CN208459590U - 一种激光雷达的激光发射结构及一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光雷达的激光发射结构和一种激光雷达，发射结构包括至少2个的发射模块，发射模块固定设置在激光雷达的底座上，发射模块在底座的圆周方向均布；每个发射模块中具有至少2根发射光纤，发射光纤均匀排列于发射模块中的竖直平面上，且发射光纤的延长线相交于同一点，相邻发射光纤之间的夹角为α；相邻的发射模块之间沿竖直方向相互错位；底座绕其中心轴旋转，不同的发射模块的发射光纤经过同一竖直平面，在竖直平面上形成的映射线段彼此不重合，映射线段的延长线相交于同一点，且相邻的映射线段之间的夹角均小于α。激光雷达具有上述激光发射结构。采用上述技术方案后，激光雷达垂直角度分辨率的更高，扫描精度和密度更高。

Description

一种激光雷达的激光发射结构及一种激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达的激光发射结构及一种激光雷达。

背景技术

激光雷达技术在导航、地图测绘、卫星定位等领域有着广泛应用。在汽车无人驾驶领域中，激光雷达起着地图测绘和场景定位的关键作用。

现在的无人汽车多采用机械式激光雷达(LiDAR)，所谓机械式激光雷达，是指其发射系统和接收系统存在宏观意义上的转动，也就是通过不断旋转发射头，将速度更快、发射更准的激光从“线”变成“面”，并在竖直方向上排布多束激光，形成多个面，达到动态3D扫描并动态接收信息的目的。竖直排列的激光发射器呈不同角度向外发射，形成多根扫描线，实现垂直角度的覆盖，同时在高速旋转的马达壳体带动下，实现水平角度360度的全覆盖。

激光雷达的垂直角度分辨率指的是垂直方向上两条扫描线的间隔度数。若要实现在垂直方向更高精度，更密集的扫描，则要尽量提高垂直角度分辨率，即减少垂直方向上两条扫描线的间隔度数。垂直方向的角度间隔越小，垂直角度分辨率则越高。受限于制造工艺及制造成本，现有的激光雷达垂直角度分辨率达到一定值时就难以进一步提高，难以满足无人车发展对扫描精度和扫描密度的要求。因此，需要开发一种能实现更高垂直角度分辨率的激光发射结构及具有该结构的激光雷达。

实用新型内容

为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种能实现更高垂直角度分辨率的激光发射结构及具有该结构的激光雷达。

本实用新型公开了一种激光雷达的激光发射结构，所述发射结构包括至少2个发射模块，所述发射模块固定设置在所述激光雷达的底座上，所述发射模块在所述底座的圆周方向均布；每个所述发射模块中具有至少2根发射光纤，所述发射光纤均匀排列于所述发射模块中的竖直平面上，且所述发射光纤的延长线相交于同一点，相邻所述发射光纤之间的夹角为α；相邻的所述发射模块之间沿竖直方向相互错位；所述底座绕其中心轴旋转，不同的所述发射模块的所述发射光纤经过同一竖直平面，在所述竖直平面上形成的映射线段彼此不重合，所述映射线段的延长线相交于同一点，且相邻的所述映射线段之间的夹角均小于α。

优选地，相邻的所述映射线段之间的夹角均相等，为β，β<α。

优选地，所述发射模块的数量为2～4个，单个所述发射模块上的所述发射光纤的数量为2～128根，单个所述发射模块上的相邻所述发射光纤之间的夹角α的范围为0.1～1°，相邻所述映射线段之间的夹角β的范围为0.1～0.5°。

优选地，所述发射模块的数量为3个，单个所述发射模块上的所述发射光纤的数量为64根，单个所述发射模块上的相邻所述发射光纤之间的夹角α为0.6°，相邻所述映射线段之间的夹角β为0.2°。

优选地，所述发射模块还包括支撑部，所述支撑部上设置有通孔，所述通孔沿竖直方向均匀排列于所述支撑部上，所述通孔的数量对应于所述发射光纤的数量，所述发射光纤经由所述通孔穿设于所述支撑部上。

本实用新型还公开了一种激光雷达，所述激光雷达包括上述的发射结构；所述激光雷达还包括与所述发射模块数量相等的雷达模组，所述发射模块设置于所述雷达模组中；所述发射模块包括激光源，所述激光源产生激光并经由所述发射光纤发出；所述雷达模组包括：发射模块、第一反射镜、发射透镜、接收透镜、第二反射镜、接收模块；所述发射模块发出激光，所述激光经第一反射镜出射向所述发射透镜，并经由所述发射透镜出射向目标物体，自目标物体反射的激光经所述接收透镜出射向所述第二反射镜，并经由第二反射镜出射向接收模块，被所述接收模块接收；所述雷达模组固定设置在所述底座上，并沿所述底座的圆周方向均布；所述底座下部连接电机，所述电机带动所述底座在水平平面旋转。

优选地，所述底座旋转的频率为5～25Hz。

优选地，所述激光雷达还包括第一控制板和第二控制板；所述第一控制板连接电源，并与所述电机电气连接，对所述电机进行控制，所述第一控制板上还具有信号收发装置，用于接收外部指令并向外传输数据；所述第二控制板与所述第一控制板电气连接，所述第二控制板同时与发射模块和接收模块电气连接，所述第二控制板用于控制激光的发射，以及对接收到的回光信号进行处理，进行距离的计算。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

激光雷达具有更小的垂直角度间隔，即更高的垂直角度分辨率，从而能够实现更高精度和更高密度的扫描，实现了更好的扫描效果。将其应用到无人车上，可以进一步提高无人车行驶的安全性和可靠性。

附图说明

图1为符合本实用新型一实施例的激光发射结构的结构示意图；

图2为激光发射结构中发射模块的结构示意图；

图3为符合本实用新型一实施例的激光发射结构中，不同发射模块上相同位置的发射光纤角度示意图；

图4为图3中的不同发射模块上相同位置的发射光纤在同一竖直平面上形成的映射线段的角度示意图；

图5为符合本实用新型一实施例的激光发射结构中，不同发射模块上发射光纤角度示意图；

图6为符合本实用新型一实施例的激光雷达的结构示意图。

附图标记：

100-发射模块，110-发射光纤，120-支撑部，200-底座，300-雷达模组，310-第一反射镜，320-发射透镜，330-接收透镜，340-第二反射镜，350-接收模块，a-第一发射模块发射光纤，b-第二发射模块发射光纤，c-第三发射模块发射光纤，A-第一发射模块，B-第二发射模块，C-第三发射模块，D-第一发射模块，E-第二发射模块，F-第三发射模块。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

参见附图1,本实用新型公开了一种激光雷达的激光发射结构，所述发射结构包括至少2个发射模块100，所述发射模块100固定设置在所述激光雷达的底座200上，所述发射模块100在所述底座200的圆周方向均布。优选地，所述发射模块100到底座200中心的距离相等，所述发射模块100的重心保持在底座200中心上。

参见附图2，每个所述发射模块100中具有至少2根发射光纤110，所述发射光纤110均匀排列于所述发射模块100中的竖直平面上，且所述发射光纤110的延长线相交于同一点，相邻所述发射光纤110之间的夹角为α。优选地，每个所述发射模块100上的发射光纤110数量相等。

相邻的所述发射模块100的所述发射光纤110沿竖直方向相互错位。具体地，即不同发射模块100上相同位置的发射光纤110与水平面的夹角错开一定角度。

所述底座200绕其中心轴旋转，不同的所述发射模块100的所述发射光纤110经过同一竖直平面，在所述竖直平面上形成的映射线段彼此不重合，所述映射线段的延长线相交于同一点，且相邻的所述映射线段之间的夹角均小于α。所述映射线段之间的夹角可以相等，也可以不相等，但最大不超过单个发射模块100上相邻发射光纤110之间的夹角α。

由于常规的机械式激光雷达只有一个发射模块100，发射模块100上发射光纤110之间的夹角均为α，即常规的机械式激光雷达垂直角度间隔为α。而本实用新型通过设置至少2个的发射模块100，且不同发射模块100上的发射光纤110在竖直方向错开一定角度，使底座200旋转时，不同的所述发射模块100的所述发射光纤110在同一竖直平面形成映射线段，相邻的所述映射线段之间的夹角均小于α。由于机械式激光雷达是通过360°旋转实现空间扫描，这就使得具有多个发射模块100的发射结构在空间上的垂直角度间隔小于单个发射模块100的垂直角度间隔α，从而使激光雷达具有更高的垂直角度分辨率，可以实现更高密度和更高精度的扫描。同时，不同发射模块100上发射光纤110的角度错开，也使得激光雷达具有更大的垂直视场角，即激光雷达在垂直方向上扫描的角度更大。

