CN109814086B - 一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光雷达，上述激光雷达包括激光发射模块、分光模块、扫描模块及接收模块，激光发射模块用于发射脉冲激光束；分光模块用于将脉冲激光束分为N束入射光束，并传输至扫描模块，其中N≥2；扫描模块用于将N束入射光束反射至三维空间，及用于接收并反射N束入射光束经三维空间中的待测目标反射后的N束回波光束；接收模块用于接收并处理N束回波光束；分光模块和扫描模块对应形成N个子扫描视场，N个子扫描视场通过视场拼接构成激光雷达的总视场。本发明的激光雷达利用分光模块，故在满足激光雷达的扫描视场的前提下，可以采用少于N个光源，降低激光雷达的成本，减少内部产热，并减小激光雷达的体积。

Description

一种激光雷达

技术领域

本发明涉及环境感知技术领域，特别涉及一种激光雷达。

背景技术

在自动驾驶技术中，环境感知系统是基础且至关重要的一环，是自动驾驶汽车安全性和智能性的保障，环境感知传感器中，激光雷达在可靠度、探测范围及测距精度等方面具有不可比拟的优势。

车载激光雷达作为感知周围信息的重要传感器，视场和扫描精度是其重要的参数。对于水平视场，现有技术通常会通过在扫描器件前设置光学镜头来放大视场角，或者设置多个激光雷达对其采集的视场进行拼接。前置镜头组扩大视场角的方式需要较复杂的镜头组，且视场角放大的同时会等比例缩小有效孔径，因此会降低激光雷达的测远能力。多激光雷达拼接的方案会显著增加总成本。此外，还有利用多个激光发射单元对其采集的视场进行拼接的方案，但还是存在成本高、多个激光发射单元工作时带来散热以及体积较大的问题。

激光雷达需要满足体积小、可靠性高、高成像帧频、高分辨率、远测距等性能。现有的激光雷达难以在小体积和多项性能参数之间达到平衡，如何合理地安排激光雷达的内部空间，在满足特定光路设计的前提下，提高空间利用率、使其结构更加紧凑化、改善散热性能，仍是目前亟需改进的方面。

发明内容

本发明解决是现有技术中激光雷达存在的成本较高及体积较大等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种激光雷达，包括激光发射模块、分光模块、扫描模块及接收模块，其中：

所述激光发射模块，用于发射脉冲激光束；

所述分光模块，用于将所述脉冲激光束分为N束入射光束，并传输至所述扫描模块，其中N≥2；

所述扫描模块，用于将所述N束入射光束反射至三维空间，及用于接收并反射所述N束入射光束经三维空间中的待测目标反射后的N束回波光束；

所述接收模块，用于接收并处理所述N束回波光束；

所述分光模块和所述扫描模块对应形成N个子扫描视场，所述N个子扫描视场通过视场拼接构成所述激光雷达的总视场。

可选地，所述接收模块包括依次设置的反射单元、会聚单元和探测单元；所述反射单元用于反射经所述扫描模块反射后的所述回波光束；

所述会聚单元用于会聚经所述反射单元反射后的回波光束；

所述探测单元用于接收并处理经所述会聚单元会聚后的回波光束。

可选地，所述分光模块包括分光元件和反射元件，其中：

所述分光元件，用于将所述脉冲激光束中的一部分分为所述N束入射光束中的N-1束，以及将所述脉冲激光束中的另一部分透过并入射至所述反射元件；

所述反射元件，用于反射所述脉冲激光束中的另一部分，以形成所述N束入射光束中的一束。

可选地，所述分光元件包括第一分光元件及第二分光元件，其中：

所述第一分光元件，用于反射所述脉冲激光束中的一部分至所述扫描模块以形成第一入射光束，且透射过所述脉冲激光束中的另一部分以形成第一透射光束；

所述第二分光元件，用于反射所述第一透射光束中的一部分至所述扫描模块以形成第二入射光束，且透射过所述第一透射光束中的另一部分以形成第二透射光束；

所述反射元件，用于反射所述第二透射光束至所述扫描模块形成第三入射光束。

可选地，所述第一入射光束、所述第二入射光束和所述第三入射光束的光强比例为x：y：z，其中y≥x且y≥z。

可选地，所述反射单元设置于所述入射光束从所述分光模块入射至所述扫描模块所形成的光路路径上。

可选地，所述反射单元具有透光部，所述透光部用于被穿透以通过所述入射光束。

可选地，所述透光部为透光孔。

可选地，所述激光雷达还包括支撑体，所述支撑体上设置有透光结构，所述透光结构用于仅通过所述入射光束和所述回波光束。

可选地，所述透光结构包括N组光通道，每组所述光通道包括第一子光通道和第二子光通道，所述第一子光通道和所述第二子光通道连通，所述第一子光通道和所述第二子光通道呈夹角设置；

所述第一子光通道用于通过所述入射光束和所述回波光束，

所述第二子光通道用于通过且传输所述回波光束至所述探测单元。

可选地，所述支撑体具有第一端和第二端，所述第一子光通道连通所述第一端和第二端，所述第二子光通道连通所述第二端；

所述反射单元设置于所述第一子光通道和所述第二子光通道的连通处；

所述会聚单元设置于所述第二子光通道内。

可选地，每组所述光通道的第二子光通道相互平行，且每组所述光通道的第一子光通道为自对应的第一端按预设的方向延伸预设长度后至对应的第二端之间的路径，其中所述预设的方向为自所述扫描模块的中心点至所述反射单元的中心点连线的方向。

