CN111766587A - 一种多线激光雷达光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多线激光雷达光学系统，该光学系统包括光源驱动板和光源，光源装配于光源驱动板上；分光组件包括分光光纤，分光光纤的接收端通过耦合透镜与光源连接，分光光纤包含多根子光纤；收发组件包括发射镜头、接收镜头，探测器组件包括探测器阵列和探测器驱动板，探测器阵列装配于探测器驱动板上，分光光纤的发射端设于发射镜头的焦平面，发射镜头准直分光光纤的出射光，接收镜头汇聚障碍物反射的漫反射光并聚焦于探测器阵列上。本发明多线激光雷达光学系统通过采用分光光纤进行分光，可以减少光源数量，降低硬件成本，使整个系统结构更加紧凑，减小了结构尺寸，实现器件小型化。

Description

一种多线激光雷达光学系统
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种多线激光雷达光学系统。
背景技术
激光雷达多用于精确测量障碍物的位置信息(距离和角度)、运动状态和 外观形状，进行探测识别、分辨和跟踪，完成三维地图绘制等，是无人驾驶必 不可缺的核心器件。目前，用于车载的激光雷达主要分为机械式、混合固态和 全固态三种。其中，机械式LIDAR在工作时发射系统和接收系统会以一定的频 率360度旋转，将高能量、高准直度的激光从“线”变成“面”，并在竖直方 向上放置多束激光，达到动态扫描并接收信息的目的。
如专利CN108957424A，这种方式的主要缺点是多个准直激光器的体积难做 小，不利于产品的小型化，同时为了在有限空间内排布更多准直激光器，使用 了多个反射镜，增加了光路调试难度。又如专利CN108761471A，这种方式的主 要缺点是，发射和接收光学系统中分别使用了两个反射镜用于缩短光学系统结 构，但这种方式会增加发射和接收光学系统光轴平行调节难度，且反射镜的使 用不利于光学系统的小型化。
发明内容
本发明要解决的技术问题的是提供一种采用光纤分光，减少光源，结构精 简的多线激光雷达光学系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种多线激光雷达光学系统，其包括：
光源驱动板和多个光源，所述光源装配于所述光源驱动板上；
分光组件，包括分光光纤，所述分光光纤的接收端通过耦合透镜与光源连 接，所述分光光纤包含多根子光纤；
收发组件和探测器组件，所述收发组件包括发射镜头、接收镜头，所述探 测器组件包括探测器阵列和探测器驱动板，所述探测器阵列装配于所述探测器 驱动板上，所述分光光纤的发射端设于所述发射镜头的焦平面，所述发射镜头 准直分光光纤的出射光，所述接收镜头汇聚障碍物反射的漫反射光并聚焦于所 述探测器阵列上。
作为本发明的进一步改进，所述光学系统还包括驱动组件，所述驱动组件 驱动所述收发组件和探测器组件转动，实现360度扫描。
作为本发明的进一步改进，所述驱动组件包括电机和转盘，所述光源驱动 板、收发组件和探测器组件装配于所述转盘上，所述电机驱动所述转盘转动。
作为本发明的进一步改进，所述分光光纤的接收端分成多个光纤束且分别 通过耦合透镜与对应的光源一一连接，所述光纤束为N，每个所述光纤束包含M 根子光纤，M、N均为大于1的正整数。
作为本发明的进一步改进，所述分光组件包括N个第一固定板，所述第一 固定板设于所述耦合透镜后端，所述第一固定板上设有M个第一固定槽，所述 光纤束内的子光纤的接收端一一固定在对应的第一固定槽内。
作为本发明的进一步改进，所述发射镜头的焦平面处设有第二固定板，所 述第二固定板上设有M*N个第二固定槽，所述光纤束内的子光纤的发射端一一 固定在对应的第二固定槽内。
作为本发明的进一步改进，所述第一固定板和第二固定板为玻璃。
作为本发明的进一步改进，所述发射镜头和接收镜头结构相同，均包括两 同轴设置的凸透镜。
作为本发明的进一步改进，所述收发组件包括壳体，所述发射镜头、接收 镜头装配于所述壳体上。
作为本发明的进一步改进，所述探测器驱动板固定于所述壳体上。
本发明的有益效果：
本发明多线激光雷达光学系统通过采用分光光纤进行分光，可以减少光源 数量，降低硬件成本，使整个系统结构更加紧凑，减小了结构尺寸，实现器件 小型化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术 手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、 特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如 下。
附图说明
图1是本发明优选实施例中多线激光雷达光学系统的整体结构示意图；
图2是本发明优选实施例中第二固定板的结构示意图一；
图3是本发明优选实施例中第二固定板的结构示意图二；
图4是本发明优选实施例中收发组件的结构示意图；
图5是本发明优选实施例中发射镜头和接收镜头的结构示意图；
图6是本发明优选实施例中探测器组件的结构示意图。
