CN217238376U - 激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于激光雷达技术领域，提供了一种激光雷达，包括发射模块、旋转反射模块和接收模块，发射模块用于发射沿第一方向扫描的激光束，或者沿第一方向间隔排布的多个激光束；旋转反射模块能够绕第一方向转动，且具有围绕转轴排布的多个反射面；接收模块用于接收反射激光束，且接收模块和发射模块分设于旋转反射模块的两侧。本实用新型提供的激光雷达，适于对局部视场进行扫描，且扫描频率高，高度小于一般的局部视场激光雷达。

Description

激光雷达

技术领域

本实用新型属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达。

背景技术

市场上大多数激光雷达是能够实现360°扫描的全视场激光雷达。但当激光雷达安装于某些区域时，如车辆前端、路侧高架等，此时激光雷达的作用主要对某一局部区域进行扫描，如车辆前方区域、雷达前方的行驶区域等，无需对激光雷达后方区域和侧部区域进行扫描。此时，若采用全视场激光雷达，则会导致扫描频率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光雷达，旨在解决现有技术中在对局部区域扫描时采用全视场激光雷达，扫描效率低的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种激光雷达，包括发射模块、旋转反射模块和接收模块，发射模块用于发射沿第一方向扫描的激光束，或者沿第一方向间隔排布的多个激光束；旋转反射模块能够绕所述第一方向转动，且具有围绕转轴排布的多个反射面；接收模块用于接收反射激光束，且所述接收模块和所述发射模块分设于所述旋转反射模块的两侧；所述发射模块发出的激光束能够通过所述旋转反射模块中的其中一个所述反射面反射至目标物上，经所述目标物反射回来的激光束能够经所述旋转反射模块中的另一个所述反射面反射至所述接收模块。

在一个可选实施例中，所述发射模块包括多个光源，多个所述光源中的至少一个所述光源发出的激光束的中心波长与其他所述光源发出的激光束的中心波长不同；所述接收模块包括多个接收探测器，多个所述接收探测器与多个所述光源一一对应。

在一个可选实施例中，所述发射模块还包括扫描模块，所述扫描模块位于所述光源的后方，能够绕垂直于所述第一方向的第二方向在预设角度内转动，用于接收并反射所述光源发出的激光束，以使所述激光束能够沿所述第一方向扫描。

在一个可选实施例中，所述扫描模块包括振镜或者双面反射镜。

在一个可选实施例中，所述光源为激光二极管或光纤光源；和/或，

所述光源发出的激光束的中心波长位于800-1600nm范围内。

在一个可选实施例中，所述光源设有两个，其中一个所述光源用于发出中心波长为905nm的激光束，另一个所述光源用于发出中心波长为1550nm的激光束。

在一个可选实施例中，所述旋转反射模块包括多面棱镜以及旋转驱动机构，所述多面棱镜中与所述第一方向平行的各个表面上分别设有反射结构，所述反射结构用于接收并反射激光束的表面为所述反射面；所述旋转驱动机构用于驱动所述多面棱镜绕所述第一方向旋转。

在一个可选实施例中，所述发射模块和所述接收模块分别对应相邻设置的两个所述反射面。

在一个可选实施例中，所述发射模块和所述接收模块分别设有两个，且两个所述发射模块发射出的激光束呈夹角设置。

在一个可选实施例中，所述多面棱镜为轴线沿所述第一方向延伸的四棱镜，两个所述发射模块和两个所述接收模块分别与所述四棱镜的四个侧面一一对应

本实用新型相对于现有技术的技术效果是：本实用新型实施例提供的激光雷达，包括发射模块、旋转反射模块和接收模块，发射模块用于发射沿第一方向扫描的激光束，或者沿第一方向间隔排布的多个激光束，旋转反射模块能够绕第一方向转动，且具有围绕转轴排布的多个反射面，各个反射面分别与第一方向平行，且发射模块发射的激光束在经过旋转反射模块后，其扫描点阵可以由线状点阵转换为面型点云，从而可以对局部视场内的目标物或者目标物的局部区域进行扫描。由此可见，本实用新型实施例提供的激光雷达适用于对局部视场进行扫描，且扫描频率明显高于全视场激光雷达。

另外，本实用新型实施例中的发射模块和接收模块位于旋转反射模块的两侧，相较目前的激光雷达将发射模块和接收模块安装于同一侧的结构设置，采用本实施例提供的方案，可有效降低激光雷达的高度，使其高度小于一般的局部视场激光雷达，以提高其安装的适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型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，下面所描述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是本实用新型一实施例提供的激光雷达的立体结构示意图；

图2是图1所示的激光雷达的俯视结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图4是图3所示激光雷达对应的扫描点阵变化过程示意图；

