CN111337900B

CN111337900B - 激光雷达测距系统及激光雷达

Info

Publication number: CN111337900B
Application number: CN202010226303.0A
Authority: CN
Inventors: 丁海鹏; 陈思宏
Original assignee: Guangdong Bozhilin Robot Co Ltd
Current assignee: Guangdong Bozhilin Robot Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: CN111337900A

Abstract

本申请提供一种激光雷达测距系统及激光雷达，激光雷达测距系统包括发射装置、45°激光反射镜、45°偏振分光镜、四分之一波片及接收装置，所述发射装置的光轴与所述接收装置的光轴平行；所述45°激光反射镜设置于所述发射装置的光轴上，所述45°偏振分光镜及所述四分之一波片设置于所述接收装置的光轴上，且所述45°偏振分光镜与所述45°激光反射镜对位设置。本申请激光雷达测距系统及激光雷达，激光雷达测距系统中45°激光反射镜、45°偏振分光镜及四分之一波片的设置，能防止额外的杂光的产生，起到隔离杂光的作用，同时，发射装置与接收装置的光轴平行设置，使得激光雷达能在近距离处根据TOF测距原理求得较为精确的测量值。

Description

激光雷达测距系统及激光雷达

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达测距系统及激光雷达。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，做适当处理后就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

目前，大多非同轴式激光雷达在测距方面存在有盲区，激光雷达的盲区可理解为激光雷达因无法处理有效激光回波信号而产生的测量值与实际值超标的距离。大多非同轴式激光雷达在远距离处，可直接根据TOF测距原理，求得距离的精确值，而在近距离处，容易有多路径的杂光，并且，光电信号幅度会出现两个明显的波峰1和3，以及一个明显的波谷2，波谷2是盲区的临界点，波峰1、3及波谷2构成明显的三角位置关系，对此，可参见图1，导致了在近距离处根据TOF测距原理求得的数值不再精确，需要三角测量原理的的额外补偿才可能做到无盲区，但此种方式会增加激光雷达的复杂度，降低处理速度。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光雷达测距系统及激光雷达，激光雷达测距系统中45°激光反射镜、45°偏振分光镜及四分之一波片的设置，能防止额外的杂光的产生，起到隔离杂光的作用，同时，发射装置与接收装置的光轴平行设置，使得激光雷达能在近距离处根据TOF测距原理求得较为精确的测量值。

第一方面，本申请实施例提供了一种激光雷达测距系统，包括发射装置、45°激光反射镜、45°偏振分光镜、四分之一波片及接收装置，

所述发射装置的光轴与所述接收装置的光轴平行；所述45°激光反射镜设置于所述发射装置的光轴上，所述45°偏振分光镜及所述四分之一波片设置于所述接收装置的光轴上，且所述45°偏振分光镜与所述45°激光反射镜对位设置；

所述发射装置发射出射光束至所述45°激光反射镜；所述45°激光反射镜反射出射光束至所述45°偏振分光镜；所述45°偏振分光镜偏振出射光束至所述四分之一波片；出射光束经过所述四分之一波片射至被测物体；

所述被测物体的反射光束射至所述四分之一波片；反射光束经过所述四分之一波片射至所述45°偏振分光镜；所述45°偏振分光镜透射反射光束至所述接收装置。

在上述实现过程中，本申请实施例的激光雷达测距系统，设置了45°激光反射镜、45°偏振分光镜及四分之一波片，45°激光反射镜用于将出射光束反射至45°偏振分光镜，45°偏振分光镜用于反射出射光束的横向偏振光至四分之一波片以及透射反射光束的纵向偏振光至接收装置，四分之一波片用于使出射光束的横向偏振光产生1/4波长相位差以及使反射光束的横向偏振光产生1/4波长相位差，反射光束的横向偏振光通过两次1/4波长相位差的叠加变为1/2波长相位差，因而偏振方向与原方向垂直，变为纵向偏振光，45°激光反射镜、45°偏振分光镜及四分之一波片的设置，防止了额外的杂光的产生，起到了隔离杂光的作用；同时，发射装置与接收装置的光轴平行设置，即应用该激光雷达测距系统的激光雷达为同轴型激光雷达，同轴型激光雷达避免了测距方面存在的盲区问题，使得激光雷达能在近距离处根据TOF测距原理求得较为精确的测量值，进而避免了激光雷达复杂度的增加以及处理速度的降低。

