(57)【要約】  本発明の実施例はレーザーレーダーシステム及びレーザー測距方法を提供する。該レーザーレーダーシステムはレーザー走査部材及び回転部材を含み、上記レーザー走査部材は送信アセンブリ、送信レンズ、受信レンズ及び受信アセンブリを含む。上記送信アセンブリは複数のレーザー送信機及び第１光ファイバアレイを含み、上記受信アセンブリは複数の受信機及び第２光ファイバアレイを含む。本発明の実施例による上記レーザーレーダーシステムは、光ファイバアレイを送信アセンブリのレーザー送信端及び受信アセンブリの反射光入射端とすることによって、レーザーレーダーの体積を減少して、生産コストを低減させることができる。
2021517957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーレーダーシステムであって、レーザー走査部材及び回転部材を含み、
前記回転部材は、前記レーザー走査部材を回転することに用いられ、
前記レーザー走査部材は、
複数のレーザー送信機及び第１光ファイバアレイを含み、前記複数のレーザー送信機が複数の光ファイバに一々対応し、各レーザー送信機が送信したレーザーは対応した光ファイバに入って、前記複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバが前記第１光ファイバアレイに接続される送信アセンブリ、
前記第１光ファイバアレイからのレーザーをコリメーションした後に送信するための送信レンズ、
複数の受信機及び第２光ファイバアレイを含み、前記複数の受信機が複数の光ファイバに一々対応し、各受信機が対応した光ファイバが伝導した反射光を受信し、前記複数の受信機に対応した複数の光ファイバが前記第２光ファイバアレイに接続される受信アセンブリ、及び
前記レーザーの反射光を受信して、且つ前記反射光を前記第２光ファイバアレイに収束するための受信レンズを含むことを特徴とするレーザーレーダーシステム。
【請求項２】
前記送信アセンブリは第１マルチコア光ファイバコネクタを更に含み、前記複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバを前記第１光ファイバアレイに接続することに用いられ、
前記受信アセンブリは第２マルチコア光ファイバコネクタを更に含み、前記複数の受信機に対応した複数の光ファイバを前記第２光ファイバアレイに接続することに用いられることを特徴とする請求項１に記載のレーザーレーダーシステム。
【請求項３】
前記送信アセンブリは複数のビーム整形器を更に含み、前記複数のビーム整形器が前記複数のレーザー送信機に一々対応し、前記ビーム整形器はレーザー送信機が送信したレーザーを対応した光ファイバにカップリングすることに用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザーレーダーシステム。
【請求項４】
前記ビーム整形器はビスシリンドリカルレンズであり、前記ビスシリンドリカルレンズの２つのシリンダーの母線は互いに直交することを特徴とする請求項３に記載のレーザーレーダーシステム。
【請求項５】
前記ビーム整形器は光回折に基づくビーム整形器であり、コリメートレンズ、第１回折素子及び第２回折素子を含む；
前記コリメートレンズは、前記レーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションして、細長いストリップのビームに変えることに用いられ、
前記第１回折素子は、前記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームがそれぞれ異なる空間的向きに偏向することに用いられ、
前記第２回折素子は、前記残りの各ビームを補正して、前記残りの各ビームと前記中心ビームを重なり合わせ、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることに用いられることを特徴とする請求項３に記載のレーザーレーダーシステム。
【請求項６】
前記ビーム整形器は光回折に基づくビーム整形器であり、第１レンズ、第１回折素子、第２回折素子及び第２レンズを含み、
前記第１レンズ、前記レーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションして、細長いストリップのビームに変えることに用いられ、
前記第１回折素子は、前記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームがそれぞれ異なる空間的向きに偏向することに用いられ、
前記第２回折素子は、前記残りの各ビームを補正して、前記残りの各ビームと前記中心ビームを平行にさせることに用いられ、
前記第２レンズは、前記第２回折素子からの前記残りの各ビームと前記中心ビームを重なり合わせ、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることに用いられることを特徴とする請求項３に記載のレーザーレーダーシステム。
【請求項７】
前記受信アセンブリは複数のマイクロレンズを更に含み、前記複数のマイクロレンズが前記複数の受信機に一々対応し、光ファイバが伝導した反射光を対応した受信機に収束することに用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザーレーダーシステム。
【請求項８】
