本實用新型屬于激光雷達測距領(lǐng)域，尤其涉及一種光路系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光雷達作為一種測距設(shè)備，具有精度高、抗干擾能力強，反應(yīng)速度快等優(yōu)點，適用于多種使用環(huán)境。

在實際應(yīng)用中，目前激光測距主要包括飛行時間測距、三角測距，其中，飛行時間測距是通過激光雷達內(nèi)部的光學(xué)結(jié)構(gòu)，將激光信號投射到特定方向上的物體，當激光信號接觸到物體上時，會反射回部分激光回波信號，激光雷達接收該物體反射回的激光回波信號后，可以通過計算發(fā)射的激光信號與接收到物體返回的激光回波信號這個過程中的時間，來計算出雷達到被測物體之間的距離。但是，目前，在進行三維激光雷達測距時，需要同時進行水平掃描和垂直掃描，而目前激光測量的范圍有限，水平掃描角度無法實現(xiàn)360度掃描，垂直掃描線數(shù)為一線和四線，垂直掃描角度很小，無法實現(xiàn)大范圍環(huán)境三維探測，掃描效果不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例提供一種光路系統(tǒng)，旨在解決先有技術(shù)中，在進行三維激光測距時，水平掃描角度無法實現(xiàn)360度掃描，垂直掃描線數(shù)為一線和四線，垂直掃描角度很小，無法實現(xiàn)大范圍環(huán)境三維探測的問題。

本實用新型實施例是這樣實現(xiàn)的，一種光路系統(tǒng)，包括：

用于向目標物體發(fā)射至少兩條激光信號的激光發(fā)射裝置；

用于分別接收所述目標物體反射的激光回波信號的信號接收裝置；以及

用于驅(qū)動所述激光發(fā)射裝置與所述信號接收裝置在水平面上繞所述激光雷達設(shè)備的一豎直中軸做圓周轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置。

優(yōu)選的，所述激光發(fā)射裝置包括：

用于發(fā)送至少兩條激光信號的激光發(fā)射單元；

用于將所述激光發(fā)射單元發(fā)射的激光信號進行傳導(dǎo)的第一光路偏轉(zhuǎn)單元；以及

用于將所述第一光路偏轉(zhuǎn)單元傳導(dǎo)過來的激光信號進行準直，以形成接近圓形光斑的準直單元。

優(yōu)選的，所述信號接收裝置包括：

用于將所述目標物體反射的激光回波信號進行聚焦的第一聚焦單元；

用于將所述第一聚焦單元聚焦后的激光回波信號進行傳導(dǎo)的第二光路偏轉(zhuǎn)單元；

至少兩個設(shè)置在所述激光回波信號的傳導(dǎo)光路上，可用于接收通過所述第二光路偏轉(zhuǎn)單元傳導(dǎo)的激光回波信號，并進行聚焦的第二聚焦單元；以及

至少兩個設(shè)置于所述激光回波信號的傳導(dǎo)光路上，用于分別接收所述第二聚焦單元聚焦后的激光回波信號的光電探測單元。

優(yōu)選的，所述激光發(fā)射單元還包括：

至少兩個可用于發(fā)射不同角度的激光信號的激光發(fā)射模塊，且各所述激光發(fā)射模塊的中心連線垂直于所述激光發(fā)射裝置與所述信號接收裝置進行圓周轉(zhuǎn)動所在的平面。