可选地，每组所述光通道对应的第一端部分相交。

可选地，所述支撑体还具有第三端，所述第二子光通道还连接所述第三端；和/或，

所述第一端上还设有至少一个支撑臂，所述支撑臂用于固定所述扫描模块。

可选地，所述激光发射模块包括准直单元，所述准直单元用于将所述脉冲激光束调整为平行光束并入射至所述分光模块；

所述支撑体还包括准直光通道，所述准直光通道位于N个第二子光通道的一侧，所述准直光通道与所述第二子光通道平行，所述准直单元设置于所述准直光通道内。

可选地，所述接收模块还包括消光部件，所述消光部件设置于所述会聚单元与所述探测单元之间。

可选地，所述消光部件为消光筒，所述消光筒的一端与所述支撑体相连，所述消光筒的另一端的开口朝向所述探测单元。

可选地，所述消光筒的内壁呈渐缩的多段式阶梯孔结构，所述消光筒的大径端与所述支撑体连接，所述消光筒的小径端的出口与朝向所述探测单元。

可选地，所述消光筒的内侧壁设有消光螺纹、消光环和消光材料中的一种或任意几种的组合。

可选地，所述消光部件的材质为金属或塑料。

可选地，所述扫描模块具有可动部，所述可动部朝向所述分光模块的一侧具有反射面，用于反射所述入射光束；

所述扫描模块朝向所述分光模块的一侧除所述反射面的其余区域定义为第一区域，所述第一区域的至少部分区域镀有消光材料。

可选地，所述激光雷达还包括控制模块，其中：

所述控制模块分别与所述激光发射模块、所述扫描模块和N个所述探测单元连接；

所述控制模块用于分别控制所述激光发射模块发射所述脉冲激光束、控制所述可动部的旋转和/或摆动，以及控制所述探测单元接收并处理所述回波光束。

可选地，所述激光雷达还包括壳体和底板，所述壳体底端具有开口，所述壳体和所述底板密封连接形成容置腔；

所述激光发射模块、所述扫描模块、所述控制模块和所述支撑体均容纳于所述容置腔内。

可选地，所述激光雷达还包括电源模块，所述电源模块设置于所述容置腔内；

所述壳体具有侧壁，所述电源模块、所述控制模块和所述激光发射模块分别设置于所述容置腔内靠近所述侧壁的位置。

可选地，所述壳体的外侧面的至少部分区域设有散热齿。

可选地，所述激光发射模块包括光源和光纤连接组件，其中：

所述光源用于发射所述脉冲激光束；

所述光纤连接组件与所述光源耦合连接，用于传输所述脉冲激光束。

可选地，所述激光发射模块还包括偏折单元，所述偏折单元设置于所述准直单元与所述分光模块之间，用于偏折经所述准直单元调整后的所述平行光束，并将偏折后的平行光束入射至所述分光模块。

可选地，所述侧壁上设有镂空区域，所述镂空区域与所述扫描模块的出光侧相对，所述激光雷达还包括前窗，所述前窗覆盖所述镂空区域，用于透射所述扫描模块反射的入射光束及透射所述回波光束；和/或，

所述会聚单元包括过滤子单元和会聚子单元，所述过滤子单元沿所述回波光束的传输路径设置于所述会聚子单元之前，所述过滤子单元用于透射所述反射单元反射的所述回波光束、及过滤掉预设波长范围以外的光信号，所述会聚子单元用于会聚所述过滤子模块透射的所述回波光束；和/或，

所述探测单元包括接收电路板，所述接收电路板上设有至少一个探测器，所述探测器设置于所述接收电路板朝向所述会聚单元的一侧面。

采用上述技术方案，本发明所述的激光雷达具有如下有益效果：

上述方案中，激光雷达利用分光模块对脉冲激光束进行分光处理，故可以在采用少于N个光源，甚至仅采用一个光源的情况下，还同时满足激光雷达对扫描视场的需求，因此可以有效降低激光雷达的成本及减小激光雷达的体积。并且，光源是激光雷达中散热相对较多的一个部件，光源数量的降低也可以减少激光雷达内部的产热，从而提高激光雷工作的效率及可靠性。

进一步地，本发明实施例中的激光雷达还可设置有支撑体，而由于支撑体内设有透光结构来传输光束，且透光结构的位置和大小可以确保只通过预设的子扫描视场对应方向的入射光束和回波光束，因此可以降低环境光的干扰。

进一步地，本发明所述支撑体的透光结构和光路均满足紧凑化设计，N组光通道的所述第一子光通道朝向所述扫描模块聚拢且延伸有预设长度，采用该种方式布置光通道，减少光路所占支撑体的空间，提高支撑体的内部空间利用率，减小支撑体的高度，从而可以缩小激光雷达的整体高度。

进一步地，本发明实施例在所述会聚单元与所述探测单元之间设置消光筒，而消光筒可以消耗非预期的光束，因此可以降低环境杂散光的干扰以及N束回波光束彼此之间的串扰。

进一步地，通过将消光筒的内壁设置为渐缩的多段式阶梯孔结构，所述消光筒的大径端与所述支撑体连接，所述消光筒的小径端的出口朝向所述探测单元，故可以将非目标光通道的光在不断反射中消耗掉，从而可以提高消除杂光及N束回波光束彼此之间串扰的效率。

进一步地，本发明所述消光筒的内侧壁设有消光螺纹、消光环和消光材料中的一种或任意几种的组合，进一步地可以提高杂光的消除效果。

进一步地，本发明实施例中的激光雷达采用塑料作为消光筒的材质，可以有效地切断电磁干扰路径，提高激光雷达系统的电磁兼容性，从而可以保证激光雷达在电磁环境中正常工作。

进一步地，本发明实施例中的激光雷达可以共用一个或多个光源，无需设置多个激光发射子模块来对应多个接收子模块，节约了所述激光发射模块实际占据的空间，且利用光纤连接组件可以灵活布置激光发射模块的位置，有利于激光雷达内部的散热。

