CN114578381A - 一种激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达系统，包括至少一个收发模块，用于发射探测光信号以及接收被待测目标反射后的回波信号；至少一个扫描模块，用于将多个收发模块发出的脉冲激光束反射至三维空间，及用于将回波信号反射至对应的收发模块；至少一个扫描模块位于至少一个收发模块的一侧，收发模块包括发射模块，发射模块具有多个间隔设置的第一光源，多个第一光源按照预设时序依次发射脉冲激光束。该发明激光雷达系统的每个发射模块包括多个垂直方向上间隔布置的光源，有效的提高了垂直视场的扫描轨迹线密度，并且多光源采用分时间隔发射，有效的降低了接收光路的干扰。

Description

一种激光雷达系统

技术领域

本发明涉及环境感知技术领域，特别涉及一种激光雷达系统。

背景技术

在自动驾驶技术中，环境感知系统是基础且至关重要的一环，是自动驾驶汽车安全性和智能性的保障，环境感知传感器中激光雷达在可靠度、探测范围、测距精度等方面具有不可比拟的优势。

车载激光雷达作为感知周围信息的重要传感器，视场和扫描精度是其重要的参数。对于垂直视场，垂直方向扫描轨迹线的密度越大，扫描分辨率越高，信息越丰富，越有利于自动驾驶决策。采用振镜等扫描方式的激光雷达，其垂直方向扫描轨迹线的密度受限于扫描器件的震动频率。虽然可以通过减小慢轴震动频率来实现提高扫描分辨率，然而慢轴的震动频率与帧频相关，激光雷达系统帧频存在最小值要求，因此慢轴震动频率也存在下限值。对于水平视场，现有技术通常会通过在扫描器件前设置光学镜头来放大视场角，或者设置多个激光雷达系统对其采集的视场进行拼接。前置镜头组扩大视场角的方式需要较复杂的镜头组，且视场角放大的同时会等比例缩小有效孔径，从而降低激光雷达系统测远能力。多激光雷达拼接的方案会显著增加总成本。

此外，激光雷达需要满足体积小、可靠性高、高成像帧频、高分辨率、远测距等性能。激光雷达中包含的诸多元器件，例如光源、探测器、集成电路板、引线等均需要进行合理的结构设计，以满足减小体积的同时又不影响其它指标。然而，现有的激光雷达系统难以在小体积和多项性能参数之间达到平衡，如何合理地安排激光雷达系统的内部空间，在满足特定光路设计的前提下，提高空间利用率、使其结构更加紧凑化、改善散热性能，仍是目前亟需改进的方面。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种激光雷达系统，包括：

至少一个收发模块，用于发射脉冲激光束以及接收所述脉冲激光束被待测目标反射后的回波信号；

至少一个扫描模块，用于将所述至少一个收发模块发射的脉冲激光束反射至三维空间，及用于将所述回波信号反射至对应的所述收发模块；

每个所述收发模块包括发射模块，所述发射模块具有多个间隔设置的第一光源。

进一步地，所述激光雷达系统具有m个所述收发模块，其中m≥2且m为正整数，m个所述收发模块具有m个对应的所述发射模块，每个所述发射模块具有n个所述第一光源，其中n≥2且n为正整数，每个所述发射模块的n个所述第一光源按照预设时序依次发射脉冲激光束。

进一步地，m个所述发射模块彼此对应的所述第一光源形成n个光源发射组，每个所述光源发射组内包含有m个所述第一光源，n个光源发射组也按照所述预设时序发射脉冲激光束。

进一步地，所述扫描模块通过摆动将所述第一光源发出的脉冲激光束反射至三维空间，从而实现光栅式扫描，并得到每个所述第一光源的二维扫描轨迹线。进一步地，所述二维扫描轨迹线为周期性曲线。

进一步地，对于任意一条所述二维扫描轨迹线，相邻周期对应的所述二维轨迹线的起点间隔有第一偏移量。

进一步地，多个所述第一光源在第一方向上等间距间隔分布，

对于任意一个所述发射模块，相邻所述第一光源的所述二维扫描轨迹线的起始位置之间间隔第二偏移量。

进一步地，所述第二偏移量大于零，且所述第二偏移量不等于所述第一偏移量。

进一步地，一个所述扫描模块对应至少一个所述收发模块，多个所述收发模块与所述扫描模块之间对应形成多个第一光路和多个第二光路。

进一步地，所述收发模块还包括光传输模块和探测模块，对于任意一个所述收发模块，所述发射模块和所述光传输模块沿所述第一光路依次设置，所述光传输模块和所述探测模块沿所述第二光路依次设置；

对于任意一个所述第一光路，所述发射模块、所述光传输模块和所述扫描模块沿所述第一光路依次设置，所述发射模块用于发射脉冲激光束，所述光传输模块用于将所述发射模块发射的脉冲激光束传输至所述扫描模块，所述扫描模块用于将所述光传输模块传输的脉冲激光束反射至三维空间；

对于任意一个所述第二光路，所述扫描模块、所述光传输模块和所述探测模块沿所述第二光路依次设置，所述扫描模块用于将所述回波信号反射至所述光传输模块，所述光传输模块用于将所述回波信号传输至所述探测模块，所述探测模块用于接收并处理所述光传输模块传输的回波信号。

