CN111060891A - 激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种激光雷达，包括：发射模块和接收模块，发射模块中设置有反射镜，其中，反射镜的镜面与发射模块所发射激光束的光轴之间形成夹角；发射模块在发射激光束时，发射激光束的光轴经反射镜产生转折，接收模块的光轴与产生转折后激光束的光轴重合。通过本发明能够有效地减少激光雷达的探测盲区，降低发射模块和接收模块的光路同轴的硬件改造成本，从而有效地保障探测精度。

Description

激光雷达

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达。

背景技术

激光雷达可用于无人车、机器人等领域，通过发射红外线信号并接收红外线在被测物体表面反射的信号，测量被测物体的距离。

相关技术中，在实现发射模块和接收模块的光路同轴的方式时，通常是将激光雷达的收发光路离轴设计，即，发射单元的光轴与接收单元的光轴不重合且相互平行，或者，在接收模块中多增加了一路接收光路，此接收光路的光轴与发射单元的光轴形成一定的锐角，实现远、近场都能探测到信号，又或者，是将发射镜设置在中心区域开通孔的接收镜上，发射镜光轴与接收镜光轴同轴，从而实现发射模块和接收模块的光路同轴。

这些方式下，实现发射模块和接收模块的光路同轴的方式，可能会存在一定范围的探测盲区，并且实现同轴所需要的硬件改造成本较高，容易造成器件的损坏。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种激光雷达，能够有效地减少激光雷达的探测盲区，降低发射模块和接收模块的光路同轴的硬件改造成本，从而有效地保障探测精度。

本发明实施例提出的激光雷达，包括：发射模块和接收模块，所述发射模块中设置有反射镜，其中，所述反射镜的镜面与所述发射模块所发射激光束的光轴之间形成夹角；所述发射模块在发射激光束时，所发射激光束的光轴经所述反射镜产生转折，所述接收模块的光轴与产生转折后激光束的光轴重合。

本发明实施例提出的激光雷达，通过在激光雷达的发射模块中设置有反射镜，其中，反射镜的镜面与发射模块所发射激光束的光轴之间形成夹角，在发射模块在发射激光束时，所发射激光束的光轴经反射镜产生转折，接收模块的光轴与产生转折后激光束的光轴重合，能够有效地减少激光雷达的探测盲区，降低发射模块和接收模块的光路同轴的硬件改造成本，从而有效地保障探测精度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例提出的激光雷达的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提出的激光雷达的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提出的激光雷达的结构示意图；

图4是本发明另一实施例提出的激光雷达的结构示意图；

图5是本发明另一实施例提出的激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本发明一实施例提出的激光雷达的结构示意图。

参见图1，该激光雷达100，包括：

发射模块101和接收模块102，发射模块101中设置有反射镜1011，其中，反射镜1011的镜面与发射模块101所发射激光束的光轴之间形成夹角；发射模块101在发射激光束时，所发射激光束的光轴经反射镜1011产生转折，接收模块102的光轴与产生转折后激光束的光轴重合。

在本发明的一个实施例中，参见图2，图2是本发明另一实施例提出的激光雷达的结构示意图，激光雷达100还包括：光学视窗103，发射模块101还包括：激光器1012和发射镜1013，其中，激光器1012发射的激光束经过发射镜1013照射到反射镜1011；反射镜1011将反射的激光束反射至光学视窗103；其中，发射镜1013、反射镜1011和光学视窗103用于对激光器1012发射的激光束进行准直，并将准直后的激光束经由光学视窗103照射到被测物体上。

本发明实施例中，光学视窗属于负透镜，其中，光学视窗与发射镜构成准直镜组，与接收镜构成聚焦镜，形成无偏心光路设计，能够不破坏光学视窗外激光束光斑的对称性，避免了激光束第一次回波过强导致的对测量精度的影响，并且巧妙的运用光学视窗与发射镜和接收镜组成无偏心光路设计，简化了设计，降低制造成本。

作为一种示例，图3是本发明另一实施例提出的激光雷达的结构示意图，包括：激光器10、发射镜11，反射镜12、接收镜20、滤光片21、探测器22、光学视窗30和被测物体40，其中，激光器10、发射镜11组成发射端，接收镜20、滤光片21、探测器22组成接收端，光学视窗30由内壁与外壁构成。

