CN106226757A - 三维激光雷达 - Google Patents
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Abstract
一种三维激光雷达，包括：激光发射驱动电路，用于生成激光信号；激光发射器阵列，包括多个激光发射器，用于对目标测量物体发射多路所述激光信号；多个所述激光发射器设置在同一平面上；激光测距单元阵列，包括多个激光测距单元，用于对目标测量物体反射回来的激光信号进行独立采样；所述多个激光测距单元设置在同一平面上；所述激光测距单元还用于根据采样到的激光信号确定所述目标测量物体与所述激光测距单元之间的相对距离信息；以及控制电路，用于将所述相对距离信息统一到世界坐标系中以获得所述目标测量物体的三维激光测距信息。上述三维激光雷达无需设置旋转部件，结构相对简单且不容易磨损，产品稳定性能较好。
Description
技术领域
本发明涉及激光探测技术领域，特别是涉及一种三维激光雷达。
背景技术
三维激光雷达主要包括多线激光雷达。多线激光雷达由单点测距系统和旋转机构组成。旋转机构较为复杂，容易磨损，从而使得产品稳定性能较差。
发明内容
基于此，有必要提供一种结构简单且产品稳定性能较好的三维激光雷达。
一种三维激光雷达，包括：激光发射驱动电路，用于生成激光信号；激光发射器阵列，与所述激光驱动电路连接；所述激光发射器阵列包括多个激光发射器，用于对目标测量物体发射多路所述激光信号；多个所述激光发射器设置在同一平面上；激光测距单元阵列，包括多个激光测距单元，用于对目标测量物体反射回来的激光信号进行独立采样；所述多个激光测距单元设置在同一平面上；所述激光测距单元还用于根据采样到的激光信号确定所述目标测量物体与所述激光测距单元之间的相对距离信息；以及控制电路，与所述激光测距单元阵列连接，以接收各所述激光测距单元输出的相对距离信息；所述控制电路用于将所述相对距离信息统一到世界坐标系中以获得所述目标测量物体的三维激光测距信息。
在其中一个实施例中，所述多个激光发射器和所述多个激光测距单元设置在同一平面上；所述多个激光发射器间隔分布在所述多个激光测距单元的外围。
在其中一个实施例中，还包括：激光发射准直阵列，设置在所述激光发射器阵列的出射光侧，用于对所述激光发射器阵列发射的激光信号进行准直；以及激光接收准直装置，设置在所述激光测距单元阵列的入射光侧，用于对所述目标测量物体反射回来的激光信号进行聚焦。
在其中一个实施例中，所述激光发射准直阵列包括多个独立的发射准直单元；每个所述发射准直单元与一个所述激光发射器对应设置。
在其中一个实施例中，所述激光接收准直装置包括镜筒以及固定在所述镜筒上用于对反射回来的激光信号进行聚焦的准直晶片。
在其中一个实施例中，所述镜筒沿所述入射光方向呈渐缩的阶梯状，所述准直晶片设置在所述镜筒的肩阶位置处。
在其中一个实施例中，还包括第一电路板和第二电路板；所述激光发射驱动电路、所述激光发射器阵列和所述激光测距单元阵列均设置在所述第一电路板上；所述控制电路设置在所述第二电路板上。
在其中一个实施例中，还包括与所述控制电路连接的温度传感器；所述温度传感器用于采集所述三维激光雷达的温度信号；所述控制电路还用于根据所述温度信号对所述三维激光测距信息进行校正后输出校正后的三维激光测距信息。
在其中一个实施例中，所述控制电路还包括存储单元；所述存储单元用于存储温度校正表；所述控制电路用于根据所述温度信号从所述温度校正表中查找对应的校正参数以对所述三维激光测距信息进行校正。
在其中一个实施例中，还包括输出装置；所述输出装置与所述控制电路连接，且用于与外部设备连接；所述输出装置用于在所述控制电路的控制下将所述三维激光测距信息输出给所述外部设备。
上述三维激光雷达，激光发射器阵列中的多个激光发射器设置在同一平面，且激光测距单元阵列中的多个激光测距单元同样设置在同一平面内，从而使得该三维激光雷达在无需旋转的情况下即可测量空间中障碍物的分布。相对于传统的三维激光雷达而言，其无需设置旋转部件，结构相对简单且不容易磨损，产品稳定性能较好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一实施例中的三维激光雷达的结构框图；
图2为另一实施例中的三维激光雷达的结构框图；
图3为一实施例中的三维激光雷达的分解立体图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为一实施例中的三维激光雷达100的结构框图。该三维激光雷达100包括激光发射驱动电路110、激光发射器阵列120、激光测距单元阵列130以及控制电路140。其中，激光发射驱动电路110与激光发射器阵列120电性连接，激光测距单元阵列130与控制电路140电性连接。
