CN114236499A - 一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光雷达，包括安装底座、发射以及接收组件，安装底座设有发射和接收区域，发射和接收组件分别设于发射和接收区域，发射组件包括一一对应设置的多个具有发射端的半导体激光器以及多个微整形透镜，用于朝向靶目标发射多束激光，微整形透镜均耦合于对应的发射端，用以整合发射端发出的多束激光；接收组件包括与多个半导体激光器一一对应设置的多个具有接收端的光电探测器以及滤光片，用于接收靶目标反射回的多束激光，滤光片包覆多个接收端设置，用以过滤接收端接收的多束激光中的杂光。本发明通过微整形透镜以及滤光片一起作用保证了激光雷达的较强的光学性能。

Description

一种激光雷达

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种激光雷达。

背景技术

当前的激光雷达市场上，具有弱抗干扰性光学性能的激光器在安全性能上缺点明显，具有强抗干扰性光学性能的激光器在集成方面具有一定的阻碍，无法做到小型化和微量化，并且造价相对较高。

当前市场上的激光雷达根据其激光器的类型主要以两种激光器为主，一种是905nm的半导体激光器，另一种是1550nm的光纤激光器。根据相关的市场调研，在这两种激光器中使用最广泛的是905nm激光器。从该光源的光学性能来说，905nm的激光器抗干扰能力较弱，探测距离相对较短，在实际使用中对雨雾的穿透能力有明显的不足。从安全性能方面来考虑，905nm激光机有一个最重要的缺点，即905nm激光器在人眼安全方面存在不小的隐患，特别是在工作距离达到150m以上时，905nm激光器的光功率超过了人眼的安全阈值，在人眼难以察觉的情况下对视网膜产生一定程度上的伤害。

而1550nm的光纤激光器的光学性能较905nm的激光器相对较好，1550nm的光纤激光器抗干扰性更好，在雨雾天气下有更大的优势，对人眼的危害性更小，且可以通过硅平台进行集成。但1550nm光纤激光器在应用在激光雷达上时，因为无法做到集成化相应的模块体积很大，导致激光雷达的体积过大，无法达到目前市面上的车规级要求。而1550nm光纤激光器相对于905nm激光器，前者在工作时的功率更高，同等时间下耗电量更多，发热会更严重，需要雷达的整体布局更多的偏向于散热部分设计，占用跟多的空间。其次，由于1550nm光纤激光器在一些相应的技术领域无法突破，导致1550nm光纤激光器的价格整体偏高。应用在激光雷达上时，也会使得制造激光雷达的成本随之偏高。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种激光雷达，旨在解决在保证光学性能的前提下做到激光雷达的小型化。

为实现上述目的，本发明提出的一种激光雷达，包括：安装底座，所述安装底座设有发射区域和接收区域；

发射组件，安装于所述发射区域，所述发射组件包括一一对应设置的多个半导体激光器以及多个微整形透镜，所述多个半导体激光器沿所述发射区域的长度方向间隔布设，每一所述半导体激光器具有发射端，所述发射端用于朝向靶目标发射多束激光，每一所述微整形透镜均耦合于对应的所述半导体激光器的所述发射端，用以整合所述发射端发出的多束激光；以及，

接收组件，安装于所述接收区域，所述接收组件包括与所述多个半导体激光器一一对应设置的多个光电探测器以及滤光片，每一所述光电探测器具有接收端，所述接收端用于接收从所述发射端发射到靶目标反射回的多束激光，所述滤光片包覆多个所述光电探测器的接收端设置，用以过滤所述接收端接收的多束激光中的杂光。

可选地，所述安装底座上设有安装板，所述安装板包括可转动地设于所述发射区域的第一部分以及可转动地设于所述接收区域的第二部分，所述发射组件设于所述第一部分上，所述接收组件设于所述第二部分上；

所述第一部分和所述第二部分均包括固定端和转动端，所述第一部分的固定端与所述第二部分的固定端相互靠近，所述第一部分的转动端沿逐渐远离所述安装底座的方向转动以调节所述发射组件与所述安装底座之间的角度，所述第二部分的转动端沿逐渐远离所述安装底座的方向转动以调节所述接收组件与所述安装底座之间的角度。