優(yōu)選的，所述激光發(fā)射模塊包括：

用于發(fā)射所述激光信號的激光二極管；以及

設(shè)置于所述激光信號的光路上，用于將所述激光二極管發(fā)射的激光信號進行準直，以使所述激光信號的快軸和慢軸的發(fā)散角接近一致的準直器。

優(yōu)選的，所述第一光路偏轉(zhuǎn)單元包括：

設(shè)置于所述激光信號的光路上，用于將所述激光發(fā)射單元發(fā)射的激光信號進行傳導(dǎo)的第一反射模塊；以及

設(shè)置于所述激光信號的光路上，用于將所述第一反射模塊反射的激光信號傳導(dǎo)到所述準直單元的第二反射模塊。

優(yōu)選的，所述信號接收裝置還包括：

設(shè)置于所述第二光路偏轉(zhuǎn)單元以及所述第二聚焦單元之間，用于濾除雜波的過濾單元。

優(yōu)選的，所述第二光路偏轉(zhuǎn)單元包括：

設(shè)置于所述激光回波信號的傳導(dǎo)光路上，用于將所述第一聚焦單元聚焦后的激光回波信號進行傳導(dǎo)的第三反射模塊；以及

設(shè)置于所述激光回波信號的傳導(dǎo)光路上，用于將所述第三反射模塊反射的激光回波信號傳導(dǎo)到所述第二聚焦單元的第四反射模塊。

優(yōu)選的，所述準直單元為三片非球面鏡透鏡組。

優(yōu)選的，所述第一聚焦單元為三片非球型透鏡組，所述第二聚焦單元為微型圓柱透鏡。

本實用新型實施例提供了一種光路系統(tǒng)，通過激光發(fā)射裝置向目標物體發(fā)射至少兩條激光信號，并通過信號接收裝置分別接收所述目標物體反射的激光回波信號，通過在進行激光測距時，通過驅(qū)動裝置驅(qū)動激光發(fā)射裝置以及信號接收裝置在水平面上繞激光雷達設(shè)備的一豎直中軸做圓周轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)水平角度的掃描，且通過激光發(fā)射裝置發(fā)射至少兩條激光信號，以實現(xiàn)垂直角度的掃描，并在掃描成功后，根據(jù)發(fā)射激光信號和接收反射后的激光信號之間的時間差，計算得到目標物體的距離，以實現(xiàn)水平掃描360度，并可增加垂直方向的掃描范圍，實現(xiàn)大范圍的三維探測。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的一種光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施例提供的另一種光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型實施例提供的一種激光發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型實施例提供的一種信號接收裝置的接收示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型實施例提供了一種光路系統(tǒng)，通過激光發(fā)射裝置向目標物體發(fā)射至少兩條激光信號，并通過信號接收裝置分別接收所述目標物體反射的激光回波信號，通過在進行激光測距時，通過驅(qū)動裝置驅(qū)動激光發(fā)射裝置以及信號接收裝置在水平面上繞激光雷達設(shè)備的一豎直中軸做圓周轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)水平角度的掃描，且通過激光發(fā)射裝置發(fā)射至少兩條激光信號，以實現(xiàn)垂直角度的掃描，并在掃描成功后，根據(jù)發(fā)射激光信號和接收反射后的激光信號之間的時間差，計算得到目標物體的距離，以實現(xiàn)水平掃描360度，并可增加垂直方向的掃描范圍，實現(xiàn)大范圍的三維探測。

以下結(jié)合具體實施例對本實用新型的具體實現(xiàn)進行詳細描述。

如圖1、圖2，在本實用新型的一個實施例中，提供了一種光路系統(tǒng)，設(shè)置于激光雷達設(shè)備，包括：用于向目標物體發(fā)射至少兩條激光信號的激光發(fā)射裝置10；用于接收目標物體反射的激光回波信號的信號接收裝置20；以及用于驅(qū)動激光發(fā)射裝置10與信號接收裝置20在水平面上繞激光雷達設(shè)備的一豎直中軸做圓周轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置30，其中，驅(qū)動裝置30可以為電機。通過激光發(fā)射裝置10向目標物體發(fā)射至少兩條激光信號，可以實現(xiàn)垂直角度的掃描，并通過驅(qū)動裝置30驅(qū)動激光發(fā)射裝置10與信號接收裝置20在水平面上繞激光雷達設(shè)備的一豎直中軸做圓周轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)水平掃描360度，并在掃描成功后，根據(jù)發(fā)射激光信號和接收反射后的激光信號之間的時間差，計算得到目標物體的距離，實現(xiàn)大范圍的三維探測。

其中，激光發(fā)射裝置10與信號接收裝置20對稱布置。通過將激光發(fā)射裝置10和信號接收裝置對稱分布，使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布均勻，轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)基本成中心對稱，提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性。

在本實用新型的一個實施例中，豎直中軸可以設(shè)置在激光雷達底座上，與激光雷達底座固定連接，當激光發(fā)射裝置10與信號接收裝置20進行轉(zhuǎn)動時，可以將中軸作為中心進行圓周轉(zhuǎn)動，優(yōu)選的，豎直中軸可設(shè)置在雷達底座的中心。

在本實用新型的一個實施例中，激光雷達用于通過測量發(fā)射激光以及接收到目標物體反射回的回波激光信號之間的時間差來計算出激光雷達與目標物體之間的距離信息。而本實用新型實施例中的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于與激光雷達設(shè)備上，用于形成激光發(fā)射系統(tǒng)及激光回波信號接收系統(tǒng)，以支持激光雷達設(shè)備的正常工作。其中，激光雷達設(shè)備為飛行激光雷達。

在本實用新型的一個實施例中，參見圖1、圖3，激光發(fā)射裝置10包括：用于發(fā)送至少兩條激光信號的激光發(fā)射單元11，用于將激光發(fā)射單元11發(fā)射的激光信號進行傳導(dǎo)的第一光路偏轉(zhuǎn)單元12，以及用于將第一光路偏轉(zhuǎn)單元12 傳導(dǎo)過來的激光信號進行準直，以形成接近圓形光斑的準直單元13。通過激光發(fā)射單元11向目標物體發(fā)射至少兩條激光信號，可增加垂直掃描的掃描范圍，并且通過對激光信號進行準直，可以增加激光信號的能量，探測距離可達到100 米以上，可探測范圍更多，探測能力更強。

