CN211426799U - 一种二维扫描激光雷达装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二维扫描激光雷达装置，用于向扫描区域发射激光束，包括有发射单元、接收单元、与发射单元和接收单元连接的控制单元、分光器件、MEMS振镜、以及旋转棱镜；其中，所述发射单元包括有激光器，用于向所述扫描区域发射激光信号；所述分光器件用于对发射的激光信号进行准直和/或汇聚，并反射经扫描区域反射回的回波信号至所述接收单元；所述MEMS振镜与旋转棱镜用于调节发射激光信号在不同方向上的扫描角度。通过设置MEMS振镜以及旋转棱镜，可实现水平及垂直方向上在多个角度范围内进行扫描，解决了二维扫描激光雷达的接收口径小、扫描范围小、且可靠性低的问题，极大提高了扫描角度，使得激光雷达测距能力大大提升。

Description

一种二维扫描激光雷达装置及电子设备

技术领域

本实用新型涉及光学及电子技术领域，特别涉及一种二维扫描激光雷达装置及电子设备。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。具有精准度高、作业速度快和效率高等优势，是汽车自动驾驶、机器人定位导航、空间环境测绘、安保安防等领域必不可少的核心传感器。

目前，激光雷达在工作时，主要通过激光雷达内部设置的激光发射部件，将激光信号发射到目标物体上面，并通过设置的激光接收部件接收目标物体反射回来的激光反射信号，通过记录激光发射以及激光接收时的时间点，来获取两者时间的时间差，然后根据光速计算目标物体的距离，从而实现激光测距的功能，而目前为了提高激光雷达的测距范围，通常会设置多路激光雷达进行扫描，但是，现有的多路激光雷达，每一路的激光发射部件以及激光接收部件都设置有单独的发射板以及接收板，一个发射板上的激光发射部件发射的激光信号由一个对应的接收板上设置激光接收部件接收，并进行距离计算。

但是，现有的多线激光雷达，由于每路的激光发射部件和激光接收部件都有单独的发射板和接收板，光学调试过程中相邻光路容易互相干扰，可靠性低；且目前二维激光雷达的接收口径小，扫描范围小。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种二维扫描激光雷达装置及电子设备，以解决二维激光雷达的接收口径小，扫描范围小，可靠性低的问题。

为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

一种二维扫描激光雷达装置，用于向扫描区域发射激光束，包括有发射单元、接收单元、与发射单元和接收单元连接的控制单元、分光器件、MEMS振镜、以及旋转棱镜；其中，所述发射单元包括有激光器，用于向所述扫描区域发射激光信号；所述分光器件用于对发射的激光信号进行准直和/或汇聚，并反射经扫描区域上反射回的回波信号至探测器；所述MEMS振镜与旋转棱镜用于调节发射激光信号在不同方向上的扫描角度；所述接收单元包括有探测器，用于所述扫描区域反射回的回波信号；所述控制单元，用于对所述发射单元和所述接收单元进行控制，并对接收到的所述的回波信号进行处理。

优选地，所述分光器件包括偏振分光片、以及四分之一波片；所述偏振分光片用于反射由激光器发射的经扫描区域反射回的激光束，而所述四分之一波片用于将线偏振光转换为圆偏振光。

优选地，所述分光器件为反射镜，所述反射镜上设置有入光孔，用于透过由激光器发射的激光束。

优选地，还包括有第一透镜和第二透镜，其中，激光器发射激光束通过第一透镜进行准直后经由偏振分光片发射至四分之一波片；经扫描区域反射回的激光束透过四分之一波片后发射至偏振分光片，再由偏振分光片反射至第二透镜，经过第二透镜的汇聚后，发射至所述接收单元。

优选地，所述反射镜为镀膜分光反射镜，所述镀膜分光反射镜包括透明基板与高反射膜。

优选地，所述高反射膜上设置有透光孔，可供入射激光束透过；入射激光束通过透镜基板和高反射膜上的透光孔入射至扫描区域，经扫描区域调制后的激光束返回到高反射膜上，经高反射膜反射至所述接收单元。

优选地，所述高反射膜为一层或者多层结构，其镀膜方式包括磁控溅射、电子束热蒸发以及气相沉积。

优选地，所述控制单元包括有寄存器、处理器、以及控制电路，用于对发射单元、接收单元进行控制和处理。

本实用新型的另一技术方案为：

一种电子设备，包括有上述方案所述的二维扫描激光雷达装置，用于对目标对象进行激光雷达扫描，获取目标对象的相关信息；以及CPU处理器单元，用于对二维扫描激光雷达装置所获取的目标对象的相关信息进行处理。