可选地，所述激光雷达还包括反射镜组，所述反射镜组包括顺次设置的第一反射镜、第二反射镜和调整反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜的其中之一接收到光线之后将光线反射至其中另一，以改变光线的路径，所述调整反射镜包括第一侧和第二侧，用以放大经所述第一侧到所述第二侧的光线以及整合缩小经所述第二侧到所述第一侧的光线；所述调整反射镜的第一侧靠近所述第二反射镜设置；

所述反射镜组靠近所述发射端设置，且所述反射镜组的所述第一反射镜靠近所述发射端，所述调整反射镜的第二侧远离所述发射端；和/或，

所述反射镜组靠近所述接收端设置，且所述反射镜组的所述第一反射镜靠近所述接收端，所述调整反射镜的第二侧远离所述接收端。

可选地，所述第一反射镜和所述第二反射镜上均设有反射膜，所述调整反射镜的镜片上设有增透膜。

可选地，所述调整反射镜包括镜筒以及在所述镜筒内沿镜筒的轴向依次间隔设置的第一凸透镜、凹透镜以及第二凸透镜。

可选地，所述第一凸透镜与所述第二凸透镜的凸面均背离所述凹透镜设置，所述第一凸透镜的凸面形成所述第一侧，所述第二凸透镜的凸面形成所述第二侧。

可选地，所述微整形透镜包括透镜主体，所述透镜主体由裸光纤制成，所述裸光纤外表面包覆有增透膜。

可选地，所述接收区域内还包括沿远离所述反射镜组的方向依次间隔设置的接收板、转换电路板以及放大电路板，所述接收板、所述转换电路板以及所述放大电路板之间电性连接，所述多个光电探测器设于所述接收板上，用于将接收到的光学信号转换成电流信号并传递给所述转换电路板，所述转换电路板用于将所述接收板上的电流信号转换成电压信号，所述放大电路板用于将采集到的电压信号进行放大。

可选地，所述激光雷达还包括驱动电路，所述驱动电路包括多个发射驱动电路以及多个接收驱动电路，每一个所述发射驱动电路驱动一个所述半导体激光器，每一个所述接收驱动电路驱动一个所述光电探测器。

可选地，所述发射组件和所述接收组件之间设有隔光结构。

本发明技术方案中，通过在所述多个半导体激光器的发射端一一对应设置有所述微整形透镜，该透镜的作用是整合所述多个半导体激光器发出的光，使所述多个半导体激光器发出的光束的光学效果更强，能够适应更多恶劣的环境，对应多个半导体激光器一一设置的光电探测器，每一所述光电探测器的前端都包覆有所述滤光片，所述滤光片用以过滤到反射回的激光中的环境光，保证接收到的激光强度。所述微整形透镜以及所述滤光片一起作用保证了激光雷达的较强的光学性能。同时，激光器使用半导体材质使得多个所述多个半导体激光器能够进行集成，保证了激光雷达的小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种激光雷达的整体示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1中B处的局部放大图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	安装底座	311	接收端
1a	安装板	4	反射镜组
				11	发射区域	41	第一反射镜
11a	第一部分	42	第二反射镜
				12	接收区域	43	调整反射镜
12a	第二部分	431	第一凸透镜
				2	发射组件	432	凹透镜
21	1550nm半导体激光器	433	第二凸透镜
				211	发射端	5	驱动电路
22	微整形透镜	51	发射驱动电路
				22a	裸光纤	52	接收驱动电路
3	接收组件	6	隔光结构
				31	1550nm光电探测器

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

当前的激光雷达市场上，具有弱抗干扰性光学性能的激光器在安全性能上缺点明显，具有强抗干扰性光学性能的激光器在集成方面具有一定的阻碍，无法做到小型化和微量化，并且造价相对较高。鉴于此，本发明提出一种激光雷达，旨在解决在保证光学性能的前提下做到激光雷达的小型化。

请参阅图1至图3，为本发明提供的一种激光雷达的一实施例。

请参阅图1至图3，一种激光雷达包括安装底座1、发射组件2以及接收组件3，所述安装底座1设有发射区域11和接收区域12；所述发射组件2安装于所述发射区域11，所述发射组件2包括一一对应设置的多个半导体激光器以及多个微整形透镜22，所述多个半导体激光器沿所述发射区域11的长度方向间隔布设，每一所述半导体激光器具有发射端211，所述发射端211用于朝向靶目标发射多束激光，每一所述微整形透镜22均耦合于对应的所述半导体激光器的所述发射端211，用以整合所述发射端211发出的多束激光；所述接收组件3安装于所述接收区域12，所述接收组件3包括与所述多个半导体激光器一一对应设置的多个光电探测器以及滤光片，每一所述光电探测器具有接收端311，所述接收端311用于接收从所述发射端211发射到靶目标反射回的多束激光，所述滤光片包覆多个所述光电探测器的接收端311设置，用以过滤所述接收端311接收的多束激光中的杂光。

