CN218675291U - 一种多线激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种多线激光雷达系统，包括沿激光光路方向依次设置的发射模块、扫描镜和接收模块；发射模块用于发出N束激光分束；N束激光分束经水平扫描的扫描镜后形成M束激光分束，M束激光分束朝向目标区域出射；接收模块接收由目标区域反射的回波激光束；发射模块包括光纤激光器和分束单元；光纤激光器出射的激光束通过分束单元后形成N束激光分束；其中，M束激光分束和N束激光分束均沿垂直方向X排列。本申请中，分束单元将光纤激光器发出的激光束扩展为垂直视场内排列的N束激光分束，可取消系统内慢轴振镜，同时扫描镜无需以较大转速水平扫描，可降低扫描镜的水平扫描速度，提升雷达系统稳定性。

Description

一种多线激光雷达系统

技术领域

本实用新型实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种多线激光雷达系统。

背景技术

随着激光技术的发展和应用，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、姿态等特征量的雷达系统，其基本原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收从目标反射回来的信号，通过比较发射信号与接收信号的信息，就可获得目标的距离、方位、高度、速度、姿态等信息。

现有技术中，利用光纤激光器做光源的激光雷达要实现多线束扫描，一般是通过设置一个快轴棱镜加上慢轴振镜，快轴棱镜扫描水平视场，慢轴振镜扫描垂直视场；并且为了增加扫描激光线束，一般会将快轴棱镜的转速设置的较高，此种设置方式既会增加激光雷达的制造工艺难度，还会影响激光雷达的可靠性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种多线激光雷达系统，以简化多线激光雷达系统的结构，提升多线激光雷达系统的可靠性。

本实用新型实施例提供了一种多线激光雷达系统，包括沿激光光路方向依次设置的发射模块、扫描镜和接收模块；

所述发射模块用于发出N束激光分束；所述扫描镜沿水平方向扫描运动，所述N束激光分束经水平扫描的所述扫描镜后形成M束激光分束，所述M束激光分束朝向目标区域出射；所述接收模块接收由所述目标区域反射的回波激光束；

所述发射模块包括光纤激光器和分束单元，所述光纤激光器的激光输出端与所述分束单元的输入端连接；所述光纤激光器出射的激光束通过所述分束单元后形成N束激光分束；

其中，所述M束激光分束和所述N束激光分束均沿垂直方向排列；M和N均为正整数，且M大于或等于N。

可选的，在一可能的实施例中，所述分束单元包括光纤耦合器组以及多个光分路器；

所述光纤耦合器组包括一个输入端以及多个输出端，所述光纤激光器的激光输出端与所述光纤耦合器组的输入端连接；所述光纤耦合器组的输出端的数量与所述光分路器的数量相同，每个所述光分路器均包括一个输入端以及多个出射端；

所述光纤耦合器组的输出端与所述光分路器的输入端一一对应连接，所述光纤激光器出射的激光束经所述光纤耦合器组和所述光分路器后形成所述N束激光分束，所述N束激光分束由所述光分路器的出射端出射；其中，所述多个光分路器沿所述垂直方向排列。

可选的，在一可能的实施例中，所述光纤耦合器组包括第一光纤耦合器和至少两个第二光纤耦合器；所述第一光纤耦合器包括一个输入端以及至少两个输出端，所述第二光纤耦合器包括一个输入端以及至少两个输出端，所述第二光纤耦合器的输出端的数量与所述光分路器的数量相同；

所述光纤激光器的激光输出端与所述第一光纤耦合器的输入端连接，所述第一光纤耦合器的输出端与所述第二光纤耦合器的输入端一一对应连接；所述第二光纤耦合器的输出端与所述光分路器的输入端一一对应连接。

可选的，在一可能的实施例中，所述扫描镜包括旋转轴、相对设置的顶面和底面以及用于连接所述顶面和所述底面的γ个侧面，所述γ个侧面围绕旋转轴分布并依次连接；所述γ个侧面围绕所述旋转轴旋转以实现水平扫描运动；所述侧面用于对所述发射模块发出的激光束分别转折出射至所述目标区域；其中，所述旋转轴的延伸方向与所述垂直方向平行；γ为不小于3的正整数。

可选的，在一可能的实施例中，所述扫描镜的各个所述侧面与所述底面之间的夹角均相同。

可选的，在一可能的实施例中，所述扫描镜至少存在两个所述侧面与所述底面之间的夹角不同。

可选的，在一可能的实施例中，沿所述扫描镜旋转方向依次排列的各个所述侧面与所述底面之间的夹角呈等差数列。

可选的，在一可能的实施例中，所述扫描镜的水平视场角度β存在以下约束关系：

β≤720/γ。

可选的，在一可能的实施例中，所述光纤激光器包括至少两个波长的种子源以及与所述种子源一一对应的光纤放大器，所述种子源的输出端与所述光纤放大器的输入端连接；所述分束单元的数量至少为两个，所述光纤放大器的输出端与所述分束单元的输入端一一对应连接。

