CN217425671U - 一种激光雷达光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光雷达光学系统，所述激光雷达光学系统包括具有容纳腔的壳体以及收容于所述容纳腔内的激光发射器、发射镜组、接收镜组、增强镜组和激光探测器，所述发射镜组用于将所述激光发射器发出的激光光束准直，所述接收镜组用于将回波光束汇聚；所述增强镜组位于激光探测器和接收镜组之间，所述增强镜组用于将部分无法直接到达所述激光探测器光敏面上的回波光束反射或透射至所述激光探测器。增强镜组将部分打不到激光探测器光敏面上的回波光束通过改变光轴方向，打到激光探测器的光敏面上，增强回波能量，从而能触发探测阈值，减弱了激光雷达近端盲区的影响。

Description

一种激光雷达光学系统

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，特别涉及一种激光雷达光学系统。

背景技术

激光雷达是激光技术与大气光学、目标和环境特性、雷达技术、光机电一体化、计算机技术等相结合的产物，激光作为其光源，有着单色性好、准直性高、相干性强等优点，被广泛的用于距离测量、大气探测、道路监控等各个领域。激光雷达分为同轴系统和平行轴系统，其中，平行轴系统相比同轴系统测距距离远，杂散光相对较少，但平行轴系统的近端存在较大的盲区，而且轴间距越大，盲区越大。

平行轴系统的发射接收视场如图1所示，一般来说，激光雷达的激光发射器所发出的激光光束具有一定视场，激光探测器也具有一定的接收视场，两个视场在一定距离后会基本重合，可以保证雷达的远距离测距，但在图1中为d的距离内，两个视场完全不重叠，因此激光发射器发出的激光光束完全不在对应激光探测器的接收视场范围内。图1中为h的区域，两个视场重叠的区域很小，激光发射器发出的激光光束，只有很少一部分在对应激光探测器的接收视场范围内。再考虑回波光束的影响，如图2所示，一般反射面均为漫反射物体，反射的光束遵循朗伯定律，即回波光束中的大部分能量集中在激光发射器所发出激光光束的视场内，小部分能量可以散射到发射视场外，当激光发射器所发出激光光束的发射视场与激光探测器的接收视场基本不重合时，激光探测器只能接收到很小的能量，无法触发探测阈值，相当于探测不到信号，这段区域就属于雷达探测的盲区。因此需要提出一种新的光学系统来减弱雷达近端盲区的影响。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种激光雷达光学系统，旨在解决现有激光雷达存在近端盲区的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种激光雷达光学系统，所述激光雷达光学系统包括具有容纳腔的壳体以及收容于所述容纳腔内的激光发射器、发射镜组、接收镜组、增强镜组和激光探测器，所述发射镜组用于将所述激光发射器发出的激光光束准直，所述接收镜组用于将回波光束汇聚；所述增强镜组位于激光探测器和接收镜组之间，所述增强镜组用于将部分无法直接到达所述激光探测器光敏面上的回波光束反射或透射至所述激光探测器。

可选地，所述增强镜组位于所述激光探测器靠近或远离所述激光发射器的一侧。

可选地，所述增强镜组包括与所述壳体固定的支架以及固定在所述支架上的增强镜，所述增强镜用于将无法直接到达所述激光探测器光敏面上的回波光束反射或透射至所述激光探测器。

可选地，所述增强镜为反射镜、楔形棱镜、透镜、微透镜或透镜组中的任意一种或几种。

可选地，所述增强镜为反射镜，所述支架形成有倾斜面，所述反射镜贴设在所述倾斜面上。

可选地，所述倾斜面包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端朝向接收模组的方向，所述第二端朝向所述激光探测器的方向，所述第一端至所述第二端逐渐向所述激光探测器的方向倾斜。

可选地，所述支架包括第一固定部和支撑部，所述倾斜面形成在所述支撑部上，所述第一固定部设置在所述支撑部背离所述反射镜的一侧，所述固定部与所述壳体固定。

可选地，所述增强镜为楔形棱镜，所述楔形棱镜的楔形面朝向所述激光探测器。

可选地，所述支架包括互相连接的竖直部和第二固定部，所述竖直部形成有竖直面，所述楔形棱镜贴设在所述竖直面上，所述第二固定部与所述壳体固定。

可选地，所述激光雷达光学系统还包括位于所述容纳腔内的遮光板，所述遮光板设置在所述激光发射器与所述激光探测器之间，以将所述容纳腔分隔为发射腔体和接收腔体，所述激光发射器、发射镜组位于所述发射腔体内，所述激光探测器、增强镜组和接收镜组位于所述接收腔体内。

