CN216209872U - 激光发射装置、激光雷达和智能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及激光雷达技术领域，公开了一种激光发射装置、激光雷达和智能设备，所述激光发射装置包括：所述激光发射阵列包括至少一个激光发射板，所述激光发射板上位于所述激光发射镜组的实际焦平面的位置设置有多个激光发射单元；所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向不规则排布，以使各所述激光发射单元的出射激光经过所述激光发射镜组后所形成的光斑满足预设要求。通过上述方式，本实用新型实施例解决了发射镜组像差过大带来的问题。

Description

激光发射装置、激光雷达和智能设备

技术领域

本实用新型实施例涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种激光发射装置、激光雷达和智能设备。

背景技术

随着科学技术的发展，激光雷达在自动驾驶、智能机器人导航和无人机等智能装备领域使用广泛，广泛应用于环境探测、空间建模等场景。激光雷达是以发射激光光束来探测目标物体的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标物体发射探测激光束，然后将接收到的从目标物体反射回来的反射信号与发射信号进行比较，进行处理后，获得目标物体的有关信息，比如目标距离、方位、高度、速度、姿态和形状等参数。

本申请的发明人在研究过程中发现，由于激光发射镜本身的限制，激光发射镜组在接收到激光发射单元发射的激光信号时，当垂直视场较大时，会造成像差过大，造成测量精度不准确。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种激光发射装置、激光雷达和智能设备，用于解决现有技术中存在发射镜组像差过大的问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，本申请实施例提出了一种激光发射装置，包括激光发射阵列和激光发射镜组；

所述激光发射阵列包括至少一个激光发射板，所述激光发射板上位于所述激光发射镜组的实际焦平面的位置设置有多个激光发射单元；所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向不规则排布，以使各所述激光发射单元的出射激光经过所述激光发射镜组后所形成的光斑满足预设尺寸要求。

进一步的，所述预设尺寸要求根据所述激光发射镜组的发射视场角确定。

进一步的，所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角大于等于第二预设阈值的区域对应的位置上，稀疏设置有激光发射单元；所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角小于第二预设阈值的区域对应的位置上，密集设置有激光发射单元。

进一步的，在所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角大于等于第二预设阈值的区域，所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向呈弧形排布；在所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角小于第二预设阈值的区域，所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向呈直线排布。

进一步的，所述激光发射板上的多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向呈弧形排布。

进一步的，所述多个激光发射单元分别设置于所述激光发射板的两侧。

进一步的，各所述激光发射板上多个激光发射单元弧形排布的弧度不同。

进一步的，所述激光发射装置还包括发射光栅；所述发射光栅设置于所述激光发射板的出射端，用于隔离各所述激光发射单元出射的激光。

进一步的，所述发射光栅上与所述激光发射板对应的位置设置有通孔，所述通孔之间设置有挡光条。

进一步的，在所述通孔内与所述激光发射板上的各激光发射单元之间的位置，设置有隔条。

本申请实施例还提出了一种激光雷达，采用上述实施例中所述的激光发射装置。

本申请实施例还提出了一种智能设备，采用上述实施例中所述的激光雷达。

由上可知，本申请实施例通过将所述激光发射单元在所述激光发射镜组的焦平面位置上不规则设置，使其处于激光发射镜组的综合考虑像差后的最佳焦点位置，出射光斑达到最优状态，减少点云上的拖点和高反膨胀等问题。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例提供的激光发射装置的结构图；

图2示出了本实用新型实施例提供的激光发射板的侧视图；

图3示出了本实用新型另一实施例提供的激光发射单元设置示意图；

图4示出了本实用新型实施例提供的发射光栅示意图；

图5示出了本实用新型实施例提供的激光发射装置的实际光路图。

具体实施方式中的附图标号如下：

激光发射镜组100，第一透镜102，第二透镜104，第三透镜106，第四透镜108，发射光栅200，第一通孔202，第一挡光条203，第二通孔204，第三通孔206，隔条207，激光发射阵列300，第一激光发射板302，第一激光发射单元3021，第二激光发射单元3022，第三激光发射单元3023，第四激光发射单元3024，第二激光发射板304。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