可选的，在一可能的实施例中，所述M束激光分束投射在所述目标区域内的光斑相互邻接或者相互交叠。

本实用新型实施例提供的多线激光雷达系统，包括沿激光光路方向依次设置的发射模块、扫描镜和接收模块；发射模块用于发出N束激光分束；扫描镜沿水平方向扫描运动，N束激光分束经水平扫描的扫描镜后形成M束激光分束，M束激光分束朝向目标区域出射；接收模块接收由目标区域反射的回波激光束；发射模块包括光纤激光器和分束单元，光纤激光器的激光输出端与分束单元的输入端连接；光纤激光器出射的激光束通过分束单元后形成N束激光分束；其中，M束激光分束和N束激光分束均沿垂直方向X排列；M和N均为正整数，且M大于或等于N。通过上述方案，分束单元可将光纤激光器发出的激光束扩展为垂直视场内排列的N束激光分束，多线激光雷达系统内无需设置慢轴振镜，简化了多线激光雷达系统的结构，同时扫描镜无需以较大转速水平扫描，可降低扫描镜的水平扫描速度，降低多线激光雷达系统的制造难度，提升雷达系统稳定性。除此之外，经反射镜形成的M束激光分束能够扫描目标区域较大的水平视场范围，进而提高多线激光雷达系统的水平视场以及水平角分辨率，使得激光点云的分布更为密集，不容易遗漏环境信息，提高雷达系统的探测准确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种多线激光雷达系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种分束单元的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种光分路器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种多线激光雷达系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种多线激光雷达系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种分束单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种多线激光雷达系统的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例提供的一种多线激光雷达系统，包括沿激光光路方向依次设置的发射模块1、扫描镜2和接收模块3；发射模块1用于发出N束激光分束；扫描镜2沿水平方向扫描运动，N束激光分束经水平扫描的扫描镜2后形成M束激光分束，M束激光分束朝向目标区域出射；接收模块3接收由目标区域(图中未示出)反射的回波激光束；发射模块1包括光纤激光器4和分束单元5，光纤激光器4的激光输出端40与分束单元5的输入端连接；光纤激光器4出射的激光束通过分束单元5后形成N束激光分束；其中，M束激光分束和N束激光分束均沿垂直方向X排列；M和N均为正整数，且M大于或等于N。

具体地，如图1中所示，多线激光雷达系统中包括发射模块1、扫描镜2和接收模块3。发射模块1、扫描镜2和接收模块3沿激光光路方向依次设置。发射模块1用于向外发出N束激光分束。

其中，发射模块1发出的N束激光分束经扫描镜2反射后出射至目标区域，并经目标区域形成多束回波激光束，接收模块3接收回波激光束，并根据接收的回波激光束对目标区域信息进行分析。图1中以黑色实现箭头表示激光分束和回波激光束，图中示出的激光分束数量仅为示例，不代表实际激光数量，图中所示各元件的尺寸仅为示意，不代表实际尺寸。

其中，扫描镜2沿水平方向扫描运动，扫描镜2起到增加激光分束线数和/或扩大激光分束的水平扫描范围，增加激光分束线数即起到分光功能，扩大激光分束的水平扫描范围即扩大雷达系统的水平扫描视场，发射模块1发出的N束激光分束经水平扫描的扫描镜2后形成M束激光分束，M束激光分束朝向目标区域出射。经扫描镜2反射后激光分束的线数即为多线激光雷达系统的线数。可以理解，激光分束的数量均为正整数，即M和N均为正整数；并且，经过扫描镜2后射向目标区域的激光分束的数量应大于发射模1块发出的激光分束的数量，因此，M大于或等于N。

可选的，接收模块3的具体设置方式可由本领域技术人员根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不赘述也不限定。接收模块3可包括多个光束检测单元(图中未示出)，光束检测单元一一对应接收由目标区域反射回来的回波激光束，光束检测单元可采用雪崩光电二极管(APD)，但不限于此。

进一步地，值得提出的一点是，本实用新型实施例中，发射模块1中设置有光纤激光器4和分束单元5，光纤激光器4包括激光输出端40，光纤激光器4的激光输出端40与分束单元5的输入端连接。光纤激光器4输出的激光束经过分束单元5后扩展为N束激光分束，分束单元5可包括N个输出端50，N束激光分束可由分束单元5的输出端50发出，即形成多线激光。