进一步地，所述45°偏振分光镜为45°偏振分光片或45°偏振分光棱镜。

在上述实现过程中，45°偏振分光镜的可采用类型增加了激光雷达测距系统的适用性。

进一步地，所述四分之一波片为四分之一零级波片或四分之一多级波片。

在上述实现过程中，四分之一波片的可采用类型增加了激光雷达测距系统的适用性。

进一步地，所述四分之一零级波片为四分之一空气隙零级波片。

在上述实现过程中，四分之一空气隙零级波片对温度和波长不敏感，并且具有高损伤阈值的特点，可使得激光雷达测距系统的测距效果更佳。

进一步地，所述四分之一多级波片为四分之一双波长波片。

在上述实现过程中，四分之一双波长波片可以同时在两个波长实现相位延迟，提高转换效率，并且具有高损伤阈值的特点，可使得激光雷达测距系统的测距效果更佳。

进一步地，所述发射装置包括发射器及第一激光准直镜，

所述第一激光准直镜与所述发射器同轴设置；

所述发射器发射出射光束经所述第一激光准直镜至所述45°激光反射镜。

在上述实现过程中，第一激光准直镜能对发射器发射的出射光束起到准直作用，使激光雷达测距系统的测距效果有较好的保障。

进一步地，所述接收装置包括接收器及激光聚焦镜，

所述激光聚焦镜与所述接收器同轴设置；

所述45°偏振分光镜透射反射光束经所述激光聚焦镜至所述接收器。

在上述实现过程中，激光聚焦镜能对偏振分光镜透射的反射光束起到聚焦作用，使激光雷达测距系统的测距效果有较好的保障。

进一步地，所述激光雷达测距系统还包括补偿装置，

所述补偿装置的光轴与所述发射装置的光轴及所述接收装置的光轴垂直；

所述补偿装置发射补偿光束至所述45°偏振分光镜；所述45°偏振分光镜偏振补偿光束至所述接收装置。

在上述实现过程中，补偿装置发射的补偿光束的横向偏振光会被45°偏振分光镜反射至接收装置，补偿装置用于补偿温度和器件差异对测距的影响，可使激光雷达测距系统更为稳定，进一步提升激光雷达测距系统的测距效果。

进一步地，所述补偿装置包括补偿器及第二激光准直镜，

所述第二激光准直镜与所述补偿器同轴设置；

所述补偿器发射补偿光束经所述第二激光准直镜至所述45°偏振分光镜。

在上述实现过程中，第二激光准直镜能对补偿器发射的补偿光束起到准直作用，使补偿装置的补偿效果有较好的保障。

第二方面，本申请实施例提供了一种激光雷达，包括上述的激光雷达测距系统。

在上述实现过程中，本申请实施例的激光雷达，应用了上述的激光雷达测距系统，能防止额外的杂光的产生，起到隔离杂光的作用，同时，还能避免测距方面存在的盲区问题，使得激光雷达能在近距离处根据TOF测距原理求得较为精确的测量值，进而避免了激光雷达复杂度的增加以及处理速度的降低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术的非同轴式激光雷达光电信号幅度随测量距离值的变化图；

图2为本申请实施例一提供的激光雷达测距系统的第一原理示意图；

图3为本申请实施例一提供的激光雷达测距系统光电信号幅度随测量距离值的变化图；

图4为本申请实施例一提供的激光雷达测距系统的第二原理示意图。

图标：11-发射装置；111-发射器；112-第一激光准直镜；12-45°激光反射镜；13-45°偏振分光镜；14-四分之一波片；15-接收装置；151-接收器；152-激光聚焦镜；16-补偿装置；161-补偿器；162-第二激光准直镜；20-被测物体。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