在本实用新型的技术方案中，激光雷达光学系统包括具有容纳腔的壳体以及收容于所述容纳腔内的激光发射器、发射镜组、接收镜组、增强镜组和激光探测器，激光发射器发出激光光束，通过发射镜组准直后出射，打到被测物体上形成回波光束，经过接收镜组汇聚后，通过增强镜组，增强镜组位于激光探测器和接收镜组之间，增强镜组将部分打不到激光探测器光敏面上的回波光束通过改变光轴方向，打到激光探测器的光敏面上，增强回波能量，从而能触发探测阈值，减弱了激光雷达近端盲区的影响。

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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为平行轴系统的发射接收视场的盲区原理示意图；

图2为朗伯定律下的回波光束示意图；

图3为本实用新型一实施例的回波光束示意图；

图4为本实用新型一实施例的激光雷达光学系统的结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例的激光雷达光学系统的结构示意图；

图6为图4所示激光雷达光学系统的另一角度的结构示意图；

图7为图6所示激光雷达光学系统的增强镜组的结构示意图；

图8为图5所示激光雷达光学系统的另一角度的结构示意图；

图9为图8所示激光雷达光学系统的增强镜组的结构示意图；

图10为本实用新型一实施例的激光雷达光学系统的视场区域示意图。

附图标号说明：

100、壳体；110、容纳腔；111、发射腔体；112、接收腔体；200、激光发射器；300、发射镜组；400、接收镜组；500、增强镜组；510、支架；511、倾斜面；512、第一端；513、第二端；514、第一固定部；515、支撑部；516、第二固定部；517、竖直部；518、楔形面；519、竖直面；520、增强镜；521、反射镜；522、楔形棱镜；600、激光探测器；700、遮光板；810、第一区域；820、第二区域；830、第三区域。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)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，在本实用新型中涉及“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，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。

如图3～图5所示，本实用新型提出一种激光雷达光学系统，激光雷达光学系统包括具有容纳腔110的壳体100以及收容于容纳腔110内的激光发射器200、发射镜组300、接收镜组400、增强镜组500和激光探测器600，发射镜组300用于将激光发射器200发出的激光光束准直，接收镜组400用于将回波光束汇聚；增强镜组500位于激光探测器600和接收镜组400之间，增强镜组500用于将部分无法直接到达激光探测器600光敏面上的回波光束反射或透射至激光探测器600。

在不遮挡激光探测器600的接收视场的情况下，增强镜组500可以将部分打不到激光探测器600光敏面上的回波光束，通过反射或透射的方式打到激光探测器600的光敏面上，增强了激光探测器600接收到回波光束的能量。距离越近，测量到的能量越强，因此盲区内的回波光束的能量一般都比较强，但是只有很少的一部分才能打到激光探测器600的光敏面上，导致无法触发探测阈值，本实施例通过增强镜组500打到激光探测器600的光敏面上，可以很大程度的提高激光探测器600接收到的能量，从而能触发探测阈值。

本实施例的激光发射器200发出激光光束，通过发射镜组300准直后出射，打到被测物体上形成回波光束，经过接收镜组400汇聚后，通过增强镜组500，回波光束经过增强镜组500反射或透射后，被激光探测器600接收，增强镜组500将部分打不到激光探测器600光敏面上的回波光束通过改变光轴方向，打到激光探测器600的光敏面上，增强回波能量。

可选地，如图5所示，激光雷达光学系统还包括位于容纳腔110内的遮光板700，遮光板700设置在激光发射器200与激光探测器600之间，以将容纳腔110分隔为发射腔体111和接收腔体112，激光发射器200、发射镜组300位于发射腔体111内，激光探测器600、增强镜组500和接收镜组400位于接收腔体112内。极少数激光雷达的光学系统不需要遮光板700，激光探测器600与激光发射器200在一个腔体内。

可以将接收腔体112分为三个区域，如图10所示，第一区域810为接收视场区域，主光线经过这个区域被激光探测器600接收，第二区域820为激光探测器600靠近激光发射器200的区域，第三区域830为激光探测器600远离激光发射器200的区域(图10中增强镜组500的安装位置)，第二区域820和第三区域830均为非接收视场区域，增强镜组500根据不同的光路结构，优选位置位于第二区域820或者第三区域830，即增强镜组500位于激光探测器600靠近或远离激光发射器200的一侧，更有利于将盲区内无法打到激光探测器600光敏面上的回波光束通过改变光轴方向，打到激光探测器600的光敏面上。如图4和图5所示，增强镜组500位于激光探测器600靠近激光发射器200的一侧，即增强镜组500靠近发射腔体111设置，在一实施例中，增强镜组500可以为多个，围绕激光探测器600设置，以将大范围的回波光束反射或透射至激光探测器600。

更具体地，如图6和图8所示，增强镜组500包括与壳体100固定的支架510以及固定在支架510上的增强镜520，增强镜520用于将无法直接到达激光探测器600光敏面上的回波光束反射或透射至激光探测器600。壳体100可包括底板以及沿底板周向环绕的侧围，支架510可固定在底板上，安装时，支架510的位置不遮挡激光探测器600，以不遮挡激光探测器600的接收视场。

