CN106569224B - 一种扫描型激光雷达光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种扫描型激光雷达光学系统，属于激光雷达扫描技术领域，包括激光发射光学系统和激光接收光学系统，所述激光发射光学系统包括激光器、扩束镜、扫描装置以及扩/缩束镜，所述激光器1产生线偏振的脉冲激光，经过扩束器后出射至扫描装置，经扫描装置出射后至扩/缩束镜，经扩/缩束镜出射后指向待测目标；所述激光接收光学系统包括物镜、偏振分光棱镜、数字微镜阵列、二次成像透镜组、探测器、窄带滤光片以及λ/4波带片。本发明可适用于大视场激光雷达或者视场内由强背景光的探测条件。

Description

一种扫描型激光雷达光学系统
技术领域
本发明属于激光雷达扫描技术领域，特别是涉及到一种激光雷达光学系统。
背景技术
激光成像雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，可以采集方位角-俯仰角-距离三维数据，并将数据以图像的形式显示，扫描成像激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，通过二维扫描实现目标的三维探测。其具有角分辨率高、距离分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等一系列优点。扫描型激光雷达发射激脉冲光束打到目标物体上并反射回来，接收器准确地测量出光脉冲从发射到被反射回的传播时间差，光速已知，就可得到从激光雷达到目标点的距离。若激光束不断地二维扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的距离数据，用此数据进行处理后，就可得到精确的三维立体图像。专利号为CN102338875B的发明专利一种多线扫描前视防撞激光雷达装置及应用与专利号为CN101776760A的发明专利一种基于单光子探测器的激光三维成像装置，均是通过扫描型激光雷达的激光发射系统可与激光接收系统同步扫描，但这需要较大的扫描机构，当激光发射系统独立扫描，激光接收系统固定不动时，其可采用两种方案，一种专利号为CN105044731A的发明专利一种激光三维成像系统及成像方法，基于二维阵列探测器，将接收视场分割，只接收扫描点区域的入射光包含激光反射光与背景光，但是可测量脉冲信号的二维阵列探测器的阵列小，成本较高，且像元之间存在不感光区，会遗漏信号；另一种基于单点探测器，将扫描范围内所有入射光接收，当扫描视场较大或者背景光较强时，探测的信噪比较低。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种扫描型激光雷达光学系统，可适用于大视场激光雷达或者视场内由强背景光的探测条件。
一种扫描型激光雷达光学系统，其特征是：包括激光发射光学系统和激光接收光学系统，所述激光发射光学系统包括激光器、扩束镜、扫描装置以及扩/缩束镜，所述激光器1产生线偏振的脉冲激光，经过扩束器后出射至扫描装置，经扫描装置出射后至扩/缩束镜，经扩/缩束镜出射后指向待测目标；
所述激光接收光学系统包括物镜、偏振分光棱镜、数字微镜阵列、二次成像透镜组、探测器、窄带滤光片以及λ/4波带片，所述物镜接收待测目标反射回的漫反射光，漫反射光经偏振分光棱镜和λ/4波带片出射后汇聚于数字微镜阵列的反射面，数字微镜阵列反射光经λ/4波带片和偏振分光棱镜反射至二次成像透镜组并汇聚于探测器的感光面。
所述漫反射光经数字微镜阵列和激光发射光学系统，将待测目标表面的激光光斑漫反射回激光接收光学系统，经λ/4波带片后偏振方向相较于进入偏振分光棱镜的入射光发生90°偏转，再一次经过偏振分光棱镜后被偏振分光棱镜折转90°。
所述探测器为单点探测器或四象限探测器。
所述激光发射光学系统出射的光与激光接收光学系统中偏振分光棱镜的主截面平行。
所述数字微镜阵列与扫描装置同步控制，接收激光发射光学系统光斑角度反射回的入射光。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种扫描型激光雷达光学系统，可适用于大视场激光雷达或者视场内由强背景光的探测条件。激光发射光学系统发射的是线偏振光，激光接收光学系统通过数字微镜阵列调制进入探测器的入射光，令激光光斑反射光进入探测器，令光斑范围外杂散光偏转向其他方向，无法进入探测器。通过偏振分光棱镜、λ/4波带片实现激光接收系统入射光与数字微镜阵列反射的“有用光”的分离，从而降低了杂散光水平，提高了信噪比。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种扫描型激光雷达光学系统总体结构示意图。
图2为本发明一种扫描型激光雷达光学系统激光接收光学系统结构示意图。
图3为本发明一种扫描型激光雷达光学系统偏振态转换结构示意图。
图中1-激光器、2-扩束镜、3-扫描装置、4-扩/缩束镜、5-物镜、6-偏振分光棱镜、7-λ/4波带片、8-数字微镜阵列、9-二次成像透镜组、10-探测器、11-窄带滤光片、12-待测目标。
具体实施方式
一种扫描型激光雷达光学系统，如图1和图2所示，包括激光发射光学系统和激光接收光学系统，激光发射系统包括激光器1、扩束器2、扫描装置3、扩/缩束器4，激光器1产生偏振脉冲激光；
激光接收光学系统包括窄带滤光片11、物镜5、偏振分光棱镜6、λ/4波带片7、数字微镜阵列8、二次成像透镜组9以及探测器10，窄带滤光片11在前，接下来是物镜5、偏振分光棱镜6、λ/4波带片7、数字微镜阵列8，二次成像透镜组9在偏振分光棱镜6上方，探测器10在二次成像透镜组9上方；激光接收光学系统窄带滤光片11将激光波长外杂散光滤除；激光接收光学系统物镜5将照射待测目标12表面的激光漫反射光汇聚于数字微镜阵列8反光面；激光接收光学系统二次成像透镜组9将数字微镜阵列8反射的有用光汇聚于探测器10的感光面；
其中，激光接收光学系统的的探测器10为单点探测器或者四象限探测器；
激光发射光学系统激光器1发射的线偏振光依次通过扩束器2、扫描装置3、扩/缩束器4以及待测目标12表面，所述物镜5接收待测目标12反射回的漫反射光，漫反射光经偏振分光棱镜6和λ/4波带片7出射后汇聚于数字微镜阵列8的反射面，数字微镜阵列8反射光经λ/4波带片7和偏振分光棱镜6反射至二次成像透镜组9并汇聚于探测器10的感光面。
如图3所示，激光发射系统发射的线偏振光的偏振方向平行于与激光接收光学系统偏振分光棱镜6的主截面，待测目标12表面的激光光斑反射光进入激光雷达接收光学系统后依次通过偏振分光棱镜6、λ/4波带片7，被数字微镜阵列8反射后，再一次经过λ/4波带片7，入射光偏振角被偏转90°，即垂直于偏振分光棱镜的主截面，经过偏振分光棱镜后角度被反射偏转90°。
数字微镜阵列8与扫描装置3同步控制，只接收激光发射系统光斑角度反射回的入射光。

