CN205749898U - 多线激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多线激光雷达，包括固定部、旋转部和旋转机构；所述旋转部通过所述旋转机构与所述固定部连接；所述旋转部包括相互连接的距离测量系统和FPGA主控系统；所述固定部包括依次连接的角度测量系统、FPGA数据集成系统以及输出装置；所述FPGA数据集成系统和所述FPGA主控系统形成所述多线激光雷达的控制系统；所述旋转机构内设置有无线通信系统；所述FPGA主控系统通过所述无线通信模块与所述FPGA数据集成模块进行通信连接。通过将控制系统中的FPGA主控系统和FPGA数据集成系统单独设置且分别设置在旋转部和固定部，有利于提高系统的稳定性。

Description

多线激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光探测技术领域，特别是涉及一种多线激光雷达。

背景技术

“雷达”是一种利用电磁波探测目标的位置的电子装置，主要用于探测目标的距离、速度、角位置等运动参数。雷达包括超声波雷达、微波雷达以及激光雷达。激光雷达是利用激光光波来完成探测任务。传统的激光雷达多应用于定点测量。传统的多线激光雷达的稳定性较差。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种稳定性较好的多线激光雷达。

一种多线激光雷达，包括固定部、旋转部和旋转机构；所述旋转部通过所述旋转机构与所述固定部连接；所述旋转部包括相互连接的距离测量系统和FPGA主控系统；所述固定部包括依次连接的角度测量系统、FPGA数据集成系统以及输出装置；所述FPGA数据集成系统和所述FPGA主控系统形成所述多线激光雷达的控制系统；所述旋转机构内设置有无线通信系统；所述FPGA主控系统通过所述无线通信模块与所述FPGA数据集成模块进行通信连接。

在其中一个实施例中，所述旋转部包括支架；所述距离测量系统包括激光发射阵列和激光接收阵列；所述激光发射阵列和所述激光接收阵列分别固定在所述支架的两侧且由所述支架分隔开来。

在其中一个实施例中，所述距离测量系统还包括发射准直光学系统和激光接收聚焦系统；所述发射准直光学系统设置在所述激光发射阵列的出射光侧，用于对激光发射阵列发射的多束激光进行准直；所述激光接收聚焦系统设置在所述激光接收阵列的入射光侧，用于对由目标物体反射的各路激光回波进行聚焦。

在其中一个实施例中，所述发射准直光学系统包括准直发射镜头；所述激光接收聚焦系统包括聚焦接收镜头；所述准直发射镜头和所述聚焦接收镜头均固定在弧形曲面上。

在其中一个实施例中，所述准直发射镜头所构成的弧形与所述聚焦接收镜头所构成的弧形的圆心相同，且所述准直发射镜头和所述聚焦接收镜头均在圆心角30度范围内。

在其中一个实施例中，所述发射准直光学系统还包括沿所述激光发射阵列的发射方向依次同轴排列的第三透镜、第二透镜和第一透镜；所述第三透镜为正弯月透镜且所述第三透镜的曲面朝所述激光发射阵列所在位置弯曲；所述第二透镜为负弯月透镜且所述第二透镜的曲面朝所述激光发射阵列的射出方向弯曲；所述第一透镜为正弯月透镜，且所述第一透镜的曲面朝所述激光发射阵列的射出方向弯曲。

在其中一个实施例中，所述激光接收聚焦系统还包括沿入射方向依次同轴排列的第四透镜、第五透镜和第六透镜；所述第六透镜为正弯月透镜且所述第六透镜的曲面朝所述激光发射阵列所在位置弯曲；所述第五透镜为负弯月透镜且所述第五透镜的曲面朝所述激光发射阵列的射出方向弯曲；所述第四透镜为正弯月透镜，且所述第四透镜的曲面朝所述激光发射阵列的射出方向弯曲。

在其中一个实施例中，所述距离测量系统还包括接收光路系统和发射光路系统；所述发射光路系统设置在所述激光发射阵列和所述发射准直光学系统之间，用于控制所述多束激光沿平行于出射光的方向射出；所述接收光路系统设置在所述激光接收阵列和所述激光接收聚焦系统之间，用于控制所述多束激光回波沿入射方向输出至所述激光接收阵列。

