CN111722203A - 激光雷达发射系统和激光雷达收发系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光雷达发射系统和激光雷达收发系统，其中一种激光雷达发射系统，包括激光发射器、移动机构和准直投影镜头，激光发射器发射探测激光；准直投影镜头对探测激光进行准直，并将准直后的探测激光进行透射；移动机构连接激光发射器，移动机构可带动激光发射器进行移动，以调整探测激光入射至准直投影镜头的入射角。激光发射器向准直投影镜头发射未经准直的探测激光，准直投影镜头接收未经准直的探测激光，并对其进行准直，且将准直后的探测激光投射到目标探测区域，移动机构只需将激光发射器在很小的范围内进行移动即可实现探测激光的准直出射，无需布置反射装置，从而降低激光发射系统的体积，并减少激光发射系统的制造成本。

Description

激光雷达发射系统和激光雷达收发系统

技术领域

本申请涉及光电信息技术领域，特别是涉及一种激光雷达发射系统和激光雷达收发系统。

背景技术

随着探测及测距技术的发展，出现了激光雷达系统。传统的激光雷达系统可如图1所示，激光雷达发射系统直接发射一束经透镜准直处理的激光，棱镜对激光进行反射，电机带动棱镜旋转，从而可通过棱镜将激光透射到探测范围内。棱镜的旋转带动激光移动，从而可实现扫描探测的目的。探测范围内的物体对激光进行反射，反射光经棱镜被传导至接收机中，从而完成激光收发。

然而，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术中，对激光发射系统出射激光的准直度具有较高要求，需要设计复杂的出射光路以实现高准直度的出射激光，存在体积大的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低出射光路复杂度和减小发射机体积的激光雷达发射系统和激光雷达收发系统。

为了实现上述目的，本申请实施例提供了一种激光雷达发射系统，包括：

激光发射器，激光发射器发射探测激光；

连接激光发射器的移动机构，移动机构带动激光发射器进行移动，以调整探测激光入射至准直投影镜头的入射角；

准直投影镜头，准直投影镜头对探测激光进行准直，并将准直后的探测激光进行投射。

在其中一个实施例中，准直投影镜头包括准直镜组和投影镜组；激光发射器、准直镜组和投影镜组依次设置；

准直镜组对探测激光进行准直；

投影镜组接收准直后的探测激光并进行投射。

在其中一个实施例中，准直镜组和投影镜组同轴设置。

在其中一个实施例中，准直镜组为一体化透镜结构；

或者

准直镜组包括透镜组；透镜组包括至少2个透镜。

在其中一个实施例中，准直投影镜头为一体化结构。

在其中一个实施例中，移动机构为旋转机构；

旋转机构带动激光发射器绕旋转轴旋转预设角度。

在其中一个实施例中，旋转机构为微型电机。

在其中一个实施例中，激光发射器的数量为至少2个。

在其中一个实施例中，准直投影镜头的数量为1个。

本申请实施例提供了一种激光雷达收发系统，包括激光雷达接收系统，以及上述任一实施例中的激光雷达发射系统；

激光雷达发射系统出射准直后的探测激光，并将探测激光投射至目标探测区域；

激光雷达接收系统接收反射激光，并根据反射激光得到目标探测区域内目标物的像；反射激光为目标物反射探测激光得到。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请各实施例的激光雷达发射系统中，包括激光发射器、移动机构和准直投影镜头，激光发射器发射探测激光；准直投影镜头对探测激光进行准直，并将准直后的探测激光进行透射；移动机构连接激光发射器，移动机构可带动激光发射器进行移动，以调整探测激光入射至准直投影镜头的入射角。激光发射器向准直投影镜头发射未经准直的探测激光，准直投影镜头接收未经准直的探测激光，并对其进行准直，且将准直后的探测激光投射到目标探测区域，移动机构只需将激光发射器在很小的范围内进行移动即可实现探测激光的准直出射，无需布置反射装置，从而降低激光发射系统的体积，并减少激光发射系统的制造成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为传统激光雷达系统的示意性结构图；

图2为一个实施例中激光雷达发射系统的第一示意性结构框图；

图3为一个实施例中激光雷达发射系统的第二示意性结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

传统的激光雷达系统结构可如图1所示，在实际应用中，发射机发射经透镜准直处理的激光，在通过旋转棱镜将激光投射到目标探测区域内。激光对目标探测区域进行扫描探测，依赖于旋转棱镜的旋转角度，要求旋转棱镜应具备较大的旋转角度，使得旋转棱镜反射面大，增加了旋转棱镜的整体体积，进而增加了激光雷达发射系统的体积和成本。同时，激光的扫描角度依赖于旋转棱镜的旋转角度，然而旋转棱镜的旋转速度一般较慢，降低了激光雷达系统的扫描速度。

