CN112219129A - 激光雷达装置 - Google Patents

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Abstract

光轴校正部(12)包括：光轴偏移方位角校正部(13)，校正光轴角度偏移的方位角分量；以及光轴偏移仰角校正部(14)，校正光轴角度偏移的仰角分量，光轴偏移方位角校正部(13)从光轴偏移仰角校正部(14)分离地配置。

Description

激光雷达装置
技术领域
本发明涉及进行风速测量的激光雷达装置。
背景技术
例如，专利文献1记载的激光雷达装置向大气中照射作为激光脉冲光的发送光，接收发送光被气溶胶散射而成的散射光作为接收光。气溶胶是指，大气中的灰尘、极小的悬浮粒子。激光雷达装置通过作为发送光的本地光(local light)的单一频率的连续光和接收光的外差检波，求出由于气溶胶的移动产生的接收光的频率的多普勒频移，根据多普勒频移测量激光照射方向的风速。多普勒频移能够根据对外差检波的接收光的信号进行傅里叶变换而得到的频谱计算。风速测量方向通过激光射出方向的切换而变更。
在激光雷达装置中，伴随波束扫描而在发送光与接收光之间产生光轴角度偏移。在光轴角度偏移中，有接收光的光轴相对发送光的光轴在方位角方向上偏移的方位角偏移和接收光的光轴相对发送光的光轴在仰角方向上偏移的方位角偏移。
以下，将前者记载为光轴角度偏移的方位角分量，将后者记载为光轴角度偏移的仰角分量。另外，光轴角度偏移的方位角分量依赖于波束扫描角而变化，光轴角度偏移的仰角分量依赖于波束扫描速度而变化。
在发送光与接收光之间有光轴角度偏移时，接收光的耦合效率降低而接收强度减少，所以需要校正光轴角度偏移。在专利文献1记载的以往的激光雷达装置中，设置有同时校正光轴角度偏移的方位角分量和光轴角度偏移的仰角分量这两方的光轴校正部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/117159号
发明内容
光轴角度偏移的方位角分量根据波束扫描角时时刻刻变化，所以在光轴角度偏移的方位角分量的校正中，连续地控制方位角的校正量。连续的控制由于对光轴校正部造成高负荷，所以需要定期的保养检查。另一方面，光轴角度偏移的仰角分量只要波束扫描速度恒定则不变化，所以在仰角分量的校正中，不需要仰角的校正量的频繁的控制。
在专利文献1记载的激光雷达装置中，一个光轴校正部校正光轴角度偏移的方位角分量和光轴角度偏移的仰角分量这两方，所以存在在负荷高且需要定期的保养检查的光轴角度偏移的方位角分量的校正和负荷比较低且相比于方位角分量的校正不需要频繁的保养检查的光轴角度偏移的仰角分量的校正中无法相互独立地进行保养检查这样的课题。
本发明解决上述课题，其目的在于得到能够相互独立地进行关于光轴角度偏移的方位角分量的校正的保养检查和关于光轴角度偏移的仰角分量的校正的保养检查的激光雷达装置。
本发明所涉及的激光雷达装置具备光源、光分配器、脉冲调制器、发送侧光学系统、接收侧光学系统、光耦合器、信号处理部、波束扫描部以及光轴校正部。光源产生激光。光分配器对来自光源的激光进行分配。脉冲调制器对从光分配器分配的激光进行脉冲化。发送侧光学系统输出作为通过脉冲调制器脉冲化的激光的发送光。接收侧光学系统输出作为发送光被对象物反射而成的反射光的接收光。光耦合器对从接收侧光学系统输入的接收光和从光分配器分配的激光进行合波。信号处理部使用由光耦合器合波的信号进行风速测量处理。波束扫描部扫描激光波束。光轴校正部校正伴随利用波束扫描部的波束扫描而在发送光与接收光之间产生的光轴角度偏移。光轴校正部包括：第1校正部，校正光轴角度偏移的方位角分量；以及第2校正部，校正光轴角度偏移的仰角分量，第1校正部从第2校正部分离地配置。
根据本发明，光轴校正部包括：第1校正部，校正光轴角度偏移的方位角分量；以及第2光轴校正部，校正光轴角度偏移的仰角分量，第1校正部从第2校正部分离地配置。由此，能够相互独立地进行关于光轴角度偏移的方位角分量的校正的保养检查和关于光轴角度偏移的仰角分量的校正的保养检查。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的激光雷达装置的结构的框图。
图2是示出实施方式1中的波束扫描光学系统的结构的图。
图3是示出实施方式1中的方位角校正部的结构的图。
图4是示出实施方式1中的仰角校正部的结构的图。
图5是示出实施方式1所涉及的激光雷达装置的动作的流程图。
图6是示出本发明的实施方式2所涉及的激光雷达装置的结构的框图。
图7是示出实施方式2中的方位角校正部的结构的图。
图8是示出实施方式2所涉及的激光雷达装置的动作的流程图。
图9是示出本发明的实施方式3所涉及的激光雷达装置的结构的框图。
图10是示出实施方式3中的方位角校正部的结构的图。
图11是示出实施方式3所涉及的激光雷达装置的动作的流程图。
(符号说明)
1：光源；2：光分配器；3：脉冲调制器；4：发送侧光学系统；5：接收侧光学系统；6：光耦合器；7：信号处理部；8：收发分离部；9：折返镜；10：波束扫描光学系统；11、11A：波束扫描光学系统控制部；12、12A、12B：光轴校正部；13、13A、13B：方位角校正部；14：仰角校正部；15：装置本体；16：方位角变更用镜；17：仰角变更用镜；18：道威棱镜；19、19A：道威棱镜旋转控制部；20a、20b：楔形棱镜；21：楔形棱镜旋转控制部；22：镜群；22a、22b、22c：镜；23：镜群旋转控制部；24：旋转信息处理部。
具体实施方式
以下，为了更详细地说明本发明，依照附图说明具体实施方式。
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的激光雷达装置的结构的框图。图1所示的激光雷达装置向大气中照射作为激光脉冲光的发送光，将发送光被气溶胶散射而成的散射光作为接收光受光，来测量激光照射方向的风速。风速测量方向通过激光射出方向的切换而变更。
