CN101561500B - 激光雷达自动准直系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雷达自动准直系统。它包括测控计算机(3)、接收主镜(1)和其焦点处的光阑(18)，光阑(18)的背面置有反射镜(17)，反射镜(17)的反射光轴与接收主镜(1)的接收光轴同轴，特别是反射镜(17)边缘处的上方置有其反射光束与反射镜(17)的反射光束平行的角反射器(6)，光阑(18)处置有测量挡板(4)，接收主镜(1)的中心通孔(19)处置有其成像焦点位于光阑(18)处的CCD相机(2)，反射镜(17)的输入光路上置有电动导向镜(7)，其中，测控计算机(3)分别与测量挡板驱动件(15)、CCD相机(2)、电动导向镜驱动件(13)电连接。它能对收发光路自动进行准直调整，可广泛地用于车载或机载式激光雷达中。

Description

激光雷达自动准直系统
技术领域
本发明涉及一种雷达准直系统，尤其是一种激光雷达自动准直系统。
背景技术
在各种激光雷达系统中，人们为了减小整机的体积，常将激光的发射和接收部分共用一只望远镜，如在作为申请人之一的本申请人的一份于2006年12月13日公开的中国发明专利申请公开说明书CN 1877308A中曾描述的一种“基于拉曼光源的车载测污激光雷达装置”。它的构造为在接收主镜的焦点处设置光阑，光阑经光纤与光电倍增管相接，光电倍增管与微型计算机电连接，光阑的背面置有反射发射光束的45度反射镜，其中，45度反射镜的反射光轴与接收主镜的接收光轴同轴。这种将激光的发射和接收共用一只望远镜的装置，虽大大地减小了体积和降低了造价，却因在激光雷达的实际使用中，由于环境温度的变化、激光器模式的变动、系统光学元件的不稳定以及为更换波长而采用的可移动部件等原因，使得激光发射光束的方向和接收系统的光轴会产生偏离。这种偏差将直接导致激光回波的测量误差和大气探测误差。为此，要经常地检查或调整发射光束的指向，使收发系统光轴完全重合。目前，这种调整是由操作人员人工进行的，这既需要熟练的操作人员，也需要经验的积累，而且难以避免偶然误差。特别是在一些特殊的环境下，如在车载式或机载式激光雷达中，对收发光路准直的检查和调整更是一件繁琐的、经常要进行的工作。尽管也有光路自动调整系统，如在2007年10月24日公开的中国发明专利申请公布说明书CN 101059334A中披露的一种“激光自动准直系统”。它由入射光源的光路上置有的多只反射镜、会聚透镜和CCD探头，以及相互电连接的CCD探头、计算机、反馈控制电路和带有压电陶瓷的镜座等构成。然而，该激光自动准直系统只能对激光的发射光束自动地进行准直，而无法对激光雷达的收发系统进行准直。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，提供一种结构简单、能对收发光路自动进行准直调整的激光雷达自动准直系统。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：激光雷达自动准直系统包括测控计算机、接收主镜和其焦点处的光阑，所述光阑的背面置有反射镜，所述反射镜的反射光轴与所述接收主镜的接收光轴同轴，特别是：所述反射镜边缘处的上方置有角反射器，所述角反射器的反射光束与反射镜的反射光束平行；所述光阑处置有测量挡板，所述测量挡板经测量挡板连杆与测量挡板驱动件连接，所述测量挡板驱动件的输入端与所述测控计算机的输出端电连接；所述接收主镜置有中心通孔，所述中心通孔处置有CCD相机，所述CCD相机的成像焦点位于所述光阑处，且其输出端与所述测控计算机的输入端电连接；所述反射镜的输入光路上置有电动导向镜，所述电动导向镜与电动导向镜驱动件连接，所述电动导向镜驱动件的输入端与所述测控计算机的输出端电连接。
