CN113514845B - 一种激光雷达光学系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种激光雷达光学系统，包括多个发射模块、与发射模块对应的接收模块、光学模块，所述的发射模块用于出射激光，出射光经光学模块后照射到目标上，目标反射光经光学模块后进入接收模块，所述的光学模块包括带孔反射镜、反射镜、MEMS振镜，出射光经带孔反射镜小孔照射到反射镜上，所述的反射镜将出射光反射到MEMS振镜上，所述的MEMS振镜将出射光偏转到目标上，目标反射光经MEMS振镜、带孔反射镜后进入接收模块。本公开实施例采用反射镜将多个发射模块的出射光以不同角度入射MEMS振镜，实现垂直视角的改变；MEMS振镜再将出射光水平偏转、摆扫，实现对物空间目标的扫描覆盖，整体光机构成相对比较简单，装配简单。

Description

一种激光雷达光学系统
技术领域
本发明公开涉及激光雷达领域，尤其涉及一种激光雷达光学系统。
背景技术
激光雷达是以激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动距离探测设备，其具有体积小，测量精度高的优点，被广泛应用于无人驾驶、AGV、机器人等领域。
为对较大范围内目标进行探测，现有的激光雷达常采用MEMS振镜作为扫描机构，使激光按照一定的角度和频率进行扫描，但是，MEMS振镜的偏转角度有限，其扫描范围也受到限制。要实现大角度的偏转，一般采用额外的透镜系统或将多个激光雷达拼接来放大其扫描角度。采用额外的透镜系统需要精密的非球面透镜组，这种透镜组成本较高。而将多个激光雷达拼接，使各个激光雷达的光学扫描角合并为一个大的光学扫描角，则需要对各激光雷达的发射部件和接收部件进行调试，耗时耗力，且在户外等环境下操作困难；另外多个激光雷达拼接意味着需要多套光学装置，增加了整个激光雷达的体积，提高了整个激光雷达的成本。
发明内容
本公开实施例在于提出一种激光雷达光学系统，解决现有技术不能同时满足装配简单和大范围扫描的问题。
为达此目的，本发明公开实施例采用以下技术方案：
一方面，一种激光雷达光学系统，包括多个发射模块、与发射模块对应的接收模块、光学模块，所述的发射模块用于出射激光，出射光经光学模块后照射到目标上，目标反射光经光学模块后进入接收模块，所述的光学模块包括带孔反射镜、反射镜、MEMS振镜，带孔反射镜、反射镜与发射模块一一对应，出射光经带孔反射镜小孔照射到反射镜上，所述的反射镜将出射光反射到MEMS振镜上，所述的MEMS振镜将出射光偏转到目标上，目标反射光经MEMS振镜、带孔反射镜后进入接收模块。
在一种可能的实现方式中，所述的发射模块、接收模块、带孔反射镜、反射镜数量为3-6个。
在一种可能的实现方式中，所述的发射模块之间的间距为10-30mm，接收模块之间的间距为10-30mm。
在一种可能的实现方式中，所述反射镜将出射光反射至MEMS振镜，使出射光入射MEMS振镜的角度为20-60°。
在一种可能的实现方式中，所述反射镜将出射光反射至MEMS振镜，使出射光入射MEMS振镜的角度为30-50°。
在一种可能的实现方式中，所述的MEMS振镜偏转出射光的角度为正负15-50°，其频率为10-100HZ。
在一种可能的实现方式中，所述的MEMS振镜偏转出射光的角度为正负25-40°，其频率为15-40HZ。
在一种可能的实现方式中，所述的发射模块包括激光器、发射透镜，所述的激光器出射光经发射透镜后出射。
在一种可能的实现方式中，所述的所述的接收模块包括光电传感器、接收透镜，反射光经接收透镜后会聚入光电传感器。
在一种可能的实现方式中，所述的带孔反射镜与发射、接收光路的夹角为45度。
本公开实施例通过采用反射镜将多个发射模块的出射光以不同角度入射MEMS振镜，实现垂直视角的改变；MEMS振镜再将出射光水平偏转、摆扫，实现对物空间目标的扫描覆盖，整体光机构成相对比较简单，装调部件少，装调效率高，成本较低，整体的可靠性较好。
附图说明
图1是本公开实施例示意图。
图中：1、发射模块；2、接收模块；3、带孔反射镜；4、反射镜；5、MEMS振镜；6、激光器；7、发射透镜；8、光电传感器；9、接收透镜。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本公开的技术方案。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本公开实施例。
如图1所示，一种激光雷达光学系统，包括多个发射模块1、与发射模块对应的接收模块2、光学模块，所述的发射模块1用于出射激光，出射光经光学模块后照射到目标（图中未画出）上，目标反射光经光学模块后进入接收模块2，所述的光学模块包括带孔反射镜3、反射镜4、MEMS振镜5，带孔反射镜3、反射镜4与发射模块1一一对应，出射光经带孔反射镜3小孔照射到反射镜4上，所述的反射镜4将出射光反射到MEMS振镜5上，所述的MEMS振镜5将出射光偏转到目标上，目标反射光经MEMS振镜5、带孔反射镜3后进入接收模块2。
