(57)【要約】  本発明は、分光装置（１２０、２２０、４２０、５２０）により第一レーザビーム（１１０ａ、５１０ａ）を複数の第二レーザビーム（１２０ｂ、５２０ｂ）に分割し、１つのレーザー（１０、５１０、５１１、５１２、６１１）により複数の第二レーザビーム（１２０ｂ、５２０ｂ）を取得することができ、それによりレーザー（１０、５１０、５１１、５１２、６１１）の数量を大量に減少させ、かつ前記レーザレーダのコスト及び取付けの難易度を低減することができるレーザレーダ及びその作動方法を提供する。前記レーザレーダは、高い画角と角分解能を有し、且つコストが多くかからないという利点を有している。
2021510814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一レーザビームを形成する発射装置と、
第一レーザビームを異なる方向に伝播する複数の第二レーザビームに分割する分光装置であって、少なくとも一部分の前記第二レーザビームが被探知目標に反射されることによりエコービームを形成する分光装置と、
前記エコービームを受信する受信装置とを含むことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項２】
前記分光装置は光軸を有し、前記光軸に垂直な平面は目標平面であり、
前記分光装置は、前記複数の第二レーザビームが前記目標平面に形成したスポットを疎密の状態に分布させることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
【請求項３】
前記目標平面において、前記第二レーザビームが形成したスポットは前記光軸から離れる方向に向かって分布密度が漸減することを特徴とする請求項２に記載のレーザレーダ。
【請求項４】
前記分光装置は光軸に平行な調節軸を有し、前記分光装置は前記調節軸を回転軸として回転することにより前記複数の第二レーザビームの伝播方向を変更することを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
【請求項５】
前記分光装置はグレーティング又は光ファイバビームスプリッダであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザレーダ。
【請求項６】
前記分光装置はダンマングレーティングであることを特徴とする請求項５に記載のレーザレーダ。
【請求項７】
前記分光装置は一次元グレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、
前記第一グレーティング周期はｄであり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置はｍ×１に分割するグレーティングとし、ｍは前記第一方向に沿うレーザビームの分割数である場合、
前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する角度は
2021510814.tif 000023
より小さく、その式においてαは既定の画角であることを特徴とする請求項４に記載のレーザレーダ。
【請求項８】
前記分光装置の第一グレーティング周期は４７μｍ〜５７μｍの範囲内にあり、前記第一レーザビームの波長は８９５ｎｍ〜９１５ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項７に記載のレーザレーダ。
【請求項９】
前記分光装置は二次元グレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期及び第二方向に沿う第二グレーティング周期を有し、前記第一方向と第二方向は垂直であり、
前記第一グレーティング周期はｄ1であり、前記第二グレーティング周期はｄ2であり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置はｍ×ｎに分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に形成された第二レーザビームの数量であり、ｎは前記第二方向に形成された第二レーザビームの数量である場合、
前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する角度は
2021510814.tif 000024
の範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載のレーザレーダ。
【請求項１０】
前記分光装置の第一グレーティング周期は４７μｍ〜５７μｍの範囲内にあり、前記第一レーザビームの波長は８９５ｎｍ〜９１５ｎｍの範囲内にあり、前記第二グレーティング周期は４７μｍ〜５７μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項９に記載のレーザレーダ。
【請求項１１】
前記発射装置は前記第一レーザビームの伝播方向と交差する走査回転軸を有し、前記発射装置は前記走査回転軸を回転軸として回転し、
前記分光装置の光軸と前記走査回転軸との間の夾角は０°より大きく、且つ９０°小さいか或いは等しいことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
【請求項１２】
前記分光装置は光軸に垂直な少なくとも１つの分光方向を有し、前記分光方向と前記光軸が位置している平面は分光平面であり、
前記複数の第二レーザビームが少なくとも１つの前記分光平面に形成する投影は相互にずれており、
前記分光方向と前記走査回転軸との間の夾角は０°より大きいか或いは等しく、且つ９０°より小さいことを特徴とする請求項１１に記載のレーザレーダ。
【請求項１３】
前記分光装置はグレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、
前記分光方向は前記第一方向であることを特徴とする請求項１２に記載のレーザレーダ。
【請求項１４】
前記第二レーザビームを反射する第一反射面を含むガルバノミラーを更に含み、
前記ガルバノミラーは振動回転軸を有し、前記ガルバノミラーは前記振動回転軸を回転軸として回転し、前記振動回転軸と前記第一反射面の法線との間の夾角はゼロより大きいことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
【請求項１５】
前記分光装置は一次元グレーティングであり、前記複数の第二レーザビームは同一の平面に位置し、
前記第一反射面に投射される複数の第二レーザビームが位置している平面は伝播平面であり、前記第一反射面と伝播平面は交線を有し、前記振動回転軸と前記交線との間の夾角は０°より大きいことを特徴とする請求項１４に記載のレーザレーダ。
【請求項１６】
前記発射装置は前記第一レーザビームの伝播方向と交差する走査回転軸を有し、前記発射装置は前記走査回転軸を回転軸として回転し、
前記振動回転軸と前記走査回転軸との間の夾角は０°より大きいことを特徴とする請求項１４に記載のレーザレーダ。
【請求項１７】
複数の第二レーザビームに対してコリメート処理を行うことにより複数の第二レーザビームの伝播方向を平行にするコリメートレンズと、
コリメート処理がされた第二レーザビームを前記ガルバノミラーの第一反射面に集光させる合焦レンズとを更に含む、ことを特徴とする請求項１４に記載のレーザレーダ。
【請求項１８】
少なくとも一部分の前記第二レーザビームを透過させて前記ガルバノミラーの第一反射面に入射させる半透過半反射ミラーを更に含み、
前記半透過半反射ミラーはガルバノミラーに反射されたエコービームを前記受信装置に反射する第二反射面を含むことを特徴とする請求項１４に記載のレーザレーダ。
【請求項１９】
前記半透過半反射ミラーから出射するエコービームを前記受信装置に集光させる受信収束レンズを更に含み、前記受信装置と受信収束レンズの焦点との間の距離は受信収束レンズの焦点深度の半分より小さいことを特徴とする請求項１８に記載のレーザレーダ。
【請求項２０】
前記発射装置は伝播方向が異なっている複数の第一レーザビームを同時に形成することを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
【請求項２１】
前記発射装置は出光方向が少なくとも２つずつ交差する複数のレーザーを含むことを特徴とする請求項２０に記載のレーザレーダ。
【請求項２２】
前記発射装置は、出光方向が相互に平行である複数のレーザーと、複数のレーザーが形成する第一レーザビームを前記分光装置に集光させる収束レンズとを含み、
前記分光装置から前記収束レンズの焦点平面までの距離は収束レンズの焦点深度の半分より小さいことを特徴とする請求項２０に記載のレーザレーダ。
【請求項２３】
第一レーザビームを形成する発射装置と、第一レーザビームを異なる方向に伝播する複数の第二レーザビームに分割する分光装置であって、前記第二レーザビームが被探知目標に反射されることによりエコービームを形成する分光装置と、前記エコービームを受信する受信装置とを含むレーザレーダを提供することと、
前記発射装置により第一レーザビームを形成し、前記第一レーザビームを前記分光装置により伝播方向が異なっている複数の第二レーザビームに分割することと、
前記第二レーザビームの少なくとも一部分が前記被探知目標に反射されることによりエコービームを形成することと、
前記受信装置により前記エコービームを受信することとを含むことを特徴とするレーザレーダの作動方法。
【請求項２４】
前記分光装置は光軸に平行な調節軸を有し、前記分光装置は前記調節軸を回転軸として回転し、
前記発射装置により第一レーザビームを形成し、前記分光装置により前記第一レーザビームを前記複数の第二レーザビームに分割した後、既定の分解能により前記分光装置を回転させることを特徴とする請求項２３に記載レーザレーダの作動方法。
【請求項２５】
前記分光装置は一次元グレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、
前記第一グレーティング周期はｄであり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置はｍ×１に分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に沿うレーザビームの分割数である場合
前記調節軸を回転軸として前記分光装置を回転させる過程において、前記分光装置の回転角度は
2021510814.tif 000025
より小さく、その式においてαは既定の画角であることを特徴とする請求項２４に記載のレーザレーダの作動方法。
【請求項２６】
前記分光装置は二次元グレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期及び第二方向に沿う第二グレーティング周期を有し、前記第一方向と第二方向は垂直であり、
前記第一グレーティング周期はｄ1であり、前記第二グレーティング周期はｄ2であり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置はｍ×ｎに分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に沿って形成された第二レーザビームの数量であり、ｎは前記第二方向に沿って形成された第二レーザビームの数量である場合、
前記調節軸を回転軸として前記分光装置を回転させる過程において、前記分光装置の回転角度の範囲は
2021510814.tif 000026
であることを特徴とする請求項２４に記載のレーザレーダの作動方法。
【請求項２７】
前記レーザレーダは前記第二レーザビームを反射する第一反射面を含むガルバノミラーを更に含み、前記ガルバノミラーは振動回転軸を有し、前記ガルバノミラーは前記振動回転軸を回転軸として回転し、前記振動回転軸と前記第一反射面の法線との間の夾角はゼロより大きく、
前記発射装置により第一レーザビームを形成し、前記分光装置により前記第一レーザビームを前記複数の第二レーザビームに分割した後、前記ガルバノミラーを回転させることによりガルバノミラーに反射された第二レーザビームの伝播方向を変更することを特徴とする請求項２３に記載のレーザレーダの作動方法。
【請求項２８】
前記分光装置はグレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、前記ガルバノミラーに反射された第二レーザビームの間の第一方向に沿う最小角はθ1であり、前記走査回転軸は前記第一方向に垂直であり、
前記ガルバノミラーを回転させる過程において、ガルバノミラーの回転角度をθ1／２より大きくするか或いは等しくすることを特徴とする請求項２７に記載のレーザレーダの作動方法。
【請求項２９】
前記発射装置は伝播方向が異なっている複数の第一レーザビームを同時に形成し、前記発射装置は複数のレーザーを含み、
前記発射装置により第一レーザビームを形成する工程は、既定の分解能により少なくとも１つのレーザーを起動させることにより少なくとも一つの第一レーザビームを形成することを含むことを特徴とする請求項２３に記載のレーザレーダの作動方法。
【請求項３０】
前記受信装置は複数の探知機を含み、各探知機は対応する第二レーザビームが被探知目標により反射されてくるエコービームをそれぞれ受信し、
前記受信装置により前記エコービームを受信する過程は、前記複数の探知機により前記エコービームを同時に受信するか或いは前記複数の探知機により対応するエコービームを順次に受信することを含むことを特徴とする請求項２３に記載のレーザレーダの作動方法。
【請求項３１】
前記分光装置はダンマングレーティングであることを特徴とする請求項２３に記載のレーザレーダの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、２０１８年１月１５日に中国専利局に提出され、出願番号が２０１８１００３６２３５．４であり、発明の名称が「レーザレーダ及びその作動方法」である中国特許出願と、２０１８年１月１７日に中国専利局に提出され、出願番号が２０１８１００４５７５４．７であり、発明の名称が「レーザレーダ及びその作動方法」である中国特許出願と、２０１８年１月１７日に中国専利局に提出され、出願番号が２０１８１００４５７０３．４で、発明の名称が「レーザレーダ及びその作動方法」である中国特許出願との優先権を主張し、それらの全文の内容は援用により本出願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、光電探知分野に関し、特に、レーザレーダ及びその作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