激光雷达通过向目标物体发射探测激光束，然后将接收到的从目标物体反射回来的反射信号与发射信号进行比较，进行处理后，获得目标物体的有关信息，激光发射镜头和激光发射单元之间的位置关系会影响激光雷达的探测性能。理想情况下，激光发射镜头的焦平面为一个平面。然而，由于激光发射镜组本身特性的限制，激光发射镜组的边缘位置的实际焦平面往往比中心位置的焦平面靠前，使得激光发射镜组的实际焦平面并不是一个平面，而是一个曲面或弧面。在实际使用中，本申请人发现，目前的激光发射单元都相对于激光发射镜头呈现直线排布状态，大都将焦平面视作理想状态，其并没有考虑激光发射镜组本身特性的限制，由于在大垂直视场下激光发射镜组的边缘位置的实际焦平面往往比中心位置的焦平面靠前，使得激光发射镜组的实际焦平面并不是一个平面，此时若激光发射单元都相对于激光发射镜头呈现直线排布状态，则导致当垂直视场较大时，各像差较大，不能使得每个发射器件在最佳焦点位置，这样就使各个发射器件的出射光斑不能达到最佳状态。

本申请实施例提出了一种激光发射装置，如图1所示，所述激光发射装置包括激光发射阵列300和激光发射镜组100。所述激光发射阵列300包括多个激光发射板302，该多个激光发射板302可以是两个或大于两个激光发射板302。各所述激光发射板302上位于所述激光发射镜组100的实际焦平面的位置设置有多个激光发射单元3022；所述激光发射单元3022沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向成不规则排布，以使各所述激光发射单元的出射激光经过所述激光发射镜组后所形成的光斑满足预设尺寸要求。本申请实施例中，将多个激光发射单元3022的出光口设置为位于实际焦平面。其中，光斑的预设尺寸要求是本领域技术人员依据具体场景设置的所述激光发射镜组100的发射视场角确定的，本申请实施例不做具体限制。如图1所示，由于考虑到激光发射镜头的像差，所述激光发射镜组的实际焦平面并不是在同一个平面上，本申请实施例在设置激光发射单元的位置时，根据激光发射镜组的各个部分的实际焦平面位置进行设置，在发射前后位置采用不规则的排布，如图2所示，使得每个激光发射单元在综合考虑像差后，位于激光发射镜组的最佳焦平面位置，使出射光斑达到最优状态。本申请实施例中，激光发射镜组的实际焦平面为预先根据激光发射镜组100的光学参数(包括激光发射镜组中各光学元件的材质、形状等参数)进行拟合计算得到的激光发射镜组真实的焦平面。

其中，所述激光发射镜组100用于接收所述多个激光发射单元3022发射的激光信号，并将所述激光信号进行调整后进行发射。所述激光发射镜组100优选的，包括第一透镜102、第二透镜104、第三透镜106和第四透镜108，用于对所述激光发射单元发射的激光信号进行调整后射出。所述激光发射镜组的焦平面需要综合考虑所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜中每个透镜的光学特性，特别是第四透镜，由于在实际应用中，所述第四透镜作为激光发射单元的直接入射表面，其直径较大，对所述激光发射单元的发射影响最大，因此，在本申请实施例中，确定所述激光发射镜组100的实际焦平面时，将会综合考虑第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜中每个透镜的光学特性，再进行拟合从而确定激光发射镜组100的实际焦平面。

本申请实施例中，由于激光发射镜组100的限制，激光发射板上越靠近激光发射镜组100的光轴的位置，实际焦平面越接近理想焦平面，也即越接近平面；而越远离激光发射镜组100的光轴的位置，实际焦平面越靠前，越接近曲面。因此，在所述激光发射板上与所述激光发射镜组100的发射视场角大于等于第二预设阈值的区域，所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向呈弧形排布。在所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角小于第二预设阈值的区域，所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向呈直线排布。其中，本申请实施例并不具体限定第二预设阈值的具体数值，本领域技术人员可依据该激光发射镜组100的实际焦平面进行相应设置。其中，激光发射板上与激光发射镜组的发射视场角大于等于第二预设阈值的区域对应的位置上，稀疏设置有激光发射单元；所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角小于第二预设阈值的区域对应的位置上，密集设置有激光发射单元。

本实用新型实施例中，优选的，在每个所述激光发射板上，所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向的排布成弧形排布，通过这种方式，便于所述激光发射板的生产和制造。进一步的，在考虑所述激光发射镜组的垂直方向视场的同时，本申请实施例还考虑到所述激光发射镜组的在水平方向视场的像差问题，本申请实施例在对所述各个激光发射板的设置时，除了使每个激光发射板上的激光发射单元成弧形或不规则排布外，还总体协调每个激光发射板的设置，以使所有激光发射板上的多个激光发射单元相对于所述激光发射镜组成凹型设置，以最大程度的使所有的激光发射单元都位于所述激光发射镜组100的实际焦平面上。也就是说，由于激光发射镜组100的限制，使得激光发射镜组100的实际焦平面为一个凹型曲面，因此，所有各个激光发射板上的各个激光发射单元排布在该凹型曲面上。

