一种激光测距机探测器保护装置及保护方法与流程

1.本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种激光测距机探测器保护装置及保护方法、激光测距机及测距方法。


背景技术：

2.目前，外场使用成像仪器进行目标跟踪时，常使用激光测距机对被跟踪的目标进行激光测距，以获取目标距离值。激光测距机的探测器灵敏度较高，可响应10-8
w的激光回波。当测距场景内存在障碍物，且障碍物处在激光测距机的接收视场内，激光测距机会接收到障碍物反射的激光回波。若障碍物距离较近，反射的激光回波功率较大，则可能会烧毁激光测距机探测器。
3.因此，针对以上不足，需要提供一种能够保护激光测距机探测器的技术手段。


技术实现要素：

4.（一）要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是解决激光测距机在有障碍物的场景中使用可能被反射的大功率激光回波烧毁探测器的问题。
5.（二）技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供了一种激光测距机探测器保护装置，包括：偏振分光模块和电光调q模块；所述偏振分光模块设置在激光测距机的光学镜头和探测器之间，包括第一偏振分光元件和第二偏振分光元件，用于搭建从所述光学镜头到所述探测器的光路；所述电光调q模块包括第一电光调q开关和调q驱动电路；所述第一电光调q开关设置在所述第一偏振分光元件和第二偏振分光元件之间的光路中，用于在施加半波电压时使通过的激光回波偏振方向发生偏转；所述调q驱动电路用于为所述第一电光调q开关提供半波电压；所述光学镜头收集的激光回波经所述第一偏振分光元件分为p光和s光两路，其中一路经所述第一电光调q开关至所述第二偏振分光元件的光路筛选，若所述第一电光调q开关改变激光回波偏振方向，则激光回波进入所述探测器，否则激光回波不能进入所述探测器；所述电光调q模块用于自激光测距机发射激光时刻起经预设延时后向所述第一电光调q开关施加半波电压；所述预设延时基于输入指令或预定的保护距离范围确定。
6.可选地，所述偏振分光模块还包括第一辅助元件；所述第一辅助元件设置在所述第一电光调q开关与所述第二偏振分光元件之间的光路中，或，设置在所述第一偏振分光元件与所述第一电光调q开关之间的光路中，用于调整激光回波的传播方向。
7.可选地，所述偏振分光模块还包括第二辅助元件；所述电光调q模块还包括第二电光调q开关；所述调q驱动电路还用于为所述第二
电光调q开关提供半波电压；所述第一电光调q开关和所述第二电光调q开关分别设置在所述第一偏振分光元件和第二偏振分光元件之间的两路光程相等的光路中；所述第一辅助元件设置在所述第一电光调q开关与所述第二偏振分光元件之间的光路中，所述第二辅助元件设置在所述第一偏振分光元件与所述第二电光调q开关之间的光路中；所述光学镜头收集的激光回波经所述第一偏振分光元件分为p光和s光两路，其中一路经所述第一电光调q开关至所述第二偏振分光元件的光路筛选，另一路经所述第二电光调q开关至所述第二偏振分光元件的光路筛选，若所述第一电光调q开关和所述第二电光调q开关改变激光回波偏振方向，则激光回波进入所述探测器，否则激光回波不能进入所述探测器。
8.可选地，所述第一偏振分光元件和所述第二偏振分光元件均为偏振分光棱镜。
9.可选地，所述第一辅助元件和所述第二辅助元件为偏振分光棱镜。
10.可选地，所述激光测距机探测器保护装置封装在激光测距机内部。
11.本发明还提供了一种激光测距机探测器保护方法，采用如上述任一项所述的激光测距机探测器保护装置实现，包括如下步骤：基于输入指令或预定的保护距离范围，确定预设延时；获取激光测距机出射激光的时刻信息；自激光测距机发射激光时刻起经预设延时后，由调q驱动电路供电，打开由激光测距机的光学镜头至探测器的通路。
12.本发明还提供了一种激光测距机，包括如上述任一项所述的激光测距机探测器保护装置。
