激光雷达装调系统及其装调方法
技术领域
本申请涉及测距领域,特别涉及一种激光雷达装调系统及其装调方法。
背景技术
在对激光雷达进行组装前,需要对激光雷达的探测装置中的激光探测器进行精确装调,以使得激光雷达中的激光探测器能够接收到足够强度的激光,进而获得最大最稳定的接收信号。目前,主要通过人工装调或者接收信号的方式,调整激光探测器的位置。
发明内容
本申请的目的在于提供一种激光雷达的装调系统及其装调方法,可通过直接观察相机成像后的图像来确定激光探测器是否处于正确的位置,操作方便。
第一方面,本申请的实施例公开了一种激光雷达的装调系统,包括装调光源、相机、以及所述激光雷达的探测装置;
所述激光雷达的探测装置包括激光探测器和激光发射器;
所述相机位于所述激光发射器发射的光束的光路径上,并且所述激光发射器发射的光束能够在所述相机上成像,形成第一光斑;
所述装调光源用于照射所述激光探测器,并且在所述激光探测器被所述装调光源照射的情况下,所述激光探测器能够在所述相机上成像,形成第二光斑;
所述激光探测器的位置能够被调节,以调节所述第一光斑和第二光斑之间的相对位置。
在第一方面的一种可能的实现中,所述探测装置还包括透镜、第一反射镜和振镜,并且所述激光探测器、所述透镜、第一反射镜和振镜依次位于所述相机对所述激光探测器进行成像的成像光路径上。
在第一方面的一种可能的实现中,所述第一反射镜为小孔反射镜,并且,所述小孔反射镜的孔、所述振镜和所述相机依次位于所述激光发射器发射的光束的光路径上。
在第一方面的一种可能的实现中,所述第一光斑的直径小于所述第二光斑的直径。
在第一方面的一种可能的实现中,所述装调光源为激光光源,并且,所述装调光源的发光波长与所述激光发射器的发光波长相同。
在第一方面的一种可能的实现中,所述装调系统还包括第二反射镜,所述第二反射镜位于所述装调光源发射的光束的光路径上,并且位于所述装调光源和所述激光雷达的激光探测器之间。
在第一方面的一种可能的实现中,所述装调系统满足下列中的至少一项:
所述激光探测器为光电二极管;
所述激光发射器为光纤激光器;
所述相机为工业相机。
第二方面,本申请的实施例公开了一种激光雷达的装调方法,所述激光雷达包括探测装置,所述探测装置包括激光探测器和激光发射器,所述装调方法包括:
开启装调光源照射所述探测装置的激光探测器,以使得所述激光探测器在相机上成像,形成第一光斑;
判断所述第一光斑的中心与所述探测装置的激光发射器发射的光束在所述相机上成像的第二光斑的中心是否重叠;
在判断出所述第一光斑的中心与所述第二光斑的中心不重叠的情况下,调节所述激光探测器的位置,直至所述第一光斑的中心与所述第二光斑的中心重叠。
在第二方面的一种可能的实现中,判断所述第一光斑的中心与所述探测装置的激光发射器发射的光束在所述相机上成像的第二光斑的中心是否重叠包括:
结合Labview判断所述第一光斑的中心与所述第二光斑的中心是否重叠。
在第二方面的一种可能的实现中,所述探测装置还包括透镜、第一反射镜和振镜,并且所述激光探测器、所述透镜、第一反射镜和振镜依次位于所述相机对所述激光探测器进行成像的成像光路径上;和/或
所述第一反射镜为小孔反射镜,并且所述小孔反射镜的孔、所述振镜和所述相机依次位于所述激光发射器发射的光束的光路径上。
附图说明
图1根据本发明的一些实施例,示出了一种激光雷达的装调系统的结构示意图。
图2根据本发明的一些实施例,示出了一种激光雷达的装调系统的原理示意图。
图3根据本发明的一些实施例,示出了一种激光雷达的装调系统的光路图。
具体实施方式
本申请的说明性实施例包括但不限于一种激光雷达的装调系统及其装调方法。
本申请将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实施例的各个方面,以将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员。然而,对于本领域技术人员显而易见的是,可以使用所描述方面的部分来实践一些可替代实施例。出于解释的目的,为提供对说明性实施例的透彻理解,对具体的数字、材料和配置进行阐述。然而,对于本领域技术人员来说显而易见的是,可以在没有具体细节的情况下实现替代的实施例。在其他情况下,为了不对说明性实施例造成混淆,省略或简化了一些公知的特征。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。