激光器10、发射镜11、反射镜12、接收镜20、滤光片21，探测器22位于光学视窗30内，被测物体40位于光学视窗30外。

激光器10和发射镜11在竖直方向上保持垂直，且激光器10发射的激光束通过发射镜的光轴；接收镜20、滤光片21、探测器22在水平方向上保持一致，接收镜20的光轴通过滤光片21和探测器22，且接收镜20的焦点在探测器22上。

反射镜12位于光学视窗30与发射端之间，且位于光学视窗30与接收端之间，同时位于发射端和接收端之间，其中，反射镜12镜面与发射镜11的光轴成一定夹角，夹角范围可以是0°-45°，且发射镜11的光轴在反射镜12上与接收镜20的光轴相交于一点，其反射方向的光轴与光学视窗30的法线重合。

被测物体40位于光学视窗30外，且与光学视窗30的法线相交。

在具体执行过程中，激光器10发射激光束，激光束通过发射镜11进行准直，形成平行激光束，平行激光束沿发射镜光轴传播至反射镜12上，反射镜12改变平行激光束传播方向，沿光学视窗30的法线方向透出光学视窗30，并在光学视窗30外传播，并在接触到被测物体40后，发生反射和散射，反射和散射激光束在光学视窗30外传播，其中，部分激光束透过光学视窗30进入光学视窗30内被接收镜20接收，接收镜20将接收到的激光束进行聚焦，通过滤光片21，聚焦的激光束传播至探测器22，被探测器22接收。

本发明实施例中，通过在激光雷达的发射模块中设置有反射镜，其中，反射镜的镜面与发射模块所发射激光束的光轴之间形成夹角，在发射模块在发射激光束时，所发射激光束的光轴经反射镜产生转折，接收模块的光轴与产生转折后激光束的光轴重合，能够有效地减少激光雷达的探测盲区，降低发射模块和接收模块的光路同轴的硬件改造成本，从而有效地保障探测精度。

图4是本发明另一实施例提出的激光雷达的结构示意图。

参见图4，上述实施例中的接收模块102还可以包括接收镜1021、滤光片1022和探测器1023，探测器1023设置在接收镜1021的共轭焦点上，其中，探测器1023，经由光学视窗103和接收镜1021接收反射光束和散射光束，反射光束和散射光束，为准直后的激光束遇到被测物体所产生。

在本发明实施例中，参见图3，发射镜11和光学视窗30构成准直镜组，光学视窗30与接收镜20构成聚焦镜，准直镜组可以将激光器10发射的激光束整形为平行激光束，聚焦镜可以将分散的激光束聚焦到焦点上。

在具体执行过程中，激光器10发射激光束，激光束通过发射镜11、反射镜12和光学视窗30构成的准直镜组，形成平行激光束在光学视窗30外传播，在遇到被测物体40后，平行激光束发生反射和散射，反射和散射的激光束，通过光学视窗30和接收镜20组成的聚焦镜，进行聚焦，聚焦的激光束透过滤光片21传播至探测器22上。

通过激光雷达中接收模块的接收镜、滤光片和探测器，并将探测器设置在接收镜的共轭焦点上，其中，探测器，经由光学视窗和接收镜接收反射光束和散射光束，接收的反射光束和散射光束，为准直后的激光束遇到被测物体所产生，能够在测量距离的同时，识别出物体表面轮廓，进而判断出物体二维或三维信息。

可选地，一些实施例中，参见图4，激光雷达100还包括：可旋转电机104，发射模块101和接收模块102分别与可旋转电机104固定连接，可旋转电机带动发射模块101和接收模块102旋转。

上述的旋转电机104与发射模块101和接收模块102连接，可以组成嵌套式结构，其中，旋转电机可采用皮带转动，或者，其它转动方式，对此不作限制。

在具体执行过程中，旋转电机设置一定的频率参数，驱动发射模块和接收模块进行旋转，激光雷达中的激光束通过旋转，实现360°的扫描，增大了扫描的范围，提高激光雷达的测量的灵活性。

作为一个具体的示例，参见图5，图5是本发明另一实施例提出的激光雷达的结构示意图，图5中具体描述了激光雷达中各元件之间的位置关系，以发射镜11的光轴与接收镜20的光轴在反射镜12上的交点为起始点，接收镜20到起始点的水平距离为L，发射镜11到起始点的竖直距离为H，反射镜12与发射镜11的光轴所成的夹角为α，反射镜12的直径为D0，发射镜11的出射口径为D1，发射镜11的焦距为f1’，激光器出口处光斑尺寸为W,则存在如下关系：