在其中一个实施例中，所述发射光路系统包括平行设置的第一光学镜片和第二光学镜片；所述第一光学透镜和所述第二光学透镜的反射面朝所述激光发射阵列设置。

在其中一个实施例中，所述接收光路系统包括平行设置的第三光学镜片和第四光学镜片；第三光学镜片与所述第一光学镜片垂直设置；所述第三光学透镜和所述第四光学透镜的反射面朝所述激光接收阵列设置。

上述多线激光雷达，FPGA主控系统与距离测量系统连接且设置在旋转部，FPGA数据集成系统和角度测量系统、输出装置连接且设置在固定部。FPGA主控系统通过旋转机构中的无线通信系统与FPGA数据集成系统进行通信连接，从而形成多线激光雷达的控制系统。通过将控制系统中的FPGA主控系统和FPGA数据集成系统单独设置且分别设置在旋转部和固定部，有利于提高系统的稳定性。

附图说明

图1为一实施例中的多线激光雷达的结构框图；

图2为一实施例中的多线激光雷达的具体结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2中的多线激光雷达的发射光路和接收光路的示意图；

图5为图2中的发射准直光学系统的结构示意图；

图6为图2中的激光接收聚焦系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为一实施例中的多线激光雷达的结构框图。该多线激光雷达包括旋转部200、固定部300和旋转机构400。旋转部200通过旋转机构400与固定部300连接。其中，旋转部200包括相互连接的距离测量系统210和FPGA主控系统220。固定部300则包括相互连接的角度测量系统310、FPGA数据集成系统320和输出装置330。FPGA主控系统220和FPGA数据集成系统320形成多线激光雷达的控制系统。旋转机构400内设置有带能量的无线通信系统410。FPGA主控系统220通过无线通信系统与FPGA数据集成系统320进行通信连接。

上述多线激光雷达，FPGA主控系统220与距离测量系统210连接且设置在旋转部200，FPGA数据集成系统320和角度测量系统310、输出装置330连接且设置在固定部300。FPGA主控系统220通过旋转机构400中的无线通信系统410与FPGA数据集成系统320进行通信连接，从而形成多线激光雷达的控制系统。通过将控制系统中的FPGA主控系统220和FPGA数据集成系统320单独设置且分别设置在旋转部200和固定部300，有利于提高系统的稳定性。

在本实施例中，距离测量系统210包括激光发射阵列212、发射准直光学系统214、激光接收聚焦系统216以及激光接收阵列218。激光发射阵列212和激光接收阵列218分别与FPGA主控系统220连接。激光发射阵列212用于发射多路脉冲激光(4路、8路、16路、32路、64路)。多路激光的路数可以根据需要设置，如设置成偶数路。发射准直光学系统214设置在激光发射阵列212的出射光侧。发射准直光学系统214用于对激光发射阵列212发射的多路激光进行准直。激光接收聚焦系统216设置在激光接收阵列218的入射光侧。激光接收聚焦系统216用于对由目标物体反射的各路激光回波进行聚焦后输出给激光接收阵列218。激光接收阵列218用于接收经过激光接收聚焦系统216聚焦后的多路激光回波。通过对入射光进行聚焦，并对出射光进行准直，有利于提高测量的精确度。FPGA主控系统210用于对激光发射阵列212和激光接收阵列218进行控制。FPGA主控系统210还用于根据接收到的多路激光回波确定测量数据(距离信息)。

角度测量系统310用于对旋转部200的旋转角度进行测量并输出给FPGA数据集成系统320。角度测量系统310可以采用本领域常用的高精度旋转角度测量系统来实现。FPGA数据集成系统320用于接收角度测量系统310输出的角度信息和FPGA主控系统220输出的距离信息，从而生成带角度的测量数据后通过输出装置330输出。输出装置330可以为多路激光测距数据输出接口，也可以为能够进行直观显示的显示装置。

