一种固态激光雷达系统

申请号 CN201610929386.3 申请日 2016-10-31 公开(公告)号 CN106443634A 公开(公告)日 2017-02-22
申请人 上海博未传感技术有限公司; 发明人 齐龙舟;
摘要 本 发明 公开一种固态 激光雷达 系统,包括 激光器 、探测器、发射光学系统、接收光学系统和控制处理单元,其中发射光学系统还包括第一光 开关 、第一光纤阵列、 准直 透镜和发射激光振镜,接收光学系统还包括第二光开关、第二光纤阵列、汇聚透镜和接收激光振镜。本发明利用光开关的光路选择和时分复用功能,一个激光器和一个探测器即可实现多线测量;利用第一光纤阵列和 准直透镜 、第二光纤阵列与汇聚透镜的配合,实现对空间第一个维度的扫描;利用发射激光振镜和接收激光振镜对激光的偏转作用,实现对空间与第一个维度垂直的第二个维度的扫描。本发明成本低、体积小,且无需机械扫描机构带动激光雷达系统旋转。
权利要求

1.一种固态激光雷达系统,包括:
激光器,发射激光;探测器,接收反射激光;发射光学系统;接收光学系统;控制处理单元;
其特征在于:
发射光学系统还包括第一光开关、第一光纤阵列、准直透镜和发射激光振镜,第一光开关将激光器发射的激光在第一光纤阵列中不同的光纤之间进行交替导通,导通的激光经准直透镜准直后,被发射激光振镜以不同的度向待测物体发射出去;
接收光学系统还包括第二光开关、第二光纤阵列、汇聚透镜和接收激光振镜,在待测物体表面反射回来的激光,经接收激光振镜偏转方向后,被汇聚透镜耦合进第二光纤阵列中的光纤中,第二光开关将耦合有反射回来的激光的这根光纤与探测器导通。
2.根据权利要求1所述的固态激光雷达系统,其特征在于,所述发射激光振镜和接收激光振镜的工作方式为镜面周期性连续旋转。
3.根据权利要求2所述的固态激光雷达系统,其特征在于,所述发射激光振镜为一维激光振镜,镜面旋转的中心轴与准直透镜的主光轴垂直,与准直透镜的焦平面平行。
4.根据权利要求2所述的固态激光雷达系统,其特征在于,所述接收激光振镜为一维激光振镜,旋转的中心轴与汇聚透镜的主光轴垂直,与汇聚透镜的焦平面平行。
5.根据权利要求3或4所述的固态激光雷达系统,其特征在于,所述发射激光振镜和接收激光振镜是同一种规格和型号的激光振镜。
6.根据权利要求1所述的固态激光雷达系统,其特征在于,所述第一光纤阵列和第二光纤阵列中的光纤是一一对应的,第一光开关将激光器与第一光纤阵列中的某根光纤导通时,第二光开关将第二光纤阵列中与第一光纤阵列中导通的光纤对应的那根光纤与探测器导通。
7.根据权利要求6所述的固态激光雷达系统,其特征在于,所述第一光纤阵列中的光纤出射端面在准直透镜的第一焦平面上,且光纤在出射端面成线型排列。
8.根据权利要求6所述的固态激光雷达系统,其特征在于,所述第二光纤阵列中的光纤的入射端面在汇聚透镜的第二焦平面上,且光纤在入射端面成线型排列。
9.根据权利要求7所述的固态激光雷达系统,其特征在于,所述第一光纤阵列中光纤在出射端面成线型排列所连成的直线与准直透镜的主光轴垂直。
10.根据权利要求8所述的固态激光雷达系统,其特征在于,所述第二光纤阵列中的光纤在入射端面成线型排列所连成的直线与汇聚透镜的主光轴垂直。

说明书全文

一种固态激光雷达系统

技术领域

[0001] 本发明属于激光雷达领域,具体涉及一种固态激光雷达系统。

背景技术

[0002] 激光雷达技术在导航、地图测绘、卫星定位等领域有着广泛应用。在汽车无人驾驶领域中,激光雷达起着地图测绘和场景定位的关键作用。
[0003] 激光雷达可分为普通激光雷达和固态激光雷达。普通激光雷达一般需要机械旋转机构,通过旋转带动激光雷达系统进行空间旋转扫描;固态激光雷达不需要机械旋转机构,利用光学方式直接改变输出激光的发射方向,达到对空间进行扫描的目的。
[0004] 现有的普通激光雷达的机械旋转机构,一般体积比较大,不方便安装,并且长期稳定性差。同时,由于通过机械旋转机构进行扫描,为达到高的空间分辨率,获得高的点数据,一般需要多线测量,同时使用多个激光器和探测器,成本比较高。