上述激光雷达装置如图1所示，具备光源1、光分配器2、脉冲调制器3、发送侧光学系统4、接收侧光学系统5、光耦合器6、信号处理部7、收发分离部8、折返镜9、波束扫描光学系统10、波束扫描光学系统控制部11以及光轴校正部12。光轴校正部12包括方位角校正部13和仰角校正部14。另外，在装置本体15中，收容有光源1、光分配器2、脉冲调制器3、发送侧光学系统4、接收侧光学系统5、光耦合器6、信号处理部7、收发分离部8以及仰角校正部14。
光源1与光分配器2连接，产生激光。由光源1产生的激光是由照射对象可反射的波长带的单一频率构成的连续光。此外，在反射中还包含照射对象物处的激光的散射。对光分配器2还连接脉冲调制器3和光耦合器6。光分配器2对来自光源1的激光进行2分割，将一方分配给脉冲调制器3，将另一方分配给光耦合器6。脉冲调制器3与发送侧光学系统4连接，对从光分配器2输入的激光进行脉冲化。脉冲调制器3具有针对从光分配器2输入的激光进行脉冲调制的功能和提供预先设定的频移的功能。
发送侧光学系统4是对通过脉冲调制器3脉冲化的激光实施光学上的处理后作为发送光输出的光学系统。在光学上的处理中，有将激光整形为期望的波束径以及扩展角的处理。收发分离部8配置于发送侧光学系统4与折返镜9之间并且发送光的光轴上，将从发送侧光学系统4输入的发送光输出给折返镜9，将从折返镜9输入的接收光输出给仰角校正部14。折返镜9配置于收发分离部8与方位角校正部13之间并且发送光的光轴上，将从收发分离部8输入的发送光输出给方位角校正部13，将从方位角校正部13输入的接收光输出给收发分离部8。
波束扫描光学系统10是具有向大气中照射发送光的功能和扫描激光波束的功能的光学系统，配置于发送光的光轴上。波束扫描光学系统控制部11根据从信号处理部7输入的波束扫描控制信息，控制利用波束扫描光学系统10的波束扫描。另外，波束扫描光学系统控制部11将包括发送光的照射方向、即表示波束扫描方位角的镜方位角和表示波束扫描仰角的镜仰角的镜角度信息输出给方位角校正部13。
此外，扫描激光波束的波束扫描部通过波束扫描光学系统10、和波束扫描光学系统控制部11实现。
光轴校正部12校正伴随波束扫描在发送光与接收光之间产生的光轴角度偏移Ad。光轴校正部12如图1所示，包括方位角校正部13和仰角校正部14。方位角校正部13从仰角校正部14分离地配置。例如，方位角校正部13配置于装置本体15的外部，仰角校正部14配置于装置本体15的内部。由此，在实施方式1所涉及的激光雷达装置中，能够与仰角校正部14独立地实施方位角校正部13的保养检查。
方位角校正部13是校正光轴角度偏移的方位角分量的第1校正部，配置于折返镜9与波束扫描光学系统10之间并且发送光的光轴上。
另外，方位角校正部13将从折返镜9输入的发送光输出给波束扫描光学系统10，校正从波束扫描光学系统10输入的接收光中的光轴角度偏移的方位角分量后，输出给折返镜9。
仰角校正部14是校正伴随波束扫描在发送光与接收光之间产生的光轴角度偏移的仰角分量的第2校正部。仰角校正部14被配置成在接收侧光学系统5与收发分离部8之间且在波束扫描停止时从收发分离部8输入的接收光的光轴和仰角校正部14的光轴(后述2张楔形棱镜的光轴)一致。
接收侧光学系统5是对发送光被对象物反射而成的反射光实施光学上的处理后，作为接收光输出的光学系统。在光学上的处理中，有对来自仰角校正部14的接收光整形为期望的波束径以及扩展角的处理。另外，在对象物中，例如有气溶胶。光耦合器6对从接收侧光学系统5输入的接收光和从光分配器2分配的激光(发送光)进行合波而输出给信号处理部7。
信号处理部7使用由光耦合器6合波的信号进行风速测量处理。
例如，信号处理部7具有通过作为发送光的本地光的单一频率的连续光和接收光的外差检波从接收光导出频移的功能和根据频移计算风速的功能。在发送光的照射对象是气溶胶的情况下，频移是由于气溶胶的移动产生的多普勒频移。
另外，信号处理部7根据从光耦合器6输入的合波信号，生成波束扫描控制信息。波束扫描控制信息是指定波束扫描角速度以及波束扫描方法的控制信息，从信号处理部7对波束扫描光学系统控制部11设定。
进而，信号处理部7将光轴偏移方位角校正的目标值输出给方位角校正部13和仰角校正部14，将光轴偏移仰角信息输出给仰角校正部14。
光轴偏移方位角校正的目标值是光轴角度偏移的方位角分量的校正中的方位角的目标值，根据从光耦合器6输入的合波信号通过信号处理部7生成。
光轴偏移仰角信息是包含光轴角度偏移的仰角方向的偏移量(以下记载为光轴偏移的仰角)的信息，根据从光耦合器6输入的合波信号通过信号处理部7生成。
图2是示出波束扫描光学系统10的结构的图。波束扫描光学系统10如图2所示，包括方位角变更用镜16和仰角变更用镜17。方位角变更用镜16是相对方位角方向变更发送光的照射方向(激光波束的扫描方向)的镜，配置于方位角校正部13与仰角变更用镜17之间。仰角变更用镜17是相对仰角方向变更发送光的照射方向的镜，配置于方位角变更用镜16与发送光的照射空间之间。方位角变更用镜16以及仰角变更用镜17接收发送光被大气中的散射体(例如气溶胶)散射而成的散射光，将该接收光引导到方位角校正部13。
波束扫描光学系统控制部11在波束扫描光学系统10中，控制方位角变更用镜16的旋转，控制仰角变更用镜17的旋转。通过该控制，控制发送光的照射方向、即波束扫描方位角以及波束扫描仰角。方位角变更用镜16具有旋转轴A1，仰角变更用镜17具有旋转轴A2，旋转轴A1和旋转轴A2是相互独立的旋转轴。在方位角变更用镜16绕旋转轴A1旋转时，发送光的照射方向的方位角被变更，在仰角变更用镜17绕旋转轴A2旋转时，发送光的照射方向的仰角被变更。
通过在使仰角变更用镜17的旋转角度固定的状态下使方位角变更用镜16绕旋转轴A1旋转，能够将发送光的照射方向在方位角方向上在0度至360度的范围变更。此外，在使方位角变更用镜16绕旋转轴A1旋转时，仰角变更用镜17固定于相同的旋转坐标系。此时，发送光的照射方向的仰角成为由仰角变更用镜17的旋转角决定的角度。
在从波束扫描光学系统控制部11输出给方位角校正部13的镜角度信息中，作为表示波束扫描方位角的镜方位角，包括方位角变更用镜16的旋转角，作为表示波束扫描仰角的镜仰角，包括仰角变更用镜17的旋转角。
