CN211554313U - 一种多线激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种多线激光雷达，该多线激光雷达包括旋转机构、收发模块以及反射模块；旋转机构包括第一旋转组件和第二旋转组件；收发模块固定于第一旋转组件上，第一旋转组件可带动收发模块绕第一旋转轴旋转；反射模块固定于第二旋转组件上，第二旋转组件可带动反射模块绕第二旋转轴旋转，第一旋转轴和第二旋转轴垂直；收发模块出射的光束经过反射模块反射后传输到待测物体，待测物体返回的光束经过反射模块反射后入射到收发模块。本实用新型实施例提供的多线激光雷达具有结构简单、成本低的优势。

Description

一种多线激光雷达

技术领域

本实用新型实施例涉及激光雷达技术，尤其涉及一种多线激光雷达。

背景技术

随着激光技术的发展和应用，激光扫描技术越来越广泛地应用于测量、交通、驾驶辅助和移动机器人等领域。激光雷达是一种通过激光来探测目标的位置、速度、姿态等特征量的雷达系统，其基本原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收从目标反射回来的信号，通过比较发射信号与接收信号的信息，就可获得目标的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等信息。

目前，激光雷达主要采用多线激光雷达实现对各方向上的目标物体的特征扫描和测量，而在多线激光雷达结构中，往往包括多个激光发射器和多个对应的激光探测器。其中，多个激光发射器进行纵向排布，可以产生纵向视场范围内的多束出射激光，当该多束出射激光射向目标物体上反射后形成反射激光，多线激光雷达中的多个激光探测器中对应的探测器接收反射激光，并将该反射激光传输给相应的光信号处理器进行处理，以完成对目标物体的探测。

但是，传统的多线激光雷达有多个激光发射器和激光接收器，其结构复杂、成本高，不利于推广应用。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种多线激光雷达，该多线激光雷达具有结构简单、成本低的优势。

本实用新型实施例提供一种多线激光雷达，包括旋转机构、收发模块以及反射模块；

所述旋转机构包括第一旋转组件和第二旋转组件；

所述收发模块固定于所述第一旋转组件上，所述第一旋转组件可带动所述收发模块绕第一旋转轴旋转；

所述反射模块固定于所述第二旋转组件上，所述第二旋转组件可带动所述反射模块绕第二旋转轴旋转，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴垂直；