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为本发明一个实施例的激光雷达的结构框图；

图2为本发明一个实施例的激光雷达的部分结构立体示意图；

图3为本发明一个实施例的激光雷达内部结构立体图；

图4为本发明一个实施例的支撑体立体示意图；

图5为图4的另一视角的支撑体立体示意图；

图6为本发明一个实施例的消光筒立体图；

图7为图6的另一视角的消光筒立体图；

图8为图6的消光筒剖面示意图；

图9为本发明一个实施例的激光雷达的部分结构剖面图；

图10为本发明一个实施例激光雷达的发射光路示意图。

以下对附图作补充说明：

10-激光发射模块；101-光源；102-光纤连接组件；103-准直单元；104-偏折单元；

20-分光模块；21-分光元件；211-第一分光元件；212-第二分光元件；22-反射元件；23-固定座；

30-扫描模块；301-可动部；302-第一区域；

40-接收模块；400-接收子模块；401-反射单元；402-会聚单元；4021-过滤子单元；4022-会聚子单元；403-探测单元；4031-接收电路板；

50-支撑体；500-光通道；501-第一子光通道；502-第二子光通道；5021-结合部；503-准直光通道；51-第一端；52-第二端，53-第三端；54-支撑臂；

60-消光筒；601-连接部；

70-控制模块；

1001-脉冲激光束；1002-第一入射光束；1003-第一透射光束；1004-第二入射光束；1005-第二透射光束；1006-第三入射光束。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

为解决现有技术中激光雷达的诸如成本较高及体积较大的问题，图1示出了本发明一个实施例的激光雷达的结构框图，下面参考图1对本发明的技术方案进行介绍。如图1所示，本发明实施例提供一种激光雷达，上述激光雷达可以包括激光发射模块10、分光模块20、扫描模块30及接收模块40，其中：

上述激光发射模块10，用于发射脉冲激光束；

上述分光模块20，用于将上述脉冲激光束分为N束入射光束，并传送至上述扫描模块30，其中N≥2；

上述扫描模块30，用于将上述N束入射光束反射至三维空间，及用于接收并反射上述N束入射光束经三维空间中的待测目标反射后的N束回波光束；

上述接收模块40，用于接收并处理上述N束回波光束；

上述分光模块20和上述扫描模块30可以对应形成N个子扫描视场，上述N个子扫描视场可以通过视场拼接构成上述激光雷达的总视场。

具体地，激光雷达在处于工作状态时，上述激光发射模块10发射脉冲激光束并传输至分光模块20或直接入射至分光模块20，上述分光模块20将上述脉冲激光束分为N束入射光束，并反射至上述扫描模块30，上述扫描模块30将接收到的上述N束入射光束反射到三维空间进行探测，三维空间中的待测目标会发生反射形成N束回波光束；上述扫描模块30可以接收上述N束回波光束并反射给上述接收模块40；上述接收模块40接收并处理上述N束回波光束得到需要的环境感知数据。应用上述方案，通过分光模块将脉冲激光束分光为N束入射光束，并以不同的视场角射入目标空间，可以直接实现多个子扫描视场的扫描，扫描方式简单，系统复杂度低，便于集成化，故可以降低激光雷达的成本和复杂度。

此外，激光雷达在处于工作状态时，上述分光模块20与上述扫描模块30会对应形成N个发射光路，上述扫描模块30分别与上述N个接收模块40会对应形成N个接收光路，上述N个发射光路与上述N个接收光路一一对应，而且N个发射光路与上述N个接收光路可以部分地共轴。

另外，由于上述分光模块对脉冲激光束进行分光处理，故实际使用过程中，激光雷达的发射模块可以在采用少于N个光源，甚至仅采用一个光源的情况即可满足使用，激光发射模块的光源数量不应该构成对本发明的限制，本领域技术人员具体可以根据扫描密度的需求、激光雷达的散热问题、尺寸需求以及扫描模块的尺寸限制来灵活选择。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要来相应设置N的大小，比如技术人员可以平衡视场大小的需求及激光雷达的体积需求来设置合适的N的数值，只要N为不小于2的正整数即可。在具体应用中，技术人员比如可以设置N＝3，也可以设置N＝5，还可以设置N＝6，N的具体的取值大小并不会对本发明的保护范围构成任何限制。为使得本领域技术人员更好地理解和实现本发明，本文均以N＝3作为示例对本发明的技术方案进行说明。

在一些实施例中，上述接收模块可以包括N组接收子模块，任意一组接收子模块包括依次设置的反射单元、会聚单元和探测单元。例如，结合图1和图2所示，上述接收模块40可以包括三组接收子模块400，任意一个上述接收子模块400包括依次设置的反射单元401、会聚单元402和探测单元403。

并且，上述反射单元401位于上述分光模块20与上述扫描模块30之间，用于反射上述回波光束；

上述会聚单元402用于会聚经上述反射单元401反射后的回波光束；

上述探测单元403用于接收并处理经上述会聚单元402会聚后的回波光束，以获取障碍物的距离信息。

在一些实施例中，上述反射单元设置于上述入射光束从上述分光模块入射至上述扫描模块所形成的光路路径上。上述反射单元还可以用于穿透上述入射光束。具体地，上述反射单元设置有透光部，上述透光部用于被穿透以通过上述入射光束。上述透光部可以为透光孔或透光区域，实际应用中，上述透光区域可以对应为透明的玻璃平片或透明的塑料平片或者为透镜。

在可能的实施方式中，如图2和图3所示，上述反射单元401为带有透光孔的反射镜，也即为小孔反射镜。上述透光孔的大小可以为上述入射光束直径的1.0-2.0倍。反射单元401的制备过程可以如下：首先在研磨、抛光的玻璃基片上打一个与上述入射光束直径相当且稍大的透光孔，然后在基片的一个面上镀全反射膜。