图3是示出实施方式1中的方位角校正部13的结构的图。方位角校正部13如图3所示，具备道威棱镜18和道威棱镜旋转控制部19。道威棱镜18被配置成道威棱镜18的光轴A相对波束扫描停止时的接收光的行进方向b一致。
在执行波束扫描后，从折返镜9入射到方位角校正部13的接收光的行进方向成为图3所示的箭头a的方向。发送光的光轴与波束扫描停止时的接收光的行进方向b一致，所以在开始波束扫描时，在发送光与接收光之间光轴在方位角方向上以偏移量θ偏移。道威棱镜18校正这样的光轴角度偏移的方位角分量。
道威棱镜旋转控制部19与信号处理部7和波束扫描光学系统控制部11连接，控制绕光轴A的道威棱镜18的旋转。例如，道威棱镜旋转控制部19从信号处理部7输入光轴偏移方位角校正的目标值ψ0，从波束扫描光学系统控制部11输入镜角度信息γ1(t)、γ2(t)。道威棱镜旋转控制部19根据目标值目标值ψ0和镜角度信息γ1(t)、γ2(t)，计算旋转角Φ1(t)，根据旋转角Φ1(t)，对道威棱镜18进行旋转控制。在此，γ1(t)是方位角变更用镜16的旋转角(镜方位角)，γ2(t)是仰角变更用镜17的旋转角(镜仰角)。t是时间的变量。发送光的照射方向(激光波束的扫描方向)由γ1(t)和γ2(t)唯一地决定。
图4是示出实施方式1中的仰角校正部14的结构的图。仰角校正部14如图4所示，具备楔形棱镜20a、楔形棱镜20b以及楔形棱镜旋转控制部21。在波束扫描停止时从收发分离部8输入给仰角校正部14的接收光的行进方向b与楔形棱镜20a以及楔形棱镜20b的光轴B一致。
另一方面，在波束扫描时，从收发分离部8输入给仰角校正部14的接收光的行进方向成为图4所示的箭头a的方向。发送光的光轴与波束扫描停止时的接收光的行进方向b一致，所以由于波束扫描在发送光与接收光之间光轴在仰角方向上以偏移量θ偏移。楔形棱镜20a和楔形棱镜20b校正通过方位角校正部13将方位角固定为目标值ψ0的接收光中的光轴角度偏移的仰角分量。
楔形棱镜旋转控制部21与信号处理部7连接，控制绕光轴B的楔形棱镜20a以及楔形棱镜20b的旋转。例如，楔形棱镜旋转控制部21从信号处理部7输入包含光轴偏移的仰角θ(光轴角度偏移的仰角方向的偏移量θ)的光轴偏移仰角信息和光轴偏移方位角校正的目标值ψ0。楔形棱镜旋转控制部21根据光轴偏移仰角信息中的光轴偏移的仰角θ和光轴偏移方位角校正的目标值ψ0，计算楔形棱镜20a的旋转角Φ2，计算楔形棱镜20b的旋转角Φ3。然后，楔形棱镜旋转控制部21根据旋转角Φ2以及旋转角Φ3，控制楔形棱镜20a和楔形棱镜20b的旋转。
楔形棱镜20a以及楔形棱镜20b是如图4所示，具有平坦面和与其对置的倾斜面的棱镜。在仰角校正部14中，楔形棱镜20a和楔形棱镜20b被配置成相互的平坦面平行、并且波束扫描停止时从收发分离部8入射的接收光的行进方向b(光轴B)相对两方的平坦面正交。楔形棱镜20a配置于接收侧光学系统5侧，楔形棱镜20b配置于收发分离部8侧。
接下来说明动作。
图5是示出实施方式1所涉及的激光雷达装置的动作的流程图。
在开始波束扫描之前，信号处理部7设定光轴偏移方位角校正的目标值ψ0(步骤ST1)。另外，信号处理部7设定波束扫描角速度ω(步骤ST2)。进而，信号处理部7设定校正伴随波束扫描在发送光与接收光之间产生的光轴角度偏移的风速测定距离L(步骤ST3)。
接下来，信号处理部7使用波束扫描角速度ω和校正伴随波束扫描在发送光与接收光之间产生的光轴角度偏移的风速测定距离L，根据下述式(1)，计算光轴偏移的仰角θ(步骤ST4)。其中，在下述式(1)中，c是光速。
θ＝2ωL/c…(1)
信号处理部7将光轴偏移方位角校正的目标值ψ0输出给方位角校正部13以及仰角校正部14，将光轴偏移的仰角θ输出给仰角校正部14。进而，信号处理部7将指定波束扫描角速度ω以及波束扫描方法的波束扫描控制信息输出给波束扫描光学系统控制部11。
仰角校正部14使用光轴偏移的仰角θ，依照下述式(2)至下述式(5)，计算楔形棱镜20a的旋转角Φ2以及楔形棱镜20b的旋转角Φ3(步骤ST5)。此外，在下述式(2)、下述式(3)以及下述式(4)中，假设为楔形棱镜20a的折射率和楔形棱镜20b的折射率相互相等。另外，变量δ是入射到1张楔形棱镜的光线折射的角度，使用楔形棱镜20a以及楔形棱镜20b的折射率n和楔形棱镜20a以及楔形棱镜20b的倾斜角α，根据下述式(5)得到。
Φ2＝Φ3+σ…(2)
Φ3＝tan-1{(tanψ0(cosσ+1)-sinσ)/
(cosσ+1+sinσtanψ0)}…(3)
σ＝cos-1{(θ2-2δ2)/2δ2}…(4)
δ＝(n-1)α…(5)
楔形棱镜旋转控制部21根据在步骤ST5中计算出的旋转角Φ2、Φ3，控制楔形棱镜20a的旋转和楔形棱镜20b的旋转(步骤ST6)。例如，楔形棱镜旋转控制部21以使通过楔形棱镜20a和楔形棱镜20b后的接收光的光轴偏移的仰角θ成为0的方式，控制楔形棱镜20a和楔形棱镜20b的相对的旋转角度差。光轴偏移的方位角通过方位角校正部13始终固定为目标值ψ0。
光轴偏移的仰角θ只要波束扫描角速度ω和风速测定距离L恒定，则始终恒定。这样，光轴角度偏移的仰角分量如果激光波束扫描速度(波束扫描角速度ω)恒定则不变化，不需要校正量的频繁的控制。
接下来，开始风速测量(步骤ST7)。作为由光源1产生的单一频率的连续光的发送光通过光分配器2被分配给脉冲调制器3和光耦合器6。脉冲调制器3将从光分配器2输入的发送光变换为由恒定的反复周期构成的脉冲光，进而提供频移。通过脉冲调制器3脉冲化的发送光被输出给发送侧光学系统4。
发送侧光学系统4将通过脉冲调制器3脉冲化的发送光变换为期望的波束径和波束扩展角。从发送侧光学系统4输出的发送光经由收发分离部8、折返镜9以及方位角校正部13被输出给波束扫描光学系统10。
波束扫描光学系统控制部11从从信号处理部7输入的波束扫描控制信息，提取波束扫描角速度ω、方位角变更用镜16的旋转角γ1(t)以及仰角变更用镜17的旋转角γ2(t)。然后，波束扫描光学系统控制部11根据波束扫描角速度ω、旋转角γ1(t)以及旋转角γ2(t)，绕旋转轴A1对方位角变更用镜16进行旋转控制，绕旋转轴A2对仰角变更用镜17进行旋转控制。t是时间的变量，所以方位角变更用镜16的旋转角γ1(t)和仰角变更用镜17的旋转角γ2(t)随着时间t变化。波束扫描光学系统10开始波束扫描(步骤ST8)。
