CN115700398A - 一种多线激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多线激光雷达。多线激光雷达包括：光源；分光器件，设置在光源一侧；接收器，设置在分光器件的一侧，与分光器件所在方向垂直于光源与分光器件所在方向；透镜扫描镜组，设置在分光器件远离光源的一侧，用于透射光源发出的光，透镜扫描镜组为抛物面透射镜组。本发明实施例提供的多线激光雷达，能够实现有聚焦且有不同分辨率的连续扫描，提高多线激光雷达的扫描效果。

Description

一种多线激光雷达

技术领域

本发明实施例涉及雷达技术，尤其涉及一种多线激光雷达。

背景技术

雷达作为可探测目标的电子设备应用广泛，如激光雷达通过向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息。激光雷达的分辨率高，抗干扰能力强，广泛应用在民事和军事工业等领域。随着技术水平的不断提升，激光雷达如多线激光雷达的精确性等性能要求也越来越高。

目前，现有的多线激光雷达，通常是使用多棱镜或微机电振镜进行激光扫描，由于多棱镜的棱边对扫描的影响，存在多线激光雷达点云在每个转镜面的反射的探测光形成的点云不匹配的问题，并且微机电振镜的扫描视场角小，无法实现有聚焦且有不同分辨率的连续扫描，影响多线激光雷达的扫描效果。

发明内容

本发明实施例提供一种多线激光雷达，以实现有聚焦且有不同分辨率的连续扫描，提高多线激光雷达的扫描效果。

本发明实施例提供了一种多线激光雷达，包括：

光源；

分光器件，设置在光源一侧；

接收器，设置在分光器件的一侧，与分光器件所在方向垂直于光源与分光器件所在方向；

透镜扫描镜组，设置在分光器件远离光源的一侧，用于透射光源发出的光，透镜扫描镜组为抛物面透射镜组。

可选的，抛物面透射镜组包括至少两个抛物面透射镜，至少两个抛物面透射镜的相邻面贴合或有间距。

可选的，抛物面透射镜包括一个平整的侧面和一个抛物面，相邻面均为平整的侧面或均为抛物面。

可选的，光源的中心、分光器件的中心和透镜扫描镜组的中心均位于同一高度，接收器的高度低于分光器件的高度。

可选的，上述多线激光雷达还包括旋转平台，透镜扫描镜组设置在旋转平台上。

可选的，

旋转平台包括第一旋转平台和第二旋转平台，抛物面透射镜组包括第一抛物面透射镜和第二抛物面透射镜，第一旋转平台和第二旋转平台分别用于带动第一抛物面透射镜旋转和第二抛物面透射镜旋转，第一抛物面透射镜的旋转轴和第二抛物面透射镜的旋转轴均平行于光源发出光路的中心轴。

可选的，第一抛物面透射镜的旋转轴和第二抛物面透射镜的旋转轴均与光源发出光路的中心轴重合。

可选的，透镜扫描镜组为一组或多组。

可选的，透镜扫描镜组的外表面镀有增透膜。

可选的，接收器设置有封装滤波片。

本发明实施例提供的多线激光雷达，包括光源、分光器件、接收器和透镜扫描镜组，分光器件设置在光源一侧；接收器设置在分光器件的一侧，与分光器件所在方向垂直于光源与分光器件所在方向；透镜扫描镜组设置在分光器件远离光源的一侧，用于透射光源发出的光，透镜扫描镜组为抛物面透射镜组。本发明实施例提供的多线激光雷达，使用透镜扫描镜组，透镜扫描镜组为抛物面透射镜组，代替常见的扫描棱镜、平面反射镜、转镜等，实现多线多线激光雷达的扫描功能，利用凹面镜即抛物面透射镜的聚焦原理，可实现有聚焦且有不同分辨率的连续扫描。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的主视图；

图3是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的剖视图；

图4是本发明实施例提供的一种透镜扫描镜组的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种透镜扫描镜组的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的左视图；

图7是本发明实施例提供的另一种多线激光雷达的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的结构框图，图2是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的主视图，图3是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的剖视图，具体可以是图2所示多线激光雷达沿剖线AA＇进行剖切得到的一种剖视图。本实施例可适用于雷达探测等方面，结合图1、图2和图3，多线激光雷达包括：光源10、分光器件20、接收器30和透镜扫描镜组40；其中，分光器件20设置在光源10一侧；接收器30设置在分光器件20的一侧，与分光器件20所在方向垂直于光源10与分光器件20所在方向；透镜扫描镜组40设置在分光器件20远离光源10的一侧，用于透射光源10发出的光，透镜扫描镜组40为抛物面透射镜组。

