CN108710134A - 基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达 - Google Patents

基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，主要解决的技术问题是现有技术中扫描激光雷达的发射部件与接收部件分开放置，尺寸大、空间利用率低的问题，本发明通过基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，包括依次设置的接收传感器、激光器、组合式透镜、旋转的反射组件，所述激光器用于发射激光，所述组合式透镜用于准直发射的激光以及会聚接收的激光，反射组件能够旋转同时反射激光，所述接收传感器用于接收激光的技术方案，较好地解决了该问题，可用于激光测距雷达。

Description

基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达
技术领域
本发明涉及基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达。
背景技术
激光雷达是一种主动式探测装置，利用激光器发射激光脉冲或连续波激光束射向目标，对回波信号进行记录分析，获取目标的距离、方位、高度、速度、姿态、形态等信息。激光雷达具有角分辨率高、距离分辨率高、测距范围广、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于地表形貌测绘、大气探测、三维虚拟现实机器人视觉等领域。
近年来，移动机器人的迅速发展对激光雷达的体积重量、分辨率、视场范围等提出了更高的要求。现有的扫描激光雷达发射部件与接收部件分开放置，空间利用率不高导致激光雷达的尺寸难以减小，同时收发非共光路的设计导致能量利用率低，收发装置均为转动部件还导致激光雷达消耗功率大，寿命短，平台不够稳定，测量结果不准确等一系列问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中扫描激光雷达的发射部件与接收部件分开放置，尺寸大、空间利用率低的问题，提出了一种新的基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，该测距雷达具有尺寸小、空间利用率高的特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，包括依次设置的接收传感器、激光器、组合式透镜、旋转的反射组件，所述激光器用于发射激光，所述组合式透镜用于准直发射的激光以及会聚接收的激光，反射组件能够旋转同时反射激光，所述接收传感器用于接收激光。
进一步的，优选地，所述组合式透镜包括接收会聚透镜和准直透镜，所述准直透镜镶嵌在所述接收会聚透镜内。
更优选地，所述接收会聚透镜内开设有穿透所述接收会聚透镜的通孔，通过所述通孔镶嵌所述接收会聚透镜。
更优选地，所述激光器通过所述通孔与所述接收会聚透镜固定。
更优选地，所述通孔的截面呈锥形或者长方形。
优选地，所述接收传感器为光电传感器。
优选地，所述反射组件包括反射镜，所述反射镜与电机的输出轴连接，通过所述电机带动反射镜转动，所述反射镜与所述电机的输出轴倾斜设置。
优选地，所述反射组件连接测量装置。
优选地，所述测量装置包括随着所述反射组件转动的码盘，所述码盘一侧设有读码器。
本发明的有益效果在于：本发明通过将准直透镜嵌入接收会聚透镜的中心处，一体化设计，光路独立，布局巧妙，结构紧凑，大大提高了激光雷达内部空间利用率，减小了激光雷达尺寸；本发明中的转动部件较少，有利于激光雷达内部系统的结构稳定和使用寿命。
附图说明
图1是本发明基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
请参见图1，本实施例公开了基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，包括依次设置的接收传感器1、激光器2、组合式透镜3、旋转的反射组件4，所述激光器2用于发射激光，激光器2为间断性发射激光，激光器2为近红外半导体激光器，其波长为人眼安全波长，功率低，从而避免对人眼损伤，所述组合式透镜3用于准直发射的激光以及会聚接收的激光，反射组件4能够旋转同时反射激光，所述接收传感器1用于接收激光；
所述组合式透镜3包括接收会聚透镜31和准直透镜32，接收会聚透镜31为高次非球面透镜，接收会聚透镜31呈碗状，一面为弧面，另一面为平面，信号光束大，通过弧面实现对信号光束的会聚，并将信号光斑成像到组合式透镜3后方的光电传感器的光敏面上，当信号光斑成像到光电传感器的光敏面上时，光电传感器输出信号；
