CN109031241B - 激光雷达发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光雷达发射系统，属于激光雷达系统技术领域。包括激光光源、设置在激光光源的出射光路上用于形成准直光束的准直光学器件、用于固定安装激光光源和准直光学器件的可调支架、固定在激光雷达壳体上用于安装可调支架的固定支架、以及用于调节可调支架相对于固定支架摆转位置的调节组件，可调支架可相对于固定支架绕垂直于准直光束光路的方向摆转。本发明提供的激光雷达发射系统，可通过激光雷达的发射角度的调节，抵消加工、装配以及器件本身的误差带来的结构偏差，有效降低系统对加工、装配误差的要求，有效提高激光雷达测量精度。

Description

激光雷达发射系统

技术领域

本发明属于激光雷达系统技术领域，更具体地说，是涉及一种激光雷达发射系统。

背景技术

激光雷达作为一种高精度智能化传感器，具有测量精度高，测量速度快等优点，但是激光雷达对加工和装配的精度要求较高，加工、装配以及器件本身的误差都会对激光雷达的测量精度产生很大的影响，为保障激光雷达具有较高的测量精度，需严格控制器件的加工、装配误差，成本高昂。

发明内容

本发明提供了一种激光雷达发射系统，旨在解决现有技术中激光雷达的测量精度受加工、装配误差的影响严重的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种激光雷达发射系统，包括：

激光光源，用于发射激光信号；

准直光学器件，设置在所述激光光源的出射光路上用于形成准直光束；

可调支架，用于固定安装所述激光光源和所述准直光学器件；

固定支架，固定在激光雷达壳体上用于安装所述可调支架，所述可调支架可相对于所述固定支架绕垂直于所述准直光束光路的方向摆转；

调节组件，用于调节所述可调支架相对于所述固定支架的摆转位置。

进一步地，所述调节组件有多个，多个所述调节组件分别连接所述固定支架和所述可调支架，所述可调支架位于所述固定支架上方。

进一步地，所述固定支架上设有用于所述准直光束穿过的透光孔，所述调节组件包括两个沿所述透光孔的轴线方向对称设置的调节螺钉。

进一步地，所述固定支架设有锥形部，所述可调支架设有用于与所述锥形部的底端环外周线接触的支撑部，所述支撑部设于所述激光光源的环周。

进一步地，所述支撑部为球面结构或者与所述锥形部斜率不同的锥面结构。

进一步地，所述准直光学器件通过第一压环和第二压环压合，所述第二压环分别与所述第一压环、所述可调支架螺纹连接，所述螺纹幅方向平行于所述准直光束的光路方向。

进一步地，还包括设于所述准直光束的光路下方的反射镜。

进一步地，所述固定支架上设有用于限制所述可调支架摆转角度的限位台。

进一步地，所述激光光源为设有激光二极管的电路板。

进一步地，所述准直光学器件为单透镜或组合透镜。

本发明提供的激光雷达发射系统有益效果在于，与现有技术相比，设置可调支架并使其可相对于安装在激光雷达壳体的固定支架摆转，可调支架上设有用于生成准直光束的激光光源和准直光学器件，可调支架的摆转方向垂直于准直光束光路，通过调节组件调节可调支架相对于固定支架的摆转位置，进而调整准直光束的光路方向；实际应用中，根据准直光束的实际投射方向和理想投射方向的偏差，调整可调支架相对于固定支架的摆转位置，将实际投射方向调整至目标误差范围内，进而提高激光雷达的测量精度。本发明提供的激光雷达发射系统，可通过激光雷达的发射角度的调节，抵消加工、装配以及器件本身的误差带来的结构偏差，有效降低系统对加工、装配误差的要求，有效提高激光雷达测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的附图。

图1为激光雷达发射系统的理想光路图；

图2为激光雷达发射系统的实际光路图；

图3为本发明实施例提供的激光雷达发射系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的激光雷达发射系统的工作原理图；