本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新二维扫描激光雷达装置通过设置MEMS振镜以及旋转棱镜，可实现水平及垂直方向上在多个角度范围内进行扫描，解决了二维扫描激光雷达的接收口径小、扫描范围小、且可靠性低的问题，极大提高了扫描角度，使得激光雷达测距能力大大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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是本实用新型二维扫描激光雷达装置的模块框图；

图2是本实用新型二维扫描激光雷达装置的原理结构图示；

图3是本实用新型二维扫描激光雷达装置另一实施例的结构图示；

图4是本实用新型二维扫描激光雷达装置又一实施例的结构图示；

图5是图4的镀膜分光反射镜的示意图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1-图2所示，作为本实用新型一实施例，提供一种二维扫描激光雷达装置100，用于向扫描区域发射激光束，包括发射单元101、接收单元102与控制单元103。其中，所述控制单元103与发射单元101连接，用于驱动发射单元101发射激光束至扫描区域104；控制单元103还与接收单元102连接，用于控制接收单元102接收经由扫描区域104反射回的激光束，并通过控制单元103内部处理得到扫描区域104的相关信息。

所述发射单元101包括有激光器、激光调制器、以及激光驱动电路，以用于发射激光信号；所述接收单元102包括有光电探测器，用于对接收到的回波信号进行接收；所述控制单元103包括有寄存器、处理器、以及控制电路，用于对发射单元101、接收单元102进行相应控制和处理。

参照图2所示，作为本发明一实施例二维扫描激光雷达装置200，所述发射单元包括激光器201，所述接收单元包括探测器206；所述二维激光雷达装置200还包括有分光器件202、MEMS振镜203、以及旋转棱镜204。其中，激光器201用于发射激光信号，分光器件202用于对发射的激光信号进行准直和/或汇聚并反射经扫描区域上的目标对象反射回的回波信号至探测器206；所述MEMS振镜203与旋转棱镜204用于调节发射激光信号在不同方向上的扫描角度；而所述探测器206用于接收经目标205调制后的回波信号。

在一个实施例中，激光器201用于发射激光信号(如图2中实线箭头所示)，激光信号发射到分光器件202上，通过分光器件202进行准直和/或汇聚，经分光器202准直和/或汇聚的激光信号被发射至MEMS振镜203，使得激光信号在水平方向上进行扫描；同时，经过MEMS振镜204的激光信号被打在旋转棱镜204的工作面上，经过旋转棱镜204的旋转，激光信号按照预设的角度进行反射，在垂直方向上对目标205进行扫描，从而实现了在水平及垂直方向上在多个角度范围内进行扫描，极大地提高了激光雷达装置的扫描角度。扫描完成后，经目标205反射的回波信号(如图2中虚线所示)经过旋转棱镜204与MEMS振镜203，打在分光器件202上，经过分光器件的准直和/或汇聚，最终被探测器206接收。

应当理解的是，在本实施例中，所述MEMS振镜203以及旋转棱镜204属于扫描器件，其也可以是机械振镜、多棱镜组合或本领域技术人员可知的其他类型的扫描镜代替，在本实施例中不作特别限制，均应属于本实用新型的保护范围。

本实施例中通过MEMS振镜203以及旋转棱镜204实现水平及垂直方向上在多个角度范围内进行扫描，解决了二维扫描激光雷达的接收口径小、扫描范围小、且可靠性低的问题，极大提高了扫描角度，使得激光雷达测距能力大大提升。

图3为本实用新型二维扫描激光雷达装置另一实施例示意图，所述激光雷达装置300包括激光器301、第一透镜302与第二透镜305、分光器件以及探测器306。其中，所述分光器件包括偏振分光片303、四分之一波片304；所述偏振分光片303用于反射由激光器301发射的经扫描区域反射回的激光束，而所述四分之一波片304用于将线偏振光转换为圆偏振光。在一个实施例中，激光器301发射激光束至第一透镜302，并通过第一透镜302进行准直，准直后的激光束透过偏振分光片303，再经由偏振分光片303发射光束至四分之一波片304，激光束通过四分之一波片304至扫描区域。经扫描区域调制返回的激光束再次透过四分之一波片304，调制的激光束被转换为圆偏振光后发射至偏振分光片303，再由偏振分光片303反射至第二透镜305，经过第二透镜305的汇聚后，发射至探测器306，从而完成激光雷达扫描。

在一些实施例中，所述激光器301可以是红宝石激光器、氦氖激光器、激光二极管等，用于发射激光信号，探测目标的位置、速度等特征量。需要说明的是，所述激光器301还可以是由激光器与光学部件(如，透镜、光锥等)组合而成的激光发射端，还可根据具体需求进行设置，此处不作限制。