波束扫描光学系统10在变更波束扫描方向的同时向大气中照射发送光。此时，波束扫描光学系统控制部11将与通过波束扫描光学系统10向大气中照射发送光的时刻相同的时刻的旋转角γ1(t)以及旋转角γ2(t)输出给方位角校正部13。方位角校正部13取得来自波束扫描光学系统控制部11的旋转角γ1(t)以及旋转角γ2(t)(步骤ST9)。
向大气中照射的发送光被大气中的散射体(例如气溶胶)散射。通过波束扫描光学系统10接收散射光。在该接收光中，产生与风速对应的多普勒频移频率。接收光从波束扫描光学系统10输出到方位角校正部13。
如图3所示，输入到方位角校正部13的接收光的光轴(与行进方向a相当)伴随波束扫描相对光轴A在方位角方向上偏移角度θ。进而，伴随波束扫描、即发送波束的照射方向的变化，接收光的行进方向变化。
例如，在通过波束扫描使发送波束的照射方向相对方位角从0度至360度等速旋转时，接收光的光轴也在原样地保持方位角方向的偏移量θ的状态下绕光轴A旋转。在图3中，使用变量ψ表示以光轴A为轴的接收光的光轴偏移的方位角。在方位角校正部13中，校正依赖于角度ψ的接收光的光轴偏移的方位角，使通过道威棱镜18后的接收光的光轴偏移的方位角始终成为恒定。
由方位角校正部13校正光轴角度偏移的方位角分量后的方位角是从信号处理部7设定的光轴偏移方位角校正的目标值ψ0。
方位角校正部13使用从波束扫描光学系统控制部11输入的旋转角γ1(t)和旋转角γ2(t)，根据下述式(6)计算角度ψ(t)。
ψ(t)＝ψ(γ1(t)、γ2(t))…(6)
接下来，方位角校正部13以使角度ψ(t)与光轴偏移方位角校正的目标值ψ0一致的方式，计算道威棱镜18的旋转角Φ1(t)(步骤ST10)。
方位角校正部13根据在步骤ST10中计算出的旋转角Φ1(t)，控制道威棱镜18的旋转(步骤ST11)。由此，校正接收光的光轴偏移的方位角。通过方位角校正部13将光轴偏移的方位角固定为目标值ψ0的接收光经由折返镜9以及收发分离部8被输出给仰角校正部14。
如上所述，在进行波束扫描的期间，接收光的光轴偏移的方位角ψ(t)始终变化，所以方位角校正部13需要始终取得波束扫描控制信息(发送波束的照射方向信息)来校正光轴偏移的方位角。即，光轴角度偏移的方位角分量的校正是在直至风速测量结束的期间连续地控制校正量的高负荷的处理。因此，方位角校正部13相比于仰角校正部14易于发生故障，需要定期的保养检查。
接下来，仰角校正部14如上所述根据从信号处理部7输入的光轴偏移仰角信息，计算楔形棱镜20a的旋转角Φ2和楔形棱镜20b的旋转角Φ3。仰角校正部14根据旋转角Φ2以及旋转角Φ3，控制楔形棱镜20a和楔形棱镜20b的旋转。由此，接收光的光轴偏移的仰角被校正。由仰角校正部14校正光轴偏移的仰角后的接收光被输出给接收侧光学系统5。
接收侧光学系统5将接收光变换为恒定的波束径和波束扩展角而输出给光耦合器6。光耦合器6将对从光分配器2输入的发送光和从接收侧光学系统5输入的接收光进行合波而得到的信号，输出给信号处理部7。
信号处理部7从从光耦合器6输入的合波信号提取接收光，实施外差检波而导出接收光的频率的多普勒频移。然后，信号处理部7根据波束扫描控制信息和接收光的多普勒频移的频率，计算发送光的照射方向的风速测量距离中的风速。之后，信号处理部7确认风速测量是否结束(步骤ST12)。此时，如果风速测量未结束(步骤ST12；“否”)，则返回到步骤ST9的处理。由此，实施方式1所涉及的激光雷达装置在变更发送光的照射方向的同时继续风速测量。另一方面，如果风速测量结束(步骤ST12；“是”)，则结束图5的一连串的处理。
在实施方式1所涉及的激光雷达装置中，光轴校正部12包括方位角校正部13和仰角校正部14，方位角校正部13从仰角校正部14分离地配置。由此，能够在负荷高且需要定期的保养检查的光轴角度偏移的方位角分量的校正和负荷比较低且相比于方位角分量的校正不需要频繁的保养检查的光轴角度偏移的仰角分量的校正中相互独立地进行保养检查。
在装置本体15中，如图1所示，除了仰角校正部14以外，还收容有光源1、光分配器2、脉冲调制器3、发送侧光学系统4、接收侧光学系统5、光耦合器6以及信号处理部7。其意味着，在装置本体15内部，较密地配置有实现这些构成要素的大量的零件。因此，预想在方位角校正部13收容到装置本体15时，在方位角校正部13中发生的故障对收容于装置本体15的其他构成要素造成恶劣影响。另外，在较密地配置零件时，方位角校正部13的保养检查中的光轴调整也困难。
因此，在实施方式1所涉及的激光雷达装置中，方位角校正部13配置于装置本体15的外部，仰角校正部14配置于装置本体15的内部。
负荷高且需要定期的保养检查的方位角校正部13配置于装置本体15的外部，所以能够降低在方位角校正部13中发生的故障对收容于装置本体15的其他构成要素造成的影响。进而，设想装置本体15的外部相比于装置本体15的内部，零件的配置间隔也宽而有空间上的富余。由此，能够容易地进行方位角校正部13的保养检查中的光轴调整。
此外，在图1中，示出配置于折返镜9与波束扫描光学系统10之间的方位角校正部13，但方位角校正部13也可以配置于收发分离部8与折返镜9之间。
仰角校正部14也可以并非用楔形棱镜而用使用镜的反射光学系统实现。进而，在图1中，示出配置于接收侧光学系统5与收发分离部8之间的仰角校正部14，但仰角校正部14也可以配置于发送侧光学系统4与收发分离部8之间。
也可以在仰角校正部14具备的楔形棱镜20a和楔形棱镜20b中使用相互不同的折射率的材料。
另外，折返镜9也可以由多张镜构成。
信号处理部7也可以在进行波束扫描的期间，变更校正发送光与接收光之间的光轴偏移的风速测定距离L。在该情况下，根据上述式(1)，光轴偏移仰角θ变化，所以仰角校正部14根据风速测定距离L的变更，变更楔形棱镜20a和楔形棱镜20b的相对的旋转角度的差。
实施方式2.