所述收发模块出射的光束经过所述反射模块反射后传输到待测物体，待测物体返回的光束经过所述反射模块反射后入射到所述收发模块。

可选的，所述收发模块包括发射单元和接收单元；

所述发射单元包括光源以及位于所述光源出光侧的第一汇聚透镜组；

所述接收单元包括光电探测器以及位于所述光电探测器入光侧的第二汇聚透镜组。

可选的，所述发射单元与所述接收单元为非同轴结构，所述发射单元与所述接收单元并列固定于所述第一旋转组件上。

可选的，所述发射单元和所述接收单元同轴设置，所述发射单元的出射光束和所述接收单元的入射光束具有相同的光轴。

可选的，所述第二汇聚透镜组中心设置有通孔；

所述光源以及所述第一汇聚透镜组内嵌于所述通孔内。

可选的，所述收发模块还包括反射单元和第一分光单元；

所述发射单元的光轴和所述接收单元的光轴平行设置；

所述发射单元出射的光束经过所述反射单元反射后入射到所述第一分光单元，并从所述第一分光单元的第一端出射；

待测物体返回的光束从所述第一分光单元的第一端入射，并入射至所述接收单元。

可选的，所述收发模块还包括第二分光单元；

所述发射单元的光轴和所述接收单元的光轴垂直设置；

所述发射单元出射的光束入射到所述第二分光单元，并从所述第二分光单元的第一端出射；

待测物体返回的光束从所述第二分光单元的第一端入射，并入射至所述接收单元。

可选的，所述反射模块包括单面反射镜或双面反射镜。

可选的，所述光源包括激光二极管或垂直腔面发射激光器。

可选的，还包括壳体，用于承载所述旋转机构、所述收发模块以及所述反射模块。

本实用新型实施例提供的多线激光雷达，包括旋转机构、收发模块以及反射模块；旋转机构包括第一旋转组件和第二旋转组件；收发模块固定于第一旋转组件上，第一旋转组件可带动收发模块绕第一旋转轴旋转；反射模块固定于第二旋转组件上，第二旋转组件可带动反射模块绕第二旋转轴旋转，第一旋转轴和第二旋转轴垂直；收发模块出射的光束经过反射模块反射后传输到待测物体，待测物体返回的光束经过反射模块反射后入射到收发模块。通过收发模块发出探测光束，探测光束经过反射模块反射后出射；通过收发模块接收经过待测物体返回并经过反射模块反射的信号光束，实现待测物体的探测；通过第一旋转组件带动收发模块绕第一旋转轴旋转，实现在发射平面内的多线扫描；通过第二旋转组件带动反射模块绕第二旋转轴旋转，第二旋转轴和第一旋转轴垂直，实现空间范围的立体扫描，无需设置多组收发模块，具有结构简单、成本低的优势。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种多线激光雷达的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种收发模块的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种收发模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的又一种收发模块的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的又一种收发模块的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的多线激光雷达的扫描方式示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种多线激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。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。

图1所示为本实用新型实施例提供的一种多线激光雷达的结构示意图。参考图1，本实施例提供的多线激光雷达包括旋转机构10、收发模块20以及反射模块30；旋转机构10包括第一旋转组件11和第二旋转组件12；收发模块20固定于第一旋转组件11上，第一旋转组件11可带动收发模块20绕第一旋转轴a旋转；反射模块30固定于第二旋转组件12上，第二旋转组件12可带动反射模块30绕第二旋转轴b旋转，第一旋转轴a和第二旋转轴b垂直；收发模块20出射的光束经过反射模块30反射后传输到待测物体(图1中未示出)，待测物体返回的光束经过反射模块30反射后入射到收发模块20。

可以理解的是，本实施例提供的多线激光雷达可以用于无人驾驶汽车、自动导航机器人等领域，也可以单独适用于3D建图、避障等应用。收发模块20用于发射探测光束和接收回波光束，探测光束可以为红外激光光束，接收回波光束可以采用雪崩光电二极管(APD)作为光接收元件，具体实施时可以根据实际情况选择。在具体实施时，可以将收发模块20集成在一块电路板上，电路板还包括相应的驱动电路、电源以及后续分析处理电路等结构，第一旋转组件11和第二旋转组件12可以均包括旋转电机。第一旋转组件11带动电路板绕第一旋转轴a旋转，示意性的，图1中第一旋转轴a沿竖直方向，第一旋转组件11带动收发模块20水平旋转，当第一旋转组件11旋转一周时，可以实现360°的水平方向多线扫描。反射模块30位于收发模块20的上方，第二旋转组件12带动反射模块30绕第二旋转轴b旋转时，示例性的，图1中第二旋转轴b的方向沿水平方向，第二旋转组件12带动反射模块30在竖直面旋转，当第一旋转组件11和第二旋转组件12同时旋转时，探测光束被反射模块30反射可实现空间扫描，形成立体点云数据。

本实施例的技术方案，通过收发模块发出探测光束，探测光束经过反射模块反射后出射；通过收发模块接收经过待测物体返回并经过反射模块反射的信号光束，实现待测物体的探测；通过第一旋转组件带动收发模块绕第一旋转轴旋转，实现在发射平面内的多线扫描；通过第二旋转组件带动反射模块绕第二旋转轴旋转，第二旋转轴和第一旋转轴垂直，实现空间范围的立体扫描，无需设置多组收发模块，具有结构简单、成本低的优势。

在上述实施例的基础上，图2所示为本实用新型实施例提供的一种收发模块的结构示意图。参考图2，可选的，收发模块包括发射单元21和接收单元22；发射单元21包括光源211以及位于光源211出光侧的第一汇聚透镜组212；接收单元22包括光电探测器221以及位于光电探测器221入光侧的第二汇聚透镜组222。

