[发明专利]测量物体方向和距离的激光雷达设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光雷达设备和方法，用于利用激光束测量物体方向和从激光雷达设备到物体的距离。

背景技术

作为一种能测量物体方向和从激光雷达设备到物体的距离的激光雷达设备，具有例如Hoashi等人在日本专利No.2789741中披露的公知设备。

Hoashi等人的激光雷达设备包括发射作为进入测量区域的输出光的激光束或激光脉冲的激光束发生装置，输出光具有光轴，检测在输出光由位于测量区域的物体反射之后到达并作为输入光的反射激光束或反射激光脉冲的光检测装置，允许输出光从其中透过而禁止输入光透过的光频隔离器，以及电控单元(ECU)。激光束发生装置是例如产生包括激光束和激光脉冲的激光发射的激光雷达二极管。光检测装置是例如将入射激光束或入射激光脉冲转换成电流的光电二极管，该电流是入射激光束或入射激光脉冲的强度的函数。光频隔离器反射输入光，光频隔离器反射的输入光被导向光检测装置。为了实现这些功能，光频隔离器优选地位于输出光的光轴上。根据输出激光束和输入激光束的相位差、或者利用光速计算激光脉冲发射和接收之间的飞行时间，电控单元(ECU)计算从设备到物体的距离，如果存在物体的话。此外，Hoashi等人的激光雷达设备包括凹面镜，凹面镜将输出光朝测量区域偏转、并将物体反射回来的输入光朝光检测装置偏转。此外，凹面镜设置成旋转高达360度，使得水平方向的角扫描范围可以达到高达360度。需要注意的是，在Hoashi等人的光学激光器中，投射光学系统包括激光束发生装置、光频隔离器和凹面镜，光检测系统包括凹面镜和光频隔离器。投射光学系统和光检测装置部分同轴地设置。更详细地，光频隔离器和物体之间的输出光和输入光的轴线是相同的。

如上所述，Hoashi等人的激光雷达设备或者类似类型的激光雷达设备，输出光和输入光的轴线相同，光频隔离器设置成位于输出光和输入光共同的轴线上。激光束发生装置发射的输出光通过光频隔离器，但物体反射回来的输入光被光频隔离器反射。一般地，在激光束或激光脉冲分别通过光频隔离器和由光频隔离器反射的过程中都可以造成激光束或激光脉冲衰减。因此，在激光束或激光脉冲分别通过光频隔离器和由光频隔离器反射的过程中束分裂效率降低。这导致激光雷达设备一些元件的特殊结构，例如，具有较大镜板而扩大有效光接收面积以提高束分裂效率的较大镜子。这与减小设备尺寸的趋势相冲突。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种激光雷达设备，它具有改进的束分裂效率、以及提高检测物体方向和从设备到物体的距离的准确性，并且由于投射光学系统和光检测系统的同轴结构，不会牺牲激光雷达设备的小尺寸。

根据本发明的一个方面，提供一种激光雷达设备，该激光雷达设备测量物体的距离和到物体的方向，物体处于激光雷达设备的测量区域。该激光雷达设备包括激光束发生装置、光检测装置、镜子组件、光偏转装置以及旋转驱动装置。激光束发生装置产生具有轴线的激光束，并将激光束朝测量区域发射。光检测装置检测被位于测量区域的物体反射回来的反射激光束。镜子组件包括通孔以及反射面。通孔穿过镜子组件与从激光束发生装置发射的激光束的轴线同轴，并且使激光束发生装置发射的激光束透过。反射面布置成与激光束发生装置发射的激光束的轴线成预定角度、并将从物体反射的反射激光束朝光检测装置反射。光偏转装置将激光束发生装置发射的激光束朝测量区域偏转，并将位于测量区域的物体反射回来的激光束朝镜子组件偏转，其中，光偏转装置具有旋转轴线和镜面。旋转驱动装置使光偏转装置绕光偏转装置的旋转轴线旋转，使得光偏转装置的镜面转动到沿着测量区域的方向朝向。

根据本发明的另一个方面，一种用于测量处于激光雷达设备的测量区域的物体的距离的方法包括如下步骤：产生具有轴线的激光束、并将激光束朝测量区域发射；将激光束分裂成导向测量区域的第一激光束和导向光检测装置的第二激光束；通过光检测装置检测第二激光束以估计第二激光束的强度；根据第二激光束的强度估计激光束发生装置的输出功率；将激光束发生装置的估计输出功率与基准值进行比较；根据比较结果调节激光束发生装置的输出功率；通过镜子组件的反射面将来自物体的反射第一激光束反射到光检测装置；通过光检测装置检测来自物体的反射第一激光束；以及根据输出激光束与输入激光束的相位差、或者利用光速计算激光束的发射和接收之间的飞行时间计算从激光雷达设备到物体的距离。

附图说明