レーザレーダは、常用されている測距センサであり、探知距離が遠く、分解能が高く、環境から受ける干渉が小さいという特徴等を有しており、インテリジェントロボット、ドローン、無人運転等の分野に広く用いられている。レーザレーダの作動原理とマイクロ波レーダの作動原理は類似し、いずれもレーダと目標との間における光波の往復にかかる時間により距離の大きさを評価することである。
【０００４】
最初のレーザレーダは、単一レーザレーダであり、１つのレーザーと１つの探知機のみを備えているので、その走査の範囲が限定され、目標の検出漏れが発生しやすい。単一レーザレーダの欠点を補うため、多重レーザレーダはますます研究と商用の焦点になっている。多重レーザレーダは複数のレーザーとそれに対応する探知機を垂直方向に配列することにより垂直方向の探知範囲を増加させる。
【０００５】
しかしながら、従来の多重レーダは、コストが多くかかり、且つ取付けの難易度が大きいという欠点を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、レーザレーダ装置のコストを低減し、且つ取付けが簡単であるレーザレーダ及びその作動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においてレーザレーダを提供する。前記レーザレーダは、発射装置、分光装置および受信装置を含む。前記発射装置は第一レーザビームを形成する。前記分光装置は、第一レーザビームを異なる方向に伝播する複数の第二レーザビームに分割し、前記第二レーザビームの少なくとも一部分が被探知目標に反射されることによりエコービームを形成する。前記受信装置は前記エコービームを受信する。
【０００８】
本発明の実施例において、前記分光装置は光軸を有し、前記光軸に垂直な平面は目標平面であり、前記分光装置は前記複数の第二レーザビームが前記目標平面に形成したスポットを疎密の状態に分布させる。
【０００９】
本発明の実施例において、前記目標平面において、前記第二レーザビームが形成したスポットは前記光軸から離れる方向に向かって分布密度が漸減する。
【００１０】
本発明の実施例において、前記分光装置は光軸に平行な調節軸を有し、前記分光装置は前記調節軸を回転軸として回転することにより前記複数の第二レーザビームの伝播方向を変更する。
【００１１】
本発明の実施例において、前記分光装置はグレーティング又は光ファイバビームスプリッダである。
【００１２】
本発明の実施例において、前記分光装置はダンマングレーティングである。
【００１３】
本発明の実施例において、前記分光装置は一次元グレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、前記第一グレーティング周期はｄであり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置はｍ×１に分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に沿うレーザビームの分割数である場合、前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する角度は
2021510814.tif 000003
より小さく、その式においてαは既定の画角である。
【００１４】
本発明の実施例において、前記分光装置の第一グレーティング周期は４７μｍ〜５７μｍの範囲内にあり、前記第一レーザビームの波長は８９５ｎｍ〜９１５ｎｍの範囲内にある。
【００１５】
本発明の実施例において、前記分光装置は二次元グレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期及び第二方向に沿う第二グレーティング周期を有し、前記第一方向と第二方向は垂直であり、前記第一グレーティング周期はｄ1であり、前記第二グレーティング周期はｄ2であり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置はｍ×ｎに分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に形成された第二レーザビームの数量であり、ｎは前記第二方向に形成された第二レーザビームの数量である場合、前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する角度は
2021510814.tif 000004
の範囲内にある。
【００１６】
本発明の実施例において、前記分光装置の第一グレーティング周期は４７μｍ〜５７μｍの範囲内にあり、前記第一レーザビームの波長は８９５ｎｍ〜９１５ｎｍの範囲内にあり、前記第二グレーティング周期は４７μｍ〜５７μｍの範囲内にある。
【００１７】
本発明の実施例において、前記発射装置は前記第一レーザビームの伝播方向と交差する走査回転軸を有し、前記発射装置は前記走査回転軸を回転軸として回転し、前記分光装置の光軸と前記走査回転軸との間の夾角は０°より大きく、且つ９０°より小さいか或いは等しい。
【００１８】
本発明の実施例において、前記分光装置は光軸に垂直な少なくとも１つの分光方向を有し、前記分光方向と前記光軸が位置している平面は分光平面であり、前記複数の第二レーザビームが少なくとも１つの前記分光平面に形成する投影は相互にずれており、前記分光方向と前記走査回転軸との間の夾角は０°より大きいか或いは等しく、且つ９０°より小さい。
【００１９】
本発明の実施例において、前記分光装置はグレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、前記分光方向は前記第一方向である。
【００２０】
本発明の実施例において、前記レーザレーダは前記第二レーザビームを反射する第一反射面を含むガルバノミラーを更に含み、前記ガルバノミラーは振動回転軸を有し、前記ガルバノミラーは前記振動回転軸を回転軸として回転し、前記振動回転軸と前記第一反射面の法線との間の夾角はゼロより大きい。
【００２１】
本発明の実施例において、前記分光装置は一次元グレーティングであり、前記複数の第二レーザビームは同一の平面に位置し、前記第一反射面に投射される複数の第二レーザビームが位置している平面は伝播平面であり、前記第一反射面と伝播平面は交線を有し、前記振動回転軸と前記交線との間の夾角は０°より大きい。
【００２２】
本発明の実施例において、前記発射装置は前記第一レーザビームの伝播方向と交差する走査回転軸を有し、前記発射装置は前記走査回転軸を回転軸として回転し、前記振動回転軸と前記走査回転軸との間の夾角は０°より大きい。
【００２３】
本発明の実施例において、前記レーザレーダは、複数の第二レーザビームに対してコリメート処理を行うことにより複数の第二レーザビームの伝播方向を平行にするコリメートレンズと、コリメート処理がされた第二レーザビームを前記ガルバノミラーの第一反射面に集光させる合焦レンズとを更に含む。
【００２４】
本発明の実施例において、前記レーザレーダは少なくとも一部分の前記第二レーザビームを透過させて前記ガルバノミラーの第一反射面に入射させる半透過半反射ミラーを更に含み、前記半透過半反射ミラーはガルバノミラーにより反射されたエコービームを前記受信装置に反射する第二反射面を含む。
【００２５】
本発明の実施例において、前記レーザレーダは前記半透過半反射ミラーから出射するエコービームを前記受信装置に集光させるの受信収束レンズを更に含み、前記受信装置と受信収束レンズの焦点との間の距離は受信収束レンズの焦点深度の半分より小さい。
【００２６】
本発明の実施例において、前記発射装置は伝播方向が異なっている複数の第一レーザビームを同時に形成する。
【００２７】
本発明の実施例において、前記発射装置は出光方向が少なくとも２つずつ交差する複数のレーザーを含む。
【００２８】
本発明の実施例において、前記発射装置は、出光方向が相互に平行である複数のレーザーと、複数のレーザーを形成する第一レーザビームを前記分光装置に集光させる収束レンズとを含み、前記分光装置から前記収束レンズの焦点平面までの距離は収束レンズの焦点深度の半分より小さい。
【００２９】
本発明において、前記レーザレーダに対応するレーザレーダの作動方法を更に提供する。前記レーザレーダの作動方法は、第一レーザビームを形成する発射装置と、第一レーザビームを異なる方向に伝播する複数の第二レーザビームに分割する分光装置であって、前記第二レーザビームが被探知目標に反射されることによりエコービームを形成する分光装置と、前記エコービームを受信する受信装置とを含むレーザレーダを提供することと、前記発射装置により第一レーザビームを形成し、前記第一レーザビームを前記分光装置により伝播方向が異なっている複数の第二レーザビームに分割することと、前記第二レーザビームの少なくとも一部分が前記被探知目標に反射されることによりエコービームを形成することと、前記受信装置により前記エコービームを受信することとを含む。
【００３０】
本発明の実施例において、前記分光装置は光軸に平行な調節軸を有し、前記分光装置は前記調節軸を回転軸として回転する。前記レーザレーダの作動方法において、前記発射装置により第一レーザビームを形成し、前記分光装置により前記第一レーザビームを前記複数の第二レーザビームに分割した後、既定の分解能により前記分光装置を回転させる。
【００３１】
本発明の実施例において、前記分光装置は一次元グレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、前記第一グレーティング周期はｄであり、前記第一レーザビームの波長はλとであり、前記分光装置はｍ×１に分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に沿うレーザビームの分割数である場合、前記調節軸を回転軸として前記分光装置を回転させる過程において、前記分光装置の回転角度は
2021510814.tif 000005
より小さく、その式においてαは既定の画角である。
【００３２】
本発明の実施例において、前記分光装置は二次元グレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期及び第二方向に沿う第二グレーティング周期を有し、前記第一方向と第二方向は垂直であり、前記第一グレーティング周期はｄ1であり、前記第二グレーティング周期はｄ2であり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置はｍ×ｎに分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に形成された第二レーザビームの数量であり、ｎは前記第二方向に形成された第二レーザビームの数量である場合、前記調節軸を回転軸として前記分光装置を回転させる過程において、前記分光装置の回転角度の範囲は
2021510814.tif 000006
である。
【００３３】
本発明の実施例において、前記レーザレーダは前記第二レーザビームを反射する第一反射面を含むガルバノミラーを更に含み、前記ガルバノミラーは振動回転軸を有し、前記ガルバノミラーは前記振動回転軸を回転軸として回転し、前記振動回転軸と前記第一反射面の法線との間の夾角はゼロより大きく、前記発射装置により第一レーザビームを形成し、前記分光装置により前記第一レーザビームを前記複数の第二レーザビームに分割した後、前記ガルバノミラーを回転させることによりガルバノミラーに反射された第二レーザビームの伝播方向を変更する。
【００３４】
本発明の実施例において、前記分光装置はグレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、前記ガルバノミラーに反射された第二レーザビームの間の第一方向に沿う最小角はθ1であり、前記走査回転軸は前記第一方向に垂直であり、前記ガルバノミラーを回転させる過程において、ガルバノミラーの回転角度をθ1／２より大きくするか或いは等しくする。
【００３５】
本発明の実施例において、前記発射装置は伝播方向が異なっている複数の第一レーザビームを同時に形成し、前記発射装置は複数のレーザーを含み、前記発射装置により第一レーザビームを形成する工程は、既定の分解能により少なくとも１つのレーザーを起動させることにより少なくとも１つの第一レーザビームを形成することを含む。
【００３６】
本発明の実施例において、前記受信装置は複数の探知機を含み、各探知機は対応する第二レーザビームが被探知目標に反射されたエコービームをそれぞれ受信し、前記受信装置により前記エコービームを受信する過程は、前記複数の探知機が前記エコービームを同時に受信するか或いは前記複数の探知機が対応するエコービームを順次に受信することを含む。
【００３７】
本発明の実施例において、前記分光装置はダンマングレーティングである。
【００３８】
従来の技術と比較してみると、本発明の技術方案により下記の発明の効果を獲得することができる。
本発明の実施例に係るレーザレーダは分光装置を含み、前記分光装置は前記第一レーザビームを異なる方向に伝播する複数の第二レーザビームに分割することができる。異なる方向に伝播する第二レーザビームによりいろいろな方位の被探知目標を検出することができ、それにより前記レーザレーダの画角と角分解能を増加させることができる。分光装置により第一レーザビームを複数の第二レーザビームに分割し、１つのレーザーにより複数の第二レーザビームを取得することができ、それによりレーザーの数量を大量に減少させ、かつ前記レーザレーダのコスト及び取付けの難易度を低減することができる。前記レーザレーダは、高い画角と角分解能を有し、且つコストが多くかからないという利点を有している。
【００３９】
本発明の任意の実施例において、前記分光装置により前記複数の第二レーザビームは前記光軸に垂直な平面において疎密の状態で分布している。それにより、前記第二レーザビームの数量を増加させず、前記光軸に垂直な一部の平面の角分解能を効果的に向上させることができ、前記複数の第二レーザビームの利用率の向上に寄与し、高角分解能と低コストを同時に獲得することができる。