可以理解的是，光源211直接出射的光束质量可能无法满足雷达探测距离的要求，因此可以在光源211的出光侧设置第一汇聚透镜组212，用于对光源211的出射光束进行聚焦和准直，使光束以比较小的发散角度发射，以实现远距离目标的探测。可选的，光源211包括激光二极管或垂直腔面发射激光器，其中，激光二极管或垂直腔面发射激光器均可以为自由空间输出或通过光纤耦合输出，具体实施时可以根据实际条件选择光源211的种类及光束输出方式，本实用新型实施例对此不作限定。待测物体返回的光束，经过空间传输会出现衰减，因此可以在光电探测器221入光侧设置第二汇聚透镜组222，以使光电探测器221收集尽可能多的回波光束，其中，光电探测器221可以选用PIN光电探测器、APD光电探测器等，具体实施时可以根据实际需求灵活选择。

需要说明的是，图2中示出的第一汇聚透镜组212和第二汇聚透镜组222都包括两片透镜仅是示意性的示出透镜组的结构，具体实施时可以根据实际光路条件设计汇聚透镜组的结构。

可选的，继续参考图2，发射单元21与接收单元22为非同轴结构，发射单元21与接收单元22并列固定于第一旋转组件(图2未示出)上。

可以理解的是，此处的非同轴结构指的是发射单元21出射光束的光轴c和接收单元22的入射光束的光轴d位置不重合，这样设计具有结构简单、成本低、容易实现的优点。

图3所示为本实用新型实施例提供的另一种收发模块的结构示意图。参考图3，可选的，发射单元21和接收单元22同轴设置，发射单元21的出射光束和接收单元22的入射光束具有相同的光轴。

可选的，继续参考图3，第二汇聚透镜组222中心设置有通孔；光源211以及第一汇聚透镜组212内嵌于通孔内。

通过设置发射单元21和接收单元22同轴，可以提高收发模块的集成度，有利于实现多线激光雷达的小型化。

图4所示为本实用新型实施例提供的又一种收发模块的结构示意图。参考

图4，可选的，收发模块还包括反射单元23和第一分光单元24；发射单元21的光轴e和接收单元22的光轴f平行设置；发射单元21出射的光束经过反射单元23反射后入射到第一分光单元24，并从第一分光单元24的第一端出射；待测物体返回的光束从第一分光单元24的第一端入射，并入射至接收单元22。

可以理解的是，反射单元23可以为平面反射镜，第一分光单元24可以为半透半反镜或分光棱镜，示意性的，图4中以反射单元23为平面反射镜，第一分光单元24为半透半反镜为例，发射单元21的光轴e和接收单元22的光轴f平行设置，发射单元21发出的发射光束经过平面反射镜反射后到达半透半反射镜，被半透半反镜反射的部分(也即图中的虚线部分)作为无用光，仅透射的部分(也即图中的实线部分)作为发射信号投射至反射模块上。回波光束投射至半透半反射镜上时，被反射的部分被第二汇聚透镜组222接收后投射至光电探测器221，而透射的部分则作为无用光。在其他实施例中，也可以用半透半反镜反射的发射光束作为发射信号，半透半反镜透射的回波光束作为被第二汇聚透镜组222接收后投射至光电探测器221。

图5所示为本实用新型实施例提供的又一种收发模块的结构示意图。参考图5，可选的，收发模块还包括第二分光单元25；发射单元21的光轴g和接收单元22的光轴h垂直设置；发射单元21出射的光束入射到第二分光单元25，并从第二分光单元25的第一端出射；待测物体返回的光束从第二分光单元25的第一端入射，并入射至接收单元22。