优选地，相邻的所述映射线段之间的夹角均相等，为β，β<α。参见附图3，为符合本实用新型一实施例的激光发射结构中，不同发射模块100上相同位置的发射光纤110角度示意图。该实施例中，激光发射结构具有三个发射模块100，即第一发射模块A、第二发射模块B、第三发射模块C，所述发射模块100沿圆周均布于激光雷达的底座200上，布置方式参见附图1。第一发射模块发射光纤a、第二发射模块发射光纤b、第三发射模块发射光纤c在竖直方向均以相同的角度α均布，且发射光纤110的延长线相交于同一点。不同发射模块100上的发射光纤110错开一定角度。

参见附图4，为上述实施例中激光雷达的底座200旋转时，第一发射模块发射光纤a、第二发射模块发射光纤b、第三发射模块发射光纤c在同一竖直平面形成的映射线段的角度示意图。所述映射线段的延长线相交于同一点，且以相同的角度β均布，β＝α/3，即β＝α/发射模块100的数量。也即，不同发射模块100上的发射光纤110错开的角度为β。从图3、图4可以看出，单个发射模块100的垂直角度间隔为α，而3个发射模块100组合形成的发射结构的垂直角度间隔为β，β＝α/3。由此可见，本申请的激光发射结构相较于单个的发射模块100具有更小的垂直角度间隔，即更高的垂直角度分辨率，从而使激光雷达可以实现更高密度和更高精度的扫描。同时，单个发射模块100的垂直视场角(即垂直方向总扫描角度)为2α，即6β，而3个发射模块100组合形成的发射结构的垂直视场角为8β(>6β)，由此可见，激光发射结构相较于单个的发射模块100具有更大的垂直视场角，从而能够对更大的范围进行扫描，实现更好的扫描效果。

优选地，所述发射模块100的数量为2～4个，单个所述发射模块100上的所述发射光纤110的数量为2～128根，单个所述发射模块100上的相邻所述发射光纤110之间的夹角α的范围为0.1～1°，相邻所述映射线段之间的夹角β的范围为0.1～0.5°。

进一步地，参见附图5，在一优选的实施例中，所述发射模块100的数量为3个，单个所述发射模块100上的所述发射光纤110的数量均为64根，单个所述发射模块100上的相邻所述发射光纤110之间的夹角α为0.6°，第一发射模块D的发射光纤110对称均布于水平线上下，最中间的两根发射光纤110(一根在水平线上，一根在水平线下)与水平线的夹角均为0.3°。第二发射模块E的发射光纤110相较于第一发射模块D错开0.2°，最中间的根发射光纤110(一根在水平线上，一根在水平线下)与水平线的夹角为0.5°(水平线上)和0.1°(水平线下)。第三发射模块F的发射光纤110相较于第一发射模块D也错开0.2°，最中间的两根发射光纤110与水平线的夹角为0.1°(水平线上)和0.5°(水平线下)。单个发射模块的垂直角度间隔为0.6°，垂直视场角为37.8°(18.9°+18.9°)。而发射结构的垂直角度间隔为0.2°，垂直视场角为38.2°(19.1°+19.1°)。由此可见，激光发射结构具有更小的垂直角度间隔，即更高的垂直角度分辨率，更大的垂直视场角，从而使激光雷达可以实现更高密度和更高精度的扫描，同时能够对更大的范围进行扫描，实现更好的扫描效果。

优选地，所述发射模块100还包括支撑部120，所述支撑部120上设置有通孔，所述通孔沿竖直方向均匀排列于所述支撑部120上，所述通孔的数量对应于所述发射光纤110的数量，所述发射光纤110经由所述通孔穿设于所述支撑部120上。在一些实施例中，发射模块100包括电路板，发射光纤110固定设置在电路板上。

参见附图6，本实用新型还公开了一种激光雷达，所述激光雷达包括上述的发射结构；所述激光雷达还包括与所述发射模块100数量相等的雷达模组300，所述发射模块100设置于所述雷达模组300中；所述发射模块100包括激光源，所述激光源产生激光并经由所述发射光纤110发出；所述雷达模组300包括：发射模块100、第一反射镜310、发射透镜320、接收透镜330、第二反射镜340、接收模块350；所述发射模块100发出激光，所述激光经第一反射镜310出射向所述发射透镜320，并经由所述发射透镜320出射向目标物体，自目标物体反射的激光经所述接收透镜330出射向所述第二反射镜340，并经由第二反射镜340出射向接收模块350，被所述接收模块350接收；所述雷达模组300固定设置在所述底座200上，并沿所述底座200的圆周方向均布，使多个雷达模组300的重心保持在底座200中心；所述底座200下部连接电机，所述电机带动所述底座200在水平平面旋转，从而实现周向的扫描。激光雷达动平衡性能好，可以长周期稳定工作。本申请激光雷达相较于现有的激光雷达，具有更高的垂直角度分辨率，从而能够实现更高精度和更高密度的扫描，实现了更好的扫描效果。可以将其应用到无人车上，进一步提高无人车行驶的安全性和可靠性。

