CN114636985A - 一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种激光雷达。包括：发射组件；多面转镜，位于激光的出射光路上，用于反射激光；接收组件，用于接收经目标反射回的光信号；以及控制组件，与所述多面转镜连接，用于控制所述多面转镜在垂直方向上转动以改变激光的出射角度；还用于控制所述发射组件、多面转镜以及接收组件在水平方向上转动。通过设置多面转镜以及控制组件，多面转镜位于激光的出射光路上，通过控制组件控制多面转镜转动从而改变激光在多面转镜上的入射角度，进而可以改变激光的出射角度，实现较大垂直视场的扫描，可以有效降低激光发射单元的数量，从而降低激光雷达的生产成本，且有利于激光雷达的轻量化生产。

Description

一种激光雷达

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种激光雷达。

背景技术

激光雷达是一种以发射激光束探测目标的距离、方位等特征量的雷达系统。因其可以得到目标的三维信息，其具有抗干扰能力强、分辨率高等优点，因此，在自动驾驶和机器人领域占据了重要的地位。

传统的机械扫描多线激光雷达一般采用多个激光发射单元来实现多个发射角度的测量，从而导致激光扫描雷达成本高，结构复杂。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的激光雷达采用多个激光发射单元来实现多个发射角度的测量，从而导致激光扫描雷达成本高，结构复杂的缺陷，从而提供一种激光雷达。

为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案为：

一种激光雷达，包括：

发射组件，用于发射激光；

多面转镜，位于激光的出射光路上，用于反射激光；

接收组件，用于接收经目标反射回的光信号；以及，

控制组件，与所述多面转镜连接，用于控制所述多面转镜在垂直方向上转动以改变激光的出射角度；还用于控制所述发射组件、多面转镜以及接收组件在水平方向上转动。

可选的，所述发射组件设置有至少一个；所述发射组件包括：

激光光源，用于发射激光；

第一镜组，位于激光光源与多面转镜之间的光路上，用于对入射到所述多面转镜上的激光光束进行准直和/或聚焦。

可选的，还包括第二镜组，位于所述多面转镜的出射光路上，用于对经所述多面转镜反射后的激光光束进行准直。

可选的，所述多面转镜包括偶数个反射面，所述反射面配合围成多边形棱柱。

可选的，所述激光的直径小于等于所述反射面大小。

可选的，所述多面转镜中，相对的两个反射面与多面转镜轴线的夹角相同，相邻两个反射面的夹角大于或等于90°。

可选的，所述接收组件包括依次设置在接收光路上的接收镜组以及接收器件，所述接收器件包括至少一个接收单元。

可选的，所述接收镜组包括至少一片用于收集信号激光的光学透镜，所述接收镜组的光轴与所述多面转镜轴线垂直。

可选的，所述接收器件位于接收镜组的焦平面处，所述接收单元包括多个光敏器件，所述光敏器件用于将光信号转化为电信号。

可选的，所述激光雷达还包括防护罩组件，所述发射组件、多面转镜、控制组件以及接收组件置于所述防护罩内。

本发明提供的激光雷达，通过设置多面转镜以及控制组件，多面转镜位于激光的出射光路上，通过控制组件控制多面转镜转动从而改变激光在多面转镜上的入射角度，进而可以改变激光的出射角度，实现较大垂直视场的扫描，可以有效降低激光发射单元的数量，从而降低激光雷达的生产成本，且有利于激光雷达的轻量化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的实施例1中的激光雷达的结构示意图；

图2为本发明的实施例1中的六面转镜的动作示意图；

图3为本发明的实施例2中的激光雷达的结构示意图；

图4为本发明的实施例2中的D型透镜的结构示意图；

图5为本发明实施例3的结构示意图。

附图标记说明：

1、发射组件；2、多面转镜；3、第一电机；4、码盘；5、编码器；6、接收镜组；7、接收器件；8、第二电机；9、防护罩；11、压缩柱面镜；12、第二镜组。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

请一并审阅图1-2，本实施例涉及一种激光雷达，包括发射组件1、多面转镜2、控制组件以及接收组件。

其中，发射组件1用于发射激光，多面转镜2位于激光的出射光路上，多面转镜2具有轴线，控制组件与多面转镜2连接，控制组件用于驱动多面转镜2在垂直方向上绕轴线转动从而改变激光的出射角度，接收组件用于接收经目标反射回的光信号，控制组件还用于控制发射组件1、多面转镜2以及接收组件在水平方向上转动。更具体的，控制组件可以通过驱动旋转组件，通过旋转组件与发射组件1、多面转镜2、控制组件以及接收组件同时装配，用于驱动所述发射组件1、多面转镜2、控制组件以及接收组件转动。本实施例的激光雷达，通过设置多面转镜以及控制组件，多面转镜位于激光的出射光路上，通过控制组件控制多面转镜转动从而改变激光在多面转镜上的入射角度，进而可以改变激光的出射角度，实现较大垂直视场的扫描，可以有效降低激光发射单元的数量，从而降低激光雷达的生产成本，且有利于激光雷达的轻量化生产。

需要说明的是，本实施例中通过将发射组件1和接收组件分开设置，结合使用多面转镜2，使得激光雷达进行轻量化生产，并且可以进一步提高激光雷达的转速。

在本实施例中，接收组件的接收光轴和发射组件1的发射光轴平行设置，旋转组件通过控制组件驱动带动发射组件1、多面转镜2、控制组件以及接收组件实现360度旋转。

为提高雷达的垂直分辨率，作为可选的，发射组件1可以设置一个或多个。发射组件1包括激光光源以及第一镜组，激光光源用于发射激光，第一镜组可以是一片或者多片准直透镜，设置于发射组件1的镜筒内。第一镜组位于激光光源与多面转镜2之间的光路上，第一镜组用于将激光进行准直。

在本实施例中，发射组件1设置为一个，激光光源为光纤激光器，相较于半导体激光器，光纤激光器具有较小发散角，易于透镜准直的优点。激光光源发出激光后经第一镜组准直后，再射入至多面转镜2，形成一定角度的扫描光束后再射出。

多面转镜2通常包括偶数个反射面，且各反射面配合围成多边形棱柱，优选的，在多面转镜2中，相对的两个反射面与轴线的夹角相同，相邻的两个反射面的夹角大于90°。

在本实施例中，多面转镜2具有六个反射面，六个反射面配合围成一六边形棱柱，六面夹角为120度，激光光束的直径小于多面转镜2的反射面的宽度，从而保证出射激光完全被反射面反射，且在初始位置时，出射激光射向多面转镜2其中一个反射面的中心，且与该面的法线成45°夹角。

在本实施例中，控制组件包括第一电机3、码盘4以及编码器5，第一电机3与多面转镜2相装配，用于控制多面转镜2绕轴线旋转。码盘4固定在第一电机3的转子上，码盘4的部分外周位于编码器5的读数区，码盘4能够在第一电机3驱动下相对于编码器5转动，从而改变位于所述编码器5的读数区内的码盘4的刻度信号，刻度信号可以反映多面转镜2的扫描角度和角速度。

具体的，接收组件包括依次设置在接收光路上的接收镜组6以及接收器件7，接收器件7包括至少一个接收单元。

接收镜组6包括三片光学透镜，用于聚焦收集信号激光，三片光学透镜的接收视场均为±15度，接收镜组6光轴与六面转镜轴线垂直，接收镜组6置于遮光筒内，遮光筒用于遮挡杂散光。码盘4转动，扫描角度为±15度时，对应最边缘光敏器件分别接收到信号激光。

接收器件7置于接收镜组6焦平面处，接收单元包括多个光敏器件，其中，光敏器件用于将光信号转化为电信号。在本实施例中，接收单元包括一个1*16阵列光敏器件，用于将光信号转化为电信号，不同光敏器件对应所述六面转镜的不同扫描角度。阵列光敏器件尺寸包含经过接收镜组6聚焦的信号激光范围。本实施例利用一个简单轻薄的多面转镜2实现发射激光的扫描，阵列光敏器件进行接收，结构简单，成本低廉，并可以提高扫描速率。

在具体的实施例中，旋转组件包括第二电机8，以驱动发射组件1、多面转镜2、接收组件实现360度旋转。

在本实施例中，激光雷达还包括防护罩9，发射组件1、多面转镜2、控制组件、接收组件以及旋转组件置于所述防护罩9内。准直后的单束激光扫描形成一定角度的扫描光束，由防护罩9射出；由目标反射回的不同角度的信号激光经过防护罩9由所述接收镜组6接收投射向所述接收器件7对应的接收单元。