[0005] 现有的固态激光雷达技术,一般采用光学相控阵列技术对空间进行扫描,这种技术对光学器件的要求比较高,目前在汽车无人驾驶等民用方面并没有好的应用方案。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
[0007] 本发明的一个目的在于提供一种固态激光雷达系统,通过采用光学激光振镜来偏转激光的传输方向,达到对待测物体进行扫描测量的目的,不需要机械旋转机构来带动激光雷达系统进行扫描。
[0008] 本发明的另一个目的在于提供一种固态激光雷达系统,通过采用光开关进行光路选择和时分复用,实现仅采用一对激光器和探测器,即可实现对待测物体的多线测量,获得高的分辨率和点云数据。
[0009] 为实现上述目的,本发明提供一种固态激光雷达系统,包括:
[0010] 激光器,发射激光;探测器,接收反射激光;发射光学系统,将激光器发射的激光以不同的度向待测物体发射;接收光学系统,将待测物体表面的反射激光接收并传输到探测器中;控制处理单元,控制激光器、发射光学系统和接收光学系统的工作状态,根据激光器发射激光和探测器接收反射激光的时间差来计算待测物体的距离,根据发射光学系统的工作状态即发射激光的角度来获得待测物体的方向信息,根据多次测量得到包含距离和方向信息的点云数据即可得到待测物体的空间三维信息。
[0011] 其中,发射光学系统还包括第一光开关、第一光纤阵列、准直透镜和发射激光振镜,第一光开关将激光器发射的激光在第一光纤阵列中不同的光纤之间进行交替导通,导通的激光经准直透镜准直后,被发射激光振镜以不同的角度向待测物体发射出去;
[0012] 接收光学系统还包括第二光开关、第二光纤阵列、汇聚透镜和接收激光振镜,在待测物体表面反射回来的激光,经接收激光振镜偏转方向后,被汇聚透镜耦合进第二光纤阵列中的光纤中,第二光开关将耦合有反射回来的激光的这根光纤与探测器导通。
[0013] 激光振镜一般集成有角度传感器,控制处理单元可根据角度传感器测量的角度偏转信息来计算照射在激光振镜上的激光的偏转方向。控制处理单元也可以根据激光振镜的驱动信号电路的偏置电压以及激光振镜的偏转角度与偏置电压的线型关系来测量照射在激光振镜上的激光的偏转方向。
[0014] 根据本发明的一个实例性的实施例,所述发射激光振镜和接收激光振镜的工作方式为镜面周期性连续旋转。
[0015] 根据本发明的另一个实例性的实施例,本发明中采用的发射激光振镜和接收激光振镜是一维激光振镜,镜面旋转的中心轴与准直透镜的主光轴垂直,与准直透镜的焦平面平行。
[0016] 根据本发明的另一个实例性的实施例,所述接收激光振镜为一维激光振镜,镜面旋转的中心轴与汇聚透镜的主光轴垂直,与汇聚透镜的焦平面平行。
[0017] 根据本发明的另一个实例性的实施例,所述发射激光振镜和接收激光振镜是同一种规格和型号的激光振镜,且在任一时刻,处于相同的工作状态。
[0018] 根据本发明的另一个实例性的实施例,所述第一光纤阵列和第二光纤阵列中的光纤是一一对应的,第一光开关将激光器与第一光纤阵列中的某根光纤导通的同时,第二光开关将第二光纤阵列中与第一光纤阵列中导通的光纤对应的那根光纤与探测器导通。
[0019] 根据本发明的另一个实例性的实施例,所述第一光纤阵列中的光纤出射端面在准直透镜的第一焦平面上。
[0020] 根据本发明的另一个实例性的实施例,所述第一光纤阵列中的光纤在出射端面成线型排列。
[0021] 根据本发明的另一个实例性的实施例,所述第二光纤阵列中的光纤的入射端面在汇聚透镜的第二焦平面上。
[0022] 根据本发明的另一个实例性的实施例,所述第二光纤阵列中的光纤在入射端面成线型排列。
[0023] 根据本发明的另一个实例性的实施例,所述第一光纤阵列中光纤在出射端面成线型排列所连成的直线与准直透镜的主光轴垂直。
[0024] 根据本发明的另一个实例性的实施例,所述第二光纤阵列中的光纤在入射端面成线型排列所连成的直线与汇聚透镜的主光轴垂直。
[0025] 本发明是基于脉冲探测法来进行距离测量的,激光器发射的激光为脉冲激光。
[0026] 本发明与现有技术的区别在于:
