[发明专利]用于激光雷达的低漂移参考

说明书

激光雷达系统包括被配置为关于目标表面扫描测量光束的五棱镜。聚焦光学组件包括被用于调整测量光束的焦点的角隅棱镜。基于返回光束和本振光束之间的外差频率估计目标距离。本振光束被配置为在与返回光束混合之前向聚焦光学组件来回传播。在一些示例中，使用具有被固定至锂铝硅酸盐玻璃陶瓷管的镜子的法布里‑珀罗干涉仪关于目标距离校准外差频率。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月21日递交的美国临时申请61/728,999、于2013年1月17日递交的美国临时申请61/753,786以及于2013年3月15日递交的美国申请13/840,606的权益，通过引用将这些申请合并于本文。

技术领域

本公开涉及激光雷达系统。

背景技术

激光雷达系统提供帮助单操作者的物体检查的简单的、方便的、非接触的测量。激光雷达系统对于将被测量的诸如飞机、汽车、风力涡轮机或卫星部件的大的物体的应用尤其有用。在美国专利4,733,609、4,824,251、4,830,486、4,969,736、5,114,226、7,139,446、7,925,134，美国专利申请公开2011/0205523以及日本专利2,664,399中描述了一些惯常的激光雷达系统，通过引用将它们合并到本文。在这些激光雷达系统中，激光束被导向目标表面并在目标表面之上扫描，检测并处理被反射或散射回激光雷达的部分激光束以提供目标信息。能够由编码器速率限制有用的光束扫描速率，并且距离校准在使用期间趋向于漂移。此外，这种系统的成本是巨大的。因此，需要改进的激光雷达方法和装置。

发明内容

在一些示例中，测距系统包括扫描反射镜，其包括至少两个反射面。第一旋转台被耦合至扫描反射镜，并被配置为关于目标扫描光学测量光束并响应于所扫描的光学测量光束接收来自目标的光学返回光束。在一些实施例中，耦合光源以将光学测量光束导向扫描反射镜，并且使光学接收机位于自扫描反射镜接收返回光束的位置。信号处理器被配置为基于所接收的返回光束为至少一个目标位置提供所估计的目标距离。在其他示例中，耦合光源，以沿正交于自扫描反射镜至目标的测量光束的传播轴的轴，将光学测量光束导向扫描反射镜。在典型的示例中，使两个反射面位于关于彼此45度或135度角的位置。在又一实施例中，光纤被配置为自光源接收测量光束，并自光纤端面将测量光束导向扫描反射镜，并在端面处接收返回光束。

在典型的示例中，测距系统包括位于自光纤的端面接收测量光束的位置的角隅棱镜。光束聚焦镜片被配置为自角隅棱镜接收测量光束，并将测量光束聚焦到目标表面处，其中，角隅棱镜关于光束聚焦镜片是可移动的，以便在所选的目标距离处产生测量光束焦点。在一些示例中，第二旋转台被配置为通过第一旋转台的旋转来改变测量光束的传播方向。在典型的示例中，使第一旋转台位于产生所选的光束仰角的位置，并且第二旋转台被配置为产生所选的光束方位角。在一些替代方案中，第二旋转台被配置为旋转光纤的端面。在一些实施例中，在各自的平面反射镜上或在诸如五棱镜的实心棱镜的表面处限定两个反射面。

在一些所公开的示例中，光源被配置为基于测量光束产生第二光束，以便使光学接收机位于接收第二光束的位置，并且其中，信号处理器被配置为基于所接收的返回光束和第二光束为至少一个目标位置提供所估计的目标距离。在实施例中，针对至少一个目标位置的所估计的目标距离是基于与所接收的返回光束和第二光束相关联的差频的。在典型的示例中，配置光源，使得光学测量光束和第二光束是频率啁啾的光束，并针对至少一个目标位置的所估计的目标距离是基于与所接收的返回光束和第二光束以及啁啾速率相关联的差频的。在典型的示例中，信号处理器被耦合至光源，并被配置为基于所估计的或所测量的目标距离选择频率啁啾的光学测量光束的频率啁啾。