本申请实施例通过将所述激光发射单元在所述激光发射镜组的焦平面位置上呈不规则设置，使其位于激光发射镜组的综合考虑像差后的最佳焦点位置，出射光斑达到最优状态，减少点云上的拖点和高反膨胀等问题。

在本实用新型的另一个实施例中，本申请的发明人发现，目前的激光发射单元，当水平阵列很多时，为了空间上能放得下，会导致水平视场角较大，较大的水平视场角会导致水平大角度的阵列发射光斑比水平零度角的大很多。基于此，本申请实施例还提出了一种新的激光发射板，在所述激光发射板的两侧分别设置有多个激光发射单元。如图3所示，示例性的给出了第一激光发射板302和第二激光发射板304，以第一激光发射板302为例进行说明，所述第一激光发射板302上面向激光发射镜组100的左右两侧分别设置有第一激光发射单元3021和第二激光发射单元3022，各个激光发射板之间存在一定的水平距离。通过这种方式，将原来设置在两块激光发射板的激光发射单元设置在一块激光发射板上。在其中一种实施方式中，各个激光发射板之间的水平距离不变，且激光发射单元数量的相同，使激光发射板的数量相比现有技术减少了一半，有效减小了整个激光发射板的空间，使水平视场上，大角度发射的光斑变小，减小了水平视场的像差。在另一种实施方式中，激光发射板数量及水平距离相对现有技术不变的情况下，使可设置的激光发射单元数量变为原来数量的两倍，可有效增加所述激光发射单元的垂直分辨率。其中，本实用新型实施例中在将第一激光发射单元3021和第二激光发射单元3022设置在第一激光发射板302上面向激光发射镜组100的左右两侧的同时，还可以与上述实施例中设置在实际焦平面的位置结合，从而使得激光发射单元设置在第一激光发射板302上面向激光发射镜组100的左右两侧，且设置在各所述激光发射板302上位于激光发射镜组100的实际焦平面的位置，激光发射单元3022沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向成不规则排布。

为了使各激光发射单元之间的水平间距保持一致，优选的，所述各激光发射板之间的间隔距离等于所述激光发射板的厚度。从而使得同一激光发射板上的激光发射单元之间的间距以及不同激光发射板之间的激光发射单元之间的间距相等。

同样的，为了使所述激光发射单元位于所述激光发射镜组的焦平面上，所述第三激光发射单元3023和第四激光发射单元3024与所述第一激光发射单元3021和第二激光发射单元3022呈弧形设置。

由上可知，通过在激光发射板两侧分别设置激光发射单元，可以使激光发射板的数量减少一半，有效减小发射板占用的空间，使水平角度减小一半，大角度的发射光斑变小，发散角小，发射能量更集中，测距更远，减少点云上的拖点、高反膨胀等问题。同时，也可以在发射板数量不变时，使激光发射阵列数变为原来的两倍，在空间相同的情况下，多出来的阵列可用于增加垂直分辨率。

进一步的，为了提高所述激光发射装置的激光发射效果，所述激光发射装置在上述实施例的基础上，进一步增加了发射光栅200，如图1和图4所示，所述发射光栅设置于所述激光发射阵列300和所述激光发射镜组100之间，在使用状态下，所述发射光栅200设置于靠近所述激光发射阵列300的一端，用于隔离所述各激光发射单元。通过设置所述发射光栅，能有效减少所述激光发射单元的发射光斑。

具体的，如图4所示，所述发射光栅上与所述激光发射板对应的位置设置有通孔202，204，206，所述通孔202,204之间设置有挡光条203。对于激光发射单元连续设置的发射板，可以设置大角度通道，即与多个激光发射单元对应的通孔可以设置为一体，形成通条形状。对于单独设置的激光发射单元，可以单独设置通孔206。总之，所述通孔的设置需要与所述激光发射单元相匹配，可以采用每个发射单元一个通孔，或多个发射单元一个通孔，或者采用分列和分行的方式。当多个激光发射单元对应一个通孔206时，还可以在所述通孔内与所述激光发射板上的各激光发射单元之间的位置上，设置隔条207，对同一通孔内的激光发射单元进行隔离。其中，所述发射光栅可以是平面、斜面和曲面等。