前記第１光ファイバアレイの端面は前記送信レンズの焦点面にあり、前記第２光ファイバアレイの端面は前記受信レンズの焦点面にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザーレーダーシステム。
【請求項９】
前記第１光ファイバアレイは一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイであり、前記第２光ファイバアレイは一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザーレーダーシステム。
【請求項１０】
レーザー測距方法であって、レーザーレーダーシステムによってレーザー測距を行い、前記レーザーレーダーシステムはレーザー走査部材及び回転部材を含み、
前記レーザー走査部材は送信アセンブリ、送信レンズ、受信アセンブリ及び受信レンズを含み、前記送信アセンブリは複数のレーザー送信機及び第１光ファイバアレイを含み、前記複数のレーザー送信機が複数の光ファイバに一々対応し、前記複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバが前記第１光ファイバアレイに接続され、前記受信アセンブリは複数の受信機及び第２光ファイバアレイを含み、前記複数の受信機が複数の光ファイバに一々対応し、前記複数の受信機に対応した複数の光ファイバが前記第２光ファイバアレイに接続され、
前記回転部材は前記レーザー走査部材を回転し、
前記複数のレーザー送信機はレーザーを送信して、前記レーザーが対応した光ファイバによって光伝導され、且つ前記第１光ファイバアレイから送信され、
前記送信レンズは前記第１光ファイバアレイからのレーザーをコリメーションした後に送信し、
前記受信レンズは前記レーザーからの反射光を受信し、且つ前記反射光を前記第２光ファイバアレイに収束し、
前記複数の受信機が対応した光ファイバが伝導した反射光を受信することを特徴とするレーザー測距方法。
【請求項１１】
前記送信アセンブリは第１マルチコア光ファイバコネクタを更に含み、前記複数のレーザー送信機が対応した複数の光ファイバが前記第１光ファイバアレイに接続されるのは、前記第１マルチコア光ファイバコネクタによって前記複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバを前記第１光ファイバアレイに接続することを含み、
前記受信アセンブリは第２マルチコア光ファイバコネクタを更に含み、前記複数の受信機に対応した複数の光ファイバが前記第２光ファイバアレイに接続されるのは、前記第２マルチコア光ファイバコネクタによって前記複数の受信機に対応した複数の光ファイバを前記第２光ファイバアレイに接続することを含むことを特徴とする請求項１０に記載のレーザー測距方法。
【請求項１２】
前記送信アセンブリは複数のビーム整形器を更に含み、前記複数のビーム整形器が前記複数のレーザー送信機に一々対応し、前記ビーム整形器はレーザー送信機が送信したレーザーを対応した光ファイバにカップリングすることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザー測距方法。
【請求項１３】
前記ビーム整形器はビスシリンドリカルレンズであり、前記ビスシリンドリカルレンズの２つのシリンダーの母線は互いに直交することを特徴とする請求項１２に記載のレーザー測距方法。
【請求項１４】
前記ビーム整形器は光回折に基づくビーム整形器であり、コリメートレンズ、第１回折素子及び第２回折素子を含み、
前記ビーム整形器はレーザー送信機が送信したレーザーを対応した光ファイバにカップリングするのは、
前記コリメートレンズは前記レーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションし、細長いストリップのビームに変えること、
前記第１回折素子は前記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームがそれぞれ異なる空間的向きに偏向すること、及び
前記第２回折素子は前記残りの各ビームを補正して、前記残りの各ビームと前記中心ビームを重なり合わせ、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることを含むことを特徴とする請求項１２に記載のレーザー測距方法。
【請求項１５】
前記ビーム整形器は光回折に基づくビーム整形器であり、第１レンズ、第１回折素子、第２回折素子及び第２レンズを含み、
前記ビーム整形器はレーザー送信機が送信したレーザーを対応した光ファイバにカップリングするのは、
前記第１レンズは前記レーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションして、細長いストリップのビームに変えること、
前記第１回折素子は前記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームがそれぞれ異なる空間的向きに偏向すること、
前記第２回折素子は前記残りの各ビームを補正して、前記残りの各ビームと前記中心ビームを平行にさせること、及び
前記第２レンズは前記第２回折素子からの前記残りの各ビームと前記中心ビームを重なり合わせ、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることを特徴とする請求項１２に記載のレーザー測距方法。
【請求項１６】