在本实施例中，所述半导体激光器为1550nm半导体激光器21，所述光电探测器为1550nm光电探测器31，具体可以是铟镓砷(InGaAs)近红外探测器，通过在所述多个1550nm半导体激光器21的发射端211一一对应设置有所述微整形透镜22，该透镜的作用是整合所述多个1550nm半导体激光器21发出的光，使所述多个1550nm半导体激光器21发出的光束的光学效果更强，能够在恶劣的环境中更多对应地，对应多个1550nm半导体激光器21一一设置的1550nm光电探测器31，多个所述1550nm光电探测器31的前端包覆有所述滤光片，所述滤光片用以过滤到反射回的激光中的环境光，保证接收到的激光强度。所述微整形透镜22以及所述滤光片一起作用保证了激光雷达的较强的光学性能。其中，所述微整形透镜22激用于对经过整形微透镜的激光光束进行快轴压缩，便于光线进行集中，所述滤光片需要使用1550nm的窄带滤光片，用于降低环境光对激光雷达的干扰，在本发明中，所述滤光片可以是一整片集成的滤光片也可以是多个一一对应所述1550nm光电探测器31的多个滤光片，在此不做限制。所述滤光片通过粘胶的方式包覆在所述光电探测器的前端对光电探测器起到有效的密封作用，使滤光效果更好。

众所周知，目前激光雷达行业对于整个激光雷达的性能特别是体积方面提出了很高的要求，无法集成化直接导致激光雷达内部占用空间会变大，体积相应变大，并且使结构变得复杂，可靠性会大大减低，无法通过部分环境试验。同时，激光器使用半导体材质使得多个所述多个1550nm半导体激光器21能够进行集成，保证了激光雷达的小型化。本实施例中使用的1550nm半导体激光器21，能够很好的解决其余波长或者1550nm光纤激光器等激光器无法集成的缺点。在本实施例中，所述多个1550nm半导体激光器21在所述发射区域11内为使用的是裸芯，没有封装，因此可以将多路所述1550nm半导体激光器21激光器集成到一块，使得体积更小。

进一步地，请参阅图1，所述安装底座1上设有安装板1a，所述安装板1a包括可转动地设于所述发射区域11的第一部分11a以及可转动地设于所述接收区域12的第二部分12a，所述发射组件2设于所述第一部分11a上，所述接收组件3设于所述第二部分12a上；所述第一部分11a和所述第二部分12a均包括固定端和转动端，所述第一部分11a的固定端与所述第二部分12a的固定端相互靠近，所述第一部分11a的转动端沿逐渐远离所述安装底座的方向转动以调节所述发射组件2与所述安装底座1之间的角度，所述第二部分12a的转动端沿逐渐远离所述安装底座的方向转动以调节所述接收组件3与所述安装底座1之间的角度。

在本实施例中，所述安装板1a的所述第一部分11a和所述第二部分12a用于保证所述发射组件2和所述接收组件3与所述安装底座1形成一定的夹角，同时所述第一部分11a和所述第二部分12a分别可调使得所述半导体激光器的出光位置和所述光电探测器的光敏位置分别位于激光发射光学系统和激光接收光学系统的焦面位置。在本实施例中，通过设置安装支架使得所述第一部分11a和所述第二部分12a与所述安装底座的角度可调，所述安装支架的具体形式在此不做限定。

请参阅图1，所述激光雷达还包括反射镜组4，所述反射镜组4包括顺次设置的第一反射镜41、第二反射镜42和调整反射镜43，所述第一反射镜41与所述第二反射镜42的其中之一接收到光线之后将光线反射至其中另一，以改变光线的路径，所述调整反射镜43包括第一侧和第二侧，用以放大经所述第一侧到所述第二侧的光线以及整合缩小经所述第二侧到所述第一侧的光线；所述调整反射镜43的第一侧靠近所述第二反射镜42设置；所述反射镜组4靠近所述发射端211设置，且所述反射镜组4的所述第一反射镜41靠近所述发射端211，所述调整反射镜43的第二侧远离所述发射端211；和/或，所述反射镜组4靠近所述接收端311设置，且所述反射镜组4的所述第一反射镜41靠近所述接收端311，所述调整反射镜43的第二侧远离所述接收端311。