其中，準直單元13包括但不限于庫克三片式非球面透鏡組或者球面透鏡組，本實用新型實施例優(yōu)選于庫克三片式非球面透鏡組。

在本實用新型的一個實施例中，參見圖3，激光發(fā)射單元11包括：至少兩個可用于發(fā)射不同角度的激光信號的激光發(fā)射模塊111，且各激光發(fā)射模塊111 的中心連線垂直于激光發(fā)射裝置10與信號接收裝置20進行圓周轉(zhuǎn)動所在的平面。通過設(shè)置多個激光發(fā)射模塊111，可以發(fā)射多路不同角度的激光信號，增加了掃描范圍，并且，多個激光發(fā)射模塊111的中心連線均垂直與激光發(fā)射裝置10與信號接收裝置20進行圓周轉(zhuǎn)動所在的平面，可以具有多種排列方式，可增加垂直方向與水平方向的掃描范圍。

其中，多個激光發(fā)射模塊111的排列方式，為增加垂直方向上的掃描范圍，其排列方式整體為上下結(jié)構(gòu)的可以包括多個激光發(fā)射模塊111從上到下依次呈相互垂直排列、交錯排列或者任意形狀的排列，如半圓形排列，本實用新型中優(yōu)選為垂直排列，通過垂直排列的方式可以使得激光發(fā)射模塊111發(fā)射的激光的起始距離一致，使激光信號均勻分布在探測范圍內(nèi)。

在本實用新型的一個實施例中，激光發(fā)射單元111包括可激光器或者激光二極管，其中，激光器包括但不限于光纖激光器，氣體激光器，固體激光器。

在本實用新型的一個實施例中，參見圖3，當激光發(fā)射單元111包括，用于發(fā)射所述激光信號的激光二極管1111，以及設(shè)置于激光信號的光路上，用于將激光二極管發(fā)射的激光信號進行準直，以使激光信號的快軸和慢軸的發(fā)散角接近一致的準直器1112。通過使用激光二極管1111作為信號源，經(jīng)過準直器 1112準直激光二極管1111發(fā)射的激光信號的快軸，使激光二極管1111發(fā)射的激光信號的快軸和慢軸發(fā)散角基本一致，使得激光信號的發(fā)散角更小，能量更集中，可探測的更遠，可達100米以上。

在本實用新型實施例中，其中，激光二極管1111可以為多個，參見圖3，激光二極管1111以16個為例，通過設(shè)置16個激光二極管1111在垂直方向上，通過上下排列的16個激光二極管1111可以實現(xiàn)垂直方向上的30度范圍的掃描，并且通過驅(qū)動裝置30的驅(qū)動，使得光路系統(tǒng)實現(xiàn)360度的水平掃描，并且可探測大100米以上的目標物體，極大的增加了三維探測的范圍。

其中，準直器1112可以為微型柱面鏡。

在本實用新型的一個實施例中，第一光路偏轉(zhuǎn)單元12包括設(shè)置于激光信號的光路上，用于將激光發(fā)射單元11發(fā)射的激光信號進行傳導(dǎo)的第一反射模塊 121，以及設(shè)置于激光信號的光路上，用于將第一反射模塊121反射的激光信號傳導(dǎo)到準直單元13的第二反射模塊122。通過使用第一反射模塊121以及第二反射模塊122改變激光信號的發(fā)射方向，使整個光路系統(tǒng)體積更緊湊。

其中，第一反射模塊121以及第二反射模塊122包括但不限于反射鏡、棱鏡，本實用新型優(yōu)選于反射鏡。

其中，第一反射模塊121與第二反射模塊122可相互平行布置。

在本實用新型的一個實施例中，參見圖1、圖4，信號接收裝置20包括：用于將目標物體反射的激光回波信號進行聚焦的第一聚焦單元21，用于將第一聚焦單元21聚焦后的激光回波信號進行傳導(dǎo)的第二光路偏轉(zhuǎn)單元22，至少兩個設(shè)置在激光回波信號的傳導(dǎo)光路上，可用于接收通過第二光路偏轉(zhuǎn)單元22 傳導(dǎo)的激光回波信號，并進行聚焦的第二聚焦單元23，以及至少兩個設(shè)置于激光回波信號的傳導(dǎo)光路上，用于分別接收第二聚焦單元23聚焦后的激光回波信號的光電探測單元24。通過設(shè)置多個激光發(fā)射單元111，比如激光二極管1111，進行激光信號的發(fā)射，激光信號的發(fā)射角度不同。在經(jīng)過目標物體反射后，通過第一聚焦單元21、第二光路偏轉(zhuǎn)單元22以及第二聚焦單元23的處理后，通過對應(yīng)的光電探測單元24接收，不同角度的激光信號只有對應(yīng)的光電探測單元 24可以接收到，在通過飛行時間進行計算，就可以得到目標的角度信息，以及距離信息，從而實現(xiàn)三維探測。

