CN110389355A - 一种多线激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多线激光雷达。该多线激光雷达包括至少一个旋转台和位于旋转台上的至少两组激光收发单元，每组激光收发单元包括阵列激光发射器、阵列激光探测器、光学出射结构和光学接收结构，其中，激光发射器的数量和激光探测器的数量相同；多个激光发射器出射的多个激光光束经光学出射结构照射到外界；多个激光发射器出射的多个激光光束经外界反射后形成的多个反射光束，经光学接收结构一一对应入射至多个激光探测器中。本发明实施例解决了多线激光雷达的探测精度受体积限制的问题，保证了探测精度的同时多线激光雷达具备较小的体积，同时降低了多线激光雷达中激光发射器和激光探测器的角度调试难度。

Description

一种多线激光雷达

技术领域

本发明实施例涉及激光雷达技术，尤其涉及一种多线激光雷达。

背景技术

多线激光雷达是激光雷达的一种，是通过多个激光器发射激光来探测目标的位置、速度等特征量，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后接收从目标物体反射回来的信号并与发射信号进行比较，就可以获得目标的有关信息。

在自动驾驶领域中，激光雷达由于应用广泛成为人们的关注热点。对于多线激光雷达，线数越高探测精度就越高，但线束的数量会受到体积限制。具体地，现有的多线激光雷达，当需要增加线数时，一般都是增加发射板上的激光发射器的数量或者增加发射板的数量，这样产品的体积不好控制；同时激光发射器数量增加，激光发射器的摆放会变得密集，这样会增加发射板的设计难度，激光发射器的角度调试难度也会相应增加；并且，包括透镜在内的光学结构的口径也需要相应地扩大，从而增大了整个激光雷达的体积。

发明内容

本发明提供一种多线激光雷达，以保证多线激光雷达具备较小的体积，同时降低多线激光雷达中激光发射器和激光探测器的角度调试难度。

第一方面，本发明实施例提供了一种多线激光雷达，包括至少一个旋转台和位于所述旋转台上的至少两组激光收发单元，每组所述激光收发单元包括：

阵列激光发射器，所述阵列激光发射器包括阵列排布的多个激光发射器；

阵列激光探测器，所述阵列激光探测器包括阵列排布的多个激光探测器，所述激光发射器的数量和所述激光探测器的数量相同；

光学出射结构，位于多个所述激光发射器的出射光路上，多个所述激光发射器出射的多个激光光束经所述光学出射结构照射到外界；

光学接收结构，位于多个所述激光探测器的接收光路上，多个所述激光发射器出射的多个激光光束经外界反射后形成的多个反射光束，经所述光学接收结构一一对应入射至多个所述激光探测器中。

可选地，包括一个所述旋转台和位于所述旋转台上的两组所述激光收发单元；

两组所述激光收发单元的激光发射方向相互背离。

可选地，所述阵列激光发射器还包括发射板，阵列排布的多个所述激光发射器设置于所述发射板上；所述阵列激光探测器还包括接收板，阵列排布的多个所述激光探测器设置于所述接收板上。

可选地，两组所述激光收发单元中的两个所述发射板平行设置，且两组所述激光收发单元中的所述激光发射器分别设置在两个所述发射板相互背离的一侧表面；

两组所述激光收发单元中的两个所述接收板平行设置，且两组所述激光收发单元中的所述激光探测器分别设置在两个所述接收板相互背离的一侧表面；

或者，两组所述激光收发单元中的所述激光发射器共用一个发射板，且分别设置于同一所述发射板相互背离的两侧表面；和/或，两组所述激光收发单元中的多个所述激光探测器共用一个接收板，且分别设置于同一所述接收板相互背离的两侧表面。

可选地，同一所述激光收发单元中的多个所述激光发射器分布在垂直所述旋转台的方向上，且在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光发射器均位于不同位置；

同一所述激光收发单元中的多个所述激光探测器分布在垂直于所述旋转台的方向上，且在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光探测器位于不同位置。