在另一种可能的实施方式中，上述反射单元401为带有透光区域的反射镜，其制备可以采用首先研磨并抛光基片，在基片的一面镀增透膜，在基片的另一面预设透光区域内镀增透膜，而在该预设透光区域之外的区域镀全反射膜，上述预设透光区域为圆孔形，上述预设透光区域的直径大于或等于上述入射光束的直径。

此外，在其他可能的实施方式中，上述反射单元401采用偏振分光片也可以实现该功能。

在一些实施例中，穿过上述透光部的入射光束与经上述扫描模块30反射后的回波光束共轴。

在一些实施例中，上述分光模块包括分光元件和反射元件，其中：

上述分光元件，用于将上述脉冲激光束中的一部分分为上述N束入射光束中的N-1束，以及将上述脉冲激光束中的另一部分透过并入射至上述反射元件；

上述反射元件，用于反射上述脉冲激光束中的另一部分，以形成上述N束入射光束中的一束。

具体的，上述分光模块包括N-1个分光元件和一个反射元件，上述N-1个分光元件和上述反射元件沿第一方向间隔设置；

上述N-1个分光元件将上述脉冲激光束分为N-1束上述入射光束，并入射至上述扫描模块，相应形成N-1个子扫描视场；

透过第N-1个上述分光元件的上述脉冲激光束经上述反射元件反射形成第N束上述入射光束，并入射至上述扫描模块，相应形成一个子扫描视场；横向N个子扫描视场平行排布，通过视场拼接扩大水平视场的同时实现了较紧凑的光学结构。

在一些实施例中，上述分光元件21可以为开孔反射镜、半透半反镜、偏振分光镜或采用镀膜方式的分光镜等。此外，单个上述分光元件21的分光比可以为10％-50％的透射率和50％-90％的反射率，但不局限于该分光比。

在一些实施例中，如图2和图3所示，上述分光元件21包括第一分光元件211及第二分光元件212，其中：

上述第一分光元件211，用于反射上述脉冲激光束中的一部分至上述扫描模块以形成第一入射光束，且透射过上述脉冲激光束中的另一部分以形成第一透射光束；

上述第二分光元件212，用于反射上述第一透射光束中的一部分至上述扫描模块以形成第二入射光束，且透射过上述第一透射光束中的另一部分以形成第二透射光束；

上述反射元件22，用于反射上述第二透射光束至上述扫描模块形成第三入射光束。

具体地，上述第一分光元件211，用于接收上述脉冲激光束，形成第一入射光束和第一透射光束，将上述第一入射光束入射至上述扫描模块30，对应形成第一子扫描视场；

上述第二分光元件212，用于接收上述第一透射光束，形成第二入射光和第二透射光束，将上述第二入射光束入射至上述扫描模块30，对应形成第二子扫描视场；

上述反射元件22，用于接收上述第二透射光束，并反射形成第三入射光束，入射至上述扫描模块30，对应形成第三子扫描视场。在具体实施中，每个子扫描视场可以设置为20°，则上述第一子扫描视场、上述第二子扫描视场和上述第三子扫描视场三者进行拼接后，激光雷达的水平总视场能够达到60°。

在一些实施例中，上述第一入射光束、上述第二入射光束和上述第三入射光束三者的光强比例为x：y：z，其中y≥x且y≥z。在具体实施中，三者的光强比例x：y：z的取值可以为1:2:1或者2:5:2等，可以根据实际应用场景及系统性能要求对三者的光强比例进行任意取值。

在一些实施例中，如图3和图9所示，上述分光模块20还包括固定座23，用于安装上述分光元件21和上述反射元件22。具体的，上述第一分光元件211、上述第二分光元件212和上述反射元件22按照预设分光光路依次间隔设置于上述固定座23上。上述第一分光元件211、上述第二分光元件212和上述反射元件22位于同一条直线上。

具体地，关于分光模块的工作过程，下面参考图10进行详细说明，激光雷达在处于工作状态时，脉冲激光束1001射向上述第一分光元件211，一部分被第一分光元件211反射，一部分被第一分光元件211透射，分别形成第一入射光束1002和第一透射光束1003，接着第一入射光束1002入射至上述扫描模块30，并经过上述扫描模块30反射形成第一发射光路。

另外，第一透射光束1003入射至上述第二分光束元件212，一部分被第二分光元件212反射，一部分被第二分光元件212透射，分别形成第二入射光束1004和第二透射光束1005，上述第二入射光束1004也会入射至上述扫描模块30，并经过上述扫描模块30反射后，可以形成第二发射光路；

而第二透射光束1005入射至上述反射元件22后，可以经上述反射元件22反射后形成第三入射光束1006，上述第三入射光束1006也会入射至上述扫描模块30，并在经上述扫描模块30反射后，形成第三发射光路。

在本发明一实施例中，激光雷达还可以包括支撑体，支撑体具体可以设置于分光模块与探测单元之间，也就是支撑体可以处在入射光束经过所形成的入射光路路径上，而回波光束与入射光束共轴，相应地，支撑体也处在回波光束经过所形成的回波光路路径上。并且，支撑体上设置有透光结构，而透光结构的大小和位置与回波光束入射至支撑体上时的大小与位置有关，故透光结构可以尽量确保仅仅通过与上述入射光束和回波光束相同方向的光束，因此可以降低杂散光的干扰，提高激光雷达的测远能力及测距的准确度。需要说明的是，不排除与上述回波光束方向一致的环境杂光进入所属透光结构。

比如，如图3、图4和图9所示，激光雷达包括支撑体50，支撑体50设置于上述分光模块20与上述探测单元403之间，且上述支撑体50上设置有透光结构，上述透光结构用于仅通过上述入射光束和上述回波光束，不排除同方向的环境杂光进入。

