CN210347923U - 一种激光发射组件及激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光学技术领域，提供了一种激光发射组件及激光雷达装置，激光发射组件包括激光单元、扩束单元以及棱镜单元，扩束单元设于激光单元的出光路径上，棱镜单元设于扩束单元的出光路径上；其中，激光单元用于产生并发射第一激光束；扩束单元用于对第一激光束进行扩束，以获得多束第二激光束；棱镜单元用于对来自扩束单元的第二激光束进行扩束，以产生多束第三激光束；在本实用新型中，通过在激光单元的出光路径上设置扩束单元和棱镜单元，通过扩束单元和棱镜单元依次对激光单元产生的第一激光束进行扩束获得第三激光束，使得第三激光束的扫描范围进一步拓宽，有助于激光雷达装置进行大视场范围扫描。

Description

一种激光发射组件及激光雷达装置

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种激光发射组件及激光雷达装置。

背景技术

激光雷达是一种发射激光束探测待测体的位置、速度等信息的雷达系统。激光雷达通过向待测体发射激光束，然后将接收到的从待测体反射回来的信号与发射信号进行比较，经过适当处理后，就可以获得待测体的相关信息，从而对待测体进行探测、跟踪和识别。激光雷达具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，因而广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等众多技术领域。

然而，由于目前的激光雷达发射的激光光束范围有限，导致激光雷达的扫描视场范围受限，因而无法进行大范围探测。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种激光发射组件，以解决现有激光雷达无法进行大范围探测的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种激光发射组件，包括：

激光单元，用于产生并发射第一激光束；

扩束单元，设于所述激光单元的出光路径上，用于对所述第一激光束进行扩束，以获得多束第二激光束；以及，

棱镜单元，设于所述扩束单元的出光路径上，用于对来自所述扩束单元的第二激光束进行扩束，以产生多束第三激光束。

在一个实施例中，所述棱镜单元包括至少一个鲍威尔棱镜，每个所述鲍威尔棱镜至少对一束所述第二激光束进行扩束。

在一个实施例中，所述鲍威尔棱镜的数量为多个；

所述棱镜单元还包括球面底座，多个所述鲍威尔棱镜沿所述球面底座朝向所述扩束单元的表面依次分布。

在一个实施例中，所述鲍威尔棱镜的中心轴线与所述球面底座的表面相垂直。

在一个实施例中，所述扩束单元包括扩束镜，所述扩束镜包括：

第一透镜，设于所述激光单元出光路径上，用于对所述第一激光束进行准直；

第二透镜，设于所述激光单元出光路径上，用于对所述第一激光束进行扩束。

在一个实施例中，所述扩束单元还包括振镜，所述振镜包括驱动器和反射镜；

所述反射镜设于所述扩束镜的出光路径上，用于对所述第一激光束的方向进行调整；

所述驱动器与所述反射镜连接，用于驱动所述反射镜进行旋转。

在一个实施例中，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；

所述第一反射镜与所述驱动器连接，用于调整所述第一激光束在第一方向上的偏转；

所述第二反射镜与所述驱动器连接，用于调整所述第二激光束在第二方向上的偏转；

其中，所述第一方向与所述第二方向不平行。

在一个实施例中，所述扩束单元还包括平场扫描镜；

所述平场扫描镜设于所述振镜的出光路径上，用于将来自所述振镜的所述第一激光束汇聚后出射至所述棱镜单元。

在一个实施例中，所述激光单元包括至少一个激光器，所述激光器为红宝石激光器、氦氖激光器或激光二极管。

本实用新型的目的还在于提供一种激光雷达装置，包括控制组件、激光接收组件以及上述的激光发射组件；

所述激光发射组件和所述激光接收组件均与所述控制组件电性连接。

本实用新型实施例提供的激光发射组件及激光雷达装置的有益效果至少包括以下：本申请通过在激光单元的出光路径上设置扩束单元和棱镜单元，通过扩束单元首先对激光单元产生的第一激光束进行扩束获得第二激光束，然后再通过棱镜单元进一步对第二激光束进行扩束获得第三激光束，使得第三激光束的扫描范围进一步拓宽，且可以使得第三激光束的分布更加均匀，有助于激光雷达装置进行大视场范围扫描。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1是本实用新型实施例提供的激光发射组件的结构示意图一；

图2是本实用新型实施例提供的激光发射组件的结构示意图二；

图3是本实用新型实施例提供的激光雷达装置的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图1，本实施例提供了一种激光发射组件10，包括激光单元11、扩束单元12以及棱镜单元13，扩束单元12设于激光单元11的出光路径上，棱镜单元13设于扩束单元12的出光路径上。其中，激光单元11用于产生并发射第一激光束101；扩束单元12用于对第一激光束101进行扩束，以获得多束第二激光束102；棱镜单元13用于对来自扩束单元12的第二激光束102进行扩束，以产生多束第三激光束103。

在一个实施例中，激光发射模块10可用于激光雷达装置100中提供激光束。由于激光雷达装置100的扫描范围与激光发射模块10发射的第三激光束103的范围直接相关，因此扩大第三激光束103的范围有助于增大激光雷达装置100的扫描范围。本实施例通过在激光单元11的出光路径上设置扩束单元12和棱镜单元13，通过扩束单元12首先对激光单元11产生的第一激光束101进行扩束获得第二激光束102，拓宽了第二激光束102的扫描范围；然后再通过棱镜单元13进一步对第二激光束102进行扩束获得第三激光束103，使得第三激光束103的扫描范围进一步拓宽，且可以使得第三激光束103的分布更加均匀，有助于激光雷达装置100进行大视场范围扫描。

应当理解的是，激光雷达装置100还包括其他模块，此处并未一一列出。当然，在其他实施例中，激光发射模块10也可以用于其他装置中，并不仅限于上述的激光雷达装置，此处不做限制。

在一个实施例中，激光单元11包括至少一个激光器，其可用于激光雷达装置100探测待测体200的位置、速度等特征量。激光器的数量和类型均可以根据需要进行设置，例如激光器可以是红宝石激光器、氦氖激光器或者激光二极管等，激光器的波长也可以根据实际需要进行设置。

请参阅图1，在一个实施例中，棱镜单元13包括至少一个鲍威尔棱镜131，鲍威尔棱镜131的光束入射端由两个棱面形成供第二激光束102入射的入射口，第二激光束102通过鲍威尔棱镜131时会产生大量球面像差，其光路会进行重新分配，使得中心区域的光减少，而边缘区域的光增加，从而形成均匀的直线出射，能够消除高斯光束的中心热点和褪色边缘分布，提高第三激光束103质量。可选地，鲍威尔棱镜131的数量为多个，每个鲍威尔棱镜131至少对一束第二激光束102进行扩束，从而可以对来自扩束单元12的第二激光束102进行有效扩束，极大增加激光雷达装置100的扫描范围。

在一个实施例中，棱镜单元13还包括球面底座132，多个鲍威尔棱镜131沿球面底座132朝向扩束单元12的表面依次分布，第二激光束102经过鲍威尔棱镜131扩束后出射时会形成扇形光幕104。此时，棱镜单元13也可以称为球面鲍威尔棱镜，其中鲍威尔棱镜131的两个棱面的夹角越小，则所形成的扇形光幕104的面积就越大，从而覆盖的扫描范围也就越大。

在一个实施例中，由于球面底座132的表面为球面，鲍威尔棱镜131沿球面底座132依次分布时，其中心轴线与球面底座132的表面相垂直，且扇形光幕104的中心轴线也与球面底座132的表面相垂直。当然，在其他实施例中，鲍威尔棱镜131也可以通过其他形式设置在球面底座132的表面，并不仅限于上述的情形。

应当理解的是，在其他实施例中，棱镜单元13也可以为其他形式，只要其能够对第二激光束102进行扩束获得第三激光束103，使得第三激光束103的扫描范围增大即可，并不仅限于上述的情形。

请参阅图2，在一个实施例中，扩束单元12包括扩束镜121，扩束镜121包括设于激光单元11出光路径上的第一透镜1211和第二透镜1212，其中第一透镜1211用于对第一激光束101进行准直，第二透镜1212用于对第一激光束101进行扩束。可选地，第一透镜1211为凸透镜，第二透镜1212为凹透镜，凸透镜和凹透镜均为普通透镜，其可以分别实现对第一激光束101的准直和扩束。第一透镜1211和第二透镜1212的设置方式可以根据需要进行选择，例如，凸透镜和凹透镜依次设于激光单元11的出光路径上，第一激光束101首先通过凸透镜准直、再经过凹透镜扩束后传播至棱镜单元13；或者，凹透镜和凸透镜依次设于激光单元11的出光路径上，第一激光束101首先凹透镜扩束、再通过凸透镜准直后传播至棱镜单元13。当然，在其他实施例中，第一透镜1211和第二透镜1212也可以为其他形式，并不仅限于上述的情形。

考虑到扩束镜121与棱镜单元13协同对第一激光束101进行扩束时，虽然能够增大获得的第三激光束103的扫描范围，但是其增大的范围有限。因此，为了进一步增大第三激光束103的扫描范围，可以在扩束镜后增加对第一激光束101的传播方向进行调整的单元，以控制从激光发射组件10中出射的第三激光束103可以在预设角度范围内进行偏转，从而增大扫描范围。

请参阅图2，在一个实施例中，扩束单元12还包括振镜122，振镜122包括驱动器(图未示)和反射镜(图未示)。其中，驱动器与反射镜连接，用于驱动反射镜进行旋转；反射镜设于扩束镜121的出光路径上，用于对第一激光束101的方向进行调整。在采用激光发射组件10对待测体200进行扫描时，驱动器可以按照预设要求驱动反射镜旋转，使得照射至反射镜上的第一激光束101的反射角发生改变，从而使得第一激光束101经过反射镜后其传播方向发生偏转，可以实现从激光发射组件10中出射的第三激光束103在预设范围内进行扫描，极大增加第三激光束103的扫描范围，有助于实现大视场扫描。

在一个实施例中，反射镜可以包括第一反射镜(图未示)和第二反射镜(图未示)，驱动器与第一反射镜和第二反射镜均连接，其可以驱动第一反射镜和第二反射镜在两个不平行的方向上进行偏转。为描述方便，驱动器驱动第一反射镜在第一方向上偏转，驱动器驱动第二反射镜在第二方向上偏转，从而实现了第三激光束103在两个方向上进行扫描。可选地，第一方向和第二方向相互垂直，分别记为X方向和Y方向，其所在的平面为棱镜单元13和扩束单元12所在的平面，而垂直于棱镜单元13和扩束单元12所在平面的方向为Z方向，从而使得第三激光束103可以围绕球面鲍威尔棱镜在X方向和Y方向上进行偏转，实现第三激光束103在X方向和Y方向上的大视场扫描。

应当理解的是，在其他实施例中，反射镜也可以为其他形式，例如反射镜的数量为一个，驱动器可以实现该反射镜在X方向和Y方向的偏转，从而实现第三激光束103在X方向和Y方向上的大视场扫描。

请参阅图2，在一个实施例中，扩束单元12还包括平场扫描镜123，平场扫描镜123设于振镜122的出光路径上，用于将来自振镜122的激光束汇聚后出射至棱镜单元13，可以调整出射至棱镜单元13的第二激光束102的偏移。平场扫描镜123是基于振镜122扫描的激光打标雕刻和切割系统的标准透镜，出射的第三激光束103的偏移与振镜122的扫描角度以及平场扫描镜123的焦距的乘积成正比，改变平场扫描镜123的焦距以及振镜122的扫描角度，则可以改变第三激光束103的偏移。平场扫描镜123的焦距可以根据需要进行设置，例如可以为100mm、160mm或者254mm等，此处不做限制。

本实施例提供的激光发射组件10的有益效果至少包括以下：

(1)本实施例通过在激光单元11的出光路径上设置扩束单元12和棱镜单元13，通过扩束单元12首先对激光单元11产生的第一激光束101进行扩束获得第二激光束102，然后再通过棱镜单元13进一步对第二激光束102进行扩束获得第三激光束103，使得第三激光束103的扫描范围进一步拓宽，且可以使得第三激光束103的分布更加均匀，有助于激光雷达装置100进行大视场范围扫描。

(2)棱镜单元13采用球面鲍威尔棱镜，通过沿球面底座132设置多个鲍威尔棱镜131，可以有效增加第三激光束103的扫描范围和形成的扇形光幕104的均匀度。

(3)扩束单元12包括扩束镜121、振镜122和平场扫描镜123，通过改变平场扫描镜123的焦距以及振镜122的扫描角度，可以改变第三激光束103的偏移，实现第三激光束103在预设范围内进行扫描，极大增加第三激光束103的扫描范围，有助于实现大视场扫描。同时扫描范围的增大会导致工作距离的增加，从而可以有效拓展激光雷达装置100的扫描距离。