前記受信アセンブリは複数のマイクロレンズを更に含み、前記複数のマイクロレンズが前記複数の受信機に一々対応し、前記マイクロレンズは光ファイバが伝導した反射光を対応した受信機に収束することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザー測距方法。
【請求項１７】
前記第１光ファイバアレイの端面は前記送信レンズの焦点面にあり、前記第２光ファイバアレイの端面は前記受信レンズの焦点面にあることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザー測距方法。
【請求項１８】
前記第１光ファイバアレイは一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイであり、前記第２光ファイバアレイは一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザー測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１８年０４月１１日に中国特許庁に提出し、出願番号が２０１８１０３２１８８２．Ｘで、発明の名称が「レーザーレーダーシステム及びレーザー測距方法」の中国特許出願の優先権を主張し、全ての内容を引用によって本出願に組み合わせる。
【０００２】
本発明はレーザー検出及び測距技術分野に関し、特にレーザーレーダーシステム及びレーザー測距方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザー検出及び測距（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ、ＬｉＤＡＲ）システムは一般的にレーザーレーダーシステムと呼ばれる。レーザーレーダーの基本的な作業原理は、レーザー送信機はレーザーをターゲットオブジェクトに発射し、受信機はターゲットオブジェクトの発射光を受け、レーザーレーダーはレーザー測距原理に基づきレーザーレーダーからターゲットオブジェクトまでの距離を計算する。なかには、１つのレーザー送信機と１つの受信機を１つのレーザー測距チャネルに組成する。レーザーはターゲットオブジェクトを持続的に走査することによって、該ターゲットオブジェクトにおける全ての目標点のデータを取得することができ、該データをイメージング処理した後で該ターゲットオブジェクトの３次元立体画像することができる。
【０００４】
よく見られた３次元レーザーレーダーは機械式回転レーザーレーダーであり、多くのペアのレーザー送信機及び受信機を含み、各ペアのレーザー送信機及び受信機は異なる空間的な角度位置に向かって、セクターカバレッジを形成し、次に、一軸回転機構を利用し、上記の多くのペアのレーザー送信機及び受信機の全体の回転を駆動し、３次元レーザー走査を実現する。
【０００５】
上記の機械式回転レーザーレーダーのレーザー送信機及び受信機の数が多く、サイズが大きいため、隣接するレーザー測距チャネルの間に大きな物理的間隔が存在し、それによりレーザーレーダー全体のサイズが大きくなり、角度解像度が低い。それと同時に、正確なフォーカス、送信及び受信光軸の正確な平行を確保するように、各レーザー測距チャネルのレーザー送信機及び受信機を正確に較正する必要があり、且つ隣接するレーザー測距チャネルの間の微小で正確な角度間隔を確保する必要があり、このようなレーザーレーダーの組立及び調整較正の作業負荷が大きくなり、生産効率が低くなり、それにより非常に高い生産コストをもたらす。また、各レーザー測距チャネルの調整較正作業が完成した後に、全てのレーザー送信機及び受信機を接着して固定する必要があるため、一旦ある又はいくつかのレーザー測距チャネルが損壊される際に、全てのレーザー測距チャネルを改めて行組立及び調整較正する必要があり、修理コストが非常に高い。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これをに対して、本発明の実施例はレーザーレーダーシステムを提供し、レーザー走査部材及び回転部材を備え、上記回転部材は上記レーザー走査部材を回転することに用いられ、上記レーザー走査部材は、送信アセンブリ、送信レンズ、受信アセンブリ及び受信レンズを含む。更に、上記送信アセンブリは複数のレーザー送信機及び第１光ファイバアレイを含み、上記複数のレーザー送信機が複数の光ファイバに一々対応し、各レーザー送信機が送信したレーザーは対応した光ファイバに入って、上記複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバは上記第１光ファイバアレイに接続され、上記送信レンズは上記第１光ファイバアレイからのレーザーをコリメーションした後に送信することに用いられ、上記受信アセンブリは複数の受信機及び第２光ファイバアレイを含み、上記複数の受信機が複数の光ファイバに一々対応し、各受信機が対応した光ファイバが伝導した反射光を受信し、上記複数の受信機に対応した複数の光ファイバは上記第２光ファイバアレイに接続され、上記受信レンズは上記レーザーの反射光を受信して、且つ該反射光を上記第２光ファイバアレイに収束することに用いられる。
【０００７】
選択可能に、上記送信アセンブリは第１マルチコア光ファイバコネクタを更に含み、上記複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバを上記第１光ファイバアレイに接続することに用いられ、上記受信アセンブリは第２マルチコア光ファイバコネクタを更に含み、上記複数の受信機に対応した複数の光ファイバを上記第２光ファイバアレイに接続することに用いられる。
【０００８】