可选地，在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光发射器一一交替错位或者按组交替错位；

在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光探测器一一交替错位或者按组交替错位。

可选地，包括至少两个所述旋转台，且至少两个所述旋转台的旋转轴重合；

每个所述旋转台上设置有至少两组所述激光收发单元。

可选地，至少两个所述旋转台上的所有所述激光收发单元发出的激光光束，在同一所述旋转台上的正投影的延伸方向不同。

可选地，所述光学出射结构包括发射反射镜组和发射准直透镜组，所述光学接收结构包括接收反射镜组和接收准直透镜组；

所述激光发射器为激光二极管，所述激光探测器为雪崩光电二极管。

可选地，还包括设置于所述旋转台中间的驱动电机，所述驱动电机驱动所述旋转台转动。

本发明实施例提供的多线激光雷达，通过设置至少一个旋转台，并且在旋转台上设置至少两组激光收发单元，其中，每组收发单元均设置有阵列激光发射器、阵列激光探测器、光学出射结构和光学接收结构，利用阵列激光发射器和阵列激光探测器进行激光光束的收发，实现了对环境的探测。同时由于每个阵列激光发射器和阵列激光探测器均设置有多个激光发射器和多个激光探测器，故而每组激光收发单元均可以实现多线激光探测，通过多组激光收发单元的组合，可以增加多线激光雷达的探测精度；进一步由于每组激光收发单元中的激光发射器和激光探测器的设置密度可相对较小，从而降低了激光发射器和激光探测器的角度调试难度。本发明实施例提供的多线激光雷达可以在增加激光线数即改善激光探测精度的同时，保证多线激光雷达具备较小的体积，降低多线激光雷达中激光发射器和激光探测器的角度调试难度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种多线激光雷达的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的多线激光雷达的局部放大图；

图4是本发明实施例提供的又一种多线激光雷达的局部放大图；

图5是本发明实施例提供的又一种多线激光雷达的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种多线激光雷达的俯视图。

其中，10-旋转台，20-激光收发单元，21-阵列激光发射器，210-发射板，211-激光发射器，22-阵列激光探测器，220-接收板，221-激光探测器，23-光学出射结构，231-发射反射镜组，232-发射准直透镜组，24-光学接收结构，241-接收反射镜组，242-接收准直透镜组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

现有多线激光雷达通常是在发射板和接收板上分别设置多个激光发射器和多个激光探测器，利用多个激光发射器发射的激光光束进行探测，从而实现多线激光探测。而多线激光雷达的线数决定了激光雷达的探测精度，增加线数的方式通常只是在发射板上增加激光发射器的数量，而增加激光发射器的数量会增加发射板以及对应的光学结构的体积，从而使激光雷达的体积增加，或者，会增加激光发射器的设置密度，从而增加激光发射器的角度调试难度。因此，单纯地增加激光发射器数量来增加线数的方式，会受整个激光雷达的体积以及激光雷达角度调试难度的限制，激光雷达的探测精度难以改善。

针对于此，本发明实施例提供一种多线激光雷达，该多线激光雷达包括至少一个旋转台和位于旋转台上的至少两组激光收发单元，每组激光收发单元包括：阵列激光发射器，阵列激光发射器包括阵列排布的多个激光发射器；阵列激光探测器，阵列激光探测器包括阵列排布的多个激光探测器，激光发射器的数量和激光探测器的数量相同；光学出射结构，位于多个激光发射器的出射光路上，多个激光发射器出射的多个激光光束经光学出射结构照射到外界；光学接收结构，位于多个激光探测器的接收光路上，多个激光发射器出射的多个激光光束经外界反射后形成的多个反射光束，经光学接收结构一一对应入射至多个激光探测器中。

其中，至少两组激光收发单元中，由于均设置了阵列激光发射器、阵列激光探测器、光学出射结构和光学接收结构，每个阵列激光发射器可以利用其上阵列排布的多个激光发射器发出多线探测激光光束，并且通过光学出射结构可以实现多线探测激光光束的出射，每个阵列激光探测器可以利用其上阵列排布的多个激光探测器，通过光学接收结构一一对应地接收外界通过反射激光探测光束而形成的反射光束，从而进行环境探测。旋转台则用于承载激光收发单元，并且驱动激光收发单元在水平方向上旋转，从而使每组激光收发单元实现在水平方向上的扫描探测。需要说明的是，每个激光收发单元中阵列排布的多个激光发射器会分布于竖直方向上的不同位置，因此每个激光收发单元中的多个激光发射器发出的探测激光光束可以在一个竖直平面上发散传播，也即每个激光收发单元在固定时刻的探测面为一竖直平面，同时通过旋转台的驱动实现每组激光收发单元在水平面上的旋转，从而实现激光雷达对空间的三维探测。

