CN211123254U - 离轴式激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了离轴式激光雷达，所述离轴式激光雷达包括激光发射单元和光接收单元；所述光接收单元包括：第一光接收单元包括第一望远镜组件，所述第一望远镜组件的光学主轴与所述激光发射单元的光学主轴不共线；第二光接收单元包括第二望远镜组件，所述第二望远镜组件的光学主轴与所述激光发射单元的光学主轴不共线；所述第二望远镜组件的口径大于所述第一望远镜组件的口径；所述离轴式激光雷达进一步包括：光偏转单元，所述光偏转单元分别设置在所述激光发射单元的出光处以及光接收单元的入光处。本实用新型具有盲区小、结构简单、调节方便等优点。

Description

离轴式激光雷达

技术领域

本实用新型涉及大气测量，特别涉及离轴式激光雷达。

背景技术

随着激光雷达遥感技术在大气环境监测、航天、通信、导航和定位等高新技术领域的广泛应用，目前受到了越来越多的关注。激光雷达系统整体可分为激光发射、回波信号接收和采集及控制三大部分，激光器发射的激光通过与大气中的气溶胶及各种大气成分的作用而产生后向散射信号，经探测器接收和数据采集处理后反演得到大气相关参数以实现不同探测需求。

在激光雷达系统中，发射光路和接收光路的光学同轴性是一个必须解决的难题。在实际的应用中，环境因素的变化和机械振动都会引起其光轴的偏离，从而会导致大量的测量信号无效，给信号的测量带来误差。因此在每次使用激光雷达进行测量之前，都需要进行收发光路的同轴调整，而同轴调整的主要方式就是人工对反射镜或反射棱镜进行精细的调整进而实现光路的偏转。但是该种方法存在对反射镜的调节和固定结构要求更高，需要借助于精密光学调整支架和水平仪器，进行精细的调整操作，比较费时繁琐，难度较大，且对环境的适应性也更差。

中科院安光所王珍珠在“ZL200810019534.3激光雷达发射与接收光路平行调整系统及方法”中，通过在激光器前方的光路中安装对接镜、全反射镜、接收望远镜镜筒前方安装的一对直角棱镜，从角反射器出射的激光束进入接收望远镜镜筒并聚焦在接收望远镜的焦平面内，聚焦的激光光斑经过90°转向镜转向后在CCD上成像，通过观察激光光斑图像的形状来判定光路是否平行并进行调整，该方式调整需对结构件的安装、加工精度要求较高。

哈尔滨工业大学任德明在“CN201110088354.2激光雷达的同轴发射与接收系统及该系统的同轴调整方法”中，通过电机转动控制第一反射镜的俯仰和方位，在运行激光器时实时获取CCD摄像机采集到的图像质心位置，经计算和控制与接收背景光时采集到的图像质心位置的偏差来实现同轴调整，该调整方法中需要调节反射镜的俯仰和方位，固定结构容易受到温度和振动的影响，同时整个系统使用较多光学元件，并通过电机控制，成本较高且在一致性和稳定性等方面存在一定的问题。

目前市场上的激光雷达多为同轴系统，光路调节方式繁琐，对结构件加工精度要求高，容易受温度、振动等环境因素影响，稳定性不行，应用上难以大规模推广。

实用新型内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种盲区小、结构简单、调节方便的离轴式激光雷达。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

离轴式激光雷达，所述离轴式激光雷达包括激光发射单元和光接收单元；所述光接收单元包括：

第一光接收单元，所述第一光接收单元包括第一望远镜组件，所述第一望远镜组件的光学主轴与所述激光发射单元的光学主轴不共线；

第二光接收单元，所述第二光接收单元包括第二望远镜组件，所述第二望远镜组件的光学主轴与所述激光发射单元的光学主轴不共线；所述第二望远镜组件的口径大于所述第一望远镜组件的口径；

所述离轴式激光雷达进一步包括：

光偏转单元，所述光偏转单元分别设置在所述激光发射单元的出光处以及光接收单元的入光处。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：

1.盲区小；

本激光雷达光路结构为离轴式，但鉴于离轴式盲区大，所以在原有的(光接收能力较强的)光接收单元的基础上加了另一光接收单元(光接收能力较弱)，通过光接收能力不同的光接收单元的信号拼接，实现低盲区探测；

2.结构简单、调节方便，

仅需通过对楔形棱镜等器件实现了光路的偏转，来确保出射光路和接收光路的平行，结构形式简单，调节方式简单，无需借助其他光学调节仪器，受温度、振动等环境因素的影响较小，稳定性好，能够保证雷达的长时间稳定工作运行。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本实用新型实施例的离轴式激光雷达的结构简图。

具体实施方式

图1和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本实用新型实施例的离轴式激光雷达的结构简图，如图1所示，所述离轴式激光雷达包括：