其中，定义发射模块1的垂直视场方向为垂直方向X，本实用新型实施例中，N束激光分束沿垂直方向X排列。根据背景技术中，现有技术需设置慢轴振镜对垂直视场进行扫描，而本申请中，直接通过分束单元5将光纤激光器4发出的激光束扩展为垂直视场排列的N束激光分束，可取消激光雷达系统内的慢轴振镜，极大程度简化了多线激光雷达系统的结构。

另外，由于发射模块1本身即可实现分光功能，此时扫描镜2无需以较大转速水平扫描，进而可降低扫描镜的水平扫描速度，降低多线激光雷达系统的制造难度，提升雷达系统稳定性。

另外，本领域技术人员可以理解，若扫描镜2起到分光功能，一束激光分束经扫描镜2后会变为在垂直方向X排列的多束激光分束，因此，经水平扫描的扫描镜2形成的M束激光分束也在垂直方向X排列，并在水平且与激光分束相交的方向延伸，M束激光分束能够扫描目标区域较大的水平视场，进而增加水平方向上射向目标区域的激光分束，提高多线激光雷达系统的水平视场以及水平角分辨率，使得激光点云的分布更为密集，不容易遗漏环境信息，提高雷达系统的探测准确性。

本实用新型实施例提供的多线激光雷达系统，包括沿激光光路方向依次设置的发射模块、扫描镜和接收模块；发射模块用于发出N束激光分束；扫描镜沿水平方向扫描运动，N束激光分束经水平扫描的扫描镜后形成M束激光分束，M束激光分束朝向目标区域出射；接收模块接收由目标区域反射的回波激光束；发射模块包括光纤激光器和分束单元，光纤激光器的激光输出端与分束单元的输入端连接；光纤激光器出射的激光束通过分束单元后形成N束激光分束；其中，M束激光分束和N束激光分束均沿垂直方向X排列；M和N均为正整数，且M大于或等于N。本申请中，直接通过分束单元将光纤激光器发出的激光束扩展为垂直视场内排列的N束激光分束，多线激光雷达系统内无需设置慢轴振镜，简化了多线激光雷达系统的结构，同时扫描镜无需以较大转速水平扫描，可降低扫描镜的水平扫描速度，降低多线激光雷达系统的制造难度，提升雷达系统稳定性。除此之外，经反射镜形成的M束激光分束能够扫描目标区域较大的水平视场范围，进而提高多线激光雷达系统的水平视场以及水平角分辨率，使得激光点云的分布更为密集，提高雷达系统的探测准确性。

其中，本实用新型实施例不限定光纤激光器以及分束单元的具体设置方式，本领域技术人员可根据实际应用需求进行设置。任意通过分束单元增加激光分束线数的方案，均在本实用新型实施例保护的技术方案范围内。

示例性的，图2为本实用新型实施例提供的一种分束单元的结构示意图，参考图1和图2，在一可能的实施例中，分束单元5可包括光纤耦合器组51以及多个光分路器52；光纤耦合器组51包括一个输入端以及多个输出端，光纤激光器4的激光输出端40与光纤耦合器组51的输入端连接；光纤耦合器组51的输出端的数量与光分路器52的数量相同，每个光分路器52均包括一个输入端以及多个出射端；光纤耦合器组51的输出端与光分路器52的输入端一一对应连接，光纤激光器4出射的激光束经光纤耦合器组51和光分路器52后形成N束激光分束，N束激光分束由光分路器52的出射端出射；其中，多个光分路器52沿垂直方向X排列。

具体地，如图2中所示，分束单元5可由光纤耦合器组51和多个光分路器52构成，光纤耦合器组51为第一级分束子单元，光分路器52为第二级分束子单元。其中，光纤耦合器组51包括一个输入端以及多个输出端(例如1个输入端和2个输出端或1个输入端和4个输出端等)，光纤耦合器组51可将单束激光束的分为多束激光分束，即实现激光分束的一分多；同时，每个光分路器52均包括一个输入端和多个输出端，单个光分路器52也可实现激光分束的一分多。

进一步地，光纤耦合器组51的输入端与光纤激光器的激光输出端连接，光纤耦合器组51的输出端与光分路器52的输入端一一对应连接。光纤激光器4出射的激光束经过光纤耦合器组51后线数增加，多个光分路器52进一步对激光分束进行分束，最终分成满足实现线数需求的N束激光分束并由光分路器52的出射端出射。可以理解，最终出射的N束激光分束的数量为所有光分路器52的输出端数量之和，射向扫描镜2的激光分束多于光纤耦合器组51输出的激光分束。

