CN109917357B - 激光雷达的整体对光方法以及激光雷达的对光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达的整体对光方法以及激光雷达的对光装置。所述激光雷达的整体对光方法包括步骤：将多个激光器设置在所述激光雷达的发射电路板上；驱动所述多个激光器发射激光束，所述激光束经障碍物反射形成回波；通过所述回波形成光斑，根据所述光斑的位置将多个探测器设置在所述激光雷达的接收电路板上；调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置，使得所述多个探测器与所述多个激光器一一对应。所述激光雷达的对光装置包括调节装置，用于调节所述激光雷达的发射电路板和/或接收电路板的位置，使得所述发射电路板上的多个激光器和所述接收电路板上的多个探测器一一对应。

Description

激光雷达的整体对光方法以及激光雷达的对光装置

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种激光雷达的整体对光方法以及激光雷达的对光装置。

背景技术

为了尽可能多地获取被扫描区域的三维信息，目前多采用多线激光雷达，可以覆盖更多的垂直视场区域。在激光雷达的装调过程中，多个激光发射器和多个激光探测器需要一一对准，以实现回波信号的最大程度的接收，从而提高激光雷达的测远和准确度。根据现有技术，激光雷达需要依靠人工实现激光发射电路板和接收电路板的精确对准，再调整多个激光发射器和多个激光探测器相对应。这种工艺耗时、低效，且设备体积较大。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种激光雷达的整体对光方法以及激光雷达的对光装置，其能够实现激光雷达的多个激光器和多个探测器的整体对准，并能够实现多个维度的调节，自由度很高。

根据本发明的一个方面，提供一种激光雷达的整体对光方法，所述激光雷达包括发射电路板以及接收电路板，其中，所述激光雷达的整体对光方法包括步骤：将多个激光器设置在所述激光雷达的发射电路板上；驱动所述多个激光器发射激光束，所述激光束经障碍物反射形成回波；通过所述回波形成光斑，根据所述光斑的位置将多个探测器设置在所述激光雷达的接收电路板上；以及调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置，使得所述多个探测器与所述多个激光器一一对应。

可选地，所述根据所述光斑的位置将多个探测器设置在所述激光雷达的接收电路板上的步骤包括：通过CCD成像装置获取所述光斑的图像，并确定所述光斑的相对位置参数；以及将所述光斑的相对位置参数导入贴片机，通过所述贴片机将所述多个探测器安装在所述激光雷达的接收电路板上。

可选地，所述调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置的步骤包括：根据所述多个探测器接收到的信号强度或所述光斑的位置调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置。

可选地，所述调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置的步骤包括：使用调节装置调节所述发射电路板和/或所述接收电路板的上下、前后、左右、横滚的位置。

可选地，所述激光雷达的整体对光方法还包括步骤：在所述激光雷达的侧壁上开设窗口，所述CCD成像装置通过所述窗口获取所述光斑的图像。

可选地，在所述激光雷达的接收光路上设置与所述接收光路的光轴成45度夹角的反射镜或半透半反镜，所述CCD成像装置设置在与所述接收光路的光轴成90度的光路上。

根据本发明的另一个方面，提供一种激光雷达的对光装置，其应用于根据本发明的激光雷达的整体对光方法，其中，所述对光装置包括调节装置，用于调节所述激光雷达的发射电路板和/或接收电路板的位置，使得所述发射电路板上的多个激光器和所述接收电路板上的多个探测器一一对应。

可选地，所述调节装置用于调节所述发射电路板和/或所述接收电路板的上下、前后、左右、横滚的位置。

可选地，所述调节装置包括L形支架，所述L形支架包括垂直部分和水平部分，所述垂直部分和所述水平部分分别设有至少三个调节件。

可选地，所述L形支架的所述垂直部分和/或所述水平部分分别设有三个调节件，所述三个调节件之间的连线构成三角形。

可选地，所述发射电路板或所述接收电路板通过所述垂直部分的所述至少三个调节件安装到所述L形支架的所述垂直部分。

可选地，所述激光雷达的对光装置还包括用于支撑所述L形支架的底座，所述L形支架的所述水平部分通过所述水平部分的所述至少三个调节件安装到所述底座。

可选地，所述调节件包括调节螺丝和弹性垫片。

可选地，所述L形支架的所述垂直部分与所述发射电路板或所述接收电路板之间设有所述弹性垫片，所述L形支架的所述水平部分与所述底座之间设有所述弹性垫片。

可选地，所述弹性垫片采用导热硅胶制成。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

根据本发明的实施例，驱动所述多个激光器发射激光束，所述激光束经障碍物反射形成回波；通过所述回波形成光斑，根据所述光斑的位置将多个探测器设置在所述激光雷达的接收电路板上，再调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置，使得所述多个探测器与所述多个激光器一一对应，从而实现回波信号的最大程度的接收。