在本实施例中，所述第一反射镜41和所述第二反射镜42的设置角度可以自由调整，使得发出的激光或者接收到的激光经过多次折射以重新排布光学路径，充分利用空间布局，更加适宜在机械式雷达上的应用。所述反射镜组4可以只靠近所述发射端211设置，用于使发出的激光按照预定路径以及扩散发射出的激光，使得光束能够适应更多的极端天气或者环境，或者所述反射镜组4可以只靠近所述接收端311设置，用于将所述反射到的激光进行集中，使接收端311接收到的激光更加聚集。在一优选实施例中，所述反射镜组4设有两组，分别靠近所述接收端311和所述发射端211，既能使发出的激光具有更强的穿透力，也是接收到的激光更强，使雷达的性能更加好。

具体地，所述第一反射镜41和所述第二反射镜42上均设有反射膜，所述调整反射镜43的镜片上设有增透膜。

在本实施例中，所述反射膜为1550nm反射膜，所述增透膜为1550nm增透膜，用于增加透过的激光的光强。所述1550nm反射膜可以设于所述第一反射镜41和所述第二反射镜42的任意一面，也可以是包覆整个所述第一反射镜41和所述第二反射镜42，所述1550nm增透膜调整设于所述提纵横反射镜43镜片的任意一面，也可以是包覆整个调整反射镜43的镜片，在此不做限定。

进一步地，所述调整反射镜43包括镜筒以及在所述镜筒内沿镜筒的轴向依次间隔设置的第一凸透镜431、凹透镜432以及第二凸透镜433。

在本实施例中，所述第一凸透镜431选用厚凸透镜，用于将接收到的激光进行聚集，所述凹透镜432用于发散接收到的光，所述第二凸透镜433采用薄凸透镜，用于发散经过所述第二凸透镜433的光。在本发明中，对调整反射镜43的具体包括的形式不做出限定，也可以是一块完整的镜片具有所述调整反射镜43的功能。

具体地，所述第一凸透镜431与所述第二凸透镜433的凸面均背离所述凹透镜432设置，所述第一凸透镜431的凸面形成所述第一侧，所述第二凸透镜433的凸面形成所述第二侧。

在本实施例中，所述第一凸透镜431为与所述第二凸透镜433均为只有一面为凸面的凸透镜。

请参阅图2，所述微整形透镜包括透镜主体，所述透镜主体由裸光纤22a制成，所述裸光纤22a外表面包覆有增透膜。

在本实施例中，所述裸光纤22a为不带薄层的光纤，所述裸光纤22a表面镀有1550nm的增透膜，用于整合所述1550nm半导体激光器发出的光，所述裸光纤22a垂直于所述1550nm半导体激光器，用于整合所述1550nm半导体激光器发出的光。

进一步地，所述接收区域12内还包括沿远离所述反射镜组4的方向依次间隔设置的接收板、转换电路板以及放大电路板，所述接收板、所述转换电路板以及所述放大电路板之间电性连接，所述多个光电探测器设于所述接收板上，用于将接收到的光学信号转换成电流信号并传递给所述转换电路板，所述转换电路板用于将所述接收板上的电流信号转换成电压信号，所述放大电路板用于将采集到的电压信号进行放大。

在本实施例中，为使所述接收到的光信号转化成电信号便于所述激光雷达进行工作，所述多个1550nm的光电探测器可以集成在所述接收板上用于接收激光，所述转换电路板包括TIA电路板，用于将接收板上的电流信号转换成电压信号，所述放大电路板用于放大电压信号，便于进行后续处理。

请参阅图2至图3，所述激光雷达还包括驱动电路5，所述驱动电路5包括多个发射驱动电路51以及多个接收驱动电路52，每一个所述发射驱动电路51驱动一个所述半导体激光器，每一个所述接收驱动电路52驱动一个所述光电探测器。