13.本发明还提供了一种激光测距机测距方法，采用如上述所述的激光测距机实现，包括如下步骤：基于障碍物和待测的目标的位置，确定预设延时；获取激光测距机出射激光的时刻信息；自激光测距机发射激光时刻起经预设延时后，由调q驱动电路供电，打开由激光测距机的光学镜头至探测器的通路；保持激光测距机的光学镜头至探测器的通路直至完成测量，得到目标到激光测距机的距离。
14.（三）有益效果本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种激光测距机探测器保护装置及保护方法、激光测距机及测距方法，本发明通过偏振分光模块和电光调q模块构成s光（即s偏振光）和p光（即p偏振光）传播路径不同的光路，利用调q驱动电路控制施加到电光调q开关上的电压，使通过的激光回波偏振方向发生偏转，从而改变激光回波传播光路，以控制期望接收的激光回波到达激光测距机探测器表面而不接收一定距离范围内的激光回波，本发明可避免探测器受近距离障碍物反射的大功率激光回波烧毁的情况，保证激光测距机的可用性，具有重要的技术应用价值。
附图说明
15.图1是本发明一实施例中的激光测距机探测器保护装置结构示意图；图2是图1所示激光测距机探测器保护装置开路工作状态示意图；图3是图1所示激光测距机探测器保护装置通路工作状态示意图；图4是本发明一实施例中的激光测距机探测器保护装置结构示意图；图5是图4所示激光测距机探测器保护装置开路工作状态示意图；图6是图4所示激光测距机探测器保护装置通路工作状态示意图；图7是本发明一实施例中的激光测距机探测器保护装置结构示意图；图8是图7所示激光测距机探测器保护装置开路工作状态示意图；图9是图7所示激光测距机探测器保护装置通路工作状态示意图；图10是本发明一实施例中的激光测距机探测器保护装置结构示意图；图11是图10所示激光测距机探测器保护装置开路工作状态示意图；图12是图10所示激光测距机探测器保护装置通路工作状态示意图；图13是本发明一实施例中的激光测距机探测器保护方法步骤示意图。
16.图中：1：第一偏振分光元件；2：第二偏振分光元件；3：第一辅助元件；4：第二辅助元件；5：第一电光调q开关；6：第二电光调q开关；7：调q驱动电路。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.如前所述，激光测距机的探测器灵敏度较高，可响应10-8
w的激光回波。当测距场景内存在障碍物，且障碍物处在激光测距机光学镜头（简称光学镜头）的接收视场内，激光测距机会接收到障碍物反射的激光回波。若障碍物距离较近，反射的激光回波功率较大，则可能会烧毁激光测距机探测器（简称探测器）。探测器被烧毁后，会出现较多虚警甚至直接报废，会导致激光测距机失效，不能准确上报目标的距离信息。因目前没有有效的激光测距机探测器保护手段，激光测距机的使用会受到较多限制，使用场景、使用模式都会受影响，使用体验较差。且一旦损伤探测器，修复会花费额外的代价。而根据以往的激光测距机使用经验，激光测距机探测器被强光烧毁是经常出现的情况。有鉴于此，本发明提出了一种激光测距机探测器保护装置及保护方法、激光测距机及测距方法，以避免令近距离障碍物反射功率大的激光回波进入激光测距机的探测器，从而有效解决脉冲激光测距机经常出现探测器烧毁的问题。
19.下面描述以上构思的具体实现方式。
20.如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种激光测距机探测器保护装置包括偏振分光模块和电光调q模块。具体地，如图1所示，其中，偏振分光模块设置在激光测距机的光学镜头和探测器之间，包括第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2，用于搭建从光学镜头到探测器的光路。第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2均能够透过p光并反射s光。