在一些实施例中，如图4和图5所示，上述透光结构包括三组光通道500，每组上述光通道500包括第一子光通道501和第二子光通道502，上述第一子光通道501和上述第二子光通道502连通，上述第一子光通道501和上述第二子光通道502呈夹角设置。

并且，入射光束可以通过上述第一子光通道501入射至扫描模块30，待光束被待测目标反射返回时，回波光束也可以入射通过第一光通道501，且在传输通过第一光通道501后，入射至反射元件，再被发射元件反射进入第二子光通道502，并最终传输至上述探测单元403。任意一组光通道的位置和大小可以确保只能通过该组光通道对应的入射光束和回波光束，防止环境光的干扰。

在一些实施例中，所述支撑体具有第一端和第二端，所述第一子光通道连通所述第一端和第二端，所述第二子光通道连接所述第二端；所述反射单元设置于所述第一子光通道和所述第二子光通道的连通处；所述会聚单元设置于所述第二子光通道内。

所述支撑体还具有第三端，所述第二子光通道还贯通至所述第三端。需要说明的是，所述第二子光通道不一定贯通至所述第三端，如所述第二子光通道可以为盲孔形式，所述探测单元可以设置在所述第二子光通道内的底端。

在一些实施例中，如图4和图5所示，上述支撑体50具有第一端51、第二端52和第三端53，上述第一子光通道501连通上述第一端51和第二端52，上述第二子光通道502连通上述第二端52和第三端53。而且上述反射单元401设置于上述第一子光通道501和上述第二子光通道502的连通处，上述接收模块40的N个上述反射单元401均朝向上述扫描模块30。上述会聚单元402设置于上述第二子光通道502内。

上述反射单元401和上述会聚单元402分别相对于其对应的光通道500呈预定角度设置。对于预定角度的设置，在一种实施方式中，上述N组接收子模块400的N个上述会聚单元402可以均垂直于上述第二子光通道502设置，也即预定角度设置为90°。在另一种实施例中，上述反射单元401可以安装于上述支撑体50的第二端52，且上述N组接收子模块400的N个上述反射单元401分别与上述支撑体50的底面呈45°夹角，也即预定角度设置为45°。并且，N个上述反射单元401的反射面均朝向上述扫描模块30。

如图3所示，上述接收模块40具有三个上述反射单元401，三个上述反射单元401分别与上述第一分光元件211、上述第二分光元件212和上述反射元件22一一对应，确保上述分光模块20产生的三束上述入射光束能够穿透上述反射单元401的上述透光部(即透光孔)入射至扫描模块30。

在可能的实施方式中，上述N组光通道的上述第一子光通道相互平行，上述N组光通道的上述第二子光通道也相互平行，上述第一子光通道靠近上述扫描模块一侧的出口位置通过设置偏折棱镜让入射光束偏折至上述扫描模块，同时确保各自组光通道对应的上述回波光束通过偏折棱镜返回到各自的光通道中。

在可能的实施方式中，每组上述光通道的第二子光通道相互平行，且每组上述光通道的第一子光通道为自对应的第一端按预设的方向延伸预设长度后至对应的第二端之间的路径，其中上述预设的方向为自上述扫描模块的中心点至上述反射单元的中心点连线的方向。即，各组的第一子光通道分别贯穿上述第一端，各组的第一子光通道的预设的方向均由上述反射单元朝向上述扫描模块的反射侧。

在一些实施例中，每组所述光通道对应的第一端部分相交。

具体的，参考图4和图5所示，上述三组光通道500的上述第二子光通道502相互平行，上述三组光通道500的上述第一子光通道501朝向上述扫描模块30聚拢且延伸有预设长度；上述N组光通道500的上述第一子光通道501朝向上述扫描模块30的一端部分相交。采用该种方式布置光通道500，可以减少光路所占支撑体50的空间，提高支撑体50的内部空间利用率，减小支撑体50的高度，从而可以进一步缩小激光雷达的整体高度。

在一些实施例中，上述第一子光通道和上述第二子光通道均为中空的通孔，上述第一子光通道和上述第二子光通道内为空气或者填充其他透光介质。

在一些实施例中，上述支撑体的第一端上还设有至少一个支撑臂，上述支撑臂与上述扫描模块相连，用于固定上述扫描模块。

具体地，如图4和图5所示，上述支撑体50的第一端51上间隔设有两个支撑臂54，上述支撑臂54与上述扫描模块30连接，上述支撑臂54分别与上述支撑体50的第三端53呈夹角设置，如45°，确保上述扫描模块30的反射侧能接收到上述入射光束和上述回波光束。在可能的实施方式中，上述支撑臂54还可以与上述支撑体50为一体成型结构。

在一些实施例中，上述接收模块还包括消光部件，上述消光部件设置于上述会聚单元与上述探测单元之间，用于防止上述N束回波光束彼此串扰。

在一些实施例中，上述消光部件为消光筒60，参考图9所示，消光筒60的一端与上述支撑体50相连，消光筒60的另一端的开口朝向上述探测单元403；上述消光筒60与上述第二子光通道502连通。上述消光筒60用于将杂散光在不断反射中被消耗掉。

在一些实施例中，结合图7和图9所示，上述消光筒60的内壁呈渐缩的多段式阶梯孔结构，上述消光筒60的大径端与上述支撑体50连接，上述消光筒60的小径端的出口朝向上述探测单元403。上述阶梯孔的段数≥2。上述多段式阶梯孔结构会形成多个反射台阶，且增大了反射面积，可以对杂散光进行多次或多级的反射消耗串扰光，提高了消光效率。具体地，上述阶梯孔的段数根据预期的消光率、装配的空间和整体激光雷达的体积确定。优选的，如图8所示，上述阶梯孔的段数为11段。