可以理解的是，第二分光单元25可以为半透半反镜或分光棱镜，示意性的，图5中以第二分光单元25为半透半反镜为例，发射单元21的光轴g和接收单元22的光轴h垂直设置，发射单元21发出的发射光束入射到半透半反射镜，被半透半反镜反射的部分作为无用光，仅透射的部分作为发射信号投射至反射模块上。回波光束投射至半透半反射镜上时，被反射的部分被第二汇聚透镜组222接收后投射至光电探测器221，而透射的部分则作为无用光。在其他实施例中，也可以用半透半反镜反射的发射光束作为发射信号，半透半反镜透射的回波光束作为被第二汇聚透镜组222接收后投射至光电探测器221。

可选的，反射模块包括单面反射镜或双面反射镜。

图6所示为本实用新型实施例提供的多线激光雷达的扫描方式示意图，其中(a)为竖直方向扫描0°时反射模块位置示意图，(b)为竖直方向扫描90°时反射模块位置示意图，(c)为竖直方向扫描180°时反射模块位置示意图，(d)为空间扫描范围示意图。上述扫描过程中，反射模块为双面反射镜，双面反射镜能够绕第二旋转轴进行360°旋转，从而实现如上的扫描过程。在其他的实施例中，反射模块也可以是单面反射镜，此时反射模块绕旋转轴进行0-180°的旋转。

图7所示为本实用新型实施例提供的另一种多线激光雷达的结构示意图。参考图7，可选的，本实施例提供的多线激光雷达还包括壳体40，用于承载旋转机构10、收发模块20以及反射模块30。

示例性的，本实施例提供的多线激光雷达的壳体40包括上壳体41和下壳体42，上壳体41可以设置为透光的半球形结构，下壳体41可以为不透光壳体，用于容纳旋转机构10、收发模块20以及反射模块30。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多线激光雷达，其特征在于，包括旋转机构、收发模块以及反射模块；

所述旋转机构包括第一旋转组件和第二旋转组件；

所述收发模块固定于所述第一旋转组件上，所述第一旋转组件可带动所述收发模块绕第一旋转轴旋转；

所述反射模块固定于所述第二旋转组件上，所述第二旋转组件可带动所述反射模块绕第二旋转轴旋转，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴垂直；

所述收发模块出射的光束经过所述反射模块反射后传输到待测物体，待测物体返回的光束经过所述反射模块反射后入射到所述收发模块。

2.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述收发模块包括发射单元和接收单元；

所述发射单元包括光源以及位于所述光源出光侧的第一汇聚透镜组；

所述接收单元包括光电探测器以及位于所述光电探测器入光侧的第二汇聚透镜组。

3.根据权利要求2所述的多线激光雷达，其特征在于，所述发射单元与所述接收单元为非同轴结构，所述发射单元与所述接收单元并列固定于所述第一旋转组件上。

4.根据权利要求2所述的多线激光雷达，其特征在于，所述发射单元和所述接收单元同轴设置，所述发射单元的出射光束和所述接收单元的入射光束具有相同的光轴。

5.根据权利要求4所述的多线激光雷达，其特征在于，所述第二汇聚透镜组中心设置有通孔；

所述光源以及所述第一汇聚透镜组内嵌于所述通孔内。

6.根据权利要求4所述的多线激光雷达，其特征在于，所述收发模块还包括反射单元和第一分光单元；

所述发射单元的光轴和所述接收单元的光轴平行设置；

所述发射单元出射的光束经过所述反射单元反射后入射到所述第一分光单元，并从所述第一分光单元的第一端出射；

待测物体返回的光束从所述第一分光单元的第一端入射，并入射至所述接收单元。

7.根据权利要求4所述的多线激光雷达，其特征在于，所述收发模块还包括第二分光单元；

所述发射单元的光轴和所述接收单元的光轴垂直设置；

所述发射单元出射的光束入射到所述第二分光单元，并从所述第二分光单元的第一端出射；

待测物体返回的光束从所述第二分光单元的第一端入射，并入射至所述接收单元。

8.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，所述反射模块包括单面反射镜或双面反射镜。

9.根据权利要求2所述的多线激光雷达，其特征在于，所述光源包括激光二极管或垂直腔面发射激光器。

10.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于，还包括壳体，用于承载所述旋转机构、所述收发模块以及所述反射模块。

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