CN115166692B - 激光雷达光路调节装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及雷达设备技术领域，提供一种激光雷达光路调节装置，其包括调节装置本体和转接件；调节装置本体具有调节工位，且调节工位中设置有连接件；转接件与连接件背离调节工位的一端可拆卸连接；转接件至少包括用于调节发射透镜的第一转接件和用于调节接收板的第二转接件；第一转接件、第二转接件可相互替换安装于连接件。该激光雷达光路调节装置具有操作调光简单、可巧妙运用于双机芯旁轴对射式激光雷达调光操作的优点。

Description

激光雷达光路调节装置

技术领域

本公开涉及激光雷达设备技术领域，尤其涉及一种激光雷达光路调节装置。

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应用价值，激光雷达一般都是由核心测距机芯和扫描装置组成。测距机芯一般由激光发射器、激光接收器、信号处理模块组成。测距的原理是利用飞行时间法(Time Of Flight，简称TOF)，通过给目标连续发送光脉冲，然后利用传感器接收从物体返回的光，通过计算光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离，从而进行3D成像。

现有专利CN202110932598.8提供了一种三维激光雷达光路调节方法，在调光过程中依据距离图、强度图和光斑图作为调光的判定标准(其中，距离图为激光雷达各通道接收到回波信号以后，生成的包含距离信息的三维图像；强度图为各通道接收到回波信号对应的幅值强度，跟光强成正比；光斑图是通过成像设备获得的目标板对应光斑形状图，包含形状和光斑在目标板的位置信息)，但是这种激光雷达光路调节方法仅适用于激光发射镜头与激光接收镜头沿竖向排布的激光雷达装置，而无法适应于像现有专利CN202210060316.4提供的双机芯旁轴对射形式(激光发射模块与激光接收模块沿同一水平高度排布)的激光雷达装置。

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，本公开提供了一种激光雷达光路调节装置。

本公开提供的激光雷达光路调节装置，其包括调节装置本体和转接件；

所述调节装置本体具有调节工位，且所述调节工位中设置有连接件；

所述转接件与所述连接件背离所述调节工位的一端可拆卸连接；

其中，所述转接件至少包括用于调节发射透镜的第一转接件和用于调节接收板的第二转接件；

所述第一转接件、所述第二转接件可相互替换安装于连接件。

在一种可能的设计中，所述第一转接件包括转接头和透镜调节头；

所述转接头分别与所述连接件、所述透镜调节头可拆卸连接；

所述透镜调节头具有用于夹装发射透镜的夹持部；

且所述透镜调节头能够通过所述夹持部与发射透镜固定连接。

在一种可能的设计中，所述夹持部为开设于所述透镜调节头中的夹装槽；

所述夹装槽开设于所述透镜调节头背对所述转接头的一侧，且所述夹装槽中涂设有粘固剂。

在一种可能的设计中，所述转接头包括相互连接呈L形的第一段体和第二段体；

其中，所述第一段体设有用于与所述连接件可拆卸连接的工位；

所述第二段体设有用于与所述透镜调节头可拆卸连接的工位。

在一种可能的设计中，所述第二转接件具有配合部；

所述第二转接件能够通过所述配合部与接收板中的调节工位对应配合连接，并能够调整所述接收板的安装位置。

在一种可能的设计中，所述第二转接件包括相互连接呈L形的第一转接段和第二转接段；

其中，所述第一转接段设置有用于与所述连接件可拆卸连接的工位；

所述第二转接段中开设有用于安装所述配合部的腰型孔。

另外，本公开还提供了一种激光雷达光路调节方法，适用于双机芯旁轴对射式激光雷达，其包括对双机芯旁轴对射式激光雷达中一个机芯执行以下步骤：

步骤S1，获取具有基准线的目标板上的光斑图、机芯各通道接收回波信号对应的幅值强度以及激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图，所述距离图包括各通道距离中心通道的距离信息；

步骤S2，调节机芯中的发射透镜直至所述光斑图满足第一预设条件；和/或，调节机芯的接收板直至所述幅值强度满足第二预设条件；和/或，调节机芯的接收板直至所述距离图满足第三预设条件。

在一种可能的设计中，在所述步骤S1之前还包括：

定义参考面并使机芯的发射方向、反射方向平行于所述参考面，以激光信号发射方向为x轴，以垂直于所述参考面的方向为z轴，以垂直于x轴和z轴的方向为y轴，建立三维坐标系；