图5为本发明实施例提供的激光雷达发射系统的剖视图；

图6为本发明实施例提供的调节组件的布置方式图。

其中，各附图标记：

1—激光光源；2—准直光学器件；201-透镜；3—可调支架；301-支撑部；4—固定支架；401-锥形部；402-透光孔；5—调节组件；6—激光二极管；7-电路板；8-第一压环；9-第二压环；10-调节螺钉；101-第一螺钉；102-第二螺钉；11-反射镜；12-水平刻度尺；13-竖直刻度尺；14-限位台；15-激光雷达壳体；16-理想光路；17-实际光路。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图4，现对本发明提供的激光雷达发射系统进行说明。图3中A向、B向和C向构成直角坐标系，其中C向竖直向下，A向为水平方向的前后方向，C向为水平方向的左右方向。激光雷达发射系统，包括激光光源1、设置在激光光源1的出射光路上用于形成准直光束的准直光学器件2、用于固定安装激光光源1和准直光学器件2的可调支架3、固定在激光雷达壳体15上用于安装可调支架3的固定支架4、以及用于调节可调支架3相对于固定支架4摆转位置的调节组件5，可调支架3可相对于固定支架4绕垂直于准直光束光路的方向摆转。

参阅图1和图2，激光光源1和准直光学器件2均竖直布置，形成竖直向下投射的线性理想光路16，由于加工、安装误差以及准直光学器件2和激光光源1本身的误差，实际光路17会相对竖直方向有一定倾斜角度，实际光路17和理想光路16在目标的测量位置的距离偏差即为激光雷达的测量误差，由于加工、安装误差不可避免，故该测量误差也不可避免，通过调整实际光路17的投射方向，减少实际光路17和理想光路16在目标测量位置的距离偏差，可有效降低对系统加工、装配误差的要求，提高激光雷达测量精度。

具体地，将激光光源1与准直光学器件2固定安装到可调支架3上，激光光源1的出射光路与准直光学器件2的轴线共线，激光光源1固定在可调支架3的上，向下投射，准直光学器件2竖直布置激光光源1的下方，理想工况下，准直光束的光路沿竖直方向即C向向下投射，实际工况下准直光束相对竖直方向有一定倾斜角度，通过设置调节组件5，调节可调支架3相对于固定支架4绕垂直于准直光束光路的方向摆转，摆转方向有多个，实现准直光束竖直照射。优选地，通过设置调节组件5的位置，实现可调支架3相对于固定支架4绕A向和B向摆转，可以减少实际光路17和理想光路16在目标测量位置的距离偏差。

本发明提供的激光雷达发射系统有益效果在于，与现有技术相比，设置可调支架并使其可相对于安装在激光雷达壳体的固定支架摆转，可调支架上设有用于生成准直光束的激光光源和准直光学器件，可调支架的摆转方向垂直于准直光束光路，通过调节机构调节可调支架相对于固定支架的摆转位置，进而调整准直光束的光路方向；实际应用中，根据准直光束的实际投射方向和理想投射方向的偏差，调整可调支架相对于固定支架的摆转位置，将实际投射方向调整至目标误差范围内，进而提高激光雷达的测量精度。本发明提供的激光雷达发射系统，可通过激光雷达的发射角度的调节，抵消加工、装配以及器件本身的误差带来的结构偏差，有效降低系统对加工、装配误差的要求，有效提高激光雷达测量精度。

进一步地，请参阅图4和图6，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，调节组件5有多个，多个调节组件5分别连接固定支架4和可调支架3，可调支架3位于固定支架4上方。

调节组件5用于实现可调支架3相对于固定支架4的摆转，进而实现激光光源1发射角度的改变，具体地，激光雷达壳体15包括用于安装有固定支架4的支撑板1501和用于固定支撑板1501的支撑座1502，固定支架4为带有透光孔402的环状结构，支撑板1501上开设有用于放入固定支架4的通孔，可调支架3位于固定支架4的上方，通过调节组件5连接，优选地，调节组件5有两个，两个调节组件5在垂直于准直光束的平面上垂直布置，即可实现摆转角度的两轴可调，两个调节组件相互垂直，则两个摆转轴垂直，通过两组调节组件的配合，可以实现任意的摆转方向调整。

进一步地，请参阅图3、图5和图6，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，固定支架4上设有用于准直光束穿过的透光孔402，调节组件5包括两个沿透光孔402的轴线方向对称设置的调节螺钉10，调节螺钉的平行于透光孔402的轴线方向布置。

