CN211426787U - 多线激光雷达及多线激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光雷达技术领域，提供了一种多线激光雷达及多线激光雷达系统。该多线激光雷达包括：一个光电探测器和扩视场装置，本实用新型的多线激光雷达，通过只设置一个光电探测器来接收多线激光雷达中的多路激光器发射单元发射的激光，在光电探测器上方设置扩视场装置来保证一个光电探测器可以接收到多路激光器发射单元发射的激光，避免了多线激光雷达中需要经过复杂的人工调校进行光路对准的问题，降低了多线激光雷达的操作难度和系统复杂度。

Description

多线激光雷达及多线激光雷达系统

技术领域

本实用新型属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种多线激光雷达及多线激光雷达系统。

背景技术

多线激光雷达是以发射激光光束来探测目标位置、速度等特征量的雷达系统，它的工作原理是向探测目标发射激光光束，经探测目标反射回来的回波信号被多线激光雷达接收系统接收，并与发射信号进行比较，经处理器处理后，分析计算探测目标的位置、速度、方位、角度等空间参量。

多线激光雷达通常具有多个发射模块和多个接收模块，多个发射模块一般以不同的俯仰角纵向排开，通过电机或其他扫描方式进行水平旋转扫描，获取探测目标的空间三维立体信息。使发射模块与接收模块的光轴重合或者使发射模块与接收模块的光轴互相垂直，有利于激光雷达探测信息的接收与处理，而对于具有多个发射模块和多个接收模块的多线激光雷达，需要就每对发射模块与接收模块对应的俯仰角分别进行光路对准，使多线激光雷达中每对发射模块与接收模块的接收视场与发射视场相匹配，然而就每对发射模块与接收模块对应的俯仰角分别进行光路对准需要经过复杂的人工调校，限制了多线激光雷达的生产效率，增加了多线激光雷达的操作难度和系统复杂度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种多线激光雷达及多线激光雷达系统，以解决现有技术中需要经过复杂的人工调校，使多线激光雷达中每对发射模块与接收模块的接收视场与发射视场匹配而导致的操作难度和系统复杂度的问题。

本实用新型实施例第一方面提供了一种多线激光雷达，包括：一个光电探测器和扩视场装置；

所述扩视场装置设置于所述光电探测器上方。

在一实施例中，所述扩视场装置包括半柱形场镜、半柱形浸润透镜或者反射式导光管中的任一种。

在一实施例中，所述半柱形场镜设置于所述光电探测器正上方且距离所述光电探测器第一预设距离，所述半柱形场镜的柱高大于所述光电探测器的感光面外径，所述半柱形场镜的曲面对应于接收视场扩大的方向，所述半柱形场镜的矩形平面与所述光电探测器的感光面相对，所述半柱形场镜的曲面与所述光电探测器的感光面背离，且所述半柱形场镜的中心与所述光电探测器的中心位于同一直线上；

所述半柱形浸润透镜设置于所述光电探测器正上方且与所述光电探测器的感光面相接触，所述半柱形浸润透镜的柱高大于所述光电探测器的感光面外径，所述半柱形浸润透镜的曲面对应于接收视场扩大的方向，所述半柱形浸润透镜的中心与所述光电探测器的中心位于同一直线上；

所述反射式导光管包括两个平面反射镜；所述两个平面反射镜与所述光电探测器的两端相接触，且分别位于所述光电探测器的两侧边上，每个平面反射镜的反射面与所述光电探测器之间的夹角呈钝角。

在一实施例中，所述每个平面反射镜与所述光电探测器之间的角度为 120°或135°。

在一实施例中，所述扩视场装置包括：半柱形场镜与反射式导光管的组合、半柱形浸润透镜与反射式导光管的组合中的任一种。

在一实施例中，所述反射式导光管包括的所述两个平面反射镜与所述光电探测器的两端相接触，且分别位于所述光电探测器的两侧边上，每个平面反射镜的反射面与所述光电探测器之间的夹角呈钝角；