激光发射驱动电路110用于生成激光信号。在本实施例中，激光发射驱动电路110还会对生成的激光信号进行调制，以输出调制好的激光信号。
激光发射器阵列120用于接收激光发射驱动电路110输出的激光信号，并向外发射该激光信号。激光发射器阵列120包括多个激光发射器。多个激光发射器设置在同一平面的不同位置处。每个激光发射器向外发射一路激光信号。
激光测距单元阵列130用于对目标测量物体反射回来的激光信号进行独立采样。激光测距单元阵列130包括多个激光测距单元。多个激光测距单元同样设置在一个平面的不同位置处。在本实施例中，激光测距单元阵列130和激光发射器阵列120设置在同一平面，在其他的实施例中，激光测距单元阵列130和激光发射器阵列120也可以分别设置在两平行的平面上。激光测距单元可以根据接收到的激光信号确定目标测量物体与激光测距单元之间的相对距离信息，并输出给控制电路140。激光测距单元阵列130还可以对激光发射驱动电路110进行控制，以控制其输出目标激光信号。
控制电路140接收激光测距单元阵列130输出的相对距离信息，并将该相对距离信息统一到世界坐标系中以获得目标测量物体的三维激光测距信息，从而完成测距过程。控制电路140将获得的相对距离信息统一到世界坐标系的过程可以采用现有控制技术实现，此处不赘述。
上述三维激光雷达100，激光发射器阵列120中的多个激光发射器设置在同一平面，且激光测距单元阵列130中的多个激光测距单元同样设置在同一平面内，从而使得该三维激光雷达100在无需旋转的情况下即可测量空间障碍物的分布。相对于传统的三维激光雷达而言，其无需设置旋转部件，结构相对简单且不容易磨损，产品稳定性能较好。
图2为另一实施例中的三维激光雷达200的结构框图，图3为一实施例中的三维激光雷达200的分解立体图。该三维激光雷达200包括激光发射驱动电路210、激光发射器阵列220、激光发射准直阵列230、激光接收准直装置240、激光测距单元阵列250、控制电路260、温度传感器270、输出装置280以及电源装置290。其中，激光发射驱动电路210、激光发射器阵列220和激光测距单元阵列250均设置在第一电路板22上；控制电路260、温度传感器270、输出装置280以及电源装置290均设置在第二电路板24上。通过将光学系统和控制电路系统分别设置在不同的电路板上，便于减少相互之间的干扰，提高系统稳定性。
激光发射器阵列220包括多个激光发射器222。多个激光发射器222呈环状间隔分布在激光测距单元阵列250的外围。激光测距单元阵列250则包括多个激光测距单元(图中未示)。激光测距单元阵列250为芯片级集成。激光发射器222的数量以及激光测距单元阵列250中的激光测距单元的数量可以根据需要进行调节。在本实施例中，激光发射器阵列220设置有8个激光发射器222。位于第一电路板22平面内的激光发射器222以及激光测距单元的数量可调，从而使得测量得到的点云密度可控，进而可以根据不同情况、不同精度需求进行不同的设置。
激光发射准直阵列230设置在激光发射器阵列220的出射光侧，用于对激光发射器阵列220发出的激光信号进行准直。激光发射准直阵列230包括多个独立的发射准直单元232。每个发射准直单元232与一个激光发射器222对应设置，从而对该激光发射器222发射的激光信号进行准直。在本实施例中，发射准直单元232可以为准直晶片。准直晶片平行于激光发射器阵列220所在的平面。在其他的实施例中，多个发射准直单元232也可以通过固定装置按照预设相对位置关系进行固定形成一个整体，以便于安装。
激光接收准直装置240设置在激光测距单元阵列250的入射光侧，用于对目标测量物体反射回来的激光信号进行聚焦，以送入至激光测距单元阵列250中进行采样。激光接收准直装置240包括镜筒242和准直晶片244。准直晶片244固定在镜筒242内，用于对反射回来的激光信号进行聚焦。准直晶片244可以为多个，并沿入射光方向间隔设置。在本实施例中，镜筒242沿入射光方向呈渐缩的阶梯状。准直晶片244则设置在镜筒242的肩阶位置处。通过将激光接收准直装置240设置为渐缩状，有利于对反射回来的激光信号进行采集。