图1示出了根据本申请实施例的一种激光雷达的装调系统的结构示意图。如图1所示,装调系统100包括底座105、激光雷达的探测装置103、相机102以及装调光源101,其中,底座105可以沿着二维方向,比如X方向和Y方向移动,通过对底座105的调节,可以实现探测装置103与相机102的相对位置的变动。在本发明另一实施例中,探测装置103和相机102也可以均设置在如底座105的可调节装置上,并且相机102设置在探测装置103在工作过程中所发射的激光的光路径上。需要理解的是,相机102与探测装置103之间的距离可以根据实际需要进行调整,在这里不做限制。
图2示出了采用图1中所示的激光雷达装调系统的工作原理图。如图2所示,装调光源101设置在激光探测装置103的一侧,相机102设置在探测装置103的另一侧。探测装置103包括激光发射器1031、激光探测器1032以及在探测装置中用于偏折光束的光学器件组1030。其中,激光发射器1031用于发射激光光束,激光探测器1032用于接收返回到激光雷达内部的激光光束并将其转化为电信号用于测距分析,光学器件组1030可以进一步包括透镜、反射镜、振镜、准直器等光电组件,光学器件组1030中的一部分光学器件可以将激光发射器1031发射的激光光束引导至相机102上成像,光学器件组1030中的一部分光学器件还可以在装调光源101照亮激光探测器1032后,将激光探测器1032反射的光束引导至相机102上成像,以进行装调操作。需要说明的是,图2只是示意性地表征了激光雷达装调系统的工作原理,不限定探测装置103本身的内部光学结构,例如,激光发射器1031与激光探测器1032不限于设置在光学器件组1030的两侧,只要能够使得装调光源101照亮激光探测器1032,使得激光探测器1032在相机102处成像即可。
具体地,继续参考图2,在进行装调操作时,设置在探测装置103内部的激光发射器1031发射出的激光光束1经过光学器件1030的处理后进入相机102,并在相机102上成像形成光斑A。同时,装调光源101发光照射设置在探测装置103上的激光探测器1032,激光探测器1032被照亮后,激光探测器1032上的光束2经过光学器件组1030中的一部分光学器件后进入相机102,并在相机102上成像光束形成光斑B。比较光斑A和光斑B的圆心位置,例如,可以结合Labview(一种程序开发环境)判断光斑A的中心与光斑B的中心是否重叠,若光斑A和光斑B的圆心位置重合,则表明激光探测器1032处于正确的位置或者说接收光信号的最佳位置,无需继续进行调整;若光斑A和光斑B的圆心位置不重合,则调整激光探测器1032的安装位置,以使光斑A和光斑B的圆心位置重合,至此,装调操作结束。可以看出,通过对比相机的成像光斑A和B的圆心位置是否重合,便可完成对激光探测器1032位置的装调,该装调方法的装调效率比现有人工装调高出很多,并且对操作人员的专业知识要求低,容易上手。
需要理解的是,装调光源101可以是激光发射装置,也可以是LED等光源,装调光源101的位置不限于分别与相机102设置于探测装置103的两侧,而是例如,装调光源101可以设置在与相机102位于探测装置103的同侧。或者,装调光源101也可以设置在探测装置103的上方,在这种情况下可以通过其他光学元件(例如反射镜等)将装调光源101发射的光束汇聚到激光探测器1032上。此外,装调光源101照亮激光探测器1032时,可以通过合理设置反射镜等光学元件,使装调光源101发出的光束不干扰可以设置为在偏离由上述激光探测器1032反射后的光束2和由激光发射器1031发射出的激光1。如此,能够尽可能减少装调光源101发出的光束对光束2和激光1在相机102上形成光斑的影响,从而提高根据本申请的装调方法进行装调的准确度,以便后续的信号处理系统能够准确计算出探测目标的位置。
进一步地,激光探测器1032可以是光电探测器、硅光电池以及成像探测器中的一种。本申请中可以采用光电探测器作为激光探测器1032,具体地,光电探测器可以包括光电二极管(如雪崩光电二极管(APD))、光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池中的一种或者多种。
进一步地,激光发射器1031用于发射激光1,激光发射器1031可以为小巧的体积、小的功耗、稳定的性能以及更好的发散角。本实施例中多采用的激光发射器1031可以包括但不限于半导体激光器、光纤激光器、固体激光器以及发光二极管(LED)中的固体激光器。其中,发光二极管(LED)中的激光发射器为半导体激光器,具体可以是半导体激光二极管,其优点是体积小、结构简单、可直接调制以及效率高。在根据本申请的实施例中可以采用上述任一所述的发射元件或至少两种发射元件的组合作为激光发射器1031,在此不做进一步限定。
图3示出了根据本申请的一些实施例,用于激光雷达的装调系统的具体结构。如图3所示,用于激光雷达的装调系统200包括装调光源201、相机202、探测装置203以及光源反射镜204。探测装置203进一步包括光纤激光发射器2031、光电二极管2032、小孔反射镜2033、振镜2034、接收透镜2035。
具体地,光源反射镜204用于将装调光源201发射的光束反射到光电二极管2032上。接收透镜2035、小孔反射镜2033以及振镜2034位于光电二极管2032的成像光路上,在装调光源201发射的光束照亮光电二极管2032后,光电二极管2032反射的光束2经过接收透镜2035、小孔反射镜2033以及振镜2034后入射到相机202上成像,形成光斑B。小孔反射镜2033中心设置有小孔,该小孔允许光纤激光发射器2031发射的激光光束1通过,激光光束1通过小孔反射镜2033后被振镜2034反射至相机202,在相机202上成像,形成光斑A。在进行装调时,比较光斑A和光斑B的圆心位置,若光斑A和光斑B的圆心位置重合,表明光电二极管2032处于最佳位置,无需继续进行调整;若光斑A和光斑B的圆心位置不重合,则调整光电二极管2032的安装位置,以使光斑A和光斑B的圆心位置重合,至此,装调操作结束。
需要理解的是,装调光源201、相机202以及探测装置203之间的相对位置均可以根据实际情况进行调整,光源反射镜204仅用来将装调光源201发出的光束反射汇聚在光电二极管2032上,其位置和安装角度也可以进行调整,在此不做限制。此外,在其他一些实施例中,可以根据实际情况增加反射镜的数量,使装调光源201发出的光束经过多个光源反射镜204的多次反射之后照亮光电二极管2032;在另外一些实施例中,也可以不设置光源反射镜204,并且通过调整装调光源201的位置或种类使装调光源201发出的光直接照亮光电二极管2032。
此外,探测装置203的内部组件设置以及光路结构设置存在多种可能情况,图3示出的探测装置203的内部结构仅用于对本申请的技术方案进行示意性说明,并不是对其进行限制。在其他一些实施例中,探测装置203的内部结构可以与图3所示的结构不同。因此,本申请也适用于采用其他内部光路设置的激光雷达装调系统。
在附图中,可以以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而,应该理解,可能不需要这样的特定布置和/或排序。而是,在一些实施例中,这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外,在特定图中包括结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征,并且在一些实施例中,可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。
需要说明的是,在本专利的示例和说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然通过参照本申请的某些优选实施例,已经对本申请进行了图示和描述,但本领域的普通技术人员应该明白,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本申请的精神和范围。