CN218412891U

CN218412891U - 一种收发同轴的激光雷达系统

Info

Publication number: CN218412891U
Application number: CN202222409700.9U
Authority: CN
Inventors: 张军; 邱柏健; 梁姗姗; 陈昊; 邓鹏�; 丁宇韬; 郭遥; 刘澳; 潘靖
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2032-09-09

Abstract

本实用新型实施例公开了一种收发同轴的激光雷达系统。激光雷达系统包括：激光发射模块、带孔离轴曲面聚光反射镜单元、扫描模块和激光接收模块。激光发射模块发出探测激光束，经过带孔离轴曲面聚光反射镜单元，扫描模块将探测激光束导向至待测目标，待测目标产生的回波信号由扫描模块传输到带孔离轴曲面聚光反射镜单元进行离轴反射聚焦，激光接收模块接收并处理聚焦后的回波信号。本实用新型的激光雷达系统实现了光路的收发共轴，以确保近距离探测能力，由带孔离轴曲面聚光反射镜单元进行离轴反射聚焦，避免了回波信号被遮挡，解决了回波信号被遮挡的问题，实现了在解决近距离探测盲区问题的同时，也改善了远距离的成像能力。

Description

一种收发同轴的激光雷达系统

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种收发同轴的激光雷达系统。

背景技术

激光雷达(Light Detection And Ranging，LiDAR)是一种主动式的现代光学遥感技术，它通过探测远距离目标的反射光或散射光特性来获取该目标的相关信息，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，很多激光雷达基于脉冲飞行时间(Time Of Flight，TOF)测距原理实现对目标距离和轮廓等信息的检测。

目前检测系统的光路设计和系统结构大部分为非收发共轴系统，存在近距离探测出现盲区的问题，且忽视了收光过程中部分回光被遮挡，导致远距离成像能力效果不佳的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提出了一种收发同轴的激光雷达系统。

一种收发同轴的激光雷达系统，包括激光发射模块、扫描模块、带孔离轴曲面聚光反射镜单元和激光接收模块；

所述激光发射模块，用于发射探测激光束，且所述探测激光束经过所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元的挖孔；

所述扫描模块，用于将经过所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元的挖孔的所述探测激光束导向待测目标，并将所述待测目标的回波信号基于收发同轴传输至所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元；

所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元，用于将所述回波信号进行反射聚焦，并将聚焦后的回波信号传输至所述激光接收模块；

其中，所述激光发射模块、所述扫描模块和所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元的中心共轴，所述扫描模块、所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元和所述激光接收模块的中心共轴，且所述激光发射模块、所述扫描模块、所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元和所述激光接收模块的中心共同的轴线为所述激光雷达系统的中心轴线。

进一步的，所述扫描模块，包括第一反射单元和第二反射单元；

所述第一反射单元，用于将经过所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元的挖孔的所述探测激光束接收并反射至第二反射单元；

所述第二反射单元，用于接收并反射所述探测激光束，将所述探测激光束导向所述待测目标，所述探测激光束入射至所述待测目标之后将生成所述回波信号，所述回波信号将入射至所述第二反射单元，所述第二反射单元还用于将所述回波信号传输至所述第一反射单元；

所述第一反射单元还用于将所述回波信号传输至所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元。

进一步的，所述激光雷达系统还包括驱动机构，所述第一反射单元与所述驱动机构相连，所述驱动机构用于控制所述第一反射单元绕所述中心轴线进行偏转。

进一步的，所述第一反射单元的偏转角度为-20°～20°。

进一步的，所述激光雷达系统还包括驱动机构，所述第二反射单元与所述驱动机构相连，所述驱动机构用于控制所述第二反射单元绕所述中心轴线逆时针或顺时针旋转。

进一步的，所述第二反射单元的旋转角度为0°～360°。

进一步的，所述激光发射模块，包括激光器和光束准直器；

所述激光器，用于向所述光束准直器发送所述探测激光束；

所述光束准直器，用于对入射的所述探测激光束进行准直处理，且准直处理后的探测激光束经过所述带孔离轴曲面聚光反射镜单元的挖孔。

进一步的，所述激光接收模块包括接收镜组和探测器；

所述接收镜组，用于汇聚所述聚焦后的回波信号，汇聚后的回波信号传输至所述探测器；

所述探测器，用于接收并处理所述汇聚后的回波信号。

进一步的，所述激光接收模块还包括过滤单元；

所述过滤单元，用于过滤预设波长范围以外的光信号，且所述接收所述汇聚后的回波信号透过所述过滤单元传输至所述探测器。

进一步的，所述过滤单元的透射中心波长与所述激光发射模块的输出波长相同；所述过滤单元的透射带宽与所述激光发射模块的线宽相同或比所述激光发射模块的线宽大预设的线宽范围。