在一些实施例中，上述消光筒60的大径端的外壁设有连接部601，上述第二子光通道502靠近上述探测单元403的一端设有结合部5021，上述连接部601与上述结合部5021配合连接。具体的，上述消光筒60的大径端与上述支撑体50通过螺纹连接、通过卡口连接、或者插接固定、或者粘接等方式固定。例如，结合图5、图6和图9所示，上述连接部601为外螺纹，上述结合部5021为与上述外螺纹配合的内螺纹，上述消光筒60与上述支撑体50螺纹连接。

在其他可能的实施方式中，上述消光筒60的内壁呈渐缩结构，上述消光筒60靠近上述探测单元403一端的内壁轮廓尺寸小于上述消光筒60靠近上述会聚单元402一端的内壁轮廓尺寸。优选的，上述消光筒60截面为圆形。

此外，在可能的实施方式中，上述消光筒60整体可以为圆筒状结构、方斗状结构、锥状结构或漏斗状结构等。

在一些实施例中，上述消光筒60的内侧壁设有消光螺纹、消光环和消光材料中的一种或任意几种的组合，进一步的增加消除杂散光的效果。另外，利用上述多段式阶梯孔结构增大了上述消光筒的内表面积，配合内表面的涂覆消光材料来吸收杂散光，进一步提高消光效率。

在一些实施例中，上述消光筒60的材质为金属或塑料。优选的，上述消光筒60的材质为塑料。为了消除杂散光及防止不同光通道回波光束之间的串扰，消光筒60靠近上述探测单元403的一端应该尽可能地贴近上述探测单元403。当消光筒60的材质为金属时，消光筒60与探测单元403之间会形成一个寄生电容，从而对探测单元403造成电磁干扰。另外，由于光电探测器在工作时需要设置一个较高的偏压，在某些极端情况下该偏置高压有可能会导致探测单元403与消光筒60之前的空气被击穿。因此，采用塑料作为消光筒60的材质可以有效地切断电磁干扰路径，提高激光雷达系统的电磁兼容性，从而可以保证激光雷达在电磁环境中能够正常工作。

在一些实施例中，上述消光部件也可以与上述支撑体一体成型。

在一些实施例中，上述扫描模块30可以为静电式振镜、电磁式振镜、压电式振镜、或电热式振镜等。上述扫描模块30还能够通过旋转或摆动改变其反射至三维空间的脉冲激光束的方向，从而对三维空间中的目标进行扫描。

如图2和图3所示，上述扫描模块30具有可动部301，上述可动部301朝向上述分光模块20的一侧具有反射面，用于反射光束；上述扫描模块30朝向上述分光模块20的一侧除上述反射面的其余区域定义为第一区域302，上述第一区域302的至少部分区域镀有消光材料。优选的，上述第一区域302全部镀有消光材料。上述扫描模块30还包括驱动机构，上述驱动机构用于驱动上述可动部301周期性旋转或摆动。

在一些实施例中，如图1所示，上述激光雷达还包括控制模块70，上述控制模块70分别与上述激光发射模块10、上述扫描模块30和N个上述探测单元403连接，上述控制模块70用于分别控制上述激光发射模块10发射上述脉冲激光束、控制上述可动部301的旋转或摆动、及控制上述探测单元403接收并处理上述回波光束。具体的，上述控制模块70通过上述驱动机构控制上述可动部301的旋转或摆动。

在一些实施例中，上述控制模块70为控制电路板。

在一些实施例中，上述激光雷达还包括壳体和底板，上述壳体底端具有开口，上述壳体和上述底板密封连接形成容置腔，上述激光发射模块10、上述扫描模块30、上述控制模块70和上述支撑体50均容纳于上述容置腔内。

在可能的实施方式中，上述扫描模块30位于上述容置腔的上部空间，上述扫描模块30固定安装于上述壳体的顶壁上，无需上述支撑体50的支撑臂54来固定。

在一些实施例中，上述激光雷达还包括电源模块，上述电源模块设置于上述容置腔内；上述壳体具有侧壁，上述电源模块、上述控制模块70和上述激光发射模块10分别设置于上述容置腔内靠近上述侧壁的位置，有利于将上述电源模块、上述控制模块70和上述激光发射模块10在工作过程中产生的热量通过上述壳体传导至外界。

在一些实施例中，上述壳体为底端开口的盒状结构，上述壳体的侧壁包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，上述激光发射模块10设置于靠近或贴合上述第一侧壁的内表面，上述电源模块设置于靠近或贴合上述第二侧壁的内表面，上述控制模块70设置于靠近或贴合上述第三侧壁的内表面，上述接收单元也位于靠近上述第二侧壁的内表面一侧。此外，上述激光发射模块10的周围还可以设置导热凝胶、冷却气体或冷却装置等方式来进一步增强散热效果。

在一些实施例中，上述壳体的外侧面的至少部分区域设有散热齿。在可能的实施方式中，上述第一侧壁、上述第二侧壁和上述第三侧壁均设有多个上述散热齿，上述散热齿的数量和分布方式可以根据激光雷达散热的需求以及外观的需求灵活布置，如平行且间隔分布、或者交错分布或渐开线分布、环形分布等方式。

在一些实施例中，上述侧壁上设有镂空区域，上述镂空区域与上述扫描模块30的出光侧相对，上述激光雷达还包括前窗，上述前窗覆盖上述镂空区域，用于透射上述扫描模块30反射的入射光束及透射上述回波光束。具体的，上述镂空区域位于上述第四侧壁上。

在一些实施例中，上述前窗可以为激光窗口镜，设置激光窗口镜可以保护扫描模块30免遭飞溅物和工作场所内其他危害的影响，激光窗口镜通常采用针对特定波长的激光高透的材料，并镀上增透膜以减少因反射而造成的损耗。