实施例一

参见图2，图2为本申请实施例提供的激光雷达测距系统的第一原理示意图。

本申请实施例的激光雷达测距系统，包括发射装置11、45°激光反射镜12、45°偏振分光镜13、四分之一波片14及接收装置15，

发射装置11的光轴与接收装置15的光轴平行；45°激光反射镜12设置于发射装置11的光轴上，45°偏振分光镜13及四分之一波片14设置于接收装置15的光轴上，且45°偏振分光镜13与45°激光反射镜12对位设置；

发射装置11发射出射光束至45°激光反射镜12；45°激光反射镜12反射出射光束至45°偏振分光镜13；45°偏振分光镜13偏振出射光束至四分之一波片14；出射光束经过四分之一波片14射至被测物体20；

被测物体20的反射光束射至四分之一波片14；反射光束经过四分之一波片14射至45°偏振分光镜13；45°偏振分光镜13透射反射光束至接收装置15。

其中，45°偏振分光镜13用于反射光束的横向偏振光，透射光束的纵向偏振光；四分之一波片14用于使透过的光束产生1/4波长相位差。

本申请实施例的激光雷达测距系统，设置了45°激光反射镜12、45°偏振分光镜13及四分之一波片14，45°激光反射镜12用于将出射光束反射至45°偏振分光镜13，45°偏振分光镜13用于反射出射光束的横向偏振光至四分之一波片14以及透射反射光束的纵向偏振光至接收装置15，四分之一波片14用于使出射光束的横向偏振光产生1/4波长相位差以及使反射光束的横向偏振光产生1/4波长相位差，反射光束的横向偏振光通过两次1/4波长相位差的叠加变为1/2波长相位差，因而偏振方向与原方向垂直，变为纵向偏振光，45°激光反射镜12、45°偏振分光镜13及四分之一波片14的设置，防止了额外的杂光的产生，起到了隔离杂光的作用；同时，发射装置11与接收装置15的光轴平行设置，即应用该激光雷达测距系统的激光雷达为同轴型激光雷达，同轴型激光雷达避免了测距方面存在的盲区问题，对此，可结合参见图1和图3，图1为现有技术的非同轴式激光雷达光电信号幅度随测量距离值的变化图，图3为本申请实施例提供的激光雷达测距系统光电信号幅度随测量距离值的变化图，通过图1和图3的对比可知，应用该激光雷达测距系统的激光雷达充分地避免了测距方面存在的盲区问题，使得激光雷达能在近距离处根据TOF测距原理求得较为精确的测量值，进而避免了激光雷达复杂度的增加以及处理速度的降低。

参见图2，在本实施例中，发射装置11包括发射器111及第一激光准直镜112，第一激光准直镜112与发射器111同轴设置；发射器111发射出射光束经第一激光准直镜112至45°激光反射镜12；

接收装置15包括接收器151及激光聚焦镜152，激光聚焦镜152与接收器151同轴设置；45°偏振分光镜13透射反射光束经激光聚焦镜152至接收器151。

第一激光准直镜112能对发射器111发射的出射光束起到准直作用，激光聚焦镜152能对偏振分光镜透射的反射光束起到聚焦作用，第一激光准直镜112及激光聚焦镜152的设置使激光雷达测距系统的测距效果有较好的保障。

需要说明的是，在其他实施例中，发射装置11还可以为其他结构，例如，发射装置11可在发射器111及第一激光准直镜112的基础上，增加其他部件，在此，不对可增加的其他部件进行列举，只要其他部件适用于激光雷达测距系统的发射装置11即可；

同样地，接收装置15还可以为其他结构，例如，接收装置15可在接收器151及激光聚焦镜152的基础上，增加其他部件，在此，不对可增加的其他部件进行列举，只要其他部件适用于激光雷达测距系统的接收装置15即可。