其中，如图2中所示，为实现发射模块1发出的激光分束沿垂直方向X排列，可设置多个光分路器52沿垂直方向X排列，并且多个光分路器52的输出端沿垂直方向X排列。

其中，对于光分路器52的具体数量和类型，本实用新型实施例不做限制，本领域技术人员可根据实际多线激光雷达系统线数需求进行设置。图3为本实用新型实施例提供的一种光分路器的结构示意图，参考图3，光分路器52可选用平面波导型(PLC)光分路器，PLC光分路器可包括1输入端521、8个输出端522(1:8)，或1个输入端521、16个输出端522(1:16)等。图3中所示光分路器52包括16个输出端522。当多线激光雷达系统的实际应用场景不同时，PLC光分路器的数量以及型号均可相应调整。

示例性的，在一具体实施例中，多线激光雷达系统的需求线数为128，要制作128线激光雷达系统，分束单元可包括具有1个输入端和8个输出端的光纤耦合器组，以及8个PLC光分路器，PLC光分路器型号可为1：16，此种设置方式下，经过光纤耦合器组和光分路器，即可将单束激光束分为8*16＝128束激光分束，即N为128。

本实施例中，通过光纤耦合器组以及光分路器的组合形成分束单元，分束单元可将光纤激光器发出激光束扩展为数量较多的多线激光分束；并且，通过调节光分路器和/或光纤耦合器组的设置方式，能够实现发射模块发射激光分束线数的灵活调节。

示例性的，可仍参考图2，在一可能的实施例中，光纤耦合器组51可包括第一光纤耦合器53和至少两个第二光纤耦合器54；第一光纤耦合器53包括一个输入端以及至少两个输出端，第二光纤耦合器54包括一个输入端以及至少两个输出端，第二光纤耦合器54的输出端的数量与光分路器52的数量相同；光纤激光器4的激光输出端(图中未示出)与第一光纤耦合器53的输入端连接，第一光纤耦合器53的输出端与第二光纤耦合器54的输入端一一对应连接；第二光纤耦合器54的输出端与光分路器52的输入端一一对应连接。

具体地，参考图2，光纤耦合器组51内可包括多个光纤耦合器，具体可划分为第一光纤耦合器53和至少两个第二光纤耦合器54，此时，第一光纤耦合器53为第一级分束子单元，第二光纤耦合器54为第二级分束子单元，光分路器52为第三级分束子单元。

其中，如图2中所示，第一光纤耦合器53包括一个输入端以及至少两个输出端，第一光纤耦合器53的输入端即为光纤耦合器组51的输入端，与光纤激光器4的激光输出端连接，第一光纤耦合器53的输出端的数量与第二光纤耦合器54的数量相同；第二光纤耦合器54包括一个输入端以及至少两个输出端，第一光纤耦合器53的输出端与第二光纤耦合器54的输入端一一对应连接。光纤激光器4出射的激光束经第一光纤耦合器53分为至少两束激光分束，每束激光分束经过第二光纤耦合器54再分为至少两束激光分束。

进一步地，第二光纤耦合器54的输出端的数量与光分路器52的数量相同，第二光纤耦合器54的输出端与光分路器52的输入端一一对应连接，第二光纤耦合器54的输出的激光分束一一对应传输至光分路器52中，经由光分路器52再次分束成为满足实际线数需求的多线激光分束。图2中示例性的以一个分束单元5内设置2个第二光纤耦合器54以及4个光分路器52进行说明。

示例性的，在一具体实施例中，多线激光雷达系统的需求线数仍为128，要制作128线激光雷达系统，分束单元可包括3个具有1个输入端和2个输出端的光纤耦合器，构成光纤耦合器组，其中，第一光纤耦合器的数量为1，第二光纤耦合器的数量为2，第一光纤耦合器组的输出端与第二光纤耦合器的输入端连接，经过第一光纤耦合器，单束激光束分为4束激光分束，4束激光分束经过第二光纤耦合器分为16束激光分束。同时，分束单元还包括16个PLC光分路器，PLC光分路器型号可为1：8，此种设置方式下，经过光纤耦合器组和光分路器，即可将单束激光束分为16*8＝128束激光分束。

可选的，可仍参考图1，在可能的实施例中，扫描镜包括旋转轴20、相对设置的顶面25和底面24以及用于连接顶面25和底面24的γ个侧面21，γ个侧面21围绕旋转轴20分布并依次连接；γ个侧面21围绕旋转轴20旋转以实现水平扫描运动；侧面21用于对发射模块4发出的N束激光分束分别转折出射至目标区域；其中，旋转轴20的延伸方向与垂直方向X平行；γ为不小于3的正整数。

