CN209640493U - 一种激光雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种激光雷达系统。发射单元用于发射第一激光光束；第一激光光束照射至目标物体后反射至转换单元；转换单元用于将经目标物体反射的第一激光光束转换为第二激光光束；第一激光光束的频率小于第二激光光束的频率；接收单元用于接收第二激光光束；信号处理单元用于将第一时间和第二时间进行比较得到时间差，进而根据时间差获取激光雷达系统和目标物体的距离，其中，第一时间为发射单元发射第一激光光束的时间，第二时间为接收单元接收第二激光光束的时间；或，信号处理单元用于根据第一激光光束和第二激光光束之间的相位差获取激光雷达系统和目标物体的距离。实现降低成本，提高探测效率，同时提高探测距离的效果。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种激光雷达系统。
背景技术
激光雷达主要包括发射、接收和信号处理三部分。发射部分用于发射脉冲激光，激光经过目标物体反射至接收部分，信号处理部分通过发射光和接收光计算光飞行时间来确定物体距离。
为了提高激光雷达探测距离，目前主要有两种方法，一种是提高探测器灵敏度，另一种是增大激光器功率。
如果激光雷达采用可见光作为光源时，会伤害人类的视网膜，为了实现人眼安全，激光雷达均采用红外光作为光源，然而，为了提高探测器的灵敏度，一般采用红外探测器，红外探测器虽然对红外光探测效率较高，但是，成本远高于常规的探测器，不利于产品化；如果激光器发射功率过小时，探测距离就会较近。
实用新型内容
本实用新型提供一种激光雷达系统，实现在满足人眼安全的前提下，降低成本，提高探测效率，同时提高探测距离的目的。
本实用新型实施例提供了一种激光雷达系统，包括：
发射单元、转换单元、接收单元以及信号处理单元；所述发射单元以及所述接收单元均与所述信号处理单元连接；
所述发射单元用于发射第一激光光束；
所述第一激光光束照射至目标物体后反射至所述转换单元；所述转换单元用于将经所述目标物体反射的所述第一激光光束转换为第二激光光束；所述第一激光光束的频率小于所述第二激光光束的频率；
所述接收单元用于接收所述第二激光光束；
所述信号处理单元用于将第一时间和第二时间进行比较得到时间差，进而根据所述时间差获取所述激光雷达系统和所述目标物体的距离，其中，所述第一时间为所述发射单元发射所述第一激光光束的时间，所述第二时间为所述接收单元接收所述第二激光光束的时间；
或，所述信号处理单元用于根据所述第一激光光束和所述第二激光光束之间的相位差获取所述激光雷达系统和所述目标物体的距离。
进一步的，所述激光雷达系统，还包括滤光单元；
所述滤光单元设置于所述目标物体和所述转换单元之间的光线传播的路径上，用于滤除经所述目标物体反射的所述第一激光光束中的干扰光束。
进一步的，所述滤光单元包括滤光片。
进一步的，所述发射单元发射的所述第一激光光束的波长范围为λ1，760nm ≤λ1≤10μm；
所述第二激光光束的波长范围为λ2，400nm≤λ2≤760nm。
进一步的，所述转换单元包括倍频器。
进一步的，所述接收单元包括接收镜头和探测器；
所述接收镜头用于将所述第二激光光束聚焦到所述探测器；
所述探测器用于将所述第二激光光束转换为电信号。
进一步的，所述探测器包括硅探测器、面阵传感器或电荷耦合器件图像传感器。
进一步的，所述发射单元包括：
半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或气体激光器。
进一步的，所述发射单元的发射功率为P，1W≤P≤100W。
本实用新型通过发射单元发射第一激光光束，第一激光光束照射至目标物体后反射至转换单元，转换单元将反射的第一激光光束转换为第二激光光束，接收单元接收第二激光光束，其中，第一激光光束的频率小于第二激光光束，信号处理单元将第一时间和第二时间进行比较得到时间差，进而根据所述时间差获取所述激光雷达系统和所述目标物体的距离，其中，第一时间为发射单元发射第一激光光束的时间，第二时间为接收单元接收第二激光光束的时间，或，信号处理单元根据第一激光光束和第二激光光束之间的相位差获取激光雷达系统和目标物体的距离，解决现有技术中如果采用可见光作为光源，会伤害人的视网膜，如果采用红外探测器，成本高，不利于产品化；且激光器的发射功率过小时，探测距离就会较近的问题，实现在满足人眼安全的前提下，降低成本，提高探测效率，同时提高探测距离的效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种激光雷达系统包括滤光单元的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种激光雷达系统的测距方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
图1为本实用新型实施例一提供的一种激光雷达系统的结构示意图，激光雷达系统包括发射单元10、转换单元20、接收单元30以及信号处理单元40；发射单元10以及接收单元30均与信号处理单元40连接；发射单元10用于发射第一激光光束；第一激光光束照射至目标物体50后反射至转换单元20；转换单元20用于将经目标物体50反射的第一激光光束转换为第二激光光束；第一激光光束的频率小于第二激光光束的频率；接收单元30用于接收第二激光光束；信号处理单元40用于根据第一时间和第二时间差值与光速的乘积获取激光雷达系统和目标物体50的距离，其中，第一时间为发射单元10发射第一激光光束的时间，第二时间为接收单元30接收第二激光光束的时间。