所述半柱形场镜设置于所述光电探测器正上方，且在所述两个平面反射镜与所述光电探测器之间形成的钝角所构成的空间内，所述半柱形场镜距离所述光电探测器第一预设距离，所述半柱形场镜的中心与所述光电探测器的中心位于同一直线上；或者：

所述半柱形浸润透镜位于所述光电探测器的正上方并与所述光电探测器相接触，且在所述两个平面反射镜与所述光电探测器之间形成的钝角所构成的空间内。

在一实施例中，所述多线激光雷达包括多路激光器发射单元，所述多路激光器发射单元设置于所述光电探测器以及所述扩视场装置上方，且距离所述光电探测器第二预设距离。

在一实施例中，所述多路激光器发射单元与所述光电探测器平行设置，且所述多路激光器发射单元与所述光电探测器的中心在一条直线上。

在一实施例中，所述多路激光器发射单元包括激光器芯片阵列，所述激光器芯片阵列包括垂直腔面发射激光器或边发射激光器，所述垂直腔面发射激光器或边发射激光器均具有多个独立发光单元。

本实用新型实施例第二方面提供了一种多线激光雷达系统，包括上面所述任一项的多线激光雷达。

本实用新型实施例的多线激光雷达，只设置一个光电探测器来接收多线激光雷达中的多路激光器发射单元发射的激光，在光电探测器上方设置扩视场装置来保证一个光电探测器可以接收到多路激光器发射单元发射的激光，即通过只设置一个光电探测器和设置在光电探测器上方的扩视场装置，使多线激光雷达的接收视场和发射视场匹配，避免了多线激光雷达中需要经过复杂的人工调校进行光路对准的问题，降低了多线激光雷达的操作难度和系统复杂度。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(1)是本实用新型实施例提供的扩视场装置为半柱形场镜的剖面结构示意图；

图1(2)是本实用新型实施例提供的扩视场装置为半柱形浸润透镜的剖面结构示意图；

图1(3)是本实用新型实施例提供的扩视场装置为反射式导光管的剖面结构示意图；

图2(1)是本实用新型实施例提供的不加扩视场装置的接收视场示意图；

图2(2)是本实用新型实施例提供的加扩视场装置后的接收视场示意图；

图3是本实用新型实施例提供的共轴光路结构多线激光雷达的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的非共轴光路结构多线激光雷达的结构示意图。

图中：1-光电探测器；2-接收透镜；3-扩视场装置；31-半柱形场镜；32-半柱形浸润透镜；33-反射式导光管；4-多路激光器发射单元；5-发射透镜；6-反射镜；7-电机；8-探测目标。

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(1)至图1(3)，现对本实用新型提供的多线激光雷达进行说明，所述多线激光雷达，包括一个光电探测器1和扩视场装置3；所述扩视场装置3设置于所述光电探测器1上方。

其中，多线激光雷达一般包括多路激光器驱动单元、多路激光器发射单元与发射透镜组成的发射模块，接收透镜和多路光电探测器组成的接收模块，以及电机和反射镜组成的旋转扫描单元。本实用新型实施例中的接收模块，采用一个接收透镜、扩视场装置与一个光电探测器组成。

只用一个光电探测器，便于进行光路对准，加入一个扩视场装置，使本实用新型实施例的多线激光雷达中，接收模块的接收视场与发射模块的发射视场相匹配。

可选的，扩视场装置3包括半柱形场镜31、半柱形浸润透镜32或者反射式导光管33中的任一种。

可选的，参阅图1(1)扩视场装置3为半柱形场镜31时，半柱形场镜31 设置于光电探测器1的正上方，且与光电探测器1距离第一预设距离，图1(1) 为扩视场装置为半柱形场镜31的剖面结构示意图，垂直于半柱形场镜31的剖面结构示意图的方向为半柱形场镜的柱高的方向，光电探测器1的上表面为光电探测器1的感光面，通常光电探测器的感光面可以为圆形，半柱形场镜31 的柱高通常大于光电探测器1的感光面的外径，半柱形场镜31的曲面对应于接收视场扩大的方向，半柱形场镜31的矩形平面与光电探测器1的感光面相对，半柱形场镜31的曲面与光电探测器1的感光面背离，且半柱形场镜31的中心与光电探测器1的中心位于同一直线上。