进一步地，所述光传输模块包括支撑单体和多个传输子模块，

所述支撑单体用于支撑所述传输子模块，所述支撑单体内设有多个光通道；

多个所述传输子模块沿所述光通道依次设置，用于按照预设光路传输光束。

进一步地，多个所述收发模块的所述支撑单体彼此相连形成支撑体。

进一步地，所述发射模块包括激光发射板和固定件，所述激光发射板通过连接件与所述固定件连接，所述多个第一光源在设置于所述激光发射板上，所述固定件与所述支撑体相连。

进一步地，所述探测模块包括接收装调支架和接收电路板，所述接收装调支架设置于所述固定件上，所述接收装调支架设有用于装调固定所述接收电路板的安装部，所述接收电路板与所述安装部连接；

所述接收电路板上设有与所述激光发射板上设置的所述多个第一光源数目相等的多个探测器，所述多个探测器在第一方向上等间距分布。

采用上述技术方案，本发明所述激光雷达系统具有如下有益效果：

1)本发明多个所述收发模块水平并排设置，相邻所述收发模块间隔第一预设距离，每个所述收发模块具有至少一个用于发射脉冲激光束的第一光源，每个收发模块对应探测一个子扫描视场，多个所述子扫描视场通过视场拼接构成激光雷达系统的总视场，利用多个子扫描视场水平排布实现大视场拼接，增大了整个激光雷达系统的扫描视场，且本发明的扩大视场方法可最大限度的有效利用扫描模块的接收口径，保证激光雷达系统测远能力；

2)每个所述发射模块包括多个垂直方向上间隔布置的光源，有效的提高了垂直视场的扫描轨迹线密度，并且本发明的多光源采用分时间隔发射，有效的降低了接收光路的干扰；

3)本发明的光传输模块有利于激光雷达系统的集成化，一个支撑单体内合理设置多个光通道有以利于提高所述支撑单体的内部空间利用率，减小激光雷达系统的体积；

4)激光雷达系统部分光路收发同轴，可以有效减小支撑单体的体积，便于激光雷达系统的小型化和集成化；

5)本发明通过测角单元测量扫描单元的可动部旋转角度，具体采用psd位置传感器可以通过测量位移得到可动部的空间坐标，从而减小芯片的运算量；

6)本发明激光雷达系统将测角单元和扫描单元封装为一个独立集成的扫描模块，且能够预先装调，便于在激光雷达系统中安装和使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的激光雷达系统结构框图；

图2为本发明一个实施例的激光雷达系统结构框图；

图3为本发明一个实施例的系统原理图；

图4为本发明一个实施例的激光雷达系统发射模块示意图；

图5为本发明一个实施例单个收发模块与扫描模块的光路布局示意图；

图6为本发明一个实施例单光源和多光源的扫描轨迹示意图；

图7为本发明一个实施例的光传输模块剖面图；

图8为本发明另一个实施例的光学传输模块剖面图；

图9为本发明一个实施例的支撑单体示意图；

图10为本发明另一个实施例的支撑单体示意图；

图11为本发明一个实施例的支撑体示意图；

图12为本发明另一个实施例的支撑体示意图；

图13为本发明一个实施例激光雷达系统整体示意图；

图14为本发明一个实施例激光雷达系统(不带外壳)的立体示意图；

图15为本发明一个实施例收发模块立体示意图；

图16为本发明一个实施例收发模块的剖面图。

图17为本发明一个实施例接收装调子支架示意图；

图18为本发明一个实施例探测模块示意图；

图19为本发明一个实施例接收装调支架示意图；

图20为本发明一个实施例扫描模块立体图；

图21为图20的主视图；

图22为图21中A-A方向的剖面图；

图23为本发明一个实施例的扫描基片示意图；

图24为本发明一个实施例的测角单元示意图；

图25为本发明另一个实施例的测角单元示意图；

图26为本发明一个实施例散热件、控制电路板和收发模块的装配关系示意图；

以下对附图作补充说明：

1-收发模块；11-发射模块；111-第一光源；112-光源发射组；113-激光发射板，114-固定件；

12-光传输模块；120-支撑单体；1201-第一表面；1202-第二表面；120a-第一子单体；120b-第二子单体；121-第一光通道；122-第二光通道；123-第三光通道；124-准直单元；125-反射单元；126-分光单元；127-偏折单元；128-会聚单元；1281-过滤子单元；1282-会聚子单元；1283-第一消光部件；129-支撑体；129a-第一光学支架；129b-第二光学支架；

13-探测模块；131-接收装调子支架；1311-第一安装部；132-接收电路板；133-探测器；134-接收装调支架；1341-支撑臂；135-遮光板；

2-扫描模块；21-扫描单元；210-扫描基片；211-可动部；211a-第三面；211b-第四面；212-驱动模块；22-测角单元；220-第二光源；221-接收组件；2211-滤光片；2212-转接板；2213-位置传感器；222-光源固定件；223-接收固定架；224-测角支架；2241-第二安装部；225-第二消光部件；23-封装壳；24-封板；

3-控制模块；31-控制电路板；

4-光学盖板；

5-壳体；51-第一壳体；511-第一侧板；512-第一底板；52-第二壳体；53-第一容置空腔；

6-封装支架；7-前窗；8-散热件；9-转接块；10-防水底板。

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的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。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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的包括一个或者更多个该特征。而且，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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例提供一种激光雷达系统，包括多个收发模块1，用于发射脉冲激光束以及接收所述脉冲激光束被待测目标反射后的回波信号；

多个所述收发模块1水平并排设置，相邻所述收发模块1间隔第一预设距离，每个所述收发模块1具有至少一个用于发射脉冲激光束的第一光源111，每个所述收发模块1对应探测一个子扫描视场，多个所述子扫描视场通过视场拼接构成所述激光雷达系统的总视场。

