CN114442069A - 一种激光探测模组和激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了激光探测模组和激光雷达，其中，所述激光探测模组包括激光探测组件和遮光组件，所述激光探测组件包括n个间隔设置的激光探测器，n个所述激光探测器用于分别接收对应的激光发射器的回波光束；其中，所述n为大于1的整数；所述遮光组件设置在靠近所述激光探测组件用于接收回波光束的一侧，所述遮光组件包括n‑1个遮光件，任意相邻的两个所述激光探测器之间设置一个所述遮光件，选取相邻的两个所述激光探测器中任意一个作为基准件，所述遮光件的一端插入两个相邻的所述激光探测器之间，另一端露出于所述基准件，遮光件可以减小激光探测器接收到其它视场的回波光束，减弱同时发光的影响。

Description

一种激光探测模组和激光雷达
技术领域
本发明涉及激光设备领域，特别涉及一种激光探测模组和激光雷达。
背景技术
当一个激光探测器在工作时，如果激光雷达中非对应的激光发射器也发出激光光束，那么这个激光探测器也有很大概率接收到非对应的激光发射器发出的激光光束的回波信号，本身接收到回波信号的质量就受到了影响，所以一般来说，激光雷达大多采用分时发光的原理，保证当有一个激光发射器发光时，其余的激光发射器都不发光，这样该激光发射器对应的激光探测器就接收不到其余的回波信号。但如果一台雷达中激光发射器与激光探测器的需求数量特别多时，如果还采用分时发光的形式，不同激光发射器所发出激光光束之间的时间间隔将无法满足设计要求，只能被迫减少激光光束之间的时间间隔或者降低激光发射器的重频，前者会降低雷达的最远测距距离，后者将减少单位时间内雷达扫描的点数。
如果雷达同时发光，意味着至少会有两个激光探测器同时开启，那么就会出现图1所示的情况，图1中共有三个激光探测器，接收不同视场的回波光束，带箭头的线代表激光探测器-3对应激光发射器发出激光光束的回波光束。一般来说，回波光束的角度一般在一定范围内，但是面积远大于激光探测器的面积，只是对应激光探测器区域的能量比其他区域更高，激光探测器又是一个比较灵敏的设备，很弱能量的回波光束都能检测的到，因此图1的激光探测器-2与激光探测器-1理论上是可以检测到少量的对应激光探测器-3(即视场3)的回波信号。由于根据需求，激光探测器-2与激光探测器-1会同时开启，因此他们在收到对应回波光束的同时，还会收到视场3的回波光束，此时回波光束产生信号叠加，影响后续检测的精度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种激光探测模组和激光雷达，旨在解决激光雷达的激光探测器容易检测到其它激光发射器发射的回波信号的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种激光探测模组，包括激光探测组件和遮光组件，所述激光探测组件包括n个间隔设置的激光探测器，n个所述激光探测器用于分别接收对应的激光发射器的回波光束；其中，所述n为大于1的整数；所述遮光组件设置在靠近所述激光探测组件用于接收回波光束的一侧，所述遮光组件包括n-1个遮光件，任意相邻的两个所述激光探测器之间设置一个所述遮光件，选取相邻的两个所述激光探测器中任意一个作为基准件，所述遮光件的一端插入两个相邻的所述激光探测器之间，另一端露出于所述基准件。
在其中一个实施例中，所述遮光件相邻的两个所述激光探测器相对水平面的视场角范围分别为θ1～θ2和θ3～θ4；其中，所述θ2＜θ3，则所述遮光件朝向所述基准件倾斜，所述遮光件相对水平面的倾斜角度范围为θ2～θ3。
在其中一个实施例中，所述遮光件相对所述基准件伸出的长度h满足公式：
Figure BDA0003437304460000021
其中，d为所述遮光件至所述基准件光敏面远端边缘的距离，θ5为所述遮光件相对水平面的倾斜角度。
在其中一个实施例中，所述遮光组件还包括固定部，所述n-1个遮光件分别间隔设置在所述固定部上，所述固定部用于固定在激光雷达的支撑结构。
在其中一个实施例中，所述固定部上开设有固定孔，所述固定部通过所述固定孔与所述支撑结构固定。
在其中一个实施例中，所述固定部粘结至所述支撑结构。
在其中一个实施例中，所述遮光件的一端固定在与其相邻的两个所述激光探测器中任意一个的电路板上。
在其中一个实施例中，所述遮光件包括互相连接的遮光部和连接部，所述连接部与所述电路板固定，所述遮光部相对所述基准件倾斜设置，所述遮光部远离所述连接部的一端露出于所述基准件。