【００４０】
本発明の任意の実施例において、前記光軸に垂直な平面において、前記分光装置により前記複数の第二レーザビームの分布密度は前記光軸から離れる方向に向かって漸減する。前記光軸が水平面に平行である時、前記複数の第二レーザビームが疎密の状態に分布することにより、より多くの第二レーザビームは水平線に集中させ、地面に近接させることができる。それにより車両走行路線中の障害物の位置に対応する前記レーザレーダは高い角分解能を有し、前記レーザレーダにより障害物を認識する認識の正確性を効果的に向上させ、前記レーザレーダを車両に用いる将来性を広げることができる。
【００４１】
本発明の任意の実施例において、前記分光装置は光軸に平行な調節軸を有し、前記分光装置は前記調節軸を回転軸として回転することにより前記複数の第二レーザビームの伝播方向を変更する。前記分光装置の回転により前記複数の第二レーザビームの伝播方向を変更し、前記レーザレーダの垂直角分解能を調節する目的を達成することができる。また、分光装置の回転により垂直方向において一部分が重なっている第二レーザビームの位置をずらし、それにより垂直角分解能を大きくする目的を達成することができる。したがって、前記分光装置を回転可能に取り付けることにより、いろいろな環境における前記レーザレーダの高角分解能と大画角との間のバランスをとることができ、前記レーザレーダの探知精度と正確性の向上に寄与することができる。
【００４２】
本発明の任意の実施例において、前記分光装置はグレーティング又は光ファイバビームスプリッダである。前記分光装置としてグレーティングを用いる場合、前記分光装置により分光機能を実現し、レーザーの数量を減少させ、かつ前記第二レーザビームを疎密の状態に非均一に分布させることもでき、低コスト、高角分解能及び大画角を同時に獲得し、コスト制御と性能改良を同時に実現することができる。
【００４３】
本発明の任意の実施例において、前記分光装置はダンマングレーティングである。ダンマングレーティングは１つのビームを強度が同一である複数のビームに分割することができる回折光学素子である。したがって、前記分光装置としてダンマングレーティングを用いる場合、前記複数の第二レーザビームの光強度の均一性を効果的に向上させることができ、前記複数の第二レーザビームのうちあるビームの光強度が小さすぎることにより探知機に検出されにくいことを回避することができ、前記複数の第二レーザビームの探知距離を効果的に確保することができ、前記受信装置により前記エコービームを検出する成功率を確保することができ、前記レーザレーダの探知距離の向上に寄与し、高垂直角分解能と大探知距離を同時に実現し、前記レーザレーダにより被探知目標を検出する検出の精度と正確性を向上させることができる。
【００４４】
本発明の任意の実施例において、前記分光装置は一次元グレーティングであり、前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する角度は
2021510814.tif 000007
より小さい。前記分光装置の回転角度を適合に設定することにより、画角を既定の画角αより大きくすることができ、レーザレーダが高い角分解能と大きい画角を有することを確保することができる。
【００４５】
本発明の任意の実施例において、前記分光装置は二次元グレーティングであり、前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する角度の範囲は
2021510814.tif 000008
である。前記分光装置の回転角度を適合に設定することにより、レーザレーダの角分解能を大きくし、かつ隣接している第二レーザビームの間の夾角を等しくすることもでき、第二レーザビームの分布の均一性を向上させ、レーザレーダの性能改良に寄与することができる。
【００４６】
本発明の任意の実施例において、前記発射装置は走査回転軸を有し、前記発射装置は前記走査回転軸を回転軸として回転する。前記走査回転軸の延伸方向と前記分光装置の光軸方向との間の夾角は０°より大きく、且つ９０°より小さいか或いは等しい。前記発射装置の回転により、前記レーザレーダの走査範囲を効果的に拡大し、レーザレーダの探知能力の改良と探知範囲の拡大に寄与することができる。
【００４７】
本発明の任意の実施例において、前記分光装置はグレーティングであり、前記分光装置は光軸に垂直な少なくとも１つの分光方向を有し、前記分光方向と前記光軸が位置している平面は分光平面であり、前記複数の第二レーザビームにより少なくとも１つの前記分光平面に形成される投影は相互にずれており、前記分光方向と前記走査回転軸との間の夾角は０°より大きいか或いは等しく、且つ９０°より小さい。前記分光方向と前記走査回転軸との間の夾角を０°より大きいか或いは等しく、且つ９０°より小さくすることにより、前記第二レーザビームを走査回転軸の方向において最大限にずらすことができ、それにより第二レーザビームの数量が限定されている前提において、走査回転軸の方向に沿う角分解能を向上させる目的を達成することができる。
【００４８】
本発明の任意の実施例において、前記レーザレーダは前記振動回転軸を回転軸として回転するガルバノミラーを更に含み、前記ガルバノミラーは前記第二レーザビームを反射する第一反射面を有する。前記ガルバノミラーが前記振動回転軸を回転軸として回転することにより前記第一反射面により反射された第二レーザビームの伝播方向を変更することができ、それにより前記第二レーザビームの走査範囲を大きくし、レーザレーダの画角を大きくすることができる。また、前記ガルバノミラーが回転する場合、回転前の第二レーザビームの間の最小角の範囲がいずれも走査されることができれば、取得される画角は第二レーザビームの間の最大角の範囲に達することができる。したがって、前記ガルバノミラーと分光装置を組み合わせることにより、小さいガルバノミラーの回転角度により大きい画角を取得することができる。したがって、画角の要求が同様である場合、ガルバノミラーの回転角度を効果的に小さくし、ガルバノミラーの回転周期を小さくし、レーザレーダの走査フレームレートの向上に寄与することができる。
【００４９】
本発明の任意の実施例において、前記分光装置は二次元グレーティングである。二次元グレーティングと前記ガルバノミラーを組み合わせて使用することにより、前記複数の第二レーザビームの伝播範囲を効果的に拡大し、レーザレーダの各方向に沿う角分解能と画角の増加に寄与することができる。
【００５０】
本発明の任意の実施例において、前記レーザレーダはエコービームと第二レーザビームを分離させる半透過半反射ミラーを更に含む。それにより、第二レーザビームが受信装置に与える干渉を防止し、第二レーザビームが検出結果に与える影響を低減し、前記レーザレーダの精度を向上させることができる。また、前記半透過半反射ミラーにより光路の重畳を実現することができ、それにより前記レーザレーダの光路を短くし、光学システムの体積を効果的に小さくし、前記レーザレーダの体積を小さくすることに寄与することができる。
【００５１】
本発明の任意の実施例において、前記発射装置は伝播方向が異なっている第一レーザビームを同時に形成する。前記分光装置は、各第一レーザビームを複数の第二レーザビームに分割することができる。したがって、伝播方向が異なっている複数の第一レーザビームを形成することにより第二レーザビームの数量は増加することができ、且つ伝播方向が異なっている第一レーザビームにより形成される第二レーザビームの伝播方向はいずれも異なっており、それによりレーザレーダの角分解能を更に増加させることができる。
【００５２】
本発明の任意の実施例において、前記発射装置は出光方向が相互に平行である複数のレーザー及び収束レンズを含み、前記収束レンズは複数のレーザーが形成する第一レーザビームを前記分光装置に集光させる。前記収束レンズは出光方向が同じである複数のレーザーが前記分光装置に集光する第一レーザビームを形成するようにする。それにより、前記複数のレーザーの取付けの難易度を低減し、かつ伝播方向が異なっている複数の第一レーザビームを形成こともできる。それにより前記複数のレーザーの取付けの難易度を効果的に低減し、取付けコストの低下に寄与し、前記第一レーザビームの光路の正確性を効果的に向上させ、前記レーザレーダの探知正確性と探知精度の向上に寄与することができる。
【００５３】
本発明の実施例に係るレーザレーダの作動方法において、前記分光装置により第一レーザビームを複数の第二レーザビームに分割し、１つのレーザーにより複数の第二レーザビームを取得することができる。それによりレーザーの数量を大量に減少させ、かつ前記レーザレーダのコスト及び取付けの難易度を低減することができる。前記レーザレーダは、高い画角と角分解能を有し、且つコストが多くかからないという利点を有している。
【００５４】
本発明の任意の実施例において、前記複数の第二レーザビームを形成した後、既定の垂直分解能により前記分光装置を回転させることにより前記複数の第二レーザビームの伝播方向を変更する。前記分光装置の回転により前記複数の第二レーザビームの伝播方向を変更し、前記レーザレーダの垂直角分解能を調節する目的を達成することができ、いろいろな環境における前記レーザレーダの高角分解能と大画角のバランスをとり、前記レーザレーダの探知精度と正確性の向上に寄与することができる。
【００５５】
本発明の任意の実施例において、前記発射装置は複数のレーザーを有する。したがって、前記発射装置により第一レーザビームを形成する工程において、既定の垂直分解能により少なくとも１つのレーザーを起動させることにより少なくとも１つの第一レーザビームを形成することができる。前記レーザレーダのエネルギーの消費は起動するレーザーの数量に係っているので、起動するレーザーの数量を低減することにより、前記レーザレーダのエネルギーの消費を低減し、それにより角分解能とエネルギー節約を同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】多重レーザレーダのレーザーの構造を示す図である。
【図２】本発明の第一実施例に係るレーザレーダの構造を示す斜視図である。
【図３】図２の実施例に係るレーザレーダの発射部分の光路を示す図である。
【図４】図２の実施例に係るレーザレーダの受信部分の光路を示す図である。
【図５】本発明の第二実施例に係るレーザレーダの一部分の構造を示す図である。
【図６】前記第一方向とｙ正方向との間の夾角が０である時、図５にレーザレーダが目標平面に形成したスポットを示す図である。
【図７】前記第一方向とｙ方向との間の鋭角がφである時、図５のレーザレーダが目標平面に形成したスポットを示す図である。
【図８】本発明の第三実施例に係るレーザレーダが目標平面に形成したスポットを示す図である。
【図９】本発明の第四実施例に係るレーザレーダの光路を示す図である。
【図１０】図９に示されるレーザレーダの実施例におおいて、区域４１中の第一レーザビームと第二レーザビームの光路を示す拡大図である。
【図１１】図９に示されるレーザレーダの実施例におけるエコービームの拡大光路模式図である。
【図１２】図９に示されるレーザレーダの実施例において、ガルバノミラーが停止している時前記複数の第二レーザビームが前記目標平面に形成したスポットを示す図である。
【図１３】図９に示されるレーザレーダの実施例において、前記ガルバノミラー４５０がθ＝ｄｙ／４ｌ弧度回転する時に、前記複数の第二レーザビームが前記目標平面に形成したスポットを示す図である。
【図１４】図９に示されるレーザレーダの実施例において、前記ガルバノミラー４５０がθ＝−ｄｙ／４ｌ弧度回転する時、前記複数の第二レーザビームが前記目標平面に形成したスポットを示す図である。
【図１５】本発明の第五実施例に係るレーザレーダの構造を示す図である。
【図１６】図１５に示されるレーザレーダの実施例において、前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する前後に前記目標平面に形成したスポットの分布を示す図である。
【図１７】本発明の第六実施例に係るレーザレーダの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
レーザレーダ装置は多くの問題、例えばコストが高く、取付けの難易度が大きいという問題を有している。以下、レーザレーダを例として前記レーザレーダのコストが高く、取付けの難易度が大きい理由を分析する。
【００５８】
レーザレーダ装置は、主として、レーザを発射するレーザーと被検出目標に反射されてくる光線を受信する探知機を含む。レーザレーダの作動過程において、レーザーは被検出目標にレーザを発射する。発射されたレーザは被検出目標に投射された後、被検出目標に反射されてくることにより探知機に採集される。
【００５９】
従来のレーザレーダ装置は１つのレーザーと１つの探知機のみを含む。そのため、そのレーザレーダ装置は１つのレーザしか発射することができず、それによりレーザレーダの垂直角分解能が低すぎる問題を招来するおそれがある。レーザレーダの垂直角分解能を向上させるため多重レーザレーダが提案された。
【００６０】
図１は多重レーザレーダのレーザーを示す構造図である。
【００６１】
図１を参照すると、前記多重レーザレーダのレーザーはレーザを発射する複数のレーザー１０といろいろな位置のレーザー１０が発射するレーザの伝播方向を変化させるレンズ２０を含む。前記複数のレーザー１０はレンズ２０の主光軸（図１では水平面）に垂直な平面に分布している。
【００６２】
各レーザー１０は１つのレーザビームを発射する。レンズ２０を通過した各レーザビームは異なるレーザ出射角度を有していることによりレーダの垂直方向における分解能を増加させることができる。前記多重レーザレーダにおいて各発射角度にレーザー１０を１つずつ対応させる必要があるので、それによりレーザレーダのコストが高くなるおそれがある。また、多重レーザレーダの空間内に各レーザー１０を固定させる位置を用意する必要があるので、レーザー１０の取付けが難しくなるおそれがある。
【００６３】
前記技術課題を解決するため、本発明は、分光装置により第一レーザビームを複数の第二レーザビームに分割し、１つのレーザーにより複数の第二レーザビームを取得することによりレーザーの数量を大量に減少させ、かつ前記レーザレーダのコスト及び取付けの難易度を低減することができるレーザレーダ及びその作動方法を提供する。前記レーザレーダは、高い画角と角分解能を有し、且つコストが多くかからないという利点を有している。
【００６４】
本発明の前記目的、特徴及び利点を分かりやすくするため、以下、図面により本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。
【００６５】
図２〜図４は、本発明に係るレーザレーダの第一実施例を示す構造図である。ここで、図２は前記レーザレーダの実施例を示す斜視構造図であり、図３は図２のレーザレーダの実施例の発射部分の光路を示す図を示す。
【００６６】
前記レーザレーダは、発射装置１１０（図３を参照）、分光装置１２０および受信装置１３０（図３を参照）を含み、前記発射装置１１０は第一レーザビーム１１０ａを発射し、前記分光装置１２０は第一レーザビーム１１０ａを異なる方向に伝播する複数の第二レーザビーム１２０ｂに分割し、少なくとも一部分の前記第二レーザビーム１２０ｂは被探知目標に反射されることによりエコービームが形成され、前記受信装置１３０は前記エコービームを受信する。
【００６７】
前記分光装置１２０は前記第一レーザビーム１１０ａを異なる方向に伝播する複数の第二レーザビーム１２０ｂに分割することができる。異なる方向に沿って伝播する第二レーザビーム１２０ｂはいろいろな方位の被探知目標を検出することができ、それにより前記レーザレーダの画角と角分解能を増加させることができる。分光装置により第一レーザビーム１１０ａを複数の第二レーザビーム１２０ｂに分割し、１つのレーザーにより複数の第二レーザビームを取得することができるので、レーザーの数量を大量に減少させ、かつ前記レーザレーダのコスト及び取付けの難易度を低減することができる。前記レーザレーダは、高い画角と角分解能を有し、且つコストが多くかからないという利点を有している。
【００６８】
前記発射装置１１０は光源であり、第一レーザビーム１１０ａを形成する。
【００６９】
本実施例において、前記レーザレーダは発射受信モジュール１００を有し、前記発射受信モジュール１００は、前記発射装置１１０、前記分光装置１２０及び前記受信装置１３０を含む。
【００７０】
具体的には、前記発射受信モジュール１００は発射構造１０１及び受信装置１３０を含み、前記発射構造１０１は前記発射装置及び分光装置１２０を含む。
【００７１】
図２に示すように、本実施例において、前記発射装置１１０は前記第一レーザビーム１１０ａの伝播方向と交差する走査回転軸１１１を有し、前記発射装置１１０は前記走査回転軸１１１を回転軸として回転することができ、前記第一レーザビーム１１０ａと前記走査回転軸１１１との間の夾角はゼロより大きい。したがって、前記発射装置１１０が回転することにより前記第一レーザビーム１１０ａの伝播方向は変化することができる。前記発射装置が回転することにより、前記レーザレーダの走査範囲を効果的に拡大し、レーザレーダの探知能力の改良と探知範囲の拡大に寄与することができる。
【００７２】
本実施例において、前記レーザレーダは、前記レーザレーダ全体を固定させる固定機構１０２と、前記発射受信モジュール１００と前記固定機構１０２との間に位置しかつ前記発射受信モジュール１００と前記固定機構１０２との間の連結を実現する回転機構１０３とを更に含む。
【００７３】
具体的に、前記発射装置１１０は前記発射受信モジュール１００内に固定され、前記回転機構１０３は前記発射受信モジュール１００が前記走査回転軸１１１を回転軸として回転するように駆動し、それにより前記発射装置１１０は前記走査回転軸１１１を回転軸として回転することができる。
【００７４】
本実施例において、前記レーザレーダは地面に取り付けられ、前記レーザレーダは地面に相対して（移動不可能に）固定される。前記走査回転軸１１１は水平面に垂直である。他の実施例において、前記レーザレーダは自動車又は飛行機に取り付けられ、前記走査回転軸は水平面と斜めに交差することもできる。
【００７５】
図３に示すように、本実施例において、前記発射装置１１０は１つの第一レーザビーム１１０ａを発射する。前記発射装置１１０は１つのレーザーである。具体的には、前記発射装置１１０は固体レーザー又は光ファイバレーザーである。
【００７６】
また、本実施例において、前記第一レーザビーム１１０ａの波長は８９５ｎｍ〜９１５ｎｍの範囲内にあり、例えば９０５ｎｍであることができる。８９５ｎｍ〜９１５ｎｍの範囲内のレーザは高い透過能力を有している赤外線レーザであり、非可視光である。前記第一レーザビーム１１０ａの波長範囲を適合に設定することにより前記レーザレーダが周囲の環境に干渉を与えることを効果的に低減し、かつ前記レーザレーダの探知距離を効果的に改良することもできる。
【００７７】
本発明の他の実施例において、前記発射装置１１０は他の種類のレーザーを含むこともできる。前記第一レーザビームは波長が他の範囲内に入っているレーザであることもできる。
【００７８】
前記分光装置１２０は分光をすることにより前記第一レーザビーム１１０ａを異なる方向に伝播する複数の第二レーザビーム１２０ｂに分割することができる。
【００７９】
本実施例において、前記レーザレーダは、前記発射装置１１０と前記分光装置１２０との間における第一レーザビーム１１０ａの光路に設けられるビーム拡大コリメート装置１４０を更に含む。
【００８０】
前記ビーム拡大コリメート装置１４０は前記第一レーザビーム１１０ａに対してビームの拡大とコリメートをする。即ち伝播の距離が同じである場合、前記第一レーザビーム１１０ａのスポット直径を増加させ、且つ前記第一レーザビーム１１０ａの発散角を小さくすることができる。
【００８１】
前記ビーム拡大コリメート装置１４０は前記第一レーザビーム１１０ａのスポット直径を増加させることによりエコービームの受信に寄与することができる。前記ビーム拡大コリメート装置１４０は、前記第一レーザビーム１１０ａの発散角を小さくすることにより前記第一レーザビーム１１０ａの伝播方向の制御の精度を向上させ、前記レーザレーダの探知精度の向上に寄与することができる。具体的に、本実施例において、前記ビーム拡大コリメート装置１４０は望遠鏡である。
【００８２】
前記分光装置１２０は１つの第一レーザビーム１１０ａを複数の第二レーザビーム１２０に分割することができるので、前記レーザレーダの角分解能を大きくする前提において、レーザーの数量を減少させ、レーザレーダのコストと組立の難易度を低減し、かつ性能の向上とコストの低下を同時に実現することができる。
【００８３】
図３に示すように、前記分光装置１２０は光軸１２１を有し、前記光軸１２１の延伸方向と第二レーザビーム１２０ｂの伝播方向は一致している。前記発射装置１１０は走査回転軸１１１を有し、前記分光装置１２０の光軸１２１と前記走査回転軸１１１との間の夾角は、０°より大きく、且つ９０°より小さいか或いは等しい。つまり、前記光軸１２１と前記走査回転軸１１１は交差している。
【００８４】
図３に示すように、前記分光装置１２０の光軸１２１と前記走査回転軸１１１は交差し、且つ前記走査回転軸１１１と前記第一レーザビーム１１０ａの伝播方向は交差しているので、前記発射装置１１０が回転することにより、前記第一レーザビーム１１０ａの伝播方向は変化し、前記複数の第二レーザビーム１２０ａの伝播方向も変化する。それにより前記複数の第二レーザビーム１２０ａにより所定の空間を走査することができるので、前記レーザレーダの空間分解能を効果的に向上させ、前記レーザレーダの探知能力の改良に寄与することができる。
【００８５】
本実施例において、前記光軸１２１は前記走査回転軸１１１に垂直であるので、前記複数の第二レーザビーム１２０ａにより前記走査回転軸１１１に垂直な平面内の３６０°範囲を走査することを効果的に保証することができる。それにより前記レーザレーダの前記走査回転軸１１１に垂直な平面における画角を効果的に拡大し、前記レーザレーダの探知範囲の拡大に寄与することができる。
【００８６】
本実施例において、前記分光装置１２０は光軸１２１に垂直な分光方向１２４を有し、前記分光方向１２４と前記光軸１２１が位置している平面は分光平面（図示せず）である。前記複数の第二レーザビーム１２０ｂが前記分光平面に形成する投影は相互にずれている。前記分光方向１２４と前記走査回転軸１１１との間の夾角は、０°より大きいか或いは等しく、且つ９０°より小さい。それにより前記分光方向１２４が前記走査回転軸１１１に垂直であることを回避することができる。
【００８７】
前記分光方向１２４が前記走査回転軸１１１に垂直であることを回避することにより、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂにより一定の発散角を形成し、それにより前記レーザレーダの垂直角分解能を効果的に向上させ、かつ前記レーザレーダの探知能力の改良に寄与することができる。したがって、形成された複数の第二レーザビーム１２０ｂは伝播方向が前記走査回転軸１１１の夾角と異なっている複数の第二レーザビーム１２０ｂを含み、前記レーザレーダの前記走査回転軸１１１に平行な角分解能と画角を増加させることができる。他の実施例において、前記複数の第二レーザビームは伝播方向が回転軸の間の夾角と同じである複数の第二レーザビームを含むこともできる。
【００８８】
本実施例において、前記分光方向１２４と前記走査回転軸１１１は相互に平行であることにより、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂの発散角を効果的に増加させることができる。それにより前記レーザレーダの垂直画角を向上させ、前記レーザレーダの探知範囲の拡大に寄与することができる。
【００８９】
具体的に、前記レーザレーダは地面に取り付けられ、前記走査回転軸１１１は水平面に垂直である。したがって、前記分光装置１２０の光軸１２１は水平面に平行であり、前記発射装置１１０は水平面に垂直な前記走査回転軸１１１を回転軸として回転する。それにより、前記複数の第二レーザビームは水平面上の各方向へ伝播し、前記レーザレーダの水平方向に沿う画角及び水平角分解能を効果的に増加させることができる。
【００９０】
特に、前記レーザレーダが自動車等の交通装置に応用される時、大きい水平方向の画角及び大きい水平角分解能により、前記レーザレーダの探知範囲を効果的に拡大し、前記レーザレーダの交通装置の周囲における障害物を検出する探知成功率を向上させることができる。
【００９１】
前記分光方向１２４は前記走査回転軸１１１に平行であるので、前記分光方向は水平面に垂直である。したがって、前記分光装置１２０は１つの第一レーザビーム１１０ａにより水平面に垂直な方向にずれている複数の第二レーザビーム１２０ｂを形成することができる。それにより、レーザーの数量を増加させず、レーザレーダの垂直画角を低減しない前提において、前記レーザレーダの垂直角分解能を向上させ、前記レーザレーダの交通装置の周囲における障害物を検出する探知成功率を効果的に向上させ、大画角、高角分解能および低製造コストを同時に実現し、前記レーザレーダを交通分野によく応用することができる。
【００９２】
図３を参照すると、前記光軸１２１に垂直な平面は目標平面１２３であり、前記分光装置１２０において前記複数の第二レーザビーム１２０ｂが前記目標平面１２３に形成したスポットが疎密の状態に分布するようにする。つまり、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂが前記目標平面１２３に投射されることにより形成されるスポットは非均一に分布している。
【００９３】
前記分光装置１２０は前記第二レーザビーム１２０ｂが前記目標平面１２３に形成したスポットが非均一に分布するようにすることができるので、前記第二レーザビーム１２０ｂの数量を増加させない前提において、より多くの第二レーザビーム１２０ｂを前記目標平面１２３の一部の面積に集中させることができる。それにより、前記分光装置１２０と前記目標平面１２３との間の一部の空間に配列される第二レーザビーム１２０ｂの密度を向上させ、一部の空間の角分解能を向上させ、第二レーザビーム１２０ｂの利用率を向上させる目的を達成することができる。
【００９４】
一方で、一部の空間の角分解能を向上させ、第二レーザビーム１２０ｂの利用率を向上させ、探知機能のない第二レーザビーム１２０ｂの数量を減少させることができるので、局部の角分解能を保証する前提において、レーザーの数量を効果的に低減し、製造コストと組立難易度の低下に寄与し、システム負荷を小さくし、走査頻度の向上に寄与し、前記レーザレーダの性能改良に寄与することができる。
【００９５】
本実施例において、前記分光装置１２０により、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂが前記目標平面１２３に形成したスポットは前記光軸１２１から離れる方向に向かって分布密度が漸減する。つまり、前記分光装置１２０はより多くの第二レーザビーム１２０ｂを前記光軸１２１の付近に集中させる。それにより、前記光軸１２１の近傍の位置の前記第二レーザビーム１２０ｂの数量は多くなり、密度は大きくなり、前記光軸１２１から離れている位置の前記第二レーザビーム１２０ｂの数量は少なくなり、密度は小さくなる。
【００９６】
より多くの第二レーザビーム１２０ｂを前記光軸１２１の付近に集中させる場合、設備コスト、組立難易度を増加させない前提において、前記光軸１２１の付近の空間に位置する前記レーザレーダの角分解能を効果的に向上させ、前記第二レーザビーム１２０ｂの利用率の向上に寄与し、製造コストの低下と探知性能の向上を同時に実現することができる。
【００９７】
本実施例において、前記発射装置１１０は前記走査回転軸１１１を回転軸として回転することができ、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂの伝播方向と前記走査回転軸１１１は交差している。したがって、前記走査回転軸１１１に垂直な方向において、前記レーザレーダの角分解能は前記第二レーザビーム１２０ｂの伝播方向の変化の速度に係っている。即ち前記発射装置１１０の回転速度に係っている。
【００９８】
