CN113900073A - 固态激光雷达 - Google Patents

Abstract

一种固态激光雷达，包括：底座，以及固定于所述底座上的至少三组激光收发组件；各所述激光收发组件中的扫描视场相互拼接形成360度的扫描视场；各所述激光收发组件均包括激光发射单元以及扫描单元；所述激光发射单元用于发出激光光束至所述扫描单元，所述扫描单元用于对所述激光光束进行偏转后向外射出；所述扫描单元至少包括振镜。上述固态激光雷达采用基于振镜作为扫描单元的多组激光收发组件，多组激光收发组件之间的扫描视场相互拼接形成360度的扫描视场，从而在不采用机械式旋转结构的前提下实现激光雷达的360度扫描，满足大视场扫描的需求。

Description

固态激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种固态激光雷达。

背景技术

激光雷达根据其内部是否包含机械式旋转部件可以分为机械式激光雷达、混合固态激光雷达和固态激光雷达。也即固态激光雷达内部无机械式旋转部件，从而不会因为机械式旋转部件的易磨损而导致寿命较短的问题的发生。但是也正是因此，固态激光雷达由于无机械式旋转部件，导致其视场角度范围较小，无法满足大视场扫描角度的需求。

发明内容

基于此，有必要针对固态激光雷达的扫描视场角度较小的问题，提供一种固态激光雷达。

一种固态激光雷达，包括：

底座，以及

固定于所述底座上的至少三组激光收发组件；各所述激光收发组件中的扫描视场相互拼接形成360度的扫描视场；各所述激光收发组件均包括激光发射单元以及扫描单元；所述激光发射单元用于发出激光光束至所述扫描单元，所述扫描单元用于对所述激光光束进行偏转后向外射出；所述扫描单元至少包括振镜。

上述固态激光雷达采用基于振镜作为扫描单元的多组激光收发组件，多组激光收发组件之间的扫描视场相互拼接形成360度的扫描视场，从而在不采用机械式旋转结构的前提下实现激光雷达的360度扫描，满足大视场扫描的需求。

在一实施例中，各所述激光收发组件中的激光发射单元包括半导体激光器和光纤激光器中的至少一种；和/或

各所述激光收发组件中的激光发射单元的激光光束的波长为905纳米、1550纳米、1064纳米和2微米中的至少一种。

在一实施例中，还包括减震单元；

所述减震单元包括多个，分别与各激光收发组件的振镜连接；或者

所述减震单元与各激光收发组件中的振镜连接。

在一实施例中，各所述激光收发组件中，至少存在一个激光收发组件中的激光光源数量大于其他激光收发组件中的激光光源数量。

在一实施例中，具有多个激光光源的激光收发组件中，相邻激光光源的扫描视场至少部分交叠。

在一实施例中，各所述激光收发组件中，至少存在一个激光收发组件的激光光源的波长大于其他激光收发组件中的激光光源的波长长度；和/或

各所述激光收发组件中，至少存在一个激光收发组件的激光发射装置发射的激光光束通过光纤耦合的方式传输至所述振镜。

在一实施例中，还包括控制装置，所述控制装置用于控制各激光收发组件中的扫描单元以使得各激光收发组件具有相同的帧频且相邻两个激光收发组件在同一时刻不会扫描同一视场角度。

在一实施例中，还包括壳体以及设置于各激光收发组件的激光光束经过路径上的滤光罩；所述滤光罩固定在所述壳体上。

在一实施例中，所述壳体为方形壳体；所述固态激光雷达包括四组激光收发组件，每组激光收发组件的激光经过所述方形壳体的一侧面射出；所述滤光罩为平板型滤光罩。

在一实施例中，所述滤光罩包括用于对可见光进行滤除的滤光层，以及分别形成于所述滤光层的两个表面的增透膜；和/或

所述壳体上还设置有标识结构，以标识具有不同参数的激光收发组件的位置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中的固态激光雷达的扫描视场示意图。

图2为一实施例中的固态结构雷达的壳体结构视图。

图3为一实施例中的固态激光雷达的俯视图。

具体实施方式

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，此处所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。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

本发明以实施例提供一种固态激光雷达，其包括底座以及固定于底座上的至少三组激光收发组件。各组激光收发组件中的扫描视场相互拼接形成大于或者等于360度的扫描视场。各所述激光收发组件均包括激光发射单元以及扫描单元；所述激光发射单元用于发出激光光束至所述扫描单元，所述扫描单元用于对所述激光光束进行偏转后向外射出；所述扫描单元至少包括振镜。

上述固态激光雷达采用基于振镜作为扫描单元的多组激光收发组件，多组激光收发组件之间的扫描视场相互拼接形成360度的扫描视场，从而在不采用机械式旋转结构的前提下实现激光雷达的360度扫描，满足大视场扫描的需求。

