CN217332830U - 一种多线激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多线激光雷达，包括发射单元、探测单元、扫描单元和测量单元。发射单元包括激光发射器、光纤耦合器和准直镜；扫描单元包括转镜、电机和编码器；探测单元包括会聚镜和探测器；测量单元由电路模块组成。

Description

一种多线激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种多线激光雷达。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。具有精准度高、作业速度快和效率高等优势，是汽车自动驾驶、机器人定位导航、空间环境测绘、安保安防等领域必不可少的核心传感器。但是，目前市面上主流的激光雷达产品存在成本高、探测精度低、抗干扰性弱等问题。

发明内容

基于此，本实用新型要解决的问题是提供一种成本低、探测精度高、抗干扰性强的多线激光雷达。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种多线激光雷达，包括发射单元、探测单元、扫描单元和测量单元。发射单元包括激光发射器、光纤耦合器和准直镜；扫描单元包括转镜、电机和编码器；探测单元包括会聚镜和探测器；测量单元由电路模块组成。

激光发射器通过光纤连接至光纤耦合器，光纤耦合器将激光发射器发射出的激光整形后由准直镜射出。

进一步地，激光发射器激光发射器的数量为多个，其发射出的激光波长位于0.8μm～2.5μm区域，采用多个激光发射器能够增加多线激光雷达装置发射出的激光的线束数量，提高探测精度；较短的波长能够提供较强的穿透力，在透光性差的场景下依然能够有效使用。

进一步地，可采用分叉光纤对激光进行传导，降低了激光传导过程中的光学损耗，压缩了光束发散角，增加了激光雷达的测量距离，压缩了激光发射器的成本。

进一步地，光纤末端的切割角度为0.1°～0.5°，可有效提高光纤末端的指向一致性，降低光纤末端的偏心和激光光束质量退化量。

进一步地，光纤耦合器能够将激光发射器发射出的不规则光束整形为圆形轮廓的平顶光束，整形后的平顶光束是的光束能量分布更均匀和集中，有利于提高激光雷达的探测距离。

转镜由多个反射镜构成，转镜与电机的旋转轴相连接，经电机驱动而旋转。

进一步地，反射镜为镀铝反射镜，反射镜的数量为六面，转镜的横截面为六边形，采用镀铝反射镜具有抗氧化、无针孔、光洁度好、高反射率等优势，经光纤耦合器整形后的激光束照射至反射镜表面后，反射镜旋转带动反射光线移动，从而形成扫描信号。

进一步地，反射镜与旋转轴之间的夹角：-9°≤α≤9°，且反射镜与旋转轴之间的夹角均不相同，通过不同的反射镜与旋转轴之间夹角的布置，使得转镜在垂直方向上将一束反射光线转化为六束不同的反射光线，从而增大了激光雷达的扫描面积。

编码器包括发射光源、码盘、指示光栅、光电接收器和壳体，光源与壳体相连接固定在码盘下侧；码盘与电机的旋转轴相连接，经电机驱动而旋转；指示光栅与壳体相连接固定在码盘上侧，码盘与指示光栅之间保持相对运动；光电接收器固定在指示光栅的上侧。编码器能够实现实时输出位置编码与转镜角度的对应关系，从而实现了对转镜的旋转角度的定位与测量。

会聚镜将接收到的激光回波会聚到所述探测器上，采用会聚镜能够有效的减少探测器的数量，降低了激光雷达生产成本。

探测器将会聚镜接收到的激光回波进行处理，转化为电信号输入。

进一步地，探测器为APD探测器，采用一个APD探测器可以接收5路激光，由于激光雷达的主要成本是在APD探测器上，采用本方案可以有效减少APD探测器的使用，降低了激光雷达生产成本。

进一步地，探测单元还包括跨阻放大器，用于对接收到的电信号进行处理。

测量单元包括时刻鉴别电路、FPGA电路、信息处理电路，用于对发射单元、探测单元、扫描单元进行控制和处理。

本实用新型多线激光雷达的转镜，由多个与旋转轴夹角不同的反射镜构成，可以将激光的扫描角度增大，从而提高了多线激光雷达的探测范围；编码器的设置使得可以精确定位和测量转镜旋转的角度；会聚镜的设置可以有效减少探测器的使用，降了了激光雷达生产成本。

