CN114518579A - 激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及雷达设备技术领域，尤其涉及一种激光雷达装置。本公开提供的激光雷达装置包括机体和机芯；机芯设置于机体的内部，具有发射模块和接收模块；发射模块与接收模块沿同一平面设置，且发射模块的发射方向正对朝向接收模块；发射模块与接收模块之间还设置有发射光路调节组件；发射光路调节组件能够改变激光发射方向，以使不再正对朝向接收模块，具有内部组件排布紧凑，整体结构体积的小巧的优点。

Description

激光雷达装置

技术领域

本公开涉及雷达设备技术领域，尤其涉及一种激光雷达装置。

背景技术

激光雷达系统在三维环境测量及感知中具有重要的民用和军事应用价值，激光雷达系统民用尤其是在辅助驾驶、自动驾驶领域高速发展，通过激光雷达系统对车辆周边环境进行空间距离测量和三维环境重建，是实现高精度自动驾驶控制的前提条件。

随着辅助驾驶、自动驾驶厂商对于激光雷达系统的极限测量距离与测量精度等方面参数指标的需求逐渐提升，现有激光雷达系统通常采用方案如下：1）、采用叠加单线激光收发器件实现多线数扫描，但随着收发器件的增多，雷达高度、装调难度以及量产难度都随之增大；2）、采用采用线激光收发系统实现多线数扫描，但其发射系统与接收系统同轴堆叠放置，导致雷达高度难以降低。

综上，随着辅助驾驶、自动驾驶对激光雷达系统需求不断提升，激光雷达体积庞大难以降低的问题日益突出，降低激光雷达尺寸高度成了其在驾驶领域的迫切需求。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了激光雷达装置。

本公开提供的激光雷达装置，其包括机体和机芯；

所述机芯设置于所述机体的内部，具有发射模块和接收模块；

其中，所述发射模块与所述接收模块沿同一水平面设置，且所述发射模块的发射方向朝向所述接收模块；

所述发射模块与所述接收模块之间还设置有发射光路调节组件；

所述发射光路调节组件能够改变激光发射方向，以使不再正对朝向所述接收模块。

进一步的，所述发射光路调节组件包括发射光路反射镜；

所述发射光路反射镜与所述发射模块的发射方向呈45°倾斜设置。

进一步的，所述发射光路调节组件还包括设置于所述发射光路反射镜上游的准直透镜；

所述准直透镜与所述发射模块发射方向垂直设置。

进一步的，所述接收模块包括接收处理器；

所述接收处理设置于所述接收模块的最下游，且所述接收处理器所在平面与所述发射模块所在平面垂直。

进一步的，所述接收模块包括沿入射方向依次设置的接收透镜和入射光路调节组件；

其中，所述入射光路调节组件能够反射所述接收透镜接收后的激光入射方向，以使垂直入射于所述接收处理器。

进一步的，所述入射光路调节组件包括沿入射方向依次设置的第一入射光路反射镜和第二入射光路反射镜；

其中，所述第一入射光路反射镜与所述接收透镜所在平面呈45°倾斜设置；

所述第二入射光路反射镜与所述接收处理器所在平面呈45°倾斜设置。

进一步的，所述接收模块包括设置于所述接收透镜上游的滤光片；

所述滤光片与所述接收透镜平行间隔设置。

进一步的，所述激光雷达装置还包括设置于所述机体内部的光学转镜；

所述光学转镜包括底座和能够随所述底座转动的多个反射侧面；

其中，所述反射侧面用于接收所述机芯发出的激光信号并调整激光信号的方向，以使反射到目标物体。

进一步的，所述机芯在所述机体设置两个，且两个所述机芯分别位于所述光学转镜两侧并关于所述机体长度方向的中心线呈镜像分布。

进一步的，不同所述反射侧面与所述底座之间的夹角不同。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本公开实施例提供的激光雷达装置包括机体和机芯；机芯设置于机体的内部，具有发射模块和接收模块；其中发射模块与接收模块沿同一平面设置，且发射模块的发射方向正对朝向接收模块；发射模块与接收模块之间还设置有发射光路调节组件；发射光路调节组件能够改变激光发射方向，以使不再正对朝向接收模块。