图5是本实用新型另一实施例提供的激光雷达对应的扫描点阵变化过程示意图；

图6是本实用新型另一实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图7是本实用新型另一实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图8是图7所示激光雷达中发射视场和接收视场示意图。

附图标记说明：

100、发射模块；110、光源；120、准直模块；130、扫描模块；200、旋转反射模块；210、反射面；220、多面棱镜；230、旋转驱动机构；300、接收模块；311、接收镜组；312、线阵探测器；400、目标物；X、第一方向；Y、第二方向。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，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；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中的具体含义。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

请参照图1及图2所示，在本实用新型实施例中，提供了一种激光雷达，包括发射模块100、旋转反射模块200和接收模块300。发射模块100用于发射沿第一方向X扫描的激光束，或者沿第一方向X间隔排布的多个激光束。具体的，发射模块100可以仅具有一个光源，通过振镜等扫描模块使得光源发出的激光束沿第一方向X进行扫描；也可以设置沿第一方向X间隔排布的多个光源110，以发出沿第一方向X间隔排布的多个激光束。具体可以根据使用需要进行设定，这里不做唯一限定。这里所说的第一方向X可以为竖直方向、水平方向或者其他方向，具体可根据扫描需要设定，这里不做唯一限定。

旋转反射模块200能够绕第一方向X转动，且具有围绕转轴排布的多个反射面210。具体的，旋转反射模块200可以绕第一方向X进行360°旋转，也可以绕第一方向X进行预设角度的往复转动，具体可根据使用需要设定，这里不做唯一限定。旋转反射模块200可以包括反射棱镜，或者多个反射镜。当旋转反射模块200包括反射棱镜时，反射棱镜可以为三棱镜，或者更多棱数的棱镜。此时，第一方向X可以为反射棱镜的长度方向，反射面210可以为反射棱镜的侧面，多个反射面210可以为相邻且相接的两个面，也可以为间隔设置的两个面，具体可根据使用需要进行设定，这里不做唯一限定。当旋转反射模块200包括多个反射镜时，多个反射镜可围绕第一方向X设置，通过连接件连接成一个整体，以便于同时旋转。

接收模块300用于接收反射激光束，且接收模块300和发射模块100分设于旋转反射模块200的两侧。

使用时，发射模块100发出的激光束能够通过旋转反射模块200中的其中一个反射面210反射至目标物400上，经目标物400反射回来的激光束能够经旋转反射模块200中的另一个反射面210反射至接收模块300所在位置，以经接收模块300接收。具体的，发射模块100发射出的激光束经过旋转反射模块200反射后，可以使得单个激光束能够沿垂直于第一方向X的第二方向Y进行扫描，此时激光扫描点阵由线状点阵拓展为了面型点云，形成了局部视场扫描面阵，进而使得发射模块100发出的激光束可以对目标物400进行第一方向X和第二方向Y上的扫描。

本实用新型实施例提供的激光雷达，包括发射模块100、旋转反射模块200和接收模块300，发射模块100用于发射沿第一方向X扫描的激光束，或者沿第一方向X间隔排布的多个激光束，旋转反射模块200能够绕第一方向X转动，且具有围绕转轴排布的多个反射面210，各个反射面210分别与第一方向X平行，且发射模块100发射的激光束在经过旋转反射模块200后，其扫描点阵可以由线状点阵转换为面型点云，从而可以对局部视场内的目标物400或者目标物400的局部区域进行扫描。由此可见，本实用新型实施例提供的激光雷达适用于对局部视场进行扫描，且扫描频率明显高于全视场激光雷达。

另外，本实施例中的发射模块100和接收模块300位于旋转反射模块200的两侧，相较目前的激光雷达将发射模块100和接收模块300安装于同一侧的结构设置，采用本实施例提供的方案，可有效降低激光雷达的高度，使其高度小于一般的局部视场激光雷达，以提高其安装的适用范围。

现有的激光雷达一般采用单个波长段(如905nm波段或1550nm波段)的光源110。但采用这一结构，在多线激光雷达中，多个光源110不能同时发光，一般需要在其中一个光源110发光后并被接收模块300接收到后，另一个光源110才能发光，若两个以上光源110同时发光，并照射在不同的目标物400上，则接收模块300无法分辨接收到的光信号来自哪个目标物400。如此可见，目前的多线激光雷达的工作效率较低，为避免这一现象，如图3所示，在一个可选的实施例中，发射模块100包括多个光源110，多个所述光源110中的至少一个光源110发出的激光束的中心波长与其他所述光源110发出的激光束的中心波长不同。具体的，多个光源110可以采用统一结构，或者不同结构。当光源110数量为两个时，两个光源110发出的激光束的中心波长不同。当光源110数量为三个以上时，可以其中一部分光源110发出一种中心波长的激光束，另外一部分光源110发出另一种中心波长的激光束；或者多个光源110发出的激光束的中心波长各不相同。