由上可知，本申请实施例进一步增加了发射光栅，通过用发射光栅档掉光斑能量密度低的地方，减小发射光斑尺寸，减少点云上的拖点、高反膨胀等问题。

图5为本申请实施例提出的激光发射单元的光路图，从图中可以看出，激光发射阵列300中的各激光发射板上不规则设置有多个激光发射单元，所述激光发射单元根据所述激光发射镜组的焦平面的位置，呈不规则设置，出射的激光经过激光光栅的隔档，形成的光斑较小，出射的效果更好。直接入射到激光发射镜组上，并经过激光发射镜组调整后，射向被扫描物体，使激光发射单元的出射光斑达到最优状态，减少点云上的拖点和高反膨胀等问题。

进一步的，本申请实施例还提出了一种激光雷达，所述激光雷达包括上述实施例中提到的激光发射装置，所示激光发射装置包括激光发射阵列和激光发射镜组；所述激光发射阵列包括多个激光发射板，各所述激光发射板上位于所述激光发射镜组的焦平面的位置上设置有多个激光发射单元；所述激光发射单元沿所述激光发射镜组的焦平面成不规则排布；所述激光发射镜组用于接收所述多个激光发射单元发射的激光信号，并将所述激光信号进行调整后进行发射。

进一步的，所述激光发射板上的多个激光发射单元成弧形设置，各所述激光发射板之间的多个激光发射单元成凹型设置。可以是所述激光发射单元位于所述激光发射镜组的焦平面上。

进一步的，各所述激光发射板的两侧分别设置有多个激光发射单元，各激光发射板之间的距离等于所述激光发射板的厚度，可以有效减小了发射板的空间，使在水平视场上，大角度发射的光斑变小。

进一步的，所述激光发射单元还包括进一步包括发射光栅；所述发射光栅设置于所述激光发射板一端，用于隔离各所述激光发射单元。所述发射光栅上与所述激光发射板对应的位置设置有通孔，所述通孔之间设置有挡光条。在所述通孔内与所述激光发射板上的各激光发射单元之间的位置，设置有隔条。通过用发射光栅档掉光斑能量密度低的地方，减小发射光斑尺寸，减少点云上的拖点、高反膨胀等问题。

本申请实施例还进一步提出了一种智能设备，所述智能设备采用上述实施例中提出的激光雷达，具体激光雷达的结构和上述实施例一致，在此不再赘述。

需要注意的是，除非另有说明，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本实施新型实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。

此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“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；也可以是机械连接，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实施例中的具体含义。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种激光发射装置，其特征在于，包括激光发射阵列和激光发射镜组；

所述激光发射阵列包括至少一个激光发射板，所述激光发射板上位于所述激光发射镜组的实际焦平面的位置设置有多个激光发射单元；所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向不规则排布，以使各所述激光发射单元的出射激光经过所述激光发射镜组后所形成的光斑满足预设尺寸要求。

2.如权利要求1所述的激光发射装置，其特征在于，所述预设尺寸要求根据所述激光发射镜组的发射视场角确定。

3.如权利要求1所述的激光发射装置，其特征在于，所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角大于等于第二预设阈值的区域对应的位置上，稀疏设置有激光发射单元；

所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角小于第二预设阈值的区域对应的位置上，密集设置有激光发射单元。

4.如权利要求3所述的激光发射装置，其特征在于，在所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角大于等于第二预设阈值的区域，所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向呈弧形排布；

在所述激光发射板上与所述激光发射镜组的发射视场角小于第二预设阈值的区域，所述多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向呈直线排布。

5.如权利要求2所述的激光发射装置，其特征在于，所述激光发射板上的多个激光发射单元沿所述激光发射镜组的主光轴垂直方向呈弧形排布。

6.如权利要求1所述的激光发射装置，其特征在于，所述多个激光发射单元分别设置于所述激光发射板的两侧。

7.如权利要求1-6任意一项所述的激光发射装置，其特征在于，各所述激光发射板上多个激光发射单元弧形排布的弧度不同。

8.如权利要求1-6任意一项所述的激光发射装置，其特征在于，所述激光发射装置还包括发射光栅；

所述发射光栅设置于所述激光发射板的出射端，用于隔离各所述激光发射单元出射的激光。

9.如权利要求8所述的激光发射装置，其特征在于，所述发射光栅上与所述激光发射板对应的位置设置有通孔，所述通孔之间设置有挡光条。

10.如权利要求9所述的激光发射装置，其特征在于，在所述通孔内与所述激光发射板上的各激光发射单元之间对应的位置，设置有隔条。

11.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-10任意一项所述的激光发射装置。

12.一种智能设备，其特征在于，包括如权利要求11所述的激光雷达。

Images