CN214097783U - 一种激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光测量技术领域，公开了一种激光雷达装置，其中装置包括光路模组，光路模组的第一端设有激光二极管，光路模组的第二端设有扫描单元，激光二极管连接有电路模组，电路模组用于向激光二极管提供正向偏置电压使得激光二极管处于发射状态或者向激光二极管提供反向偏置电压使得激光二极管处于接收状态。本实用新型提供的一种激光雷达装置，设置激光二极管，通过电路模块实现激光二极管工作模式的切换，使得激光二极管既可作为光源发射激光，又可作为探测器接收回波信号完成测量，从而只用设置一条光路即可完成信号的发射以及接收，实现了接收发射一体化，有利于减小设备尺寸，降低结构复杂性以及降低成本。

Description

一种激光雷达装置

技术领域

本实用新型涉及激光测量技术领域，尤其涉及一种激光雷达装置。

背景技术

激光雷达技术和微波雷达相比，具有更高的精度、更远的探测距离、更强的抗干扰性，最早用于空间探测，现在广泛应用在三维测绘、工程测量、自动驾驶等领域。

激光雷达硬件主要由激光器、发射光路模块、接收光路模块、探测器模块组成。传统的激光雷达在设计时，首先外购激光器，然后设计发射光路将脉冲激光投射到物体上，再设计一套透光孔径较大的接收光路模组，接收从目标物体表面漫反射的回波信号，回返光最终聚焦在APD探测器上。

传统的激光雷达设备需要设置发射光路和接收光路，并且激光器和接收光组尺寸较大，导致设备尺寸很难做小，并且结构复杂，需要用到很多器件，成本也居高不下。然而在产业的应用中，例如无人驾驶、三维测绘，人们对激光雷达设备的尺寸和成本提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种激光雷达装置，用以解决或部分解决现有激光雷达设备尺寸较大，并且结构复杂的问题。

本实用新型提供一种激光雷达装置，包括光路模组，所述光路模组的第一端设有激光二极管，所述光路模组的第二端设有扫描单元，所述激光二极管连接有电路模组，所述电路模组用于向所述激光二极管提供正向偏置电压使得所述激光二极管处于发射状态或者向所述激光二极管提供反向偏置电压使得所述激光二极管处于接收状态。

根据本实用新型提供的一种激光雷达装置，所述光路模组还包括在所述激光二极管和所述扫描单元之间依次设置的准直聚焦镜组和传输光纤；所述激光二极管连接于所述准直聚焦镜组的一侧，所述准直聚焦镜组的另一侧连接于所述传输光纤。

根据本实用新型提供的一种激光雷达装置，所述准直聚焦镜组包括从激光二极管开始依次设置的准直镜和聚焦镜。

根据本实用新型提供的一种激光雷达装置，所述光路模组还包括设于所述激光二极管和所述扫描单元之间的光纤放大单元。

根据本实用新型提供的一种激光雷达装置，所述光纤放大单元包括依次设置的耦合器和有源光纤，所述耦合器还连接有泵浦源，所述耦合器靠近所述激光二极管设置，所述有源光纤与所述扫描单元相连。

根据本实用新型提供的一种激光雷达装置，所述光路模组还包括滤波器。

根据本实用新型提供的一种激光雷达装置，所述扫描单元包括准直镜组和扫描转镜，所述扫描转镜可转动设于所述光路模组的第二端。

根据本实用新型提供的一种激光雷达装置，还包括转台；所述光路模组和所述电路模组固定设于所述转台上。

根据本实用新型提供的一种激光雷达装置，所述电路模组还用于在提供正向偏置电压时向所述激光二极管施加调制电流信号。

本实用新型提供的一种激光雷达装置，设置激光二极管，通过电路模块实现激光二极管工作模式的切换，使得激光二极管既可作为光源发射检测激光，又可作为探测器接收回波信号完成测量，从而只用设置一条光路即可完成信号的发射以及接收，实现了接收发射一体化，有利于减小设备尺寸，降低结构复杂性以及降低成本。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1是本实用新型提供的激光雷达装置的结构示意图。

附图标记：

1、激光二极管；2、准直聚焦镜组；3、传输光纤；4、滤波器；5、耦合器；6、泵浦源；7、有源光纤；8、准直镜组；9、扫描转镜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1描述本实用新型的激光雷达装置及激光测量方法。

参考图1，本实施例提供一种激光雷达装置，该激光雷达装置包括光路模组，光路模组的第一端设有激光二极管1，光路模组的第二端设有扫描单元。激光二极管1和扫描单元位于光路模组的两个端部。光路模组包括一条光路。激光二极管1连接有电路模组，电路模组用于向激光二极管1提供正向偏置电压使得激光二极管1处于发射状态或者向激光二极管1提供反向偏置电压使得激光二极管1处于接收状态。