图6是示出本发明的实施方式2所涉及的激光雷达装置的结构的框图。在图6中，对与图1相同的构成要素附加同一符号而省略说明。
图6所示的激光雷达装置向大气中照射作为激光脉冲光的发送光，将发送光被气溶胶散射而成的散射光作为接收光受光，来测量激光照射方向的风速。风速测量方向通过激光射出方向的切换而变更。
上述激光雷达装置如图6所示，具备光源1、光分配器2、脉冲调制器3、发送侧光学系统4、接收侧光学系统5、光耦合器6、信号处理部7、收发分离部8、折返镜9、波束扫描光学系统10、波束扫描光学系统控制部11以及光轴校正部12A。光轴校正部12A包括方位角校正部13A和仰角校正部14。光轴校正部12A校正伴随波束扫描在发送光与接收光之间产生的光轴角度偏移Ad。另外，在装置本体15中，收容有光源1、光分配器2、脉冲调制器3、发送侧光学系统4、接收侧光学系统5、光耦合器6、信号处理部7、收发分离部8以及仰角校正部14。
方位角校正部13A如图6所示，从仰角校正部14分离地配置。
例如，方位角校正部13A配置于装置本体15的外部，仰角校正部14配置于装置本体15的内部。方位角校正部13A是校正光轴角度偏移的方位角分量的第1校正部，配置于折返镜9与波束扫描光学系统10之间并且发送光的光轴上。另外，方位角校正部13A将从折返镜9输入的发送光输出给波束扫描光学系统10，校正从波束扫描光学系统10输入的接收光中的光轴角度偏移的方位角分量后，输出给折返镜9。
图7是示出实施方式2中的方位角校正部13A的结构的图。方位角校正部13A如图7所示，具备镜群22以及镜群旋转控制部23。镜群22包括镜22a、镜22b以及镜22c，具有校正由于波束扫描在发送光与接收光之间产生的光轴偏移的方位角的功能。对镜群旋转控制部23，连接有信号处理部7和波束扫描光学系统控制部11。
镜群22配置于通过镜22a和镜22c的中心的直线与在波束扫描停止时从折返镜9输入到方位角校正部13A的发送光的光轴一致的位置。另外，镜22a、镜22b以及镜22c配置于在波束扫描停止时从折返镜9输入到方位角校正部13A的发送光的光轴和从镜22a射出到镜22c的发送光的光轴一致的位置。
镜群旋转控制部23从信号处理部7输入光轴偏移方位角校正的目标值ψ0，从波束扫描光学系统控制部11输入方位角变更用镜16的旋转角(镜方位角)以及仰角变更用镜17的旋转角(镜仰角)。镜方位角是旋转角γ1(t)，镜仰角是旋转角γ2(t)。
镜群旋转控制部23根据目标值ψ0、旋转角γ1(t)以及旋转角γ2(t)，以使通过镜群22后的接收光的光轴偏移的方位角与目标值ψ0一致的方式，计算镜群22的旋转角Φ1(t)。然后，镜群旋转控制部23根据计算出的旋转角Φ1(t)，控制镜群22的旋转。
此外，t是时间的变量。发送光的照射方向(激光波束的扫描方向)由γ1(t)和γ2(t)唯一地决定。
接下来说明动作。
图8是示出实施方式2所涉及的激光雷达装置的动作的流程图。
此外，图8的步骤ST1a至步骤ST8a以及步骤ST12a的处理与图5的步骤ST1至步骤ST8以及步骤ST12的处理相同，所以省略说明。
波束扫描光学系统控制部11在通过波束扫描光学系统10开始波束扫描时，将与被照射发送光的时刻相同的时刻的旋转角γ1(t)以及旋转角γ2(t)输出给方位角校正部13A。方位角校正部13A取得来自波束扫描光学系统控制部11的旋转角γ1(t)以及旋转角γ2(t)(步骤ST9a)。
向大气中照射的发送光被大气中的散射体(例如气溶胶)散射。通过波束扫描光学系统10接收散射光。在该接收光中，产生与风速对应的多普勒频移频率。接收光从波束扫描光学系统10输出到方位角校正部13A。
如图7所示，输入到方位角校正部13A的接收光的光轴(与行进方向a相当)伴随波束扫描相对光轴A在方位角方向上偏移角度θ。
进而，伴随波束扫描、即发送波束的照射方向的变化，接收光的行进方向变化。例如，在通过波束扫描使发送波束的照射方向相对方位角从0度至360度等速旋转时，接收光的光轴也在原样地保持方位角方向的偏移量θ的状态下绕光轴A旋转。在图7中，使用变量ψ，表示以光轴A为轴的接收光的光轴偏移的方位角。在方位角校正部13A中，校正依赖于角度ψ的接收光的光轴偏移的方位角，使得通过镜群22后的接收光的光轴偏移的方位角始终恒定。
由方位角校正部13A校正光轴角度偏移的方位角分量后的方位角是从信号处理部7设定的光轴偏移方位角校正的目标值ψ0。
方位角校正部13A使用从波束扫描光学系统控制部11输入的旋转角γ1(t)和旋转角γ2(t)，根据上述式(6)计算角度ψ(t)。
接下来，方位角校正部13A以使角度ψ(t)与光轴偏移方位角校正的目标值ψ0一致的方式，计算镜群22的旋转角Φ1(t)(步骤ST10a)。
方位角校正部13A根据在步骤ST10a中计算出的旋转角Φ1(t)，控制镜群22的旋转(步骤ST11a)。由此，校正接收光的光轴偏移的方位角。之后，通过方位角校正部13A将光轴偏移的方位角固定为目标值ψ0的接收光经由折返镜9以及收发分离部8被输出给仰角校正部14。仰角校正部14按照与实施方式1同样的过程，针对将光轴偏移的方位角固定为目标值ψ0的接收光，实施光轴角度偏移的仰角分量的校正。
在进行波束扫描的期间，接收光的光轴偏移的方位角ψ(t)始终变化，所以方位角校正部13A需要始终取得波束扫描控制信息(发送波束的照射方向信息)来校正光轴偏移的方位角。即，光轴角度偏移的方位角分量的校正是在直至风速测量结束的期间连续地控制校正量的高负荷的处理。因此，方位角校正部13A相比于仰角校正部14易于发生故障，需要定期的保养检查。
在实施方式2所涉及的激光雷达装置中，光轴校正部12A包括方位角校正部13A、和仰角校正部14，方位角校正部13A从仰角校正部14分离地配置。由此，能够在负荷高且需要定期的保养检查的光轴角度偏移的方位角分量的校正和负荷比较低且相比于方位角分量的校正不需要频繁的保养检查的光轴角度偏移的仰角分量的校正中相互独立地进行保养检查。
在装置本体15中，如图6所示，除了仰角校正部14以外，还收容有光源1、光分配器2、脉冲调制器3、发送侧光学系统4、接收侧光学系统5、光耦合器6以及信号处理部7。其意味着，在装置本体15内部，较密地配置有实现这些构成要素的大量的零件。因此，设想在方位角校正部13A收容到装置本体15时，在方位角校正部13A中发生的故障对收容于装置本体15的其他构成要素造成恶劣影响。另外，在较密地配置零件时，方位角校正部13A的保养检查中的光轴调整也困难。
因此，在实施方式2所涉及的激光雷达装置中，方位角校正部13A配置于装置本体15的外部，仰角校正部14配置于装置本体15的内部。