附图说明

图1为本实用新型一种多线激光雷达的模块框图。

图2为本实用新型一种多线激光雷达的结构示意图。

图3为本实用新型一种多线激光雷达的编码器的半剖视图。

图中，1——激光发射器；2——光纤耦合器；3——准直镜；4——转镜；5——编码器；6——电机；7——会聚镜；8——探测器；51——发射光源；52——码盘；53——指示光栅；54——光电接收器；55——壳体；61——旋转轴。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

图1所示的为本实用新型一种多线激光雷达的模块框图。本实用新型的多线激光雷达包括发射单元、探测单元、扫描单元和测量单元。

图2所示的为本实用新型一种多线激光雷达的结构示意图。发射单元包括激光发射器1、光纤耦合器2和准直镜3，发射单元通过光纤耦合器2将激光发射器1发射出的不规则的激光光束整形为圆形轮廓的平顶光束后，再通过准直镜3将光束射出至扫描单元；扫描单元包括转镜4、编码器5和电机6，转镜4由六面反射镜构成，转镜4与电机5的旋转轴61相连接，经电机5驱动而旋转，编码器5负责记录转镜4的旋转角度，转镜4将准直后的激光光束投射至被探测物体表面；探测单元包括会聚镜7、探测器8和跨阻放大器，会聚镜7将由被探测物体表面反射回的激光回波会聚到探测器8上，经跨阻放大器处理后将数据传递至测量单元。

进一步地，激光发射器1的数量为20个，通过发射单元发射出来的光束数量为20束。

进一步地，当光束照射至反射镜表面时，由于每个反射镜与旋转轴61的夹角均不相同，所以能够在垂直方向上有效的将20束光线扫描扩展成20×6=120束光线进行扫描，在同样数量的激光发射器的前提下能够有效地增大扫描范围。

进一步地，会聚镜具有近红外波段高灵敏度、工作稳定等优点。

图3所示的为本实用新型一种多线激光雷达的编码器的半剖视图。编码器5包括发射光源51、码盘52、指示光栅53、光电接收器54和壳体55，光源54与壳体55相连接固定在码盘52下侧；码盘52与电机6的旋转轴61相连接，经电机6驱动而旋转；指示光栅53与壳体55相连接固定在码盘52上侧，码盘52与指示光栅53之间保持相对运动；光电接收器54固定在指示光栅53的上侧。编码器5能够实现实时输出位置编码与转镜4角度的对应关系，从而实现了对转镜4的旋转角度的定位与测量。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种多线激光雷达，包括发射单元、探测单元、扫描单元和测量单元，其特征在于：

所述扫描单元包括转镜、电机和编码器；

所述转镜由多个反射镜构成，所述转镜与所述电机的旋转轴相连接，经所述电机驱动而旋转；

所述反射镜与所述旋转轴之间的夹角：-9°≤α≤9°。

2.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于：所述反射镜与所述旋转轴之间的夹角均不相同。

3.根据权利要求1或2所述的多线激光雷达，其特征在于：所述发射单元包括激光发射器、光纤耦合器和准直镜，所述激光发射器通过光纤连接至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将所述激光发射器发射出的激光整形后由所述准直镜射出。

4.根据权利要求3所述的多线激光雷达，其特征在于：所述激光发射器的数量为多个，其发射出的激光波长位于0.8μm～2.5μm区域。

5.根据权利要求4所述的多线激光雷达，其特征在于：所述编码器包括发射光源、码盘、指示光栅、光电接收器和壳体，所述光源与所述壳体相连接固定在所述码盘下侧；所述码盘与所述电机的旋转轴相连接，经所述电机驱动而旋转；所述指示光栅与所述壳体相连接固定在所述码盘上侧，所述码盘与所述指示光栅保持相对运动；所述光电接收器固定在所述指示光栅的上侧。

6.根据权利要求5所述的多线激光雷达，其特征在于：所述码盘与所述转镜同步旋转。

7.根据权利要求6所述的多线激光雷达，其特征在于：所述探测单元包括会聚镜和探测器，所述会聚镜将接收到的激光回波会聚到所述探测器上。

8.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于：所述反射镜为镀铝反射镜，所述反射镜的数量为六面，所述转镜的横截面为六边形。

9.根据权利要求3所述的多线激光雷达，其特征在于：所述光纤的末端切割角度为0.1°～0.5°。

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