参见图1，在本实施例中，固态激光雷达包括四组激光收发组件(图中的方形框代表激光收发组件)。四组激光收发组件的射出方向分别对应一个方位，从而相互拼接形成一个360度的扫描视场。在本案中，扫描视场拼接包括相邻扫描视场之间的无缝连接，也可以包括相邻扫描视场之间存在部分交叠区域形成拼接的效果的情形。从图1中可以看出，四组激光收发组件之间的扫描视场部分交叠，从而形成一个360度的扫描视场，实现对固态激光雷达周围360度的扫描探测，从而满足大视场扫描角度的需求。

在本实施例中，各激光收发组件均包括激光发射单元和扫描单元(图中未示)。激光发射单元用于发射激光光束并投射至扫描单元，然后激光光束经过扫描单元的偏转后投射至目标区域。可以理解，各激光收发组件中还包括激光接收单元。目标区域中的物体对激光光束进行反射后将激光光束投射至扫描单元中，扫描单元再对激光光束进行偏转从而投射至激光接收单元中。激光收发组件的上述结构可以采用本领域已知的收发离轴结构，可以理解，在其他的实施例中，激光收发组件也可以采用收发同轴结构，此时可以在扫描单元和激光发射单元之间可以通过增加一个穿孔反射镜，以实现同轴结构。

扫描单元中包括振镜。振镜可以为MEMS振镜或者类MEMS振镜。振镜可以采用传统的电磁式振镜，也可以采用单轴轴承振镜或者双轴轴承振镜等。振镜的振镜片可以采用传统的扭力梁结构，也可以采用异形梁结构或者双曲线梁结构。异形梁结构是指振镜片的两个悬臂梁是非直线结构，而双曲线梁结构则是指振镜片的两个悬臂梁的两侧均为曲线结构。

可以理解，在其他的实施例中，也可以包括三组激光收发组件或者四组以上的激光收发组件。多组激光收发组件可以以底座的中心为圆心呈圆周等间距分布。在其他的实施例中，也可以以底座的中心为圆心呈圆周非等间距分布，以满足不同区域的分辨率需求。

在一实施例中，固态激光雷达中的各组激光收发组件均采用相同的结构。例如，各激光收发组件中的激光发射单元均采用半导体激光器，可以采用905nm波长的激光。各半导体激光器输出的激光光束可以直接通过光路投射至扫描单元上，或者通过光纤耦合的方式将激光光束传递至扫描单元。通过光纤耦合进行光束传播，能够提高光传输的能量以及效率。

在另一实施例中，固态激光雷达中的各组激光收发组件均采用光纤激光器。相对于半导体激光器而言，光纤激光器具有低成本、散热快、损耗低、激光阈值低、输出激光波长多等优点，能够实现远距离探测的需要。比如，光纤激光器可以采用1550nm的激光光束，或者1064nm的激光光束，还可以采用2.0微米的激光光束。可以理解，还可以将一个固态激光雷达中的各组激光收发组件可以采用不完全相同波长的激光光束，比如一个采用1064nm的激光波长，一个采用1550nm的激光波长。在本实施例中，光纤激光器中输出的激光光束可以采用光纤耦合的方式传输至扫描单元上的振镜上。

在其他的实施例中，也可以在固态激光雷达中集成多种类型的激光发射器，比如一部分采用光纤激光器，一部分则采用半导体激光器。光纤激光器和半导体激光器的排布可以根据需要进行设置，比如，当固态激光雷达应用于车辆等自移动设备时，将前向的激光发射器设置为光纤激光器，将侧向和后向的激光发射器设置为半导体激光器，从而兼顾成本以及探测精度以及距离的需要。具体地，光纤激光器能够实现较远的探测距离，从而满足前向自移动设备移动所需要的探测安全距离，而侧向则可以采用探测距离相对较近的半导体激光器，此时只需要满足障碍物探测的需求即可。

在一实施例中，固态激光雷达中的多组激光收发单元中，至少存在一个激光收发组件的激光发射器(也即激光光源)发射的波长大于其他激光收发组件中的激光光源的波长长度，比如，其中一个为1065nm，一个为905nm，通过在不同扫描视场采用不同波长长度的激光光束，能够满足不同方位上的测距需求。

在另一实施例中，固态激光雷达中的多组激光收发单元均采用相同数量的激光光源，比如均采用双光源。双光源可以通过两个激光发射器形成，也可以采用光纤激光器以及分束器来得到。具体地，光纤激光器输出的一束激光光束可以通过分束器分为至少两束激光光束，从而形成多个光源投射至振镜上。