在本實用新型的一個實施例中，第一聚焦單元21為3片非球面透鏡組，使用3片非球面透鏡組聚焦激光回波信號，接收的激光回波信號比球面透鏡組光斑更小，光電探測單元24接收的激光回波信號的能量比球面透鏡組更強，信噪比更高，探測距離更遠。

在本實用新型的一個實施例中，第二光路偏轉(zhuǎn)單元22包括：設(shè)置于激光回波信號的傳導(dǎo)光路上，用于將第一聚焦單元21聚焦后的激光回波信號進行傳導(dǎo)的第三反射模塊221，以及設(shè)置于激光回波信號的傳導(dǎo)光路上，用于將第三反射模塊221反射的激光回波信號傳導(dǎo)到所述第二聚焦單元23的第四反射模塊 222。通過使用第三反射模塊221與第四反射模塊222改變激光回波信號的返回方向，使整個光路系統(tǒng)體積更緊湊。

其中，第三反射模塊221以及第四反射模222包括但不限于反射鏡、棱鏡，本實用新型優(yōu)選于反射鏡。

其中，第三反射模塊221與第四反射模塊222可相互平行布置。

在本實用新型的一個實施例中，第二聚焦單元23可為微型圓柱透鏡，可有效防止其他激光回波信號的串擾。

在本實用新型的一個實施例中，通過使用非球面透鏡組和微型圓柱透鏡結(jié)合接收回波信號，信號光斑小，接收系統(tǒng)口徑大，體積小，有效防止信號串擾。

在本實用新型的一個實施例中，光電探測單元24與激光發(fā)射單元111的個數(shù)相同，參見圖4，激光發(fā)射單元111的個數(shù)為16個為例，光電探測單元24 也為16個，每個激光發(fā)射的激光信號，經(jīng)目標物體反射后，都由對應(yīng)的光電探測單元24接收，及不同發(fā)射角度的激光信號，經(jīng)目標物體反射后，形成的不同角度的激光回波信號由不同的光電探測單元24接收，每個激光發(fā)射單元111 都具有唯一對應(yīng)的光電探測單元24。

在本實用新型的一個實施例中，每個光電探測單元的前面都設(shè)置有一個第二聚焦單元23，在信號接收裝置20接收激光回波信號時，首先通過第二聚焦單元23將從一定角度反射回來的激光回波信號進行聚焦，去除其他信號的串擾后，在通過光電探測單元24接收，以得到目標物體的角度信息。

在本實用新型的一個實施例中，設(shè)置于第二光路偏轉(zhuǎn)單元22以及第二聚焦單元23之間，還包括用于濾除雜波的過濾單元25。其中，該過濾單元25可以為濾光片，激光回波信號在通過濾光片時，其他波長的光都被濾除，提高了系統(tǒng)信噪比，增加系統(tǒng)在強光下的探測距離。

在本實用新型的一個實施例中，為更好的濾出雜波，可以分別在光電探測單元24與第二聚焦單元23之間、第二聚焦單元23以及第二光路偏轉(zhuǎn)單元22 之間，第二光路偏轉(zhuǎn)單元22與第一聚焦單元21之間都可以設(shè)置濾光片，可以有效的將雜波濾除，提高了系統(tǒng)信噪比，增加系統(tǒng)在強光下的探測距離。

上述實施例提供了一種光路系統(tǒng)，通過激光發(fā)射裝置向目標物體發(fā)射至少兩條激光信號，并通過信號接收裝置分別接收所述目標物體反射的激光回波信號，通過在進行激光測距時，通過驅(qū)動裝置驅(qū)動激光發(fā)射裝置以及信號接收裝置在水平面上繞激光雷達設(shè)備的一豎直中軸做圓周轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)水平角度的掃描，且通過激光發(fā)射裝置發(fā)射至少兩條激光信號，以實現(xiàn)垂直角度的掃描，并在掃描成功后，根據(jù)發(fā)射激光信號和接收反射后的激光信號之間的時間差，計算得到目標物體的距離，以實現(xiàn)水平掃描360度，并可增加垂直方向的掃描范圍，實現(xiàn)大范圍的三維探測。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。