具体地，可调支架3位于固定支架4的上方，可调支架穿过透光孔402，可以在透光孔402内部摆转。两组调节组件5共有四个调节螺钉10，第一个调节组件5包括两个第一螺钉101，两个第一螺钉平行于B向，第二个调节组件5包括两个第二螺钉102，两个第二螺钉平行于A向，调节螺钉10贯穿可调支架3与固定支架4螺纹配合，四个调节螺钉10在相互垂直设置且均平行于透光孔402的轴线方向，四个调节螺钉10距离透光孔402的轴线的距离相同，如需可调支架3相对于固定支架4绕A向摆转，首先拧松平行于A向的第二螺钉组102，然后旋转第一螺钉组101的两个螺钉至目标位置，将可调支架3的摆转至目标位置后，拧紧第二螺钉组102实现固定，同样，可以更调节组件5的旋拧顺序实现可调支架3相对于固定支架4绕B向的旋转，通过A向和B向的两轴可调，实现可调支架3相对于固定支架4的多方位摆转，进而实现激光的发射角度可调。

进一步地，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，所述调节组件5包括沿透光孔402的轴线方向对称设置的圆头销轴，圆形销轴的平行于透光孔402的轴线方向布置，每个圆形销轴下方设有用于驱动销轴上下移动的驱动缸，驱动缸的驱动活塞平行于透光孔402的轴线，驱动缸安装在固定支架4上，圆头销轴与可调支架3铰接，优选的，驱动缸为气缸。具体的，圆形销轴有四个，四个原先销轴以透光孔402的轴线为中心均布，可以通过气缸驱动圆头销轴上下移动实现可调支架的摆转。

进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，固定支架4设有锥形部401，可调支架3设有用于与锥形部401的底端环外周线接触的支撑部301，支撑部301设于激光光源1的环周。

具体地，固定支架4为带有透光孔402的环状凸台结构，透光孔402上设有锥形部401，可调支架3位于固定支架4的上方，可调支架3包括环形支撑部301，不考虑安装误差，透光孔402的轴向、锥形部401的轴线、环形支撑部301的轴向与激光光源1的轴线方向平行且共线，可调支架3通过支撑部301与锥形部401线接触，形成圆形接触线，支撑部301和与其线接触的锥形部401均设于激光光源1的环周，圆形接触线位于激光光源1和准直光学器件2的环周，且垂直于准直光束的轴线方向，通过支撑部和锥形部的环周线接触，形成环形接触线，则可调支架可以放置在固定支架上，且可以绕固定支架摆转，调节组件连接可调支架和固定支架，通过调节调节组件可实现可调支架绕垂直于环形接触线轴线方向摆转。

进一步地，请参阅图5，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，支撑部301为球面结构或者与锥形部401斜率不同的锥面结构。支撑部301与锥形部401的轴线的角度小于锥形部401与锥形部401的轴线的角度，则支撑部301可在锥形部401上摆转。具体的，支撑部301与水平面的夹角为45°，锥形部401与水平面的夹角为30°。

进一步地，请参阅图5，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，准直光学器件2通过第一压环8和第二压环9压合，第二压环9分别与第一压环8、可调支架3螺纹连接，螺纹幅方向平行于准直光束的光路方向。

具体地，第一压环8和第二压环9均为环形套筒结构，第二压环9下方设有用于放置准直光学器件2的凸台，通过第一压环8将准直光学器件2压合到第二压环9的凸台上，通过螺钉固定连接第一压环8和第二压环9，第二压环9远离凸台端部内壁上环周设有螺纹，可调支架3上设有用于与第二压环9连接的环形连接部，第二压环9套设在连接部环周与环形连接部螺纹配合，第二压环9与第一压环8和透镜201共轴线，旋转第二压环9可以调节准直光学器件2相对于激光光源1沿激光光路出射光路上的距离，第一压环8、第二压环9和可调支架3的环形连接部均为环形中空结构，第二压环保证其不会对光路产生遮挡。本方案中，可以通过旋转第二压环9调整准直光学器件2与激光光源1沿激光光路出射光路上的距离，满足透镜的焦距要求，提高准直光束的透射率。

进一步地，请参阅图3和图5，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，还包括设于准直光束的光路下方的反射镜11。