更に、上記送信アセンブリは複数のビーム整形器を更に含み、上記複数のビーム整形器が上記複数のレーザー送信機に一々対応し、上記ビーム整形器はレーザー送信機が送信したレーザーを対応した光ファイバにカップリングすることに用いられる。選択可能に、上記ビーム整形器はビスシリンドリカルレンズであってよく、該ビスシリンドリカルレンズの２つのシリンダーの母線は互いに直交する。
【０００９】
或いは、上記ビーム整形器は光回折に基づくビーム整形器であり、コリメートレンズ、第１回折素子及び第２回折素子を含む。上記コリメートレンズはレーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションし、細長いストリップのビームに変えることに用いられ、上記第１回折素子は上記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームをそれぞれ異なる空間的向きへ偏向することに用いられ、上記第２回折素子は上記残りの各ビームを補正して、上記残りの各ビームと上記中心ビームを重なり合わせ、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることに用いられる。
【００１０】
或いは、上記ビーム整形器は他の光回折に基づくビーム整形器であってもよく、第１レンズ、第１回折素子、第２回折素子及び第２レンズを含む。上記第１レンズはレーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションし、細長いストリップのビームに変えることに用いられ、上記第１回折素子は上記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームをそれぞれ異なる空間的向きへ偏向することに用いられ、上記第２回折素子は上記残りの各ビームを補正して、上記残りの各ビームと上記中心ビームを平行にさせることに用いられ、上記第２レンズは上記第２回折素子からの上記残りの各ビームと上記中心ビームを重なり合わせ、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることに用いられる。
【００１１】
更に、上記受信アセンブリは複数のマイクロレンズを更に含んでよく、上記複数のマイクロレンズが複数の受信機に一々対応し、光ファイバが伝導した反射光を対応した受信機に収束することに用いられる。
【００１２】
更に、上記第１光ファイバアレイの端面は上記送信レンズの焦点面にあり、上記第２光ファイバアレイの端面は上記受信レンズの焦点面にある。選択可能に、上記第１光ファイバアレイは一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイであってよく、上記第２光ファイバアレイは一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイであってよい。
【００１３】
本発明の実施例はレーザー測距方法を更に提供し、該方法はレーザーレーダーシステムによってレーザー測距を行い、該レーザーレーダーシステムはレーザー走査部材及び回転部材を含み、上記レーザー走査部材は送信アセンブリ、送信レンズ、受信アセンブリ及び受信レンズを含み、上記送信アセンブリは複数のレーザー送信機及び第１光ファイバアレイを含み、上記複数のレーザー送信機が複数の光ファイバに一々対応し、上記複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバは上記第１光ファイバアレイに接続され、上記受信アセンブリは複数の受信機及び第２光ファイバアレイを含み、上記複数の受信機が複数の光ファイバに一々対応し、上記複数の受信機に対応した複数の光ファイバは上記第２光ファイバアレイに接続される。上記回転部材は上記レーザー走査部材を回転し、
上記複数のレーザー送信機はレーザーを送信し、上記レーザーが対応した光ファイバによって光伝導して、且つ上記第１光ファイバアレイから送信し、上記送信レンズは上記第１光ファイバアレイからのレーザーをコリメーションした後に送信し、上記受信レンズは上記レーザーの反射光を受信して、且つ上記反射光を上記第２光ファイバアレイに収束し、上記複数の受信機が対応した光ファイバが伝導した反射光を受信する。
【００１４】
選択可能に、上記送信アセンブリは第１マルチコア光ファイバコネクタを更に含んでよく、上記複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバは上記第１光ファイバアレイに接続されるのは、上記第１マルチコア光ファイバコネクタによって上記複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバを上記第１光ファイバアレイに接続すること、上記受信アセンブリ還可以は第２マルチコア光ファイバコネクタを更に含み、上記複数の受信機に対応した複数の光ファイバは上記第２光ファイバアレイに接続されることは、上記第２マルチコア光ファイバコネクタによって上記複数の受信機の対応する複数の光ファイバを上記第２光ファイバアレイに接続することを含む。
【００１５】
更に、上記送信アセンブリは複数のビーム整形器を更に含み、上記複数のビーム整形器が上記複数のレーザー送信機に一々対応し、上記ビーム整形器はレーザー送信機が送信したレーザーを対応した光ファイバ内にカップリングする。選択可能に、上記ビーム整形器はビスシリンドリカルレンズであり、上記ビスシリンドリカルレンズの２つのシリンダーの母線は互いに直交する。
