CN109655840A - 扫描式激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种扫描式激光雷达，包括一致动系统、一发射系统和一接收系统，所述发射系统包括一激光器和一第一镜头，该第一镜头用于接收所述激光器发出的光；所述接收系统包括一第二镜头和一光感测器，所述第一镜头出射的光经过一待测物体反射进入所述第二镜头，从该第二镜头出射的光被所述光感测器接收；所述激光器和所述光感测器设置于所述致动系统，并随着所述致动系统的运动而分别相对于所述第一镜头和第二镜头运动。本发明进一步涉及一种扫描式激光雷达组。

Description

扫描式激光雷达
技术领域
本发明涉及一种激光雷达，尤其涉及一种扫描式激光雷达。
背景技术
随着我国航空航天业的迅猛发展，人们对非接触式的大气成分测量、风场数据测量、距离测量、速度测量、图像目标识别等技术方法的需求越来越大，激光雷达是解决以上问题的良好方案。由于激光的高度准直特性，为了实现大面积探测，扫描式激光雷达得到了广泛应用。
目前，扫描式激光雷达内一般采用的扫描装置可以为扫描镜(scanning mirror)、微机电镜(MEMS mirror)等，但是现有的扫描装置中的激光器和镜头是封装在一起，没有办法去更换镜头，因此单个扫描装置只能满足单一的扫描需求，限制了扫描式激光雷达的应用。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种能够实现多种扫描需求的扫描式激光雷达。
一种扫描式激光雷达，包括一致动系统、一发射系统和一接收系统，所述发射系统包括一激光器和一第一镜头，该第一镜头用于接收所述激光器发出的光；所述接收系统包括一第二镜头和一光感测器，所述第一镜头出射的光经过一待测物体反射进入所述第二镜头，从该第二镜头出射的光被所述光感测器接收；所述激光器和所述光感测器设置于所述致动系统，并随着所述致动系统的运动而分别相对于所述第一镜头和第二镜头运动。
一种扫描式激光雷达组，包括多个扫描式激光雷达，该多个扫描式激光雷达设置于不同的方向，所述扫描式激光雷达包括一致动系统、一发射系统和一接收系统，所述发射系统包括一激光器和一第一镜头，该第一镜头用于接收所述激光器发出的光；所述接收系统包括一第二镜头和一光感测器，所述第一镜头出射的光经过一待测物体反射进入所述第二镜头，从该第二镜头出射的光被所述光感测器接收；所述激光器和所述光感测器设置于所述致动系统，并随着所述致动系统的运动而分别相对于所述第一镜头和第二镜头运动。
本发明提供的扫描式激光雷达中激光器和光感测器分别相对于第一镜头和第二镜头运动，运动过程中激光器发出的光经过第一镜头以不同的角度出射到待测物体表面，再从待测物体表面反射进所述第二镜头，然后经过第二镜头出射至光感测器，从而测得待测物体表面多个点到激光雷达的距离。与现有技术相比，该扫描式激光雷达中更换具有不同视场角的第一镜头和第二镜头就可以满足多种扫描范围的需求，扩大了扫描式激光雷达的应用。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的扫描式激光雷达的结构示意图。
主要元件符号说明
扫描式激光雷达 10
致动系统 11
发射系统 12
接收系统 13
待测物体 14
致动器 112
基板 111
激光器 121
第一镜头 122
第二镜头 132
光感测器 131
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的扫描式激光雷达作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施例提供一种扫描式激光雷达10，包括一致动系统11、一发射系统12和一接收系统13，所述发射系统12包括一激光器121和一第一镜头122，该第一镜头122用于接收所述激光器121发出的光；所述接收系统13包括一光感测器131和一第二镜头132。所述激光器121发出的光入射至所述第一镜头122，然后经该第一镜头122出射，经第一镜头122出射的光入射至一待测物体14，该光经所述待测物体14反射进入所述第二镜头132，从该第二镜头132出射，该出射光被所述光感测器131接收；所述激光器121和所述光感测器131设置于所述致动系统11，并随着所述致动系统11的运动而分别相对于所述第一镜头122和第二镜头132运动。
所述致动系统11的结构不限，只要能够使所述激光器121和所述光感测器131运动即可，例如该致动系统可以为螺杆推动装置。优选的，所述致动系统11带动所述激光器121和所述光感测器131共同作单轴运动。本实施例中，所述致动系统11包括一基板111和一致动器112，该基板111的一端固定于所述致动器112，该致动器112带动所述基板111作单轴往复运动。
所述基板111的结构和材料均不限，只要能够承载所述激光器121和光感测器131即可，例如该基板111可以为一平板。所述致动器131可以为音圈致动器、继电器或压电陶瓷马达等。
所述激光器121设置于所述致动系统11，用于发射光。该激光器121的种类不限，优选的，该激光器121为固态激光器，该固态激光器可以为半导体激光器、Nd：YAG激光器等。本实施例中，所述激光器121为Nd：YAG激光器，该激光器121设置于所述基板111。
所述第一镜头122对应所述激光器121间隔设置并固定不动，用于接收所述激光器121发出的光并改变光的传播方向。该第一镜头122为能够成像或投影的镜头。所述第一镜头122的材料不限，可以为塑胶或玻璃。
所述第一镜头122可以根据实际需要任意更换。可以理解，当需要实现不同的扫描范围时，可以选择具有不同视场角的第一镜头122。本实施例中，所述激光器121发出的光入射到所述第一镜头122，并从该第一镜头122出射聚焦到所述待测物体14。