电路模组为激光二极管1的电压和电流提供控制电路，可为电路板结构。电路模组有两种工作状态，一是发射状态，通过给激光二极管1提供正向偏置电压，使其处于能够发射脉冲激光的状态；在该状态下，光路模组作为发射光路。二是接收状态，通过给激光二极管1提供反向偏置电压，此时激光二极管1不发光，而是接收回波信号；在该状态下，光路模组作为接收光路。

发射状态时，激光二极管1产生脉冲激光，经过光路模块通过扫描单元将脉冲激光投射到物体表面。接收状态时，根据光路可逆性，从物体表面反射的回返光会经过光路模块，最后到达激光二极管1，此时的激光二极管1处于反向偏置状态相当于光电探测器，用来检测回波信号强度。

本实施例提供的一种激光雷达装置，设置激光二极管1，通过电路模块实现激光二极管1工作模式的切换，使得激光二极管1既可作为光源发射检测激光，又可作为探测器接收回波信号完成测量，从而只用设置一条光路即可完成信号的发射以及接收，实现了接收发射一体化，有利于减小设备尺寸，降低结构复杂性以及降低成本。

在上述实施例的基础上，进一步地，光路模组还包括在激光二极管1和扫描单元之间依次设置的准直聚焦镜组2和传输光纤3；激光二极管1连接于准直聚焦镜组2的一侧，准直聚焦镜组2的另一侧连接于传输光纤3。准直聚焦镜组2用于实现光束的准直和聚焦。激光二极管1发射的激光通过准直聚焦镜组2镜后进入传输光纤3进行传播。

在上述实施例的基础上，进一步地，准直聚焦镜组2包括从激光二极管1开始依次设置的准直镜和聚焦镜。即激光二极管1发射的激光先经过准直镜，再经过聚焦镜。使得发射激光可更好的进入传输光纤3中。激光二极管1、准直聚焦镜组2和传输光纤3形成光纤耦合单元。

在上述实施例的基础上，进一步地，光路模组还包括设于激光二极管1和扫描单元之间的光纤放大单元。光纤放大单元用于对发射信号和回波信号进行放大。

在上述实施例的基础上，进一步地，光纤放大单元包括依次设置的耦合器5和有源光纤7，耦合器5还连接有泵浦源6。耦合器5靠近激光二极管1设置；即耦合器5为光纤放大单元中靠近激光二极管1的部件。有源光纤7与扫描单元相连。

进一步地，泵浦源6在激光二极管1处于发射状态时的泵浦电流强度大于在激光二极管1处于接收状态时的泵浦电流强度。

在上述实施例的基础上，进一步地，光路模组还包括滤波器4。进一步地，滤波器4设于传输光纤3和耦合器5之间。即滤波器4设于光纤耦合单元和光纤放大单元之间。滤波器4主要用于滤除回波信号在光纤放大过程中产生的ASE。

在上述实施例的基础上，进一步地，扫描单元包括准直镜组8和扫描转镜9，扫描转镜9可转动设于光路模组的第二端。准直镜组8用来将光纤输出发散光变为平行光；平行光经扫描转镜9后输出至待测的物体上。扫描转镜9的可转动用来改变出射光束的垂直角度。具体的，扫描转镜9可通过支撑件进行固定，支撑件可转动设置，支撑件可在电机的驱动下进行转动的控制调节。支撑件可为转轴。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供的一种激光雷达装置还包括转台；光路模组和电路模组固定设于转台上。可通过转台的转动实现光路模组多方位的扫描，提高扫描角度。

进一步地，转台可绕第一方向转动；扫描转镜9可绕第二方向转动。第一方向和第二方向可为不同的方向，从而实现光路模组出射光束的更多方位的角度调整，增大扫描范围。

在上述实施例的基础上，进一步地，电路模组还用于在提供正向偏置电压时向激光二极管1施加调制电流信号。用于激发激光二极管1发射激光。具体的，电路模组在向激光二极管1提供正向偏置电压时向激光二极管1施加脉冲调制电流，脉宽3-8ns，频率100kHz-2MHz。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种激光测量方法，该激光测量方法基于上述任一实施例所述的激光雷达装置，该激光测量方法包括：对激光二极管1施加正向偏置电压和调制电流信号，使其发射脉冲激光沿光路模组至待测物体上；对激光二极管1施加反向偏置电压，使其接收沿光路模组返回的来自待测物体表面的回波信号。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供了一种收发一体化激光雷达装置，包括电路模组和光路模组。电路模组有两种工作状态，一是发射状态，通过给激光二极管1提供正向偏置电压和调制电流信号，使其发射脉冲激光，二是接收状态，通过给激光二极管1提供反向偏置电压，此时激光二极管1不发光，而是接收回波信号。光路模组包括光纤耦合单元，滤波器4，光纤放大单元，准直扫描单元。光纤耦合单元包括激光二极管1、准直聚焦镜组2、传输光纤3；滤波器4用于滤除回波信号在光纤放大过程中产生的ASE；光纤放大单元包括泵浦源6，耦合器5，有源光纤7；准直扫描单元包括准直镜组8，扫描转镜9。