具体地，如图1中所示，扫描镜2为旋转扫描镜，扫描镜2包括旋转轴20、相对设置的顶面25和底面24以及γ个侧面21，侧面21用于连接顶面25和底面24，并且γ个侧面21围绕旋转轴20分布并依次连接，可以理解，侧面21的数量应为大于或等于3的整数。

多线激光雷达系统工作时，γ个侧面21围绕旋转轴20旋转，以实现扫描镜2的水平扫描运动，发射模块1发出的N束激光分束经过侧面21发生转折，形成M束激光分束，M束激光分束射向目标区域(图中未示出)。其中，旋转轴20的延伸方向应该与垂直方向X平行，使得发射模块1发出的N束激光分束经旋转的扫描镜2后在水平视场内扫描。水平视场即为垂直扫描镜2的旋转轴20方向的视场，垂直视场即为平行与扫描镜2的旋转轴20方向的视场。

可以理解，多线激光雷达系统还包括旋转机构等部件，用于带动扫描镜旋转，旋转机构与扫描镜的具体连接方式可由本领域技术人员根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不赘述也不限定。

图1中示例性的示出了扫描镜2包括5个侧面21，也即扫描镜2为五棱镜，实际设置方式不限于此。在其他实施例中，扫描镜2可以包括其他数量的侧面21，例如可以是3个、4个、6个或8个等，也即扫描镜2可以为三棱镜、四棱镜、六棱镜或八棱镜等，但不限于此。在实际应用过程中，本领域技术人员可根据实际视场或线数需求调整扫描镜2的具体结构。

对于扫描镜2的各个侧面21与底面24之间的夹角，本实用新型实施例不做限制，本领域技术人员可根据实际需求进行设置。

示例性的，在可能的实施例中，扫描镜2的各个侧面21与底面24之间的夹角均相同。

当扫描镜2的所有侧面21与底面24的夹角都相等时，例如图1中所示均为90度时，每一束激光分束经过扫描镜2的各个侧面21的转折后均投射在同一水平扫描平面内，从而不会改变多线激光雷达系统的线数，通过扫描镜2的旋转，可以增加水平方向上的点云密度，提高了多线激光雷达系统的水平角度分辨率。当扫描镜2的所有侧面21与底面24的夹角都相等时，发射模块1发出的激光分束的数量N与扫描镜2出射至目标区域的激光分束的数量M相同。

可选的，在其他可能的实施例中，扫描镜2至少存在两个侧面21与底面24之间的夹角不同。

当扫描镜2的侧面21与底面24的夹角不同时，经过扫描镜2的旋转后，可以将原来的每一束激光分束投射至不同的水平扫描平面，以使得激光雷达的线数增加，也即发射模块1发出的激光分束的数量N大于扫描镜2出射至目标区域的激光分束的数量M。例如，若扫描镜为五棱镜，且五棱镜的5个侧面21的与底面24的夹角均不同，则经过五棱镜后，激光分束可变为未入射至五棱镜时的五倍，也即多线激光雷达系统的线数变为未设置五棱镜时的5倍，多线激光雷达系统线数的增加有利于提高系统的垂直角度分辨率，进而提高探测精度。

对于各侧面21与底面24之间夹角的具体数值，本实用新型实施例不做限制，本领域技术人员可根据实际需求进行设计，例如可设置90度、89.8度和/或89.9度等，但不限于此。

示例性的，在可能的实施例中，可设置沿扫描镜2旋转方向依次排列的各个侧面21与底面24之间的夹角呈等差数列。

也即，扫描镜2的各个侧面21与底面24的夹角均不同，且沿扫描镜2旋转的方向上依次排列的各个侧面21与底面24之间的夹角数值呈等差数列。简单来说，沿扫描镜2旋转的方向，相邻两个侧面21与底面24之间的夹角的差值相同。例如，且沿扫描镜2旋转方向依次排列的各个侧面21与底面24之间的夹角为89.7度、89.8度、89.9度和90度，但不限于此。

这样设置的好处在于，经过扫描镜2不同侧面21的转折后射向目标区域的M束激光分束在垂直方向X上的距离相同，有利于提高射向目标区域的探测光束的均匀性。

可选的，扫描镜2的水平视场角度β存在以下约束关系：

β≤720/γ。

具体地，扫描镜2的水平视场角度β即为经扫描镜转折后得到的M束激光分束在水平方向的最大发散角度。本领域技术人员可以理解，当扫描镜2的侧面21数量不同时，扫描镜2的水平视场角度β也相应变化，扫描镜2的最大视场角度为720/γ，γ为扫描镜2侧面21的数量。在0～720/γ范围内的角度数值，均为扫描镜2可达到的水平视场角度β。

