CN115616527A - 一种单线激光雷达的收发装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单线激光雷达的收发装置，包括发光单元、接收单元和扫描单元，所述发光单元包括同光轴依次排列的激光器、球柱透镜和第一非球面镜，所述接收单元包括特制反射镜、第二非球面镜和传感器，所述特制反射镜向后倾斜设置在发射单元的光路上，特制反射镜的中间位置开设有通光孔，特制反射镜的下表面为反射面，所述第二非球面镜和传感器依次排列在特制反射镜下表面的反射光路上，发光单元和接收单元通过特制镜片共用光轴，组成收发同轴的光路，所述扫描单元包括旋转反射镜，所述旋转反射镜倾斜设置在发光单元的光路上。本发明利用特制反射镜，在不增加成本的基础上，降低了光束损耗，提高了收发效率和测量范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种单线激光雷达的收发装置，属于激光测量技术领域。
背景技术
激光测距是目前比较常用的测距方法，激光雷达包括单线激光雷达和多线激光雷达。单线激光雷达都是靠机械式旋转来实现对目标的扫描，扫描角度有270°、360°等。单线激光雷达通常使用两种光学结构，一种结构是收发同轴的方式，另外一种是收发不同轴的结构。由于收发同轴的光学结构更有利于结构小巧化，盲区也相对比较小，因此单线激光雷达大部分都是采用收发同轴的结构形式。
图1是一种收发同轴的常见光路示意图。激光器1-1，透镜1-2和半反半透透镜1-3组成了发光单元，透镜1-4和传感器1-5组成了受光单元，1-6为目标。激光器1-1发射的激光被透镜1-2准直后，得到发散角度较小的激光束1-7。激光束经过半反半透镜1-3的时候部分激光穿透镜片，另一部分激光1-8则被反射到别处。目标1-6反射的激光束1-9，一部分经过半反半透镜1-3反射进入到聚焦透镜1-4中，最终进入到传感器1-5中。反射光1-9中还有一部分光直接穿透半反半透镜片，即为激光束1-10。可以看出，这种结构中的半反半透镜，当光束经过时都会损耗一部分，不利于提高收发效率。
收发同轴的方式虽然盲区相对较小，但仍存在一定的盲区。一般的收发同轴雷达在目标距离雷达小于300mm的距离内，从目标漫反射回来的光由于受到发射装置的阻挡，几乎已经没有信号光能回到接收装置了。为了提高雷达的测量范围，想办法减小测量盲区是很有必要的。
现有技术也有一些减少测量盲区的研究，例如授权公告号为CN 211061696 U的实用新型中，通过将两组激光的发射模块分布到激光接收模块两侧的方式，来减小激光雷达系统近端的盲区。这种方式的缺点在于需要采用两套发射光路，增加了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种单线激光雷达的收发装置，能够实现光路收发同轴，并能降低光束损耗，提高收发效率。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种单线激光雷达的收发装置，包括发光单元、接收单元和扫描单元，所述发光单元包括同光轴依次排列的激光器、球柱透镜和第一非球面镜，所述接收单元包括特制反射镜、第二非球面镜和传感器，
所述特制反射镜向后倾斜设置在发射单元的光路上，特制反射镜的中间位置开设有通光孔，特制反射镜的下表面为反射面，所述第二非球面镜和传感器依次排列在特制反射镜下表面的反射光路上，发光单元和接收单元通过特制镜片共用光轴，组成收发同轴的光路，
所述扫描单元包括由电机控制的旋转反射镜，所述旋转反射镜倾斜设置在发光单元的光路上。
进一步，所述特制反射镜、旋转反射镜均与发射单元的光路成45°夹角。
进一步，所述特制反射镜的顶部设有延伸部，所述延伸部的下表面镀有高反射膜，能够将部分漫反射光反射进入到接收单元中。
进一步，所述旋转反射镜的反射面上固设有弯管，所述弯管的一端用于通过准直后的入射激光光束，弯管的另一端用于通过经旋转反射镜反射的准直激光光束。
进一步，所述通光孔的孔径不小于经过第一非球面镜准直后的激光光束的直径。
本发明的工作原理是，球柱透镜将激光器发射的激光进行快轴压缩后经过第一非球面镜准直，准直光束通过特制反射镜的通光孔，到达旋转反射镜。旋转反射镜由电机控制可以进行360°旋转，将激光反射至目标进行扫描。从目标物体表面反射回来的激光经过旋转反射镜反射后，进入到特制反射镜的下表面，经反射后进入第二非球面镜，最终将光汇聚到传感器中。光电传感器能够将光信号转化为电流信号输出，最终电信号输入CPU中，根据光时间飞行法，计算出周围物体的距离，从而完成对周围环境的扫描。
特制反射镜的通光孔，不影响准直光的传输。利用特制反射镜来替代收发同轴的半反半透镜，减少了每次激光经过半反半透镜中的损耗，提高收发效率；特制反射镜的延伸部的下表面镀有高反射膜，能够将目标处在50-300mm处的漫反射光线反射进入到接收单元中；弯管固定在旋转反射镜上，可以起到减小杂散光的作用。