负荷高且需要定期的保养检查的方位角校正部13A配置于装置本体15的外部，所以能够降低在方位角校正部13A中发生的故障对收容于装置本体15的其他构成要素造成的影响。进而，设想装置本体15的外部相比于装置本体15的内部，零件的配置间隔也宽而有空间上的富余。由此，能够容易地进行方位角校正部13A的保养检查中的光轴调整。
在实施方式2所涉及的激光雷达装置中，方位角校正部13A具备包括使入射的激光反射并且引导到射出侧的镜22a、22b、22c的镜群22，对镜群22进行旋转控制来校正光轴角度偏移的方位角分量。该结构也能够校正伴随波束扫描在发送光与接收光之间产生的光轴偏移的方位角。另外，在镜群22中，相比于道威棱镜18，在发送光或者接收光的波束径宽的情况下也能够应用。
此外，在图6中，示出配置于折返镜9与波束扫描光学系统10之间的方位角校正部13A，但方位角校正部13A也可以配置于收发分离部8与折返镜9之间。
与实施方式1同样地，实施方式2中的仰角校正部14也可以并非用楔形棱镜而用使用镜的反射光学系统实现。进而，在图6中，示出配置于接收侧光学系统5与收发分离部8之间的仰角校正部14，但仰角校正部14也可以配置于发送侧光学系统4与收发分离部8之间。
与实施方式1同样地，也可以在实施方式2中的仰角校正部14具备的楔形棱镜20a和楔形棱镜20b中使用相互不同的折射率的材料。
另外，折返镜9也可以由多张镜构成。
与实施方式1同样地，实施方式2中的信号处理部7也可以在进行波束扫描的期间，变更校正发送光与接收光之间的光轴偏移的风速测定距离L。在该情况下，根据上述式(1)，光轴偏移仰角θ变化，所以仰角校正部14根据风速测定距离L的变更，变更楔形棱镜20a和楔形棱镜20b的相对的旋转角度的差。
实施方式3.
图9是示出本发明的实施方式3所涉及的激光雷达装置的结构的框图。在图9中，对与图1相同的构成要素附加同一符号而省略说明。
图9所示的激光雷达装置向大气中照射作为激光脉冲光的发送光，将发送光被气溶胶散射而成的散射光作为接收光受光，来测量激光照射方向的风速。风速测量方向通过激光射出方向的切换而变更。
上述激光雷达装置如图9所示，具备光源1、光分配器2、脉冲调制器3、发送侧光学系统4、接收侧光学系统5、光耦合器6、信号处理部7、收发分离部8、折返镜9、波束扫描光学系统10、波束扫描光学系统控制部11A、光轴校正部12B以及旋转信息处理部24。光轴校正部12B包括方位角校正部13B和仰角校正部14。另外，在装置本体15中，收容有光源1、光分配器2、脉冲调制器3、发送侧光学系统4、接收侧光学系统5、光耦合器6、信号处理部7、收发分离部8以及仰角校正部14。
波束扫描光学系统控制部11A根据从旋转信息处理部24输入的镜方位角以及镜仰角，控制利用波束扫描光学系统10的波束扫描。
此外，镜方位角是波束扫描方位角，且是波束扫描光学系统10具备的方位角变更用镜16的旋转角γ1(t)。镜仰角是波束扫描仰角，且是仰角变更用镜17的旋转角γ2(t)。
此外，实施方式3中的波束扫描部通过波束扫描光学系统10和波束扫描光学系统控制部11A实现。
方位角校正部13B如图9所示，从仰角校正部14分离地配置。
例如，方位角校正部13B配置于装置本体15的外部，仰角校正部14配置于装置本体15的内部。方位角校正部13B是校正光轴角度偏移的方位角分量的第1校正部，配置于折返镜9与波束扫描光学系统10之间并且发送光的光轴上。另外，方位角校正部13B将从折返镜9输入的发送光输出给波束扫描光学系统10，校正从波束扫描光学系统10输入的接收光中的光轴角度偏移的方位角分量后，输出给折返镜9。
旋转信息处理部24是根据从信号处理部7输入的波束扫描控制信息以及光轴偏移方位角校正的目标值，计算镜方位角以及镜仰角，计算对方位角校正部13B设定的旋转角的信息处理部。此外，镜方位角是方位角变更用镜16的旋转角γ1(t)。镜仰角是仰角变更用镜17的旋转角γ2(t)。由旋转信息处理部24计算出的镜方位角以及镜仰角被输出给波束扫描光学系统控制部11A。
图10是示出实施方式3中的方位角校正部13B的结构的图。方位角校正部13B如图10所示，具备道威棱镜18和道威棱镜旋转控制部19A。道威棱镜18被配置成道威棱镜18的光轴A相对波束扫描停止时的接收光的行进方向b一致。
在执行波束扫描时，从折返镜9入射到方位角校正部13B的接收光的行进方向成为图10所示的箭头a的方向。发送光的光轴与波束扫描停止时的接收光的行进方向b一致，所以在开始波束扫描时，在发送光与接收光之间光轴在方位角方向上以偏移量θ偏移。道威棱镜18校正这样的光轴角度偏移的方位角分量。
道威棱镜旋转控制部19A与波束扫描光学系统控制部11A和旋转信息处理部24连接，控制绕光轴A的道威棱镜18的旋转。例如，道威棱镜旋转控制部19A根据从旋转信息处理部24输入的旋转角Φ1(t)，对道威棱镜18进行旋转控制。在此，γ1(t)是方位角变更用镜16的旋转角(镜方位角)，γ2(t)是仰角变更用镜17的旋转角(镜仰角)。t是时间的变量。发送光的照射方向由γ1(t)和γ2(t)唯一地决定。
接下来说明动作。
图11是示出实施方式3所涉及的激光雷达装置的动作的流程图。
图11的步骤ST1b至步骤ST6b以及步骤ST11b的处理与图5的步骤ST1至步骤ST6以及步骤ST12的处理相同，所以省略说明。
信号处理部7将光轴偏移方位角校正的目标值ψ0输出给仰角校正部14以及旋转信息处理部24，将光轴偏移的仰角θ输出给仰角校正部14。进而，信号处理部7将指定波束扫描角速度ω以及波束扫描方法的波束扫描控制信息输出给旋转信息处理部24。
如图10所示，输入到方位角校正部13B的接收光的光轴(与行进方向a相当)伴随波束扫描相对光轴A在方位角方向上偏移角度θ。进而，伴随波束扫描、即发送波束的照射方向的变化，接收光的行进方向变化。
例如，在通过波束扫描使发送波束的照射方向相对方位角从0度至360度等速旋转时，接收光的光轴也在原样地保持方位角方向的偏移量θ的状态下绕光轴A旋转。在图10中，使用变量ψ，表示以光轴A为轴的接收光的光轴偏移的方位角。方位角校正部13B校正依赖于角度ψ的接收光的光轴偏移的方位角，使通过道威棱镜18后的接收光的光轴偏移的方位角始终成为恒定。
由方位角校正部13B校正光轴角度偏移的方位角分量后的方位角是光轴偏移方位角校正的目标值ψ0。旋转信息处理部24根据从信号处理部7输入的波束扫描控制信息，计算方位角变更用镜16的旋转角γ1(t)以及仰角变更用镜17的旋转角γ2(t)。然后，旋转信息处理部24使用计算出的旋转角γ1(t)以及旋转角γ2(t)，根据上述式(6)计算角度ψ(t)。旋转信息处理部24以使角度ψ(t)与光轴偏移方位角校正的目标值ψ0一致的方式，计算道威棱镜18的旋转角Φ1(t)(步骤ST7b)。