标记说明：11、光源驱动板；12、光源；21、分光光纤；22、耦合透镜； 23、第二固定板；24、第二固定槽；30、收发组件；31、发射镜头；32、接收 镜头；33、壳体；40、探测器组件；41、探测器阵列；42、探测器驱动板；51、 转盘；52、电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人 员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为本发明优选实施例中的多线激光雷达光学系统，该多线激 光雷达光学系统包括光源驱动板11、光源12、分光组件、收发组件30和探测 器组件40。
上述光源12装配于光源驱动板11上，分光组件包括分光光纤21，分光光 纤21的接收端通过耦合透镜22与光源12连接，分光光纤21包含多根子光纤。
上述分光光纤21的接收端分成多个光纤束且分别通过耦合透镜22与对应 的光源12一一连接，光纤束为N，每个光纤束包含M根子光纤，M、N均为大于 1的正整数。
在其中一实施例中，分光组件还包括N个第一固定板，第一固定板设于耦 合透镜22后端，第一固定板上设有M个第一固定槽，光纤束内的子光纤的接收 端一一固定在对应的第一固定槽内。发射镜头31的焦平面处设有第二固定板 23，如图2-3所示，第二固定板23上设有M*N个第二固定槽24，光纤束内的 子光纤的发射端一一固定在对应的第二固定槽24内。第二固定槽24实现光纤 高精度、小型化阵列排布，使整个系统结构紧凑，装配简单。
其中，第二固定板23上的第二固定槽24阵列排布，其排布方式可以为图 2或图3或其他方式。优选的，第一固定板和第二固定板23为玻璃。
如图4所示，收发组件30包括发射镜头31、接收镜头32。分光光纤21 的发射端设于发射镜头31的焦平面，发射镜头31准直分光光纤21的出射光。 收发组件30包括壳体33，发射镜头31、接收镜头32装配于壳体33上。
如图5所示，发射镜头31和接收镜头32结构相同，均包括两同轴设置的 凸透镜。
如图6所示，探测器组件40包括探测器阵列41和探测器驱动板42，探测 器阵列41装配于探测器驱动板42上，探测器驱动板42固定于壳体33上，接 收镜头32汇聚障碍物反射的漫反射光并聚焦于探测器阵列41上。
上述收发组件30和探测器组件40采用一体式结构封装，分光光纤21和探 测器组件40直接安装于壳体33上，不需要设置反射镜等转折组件，减小了整 个激光雷达结构尺寸，成本低。
上述光学系统还包括驱动组件，驱动组件驱动收发组件30和探测器组件 40转动，实现360度扫描。在本实施例中，驱动组件包括电机52和转盘51， 光源驱动板11、收发组件30和探测器组件40装配于转盘51上，电机52驱动 转盘51转动。
本发明多线激光雷达光学系统通过采用分光光纤进行分光，可以减少光源 数量，降低硬件成本，使整个系统结构更加紧凑，减小了结构尺寸，实现器件 小型化。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护 范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换， 均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种多线激光雷达光学系统，其特征在于，包括：
光源驱动板和光源，所述光源装配于所述光源驱动板上；
分光组件，包括分光光纤，所述分光光纤的接收端通过耦合透镜与光源连接，所述分光光纤包含多根子光纤；
收发组件和探测器组件，所述收发组件包括发射镜头、接收镜头，所述探测器组件包括探测器阵列和探测器驱动板，所述探测器阵列装配于所述探测器驱动板上，所述分光光纤的发射端设于所述发射镜头的焦平面，所述发射镜头准直分光光纤的出射光，所述接收镜头汇聚障碍物反射的漫反射光并聚焦于所述探测器阵列上。
2.如权利要求1所述的多线激光雷达光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括驱动组件，所述驱动组件驱动所述收发组件和探测器组件转动，实现360度扫描。
3.如权利要求2所述的多线激光雷达光学系统，其特征在于，所述驱动组件包括电机和转盘，所述光源驱动板、收发组件和探测器组件装配于所述转盘上，所述电机驱动所述转盘转动。
4.如权利要求1所述的多线激光雷达光学系统，其特征在于，所述分光光纤的接收端分成多个光纤束且分别通过耦合透镜与对应的光源一一连接，所述光纤束为N，每个所述光纤束包含M根子光纤，M、N均为大于1的正整数。
5.如权利要求4所述的多线激光雷达光学系统，其特征在于，所述分光组件包括N个第一固定板，所述第一固定板设于所述耦合透镜后端，所述第一固定板上设有M个第一固定槽，所述光纤束内的子光纤的接收端一一固定在对应的第一固定槽内。
6.如权利要求5所述的多线激光雷达光学系统，其特征在于，所述发射镜头的焦平面处设有第二固定板，所述第二固定板上设有M*N个第二固定槽，所述光纤束内的子光纤的发射端一一固定在对应的第二固定槽内。
7.如权利要求6所述的多线激光雷达光学系统，其特征在于，所述第一固定板和第二固定板为玻璃。
8.如权利要求1所述的多线激光雷达光学系统，其特征在于，所述发射镜头和接收镜头结构相同，均包括两同轴设置的凸透镜。
9.如权利要求1所述的多线激光雷达光学系统，其特征在于，所述收发组件包括壳体，所述发射镜头、接收镜头装配于所述壳体上。
10.如权利要求9所述的多线激光雷达光学系统，其特征在于，所述探测器驱动板固定于所述壳体上。
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