其中，第一激光光束可为经过调制后的，具有特定的频率(波长)和相位的激光光束。转换单元20包括可以转换激光光束频率的单元，本实施例中发射单元10发射的第一激光光束照射至目标物体50后反射至转换单元20，转换单元20将接收的第一激光光束转换为比第一激光光束频率大的第二激光光束，接收单元30接收第二激光光束，信号处理单元40通过比较发射单元10发射第一激光光束的时间和接收单元30接收第二激光光束的时间得到两个时间的差值，然后将此时间差值乘以激光的传播速度，进而得到激光雷达系统和目标物体50 之间的距离，示例性的，发射单元10发射第一激光光束的时间为t1，接收单元 30接收第二激光光束的时间为t2，激光在空气中传播速度为300000km/s，则激光雷达系统和目标物体50之间的距离为(t2-t1)*300000/2。或者，信号处理单元40根据第一激光光束和第二激光光束之间的相位差获取激光雷达系统和目标物体50的距离。
本实施例的技术方案，通过发射单元发射第一激光光束，第一激光光束照射至目标物体后反射至转换单元，转换单元将反射的第一激光光束转换为第二激光光束，接收单元接收第二激光光束，其中，第一激光光束的频率小于第二激光光束，信号处理单元将第一时间和第二时间进行比较得到时间差，进而根据时间差获取激光雷达系统和目标物体的距离，其中，第一时间为发射单元发射第一激光光束的时间，第二时间为接收单元接收第二激光光束的时间，或者，信号处理单元根据第一激光光束和第二激光光束之间的相位差获取激光雷达系统和目标物体的距离，解决现有技术中如果采用可见光作为光源，会伤害人的视网膜，如果采用红外探测器，成本高，不利于产品化；且激光器的发射功率过小时，探测距离就会较近的问题，实现在满足人眼安全的前提下，降低成本，提高探测效率，同时提高探测距离的效果。
在上述技术方案的基础上，可选的，图2为本实用新型实施例提供的一种激光雷达系统包括滤光单元的结构示意图，如图2所示，激光雷达系统还包括滤光单元60；滤光单元60设置于目标物体50和转换单元20之间的光线传播的路径上，用于滤除经目标物体50反射的第一激光光束中的干扰光束。
其中，滤光单元60可滤除除第一激光光束之外的其他波长的干扰信号，即干扰信号不会被接收单元30检测到，可提高激光雷达系统的探测距离的准确率。
在上述技术方案的基础上，可选的，滤光单元60包括滤光片。
在上述技术方案的基础上，可选的，发射单元10发射的第一激光光束的波长范围为λ1，760nm≤λ1≤10μm；第二激光光束的波长范围为λ2，400nm≤λ2≤760nm。
其中，第一激光光束为红外光光束，红外光光束的波长范围为λ1，示例性的，λ1为1550nm，本实施例中转换单元20将发射单元10发射的红外光光束转换为可见光束，此时可以采用对可见光束探测效率较高的探测器。通过此技术方案，可以不用红外探测器便可以提高探测效率，节约成本，有利于产品化。
在上述技术方案的基础上，可选的，转换单元20包括倍频器。
其中，通过倍频器使反射的第一激光光束的频率成倍数增加得到第二激光光束，即使第二激光光束的频率等于第一激光光束的频率的整数倍。
在上述技术方案的基础上，可选的，接收单元30包括接收镜头和探测器(图中未示出)；接收镜头用于将第二激光光束聚焦到探测器；探测器用于将第二激光光束转换为电信号。
其中，由于目标物体表面存在散射，经目标物体反射回的第一激光光束通常会比较发散，同样通过转换单元将反射的第一激光光束转换为第二激光光束也会比较发散，所以接收镜头将发散的第二激光光束聚焦到探测器上。探测器将第二激光光束转换为电信号。
在上述技术方案的基础上，可选的，探测器包括硅探测器、面阵传感器或电荷耦合器件图像传感器。
其中，探测器包括硅探测器、面阵传感器或电荷耦合器件图像传感器等，本领域技术人员可以理解，探测器包括但不限于上述示例，本领域技术人员可以根据产品所需自行选取探测器的种类，在本实用新型中不进行具体限制。
在上述技术方案的基础上，可选的，发射单元10包括：半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或气体激光器。
其中，发射单元10包括：半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或气体激光器等，本领域技术人员可以理解，发射单元10包括但不限于上述示例，本领域技术人员可以根据产品所需自行选取发射单元的种类，在本实用新型中不进行具体限制。
在上述技术方案的基础上，可选的，发射单元10的发射功率为P，1W≤P ≤100W。
其中，增大发射单元10的发射功率可以增加激光雷达系统和目标物体的距离，人眼对于红外光的感光率很低，因此发射红外光的发射单元10的发射功率 P可以很大。此技术方案，通过使用大功率的红外光光束，可以实现远距离探测。
图3为本实用新型实施例提供的一种激光雷达系统的测距方法的流程图，该激光雷达系统的测距方法基于上述实施例任意一种激光雷达系统实现；
激光雷达系统的测距方法包括：
S210、开启发射单元，以形成第一激光光束；
S220、控制转换单元将经目标物体反射的第一激光光束转换为第二激光光束；
S230、通过接收单元接收第二激光光束；
S240、信号处理单元将第一时间和第二时间进行比较得到时间差，进而根据时间差获取激光雷达系统和目标物体的距离，其中，第一时间为发射单元发射第一激光光束的时间，第二时间为接收单元接收第二激光光束的时间；或，信号处理单元根据第一激光光束和第二激光光束之间的相位差获取激光雷达系统和目标物体的距离。
