CN216748070U - 光路结构及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种光路结构及激光雷达，该光路结构包括转接板、激光发射组件、激光接收组件、接收透镜、反射镜、电机组件；激光发射组件包括半导体激光器，激光接收组件包括光电转换器，光电转换器、接收透镜、半导体激光器、反射镜、电机组件呈沿着光电转换器的光轴方向依次布置；电机组件与反射镜动力耦合连接，反射镜的反射面朝向光电转换器、半导体激光器，并且反射镜的反射面相对于光轴方向呈倾斜设置；半导体激光器的发射光路上设置有用于遮挡杂散光的遮光件。激光雷达的光路结构的结构简单，所采用的半导体激光器相对于光纤激光具有成本低廉的优点；并且，光路结构中的遮光件能够降低滤光罩回波对激光雷达测距精度的影响。

Description

光路结构及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光探测技术领域，特别涉及一种光路结构及激光雷达。

背景技术

近年来，激光雷达由于其抗干扰能力强、精度高等优点，其应用领域不断拓展。在实际运用中，为了获得更高精度的激光点云，现有主要技术是通过采用昂贵的高重频、高单脉冲能量的光纤激光器作为激光雷达发射部件，但由于其较高昂的成本和光纤线束容易在拆卸维护中易折断，对激光雷达后续研发带来一定的麻烦。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种光路结构及激光雷达，旨在解决现有的激光雷达采用光纤激光器存在成本高和在拆卸维护中易折断的问题。

本实用新型提供一种光路结构，包括转接板、以及设置于所述转接板同一板面上的激光发射组件、激光接收组件、接收透镜、反射镜、电机组件；

所述激光发射组件包括半导体激光器，所述激光接收组件包括光电转换器，所述光电转换器、所述接收透镜、所述半导体激光器、所述反射镜、所述电机组件呈沿着所述光电转换器的光轴方向依次布置；

所述电机组件与所述反射镜动力耦合连接，用于驱动所述反射镜沿着所述光轴方向上的轴线转动，所述反射镜的反射面朝向所述光电转换器、所述半导体激光器，并且所述反射镜的反射面相对于所述光轴方向呈倾斜设置；

所述半导体激光器的发射光路上设置有用于遮挡杂散光的遮光件。

在一具体实施例中，所述反射镜的反射面相对于所述光轴方向呈45°倾斜设置，所述遮光件为L形筒，所述遮光件的转角处与所述反射镜的反射面连接。

在一具体实施例中，所述光路结构还包括滤光镜和两个遮光片，所述滤光镜朝向所述转接板，并且所述反射镜、所述遮光件均位于所述滤光镜与所述转接板之间；

两个所述遮光片连接所述滤光镜朝向所述转接板的表面，两个所述遮光片在所述光轴方向上间隔相对，并且所述遮光件的出口端伸入两个所述遮光片之间。

在一具体实施例中，所述激光发射组件还包括准直筒、发射透镜和第一安装柱，所述准直筒呈沿着所述光轴方向延伸；

所述半导体激光器的发光端设置于所述准直筒的一端内，所述发射透镜设置于所述准直筒远离所述半导体激光器的一端内，所述准直筒远离所述半导体激光器的一端能够转动地套设于所述遮光件的入口端内；

所述第一安装柱的两端分别连接所述转接板和所述准直筒。

在一具体实施例中，所述光路结构还包括镜架和第二安装柱，所述激光接收组件还包括接收电路板，所述接收电路板直立地设置于所述转接板，所述接收电路板沿着所述光轴方向贯穿地设置有第一安装孔，所述光电转换器设置于所述接收电路板上，并且所述光电转换器与所述接收电路板电性连接；

所述第二安装柱的一端插设于所述第一安装孔处，所述第二安装柱远离所述接收电路板的一端连接所述镜架，所述接收透镜设置于所述镜架上。

在一具体实施例中，所述第二安装柱与所述第一安装孔一一对应地设置有多个。

在一具体实施例中，所述镜架设置有朝向所述激光发射组件的第二安装孔，所述光路结构还包括第三安装柱，所述第三安装柱的一端插设于所述第二安装孔处，所述第三安装柱远离所述镜架的一端连接所述激光发射组件。