[0027] 本发明采用光开关时分复用和激光振镜相结合的方式实现对待测物体表面的二维扫描。利用第一光开关导通的第一光纤阵列中光纤出射端面处于准直透镜第一焦平面的不同位置,对应的第二光纤阵列中光纤的入射端面处于汇聚透镜第二焦平面的不同位置,实现对待测物体表面的一个维度进行扫描;利用一维激光振镜对激光的偏转作用,实现对待测物体表面的另一个维度进行扫描。
[0028] 通过下文中参照附图对本发明所作的描述,本发明的其他目的和优点将显而易见,并可帮助对本发明有全面的理解。

附图说明

[0029] 图1显示本发明的总体结构示意图。
[0030] 图2显示本发明中的第一光纤阵列与准直透镜相配合的工作原理图。
[0031] 图3显示本发明中的第二光纤阵列与汇聚透镜相配合的工作原理图。
[0032] 图4显示本发明中的第一光纤阵列与第二光纤阵列的正视图。
[0033] 图5显示图4中光纤阵列的右视图。
[0034] 图6显示图5中光纤阵列的剖视图。
[0035] 图7显示本发明中发射激光振镜和接收激光振镜的工作原理图。
[0036] 图8显示本发明中作为一种优选方案的准直透镜结构图。
[0037] 图9显示本发明中作为一种优选方案的汇聚透镜的结构图。
[0038] 图10显示本发明中准直透镜将其第一焦平面上的点光源发出的激光进行准直并偏转方向的示意图。
[0039] 图11显示本发明中汇聚透镜将入射的平行光汇聚到其第二焦平面上一点的示意图。

具体实施方式

[0040] 下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中,相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释,而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0041] 另外,在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本披露的实施例的全面理解。然而明显的,一个或多个实施例在没有具体细节的情况下也可以被实施。在其它情况下,公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
[0042] 图1显示的是本发明的总体结构示意图,包括:
[0043] 激光器102,发射激光;探测器114,接收反射激光;发射光学系统115,将激光器102发射的激光以不同的角度向待测物体108发射;接收光学系统116,将待测物体108表面的反射激光109接收并传输到探测器114中;控制处理单元101,控制激光器102、发射光学系统115和接收光学系统116的工作状态,根据激光器102发射激光和探测器114接收反射激光
109的时间差来计算待测物体108的距离,根据发射光学系统115的工作状态即发射激光107的角度来获得待测物体108的方向信息,根据多次测量得到包含距离和方向信息的点云数据即可得到待测物体108的空间三维信息。
[0044] 其中,发射光学系统115还包括第一光开关103、第一光纤阵列104、准直透镜105和发射激光振镜106,第一光开关103将激光器102发射的激光在第一光纤阵列104中不同的光纤之间进行交替导通,导通的激光经准直透镜105准直后,被发射激光振镜106以不同的角度向待测物体发射出去,发射激光振镜106将此时镜面的偏转角信息传送给控制处理单元101。
[0045] 接收光学系统116还包括第二光开关113、第二光纤阵列112、汇聚透镜111和接收激光振镜110,在待测物体108表面反射回来的反射激光109,经接收激光振镜110偏转方向后,被汇聚透镜111耦合进第二光纤阵列112中的光纤中,第二光开关113将耦合有反射激光109的这根光纤与探测器114导通,探测器114将探测到的信号传送给控制处理单元101。
