一种抗干扰单线激光雷达的光学结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种抗干扰单线激光雷达的光学结构，属于激光测量技术领域。


背景技术：

2.通过激光雷达测距是目前比较普遍使用的测距方法，如使用单线激光雷达和多线激光雷达等。单线激光雷达通常使用两种光学结构，一种方式是收发同轴的结构，另外一种结构是收发不同轴。
3.所谓收发同轴即发光单元和受光单元处在同一轴线上，图1所示为一种常见的收发同轴的光路示意图。激光器1-1、准直透镜1-2和半反半透透镜1-3组成了发光单元，透镜1-4和传感器1-5组成了受光单元，1-6为目标。激光器1-1发射的激光被准直透镜1-2准直后，得到发散角度较小的激光束1-7，激光束经过半反半透镜1-3的时候部分激光穿透镜片照射在目标1-6上，另一部分则形成反射光1-8被反射到别处。经目标1-6反射的反射激光束1-9，一部分经过半反半透镜1-3反射进入到聚焦透镜1-4中，最终进入到传感器1-5中。反射激光束1-9的另一部分光直接穿透半反半透镜片1-3，即为透射光束1-10。通常我们把激光雷达中，除了目标反射回来的激光称为信号光外，其他的光，例如太阳光，光学系统元件表面反射的光都称之为干扰光，如反射光1-8和透射光束1-10，甚至是透镜1-4表面反射的光。这些光对于目标反射回来的信号光都是不良的影响，会导致整体的信噪比下降。因此收发同轴的结构有利于解决距盲区偏大的问题，能够减小整机的尺寸。但是这种光学结构也会导致受光单元受到发光单元的回光信号的影响，也就是干扰光会更大。
4.所谓收发不同轴，也就是发光单元与受光单元不在同一轴线上，如图2所示的光路示意图中，激光器2-1和准直透镜2-2组成发光单元，透镜2-3和传感器2-4组成受光单光，2-5为目标。激光器2-1发射的光被准直透镜2-2准直后得到发散角度较小的激光束2-6，被目标反射后的反射激光2-7进入到透镜2-3中，最终进入到传感器2-4中。这种方式接收和发射单元可以处在两个完全独立的空间里，接收单元受到发射单元的回光干扰的可能性小，即干扰光会比同轴的方式更小。但是这种装置的整体占用空间大，并且实际的测距盲区偏大，光学装调较困难。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种抗干扰单线激光雷达的光学结构，结构紧凑而且能减少干扰光对信号的影响，提高信噪比。
6.为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种抗干扰单线激光雷达的光学结构，包括激光器、第一透镜、由电机控制的旋转反射镜、中空的支架、安装在支架上的非球面透镜、传感器、内侧分别涂有吸光涂层的准直套筒和直角弯管，
8.所述非球面透镜的中心沿光轴方向开设有通孔，所述准直套筒同轴安装在通孔内，所述激光器和第一透镜由内而外依次安装在通孔内，
9.所述旋转反射镜的背面与电机转轴相连接，所述直角弯管的直角处开孔并固接在旋转反射镜的镜面上，所述直角弯管设置在非球面透镜的正前方，所述第一透镜的光轴、非球面透镜的光轴、电机转轴的轴线以及直角弯管的水平管的中轴线相互重合，所述传感器设置在非球面透镜的后面并位于非球面透镜的光轴上，
10.激光器发射的激光被第一透镜准直后得到准直光束，所述准直光束经旋转发射镜反射至周围的物体，从物体表面反射回来的激光束被旋转反射镜反射后进入非球面透镜中，非球面透镜将激光汇聚，穿过支架的中空部位最终进入传感器中。
11.进一步，所述支架的中部具有喇叭口形支撑面。
12.进一步，所述喇叭口形支撑面的内表面具有若干弧形凹槽。
13.进一步，所述直角弯管与旋转反射镜的镜面的夹角为45
°
。
14.本实用新型的工作原理是，由激光器与第一透镜组成的发光单元与非球面透镜同轴。激光器一般发散角度较大的激光，被第一透镜准直后，得到准直的激光束，经直角弯管的水平管内投射到旋转反射镜上，经旋转反射镜反射的激光束通过直角弯管的竖向管投射到物体表面，经物体表面反射回来的激光束，被旋转反射镜反射进入非球面透镜中，非球面透镜将激光汇聚，最终进入到传感器中。传感器能够将光信号转化为电流信号输出，最终电信号输入cpu中，根据光时间飞行法，计算出周围物体的距离，因旋转反射镜在电机驱动下可以进行360
°
的旋转，从而使得发射的激光能对周围的物体进行照射，从而完成对周围环境的扫描。