根据本发明的实施例，提供了整体对光的调节装置，用于调节所述激光雷达的发射电路板和/或接收电路板的位置，使得所述发射电路板上的多个激光器和所述接收电路板上的多个探测器一一对应，从而实现回波信号的最大程度的接收。

根据本发明的实施例，所述调节装置能够调节所述发射电路板和/或所述接收电路板的上下、前后、左右、横滚的位置，能够实现多个维度的调节，自由度很高。

附图说明

本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的可选实施方式更好地理解，附图中相同的标记表示相同或相似的部件，其中：

图1示出了根据本发明的激光雷达的一个实施例的结构示意图；以及

图2示出了根据本发明的激光雷达的对光装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。

图1示出了根据本发明的一个激光雷达的示意图。该激光雷达包括定子和转子，转子包括内腔8和外腔7，内腔8的内部被隔板91分离成发射腔和接收腔。发射电路板1设置在发射腔内，用于承载多个激光器11，多个激光器11呈阵列状设置在一个或多个发射电路板1上。接收电路板5设置在接收腔内，用于承载多个探测器51，多个探测器51呈阵列状地设置在接收电路板5上，并且探测器51的数量与激光器11的数量相同。

发射腔内设有光出射器件2，例如准直透镜(组)，还设有第一反射镜61和第二反射镜62，激光器11发出的激光束依次经过第一反射镜61和第二反射镜62的反射后穿出光出射器件2，然后照射到障碍物3上，障碍物3可以是行人或者车辆等其他物体。

接收腔内设有光接收器件4，例如准直透镜(组)，还设有第三反射镜63和第四反射镜64，激光束在障碍物3上被反射形成回波，回波穿过光接收器件4后依次经过第三反射镜63和第四反射镜64的反射后被探测器51接收。可选地，还设有滤光器件6，如滤光片，其设置在内腔外，用于滤除环境光并透过所述激光束在障碍物3上反射形成的回波，其设置在接收光路上且处于光接收器件4的上游。

该激光雷达的工作过程为：多个激光器11发出多个激光束，依次经过第一反射镜61和第二反射镜62入射到光出射器件2上，经所述光出射器件2准直后射到障碍物3上；激光束在障碍物3上被反射形成回波，回波经过光接收器件4会聚，之后依次经过第三反射镜63和第四反射镜64的反射到探测器51上，然后通过分析设备处理探测器51传送来的电信号，从而探测障碍物。

在激光探测中，为了实现回波信号的最大程度的接收，需要确保多个激光发射器和多个激光探测器一一对准，从而提高激光雷达的测远和准确度。

为此，本发明提供了一种激光雷达的整体对光方法，包括步骤：将多个激光器11设置在所述激光雷达的发射电路板1上；驱动所述多个激光器11发射激光束，所述激光束经障碍物3反射形成回波，通过所述回波形成光斑；调节所述多个探测器51在所述激光雷达的接收电路板5上的位置，使得所述多个探测器51与所述多个激光器11一一对应。探测器51可以是APD(avalanche photodiode，雪崩光电二极管)，APD根据预设位置贴在接收电路板5上的相应位置上。本发明中的光斑是指，呈阵列状的多个激光器发射的多个激光束经反射形成回波，回波经光接收器件4收集所形成的呈阵列状分布的多个光点。

在根据本发明的一些实施例中，通过CCD成像装置获取所述光斑的图像，并确定所述光斑的相对位置参数；以及将所述光斑的相对位置参数导入贴片机，通过所述贴片机将所述多个探测器51安装在所述激光雷达的接收电路板5上。在一个实施例中，多个激光器51发出的激光束经障碍物3反射形成回波，所述回波被影像装置例如CCD成像装置接收形成光斑，由此通过CCD成像装置获取所述光斑的图像。所述CCD成像装置可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。