其中，第一预设距离可以根据多线激光雷达的实际需要确定，本实用新型实施例对此不作限定。

其中，多线激光雷达的多路激光器发射单元发射的不同方向的激光经过发射透镜准直后，在与图1(1)所示的剖面结构示意图方向上的发射视场较大，在垂直于图1(1)所示的剖面结构示意图方向上的发射视场较小，一般情况下，只需要对发射视场较大的方向对应的接收视场进行扩大，就可以让接收视场与发射视场相匹配。也就是说，半柱形场镜31的曲面与接收视场的方向相对应即可。

在光电探测器1正上方设置半柱形场镜31后，原来不能被光电探测器1 的感光面接收的光线(图1(1)中的虚线)，经过半柱形场镜31的折射后，可以被光电探测器1的感光面所述接收，即半柱形场镜31可以扩大光电探测器1 的感光面的水平接收视场。

可选的，参阅图1(2)，扩视场装置3为半柱形浸润透镜32时，半柱形浸润透镜32设置于光电探测器1的正上方，且与光电探测器1的感光面相接触，同样的，垂直于图1(2)所示的剖面结构示意图方向的半柱形浸润透镜的柱高通常大于光电探测器1的感光面的外径，半柱形浸润透镜的曲面对应于接收视场扩大的方向，半柱形浸润透镜32的中心与光电探测器1的中心位于同一直线上。

其中，半柱形浸润透镜32可以为油浸透镜，半柱形浸润透镜32也可以扩大光电探测器1的感光面的水平接收视场。

可选的，参阅图1(3)，扩视场装置3为反射式导光管33，反射式导光管 33包括两个平面反射镜，两个平面反射镜与光电探测器1的两端相接触，且分别位于光电探测器的两侧边上，每个平面反射镜的反射面与所述光电探测器之间的夹角呈钝角。

其中，在光电探测器1两侧分别设置一个平面反射镜后，原来不能被光电探测器1的感光面所接收的光线经过平面反射镜的反射，可以反射到光电探测器1的感光面上。

在光电探测器1的两侧设置反射式导光管33，可以只针对光电探测器1的感光面一个方向上的接收视场进行扩大。

可选的，每个平面反射镜与光电探测器之间的角度可以为120°或135°，也可以为钝角中的任一角度，具体每个平面反射镜与光电探测器之间的夹角可以根据接收视场与发射视场之间的差，由接收透镜2的焦距F、光电探测器1 的感光面的尺寸以及平面反射镜在垂直于光电探测器1方向上的高度确定。

参见图2(1)与图2(2)，给出了在光电探测器1两侧分别放置一个平面反射镜后的接收视场示意图，在未放置平面反射镜时，接收透镜只能接受入射光线角为2α的光线，在加入包括两个平面反射镜的反射式导光管33后，原来不能被光电探测器1的感光面所接收的光线b，经过平面反射镜的反射，可以被光电探测器1的感光面所接收。

可选的，所述扩视场装置3还可以是半柱形场镜31与反射式导光管33的组合、半柱形浸润透镜32与反射式导光管33的组合中的任一种。

可选的，扩视场装置3是半柱形场镜31与反射式导光管33的组合、半柱形浸润透镜32与反射式导光管33的组合中的任一种时，反射式导光管33包括的两个平面反射镜与光电探测器的两端相接触，且分别位于所述光电探测器的两侧边上，每个平面反射镜的反射面与所述光电探测器之间的夹角呈钝角。

半柱形场镜31设置于所述光电探测器1正上方，且在两个平面反射镜与光电探测器1之间形成的钝角所构成的空间内，半柱形场镜31距离光电探测器第一预设距离，半柱形场镜31的中心与光电探测器1的中心位于同一直线上。

其中，第一预设距离可以为单独放置半柱形场镜31时对应的第一预设距离。

其中，半柱形场镜31的柱高同样可以大于光电探测器1的感光面外径，半柱形场镜31的曲面对应于接收视场扩大的方向，以便于扩视场装置3可以对需要扩大的接收视场进行扩大。

