；光偏轉(zhuǎn)裝置的凹形鏡面將處于測量區(qū)域的物體反射回來的反射激光束朝鏡子組件偏轉(zhuǎn)；以及光偏轉(zhuǎn)裝置的平鏡面將激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述光束轉(zhuǎn)換裝置被嵌在光偏轉(zhuǎn)裝置的平鏡面中，使得激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束被轉(zhuǎn)換成在測量區(qū)域具有預(yù)定投影圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述光束轉(zhuǎn)換裝置被布置成位于激光束發(fā)生裝置與鏡子組件的通孔之間的激光束發(fā)生裝置發(fā)射的激光束的軸線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于 所述光束轉(zhuǎn)換裝置包括衍射光柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述預(yù)定投影圖案包括明區(qū)以及被明區(qū)包圍的暗區(qū)，并且照射到明區(qū)的光的量多于照射到暗區(qū)的光的量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述預(yù)定投影圖案包括一對明區(qū)和夾在這對明區(qū)之間的暗區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述預(yù)定投影圖案設(shè)計(jì)成，所述一對明區(qū)以預(yù)定間隔位于所述光偏轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸線上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)激光雷達(dá)，包括激光束發(fā)生裝置、光檢測裝置、鏡子、光偏轉(zhuǎn)裝置和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。激光束發(fā)生裝置發(fā)射具有軸線的激光束。光檢測裝置檢測物體反射回來的反射激光束。鏡子包括使激束光通過的通孔、以及將物體反射回來的反射激光束朝光檢測裝置反射的反射面。光偏轉(zhuǎn)裝置將激光束朝測量區(qū)域偏轉(zhuǎn)、并將物體的反射激光束朝鏡子偏轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置使光偏轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)，從而將激光束導(dǎo)向測量區(qū)域。
文檔編號G01S7/481GK102176023SQ20111002163
公開日2011年9月7日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
發(fā)明者岡田匡憲, 田中秀幸, 野尻忠雄, 鴻巢光司 申請人:電裝波動株式會社