且

且

接收镜20的入瞳直径为D2，接收镜20焦距为f2’，光学视窗30焦距为f’，探测器22的靶面直径为φ，起始点到光学视窗30距离为d，则接收镜20的通光口径的满足条件为：

D₂＞2D₀sinα；

并存在如下关系：

根据上述关系，可以确切的求出该实施例中激光雷达的各项参数。

可选地，一些实施例中，激光器为激光二极管，用于产生激光雷达测距所用的激光束，能够降低制造成本。

可选地，一些实施例中，反射镜设置在发射镜与光学视窗之间，并且，设置在接收镜与光学视窗之间，通过反射镜设置在发射镜与光学视窗之间，将平行光束转折，透过光学视窗照射在被测物体上，反射镜设置在接收镜与光学视窗之间，避免了激光束被被测物体反射的第一次回波直接照射在接收镜上，造成回波的影响，提高了测量的精度。

可选地，一些实施例中，滤光片的带宽为±20nm的窄带滤光片，并且，根据实际需求确定滤光片的峰值光谱频段，能够保障接收到的激光信号为激光雷达发射的激光信号，避免其余信号的干扰，提高激光雷达测量的准确性。

可选地，一些实施例中，探测器为雪崩光电二极管，能够提高探测器的灵敏度，进而提高激光雷达的探测效果。

可选地，一些实施例中，光学视窗为透光的塑料材质，并且，光学视窗上镀有增透膜，能够减少系统杂散光，增加元件透光性，提高激光雷达激光束的发射和接收效果，进而提高激光雷达的测量精度。

可选地，一些实施例中，反射镜为圆形，反射镜的材质为金属，并且，反射镜上镀有金属膜，能够提高激光束的反射率，确保激光束可以探测到更远的距离，进而提高了激光雷达的探测距离。

本发明实施例中，通过在激光雷达的发射模块中设置有反射镜，其中，反射镜的镜面与发射模块所发射激光束的光轴之间形成夹角，在发射模块在发射激光束时，所发射激光束的光轴经反射镜产生转折，接收模块的光轴与产生转折后激光束的光轴重合，能够有效地减少激光雷达的探测盲区，降低发射模块和接收模块的光路同轴的硬件改造成本，从而有效地保障探测精度。通过光学视窗与发射镜构成准直镜组，与接收镜构成聚焦镜，形成无偏心光路设计，能够不破坏光学视窗外激光束光斑的对称性，避免了激光束第一次回波过强导致的对测量精度的影响，并且巧妙的运用光学视窗与发射镜和接收镜组成无偏心光路设计，简化了设计，降低制造成本。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的器、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个器中。上述集成的器既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能器的形式实现。所述集成的器如果以软件功能器的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：发射模块和接收模块，所述发射模块中设置有反射镜，其中，

所述反射镜的镜面与所述发射模块所发射激光束的光轴之间形成夹角；

所述发射模块在发射激光束时，所发射激光束的光轴经所述反射镜产生转折，所述接收模块的光轴与产生转折后激光束的光轴重合。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：光学视窗，所述发射模块还包括：激光器和发射镜，其中，

所述激光器发射的激光束经过所述发射镜照射到所述反射镜；

所述反射镜将反射的激光束反射至所述光学视窗；

其中，所述发射镜、所述反射镜和所述光学视窗用于对所述激光器发射的激光束进行准直，并将准直后的激光束经由所述光学视窗照射到被测物体上。

3.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述接收模块包括接收镜、滤光片和探测器，所述探测器设置在所述接收镜的共轭焦点上，其中，

所述探测器，经由所述光学视窗和所述接收镜接收反射光束和散射光束，所述反射光束和散射光束，为所述准直后的激光束遇到所述被测物体所产生。

4.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：可旋转电机，所述发射模块和所述接收模块分别与所述可旋转电机固定连接，所述可旋转电机带动所述发射模块和所述接收模块旋转。

5.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光器为激光二极管。

6.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述反射镜设置在所述发射镜与所述光学视窗之间，并且，设置在所述接收镜与所述光学视窗之间。

7.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述滤光片的带宽为±20nm的窄带滤光片，并且，根据实际需求确定所述滤光片的峰值光谱频段。

8.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述探测器为雪崩光电二极管。

9.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述光学视窗为透光的塑料材质，并且，所述光学视窗上镀有增透膜。

10.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述反射镜为圆形，所述反射镜的材质为金属，并且，所述反射镜上镀有金属膜。

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