接收模块300包括多个接收探测器312。多个接收探测器312与多个光源110一一对应。具体的，接收探测器312的数量与光源110的数量相同，且两者一一对应。各个线阵探测器312的可探测波长范围包括与之相对应的光源110发出的激光束的中心波长。如此，本实施例中的各个光源110可以同时发光，且各光源110发出的光可以通过接收探测器312一一对应接收，可实现多线的同时测量，以及更好的实现光编码和降低多线激光雷达的成本。

在一个可选的实施例中，接收模块300除上述接收探测器312外，还包括接收镜组311。接收镜组311用于接收中心波长不同的激光束、并使相应激光束通过照射至相应接收探测器312上。具体的，在一些实施例中，接收镜组311可以包括多个，数量与光源波长数量相同。各个接收镜组311包括至少一个透镜，位于同一接收镜组311中各个透镜的设计波长与其相对应的光源110发出的激光束的中心波长相同。例如，有10个光源，可以发出2种波长的激光束，则接收探测器312有10个，接收镜组311有两个。这10个接收探测器312可以是10个单像元探测器排列而成；也可以是含有10个像元的线阵探测器。在另一些实施例中，接收镜组311也可以包括一个镜组，镜组内设置多个透镜，透镜数量与光源波长数量相同。此时，每个透镜用于接收一种波长的激光束。

在一个具体的实施例中，上述发射模块100还包括与多个光源110一一对应的多个准直模块120。多个光源110和多个准直模块120分别沿第一方向X间隔排布。准直模块120用于将相应光源110发出的激光束准直成平行激光束。单个准直模块120可以包括至少一个准直透镜，还可以包括反射镜等结构，具体可根据使用需要进行设定。

请参照图3所示，在一个可选的实施例中，上述发射模块100还包括扫描模块130。扫描模块130位于光源110的后方，能够绕垂直于第一方向X的第二方向Y在预设角度内转动，用于接收并反射光源110发出的激光束，以使激光束能够沿第一方向X扫描。具体的，扫描模块130可以包括振镜，或者两面均为反射面210的双面反射镜。当扫描模块130为振镜时，可以采用一维MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)振镜，其可在一定旋转角度(如10-20°，也可为其他角度范围)内绕第二方向Y往复转动。当扫描模块130为双面反射镜时，其可绕第二方向Y进行360°转动。经过该扫描模块130可使得光源110发出的激光束沿第一方向X进行扫描。

为便于理解，现以发射模块100同时具有准直模块120和扫描模块130为例对本实施例所采用的发射模块100的工作原理进行说明。使用时，如图4所示，光源110和准直模块120组成的组合件发出具有特定发光时序下的准直光束，经扫描模块130后形成沿第一方向X间隔排布的线阵扫描点阵，之后经旋转反射模块200后线阵扫描点阵转换为面阵扫描点阵。如此，发射模块100仅需较少的光源110，便可实现等效多线扫描的扫描效果。

在一个可选的实施例中，扫描模块130包括一维MEMS振镜，且该一维MEMS振镜具有角度反馈功能，可以提供当前振镜转动的角度，从而使得用户可以通过控制光源110的发光时刻来控制振镜反射光的角度，从而形成具有特定第一方向X角度分布的多线点阵。

在一个可选的实施例中，发射模块100包括两个光源110，两个光源110发出的激光束的中心波长不同，经过一维MEMS振镜后形成两组竖直方向的扫描点阵。在另一个可选的实施例中，发射模块100包括沿第一方向X间隔排布的2N个光源110(N可以为1、2、3等正整数中的任一个)，可形成2N个扫描点，其中N个光源110发出同一波长的激光束，另外N个光源110发出另一波长的激光束。此时，激光雷达对应的扫描点阵变化过程如图5所示。

上述各实施例中光源110为激光二极管(Laser Diode，简称LD)或光纤光源110；和/或，光源110发出的激光束的中心波长位于800-1600nm范围内，即激光束为近红外波段。如此，激光束可在空气中稳定传播。

在一个具体的实施例中，光源110设有两个。其中一个光源110用于发出中心波长为905nm的激光束，另一个光源110用于发出中心波长为1550nm的激光束。本领域技术人员应当理解的是，这里所说的波长为905nm的激光束，为激光束波段的中心波长为905nm的激光束，波长为1550nm的激光束，为激光束波段的中心波长为1550nm的激光束。采用本实施例所提供的这两种光源110，技术成熟，且上述两个波长的激光束可在空气中稳定传播，进而保证了激光雷达的测量精度。