采用本实用新型实施例，具有如下有益效果：

激光发射模块发出的探测激光束经过带孔离轴曲面聚光反射镜的挖孔后，由扫描模块导向至待测目标，此时待测目标产生的回波信号基于收发同轴由扫描模块传输到带孔离轴曲面聚光反射镜单元，由于探测激光束的发射和接收都经过带孔离轴曲面聚光反射镜单元，可实现光路的收发共轴，以确保近距离探测能力；激光雷达系统未在扫描模块架设其他收光聚焦装置，仅将扫描模块用于光路传输，由带孔离轴曲面聚光反射镜单元进行离轴反射聚焦，避免了回波信号被遮挡，解决了回波信号被遮挡的问题，实现在解决近距离探测盲区问题的同时，也改善远距离的成像能力的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

其中：

图1为一个实施例中收发同轴的激光雷达系统的整体结构框图示意图；

图2为一个实施例中收发同轴的激光雷达系统的光路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型的激光雷达系统的整体结构框图示意图。

该激光雷达系统包括激光发射模块110、带孔离轴曲面聚光反射镜单元120、扫描模块130和激光接收模块140，其中，激光发射模块110、带孔离轴曲面聚光反射镜单元120和扫描模块130的中心同轴，带孔离轴曲面聚光反射镜单元 120和扫描模块130和激光接收模块140的中心同轴，且激光发射模块110、带孔离轴曲面聚光反射镜单元120、扫描模块130和激光接收模块140四者的中心共同的轴线为激光雷达系统的中心轴线。

具体的，由激光发射模块110发射出探测激光束，且发出的探测激光束经过带孔离轴曲面聚光反射镜单元120的挖孔，扫描模块130将经过带孔离轴曲面聚光反射镜单元120的挖孔的探测激光束接收并导向待测目标上，此时该待测目标会形成回波信号，扫描模块130将该回波信号基于收发同轴传输至带孔离轴曲面聚光反射镜单元120，由于发出的探测激光束和待测目标产生的回波信号都经过带孔离轴曲面聚光反射镜单元，且激光发射模块110、带孔离轴曲面聚光反射镜单元120、扫描模块130和激光接收模块140四者中心共轴，实现了光路的收发同轴，确保了近距离的探测能力。

带孔离轴曲面聚光反射镜单元120将接收得到的回波信号进行离轴反射聚焦，激光接收模块140汇聚并处理经过带孔离轴曲面聚光反射镜单元120聚焦后的回波信号，本实施例中未在扫描模块架设其他装置用于收光聚焦，且扫描模块仅用于光路的传输，使用带孔离轴曲面聚光反射镜单元120进行回波信号离轴反射聚焦，避免了回波信号在传输过程中部分光被遮挡的问题，实现在解决近距离探测盲区问题的同时，也改善远距离的成像能力的目的。

为了更好地理解本申请中的激光雷达系统，请参阅图2，图2是激光雷达系统的光路示意图，其中实线箭头为发出的探测激光束，虚线箭头为收到的待测目标的回波信号。

图2中的激光雷达系统包括激光发射模块110、带孔离轴曲面聚光反射镜单元120、扫描模块130和激光接收模块140，且各个模块与图1描述的内容相同，具体可以参阅图1中的内容，此处不再赘述。

其中，激光发射模块110具有激光器和光束准直器。

具体的，激光器发出探测激光束，发出的探测激光束经光束准直器，光束准直器将探测激光束进行准直后出射，准直后的探测激光束经过带孔离轴曲面聚光反射镜单元120的挖孔。

扫描模块130具有第一反射单元231和第二反射单元232。

具体的，第一反射单元231接收经过带孔离轴曲面聚光反射镜单元120的挖孔的探测激光束，并将该探测激光束反射至第二反射单元232，第二反射单元 232接收并反射该探测激光束到待测目标206上，此时待测目标206会产生回波信号，回波信号被第二反射单元232接收并传输至第一反射单元231，第一反射单元231将该回波信号传输至带孔离轴曲面聚光反射镜单元120，带孔离轴曲面聚光反射镜单元120将该回波信号进行离轴反射聚焦至激光接收模块140，在该实施例中并未在第一发射单元旁架设其他收光聚焦装置，避免了回波信号在接收过程中部分回光被第一反射单元遮挡的问题，解决了远距离成像效果不佳的问题。