在y轴和z轴形成的平面内放置目标板，根据机芯和所述目标板的距离和位置标定所述基准线，所述基准线与z轴平行。

在一种可能的设计中，所述第一预设条件包括：所述光斑图中光斑与所述基准线对准，且光斑形状满足预设要求；

调节机芯中的发射透镜直至所述光斑图满足第一预设条件包括：在三维坐标系内，调节所述发射透镜的位置和/或姿态直至光斑对准所述基准线；

所述第二预设条件包括：机芯的中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大；

调节机芯中的接收板直至所述幅值强度满足第二预设条件包括：在xz平面，调节所述接收板的位置，直至激光雷达中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大

所述第三预设条件包括：激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布；

调节机芯中的接收板直至所述幅值强度满足第三预设条件包括：在目标板的中心和边缘放置障碍物，在z轴方向，调节所述接收板的位置，直至激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布。

在一种可能的设计中，还包括对双机芯旁轴对射式激光雷达中另一个机芯同样执行所述步骤S1和所述步骤S2。

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光路调节装置，能够通过第一转接件调节发射透镜位姿的方式实现整形，而且整形调节过程中不会对激光的发射光路路径造成遮挡；还可以通过第二转接件调节接收板位姿的方式实现对准及中心通道、边缘通道的合焦调节。

该激光雷达光路调节装置通过第一转接件与第二转接件的相互替换使用，使其调光方式更加的灵活，可以满足对空间狭小、结构紧凑的双机芯旁轴对射式激光雷达的调光需求。

另外，本公开实施例提供还提供了一种激光雷达光路调节方法，该激光雷达光路调节方法可由上述激光雷达光路调节装置执行，具体操作简单、可巧妙运用于双机芯旁轴对射式激光雷达调光操作的优点。

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为现有技术中双机芯旁轴对射式激光雷达装置的结构示意图(不含上壳)；

图2为现有技术中双机芯旁轴对射式激光雷达装置中机芯的结构图；

图3为本公开实施例提供的激光雷达光路调节装置的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的激光雷达光路调节装置中的第一转接件的结构示意图；

图5为本公开实施例提供的激光雷达光路调节装置中的第一转接件的装配图；

图6为本公开实施例提供的激光雷达光路调节装置中的第二转接件的装配图；

图7为本公开实施例提供的激光雷达光路调节装置的使用状态图。

附图标记：1、调节装置本体；11、连接件；2、转接件；21、第一转接件；211、转接头；211a、第一段体；211b、第二段体；212、透镜调节头；212a、夹持部；22、第二转接件；221、配合部；222、第一转接段；223、第二转接段。

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。

现有技术中激光雷达的调光过程，需要调节的对象一般包括激光发射器、激光接收器以及用于固定这些部件的结构件，调光过程较为繁琐，而且对于现有技术中的双机芯旁轴对射式激光雷达装置(例如图1和图2所示)，由于其发射镜头与接收镜头沿同一水平高度排布于同一平面，而且机芯内部空间狭小、结构紧凑，现有技术中的调光工装及调光方法一般都无法适应。

鉴于此，本申请提供了一种激光雷达光路调节装置，尤其适用于现有技术中的双机芯旁轴对射式激光雷达装置。

结合图3至图6所示进一步详细说明，本公开实施例提供的激光雷达光路调节装置包括调节装置本体1和转接件2；调节装置本体1具有调节工位，且调节工位中设置有连接件11；转接件2与连接件11背离调节工位的一端可拆卸连接；其中，转接件2至少包括用于调节发射透镜的第一转接件21和用于调节接收板的第二转接件22；第一转接件21、第二转接件22可相互替换安装于连接件11。

该激光雷达光路调节装置在对双机芯旁轴对射式激光雷达调光使用时，可以先单独对其中的一个机芯进行调节，调光完成后再对另一个机芯进行调节。

调光时，可以先将第一转接件21安装于连接件11中，通过第一转接件21来对应调节激光雷达机芯中发射透镜的位姿，当发射透镜被调节装置本体1调节完成后，再将第二转接件22替换安装于连接件11，并通过第二转接件22来调节激光雷达机芯中接收板的位姿。

该激光雷达光路调节装置可以通过第一转接件21调节发射透镜位姿的方式实现整形，而且整形调节过程中不会对激光的发射光路路径造成遮挡；还可以通过第二转接件22调节接收板位姿的方式实现对准及中心通道、边缘通道的合焦调节。第一转接件21与第二转接件22的相互替换使用使该激光雷达光路调节装置的调光方式更加的灵活，可以满足对空间狭小、结构紧凑的双机芯旁轴对射式激光雷达的调光需求。