本申请通过激光发射器向准直投影镜头发射未经准直的探测激光，准直投影镜头接收未经准直的探测激光，并对其进行准直，且将准直后的探测激光投射到目标探测区域，移动机构只需将激光发射器在很小的范围内进行移动即可实现探测激光的准直出射，无需布置反射装置，从而降低激光发射系统的体积，并减少激光发射系统的制造成本。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图2所示，提供了激光雷达发射系统，包括：

激光发射器110，激光发射器110发射探测激光；

连接激光发射器110的移动机构120，移动机构120带动激光发射器110进行移动，以调整探测激光入射至准直投影镜头130的入射角；

准直投影镜头130，准直投影镜头130对探测激光进行准直，并将准直后的探测激光进行投射。

具体地，激光雷达发射系统包括激光发射器110、移动机构120和准直投影镜头130。其中，准直投影镜头130用于对接收到的光进行准直和投射，即未经准直的光入射到准直投影镜头130时，准直投影镜头130会对未经准直的光进行准直，并将准直后的光投射到目标探测区域。

需要说明的是，准直投影镜头130可以根据实际情况以及设计需求进行设计，例如可基于目标探测区域的尺寸、面积进行设计，和/或基于激光雷达发射系统与目标探测区域的相对位置来进行设计。

本申请中，准直投影镜头130可以通过多种实施方式进行实现，并不只局限于本申请说明书所列出的情况。准直投影镜头130的各项镜头参数均可基于实际情况以及设计需求确定，本领域技术人员可以根据激光发射系统的应用场景、设计要求和实现精度等，设计得到满足其需求的准直投影镜头130，即准直投影镜头130的镜头参数并不只局限于本申请实施例所列出的情况。

激光发射器110发射未经准直的探测激光，准直投影镜头130设置在激光发射器110发射的探测激光的传播路径上，从而可接收未经准直的探测激光，并对未经准直的探测激光进行准直处理，且将准直后的探测激光进行投射，使得准直后的探测激光可被投射至目标探测区域，从而可通过准直后的探测激光对目标探测区域进行探测。

本申请的激光雷达发射系统中，通过在激光发射器110后增加准直投影镜头130，探测激光不需要在激光发射器110中经过准直，而是通过准直投影镜头130就可以达到所需要的出射。进一步地，激光发射器110可以为任意类型和/或任意数量的激光发射器110。

移动机构120机械连接激光发射器110，从而可带动激光发射器110进行移动。当激光发射器110进行移动时，未经准直的探测激光入射至准直投影镜头130的入射角可发生变化，使得探测激光在准直投影镜头130中的传播路径发生改变。准直投影镜头130具备相应的发散角，移动机构120只需将激光发射器110在很小的范围内进行移动即可实现探测激光的准直出射，提高了探测激光扫描目标探测区域的速度。同时，当激光发射器110进行移动时，准直投影镜头130可将探测激光投射到目标探测区域内的不同位置，从而可实现目标探测区域的扫描。

进一步地，移动机构120可带动激光发射器110进行任意方向上的移动，包括但不局限于任意方向上的平移，和/或以任意轴线为旋转轴进行旋转。需要说明的是，本申请中激光发射器110的移动方向、移动速率和移动距离可根据实际情况以及设计需求确定。

需要说明的是，本申请中，移动机构120的数量与激光发射器110的数量并不存在必然联系，类似地，准直投影镜头130的数量与激光发射器110的数量也不存在必然联系。

本申请的激光雷达发射系统中，无需布置反射装置，从而降低激光发射系统的体积，并减少激光发射系统的制造成本。进一步地，还可进行大规模批量生产，提高了激光雷达发射系统的制造效率。并且，相对于反射装置，如旋转棱镜的成本而言，移动机构120的成本更低，从而可降低激光雷达发射系统的整体成本。