该激光雷达装置由于将发射模块与接收模块沿同一水平面设置，也即发射模块、接收模块二者同处同一水平高度，而且还将发射模块的发射方向朝向接收模块，这样便降低了机芯的整体高度，优化机体内部空间利用率，使其内部组件排布可以更紧凑，最终实现降低其结构体积的有益效果；另外通过光路调节组件来调节改变激光的发射方向，使发射模块发射出的激光路径能够适配机芯的内部结构，进而使该激光雷达装置的内部结构布置可以更加灵活、在其内部结构布置优化时可以优先侧重于降低整机体积。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提激光雷达装置的整体结构图（不含上壳）；

图2为本公开实施例提供激光雷达装置中机芯的结构图；

图3为本公开实施例提供激光雷达装置中机芯的俯视图；

图4为本公开实施例提供激光雷达装置中机芯的左视图；

图5为本公开实施例提供激光雷达装置中光学转镜的结构图；

图6为本公开实施例提激光雷达装置的整机结构图。

附图标记：1、机体；2、机芯；21、发射模块；211、发射光路调节组件；211a、发射光路反射镜；211b、准直透镜；22、接收模块；221、接收透镜；222、入射光路调节组件；222a、第一入射光路反射镜；222b、第二入射光路反射镜；223、滤光片；224、接收处理器；3、光学转镜；31、反射侧面。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

结合图1、图2和图6所示，本公开实施例提供的激光雷达装置包括机体1和机芯2；机芯2设置于机体1的内部，具有发射模块21和接收模块22；其中，发射模块21与接收模块22沿同一水平面设置，且发射模块21的发射方向朝向接收模块22；发射模块21与接收模块22之间还设置有发射光路调节组件211；发射光路调节组件211能够改变激光发射方向，以使不再正对朝向接收模块22。

该激光雷达装置中的发射模块21可以具体设置为激光阵列发射器，以发射线激光信号；将发射模块21与接收模块22沿同一水平面设置，也即发射模块21、接收模块22二者同处同一水平高度，而且还将发射模块21的发射方向朝向接收模块22，这样便可以降低机芯2的整体高度，从而优化该激光雷达装置中机体1内部空间利用率，使其内部组件排布可以更紧凑，最终实现降低其结构体积的有益效果；另外在发射模块21与接收模块22之间设置发射光路调节组件211，通过发射光路调节组件211来调节改变激光的发射方向，使发射模块21发射出的激光路径能够适配机芯2的内部结构，进而使该激光雷达装置的内部结构布置可以更加灵活、在其内部结构布置优化时可以优先侧重于降低整机体积。

综上所述，本公开实施例提供的激光雷达装置通过在发射模块21与接收模块22之间增设发射光路调节组件211，使发射模块21发射出的激光路径能够适配机体1的空间场景，确保发射模块21能够正常向被检测目标正常发射激光信号前提条件下，通过将发射模块21与接收模块22旁轴堆叠放置（也即发射模块21与接收模块22沿同一水平面设置），提高了中机体1内部空间利用率、降低了结构高度，使得该激光雷达装置在同等配置的情况下，其结构体积可以更小巧紧凑、结构高度可以更低。

在一些具体的实施方式中，发射光路调节组件211包括发射光路反射镜211a；发射光路反射镜211a与发射模块21的发射方向呈45°倾斜设置。

具体的，如图3所示，上述发射光路反射镜211a优选采用全反射镜，而且将发射光路反射镜211a与发射模块21的发射方向呈45°倾斜设置，这样经反射后的激光发射光路与反射前的激光发射光路便会呈相互垂直，也即反射后的激光发射光路与机芯2的发射端面垂直向外，这样使机芯2相对光学转镜3的设置位置便可具有更多、更灵活的选择，尤其是当机芯2设置数目多于两个时。

在一些具体的实施方式中，发射光路调节组件211还包括设置于发射光路反射镜211a上游的准直透镜211b；准直透镜211b与发射模块21发射方向垂直设置。

具体的，如图3所示，上述的“准直透镜211b位于发射光路反射镜211a上游”是指沿发射模块21中激光信号的发射方向，激光信号会先经由准直透镜211b后再到达发射光路反射镜211a。

上述的准直透镜211b具体但不限于可以选用双片平凸透镜，通过准直透镜211b能够将发射模块21发射出的激光进行准直，以到理想的发射激光。

另外，上述的发射光路反射镜211a、准直透镜211b自身的结构尺寸都可以设置成微型精巧式，而且可以直接通过打胶固定或一些其他方式灵活安装于机体1的内壳壁的适当部位，因此设置上述的发射光路反射镜211a、准直透镜211b并不会增大该激光雷达装置的整体结构体积。