示例性地，光源10可以是激光二极管，可以是同轴封装、也可以是贴片封装例如垂直腔面发射激光器，接收器30可以是探测器，探测器可以是雪崩光电二极管或者单光子雪崩二极管、光电倍增管等。分光器件20可以有一定角度如四十五度的斜面，分光器件20用于把发射光路和接收光路分开，如将光源10发出的光传输至透镜扫描镜组40，并将通过透镜扫描镜组40接收的光由分光器件20的斜面反射至接收器30。图1中方框之间的线段为光线的方向，光源10和接收器30分别位于分光器件20的互相垂直的方向的两侧。分光器件20可不旋转，透镜扫描镜组40可以绕着分光器件20和透镜扫描镜组40之间的光线的轴旋转。透镜扫描镜组40为抛物面透射镜组，代替常见的扫描棱镜、平面反射镜、转镜等，实现多线激光雷达的扫描功能，利用凹面镜即抛物面透射镜的聚焦原理，可实现有聚焦且有不同分辨率的连续扫描。

本实施例提供的多线激光雷达，包括光源10、分光器件20、接收器30和透镜扫描镜组40，分光器件20设置在光源10一侧；接收器30设置在分光器件20的一侧，与分光器件20所在方向垂直于光源10与分光器件20所在方向；透镜扫描镜组40设置在分光器件20远离光源10的一侧，用于透射光源10发出的光，透镜扫描镜组40为抛物面透射镜组。本实施例提供的多线激光雷达，使用透镜扫描镜组40，透镜扫描镜组40为抛物面透射镜组，代替常见的扫描棱镜、平面反射镜、转镜等，实现多线激光雷达的扫描功能，利用凹面镜即抛物面透射镜的聚焦原理，可实现有聚焦且有不同分辨率的连续扫描。

参考图1，可选的，上述多线激光雷达还包括激光视窗50，激光视窗50设置在透镜扫描镜组40远离光源10的一侧，用于透射透镜扫描镜组40传输的光。

具体的，多线激光雷达中的光源10发出的激光入射到透镜扫描镜组40后，透过多线激光雷达视窗50打到被测物体上，被被测物体漫反射，漫反射光经过多线激光雷达视窗50，入射到透镜扫描镜组40并通过分光器件20汇聚到接收器30。

参考图2，可选的，光源10的中心、分光器件20的中心和透镜扫描镜组40的中心均位于同一高度，接收器30的高度低于分光器件20的高度。

具体的，光源10的中心、分光器件20的中心和透镜扫描镜组40的中心均位于同一高度，这样设置能够保证光源10发出的光更加充分地通过分光器件20和透镜扫描镜组40。接收器30的高度低于分光器件20的高度，可在分光器件20设置有斜面如四十五度斜面时，保证分光器件20的斜面反射的光线尽可能多地反射至接收器30，从而被接收器30接收。

可选的，抛物面透射镜组包括至少两个抛物面透射镜41，至少两个抛物面透射镜41的相邻面贴合或有间距。

具体的，图4是本发明实施例提供的一种透镜扫描镜组的结构示意图，参考图3和图4，图3和图4所示的透镜扫描镜组40均包括两个抛物面透射镜41，图3所示的两个抛物面透射镜41的相邻面有间距，图4所示的两个抛物面透射镜41的相邻面贴合。至少两个抛物面透射镜41的相邻面可以贴合，具体可通过光学胶水等方式粘接到一起，也可以存在一定距离，或者存在空气间隙。并且在至少两个抛物面透射镜41的相邻面有间距时，间距固定或可调，间距大小可以根据实际需求调整，在此不做限定。