在其中一个实施例中，所述遮光件呈片状、块状、圆锥状或弧形状中的任意一种。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种激光雷达，所述激光雷达包括壳体、激光发射模组、光学模组以及如上所述的激光探测模组，所述激光发射模组、光学模组和激光探测模组均位于所述壳体的内部，所述光学模组包括发射镜组和接收镜组，所述激光发射模组包括多个所述激光发射器，所述激光发射器与所述激光探测器一一对应，所述遮光组件设置在所述接收镜组和所述激光探测组件之间。
在其中一个实施例中，所述壳体包括支撑结构以及沿所述支撑结构的外沿周向环绕的外壳，所述支撑结构与所述外壳形成容纳腔，所述激光发射模组、光学模组和激光探测模组位于所述容纳腔内。
在本发明的技术方案中，激光探测组件包括n个间隔设置的激光探测器，用于分别接收对应的激光发射器的回波光束；其中，n为大于1的整数；遮光组件设置在靠近激光探测组件用于接收回波光束的一侧，遮光组件包括n-1个遮光件，任意相邻的两个激光探测器之间设置一个遮光件，选取相邻的两个激光探测器中任意一个作为基准件，遮光件的一端插入两个相邻的激光探测器之间，另一端露出于基准件，遮光件可以减小激光探测器接收到其它视场的回波光束，减弱同时发光的影响。
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为现有技术的激光雷达的激光发射器同时发光影响检测精度的原理示意图；
图2为本发明一实施例的激光雷达光学系统的结构示意图；
图3为本发明另一扫描形式的激光雷达光学系统的结构示意图；
图4为本发明一实施例的激光探测器的遮光组件的结构示意图；
图5为本发明另一实施例的激光探测器的遮光组件的结构示意图；
图6为本发明一实施例的激光雷达解决激光发射器同时发光问题的原理示意图；
图7为本发明一实施例的激光探测器的遮光件相对基准件伸出长度示意图；
图8为本发明一实施例的激光探测器的遮光件相对基准件伸出长度公式的推算示意图。
实施例附图标号说明：
100、激光探测组件；110、激光探测器；200、遮光组件；210、遮光件；220、固定部；221、遮光部；222、连接部；223、固定孔；300、激光发射模组；310、激光发射器；400、光学模组；410、发射镜组；420、接收镜组；500、壳体；510、支撑结构；520、外壳。
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，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)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，在本发明中涉及“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，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。
本发明提供了一种激光探测模组，如图2、图3和图6所示，包括激光探测组件100和遮光组件200，激光探测组件100包括n个间隔设置的激光探测器110，n个激光探测器110用于分别接收对应的激光发射器310的回波光束；其中，n为大于1的整数；遮光组件200设置在靠近激光探测组件100用于接收回波光束的一侧，遮光组件200包括n-1个遮光件210，任意相邻的两个激光探测器110之间设置一个遮光件210，选取相邻的两个激光探测器110中任意一个作为基准件，遮光件210的一端插入两个相邻的激光探测器110之间，另一端露出于基准件。
图2和图3分别为不同扫描形式的激光雷达的光学系统示意图，激光雷达的激光发射器310的数量也为n，与激光探测器110一一对应，激光发射器310发出激光光束，通过发射镜组410后出射，打到被测物体上形成回波光束，经过接收镜组420后，被激光探测器110接收到，由于相邻激光探测器110之间设有遮光件210，遮光件210的端部露出于激光探测器110，可以阻挡其它视场的回波光束进入，很大程度上减小激光探测器110接收到其它视场的回波光束，减弱多个激光发射器310同时发光的影响。