或者，扩视场装置3为反射式导光管33与半柱形浸润透镜32的组合时，半柱形浸润透镜32位于光电探测器的正上方并与光电探测器相接触，且在两个平面反射镜与所述光电探测器1之间形成的钝角所构成的空间内。

同样的，半柱形浸润透镜32的柱高可以大于光电探测器1的感光面的外径，半柱形浸润透镜的曲面对应于接收视场扩大的方向，以便于扩视场装置3可以对需要扩大的接收视场进行扩大。

可选的，作为本实用新型的一个实施例，参见图3，为共轴光路结构多线激光雷达的结构示意图，从下到上依次设置为光电探测器1，设置在光电探测器1上方的扩视场装置3，设置在光电探测器1和扩视场装置3上方的多路激光器发射单元4，设置在多路激光器发射单元4上方的发射透镜5，设置在发射透镜两侧的接收透镜2，设置在发射透镜5上方的反射镜6以及与反射镜6电连接的电机7。

其中，多路激光器发射单元4与发射透镜5组成的发射模块的光轴与光电探测器1、扩视场装置3以及接收透镜2组成的接收模块的光轴重合，共同组成共轴光路结构多线激光雷达，电机7与反射镜6电连接，驱动反射镜6在水平方向内转动，以实现对探测目标8在水平方向360°范围内的扫描。

其中，多路激光器发射单元4与光电探测器1之间的距离为第二预设距离，具体第二预设距离由需要探测的探测目标8与共轴光路结构多线激光雷达确定。

可选的，多路激光器发射单元4与光电探测器1平行设置，且多路激光器发射单元4与光电探测器1的中心设置在一条直线上。

可选的，多路激光器发射单元可以包括激光器芯片阵列，激光器芯片阵列可以包括垂直腔面发射激光器或边发射激光器，所述垂直腔面发射激光器或边发射激光器均具有多个独立发光单元。

其中，多路激光器发射单元4可以在4个不同时刻分别发射4条激光束，4 条激光束由发射透镜准直后发射到反射镜6上，经过反射镜6反射，可以分别得到t1、t2、t3和t4时刻对探测目标8进行探测的激光束，t1、t2、t3和t4时刻对探测目标8分别进行探测的激光束经过探测目标8反射，又反射到反射镜 6上，再由接收透镜2接收，光线2’和3’由接收透镜2接收后，可以直接被光电探测器1的感光面所接收，由光电探测器将光信号转换为电信号，以便于进行后续对探测目标进行分析和处理。

而光线3’和4’由接收透镜2接收后，不能直接被光电探测器1的感光面所接收，需要经过扩视场装置3反射后，再被光电探测器1的感光面所接收，由光电探测器将光信号转换为电信号，以便于进行后续对探测目标进行分析和处理。

在希望多线激光雷达的接收模块的光轴与发射模块的光轴重合的共轴光路结构中，只用一个光电探测器，并在光电探测器上方设置扩视场装置，可以在简化系统复杂度的同时，避免对多线激光雷达中的每对接收模块与发射模块进行光路对准，可以在降低人工调校难度的同时，保证多线激光雷达的接收视场与发射视场匹配。

可选的，作为本实用新型的另一实施例，参见图4，为非共轴光路结构多线激光雷达的结构示意图，非共轴光路结构多线激光雷达中的发射模块的光轴与接收模块的光轴平行，以便于多线激光雷达采集和分析探测目标的信息。

其中，非共轴光路结构多线激光雷达中，多路激光器发射单元4与发射透镜5组成的发射模块发出的激光束由反射镜6反射到探测目标8上，探测目标 8反射的激光束经过反射镜6反射和接收透镜2后被光电探测器1和扩视场装置3接收，由光电探测器将光信号转换为电信号，以便于进行后续对探测目标进行分析和处理。