这里，光斑的相对位置参数可以是平面直角坐标系的X/Y值。发射电路板1和接收电路板5上都预留有激光器11和探测器51的安装位置，两者的阵列排布是相对应的，而且激光器的出射方向也是预先设定好的，但由于安装精度的问题，将激光器11和探测器51设置在预留位置后，需要对两者进行微调。例如，可以选择光斑中的一个光点的中心作为第一平面直角坐标系的原点，以水平面方向和垂直于水平面的垂直方向作为X/Y轴建立第一平面直角坐标系，并获取所有光斑中的光点的坐标值。然后，以接收电路板上与所选取的光点相对应的探测器的中心作为第二平面直角坐标系的原点，以接收电路板的互相垂直的边缘(以接收电路板为长方形为例)作为X/Y轴建立第二平面直角坐标系，然后将第一平面直角坐标系与第二平面直角坐标系建立映射关系，贴片机通过之前得到的第一平面直标坐标系中的光点的坐标数据将各个探测器安装到接收电路板上对应的位置。

进一步，为了实现发射电路板上的激光器和接收电路板上的探测器的精确对准，还需要对探测器的位置进行微调。可选地，根据所述多个探测器接收到的信号强度或所述光斑的位置调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置。

在根据本发明的一些实施例中，所述调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置的步骤还包括：使用调节装置调节所述发射电路板和/或所述接收电路板的上下、前后、左右、横滚的位置。

在根据本发明的一些实施例中，所述激光雷达的整体对光方法还包括步骤：在所述激光雷达的侧壁上开设窗口，所述CCD成像装置通过所述窗口获取所述光斑的图像。

在根据本发明的一些实施例中，在所述激光雷达的接收光路上设置与所述接收光路的光轴成45度夹角的反射镜或半透半反镜，所述CCD成像装置设置在与所述接收光路的光轴成90度的光路上。

图2示出了根据本发明的实施例的激光雷达的对光装置的示意图。所述对光装置包括调节装置100，用于调节所述发射电路板1和/或所述接收电路板5的上下、前后、左右、横滚的位置，使得所述发射电路板1上的多个激光器11和所述接收电路板5上的多个探测器51一一对应。图2中以调整接收电路板5作为示例来详细描述本发明，根据本发明的调节装置100还可以同样方式来调整发射电路板1。

可选地，所述对光装置还包括影像装置，例如CCD成像装置。使用时，驱动所述激光雷达的多个激光器发射激光束，所述激光束经障碍物反射形成回波，所述回波被所述影像装置例如CCD成像装置接收形成光斑，由此通过CCD成像装置获取所述光斑的图像。根据所述光斑的位置，使用调节装置100来调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置，使得所述多个探测器与所述多个激光器一一对应。

具体地，该调节装置100包括L形支架101，所述对光装置还包括用于支撑L形支架101的底座200。L形支架101包括垂直部分1011和水平部分1012。垂直部分1011和水平部分1012分别设有至少三个调节件，垂直部分1011用于安装接收电路板5，水平部分1012安装在底座200上。在图2中所示的实施例中，垂直部分1011和水平部分1012分别设有三个调节件，三个调节件之间的连线构成三角形。

其中，所述调节件包括调节螺丝和弹性垫片103，接收电路板5通过调节螺丝安装到L形支架101的垂直部分1011，L形支架101的水平部分1012通过调节螺丝安装到底座200上。弹性垫片103设置在L形支架101的垂直部分1011与接收电路板5之间，以及设置在L形支架101的水平部分1012与底座200之间。

优选地，弹性垫片103可以采用导热硅胶制成，在实际应用中，可以根据调节范围的大小采用其他具有适当弹性的材料，包括但不限于橡胶材料、塑料材料等。导热硅胶具有高导热率，极佳的导热性，良好的电绝性，较宽的使用温度，很好的使用稳定性，较低的稠度和良好的施工性能。优选地，为了达到良好的导热效果，在L形支架101的垂直部分1011和水平部分1012分别涂抹0.1～0.5毫米厚的导热硅胶形成弹性垫片103。然而，在其他的实施例中，可以仅在与调节螺丝相对应的位置设置弹性垫片。

如图2所示，建立直角坐标系，XYZ轴的方向如图，通过调节螺丝和弹性垫片103能够调节发射电路板1和/或接收电路板5的上下、前后、左右、横滚的位置。具体地，上下位置是指发射电路板1和/或接收电路板5沿Z轴移动的位置；前后位置也是俯仰位置，是指发射电路板1和/或接收电路板5绕Y轴转动的位置；左右位置是指发射电路板1和/或接收电路板5沿Y轴移动的位置；横滚位置是指发射电路板1和/或接收电路板5绕X轴或绕Z轴转动的位置。