增强镜520可以为反射镜521、楔形棱镜522、透镜、微透镜或透镜组中的任意一种或几种，只要能将部分回波光束反射或透射至激光探测器600的光敏面上即可。

在一实施例中，如图4、图6和图7所示，增强镜520为反射镜521，支架510形成有倾斜面511，反射镜521贴设在倾斜面511上，反射镜521可以通过螺钉或粘胶固定在支架510上，反射镜521相对激光探测器600倾斜设置，便于打到反射镜521上的回波光束反射至激光探测器600。

倾斜面511具体包括相对设置的第一端512和第二端513，第一端512朝向接收模组的方向，第二端513朝向激光探测器600的方向，第一端512至第二端513逐渐向激光探测器600的方向倾斜，即反射镜521逐渐向激光探测器600的方向靠拢，进一步使得更多回波光束能反射至激光探测器600。

更细化地，支架510包括第一固定部514和支撑部515，倾斜面511形成在支撑部515上，第一固定部514设置在支撑部515背离反射镜521的一侧，固定部与壳体100固定。第一固定部514的数量可为多个，如图所示，该实施例中具有三个第一固定部514，其中用于与壳体100固定的一侧设置有两个第一固定部514，这两个第一固定部514分布在支撑部515的两端，另外一个第一固定部514与这两个第一固定部514相对设置，第一固定部514上开设螺纹孔，以通过螺钉将支架510固定。在其它实施例中，第一固定部514也可以通过粘接、卡扣或焊接等形式与壳体100固定。支架510也可以为其它形状或结构，在此对其不作具体的限定。

在另一实施例中，如图5、图8和图9所示，增强镜520为楔形棱镜522，楔形棱镜522可粘接至支架510上，楔形棱镜522的楔形面518朝向激光探测器600，便于将回波光束透射至激光探测器600的光敏面上。

在该实施例中，支架510可具体包括互相连接的竖直部517和第二固定部516，竖直部517形成有竖直面519，楔形棱镜522贴设在竖直面519上，第二固定部516与壳体100固定。第二固定部516的数量可为两个，两个第二固定部516位于竖直部517相对设置的两侧，第二固定部516可通过粘胶或螺钉固定至壳体100，楔形棱镜522的一个侧面粘接在竖直部517的竖直面519上，该竖直面519可与激光探测器600平行，使得楔形棱镜522的一个侧面呈楔形面518朝向激光探测器600，以将更多回波光束透射至激光探测器600。

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实用新型构思下，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)

1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，所述激光雷达光学系统包括具有容纳腔的壳体以及收容于所述容纳腔内的激光发射器、发射镜组、接收镜组、增强镜组和激光探测器，所述发射镜组用于将所述激光发射器发出的激光光束准直，所述接收镜组用于将回波光束汇聚；所述增强镜组位于激光探测器和接收镜组之间，所述增强镜组用于将部分无法直接到达所述激光探测器光敏面上的回波光束反射或透射至所述激光探测器。

2.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述增强镜组位于所述激光探测器靠近或远离所述激光发射器的一侧。

3.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述增强镜组包括与所述壳体固定的支架以及固定在所述支架上的增强镜，所述增强镜用于将无法直接到达所述激光探测器光敏面上的回波光束反射或透射至所述激光探测器。

4.根据权利要求3所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述增强镜为反射镜、楔形棱镜、透镜、微透镜或透镜组中的任意一种或几种。

5.根据权利要求4所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述增强镜为反射镜，所述支架形成有倾斜面，所述反射镜贴设在所述倾斜面上。

6.根据权利要求5所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述倾斜面包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端朝向接收模组的方向，所述第二端朝向所述激光探测器的方向，所述第一端至所述第二端逐渐向所述激光探测器的方向倾斜。

7.根据权利要求5所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述支架包括第一固定部和支撑部，所述倾斜面形成在所述支撑部上，所述第一固定部设置在所述支撑部背离所述反射镜的一侧，所述固定部与所述壳体固定。

8.根据权利要求4所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述增强镜为楔形棱镜，所述楔形棱镜的楔形面朝向所述激光探测器。

9.根据权利要求8所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述支架包括互相连接的竖直部和第二固定部，所述竖直部形成有竖直面，所述楔形棱镜贴设在所述竖直面上，所述第二固定部与所述壳体固定。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述激光雷达光学系统还包括位于所述容纳腔内的遮光板，所述遮光板设置在所述激光发射器与所述激光探测器之间，以将所述容纳腔分隔为发射腔体和接收腔体，所述激光发射器、发射镜组位于所述发射腔体内，所述激光探测器、增强镜组和接收镜组位于所述接收腔体内。

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