图2为一实施例中的多线激光雷达的具体结构示意图，图3为图2的俯视图。在本实施例中，旋转部200包括支架230。激光发射阵列212和激光接收阵列218分别固定在支架230的两侧且由支架230分隔开来。并且，激光发射阵列212中的多个激光发射器和激光接收阵列218中的多个激光接收器均沿支架230竖向间隔排列。在本实施例中，多个激光发射器和多个激光接收器所在的支架面均为弧形曲面。激光发射阵列212的出射光和激光接收阵列218的入射光之间的夹角呈90度。距离测量系统210还包括发射光路系统和接收光路系统。发射光路系统设置在激光发射阵列212和发射准直光学系统214之间。发射光路系统用于控制多路激光沿平行于激光发射阵列212的出射光方向射出。具体地，发射光路系统包括第一光学透镜242和第二光学透镜244。第一光学透镜242和第二光学透镜244平行设置，并且与激光发射阵列212的出射光呈45度夹角。同时，第一光学透镜242和第二光学透镜244的反射面朝激光发射阵列212设置。接收光路系统则设置在激光接收聚焦系统216和激光接收阵列218之间。接收光路系统用于控制多路激光沿激光回波的反射方向输出至激光接收阵列218。具体地，接收光路系统包括第三光学透镜252和第四光学透镜254。第三光学透镜252和第四光学透镜254平行设置，并且与激光接收阵列218的入射光呈45度夹角。第三透镜252和第四光学透镜254的反射面朝激光接收阵列218设置。发射光路和接收光路的示意图如图4示。激光发射阵列212中的多个激光发射器发射的激光经装在激光发射阵列212前面的第一光学镜片242反射90°后入射到安装在第一光学镜片242前面的第二光学镜片244。经第二光学镜片244反射90°后入射到发射准直光学系统214，经过发射准直光学系统214准直后直接入射到目标物体(或探测物体)。经探测物体反射后入射到激光接收聚焦系统216，经过激光接收聚焦系统216聚焦后入射到第三光学镜片252，经第三光学镜片252反射90°后入射到第四光学镜片254，经第四光学镜片254反射90°后入射到激光接收阵列218。在本实施例中，第一光学镜片242、第二光学镜片244、第三光学镜片252和第四光学镜片254均为普通的全光学镜片。

在本实施例中，发射准直光学系统214为大视场准直系统。发射准直光学系统214包括多个准直发射镜头(图中未示)。多个准直发射镜头设置在弧形曲面上，弧形曲面的半径为200mm。激光接收聚焦系统216包括多个聚焦接收镜头(图中未示)。多个聚焦接收镜头设置在弧形面上，弧形曲面的半径为200mm。在本实施例中，准直发射镜头所构成的弧形与聚焦接收镜头所构成的弧形的圆心相同，且均在圆心角30度范围内。发射准直光学系统214还包括沿激光发射阵列212的出射光方向依次同轴排列的第三透镜J5、第二透镜J3以及第一透镜J1，如图5所示。参见图5，激光发射阵列212包括16路激光发射器F1～F16。16路激光器F1～F16固定在激光支架W上。激光支架W为圆弧形支架。在本实施例中，第一透镜J1为正弯月透镜，且第一透镜J1的曲面朝激光发射器凸出。第二透镜J3为负弯月透镜，且第二透镜J3的曲面朝激光发射器的射出方向弯曲。第三透镜J5为正弯月透镜，且第三透镜J5的曲面朝激光发射器的射出方向弯曲。M1、M2、M3、M4、M5、M6分别是J1、J3、J5透镜的镜面。在本实施例中，正透镜是指透镜的中心厚度大于比边缘厚度的透镜，负透镜是指透镜的中心厚度小于边缘厚的透镜。负号表示沿光的传播方向，以球面和主光轴的交点为准，球面的球心在该点以左，则曲率半径为负，反之，球心在该点以右，则曲率半径为正。具体参数可设计为：镜面M1的半径为15.6mm，镜面M2半径58.33mm，镜面M3半径为14.011mm，镜面M4半径为7.508mm，镜面M5半径为-156.575mm，镜面M6半径为-19.31mm。圆弧形支架W的内侧半径为-200.058mm。其中，镜面M1到镜面M2间玻璃厚度为7.33mm，材料折射率为1.49、阿贝数为55.3、孔径为31.7mm。镜面M2到镜面M3的厚为2mm，材料为空气。镜面M3到镜面M4的玻璃厚为3.59mm，材料的折射率1.59、阿贝数为30.9、孔径为23mm。镜面M4到镜面M5的厚为13.57mm，材料为空气。镜面M5到镜面M6的玻璃厚为21.3mm，材料的折射率1.50、阿贝数为56.41、孔径为19mm。镜面M6到激光支架W的内侧弧面距离为31.168mm。上述参数仅为一具体示例，在其他的实施例中可以根据需要对各参数进行适应性调整。