前記走査回転軸１１１に平行な平面において、前記レーザレーダの画角の大きさ、角分解能の高さは前記第二レーザビーム１２０ｂの数量及び隣接する第二レーザビームの間の間隔に係り、前記分光方向と前記走査回転軸１１１の方向との間の夾角の大きさに係っている。
【００９９】
本実施例において、前記分光方向１２４と前記走査回転軸１１１の方向は相互に平行であることにより、第二レーザビーム１２０ｂの数量を増加させない前提において、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂの発散角をできる限り大きくし、大きい垂直画角を取得することができる。より多くの第二レーザビーム１２０ｂを前記光軸１２１の付近に集中させることにより、大きい垂直画角を確保する前提において、前記光軸１２１の付近の隣接する前記第二レーザビーム１２０ｂの間の間隔を小さくし、垂直角分解能を向上させる目的を達成することができる。
【０１００】
具体的に、本実施例において、前記レーザレーダは地面に取り付けられ、前記走査回転軸１１１は水平面に垂直であり、前記光軸１２１は水平面に平行であり、前記分光方向１２４は水平面に垂直である。より多くの第二レーザビーム１２０ｂを前記光軸１２１の付近に集中させることにより、前記レーザレーダの水平面の付近における空間の垂直角分解能を効果的に向上させ、前記レーザレーダの水平面の付近における障害物を検出する探知成功率を向上させることができる。
【０１０１】
前記レーザレーダを自動車等の交通装置に応用する時、被探知目標は通常、歩行者、車両等の地面の付近にある障害物である。その場合、より多くの第二レーザビーム１２０ｂを前記光軸１２１の付近に集中させる。即ち、より多くの第二レーザビーム１２０ｂを地面の付近に集中させることにより、製造コストと組立難易度を増加させず、垂直画角を低減しない前提において、前記レーザレーダの垂直角分解能を向上させ、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂの空間の分布を実際の交通環境に適用させ、前記レーザレーダを交通分野によく応用することができる。
【０１０２】
一方で、水平面、地面の付近の垂直角分解能を増加させ、垂直角分解能を確保する前提において、レーザーの数量を低減し、製造コストと組立難易度の低下に寄与し、システム負荷を小さくし、走査頻度の向上に寄与し、前記レーザレーダの走査正確性の改良に寄与することができる。
【０１０３】
本実施例において、前記分光装置１２０はグレーティングである。
【０１０４】
グレーティングは光線の回折と干渉の作用により１つの前記第一レーザビーム１１０ａを前記複数の第二レーザビーム１２０ｂに分割することができる。具体的に、前記分光装置１２０はグレーティングであり、前記分光装置１２０は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、前記分光装置１２０の分光方向１２４は前記第一方向を含む。
【０１０５】
具体的には、グレーティングの原理式は、
2021510814.tif 000009
である。
【０１０６】
その式において、ｄはグレーティング周期であり、ｍは回折レベルであり、λは第一レーザビーム１１０ａの波長であり、θは前記第二レーザビーム１２０ｂとグレーティング平面法線との間の夾角である。前記グレーティングの原理を示す式によりｓｉｎ（θ）＝ｍλ／ｄを獲得することができる。
【０１０７】
角度が小さい時、角度の正弦関数値は所定のる角度値に近い。角度が小さい時、角度の正弦関数値は所定の角度値より小さい。また、角度が大きければ大きいほど、角度の正弦関数値と所定の角度値との間の差値は大きくなる。
【０１０８】
したがって、前記第二レーザビーム１２０ｂの回折レベルｍが小さい時、前記第二レーザビーム１２０ｂとグレーティング平面法線との間の夾角θは小さく、前記夾角θと前記第二レーザビーム１２０ｂの回折レベルｍは線形関係を呈している。前記第二レーザビーム１２０ｂの回折レベルｍが大きい時、前記第二レーザビーム１２０ｂとグレーティング平面法線との間の夾角θは大きく、前記夾角θは前記夾角θの正弦関数値より大きくかつ前記第二レーザビーム１２０ｂの回折レベルｍの線形関係より大きい。
【０１０９】
したがって、回折レベルｍが大きくなることにより、前記第二レーザビーム１２０ｂとグレーティング平面法線との間の夾角θ、異なるレベルの第二レーザビーム１２０ｂとグレーティング平面法線との間の夾角θの差値は漸増する。即ち隣接する第二レーザビーム１２０ｂの間の夾角は漸増する。つまり、前記第二レーザビーム１２０ｂは前記グレーティング平面法線の方向に更に集中する。
【０１１０】
図３に示すように、前記分光装置１２０としてグレーティングを用いる時、前記グレーティング平面法線の方向と前記光軸１２１は平行であるので、前記分光装置１２０としてグレーティングを用いることにより、より多くの第二レーザビーム１２０ｂを前記光軸１２１に集中させることができる。
【０１１１】
したがって、前記分光装置１２０としてグレーティングを用いることにより、前記分光装置１２０の分光機能を実現し、レーザーの数量を減少させることができる。また、前記第二レーザビーム１２０ｂを疎密の状態に非均一に分布させることにより、前記第二レーザビーム１２０ｂを前記光軸１２１の方向に更に集中させることもできる。それにより低コスト、高角分解能及び大画角を同時に実現し、コストの制御と性能の改良に寄与することができる。
【０１１２】
また、グレーティングにより分光をする場合、光学素子の数が少なく、光路構造が簡単であり、前記レーザレーダの光路精度を向上させることができる。また、グレーティングは製造プロセスが成熟しかつ製造コストが低いという利点を有しているので、前記分光装置１２０とグレーティングを用いることにより、前記分光装置１２０の製造コストを効果的に低減することもできる。
【０１１３】
具体的に、前記分光装置１２０はダンマングレーティングである。
【０１１４】
ダンマングレーティングは、間隔が等しくなく、周期が重複している位相グレーティングである。ダンマングレーティングは１つのビームを同一の強度を有している複数のビームに分割する回折光学素子である。したがって、前記分光装置１２０としてダンマングレーティングを用いる場合、１つの前記第一レーザビーム１１０ａを、異なる方向に沿うかつ光強度が等しい複数の第二レーザビーム１２０ｂに分割することができるので、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂの光強度の均一性を効果的に向上させ、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂのうちのあるビームの光強度が小さすぎることにより検出されにくいことを回避し、前記複数の第二レーザビーム１２０ｂの探知距離を効果的に確保し、前記受信装置１３０が前記エコービームを探知する成功率を確保し、前記レーザレーダの探知距離の向上に寄与し、高垂直角分解能と大探知距離を同時に実現し、前記レーザレーダの被探知目標に対する探知の精度と正確性の向上に寄与することができる。
【０１１５】
具体的には、ダンマングレーティングは交差に配列される複数の第一区域及び第二区域を含む。ビームがダンマングレーティングを透過する過程において、前記第一区域を透過したビームの遅延位相と前記第二区域を透過したビームの遅延位相との間にはπ弧度の差値がある。隣接する第一区域の間の距離又は隣接する第二区域の間の距離はグレーティングのグレーティング周期である。ダンマングレーティングの複数の第一区域の幅は異なり、複数の第二区域の幅も異なっている。ダンマングレーティングの前記グレーティング周期、第一区域の幅及び第二区域の幅を適合に設定することにより、形成される複数の第二レーザビームの光強度を等しくすることができる。
【０１１６】
本実施例において、前記分光装置１２０は一次元ダンマングレーティングであるので、前記分光装置１２０において、第一区域と第二区域は延伸方向が平行であるストリップ状であり、前記第一区域と前記第二区域の延伸方向は前記分光方向に垂直である。前記分光方向１２４は水平面に垂直であるので、前記第一区域と前記第二区域の延伸方向は水平面に平行である。
【０１１７】
ダンマングレーティングにより分割されて形成されかつ強度が同一であるビームの数量が多ければ多いほど、すなわち１つの前記第一レーザビーム１１０ａが前記分光装置１２０により分割されて形成された第二レーザビーム１２０ｂの数量が多ければ多いほど、前記レーザレーダの画角は大きくなり、角分解能は高くなることができる。
【０１１８】
本実施例において、前記分光装置１２０は一次元ダンマングレーティングである。一次元ダンマングレーティングは設計、製造コストが低いという利点を有しているため、前記レーザレーダの製造コストを効果的に低減することができる。具体的に、前記分光装置１２０は１×９に分割する一次元ダンマングレーティングである。本発明の他の実施例において、前記分光装置１２０は、１×５分割、１×１５分割、１×３２分割又は１×６４分割型のダンマングレーティングであることもできる。
【０１１９】
グレーティングの原理方程式により把握できるとおり、前記第二レーザビーム１２０ｂとグレーティング平面法線との間の夾角θの大きさは、回折レベルｍ、第一レーザビーム１１０ａの波長λ及びグレーティング周期ｄに係っている。したがって、第一レーザビーム１１０ａの波長λが一定であり、前記分光装置１２０のパラメータが決められている場合、レベルが異なる第二レーザビーム１２０ｂとグレーティング平面法線との間の夾角θは異なり、異なる方向に伝播する複数の第二レーザビーム１２０ｂを取得することができる。
【０１２０】
本実施例において、前記一次元ダンマングレーティングのグレーティング周期は４７μｍ〜５７μｍの範囲内にあり、例えば５２μｍであることができる。具体的に、本実施例において、前記分光装置１２０の位相転換点は、０．０６６６８、０．１２８７１、０．２８５８９、０．４５６６６、０．５９０９０であることができる。
【０１２１】
注意されたいことは、本発明の他の実施例において、前記分光装置として二次元ダンマングレーティングを用いることができる。二次元ダンマングレーティングにより前記第二レーザビームの水平発射角度と垂直発射角度は異なっているので、レーザレーダの垂直角分解能と水平角分解能を増加させることができる。水平方向は水平面に平行な方向であり、前記垂直方向は水平面の方向に垂直である。
【０１２２】
図２、図３と図４を参照すると、図４は図２のレーザレーダの実施例の受信部分光路を示す図を示す。
【０１２３】
形成された複数の第二レーザビーム１２０ｂは前記発射構造１０１から出射し、少なくとも一部分の前記第二レーザビーム１２０ｂは被探知目標に投射され、被探知目標に反射されることによりエコービーム１３０ｃが形成される。前記受信装置１３０は前記エコービーム１３０ｃを受信する。受信されたエコービーム１３０ｃを分析することにより前記被探知目標の情報を取得することができる。
【０１２４】
図４に示すように、本実施例において、前記受信装置１３０は複数の探知機１３１を含み、各探知機１３１は所定の第二レーザビームが被探知目標により反射されてくるエコービーム１３０ｃをそれぞれ受信する。具体的に、前記探知機１３１は、フォトダイオード、フォトマルチプライヤー、アバランシェフォトダイオード、赤外線または可視光探知機器等であることできる。
【０１２５】
前記受信装置１３０は、前記エコービーム１３０ｃを前記探知機１３１に集光させる受信収束レンズ１３２を更に含み、前記分光装置１３１から前記受信収束レンズ１３２の焦点平面までの距離は前記受信収束レンズ１３２の焦点深度の半分より小さい。具体的に、本実施例において、前記分光装置１３１は前記受信収束レンズ１３２の焦点平面に位置する。
【０１２６】
伝播方向が同じである第二レーザビーム１２０ｂにより形成されるエコービーム１３０ｃは、前記受信収束レンズ１３２を透過し、同一の探知機１３１の表面に集光する。伝播方向が異なる第二レーザビーム１２０ｂにより形成されるエコービーム１３０ｃは、前記受信収束レンズ１３２を透過し、異なる探知機１３１に集光する。したがって、前記エコービーム１３０ｃの伝播方向により前記被探知目標の方位を取得することができる。
【０１２７】
前記受信装置１３０と前記発射構造１０１は別に設けられる。前記受信装置１３０と前記発射構造１０１を別に設けることにより、前記エコービーム１３０ｃが前記分光装置１２０を通過することを回避することができ、それにより分光装置１２０の前記エコービーム１３０ｃの伝播方向への影響を回避し、被探知目標の位置決めに寄与することができる。
【０１２８】
本実施例において、前記受信装置１３０は分析装置（図示せず）を更に含む。前記探知機１３１は前記エコービーム１３０ｃを受信した後、前記エコービーム１３０ｃの光信号を電気信号に変換する。前記分析装置は前記電気信号を分析することにより前記被探知目標の位置を取得する。
【０１２９】
図５は本発明に係るレーザレーダの第二実施例の一部分の構造を示す図である。
【０１３０】
本実施例と第一実施例の同一点について本発明は再び説明しない。以下、本実施例と前記実施例の相違点は、本実施例の前記分光装置２２０は光軸（図示せず）に平行な調節軸２２５を有し、前記分光装置２２０は前記調節軸２２５を回転軸として回転することにより前記複数の第二レーザビームの伝播方向を変更することにある。
【０１３１】
前記分光装置２２０の回転により、前記複数の第二レーザビームの伝播方向を変更し、前記レーザレーダの角分解能を調節する目的を達成することができる。また、分光装置２２０の回転により、一部分が重畳している第二レーザビームの位置をずらし、それにより角分解能を大きくする目的を達成することができる。前記分光装置２２０を回転可能に取り付けることにより、いろいろな環境における前記レーザレーダの高角分解能と大画角との間のバランスをとり、前記レーザレーダの探知精度と正確性の向上に寄与することができる。
【０１３２】
また、本実施例において、前記分光装置２２０は二次元グレーティングである。前記分光装置２２０は第一方向に沿う第一グレーティング周期ｄ1及び第二方向に沿う第二グレーティング周期ｄ2を有し、前記第二方向と前記第一方向は垂直である。具体的に、前記分光装置２２０は二次元ダンマングレーティングである。
【０１３３】