所述第一透镜302与第二透镜305为普通光学透镜，其可以为凸透镜、凹透镜或多种透镜组合，用于对激光束进行准直、汇聚等，使得激光束更加优化。

图4为本实用新型二维扫描激光雷达装置又一实施例示意图，所述激光雷达装置400包括激光器401、第一透镜402与第二透镜404、分光器件以及探测器405；其中，所述分光器件为反射镜403，反射镜403上设置有入光孔，用于透过由激光器401发射的激光束。在一个实施例中，激光器401发射光束经过第一透镜402进行准直，准直后的光束通过反射镜403上的入光孔入射至扫描区域。经扫描区域调制返回的光束经过反射镜403的反射至第二透镜404，被调制的光束经过第二透镜404聚焦在探测器405上，从而产生测量信号。

在一个实施例中，所述反射镜403可以是镀膜分光反射镜，如图5所示，镀膜分光反射镜500包括透明基板501与高反射(High-Reflection)膜502，其中，高反射膜502设置有接收经扫描区域返回的反射光束的一面，用于提高返回的反射光束的光通量；所述高反射膜502上设置有透光孔，可供入射激光束透过。当入射激光束透过镀膜分光反射镜500时，激光束通过透镜基板501和高反射膜502上的透光孔入射至扫描区域，经扫描区域调制后的激光束返回到高反射膜502上，激光束在高反射膜502上反射至探测器，从而完成激光雷达扫描。需要说明的是，所述高反射膜502可以是一层或者多层结构，根据激光器发射激光的波长以及具体需求而定，此外，其镀膜方式包含磁控溅射、电子束热蒸发、气相沉积以及一些化学镀膜方式，在本实施例中不作特别限制。

本领域内的技术人员应明白，本实用新型的实施例为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述设备的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件结合软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二维扫描激光雷达装置，用于向扫描区域发射激光束，包括有发射单元、接收单元以及与发射单元和接收单元连接的控制单元；其特征在于：还包括有分光器件、MEMS振镜、以及旋转棱镜；其中，

所述发射单元包括有激光器，用于向所述扫描区域发射激光信号；

所述分光器件用于对发射的激光信号进行准直和/或汇聚，并反射经扫描区域上反射回的回波信号至接收单元；

所述MEMS振镜与旋转棱镜用于调节发射激光信号在不同方向上的扫描角度；

所述接收单元包括有探测器，用于接收所述扫描区域反射回的回波信号；

所述控制单元，用于对所述发射单元和所述接收单元进行控制，并对接收到的所述的回波信号进行处理。

2.如权利要求1所述的二维扫描激光雷达装置，其特征在于，所述分光器件包括偏振分光片、以及四分之一波片；所述偏振分光片用于反射由激光器发射的经扫描区域反射回的激光束，而所述四分之一波片用于将线偏振光转换为圆偏振光。

3.如权利要求1所述的二维扫描激光雷达装置，其特征在于，所述分光器件为反射镜，所述反射镜上设置有入光孔，用于透过由激光器发射的激光束。

4.如权利要求2所述的二维扫描激光雷达装置，其特征在于，还包括有第一透镜和第二透镜，其中，激光器发射激光束通过第一透镜进行准直后经由偏振分光片发射至四分之一波片；经扫描区域反射回的激光束透过四分之一波片后发射至偏振分光片，再由偏振分光片反射至第二透镜，经过第二透镜的汇聚后，发射至所述接收单元。

5.如权利要求3所述的二维扫描激光雷达装置，其特征在于，所述反射镜为镀膜分光反射镜，所述镀膜分光反射镜包括有透明基板与高反射膜。

6.如权利要求5所述的二维扫描激光雷达装置，其特征在于，所述高反射膜上设置有透光孔，可供入射激光束透过；入射激光束通过透镜基板和高反射膜上的透光孔入射至扫描区域，经扫描区域调制后的激光束返回到高反射膜上，经高反射膜反射至所述接收单元。

7.如权利要求5所述的二维扫描激光雷达装置，其特征在于，所述高反射膜为一层或者多层结构，其镀膜方式包括磁控溅射、电子束热蒸发以及气相沉积。

8.如权利要求7所述的二维扫描激光雷达装置，其特征在于，所述控制单元包括有寄存器、处理器、以及控制电路，用于对发射单元、接收单元进行控制和处理。

9.一种电子设备，其特征在于，包括有权利要求1～8任一项所述的二维扫描激光雷达装置，用于对目标对象进行激光雷达扫描，获取目标对象的相关信息；以及CPU处理器单元，用于对二维扫描激光雷达装置所获取的目标对象的相关信息进行处理。

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