在另一实施例中，各激光收发组件中至少存在一个激光收发组件的激光光源的数量大于其他激光收发组件中的激光光源数量。例如，其中一个激光收发组件的激光光源的数量为2个，而其他激光收发组件的激光光源则为1个。又或者其中相对设置的两个激光收发组件的激光光源为4个，而其他激光收发组件的激光光源组件则为1个、2个或者3个。同一个激光收发组件中的多个激光光源的扫描视场相互之间进行拼接，比如相互交叠，从而使得交叠区域具有较小的角度分辨率，以满足对于该区域的探测精度需求。

在一实施例中，一种自移动设备上安装有上述激光雷达，以自移动设备的移动方向为前向，相对另一方向为后向，两侧的方向为侧向。该固态激光雷达可以采用4组激光收发单元，分别对应于前向、后向以及两个侧向。其中前向激光收发组件可以采用光纤激光器，波长则可以采用1550nm、1064nm和2微米中的至少一种，后向可以采用跟前向相同的激光发射结构，如均采用光纤激光器，波长也同样采用1550nm、1064nm和2微米中的至少一种。当然，在其他的实施例中，也可将后向与前向设置不同的激光收发组件，比如将后向的激光波长设置为小于前向的激光波长，或者后向则采用半导体激光器，波长为905nm。对于两个侧向而言，则可以采用与前向或者后向不同的激光收发组件，比如波长比前向激光光源的波长短，采用半导体激光器。在一具体实施例中，可以将前向的激光发射单元中的激光发射器设置为光纤激光器，采用1550nm的波长，后向和侧向一样，均采用半导体激光器，采用905nm波长。在另一实施例中，前向和后向均设置为光纤激光器，采用1550nm波长，侧向则设置为半导体激光器，采用905nm波长。

在另一实施例中，也可以将前向的激光收发组件的激光光源设置为四个，或者更多个，而后向或者侧向则设置为少于4个，比如两个，从而既可以满足不同向的探测精度需求，也能够满足整个产品的低成本需求。

在另一实施例中，上述固态激光雷达还设置有减震单元(图中未示)。减震单元包括多个，一一对应于各激光收发组件中的振镜。减震单元用于减少振镜偏转过程中所带来的共振问题，从而降低振镜偏转过程所形成的噪声。在其他的实施例中，减震单元可以包括第一减震单元和第二减震单元。第一减震单元的数量与振镜的数量一一对应设置，从而实现对每个振镜的单独减震。第二减震单元则分别与各激光收发组件的振镜连接，以实现对所有激光收发组件的同步减震。通过两级减震能够极大的降低振镜偏转过程中所带来的噪声问题，以避免振镜偏转所带来的噪声干扰。在一实施例中，减震单元可以采用不容易与振镜偏转发生共振的材料构成，并且作为振镜与其他固定件进行连接的中介，也即振镜先直接与第一减震单元连接，再通过第一减震单元与包括底座在内的其他固定结构连接。在另一实施例中，第一减震单元可以直接或者间接的与第二减震单元连接，然后再通过第二减震单元与包括底座在内的的其他固定结构连接，从而达到减震效果。

在一实施例中，上述固态激光雷达还包括固定支架。固定支架可以多个，各激光收发组件通过相互独立的固定支架固定在底座上，从而在其中一个激光收发组件需要进行拆装检修时，不会影响到其他相邻激光收发组件的安装，提高了整个的拆装效率并降低了拆装难度。在其他的实施例中，各激光收发组件也可以通过同一个固定支架进行固定，此时可以简化整个固态激光雷达的内部结构。

在另一实施例中，上述固态激光雷达还包括控制装置(图中未示)。控制装置用于对各组激光收发组件的工作进行控制。具体地，控制装置控制各激光收发组件中的振镜的偏转，以使得各激光收发组件具有相同的帧频并且相邻两个激光收发组件在同一时刻不会扫描同一视场角度。激光雷达中，每个激光收发组件完成一次对扫描视场范围的扫描称之为一帧，确保各激光收发组件具有相同的帧频，也即单位时间内各组激光收发组件对各自扫描视场的扫描次数相同，以便于后续根据扫描帧的情况来实现对不同激光收发组件扫描而得到的点云数据进行拼接，从而得到整个360度环境的点云。相邻激光收发组件在同一时刻不会扫描至同一视场角度，是指相邻两个激光收发组件的激光光束在某个时刻在水平面的投影不会处于交叠或者基本靠近。具体地，可以控制各激光收发组件同步做相同方向的扫描运动，比如形成顺指针或者逆时针的扫描运动，比如前向从A位置开始扫描，则侧向从B位置开始扫描，当前向扫描至C位置时，则侧向刚好扫描至A位置，如图1所示。通常振镜的扫描包括快轴和慢轴，快轴的偏转速度较快，通常用于垂直方向的扫描。而慢轴的偏转速度相对快轴而言较慢，通常用于水平方向上的扫描。因此，控制装置在对各组激光收发组件的振镜进行同步控制时，本质上需要对各振镜的慢轴偏转进行控制，也即控制慢轴沿相同的方向进行同步偏转。