请参阅图3，本实施例的目的还在于提供一种激光雷达装置100，包括上述的激光发射组件10、激光接收组件20以及控制组件30。其中，控制组件30与激光发射组件10电性连接，用于控制激光发射组件10发射激光束101至待测体200；控制组件30与激光接收组件20电性连接，用于控制激光接收组件20接收经待测体200反射的光束，并通过激光接收组件20内部处理后得到待测体200的信息。

在一个实施例中，激光发射组件10中的激光单元11除包含激光器以外，还可以包括激光驱动电路(图未示)，激光驱动电路与激光器连接，用于驱动激光器工作。激光接收组件20可以包括光电探测器(图未示)、处理器(图未示)等，用于对接收到的反射光束进行接收并处理；控制组件30则可以包括寄存器、处理器、控制电路等，用于对激光发射组件10和激光接收组件20进行相应控制和处理。

本实施例提供的激光雷达装置100的有益效果至少包括以下：

(1)本实施例提供的激光雷达装置100采用上述的激光发射组件10，通过在激光单元11的出光路径上设置扩束单元12和棱镜单元13，首先扩束单元12对激光单元11产生的第一激光束101进行扩束获得第二激光束102，然后棱镜单元13进一步对第二激光束102进行扩束获得第三激光束103，使得第三激光束103的扫描范围进一步拓宽，有助于激光雷达装置100进行大视场范围扫描。

(2)激光发射组件10的棱镜单元13采用球面鲍威尔棱镜，通过沿球面底座132设置多个鲍威尔棱镜131，可以有效增加第三激光束103的扫描范围以及扇形光幕104的均匀度。

(3)激光发射组件10的扩束单元12包括扩束镜121、振镜122和平场扫描镜123，通过改变平场扫描镜123的焦距以及振镜122的扫描角度，可以改变第三激光束103的偏移，极大增加第三激光束103的扫描范围，有助于实现激光雷达装置100的大视场扫描。同时扫描范围的增大会导致工作距离的增加，从而可以有效拓展激光雷达装置100的扫描距离。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光发射组件，其特征在于，包括：

激光单元，用于产生并发射第一激光束；

扩束单元，设于所述激光单元的出光路径上，用于对所述第一激光束进行扩束，以获得多束第二激光束；以及，

棱镜单元，设于所述扩束单元的出光路径上，用于对来自所述扩束单元的第二激光束进行扩束，以产生多束第三激光束。

2.如权利要求1所述的激光发射组件，其特征在于，所述棱镜单元包括至少一个鲍威尔棱镜，每个所述鲍威尔棱镜至少对一束所述第二激光束进行扩束。

3.如权利要求2所述的激光发射组件，其特征在于，所述鲍威尔棱镜的数量为多个；

所述棱镜单元还包括球面底座，多个所述鲍威尔棱镜沿所述球面底座朝向所述扩束单元的表面依次分布。

4.如权利要求3所述的激光发射组件，其特征在于，所述鲍威尔棱镜的中心轴线与所述球面底座的表面相垂直。

5.如权利要求1所述的激光发射组件，其特征在于，所述扩束单元包括扩束镜，所述扩束镜包括：

第一透镜，设于所述激光单元出光路径上，用于对所述第一激光束进行准直；

第二透镜，设于所述激光单元出光路径上，用于对所述第一激光束进行扩束。

6.如权利要求5所述的激光发射组件，其特征在于，所述扩束单元还包括振镜，所述振镜包括驱动器和反射镜；

所述反射镜设于所述扩束镜的出光路径上，用于对所述第一激光束的方向进行调整；

所述驱动器与所述反射镜连接，用于驱动所述反射镜进行旋转。

7.如权利要求6所述的激光发射组件，其特征在于，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；

所述第一反射镜与所述驱动器连接，用于调整所述第一激光束在第一方向上的偏转；

所述第二反射镜与所述驱动器连接，用于调整所述第一激光束在第二方向上的偏转；

其中，所述第一方向与所述第二方向不平行。

8.如权利要求6所述的激光发射组件，其特征在于，所述扩束单元还包括平场扫描镜；

所述平场扫描镜设于所述振镜的出光路径上，用于将来自所述振镜的所述第一激光束汇聚后出射至所述棱镜单元。

9.如权利要求1～8任一项所述的激光发射组件，其特征在于，所述激光单元包括至少一个激光器，所述激光器为红宝石激光器、氦氖激光器或激光二极管。

10.一种激光雷达装置，其特征在于，包括控制组件、激光接收组件以及权利要求1～9任一项所述的激光发射组件；

所述激光发射组件和所述激光接收组件均与所述控制组件电性连接。

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