综上，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明利用特制反射镜来替代收发同轴的半反半透镜，减少了每次激光经过半反半透镜中的损耗，提高收发效率在不增加成本的基础上，降低了光束损耗，提高了收发效率。
2、本发明通过特制反射镜的延伸部的设置能够减小激光雷达侧脸盲区，提高测量范围，而且特制反射镜的延伸部并不占用通光光路的位置，不会降低接收光的效率。
附图说明
图1为现有技术中收发同轴的常见光路示意图。
图2为本发明一实施例的结构示意图。
图3为本发明所涉及的特制反射镜的结构示意图。
图4为本发明一实施例的减小测量盲区的光路示意图。
图5为本发明所涉及的旋转反射镜及电机的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。
结合图2所示，一种单线激光雷达的收发装置，包括发光单元、接收单元和扫描单元，所述发光单元包括同光轴依次排列的激光器1、球柱透镜2和第一非球面镜3，所述接收单元包括特制反射镜4、第二非球面镜6和传感器7。
参考图3，所述特制反射镜4向后倾斜45°设置在发射单元的光路上，特制反射镜4的中间位置开设有通光孔4-2，孔径为5mm，用以通过准直后的激光11。所述通光孔4-2的孔径不小于经过第一非球面镜3准直后的激光光束的直径。
特制反射镜4的下表面为反射面，用以反射从目标上回来的信号光12。所述第二非球面镜6和传感器7依次排列在特制反射镜下表面的反射光路上，发光单元和接收单元通过特制镜片4共用光轴，组成收发同轴的光路。所述扫描单元包括如图5所示的由电机13控制的旋转反射镜5，所述旋转反射镜5倾斜设置在发光单元的光路上，与光路夹角为45°。所述旋转反射镜5的背面与电机转轴13a相连接。所述旋转反射镜5的反射面上固设有弯管8，所述弯管的一端用于通过准直后的入射激光光束，弯管的另一端用于通过经旋转反射镜5反射的准直激光光束。所述弯管8与旋转反射镜5的镜面的夹角为45。
所述扫描单元安装在窗口9内，所述发光单元和接收单元设置在壳体10内。
激光器1是半导体激光器，快轴的发散角度较大，第一球柱透镜2用以将快轴的光束先进行一次压缩，然后再通过非球面镜对激光束进行准直，得到激光束11。准直后的激光束11经过特制镜4的通光孔4-2，入射到旋转反射镜5上。旋转反射镜5表面有反射层，能够将大部分的激光进行反射，同时旋转反射镜由电机13控制，可以进行360°的旋转，从而使得发射的激光能对周围的物体进行照射。弯管的设置可以起到减小杂散光的作用。
参考图3与图4，所述特制反射镜4的顶部设有延伸部4-1，所述延伸部4-1的下表面镀有反射膜，反射角度比特制反射镜4的角度要小，能够将目标处在50-300mm处的漫反射光线14反射进入到接收单元中。延伸部4-1是特制反射镜的一部分，并不占用通光光路的位置，不会降低接收光的效率。
本发明的工作原理是，球柱透镜将激光器发射的激光进行快轴压缩后经过第一非球面镜准直，准直光束通过特制反射镜的通光孔，到达旋转反射镜。旋转反射镜由电机控制可以进行360°旋转，将激光反射至目标进行扫描。从目标物体表面反射回来的激光经过旋转反射镜反射后，进入到特制反射镜的下表面，经反射后进入第二非球面镜，最终将光汇聚到传感器中。光电传感器能够将光信号转化为电流信号输出，最终电信号输入CPU中，根据光时间飞行法，计算出周围物体的距离，从而完成对周围环境的扫描。
以上所述，仅是本发明优选实施例的描述说明，并非对本发明保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种单线激光雷达的收发装置，其特征在于：
包括发光单元、接收单元和扫描单元，所述发光单元包括同光轴依次排列的激光器、球柱透镜和第一非球面镜，所述接收单元包括特制反射镜、第二非球面镜和传感器，
所述特制反射镜向后倾斜设置在发射单元的光路上，特制反射镜的中间位置开设有通光孔，特制反射镜的下表面为反射面，所述第二非球面镜和传感器依次排列在特制反射镜下表面的反射光路上，发光单元和接收单元通过特制镜片共用光轴，组成收发同轴的光路，
所述扫描单元包括由电机控制的旋转反射镜，所述旋转反射镜倾斜设置在发光单元的光路上。
2.根据权利要求1所述的单线激光雷达的收发装置，其特征在于：
所述特制反射镜、旋转反射镜均与发射单元的光路成45°夹角。
3.根据权利要求1或2所述的单线激光雷达的收发装置，其特征在于：
所述特制反射镜的顶部设有延伸部，所述延伸部的下表面镀有高反射膜，能够将部分漫反射光反射进入到接收单元中。
4.根据权利要求1或2所述的单线激光雷达的收发装置，其特征在于：
所述旋转反射镜的反射面上固设有弯管，所述弯管的一端用于通过准直后的入射激光光束，弯管的另一端用于通过经旋转反射镜反射的准直激光光束。
5.根据权利要求1所述的单线激光雷达的收发装置，其特征在于：
所述通光孔的孔径不小于经过第一非球面镜准直后的激光光束的直径。
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