在另一实施例中，上述固态激光雷达还包括壳体以及滤光罩。壳体与滤光罩相互固定形成一个密闭的容纳腔以容置固态激光雷达的各激光收发组件等元器件。壳体可以采用易于散热的材料制备而成，也可以在壳体上设置有相应的散热结构以帮助整个固态激光雷达的散热。比如将壳体设置为具有肋条结构的壳体。滤光罩设置在各激光收发组件的激光光束所经过的路径上。在一实施例中，采用采用同一滤光罩来供各组激光收发组件中的激光光束穿过，比如将滤光罩设置为半球形或者椭球型。

在另一实施例中，壳体为方形壳体110,如图2所示，可以为长方形壳体也可以为正方形壳体，具体根据结构需要。方形壳体110进行圆角设计，如图3所示，从而具有更好的美观效果。可以理解，方形壳体110也可以做倒角设计。在本实施例中，对应于每个激光收发组件的滤光罩120可以设置为平板型滤光罩。平板型滤光罩具有相对较容易制备的制备工艺，生产简单且成本较低。

在一实施例中，滤光罩包括滤光层以及分别形成与滤光层的两个表面的增透膜。滤光层主要用于滤除可见光，从而避免环境中的可见光对激光雷达产生干扰。在其他的实施例中，也可以将除了激光雷达发射波长外的其他光波进行滤除，进一步减少干扰。增透膜能够降低发射或者接收过程中，在滤光罩界面产生的反射现象，减少出光损耗。

在一实施例中，壳体上还设置有用于对各组激光收发组件进行光路隔离的隔离墙。隔离墙与壳体可以为一体设置，从而避免相邻光路之间的干扰。

在另一实施例中，壳体上还可以设置有标识结构，以标识具有不同参数的激光收发组件的位置。标识结构可以为输出端子等结构件，比如以输出端子作为后向的标志，从而确定前向位置。在其他的实施例中，也可以设置专门的标识机构，以将具有较高探测精度以及较远探测距离的位置进行标识。在一实施例中，也可以将公司logo作为标识结构，从而既达到标识效果又能够标识产品来源的效果。

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发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种固态激光雷达，其特征在于，包括：

底座，以及

固定于所述底座上的至少三组激光收发组件；各所述激光收发组件中的扫描视场相互拼接形成360度的扫描视场；各所述激光收发组件均包括激光发射单元以及扫描单元；所述激光发射单元用于发出激光光束至所述扫描单元，所述扫描单元用于对所述激光光束进行偏转后向外射出；所述扫描单元至少包括振镜。

2.根据权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，各所述激光收发组件中的激光发射单元包括半导体激光器和光纤激光器中的至少一种；和/或

各所述激光收发组件中的激光发射单元的激光光束的波长为905纳米、1550纳米、1064纳米和2微米中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的固定激光雷达，其特征在于，还包括减震单元；

所述减震单元包括多个，分别与各激光收发组件的振镜连接；或者

所述减震单元与各激光收发组件中的振镜连接。

4.根据权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，各所述激光收发组件中，至少存在一个激光收发组件中的激光光源数量大于其他激光收发组件中的激光光源数量。

5.根据权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，具有多个激光光源的激光收发组件中，相邻激光光源的扫描视场至少部分交叠。

6.根据权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，各所述激光收发组件中，至少存在一个激光收发组件的激光光源的波长大于其他激光收发组件中的激光光源的波长长度；和/或

各所述激光收发组件中，至少存在一个激光收发组件的激光发射装置发射的激光光束通过光纤耦合的方式传输至所述振镜。

7.根据权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置用于控制各激光收发组件中的扫描单元以使得各激光收发组件具有相同的帧频且相邻两个激光收发组件在同一时刻不会扫描同一视场角度。

8.根据权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，还包括壳体以及设置于各激光收发组件的激光光束经过路径上的滤光罩；所述滤光罩固定在所述壳体上。

9.根据权利要求8所述的固态激光雷达，其特征在于，所述壳体为方形壳体；所述固态激光雷达包括四组激光收发组件，每组激光收发组件的激光经过所述方形壳体的一侧面射出；所述滤光罩为平板型滤光罩。

10.根据权利要求8或9所述的固态激光雷达，其特征在于，所述滤光罩包括用于对可见光进行滤除的滤光层，以及分别形成于所述滤光层的两个表面的增透膜；和/或

所述壳体上还设置有标识结构，以标识具有不同参数的激光收发组件的位置。

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