所述光感测器131设置于所述致动系统11，用于接收所述第二镜头132出射的光，并将该光信号转换成电信号。该光感测器131的种类不限，可以为雪崩光电二极管(APD)、半导体光电二极管(PD)或飞行时间测距传感器(ToF)等。本实施例中，所述光感测器131为飞行时间测距传感器，该飞行时间测距传感器设置于所述基板111上。
所述第二镜头132对应所述光感测器131间隔设置并固定不动，用于接收从待测物体14反射回来的光并再次改变光的出射方向，出射光的方向与第一镜头122的入射光方向一致。所述第二镜头132与所述第一镜头122具有相同的光学特性。在选择所述第二镜头132与所述第一镜头122时，需要具有相同的视场角。
所述第二镜头132为能够成像或投影的镜头。所述第二镜头132的材料不限，可以为塑胶或者玻璃。本实施例中，从第一镜头122出射的光线1′经过待测物体14反射，反射光线为1″，该光线1″进入到第二镜头132，并从该第二镜头132出射，该出射光线为1″′。
所述扫描式激光雷达10进一步包括一信号处理系统(图中未示)，该信息处理系统是以计算机为基础的处理系统，可以对所述光感测器131所获得信息进行处理、分析，从而计算出待测物体14与扫描式激光雷达10之间的距离。
所述致动系统11带动所述激光器121和所述光感测器131运动，该激光器121相对于所述第一镜头122运动，所述光感测器131相对于所述第二镜头132运动。当所述激光器121由位置1移动到位置2，再移动到位置3时，激光器121发出的光从所述第一镜头122的不同位置入射，从而经过第一镜头122出射的光的方向不同，该不同方向的出射光聚焦到待测物体14表面的多个不同的位置并反射，多个不同方向的反射光进入所述第二镜头132并从第二镜头132出射，从而可以实现三维扫描。
进一步，可以在不同的方向上同时设置所述扫描式激光雷达10，多个扫描式激光雷达10同时工作实现多线扫描，从而扫描所述待测物体14表面更多的点位置，使测量的距离更加准确。例如，在xyz直角坐标系中，在x轴和y轴同时设置所述扫描式激光雷达10，这两个扫描式激光雷达10同时进行扫描运动。
本实施例中，当所述致动器112带动所述基板111沿某一方向作往复运动时，所述激光器121和所述光感测器131同步运动，所述激光器121先后发出的光线1，光线2和光线3分别从所述第一镜头122的不同位置入射，对应的出射光线分别为光线1′，光线2′和光线3′，该三条出射光线分别聚焦到待测物体14表面不同的位置并反射，对应的反射光线分别为光线1″，光线2″和光线3″，该三条反射光线从第二透镜132的不同位置入射并出射，该三条出射光线分别为光线1″′，光线2″′和光线3″′，其中，光线1′平行于光线1″，光线2′平行于光线2″，光线3′平行于光线3″。
本发明提供的扫描式激光雷达10中通过设置激光器121和光感测器131相对于第一镜头122和第二镜头132运动，从而实现三维扫描；第二，只需要更换不同视场角的第一镜头122和第二镜头132就可以满足多种不同扫描范围的需求；第三，通过在不同的方向上同时设置扫描式激光雷达系统10，即可实现多线扫描。所述扫描式激光雷达10可以应用在3D地图、即时定位与地图构建系统、高级驾驶辅助系统、自动汽车系统、机器人和无人驾驶机等领域中。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种扫描式激光雷达，包括一致动系统、一发射系统和一接收系统，所述发射系统包括一激光器和一第一镜头，该第一镜头用于接收所述激光器发出的光；所述接收系统包括一第二镜头和一光感测器，所述第一镜头出射的光经过一待测物体反射进入所述第二镜头，从该第二镜头出射的光被所述光感测器接收；所述激光器和所述光感测器设置于所述致动系统，并随着所述致动系统的运动而分别相对于所述第一镜头和第二镜头运动。
2.如权利要求1所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述致动系统带动所述激光器和所述光感测器共同作单轴运动。
3.如权利要求1所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述致动系统包括一基板和一致动器，所述基板的一端与所述致动器连接，所述致动器带动所述基板运动。
4.如权利要求3所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述致动器为音圈致动器、继电器或压电陶瓷马达。
5.如权利要求1所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述第一镜头对应所述激光器固定设置。
6.如权利要求1所述的扫描式激光雷达，其特征在于，该第二镜头对应所述光感测器固定设置。
7.如权利要求1所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述光感测器为雪崩光电二极管、半导体光电二极管或飞行时间测距传感器。
8.如权利要求1所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述第一镜头和第二镜头可以拆卸，所述第一镜头和第二镜头可以为具有不同视场角的第一镜头和第二镜头。
9.一种扫描式激光雷达组，包括多个扫描式激光雷达，该多个扫描式激光雷达设置于不同的方向，所述扫描式激光雷达包括一致动系统、一发射系统和一接收系统，所述发射系统包括一激光器和一第一镜头，该第一镜头用于接收所述激光器发出的光；所述接收系统包括一第二镜头和一光感测器，所述第一镜头出射的光经过一待测物体反射进入所述第二镜头，从该第二镜头出射的光被所述光感测器接收；所述激光器和所述光感测器设置于所述致动系统，并随着所述致动系统11的运动而分别相对于所述第一镜头和第二镜头运动。
10.如权利要求9所述的扫描式激光雷达组，其特征在于，所述多个扫描式激光雷达同步工作。
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