具体地，反射镜11设置在准直光学器件2的下方，固定在激光雷达壳体15上，反射镜11与准直光学器件2共轴线，优选地，反射光路上设有水平刻度尺12和竖直刻度尺13，水平刻度尺12和竖直刻度尺13构成测量平面，两者相交位置为原点，原点与反射镜11轴线距离已知，在不考虑安装误差的情况下，反射光束的光斑中线通过测量平面的原点。通过设置反射镜，可以将准直光束光斑反射至较远的距离，且不改变光束的角度，方便进行投射角度的测量，通过设置水平刻度尺和竖直刻度尺构成测量平面，可以获得反射后光束光斑中心在测量平面上的实际坐标，根据得到的光斑中心坐标和两轴交点与反射镜之间的距离L1，获得激光雷达由于发光二极管、透镜本身误差以及系统零部件加工、装配造成的激光雷达实际光路与理想光路沿A向和B向的角度误差，指导调节组件调节角度，进而提高激光雷达的测量精度。

进一步地，请参阅图1和图3，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，沿准直光束的光路方向，反射镜11的投影面积大于准直光束光斑的投影面积。

具体地，反射镜11与水平面成45度布置，则理想工况下，竖直设置的准直光学器件2出射的竖直向下的准直光束经由反射镜11反射后变为水平光路，优选的，水平光路与原点处于同一水平面上。沿准直光束的光路方向，反射镜的投影面积大于准直光束光斑的投影面积，则光线通过透镜后全部打到反射镜上，不会产生效率损失。

进一步地，请参阅图5，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，固定支架4上设有用于限制所述可调支架摆转角度的限位台。具体地，限位台14为环周设于固定支架4上的半圆形凸台，限位台14位于固定支架4和可调支架3之间，限位台14有四个，四个限位台14均布，与四个调节螺钉共线，优选地，限位台14采用非金属弹性材料，避免对电路板7造成损伤。

进一步地，请参阅图5，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，激光光源1为设有激光二极管6的电路板7。

激光光源2是利用激发态粒子在受激辐射作用下发光的电光源。激光光源可按其工作物质分为固体激光源、气体激光源、液体激光源和半导体激光源四种类型，本实施例中优选为半导体激光源，具体为设有激光二极管6的电路板7，激光二级管6焊接在电路板7上。

进一步地，请参阅图5，作为本发明提供的激光雷达发射系统的一种具体实施方式，准直光学器件2为单透镜或组合透镜。准直光学器件2用于形成准直光束，可以为可调光纤准直镜、透镜201、带有弧度的反射镜，本实施例中优选为透镜201，具体的，透镜可以为单透镜或透镜组。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.激光雷达发射系统，其特征在于：包括

激光光源，用于发射激光信号；

准直光学器件，设置在所述激光光源的出射光路上用于形成准直光束；可调支架，用于固定安装所述激光光源和所述准直光学器件；

固定支架，固定在激光雷达壳体上用于安装所述可调支架，所述可调支架可相对于所述固定支架绕垂直于所述准直光束光路的方向摆转；所述固定支架上设有用于准直光束穿过的透光孔；

调节组件，用于调节所述可调支架相对于所述固定支架的摆转位置；所述调节组件有两个，两个所述调节组件在垂直于准直光束的平面上垂直布置；每个所述调节组件包括两个沿透光孔的轴线方向对称设置的调节螺钉；

其中，所述准直光学器件通过第一压环和第二压环压合，所述第二压环分别与所述第一压环、所述可调支架螺纹连接，所述螺纹幅方向平行于所述准直光束的光路方向。

2.如权利要求1所述的激光雷达发射系统，其特征在于：两个所述调节组件分别连接所述固定支架和所述可调支架，所述可调支架位于所述固定支架上方。

3.如权利要求1所述的激光雷达发射系统，其特征在于：所述固定支架设有锥形部，所述可调支架设有用于与所述锥形部的底端环周线接触的支撑部，所述支撑部设于所述激光光源的环周。

4.如权利要求3所述的激光雷达发射系统，其特征在于：所述支撑部为球面结构或者与所述锥形部斜率不同的锥面结构。

5.如权利要求1～4任一项所述的激光雷达发射系统，其特征在于：还包括设于所述准直光束的光路下方的反射镜。

6.如权利要求1所述的激光雷达发射系统，其特征在于：所述固定支架上设有用于限制所述可调支架摆转角度的限位台。

7.如权利要求1所述的激光雷达发射系统，其特征在于：所述激光光源为设有激光二极管的电路板。

8.如权利要求1所述的激光雷达发射系统，其特征在于：所述准直光学器件为单透镜或组合透镜。

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