在一些实施例中，如图3所示，所述收发模块1包括发射模块11、光传输模块12及探测模块13，对于任意一个所述收发模块1，所述发射模块11和所述光传输模块12沿第一光路依次设置，所述光传输模块12和所述探测模块13沿第二光路依次设置。

在一些实施例中，每个所述发射模块11具有至少一个用于发射脉冲激光束的所述第一光源111。所述第一光源111可以是激光器，不同类型的激光器适于产生不同波长的激光束。

在一些实施例中，所述激光雷达系统具有m个所述收发模块1，其中m≥2且m为正整数，m个所述收发模块1具有m个对应的所述发射模块11，每个所述发射模块11具有n个所述第一光源111，其中n≥2且n为正整数，每个所述发射模块11的n个所述第一光源111按照预设时序依次发射脉冲激光束；

m个所述发射模块11彼此对应的所述第一光源111形成n个光源发射组112，每个所述光源发射组112内包含有m个所述第一光源111，n个光源发射组112按照所述预设时序依次发射脉冲激光束。例如：当n取值为3，m取值为4时，如图4所示，所述激光雷达系统具有四个所述收发模块1，四个所述收发模块1具有四个对应的所述发射模块11，每个发射模块11具有三个所述第一光源111，每个发射模块11的三个所述第一光源111按照预设时序依次间隔发脉冲激光束；

四个所述发射模块11的所述第一光源111对应形成三个光源发射组112，每个光源发射组112有四个所述第一光源111，三个所述光源发射组112也满足按照所述预设时序依次间隔发射脉冲激光束。

更为具体地，每个发射模块11的n个第一光源111按照预设时序依次发射脉冲激光束，可以是指每个第一光源111(1，2，…，n)依次发射脉冲激光束，即每次仅有一个第一光源111发光。也可以指，将n个第一光源111间隔地分为两组，如第1，3，5，…个第一光源111为第一组，第2，4，6，…个第一光源111为第二组，每组第一光源111按照预设时序依次发射脉冲激光束。依此类推，也可以将n个第一光源111间隔地分为更多的组。

每个发射模块11的n个第一光源111按照预设时序依次发射脉冲激光束可以防止不同第一光源111的回波信号之间的相互干扰。但本发明并不限于以上发射形式，每个发射模块11的n个第一光源111也可以同时发射脉冲激光束。

在一些实施例中，结合图1、图2和图所示，所述激光雷达系统还包括至少一个扫描模块2，用于将多个所述收发模块1发出的脉冲激光束反射至三维空间，及用于将所述回波信号反射至对应的所述收发模块1；

所述扫描模块2位于多个所述收发模块1一侧，多个所述收发模块1的出射面均朝向所述至少一个扫描模块2，一个所述扫描模块2对应至少一个所述收发模块1，多个所述收发模块1与所述扫描模块2之间对应形成多个所述第一光路和多个所述第二光路。

在可能的实施方式中，如图1和图14所示，所述激光雷达系统可以包括四个所述收发模块1和一个所述扫描模块2，所述扫描模块2位于四个所述收发模块1的上部空间，四个所述收发模块1的出射面均朝向同一个所述扫描模块2，每个收发模块1对应探测一个子扫描视场，横向四个子扫描视场平行排布，通过视场拼接扩大水平视场的同时实现了较紧凑的光学结构。例如，每个收发模块1保证水平30度的扫描角，拼接后激光雷达系统的水平总视场能够达到120度。同理，若每个收发模块1保证水平15度的扫描角，拼接后激光雷达系统的水平总视场能够达到60度。

在可能的实施方式中，如图2所示，所述激光雷达系统也可以包括八个所述收发模块1和两个所述扫描模块2，所述扫描模块2位于所述收发模块1的上部空间，其中四个相邻的所述收发模块1的出射面均朝向同一个所述扫描模块2，另外四个相邻的所述收发模块1的出射面均朝向另一个所述扫描模块2，每个收发模块1对应探测一个子扫描视场，横向八个子扫描视场平行排布，可以实现更大的激光雷达系统总视场。需要说明的是，在其他实施例中，所述收发模块1的数目不限于四个或八个，亦可以为两个、三个、五个或六个等，所述扫描模块2的数目不限于一个或两个，还可以为更多。

在一些实施例中，所述第一光路可以为发射光路，所述第二光路可以为接收光路，结合图3和图5所示，在所述第一光路中，对于任意一个所述第一光路，所述发射模块11、所述光传输模块12和所述扫描模块2沿所述第一光路依次设置，所述发射模块11用于发射脉冲激光束，所述光传输模块12用于将所述发射模块11发射的脉冲激光束传输至所述扫描模块2，所述扫描模块2用于将所述光传输模块12传输的脉冲激光束反射至三维空间；

对于任意一个所述第二光路，所述扫描模块2、所述光传输模块12和所述探测模块13沿所述第二光路依次设置，所述扫描模块2用于将所述回波信号反射至所述光传输模块12，所述光传输模块12用于将所述回波信号传输至所述探测模块13，所述探测模块13用于接收并处理所述光传输模块12传输的回波信号。

在一些实施例中，所述扫描模块2可以为静电式振镜、电磁式振镜、压电式振镜、或电热式振镜等。所述扫描模块2还能够通过旋转或摆动改变其反射至三维空间的脉冲激光束的方向，从而对三维空间中的目标进行扫描。具体的，所述扫描模块2可以包括可动部211和驱动模块212，所述驱动模块212用于驱动所述可动部211周期性旋转或摆动。所述可动部211通过快轴和慢轴振动的叠加实现光栅扫描。对于单个所述第一光源111，如图6(a)所示，所述可动部211在快轴方向上振动时，能够实现光斑在x方向上的扫描，所述可动部211在慢轴方向上的振动能够实现光斑在y方向上的扫描，快慢轴周期性运动的叠加从而得到光斑的二维扫描轨迹线。即所述二维扫描轨迹线为周期性曲线。所述可动部211在x方向上完成一个快轴扫描周期后，下一个快轴扫描周期的起始点相对于上一个快轴扫描周期的起始点在y轴上会发生偏移，记为第一偏移量y_N。对于任意一条所述二维扫描轨迹线，相邻周期对应的所述二维轨迹线的起点间隔有所述第一偏移量。

在一些实施例中，多个所述第一光源111在所述激光雷达系统的垂直视场方向上间隔分布，对于任意一个所述发射模块11，相邻所述第一光源111的所述二维扫描轨迹线的起始位置间隔有第二偏移量。优选地，所述第二偏移量大于零，且所述第二偏移量不等于所述第一偏移量。需要说明的是，当所述发射模块11的第一光源111的数量≥3时，相邻所述第一光源形成的多个第二偏移量可以相等也可以不等。

在可能的实施方式中，如图5和图6所示，每个所述发射模块11包括两个垂直方向上间隔布置的第一光源111，即第一光源A与第一光源B。如图6(b)所示，由于第一光源A与第一光源B在垂直方向上有间隔，其在y方向上的扫描起始位置也对应有间隔所述第二偏移量，记为h，第一光源A和第一光源B的扫描轨迹线分别记作T_A和T_B，第一光源A和第一光源B各自的第一偏移量分别为y_A和y_B。作为优选的实施方式，y_A＝y_B，h＝y_A/2。需要说明的是，在其他实施例中，所述发射模块11的第一光源111数目不限于一个或二个，所述发射模块11的第一光源111数目还可以更多。通过合理设置所述第一光源111之间的间距，能够实现y方向上扫描线数的加密，减小扫描角度间隔，提高扫描分辨率。

在可能的实施方式中，激光雷达系统具有多个发射模块11(1，2，3…N)，多个所述发射模块11具有两组对应的所述光源发射组112，记为光源发射组A(A₁，A₂，A₃…A_N)和光源发射组B(B₁，B₂，B₃…B_N)，所述光源发射组A的所述第一光源111同时发射激光后，间隔预设时间所述光源发射组B的所述第一光源111再同时发射激光。例如：

第一时刻，光源发射组A同时发射激光脉冲，激光光束经所述光传输模块12传输至所述扫描模块2，由所述可动部211反射至目标物体(或障碍物)。脉冲激光束被目标物体(或障碍物)反射后的回波信号由所述可动部211入射通过所述光传输模块12入射至对应的探测模块13；

第二时刻，光源发射组B同时发射激光脉冲，其光束发射和接收路径分别与光源发射组A的路径相同，光源发射组B和光源发射组A通过间隔预设时间发射，避免多第一光源发出的光在反射接收时的相互干扰。所述探测模块13通过记录激光发射到接收到回波信号的时间差计算激光的飞行时间，从而得到该点待测物体的距离信息；

下一时刻，所述可动部211将激光反射至空间中下一点，探测模块13将得到此点的距离信息。配合所述可动部211的转动，重复该测量过程，从而完成对空间的扫描，得到整个探测范围内的点云信息。

需要说明的是，图3和图5中所述第一光路和第二光路的方向仅是为了示意性的说明各模块在光路中的相对位置及各模块所实现的功能，并不能用来限制在具体实施过程中各模块的实际位置，所述第一光路和所述第二光路的方向可以根据具体实施例作出适当的改变。

在一些实施例中，所述光传输模块12包括支撑单体120和多个传输子模块，所述支撑单体120用于支撑所述传输子模块，所述支撑单体120内设有适于光线通过的多个光通道；多个所述传输子模块沿所述光通道依次设置，用于按照预设光路传输光束。

在一些实施例中，如图7和图8所示，所述光通道包括第一光通道121、第二光通道122和第三光通道123，所述第一光通道121与所述第二光通道122间隔且平行设置，所述第一光通道121和所述第二光通道122分别与所述第三光通道123连通，所述第一光通道121和所述第二光通道122分别与所述第三光通道123呈第一预设夹角。所述第一光通道121和所述第三光通道123连通的一端与所述第二光通道122和所述第三光通道123连通的一端相对应。本实施例中，所述第一光通道121和所述第二光通道122分别与所述第三光通道123连通，有利于提高所述支撑单体120的内部空间利用率。

在一些实施例中，如图7所示，所述支撑单体120具有第一表面1201和第二表面1202，所述第一光通道121和第二光通道122分别贯通所述支撑单体120的所述第一表面1201和所述第二表面1202。所述第二表面1202上开设有凹槽形成所述第三光通道123，所述第三光通道123的一端贯通至所述第一表面1201。

在可能的实施方式中，如图8所示，所述支撑单体120具有第一表面1201，所述第一光通道121、所述第二光通道122和所述第三光通道123均为一端开口结构，所述第一光通道121、所述第二光通道122和所述第三光通道123的开口端均位于所述第一表面1201。

在一些实施例中，如图7和图8所示，所述传输子模块包括准直单元124、反射单元125和分光单元126；所述准直单元124设置于所述第一光通道121内，用于将光束调整为平行光束；所述反射单元125设置于所述第一光通道121与所述第三光通道123的连通处，用于反射所述准直单元124调整后的所述平行光束；所述分光单元126设置于所述第二光通道122与所述第三光通道123的连通处，用于透射所述反射单元125反射的平行光束，及反射所述回波信号。

在一些实施例中，如图7和图8所示，所述传输子模块还包括偏折单元127和会聚单元128，所述反射单元125、所述分光单元126和所述偏折单元127位于同一轴线；所述偏折单元127设置于所述第三光通道123内远离所述反射单元125的一端，用于偏折透射过所述分光单元126的平行光束，及用于接收并偏折所述平行光束的回波信号；所述会聚单元128设置于所述第二光通道122内，用于会聚所述分光单元126反射的回波信号，以供探测模块13接收。

根据发射光路与接收光路的光轴是否平行或重合，激光雷达系统通常可以分为非同轴系统和同轴系统。在一些实施例中，结合图3、图5、图7和图8所示，所述第一光路的一部分与所述第二光路的一部分平行或共轴。具体的，所述第一光路中介于所述准直单元124和所述反射单元125之间的部分与所述第二光路介于所述会聚单元128和所述分光单元126之间的部分平行，所述第一光路介于所述反射单元125和所述待测目标之间的部分与所述第二光路介于所述待测目标和所述分光单元126的部分共轴。

在一些实施例中，如图7和图8所示，所述准直单元124、所述反射单元125、所述分光单元126、所述会聚单元128和所述偏折单元127分别相对于其对应的光通道呈预定角度设置。在可能的实施方式中，所述准直单元124垂直于所述第一光通道121设置，所述反射单元125与所述第一光通道121呈60度夹角设置；所述分光单元126与所述第二光通道122呈60度夹角设置，所述会聚单元128垂直于所述第二光通道122设置；所述偏折单元127垂直于所述第三光通道123设置。

在一些实施例中，所述准直单元124可以为准直透镜，所述准直透镜可以由一个或一组(即多个)透镜组成。所述反射单元125可以为具有高反射比的反射镜，例如所述反射镜表面镀有反射膜以提高其反射率。

在一些实施例中，所述分光单元126可以为开孔反射镜、半透半反镜、偏振分光镜或采用镀膜方式的分光镜等。具体的，所述分光单元126为开孔反射镜，在第一光路中，所述平行光束经过所述开孔反射镜的小孔透射至所述偏折单元127，在第二光路中，所述回波信号经所述偏折单元127传输至所述开孔反射镜的小孔旁边的反射镜面，再由所述小孔周边的反射镜面反射至所述探测模块13。

在可能的实施方式中，所述偏折单元127可以为棱镜或具有高反射比的反射镜等。具体的，所述偏折单元127为楔形棱镜。所述楔形棱镜具有入射侧面、出射侧面和底面，所述入射侧面和所述出射侧面之间的夹角定义为楔角，所述楔角所对的平面为所述底面。激光光束从所述楔形棱镜的所述入射侧面射入，从所述出射侧面射出，出射光束将向所述底面进行偏折，偏折角的大小与所述楔形棱镜的折射率，棱镜的顶角和入射角有关。所述楔形棱镜的主截面为直角三角形或直角梯形，所述入射侧面、出射侧面和底面分别与所述楔形棱镜的主截面垂直。所述楔角跟所述楔形棱镜的材质有关，选不同的材质对应的角度会发生变化。优选的，所述楔角的度数为20度-60度。

在一些实施例中，所述支撑单体120内还可以设有多个安装孔，用于通过其他装置将多个所述光传输子模块固定于所述支撑单体120上。

在一些实施例中，所述支撑单体120可以为一体成型结构，如图9所示，或者，所述支撑单体120还可以包括第一子单体120a和第二子单体120b，所述第一子单体120a和所述第二子单体120b沿所述第一光路依次设置，所述第一子单体120a和所述第二子单体120b相连，如图10所示。相邻所述收发模块1的支撑单体120可以彼此相连成支撑体129，如图12所示。在其他实施例中，结合图10和图11所示，所述支撑单体120还可以包括第一子单体120a和第二子单体120b，所述第一子单体120a和所述第二子单体120b沿所述第一光路依次设置，相邻的所述第一子单体120a彼此相连成第一光学支架129a，同理，相邻的所述第二子单体120b彼此相连成第二光学支架129b，所述第一光学支架129a和所述第二光学支架129b彼此相连成支撑体129。

在一些实施例中，如图14所示，所述激光雷达系统还包括光学盖板4，所述光学盖板4安装于多个所述支撑单体120的第二表面1202，所述第三光通道123的侧壁具有用于安装所述光学传输子模块的敞口结构，所述光学盖板4部分或全部覆盖所述第三光学通道的敞口结构。所述光学盖板4为不透光材料。所述第三光通道123侧壁的敞口结构对应所述第三光学通道形成的凹槽。

在一些实施例中，如图15和16所示，所述会聚单元128包括过滤子单元1281和会聚子单元1282，所述过滤子单元1281沿所述第二光路设置于所述会聚子单元1282之前；所述过滤子单元1281用于透射分光单元126反射的脉冲激光束的回波信号、及过滤掉预设波长范围以外的光信号；所述会聚子单元1282用于会聚所述过滤子模块透射的脉冲激光束的回波信号。

在一些实施例中，如图15和16所示，所述会聚单元128还包括第一消光部件1283，所述第一消光部件1283设置于所述会聚子单元1282与所述探测模块13之间。具体的，所述第一消光部件1283可以为第一消光筒。所述第一消光筒呈渐缩结构，即所述第一消光筒靠近所述会聚子单元1282一端的横截面积大于所述第一消光筒远离所述会聚子单元1282一端的横截面积。具体的，所述渐缩结构可以为方斗状结构、锥状结构或漏斗状结构等。

在一些实施例中，所述会聚子单元1282可以为会聚透镜，所述会聚透镜可以由一个或一组(即多个)透镜组成。如图16所示，会聚透镜有两个透镜组成。

在一些实施例中，所述发射模块包括激光发射板113和固定件114，所述激光发射板113通过连接件与所述固定件114连接，所述多个第一光源111在第一方向上等间距设置于所述激光发射板113上，所述固定件114与所述支撑体129相连。其中，所述第一方向可以为激光雷达的竖直方向或垂直视场方向。更为具体地，在第一方向上等间距设置，可以是指在第一方向上成一条直线地等间距设置。也可以是指在与第一方向垂直的第二方向，即水平方向上相互错开，但相互之间的间距在第一方向上的投影距离相等。另外，多个第一光源111即可以排列成与第一方向平行的一条直线，也可以排列成与第一方向不平行的一条直线，还可以排列成二维阵列分布。在可能的实施方式中，所述固定件114还可以与所述支撑体129一体成型，或者所述固定件114还可以直接固定在激光雷达系统的壳体内侧底面。具体的，如图15所示，所述固定件114为长方体结构。

在一些实施例中，如图15、图17和图18所示，所述探测模块13包括接收装调子支架131和接收电路板132，所述接收装调子支架131设置于所述固定件114上，所述接收装调子支架131设有用于装调固定所述接收电路板132的第一安装部1311，所述接收电路板132与所述第一安装部1311连接。

所述接收电路板132上设有至少一个探测器133，所述探测器133设置于所述接收电路板132朝向激光雷达系统会聚单元128的一侧面。优选地，每个接收电路板132上设有与激光发射板上设置的多个第一光源数目相等的多个探测器133，且与多个第一光源的设置方式相对应，多个探测器在第一方向上等间距分布。具体地，所述探测器133可以为PIN光电传感器、雪崩光电二极管或者盖革模式雪崩光电二极管。在可能的实施方式中，如图19所示，多个所述探测模块13的多个所述接收装调子支架131还可以彼此相连为一个接收装调支架134。

在一些实施例中，所述探测模块13还包括遮光板135，所述遮光板135通过连接件安装于所述接收装调支架134远离所述支撑体129的一侧，用于防止系统杂散光干扰所述探测器133接收脉冲激光束的回波信号。

在一些实施例中，所述激光雷达系统还包括控制模块3，如图3所示，所述控制模块3分别与所述发射模块11、所述扫描模块2和所述探测模块13连接，用于分别控制所述发射模块11产生并发射脉冲激光束、控制所述扫描模块2旋转或摆动、及控制所述探测模块13接收并处理所述脉冲激光束的回波信号。

在一些实施例中，如图13所示，所述激光雷达系统还包括壳体5，用于容纳所述扫描模块2、所述收发模块1和所述控制模块3。

在一些实施例中，结合图13和图14所示，所述壳体5包括第一壳体51和第二壳体52，所述第一壳体51和所述第二壳体52密封连接形成第一容置空腔53，所述扫描模块2位于所述第一容置空腔53的上部，所述收发模块1位于所述第一容置空腔53的下部。

在一些实施例中，如图14所示，所述激光雷达系统还包括封装支架6，所述封装支架6安装于所述第一壳体51上部，所述封装支架6位于所述第一容置空腔53内，所述扫描模块2安装于所述封装支架6上。

在一些实施例中，结合图20-图25所示，所述扫描模块2包括扫描单元21和测角单元22，所述扫描单元21和所述测角单元22间隔第二预设距离，所述扫描单元21包括扫描基片210，所述测角单元22位于所述扫描基片210的一侧，所述扫描基片210包括可动部211，所述可动部211具有用于反射测角光束的第三面211a；

所述测角单元22包括第二光源220和接收组件221，所述第二光源220和所述接收组件221间隔第三预设距离，所述第二光源220的光出射方向朝向所述第三面211a，所述接收组件221的接收侧朝向所述第三面211a，所述第三面211a用于将所述第二光源220发出的光束反射至所述接收组件221。

在一些实施例中，如图23和图24所示，所述可动部211还具有用于反射扫描光束的第四面211b，所述第四面211b位于所述可动部211远离所述测角单元22的一侧。

在一些实施例中，如图24所示，所述测角单元22还包括光源固定件222，所述第二光源220为激光器，所述激光器固定于所述光源固定件222上，所述激光器的出射面与所述扫描基片210所在平面呈第二预设夹角；所述测角单元22还包括接收固定架223，所述接收固定架223具有第一安装面，所述接收组件221安装于所述第一安装面上，所述第一安装面与所述扫描基片210所在平面呈第三预设夹角。在其他实施例中，所述测角单元22可以不包括所述光源固定件和所述接收固定架，所述测角单元22仅包括测角支架224，如图25所示，所述测角支架224具有第二安装部2241和第三安装部，所述光源为激光器，所述激光器固定于所述第二安装部2241，所述激光器的出射面与所述扫描基片210所在平面呈第二预设夹角；所述第三安装部具有第二安装面，所述接收组件221安装于所述第二安装面，所述第二安装面与所述扫描基片210所在平面呈第三预设夹角。

在一些实施例中，所述接收组件221包括滤光片2211、转接板2212和位置传感器2213，所述转接板2212、所述位置传感器2213和所述滤光片2211沿远离所述第一安装面的方向依次设置，所述转接板2212与所述第一安装面连接。所述滤光片2211用于过滤掉预设波长范围以外的光信号。所述位置传感器2213为psd位置传感器2213，用于测定所述可动部211的位置坐标。同理，在可能的实施方式中，所述转接板2212、所述位置传感器2213和所述滤光片2211沿远离所述第二安装面的方向依次设置，所述转接板2212与所述第二安装面连接。采用psd位置传感器2213可以通过测量位移得到可动部211的空间坐标，从而减小芯片的运算量。

在一些实施例中，如图22和图25所示，所述接收组件221还包括第二消光部件225，所述第二消光部件225位于所述位置传感器2213朝向所述扫描基片210的一侧。具体的，所述第二消光部件225可以为第二消光筒，所述第二消光筒可以是筒壁相互平行的直筒，此外，优选地，所述第二消光筒也可以呈渐缩结构，即筒壁由底部向顶部逐渐收拢的筒，也就是说所述第二消光筒靠近所述扫描基片210一端的横截面积小于所述第二消光筒远离所述扫描基片210一端的横截面积。具体的，所述渐缩结构可以为方斗状结构、锥状结构或漏斗状结构等。

在一些实施例中，如图20所示，所述扫描模块2还包括封装壳23，所述封装壳23为一端开口的盒状结构，所述封装壳23具有第二容置空腔，所述扫描单元21设置于所述第二容置空腔内，所述测角单元22部分位于所述第二容置空腔内。在可能的实施方式中，所述测角单元22全部位于所述第二容置空腔内。

在一些实施例中，如图20所示，所述扫描模块2还包括封板24，所述封板24安装于所述封装壳23的开口一端，所述扫描单元21通过连接件安装于所述封板24朝向所述第二容置空腔内的一侧。通过所述封装壳23与所述封板24的配合，所述测角单元22和所述扫描单元21可以封装为一个集成度高的扫描模块2，且能够预先装调，便于安装和使用。

在一些实施例中，如图13所示，所述激光雷达系统还包括前窗7，用于透射所述扫描模块2反射的脉冲激光束及透射所述回波信号；

所述第一壳体51包括第一侧板511和第一底板512，所述第一侧板511与所述第一底板512呈第四预设夹角，所述前窗7安装于所述第一侧板511上，所述第一侧板511上设有镂空区域，所述前窗7覆盖所述镂空区域。所述前窗7与所述第一底板512也呈第四预设夹角，以防止所述出射光经前窗7反射的杂散光原路返回至所述壳体5内部，从而提高所述激光雷达系统的信噪比。在一些实施例中，所述前窗7可以为激光窗口镜，设置激光窗口镜可以保护扫描模块2免遭飞溅物和工作场所内其他危害的影响，激光窗口镜通常采用针对特定波长的激光高透的材料，并镀上增透膜以减少因反射而造成的损耗。

在一些实施例中，如图26所示，所述控制模块3包括控制电路板3131，所述控制电路板31通过连接件与所述支撑体129连接。所述控制电路板31位于所述接收装调支架134远离所述支撑体129的一侧，所述控制电路板31还可以通过连接件与所述接收装调支架134连接。具体的，所述激光雷达系统包括转接块9，所述控制电路板31的上部通过连接件穿过所述转接块9与所述支撑体129连接，所述接收装调支架134的底部设有至少一个支撑臂1341，所述支撑臂1341远离所述支撑体的一侧延伸，所述控制电路板31的下部通过连接件与所述支撑臂1341连接。

在一些实施例中，如图26所示，所述激光雷达系统还包括散热件8，所述散热件8位于所述第二壳体52与所述控制电路板31之间，所述散热件8分别与所述第二壳体52的内表面和所述控制电路板31接触。具体的，所述散热件8通过连接件安装于所述第二壳体52的内表面。在可能的实施方式中，所述散热件8可以为L形、N形、U形、H形、Z字形、回字形、蛇形或几字形中的任意一种或几种的组合。

在一些实施例中，结合图13和图14所示，所述激光雷达系统还可以包括防水底板10，所述防水底板10设置于所述壳体5的外侧底部，防止激光雷达系统在使用过程中水气从所述壳体5底部进入激光雷达系统内部，影响激光雷达系统的工作及降低激光雷达系统的使用寿命。

综上所述，本发明实施例的激光雷达系统，具有多个收发模块和至少一个扫描模块，多个所述收发模块水平并排设置，相邻所述收发模块间隔预设距离，所述扫描模块位于多个所述收发模块一侧，多个所述收发模块的出射面均朝向所述扫描模块，每个收发模块对应探测一个子扫描视场，多个所述子扫描视场通过视场拼接构成激光雷达系统的总视场，利用多个子扫描视场水平排布实现大视场拼接，增大了整个激光雷达系统的扫描视场。且本发明的扩大视场方法可最大限度的有效利用扫描模块的接收口径，保证激光雷达系统测远能力。

进一步地，每个所述发射模块具有多个用于发射脉冲激光束的光源，多个收发模块具有多个对应发射模块，每个所述发射模块包括多个垂直方向上间隔布置的光源，多个所述光源按照时序依次发射脉冲激光束，有效的提高了垂直视场的扫描轨迹线密度，并且本发明多光源采用分时间隔发射，有效的降低了接收光路的干扰。