在一具体实施例中，所述转接板靠近所述激光接收组件的板面上相对设置有控制板，所述控制板与所述转接板电性连接，所述控制板设置有凹槽，所述接收电路板靠近所述转接板的一端插设于所述控制板的凹槽处，并且所述接收电路板靠近所述转接板的一端与所述控制板电性连接。

在一具体实施例中，所述转接板靠近所述电机组件的板面上设置有第一接口，所述电机组件与所述转接板通过所述第一接口电性连接。

本实用新型还提供一种激光雷达，包括如上所介绍的光路结构。

在本实用新型的技术方案中，激光雷达的光路结构的结构简单，所采用的半导体激光器相对于光纤激光具有成本低廉的优点；并且，光路结构中的遮光件能够降低滤光罩回波对激光雷达测距精度的影响。

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为本实用新型实施例提供的一种光路结构的结构示意图；

图2为图1中转接板的结构示意图；

附图标号说明：转接板1、第一接口11、第二接口12、激光发射组件2、半导体激光器21、准直筒22、发射透镜23、第一安装柱24、第二连接座25、激光接收组件3、光电转换器31、接收电路板32、第一安装孔33、接收透镜4、镜架41、第二安装柱42、第三安装柱43、反射镜5、电机组件6、遮光件7、滤光镜71、遮光片72、控制板8、第三接口81、第一连接座82。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供了一种光路结构，该光路结构能够用于激光雷达，图1和图2为本实用新型提供的光路结构的一实施例。

请参阅图1，在本实施例中，该光路结构包括转接板1、以及设置于转接板1同一板面上的激光发射组件2、激光接收组件3、接收透镜4、反射镜5、电机组件6；激光发射组件2包括半导体激光器21，激光接收组件3包括光电转换器31，光电转换器31、接收透镜4、半导体激光器21、反射镜5、电机组件6呈沿着光电转换器31的光轴方向依次布置；电机组件6与反射镜5动力耦合连接，用于驱动反射镜5沿着光轴方向上的轴线转动，反射镜5的反射面朝向光电转换器31、半导体激光器21，并且反射镜5的反射面相对于光轴方向呈倾斜设置；半导体激光器21的发射光路上设置有用于遮挡杂散光的遮光件7。

具体而言，下面定义转接板1设置有激光发射组件2的板面的朝向为上，半导体激光器21的朝向为前。转接板1的上板面从后到前依次设置有激光接收组件3、接收透镜4、激光发射组件2、反射镜5、电机组件6。光电转换器31、接收透镜4、半导体激光器21为同轴设置，光电转换器31的光轴方向为前后向，光电转换器31和半导体激光器21均朝前设置，光电转换器31位于半导体激光器21的后侧，接收透镜4位于光电转换器31、半导体激光器21之间。电机组件6能够驱动反射镜5沿着前后向的轴线转动，反射镜5的反射面朝后且朝向半导体激光器21、接收透镜4。反射镜5的反射面相对于前后向呈倾斜设置，例如，在本实施例中，反射镜5的反射面相对于光轴方向呈45°倾斜设置。

半导体激光器21能够发射激光光束，激光光束经过反射镜5反射后发射出去而射向探测物体，在激光光束射出的过程中会穿过遮光件7，遮光件7能够遮挡杂散光，降低杂散光对激光光束的干扰；探测物体反射回来的反射光束经过反射镜5反射后，到接收透镜4将反射光束准直聚集到光电转换器31上，从而能够实现激光测距。可选地，在本实施例中，接收透镜4为平凸透镜，利用凸面镜原理，能够将反射光束聚焦于光电转换器31上。

在本实用新型的技术方案中，激光雷达的光路结构的结构简单，所采用的半导体激光器21相对于光纤激光具有成本低廉的优点；并且，光路结构中的遮光件7能够降低滤光罩回波对激光雷达测距精度的影响。