在L形支架101的垂直部分1011上，设有第一调节螺丝1021、第二调节螺丝1022以及第三调节螺丝1023，第一调节螺丝1021、第二调节螺丝1022和第三调节螺丝1023的连线构成三角形，其中第一调节螺丝1021和第三调节螺丝1023位于上方，第二调节螺丝1022位于下方并位于第一调节螺丝1021和第三调节螺丝1023之间。接收电路板5上设有螺纹孔(通孔)，垂直部分1011上也设有螺纹孔(盲孔)，第一调节螺丝1021、第二调节螺丝1022、第三调节螺丝1023穿过接收电路板5上的螺纹孔并穿过弹性垫片103旋入垂直部分1011上的螺纹孔内，将接收电路板5安装到L形支架101的垂直部分1011。

通过旋转第一调节螺丝1021、第二调节螺丝1022、第三调节螺丝1023来压缩或者释放弹性垫片103来实现接收电路板5的位置的微调。具体地，同时升高或者降低第一调节螺丝1021、第二调节螺丝1022、第三调节螺丝1023，可以调整接收电路板5的左右位置；升高或降低上方的第一调节螺丝1021和第三调节螺丝1023，降低或升高下方的第二调节螺丝1022，可以调整接收电路板5绕X轴的横滚位置；升高或降低远侧的第三调节螺丝1023，降低或升高近侧的第一调节螺丝1021，并适当地调整第二调节螺丝1022，可以调整接收电路板5绕Z轴的横滚位置。

在L形支架101的水平部分1012上，设有第四调节螺丝1024、第二调节螺丝1025以及第六调节螺丝1026，第四调节螺丝1024、第二调节螺丝1025和第六调节螺丝1026的连线构成三角形，其中第四调节螺丝1024、第二调节螺丝1025位于右侧，第六调节螺丝1026位于左侧并位于第四调节螺丝1024、第二调节螺丝1025之间。L形支架101的水平部分1012上设有螺纹孔(通孔)，底座200上也设有螺纹孔(盲孔)，第四调节螺丝1024、第二调节螺丝1025和第六调节螺丝1026穿过水平部分1012上的螺纹孔并穿过弹性垫片103旋入底座200上的螺纹孔内，将L形支架101的水平部分1012安装到底座200。

通过旋转第四调节螺丝1024、第二调节螺丝1025、第六调节螺丝1026来压缩或者释放弹性垫片103来实现接收电路板5的位置的微调。具体地，同时升高或者降低第四调节螺丝1024、第二调节螺丝1025、第六调节螺丝1026，可以调整接收电路板5的上下位置；升高或降低右侧的第四调节螺丝1024和第二调节螺丝1025，降低或升高左侧的第六调节螺丝1026，可以调整接收电路板5绕X轴的横滚位置；升高或降低远侧的第四调节螺丝1024，降低或升高近侧的第二调节螺丝1025，并适当地调整第六调节螺丝1026，可以调整接收电路板5的前后位置。

上文中，升高调节螺丝是指向外旋转调节螺丝，使得调节螺丝远离接收电路板5以及L形支架101，降低调节螺丝是指向内旋转调节螺丝，使得调节螺丝深入接收电路板5以及L形支架101。

在图2所示的实施例中，L形支架101的垂直部分1011和水平部分1012分别设有三个调节件例如调节螺丝来实现接收电路板5的位置的微调。在其他的实施例中，还可以设有更多数目的调节件。例如，在可选的实施例中，L形支架101的垂直部分1011和水平部分1012分别设有4个调节件，所述4个调节件的连线构成四边形。

在图2所示的实施例中，设置导热硅胶等弹性垫片来实现发射电路板1或接收电路板5的位置的微调，在其他的实施例中，可以采用例如弹性垫圈等其他的弹性部件，例如，在与每个调节螺丝相对应的位置设置一个与调节螺丝相配合的弹性垫圈。

根据本发明的激光雷达的整体对光方法以及对光装置不仅仅应用于机械雷达，还可以应用于固态雷达或者其他雷达。

根据本发明的实施例，驱动所述多个激光器发射激光束，所述激光束经障碍物反射形成回波，通过所述回波形成光斑，根据所述光斑的位置将多个探测器设置在所述激光雷达的接收电路板上，再调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置，使得所述多个探测器与所述多个激光器一一对应，从而实现回波信号的最大程度的接收。