在一些实施例中，如图1所示，上述激光发射模块10包括光源101、光纤连接组件102和准直单元103，上述光源101用于发射上述脉冲激光束；

上述光纤连接组件102与上述光源101耦合连接，用于将上述光源101发出的上述脉冲激光束传输至上述准直单元103；

上述准直单元103用于将上述脉冲激光束调整为平行光束并入射至上述分光模块20。

在一些实施例中，上述激光发射模块10具有M个光源101，其中M≥1，当上述激光发射模块10具有多个光源101时，多个上述光源101可以通过光纤间隔分布在上述激光雷达的垂直视场方向上。在可能的实施方式中，上述激光发射模块10可以采用少于N个光源101(即M＜N)，甚至仅采用一个光源101(即M＝1)。

在一些实施例中，上述光源101可以为激光器，例如半导体激光器、波长可调谐的固体激光器、或光纤激光器等，不同类型的激光器可以发射具有不同波长的激光束。

在一些实施例中，上述准直单元103为准直透镜，上述光纤连接组件102包括光纤，上述准直透镜的焦点在光纤的出射端面的位置，并具有把从该光纤束出射的光线变换成平行光束的作用。上述准直透镜可以由一个或多个透镜组成。

在一些实施例中，通过切割上述光纤的末端，使上述光纤的末端的端面与上述光纤的延伸方向呈45度夹角，并在上述端面涂上高反射介质涂层以提供镜面，上述光纤内的光束经上述端面的反射入射至上述准直单元103，上述光束经上述准直单元103准直后再入射至上述分光模块20。

在一些实施例中，上述支撑体还包括准直光通道，上述准直光通道位于N个上述第二子光通道的一侧，上述准直单元设置于上述准直光通道内。

在可能的实施方式中，如图4和图5所示，上述准直光通道503平行于上述第二子光通道502，上述准直单元103垂直于上述准直光通道503。

在一些实施例中，上述激光发射模块10还包括偏折单元104，上述偏折单元104设置于上述准直单元103与上述分光模块20之间，用于偏折经上述准直单元103调整后的上述平行光束，并入射至上述分光模块20。

在可能的实施方式中，上述偏折单元104位于上述准直光通道503靠近上述分光模块20的一端，且上述偏折单元104和上述分光模块20的上述分光元件21位于同一条直线上，如图2和图3所示，上述偏折单元104可以固定在上述固定座23上，且上述偏折单元104还可以与上述第一分光元件211靠近或抵接。

需要说明的是，所述激光发射模块可以只具有光源，光源发出的脉冲激光束直接入射至上述分光模块；或者，所述激光发射模块可以只包括光源和光纤连接组件，上述光源发出的脉冲激光束通过上述光纤连接组件传输后再入射至上述分光模块。

在一些实施例中，如图9所示，上述会聚单元402包括过滤子单元4021和会聚子单元4022，上述过滤子单元4021沿上述接收光路设置于上述会聚子单元4022之前，上述过滤子单元4021用于透射上述反射单元401反射的上述回波光束、及过滤掉预设波长范围以外的光信号，上述会聚子单元4022用于会聚上述过滤子模块透射的上述回波光束。在具体实施方式中，上述会聚子单元4022可以为透镜，即由一个或者多个，即两个或者两个以上透镜组成。

在一些实施例中，如图9所示，上述探测单元403包括接收电路板4031，上述接收电路板4031上设有至少一个探测器，上述探测器设置于上述接收电路板4031朝向上述会聚单元402的一侧面。上述探测器可以为PIN光电传感器、雪崩光电二极管或者盖革模式雪崩光电二极管。优选的，上述探测器的光敏面可以位于上述会聚子单元4022的焦平面上。

在一些实施例中，上述接收模块还包括接收装调支架，上述接收装调子支架设有用于装调固定上述接收模块的N个上述接收电路板的安装部，上述接收电路板与上述安装部连接。上述接收装调支架与上述底板或者与上述支撑体相连。

在一些实施例中，上述固定座与上述支撑体可以为一体成型结构，便于设备的集成化和方便快速安装。

会聚以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括激光发射模块、分光模块、扫描模块、支撑体及接收模块，其中：

所述激光发射模块，用于发射脉冲激光束；

所述分光模块，用于将所述脉冲激光束分为N束入射光束，并传输至所述扫描模块，其中N≥2；

所述扫描模块，用于将所述N束入射光束反射至三维空间，及用于接收并反射所述N束入射光束经三维空间中的待测目标反射后的N束回波光束；

所述接收模块，用于接收并处理所述N束回波光束；所述接收模块包括依次设置的反射单元、会聚单元和探测单元；

所述反射单元用于反射经所述扫描模块反射后的所述回波光束，所述反射单元设置于所述入射光束从所述分光模块入射至所述扫描模块所形成的光路路径上，所述反射单元具有透光部，所述透光部用于被穿透以通过所述入射光束；

所述会聚单元用于会聚经所述反射单元反射后的回波光束；

所述探测单元用于接收并处理经所述会聚单元会聚后的回波光束；

所述支撑体，所述支撑体上设置有透光结构，所述透光结构用于仅通过所述入射光束和所述回波光束；所述透光结构包括N组光通道，每组所述光通道包括第一子光通道和第二子光通道，所述第一子光通道和所述第二子光通道连通，所述入射光束通过所述第一子光通道入射至所述扫描模块，待光束被待测目标反射返回时，所述回波光束通过第一光通道，且在传输通过所述第一子光通道后，入射至所述反射单元，再被所述反射单元射进入第二子光通道，并传输至所述探测单元；

