CN216646805U - 一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光雷达，涉及雷达技术领域，包括座体以及设置于座体上的激光器、多棱镜组件和接收组件，激光器和接收组件均位于多棱镜组件的同侧，激光器用于出射探测目标物的探测光束，多棱镜组件将探测光束反射至目标物后再次返回多棱镜组件并入射接收组件，多棱镜组件沿自身轴线转动设置于座体，以使探测光束形成探测视场。如此，多棱镜组件每旋转一周，由激光器出射至多棱镜组件的探测光束就会依次经过多棱镜组件的多个侧面被反射，如此，便可以产生多个扫描帧，相比于现有采用振镜扫描的方式，具有较高的帧率。

Description

一种激光雷达

技术领域

本申请涉及雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达。

背景技术

随着激光技术的发展，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、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测光束，然后将从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等信息。

现有激光雷达采用振镜水平扫描方案，通过振镜旋转实现水平方向的扫描，但由于振镜旋转一周只对应一个扫描帧，在相同的转速下，振镜水平扫描方案的帧率较低。

实用新型内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种激光雷达，以解决现有激光雷达采用振镜扫描导致帧率较低的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种激光雷达，包括座体以及设置于座体上的激光器、多棱镜组件和接收组件，激光器和接收组件均位于多棱镜组件的同侧，激光器用于出射探测目标物的探测光束，多棱镜组件将探测光束反射至目标物后再次返回多棱镜组件并入射接收组件，多棱镜组件沿自身轴线转动设置于座体，以使探测光束形成探测视场。

可选的，多棱镜组件包括多棱镜、转轴和电机，电机设置于座体，且转轴的一端与电机的输出轴固定连接，转轴的另一端穿设于多棱镜，且与多棱镜固定连接。

可选的，接收组件的接收口径的直径与多棱镜中任意一反射面的面积正相关。

可选的，激光雷达还包括检测装置，检测装置设置于转轴的另一端，用于检测多棱镜的旋转角度。

可选的，检测装置为光电码盘，电机为无刷电机。

可选的，激光器和接收组件沿多棱镜组件的轴线方向层叠设置以使探测光束在激光器和多棱镜组件之间的传输路径与探测光束在多棱镜组件和接收组件之间的传输路径沿层叠方向重合。

可选的，激光雷达包括隔板，隔板位于激光器和接收组件之间，以将激光器出光侧与接收组件的入光侧隔离。

可选的，接收组件包括接收镜头以及设置于接收镜头的出光侧的接收电路板。

可选的，激光雷达还包括控制电路板，控制电路板分别与激光器、多棱镜组件和接收组件电连接。

可选的，激光雷达还包括位于多棱镜组件和接收组件之间的反射镜，返回多棱镜组件的探测光束经反射镜反射后入射接收组件。

本申请的有益效果包括：

本申请提供了一种激光雷达，包括座体以及设置于座体上的激光器、多棱镜组件和接收组件，激光器和接收组件均位于多棱镜组件的同侧，激光器用于出射探测目标物的探测光束，多棱镜组件将探测光束反射至目标物后再次返回多棱镜组件并入射接收组件，多棱镜组件沿自身轴线转动设置于座体，以使探测光束形成探测视场。如此，多棱镜组件每旋转一周，由激光器出射至多棱镜组件的探测光束就会依次经过多棱镜组件的多个侧面被反射，如此，便可以产生多个扫描帧，相比于现有采用振镜扫描的方式，具有较高的帧率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种激光雷达的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的一种激光雷达的结构示意图之二；

图3为本申请实施例提供的一种激光雷达所形成的视场角示意图；

图4为本申请实施例提供的一种激光雷达的俯视示意图之一；

图5为本申请实施例提供的一种激光雷达的俯视示意图之二；

图6为本申请实施例提供的一种激光雷达的主视图；

图7为本申请另一实施例提供的一种激光雷达的俯视示意图；

图8为本申请再一实施例提供的一种激光雷达的俯视示意图。

图标：100-座体；101-支柱；102-顶板；110-激光器；111-扫描线；112-发射电路板；120-多棱镜组件；121-电机；122-多棱镜；123-转轴；130-接收组件；131-接收镜头；132-接收电路板；140-检测装置；150-反射镜；160-控制电路板；170-隔板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例的一方面，提供一种激光雷达，如图1所示，包括座体100、激光器110、多棱镜组件120和接收组件130，其中，激光器110、多棱镜组件120和接收组件130均设置于座体100上，便于形成一个整体的模块结构。

请结合图1至图4所示，激光器110和接收组件130均位于多棱镜组件120的同一侧，换言之，多棱镜组件120不仅位于激光器110的出射光轴，同时也位于接收组件130的接收光轴，如此，一方面便于激光器110出射探测光束至多棱镜组件120后，由多棱镜组件120的反射面向外部反射，另一方面则便于由目标物反射回的探测光束被多棱镜组件120反射后能够对应由接收组件130接收。

请继续参照图1至图4，多棱镜组件120转动设置于座体100上，且多棱镜组件120可绕自身轴线相对座体100转动，以便随着多棱镜组件120的转动，改变由激光器110出射的探测光束入射多棱镜组件120的入射角度，进而改变探测光束被多棱镜组件120反射后的出射角度，实现激光雷达以一定视场角度对目标物所在区域进行一维扫描。例如图3所示，在多棱镜组件120的转动中，随着激光器110持续出射探测光束，在一个扫描周期内，不同时间点入射多棱镜组件120的探测光束均具有不同的入射角度，因此，对应会产生具有视场角θ的探测视场，同时，也在探测视场内形成扫描线111。

在实际使用中，多棱镜组件120相对座体100进行转动，如图4所示，激光器110则出射探测光束(图4中带箭头的实线，箭头表示传输方向)，探测光束入射多棱镜组件120的反射面且被反射后向外部出射，从而形成探测视场；如图5所示，当目标物位于探测视场内时，会有部分探测光束(图5中带箭头的虚线，箭头表示传输方向)被目标物反射后再次返回多棱镜组件120，并且被多棱镜组件120反射后入射接收组件130，以此，经过软件分析便能够得出关于目标物的相关信息。

综上，由于本申请中采用多棱镜组件120作为扫描镜，故，多棱镜组件120每旋转一周，由激光器110出射至多棱镜组件120的探测光束就会依次经过多棱镜组件120的多个侧面被反射，如此，便可以产生多个扫描帧，相比于现有采用振镜扫描的方式，具有较高的帧率。

可选的，如图1所示，可以根据接收组件130的接收面积确定多棱镜组件120中多棱镜122的反射面的面积，例如：接收组件130的接收口径为圆形，圆形接收口径的直径与多棱镜组件120中多棱镜122的任意一反射面的面积正相关，以此，相比于现有采用振镜扫描的方式，本申请采用多棱镜122能够实现大口径接收，从而提高激光雷达的测量精度。

在一些实施方式中，本申请中的激光器110和接收组件130可以是一个，也可以是多个，本申请对其不做限定，例如当激光器110和接收组件130各为一个时，两者相互匹配，当激光器110和接收组件130各为两个时，一个激光器110对应一个接收组件130。

可选的，如图1、图2和图6所示，多棱镜组件120包括多棱镜122、转轴123和电机121，其中，电机121固定设置于座体100，转轴123的一端则与电机121的输出轴固定连接，转轴123的另一端则由多棱镜122的底面穿设于多棱镜122，并且与多棱镜122固定连接，如此，既能够实现电机121通过转轴123驱动多棱镜122绕转轴123相对座体100转动，同时，还能够利用转轴123穿设多棱镜122内的方式充分利用多棱镜122的侧面作为反射面，避免影响多棱镜122侧面的反射。

应该理解的是，多棱镜122由顶面、底面和多个侧面围合而成，其中，多棱镜122的多个侧面均可以作为反射面，实现对探测光束的反射。

在一些实施方式中，如图1至图6所示，多棱镜122可以是四棱镜，转轴123由四棱镜的底面穿设于四棱镜内，在实际探测中：如图4所示，激光器110出射探测光束至四棱镜，基于四棱镜被电机121驱动，因此，在四棱镜转动一周时，由激光器110出射的探测光束会依次经过四棱镜的四个侧面，对应产生4个扫描帧，从而具有较高的扫描帧率。鉴于四棱镜每旋转一周产生4个扫描帧，因此，每一帧对应四棱镜旋转90度，同时，基于四棱镜每旋转1度，由四棱镜反射的探测光束的出射角度便会旋转2度，因此，每一帧的光学扫描角度为180度，在设置激光雷达的实际扫描角度时，可以使得实际扫描角度小于每一帧的光学扫描角度，换言之，可以在每一帧的光学扫描角度中截取或利用一部分角度作为实际扫描角度即可，例如假设激光雷达的实际扫描角度为120度，则仅需要在每一帧中截取/利用180度里面的120度作为实际扫描角度即可。