【００１６】
或いは、上記ビーム整形器は光回折に基づくビーム整形器であってもよく、コリメートレンズ、第１回折素子及び第２回折素子を含む。上記ビーム整形器はレーザー送信機が送信したレーザーを対応した光ファイバ内にカップリングするのは、上記コリメートレンズは上記レーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションし、細長いストリップのビームに変えること、上記第１回折素子は上記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームをそれぞれ異なる空間的向きへ偏向すること、及び上記第２回折素子は上記残りの各ビームを補正して、上記残りの各ビームと上記中心ビームを重なり合わせ、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることを含む。
【００１７】
或いは、上記ビーム整形器は他の光回折に基づくビーム整形器であってもよく、第１レンズ、第１回折素子、第２回折素子及び第２レンズを含む。上記ビーム整形器はレーザー送信機が送信したレーザーを対応した光ファイバ内にカップリングするのは、上記第１レンズは上記レーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションし、細長いストリップのビームに変えること、上記第１回折素子は上記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームをそれぞれ異なる空間的向きへ偏向すること、上記第２回折素子は上記残りの各ビームを補正して、上記残りの各ビームと上記中心ビームを平行にさせること、及び上記第２レンズは上記第２回折素子からの上記残りの各ビームと上記中心ビームを重なり合わせ、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることを含む。
【００１８】
更に、上記受信アセンブリは複数のマイクロレンズを更に含んでよく、上記複数のマイクロレンズ上記複数の受信機に一々対応し、上記マイクロレンズは光ファイバが伝導した反射光を対応した受信機に収束する。
【００１９】
具体的に、上記第１光ファイバアレイの端面は上記送信レンズの焦点面にあり、上記第２光ファイバアレイの端面は上記受信レンズの焦点面にある。上記第１光ファイバアレイは一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイであってよく、上記第２光ファイバアレイは一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイであってよい。
【００２０】
本発明の実施例によるレーザーレーダーシステム及びレーザー測距方法は、光ファイバアレイを送信アセンブリのレーザー送信端及び受信アセンブリの反射光入射端として使用することによって、レーザーレーダーの体積を減少して、生産コスト及び調整較正コストを低減させることができる。また、一選択可能な実施例として、マルチコア光ファイバコネクタによって複数のレーザー送信機及び複数の受信機を光ファイバアレイに接続することによって、レーザーレーダー構造のモジュラーを実現することができ、レーザーレーダーのメンテナンスコストを低減させる。
【００２１】
本発明の実施例の技術的解決手段をより明確的に説明するために、以下、実施例の叙述に使用する必要がある図面を簡単に説明する。明らかで、以下で叙述した図面はただ本発明のある実施例だけであり、当業者にとって、創造的な作業なしに更にこれらの図面に基づいてその他の図面を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の実施例によるレーザーレーダーシステムを示す構造模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明の実施例によるレーザーレーダーシステムの１種の送信アセンブリを示す構造模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは本発明の実施例によるレーザーレーダーシステムの他種の送信アセンブリを示す構造模式図である。
【図３】図３は本発明の実施例によるビスシリンドリカルレンズを示す構造模式図である。
【図４】図４は本発明の実施例による１種の光回折に基づくビーム整形器を示す構造模式図である。
【図５】図５は本発明の実施例による他種の光回折に基づくビーム整形器を示す構造模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは本発明の実施例によるレーザーレーダーシステムの１種の受信アセンブリを示す構造模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは本発明の実施例によるレーザーレーダーシステムの他種の受信アセンブリを示す構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例における図面を参照して、本発明の実施例における技術的解決手段を詳細的に説明し、無論、以下で説明された実施例は全部の実施例ではなく、本発明の一部の実施例だけである。以下の実施例に基づいて、当業者は創造的な労働なしに得られたすべての他の実施例は、いずれも本発明が保護する範囲に属する。
【００２４】