在一些具体的实施方式中，接收模块22包括接收处理器224；接收处理器224设置于接收模块22的最下游，且接收处理器224所在平面与发射模块21所在平面垂直。

具体的，如图3和图4所示，上述的“接收处理器224设置于接收模块22的最下游”是指沿接收模块22中激光信号的入射方向，激光信号最后才会到达接收处理器224。

具体可以将接收处理器224沿水平面x-y设置、将发射模块21沿竖直面y-z设置，这样接收处理器224中的多个接收探测头便可以设置成竖直向上朝向发射模块21的方式，使机芯2内部的长度空间、宽度空间及高度空寂都能够得到充分合理的利用，也即在设置同等规格数量的发射模块21、接收模块22的条件下，可以使机芯2的集成效果更高、体积更小。

在一些具体的实施方式中，接收模块22还包括沿入射方向依次设置的接收透镜221和入射光路调节组件222；其中，入射光路调节组件222能够反射接收透镜221接收后的激光入射方向，以使垂直入射于接收处理器224。

具体的，如图3和图4所示，接收模块22中的接收透镜221是沿竖直面y-z设置的，接收处理器224中的接收探测头是沿z轴向上设置，进入接收透镜221的入射激光信号无法直接进入到接收处理器224中的接收探测头，但是通过设置入射光路调节组件222来反射改变接收透镜221接收后的入射激光方向，使入射激光能够适配接收模块22内部的结构布局正常进入到接收处理器224中的接收探测头，而非调节改变接收透镜221或接收处理器224的位置来适配入射激光的路径，这样也就使得接收模块22中的接收透镜221、接收处理器224能够从优先简化接收模块22结构尺寸的目的去优选布置。

在一些具体的实施方式中，入射光路调节组件222包括沿入射方向依次设置的第一入射光路反射镜222a和第二入射光路反射镜222b；其中，第一入射光路反射镜222a与接收透镜221所在平面呈45°倾斜设置；第二入射光路反射镜222b与接收处理器224所在平面呈45°倾斜设置。

具体的，如图2、图3和图4所示，第一入射光路反射镜222a可以具体设置在将y-z平面绕z轴逆时针旋转45°所在的平面，第二入射光路反射镜222b可以具体设置在将x-y平面绕x轴顺时针旋转45°所在的平面，这样垂直于接收透镜221进入的入射激光经第一入射光路反射镜222a第一次反射后便会方向便会改变成与y轴相反的方向，并且经第二入射光路反射镜222b第二次反射后便会方向便会改变成与z轴相反的方向入射于接收处理器224中的接收探测头。

上述的第一入射光路反射镜222a、第二入射光路反射镜222b同样可以优选采用全反射镜，而且第一入射光路反射镜222a、第二入射光路反射镜222b自身的结构尺寸都可以设置成微型精巧式，并可以直接通过打胶固定或一些其他方式灵活安装于机体1的内壳壁的适当部位，因此设置上述的发射光路反射镜211a、准直透镜211b并不会增大该激光雷达装置的整体结构体积。

在一些具体的实施方式中，接收模块22包括设置于接收透镜221上游的滤光片223；滤光片223与接收透镜221平行间隔设置。

具体的，如图3所示，上述“滤光片223设置于接收透镜221的上游”是指是指沿接收模块22中激光信号的入射方向，入射激光信号会先经由滤光片223后再到达接收透镜221。而且滤光片223具体可以与接收透镜221平行间隔设置。

设置上述的滤光片223，能够用来过滤与激光信号波长不同的杂光（例如太阳光），避免其通过接收透镜221进入接收模块22。

在一些具体的实施方式中，激光雷达装置还包括设置于机体1内部的光学转镜3；光学转镜3包括底座和能够随底座转动的多个反射侧面31；其中，反射侧面31用于接收机芯2发出的激光信号并调整激光信号的方向，以使反射到目标物体。

具体的，如图1和图5所示，光学转镜3的底座可以与电机的输出转轴连接，通过电机来驱动其转动。光学转镜3在运行过程中，底座绕光学转镜3自身竖直中轴线保持固定的频率的稳定转动，多个反射侧面31围绕底座并能够随底座同步转动，并且反射侧面31在转动过程中能够接收发射模块21的发射的激光信号并调整激光信号的方向，以将激光信号反射到目标物体。激光信号在目标物体上发生漫反射后的回波信号再经反射侧面31的反射后由被接收模块22接收。通过光学转镜3的旋转扫掠，将单方向点云转变成空间点云。