由于每组激光收发单元均可以进行竖直平面的扫描，因此整体上可以增加对竖直平面的探测精度。并且，由于每组激光收发单元中，阵列激光发射器和阵列激光探测器中的激光发射器和激光探测器数量可以相对设置较少，因此，阵列激光发射器、阵列激光探测器以及光学出射结构和光学接收结构的体积均相对较小，每组激光收发单元的体积相对较小，并且通过合理设置每组激光收发单元的位置，可以充分利用旋转台的空间，从而减少整个多线激光雷达的体积。另外，由于每个阵列激光发射器和阵列激光探测器中的激光发射器和激光探测器数量可以设置的相对较少，激光发射器和激光探测器的设置密度较小，故而每个激光发射器和激光探测器的发射角度和探测角度的调试难度可大大降低。

本发明实施例提供的多线激光雷达，通过设置至少一个旋转台，并且在旋转台上设置至少两组激光收发单元，其中，每组收发单元均设置有阵列激光发射器、阵列激光探测器、光学出射结构和光学接收结构，利用阵列激光发射器和阵列激光探测器进行激光光束的收发，实现了对环境的探测。同时由于每个阵列激光发射器和阵列激光探测器均设置有多个激光发射器和多个激光探测器，故而每组激光收发单元均可以实现多线激光探测，通过多组激光收发单元的组合，可以增加多线激光雷达的探测精度；进一步由于每组激光收发单元中的激光发射器和激光探测器的设置密度可相对较小，从而降低了激光发射器和激光探测器的角度调试难度。本发明实施例提供的多线激光雷达可以在增加激光线数即改善激光探测精度的同时，保证多线激光雷达具备较小的体积，降低多线激光雷达中激光发射器和激光探测器的角度调试难度。

以上是本发明的核心思想，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。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。

图1是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的结构示意图，参考图1，该多线激光雷达包括至少一个旋转台10和位于旋转台10上的至少两组激光收发单元20，每组激光收发单元20包括：阵列激光发射器21，阵列激光发射器21包括阵列排布的多个激光发射器211；阵列激光探测器22，阵列激光探测器22包括阵列排布的多个激光探测器221，激光发射器211的数量和激光探测器221的数量相同；光学出射结构23，位于多个激光发射器211的出射光路上，多个激光发射器211出射的多个激光光束经光学出射结构23照射到外界；光学接收结构24，位于多个激光探测器221的接收光路上，多个激光发射器211出射的多个激光光束经外界反射后形成的多个反射光束，经光学接收结构24一一对应入射至多个激光探测器221中。继续参考图1，示例性地，该多线激光雷达可设置有一个旋转台10和位于旋转台10上的两组激光收发单元20，两组激光收发单元20的激光发射方向相互背离。

在多线激光雷达中设置相背对的两组激光收发单元20，可以充分利用旋转台10上的空间，避免设置单组激光收发单元时的空间浪费。同时通过两组激光收发单元的激光发射方向相互背离，可以同时探测扫描水平面上两个相互背离方向上的物体，保证了单一时刻的探测面积，增加了整体的探测频率。

具体地，参考图1，每组激光收发单元20中，光学出射结构23包括发射反射镜组231和发射准直透镜组232，光学接收结构24包括接收反射镜组241和接收准直透镜组242。其中，发射反射镜组231可由两个反射镜组成，用于调节激光发射器的发射角度，其中包括水平发射角度甚至竖直发射角度。接收反射镜组241也可包括两个反射镜，同样用于调节反射光束的角度，其中包括水平角度甚至竖直角度。另外发射准直透镜组232和接收准直透镜组242分别设置在发射反射镜组231的出射光路和接收反射镜组241的接收光路上，发射准直透镜组232和接收准直透镜组242可将出射或反射回的激光光束进行准直、整形等光束处理。对于每组收发单元20中光学出射结构23和光学接收结构24中设置的反射镜和准直镜的设置数量和设置方式，本领域技术人员可根据实际的空间位置进行设计，同时反射镜和准直镜的具体作用，本领域技术人员也可根据实际的设计进行理解，此处不做限制。