21.电光调q模块包括第一电光调q开关5和调q驱动电路7；第一电光调q开关5设置在
第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2之间的光路中，用于在施加半波电压时使通过第一电光调q开关5的激光回波偏振方向发生偏转，即，由p光偏转为s光或由s光偏转为p光，以令光学镜头收集的激光回波（即目标反射光）依次经过第一偏振分光元件1、第一电光调q开关5和第二偏振分光元件2后入射至激光测距机的探测器；调q驱动电路7与第一电光调q开关5连接，用于为第一电光调q开关5提供半波电压，即，按需要向第一电光调q开关5供电。
22.光学镜头收集的激光回波经第一偏振分光元件1分为p光和s光两路，其中一路经第一电光调q开关5至第二偏振分光元件2的光路筛选，若第一电光调q开关5改变激光回波偏振方向，则激光回波进入探测器，若第一电光调q开关5不改变激光回波偏振方向，则激光回波不能进入探测器，即传播路径无法到达探测器；电光调q模块用于自激光测距机发射激光时刻起经预设延时后，向第一电光调q开关5施加半波电压；预设延时基于输入指令或预定的保护距离范围确定。
23.上述实施例中，第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2可采用偏振分光棱镜，也可采用偏振分光片等其他偏振分光元件，优选采用偏振分光棱镜，第一偏振分光元件分开p光和s光两路传播方向相互垂直，易于调整光路。
24.采用上述实施例，偏振分光模块和电光调q模块设置在激光测距机的光学镜头和探测器之间的光路中，激光回波由光学镜头收集后，依次经过第一偏振分光元件1、第一电光调q开关5和第二偏振分光元件2后，才可能进入探测器。
25.图1至图3示出了一个具体的实施例，第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2均采用偏振分光棱镜，当第一电光调q开关5未被施加半波电压，激光回波在第一偏振分光元件1处透射p光、反射s光，透射的p光一路经第一电光调q开关5透射，仍为p光，p光透过第二偏振分光元件2出射，不能到达探测器表面，对应图2所示的开路工作状态；当对第一电光调q开关5施加半波电压，激光回波在第一偏振分光元件1处透射p光、反射s光，透射的p光一路经第一电光调q开关5透射，变换偏振方向为s光，s光经第二偏振分光元件2反射，可以到达探测器表面，对应图3所示的通路工作状态。通过设置具体的预设延时，可以使探测器不接收特定距离范围内的激光回波，以达到保护探测器免受近距离障碍物反射的大功率激光回波烧毁的目的。
26.需要说明的是，在其他实施例中，也可利用反射的s光一路经第一电光调q开关5和第二偏振分光元件2进行筛选，通过调整第一电光调q开关5、第二偏振分光元件2与第一偏振分光元件1的位置关系实现。使用时，当第一电光调q开关5未被施加半波电压，激光回波在第一偏振分光元件1处透射p光、反射s光，反射的s光一路经第一电光调q开关5透射，仍为s光，s光经第二偏振分光元件2反射，不能到达探测器表面，对应开路工作状态；当对第一电光调q开关5施加半波电压，激光回波在第一偏振分光元件1处透射p光、反射s光，反射的s光一路经第一电光调q开关5透射，变换偏振方法转为p光，p光透过第二偏振分光元件2，可以到达探测器表面。该实施例同样可实现对探测器的保护功能。
27.还需说明的是，本发明实施例采用了调q驱动电路7供电状态下光路为通路、不供电状态下为开路的形式，仅在需要获取目标反射的激光回波时通电令激光回波入射至探测器，更为节能，且安全性高，具有断电保护的作用。
28.可选地，如图4至图9所示，偏振分光模块还包括第一辅助元件3；第一辅助元件3设置在第一电光调q开关5与第二偏振分光元件2之间的光路中，如图4至图6所示，或，第一辅
助元件3设置在第一偏振分光元件1与第一电光调q开关5之间的光路中，如图7至图9所示，用于调整激光回波的传播方向。