参见图2，在本实施例中，45°偏振分光镜13为45°偏振分光片或45°偏振分光棱镜。

45°偏振分光镜13的可采用类型增加了激光雷达测距系统的适用性。

在本实施例中，四分之一波片14为四分之一零级波片或四分之一多级波片。

四分之一波片14的可采用类型增加了激光雷达测距系统的适用性。

其中，四分之一零级波片为四分之一空气隙零级波片，四分之一多级波片为四分之一双波长波片。

四分之一空气隙零级波片对温度和波长不敏感，并且具有高损伤阈值的特点；四分之一双波长波片可以同时在两个波长实现相位延迟，提高转换效率，并且具有高损伤阈值的特点，四分之一空气隙零级波片及四分之一双波长波片均可使得激光雷达测距系统的测距效果更佳。

参见图4，图4为本申请实施例提供的激光雷达测距系统的第二原理示意图。

本申请实施例的激光雷达测距系统还包括补偿装置16，

补偿装置16的光轴与发射装置11的光轴及接收装置15的光轴垂直；

补偿装置16发射补偿光束至45°偏振分光镜13；45°偏振分光镜13偏振补偿光束至接收装置15。

在上述过程中，补偿装置16发射的补偿光束的横向偏振光会被45°偏振分光镜13反射至接收装置15，补偿装置16用于补偿温度和器件差异对测距的影响，可使激光雷达测距系统更为稳定，进一步提升激光雷达测距系统的测距效果。

在本实施例中，补偿装置16包括补偿器161及第二激光准直镜162，第二激光准直镜162与补偿器161同轴设置；补偿器161发射补偿光束经第二激光准直镜162至45°偏振分光镜13。

第二激光准直镜162能对补偿器161发射的补偿光束起到准直作用，使补偿装置16的补偿效果有较好的保障。

需要说明的是，在其他实施例中，补偿装置16还可以为其他结构，例如，补偿装置16可在补偿器161及第二激光准直镜162的基础上，增加其他部件，在此，不对可增加的其他部件进行列举，只要其他部件适用于激光雷达测距系统的补偿装置16即可。

实施例二

本申请实施例提供一种激光雷达，包括上述实施例一的激光雷达测距系统。

本申请实施例中的激光雷达测距系统的内容可参照上述实施例一的具体内容，在此，不再进行赘述。

本申请实施例的激光雷达，应用了上述实施例一的激光雷达测距系统，能防止额外的杂光的产生，起到隔离杂光的作用，同时，还能避免测距方面存在的盲区问题，使得激光雷达能在近距离处根据TOF测距原理求得较为精确的测量值，进而避免了激光雷达复杂度的增加以及处理速度的降低。

在上述所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本申请实施例不再多加赘述。

应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应与权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种激光雷达测距系统，其特征在于，包括发射装置、45°激光反射镜、45°偏振分光镜、四分之一波片及接收装置，

所述被测物体的反射光束射至所述四分之一波片；反射光束经过所述四分之一波片射至所述45°偏振分光镜；所述45°偏振分光镜透射反射光束至所述接收装置；

所述激光雷达测距系统还包括补偿装置，

2.根据权利要求1所述的激光雷达测距系统，其特征在于，所述45°偏振分光镜为45°偏振分光片或45°偏振分光棱镜。

3.根据权利要求1所述的激光雷达测距系统，其特征在于，所述四分之一波片为四分之一零级波片或四分之一多级波片。

4.根据权利要求3所述的激光雷达测距系统，其特征在于，所述四分之一零级波片为四分之一空气隙零级波片。

5.根据权利要求3所述的激光雷达测距系统，其特征在于，所述四分之一多级波片为四分之一双波长波片。

6.根据权利要求1所述的激光雷达测距系统，其特征在于，所述发射装置包括发射器及第一激光准直镜，

所述第一激光准直镜与所述发射器同轴设置；

7.根据权利要求1所述的激光雷达测距系统，其特征在于，所述接收装置包括接收器及激光聚焦镜，

所述激光聚焦镜与所述接收器同轴设置；

8.根据权利要求1所述的激光雷达测距系统，其特征在于，所述补偿装置包括补偿器及第二激光准直镜，

所述第二激光准直镜与所述补偿器同轴设置；

9.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的激光雷达测距系统。