作为激光雷达自动准直系统的进一步改进，所述的角反射器经角反射器连杆与角反射器驱动件连接，所述角反射器驱动件的输入端与所述测控计算机的输出端电连接；所述的角反射器驱动件为角反射器步进电机和与其电连接的角反射器步进电机驱动器，所述角反射器步进电机驱动器的输入端与所述测控计算机的输出端电连接；所述的测量挡板驱动件为电磁驱动器和与其电连接的电磁驱动电路，所述电磁驱动电路的输入端与所述测控计算机的输出端电连接；所述的CCD相机的输出端与所述测控计算机插槽中的图像采集卡的输入端电连接；所述的电动导向镜驱动件为电动导向镜步进电机和与其电连接的电动导向镜步进电机驱动器，所述电动导向镜步进电机驱动器的输入端与所述测控计算机的输出端电连接；所述的反射镜的输入光路上置有手动导向镜；所述的反射镜与接收主镜的接收光轴呈45度设置。
相对于现有技术的有益效果是，本发明采用在反射镜边缘处的上方设置其反射光束与反射镜的反射光束平行的角反射器，同时于光阑处设置测量挡板、接收主镜的中心通孔处设置其成像焦点位于光阑处的CCD相机、反射镜的输入光路上设置电动导向镜，且前述的测量挡板的驱动件、CCD相机、电动导向镜的驱动件均与测控计算机电连接的结构，使得只要激光雷达的发射光束的方向与接收主镜的接收光轴有偏离，就会被CCD相机监测到，并由测控计算机通过电动导向镜来对其进行调整，使发射光束方向的偏差小于规定的数值。既能对收发光路自动的进行准直调整，大大地减小了操作人员的劳动强度，提升了整机的智能化程度，又能使收发系统的光轴完全重合，确保了测量的可靠性和精度，更适宜于在车载式或机载式激光雷达中使用；同时，还具有结构简单的特点。
作为有益效果的进一步体现，一是角反射器优选经角反射器连杆与角反射器驱动件连接，角反射器驱动件的输入端与测控计算机的输出端电连接，使角反射器仅于需对收发光路进行准直调整时，才在测控计算机的操控下被置于反射镜边缘处的上方，避免了激光雷达在正常工作时，角反射器对其的不利影响；二是测量挡板驱动件优选为电磁驱动器和与其电连接的电磁驱动电路，电磁驱动电路的输入端与测控计算机的输出端电连接，利于测量挡板在测控计算机的控制下快速地移动；三是CCD相机的输出端优选与测控计算机插槽中的图像采集卡的输入端电连接，不仅便于相互间的电连接，还易于编程；四是角反射器驱动件和电动导向镜驱动件中的动力源均优选为步进电机，除利于控制之外，也便于编程；五是反射镜的输入光路上置有手动导向镜，便于操作人员的初始调整。
附图说明
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的说明。
图1是本发明的一种基本结构示意图。
具体实施方式
参见图1，激光雷达自动准直系统包括一台测控计算机3，一个发射接收部件和一个准直调整部件。该测控计算机3分别与发射接收部件和准直调整部件电连接。
其中，测控计算机3起总体控制作用，它为通用型的微机。
发射接收部件包含接收主镜1和其焦点处的光阑18，该光阑18与光纤5连接，其背面置有反射镜17，反射镜17与接收主镜1的接收光轴呈45度设置，反射镜17的反射光轴与接收主镜1的接收光轴同轴。
准直调整部件为：反射镜17边缘处的上方置有其反射光束与反射镜17的反射光束平行的角反射器6，该角反射器6经角反射器连杆21与角反射器驱动件16连接；角反射器驱动件16为角反射器步进电机和与其电连接的角反射器步进电机驱动器，角反射器步进电机驱动器的输入端与测控计算机3的输出端电连接。光阑18处置有测量挡板4，此测量挡板4经测量挡板连杆20与测量挡板驱动件15连接；测量挡板驱动件15为电磁驱动器和与其电连接的电磁驱动电路，电磁驱动电路的输入端与测控计算机3的输出端电连接。接收主镜1置有中心通孔19，该中心通孔19处置有其成像焦点位于光阑18处的CCD相机2；该CCD相机2的输出端与测控计算机3插槽中的图像采集卡的输入端电连接。反射镜17的输入光路上置有电动导向镜7，此电动导向镜7与电动导向镜驱动件13连接；电动导向镜驱动件13为电动导向镜步进电机和与其电连接的电动导向镜步进电机驱动器，电动导向镜步进电机驱动器的输入端与测控计算机3的输出端电连接。反射镜17的输入光路上还置有手动导向镜8。