可选的，图4为本实用新型实施例提供的另一种多线激光雷达系统的结构示意图，如图4所示，在可能的实施例中，光纤激光器4可包括至少两个波长的种子源42以及与种子源42一一对应的光纤放大器43，种子源42的输出端与光纤放大器43的输入端连接；分束单元5的数量至少为两个，光纤放大器43的输出端与分束单元5的输入端一一对应连接。

具体地，如图4中所示，本实用新型实施例中，光纤激光器4可包括至少两个波长的种子源42以及与种子源42一一对应的光纤放大器43，种子源42的输出端与光纤放大器43的输入端连接，光纤放大器43用于对种子源42输出的激光束进行放大，光纤放大器43的输出端即为光纤激光器4的输出端40。基于不同的波长激光进行探测，能够有效避免利用单波长激光出现的干扰现象，提高了多线激光雷达系统工作的准确性与可靠性。

可以理解，当光纤激光器4中设置有至少两个种子源42时，分束单元5也应设置为至少两个，也即分束单元5与种子源42的数量相同，分束单元5的输入端与种子源42对应的光纤放大器43的输出端一一对应连接。分束单元5将对应连接的种子源42输出的激光束进行分束。图4中以种子源42、光纤放大器43和分束单元5的数量为2进行说明。

需要说明的是，为清晰示出发射模块内光纤激光器和分束单元的设置方式，图4中未示出接收模块，接收模块的设置位置可由本领域技术人员根据实际需求进行设置，例如可设置在发射模块左或右侧等，并设置发射模块和接收模块朝向扫描镜的同一侧面，但不限于此。

其中，本实用新型实施例不限定种子源以及光纤放大器的具体类型，本领域技术人员可根据实际需求进行设置，例如种子源的波长可在1548nm～1552nm范围内，光纤放大器可选用掺铒光纤放大器，但不限于此。

其中，当多线激光雷达系统的需求线数和/或扫描镜的设置方式不同时，发射模块发出N束激光分束的方向也需相应调节。

示例性的，可仍参考图4，在一可能的实施例中，至少两个分束单元5位于扫描镜2的同一侧且沿垂直方向X排列。

本实施例中，至少两个分束单元5设置在扫描镜2的同一侧，且至少两个分束单元5沿垂直方向X排列。以分束单元5的数量为2(分别为第一分束单元55和第二分束单元56)为例，本申请中，可设置第一分束单元55和第二分束单元56均设置在扫描镜2的同一侧，也即第一分束单元55和第二分束单元56朝向同一侧面21；并且，第一分束单元55和第二分束单元56沿垂直方向X排列，以使两个分束单元5输出端出射的N束激光分束沿垂直方向X排列。此种设置方式下，第一分束单元55和第二分束单元56的水平扫描范围相同。

示例性的，当多线激光雷达系统所需线数为128线时，各分束单元5可参照上述实施例中进行设置，例如图2和图3中所示，每个分束单元5可包括3个具有1个输入端和2个输出端的光纤耦合器，构成光纤耦合器组51，其中，第一光纤耦合器53的数量为1，第二光纤耦合器54的数量为2，第一光纤耦合器组51的输出端与第二光纤耦合器54的输入端连接，经过第一光纤耦合器53，单束激光束分为2束激光分束，2束激光分束经过第二光纤耦合器54分为4束激光分束。同时，分束单元5还包括4个PLC光分路器，PLC光分路器型号可为1：16，此种设置方式下，经过同一分束单元5内的光纤耦合器组51和光分路器52，可将单束激光束分为64束激光分束。第一分束单元55和第二分束单元56均采用上述设置方式，即可得到128线激光雷达系统，即M为128。

同时，扫描镜2可设置为五棱镜，五棱镜的各个侧面21与底面24之间的夹角均为90度，此时，将第一分束单元55和第二分束单元56设置在五棱镜的同一侧，五棱镜旋转可对128束激光分束同时做水平扫描，无需设置慢轴振镜，五棱镜以较低的转速旋转即可得到水平视场为120度的多线激光雷达系统，根据实际测试，此时五棱镜的转速仅需10Hz。可以理解，当五棱镜的各个侧面21与底面24夹角均相同时，经五棱镜侧面转折形成的激光分束的数量不变(M＝N＝128)，但会增加水平视场内的点云密度，提升多线激光雷达系统的水平角度分辨率。

若五棱镜的各个侧面21与底面24夹角均不同，五棱镜旋转一周得到的激光分束数量原来的五倍，此时，分束单元5内光纤耦合器和/或光分路器52的设置数量可相应减少，简化分束单元5设置难度与整体体积。