[0046] 图2显示本发明中第一光纤阵列104和准直透镜105共同作用,改变第一光纤阵列104中光纤出射激光的传输方向示意图。图中第一光纤阵列104中光纤的出射端面202处于准直透镜105的第一焦平面上,由于光纤体积微小,以普通单模光纤为例,其出射端面的有效发光面直径小于10微米,可视为点光源。由基本物理光学知识可知,处于准直透镜第一焦平面上的点光源发出的光,经过准直透镜后,会变成平行光,平行光的传输方向与准直透镜的焦距以及点光源在第一焦平面的位置有关。如图10所示,准直透镜105的第一焦平面上的点光源301发出的激光是发散的,经过准直透镜105后,变成了平行光,由于通过准直透镜
105光心的激光仍沿原方向传输,因此点光源301发出的激光准直后的平行光的传输方向,与通过点光源301和准直透镜105光心的连线平行。令点光源301与准直透镜105的主光轴的距离为d1,准直透镜105的焦距为f1,则点光源301发出的激光通过准直透镜后的平行光,其与准直透镜105主光轴的夹角302为
[0047] 在本发明的一个实例性的实施例中,如图4、图5和图6所示,第一光纤阵列104和第二光纤阵列112中的光纤呈一维线型排列的。如图4所示为光纤阵列的正视图,光纤阵列由光纤205和附件206组成。附件206为一种常用结构件,将各光纤安装在光纤阵列的不同位置固定,可由模具注塑或机械加工而成。一般附件206中有安装光纤205的小孔,将光纤205插入小孔后,用胶固定。光纤205为通信中常用的单模光纤或多模光纤,包含外围保护层207和内部的纤芯208,激光信号在纤芯208中传输。图5为光纤阵列的右视图,图6为图5中A-A方向的剖视图。
[0048] 由于第一光纤阵列104中的光纤都是线型排列的,作为一种优选方案,线型排列的方向与准直透镜105的主光轴垂直,由于第一光纤阵列104中光纤的位置不同,各光纤出射的激光经过准直透镜105后发射方向也不同。
[0049] 由于第二光纤阵列112中的光纤都是线型排列的,作为一种优选方案,线型排列的方向与汇聚透镜111的主光轴垂直,不同方向的反射激光109经过汇聚透镜111后汇聚方向也不同,进入第二光纤阵列112的不同光纤中。
[0050] 图3显示本发明中的第二光纤阵列112和汇聚透镜111共同作用,将待测物体108表面反射回来的反射激光109汇聚进第二光纤阵列112中的光纤的示意图。图中第二光纤阵列112中光纤的入射端面203处于汇聚透镜111的第二焦平面上,基本物理光学知识可知,对汇聚透镜入射的平行光,经过汇聚透镜后,会汇聚于汇聚透镜第二焦平面上的一点,此点的位置与入射的平行光的入射方向有关。如图11所示,对汇聚透镜111入射的平行光109,将汇聚于处于汇聚透镜111的第二焦平面203上的一点303,汇聚点303与汇聚透镜111的连线,与入射的平行光109的入射方向相同,若入射平行光109与汇聚透镜111的主光轴的夹角304为α,则汇聚点303于汇聚透镜111的主光轴的距离d2为d2=f2×tanα,其中f2为汇聚透镜111的焦距。
[0051] 由于第一光纤阵列104中的光纤经过准直透镜105后,变成不同发射方向的平行光向待测物体108发射,在待测物体108表面反射回来的反射激光109照射在汇聚透镜111上的角度也不同,反射激光109经过汇聚透镜111后,被耦合进在汇聚透镜111第二焦平面上的第二光纤阵列112的不同光纤中。
[0052] 激光振镜又称为高速扫描振镜,是激光工业中常用的一种扫描器件,如应用于激光打标机上的扫描探头。激光振镜的基本工作原理是,激光振镜的驱动信号电路提供正反偏置电压,即可带动激光振镜的镜面发生偏转,偏转的角度与偏置电压的大小成正比。若对激光振镜提供周期性驱动信号,则激光振镜的镜面会发生周期性偏转,带动入射在镜面的激光发生周期性偏转。
[0053] 在本发明的一个实例性的实施例中,激光振镜为一维激光振镜。
[0054] 图7显示一维激光振镜的工作原理图,在初始状态,第一束激光401照射在激光振镜的镜面406上,根据光的反射定律,激光401被反射出去,反射光线为403;一定时间间隔后,第二束激光404照射在激光振镜的镜面406上,激光404的入射方向与激光401相同,但此时激光振镜的镜面406与初始状态比偏转了 角,则第二束激光404经过激光振镜后的反射光线405与第一束激光401经过激光振镜后的反射光线403的夹角为β,即激光振镜由于自身镜面的偏转带动了照射在激光振镜上的激光的反射方向的偏转。