激光雷达工作时，发射的激光束9经手动导向镜8和电动导向镜7后，照射在反射镜17，并经其沿着发射方向10垂直向上发射。当需要对激光雷达的收发光路进行准直调整时，测控计算机3发出控制信号11，控制角反射器驱动件16，将角反射器6移至反射镜17边缘处的上方，即发射光束和接收光路的交界处，并同时发出测量挡板控制信号12，将测量挡板4移至光阑18处。此时，角反射器6把很小部分的发射光束后向反射到接收主镜1，并由其聚焦到焦平面处，使光束照在测量挡板4上。CCD相机2采集测量挡板4上的光束信息，并将其送往测控计算机3计算出光斑的位置坐标，以比较该反射光斑中心坐标和接收光阑中心坐标的偏差，计算出需要的调整量。然后由测控计算机3发出电动导向镜控制信号14，来控制电动导向镜7进行方向偏差的调整，直至偏差小于设定值时方才结束准直调整的过程。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的激光雷达自动准直系统进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种激光雷达自动准直系统，包括测控计算机(3)、接收主镜(1)和其焦点处的光阑(18)，所述光阑(18)的背面置有反射镜(17)，所述反射镜(17)的反射光轴与所述接收主镜(1)的接收光轴同轴，其特征在于：
所述反射镜(17)边缘处的上方置有角反射器(6)，所述角反射器(6)的反射光束与反射镜(17)的反射光束平行，且角反射器(6)经角反射器连杆(21)与角反射器驱动件(16)连接，所述角反射器驱动件(16)的输入端与所述测控计算机(3)的输出端电连接；
所述光阑(18)处置有测量挡板(4)，所述测量挡板(4)经测量挡板连杆(20)与测量挡板驱动件(15)连接，所述测量挡板驱动件(15)的输入端与所述测控计算机(3)的输出端电连接；
所述接收主镜(1)置有中心通孔(19)，所述中心通孔(19)处置有CCD相机(2)，所述CCD相机(2)的成像焦点位于所述光阑(18)处，且其输出端与所述测控计算机(3)的输入端电连接；
所述反射镜(17)的输入光路上置有电动导向镜(7)，所述电动导向镜(7)与电动导向镜驱动件(13)连接，所述电动导向镜驱动件(13)的输入端与所述测控计算机(3)的输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的激光雷达自动准直系统，其特征是角反射器驱动件(16)为角反射器步进电机和与其电连接的角反射器步进电机驱动器，所述角反射器步进电机驱动器的输入端与所述测控计算机(3)的输出端电连接。
3.根据权利要求1所述的激光雷达自动准直系统，其特征是测量挡板驱动件(15)为电磁驱动器和与其电连接的电磁驱动电路，所述电磁驱动电路的输入端与所述测控计算机(3)的输出端电连接。
4.根据权利要求1所述的激光雷达自动准直系统，其特征是CCD相机(2)的输出端与所述测控计算机(3)插槽中的图像采集卡的输入端电连接。
5.根据权利要求1所述的激光雷达自动准直系统，其特征是电动导向镜驱动件(13)为电动导向镜步进电机和与其电连接的电动导向镜步进电机驱动器，所述电动导向镜步进电机驱动器的输入端与所述测控计算机(3)的输出端电连接。
6.根据权利要求1所述的激光雷达自动准直系统，其特征是反射镜(17)的输入光路上置有手动导向镜(8)。
7.根据权利要求1所述的激光雷达自动准直系统，其特征是反射镜(17)与接收主镜(1)的接收光轴呈45度设置。
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