15.为了探测到目标反射回来的微弱激光，需要使用灵敏度比较高的传感器，它对目标反射回来的光信号的探测本领比较强。但是，这意味着干扰光对该传感器影响也是比较严重的。同时由于本装置采用收发同轴的工作方式，因此对干扰光的抑制就更为重要。支架、内侧分别涂有吸光涂层的准直套筒和直角弯管，既是结构支撑部件，也是干扰光抑制部件，能够吸收大部分传输到准直套筒内侧和直角弯管内壁上的光，通过这两个部件的作用，能够抑制由于激光器发散角度较大和光学部件反射的干扰光，从而减少极大部分的干扰光影响到传感器，减少干扰光对信号的影响，提高信噪比。支架的内表面的弧形凹槽能够使到达该面的干扰光经过多次反射，大部分被吸收或者反射出去，从而达到抑制外界干扰光的作用。
16.综上，与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
17.1、本实用新型通过中心开孔的非球面透镜、孔内放置的准直套筒、准直套筒内的激光器及第一透镜，与旋转平面镜及直角弯管共同构成同轴收发结构。能够通过涂敷有吸光涂层准直套筒和直角弯管以及支架内表面的弧形凹槽吸收干扰光，有效抑制干扰光对接收传感器的影响，提高信噪比。
18.2、本实用新型相比于现有的收发同轴结构，其设计结构紧凑更加节约空间。
19.3、本实用新型光路简单，装调方便，容易实现量产并推广利用。
附图说明
20.图1为现有技术的收发同轴的光路示意图；
21.图2为现有技术的收发不同轴的光路示意图；
22.图3为本实用新型一实施例的结构示意图；
23.图4为本实用新型工作过程状态下干扰光的光路示意图；
24.图5为本实用新型所涉及的旋转平面及电机的连接示意图；
25.图6为本实用新型所涉及的支架的结构示意图；
26.图7为本实用新型所涉及的支架的局部放大示意图。
具体实施方式
27.以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。根据下面的说明，本实用新型的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本实用新型的优选实施例，而不是全部的实施例。
28.结合图1所示同时参考图6和图7，一种抗干扰单线激光雷达的光学结构，包括激光器1、第一透镜2、由电机15控制的旋转反射镜3、中空的支架7、安装在支架7上的非球面透镜4、传感器5、内侧分别涂有吸光涂层的准直套筒6和直角弯管10。所述非球面透镜4的中心沿光轴方向开设有通孔4a，所述准直套筒6同轴安装在通孔4a内，所述激光器1和第一透镜2由内而外依次安装在通孔4a内。所述支架7的中部具有喇叭口形支撑面7-1。
29.同时结合图5，所述旋转反射镜3的背面与电机转轴15a相连接，所述直角弯管10的直角处开孔并固接在旋转反射镜3的镜面上，所述直角弯管10与旋转反射镜3的镜面的夹角为45。所述直角弯管10设置在非球面透镜4的正前方，所述第一透镜2的光轴、非球面透镜4的光轴、电机转轴15a的轴线以及直角弯管10的水平管的中轴线相互重合，所述传感器5设置在非球面透镜4的后面并位于非球面透镜4的光轴上。
30.激光器1发射的激光被第一透镜2准直后得到准直光束8，所述准直光束8经旋转发射镜3反射至周围的物体，从物体表面反射回来的激光束9被旋转反射镜3反射后进入非球面透镜4中，非球面透镜4将激光汇聚，穿过支架7的中空部位最终进入传感器5中。
31.请结合图4所示，支架、内侧分别涂有吸光涂层的准直套筒6和直角弯管10，既是结构支撑部件，也是干扰光抑制部件，能够吸收大部分传输到准直套筒内侧和直角弯管内壁上的光，通过这两个部件的作用，能够抑制由于激光器发散角度较大和光学部件反射的干扰光，从而减少极大部分的干扰光影响到传感器，减少干扰光对信号的影响，提高信噪比。参考图7所示，支架的内表面的弧形凹槽7-2能够使到达该面的干扰光经过多次反射，大部分被吸收或者反射出去，从而达到抑制外界干扰光的作用。
32.继续参考图4，激光器1发射的激光发散角度比较大，被第一透镜反射的第一光线11和没有被透镜2有效准直的第二光线12会落在准直套筒6的内测，经过多次折射后在准直套筒内部被吸收消耗。准直激光束8虽然已经被有效准直，但是仍然具有一定的发散角度，例如第三光线13，因此同样会有部分光落在直角弯管10的内侧，同时也会有部分光被旋转反射镜3反射落在直角弯管的竖向管的内侧，这些干扰光在弯管的内测经过多次折射，最终在直角弯管内部消耗掉。
33.以上所述，仅是本实用新型优选实施例的描述说明，并非对本实用新型保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。