[0055] 激光振镜一般集成有角度传感器,控制处理单元101可根据角度传感器测量的角度偏转信息来计算照射在激光振镜上的激光的偏转方向。控制处理单元101也可以根据激光振镜的驱动信号电路的偏置电压以及激光振镜的偏转角度与偏置电压的线型关系来测量照射在激光振镜上的激光的偏转方向。
[0056] 如前所述,第一光纤阵列104中的光纤的出射端面202,处于准直透镜105的第一焦平面上。作为一种实例性的实施例,为表述方便,令准直透镜105的主光轴方向为Z轴,且z轴在水平面内,第一光纤阵列104中的光纤出射端面202所处的平面与与水平面垂直。由于第一光纤阵列104中的光纤的连线与主光轴Z轴及水平面垂直,则可令第一光纤阵列104中的光纤沿X轴排列。由图2和图10可知,第一光纤阵列104中不同的光纤输出的激光,经过准直透镜105后,会在包含X轴并与水平面垂直的平面内以与水平面成不同的夹角发射出去,即随着第一光开关103在不同时刻对第一光纤阵列104中的不同光纤的导通,系统可以实现对待测物体108的X轴方向上的扫描。将发射激光振镜106的镜面偏转方向设置为围绕X轴旋转,则自准直透镜105出射的激光,经过发射激光振镜106后,出射方向会围绕X轴旋转。同时,由于在第一光开关103和第一光纤阵列104的作用下,准直透镜105出射的激光,还具有在X轴方向上扫描的能,则经过准直透镜105和发射激光振镜106后的发射激光107,具有在X、Y两个方向上进行二维扫描的能力。
[0057] 第一光纤阵列104和第二光纤阵列112中的光纤是一一对应的,在某时刻第一光开关103将激光器102发射的激光与第一光纤阵列104中的某根光纤导通,导通的光纤出射的激光通过准直透镜105和发射激光振镜106发射后,在待测物体108表面反射的反射激光109经接收激光振镜110和汇聚透镜111,被耦合进与第一光纤阵列104中此时导通的光纤对应的第二光纤阵列112中的那根光纤。同时,第二光开关113将第二光纤阵列中耦合有反射激光109的那根光纤与探测器114导通,反射激光109在探测器114中转换为电信号后被送入控制处理单元101,控制处理单元101根据发射激光和接收反射激光的时间差来计算待测物体的距离,根据第一光纤阵列104中此时导通的光纤的位置来计算待测物体在X方向上的方向角,根据发射激光振镜106此时镜面的偏转信息来计算待测物体在Y方向上的方向角,根据距离和X、Y方向上的方向角,即可得出待测物体108的三维空间位置。
[0058] 为便于本领域的普通技术人员对本发明有一个更深入的理解,以下对本发明中的固态激光雷达系统的具体工作方式做一个更具体的说明,在说明中,为便于表述和理解,相关部件采用了具体的参数。应知道,所采用的具体参数只是一种示例性说明,而不应成为本发明实施例的一种限制。
[0059] 在t0时刻,控制处理单元101控制激光器102发射激光,同时将第一光开关103中与第一光纤阵列104中的第一根光纤相连的端口导通,使得激光器102发射的激光通过第一光纤阵列104中的第一根光纤向准直透镜105发射,准直透镜105根据第一根光纤的位置,将发射的激光在X轴方向上以固定的偏转角度向发射激光振镜106传输。
[0060] 在控制处理单元101控制激光器102发射激光的同时,控制处理单元101驱动发射激光振镜106工作,发射激光振镜106镜面的偏转方向为围绕X轴旋转。作为一种优选方案,发射激光振镜106的驱动信号是周期性连续信号,即发射激光振镜106的镜面是以周期性连续的方式围绕X轴旋转的。
[0061] 激光器102发射的激光为脉冲激光,激光雷达对空间距离的测量精度与脉冲宽度有关,一般来说,脉冲宽度越宽,测量精度越低。同时,由于激光雷达的测量距离与脉冲宽度也有关系,由于脉冲宽度越宽,激光能量越大,则测量距离越大。因此,一般脉冲宽度要综合考虑。作为一种示例性说明,令脉冲激光的脉冲宽度为10纳秒。本领域的普通技术人员应该知道,脉冲宽度为10纳秒不应成为本实施例的一种限制。