请参照图6所示，在一个可选的实施例中，旋转反射模块200包括多面棱镜220以及旋转驱动机构230。多面棱镜220中与第一方向X平行的各个表面上分别设有反射结构。反射结构用于接收并反射激光束的表面为反射面210。具体的，反射结构可以为形成于多面棱镜220表面上的反射镀层，贴设于多面棱镜220表面上的反射贴膜，安装于多面棱镜220表面上的反射镜，或者其他可以实现反射作用的反射结构，具体可根据使用需要设定，这里不做唯一限定。旋转驱动机构230用于驱动多面棱镜220绕第一方向X旋转。具体的，旋转驱动机构230可以包括与多面棱镜220的底面或顶面连接的电机，还可以包括连接电机和多面棱镜220的传动机构，或者采样磁力驱动机构等，只要能实现上述功能即可，这里不做唯一限定。旋转反射模块200采用本实施例提供的结构，结构简单，不易损坏。

请参照图3及图6所示，在一个可选的实施例中，发射模块100和接收模块300分别对应相邻设置的两个反射面210。如此，可使得发射模块100和接收模块300之间的横向距离较小，整个激光雷达的结构更为紧凑。

请参照图7及图8所示，在一个可选的实施例中，发射模块100和接收模块300分别设有两个，且两个发射模块100发射出的激光束呈夹角设置。如此，激光雷达可形成两个不同方位的发射视场，如图8中的发射视场1和发射视场2，同时形成两个不同方位的接收视场，如图8中的接收视场1和接收视场2，以实现对两个不同的视场进行扫描，增大了其扫描范围。

请参照图3、图6及图7所示，在一个可选的实施例中，多面棱镜220为轴线沿第一方向X延伸的四棱镜，即六面矩形体。如此，四棱镜中的四个侧面上均设有反射结构，可作为反射面210使用。两个发射模块100和两个接收模块300分别与四棱镜的四个侧面一一对应。如此，可使得整个激光雷达的结构紧凑，且反射面210利用程度高。

请参照图6所示，在一个具体的实施例中，四棱镜沿轴线打有圆柱孔，旋转驱动机构230包括电机和连接于电机驱动端的转轴，上述转轴延伸至圆柱孔内，实现与四棱镜的连接。使用时，电机电动转轴和四棱镜做360°不间断旋转运动。

请参照图7所示，在一个具体的实施例中，上述两个发射模块100和两个接收模块300交错设置。如此，激光雷达可以对前后设置或者左右设置的两个局部视场进行测量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，仅具体描述了本实用新型的技术原理，这些描述只是为了解释本实用新型的原理，不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处解释，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，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其他具体实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括发射模块、旋转反射模块和接收模块，发射模块用于发射沿第一方向扫描的激光束，或者沿第一方向间隔排布的多个激光束；旋转反射模块能够绕所述第一方向转动，且具有围绕转轴排布的多个反射面；接收模块用于接收反射激光束，且所述接收模块和所述发射模块分设于所述旋转反射模块的两侧；所述发射模块发出的激光束能够通过所述旋转反射模块中的其中一个所述反射面反射至目标物上，经所述目标物反射回来的激光束能够经所述旋转反射模块中的另一个所述反射面反射至所述接收模块。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模块包括多个光源，多个所述光源中的至少一个所述光源发出的激光束的中心波长与其他所述光源发出的激光束的中心波长不同；所述接收模块包括多个接收探测器，多个所述接收探测器与多个所述光源一一对应。

3.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模块还包括扫描模块，所述扫描模块位于所述光源的后方，能够绕垂直于所述第一方向的第二方向在预设角度内转动，用于接收并反射所述光源发出的激光束，以使所述激光束能够沿所述第一方向扫描。

4.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描模块包括振镜或者双面反射镜。

5.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述光源为激光二极管或光纤光源；和/或，

所述光源发出的激光束的中心波长位于800-1600nm范围内。

6.如权利要求2-5任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述光源设有两个，其中一个所述光源用于发出中心波长为905nm的激光束，另一个所述光源用于发出中心波长为1550nm的激光束。

7.如权利要求1-5任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述旋转反射模块包括多面棱镜以及旋转驱动机构，所述多面棱镜中与所述第一方向平行的各个表面上分别设有反射结构，所述反射结构用于接收并反射激光束的表面为所述反射面；所述旋转驱动机构用于驱动所述多面棱镜绕所述第一方向旋转。

8.如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模块和所述接收模块分别对应相邻设置的两个所述反射面。

9.如权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模块和所述接收模块分别设有两个，且两个所述发射模块发射出的激光束呈夹角设置。

10.如权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述多面棱镜为轴线沿所述第一方向延伸的四棱镜，两个所述发射模块和两个所述接收模块分别与所述四棱镜的四个侧面一一对应。

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