本公开实施例采用反射镜4将多个发射模块的出射光以不同角度入射MEMS振镜5，MEMS振镜5再将不同角度入射的出射光水平偏转、摆扫，整个光学系统的垂直视角与出射光入射MEMS振镜5的角度相同，MEMS振镜5偏转最大角度与光学系统的水平视角相同，因此激光雷达光学系统的探测区域为一具有水平视角、垂直视角的空间，可以实现对空间目标的扫描覆盖，整体光机构成相对比较简单，装调部件少，装调效率高，成本较低，整体的可靠性较好。
所述的发射模块1、接收模块2、带孔反射镜3、反射镜4数量为3-6个。
发射模块1、接收模块2、带孔反射镜3、反射镜4的数量且一一对应。发射模块1、带孔反射镜3、反射镜4在发射光路上，反射镜4、带孔反射镜3、接收模块2在接收光路上，其中各模块的数量过少，则对应的扫描范围较小，各模块数量过多则部件太多，装调复杂，安装成本高且整体的可靠性受影响。
所述的发射模块1之间的间距为10-30mm，接收模块2之间的间距为10-30mm。
发射、接收模块之间的间距过小，则安装要求较高，安装较为困难；间距过大，则整个光学系统体积偏大。
所述反射镜4将出射光反射至MEMS振镜5，使出射光入射MEMS振镜5的角度为20-60°。
所述反射镜4将出射光反射至MEMS振镜5，使出射光入射MEMS振镜5的角度为30-50°。
出射光入射MEMS振镜5的角度与最终整个光学系统的垂直视场角相同，出射光以不同的角度入射入射MEMS振镜5，使最终的出射光具有垂直视角，垂直视场角的角度为20-60°，优选为30-50°。
所述的MEMS振镜5偏转出射光的角度为正负15-50°，其频率为10-100HZ。
所述的MEMS振镜5偏转出射光的角度为正负25-40°，其频率为15-40HZ。
MEMS振镜以一定的频率摆扫，将以不同角度入射的出射光偏转照射到目标上。MEMS振镜5摆扫的最大角度为激光雷达光学系统的水平扫描角，为正负15-50°，优选25-40°。
所述的发射模块包括激光器、发射透镜，所述的激光器出射光经发射透镜后出射。
所述的激光器6为半导体激光器或固体激光器，发射透镜7为准直透镜或准直透镜组。
所述的接收模块2包括光电传感器8、接收透镜9，反射光经接收透镜9后会聚入光电传感器8。
所述的带孔反射镜3与发射、接收光路的夹角为45度。
以上结合具体实施例描述了本公开的技术原理。这些描述只是为了解释本公开的原理，而不能以任何方式解释为对本公开保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本公开的其它具体实现方式，这些方式都将落入本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括多个发射模块、与发射模块对应的接收模块、光学模块，所述的发射模块用于出射激光，出射光经光学模块后照射到目标上，目标反射光经光学模块后进入接收模块，所述的光学模块包括带孔反射镜、反射镜、MEMS振镜，带孔反射镜、反射镜、发射模块和接收模块一一对应，出射光经带孔反射镜小孔照射到反射镜上，所述的反射镜将出射光反射到MEMS振镜上，所述的MEMS振镜将出射光偏转到目标上，目标反射光经MEMS振镜、带孔反射镜后进入接收模块，所述的发射模块包括激光器、发射透镜，所述的激光器出射光经发射透镜后出射，所述的接收模块包括光电传感器、接收透镜，反射光经接收透镜后会聚入光电传感器。
2.根据权利要求1所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述的发射模块、接收模块、带孔反射镜、反射镜数量为3-6个。
3.根据权利要求2所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述的发射模块之间的间距为10-30mm，接收模块之间的间距为10-30mm。
4.根据权利要求3所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述反射镜将出射光反射至MEMS振镜，使出射光入射MEMS振镜的角度为20-60°。
5.根据权利要求4所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述反射镜将出射光反射至MEMS振镜，使出射光入射MEMS振镜的角度为30-50°。
6.根据权利要求5所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述的MEMS振镜偏转出射光的角度为正负15-50°，其频率为10-100HZ。
7.根据权利要求6所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述的MEMS振镜偏转出射光的角度为正负25-40°，其频率为15-40HZ。
8.根据权利要求7所述的一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述的带孔反射镜与发射、接收光路的夹角为45度。
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