[0062] 激光器102是周期性发射脉冲激光的,其周期根据待测物体或者激光雷达的测量距离决定,周期应该大于激光在测量距离内传播一个来回所需要的时间。作为一种示例性的说明,当待测物体108的距离为150米时,自激光器102发射激光,激光到达待测物体108的表面后,反射激光109被探测器114接收的时间约为1微秒,则激光器102发射脉冲激光的周期要大于1微妙。作为一种示例性说明,可选定激光器102发射脉冲激光的周期为2微秒,即每2微秒发射一次脉冲宽度为10纳秒的激光。本领域的普通技术人员应该知道,激光器102的周期为2微秒只是一种示例性说明,不应成为本实施例的一种限制。
[0063] 由公知知识,当前一维激光振镜的扫描范围大于50°,扫描频率大于5kHz。为便于表述,本发明选择扫描范围为50°,扫描频率为5KHz的发射激光振镜106和接收激光振镜110来进行示例性说明,即本实施例中的激光振镜的镜面工作一个周期的时间为200微秒。本领域的普通技术人员应该知道,具有其它扫描范围和扫描频率的一维激光振镜也可应用于本实施例。
[0064] 目前市场上已经有通道切换速度在纳秒甚至皮秒的高速光开关成熟产品,同时光开关的通道数可达数百个,本实施例中的第一光开关103和第二光开关113的输出端口数选择为16个来进行示例性说明,每相邻端口间的切换时间间隔为100微秒。本领域的普通技术人员应该知道,具有其它端口数和切换时间间隔的光开关也可应用于本实施例。
[0065] 在t0时刻,第一光开关103将激光器102与第一光纤阵列104中的第一根光纤导通,导通时间为100微秒。由于激光器102的工作周期为2微秒,因此在100微秒内,将有50个脉冲激光束经过准直透镜105,以在X方向与第一光纤阵列104的第一根光纤的位置所决定的偏转角度向发射激光振镜106传输。在t0时刻,发射激光振镜106开始以时间200微秒为周期进行工作,且在t0时,发射激光振镜106的镜面的偏转方向-25°,则100微秒后,发射激光振镜106的镜面的偏转方向为25°,则在激光器102发出的激光通过第一光纤阵列104中的第一根光纤发射的100微秒内,有50个脉冲激光信号通过准直透镜105并经发射激光振镜106偏转发射出去,即本发明的固态激光雷达系统发生了50次测量。在这50次测量中,在X方向上的发射角是固定的,角度值与第一光纤阵列104中第一根光纤在准直透镜105的第一焦平面上位置有关,为此根光纤与准直透镜105的主光轴的距离和准直透镜105的焦距的比值的反正切,为表述方便,记为θ1。这50次测量中,在Y方向上的发射角是由发射激光振镜106的偏转决定的,即从-25°到24°,每隔1°测量一次。由此可得,在t0时刻之后的100微秒内,本发明中的固态激光雷达系统以在X方向上的固定角度对待测物体108进行了50次扫描,这50次扫描形成了Y方向上的一条直线,且50次扫描在Y方向上的角度为从-25°到24°均匀排列,0°为水平面上的主光轴方向。
[0066] 在控制处理单元101将激光器102与第一光纤阵列104中的第一根光纤导通的同时,将探测器114与第二光纤阵列112中的第一根光纤导通,因此反射激光109通过第二光纤阵列112中的第一根光纤以及光开关113进入探测器114,探测器114将反射激光进行光电转换后,将信号传输到控制处理单元101。
[0067] 由上可知,在t0时刻,激光器102与第一光纤阵列104中的第一根光纤导通,探测器114与第二光纤阵列112中的第一根光纤导通,并且两个光开关的导通时间持续100微秒。激光器102发射激光,激光通过准直透镜105和发射激光振镜106后,以在X方向上与水平面成角度为θ1的夹角,在Y方向上与准直透镜105主光轴成-25°夹角向待测物体发射,反射回来的激光被探测器114探测,控制处理单元101记录此时的时刻t1。记t1时刻和t0时刻的时间差为ΔT1,根据脉冲探测法的测量原理,本次测量中测得的待测物体108上某点与激光器102的距离L为 其中C为激光在空气中的传输速度。本次测量中测得待测物体