另外，本申请中，还可根据实际应用场景对各分束单元的出射的激光分束的角度进行调节，以车载激光雷达为例，一般车载激光雷达要求扫描视场为120*25度，即水平视场120度，垂直视场25度，此时，则可调节第一分束单元55和第二分束单元56输出的N束激光分束在垂直方向X上的最大夹角为25度，也即，第一分束单元55中距离第二分束单元56最远的输出端50输出的激光分束，与第二分束单元5中距离第一分束单元5最远的输出端50输出的激光分束之间的夹角为25度，如图4中位于最上方的激光分束与位于最下方的激光分束之间的夹角为25度。当多线激光雷达系统的应用场景不同时，上述扫描视场范围也不同，本领域技术人员根据所需的视场范围调整扫描镜和/或第一分束单元55、第二分束单元56的具体设置方式。

可以理解，扫描镜2的侧面21数量与水平扫描视场角度范围相关，侧面21数量越多，扫描镜2旋转一周水平视场角度越小。若水平扫描视场需求相同，上述分束单元5设置在扫描镜2同一侧的方案更适用于扫描镜侧面21数量较少时；当扫描镜2的侧面21数量较多时，为保证水平视场需求，可设置分束单元5围绕扫描镜2设置。

示例性的，图5为本实用新型实施例提供的又一种多线激光雷达系统的结构示意图，如图5所示，在其他可能的实施例中，至少两个分束单元5围绕扫描镜2设置。

本实施例中，至少两个分束单元5可围绕扫描镜2设置，围绕扫描镜2设置是指，在水平视场内，不同分束单元5出射的N束激光分束沿不同方位射向扫描镜2，也可以理解为不同分束单元5的出光面之间在水平方向存在夹角，此时，各分束单元5输出的激光分束分别沿垂直方向X排列。此种设置方式下，不同分束单元5的水平扫描范围不同，可对第一分束单元55和第二分束单元56的扫描视场进行拼接，以扩大多线激光雷达系统的水平扫描视场。以分束单元5的数量为2(分别为第一分束单元55和第二分束单元56)为例，本申请中，可设置第一分束单元55和第二分束单元56均设置在扫描镜2的两侧，也即第一分束单元55和第二分束单元56朝向不同侧面21。其中，对于第一分束单元55和第二分束单元56的具体设置位置，本实用新型实施例不做限制，本领域技术人员可根据实际视场范围需求进行设置。

本实施例中，扫描镜2可设置为八棱镜，由于八棱镜水平无法扫描120度，此时则将第一分束单元55和第二分束单元56设置在八棱镜的两侧，将第一分束单元55和第二分束单元56水平扫描视场进行拼接，即可使水平视场达到120度。

另外，值得提出的是，本实施例中，当多线激光雷达系统所需线数仍为128线时，可设置八棱镜的各个侧面21与底面24之间的夹角均不同。当侧面21与底面24夹角均不同时，八棱镜旋转一周，可扫描出8束激光分束，此种设置方式下，可减少第一分束单元55和第二分束单元56内部光纤耦合器和/或光分路器52的设置数量。

具体地，图6为本实用新型实施例提供的另一种分束单元的结构示意图，图6中所示分束单元5可应用于图5中所示多线激光雷达系统中，参考图5和图6，如图5中所示，每个分束单元5可包括1个具有1个输入端和2个输出端的光纤耦合器，构成光纤耦合器组51。经过光纤耦合器组51，单束激光束分为2束激光分束。同时，分束单元5还包括2个PLC光分路器，PLC光分路器型号可为1：8，此种设置方式下，经过同一分束单元5内的光纤耦合器组51和光分路器52，可将单束激光束分为16束激光分束，即M为16，16束激光分束入射至八棱镜，经八棱镜侧面转折形成的激光分束的数量变为入射前的8倍(M＝8*16＝128)，即形成128束激光分束。第一分束单元55和第二分束单元56均采用上述设置方式，并将第一分束单元55和第二分束单元56设置在扫描镜2两侧，无需设置慢轴振镜，八棱镜以较低的转速旋转即可得到水平视场为120度的128线激光雷达系统，根据实际测试，此时八棱镜的转速仅需10Hz。除此之外，此种设置方式下，分束单元5的结构简单，有利于减小分束单元5的设置难度和尺寸。

另外，本实施例中，若要实现120*25度视场需求，可设置第一分束单元输出的激光分束之间的最大夹角为25度、第二分束单元输出的激光分束之间的最大夹角也为25度。其中，可通过在分束单元出光侧设置光学透镜等方式对分束单元输出激光分束的方向进行调节，具体调节方式可由本领域技术人员根据实际需求进行设计，本实用新型实施例对此不赘述也不限定。