激光接收模块140具有接收镜组、过滤单元和探测器。

具体的，接收镜组将由带孔离轴曲面聚光反射镜单元120聚焦后的回波信号汇聚到探测器，在接收镜组和探测器之间架设过滤单元，过滤单元过滤掉预设波长以外的光信号，因此，设置过滤单元以实现大幅度提高信噪比的目的。

其中，光束准直器、第一反射单元231、第二反射单元232、带孔离轴曲面聚光反射镜单元120、接收镜组和探测器六者的中心共轴，通过使经光束准直器准直过的探测激光束穿过带孔离轴曲面聚光反射镜单元120的挖孔传输至待测目标，以及由第一反射单元231反射的回波信号传输到带孔离轴曲面聚光反射镜单元120进行收光聚焦，实现光路的收发共轴。

其中，第一反射单元231可与驱动机构相连，且驱动机构控制第一反射单元231垂直角度上下偏转；驱动机构还可以和第二反射单元232相连，且驱动机构控制第二反射单元232水平角度顺时针或逆时针旋转，使用这种三维扫描方式，以实现扫描模块130扫描时更加平稳的目的。

可选的，第一反射单元231可以采用振镜，第二反射单元232可以采用多面转镜，振镜可与驱动机构相连，且驱动机构控制振镜绕着中心轴线上下偏转，偏转角度为-20°～20°；多面转镜可与驱动机构相连，且驱动机构控制多面转镜绕中心轴线逆时针或顺时针旋转，旋转角度为0°～360/(多面转镜面数 /2)°。

具体的，旋转角度为0°～360/(多面转镜面数/2)°，可以理解为在一个具体的实施例中第二反射单元232采用六面转镜，那么驱动机构可以控制六面转镜绕中心轴线逆时针或顺时针旋转，旋转角度为0°～120°。

其中，过滤单元的透射中心波长与激光器的输出波长相同，且过滤单元的透射带宽与激光器的线宽相同或比激光器的线宽大预设的线宽范围。

可选的，过滤单元可采用窄带滤波片，窄带滤波片允许在特定的波段光信号通过，而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止，窄带滤光片的通带相对来说比较窄，一般为中心波长值的5％以下，因此可以过滤掉偏离在中心波长值的±2.5％以下的范围以外的光信号。

在本实施例中通过将光路的发出与接收均经过带孔离轴曲面聚光反射镜单元120，以实现光路的收发共轴，确保近距离探测能力，将第一反射单元231用于传输光路，由带孔离轴曲面聚光反射镜单元120进行回波信号的离轴反射聚焦，解决了在第一反射单元231架设其他接收模块的部分回光被遮挡的问题，实现在解决近距离探测盲区问题的同时，也改善远距离的成像能力的目的。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种收发同轴的激光雷达系统，其特征在于，包括激光发射模块、扫描模块、带孔离轴曲面聚光反射镜单元和激光接收模块；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描模块，包括第一反射单元和第二反射单元；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激光雷达系统还包括驱动机构，所述第一反射单元与所述驱动机构相连，所述驱动机构用于控制所述第一反射单元绕所述中心轴线进行偏转。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一反射单元的偏转角度为-20°～20°。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激光雷达系统还包括驱动机构，所述第二反射单元与所述驱动机构相连，所述驱动机构用于控制所述第二反射单元绕所述中心轴线逆时针或顺时针旋转。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二反射单元的旋转角度为0°～360°。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光发射模块，包括激光器和光束准直器；

所述激光器，用于向所述光束准直器发送所述探测激光束；

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光接收模块包括接收镜组和探测器；

所述探测器，用于接收并处理所述汇聚后的回波信号。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述激光接收模块还包括过滤单元；

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述过滤单元的透射中心波长与所述激光发射模块的输出波长相同；所述过滤单元的透射带宽与所述激光发射模块的线宽相同或比所述激光发射模块的线宽大预设的线宽范围。