可选的，抛物面透射镜41包括一个平整的侧面和一个抛物面，相邻面均为平整的侧面或均为抛物面。

具体的，图5是本发明实施例提供的另一种透镜扫描镜组的结构示意图，结合图4和图5，图4和图5所示的两个抛物面透射镜41为相邻面均为平整的侧面的两种不同组合方式，图4所示的两个抛物面透射镜41的直角背对背设置，光源10发射的光线从左至右打到透镜扫描镜组40并透过透镜扫描镜组40。图5所示的透镜扫描镜组40可以看作是将图4中的一个抛物面透射镜41上下翻转180°形成，光源10发射的光线从左至右打到透镜扫描镜组40并透过透镜扫描镜组40。图4和图5所示的两个抛物面透射镜41的相邻面均为平整的侧面，相邻面也可均为抛物面，这样设置可在至少两个抛物面透射镜41的相邻面需要贴合时，能够充分贴合。并且抛物面透射镜41的尖角磨平如图4和图5所示，便于安装。

可选的，上述多线激光雷达还包括旋转平台60，透镜扫描镜组40设置在旋转平台60上。

具体的，图6是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的左视图，图7是本发明实施例提供的另一种多线激光雷达的剖视图，具体可以是图6所示多线激光雷达沿剖线BB＇进行剖切得到的另一种剖视图。结合图6和图7，多线激光雷达在实际运行过程中，旋转平台60可绕分光器件20和透镜扫描镜组40之间的光线的轴进行旋转，以带动透镜扫描镜组40旋转，从而达到扫描效果。

可选的，上述多线激光雷达还包括镜架，光源10、分光器件20和接收器30均设置在镜架上，旋转平台60位于镜架上；旋转平台60包括第一旋转平台61和第二旋转平台62，抛物面透射镜组包括第一抛物面透射镜42和第二抛物面透射镜43；第一旋转平台61用于带动第一抛物面透射镜42旋转，第二旋转平台62用于带动第二抛物面透射镜43旋转。

示例性地，镜架可以一体成型，光源10、分光器件20、接收器30、透镜扫描镜组40、激光视窗50都位于一体化成型的镜架上。参考图3和图6，实际运行过程中，第一旋转平台61和第二旋转平台62分别包括定子和转子，第一抛物面透射镜42和第二抛物面透射镜43安装在转子上，第一旋转平台61和第二旋转平台62转子的旋转轴可以相同也可以不同，所述第一抛物面透射镜的旋转轴和所述第二抛物面透射镜的旋转轴均平行于所述光源发出光路的中心轴。参考图3和图7，本实施例以第一旋转平台61和第二旋转平台62转子的旋转轴相同进行说明，第一旋转平台61和第二旋转平台62转子的转轴为旋转轴L，第一抛物面透射镜42和第二抛物面透射镜43在转子的带动下绕旋转轴L旋转。旋转轴L平行于光源发出光路的中心轴，此处需要说明的是，光源发出光路经过第一抛物面透射镜42和第二抛物面透射镜43时会发生一定折射，所以光源发出光路的中心轴并不等同于发射光路的中心轴，优选地，第一抛物面透射镜42的旋转轴和第二抛物面透射镜43的旋转轴均与光源发出光路的中心轴重合。第一抛物面透射镜42与第二抛物面透射镜43的旋转速度可以相同也可以不同(速度不同仅限于第一抛物面透射镜42与第二抛物面透射镜43不贴合的情况)，从而达到扫描效果。

具体的，光线经过第一抛物面透射镜42与第二抛物面透射镜43时，大部分光线会透射并发生一定折射，图7中的发射光路和接收光路仅为示意性说明，实际由于光线发生折射，发射光路和接收光路是弯折的，发射光路与接收光路在多线激光雷达的分光器件20、透镜扫描镜组40、激光视窗50以及被测物体之间的实际路径相同。多线激光雷达中的光源10发出的激光沿发射光路入射到透镜扫描镜组40后，透过多线激光雷达视窗50打到被测物体上，被被测物体漫反射，漫反射光沿接收光路经过多线激光雷达视窗50，入射到透镜扫描镜组40并通过分光器件20汇聚到接收器30。其中，接收光路中的漫反射光是沿发射光路中光源发出的光的逆方向返回，最终由分光器件20反射到接收透镜，并汇聚到接收器30。使用这种由第一抛物面透射镜42和第二抛物面透射镜43组成的抛物面透镜组，不存在转镜激光雷达中的转镜的棱边造成的激光雷达点云在每个转镜面的反射的探测光形成的点云不匹配的问题，并且也解决了微机电振镜的扫描视场角小的问题，并实现了有聚焦且有不同分辨率的连续扫描。由于抛物面透镜组相当于凹面透镜，因此越靠近凹面透镜主光轴方向，扫描的分辨率越小；越远离，发射光线相互之间的分离就越大，也就是说扫描的分辨率越大。点云中间稠密，边缘稀疏，像人眼一样，具有了对视野中心事物的聚焦功能。