上述的反射侧面31设置数量不限于图**的三个，也可以设置成双面或者四面。

在一些具体的实施方式中，机芯2在机体1设置两个，且两个机芯2分别位于光学转镜3两侧并关于机体1长度方向的中心线呈镜像分布。

具体的，如图1所示，将两个机芯2分别对称设置于机体1长度方向的中心线两侧，是为了该激光雷达装置在整体结构上设计更为方便和简单。

当然，机芯2在机体1具体数量还可以根据该激光雷达装置的实际需求进行设置增添，而且机芯2在机体1的位置也可以根据该激光雷达装置的具体结构进行适应性布局调整。

在一些具体的实施方式中，不同反射侧面31与底座之间的夹角不同。

具体的，如图1和图5所示，当三个反射侧面31与底座的夹角不同时，例如三个反射侧面31与水平面的二面角分别为85°、90°和95°，这样被测物体反射的激光信号通过不同反射侧面31反射到机芯2的接收系统中呈现的点云效果也不同，可以保证每个机芯2经由每一个反射侧面31获取的测量点云没有沿出光方向z方向上有位置变化。

如果光学转镜的每个反射侧面31均与其底座垂直，这会导致不同反射侧面31对应的点云在拼接时出现沿出光方向z方向的前后抖动，进而出现该激光雷达装置在获取点云数据时出现测量误差，而光学转镜3的每个反射侧面31与其底座的夹角不同，就能够很好的避免这一问题。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达装置，其特征在于，包括：

机体（1）；

机芯（2），设置于所述机体（1）的内部，具有发射模块（21）和接收模块（22）；

其中，所述发射模块（21）与所述接收模块（22）沿同一水平面设置，且所述发射模块（21）的发射方向朝向所述接收模块（22）；

所述发射模块（21）与所述接收模块（22）之间还设置有发射光路调节组件（211）；

所述发射光路调节组件（211）能够改变激光发射方向，以使不再正对朝向所述接收模块（22）。

2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述发射光路调节组件（211）包括发射光路反射镜（211a）；

所述发射光路反射镜（211a）与所述发射模块（21）的发射方向呈45°倾斜设置。

3.根据权利要求2所述的激光雷达装置，其特征在于，所述发射光路调节组件（211）还包括设置于所述发射光路反射镜（211a）上游的准直透镜（211b）；

所述准直透镜（211b）与所述发射模块（21）发射方向垂直设置。

4.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述接收模块（22）包括接收处理器（224）；

所述接收处理器（224）设置于所述接收模块（22）的最下游，且所述接收处理器（224）所在平面与所述发射模块（21）所在平面垂直。

5.根据权利要求4所述的激光雷达装置，其特征在于，所述接收模块（22）包括沿入射方向依次设置的接收透镜（221）和入射光路调节组件（222）；

其中，所述入射光路调节组件（222）能够反射所述接收透镜（221）接收后的激光入射方向，以使垂直入射于所述接收处理器（224）。

6.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其特征在于，所述入射光路调节组件（222）包括沿入射方向依次设置的第一入射光路反射镜（222a）和第二入射光路反射镜（222b）；

其中，所述第一入射光路反射镜（222a）与所述接收透镜（221）所在平面呈45°倾斜设置；

所述第二入射光路反射镜（222b）与所述接收处理器（224）所在平面呈45°倾斜设置。

7.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其特征在于，所述接收模块（22）包括设置于所述接收透镜（221）上游的滤光片（223）；

所述滤光片（223）与所述接收透镜（221）平行间隔设置。

8.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述激光雷达装置还包括设置于所述机体（1）内部的光学转镜（3）；

所述光学转镜（3）包括底座和能够随所述底座转动的多个反射侧面（31）；

其中，所述反射侧面（31）用于接收所述机芯（2）发出的激光信号并调整激光信号的方向，以使反射到目标物体。

9.根据权利要求8所述的激光雷达装置，其特征在于，所述机芯（2）在所述机体（1）设置两个，且两个所述机芯（2）分别位于所述光学转镜（3）两侧并关于所述机体（1）长度方向的中心线呈镜像分布。

10.根据权利要求8所述的激光雷达装置，其特征在于，不同所述反射侧面（31）与所述底座之间的夹角不同。

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