本發(fā)明屬于激光雷達(dá)測距領(lǐng)域，尤其涉及一種激光雷達(dá)光路系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光雷達(dá)是通過發(fā)射激光束來探測目標(biāo)位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)，具有精準(zhǔn)度高、作業(yè)速度快和效率高等優(yōu)勢，是汽車自動駕駛、機器人定位導(dǎo)航、空間環(huán)境測繪、安保安防等領(lǐng)域必不可少的核心傳感器。在實際應(yīng)用中，按不同原理，激光雷達(dá)可分為：三角法測距激光雷達(dá)，基于時間飛行的脈沖測距激光雷達(dá)，相位法測距激光雷達(dá)，按不同結(jié)構(gòu)可分為同軸激光雷達(dá)，以及非同軸激光雷達(dá)。非同軸激光雷達(dá)為例，通過發(fā)射系統(tǒng)向目標(biāo)物體發(fā)射激光信號，并通過接收系統(tǒng)接收目標(biāo)物體返回的激光回波信號，通過計算調(diào)制激光發(fā)射信號和返回的激光回波信號的時間差，得到光程，進(jìn)而得到目標(biāo)物體的距離，實現(xiàn)激光測距。

但是，目前非同軸激光雷達(dá)在進(jìn)行激光測距時，由于發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)非同軸設(shè)置，因此，近距離的目標(biāo)物體反射回來的激光回波信號的偏折角度就越大，此時經(jīng)主接收透鏡聚焦后，激光回波信號會聚焦在偏離光電探測器的一個位置，因此，無法測量其距離，造成較大的雷達(dá)測量盲區(qū)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種光路系統(tǒng)，旨在解決先有技術(shù)中，非同軸激光雷達(dá)無法測量近距離物體的距離，存在較大雷達(dá)測量盲區(qū)的問題。

本發(fā)明實施例提供了一種激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，包括：

用于向目標(biāo)物體發(fā)射激光信號的發(fā)射系統(tǒng)；以及

用于接收所述目標(biāo)物體反射回來的激光回波信號的接收系統(tǒng)；

所述接收系統(tǒng)包括：

用于將所述目標(biāo)物體反射回來的第一激光回波信號進(jìn)行聚焦的主接收透鏡；

設(shè)置在所述主接收透鏡上，用于將所述主接收透鏡的測量盲區(qū)內(nèi)的目標(biāo)物體反射回來的第二激光回波信號進(jìn)行補償?shù)难a償鏡；

光電探測器，用于接收聚焦的第一激光回波信號以及補償?shù)牡诙す饣夭ㄐ盘?，并輸出對?yīng)的電信號，以獲取所述目標(biāo)物體的距離信息。

本發(fā)明實施例中，提供了一種激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，通過設(shè)置激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)，向目標(biāo)物體發(fā)射激光發(fā)射信號，并通過在接收系統(tǒng)中設(shè)置一主接收透鏡，用于將目標(biāo)物體反射的激光回波信號聚焦到光電探測器，以及設(shè)置在主接收透鏡上，用于將主接收透鏡的測量盲區(qū)內(nèi)目標(biāo)物體反射回來的激光回波信號照射到激光探測器上的補償鏡，并通過光電探測器輸出對應(yīng)的電信號，以獲取目標(biāo)物體的距離信息，通過在主接收透鏡上設(shè)置一補償鏡，可以對近距離物體的反射光線進(jìn)行接收，可消除因非同軸光學(xué)系統(tǒng)引起的雷達(dá)測量盲區(qū)，并且通過主接收透鏡接收遠(yuǎn)距離物體反射的激光信號，可同時實現(xiàn)遠(yuǎn)距離以及近距離的物體的測距，檢測范圍更大，檢測數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種主接收透鏡與補償鏡結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種主接收透鏡對近距離目標(biāo)物體反射的激光信號進(jìn)行聚焦的原理圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的一種主接收透鏡與補償鏡配合對近距離目標(biāo)物體反射的激光信號進(jìn)行聚焦的原理圖。