29.上述实施例中，在第一偏振分光元件1至第二偏振分光元件2搭建的光路中增加了第一辅助元件3，第一辅助元件3能够通过反射改变激光回波的传播方向，从而折叠光路，节省空间，令该保护装置更能适应激光测距机中光学镜头与探测器的位置关系。第一辅助元件3可采用偏振分光元件，如偏振分光棱镜等，以便保持光线的偏振态。如图4至图6所示，若第一辅助元件3采用偏振分光棱镜，则激光回波可能在第一辅助元件3处发生反射，也可以发生透射，光线有可能无法到达第二偏振分光元件2，如图5所示的开路工作状态，p光由第一辅助元件3处透射出，不再向第二偏振分管元件2传播。
30.考虑到上述实施例只利用了第一偏振分光元件分光后的一路偏振光，另一路偏振光无法到达探测器，会造成目标的激光回波能量损失。为减少激光回波能量损失，可选地，如图10至图12所示，偏振分光模块还包括第二辅助元件4；电光调q模块还包括第二电光调q开关6；调q驱动电路7还与第二电光调q开关6连接，用于为第二电光调q开关6提供半波电压。
31.第一电光调q开关5和第二电光调q开关6分别设置在第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2之间的两路光程相等的光路中。第一辅助元件3设置在第一电光调q开关5与第二偏振分光元件2之间的光路中，第二辅助元件4设置在第一偏振分光元件1与第二电光调q开关6之间的光路中，第一辅助元件3和第二辅助元件4均用于调整激光回波的传播方向。
32.光学镜头收集的激光回波经第一偏振分光元件1分为p光和s光两路，其中一路经第一电光调q开关5至第二偏振分光元件2的光路筛选，另一路经第二电光调q开关6至第二偏振分光元件2的光路筛选，若第一电光调q开关5和第二电光调q开关6改变激光回波偏振方向，则激光回波进入探测器，否则激光回波不能进入探测器。
33.上述实施例中，第一辅助元件3和第二辅助元件4均可采用偏振分光元件，如偏振分光棱镜。
34.图10至图12示出了一个具体的实施例，第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、第一辅助元件3和第二辅助元件4均采用偏振分光棱镜。电光调q开关（即第一电光调q开关5和第二电光调q开关6）为保护装置的核心元件，可以通过施加半波电压，使通过电光调q开关的偏振光方向发生偏转，即使通过的p光变成s光、使通过的s光变成p光。调q驱动电路7为电光调q开关的控制电路，可通过对电光调q开关施加或不施加半波电压控制激光回波的接收范围。该保护装置包括四个偏振分光棱镜、两个电光调q开关和调q驱动电路，利用调q驱动电路与电光调q开关延时控制偏振光的偏振状态，并通过偏振分光棱镜的组合，使近距离的反射光不会到达激光测距机探测器上，从而达到保护激光测距机探测器的目的。使用时，当第一电光调q开关5和第二电光调q开关6未被施加半波电压，激光回波在第一偏振分光元件1处透射p光、反射s光，透射的p光一路经第一电光调q开关5透射，仍为p光，p光透过第一辅助元件3出射，不能到达探测器表面，反射的s光一路经第二辅助元件4反射，再经过第二电光调q开关6，仍为s光，s光在第二偏振分光元件2处反射，同样不能到达探测器表面，对应图11所示的开路工作状态；当对第一电光调q开关5和第二电光调q开关6施加半波电压，激光回波在第一偏振分光元件1处透射p光、反射s光，透射的p光一路经第一电光调q开关5透射，变换偏振方向为s光，s光经第一辅助元件3反射，再经第二偏振分光元件2反射，可以到
达探测器表面，反射的s光经第二辅助元件4反射，再经过第二电光调q开关6，变换偏振方向为p光，p光经第二偏振分光元件2透射，到达探测器表面，对应图12所示的通路工作状态。
35.本发明上述实施例将第一偏振分光元件1分开的两路分别传播后入射至探测器，能够使得入射探测器激光回波的能量更强，从而确保激光测距机具有较大的测量量程。第一偏振分光元件1分开的两路光程相等，且第一电光调q开关5和第二电光调q开关6同时工作，则能够避免分光再汇合对测距结果造成干扰。