上述激光雷达发射系统中，包括激光发射器110、移动机构120和准直投影镜头130，激光发射器110发射探测激光；准直投影镜头130对探测激光进行准直，并将准直后的探测激光进行透射；移动机构120连接激光发射器110，移动机构120可带动激光发射器110进行移动，以调整探测激光入射至准直投影镜头130的入射角。激光发射器110向准直投影镜头130发射未经准直的探测激光，准直投影镜头130接收未经准直的探测激光，并对其进行准直，且将准直后的探测激光投射到目标探测区域，移动机构120只需将激光发射器110在很小的范围内进行移动即可实现探测激光的准直出射，无需布置反射装置，从而降低激光发射系统的体积，并减少激光发射系统的制造成本。

在一个实施例中，提供了激光雷达发射系统，包括：

激光发射器110，激光发射器110发射探测激光；

连接激光发射器110的移动机构120，移动机构120带动激光发射器110进行移动，以调整探测激光入射至准直投影镜头130的入射角；

准直投影镜头130，准直投影镜头130对探测激光进行准直，并将准直后的探测激光进行投射。

其中，如图3所示，准直投影镜头130包括准直镜组210和投影镜组220；激光发射器110、准直镜组210和投影镜组220依次设置；

准直镜组210对探测激光进行准直；

投影镜组220接收准直后的探测激光并进行投射。

具体地，本申请的激光雷达发射系统中，准直投影镜头130包括准直镜组210和投影镜组220，激光发射器110、准直镜组210和投影镜组220依次设置。激光发射器110发射未经准直的探测激光，准直镜组210接收未经准直的探测激光，并对未经准直的探测激光进行准直，投影镜组220接收经过准直镜组210准直后的探测激光，并将准直后的探测激光投射至目标探测区域。

或者，本申请中激光发射器110、投影镜组220和准直镜组210可以依次设置。激光发射器110发射未经准直的探测激光，投影镜组220接收未经准直的探测激光，并对未经准直的探测激光相对于投影镜组220的出射角进行调整，准直镜组210接收调整后的、未经准直的探测激光，并对未经准直的探测激光进行准直，准直后的探测激光投射至目标探测区域。

进一步地，激光发射器110、准直镜组210和投影镜组220可以同轴设置或者离轴设置。

需要说明的是，准直镜组210和投影镜组220均可以根据目标探测区域进行设计，例如可基于目标探测区域的尺寸、面积进行设计，和/或基于激光雷达发射系统与目标探测区域的相对位置来进行设计。

本申请中，准直镜组210和投影镜组220均可以通过多种实施方式进行实现，例如准直镜组210可以通过透镜或棱镜实现，或者通过任意类型镜片的组合进行实现。准直镜组210的各项参数和投影镜组220的各项参数均可基于实际情况以及设计需求确定。准直镜组210和投影镜组220的实现方式并不只局限于本申请说明书所列出的情况。

在一个具体的实施例中，准直镜组210和投影镜组220同轴设置。

在一个具体的实施例中，准直镜组210为一体化透镜结构。

具体地，准直镜组210为一体化透镜结构，即准直镜组210可以为一体化结构。准直镜组210可以包括一个或者多个透镜，准直镜组210中透镜的数量可以根据入射参数和出射参数进行确定。本申请采用一体化透镜结构的装置实现准直镜组210，具有体积小的优点。

在一个具体的实施例中，准直镜组210包括透镜组；透镜组包括至少2个透镜

具体地，准直镜组210可包括透镜组，透镜组可包括至少2个透镜，各透镜的光学参数可根据准直镜组210的整体入射参数和整体出射参数进行确定。通过将2个透镜进行组合，使得透镜组能够对未经准直的探测激光进行准直。本申请采用透镜组实现准直镜组210，具有结构简单、光路设计简单的优点。

在一个具体的实施例中，准直投影镜头130为一体化结构。

具体地，准直投影镜头130可以为一体化结构，即准直投影镜头130为一体化准直器，从而可降低激光雷达发射系统的整体体积。

上述激光雷达发射系统中，准直投影镜头130包括准直镜组210和投影镜组220；激光发射器110、准直镜组210和投影镜组220依次设置；准直镜组210对探测激光进行准直；投影镜组220接收准直后的探测激光并进行投射。通过准直投影镜头130的设置，从而可降低对激光准直的要求。