具體實施方式

為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例中，提供了一種激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，通過設(shè)置激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)，向目標(biāo)物體發(fā)射激光發(fā)射信號，并通過在接收系統(tǒng)中設(shè)置一主接收透鏡，用于將目標(biāo)物體反射的激光回波信號聚焦到光電探測器，以及設(shè)置在主接收透鏡上，用于將主接收透鏡的測量盲區(qū)內(nèi)目標(biāo)物體反射回來的激光回波信號照射到激光探測器上的補償鏡，并通過光電探測器輸出對應(yīng)的電信號，以獲取目標(biāo)物體的距離信息，通過在主接收透鏡上設(shè)置一補償鏡，可以對近距離物體的反射光線進(jìn)行接收，可消除因非同軸光學(xué)系統(tǒng)引起的雷達(dá)測量盲區(qū)，并且通過主接收透鏡接收遠(yuǎn)距離物體反射的激光信號，可同時實現(xiàn)遠(yuǎn)距離以及近距離的物體的測距，檢測范圍更大，檢測數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

以下通過具體實施例對本發(fā)明實施例進(jìn)行描述。

參見圖1、圖2，本發(fā)明的實施例提供了一種激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，包括發(fā)射系統(tǒng)10以及接收系統(tǒng)20，該發(fā)射系統(tǒng)10，用于向目標(biāo)物體發(fā)射準(zhǔn)直的激光發(fā)射信號；該接收系統(tǒng)20包括：主接收透鏡21，用于將目標(biāo)物體反射回來的第一激光回波信號進(jìn)行聚焦的主接收透鏡；設(shè)置在該主接收透鏡21上，設(shè)置在所述主接收透鏡21上，用于將主接收透鏡21的測量盲區(qū)內(nèi)的目標(biāo)物體反射回來的第二激光回波信號進(jìn)行補償?shù)难a償鏡22；以及光電探測器23，用于接收聚焦的第一激光回波信號以及補償?shù)牡诙す饣夭ㄐ盘?，并輸出對?yīng)的電信號，以獲取目標(biāo)物體的距離信息。通過在主接收透鏡上設(shè)置一補償鏡，可以對近距離物體的散射光線進(jìn)行接收，可消除因非同軸光學(xué)系統(tǒng)引起的雷達(dá)測量盲區(qū)，并且通過主接收透鏡接收遠(yuǎn)距離物體反射的激光信號，可同時實現(xiàn)遠(yuǎn)距離以及近距離的物體的測距，檢測范圍更大，檢測數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

在本發(fā)明實施例中，測量盲區(qū)是由于發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)非同軸設(shè)置，因此，近距離的目標(biāo)物體反射回來的激光回波信號相對于接收系統(tǒng)的偏折角度就越大，此時經(jīng)主接收透鏡聚焦后，激光回波信號會聚焦在偏離光電探測器的一個位置，因此，無法測量其距離，造成較大的雷達(dá)測量盲區(qū)。

在本發(fā)明實施例中，近距離的目標(biāo)物體反射的激光回波信號為主接收透鏡的測量盲區(qū)內(nèi)的物體反射的激光信號，遠(yuǎn)距離的目標(biāo)物體反射的激光回波信號通過主接收透鏡接收，并可將該激光信號反射到光電探測器上的目標(biāo)物體反射的激光信號，比如，主接收透鏡的測量距離為100米，此時，測量盲區(qū)為50cm，即，靠近激光雷達(dá)設(shè)備50cm的目標(biāo)物體反射的激光信號，由于其偏折角度較大，經(jīng)主接收透鏡的聚焦后，將匯聚在偏離光電探測器的某一位置上。

本發(fā)明實施例中，為便于對本發(fā)明進(jìn)行描述，通過對主接收透鏡21對近距離目標(biāo)物體發(fā)射的激光回波信號進(jìn)行聚焦的效果以及主接收透鏡與補償鏡配合對近距離目標(biāo)物體反射的激光回波信號進(jìn)行聚焦的效果進(jìn)行說明，具體可參見圖3，圖4，在圖3中，主接收透鏡21對近距離物體目標(biāo)物體反射的激光回波信號進(jìn)行聚焦時，由于其偏折的角度較大，經(jīng)主接收透鏡21聚焦后，激光回波信號將會聚焦在偏離光電探測器23的某一個位置，無法進(jìn)行測距，在圖4中，當(dāng)在主接收透鏡21上設(shè)置一補償鏡23后，主接收透鏡21在接收到目標(biāo)物體反射的激光回波信號后，補償鏡23會將該激光回波信號中偏折角度較大，即，聚焦后偏離光電探測器的激光回波信號通過補償鏡22的折射，匯聚到光電探測器上，實現(xiàn)測量盲區(qū)內(nèi)的物體的測距。