光发射单元1，所述光发射单元1包括激光器、扩束单元等，具体结构和工作方式是本领域的现有技术，在此不再赘述；

第一光接收单元4，所述第一光接收单元4包括第一望远镜组件，所述第一望远镜组件的光学主轴与所述激光发射单元的光学主轴不共线，如光发射单元1和第一光接收单元4为左右设置；

第二光接收单元2，所述第二光接收单元2包括第二望远镜组件，所述第二望远镜组件的光学主轴与所述激光发射单元的光学主轴不共线，如光发射单元1和第二光接收单元2为上下结构；所述第二望远镜组件的口径大于所述第一望远镜组件的口径，也即第二光接收单元2的光接收能力强于第一光接收单元4；

光偏转单元5，如楔形棱镜，所述光偏转单元分别设置在所述激光发射单元的出光处以及光接收单元(如第一光接收单元和/或第二光接收单元)的入光处，通过调节出射光或入射光的方向，使得光发射单元的出射光以及光接收单元的入射光的方向平行。

为了提高光接收能力，进一步地，所述第一光接收单元或第二光接收单元包括：

凹面反射镜，所述凹面反射镜和凸面反射镜的反射面相对设置；

凸面反射镜，所述凸面反射镜的口径小于所述凹面反射镜；外界光依次经过凹面反射镜和凸面反射镜的反射后穿过所述凹面反射镜射出，基于此，可以在凹面反射镜的中心开孔，或者在采用透镜材料且反射面镀膜的凹槽反射镜的中心不镀膜。

为了便于安装和调节，进一步地，所述激光发射单元、第一光接收单元和光偏转单元设置在承载件上。

为了便于光偏转单元的调节，进一步地，所述离轴式激光雷达还包括：

旋转件，所述光偏转单元设置在所述旋转件上。

实施例2：

根据本实用新型实施例1的离轴式激光雷达的应用例。

在该应用例中，光发射单元和第一光接收单元设置在承载板上，且为左右结构；第二光接收单元设置在所述承载板的下方；光偏转单元包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，均设置在承载板上，其中第一楔形棱镜设置在所述激光发射单元的出光处；第二楔形棱镜设置在所述第一光接收单元的入光处；第一楔形棱镜和第二楔形棱镜均设置在旋转件上，旋转件可转动地设置在承载板上；第一光接收单元和第二光接收单元均包括凹面反射镜和凸面反射镜，凹面反射镜和凸面反射镜的反射面相对设置，凸面反射镜的口径小于所述凹面反射镜；外界光依次经过凹面反射镜和凸面反射镜的反射后穿过所述凹面反射镜射出，基于此，在凹面反射镜的中心开孔；不同的是，第二光接收单元的凹面反射镜的口径大于第一光接收单元的凹面反射镜。

上述离轴式激光雷达的工作方式为：

光发射单元发出检测光，并射向大气；

检测光在大气中的散射光分别被第一光接收单元和第二光接收单元接收；通过调节楔形棱镜，使得检测光和散射光的方向平行非共线；

处理第一光接收单元和第二光接收单元的输出信号，从而获知大气的信息。

Claims (6)

1.离轴式激光雷达，所述离轴式激光雷达包括激光发射单元和光接收单元；其特征在于：所述光接收单元包括：

第一光接收单元，所述第一光接收单元包括第一望远镜组件，所述第一望远镜组件的光学主轴与所述激光发射单元的光学主轴不共线；

第二光接收单元，所述第二光接收单元包括第二望远镜组件，所述第二望远镜组件的光学主轴与所述激光发射单元的光学主轴不共线；所述第二望远镜组件的口径大于所述第一望远镜组件的口径；

所述离轴式激光雷达进一步包括：

光偏转单元，所述光偏转单元分别设置在所述激光发射单元的出光处以及光接收单元的入光处。

2.根据权利要求1所述的离轴式激光雷达，其特征在于：所述第一光接收单元或第二光接收单元包括：

凹面反射镜，所述凹面反射镜和凸面反射镜的反射面相对设置；

凸面反射镜，所述凸面反射镜的口径小于所述凹面反射镜；外界光依次经过凹面反射镜和凸面反射镜的反射后穿过所述凹面反射镜射出。

3.根据权利要求1所述的离轴式激光雷达，其特征在于：所述光偏转单元包括：

第一楔形棱镜，所述第一楔形棱镜设置在所述激光发射单元的出光处；

第二楔形棱镜，所述第二楔形棱镜设置在所述第一光接收单元的入光处。

4.根据权利要求1所述的离轴式激光雷达，其特征在于：所述激光发射单元和第一光接收单元是左右结构，所述激光发射单元和第二光接收单元是上下结构。

5.根据权利要求4所述的离轴式激光雷达，其特征在于：所述激光发射单元、第一光接收单元和光偏转单元设置在承载件上。

6.根据权利要求1所述的离轴式激光雷达，其特征在于：所述离轴式激光雷达还包括：

旋转件，所述光偏转单元设置在所述旋转件上。

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