図１に示すように、本実施例はレーザーレーダーシステムを提供し、回転部材１１及びレーザー走査部材１２を備える。上記回転部材１１は上記レーザー走査部材１２を回転することに用いられる。具体的に、該回転部材１１によって上記レーザー走査部材１２に３６０度の高速連続回転を実現させる。上記レーザー走査部材１２は送信アセンブリ２１、送信レンズ２２、受信レンズ２３及び受信アセンブリ２４を含む。
【００２５】
更に、上記レーザー走査部材１２の送信アセンブリは複数のレーザー送信機及び第１光ファイバアレイを含む。図２Ａに示すように、本実施例における送信アセンブリはＮ個のレーザー送信機及び第１光ファイバアレイ２２０を含む。Ｎは２より大きい又は等しい自然数である。上記Ｎ個のレーザー送信機はＮ本の光ファイバに一々対応し、各レーザー送信機が送信したレーザーは対応した光ファイバに入って、且つ該光ファイバによって光伝導され、上記Ｎ個のレーザー送信機に対応したＮ本の光ファイバは上記第１光ファイバアレイ２２０に接続される。具体的に、図２Ａに示すように、レーザー送信機２１１、レーザー送信機２１２、……レーザー送信機２１Ｎは光ファイバ１、光ファイバ２、…光ファイバＮに一々対応し、該Ｎ本の光ファイバが第１光ファイバアレイ２２０に接続され、Ｎ個のレーザー送信機から第１光ファイバアレイ２２０までのＮ本の光路を形成する。
【００２６】
他種の選択可能な実施手段として、上記実施例における送信アセンブリは複数のレーザー送信機に対応した複数の光ファイバを第１光ファイバアレイに接続するための１つのマルチコア光ファイバコネクタを更に含んでよい。図２Ｂに示すように、図２Ａの上で、送信アセンブリは第１マルチコア光ファイバコネクタ２６０を更に含み、該第１マルチコア光ファイバコネクタ２６０がレーザー送信機２１１、レーザー送信機２１２……レーザー送信機２１Ｎに対応した光ファイバ１、２……Ｎを第１光ファイバアレイ２２０に接続し、Ｎ個のレーザー送信機から第１光ファイバアレイ２２０までのＮ本の光路を形成する。
【００２７】
上記図２Ａ又は２Ｂに示すような実施例によるレーザーレーダーシステムにおいて、送信アセンブリのＮ個のレーザー送信機が送信したＮ本のレーザーがＮ本の光路を通過して第１光ファイバアレイ２２０に到達し、且つ第１光ファイバアレイ２２０の端面から送信され、即ち第１光ファイバアレイ２２０の端面は送信アセンブリのレーザー出射端となる。
【００２８】
一好ましい実施例として、上記送信アセンブリは複数のビーム整形器を更に含み、上記複数のビーム整形器が上記複数のレーザー送信機に一々対応し、レーザー送信機が送信したレーザーを対応した光ファイバにカップリングすることに用いられる。図２Ａ又は２Ｂに示すように、送信アセンブリにＮ個のビーム整形器、例えばビーム整形器２０１、ビーム整形器２０２、……ビーム整形器２０Ｎが含まれることができ、且つ上記Ｎ個のビーム整形器がそれぞれレーザー送信機２１１、レーザー送信機２１２、……レーザー送信機２１Ｎに一々対応し、上記Ｎ個のレーザー送信機が送信したレーザーを対応したＮ本の光ファイバにそれぞれカップリングすることに用いられる。上記ビーム整形器は様々な実現方法があり、例は以下の通りである。
【００２９】
１つの選択的な手段として、上記ビーム整形器は図３に示すようなビスシリンドリカルレンズであってよく、該ビスシリンドリカルレンズの２つのシリンダーの母線は互いに直交し、即ちビスシリンドリカルレンズのシリンダーＡの母線Ｌ１とシリンダーＢの母線Ｌ２と互いに直交する。
【００３０】
マルチラインレーザーレーダーによく使用された高出力パルスレーザーダイオードはエッジ発光半導体レーザーダイオード（Ｅｄｇｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）であり、発光源はチップＰ／Ｎ接合（Ｐ−Ｎ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）の端面であり、即ちＰ／Ｎ接合の２つの平面が接するスロットである。このようなレーザー送信機の特徴は、Ｐ／Ｎ接合平面に平行である方向において、ビームの線形サイズが大きく（例えば５０ｕｍ〜数百ｕｍ）、発散角が小さく（例えば１０度）、Ｐ／Ｎ接合平面に垂直である方向において、ビームの線形サイズが小さく（例えば１  ｕｍ  −１０ｕｍ）、発散角が大きい（例えば４５度）。線形サイズが大きく、発散角が小さい方向は、スロー軸（Ｓｌｏｗ  Ａｘｉｓ）と呼ばれ、線形サイズが小さく、発散角が大きい方向は、高速軸（Ｆａｓｔ  Ａｘｉｓ）と呼ばれる。
【００３１】
本実施例に用いられる図３に示すようなビスシリンドリカルレンズはレーザービームの高速軸及びスロー軸に対して２つの独立した光学システムをそれぞれ構成する。レーザー送信機が送信したレーザーが上記ビスシリンドリカルレンズを通過して、高速軸の発散角が減少し、スロー軸の発散角が増加し、それによりビームが高速軸及びスロー軸での発散角のバランス、接近を実現する。このため、本実施例に用いられるビスシリンドリカルレンズは高速軸及びスロー軸の２つの方向の違いが大きい楕円形のスポットを、高速軸及びスロー軸の２つの方向の違いが小さい円形又は方形スポットに整形することができ、ビームを光ファイバに効率よくカップリングさせる。
【００３２】