半导体激光器21的发射光路上设置有遮光件7，遮光件7通常为沿着半导体激光器21的发射光路延伸的筒状设置，具体地，请参阅图1，在本实施例中，反射镜5的反射面相对于光轴方向呈45°倾斜设置，遮光件7为L形筒，遮光件7的转角处与反射镜5的反射面连接。反射镜5能够将半导体激光器21射出的激光光束偏转90°，遮光件7包括垂直相连的入口段和出口段，入口段为沿着前后向延伸且与半导体激光器21前后相对，入口段的后端靠近半导体激光器21，入口段的前端与出口段的一端连接而形成遮光件7的转角处，遮光件7的转角处设置有与遮光件7的内部连通的开孔，遮光件7的开孔的孔缘与反射镜5的反射面固定连接，使得电机组件6能够同步带动反射镜5、遮光件7进行360°旋转。激光发射组件2射出的激光光束能够从遮光件7的入口段的后端进入遮光件7内，经过反射镜5将激光光束90°偏转后进入遮光件7的出口段，最后激光光束从出口段远离入口段的一端发射出去。

进一步，请参阅图1，在本实施例中，光路结构还包括滤光镜71和两个遮光片72，滤光镜71朝向转接板1，并且反射镜5、遮光件7均位于滤光镜71与转接板1之间；两个遮光片72连接滤光镜71朝向转接板1的表面，两个遮光片72在光轴方向上间隔相对，并且遮光件7的出口端伸入两个遮光片72之间。利用滤光镜71、遮光片72的特性能够滤掉除激光频率之外的光线，从而避免激光频率之外的光线对激光测距的干扰。滤光镜71位于反射镜5、遮光件7的上方，两个遮光片72前后间隔相对且位于滤光镜71的下方，两个遮光片72分别位于遮光件7的出口段的前后侧，并且两个遮光片72的间距大于遮光件7的出口段的外径，将遮光件7的出口段夹在两个遮光片72之间。

可选地，请参阅图1，在本实施例中，滤光镜71从激光接收组件3到激光发射组件2朝远离转接板1的方向倾斜设置，例如，滤光镜71的倾斜角度可以为15°。通过15°的倾斜滤光镜71，将滤光镜71反射回来的光信号偏离光接收的回路，可以减小经过滤光镜71反射回来的光信号对激光接收的干扰，而滤光镜71上的两个遮光片72与遮光件7的组合，将发射光信号经过滤光镜71产生的反射光信号通道回路限制在发射回路中，进一步的降低了滤光镜71反射回来的光信号对激光接收的干扰。

遮光件7的入口段的后端靠近半导体激光器21，可选地，请参阅图1，在本实施例中，激光发射组件2还包括准直筒22、发射透镜23和第一安装柱24，准直筒22呈沿着光轴方向延伸；半导体激光器21的发光端设置于准直筒22的一端内，发射透镜23设置于准直筒22远离半导体激光器21的一端内，准直筒22远离半导体激光器21的一端能够转动地套设于遮光件7的入口端内；第一安装柱24的两端分别连接转接板1和准直筒22。

具体而言，激光发射组件2的前端部分朝前凸起伸出而形成凸起伸出部，导体激光器21设置于凸起伸出部处。准直筒22的后端底部开孔，准直筒22的底部孔径大于激光发射组件2的凸起伸出部，激光发射组件2的凸起伸出部能够伸入准直筒22的后端中，确保半导体激光器21伸入准直筒22中并能在开孔的截面范围内移动，这样便于后期调整激光发射组件2的安装位置，当调整好激光发射组件2的位置后，用遮光漆将准直筒22的底部封闭，在激光发射组件2与准直筒22连接处涂抹遮光漆，能够避免激光发射组件2与准直筒22连接处漏光而对接收部分造成干扰。准直筒22的后端封闭，准直筒22的前端固定有一个发射透镜23(发射透镜23可以为发射平凸镜等)，用于将激光发射组件2发射出的光信号准直成平行光束，第一安装柱24能够将准直筒22固定在转接板1的上板面，其中，第一安装柱24通常为金属柱等。

遮光件7通常固定在反射镜5的中心位置，遮光件7的入口端(即入口段的后端)的内径大于准直筒22的前端的外径，准直筒22的前端套入于遮光件7的入口端中，当遮光件7随着反射镜5转动时，由于遮光件7和准直筒22之间有空隙，二者不会产生摩擦。

可选地，请参阅图1，在本实施例中，光路结构还包括镜架41和第二安装柱42，激光接收组件3还包括接收电路板32，接收电路板32直立地设置于转接板1，接收电路板32沿着光轴方向贯穿地设置有第一安装孔33，光电转换器31设置于接收电路板32上，并且光电转换器31与接收电路板32电性连接；第二安装柱42的一端插设于第一安装孔33处，第二安装柱42远离接收电路板32的一端连接镜架41，接收透镜4设置于镜架41上。其中，第二安装柱42与第一安装孔33可以是一一对应地设置有多个。