Claims (5)

1.一种扫描型激光雷达光学系统，其特征是：包括激光发射光学系统和激光接收光学系统，所述激光发射光学系统包括激光器(1)、扩束镜(2)、扫描装置(3)以及扩/缩束镜(4)，所述激光器(1)产生线偏振的脉冲激光，经过扩束器(2)后出射至扫描装置(3)，经扫描装置(3)出射后至扩/缩束镜(4)，经扩/缩束镜(4)出射后指向待测目标(12)；
所述激光接收光学系统包括物镜(5)、偏振分光棱镜(6)、数字微镜阵列(8)、二次成像透镜组(9)、探测器(10)、窄带滤光片(11)以及λ/4波带片(7)，所述物镜(5)接收待测目标(12)反射回的漫反射光，漫反射光经偏振分光棱镜(6)和λ/4波带片(7)出射后汇聚于数字微镜阵列(8)的反射面，数字微镜阵列(8)反射光经λ/4波带片(7)和偏振分光棱镜(6)反射至二次成像透镜组(9)并汇聚于探测器(10)的感光面。
2.根据权利要求1所述的一种扫描型激光雷达光学系统，其特征是：所述漫反射光经数字微镜阵列(8)和激光发射光学系统，将待测目标(12)表面的激光光斑漫反射回激光接收光学系统，经λ/4波带片(7)后偏振方向相较于进入偏振分光棱镜(6)的入射光发生90°偏转，再一次经过偏振分光棱镜(6)后被偏振分光棱镜(6)折转90°。
3.根据权利要求1所述的一种扫描型激光雷达光学系统，其特征是：所述探测器(10)为单点探测器或四象限探测器。
4.根据权利要求1所述的一种扫描型激光雷达光学系统，其特征是：所述激光发射光学系统出射的光与激光接收光学系统中偏振分光棱镜(6)的主截面平行。
5.根据权利要求1所述的一种扫描型激光雷达光学系统，其特征是：所述数字微镜阵列(8)与扫描装置(3)同步控制，接收激光发射光学系统光斑角度反射回的入射光。
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