道威棱镜18的旋转角Φ1(t)从旋转信息处理部24输出到方位角校正部13B。
接下来，开始风速测量(步骤ST8b)。作为由光源1产生的单一频率的连续光的发送光通过光分配器2被分配给脉冲调制器3和光耦合器6。脉冲调制器3将从光分配器2输入的发送光变换为由恒定的反复周期构成的脉冲光，进而提供频移。通过脉冲调制器3脉冲化的发送光被输出给发送侧光学系统4。
发送侧光学系统4将通过脉冲调制器3脉冲化的发送光变换为期望的波束径和波束扩展角。从发送侧光学系统4输出的发送光经由收发分离部8、折返镜9以及方位角校正部13B输出到波束扫描光学系统10。
波束扫描光学系统控制部11A根据从旋转信息处理部24输入的方位角变更用镜16的旋转角γ1(t)以及仰角变更用镜17的旋转角γ2(t)，绕旋转轴A1对方位角变更用镜16进行旋转控制，绕旋转轴A2对仰角变更用镜17进行旋转控制。t是时间的变量，所以方位角变更用镜16的旋转角γ1(t)和仰角变更用镜17的旋转角γ2(t)随着时间t变化。
由此，控制波束扫描光学系统10具备的方位角变更用镜16以及仰角变更用镜17的旋转(步骤ST9b)。
波束扫描光学系统10在变更波束扫描方向的同时，向大气中照射发送光。
向大气中照射的发送光被大气中的散射体(例如气溶胶)散射。通过波束扫描光学系统10接收散射光。在该接收光中，产生与风速对应的多普勒频移频率。接收光从波束扫描光学系统10输出到方位角校正部13B。
道威棱镜旋转控制部19A以成为从旋转信息处理部24输入的旋转角Φ1(t)的方式，控制道威棱镜18的旋转(步骤ST10b)。
由此，校正接收光的光轴偏移的方位角。
在方位角校正部13B中，与实施方式1以及实施方式2不同，不从波束扫描光学系统控制部11接受旋转角γ1(t)以及旋转角γ2(t)，而使用从旋转信息处理部24输入的旋转角Φ1(t)控制道威棱镜18的旋转。
因此，从波束扫描光学系统控制部11向方位角校正部13B传送信号，方位角校正部13B根据该信号计算旋转角Φ1(t)这样的处理不需要，能够降低与这些处理相伴的延迟时间。
在进行波束扫描的期间，接收光的光轴偏移的方位角ψ(t)始终变化，所以方位角校正部13B需要始终取得波束扫描控制信息(发送波束的照射方向信息)来校正光轴偏移的方位角。即，光轴角度偏移的方位角分量的校正是在直至风速测量结束的期间连续地控制校正量的高负荷的处理。因此，方位角校正部13B相比于仰角校正部14易于发生故障，需要定期的保养检查。
在实施方式3所涉及的激光雷达装置中，光轴校正部12B包括方位角校正部13B和仰角校正部14，方位角校正部13B从仰角校正部14分离地配置。由此，能够在负荷高且需要定期的保养检查的光轴角度偏移的方位角分量的校正和负荷比较低且相比于方位角分量的校正不需要频繁的保养检查的光轴角度偏移的仰角分量的校正中相互独立地进行保养检查。
在装置本体15中，如图9所示，除了仰角校正部14以外，还收容有光源1、光分配器2、脉冲调制器3、发送侧光学系统4、接收侧光学系统5、光耦合器6以及信号处理部7。其意味着，在装置本体15内部，较密地配置有实现这些构成要素的大量的零件。因此，预想在方位角校正部13B收容到装置本体15时，在方位角校正部13B中发生的故障对收容于装置本体15的其他构成要素造成恶劣影响。另外，在较密地配置零件时，方位角校正部13B的保养检查中的光轴调整也困难。
因此，在实施方式3所涉及的激光雷达装置中，方位角校正部13B配置于装置本体15的外部，仰角校正部14配置于装置本体15的内部。
负荷高且需要定期的保养检查的方位角校正部13B配置于装置本体15的外部，所以能够降低在方位角校正部13B中发生的故障对收容于装置本体15的其他构成要素造成的影响。进而，设想装置本体15的外部相比于装置本体15的内部，零件的配置间隔也宽而有空间上的富余。由此，能够容易地进行方位角校正部13B的保养检查中的光轴调整。
实施方式3所涉及的激光雷达装置具备旋转信息处理部24。旋转信息处理部24同时控制利用波束扫描光学系统10以及波束扫描光学系统控制部11A的波束扫描和利用方位角校正部13B的光轴角度偏移的方位角分量的校正。
通过具有该结构，从波束扫描光学系统控制部向方位角校正部的信号传送和利用波束扫描光学系统控制部以及方位角校正部的运算处理变得不需要，能够降低与这些处理相伴的延迟时间。
此外，在图9中，示出配置于折返镜9与波束扫描光学系统10之间的方位角校正部13B，但方位角校正部13B也可以配置于收发分离部8与折返镜9之间。
与实施方式1同样地，实施方式3中的仰角校正部14也可以并非用楔形棱镜而用使用镜的反射光学系统实现。进而，在图9中，示出配置于接收侧光学系统5与收发分离部8之间的仰角校正部14，但仰角校正部14也可以配置于发送侧光学系统4与收发分离部8之间。
与实施方式1同样地，也可以在实施方式3中的仰角校正部14具备的楔形棱镜20a和楔形棱镜20b中使用相互不同的折射率的材料。
另外，折返镜9也可以由多张镜构成。
与实施方式1同样地，实施方式3中的信号处理部7也可以在进行波束扫描的期间，变更校正发送光与接收光之间的光轴偏移的风速测定距离L。
在该情况下，根据上述式(1)，光轴偏移仰角θ变化，所以仰角校正部14根据风速测定距离L的变更，变更楔形棱镜20a和楔形棱镜20b的相对的旋转角度的差。
此外，本发明不限于上述实施方式，能够在本发明的范围内进行实施方式各自的自由的组合或者实施方式各自的任意的构成要素的变形或者实施方式各自中的任意的构成要素的省略。
产业上的可利用性
本发明所涉及的激光雷达装置能够相互独立地进行关于光轴角度偏移的方位角分量的校正的保养检查和关于光轴角度偏移的仰角分量的校正的保养检查，所以例如能够利用于利用风速信息的风力发电装置。

Claims (7)

1.一种激光雷达装置，其特征在于，具备：
光源，产生激光；
光分配器，分配来自所述光源的激光；
脉冲调制器，对从所述光分配器分配的激光进行脉冲化；
发送侧光学系统，输出作为通过所述脉冲调制器脉冲化的激光的发送光；
接收侧光学系统，输出作为所述发送光被对象物反射而成的反射光的接收光；
光耦合器，对从所述接收侧光学系统输入的所述接收光和从所述光分配器分配的激光进行合波；
信号处理部，使用由所述光耦合器合波的信号进行风速测量处理；
波束扫描部，扫描激光波束；以及
光轴校正部，校正伴随利用所述波束扫描部的波束扫描在所述发送光与所述接收光之间产生的光轴角度偏移，
所述光轴校正部包括：