具体而言，接收电路板32通过第二安装柱42安装在激光发射组件2的后侧，接收电路板32上的光电转换器31与半导体激光器21置于同一水平面上，通过调整接收电路板32的位置，使得光电转换器31的位置处在光信号聚焦处，得到能量最强的接收光信号。经过微调确定接收电路板32的位置后，通过焊锡或上胶方式等将接收电路板32固定在第二安装柱42上，例如，镜架41的顶部设置有两个第二安装柱42，第二安装柱42通常为金属柱等。

可选地，请参阅图1，在本实施例中，镜架41设置有朝向激光发射组件2的第二安装孔(未在图中示出)，光路结构还包括第三安装柱43，第三安装柱43的一端插设于第二安装孔处，第三安装柱43远离镜架41的一端连接激光发射组件2。镜架41的底部设置有第二安装孔，第二安装孔的孔径大于第三安装柱43的直径，这样便于后期调整发射光路时移动激光发射组件2，可以将激光发射组件2调整到合适位置后，给第三安装柱43和第二安装孔连接处上胶或上锡，固定激光发射组件2，其中，第三安装柱43通常为金属柱等。

可选地，请参阅图1，在本实施例中，转接板1靠近激光接收组件3的板面上相对设置有控制板8，控制板8与转接板1电性连接，控制板8设置有凹槽(未在图中示出)，接收电路板32靠近转接板1的一端插设于控制板8的凹槽处，并且接收电路板32靠近转接板1的一端与控制板8电性连接。

具体而言，控制板8的下板面与转接板1的上板面贴合连接，控制板8的上板面设置有凹槽，凹槽边上有焊盘。接收电路板32的底部留有焊盘，接收电路板32底部的焊盘与凹槽边上的焊盘焊接，以进行控制板8与接收电路板32之间的数据通信，同时固定接收电路板32。

可选地，在本实施例中，凹槽的尺寸大于接收电路板32的底部截面尺寸，并且凹槽边沿的各个焊盘尺寸大于接收电路板32底部对应的焊盘尺寸，这样后期在调整激光雷达的接收光路时，由于为接收电路板32的微小移动预留有余量，便于后续调整好光路后，将接收电路板32与控制板8的各个焊盘对应焊接。

同时控制板8与激光发射组件2通过排线连接，能够完成控制板8与激光发射组件2之间的信息交互。例如，请参阅图1，在本实施例中，控制板8设置有第一连接座82，激光发射组件2设置有第二连接座25，第一连接座82与第二连接座25通过排线连接，以将控制板8与激光发射组件2电性连接。

控制板8与转接板1电性连接，可选地，请参阅图1和图2，在本实施例中，控制板8设置有第三接口81，转接板1的上板面对应第三接口81设置有第二接口12，第二接口12与第三接口81连接，以将控制板8与转接板1电性连接。

可选地，请参阅图1和图2，在本实施例中，转接板1靠近电机组件6的板面上设置有第一接口11，电机组件6与转接板1通过第一接口11电性连接。转接板1的上板面设置有第一接口11。转接板1提供相应的数据接口，与转接板1上各个电路板连接，完成各个电路板之间数据的交互，提供的接口包括但不仅限于第一接口11、第二接口12。

光路结构发射、接收的过程包括：主控板8发送信号给激光发射组件2产生控制信号，控制激光发射组件2上的半导体激光器21发射激光信号，激光信号经由准直筒22，通过准直筒22内部的发射透镜23将发射的激光信号准直成平行光束，通过L形筒由反射镜5将激光信号倾斜90°后透过滤光镜71发射出去，主控板8通过转接板1控制电机带动反射镜5完成360°旋转，相应的光信号也随着反射镜5旋转不断的发射激光信号；发射的激光信号探测到物体反射回来，透过滤光镜71再经过反射镜5偏转90°角，进入到接收透镜4上，将反射回来的激光信号准直聚焦在接收透镜4后方的接收电路板32上，光进入到接收电路板32的光电转换器31后，产生回波信号，再转到主控板8进行后续的数据处理，完成一次信号的接收。