二次元ダンマングレーティングの第一区域と第二区域は第一方向と第二方向に沿ってマトリックス状に配列される。前記第一グレーティング周期ｄ1は第一方向において隣接している第一区域の間の距離であるか或いは第一方向において隣接している第二区域の間の距離である。前記第二グレーティング周期ｄ2は第二方向において隣接している第一区域の間の距離であるか或いは第二方向において隣接している第二区域の間の距離である。ダンマングレーティングの複数の第一区域の幅は異なっており、複数の第二区域の幅も異なっている。ダンマングレーティングの前記第一グレーティング周期ｄ1、第二グレーティング周期ｄ2、第一区域の幅及び第二区域の幅を適合に設計することにより、形成される複数の第二レーザビームの光強度を等しくすることができる。
【０１３４】
注意されたいことは、グレーティングの原理方程式により前記分光装置２２０としてグレーティングを用いる時、前記分光装置２２０により分割されて形成された複数の第二レーザビームの出射角度は前記第一レーザビームの波長λ及び前記分光装置２２０のパラメータに係っている。具体的に、本実施例において、前記第一レーザビームの波長λは８９５ｎｍ〜９１５ｎｍの範囲内にあり、例えば９０５ｎｍであることができる。前記分光装置２２０の第一グレーティング周期ｄ1は４７μｍ〜５７μｍの範囲内にあり、例えば５２μｍであり、第二グレーティング周期ｄ2は４７μｍ〜５７μｍの範囲内にあり、例えば５２μｍであることができる。
【０１３５】
具体的に、図５に示すように、分析を明確にするため、前記分光装置２２０に直角座標系を構築する。相互に垂直なｘ方向とｙ方向は前記分光装置２２０のグレーティング平面に位置し、前記分光装置２２０のグレーティング平面の法線方向をｚ方向とする。したがって、ｚ方向は光軸方向に平行である。
【０１３６】
本実施例において、前記レーザレーダは地面に取り付けられ、前記光軸は水平面に平行であるので、ｙ方向は水平面に垂直であり、ｘ方向は水平面に平行である。つまり、ｘ方向とｚ方向により確定される平面は水平面に平行である。
【０１３７】
本実施例において、前記分光装置２２０の調節軸２２５は前記光軸に平行であるので、前記ｚ軸と前記調節軸２２５は平行である。前記分光装置２２０は前記調節軸２２５を回転軸として回転することができる。即ちｘ−ｙ平面においてｚ方向を回転軸として回転することができる。前記分光装置２２０の第一方向とｙ方向との間の夾角の変化は、前記分光装置２２０が前記調節軸２２５を回転軸として回転する角度に係っている。
【０１３８】
第一レーザビームを平面波に簡略化する場合、出射する第二レーザビーム（伝播方向に係っている位相項目のみを考慮する）を
2021510814.tif 000010
で表すことができる。
【０１３９】
前記第一方向とｙ方向は平行である。即ち前記第一方向とｙ方向との間の夾角が０である時、
2021510814.tif 000011
である。
【０１４０】
その式において、ｄ1は前記第一グレーティング周期であり、ｄ2は第二グレーティング周期であり、ｎxとｎyはそれぞれ、ｘ方向とｙ方向の回折レベルを示す。
【０１４１】
グレーティングの原理式によると、第二レーザビームの伝播方向とグレーティング平面法線との間の夾角θは
2021510814.tif 000012
である。
【０１４２】
その式から分かるように、ｙ方向の回折レベルｎyが異なっている時、隣接している第二レーザビームの間の夾角も異なっている。しかしながら、第一グレーティング周期ｄ1は第一レーザビームの波長より遥かに大きいため、ｙ方向の回折レベルｎyが異なりかつ隣接する第二レーザビームの間の夾角は略等しい。前記複数の第二レーザビームが目標平面に形成したスポットはマトリックス状に配列されている。図６は、前記第一方向とｙ正方向との夾角が０である時、図５の本実施例のレーザレーダが目標平面に形成したスポットを示す図である。
【０１４３】
前記第一方向とｙ方向は平行でなく、前記第一方向とｙ方向との間の鋭角がφである時、形成された第二レーザビーム（伝播方向に係っている位相項目のみを考慮する）を
2021510814.tif 000013
で表すことができる。
【０１４４】
その式において、
2021510814.tif 000014
である。
【０１４５】
グレーティングの原理式によると、第二レーザビームの伝播方向とグレーティング平面法線との間の夾角θは
2021510814.tif 000015
である。
【０１４６】
複数の第二レーザビームが目標平面に形成したスポットはマトリックス状に配列されているが、前記分光装置２２０が回転することによりスポットによって形成されたマトリックスも回転する。図７は、前記第一方向とｙ方向との間の鋭角がφである時、図５の実施例のレーザレーダが目標平面に形成したスポットを示す図である。
【０１４７】
図６と図７に示すように、ｘ方向に配列されたスポットは前記分光装置２２０の回転によりずれる。目標平面上の各スポットは１つの前記第二レーザビームに対応し、ｙ方向において隣接しているスポットの間の距離が大きければ大きいほど、対応する第二レーザビームと水平面との間の夾角は大きくなる。水平面との夾角が異なっている第二レーザビームの数量が多ければ多いほど、前記レーザレーダの垂直角分解能は高くなる。
【０１４８】
したがって、前記分光装置２２０が回転することにより、より多くの第二レーザビームと水平面との間の夾角に差異が現れている。つまり、前記分光装置２２０の回転により前記レーザレーダの垂直角分解能を効果的に向上させることができる。したがって、前記分光装置２２０を回転可能に取り付けることにより、いろいろな環境における前記レーザレーダの角分解能を獲得し、前記レーザレーダの探知精度と正確性の向上に寄与することができる。
【０１４９】
本実施例において、前記分光装置２２０はｍ×ｎに分割する二次元ダンマングレーティングであり、ｍは前記第一方向に形成された第二レーザビームの数量であり、ｎは前記第二方向に形成された第二レーザビームの数量である。
【０１５０】
グレーティングの原理方程式により、前記第一方向とｙ方向との間の鋭角φは
2021510814.tif 000016
であることを大体に得ることができる。
【０１５１】
注意されたいことは、本実施例において、前記第一方向とｙ方向は平行であり、前記第一方向とｙ方向との間の夾角φが０である時、前記分光装置２２０の位置を初期位置とする。前記分光装置２２０の第一方向とｙ方向との間の夾角の変化は、前記分光装置２２０が前記調節軸２２５を回転軸として回転する角度に係っている。したがって、前記第一方向とｙ方向との間の鋭角φの角度は、前記分光装置２２０が前記調節軸２２５を回転軸として回転する角度に係っている。
【０１５２】
本実施例において、前記分光装置２２０が前記調節軸２２５を回転軸として回転する角度は
2021510814.tif 000017
の範囲内にあり、即ち前記第一方向とｙ方向との間の鋭角φは
2021510814.tif 000018
の範囲内にある。前記分光装置２２０の回転角度の範囲を適合に設定することにより、レーザレーダの角分解能を大きくし、かつｙ方向において隣接しているスポットの間の距離を近くすることができる。それにより隣接する第二レーザビームの間の夾角を一致させ、第二レーザビームの垂直方向の分布の均一性を向上させ、レーザレーダ性能の改良に寄与することができる。
【０１５３】
具体的に、本実施例において、前記分光装置２２０は３２×３２に分割し、前記第一グレーティング周期ｄ1と第二グレーティング周期ｄ2は５２μｍであり、前記第一レーザビームの波長は９０５ｎｍである。ｙ方向において前記レーザレーダの画角は約３０°であり、前記第二レーザビームと水平面との間の夾角は−２０°〜＋１０°の範囲内にあり、隣接する前記第二レーザビームの間の夾角は略等しい。したがって、回転をする前、前記レーザレーダの垂直角分解能は約０．９３７５°（３０°／３２）であり、回転をした後、前記レーザレーダの垂直角分解能は約０．０２９３°（３０°／（３２×３２））である。以上のとおり、前記回転軸に平行な方向において、前記レーザレーダは高い角分解能を有している。本発明の他の実施例において、前記分光装置は５×５分割、８×８分割、１６×１６分割又は５×８分割型のダンマングレーティングであることもできる。
【０１５４】
注意されたいことは、本実施例において、前記分光装置として二次元ダンマングレーティングを用いることができる。しかしながら、それは本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は前記構成にのみ限定されるものでない。本発明の他の実施例において、前記分光装置として一次元グレーティングを用いることもできる。それによりグレーティングの製造コストと製造プロセスの難易度を低減し、コストを低減する目的を達成することができる。具体的に、前記分光装置として一次元ダンマングレーティングを用いることもできる。
【０１５５】
前記分光装置として一次元グレーティングを用いる時、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期ｄ1を有し、形成された第二レーザビームの伝播方向とｙ方向との間の夾角は、
2021510814.tif 000019
である。
【０１５６】
その式において、λは第一レーザビームの波長であり、φは前記分光装置の第一方向とｙ方向との間の鋭角の角度である。ｎyはｙ方向の回折レベルである。
【０１５７】
図８は本発明の第三実施例に係るレーザレーダが目標平面に形成したスポットを示す図である。本実施例において、スポット３４１は前記分光装置の第一方向とｙ方向との間の鋭角が０である時に形成されたスポットであり、スポット３４２は前記分光装置の第一方向とｙ方向との間の鋭角がφである時に形成されたスポットである。
【０１５８】
前記分光装置の回転に伴い、ｙ方向において隣接しているスポットの間の距離は小さくなり、隣接する第二レーザビームの間の夾角は小さくなり、前記レーザレーダの垂直角分解能は大きくなる。
【０１５９】
図８に示すように、前記分光装置の第一方向とｙ方向との間の鋭角が０である時、ｙ方向において複数のスポット３４１の間の最大の距離はｒ1であり、前記分光装置の第一方向とｙ方向との間の鋭角がφである時、ｙ方向において複数のスポット３４２の間の最大の距離はｒ2であり、ｒ1がｒ2より大きいことは明らかである。ｙ方向において前記スポットの間の最大の距離は前記レーザレーダの垂直画角に係っている。ｙ方向においてスポットの間の最大の距離が大きければ大きいほど、垂直画角は大きくなる。したがって、本実施例において、前記分光装置が回転することにより前記レーザレーダの垂直画角は小さくなることができる。
【０１６０】
本実施例において、前記分光装置は一次元グレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、前記第一グレーティングの周期はｄであり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置はｍ×１に分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に沿うレーザビームの分割数であり、前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する角度は
2021510814.tif 000020
より小さい。その式において、αは既定の画角である。前記分光装置の回転角度を適合に設定することにより、画角を既定の画角αより大きくすることができる。それによりレーザレーダが高い角分解能を有することを確保し、かつレーザレーダが大きい画角を有するようにすることができる。具体的に、本実施例において、前記既定の画角αは５°より大きいか或いは等しくなる。
【０１６１】
注意されたいことは、前記第二実施例と前記第三実施例において、前記分光装置は前記調節軸を回転軸として回転することができる。即ち前記分光装置の第一方向とｙ方向との角度を調節することができるので、それをいろいろな使用環境に適応させることができる。しかしながら、本発明の他の実施例において、前記分光装置の位置は固定されることもできる。即ち前記分光装置の第一方向とｙ方向との角度が固定値であることにより前記レーザレーダ光路システムの安定性と正確性を向上させ、レーザレーダ性能の改良の目的を達成することができる。
【０１６２】
前記分光装置の位置が固定されている時、前記分光装置の第一方向とｙ方向との間の夾角を一定の角度にすることにより、隣接する第二レーザビームの間のｙ方向の夾角を小さくし、第二レーザビームの数量が限定されている状態において、ｙ方向の角分解能を向上させる目的を達成することができる。
【０１６３】
具体的に、本発明の他の実施例において、前記発射装置は前記第一レーザビームの伝播方向と交差する走査回転軸を有し、前記発射装置は前記走査回転軸を回転軸として回転することができる。前記分光装置は光軸に垂直である少なくとも１つの分光方向を有し、前記分光方向と前記光軸の位置している平面は分光平面である。前記複数の第二レーザビームが少なくとも１つの前記分光平面に形成する投影は相互にずれている。前記分光方向と前記走査回転軸との間の夾角は０°より大きいか或いは等しく、且つ９０°より小さい。前記分光装置はグレーティングであり、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、前記分光方向は前記第一方向である。したがって、前記分光装置としてグレーティングを用いる時、前記分光装置において第一方向と前記走査回転軸との間の夾角を０°より大きくするか或いは等しくし、且つ９０°より小さくするにより、前記第二レーザビームを走査回転軸の方向において最大限にずらし、第二レーザビームの数量が限定されている状態において、走査回転軸の方向の角分解能を向上させる目的を達成することができる。
【０１６４】
図９〜図１１は本発明の第四実施例に係るレーザレーダの光路を示す図である。図１０は図９のレーザレーダの実施例において区域４１中の第一レーザビームと第二レーザビームの光路を示す拡大図である。図１１は図９のレーザレーダの実施例のエコービームの光路を示す拡大図である。
【０１６５】