第1校正部，校正光轴角度偏移的方位角分量；以及
第2校正部，校正光轴角度偏移的仰角分量，
所述第1校正部从所述第2校正部分离地配置。
2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
具备装置本体，该装置本体收容有所述光源、所述光分配器、所述脉冲调制器、所述发送侧光学系统、所述接收侧光学系统、所述光耦合器以及所述信号处理部，
所述第1校正部配置于所述装置本体的外部。
3.根据权利要求1或者2所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述第1校正部根据包括激光波束的扫描角以及扫描速度的波束扫描控制信息，校正光轴角度偏移。
4.根据权利要求1或者2所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述第1校正部具备包括使入射的激光反射并且引导到射出侧的多个镜的镜群，对所述镜群进行旋转控制来校正光轴角度偏移的方位角分量。
5.根据权利要求1或者2所述的激光雷达装置，其特征在于，
具备信息处理部，该信息处理部控制利用所述波束扫描部的波束扫描和利用所述第1校正部的光轴角度偏移的方位角分量的校正。
6.根据权利要求3所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述第1校正部具备激光通过的道威棱镜，对所述道威棱镜进行旋转控制来校正光轴角度偏移的方位角分量，
所述第2校正部具备激光通过的楔形棱镜，对所述楔形棱镜进行旋转控制来校正光轴角度偏移的仰角分量。
7.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述第1校正部具备激光通过的道威棱镜，
所述信息处理部控制利用所述波束扫描部的波束扫描和所述道威棱镜的旋转。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102353950A (zh) * 2011-10-18 2012-02-15 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种具有光轴校准功能的激光雷达光学系统及光轴校准方法
CN202421211U (zh) * 2011-11-30 2012-09-05 承德石油高等专科学校 多普勒测风激光雷达速度精确校准仪
CN203592234U (zh) * 2013-12-04 2014-05-14 中科中涵激光设备（福建）股份有限公司 一种激光束扫描系统
CN105824165A (zh) * 2015-01-26 2016-08-03 日本电产三协株式会社 带抖动校正功能光学单元
CN106052663A (zh) * 2016-05-23 2016-10-26 江西省智成测控技术研究所有限责任公司 相干测风激光雷达中提高方位角测量精度的装置及方法
WO2017085799A1 (ja) * 2015-11-18 2017-05-26 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
CN107110958A (zh) * 2015-01-21 2017-08-29 三菱电机株式会社 激光雷达装置
CN107247268A (zh) * 2017-05-16 2017-10-13 深圳市速腾聚创科技有限公司 多线激光雷达系统及其水平安装角度的校正方法
JP6222409B1 (ja) * 2017-01-11 2017-11-01 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
WO2018011945A1 (ja) * 2016-07-14 2018-01-18 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102353950A (zh) * 2011-10-18 2012-02-15 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种具有光轴校准功能的激光雷达光学系统及光轴校准方法
CN202421211U (zh) * 2011-11-30 2012-09-05 承德石油高等专科学校 多普勒测风激光雷达速度精确校准仪
CN203592234U (zh) * 2013-12-04 2014-05-14 中科中涵激光设备（福建）股份有限公司 一种激光束扫描系统
CN107110958A (zh) * 2015-01-21 2017-08-29 三菱电机株式会社 激光雷达装置
US20170336499A1 (en) * 2015-01-21 2017-11-23 Mitsubishi Electric Corporation Laser radar device
CN105824165A (zh) * 2015-01-26 2016-08-03 日本电产三协株式会社 带抖动校正功能光学单元
WO2017085799A1 (ja) * 2015-11-18 2017-05-26 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
CN106052663A (zh) * 2016-05-23 2016-10-26 江西省智成测控技术研究所有限责任公司 相干测风激光雷达中提高方位角测量精度的装置及方法
WO2018011945A1 (ja) * 2016-07-14 2018-01-18 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
JP6222409B1 (ja) * 2017-01-11 2017-11-01 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
CN107247268A (zh) * 2017-05-16 2017-10-13 深圳市速腾聚创科技有限公司 多线激光雷达系统及其水平安装角度的校正方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马世帮 等: "光电系统多光轴平行性校准方法的研究", 应用光学, no. 05, 15 September 2011 (2011-09-15) *

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