在本实施例中，每一所述发射驱动电路51以及每一所述接收驱动电路52分别对一个所述1550nm半导体激光器21以及一个所述1550nm光电探测器31进行驱动，这样便于进行分别驱动，能够根据实际情况适应更多的驱动情况，在本发明中，也可以是一整个发射驱动电路51驱动多个所述1550nm半导体激光器21，也可以是一整个接收驱动电路52驱动多个所述1550nm光电探测器31。

请参阅图1，所述发射组件2和所述接收组件3之间设有隔光结构6。

在本实施例中，所述发射组件2与所述接收组件3之间设有隔光结构6，用以防止所述发射组件2和所述接收组件3之间相互透光，所述隔光结构6可以是隔光板也可以是隔光片，在此不做限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：

安装底座，所述安装底座设有发射区域和接收区域；

发射组件，安装于所述发射区域，所述发射组件包括一一对应设置的多个半导体激光器以及多个微整形透镜，所述多个半导体激光器沿所述发射区域的长度方向间隔布设，每一所述半导体激光器具有发射端，所述发射端用于朝向靶目标发射多束激光，每一所述微整形透镜均耦合于对应的所述半导体激光器的所述发射端，用以整合所述发射端发出的多束激光；以及，

接收组件，安装于所述接收区域，所述接收组件包括与所述多个半导体激光器一一对应设置的多个光电探测器以及滤光片，每一所述光电探测器具有接收端，所述接收端用于接收从所述发射端发射到靶目标反射回的多束激光，所述滤光片包覆多个所述光电探测器的接收端设置，用以过滤所述接收端接收的多束激光中的杂光。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述安装底座上设有安装板，所述安装板包括可转动地设于所述发射区域的第一部分以及可转动地设于所述接收区域的第二部分，所述发射组件设于所述第一部分上，所述接收组件设于所述第二部分上；

所述第一部分和所述第二部分均包括固定端和转动端，所述第一部分的固定端与所述第二部分的固定端相互靠近，所述第一部分的转动端沿逐渐远离所述安装底座的方向转动以调节所述发射组件与所述安装底座之间的角度，所述第二部分的转动端沿逐渐远离所述安装底座的方向转动以调节所述接收组件与所述安装底座之间的角度。

3.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反射镜组，所述反射镜组包括顺次设置的第一反射镜、第二反射镜和调整反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜的其中之一接收到光线之后将光线反射至其中另一，以改变光线的路径，所述调整反射镜包括第一侧和第二侧，用以放大经所述第一侧到所述第二侧的光线以及整合缩小经所述第二侧到所述第一侧的光线；所述调整反射镜的第一侧靠近所述第二反射镜设置；

所述反射镜组靠近所述发射端设置，且所述反射镜组的所述第一反射镜靠近所述发射端，所述调整反射镜的第二侧远离所述发射端；和/或，

所述反射镜组靠近所述接收端设置，且所述反射镜组的所述第一反射镜靠近所述接收端，所述调整反射镜的第二侧远离所述接收端。

4.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜上均设有反射膜，所述调整反射镜的镜片上设有增透膜。

5.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述调整反射镜包括镜筒以及在所述镜筒内沿镜筒的轴向依次间隔设置的第一凸透镜、凹透镜以及第二凸透镜。

6.如权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述第一凸透镜与所述第二凸透镜的凸面均背离所述凹透镜设置，所述第一凸透镜的凸面形成所述第一侧，所述第二凸透镜的凸面形成所述第二侧。

7.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述微整形透镜包括透镜主体，所述透镜主体由裸光纤制成，所述裸光纤外表面包覆有增透膜。

8.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述接收区域内还包括沿远离所述反射镜组的方向依次间隔设置的接收板、转换电路板以及放大电路板，所述接收板、所述转换电路板以及所述放大电路板之间电性连接，所述多个光电探测器设于所述接收板上，用于将接收到的光学信号转换成电流信号并传递给所述转换电路板，所述转换电路板用于将所述接收板上的电流信号转换成电压信号，所述放大电路板用于将采集到的电压信号进行放大。

9.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驱动电路，所述驱动电路包括多个发射驱动电路以及多个接收驱动电路，每一个所述发射驱动电路驱动一个所述半导体激光器，每一个所述接收驱动电路驱动一个所述光电探测器。

10.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射组件和所述接收组件之间设有隔光结构。

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