在一个实施例中，提供了激光雷达发射系统，包括：

激光发射器110，激光发射器110发射探测激光；

连接激光发射器110的移动机构120，移动机构120带动激光发射器110进行移动，以调整探测激光入射至准直投影镜头130的入射角；

准直投影镜头130，准直投影镜头130对探测激光进行准直，并将准直后的探测激光进行投射。

其中，移动机构120为旋转机构；

旋转机构带动激光发射器110绕旋转轴旋转预设角度。

具体地，本申请中移动机构120为旋转机构，旋转机构可带动激光发射器110绕旋转轴进行旋转，且激光发射器110旋转的角度为预设角度。其中，预设角度可以为较小的角度，激光发射器110旋转的角度范围可以根据准直投影镜头130和目标探测区域进行确定。本申请中，旋转机构只需将激光发射器110在很小的角度范围内进行移动，即可通过准直投影镜头130实现准直出射，提高了探测激光对目标探测区域的扫描速度，并降低激光发射系统的体积。

在一个具体的实施例中，旋转机构为微型电机。

具体地，本申请通过将微型电机连接激光发射器110，使得微型电机可带动激光发射器110进行旋转，在加快移动速度的同时，降低了激光雷达发射系统的成本。

在一个具体的实施例中，激光发射器110的数量为至少2个。

具体地，激光发射器110的数量可以为2个，从而可通过多个激光发射器110进行多线扫描。

在一个具体的实施例中，准直投影镜头130的数量为1个。

上述激光雷达发射系统中，移动机构120为旋转机构，旋转机构连接激光发射器110，并带动激光发射器110绕旋转轴旋转预设角度，从而可通过结构简单、体积较小的移动机构120实现激光发射器110的移动，并改变探测激光入射至准直投影镜头130的入射角，进而可降低激光雷达发射系统的整体体积。

在一个实施例中，提供了一种激光雷达收发系统，包括激光雷达接收系统，以及上述任一实施例中的激光雷达发射系统；

激光雷达发射系统出射准直后的探测激光，并将探测激光投射至目标探测区域；

激光雷达接收系统接收反射激光，并根据反射激光得到目标探测区域内目标物的像；反射激光为目标物反射探测激光得到。

具体地，激光雷达发射系统的结构可参阅上述任一实施例，激光雷达发射系统中的激光发射器110发射未经准直的探测激光，准直投影镜头130接收未经准直的探测激光，并对其进行准直处理，将准直后的探测激光投射至目标探测区域。若目标探测区域内存在目标物，则目标物对激光雷达发射系统发射的准直探测激光进行反射，激光雷达接收系统可接收目标物反射的激光，并根据目标物反射的激光，得到目标物的像。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达发射系统，其特征在于，包括：

激光发射器，所述激光发射器发射探测激光；

连接所述激光发射器的移动机构，所述移动机构带动所述激光发射器进行移动，以调整所述探测激光入射至准直投影镜头的入射角；

所述准直投影镜头，所述准直投影镜头对所述探测激光进行准直，并将所述准直后的探测激光进行投射。

2.根据权利要求1所述的激光雷达发射系统，其特征在于，所述准直投影镜头包括准直镜组和投影镜组；所述激光发射器、所述准直镜组和所述投影镜组依次设置；

所述准直镜组对所述探测激光进行准直；

所述投影镜组接收准直后的所述探测激光并进行投射。

3.根据权利要求2所述的激光雷达发射系统，其特征在于，所述准直镜组和所述投影镜组同轴设置。

4.根据权利要求2所述的激光雷达发射系统，其特征在于，所述准直镜组为一体化透镜结构；

或者

所述准直镜组包括透镜组；所述透镜组包括至少2个透镜。

5.根据权利要求1至4所述的激光雷达发射系统，其特征在于，所述准直投影镜头为一体化结构。

6.根据权利要求1至4任一项所述的激光雷达发射系统，其特征在于，所述移动机构为旋转机构；

所述旋转机构带动所述激光发射器绕旋转轴旋转预设角度。

7.根据权利要求6所述的激光雷达发射系统，其特征在于，所述旋转机构为微型电机。

8.根据权利要求1至4任一项所述的激光雷达发射系统，其特征在于，所述激光发射器的数量为至少2个。

9.根据权利要求1至4任一项所述的激光雷达发射系统，其特征在于，所述准直投影镜头的数量为1个。

10.一种激光雷达收发系统，其特征在于，包括激光雷达接收系统，以及如权利要求1至9任一项所述的激光雷达发射系统；

所述激光雷达发射系统出射准直后的探测激光，并将所述探测激光投射至目标探测区域；

所述激光雷达接收系统接收反射激光，并根据所述反射激光得到所述目标探测区域内目标物的像；所述反射激光为所述目标物反射所述探测激光得到。

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