在一些实施方式中，如图7所示，多棱镜122还可以是五棱镜，转轴123依然由五棱镜的底面穿设于五棱镜内，在实际探测中：激光器110出射探测光束至五棱镜，基于五棱镜被电机121驱动，因此，在五棱镜转动一周时，由激光器110出射的探测光束会依次经过五棱镜的五个侧面，对应产生5个扫描帧，从而具有更高的扫描帧率。鉴于五棱镜每旋转一周便可以产生5个扫描帧，因此，每一帧对应五棱镜旋转72度，同时，基于五棱镜每旋转1度，由五棱镜反射的探测光束的出射角度便会旋转2度，因此，每一帧的光学扫描角度为144度，在设置激光雷达的实际扫描角度(水平扫描角度)时，可以使得实际扫描角度小于每一帧的光学扫描角度，换言之，可以在每一帧的光学扫描角度中截取或利用一部分角度作为实际扫描角度即可，例如假设激光雷达的实际扫描角度为120度，则仅需要在每一帧中截取/利用144度里面的120度作为实际扫描角度即可。

在其它实施方式中，本申请中的多棱镜122还可以是三棱镜、六棱镜、七棱镜等，对应的，当多棱镜122的侧面个数增多时，其所对应的扫描帧率也更高。应当理解的是，随着扫描帧率的提高，每一帧的光学扫描角度也更小，激光雷达的实际扫描角度可截取/利用的范围也更小，因此，在实际选择和设置中，应当根据实际需求合理选择，本申请对其不做具体限定。

可选的，如图1和图2所示，激光雷达还包括检测装置140，检测装置140设置于转轴123的另一端，例如：电机121位于多棱镜122的底面，检测装置140则可以位于多棱镜122的顶面，如此，在多棱镜122被电机121驱动从而相对座体100转动时，可以通过检测装置140对多棱镜122的旋转角度进行检测，便于对多棱镜122的转动状态进行监测。同时，也便于检测装置140和电机121的布设，避免两者相互影响。

在一些实施方式中，检测装置140可以是光电码盘，例如图1所示，光电码盘固定设置于转轴123的端部，且光电码盘位于多棱镜122的顶面，如此，在多棱镜122转动时，光电码盘与多棱镜122同步转动，从而实现对多棱镜122的旋转角度的检测。

在一些实施方式中，驱动多棱镜122转动的电机121可以是无刷电机121，如此，利用无刷电机121在驱动时的低干扰、低噪音、运转顺畅以及长寿命的特点，能够使得多棱镜122的转动更加稳定。

可选的，在对激光器110和接收组件130进行布设时，可以使得激光器110和接收组件130沿多棱镜组件120的轴线方向层叠设置，换言之，激光器110和接收组件130沿多棱镜组件120的轴线方向同轴，使得探测光束在激光器110和多棱镜组件120之间的传输路径(为便于描述，以下简称为发射路径)与探测光束在多棱镜组件120和接收组件130之间的传输路径(为便于描述，以下简称为接收路径)沿层叠方向重合，如此，能够实现发射和接收沿层叠方向同轴，从而有效提高各部件布设的合理性，便于降低激光雷达的整体尺寸。

例如图1所示，激光器110和接收组件130沿着多棱镜122的转轴123的轴线方向层叠布设，其中，激光器110位于座体100的下层，接收组件130位于座体100的上层，在实际探测时，如图6所示，先由激光器110出射探测光束到达多棱镜122，以此探测光束从激光器110至多棱镜122所走的路径便为发射路径；当探测光束被目标物反射至多棱镜122后，多棱镜122会将返回的探测光束反射至接收组件130，以此探测光束从多棱镜122至接收组件130所走的路径便为接收路径，在沿层叠方向，发射路径和接收路径重叠，应当理解的是，本申请中的重合或重叠，并不要求两路径长度完全一致，只要一路径沿层叠方向完全位于另一路径之内即可，例如图6所示，发射路径(带箭头的实线)和接收路径(带箭头的虚线)长度不等，此时，对应的接收组件130位于激光器110的斜上方(两者依然属于层叠设置)，发射路径(带箭头的实线)在层叠方向上完全位于接收路径(带箭头的虚线)之内；当然，也可以两者路径的长度完全一致，此时，对应的接收组件130位于激光器110的正上方。