另外，需要说明的一点是，上述实施例中，与不同分束单元连接的光纤激光器也可与对应的分束单元一同设置在扫描镜一侧或围绕扫描镜设置。

可选的，在一可能的实施例中，M束激光分束投射在目标区域内的光斑相互邻接或者相互交叠。

具体地，本实施例中，经扫描镜的侧面转折后形成的M束激光分束投射至目标区域的光斑之间相互邻接或相互交叠，由此，激光分束能够扫描目标区域的完整环境，不会遗漏环境信号。

本实用新型实施例提供的多线激光雷达系统中还可包括本领域技术人员可知的其他任意光学元件，本申请对此不赘述也不限定。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种多线激光雷达系统，其特征在于，包括沿激光光路方向依次设置的发射模块、扫描镜和接收模块；

所述发射模块用于发出N束激光分束；所述扫描镜沿水平方向扫描运动，所述N束激光分束经水平扫描的所述扫描镜后形成M束激光分束，所述M束激光分束朝向目标区域出射；所述接收模块接收由所述目标区域反射的回波激光束；

所述发射模块包括光纤激光器和分束单元，所述光纤激光器的激光输出端与所述分束单元的输入端连接；所述光纤激光器出射的激光束通过所述分束单元后形成N束激光分束；

其中，所述M束激光分束和所述N束激光分束均沿垂直方向排列；M和N均为正整数，且M大于或等于N。

2.根据权利要求1所述的多线激光雷达系统，其特征在于，所述分束单元包括光纤耦合器组以及多个光分路器；

所述光纤耦合器组包括一个输入端以及多个输出端，所述光纤激光器的激光输出端与所述光纤耦合器组的输入端连接；所述光纤耦合器组的输出端的数量与所述光分路器的数量相同，每个所述光分路器均包括一个输入端以及多个出射端；

所述光纤耦合器组的输出端与所述光分路器的输入端一一对应连接，所述光纤激光器出射的激光束经所述光纤耦合器组和所述光分路器后形成所述N束激光分束，所述N束激光分束由所述光分路器的出射端出射；其中，所述多个光分路器沿所述垂直方向排列。

3.根据权利要求2所述的多线激光雷达系统，其特征在于，所述光纤耦合器组包括第一光纤耦合器和至少两个第二光纤耦合器；所述第一光纤耦合器包括一个输入端以及至少两个输出端，所述第二光纤耦合器包括一个输入端以及至少两个输出端，所述第二光纤耦合器的输出端的数量与所述光分路器的数量相同；

所述光纤激光器的激光输出端与所述第一光纤耦合器的输入端连接，所述第一光纤耦合器的输出端与所述第二光纤耦合器的输入端一一对应连接；所述第二光纤耦合器的输出端与所述光分路器的输入端一一对应连接。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的多线激光雷达系统，其特征在于，所述扫描镜包括旋转轴、相对设置的顶面和底面以及用于连接所述顶面和所述底面的γ个侧面，所述γ个侧面围绕旋转轴分布并依次连接；所述γ个侧面围绕所述旋转轴旋转以实现水平扫描运动；所述侧面用于对所述发射模块发出的N束激光分束分别转折出射至所述目标区域；其中，所述旋转轴的延伸方向与所述垂直方向平行；γ为不小于3的正整数。

5.根据权利要求4所述的多线激光雷达系统，其特征在于，所述扫描镜的各个所述侧面与所述底面之间的夹角均相同。

6.根据权利要求4所述的多线激光雷达系统，其特征在于，所述扫描镜至少存在两个所述侧面与所述底面之间的夹角不同。

7.根据权利要求6所述的多线激光雷达系统，其特征在于，沿所述扫描镜旋转方向依次排列的各个所述侧面与所述底面之间的夹角呈等差数列。

8.根据权利要求4所述的多线激光雷达系统，其特征在于，所述扫描镜的水平视场角度β存在以下约束关系：

β≤720/γ。

9.根据权利要求1、2、3、5、6、7或8所述的多线激光雷达系统，其特征在于，所述光纤激光器包括至少两个波长的种子源以及与所述种子源一一对应的光纤放大器，所述种子源的输出端与所述光纤放大器的输入端连接；所述分束单元的数量至少为两个，所述光纤放大器的输出端与所述分束单元的输入端一一对应连接。

10.根据权利要求1所述的多线激光雷达系统，其特征在于，所述M束激光分束投射在所述目标区域内的光斑相互邻接或者相互交叠。

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