在一些具体的实施方式中，第一转接件21包括转接头211和透镜调节头212；转接头211分别与连接件11、透镜调节头212可拆卸连接；透镜调节头212具有用于夹装发射透镜的夹持部212a；且透镜调节头212能够通过夹持部212a与发射透镜固定连接。

具体的，结合图4进一步详细的说明，由于机芯中的发射透镜一般都是规格小巧、易在外力作用下产生位姿的微小变化。因此，将第一转接件21具体设置成分体可拆卸连接的转接头211和透镜调节头212，通过透镜调节头212中的夹持部212a来对机芯中的发射透镜进行固定连接，通过转接头211将透镜调节头212与连接件11可拆卸连接。这样当对发射透镜完成位姿调节后，可以将转接头211与透镜调节头212二者拆卸分离，而不将透镜调节头212与发射透镜进行分离，从而避免影响调光完成后对再发射透镜的位姿造成微小影响，从而可以进一步确保该激光雷达光路调节装置的调光精度效果。

在一些具体的实施方式中，夹持部212a为开设于透镜调节头212中的夹装槽；夹装槽开设于透镜调节头212背对转接头211的一侧，且夹装槽中涂设有粘固剂。

具体的，结合图4进一步详细的说明，夹装槽的槽宽可以具体设置成略大于发射透镜的厚度，而且在夹装槽的底槽壁及侧槽壁中均可以涂设粘固剂，通过粘固剂将透镜调节头212与发射透镜来固定粘接，不仅能够确保透镜调节头212与发射透镜之间牢固连接，而且粘固剂固化粘接的方式还可以在传递调节驱动力时确保驱动力均匀的作用于发射透镜，避免出现应力局部集中造成发射透镜损坏的问题。

在一些具体的实施方式中，转接头211包括相互连接呈L形的第一段体211a和第二段体211b；其中，第一段体211a设有用于与连接件11可拆卸连接的工位；第二段体211b设有用于与透镜调节头212可拆卸连接的工位。

具体的，结合图4和图5进一步详细的说明，将转接头211具体设置成呈L形的板条状，且第二段体211b与透镜调节头212可拆卸连接、第一段体211a与连接件11可拆卸连接，这样连接件11便能够以平行于机芯的发射端面、垂直于发射透镜的角度施力调节发射透镜的位姿。

上述转接头211具体设置方式，具有结构简单、可将发射透镜与连接件11垂直传动连接的优点。

在一些具体的实施方式中，第二转接件22具有配合部221；第二转接件22能够通过配合部221与接收板中的调节工位对应配合连接，并能够调整接收板的安装位置。

具体的，结合图6进一步详细的说明，可以将配合部221具体设置成连接螺钉或者连接销钉等部件，并将接收板中的调节工位对应设置成与之适配的螺孔或销孔，通过二者对应可拆卸插接方式便可实现通过第二转接件22将接收板与连接件11传动连接的功能。

上述配合部221的具体设置方式，具有结构简单、与接收板装配稳定、拆卸方便的优点。

在一些具体的实施方式中，第二转接件22包括相互连接呈L形的第一转接段222和第二转接段223；其中，第一转接段222设置有用于与连接件11可拆卸连接的工位；第二转接段223中开设有用于安装配合部221的腰型孔。

具体的，结合图6进一步详细的说明，将第二转接件22也具体设置成呈L形的板条状，且第一转接段222与连接件11可拆卸连接、第第二转接段223与接收板可拆卸连接，这样连接件11便能够以平行于接收板角度施力调节接收板的位姿。

上述第二转接件22具体设置方式，具有结构简单、可将接收板与连接件11平行传动连接的优点。

另外，本公开实施例还提供了一种激光雷达光路调节方法，适用于双机芯旁轴对射式激光雷达，其包括对双机芯旁轴对射式激光雷达中的一个机芯执行以下步骤：

步骤S1，获取具有基准线的目标板上的光斑图、机芯各通道接收回波信号对应的幅值强度以及激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图，距离图包括各通道距离中心通道的距离信息；

步骤S2，调节机芯的发射透镜直至光斑图满足第一预设条件；和/或，调节机芯的接收板直至幅值强度满足第二预设条件；和/或，调节机芯的接收板直至距离图满足第三预设条件。

该激光雷达光路调节方法可以具体通过本公开实施例上述提供的激光雷达光路调节装置来执行对双机芯旁轴对射式激光雷达的光路调节，通过调节装置本体1来驱动连接件11分别调节发射透镜及接收板的位姿(包括但不限于沿x、y、z轴的平移和旋转)，并利用成像相机观测获取上述光斑图、距离图等信息，通过调节发射镜头实现整形、通过调节接收板实现对中心通道准及边缘通道合焦。