本实用新型还提供了一种激光雷达，该激光雷达包括光路结构，该光路结构为如上所介绍的光路结构。

具体而言，激光雷达采用L形筒、滤光镜71上的两个遮光片72的结合，可以减小发射的光信号通过滤光罩反射产生的回波，进而降低滤光罩回波的强度；准直筒22底部开孔，激光发射组件2确定位置后通过消光漆密封，准直筒22的后端密封，前端作为激光出口的方式，可以进一步降低发射对后面激光接收产生的干扰；激光发射组件2、接收电路板32和安装柱的组合，既能够使得激光发射组件2和接收电路板32上的光电转换器31能够在发射、接收光路的最佳位置，也便于后期的组件位置的固定与后期维护，提高生产效率。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光路结构，其特征在于，包括转接板、以及设置于所述转接板同一板面上的激光发射组件、激光接收组件、接收透镜、反射镜、电机组件；

所述激光发射组件包括半导体激光器，所述激光接收组件包括光电转换器，所述光电转换器、所述接收透镜、所述半导体激光器、所述反射镜、所述电机组件呈沿着所述光电转换器的光轴方向依次布置；

所述电机组件与所述反射镜动力耦合连接，用于驱动所述反射镜沿着所述光轴方向上的轴线转动，所述反射镜的反射面朝向所述光电转换器、所述半导体激光器，并且所述反射镜的反射面相对于所述光轴方向呈倾斜设置；

所述半导体激光器的发射光路上设置有用于遮挡杂散光的遮光件。

2.根据权利要求1所述的光路结构，其特征在于，所述反射镜的反射面相对于所述光轴方向呈45°倾斜设置，所述遮光件为L形筒，所述遮光件的转角处与所述反射镜的反射面连接。

3.根据权利要求2所述的光路结构，其特征在于，所述光路结构还包括滤光镜和两个遮光片，所述滤光镜朝向所述转接板，并且所述反射镜、所述遮光件均位于所述滤光镜与所述转接板之间；

两个所述遮光片连接所述滤光镜朝向所述转接板的表面，两个所述遮光片在所述光轴方向上间隔相对，并且所述遮光件的出口端伸入两个所述遮光片之间。

4.根据权利要求2所述的光路结构，其特征在于，所述激光发射组件还包括准直筒、发射透镜和第一安装柱，所述准直筒呈沿着所述光轴方向延伸；

所述半导体激光器的发光端设置于所述准直筒的一端内，所述发射透镜设置于所述准直筒远离所述半导体激光器的一端内，所述准直筒远离所述半导体激光器的一端能够转动地套设于所述遮光件的入口端内；

所述第一安装柱的两端分别连接所述转接板和所述准直筒。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的光路结构，其特征在于，所述光路结构还包括镜架和第二安装柱，所述激光接收组件还包括接收电路板，所述接收电路板直立地设置于所述转接板，所述接收电路板沿着所述光轴方向贯穿地设置有第一安装孔，所述光电转换器设置于所述接收电路板上，并且所述光电转换器与所述接收电路板电性连接；

所述第二安装柱的一端插设于所述第一安装孔处，所述第二安装柱远离所述接收电路板的一端连接所述镜架，所述接收透镜设置于所述镜架上。

6.根据权利要求5所述的光路结构，其特征在于，所述第二安装柱与所述第一安装孔一一对应地设置有多个。

7.根据权利要求5所述的光路结构，其特征在于，所述镜架设置有朝向所述激光发射组件的第二安装孔，所述光路结构还包括第三安装柱，所述第三安装柱的一端插设于所述第二安装孔处，所述第三安装柱远离所述镜架的一端连接所述激光发射组件。

8.根据权利要求5所述的光路结构，其特征在于，所述转接板靠近所述激光接收组件的板面上相对设置有控制板，所述控制板与所述转接板电性连接，所述控制板设置有凹槽，所述接收电路板靠近所述转接板的一端插设于所述控制板的凹槽处，并且所述接收电路板靠近所述转接板的一端与所述控制板电性连接。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的光路结构，其特征在于，所述转接板靠近所述电机组件的板面上设置有第一接口，所述电机组件与所述转接板通过所述第一接口电性连接。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的光路结构。

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