他の選択的な手段として、上記ビーム整形器は光回折に基づくビーム整形器であってもよく、図４に示すように、コリメートレンズ４１、第１回折素子４２及び第２回折素子４３を含む。上記コリメートレンズ４１はレーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションし、ビームを細長いストリップのビームに変えることに用いられる。例えば、該コリメートレンズ４１はマイクロシリンドリカルミラーであってよい。第１回折素子４２は上記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームをそれぞれ異なる空間的向きへ偏向することに用いられる。第２回折素子４３は上記残りの各ビームを補正して、上記残りの各ビームと中心ビームを重なり合わせ、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることに用いられる。
【００３３】
具体的に、図４に示すように、レーザービームはコリメートレンズ４１を通過した後に細長いストリップのビームになり、該細長いストリップのビームが第１回折素子４２によって３つのビーム、ビーム１、ビーム２（中心ビーム）及びビーム３に分けられ、ビーム１が下、右に向かって偏向し、ビーム２は中心ビームであり、システム光軸に平行である伝播方向を保持し、ビーム３が上、左に向かって偏向する。第２回折素子４３はビーム１及びビーム３を補正し、上記ビーム１及びビーム３と中心ビーム２を重なり合わせ、高速軸及びスロー軸の２つの方向の線形サイズ及び発散角の両方が相対的に平衡した方形スポットを形成し、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスする。上記光回折に基づくビーム整形器ビームを光ファイバに効率よくカップリングさせることができる。
【００３４】
更に１つの選択的な手段として、上記ビーム整形器は他種の光回折に基づくビーム整形器であってよく、図５に示すように、第１レンズ５１、第１回折素子５２、第２回折素子５３及び第２レンズ５４を含む。第１レンズ５１はレーザー送信機が送信したビームを速軸方向においてコリメーションし、細長いストリップのビームに変えることに用いられ。例えば、該第１レンズ５１はマイクロシリンドリカルミラーであってよい。第１回折素子５２は上記細長いストリップのビームを若干のビームに分け、中心ビームを除いて、残りの各ビームをそれぞれ異なる空間的向きへ偏向することに用いられる。第２回折素子５３は上記残りの各ビームを補正して、上記残りの各ビームと上記中心ビームを平行にさせることに用いられる。第２レンズ５４は上記第２回折素子５３からの上記残りの各ビームと上記中心ビームを重なり合わせ且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスすることに用いられる。
【００３５】
具体的に、図５に示すように、レーザービームはコリメートレンズ５１を通過した後に細長いストリップのビームになり、該細長いストリップのビームが第１回折素子５２によって３つのビーム、ビーム１、ビーム２（中心ビーム）及びビーム３に分けられ、ビーム１が下、右に向かって偏向し、ビーム２は中心ビームであり、システム光軸に平行である伝播方向を保持し、ビーム３が上、左に向かって偏向する。第２回折素子５３はビーム１及びビーム３を補正して、上記ビーム１及びビーム３と中心ビーム２を平行にさせる。第２レンズ５４は平行なビーム１、ビーム２及びビーム３を重なり合わせ、高速軸及びスロー軸の２つの方向の線形サイズ及び発散角の両方が相対的に平衡した方形スポットを形成し、且つ対応した光ファイバの端面にフォーカスする。上記光回折に基づくビーム整形器はビームを光ファイバに効率よくカップリングさせることができる。
【００３６】
本実施例によるレーザーレーダーシステムの送信レンズ２２は上記第１光ファイバアレイ２２０からのレーザーをコリメーションした後に送信することに用いられる。例えば、上記送信レンズ２２は上記第１光ファイバアレイ２２０から上記複数のレーザー送信機からのレーザーを受信し、コリメーションした後に、１つの扇形に分布されたレーザービームアレイを形成して、ターゲットオブジェクトに照射する。
【００３７】
選択可能に、上記第１光ファイバアレイ２２０は一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイである。上記第１光ファイバアレイ２２０の端面は上記送信レンズ２２の焦点面にある。
【００３８】
本発明の実施例において上記レーザー走査部材１２の受信アセンブリは複数の受信機及び第２光ファイバアレイを含む。図６Ａに示すように、本実施例における受信アセンブリはＮ個の受信機及び第２光ファイバアレイ２４０を含む。Ｎは２より大きい又は等しい自然数である。上記Ｎ個の受信機はＮ本の光ファイバに一々対応し、各受信機が対応した光ファイバが伝導した反射光を受信し、上記Ｎ個の受信機に対応したＮ本の光ファイバは上記第２光ファイバアレイ２４０に接続される。具体的に、図６Ａに示すように、受信機２３１、受信機２３２、…受信機２３Ｎは光ファイバ１、光ファイバ２、…光ファイバＮに一々対応し、該Ｎ本の光ファイバが第２光ファイバアレイ２４０に接続され、第２光ファイバアレイ２４０からＮ個の受信機までのＮ本の光路を形成する。
【００３９】
他の選択可能な実施手段として、上記実施例における受信アセンブリは１つのマルチコア光ファイバコネクタを更に含んでよく、複数の受信機に対応した複数の光ファイバを第２光ファイバアレイに接続することに用いられる。図６Ｂに示すように、図６Ａの上で、受信アセンブリは第２マルチコア光ファイバコネクタ２７０を更に含み、該第２マルチコア光ファイバコネクタ２７０は受信機２３１、受信機２３２……受信機２３Ｎに対応した光ファイバ１、光ファイバ２…光ファイバＮを第２光ファイバアレイ２４０に接続し、第２光ファイバアレイ２４０からＮ個の受信機までのＮ本の光路を形成する。