激光接收聚焦系统216还包括沿入射方向依次同轴排列的第四透镜J2、第五透镜J4、以及第六透镜J6，如图6所示。参见图6，激光接收阵列218包括16路激光接收器P1～P16。16路激光器P1～P16固定在激光支架W上。激光支架W为圆弧形支架。激光接收聚焦系统216的结构与发射准直系统214的结构相同，此处不赘述。

上述多线激光雷达的结构简单、稳定性较好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多线激光雷达，其特征在于，包括固定部、旋转部和旋转机构；所述旋转部通过所述旋转机构与所述固定部连接；

所述旋转部包括相互连接的距离测量系统和FPGA主控系统；

所述固定部包括依次连接的角度测量系统、FPGA数据集成系统以及输出装置；所述FPGA数据集成系统和所述FPGA主控系统形成所述多线激光雷达的控制系统；

所述旋转机构内设置有无线通信系统；所述FPGA主控系统通过所述无线通信模块与所述FPGA数据集成模块进行通信连接。

2.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述旋转部包括支架；所述距离测量系统包括激光发射阵列和激光接收阵列；所述激光发射阵列和所述激光接收阵列分别固定在所述支架的两侧且由所述支架分隔开来。

3.根据权利要求2所述的多线激光雷达，其特征在于，所述距离测量系统还包括发射准直光学系统和激光接收聚焦系统；

所述发射准直光学系统设置在所述激光发射阵列的出射光侧，用于对激光发射阵列发射的多束激光进行准直；

所述激光接收聚焦系统设置在所述激光接收阵列的入射光侧，用于对由目标物体反射的各路激光回波进行聚焦。

4.根据权利要求3所述的多线激光雷达，其特征在于，所述发射准直光学系统包括准直发射镜头；所述激光接收聚焦系统包括聚焦接收镜头；所述准直发射镜头和所述聚焦接收镜头均固定在弧形曲面上。

5.根据权利要求4所述的多线激光雷达，其特征在于，所述准直发射镜头所构成的弧形与所述聚焦接收镜头所构成的弧形的圆心相同，且所述准直发射镜头和所述聚焦接收镜头均在圆心角30度范围内。

6.根据权利要求4所述的多线激光雷达，其特征在于，所述发射准直光学系统还包括沿所述激光发射阵列的发射方向依次同轴排列的第三透镜、第二透镜和第一透镜；所述第三透镜为正弯月透镜且所述第三透镜的曲面朝所述激光发射阵列所在位置弯曲；所述第二透镜为负弯月透镜且所述第二透镜的曲面朝所述激光发射阵列的射出方向弯曲；所述第一透镜为正弯月透镜，且所述第一透镜的曲面朝所述激光发射阵列的射出方向弯曲。

7.根据权利要求4所述的多线激光雷达，其特征在于，所述激光接收聚焦系统还包括沿入射方向依次同轴排列的第四透镜、第五透镜和第六透镜；所述第六透镜为正弯月透镜且所述第六透镜的曲面朝所述激光发射阵列所在位置弯曲；所述第五透镜为负弯月透镜且所述第五透镜的曲面朝所述激光发射阵列的射出方向弯曲；所述第四透镜为正弯月透镜，且所述第四透镜的曲面朝所述激光发射阵列的射出方向弯曲。

8.根据权利要求3所述的多线激光雷达，其特征在于，所述距离测量系统还包括接收光路系统和发射光路系统；

所述发射光路系统设置在所述激光发射阵列和所述发射准直光学系统之间，用于控制所述多束激光沿平行于出射光的方向射出；

所述接收光路系统设置在所述激光接收阵列和所述激光接收聚焦系统之间，用于控制所述多束激光回波沿入射方向输出至所述激光接收阵列。

9.根据权利要求8所述的多线激光雷达，其特征在于，所述发射光路系统包括平行设置的第一光学镜片和第二光学镜片；所述第一光学透镜和所述第二光学透镜的反射面朝所述激光发射阵列设置。

10.根据权利要求9所述的多线激光雷达，其特征在于，所述接收光路系统包括平行设置的第三光学镜片和第四光学镜片；第三光学镜片与所述第一光学镜片垂直设置；所述第三光学透镜和所述第四光学透镜的反射面朝所述激光接收阵列设置。