具体地，遮光件210相邻的两个激光探测器110相对水平面的视场角范围分别为θ1～θ2和θ3～θ4；其中，θ2＜θ3，则遮光件210朝向基准件倾斜，遮光件210相对水平面的倾斜角度范围为θ2～θ3。一般来说，激光探测器110从上至下，或者从左至右，视场由α到β顺序增加或者减小，比如从-10°变化到-5°，变化到0°，变化到5°，变化到10°，不会出现从-10°变成-5°又变成-8°的情况。因此，在两个同时开启的激光探测器110之间设置一块尺寸合适的遮光件210，可以有效的阻止其余视场的回波光束进入到本激光探测器110中，遮光件210设置的角度，在相邻两个激光探测器110的接收视场之间，例如激光探测器-1的接收视场角是5°～5.5°，即θ3为5°，θ4为5.5°激光探测器-2的视场角是3°～3.5°，即θ1为3°，θ2为3.5°那么激光探测器-1与激光探测器-2之间的遮光件210角度在3.5°到5°之间，这样既不会遮挡激光探测器110接收到对应的回波光束，又能降低接收到同一时刻开启的别路回波光束的能量。
更具体地，如图7和图8所示，遮光件210相对基准件伸出的长度h满足公式：
Figure BDA0003437304460000051
其中，d为遮光件210至基准件光敏面远端边缘的距离，θ5为遮光件210相对水平面的倾斜角度，θ4为遮光件210相邻视场的视场角的最大值(如视场角为5°～5.5°，则取5.5°)。上述公式计算过程如下，先把模型简化为图的形式，做一条辅助线T，可以根据三角函数的关系轻松得到，θ6＝θ4+θ5(公式1)，θ7＝90°-θ4(公式2)。然后T＝dsinθ7(公式3)，T＝hcosθ6(公式4)，将公式1、公式2和公式3带入到公式4，可以得到
Figure BDA0003437304460000061
也就是遮光件210相对基准件伸出的最小长度，因此，遮光件210相对基准件伸出的长度只需要大于该长度，既不会遮挡激光探测器110接收到对应的回波光束，又能降低接收到同一时刻开启的别路回波光束的能量。
n-1个遮光件210可以向不同方向倾斜，也可向同一方向倾斜，在此，对遮光件210的倾斜方向不作限定。图7中给的示例是减弱同时发光问题时，激光探测器110视场角最佳的情况，此时激光探测器-1的视场斜向上，激光探测器-2的视场斜向下，此时基本上不会受到同时发光的影响。
在其中一个实施例中，如图4所示，遮光组件200还包括固定部220，n-1个遮光件210分别间隔设置在固定部220上，固定部220用于固定在激光雷达的支撑结构510。支撑结构510可为激光雷达的外壳520、底板或其它结构，固定部220靠近激光探测组件100设置，所有激光探测器110之间的遮光件210组合到一起形成遮光模组，利用固定部220固定到支撑结构510上，遮光模组中每一个遮光结构构成一定角度、一定尺寸排列。固定部220的设置使得遮光件210的安装更便捷，只需将每个遮光件210的端部插入相邻的两个激光探测器110之间，将固定部220固定至支撑结构510即可。
在其中一个实施例中，固定部220上开设有固定孔223，固定部220通过固定孔223与支撑结构510固定。固定孔223可为螺钉孔，通过螺钉穿过该固定孔223将固定部220锁紧至支撑结构510，便能完成遮光组件200的固定。固定孔223的数量可为两个，两个固定孔223分别排布在固定部220沿遮光件210排布方向的相对两端。所有的遮光件210可靠近固定部220的一端排布，另一端可便于安装固定部220。
请参考图5，在另一个实施例中，固定部220粘结至支撑结构510。可将固定部220背离遮光件210的一侧通过粘胶直接粘结至支撑结构510，便于安装且提高了遮光组件200的结构牢固性。在其它实施例中，还可以通过卡扣、销钉等方式将固定部220固定至支撑结构510。
作为另一种优选地实施方式，遮光件210的一端固定在与其相邻的两个激光探测器110中任意一个的电路板上。在该实施例中，省去了固定部220，可直接将每个遮光件210固定在任一相邻的激光探测器110上，避免了固定部220的安装程序。更细化地，遮光件210包括互相连接的遮光部221和连接部222，连接部222与电路板固定，遮光部221相对基准件倾斜设置，遮光部221远离连接部222的一端露出于基准件，即遮光件210呈L形状，遮光部221可为板状结构，连接部222可通过粘结或者螺钉固定在激光探测器110电路板靠近接收镜组420的一端，且每个连接部222均固定在激光探测器110的同一侧方向，即能满足每两个激光探测器110之间有一块遮光部221。
