[发明专利]一种三维固态面阵激光雷达及其测距方法

说明书

本发明提供了一种三维固态面阵激光雷达及其测距方法，能够基于固态面阵激光雷达实现远距离的精确测距。本发明的激光光源发出高能量激光，发射激光经过发射透镜聚焦后发射的视场角与接收透镜的接收视场角相等，使得本发明的激光雷达的测距光束能量集中，突破测量距离限制，实现了远距离测距；光电接收处理器上存在多个感光元件，可以同时接收经障碍物反射的调制光，处理得到多个点的相对距离，提高了测距的准确度和工作效率。本发明在三维固态面阵激光雷达实现远距离测距的基础上，增加红外LED光源的固态面阵雷达实现近距离大视场测距，能够实现远距离和近距离测距，适用不同的测量要求。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种三维固态面阵激光雷达及其测距方法。

背景技术

在深度成像设备中，TOF法(Time of flight，飞行时间)测距得到广泛的应用，TOF测距方法的原理为：光源驱动模块驱动光发射器发出光信号，该光信号在传播过程中遇到障碍物即被反射和散射，光接收器接收到反射或散射的光信号后，信号处理模块计算发射光和接收光的相位差并结合光速解算出设备到障碍物的距离。

现有的远距离(大于10m)测距采用单点扫描激光雷达来实现，利用窄视场激光测距机配以灵活的扫描装置，它一次可测量目标上一个点的距离，通过扫描装置，使扫描范围覆盖目标的所有待测部位，从而得到目标上各点的距离，再将这些距离数据以适当的顺序进行采集、存储和显示，就可得到目标的距离图像。但是其存在内置机械旋转部件、结构复杂、装调工作量大、体积大、成本高、帧频低以及分辨率低的问题。

固态面阵激光雷达结构简单、无机械旋转部件、分辨率高并且帧频高，但是现有的固态面阵激光雷达均采用红外LED光源，其发射视场角大，直线度和均匀性差，聚焦光路设计复杂，远距离后发射光信号变弱，限制了测量的距离范围，影响了测量的精度。另外，环境光中存在一定的与发射光波段接近的部分，会影响距离测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三维固态面阵激光雷达及其测距方法，能够基于固态面阵激光雷达实现远距离的精确测距。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明的一种三维固态面阵激光雷达，包括光源驱动模块、激光模块发射端、激光接收透镜和激光光电接收处理器；

所述光源驱动模块驱动所述激光模块发射端发射调制红外激光信号；

所述激光模块发射端的发射视场角与所述激光接收透镜的接收视场角相等，且小于20°；

所述激光接收透镜接收并聚焦反射或散射回的激光回波信号，将激光回波信号聚焦至激光光电接收处理器；

所述激光光电接收处理器位于激光接收透镜的焦平面上，对收到的信号进行解调，计算得到目标与激光光电接收处理器之间的相对距离。

进一步地，还包括红外LED光源、红外LED光接收透镜以及LED光电接收处理器；

其中激光模块发射端包括激光光源以及激光发射透镜；

所述光源驱动模块分时段驱动红外LED光源和激光光源；

所述红外LED光接收透镜与所述激光接收透镜的焦平面重合；

所述红外LED光接收透镜接收并聚焦反射或散射回的LED回波信号，将LED回波信号聚焦至LED光电接收处理器；

所述LED光电接收处理器位于所述红外LED光接收透镜的焦平面上。

其中，还包括信号处理模块；所述光电接收处理器将计算得到的相对距离发送到信号处理模块，信号处理模块通过非均匀性校正以及温度补偿对相对距离进行优化，输出优化后的相对距离。

其中，所述红外LED光源或激光光源以各自的光电接收处理器为中心，周向均匀排布。