図９〜図１１に示すように、本実施例と前記実施例の同一点について本発明は再び説明しない。本実施例と前記実施例の相違点は、本実施例の前記レーザレーダは前記第二レーザビームを反射する前記第一反射面４５０ａを含むガルバノミラー４５０を更に含み、前記ガルバノミラー４５０は振動回転軸（図示せず）を有し、前記ガルバノミラー４５０は前記振動回転軸を回転軸として回転し、前記振動回転軸と前記第一反射面４５０ａの法線との間の夾角はゼロより大きいことにある。
【０１６６】
前記ガルバノミラー４５０が前記振動回転軸を回転軸として回転することにより、前記第一反射面４５０ａにより反射された第二レーザビームの伝播方向を変更することができる。それにより前記第二レーザビームの走査範囲を大きくし、前記レーザレーダの画角を大きくすることができる。また、前記ガルバノミラー４５０が回転する場合、回転前の第二レーザビームの間の最小角の範囲がいずれも走査されることができれば、取得される画角は第二レーザビームの間の最大角の範囲に達することができる。したがって、前記ガルバノミラー４５０と分光装置４２０を組み合わせることにより、小さいガルバノミラー４５０の回転角度により大きい画角を取得することができる。したがって、画角の要求が同様である場合、ガルバノミラー４５０の回転角度を効果的に小さくし、ガルバノミラー４５０の回転周期を小さくすることができ、それによりレーザレーダの走査フレームレートの向上に寄与することができる。
【０１６７】
本実施例において、前記分光装置４２０は一次元グレーティングである。具体的に、前記分光装置４２０は一次元ダンマングレーティングである。前記分光装置４２０の分割により形成された複数の第二レーザビームは同一の平面に位置する。
【０１６８】
前記第一反射面４５０ａに投射された複数の第二レーザビームが位置する平面は伝播平面（図示せず）である。前記第一反射面４５０ａと伝播平面は交線を有し、前記振動回転軸と前記交線との間の夾角は０°より大きい。本実施例において、前記振動回転軸と前記交線との間の夾角は９０°である。
【０１６９】
また、前記発射装置４１０は前記第一レーザビームの伝播方向と交差する走査回転軸（図示せず）を有し、前記発射装置４１０は前記走査回転軸を回転軸として回転する。前記振動回転軸と前記走査回転軸との間の夾角は０°より大きい。本実施例において、前記振動回転軸と前記走査回転軸との間の夾角は９０°である。
【０１７０】
本実施例において、前記振動回転軸は前記第一反射面４５０ａに平行である。前記振動回転軸は前記第一反射面４５０ａに平行であることにより、前記ガルバノミラー４５０の取付けに寄与することができる。他の実施例において、前記振動回転軸と前記第一反射面との間には鋭角が形成されることもできる。
【０１７１】
具体的に、本実施例において、前記ガルバノミラー２６０はレーザ走査ガルバノミラー又はマイクロエレクトロメカニカル走査ガルバノミラーである。
【０１７２】
注意されたいことは、図９と図１０に示すように、本実施例において、前記レーザレーダは、複数の第二レーザビームにコリメート処理を行うことにより複数の第二レーザビームの伝播方向を平行にするコリメートレンズ４５１と、コリメート処理された第二レーザビームを前記ガルバノミラー４５０の第一反射面４５０ａに集光させる合焦レンズ４５２とを更に含む。
【０１７３】
前記分光装置４２０と前記コリメートレンズ４５１の焦点との間の距離は前記コリメートレンズ４５１の焦点深度の半分より小さい。具体的に、前記分光装置４２０は前記コリメートレンズ４５１の焦点平面に位置する。
【０１７４】
前記ガルバノミラー４５０と前記合焦レンズ４５２との間の距離は合焦レンズ４５２の焦点深度の半分より小さい。具体的に、本実施例において、前記ガルバノミラー４５０は前記合焦レンズ４５２の焦点平面に位置する。
【０１７５】
前記合焦レンズ４５２の焦点と前記コリメートレンズ４５１の焦点は重なり、且つ前記合焦レンズ４５２の光軸とコリメートレンズ４５１の光軸は重なる。前記コリメートレンズ４５１と合焦レンズ４５２を設けることにより、ガルバノミラー４５０の第一反射面に集光する第二レーザビームの数量を増加させることができる。それによりガルバノミラー４５０に反射される第二レーザビームの数を増加させ、レーザレーダの画角を増加させることができる。
【０１７６】
本実施例において、前記第一ビームは直線偏光である。直線偏光の偏光が方向性を有するので、レーザレーダの脱分極度は小さい。第一ビームの偏光方向により偏光方向の異なる迷光を濾過除去し、それによりレーザレーダのシグナルノイズ比を向上させることができる。
【０１７７】
図９と図１１に示すように、前記レーザレーダは、少なくとも一部分の前記第二レーザビームを透過させて前記ガルバノミラー４５０の第一反射面４５０ａに入射させる半透過半反射ミラー４５３を更に含む。前記半透過半反射ミラー４５３は第二反射面４５３ａを含み、前記第二反射面４５３ａはガルバノミラー４５０に反射されてくるエコービームを前記受信装置４３０に反射する。
【０１７８】
前記半透過半反射ミラー４５３はエコービームと第二レーザビームを分離させることができるので、第二レーザビームが受信装置４３０に与える干渉を防止し、第二レーザビームが検出結果に与える影響を低減し、前記レーザレーダの精度を向上させることができる。また、前記半透過半反射ミラーにより光路の重畳を形成することより前記レーザレーダの光路を短くし、光学システムの体積を効果的に小さくし、かつ前記レーザレーダの体積を小さくすることに寄与することができる。図９に示すように、前記半透過半反射ミラー４５３の第二反射面４５３ａは前記ガルバノミラー４５０の第一反射面４５０ａに向いている。
【０１７９】
本実施例において、前記レーザレーダは、前記半透過半反射ミラー４５３から出射するエコービームを前記受信装置４３０に集光させる受信収束レンズ４５４を更に含む。前記受信装置４３０と受信収束レンズ４５４の焦点との間の距離は受信収束レンズ４５４の焦点深度の半分より小さい。
【０１８０】
前記受信収束レンズ４５４と前記探知機との間の距離は前記受信収束レンズ４５４の焦点深度の半分より小さい。具体的に、本実施例において、前記探知機は前記受信収束レンズ４５４の焦点平面に位置する。
【０１８１】
前記レーザレーダは小さいガルバノミラー２６０の回転角度により大きい画角を取得することができる。以下、本実施例のレーザレーダの性能を分析する。
【０１８２】
本実施例において、前記分数装置４２０として１×９に分割する一次元ダンマングレーティングを用いてきたが、本発明の他の実施例において、前記分割装置として他のパラメータを有している他の種類の光学素子を用いることもできる。すなわち、本発明は前記構成にのみ制限されるものでない。
【０１８３】
本実施例において、前記合焦レンズ４５２の集光により前記複数の第二レーザビームは前記第一反射面４５０ａの中央位置に集光する。前記被探知目標４０９の表面のいずれか一点に位置する平面は目標平面であり、前記目標平面と前記第一反射面４５０ａの中央位置との間の距離は１である。注意されたいことは、本実施例において、前記目標平面は水平面に垂直である。
【０１８４】
図１２〜図１４を一緒に参照すると、その図面には、図９のレーザレーダの実施例においてガルバノミラーの振動が異なる時刻に前記複数の第二レーザビームが前記目標平面に形成したスポットが示されている。
【０１８５】
前記目標平面に直角座標系を構築する。構築された直角座標系は２つずつ相互に垂直であるｘ方向、ｙ方向及びｚ方向を含む。その直角座標系において、ｙ方向は前記分光装置４２０のグレーティング周期方向に平行である。即ちｙ方向は前記分光装置４２０の分光方向に平行である。
【０１８６】
図１２に示すように、本実施例において、前記分光装置４２０の分光により形成された複数の第二レーザビームは、前記第一反射面４５０ａに反射された後、前記目標平面に投射されることにより複数のスポット４４１が形成される。前記複数のスポット４４１は前記目標平面に形成される１×９のスポット配列であり、前記スポット配列はｙ方向に沿う配列周期ｄｙを有している。即ちｙ方向において隣接しているスポット４４１の間の間隔はｄｙである。
【０１８７】
注意されたいことは、本実施例において、計算を簡略化するため、前記振動回転軸は水平面に平行であり、且つ前記第一反射面４５０ａが前記振動回転軸を回転軸として時計回りの方向に回転する時前記ガルバノミラー４５０の回転角度は正の値であり、前記第一反射面４５０ａが前記振動回転軸を回転軸として反時計回りの方向に回転する時前記ガルバノミラー４５０の回転角度は負の値であると仮定する。
【０１８８】
１つの第二レーザビームにおいて、入射角度が変化しない場合、前記ガルバノミラー４５０がθ弧度回転すると、前記第一反射面４５０ａの法線方向の回転角度は＋θ弧度であり、光学反射原理により前記第一反射面４５０ａに反射された第二レーザビームの回転角度は２θ弧度である。
【０１８９】
図１３に示すように、前記ガルバノミラー４５０がθ＝ｄｙ／４ｌ弧度回転する時、前記第一反射面４５０ａに反射された第二レーザビームの回転角度は２θ＝ｄｙ／２ｌ弧度であり、回転後の第二レーザビームは前記目標平面にスポット４４２を形成する。スポット４４２はスポット４４１のｙの正方向の一側に位置し、スポット４４２とスポット４４１との間の間隔は約ｄｙ／２である。
【０１９０】
図１４に示すように、前記ガルバノミラー４５０がθ＝−ｄｙ／４ｌ弧度回転する時、前記第一反射面４５０ａに反射された第二レーザビームの回転角度は２θ＝−ｄｙ／２ｌ弧度であり、回転後の第二レーザビームは前記目標平面にスポット４４３を形成する。スポット４４３はスポット４４１のｙの負方向の一側に位置し、スポット４４３とスポット４４１との間の間隔は約ｄｙ／２である。
【０１９１】
図１３と図１４から分かるように、前記ガルバノミラー４５０の回転角度が−ｄｙ／４ｌ弧度〜ｄｙ／４ｌ弧度との間にある時、接続されている２つの第二レーザビームの間の区域はいずれも前記第二レーザビームにより走査されることができる。したがって、前記レーザレーダの画角は前記ガルバノミラー４５０の最大回転角度と前記ガルバノミラー４５０に反射された複数の第二レーザビームの間の最大角との合計である。
【０１９２】
本実施例において、前記分光装置４２０として１×９に分割する一次元ダンマングレーティングを用いる。ｙ方向において、前記レーザレーダの画角は９ｄｙ／１弧度である。具体的に、ｄｙ／１＝１０°である場合、前記ガルバノミラー４５０の最大回転角度は５°であり、前記レーザレーダのｙ方向に沿う画角は９０°である。したがって、前記ガルバノミラーと分光装置の組み合わせることにより、小さいガルバノミラーの回転角度により大きい画角を取得することができる。また、画角の要求が同様である場合、ガルバノミラーの回転角度を効果的に小さくし、ガルバノミラーの回転周期を小さくすることができ、それによりレーザレーダの走査フレームレートの向上に寄与することができる。
【０１９３】
本実施例において、前記振動回転軸が前記伝播平面に平行であるとともに前記第一反射面４５０ａに平行である時、前記ガルバノミラー４５０が前記振動回転軸を回転軸として回転することにより、レーザレーダの走査回転軸に垂直な方向に沿う画角を増加させることができる。前記振動回転軸と前記伝播平面との間の夾角が鋭角である時、前記ガルバノミラー４５０が前記振動回転軸を回転軸として回転することにより、レーザレーダの走査回転軸に垂直な方向及び前記走査回転軸に平行な方向に沿う画角を増加させることができる。
【０１９４】
本発明の他の実施例において、前記分光装置として二次元ダンマングレーティングを用いることもできる。前記振動回転軸が前記第一反射面に垂直でない時、前記ガルバノミラーは前記振動回転軸を回転軸として回転し、小さいガルバノミラーの回転角度によりレーザレーダは走査回転軸に垂直な方向及び前記走査回転軸に平行な方向に沿う大きい画角を有し、前記複数の第二レーザビームの伝播範囲を効果的に拡大し、レーザレーダの各方向に沿う角分解能と画角の増加に寄与することができる。
【０１９５】
図１５は本発明の第五実施例に係るレーザレーダの構造を示す図である。
【０１９６】
本実施例と前記実施例の同一点について本発明は再び説明しない。本実施例と前記実施例の相違点は、本実施例の前記発射装置５１０は伝播方向が異なっている複数の第一レーザビームを同時に発射することにある。
【０１９７】
前記分光装置５２０は各第一レーザビーム５１０ａを複数の第二レーザビーム５２０ｂに分割することができる。したがって、伝播方向が異なっている複数の第一レーザビーム５１０ａを形成することにより第二レーザビーム５２０ｂの数量を増加させることができ、且つ伝播方向が異なっている第一レーザビーム５１０ａにより形成される第二レーザビーム５２０ｂの伝播方向は異なっていることによりレーザレーダの角分解能を更に増加させることができる。
【０１９８】
具体的に、図１５に示すように、本実施例において、前記発射装置５１０は、出光方向が相互に平行である複数のレーザー５１１と、複数のレーザー５１１が形成する第一レーザビームを前記分光装置５２０に集光させる収束レンズ５１２とを含む。
【０１９９】
前記収束レンズ５１２は、出光方向が同じである複数のレーザー５１１が、前記分光装置５２０に集光する第一レーザビーム５１０ａを形成するようにする。それにより前記複数のレーザー５１１の取付けの難易度を低減し、伝播方向が異なっている複数の第一レーザビーム５１０ａを形成することができる。また、前記複数のレーザー５１１の取付けの難易度を効果的に低減し、取付けコストの低下に寄与し、前記第一レーザビーム５１０ａの光路の正確性を効果的に向上させ、前記レーザレーダの探知正確性と探知精度の向上に寄与することができる。
【０２００】
本実施例において、前記レーザレーダは複数のビーム拡大コリメート装置（図示せず）を更に含み、前記複数のビーム拡大コリメート装置は前記複数のレーザー５１１と一対一で対応し、前記ビーム拡大コリメート装置は対応するレーザーが形成する第一レーザビームに対してビーム拡大とコリメートをそれぞれ行う。
【０２０１】
具体的に、本実施例において、前記収束レンズ５１２の光軸と前記分光装置５２０の光軸は重なる。前記複数のレーザー５１２の出光方向は前記収束レンズ５１２の光軸に平行である。
【０２０２】