发射状态时，激光二极管1产生脉冲激光，经过光纤耦合单元进入传输光纤3，再经过光纤放大单元对光信号放大，最后通过准直扫描单元将脉冲激光投射到物体表面。接收状态时，根据光路可逆性，从物体表面反射的回返光会依次经过准直扫描单元、光纤放大单元、滤波器4、光纤耦合单元，最后到达激光二极管1，此时的激光二极管1处于反向偏置状态相当于光电探测器，用来检测回波信号强度。光纤放大单元不仅能放大激光信号，还能放大回返光信号，通过快速切换激光二极管1的工作模式，实现了接收发射一体化。

具体的，电路模组有两种工作状态，一是发射状态，输出正向偏置电压和脉冲调制电流，脉宽3-8ns，频率100kHz-2MHz，二是接收状态，输出反向偏置电压。光纤耦合单元包括激光二极管1，准直聚焦镜组2，传输光纤3。激光二极管1发射1550nm激光；经过准直聚焦镜组2，耦合到传输光纤3。准直聚焦镜组2包括依次设置的快轴准直镜，慢轴准直镜，聚焦镜。传输光纤3优选10/125um单模光纤。

滤波器4为窄带通光纤滤波器4，中心波长为1550nm，全宽半高为1nm。光纤放大单元包括泵浦源6，耦合器5，有源光纤7；泵浦源6优选10W多模915nm半导体激光器；有源光纤7优选铒镱共掺光纤。准直扫描单元包括准直镜组8和扫描转镜9，准直镜组8用来将光纤输出发散光变为平行光。准直镜组8优选双胶合镜或三片镜组。扫描转镜9用来改变出射光束的垂直角度，最大垂直视场角300°。扫描转镜9可进行竖直方向的转动，即扫描转镜9绕水平方向转动。电路模组和光路模组固定在水平转台上，实现360°水平方向扫描。水平转台实现水平方向的转动，即绕竖直方向转动。

本实施例适用于激光三维测量技术领域，一定程度上解决了现有激光雷达装置体积大、成本高、结构复杂的问题。

最后应说明的是：以上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。

Claims (9)

1.一种激光雷达装置，其特征在于，包括光路模组，所述光路模组的第一端设有激光二极管，所述光路模组的第二端设有扫描单元，所述激光二极管连接有电路模组，所述电路模组用于向所述激光二极管提供正向偏置电压使得所述激光二极管处于发射状态或者向所述激光二极管提供反向偏置电压使得所述激光二极管处于接收状态。

2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述光路模组还包括在所述激光二极管和所述扫描单元之间依次设置的准直聚焦镜组和传输光纤；所述激光二极管连接于所述准直聚焦镜组的一侧，所述准直聚焦镜组的另一侧连接于所述传输光纤。

3.根据权利要求2所述的激光雷达装置，其特征在于，所述准直聚焦镜组包括从激光二极管开始依次设置的准直镜和聚焦镜。

4.根据权利要求1至3任一所述的激光雷达装置，其特征在于，所述光路模组还包括设于所述激光二极管和所述扫描单元之间的光纤放大单元。

5.根据权利要求4所述的激光雷达装置，其特征在于，所述光纤放大单元包括依次设置的耦合器和有源光纤，所述耦合器还连接有泵浦源，所述耦合器靠近所述激光二极管设置，所述有源光纤与所述扫描单元相连。

6.根据权利要求1至3任一所述的激光雷达装置，其特征在于，所述光路模组还包括滤波器。

7.根据权利要求1至3任一所述的激光雷达装置，其特征在于，所述扫描单元包括准直镜组和扫描转镜，所述扫描转镜可转动设于所述光路模组的第二端。

8.根据权利要求1至3任一所述的激光雷达装置，其特征在于，还包括转台；所述光路模组和所述电路模组固定设于所述转台上。

9.根据权利要求1至3任一所述的激光雷达装置，其特征在于，所述电路模组还用于在提供正向偏置电压时向所述激光二极管施加调制电流信号。

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