进一步地，所述扫描模块可以包括二维振镜和驱动模块，所述驱动模块用于驱动所述二维振镜旋转或摆动。

进一步地，所述收发模块包括发射模块、光传输模块及探测模块，对于任意一个所述收发模块，所述发射模块、所述光传输模块和所述扫描模块沿第一光路依次设置，所述扫描模块、所述光传输模块和所述探测模块沿第二光路依次设置。所述光传输模块包括支撑单体和多个传输子模块，所述支撑单体用于支撑所述传输子模块，所述支撑单体内设有多个光通道；多个所述传输子模块沿所述光通道依次设置，用于按照预设光路传输光束。本发明的光传输模块有利于激光雷达系统的集成化，一个支撑单体内合理设置多个光通道有以利于提高所述支撑单体的内部空间利用率，减小激光雷达系统的体积。

进一步地，所述第一光路中介于所述准直单元和所述反射单元之间的部分与所述第二光路介于所述会聚单元和所述分光单元之间的部分平行，所述第一光路介于所述反射单元和所述待测目标之间的部分与所述第二光路介于所述待测目标和所述分光单元的部分共轴。利用激光雷达系统部分光路收发同轴，可以有效减小支撑单体的体积，便于激光雷达系统的小型化和集成化。

进一步地，本发明通过测角单元测量扫描单元的可动部旋转角度，具体采用psd位置传感器可以通过测量位移得到可动部的空间坐标，从而减小芯片的运算量。

进一步地，本发明激光雷达系统通过所述外壳与所述封板的配合，所述测角单元和所述扫描单元可以封装为一个独立式集成度高的扫描模块，且能够预先装调，便于在激光雷达系统中安装和使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：

收发模块，用于发射脉冲激光束以及接收所述脉冲激光束被待测目标反射后的回波信号；

至少一个扫描模块，用于将所述至少一个收发模块发射的脉冲激光束反射至三维空间，及用于将所述回波信号反射至对应的所述收发模块；

每个所述收发模块包括发射模块，所述发射模块具有多个间隔设置的第一光源，多个所述收发模块均朝向所述扫描模块发射脉冲激光束；

每个所述收发模块对应探测一个子扫描视场，所述子扫描视场通过视场拼接形成前向扫描总视场。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统具有m个所述收发模块，其中m≥2且m为正整数，m个所述收发模块具有m个对应的所述发射模块，每个所述发射模块具有n个所述第一光源，其中n≥2且n为正整数，每个所述发射模块的n个所述第一光源按照预设时序依次发射脉冲激光束。

3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，

所述扫描模块通过摆动将所述第一光源发射的脉冲激光束反射至三维空间，从而实现光栅式扫描，并得到每个所述第一光源的二维扫描轨迹线。

4.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述二维扫描轨迹线为周期性曲线。

5.根据权利要求4所述的激光雷达系统，其特征在于，对于任意一条所述二维扫描轨迹线，相邻周期对应的所述二维轨迹线的起点之间间隔第一偏移量。

6.根据权利要求5所述的激光雷达系统，其特征在于，多个所述第一光源在第一方向上等间距间隔分布，

对于任意一个所述发射模块，相邻所述第一光源的所述二维扫描轨迹线的起始位置之间间隔第二偏移量。

7.根据权利要求6所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第二偏移量大于零，且所述第二偏移量不等于所述第一偏移量。

8.根据权利要求2-7任意一项所述的激光雷达系统，其特征在于，一个所述扫描模块对应至少一个所述收发模块，多个所述收发模块与所述扫描模块之间对应形成多个第一光路和多个第二光路。

9.根据权利要求8所述的激光雷达系统，其特征在于，所述收发模块还包括光传输模块和探测模块，对于任意一个所述收发模块，所述发射模块和所述光传输模块沿所述第一光路依次设置，所述光传输模块和所述探测模块沿所述第二光路依次设置；

对于任意一个所述第一光路，所述发射模块、所述光传输模块和所述扫描模块沿所述第一光路依次设置，所述发射模块用于发射脉冲激光束，所述光传输模块用于将所述发射模块发射的脉冲激光束传输至所述扫描模块，所述扫描模块用于将所述光传输模块传输的脉冲激光束反射至三维空间；

对于任意一个所述第二光路，所述扫描模块、所述光传输模块和所述探测模块沿所述第二光路依次设置，所述扫描模块用于将所述回波信号反射至所述光传输模块，所述光传输模块用于将所述回波信号传输至所述探测模块，所述探测模块用于接收并处理所述光传输模块传输的回波信号。

10.根据权利要求9任意一项所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光传输模块包括支撑单体和多个传输子模块，

所述支撑单体用于支撑所述传输子模块，所述支撑单体内设有多个光通道；

多个所述传输子模块沿所述光通道依次设置，用于按照预设光路传输光束。

11.根据权利要求10所述的激光雷达系统，其特征在于，多个所述收发模块的所述支撑单体彼此相连形成支撑体。

12.根据权利要求11所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射模块包括激光发射板和固定件，所述激光发射板通过连接件与所述固定件连接，所述多个第一光源设置于所述激光发射板上，所述固定件与所述支撑体相连。

13.根据权利要求12所述的激光雷达系统，其特征在于：所述探测模块包括接收装调支架和接收电路板，所述接收装调支架设置于所述固定件上，所述接收装调支架设有用于装调固定所述接收电路板的安装部，所述接收电路板与所述安装部连接；

所述接收电路板上设有与所述激光发射板上设置的所述多个第一光源数目相等的多个探测器，所述多个探测器在第一方向上等间距分布。

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