したがって、前記複数のレーザー５１２が形成する複数の第一レーザビーム５１０ａは、相互に平行であり、前記収束レンズ５１２の光軸に平行である。前記複数の第一レーザビーム５１０ａは前記収束レンズ５１２を透過した後前記分光装置５２０に集光し、且つ異なる第一レーザビーム５１０ａと前記分光装置５２０の光軸との間の夾角はいずれも異なっている。したがって、各第一レーザビーム５１０ａが形成する複数の第二レーザビーム５２０ａと前記分光装置５２０光軸との間の夾角も異なるので、前記レーザレーダの角分解能と画角を大きくする目的を達成することができる。
【０２０３】
具体的に、本実施例において、前記複数のレーザー５１０は水平面に垂直な方向に配列され、前記分光装置５２０の分光方向は水平面に垂直である。したがって、前記複数の第一レーザビーム５１０ａが形成されることにより、前記レーザレーダの垂直画角を効果的に拡大し、前記レーザレーダの垂直角分解能を向上させることができる。
【０２０４】
注意されたいことは、本実施例において、前記分光装置５２０から前記収束レンズ５１２の焦点平面までの距離は前記収束レンズ５１２の焦点深度の半分より小さい。具体的に、前記分光装置５２０は前記収束レンズ５１２の焦点平面に位置する。
【０２０５】
本実施例において、前記分光装置５２０は二次元グレーティングである。具体的に、前記分光装置５２０は二次元ダンマングレーティングである。また、前記分光装置５２０は光軸に平行な調節軸を回転軸として回転することができる。図１６は、本実施例の前記分光装置５２０が前記調節軸を回転軸として回転する前後に前記目標平面に形成されるスポットの分布を示す図である。それから分かるように、前記複数の第一レーザビームの形成と前記分光装置５２０の回転を組み合わせることにより、前記レーザレーダの角分解能を効果的に向上させ、前記レーザレーダの画角を効果的に広げることができる。
【０２０６】
注意されたいことは、本実施例において、前記発射装置は前記収束レンズ５１２により伝播方向が異なっている複数の第一レーザビームを形成する。図１７に示すように、本発明の他の実施例において、前記発射装置は複数のレーザー６１１を含むことができる。前記複数のレーザー６１１の出光方向は少なくとも２つずつ交差し、即ち前記複数のレーザー６１１の出光方向は平行でないか或いは異なることができる。それにより、光学素子の数量を効果的に減少させ、前記レーザレーダの光路を簡略化することができる。
【０２０７】
注意されたいことは、前記実施例において、前記分光装置としてダンマングレーティングを用いてきたが、それは本発明の例示にしか過ぎないものである。本発明の他の実施例において、前記分光装置として、光ファイバビームスプリッダ、平面回折グレーティング又はブレーズドグレーティング等を含む他の光学素子を用いるか或いは設計により所定の機能を実施することができるフォトニックス結晶素子を用いることができる。また、前記分光装置は複数の光学素子（例えばレンズ、分光器等）で構成される光学システムであることもできる。前記分光装置は、光線の屈折、反射、回折又は干渉により１つの第一レーザビームを伝播方向が異なっている複数の第二レーザビームに分割することができる任意の光学システム又は光学機器であることができる。
【０２０８】
平面回折グレーティング、ブレーズドグレーティングは通常、一次元グレーティングである。本発明の実施例において、前記分光装置として平面回折グレーティング、ブレーズドグレーティングを用いる時、前記レーザレーダは走査機器を更に含むことにより前記レーザレーダの水平方向と垂直方向における画角と角分解能を確保する。
【０２０９】
本発明はレーザレーダの作動方法を更に提供する。
【０２１０】
前記レーザレーダの作動方法は以下のステップを含む。まずステップＳ１００においてレーザレーダを提供する。図２〜図４を参照すると、前記レーザレーダは、第一レーザビーム１１０ａ（図３に示す）を形成する発射装置１１０（図３に示す）と、第一レーザビーム１１０ａを異なる方向に伝播する複数の第二レーザビーム１２０ｂ（図３に示す）に分割しかつ前記第二レーザビーム（図３に示す）が被探知目標（図示せず）に反射されることによりエコービーム１３０ｃ（如図４所示）を形成する分光装置１２０（図３に示す）と、前記エコービーム１３０ｃを受信する受信装置１３０（図３に示す）とを含む。
【０２１１】
前記レーザレーダの具体的な技術方案は前記レーザレーダの具体的な実施例を参照することができるので、本発明はそれを再び説明しない。
【０２１２】
具体的に、本実施例において、前記分光装置はダンマングレーティングであり、それにより前記複数の第二レーザビームのうちあるビームの強度が小さすぎることにより検出されにくいことを回避し、前記複数の第二レーザビームの探知距離を効果的に確保し、前記受信装置が前記エコービームを検出する成功率を確保し、前記レーザレーダにより被探知目標を検出する精度と正確性の向上に寄与することができる。
【０２１３】
次に、ステップＳ２００において、前記発射装置１１０により第一レーザビーム１１０ａを形成し、前記分光装置１２０により前記第一レーザビーム１１０ａは伝播方向が異なっている複数の第二レーザビーム１２０ｂに分割し、少なくとも一部分の前記第二レーザビーム１２０ｂが前記被探知目標に反射されることによりエコービーム１３０ｃを形成する。
【０２１４】
本実施例において、前記発射装置１１０により第一レーザビーム１１０ａを形成するステップは、前記発射装置１１０のレーザーを起動させ、かつ当該レーザーにより第一レーザビーム１１０ａを形成することである。
【０２１５】
その後、ステップＳ３００において、前記受信装置１３０により前記エコービーム１３０ｃを受信する。
【０２１６】
図４に示すように、前記受信装置は複数の探知機１３０を含み、各探知機１３０は対応する第二レーザビーム（図示せず）が被探知目標により反射されることにより形成されるエコービーム１３０ｃをそれぞれ受信する。
【０２１７】
本実施例において、前記受信装置により前記エコービーム１３０ｃを受信するステップＳ３００は、前記複数の探知機１３１で前記エコービーム１３０ｃを同時に受信することにより損失を低減し、走査頻度を向上させることを含む。
【０２１８】
本発明の他の実施例において、前記受信装置により前記エコービームを受信するステップＳ３００は、前記複数の探知機が対応するエコービームを順次に受信することを含むこともできる。具体的に、前記複数の探知機は所定のタイミングに対応するエコービームを受信することにより、異なるエコービームの間の干渉を防止し、前記レーザレーダの探知精度と正確性を確保することができる。
【０２１９】
前記分光装置１２０により第一レーザビーム１１０ａを複数の第二レーザビーム１２０ｂに分割し、１つのレーザーにより複数の第二レーザビーム１２０ｂを取得することができるので、レーザーの数量を大量に減少させ、かつ前記レーザレーダのコスト及び取付けの難易度を低減することができる。前記レーザレーダは、高い画角と角分解能を有し、且つコストが多くかからないという利点を有している。
【０２２０】
図５は、本発明の第二実施例に係るレーザレーダの作動方法において用いられるレーザレーダの構造を示す図である。
【０２２１】
本実施例と第一実施例の同一点について本発明は再び説明しない。本実施例と前記実施例の相違点は、本実施例の前記分光装置２２０は光軸に平行な調節軸２２５を有し、前記分光装置２２０は前記調節軸２２５を回転軸として回転することにある。
【０２２２】
したがって、前記発射装置により第一レーザビームを形成し、前記分光装置２２０により前記第一レーザビームを前記複数の第二レーザビームに分割するステップＳ２００を実施した後、ステップＳ２１０において、既定の垂直分解能により前記分光装置２２０を回転させる。
【０２２３】
前記分析のとおり、前記分光装置２２０の回転により前記レーザレーダの角分解能と画角を効果的に調節することができる。したがって、いろいろな環境により既定の分解能を設定することにより、前記レーザレーダの高角分解能と大画角を同時に獲得し、前記レーザレーダの探知精度と正確性の向上に寄与し、前記レーザレーダがいろいろな環境に応用されることを改善することができる。
【０２２４】
注意されたいことは、本実施例において、前記分光装置２２０は二次元グレーティングであり、前記分光装置２２０は第一方向に沿う第一グレーティング周期及び第二方向に沿う第二グレーティング周期を有し、前記第一方向と第二方向は垂直である。前記第一グレーティング周期はｄ1であり、前記第二グレーティング周期はｄ2であり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置２２０をｍ×ｎに分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に形成された第二レーザビームの数量であり、ｎは前記第二方向に形成された第二レーザビームの数量である場合、前記分光装置２２０が前記調節軸２２５を回転軸として回転する過程において、前記分光装置２２０の回転角度の範囲は
2021510814.tif 000021
である。
【０２２５】
前記分光装置２２０の回転角度の範囲を適合に調節することにより、レーザレーダの角分解能を大きくし、かつ隣接している第二レーザビームの間の夾角を一致させることができる。それにより第二レーザビームの垂直方向の分布の均一性を向上させ、レーザレーダの性能の改良に寄与することができる。
【０２２６】
注意されたいことは、本発明の他の実施例において、前記分光装置として一次元グレーティングを用いることもできる。前記分光装置が一次元グレーティングである時、前記分光装置は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有する。前記第一グレーティング周期はｄであり、前記第一レーザビームの波長はλであり、前記分光装置はｍ×１に分割するグレーティングであり、ｍは前記第一方向に沿うレーザビームの分割数である場合、前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する過程において、前記分光装置の回転角度は
2021510814.tif 000022
より小さい。その式において、αは既定の画角である。前記分光装置が前記調節軸を回転軸として回転する過程において前記分光装置の回転角度を適合に制御することにより、画角を既定の画角αより大きくすることができる。それによりレーザレーダが高い角分解能を有することを確保し、かつレーザレーダは大きい画角を有することができる。具体的に、本発明の実施例において、前記既定の画角αは５°より大きいか或いは等しいことができる。
【０２２７】
図９〜図１１は、本発明の第三実施例に係るレーザレーダの作動方法において用いられるレーザレーダの構造を示す図である。
【０２２８】
本実施例と前記実施例の同一点について本発明は再び説明しない。本実施例と前記実施例の相違点は、本実施例の前記レーザレーダは前記第二レーザビームを反射する第一反射面を含むガルバノミラーを更に含み、前記ガルバノミラーは振動回転軸を有し、前記ガルバノミラーは前記振動回転軸を回転軸として回転し、前記振動回転軸と前記第一反射面の法線との間の夾角はゼロより大きいことにある。
【０２２９】
したがって、本実施例において、前記発射装置により第一レーザビームを形成し、前記分光装置により前記第一レーザビームを前記複数の第二レーザビームに分割するステップＳ２００を実施した後、前記ガルバノミラーを回転させることによりガルバノミラーに反射されてくる第二レーザビームの伝播方向を変更するステップＳ２２０を実施する。
【０２３０】
前記ガルバノミラー４５０と分光装置４２０を組み合わせることにより、小さいガルバノミラー４５０の回転角度により画角を取得することができる。したがって、画角の要求が同様である場合、ガルバノミラー４５０の回転角度を効果的に小さくし、ガルバノミラー４５０の回転周期を小さくすることができ、それによりレーザレーダの走査フレームレートの向上に寄与することができる。
【０２３１】
注意されたいことは、本実施例において、前記分光装置４２０はグレーティングであり、前記分光装置４２０は第一方向に沿う第一グレーティング周期を有し、前記ガルバノミラーに反射された第二レーザビームの間の第一方向の最小角はθ1であり、前記走査回転軸は前記第一方向に垂直である。したがって、前記ガルバノミラーを回転させる過程において、ガルバノミラーの回転角度をθ1／２より大きくするか或いは等しくする。前記ガルバノミラー４５０の小さい回転角度により、前記ガルバノミラー４５０の振動周期を効果的に短くすることができ、それにより前記レーザレーダの走査フレームレートの向上に寄与することができる。
【０２３２】
図１５は、本発明の第四実施に係るレーザレーダの作動方法において用いられるレーザレーダの構造を示す図である。
【０２３３】
本実施例と前記実施例の同一点について本発明は再び説明しない。本実施例と前記実施例の相違点は、本実施例の前記発射装置は伝播方向が異なっている複数の第一レーザビームを同時に形成し、前記発射装置は複数のレーザーを含むことにある。
【０２３４】
したがって、前記発射装置５１０により第一レーザビーム５１０ａを形成するステップＳ２００は、既定の分解能により少なくとも１つのレーザーを起動させ、少なくとも１つの第一レーザビームを形成することを含む。
【０２３５】
前記分析から分かるように、前記分光装置５２０は一つの第一レーザビーム５１０ａを複数の第二レーザビーム５２０ｂに分割することができ、伝播方向の異なる第一レーザビーム５１０を前記分光装置５２０により分割した後に形成した複数の第二レーザビーム５２０ｂの伝播方向は全く同じではない。
【０２３６】
レーザーを起動させる数量が多ければ多いほど、前記レーザレーダのエネルギー消費がより高くなり、前記レーザレーダ光学システムの負荷がより高くなる。したがって、既定の分解能によりレーザーを起動させる数量を適合に設定し、起動させるレーザーを適合に選択することにより、使用の分解能の要求を確保する前提において、前記第二レーザビームの利用率を向上させ、前記レーザレーダのエネルギー消費を効果的に制御し、前記レーザレーダ光学システムの負荷を効果的に減少させ、エネルギー節約と使用時間の延長に寄与し、損失低下と耐用年数の延長に寄与し、角分解能とエネルギー消費を同時に改善することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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