为了实现对双机芯旁轴对射式激光雷达的发射器和接收器的光路精确对准，本领域技术人员设置优先调节发射透镜使得光斑图满足第一预设条件，然后调节接收板使得幅值强度满足第二预设条件，最后再调节接收板使得距离图满足第三预设条件。

与现有技术中激光雷达的调光方法相比，该激光雷达光路调节方法具有操作简单、可以灵活巧妙运用于双机芯旁轴对射式激光雷达的调光操作。

在一些具体的实施方式中，在步骤S1之前还包括：

定义参考面并使机芯的发射方向、反射方向平行于参考面，以激光信号发射方向为x轴，以垂直于参考面的方向为z轴，以垂直于x轴和z轴的方向为y轴，建立三维坐标系；

在y轴和z轴形成的平面内放置目标板，根据机芯和目标板的距离和位置标定基准线，基准线与z轴平行。

具体的，结合图2和图7进一步详细的说明，上述的参考面具体可以选设为水平面，上述三维坐标系中x轴、y轴、z轴的定义方向并非绝对要求，可以根据待调光的双机芯旁轴对射式激光雷达的实际安装位姿进行适用性更改。

在一些具体的实施方式中，第一预设条件包括：光斑图中光斑与基准线对准，且光斑形状满足预设要求；

调节机芯的发射透镜直至光斑图满足第一预设条件包括：在三维坐标系内，调节发射透镜的位置和/或姿态直至光斑对准基准线；

第二预设条件包括：机芯的中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大；

调节机芯的接收板直至幅值强度满足第二预设条件包括：在xz平面，调节接收板的位置，直至激光雷达中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大

第三预设条件包括：激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布；

调节激光雷达的接收板直至幅值强度满足第三预设条件包括：在目标板的中心和边缘放置障碍物，在z轴方向，调节接收板的位置，直至激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布。

在一些具体的实施方式中，还包括对双机芯旁轴对射式激光雷达中另一个机芯同样执行步骤S1和步骤S2。

值得说明的是，为了提高双机芯旁轴对射式激光雷达的点云线数，提升其测量能力，可以在对第二个机芯进行调光操作时，将其中心通道障碍物高度改变，人为的让第二个机芯调光障碍物与第一个机芯调光障碍物高度偏差半个通道，以使第二机芯的最终扫描点云线与第一机芯的扫描点云线存在一个角度差值，从而使两者点云线产错开不会重合，具有更多的点云线数、更好的测量能力。

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 (4)

1.一种激光雷达光路调节装置，其特征在于，包括：

调节装置本体(1)，具有调节工位，且所述调节工位中设置有连接件(11)；

转接件(2)，与所述连接件(11)背离所述调节工位的一端可拆卸连接；

其中，所述转接件(2)至少包括用于调节发射透镜的第一转接件(21)和用于调节接收板的第二转接件(22)；

所述第一转接件(21)、所述第二转接件(22)可相互替换安装于连接件(11)；

所述第一转接件(21)包括转接头(211)和透镜调节头(212)；

所述转接头(211)分别与所述连接件(11)、所述透镜调节头(212)可拆卸连接；

所述透镜调节头(212)具有用于夹装发射透镜的夹持部(212a)；

且所述透镜调节头(212)能够通过所述夹持部(212a)与发射透镜固定连接；

所述第二转接件(22)具有配合部(221)；

所述第二转接件(22)能够通过所述配合部(221)与接收板中的调节工位对应配合连接，并能够调整所述接收板的安装位置。

2.根据权利要求1所述的激光雷达光路调节装置，其特征在于，所述夹持部(212a)为开设于所述透镜调节头(212)中的夹装槽；

所述夹装槽开设于所述透镜调节头(212)背对所述转接头(211)的一侧，且所述夹装槽中涂设有粘固剂。

3.根据权利要求2所述的激光雷达光路调节装置，其特征在于，所述转接头(211)包括相互连接呈L形的第一段体(211a)和第二段体(211b)；

其中，所述第一段体(211a)设有用于与所述连接件(11)可拆卸连接的工位；

所述第二段体(211b)设有用于与所述透镜调节头(212)可拆卸连接的工位。

4.根据权利要求1所述的激光雷达光路调节装置，其特征在于，所述第二转接件(22)包括相互连接呈L形的第一转接段(222)和第二转接段(223)；

其中，所述第一转接段(222)设置有用于与所述连接件(11)可拆卸连接的工位；

所述第二转接段(223)中开设有用于安装所述配合部(221)的腰型孔。

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