在上述实施例中，遮光件210可呈片状、块状、圆锥状或弧形状中的任意一种，结构简单且成本低，能够减弱激光雷达同时发光的影响。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种激光雷达，激光雷达包括壳体500、激光发射模组300、光学模组400以及如上的激光探测模组，激光发射模组300、光学模组400和激光探测模组均位于壳体500的内部，光学模组400包括和接收镜组420，激光发射模组300包括多个激光发射器310，激光发射器310与激光探测器110一一对应，遮光组件200设置在接收镜组420和激光探测组件100之间。激光发射器310发出激光光束，通过发射镜组410后出射，打到被测物体上形成回波光束，经过接收镜组420后，被激光探测器110接收到，由于相邻激光探测器110之间设有遮光件210，遮光件210的端部露出于激光探测器110，可以阻挡其它视场的回波光束进入，很大程度上减小激光探测器110接收到其它视场的回波光束，减弱多个激光发射器310同时发光的影响。由于该激光雷达采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
在一实施例中，壳体500包括支撑结构510以及沿支撑结构510的外沿周向环绕的外壳520，支撑结构510与外壳520形成容纳腔，激光发射模组300、光学模组400和激光探测模组位于容纳腔内，支撑结构510为壳体500的底板，遮光组件200可固定在该支撑结构510上，整个结构紧凑，减小激光雷达的尺寸。在另一实施例中，如图3所示，也可直接将遮光组件200固定在光学模组400上。
以上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 (11)

1.一种激光探测模组，其特征在于，包括：
激光探测组件，所述激光探测组件包括n个间隔设置的激光探测器，n个所述激光探测器用于分别接收对应的激光发射器的回波光束；其中，所述n为大于1的整数；以及，
遮光组件，所述遮光组件设置在靠近所述激光探测组件用于接收回波光束的一侧，所述遮光组件包括n-1个遮光件，任意相邻的两个所述激光探测器之间设置一个所述遮光件，选取相邻的两个所述激光探测器中任意一个作为基准件，所述遮光件的一端插入两个相邻的所述激光探测器之间，另一端露出于所述基准件。
2.根据权利要求1所述的激光探测模组，其特征在于，所述遮光件相邻的两个所述激光探测器相对水平面的视场角范围分别为θ1～θ2和θ3～θ4；其中，所述θ2＜θ3，则所述遮光件朝向所述基准件倾斜，所述遮光件相对水平面的倾斜角度范围为θ2～θ3。
3.根据权利要求2所述的激光探测模组，其特征在于，所述遮光件相对所述基准件伸出的长度h满足公式：
Figure FDA0003437304450000011
其中，d为所述遮光件至所述基准件光敏面远端边缘的距离，θ5为所述遮光件相对水平面的倾斜角度。
4.根据权利要求1所述的激光探测模组，其特征在于，所述遮光组件还包括固定部，所述n-1个遮光件分别间隔设置在所述固定部上，所述固定部用于固定在激光雷达的支撑结构。
5.根据权利要求4所述的激光探测模组，其特征在于，所述固定部上开设有固定孔，所述固定部通过所述固定孔与所述支撑结构固定。
6.根据权利要求4所述的激光探测模组，其特征在于，所述固定部粘结至所述支撑结构。
7.根据权利要求1所述的激光探测模组，其特征在于，所述遮光件的一端固定在与其相邻的两个所述激光探测器中任意一个的电路板上。
8.根据权利要求7所述的激光探测模组，其特征在于，所述遮光件包括互相连接的遮光部和连接部，所述连接部与所述电路板固定，所述遮光部相对所述基准件倾斜设置，所述遮光部远离所述连接部的一端露出于所述基准件。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的激光探测模组，其特征在于，所述遮光件呈片状、块状、圆锥状或弧形状中的任意一种。
10.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括壳体、激光发射模组、光学模组以及根据权利要求1～9中任一项所述的激光探测模组，所述激光发射模组、光学模组和激光探测模组均位于所述壳体的内部，所述光学模组包括发射镜组和接收镜组，所述激光发射模组包括多个所述激光发射器，所述激光发射器与所述激光探测器一一对应，所述遮光组件设置在所述接收镜组和所述激光探测组件之间。
11.根据权利要求10所述的激光雷达，其特征在于，所述壳体包括支撑结构以及沿所述支撑结构的外沿周向环绕的外壳，所述支撑结构与所述外壳形成容纳腔，所述激光发射模组、光学模组和激光探测模组位于所述容纳腔内。
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