通過在主接收透鏡上設(shè)置一補償鏡，可以將近距離的目標(biāo)物體反射的激光回波信號發(fā)射，并匯聚到光電探測器上，通過光折射的效果，將減小偏轉(zhuǎn)角度較大的光的偏折角度，使偏折的這部分光能聚焦到光電探測器上，進(jìn)行測距，降低了雷達(dá)的測量盲區(qū)。

在本發(fā)明的實施例中，補償鏡22附著于主接收透鏡21的一側(cè)，補償鏡位于發(fā)射系統(tǒng)10的光軸和主接收透鏡21的中心軸線之間，補償鏡22與發(fā)射系統(tǒng)10之間的距離小于主接收透鏡21的中心軸線與發(fā)射系統(tǒng)10之間的距離。具體的，可以將補償鏡22設(shè)置在靠近發(fā)射系統(tǒng)10的一側(cè)，即，使補償鏡與發(fā)射系統(tǒng)之間的距離最近，可最大程度的接收近距離的目標(biāo)物體反射的激光回波信號，降低因非同軸光學(xué)系統(tǒng)引起的測量盲區(qū)，使得測量數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，在實際應(yīng)用中，微小的差距都會導(dǎo)致整體數(shù)據(jù)測量誤差，因此降低測量盲區(qū)，將會給人們帶來巨大的應(yīng)用價值。

在本發(fā)明實施例中，補償鏡22位于主接收透鏡21以及光電探測器23之間，通過將補償鏡22設(shè)置在主接收透鏡上，且位于主接收透鏡21以及光電探測器23之間，可以將主接收透鏡接收到的激光回波信號中偏折角度較大的激光回波信號，通過折射作用，降低其偏折角度，使其聚焦在光電探測器上，實現(xiàn)距離測量，并且不會對主接收透鏡接收的激光回波信號造成干擾。

在本發(fā)明實施例中，補償鏡22與主接收透鏡21可以為一體結(jié)構(gòu)，即通過開模制造工藝，將補償鏡22與該主接收透鏡21一體成型，可避免當(dāng)其為獨立部件時，需要將補償鏡固定在主接收透鏡上的繁瑣操作，并且可避免安裝部位對激光回波信號的接收造成影響。

在本發(fā)明的實施例中，發(fā)射系統(tǒng)10包括：激光發(fā)射模塊11，用于向目標(biāo)物體發(fā)射激光信號；設(shè)置在激光信號的光路上，用于將激光信號進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直模塊20。通過準(zhǔn)直模塊20對激光發(fā)射模塊發(fā)射的激光信號進(jìn)行準(zhǔn)直，可以使激光能量更加集中，實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的探測，在一定程度上可以增加掃描的范圍，使激光雷達(dá)設(shè)備的使用更為廣泛。

其中，準(zhǔn)直模塊20可為柱面鏡組，包括快軸準(zhǔn)直柱面鏡與慢軸準(zhǔn)直柱面鏡，所述快軸準(zhǔn)直柱面鏡與所述慢軸準(zhǔn)直柱面鏡的母線相互垂直。使用柱面鏡組準(zhǔn)直激光發(fā)射模塊，使得激光發(fā)射模塊的快軸和慢軸都能很好的被準(zhǔn)直，激光能量更集中，實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的探測。

其中，激光發(fā)射模塊11可以為激光二極管，使用激光二級管作為激光發(fā)射源，占用空間小，且成本較低，并且通過準(zhǔn)直模塊20為激光二極管發(fā)射的激光信號進(jìn)行準(zhǔn)直，可以使得激光二極管準(zhǔn)直后的激光發(fā)射角比同類產(chǎn)品更小，激光能量更集中，使得激光二極管發(fā)射出的激光在100米處的光斑直徑小于200mm，可以實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的探測。