其中，电机7与反射镜6电连接，驱动反射镜6在水平方向内转动，以实现对探测目标8在水平方向360°范围内的扫描。

可选的，在非共轴光路结构多线激光雷达中，多路激光器发射单元4可以设置于光电探测器1以及扩视场装置3斜上方，且距离光电探测器1第二预设距离。

其中，第二预设距离由探测目标8与非共轴光路结构多线激光雷达共同决定。

其中，在非共轴光路结构中，多路激光器发射单元4的中心线与光电探测器1、扩视场装置3以及接收透镜2组成的接收模块的中心线平行，以保证非共轴光路结构多线激光雷达中的发射模块的光轴与接收模块的光轴平行。

可选的，多路激光器发射单元4可以包括激光器芯片阵列，激光器芯片阵列可以包括垂直腔面发射激光器或边发射激光器，所述垂直腔面发射激光器或边发射激光器均具有多个独立发光单元。

其中，在不适于使用共轴光路结构多线激光雷达的情况下，可以使用如图 4所述非共轴光路结构多线激光雷达，以在人工调校难度较小的情况下，保证同样的接收视场和发射视场，对探测目标进行探测。

作为本实用新型的又一实施例，本实用新型还包括一种多线激光雷达系统，包括上面任一实施例所述的多线激光雷达，并且与上述任一实施例所述的多线激光雷达具有相同的有益效果。

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 (8)

1.一种多线激光雷达，其特征在于，包括一个光电探测器和扩视场装置；

所述扩视场装置设置于所述光电探测器上方，其中，所述扩视场装置包括半柱形场镜、半柱形浸润透镜或者反射式导光管中的任一种；

所述半柱形场镜设置于所述光电探测器正上方且距离所述光电探测器第一预设距离，所述半柱形场镜的柱高大于所述光电探测器的感光面外径，所述半柱形场镜的曲面对应于接收视场扩大的方向，所述半柱形场镜的矩形平面与所述光电探测器的感光面相对，所述半柱形场镜的曲面与所述光电探测器的感光面背离，且所述半柱形场镜的中心与所述光电探测器的中心位于同一直线上；

所述半柱形浸润透镜设置于所述光电探测器正上方且与所述光电探测器的感光面相接触，所述半柱形浸润透镜的柱高大于所述光电探测器的感光面外径，所述半柱形浸润透镜的曲面对应于接收视场扩大的方向，所述半柱形浸润透镜的中心与所述光电探测器的中心位于同一直线上；

所述反射式导光管包括两个平面反射镜；所述两个平面反射镜与所述光电探测器的两端相接触，且分别位于所述光电探测器的两侧边上，每个平面反射镜的反射面与所述光电探测器之间的夹角呈钝角。

2.如权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述每个平面反射镜与所述光电探测器之间的角度为120°或135°。

3.如权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述扩视场装置包括：半柱形场镜与反射式导光管的组合、半柱形浸润透镜与反射式导光管的组合中的任一种。

4.如权利要求3所述的多线激光雷达，其特征在于，

所述半柱形场镜设置于所述光电探测器正上方，且在所述两个平面反射镜与所述光电探测器之间形成的钝角所构成的空间内，所述半柱形场镜距离所述光电探测器第一预设距离，所述半柱形场镜的中心与所述光电探测器的中心位于同一直线上；或者：

所述半柱形浸润透镜位于所述光电探测器的正上方并与所述光电探测器相接触，且在所述两个平面反射镜与所述光电探测器之间形成的钝角所构成的空间内。

5.如权利要求1-4任一项所述的多线激光雷达，所述多线激光雷达包括多路激光器发射单元，其特征在于，

所述多路激光器发射单元设置于所述光电探测器以及所述扩视场装置上方，且距离所述光电探测器第二预设距离。

6.如权利要求5所述的多线激光雷达，其特征在于，所述多路激光器发射单元与所述光电探测器平行设置，且所述多路激光器发射单元与所述光电探测器的中心在一条直线上。

7.如权利要求6所述的多线激光雷达，其特征在于，所述多路激光器发射单元包括激光器芯片阵列，所述激光器芯片阵列包括垂直腔面发射激光器或边发射激光器，所述垂直腔面发射激光器或边发射激光器均具有多个独立发光单元。

8.一种多线激光雷达系统，其特征在于，所述多线激光雷达系统包括如权利要求1-7任一项所述的多线激光雷达。

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