【００４０】
一好ましい実施例として、上記受信アセンブリは複数のマイクロレンズを更に含み、上記複数のマイクロレンズが複数の受信機に一々対応し、光ファイバが伝導した反射光を対応した受信機に収束することに用いられる。図６Ａ又は６Ｂに示すように、受信アセンブリにＮ個のマイクロレンズ、例えばマイクロレンズ２５１、マイクロレンズ２５２、……マイクロレンズ２５Ｎが含まれ、且つ上記Ｎ個のマイクロレンズがそれぞれ受信機２３１、受信機２３２、……受信機２３Ｎに一々対応する。
【００４１】
本発明の実施例における受信レンズ２３はレーザーの反射光を受信して、且つ反射光を図６Ａ又は６Ｂに示すような第２光ファイバアレイ２４０に収束することに用いられ、即ち第２光ファイバアレイ２４０の端面が受信アセンブリのレーザー入射端となる。例えば、受信レンズ２３はターゲットオブジェクトが反射した光、即ち反射光を受信し、該反射光は図２Ａ又は２Ｂに示すような一番目の光ファイバアレイ２２０が送信してきたＮ本のレーザーの反射光である。上記反射光が受信レンズ２３によって収束された後に、図６Ａ又は６Ｂに示すような第２光ファイバアレイ２４０の端面に到達し、且つＮ本の光路を介してＮ個の受信機に到達する。光路可逆性に基づき、送信レンズ２１により送信してきた扇形に分布されたレーザービームアレイは、ターゲットオブジェクトにより反射された後に、反射光が依然として扇形アレイに受信レンズ２３に到達して且つフォーカスされ、第２光ファイバアレイ２４０に入る。
【００４２】
選択可能に、上記第２光ファイバアレイ２４０は一次元光ファイバアレイ又は二次元光ファイバアレイである。上記第２光ファイバアレイ２４０の端面は上記受信レンズ２３の焦点面にある。
【００４３】
本発明の実施例によるレーザーレーダーシステムにおいて、１つのレーザー送信機及び対応した１つの受信機は、１つのレーザー測距チャネルを組成する。このため、本発明の実施例によるレーザーレーダーシステムは合計Ｎ個のレーザー測距チャネルを有する。
【００４４】
本発明の実施例はレーザー測距方法を更に提供し、該レーザー測距方法は前記の実施例によるレーザーレーダーシステムによってレーザー測距を行い、該レーザーレーダーシステムの具体的な構造及び作業過程は上記実施例のようなものであり、ここで説明しない。
【００４５】
本発明の実施例によるレーザーレーダーシステムは、全てのレーザー送信機から送信レンズまで、受信レンズから受信機までの光路はいずれも細い、柔らかい光ファイバによって接続され、且つレーザーの出射端及び反射光の入射端はいずれも光ファイバアレイの端面であるため、送信アセンブリの光ファイバアレイを送信レンズの焦点面に取り付け、受信アセンブリの光ファイバアレイを受信レンズの焦点面に取り付けるだけで、レーザー送信機及び受信機の配列は送信及び受信角度の制限を受けなく、レーザー走査部材の任意の位置にレイアウトすることができる。同時に、光ファイバアレイのサイズが小さく、光ファイバの集積度が高いため、光ファイバアレイを送信アセンブリにおけるレーザーの出射端及び入射アセンブリにおけるレーザーの入射端とする場合に、送信端及び受信端はただそれぞれ１つの小口径のレンズ窓だけで、数十のチャネルのマルチラインレーザーレーダーを実現することができる。以上のように、本実施例による技術的解決手段によって、機械式回転レーザーレーダーの体積を減少することができる。
【００４６】
他方で、本発明の実施例によるレーザーレーダーシステムは、光ファイバアレイを送信アセンブリのレーザー出射端及び受信アセンブリのレーザー入射端として、複数のレーザー測距チャネルの相対角度位置を正確に固定することを実現する。このため、本実施例によるレーザーレーダーシステムはレーザー測距チャネルがどのぐらいあるにも関わらず、ただ勝手に２つのレーザー測距チャネルを選択してフォーカス及び光軸アライメント作業を行うだけで、残りの全てのレーザー測距チャネルの正確なフォーカス及び光軸アライメントを実現することができ、全てのレーザー測距チャネルを逐一に調整較正する必要がなく、隣接するチャネルの角度間隔を逐一に調整する必要もなく、マルチラインレーザーレーダーの組立及び調整較正効率を大幅に向上させ、生産コストを低減させる。
【００４７】
なお、図２Ｂに示すような実施例によるレーザーレーダーシステムの送信アセンブリ及び図６Ｂに示すような実施例によるレーザーレーダーシステムの受信アセンブリは、マルチコア光ファイバコネクタによって光ファイバを光ファイバアレイに接続するため、レーザー送信機と送信アセンブリの光ファイバアレイとは相対的に独立したモジュールになり、受信機と受信アセンブリの光ファイバアレイも相対的に独立したモジュールになるため、レーザー送信機又は受信機の分解、修理は光ファイバアレイのレイアウト及び位置に影響を与えなく、修正作業が完成した後にレーザー測距チャネルのフォーカス及び光軸アライメント作業を改めて行う必要がなく、レーザーレーダーの修理コストを低減させる。
【００４８】
以上の実施例及び図面は本発明の技術的解決手段の例示的な説明だけであり、本発明の保護範囲を限定するためのものではない。本発明の精神及び原則を逸脱しない限り、行った任意の修正、等価置換、改善等は、いずれも本発明の保護範囲に含まれるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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