可选的，透镜扫描镜组40为一组或多组。

示例性地，图6所示的透镜扫描镜组40为一组，透镜扫描镜组40也可以为多组，每组透镜扫描镜组40均可包括至少两个抛物面透射镜41，透镜扫描镜组40的组数具体可根据实际需求设置，在此不做限定。

可选的，透镜扫描镜组40的外表面镀有增透膜。

其中，在透镜扫描镜组40的外表面镀增透膜，可增强透镜扫描镜组40的表面入射光的光透射率，以使更多的光透过透镜扫描镜组40，即可增加光源10通过透镜扫描镜组40透射的光，也可增加通过透镜扫描镜组40透射的被探测物体漫反射的光。

可选的，接收器30设置有封装滤波片。

其中，接收器30可以是光电探测器，光电探测器上设置封装滤波片可提高信噪比。另外，接收器30可替代为集成接收器模块，光源10可以替代为集成光源模块。将常见的用来准直光源用的透镜扫描镜组40中的第一个面型合并，可节省一个光学元件。多线激光雷达还可包括接收透镜70、接收电路板以及电机，漫反射光经过多线激光雷达视窗50，入射到接收透镜70，从而汇聚到接收电路板带探测器上。抛物面透射镜41的尖角磨平，以便安装到电机，通过电机带动抛物面透射镜41旋转。

本实施例提供的多线激光雷达，包括光源10、分光器件20、接收器30、透镜扫描镜组40、多线激光雷达视窗50、旋转平台60和镜架，镜架可以一体成型，光源10、分光器件20、接收器30、透镜扫描镜组40、激光视窗50都位于一体化成型的镜架上。实际运行过程中，第一旋转平台61和第二旋转平台62均可绕分光器件20和透镜扫描镜组40之间的光线的轴进行旋转，第一旋转平台61和第二旋转平台62的旋转速度可以相同也可以不同，从而达到扫描效果。抛物面透射镜组包括第一抛物面透射镜42和第二抛物面透射镜43，不存在转镜激光雷达中的转镜的棱边造成的激光雷达点云在每个转镜面的反射的探测光形成的点云不匹配的问题，并且也解决了微机电振镜的扫描视场角小的问题，实现了有聚焦且有不同分辨率的连续扫描；并且多线激光雷达的结构较为简单，使用较少的器件即可实现上述效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种多线激光雷达，其特征在于，包括：

光源；

分光器件，设置在所述光源一侧；

接收器，设置在所述分光器件的一侧，与所述分光器件所在方向垂直于所述光源与所述分光器件所在方向；

透镜扫描镜组，设置在所述分光器件远离所述光源的一侧，用于透射所述光源发出的光，所述透镜扫描镜组为抛物面透射镜组。

2.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述抛物面透射镜组包括至少两个抛物面透射镜，至少两个所述抛物面透射镜的相邻面贴合或有间距。

3.根据权利要求2所述的多线激光雷达，其特征在于，所述抛物面透射镜包括一个平整的侧面和一个抛物面，所述相邻面均为所述平整的侧面或均为所述抛物面。

4.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述光源的中心、所述分光器件的中心和所述透镜扫描镜组的中心均位于同一高度，所述接收器的高度低于所述分光器件的高度。

5.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，还包括旋转平台，所述透镜扫描镜组设置在所述旋转平台上。

6.根据权利要求5所述的多线激光雷达，其特征在于，所述旋转平台包括第一旋转平台和第二旋转平台，所述抛物面透射镜组包括第一抛物面透射镜和第二抛物面透射镜，所述第一旋转平台和所述第二旋转平台分别用于带动所述第一抛物面透射镜和所述第二抛物面透射镜旋转，所述第一抛物面透射镜的旋转轴和所述第二抛物面透射镜的旋转轴均平行于所述光源发出光路的中心轴。

7.根据权利要求6所述的多线激光雷达，其特征在于，所述第一抛物面透射镜的旋转轴和所述第二抛物面透射镜的旋转轴均与所述光源发出光路的中心轴重合。

8.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述透镜扫描镜组为一组或多组。

9.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述透镜扫描镜组的外表面镀有增透膜。

10.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述接收器设置有封装滤波片。

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