所述准直透镜32镶嵌在所述接收会聚透镜31内，所述接收会聚透镜31内开设有穿透所述接收会聚透镜31的通孔311，通孔311设置在接收会聚透镜31的中心处，所述通孔311的截面呈锥形或者长方形，通过所述通孔311镶嵌所述接收会聚透镜31，将准直透镜32和接收会聚透镜31一体化，大大提高了激光雷达内部的空间利用率和能量利用率，准直透镜32的四周设有金属外壳，准直透镜31连同金属外壳一起镶嵌在接收会聚透镜31内，通过金属外壳方便将准直透镜32安装在接收会聚透镜31内，所述激光器2通过所述通孔311与所述接收会聚透镜31固定，激光器2和准直透镜32依次镶嵌在通孔311内，准直透镜32镶嵌在靠近接收会聚透镜31弧面的端部，激光器2镶嵌在靠近接收会聚透镜31平面的端部；
激光器2发射的光线穿过准直透镜32，通过准直透镜32准直，通过准直透镜32减小了激光束的发散角，实现对激光束的整形，保证发射光束与信号光束不会串扰；
所述接收传感器1为光电传感器，光电传感器采用PIN硅光电二极管，光电传感器的光敏面位于接收会聚透镜31后方(激光束从接收会聚透镜31内射出的方向为接收会聚透镜31的前方)的聚焦平面处，光敏面为1mm*1mm方形面，信号光束可被接收会聚透镜31成像到该光敏面处；
所述反射组件4包括反射镜41，所述反射镜41与电机42的输出轴421连接，反射镜41的中心与电机42的输出轴421的中心重合，通过所述电机42带动反射镜41转动，所述反射镜41与所述电机42的输出轴421倾斜设置，反射镜41与电机42的输出轴421的夹角角度为45°，使用倾斜角度为45°的反射镜41实现光路反射，激光束发射方向被倾斜设置的反射镜41由竖直方向反射到水平方向，反射镜41的旋转使得激光束进行360°扫描，当然反射镜41和电机42的输出轴421的夹角角度也不是唯一的，45°是最优选的角度，所述输出轴421还与测量装置连接，在整个激光雷达中运动的只有反射组件4使得整个激光雷达更加稳定，保证测距结构的稳定、测距的准确；
所述反射组件4连接测量装置，所述测量装置包括随着所述反射组件4转动的码盘51，所述码盘51一侧设有读码器52，码盘51与电机42的输出轴421固定，并且码盘51的中心与电机42的输出轴421重合，电机42的输出轴421带动反光镜41转动的同时也带动码盘51的转动，同时通过读码器52读取出码盘51的旋转角度；
进一步的，激光器2发射激光的光束中心、准直透镜32中心、接收会聚透镜31中心、反射镜41的中心以及光电传感器的光敏面中心均位于同一条直线上；
进一步的，本发明还设有与激光器2和光电传感器连接的计时模块6以及与电机42和激光器2连接的控制模块7，通过计时模块6记录激光器2发射激光束到光电传感器接收激光束的时间间隔，通过控制模块7控制电机42的转速和激光器2发射激光的频率。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，其特征在于：包括依次设置的接收传感器、激光器、组合式透镜、旋转的反射组件，所述激光器用于发射激光，所述组合式透镜用于准直发射的激光以及会聚接收的激光，反射组件能够旋转同时反射激光，所述接收传感器用于接收激光。
2.如权利要求1所述的基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，其特征在于，所述组合式透镜包括接收会聚透镜和准直透镜，所述准直透镜镶嵌在所述接收会聚透镜内。
3.如权利要求2所述的基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，其特征在于，所述接收会聚透镜内开设有穿透所述接收会聚透镜的通孔，通过所述通孔镶嵌所述接收会聚透镜。
4.如权利要求3所述的基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，其特征在于，所述激光器通过所述通孔与所述接收会聚透镜固定。
5.如权利要求2所述的基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，其特征在于，所述通孔的截面呈锥形或者长方形。
6.如权利要求1所述的基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，其特征在于，所述接收传感器为光电传感器。
7.如权利要求1所述的基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，其特征在于，所述反射组件包括反射镜，所述反射镜与电机的输出轴连接，通过所述电机带动反射镜转动，所述反射镜与所述电机的输出轴倾斜设置。
8.如权利要求1所述的基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，其特征在于，所述反射组件连接测量装置。
9.如权利要求8所述的基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达，其特征在于，所述测量装置包括随着所述反射组件转动的码盘，所述码盘一侧设有读码器。
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