所述分光模块和所述扫描模块对应形成N个子扫描视场，所述N个子扫描视场通过视场拼接构成所述激光雷达的总视场。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述分光模块包括分光元件和反射元件，其中：

所述分光元件，用于将所述脉冲激光束中的一部分分为所述N束入射光束中的N-1束，以及将所述脉冲激光束中的另一部分透过并入射至所述反射元件；

所述反射元件，用于反射所述脉冲激光束中的另一部分，以形成所述N束入射光束中的一束。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述分光元件包括第一分光元件及第二分光元件，其中：

所述第一分光元件，用于反射所述脉冲激光束中的一部分至所述扫描模块以形成第一入射光束，且透射过所述脉冲激光束中的另一部分以形成第一透射光束；

所述第二分光元件，用于反射所述第一透射光束中的一部分至所述扫描模块以形成第二入射光束，且透射过所述第一透射光束中的另一部分以形成第二透射光束；

所述反射元件，用于反射所述第二透射光束至所述扫描模块形成第三入射光束。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述第一入射光束、所述第二入射光束和所述第三入射光束的光强比例为x：y：z，其中y≥x且y≥z。

5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述透光部为透光孔。

6.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一子光通道和所述第二子光通道呈夹角设置；

所述第一子光通道用于通过所述入射光束和所述回波光束；

所述第二子光通道用于通过且传输所述回波光束至所述探测单元。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述支撑体具有第一端和第二端，所述第一子光通道连通所述第一端和第二端，所述第二子光通道连通所述第二端；

所述反射单元设置于所述第一子光通道和所述第二子光通道的连通处；

所述会聚单元设置于所述第二子光通道内。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，每组所述光通道的第二子光通道相互平行，且每组所述光通道的第一子光通道为自对应的第一端按预设的方向延伸预设长度后至对应的第二端之间的路径，其中所述预设的方向为自所述扫描模块的中心点至所述反射单元的中心点连线的方向。

9.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，每组所述光通道对应的第一端部分相交。

10.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述支撑体还具有第三端，所述第二子光通道还连接所述第三端；和/或，

所述第一端上还设有至少一个支撑臂，所述支撑臂用于固定所述扫描模块。

11.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射模块包括准直单元，所述准直单元用于将所述脉冲激光束调整为平行光束并入射至所述分光模块；

所述支撑体还包括准直光通道，所述准直光通道位于N个第二子光通道的一侧，所述准直光通道与所述第二子光通道平行，所述准直单元设置于所述准直光通道内。

12.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述接收模块还包括消光部件，所述消光部件设置于所述会聚单元与所述探测单元之间。

13.根据权利要求12所述的激光雷达，其特征在于，所述消光部件为消光筒，所述消光筒的一端与所述支撑体相连，所述消光筒的另一端的开口朝向所述探测单元。

14.根据权利要求13所述的激光雷达，其特征在于，所述消光筒的内壁呈渐缩的多段式阶梯孔结构，所述消光筒的大径端与所述支撑体连接，所述消光筒的小径端的出口与朝向所述探测单元。

15.根据权利要求14所述的激光雷达，其特征在于，所述消光筒的内侧壁设有消光螺纹、消光环和消光材料中的一种或任意几种的组合。

16.根据权利要求12所述的激光雷达，其特征在于，所述消光部件的材质为金属或塑料。

17.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描模块具有可动部，所述可动部朝向所述分光模块的一侧具有反射面，用于反射所述入射光束；

所述扫描模块朝向所述分光模块的一侧除所述反射面的其余区域定义为第一区域，所述第一区域的至少部分区域镀有消光材料。

18.根据权利要求17所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括控制模块，所述控制模块分别与所述激光发射模块、所述扫描模块和N个所述探测单元连接；

所述控制模块用于分别控制所述激光发射模块发射所述脉冲激光束、控制所述可动部的旋转和/或摆动，以及控制所述探测单元接收并处理所述回波光束。

19.根据权利要求18所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括壳体和底板，所述壳体底端具有开口，所述壳体和所述底板密封连接形成容置腔；

所述激光发射模块、所述扫描模块、所述控制模块和所述支撑体均容纳于所述容置腔内。

20.根据权利要求19所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括电源模块，所述电源模块设置于所述容置腔内；

所述壳体具有侧壁，所述电源模块、所述控制模块和所述激光发射模块分别设置于所述容置腔内靠近所述侧壁的位置。

21.根据权利要求20所述的激光雷达，其特征在于，所述壳体的外侧面的至少部分区域设有散热齿。

22.根据权利要求1或5所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射模块包括光源和光纤连接组件，其中：

所述光源用于发射所述脉冲激光束；

所述光纤连接组件与所述光源耦合连接，用于传输所述脉冲激光束。

23.根据权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射模块还包括偏折单元，所述偏折单元设置于所述准直单元与所述分光模块之间，用于偏折经所述准直单元调整后的所述平行光束，并将偏折后的平行光束入射至所述分光模块。

24.根据权利要求20所述的激光雷达，其特征在于，所述侧壁上设有镂空区域，所述镂空区域与所述扫描模块的出光侧相对，所述激光雷达还包括前窗，所述前窗覆盖所述镂空区域，用于透射所述扫描模块反射的入射光束及透射所述回波光束；和/或，

所述会聚单元包括过滤子单元和会聚子单元，所述过滤子单元沿所述回波光束的传输路径设置于所述会聚子单元之前，所述过滤子单元用于透射所述反射单元反射的所述回波光束、及过滤掉预设波长范围以外的光信号，所述会聚子单元用于会聚所述过滤子模块透射的所述回波光束；和/或，

所述探测单元包括接收电路板，所述接收电路板上设有至少一个探测器，所述探测器设置于所述接收电路板朝向所述会聚单元的一侧面。

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