其中，該激光二極管可為紅外波段的高功率納秒級脈沖激光二極管。

在本發(fā)明的實施例中，準(zhǔn)直模塊還可以為圓透鏡或透鏡組。

在本發(fā)明的實施例中，發(fā)射系統(tǒng)包括：激光發(fā)射裝置，用于向目標(biāo)物體發(fā)射準(zhǔn)直的激光信號，本發(fā)明中可以采用激光二極管與準(zhǔn)直模塊配合發(fā)射準(zhǔn)直激光信號，也可以采用激光發(fā)射裝置直接發(fā)射準(zhǔn)直后的激光信號，具體可以根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明不做限定。

其中，激光發(fā)射裝置包括但不限于光纖激光器、氣體激光器或者固體激光器。

在本發(fā)明的實施例中，接收系統(tǒng)20還包括：設(shè)置在主接收透鏡21以及光電探測器23之間，用于濾除第一激光回波信號以及所述第二激光回波信號的雜波的過濾單元。激光回波信號能通過濾光單元而其他波長的光都被濾除，提高系統(tǒng)信噪比，增加系統(tǒng)在強光下的探測距離。

其中，濾光單元，可以為濾光片，該濾光片需要設(shè)置在光電探測器23的前方，可以對主接收透鏡以及補償鏡接收到的第一回波信號以及第二回波信號的雜波進(jìn)行濾除。

在本發(fā)明的實施例中，光學(xué)系統(tǒng)還包括，信號處理裝置，用于接收光電探測器23輸出的電信號，并根據(jù)所述電信號獲取目標(biāo)物體的距離信息。具體的，通過光電探測器接收達(dá)到目標(biāo)物體發(fā)射的激光回波信號，信號處理單元根據(jù)激光信號的發(fā)射時間以及激光信號的回收時間，獲取到激光的飛行時間并通過光速進(jìn)行計算，就可以得到目標(biāo)的距離信息，從而實現(xiàn)激光測距。

在本發(fā)明的實施例中，主接收透鏡21為塑料非球面透鏡。使用塑料非球面透鏡接收回波信號，接收系統(tǒng)口徑大，接收信號強，接收系統(tǒng)焦距短，并可降低激光雷達(dá)設(shè)備的體積。

在本發(fā)明的實施例中，主接收透鏡還可以為塑料或玻璃球面透鏡或者塑料玻璃透鏡組來進(jìn)行激光回波信號的接收。當(dāng)主接收透鏡為塑料非球面透鏡時，可以將主接收透鏡和補償鏡一起直接開模加工，做成一體結(jié)構(gòu)，成本遠(yuǎn)低于玻璃透鏡，且可以節(jié)省掉將補償鏡安裝在主接收透鏡上的繁瑣步驟，操作簡單，且便于使用。

在本發(fā)明的實施例中，主接收透鏡21與補償鏡22還可以為兩個獨立的部件，可以通過膠水，比如，光學(xué)uv膠，將補償鏡粘貼到主接收透鏡上，或者通過螺栓與螺孔的配合，將補償鏡固定在主接收透鏡上，具體可以根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明實施例不做限定。

本發(fā)明實施例中，提供了一種激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，通過設(shè)置激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)，向目標(biāo)物體發(fā)射激光發(fā)射信號，并通過在接收系統(tǒng)中設(shè)置一主接收透鏡，用于將目標(biāo)物體反射的激光回波信號聚焦到光電探測器，以及設(shè)置在主接收透鏡上，用于將主接收透鏡的測量盲區(qū)內(nèi)目標(biāo)物體反射回來的激光回波信號照射到激光探測器上的補償鏡，并通過光電探測器輸出對應(yīng)的電信號，以獲取目標(biāo)物體的距離信息，通過在主接收透鏡上設(shè)置一補償鏡，可以對近距離物體的反射光線進(jìn)行接收，可消除因非同軸光學(xué)系統(tǒng)引起的雷達(dá)測量盲區(qū)，并且通過主接收透鏡接收遠(yuǎn)距離物體反射的激光信號，可同時實現(xiàn)遠(yuǎn)距離以及近距離的物體的測距，檢測范圍更大，檢測數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。