36.可选地，激光测距机探测器保护装置封装在激光测距机内部，能够避免杂光对于探测器的干扰。
37.如图13所示本发明实施例还提供了一种激光测距机探测器保护方法，采用如上述任一项实施例所述的激光测距机探测器保护装置实现，包括如下步骤：步骤100，基于输入指令或预定的保护距离范围，确定预设延时；步骤102，获取激光测距机出射激光的时刻信息；步骤104，自激光测距机发射激光时刻起经预设延时后，由调q驱动电路供电，打开由激光测距机的光学镜头至探测器的通路。
38.上述实施例中，步骤100可根据实际需要输入指令或预定保护距离范围，例如，可基于测量场景中的障碍物和目标位置预估不接受激光回波的距离范围后，再输入指令，也可以直接预设固定的保护距离范围。步骤102中，调q驱动电路采集激光测距机激光的出射时刻，调q驱动电路可以采集激光测距机中脉冲激光器内的调q开关的打开信号，将对应时刻作为激光测距机出射激光的时刻。步骤104中，调q驱动电路采集到激光测距机出射激光的时刻后，等待预设延时，再对电光调q开关（即第一电光调q开关、第二电光调q开关）施加半波电压，并保持一定的时间，在预设延时所对应的距离范围内，探测器接收不到激光回波，避免大功率的反射光直接入射探测器，而在半波电压保持时间内，探测器可以接收到激光回波。
39.本发明实施例还提供了一种激光测距机，包括如上述任一项实施例所述的激光测距机探测器保护装置。该激光测距机可免受近处强反射光的烧毁。
40.本发明实施例还提供了一种激光测距机测距方法，采用如上述所述的激光测距机实现，包括如下步骤：步骤200，基于障碍物和待测的目标的位置，确定预设延时；步骤202，获取激光测距机出射激光的时刻信息；步骤204，自激光测距机发射激光时刻起经预设延时后，由调q驱动电路供电，打开由激光测距机的光学镜头至探测器的通路；步骤206，保持激光测距机的光学镜头至探测器的通路直至完成测量，得到目标到激光测距机的距离。
41.采用上述实施例，步骤200中，若使用人员不希望激光测距机接收一定距离范围内的激光回波，例如300m以内，以保护探测器，对应的，设激光出射为t0时刻，光由激光测距机出射，到达300m距离处，再返回到达激光测距机的时刻为t1，往返所需时间即为预设延时t，t=t1-t0。对于保护距离范围为300m以内的情况，预设延时t=(300
×
2)/c，c表示光速。步骤206中，保持激光测距机的光学镜头至探测器的通路直至完成测量，保持的时间优选覆盖激光测距机的量程，也可获得测量结果后即断开通路。
42.综上所述，本发明提供了一种激光测距机探测器保护装置及保护方法、激光测距机及测距方法，主要应用于外场使用激光测距机时测距场景内近处有障碍物，需要保护激光测距机探测器免受障碍物反射的强激光烧毁的情况。机械控制的遮光方式往往响应速度不够快，特别是对于激光测距，近距离反射的激光回波往往回传速度非常快，常规技术难以区分有效的目标反射光及无效的近距离障碍物反射光。本发明实施例通过偏振分光模块和电光调q模块构成对于不同偏振光传播路径不同的光路，利用调q驱动电路控制施加到电光调q开关（即第一电光调q开关、第二电光调q开关）上的半波电压，使通过电光调q开关的激光回波偏振方向发生偏转，从而改变激光回波传播光路，以控制期望接收的激光回波到达激光测距机探测器表面，而不接收一定距离范围内不期望接收的激光回波，避免大功率激光回波到达探测器表面，解决激光测距机在有障碍物的场景中使用可能被反射的激光回波烧毁探测器的问题。本发明可以在测距场景内近处有障碍物时安全使用激光测距机，不会出现激光测距机探测器受障碍物反射的强激光烧毁而导致激光测距机失效的情况，为外场安全使用激光测距机，提高激光测距机的可用性，并有效提高激光测距机探测器可靠性与使用寿命提供了一种有效的实现方式。
43.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。