在一些实施方式中，如图1和图2所示，座体100包括底座、支柱101、顶板102和多个支撑板，如图1所示，在底座上垂直设置有多个支柱101，顶板102设置于支柱101远离底座的一端，从而在顶板102和底座之间形成容纳腔，激光器110、多棱镜122、电机121、接收组件130均位于容纳腔内且设置于容纳腔内的支撑板上，形成激光器110在下层，接收组件130在上层，并且激光器110和接收组件130位于多棱镜122右侧的结构。

可选的，如图1和图2所示，激光雷达还包括隔板170，隔板170位于激光器110和接收组件130之间，如此，能够通过隔板170将发射路径和接收路径进行隔离，换言之，能够通过隔板170将激光器110出光侧与接收组件130的入光侧隔离，避免探测光束由激光器110出射后直接入射接收组件130所导致的干扰，进一步提高激光雷达扫描的精确度。如图1所示，隔板170位于容纳腔内的上下两层之间，且隔板170在靠近多棱镜122的一端部设置有环形缺口，以此容纳多棱镜122，便于多棱镜122的顺畅转动。

可选的，如图2所示，接收组件130包括接收镜头131以及设置于接收镜头131的出光侧的接收电路板132，如此，在返回的探测光束经多棱镜122反射后，入射接收镜头131并通过接收电路板132获得接收信息。

可选的，如图2所示，激光雷达还包括控制电路板160，控制电路板160分别与激光器110的发射电路板112、电机121和接收电路板132电连接，如此，通过控制电路板160一方面能够控制激光器110出射探测光束，另一方面能够控制电机121的转动，再一方面能够获取接收电路板132对返回的探测光束的接收信息。

可选的，如图8所示，激光雷达还包括位于多棱镜组件120和接收组件130之间的反射镜150，例如反射镜150位于多棱镜122和接收组件130之间，利用反射镜150能够对接收路径进行折叠，使得返回的探测光束被多棱镜122反射后先经反射镜150反射改变光路后，再入射接收组件130，如此，能够有效降低激光雷达的宽度(图8中的横向尺寸)，提高激光雷达对安装环境的适应性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括座体以及设置于所述座体上的激光器、多棱镜组件和接收组件，所述激光器和所述接收组件均位于所述多棱镜组件的同侧，所述激光器用于出射探测目标物的探测光束，所述多棱镜组件将所述探测光束反射至所述目标物后再次返回所述多棱镜组件并入射所述接收组件，所述多棱镜组件沿自身轴线转动设置于所述座体，以使所述探测光束形成探测视场。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述多棱镜组件包括多棱镜、转轴和电机，所述电机设置于所述座体，且所述转轴的一端与所述电机的输出轴固定连接，所述转轴的另一端穿设于所述多棱镜，且与所述多棱镜固定连接。

3.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述接收组件的接收口径的直径与所述多棱镜中任意一反射面的面积正相关。

4.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括检测装置，所述检测装置设置于所述转轴的另一端，用于检测所述多棱镜的旋转角度。

5.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述检测装置为光电码盘，所述电机为无刷电机。

6.如权利要求1至5任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光器和所述接收组件沿所述多棱镜组件的轴线方向层叠设置以使所述探测光束在所述激光器和所述多棱镜组件之间的传输路径与所述探测光束在所述多棱镜组件和所述接收组件之间的传输路径沿层叠方向重合。

7.如权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括隔板，所述隔板位于所述激光器和所述接收组件之间，以将所述激光器出光侧与所述接收组件的入光侧隔离。

8.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述接收组件包括接收镜头以及设置于所述接收镜头的出光侧的接收电路板。

9.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括控制电路板，所述控制电路板分别与所述激光器、所述多棱镜组件和所述接收组件电连接。

10.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括位于所述多棱镜组件和所述接收组件之间的反射镜，返回所述多棱镜组件的探测光束经所述反射镜反射后入射所述接收组件。

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