[实用新型]一种用于异轴配置大视场激光三维探测的视场拼接系统

说明书

一种用于异轴配置大视场激光三维探测的视场拼接系统，属于激光三维探测技术领域。该系统包括多个透镜组成的透镜组和多个子光纤束组成的光纤合束器，光纤合束器中的各个子光纤束输入端分别设置于透镜组的各个透镜的焦平面附近，收集激光回波信号，光纤合束器的输出端将收集的激光回波信号传输到后续的单个光电探测器，由光电探测器转换成电信号。本实用新型主要用于解决当前异轴配置大视场三维激光测量中的视场匹配技术难题，并具有结构简单、可靠，视场覆盖范围大，所覆盖视场中回波信号强度较为均衡的特点。

技术领域

本实用新型属于激光三维探测技术领域，具体涉及一种用于异轴配置大视场激光三维探测的视场拼接系统。

背景技术

基于激光照明的主动式激光三维探测具有突出的优点，已经开始在包括无人汽车驾驶等诸多领域得到广泛应用。主动式激光三维探测系统一般包括激光发射系统和激光回波接收系统，为了保证激光发射系统和激光回波接收系统二者之间的视场吻合，激光发射系统和激光回波接收系统可以采用同轴配置或异轴配置。同轴配置的系统中发射视场和接收视场始终重合，因此其工作视场主要取决于发射激光的扫描范围。但是因为同轴配置的系统在光路上需要同时考虑发射和接收光路的拼接，一般光路较为复杂，此外发射激光的杂光背反射（或散射）在一定程度上也干扰目标回波信号的可靠探测。与此不同，异轴配置的激光三维探测系统，发射光路和接收光路各自独立，自身光路结构相对简单，而且发射光路中散射杂光对接收系统的干扰基本可以忽略，因此在某些应用中有其优点。但是异轴配置的激光三维探测接收视场和发射视场各自独立，在系统工作时两者视场的良好配准是保证系统正常工作的前提。

当一个异轴配置的激光三维探测系统用于较大视场范围的三维探测时，所涉及到的接收视场就会很大。如汽车无人驾驶系统所需要的激光雷达中，需探测的范围若包括从0.2米到200米的距离，则对应的张角就非常大，接近90度的探测视场。此时发射系统一般可以采用大角度的扫描振镜来覆盖目标视场，或者将激光束变换后直接采用大张角的激光照明覆盖目标视场。但是接收系统的视场往往很难采用同步的扫描振镜，一般需要特殊的结构设计。

对于一个接收光学系统，当接收面的尺寸确定后，光学系统的焦距越大，对应的视场就越小。反之，光学系统的焦距越小，对应的视场就越大。另一方面，从光学回波信号接收能力上看，透镜的口径越大，则接收能力越强，反之，透镜的口径越小，则接收能力越弱。大口径的光学透镜，其焦距很难做得很小，因此限制了其接收视场。小口径的光学系统，焦距较小，接收视场可以做得较大，但信号接收能力较弱。

对于类似如汽车无人驾驶系统中所用的激光三维探测，受限于可用的激光发射功率，远距离目标的激光回波信号明显较近距离目标的激光回波信号小，因此需要接收信号能力强的较大口径光学透镜，而此时由于远距离目标的张角实际较小，大口径光学透镜也确实能够覆盖相应的视场；而对于近距离目标，当所用激光照射强度相同时，激光回波信号较强，可以用较小口径的光学透镜接收，此时对应的接收视场大，正好对应近距离目标的大张角视场。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对异轴配置的大视场激光三维探测系统中的接收光学系统在没有扫描光学振镜时如何保证覆盖很大的光学接收视场问题，提出一种新的接收光学视场拼接装置的技术方案。本实用新型可以充分利用不同焦距透镜在接收信号能力的差异和接收光学视场上的差别，并考虑不同距离目标回波散射信号的强度特征，利用所实用新型的光学视场拼接技术设计一种既能覆盖整个大视场扫描范围，又能使收集的不同距离回波信号强度比较均衡的光学接收系统。该光学视场拼接技术能够广泛应用于异轴配置的大视场激光三维测量系统。