在本实施例中，控制电路260还可以对激光测距单元阵列250的采样过程进行控制，以使得其按照控制电路260的设置进行采样，依次采集并完成测距工作。控制电路260将接收到的相对距离信息统一到世界坐标系以得到三维激光测距信息，并将得到的数据信息融合成一个数据集。在本实施例中，三维激光雷达200还包括温度传感器270。温度传感器270用于对三维激光雷达200的温度进行采样并得到温度信号后输出给控制电路260。控制电路260根据该温度信号对得到的三维激光测距信息进行校正。具体地，控制电路260内设置有存储单元。存储单元用于存储温度校正表。温度校正表中存储对不同温度对应的校正参数。因此，控制电路260根据温度传感器270采集到的温度信号去温度校正表中查找对应的校正参数，从而对三维激光测距信息进行校正。
控制电路260将校正后的三维激光测距信息通过输出装置280输出给外部设备。输出装置280可以为无线通信模块或者有线输出端口，也可以同时设置无线通信模块和有线输出端口。例如，输出装置280可以为USB接口(USB 2.0以及USB 3.0等)、WIFI模块、蓝牙模块、2.4G无线模块、5G无线模块以及以太网端口等。
电源装置290用于向三维激光雷达200提供工作电源。电源装置290可以为内置的独立可更换的电源模块，也可以为包括可充电介质的电源模块。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种三维激光雷达，其特征在于，包括：
激光发射驱动电路，用于生成激光信号；
激光发射器阵列，与所述激光驱动电路连接；所述激光发射器阵列包括多个激光发射器，用于对目标测量物体发射多路所述激光信号；多个所述激光发射器设置在同一平面上；
激光测距单元阵列，包括多个激光测距单元，用于对目标测量物体反射回来的激光信号进行独立采样；所述多个激光测距单元设置在同一平面上；所述激光测距单元还用于根据采样到的激光信号确定所述目标测量物体与所述激光测距单元之间的相对距离信息；以及
控制电路，与所述激光测距单元阵列连接，以接收各所述激光测距单元输出的相对距离信息；所述控制电路用于将所述相对距离信息统一到世界坐标系中以获得所述目标测量物体的三维激光测距信息。
2.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，所述多个激光发射器和所述多个激光测距单元设置在同一平面上；所述多个激光发射器间隔分布在所述多个激光测距单元的外围。
3.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，还包括：
激光发射准直阵列，设置在所述激光发射器阵列的出射光侧，用于对所述激光发射器阵列发射的激光信号进行准直；以及
激光接收准直装置，设置在所述激光测距单元阵列的入射光侧，用于对所述目标测量物体反射回来的激光信号进行聚焦。
4.根据权利要求3所述的三维激光雷达，其特征在于，所述激光发射准直阵列包括多个独立的发射准直单元；每个所述发射准直单元与一个所述激光发射器对应设置。
5.根据权利要求3所述的三维激光雷达，其特征在于，所述激光接收准直装置包括镜筒以及固定在所述镜筒上用于对反射回来的激光信号进行聚焦的准直晶片。
6.根据权利要求5所述的三维激光雷达，其特征在于，所述镜筒沿所述入射光方向呈渐缩的阶梯状，所述准直晶片设置在所述镜筒的肩阶位置处。
7.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，还包括第一电路板和第二电路板；所述激光发射驱动电路、所述激光发射器阵列和所述激光测距单元阵列均设置在所述第一电路板上；所述控制电路设置在所述第二电路板上。
8.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，还包括与所述控制电路连接的温度传感器；所述温度传感器用于采集所述三维激光雷达的温度信号；所述控制电路还用于根据所述温度信号对所述三维激光测距信息进行校正后输出校正后的三维激光测距信息。
9.根据权利要求8所述的三维激光雷达，其特征在于，所述控制电路还包括存储单元；所述存储单元用于存储温度校正表；所述控制电路用于根据所述温度信号从所述温度校正表中查找对应的校正参数以对所述三维激光测距信息进行校正。
10.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，还包括输出装置；所述输出装置与所述控制电路连接，且用于与外部设备连接；所述输出装置用于在所述控制电路的控制下将所述三维激光测距信息输出给所述外部设备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |