[发明专利]测量目标方位和距离的激光雷达设备

说明书

技术领域

本发明涉及能够用激光束测量目标的方位以及从该设备到目标 的距离的一种激光雷达设备。

背景技术

作为能够测量从设备到目标的距离和目标方位的激光雷达设备， 已经有象Hoashi等的第2789741号日本专利中公开的已知设备。

Hoashi等的激光雷达设备包括：激光束产生装置，用于将作为输 出光的激光束或激光脉冲发射到测量范围，所述输出光具有光轴；光 检测装置，用于检测输出光从测量范围中的目标反射回来以后到达， 作为输入光的反射回来的激光束或反射回来的激光脉冲；光隔离器， 它容许输出光透过而禁止输入光透射；以及电控制单元(ECU)。上 述激光束产生装置是例如激光二极管，它产生包括激光束或激光脉冲 的激光发射。光检测装置是例如光电二极管，它将入射激光束或入射 激光脉冲转换为作为入射激光束或入射激光脉冲函数的电流。光隔离 器反射输入光，而经过光隔离器的输入光将被引导到光检测装置。为 了实现这些功能，光隔离器最好位于输出光的光轴上。电控制单元 (ECU)基于输出和输入激光束的相位差，或者基于激光脉冲的发射 和接收之间经历的时间并利用光速，计算从设备到目标的距离，如果 存在目标的话。此外，Hoashi等的激光雷达设备包括凹面反射镜，它 将输出光向测量范围偏转，并且将目标反射回来的输入光向光检测装 置偏转。此外，还将凹面反射镜设置为绕轴旋转多达360度，从而在 水平方向上的角扫描范围能够达到360度。应当注意，在Hoashi等 的光学激光设备中，投影光学系统包括激光束产生装置、光隔离器和 凹面反射镜，光检测系统包括所述凹面反射镜和光隔离器。投影光学 系统和光检测装置部分地同轴。更详细地说，光隔离器和目标之间的 输出光和输入光的轴相同。

如上所述，在Hoashi等的激光雷达设备或相似类型的激光雷达 设备中，输出光和输入光的轴相同并且光隔离器设置在输出光和输入 光的公共轴上。虽然由目标反射回来的输入光被光隔离器反射，但是 由激光束产生装置发射的输出光会透过光隔离器。通常，在激光束分 别透过光隔离器和由光隔离器反射时，会引起激光束或激光脉冲衰 减。因此，在激光束或激光脉冲透过光隔离器和由光隔离器反射时， 产生很大的光束分裂效率损耗。这个问题要求激光雷达设备的一些元 件具有特殊配置，例如，具有更大反射镜板以扩大有效光接收面积的 更大的反射镜，由此来提高光束分裂效率。这样做与设备的小型化趋 势相冲突。

此外，如同Hoashi等的激光雷达设备或相似类型的激光雷达设 备的情况(其中，输出光利用凹面反射镜向测量范围偏转)一样，由 于凹面反射镜的凹面形状，输出光被凹面反射镜偏转后，不能防止输 出光的扩散。尤其是如果在输出光到达凹面反射镜之前，从激光束产 生装置发射的输出光的轴稍微偏离正确位置或从正确方向倾斜，那么 由于凹面反射镜的偏转，情况会更糟。输出光归因于凹面反射镜的偏 转而发生的扩散会缩小目标到设备的距离的可测量范围。因此， Hoashi等的激光雷达设备或相似类型的激光雷达设备不能确保目标 距离的准确测量，尤其是对于远离设备的目标。

发明内容

本发明的目的是提供激光雷达设备，它具有改善的光束分裂效率 和改善的到目标的方位以及从设备到目标的距离的检测准确度，而没 有牺牲激光雷达设备尺寸小的优点，这一点归因于投影光学系统和光 检测系统的同轴结构。