继续参考图1，该多线激光雷达中，阵列激光发射器21还包括发射板210，阵列排布的多个激光发射器211设置于发射板210上；阵列激光探测器22还包括接收板220，阵列排布的多个激光探测器设置于接收板220上。其中，激光发射器211可以选用激光二极管，激光探测器221可选择雪崩光电二极管。另外，需要说明的是，旋转台10的转动需要设置驱动电机30，该驱动电机30设置于旋转台10中间，驱动电机30驱动旋转台10转动。

可选地，继续参考图1，在设置发射板210和接收板220时，可以将两组激光收发单元20中的两个发射板210平行设置，且两组激光收发单元20中的激光发射器211分别设置在两个发射板210相互背离的一侧表面；同时将两组激光收发单元20中的两个接收板220平行设置，且两组激光收发单元20中的激光探测器221分别设置在两个接收板220相互背离的一侧表面。

进一步地，为了节约空间，在设置发射板和接收板时，可以通过将两组激光收发单元中的发射板以及接收板分别共用。图2是本发明实施例提供的另一种多线激光雷达的结构示意图，参考图2，两组激光收发单元20中的激光发射器211共用一个发射板210，且分别设置于同一发射板210相互背离的两侧表面；两组激光收发单元20中的多个激光探测器221共用一个接收板220，且分别设置于同一接收板220相互背离的两侧表面。此时，由于两个激光收发单元中将原本的两个发射板共用为一个发射板，将原本的两个接收板共用为一个接收板，从而可以大幅减少空间占用，缩减多线激光雷达的体积。

此处需要说明的是，除图1和图2所示的两个激光收发单元中设置两个发射板和两个接收板，或者采用共用的方式设置一个发射板和一个接收板的方案外，还可以设置两个发射板和共用一个接收板或者设置为共用一个发射板和两个接收板的方案，此处本领域技术人员可根据实际情况选择设置两个激光收发单元中的发射板和接收板的数量，此处不做限制。

进一步地，为了保证多线激光探测的效果，可设置同一激光收发单元中的多个激光发射器分布在垂直旋转台的方向上，且在垂直旋转台的方向上，不同激光收发单元中的多个激光发射器均位于不同位置；对应地，同一激光收发单元中的多个激光探测器分布在垂直于旋转台的方向上，且在垂直旋转台的方向上，不同激光收发单元中的多个激光探测器位于不同位置。

具体地，图3是本发明实施例提供的多线激光雷达的局部放大图，参考图1和图3，在垂直旋转台10的方向上，不同激光收发单元20中的多个激光发射器211一一交替错位；在垂直旋转台10的方向上，不同激光收发单元20中的多个激光探测器221一一交替错位。

此时，每组激光收发单元20中的激光发射器211在竖直方向上的位置均不同，并且在调试好每个激光发射器211的发射角度后，可以保证每个激光发射器211出射的激光发射方向不同。在旋转台10的旋转过程中，每组激光收发单元20中的多个激光发射器在扫描面上的投影点位置均不同，由此可以增加扫描面上的扫描点，更精密地获取扫描面上物体信息，即可以增加探测的精度。

当然，除图3所示，将激光发射器一一交替错位和将激光探测器一一交替错位来设置阵列激光发射器和阵列激光探测器外，激光发射器和激光探测器的排布方式还可有多种变形。图4是本发明实施例提供的又一种多线激光雷达的局部放大图，参考图4，在垂直旋转台的方向上，不同激光收发单元中的多个激光发射器211按组交替错位；在垂直旋转台的方向上，不同激光收发单元中的多个激光探测器221按组交替错位。

图1所示的多线激光雷达中仅设置了一个旋转台和设置在旋转台上的两组激光收发单元，其仅为本发明实施例提供的一种多线激光雷达，可选地，还可以在该旋转台上设置三个及以上组的激光收发单元，以增加整体的激光线数。同时还可设置两个及以上的旋转台，每个旋转台上则设置至少两组激光收发单元，来实现激光线数的增加。