根据本发明的实施例，提供了整体对光的调节装置，用于调节所述激光雷达的发射电路板和/或接收电路板的位置，使得所述发射电路板上的多个激光器和所述接收电路板上的多个探测器一一对应，从而实现回波信号的最大程度的接收。

根据本发明的实施例，所述调节装置能够调节所述发射电路板和/或所述接收电路板的前后、左右、上下、横滚和/或俯仰的位置，能够实现多个维度的调节，自由度很高。

以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (15)

1.一种激光雷达的整体对光方法，所述激光雷达包括发射电路板以及接收电路板，其特征在于，所述激光雷达的整体对光方法包括步骤：

将多个激光器设置在所述激光雷达的发射电路板上；

驱动所述多个激光器发射激光束，所述激光束经障碍物反射形成回波；

通过所述回波形成光斑，根据所述光斑的位置将多个探测器设置在所述激光雷达的接收电路板上，其中所述光斑是指呈阵列状的多个激光器发射的多个激光束经反射形成回波、回波经光接收器件收集所形成的呈阵列状分布的多个光点；以及

调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置，使得所述多个探测器与所述多个激光器一一对应。

2.如权利要求1所述的激光雷达的整体对光方法，其特征在于，所述根据所述光斑的位置将多个探测器设置在所述激光雷达的接收电路板上的步骤包括：

通过CCD成像装置获取所述光斑的图像，并确定所述光斑的相对位置参数；以及

将所述光斑的相对位置参数导入贴片机，通过所述贴片机将所述多个探测器安装在所述激光雷达的接收电路板上。

3.如权利要求1所述的激光雷达的整体对光方法，其特征在于，所述调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置的步骤包括：

根据所述多个探测器接收到的信号强度或所述光斑的位置调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置。

4.如权利要求1或3所述的激光雷达的整体对光方法，其特征在于，所述调节所述多个探测器在所述激光雷达的接收电路板上的位置以使得所述多个探测器与所述多个激光器一一对应的步骤包括：

使用调节装置调节所述发射电路板和/或所述接收电路板的上下、前后、左右、横滚的位置。

5.如权利要求2所述的激光雷达的整体对光方法，其特征在于，还包括步骤：

在所述激光雷达的侧壁上开设窗口，所述CCD成像装置通过所述窗口获取所述光斑的图像。

6.如权利要求2或5所述的激光雷达的整体对光方法，其特征在于，在所述激光雷达的接收光路上设置与所述接收光路的光轴成45度夹角的反射镜或半透半反镜，所述CCD成像装置设置在与所述接收光路的光轴成90度的光路上。

7.一种激光雷达的对光装置，其应用于如权利要求1到6任一项所述的激光雷达的整体对光方法，其特征在于，所述对光装置包括调节装置，用于调节所述激光雷达的发射电路板和/或接收电路板的位置，使得所述发射电路板上的多个激光器和所述接收电路板上的多个探测器一一对应。

8.如权利要求7所述的激光雷达的对光装置，其特征在于，所述调节装置用于调节所述发射电路板和/或所述接收电路板的上下、前后、左右、横滚的位置。

9.如权利要求7或8所述的激光雷达的对光装置，其特征在于，所述调节装置包括L形支架，所述L形支架包括垂直部分和水平部分，所述垂直部分和所述水平部分分别设有至少三个调节件。

10.如权利要求9所述的激光雷达的对光装置，其特征在于，所述L形支架的所述垂直部分和/或所述水平部分分别设有三个调节件，所述三个调节件之间的连线构成三角形。

11.如权利要求9所述的激光雷达的对光装置，其特征在于，所述发射电路板或所述接收电路板通过所述垂直部分的所述至少三个调节件安装到所述L形支架的所述垂直部分。

12.如权利要求11所述的激光雷达的对光装置，其特征在于，还包括用于支撑所述L形支架的底座，所述L形支架的所述水平部分通过所述水平部分的所述至少三个调节件安装到所述底座。

13.如权利要求12所述的激光雷达的对光装置，其特征在于，所述调节件包括调节螺丝和弹性垫片。

14.如权利要求13所述的激光雷达的对光装置，其特征在于，所述L形支架的所述垂直部分与所述发射电路板或所述接收电路板之间设有所述弹性垫片，所述L形支架的所述水平部分与所述底座之间设有所述弹性垫片。

15.如权利要求13所述的激光雷达的对光装置，其特征在于，所述弹性垫片采用导热硅胶制成。

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