优选地，所述底座200旋转的频率为5～25Hz。

优选地，所述激光雷达还包括第一控制板和第二控制板；所述第一控制板连接电源，并与所述电机电气连接，对所述电机进行控制，所述第一控制板上具有信号收发装置，用于接收外部指令并向外传输数据；所述第二控制板与所述第一控制板电气连接，所述第二控制板同时与发射模块100和接收模块350电气连接，所述第二控制板用于控制激光的发射，以及对接收到的回光信号进行处理，进行距离的计算。所述第一控制板设置在雷达模组300的下部，所述第二控制板设置在雷达模组300的上部。

应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种激光雷达的激光发射结构，其特征在于，

所述发射结构包括至少2个发射模块，所述发射模块固定设置在所述激光雷达的底座上，所述发射模块在所述底座的圆周方向均布；

每个所述发射模块中具有至少2根发射光纤，所述发射光纤均匀排列于所述发射模块中的竖直平面上，且所述发射光纤的延长线相交于同一点，相邻所述发射光纤之间的夹角为α；

相邻的所述发射模块的所述发射光纤沿竖直方向相互错位；

所述底座绕其中心轴旋转，不同的所述发射模块的所述发射光纤经过同一竖直平面，在所述竖直平面上形成的映射线段彼此不重合，所述映射线段的延长线相交于同一点，且相邻的所述映射线段之间的夹角均小于α。

2.如权利要求1所述的发射结构，其特征在于，相邻的所述映射线段之间的夹角均相等，为β，β<α。

3.如权利要求2所述的发射结构，其特征在于，所述发射模块的数量为2～4个，单个所述发射模块上的所述发射光纤的数量为2～128根，单个所述发射模块上的相邻所述发射光纤之间的夹角α的范围为0.1～1°，相邻所述映射线段之间的夹角β的范围为0.1～0.5°。

4.如权利要求3所述的发射结构，其特征在于，所述发射模块的数量为3个，单个所述发射模块上的所述发射光纤的数量为64根，单个所述发射模块上的相邻所述发射光纤之间的夹角α为0.6°，相邻所述映射线段之间的夹角β为0.2°。

5.如权利要求1所述的发射结构，其特征在于，所述发射模块还包括支撑部，所述支撑部上设置有通孔，所述通孔沿竖直方向均匀排列于所述支撑部上，所述通孔的数量对应于所述发射光纤的数量，所述发射光纤经由所述通孔穿设于所述支撑部上。

6.一种激光雷达，其特征在于，

所述激光雷达包括如权利要求1-5中任一项所述的发射结构；

所述激光雷达还包括与所述发射模块数量相等的雷达模组，所述发射模块设置于所述雷达模组中；

所述发射模块包括激光源，所述激光源产生激光并经由所述发射光纤发出；

所述雷达模组包括：发射模块、第一反射镜、发射透镜、接收透镜、第二反射镜、接收模块；所述发射模块发出激光，所述激光经第一反射镜出射向所述发射透镜，并经由所述发射透镜出射向目标物体，自目标物体反射的激光经所述接收透镜出射向所述第二反射镜，并经由第二反射镜出射向接收模块，被所述接收模块接收；

所述雷达模组固定设置在所述底座上，并沿所述底座的圆周方向均布；所述底座下部连接电机，所述电机带动所述底座在水平平面旋转。

7.如权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述底座旋转的频率为5～25Hz。

8.如权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括第一控制板和第二控制板；所述第一控制板连接电源，并与所述电机电气连接，对所述电机进行控制，所述第一控制板上还具有信号收发装置，用于接收外部指令并向外传输数据；所述第二控制板与所述第一控制板电气连接，所述第二控制板同时与发射模块和接收模块电气连接，所述第二控制板用于控制激光的发射，以及对接收到的回光信号进行处理，进行距离的计算。