本实施例的技术方案，本实用新型通过发射单元发射第一激光光束，第一激光光束照射至目标物体后反射至转换单元，转换单元将反射的第一激光光束转换为第二激光光束，接收单元接收第二激光光束，其中，第一激光光束的频率小于第二激光光束，信号处理单元将第一时间和第二时间进行比较得到时间差，进而根据时间差获取激光雷达系统和目标物体的距离，其中，第一时间为发射单元发射第一激光光束的时间，第二时间为接收单元接收第二激光光束的时间，或者，信号处理单元根据第一激光光束和第二激光光束之间的相位差获取激光雷达系统和目标物体的距离，解决现有技术中如果采用可见光作为光源，会伤害人的视网膜，如果采用红外探测器，成本高，不利于产品化；且激光器的发射功率过小时，探测距离就会较近的问题，实现在满足人眼安全的前提下，降低成本，提高探测效率，同时提高探测距离的效果。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：发射单元、转换单元、接收单元以及信号处理单元；所述发射单元以及所述接收单元均与所述信号处理单元连接；
所述发射单元用于发射第一激光光束；
所述第一激光光束照射至目标物体后反射至所述转换单元；所述转换单元用于将经所述目标物体反射的所述第一激光光束转换为第二激光光束；所述第一激光光束的频率小于所述第二激光光束的频率；
所述接收单元用于接收所述第二激光光束；
所述信号处理单元用于将第一时间和第二时间进行比较得到时间差，进而根据所述时间差获取所述激光雷达系统和所述目标物体的距离，其中，所述第一时间为所述发射单元发射所述第一激光光束的时间，所述第二时间为所述接收单元接收所述第二激光光束的时间；
或，所述信号处理单元用于根据所述第一激光光束和所述第二激光光束之间的相位差获取所述激光雷达系统和所述目标物体的距离。
2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，还包括滤光单元；
所述滤光单元设置于所述目标物体和所述转换单元之间的光线传播的路径上，用于滤除经所述目标物体反射的所述第一激光光束中的干扰光束。
3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述滤光单元包括滤光片。
4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射单元发射的所述第一激光光束的波长范围为λ1，760nm≤λ1≤10μm；
所述第二激光光束的波长范围为λ2，400nm≤λ2≤760nm。
5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述转换单元包括倍频器。
6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述接收单元包括接收镜头和探测器；
所述接收镜头用于将所述第二激光光束聚焦到所述探测器；
所述探测器用于将所述第二激光光束转换为电信号。
7.根据权利要求6所述的激光雷达系统，其特征在于，所述探测器包括：硅探测器、面阵传感器或电荷耦合器件图像传感器。
8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射单元包括：
半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或气体激光器。
9.根据权利要求4所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射单元的发射功率为P，1W≤P≤100W。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201822118985.4U CN209640493U (zh) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | 一种激光雷达系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN201822118985.4U Active CN209640493U (zh) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | 一种激光雷达系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109407108A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-01 | 北京瑞特森传感科技有限公司 | 一种激光雷达系统和测距方法 |
| CN114649739A (zh) * | 2020-12-21 | 2022-06-21 | 上海禾赛科技有限公司 | 激光器封装结构、激光器芯片的封装方法及激光雷达 |
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2018
- 2018-12-17 CN CN201822118985.4U patent/CN209640493U/zh active Active
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