实施例2

请一并审阅图3-4，本实施例涉及一种激光雷达，本实施例与实施例1的区别之处主要在于，在本实施例中，激光雷达包括两个发射组件1，多面转镜2为包括四个反射面的四边棱柱，接收单元包括两个一维阵列光敏器件，接收镜组6包括三片D形或者鼓形光学透镜，图4为接收镜组6为D型透镜的结构示意图。

其中，激光光源经第一镜组后，出射光束直径小于多面转镜2反射面，分别射向多面转镜2不同面的中心，两束出射光束与棱镜平面分别成2度夹角，与且与对应反射面的法平面成45度夹角。

多面转镜2的四面夹角为90度，用于反射发射光束。

接收镜组6包括三片D形或者鼓形光学透镜，使得四面转镜与接收光轴接近，用于聚焦收集信号激光，并且减小盲区，接收视场为±15度，接收镜组6光轴与四面转镜轴线垂直，接收镜组6置于遮光筒内，遮光筒用于遮挡杂散光。

本实施例中，接收单元包括两个1*16左右并排放置的阵列光敏器件，用于将光信号转化为电信号，两列阵列光敏器件分别对应两束出射激光，左侧激光对应右侧阵列光敏器件，右侧激光对应左侧阵列光敏器件每个阵列光敏器件的光敏器件对应四面转镜的不同扫描角度。阵列光敏器件尺寸包含经过接收镜组6聚焦的信号激光范围。

实施例3

与上述两个实施例不同的是，本实施例中第一镜组至少包括设置于发射组件1的镜筒内的准直透镜和压缩柱面镜11，激光光束通过准直透镜准直后，再通过压缩柱面镜对入射到多面转镜2的光束进行聚焦，使得出射光束直径小于多面转镜2的反射面，以保证入射到多面转镜2的反射面上的光束直径最小。

可选择的，还可以包括第二镜组12，位于多面转镜2的出射光路上，用于对经多面转镜2反射后的激光进行准直。激光经过多面转镜2反射后，光束再通过第二镜组12，将经压缩柱面镜11聚焦的光束还原成发散角小的平行光束，最终得到发散角较小的出射光束。需要说明的是，第二镜组12可以是一片或者多片准直柱面镜。

通过本实施例中设置的多个镜组，激光光源可以通过多个镜组调整入射到多面转镜2上光斑大小和经多面转镜2出射的光束发散角大小，使得本实施例可以不受限于激光光源特性。

在其他一些实施例中，考虑到激光光源特性，第一镜组可以只包括压缩柱面镜11，用于对激光光源发出的激光进行聚焦后入射到多面转镜2的反射面，以保证入射到多面转镜2的反射面上的光束直径最小。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：

发射组件，用于发射激光；

多面转镜，位于激光的出射光路上，用于反射激光；

接收组件，用于接收经目标反射回的光信号；以及，

控制组件，与所述多面转镜连接，用于控制所述多面转镜在垂直方向上转动以改变激光的出射角度；还用于控制所述发射组件、多面转镜以及接收组件在水平方向上转动。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射组件设置有至少一个；所述发射组件包括：

激光光源，用于发射激光；

第一镜组，位于激光光源与多面转镜之间的光路上，用于对入射到所述多面转镜上的激光光束进行准直和/或聚焦。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，还包括第二镜组，位于所述多面转镜的出射光路上，用于对经所述多面转镜反射后的激光光束进行准直。

4.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述多面转镜包括偶数个反射面，所述反射面配合围成多边形棱柱。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述激光的直径小于等于所述反射面大小。

6.根据权利要4或5所述的激光雷达，其特征在于，所述多面转镜中，相对的两个反射面与多面转镜轴线的夹角相同，相邻两个反射面的夹角大于或等于90°。

7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述接收组件包括依次设置在接收光路上的接收镜组以及接收器件，所述接收器件包括至少一个接收单元。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述接收镜组包括至少一片用于收集信号激光的光学透镜，所述接收镜组的光轴与所述多面转镜轴线垂直。

9.根据权利要求7或8所述的激光雷达，其特征在于，所述接收器件位于接收镜组的焦平面处，所述接收单元包括多个光敏器件，所述光敏器件用于将光信号转化为电信号。

10.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括防护罩组件，所述发射组件、多面转镜、控制组件以及接收组件置于所述防护罩内。

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