108上某点的方向角为在X方向上与水平面成角度为θ1的夹角,在Y方向上与准直透镜105主光轴成-25°夹角。
[0068] 应知道,本实施例中,待测物体的距离小于150米,则ΔT1应小于1微秒。
[0069] 激光器102的工作周期为2微秒,在t0+2微秒时刻,激光器102发射激光,激光通过准直透镜105和发射激光振镜106后,以在X方向上与水平面成角度为θ1的夹角,在Y方向上与准直透镜105主光轴成-24°夹角向待测物体发射,反射回来的激光被探测器114探测,控制处理单元101记录此时的时刻t2。记t2时刻和t0+2时刻的时间差为ΔT2,根据脉冲探测法的测量原理,本次测量中测得的待测物体108上某点与激光器102的距离L为其中C为激光在空气中的传输速度。本次测量中测得待测物体108上某点的方向角为在X方向上与水平面成角度为θ1的夹角,在Y方向上与准直透镜105主光轴成-24°夹角。
[0070] 如上所述,在激光器102与第一光纤阵列104中的第一根光纤导通的100微秒内,本发明的固态激光雷达系统以2微秒为一个周期,在X方向上与水平面成角度为θ1的夹角,在Y方向上与准直透镜105主光轴的夹角成-25°至24°之间,每隔1°测量一次,测量了50次。
[0071] 在t0+100微秒时,第一光开关103将第一光纤阵列104中的第二根光纤与激光器102导通,此时第一根光纤与激光器102关闭;第二光开关113将第二光纤阵列112中的第二根光纤与激光器114导通,此时第二根光纤与探测器114关闭;此时发射激光振镜106在Y方向上与准直透镜105的主光轴的偏转角度为25°。记第一光纤阵列104中的第二根光纤发射的激光通过准直透镜105和发射激光振镜106后,在X方向上与水平面的夹角为θ2,则在从t0+
100微秒到t0+200微秒时刻内,本发明的固态激光雷达系统以2微秒为一个周期,在X方向上与水平面成角度为θ2的夹角,在Y方向上与准直透镜105主光轴的夹角成25°至-24°之间,每隔1°测量一次,测量了50次。
[0072] 本实施例中的固态激光雷达系统,以100微秒为周期,激光器102发射的激光,在第一光纤阵列104中的16根光纤之间切换导通,第三根光纤至第16根光纤的具体实施方式,与第一根光纤相同。
[0073] 因此,在从t0到t0+1600微秒内,本实施例中的固态激光雷达系统,在X方向上以与水平面成16个不同的角度,分别进行了测量;X方向上16个角度中的每个角度,在Y方向上分别测量了50次,Y方向上的角度在与准直透镜105的主光轴偏移-25°至25°之间,每隔1°测量一次。因此,在从t0到t0+1600微秒内,本实施例中的固态激光雷达系统,测量了800次,获得了待测物体108表面的800个三维点云数据。
[0074] 在t0+1600微秒时刻,控制处理单元101将系统重置,恢复到t0时的状态,系统重新以1600微秒为一个周期,进行测量。
[0075] 需要说明的是,为便于本领域一般技术人员的理解,本发明具体实施例中对所用到的部件的参数作了示例性的限定。本领域的一般技术人员应知道,这种限定只是为了更清楚的阐述本发明的总体技术构思,而不应作为本发明技术方案上的一种限定。
[0076] 本领域的技术人员可以理解,上面所描述的实施例都是示例性的,并且本领域的普通技术人员可以对其进行改进,各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
[0077] 虽然结合附图对本发明进行了说明,但是附图中公开的实施例旨在对本发明的实施方式进行示例性说明,而不能理解为对本发明的一种限制。
[0078] 虽然阐述本发明的构思的一些实施例已经被显示和说明,本领域普通技术人员将理解,在不背离本发明构思的原则和精神的情况下,可对这些实施例做出改变,本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
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