因此，为了增加激光线数，进一步提高多线激光雷达的探测精度，本发明实施例还提供了一种多线激光雷达。该多线激光雷达可设置包括至少两个旋转台，且至少两个旋转台的旋转轴重合；每个旋转台上设置有至少两组激光收发单元。通过设置至少两个旋转台，每个旋转台上设置至少两组激光收发单元，可以实现更多组激光收发单元的配合探测扫描，即有效增加更多的激光线数，提高多线激光雷达的探测精度。

图5是本发明实施例提供的又一种多线激光雷达的结构示意图，参考图5，该多线激光雷达可设置包括两个旋转台10，且两个旋转台10的旋转轴重合；每个旋转台10上设置有两组激光收发单元20。

进一步地，图6是本发明实施例提供的又一种多线激光雷达的俯视图，参考图6，在旋转台上设置至少两组激光收发单元时，可以设置所有激光收发单元20发出的激光光束，在同一旋转台上的正投影的延伸方向不同，也即旋转台上设置的所有激光收发单元的竖直探测面均不重合。故而每个激光收发单元可单独进行一个竖直面的探测，从而增加探测的精度。并且当设置每个激光收发单元中的多个激光发射器在垂直旋转台的方向上的位置不同时，也即每个激光发射器在探测面上的投影点高度均不同时，可以显著增加在竖直方向上的探测精度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种多线激光雷达，其特征在于，包括至少一个旋转台和位于所述旋转台上的至少两组激光收发单元，每组所述激光收发单元包括：

阵列激光发射器，所述阵列激光发射器包括阵列排布的多个激光发射器；

阵列激光探测器，所述阵列激光探测器包括阵列排布的多个激光探测器，所述激光发射器的数量和所述激光探测器的数量相同；

光学出射结构，位于多个所述激光发射器的出射光路上，多个所述激光发射器出射的多个激光光束经所述光学出射结构照射到外界；

光学接收结构，位于多个所述激光探测器的接收光路上，多个所述激光发射器出射的多个激光光束经外界反射后形成的多个反射光束，经所述光学接收结构一一对应入射至多个所述激光探测器中。

2.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，包括一个所述旋转台和位于所述旋转台上的两组所述激光收发单元；

两组所述激光收发单元的激光发射方向相互背离。

3.根据权利要求2所述的多线激光雷达，其特征在于，所述阵列激光发射器还包括发射板，阵列排布的多个所述激光发射器设置于所述发射板上；所述阵列激光探测器还包括接收板，阵列排布的多个所述激光探测器设置于所述接收板上。

4.根据权利要求3所述的多线激光雷达，其特征在于，

两组所述激光收发单元中的两个所述发射板平行设置，且两组所述激光收发单元中的所述激光发射器分别设置在两个所述发射板相互背离的一侧表面；

两组所述激光收发单元中的两个所述接收板平行设置，且两组所述激光收发单元中的所述激光探测器分别设置在两个所述接收板相互背离的一侧表面；

或者，两组所述激光收发单元中的所述激光发射器共用一个发射板，且分别设置于同一所述发射板相互背离的两侧表面；和/或，两组所述激光收发单元中的多个所述激光探测器共用一个接收板，且分别设置于同一所述接收板相互背离的两侧表面。

5.根据权利要求3所述的多线激光雷达，其特征在于，

同一所述激光收发单元中的多个所述激光发射器分布在垂直所述旋转台的方向上，且在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光发射器均位于不同位置；

同一所述激光收发单元中的多个所述激光探测器分布在垂直于所述旋转台的方向上，且在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光探测器位于不同位置。

6.根据权利要求5所述的多线激光雷达，其特征在于，在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光发射器一一交替错位或者按组交替错位；

在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光探测器一一交替错位或者按组交替错位。

7.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，包括至少两个所述旋转台，且至少两个所述旋转台的旋转轴重合；

每个所述旋转台上设置有至少两组所述激光收发单元。

8.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，

至少两个所述旋转台上的所有所述激光收发单元发出的激光光束，在同一所述旋转台上的正投影的延伸方向不同。

9.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，

所述光学出射结构包括发射反射镜组和发射准直透镜组，所述光学接收结构包括接收反射镜组和接收准直透镜组；

所述激光发射器为激光二极管，所述激光探测器为雪崩光电二极管。

10.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，还包括设置于所述旋转台中间的驱动电机，所述驱动电机驱动所述旋转台转动。